(57)【要約】      （修正有）【課題】結露水の発生によって、隣接する単電池間または単電池と補強用部材を導通する導通経路を遮蔽する電池スタックを提供する。【解決手段】電池スタックは、積層体と、一対のエンドプレート３と、補強用部材５と、遮蔽部材６とを有する。積層体は、複数の単電池２１およびセパレータを交互に積層したものであり、一対のエンドプレート３は、積層体を挟む位置に配置される。補強用部材５は、エンドプレート３を挟んで積層体の反対側に位置し、エンドプレート３の強度を補強する。遮蔽部材６は、単電池２１、セパレータ、エンドプレート３の少なくともいずれか１つの上面に取付けられる。また遮蔽部材６の表面の濡れ性は、遮蔽部材６が取り付けられた単電池２１の表面、セパレータの表面、エンドプレート３の表面の濡れ性よりも低い。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池およびセパレータを交互に積層した積層体と、
前記積層体を挟む位置に配置される一対のエンドプレートと、
前記エンドプレートを挟んで前記積層体の反対側に位置し、前記エンドプレートの強度を補強する補強用部材と、
前記単電池、前記セパレータ、前記エンドプレートの少なくともいずれか１つの上面に取付けられる第１部材と、を有し、
前記第１部材の表面の濡れ性は、前記第１部材が取り付けられた前記単電池の表面、前記セパレータの表面、前記エンドプレートの表面の濡れ性よりも低いことを特徴とする電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単電池が配列された積層体を含む電池スタックにおいて、結露水を介した通電を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電池スタックとして、複数の単電池が積層された積層体と、この積層体を挟む位置に配置されるエンドプレートと、このエンドプレートを車両ボディに固定して、エンドプレートの強度を補強する補強用部材とを有するものが知られている。
【０００３】
この電池スタックは、単電池の出力に伴う温度上昇を防ぐために、隣接する単電池間において、多数の貫通孔を備えたセパレータが位置している。このセパレータの貫通孔に対して車室内や車両外の空気を流入させることで、単電池の温度上昇を防ぐことができる。
【０００４】
しかし、このように車室内や車両外の空気により単電池の温度上昇を防ぐ構造であるため、空気の相対湿度の状態および車両を運転する環境の変化によって、空気が露点温度に達し、単電池の周囲に結露水が発生する。具体的には、寒冷地の屋外で冷え切った車両が、暖かい駐車場に入庫するときなどに結露水が発生する。これは、屋外放置中に冷え切った電池スタックに、車両外（駐車場）の暖かい空気が、セパレータの貫通孔を介して単電池に接触して冷やされ、空気の露点温度に達するためである。この結露水が隣接する単電池間に発生して、単電池間でブリッジした状態になると、このブリッジした単電池間に電位差が生じている場合、設計上に無い導通経路が形成されてしまう。
【０００５】
また、エンドプレートの上面に結露水が堆積すると、単電池と補強用部材との間に、結露水を介した通電の経路が形成されることもあり、単電池の電流の一部が車両のボディに流れる蓋然性が生ずる。さらには、結露水が単電池の外装缶に付着した状態が続くと外装缶を腐食させる。このような外装缶を腐食させる状態が続くと、外装缶に穴があいて漏液も起こる。したがって、車両用の電池スタックにおいて、結露水が、隣接した単電池間にブリッジした状態となること、または単電池および補強用部材がブリッジした状態となることを防ぐことは非常に重要な問題である。
【０００６】
従来技術として、複数の単電池の外装缶の表面をフッ素コーティング又はシリコンコーティングして撥水層を設けて、隣接する単電池間において結露水がブリッジすることを防ぐものが開示されている（例えば特許文献１）。
【０００７】
また、複数の単電池の外装缶の両側縁部に絶縁性のプラスチックシートからなる結露防水シートを付着させて、隣接する単電池間において結露水がブリッジすることを防ぐものが開示されている（例えば特許文献２）。
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１７０８７０号公報
【０００９】
【特許文献２】特開２０１０−１５３１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１や２のような単電池の外周面に撥水層や結露防水シートを設ける構成である場合、単電池の側面では、下方へ働く結露水の重量を利用できるため、結露水を単電池の側面から落下させることはできるが、単電池の上面においては、結露水の重量が利用できないため、単電池の上面に結露水が堆積してしまい、隣接する単電池間を結露水がブリッジする可能性がある。また、エンドプレートの上面においても結露水が堆積して、堆積した結露水が、エンドプレートの一方面にある単電池と、このエンドプレートの他方面に隣接する補強用部材とを通電させる可能性がある。
【００１１】
そこで、本願発明は、結露水の発生によって、隣接する単電池間を通電する導通経路、または単電池と補強用部材とを通電する導通経路を遮蔽し、結露水による導通経路を形成させないようにする電池スタックを提供するものである。
【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、本発明の電池スタックは、積層体と、一対のエンドプレートと、補強用部材と、第１部材とを有する。積層体は、複数の単電池およびセパレータを交互に積層したものであり、一対のエンドプレートは、積層体を挟む位置に配置される。補強用部材は、エンドプレートを挟んで積層体の反対側に位置し、エンドプレートの強度を補強する。第１部材は、単電池、セパレータ、エンドプレートの少なくともいずれか１つの上面に取付けられる。また第１部材表面の濡れ性は、第１部材が取り付けられた単電池表面、セパレータ表面、エンドプレート表面の濡れ性よりも低い。
【００１３】
また、本発明の電池スタックは、複数の単電池およびセパレータを交互に積層した積層体と、前記積層体を挟む位置に配置される一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートに取付けられ、前記積層体を拘束する拘束バンドと、前記拘束バンドの端部に取付けられ、前記エンドプレートを挟んで前記積層体の反対面に位置し、前記エンドプレートの強度を補強する補強用部材と、前記単電池、前記セパレータ、前記エンドプレートの少なくともいずれか１つの上面に取付けられ、前記単電池、前記セパレータおよび前記エンドプレートに付着する結露水によって形成される、前記単電池の上面における隣接する前記単電池間を導通する経路または前記エンドプレートの上面における前記単電池と前記補強用部材を導通する経路、の少なくともいずれか１つを遮蔽する遮蔽部材とを有し、前記遮蔽部材の濡れ性は、前記遮蔽部材を固定した前記単電池、前記セパレータ、前記エンドプレートの濡れ性よりも低いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明によれば、結露水が発生する状況下においても、結露水を介した通電を防止することができ、車両を駆動するための電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる車両用の電池スタックの斜視図である。
【図２】図１に示す電池スタックのＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の電池スタックにおけるエンドプレートの詳細な斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態の電池スタックにおけるエンドプレート上面に結露水が発生したときの概略図である。
【図５】本発明の第２実施形態の電池スタックにおけるエンドプレート上面に結露水が発生したときの概略図である。
【図６】本発明の第３実施形態の電池スタックにおけるエンドプレート上面に結露水が発生したときの概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明の電池スタック１の第１実施形態について説明する。図１は車両用の電池スタック１の斜視図、図２は図１の電池スタック１のＡ−Ａ断面図、そして図３はエンドプレート３の詳細な斜視図である。なお、本実施形態の電池スタック１は、車両（不図示）のボディと結合している電池スタック固定部材９を介して、車両に固定される。
【００１７】
図１に示すように、本発明の電池スタック１は、複数の単電池２１とセパレータ２２とをｙ軸方向交互に積層した積層体２と、積層体２を挟む位置に配置される一対のエンドプレート３とを有し、また、一対のエンドプレート３に取付けられ、エンドプレート３を挟んで積層体２の反対面に位置し、積層体２を拘束する拘束バンド４を有する。電池スタック１は、さらに、拘束バンド４の端部に取付けられ、エンドプレート３の強度を補強する補強用部材５を有する。そして、エンドプレート３の上面に取付けられ、単電池２１、セパレータ２２およびエンドプレート３に付着した結露水によって形成される、エンドプレート３の上面における単電池２１と補強用部材５を導通する経路を遮蔽する遮蔽部材６（第１部材）とを有する。
【００１８】
単電池２１は、図１に示すように、ｘ軸方向に延びる板状をしており、上面に突状の正極端子２１１および負極端子２１２を備えている。このような単電池２１の正極端子２１１および負極端子２１２は、隣接する単電池２１間でバスバー（不図示）により電気的に接続されている。セパレータ２２は、図２に示すように、単電池２１との当接面（ｘ−ｚ平面）に形成されたｘ軸方向に延びる複数の貫通孔２２１を備えており、隣接する単電池２１が当接しないように一定の距離を保持する。このように隣接する単電池２１を一定の距離に保持しながら、貫通孔２２１を介して電池スタック１外の空気を電池スタック１内に流入させることで、単電池２１を冷却することができる。ここで、単電池２１は、リチウムイオン電池、或いはニッケル水素電池であっても良い。単電池２１は、電池セル、或いは複数の電池セルを接続した電池モジュールであっても良い。また、電池セルとは、充放電可能な最小単位の要素を意味する。
【００１９】
エンドプレート３は、図３に示すように、ｘ軸方向に延びる板状をした樹脂材料からなり、ｘ−ｚ平面の端面には、図２に図示される電池スタック固定部材９および補強用金具５をエンドプレート３に固定するために、第１の固定用金具７を螺合する第１の固定溝３１、および拘束バンド４をエンドプレート３に固定するために、第２の固定用金具８（図２参照）を螺合する第２の固定溝３２を有する。エンドプレート３の上面には、結露水が単電池２１から補強用部材５へ導通する導通経路を遮蔽する遮蔽部材６が位置している。遮蔽部材６は、エンドプレート３の表面よりも濡れ性（水滴による素材表面へのなじみやすさ）の低い材料で形成され、ｙ−ｚ断面から視認したときに四角形状をした板状の部材である。
【００２０】
拘束バンド４は、図１に示すように、単電池２１及びセパレータ２２の積層方向（ｙ軸方向）に沿って延びており、両端部がそれぞれ下方に折れ曲がっている。この拘束バンド４の曲げ部により、エンドプレート３を固定して、単電池２１およびセパレータ２２を拘束することができる。
【００２１】
補強用部材５は、例えば薄鋼板からなり、エンドプレート３を挟んで積層体２の反対側に位置している。エンドプレート３は、単電池２１の出力を安定させるために、拘束バンド４によって複数の単電池２１およびセパレータ２２を一定の圧力で挟持する。補強用部材５は、樹脂材料のエンドプレート３でも積層体２に圧力が加わるようにエンドプレート３の強度を補強して、車両の一部である電池スタック固定部材９に積層体２を固定する。
【００２２】
図４に、エンドプレート３の上面に結露水が発生したときの概略図を示す。本発明のような電池スタック１は、電池スタック１の外気をセパレータ２２の貫通孔２２１を介して単電池２１を冷却するため、車両が置かれる環境の変化によって、結露水１０が単電池２１やセパレータ２２、エンドプレート３の表面に発生する。例えば、寒冷地の屋外で冷え切った車両が、暖かい駐車場に入庫するときなどに結露水１０が発生しやすい。これは、屋外放置中に冷え切った単電池２１およびエンドプレート３に対して、セパレータ２２の貫通孔２２１を介して暖かい空気が接触して、露点温度に達し、単電池２１およびエンドプレート３の外周面に結露水１０が発生するためである。
【００２３】
この結露水１０が単電池２１やセパレータ２２、およびエンドプレート３の上面に多量に堆積すると、特許文献１や２のような電池スタックでは、単電池２１の正極端子２１１および負極端子２１２と、補強用部材５とを結露水１０を介して通電する経路（図２の太字矢印部）が形成される。この導通経路が結露水１０により形成されると、結露水１０による導通経路、補強用部材５や電池スタック固定部材９により、単電池２１と電池スタック１の外部（車両のボディ）とが通電状態となってしまう。
【００２４】
この特許文献１や２に比べて、本発明の電池スタック１は、電池スタック１の上面に遮蔽部材６が位置しているため、上記のような結露水１０による単電池２１から補強用部材５への導通経路が形成されることを防ぐことができる。これは、図４に示すように、遮蔽部材６上に発生した結露水１０は、遮蔽部材６よりも濡れ性の高いエンドプレート３の表面に吸収されるためである。具体的には、遮蔽部材６のように濡れ性の低い材料は、結露水が接触面に浸透せずに撥水状態となり、遮蔽部材６よりも濡れ性の高いエンドプレート３に、結露水１０が流れやすくなるためである（濡れ性の低い材料は接触角（結露水１０と接触面のなす角度）が大きく、濡れ性の高い材料は接触角が小さい）。このように、エンドプレート３の表面に、結露水１０が浸透しにくい遮蔽部材６を設けることで、結露水１０の浸透しにくい領域に結露水１０が発生した場合は、この発生した結露水１０を濡れ性の高いエンドプレート３に流すことができる。この構成により、エンドプレート３の上面において、結露水１０が存在しない領域を形成することができるため、単電池２１と補強用部材５とを導通する結露水１０の導通経路が形成されることを防ぐことができ、単電池２１からの電力の一部が補強用部材５を介して車両に出力されることを防ぐことができる。また、遮蔽部材６に関しては結露水１０が付着しないため、遮蔽部材６の表面が結露水１０により腐食することも防ぐことができる。
【００２５】
本例のように、遮蔽部材６は、少なくともエンドプレート３の上面に対して設ければ良く、エンドプレート３の側面に設けなくても良い。エンドプレート３の上面は水平面であり、結露水１０の重量を利用してエンドプレート３に付着した結露水１０を落下させることができないため、エンドプレート３の上面には結露水１０が堆積しやすく、よって単電池２１と補強用部材５とを通電する経路が形成されやすい。これに対して、エンドプレート３の側面は、Ｚ軸方向に延びる垂直面であるため、エンドプレート３に付着した結露水は、重力により落下し、単電池２１と補強用部材５とが通電する経路が形成されないからである。すなわち、結露水１０が堆積して単電池２１と補強用部材５とが導通する可能性のあるエンドプレート３の上面に対してのみ、遮蔽部材６を設けることで、単電池２１と補強用部材５を導通する導通経路の形成を防ぐことができる。この構成により、電池スタック１を製造するために必要な遮蔽部材６の使用量を減らし、電池スタック１を製造するための費用を低減することができる。なお、エンドプレート３の上面および側面の両方に遮蔽部材６を固定する構成としても良い。
【００２６】
（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、ｙ−ｚ断面から視認したときに四角形状となる部材を遮蔽部材６として例示したが、特にこれに限られることはなく、図５に示すように、上面が単電池２１側へ傾斜した部材としても良い。このように遮蔽部材６の上面を単電池２１側が低くなる傾斜面とすることで、第１実施形態の遮蔽部材６に比べて、結露水１０による単電池２１と補強用部材５とが導通する導通経路の形成を防ぐことができる。すなわち、第２実施形態の遮蔽部材６の形状とすることで、遮蔽部材６の濡れ性の低さによる特性（結露水１０が接触面に対して撥水した状態となる特性）および遮蔽部材６の傾斜面による結露水１０の重力を利用する特性によって、遮蔽用部材の上面に発生した結露水１０が単電池２１側に落下しやすくなる。これにより、第２実施形態の遮蔽部材６は、第１実施形態の遮蔽部材６に比べて、単電池２１と補強用部材５とを導通する導通経路を効果的に遮蔽することができる。
【００２７】
また、上記では、遮蔽部材６の傾斜面を単電池２１側が低くなるようにした傾斜面として説明したが、特にこれに限られることはなく、補強用部材５側が低くなるようにした傾斜面としても良い。また、第２実施形態において、ｙ−ｚ断面から視認した場合に三角形状となる部材として説明したが、形状はこれに限定されず、遮蔽部材６の上面が単電池２１側または補強用部材５側のいずれか一方に傾斜している形状を有するものであれば良い。
【００２８】
（第３実施形態）
上述の各実施形態では、単に遮蔽部材６をエンドプレート３の上面に固定するものとして説明したが、第３実施形態では、例えば、図６に示すように遮蔽部材６をエンドプレート３の上面に固定し、かつ遮蔽部材６を固定したエンドプレート３の面において、結露水１０を取水する取水溝１１を形成する構成としても良い。このようにエンドプレート３の上面に取水溝１１を形成することで、遮蔽部材６やエンドプレート３上面に発生した結露水１０は、取水溝１１で取水され、エンドプレート３側面に行きやすくなる。これにより、結露水１０による導通経路の形成を、より阻害させることができ、単電池２１から流れる電流の一部が結露水１０を介して外部へ流れることを防ぐことができる。尚、図６では、ｙ−ｚ断面から視認した場合に、遮蔽部材６は四角形状であるものとしているが、第２実施形態で説明した形状であっても構わない。
【００２９】
上記第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態において、エンドプレート３の上面に遮蔽部材６を設けることで、単電池２１と補強用部材５とを通電状態とする経路の形成を防ぐものとして説明したが、特にこれに限られることはなく、単電池２１の上面に遮蔽部材６を固定することにより、結露水１０による単電池２１と補強用部材５を導通する導通経路を遮蔽する構成としても良い。また、単電池２１の上面に遮蔽部材６を固定することにより、隣接する単電池２１間を導通する導通経路を遮蔽する構成としても良い。この構成により、隣接する単電池２１間の正極端子２１１および負極端子２１２が結露水１０により通電状態となることを防ぐことができる。また、単電池２１を固定した遮蔽部材６の表面が結露水１０によって腐食されることも防ぐことができる。
【００３０】
さらに、単電池２１の上面に遮蔽部材６を固定する代わりに、隣接する単電池２１の間に位置するセパレータ２２の上面に遮蔽部材６を固定しても良い。この構成により、結露水１０の発生により隣接する単電池２１間を通電状態とする経路が形成されることを防ぐことができる。また、単電池２１とエンドプレート３の間に位置するセパレータ２２の上面において遮蔽部材６を固定する構成としても良い。この構成により、結露水１０の発生により単電池２１と補強用部材５とを通電する経路が形成されることを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  電池スタック      ２  積層体      ２１  単電池
２１１  正極端子      ２１２  負極端子      ２２  セパレータ      
２２１  貫通孔      ３  エンドプレート      ３１  第１の固定溝
３２  第２の固定溝      ４  拘束バンド      ５  補強用部材
６  遮蔽部材      ７  第１の固定用金具      ８  第２の固定用金具
９  電池スタック固定部材      １０  結露水      １１  取水溝
【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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