JP2020053160A - Power storage module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電モジュールに関する。 The present invention relates to a power storage module.
従来の蓄電モジュールとして、電極板の一方面に正極が形成され、他方面に負極が形成されたバイポーラ電極を備えるバイポーラ電池が知られている(特許文献1参照)。バイポーラ電池は、セパレータを介して複数のバイポーラ電極を積層してなる積層体を備えている。積層体の側面には、積層方向に隣り合うバイポーラ電極間を封止する封止体が設けられており、バイポーラ電極間に形成された内部空間に電解液が収容されている。 BACKGROUND ART As a conventional power storage module, a bipolar battery including a bipolar electrode in which a positive electrode is formed on one surface of an electrode plate and a negative electrode is formed on the other surface is known (see Patent Document 1). A bipolar battery includes a laminate formed by laminating a plurality of bipolar electrodes with a separator interposed therebetween. A sealing body that seals between the bipolar electrodes adjacent to each other in the stacking direction is provided on a side surface of the stacked body, and the electrolyte is contained in an internal space formed between the bipolar electrodes.
上述したような蓄電モジュールでは、積層体の積層方向の一端に配置され且つ積層方向の内側に負極が形成された負極終端電極が配置される。この負極終端電極の電極板の周縁部は、他のバイポーラ電極と同様、封止体によって封止される。しかし、電解液がアルカリ溶液を含む場合、いわゆるアルカリクリープ現象により、電解液が封止体と負極終端電極の電極板との間を通って蓄電モジュールの外部へ滲み出てしまうおそれがある。 In the above-described power storage module, a negative electrode termination electrode that is disposed at one end in the stacking direction of the stacked body and has a negative electrode formed inside the stacked direction is disposed. The periphery of the electrode plate of the negative terminal electrode is sealed by a sealing body, similarly to other bipolar electrodes. However, when the electrolytic solution contains an alkaline solution, there is a possibility that the electrolytic solution may seep out of the power storage module through the space between the sealing body and the electrode plate of the negative terminal electrode due to a so-called alkaline creep phenomenon.
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを持続的に抑制できる蓄電モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and has as its object to provide a power storage module capable of continuously suppressing seepage of an electrolytic solution due to an alkaline creep phenomenon.
本発明の一側面に係る蓄電モジュールは、複数のバイポーラ電極が積層された積層体と、積層体の積層方向の一端に配置された負極終端電極とを含んで構成された電極積層体と、電極積層体の側面を囲むように設けられ、隣り合う電極間に内部空間を形成すると共に内部空間を封止する封止体と、内部空間に収容されたアルカリ溶液を含む電解液と、を備え、電極積層体は、負極終端電極の電極板に対して積層方向の外側に配置された第1金属板を有し、封止体は、積層方向において第1金属板の周縁部と負極終端電極の電極板の周縁部との間に配置された枠状の封止部を有し、負極終端電極の電極板と第1金属板と封止部とによって、余剰空間が形成されており、余剰空間内において、第1金属板と負極終端電極の電極板との間に第2金属板が配置されている。 An energy storage module according to one aspect of the present invention includes a stacked body including a plurality of stacked bipolar electrodes, an electrode stacked body including a negative electrode terminated at one end in the stacking direction of the stacked body, and an electrode. A sealing body that is provided to surround the side surface of the laminate and forms an internal space between adjacent electrodes and seals the internal space, and an electrolytic solution containing an alkaline solution contained in the internal space, The electrode laminate has a first metal plate disposed outside in the laminating direction with respect to the electrode plate of the negative terminal electrode, and the sealing body has a peripheral portion of the first metal plate and the negative terminal electrode in the laminating direction. A frame-shaped sealing portion disposed between the peripheral portion of the electrode plate and a surplus space formed by the electrode plate of the negative terminal electrode, the first metal plate, and the sealing portion; Inside the first metal plate and the electrode plate of the negative terminal electrode. There has been placed.
この蓄電モジュールでは、負極終端電極の電極板に対して積層方向の外側に第1金属板が配置されることで、アルカリクリープ現象による電解液の移動経路上に余剰空間が形成される。この余剰空間が形成されることによって、電解液が滲み出す起点となる負極終端電極の電極板と封止部との間の隙間に、外部の空気中に含まれる水分が入り込むことを抑制できる。これにより、アルカリクリープ現象の加速条件となる外部の湿度の影響を抑制でき、蓄電モジュールの外部への電解液の滲み出しを抑制できる。更に、この蓄電モジュールでは、余剰空間において負極終端電極の電極板と第1金属板との間に第2金属板が配置されている。第2金属板の配置により、積層方向の内側への第1金属板の変形が規制される。その結果、第1金属板にかかる引張応力を緩和でき、該引張応力に起因する第1金属板の破損を抑制できる。第1金属板の破損を抑制することで余剰空間が維持され、アルカリクリープ現象による電解液の浸み出しの抑制効果を持続させることができる。 In this power storage module, since the first metal plate is arranged outside the electrode plate of the negative electrode terminal electrode in the laminating direction, an extra space is formed on the movement path of the electrolyte due to the alkali creep phenomenon. By forming the surplus space, it is possible to suppress entry of moisture contained in external air into the gap between the sealing portion and the electrode plate of the negative electrode terminal electrode, which is the starting point of the electrolyte oozing. Thus, the influence of external humidity, which is the condition for accelerating the alkaline creep phenomenon, can be suppressed, and seepage of the electrolyte solution to the outside of the power storage module can be suppressed. Further, in this power storage module, the second metal plate is disposed between the electrode plate of the negative terminal electrode and the first metal plate in the surplus space. The arrangement of the second metal plate restricts the deformation of the first metal plate inward in the stacking direction. As a result, the tensile stress applied to the first metal plate can be reduced, and breakage of the first metal plate due to the tensile stress can be suppressed. By suppressing breakage of the first metal plate, the surplus space is maintained, and the effect of suppressing seepage of the electrolytic solution due to the alkali creep phenomenon can be maintained.
第2金属板の厚さは、封止部の厚さ以下であってもよい。第2金属板の厚さは、封止部の厚さ以下であってもよい。電極積層体は、蓄電モジュールの充放電時の内圧変動等に起因して、積層方向の外側に膨張する場合がある。この場合、余剰空間内の第2金属板も積層方向の外側に膨張することが考えられる。したがって、第2金属板の厚さを封止部の厚さ以下とすることにより、第2金属板の膨張による第1金属板の変形を抑制することができる。 The thickness of the second metal plate may be equal to or less than the thickness of the sealing portion. The thickness of the second metal plate may be equal to or less than the thickness of the sealing portion. The electrode stack may expand outward in the stacking direction due to an internal pressure fluctuation during charging and discharging of the power storage module. In this case, the second metal plate in the surplus space may expand outward in the stacking direction. Therefore, by setting the thickness of the second metal plate to be equal to or less than the thickness of the sealing portion, deformation of the first metal plate due to expansion of the second metal plate can be suppressed.
第2金属板の厚さは、封止部の厚さと同一であってもよい。この場合、余剰空間を形成する第1金属板を略平坦化することが可能となる。したがって、第1金属板にかかる引張応力を一層緩和できる。 The thickness of the second metal plate may be the same as the thickness of the sealing portion. In this case, the first metal plate forming the surplus space can be substantially flattened. Therefore, the tensile stress applied to the first metal plate can be further reduced.
バイポーラ電極の電極板の両面には、活物質層による塗工部が設けられており、積層方向から見て、第2金属板の外縁が塗工部の外縁よりも外側に位置していてもよい。この場合、余剰空間において第2金属板を除いた空間領域の容積を抑えることが可能となり、当該空間領域内に存在する水分量を抑制できる。これにより、アルカリクリープ現象の進行を抑えることができ、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを効果的に抑制できる。 On both surfaces of the electrode plate of the bipolar electrode, a coating portion made of an active material layer is provided, and even when the outer edge of the second metal plate is located outside the outer edge of the coating portion when viewed from the laminating direction. Good. In this case, in the surplus space, the volume of the space region excluding the second metal plate can be suppressed, and the amount of water existing in the space region can be suppressed. Thereby, the progress of the alkali creep phenomenon can be suppressed, and the seepage of the electrolytic solution due to the alkali creep phenomenon can be effectively suppressed.
バイポーラ電極の電極板の両面には、活物質層による塗工部が設けられており、積層方向から見て、第2金属板の外縁が塗工部の外縁よりも内側に位置していてもよい。この場合、余剰空間において第2金属板を除いた空間領域の容積を大きくすることが可能となり、外部からの水分の進入による当該空間領域の湿度の上昇を抑制することが可能となる。これにより、負極終端電極の電極板と封止部との間に隙間が形成されることを抑制でき、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを効果的に抑制できる。 On both surfaces of the electrode plate of the bipolar electrode, a coating portion of the active material layer is provided, and even when the outer edge of the second metal plate is located inside the outer edge of the coating portion, as viewed from the laminating direction. Good. In this case, it is possible to increase the volume of the space region excluding the second metal plate in the surplus space, and it is possible to suppress an increase in the humidity of the space region due to entry of moisture from the outside. Thereby, formation of a gap between the electrode plate of the negative electrode terminal electrode and the sealing portion can be suppressed, and seepage of the electrolytic solution due to the alkali creep phenomenon can be effectively suppressed.
第1金属板は、バイポーラ電極の電極板と同一の材料によって構成されていてもよい。この場合、材料の共通化による蓄電モジュールの低コスト化が図られる。 The first metal plate may be made of the same material as the electrode plate of the bipolar electrode. In this case, the cost of the power storage module can be reduced by using common materials.
第2金属板は、バイポーラ電極の電極板と同一の材料によって構成されていてもよい。この場合、材料の共通化による蓄電モジュールの低コスト化が図られる。 The second metal plate may be made of the same material as the electrode plate of the bipolar electrode. In this case, the cost of the power storage module can be reduced by using common materials.
封止部は、第1金属板と負極終端電極の電極板とにそれぞれ結合されていてもよい。この構成によれば、負極終端電極から外部に通じる電解液の移動経路上において2段階の封止構造が形成されるので、アルカリクリープ現象の進行を効果的に抑制できる。更に、第1金属板と封止部との結合によって封止部の剛性が高められるので、負極終端電極の電極板からの封止部の剥離が抑えられる。これにより、アルカリクリープ現象による電解液の漏液の経路となり得る隙間の発生を抑えることができ、電解液の滲み出しを効果的に抑制できる。 The sealing portion may be respectively coupled to the first metal plate and the electrode plate of the negative terminal electrode. According to this configuration, a two-stage sealing structure is formed on the movement path of the electrolytic solution from the negative terminal electrode to the outside, so that the progress of the alkali creep phenomenon can be effectively suppressed. Further, since the rigidity of the sealing portion is increased by the connection between the first metal plate and the sealing portion, peeling of the sealing portion from the electrode plate of the negative electrode terminal electrode is suppressed. Accordingly, it is possible to suppress the generation of a gap that may be a path for leakage of the electrolyte due to the alkali creep phenomenon, and it is possible to effectively suppress the oozing of the electrolyte.
負極終端電極の電極板及び第1金属板の少なくとも一方は、封止部との結合領域において粗面化されていてもよい。この場合、アンカー効果によって、負極終端電極の電極板及び第1金属板の少なくとも一方と封止部との結合強度の向上を図ることができる。したがって、封止部の剥離を効果的に抑えることができ、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを一層効果的に抑制できる。 At least one of the electrode plate of the negative electrode terminal electrode and the first metal plate may be roughened in a coupling region with the sealing portion. In this case, by the anchor effect, the bonding strength between at least one of the electrode plate of the negative electrode terminal electrode and the first metal plate and the sealing portion can be improved. Therefore, peeling of the sealing portion can be effectively suppressed, and seepage of the electrolytic solution due to the alkali creep phenomenon can be more effectively suppressed.
本発明によれば、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを持続的に抑制できる蓄電モジュールが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrical storage module which can suppress oozing of the electrolyte solution by alkali creep phenomenon continuously is provided.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を適宜省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements have the same reference characters allotted, and redundant description will not be repeated.
図1は、蓄電装置の一実施形態を示す概略断面図である。図1に示される蓄電装置1は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、又は電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられる。蓄電装置1は、積層された複数の蓄電モジュール4を含むモジュール積層体2と、モジュール積層体2に対してモジュール積層体2の積層方向に拘束荷重を付加する拘束部材3とを備えている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating one embodiment of a power storage device. The
モジュール積層体2は、複数(本実施形態では3つ)の蓄電モジュール4と、複数(本実施形態では4つ)の導電板5とを含む。蓄電モジュール4は、バイポーラ電池であり、積層方向から見て略矩形状をなしている。蓄電モジュール4は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池、又は電気二重層キャパシタ等である。以下の説明では、蓄電モジュール4としてニッケル水素二次電池を例示する。
The
積層方向に互いに隣り合う蓄電モジュール4同士は、導電板5を介して電気的に接続されている。導電板5は、積層方向に互いに隣り合う蓄電モジュール4間と、積層端に位置する蓄電モジュール4の外側とにそれぞれ配置されている。積層端に位置する蓄電モジュール4の外側に配置された一方の導電板5には、正極端子6が接続されている。積層端に位置する蓄電モジュール4の外側に配置された他方の導電板5には、負極端子7が接続されている。正極端子6及び負極端子7は、例えば導電板5の縁部から積層方向に交差する方向に引き出されている。正極端子6及び負極端子7により、蓄電装置1の充放電が実施される。
The
導電板5の内部には、空気等の冷媒を流通させる複数の流路5aが設けられている。流路5aは、例えば積層方向と、正極端子6及び負極端子7の引出方向と、にそれぞれ交差(一例では直交)する方向に沿って延在している。導電板5は、蓄電モジュール4同士を電気的に接続する接続部材としての機能の他、これらの流路5aに冷媒を流通させることにより、蓄電モジュール4で発生した熱を放熱する放熱板としての機能を併せ持っている。図1の例では、積層方向から見た導電板5の面積は、蓄電モジュール4の面積よりも小さい。しかし、放熱性の向上の観点から、導電板5の面積は、蓄電モジュール4の面積と同じであってもよく、蓄電モジュール4の面積よりも大きくてもよい。
Inside the
拘束部材3は、モジュール積層体2を積層方向に挟む一対のエンドプレート8と、エンドプレート8同士を締結する締結ボルト9及びナット10とによって構成されている。エンドプレート8は、積層方向から見た蓄電モジュール4及び導電板5の面積よりも一回り大きい面積を有する略矩形の金属版である。エンドプレート8におけるモジュール積層体2側の面には、電気絶縁性を有するフィルムFが設けられている。フィルムFにより、エンドプレート8と導電板5との間が絶縁されている。
The restraining member 3 includes a pair of
エンドプレート8の縁部には、モジュール積層体2よりも外側となる位置に挿通孔8aが設けられている。締結ボルト9は、一方のエンドプレート8の挿通孔8aから他方のエンドプレート8の挿通孔8aに向かって通され、他方のエンドプレート8の挿通孔8aから突出した締結ボルト9の先端部分には、ナット10が螺合されている。これにより、蓄電モジュール4及び導電板5がエンドプレート8によって挟持されてモジュール積層体2としてユニット化されると共に、モジュール積層体2に対して積層方向に拘束力が付加される。
At the edge of the
次に、蓄電モジュール4の構成について詳細に説明する。図2は、図1に示された蓄電モジュールの内部構成を示す概略断面図である。図2に示されるように、蓄電モジュール4は、電極積層体11と、電極積層体11を封止する樹脂製の封止体12とを備えている。電極積層体11は、セパレータ13を介して蓄電モジュール4の積層方向Dに沿って積層された複数の電極によって構成されている。これらの電極は、複数のバイポーラ電極14の積層体と、当該積層体の積層方向Dの一端側に配置された負極終端電極18と、当該積層体の積層方向Dの他端側に配置された正極終端電極19とを含む。
Next, the configuration of the
バイポーラ電極14は、一方面15a及び一方面15aの反対側の他方面15bを含む電極板15と、電極板15の両面に活物質層による塗工部20とを有している。塗工部20は、電極板15の一方面15aに設けられた正極16と、電極板15の他方面15bに設けられた負極17とを含んでいる。正極16は、正極活物質が電極板15に塗工されることにより形成された正極活物質層である。負極17は、負極活物質が電極板15に塗工されることにより形成された負極活物質層である。電極積層体11において、一のバイポーラ電極14の正極16は、セパレータ13を挟んで積層方向Dの一方に隣り合う別のバイポーラ電極14の負極17と対向している。電極積層体11において、一のバイポーラ電極14の負極17は、セパレータ13を挟んで積層方向Dの他方に隣り合う別のバイポーラ電極14の正極16と対向している。
The
負極終端電極18は、電極板15と、電極板15の他方面15bに設けられた負極17とを有している。負極終端電極18は、他方面15bが電極積層体11における積層方向Dの内側(中央側)を向くように、積層方向Dの一端に配置されている。負極終端電極18の電極板15の他方面15bに設けられた負極17は、セパレータ13を介して積層方向Dの一端のバイポーラ電極14の正極16と対向している。
The negative
正極終端電極19は、電極板15と、電極板15の一方面15aに設けられた正極16とを有している。正極終端電極19は、一方面15aが電極積層体11における積層方向Dの内側を向くように、積層方向Dの他端に配置されている。正極終端電極19の一方面15aに設けられた正極16は、セパレータ13を介して、積層方向Dの他端のバイポーラ電極14の負極17と対向している。正極終端電極19の電極板15の他方面15bは、電極積層体11の積層方向Dの他方の外側面を構成し、蓄電モジュール4に隣接する導電板5と電気的に接続されている。
The positive electrode termination electrode 19 has an
電極板15は、例えば、ニッケル又はニッケルメッキ鋼板といった金属によって構成される。一例として、電極板15は、ニッケルからなる略矩形の金属箔である。電極板15の周縁部15cは、略矩形枠状をなし、正極活物質及び負極活物質が塗工されない未塗工領域となっている。正極16を構成する正極活物質としては、例えば水酸化ニッケルが挙げられる。負極17を構成する負極活物質としては、例えば水素吸蔵合金が挙げられる。本実施形態では、電極板15の他方面15bにおける負極17の形成領域は、電極板15の一方面15aにおける正極16の形成領域に対して一回り大きくなっている。
The
セパレータ13は、例えばシート上に形成されている。セパレータ13としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。セパレータ13は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されたものであってもよい。セパレータ13は、シート状に限られず、袋状のものを用いてもよい。
The
封止体12は、例えば絶縁性の樹脂によって、全体として矩形の筒状に形成されている。封止体12は、電極板15の周縁部15cを包囲するように電極積層体11の側面11aに設けられている。封止体12は、側面11aにおいて周縁部15cを保持している。封止体12は、電極板15の周縁部15cに結合された複数の第1封止部21と、側面11aに沿って第1封止部21を外側から包囲し、第1封止部21のそれぞれに結合された第2封止部22とを有している。第1封止部21及び第2封止部22は、例えば、耐アルカリ性を有する絶縁性の樹脂である。第1封止部21及び第2封止部22の構成材料として、例えばポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、又は変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE)等が挙げられる。
The sealing
第1封止部21は、電極板15において周縁部15cの全周にわたって連続的に設けられ、積層方向Dから見て矩形枠状をなしている。第1封止部21は、例えば積層方向Dに所定の厚さを有するフィルムである。第1封止部21は、積層方向Dに沿って互いに隣り合うバイポーラ電極14の電極板15の一方面15aにおける周縁部15c、負極終端電極18の電極板15の一方面15aにおける周縁部15c、及び、正極終端電極19の電極板15の一方面15a及び他方面15bにおける周縁部15cにそれぞれ位置している。各第1封止部21の内側は、積層方向Dから見て、バイポーラ電極14の電極板15の一方面15aにおける周縁部15c、負極終端電極18の電極板15の一方面15aにおける周縁部15c、及び、正極終端電極19の電極板15の一方面15a及び他方面15bにおける周縁部15cとそれぞれ重なっている。
The
電極板15の一方面15aの周縁部15cと重なる第1封止部21の内側は、例えば超音波又は熱によって電極板15の一方面15aの周縁部15cに溶着され、気密に結合されている。正極終端電極19の電極板15の他方面15bの周縁部15cと重なる第1封止部21の内側は、例えば超音波又は熱によって正極終端電極19の電極板15の他方面15bの周縁部15cに溶着され、気密に結合されている。第1封止部21の外側は、積層方向Dから見て電極板15の外縁よりも外側に張り出しており、その先端部分は、第2封止部22に保持されている。積層方向Dに沿って互いに隣り合う第1封止部21同士は、互いに離間していてもよく、互いに接していてもよい。
The inside of the
電極板15の一方面15aの周縁部15cと第1封止部21とが重なる領域、及び、正極終端電極19の電極板15の他方面15bの周縁部15cと第1封止部21とが重なる領域は、電極板15と第1封止部21との結合領域Kとなっている。結合領域Kにおいて各電極板15の表面は粗面化されている。本実施形態では、電極板15の一方面15aにおける全体、及び正極終端電極19の電極板15の他方面15bにおける全体が粗面化されている。しかし、各電極板15の一方面15aにおける結合領域Kのみが粗面化されていてもよく、正極終端電極19の電極板15の他方面15bにおける結合領域Kのみが粗面化されていてもよい。
The region where the
粗面化は、例えば電解メッキによる複数の突起の形成により実現し得る。例えば、電極板15の一方面15aを粗面化する場合、一方面15aに複数の突起が形成されることにより、電極板15の一方面15aと第1封止部21との接合界面では、溶融状態の樹脂が粗面化により形成された複数の突起間に入り込み、アンカー効果が発揮される。これにより、電極板15と第1封止部21との間の結合強度を向上させることができる。粗面化の際に形成される突起は、例えば基端側から先端側に向かって先太りとなる形状を有している。これにより、隣り合う突起の間の断面形状がアンダーカット形状となり、アンカー効果を高めることが可能となる。
Roughening can be achieved by forming a plurality of protrusions by, for example, electrolytic plating. For example, in the case where one
第2封止部22は、電極積層体11及び第1封止部21の外側に設けられ、蓄電モジュール4の外壁(筐体)を構成している。第2封止部22は、例えば樹脂の射出成型によって形成され、積層方向Dに沿って電極積層体11の全長にわたって延在している。第2封止部22は、積層方向Dを軸方向として延在する矩形の筒状(環状)を呈している。第2封止部22は、例えば射出成型時の熱によって第1封止部21の外表面に溶着されている。
The
第1封止部21及び第2封止部22は、隣り合う電極の間に内部空間Vを形成すると共に内部空間Vを封止する。より具体的には、第2封止部22は、第1封止部21と共に、積層方向Dに沿って互いに隣り合うバイポーラ電極14の間、積層方向Dに沿って互いに隣り合う負極終端電極18とバイポーラ電極14との間、及び、積層方向Dに沿って互いに隣り合う正極終端電極19とバイポーラ電極14との間をそれぞれ封止している。これにより、隣り合うバイポーラ電極14の間、負極終端電極18とバイポーラ電極14との間、及び正極終端電極19とバイポーラ電極14との間には、それぞれ気密に仕切られた内部空間Vが形成されている。この内部空間Vには、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液を含む電解液(不図示)が収容されている。電解液は、セパレータ13、正極16、及び負極17内に含浸されている。
The
次に、上述した負極終端電極18の周辺の構成について更に詳細に説明する。図3は、図2に示された蓄電モジュール4の一部を示す要部拡大図である。
Next, the configuration around the negative
図3に示すように、電極積層体11において、負極終端電極18の積層方向Dの外側には、第1金属板30が更に積層されている。第1金属板30は、バイポーラ電極14の電極板15の材料と同一の材料によって構成される。すなわち、第1金属板30は、例えばニッケル又はニッケルメッキ鋼板といった金属によって構成される。一例として、第1金属板30は、ニッケルからなる矩形の金属箔である。
As shown in FIG. 3, in the
第1金属板30は、一方面30a及び一方面30aの反対側の他方面30bを含んでいる。一方面30aは、電極積層体11において積層方向Dの外側に位置しており、他方面30bは、電極積層体11における積層方向Dの内側に位置している。一方面30aは、電極積層体11の積層方向Dにおける一方の外側面を構成しており、蓄電モジュール4に隣接する導電板5と電気的に接続されている。一方面30a及び他方面30bには、いずれも正極活物質及び負極活物質が塗工されておらず、一方面30a及び他方面30bの全面が未塗工領域となっている。したがって、本実施形態において、第1金属板30は、正極16及び負極17のいずれも設けられていない未塗工電極となっている。
The
第1金属板30の他方面30bの周縁部30cは、負極終端電極18の電極板15の周縁部15cに設けられた第1封止部21(以下「第1封止部21A」と称す)に対して、例えば超音波又は熱によって溶着され、気密に結合されている。したがって、第1封止部21Aの積層方向Dの一方面は、第1金属板30の他方面30bに結合され、第1封止部21Aの積層方向Dの他方面は、負極終端電極18の電極板15の一方面15aに結合された状態となっている。第1金属板30の一方面30a側の周縁部30cには、バイポーラ電極14及び負極終端電極18と同様、第1封止部21(以下「第1封止部21B」と称す)が設けられている。第1封止部21Bの内側は、積層方向Dから見て、第1金属板30の一方面30aの周縁部30cと重なっており、例えば超音波又は熱によって当該周縁部30cに溶着され、気密に結合されている。
A
第1金属板30の周縁部30cにおいて、一方面30aと第1封止部21Bとが重なる領域、及び他方面30bと第1封止部21Aとが重なる領域は、第1金属板30と第1封止部21A,21Bとの結合領域Kとなっている。第1金属板30の一方面30a及び他方面30bは、電極板15の一方面15aと同様に、粗面化されている。本実施形態では、一方面30a及び他方面30bにおける全体が粗面化されている。しかし、一方面30a及び他方面30bにおける結合領域Kのみが粗面化されていてもよい。
In the
電極積層体11において、第1金属板30と負極終端電極18との間には、電解液が収容されない余剰空間VAが形成されている。余剰空間VAは、負極終端電極18の電極板15の一方面15aと、第1金属板30の他方面30bと、第1封止部21Aの内縁21aとによって囲まれている。積層方向Dに沿った断面から見て、余剰空間VAは略矩形状をなしている。
In the
余剰空間VA内には、第2金属板40が配置されている。具体的には、第2金属板40は、余剰空間VA内において、第1封止部21Aの内側であって、負極終端電極18の電極板15の一方面15aと第1金属板30の他方面30bとの間に配置されている。第2金属板40は、例えば、耐アルカリ性を有する金属によって構成される。第2金属板40の構成材料として、例えば、ニッケル、ニッケルメッキ鋼板、又はステンレス鋼板(SUS)が挙げられる。本実施形態では、第2金属板40は、バイポーラ電極14の電極板15の材料と同一の材料によって構成される。すなわち、第2金属板40は、例えばニッケル又はニッケルメッキ鋼板といった高い導電性を有する金属によって構成される。一例として、第2金属板40は、ニッケルからなる矩形の金属板である。
The
第2金属板40は、一方面40a及び一方面40aの反対側の他方面40bを含んでいる。一方面40aは、第1金属板30の他方面30bと対向しており、他方面40bは、負極終端電極18の電極板15の一方面15aと対向している。本実施形態では、一方面40aは、第1金属板30の他方面30bに接触しており、他方面40bは、負極終端電極18の電極板15の一方面15aに接触している。第2金属板40の一方面40aと第1金属板30の他方面30bとの接触、及び第2金属板40の他方面40bと電極板15の一方面15aとの接触によって、第1金属板30と負極終端電極18の電極板15とが、第2金属板40を介して電気的に接続される。また、本実施形態において、第2金属板40の一方面40aは第1金属板30の他方面30bと結合されておらず、第2金属板40の他方面40bは電極板15の一方面15aと結合されていない。しかし、一方面40aが他方面30bと結合され、他方面40bが一方面15aと結合されていてもよい。
The
第2金属板40の積層方向Dの厚さ(すなわち、一方面40aと他方面40bとの距離)T1は、第1封止部21Aの積層方向Dの厚さT2以下である。本実施形態では、第2金属板40の厚さT1は、第1封止部21Aの厚さT2と同一である。第2金属板40の厚さT1は、例えば150μm以上且つ200μm以内である。第1封止部21Aの厚さT2と同一の厚さT1を有する第2金属板40が、負極終端電極18の電極板15と第1金属板30との間に配置されることで、第1金属板30の中央部30dの積層方向Dの位置(高さ)と、第1金属板30の周縁部30cの積層方向Dの位置(高さ)とが揃えられる。これにより、第1金属板30は略平坦化されている。
The thickness T1 of the
積層方向Dから見て、第2金属板40の寸法S1は、バイポーラ電極14の塗工部20の寸法S2(具体的には負極17の寸法)よりも大きい。また、積層方向Dから見て、第2金属板40及びバイポーラ電極14の中心同士は略一致している。したがって、第2金属板40の外縁40cは、バイポーラ電極14の塗工部20の外縁20a(具体的には負極17の外縁)よりも外側に位置する。また、第2金属板40の外縁40cは、積層方向Dから見て、第1封止部21Aの内縁21aよりも内側に位置する。なお、本実施形態では、積層方向Dから見て、各バイポーラ電極14の塗工部20の外縁20aは略一致している。
When viewed from the laminating direction D, the dimension S1 of the
第2金属板40の寸法S1は適宜変更可能である。第2金属板40の寸法S1の変化(すなわち、第2金属板40の面積の大きさ)は、余剰空間VAにおいて第2金属板40を除いた空間領域の容積に影響を与える。具体的には、第2金属板40の寸法S1が小さくなるに従って当該空間領域の容積は大きくなり、第2金属板40の寸法S1が大きくなるに従って当該空間領域の容積は小さくなる。したがって、第2金属板40の寸法S1を調整することによって、余剰空間VAの当該空間領域の容積を容易に制御することが可能となる。
The dimension S1 of the
次に、蓄電モジュール4の製造方法の一例について説明する。蓄電モジュール4の製造方法は、一次成形工程と、積層工程と、二次成形工程と、注入工程と、を備える。一次成形工程では、所定数のバイポーラ電極14と、負極終端電極18と、正極終端電極19と、第1金属板30と、第2金属板40と、第1封止部21とを用意する。そして、各電極板15の一方面15aの周縁部15c、及び、正極終端電極19の電極板15の一方面15aの周縁部15cに、第1封止部21をそれぞれ溶着する。更に、第1金属板30の一方面30aの周縁部30cに第1封止部21Bを溶着する。
Next, an example of a method for manufacturing the
その後、第1金属板30の他方面30bと、負極終端電極18の電極板15の一方面15aとが積層方向Dに沿って互いに対向するように、負極終端電極18と第1金属板30とを積層方向Dに積層する。このとき、負極終端電極18に溶着された第1封止部21Aの内側において、第1金属板30と負極終端電極18との間に第2金属板40を配置する。第1金属板30と負極終端電極18との間において、第2金属板40の一方面40aは第1金属板30の他方面30bと接触し、他方面40bは負極終端電極18の電極板15の一方面15aと接触する。
Thereafter, the negative
その後、負極終端電極18に溶着された第1封止部21Aを、第1金属板30の他方面30bの周縁部30cに溶着する。したがって、第1封止部21Aの積層方向Dの一方面は、第1金属板30の他方面30bの周縁部30cに溶着され、第1封止部21Aの他方面は、負極終端電極18の電極板15の一方面15aの周縁部15cに溶着された状態となる。このようにして、第1金属板30と負極終端電極18との間に第2金属板40が配置された状態で第1金属板30と負極終端電極18とが結合された負極アセンブリが形成される。
After that, the
積層工程では、セパレータ13を介して正極終端電極19、バイポーラ電極14、及び負極アセンブリを積層方向Dに沿って積層することにより、第1封止部21を含む電極積層体11を形成する。二次成形工程では、射出成形の金型(不図示)内に、第1封止部21を含む電極積層体11を配置した後、金型内に溶融樹脂を射出することにより、電極積層体11及び第1封止部21を包囲するように第2封止部22を形成する。これにより、電極積層体11の側面11aに封止体12が形成される。注入工程では、二次成形工程の後、バイポーラ電極14間の内部空間Vに電解液を注入する。これにより、蓄電モジュール4が得られる。
In the laminating step, the positive electrode terminal electrode 19, the
続いて、蓄電モジュール4の作用効果について、比較例が有する課題と共に説明する。図4は、第1比較例に係る蓄電モジュール100の一部を示す拡大断面図である。図4に示すように、第1比較例に係る蓄電モジュール100は、電極積層体11に第1金属板30が含まれておらず、余剰空間VA内に第2金属板40も配置されていない点で、本実施形態に係る蓄電モジュール4と相違している。
Next, the operation and effect of the
蓄電モジュール100では、いわゆるアルカリクリープ現象により、内部空間Vに存在する電解液が負極終端電極18の電極板15の表面を伝わり、結合領域Kにおける電極板15と第1封止部21Aとの間の隙間を通って電極板15の一方面15a側に滲み出ることがある。図4には、アルカリクリープ現象における電解液Lの進行経路を矢印Aで示している。このアルカリクリープ現象は、電気化学的な要因及び流体現象などにより、蓄電装置の充電時及び放電時並びに無負荷時において生じ得る。アルカリクリープ現象は、負極電位、水分、及び電解液Lの通り道がそれぞれ存在することにより生じ、時間の経過とともに進行する。
In the
アルカリクリープ現象は、結合領域Kにおいて電極板15の一方面15aが粗面化されている場合にも生じ得る。粗面化により電極板15と第1封止部21Aとの間の結合強度が強化されていた場合でも、電解液Lが電極板15の一方面15aに形成された複数の突起と第1封止部21Aを構成する樹脂との間を通る際に、樹脂が電極板15から引き剥がされることがある。また、負極活物質(例えば水素吸蔵合金)の自己放電反応に伴って発生した水素ガスによって内圧が上昇し、内圧による発生応力が樹脂の破断応力を超えた場合には、樹脂が破断して第1封止部21Aに膨れが生じることも考えられる。
The alkali creep phenomenon can also occur when one
図5は、第2比較例に係る蓄電モジュール200の一部を示す拡大断面図である。図5に示すように、第2比較例に係る蓄電モジュール200は、上述した蓄電モジュール100の構成に加えて、負極終端電極18の電極板15に対して積層方向Dの外側に第1金属板30が配置された構成となっている。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view illustrating a part of the
蓄電モジュール200では、第1金属板30が負極終端電極18の電極板15に対して積層方向Dの外側に配置されることで、アルカリクリープ現象による電解液の移動経路上に余剰空間VAが形成される。この余剰空間VAが形成されることによって、電解液が滲み出す起点となる、負極終端電極18の電極板15と第1封止部21Aとの間の隙間に、外部の空気中に含まれる水分が入り込むことを抑制できる。これにより、アルカリクリープ現象の加速条件となる外部の湿度の影響を抑制でき、蓄電モジュール200の外部への電解液の滲み出しを抑制できる。
In the
この蓄電モジュール200では、拘束部材3によってモジュール積層体2を拘束する際に、蓄電モジュール200の積層方向Dの内側に付与される拘束力によって、第1金属板30が変形することが考えられる。具体的には、第1封止部21Aに結合される周縁部30cに対して、第1封止部21Aに結合されず周縁部30cから遠い位置にある中央部30dが、積層方向Dの内側に大きく変位することが考えられる。このように第1金属板30が変形すると、第1金属板30の中央部30dは、負極終端電極18の電極板15側に窪んだ状態で、負極終端電極18の電極板15の一方面15aに接触する。この接触により、負極終端電極18の電極板15と、負極終端電極18の外側に配置された導電板5とが、第1金属板30を介して電気的に接続される。
In the
しかし、蓄電モジュール200において、このように第1金属板30が変形する場合、第1金属板30の周縁部30cと中央部30dとの境界部分にかかる引張応力によって、第1金属板30が破損してしまうおそれがある。第1金属板30が破損すると、余剰空間を維持できず、アルカリクリープ現象による電解液の浸み出しの抑制効果を持続できなくなるおそれがある。
However, in the
これに対し、蓄電モジュール4では、蓄電モジュール200の構成に加えて、余剰空間VAにおいて負極終端電極18の電極板15と第1金属板30との間に第2金属板40が配置された構成となっている。この第2金属板40の配置により、積層方向Dの内側への第1金属板30の変形が規制される。具体的には、第1金属板30において周縁部30cに対する中央部30dの積層方向Dの内側への変位が規制される。その結果、第1金属板30における周縁部30cと中央部30dとの境界部分にかかる引張応力を緩和でき、該引張応力に起因する第1金属板30の破損を抑制できる。第1金属板30の破損を抑制することで余剰空間VAが維持され、アルカリクリープ現象による電解液の浸み出しの抑制効果を持続させることができる。
On the other hand, in the
また、蓄電モジュール4では、第2金属板40の厚さT1は、第1封止部21Aの厚さT2以下である。電極積層体11は、蓄電モジュール4の充放電時の内圧変動等に起因して、積層方向Dの外側に膨張する場合がある。この場合、余剰空間VA内の第2金属板40も積層方向Dの外側に膨張することが考えられる。したがって、第2金属板40の厚さを第1封止部21Aの厚さ以下とすることにより、第2金属板40の膨張による第1金属板30の変形を抑制することができる。
In the
また、蓄電モジュール4では、第2金属板40の厚さT1は、第1封止部21Aの厚さT2と同一である。この場合、余剰空間VAを形成する第1金属板30を略平坦化することが可能となる。したがって、第1金属板30にかかる引張応力を一層緩和できる。
In the
また、蓄電モジュール4では、積層方向Dから見て、第2金属板40の外縁40cが塗工部20の外縁20aよりも外側に位置している。この場合、余剰空間VAにおいて第2金属板40を除いた空間領域の容積を抑えることが可能となり、当該空間領域内に存在する水分量を抑制できる。これにより、アルカリクリープ現象の進行を抑えることができ、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを効果的に抑制できる。
In the
また、蓄電モジュール4では、第1金属板30は、バイポーラ電極14の電極板15と同一の材料によって構成されている。この場合、材料の共通化による蓄電モジュール4の低コスト化が図られる。
Further, in
また、蓄電モジュール4では、第2金属板40は、バイポーラ電極14の電極板15と同一の材料によって構成されている。この場合、第1金属板30と同様、材料の共通化による蓄電モジュール4の低コスト化が図られる。
In the
また、蓄電モジュール4では、第1封止部21Aは、第1金属板30と、負極終端電極18の電極板15とにそれぞれ接合されていている。この構成によれば、負極終端電極18から外部に通じる電解液の移動経路上において2段階の封止構造が形成されるので、アルカリクリープ現象の進行を効果的に抑制できる。更に、第1金属板30と第1封止部21Aとの接合によって第1封止部21Aの剛性が高められるので、負極終端電極18の電極板15からの第1封止部21Aの剥離が抑えられる。これにより、アルカリクリープ現象による電解液の漏液の経路となり得る隙間の発生を抑えることができ、電解液の滲み出しを効果的に抑制できる。
In the
また、蓄電モジュール4では、負極終端電極18の電極板15及び第1金属板30の双方は、第1封止部21Aとの結合領域Kにおいて粗面化されている。この場合、アンカー効果によって、負極終端電極18の電極板15及び第1金属板30の双方と第1封止部21Aとの接合強度の向上を図ることができる。したがって、第1封止部21Aの剥離を効果的に抑えることができ、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを一層効果的に抑制できる。
In the
以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。例えば、図6及び図7に示される各種の変形態様を採ってもよい。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said Embodiment, Various changes can be performed. For example, various modifications shown in FIGS. 6 and 7 may be adopted.
図6は、第1変形例に係る蓄電モジュール4の一部を示す拡大断面図である。第1変形例と上記実施形態との相違点は、第2金属板40の厚さである。すなわち、上記実施形態では、第2金属板40の厚さT1は第1封止部21Aの厚さT2と同一であったが、本変形例では、第2金属板40の厚さT1は第1封止部21Aの厚さT2よりも小さくなっている。これに応じて、第1金属板30の中央部30dの積層方向Dの位置(高さ)が、第1金属板30の周縁部30cの積層方向Dの位置(高さ)に対して、第2金属板40側にずれている。その結果、第1金属板30の中央部30dは、第2金属板40側に窪んだ状態で、第2金属板40の一方面40aに接触している。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view illustrating a part of the
電極積層体11は、蓄電モジュール4の充放電時の内圧変動等に起因して積層方向Dの外側に膨張することがある。電極積層体11が膨張すると、電極積層体11の膨張に応じて、余剰空間VA内の第2金属板40も積層方向Dの外側に膨張することが考えられる。そこで、第2金属板40の膨張分を考慮して第2金属板40の厚さT1を第1封止部21Aの厚さT2よりも予め小さく設定することで、第2金属板40の膨張による第1金属板30の変形を効果的に抑制することができる。
The
図7は、第2変形例に係る蓄電モジュール4の一部を示す拡大断面図である。第2変形例と上記実施形態との相違点は、積層方向Dから見た第2金属板40の寸法である。上記実施形態では、積層方向Dから見て、第2金属板40の寸法S1は、バイポーラ電極14の塗工部20の寸法S2よりも大きくなっていた。しかし、本変形例では、積層方向Dから見て、第2金属板40の寸法S1は、塗工部20の寸法S2よりも小さくなっている。ここで、第2金属板40及びバイポーラ電極14の中心同士は、上記実施形態同様、積層方向Dから見て略一致している。したがって、本変形例では、第2金属板40の外縁40cは、バイポーラ電極14の塗工部20の外縁20aよりも内側に位置する。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view illustrating a part of a
このように第2金属板40の寸法S1を小さくすることで、余剰空間VAにおいて第2金属板40を除いた空間領域の容積を大きくすることが可能となる。これにより、外部からの水分の進入による当該空間領域の湿度の上昇を抑制することが可能となる。その結果、第1封止部21Aと負極終端電極18の電極板15との間に隙間が形成されることを抑制でき、アルカリクリープ現象による電解液の滲み出しを効果的に抑制できる。
By reducing the dimension S1 of the
本発明は、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態及び各変形例を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。また、第2金属板の形状、材料、及び配置態様は、適宜変更可能である。例えば、第2金属板の厚さは、第1封止部の厚さよりも大きくてもよい。積層方向から見て、第2金属板及びバイポーラ電極の中心同士は、互いにずれていてもよい。第2金属板の材料は、バイポーラ電極の電極板の材料とは異なる材料によって構成されていてもよい。同様に、第1金属板の材料は、バイポーラ電極の電極板の材料とは異なる材料によって構成されていてもよい。また、第2金属板は、1枚の金属板であってもよく、厚さ方向又は面内方向に複数枚に分割されていてもよい。 The present invention is capable of various other modifications. For example, the above-described embodiments and the respective modifications may be combined with each other according to necessary purposes and effects. Further, the shape, material, and arrangement of the second metal plate can be appropriately changed. For example, the thickness of the second metal plate may be larger than the thickness of the first sealing portion. When viewed from the lamination direction, the centers of the second metal plate and the bipolar electrode may be shifted from each other. The material of the second metal plate may be made of a material different from the material of the electrode plate of the bipolar electrode. Similarly, the material of the first metal plate may be made of a material different from the material of the electrode plate of the bipolar electrode. The second metal plate may be a single metal plate, or may be divided into a plurality of sheets in the thickness direction or the in-plane direction.
また、上述した実施形態では、第1金属板の一方面及び他方面は、隣り合う第1封止部のそれぞれに溶着によって結合されていた。しかし、第1金属板の一方面及び他方面の一方のみが第1封止部に結合されていてもよく、第1金属板の一方面及び他方面のいずれもが第1封止部に結合されていなくてもよい。また、上述した実施形態では、第1金属板の表面及び電極板の表面の双方が粗面化されていた。しかし、第1金属板の表面及び電極板の表面の一方のみが粗面化されていてもよく、第1金属板の表面及び電極板の表面がいずれも粗面化されていなくてもよい。 Further, in the above-described embodiment, one surface and the other surface of the first metal plate are joined to each of the adjacent first sealing portions by welding. However, only one of the one surface and the other surface of the first metal plate may be coupled to the first sealing portion, and both the one surface and the other surface of the first metal plate are coupled to the first sealing portion. It does not need to be done. In the above-described embodiment, both the surface of the first metal plate and the surface of the electrode plate are roughened. However, only one of the surface of the first metal plate and the surface of the electrode plate may be roughened, and neither the surface of the first metal plate nor the surface of the electrode plate may be roughened.
4…蓄電モジュール、11…電極積層体、11a…側面、12…封止体、14…バイポーラ電極、15…電極板、15c…周縁部、18…負極終端電極、19…正極終端電極、20…塗工部、20a…外縁、21,21A,21B…第1封止部、21a…内縁、22…第2封止部、30…第1金属板、30c…周縁部、40…第2金属板、40c…外縁、D…積層方向、K…結合領域、S1,S2…寸法、T1,T2…厚さ、V…内部空間、VA…余剰空間。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記電極積層体の側面を囲むように設けられ、隣り合う電極間に内部空間を形成すると共に前記内部空間を封止する封止体と、
前記内部空間に収容されたアルカリ溶液を含む電解液と、を備え、
前記電極積層体は、前記負極終端電極の電極板に対して前記積層方向の外側に配置された第1金属板を有し、
前記封止体は、前記積層方向において前記第1金属板の周縁部と前記負極終端電極の電極板の周縁部との間に配置された枠状の封止部を有し、
前記負極終端電極の電極板と前記第1金属板と前記封止部とによって、余剰空間が形成されており、
前記余剰空間内において、前記第1金属板と前記負極終端電極の電極板との間に第2金属板が配置されている、蓄電モジュール。 A stacked body in which a plurality of bipolar electrodes are stacked, and an electrode stacked body including a negative electrode termination electrode disposed at one end in the stacking direction of the stacked body,
A sealing body provided so as to surround the side surface of the electrode laminate, forming an internal space between adjacent electrodes and sealing the internal space,
And an electrolytic solution containing an alkaline solution contained in the internal space,
The electrode laminate includes a first metal plate disposed outside the electrode plate of the negative terminal electrode in the laminating direction,
The sealing body has a frame-shaped sealing portion disposed between a peripheral portion of the first metal plate and a peripheral portion of the electrode plate of the negative terminal electrode in the laminating direction,
An extra space is formed by the electrode plate of the negative electrode terminal electrode, the first metal plate, and the sealing portion,
The power storage module, wherein a second metal plate is disposed between the first metal plate and the electrode plate of the negative terminal electrode in the surplus space.
前記積層方向から見て、前記第2金属板の外縁が前記塗工部の外縁よりも外側に位置している、請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。 On both surfaces of the electrode plate of the bipolar electrode, a coating portion with an active material layer is provided,
The power storage module according to any one of claims 1 to 3, wherein an outer edge of the second metal plate is located outside an outer edge of the coating portion when viewed from the stacking direction.
前記積層方向から見て、前記第2金属板の外縁が前記塗工部の外縁よりも内側に位置している、請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。 On both surfaces of the electrode plate of the bipolar electrode, a coating portion with an active material layer is provided,
The power storage module according to any one of claims 1 to 3, wherein an outer edge of the second metal plate is located inside an outer edge of the coating portion when viewed from the stacking direction.
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|---|---|---|---|---|
| DE112021001786T5 (en) | 2020-03-24 | 2023-01-12 | AGC Inc. | ANTENNA SYSTEM FOR VEHICLES |
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