(57)【要約】【課題】サイズの大型化を抑制しつつ、出力特性を高め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、電極板３４の一方の面に正極層が設けられると共に電極板の他方の面に負極層が設けられた複数のバイポーラ電極３２がセパレータ４０を介して一方向に積層された蓄電モジュール１２を備えた蓄電装置であって、一方向に蓄電モジュールが配列された配列体１１と、互いに隣接する蓄電モジュールの間に配置される一つの金属体であり、互いに隣接する蓄電モジュールの両方に接触させた状態で配置される導電体１４と、を備える。一方向に配列される蓄電モジュールは、導電体を介して電気的に直列に接続されている。導電体は、蓄電モジュールにおける導電体との接触面１２ａよりも高い熱伝導性を有している。【選択図】図１
2018101489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極板の一方の面に正極層が設けられると共に前記電極板の他方の面に負極層が設けられた複数のバイポーラ電極がセパレータを介して一方向に積層された蓄電モジュールを備える蓄電装置であって、
前記一方向に前記蓄電モジュールが配列された配列体と、
互いに隣接する前記蓄電モジュールの間に配置される一つの金属体であり、互いに隣接する前記蓄電モジュールの両方に接触させた状態で配置される導電体と、を備え、
前記一方向に配列される前記蓄電モジュールは、前記導電体を介して電気的に直列に接続されており、
前記導電体は、前記蓄電モジュールにおける前記導電体との接触面よりも高い熱伝導性を有している、蓄電装置。
【請求項２】
前記導電体は、前記一方向から見たときに前記蓄電モジュールが配置される領域内に配置されている、請求項１記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記導電体の内部には、前記一方向に交差する方向に延在する貫通孔が形成されている、請求項１又は２記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記貫通孔には、冷媒が流通されている、請求項３記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記冷媒は、絶縁性の物質である、請求項４記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記冷媒は、気体である、請求項４又は５記載の蓄電装置。
【請求項７】
ニッケル水素二次電池である、請求項１〜６の何れか一項記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極板の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極が電解質を保持するセパレータを介して一方向に積層された蓄電モジュール（バイポーラ電池）が知られている。そして、このような蓄電モジュールを電気的に接続した蓄電装置（電池ユニット）が開示されている。例えば、特許文献１には、複数の蓄電モジュールが電気的に並列に接続され、互いに隣接する蓄電モジュール同士を電気的に接続する導電体に放熱構造を設けた蓄電装置が開示されている。特許文献１に記載の蓄電装置では、大型化を抑制しながら効率的に放熱することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１７１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、積層方向と交差する方向である蓄電装置の側面に配線等を引き出す必要があり、サイズの小型化には限界がある。また、このような蓄電装置では、出力特性を高めることが求められている。
【０００５】
本発明は、サイズの大型化を抑制しつつ、出力特性を高め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】
本発明に係る蓄電装置は、電極板の一方の面に正極層が設けられると共に電極板の他方の面に負極層が設けられた複数のバイポーラ電極がセパレータを介して一方向に積層された蓄電モジュールを備える蓄電装置であって、一方向に蓄電モジュールが配列された配列体と、互いに隣接する蓄電モジュールの間に配置されると共に蓄電モジュールに接触させた状態で配置される導電体と、を備え、一方向に配列される蓄電モジュールは、導電体を介して電気的に直列に接続されており、導電体の少なくとも一つは、蓄電モジュールにおける導電体との接触面よりも高い熱伝導性を有している。
【０００７】
上記蓄電装置では、蓄電モジュールの配列方向（一方向）に沿って電流が流れるので、配列方向に交差する方向に配線等を引き出す必要がない。したがって、配列方向に交差する方向にサイズが大型化することを回避できる。更に、上記蓄電装置では、高い熱伝導性を有する導電体が蓄電モジュールに接触した状態で配置されるので、蓄電モジュールにおいて発生した熱を放熱することができる。したがって、通常、導電体とは別個に配置される放熱板を配置する必要がなくなるので、配列方向のサイズを抑制することができる。また、一方向に配列される蓄電モジュールを導電体を介して電気的に並列に接続される場合、すなわち、導電体において上記一方向と交差する方向に電流を流す場合と比べて、導電体における電流経路を短くできると共に電流経路の断面積を広くできる。したがって、導電体部分の内部抵抗が小さくなるので、出力特性を高めることができる。
【０００８】
本発明に係る蓄電装置では、導電体は、一方向から見たときに蓄電モジュールが配置される領域内に配置されていてもよい。この蓄電装置では、蓄電モジュールから一方向に交差する方向に導電体が飛び出すことがないので、装置全体のサイズをより小さくすることができる。
【０００９】
本発明に係る蓄電装置では、導電体の内部には、一方向に交差する方向に延在する貫通孔が形成されていてもよい。この蓄電装置では、例えば、貫通孔に熱導電性の高い流体を流通させることができるので、放熱性をより高めることが可能になる。
【００１０】
本発明に係る蓄電装置では、貫通孔には、冷媒が流通されていてもよい。この蓄電装置では、導電体における放熱性をより高めることができる。また、上記冷媒は、絶縁性の物質であってもよい。これにより、例えば、冷媒が貫通孔から漏れ出した場合であっても、短絡を防止することができる。また、上記冷媒は、気体であってもよい。この場合、より簡易に導電体の放熱性を高めることができる。
【００１１】
本発明に係る上記蓄電装置は、ニッケル水素二次電池として構成してもよい。このように構成されたニッケル水素二次電池においても、サイズの大型化を抑制しつつ、出力特性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、サイズの大型化を抑制しながら蓄電モジュールにおいて発生する熱を放熱することを可能にすると共に、出力特性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１の蓄電装置に含まれる蓄電モジュールを示す概略断面図である。
【図３】変形例に係る蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図４】更なる変形例に係る蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【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。図１〜図３には、ＸＹＺ直交座標系が示される。
【００１５】
図１に示される蓄電装置１０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として用いられる。蓄電モジュール１２は、例えば、バイポーラ電池である。蓄電モジュール１２の例には、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池が含まれるが、電気二重層キャパシタであってもよい。以下の説明では、ニッケル水素二次電池を例示する。
【００１６】
複数の蓄電モジュール１２は、金属板等の導電体１４を介して積層されて配列体１１を形成している。導電体１４は、互いに隣接する蓄電モジュール１２，１２の間に配置される一つの金属体であり、互いに隣接する蓄電モジュール１２，１２の両方に接触させた状態で配置される。導電体１４は、例えば、アルミニウム、銅等の金属材料により形成されている。導電体１４は、積層方向（Ｚ方向）から見たとき、蓄電モジュール１２及び導電体１４は、例えば、矩形形状を有する。積層方向から見たとき、導電体１４は、蓄電モジュール１２よりも小さいが、蓄電モジュール１２と同じかそれより大きくてもよい。言い換えれば、導電体１４は、積層方向から見たときに蓄電モジュール１２が配置される領域内に配置されている。導電体１４は、隣り合う蓄電モジュール１２と電気的に接続される。これにより、複数の蓄電モジュール１２が積層方向に直列に接続される。
【００１７】
導電体１４は、蓄電モジュール１２の積層方向において両端に位置する蓄電モジュール１２の外側にもそれぞれ配置される。すなわち、導電体１４は、積層方向において、配列体１１の両端にも配置されている。積層方向において、一端に位置する導電体１４には正極端子２４が接続されており、他端に位置する導電体１４には負極端子２６が接続されている。正極端子２４は、接続される導電体１４と一体であってもよい。負極端子２６は、接続される導電体１４と一体であってもよい。正極端子２４及び負極端子２６は、積層方向に交差する方向（Ｘ方向）に延在している。これらの正極端子２４及び負極端子２６により、蓄電装置１０の充放電を実施できる。
【００１８】
導電体１４は、蓄電モジュール１２において発生した熱を放出するための放熱板としても機能する。具体的には、導電体１４は、蓄電モジュール１２における導電体１４との接触面１２ａよりも高い熱伝導性を有している。また、導電体１４の内部には、積層方向に交差する方向（Ｙ方向）に延在する貫通孔１４ａが設けられている。貫通孔１４ａは、導電体１４において互いに対向する一方の側面から他方の側面まで連通する。貫通孔１４ａは、積層方向及び積層方向に交差する方向（Ｘ方向）に配列されている。このような貫通孔１４ａに空気等の気体の冷媒が通過することにより、蓄電モジュール１２において発生する熱を効率的に外部に放出できる。導電体１４のサイズ、導電体１４の材質、貫通孔１４ａのサイズ、及び貫通孔１４ａの数等は、例えば、蓄電装置１０の温度が５０℃を超えないように適宜調整される。蓄電モジュール１２に、貫通孔１４ａに空気を積極的に流通（循環）させる装置を設けても良い。
【００１９】
蓄電装置１０は、交互に積層された蓄電モジュール１２及び導電体１４を積層方向に拘束する拘束部材１５を備え得る。拘束部材１５は、一対の拘束プレート１６，１７と、拘束プレート１６，１７同士を連結する連結部材（ボルト１８及びナット２０）と、を備える。各拘束プレート１６，１７と導電体１４との間には、例えば、樹脂フィルム等の絶縁フィルム２２が配置される。各拘束プレート１６，１７は、例えば、鉄等の金属によって構成されている。
【００２０】
積層方向から見たとき、各拘束プレート１６，１７及び絶縁フィルム２２は、例えば、矩形形状を有する。絶縁フィルム２２は、導電体１４よりも大きくなっており、各拘束プレート１６，１７は、蓄電モジュール１２よりも大きくなっている。積層方向から見たとき、拘束プレート１６の縁部には、ボルト１８の軸部を挿通させる挿通孔１６ａが蓄電モジュール１２よりも外側となる位置に設けられている。同様に、積層方向から見たとき、拘束プレート１７の縁部には、ボルト１８の軸部を挿通させる挿通孔１７ａが蓄電モジュール１２よりも外側となる位置に設けられている。積層方向から見たときに各拘束プレート１６，１７が矩形形状を有している場合、挿通孔１６ａ及び挿通孔１６ｂは、拘束プレート１６，１７の角部に位置する。
【００２１】
一方の拘束プレート１６は、負極端子２６に接続された導電体１４に絶縁フィルム２２を介して突き当てられ、他方の拘束プレート１７は、正極端子２４に接続された導電体１４に絶縁フィルム２２を介して突き当てられている。ボルト１８は、例えば、一方の拘束プレート１６側から他方の拘束プレート１７側に向かって挿通孔１６ａに通され、他方の拘束プレート１７から突出するボルト１８の先端には、ナット２０が螺合されている。これにより、絶縁フィルム２２、導電体１４及び蓄電モジュール１２が挟持されてユニット化されると共に、積層方向に拘束荷重が付加される。
【００２２】
図２に示されるように、蓄電モジュール１２は、複数のバイポーラ電極３２が積層された積層体３０を備える。バイポーラ電極３２の積層方向から見たとき、積層体３０は、例えば、矩形形状を有する。隣り合うバイポーラ電極３２間にはセパレータ４０が配置され得る。バイポーラ電極３２は、電極板３４と、電極板３４の一方面に設けられた正極層３６と、電極板３４の他方面に設けられた負極層３８と、を含む。積層体３０において、一のバイポーラ電極３２の正極層３６は、セパレータ４０を挟んで積層方向に隣り合う一方のバイポーラ電極３２の負極層３８と対向し、一のバイポーラ電極３２の負極層３８は、セパレータ４０を挟んで積層方向に隣り合う他方のバイポーラ電極３２の正極層３６と対向している。
【００２３】
積層方向において、積層体３０の一端には、内側面に負極層３８が配置された電極板３４（負極側終端電極）が配置され、他端には、内側面に正極層３６が配置された電極板３４（正極側終端電極）が配置される。負極側終端電極の負極層３８は、セパレータ４０を介して最上層のバイポーラ電極３２の正極層３６と対向している。正極側終端電極の正極層３６は、セパレータ４０を介して最下層のバイポーラ電極３２の負極層３８と対向している。これら終端電極の電極板３４はそれぞれ隣り合う導電体１４（図１参照）に接続される。
【００２４】
蓄電モジュール１２は、バイポーラ電極３２の積層方向に延在する積層体３０の側面３０ａにおいて電極板３４の縁部３４ａを保持する枠体５０を備える。枠体５０は、積層体３０の側面３０ａを取り囲むように構成されている。側面５０ｓは、バイポーラ電極３２の積層方向から見たとき、例えば、矩形形状を有している。この場合、側面５０ｓは四つの矩形面から構成される。枠体５０は、電極板３４の縁部３４ａを保持する第１樹脂部５２と、積層方向から見たときに第１樹脂部５２の周囲に設けられる第２樹脂部５４とを備え得る。
【００２５】
枠体５０の内壁を構成する第１樹脂部５２は、各バイポーラ電極３２の電極板３４の一方面（正極層３６が形成される面）から縁部３４ａにおける電極板３４の端面にわたって設けられている。バイポーラ電極３２の積層方向から見たとき、各第１樹脂部５２は、各バイポーラ電極３２の電極板３４の縁部３４ａ全周にわたって設けられている。隣り合う第１樹脂部５２同士は、各バイポーラ電極３２の電極板３４の他方面（負極層３８が形成される面）の外側に延在する面において溶着している。その結果、第１樹脂部５２には、各バイポーラ電極３２の電極板３４の縁部３４ａが埋没して保持されている。各バイポーラ電極３２の電極板３４の縁部３４ａと同様に、積層体３０の両端に配置された電極板３４の縁部３４ａも第１樹脂部５２に埋没した状態で保持されている。これにより、積層方向に隣り合う電極板３４，３４間には、当該電極板３４，３４と第１樹脂部５２とによって気密に仕切られた内部空間Ｖが形成されている。当該内部空間Ｖには、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液からなる電解液（不図示）が収容されている。
【００２６】
枠体５０の外壁を構成する第２樹脂部５４は、バイポーラ電極３２の積層方向において積層体３０の全長にわたって延在する筒状部である。第２樹脂部５４は、バイポーラ電極３２の積層方向に延在する第１樹脂部５２の外側面を覆っている。第２樹脂部５４は、バイポーラ電極３２の積層方向に延在する内側面において第１樹脂部５２の外側面に溶着されている。
【００２７】
電極板３４は、例えば、ニッケルからなる矩形の金属箔である。電極板３４の縁部３４ａは、正極活物質及び負極活物質の塗工されない未塗工領域となっており、当該未塗工領域が枠体５０の内壁を構成する第１樹脂部５２に埋没して保持される領域となっている。正極層３６を構成する正極活物質の例には、水酸化ニッケルが含まれる。負極層３８を構成する負極活物質の例には、水素吸蔵合金が含まれる。電極板３４の他方面における負極層３８の形成領域は、電極板３４の一方面における正極層３６の形成領域に対して一回り大きくなっている。なお、電極板３４は、導電性樹脂から形成されてもよい。
【００２８】
セパレータ４０は、例えば、シート状に形成されている。セパレータ４０を形成する材料の例には、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、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布及び不織布等が含まれる。また、セパレータ４０は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されていてもよい。なお、セパレータ４０は、シート状に限られず、袋状に形成されていてもよい。
【００２９】
枠体５０（第１樹脂部５２及び第２樹脂部５４）は、例えば絶縁性の樹脂を用いた射出成形によって矩形の筒状に形成されている。枠体５０を構成する樹脂材料の例には、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、及び変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）等が含まれる。
【００３０】
上述した一実施形態の蓄電装置１０では、導電体１４が蓄電モジュール１２における導電体１４との接触面１２ａよりも高い熱伝導性を有しているので、蓄電モジュール１２において発生した熱を導電体１４を介して放熱することができる。
【００３１】
また、蓄電モジュール１２の配列方向（Ｚ方向）に沿って電流が流れるので、配列方向に交差する方向（Ｘ方向及び／又はＹ方向）に配線等を引き出す必要がない。したがって、配列方向に交差する方向にサイズが大型化することを回避できる。更に、一実施形態の蓄電装置１０では、高い熱伝導性を有する導電体１４が蓄電モジュール１２に接触した状態で配置されるので、蓄電モジュール１２において発生した熱を放熱することができる。したがって、通常、導電体１４とは別個に配置される放熱板を配置する必要がなくなるので、配列方向のサイズを抑制することができる。
【００３２】
また、上述した一実施形態の蓄電装置１０では、積層方向に配列される蓄電モジュールを導電体を介して電気的に並列に接続される場合（以下、「従来の蓄電装置」と称する。）、すなわち、導電体において一方向と交差する方向（Ｘ方向）に電流を流す場合と比べて、導電体１４における電流経路を短くできると共に電流経路の断面積を広くできる。すなわち、上述した一実施形態の蓄電装置１０では、従来の蓄電装置と比べて抵抗を小さくすることができる。
【００３３】
この点について、図１を用いて具体的に説明する。導電体１４の抵抗率をρ（Ω・ｍ）、導電体１４の断面積をＡ（ｍ２）、導電体１４の長さをＬ（ｍ）としたとき、導電体１４の抵抗Ｒは、下記の式で示される。
Ｒ＝ρ×（Ｌ／Ａ）
そして、例えば、図１に示される寸法形状と同様の導電体を配置し、電気的に直列に接続した場合と、並列に接続した場合とを比較する。
【００３４】
上記実施形態の蓄電装置１０の導電体１４における長さＬはＺ方向の長さであり、従来の蓄電装置の導電体における長さＬはＸ方向の長さである。したがって、上記実施形態の蓄電装置１０の導電体１４における長さＬは、従来の蓄電装置の導電体における長さＬよりも短い。また、上記実施形態の蓄電装置１０の導電体１４における断面積ＡはＸ方向とＹ方向との積であり、従来の蓄電装置の導電体における断面積ＡはＹ方向とＸ方向との積である。したがって、上記実施形態の蓄電装置１０の導電体１４における断面積Ａは、従来の蓄電装置の導電体における断面積Ａよりも広い。以上のことから、上記実施形態の蓄電装置１０の導電体１４の抵抗Ｒは、従来の蓄電装置の導電体の抵抗Ｒよりも小さくなる。したがって、上記実施得形態の蓄電装置１０は、出力特性を高めることができる。
【００３５】
上記実施形態の蓄電装置１０では、導電体１４は、積層方向から見たときに蓄電モジュール１２が配置される領域内に配置されている。これにより、蓄電モジュール１２からＸ方向又はＹ方向に導電体１４が飛び出すことがないので、蓄電装置１０全体のサイズをより小さくすることが可能になる。
【００３６】
上記実施形態の蓄電装置１０では、導電体１４の内部には、積層方向に交差するＹ方向に延在する貫通孔１４ａが形成されている。これにより、貫通孔１４ａに空気等の気体を流通させることができ、放熱性をより高めることが可能になる。
【００３７】
以上、一実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００３８】
上記実施形態では、導電体１４に形成される貫通孔１４ａに空気を流通させる構成を例に挙げて説明したが、図３に示されるように、空気に代えて液体の冷媒Ｆを流通させてもよい。冷媒Ｆの例には、絶縁油等が含まれる。この場合、導電体１４における放熱性をより高めることができる。また、上記冷媒Ｆは、絶縁性の物質とする。この場合には、例えば、冷媒Ｆが貫通孔１４ａから漏れ出した場合であっても、冷媒Ｆによる短絡を防止することができる。
【００３９】
上記実施形態又は変形例では、導電体１４の内部に貫通孔１４ａが形成されている例を挙げて説明したが、図４に示されるように、上記導電体１４に代えて貫通孔を有さない導電体１１４を採用しても良い。この場合であっても、導電体１４は、導電性を有しているので、配列方向に配列される蓄電モジュール１２は、導電体１４を介して電気的に直列に接続される。また、導電体１１４は、蓄電モジュール１２における導電体１４との接触面１２ａよりも高い熱伝導性を有しているので、放熱性を確保することができる。このような構成の蓄電装置１０であっても、サイズの大型化を抑制しつつ、出力特性を高めることができる。
【００４０】
上記実施形態では、蓄電装置１０に備わる全ての導電体１４が、蓄電モジュール１２における接触面１２ａよりも高い熱伝導性を有すると共に貫通孔１４ａが設けられている例を挙げて説明したが、例えば、選択された導電体のみが、蓄電モジュール１２における接触面１２ａよりも高い熱伝導性を有していてもよいし、また、貫通孔１４ａが設けられていてもよい。
【００４１】
また、同様に、上記変形例では、蓄電装置１０に備わる全ての導電体１４が蓄電モジュール１２における接触面１２ａよりも高い熱伝導性を有している例を挙げて説明したが、例えば、選択された導電体のみが、蓄電モジュール１２における接触面１２ａよりも高い熱伝導性を有していてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態又は変形例では、蓄電装置１０がニッケル水素二次電池の例を挙げて説明したが、リチウムイオン二次電池であってもよい。この場合、正極活物質は、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等である。負極活物質は、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…蓄電装置、１１…配列体、１２…蓄電モジュール、１２ａ…接触面、１４，１１４…導電体、１４ａ…貫通孔、３０…積層体、３２…バイポーラ電極、３４…電極板、３６…正極層、３８…負極層、４０…セパレータ、５０…枠体。
【図１】
2018101489.tif 000003
【図２】
2018101489.tif 000004
【図３】
2018101489.tif 000005
【図４】
2018101489.tif 000006