JP2005302501A

JP2005302501A - バッテリーセル用ケース

Info

Publication number: JP2005302501A
Application number: JP2004116325A
Authority: JP
Inventors: Nobumitsu Okazaki; 伸光岡崎; Katsunori Matsuki; 克則松木; Takeshi Kanai; 猛金井
Original assignee: Uchiyama Manufacturing Corp; NEC Lamilion Energy Ltd
Current assignee: Uchiyama Manufacturing Corp; NEC Lamilion Energy Ltd
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-04-12
Also published as: JP4617098B2

Abstract

【課題】軽量でありながら適度な強度を有し、且つ放熱機能も備え、更にバッテリーセルとの馴染み性にも優れたバッテリーセル用ケースを提供する。
【解決手段】バッテリーセル１を保持するためのケースＣであって、発泡合成樹脂の枠状成型体２からなり、前記バッテリーセル１の四周を保持する保持部５と、上記保持部５に保持されたバッテリーセル１の正負電極端子片１ｄ、１ｅをその先側が外側部に臨むよう受止する電極端子片受止部６、６と、上記保持部５と外側とを連通させる通気部７とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン２次電池等の電池要素をフィルムラミネートし、該電池要素に連接される充放電用の正負電極端子片をラミネートフィルムから導出させてなるバッテリーセルを単体或いは複数を組合わせ保持してバッテリーパックを構成するためのケースに関する。

近時、自動車業界では、環境問題等から、ガソリンエンジン車やディーゼルエンジン車に代え、繰返し充電可能なリチウムイオン２次電池等の有機電解質２次電池を用いた電気自動車、ハイブリッド自動車或いは燃料電池自動車（以下、単に電気自動車等と言う）の開発が進められている。このような２次電池は、扁平形の電池要素をフィルムでラミネートし、充放電用の正負電極端子片をラミネートフィルムから導出させたバッテリーセルを、適用される自動車の要求出力に応じて複数を組合わせ、適宜支持体に支持させてバッテリーパックとして構成される。また、出力の小さな電動自転車にも使用されており、この場合には、バッテリーセル単体で用いられることもある。

特許文献１は、上記電気自動車等に用いられる２次電池の一例を開示するものであり、上記と同様のバッテリーセル（薄型ラミネート電池）を複数支持体内に設置して組電池（バッテリーパック）となし、これらバッテリーセルを樹脂にて被覆することにより、耐振性を改善せんとするものである。
特開２００３−１６２９８９号公報

而して、上記のようなバッテリーパックは、複数枚のバッテリーセルを支持体内に樹脂にて被覆し固定させるものであるが、電気自動車等に用いられる場合、その枚数は数十枚にも及ぶ為、使用される樹脂量も多く、それだけ重量も大となる。また、バッテリーセルは使用時に発熱するが、１枚毎に樹脂で被覆されるから放熱が抑えられ、温度上昇により壊れてしまうこともある。更に、適宜通気孔を設けた樹脂の成型体により多段に積層保持することもなされているが、樹脂成型体の占める重量はなお大きく、しかも樹脂成型体の硬さと、バッテリーセルの軟らかさとの馴染み性が悪く、組立時や振動等によりバッテリーセルが傷つくこともある。その為、樹脂成型体の表面にスポンジ状の発泡シートを貼り付けることもなされているが、コストと手間がかかることにもなり、その抜本的な改善が望まれるところであった。

本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、軽量でありながら適度な強度を有し、且つ放熱機能も備え、更にバッテリーセルとの馴染み性にも優れた新規なバッテリーセル用ケースを提供することを目的としている。

請求項１の発明に係るバッテリーセル用ケースは、電池要素の外表面をフィルムラミネートし、該電池要素に連接される充放電用の正負電極端子片を上記ラミネートフィルムから導出させてなるバッテリーセルを保持するためのケースであって、発泡合成樹脂の枠状成型体からなり、前記バッテリーセルの四周を保持する保持部と、上記保持部に保持されたバッテリーセルの前記電極端子片をその先側が外側部に臨むよう受止する電極端子片受止部と、上記保持部と外側とを連通させる通気部とを備えたことを特徴とする。

前記枠状成型体は、請求項２の発明のように、方形の枠体からなり、前記保持部はこの枠体の内周部に段差状に形成されているものとすることができる。また、前記電極端子片受止部或いは前記通気部は、請求項３或いは請求項４の発明のように、上記枠体の内外間に亘り形成された切欠凹所からなるものとすることができる。

そして、前記発泡合成樹脂としては、請求項５或いは請求項６の発明のように、発泡ポリスチレン或いは発泡ポリプロピレンが望ましく採用される。これら、発泡合成樹脂の発泡倍率は、強度、重量及びバッテリーセルとの馴染み性等を総合的に勘案すると、１０〜３０倍が適正とされる。

請求項１の発明によれば、バッテリーセル用ケースが、発泡合成樹脂の枠状成型体からなるから、軽量であり、これを多数段積みして各段毎にバッテリーセルを保持してバッテリーパックを構成しても、従来のものに比べ軽量であり、電気自動車等に用いた場合、車体の軽量化に寄与する。また、発泡体であるが故に振動吸収性に優れ、自動車等のように振動が激しい場合でも、バッテリーセルを安定的に保持することができる。しかも、発泡体であるが故の特有の軟らかさを備え、バッテリーセルとの馴染み性が良く、バッテリーパックの組立時や振動等によるバッテリーセルの傷つきやダメージも少なくなる。更に、保持部と外側とを連通させる通気部を備えているから、保持部に保持されたバッテリーセルが発熱しても、逐次放熱されてその温度上昇が抑えられ、高温化によるバッテリーセルの崩壊もなくなる。

そして、請求項２〜４の発明のように、保持部を枠体の内側に段差状に形成し、更に、通気部及び電極端子片受止部を枠体に形成された切欠凹所で構成すれば、一体的型成型によって本発明のバッテリーセル用ケースが安価に製せられる。また、これらを複数段積みしても、各段毎に前記保持部、通気部及び電極端子片受止部が確保され、その組立が容易である上に、極めて合理的である。更に、請求項５或いは６の発明による発泡合成樹脂は、軽量でありながら、適度な強度を備え、且つバッテリーセルとの馴染み性が良く、特に、発泡ポリプロピレン樹脂が総合的に最も適性が大である。

以下に本発明の最良の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明のバッテリーセル用ケースを用いたバッテリーパックの１例を示す分解斜視図、図２は同バッテリーセル用ケースを下から見た斜視図、図３は同バッテリーパックの組付け状態の１部を示す斜視図、図４は同バッテリーパックの組付け状態を示す概略的縦断面図である。

本発明のバッテリーセル用ケースによって保持されるバッテリーセル１は、リチウムイオン２次電池等の有機電解質２次電池からなる方形薄板状電池要素１ａを、上下２枚のラミネートフィルム１ｂ、１ｂにて挟装すると共に、周辺部のラミネートフィルム１ｂ、１ｂ同士を熱融着１ｃして封止し、更にこの熱融着部１ｃから上記電池要素１ａに連接される充放電用の正負電極端子片１ｄ、１ｅを長手方向両側に導出させてなるものである。ラミネートフィルム１ｂは、電池要素１ａの電解液が漏出しないように上記熱融着１ｃによって電池要素１ａを封止できるものであればよく、例えば、アルミニウム、チタン、チタン系合金、鉄、ステンレス、マグネシウム系合金等の金属箔の内面（電池要素１ａの封止側）に熱融着性樹脂層を、外表面には保護層を積層したものが用いられる。

ラミネートフィルム１ｂを構成する上記熱融着性樹脂層としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変性物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリアミド、エチレン酢酸ビニル共重合体などが使用される。また、保護層としては、ナイロン等が望ましく採用される。

正負電極端子片１ｄ、１ｅは、アルミニウム或いは銅等の導電性金属箔からなり、その基端部は電池要素１ａに連接され、熱融着部１ｃで挟着固定された状態でその先側が熱融着部１ｃから導出されている。電池要素１ａの外形寸法は、長手方向は約１２０ｍｍ、幅方向は約８０ｍｍ、厚さは１０ｍｍであり、ラミネートフィルム１ｂ及び正負電極端子片１ｄ、１ｅを含むバッテリーセル１の重量は、２００〜２５０ｇである。

バッテリーセル用ケースＣは、図に示すように長短枠３、４による方形の枠体（枠状成型体）２からなり、前記発泡合成樹脂により一体成型されたものである。この方形枠体２の内周部には、バッテリーセル１の四周部（上記熱融着部１ｃ）を保持する段差状の保持部５が形成されている。この保持部５の外周部分の大きさは、バッテリーセル１におけるラミネートフィルム１ｂの外周部分の大きさよりやや大とされ、また、該保持部５の内周部分の大きさは、電池要素１ａの外周部分の大きさよりやや大とされている。従って、図例のバッテリーセル用ケースＣにバッテリーセル１を収納保持させる場合は、電池要素１ａを保持部５の内周空所に嵌り込ませるようにし、且つ鍔状の熱融着部１ｃを段差状保持部５に担持させるよう保持する。

上記枠体２の短枠４、４には、保持部５と面一となる切欠凹所が該短枠４、４の内外間に亘り形成され、この切欠凹所が電極端子片受止部６、６とされている。該電極端子片受止部６、６の、短枠４、４の長手方向に沿った幅は、正負電極端子片１ｄ、１ｅの幅よりやや大とされている。従って、上記のようにバッテリーセル用ケースＣにバッテリーセル１を収納保持させた際、正負電極端子片１ｄ、１ｅは、この電極端子片受止部６、６上に添いその先側が枠体２の外側に臨むよう受止される。

また、上記枠体２の長枠３、３には、切欠凹所が該長枠３、３の内外間に亘り２箇所ずつ形成され、この切欠凹所が通気部７…とされている。更に、枠体２の下面には、枠体２の内側で上記保持部５上に嵌り込む第１の脚部８及び電極端子片受止部６、６に嵌り込む第２の脚部９が形成されている。第１の脚部８は、複数の枠体２を上下に段積みしたとき、上記通気部７…を閉塞しないよう、枠体２の周方向に亘り分断状に形成されている。また、第２の脚部９は、第１の脚部８の一部に連なり、その幅は電極端子片受止部６、６の切欠開口幅よりやや小とされている。そして、上記枠体２の四隅には、ボルト挿通孔１０…が貫設されている。

上記のように構成された枠体２（バッテリーセル用ケースＣ）を用いてバッテリーパックを組立てる場合、先ず、枠体２の保持部５にバッテリーセル１を熱融着部１ｃをして担持させるように保持させ、正負電極端子片１ｄ、１ｅを電極端子片受止部６、６に受止させる。この保持受止状態では、正負電極端子片１ｄ、１ｅの先側は枠体２の枠外に臨むことになる。次いで、別の枠体２を、バッテリーセル１を保持した上記枠体２の上方に位置させ、その第１の脚部８及び第２の脚部９を、保持部５上及び電極端子片受止部６、６に嵌り込ませるようにして設置する（図３参照）。

この状態では、バッテリーセル１の電池要素１ａ部分が保持部５の内周空所に嵌り込み、熱融着部１ｃが第１の脚部８と保持部５上との間に挟装され、且つ正負電極端子片１ｄ、１ｅが電極端子片受止部６、６上で第２の脚部９によって抑えられるように受止され、バッテリーセル１が上下１対の枠体２、２間に挟装保持されることになる。電動自転車のように低出力の用途に用いられる場合は、図３の状態で、ボルト挿通孔１０にボルト（不図示）を挿通して上下の枠体２、２を相互に締結し、正負電極端子片１ｄ、１ｅに適宜リード線（不図示）を結線し、低容量のバッテリーパックが完成される。従って、バッテリーセル１は、枠体２、２間でがたつくことなく静置される。

また、電気自動車等の高出力が求められる用途には、図４に示すように、複数の枠体２とバッテリーセル１とを上記と同要領で交互に段積みし、上記同様ボルト（長ボルト、或いはボールネジも可）にて段積みされた複数の枠体２を相互に締結し、各正負電極端子片１ｄ、１ｅにリード線を結線して所望のバッテリーパックが完成される。ここでの段積み数及びリード線の結線態様は、用途に応じて適宜設定される。例えば、３枚のバッテリーセル１を、上記同様枠体２を介して上下に段積み一体化すると共に正負電極端子片１ｄ、１ｅを並列結線してユニットとなし、このユニット１０個を電気的直列状態で横並べ結線した３×１０のバッテリーセル１のセットを８セット連接して構成されたものが、乗用の電気自動車用バッテリーパックとして用いられる。

上記のように段積み構成されたバッテリーパックにおいては、上下に積層される各バッテリーセル１、１間の間隔が約３ｍｍとなるよう、枠体２の各部位の寸法が設定される。そして、この段積み状態では、各枠体２に形成された通気部７が、保持部５内と枠体２の外部とを連通させることになるから、バッテリーセル１が駆動に伴い発熱しても、通気部７を経て速やかに放熱され、その温度上昇が抑制される。

また、枠体２は、前記のような発泡合成樹脂の成型体からなるから、バッテリーセル１、１間の電気的絶縁性が良好に維持される。更に、従来の合成樹脂の成型体に比べて極めて軽量・低コストであり、耐震動性、強度にも優れ、しかも、発泡体であるが故の特有の柔らかさをして、バッテリーセル１との馴染性がよく、段積みする際や振動時にバッテリーセル１を傷つけたりすることもない。加えて、組立性、収納性、耐熱性及び断熱性（外部からの熱の進入を防ぐ）にも優れ、これらを総合すると、電気自動車等のような脱ガソリン車等への適性が極めて大であり、その開発にも大きく寄与すると言うことができる。

尚、バッテリーセル１や枠体２の形状は図例のものに限定されず、例えば、バッテリーセル１の正負電極端子片１ｄ、１ｅが、互いに直交する方向に導出されたもの、同一辺から同方向に導出されたものの場合は、これに応じて枠体２における電極端子片受止部６及びその他の部位の形成位置が適宜変更されるべきことは言うまでもない。

本発明のバッテリーセル用ケースを用いたバッテリーパックの１例を示す分解斜視図である。同バッテリーセル用ケースを下から見た斜視図である。同バッテリーパックの組付け状態の１部を示す斜視図である。同バッテリーパックの組付け状態を示す概略的縦断面図である。

符号の説明

１バッテリーセル
１ａ電池要素
１ｂラミネートフィルム
１ｄ、１ｅ正負電極端子片
２枠体（枠状成型体）
５保持部
６電極端子片受止部
７通気部

Claims

電池要素の外表面をフィルムラミネートし、該電池要素に連接される充放電用の正負電極端子片を上記ラミネートフィルムから導出させてなるバッテリーセルを保持するためのケースであって、
発泡合成樹脂の枠状成型体からなり、前記バッテリーセルの四周を保持する保持部と、上記保持部に保持されたバッテリーセルの前記電極端子片をその先側が外側部に臨むよう受止する電極端子片受止部と、上記保持部と外側とを連通させる通気部とを備えたことを特徴とするバッテリーセル用ケース。
請求項１に記載のバッテリーセル用ケースにおいて、
前記枠状成型体が、方形の枠体からなり、前記保持部はこの枠体の内周部に段差状に形成されていることを特徴とするバッテリーセル用ケース。
請求項２に記載のバッテリーセル用ケースにおいて、
前記電極端子片受止部が、前記枠体の内外間に形成された切欠凹所からなることを特徴とするバッテリーセル用ケース。
請求項２に記載のバッテリーセル用ケースにおいて、
前記通気部が、前記枠体の内外間に形成された切欠凹所からなることを特徴とするバッテリーセル用ケース。
請求項１乃至４のいずれかに記載のバッテリーセル用ケースにおいて、
前記発泡合成樹脂が、発泡ポリスチレンであることを特徴とするバッテリーセル用ケース。
請求項１乃至４のいずれかに記載のバッテリーセル用ケースにおいて、
前記発泡合成樹脂が、発泡ポリプロピレンであることを特徴とするバッテリーセル用ケース。