JP2005116431A

JP2005116431A - 組電池

Info

Publication number: JP2005116431A
Application number: JP2003351724A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Suzuki; 啓一郎鈴木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: JP4576823B2

Abstract

【課題】良好な生産性および組み立て精度を有する組電池を提供する。
【解決手段】積層された複数の単電池６０，７０が組込まれた組電池であって、単電池６０，７０が収納される柔軟性および電気絶縁性を備える袋状の収納ケース３０を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の単電池を有する組電池に関する。

近年、環境意識の高まりを受けて、自動車の動力源を、化石燃料を利用するエンジンから電気エネルギーを利用するモータに移行しようとする動きがある。そのため、モータのパワーソースとなる電池の技術も急速に発展しつつある。

従来の組電池においては、直列および／又は並列に接続された単電池を、所定の間隔で積層し、最外層に位置する単電池を介して全体を押圧し、外装部材によって固定することによって、単電池の放熱特性を向上させ、良好なサイクル特性およびレート特性を有する組電池を得ている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１９５４８０号公報

しかし、組電池は、多数の単電池を組み込む必要があり、その取扱いは、非常な手間を要する。例えば、単電池の位置決めや積層が困難であるため、作業工数が増加し、生産性が低下する問題を有する。また、組み立て精度を向上させることが難しく、絶縁不良やクリアランス不足が生じる虞もある。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な生産性および組み立て精度を有する組電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、
積層された複数の単電池が組込まれた組電池であって、
前記単電池が収納される柔軟性および電気絶縁性を備える袋状の収納ケースを有することを特徴とする組電池である。

上記のように構成した本発明によれば、単電池は、位置決めや積層が容易な収納ケースに収納されているため、取り扱いが容易であり、生産性に優れる。また、収納ケースは、組み立て精度を容易に確保することが可能であり、絶縁不良やクリアランス不足の発生が抑制される。したがって、良好な生産性および組み立て精度を有する組電池を提供することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る組電池を説明するための斜視図である。

本発明の実施の形態に係る組電池１０は、単電池が収納される収納ケース３０の積層部２０と、積層部２０の両側に配置される支持プレート８０および押圧プレート８５と、積層部２０（収納ケース３０）を加圧および固定するための保持手段９０とを有する。なお、符号９５は、保持手段９０が有するナットを示している。

図２は、本発明の実施の形態に係る収納ケースを説明するための斜視図、図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに関する断面図、図４は、本発明の実施の形態に係る収納ケースの正面図、図５は、本発明の実施の形態に係る収納ケースの背面図である。

収納ケース３０は、略扁平の袋状であり、上面４０と下面５０を有する。収納ケース３０の材質は、電気絶縁性および保持手段９０による加圧によって破損しない柔軟性を有していれば、特に限定されない。

収納ケース３０は、一対の単電池６０，７０を収納しており、一方の電極タブ６７，７７が互いに予め接続されている。単電池６０および単電池７０の極性の異なる電極タブ６５，６７および電極タブ７５，７７は、対向する端面から延長している。なお、端部３６は、単電池６０，７０を収納した後で、部分的に接合され、接合部３８が形成されることで、塞がれている。

以上のように、単電池６０，７０は、位置決めや積層が容易な収納ケース３０に収納されているため、取り扱いが容易であり、生産性に優れる。また、収納ケース３０は、組み立て精度を容易に確保することが可能であり、絶縁不良やクリアランス不足の発生が抑制される。したがって、良好な生産性および組み立て精度を有する組電池を提供することが可能である。さらに、単電池は対となって収納されているため、取り扱い性および絶縁性が向上している。

詳述すると、収納ケース３０は、ストッパ手段３１、切込み部４４、貫通孔３４、開口部４６，５６、上面拡張部４２、下面拡張部５２を有する。

ストッパ手段３１は、上面４０と下面５０とを部分的に接合して形成される接合部からなる。ストッパ手段３１は、塞がれる前の端部３６を経由して単電池６０，７０を収容する際の移動を規制し、単電池６０，７０を所定の位置に位置決めする。接合部は、例えば、溶着、ステープル留め、接着を適用することが可能である。

切込み部４４，５４は、単電池６０，７０の電極タブ６５，７５を引き出すためのスリットであり、上面４０および下面５０に形成されている。したがって、単電池６０，７０の電極タブ６５，７５を、収納ケース３０の外側に引き出すことが容易である。

上面４０の切込み部４４から引き出された電極タブ７５は、隣接する上方の収納ケースの下面の切込み部から引き出された電極タブと、直列に接続される。下面５０の切込み部５４から引き出された電極タブ６５は、隣接する下方の収納ケースの上面の切込み部から引き出された電極タブと直列に接続される。

また、クリップ金具が、電極タブの接続手段として使用される。クリップ金具は、取り扱いが容易で安価であるため好ましいが、他の接続手段を適宜適用することも可能である。

貫通孔３４は、収納ケース３０の積層方向に関する位置決め手段であり、収納ケース３０の四隅に形成されている。貫通孔３４は、ロケートピン（後述）を挿入することで、複数の収納ケース３０の積層作業を容易にすると共に、組み立て精度を向上させる。

位置決め手段は、貫通孔３４を利用することに限定されず、例えば、突起部および凹部を、上面４０および下面５０に設けて、突起部を凹部に嵌合させることを繰り返して収納ケース３０を積層することで、位置決めすることも可能である。

開口部４６，５６は、単電池６０，７０から発生する熱を放出するための放熱孔である。開口部４６，５６の形状、個数、配置は、収納ケース３０（単電池６０，７０）の熱特性に応じて適宜設定することが好ましい。

上面拡張部４２は、クリップ金具の脱落を防止し、かつ、クリップ金具によって（隣接する収納ケース間で）接続された電極タブを絶縁するための保護手段である。上面拡張部４２は、エプロン状であり、電極タブ７５が配置される収納ケースの上面４０の端部から延長している。上面拡張部４２は、下方に折り曲げられ、クリップ金具および電極タブを覆い、隣接する収納ケースに接合される。

下面拡張部５２は、電極タブ６５，７５を互いに絶縁するための短絡防止手段である。下面拡張部５２は、エプロン状であり、電極タブ６５が配置される収納ケースの下面５０の端部から延長している。下面拡張部５２は、上方に折り曲げられ、電極タブ６５，７５の間に配置される。なお、下面拡張部５２の折り曲げは、上面拡張部４２の折り曲げ前に、実行される。

図６は、図２に示される単電池を説明するための斜視図である。単電池６０および単電池７０は、同一構造を有するため、単電池６０を例に挙げて説明する。

単電池６０は、周辺部を熱溶着によって接合されたラミネートフィルムからなる外装ケース６２と、外装ケース６２から引き出される電極タブ６５，６７とを有する。熱溶着は、例えば、超音波溶着を適用することが可能である。

ラミネートフィルムの材質は、特に限定されず、例えば、高分子フィルムからなる外装保護層、金属フィルム層、高分子フィルムからなる熱溶着層を一体化して構成された高分子−金属複合材が挙げられる。

外装ケース６２は、矩形かつ扁平状であり、発電要素を収納するための凸部６４と、内部をシールするための熱溶着部６３とを有する。発電要素は、例えば、正極板、正極集電体、セパレータ、負極板、負極集電体、電解液（電解質）を有している。正極集電体は、外装ケース６２の内部において、正極板と電極タブ６７の一端とを接続するため部材である。負極集電体は、外装ケース６２の内部において、負極板と電極タブ６５の一端とを接続するため部材である。なお、電極タブ６７は、アルミニウム箔によって形成され、電極タブ６５は、銅箔によって形成されている。

単電池６０，７０は、クリップ金具によって隣接する収納ケースの単電池に直列に接続されるため、積層方向に直列に接続された積層体が形成される。また、最下層に位置する収納ケース３０の単電池６０の電極タブ６５および最上層に位置する収納ケース３０の単電池７０の電極タブ７５は、適当な接続導体を使用して、電力端子（不図示）に接続される。したがって、電力端子に接続される動力源（例えば、モータ）に、大きな電力を供給することが可能である。

図７は、図１に示される支持プレートを説明するための斜視図である。

支持プレート８０は、収納ケース３０を載置するために使用され、四隅に穴部８２が形成されている。穴部８２は、収納ケース３０の貫通孔３４と位置合わせされており、ロケートピン９２の一端が固定される。したがって、ロケートピン９２は、貫通孔３４と位置合わせされる。なお、ロケートピン９２の他端は、ねじ部９３を有する。

支持プレート８０は、単電池６０，７０から生じる熱を吸収して外部に放散させるためのヒートシンク機能を有する。支持プレート８０の構成材料は、銅、アルミニウム、マグネシウムなどが好ましく、放熱性や軽量化を考慮すると、アルミニウムが特に好ましい。また、支持プレート８０に、長手方向に貫通し延長する複数の通気口を形成することで、放熱効率を向上させることも可能である。

図８は、図１に示される押圧プレートを説明するための斜視図である。

押圧プレート８５は、最上層の収納ケース３０に載置され、四隅に貫通孔８７が形成されている。貫通孔８７は、ロケートピン９２と位置合わせされており、ロケートピン９２の他端が通過する。

したがって、貫通孔８７を通過したねじ部９３に、ナット９５を締結することによって、押圧プレート８５は、支持プレート８０に載置された収納ケース３０の積層部２０（収納ケース３０）を、加圧および固定することが可能である。つまり、ロケートピン９２およびナット９５は、保持手段９０を構成する。

一般的に、扁平状の単電池の外装ケースは、内部の電極を押さえ込む力が弱く、充放電を繰り返すことによって発生するガスが、内部電極間に流入し、サイクル劣化を引き起こすことで寿命を短くする問題を有する。したがって、保持手段９０によって積層部２０に適当な面圧を付加し、内部の電極を押さえ込み、ガスの流入を抑制し、サイクル劣化による寿命の短縮化を防ぐことが好ましい。

押圧プレート８５は、単電池６０，７０から生じる熱を吸収して外部に放散させるためのヒートシンク機能を有する。押圧プレート８５の構成材料は、銅、アルミニウム、マグネシウムなどが好ましく、放熱性や軽量化を考慮すると、アルミニウムが特に好ましい。また、押圧プレート８５に、長手方向に貫通し延長する複数の通気口を形成することで、放熱効率を向上させることも可能である。

なお、保持手段９０は、収納ケース３０の積層方向に関する位置決めに使用されるロケートピン９２を、積層部２０（収納ケース３０）を加圧および固定するために利用している。しかし、保持手段９０を、支持プレート８０に立設される専用のピン部材を有するように構成し、当該ピン部とナット９５とを締結させることも可能である。

次に、本発明の実施の形態に係る組電池の製造工程を説明する。

なお、図９は、収納ケースに対する単電池の収納工程を説明するための断面図、図１０は、図９に続く、収納ケースにおける単電池の位置決め工程を説明するための断面図、図１１は、図１０に続く、収納ケースの接合工程を説明するための斜視図、図１２は、図１１の線ＸＩＩ−ＸＩＩに関する断面図、図１３は、図１１に続く、収納ケースの拡張部の屈曲工程を説明するための断面図、図１４は、図１３に続く、収納ケースの積層工程を説明するための斜視図、図１５は、図１４に続く、クリップ金具による電極タブの接続工程を説明するための断面図、図１６は、図１５に続く、クリップ金具および電極タブの保護工程を説明するための斜視図、図１７は、図１６の線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩに関する断面図、図１８は、図１６に続く、収納ケースの押圧固定工程を説明するための断面図である。

まず、端部３６が開口している状態の収納ケース３０に、一方の電極タブ６７，７７が互いに予め接続された一対の単電池６０，７０が、端部３６を経由して収納される（図９参照）。

単電池６０，７０は、ストッパ手段３２に当接するまで挿入され、所定の位置に位置決めされると、電極タブ６５は、下面５０の切込み部５４から引き出され、電極タブ７５は、上面４０の切込み部４４から引き出される（図１０参照）。その後、収納ケース３０の端部３６は、接合されて塞がれる（図１１および図１２参照）。

そして、収納ケース３０の下面拡張部５２が、上方に折り曲げられ、電極タブ６５，７５の間（単電池６０，７０の間）に配置されることで、電極タブ６５，７５が絶縁され、短絡防止が図られる（図１３参照）。

完成した収納ケース（アセンブリ）３０は、支持プレート８０に載置される（図１４参照）。この際、収納ケース３０の貫通孔３４に、支持プレート８０に立設されたロケートピン９２を通すことで、収納ケース３０の積層方向に関する位置決めがなされる。したがって、収納ケース３０の積層作業は、容易であり、かつ、組み立て精度が確保される。

次に、上面４０の切込み部４４から引き出された電極タブ７５が、隣接する上方の収納ケースの下面５０の切込み部５４から引き出された電極タブ６５と、直列に接続される（図１５参照）。電極タブ６５，７５の接続は、クリップ金具２２が使用されるため、容易である。

収納ケースの上面拡張部４２は、クリップ金具２２および電極タブを覆うように、下方に折り曲げられ、隣接する収納ケースに接合される（図１６および図１７参照）。したがって、クリップ金具２２の脱落が防止され、また、クリップ金具２１によって（隣接する収納ケース間で）接続された電極タブが確実に絶縁される。

所定個数の収納ケース３０が積層されると、押圧プレート８５が、最上層の収納ケース３０に載置され、貫通孔８７から突出しているロケートピン９２の他端のねじ部９３に、ナット９５が締結される（図１８参照）。この際、積層部２０に適当な面圧を付加することで、充放電を繰り返すことによって発生するガスの流入が抑制され、サイクル劣化による寿命の短縮化が防がれる。

以上のように、実施の形態に係る組電池は、全ての単電池が直列に接続されており、大きな電力を供給することが可能である。また、単電池は、位置決めや積層が容易な収納ケースに収納されているため、取り扱いが容易であり、生産性に優れる。また、収納ケースは、組み立て精度を容易に確保することが可能であり、絶縁不良やクリアランス不足の発生が抑制される。したがって、良好な生産性および組み立て精度を有する組電池を提供することが可能である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

例えば、図１９に示されるように、収納ケース３０を並列に連結して、組電池を構成することも可能である。この場合、積層方向に直列に接続された単電池の積層体が並列に形成されるため、例えば、押圧プレートおよび／または支持プレートに、バスバー等の接続導体を適当に配置し、積層体を直列に接続することが好ましい。

また、図２０に示されるように、収納ケース３０に、切込み部４４から引き出された電極タブ７５を覆うためのエプロン状の延長部４８を設けて、絶縁管理および短絡の防止をより確実とすることも好ましい。延長部は４８、クリップ金具によって電極タブ７５を接続する際に、捲り上げることが可能であるため、接続作業を妨害しない。

収納ケースに収納される単電池は、一対であることに限定されず、３個以上が直列に接続されてなる積層体を適用することも可能である。さらに、同一の端面から極性の異なる電極タブが並列に延長する単電池（図２１参照）を、使用することも可能である。

また、積層されている収納ケースの間に、ヒートシンク機能を有するプレートを適当な間隔で配置し、放熱効率をさらに向上させることも可能である。

本発明の実施の形態に係る組電池を説明するための斜視図である。本発明の実施の形態に係る収納ケースを説明するための斜視図である。図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに関する断面図である。本発明の実施の形態に係る収納ケースの正面図である。本発明の実施の形態に係る収納ケースの背面図である。図２に示される単電池を説明するための斜視図である。図１に示される支持プレートを説明するための斜視図である。図１に示される押圧プレートを説明するための斜視図である。本発明の実施の形態に係る組電池の製造工程を説明するための断面図であり、収納ケースに対する単電池の収納工程を示している。図９に続く、収納ケースにおける単電池の位置決め工程を説明するための断面図である。図１０に続く、収納ケースの接合工程を説明するための斜視図である。図１１の線ＸＩＩ−ＸＩＩに関する断面図である。図１１に続く、収納ケースの拡張部の屈曲工程を説明するための断面図である。図１３に続く、収納ケースの積層工程を説明するための斜視図である。図１４に続く、クリップ金具による電極タブの接続工程を説明するための断面図である。図１５に続く、クリップ金具および電極タブの保護工程を説明するための斜視図である。図１６の線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩに関する断面図である。図１６に続く、収納ケースの押圧固定工程を説明するための断面図である。本発明の別の実施の形態に係る収納ケースを説明するための斜視図である。本発明の別の実施の形態に係る収納ケースを説明するための斜視図である。本発明の別の実施の形態に係る単電池を説明するための斜視図である。

符号の説明

、
１０・・組電池、
２０・・積層部、
２２・・クリップ金具、
３０・・収納ケース、
３２・・ストッパ手段、
３４・・貫通孔、
３６・・端部、
３８・・接合部、
４０・・上面、
４２・・上面拡張部、
４４・・切込み部、
４６・・開口部、
４８・・延長部、
５０・・下面、
５２・・下面拡張部、
５４・・切込み部、
５６・・開口部、
６０，７０・・単電池、
６２・・外装ケース、
６３・・熱溶着部、
６３・・凸部、
６５，６７，７５，７７・・電極タブ、
８０・・支持プレート、
８２・・穴部、
８５・・押圧プレート、
８７・・貫通孔、
９０・・保持手段、
９２・・ロケートピン、
９２・・ねじ部、
９５・・ナット。

Claims

積層された複数の単電池が組込まれた組電池であって、
前記単電池が収納される柔軟性および電気絶縁性を備える収納ケースを有することを特徴とする組電池。
前記収納ケースは、袋状のものであることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
前記収納ケースは、積層された複数の単電池を収納し、前記複数の単電池は、直列に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の組電池。
前記単電池は、対向する端面から延長する極性の異なる電極タブを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組電池。
前記収納ケースは、一方の電極タブが互いに予め接続された一対の単電池を収納することを特徴とする請求項４に記載の組電池。
前記収納ケースは、前記一対の単電池の他方の電極タブを互いに絶縁するための短絡防止手段を有することを特徴とする請求項５に記載の組電池。
前記短絡防止手段は、他方の電極タブが配置される前記収納ケースの端部から延長するエプロン状の拡張部を有し、前記拡張部は、折り曲げられ、前記一対の単電池の他方の電極タブの間に配置されることを特徴とする請求項６に記載の組電池。
前記収納ケースは、前記一対の単電池を収容する際のストッパ手段を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の組電池。
前記ストッパ手段は、前記収納ケースを構成する上下の面を部分的に接合して形成される接合部からなることを特徴とする請求項８に記載の組電池。
前記収納ケースは、複数積層されており、隣接する収納ケースに収納される一対の単電池の他方の電極タブは、クリップ金具によって、直列に接続されていることを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の組電池。
前記クリップ金具の脱落を防止し、かつ、前記クリップ金具によって接続された前記電極タブを絶縁するための保護手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の組電池。
前記保護手段は、他方の電極タブが配置される前記収納ケースの端部から延長するエプロン状の拡張部を有し、前記拡張部は、折り曲げられ、前記クリップ金具および前記電極タブを覆い、隣接する収納ケースに接合されることを特徴とする請求項１１に記載の組電池。
前記収納ケースは、前記単電池の電極タブを引き出すための切込み部を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の組電池。
前記収納ケースは、前記切込み部から引き出された電極タブを覆うためのエプロン状の延長部を有し、前記延長部は、前記電極タブを接続する際に、捲り上げられることを特徴とする請求項１３に記載の組電池。
前記収納ケースは、積層方向に関する位置決め手段を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の組電池。
前記位置決め手段は、前記収納ケースに形成される貫通孔を有することを特徴とする請求項１５に記載の組電池。
前記収納ケースが載置される支持プレートを有し、前記位置決め手段は、前記支持プレートに一端が固定されたロケートピンを有し、前記ロケートピンは、前記貫通孔と位置合わせされていることを特徴とする請求項１６に記載の組電池。
最上層の前記収納ケースに載置され、前記ロケートピンの他端が通過する貫通孔が形成されている押圧プレートを有し、前記ロケートピンの他端は、ねじ部を有し、
前記押圧プレートは、前記ロケートピンの他端のねじ部にナットを締結することによって、前記支持プレートに載置されている前記収納ケースを、加圧および固定することを特徴とする請求項１７に記載の組電池。
前記収納ケースは、前記単電池から発生する熱を放出するための開口部を有することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の組電池。
前記収納ケースは、並列に連結されていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の組電池。