(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】2024-10-16
(45)【発行日】2024-10-24
(54)【発明の名称】蓄電装置
(51)【国際特許分類】
H01M 50/204 20210101AFI20241017BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20241017BHJP
H01M 10/6555 20140101ALI20241017BHJP
H01M 10/6567 20140101ALI20241017BHJP
H01M 50/103 20210101ALI20241017BHJP
H01G 11/18 20130101ALI20241017BHJP
H01G 11/10 20130101ALI20241017BHJP
H01G 11/78 20130101ALI20241017BHJP
H01G 2/08 20060101ALI20241017BHJP
H01M 50/262 20210101ALI20241017BHJP
H01M 50/209 20210101ALI20241017BHJP
【FI】
H01M50/204 201
H01M10/613
H01M10/6555
H01M10/6567
H01M50/103
H01G11/18
H01G11/10
H01G11/78
H01G2/08 A
H01M50/262 S
H01M50/209
(21)【出願番号】P 2021082545
(22)【出願日】2021-05-14
【審査請求日】2023-09-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(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】100088155
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124062
【氏名又は名称】三上 敬史
(74)【代理人】
【識別番号】100148013
【氏名又は名称】中山 浩光
(74)【代理人】
【識別番号】100190470
【氏名又は名称】谷澤 恵美
(72)【発明者】
【氏名】柘植 昭人
(72)【発明者】
【氏名】守作 直人
(72)【発明者】
【氏名】植田 浩生
(72)【発明者】
【氏名】福田 滋
(72)【発明者】
【氏名】森岡 怜史
(72)【発明者】
【氏名】奥村 素宜
【審査官】吉川 潤
(56)【参考文献】
【文献】特開2021-012850(JP,A)
【文献】特開2020-135920(JP,A)
【文献】特開2021-015771(JP,A)
【文献】特開2014-165004(JP,A)
【文献】国際公開第2020/138110(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 50/20 - 50/298
H01M 10/60 - 10/667
H01M 50/00 - 50/198
H01G 11/00 - 11/86
H01G 2/08
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1方向において積層された複数の蓄電モジュールを有するモジュール積層体と、
前記第1方向において前記モジュール積層体上に積層された絶縁板と、
前記第1方向において前記絶縁板上に積層され、前記モジュール積層体及び前記絶縁板に拘束荷重を付加する拘束板と、を備え、
前記拘束板は、前記モジュール積層体の重力方向の下側に配置され、前記第1方向から見て前記モジュール積層体と重なる本体部と、前記第1方向から見て前記モジュール積層体と隣り合う縁部と、を有し、
前記縁部は、前記第1方向の内側に開口する凹部を有し、
前記凹部は、前記第1方向に直交する第2方向で前記モジュール積層体と対向する側壁を有し、
前記絶縁板は、前記モジュール積層体と前記本体部との間に配置された底部と、前記モジュール積層体と前記側壁との間に配置された側部と、を有し、
前記側部の前記第1方向における高さは、前記側壁の前記第1方向における高さ以上であり、
前記凹部には、液体排出口が設けられている、
蓄電装置。
【請求項2】
前記モジュール積層体は、隣り合う前記蓄電モジュール間に設けられた集電板を有し、
前記集電板には、前記第1方向に直交する第2方向に延在し、冷却用流体が流入する入口と、前記冷却用流体が流出する出口と、を有する流路が設けられており、
前記凹部は、前記第1方向から見て、前記出口と隣り合うように設けられている、
請求項1に記載の蓄電装置。
【請求項3】
前記流路は、前記第1方向と前記第2方向とに直交する第3方向に沿って複数配列されており、
前記凹部は、前記第1方向から見て、複数の前記出口と隣り合うように前記第3方向に沿って延在している、
請求項2に記載の蓄電装置。
【請求項4】
前記複数の蓄電モジュールのそれぞれは、セパレータを介して前記第1方向において積層された複数の電極を含む電極積層体と、前記電極積層体の前記第1方向に沿う側面を取り囲むとともに、隣り合う前記電極間に形成された内部空間を封止する封止体と、を有し、
前記封止体は、前記第1方向に沿う外周面と、前記外周面に設けられ、前記電極積層体の外側に向けて張り出す庇部と、を有する、
請求項1~3のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項5】
前記液体排出口は、前記凹部の底壁を前記第1方向において貫通する貫通孔である、
請求項1~4のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【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】
積層された複数の蓄電モジュールを有する積層体と、積層体の積層端と対向する内面を有し、積層体に積層方向の拘束荷重を付加する拘束板と、を備える蓄電装置が知られている(特許文献1参照)。
【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】
上記蓄電装置では、周辺環境の急激な温度及び湿度の変化により、積層体の表面に水滴が付着する場合がある。また、上記蓄電装置では、拘束板に肉盗み部として凹部が設けられる場合がある。拘束板の内面に設けられた凹部に水滴が溜まり、凹部の側壁を超えて積層体側に侵入することにより、積層された蓄電モジュール間で短絡(トラッキング)が生じるおそれがある。
【0005】
本開示の目的は、蓄電モジュール間で短絡が生じることを抑制可能な蓄電装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一側面に係る蓄電装置は、第1方向において積層された複数の蓄電モジュールを有するモジュール積層体と、第1方向においてモジュール積層体上に積層された絶縁板と、第1方向において絶縁板上に積層され、モジュール積層体及び絶縁板に拘束荷重を付加する拘束板と、を備え、拘束板は、モジュール積層体の重力方向の下側に配置され、第1方向から見てモジュール積層体と重なる本体部と、第1方向から見てモジュール積層体と隣り合う縁部と、を有し、縁部は、第1方向の内側に開口する凹部を有し、凹部は、第1方向に直交する第2方向でモジュール積層体と対向する側壁を有し、絶縁板は、モジュール積層体と本体部との間に配置された底部と、モジュール積層体と側壁との間に配置された側部と、を有し、側部の第1方向における高さは、側壁の第1方向における高さ以上であり、凹部には、液体排出口が設けられている。
【0007】
上記蓄電装置では、拘束板の縁部は、第1方向の内側(重力方向の上側)に開口する凹部を有している。凹部には液体排出口が設けられているので、凹部に水滴が溜まることが抑制される。モジュール積層体と拘束板の間に配置された絶縁板は、モジュール積層体と拘束板の本体部との間に配置された底部だけでなく、モジュール積層体と凹部の側壁との間に配置された側部を有している。側部の第1方向における高さは、側壁の第1方向における高さ以上である。このため、仮に凹部に水滴が溜まったとしても、凹部の側壁を超えてモジュール積層体側に侵入することが絶縁板によって抑制される。以上により、蓄電モジュール間で短絡が生じることが抑制される。
【0008】
モジュール積層体は、隣り合う蓄電モジュール間に設けられた集電板を有し、集電板には、第1方向に直交する第2方向に延在し、冷却用流体が流入する入口と、冷却用流体が流出する出口と、を有する流路が設けられており、凹部は、第1方向から見て、出口と隣り合うように設けられていてもよい。この場合、水滴が冷却用流体により出口から飛ばされ、凹部に溜まり易い。よって、液体排出口及び絶縁板の構成がより有効である。
【0009】
流路は、第1方向と第2方向とに直交する第3方向に沿って複数配列されており、凹部は、第1方向から見て、複数の出口と隣り合うように第3方向に沿って延在していてもよい。この場合、凹部には、水滴が更に溜まり易い。よって、液体排出口及び絶縁板の構成がより一層有効である。
【0010】
複数の蓄電モジュールのそれぞれは、セパレータを介して第1方向において積層された複数の電極を含む電極積層体と、電極積層体の第1方向に沿う側面を取り囲むとともに、隣り合う電極間に形成された内部空間を封止する封止体と、を有し、封止体は、第1方向に沿う外周面と、外周面に設けられ、電極積層体の外側に向けて張り出す庇部と、を有してもよい。この場合、凹部には、庇部によって水滴が更に溜まり易い。よって、液体排出口及び絶縁板の構成がより有効である。
【0011】
液体排出口は、凹部の底壁を第1方向において貫通する貫通孔であってもよい。この場合、液体排出口が凹部の側壁に設けられている場合に比べて、凹部に水滴が溜まり難い。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、蓄電モジュール間で短絡が生じることを抑制可能な蓄電装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】
図1は、一実施形態に係る蓄電装置の斜視図である。
【
図3】
図3は、
図1のIII-III線に沿った断面図である。
【
図5】
図5は、
図1に示される蓄電モジュールの内部構成を示す概略断面図である。
【
図6】
図6は、
図1に示される蓄電モジュールの斜視図である。
【
図7】
図7は、
図1に示される拘束板の内面を示す平面図である。
【
図8】
図8は、
図1に示される蓄電装置の一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。
【0015】
図1~
図8を参照して、本実施形態に係る蓄電装置1について説明する。
図1に示される蓄電装置1は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリに用いられる。蓄電装置1は、例えばニッケル水素二次電池又はリチウムイオン二次電池等の二次電池である。蓄電装置1は、例えば電気二重層キャパシタであってもよい。本実施形態では、蓄電装置1がニッケル水素電池である場合を例示する。
【0016】
図1及び
図2に示されるように、蓄電装置1は、モジュール積層体2と、拘束部材4と、一対の絶縁板20と、ダクト21と、を備えている。モジュール積層体2は、第1方向D1において積層された複数(本実施形態では7つ)の蓄電モジュール3と、複数(本実施形態では8つ)の集電板5と、を含んでいる。第1方向D1は、例えば、重力方向である。
【0017】
複数の蓄電モジュール3は、集電板5を介して第1方向D1において積層されている。複数の蓄電モジュール3は、集電板5を介して第1方向D1において電気的に直列に接続されている。集電板5は、例えば金属等の導電材料からなる板状部材である。集電板5の材料としては、例えばアルミニウムが挙げられる。集電板5の表面には、例えばニッケル等のめっき層が形成されていてもよい。本実施形態では、第1方向D1から見た集電板5の面積は、蓄電モジュール3の面積よりも小さい。
【0018】
図2に示されるように、複数の集電板5は、第1方向D1における一端側の集電板5Aと、他端側の集電板5Bと、蓄電モジュール3間に介在する複数(本実施形態では6つ)の集電板5Cと、を含んでいる。集電板5Cは、第1方向D1において互いに隣り合う蓄電モジュール3間に設けられ、複数の蓄電モジュール3と電気的に接続されている。第1方向D1において互いに隣り合う蓄電モジュール3間において、集電板5Cは、後述する金属板60Bの他方面60bの露出部60d、及び、金属板60Aの一方面60aの露出部60dのそれぞれに接触配置されている。
【0019】
集電板5A,5Bは、複数の蓄電モジュール3及び複数の集電板5Cを第1方向D1の両側から挟むように配置されている。集電板5A,5Bは、第1方向D1において、積層端に位置する蓄電モジュール3上にそれぞれ積層されている。集電板5Aは、第1方向D1において、一方の積層端に位置する蓄電モジュール3上に積層され、少なくとも当該蓄電モジュール3と電気的に接続されている。集電板5Bは、第1方向D1において、他方の積層端に位置する蓄電モジュール3上に積層され、少なくとも当該蓄電モジュール3と電気的に接続されている。
【0020】
集電板5Aには、負極端子7(
図1参照)が接続されている。負極端子7は、集電板5Aの縁部から、第1方向D1及び第2方向D2に直交する第3方向D3に引き出されている。集電板5Bには、正極端子6(
図1参照)が接続されている。正極端子6は、集電板5Bの縁部から第3方向D3に引き出されている。正極端子6及び負極端子7により、蓄電装置1の充放電が実施される。本実施形態では、集電板5Bは、集電板5Aよりも重力方向の下側に配置されている。
【0021】
図3及び
図4に示されるように、集電板5Cには、冷却用流体を流通させる複数の流路5aが設けられている。ここで、冷却用流体としては、例えば、空気、水等が用いられる。流路5aは、第1方向D1に直交する第2方向D2に沿って延在する貫通孔である。流路5aは、冷却用流体が流入する入口5bと、冷却用流体が流出する出口5cとを有している。流路5aは、第3方向D3に沿って複数配列されている。複数の集電板5Cは、流路5aに冷却用流体を流通させることにより、蓄電モジュール3で発生した熱を放熱する放熱板として機能する。集電板5A,5Bには、流路は設けられていない。
【0022】
モジュール積層体2は、集電板5Cの第3方向D3の両側に配置された複数の検出素子12を有している。検出素子12は、集電板5Cと共に、第1方向D1において互いに隣り合う蓄電モジュール3間に設けられている。検出素子12は、例えば、蓄電モジュール3の温度を検出する素子、及び蓄電モジュール3から出力される電圧を検出する素子を含み、蓄電モジュール3の状態を監視するセンサである。検出素子12は、例えば、ポリプロピレン(PP)のような耐アルカリ性を有する絶縁性の樹脂により、集電板5と同じ厚さで形成されている。検出素子12は、集電板5Cの第3方向D3の両端部に連結されている。
【0023】
ダクト21は、各流路5aの入口5bに冷却用流体を流入させるように構成されている。ダクト21は、集電板5Cの入口5bが設けられた側面に対向し、第3方向D3に延びている。ダクト21の第3方向D3における一端は開放され、ダクト21に冷却用流体を導入する入口21aを構成している。ダクト21の第3方向D3における他端は、閉塞されている。入口21aからダクト21に流入した冷却用流体は、ダクト21を流通し、流路5aの入口5bへと導かれる。入口5bから流路5aに流入した冷却用流体は、流路5aを流通し、出口5cから流出する。
【0024】
図1に示されるように、ダクト21は、延在部21bを有する。延在部21bは、後述する縁部10の外面10aと対向するように、第2方向D2に沿って延在している。延在部21bは、後述の係合部分14と干渉しない形状及び大きさに形成されている。延在部21bには、固定ネジ19が挿通される貫通孔が形成されている。固定ネジ19は、当該貫通孔に挿通され、縁部10に設けられた穴部(不図示)に螺合されている。これにより、ダクト21は、拘束板8に固定されている。
【0025】
図5及び
図6に示されるように、各蓄電モジュール3は、電極積層体51と、電極積層体51を封止する樹脂製の封止体52とを備えている。蓄電モジュール3は、例えば、直方体形状に形成されている。
【0026】
電極積層体51は、セパレータ53を介して第1方向D1に積層された複数の電極と、金属板60A,60Bと、を含んでいる。複数の電極の積層体は、金属板60Aと金属板60Bとの間に設けられている。複数の電極は、複数のバイポーラ電極54の積層体と、負極終端電極58と、正極終端電極59とを含む。複数のバイポーラ電極54の積層体は、負極終端電極58及び正極終端電極59の間に設けられている。
【0027】
バイポーラ電極54は、一方面55a及び一方面55aの反対側の他方面55bを含む金属板55と、一方面55aに設けられた正極56と、他方面55bに設けられた負極57とを有している。正極56は、正極活物質が金属板55に塗工されることにより形成される正極活物質層である。負極57は、負極活物質が金属板55に塗工されることにより形成される負極活物質層である。電極積層体51において、一のバイポーラ電極54の正極56は、セパレータ53を挟んで第1方向D1の一方に隣り合う別のバイポーラ電極54の負極57と対向している。電極積層体51において、一のバイポーラ電極54の負極57は、セパレータ53を挟んで第1方向D1の他方に隣り合う別のバイポーラ電極54の正極56と対向している。
【0028】
負極終端電極58は、金属板55と、金属板55の他方面55bに設けられた負極57とを有している。負極終端電極58は、他方面55bが電極積層体51における第1方向D1の中央側を向くように、第1方向D1の一端側に配置されている。負極終端電極58の金属板55の一方面55aには、金属板60Aが更に積層され、この金属板60Aを介して蓄電モジュール3に隣接する一方の集電板5(
図2参照)と電気的に接続されている。負極終端電極58の金属板55の他方面55bに設けられた負極57は、セパレータ53を介して、第1方向D1の一端のバイポーラ電極54の正極56と対向している。
【0029】
正極終端電極59は、金属板55と、金属板55の一方面55aに設けられた正極56とを有している。正極終端電極59は、一方面55aが電極積層体51における第1方向D1の中央側を向くように、第1方向D1の他端側に配置されている。正極終端電極59の金属板55の他方面55bには、金属板60Bが更に積層され、この金属板60Bを介して蓄電モジュール3に隣接する他方の集電板5(
図2参照)と電気的に接続されている。正極終端電極59の金属板55の一方面55aに設けられた正極56は、セパレータ53を介して、第1方向D1の他端のバイポーラ電極54の負極57と対向している。
【0030】
金属板55は、例えば、ニッケル又はニッケルメッキ鋼板といった金属からなる。一例として、金属板55は、ニッケルからなる矩形の金属箔である。各金属板55は、いずれも電極積層体51に含まれる金属板の一つである。金属板55の縁部55cは、矩形枠状をなし、正極活物質及び負極活物質が塗工されない未塗工領域となっている。正極56を構成する正極活物質としては、例えば水酸化ニッケルが挙げられる。負極57を構成する負極活物質としては、例えば水素吸蔵合金が挙げられる。本実施形態では、金属板55の他方面55bにおける負極57の形成領域は、金属板55の一方面55aにおける正極56の形成領域に対して一回り大きくなっている。電極積層体51は、積層された複数の金属板55,60A,60Bを有している。
【0031】
セパレータ53は、金属板55同士の短絡を防止するための部材であり、例えばシート状に形成されている。セパレータ53としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。セパレータ53は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されたものであってもよい。なお、セパレータ53は、シート状に限られず、袋状のものを用いてもよい。
【0032】
金属板60A,60Bは、金属板55と実質的に同一の部材であり、例えばニッケル又はニッケルメッキ鋼板といった金属からなる。金属板60A,60Bは、いずれも電極積層体51に含まれる金属板の一つである。一例として、金属板60A,60Bは、ニッケルからなる矩形の金属箔である。金属板60A,60Bは、一方面60a及び他方面60bに正極活物質層及び負極活物質層のいずれもが塗工されていない未塗工電極となっている。すなわち、金属板60A,60Bは、両面に活物質層が設けられていない未塗工電極である。
【0033】
金属板60Aは、電極積層体51の一方の積層端に位置している。金属板60Aにより、負極終端電極58は、第1方向D1に沿って金属板60Aとバイポーラ電極54との間に配置された状態となっている。金属板60Bは、電極積層体51の他方の積層端に位置している。金属板60Bにより、正極終端電極59は、第1方向D1に沿って金属板60Bとバイポーラ電極54との間に配置された状態となっている。電極積層体51では、電極積層体51の中央領域(バイポーラ電極54、負極終端電極58、及び正極終端電極59において活物質層が配置されている領域)が、その周りの領域に比べて第1方向D1に膨らんでいる。このため、金属板60A,60Bは、金属板60A,60Bの中央領域が互いに離間する方向に屈曲している。金属板60Aの一方面60a及び金属板60Bの他方面60bの中央領域は、集電板5と当接(接触)している。すなわち、集電板5は、電極積層体51の積層端の金属板60A,60Bに接触して配置されている。
【0034】
封止体52は、例えば絶縁性の樹脂によって、全体として矩形の筒状に形成されている。封止体52は、例えば、一対の長辺部分52Aと、一対の短辺部分52Bとを有する長方形の筒状に形成されている。封止体52は、電極積層体51の第1方向D1に沿う側面51aを囲むように設けられている。封止体52は、側面51aにおいて縁部55cを保持している。封止体52は、電極積層体51に含まれる金属板の縁部(すなわち、金属板55の縁部55c及び金属板60A,60Bの縁部60c)にそれぞれ設けられた枠状の複数の第1封止部61(樹脂部)と、側面51aに沿って第1封止部61を外側から包囲し、第1封止部61のそれぞれに結合された第2封止部62とを有している。第1封止部61及び第2封止部62は、例えば、耐アルカリ性を有する絶縁性の樹脂である。第1封止部61及び第2封止部62の構成材料としては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE)等が挙げられる。
【0035】
第1封止部61は、金属板55の縁部55c又は金属板60A,60Bの縁部60cの全周にわたって連続的に設けられ、第1方向D1から見て矩形枠状をなしている。第1封止部61は、例えば超音波又は熱によって金属板55の縁部55c又は金属板60A,60Bの縁部60cに溶着され、気密に接合されている。第1封止部61は、第1方向D1から見て、金属板55の縁部55c又は金属板60A,60Bの縁部60cよりも外側にまで延びている。第1封止部61は、金属板55又は金属板60A,60Bの縁よりも外側に張り出した外側部分61aと、金属板55又は金属板60A,60Bの縁よりも内側に位置する内側部分61bと、を含む。第1封止部61の外側部分61aの先端部(外縁部)は、溶着層63により第2封止部62に接合されている。溶着層63は、例えば熱板溶着により溶融された第1封止部61の先端部同士が互いに結合して形成される。第1方向D1において互いに隣り合う第1封止部61の外側部分61a同士は、互いに離間していてもよく、接していてもよい。また、第1方向D1において互いに隣り合う第1封止部61の外側部分61a同士は、例えば熱板溶着等によって互いに結合していてもよい。
【0036】
複数の第1封止部61は、バイポーラ電極54及び正極終端電極59に設けられた複数の第1封止部61Aと、負極終端電極58に設けられた第1封止部61Bと、金属板60Aに設けられた第1封止部61Cと、金属板60Bに設けられた第1封止部61D,61Eと、を有している。
【0037】
第1封止部61Aは、バイポーラ電極54及び正極終端電極59の金属板55の一方面55aに接合されている。第1封止部61Aの内側部分61bは、第1方向D1に互いに隣り合う金属板55の縁部55c同士の間に位置している。金属板55の一方面55aにおける縁部55cと、第1封止部61Aとが重なる領域は、金属板55と第1封止部61Aとの結合領域となっている。
【0038】
本実施形態では、第1封止部61Aは、1枚のフィルムが二つに折りたたまれることによって、二層構造で形成されている。第2封止部62に埋設されている第1封止部61Aの外縁部は、フィルムの折り返し部(屈曲部)である。第1封止部61Aを構成する一層目のフィルムは、一方面55aに接合されている。二層目のフィルムの内縁は、一層目のフィルムの内縁よりも外側に位置し、セパレータ53が載置される段差部を形成している。二層目のフィルムの内縁は、金属板55の縁よりも内側に位置している。
【0039】
第1封止部61Bは、負極終端電極58の金属板55の一方面55aに接合されている。第1封止部61Bの内側部分61bは、第1方向D1において互いに隣り合う負極終端電極58の金属板55の縁部55cと、金属板60Aの縁部60cとの間に位置している。金属板55の一方面55aにおける縁部55cと第1封止部61Bの内側部分61bとが重なる領域は、金属板55と第1封止部61Bとの結合領域となっている。第1封止部61Bは、金属板60Aの他方面60bにも接合されている。金属板60Aの他方面60bにおける縁部60cと、第1封止部61Bとが重なる領域は、金属板60Aと第1封止部61Bとの結合領域となっている。本実施形態では、第1封止部61Bは、金属板60Aの他方面60bにおける縁部60cにも接合されている。第1封止部61Bは、負極終端電極58だけでなく、金属板60Aにも設けられていると言える。
【0040】
第1封止部61Cは、金属板60Aの一方面60a(外面)に接合されている。本実施形態では、第1封止部61Cは、複数の第1封止部61のうち、第1方向D1の最も一端側に位置する。金属板60Aの一方面60aにおける縁部60cと、第1封止部61Cとが重なる領域は、金属板60Aと第1封止部61Cとの結合領域となっている。金属板60Aの一方面60aは、第1封止部61Cから露出する露出部60dを有している。集電板5は、露出部60dに当接(接触)して配置されている。
【0041】
本実施形態では、第2封止部62に埋設されている第1封止部61B,61Cの外縁部同士は連続している。すなわち、第1封止部61B,61Cは、1枚のフィルムが金属板60Aの縁部60cを挟んで二つに折りたたまれることによって形成されている。第1封止部61B,61Cの外縁部は、フィルムの折り返し部(屈曲部)である。第1封止部61B,61Cを構成するフィルムは、金属板60Aの一方面60a及び他方面60bの両方において縁部60cと接合されている。このように、金属板60Aの両面を第1封止部61B,61Cと接合することで、いわゆるアルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを抑制することができる。
【0042】
第1封止部61Dは、金属板60Bの一方面60aに接合されている。第1封止部61Dの内側部分61bは、第1方向D1において互いに隣り合う正極終端電極59の金属板55の縁部55cと、金属板60Bの縁部60cとの間に位置している。金属板60Bの一方面60aにおける縁部60cと、第1封止部61Dとが重なる領域は、金属板60Bと第1封止部61Dとの結合領域となっている。
【0043】
第1封止部61Eは、金属板60Bの他方面60b(外面)における縁部60cに配置されている。本実施形態では、第1封止部61Eは、複数の第1封止部61のうち、第1方向D1の最も他端側に位置する。また、本実施形態では、第1封止部61Eは、金属板60Bに接合されていない。金属板60Bの他方面60bは、第1封止部61Eから露出する露出部60dを有している。集電板5は、露出部60dに当接(接触)して配置されている。
【0044】
本実施形態では、第2封止部62に埋設されている第1封止部61D,61Eの外縁部同士は連続している。すなわち、第1封止部61D,61Eは、1枚のフィルムが金属板60Bの縁部60cを挟んで二つに折りたたまれることにより形成されている。第1封止部61D,61Eの外縁部は、フィルムの折り返し部(屈曲部)である。第1封止部61D,61Eを構成するフィルムは、金属板60Bの一方面60aにおいて縁部60cと接合されている。
【0045】
結合領域において、金属板55,60A,60Bの表面は、粗面化されている。粗面化された領域は、結合領域のみでもよいが、本実施形態では金属板55の一方面55aの全体が粗面化されている。また、金属板60Aの一方面60a及び他方面60bの全体が粗面化されている。また、金属板60Bの一方面60aの全体が粗面化されている。
【0046】
粗面化は、例えば電解メッキによる複数の突起の形成により実現し得る。結合領域に複数の突起が形成されることにより、結合領域における第1封止部61との接合界面では、溶融状態の樹脂が粗面化により形成された複数の突起間に入り込み、アンカー効果が発揮される。これにより、金属板55,60A,60Bと第1封止部61との間の結合強度を向上させることができる。粗面化の際に形成される突起は、例えば基端側から先端側に向かって先太りとなる形状を有している。これにより、隣り合う突起の間の断面形状がアンダーカット形状となり、アンカー効果を高めることが可能となる。
【0047】
第2封止部62は、電極積層体51の側面51aを囲むように電極積層体51及び第1封止部61の外側に設けられ、蓄電モジュール3の外壁(筐体)を構成している。第2封止部62は、例えば樹脂の射出成型によって形成され、第1方向D1に沿って電極積層体51の全長にわたって延在している。第2封止部62は、第1方向D1を軸方向として延在する矩形の枠状を呈している。第2封止部62は、例えば射出成型時の熱によって第1封止部61の外表面に溶着されている。第2封止部62は、第1方向D1に沿う外周面62aを有している。
【0048】
封止体52は、第1方向D1において隣り合う電極の間に内部空間Vを形成すると共に内部空間Vを封止する。より具体的には、第2封止部62は、第1封止部61と共に、第1方向D1において互いに隣り合うバイポーラ電極54の間、第1方向D1において互いに隣り合う負極終端電極58とバイポーラ電極54との間、及び第1方向D1において互いに隣り合う正極終端電極59とバイポーラ電極54との間をそれぞれ封止している。これにより、第1方向D1において互いに隣り合うバイポーラ電極54の間、負極終端電極58とバイポーラ電極54との間、及び正極終端電極59とバイポーラ電極54との間には、それぞれ気密に仕切られた内部空間Vが形成されている。この内部空間Vには、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液を含む電解液(不図示)が収容されている。電解液は、セパレータ53、正極56、及び負極57内に含浸されている。封止体52は、金属板60Aと負極終端電極58との間、及び金属板60Bと正極終端電極59との間もそれぞれ封止している。
【0049】
図6及び
図8に示されるように、封止体52は、第2封止部62の外周面62aに設けられ、電極積層体51の外側に向けて張り出す庇部64を有する。
図1等では、庇部64の図示が省略されている。庇部64は、外周面62aから突出するとともに、第1方向D1に交差する方向に沿って延在している。本実施形態では、庇部64は、各長辺部分52Aの外周面62aに1つずつ設けられ、第3方向D3に沿って延在している。庇部64は、各短辺部分52Bには設けられていない。
【0050】
庇部64は、外周面62aに設けられた複数のリブ65によって補強されている。
図1等では、リブ65の図示が省略されている。複数のリブ65は、庇部64の延在方向(第3方向D3)において所定間隔で設けられている。庇部64及びリブ65は、例えば耐アルカリ性を有する絶縁性の樹脂によって形成されている。庇部64及びリブ65は、例えば、第2封止部62と同じ材料で形成されている。庇部64及びリブ65は、例えば樹脂の射出成形によって、第2封止部62と一体的に形成されている。
【0051】
庇部64は、第2方向D2から見て、流路5aの入口5b及び出口5c(
図3及び
図4参照)が設けられた集電板5Cの側面と第1方向D1において隣り合う。つまり、集電板5Cは、流路5aの入口5b及び出口5cが庇部64に対応するように配置されている。庇部64が設けられた長辺部分52Aの外周面62aと、流路5aの入口5b及び出口5cが設けられた集電板5Aの側面とは、同じ方向(第2方向D2)を向いている。
【0052】
庇部64は、外周面62aの第1方向D1の中央よりも上方に取り付けられ、下方に傾斜している。庇部64の第1方向D1の長さは、外周面62aの第1方向D1の長さよりも短い。庇部64は、第1方向D1において外周面62aの内側に配置されている。したがって、集電板5Aの流路5aの入口5b及び出口5cは、庇部64によって覆われない。これにより、流路5aに冷却用流体を円滑に流通させることができる。庇部64によれば、外周面62aに付着した水滴や、内部空間Vから外周面62aに漏れ出た電解液が庇部64を伝わって落ちる。よって、水滴や電解液の入り込みが抑制され、蓄電モジュール3間で短絡が生じることを抑制できる。
【0053】
図1、
図2、
図7及び
図8に示されるように、拘束部材4は、モジュール積層体2を第1方向D1の両側から挟む一対の拘束板8と、一対の拘束板8を連結する複数の連結部材9とを含む。一対の拘束板8は、負極端子7側の拘束板8A及び正極端子6側の拘束板8Bを含む。
図7には、重力方向の下側に配置される拘束板8Bの内面が示されている。拘束板8Bは、モジュール積層体2の重力方向の下側に配置されている。重力方向の上側に配置される拘束板8Aは、拘束板8Bと同じ形状を有している。拘束板8Aには、後述の液体排出口16dが設けられていなくてもよい。
【0054】
一対の拘束板8は、第1方向D1において、モジュール積層体2を挟むように、モジュール積層体2の両側に積層されている。連結部材9は、一対の拘束板8を介して第1方向D1の両側からモジュール積層体2に拘束荷重を付加する。複数の蓄電モジュール3及び複数の集電板5は、一対の拘束板8により挟持されることで、モジュール積層体2としてユニット化されている。本実施形態では、連結部材9は、一対の拘束板8を締結するボルト9a及びナット9bによって構成されている。
【0055】
一対の絶縁板20は、絶縁性材料により形成される。一対の絶縁板20は、例えば、ポリプロピレン(PP)等の樹脂からなる。一対の絶縁板20は、負極端子7側の絶縁板20A及び正極端子6側の絶縁板20Bを含む。
【0056】
集電板5Aと拘束板8Aとの間には、絶縁板20Aが設けられる。絶縁板20Aは、集電板5Aと拘束板8Aとの間の絶縁性を確保するための部材である。絶縁板20Aは、集電板5Aと拘束板8Aとに接触している。絶縁板20Aは、第1方向D1においてモジュール積層体2上に積層されている。絶縁板20Aは、第1方向D1から見て、集電板5Aの全域と重なるように配置される。拘束板8Aは、第1方向D1において絶縁板20A上に積層され、少なくとも絶縁板20A及びモジュール積層体2に拘束荷重を付加する。
【0057】
集電板5Bと拘束板8Bとの間には、絶縁板20Bが設けられる。絶縁板20Bは、集電板5Bと拘束板8Bとの間の絶縁性を確保するための部材である。絶縁板20Bは、集電板5Bと拘束板8Bとに接触している。絶縁板20Bは、第1方向D1においてモジュール積層体2上に積層されている。絶縁板20Bは、第1方向D1から見て、集電板5Bの全域と重なるように配置される。拘束板8Bは、第1方向D1において絶縁板20B上に積層され、少なくとも絶縁板20B及びモジュール積層体2に拘束荷重を付加する。
【0058】
拘束板8は、第1方向D1から見て、蓄電モジュール3及び集電板5の面積よりも一回り大きい面積を有する矩形の金属板である。拘束板8の短手方向は、第2方向D2と一致している。拘束板8の長手方向は、第3方向D3と一致している。拘束板8は、本体部11及び一対の縁部10を有する。本体部11は、第1方向D1から見てモジュール積層体2と重なる。一対の縁部10は、本体部11から第2方向D2に延在する。一対の縁部10は、第1方向D1から見てモジュール積層体2と隣り合い、モジュール積層体2と重ならない。本実施形態では、一対の縁部10は、第2方向D2における本体部11の両側に設けられている。すなわち、本体部11は、第2方向D2において一対の縁部10に挟まれている。
【0059】
縁部10は、第1方向D1の外側(第1方向D1におけるモジュール積層体2は反対側)を向く外面10aと、第1方向D1の内側(第1方向D1におけるモジュール積層体2側)を向く内面10bと、を有している。本体部11は、第1方向D1の外側を向く外面11aと、第1方向D1の内側を向く内面11bと、を有している。内面11bは、絶縁板20と対向している。外面10aは、外面11aよりも第1方向D1の内側に位置している。内面10bは、内面11bよりも第1方向D1の内側に位置している。
【0060】
一対の縁部10は、拘束板8の長手方向(第3方向D3)に延在する外縁部分である。各縁部10は、複数(本実施形態では5つ)の係合部分14を有している。係合部分14は、ボルト9aが係合される部分である。複数の係合部分14は、各縁部10において、第3方向D3に沿って互いに離間するように配置されている。本実施形態では、複数の係合部分14は、第3方向D3において等間隔で縁部10に配置されている。
【0061】
各係合部分14には、ボルト9aが挿通される挿通孔14aが設けられている。挿通孔14aは、係合部分14を第1方向D1に沿って貫通している。挿通孔14aは、外面10aと内面10bとを接続するように第1方向D1に沿って延在している。ボルト9aの頭部は、拘束板8Aの外面10a上に配置されている。ボルト9aの軸部の先端部(ネジ先)は、拘束板8Bの外面10aから突出している。ボルト9aの先端部には、ナット9bが螺合されている。ナット9bは、拘束板8Bの外面10a上に配置されている。
【0062】
各縁部10は、第1方向D1の内側(モジュール積層体2側、重力方向の上側)に開口する複数(本実施形態では4つ)の凹部16及び一対の凹部17を有している。凹部16及び凹部17は、第3方向D3に沿って延在している断面U字状の溝部である。凹部16の第3方向D3の長さは、凹部17の第3方向D3の長さよりも長い。一対の拘束板8は、互いの凹部16同士が第1方向D1において対向すると共に、互いの凹部17同士が第1方向D1において対向するように配置されている。
【0063】
凹部16は、第2方向D2で互いに対向している側壁16a,16bと、底壁16cとを有している。第2方向D2の内側(モジュール積層体2側)に配置された側壁16aは、モジュール積層体2と第2方向D2で対向している。複数の凹部16は、第3方向D3において互いに隣り合う係合部分14間に配置されている。複数の凹部16は、集電板5に対応する位置に設けられている。すなわち、複数の凹部16の第2方向D2の位置範囲は、集電板5の第2方向D2の位置範囲と重なっている。
【0064】
一方の縁部10に設けられた凹部16Aは、第1方向D1から見て、集電板5Cに設けられた流路5aの出口5cと、第2方向D2において隣り合うように設けられている。凹部16Aは、第1方向D1から見て、第2方向D2において複数の出口5cと隣り合うように第3方向D3に沿って延在している。他方の縁部10に設けられた凹部16Bは、第1方向D1から見て、集電板5Cに設けられた流路5aの入口5bと隣り合うように設けられている。凹部16Bは、第1方向D1から見て、複数の入口5bと隣り合うように第3方向D3に沿って延在している。
【0065】
係合部分14を介して一対の凹部17とそれぞれ隣り合う両端の凹部16Aには、凹部16A内に溜まった水を抜くための液体排出口16dが設けられている。液体排出口16dは、底壁16cを第1方向D1において貫通する貫通孔である。本発明者らの調査によれば、凹部17と隣り合う両端の凹部16Aには、中央の凹部16Aよりも水が溜まり易いことが分かった。これは、モジュール積層体2の中央部よりも外側部分で蓄電モジュール3の温度変化が大きくなり、結露が生じ易いためと考えられる。また、冷却用流体の流量が、第3方向D3の中央部に設けられた流路5aよりも両端部に設けられた流路5aで大きくなり、水滴が飛ばされ易いためとも考えられる。
【0066】
凹部17は、第2方向D2で互いに対向している側壁と、底壁とを有している。一対の凹部17は、各縁部10の第3方向D3の一対の端部に配置されている。一対の凹部17の間には、複数の係合部分14及び複数の凹部16が配置されている。一対の凹部17は、第2方向D2において一対の検出素子12に対応する位置に設けられている。すなわち、各凹部17の第2方向D2の位置範囲は、対応する検出素子12の第2方向D2の位置範囲と重なっている。
【0067】
図7に示されるように、本体部11は、第1方向D1の内側に開口する複数の凹部18を有している。複数の凹部18は、様々な形状を有している。凹部16、凹部17及び凹部18は、拘束板8の肉盗み部(薄肉部)として機能している。
【0068】
図2及び
図8に示されるように、各絶縁板20は、モジュール積層体2と本体部11との間に配置された底部20aと、モジュール積層体2と側壁16aとの間に配置された一対の側部20bとを有している。絶縁板20Aの底部20aは、集電板5Aと本体部11とに接触して配置されている。絶縁板20Bの底部20aは、集電板5Bと本体部11とに接触して配置されている。
【0069】
底部20aは、矩形板状であり、第2方向D2及び第3方向D3に沿って配置されている。一対の側部20bは、底部20aの第2方向D2の両端部に接続され、第1方向D1に延在している。各側部20bは、側壁16aと第2方向D2において対向している。側部20bは、第1方向D1において側壁16aの全体を覆う高さ(第1方向D1の長さ)を有している。すなわち、側部20bの第1方向D1における高さは、側壁16aの第1方向D1における高さ以上である。各側部20bは、第3方向D3に沿って延在し、凹部17の側壁及び係合部分14とも第2方向D2で対向している。各側部20bは、第3方向D3において縁部10の全体を覆う長さを有している。
【0070】
次に、本実施形態に係る蓄電装置1の作用及び効果について説明する。
【0071】
蓄電装置1では、拘束板8の縁部10は、第1方向D1の内側に開口する凹部16を有している。凹部16には液体排出口16dが設けられているので、凹部16に水滴が溜まることが抑制される。モジュール積層体2と拘束板8の間に配置された絶縁板20は、モジュール積層体2と拘束板8の本体部11との間に配置された底部20aだけでなく、モジュール積層体2と凹部16の側壁16aとの間に配置された側部20bを有している。側部20bの第1方向D1における高さは、側壁16aの第1方向D1における高さ以上である。このため、仮に凹部16に水滴が溜まったとしても、凹部16の側壁を超えてモジュール積層体2側に侵入することが絶縁板20によって抑制される。以上により、蓄電モジュール3間で短絡が生じることが抑制される。
【0072】
モジュール積層体2は、第1方向D1において互いに隣り合う蓄電モジュール3間に設けられた集電板5Cを有し、集電板5Cには、流路5aが設けられている。凹部16は、第1方向D1から見て、流路5aの出口5cと第2方向D2において隣り合うように設けられていている。このため、水滴が冷却用流体により出口5cから飛ばされ、出口5cと隣り合う凹部16に溜まり易い。よって、液体排出口16d及び絶縁板20の構成がより有効である。
【0073】
流路5aは、第3方向D3に沿って複数配列されており、凹部16は、第1方向D1から見て、複数の出口5cと第2方向D2において隣り合うように第3方向D3に沿って延在していている。このため、凹部16には、水滴が更に溜まり易い。よって、液体排出口16d及び絶縁板20の構成がより一層有効である。
【0074】
封止体52は、外周面62aに設けられ、電極積層体51の外側に向けて張り出す庇部64を有する。このため、凹部16には、庇部64によって水滴が更に溜まり易い。よって、液体排出口16d及び絶縁板20の構成がより有効である。
【0075】
液体排出口16dは、凹部16の底壁16cを第1方向D1において貫通する貫通孔である。このため、液体排出口16dが凹部16の側壁16a,16bに設けられている場合に比べて、凹部16に水滴が溜まり難い。
【0076】
本開示は上記実施形態に限定されない。
【0077】
上記実施形態では、液体排出口16dは、底壁16cに設けられているが、第2方向D2の外側(モジュール積層体2の反対側)に配置された側壁16bに設けられていてもよい。この場合、液体排出口16dは、側壁16bを第2方向D2に貫通する貫通孔であってもよい。
【0078】
上記実施形態では、拘束板8Bが拘束板8A及びモジュール積層体2より重力方向の下側に配置されるが、拘束板8Bが拘束板8A及びモジュール積層体2より重力方向の上側に配置されてもよい。この場合、拘束板8Aに液体排出口16dが設けられる。一対の拘束板8の両方に液体排出口16dが設けられてもよい。上記実施形態では、凹部17と隣り合う両端の凹部16Aに液体排出口16dが設けられ、中央の凹部16Aには液体排出口16dが設けられていないが、全ての凹部16Aに液体排出口16dが設けられていてもよい。
【0079】
上記実施形態では、外面10aは、外面11aよりも第1方向D1の内側に位置しているが、外面10aは、外面11aと同一平面上に位置していてもよいし、外面11aよりも第1方向D1の外側に位置していてもよい。内面10bは、内面11bよりも第1方向D1の内側に位置しているが、内面10bは、内面11bと同一平面上に位置していてもよいし、内面11bよりも第1方向D1の外側に位置していてもよい。
【0080】
上記実施形態では、第1方向D1から見た集電板5の面積は、蓄電モジュール3の面積よりも小さいが、放熱性の向上の観点から、蓄電モジュール3の面積と同一であってもよく、蓄電モジュール3の面積よりも大きくてもよい。
【0081】
絶縁板20は、底部20aの第3方向D3の両端部に接続され、第1方向D1に延在する一対の側部を更に有する箱形状であってもよい。封止体52は、庇部64及びリブ65を有していなくてもよい。
【符号の説明】
【0082】
1…蓄電装置、2…モジュール積層体、3…蓄電モジュール、5,5A,5B,5C…集電板、5a…流路、5b…入口、5c…出口、8,8A,8B…拘束板、10…縁部、11…本体部、16,16A,16B…凹部、16a…側壁、16c…底壁、16d…液体排出口、20,20A,20B…絶縁板、20a…底部、20b…側部、51…電極積層体、51a…側面、52…封止体、53…セパレータ、62a…外周面、64…庇部、V…内部空間。