(57)【要約】【課題】単電池内部の電解液流動の妨げを低減することができる蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置は、複数の単電池と、複数の冷却プレートと、拘束部材とを有する。単電池は、発電要素である倦回体を内部に有している。冷却プレートは、単電池と交互に配置されており、長手方向が倦回体の倦回軸と直交している凸部を複数表面に有する。この凸部は、冷却プレートの表面に倦回軸方向に並んで配置されている。冷却プレートの凸部の一部の剛性が、その凸部の他の部位に比べて低い。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素である倦回体を、それぞれが内部に有している複数の単電池と、
長手方向が前記倦回体の倦回軸と直交している凸部であり、前記倦回軸方向に複数並んで配置される凸部をそれぞれが表面に有している、前記単電池と交互に配置される複数の冷却プレートと、
前記複数の単電池と前記複数の冷却プレートとを積層方向に拘束する拘束部材と、
を有する蓄電装置であって、
前記冷却プレートの凸部の一部の剛性が、該凸部の他の部位に比べて低い
蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単電池内の電解液流動の妨げを緩和する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の単電池を一方向に並べることにより、電池スタックを構成した蓄電装置がある。また、拘束機構を用いることにより、複数の単電池に対して拘束荷重を与えるものがある。ここで、拘束荷重は、複数の単電池の配列方向において、複数の単電池を挟む力である。
【０００３】
このような蓄電装置には、単電池間に交互配置され、単電池間の冷却風路を確保するとともに単電池に対し拘束力を与える冷却プレートが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０９７６９３号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３８４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、冷却プレートの一例を図３に示す。また蓄電装置の構成の一部を図４に示し、単電池間に冷却プレートが挟まっている様を示す。冷却プレートには、冷却風を導くための複数のリブが冷却プレートの外側方向に凸状に形成されている。これにより、リブとリブとの間は、複数の凹状の溝部が形成される。図３の冷却プレートのリブは、長手方向が垂直軸方向（Ｚ軸方向）となるように、冷却プレートの長手方向（Ｙ軸方向）に複数並んで配置されている。
【０００６】
冷却プレート本体部や冷却プレートのリブは、高圧の拘束荷重が加えられても単電池間の冷却流路を確保できる程度に剛性の高い樹脂材が用いられる。剛性が高いため、冷却プレートの一方の面より加えられる拘束荷重は他方の面に伝播され、これにより単電池は拘束される（図４参照）。この拘束荷重や冷却プレートからの伝播荷重は、単電池のケース形状に少なからず影響を与える。
【０００７】
図３に示すような、リブの長手方向が垂直軸方向である冷却プレートによる問題点を、図５を参照しつつ説明する。図５は、単電池の内部を透過した模式図である。単電池は、Ｙ軸方向を捲回軸とした倦回体、および電解液をケースに収容した構成となっている。倦回体の捲回軸方向両端部は、それぞれ正極、負極の電極となる。
【０００８】
冷却プレートの表面が凹凸形状であることから、冷却プレートのリブ（凸形状）と当接する単電池ケースの箇所は、荷重を受けることで単電池内側向きに凸形状となり、その箇所だけケース内断面（捲回軸方向から視認したときの断面）が狭くなる。ケース内断面が間隔を置いて狭くなる構造は、リブ当接箇所とリブ当接箇所との間の区域を各々隔離する構造となり、単電池内の電解液の流動を妨げることとなる。これは、一度生じた内部の電解液ムラが緩和されるのに長時間を要することを意味し、電解液枯れによる抵抗上昇、倦回体内部の塩濃度ムラによる劣化促進等、さまざまな不具合を引き起こすおそれがある。
【０００９】
上記問題を解消するため、倦回軸と平行となるようにリブを配置した冷却プレートを用いる場合、確かに電解液流動の阻害要因は除去されるが、単電池形状が倦回軸方向に長くなると、その分冷却効率が低下する。
【００１０】
また正負電極の積層から成る電極体の外装樹脂表面に斑点状の凹凸を設け、これを冷却経路とする方法も考えられる。しかしながら、この場合、凹凸による気流の乱れにより冷却効率が落ちてしまう。これを補うために凹凸の径を小さくしたり、凸状を高くする等して凹凸の差を多くすることも可能であるが、必要な拘束圧力の確保が困難となったり、電池全体のサイズが大型となったりする。
【００１１】
本発明は、長手方向が倦回軸と直交するリブを備えるプレートを蓄電装置の冷却プレートとして採用する場合において、単電池内部の電解液流動の妨げを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本願発明に係る蓄電装置は、（１）複数の単電池と、複数の冷却プレートと、拘束部材とを有する。単電池は、発電要素である倦回体を内部に有している。冷却プレートは、単電池と交互に配置されており、長手方向が倦回体の倦回軸と直交している凸部を複数表面に有する。この凸部は、冷却プレートの表面に倦回軸方向に並んで配置されている。冷却プレートの凸部の一部の剛性が、その凸部の他の部位に比べて低い。
【００１３】
凸部は、冷却プレートの表面上に設けられる凸状の突起部であってもよく、冷却プレートの表面に溝部が形成されることで生ずる凸状の部位でもよい。
【００１４】
上記（１）の構成において、（２）剛性が低い凸部の部位は、その形状が冷却プレート内側方向に窪んでいる。
【００１５】
上記（１）または（２）の構成において、（３）剛性が低い凸部の部位は、２色成型により冷却プレート本体と異なる樹脂となっている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、単電池内の電解液の流動の妨げを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の蓄電装置の斜視図である。
【図２】実施形態の蓄電装置に備えられる冷却プレートを示す図である。
【図３】冷却プレートを示す図である。
【図４】単電池および単電池間に配置される冷却プレートを示す模式図である。
【図５】図３に示す冷却プレートを用いる場合の問題点を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本実施形態に係る蓄電装置の斜視図であり、図２は、蓄電装置に組み入れられている冷却プレートを示す図であり、点線で示される部位は、単電池が有する部位である。これらの図において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに異なる直交する三軸を示している。蓄電装置１００は、単電池１１及び冷却プレート２０を交互に積層した電池群１、一対のエンドプレート３、および第１〜第４の拘束バンド（拘束部材に相当する）４ａ〜４ｄを備える。蓄電装置１００は、車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する。車両は、当該モータの動力のみによって車輪を駆動する電気自動車、或いは当該モータの動力とエンジンの動力とを動力源として兼用するハイブリッド自動車であってもよい。また、ハイブリッド自動車は、車両外部に設けられた商用電源により充電可能なプラグインハイブリッド自動車であってもよい。
【００１９】
電池群１は、電気的に互いに直列に接続された複数の単電池１１を備える。これらの単電池１１は、Ｘ軸方向に積層されている。単電池１１は、単電池１１の積層方向において向き合う一対の外面と、Ｙ軸方向において向き合う一対の外面と、Ｚ軸方向において向き合う一対の外面とを有するいわゆる角型電池である。単電池１１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池であってもよく、キャパシタであってもよい。Ｚ軸方向において向き合う一対の外面のうち一方の外面側には、突状の正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂがＹ軸方向に並んで形成されている。
【００２０】
図２に図示するように、正極端子１１ａは、正極接続端子１１ｃを介して、単電池１１の内部に位置する、発電要素である倦回体（例えば図５に示す倦回体）の一端部に接続されている。負極端子１１ｂは、負極接続端子１１ｄを介して、単電池１１の内部に位置する倦回体（例えば図５に示す倦回体）の他端部に接続されている。第１〜第４の拘束バンド４ａ〜４ｄはそれぞれ、単電池１１の積層方向に延びており、絶縁性の保護枠１２により覆われている。保護枠１２は、樹脂であってもよい。
【００２１】
一対のエンドプレート３は、電池群１を挟む位置に配置される。一対のエンドプレート３のＸ軸方向の端面には、第１の拘束バンド４ａ及び第３の拘束バンド４ｃを挟み込んで保持する一対の挟持板３３ａ、３３ｂが形成されている。これらの挟持板３３ａ、３３ｂは、リベット６を介してリベット止めされる。これにより、第１の拘束バンド４ａ及び第３の拘束バンド４ｃが強固に固定される。
【００２２】
一対のエンドプレート３のＸ軸方向の端面には、挟持板３３ａ，３３ｂとＹ軸方向において並ぶ位置に一対の挟持板３２ａ、３２ｂが形成されている。この一対の挟持板３２ａ、３２ｂは、第２の拘束バンド４ｂ及び第４の拘束バンド４ｄを挟み込んで保持する。これらの挟持板３２ａ、３２ｂは、リベット６を介してリベット止めされる。これにより、第２の拘束バンド４ｂ及び第４の拘束バンド４ｄが強固に固定される。
【００２３】
一対のエンドプレート３は、Ｘ−Ｙ面方向に沿って延在するフランジ部３４を備える（図１参照）。フランジ部３４は、貫通穴部３４ａを備える。貫通穴部３４ａに対して図示しない締結部材を締結することにより、蓄電装置１００を車両の固定部に固定することができる。ここで、車両の固定部は、車両のシートの下に位置するフロアパネル、或いはラゲッジルームの内部であってもよい。
【００２４】
積層方向に隣接する単電池１１のうち、一方の単電池１１の正極端子１１ａ及び他方の単電池１１の負極端子１１ｂは積層方向において向き合っている。これらの正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂは、図２に図示するバスバー５１を介して電気的及び機械的に接続されている。
【００２５】
ここで、バスバー５１には、板厚方向（Ｚ軸方向）に貫通する一対の貫通穴部が形成されており、一方の貫通穴部には積層方向に隣接する一方の単電池１１における正極端子１１ａが挿通され、他方の貫通穴部には他方の単電池１１における負極端子１１ｂが挿通される。正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの外面にはネジ溝が形成されており、これらのネジ溝に締結ナット６１を締結することにより、バスバー５１は固定される。ただし、積層方向に隣接する単電池１１は、電気的に並列に接続してもよい。なお、図面を簡略化するために、図１にはバスバー５１及び締結ナット６１が図示されていない。
【００２６】
冷却プレート２０は、積層方向（Ｘ軸方向）において隣り合う単電池１１の間に位置する。ここで図２を参照しつつ冷却プレート２０について説明する。尚、図２において、一点鎖線で示される領域については、その拡大図が図２右側に示されている。
【００２７】
冷却プレート２０のＹ−Ｚ平面には、冷却プレート２０の外側向きＸ軸方向に凸状のリブ２１（凸部に相当する）が複数設けられている。リブ２１は、単電池１１内にある倦回体の倦回軸方向と直交する方向（Ｚ軸方向）を長手とし、単電池１１内部にある倦回体の倦回軸方向（Ｙ軸方向）に複数並んで配置される。リブ２１それぞれは、剛性部２１Ａ、軟性部２１Ｂにより構成されている（拡大図参照）。剛性部２１Ａ、軟性部２１Ｂは、リブ２１の長手方向に交互に並んだ構成となっており、剛性部２１Ａの素材は、本実施形態では冷却プレート２０の本体部と同じ樹脂となっている。軟性部２１Ｂは、２色成型により剛性部２１Ａとは異なる樹脂で製造され、剛性部２１Ａよりも変形のしやすい軟性の素材が用いられる。軟性部２１Ｂの素材は樹脂であってもよい。
【００２８】
またＹ−Ｚ平面でのリブ２１の表面形状において、剛性部２１Ａの表面は平ら（Ｙ−Ｚ平面において、Ｘ軸方向の変位が変わらない）となるが、軟性部２１Ｂの表面は、冷却プレート２０の内側向きＸ軸方向に凹んだ窪み形状となっている。
【００２９】
このように、軟性部２１Ｂが変形しやすい素材であることから、第１〜第４の拘束バンド４ａ〜４ｄから高圧の拘束荷重が加えられても、軟性部２１Ｂと当接する単電池１１の部位については、その変形量を低減できる。また軟性部２１Ｂの表面形状を冷却プレート内側方向に凹んだ窪み形状とすることで、リブ２１と単電池１１との当接自体を緩和することができる。
【００３０】
ここで、リブ２１に関する寸法を説明する。まずリブ２１の幅Ｗ１は、本実施形態では約２ｍｍであり、リブ２１の間隔長Ｗ２（溝部となる部位の幅）は、本実施形態では約３ｍｍとする。剛性部２１Ａの長さＬ１は、拘束に必要となる面積に基づき算出される。必要面積をＳ、リブ２１の幅長をＷ１、リブ２１の本数をＮとすると、長さＬ１は、例えば以下の式により算出される。
Ｌ１  ＝  Ｓ／（Ｗ１×Ｎ）
尚、本実施形態では剛性部２１Ａの長さＬ１を約５ｍｍとする。軟性部２１Ｂの長さＬ２は、剛性部２１Ａの長さＬ１と同程度あればよく、本実施形態では約５ｍｍとする。
【００３１】
このように、冷却プレート上に配置されるリブそれぞれについて、変形しやすい素材を一部分に用い、その部位を他の部位に比べて剛性を低くすることで、単電池内の電解液流動の阻害を低減できる。これにより、高い拘束荷重を維持できるとともに、冷却性や電解液流動性を確保できる。
【符号の説明】
【００３２】
１  電池群      ３  エンドプレート      ４ａ〜４ｄ  第１〜第４の拘束バンド
６  リベット      １１  単電池    １１ａ  正極端子    １１ｂ  負極端子
１２  保護枠      ２０  冷却プレート      ２１  リブ      ２１Ａ  剛性部
２１Ｂ  軟性部  ３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ  挟持板      ３４  フランジ部
３４ａ  貫通穴部      １００  蓄電装置
【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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