JP5315311B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンドプレートを用いて複数の蓄電素子に拘束力を与える蓄電装置に関するものである。
複数の単電池を用いて組電池を構成する場合には、複数の単電池を一方向に並べて配置することがある。ここで、単電池の配列方向における両端には、一対のエンドプレートが配置されており、エンドプレートを用いることにより、複数の単電池に対して拘束力を与えている。
特開２００６−２５３１４９号公報
エンドプレートを単電池に接触させる構成では、単電池の熱がエンドプレートに伝達されることにより、エンドプレートに接触する単電池の温度が、エンドプレートに接触しない他の単電池の温度よりも低くなってしまうおそれがある。この場合には、組電池を構成する複数の単電池において、温度のバラツキが発生してしまう。
本発明である蓄電装置は、所定方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、所定方向において複数の蓄電素子を挟む一対のエンドプレートと、所定方向に延びて一対のエンドプレートに固定され、エンドプレートを介して複数の蓄電素子に所定方向の拘束力を与えるための拘束部材と、を有する。そして、エンドプレートは、第１プレートおよび第２プレートで構成されている。第１プレートは、蓄電素子と対向する面に複数のリブを有し、絶縁材料で形成されている。複数のリブは、蓄電素子の表面において、密閉空間を形成する。第２プレートは、第１プレートのうち、蓄電素子と対向する面とは反対側の面に固定され、第１プレートよりも強度の高い材料で形成されている。
ここで、第１プレートを樹脂で形成し、第２プレートを金属で形成することができる。また、第１プレートに形成されたリブの一部に、拘束部材を締結するための締結部を設けることができる。これにより、拘束部材を締結部に締結するときの外力をリブで受けることができ、第１プレートの変形を抑制することができる。
複数のリブとしては、例えば、所定方向と直交する面内において、互いに異なる方向に延びる複数のリブで構成することができる。互いに異なる方向に延びるリブを用いることにより、リブを形成しながらも、第１プレートの強度が低下するのを抑制することができる。
第２プレートと接触する第１プレートの面は、平坦な面で構成することができる。これにより、第２プレートを第１プレートに容易に取り付けることができる。
所定方向で隣り合う２つの蓄電素子の間に、仕切り板を配置することができる。仕切り板は、蓄電素子の表面に熱交換媒体を移動させるための空間を形成するために用いることができる。これにより、蓄電素子の表面に熱交換媒体を接触させて、蓄電素子の温度を調節することができる。
本発明によれば、第１プレートに形成されたリブによって、蓄電素子の表面に空気層を形成することができ、蓄電素子の熱が第１プレートに伝達するのを抑制することができる。すなわち、第１プレートおよび蓄電素子の接触面積を低減して、この接触面を介した熱伝達を抑制することができる。
また、リブが形成された第１プレートに対して、第２プレートを取り付けることにより、エンドプレートの強度を確保することができる。エンドプレートとして第１プレートだけを用いると、エンドプレートの強度が低下してしまうため、第１プレートよりも強度の高い材料で形成制された第２プレートを用いることにより、エンドプレートの強度を確保することができる。さらに、第１プレートのリブを用いて、蓄電素子の表面に密閉空間を形成することにより、密閉空間および外部空間の間で空気の移動を阻止することができる。密閉空間内で空気を留めておけば、蓄電素子の熱が第１プレートに移動するのを抑制することができる。
電池スタックの外観図である。 仕切り板の正面図である。 エンドプレートを外側から見たときの図である。 エンドプレートを内側から見たときの図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例１である電池パック（蓄電装置に相当する）について、図１を用いて説明する。図１は、電池パックの外観図であり、図１に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸である。
本実施例の電池パック１１は、車両に搭載することができ、この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させる動力源として、電池パック１１の他に、内燃機関又は燃料電池を備えた車両である。電気自動車は、車両の動力源として、電池パック１１だけを備えた車両である。
電池パック１１は、モータ・ジェネレータ（図示せず）に接続することができ、モータ・ジェネレータは、電池パック１１の出力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータの回転力は、動力伝達機構を介して、車輪に伝達される。
ここで、電池パック１１およびモータ・ジェネレータの間に、昇圧回路やインバータを配置することができる。昇圧回路を配置すれば、電池パック１１の出力電圧を昇圧することができる。インバータを用いれば、電池パック１１から出力された直流電力を交流電力に変換でき、モータ・ジェネレータとして、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータは、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換し、電池パック１１に出力する。電池パック１１は、モータ・ジェネレータからの電力を蓄える。
電池パック１１は、Ｘ方向に並んで配置された複数の単電池（蓄電素子に相当する）１１１を有する。単電池１１１としては、いわゆる角型の単電池を用いている。電池パック１１を構成する単電池１１１の数は、適宜設定することができる。例えば、電池パック１１の要求出力や各単電池１１１の出力などに基づいて、単電池１１１の数を設定することができる。
単電池１１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。本実施例の電池パック１１では、複数の単電池１１１をＸ方向に並べているが、これに限るものではない。具体的には、複数の単電池１１１を用いて１つの電池モジュールを構成し、複数の電池モジュールをＸ方向に並べることもできる。
単電池１１１の内部には、発電要素が収容されている。発電要素は、充放電を行うことができる要素である。発電要素は、例えば、正極素子と、負極素子と、正極素子および負極素子の間に配置されるセパレータ（電解液を含む）とで構成することができる。正極素子は、集電板の表面に正極活物質層を形成したものである。負極素子は、集電板の表面に負極活物質層を形成したものである。
単電池１１１の上面には、正極端子１１１ａおよび負極端子１１１ｂが設けられている。正極端子１１１ａは、発電要素の正極素子と電気的に接続されており、負極端子１１１ｂは、発電要素の負極素子と電気的に接続されている。隣り合う２つの単電池１１１は、バスバーによって電気的に接続される。本実施例では、すべての単電池１１１が電気的に直列に接続されている。なお、電池パック１１には、電気的に並列に接続された単電池１１１が含まれていてもよい。
本実施例では、複数のバスバーが一体的に構成されたバスバーモジュール１１０を用いている。バスバーモジュール１１０は、電池パック１１の上面に配置される。バスバーモジュール１１０は、複数のバスバーと、各バスバーを保持するホルダとを有する。ホルダは、絶縁性を有する材料（例えば、樹脂）で形成されている。
Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１１１の間には、図２に示す仕切り板１１４が配置されている。仕切り板１１４は、絶縁性を有する材料（例えば、樹脂）で形成されており、単電池１１１の表面に空間を形成するために用いられる。この空間は、単電池１１１の温度を調節するための熱交換媒体が移動する空間となる。仕切り板１１４は、複数の突起部１１４ａを有しており、各突起部１１４ａの先端が単電池１３１に接触することにより、単電池１３１の表面に、熱交換媒体を移動させる空間を形成することができる。
本実施例では、各突起部１１４ａが、Ｙ方向に延びており、複数の突起部１１４ａが、Ｚ方向において並んでいる。これにより、熱交換媒体は、突起部１１４ａに沿ってＹ方向に進むことになる。なお、突起部１１４ａの形状は、図２に示す形状に限るものではない。すなわち、単電池１１１の表面に、熱交換媒体を移動させる空間を形成することができればよい。
突起部１１４ａによって形成された空間において、熱交換媒体を移動させれば、熱交換媒体を単電池１１１に接触させることができ、単電池１１１の温度を調節することができる。例えば、単電池１１１が発熱しているときには、冷却用の熱交換媒体を単電池１１１に接触させることにより、単電池１１１の温度上昇を抑制することができる。また、単電池１１１が過度に冷却されているときには、加温用の熱交換媒体を単電池１１１に接触させることにより、単電池１１１を温めることができる。
電池パック１１の両端には、一対のエンドプレート１１２が配置されている。拘束バンド（拘束部材に相当する）１１３は、複数の単電池１１１の配列方向に延びており、拘束バンド１１３の両端部が一対のエンドプレート１１２に固定されている。電池パック１１の上面には、２つの拘束バンド１１３が配置され、電池パック１１の下面にも、２つの拘束バンド１１３が配置されている。
拘束バンド１１３をエンドプレート１１２に固定することにより、一対のエンドプレート１１２は、互いに近づく方向に変位する。これにより、一対のエンドプレート１１２によって挟まれた複数の単電池１１１に対して、拘束力を与えることができる。この拘束力とは、Ｘ方向において単電池１１１を挟む力である。
本実施例の拘束バンド１１３は、平板状に形成されているが、これに限るものではない。すなわち、拘束バンド１１３は、一対のエンドプレート１１２に固定されて、単電池１１１に対して拘束力を与えることができるものであればよい。例えば、拘束バンド１１３の代わりに、円柱状に形成された拘束部材を用いることができる。
エンドプレート１１２の構成について、図３から図６を用いて具体的に説明する。図３は、エンドプレート１１２を外側から見たときの図であり、図４は、エンドプレート１１２を内側（単電池１１１の側）から見たときの図である。図５は、図３のＡ−Ａ断面図であり、図６は、図３のＢ−Ｂ断面図である。
エンドプレート１１２は、樹脂プレート（第１プレートに相当する）１１２１および金属プレート（第２プレートに相当する）１１２２を有する。樹脂プレート１１２１の上面には、拘束バンド１１３が固定されるガイド部１１２１ａが設けられている。樹脂プレート１１２１の下面には、拘束バンド１１３が固定されるガイド部１１２１ｂが設けられている。
図４に示すように、樹脂プレート１１２１は、単電池１１１と接触する側の面（Ｙ−Ｚ平面）において、第１リブ１１２１ｃ、第２リブ１１２１ｄおよび第３リブ１１２１ｅを有する。第１リブ１１２１ｃは、Ｙ方向に延びており、複数の第１リブ１１２１ｃは、Ｚ方向において並んでいる。
第１リブ１１２１ｃの先端は、単電池１１１に接触している。これにより、図５および図６に示すように、単電池１１１の表面に複数の空気層Ｍを形成することができる。空気層Ｍは、樹脂プレート１１２１および単電池１１１によって囲まれたスペースである。単電池１１１の表面に空気層Ｍを形成することにより、単電池１１１の熱がエンドプレート１１２（樹脂プレート１１２１）に伝達されるのを抑制することができる。
空気の熱伝導率は、樹脂プレート１１２１の熱伝導率よりも低いため、単電池１１１の熱は、樹脂プレート１１２１に伝わり難くなる。単電池１１１の熱をエンドプレート１１２に伝わりにくくすることで、単電池１１１の温度低下を抑制することができる。
ここで、空気層Ｍを密閉空間で構成することができる。これにより、空気層Ｍと、エンドプレート１１２の外部との間で空気の移動を抑制することができる。空気層Ｍに空気を留めておけば、単電池１１１の熱が空気層Ｍに伝達しても、この熱が空気層Ｍから逃げてしまうのを防止できる。ここでいう密閉空間は、完全な密閉空間ではなく、空気層Ｍと、エンドプレート１１２の外部との間で空気の移動を抑制できればよい。
第２リブ１１２１ｄは、Ｚ方向に延びており、第１リブ１１２１ｃと交差している。また、複数の第２リブ１１２１ｄは、Ｙ方向において、並んで設けられている。第３リブ１１２１ｅは、第１リブ１１２１ｃおよび第２リブ１１２１ｄと交差する方向（斜めの方向）に延びている。第３リブ１１２１ｅの４つの端部には、拘束バンド１１３の締結部分Ｆが位置している。
互いに異なる方向に延びる第２リブ１１２１ｄおよび第３リブ１１２１ｅを設けることにより、樹脂プレート１１２１の強度を向上させることができる。また、第３リブ１１２１ｅを設けることにより、拘束バンド１１３を樹脂プレート１１２１に締結するときに、樹脂プレート１１２１が変形してしまうのを抑制することができる。
一方、樹脂プレート１１２１は、図５に示すように、単電池１１１の底面と接触する突起部１１２１ｆを有する。突起部１１２１ｆは、リブ１１２１ｃよりもＸ方向に突出している。また、樹脂プレート１１２１は、図６に示すように、単電池１１１の側面と接触する突起部１１２１ｇを有する。突起部１１２１ｇは、リブ１１２１ｃよりもＸ方向に突出している。突起部１１２１ｆ，１１２１ｇは、互いに連なっており、Ｘ方向から見たときに、単電池１１１の外縁に沿って形成されている。
金属プレート１１２２は、樹脂プレート１１２１に固定される。樹脂プレート１１２１の一方の面は、単電池１１１と接触し、樹脂プレート１１２１の他方の面は、金属プレート１１２２と接触している。金属プレート１１２２と接触する樹脂プレート１１２１の面は、略平坦な面で構成されている。これにより、金属プレート１１２２を、樹脂プレート１１２１に対して容易に取り付けることができる。
金属プレート１１２２は、穴部１１２２ａ，１１２２ｂを有する。穴部１１２２ａは、ボルトを貫通させるための穴部であり、このボルトは、ガイド部１１２１ａに取り付けられた拘束バンド１１３をエンドプレート１１２に固定するために用いられる。穴部１１２２ｂは、ボルトを貫通させるための穴部であり、このボルトは、ガイド部１１２１ｂに取り付けられた拘束バンド１１３をエンドプレート１１２に固定するために用いられる。
樹脂プレート１１２１に複数のリブ１１２１ｃを形成すると、樹脂プレート１１２１の強度が低下してしまう。そこで、本実施例では、金属プレート１１２２を樹脂プレート１１２１に固定することにより、エンドプレート１１２の強度を確保している。また、金属プレート１１２２は、平坦な面を有しているため、拘束バンド１１３を取り付けやすい。
本実施例では、エンドプレート１１２を、樹脂プレート１１２１および金属プレート１１２２で構成しているが、これに限るものではない。すなわち、エンドプレート１１２は、絶縁材料で形成されたプレート（樹脂プレート１１２１に相当する）と、このプレートよりも強度の高い材料で形成されたプレート（金属プレート１１２２に相当する）とで構成することができる。
１１：電池パック（蓄電装置） １１０：バスバーモジュール
１１１：単電池（蓄電素子） １１１ａ：正極端子
１１１ｂ：負極端子 １１２：エンドプレート
１１２１：樹脂プレート（第１プレート） １１２２：金属プレート（第２プレート）
１１３：拘束バンド（拘束部材）

Claims (6)

  1. 所定方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、
    前記所定方向において前記複数の蓄電素子を挟む一対のエンドプレートと、
    前記所定方向に延びて前記一対のエンドプレートに固定され、前記エンドプレートを介して前記複数の蓄電素子に前記所定方向の拘束力を与えるための拘束部材と、を有し、
    前記エンドプレートは、
    前記蓄電素子と対向する面において、前記蓄電素子の表面に密閉空間を形成する複数のリブを有し、絶縁材料で形成された第１プレートと、
    前記第１プレートのうち、前記蓄電素子と対向する面とは反対側の面に固定され、前記第１プレートよりも強度の高い材料で形成された第２プレートと、
    を有することを特徴とする蓄電装置。
  2. 前記第１プレートが樹脂で形成され、前記第２プレートが金属で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 前記第１プレートは、前記リブの一部に形成され、前記拘束部材を締結するための締結部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
  4. 前記複数のリブは、前記所定方向と直交する面内において、互いに異なる方向に延びる複数のリブを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  5. 前記第２プレートと接触する前記第１プレートの面は、平坦な面で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  6. 前記所定方向で隣り合う２つの前記蓄電素子の間に配置され、前記蓄電素子の表面に熱交換媒体を移動させるための空間を形成する仕切り板を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電装置。
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