JP2006210116A - 電気デバイス集合体 - Google Patents

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Abstract

【課題】電気エネルギーを取り出すための導電部材が振動などによって破損し難い電気デバイス集合体を提供する。
【解決手段】 充放電可能な発電要素がフィルムによって被覆された2以上のフィルム外装電池10からなる組電池21が上カバー41及び下カバー40によって被覆された電池パック20であって、上カバー41の上面46に形成された丸穴47の内側に配置された弾性絶縁体からなる保持部材50a、50bを貫通して金属板51a、51bが上カバー41の外側に導出され、導出された金属板51a、51bの上部に設けられた接続片57と保持部材50a、50bとの間に差し入れられた板状端子を保持部材50a、50bに埋設されているナットと接続片57との間に挟持可能とした。
【選択図】図2

Description

本発明は、複数のフィルム外装電気デバイスからなる電気デバイス集合体に関するものであり、特に、前記電気デバイス集合体を所定の回路や電極端子などに接続するための構造に関するものである。
電気デバイスの一種として、充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆されたフィルム外装電気デバイスが知られている。例えば、特許文献1には、発電要素がラミネートフィルムによって被覆されたフィルム外装電池が開示されている。例えば特許文献1には次のような基本構造を有するフィルム外装電池が開示されている。特許文献1に開示されているフィルム外装電池は、正極側活電極、負極側活電極、及び電解液からなる発電要素がアルミニウムなどの金属フィルムと熱融着性の樹脂フィルムとを重ね合わせてなる2枚のラミネートフィルムによって被覆されたものである。発電要素を被覆している2枚のラミネートフィルムの対向する4辺は、熱融着によって気密に封止されている。また、熱融着されたラミネートフィルムの一方の短辺からは、フィルム状の正極用電極端子が引き出され、他方の短辺からはフィルム状の負極用電極端子が引き出されている。
上記のような基本構造を備えたフィルム外装電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車(以下、単に「電気自動車等」という)の駆動源である電動モータの電源として注目されている。具体的には、複数のフィルム外装電池を積層状態でケース内に収容してなる電池パックが上記電動モータ用の電源として期待されている。ここで、電池パックやバッテリには、外部の電気回路との電気的接続を確保するための接続部材(一般的に「ターミナル」や「バッテリポスト」などと称される)が設けられている。電池パックやバッテリに設けられたターミナルと、電池パックなどからの給電を受ける電気回路との接続構造については、多数の構造が開発されている。例えば、特許文献2には、バッテリの上面から立ち上げられたバッテリーポスに導電金属板を曲げ加工してなるバッテリ側端子を固定し、このバッテリ側端子にハーネスの先端に装着されたハーネス側端子を重ね合わせてボルト及びナットによって固定した接続構造が開示されている。特許文献2に開示されている接続構造以外にも、外周面に螺子が形成されたターミナルをバッテリに立て、このターミナルとケーブルの先に装着された端子とをターミナルに螺合させたナットを用いて固定する接続構造が広く利用されている。
特開2001−76691号公報 特開2002−141054号公報
従来の電池パックやバッテリでは、ターミナルやバッテリポストなどの接続部材が電池パックやバッテリの筐体やケースにリジットに固定されている。従って、振動その他の要因によって、ターミナルやバッテリポストとこれらに接続された電極端子との接合部に過度の応力が作用すると、ターミナルや端子が破損したり、接合状態が不安定になったりする虞があった。
本発明は、電気デバイス集合体から電気エネルギーを取り出すための導電部材を弾性体によって保持することによって、前記課題を解決することを目的とする。
本発明の電気デバイス集合体は、充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆された2以上のフィルム外装電気デバイスがカバーによって被覆され、前記フィルム外装電気デバイスと電気的に導通した導電部材が前記カバーを貫通して外部に導出されている電気デバイス集合体であって、前記カバーの表面に形成された開口部と、前記開口部の内側に配置された弾性絶縁体と、前記弾性絶縁体を貫通して前記カバーの外側に導出された前記導電部材の露出部分に設けられ、前記弾性絶縁体の表面と対向する接続片と、前記接続片に形成された貫通孔と、前記接続片と対向する前記弾性絶縁体の表面に形成され、前記貫通孔と連通する収容空間と、前記収容空間内に配置されたナットとを有し、前記貫通孔に挿入されたボルトを前記ナットに螺合させることによって、前記接続片と前記弾性絶縁体の表面との間に差し入れられた端子を前記ナットと前記接続片との間に挟持可能であることを特徴する。
前記接続片は、前記弾性絶縁体を貫通して前記カバーの外部に露出している前記導電部材の一部を曲げ加工することによって形成することができる。また、前記2以上のフィルム外装電気デバイスは、所望のケース内に収容して一体化することもできる。
本発明の電気デバイス集合体では、導電部材が弾性絶縁体によって保持されているので、集合体自体や導電部材などに加わった振動や応力などが弾性絶縁体によって吸収される。
以下、本発明の電気デバイス集合体の実施形態の一例について説明する。本例の電気デバイス集合体は、フィルム外装電気デバイスの一種であるフィルム外装電池がその厚み方向に複数積層された組電池がカバーによって被覆されてなる電池パックである。
まず、本例の電気パックを構成するフィルム外装電池の基本構造を図1に示す。図1に示されているフィルム外装電池10は、不図示の正極側活電極、負極側活電極、及び電解液を有する発電要素11を2枚のラミネートフィルム12によって厚さ方向上下から包囲したものであって、出力電圧は約3.6[V]である。ラミネートフィルム12は、アルミニウムなどの金属フィルムと熱融着性の樹脂フィルムとを重ね合わせてなるフィルムであって、発電要素11を包囲している上下2枚のラミネートフィルム12の対向する4辺は熱融着によって気密に封止されている。
ここでフィルム外装電池の発電要素には、セパレータを介して積層された正極側活電極と負極側活電極とからなる積層型と、帯状の正極側活電極と負極側活電極とをセパレータを介して重ねこれを捲回した後、扁平状に圧縮することによって正極側活電極と負極側活電極とを交互に積層させた捲回型とがあり、本例の電気パックを構成するフィルム外装電池の発電要素は、上記積層型及び捲回型のいずれであってもよい。さらに、上記正極側活電極及び負極側活電極には、一般的なリチウムイオン二次電池において用いられている正極板及び負極板を用いることができる。すなわち、リチウム・マンガン複合酸化物、コバルト酸リチウム等の正極活物質をアルミニウム箔などの両面に塗布した正極板と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を銅箔などの両面に塗布した負極板とを、セパレータを介して対向させ、それにリチウム塩を含む電解液を含浸させることによって上記発電要素を得ることができる。もっとも、発電要素は、正極、負極および電解質を含むものであればよく、通常の電池に用いられる任意の発電要素をそのまま、或いは適宜設計変更して適用可能である。
再び図1を参照すると、フィルム外装電池10の一方の短辺からは、上記正極側活電極に電気接続された正極用電極端子13が引き出され、他方の短辺からは、上記負極側活電極に電気接続された負極用電極端子14が引き出されている。正極用電極端子13及び負極用電極14の材料は、その電気的特性を考慮して選択されるが、本例では、正極用電極端子13にアルミニウム、負極用電極端子14に銅又はニッケルを用いた。
図2は、本例の電池パック20の構造を示す分解斜視図である。本例の電池パック20では、図1に示すフィルム外装電池10がその厚み方向に96個積層されて組電池21を構成している。さらに、組電池21は、フレーム形状のモジュールケース22内に収容されると共に、積層方向に隣接するフィルム外装電池10の正極用電極端子13(図1参照)と負極用電極端子14(図1参照)とがモジュールケース22の上辺部23と下辺部25との間に渡されたバスバー26を介して直列接続されている。加えて、積層方向一端のフィルム外装電池10は、ケーブル27を介してモジュールケース22の一隅に設けられた正極端子28に電気接続され、積層方向他端のフィルム外装電池10は、ケーブル30を介してモジュールケース22の他の一隅に設けられた負極端子31に電極接続されている。すなわち、本例の電池パック20(組電池21)の出力電圧は、約350[V]である(3.6×96≒350)。
モジュールケース22の上には、絶縁材製(本例では樹脂製)の蓋部材32が被せられている。蓋部材32は、モジュールケース22の上辺部23に螺子留めされるフランジ部33と、該フランジ部33よりも一段高く形成された天井面35を備えており、天井面35の長手方向一方には、排気口36が形成されている。さらに、天井面35は、排気口36が形成されている側から反対側に向けて次第に組電池21に近接するように傾斜している。
尚、図2では、便宜上一部のフィルム外装電池10の図示を省略してあるが、実際には上記の通り96個のフィルム外装電池10が積層されている。もっとも、組電池21を構成するフィルム外装電池10の個数は96個に限定されるものではなく、所望とする出力電圧に応じて適宜増減させることができる。
以上の構造を有する組電池21は、下カバー40と上カバー41とによって覆われている。具体的には、中央に凹部42が形成された略長方形の下カバー40の上に、絶縁材製(本例では樹脂製)の枠体43を介して組電池21が載置され、その組電池21の上から断面形状略コ字形の上カバー41が被せられている。ここで、下カバー40に凹部42が形成されていることに加えて、下カバー40と組電池21との間に枠体43が介在することによって、組電池21と下カバー40との間には、下カバー40の長手方向に沿って細長い空間が形成されている。そして、下カバー40と枠体43とを重ね合わせると、これらの長手方向一方に前記空間と連通する流入口45が形成され、この流入口45から前記空間内に外気が流入可能となる。前記空間に流入した外気は、組電池21を構成している各フィルム外装電池10の間の隙間などを通り抜けて組電池21の上面に至り、前述した排気口36から排出される。
一方、上カバー41の上面46には、丸穴47a及び47bと、組電池21に被せられた際に排気口36に連通する矩形穴48とが形成されている。丸穴47aには、弾性絶縁体(本例ではゴムであるが、樹脂その他であってもよい)によって形成された保持部材50aが嵌め込まれ、この保持部材50aを貫通して金属板51aの一端が上カバー41の外に導出されている。また、丸穴47bには、弾性絶縁体(本例ではゴムであるが、樹脂その他であってもよい)によって形成された保持部材50bが嵌め込まれ、この保持部材50bを貫通して金属板51bの一端が上カバー41の外に導出されている。さらに、金属板51aの他端は、組電池21の正極端子28に接続され、金属板51bの他端は負極端子31に接続されている。より具体的には、保持部材50a、50bは、略円筒形の外観を呈し、長手方向中央に周方向に沿った溝53が形成されている。保持部材50a、50bは、図3に示されているように、前記溝53に丸穴47a、47bの縁を嵌め込むことによって上カバー41に固定されている。そして、金属板51a、51bの上部は、保持部材50a、50bをその長手方向に貫いているスリット55を通して上カバー41の外に導出されている。さらに、保持部材50a、50bを貫通して上カバー41から導出された金属板51a、51bの上部は、保持部材50a、50bの上面56と平行になるように略90度折り曲げられて接続片57をなしており、接続片57の中央には、ボルト58の軸部を挿入可能な貫通孔60が形成されている。
さらに、各保持部材50a、50bのスリット55の近傍には、凹状の収容空間61が形成され、該収容空間61内にナット62が収容されている。また、収容空間61の直下には、ナット62に螺合されたボルト58の軸部を受け入れる縦穴63がスリット55と平行に形成されている。尚、縦穴63の径はナット62の外径よりも小さく、ボルト58とナット62との螺合が解除されたとしても、ナット62が縦穴63に落ち込むことはない。
以上の構造を有する本例の電池パック20によれば、接続片57と保持部材50a、50bの上面56との間の隙間64に、図3に示されているような略U字形の板状端子70を差し入れた後、貫通孔60から挿入され、ナット62に螺合されたボルト58を所定位置まで締め込むことによって、ボルト58の頭部とナット62との間に接続片57及び板状端子70を挟持することができる。尚、板状端子70の内側面をボルト58の軸部に宛がうことによって、板状端子70を位置決め可能であることは自明である。また、ボルト58をナット62にある程度螺合させてから隙間64に板状端子70を差し入れ、その後、ボルト58を所定位置まで締め込むことも可能である。さらに、ボルト58をナット62に螺合させる前に板状端子70を隙間64に差し入れる場合には、環状の板状端子などを用いることも可能である。要するに、板状端子70の形状は、隙間64に差し入れ可能であって、かつ、ナット62に螺合されたボルト58を締め込むと、接続片57とナット62との間に挟持される形状であれば如何なる形状であっても構わない。
これまで説明したように、本例の電池パック20では、導電部材としての金属板51a、51bが弾性を有する保持部材50a、50bによって保持されている。従って、電池パック20に加わった振動や金属板51a、51bと板状端子70との接合部に作用した応力などが保持部材50a、50bによって吸収される。この結果、振動や外力などに起因する金属板51a、51bや板状端子70の破損、接合状態の劣化などが可及的に回避される。
尚、図2を参照すると、金属板51bの下端には、金属板51aの下端には装着されていない部材が幾つか装着されている。例えば、図中に符号80で示されている部材は、ヒューズである。また、符号81で示されている部材は、ヒューズ80がセットされるヒューズボックスであり、符号82で示されている部材は、ヒューズ80と金属板51b(負極端子31)とを接続するための導電部材である。もっとも、これらの部材は必ずしも金属板51bに装着する必要はなく、金属板51aに装着してもよく、不要であれば省略することもできる。すなわち、ヒューズ80、ヒューズボックス81及び導電部材82を設けるか否か、設ける場合には何処に設けるかなどは、設計事項である。
また、図3では、板状端子70を該板状端子70が隙間64に差し入れられる向きとは異なる向きで図示してある。板状端子70を図3に示すような向きで図示したのは、板状端子70の形状を明らかにするためである。実際の板状端子70は、保持部材50a、50bの上面56と平行な向きで隙間64に差し入れられる。
また、電池パック20が搭載される環境によっては、電気パック20の振動の完全に抑制することが困難な場合もある。この場合、保持部材50a、50bの固有振動数を電池パック20の振動数との共振周波数域から外すことが望ましい。
また、フィルム外装電池10をモジュールケース22に収容して組電池21を構成するにあたっては、各フィルム外装電池10をセルケースに個別に収容した上でモジュールケース22に収容することもできる。そこで、図4にセルケースの一例を示す。図4に示すセルケース90は、ケース本体91と保持体92とから構成されている。ケース本体91は、枠状の底板93と、該底板93の周縁から立ち上げられた側壁94とを有し、側壁94の内側に図1に示すフィルム外装電池10を収容可能な形状及び寸法を有する。一方、保持体92は、ケース本体91の側壁94の内側に嵌合可能な寸法を有する枠状体であって、ケース本体91に収容されたフィルム外装電池10の上に被せることによって、フィルム外装電池10の周縁部を本体ケース91の底板93との間に挟持する。
図4を参照すると、ケース本体91の底板93に7個の通孔95が形成されていることが分かる。この通孔95は、積層された複数のセルケース90に共通のロッド(不図示)を貫通させるための孔である。具体的には、フィルム外装電池10が収容された複数のセルケース90を積層し、連通した各セルケース90の通孔95にロッドを通すことによって、複数のセルケース90をロッドに串刺しにして保持することができる。
これまでは、フィルム外装電気デバイスがフィルム外装電池である場合を例にとって、本発明の電気デバイス集合体の実施形態について説明してきた。しかし、本発明の電気デバイス集合体を構成するフィルム外装電気デバイスは、フィルム外装電池に限られない。例えば、電気二重層キャパシタなどのキャパシタや電解コンデンサなどに代表されるキャパシタ要素のようなデバイス要素を外装用のフィルムで封止したフィルム外装電気デバイスも含まれる。
フィルム外装電池の一例を示す斜視図である。 電池パックの一例を示す分解斜視図である。 図2に示す保持部材及びその近傍の拡大断面図である。 セルケースの一例を示す斜視図である。
符号の説明
10 フィルム外装電池
20 電池パック
21 組電池
22 モジュールケース
26 バスバー
27 ケーブル
28 正極端子
30 ケーブル
31 負極端子
32 蓋部材
40 下カバー
41 上カバー
47 丸穴
50a、50b 保持部材
51a、51b 金属板
53 溝
55 スリット
56 上面
57 接続片
58 ボルト
60 貫通孔
61 収容空間
62 ナット
63 縦穴
64 隙間
70 板状端子
90 セルケース

Claims (3)

  1. 充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆された2以上のフィルム外装電気デバイスがカバーによって被覆され、前記フィルム外装電気デバイスと電気的に導通した導電部材が前記カバーを貫通して該カバーの外側に導出されている電気デバイス集合体であって、
    前記カバーの表面に形成された開口部と、
    前記開口部の内側に配置された弾性絶縁体と、
    前記弾性絶縁体を貫通して前記カバーの外側に導出された前記導電部材に設けられ、前記弾性絶縁体の表面と対向する接続片と、
    前記接続片に形成された貫通孔と、
    前記接続片と対向する前記弾性絶縁体の表面に形成され、前記貫通孔と連通する収容空間と、
    前記収容空間内に配置されたナットとを有し、
    前記貫通孔に挿入されたボルトを前記ナットに螺合させることによって、前記接続片と前記弾性絶縁体の表面との間に差し入れられた端子を前記ナットと前記接続片との間に挟持可能な電気デバイス集合体。
  2. 前記接続片が前記弾性絶縁体を貫通して前記カバーの外側に導出された前記導電部材の一部を折り曲げることによって形成されている請求項1記載の電気デバイス集合体。
  3. 前記2以上のフィルム外装電気デバイスがケース内に収容されて一体化されている請求項1又は請求項2記載の電気デバイス集合体。
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