(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0008】
次に図面を参照して好適な実施形態について説明する。
[1]第1実施形態
図1は、実施形態の電池ユニットの説明図である。
図1(a)は、電池ユニットの平面一部断面図、
図1(b)は、電池ユニットのA−A断面矢視図、
図1(c)は、電池ユニットの側面図である。
【0009】
図1においては、理解の容易のため、二つの電池セルを積層して電池装置(組電池装置)として電池ユニットを構成した場合を例として説明する。
電池ユニット10は、ステンレス製(例えば、SUS−304製)の外装部材11と、外装部材11内に収納された一対の電池セル12A、12Bと、電池セル12A、12Bを外装部材11内に固定保持するための発泡樹脂固定部材13C1、13C2、13C3、13S1、13S2と、を備えている。
【0010】
上記構成において、外装部材11は、板金溶接により形成された筒型形状を有している。
電池セル12Aは、一端に外装部材11から突設されるように板状の電極パネルEP1が設けられており、この電極パネルEP1に、例えば、電池セル本体12A1の正極が接続されている。また電池セル12Aの他端には、外装部材11内に収まるように電極端子ET1が設けられており、この電極端子ET1には、例えば、電池セル本体12A1の負極が接続されている。
【0011】
一方、電池セル12Bは、一端に外装部材11から突設されるように板状の電極パネルEP2が設けられており、この電極パネルEP2に、例えば、電池セル本体12B1の負極が接続されている。また電池セル12Bの他端には、外装部材11内に収まるように電極端子ET2が設けられており、この電極端子ET2には、例えば、電池セル本体12B1の正極が接続されている。
【0012】
そして、電池セル12Aの電極端子ET1と、電池セル12Bの電極端子ET2とは、三角柱形状の導通部材14により電気的に接続されて、電池セル12Aと電池セル12Bとは直列接続され、所定の電圧を出力可能とされている。
【0013】
電池セル12A、12Bは、例えば、リチウムイオン二次電池で構成されている。リチウムイオン二次電池は、非水電解質二次電池の一種であり、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う。正極材料としては、例えば、リチウムマンガン複合酸化物や、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物等が用いられ、負極材料としては、例えば、チタン酸リチウム(LTO)等の酸化物系材料や、ニオブ複合酸化物等の酸化物材料等が用いられる。また、電解質(例えば、電解液)としては、フッ素系錯塩(例えばLiBF
4、LiPF
6)等のリチウム塩が配合された、例えば、炭酸エチレンや、炭酸プロピレン、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル等の有機溶媒等が単独であるいは複数混合されて用いられる。
【0014】
ここで、電池セル12A、12Bの筐体は、薄い偏平な直方体状(断面長方形状の筒状)に構成され、例えば、比較的厚さの薄いSUS304により形成されている。
なお、電池セル12A、12Bは、ニッケル水素電池や、ニッケルカドミウム電他等、他の二次電池であってもよい。また、電池セル12A、12Bは、単電池等とも称されている。
【0015】
発泡樹脂固定部材13C1は、電池セル12Aの長手方向中央部に対応する位置であって外装部材11の下面11Lに対応する位置に設けられ、発泡樹脂固定部材13C2は、電池セル12A及び電池セル12Bの長手方向中央部に対応する位置であって電池セル12Aと電池セル12Bとの間に設けられ、発泡樹脂固定部材13C3は、電池セル12Bの長手方向中央部に対応する位置であって外装部材11の上面11Uに対応する位置に設けられている。
【0016】
発泡樹脂固定部材13S1及び発泡樹脂固定部材13S2は、電池セル12A、12Bの両側面に対応する位置であって、外装部材11の左側面11L及び右側面11Rに対応する位置にそれぞれ設けられている。さらに発泡樹脂固定部材13S1及び発泡樹脂固定部材13S2は、断面E字形状をしており、それぞれ外装部材11の上面11Uと電池セル12Bとの間、電池セル12Aと電池セル12Bとの間及び外装部材の下面11Lと電池セル12Aとの間にその一部が位置して、冷却用の空間SPを維持するように形成されている。
【0017】
上記構成において、発泡樹脂固定部材13C1、発泡樹脂固定部材13C2、発泡樹脂固定部材13C3、発泡樹脂固定部材13S1及び発泡樹脂固定部材13S2の材料としては、例えば、2液反応硬化型の発泡ウレタン樹脂が用いられる。
【0018】
より具体的には、発泡ウレタン樹脂としては、HYUフォーム(超高湿発泡ウレタン:株式会社服部商店製)、インサル[登録商標]パック(簡易型発泡ウレタン:株式会社エービーシー商会製)、チェラスト[登録商標](発泡ウレタンエラストマー:BASF INOAC ポリウレタン株式会社製)等が挙げられる。
以上の説明においては、発泡樹脂工程部材として発泡ウレタン樹脂を用いているが、自己接着性及び発泡性を有する樹脂であればこれに限られるものではない。
【0019】
図2は、実施形態の電池ユニットの組み立て説明図である。
まず、外装部材11を用意する(ステップS11)。
次に第1の案内スペーサGS1を外装部材11の両端の開口からはみ出すように設置し、電池セル12Aを載置し、さらに電池セル12Aの上面(
図2中、上方向)に第2の案内スペーサGS2を載置する。続いて、電池セル12Aの電極端子ET1と、電池セル12Bの電極端子ET2とを対向させるように電池セル12Bを電池セル12Aに向かい合うように案内スペーサGS2に載置し、さらに電池セル12Bの上面(
図2中、上方向)に第3の案内スペーサGS3を載置する。そして、電池セル12A及び電池セル12Bが、電極パネルEP1,EP2を除き、外装部材11内に収納される状態とする(ステップS12)。
【0020】
そして、外装部材11と、案内スペーサGS1〜GS3、電池セル12A及び電池セル12Bとの間に形成される断面E字状のサイドスペースに発泡樹脂を図示しない樹脂注入ノズルを介して注入し、発泡樹脂固定部材13S1及び発泡樹脂固定部材13S2を形成する(ステップS13)。
【0021】
そして、発泡樹脂固定部材13S1及び発泡樹脂固定部材13S2の硬化が完了した後、案内スペーサGS1〜GS3を抜き取り、今度は、発泡樹脂固定部材13C1、発泡樹脂固定部材13C2及び発泡樹脂固定部材13C3に対応する位置に発泡樹脂を図示しない樹脂注入ノズルを介して注入し、発泡樹脂固定部材13C1、発泡樹脂固定部材13C2及び発泡樹脂固定部材13C3を形成する(ステップS14)。
【0022】
この場合において、樹脂注入ノズルは、案内スペーサGS1〜GS3を抜き取った後に形成されている空隙内を移動しつつ(空隙内から引き抜かれつつ)、発泡樹脂固定部材13C1、発泡樹脂固定部材13C2及び発泡樹脂固定部材13C3をそれぞれ形成する。
【0023】
続いて電池セル12Aの電極端子ET1と、電池セル12Bの電極端子ET2と、の双方に三角柱形状の導通部材14を溶接することにより、電池セル12Aと電池セル12Bとを溶接して電気的に接続し、直列接続する(ステップS15)。
これらの結果、二つの電池セルを備えた電池ユニットが形成される。
【0024】
上記構成において、発泡樹脂固定部材13S1及び発泡樹脂固定部材13S並びに発泡樹脂固定部材13C1、発泡樹脂固定部材13C2及び発泡樹脂固定部材13C3として硬質ウレタンフォームを用いているため、その自己接着性により、接着剤を使わない場合でも、外装部材11を構成している金属、合板などの対象物表面に強固に接着させることができる。
【0025】
さらに硬質ウレタンフォームの発泡倍率を制御することで、硬質ウレタンフォームの硬度をある程度制御することが可能であるので、振動吸収能力あるいは形状維持能力(耐荷重能力)のうち、いずれをより重視した電池ユニットとするのかを設計することが可能となる。
【0026】
本第1実施形態の電池ユニット10によれば、耐震性、耐衝撃性を確保して構成を簡略化できる。この場合において、体積効率の低下を抑制しつつ、容易に冷却経路を確保することが可能となる。
【0027】
また固定部材として発泡樹脂を用いて隙間内で硬化を行わせるため、外装部材及び電池セルの様々な形状に対応することが可能であり、成型部品と異なり、様々な仕様に適応できる。
【0028】
[2]第2実施形態
上記第1実施形態においては、電池セルの縦横比が2対1程度であったが、本第2実施形態の電池セルは、電池容量を大きくして厚さを低減するため、電池セルの縦横比が4対1程度となっており、外装部材の長さが長くなるため、積層設置した場合の冷却経路を確保するための実施形態である。
【0029】
[2.1]第1態様
図3は、第2実施形態の第1態様の電池ユニットの説明図である。
図3において、
図1と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
図3においては、理解の容易のため、外装部材11の上面11U及び上面11U側に配置されている電池セルを取り除いて電池セル12Cのみとした状態を示している。
【0030】
第2実施形態の第1態様の電池ユニット10A1は、発泡樹脂固定部材21を複数の電池セルの積層方向における電池セル間の隙間に、蛇行した帯状に配置した場合のものである。
【0031】
この発泡樹脂固定部材21によれば、発泡樹脂固定部材21の両側方に冷却風の流れCWを形成可能な冷却用経路を構成するための空間SPを形成することができ、効率的に電池セル12Cを冷却して、効率よく動作させることが可能となる。
【0032】
[2.2]第2態様
図4は、第2実施形態の第2態様の電池ユニットの説明図である。
図4において、
図3と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
図4においても、
図3の場合と同様に、理解の容易のため、外装部材11の上面11U及び上面11U側に配置されている電池セルを取り除いて電池セル12Cのみとした状態を示している。
【0033】
上記第2実施形態の第1態様においては、蛇行した帯状の発泡樹脂固定部材を設ける構成としていたが、本第2態様の電池ユニット10A2は、複数の発泡樹脂固定部材22A、22Bを複数の電池セルの積層方向における電池セル間の隙間に、ドット状(円形状あるいは楕円形状)に一列に配置した場合のものである。
【0034】
この発泡樹脂固定部材22A、22Bによれば、発泡樹脂固定部材21の両側方の冷却風流れCWに加えて、発泡樹脂固定部材22Aと発泡樹脂固定部材22Bとの間に冷却風の流れCWを形成可能な冷却用経路を構成するための空間SPを形成することができ、効率的に電池セル12Cを冷却して、効率よく動作させることが可能となる。
【0035】
[2.3]第3態様
図5は、第2実施形態の第3態様の電池ユニットの説明図である。
上記第2実施形態の第1態様においては、蛇行した帯状の発泡樹脂固定部材を一列設ける構成としていたが、本第3態様の電池ユニット10A3は、発泡樹脂固定部材を複数の電池セルの積層方向における電池セル間の隙間に、直線帯状の発泡樹脂固定部材を複数列(
図5の例では、3列)配置した場合のものである。
すなわち、直線帯状の発泡樹脂固定部材23A〜23Cを配置している。
【0036】
これらの発泡樹脂固定部材23A〜23Cによれば、発泡樹脂固定部材23Aの両側方及び発泡樹脂固定部材23Cの両側方に冷却風の流れCWを形成可能な冷却用経路を構成するための空間SPを形成することができ、効率的に電池セル12Cを冷却して、効率よく動作させることが可能となる。
さらに複数列で接着固定しているため、より剛性を向上することができる。
【0037】
[2.4]第4態様
図6は、第2実施形態の第4態様の電池ユニットの説明図である。
上記第2実施形態の第1態様及び第3態様においては、独立している各発泡樹脂固定部材の幅(長手方向と直交する方向の長さ)は、一定であったが、本第4態様の電池ユニット10A4は、長手方向の位置によって発泡樹脂固定部材24A〜24Cの幅を周期的に変化させて配置した場合のものである。
【0038】
これらの発泡樹脂固定部材24A〜24Cによれば、発泡樹脂固定部材24Bの両側方に蛇行する冷却風の流れCWを形成可能な冷却用経路を構成するための空間SPを形成することができ、効率的に電池セル12Cを冷却して、効率よく動作させることが可能となる。
【0039】
さらに第3態様と同様に、複数列で接着固定しているため、より剛性を向上することができる。
【0040】
[2.5]第5態様
図7は、第2実施形態の第5態様の電池ユニットの説明図である。
上記第2態様においては、ドット状の発泡樹脂固定部材を直線上に配置していたが、本第5態様の電池ユニット10A5は、千鳥状(千鳥足状)にトッド状の発泡樹脂固定部材25を分散配置させた場合のものである。
【0041】
本第5態様によれば、機械的強度を確保しつつ、冷却風経路を電池セルの上下面の全面にわたって確実に形成して冷却効率を確保することが可能となる。
【0042】
[3]第3実施形態
上記各実施形態においては、電池セル自身の共振を考慮していなかったが、本第3実施形態では、電池セルの共振について、曲げ1次モード〜曲げ3次モードを考慮して発泡樹脂固定部材を設けている。
【0043】
[3.1]第1態様
図8は、第3実施形態の第1態様の説明図である。
電池セルの長手方向の長さをLとした場合、
図8に示すように、曲げ1次モードの振動の腹の位置とみなしたL/2の位置(電池セルの長さの1/2の位置)、曲げ2次モードの振動の腹の位置とみなしたL/4及び3・L/4の位置(電池セルの長手方向両端からそれぞれ電池セルの長さの1/4の位置)及び曲げ3次モードの振動の腹の位置とみなしたL/6、3・L/6及び5・L/6の位置に発泡樹脂固定部材31Aを電池セルの短手方向一杯の長さで並行して配置している。
【0044】
このように発泡樹脂固定部材31Aを配置することにより、共振に伴う電池セル12Cの振動を抑制し、電池ユニット10B1全体の剛性を向上させることが可能となる。
【0045】
[3.2]第2態様
図9は、第3実施形態の第2態様の説明図である。
上記第1態様によっても抑制しきれない振動を抑制するため、第3実施形態の第1態様の構成に加えて、電池ユニット10B2は、曲げ1次モードの振動の腹と曲げ2次モードの振動の腹との間にさらに振動を抑制するための発泡樹脂固定部材31Bを配置し、長手方向の中央部に長手方向全域にわたる発泡樹脂固定部材31Cを配置している。
これによりさらなる振動抑制と、剛性の向上が図れる。
【0046】
[4]第4実施形態
上記各実施形態においては、電池セル数が最大2個の場合であったが、本第4実施形態は、積層数を3層以上とする場合の実施形態である。
図10は、第4実施形態の一例の説明図である。
図10は、電池セルを5層積層した場合のものである。
図10(a)は、電池ユニットを構成する電池セルの積層途中の説明図、
図10(b)は、電池ユニットの側面図、
図10(c)は、
図10(b)のB−B断面矢視図である。
【0047】
電池ユニット40は、
図10(b)に示すように、樹脂製の外装部材41と、外装部材41内に収納された5個の電池セル42A〜42Eと、電池セル42A〜42Eを外装部材41内に固定保持するためのそれぞれ複数の発泡樹脂固定部材43C、43S1、43S2と、を備えている。
【0048】
上記構成において、外装部材41は、断面略C字状をしており、その内面側には、電池セル42A〜42Eのそれぞれの長手方向に沿って設けられた鍔部44A、44Bがスライドして挿入されて、各電池セル42A〜42Eを個別に支持可能な保持溝部41A、41Bが設けられている。
【0049】
この場合において、外装部材41は、各電池セル42A〜42Eを保持溝部41A、41Bに挿入した場合に、電池セル同士の対向面の間が所定距離離間して隙間が形成されるように保持溝部41A、41Bの形成位置が設定されている。
【0050】
また電池セル42A〜42Eと外装部材41との間には、発泡樹脂固定部材43S1、発泡樹脂固定部材43S2がそれぞれ複数離間して配置され、最上部に配置された電池セル42Aと外装部材41との間には、複数の発泡樹脂固定部材43Cがそれぞれ離間して形成されている。
【0051】
さらに、電池セル42Aと電池セル42Bとの間、電池セル42Bと電池セル42Cとの間、電池セル42Cと電池セル42Dとの間及び電池セル42Dと電池セル42Eとの間には、それぞれ複数の発泡樹脂固定部材43Cがそれぞれ離間して形成されている。
したがって、本第4実施形態によれば、電池セルを多層積層する場合であっても、機械的強度を確保して耐震性及び耐衝撃性を得、さらに冷却風経路を電池セルの上下面の全面にわたって確実に形成して冷却効率を確保することが可能となる。
【0052】
以上の説明は、積層数を5段とした場合であったが、より積層数を増した場合には、下層の発泡樹脂固定部材をより上層の発泡樹脂固定部材よりも硬度を高くする(=発泡倍率を低下させるようにして機械的強度を高くするように構成することも可能である。
同様に、電池ユニット40を複数積層する場合においても、より下層に積層された電池ユニット40の発泡樹脂固定部材をより上層に積層された電池ユニット40の発泡樹脂固定部材よりも硬度を高くするように構成することも可能である。
【0053】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。