(57)【要約】【課題】優れた蓄電素子の冷却構造を備えた蓄電装置を提供することを目的とする。【解決手段】発電要素１５を電池ケース１１Ｄに収納した電池セル１１を積層した蓄電モジュール１２Ａと、隣接する電池セル１１の間に配置されるスペーサ部材１３と、スペーサ部材１３の内部に形成された収容部１３０Ｚに収容される冷却剤２１とを有する蓄電装置。スペーサ部材１３は、スペーサ本体部１３０と、電池ケース１１Ｄの外面に沿って流れる空気の移動通路を形成する複数の突起部１３１〜１３５とを有する。収容部１３０Ｚは、スペーサ本体部１３０の内部に形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素をケースに収納した蓄電素子を積層した蓄電群と、
隣接する蓄電素子の間に配置されるスペーサ部材と、
前記スペーサ部材の内部に形成された収容部に収容される冷却剤とを有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記スペーサ部材は、スペーサ本体部と、前記ケースの外面に沿って流れる空気の移動通路を形成する複数の突起部とを有し、前記収容部は、前記スペーサ本体部の内部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記スペーサ部材は、樹脂からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記冷却剤は、液状であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記発電要素からガスが発生するガス発生状態において、膨張するケースに圧縮されることにより前記収容部が破壊されて、前記冷却剤が前記ケースに接触することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記収容部には、破壊式の弁が形成されており、前記発電要素からガスが発生するガス発生状態において、前記弁が破壊されることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載の蓄電装置を搭載した車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電素子を積層した蓄電群を有する蓄電装置及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車、電気自動車などの駆動電源又は補助電源として、複数の蓄電素子を電気的に接続した蓄電群を有する蓄電装置が知られている。この種の蓄電装置として、特許文献１は、角型の蓄電素子と隔壁（スペーサ）とを交互に積層した電池モジュールを開示する。隔壁により、隣接する蓄電素子の間隔を一定に保つことができる。隔壁の端面には、蓄電素子の外面に沿って流れる空気の移動通路を形成するための複数の突起部が形成されている。
【０００３】
特許文献２は、扁平型二次電池とこの扁平型二次電池を覆うカバーとの間に、冷却用の気体または液体または粉体またはゲルの何れかを収容した袋を介在させた二次電池のモジュール構造を開示する。
【０００４】
特許文献３は、電池の温度が過剰に上昇したときに、その発生する高熱で隔壁が破れて上の空間の乾燥砂などが下の空間の高温電池の本体に降り注ぐ構造を備えた電池のモジュール構造を開示する。
【特許文献１】特開２００７−４８７５０号公報
【特許文献２】特開２００３−３０３５７９号公報
【特許文献３】特開平８−３３９８２３号公報
【特許文献４】特開２００６−４８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成において、過充電などにより蓄電素子の温度が上昇した場合には、移動通路を流れる空気のみでは蓄電素子を十分に冷却できなくなるおそれがある。そのため、発熱した蓄電素子の熱が他の蓄電素子に伝熱するおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、優れた蓄電素子の冷却構造を備えた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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の蓄電装置は、（１）発電要素をケースに収納した蓄電素子を積層した蓄電群と、隣接する蓄電素子の間に配置されるスペーサ部材と、前記スペーサ部材の内部に形成された収容部に収容される冷却剤とを有することを特徴とする。
【０００８】
（１）の構成によれば、スペーサ部材が破壊されると、収容部から冷却剤が流出して蓄電素子を冷却することができる。冷却剤はスペーサ部材の内部に収容されているため、蓄電装置の大型化を抑制できる。
【０００９】
（２）（１）の構成において、前記スペーサ部材は、スペーサ本体部と、前記ケースの外面に沿って流れる空気の移動通路を形成する複数の突起部とを有し、前記収容部は、前記スペーサ本体部の内部に形成することができる。
【００１０】
（２）の構成によれば、スペーサ本体部の内部に収容部を形成しているため、十分な量の冷却剤をスペーサ部材に収容しておくことができる。
【００１１】
（３）（１）又は（２）の構成において、前記スペーサ部材は、樹脂から構成することができる。
【００１２】
（３）の構成によれば、前記収容部を射出成型により簡単に成形することができる。
【００１３】
（４）（１）〜（３）の構成において、前記冷却剤を液状に構成することができる。
【００１４】
（４）の構成によれば、冷却性能の高い液体を用いて蓄電素子を十分に冷却することができる。
【００１５】
（５）（１）〜（４）の構成において、前記発電要素からガスが発生するガス発生状態において、膨張するケースに圧縮されることにより前記収容部が破壊されて、前記冷却剤が前記ケースに接触することを特徴とする。
【００１６】
（５）の構成によれば、前記ケースが膨張するという現象を利用して、冷却剤を流出させているため、ガスが発生するタイミングと冷却剤の流出タイミングとを容易に合わせることができる。
【００１７】
（６）（５）の構成において、前記収容部には、破壊式の弁が形成されており、前記発電要素からガスが発生するガス発生状態において、前記弁が破壊されるように構成することができる。
【００１８】
（６）の構成によれば、弁の位置に応じて冷却液の流出位置を容易に変更できるため、蓄電素子の全体を効果的に冷却することができる。
【００１９】
（７）（１）乃至（６）のいずれかに記載の蓄電装置は車両に搭載することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、優れた蓄電素子の冷却構造を備えた蓄電装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
本実施例の蓄電装置の構成を詳細に説明する。図１は蓄電装置の斜視図である。図２は、蓄電モジュールの分解斜視図である。図３は、蓄電装置の分解斜視図であり、吸気及び排気チャンバを省略して図示している。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する３軸である。本実施例の蓄電装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車の駆動用または補助電源として用いることができる。
【００２３】
これらの図において、蓄電装置１は、電池セル（蓄電素子）１１をＸ軸方向に積層した蓄電モジュール（蓄電群）１２Ａと、電池セル１１をＸ軸方向に積層した蓄電モジュール（蓄電群）１２Ｂとを含む。蓄電モジュール１２Ａ及び１２Ｂは、Ｙ軸方向に並設されている。
【００２４】
電池セル１１は、角型形状の電池ケース（ケース）１１Ｄを有しており、電池ケース１１Ｄの内部には発電要素１５が巻かれた状態で収納されている。発電要素１５は、図４に示すように、正極体１５Ａと、負極体１５Ｂと、正極体１５Ａ及び負極体１５Ｂの間に配置されたセパレータ１５Ｃとで構成されている。なお、図４は、発電要素１５の概略図である。ここで、正極体１５Ａは、集電体と、集電体の表面に形成された正極層とで構成されている。正極層は、集電体の片面又は両面に形成することができる。正極層とは、正極に応じた活物質や導電剤等を含む層である。
【００２５】
また、負極体１５Ｂは、集電体と、集電体の表面に形成された負極層とで構成されている。負極層は、集電体の片面又は両面に形成することができる。負極層とは、負極に応じた活物質や導電剤等を含む層である。
【００２６】
なお、集電体の一方の面に正極層を形成し、集電体の他方の面に負極層を形成した電極（いわゆるバイポーラ電極）を用いることもできる。
【００２７】
ここで、電池セル１１がニッケル−水素電池である場合には、正極層の活物質として、ニッケル酸化物を用い、負極層の活物質として、ＭｍＮｉ（５−ｘ−ｙ−ｚ）ＡｌｘＭｎｙＣｏｚ（Ｍｍ：ミッシュメタル）等の水素吸蔵合金を用いることができる。また、電池セル１１がリチウムイオン電池である場合には、正極層の活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極層の活物質として、カーボンを用いることができる。また、導電剤として、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブを用いることができる。
【００２８】
電池セル１１には、蓄電素子としてのキャパシタを用いることもできる。キャパシタは、活性炭と電解液との界面に発生する電気二重層を動作原理とした電気二重層キャパシタのことである。固体として活性炭、液体として電解液（希硫酸水溶液）を用いて、これを接触させるとその界面にプラス、マイナスの電極が極めて短い間隔を隔てて相対的に分布する。イオン性溶液中に一対の電極を浸して電気分解が起こらない程度に電圧を負荷させると、それぞれの電極の表面にイオンが吸着され、プラスとマイナスの電気が蓄えられる（充電）。外部に電気を放出すると、正負のイオンが電極から離れて中和状態に戻る。
【００２９】
電池セル１１のＺ軸方向一端面には、突状の正極端子１１Ａ及び負極端子１１ＢがＹ軸方向に並んで設けられている。Ｘ軸方向に隣接する電池セル１１は、互いに正極端子１１Ａ及び負極端子１１Ｂの向きがＹ軸方向において反対向きとなるように配列されている。また、Ｙ軸方向に隣接する電池セル１１は、互いに正極端子１１Ａ及び負極端子１１Ｂの向きがＹ軸方向において同じ向きとなるように配列されている。
【００３０】
正極端子１１Ａ及び負極端子１１Ｂの間には、ガス放出弁１１Ｃが形成されている（図２参照）。ガス放出弁１１Ｃは、過充電などの際に発生したガスにより電池セル１１の内圧が高まると破壊される。これにより、電池セル１１の内部のガスが外部に放出され、電池セル１１の内圧上昇を抑制できる。
【００３１】
Ｘ軸方向に隣接する電池セル１１の間には、スペーサ部材１３が配置される。蓄電モジュール１２ＡのＸ軸方向の両端部には、エンドプレート１９Ａが設けられている。アッパー拘束バンド１６Ａは、両端部が上下方向に折れ曲がった曲げ部１６０Ａを有している。アッパー拘束バンド１６Ａは、蓄電モジュール１２Ａの外面のうち端子１１Ａ及び１１Ｂが位置する側の面に沿ってＸ軸方向に延びている。アッパー拘束バンド１６Ａの曲げ部１６０Ａは、エンドプレート１９ＡのＸ軸方向の端面に沿ってＺ軸方向に延びており、エンドプレート１９Ａに固定されている。
【００３２】
ロア拘束バンド１７Ａは、両端部が上下方向に折れ曲がった曲げ部１７０Ａを有している。ロア拘束バンド１７Ａは、蓄電モジュール１２Ａの外面のうち端子１１Ａ及び１１Ｂが位置する側の面とは反対側の面に沿ってＸ軸方向に延びている。ロア拘束バンド１７Ａの曲げ部１７０Ａは、エンドプレート１９ＡのＸ軸方向の端面に沿ってＺ軸方向に延びており、エンドプレート１９Ａに固定されている。ロア拘束バンド１７Ａは、アッパー拘束バンド１６Ａと対になって設けられている。
【００３３】
曲げ部１６０Ａ及び１７０Ａの一部はそれぞれＸ軸方向において重なっており、この重なった部分をエンドプレート１９Ａにリベット止めすることにより、アッパー拘束バンド１６Ａ及びロア拘束バンド１７Ａを一体化して、エンドプレート１９Ａに固定することができる。これにより、蓄電モジュール１２ＡをＸ軸方向に圧縮することができる。蓄電モジュール１２Ａを圧縮することにより、蓄電装置１の性能を維持することができる。
【００３４】
エンドプレート１９ＡのＹ軸方向の一端面には、その下端部に足部１９０Ａが形成されている。足部１９０Ａは、蓄電モジュール１２Ａに対してＹ軸方向に張り出している。足部１９０Ａは、不図示のロアケースに載置される。足部１９０Ａには、貫通穴１９１Ａが形成されている。この貫通穴１９１Ａに不図示の締結ボルトを締結することにより、前記ロアケース及び足部１９０Ａを固定することができる。
【００３５】
蓄電モジュール１２ＢのＸ軸方向の両端部には、エンドプレート１９Ｂが設けられている。アッパー拘束バンド１６Ｂは、両端部が上下方向に折れ曲がった曲げ部１６０Ｂを有している。ロア拘束バンド１７Ｂは、両端部が上下方向に折れ曲がった曲げ部１７０Ｂを有している。アッパー拘束バンド１６Ｂの構成や組み付け方法は、アッパー拘束バンド１６Ａと同様であるため、詳細な説明を省略する。ロア拘束バンド１７Ｂの構成や組み付け方法は、ロア拘束バンド１７Ａと同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００３６】
エンドプレート１９ＢのＹ軸方向の一端面には、その下端部に足部１９０Ｂが形成されている。足部１９０Ｂは、蓄電モジュール１２Ｂに対してＹ軸方向に張り出している。足部１９０Ｂは、不図示のロアケースに載置される。足部１９０Ｂには、不図示の貫通穴が形成されている。この貫通穴に不図示の締結ボルトを締結することにより、該ロアケース及び足部１９０Ｂを固定することができる。
【００３７】
蓄電モジュール１２Ａ及び１２Ｂは、不図示のアッパーケース及びロアケースからなる電池パックに収容される。前記ロアケースと蓄電モジュール１２Ａ及び１２Ｂとの間には、絶縁シート２４が配設されている。絶縁シート２４により蓄電モジュール１２Ａ及び１２Ｂの漏電を防止できる。
【００３８】
蓄電モジュール１２ＡのＹ軸方向の一端側には、吸気チャンバ３１が取り付けられている。蓄電モジュール１２ＢのＹ軸方向の一端側には、排気チャンバ３２が取り付けられている。
【００３９】
次に、スペーサ部材１３の構成について説明する。スペーサ部材１３は、Ｘ軸方向に隣接する電池セル１１の間に配置される。図２に図示するように、スペーサ部材１３は、スペーサ本体部１３０を含む。スペーサ本体部１３０は、平板状に形成されている。スペーサ本体部１３０は、樹脂からなる。
【００４０】
スペーサ本体部１３０のＹ軸方向の一端面には、その下端部に足部１３０Ｘが形成されている。足部１３０Ｘは、前記ロアケースに載置されている。一部のスペーサ本体部１３０の足部１３０Ｘには、貫通穴部１３０Ｙが形成されている。この貫通穴部１３０Ｙに対して、不図示の締結ボルトを締結することにより、足部１３０Ｘを前記ロアケースに固定することができる。
【００４１】
スペーサ本体部１３０のＸ軸方向（電池セル１１の積層方向）の両端面には、第１〜第５の突起部１３１〜１３５がＺ軸方向に並んで配列されている。第１〜第５の突起部１３１〜１３５の各間隔は、一定である。第１〜第５の突起部１３１〜１３５はそれぞれ、Ｙ軸方向に延びており、Ｙ軸方向の寸法が互いに同一である。第１〜第５の突起部１３１〜１３５をＸ―Ｚ面で切断したときの断面形状は、矩形である。
【００４２】
Ｚ軸方向に隣接する第１〜第５の突起部１３１〜１３５の間の空間には、冷却用の空気を導通させる移動通路が形成される。吸気チャンバ３１から流入する空気は、前記移動通路の内部を電池ケース１１Ｄの外面に沿ってＹ軸方向に進む。これにより、蓄電モジュール１２Ａ及び１２Ｂが冷却され、電池寿命を延ばすことができる。
【００４３】
次に、図５を参照しながら、スペーサ部材１３の内部構成について説明する。図５はスペーサ部材及びこれに当接する電池セルをＸ−Ｚ面で切断したときの断面図であり、（Ａ）は蓄電異常が起こる前の状態を図示しており、（Ｂ）は蓄電異常が起こった後の状態を図示している。
【００４４】
図５（Ａ）において、スペーサ本体部１３０の内部には、収容部１３０Ｚが形成されている。収容部１３０Ｚは、スペーサ本体部１３０の外面に沿って形成されている。収容部１３０Ｚには、冷却剤２１が収容されている。
【００４５】
冷却剤２１には、比熱、熱伝導性及び沸点が高い絶縁性の液体を用いることができる。例えば、フッ素系不活性液体を使用することができる。フッ素系不活性液体としては、スリーエム社製フロリナート、Ｎｏｖｅｃ  ＨＦＥ（ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｅｔｈｅｒ）、Ｎｏｖｅｃ１２３０を用いることができる。また、フッ素系不活性液体以外の液体（例えば、シリコンオイル）を用いることもできる。また、冷却剤２１として、空気よりも熱伝導性が高い気体（冷却用のガス）を用いることもできる。
【００４６】
本実施例の構成によれば、スペーサ部材１３の内部に冷却剤２１を収容しているため、冷却剤をスペーサ部材１３の外部に設ける構成よりも、相対的に蓄電装置１を小型化することができる。また、スペーサ本体部１３０の内部に収容部１３０Ｚを形成することにより、十分な量の冷却剤２１をスペーサ部材１３に収容することができる。
【００４７】
蓄電装置１の正常時には、吸気チャンバ３１から流入する空気によって、蓄電モジュール１２Ａ及び１２Ｂを適切な温度に制御することができる。しかしながら、過充電、過放電などにより蓄電異常が起こると、吸気チャンバ３１から供給される空気のみでは、蓄電装置１を十分に冷却することができない。そのため、蓄電異常により発熱した電池セル１１の熱が他の電池セル１１に伝熱するおそれがある。そこで、本実施例では、下記の方法により電池セル１１を冷却する。
【００４８】
図５（Ａ）に図示する構成において、過充電、過放電などにより発電要素１５の電解液が電気分解してガスが発生すると、電池ケース１１Ｄの内圧が上昇する。内圧上昇とともに、電池ケース１１Ｄは徐々に膨張し、特に、電池ケース１１Ｄの中央部がＸ軸方向に相対的に大きく膨張する。膨張した電池ケース１１Ｄによって、スペーサ部材１３は圧縮され、スペーサ部材１３の中央部がＸ軸方向に相対的に大きく圧縮される。また、電池セル１１の熱によってスペーサ部材１３が熱溶融する場合もある。
【００４９】
スペーサ部材１３の変形量が大きくなると、図５（Ｂ）に図示するように、収容部１３０Ｚの一部が破損して、冷却剤２１が噴出する。噴出した冷却剤２１は、電池ケース１１Ｄの外面に接触して、電池セル１１を冷却する。これにより、蓄電異常により発熱した電池セル１１の熱が他の電池セル１１に伝熱するのを抑制できる。
【００５０】
また、蓄電異常の際に、電池ケース１１Ｄが膨張するという現象を利用して、冷却剤２１を噴出させているため、蓄電異常が起こるタイミングと冷却剤２１の噴出タイミングとを容易に合わせることができる。すなわち、冷却剤２１の噴出タイミングを電気的に制御するなどの手間を省くことができる。
【００５１】
（変形例）
上述の構成では、スペーサ本体部１３０に冷却剤２１を収容したが、第１〜第５の突起部１３１〜１３５の内部に冷却剤２１を収容することもできる。
【実施例２】
【００５２】
次に、図６を参照しながら、実施例２のスペーサ部材について説明する。実施例１と同一の機能を有する部分には、同一符号を付している。図６は、図５に対応した断面図である。
【００５３】
収容部１３０Ｚには、複数の破壊式の弁１３０Ｆが形成されている。各弁１３０Ｆは、第１〜第５の突起部１３１〜１３５に挟まれた空間（つまり、空気の移動通路）に対応した位置に形成されている。各弁１３０Ｆは、スペーサ部材１３０のＸ軸方向の厚みを一部薄くすることにより形成されている。
【００５４】
図６（Ａ）に図示する構成において、過充電、過放電などにより発電要素１５の電解液が電気分解してガスが発生すると、電池ケース１１Ｄの内圧が上昇する。内圧上昇とともに、電池ケース１１Ｄは徐々に膨張し、特に、電池ケース１１Ｄの中央部がＸ軸方向に相対的に大きく膨張する。膨張した電池ケース１１Ｄによって、スペーサ部材１３がＸ軸方向に圧縮され、収容部１３０Ｚの内圧が上昇する。
【００５５】
収容部１３０Ｚの内圧がさらに上昇すると、図６（Ｂ）に図示するように、各弁１３０Ｆが破壊され、そこから冷却剤２１が噴出する。噴出した冷却剤２１は、電池ケース１１Ｄの外面に接触して、電池セル１１を冷却する。これにより、蓄電異常により発熱した電池セル１１の熱が他の電池セル１１に伝熱するのを抑制できる。
【００５６】
また、破壊式の弁１３０Ｆを各突起部１３１〜１３５の間に対応した位置にそれぞれ設けることにより、電池セル１１の全体を冷却することができる。すなわち、冷却剤２１の流出位置が例えば１か所のみである場合には、電池セル１１の冷却箇所が限定され、電池セル１１を十分に冷却することができない。
【００５７】
これに対して、各突起部１３１〜１３５に挟まれた空間に対応して弁１３０Ｆを形成することにより、電池セル１１の全体を十分に冷却することができる。さらに、実施例１で説明した他の効果も得ることができる。弁１３０Ｆの位置は、電池セル１１を冷却するという観点から適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】蓄電装置の斜視図である。
【図２】蓄電モジュールの分解斜視図である。
【図３】蓄電装置の分解斜視図である。
【図４】発電要素の概略図である。
【図５】蓄電素子及びスペーサ部材をＸ−Ｚ面で切断したときの断面図であり、（Ａ）は蓄電異常が起こる前の状態を図示しており、（Ｂ）は蓄電異常時の状態を図示している。
【図６】実施例２の蓄電素子及びスペーサ部材をＸ−Ｚ面で切断したときの断面図であり、（Ａ）は蓄電異常が起こる前の状態を図示しており、（Ｂ）は蓄電異常時の状態を図示している。
【符号の説明】
【００５９】
１１  電池セル
１１Ｄ  電池ケース
１２Ａ、１２Ｂ  蓄電モジュール
１３  スペーサ部材
１５  発電要素
２１  冷却剤
１３０  スペーサ本体部
１３１〜１３５  第１〜第５の突起部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009301969.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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