(57)【要約】【課題】電池セルの膨張を吸収しながら、電池セルの冷却効率を改善することが可能な電池セルのスタック構造を提供する。【解決手段】電池セルのスタック構造は、電池セル１と、第１エンドプレート２ａ及び第２エンドプレート２ｂと、テンションベルト３と、スペーサ４と、冷却板５と、流体６とを備える。複数の電池セル１は、積層配置されている。スペーサ４は、隣り合っている２つの電池セル１の間に挟み込まれている枠体４１と、枠体４１及びテンションベルト３に挟み込まれているとともに、第１閉空間ＣＳ１を含む押圧部４２とを有している。冷却板５は、テンションベルト３との間で電池セル１及びスペーサ４を挟み込んでいる。スペーサ４には、第１閉空間ＣＳ１と枠体４１の開口部４１ｅ及び電池セル１で画された第２閉空間ＣＳ２とを接続する流路４３が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に沿って積層配置されている複数の電池セルと、
前記第１方向において複数の前記電池セルを挟持している第１エンドプレート及び第２エンドプレートと、
前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートとを接続しているテンションベルトと、
前記第１方向において隣り合っている２つの前記電池セルの間に挟み込まれている枠体と、前記第１方向に交差する第２方向において前記枠体及び前記テンションベルトに挟み込まれている押圧部とを有するスペーサと、
前記第２方向において前記テンションベルトとの間で前記電池セル及び前記スペーサを挟み込んでいる冷却板と、
流体とを備え、
前記押圧部は、前記枠体を挟み込んでいる２つの前記電池セルに達するように前記第１方向に沿って延びているとともに、内部に第１閉空間を含んでおり、
前記枠体には、前記枠体を前記第１方向に沿って貫通する開口部が形成されており、
前記スペーサには、前記開口部及び前記枠体を挟み込んでいる２つの前記電池セルで画された第２閉空間とを接続する流路が形成されており、
前記流体は、前記第１閉空間及び前記第２閉空間に充填されているともに、前記流路を介して前記第１閉空間と前記第２閉空間との間で流通可能になっている、電池セルのスタック構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池セルのスタック構造に関する。より特定的には、本開示は、車両に搭載される電池セルのスタック構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２００５−１９７１７９号公報）には、電池セルのスタック構造が記載されている。特許文献１に記載の電池セルのスタック構造においては、積層配置された電池セルの間に、板ばねが配置されている。これにより、電池セルの積層方向における膨張が吸収される。
【０００３】
特許文献２（特開２００７−２９４４０７号公報）には、電池セルのスタック構造が記載されている。特許文献２に記載の電池セルのスタック構造においては、積層配置された電池セルの間に、皿ばねの集合体が配置されている。これにより、電池セルの積層方向における膨張が吸収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９７１７９号公報
【特許文献２】特開２００７−２９４４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電池セルのスタック構造においては、電池セルの積層方向に平行な側面に冷却板が配置されることがある。しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の電池セルのスタック構造においては、電池セルを冷却板に押し付ける押圧力が作用しないため、冷却板による電池セルの冷却効率に改善の余地がある。
【０００６】
本開示は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本開示は、電池セルの膨張を吸収しながら、電池セルの冷却効率を改善することが可能な電池セルのスタック構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る電池セルのスタック構造は、複数の電池セルと、第１エンドプレート及び第２エンドプレートと、テンションベルトと、スペーサと、冷却板と、流体とを備える。複数の電池セルは、第１方向に沿って積層配置されている。第１エンドプレート及び第２エンドプレートは、第１方向において複数の電池セルを挟持している。テンションベルトは、第１エンドプレートと第２エンドプレートとを接続している。スペーサは、枠体と、押圧部とを有している。枠体は、第１方向において隣り合っている２つの電池セルの間に挟み込まれている。押圧部は、第１方向に交差する第２方向において枠体及びテンションベルトに挟み込まれている。冷却板は、第２方向においてテンションベルトとの間で電池セル及びスペーサを挟み込んでいる。押圧部は、枠体を挟み込んでいる２つの電池セルに達するように第１方向に沿って延びているとともに、内部に第１閉空間を含んでいる。枠体には、枠体を第１方向に沿って貫通する開口部が形成されている。スペーサには、第１閉空間と開口部及び枠体を挟み込んでいる２つの電池セルで画された第２閉空間とを接続する流路が形成されている。流体は、第１閉空間及び第２閉空間に充填されているともに、流路を介して第１閉空間と第２閉空間との間で流通可能になっている。
【０００８】
本開示の一態様に係る電池セルのスタック構造においては、電池セルが第１方向に膨張した場合、その膨張は、第２閉空間に充填されている流体により吸収される。その膨張により第２閉空間が狭くなる結果、第２閉空間に充填されている流体の一部は、流路を介して第１閉空間へと流れ込む。流体の一部が第１閉空間に流れ込むことにより、押圧部の体積が膨張する。その結果、テンションベルトからの反力が押圧部に作用するとともに、その反力によって電池セルが冷却板に押し付けられ、冷却板による電池セルの冷却効率が向上する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の一態様に係る電池セルのスタック構造によると、電池セルの膨張を吸収しながら、電池セルの冷却効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る電池セルのスタック構造の上面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【図４】図２のＩＶーＩＶにおける断面図である。
【図５】実施形態の変形例に係る電池セルのスタック構造の側面図である。
【図６】実施形態の変形例に係る電池セルのスタック構造の上面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示の実施形態の詳細を、図面を参酌しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。
【００１２】
（実施形態に係る電池セルのスタック構造の構成）
以下に、実施形態に係る電池セルのスタック構造の構成を説明する。
【００１３】
図１は、実施形態に係る電池セルのスタック構造の上面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。図１〜図４に示されるように、実施形態に係る電池セルのスタック構造は、複数の電池セル１と、エンドプレート２ａ及びエンドプレート２ｂと、テンションベルト３と、スペーサ４と、冷却板５とを有している。実施形態に係る電池セルのスタック構造は、例えば、ハイブリッド車、電気自動車等の車両に搭載される。
【００１４】
電池セル１は、例えばリチウムイオン二次電池の電池セルである。電池セル１は、第１方向ＤＲ１に沿って積層配置されている。電池セル１の数は複数である。電池セル１は、第２方向ＤＲ２において互いに対向している側面１ａ及び側面１ｂを有している。第２方向ＤＲ２は、第１方向ＤＲ１に交差する方向である。第２方向ＤＲ２は、好ましくは、第１方向ＤＲ１に直交している。側面１ａは、側面１ｂよりも冷却板５に近い位置にある。
【００１５】
エンドプレート２ａ及びエンドプレート２ｂは、第１方向ＤＲ１において、互いに対向している。エンドプレート２ａ及びエンドプレート２ｂは、複数の電池セル１を、第１方向ＤＲ１において挟持している。エンドプレート２ａ及びエンドプレート２ｂは、例えば金属材料で構成されている。
【００１６】
テンションベルト３は、第１方向ＤＲ１に沿って延びている。テンションベルト３は、第１方向ＤＲ１に沿って延びる帯状の部材である。テンションベルト３は、一方端においてエンドプレート２ａに接続されており、他方端においてエンドプレート２ｂに接続されている。テンションベルト３とエンドプレート２ａとの接続及びテンションベルト３とエンドプレート２ｂとの接続は、例えば、ボルト及びナットにより行われている。テンションベルト３は、例えば金属材料で構成されている。テンションベルト３は、第１方向ＤＲ１に沿って張力が付与された状態で、エンドプレート２ａ及びエンドプレート２ｂに接続されている。そのため、複数の電池セル１は、エンドプレート２ａ及びエンドプレート２ｂにより挟持されている。
【００１７】
スペーサ４は、枠体４１と、押圧部４２と、流路４３とを有している。枠体４１は、平面視において（第１方向ＤＲ１から見て）、枠状に形成されている部材である。枠体４１は、側壁４１ａと、側壁４１ｂと、側壁４１ｃと、側壁４１ｄとを有している。側壁４１ａ及び側壁４１ｂは、第２方向ＤＲ２において互いに対向している。側壁４１ａは、側壁４１ｂよりも冷却板５に近い位置にある。
【００１８】
側壁４１ｃ及び側壁４１ｃは、第３方向ＤＲ３において互いに対向している。第３方向ＤＲ３は、第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２に交差している。第３方向ＤＲ３は、好ましくは、第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２に直交している。側壁４１ｃは側壁４１ａ及び側壁４１ｂに連なっており、側壁４１ｄは側壁４１ａ及び側壁４１ｂに連なっている。
【００１９】
枠体４１には、開口部４１ｅが形成されている。開口部４１ｅは、第１方向ＤＲ１に沿って枠体４１を貫通している。開口部４１ｅは、側壁４１ａ、側壁４１ｂ、側壁４１ｃ及び側壁４１ｄにより画されている。側壁４１ｂには、貫通穴４１ｆが形成されている。貫通穴４１ｆは、側壁４１ｂを第２方向ＤＲ２に沿って貫通している。
【００２０】
枠体４１は、第１方向ＤＲ１において隣り合う２つの電池セル１に挟み込まれている。開口部４１ｅ及び枠体４１を挟み込んでいる２つの電池セル１により、閉空間（第２閉空間ＣＳ２）が画されている。
【００２１】
押圧部４２は、枠体４１（より具体的には、側壁４１ｂ）とテンションベルト３とに挟み込まれている。押圧部４２は、第１方向ＤＲ１において枠体４１を挟み込んでいる２つの電池セル１に達するように、第１方向ＤＲ１に沿って両側に延びている。
【００２２】
押圧部４２は、上壁４２ａと、底壁４２ｂと、側壁４２ｃとを有している。上壁４２ａ及び底壁４２ｂは、第３方向ＤＲ３において互いに対向している。側壁４２ｃは、上壁４２ａ及び底壁４２ｂに連なっている。上壁４２ａ、底壁４２ｂ及び側壁４２ｃにより、押圧部４２の内部に閉空間（第１閉空間ＣＳ１）が画されている。押圧部４２は、側壁４２ｃにおいて、枠体４１（より具体的には、側壁４１ｂ）に固定されている。
【００２３】
側壁４１ｂに対向している側壁４２ｃには、貫通穴４２ｄが形成されている。貫通穴４２ｄは、貫通穴４１ｆと接続する位置に形成されている。貫通穴４１ｆと貫通穴４２ｄとにより、流路４３が構成されている。流路４３は、第１閉空間ＣＳ１と第２閉空間ＣＳ２とを接続している。
【００２４】
第１閉空間ＣＳ１及び第２閉空間ＣＳ２には、流体６が充填されている。流体６は、例えば、可撓性のある袋状の部材内に封入された上で、第１閉空間ＣＳ１及び第２閉空間ＣＳ２内に充填されている。流体６は、流路４３を介して、第１閉空間ＣＳ１と第２閉空間ＣＳ２との間で流通可能になっている。流体６は、液体であってもよい。流体６は、気体であってもよい。流体６は、ゲル状であってもよい。流体６は、圧縮性流体であってもよく、非圧縮性流体であってもよい。流体６は、圧縮性流体であることが好ましい。
【００２５】
枠体４１は、例えば樹脂材料で構成されている。押圧部４２は、例えば樹脂材料で構成されている。枠体４１を構成する樹脂材料のヤング率は、好ましくは、押圧部４２を構成する樹脂材料のヤング率よりも高い。すなわち、押圧部４２は、枠体４１よりも剛性が低く、変形能が高いことが好ましい。
【００２６】
冷却板５は、第２方向ＤＲ２において、電池セル１及びスペーサ４を挟み込んでいる。冷却板５は、エンドプレート２ａからエンドプレート２ｂに達するように、第１方向ＤＲ１に沿って延びていることが好ましい。冷却板５は、例えば金属材料で構成されている。冷却板５を構成する金属材料は、銅（Ｃｕ）合金、アルミニウム（Ａｌ）合金等の熱伝導率に優れる金属材料であることが好ましい。実施形態に係る電池セルのスタック構造においては、冷却板５に関して反対側にも、上記した電池セル１、テンションベルト３及びスペーサ４が配置されていてもよい。図示されていないが、冷却板５と電池セル１（側面１ａ）との間には、伝熱グリース又は伝熱パテが塗布されている。
【００２７】
（変形例）
以下に、実施形態の変形例に係る電池セルのスタック構造を説明する。図５は、実施形態の変形例に係る電池セルのスタック構造の側面図である。図６は、実施形態の変形例に係る電池セルのスタック構造の上面図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図である。図８は、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面図である。図５〜図８に示されるように、実施形態の変形例に係る電池セルは、複数の電池セル１と、エンドプレート２ａ及びエンドプレート２ｂと、テンションベルト３と、スペーサ４と、冷却板５とを有している。複数の電池セル１は、第１方向ＤＲ１に沿って積層配置されている。エンドプレート２ａ及びエンドプレート２ｂは、第１方向ＤＲ１において複数の電池セル１を挟持している。テンションベルト３は、エンドプレート２ａ及びエンドプレート２ｂを接続している。
【００２８】
スペーサ４は、隣り合う２つの電池セル１に挟み込まれている枠体４１と、枠体４１とスペーサ４とに挟み込まれている押圧部４２とを有している。枠体４１には、第１方向ＤＲ１に沿って枠体４１を貫通する開口部４１ｅが形成されている。開口部４１ｅ及び枠体４１を挟み込んでいる電池セル１により、第２閉空間ＣＳ２が画されている。押圧部４２は、内部に第１閉空間ＣＳ１を有している。
【００２９】
スペーサ４には、第１閉空間ＣＳ１と第２閉空間ＣＳ２とを接続する流路４３が形成されている。第１閉空間ＣＳ１及び第２閉空間ＣＳ２には流体６が充填されており、流体６は、流路４３を介して第１閉空間ＣＳ１及び第２閉空間ＣＳ２との間で流通可能になっている。冷却板５は、テンションベルト３との間で電池セル１及びスペーサ４を挟み込んでいる。
【００３０】
これらの点に関して、実施形態の変形例に係る電池セルのスタック構造は、実施形態に係る電池セルのスタック構造と共通している。しかしながら、実施形態の変形例に係る電池セルのスタック構造は、冷却板５が電池セルのスタック構造の底面に配置されている点に関して、実施形態に係る電池セルのスタック構造と異なっている。
【００３１】
（実施形態に係る電池セルのスタック構造の効果）
以下に、実施形態に係る電池セルのスタック構造の効果を説明する。
【００３２】
実施形態に係る電池セルのスタック構造においては、電池セル１が第１方向ＤＲ１に膨張した場合、その膨張は、第２閉空間ＣＳ２に充填されている流体６により吸収される。その膨張により第２閉空間ＣＳ２が狭くなる結果、第２閉空間ＣＳ２に充填されている流体６の一部は、流路４３を介して第１閉空間ＣＳ１へと流れ込む。流体６の一部が第１閉空間ＣＳ１に流れ込むことにより、押圧部４２の体積が膨張する。
【００３３】
押圧部４２は枠体４１とテンションベルト３とに挟み込まれているため、押圧部４２の体積が膨張すると、押圧部４２には、テンションベルト３から、冷却板５に向かう方向の反力が作用する。押圧部４２は、枠体４１を挟み込んでいる２つの電池セル１に達するように第１方向ＤＲ１に沿って両側に延びているため、当該反力は、電池セル１にも伝達される。その結果、電池セル１の側面１ａが冷却板５に押し付けられる。側面１ａが冷却板５に押し付けられるほど、側面１ａと冷却板５との間の伝熱抵抗が低下する。そのため、実施形態に係る電池セルのスタック構造によると、電池セル１の冷却効率が向上する。
【００３４】
以上のように本開示の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、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を含むことが意図される。
【符号の説明】
【００３５】
１  電池セル、１ａ，１ｂ  側面、２ａ，２ｂ  エンドプレート、３  テンションベルト、４  スペーサ、４１  枠体、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ  側壁、４１ｅ  開口部、４１ｆ  貫通穴、４２  押圧部、４２ａ  上壁、４２ｂ  底壁、４２ｃ  側壁、４２ｄ  貫通穴、４３  流路、５  冷却板、６  流体、ＣＳ１  第１閉空間、ＣＳ２  第２閉空間、ＤＲ１  第１方向、ＤＲ２  第２方向、ＤＲ３  第３方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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