JP2009021067A

JP2009021067A - 蓄電組立体

Info

Publication number: JP2009021067A
Application number: JP2007181991A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Tanaka; 寿田中
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】発生したガスを適切に排出して蓄電組立体の安全性を向上させる。
【解決手段】蓄電ユニット１１は蓄電セル２０とセルケース２１とによって構成され、セルケース２１はケース本体２２とケースカバー２３とによって構成される。蓄電セル２０のセル容器２４には、融着幅の広い封止部３０ａと融着幅の狭いガス排出部３０ｂとが形成される。また、セルケース２１には封止部３０ａに対向する凸部３１ａ，３２ａとガス排出部３０ｂに対向する凹部３１ｂ，３２ｂとが設けられる。これにより、封止部３０ａは凸部３１ａ，３２ａによって押圧される一方、ガス排出部３０ｂ上には凹部３１ｂ，３２ｂによって所定の空間が確保されるため、過充電等によって蓄電セル２０内にガスが発生した場合には、封止部３０ａを封止させながらガス排出部３０ｂだけを剥離させることができ、予め設定された経路から確実にガスを排出することが可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、ガス排出部が形成されるセル容器を備えた蓄電組立体に関する。

近年、動力源として電動モータのみを搭載するようにした電気自動車や、動力源としてエンジンおよび電動モータを搭載するようにしたハイブリッド自動車が開発されている。電気自動車やハイブリッド自動車にはバッテリやキャパシタ等の蓄電デバイスを直列に接続した蓄電モジュールが搭載されており、これらの蓄電モジュールから電動モータに対して電力が供給されている。

ところで、蓄電モジュールに対して過度な電圧が印加された場合や、蓄電モジュールの温度が過度に上昇した場合には、蓄電デバイス内の電解液が分解してガスを発生させてしまうおそれがある。そこで、蓄電デバイスの容器に安全弁等のガス排出部を設けることにより、発生したガスを外部に排出して容器破壊を防止するようにした蓄電デバイスが提案されている(たとえば、特許文献１および２参照)。
特開２００４−２２３３８号公報特開２００６−２３６６０５号公報

しかしながら、蓄電デバイスの容器に対して単にガス排出部を設けるようにしただけでは、ガス排出部からガスを適切に排出することが困難となるおそれがある。たとえば、特許文献２に記載された蓄電デバイスのように、一対のラミネートフィルムに熱融着処理を施して製造されたセル容器にあっては、セル温度が過度に上昇すると融着部位の封止強度が低下することから、ガス排出部よりも先に封止強度が低下した部位からガスが放出されてしまうおそれがある。このように、想定外の部位からガスが放出された場合には、放出されたガスを収集して適切に処理することが困難となるため、安全面からもガスの放出経路を適切に制御することが重要となっている。

本発明の目的は、セル容器内で発生したガスをガス排出部から確実に排出させることにある。

本発明の蓄電組立体は、正極および負極が収容され、外縁に封止部とこれよりも封止強度の低いガス排出部とが形成されるセル容器と、前記セル容器に取り付けられ、前記封止部を押さえて封止状態を保持する凸部が形成される保持部材とを有することを特徴とする。

本発明の蓄電組立体は、前記保持部材は前記ガス排出部上に所定の空間を確保する凹部を備えることを特徴とする。

本発明の蓄電組立体は、前記保持部材は前記ガス排出部に連通する排気口を備えることを特徴とする。

本発明の蓄電組立体は、前記保持部材を加圧して前記凸部を前記封止部に押し付ける加圧板を備え、前記保持部材と前記加圧板との間に加圧力を分散させるバネ部材を組み付けることを特徴とする。

本発明の蓄電組立体は、前記セル容器は一対のフィルム材の外縁を接合して形成されることを特徴とする。

本発明の蓄電組立体は、前記保持部材によって前記セル容器の外縁が折り曲げられることを特徴とする。

本発明によれば、セル容器に封止部とこれよりも封止強度の低いガス排出部を形成し、このセル容器に対して凸部が形成される保持部材を取り付けるようにしたので、セル容器の封止部を保持部材の凸部によって押さえることができ、封止部の封止状態を保持することが可能となる。これにより、セル容器内でガスが発生した場合には、封止部の封止状態を保ちながらガス排出部だけを剥離させることができるため、予め設定された経路から確実にガスを排出して適切に処理することが可能となり、蓄電組立体の安全性を向上させることが可能となる。

図１は本発明の一実施の形態である蓄電組立体としての蓄電モジュール１０を示す斜視図であり、図２は蓄電モジュール１０の構造を示す分解斜視図である。図１および図２に示すように、蓄電モジュール１０は、複数の蓄電ユニット１１を積層して形成される蓄電積層体１２と、この蓄電積層体１２の両端に配置される一対のエンドプレート(加圧板)１３，１４とを有している。また、蓄電ユニット１１や一方のエンドプレート１３に形成される貫通孔１５，１３ａにはボルト部材１６が挿入されており、このボルト部材１６の先端部は他方のエンドプレート１４に形成されるネジ孔１４ａに締め付けられている。また、蓄電積層体１２とエンドプレート１４との間には板バネ部材(バネ部材)１７が組み付けられており、蓄電モジュール１０の四隅に配置されるボルト部材１６の締付力、つまりボルト部材１６の締め付けに伴って蓄電ユニット１１に作用する加圧力が、挟み込まれた板バネ部材１７を介して分散されるようになっている。なお、図示する場合には、蓄電モジュール１０の側面に正極端子１８や負極端子１９が露出した状態となっているが、これらの端子１８，１９は図示しないバスバー等によって直列に接続された後に図示しないカバー等によって覆われることになる。

図３は蓄電ユニット１１の構造を示す分解斜視図であり、図４は蓄電セル２０の構造を示す分解斜視図である。まず、図３に示すように、蓄電ユニット１１は、ラミネート型の蓄電セル２０と、この蓄電セル２０に取り付けられる保持部材としてのセルケース２１とを有しており、セルケース２１はケース本体２２とケースカバー２３とによって構成されている。また、図４に示すように、蓄電セル２０は、セル容器２４を構成する一対のラミネートフィルム(フィルム材)２５を備えており、ラミネートフィルム２５内には電極積層ユニット２６および電解液が収容されている。この蓄電セル２０を製造する際には、電極積層ユニット２６を挟み込むように一対のラミネートフィルム２５が設置され、ラミネートフィルム２５の下辺(外縁)２５ａおよび側辺(外縁)２５ｂに対して熱融着処理が施される。続いて、袋状となったラミネートフィルム２５に対して所定量の電解液が注入された後に、ラミネートフィルム２５の上辺(外縁)２５ｃに対して熱融着処理が施され、ラミネートフィルム２５の外縁２５ａ〜２５ｃが全周に渡って封止されることになる。なお、電極積層ユニット２６はセパレータを介して積層される正極と負極とによって構成されており、正極の集電体にはラミネートフィルム２５から突き出る正極端子１８が溶接され、負極の集電体にはラミネートフィルム２５から突き出る負極端子１９が溶接されている。

図５は蓄電セル２０の封止状態を示す説明図である。図５にハッチングで示すように、ラミネートフィルム２５に対して施される熱融着処理により、ラミネートフィルム２５の外縁２５ａ〜２５ｃには全周に渡って封止帯３０が形成されている。この封止帯３０は、上辺２５ｃの両端部、側辺２５ｂおよび下辺２５ａに渡って形成される封止部３０ａと、上辺２５ｃのほぼ中央部に形成されるガス排出部３０ｂとによって構成されている。この封止部３０ａは所定値以上の融着幅で形成される一方、ガス排出部３０ｂは封止部３０ａよりも狭い融着幅で形成されており、ガス排出部３０ｂの封止強度は封止部３０ａの封止強度よりも低くなるように設定されている。すなわち、過充電等によって電解液が分解されてガスが発生し、ガスによって蓄電セル２０内の圧力が上昇した場合には、封止部３０ａよりも先にガス排出部３０ｂを剥離させることが可能となり、開口するガス排出部３０ｂからガスを排出してセル容器２４の破れを防止することが可能となっている。

続いて、セルケース２１による蓄電セル２０の保持構造について説明する。ここで、図６(Ａ)は蓄電ユニット１１を示す正面図であり、図６(Ｂ)は(Ａ)のI−I線に沿って蓄電ユニット１１を示す断面図であり、図６(Ｃ)は(Ａ)のII−II線に沿って蓄電ユニット１１を示す断面図である。まず、図３に示すように、ケース本体２２およびケースカバー２３にはラミネートフィルム２５の外縁２５ａ〜２５ｃを押さえる枠部材３１，３２が設けられており、この枠部材３１，３２は封止部３０ａに対向する凸部３１ａ，３２ａとガス排出部３０ｂに対向する凹部３１ｂ，３２ｂとによって構成されている。また、図２、図３および図６(Ａ)に示すように、ケース本体２２およびケースカバー２３にはそれぞれ排気部３３ａ，３３ｂが形成されており、これらの排気部３３ａ，３３ｂを組み合わせることによってセルケース２１には排気口３３が形成されている。このようなセルケース２１を蓄電セル２０に対して組み付けることにより、図６(Ｂ)に示すように、ラミネートフィルム２５の封止部３０ａはセルケース２１の凸部３１ａ，３２ａによって押さえられる一方、図６(Ｃ)に示すように、ラミネートフィルム２５のガス排出部３０ｂ上にはセルケース２１の凹部３１ｂ，３２ｂによって所定の空間が確保された状態となる。さらに、図６(Ｃ)に示すように、ラミネートフィルム２５のガス排出部３０ｂはセルケース２１の排気口３３内に配置された状態となっている。

ここで、図７はセルケース２１によるラミネートフィルム２５の押圧状態を示す説明図である。前述したように、セルケース２１に設けられる枠部材３１，３２は、封止部３０ａに対向する凸部３１ａ，３２ａとガス排出部３０ｂに対向する凹部３１ｂ，３２ｂとによって構成されている。したがって、図１および図２に示すように、蓄電ユニット１１を積層してボルト部材１６を締め付けたときには、図７にハッチングで示すように、セルケース２１の凸部３１ａ，３２ａによって封止部３０ａだけが押圧された状態となり、凹部３１ｂ，３２ｂによってガス排出部３０ｂ上には所定の空間が確保された状態となる。これにより、過充電等によって蓄電セル２０内にガスが発生した場合には、封止部３０ａの封止状態を維持しながらガス排出部３０ｂだけを剥離させることができ、予め設定された経路から確実にガスを排出することが可能となる。すなわち、想定外の経路からガスを排出してしまうことが無いため、確実にガスを収集して処理することができ、蓄電モジュール１０の安全性を向上させることが可能となる。

しかも、蓄電積層体１２とエンドプレート１４との間に板バネ部材１７を挟み込むようにしたので、ボルト部材１６の締め付け力がセルケース２１の四隅に集中することがなく、互いに突き当てられた各セルケース２１の合わせ面に締め付け力を分散させることが可能となる。これにより、セルケース２１の凸部３１ａ，３２ａによってラミネートフィルム２５の封止部３０ａを押圧する際にも、封止部３０ａを均一に押さえることができるため、封止部３０ａ全体の封止状態を確実に保持することが可能となる。なお、図示する場合には、１枚の板バネ部材１７を挟み込むようにしているが、これに限られることはなく、複数枚の板バネ部材１７を挟み込むようにしても良い。

続いて、図８は図１のＡ−Ａ線に沿って蓄電モジュール１０を示す断面図である。まず図６(Ｃ)に示すように、排気口３３の一端側には嵌合凹部３３ｃが形成されており、排気口３３の他端側には嵌合凸部３３ｄが形成されている。図８に示すように、複数の蓄電ユニット１１を積層して蓄電モジュール１０を形成する際には、嵌合凹部３３ｃと嵌合凸部３３ｄとが接続されて蓄電モジュール１０内に１本の排気通路３４が形成されている。また、一方のエンドプレート１３には排気通路３４に連通する排気口３５が形成されており、この排気口３５に対して図示しない排気ダクトが接続されるようになっている。また、図６(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、ケース本体２２は凹状の断面形状を備えており、ケース本体２２の凹みにケースカバー２３が嵌合する構造となっている。さらに、ケース本体２２の凹み部分の高さ寸法はラミネートフィルム２５の高さ寸法よりも小さく形成されるため、蓄電セル２０をケース本体２２とケースカバー２３とによって挟んだときには、ラミネートフィルム２５の上辺２５ｃおよび下辺２５ａが一方のエンドプレート１３に向けて折り曲げられた状態となっている。

このように、蓄電セル２０のガス排出部３０ｂに連通する排気口３３をセルケース２１に形成するとともに、セルケース２１を積層する際には排気口３３を連結して１本の排気通路３４を形成するようにしたので、各蓄電セル２０のガス排出部３０ｂから排出されたガスを確実に収集することができ、収集したガスを排気ダクトから外部に放出する等の適切な処理を施すことが可能となる。また、蓄電モジュール１０内に排気通路３４を形成するようにしたので、蓄電モジュール１０の外形を平らに形成して蓄電モジュール１０を重ねて設置することが可能となり、蓄電モジュール１０を用いたシステムを設計する際の自由度を高めることが可能となる。さらに、蓄電モジュール１０内に排気通路３４を形成するようにしたので、各蓄電ユニット１１からのガスを収集するための排気通路３４を別に組み付ける必要が無く、蓄電モジュール１０の部品点数を削減することも可能となる。さらに、ラミネートフィルム２５の上辺２５ｃを一方のエンドプレート１３側、つまり排気通路３４の出口に向けて折り曲げるようにしたので、図８に矢印Ａで示すように、ガス排出部３０ｂから排出されるガスを排気通路３４の流れに沿って滑らかに案内することが可能となる。しかも、ラミネートフィルム２５の外縁２５ａ，２５ｃを折り曲げることにより、蓄電モジュール１０の外形寸法を小さくすることが可能となり、蓄電モジュール１０のエネルギー密度を向上させることも可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、前述の説明では、複数の蓄電ユニット１１を積層した蓄電モジュール１０に対して本発明を適用しているが、これに限られることはなく、１つの蓄電ユニット１１が組み込まれた蓄電モジュールに対して本発明を適用するようにしても良い。また、ラミネートフィルム２５を融着する際の融着幅を調整することにより、封止部３０ａとガス排出部３０ｂとの封止強度を設定するようにしているが、これに限られることはなく、熱融着処理を施す際の処理温度を調整したり、部分的にラミネートフィルム２５の材質を変更したりすることにより、封止部３０ａとガス排出部３０ｂとの封止強度を別個に設定しても良い。さらに、本発明が適用される蓄電モジュール１０に組み込む蓄電セル２０としては、様々な二次電池やキャパシタを採用することが可能である。例えば、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電セル２０が組み込まれた蓄電モジュール１０に対して本発明を有効に適用することが可能である。

なお、本発明の蓄電モジュール１０は、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動用蓄電源または補助用蓄電源として使用できるだけでなく、例えば、電動自転車や電動車椅子等の駆動用蓄電源、太陽光発電装置や風力発電装置等に用いられる蓄電源、携帯機器や家庭用電気器具等に用いられる蓄電源として好適に用いることが可能である。

本発明の一実施の形態である蓄電組立体としての蓄電モジュールを示す斜視図である。蓄電モジュールの構造を示す分解斜視図である。蓄電ユニットの構造を示す分解斜視図である。蓄電セルの構造を示す分解斜視図である。蓄電セルの封止状態を示す説明図である。 (Ａ)は蓄電ユニットを示す正面図であり、(Ｂ)は(Ａ)のI−I線に沿って蓄電ユニットを示す断面図であり、(Ｃ)は(Ａ)のII−II線に沿って蓄電ユニットを示す断面図である。セルケースによるラミネートフィルムの押圧状態を示す説明図である。図１のＡ−Ａ線に沿って蓄電モジュールを示す断面図である。

符号の説明

１０蓄電モジュール(蓄電組立体)
１３エンドプレート(加圧板)
１４エンドプレート(加圧板)
１７板バネ部材(バネ部材)
２１セルケース(保持部材)
２４セル容器
２５ラミネートフィルム(フィルム材)
２５ａ下辺(外縁)
２５ｂ側辺(外縁)
２５ｃ上辺(外縁)
３０ａ封止部
３０ｂガス排出部
３１ａ凸部
３１ｂ凹部
３２ａ凸部
３２ｂ凹部
３３排気口

Claims

正極および負極が収容され、外縁に封止部とこれよりも封止強度の低いガス排出部とが形成されるセル容器と、
前記セル容器に取り付けられ、前記封止部を押さえて封止状態を保持する凸部が形成される保持部材とを有することを特徴とする蓄電組立体。
請求項１記載の蓄電組立体において、
前記保持部材は前記ガス排出部上に所定の空間を確保する凹部を備えることを特徴とする蓄電組立体。
請求項１または２記載の蓄電組立体において、
前記保持部材は前記ガス排出部に連通する排気口を備えることを特徴とする蓄電組立体。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電組立体において、
前記保持部材を加圧して前記凸部を前記封止部に押し付ける加圧板を備え、前記保持部材と前記加圧板との間に加圧力を分散させるバネ部材を組み付けることを特徴とする蓄電組立体。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電組立体において、
前記セル容器は一対のフィルム材の外縁を接合して形成されることを特徴とする蓄電組立体。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電組立体において、
前記保持部材によって前記セル容器の外縁が折り曲げられることを特徴とする蓄電組立体。