JP2004055348A - Battery pack, composite battery pack, and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【技術分野】
本発明は、複数の薄型電池により構成される組電池に関し、特に薄型電池の容易な交換が可能な組電池に関する。
【0002】
【背景技術】
薄型電池の使用態様や使用条件の多様化に伴って、複数の薄型電池により組電池を構成することにより高電圧、高容量化を図っている。しかしながら、薄型電池の故障等により、組電池内部に組み込まれた薄型電池を交換する必要がある場合に、当該薄型電池を組電池から容易に取り出すことが出来ず、組電池の修理等が困難であった。
【0003】
【発明の開示】
本発明は、複数の薄型電池により構成される組電池に関し、特に薄型電池の容易な交換が可能な組電池を提供することを目的とする。
【0004】
上記目的を達成するために、本発明によれば、合成樹脂層を有する2枚のシート状封止手段の外周縁部を接合して、前記封止手段の内部に発電要素を封止し、前記発電要素に接続された正極端子及び負極端子を前記外周縁部から導出した薄型電池を複数備えた組電池であって、前記薄型電池の正極端子又は負極端子を固定及び開放可能な固定手段を有する組電池が提供される(請求項1参照)。
【0005】
さらに、本発明によれば、前記固定手段は、前記薄型電池の正極端子及び負極端子に接触する位置にダンピング材を有し、前記ダンピング材によって、前記薄型電池の正極端子又は負極端子を挟持して、前記薄型電池を支持することがより好ましい(請求項2参照)。
【0006】
本発明では、薄型電池の正極端子又は負極端子を固定及び開放可能な固定手段を組電池に具備させ、当該固定手段により薄型電池を組電池に固定することにより、当該組電池からの薄型電池の取り外しが容易となる。
【0007】
また、固定手段の正極端子又は負極端子への接触位置にダンピング材を配置し、当該ダンピング材により薄型電池の正極端子又は負極端子を挟持して当該薄型電池を支持することにより、組電池の外部から印加される振動が薄型電池へ伝達するのを著しく低減することが可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0009】
第1実施形態
図1(A)は本発明の第1実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、図1(B)は図1(A)のII−II線に沿う断面図である。図1は一つの薄型電池(単位電池)を示し、この薄型電池10を複数接続することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
【0010】
まず図1を参照しながら、本発明の実施形態に係る薄型電池10の全体構成について説明すると、本例の薄型電池10はリチウム系の薄型二次電池であり、2枚の正極板101と、5枚のセパレータ102と、2枚の負極板103と、正極端子104と、負極端子105と、上部電池外装部材106と、下部電池外装部材107と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板101,セパレータ102,負極板103および電解質を特に発電要素109と称する。
【0011】
なお、正極板101,セパレータ102,負極板103の枚数には何ら限定されず、1枚の正極板101,3枚のセパレータ102,1枚の負極板104でも発電要素109を構成することができる。必要に応じて正極板、負極板およびセパレータの枚数を選択して構成することができる。
【0012】
発電要素109を構成する正極板101は、金属酸化物などの正極活物質に、カーボンブラックなどの導電材と、ポリ四フッ化エンチレンの水性ディスパージョンなどの接着剤とを、重量比でたとえば100:3:10の割合で混合したものを、正極側集電体としてのアルミニウム箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。なお、上記のポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンの混合比率は、その固形分である。
【0013】
正極活物質としては、例えばニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、コバルト酸リチウム(LiCoO2)などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン(S、Se、Te)化物を挙げることができる。これらの材質は薄型電池内部の発熱を比較的拡散し易く、端子への伝熱による端子の膨張による伸びを少なく出来、端子から後述する電池外装部材へ伝達する引張り応力を極力抑制することが可能となる。
【0014】
発電要素109を構成する負極板103は、例えば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、または黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンをたとえば固形分比100:5で混合し、乾燥させたのち粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これに、アクリル樹脂エマルジョンなどの結着剤をたとえば重量比100:5で混合し、この混合物を、負極側集電体としてのニッケル箔或いは銅箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。
【0015】
特に負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量にともなって出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車等の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【0016】
また、発電要素109のセパレータ102は、上述した正極板101と負極板103との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えてもよい。セパレータ102は、例えばポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【0017】
なお、本発明のセパレータ102は、ポリオレフィンなどの単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布などを積層したものも用いることができる。セパレータ102を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能およびセパレータの形状維持(剛性向上)機能などの諸機能を付与することができる。また、セパレータ102の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることもできる。
【0018】
以上の発電要素109は、上から正極板101と負極板103とが交互に、且つ当該正極板101と負極板103との間にセパレータ102が位置するような順序で積層され、さらに、その最上部及び最下部にセパレータ102が一枚ずつ積層されている。そして、2枚の正極板101のそれぞれは、正極側集電部104aを介して、金属箔製の正極端子104に接続される一方で、2枚の負極板103は、負極側集電部105aを介して、同じく金属箔製の負極端子105に接続されている。なお、正極端子104も負極端子105も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子104としてはアルミニウムやアルミニウム合金、銅又はニッケルなどを挙げることができ、負極端子105としてはニッケル、銅、ステンレス又は鉄などを挙げることができる。これらの金属は、金属の抵抗値、線膨張係数、抵抗率において薄型電池の構成要素として特に適当であり、使用温度を変えた場合にも、端子から後述する電池外装部材へ伝達する引張り応力を極力抑制することが可能となる。また、本例の正極側集電部104aも負極側集電部105aの何れも、正極板104および負極板105の集電体を構成するアルミニウム箔やニッケル箔、銅箔、鉄箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電部104a,105aを構成することもできる。
【0019】
発電要素109は、上部電池外装部材106及び下部電池外装部材107(封止手段)により封止されている。本発明の実施形態における上部電池外装部材106は、特に図示しないが、薄型電池10の内側から外側に向かって、第1の樹脂層、金属層、第2の樹脂層の順で3つの層が積層される。この3つの層は、上部電池外装部材106の全面に渡って積層されており、第1の樹脂層は、例えばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマーなどの耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムである。第2の樹脂層は、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムである。金属層は、例えば、アルミニウムなどの金属箔である。従って、上部電池外装部材106及び下部電池外装部材107は、例えば、アルミニウムなどの金属箔の一方の面(薄型電池の内側面)をポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマーなどの樹脂でラミネートし、他方の面(薄型電池の外側面)をポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材などの可撓性を有する材料で形成される。このように、電池外装部材が樹脂層に加えて金属層を具備することにより、電池外装部材の強度を向上させることが可能となる。
【0020】
下部電池外装部材107は、上部電池外装部材106と同様の構造のものが用いられ、特に図示しないが、薄型電池10の内側から外側に向かって、第1の樹脂層、金属層、第2の樹脂層の順で、3つの層が積層される。下部電池外装部材107の第1の樹脂層は、上部電池外装部材106の第1の樹脂層と同様に、例えばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマーなどの耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムである。下部電池外装部材107の金属層は、上部電池外装部材106の金属層と同様に、例えば、アルミニウムなどの金属箔である。下部電池外装部材107の第2の樹脂層は、上部電池外装部材106の第2の樹脂層と同様に、例えばポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムである。
【0021】
以上のように、電池外装部材の内側面(薄型電池の内側面)を、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、ポリエチレン、変性ポリエチレン、アイオノマーなどの樹脂で構成することにより、金属からなる端子との良好な融着性を確保することが可能となる。
【0022】
さらに、図1に示すように、封止された電池外装106、107の一方の端部から、正極端子104が導出するが、正極端子104の厚さ分だけ上部電池外装106と下部電池外装107との接合部に隙間が生じるので、薄型電池10内の封止性を維持するために、当該正極端子104と電池外装106、107とが接触する部分に、ポリエチレンやポリプロピレン等から構成されたシールフィルムを熱融着などの方法により介在させることもできる。
【0023】
同様に、封止された電池外装106、107の他方の端部からは、負極端子105が導出するが、ここにも正極端子104側と同様に、当該負極端子105と電池外装106、107とが接触する部分にシールフィルムを介在させることもできる。なお、正極端子104および負極端子105の何れにおいても、シールフィルムは電池外装106,107を構成する樹脂と同系統の樹脂から構成することが熱融着性の点から望ましい。
【0024】
これらの電池外装部材106、107によって、上述した発電要素109、正極側集電部104a、正極端子104の一部、負極側集電部105aおよび負極端子105の一部を包み込み、当該電池外装部材106、107により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入したのち、上部電池外装部材106及び下部電池外装部材107の外周縁の熱融着領域110を熱プレスにより熱融着し、封止する。
【0025】
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)などのエステル系溶媒を挙げることができるが、本発明の有機液体溶媒はこれにのみ限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン(γ−BL)、ジエトシキエタン(DEE)等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒も用いることができる。
【0026】
このように封止された薄型電池10は、総厚1〜10[mm]を有することが好ましい。薄型電池の厚さを10[mm]以下とすることにより、当該薄型電池内部に熱がこもりにくくなり、電池外装部材の界面に応力を伝達する可能性が低くなると共に、電池の熱劣化の影響も減少する。また、薄型電池の厚さを1[mm]以上とすることにより、十分な容量を確保することが出来、経済的な効率を高くすることが可能となる。
【0027】
次に、この薄型電池10により組電池20を構成する際に、当該薄型電池10を組電池20に固定するための固定装置5について説明する。
【0028】
図2(A)は本発明の第1実施形態に係る固定装置の平面図であり、図2(B)は薄型電池の端子を固定する前の当該固定装置の部分側面図、図2(C)は薄型電池の端子を固定した後の当該固定装置の部分側面図である。
【0029】
図2に示すように、本発明の第1実施形態に係る固定装置5は、薄型電池10の正極端子104及び負極端子105を支持して、薄型電池10を組電池20に固定する手段であり、2つの薄型電池10の正極端子104又は負極端子105を同時に固定可能であり、固定ベース部51と、係合部材52と、ダンピング材53とから構成されている。
【0030】
固定ベース部51は、軸51aを中心として折り曲げ可能な導電性の材料から成る略矩形の平板形状であり、その表面上に係合部材52と、ダンピング材53と、開口部54とが配置されている。
【0031】
係合部材52は、図2(B)に示すように略矢印型の形状を有しており、固定ベース部51が軸51aを中心として折り曲げられて互いに対向する当該固定ベース部51の対向する一方の表面の各角部に配置されている。これに対し、固定ベース部51の対向する他方の表面の各角部には開口部54が形成されており、当該開口部54は、係合部材52の略矢印形状の同図中のX軸方向の最大幅より若干大きな幅を有し、係合部材52のY軸方向の中心に対して偏心した位置にその中心を有する。固定ベース部51が軸51aを中心として折り曲げられると、係合部材52が開口部54に挿入され、係合部材52に具備されたかえし部が開口部54の縁部に係合する。
【0032】
ダンピング材53は、2つの薄型電池10の正極端子104を同時に支持し、薄型電池10に対して外部から印加される振動等をその弾性特性により吸収する手段であり、薄型電池10の正極端子104及び負極端子105のバネ定数より小さなバネ定数の機械的バネ、ゴム系弾性体、エラストマー系弾性体等から構成され、その表面に固定ベース部51にリード線55によって電気的に接続された金属箔等の接続部53aを有する。当該ダンピング材53は、固定ベース部51が軸51aを中心として折り曲げられて互いに対向する当該固定ベース部51の各表面の、図2(A)の破線で示すような固定の対象となる正極端子104又は負極端子105と接触する位置に設けられている。なお、当該ダンピング材53の接続部53aは、端子104、105の電池外装部材106、107から導出する部分の50%以上の面積と接触していることが好ましく、50%以下とすると端子104,105と接続部53aとの間に接続不良を引き起こす可能性が高く、且つ接続抵抗が高くなる。
【0033】
図2(B)に示すように、当該固定装置5で2つの薄型電池10の正極端子104を固定する場合には、一の薄型電池10に対して他の薄型電池10を反転させて当該他の薄型電池10の下面を当該一の薄型電池10の下面に合わせるようにして積層する。そして、固定ベース部51の表面上の互いに対向するダンピング材53の間に、一の薄型電池10の正極端子104と、鉛直方向に反転された他の薄型電池10の正極端子104とを位置させる。そして、固定ベース部51を図2(B)中の矢印の方向に折り曲げて、固定ベース部51のダンピング材53が具備されていない側の表面を同図中Y軸負方向に押圧する。
【0034】
次に、図2(C)に示すように、係合部材52のかえし部が開口部54を十分に貫通するまで、係合部材52を対応する各開口部54に挿入する。係合部材52と開口部54とが係合すると、互いに対向するダンピング材53の間に2つの薄型電池10の正極端子104が挟まれて支持され、2つの薄型電池10が固定装置5により固定される。このように端子のバネ定数より小さなバネ定数を有するダンピング材を有する固定装置により薄型電池を固定することにより、薄型電池への振動の伝達を低減することが可能となり、当該薄型電池の故障率の低減を図ることが可能となる。
【0035】
薄型電池10を固定装置5から取り外す場合は、図2(C)において、係合部材52を同図中のX軸正方向に押し、当該係合部材52のかえし部を開口部54の縁部から外して固定を解除する。
【0036】
当該固定装置5は正極側バスバー21aにより他の固定装置5と連結されており、当該固定装置5により固定された薄型電池10の正極端子104は、ダンピング材53の接続部53a、リード線55及び当該バスバー21aを介して、他の固定装置5に固定された薄型電池10の正極端子104と電気的に接続されている。なお、固定装置5により薄型電池10の正極端子104を固定する際に、同時に正極側バスバー104をダンピング材53、53の接続部53a、53aによって上下から挟み込んで、正極端子104と正極側バスバー21aとを直接的に電気的に接続することによりリード線55を用いずに、当該薄型電池10と他の薄型電池10とを接続しても良い。なお、この場合固定ベース部51は導電性の材料とする必要は無く、例えば非導電性の樹脂から形成しても良い。
【0037】
図2(B)及び図2(C)は、正極端子側の部分側面図であるが、負極端子側の固定装置も同様の方法で着脱可能であり、固定装置5により固定された薄型電池10の負極端子105は、ダンピング材53の接続部53a、リード線55及び負極側バスバー21bを介して、他の固定装置5に固定された薄型電池10の負極端子105に電気的に接続されている。
【0038】
以上のように、組電池へ薄型電池を組み込む際に着脱可能な固定装置により薄型電池を固定することにより、例えば組電池内部の薄型電池の故障等の際に、当該薄型電池の容易な交換が可能となり、組電池自体の寿命を長くすることが可能となる。また、組電池に組み込まれた薄型電池の交換が困難或いは不可能であると、当該薄型電池及び組電池の品質を向上させて、故障率を非常に低くする必要がありコストアップの一因ともなりうるが、上記の様な交換が可能となることで、組電池のコストダウンを図ることが可能となる。
【0039】
以下に、上述の薄型電池を複数組み合わせることにより構成される組電池、及び当該組電池を複数組み合わせることにより構成される複合組電池について説明する。
【0040】
図3は本発明の第1実施形態に係る組電池を示す図であり、図3(A)は平面図、図3(B)は正面図、図3(C)は側面図、図4は図3の組電池より構成される複合組電池の斜視図、図5(A)は図4の複合組電池の平面図、図5(B)は図4の複合組電池の正面図、図5(C)は図4の複合組電池の側面図、図6は本発明の第1実施形態に係る複合組電池を車両に搭載した模式図を示す。
【0041】
図3に示すように、本発明の第1実施形態に係る組電池20は、10個の薄型電池10a〜10jと、当該薄型電池10a〜10jの正極端子104又は負極端子105を固定するための10個の固定装置5と、正極側バスバー21a及び負極側バスバー22bと、組電池用端子22、23と、組電池用カバー25とから構成されている。なお、図5(B)、(C)には固定装置5及びバスバー21a、21bは図示していない。
【0042】
10個の薄型電池10a〜10jは、上述の図2で説明したような方法で、2つの薄型電池を一つの単位として、対応する固定装置5で薄型電池の各正極端子104を挟んで支持することにより固定され、同様に対応する固定装置5で各負極端子105を挟んで支持することにより固定されている。例えば、第1の薄型電池10aに対して第6の薄型電池10fが鉛直方向に反転して積層され、第1の薄型電池10aの正極端子104と第6の薄型電池10fの正極端子104とを固定装置5により挟んで固定する。同様に、第1の薄型電池10aの負極端子105と第6の薄型電池10fの負極端子105とを他の固定装置5により挟んで固定する。同様の方法で、各正極端子104又は各負極端子105を対応する固定装置5で挟むことにより、第2の薄型電池10bと第7の薄型電池10gとが固定され、第3の薄型電池10cと第8の薄型電池10hとが固定され、第4の薄型電池10dと第9の薄型電池10iとが固定され、第5の薄型電池10eと第10の薄型電池10jとが固定装置5で固定されている。
【0043】
各正極端子104を挟んで支持する各固定装置5は、正極側バスバー21aで連結されており、一の固定装置5により挟持される正極端子104は、ダンピング材53の接続部53a及び当該正極側バスバー21aを介して、他の固定装置5により挟持される正極端子104と電気的に接続されている。同様に、各負極端子105を挟んで支持する各固定装置5は、負極側バスバー21bで連結されており、一の固定装置5により挟持される負極端子105は、ダンピング材53の接続部53a及び当該負極側バスバー21bを介して、他の固定装置5により挟持される負極端子105と電気的に接続されており、結果的に10個の薄型電池10a〜10jがバスバー21a、21bにより並列接続されている。
【0044】
そして、正極側バスバー21aは、特に図示しないが組電池用カバー25から導出する略円柱形状の組電池用正極端子22に電気的に接続されており、同様に負極側バスバー21bは、組電池用カバー25から導出する略円柱形状の組電池用負極端子23に電気的に接続されている。これらの接続が完了すると、10個の薄型電池10が組電池用カバー25に挿入され、封止される。さらに、後述する複合組電池として薄型電池が積層された際に、組電池同士の振動を極力低減するために、組電池用カバー25の下面四隅に外部弾性体26が取り付けられる。
【0045】
図4及び図5(A)〜(C)は、図3に示す組電池20を電気的に接続した6個の組電池20から構成される複合組電池30を示す。図4及び図5(A)〜(C)に示すように、複合組電池30は、組電池20の端子22、23がそれぞれ同一方向に向くように積層されている。すなわち、m段目に位置する組電池20の端子22、23と、m+1段目に位置する組電池20の端子22、23とが同一方向に向くように、m段目の組電池20の上にm+1段目の組電池20が積層される(m:自然数)。そして、同一方向を向いた全ての組電池20の組電池用正極端子22を、当該複合組電池30と外部とを接続する外部接続用正極端子31で電気的に接続する。同様に、同一方向を向いた全ての組電池20の組電池用負極端子23を、外部接続用負極端子32で電気的に接続する。同図に示すように、外部接続用正極端子31は、略矩形の平板形状であり、組電池用正極端子22を挿入或いは圧入可能な直径を有する複数の端子接続用孔が加工されている。当該端子接続用孔は、積層された組電池20の組電池用正極端子22間のピッチに等しいピッチで加工されており、外部接続用負極端子32にも同様に端子接続用孔が加工されている。
【0046】
さらに、組電池用端子22、23が複合組電池30の外部に露出しないように、接続された全ての組電池用端子22、23を覆うように、絶縁性の材料の絶縁カバー33が具備されている。なお、図4において当該絶縁カバー33は、説明の便宜上、透視図により描かれており、図5には図示しない。そして、上述のように積層された6個の組電池20は、その両側面部に平板状の連結部材34で連結され、さらに固定ネジ35により締結、固定される。
【0047】
以上のように、薄型電池により所定の数を単位とした組電池を構成し、さらに当該組電池を単位として、所定の数の組電池を組み合わせて複合組電池を構成することにより、要求される容量、電圧等に適当な複合組電池を容易に得ることが可能となる。また、複雑な接続を伴うことなく複合組電池を構成するので、接続不良による、複合組電池の故障率を低減することが可能となる。さらに、複合組電池を構成する一つの薄型電池が故障或いは劣化し、当該薄型電池の交換を必要とする場合、当該薄型電池を有する組電池を容易に交換することも可能となる。
【0048】
図6は、車両1のフロア下に上述の複合組電池30を車載した例を示す模式図である。車両1の移動に伴って、車内には多くの振動が発生する。同図に示すように、上述の複合組電池30を車載することにより、当該振動により薄型電池の端子と電池外装部材との間に界面剥離が発生する可能性が著しく減少し、車両で電池を有効に活用することが可能となる。
【0049】
第2実施形態
図7は本発明の第2実施形態に係る固定装置の概略平面図であり、図8は本発明の第2実施形態に係る組電池を示す図であり、図8(A)は概略平面図、図8(B)は正面図、図8(C)は側面図である。本発明の第2実施形態に係る薄型電池10は第1実施形態に説明した薄型電池と同様の構造である。
【0050】
図7に示すように、本発明の第2実施形態に係る固定装置5’は、2段5列に積層された10個の薄型電池10を一括に挟んで固定する手段であり、各薄型電池の端子間を接続するバスバーの機能をも有している。当該固定装置5’は、固定ベース部51と、係合部材52と、ダンピング材53とから構成されている。
【0051】
固定ベース部51は、2本の直線状の支持部材51c、51dから構成されており、当該各支持部材51c、51dは、一方の端部の支点51bで回転可能に支持されており、他方の端部には係合部材52が取り付けられている。そして、第1の支持部材51cの他方の端部には係合部材52の2つの略矢印形状を有する凸部材52aが取り付けられており、第2の支持部材51dの他方の端部には凹部材52bが取り付けられている。第2の支持部材51dの他方の端部に取り付けられた凹部材52bは、凸部材52aが有する略矢印形状が挿入可能な大きさの開口を有している。そして、第1の支持部材51cが、支点51bを中心として、第2の支持部材51に向かって回転し、第1実施形態と同様の要領で、凸部材52aの略矢印形状のかえし部が凹部材52bの開口の縁部に係合することにより、固定ベース部51が固定される。
【0052】
さらに、第1の支持部材51cは、第2の支持部材51dに対向する表面上に、薄型電池10の各正極端子104又は105が位置するピッチと実質的に同一のピッチで、薄型電池10の正極端子104及び負極端子105のバネ定数より小さなバネ定数の機械的バネ、ゴム系弾性体、エラストマー系弾性体等から構成されるダンピング材53が取り付けられている。同様に、第2の支持部材51dも、第1の支持部材51dに対向する表面に、上記のピッチと実質的に同一のピッチで、機械的バネ、ゴム系弾性体、エラストマー系弾性体等から構成されるダンピング材53が取り付けられている。
【0053】
さらに、第2の支持部材51dに対向する第1の支持部材51cの表面には、配置されたダンピング材53の表面も含めて全面に渡って、金属箔等の接続部53aが具備されている。同様に、第1の支持部材51cに対向する第2の支持部材51dの表面にも、配置されたダンピング材53の表面も含めて全面に渡って、金属箔等の接続部53aが具備されている。これにより、ダンピング材53により端子104、105が挟持された際に、一の薄型電池10の正極端子104又は負極端子105が、第1の支持部材51c及び第2の支持部材51dの接続部53aを介して、他の薄型電池10の正極端子104又は負極端子105に電気的に接続される。
【0054】
このように、バスバーの機能を具備した一つの固定装置で複数の薄型電池の端子を固定することにより、薄型電池の交換が容易になると共に、組電池を構成するに当たりバスバーが不要となり、組電池の部品点数が削減される。
【0055】
当該固定装置5で10個の薄型電池10の正極端子104又は負極端子105を固定する場合には、第1実施形態と同様に、一の薄型電池10に対して他の薄型電池10を反転させて当該他の薄型電池10の下面を当該一の薄型電池10の下面に合わせるようにして積層する。
【0056】
そして、対向するダンピング材53の間に、一の薄型電池10の正極端子104と、鉛直方向に反転された他の薄型電池10の正極端子104とを位置させる。同様に、対向するダンピング材53の間に、一の薄型電池10の負極端子105と、鉛直方向に反転された他の薄型電池10の負極端子105とを位置させる。そして、係合部材52の凸部材52aを支点51bを中心に図7中の矢印の方向に回転させ、係合部材52の凸部材52aのかえし部が凹部材の開口を十分に貫通するまで、凸部材52aを凹部材52bに挿入する。係合部材52の凸部材52aと凹部材52bとが係合すると、互いに対向するダンピング材53の間に薄型電池10の正極端子104及び負極端子105とが挟持されて固定される。このように端子のバネ定数より小さなバネ定数のダンピング材を有する固定装置により薄型電池を固定することにより、薄型電池への振動の伝達を低減することが可能となり、当該薄型電池の故障率の低減を図ることが可能となる。
【0057】
図8(A)〜(C)は、上述の図7の固定装置により接続された10個の薄型電池10から構成される組電池20を示す。当該組電池20は、10個の薄型電池10a〜10jと、正極側及び負極側の2つの固定装置5’と、組電池用端子22、23と、組電池用カバー25と、外部弾性体26とから構成されており、上述の図7に示す固定装置5’を用いた以外は、第1実施形態に係る組電池と同様の構造である。
【0058】
第2実施形態における組電池20は、本発明の第1実施形態と同様に当該組電池20を積層して、各組電池用端子を接続することにより、複合組電池を構成することが可能であり、さらに当該複合組電池を車両に車載することが可能である。
【0059】
第3実施形態
図9は本発明の第3実施形態に係る組電池を示す図であり、図9(A)は組電池の斜視図であり、図9(B)は図9(A)のIII−III線に沿う断面図である。本発明の第3実施形態に係る組電池を構成する薄型電池10は第1実施形態に説明した薄型電池と同様の構造である。
【0060】
図9に示すように、本発明の第3実施形態に係る組電池20は、組電池カバー25を固定用ボルト24aにより固定して、複数の薄型電池10の固定を行う構造であり、12個の薄型電池10と、固定用ボルト24aと、組電池用カバー25と、ダンピング材53とから構成されている。
【0061】
図9(A)に示すように、組電池用カバー25の負極端子105側の上下の長辺の近傍の内面に所定のピッチ間隔で、薄型電池10の正極端子104及び負極端子105のバネ定数より小さなバネ定数の機械的バネ、ゴム系弾性体、エラストマー系弾性体等から構成される12個のダンピング材53が配置されており、同様に、特に図示しないが正極端子104側の上下の長辺の近傍の内面に所定のピッチ間隔で、薄型電池10の正極端子104及び負極端子105のバネ定数より小さなバネ定数の機械的バネ、ゴム系弾性体、エラストマー系弾性体等から構成される12個のダンピング材53が配置されている。このように端子のバネ定数より小さなバネ定数のダンピング材により薄型電池を固定することにより、薄型電池への振動の伝達を低減することが可能となり、当該薄型電池の故障率の低減を図ることが可能となる。
【0062】
図9(B)に示すように、第1実施形態と同様に、2つの薄型電池を一つの単位として、一の薄型電池10の正極端子104と他の薄型電池10の正極端子104との間に正極側バスバー21aを挟み、当該一の薄型電池10の負極端子105と他の薄型電池10の負極端子105との間に負極側バスバー21bを挟み、一の薄型電池10を、鉛直方向に反転した他の薄型電池10に積層する。そして、当該正極端子104を正極側に位置する上下のダンピング材53の間に合わせると共に当該負極端子105を負極側に位置する上下のダンピング材53に合わせて搭載する。同様に合計12個の薄型電池10の正極端子104及び負極端子105を対応するダンピング材53の間に合わせ、組電池用カバー25の内部に搭載する。次に、組電池用カバー25の各角部の近傍に貫通して設けられた孔に固定用ボルト24aを挿入し、当該固定用ボルト24aを締め込むことにより、対応する上下のダンピング材53が各薄型電池10の正極端子104及び負極端子105を挟んで支持し、12個の薄型電池10が組電池20に固定される。薄型電池10を組電池20から取り出す際は、固定用ボルト24aを緩めることにより容易に取り出すことが出来る。
【0063】
このように、固定装置を特別に設けずに、組電池カバーにダンピング材を直接配置し、固定用ボルトで固定を行うことにより、組電池に組み込まれた薄型電池を容易に取り出す構造を比較的安価なものとすることが可能となる。
【0064】
なお、特に図示しないが、第1実施形態と同様に、正極側バスバー21aは、組電池20の外部に接続するための組電池用正極端子に接続されても良く、同様に負極側バスバー21bは、組電池用負極端子に接続されても良い。また、後述する複合組電池として薄型電池が積層された際に、薄型電池同士の振動を極力低減するために、組電池用カバー25の下面四隅に外部弾性体が取り付けられても良い。
【0065】
第3実施形態における組電池20は、本発明の第1実施形態と同様に当該組電池20を積層して、各組電池用端子を接続することにより、複合組電池を構成することが可能であり、さらに当該複合組電池を車両に車載することが可能である。
【0066】
第4実施形態
図10は本発明の第4実施形態に係る組電池の斜視図であり、図11は図10に示すホルダーの断面図である。本発明の第4実施形態に係る組電池を構成する薄型電池10は第1実施形態に説明した薄型電池と同様の構造である。
【0067】
本発明の第4実施形態に係る組電池20は、2つの薄型電池10を搭載可能なホルダー15を単位として、6つのホルダー15を積層して構成されており、合計12個の薄型電池10を搭載可能となっている。
【0068】
当該ホルダー15は、主に4つの層151〜154を積層されて構成されており、第1の層151、第2の層152、第3の層153、第4の層154の順で積層されて構成されている。
【0069】
第1〜第4の層151〜154は、いずれも同一の大きさで厚さが異なる略矩形の平板形状であり、それぞれ各四隅と図中の上辺及び下辺の略中央部との6箇所に固定用ボルト24aが貫通する貫通孔155が設けられている。
【0070】
第2の層152は、第3の層153と対向する面に薄型電池10の端子104、105を除いた電池外装部材106、107の外周を挿入可能な形状の加工が施されている。また、端子104、105が接触する部分には薄型電池10の正極端子104及び負極端子105のバネ定数より小さなバネ定数の機械的バネ、ゴム系弾性体、エラストマー系弾性体等から構成されるダンピング材156が取り付けられており、当該ダンピング材53の表面には金属箔等の接続部156aが取り付けられている。
【0071】
第3の層153は、薄型電池10の端子104、105も含めた外周を挿入可能な形状が貫通して加工されている。また、第2の層152と第4の層154との間が十分に広がるように、当該第3の層153にはスプリング157が具備されており、これにより、交換時に薄型電池10の取り出しが容易になる。
【0072】
第4の層154は、第3の層153と対向する面に薄型電池10の端子104、105を除いた電池外装部材106、107の外周を挿入可能な形状の加工が施されている。また、端子104、105が接触する部分には薄型電池10の正極端子104及び負極端子105のバネ定数より小さなバネ定数の機械的バネ、ゴム系弾性体、エラストマー系弾性体等から構成されるダンピング材156が取り付けられており、当該ダンピング材53の表面には金属箔等の接続部156aが取り付けられている。従って、当該第4の層154は、上述の第2の層152と鏡映関係にある。
【0073】
これら第1〜第4の層151〜154を積層してホルダー15が形成されると、当該ホルダー15内部に2つの薄型電池10を挿入可能な挿入口27を有する空間が形成される。このようなホルダー15を6個積層し、各貫通孔155にそれぞれ固定用ボルト24aを貫通させて固定用ナット24bに仮締めし、当該組電池20の各ホルダー15の上面に形成された各挿入口27に薄型電池10を挿入する。全ての挿入口27への挿入が完了したら固定用ボルト24aを本締めすることにより、各ホルダー15の第2の層152のダンピング材156と第4の層154のダンピング材156とが端子104、105を挟持し、薄型電池10が組電池20に固定される。このように端子のバネ定数より小さなバネ定数のダンピング材により薄型電池を固定することにより、薄型電池への振動の伝達を低減することが可能となり、当該薄型電池の故障率の低減を図ることが可能となる。
【0074】
図11に示すように、ホルダー15内の2つの薄型電池10は直列に接続されており、図10に示すように、当該直列接続の正極端子及び負極端子の近傍の第1の層151、第2の層152、第4の層154には、金属等の導通部158が貫通して設けられている。また、組電池20の最外層を形成する一方の第1の層151には、組電池用正極端子22が取り付けられている。そして、各層の導通部158と組電池用正極端子22とが導通して、組電池20内部に組み込まれた12個の薄型電池10が電気的に接続される。同様に、組電池20の最外層を形成する他方の第1の層151には、組電池用負極端子23が取り付けられており、特に図示しないが、上述の各層の導通部158と当該組電池用負極端子23とが導通して、12個の薄型電池10が電気的に接続される。従って、図10に示す組電池20は、2直列6並列に接続された薄型電池10で構成される。なお、端子と接触するダンピング材156の接続部156aと第3の層153の導通部158は電気的に接続されている。
【0075】
以上のようなホルダーを積層して組電池を構成することにより、組電池に組み込まれた薄型電池の容易な交換が可能となる。
【0076】
なお、ホルダーに搭載可能な薄型電池の数、ホルダーの数、組電池を構成する薄型電池の接続方式は、上述の数及び接続方式に限定されるものではなく、要求される電気容量、電圧等から適宜その数及び接続方式(直列接続、並列接続、直列並列複合接続)を設定することが出来る。
【0077】
第4実施形態における組電池20は、本発明の第1実施形態と同様に当該組電池20を積層して、各組電池用端子を接続することにより、複合組電池を構成することが可能であり、さらに当該複合組電池を車両に車載することが可能である。
【0078】
なお、以上説明した実施形態における組電池を構成する薄型電池の数、複合組電池を構成する組電池の数、組電池を構成する薄型電池の接続方式、及び複合組電池を構成する組電池の接続方式は、上述の数及び接続方式に限定されるものではなく、要求される電気容量、電圧等から適宜その数及び接続方式(直列接続、並列接続、直列並列複合接続)を設定することが出来る。
【0079】
また、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【0080】
【実施例】
以下、本発明をさらに具体化した実施例及び比較例により本発明の効果を確認した。以下の実施例は、上述した実施形態で用いた薄型電池の効果を確認するためのものである。
【0081】
実施例1
実施例1の組電池は、第1の樹脂層にポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、金属層にアルミニウム(Al)箔、第2の樹脂層にナイロン樹脂フィルムの電池外装部材、正極端子にアルミニウム(Al)箔、負極端子にニッケル(Ni)箔、正極活性物質にマンガン酸リチウム(LiMnO2)を用い、負極活性物質に結晶性炭素材、電解液にプロピレンカーボネート(PC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)の混合液を用いて、縦140mm×横80mm×厚さ5mmの薄型電池を作製し、この薄型電池を10個用いて、図2に示す固定装置により組電池に固定し、10並列接続で作製した。当該組電池の大きさは、縦250mm×横500mm×高さ20mmであり、固定装置のダンピング材にはブチルゴムを主成分とする合成ゴムを用いた。なお、正極端子及び負極端子のダンピング材への接触面積は90%とした。
【0082】
この組電池について、振動伝達率の測定を行った。振動伝達率の測定は、組電池の上部略中央部に加速度ピックアップを設定し、強制加振したときに得られる応答振動の加速度を測定した。
【0083】
図12は本発明の実施例1における組電池の振動伝達率グラフである。図12に示すように、後述する比較例1では約100Hz以下に共振周波数が位置するのに対して、実施例1における組電池は、主たる共振周波数が約100Hz以上に移行していることを確認した。
【0084】
実施例2
実施例2の組電池は、実施例1と同様の薄型電池を10個用いて、図7に示す固定装置により組電池に固定し、10並列接続で作製した。当該組電池の大きさは、縦250mm×横500mm×高さ20mmであり、固定装置のダンピング材にはブチルゴムを主成分とする合成ゴムを用いた。なお、正極端子及び負極端子のダンピング材への接触面積は70%とした。
【0085】
この組電池について、実施例1と同様の振動伝達率の測定を行った。図13は本発明の実施例2における組電池の振動伝達率グラフである。図13に示すように、後述する比較例2では約100Hz以下に共振周波数が位置するのに対して、実施例2における組電池は、主たる共振周波数が約100Hz以上に移行していることを確認した。
【0086】
実施例3
実施例3の組電池は、実施例1と同様の薄型電池を12個用いて、図9に示す組電池を2並列6直列で作製した。当該組電池の大きさは、縦250mm×横600mm×高さ20mmであり、固定装置のダンピング材にはブチルゴムを主成分とする合成ゴムを用いた。なお、正極端子及び負極端子のダンピング材への接触面積は90%とした。
【0087】
この組電池について、実施例1と同様の振動伝達率の測定を行った。図14は本発明の実施例3における組電池の振動伝達率グラフである。図14に示すように、後述する比較例3では約100Hz以下に共振周波数が位置するのに対して、実施例3における組電池は、主たる共振周波数が約100Hz以上に移行していることを確認した。
【0088】
実施例4
実施例4の組電池は、実施例1と同様の薄型電池を24個用いて、図10に示す組電池を4並列6直列で作製した。当該組電池の大きさは、縦250mm×横450mm×縦50mmであり、固定装置のダンピング材にはブチルゴムを主成分とする合成ゴムを用いた。なお、正極端子及び負極端子のダンピング材への接触面積は90%とした。
【0089】
この組電池について、実施例1と同様の振動伝達率の測定を行った。その結果、特に図示しないが、実施例1〜3と同様に、主たる共振周波数が約100Hz以上にあることを確認した。
比較例1
比較例1の組電池は、実施例1と同様の薄型電池を用いて、実施例1と同様の組電池を作製した。但し、薄型電池の固定には固定装置を用いず、薄型電池の正極端子及び負極端子とバスバーとを直接、リベットにより固定した。
【0090】
比較例2
比較例2の組電池は、実施例2と同様の薄型電池を用いて、実施例2と同様の組電池を作製した。但し、薄型電池の固定には固定装置を用いず、薄型電池の正極端子及び負極端子とバスバーとを直接、リベットにより固定した。
【0091】
比較例3
比較例3の組電池は、実施例3と同様の薄型電池を用いて、実施例3と同様の組電池を作製した。但し、薄型電池の固定にはダンピング材を用いず、薄型電池の正極端子及び負極端子とバスバーとを直接、リベットにより固定した。
考察
【0092】
実施例1〜4における組電池では、共振周波数が約100Hz以上に位置することが確認された。このように、約100Hz以下の共振を回避することにより、例えば車両などの振動が比較的多い用途にも、当該組電池を有効に活用することが可能であることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)は本発明の第1実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図であり、図1(B)は図1(A)のII−II線に沿う断面図である。
【図2】図2(A)は本発明の第1実施形態に係る固定装置の平面図であり、図2(B)は薄型電池を固定する前の当該固定装置の部分側面図、図2(C)は薄型電池を固定後の当該固定装置の部分側面図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る組電池を示す図であり、図3(A)は平面図、図3(B)は正面図、図3(C)は側面図である。
【図4】図3の組電池より構成される複合組電池の斜視図である。
【図5】図4(A)は図3の複合組電池の平面図、図4(B)は図3の複合組電池の正面図、図4(C)は図3の複合組電池の側面図である。
【図6】本発明の第1実施形態に係る複合組電池を車両に搭載した模式図を示す。
【図7】本発明の第2実施形態に係る固定装置の概略平面図である。
【図8】本発明の第2実施形態に係る組電池を示す図であり、図8(A)は概略平面図、図8(B)は正面図、図8(C)は側面図である。
【図9】本発明の第3実施形態に係る組電池を示す図であり、図9(A)は組電池の斜視図であり、図9(B)は図9(A)のIII−III線に沿う断面図である。
【図10】本発明の第4実施形態に係る組電池の斜視図である。
【図11】図10に示すホルダーの断面図である。
【図12】実施例1の振動伝達率測定の結果を示すグラフである。
【図13】実施例2の振動伝達率測定の結果を示すグラフである。
【図14】実施例3の振動伝達率測定の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1…車両
5、5’…固定装置
51…固定ベース部
51a…軸
51b…支点
51c、51d…部材
52…係合部材
52a…凸部材
52b…凹部材
53…ダンピング材
53a…接続部
54…開口部
55…リード線
10…薄型電池
10a〜10j…第1〜第10の薄型電池
101…正極板
102…セパレータ
103…負極板
104…正極端子
105…負極端子
106…上部電池外装部材
107…下部電池外装部材
109…発電要素
110…熱融着領域
15…ホルダー
151…第1の層
152…第2の層
153…第3の層
154…第4の層
155…貫通孔
156…ダンピング材
157…スプリング
158…導通部
20…組電池
21a…正極側バスバー
21b…負極側バスバー
22…組電池用正極端子
23…組電池用負極端子
24a…固定用ボルト
24b…固定用ナット
25…組電池用カバー
26…外部弾性体
27…挿入口
30…複合組電池
31…外部接続用正極端子
32…外部接続用負極端子
33…絶縁カバー
34…連結部材
35…固定ネジ[0001]
【Technical field】
The present invention relates to an assembled battery including a plurality of thin batteries, and more particularly to an assembled battery that allows easy replacement of thin batteries.
[0002]
[Background Art]
Along with the diversification of usage modes and usage conditions of thin batteries, high voltage and high capacity have been achieved by configuring an assembled battery with a plurality of thin batteries. However, when it is necessary to replace the thin battery incorporated in the battery pack due to a failure of the thin battery or the like, the thin battery cannot be easily removed from the battery pack, and it is difficult to repair the battery pack. there were.
[0003]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
The present invention relates to an assembled battery including a plurality of thin batteries, and an object of the present invention is to provide an assembled battery in which thin batteries can be easily replaced.
[0004]
In order to achieve the above object, according to the present invention, the outer peripheral edges of two sheet-shaped sealing means having a synthetic resin layer are joined, and a power generation element is sealed inside the sealing means. A battery pack comprising a plurality of thin batteries each having a positive electrode terminal and a negative electrode terminal connected to the power generating element derived from the outer peripheral edge, wherein a fixing means capable of fixing and releasing the positive terminal or the negative electrode terminal of the thin battery is provided. The present invention provides an assembled battery having the same (see claim 1).
[0005]
Further, according to the present invention, the fixing means has a damping material at a position in contact with the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the thin battery, and holds the positive electrode terminal or the negative electrode terminal of the thin battery by the damping material. Thus, it is more preferable to support the thin battery (see claim 2).
[0006]
In the present invention, the assembled battery is provided with fixing means capable of fixing and opening the positive terminal or the negative electrode terminal of the thin battery, and the thin battery is fixed to the assembled battery by the fixing means. Removal becomes easy.
[0007]
In addition, a damping material is disposed at a position where the fixing means contacts the positive electrode terminal or the negative electrode terminal, and the thin battery is supported by sandwiching the positive terminal or the negative electrode terminal of the thin battery with the damping material. It is possible to significantly reduce the transmission of the vibration applied from the battery to the thin battery.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0009]
First embodiment
FIG. 1A is a plan view showing the entire thin battery according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1A. FIG. 1 shows one thin battery (unit battery), and an assembled battery having a desired voltage and capacity is formed by connecting a plurality of the
[0010]
First, the overall configuration of a
[0011]
The number of the
[0012]
The
[0013]
As the positive electrode active material, for example, lithium nickelate (LiNiO2), Lithium manganate (LiMnO)2), Lithium cobaltate (LiCoO)2) And chalcogen (S, Se, Te) compounds. These materials relatively easily diffuse the heat generated inside the thin battery, reduce the expansion due to the expansion of the terminal due to heat transfer to the terminal, and minimize the tensile stress transmitted from the terminal to the battery exterior member described later. It becomes.
[0014]
The
[0015]
In particular, when amorphous carbon or non-graphitizable carbon is used as the negative electrode active material, the flatness of the potential during charge and discharge is poor, and the output voltage decreases with the amount of discharge, so it is not suitable for the power supply of communication equipment and office equipment. However, when used as a power source for an electric vehicle or the like, there is no sharp drop in output, which is advantageous.
[0016]
Further, the
[0017]
Note that the
[0018]
The above-described
[0019]
The
[0020]
The lower
[0021]
As described above, by forming the inner surface of the battery exterior member (the inner surface of the thin battery) with a resin such as polypropylene, modified polypropylene, polyethylene, modified polyethylene, and ionomer, satisfactory fusion with a metal terminal is achieved. It is possible to secure the property.
[0022]
Further, as shown in FIG. 1, the
[0023]
Similarly, a
[0024]
These
[0025]
Examples of the organic liquid solvent include ester solvents such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC). However, the organic liquid solvent of the present invention is not limited thereto. An organic liquid solvent obtained by mixing and preparing an ether-based solvent such as γ-butylactone (γ-BL), diethoxyethane (DEE) or the like with an ester-based solvent can also be used.
[0026]
It is preferable that the
[0027]
Next, a fixing
[0028]
2A is a plan view of the fixing device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a partial side view of the fixing device before fixing the terminals of the thin battery, and FIG. () Is a partial side view of the fixing device after fixing the terminals of the thin battery.
[0029]
As shown in FIG. 2, the fixing
[0030]
The fixed
[0031]
The
[0032]
The damping
[0033]
As shown in FIG. 2B, when fixing the
[0034]
Next, as shown in FIG. 2C, the engaging
[0035]
To remove the
[0036]
The fixing
[0037]
2 (B) and 2 (C) are partial side views on the positive terminal side, the fixing device on the negative terminal side can also be attached and detached in the same manner, and the
[0038]
As described above, by fixing the thin battery with the detachable fixing device when the thin battery is incorporated into the assembled battery, for example, when the thin battery inside the assembled battery fails, the thin battery can be easily replaced. This makes it possible to extend the life of the battery pack itself. Further, if it is difficult or impossible to replace the thin battery incorporated in the assembled battery, it is necessary to improve the quality of the thin battery and the assembled battery and to extremely reduce the failure rate, which is one of the causes of cost increase. Although such replacement is possible, the cost of the assembled battery can be reduced.
[0039]
Hereinafter, an assembled battery formed by combining a plurality of the above-described thin batteries and a composite assembled battery formed by combining a plurality of the assembled batteries will be described.
[0040]
3A and 3B are views showing the battery pack according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is a plan view, FIG. 3B is a front view, FIG. 3C is a side view, and FIG. FIG. 5A is a plan view of the composite battery pack shown in FIG. 4, FIG. 5B is a front view of the composite battery pack shown in FIG. 4, and FIG. (C) is a side view of the composite battery pack of FIG. 4, and FIG. 6 is a schematic view of the composite battery pack according to the first embodiment of the present invention mounted on a vehicle.
[0041]
As shown in FIG. 3, the
[0042]
The ten
[0043]
The fixing
[0044]
The
[0045]
FIGS. 4 and 5A to 5C show a
[0046]
Further, an insulating cover 33 made of an insulating material is provided to cover all the
[0047]
As described above, this is required by configuring a battery pack in units of a predetermined number of thin batteries and further combining the battery packs of a predetermined number in units of the battery pack to form a composite battery pack. A composite battery pack suitable for capacity, voltage, and the like can be easily obtained. In addition, since the composite battery pack is configured without complicated connection, the failure rate of the composite battery pack due to poor connection can be reduced. Furthermore, when one of the thin batteries constituting the composite battery is broken or deteriorated and the thin battery needs to be replaced, the battery having the thin battery can be easily replaced.
[0048]
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example in which the above-described
[0049]
Second embodiment
FIG. 7 is a schematic plan view of a fixing device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 8 is a diagram showing an assembled battery according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a front view, and FIG. 8C is a side view. The
[0050]
As shown in FIG. 7, the fixing
[0051]
The fixed
[0052]
Further, the
[0053]
Further, on the surface of the
[0054]
As described above, by fixing the terminals of a plurality of thin batteries with a single fixing device having the function of a bus bar, replacement of the thin batteries is facilitated, and the bus bar is not required in forming the assembled battery. The number of parts is reduced.
[0055]
When fixing the
[0056]
Then, the
[0057]
FIGS. 8A to 8C show an assembled
[0058]
The assembled
[0059]
Third embodiment
9A and 9B are views showing a battery pack according to a third embodiment of the present invention, FIG. 9A is a perspective view of the battery pack, and FIG. 9B is a line III-III in FIG. FIG. The
[0060]
As shown in FIG. 9, the
[0061]
As shown in FIG. 9A, the spring constant of the
[0062]
As shown in FIG. 9B, similarly to the first embodiment, two thin batteries are taken as one unit, and the
[0063]
As described above, the structure in which the thin battery incorporated in the battery pack is easily taken out by disposing the damping material directly on the battery pack cover and fixing with the fixing bolts without specially providing the fixing device is provided. It becomes possible to make it cheap.
[0064]
Although not particularly shown, similarly to the first embodiment, the
[0065]
The assembled
[0066]
Fourth embodiment
FIG. 10 is a perspective view of a battery pack according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional view of the holder shown in FIG. The
[0067]
The
[0068]
The
[0069]
Each of the first to
[0070]
The
[0071]
The
[0072]
The
[0073]
When the
[0074]
As shown in FIG. 11, the two
[0075]
By forming the assembled battery by stacking the above-described holders, the thin battery incorporated in the assembled battery can be easily replaced.
[0076]
In addition, the number of thin batteries that can be mounted on the holder, the number of holders, and the connection method of the thin batteries constituting the assembled battery are not limited to the above-described number and connection method, but include required electric capacity, voltage, and the like. From, the number and connection method (series connection, parallel connection, series / parallel composite connection) can be appropriately set.
[0077]
The assembled
[0078]
The number of thin batteries constituting the assembled battery, the number of assembled batteries constituting the combined battery, the connection method of the thin batteries constituting the assembled battery, and the number of assembled batteries constituting the combined battery in the embodiment described above. The connection method is not limited to the number and the connection method described above, and the number and the connection method (series connection, parallel connection, series-parallel composite connection) can be appropriately set based on required electric capacity, voltage, and the like. I can do it.
[0079]
The embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
[0080]
【Example】
Hereinafter, the effects of the present invention were confirmed by Examples and Comparative Examples that further embody the present invention. The following examples are for confirming the effects of the thin battery used in the above-described embodiment.
[0081]
Example 1
The battery pack of Example 1 has a battery exterior member made of a polypropylene (PP) resin film for the first resin layer, an aluminum (Al) foil for the metal layer, a nylon resin film for the second resin layer, and aluminum (Al) for the positive electrode terminal. ) Foil, nickel (Ni) foil on the negative electrode terminal, lithium manganate (LiMnO) on the positive electrode active material2), Using a crystalline carbon material as the negative electrode active material and a mixed solution of propylene carbonate (PC) and ethyl methyl carbonate (EMC) as the electrolytic solution, to produce a thin battery of 140 mm long × 80 mm wide × 5 mm thick. Using ten thin batteries, the battery was fixed to the assembled battery by the fixing device shown in FIG. The size of the battery pack was 250 mm in length × 500 mm in width × 20 mm in height, and synthetic rubber mainly composed of butyl rubber was used as a damping material of the fixing device. In addition, the contact area of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal with the damping material was set to 90%.
[0082]
The vibration transmissibility of this assembled battery was measured. For the measurement of the vibration transmissibility, an acceleration pickup was set substantially at the center of the upper part of the battery pack, and the acceleration of the response vibration obtained when forced vibration was measured.
[0083]
FIG. 12 is a graph showing the vibration transmissibility of the battery pack according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, while the resonance frequency is located at about 100 Hz or less in Comparative Example 1 described below, it was confirmed that the main resonance frequency of the assembled battery in Example 1 was shifted to about 100 Hz or more. did.
[0084]
Example 2
The assembled battery of Example 2 was manufactured using ten thin batteries similar to those of Example 1 and fixed to the assembled battery by the fixing device shown in FIG. The size of the battery pack was 250 mm in length × 500 mm in width × 20 mm in height, and synthetic rubber mainly composed of butyl rubber was used as a damping material of the fixing device. In addition, the contact area of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal with the damping material was 70%.
[0085]
For this assembled battery, the same measurement of the vibration transmissibility as in Example 1 was performed. FIG. 13 is a graph showing the vibration transmissibility of the battery pack according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, in Comparative Example 2 described below, the resonance frequency is located at about 100 Hz or less, whereas in the assembled battery in Example 2, the main resonance frequency is shifted to about 100 Hz or more. did.
[0086]
Example 3
As the assembled battery of Example 3, 12 thin batteries similar to those of Example 1 were used, and the assembled battery shown in FIG. 9 was manufactured in two parallel and six series. The size of the battery pack was 250 mm in length × 600 mm in width × 20 mm in height, and synthetic rubber mainly composed of butyl rubber was used as a damping material for the fixing device. In addition, the contact area of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal with the damping material was set to 90%.
[0087]
For this assembled battery, the same measurement of the vibration transmissibility as in Example 1 was performed. FIG. 14 is a graph showing the vibration transmissibility of the battery pack according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, it was confirmed that the resonance frequency was located at about 100 Hz or less in Comparative Example 3 described below, whereas the main resonance frequency of the battery pack in Example 3 was shifted to about 100 Hz or more. did.
[0088]
Example 4
The battery pack of Example 4 was manufactured by using 24 thin batteries similar to those of Example 1 and forming the battery pack shown in FIG. 10 in four parallels and six series. The size of the battery pack was 250 mm long × 450 mm wide × 50 mm long, and a synthetic rubber containing butyl rubber as a main component was used as a damping material for the fixing device. In addition, the contact area of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal with the damping material was set to 90%.
[0089]
For this assembled battery, the same measurement of the vibration transmissibility as in Example 1 was performed. As a result, although not particularly shown, it was confirmed that the main resonance frequency was about 100 Hz or more as in Examples 1 to 3.
Comparative Example 1
As the battery pack of Comparative Example 1, a battery pack similar to that of Example 1 was manufactured using a thin battery similar to that of Example 1. However, the fixing device was not used for fixing the thin battery, and the positive terminal and the negative terminal of the thin battery and the bus bar were directly fixed by rivets.
[0090]
Comparative Example 2
As the battery pack of Comparative Example 2, a battery pack similar to that of Example 2 was manufactured using a thin battery similar to that of Example 2. However, the fixing device was not used for fixing the thin battery, and the positive terminal and the negative terminal of the thin battery and the bus bar were directly fixed by rivets.
[0091]
Comparative Example 3
As the battery pack of Comparative Example 3, a battery pack similar to that of Example 3 was manufactured using a thin battery similar to that of Example 3. However, the damping material was not used for fixing the thin battery, and the positive terminal and the negative terminal of the thin battery and the bus bar were directly fixed by rivets.
Consideration
[0092]
In the assembled batteries in Examples 1 to 4, it was confirmed that the resonance frequency was located at about 100 Hz or more. Thus, by avoiding the resonance of about 100 Hz or less, it has been clarified that the assembled battery can be effectively used even in an application such as a vehicle where vibration is relatively large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view showing the entire thin battery according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1A. It is.
FIG. 2A is a plan view of a fixing device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a partial side view of the fixing device before fixing a thin battery; (C) is a partial side view of the fixing device after fixing the thin battery.
3A and 3B are diagrams showing a battery pack according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is a plan view, FIG. 3B is a front view, and FIG. 3C is a side view.
FIG. 4 is a perspective view of a composite battery pack including the battery pack of FIG. 3;
5 (A) is a plan view of the composite battery pack of FIG. 3, FIG. 4 (B) is a front view of the composite battery pack of FIG. 3, and FIG. 4 (C) is a side view of the composite battery pack of FIG. FIG.
FIG. 6 is a schematic view showing the composite battery pack according to the first embodiment of the present invention mounted on a vehicle.
FIG. 7 is a schematic plan view of a fixing device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view showing a battery pack according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 8 (A) is a schematic plan view, FIG. 8 (B) is a front view, and FIG. 8 (C) is a side view. .
FIG. 9 is a view showing an assembled battery according to a third embodiment of the present invention, FIG. 9 (A) is a perspective view of the assembled battery, and FIG. 9 (B) is III-III in FIG. 9 (A). It is sectional drawing which follows a line.
FIG. 10 is a perspective view of a battery pack according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view of the holder shown in FIG. 10;
FIG. 12 is a graph showing the results of measuring the vibration transmissibility of Example 1.
FIG. 13 is a graph showing the results of measuring the vibration transmissibility of Example 2.
FIG. 14 is a graph showing a result of a vibration transmission rate measurement of Example 3.
[Explanation of symbols]
1 ... Vehicle
5, 5 ': fixing device
51: Fixed base part
51a ... axis
51b ... fulcrum
51c, 51d ... members
52 ... engaging member
52a ... convex member
52b ... recess material
53 ... Damping material
53a ... connection part
54 ... Opening
55 ... Lead wire
10. Thin battery
10a to 10j: first to tenth thin batteries
101 ... Positive electrode plate
102 ... Separator
103 ... Negative electrode plate
104 ... Positive terminal
105 ... negative electrode terminal
106: Upper battery exterior member
107: Lower battery exterior member
109 ... power generation element
110: heat fusion area
15 ... Holder
151: first layer
152: second layer
153: Third layer
154: fourth layer
155 ... through-hole
156 ... Damping material
157 ... Spring
158 ... conductive part
20… Battery pack
21a ... Positive side busbar
21b: negative electrode side bus bar
22 ... Positive electrode terminal for assembled battery
23 ... Negative electrode terminal for assembled battery
24a ... fixing bolt
24b ... fixing nut
25 ... Battery cover
26 ... External elastic body
27 ... Insert
30 ... Composite battery
31 ... Positive terminal for external connection
32 ... Negative terminal for external connection
33 ... Insulation cover
34 ... Connecting member
35 ... fixing screw
Claims (20)
前記薄型電池の正極端子又は負極端子を固定及び開放可能な固定手段を有する組電池。The outer peripheral edges of two sheet-shaped sealing means having a synthetic resin layer are joined to seal a power generating element inside the sealing means, and the positive terminal and the negative terminal connected to the power generating element are connected to each other. An assembled battery including a plurality of thin batteries derived from an outer peripheral portion,
An assembled battery having fixing means capable of fixing and opening the positive terminal or the negative terminal of the thin battery.
前記ダンピング材によって、前記薄型電池の正極端子又は負極端子を挟持して、前記薄型電池を支持する請求項1記載の組電池。The fixing means has a damping material at a position in contact with the positive terminal and the negative terminal of the thin battery,
The battery pack according to claim 1, wherein the thin battery is supported by sandwiching a positive electrode terminal or a negative electrode terminal of the thin battery with the damping material.
前記固定手段は、前記積層された2以上の薄型電池の正極端子又は負極端子を同時に固定及び開放可能な請求項6記載の組電池。The assembled battery is stacked so that one of the positive electrode terminal or the negative electrode terminal of one thin battery and one of the positive electrode terminal or the negative electrode terminal of the other thin battery are in the same direction. Including two or more thin batteries,
7. The assembled battery according to claim 6, wherein the fixing means can simultaneously fix and open the positive electrode terminal or the negative electrode terminal of the stacked two or more thin batteries.
前記固定手段が、前記並置された2以上の薄型電池の正極端子又は負極端子を同時に固定及び開放可能な請求項6又は7記載の組電池。The fixing means is juxtaposed such that one of the positive electrode terminal or the negative electrode terminal of one thin battery and one of the positive electrode terminal or the negative electrode terminal of the other thin battery are in the same direction. Including two or more thin batteries,
8. The battery pack according to claim 6, wherein the fixing means can simultaneously fix and open the positive electrode terminal or the negative electrode terminal of the two or more thin batteries arranged side by side.
前記正極活性物質が、リチウム複合酸化物である請求項1〜13の何れかに記載の薄型電池。The power generating element has a positive electrode active material that functions as a positive electrode,
14. The thin battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material is a lithium composite oxide.
前記負極活性物質が、炭素系材料である請求項1〜15の何れかに記載の薄型電池。The power generation element has a negative electrode active material that functions as a negative electrode,
The thin battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material is a carbon-based material.
前記各組電池が、外部と電気的に接続する組電池用正極端子及び組電池用負極端子を有し、
一の前記組電池の組電池用正極端子又は組電池用負極端子の一方の組電池用端子と、他の前記組電池の前記一の組電池用端子の一方の組電池用端子とは極の異なる組電池用端子とを電気的に接続した少なくとも2以上の前記組電池を含む複合組電池。A composite battery pack having a plurality of battery packs, wherein the battery packs according to claim 1 are electrically connected,
Each of the assembled batteries has an assembled battery positive terminal and an assembled battery negative terminal that are electrically connected to the outside,
One of the assembled battery terminals of the assembled battery positive terminal or the assembled battery negative terminal, and the other assembled battery terminal of the one assembled battery terminal is a positive electrode. A composite battery pack including at least two or more of said battery packs electrically connected to different battery pack terminals.
前記各組電池が、外部と電気的に接続する組電池用正極端子及び組電池用負極端子を有し、
一の前記組電池の組電池用正極端子と、他の前記組電池の組電池用負極端子とを電気的に接続し、
前記一の組電池の組電池用負極端子と、前記他の組電池の組電池用負極端子とを電気的に接続した少なくとも2以上の前記組電池を含む複合組電池。A composite battery pack having a plurality of battery packs, wherein the battery packs according to claim 1 are electrically connected,
Each of the assembled batteries has an assembled battery positive terminal and an assembled battery negative terminal that are electrically connected to the outside,
The battery pack positive electrode terminal of one of the battery packs is electrically connected to the battery pack negative electrode terminal of the other battery pack,
A composite battery pack including at least two or more of the battery packs, wherein the battery pack negative electrode terminal of the one battery pack and the battery pack negative electrode terminal of the other battery pack are electrically connected.
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