(57)【要約】【課題】部品点数を削減しつつ冷却効率を高めることができる電池スタックを提供する。【解決手段】電池スタック（Ｐ）は、複数の電池（２）と、電池（２）を冷却するための冷却液を循環させるための冷却管路（４）と、を備えている。電池（２）に、冷却管路（４）を貫通させるための穴部（２２１）が形成された冷却締結部（２２）が設けられている。冷却管路（４）と冷却締結部（２２）とが嵌合することで複数の電池（２）同士を保持する。【選択図】図１
2020043004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池スタックであって、
複数の電池（２）と、
前記電池を冷却するための冷却液を循環させるための冷却管路（４，４Ｂ）と、を備え、
前記電池に、前記冷却管路を貫通させるための穴部（２２１，２２１Ａ，２２１Ｂ）が形成された冷却締結部（２２，２２Ｂ）が設けられ、
前記冷却管路と前記冷却締結部とが嵌合することで複数の前記電池同士を保持する、電池スタック。
【請求項２】
請求項１に記載の電池スタックであって、
前記冷却締結部は、前記電池の端子部（２３）を挟んで前記電池の一端側及び多端側のそれぞれに設けられている、電池スタック。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電池スタックであって、
複数の前記電池は列状に配置されており、
前記冷却管路と前記冷却締結部とが嵌合している箇所は、列状に配置された複数の前記電池の最先端部及び最後端部に少なくとも設けられている、電池スタック。
【請求項４】
請求項３に記載の電池スタックであって、
前記冷却締結部は、最先端部に配置された前記電池から最後端部に配置された前記電池までの厚みの中で前記冷却管路と嵌合している、電池スタック。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電池スタックであって、
前記冷却管路（４）と前記冷却締結部（２２）とは、互いに螺合することで締結状態となる、電池スタック。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電池スタックであって、
前記冷却管路（４Ｂ）は、前記冷却締結部と嵌合するための嵌合締結部（４Ｂａ）と、冷却液を通すための管路部（４Ｂｂ）と、によって構成されており、
前記冷却管路と前記冷却締結部とは、前記穴部内において前記嵌合締結部を前記管路部が拡径することで締結される、電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池によって構成される電池スタックにおいては、電池の冷却に様々な工夫がなされている。このような電池スタックの一例として、下記特許文献１に開示されている電池パックは、ケースと、電池モジュールと、熱伝導部材と、を備えている。電池モジュールにおいては、複数の電池が並設されて一対のエンドプレートとボルト等とを用いて拘束されている。電池パックにおいては、互いに拘束された複数の電池を含む電池モジュールが、ケースの側面との間に熱伝導部材を介在させた状態で、電池の積層方向の両端においてケースの側面に固定されている。
【０００３】
下記特許文献１に記載されている電池スタックとは別の態様として、エンドプレートやボルトを用いずに、複数の電池をバンドによって保持し、バンドの隙間において冷却機構とセルとを接触させて冷却するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１９２１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バンドによって複数の電池が保持されるタイプの電池スタックでは、バンドの熱伝導率が低いため、バンドで保持されている部分に冷却機構を接触させると熱伝導効率が悪くなる。電池の冷却効率を高めようとすると、バンドで保持されていない部分においてセルと冷却機構とを接触させる必要がある。従って、伝熱面積が狭くならざるを得ず、冷却効率を高めることは困難である。更に、バンドが必要となることに加えて、冷却機構としては冷却器や熱伝導部材といった部材が必要となり、全体として部品点数が多くなり、構造も複雑なものとなる。
【０００６】
本開示は、部品点数を削減しつつ冷却効率を高めることができる電池スタック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】
【０００７】
本開示は、電池スタックであって、複数の電池（２）と、電池を冷却するための冷却液を循環させるための冷却管路（４，４Ｂ）と、を備えている。電池に、冷却管路を貫通させるための穴部（２２１，２２１Ａ，２２１Ｂ）が形成された冷却締結部（２２，２２Ｂ）が設けられている。冷却管路と冷却締結部とが嵌合することで複数の電池同士を保持する。
【０００８】
本開示では、電池を冷却するための冷却液を循環するための冷却管路と冷却締結部とが嵌合することで、複数の電池同士を保持することができるので、バンドといった保持する機能しか持たない部材を用いる場合に比較して、電池を冷却する箇所の設定に自由度が増し伝熱面積を十分に確保することができる。バンドといった保持する機能しか持たない部材を用いる必要が無いので、部品点数を減らすこともできる。
【０００９】
尚、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」に記載した括弧内の符号は、後述する「発明を実施するための形態」との対応関係を示すものであって、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」が、後述する「発明を実施するための形態」に限定されることを示すものではない。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、部品点数を削減しつつ冷却効率を高めることができる電池スタックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態における電池スタックを説明するための斜視図である。
【図２】図２は、図１における冷却管路を拡大して示す図である。
【図３】図３は、図１における電池スタックをセルの積層方向であるＡ方向から見た状態を示す図である。
【図４】図４は、図３と対比説明するため従来の電池スタックの一例について、セルの積層方向から見た状態を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態の変形例における電池スタックを説明するための斜視図である。
【図６】図６は、第２実施形態における電池スタックを説明するための斜視図である。
【図７】図７は、図６における冷却管路を説明するための図である。
【図８】図８は、図６における冷却管路を説明するための図である。
【図９】図９は、図６における冷却管路を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１を参照しながら、第１実施形態における電池スタックＰについて説明する。電池スタックＰは、電池２と、冷却管路４と、を備えている。電池２は、複数設けられている。複数の電池２は、冷却管路４によって保持されている。図１においては、電池２の積層方向にそってｚ軸を設定し、電池２の長手方向に沿ってｘ軸を設定し、ｚ軸及びｘ軸に直交する方向に沿ってｙ軸を設定している。図２以降においても、このように設定した座標軸を用いて説明する。
【００１４】
電池２は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池といった二次電池である。電池２は、電解質部２１と、冷却締結部２２と、端子部２３と、を備えている。
【００１５】
冷却締結部２２は、電解質部２１及び端子部２３を挟むように一対設けられている。一対の冷却締結部２２は、ｘ軸方向において離隔するように設けられている。端子部２３は、一方の冷却締結部２２側と他方の冷却締結部２２側とにそれぞれ設けられ、一対をなしている。一対の端子部２３は、ｘ軸方向において離隔するように設けられている。
【００１６】
電解質部２１は、一対の端子部２３を繋ぐように設けられている。電解質部２１は、酸化還元作用のある液体を含んで構成されている。電解質部２１は、個体の電解質で構成されていてもよい。
【００１７】
端子部２３は、１つの電池２に対して一対設けられ、一方が正極で他方が負極として構成されている。端子部２３は、バスバーといった電力授受を行うための部位に接続されるように構成されている。
【００１８】
冷却締結部２２は、１つの電池２に対して一対設けられている。冷却締結部２２は、電解質部２１のｘ軸方向における両端にそれぞれ設けられている。冷却締結部２２は、電解質部２１を保持することができるように構成されている。双方の冷却締結部２２には、それぞれ穴部２２１が設けられている。穴部２２１は、冷却管路４を貫通させることが可能なように構成されている。
【００１９】
図２に示されているように、冷却管路４には、雄ねじ４１及び流路４２が形成されている。雄ねじ４１は、冷却管路４の外周に設けられている。雄ねじ４１は、穴部２２１の内周に形成されている雌ねじ（図に明示せず）と螺合するように設けられている。
【００２０】
流路４２は、冷却管路４の長手方向に沿って設けられている。流路４２は、冷却液が通過するように形成されている。
【００２１】
上記説明したように、第１実施形態における電池スタックＰは、複数の電池２と、複数の前記電池を冷却するための冷却液を循環させるための冷却管路４と、を備えている。複数の電池２それぞれに、冷却管路４を貫通させるための穴部２２１が設けられた冷却締結部２２が設けられている。冷却管路４と冷却締結部２２とが嵌合することで複数の電池２同士を保持する。
【００２２】
本実施形態では、電池２を冷却するための冷却液を循環するための冷却管路４と冷却締結部２２とが嵌合することで、複数の電池２同士を保持することができるので、バンドといった保持する機能しか持たない部材を用いる場合に比較して、電池２を冷却する箇所の設定に自由度が増し伝熱面積を十分に確保することができる。バンドといった保持する機能しか持たない部材を用いる必要が無いので、部品点数を減らすこともできる。複数の電池２をＡ方向及びＢ方向から圧縮しながら保持することで、複数の電池２を圧縮保持することも可能となる。
【００２３】
図３に示されるように、冷却締結部２２は、電解質部２１の両脇に設けられている。電解質部２１の両脇に設けられている一対の冷却締結部２２に対して、それぞれ穴部２２１が形成され、冷却管路４が挿入可能なように構成されている。従って、電解質部２１のｘ軸方向における両端部全てが伝熱面として確保することができ、伝熱面積を十分に確保することができる。
【００２４】
一方、図４に示される従来の電池２Ｆは、一対のバンド２５によって保持されている。この場合、一対のバンド２５の間の部分しか伝熱面として確保することができない。このような狭い部分に、熱伝導部材２６や冷却器２７を設けて熱交換するため、伝熱面積を十分に確保することができない。
【００２５】
図３に示されているように、冷却締結部２２は、電池２の端子部２３を挟んで電池２の一端側及び多端側のそれぞれに設けられている。
【００２６】
電池２の端子部２３を挟んだ両側において冷却管路４が冷却締結部２２に挿入された状態となるので、複数の電池２を安定的に保持することができる。電池２の端子部２３に繋がる部分は電池２の充放電部分となる電解質部２１となるので、電池２を充放電する際に主に温度が上昇する部分となる。このように温度が上昇する部分の両側から冷却することができるので、電池の冷却効率を高めることができる。
【００２７】
本実施形態では、全ての電池２において、冷却管路４が冷却締結部２２と嵌合するように構成されているが、冷却管路４と冷却締結部２２との嵌合態様はこれに限られるものではない。
【００２８】
例えば、図１に示されているように複数の電池２が列状に配置されている場合に、冷却管路４と冷却締結部２２とが嵌合している箇所は、列状に配置された複数の電池２の最先端部（ｚ軸方向の最前部）及び最後端部（ｚ軸方向の最後部）に少なくとも設けられているように構成されていてもよい。
【００２９】
冷却管路４と冷却締結部２２とが嵌合している箇所において、冷却管路４と冷却締結部２２とが互いに嵌り合ってその箇所に配置されている電池２の位置を保つことができる。冷却管路４と冷却締結部２２とが嵌合している箇所を、列状に配置された複数の電池２の最先端部及び最後端部に少なくとも設けることで、最先端部に対応する電池２と最後端部に対応する電池２との位置関係を保つことができ、それら電池２の間に他の電池２を保持することができる。この場合、必要に応じて、複数の電池２を圧縮保持した状態とすることも可能である。
【００３０】
本実施形態における冷却締結部２２は、最先端部に配置された電池２から最後端部に配置された電池２までの厚みの中で冷却管路４と嵌合している。
【００３１】
冷却締結部２２としては、最先端部に配置された電池２や最後端部に配置された電池２の外側に突出した形で冷却管路４と嵌合しても機能を果たすことができるが、最先端部に配置された電池２から最後端部に配置された電池２までの厚みの中で冷却管路４と嵌合することで、電池スタック全体の体格を小さくすることができる。
【００３２】
電池スタックの体格を小さくする効果をそれほど求めない場合には、電池２の厚みの中ではなく外側で嵌合状態を形成してもよい。具体的には、冷却管路４の雄ねじ４１と嵌合するナット状の部材を最先端部及び最後端部に設けることで、複数の電池２を保持することができる。
【００３３】
上記説明した電池スタックＰでは、各電池２に穴部２２１を一対設け、冷却管路４を一対設けているが、穴部２２１及び冷却管路４の配置態様はこれに限られない。例えば、図５に示される電池スタックＰＡのように、冷却管路４の本数を増やすことも可能である。電池スタックＰＡでは、電池２Ａに４つの穴部２２１Ａを設け、一方の端部における冷却締結部２２Ａに２つの穴部２２１Ａを配し、他方の端部における冷却締結部２２Ａに２つの穴部２２１Ａを配している。このように穴部２２１Ａを設けることで、冷却管路４も４本にすることができ、冷却効率を高めることができる。
【００３４】
本実施形態では、冷却管路４と冷却締結部２２とは、互いに螺合することで締結状態となるように構成されている。
【００３５】
冷却管路４を冷却締結部２２の穴部２２１にねじ込んでいくことで締結状態となるので、電池スタックＰを簡便に組み立てることができる。
【００３６】
冷却管路と冷却締結部とを締結状態とする態様としては、上記説明したような螺合態様に限られない。螺合態様ではない締結状態を実現する第２実施形態について、図６を参照しながら説明する。図６は、第２実施形態における電池スタックＰＢの斜視図である。
【００３７】
図６に示されるように、第２実施形態における電池スタックＰＢは、複数の電池２Ｂと、冷却管路４Ｂと、を備えている。複数の電池２Ｂは、４つの穴部２２１Ｂが設けられた冷却締結部２２Ｂを有している。
【００３８】
続いて、図７，８，９を参照しながら説明を続ける。図７から図９は、穴部２２１Ｂが設けられている冷却締結部２２Ｂと、冷却管路４Ｂとの嵌合態様を説明するため、それらを含む部分の断面を示した断面図である。
【００３９】
図７に示されるように、冷却締結部２２Ｂには、穴部２２１Ｂが設けられると共に、拡径部２２２Ｂが設けられている。拡径部２２２Ｂは、穴部２２１Ｂのｚ軸方向における端部に設けられているが、穴部２２１Ｂのｚ軸方向における中央付近に設けられていてもよい。
【００４０】
冷却管路４Ｂは、嵌合締結部４Ｂａと、管路部４Ｂｂ（図７においては不図示）と、を有している。嵌合締結部４Ｂａは、嵌合対象となる冷却締結部２２Ｂの個数に合わせて、複数の締結部分４１Ｂを有している。締結部分４１Ｂには、それぞれ嵌合爪部４１１Ｂが設けられている。
【００４１】
図７に示されるように、穴部２２１Ｂに対して嵌合締結部４Ｂａを挿入可能な位置に配置する。続いて、図８に示されるように、嵌合締結部４Ｂａを穴部２２１Ｂに対して挿入する。この挿入にあたっては、嵌合爪部４１１Ｂが拡径部２２２Ｂに対応する位置に入り込むように挿入する。
【００４２】
嵌合締結部４Ｂａに対して、管路部４Ｂｂを挿入可能な位置に配置する。続いて、管路部４Ｂｂを嵌合締結部４Ｂａに対して挿入する。図９に示されるように、管路部４Ｂｂを嵌合締結部４Ｂａに対して挿入すると、嵌合爪部４１１Ｂが押し広げられて拡径部２２２Ｂと嵌合する。
【００４３】
上記説明したように、電池スタックＰＢでは、冷却管路４Ｂは、冷却締結部２２Ｂと嵌合するための嵌合締結部４Ｂａと、冷却液を通すための管路部４Ｂｂと、によって構成されている。冷却管路４Ｂと冷却締結部２２Ｂとは、穴部２２１Ｂ内において嵌合締結部４Ｂａを管路部４Ｂｂが拡径することで締結される。
【００４４】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００４５】
２：電池
４，４Ｂ：冷却管路
２２，２２Ｂ：冷却締結部
２２１，２２１Ａ，２２１Ｂ：穴部
【図１】
2020043004.tif 000003
【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】
2020043004.tif 000008
【図７】
2020043004.tif 000009
【図８】
2020043004.tif 000010
【図９】
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