特開2016-225166(P2016-225166A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-225166(P2016-225166A)
(43)【公開日】2016年12月28日
(54)【発明の名称】蓄電装置モジュール
(51)【国際特許分類】
   H01M 10/613 20140101AFI20161205BHJP
   H01M 2/10 20060101ALI20161205BHJP
   H01M 10/647 20140101ALI20161205BHJP
   H01M 10/6566 20140101ALI20161205BHJP
   H01M 10/6557 20140101ALI20161205BHJP
   H01M 10/6555 20140101ALI20161205BHJP
   H01G 11/10 20130101ALI20161205BHJP
   H01G 11/18 20130101ALI20161205BHJP
   H01G 11/78 20130101ALI20161205BHJP
   H01G 2/06 20060101ALN20161205BHJP
【FI】
   H01M10/613
   H01M2/10 E
   H01M10/647
   H01M10/6566
   H01M10/6557
   H01M10/6555
   H01G11/10
   H01G11/18
   H01G11/78
   H01G1/035 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2015-111249(P2015-111249)
(22)【出願日】2015年6月1日
(71)【出願人】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124062
【弁理士】
【氏名又は名称】三上 敬史
(74)【代理人】
【識別番号】100148013
【弁理士】
【氏名又は名称】中山 浩光
(72)【発明者】
【氏名】石黒 文彦
(72)【発明者】
【氏名】加藤 崇行
(72)【発明者】
【氏名】植田 浩生
【テーマコード(参考)】
5E078
5H031
5H040
【Fターム(参考)】
5E078AA09
5E078AA10
5E078AB01
5E078HA22
5E078JA02
5H031AA09
5H031CC01
5H031EE04
5H031HH08
5H031KK08
5H040AA28
5H040AS01
5H040AS06
5H040AS07
5H040AT02
5H040AT06
5H040AY05
5H040AY10
5H040CC15
5H040CC20
5H040CC34
5H040JJ03
5H040JJ06
5H040LL06
5H040NN01
5H040NN03
(57)【要約】
【課題】蓄電装置の放熱性を確保しつつ、蓄電装置の所定領域に過剰な拘束荷重が付加されるのを抑制することができる蓄電装置モジュールを提供する。
【解決手段】電池モジュールは、セルホルダ5によって保持された電池を複数配列してなる配列体と、配列体に対して電池の配列方向に拘束荷重を付加するエンドプレートと、を備える。セルホルダ5は、背板51と、背板51の一方面51aに突設され、冷却空気Aの流路Sを形成すると共に電池の膨張時の荷重を支える複数の第1リブ52及び複数の第2リブ53とを有する。第1リブ52は、背板51の周縁部に沿って配列されている。第2リブ53は、背板51の周縁部よりも内側において第1リブ52に対して背板51の一方面51aのZ方向にオフセットするように配列されている。第2リブ53の断面積は、第1リブ52の断面積よりも小さい。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
蓄電装置ホルダによって保持された蓄電装置を複数配列してなる配列体と、
前記配列体に対して前記蓄電装置の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材と、を備え、
前記蓄電装置ホルダは、背板と、前記背板の一方面に突設され、冷却空気の流路を形成すると共に前記蓄電装置の膨張時の荷重を支える複数の第1リブ及び複数の第2リブとを有し、
前記第1リブは、前記背板の周縁部に沿って配列されており、
前記第2リブは、前記背板の前記周縁部よりも内側において前記第1リブに対して前記背板の一方面の第1方向にオフセットするように配列されており、
前記第2リブの断面積は、前記第1リブの断面積よりも小さい、蓄電装置モジュール。
【請求項2】
前記第2リブの幅は、前記第1リブの幅よりも狭い、請求項1記載の蓄電装置モジュール。
【請求項3】
前記第2リブの長さは、前記第1リブの長さよりも短い、請求項1又は2記載の蓄電装置モジュール。
【請求項4】
前記第1方向における前記第2リブ間のピッチは、前記第1方向に垂直な第2方向の一方側に向かうに連れて狭くなっており、
前記第1方向における前記第2リブの配列数は、前記第2方向の前記一方側に向かうに連れて増えている、請求項1〜3のいずれか一項記載の蓄電装置モジュール。
【請求項5】
前記第2リブの長さは、前記第2方向の前記一方側に向かうに連れて短くなっている、請求項4記載の蓄電装置モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蓄電装置モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
従来の蓄電装置モジュールとして、複数の隔壁のそれぞれに支持される複数の単位電池を配列し、締結板で挟み込んで拘束荷重を付加する構成を備える二次電池モジュールが知られている(例えば特許文献1参照)。このような単位電池は、ケースの内部に陽極、陰極及びセパレータからなる電極群を挿入して構成されている。また、隔壁は、板状のベースと、当該ベースに形成されると共に単位電池と接する複数の突起と、から主に構成されている。これらの突起間に形成される空間には、過充電等によって発熱した二次電池を冷却するための空気が流れている。これにより、単位電池の放熱性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2006−12847号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述したような二次電池モジュール(蓄電装置モジュール)では、単位電池(蓄電装置)の膨張時において、複数の突起を介して、蓄電装置の電極群付近に過剰な拘束荷重が付加される場合がある。この場合、蓄電装置に何らかの不具合が生じるおそれがある。このため、蓄電装置の放熱性を確保しつつ、蓄電装置の所定領域に過剰な拘束荷重が付加されるのを抑制することが求められている。
【0005】
本発明は、蓄電装置の放熱性を確保しつつ、蓄電装置の所定領域に過剰な拘束荷重が付加されるのを抑制することができる蓄電装置モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の蓄電装置モジュールは、蓄電装置ホルダによって保持された蓄電装置を複数配列してなる配列体と、配列体に対して蓄電装置の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材と、を備え、蓄電装置ホルダは、背板と、背板の一方面に突設され、冷却空気の流路を形成すると共に蓄電装置の膨張時の荷重を支える複数の第1リブ及び複数の第2リブとを有し、第1リブは、背板の周縁部に沿って配列されており、第2リブは、背板の周縁部よりも内側において第1リブに対して背板の一方面の第1方向にオフセットするように配列されており、第2リブの断面積は、第1リブの断面積よりも小さい。
【0007】
この蓄電装置モジュールでは、第1リブは、背板の周縁部に沿って配列されており、第2リブは、背板の周縁部よりも内側において第1リブに対して背板の一方面の第1方向にオフセットするように配列されている。これにより、背板の周縁部に配列された第1リブ間に流入した冷却空気は、背板における周縁部の内側に到達したときに、第1方向にオフセットされた第2リブによって分岐される。このとき、当該冷却空気が撹拌されるため、蓄電装置の放熱性を確保することができる。また、第2リブの断面積は、第1リブの断面積よりも小さい。これにより、背板の周縁部で蓄電装置に対する拘束荷重を確保する一方で、背板の周縁部の内側における剛性を低下させることができる。この結果、蓄電装置の所定領域に過剰な拘束荷重が付与されるのを抑制することができる。
【0008】
本発明の蓄電装置モジュールでは、第2リブの幅は、第1リブの幅よりも狭くてもよい。冷却空気の撹拌効果に対する第2リブの幅の依存性は低いので、第2リブの幅が第1リブの幅よりも狭い場合であっても、冷却空気の撹拌効果を維持することができる。したがって、蓄電装置の放熱性を確保しつつ、背板の周縁部の内側における剛性を一層低下させることができる。
【0009】
本発明の蓄電装置モジュールでは、第2リブの長さは、第1リブの長さよりも短くてもよい。冷却空気の撹拌効果に対する第2リブの長さの依存性は低いので、第2リブの長さが第1リブの長さよりも短い場合であっても、冷却空気の撹拌効果を維持することができる。したがって、蓄電装置の放熱性を確保しつつ、背板の周縁部の内側における剛性を一層低下させることができる。
【0010】
本発明の蓄電装置モジュールでは、第1方向における第2リブ間のピッチは、第1方向に垂直な第2方向の一方側に向かうに連れて狭くなっており、第1方向における第2リブの配列数は、第2方向の一方側に向かうに連れて増えていてもよい。一般的に、第2方向の一方側に向かって流れる冷却空気は、第2方向の一方側に向かうに連れて蓄電装置との熱交換によって放熱性が低下する。しかしながら、このような第2リブを有する蓄電装置モジュールでは、第2方向の一方側に向かうに連れて撹拌が促進されるので、放熱性を維持することができる。
【0011】
本発明の蓄電装置モジュールでは、第2リブの長さは、第2方向の一方側に向かうに連れて短くなっていてもよい。これにより、第2方向の一方側に向かうに連れて撹拌を促進させる構成において、第2方向の位置に依存することなく、背板の周縁部の内側における剛性を一層低下させることできる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、蓄電装置の放熱性を確保しつつ、蓄電装置の所定領域に過剰な拘束荷重が付加されるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本実施形態に係る蓄電装置モジュールとしての電池モジュールを示す概略図である。
図2図1のセルホルダを示す斜視図である。
図3図1の電池モジュールの変形例の背壁部を示す図である。
図4図1の電池モジュールの別の変形例の背壁部を示す図である。
図5図1の電池モジュールの更に別の変形例の背壁部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【0015】
図1は、蓄電装置モジュールの一実施形態として電池モジュールを示す概略図である。同図に示されるように、電池モジュール(蓄電装置モジュール)1は、配列体2と、配列体2に対して拘束荷重を付加するエンドプレート(拘束部材)3,3と、配列体2とエンドプレート3との間に介在する弾性体4と、を備えて構成されている。
【0016】
配列体2は、複数(ここでは7体)の電池(蓄電装置)10と、各電池10をそれぞれ保持する複数(ここでは7体)のセルホルダ(蓄電装置ホルダ)5と、を有している。配列体2は、セルホルダ5によって保持された電池10を複数配列してなる。
【0017】
電池10は、ケース11と、ケース11内に収容された電極組立体12と、を備えている。
【0018】
ケース11は、略直方体状を呈している。より具体的には、ケース11は、互いに対向する正面11a及び背面11bと、互いに対向する1対の側面11c,11cと、互いに対向する頂面11d及び底面11eとを有している。
【0019】
電極組立体12は、例えば、正極と、負極と、正極と負極との間に配置された袋状のセパレータとによって構成されている。電極組立体12は、セパレータ内に正極が収容された状態で、正極と負極とがセパレータを介して電池10の配列方向(以下、X方向)に沿って交互に積層されている。ケース11の内部には、例えば有機溶媒系または非水系の電解液が注入されている。ケース11の頂面11dには、正極端子(不図示)と負極端子(不図示)とが互いに離間して配置されている。
【0020】
セルホルダ5は、ケース11の周囲に配置されている。セルホルダ5は、例えばポリプロピレンといった樹脂材料によって一体成型されている。セルホルダ5の構成については、後述する。
【0021】
エンドプレート3は、配列体2に対してX方向に拘束荷重を付加する。エンドプレート3は、例えば金属製の板状部材である。一方のエンドプレート3は、X方向における配列体2の一端側に配置され、他方のエンドプレート3は、X方向における配列体2の他端側に弾性体4を介して配置されている。エンドプレート3,3の外縁部分には、複数のボルト6が挿通される。各ボルト6の先端にエンドプレート3の外側からナット7が螺合されることで、電池10及び弾性体4がエンドプレート3,3により挟持されてユニット化されると共に、エンドプレート3,3により拘束荷重が付加される。
【0022】
弾性体4は、電池10に膨張が生じた場合等に、拘束荷重による電池10及びエンドプレート3の破損を防止する目的で用いられる部材である。弾性体4は、例えばウレタン製のゴムスポンジによって矩形の板状に形成され、X方向の一端側の電池10とエンドプレート3との間に配置されている。弾性体4の形成材料としては、例えばエチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム、シリコンゴム等が挙げられる。
【0023】
続いて、セルホルダ5について詳細に説明する。
【0024】
セルホルダ5は、図2に示されるように、互いに対向する底壁部20及び頂壁部30と、互いに対向する1対の側壁部40,40と、背壁部50と、を備えている。セルホルダ5は、底壁部20、頂壁部30、及び側壁部40,40が背壁部50を取り囲むように構成されている。
【0025】
底壁部20は、ケース11の底面11e(図1参照)と対向する位置に配置されている。底壁部20には、電池10が載置される。より具体的には、底壁部20は、ケース11の底面11eと対向する矩形板状の底板21と、底板21の両端部からケース11の反対側に向かって突出する1対の脚部22,22と、を有している。脚部22,22には、上述したボルト6が挿通される貫通孔22aが設けられている。
【0026】
側壁部40,40は、ケース11の側面11c,11c(図1参照)のそれぞれと対向する位置に設けられている。側壁部40,40は、矩形板状を呈しており、底壁部20の端部にそれぞれ接続されている。側壁部40,40には、X方向の一端を切り欠くように矩形状の開口部41,41が形成されている。開口部41,41は、冷却空気Aの出入口となっている。
【0027】
頂壁部30は、ケース11の頂面11d(図1参照)と対向する位置に設けられている。頂壁部30は、1対の端子収容部31,31と、1対の柱部32,32と、を有している。側壁部40,40の対向方向(以下、Y方向)における端子収容部31,31の外側端部は、側壁部40,40の上端部と接続されている。端子収容部31,31の切り欠き部分には、電池10の正極端子及び負極端子がそれぞれ位置する。柱部32,32は、Y方向における端子収容部31,31の内側端部と接続されている。柱部32,32には、上述したボルト6が挿通される貫通孔32a,32aが設けられている。
【0028】
背壁部50は、電池10(ケース11)の背面11b(図1参照)と対向する位置に設けられている。より具体的には、背壁部50は、矩形板状の背板51と、背板51の一方面51aに突設されている複数(ここでは10個)の第1リブ52及び複数(ここでは8個)の第2リブ53と、を有している。第1リブ52及び第2リブ53は、冷却空気Aの流路Sを形成すると共に、電池10の膨張時の荷重を支える。
【0029】
続いて、図3を用いて、第1リブ52及び第2リブ53の形状及び配置について、より詳細に説明をする。なお、説明の便宜上、第1リブ52及び第2リブ53は、配列数を省略しているが、実際には、更に多くの第1リブ52及び第2リブ53が配列されていてもよい。
【0030】
複数の第1リブ52は、背板51の周縁部に沿って配列されている。ここで、背板51の周縁部とは、背板51の周縁よりも内側に位置する矩形環状の領域をいう。周縁部は、電池10における電極組立体12の周囲の領域と対向している。なお、電極組立体12の周囲の領域には、電極組立体12の一部が含まれてもよい。第1リブ52は、Y方向及び底壁部20と頂壁部30との対向方向(以下、Z方向)のそれぞれに沿って配列されている。第1リブ52は、Y方向に沿って互いに等ピッチで配列されている。第1リブ52は、Z方向に沿って互いに同ピッチで配列されている。
【0031】
第1リブ52は、平面視で矩形状を呈している。第1リブ52は、長さL1及び幅W1で構成されている。第1リブ52は、第1リブ52の長さ方向がY方向と平行で且つ第1リブ52の幅方向がZ方向と平行となるように位置している。
【0032】
複数の第2リブ53は、背板51の周縁部よりも内側の矩形領域に配列されている。この矩形領域は、電池10における電極組立体12と対向している。第2リブ53は、当該矩形領域において、千鳥状に配列されている。第2リブ53は、Y方向に沿って互いに等ピッチで配列されている。第2リブ53は、Z方向に沿って互いに同ピッチで配列されている。
【0033】
第2リブ53は、平面視で矩形状を呈している。第2リブ53は、長さL2及び幅W2で構成されている。第2リブ53は、第2リブ53の長さ方向がY方向と平行で且つ第2リブ53の幅方向がZ方向と平行となるように配列されている。
【0034】
第2リブ53は、第1リブ52に対して背板51の一方面51aのZ方向(第1方向)に、オフセットするように配列されている。すなわち、第2リブ53は、Z方向に隣り合う第1リブ52の間(好ましくは中間)に位置している。同様に、第2リブ53は、第1リブ52に対して背板51の一方面51aのY方向(第2方向)に、オフセットするように配列されている。このため、第2リブ53は、Y方向に隣り合う第1リブ52の間(好ましくは中間)に位置している。なお、矩形領域の中央部に位置する第2リブ53は、第1リブ52に対してオフセットされていない。
【0035】
第2リブ53の幅W2は、第1リブ52の幅W1と同程度である。その一方で、第2リブ53の長さL2は、第1リブ52の長さL1よりも短くなっている。したがって、第2リブ53の断面積(背板51の一方面51aと平行な断面における断面積)は、第1リブ52の断面積(背板51の一方面51aと平行な断面における断面積)よりも小さくなっている。加えて、背板51の一方面51aに突設された第2リブ53すべての断面積の合計値は、背板51の一方面51aに突設された第1リブ52すべての断面積の合計値よりも小さくなっている。
【0036】
このような第1リブ52及び第2リブ53が、ケース11の背面11bに当接することで、電池10の背面11bと背板51の一方面51aとの間に冷却空気Aが流れる流路Sが形成される。冷却空気Aは、側壁部40の一方の開口部41から流入し、流路Sを介して、他方の開口部41から流出する。
【0037】
より具体的には、図2及び図3に示されるように、まず、冷却空気Aは、一方の開口部41側に位置する第1リブ52,52間を通過する。続いて、冷却空気Aは、第1リブ52間に位置する第2リブ53によって分岐される。このとき、冷却空気Aは、当該第2リブ53によって撹拌される。続いて、冷却空気Aは、更に下流側に配置された第2リブ53によって分岐されると共に撹拌されながら、他方の開口部41側に位置する第1リブ52,52間を通過する。
【0038】
以上説明したように、電池モジュール1では、第1リブ52は、背板51の周縁部に沿って配列されている。第2リブ53は、背板51の周縁部よりも内側において第1リブ52に対して背板51の一方面51aのX方向にオフセットするように配列されている。これにより、背板51の周縁部に配列された第1リブ52,52間に流入した冷却空気Aは、背板51における周縁部の内側に到達したときに、Z方向にオフセットされた第2リブ53によって分岐される。このとき、冷却空気Aが撹拌されるため、電池10の放熱性を確保することができる。また、第2リブ53の断面積は、第1リブ52の断面積よりも小さい。これにより、背板51の周縁部で電池10に対する拘束荷重を確保する一方で、背板51の周縁部の内側における剛性を低下させることができる。この結果、電池10の所定領域(電極組立体12が位置する領域)に過剰な拘束荷重が付与されるのを抑制することができる。
【0039】
また、第2リブ53の長さL2は、第1リブ52の長さL1よりも短い。冷却空気Aの撹拌効果に対する第2リブ53の長さの依存性は低いので、第2リブ53の長さが第1リブ52の長さよりも短い場合であっても、冷却空気Aの撹拌効果を維持することができる。したがって、電池10の放熱性を確保しつつ、背板51の周縁部の内側における剛性を一層低下させることができる。
【0040】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。
【0041】
上記実施形態では、第2リブ53の幅W2は、第1リブ52の幅W1と同程度としたが、図4に示されるように、第2リブ53の幅W2は、第1リブ52の幅W1よりも狭くてもよい。冷却空気Aの撹拌効果に対する第2リブ53の幅の依存性は低いので、第2リブ53の幅が第1リブ52の幅よりも狭い場合であっても、冷却空気Aの撹拌効果を維持することができる。したがって、電池10の放熱性を確保しつつ、背板51の周縁部の内側における剛性を一層低下させることができる。
【0042】
また、上記実施形態では、第2リブ53は、Z方向に沿って互いに同ピッチで配列されているが、図5に示されるように、Z方向における第2リブ53間のピッチは、Z方向に垂直なY方向の一方側(図3の右側)に向かうに連れて狭くなっており、Z方向における第2リブ53の配列数は、Y方向の一方側(図3の右側)に向かうに連れて増えていてもよい。
【0043】
より具体的には、第2リブ53は、冷却空気Aの上流側に最も近い第2リブ53間のピッチをP1、冷却空気Aの下流側に最も近い第2リブ間のピッチをP3、それらの中間に位置する第2リブ53間のピッチをP2としたときに、P1>P2>P3、の関係が成り立つように配列されていてもよい。
【0044】
一般的に、Y方向の一方側に向かって流れる冷却空気Aは、Y方向の一方側に向かうに連れて電池10との熱交換によって放熱性が低下する。しかしながら、このような第2リブ53を有する電池モジュール1では、Y方向の一方側に向かうに連れて撹拌が促進されるので、放熱性を維持することができる。
【0045】
この変形例において、第2リブ53の長さは、Y方向の一方側に向かうに連れて短くなっていてもよい。より具体的には、第2リブ53は、冷却空気Aの上流側に最も近い第2リブ53の長さをL2、冷却空気Aの下流側に最も近い第2リブ53の長さをL4、それらの中間に位置する第2リブ53の長さをL3としたときに、L2>L3>L4、の関係が成り立つように構成されていてもよい。
【0046】
本変形例の構成において、Y方向の一方側に向かうに連れて、第2リブ53の配列数が増える分、背板51の剛性も上がり得る。しかしながら、上記のような第2リブ53の長さとすることで、Y方向の位置に依存することなく、背板51の周縁部の内側における剛性を一層低下させることできる。
【0047】
また、上記実施形態では、各第1リブ52及び各第2リブ53は、平面視で矩形状を呈しているが、円形状、多角形状等を呈していてもよい。すなわち、第2リブ53の断面積が、第1リブ52の断面積よりも小さければよい。また、第1リブ52及び第2リブ53のそれぞれにおける配列も同ピッチである必要はなく、第1リブ52は背板51の周縁部において、第2リブ53は背板51の周縁部よりも内側において、設計条件等に応じて配列を適宜変更してもよい。
【0048】
また、上記実施形態では、エンドプレート3,3同士をボルト6及びナット7で締結して配列体2及び弾性体4に拘束荷重を付加しているが、エンドプレート3,3同士を拘束バンド(金属プレート等)で連結し、拘束バンドの両端部をエンドプレート3,3にそれぞれボルト等で締結して配列体2及び弾性体4に拘束荷重を付加してもよい。
【0049】
また、上記実施形態では、蓄電装置がリチウムイオン二次電池等の二次電池であるが、本発明は、特にそのような二次電池には限られず、例えば電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタ等の蓄電装置を備えた蓄電装置モジュールにも適用可能である。
【符号の説明】
【0050】
1…電池モジュール(蓄電装置モジュール)、2…配列体、3…エンドプレート(拘束部材)、5…セルホルダ(蓄電装置ホルダ)、10…電池(蓄電装置)、51…背板、51a…一方面、52…第1リブ、53…第2リブ、A…冷却空気、S…流路。
図1
図2
図3
図4
図5