JP2004022395A

JP2004022395A - Cell connection structure

Info

Publication number: JP2004022395A
Application number: JP2002177137A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Abe; 安部　孝昭; Hiroshi Sugawara; 菅原　浩; Hideaki Horie; 堀江　英明; Tome Ogawa; 小川　止; Osamu Shimamura; 嶋村　修; Takanori Ito; 伊藤　孝憲
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: JP4078892B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cell connection structure that can prevent breakage of a terminal by vibration of a connector by fixing the connector and suppress a cell terminal temperature rise by radiating Joule heat generated when a current flows in a metallic plate as the cell terminal, in a cell so structured that a jacket is coated with a high polymer-metal composite laminate film and a terminal is made of metallic foil. <P>SOLUTION: The cell connection structure stores in a support a cell assembly in which a plurality of cells whose cell elements are jacketed in a high polymer-metal composite laminate film are connected in parallel and/or series with connectors connecting terminals of the cells. Fixing members holding the connector in between are arranged in contact with an inner surface of the support. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池接続構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池を電気自動車やハイブリット自動車などの車両に適用する場合には、該車両を駆動するモーターへの電力と、電力を維持する時間から要求されるエネルギ容量を満たす必要がある。また、電池からの電力を効率良く取り出すため、電流値を小さくし電圧を高くする必要がある。そこで、電圧が低く容量の小さい単電池を直列あるいは並列接続する必要がある。
【０００３】
従来の単電池と単電池を直列または並列接続する方法として、特開２０００−１８２５９５号公報に記載の方法がある。かかる公報に記載の方法によれば、図１に示すように、円筒型の単電池２の正極端子３と、これに接続する別の円筒型の単電池２の負極端子４の間に、接続体５（以下、バスバーともいう）を取り付けることにより、電気的に接続するものである。該単電池が複数個接続されたものを電池集合体１とする。単電池２の正極端子３およびこれに接続する別の単電池２の負極端子４と、バスバー５の接続方法は、正極端子３および負極端子４と、バスバー５とがそれぞれ接触する位置６を溶接することで行っている。なお、車両には、電池集合体１を適当な支持体内に収納した電池接続構造体（図示せず）の形で搭載するのが一般的である。
【０００４】
また、外力に対する電池集合体１の固定は、電気的に接続された複数個の単電池２を単電池固定部材７で固定することによって行っている。単電池２の正極端子３、負極端子４、バスバー５の外力に対する固定は、単電池固定部材７で複数個の単電池２を固定する以外には無い。このような構造が取れる理由は、単電池の端子３、４に太い金属線または金属棒を用い、接続体に厚い金属板を用いており、単電池と単電池の端子間に剛性があるためである。剛性のある金属ケースまたは樹脂ケース等の外装材で覆った単電池ではこのような構造をとることが可能である。
【０００５】
しかしながら、これらの剛性のある金属ケースや樹脂ケース等の外装材で覆った単電池を複数個接続した電池集電体では、外装材の重量が嵩んでしまい、軽量化が容易でないという課題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明者らは、車載性の点から軽量で容積効率に優れた単電池、さらには該単電池を複数個、直列および／または並列接続する技術の開発に成功することができた。
【０００７】
その単電池としては、図２に示すように、外装を高分子−金属複合ラミネートフィルム２で覆い、電池の正極端子３、負極端子４を金属箔とし、正極端子３および負極端子４をそれぞれ異なったラミネートフィルム２の１辺から外部へ取り出す構造のものを考えた。このように金属箔（本明細書では、金属板のうち厚さが２５０μｍ以下のものをいう。）で電池の端子を取り出す理由は、高分子−金属複合ラミネートフィルムのシール性の点からである。すなわち、従来の電池構造にある太い金属線や金属棒の電池端子では、該電池端子を外部に取り出す部分の高分子−金属複合ラミネートフィルムにどうしてもシワやたるみ、隙間ができてしまう。そのため、高分子−金属複合ラミネートフィルムを熱融着して接合しても、この部分のシール性を確保するのが困難である。これに対し、金属箔の電池端子では、上記のようなシワなどの問題が起きないため、シール性を確保できることがわかったものである。電池端子に用いる金属箔を厚くしていく際に、以下に図面を用いて説明するような樹脂被覆層を形成することで、優れたシール性を確保することができるためである。図３に、高分子−金属複合ラミネートフィルム（単に、ラミネートフィルムともいう）と電池端子である金属箔のシール部分の拡大図を示す。図３（Ａ）に示すように、ラミネートフィルム２２とラミネートフィルム２２間に金属箔２１の電池端子が入る（挟み込まれる）と、金属棒のようなシワはできないまでも、金属箔２１を厚くしていくことで、その両端部にわずかな隙間、すなわちシール性が弱い部分２３ができてしまう場合がある。そこで、図３（Ｂ）に示すように、金属箔２１表面のシール部分に樹脂被覆層２４を形成し、図３（Ｃ）に示すように、ラミネートフィルム２２と金属箔２１の間に樹脂被覆層２４を挟み込んだ状態で熱融着してシールする構造をとった。この構造をとることによって金属箔を厚くしていっても十分にシール性を確保できることが実験により確認できたので、電池端子を金属箔としたものである。なお、厚さが５０μｍ程度までの金属箔の場合には、上記樹脂被覆層を設けなくとも、シール性が弱い部分ができないため、シール性を確保できることもわかった。なお、樹脂被覆層２４は、図３（Ｂ）に示すように、電池端子である金属箔２１表面に樹脂材等を被覆（コーティング）して形成してもよいし、樹脂製のフィルム等を金属箔２１表面に溶着あるいは接着するなどして形成してもよいなど、特に制限されるべきものではない。
【０００８】
そして、この外装を高分子−金属複合ラミネートフィルムで覆った扁平型（角型）の単電池（ラミネート電池）と、これに接続する別のラミネート電池の電気的な接続は、バスバーを電池端子である金属箔に溶接することで行い、直列あるいは並列接続を行った。具体的には、図２に示すように、ラミネート電池２の正極端子３である金属箔と、これに接続する別のラミネート電池２の負極端子４である金属箔が、薄板状のバスバー５で電気的に接続されている。ラミネート電池２の正極端子３の金属箔およびラミネート電池２の負極端子４の金属箔と、バスバーとの接続は、溶接部６において、例えば、超音波溶接等の溶接手段によって行うことができる。そして、電気自動車やハイブリット自動車などの車両には、電池集合体１を適当な支持体内に収納した電池接続構造体の形で搭載している。また、車両搭載時にラミネート電池に加わる外力に対して、接続された複数個のラミネート電池の振動を抑えるため、電池集電体の各ラミネート電池を電池固定部材７で挟持して固定してなるものである。
【０００９】
薄くて軽い高分子−金属複合ラミネートフィルムを外装材に利用し、電池の端子を金属箔とすることで、電池のシール性を確保し、重量が嵩む金属ケースや樹脂ケースなどの外装材を用いる場合に比して電池の軽量化を図ることができるものであった。
【００１０】
しかしながら、本発明者らは、上記した開発成果に決して満足することなく、更なる研究を重ねた結果、車載用電池に固有の克服しなければならない新たな問題が生じることがわかった。
【００１１】
すなわち、上記単電池では、電池の端子が金属箔であるため、従来の電池構造にある太い金属棒等の端子のように、車載時に外力に耐える剛性を持たせることは困難である。そのため、車両が走行するたびにバスバーが振動し、それにより生ずる負荷を長期にわたって受けることで金属疲労が生じ最終的には端子が切れてしまうという車載用電池に固有の新たな問題点を生じることがわかった。
【００１２】
この問題点を解決するために、電池端子である金属箔をより厚くし剛性を持たせることを検討したが、電池のシール性の点からは電池端子である金属箔はあまり厚くすることができず、バスバーを支える（車両が走行する際にバスバーが振動するのを抑える）だけの剛性を持たせることは困難であった。そこで、電池端子でバスバーを固定する手段以外に、バスバーを固定する手段が必要であることを見出したものである。
【００１３】
また、電池端子である金属箔に電流が流れた時にはジュール発熱により、金属箔の温度が上昇してしまい、金属箔を挟んでいる高分子−金属複合ラミネートフィルムの高分子（樹脂）部分や電極端子表面に形成した樹脂被覆層部分が融点に達してしまう理由から、端子と接する部位のシール性が低下するという問題点があった。そこで、電池端子のジュール発熱を、バスバーを介して放熱させることにより電池の端子温度上昇を抑えることが必要であることを見出したものである。
【００１４】
上記問題点に鑑み、本発明は、外装を高分子−金属複合ラミネートフィルムで被覆し、電池端子に金属箔を用いた構造の単電池を複数個用い、これらの電池端子を接続した電池集合体を支持体内に収納した電池接続構造体において、
該電池端子を接続するバスバーを固定してバスバーの振動によって端子が切れてしまうことを防止し、同時に電池端子である該金属箔に電流が流れた時に発生するジュール発熱を放熱させることにより、電池の端子温度上昇を抑えることのできる電池接続構造体を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、高分子−金属複合ラミネートフィルムで電池要素を外装した単電池を複数個用い、
前記単電池の端子を接続する接続体によって、並列および／または直列接続した電池集合体を支持体内に収納した電池接続構造体であって、
前記接続体を挟持する固定部材を、前記支持体内面と接するように設置してなることを特徴とする電池接続構造体により達成された。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、請求項ごとにその構成および効果について説明する。
【００１７】
本発明の電池接続構造体においては、接続体を挟持する固定部材を、電池集合体を収納する支持体内面と接するように設置してなることを特徴とする。
【００１８】
このような固定部材を具備することで、使用時の振動等の外部入力が発生しても接続体が振動することなく固定され、よって金属箔でできた電池端子に振動等の外部入力が伝達されることがなくなり電池端子が切れるという課題は解決されることとなる。
【００１９】
さらに、この固定部材は、電池使用時に電池端子および接続体に発生するジュール熱を支持体へと放熱する効果も併せ持っており、電池端子と接する部位の高分子−金属複合ラミネートフィルムのシール部（熱融着部）の密封性（シール性）が低下するという上述した課題を同時に解決できるものである。
【００２０】
このとき支持体および固定部材は、本目的が達成される範囲において材質を適宜選択すれば良いが、固定部材は短絡防止の観点から樹脂、熱伝導性の良いシリコーンゴムシートといった材料が好適である。ただし、固定部材のうち、接続体が電池端子と接する部位には、短絡防止の観点から上記したような樹脂やゴムを用いる必要があるが、それ以外の部位ではより熱伝導性のよい金属を用いてもよいなど、短絡防止と熱伝導性の双方を満足できる組み合わせを適宜選択することができる。
【００２１】
支持体の材質は、放熱性を良くするために金属が好適であるが、短絡防止の観点から固定部材と同じ樹脂を用いてもよい。特に、図６、９に示すように、電池端子や接続体が支持体と接触する可能性のある部分には、短絡防止の観点から固定部材と同じ樹脂を用いてもよいし、金属製の支持体の内側に別途、固定部材と同じ樹脂や熱伝導性の良いシリコーンゴムのシート材を貼り付けるなどしてもよい。
【００２２】
また、固定部材の形状に関しても、本目的が達成される範囲において適宜選択すれば良く、例えば、立方体、直方体、截頭角錐台、截頭円錐台、円柱、楕円柱などが挙げられるほか、後述する図５〜６、８〜９に示すように上下別々に分離されてなる固定部材により挟持してもよいほか、図６、９に示す断面図において、かかる固定部材が断面コの字型の上下一体化した固定部材であってもよいなど、特に制限されるべきものではない。また、接続体（バスバー）や電池端子と接する面は、図８に示すように、該接続体表面と略同じ面積を有し、支持体と接する面は、放熱性を高める観点から接続体と接する面よりも大きい面積を有するものが望ましく、截頭角錐台、截頭円錐台や断面形状がコの字型の形状が望ましい。ただし、接続体（バスバー）や電池端子と接する面は、本目的が達成されるものであれば、図５に示すように、接続体表面よりも小さい面積であってもよい。
【００２３】
また、固定部材は、支持体（電池ケース）内面と接するように設置してなるものである。詳しくは、本発明の目的を達成すべく、車両搭載時に電池の端子に加わる外力に対して、電池端子の縦方向（図６、９の断面図の上下方向）の振動により端子が切れてしまうのを抑えるため、接続体を挟持し、かつ図６、９の断面図における電池ケースの上面および下面に接するように設置すればよい。
【００２４】
さらに電池端子および電池本体の横方向（図６、９の断面図の左右方向）のズレないし移動により電池端子が湾曲したり折れ曲がったりするのを抑えるため、図６、９の断面図における電池のケースの左面と右面にそれぞれ接するように設置するのが望ましい。この場合には、併せて電池固定部材で電池の上下振動および左右のズレや移動（振動）を抑えるのが望ましい。
【００２５】
また、固定部材は、接続体を挟持するものであればよく、接続体のみを挟持するものであってもよいし、図６、９の断面図に示すように、接続体及び端子の双方を挟持するものであってもよい。
【００２６】
次に、本発明の電池接続構造体に用いる単電池は、高分子−金属複合フィルムで電池要素を外装した単電池（いわゆる、ラミネート電池）であることを特徴とする。
【００２７】
このような単電池（ラミネート電池）を用いることで電池重量を軽くすることができ車両重量を低減することができることから、ハイブリット自動車では燃費性能を向上でき、電気自動車では航続距離を伸ばすことができる。
【００２８】
図４に示すように、上記単電池２は、電池外装材の高分子−金属複合ラミネートフィルム（本明細書中、外装ラミネートフィルムとも称する）１２をその周辺部を熱融着にて接合する（図４（ａ）参照のこと）、あるいは該高分子−金属複合ラミネートフィルム１２を袋状にしたその開口部（周辺部の一部）を熱融着にて接合する（図４（ｂ）参照のこと）ことにより、電池要素（図示せず）を収納し封入（密封）している。正極端子３と負極端子４は、外装ラミネートフィルム１２のそれぞれ異なる辺（対向する辺）の熱融着部１３から取り出す構造としたが、正極端子と負極端子が外装ラミネートフィルムの同じ辺（１辺）から取り出す構造としてもよいなど、特に限定されない。
【００２９】
ここで、電池要素を外装する高分子−金属複合ラミネートフィルムとしては、特に制限されるべきものではなく、高分子フィルム間に金属フィルムを配置し全体を積層一体化してなる従来公知のものを使用することができる。具体例としては、例えば、高分子フィルムからなる外装保護層（ラミネート最外層）、金属フィルム層、高分子フィルムからなる熱融着層（ラミネート最内層）のように配置し全体を積層一体化してなるものが挙げられる。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートフィルムは、上記金属フィルムの両面に、高分子フィルムとして、まず耐熱絶縁樹脂フィルムを形成し、少なくとも片面側の耐熱絶縁樹脂フィルム上に熱融着絶縁性フィルムが積層されたものである。かかるラミネートフィルムは、適当な方法にて熱融着させることにより、熱融着絶縁性フィルム部分が融着して接合し熱融着部が形成される。
【００３０】
上記ラミネートフィルムの構成する金属フィルムとしては、アルミニウムフィルム等が例示できる。また、上記絶縁性樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテトラフタレートフィルム（耐熱絶縁性フィルム）、ナイロンフィルム（耐熱絶縁性フィルム）、ポリエチレンフィルム（熱融着絶縁性フィルム）、ポリプロピレンフィルム（熱融着絶縁性フィルム）等が例示できる。ただし、本発明の外装材は、これらに制限されるべきものではない。
【００３１】
こうしたラミネートフィルムでは、超音波溶着等により熱融着絶縁性フィルムを利用して１対ないし１枚（袋状）のラミネートフィルムの熱融着による接合を、容易かつ確実に行うことができる。なお、電池の長期信頼性を最大限高めるためには、ラミネートシートの構成要素である金属フィルム同士を直接接合してもよい。金属フィルム間にある熱融着性樹脂を除去もしくは破壊して金属フィルム同士を接合するには超音波溶着を用いることができる。
【００３２】
また、上記電池要素としては、電池の種類などにより異なるため特に制限されるべきものではなく、従来の電池要素と同様に構成される。代表的な構成としては、正極板、セパレータおよび負極板を積層または巻回した電池要素が一般的であるが、これらに制限されるべきものではない。図４（ｃ）に、図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、正極板、セパレータおよび負極板を積層し、外装のラミネートフィルムに収納した単電池の断面図を示す。
【００３３】
図４（ｃ）に示す単電池２では、外装にラミネートフィルム１２を用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、正極板１４、セパレータ１６および負極板１５を積層した発電要素を収納し密封した構成を有している。また、上記の各電極板（正極板１４及び負極板１５）と導通される正極端子（図示せず）および負極端子４が、各電極板の正極集電体（図示せず）及び負極集電体１７に超音波溶接、抵抗溶接等により取り付けられ、上記熱融着部１３に挟まれて上記の外装のラミネートフィルム１２の外部に露出される構造を有している。ただし、本発明の電池要素は、これらに何ら制限されるものではない。
【００３４】
以下、電池要素の代表的な構成例である正極板、セパレータおよび負極板につき、リチウムイオン電池、固体電解質電池またはゲル電解質電池の例を挙げて簡単に説明するが、本発明は、これらに制限されるべきものではなく、従来公知のものを適用し得るものである。
【００３５】
まず、電極には、電池の種類に応じて、適当な活物質等を用いることができる。とりわけ、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載する高エネルギー密度、高出力密度の単電池の場合、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる負極を用いることが望ましい。
【００３６】
電極以外には、セパレータとこれに染み込ませた電解液、または固体電解質若しくはゲル電解質、またはセパレータを含む固体電解質若しくはゲル電解質を用いることができる。
【００３７】
こうした発電要素を用いてなる、リチウムイオン電池、固体電解質電池またはゲル電解質電池においては、図４（ａ）、（ｂ）に示す扁平型の電池構造にすることが好ましい。これは、従来の円筒型の電池構造とする場合には、正極および負極端子を取り出す個所のシール性を高めることが困難であり、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載する高エネルギー密度、高出力密度の電池では、端子の取り出し部位のシール性の長期の信頼性を確保できないおそれがあるためである。
【００３８】
さらに、上記正極には、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉＯ_２を主材料とする正極活物質、負極には、グラファイトまたは非晶質炭素であるハードカーボンを主材料とする負極活物質を用いることが望ましいが、特に限定されない。
【００３９】
正極とは、正極活物質を有する正極集電体と該正極集電体の先端部に取り付けられた正極端子とを含めたものとする。また、正極板とは、正極集電体のうち正極活物質を有する反応部をいうものとする。
【００４０】
同様に、負極とは、負極活物質を有する負極集電体と該負極集電体の先端部に取り付けられた負極端子とを含めたものとする。負極板とは、負極集電体のうち負極活物質を有する反応部をいうものとする。
【００４１】
また負極板と導通される（電気的に接続される）負極端子と、正極板と導通される（電気的に接続される）正極端子は、いずれも単電池の構成要件の１つであって、電池要素の一部とみなしてもよいし、これと区別してもよく、特に制限されるものではない。
【００４２】
また、上記セパレータとしては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを用いることができる。なお、本発明のセパレータにおいては、その名称に拘泥されるべきものではなく、セパレータの代わりにセパレータとしての機能（役割）を有するような、固体電解質やゲル電解質を用いるものであってもよい。すなわち、固体電解質電池やゲル状電解質電池の中には、正極板の正極活物質層と負極板の負極活物質層との間に固体電解質またはゲル状電解質を配設してなる電池要素を外装ラミネートフィルムに収納し周囲を熱融着することにより封入されてなるものも含まれるためである。また、電池内部（発電要素）には電解液ないし電解質も含まれている。
【００４３】
また、請求項２に記載のように、単電池の電池端子である金属箔の厚さは、１０〜５００μｍの範囲が好適であり、特に１０〜２５０μｍの範囲がより好適である。
【００４４】
電池端子である金属箔の厚さを１０〜５００μｍとすることにより、高分子−金属複合ラミネートフィルムを熱融着して接合しても、電池端子を外部に取り出す部分のシール性を確保することができるものである。特に、１０〜５０μｍの範囲とする場合には、図３に示す樹脂被覆層を形成する必要がなく、電池端子を安価に製造できる。また、電池端子を外部に取り出す部分に樹脂被覆層がくるように位置決めを行う必要がない点でも有利である。なお、電池端子の厚さが１０μｍ未満の金属箔も存在するが、接続体を接続する際など固定部材で固定する前の不安定な状態での取り扱い時に折れ曲がったりシワになりやすく、切れるおそれもあるため取り扱いに注意が必要となる場合もある。一方、電池端子の厚さが５００μｍを越える場合には、樹脂被覆層を形成してもなお、シール不良率をゼロにすることが困難であり、歩留まりが低下するようになり、製品コストの上昇につながるおそれがある。
【００４５】
また、請求項３に記載のように、少なくとも電池端子である金属箔表面のうち、高分子−金属複合ラミネートフィルムとのシール部分に樹脂被覆層が形成されており、高分子−金属複合ラミネートフィルムと共に熱融着にて接合されていることが望ましい。電池端子である金属箔の両端部にわずかな隙間、すなわちシール性が弱い部分ができてしまう場合に、金属箔表面に樹脂被覆層を形成し、シールする構造をとることによって、金属箔を厚くしても良好なシール性を確保できることができるためである。また、電池端子表面のうち、接続体と接続する部分などは、樹脂被覆層を形成しない、あるいは接続体と接続させる際に、該樹脂被覆層を取り除いて使用する必要がある。
【００４６】
請求項４に記載のように、単電池が、正極端子と負極端子をそれぞれ異なったラミネートフィルムの１辺から外部へ取り出す構造であることが望ましい。これにより、単電池に比べ熱容量が小さい電池端子の大きさを、正極端子と負極端子をラミネートフィルムの同じ辺から外部へ取り出す場合に比して大きくすることができる。そのため、該電池端子に電流が流れた時のジュール発熱により電池端子の温度が上昇するのを抑えることができるものである。
【００４７】
次いで、電池の端子を接続する接続体は、電気抵抗による電力損失を防止する観点から銅、アルミニウムといった電気伝導性の良い材料が好適である。
【００４８】
該接続体は、端子の片面にのみ接続すればよいが、端子の両面に接続することも可能である。
【００４９】
また、接続体により接続する端子間は、単電池間の接続方式（直列接続、並列接続、直列−並列接続、並列−直列接続）により異なるものであり、正極端子と正極端子間、負極端子と負極端子間、正極端子と負極端子間、およびこれらの組み合わせが可能である。このほか、例えば、図５に示すように、複数個の単電池を直列接続する場合、単電池間の正極端子と負極端子間を順に接続するのに用いられる以外に、複数個の単電池が直列接続された両端の正極端子と負極端子にそれぞれ接続体を接続することもある。これらの接続体は、電池接続構造体全体の端子として用いることができる。そして、これらの接続体も、図６に示すように、バスバー固定部材で挟持され、バスバーからバスバー固定部材を介して電池ケースに固定されるものである。なお、図５〜６に示す直列接続の場合を例に取り説明したが、他の並列接続、直列−並列接続、並列−直列接続においても同様である。
【００５０】
また、請求項５に記載のように、接続体の幅と厚さの比が２．０〜１０．０の範囲であることを特徴とする。この範囲にあることで、電池端子に電流が流れた時に発生するジュール発熱を、バスバーからバスバー固定部材を介して支持体へと放熱する場合に、放熱性能が確保できるものである。なお、接続体の幅（Ｗ）、厚さ（Ｈ）および長さ（Ｌ）は、図５に示す通りである。
【００５１】
請求項６に記載のように、電池集合体の各単電池を固定する電池固定部材を、支持体内面と接するように設置したことが望ましい。これにより、電池集合体の各単電池が支持体内で振動したり（図６、９の断面図の上下方向）、移動する（図６、９の断面図の横方向）ことにより、電池端子を振動して切れたり、折れ曲がったりするのを防止することができるものである。
【００５２】
なお、電池固定部材は、図５、８に示すように、電池集電体の周囲を取り囲むようにして、電池集合体の各単電池を固定し、支持体と接するように設置してもよいし、図２に示すように、電池集合体の各単電池を挟持し、支持体と接するように設置してもよいし、電池集合体の各単電池の上下（図６、９の断面図の上下方向）のいずれか一方のみより、該単電池を固定し支持体と接するように設置してもよいなど、特に制限されるべきものではない。
【００５３】
該電池固定部材に関しても、バスバー固定部材と同様に、放熱性を良くするために金属が好適であるが、短絡防止の観点から樹脂、熱伝導性の良いシリコーンゴムシートといった材料を用いてもよい。
【００５４】
請求項７に記載のように、本発明の電池接続構造体を車両に搭載することにより、信頼性が高く、放熱性に優れたＥＶ、ＨＥＶが実現可能となる。
【００５５】
【実施例】
以下、この発明を図面に基づいて説明する。
【００５６】
本発明に係る電池接続構造体の第一実施の形態を説明する。図５に、第一の実施例の電池接続構造体（ただし、支持体は図示せず）の構成図を示す。
【００５７】
この実施例の電池集合体１は、単電池２の正極端子３と、これに接続する別の単電池２の負極端子４が接続体（バスバー）５で電気的に接続されている。単電池２の正極端子３および単電池２の負極端子４とバスバー５の接続は、溶接部６で超音波溶接等によって行っている。車両搭載時に単電池に加わる外力に対して、単電池２の振動を抑えるため電池固定部材７で電池集合体１の各単電池２を挟持、固定し、かつ支持体である電池ケース（図示せず）と接するように設置している。同様にバスバー固定部材８で、バスバー５を挟持、固定し、かつ電池ケース（図示せず）と接するように設置している。
【００５８】
図６に、図５のＡ−Ａ線に沿った電池接続構造体の断面図を示す。電池固定部材７とバスバー固定部材８は、電池ケース９によって押さえられている。ここで、バスバー５を挟持、固定し、電池ケース９と接するようにバスバー固定部材８を設置する方法としては、特に制限されるべきものではないが、例えば、電池ケース９を、図６の断面図で見て上面側と下面側の２つの電池ケース部材を張り合わせるものとする。各電池ケース部材の所定の位置にバスバー固定部材８を予め溶接や接着などにより固定しておく。下面側の電池ケース部材に電池固定部材７で固定された電池集合体１を載せた後、上面側の電池ケース部材を張り合わせることにより、バスバー５を挟持、固定し、電池ケース９と接するようにバスバー固定部材８を設置すると共に、バスバー５によって直列接続した電池集合体１を電池ケース９内に収納することができるものである。また、電池集合体１の各単電池２を挟持、固定し、電池ケース９と接するように電池固定部材７を設置する方法としては、特に制限されるべきものではないが、例えば、図５に示すように、複数枚の電池固定部材７を用いて、これを接着などにより張り合わせることにより、バスバー５によって直列接続した電池集合体１の各単電池２の周囲を取り囲むように固定することができるものである。
【００５９】
第一の実施例において、電池集合体１の充電または放電を行うと、内部抵抗によりジュール発熱する。単電池２および電池端子３、４は夫々ジュール発熱によって、温度上昇する。そこで、上記構造を有する電池接続構造体とすることにより、単電池２で発生したジュール熱は、電池固定部材７を介して電池ケース９へ逃がすことが可能となる。また、電池端子３、４は、単電池２に比べ熱容量が小さいことから温度上昇が大きい。そのため、電池端子３、４で発生したジュール熱は、バスバー５から電池ケース９へ逃がす必要があるが、上記構造を有する電池接続構造体とすることにより、バスバー５からバスバー固定部材８を介して電池ケース９へ逃がすことが可能となる。このように、電池端子３、４を挟持、固定するバスバー固定部材８は、電池ケース９と接するように設置することで、電池端子３、４の固定とジュール熱の放熱機能を両立できるものである。
【００６０】
このときバスバー５の表面積によって放熱特性が変化するが、バスバー５の幅をＷ、厚さをＨ、長さをＬとし（図５参照のこと）、バスバー５の長さＬを一定とする。バスバー５の重量と電気抵抗が一定でバスバー５の表面積が大きい場合、つまりバスバー５の幅Ｗと厚さＨの積が一定で、幅Ｗを大きくした場合を考えると、単電池の単位重量あたりの出力（Ｗ／ｋｇ）を落とさず放熱性能を良くすることができるが、バスバー５の占める体積が増えるので電池集合体１の体積が増えてしまう。図７にバスバーの幅／厚さ比（Ｗ／Ｈ）と端子の温度上昇、電池集合体の体積を示す。バスバーの幅と厚さの比（Ｗ／Ｈ）が大きくなるにつれて、放熱面積が増えるため端子の温度上昇が低下する。一方、バスバーの幅と厚さの比（Ｗ／Ｈ）が大きくなるにつれて、端子部分の体積が大きくなるため、電池集合体の体積が大きくなる。なお、図７の温度上昇を示す線は、電池の使用条件として１０〜５０Ａの幅で充放電を行った際の平均値を示している。端子の許容温度上昇を３０℃とすると、バスバーの幅と厚さの比が２．０以上必要となってくる。バスバーの幅と厚さの比を大きくすると電池集合体の体積が大きくなるので、自動車用の電源として電池を使用する場合には搭載性の点から小さくしたい。よって、バスバーの幅と厚さの比が２．０〜１０．０の範囲であることが望ましい。なお、端子の許容温度上昇を３０℃としたのは、電池を電気自動車やハイブリッドカーに搭載して用いる場合、電池温度が６０℃程度にまで上昇することもある。その際、電池端子では、充放電時に大電流を使うため、電池温度よりもさらに高くなることもあり、電池温度より３０℃を超える場合には、ラミネートフィルム中の樹脂や樹脂被覆層の軟化点（９０℃程度）にまで達することもあり、電池の内圧の増加により、電池端子と接する部位のシール性が損なわれるおそれがあるためである。
【００６１】
本発明に係る電池接続構造体の第二実施の形態を説明する。図８に、第二の実施例の電池接続構造体（ただし、支持体は図示せず）の構成図を示す。
【００６２】
図８に示すように、この実施例の電池集合体１は、単電池２を２枚重ね、各端子を溶接により接続することにより並列に接続している。並列接続された単電池２の正極端子３と、他の並列接続された単電池２の負極端子４がバスバー５で電気的に接続されている。並列接続された単電池２の正極端子３および並列接続された単電池２の負極端子４と、バスバー５との接続は、溶接部６で超音波溶接等によって行っている。車両搭載時に単電池に加わる外力に対して、単電池２の振動を抑えるため電池固定部材７で単電池２を挟持、固定し、かつ支持体である電池ケース（図示せず）と接するように設置している。同様に、バスバー固定部材８でバスバー５を挟持、固定し、かつ電池ケースと接するように設置している。
【００６３】
図９に、図８のＡ−Ａ線に沿った電池接続構造体の断面図を示す。単電池２を重ねて並列接続し、並列接続された単電池２を第一の実施例の単電池のように直列接続して構成したものである。この実施例は、２個の単電池を重ねたものとしたが、３個以上の単電池を重ねたものとしても良い。同様に２個の単電池を左右に並べたものとしたが、３個以上の単電池を左右に並べたものとしても良い。
【００６４】
電池固定部材７とバスバー固定部材８は、電池ケース９よって押さえられている。バスバーおよび単電池を挟持、固定し、かつ電池ケースと接するようにバスバー固定部材および電池固定部材を設置する方法は、上記第一の実施例と同様にすることができる。
【００６５】
第二の実施例においても、電池集合体１の充電または放電を行うと、内部抵抗によるジュール発熱する。電池２および電池端子３、４は夫々ジュール発熱によって、温度上昇する。そこで、上記構造を有する電池接続構造体とすることにより、単電池２で発生したジュール熱は、電池固定部材７を介して電池ケース９へ逃がすことが可能となる。また、電池端子３、４は、単電池２に比べ熱容量が小さいことから温度上昇が大きい。そのため、電池端子３、４で発生したジュール熱は、バスバー５から電池ケース９へ逃がす必要があるが、上記構造を有する電池接続構造体とすることにより、バスバー５からバスバー固定部材８を介して電池ケース９へ逃がすことが可能となる。このように、電池端子３、４を挟持、固定するバスバー固定部材８は、電池ケース９と接するように設置することで、電池端子３、４の固定とジュール熱の放熱機能を両立できるもので、上述した第一の実施例と同様の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の電池集合体を模式的に表わす概略斜視図である。
【図２】単電池を２個、直列接続してなる電池集合体の様子を模式的に表わす概略斜視図である。
【図３】高分子−金属複合ラミネートフィルムと電池端子である金属箔のシール部分の様子を模式的に表した拡大断面図であって、図３（ａ）は、ラミネートフィルム間に金属箔が入った状態を表わす図面であり、図３（ｂ）は、金属箔表面に樹脂被覆層を形成し、ラミネートフィルム間に挟む前の状態を表わす図面であり、図３（ｃ）は、金属箔表面に樹脂被覆層を形成し、ラミネートフィルム間に挟み込んでシールした状態を表わす図面である。
【図４】外装を高分子−金属複合ラミネートフィルムで覆い、端子を金属箔とし、正極および負極端子を該ラミネートフィルムの異なる２辺からそれぞれ外部に取り出した構造を有する単電池を模式的に表わす図面であって；
図４（ａ）は、ラミネートフィルムをその周辺部を熱融着にて接合することにより電池要素を収納し封入した単電池の斜視図であり、
図４（ｂ）は、ラミネートフィルムを袋状にしたその開口部を熱融着にて接合することにより、電池要素を収納し封入した単電池の斜視図であり、
図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、正極板、セパレータおよび負極板を積層し、上記ラミネートフィルムに収納した単電池の断面図である。
【図５】本発明に係る第一の実施例の電池接続構造体（ただし、支持体は図示せず）の様子を模式的に表わす概略構成図を示す。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図７】バスバーの幅／厚さ比と、端子の温度上昇及び電池集合体の体積の関係を示すグラフである。
【図８】本発明に係る第二の実施例の電池接続構造体（ただし、支持体は図示せず）の様子を模式的に表わす概略構成図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１…電池集合体、　　　　　　　　　　２…単電池、
３…正極端子、　　　　　　　　　　　４…負極端子、
５…接続体（バスバー）、　　　　　　６…溶接部、
７…電池固定部材、　　　　　　　　　８…バスバー固定部材、
９…支持体（電池ケース）、
１０…並列接続された単電池の正極端子、
１１…並列接続された単電池の負極端子、
１２…高分子−金属複合ラミネートフィルム、
１３…熱融着部、　　　　　　　　　　１４…正極板、
１５…負極板、　　　　　　　　　　　１６…セパレータ、
１７…負極集電体、　　　　　　　　　２１…薄い金属板（金属箔を含む）、
２２…高分子−金属複合ラミネートフィルム、
２３…シール性の弱い部分、　　　　　２４…樹脂（樹脂被覆層）。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery connection structure.
[0002]
[Prior art]
When the secondary battery is applied to a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, it is necessary to satisfy electric power to a motor driving the vehicle and an energy capacity required from a time for maintaining the electric power. Further, in order to efficiently extract power from the battery, it is necessary to reduce the current value and increase the voltage. Therefore, it is necessary to connect cells having a low voltage and a small capacity in series or in parallel.
[0003]
As a conventional method for connecting a unit cell and a unit cell in series or in parallel, there is a method described in JP-A-2000-182595. According to the method described in this publication, as shown in FIG. 1, a connection is made between a positive electrode terminal 3 of a cylindrical cell 2 and a negative electrode terminal 4 of another cylindrical cell 2 connected thereto. The body 5 (hereinafter, also referred to as a bus bar) is electrically connected by being attached. One in which a plurality of the unit cells are connected is referred to as a battery assembly 1. The bus bar 5 is connected to the positive terminal 3 of the unit cell 2 and the negative terminal 4 of another unit cell 2 connected thereto, and the position 6 at which the positive terminal 3 and the negative terminal 4 are in contact with the bus bar 5 is welded. You're going by. In general, the vehicle is mounted on a vehicle in a form of a battery connection structure (not shown) in which the battery assembly 1 is housed in a suitable support.
[0004]
The fixing of the battery assembly 1 against external force is performed by fixing a plurality of electrically connected cells 2 with a cell fixing member 7. The positive electrode terminal 3, the negative electrode terminal 4, and the bus bar 5 of the unit cell 2 are not fixed to the external force except for fixing the plurality of unit cells 2 with the unit cell fixing member 7. The reason why such a structure can be obtained is that thick metal wires or metal rods are used for the terminals 3 and 4 of the cell, and a thick metal plate is used for the connection body, and there is rigidity between the cells and the terminals of the cell. It is. Such a structure can be adopted for a unit cell covered with an outer material such as a rigid metal case or a resin case.
[0005]
However, in a battery current collector in which a plurality of single cells covered with an outer material such as a rigid metal case or a resin case are connected, there is a problem that the weight of the outer material increases and it is not easy to reduce the weight. Was.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, as a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the cells are lightweight and excellent in volumetric efficiency from the viewpoint of vehicle mounting, and furthermore, a plurality of such cells are connected in series and / or in parallel. The technology was successfully developed.
[0007]
As shown in FIG. 2, the cell is covered with a polymer-metal composite laminated film 2, the positive terminal 3 and the negative terminal 4 of the battery are made of metal foil, and the positive terminal 3 and the negative terminal 4 are different from each other. The structure of taking out the laminated film 2 from one side to the outside was considered. The reason why the terminals of the battery are taken out from the metal foil (here, a metal plate having a thickness of 250 μm or less in the present specification) is from the viewpoint of the sealing property of the polymer-metal composite laminate film. . That is, in the case of a battery terminal having a thick metal wire or a metal rod in a conventional battery structure, a portion of the polymer-metal composite laminate film from which the battery terminal is taken out is inevitably wrinkled, sagged, or has a gap. Therefore, even if the polymer-metal composite laminate film is bonded by heat-sealing, it is difficult to ensure the sealing property of this portion. On the other hand, it has been found that the problem of wrinkles and the like described above does not occur in the battery terminal of the metal foil, so that the sealing property can be ensured. This is because when the metal foil used for the battery terminal is made thicker, an excellent sealing property can be ensured by forming a resin coating layer as described below with reference to the drawings. FIG. 3 is an enlarged view of a sealed portion between a polymer-metal composite laminate film (also simply referred to as a laminate film) and a metal foil serving as a battery terminal. As shown in FIG. 3A, when the battery terminals of the metal foil 21 are inserted (sandwiched) between the laminated films 22, the metal foil 21 is thickened even if wrinkles such as a metal bar cannot be formed. As a result, a small gap may be formed at both end portions, that is, a portion 23 having poor sealing performance may be formed. Therefore, as shown in FIG. 3B, a resin coating layer 24 is formed on the sealing portion on the surface of the metal foil 21, and the resin coating layer 24 is formed between the laminate film 22 and the metal foil 21 as shown in FIG. A structure was adopted in which sealing was performed by heat-sealing with the layer 24 interposed therebetween. Experiments have confirmed that this structure can ensure sufficient sealing even if the metal foil is thickened, so that the battery terminal is made of metal foil. In addition, in the case of a metal foil having a thickness of up to about 50 μm, it was also found that even without the resin coating layer, a portion having weak sealability was not formed, so that sealability could be secured. The resin coating layer 24 may be formed by coating (coating) a resin material or the like on the surface of the metal foil 21 as a battery terminal, as shown in FIG. There is no particular limitation, for example, it may be formed by welding or bonding to the surface of the metal foil 21.
[0008]
A flat (square) unit cell (laminated battery) in which the exterior is covered with a polymer-metal composite laminated film and another laminated battery connected to the flat cell (laminated battery) are electrically connected to a bus bar by a battery terminal. This was performed by welding to a certain metal foil to make a series or parallel connection. Specifically, as shown in FIG. 2, a metal foil serving as the positive terminal 3 of the laminated battery 2 and a metal foil serving as the negative terminal 4 of another laminated battery 2 connected thereto are connected by a thin bus bar 5. It is electrically connected. The connection between the metal foil of the positive electrode terminal 3 of the laminated battery 2 and the metal foil of the negative electrode terminal 4 of the laminated battery 2 and the bus bar can be performed at the welding portion 6 by welding means such as ultrasonic welding. In a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, the battery assembly 1 is mounted in the form of a battery connection structure in which the battery assembly 1 is accommodated in an appropriate support. Further, in order to suppress vibration of a plurality of connected laminated batteries against an external force applied to the laminated battery when mounted on a vehicle, each laminated battery of the battery current collector is fixed by sandwiching it with a battery fixing member 7. It is.
[0009]
By using a thin and light polymer-metal composite laminate film as an exterior material and using battery foil as a metal foil, the battery sealability is ensured, and an exterior material such as a heavy metal case or resin case is used. The battery can be made lighter than in the case.
[0010]
However, the present inventors have never been satisfied with the above-mentioned development results, and as a result of further research, it has been found that a new problem inherent in an in-vehicle battery must be overcome.
[0011]
That is, in the above-mentioned unit cell, since the terminal of the battery is a metal foil, it is difficult to have rigidity to withstand an external force when mounted on a vehicle, like a terminal such as a thick metal rod in a conventional battery structure. As a result, the bus bar vibrates each time the vehicle travels, and the resulting load is subjected to the load over a long period of time, which causes a new problem inherent to in-vehicle batteries in that metal fatigue occurs and eventually the terminals are cut off. I understood.
[0012]
To solve this problem, we considered making the metal foil that is the battery terminal thicker and having rigidity.However, from the viewpoint of battery sealing, the metal foil that was the battery terminal could be made too thick. However, it was difficult to provide rigidity sufficient to support the bus bar (suppress the vibration of the bus bar when the vehicle runs). Therefore, it has been found that a means for fixing the bus bar is necessary in addition to the means for fixing the bus bar with the battery terminal.
[0013]
In addition, when an electric current flows through the metal foil serving as a battery terminal, the temperature of the metal foil rises due to Joule heat, and the polymer (resin) portion of the polymer-metal composite laminate film sandwiching the metal foil and the electrode Because the resin coating layer formed on the terminal surface reaches the melting point, there has been a problem that the sealing property at the portion in contact with the terminal is reduced. Then, it has been found that it is necessary to suppress the rise in the battery terminal temperature by radiating the Joule heat of the battery terminal through the bus bar.
[0014]
In view of the above problems, the present invention provides a battery assembly in which an exterior is coated with a polymer-metal composite laminate film, a plurality of single cells having a structure using metal foil for battery terminals, and these battery terminals are connected. In a battery connection structure in which
By fixing the bus bar connecting the battery terminals to prevent the terminals from being cut due to the vibration of the bus bar, and at the same time dissipating Joule heat generated when an electric current flows through the metal foil as a battery terminal, It is an object of the present invention to provide a battery connection structure capable of suppressing a rise in terminal temperature.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The above-mentioned object is to use a plurality of cells each having a battery element covered with a polymer-metal composite laminate film,
A battery connection structure in which a battery assembly connected in parallel and / or in series is accommodated in a support body by a connection body that connects terminals of the unit cells,
The present invention has been attained by a battery connection structure, wherein a fixing member for holding the connection body is provided so as to be in contact with the inner surface of the support body.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the configuration and the effect will be described for each claim.
[0017]
In the battery connection structure of the present invention, the fixing member for holding the connection body is provided so as to be in contact with the inner surface of the supporting body that houses the battery assembly.
[0018]
By providing such a fixing member, even if an external input such as vibration occurs during use, the connection body is fixed without vibrating, so that the external input such as vibration is transmitted to the battery terminal made of metal foil. Thus, the problem that the battery terminal is cut off will be solved.
[0019]
Further, the fixing member also has an effect of radiating Joule heat generated in the battery terminal and the connector when the battery is used to the support, and the sealing portion of the polymer-metal composite laminate film at a portion in contact with the battery terminal ( The above-mentioned problem that the sealing property (sealing property) of the heat-sealed portion is reduced can be simultaneously solved.
[0020]
At this time, the material of the support and the fixing member may be appropriately selected as long as the object is achieved. However, the fixing member is preferably made of a material such as a resin or a silicone rubber sheet having good heat conductivity from the viewpoint of preventing short circuit. . However, it is necessary to use the above-mentioned resin or rubber from the viewpoint of short-circuit prevention in a portion of the fixing member where the connection body comes into contact with the battery terminal. For example, a combination that satisfies both short-circuit prevention and thermal conductivity can be appropriately selected.
[0021]
The material of the support is preferably a metal in order to improve heat dissipation, but the same resin as the fixing member may be used from the viewpoint of preventing short circuit. In particular, as shown in FIGS. 6 and 9, the same resin as the fixing member may be used for a portion where the battery terminal and the connector may come into contact with the support from the viewpoint of short-circuit prevention, or a metal A sheet material of the same resin as the fixing member or silicone rubber having good heat conductivity may be separately attached to the inside of the support.
[0022]
Also, the shape of the fixing member may be appropriately selected within a range in which the object is achieved, and examples thereof include a cube, a rectangular parallelepiped, a truncated pyramid, a truncated cone, a cylinder, and an elliptic cylinder. 5 to 6, and 8 to 9, the fixing member may be sandwiched by upper and lower separated fixing members. In addition, in the cross-sectional views shown in FIGS. There is no particular limitation such as a vertically integrated fixing member. As shown in FIG. 8, the surface in contact with the connection body (bus bar) or the battery terminal has substantially the same area as the surface of the connection body, and the surface in contact with the support body has the same shape as the connection body from the viewpoint of increasing heat dissipation. It is desirable to have an area larger than the contact surface, and it is desirable that the truncated pyramid, the truncated cone, and the cross-sectional shape be a U-shape. However, the surface in contact with the connector (bus bar) or the battery terminal may have an area smaller than the surface of the connector as shown in FIG. 5 as long as the object is achieved.
[0023]
The fixing member is provided so as to be in contact with the inner surface of the support (battery case). More specifically, in order to achieve the object of the present invention, the terminal is cut off by vibration in the vertical direction (vertical direction in the sectional views of FIGS. 6 and 9) of the battery terminal in response to an external force applied to the terminal of the battery when mounted on a vehicle. In order to suppress this, the connection body may be sandwiched and installed so as to be in contact with the upper and lower surfaces of the battery case in the cross-sectional views of FIGS.
[0024]
Further, in order to prevent the battery terminal and the battery main body from being bent or bent due to lateral displacement (horizontal direction in the sectional views in FIGS. 6 and 9), the battery in the sectional views in FIGS. It is desirable to install the case so that it contacts the left and right sides of the case. In this case, it is desirable that the battery fixing member also suppresses vertical vibration of the battery and displacement or movement (vibration) of the battery.
[0025]
Further, the fixing member may be a member that clamps the connection body, may be a member that clamps only the connection body, or as shown in the sectional views of FIGS. It may be a pinch.
[0026]
Next, the unit cell used for the battery connection structure of the present invention is a unit cell (so-called laminated battery) in which a battery element is externally covered with a polymer-metal composite film.
[0027]
By using such a single battery (laminated battery), the weight of the battery can be reduced and the weight of the vehicle can be reduced. Therefore, fuel efficiency can be improved in a hybrid vehicle, and the cruising distance can be increased in an electric vehicle. .
[0028]
As shown in FIG. 4, in the unit cell 2, a polymer-metal composite laminate film (also referred to as an exterior laminate film in the present specification) 12 as a battery exterior material is joined at its peripheral portion by heat fusion ( (See FIG. 4 (a).) Alternatively, the opening (a part of the peripheral portion) of the polymer-metal composite laminated film 12 formed into a bag shape is joined by heat fusion (see FIG. 4 (b)). That is, the battery element (not shown) is housed and sealed (sealed). Although the positive electrode terminal 3 and the negative electrode terminal 4 are configured to be taken out from the heat-sealed portions 13 on different sides (opposite sides) of the exterior laminate film 12, the positive terminal and the negative electrode terminal are on the same side (one side) of the exterior laminate film. ) Is not particularly limited.
[0029]
Here, the polymer-metal composite laminate film for encasing the battery element is not particularly limited, and a conventionally known film in which a metal film is arranged between polymer films and the whole is laminated and integrated is used. can do. As a specific example, for example, it is arranged as an exterior protective layer (the outermost layer of the laminate) made of a polymer film, a metal film layer, and a heat-sealing layer (an innermost layer of the laminate) made of a polymer film, and the whole is laminated and integrated. What is. Specifically, the polymer-metal composite laminate film is formed by first forming a heat-resistant insulating resin film as a polymer film on both sides of the metal film, and forming a heat-fused insulating film on at least one surface of the heat-resistant insulating resin film. They are stacked. Such a laminated film is heat-sealed by an appropriate method so that the heat-sealing insulating film portions are melted and joined to form a heat-sealed portion.
[0030]
Examples of the metal film constituting the laminate film include an aluminum film. Examples of the insulating resin film include a polyethylene tetraphthalate film (heat-resistant insulating film), a nylon film (heat-resistant insulating film), a polyethylene film (heat-sealing insulating film), and a polypropylene film (heat-sealing insulating film). ) And the like. However, the exterior material of the present invention should not be limited to these.
[0031]
In such a laminated film, one to one (bag-shaped) laminated films can be easily and reliably joined by heat fusion using a heat fusion insulating film by ultrasonic welding or the like. In order to maximize the long-term reliability of the battery, metal films that are components of the laminate sheet may be directly joined to each other. Ultrasonic welding can be used to join the metal films by removing or destroying the heat-fusible resin between the metal films.
[0032]
The battery element is not particularly limited because it differs depending on the type of battery and the like, and has the same configuration as a conventional battery element. As a typical configuration, a battery element in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are laminated or wound is general, but is not limited thereto. FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4A, which is a cross-sectional view of a unit cell in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked and housed in an exterior laminate film. Show.
[0033]
In the cell 2 shown in FIG. 4C, the positive electrode plate 14, the separator 16, and the negative electrode plate 15 were laminated by using the laminate film 12 on the exterior and bonding the entire periphery thereof by heat fusion. The power generation element is housed and sealed. Further, a positive electrode terminal (not shown) and a negative electrode terminal 4 electrically connected to each of the above-mentioned electrode plates (the positive electrode plate 14 and the negative electrode plate 15) are provided with a positive electrode current collector (not shown) and a negative electrode current collector of each electrode plate. It has a structure that is attached to the body 17 by ultrasonic welding, resistance welding, or the like, and is exposed to the outside of the exterior laminate film 12 sandwiched by the heat-sealed portions 13. However, the battery element of the present invention is not limited to these.
[0034]
Hereinafter, a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate, which are typical configuration examples of the battery element, will be briefly described with reference to examples of a lithium ion battery, a solid electrolyte battery, or a gel electrolyte battery, but the present invention is not limited thereto. It is not something to be done, but a conventionally known one can be applied.
[0035]
First, an appropriate active material or the like can be used for the electrode depending on the type of the battery. In particular, in the case of a single cell having a high energy density and a high output density mounted on an electric vehicle or a hybrid vehicle, it is preferable to use a positive electrode capable of inserting and extracting lithium ions and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions.
[0036]
In addition to the electrodes, a separator and an electrolytic solution impregnated in the separator, a solid electrolyte or a gel electrolyte, or a solid electrolyte or a gel electrolyte including the separator can be used.
[0037]
In a lithium ion battery, a solid electrolyte battery, or a gel electrolyte battery using such a power generation element, it is preferable to have a flat battery structure shown in FIGS. 4A and 4B. This is because, in the case of a conventional cylindrical battery structure, it is difficult to enhance the sealing properties at the locations where the positive electrode and the negative electrode terminals are taken out, and high energy density and high output density mounted on electric vehicles and hybrid vehicles are difficult. This is because the battery may not be able to ensure long-term reliability of the sealing property of the terminal extraction portion.
[0038]
Further, the positive electrode has LiCoO ₂ , LiMn ₂ O ₄ , LiNiO ₂ It is desirable to use a negative electrode active material mainly composed of graphite or hard carbon that is amorphous carbon for the positive electrode active material mainly composed of, and the negative electrode is not particularly limited.
[0039]
The positive electrode includes a positive electrode current collector having a positive electrode active material and a positive electrode terminal attached to the tip of the positive electrode current collector. The positive electrode plate refers to a reaction part having a positive electrode active material in the positive electrode current collector.
[0040]
Similarly, the negative electrode includes a negative electrode current collector having a negative electrode active material and a negative electrode terminal attached to a tip portion of the negative electrode current collector. The negative electrode plate refers to a reaction part having a negative electrode active material in a negative electrode current collector.
[0041]
In addition, the negative electrode terminal electrically connected (electrically connected) to the negative electrode plate and the positive electrode terminal electrically conductive (electrically connected) to the positive electrode plate are both components of the unit cell. , May be regarded as a part of the battery element or may be distinguished therefrom, and is not particularly limited.
[0042]
The separator is not particularly limited, and a conventionally known separator can be used. It should be noted that the separator of the present invention is not limited to its name, and may use a solid electrolyte or a gel electrolyte having a function (role) as a separator instead of the separator. That is, in a solid electrolyte battery or a gel electrolyte battery, a battery element formed by disposing a solid electrolyte or a gel electrolyte between a positive electrode active material layer of a positive electrode plate and a negative electrode active material layer of a negative electrode plate is packaged. The reason for this is that it also includes those which are housed in a laminate film and sealed by heat sealing the periphery. Further, the inside of the battery (power generation element) also contains an electrolytic solution or an electrolyte.
[0043]
Further, as described in claim 2, the thickness of the metal foil as the battery terminal of the unit cell is preferably in the range of 10 to 500 μm, and more preferably in the range of 10 to 250 μm.
[0044]
By setting the thickness of the metal foil serving as the battery terminal to 10 to 500 μm, even if the polymer-metal composite laminate film is bonded by heat fusion, the sealing property of the portion where the battery terminal is taken out is ensured. Can be done. In particular, when the thickness is in the range of 10 to 50 μm, it is not necessary to form the resin coating layer shown in FIG. 3, and the battery terminal can be manufactured at low cost. It is also advantageous in that it is not necessary to perform positioning so that the resin coating layer comes to the portion where the battery terminal is taken out. In addition, there is a metal foil having a thickness of less than 10 μm of the battery terminal, but it is likely to bend or wrinkle when handling in an unstable state before being fixed by a fixing member such as when connecting a connecting body, and there is a possibility that the battery is cut. Therefore, care may be required for handling. On the other hand, when the thickness of the battery terminal exceeds 500 μm, it is difficult to reduce the defective sealing rate to zero even after the resin coating layer is formed, the yield decreases, and the product cost increases. May lead to
[0045]
Further, as set forth in claim 3, a resin coating layer is formed on at least a portion of the metal foil surface which is a battery terminal and a seal portion with the polymer-metal composite laminate film, and the polymer-metal composite laminate film is formed. It is desirable that they are joined together by heat fusion. When a small gap is formed at both ends of the metal foil which is a battery terminal, that is, when a portion having weak sealing property is formed, a resin coating layer is formed on the surface of the metal foil and a structure for sealing is used, so that the metal foil is thickened. This is because good sealing properties can be ensured even if the above-mentioned conditions are satisfied. In addition, a portion of the battery terminal surface that is connected to the connection body or the like does not have a resin coating layer formed thereon, or it is necessary to remove the resin coating layer when connecting to the connection body before use.
[0046]
As described in claim 4, it is preferable that the unit cell has a structure in which a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are respectively taken out from one side of a different laminated film. Thereby, the size of the battery terminal having a smaller heat capacity than that of the unit cell can be made larger than when the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are taken out from the same side of the laminate film to the outside. Therefore, an increase in the temperature of the battery terminal due to Joule heat generated when a current flows through the battery terminal can be suppressed.
[0047]
Next, the connection body for connecting the terminals of the battery is preferably made of a material having good electric conductivity, such as copper or aluminum, from the viewpoint of preventing power loss due to electric resistance.
[0048]
The connecting body may be connected to only one side of the terminal, but may be connected to both sides of the terminal.
[0049]
Further, the terminals connected by the connection body differ depending on the connection method between the cells (series connection, parallel connection, series-parallel connection, parallel-series connection). Possible between the negative electrode terminals, between the positive electrode terminals and the negative electrode terminals, and combinations thereof. In addition, for example, as shown in FIG. 5, when a plurality of unit cells are connected in series, a plurality of unit cells are used in addition to being used to sequentially connect the positive terminal and the negative terminal between the unit cells. A connector may be connected to each of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal at both ends connected in series. These connectors can be used as terminals of the entire battery connection structure. As shown in FIG. 6, these connectors are also sandwiched by bus bar fixing members, and are fixed to the battery case from the bus bars via the bus bar fixing members. Although the case of the series connection shown in FIGS. 5 and 6 has been described as an example, the same applies to other parallel connection, series-parallel connection, and parallel-series connection.
[0050]
According to a fifth aspect of the present invention, the ratio of the width to the thickness of the connector is in the range of 2.0 to 10.0. By being in this range, heat radiation performance can be ensured when Joule heat generated when a current flows to the battery terminal is radiated from the bus bar to the support via the bus bar fixing member. The width (W), thickness (H), and length (L) of the connection body are as shown in FIG.
[0051]
As described in claim 6, it is preferable that the battery fixing member for fixing each unit cell of the battery assembly is installed so as to be in contact with the inner surface of the support. As a result, each cell of the battery assembly vibrates (vertically in the cross-sectional views of FIGS. 6 and 9) or moves (horizontally in the cross-sectional views of FIGS. 6 and 9) in the support, thereby connecting the battery terminals. It can be prevented from being cut or bent by vibration.
[0052]
In addition, as shown in FIGS. 5 and 8, the battery fixing member may be provided so as to surround the periphery of the battery current collector, fix each unit cell of the battery assembly, and come into contact with the support. Then, as shown in FIG. 2, each cell of the battery assembly may be sandwiched and installed so as to be in contact with the support, or the upper and lower portions of each cell of the battery assembly (the cross-sectional views of FIGS. 6 and 9). There is no particular limitation, such as that the unit cell may be fixed and installed so as to be in contact with the support from only one of the above (up and down directions).
[0053]
Similarly to the busbar fixing member, the battery fixing member is preferably made of metal to improve heat dissipation, but may be made of a material such as a resin or a silicone rubber sheet having good heat conductivity from the viewpoint of preventing short circuit. .
[0054]
By mounting the battery connection structure of the present invention on a vehicle, an EV and an HEV having high reliability and excellent heat dissipation can be realized.
[0055]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
[0056]
A first embodiment of the battery connection structure according to the present invention will be described. FIG. 5 shows a configuration diagram of the battery connection structure (the support is not shown) of the first embodiment.
[0057]
In the battery assembly 1 of this embodiment, a positive electrode terminal 3 of a unit cell 2 and a negative electrode terminal 4 of another unit cell 2 connected thereto are electrically connected by a connecting body (bus bar) 5. The connection between the positive electrode terminal 3 of the unit cell 2 and the negative electrode terminal 4 of the unit cell 2 and the bus bar 5 is performed by ultrasonic welding or the like at the welding portion 6. In order to suppress vibration of the cells 2 against external force applied to the cells when mounted on a vehicle, each cell 2 of the battery assembly 1 is sandwiched and fixed by a battery fixing member 7 and a battery case (shown in FIG. Zu). Similarly, the bus bar 5 is sandwiched and fixed by the bus bar fixing member 8 and is installed so as to be in contact with a battery case (not shown).
[0058]
FIG. 6 is a sectional view of the battery connection structure taken along the line AA in FIG. The battery fixing member 7 and the bus bar fixing member 8 are held by a battery case 9. Here, the method for sandwiching and fixing the bus bar 5 and installing the bus bar fixing member 8 so as to be in contact with the battery case 9 is not particularly limited. Assume that two battery case members on the upper surface side and the lower surface side are bonded together as viewed in the drawing. The bus bar fixing member 8 is fixed to a predetermined position of each battery case member in advance by welding or bonding. After the battery assembly 1 fixed by the battery fixing member 7 is mounted on the battery case member on the lower surface side, the bus bar 5 is sandwiched and fixed by attaching the battery case member on the upper surface side so as to be in contact with the battery case 9. The battery assembly 1 connected in series by the bus bar 5 can be accommodated in the battery case 9 while the bus bar fixing member 8 is installed in the battery case 9. The method for sandwiching and fixing each cell 2 of the battery assembly 1 and installing the battery fixing member 7 so as to be in contact with the battery case 9 is not particularly limited. As shown, by using a plurality of battery fixing members 7 and bonding them together by bonding or the like, the battery assembly 1 connected in series by the bus bar 5 can be fixed so as to surround each cell 2 of the battery assembly 1. You can do it.
[0059]
In the first embodiment, when the battery assembly 1 is charged or discharged, Joule heat is generated due to the internal resistance. The temperature of the cell 2 and the battery terminals 3 and 4 is increased by Joule heat. Therefore, by using the battery connection structure having the above structure, Joule heat generated in the cell 2 can be released to the battery case 9 via the battery fixing member 7. Further, the battery terminals 3 and 4 have a large temperature rise because they have a smaller heat capacity than the cell 2. Therefore, the Joule heat generated at the battery terminals 3 and 4 needs to be released from the bus bar 5 to the battery case 9. However, by using the battery connection structure having the above structure, the Joule heat is generated from the bus bar 5 via the bus bar fixing member 8. It is possible to escape to the battery case 9. In this manner, the bus bar fixing member 8 for sandwiching and fixing the battery terminals 3 and 4 is provided so as to be in contact with the battery case 9 so that both the fixing of the battery terminals 3 and 4 and the function of radiating Joule heat can be achieved. is there.
[0060]
At this time, the heat radiation characteristics vary depending on the surface area of the bus bar 5, but the width of the bus bar 5, the thickness H, and the length L are set (see FIG. 5), and the length L of the bus bar 5 is fixed. Considering the case where the weight and the electric resistance of the bus bar 5 are constant and the surface area of the bus bar 5 is large, that is, the product of the width W and the thickness H of the bus bar 5 is constant and the width W is increased, Although the heat radiation performance can be improved without lowering the output (W / kg), the volume of the battery assembly 1 increases because the volume occupied by the bus bar 5 increases. FIG. 7 shows the width / thickness ratio (W / H) of the bus bar, the temperature rise of the terminals, and the volume of the battery assembly. As the width-to-thickness ratio (W / H) of the bus bar increases, the heat radiation area increases, and the temperature rise of the terminal decreases. On the other hand, as the ratio of the width to the thickness of the bus bar (W / H) increases, the volume of the terminal portion increases, so that the volume of the battery assembly increases. The line indicating the temperature rise in FIG. 7 indicates the average value when charging / discharging was performed in a range of 10 to 50 A as the operating condition of the battery. Assuming that the allowable temperature rise of the terminal is 30 ° C., the ratio of the width to the thickness of the bus bar needs to be 2.0 or more. When the ratio of the width to the thickness of the bus bar is increased, the volume of the battery assembly is increased. Therefore, when a battery is used as a power source for an automobile, it is desirable to reduce the size in terms of mountability. Therefore, it is desirable that the ratio of the width to the thickness of the busbar is in the range of 2.0 to 10.0. The reason why the allowable temperature rise of the terminal is set to 30 ° C. is that when the battery is mounted on an electric vehicle or a hybrid car, the temperature of the battery may rise to about 60 ° C. in some cases. At that time, since the battery terminal uses a large current during charging and discharging, the temperature may be higher than the battery temperature. If the battery temperature exceeds 30 ° C., the softening point of the resin or the resin coating layer in the laminate film is increased. (About 90 ° C.), and an increase in the internal pressure of the battery may impair the sealing property of a portion in contact with the battery terminal.
[0061]
A second embodiment of the battery connection structure according to the present invention will be described. FIG. 8 shows a configuration diagram of a battery connection structure (a support is not shown) of the second embodiment.
[0062]
As shown in FIG. 8, in the battery assembly 1 of this embodiment, two unit cells 2 are stacked, and each terminal is connected in parallel by welding. The positive terminal 3 of the unit cell 2 connected in parallel and the negative terminal 4 of another unit cell 2 connected in parallel are electrically connected by a bus bar 5. The connection between the positive terminal 3 of the unit cells 2 connected in parallel and the negative terminal 4 of the unit cells 2 connected in parallel, and the bus bar 5 is performed by welding at the welding part 6 by ultrasonic welding or the like. In order to suppress the vibration of the unit cell 2 against external force applied to the unit cell when mounted on the vehicle, the unit cell 2 is sandwiched and fixed by the cell fixing member 7 so as to be in contact with a battery case (not shown) as a support. Has been installed. Similarly, the bus bar 5 is sandwiched and fixed by the bus bar fixing member 8 and is installed so as to be in contact with the battery case.
[0063]
FIG. 9 shows a cross-sectional view of the battery connection structure taken along line AA of FIG. The unit cells 2 are stacked and connected in parallel, and the unit cells 2 connected in parallel are connected in series like the unit cells of the first embodiment. In this embodiment, two unit cells are stacked, but three or more unit cells may be stacked. Similarly, two unit cells are arranged left and right, but three or more unit cells may be arranged right and left.
[0064]
The battery fixing member 7 and the bus bar fixing member 8 are pressed by a battery case 9. The method of sandwiching and fixing the bus bar and the unit cell and installing the bus bar fixing member and the battery fixing member so as to be in contact with the battery case can be the same as in the first embodiment.
[0065]
Also in the second embodiment, when the battery assembly 1 is charged or discharged, Joule heat is generated due to the internal resistance. The temperature of the battery 2 and the battery terminals 3 and 4 is increased by Joule heat. Therefore, by using the battery connection structure having the above structure, Joule heat generated in the cell 2 can be released to the battery case 9 via the battery fixing member 7. Further, the battery terminals 3 and 4 have a large temperature rise because they have a smaller heat capacity than the cell 2. Therefore, the Joule heat generated at the battery terminals 3 and 4 needs to be released from the bus bar 5 to the battery case 9. However, by using the battery connection structure having the above structure, the Joule heat is generated from the bus bar 5 via the bus bar fixing member 8. It is possible to escape to the battery case 9. In this manner, the bus bar fixing member 8 for sandwiching and fixing the battery terminals 3 and 4 is provided so as to be in contact with the battery case 9 so that both the fixing of the battery terminals 3 and 4 and the function of radiating Joule heat can be achieved. This has the same effect as the first embodiment described above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view schematically showing a conventional battery assembly.
FIG. 2 is a schematic perspective view schematically illustrating a state of a battery assembly formed by connecting two unit cells in series.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a state of a sealing portion between a polymer-metal composite laminate film and a metal foil as a battery terminal. FIG. FIG. 3 (b) is a view showing a state in which a resin coating layer is formed on the surface of a metal foil and before being sandwiched between laminate films, and FIG. It is a figure showing the state where the resin coating layer was formed on the surface, sandwiched between the laminated films and sealed.
FIG. 4 schematically shows a unit cell having a structure in which an exterior is covered with a polymer-metal composite laminate film, terminals are metal foils, and positive and negative terminals are respectively taken out from two different sides of the laminate film. A drawing;
FIG. 4A is a perspective view of a unit cell in which a battery element is housed and sealed by joining a laminate film by heat sealing at a peripheral portion thereof.
FIG. 4 (b) is a perspective view of a unit cell in which the battery element is housed and sealed by joining the openings of the bag-like laminated film by heat fusion,
FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 4A, and is a cross-sectional view of a unit cell in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked and stored in the laminate film. .
FIG. 5 is a schematic configuration diagram schematically showing a state of a battery connection structure (a support is not shown) of the first embodiment according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view taken along line AA of FIG. 5;
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a width / thickness ratio of a bus bar, a temperature rise of a terminal, and a volume of a battery assembly.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram schematically showing a state of a battery connection structure (a support is not shown) of a second embodiment according to the present invention.
FIG. 9 is a sectional view taken along line AA of FIG. 8;
[Explanation of symbols]
1 ... battery assembly, 2 ... cell,
3 ... Positive terminal, 4 ... Negative terminal,
5 ... Connected body (bus bar) 6 ... Welded part
7 ... battery fixing member, 8 ... busbar fixing member,
9 ... Support (battery case),
10. Positive terminal of unit cell connected in parallel,
11 ... negative electrode terminals of unit cells connected in parallel,
12 ... Polymer-metal composite laminate film,
13: heat-sealed part, 14: positive electrode plate,
15: negative electrode plate, 16: separator,
17: negative electrode current collector, 21: thin metal plate (including metal foil),
22 ... polymer-metal composite laminate film,
23: a portion having weak sealing properties; 24: a resin (resin coating layer).

Claims

Using a plurality of single cells with battery elements packaged with a polymer-metal composite laminate film,
A battery connection structure in which a battery assembly connected in parallel and / or series by a connection body that connects terminals of the unit cells is housed in a support,
A battery connection structure, wherein a fixing member for holding the connection body is provided so as to be in contact with the inner surface of the support.

The battery connection structure according to claim 1, wherein the thickness of the battery terminal is in a range of 10 to 500 m.

3. The battery connection according to claim 1, wherein a resin coating layer is formed on at least a portion of the battery terminal surface that is sealed with the laminate film, and the resin coating layer is joined to the laminate film by heat fusion. 4. Structure.

The battery connection structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the unit cell are configured to be taken out from different sides of the laminated film to the outside.

The battery connection structure according to any one of claims 1 to 4, wherein a ratio of a width to a thickness of the connection body is in a range of 2.0 to 10.0.

The battery connection structure according to any one of claims 1 to 5, wherein a battery fixing member for fixing each unit cell of the battery assembly is provided so as to be in contact with the inner surface of the support.

A vehicle equipped with the battery connection structure according to claim 1.