WO2013124889A1 - 蓄電装置 - Google Patents

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WO2013124889A1
WO2013124889A1 PCT/JP2012/001162 JP2012001162W WO2013124889A1 WO 2013124889 A1 WO2013124889 A1 WO 2013124889A1 JP 2012001162 W JP2012001162 W JP 2012001162W WO 2013124889 A1 WO2013124889 A1 WO 2013124889A1
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region
power storage
positive electrode
protrusion
negative electrode
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PCT/JP2012/001162
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圭一郎 小林
平 齋藤
石井　勝
神谷　正人
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トヨタ自動車株式会社
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a power storage device including a mechanism that applies a binding force to a plurality of power storage elements arranged side by side in one direction.
  • Some battery stacks are made up of multiple cells arranged in one direction.
  • a restraining force is applied to the plurality of single cells by using a restraining mechanism.
  • the binding force is a force for sandwiching the plurality of unit cells in the arrangement direction of the plurality of unit cells.
  • a partition plate is arranged at a position adjacent to the unit cell, and a partition plate is brought into contact with the unit cell by bringing a protrusion provided on the partition plate into contact with the unit cell. To give the cell a binding force.
  • a space for moving a heat exchange medium used for temperature adjustment of the unit cell is formed between the unit cell and the partition plate by using the protrusion.
  • a binding force When applying a binding force to the unit cell, it is desirable to apply the binding force evenly to the surface of the unit cell that receives the binding force.
  • a power generation element that charges and discharges is accommodated inside the unit cell, and in a configuration in which a binding force is simultaneously applied to a plurality of unit cells, the power generation element in the plurality of unit cells is equally restrained. It is necessary to give power. Specifically, it is necessary to apply an equal restraining force to the reaction region where charge and discharge are performed among the power generation elements.
  • the unit cells when the unit cells are arranged, the unit cells may be displaced.
  • the power generation elements (reaction regions) in the plurality of single cells apply a restraining force only to regions where they overlap each other in the arrangement direction of the single cells. Thereby, the restraining force added to all the reaction areas can be equalized.
  • the binding force is applied only to the region where the reaction regions overlap each other, the binding force is applied only to a part of the unit cell, and the binding force is applied to the entire surface of the unit cell that receives the binding force. It becomes impossible to do.
  • the power storage device includes a plurality of power storage elements arranged side by side in a predetermined direction and a restraint plate disposed between two power storage elements adjacent in the predetermined direction.
  • the power storage element includes a power generation element that charges and discharges and a case that houses the power generation element.
  • the restraint plate has a protrusion, and the protrusion gives a restraining force to the power storage element and forms a space between the power storage element.
  • the power generation element has a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate. Moreover, the power generation element includes a reaction region in which a chemical reaction associated with charge / discharge is performed.
  • the plurality of protrusions include a first protrusion that contacts the first region of the case and a second protrusion that contacts the second region of the case. The first region of the case faces the reaction region, and the second region of the case faces the region other than the reaction region in the power generation element.
  • the present invention it is possible to apply a restraining force only to the reaction region by using the first protrusion.
  • the restraining force applied to the reaction region can be equalized in the plurality of power storage elements.
  • a restraining force can be applied to the entire case including the first region and the second region, and the restraining force is applied only to a part of the case (first region). Can be suppressed.
  • the first region can be a region facing reaction regions in a plurality of power storage elements that overlap each other in a predetermined direction.
  • the second region can be a region that does not face all the reaction regions in the plurality of power storage elements.
  • the positive electrode plate can be composed of a positive electrode current collector plate and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector plate
  • the negative electrode plate is composed of a negative electrode current collector plate and a negative electrode current collector plate formed on the negative electrode current collector plate. It can be composed of a material layer.
  • a separator can be made wider than the width
  • the second protrusion can apply a binding force to the end of the separator via the case.
  • the separator may shrink due to heat generated by the power generation element accompanying charging / discharging.
  • the shrinkage of the separator can be suppressed by applying a restraining force to the end of the separator using the second protrusion.
  • At least one first protrusion can be arranged along the end of the first region.
  • region can be utilized effectively and a 1st projection part can be arrange
  • at least 1 2nd projection part can be arrange
  • a 2nd protrusion part can be arrange
  • a power generation element can be configured by winding a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator around a predetermined axis. At least one of the first protrusion and the second protrusion can extend in a direction orthogonal to the direction in which the predetermined axis extends in a plane including the first region and the second region. In the plane including the first region and the second region, the length of the case in the direction in which the predetermined axis extends can be longer than the length of the case in the direction orthogonal to the predetermined axis.
  • a pair of end plates and a connecting member can be used as a structure for applying a binding force to the storage element.
  • the pair of end plates can be arranged at a position sandwiching the plurality of power storage elements in a predetermined direction.
  • the connecting member can be extended in a predetermined direction and fixed to the pair of end plates. Accordingly, the pair of end plates can be displaced in a direction approaching each other, and a binding force can be applied to the storage element.
  • the space formed by the protrusions of the restraint plate can be used as a passage through which the heat exchange medium used for adjusting the temperature of the electricity storage element moves.
  • a cooling heat exchange medium can be used, and when the power storage element is cold, a heating heat exchange medium can be used.
  • the temperature of the power storage element can be maintained within a predetermined temperature range, and the input / output performance of the power storage element can be prevented from being deteriorated.
  • FIG. 1 is an external view of a battery stack according to this embodiment.
  • an X axis, a Y axis, and a Z axis are orthogonal to each other.
  • an axis corresponding to the vertical direction is a Z axis.
  • the relationship between the X axis, the Y axis, and the Z axis is the same in other drawings.
  • the battery stack 1 shown in FIG. 1 can be mounted on a vehicle, for example.
  • Vehicles include hybrid cars and electric cars.
  • the electric energy output from the battery stack 1 can be converted into kinetic energy, and the vehicle can be driven using this kinetic energy.
  • the battery stack 1 When the battery stack 1 is mounted on a vehicle, the battery stack 1 can be accommodated in a stack case.
  • the battery stack 1 has a plurality of single cells (corresponding to power storage elements) 10, and the plurality of single cells 10 are arranged in the X direction.
  • the number of the single cells 10 can be appropriately set based on the required output of the battery stack 1 and the like.
  • a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery can be used.
  • An electric double layer capacitor (capacitor) can be used instead of the secondary battery.
  • the cell 10 has a battery case 11, and the battery case 11 can be formed of metal, for example.
  • the unit cell 10 is a so-called rectangular unit cell 10.
  • the battery case 11 has a shape along a rectangular parallelepiped.
  • the length of the battery case 11 in the Y direction is longer than the length of the battery case 11 in the Z direction.
  • the battery case 11 By configuring the battery case 11 in this way, it is possible to increase the size of the unit cell 10 (a power generation element 15 described later) while suppressing the height (length in the Z direction) of the unit cell 10. By suppressing the height of the unit cell 10, the battery stack 1 can be easily mounted on the vehicle. Moreover, it becomes easy to expand the size of a lid 11b described later, and it becomes easy to attach components (a valve 12, a positive electrode terminal 13, and a negative electrode terminal 14 described later) to the lid 11b.
  • the battery case 11 houses a power generation element 15.
  • the battery case 11 has a case body 11a and a lid 11b.
  • the case main body 11a has an opening for incorporating the power generation element 15, and the lid 11b closes the opening of the case main body 11a.
  • the inside of the battery case 11 is hermetically sealed.
  • the lid 11b and the case main body 11a can be fixed by welding, for example.
  • the valve 12 is provided on the lid 11b.
  • the valve 12 is used to discharge gas to the outside of the battery case 11 when gas is generated inside the battery case 11. Specifically, when the internal pressure of the battery case 11 reaches the operating pressure of the valve 12 as the gas is generated, the valve 12 is discharged from the battery case 11 by changing from a closed state to an open state.
  • the positive terminal 13 and the negative terminal 14 are fixed to the lid 11b.
  • the positive electrode terminal 13 is connected to the power generation element 15 via the positive electrode tab 16a
  • the negative electrode terminal 14 is connected to the power generation element 15 via the negative electrode tab 16b.
  • the positive electrode terminal 13 passes through the lid 11 b, and the positive electrode terminal 13 has a portion protruding to the outside of the battery case 11 and a portion protruding to the inside of the battery case 11.
  • the negative electrode terminal 14 penetrates the lid 11 b, and the negative electrode terminal 14 has a portion protruding to the outside of the battery case 11 and a portion protruding to the inside of the battery case 11.
  • FIG. 4 is a development view of the power generation element 15.
  • the power generation element 15 includes a positive electrode plate 151, a negative electrode plate 152, and a separator 153.
  • the positive electrode plate 151 includes a positive electrode current collector plate 151a and a positive electrode active material layer 151b formed on the surface of the positive electrode current collector plate 151a.
  • the positive electrode active material layer 151b includes a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like.
  • the positive electrode active material layer 151b is formed in a partial region of the positive electrode current collector plate 151a, and the remaining region of the positive electrode current collector plate 151a is exposed.
  • a coating apparatus such as a die coater or a gravure coater, the positive electrode active material layer 151b can be formed on the surface of the positive electrode current collector plate 151a.
  • the negative electrode plate 152 includes a negative electrode current collector plate 152a and a negative electrode active material layer 152b formed on the surface of the negative electrode current collector plate 152a.
  • the negative electrode active material layer 152b includes a negative electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like.
  • the negative electrode active material layer 152b is formed in a partial region of the negative electrode current collector plate 152a, and the remaining region of the negative electrode current collector plate 152a is exposed.
  • a coating apparatus such as a die coater or a gravure coater, the negative electrode active material layer 152b can be formed on the surface of the negative electrode current collector plate 152a.
  • the positive electrode active material layer 151b, the negative electrode active material layer 152b, and the separator 153 are impregnated with an electrolytic solution.
  • the positive electrode plate 151, the negative electrode plate 152, and the separator 153 are stacked, and this stacked body is wound in the direction indicated by the arrow R in FIG.
  • the laminate is wound around the axis AXL extending in the Y direction while being tensioned.
  • the part where the laminated body finishes winding can be fixed using, for example, a tape.
  • the laminated body wound around the axis AXL is deformed into a shape along the battery case 11 so as to be accommodated in the battery case 11.
  • FIG. 5 only the positive electrode current collecting plate 151a is wound at one end of the power generation element 15 in the Y direction.
  • a positive electrode tab 16a (see FIG. 3) is fixed to the positive electrode current collecting plate 151a.
  • one end of the positive electrode tab 16a is connected to the positive electrode terminal 13, and the other end of the positive electrode tab 16a is connected to the power generation element 15 (positive electrode current collecting plate 151a).
  • the positive electrode terminal 13 and the positive electrode tab 16a can be integrally formed.
  • the negative electrode current collector plate 152a is wound at the other end of the power generation element 15 in the Y direction, and the negative electrode tab 16b (see FIG. 3) is fixed to the negative electrode current collector plate 152a.
  • one end of the negative electrode tab 16b is connected to the negative electrode terminal 14, and the other end of the negative electrode tab 16b is connected to the power generation element 15 (negative electrode current collector plate 152a).
  • the negative electrode terminal 14 and the negative electrode tab 16b can also be formed integrally.
  • FIG. 3 and FIG. 5 is a region where the positive electrode active material layer 151b and the negative electrode active material layer 152b face each other with the separator 153 interposed therebetween.
  • a chemical reaction is performed when charging / discharging the single cell 10 (power generation element 15).
  • the single cell 10 power generation element 15
  • the lithium ion secondary battery as the unit cell 10 is charged, lithium ions and electrons are released from the positive electrode active material layer 151b, and the negative electrode active material layer 152b absorbs lithium ions and electrons.
  • a reaction opposite to the above-described reaction is performed in the positive electrode active material layer 151b and the negative electrode active material layer 152b.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the positional relationship between the positive electrode plate 151, the negative electrode plate 152, and the separator 153.
  • the reaction region Ar is a region where the positive electrode active material layer 151b and the negative electrode active material layer 152b overlap each other with the separator 153 interposed therebetween.
  • the width of the reaction region Ar in the Y direction is W A.
  • the length of the Y direction with respect to (width), since the positive electrode active material layer 151b is made shortest, the width W A of the reaction region Ar corresponds to the width of the positive electrode active material layer 151b.
  • W B is the length of the negative electrode active material layer 152b in the Y-direction (width), the width W B, wider than the width W A.
  • W C is the length of the separator 153 in the Y direction (width), the width W C is wider than the width W B. Width W C of the separator 153, since wider than the width W B of the width W A and the negative electrode active material layer 152b of the positive electrode active material layer 151b, both ends of the separator 153 in the Y direction, the positive electrode active material layer 151b and the negative electrode active Projecting from the material layer 152b.
  • the width W C of the separator 153 by greater than the width W B of the width W A and the negative electrode active material layer 152b of the positive electrode active material layer 151b, between the positive electrode active material layer 151b and the negative electrode active material layer 152b In addition, a separator 153 can always be interposed. Thereby, it can prevent that the positive electrode active material layer 151b and the negative electrode active material layer 152b contact directly.
  • the reaction region Ar is defined by the positive electrode active material layer 151b, but is not limited thereto. That is, when the width W B of the negative electrode active material layer 152b is narrower than the width W A of the positive electrode active material layer 151b, the reaction area Ar is defined by the negative electrode active material layer 152b. That is, the width of the reaction region Ar is, a width W B of the negative electrode active material layer 152b.
  • the plurality of single cells 10 arranged side by side in the X direction are electrically connected in series. Specifically, the positive terminal 13 of the unit cell 10 and the negative terminal 14 of another unit cell 10 are electrically connected by a bus bar.
  • a plurality of single cells 10 can be electrically connected in parallel by devising the shape of the bus bar.
  • bus bar modules 20 are used to electrically connect a plurality of single cells 10.
  • Each bus bar module 20 includes a plurality of bus bars and a resin plate that supports the plurality of bus bars. By using the bus bar module 20, a plurality of bus bars can be easily connected to the plurality of single cells 10 (the positive terminal 13 and the negative terminal 14).
  • a pair of end plates 31 are disposed at both ends of the battery stack 1 in the X direction. That is, the pair of end plates 31 sandwich the plurality of unit cells 10 in the X direction.
  • a band (corresponding to a connecting member) 32 extends in the X direction, and both ends of the band 32 are fixed to a pair of end plates 31. Fixing portions 32 a provided at both ends of the band 32 are fixed to the end plate 31. As a fixing method of the end plate 31 and the fixing part 32a, for example, there is fastening using a bolt.
  • the band 32 can be formed of metal, for example.
  • two bands 32 are arranged on the upper surface of the battery stack 1.
  • two bands 32 are also disposed on the lower surface of the battery stack 1.
  • a binding force can be applied to the plurality of single cells 10 constituting the battery stack 1.
  • the binding force is a force that sandwiches the plurality of single cells 10 in the X direction.
  • expansion of the unit cell 10 can be suppressed.
  • the unit cell 10 since the power generation element 15 repeatedly expands and contracts due to charging and discharging, the unit cell 10 (the power generation element 15) is turned on by applying a binding force to the unit cell 10. It can suppress that output performance falls.
  • the two bands 32 are arranged on the upper surface of the battery stack 1 and the two bands 32 are arranged on the lower surface of the battery stack 1, but this is not restrictive.
  • the number of the bands 32 arranged on the upper surface and the lower surface of the battery stack 1 can be set as appropriate. That is, it suffices if a binding force can be applied to the unit cell 10 by fixing the band 32 to the pair of end plates 31. Further, a structure in which the pair of end plates 31 are displaced in a direction approaching each other without using the band 32 may be used. Even in this case, a binding force can be applied to the unit cell 10.
  • a constraining plate 40 is disposed between two unit cells 10 adjacent in the X direction.
  • the restraint plate 40 can be formed of an insulating material such as resin, for example.
  • the constraining plate 40 made of an insulating material two unit cells 10 adjacent in the X direction can be in an insulated state.
  • FIG. 7 is a view when the restraint plate 40 is viewed from the X direction, in other words, a view (front view) of the restraint plate 40 viewed from the unit cell 10 side.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along the line Z1-Z1 of FIG.
  • the restraining plate 40 has a plurality of first protrusions 41 and two second protrusions 42.
  • the first protrusion 41 and the second protrusion 42 are provided on the same plane (YZ plane) of the restraint plate 40 and protrude in the X direction.
  • the plane of the constraining plate 40 provided with the first protrusion 41 and the second protrusion 42 faces the unit cell 10 in the X direction.
  • the first protrusion 41 and the second protrusion 42 extend in the Z direction.
  • the first protrusion 41 and the second protrusion 42 extend in a direction (Z direction) perpendicular to the direction (Y direction) in which the axis AXL (see FIG. 5) of the power generation element 15 extends in the YZ plane. ing.
  • the plurality of first protrusions 41 are arranged in the Y direction.
  • the two second protrusions 42 are arranged at positions sandwiching the plurality of first protrusions 41 in the Y direction.
  • the second protrusion 42 is located on the outer edge side of the restraint plate 40 with respect to the first protrusion 41 in the Y direction.
  • the number of the 1st projection parts 41 can be set suitably.
  • interval of the two 1st projection parts 41 adjacent in a Y direction can also be set suitably.
  • the first protrusion 41 and the second protrusion 42 are formed only on one surface of the restraint plate 40 in the X direction, and the other surface of the restraint plate 40 is a flat surface. It is configured. In other words, in the configuration in which the restraint plate 40 is sandwiched between the two unit cells 10 (configuration shown in FIG. 8), only the first protrusion 41 and the second projection 41 are provided only on the surface of the restraint plate 40 facing the one unit cell 10. A protrusion 42 is formed.
  • the first protrusion 41 and the second protrusion 42 are not formed on the surface of the restraining plate 40 facing the other unit cell 10.
  • the 1st projection part 41 and the 2nd projection part 42 can also be formed in the surface of the restraint board 40 facing the other unit cell 10.
  • a space S (see FIG. 7) is formed between the restraint plate 40 and the unit cell 10 by the tips of the first projection unit 41 and the second projection unit 42 coming into contact with the unit cell 10 (battery case 11). Is done.
  • the space S is formed between two first protrusions 41 adjacent in the Y direction.
  • the space S is a space in which air (corresponding to a heat exchange medium) for adjusting the temperature of the unit cell 10 moves.
  • air for adjusting the temperature of the unit cell 10 can also flow through the space formed between the first protrusion 41 and the second protrusion 42 adjacent in the Y direction.
  • the temperature rise of the unit cell 10 can be suppressed by introducing cooling air to the space S. Further, when the unit cell 10 is excessively cooled, the temperature drop of the unit cell 10 can be suppressed by introducing the heating air to the space S. By maintaining the temperature of the unit cell 10 within a desired temperature range, it is possible to suppress deterioration of the input / output characteristics of the unit cell 10.
  • the temperature adjusting air travels in the Z direction along the first protrusion 41.
  • the length of the battery case 11 in the Z direction is shorter than the length of the battery case 11 in the Y direction. For this reason, it is preferable to flow the temperature adjusting air along the Z direction rather than flowing the temperature adjusting air along the Y direction.
  • the air When supplying air for temperature adjustment from the upper surface of the battery stack 1, the air travels from the upper part of the restraining plate 40 toward the lower part. When air is moving through the space S, heat exchange is performed between the air and the unit cell 10, and the temperature of the unit cell 10 can be adjusted. The air after temperature adjustment is discharged from the lower surface of the battery stack 1. On the other hand, when the temperature adjusting air is supplied from the lower surface of the battery stack 1, the air travels from the lower part to the upper part of the restraining plate 40. The air after temperature adjustment is discharged from the upper surface of the battery stack 1.
  • air is used to adjust the temperature of the unit cell 10, but the present invention is not limited to this. That is, a gas other than air or a liquid can be used.
  • a liquid it is preferable to use an insulating liquid. Further, when liquid is used, it is necessary to keep the liquid movement path sealed.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the positions of the first protrusion 41 and the second protrusion 42 with respect to the power generation element 15.
  • the outer surface of the power generation element 15 is covered with a separator 153, and the positive current collector 151 a and the negative current collector 152 a are exposed at both ends of the power generation element 15 in the Y direction.
  • the first projecting portion 41 and the second projecting portion 42 are disposed at a position shown in FIG.
  • the plurality of first protrusions 41 are disposed in the first region A1 and are used to apply a binding force to the reaction region Ar of the power generation element 15.
  • the two first protrusions 41 are arranged along the end of the first region A1.
  • the tip of the first protrusion 41 comes into contact with a region of the battery case 11 corresponding to the first region A1.
  • the 2nd projection part 42 is arranged in the 2nd field A2.
  • the second protrusion 42 is disposed along the end of the second region A ⁇ b> 2 and is disposed along the end of the separator 153.
  • the tip of the second protrusion 42 comes into contact with a region corresponding to the second region A2 in the battery case 11.
  • the region of the battery case 11 corresponding to the first region A1 and the second region A2 is located on the same plane (YZ plane).
  • the position of the unit cells 10 may vary when the battery stack 1 is manufactured. Specifically, the unit cell 10 may be displaced in the Y direction. If the position of the unit cell 10 varies, the position of the reaction region Ar of the power generation element 15 also varies as shown in FIG.
  • the first region A1 is set in consideration of the variation in the position of the reaction region Ar. That is, as shown in FIG. 10, a region where all reaction regions Ar overlap each other is defined as a first region A1.
  • the first region A1 is a region where all the reaction regions Ar overlap each other when the battery stack 1 is viewed from the X direction.
  • the width of the first region A1 shown in FIG. 10 corresponds to the length in the Y direction.
  • the first region A1 can be determined if the maximum displacement amount Dmax when the displacement of the reaction region Ar occurs by performing an experiment or the like in advance.
  • the positional deviation of the reaction region Ar the deviation of the reaction region Ar in the Y direction (left-right direction in FIG. 10) can be considered.
  • the shift amount Dmax can be determined based on the reaction region Ar (second column) shifted to the leftmost side in FIG. 10 and the reaction region Ar (third column) shifted to the rightmost side in FIG.
  • the positional shift of the reaction region Ar due to the positional shift of the unit cell 10 is considered, but the present invention is not limited to this. That is, the displacement of the reaction region Ar may occur due to other factors.
  • the position of the positive electrode active material layer 151b with respect to the positive electrode current collector plate 151a may be shifted depending on the characteristics of the coating apparatus.
  • the reaction region Ar is defined by the positive electrode active material layer 151b, the reaction region Ar is also shifted due to the displacement of the position of the positive electrode active material layer 151b with respect to the positive electrode current collector plate 151a.
  • the negative electrode active material layer 152b is formed on the surface of the negative electrode current collector plate 152a, the position of the negative electrode active material layer 152b with respect to the negative electrode current collector plate 152a may be shifted depending on the characteristics of the coating apparatus. .
  • the power generation element 15 is configured by laminating the positive electrode plate 151, the negative electrode plate 152, and the separator 153, and winding this laminate. For this reason, when laminating
  • reaction region Ar If the positive electrode active material layer 151b (reaction region Ar) is displaced during the production of the unit cell 10, the reaction region Ar is not displaced even when the plurality of unit cells 10 are arranged without displacement when the battery stack 1 is assembled. , It will shift.
  • the deviation of the reaction area Ar described above occurs when the battery stack 1 is assembled or when the unit cell 10 is manufactured, but it is difficult to eliminate the deviation of the reaction area Ar at all. Therefore, as the unit cell 10 used in the battery stack 1, only those having the deviation of the reaction region Ar within an allowable range are used.
  • the first protrusion 41 by arranging the first protrusion 41 in the first region A1, it is possible to apply an equal binding force to the reaction region Ar in all the unit cells 10 (power generation elements 15). As shown in FIG. 10, since the first region A1 overlaps with all the reaction regions Ar, by arranging the first protrusions 41 in the first regions A1, the first protrusions 41 move from the first protrusions 41 to the reaction regions Ar. The transmitted restraint load can be equalized. Thereby, in all the single cells 10, a constraint condition can be made equal and input / output performance can be equalized.
  • the binding force applied to the reaction region Ar there may be variations in the binding force applied to the reaction region Ar. That is, when the first protrusion 41 is disposed in a region outside the first region A1, a reaction region Ar that receives the restraining force from the first protrusion 41 and a reaction region Ar that does not receive the restraining force are generated. End up. For example, in FIG. 10, when the first protrusion 41 is arranged in a region that is out of the first region A1, the binding force from the first protrusion 41 is one of the reaction regions Ar in the second row and the third row. Only given to one side.
  • a binding force is applied only to a part of the unit cell 10 (battery case 11).
  • the region other than the first region A1 in the battery case 11 is easily deformed. That is, since the surface of the battery case 11 that receives the restraining force includes not only the first region A1 but also other regions, when the restraining force is applied only to the first region A1, the other regions are deformed.
  • the restraining load transmitted from the first protrusion 41 to the power generation element 15 is reduced by the amount by which the battery case 11 is deformed.
  • the second protrusion 42 is provided in the second region A2.
  • the first protrusion 41 and the second protrusion 42 are not provided in the region located between the first region A1 and the second region A2.
  • the second region A2 is a region that does not overlap the reaction region Ar in consideration of the shift of the reaction region Ar.
  • the second region A2 is located outside the reaction region Ar (second row and third row) having the largest deviation.
  • a binding force can be applied to the second region A2 of the battery case 11 as well.
  • a restraining force can be given with respect to the whole surface of the battery case 11 which receives a restraining force, and an equal restraining force can be given with respect to the whole battery case 11.
  • FIG. Accordingly, a part of the battery case 11 is not deformed, and it is possible to suppress the restraint load from being lowered due to the deformation of the battery case 11.
  • the second region A2 is located away from the reaction region Ar, even if the second protrusion 42 is provided in the second region A2, the binding force from the second protrusion 42 is applied to the reaction region Ar. Can be suppressed. That is, only the restraining force from the first protrusion 41 is applied to the reaction region Ar, and the restraining force acting on all the reaction regions Ar remains equal.
  • the separator 153 may contract due to this heat. If a binding force is not applied to the end of the separator 153, the end of the separator 153 is displaced by contraction of the separator 153 as shown in FIGS. Specifically, the end portions 153a and 153b of the separator 153 are displaced inward.
  • the separator 153 since the separator 153 is wound in a tensioned state, the separator 153 is easily deformed in the direction indicated by the arrow D1 in FIG. 12, but is not easily deformed in the direction indicated by the arrow D2.
  • the end portion 151c (see FIG. 11) of the positive electrode plate 151 may face the negative electrode plate 152 without the separator 153 interposed therebetween. Further, when the end portion 153b of the separator 153 is deformed as shown in FIGS. 11 and 12, the end portion 152c (see FIG. 11) of the negative electrode plate 152 may face the positive electrode plate 151 without the separator 153 interposed therebetween. is there.
  • the end portions 153a and 153b of the separator 153 are located away from the reaction region Ar. Therefore, by arranging the second protrusion 42 in the second region A2 away from the reaction region Ar, By using the second protrusion 42, it is possible to apply a restraining force to the end portions 153a and 153b of the separator 153. And it can suppress that edge part 153a, 153b deform
  • the second protrusion 42 may not overlap with the end portions (153 a, 153 b) of the separator 153.
  • the second protrusion 42 extends in the Z direction, but the present invention is not limited to this. That is, the 2nd protrusion part 42 should just be arrange
  • the length of the second protrusion 42 in the Z direction can be made shorter than the length of the second protrusion 42 shown in FIG.
  • the central portion in the Z direction is most easily deformed.
  • the second protrusions 42 can be provided only at positions where the end portions 153a and 153b are easily deformed.
  • the length of the second protrusion 42 in the Z direction can be made shorter than the length of the second protrusion 42 shown in FIG.
  • the first protrusion 41 is disposed over the entire first region A1, but the present invention is not limited to this.
  • the 1st projection part 41 should just be arrange
  • the first protrusion 41 can be disposed only at the end of the first region A1 in the Y direction.
  • the second protrusions 42 are arranged in each of the two second regions A2 shown in FIGS. 9 and 10, but the present invention is not limited to this. Specifically, the second protrusion 42 can be disposed only in one of the two second regions A2. Even in this case, it is possible to apply a restraining force to the end portion of the separator 153 by the second protrusion 42, and it is possible to suppress the end portion of the separator 153 from being deformed.
  • the power generation element 15 is configured by winding a laminate of the positive electrode plate 151, the negative electrode plate 152, and the separator 153, but is not limited thereto. Specifically, the power generation element 15 can be configured by simply stacking the positive electrode plate 151, the negative electrode plate 152, and the separator 153. Even in such a power generation element 15, the first region A1 and the second region A2 can be defined as in the present embodiment. And the 1st projection part 41 can be arranged in the 1st field A1, and the 2nd projection part 42 can be arranged in the 2nd field A2.
  • the first protrusion 41 and the second protrusion 42 extend in the Z direction, but the shapes of the first protrusion 41 and the second protrusion 42 are limited to this. It is not a thing. That is, it is only necessary that the first protrusion 41 is disposed in the first area A1 and the second protrusion 42 is disposed in the second area A2.
  • a first protrusion 41 and a second protrusion 42 can be provided.
  • a plurality of first protrusions 41 are arranged side by side in the Z direction and the Y direction in the first region A1.
  • a plurality of second protrusions 42 are arranged in the Z direction.
  • the number of the first protrusions 41 and the second protrusions 42 arranged side by side in the Z direction can be set as appropriate.
  • the number of first protrusions 41 arranged side by side in the Y direction can be set as appropriate.
  • a plurality of first protrusions 41 are arranged in the Y direction in the first region A1. Moreover, the row
  • two second protrusions 41 are arranged side by side in the Z direction, and a row (two rows) including the two second protrusions 41 arranged in the Z direction is Z It is displaced in the direction.
  • the first protrusion 41 and the second protrusion 42 can be formed in the shapes shown in FIGS. 15A to 15C.
  • 15A to 15C show the outer shape of one first protrusion 41 (or second protrusion 42).
  • the 1st projection part 41 (or 2nd projection part 42) is formed along the rectangular parallelepiped.
  • the 1st projection part 41 (or 2nd projection part 42) is formed along the cylinder.
  • the 1st projection part 41 (or 2nd projection part 42) is formed along the truncated cone.
  • the protrusions extending in the Y direction are provided on the restraining plate 40, it is not necessary to consider the shift of the reaction region Ar described above. As shown in FIG. 10, even if the reaction region Ar is displaced in the Y direction, an equal restraining force can be applied to all the reaction regions Ar by using the protrusions extending in the Y direction.
  • the protrusion extending in the Y direction is located in both the first region A1 and the second region A2.
  • the shapes of the first protrusion 41 and the second protrusion 42 are not limited to the shapes shown in FIGS. 15A to 15C. That is, the 1st protrusion part 41 and the 2nd protrusion part 42 should just protrude in the X direction.

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Abstract

【課題】各反応領域に与えられる拘束力を均等にしつつ、蓄電素子の全体に対して均等な拘束力を与える。 【解決手段】蓄電装置は、所定方向に並んで配置される複数の蓄電素子と、所定方向で隣り合う２つの蓄電素子の間に配置される拘束板とを有する。蓄電素子は、充放電を行う発電要素と、発電要素を収容するケースとを有する。拘束板は、突起部を有しており、突起部は、蓄電素子に対して拘束力を与えるとともに、蓄電素子との間にスペースを形成する。発電要素は、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されるセパレータとを有する。また、発電要素は、充放電に伴う化学反応が行われる反応領域を含んでいる。複数の突起部は、ケースの第１領域と接触する第１突起部と、ケースの第２領域と接触する第２突起部と、を有する。ケースの第１領域は、反応領域と対向しており、ケースの第２領域は、発電要素のうち、反応領域以外の領域と対向している。

Description

蓄電装置
　本発明は、一方向に並んで配置された複数の蓄電素子に対して拘束力を与える機構を備えた蓄電装置に関する。
　複数の単電池を一方向に並べることにより、電池スタックを構成しているものがある。また、拘束機構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。拘束力は、複数の単電池の配列方向において、複数の単電池を挟む力である。
　具体的には、特許文献１に記載されているように、単電池と隣り合う位置に仕切り板を配置しており、仕切り板に設けられた突起部を単電池と接触させることにより、仕切り板から単電池に拘束力を与えている。ここで、突起部を用いることにより、単電池および仕切り板の間に、単電池の温度調節に用いられる熱交換媒体を移動させるスペースを形成している。
特開２０１０－０９７６９３号公報
　単電池に拘束力を与える場合には、拘束力を受ける単電池の面に対して、均等に拘束力を与えることが望ましい。ここで、単電池の内部には、充放電を行う発電要素が収容されており、複数の単電池に対して同時に拘束力を与える構成では、複数の単電池における発電要素に対して均等な拘束力を与える必要がある。具体的には、発電要素のうち、充放電を行う反応領域に対して均等な拘束力を与える必要がある。
　単電池には、製造バラツキが発生したり、複数の単電池を並べるときには、単電池の位置がずれたりすることがある。製造バラツキや位置ずれを考慮すると、複数の単電池における発電要素（反応領域）が、単電池の配列方向において互いに重なる領域だけに拘束力を与えることが好ましい。これにより、すべての反応領域に加わる拘束力を均等化することができる。
　しかし、反応領域が互いに重なる領域だけに拘束力を与えてしまうと、単電池の一部だけに拘束力が加わることになり、拘束力を受ける単電池の面の全体に対して拘束力を与えることができなくなってしまう。単電池の入出力性能などを維持する上では、単電池の一部ではなく、単電池の全体に拘束力を与えることが好ましい。
　本発明である蓄電装置は、所定方向に並んで配置される複数の蓄電素子と、所定方向で隣り合う２つの蓄電素子の間に配置される拘束板とを有する。蓄電素子は、充放電を行う発電要素と、発電要素を収容するケースとを有する。拘束板は、突起部を有しており、突起部は、蓄電素子に対して拘束力を与えるとともに、蓄電素子との間にスペースを形成する。
　発電要素は、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されるセパレータとを有する。また、発電要素は、充放電に伴う化学反応が行われる反応領域を含んでいる。複数の突起部は、ケースの第１領域と接触する第１突起部と、ケースの第２領域と接触する第２突起部と、を有する。ケースの第１領域は、反応領域と対向しており、ケースの第２領域は、発電要素のうち、反応領域以外の領域と対向している。
　本発明によれば、第１突起部を用いることにより、反応領域だけに拘束力を与えることができる。反応領域だけに拘束力を与えることにより、複数の蓄電素子において、反応領域に加わる拘束力を均等化することができる。また、第２突起部を用いることにより、第１領域および第２領域を含むケースの全体に対して拘束力を与えることができ、ケースの一部（第１領域）だけに拘束力が加わるのを抑制することができる。
　第１領域としては、複数の蓄電素子における反応領域が所定方向で互いに重なる領域と対向する領域とすることができる。また、第２領域としては、複数の蓄電素子における、すべての反応領域と対向していない領域とすることができる。
　正極板は、正極集電板と、正極集電板に形成された正極活物質層とで構成することができ、負極板は、負極集電板と、負極集電板に形成された負極活物質層とで構成することができる。ここで、セパレータは、正極活物質層および負極活物質層の幅よりも広くすることができる。これにより、セパレータが正極活物質層や負極活物質層に対してずれても、正極活物質層および負極活物質層の間に、セパレータを介在させることができる。
　第２突起部は、ケースを介して、セパレータの端部に拘束力を与えることができる。セパレータは、充放電に伴う発電要素の発熱などによって、収縮するおそれがある。ここで、第２突起部を用いて、セパレータの端部に拘束力を与えておくことにより、セパレータの収縮を抑制することができる。
　複数の第１突起部を拘束板に設ける場合には、少なくとも１つの第１突起部を、第１領域の端に沿って配置することができる。これにより、第１領域を有効活用して、第１突起部を配置することができる。また、複数の第２突起部を拘束板に設ける場合には、少なくとも１つの第２突起部を、第２領域の端に沿って配置することができる。これにより、第２領域を有効活用して、第２突起部を配置することができる。
　正極板、負極板およびセパレータを所定軸の周りで巻くことによって、発電要素を構成することができる。第１突起部および第２突起部の少なくとも一方は、第１領域および第２領域を含む平面内において、所定軸が延びる方向と直交する方向に延ばすことができる。第１領域および第２領域を含む平面内において、所定軸が延びる方向におけるケースの長さは、所定軸と直交する方向におけるケースの長さよりも長くすることができる。
　蓄電素子に拘束力を与える構造としては、一対のエンドプレートと、連結部材とを用いることができる。一対のエンドプレートは、所定方向において、複数の蓄電素子を挟む位置に配置することができる。また、連結部材は、所定方向に延ばして、一対のエンドプレートに固定することができる。これにより、一対のエンドプレートを互いに近づく方向に変位させることができ、蓄電素子に対して拘束力を与えることができる。
　拘束板の突起部によって形成されるスペースは、蓄電素子の温度調節に用いられる熱交換媒体が移動する通路として用いることができる。蓄電素子が発熱しているときには、冷却用の熱交換媒体を用い、蓄電素子が冷えているときには、加温用の熱交換媒体を用いることができる。これにより、蓄電素子の温度を所定の温度範囲内に維持することができ、蓄電素子の入出力性能が低下してしまう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。 単電池の外観図である。 単電池の内部構造を示す図である。 発電要素の展開図である。 発電要素の外観図である。 発電要素の反応領域を説明する図である。 拘束板の正面図である。 拘束板の側面図である。 発電要素に対する第１突起部および第２突起部の位置を説明する図である。 第１突起部および第２突起部を配置する領域を説明する図である。 セパレータの収縮を説明する図である。 セパレータの収縮を説明する図である。 第１変形例である拘束板の正面図である。 第２変形例である拘束板の正面図である。 第１突起部および第２突起部の外観図である。 第１変形例において、第１突起部および第２突起部の外観図である。 第２変形例において、第１突起部および第２突起部の外観図である。
　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である電池スタック（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、本実施例である電池スタックの外観図である。図１において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸であり、本実施例では、鉛直方向に相当する軸をＺ軸としている。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面でも同様である。
　図１に示す電池スタック１は、例えば、車両に搭載することができる。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。このような車両では、電池スタック１から出力された電気エネルギを運動エネルギに変換し、この運動エネルギを用いて車両を走行させることができる。電池スタック１を車両に搭載するとき、電池スタック１をスタックケースに収容することができる。
　電池スタック１は、複数の単電池（蓄電素子に相当する）１０を有しており、複数の単電池１０は、Ｘ方向において並んでいる。単電池１０の数は、電池スタック１の要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。単電池１０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）を用いることができる。
　図２に示すように、単電池１０は、電池ケース１１を有しており、電池ケース１１は、例えば、金属で形成することができる。単電池１０は、いわゆる角型の単電池１０であり、角型の単電池１０では、電池ケース１１が、直方体に沿った形状を有している。本実施例において、Ｙ方向における電池ケース１１の長さは、Ｚ方向における電池ケース１１の長さよりも長くなっている。
　このように電池ケース１１を構成することにより、単電池１０の高さ（Ｚ方向の長さ）を抑えつつ、単電池１０（後述する発電要素１５）を大型化することができる。単電池１０の高さを抑えることにより、電池スタック１を車両に搭載しやすくなる。また、後述する蓋１１ｂのサイズを広げやすくなり、蓋１１ｂに部品（後述する弁１２、正極端子１３および負極端子１４）を取り付けやすくなる。
　図３に示すように、電池ケース１１は、発電要素１５を収容している。電池ケース１１は、ケース本体１１ａおよび蓋１１ｂを有する。ケース本体１１ａは、発電要素１５を組み込むための開口部を有しており、蓋１１ｂは、ケース本体１１ａの開口部を塞いでいる。これにより、電池ケース１１の内部は、密閉状態となる。蓋１１ｂおよびケース本体１１ａは、例えば、溶接によって固定することができる。
　図２に示すように、弁１２は、蓋１１ｂに設けられている。弁１２は、電池ケース１１の内部でガスが発生したときに、電池ケース１１の外部にガスを排出するために用いられる。具体的には、ガスの発生に伴って電池ケース１１の内圧が弁１２の作動圧に到達すると、弁１２は、閉じ状態から開き状態に変化することにより、電池ケース１１の外部にガスを排出させる。
　正極端子１３および負極端子１４は、蓋１１ｂに固定されている。正極端子１３は、正極タブ１６ａを介して、発電要素１５と接続されており、負極端子１４は、負極タブ１６ｂを介して、発電要素１５と接続されている。正極端子１３は、蓋１１ｂを貫通しており、正極端子１３は、電池ケース１１の外側に突出した部分と、電池ケース１１の内側に突出した部分とを有する。負極端子１４は、蓋１１ｂを貫通しており、負極端子１４は、電池ケース１１の外側に突出した部分と、電池ケース１１の内側に突出した部分とを有する。
　図４は、発電要素１５の展開図である。発電要素１５は、正極板１５１と、負極板１５２と、セパレータ１５３とを有する。正極板１５１は、正極集電板１５１ａと、正極集電板１５１ａの表面に形成された正極活物質層１５１ｂとを有する。正極活物質層１５１ｂは、正極活物質、導電剤、バインダーなどを含んでいる。正極活物質層１５１ｂは、正極集電板１５１ａの一部の領域に形成されており、正極集電板１５１ａの残りの領域は露出している。ダイコーターやグラビアコーターなどの塗工装置を用いることにより、正極集電板１５１ａの表面に正極活物質層１５１ｂを形成することができる。
　負極板１５２は、負極集電板１５２ａと、負極集電板１５２ａの表面に形成された負極活物質層１５２ｂとを有する。負極活物質層１５２ｂは、負極活物質、導電剤、バインダーなどを含んでいる。負極活物質層１５２ｂは、負極集電板１５２ａの一部の領域に形成されており、負極集電板１５２ａの残りの領域は露出している。ダイコーターやグラビアコーターなどの塗工装置を用いることにより、負極集電板１５２ａの表面に負極活物質層１５２ｂを形成することができる。正極活物質層１５１ｂ、負極活物質層１５２ｂおよびセパレータ１５３には、電解液がしみ込んでいる。
　図４に示す順番で、正極板１５１、負極板１５２およびセパレータ１５３を積層し、この積層体を図５の矢印Ｒで示す方向に巻くことにより、発電要素１５が構成される。ここで、積層体は、Ｙ方向に延びる軸ＡＸＬの周りにおいて、テンションを与えられながら巻かれる。積層体の巻き終わる部分は、例えば、テープを用いて固定しておくことができる。軸ＡＸＬの周りで巻かれた積層体は、電池ケース１１に収容できるように、電池ケース１１に沿った形状に変形される。
　図５において、Ｙ方向における発電要素１５の一端では、正極集電板１５１ａだけが巻かれている。この正極集電板１５１ａには、正極タブ１６ａ（図３参照）が固定される。図３に示すように、正極タブ１６ａの一端は、正極端子１３と接続され、正極タブ１６ａの他端は、発電要素１５（正極集電板１５１ａ）と接続される。ここで、正極端子１３および正極タブ１６ａを一体的に形成することもできる。
　図５において、Ｙ方向における発電要素１５の他端では、負極集電板１５２ａだけが巻かれており、負極集電板１５２ａには、負極タブ１６ｂ（図３参照）が固定される。図３に示すように、負極タブ１６ｂの一端は、負極端子１４と接続され、負極タブ１６ｂの他端は、発電要素１５（負極集電板１５２ａ）と接続される。ここで、負極端子１４および負極タブ１６ｂを一体的に形成することもできる。
　図３および図５に示す領域（反応領域という）Ａｒは、正極活物質層１５１ｂおよび負極活物質層１５２ｂが、セパレータ１５３を介して、互いに向かい合っている領域である。反応領域Ａｒでは、単電池１０（発電要素１５）の充放電を行うときに、化学反応が行われる。例えば、単電池１０としてのリチウムイオン二次電池を充電するときには、正極活物質層１５１ｂからリチウムイオンおよび電子が放出され、負極活物質層１５２ｂがリチウムイオンおよび電子を吸収する。リチウムイオン二次電池を放電するときには、正極活物質層１５１ｂおよび負極活物質層１５２ｂにおいて、上述した反応と逆の反応が行われる。
　図６は、正極板１５１、負極板１５２およびセパレータ１５３の位置関係を示す図である。反応領域Ａｒは、正極活物質層１５１ｂおよび負極活物質層１５２ｂがセパレータ１５３を挟んで互いに重なっている領域である。Ｙ方向における反応領域Ａｒの幅は、ＷＡである。本実施例では、Ｙ方向の長さ（幅）に関して、正極活物質層１５１ｂが最も短くなっているため、反応領域Ａｒの幅ＷＡは、正極活物質層１５１ｂの幅に対応している。
　図６において、ＷＢは、Ｙ方向における負極活物質層１５２ｂの長さ（幅）であり、幅ＷＢは、幅ＷＡよりも広い。ＷＣは、Ｙ方向におけるセパレータ１５３の長さ（幅）であり、幅ＷＣは、幅ＷＢよりも広い。セパレータ１５３の幅ＷＣは、正極活物質層１５１ｂの幅ＷＡや負極活物質層１５２ｂの幅ＷＢよりも広いため、Ｙ方向におけるセパレータ１５３の両端部は、正極活物質層１５１ｂや負極活物質層１５２ｂから突出している。
　このようにセパレータ１５３の幅ＷＣを、正極活物質層１５１ｂの幅ＷＡや負極活物質層１５２ｂの幅ＷＢよりも広くすることにより、正極活物質層１５１ｂおよび負極活物質層１５２ｂの間に、セパレータ１５３を必ず介在させることができる。これにより、正極活物質層１５１ｂおよび負極活物質層１５２ｂが直接、接触してしまうのを防止することができる。
　本実施例では、反応領域Ａｒが、正極活物質層１５１ｂによって規定されているが、これに限るものではない。すなわち、負極活物質層１５２ｂの幅ＷＢが正極活物質層１５１ｂの幅ＷＡよりも狭いとき、反応領域Ａｒは、負極活物質層１５２ｂによって規定される。すなわち、反応領域Ａｒの幅は、負極活物質層１５２ｂの幅ＷＢとなる。
　図１に示す電池スタック１において、Ｘ方向に並んで配置された複数の単電池１０は、電気的に直列に接続される。具体的には、単電池１０の正極端子１３と、他の単電池１０の負極端子１４とは、バスバーによって電気的に接続される。なお、バスバーの形状などを工夫することにより、複数の単電池１０を電気的に並列に接続することもできる。
　本実施例では、複数の単電池１０を電気的に接続するために、２つのバスバーモジュール２０を用いている。各バスバーモジュール２０は、複数のバスバーと、複数のバスバーを支持する樹脂プレートとを有する。バスバーモジュール２０を用いることにより、複数のバスバーを複数の単電池１０（正極端子１３および負極端子１４）に容易に接続することができる。
　Ｘ方向における電池スタック１の両端には、一対のエンドプレート３１が配置されている。すなわち、一対のエンドプレート３１は、Ｘ方向において、複数の単電池１０を挟んでいる。バンド（連結部材に相当する）３２は、Ｘ方向に延びており、バンド３２の両端は、一対のエンドプレート３１に固定される。バンド３２の両端に設けられた固定部３２ａは、エンドプレート３１に固定される。エンドプレート３１および固定部３２ａの固定方法としては、例えば、ボルトを用いた締結がある。
　バンド３２は、例えば、金属で形成することができる。本実施例では、電池スタック１の上面に、２つのバンド３２が配置されている。また、図１には示していないが、電池スタック１の下面にも、２つのバンド３２が配置されている。
　一対のエンドプレート３１にバンド３２を固定することにより、電池スタック１を構成する複数の単電池１０に対して、拘束力を与えることができる。拘束力は、Ｘ方向において複数の単電池１０を挟む力である。単電池１０に拘束力を与えることにより、例えば、単電池１０の膨張を抑制することができる。単電池１０としてのリチウムイオン二次電池では、充放電によって、発電要素１５が膨張および収縮を繰り返すため、単電池１０に拘束力を与えておくことにより、単電池１０（発電要素１５）の入出力性能が低下してしまうのを抑制することができる。
　本実施例では、電池スタック１の上面に２つのバンド３２を配置し、電池スタック１の下面に２つのバンド３２を配置しているが、これに限るものではない。電池スタック１の上面や下面に配置されるバンド３２の数は、適宜設定することができる。すなわち、一対のエンドプレート３１にバンド３２を固定することにより、単電池１０に拘束力を与えることができればよい。また、バンド３２を用いずに、一対のエンドプレート３１を互いに近づく方向に変位させる構造を用いることもできる。この場合であっても、単電池１０に拘束力を与えることができる。
　Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０の間には、拘束板４０が配置されている。拘束板４０は、例えば、樹脂といった絶縁材料で形成することができる。絶縁材料で形成された拘束板４０を用いることにより、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０を絶縁状態とすることができる。
　図７は、拘束板４０をＸ方向から見たときの図、言い換えれば、拘束板４０を単電池１０の側から見た図（正面図）である。図８は、図７のＺ１－Ｚ１断面図である。
　図７に示すように、拘束板４０は、複数の第１突起部４１と、２つの第２突起部４２とを有する。第１突起部４１および第２突起部４２は、拘束板４０の同一平面（Ｙ－Ｚ平面）に設けられており、Ｘ方向に突出している。第１突起部４１および第２突起部４２が設けられた拘束板４０の平面は、Ｘ方向において、単電池１０と対向している。
　第１突起部４１および第２突起部４２は、Ｚ方向に延びている。言い換えれば、第１突起部４１および第２突起部４２は、Ｙ－Ｚ平面において、発電要素１５の軸ＡＸＬ（図５参照）が延びる方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｚ方向）に延びている。
　複数の第１突起部４１は、Ｙ方向に並んでいる。２つの第２突起部４２は、Ｙ方向において、複数の第１突起部４１を挟む位置に配置されている。言い換えれば、Ｙ方向において、第２突起部４２は、第１突起部４１よりも拘束板４０の外縁側に位置している。第１突起部４１の数は、適宜設定することができる。また、Ｙ方向で隣り合う２つの第１突起部４１の間隔も適宜設定することができる。
　図８に示すように、第１突起部４１および第２突起部４２は、Ｘ方向における拘束板４０の一方の面だけに形成されており、拘束板４０の他方の面は、平坦な面で構成されている。言い換えれば、拘束板４０が２つの単電池１０によって挟まれた構成（図８に示す構成）において、一方の単電池１０と対向する拘束板４０の面だけに、第１突起部４１および第２突起部４２が形成されている。ここで、他方の単電池１０と対向する拘束板４０の面には、第１突起部４１および第２突起部４２が形成されていない。なお、他方の単電池１０と対向する拘束板４０の面に、第１突起部４１や第２突起部４２を形成することもできる。
　第１突起部４１および第２突起部４２の先端が、単電池１０（電池ケース１１）と接触することにより、拘束板４０および単電池１０の間には、スペースＳ（図７参照）が形成される。スペースＳは、Ｙ方向で隣り合う２つの第１突起部４１の間に形成される。スペースＳは、単電池１０の温度を調節するための空気（熱交換媒体に相当する）が移動するスペースとなる。ここで、Ｙ方向で隣り合う第１突起部４１および第２突起部４２の間に形成されたスペースにも、単電池１０の温度を調節するための空気を流すことができる。
　単電池１０が発熱しているときには、冷却用の空気をスペースＳに導くことにより、単電池１０の温度上昇を抑制することができる。また、単電池１０が過度に冷えているときには、加温用の空気をスペースＳに導くことにより、単電池１０の温度低下を抑制することができる。単電池１０の温度を所望の温度範囲内に維持することにより、単電池１０の入出力特性が劣化するのを抑制することができる。
　図７に示すように、第１突起部４１はＺ方向に延びているため、温度調節用の空気は、第１突起部４１に沿ってＺ方向に進む。ここで、Ｚ方向における電池ケース１１の長さは、Ｙ方向における電池ケース１１の長さよりも短い。このため、Ｙ方向に沿って温度調節用の空気を流すよりは、Ｚ方向に沿って温度調節用の空気を流すほうが好ましい。
　空気の流路が長くなると、下流では、上流での熱交換の影響を受けやすくなってしまい、空気の移動方向において、温度バラツキが発生してしまうおそれがある。具体的には、Ｙ方向に空気を流すときには、単電池１０のうち、Ｙ方向における位置に応じて、温度のバラツキが発生してしまうおそれがある。このため、空気の流路を短くすることにより、単電池１０の温度調節を効率良く行わせ、空気の移動方向における温度バラツキを抑制することができる。
　電池スタック１の上面から温度調節用の空気を供給するときには、この空気は、拘束板４０の上部から下部に向かって進む。空気がスペースＳを移動しているとき、空気および単電池１０の間で熱交換が行われ、単電池１０の温度を調節することができる。温度調節後の空気は、電池スタック１の下面から排出される。一方、電池スタック１の下面から温度調節用の空気を供給するときには、この空気は、拘束板４０の下部から上部に向かって進む。温度調節後の空気は、電池スタック１の上面から排出される。
　本実施例では、単電池１０の温度を調節するために、空気を用いているが、これに限るものではない。すなわち、空気以外の気体を用いたり、液体を用いたりすることができる。液体を用いる場合には、絶縁性の液体を用いることが好ましい。また、液体を用いるときには、液体の移動通路を密閉状態とする必要がある。
　次に、第１突起部４１および第２突起部４２を設ける位置について説明する。図９は、発電要素１５に対する第１突起部４１および第２突起部４２の位置を説明する図である。図９に示すように、発電要素１５の外面は、セパレータ１５３で覆われており、Ｙ方向における発電要素１５の両端には、正極集電板１５１ａおよび負極集電板１５２ａがそれぞれ露出している。電池ケース１１を省略したとき、第１突起部４１および第２突起部４２は、発電要素１５に対して、図９に示す位置に配置される。
　複数の第１突起部４１は、第１領域Ａ１に配置されており、発電要素１５の反応領域Ａｒに拘束力を与えるために用いられる。図９に示す構成において、２つの第１突起部４１は、第１領域Ａ１の端に沿って配置されている。第１突起部４１の先端は、電池ケース１１のうち、第１領域Ａ１に対応した領域に接触することになる。
　一方、第２突起部４２は、第２領域Ａ２に配置されている。図９に示す構成において、第２突起部４２は、第２領域Ａ２の端に沿って配置されているとともに、セパレータ１５３の端部に沿って配置されている。第２突起部４２の先端は、電池ケース１１のうち、第２領域Ａ２に対応した領域に接触することになる。ここで、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２に対応した電池ケース１１の領域は、同一平面（Ｙ－Ｚ平面）に位置している。
　本実施例では、複数の単電池１０がＸ方向に並んで配置されるため、電池スタック１を製造するときに、単電池１０の位置がばらつくことがある。具体的には、単電池１０がＹ方向にずれることがある。単電池１０の位置がばらつくと、図１０に示すように、発電要素１５の反応領域Ａｒの位置もばらつくことになる。
　本実施例では、反応領域Ａｒの位置のバラツキを考慮して、第１領域Ａ１を設定している。すなわち、図１０に示すように、すべての反応領域Ａｒが互いに重なる領域を、第１領域Ａ１としている。第１領域Ａ１は、電池スタック１をＸ方向からみたときに、すべての反応領域Ａｒが互いに重なる領域である。図１０に示す第１領域Ａ１の幅は、Ｙ方向の長さに相当する。
　予め実験などを行うことにより、反応領域Ａｒの位置ずれが発生したときの最大のずれ量Ｄｍａｘを特定すれば、第１領域Ａ１を決定することができる。反応領域Ａｒの位置ずれとしては、Ｙ方向（図１０の左右方向）における反応領域Ａｒのずれを考慮することができる。ずれ量Ｄｍａｘは、図１０の最も左側にずれた反応領域Ａｒ（２列目）と、図１０の最も右側にずれた反応領域Ａｒ（３列目）とに基づいて決定することができる。
　図１０に示す説明では、単電池１０の位置ずれに伴う反応領域Ａｒの位置ずれを考慮しているが、これに限るものではない。すなわち、反応領域Ａｒの位置ずれは、他の要因によっても発生することがある。
　正極集電板１５１ａの表面に正極活物質層１５１ｂを形成するときには、塗工装置の特性などに応じて、正極集電板１５１ａに対する正極活物質層１５１ｂの位置がずれることがある。本実施例では、反応領域Ａｒが正極活物質層１５１ｂによって規定されているため、正極集電板１５１ａに対する正極活物質層１５１ｂの位置がずれることにより、反応領域Ａｒもずれることになる。なお、負極集電板１５２ａの表面に負極活物質層１５２ｂを形成するときにも、塗工装置の特性などに応じて、負極集電板１５２ａに対する負極活物質層１５２ｂの位置がずれることがある。
　また、上述したように、発電要素１５は、正極板１５１、負極板１５２およびセパレータ１５３を積層して、この積層体を巻くことによって構成されている。このため、正極板１５１を積層するときや、正極板１５１を巻くときに、正極板１５１（正極活物質層１５１ｂ）がずれることがある。正極活物質層１５１ｂがずれれば、反応領域Ａｒもずれてしまう。なお、負極板１５２を積層するときや、負極板１５２を巻くときに、負極板１５２（負極活物質層１５２ｂ）がずれることもある。
　単電池１０の製造時において、正極活物質層１５１ｂ（反応領域Ａｒ）のずれが発生すると、電池スタック１を組み立てるときに、複数の単電池１０をずれることなく配置しても、反応領域Ａｒは、ずれてしまうことになる。上述した反応領域Ａｒのずれは、電池スタック１を組み立てるときや、単電池１０を製造するときに発生するが、この反応領域Ａｒのずれを全く無くすことは困難である。そこで、電池スタック１で使用される単電池１０としては、反応領域Ａｒのずれが許容範囲内にあるものだけが用いられる。
　本実施例では、第１領域Ａ１に第１突起部４１を配置することにより、すべての単電池１０（発電要素１５）における反応領域Ａｒに対して、均等な拘束力を与えることができる。図１０に示すように、第１領域Ａ１は、すべての反応領域Ａｒと重なっているため、第１領域Ａ１に第１突起部４１を配置することにより、第１突起部４１から反応領域Ａｒに伝えられる拘束荷重を均等化することができる。これにより、すべての単電池１０において、拘束条件を等しくすることができ、入出力性能を揃えることができる。
　第１領域Ａ１よりも広い領域に第１突起部４１を配置すると、反応領域Ａｒに与えられる拘束力にバラツキが発生してしまうことがある。すなわち、第１領域Ａ１から外れた領域に第１突起部４１を配置すると、この第１突起部４１からの拘束力を受ける反応領域Ａｒと、拘束力を受けない反応領域Ａｒとが発生してしまう。例えば、図１０において、第１領域Ａ１から外れた領域に第１突起部４１を配置すると、この第１突起部４１からの拘束力は、２列目および３列目の反応領域Ａｒのいずれか一方だけに与えられてしまう。
　第１領域Ａ１に第１突起部４１だけを配置すると、単電池１０（電池ケース１１）の一部だけに拘束力が加わってしまう。電池ケース１１の第１領域Ａ１だけに拘束力が加わると、電池ケース１１のうち、第１領域Ａ１を除いた領域が変形しやすくなってしまう。すなわち、拘束力を受ける電池ケース１１の面は、第１領域Ａ１だけでなく、他の領域も存在するため、第１領域Ａ１だけに拘束力が加わると、他の領域が変形してしまう。電池ケース１１が変形してしまうと、電池ケース１１を変形させる分だけ、第１突起部４１から発電要素１５に伝えられる拘束荷重が低下してしまう。
　そこで、本実施例では、図９に示すように、第２領域Ａ２に第２突起部４２を設けている。ここで、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２の間に位置する領域には、第１突起部４１や第２突起部４２は、設けられていない。第２領域Ａ２は、反応領域Ａｒのずれを考慮したうえで、反応領域Ａｒと重ならない領域としている。具体的には、図１０に示すように、第２領域Ａ２は、最もずれが大きい反応領域Ａｒ（２列目および３列目）よりも外側に位置している。
　第２領域Ａ２に第２突起部４２を配置することにより、電池ケース１１の第２領域Ａ２にも拘束力を与えることができる。これにより、拘束力を受ける電池ケース１１の面の全体に対して、拘束力を与えることができ、電池ケース１１の全体に対して均等な拘束力を与えることができる。したがって、電池ケース１１の一部が変形することもなくなり、電池ケース１１の変形によって拘束荷重が低下してしまうのを抑制することができる。
　ここで、第２領域Ａ２は、反応領域Ａｒから外れた位置にあるため、第２領域Ａ２に第２突起部４２を設けても、第２突起部４２からの拘束力が反応領域Ａｒに加わるのを抑制することができる。すなわち、第１突起部４１からの拘束力だけが反応領域Ａｒに加わることになり、すべての反応領域Ａｒに作用する拘束力は、均等のままである。
　一方、第１領域Ａ１だけに第１突起部４１を配置すると、セパレータ１５３の端部に拘束力が加わりにくくなる。すなわち、図９において、第２突起部４２と重なるセパレータ１５３の端部に拘束力が加わりにくくなる。
　単電池１０（発電要素１５）は、充放電によって発熱するため、この熱によって、セパレータ１５３が収縮してしまうことがある。セパレータ１５３の端部に拘束力が加わっていないと、図１１および図１２に示すように、セパレータ１５３の収縮によって、セパレータ１５３の端部が変位してしまう。具体的には、セパレータ１５３の端部１５３ａ，１５３ｂが内側に向かって変位してしまう。ここで、セパレータ１５３は、テンションが与えられた状態で巻かれているため、図１２の矢印Ｄ１に示す方向に変形しやすいが、矢印Ｄ２に示す方向には変形しにくい。
　セパレータ１５３の端部１５３ａが図１１および図１２に示すように変形すると、正極板１５１の端部１５１ｃ（図１１参照）がセパレータ１５３を介さずに、負極板１５２と向かい合ってしまうおそれがある。また、セパレータ１５３の端部１５３ｂが図１１および図１２に示すように変形すると、負極板１５２の端部１５２ｃ（図１１参照）がセパレータ１５３を介さずに、正極板１５１と向かい合ってしまうおそれがある。
　セパレータ１５３の端部１５３ａ，１５３ｂは、図６に示すように、反応領域Ａｒから外れた位置にあるため、反応領域Ａｒから外れた第２領域Ａ２に第２突起部４２を配置することにより、第２突起部４２を用いて、セパレータ１５３の端部１５３ａ，１５３ｂに拘束力を与えることができる。そして、セパレータ１５３の端部１５３ａ，１５３ｂに拘束力を与えることにより、端部１５３ａ，１５３ｂが図１１および図１２に示すように変形してしまうのを抑制することができる。
　ここで、第２領域Ａ２に第２突起部４２を配置しておけば、電池ケース１１を介して、セパレータ１５３の端部１５３ａ，１５３ｂに拘束力を与えることができる。したがって、第２突起部４２は、図９に示すように、セパレータ１５３の端部（１５３ａ，１５３ｂ）と重なっていなくてもよい。
　本実施例では、第２突起部４２がＺ方向に延びているが、これに限るものではない。すなわち、第２突起部４２は、第２領域Ａ２に配置されていればよい。例えば、Ｚ方向における第２突起部４２の長さを、図７に示す第２突起部４２の長さよりも短くすることができる。ここで、図１２に示すように、セパレータ１５３の端部１５３ａ，１５３ｂでは、Ｚ方向における中央部が最も変形しやすくなる。
　したがって、端部１５３ａ，１５３ｂが変形しやすい位置だけに、第２突起部４２を設けることができる。この場合には、Ｚ方向における第２突起部４２の長さを、図７に示す第２突起部４２の長さよりも短くすることができる。
　本実施例では、第１領域Ａ１の全体に、第１突起部４１を配置しているが、これに限るものではない。第１突起部４１は、第１領域Ａ１に配置されていればよく、第１領域Ａ１内における第１突起部４１の位置は、適宜設定することができる。例えば、Ｙ方向における第１領域Ａ１の端部だけに、第１突起部４１を配置することができる。
　また、本実施例では、図９および図１０に示す２つの第２領域Ａ２のそれぞれに、第２突起部４２を配置しているが、これに限るものではない。具体的には、２つの第２領域Ａ２の一方だけに、第２突起部４２を配置することもできる。この場合であっても、第２突起部４２によってセパレータ１５３の端部に拘束力を与えることができ、セパレータ１５３の端部が変形するのを抑制することができる。
　本実施例では、正極板１５１、負極板１５２およびセパレータ１５３の積層体を巻くことにより、発電要素１５を構成しているが、これに限るものではない。具体的には、正極板１５１、負極板１５２およびセパレータ１５３を積層しただけで、発電要素１５を構成することもできる。このような発電要素１５であっても、本実施例と同様に、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２を規定することができる。そして、第１領域Ａ１に第１突起部４１を配置し、第２領域Ａ２に第２突起部４２を配置することができる。
　本実施例では、図７に示すように、第１突起部４１および第２突起部４２がＺ方向に延びているが、第１突起部４１および第２突起部４２の形状は、これに限るものではない。すなわち、第１領域Ａ１に第１突起部４１が配置され、第２領域Ａ２に第２突起部４２が配置されていればよい。
　例えば、図１３や図１４に示すように、第１突起部４１および第２突起部４２を設けることができる。図１３に示す構成において、第１領域Ａ１には、複数の第１突起部４１が、Ｚ方向およびＹ方向に並んで配置されている。また、第２領域Ａ２には、複数の第２突起部４２がＺ方向に並んで配置されている。ここで、Ｚ方向に並んで配置される第１突起部４１や第２突起部４２の数は、適宜設定することができる。同様に、Ｙ方向に並んで配置される第１突起部４１の数も適宜設定することができる。
　図１４に示す構成において、第１領域Ａ１には、複数の第１突起部４１がＹ方向に並んで配置されている。また、上段側に位置する複数の第１突起部４１の列と、下段側に位置する複数の第１突起部４１の列とが、Ｙ方向にずれている。一方、第２領域Ａ２には、２つの第２突起部４１がＺ方向に並んで配置されており、Ｚ方向に並んだ２つの第２突起部４１を含む列（２つの列）が、Ｚ方向にずれている。
　図１３および図１４に示す構成において、第１突起部４１や第２突起部４２は、図１５Ａ～図１５Ｃに示す形状に形成することができる。図１５Ａ～図１５Ｃは、１つの第１突起部４１（又は第２突起部４２）の外形を示している。図１５Ａでは、第１突起部４１（又は第２突起部４２）が直方体に沿って形成されている。図１５Ｂでは、第１突起部４１（又は第２突起部４２）が円柱に沿って形成されている。図１５Ｃでは、第１突起部４１（又は第２突起部４２）が円錐台に沿って形成されている。
　ここで、Ｙ方向に延びる突起部を拘束板４０に設ける場合には、上述した反応領域Ａｒのずれを考慮する必要がなくなる。図１０に示すように、反応領域ＡｒがＹ方向にずれたとしても、Ｙ方向に延びる突起部を用いることにより、すべての反応領域Ａｒに対して均等な拘束力を与えることができる。Ｙ方向に延びる突起部は、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２の両方に位置することになる。本発明では、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２のそれぞれに対して、突起部（第１突起部４１および第２突起部４２）を設ける場合において、好適に使用される。
　なお、第１突起部４１および第２突起部４２の形状は、図１５Ａ～図１５Ｃに示す形状に限るものではない。すなわち、第１突起部４１および第２突起部４２は、Ｘ方向に突出していればよい。

Claims (12)

  1. 　充放電を行う発電要素と、前記発電要素を収容するケースとをそれぞれ有し、所定方向に並んで配置される複数の蓄電素子と、
    　前記蓄電素子に対して拘束力を与えるとともに、前記蓄電素子との間にスペースを形成する複数の突起部を有し、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る拘束板と、を備え、
    　前記発電要素は、正極板と、負極板と、前記正極板および前記負極板の間に配置されるセパレータとを有するとともに、充放電に伴う化学反応が行われる反応領域を含んでおり、
    　前記複数の突起部は、
    　前記反応領域と対向する前記ケースの第１領域と接触する第１突起部と、
    　前記反応領域以外の前記発電要素の領域と対向する前記ケースの第２領域と接触する第２突起部と、を有する、
    ことを特徴とする蓄電装置。
  2. 　前記第１領域は、前記複数の蓄電素子における前記反応領域が前記所定方向で互いに重なる領域と対向し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２領域は、前記複数の蓄電素子における、すべての前記反応領域と対向していないことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
  4. 　前記正極板は、正極集電板と、前記正極集電板に形成された正極活物質層と、を有し、
    　前記負極板は、負極集電板と、前記負極集電板に形成された負極活物質層と、を有し、
    　前記セパレータは、前記正極活物質層および前記負極活物質層の幅よりも広い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突起部は、前記ケースを介して、前記セパレータの端部に拘束力を与えることを特徴とする請求項４に記載の蓄電装置。
  6. 　前記第１突起部を複数有しており、
    　前記複数の第１突起部のうち、少なくとも１つの前記第１突起部は、前記第１領域の端に沿って配置されてい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。
  7. 　前記第２突起部を複数有しており、
    　前記複数の第２突起部のうち、少なくとも１つの前記第２突起部は、前記第２領域の端に沿って配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  8. 　前記発電要素は、前記正極板、前記負極板および前記セパレータが所定軸の周りで巻かれることによって構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  9. 　前記第１突起部および前記第２突起部の少なくとも一方は、前記第１領域および前記第２領域を含む平面内において、前記所定軸が延びる方向と直交する方向に延びていることを特徴とする請求項８に記載の蓄電装置。
  10. 　前記第１領域および前記第２領域を含む平面内において、前記所定軸が延びる方向における前記ケースの長さは、前記所定軸と直交する方向における前記ケースの長さよりも長いことを特徴とする請求項８又は９に記載の蓄電装置。
  11. 　前記所定方向において、前記複数の蓄電素子を挟む位置に配置された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る連結部材と、
    を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  12. 　前記スペースは、前記蓄電素子の温度調節に用いられる熱交換媒体が移動する通路であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の蓄電装置。
     
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