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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】P2022143581
(43)【公開日】2022-10-03
(54)【発明の名称】蓄電装置
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/291 20210101AFI20220926BHJP
   H01M 50/209 20210101ALI20220926BHJP
   H01M 50/249 20210101ALI20220926BHJP
   H01G 11/10 20130101ALI20220926BHJP
   H01G 11/78 20130101ALI20220926BHJP
【FI】
H01M50/291
H01M50/209
H01M50/249
H01G11/10
H01G11/78
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021044170
(22)【出願日】2021-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】507151526
【氏名又は名称】株式会社GSユアサ
(74)【代理人】
【識別番号】100153224
【弁理士】
【氏名又は名称】中原 正樹
(72)【発明者】
【氏名】相方 陸
【テーマコード(参考)】
5E078
5H040
【Fターム(参考)】
5E078AA13
5E078HA05
5E078JA02
5E078JA07
5E078JA10
5H040AA02
5H040AS04
5H040AS05
5H040AS06
5H040AS07
5H040AT02
5H040AT06
5H040AY04
5H040AY08
5H040CC05
5H040CC13
5H040CC14
5H040CC33
5H040JJ03
5H040LL06
5H040NN01
(57)【要約】
【課題】小型化または軽量化を図ることができる蓄電装置を提供する。
【解決手段】蓄電装置10は、第一方向(X軸方向)に並び、かつ、並列接続される第一蓄電素子(蓄電素子201)及び第二蓄電素子(蓄電素子202)と、第一蓄電素子及び第二蓄電素子の間に配置される第一スペーサ(スペーサ310)と、第二蓄電素子とで第一蓄電素子を挟む位置に配置され、かつ、第一蓄電素子及び第二蓄電素子と直列接続される第三蓄電素子(蓄電素子204)と、第一蓄電素子及び第三蓄電素子の間に配置される第二スペーサ(スペーサ330)と、を備え、第一スペーサは、第一方向と直交する第二方向(Y軸方向)、及び、第一方向及び第二方向と直交する第三方向(Z軸方向)の少なくとも1方向において、第二スペーサよりも長さが短い。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一方向に並び、かつ、並列接続される第一蓄電素子及び第二蓄電素子と、
前記第一蓄電素子及び前記第二蓄電素子の間に配置される第一スペーサと、
前記第二蓄電素子とで前記第一蓄電素子を挟む位置に配置され、かつ、前記第一蓄電素子及び前記第二蓄電素子と直列接続される第三蓄電素子と、
前記第一蓄電素子及び前記第三蓄電素子の間に配置される第二スペーサと、を備え、
前記第一スペーサは、前記第一方向と直交する第二方向、及び、前記第一方向及び前記第二方向と直交する第三方向の少なくとも1方向において、前記第二スペーサよりも長さが短い
蓄電装置。
【請求項2】
前記第一スペーサは、前記第一方向と直交する全方向において、前記第二スペーサよりも長さが短い
請求項1に記載の蓄電装置。
【請求項3】
前記第一蓄電素子は、容器と、前記容器の前記第三方向の端部に配置される電極端子と、を有し、
前記第一スペーサは、前記第三方向において、前記容器よりも長さが短く、かつ、中心が、前記容器の中心よりも、前記電極端子から離れる位置に配置される
請求項1または2に記載の蓄電装置。
【請求項4】
前記第二スペーサは、前記第一方向において前記第一スペーサに対応する位置に、前記第一蓄電素子に向けて突出する突出部を有する
請求項1~3のいずれか1項に記載の蓄電装置。
【請求項5】
前記第一スペーサは、前記少なくとも1方向において、前記第一蓄電素子の容器及び前記第二蓄電素子の容器よりも長さが短く、
前記第一スペーサが配置されていない位置における前記第一蓄電素子の容器と前記第二蓄電素子の容器との間隔は、前記第一スペーサの厚みよりも小さい
請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電装置。
【請求項6】
第一方向に並び、かつ、並列接続される第一蓄電素子及び第二蓄電素子と、
前記第一蓄電素子及び前記第二蓄電素子の間に配置される第一スペーサと、を備え、
前記第一スペーサは、前記第一方向と直交する第二方向、及び、前記第一方向及び前記第二方向と直交する第三方向の少なくとも1方向において、前記第一蓄電素子の容器及び前記第二蓄電素子の容器よりも長さが短く、
前記第一スペーサが配置されていない位置における前記第一蓄電素子の容器と前記第二蓄電素子の容器との間隔は、前記第一スペーサの厚みよりも小さい
蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蓄電素子とスペーサとを備える蓄電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、蓄電素子とスペーサとを備える蓄電装置が広く知られている。例えば、特許文献1には、互いに隣接して配置された複数の二次電池セル(蓄電素子)と、隣接する二次電池セル同士の間にそれぞれ介在されるセパレータ(スペーサ)と、を備える電源装置(蓄電装置)が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第2018/207608号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来のような構成の蓄電装置では、小型化または軽量化を図ることができていないという問題がある。例えば、上記特許文献1に開示された蓄電装置では、蓄電素子同士の間に、蓄電素子の側面のほぼ全面を覆うスペーサがそれぞれ配置されているため、スペーサが配置されることによる蓄電装置の大型化、及び、重量の増加を招いている。
【0005】
本発明は、本願発明者が上記課題に新たに着目することによってなされたものであり、小型化または軽量化を図ることができる蓄電装置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】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電装置は、第一方向に並び、かつ、並列接続される第一蓄電素子及び第二蓄電素子と、前記第一蓄電素子及び前記第二蓄電素子の間に配置される第一スペーサと、前記第二蓄電素子とで前記第一蓄電素子を挟む位置に配置され、かつ、前記第一蓄電素子及び前記第二蓄電素子と直列接続される第三蓄電素子と、前記第一蓄電素子及び前記第三蓄電素子の間に配置される第二スペーサと、を備え、前記第一スペーサは、前記第一方向と直交する第二方向、及び、前記第一方向及び前記第二方向と直交する第三方向の少なくとも1方向において、前記第二スペーサよりも長さが短い。
【0007】
これによれば、蓄電装置において、第一方向に並び、かつ、並列接続される第一蓄電素子及び第二蓄電素子の間の第一スペーサは、第二方向及び第三方向の少なくとも1方向において、直列接続される第一蓄電素子及び第三蓄電素子の間の第二スペーサよりも長さが短い。ここで、第一蓄電素子及び第二蓄電素子が並列接続されている場合、第一蓄電素子及び第二蓄電素子の電位は同等になるため、第一蓄電素子及び第二蓄電素子の間を絶縁する必要性が低い。このため、並列接続される第一蓄電素子及び第二蓄電素子の間には、絶縁を目的として、蓄電素子の容器の全面を覆うような大きなスペーサを配置する必要性が低い。したがって、第一蓄電素子及び第二蓄電素子の間には、振動または衝撃に対して蓄電素子を圧迫して蓄電素子を保護(蓄電素子の移動または蓄電素子の容器内での電極体の移動を抑制)するスペーサが配置されればよい。このため、並列接続される第一蓄電素子及び第二蓄電素子の間に、直列接続される第一蓄電素子及び第三蓄電素子の間の第二スペーサよりも第二方向及び第三方向の少なくとも1方向の長さが短い第一スペーサを配置する。これにより、第一スペーサを小さくできるため、蓄電装置の小型化または軽量化を図ることができる。
【0008】
前記第一スペーサは、前記第一方向と直交する全方向において、前記第二スペーサよりも長さが短いことにしてもよい。
【0009】
これによれば、蓄電装置において、第一スペーサを、第一方向と直交する全方向において、第二スペーサよりも長さを短く形成することで、当該全方向において蓄電装置の小型化を図ることができ、かつ、蓄電装置の軽量化を図ることもできる。
【0010】
前記第一蓄電素子は、容器と、前記容器の前記第三方向の端部に配置される電極端子と、を有し、前記第一スペーサは、前記第三方向において、前記容器よりも長さが短く、かつ、中心が、前記容器の中心よりも、前記電極端子から離れる位置に配置されることにしてもよい。
【0011】
蓄電素子は、一般的に、容器内において、電極体の電極端子側には集電体やガスケット等が配置されるため、電極体は、第三方向における電極端子とは反対側に寄った位置に配置される。このため、第三方向において、第一スペーサを第一蓄電素子の容器よりも長さを短く形成し、かつ、第一スペーサの中心を、第一蓄電素子の容器の中心よりも電極端子から離れる位置に配置する。これにより、第一スペーサで第一蓄電素子の電極体に近い位置を圧迫できるため、第一蓄電素子の容器内での電極体の移動をさらに抑制できる。したがって、蓄電装置の小型化または軽量化を図る構成において、蓄電素子を効果的に保護できる。
【0012】
前記第二スペーサは、前記第一方向において前記第一スペーサに対応する位置に、前記第一蓄電素子に向けて突出する突出部を有することにしてもよい。
【0013】
これによれば、第二スペーサが、第一スペーサに対応する位置に、第一蓄電素子に向けて突出する突出部を有することで、第一スペーサ及び当該突出部によって、第一蓄電素子を両側から圧迫できる。これにより、第一蓄電素子の移動、または、第一蓄電素子の容器内での電極体の移動をさらに抑制できる。したがって、蓄電装置の小型化または軽量化を図る構成において、蓄電素子を効果的に保護できる。
【0014】
前記第一スペーサは、前記少なくとも1方向において、前記第一蓄電素子の容器及び前記第二蓄電素子の容器よりも長さが短く、前記第一スペーサが配置されていない位置における前記第一蓄電素子の容器と前記第二蓄電素子の容器との間隔は、前記第一スペーサの厚みよりも小さいことにしてもよい。
【0015】
これによれば、第一スペーサが配置されていない位置における第一蓄電素子の容器と第二蓄電素子の容器との間隔が、第一スペーサの厚みよりも小さいことで、第一スペーサが配置されていない部分では、第一蓄電素子及び第二蓄電素子が近付くことができる。したがって、第一蓄電素子及び第二蓄電素子を組み付けた場合の幅が大きくなるのを抑制できるため、蓄電装置の小型化を図ることができる。
【0016】
本発明の他の態様に係る蓄電装置は、第一方向に並び、かつ、並列接続される第一蓄電素子及び第二蓄電素子と、前記第一蓄電素子及び前記第二蓄電素子の間に配置される第一スペーサと、を備え、前記第一スペーサは、前記第一方向と直交する第二方向、及び、前記第一方向及び前記第二方向と直交する第三方向の少なくとも1方向において、前記第一蓄電素子の容器及び前記第二蓄電素子の容器よりも長さが短く、前記第一スペーサが配置されていない位置における前記第一蓄電素子の容器と前記第二蓄電素子の容器との間隔は、前記第一スペーサの厚みよりも小さい。
【0017】
これによれば、蓄電装置は、並列接続される第一蓄電素子及び第二蓄電素子の間の第一スペーサを備え、第一スペーサが配置されていない位置における第一蓄電素子の容器と第二蓄電素子の容器との間隔は、第一スペーサの厚みよりも小さい。ここで、上述の通り、第一蓄電素子及び第二蓄電素子が並列接続されている場合、第一蓄電素子及び第二蓄電素子の間を絶縁する必要性が低いため、絶縁を目的として、蓄電素子の容器の全面を覆うような大きなスペーサを配置する必要性が低い。このため、並列接続される第一蓄電素子及び第二蓄電素子の間に、第二方向及び第三方向の少なくとも1方向において第一蓄電素子の容器及び第二蓄電素子の容器よりも長さが短い第一スペーサを配置する。これにより、第一スペーサを小さくできるため、蓄電装置の小型化または軽量化を図ることができる。特に、第一スペーサが配置されていない位置における第一蓄電素子の容器と第二蓄電素子の容器との間隔が、第一スペーサの厚みよりも小さいことで、第一スペーサが配置されていない部分では、第一蓄電素子及び第二蓄電素子が近付くことができる。したがって、第一蓄電素子及び第二蓄電素子を組み付けた場合の幅が大きくなるのを抑制できるため、蓄電装置の小型化を図ることができる。
【0018】
本発明は、このような蓄電装置として実現することができるだけでなく、第一スペーサと第二スペーサとの組み合わせとしても実現することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明における蓄電装置によれば、小型化または軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図1】実施の形態に係る蓄電装置の外観を示す斜視図である。
図2】実施の形態に係る蓄電装置を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。
図3】実施の形態に係る蓄電装置をさらに分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。
図4】実施の形態に係る蓄電素子の構成を示す斜視図である。
図5】実施の形態に係るスペーサの蓄電素子に対する配置位置を示す正面図である。
図6】実施の形態に係るスペーサを2つの蓄電素子で挟んだ状態を示す断面図である。
図7】実施の形態に係るスペーサの構成を示す斜視図である。
図8】実施の形態に係る蓄電素子、スペーサ及びサイドプレートの位置関係を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態(その変形例も含む)に係る蓄電装置について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程、製造工程の順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。各図において、同一または同様な構成要素については同じ符号を付している。
【0022】
以下の説明及び図面中において、複数の蓄電素子の並び方向、蓄電素子の容器の長側面の対向方向、複数のスペーサの並び方向、蓄電素子とスペーサとの並び方向、または、一対のエンドプレートの並び方向を、X軸方向と定義する。1つの蓄電素子における一対(正極側及び負極側)の電極端子の並び方向、蓄電素子の容器の短側面の対向方向、または、一対のサイドプレートの並び方向を、Y軸方向と定義する。蓄電装置の外装体本体と外装体蓋体との並び方向、蓄電素子の容器本体と容器蓋体との並び方向、蓄電素子とバスバーとの並び方向、または、上下方向を、Z軸方向と定義する。これらX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は、互いに交差(本実施の形態では直交)する方向である。なお、使用態様によってはZ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるが、以下では説明の便宜のため、Z軸方向を上下方向として説明する。
【0023】
以下の説明において、例えば、X軸プラス方向とは、X軸の矢印方向を示し、X軸マイナス方向とは、X軸プラス方向とは反対方向を示す。Y軸方向及びZ軸方向についても同様である。以下では、X軸方向を第一方向とも呼び、Y軸方向を第二方向とも呼び、Z軸方向を第三方向とも呼ぶ場合がある。さらに、平行及び直交などの、相対的な方向または姿勢を示す表現は、厳密には、その方向または姿勢ではない場合も含む。例えば、2つの方向が直交している、とは、当該2つの方向が完全に直交していることを意味するだけでなく、実質的に直交していること、すなわち、例えば数%程度の差異を含むことも意味する。以下の説明において、「絶縁」と表現する場合、「電気的な絶縁」を意味する。
【0024】
(実施の形態)
[1 蓄電装置10の全般的な説明]
まず、本実施の形態における蓄電装置10の全般的な説明を行う。図1は、本実施の形態に係る蓄電装置10の外観を示す斜視図である。図2は、本実施の形態に係る蓄電装置10を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。図3は、本実施の形態に係る蓄電装置10をさらに分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。なお、図3は、蓄電装置10における外装体100及びバスバー700以外の構成要素を分解して示す分解斜視図である。
【0025】
蓄電装置10は、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電することができる装置であり、本実施の形態では、略直方体形状を有している。例えば、蓄電装置10は、電力貯蔵用途または電源用途等に使用される電池モジュール(組電池)である。具体的には、蓄電装置10は、例えば、自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、船舶、スノーモービル、農業機械、建設機械、または、電気鉄道用の鉄道車両等の移動体の駆動用またはエンジン始動用等のバッテリ等として用いられる。上記の自動車としては、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)及びガソリン自動車が例示される。上記の電気鉄道用の鉄道車両としては、電車、モノレール、リニアモーターカー、並びに、ディーゼル機関及び電気モーターの両方を備えるハイブリッド電車が例示される。また、蓄電装置10は、家庭用または事業用等に使用される定置用のバッテリ等としても用いることができる。
【0026】
図1に示すように、蓄電装置10は、外装体100を備えている。図2及び図3に示すように、外装体100の内方には、複数の蓄電素子200、複数のスペーサ300(310~340)、一対のエンドプレート400(401、402)、一対のサイドプレート500(501、502)、及び、複数のバスバー700等が収容されている。蓄電装置10は、上記の構成要素の他、バスバー700が載置されるバスバーフレーム、蓄電素子200の充電状態及び放電状態を監視するための回路基板、ヒューズ、リレー及びコネクタ等の電気機器、並びに、蓄電素子200から排出されるガスを外装体100の外方へ排気するための排気部等を備えていてもよい。
【0027】
外装体100は、蓄電装置10の筐体(外殻)を構成する箱形(略直方体形状)の容器(モジュールケース)である。外装体100は、複数の蓄電素子200、複数のスペーサ300、一対のエンドプレート400、一対のサイドプレート500、及び、複数のバスバー700等の外方に配置され、当該複数の蓄電素子200等を所定の位置で固定し、衝撃等から保護する。外装体100は、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン(PS)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリフェニレンエーテル(PPE(変性PPEを含む))、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ABS樹脂、若しくは、それらの複合材料等の絶縁部材、または、絶縁塗装をした金属等により形成されている。外装体100は、これにより、蓄電素子200等が外部の金属部材等に接触することを回避する。なお、蓄電素子200等の絶縁性が保たれる構成であれば、外装体100は、金属等の導電部材で形成されていてもよい。
【0028】
外装体100は、外装体100の本体を構成する外装体本体110と、外装体100の蓋体を構成する外装体蓋体120と、を有している。外装体本体110は、開口が形成された有底矩形筒状のハウジング(筐体)であり、蓄電素子200等を収容する。外装体蓋体120は、外装体本体110の開口を閉塞する扁平な矩形状の部材である。外装体蓋体120には、一対(正極側及び負極側)の外部端子121が設けられている。蓄電装置10は、この一対の外部端子121を介して、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電する。
【0029】
外装体100は、蓄電素子200等を内方に収容後、外装体本体110と外装体蓋体120とが、接着剤等によって互いに接合(接着)されて接合部130が形成されることにより、内部が略密封状態となる構造となっている。本実施の形態では、外装体本体110の開口の全周に亘って外装体本体110と外装体蓋体120とが接合されて、外装体100の周囲(全周)を囲う四角環状の接合部130が形成されている。なお、接合部130は、接着剤による接合(接着)で形成されることには限定されず、例えば、ヒートシール若しくは超音波溶着等による接合(溶着)、または、かしめ若しくはボルト締結等による機械的な接合等で形成されてもよい。
【0030】
蓄電素子200は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池(単電池)であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。蓄電素子200は、扁平な直方体形状(角形)を有しており、本実施の形態では、8個の蓄電素子200がX軸方向に並んで配列されている。なお、蓄電素子200は、扁平な直方体形状以外の多角柱形状、長円柱形状、楕円柱形状、円柱形状等、どのような形状を有していてもよいし、蓄電素子200の大きさ、及び、配列される蓄電素子200の個数等も特に限定されない。蓄電素子200は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。蓄電素子200は、二次電池ではなく、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。蓄電素子200は、固体電解質を用いた電池であってもよい。蓄電素子200は、パウチタイプの蓄電素子であってもよい。蓄電素子200の構成の詳細な説明については、後述する。
【0031】
バスバー700は、蓄電素子200に接続される平板状かつ矩形状の部材である。バスバー700は、複数の蓄電素子200の上方に配置され、複数の蓄電素子200が有する電極端子240(図2、4等参照)、及び、外部端子121に接続(接合)される。つまり、バスバー700は、複数の蓄電素子200の電極端子240同士を接続し、かつ、端部の蓄電素子200の電極端子240と外部端子121とを接続する。
【0032】
本実施の形態では、バスバー700と電極端子240とは、溶接によって接続(接合)され、バスバー700と外部端子121とは、他のバスバーを介してボルト締結によって接続(接合)されるが、その接続形態は特に限定されない。バスバー700は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケル等の金属製の導電部材若しくはそれらの組み合わせ、または、金属以外の導電性の部材で形成されている。本実施の形態では、バスバー700は、蓄電素子200を2個ずつ並列に接続して4セットの蓄電素子群を構成し、当該4セットの蓄電素子群を直列に接続する。なお、バスバー700の接続形態は特に限定されず、複数の蓄電素子200がどのような組み合わせで直列に接続され、また、並列に接続されるように配置されていてもよい。
【0033】
スペーサ300は、蓄電素子200の側方(X軸プラス方向またはX軸マイナス方向)に配置され、蓄電素子200と他の部材とを絶縁する部材である。スペーサ300は、蓄電素子200を保持し、蓄電素子200の位置決めを行う機能も有している。ここで、複数のスペーサ300のうち、1セットの蓄電素子群内の並列接続される蓄電素子200同士の間に配置されるスペーサ300を、スペーサ310とも呼び、直列接続される蓄電素子群同士の間に配置される3つのスペーサ300を、スペーサ320、330及び340とも呼ぶ。複数のスペーサ300のうちの端部のスペーサ300、つまり、端部の蓄電素子200(蓄電素子群)とエンドプレート400との間のスペーサ300は、上記スペーサ330と同様の構成を有するため、当該端部のスペーサ300も、スペーサ330とも呼ぶ。このように、複数の蓄電素子200と複数のスペーサ300(スペーサ310~340)とは、X軸方向(第一方向)に並んで配置されている。
【0034】
スペーサ310は、隣り合う2つの蓄電素子200であって、並列接続される2つの蓄電素子200の間に配置される平板状かつ矩形状のスペーサである。スペーサ310は、例えば、上記の外装体100に使用可能ないずれかの樹脂材料等の絶縁性を有する部材等で形成されている。スペーサ310は、当該2つの蓄電素子200の中央部に配置され、当該中央部を圧迫することにより、蓄電素子200の移動または蓄電素子200の容器内での電極体の移動を抑制して、蓄電素子200を保護する等の機能を有している。例えば、複数のスペーサ310のうちのX軸プラス方向の端部に位置するスペーサ310は、複数の蓄電素子200のうちのX軸プラス方向の端部に位置する蓄電素子群内の並列接続される2つの蓄電素子201及び202の間に配置される。本実施の形態では、4セットの蓄電素子群に対応して、4つのスペーサ310が配置されているが、蓄電素子群の数が4セット以外の場合には、スペーサ310の数も蓄電素子群の数に応じて適宜変更される。また、1セットの蓄電素子群内において、3つ以上の蓄電素子200が並列接続されて配置される場合、スペーサ310の数も、蓄電素子200の数に応じて適宜変更される。
【0035】
スペーサ310は、接合部材311によって蓄電素子200に接合される。本実施の形態では、接合部材311は、両面テープであり、スペーサ310のX軸方向両側の面のそれぞれに、Z軸方向に並ぶ複数(2つ)の接合部材311が配置されている。これにより、スペーサ310は、X軸方向両側の2つの蓄電素子200に接合(接着)されて固定され、当該2つの蓄電素子200の位置規制を行う。なお、接合部材311は、両面テープではなく接着剤等でもよく、接合部材311の配置位置、個数及び形状等も特に限定されない。スペーサ310の構成の詳細な説明については、後述する。
【0036】
スペーサ320~340(端部のスペーサ330を除く)は、隣り合う2つの蓄電素子200であって、直列接続される2つの蓄電素子200の間に配置されるスペーサである。スペーサ320~340は、当該2つの蓄電素子200の間を絶縁し、かつ、外部からの衝撃に対して蓄電素子200を保護する等の機能を有している。本実施の形態では、スペーサ320~340は、並列接続された2個の蓄電素子200からなる蓄電素子群同士の間(直列接続される隣り合う2つの蓄電素子群の間)に配置される。
【0037】
例えば、複数のスペーサ320~340(端部のスペーサ330を除く)のうちのX軸プラス方向の端部に位置するスペーサ320~340は、複数の蓄電素子群のうちのX軸プラス方向の端部に位置する直列接続される2つの蓄電素子群の間に配置される。つまり、当該スペーサ320~340は、蓄電素子201及び202からなる蓄電素子群と、蓄電素子203及び204からなる蓄電素子群との間(具体的には、蓄電素子201及び204の間)に配置される。本実施の形態では、4セットの蓄電素子群に対応して、3組のスペーサ320~340が配置されているが、蓄電素子群の数が4セット以外の場合には、スペーサ320~340の数も蓄電素子群の数に応じて適宜変更される。
【0038】
スペーサ320は、2つのスペーサ330(及び340)の間に配置され、スペーサ330(及び340)よりも剛性が高い平板状かつ略矩形状のスペーサである。スペーサ320は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス鋼、メッキ鋼板等の金属製の部材で形成されている。なお、スペーサ320の材質は特に限定されず、剛性が高い絶縁性の部材で形成されていてもよいし、絶縁処理が施されていたりしていてもよい。スペーサ330は、スペーサ320(及び340)と蓄電素子200との間に配置される板状かつ略矩形状の絶縁性のスペーサである。具体的には、スペーサ330は、蓄電素子200が有する後述の容器210の長側面213と対向し、かつ、スペーサ320(及び340)並びに当該長側面213と当接した状態で配置される。スペーサ330は、例えば、上記の外装体100に使用可能ないずれかの樹脂材料等の絶縁性を有する部材等で形成されている。スペーサ340は、スペーサ330の中央部に形成された凹部333内に配置される平板状かつ矩形状のスペーサである(図7参照)。具体的には、スペーサ340は、断熱材であり、例えば、ガラス繊維、または、ダンマ材等の断熱性を有する部材で形成されている。
【0039】
このような構成により、スペーサ320~340は、蓄電素子群同士の間において、スペーサ320で強度を確保して蓄電素子200を保護し、2つのスペーサ330で蓄電素子群同士の間の絶縁を図り、かつ、2つのスペーサ340で蓄電素子群同士の間の断熱を図っている。スペーサ320~340の構成のさらに詳細な説明については、後述する。
【0040】
なお、上述の通り、端部の蓄電素子200(端部の蓄電素子群)とエンドプレート400(401、402)との間にも、スペーサ330が配置されている。これにより、端部の蓄電素子200(端部の蓄電素子群)とエンドプレート400(401、402)との間を絶縁することができている。
【0041】
エンドプレート400及びサイドプレート500は、複数の蓄電素子200の並び方向(X軸方向)において、蓄電素子200を外方から圧迫(拘束)する拘束部材である。つまり、エンドプレート400及びサイドプレート500は、複数の蓄電素子200を当該並び方向の両側から挟み込むことで、複数の蓄電素子200に含まれるそれぞれの蓄電素子200を当該並び方向の両側から圧迫(拘束)する。エンドプレート400及びサイドプレート500は、強度確保の観点等から、鋼またはステンレス等の金属製の部材で形成されているが、その材質は特に限定されず、例えば、強度の高い絶縁性の部材で形成されていてもよいし、金属製の部材に絶縁処理が施されていてもよい。
【0042】
エンドプレート400は、複数の蓄電素子200及び複数のスペーサ300(310~340)のX軸方向両側に配置され、当該複数の蓄電素子200等を、これらの並び方向(X軸方向)の両側から挟み込んで保持する板状の部材(挟持部材)である。ここで、一対のエンドプレート400のうち、X軸プラス方向側のエンドプレート400をエンドプレート401とも呼び、X軸マイナス方向側のエンドプレート400をエンドプレート402とも呼ぶ。つまり、一対のエンドプレート401及び402は、X軸方向(蓄電素子200が有する電極体の極板の積層方向)において複数の蓄電素子200及び複数のスペーサ300を挟む位置に配置されて、これらを拘束する。
【0043】
サイドプレート500は、複数の蓄電素子200及び複数のスペーサ300(310~340)のY軸方向(第一方向と直交する第二方向)に配置される、板状かつ長尺状の拘束部材(拘束板)である。具体的には、サイドプレート500は、両端が一対のエンドプレート400(401、402)に取り付けられて、一対のエンドプレート400を繋ぐことで、複数の蓄電素子200及び複数のスペーサ300(310~340)を拘束する。つまり、サイドプレート500は、複数の蓄電素子200及び複数のスペーサ300を跨ぐようにX軸方向に延設されて配置され、当該複数の蓄電素子200等に対してこれらの並び方向(X軸方向)における拘束力を付与する。
【0044】
本実施の形態では、複数の蓄電素子200及び複数のスペーサ300(310~340)のY軸方向両側に、一対のサイドプレート500が配置される。本実施の形態では、一対のサイドプレート500は、当該複数の蓄電素子200等のY軸方向両側方におけるZ軸プラス方向寄りに配置される。そして、一対のサイドプレート500のそれぞれが、X軸方向両端部において、一対のエンドプレート400のY軸方向端部に取り付けられる。これにより、一対のサイドプレート500は、一対のエンドプレート400とともに、当該複数の蓄電素子200等をX軸方向の両側及びY軸方向の両側から挟み込んで拘束する。
【0045】
具体的には、サイドプレート500は、Z軸方向に並ぶ複数(本実施の形態では、2つ)の接続部材500aによって、エンドプレート400(401、402)に接続(接合)される。本実施の形態では、接続部材500aは、ボルトであり、エンドプレート400が有するナットと螺合により締結される。なお、サイドプレート500のエンドプレート400への接続(接合)は、ボルト締結による固定には限定されず、溶接または接着等で接合されてもよい。一対のサイドプレート500のうち、Y軸プラス方向側のサイドプレート500をサイドプレート501とも呼び、Y軸マイナス方向側のサイドプレート500をサイドプレート502とも呼ぶ。
【0046】
[2 蓄電素子200の説明]
次に、蓄電素子200の構成について、詳細に説明する。図4は、本実施の形態に係る蓄電素子200の構成を示す斜視図である。具体的には、図4は、図3に示した複数の蓄電素子200のうちの1つの蓄電素子200の外観を拡大して示している。なお、当該複数の蓄電素子200は、全て同様の構成を有しているため、以下では、1つの蓄電素子200の構成について詳細に説明する。
【0047】
図4に示すように、蓄電素子200は、容器210と、一対(正極側及び負極側)の電極端子240と、上部ガスケット250と、を備えている。また、容器210の内方には、下部ガスケット、電極体、一対(正極側及び負極側)の集電体、及び、電解液(非水電解質)等が収容されているが、これらの図示は省略する。当該電解液としては、蓄電素子200の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択することができる。
【0048】
蓄電素子200は、上記の構成要素の他、電極体の側方または下方等に配置されるスペーサ、及び、電極体等を包み込む絶縁フィルム等を有していてもよい。さらに、容器210の周囲には、容器210の外面を覆う絶縁フィルム(シュリンクチューブ等)が配置されていてもよい。当該絶縁フィルムの材質は、蓄電素子200に必要な絶縁性を確保できるものであれば特に限定されないが、例えば、PC、PP、PE、PPS、PET、PBTまたはABS樹脂等の絶縁性の樹脂、エポキシ樹脂、カプトン(登録商標)、テフロン(登録商標)、シリコン、ポリイソプレン、及びポリ塩化ビニルなどを例示することができる。
【0049】
容器210は、開口が形成された容器本体220と、容器本体220の当該開口を閉塞する容器蓋体230と、を有する直方体形状(角形または箱形)のケースである。容器本体220は、容器210の本体部を構成する矩形筒状で底を備える部材であり、Z軸プラス方向側に開口が形成されている。容器蓋体230は、容器210の蓋部を構成する矩形状の板状部材であり、容器本体220のZ軸プラス方向側にY軸方向に延設されて配置されている。容器蓋体230には、容器210内方の圧力が過度に上昇した場合に当該圧力を開放するガス排出弁231、及び、容器210内方に電解液を注液するための注液部232が設けられている。容器210(容器本体220及び容器蓋体230)の材質は、特に限定されず、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、メッキ鋼板など溶接可能(接合可能)な金属とすることができるが、樹脂を用いることもできる。
【0050】
容器210は、電極体等を容器本体220の内方に収容後、容器本体220と容器蓋体230とが溶接等によって接合されて接合部215が形成されることにより、内部が密封される構造となっている。本実施の形態では、容器210の側方(X軸方向及びY軸方向)からレーザ光が照射されて、容器本体220及び容器蓋体230がレーザ溶接によって接合されることにより、接合部215が形成される。接合部215は、容器210の周囲(全周)を囲うように形成された四角環状の接合部である。
【0051】
このような構成により、容器210は、Z軸プラス方向側の上面に端子配置面211を有し、Y軸方向両側の側面に一対の短側面212を有し、X軸方向両側の側面に一対の長側面213を有し、Z軸マイナス方向側の下面に底面214を有することとなる。端子配置面211は、容器蓋体230のZ軸プラス方向側の、電極端子240が配置される矩形状の平面部であり、短側面212及び長側面213に隣接して配置される。短側面212は、容器210の短側面を形成する矩形状の平面部であり、サイドプレート500とY軸方向において対向して配置される。短側面212は、長側面213及び底面214に隣接し、長側面213よりも面積が小さい。長側面213は、容器210の長側面を形成する矩形状の平面部であり、隣り合う蓄電素子200の容器210の長側面213、または、スペーサ300とX軸方向において対向して配置される。長側面213は、短側面212及び底面214に隣接し、短側面212よりも面積が大きい。底面214は、容器210の底面を形成する矩形状の平面部であり、外装体本体110の底面とZ軸方向において対向し、かつ、長側面213及び短側面212に隣接して配置される。
【0052】
電極端子240は、容器210のZ軸方向(第一方向及び第二方向と直交する第三方向)の端部、具体的には、容器210の容器蓋体230に配置される蓄電素子200の端子部材(正極端子及び負極端子)である。電極端子240は、集電体を介して、電極体の正極板及び負極板に電気的に接続されている。つまり、電極端子240は、電極体に蓄えられている電気を蓄電素子200の外部空間に導出し、また、電極体に電気を蓄えるために蓄電素子200の内部空間に電気を導入するための金属製の部材である。電極端子240は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などで形成されている。
【0053】
電極体は、正極板と負極板とセパレータとが積層されて形成された蓄電要素(発電要素)である。正極板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属からなる集電箔である正極基材層上に正極活物質層が形成されたものである。負極板は、銅または銅合金等の金属からなる集電箔である負極基材層上に負極活物質層が形成されたものである。正極活物質層及び負極活物質層に用いられる活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能なものであれば、適宜公知の材料を使用できる。セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートまたは不織布等を用いることができる。本実施の形態では、電極体は、極板(正極板及び負極板)がX軸方向に積層されて形成されている。なお、電極体は、極板(正極板及び負極板)が巻回されて形成された巻回型の電極体、複数の平板状の極板が積層されて形成された積層型(スタック型)の電極体、または、極板を蛇腹状に折り畳んだ蛇腹型の電極体等、どのような形態の電極体でもよい。
【0054】
集電体は、電極端子240と電極体とに電気的に接続される導電性の部材(正極集電体及び負極集電体)である。正極集電体は、正極板の正極基材層と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金等で形成され、負極集電体は、負極板の負極基材層と同様、銅または銅合金等で形成されている。上部ガスケット250は、容器蓋体230と電極端子240との間に配置され、容器蓋体230と電極端子240との間を絶縁し、かつ封止するガスケットである。下部ガスケットは、容器蓋体230と集電体との間に配置され、容器蓋体230と集電体との間を絶縁し、かつ封止するガスケットである。上部ガスケット250及び下部ガスケットは、絶縁性を有していればどのような素材で形成されていてもよい。
【0055】
このように、容器210の内方において、Z軸プラス方向端部に、集電体及び下部ガスケットが配置される。このため、Z軸方向において、電極体は、中心が、容器210の中心よりもZ軸マイナス方向に配置される。電極体の中心とは、電極体のX軸方向に対向する面(当該面が平坦面でない場合には、電極体をYZ平面に投影した面)の重心である。容器210の中心とは、容器210のX軸方向に対向する面(本実施形態では、長側面213)の重心である。
【0056】
[3 スペーサ300の説明]
次に、スペーサ300(310~340)の構成について、詳細に説明する。なお、以下では、蓄電装置10が備えるスペーサ310~340のそれぞれは、全て同様の構成を有するため、以下では、X軸プラス方向の端部に位置するスペーサ310、及び、X軸プラス方向の端部に位置する1組のスペーサ320~340を中心に説明を行う。
【0057】
上述の通り、蓄電素子201~204は、X軸方向に並んで配置され、蓄電素子204は、蓄電素子202とで蓄電素子201を挟む位置に配置され、蓄電素子203は、蓄電素子201とで蓄電素子204を挟む位置に配置される。蓄電素子201及び202は、並列接続され、蓄電素子203及び204は、蓄電素子201及び202と直列接続される。スペーサ310は、蓄電素子201及び蓄電素子202の間に配置される。スペーサ320及び330は、蓄電素子201及び蓄電素子204の間に配置される。具体的には、スペーサ320は、2つのスペーサ330の間に配置され、スペーサ330は、蓄電素子201または蓄電素子204とスペーサ320との間に配置される。
【0058】
ここで、蓄電素子201は、第一蓄電素子の一例であり、蓄電素子202は、第二蓄電素子の一例であり、蓄電素子204は、第三蓄電素子の一例である。スペーサ310は、第一スペーサの一例であり、スペーサ330は、第二スペーサの一例である。つまり、第一蓄電素子(蓄電素子201)及び第二蓄電素子(蓄電素子202)は、X軸方向(第一方向)に並び、かつ、並列接続される。第三蓄電素子(蓄電素子204)は、第二蓄電素子(蓄電素子202)とで第一蓄電素子(蓄電素子201)を挟む位置に配置され、かつ、第一蓄電素子(蓄電素子201)及び第二蓄電素子(蓄電素子202)と直列接続される。第一スペーサ(スペーサ310)は、第一蓄電素子(蓄電素子201)及び第二蓄電素子(蓄電素子202)の間に配置される。第二スペーサ(スペーサ330)は、第一蓄電素子(蓄電素子201)及び第三蓄電素子(蓄電素子204)の間に配置される。
【0059】
[3.1 スペーサ310の説明]
まず、スペーサ310の構成について、詳細に説明する。図5は、本実施の形態に係るスペーサ310の蓄電素子200に対する配置位置を示す正面図である。具体的には、図5は、蓄電素子200にスペーサ310を配置した状態を、X軸方向から見た場合の構成を示している。図6は、本実施の形態に係るスペーサ310を2つの蓄電素子200(201及び202)で挟んだ状態を示す断面図である。具体的には、図6の(a)は、スペーサ310の両側に2つの蓄電素子200(201及び202)を配置した状態を、XZ平面に平行な面で切断した場合の構成を示し、図6の(b)は、図6の(a)の状態をX軸方向両側から圧迫した場合の構成を示している。つまり、図6の(a)は、複数の蓄電素子200及び複数のスペーサ300を、エンドプレート400及びサイドプレート500で圧迫(拘束)する前の状態を示し、図6の(b)は、圧迫(拘束)した後の状態を示している。なお、図6では、蓄電素子200が有する容器210内の構成要素の図示を省略している。
【0060】
図3及び図5に示すように、スペーサ310は、Y軸方向(第二方向)及びZ軸方向(第三方向)の少なくとも1方向において、蓄電素子201の容器210及び蓄電素子202の容器210よりも長さが短い。本実施の形態では、スペーサ310は、Y軸方向及びZ軸方向の双方向において、蓄電素子201の容器210及び蓄電素子202の容器210よりも長さが短い。具体的には、スペーサ310は、X軸方向(第一方向)と直交する全方向において、蓄電素子201の容器210及び蓄電素子202の容器210よりも長さが短い。
【0061】
図3及び後述の図8等に示すように、スペーサ330は、X軸方向から見て、蓄電素子200(201、202)の容器210と同等の大きさを有している。このため、スペーサ310は、Y軸方向(第二方向)、及び、Z軸方向(第三方向)の少なくとも1方向において、スペーサ330よりも長さが短い。本実施の形態では、スペーサ310は、Y軸方向及びZ軸方向の双方向において、スペーサ330よりも長さが短い。具体的には、スペーサ310は、X軸方向(第一方向)と直交する全方向において、スペーサ330よりも長さが短い。
【0062】
スペーサ310は、蓄電素子201の容器210の長側面213の中央部、かつ、蓄電素子202の容器210の長側面213の中央部に配置される。具体的には、スペーサ310は、当該長側面213において、蓄電素子201(または蓄電素子202)が有する電極体に対応する位置に配置される。本実施の形態では、上述の通り、電極体は、Z軸方向において、中心が、容器210の中心よりもZ軸マイナス方向(電極端子240から離れる方向)に配置されている。このため、スペーサ310は、中心が、容器210の中心よりも、電極端子240から離れる位置に配置される。スペーサ310の中心とは、蓄電素子201(または蓄電素子202)に対向するスペーサ310の面(X軸方向に向く面)の重心である。蓄電素子201(または蓄電素子202)の容器210の中心とは、上述の通り、当該容器210のX軸方向に対向する面の重心、つまり、スペーサ310に対向する蓄電素子201(または蓄電素子202)の容器210の面(本実施形態では長側面213)の重心である。
【0063】
具体的には、図5に示すように、スペーサ310は、X軸方向から見て、スペーサ310と容器210の端子配置面211との距離Aが、スペーサ310と容器210の底面214との距離Bよりも大きくなるように配置される。Y軸方向においては、電極体は、中心が、容器210の中心と同じ位置に配置されるため、スペーサ310についても、中心が、容器210の中心と同じ位置に配置される。
【0064】
なお、スペーサ310は、X軸方向から見て、蓄電素子201(または蓄電素子202)が有する電極体の平坦部分の領域内に配置されるのが好ましい。例えば、電極体が、極板が積層された積層(スタック)型の電極体の場合、スペーサ310は、X軸方向から見て、電極体全体の領域内に配置可能な大きさ及び形状で形成されるのが好ましい。電極体が、極板が巻回されて平坦部と湾曲部とが形成された扁平な巻回型の電極体の場合、スペーサ310は、X軸方向から見て、電極体の平坦部の領域内に配置可能な大きさ及び形状で形成されるのが好ましい。
【0065】
図6に示すように、スペーサ310が2つの蓄電素子200(201及び202)に挟まれた状態で、X軸方向両側から圧迫されると、2つの蓄電素子200(201及び202)の容器210の長側面213の中央部に、スペーサ310が食い込む。これにより、図6の(b)に示すように、スペーサ310が配置されていない位置における蓄電素子201の容器210と蓄電素子202の容器210とが、互いに近付く。したがって、スペーサ310が配置されていない位置における蓄電素子201の容器210と蓄電素子202の容器210との間隔が、スペーサ310の厚みよりも小さくなる。当該間隔が一定でない場合には、当該間隔の最大値を採用できる。当該厚みが一定でない場合には、当該厚みの最大値を採用できる。つまり、蓄電素子201及び蓄電素子202の容器210同士の間の上記間隔の最大値は、スペーサ310の厚みの最大値よりも小さい。
【0066】
言い換えれば、スペーサ310が配置されていない位置における蓄電素子201及び蓄電素子202の容器210同士(長側面213同士)の間隔は、スペーサ310のY軸方向及びZ軸方向の少なくとも1方向(本実施の形態では、双方向)において、スペーサ310の厚みよりも小さい。さらに言い換えれば、X軸方向から見てスペーサ310と重ならない部分における蓄電素子201及び蓄電素子202の容器210同士(長側面213同士)の間隔は、X軸方向から見てスペーサ310と重なる部分における蓄電素子201及び蓄電素子202の容器210同士(長側面213同士)の間隔よりも小さい。つまり、蓄電素子201及び蓄電素子202の容器210同士(長側面213同士)の間隔は、スペーサ310のX軸方向と直交する全方向において、スペーサ310の厚みよりも小さい。
【0067】
[3.2 スペーサ320~340の説明]
次に、スペーサ320~340の構成について、詳細に説明する。図7は、本実施の形態に係るスペーサ320~340の構成を示す斜視図である。具体的には、図7は、2つの蓄電素子200(2セットの蓄電素子群)の間に配置される1組のスペーサ320~340を示している。図8は、本実施の形態に係る蓄電素子200、スペーサ320~340及びサイドプレート500の位置関係を示す正面図である。具体的には、図8は、蓄電素子200に、スペーサ320~340及びサイドプレート500を組み付けた状態を、X軸プラス方向から見た場合の構成を示している。なお、図8では、説明の便宜のため、X軸プラス方向のスペーサ330の図示は省略し、かつ、サイドプレート500については、YZ平面に平行な面で切断した断面を示している。
【0068】
これらの図に示すように、スペーサ320は、Y軸方向中心位置のXZ平面に対して面対称となる形状(または、中心位置を通りZ軸方向に平行な軸を中心に回転させた場合に回転対称となる形状)を有している。スペーサ320は、一対の凹部321と、2つの貫通孔322と、2つの貫通孔323と、貫通孔324と、貫通孔325と、を有している。
【0069】
凹部321は、スペーサ320のY軸方向両側の側面に設けられた、Y軸方向に凹み、かつ、Z軸方向に延設される矩形状の凹部である。貫通孔322は、スペーサ320の中心位置からY軸プラス方向かつZ軸プラス方向寄りの位置と、スペーサ320のZ軸マイナス方向端部のY軸マイナス方向寄りの位置とに設けられた、スペーサ320をX軸方向に貫通する円形状の貫通孔である。貫通孔322は、X軸マイナス方向のスペーサ330が有する後述の2つの突起336に対応する位置に配置されている。貫通孔323は、スペーサ320の中心位置からY軸マイナス方向かつZ軸プラス方向寄りの位置と、スペーサ320のZ軸マイナス方向端部のY軸プラス方向寄りの位置とに設けられた、スペーサ320をX軸方向に貫通する円形状の貫通孔である。貫通孔323は、X軸プラス方向のスペーサ330が有する2つの突起336に対応する位置に配置されている。
【0070】
貫通孔324は、スペーサ320のY軸マイナス方向端部かつZ軸プラス方向端部に設けられた、スペーサ320をX軸方向に貫通する円形状の貫通孔である。貫通孔324は、X軸マイナス方向のスペーサ330が有する後述の突起337に対応する位置に配置されている。貫通孔325は、スペーサ320のY軸プラス方向端部かつZ軸プラス方向端部に設けられた、スペーサ320をX軸方向に貫通する円形状の貫通孔である。貫通孔325は、X軸プラス方向のスペーサ330が有する突起337に対応する位置に配置されている。
【0071】
スペーサ340は、貫通孔341と、2つの貫通孔342と、2つの貫通孔343と、を有している。貫通孔341は、スペーサ340の中央部に設けられた、スペーサ340をX軸方向に貫通する円形状の貫通孔である。貫通孔341は、スペーサ330の後述する凸部335に対応する位置に配置されている。貫通孔342は、スペーサ340のY軸プラス方向端部かつZ軸プラス方向端部と、スペーサ340のY軸マイナス方向端部かつZ軸マイナス方向端部とに設けられた、スペーサ340をX軸方向に貫通する円形状の貫通孔である。貫通孔342は、X軸マイナス方向のスペーサ330が有する2つの突起336に対応する位置に配置されている。貫通孔343は、スペーサ340のY軸マイナス方向端部かつZ軸プラス方向端部と、スペーサ340のY軸プラス方向端部かつZ軸マイナス方向端部とに設けられた、スペーサ340をX軸方向に貫通する円形状の貫通孔である。貫通孔343は、X軸プラス方向のスペーサ330が有する2つの突起336に対応する位置に配置されている。
【0072】
スペーサ320のX軸方向両側に配置される2つのスペーサ330は、同じ形状を有し、互いにZ軸まわりに180°回転させたものである。スペーサ330は、スペーサ本体331と、一対のスペーサ側壁332と、凹部333と、突出部334と、凸部335と、2つの突起336と、突起337と、突起338と、貫通孔339と、を有している。
【0073】
スペーサ本体331は、スペーサ330の本体を構成する平板状かつ矩形状の部位であり、YZ平面に平行に配置されている。本実施の形態では、スペーサ本体331は、容器210の長側面213のほぼ全面を覆うように配置される。スペーサ側壁332は、スペーサ本体331のY軸方向両端部からX軸方向に突出し、Z軸方向に延設される板状の部位である。本実施の形態では、スペーサ側壁332は、容器210の短側面212に沿って配置される。スペーサ側壁332は、スペーサ320の凹部321に対応する位置が凹んだ形状を有している。
【0074】
凹部333は、スペーサ本体331の中央部に配置され、当該中央部がX軸方向に凹んだ矩形状の凹部である。凹部333は、スペーサ320(340)と対向して配置される。突出部334は、スペーサ本体331の凹部333とは反対側の面に形成された、スペーサ本体331の中央部がX軸方向に突出した矩形状の部位である。突出部334は、容器210の長側面213に向けて突出し、長側面213に当接した状態で配置される。具体的には、突出部334は、スペーサ310とで容器210を挟む位置、かつ、X軸方向(第一方向)においてスペーサ310に対応する位置に配置され、スペーサ310とで容器210を圧迫する(図3参照)。突出部334は、スペーサ310とで容器210をX軸方向両側から均等に圧迫するために、X軸方向において、スペーサ本体331からの突出量が、スペーサ310の厚みの半分となっているのが好ましい。
【0075】
凸部335は、凹部333の中央部からスペーサ320(340)に向けて突出する、突出方向に扁平な円柱状の突出部である。凸部335は、スペーサ340の貫通孔341に対応する位置に配置され、貫通孔341に挿入される。突起336は、凹部333における凸部335の周囲に配置され、スペーサ320(340)に向けて突出する、突出方向に扁平な円柱状の突出部である。X軸マイナス方向のスペーサ330が有する突起336は、スペーサ340の貫通孔342と、スペーサ320の貫通孔322とに対応する位置に配置され、貫通孔342と貫通孔322とに挿入される。X軸プラス方向のスペーサ330が有する突起336は、スペーサ340の貫通孔343と、スペーサ320の貫通孔323とに対応する位置に配置され、貫通孔343と貫通孔323とに挿入される。
【0076】
突起337は、スペーサ本体331のZ軸プラス方向端部に配置され、スペーサ320に向けて突出する、突出方向に扁平な円柱状の突出部である。X軸マイナス方向のスペーサ330が有する突起337は、スペーサ本体331のY軸マイナス方向端部の、スペーサ320の貫通孔324に対応する位置に配置され、貫通孔324に挿入される。X軸プラス方向のスペーサ330が有する突起337は、スペーサ本体331のY軸プラス方向端部の、スペーサ320の貫通孔325に対応する位置に配置され、貫通孔325に挿入される。突起338及び貫通孔339は、スペーサ本体331のY軸方向中央部かつZ軸マイナス方向端部において、Y軸方向に並んで配置されている。一方のスペーサ330が有する突起338は、他方のスペーサ330が有する貫通孔339に対応する位置に配置され、当該貫通孔339に向けて突出する円柱状の突起であり、当該貫通孔339は、当該突起338が挿入される円形状の貫通孔である。
【0077】
以上のような構成により、スペーサ330の凹部333内にスペーサ340が配置されてスペーサ320~340が組み付けられ、そして、蓄電素子200に、スペーサ320~340及びサイドプレート500が組み付けられる。
【0078】
これにより、図8に示すように、スペーサ320は、X軸方向(第一方向)から見て、蓄電素子200(201、204等)の容器210のY軸方向(第二方向)の端縁であって蓄電素子201の電極端子240とは異なる側の端縁から突出して配置される。本実施の形態では、スペーサ320は、X軸方向(第一方向)から見て、容器210のY軸方向(第二方向)の両側の端縁であって電極端子240とは異なる側の端縁(端子配置面211とは異なる面)から突出する。具体的には、スペーサ320は、X軸方向から見て、容器210の一対の短側面212の双方から突出する。本実施の形態では、スペーサ320は、Y軸方向両端部において、Y軸方向端部の全体が短側面212から突出して配置されている。なお、スペーサ320は、Y軸方向端部のうちの一部(例えば凹部321の部分)が短側面212から突出していない構成でもよいが、Y軸方向端部のうちのZ軸方向両端部は、短側面212から突出しているのが好ましい。
【0079】
スペーサ320は、Z軸方向(第三方向)において、蓄電素子200(201、204等)の容器210よりも長さが短い。スペーサ330は、Z軸方向において、蓄電素子200(201、204等)の容器210と同等の大きさを有している。このため、スペーサ330は、Z軸方向(第三方向)において、スペーサ320よりも長さが長い。本実施の形態では、スペーサ320は、Z軸方向両端部において、容器210及びスペーサ330から突出しない位置に配置される。
【0080】
具体的には、スペーサ320は、容器210及びスペーサ330に対してZ軸プラス方向寄りに配置される。言い換えれば、スペーサ320は、Z軸方向において、その中心が、容器210の中心(及びスペーサ330の中心)よりも、Z軸プラス方向に配置される。これにより、スペーサ320は、Z軸方向(第三方向)において、中心が、容器210の中心よりも、蓄電素子200(201、204等)の電極端子240、ガス排出弁231、容器210の接合部215、並びに、外装体100の接合部130の少なくとも1つに近い位置に配置される。本実施の形態では、スペーサ320は、Z軸方向において、その中心が、容器210の中心(及びスペーサ330の中心)よりも、電極端子240、ガス排出弁231、接合部215、及び、接合部130(図1参照)の全てに近い位置に配置される。
【0081】
サイドプレート500(501、502)は、スペーサ320の凹部321(及び、スペーサ330のスペーサ側壁332の凹み)内に配置される。このため、サイドプレート500は、Z軸方向(第三方向)において、中心が、容器210の中心に対して、スペーサ320の中心と同じ方向(Z軸プラス方向)に配置される。つまり、サイドプレート500についても、Z軸方向において、その中心が、容器210の中心(及びスペーサ330の中心)よりも、電極端子240、ガス排出弁231、接合部215、及び、接合部130の少なくとも1つ(本実施の形態では、全て)に近い位置に配置される。なお、外装体100の外装体本体110は、スペーサ320のY軸方向両端部及びサイドプレート500に対応する位置におけるY軸方向の幅が、Z軸マイナス方向端部のY軸方向の幅よりも大きくなっている(図1及び図2参照)。
【0082】
[4 効果の説明]
以上のように、本発明の実施の形態に係る蓄電装置10によれば、X軸方向(第一方向)に並び、かつ、並列接続される2つの蓄電素子200(例えば、蓄電素子201及び202(第一蓄電素子及び第二蓄電素子))の間に、スペーサ310(第一スペーサ)が配置される。直列接続される2つの蓄電素子200(例えば、蓄電素子201及び204(第一蓄電素子及び第三蓄電素子))の間に、スペーサ330(第二スペーサ)が配置される。そして、スペーサ310は、Y軸方向(第二方向)及びZ軸方向(第三方向)の少なくとも1方向において、スペーサ330よりも長さが短い。ここで、2つの蓄電素子200が並列接続されている場合、当該2つの蓄電素子200の電位は同等になるため、当該2つの蓄電素子200の間を絶縁する必要性が低い。2つの蓄電素子200が並列接続されている場合、当該2つの蓄電素子200の熱連鎖を防ぐのが困難なため、当該2つの蓄電素子200の間を断熱する必要性も低い。このため、並列接続される2つの蓄電素子200の間には、絶縁または断熱を目的として、容器210の全面を覆うような大きなスペーサを配置する必要性が低い。したがって、当該2つの蓄電素子200の間には、振動または衝撃に対して蓄電素子200を圧迫して蓄電素子200を保護(蓄電素子200の移動または蓄電素子200の容器210内での電極体の移動を抑制)するスペーサが配置されればよい。このため、並列接続される2つの蓄電素子200の間に、直列接続される2つの蓄電素子200の間のスペーサ330よりもY軸方向及びZ軸方向の少なくとも1方向の長さが短いスペーサ310を配置する。これにより、スペーサ310を小さくできるため、蓄電装置10の小型化または軽量化を図ることができる。
【0083】
蓄電装置10において、スペーサ310を、X軸方向と直交する全方向において、スペーサ330よりも長さを短く形成することで、当該全方向において蓄電装置10の小型化を図ることができ、かつ、蓄電装置10の軽量化を図ることもできる。
【0084】
蓄電素子200は、一般的に、容器210内において、電極体の電極端子240側には集電体やガスケット等が配置されるため、電極体は、Z軸方向における電極端子240とは反対側に寄った位置に配置される。このため、Z軸方向において、スペーサ310を蓄電素子200の容器210よりも長さを短く形成し、かつ、スペーサ310の中心を、蓄電素子200の容器210の中心よりも電極端子240から離れる位置に配置する。これにより、スペーサ310で蓄電素子200の電極体に近い位置を圧迫できるため、蓄電素子200の容器210内での電極体の移動をさらに抑制できる。したがって、蓄電装置10の小型化または軽量化を図る構成において、蓄電素子200を効果的に保護できる。
【0085】
スペーサ330が、スペーサ310に対応する位置に、蓄電素子200に向けて突出する突出部334を有することで、スペーサ310及び突出部334によって、蓄電素子200をX軸方向の両側から圧迫できる。これにより、蓄電素子200の移動、または、蓄電素子200の容器210内での電極体の移動をさらに抑制できる。したがって、蓄電装置10の小型化または軽量化を図る構成において、蓄電素子200を効果的に保護できる。
【0086】
スペーサ310が配置されていない位置における2つの蓄電素子200(例えば、蓄電素子201及び202)の容器210同士の間隔が、スペーサ310の厚みよりも小さいことで、スペーサ310が配置されていない部分では、当該2つの蓄電素子200が近付くことができる。したがって、当該2つの蓄電素子200を組み付けた場合のX軸方向の幅が大きくなるのを抑制できるため、蓄電装置10の小型化を図ることができる。
【0087】
蓄電装置10において、X軸方向(第一方向)に並ぶ複数の蓄電素子200(例えば、蓄電素子201及び204)の間に、スペーサ320が配置される。スペーサ320は、X軸方向から見て、蓄電素子200の容器210のY軸方向(第二方向)の端縁であって電極端子240とは異なる側の端縁から突出し、かつ、Z軸方向(第三方向)において容器210よりも長さが短い。このように、スペーサ320を、蓄電素子200の容器210のY軸方向の端縁であって電極端子240とは異なる側の端縁から突出させることで、蓄電素子200へのY軸方向からの衝撃に対して、蓄電素子200を保護することができる。また、スペーサ320を、蓄電素子200の容器210のY軸方向の端縁から突出させることで、スペーサ320が大型化し、重量が増加するという問題がある。特に、スペーサ320の強度向上を図るために、スペーサ320の厚みを厚くしたり、スペーサ320を金属で形成したりすることで、スペーサ320が大型化したり重量が増加する。このため、スペーサ320を、Z軸方向において蓄電素子200の容器210よりも長さを短く形成する。これにより、スペーサ320の大型化または重量の増加を抑制できる。したがって、蓄電装置10において、蓄電素子200を保護しつつ、大型化または重量の増加を抑制できる。
【0088】
蓄電装置10において、スペーサ320が、蓄電素子200の容器210のY軸方向の両側の端縁から突出することで、蓄電素子200へのY軸方向からの衝撃に対して、蓄電素子200を効果的に保護することができる。
【0089】
蓄電素子200においては、電極端子240、集電体、ガス排出弁231、または、容器210の接合部215を保護する構成が好ましく、蓄電装置10においては、外装体100の接合部130を保護する構成が好ましい。このため、スペーサ320を、中心が、蓄電素子200の容器210の中心よりも、蓄電素子200の電極端子240、集電体、ガス排出弁231、容器210の接合部215、及び、蓄電装置10の外装体100の接合部130の少なくとも1つに近い位置に配置する。これにより、蓄電素子200及び外装体100の少なくとも1つを効果的に保護することができる。
【0090】
蓄電装置10がサイドプレート500を備える場合、サイドプレート500についても、中心が、蓄電素子200の容器210の中心に対して、スペーサ320の中心と同じ方向に位置するように配置する。これにより、サイドプレート500によっても、蓄電素子200の電極端子240、集電体、ガス排出弁231、容器210の接合部215、及び、蓄電装置10の外装体100の接合部130の少なくとも1つを効果的に保護することができる。
【0091】
蓄電素子200を保護する目的のスペーサ320とは別に、蓄電素子200を絶縁する目的で絶縁性のスペーサ330を配置する。本実施の形態では、スペーサ320が金属等の導電部材で形成されるため、蓄電素子200(例えば蓄電素子201)とスペーサ320との間にスペーサ330を配置することで、蓄電素子200及びスペーサ320の間の絶縁を図ることができる。なお、スペーサ320が絶縁部材で形成される場合でも、スペーサ320が2つの蓄電素子200(例えば、蓄電素子201及び204)の間の絶縁を図る構成でなければ、スペーサ330を配置することで、当該2つの蓄電素子200の間の絶縁を図ることができる。これらにより、蓄電装置10において、蓄電素子200を保護することができる。
【0092】
絶縁性のスペーサ330を、スペーサ320よりも長く形成することで、蓄電素子200の絶縁性の向上を図ることができる。本実施の形態では、スペーサ320が金属等の導電部材で形成されるため、スペーサ330をスペーサ320よりも長く形成することで、蓄電素子200(例えば蓄電素子201)及びスペーサ320の間の絶縁性の向上を図ることができる。なお、スペーサ320が絶縁部材で形成される場合でも、スペーサ320はZ軸方向において容器210よりも長さが短いため、スペーサ320では2つの蓄電素子200(例えば、蓄電素子201及び204)の間の絶縁を十分に図れないおそれがある。このため、スペーサ320よりも長いスペーサ330を配置することで、当該2つの蓄電素子200の間の絶縁性の向上を図ることができる。これらにより、蓄電装置10において、蓄電素子200を保護することができる。
【0093】
[5 変形例の説明]
以上、本実施の形態に係る蓄電装置10について説明したが、本発明は、上記実施の形態には限定されない。今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。
【0094】
例えば、上記実施の形態では、スペーサ320は、X軸方向から見て、蓄電素子200の容器210のY軸方向の両側の端縁(双方の短側面212)から突出することとしたが、容器210のY軸方向の一方側の端縁(一方の短側面212)からは突出しなくてもよい。つまり、スペーサ320は、X軸方向から見て、容器210のY軸方向の少なくとも一方側の端縁から突出すればよい。または、スペーサ320は、X軸方向から見て、容器210のZ軸方向の端縁であって蓄電素子200の電極端子240とは異なる側の端縁(底面214)から突出し、かつ、Y軸方向において、蓄電素子200の容器210よりも長さが短くてもよい。つまり、上記実施の形態において、Y軸方向を第二方向の一例としたが、Z軸方向を第二方向としてもよい。さらに、スペーサ320は、上記以外の構成でもよいし、蓄電装置10がスペーサ320を備えていなくてもよい。この場合、直列接続される蓄電素子200同士の間には、1つのスペーサ330(及び340)が配置されていればよい。
【0095】
上記実施の形態では、スペーサ320及びサイドプレート500は、蓄電素子200の容器210及びスペーサ330に対して、Z軸プラス方向寄りに配置されることとしたが、Z軸方向中央部、または、Z軸マイナス方向寄りに配置されてもよい。
【0096】
上記実施の形態では、スペーサ310は、X軸方向と直交する全方向において、蓄電素子200の容器210よりも長さが短いこととしたが、X軸方向と直交するいずれかの方向において、容器210よりも長くてもよい。または、スペーサ310は、X軸方向と直交する全方向において、蓄電素子200の容器210よりも長くてもよい。
【0097】
上記実施の形態では、スペーサ310は、中心が、蓄電素子200の容器210の中心よりも、電極端子240から離れる位置に配置されることとしたが、Z軸方向において、容器210の中心と同じ位置、または、容器210の中心よりも電極端子240に近い位置に配置されてもよい。
【0098】
上記実施の形態では、スペーサ330は、一対のスペーサ側壁332、凹部333及び突出部334等を有していることとしたが、これらを有していなくてもよく、その形状は特に限定されない。スペーサ330が有する凸部335、突起336、337、338、及び、貫通孔339の配置位置、個数、大きさ及び形状等についても、特に限定されない。他のスペーサ300についても同様である。
【0099】
上記実施の形態では、スペーサ310が配置されていない位置における蓄電素子200の容器210同士の間隔が、スペーサ310の厚みよりも小さいこととした。しかし、エンドプレート400及びサイドプレート500による圧迫の程度によっては、当該容器210同士の間隔は、スペーサ310の厚みと同程度になっていてもよい。または、容器210の中央部が膨らむことにより、当該容器210同士の間隔が、スペーサ310の厚みよりも大きくなってもよい。
【0100】
上記実施の形態において、全てのスペーサ310が上記構成を有していることとしたが、いずれかのスペーサ310が上記構成を有していなくてもよい。他のスペーサ300についても同様である。
【0101】
上記実施の形態及びその変形例に含まれる構成要素を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【0102】
本発明は、このような蓄電装置として実現することができるだけでなく、第一スペーサ(スペーサ310)と第二スペーサ(スペーサ330)との組み合わせとしても実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【0103】
本発明は、リチウムイオン二次電池等の蓄電素子を備えた蓄電装置等に適用できる。
【符号の説明】
【0104】
10 蓄電装置
100 外装体
121 外部端子
130、215 接合部
200、201、202、203、204 蓄電素子
210 容器
211 端子配置面
212 短側面
213 長側面
214 底面
231 ガス排出弁
240 電極端子
300、310、320、330、340 スペーサ
311 接合部材
321、333 凹部
322、323、324、325、339、341、342、343 貫通孔
331 スペーサ本体
332 スペーサ側壁
334 突出部
335 凸部
336、337、338 突起
400、401、402 エンドプレート
500、501、502 サイドプレート
700 バスバー
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8