(57)【要約】【課題】スペーサを有効利用することができる蓄電装置モジュールを提供すること。【解決手段】電池モジュール７０は、複数の二次電池１０を備え、各二次電池１０は、短絡ユニット３０、及び短絡ユニット３０と熱的に結合した金属製のスペーサ５０を備える。電極組立体１４の積層方向に沿った隙間Ｓの長さに応じてスペーサ５０の厚みが設定され、複数の二次電池１０のうち、並設方向の両端部に配置された二次電池１０の備えるスペーサ５０は、その他の二次電池１０の備えるスペーサ５０よりも厚みが厚い。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電極と負極電極とがセパレータを間に介在させた状態で層状に重なる電極組立体がケース内に収容され、
前記電極組立体の積層方向の少なくとも一端に位置する偏平面と該偏平面に対向した前記ケースの壁部との隙間に、短絡ユニット、及び前記短絡ユニットと熱的に結合した金属製のスペーサが配置された蓄電装置を複数備えるとともに、
複数の蓄電装置が前記壁部を一方向に並べた状態で並設されており、
前記積層方向に沿った前記隙間の長さに応じて前記スペーサの厚みが設定され、
複数の蓄電装置のうち、並設方向の両端部に配置された蓄電装置の備えるスペーサは、その他の蓄電装置の備えるスペーサよりも厚みが厚いことを特徴とする蓄電装置モジュール。
【請求項２】
前記ケース内には電解液が収容されるとともに、前記スペーサはアルミニウム製である請求項１に記載の蓄電装置モジュール。
【請求項３】
前記スペーサは、前記隙間の長さに合わせた厚みを有する一枚の金属板である請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置モジュール。
【請求項４】
前記蓄電装置は二次電池である請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の蓄電装置モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極組立体の偏平面と、ケースの壁部との隙間に、短絡ユニット、及びスペーサが配置された蓄電装置を複数備える蓄電装置モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置モジュールとしての電池モジュールが搭載されている。電池モジュールは、蓄電装置としての複数の二次電池同士を導通部材で電気的に接続した状態で並設して構成されている。
【０００３】
また、電池モジュールを構成する各二次電池では、そのケース内に収容された電極組立体の積層方向両端面と、各両端面に対向したケースの壁部との隙間にスペーサが挿入されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、各二次電池の隙間に挿入されスペーサによって、並設方向に二次電池が拘束された状態において各二次電池の厚みを一定にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０８４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のように、ケース内に生じた隙間にスペーサを挿入した二次電池においては、ケース内にてスペーサの占める空間は、蓄電など二次電池としての機能に寄与しないデッドスペースとなってしまっている。
【０００６】
本発明は、スペーサを有効利用することができる蓄電装置モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、蓄電装置モジュールは、正極電極と負極電極とがセパレータを間に介在させた状態で層状に重なる電極組立体がケース内に収容され、前記電極組立体の積層方向の少なくとも一端に位置する偏平面と該偏平面に対向した前記ケースの壁部との隙間に、短絡ユニット、及び前記短絡ユニットと熱的に結合した金属製のスペーサが配置された蓄電装置を複数備えるとともに、複数の蓄電装置が前記壁部を一方向に並べた状態で並設されており、前記積層方向に沿った前記隙間の長さに応じて前記スペーサの厚みが設定され、複数の蓄電装置のうち、並設方向の両端部に配置された蓄電装置の備えるスペーサは、その他の蓄電装置の備えるスペーサよりも厚みが厚いことを要旨とする。
【０００８】
これによれば、蓄電装置の並設方向の端部側から加わった外力が短絡ユニットに作用し、短絡ユニットが短絡すると、短絡ユニットが発熱する。このとき、短絡ユニットにスペーサが熱的に結合されていると、短絡ユニットで発生した熱をスペーサに逃がすことができる。このため、短絡ユニットの温度を下げ、短絡ユニットに隣接する電極組立体の熱によるダメージを抑えることができる。そして、蓄電装置モジュールの並設方向両端部の蓄電装置は、最も外力を受けやすい位置にあるが、スペーサが厚いことから、スペーサに逃がすことのできる熱量も多く、電極組立体のダメージが抑制できる。また、外力は、並設方向両端部の蓄電装置に直接加わるが、スペーサがその他の蓄電装置のスペーサより厚いため、スペーサで外力を受け止め、電極組立体の衝撃を緩和することができる。よって、ケース内に形成された隙間にスペーサが挿入されていても、スペーサを有効利用することができ、ケース内にてスペーサの占める空間がデッドスペースにならずに済む。
【０００９】
また、蓄電装置モジュールについて、前記ケース内には電解液が収容されるとともに、前記スペーサはアルミニウム製であるのが好ましい。
これによれば、スペーサが電解液で溶解してしまうことを防止できる。
【００１０】
また、蓄電装置について、前記スペーサは、前記隙間の長さに合わせた厚みを有する一枚の金属板であるのが好ましい。
これによれば、スペーサを一枚とすると、スペーサ全体に熱が速やかに伝わり、例えば、複数枚の金属箔を積層した場合のような金属箔同士の隙間によって熱伝達が妨げられる虞もない。したがって、短絡ユニットで発生した熱を速やかにスペーサに逃がすことができる。
【００１１】
また、蓄電装置モジュールについて、前記蓄電装置は二次電池である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スペーサを有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電池モジュールを示す斜視図。
【図２】二次電池を示す分解斜視図。
【図３】二次電池内の構成要素を示す分解斜視図。
【図４】電池モジュールを示す分解斜視図。
【図５】電池モジュール内を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、蓄電装置モジュールを電池モジュールに具体化した一実施形態について、図１〜図５に従って説明する。
図１に示すように、電池モジュール７０は、電池ホルダ６０に保持された二次電池１０が厚み方向（一方向）に複数並設されて構成されている。
【００１５】
まず、二次電池１０について説明する。
図２及び図４に示すように、二次電池１０は、四角箱状のケース１１に電極組立体１４及び電解液が収容されて構成されている。ケース１１は、有底四角箱状のケース本体１２と、当該ケース本体１２に電極組立体１４を挿入する開口部を閉塞する平板状の蓋体１３とからなる。ケース本体１２と蓋体１３は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム）である。また、二次電池１０は、ケース本体１２が有底四角箱状であり、蓋体１３が矩形平板状であることから、その外観が角型をなす角型電池である。また、この実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。
【００１６】
ケース本体１２は、矩形状の底板１２ａと、底板１２ａの短側縁から立設された一対の短側壁１２ｂと、底板１２ａの長側縁から立設された一対の長側壁１２ｃを備える。ケース１１において、短側壁１２ｂ及び長側壁１２ｃの開口端は蓋体１３に接合されている。
【００１７】
図３に示すように、電極組立体１４は、複数の正極電極２１と、複数の負極電極２４とが間にセパレータ２７を介在させた状態で層状に重ねられて構成されている。正極電極２１は、矩形状の正極用金属箔（本実施形態ではアルミニウム箔）２２と、その正極用金属箔２２の両面（表面）に設けられた矩形状の正極用活物質層２３と、を有する。正極電極２１は、その一辺に沿って、正極用活物質層２３の設けられていない正極側未塗工部２２ｄを有する。そして、正極電極２１において、正極側未塗工部２２ｄの一辺の一部には、正極集電タブ２２ｆが突出する状態に設けられている。
【００１８】
負極電極２４は、矩形状の負極用金属箔（本実施形態では銅箔）２５と、その負極用金属箔２５の両面（表面）に設けられた矩形状の負極用活物質層２６と、を有する。負極電極２４は、その一辺に沿って、負極用活物質層２６の設けられていない負極側未塗工部２５ｄを有する。そして、負極電極２４において、負極側未塗工部２５ｄの一辺の一部には、負極集電タブ２５ｆが突出する状態に設けられている。負極電極２４は、正極電極２１よりも一枚多く、電極組立体１４の両端には、負極電極２４が配置されている。
【００１９】
図２に示すように、正極電極２１及び負極電極２４は、正極集電タブ２２ｆが積層方向に沿って列状に配置され、且つ正極集電タブ２２ｆと重ならない位置にて負極集電タブ２５ｆが積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。そして、各正極集電タブ２２ｆは、電極組立体１４における積層方向の一端から他端までの範囲内で集められた（束ねられた）状態で折り曲げられている。各正極集電タブ２２ｆが重なっている箇所を溶接することによって各正極集電タブ２２ｆが電気的に接続されるとともに、正極集電タブ２２ｆに正極端子１６が接続されている。各負極集電タブ２５ｆが重なっている箇所を溶接することによって各負極集電タブ２５ｆが電気的に接続されるとともに、負極集電タブ２５ｆに負極端子１７が接続されている。正極端子１６及び負極端子１７は、蓋体１３を貫通してケース１１外に突出している。正極端子１６及び負極端子１７は絶縁リング１５によって蓋体１３と絶縁されている。
【００２０】
図２及び図５に示すように、電極組立体１４において、積層方向の両端の偏平面１４ａと、両偏平面１４ａに対向するケース本体１２の両長側壁１２ｃの内面１２ｄとの間には、スペーサ５０及び短絡ユニット３０が介装されている。よって、本実施形態では、長側壁１２ｃが偏平面１４ａと向き合うケース１１の壁部を構成する。
【００２１】
短絡ユニット３０は、矩形状及びアルミニウム箔製の第１金属部材３１、矩形状の絶縁部材３２及び、矩形状及び銅箔製の第２金属部材３３を有している。そして、長側壁１２ｃから電極組立体１４に向けて、第１金属部材３１、絶縁部材３２、及び第２金属部材３３が積層されている。
【００２２】
第１金属部材３１は、絶縁部材３２を間に挟んで第２金属部材３３と対向する矩形状の第１本体部３１ａと、第２金属部材３３と対向しない第１タブ部３１ｂとを有する。すなわち、第１タブ部３１ｂは、第１本体部３１ａの一辺の一部から突出する状態に設けられている。
【００２３】
第２金属部材３３は、絶縁部材３２を間に挟んで第１金属部材３１と対向する矩形状の第２本体部３３ａと、第１金属部材３１と対向しない第２タブ部３３ｂとを有する。第２タブ部３３ｂは、第２本体部３３ａの一辺の一部から突出する状態に設けられている。
【００２４】
そして、短絡ユニット３０において、第２金属部材３３の第２本体部３３ａは、電極組立体１４の偏平面１４ａに面接触している。なお、第１金属部材３１は、電極組立体１４における正極電極２１の正極用金属箔２２と同形状のものを使用することができ、第２金属部材３３は、電極組立体１４における負極電極２４の負極用金属箔２５と同形状のものを使用することができる。
【００２５】
そして、短絡ユニット３０における第１金属部材３１は、その第１タブ部３１ｂが、電極組立体１４の正極集電タブ２２ｆと電気的に接続され、正極になっている。一方、第２金属部材３３は、その第２タブ部３３ｂが、電極組立体１４の負極集電タブ２５ｆと電気的に接続され、負極になっている。短絡ユニット３０は、第１金属部材３１、絶縁部材３２、及び第２金属部材３３を積層して構成され、第１金属部材３１、絶縁部材３２、及び第２金属部材３３も電極組立体１４の積層方向に沿って積層されている。
【００２６】
次に、スペーサ５０について説明する。
スペーサ５０は、熱伝導率、及び熱容量が大きく、かつ、電解液に溶解しにくい金属材料であるのが好ましく、本実施形態では、スペーサ５０はアルミニウム製である。スペーサ５０は、矩形板状であり、その平面形状は、長側壁１２ｃの平面形状より小さく、かつ電極組立体１４の偏平面１４ａとほぼ同じである。各スペーサ５０は、その最も面積が大きい２つの側面５０ａ，５０ｂのうち、一方の側面５０ａが、短絡ユニット３０における第１金属部材３１と接触し、他方の側面５０ｂが、長側壁１２ｃの内面１２ｄと接触している。そして、電極組立体１４の積層方向両側にスペーサ５０及び短絡ユニット３０が配置されるとともに、両スペーサ５０によって、電極組立体１４は、その積層方向に沿ったケース１１内での移動が規制されるとともに、積層方向に拘束されている。
【００２７】
電池モジュール７０において、全ての二次電池１０で、電極組立体１４を構成する正極電極２１、負極電極２４、及びセパレータ２７の使用枚数は同じでありながら、各活物質層２３，２６の厚みの違い等の影響を受けて、積層方向への長さが異なる。そして、電極組立体１４の偏平面１４ａと、対向する長側壁１２ｃの内面１２ｄとの隙間Ｓの長さが異なる。このため、隙間Ｓに介装されたスペーサ５０も、二次電池１０毎に厚みが異なっている。なお、スペーサ５０の厚みは、電極組立体１４の積層方向に沿った長さである。
【００２８】
図４に示すように、二次電池１０を保持する電池ホルダ６０は、Ｕ字枠状をなすホルダ本体６１と、ホルダ本体６１の外面の４隅から突出する直方体状の脚部６２とを有している。ホルダ本体６１は、ケース１１の底板１２ａと、一対の短側壁１２ｂと、蓋体１３の両短側壁１２ｂ側を取り囲む状態で二次電池１０と一体化されている。このため、電池ホルダ６０に一体化された二次電池１０は、一対の長側壁１２ｃが、ホルダ本体６１から外部に露出している。各脚部６２には、ボルトＢ１が挿通される挿通孔６２ａが脚部６２の長手方向に貫通して設けられている。
【００２９】
図１及び図５に示すように、電池モジュール７０の並設方向の両端にはエンドプレート５３が設けられている。エンドプレート５３は、矩形平板状をなす基部５４と、基部５４の四隅から突出する矩形平板状の突出部５５とを備える。突出部５５には、ボルトＢ１が挿通される挿通孔５５ａが突出部５５の厚み方向に貫通して設けられている。
【００３０】
そして、電池モジュール７０は、一方のエンドプレート５３の挿通孔５５ａに挿通されたボルトＢ１が、各電池ホルダ６０の挿通孔６２ａに挿通されるとともに、他方のエンドプレート５３の挿通孔５５ａに挿通され、ボルトＢ１にナットＮが螺合されることで一体に組み付けられている。よって、全ての二次電池１０は、両エンドプレート５３によって並設方向から挟持されている。電池モジュール７０では、複数の二次電池１０は、長側壁１２ｃが一方向に並ぶ状態で並設されている。
【００３１】
電池モジュール７０において、並設方向に隣り合う二次電池１０の長側壁１２ｃ同士の間には、放熱プレート７１及び伝熱シート８０が介装されている。また、エンドプレート５３と、そのエンドプレート５３に隣り合う二次電池１０の長側壁１２ｃの間にも放熱プレート７１及び伝熱シート８０が介装されている。
【００３２】
図５に示すように、上記構成の二次電池１０を複数並設した電池モジュール７０において、並設方向一端部に配置された二次電池１０は、全ての二次電池１０の中で、電極組立体１４の積層方向への長さが一番短くなっている。また、電池モジュール７０において、並設方向他端部に配置された二次電池１０は、全ての二次電池１０の中で電極組立体１４の積層方向への長さが二番目に短くなっている。このため、並設方向一端部に配置された二次電池１０は、電極組立体１４の積層方向両側の隙間Ｓが、全ての二次電池１０の中で一番長く、並設方向他端部に配置された二次電池１０は、電極組立体１４の積層方向両側の隙間Ｓが、全ての二次電池１０の中で二番目に長くなっている。
【００３３】
そして、並設方向一端部には、全ての二次電池１０の中で、厚みの一番厚いスペーサ５０を備えた二次電池１０が配置され、並設方向他端部には、全ての二次電池１０の中で、厚みの二番目に厚いスペーサ５０を備えた二次電池１０が配置されている。また、並設方向中央部の二次電池１０は、全ての二次電池１０の中で電極組立体１４の積層方向への長さが最も長く、隙間Ｓの長さが最も短くなっている。このため、並設方向中央部には、全ての二次電池１０の中で、最も厚みの薄いスペーサ５０を備えた二次電池１０が配置されている。そして、並設方向両端部から中央部に向かうに従い、スペーサ５０の厚みが徐々に薄くなっている。すなわち、中央部より両端部側に配置された二次電池１０のスペーサ５０の方が厚くなっている。
【００３４】
次に、電池モジュール７０の作用を、二次電池１０の評価試験の一つである釘刺し試験を例に記載する。
電池モジュール７０の並設方向両端部のうち、一端部の二次電池１０に対し釘が刺さると、その釘がスペーサ５０を貫通して第１金属部材３１の第１本体部３１ａ及び絶縁部材３２を突き破る。これにより、第１金属部材３１と第２金属部材３３とが互いに電気的に接続され、短絡するとともに、二次電池１０の電極組立体１４に蓄えられた電気が短絡ユニット３０内で放電される。短絡ユニット３０では、第１金属部材３１と第２金属部材３３の短絡によって発熱するが、その熱はスペーサ５０に伝わり、第１金属部材３１及び第２金属部材３３の温度上昇が抑えられ、隣接する電極組立体１４の温度上昇も抑えられる。
【００３５】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電池モジュール７０において、並設方向両端部に配置された二次電池１０が備えるスペーサ５０の厚みを、その他の二次電池１０が備えるスペーサ５０の厚みより厚くした。このため、短絡ユニット３０が短絡したときに生じた熱をスペーサ５０に逃がすことができ、短絡箇所、及び短絡箇所に隣接する電極組立体１４の温度上昇が抑制される。そして、並設方向両端部の二次電池１０が備えるスペーサ５０は、その他の二次電池１０が備えるスペーサ５０よりも厚いことから、その熱容量も大きく、スペーサ５０に逃がすことのできる熱量もその他のスペーサ５０より多くなる。よって、短絡ユニット３０に隣接する電極組立体１４の温度上昇を抑制する上で有効である。
【００３６】
（２）外力は、並設方向両端部の二次電池１０に直接加わる。並設方向両端部に配置された二次電池１０では、そのスペーサがその他の二次電池１０のスペーサ５０より厚いため、その外力をスペーサ５０で受け止めることができ、電極組立体１４が受ける衝撃を緩和することができる。よって、ケース１１内に形成された隙間Ｓにスペーサ５０が挿入されていても、スペーサ５０を有効利用することができ、ケース１１内にてスペーサ５０の占める空間がデッドスペースにならずに済む。
【００３７】
（３）スペーサ５０をアルミニウム製としたため、スペーサ５０が電解液に溶けてしまうことを防止できる。よって、スペーサ５０によって電極組立体１４を積層方向に拘束した状態、及び電極組立体１４の移動を規制した状態を維持できる。
【００３８】
（４）スペーサ５０は、一枚の金属板で形成されている。このため、例えば、所定の厚みを複数枚の金属箔を積層して出した場合と比べると、スペーサ５０の熱容量を大きくすることができ、また、金属箔同士の隙間によって熱伝達が妨げられる虞もない。したがって、短絡ユニット３０で発生した熱を速やかにスペーサ５０に逃がすことができる。
【００３９】
（５）スペーサ５０は一枚の金属板で形成されている。そして、厚みの異なるスペーサ５０を複数種類準備しておくことで、隙間Ｓの長さが複数種類あっても対応することができる。よって、例えば、スペーサ５０を金属箔を積層して形成する場合と比べると、スペーサ５０の厚み調整、及び隙間Ｓへのスペーサ５０の挿入作業を簡単に行うことができる。
【００４０】
（６）スペーサ５０と、短絡ユニット３０の第１金属部材３１は接触し、導通しているため、金属突起などによって短絡ユニット３０が破断されて短絡させられる場合において、スペーサ５０の厚みが厚いことにより、金属突起等との接触面積が大きくなり、短絡抵抗、すなわち短絡によって発生するジュール発熱を抑制できる。
【００４１】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  スペーサ５０は、アルミニウム箔又は銅箔を複数枚積層して形成してもよい。
○  電池モジュール７０には、スペーサ５０を備えない二次電池１０が含まれていてもよい。電極組立体１４の積層方向への長さは、製造公差によりばらつきを有するが、製造公差の最小値をゼロとして設計及び製造した場合、電池モジュール７０に含まれる幾つかの二次電池１０は、スペーサ５０を備えないこととなる。
【００４２】
○  スペーサ５０の材料は、銅板であったり、ステンレスであったり、適宜変更してもよい。
○  スペーサ５０の厚みは、電池モジュール７０の並設方向両端部から中央部に向けて薄くなっていなくてもよく、並設方向両端部に配置された二次電池１０が備えるスペーサ５０が、その他の二次電池１０が備えるスペーサ５０より厚ければ、その他のスペーサ５０の並び順は適宜変更してもよい。
【００４３】
○  実施形態では、各二次電池１０において、電極組立体１４の積層方向両側の偏平面１４ａと、両長側壁１２ｃとの間にスペーサ５０及び短絡ユニット３０を介装したが、これに限らない。例えば、電極組立体１４の積層方向一方の偏平面１４ａを一方の長側壁１２ｃに接触させ、他方の偏平面１４ａと、他方の長側壁１２ｃとの間だけに短絡ユニット３０及びスペーサ５０を介装してもよい。この場合、短絡ユニット３０及びスペーサ５０は電極組立体１４よりも並設方向の端部側の隙間Ｓに配設される。
【００４４】
○  電池モジュール７０を構成する複数の二次電池１０のうち、一部の二次電池１０は、電極組立体１４の積層方向両側に短絡ユニット３０及びスペーサ５０を介装し、残りの二次電池１０は、電極組立体１４の積層方向一方のみに短絡ユニット３０及びスペーサ５０を介装してもよい。
【００４５】
○  短絡ユニット３０を、第１金属部材３１、絶縁部材３２、及び第２金属部材３３を一枚ずつ積層して構成したが、第１金属部材３１、絶縁部材３２、及び第２金属部材３３の積層する枚数は適宜変更してもよい。
【００４６】
○  電極組立体１４は積層型としたが、正極電極２１と負極電極２４の間にセパレータ２７を挟んでこれらを層状に捲回した捲回型としてもよい。
○  電極組立体１４を構成する正極電極２１、及び負極電極２４の枚数は適宜変更してもよい。
【００４７】
○  実施形態では、正極電極２１は、正極用金属箔２２の両面に正極用活物質層２３を有するとしたが、正極用金属箔２２の片面のみに正極用活物質層２３を有していてもよい。同様に、負極電極２４は、負極用金属箔２５の両面に負極用活物質層２６を有するとしたが、負極用金属箔２５の片面のみに負極用活物質層２６を有していてもよい。
【００４８】
○  蓄電装置としてのニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタとして具体化してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【００４９】
（イ）前記電極組立体は積層型である蓄電装置モジュール。
【符号の説明】
【００５０】
Ｓ…隙間、１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１２ｃ…壁部としての長側壁、１４…電極組立体、１４ａ…偏平面、２１…正極電極、２４…負極電極、２７…セパレータ、３０…短絡ユニット、５０…スペーサ、７０…蓄電装置モジュールとしての電池モジュール。
【図１】
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【図２】
2015022843.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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