JP7429209B2 - 蓄電装置 - Google Patents
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Description
本技術は、蓄電装置に関する。
特表２０１９－５０３０４０号公報（特許文献１）には、冷却プレートに各セルに対応する溝を設けて電池セルと冷却プレートとの接触面積を増大させることが示されている。
特許文献１に記載の構造においては、電池セルを冷却プレート上に設置した状態で電池セルの積層体を圧縮することができない。したがって、組電池の製造コストが増大し得る。
本技術の目的は、製造コスト低減と冷却性能の向上を両立させた蓄電装置を提供することにある。
本技術に係る蓄電装置は、底面を有する略直方体形状のケースを各々含み、第１方向に沿って積層された複数の蓄電セルと、複数の蓄電セルにおけるケースの底面上に設けられた冷却プレートと、電池ケースの底面と冷却プレートとの間に設けられた伝熱部材とを備える。冷却プレートは、第１方向に直交する第２方向において、ケースの底面の変形に沿う凹部を有する。
本技術によれば、製造コスト低減と冷却性能の向上を両立させた蓄電装置を提供することができる。
以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。
なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。
また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。
本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。
本明細書において、「蓄電セル」ないし「蓄電装置」なる用語が用いられる場合、「蓄電セル」ないし「蓄電装置」は電池セルないし電池モジュールに限定されず、たとえばキャパシタを含み得る。
図１は、組電池１の基本的構成を示す図である。図２は、組電池１に含まれる電池セル１００とエンドプレート２００とを示す図である。図３は、組電池１における電池セル１００を示す図である。
図１，図２に示すように、「蓄電モジュール」の一例としての組電池１は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、拘束部材３００と、冷却プレート４００を備える。
複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向（第１方向）に並ぶように設けられる。電池セル１００は、電極端子１１０を含む。複数の電池セル１００の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。
エンドプレート２００は、Ｙ軸方向において組電池１の両端に配置されている。エンドプレート２００は、組電池１を収納するケースなどの基台に固定される。エンドプレート２００のＸ軸方向の両端には、段差部２１０が形成される。段差部２１０は、Ｚ軸方向に延びるように形成される。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向は、互いに直交する。
エンドプレート２００は、たとえばアルミニウムまたは鋳鉄からなる。エンドプレート２００を構成する素材は、これらに限定されない。
拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００に各々形成された段差部２１０に取り付けられる。
複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００を段差部２１０に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。
拘束部材３００は、たとえばアルミニウム、鉄またはステンレスからなる。拘束部材３００を構成する素材は、これらに限定されない。
冷却プレート４００は、複数の電池セル１００の底面上に設けられる。冷却プレート４００は、伝熱性に優れた金属などから構成される。一例として、冷却プレート４００は、アルミニウム製の押出材から形成される。冷却プレート４００により、電池セル１００からの放熱が促進される。冷却プレート４００の内部に流路を設け、流路内に冷却媒体を流して冷却性能をさらに高めてもよい。
図３に示すように、電池セル１００は、平坦面状の略直方体形状に形成されている。電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。正極端子１１１と負極端子１１２とは、Ｘ軸方向（第２方向）に並ぶ。電極端子１１０は、角型の筐体１２０（ケース）の上面に設けられている。筐体１２０の上面および底面は、Ｘ軸方向が長辺方向、Ｙ軸方向が短辺方向となるような略長方形形状を有する。筐体１２０には、電極体および電解液が収容されている。
組電池１を製造する際は、まず、複数の電池セル１００をＹ軸方向に沿って積層する。次に、積層された複数の電池セル１００の両端にエンドプレート２００が設けられる。そして、複数の電池セル１００およびエンドプレート２００が、拘束部材３００によってＹ軸方向に拘束される。冷却プレート４００は、複数の電池セル１００が拘束される前に組み付けられてもよいし、複数の電池セル１００が拘束された後に組み付けられてもよい。
図４は、本実施の形態に係る冷却プレート４００の形状を示す図である。図４に示すように、電池セル１００の筐体１２０の底面は、理想ライン１２１と変形ライン１２２とを有する。理想ライン１２１とは、筐体１２０が電極体および電解液を収容していない状態（または、筐体１２０が電極体および電解液を収容しているが、ガスなどにより筐体１２０の底面が膨出していない状態）において筐体１２０の底面が維持する平坦面のラインを意味する。変形ライン１２２は、筐体１２０が電極体および電解液を収容し、ガスなどにより筐体１２０の底面が膨出している状態における筐体１２０の底面のラインを意味する。
筐体１２０の底面と冷却プレート４００との間には伝熱部材５００が設けられる。伝熱部材５００としては、たとえばシリコーン系の放熱シート、もしくは放熱ジェルなどが用いられる。放熱ジェルは充填タイプや塗布タイプのものが用いられる。
冷却プレート４００は、Ｘ軸方向において、筐体１２０の底面の変形ライン１２２に沿う凹部４１０を有する。Ｘ軸方向において、冷却プレート４００の凹部４１０の縁端と伝熱部材５００の縁端とは略一致している。このように、凹部４１０の縁端にまで伝熱部材５００を延在させることにより、電池セル１００の放熱効率を向上させることができる。
冷却プレート４００は、Ｘ軸方向において凹部４１０の外側に位置する平坦面４２０を有する。冷却プレート４００は、筐体１２０の底面の理想ライン１２１よりも下側に位置している。凹部４１０の外側において冷却プレート４００に平坦面４２０を形成し、冷却プレート４００を筐体１２０の底面の理想ライン１２１よりも下側に位置させることにより、冷却プレート４００の厚みが過度に増大することを抑制し、組電池１の軽量化を図ることができる。
凹部４１０の形状は、適宜変更することが可能である。一例として、凹部４１０は円弧形状を含む。
図５は、比較例に係る冷却プレート４００Ａの形状を示す図である。図５に示すように、比較例に係る冷却プレート４００Ａは、その上面全体が平坦に形成される。したがって、電池セル１００の筐体１２０の膨出量（図５中の理想ライン１２１と変形ライン１２２と差）を伝熱部材５００の変形により吸収する必要がある。この結果、図４の例と比較して、伝熱部材５００の厚みを増大させる必要が生じる。
これに対し、本実施の形態に係る冷却プレート４００においては、筐体１２０の底面の変形ライン１２２に沿う凹部４１０が形成されているため、筐体１２０の膨出量を伝熱部材５００の変形により吸収する必要がなく、その分、伝熱部材５００を薄く形成することが可能である。この結果、電池セル１００の放熱効率を向上させるとともに、組電池１の軽量化、および組電池１の製造コストの低減を図ることができる。
凹部４１０上に伝熱部材５００を載置した状態で電池セル１００の筐体１２０が冷却プレート４００上に設置される。このとき、伝熱部材５００の位置ずれを抑制することが求められる。
筐体１２０の底面と伝熱部材５００との間に摩擦係数が相対的に小さい低摩擦層を設けてもよい。低摩擦層は、たとえばＰＥＴ樹脂層などから構成される。また、冷却プレート４００と伝熱部材５００との摩擦抵抗を増大させるための凹凸部など（グリップ部）を冷却プレート４００と伝熱部材５００との間に設けてもよい。これらの構成によって、伝熱部材５００の位置ずれを効果的に抑制することができる。
図６は、変形例に係る冷却プレート４００の形状を示す図である。図６に示すように、変形例に係る冷却プレート４００は、筐体１２０の底面の理想ライン１２１よりも上側に突出する突出部４３０を有する。伝熱部材５００は、Ｘ軸方向において突出部４３０よりも外側に達する。このようにすることで、伝熱部材５００の位置ずれを効果的に抑制することができる。
図７は、実施例に係る電池セル１００を模式的に示す図である。図７に示すように、筐体１２０の底面の理想ライン１２１は、Ｘ軸方向の中央側に位置する平面部１２１Ａと、Ｘ軸方向の両端側に位置する曲面部１２１Ｂ（Ｒ部）とを含む。伝熱部材５００は、Ｘ軸方向に平面部１２１Ａの幅Ａを有するように、すなわち、伝熱部材５００の縁端と平面部１２１Ａの縁端とが略一致するように設けられる。
一例として、Ｘ軸方向における平面部１２１Ａの幅（図７中のＡ）は１４４ｍｍであり、両端に位置する曲面部１２１Ｂの幅は各々２ｍｍである。また、筐体１２０の底面の膨出量（図７中のＨ）は、０．５ｍｍ程度である。変形ライン１２２は、幅Ａと膨出量Ｈとから決定される円弧形状を有する。平面部１２１Ａの幅（Ａ）は、たとえば１４０ｍｍ以上１４６ｍｍ以下程度の範囲内において、適宜変更される。このとき、膨出量（Ｈ）は、たとえば０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下程度である。
伝熱部材５００の幅が広いほど、電池セル１００からの放熱量を大きくすることができる。他方、伝熱部材５００の幅を過度に広くすることは、組電池１の軽量化および組電池１の製造コストの低減を阻害し得る。
筐体１２０に収容された電極体１３０からの熱は、筐体１２０の底面から放出される。電極体１３０は、筐体１２０のＸ軸方向の幅全体にわたって設けられるが、電極体１３０と筐体１２０の底面とが安定して接触するのは、曲面部１２１Ｂを除いた平面部１２１Ａの範囲である。本実施例においては、伝熱部材５００の縁端と平面部１２１Ａの縁端とが略一致するように伝熱部材５００が設けられるため、伝熱部材５００幅を過度に広くすることなく、放熱効率を効果的に向上させることができる。
以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 組電池、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、１２１ 理想ライン、１２１Ａ 平面部、１２１Ｂ 曲面部、１２２ 変形ライン、１３０ 電極体、２００ エンドプレート、２１０ 段差部、３００ 拘束部材、４００，４００Ａ 冷却プレート、４１０ 凹部、４２０ 平坦面、４３０ 突出部、５００ 伝熱部材。
Claims (9)
- 底面を有する略直方体形状のケースを各々含み、第１方向に沿って積層された複数の蓄電セルと、
前記複数の蓄電セルにおける前記ケースの前記底面に対向して設けられた冷却プレートと、
前記ケースの前記底面と前記冷却プレートとの間に設けられた伝熱部材を備え、前記冷却プレートは、前記第１方向に直交する第２方向において、前記ケースの前記底面の変形に沿う凹部を有する、蓄電装置。 - 前記第２方向において、前記冷却プレートの前記凹部の縁端と前記伝熱部材の縁端とが略一致する、請求項１に記載の蓄電装置。
- 前記ケースが変形していない状態において、前記底面は、前記第２方向の中央側に位置する平面部と、前記第２方向の両端側に位置する曲面部とを含み、
前記第２方向において、前記平面部の縁端と前記伝熱部材の縁端とが略一致する、請求項１または請求項２に記載の蓄電装置。 - 前記第２方向において前記凹部の外側に位置する前記冷却プレートが平坦面を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
- 前記冷却プレートは、前記ケースの前記底面の理想ラインよりも下側に位置する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電装置。
- 前記冷却プレートは、前記第２方向における前記冷却プレートの両端に設けられ、前記ケースの前記底面の理想ラインよりも上側に突出する突出部を有し、前記伝熱部材は、前記第２方向において前記突出部よりも外側に達する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電装置。
- 前記第２方向において、前記凹部は円弧形状を含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蓄電装置。
- 前記ケースの前記底面と前記伝熱部材との間に設けられ、摩擦係数が相対的に小さい低摩擦層をさらに備えた、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の蓄電装置。
- 前記冷却プレートと前記伝熱部材との間に設けられ、前記冷却プレートと前記伝熱部材との摩擦抵抗を増大させるグリップ部をさらに備えた、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の蓄電装置。
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