JP2004031193A

JP2004031193A - 組電池

Info

Publication number: JP2004031193A
Application number: JP2002187440A
Authority: JP
Inventors: Shinya Ogata; 緒方　慎也
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】組電池の部品点数削減と軽量化を図る。
【解決手段】積層された複数の薄型電池１０−１〜１０−１６を複数のバスバー２０〜２６で並列接続する。複数のバスバー２０〜２６により並直列接続された複数個の薄型電池１０の積層体は筐体３０に収容される。並列電池のうち最大電池電圧を出力する並列電池１０Ｈ−３のバスバー２６には突設部２６ａが設けられ、その上部に正極端子４１が形成される。また、最小電池電圧を出力する並列電池１０Ｈ−１のバスバー２０には突設部２０ａが設けられ、その上部に負極端子４２が形成される。正負極端子４１および４２はそれぞれ蓋３２の開口３２ａを貫通して外部に露出する。開口３２ａと突設部２０ａとの間の隙間にはシール材３３が充填される。
【選択図】図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状薄型電池を積層してなる組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラミネート電池（以下、セル若しくは薄型電池とも呼ぶ）の両端からシート状の正極端子および負極端子が引き出される両端子型セルとしては、特開平９−２５９８５９号公報に開示されている薄型電池が知られている。これらのセルを用いて高電圧、高容量な電池を得るためには、複数セルを直列接続や並列接続して組電池とする必要がある。例えば、上述した特開平９−２５９８５９号公報には、複数の薄型電池を積層して並列接続する例や、複数の薄型電池を端子の伸延方向に直列接続する例が記載されている。
【０００３】
上述したように組電池は、複数の薄型電池を電気的に接続する複数のバスバーと、バスバーにより電気的に直並列接続された薄型電池を収容する筐体と、筐体の外面に固定された正極端子および負極端子とを有する。正極端子は最大電圧を出力する薄型電池に接続され、負極端子は最小電圧を出力する薄型電池に接続される。これら正負極端子にモータなどの負荷がケーブルにより接続される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような組電池では、正負極端子はバスバーとは別部材として形成されるので部品点数および重量が増加する要因となっている。
【０００５】
本発明は、バスバーと正負極端子を一体化して部品点数を削減し、かつ軽量化を図ることができる薄型電池を積層した組電池を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による組電池は、積層された複数の薄型電池と、積層された複数の薄型電池を直並列接続する複数のバスバーと、複数のバスバーにより並直列接続された複数個の薄型電池を収容する筐体と、筐体の外部に設けられ、正極端子および負極端子とを有する。そして、組電池の最大電圧を出力する電池が接続されるバスバーに正極端子を一体に形成するとともに、最小電圧を出力する電池が接続されるバスバーに負極端子を一体に形成することを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、バスバーと正負極端子を一体化したので、部品点数を削減し、かつ軽量化を図ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図９を参照して、本発明による組電池の一実施の形態を説明する。
この実施の形態では、電気自動車やハイブリッド車両の二次電池として薄型電池であるラミネート電池を使用した組電池について説明する。
【０００９】
ラミネート電池１０について図１〜３に基づいて詳細に説明する。ラミネート電池１０はシート状リチウムイオン二次電池である。可撓性の袋状外装材１００は上側外装材１００Ｕと下側外装材１００Ｌをフランジ部１０３で熱溶着して密閉容器とされている。袋状外装材１００の内部には、内部電極対１０１および電解液１０２が真空密封状態で収容されている。内部電極対１０１はシート状の正電極１０１ａおよび負電極１０１ｂを備えている。
【００１０】
図３（ｂ）に示すように、電極１０１ａは、アルミ箔の正極集電体（正極箔）１０４の両面に正極活物質１０４ａを積層したものである。一方、負電極１０１ｂは銅箔の負極集電体（負極箔）１０５の両面に負極活物質１０５ａを積層したものである。正電極１０１ａと負電極１０１ｂとは、セパレータ１０１ｃを介して交互に積層されている。これら積層体が上述した内部電極対１０１を構成する。
【００１１】
図３（ａ）に示すように、負電極１０１ｂの負極箔１０５はそれぞれ負極タブ１１ｃに連結されている。負極タブ１１ｃは、袋状外装材１００のヒートシール部１０３（図２参照）を気密に貫通するとともに、ヒートシール部１０３に固着される。なお、図示していないが、正極タブ１１ｂも負極タブ１１ｃと同様となっており、正極タブ１１ｂには正電極１０１ａの正極箔１０４がそれぞれ連結されている。
【００１２】
袋状外装材１００は、内面層１００ａ、中間層１００ｂおよび外面層１００ｃの三層構造のラミネートフィルムで形成されている。内面層１００ａには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどの耐電解液性およびヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂が使用される。中間層１００ｂには、アルミ箔やステンレス箔等の可撓性および強度に優れた金属箔が使用される。外面層１００ｃには、ポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂が使用される。
【００１３】
次いで、このようなラミネート電池１０を用いた組電池について説明する。図４はラミネート電池を並直列接続して構成した組電池の内部構成を示す図５のＩＶ−ＩＶ断面図、図５は図４の上面図、図６は図４のＶＩ−ＶＩ断面図、図７は組電池の内部構成を示す概略斜視図、図８（ａ），（ｂ）は積層されたラミネート電池の概略斜視図、図８（ｃ），（ｄ）は並列電池を説明する図、図９（ａ）〜（ｄ）は正負極端子を示すそれぞれ平面図、正面図、底面図、側面図である。
【００１４】
図に示すように、この組電池は、積層された複数の薄型電池１０−１〜１０−１６（以下、総称して符号１０で示す場合もある）と、複数の薄型電池１０を直並列接続するバスバー２０〜２６と、複数個の薄型電池１０を収容する筐体（電槽）３０と、バスバー２０の凸部２０ａに設けられた負極端子４２と、バスバー２６の凸部２６ａに設けられた正極端子４１とを有する。
【００１５】
筐体３０の内部には横４列、上下４段、計１６個のラミネート電池１０−１〜１０−１６が収容されている。図７および図８（ａ），（ｂ）に示すように、第１電池列１０Ａでは４つの電池１０−１〜１０−４が、第２電池列１０Ｂでは４つの電池１０−５〜１０−８が、第３電池列１０Ｃでは４つの電池１０−９〜１０−１２が、第４電池列１０Ｄでは、４つの電池１０−１３〜１０−１６が厚み方向に積層されている。横４列とは、第１電池列１０Ａ，第２電池列１０Ｂ，第３電池列１０Ｃ，第４電池列１０Ｄである。
【００１６】
図５に示すように、第１電池列１０Ａおよび第２電池列１０Ｂでは、正極タブ１１ｂが図５において上側になるように電池１０−１〜１０−４と電池１０−５〜１０−８を配置する。第３電池列１０Ｃおよび第４電池列１０Ｄでは、正極タブ１１ｂが図５において下側になるように電池１０−９〜１０−１２と電池１０−１３〜１０−１６を配置する。すなわち、電池の正負極のタブ１１ｂと１１ｃの方向は各列ごとにすべての段で同じ向きである。このように正負極タブ１１ｂ，１１ｃの向きを揃えるため、奇数段と偶数段では電池の表裏を逆にして重ね合わせて積層している。
【００１７】
積層されたラミネート電池１０の正極タブ１１ｂと負極タブ１１ｃの間にはそれぞれバスバー２０〜２６が介在され、１６個の電池を直並列接続している。図４、図６、図７および図８（ａ）〜（ｄ）を参照してバスバー２０〜２６による直並列接続を説明する。
【００１８】
−第１および第２電池列１０Ａ，１０Ｂ−
図４および図８（ａ），（ｃ）を参照して説明する。第１電池列１０Ａの第１段目の電池１０−１と第２段目の電池１０−２の負極タブ１１ｃの間、第２電池列１０Ｂの第１段目の電池１０−５と第２段目の電池１０−６の負極タブ１１ｃの間にはバスバー２０が介在している。それぞれのタブ１１ｃはバスバー２０に溶接されている。バスバー２０の中央部には突設部２０ａが設けられ、これが負極端子４２として利用される。
【００１９】
図６および図８（ａ）を参照して説明する。第１電池列１０Ａの第１段目の電池１０−１と第２段目の電池１０−２の正極タブ１１ｂの間、第２電池列１０Ｂの第１段目の電池１０−５と第２段目の電池１０−６の正極タブ１１ｂの間にはバスバー２１が介在している。それぞれのタブ１１ｂはバスバー２１に溶接されている。
【００２０】
図８（ｃ）に示すように、バスバー２１および２０により、第１電池列１０Ａの電池１０−１と１０−２および第２電池列１０Ｂの電池１０−５と１０−６を並列接続することにより並列電池１０Ｈ−１が形成される。
【００２１】
図６および図８（ａ）を参照して説明する。第１電池列１０Ａの第３段目の電池１０−３と第４段目の電池１０−４の正極タブ１１ｂの間、第２電池列１０Ｂの第３段目の電池１０−７と第４段目の電池１０−８の正極タブ１１ｂの間にはバスバー２２が介在している。それぞれのタブ１１ｂはバスバー２２に溶接されている。バスバー２２は中央部に凸部２２ａが形成され、この凸部２２ａが上段のバスバー２１と接続されている。
【００２２】
図４および図８（ａ）を参照して説明する。第１電池列１０Ａの第３段目の電池１０−３と第４段目の電池１０−４の負極タブ１１ｃの間、第２電池列１０Ｂの第３段目の電池１０−７と第２段目の電池１０−８の負極タブ１１ｃの間にはバスバー２３が介在している。それぞれのタブ１１ｃはバスバー２３に溶接されている。
【００２３】
図８（ｃ）に示すように、バスバー２２および２３により、第１電池列１０Ａの電池１０−３と１０−４および第２電池列１０Ｂの電池１０−７と１０−８を並列接続することにより並列電池１０Ｈ−２が形成される。また、バスバー２２の突設部２２ａにより、並列電池１０Ｈ−１と並列電池１０Ｈ−２が直列接続される。並列電池１０Ｈ−１から取り出される電圧は組電池の最小電圧である。
【００２４】
−第３および第４電池列１０Ｃ，１０Ｄ−
図４および図８図（ｂ），（ｄ）を参照して説明する。第３電池列１０Ｃの第１段目の電池１０−９と第２段目の電池１０−１０の正極タブ１１ｂの間、第４電池列１０Ｄの第１段目の電池１０−１３と第２段目の電池１０−１４の正極タブ１１ｂの間にはバスバー２６が介在している。それぞれのタブ１１ｂはバスバー２６に溶接されている。バスバー２６の中央部には突設部２６ａが設けられ、これが正極端子４１として利用される。
【００２５】
図６および図８（ｂ）を参照して説明する。第３電池列１０Ｃの第１段目の電池１０−９と第２段目の電池１０−１０の負極タブ１１ｃの間、第４電池列１０Ｄの第１段目の電池１０−１３と第２段目の電池１０−１４の負極タブ１１ｃの間にはバスバー２５が介在している。それぞれのタブ１１ｃはバスバー２５に溶接されている。
【００２６】
図８（ｄ）に示すように、バスバー２５および２６により、第３電池列１０Ｃの電池１０−９と１０−１０および第４電池列１０Ｄの電池１０−１３と１０−１４を並列接続することにより並列電池１０Ｈ−３が形成される。
【００２７】
図６および図８（ｂ）を参照して説明する。第３電池列１０Ｃの第３段目の電池１０−１１と第４段目の電池１０−１２の負極タブ１１ｃの間、第４電池列１０Ｄの第３段目の電池１０−１５と第４段目の電池１０−１６の負極タブ１１ｃの間にはバスバー２４が介在している。それぞれのタブ１１ｃはバスバー２４に溶接されている。バスバー２４は中央部に凸部２４ａが形成され、この凸部２４ａが上段のバスバー２５と接続されている。
【００２８】
図４および図８（ｂ）を参照して説明する。第３電池列１０Ｃの第３段目の電池１０−１１と第４段目の電池１０−１２の正極タブ１１ｂの間、第４電池列１０Ｄの第３段目の電池１０−１５と第４段目の電池１０−１６の正極タブ１１ｂの間にはバスバー２３が介在している。それぞれのタブ１１ｂはバスバー２３に溶接されている。
【００２９】
図８（ｄ）に示すように、バスバー２４および２３により、第３電池列１０Ｃの電池１０−１１と１０−１２および第４電池列１０Ｄの電池１０−１５と１０−１６を並列接続することにより並列電池１０Ｈ−４が形成される。また、バスバー２４の突設部２４ａにより、並列電池１０Ｈ−３と並列電池１０Ｈ−４が直列接続される。並列電池１０Ｈ−３から取り出される電圧は組電池の最大電圧である。
【００３０】
図９（ａ）〜（ｄ）は、バスバー２０と２６にそれぞれ設けられた正負極端子４１および４２を説明する図である。バスバー２０と２６は素材が異なるだけで同一形状、同一寸法であり、バスバー２０について説明する。
【００３１】
バスバー２０の中央部を（ｂ）に示すように折り曲げることにより突設部２０ａが形成され、その上面にねじ孔４２ａが設けられている。突設部２０ａには、電池筐体３０の蓋３２に形成された開口３２ａに挿入される樹脂製の栓体２０ｂが、バスバー２０と一体成形されている。栓体２０ｂは、栓本体２１とフランジ２２とを有する。栓本体２１の大きさは開口３２ａよりも一回り小さく、フランジ２２は開口３２ａよりも一回り大きい。
【００３２】
図４に示すように、図７のように積層されて組み立てられた電池積層体を筐体３０内に設置するとき、バスバー２０の突設部２０ａが蓋３２の開口３２ａから突出する。開口３２ａには栓体２０ｂが挿入され、フランジ２２と蓋３２内面との間に弾性体であるシール材３３が充填される。バスバー２６も同様である。
【００３３】
このようにして組み立てられる組電池では次のような効果を奏することができる。
（１）バスバー２０および２６に正負極端子４１および４２をそれぞれ一体に設けるようにした。したがって、部品点数が削減され、軽量化が図れる。
（２）バスバー２０の突設部２０ａに筐体蓋３２の開口３２ａを塞ぐ栓体２０ｂを一体に成形し、開口３２ａと栓体２０ｂとの間には弾性体であるシール材３３を充填した。バスバー２６の正極端子４１のついても同様である。したがって、複数の電池を積層して組み付ける時に、端子位置と開口３２ａの位置との相対位置関係がバラツイても、シール材３３の変形により吸収することができる。
（３）その結果、従来のように筐体に正負極端子を固定した場合には不可欠であった、筐体内の電池組立体の入出力端子タブと固定端子との間に弾性変形する中間体を設ける必要がなく、部品点数の削減、軽量化、コスト低減が可能となる。
【００３４】
本発明は上述したシート状のラミネート電池に限らず両端子型のセルであれば角形セルなどにも適用することができる。電池の数量や直並列接続の方式も以上の説明に限定されない。すなわち、本発明は、電池最大電圧を示す単電池のバスバーに正極端子を一体に設け、電池最小電圧を示す単電池のバスバーに負極端子を一体に設けることが特徴であり、このような特徴的な機能を発揮できるものであれば、どのような構成を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組電池の一実施の形態によるラミネート電池を示す上面図
【図２】図１の側面図
【図３】（ａ）は図２の符号ＩＩＩで示す部分の拡大断面図、（ｂ）はさらにその部分拡大図
【図４】複数のラミネート電池による組電池の内部構成図であり、図５のＩＶ−ＩＶ断面図
【図５】図４の組電池の上面図
【図６】図５の組電池のＶＩ−ＶＩ断面図
【図７】図４〜図６に示した組電池の内部構成を示す斜視図
【図８】（ａ），（ｂ）は複数のラミネート電池の接続状態を説明する斜視図、（ｃ），（ｄ）は直並列接続を説明する図
【図９】バスバーと一体の負極端子を説明する図であり、（ａ）〜（ｄ）は負極端子を示すそれぞれ平面図、正面図、底面図、側面図である。
【符号の説明】
１０，１０−１〜１０−１６：ラミネート電池
１１ｂ：正極端子
１１ｃ：負極端子
２０〜２６：バスバー
２０ｂ：栓体
３０：筐体
３１：基体
３２：蓋
３２ａ：開口
４１：正極端子
４２：負極端子
１０１：内部電極対
１０１ａ：正電極
１０１ｂ：負電極
１０１ｃ：セパレータ
１０４：正極箔
１０４ａ：正極活物質
１０５：負極箔
１０５ａ：負極活物質

Claims

積層された複数の薄型電池と、
積層された複数の薄型電池を直並列接続する複数のバスバーと、
前記複数のバスバーにより並直列接続された複数個の薄型電池を収容する筐体と、
前記筐体の外部に突出する正極端子および負極端子とを有し、
組電池の最大電圧を出力する電池が接続されるバスバーに前記正極端子を一体に形成するとともに、最小電圧を出力する電池が接続されるバスバーに前記負極端子を一体に形成することを特徴とする組電池。
請求項１の組電池において、
前記筐体は、少なくとも筐体内部から前記正負極端子が突出する開口を有し、前記正極端子が形成される前記バスバーおよび前記負極端子が形成される前記バスバーには、それぞれ前記開口に挿入される栓体が一体成形され、
前記開口と栓体との間に弾性シール材を介在させることにより前記開口を塞ぐことを特徴とする組電池。
請求項１または２の組電池において、
前記薄型電池は、両面に活物質が塗布された正極箔と負極箔とをセパレータを介して複数層に積層して内部電極対を構成し、この内部電極対を電解液に浸漬させた状態で外装材で密封し、各層の正極箔と負極箔をそれぞれ正極端子と負極端子に接合し、正極端子と負極端子を外装材から突出させたラミネート電池であることを特徴とする組電池。