JP2005302502A - バッテリーセル用ケース - Google Patents

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新規な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、厚み内に面域方向に連なる多数の空所６…を備えた非導電性板材を打抜きした枠状体２からなり、該枠状体の内周部分が前記バッテリーセルの四周を保持する保持部７とされ、且つ枠状体２の内周端面と外周端面とに亘り前記多数の空所６…が連なっていることを特徴とする。
【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、厚み内に面域方向に連なる多数の空所を備えた非導電性板材を打抜きした枠状体からなり、該枠状体の内周部分が前記バッテリーセルの四周を保持する保持部とされ、且つ枠状体の内周端面と外周端面とに亘り前記多数の空所が連なっていることを特徴とする。

前記板材は、請求項２の発明のように、２枚の平坦シートの間に、波形に加工された中間シートを介在させ、これらシートを積層一体としたものとすることができ、更に、これらシートとしては、紙シート（請求項３）或いは合成樹脂シート（請求項４）等が望ましく採用される。

請求項１の発明によれば、バッテリーセル用ケースが、厚み内に面域方向に連なる多数の空所を備えた非導電性板材を打抜きした枠状体からなるから、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、ケースを構成する板材が、厚み内に多数の空所を備えているから、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、多数の空所の存在により特有の軟らかさ（弾力性）が発現され、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、上記空所が保持部側の内周端面と外周端面を連通させる通気部となるから、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の発明のような板材とすれば、所謂紙ダンボールや、プラスチックダンボール或いはこれらと同等のものを充当させることができ、軽量且つ低コストで調製することができる。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

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は同バッテリーパックの組付け状態の１部を示す斜視図、図３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、板材を打抜いた方形の枠状体２からなり、この枠状体２を構成する板材は、２枚の平坦シート３、４の間に、波形に加工された中間シート５を介在させ、これらシート３、４、５を積層一体としたものである。従って、波形中間シート５の存在により、上下のシート３、４間には、面域方向に連なる多数の空所６…が形成される。枠状体２は、斯かる板材を打抜きにより形成されたものであるから、この多数の空所６…は、枠状体２の内周端面と外周端面とに亘り連通することになる。これらシート３、４、５としては、紙シート、樹脂シート或いはセラミックシート等が充当される。

また、方形の枠状体２の内周側部分がバッテリーセル１の四周部（上記熱融着部１ｃ）を保持する保持部７とされ、この保持部７の内周空所７ａ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、図例の枠状体２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７の内周空所７ａに嵌り込ませるようにし、且つ鍔状の熱融着部１ｃを保持部７の上に担持させるよう保持する。そして、保持部７の内周端面には、枠状体２の外周端面に連通する多数の空所６…が臨むから、この空所６…が通気部として機能し、保持部７の上に保持されたバッテリーセル１の熱を逐次放熱する。上記枠状体２の四隅には、ボルト挿通孔８…が貫設されている。

上記のように構成された枠状体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、枠状体２の保持部７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もこの保持部７上に保持させる（電極端子片受止部を兼ねる）と共に、正負電極端子片１ｄ、１ｅの先側を枠状体２の枠外に臨ませる。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７の内周空所７ａに嵌り込んだ状態となる。次いで、別の枠状体２を、バッテリーセル１を保持した上記枠状体２の上方に位置させ、重ね合わせるようにし、その内周空所７ａ内に電池要素１ａ部分が嵌るよう設置する（図２参照）。

この状態では、バッテリーセル１の電池要素１ａ部分が上下の内周空所７ａに嵌り込み、熱融着部１ｃ及び正負電極端子片１ｄ、１ｅが上下の枠状体２、２間に挟装され、バッテリーセル１が上下１対の枠状体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２の状態で、ボルト挿通孔８にボルト（不図示）を挿通して上下の枠状体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、枠状体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３に示すように、複数の枠状体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状体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、上記同様枠状体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、枠状体２の厚みが設定される。そして、この段積み状態では、各枠状体２の厚み内に形成された多数の空所６…が、保持部７の内周空所７ａと枠状体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、空所６…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、枠状体２は、前記のように紙シート、樹脂シート或いはセラミックシートを基材とするから、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、多数の空所６…を厚み内に含む板材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、枠状体２の形状は図例のものに限定されず、バッテリーセル１の形状に応じて適宜変更されるべきことは言うまでもない。また、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であっても、本発明の枠状体２が好適に用いられることも言うまでもない。更に、多数の空所６…を、板材の厚み内に波形の中間シート５を介在させることにより形成する例を述べたが、これに限定されず、枠状体２の内周端面と外周端面とに亘り連なるものであれば、他の形成態様も適宜採用可能である。

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 枠状体
３、４ 平坦シート
５ 波形中間シート
６ 空所
７ 保持部

Claims (4)

1. 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、
   厚み内に面域方向に連なる多数の空所を備えた非導電性板材を打抜きした枠状体からなり、該枠状体の内周部分が前記バッテリーセルの四周を保持する保持部とされ、且つ枠状体の内周端面と外周端面とに亘り前記多数の空所が連なっていることを特徴とするバッテリーセル用ケース。
2. 請求項１に記載のバッテリーセル用ケースにおいて、
   前記板材が、２枚の平坦シートの間に、波形に加工された中間シートを介在させ、これらシートを積層一体としたものであることを特徴とするバッテリーセル用ケース。
3. 請求項１又は２に記載のバッテリーセル用ケースにおいて、
   前記シートが紙シートからなることを特徴とするバッテリーセル用ケース。
4. 請求項１又は２に記載のバッテリーセル用ケースにおいて、
   前記シートが合成樹脂シートからなることを特徴とするバッテリーセル用ケース。

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