(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-07
(45)【発行日】2023-11-15
(54)【発明の名称】組電池
(51)【国際特許分類】
H01M 50/503 20210101AFI20231108BHJP
H01M 50/178 20210101ALI20231108BHJP
H01M 50/204 20210101ALI20231108BHJP
H01M 50/211 20210101ALI20231108BHJP
H01M 50/505 20210101ALI20231108BHJP
H01M 50/51 20210101ALI20231108BHJP
H01M 50/548 20210101ALI20231108BHJP
H01M 50/557 20210101ALI20231108BHJP
H01M 10/613 20140101ALN20231108BHJP
H01M 10/625 20140101ALN20231108BHJP
H01M 10/6556 20140101ALN20231108BHJP
H01M 10/6568 20140101ALN20231108BHJP
【FI】
H01M50/503
H01M50/178
H01M50/204 401H
H01M50/211
H01M50/505
H01M50/51
H01M50/548 301
H01M50/557
H01M10/613
H01M10/625
H01M10/6556
H01M10/6568
(21)【出願番号】P 2021060593
(22)【出願日】2021-03-31
【審査請求日】2022-08-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】加藤 真史
(72)【発明者】
【氏名】松本 瑞穂
(72)【発明者】
【氏名】中山 博之
(72)【発明者】
【氏名】前田 大輝
【審査官】山下 裕久
(56)【参考文献】
【文献】特開2019-169254(JP,A)
【文献】特開2018-049823(JP,A)
【文献】国際公開第2014/073443(WO,A1)
【文献】国際公開第2020/116799(WO,A1)
【文献】特表2013-536979(JP,A)
【文献】特表2018-503936(JP,A)
【文献】国際公開第2007/063877(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 50/503
H01M 50/211
H01M 50/204
H01M 50/178
H01M 50/557
H01M 50/548
H01M 50/505
H01M 50/51
H01M 10/613
H01M 10/625
H01M 10/6568
H01M 10/6556
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
蓄電装置と、
前記蓄電装置を冷却する冷却装置と、を備え、
前記蓄電装置は、
一方向に積層された複数の蓄電セルと、
金属からなり、前記複数の蓄電セルを収容するケースと、
絶縁性及び熱伝導性を有する材料からなり、前記ケース内に充填された充填部と、
前記複数の蓄電セルの各蓄電セル同士を電気的に接続するバスバーと、を備え、
前記各蓄電セルは、
前記一方向に積層された複数の正極シートと、
前記一方向に積層された複数の負極シートと、
前記複数の正極シートに接続された正極集電板と、
前記複数の負極シートに接続された負極集電板と、
前記複数の正極シート、前記複数の負極シート、前記正極集電板の一部及び前記負極集電板の一部を被覆するラミネートフィルムと、を有し、
前記正極集電板は、前記一方向と直交する直交方向に向かって前記ラミネートフィルムから突出する形状を有する正極突出部を有し、
前記負極集電板は、前記直交方向に向かって前記ラミネートフィルムから突出する形状を有する負極突出部を有し、
前記複数の蓄電セルは、前記複数の蓄電セルの一の蓄電セルにおける前記正極突出部と前記複数の蓄電セルのうち前記一の蓄電セルに隣接する蓄電セルにおける前記負極突出部とが前記一方向に互いに対向するように積層されており、
前記バスバーは、前記一方向に延びる形状を有し、前記正極突出部と前記負極突出部とを接続して
おり、
前記正極突出部及び前記負極突出部は、前記一方向に直交する平板状に形成されており、
前記バスバーは、
前記正極突出部に面接触する正極接触部と、
前記負極突出部に面接触する負極接触部と、
前記一方向に延びる形状を有し、前記正極突出部と前記負極突出部とを連結する連結部と、を有し、
前記連結部は、前記直交方向における前記正極接触部の外側の端部と前記直交方向における前記負極接触部の外側の端部とを連結しており、
前記連結部には、前記一方向及び前記直交方向の双方と直交する方向に間隔を置いて並ぶように複数の貫通孔が設けられており、
前記ケースは、前記直交方向に前記連結部と対向する対向壁を有し、
前記冷却装置は、前記対向壁の外側面に接しており、
前記充填部は、前記正極突出部と、前記負極突出部と、前記正極接触部と、前記負極接触部と、前記直交方向における前記連結部の内側面及び外側面と、前記対向壁の内側面と、に接触している、組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、複数の蓄電セルを備える蓄電装置が知られている。例えば、特開2005-190885号公報には、複数のリチウムイオン電池を有するラミネート電池モジュールが開示されている。各リチウムイオン電池の一対の端子は、発電要素から一方向に延びた延出部分と、延出部分から横向きにはみ出したはみ出し部分と、を有している。両端子のはみ出し部分が逆向きに折り曲げられ、正極端子の折り曲げ部分が隣のリチウムイオン電池の負極端子の折り曲げ部分と接続されており、負極端子の折り曲げ部分が逆の隣のリチウムイオン電池の正極端子の折り曲げ部分と接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特開2005-190885号公報に記載されるラミネート電池モジュールでは、要求される出力の変化等に応じて各蓄電セルの厚さ(電極体の積層数)が変化すると、端子(集電板)の形状も変化する。このため、蓄電セルの厚みに応じて異なる形状を有する集電板を準備することが必要となる。このことは、コストの増大につながる。
【0005】
本開示の目的は、集電板の形状を共通化させつつ各蓄電セルの厚み変更に対応可能な蓄電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一局面に従った蓄電装置は、一方向に積層された複数の蓄電セルと、前記複数の蓄電セルの各蓄電セル同士を電気的に接続するバスバーと、を備え、前記各蓄電セルは、前記一方向に積層された複数の正極シートと、前記一方向に積層された複数の負極シートと、前記複数の正極シートに接続された正極集電板と、前記複数の負極シートに接続された負極集電板と、前記複数の正極シート、前記複数の負極シート、前記正極集電板の一部及び前記負極集電板の一部を被覆するラミネートフィルムと、を有し、前記正極集電板は、前記一方向と直交する直交方向に向かって前記ラミネートフィルムから突出する形状を有する正極突出部を有し、前記負極集電板は、前記直交方向に向かって前記ラミネートフィルムから突出する形状を有する負極突出部を有し、前記複数の蓄電セルは、前記複数の蓄電セルの一の蓄電セルにおける前記正極突出部と前記複数の蓄電セルのうち前記一の蓄電セルに隣接する蓄電セルにおける前記負極突出部とが前記一方向に互いに対向するように積層されており、前記バスバーは、前記一方向に延びる形状を有し、前記正極突出部と前記負極突出部とを接続している。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、集電板の形状を共通化させつつ各蓄電セルの厚み変更に対応可能な蓄電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】本開示の第1実施形態の蓄電装置を含む組電池の構成を概略的に示す斜視図である。
【
図2】
図1におけるII-II線での断面図である。
【
図3】蓄電モジュールの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【
図4】本開示の第2実施形態の蓄電装置を含む組電池の構成を概略的に示す断面図である。
【
図5】第2実施形態の蓄電装置における蓄電モジュールの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【
図6】本開示の第3実施形態の蓄電装置を含む組電池の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【0010】
(第1実施形態)
図1は、本開示の第1実施形態の蓄電装置を含む組電池の構成を概略的に示す斜視図である。
図2は、
図1におけるII-II線での断面図である。この組電池1は、例えば、電気自動車等の電動車に搭載される。
【0011】
図1及び
図2に示されるように、組電池1は、蓄電装置10と、冷却装置20と、を備えている。冷却装置20は、蓄電装置10を冷却する装置である。冷却装置20は、蓄電装置10の側部に接するように配置されている。
図1に示されるように、冷却装置20は、その内部を冷却媒体(水等)Cが流れるように構成されている。なお、
図1では、冷却装置20の一部が破断された状態が示されている。
【0012】
図1に示されるように、蓄電装置10は、一対の外部端子11,12を有している。一方の外部端子11は、正極端子であり、他方の外部端子12は、負極端子である。
図2に示されるように、蓄電装置10は、蓄電モジュール100と、ケース200と、絶縁シート300と、充填部400と、を備えている。
【0013】
図3は、蓄電モジュールの構成を概略的に示す分解斜視である。
図2及び
図3に示されるように、蓄電モジュール100は、少なくとも一つの蓄電セル101と、複数のバスバー102と、を含んでいる。
【0014】
本実施形態では、蓄電モジュール100は、複数の蓄電セル101を有している。複数の蓄電セル101は、一方向(
図1における上下方向)に積層されている。なお、
図2及び
図3には、3つの蓄電セル101が示されているが、蓄電セル101の数は、特に限定されない。蓄電セル101として、例えば、リチウムイオン電池が挙げられる。
【0015】
蓄電セル101は、いわゆるラミネート型セルである。すなわち、蓄電セル101は、複数の電極体110と、集電板120と、ラミネートフィルム130と、接着部材140と、電解液(図示略)と、を有している。なお、蓄電セル101は、セパレータと電解液の代わりに、固定電解質を有する全固体電池で構成されてもよい。
【0016】
複数の電極体110は、一方向に積層されている。
図2に示されるように、複数の電極体110は、正極シート111と、負極シート112と、正極シート111及び負極シート112間に配置されたセパレータ113と、を有している。正極シート111及び負極シート112の端部は、集電板120に電気的に接続されている。
【0017】
集電板120は、各正極シート111が接続された正極集電板120pと、各負極シート112が接続された負極集電板120nと、を有している。
【0018】
正極集電板120pは、正極シート111及び負極シート112の積層方向(前記一方向)と直交する直交方向における各シート111,112の一方側に配置されている。本実施形態では、正極集電板120pは、平板状に形成されている。正極集電板120pは、例えば、アルミニウムからなる。正極集電板120pは、直交方向における一方側に向かってラミネートフィルム130から突出する形状を有する正極突出部121を有している。
【0019】
負極集電板120nは、直交方向における各シート111,112の他方側に配置されている。本実施形態では、負極集電板120nは、平板状に形成されている。負極集電板120nは、例えば、銅からなる。負極集電板120nは、直交方向における他方側に向かってラミネートフィルム130から突出する形状を有する負極突出部122を有している。なお、負極集電板120nは、正極集電板120pが配置された側と同じ側に配置されてもよい。この場合、負極集電板120nは、一方向及び直交方向の双方に直交する方向に正極集電板120pと隣接する位置に配置される。
【0020】
図2に示されるように、複数の蓄電セル101は、一の蓄電セル101における正極突出部121と前記一の蓄電セル101に隣接する蓄電セル101における負極突出部122とが前記一方向に互いに対向するように積層されている。
【0021】
図3に示されるように、一方向における一方側の端部に配置された蓄電セル101の正極突出部121には、外部端子11を有するバスバー13が接続されており、一方向における他方側の端部に配置された蓄電セル101の負極突出部122には、外部端子12を有するバスバー14が接続されている。
【0022】
ラミネートフィルム130は、複数の電極体110及び集電板120の一部を被覆している。より詳細には、ラミネートフィルム130は、複数の正極シート111、複数の負極シート112、複数のセパレータ113、正極集電板120pの一部及び負極集電板120nの一部を被覆している。ラミネートフィルム130内には、電解液(図示略)が充填されている。
【0023】
接着部材140は、ラミネートフィルム130を各集電板120p,120nに接着する部材である。接着部材140は、絶縁性を有する材料(樹脂等)からなる。接着部材140は、ラミネートフィルム130から突出する形状を有している。つまり、接着部材140は、正極突出部121の一部及び負極突出部122の一部を被覆している。
【0024】
バスバー102は、複数の蓄電セル101が電気的に直列に接続されるように互いに対向する正極突出部121と負極突出部122とを接続している。バスバー102は、正極接触部102aと、負極接触部102bと、連結部102cと、を有している。
【0025】
正極接触部102aは、平板状に形成されている。正極接触部102aは、正極突出部121に面接触している。正極接触部102aは、正極突出部121に溶接されている。
【0026】
負極接触部102bは、平板状に形成されている。負極接触部102bは、負極突出部122に面接触している。負極接触部102bは、負極突出部122に溶接されている。
【0027】
連結部102cは、正極突出部121と負極突出部122とを連結している。連結部102cは、一方向(正極突出部121と負極突出部122とが互いに対向する方向)に延びる形状を有している。本実施形態では、連結部102cは、前記直交方向における正極突出部121の内側の端部と前記直交方向における負極突出部122の内側の端部とを連結している。すなわち、バスバー102は、直交方向における外向きに開口する形状を有している。このため、直交方向における蓄電モジュール100の外側から正極接触部102aを正極突出部121に溶接すること及び負極接触部102bを負極突出部122に溶接することが容易になる。
【0028】
ケース200は、蓄電モジュール100を収容している。ケース200は、金属(アルミニウム等)からなる。
図1に示されるように、ケース200は、ケース本体210と、閉塞板220と、を有している。
【0029】
ケース本体210は、少なくとも一方向に開口している。本実施形態では、ケース本体210は、各蓄電セル101の積層方向と直交する方向に延びる中心軸を有する四角筒状に形成されている。ケース本体210には、注入口h(
図2を参照)が設けられている。
【0030】
閉塞板220は、ケース本体210の開口を塞ぐようにケース本体210に溶接されている。閉塞板220は、平板状に形成されている。
【0031】
冷却装置20は、ケース本体210の外側面に接するように設けられている。換言すれば、冷却装置20は、各蓄電セル101の積層方向と直交する方向にケース200に接するように設けられている。
【0032】
絶縁シート300は、ケース本体210の内面及び閉塞板220の内面を被覆している。
図2に示されるように、絶縁シート300は、ケース本体210の上面及び下面を被覆していてもよい。
【0033】
充填部400は、絶縁性を有する材料からなる。充填部400は、熱伝導性を有する材料からなることが好ましい。充填部400は、ケース200の注入口hを通じてケース200内に前記材料(本実施形態ではポッティング材)を注入することにより形成される。
【0034】
図2に示されるように、充填部400は、正極突出部121の先端及び負極突出部122の先端を被覆している。充填部400は、接着部材140とともに、各突出部121,122の全域を被覆している。なお、充填部400は、接着部材140及びラミネートフィルム130の端部を被覆していてもよい。
【0035】
充填部400は、バスバー102,13,14の全域を被覆していることが好ましい。充填部400は、ケース本体210の内面に設けられた絶縁シート300と、閉塞板220の内面に設けられた絶縁シート300と、に接していることが好ましい。このようにすれば、ケース200に対する蓄電モジュール100の相対変位が抑制される。
【0036】
図2に示されるように、蓄電装置10は、制限ユニット500をさらに備えていてもよい。制限ユニット500は、蓄電モジュール100とケース本体210との間に配置されている。なお、制限ユニット500は、互いに隣接する一対の蓄電セル101間に配置されてもよい。
【0037】
制限ユニット500は、各蓄電セル101の積層方向におけるケース200に対する蓄電モジュール100の相対変位を制限する。制限ユニット500は、例えば、ダイラタンシー性を有する材料からなる。すなわち、各蓄電セル101の膨張時等、ケース200に対して各蓄電セル101が小さな速度で前記積層方向に相対変位するときには、制限ユニット500は、弾性変形することによって各蓄電セル101の膨張を吸収する。一方、蓄電装置10の振動時等、ケース200に対して各蓄電セル101が比較的大きな速度で前記積層方向に相対変位するときには、制限ユニット500は、相対的に大きな弾性率を示すことによってケース200に対する各蓄電セル101の相対変位を規制する。これにより、蓄電装置10の振動時における蓄電モジュール100の共振が抑制される。
【0038】
以上のように、本実施形態の蓄電装置10では、バスバー102が一方向に延びる形状を有するため、一方向におけるバスバー102の長さを調整することにより、各蓄電セル101の積層方向における厚さが変化することによる正極突出部121及び負極突出部122間の長さの変化に対応することが可能となる。よって、正極集電板120p及び負極集電板120nの形状を共通化させつつ各蓄電セル101の厚み変更に対応可能となる。
【0039】
また、本実施形態では、前記積層方向と直交する方向におけるケース200の側部から、熱伝導性を有する材料からなる充填部400を介して冷却装置20によって集電板120及びバスバー102が冷却される。集電板120及びバスバー102は金属からなるため、蓄電モジュール100が有効に冷却される。
【0040】
(第2実施形態)
次に、
図4及び
図5を参照しながら、本開示の第2実施形態の蓄電装置10について説明する。
図4は、本開示の第2実施形態の蓄電装置を含む組電池の構成を概略的に示す断面図である。
図5は、第2実施形態の蓄電装置における蓄電モジュールの構成を概略的に示す分解斜視図である。なお、第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第1実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
【0041】
本実施形態では、連結部102cは、前記直交方向における正極突出部121の外側の端部と前記直交方向における負極突出部122の外側の端部とを連結している。すなわち、バスバー102は、直交方向における内向きに開口する形状を有している。本実施形態では、正極接触部102aは、正極突出部121のいずれの表面に溶接されてもよく、負極接触部102bは、負極突出部122のいずれの表面に溶接されてもよい。
【0042】
図5に示されるように、バスバー102の連結部102cには、貫通孔102hが設けられている。この貫通孔102hを通じて、直交方向における蓄電モジュール100の外側から正極接触部102aを正極突出部121に溶接すること及び負極接触部102bを負極突出部122に溶接することが可能になる。
【0043】
この態様では、直交方向における連結部102cの位置が第1実施形態のそれよりも直交方向における外側となるため、連結部102cに接する充填部400の形成に必要な前記材料(ポッティング材)の量が少なくなる。充填部400が連結部102cに接することにより、充填部400とバスバー102との接触面積が大きくなるため、各蓄電セル101の冷却効率が高まる。
【0044】
(第3実施形態)
次に、
図6を参照しながら、本開示の第3実施形態の蓄電装置10について説明する。
図6は、本開示の第3実施形態の蓄電装置を含む組電池の構成を概略的に示す断面図である。なお、第3実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第1実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
【0045】
本実施形態では、正極突出部121は、正極張出部121aと、正極屈曲部121bと、を有しており、負極突出部122は、負極張出部122aと、負極屈曲部122bと、を有している。
【0046】
正極張出部121aは、前記直交方向における一方側に向かって張り出す形状を有している。正極張出部121aは、平板状に形成されている。
【0047】
正極屈曲部121bは、前記直交方向における正極張出部121aの外側の端部から前記一方向における一方側に向かって延びる形状を有している。正極屈曲部121bは、平板状に形成されている。正極屈曲部121bは、正極張出部121aと直交している。
【0048】
負極張出部122aは、前記直交方向における他方側に向かって張り出す形状を有している。負極張出部122aは、平板状に形成されている。
【0049】
負極屈曲部122bは、前記直交方向における負極張出部122aの外側の端部から前記一方向における他方側に向かって延びる形状を有している。すなわち、負極屈曲部122bは、正極張出部121aから正極屈曲部121bが延びる向きとは反対向きに負極張出部122aから延びている。このため、一の蓄電セル101における負極屈曲部122bは、前記一の蓄電セル101に隣接する蓄電セル101おける正極屈曲部121bと一方向に対向している。負極屈曲部122bは、平板状に形成されている。負極屈曲部122bは、負極張出部122aと直交している。
【0050】
バスバー102は、平板状に形成されている。バスバー102は、正極屈曲部121b及び負極屈曲部122bの双方に面接触した状態で正極屈曲部121bと負極屈曲部122bとを接続している。バスバー102は、直交方向における各屈曲部121b,122bの内側面に接している。バスバー102は、正極屈曲部121b及び負極屈曲部122bに溶接されている。
【0051】
なお、第3実施形態において、バスバー102は、直交方向における各屈曲部121b,122bの外側面に接していてもよい。
【0052】
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
【0053】
上記実施形態における蓄電装置は、一方向に積層された複数の蓄電セルと、前記複数の蓄電セルの各蓄電セル同士を電気的に接続するバスバーと、を備え、前記各蓄電セルは、前記一方向に積層された複数の正極シートと、前記一方向に積層された複数の負極シートと、前記複数の正極シートに接続された正極集電板と、前記複数の負極シートに接続された負極集電板と、前記複数の正極シート、前記複数の負極シート、前記正極集電板の一部及び前記負極集電板の一部を被覆するラミネートフィルムと、を有し、前記正極集電板は、前記一方向と直交する直交方向に向かって前記ラミネートフィルムから突出する形状を有する正極突出部を有し、前記負極集電板は、前記直交方向に向かって前記ラミネートフィルムから突出する形状を有する負極突出部を有し、前記複数の蓄電セルは、前記複数の蓄電セルの一の蓄電セルにおける前記正極突出部と前記複数の蓄電セルのうち前記一の蓄電セルに隣接する蓄電セルにおける前記負極突出部とが前記一方向に互いに対向するように積層されており、前記バスバーは、前記一方向に延びる形状を有し、前記正極突出部と前記負極突出部とを接続している。
【0054】
この蓄電装置では、バスバーが一方向に延びる形状を有するため、一方向におけるバスバーの長さを調整することにより、各蓄電セルの積層方向における厚さが変化することによる正極突出部及び負極突出部間の長さの変化に対応することが可能となる。よって、正極集電板及び負極集電板の形状を共通化させつつ各蓄電セルの厚み変更に対応可能となる。
【0055】
また、前記正極突出部及び前記負極突出部は、前記一方向に直交する平板状に形成されており、前記バスバーは、前記正極突出部に面接触する正極接触部と、前記負極突出部に面接触する負極接触部と、前記一方向に延びる形状を有し、前記正極突出部と前記負極突出部とを連結する連結部と、を有していてもよい。
【0056】
この場合において、前記連結部は、前記直交方向における前記正極突出部の内側の端部と前記直交方向における前記負極突出部の内側の端部とを連結していてもよい。
【0057】
また、前記正極突出部は、前記直交方向に向かって張り出す正極張出部と、前記直交方向における前記正極張出部の外側の端部から前記一方向における一方側に向かって延びる形状を有する正極屈曲部と、を有し、前記負極突出部は、前記直交方向に向かって張り出す負極張出部と、前記直交方向における前記負極張出部の外側の端部から前記一方向における他方側に向かって延びる形状を有する負極屈曲部と、を有し、前記バスバーは、平板状に形成されており、かつ、前記正極屈曲部及び前記負極屈曲部の双方に面接触した状態で前記正極屈曲部と前記負極屈曲部とを接続していてもよい。
【0058】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【0059】
1 組電池、10 蓄電装置、11 外部端子、12 外部端子、20 冷却装置、100 蓄電モジュール、101 蓄電セル、102 バスバー、102a 正極接触部、102b 負極接触部、102c 連結部、102h 貫通孔、110 電極体、111 正極シート、112 負極シート、113 セパレータ、120 集電板、120p 正極集電板、120n 負極集電板、121 正極突出部、121a 正極張出部、121b 正極屈曲部、122 負極突出部、122a 負極張出部、122b 負極屈曲部、130 ラミネートフィルム、140 接着部材、200 ケース、210 ケース本体、220 閉塞板、300 絶縁シート、400 充填部、500 制限ユニット、C 冷却媒体、h 注入口。