JP2006318871A - 蓄電体セルの保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電体セルを確実に保持して耐振性を向上すると共に、蓄電体セルで発生する熱を効率よく放熱する。
【解決手段】保持体１０を、蓄電体セル１の蓄電部２に対応する矩形状の平板として形成された基板１１と、この基板１１に所定の傾斜角をもって櫛歯状に立設された複数の薄板からなるフィン１２とにより構成し、蓄電体セル１を保持体１０で挟持してケース内に収納する。この蓄電体セル１をケース内に収納した状態では、保持体１０のフィン１２がケースの側壁３０ａに当接して弾性変形し、蓄電体セル１の蓄電部２の厚さのバラツキを吸収しつつ、基板１１を介して蓄電部２を均一な圧力で押圧すると共に、蓄電部２で発生した熱を効率よく放熱することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、外装材によって蓄電要素を封止した蓄電部を有する平面状の蓄電体セルを保持する蓄電体セルの保持構造に関する。

近年、リチウムイオン二次電池や電気二重層コンデンサ等の略平面矩形状をなす扁平な蓄電体セルが実用化され、エネルギー密度の高さ、コンパクト化等から、各種機器の電力源として有望視されている。

この種の扁平な蓄電体セルは、内部電極及び電解質層の積層体を、例えばアルミニウム系の金属層の表面を樹脂層によって絶縁コーティングしたシート状のラミネートフィルムによって密閉・封止したものであり、可撓性や柔軟性を有して剛性に乏しいことから、振動や衝撃から保護する必要があり、通常、ケースに収納して使用される。

例えば、特許文献１には、ラミネート電池を組電池の素電池として支持体内に設置し、素電池を樹脂によってモールドすることにより、素電池であるラミネート電池伝達される振動を減衰させて耐振性を向上する技術が開示されている。

また、特許文献２には、ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池を、バネにより押圧される抑え板を介してケース内に固定することにより、耐振性を向上する技術が開示されている。
特開２００３−１６２９８９号公報 特開２００３−２５７３９１号公報

しかしながら、蓄電体セルをケース内に収納する場合には、耐振性のみならず、蓄電体セルで発生する熱を効率良く放熱する必要があり、この点に関して、上述の特許文献１，２に開示の技術は、何れも、蓄電体セルの保持性能と保熱性能とに対する要求を同時に満足することはできない。

すなわち、特許文献１に開示の技術は、振動や衝撃から電池を保護するために樹脂を充填しているため、重量増を招く虞があるばかりでなく、電池が発生する熱の放熱を充填材が妨げる虞がある。特許文献１には、エボキシ系樹脂で充填する例が開示されているが、仮にエポキシ系樹脂よりも放熱性に優れた充填材、例えばシリコン等を用いて放熱性を向上させたとしても、比重が大きくなるため却って重量が増加してしまう。また、特許文献２に開示の技術は、蓄電体セルの保持構造が複雑となって耐久性や省スペースの観点から不利であるばかりでなく、蓄電体セルの放熱性については考慮されていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、蓄電体セルを確実に保持して耐振性を向上すると共に、蓄電体セルで発生する熱を効率よく放熱することのできる蓄電体セルの保持構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による蓄電体セルの保持構造は、外装材によって蓄電要素を封止した平面状の蓄電部を有する蓄電体セルと、上記蓄電体セルのセル単体或は積層体を収納するケースと、上記蓄電体セルの蓄電部に当接される平板状の基板に複数のフィンを櫛歯状に立設した保持体とを備え、上記蓄電体セルのセル単体或は積層体を上記保持体で挟持して上記ケースに収納し、上記保持体により蓄電体セルの蓄電部を加圧して保持することを特徴とする。

その際、保持体により蓄電体セルの蓄電部を加圧すると共に蓄電体セルの蓄電部からの熱を放熱することが望ましく、また、保持体のフィンを基板に対して所定の傾斜角で立設し、蓄電体セルを弾性的に挟持してケース内に保持することが望ましい。

更に、保持体は、熱伝導性に優れた材料を単独或は複合して形成することが望ましく、蓄電体セルの蓄電部を加圧する荷重は、０．０３９Ｎ／ｍ²〜０．１９６Ｎ／ｍ²の範囲とすることが望ましい。

本発明による蓄電体セルの保持構造は、蓄電体セルを確実に保持して耐振性を向上する共に、蓄電体セルで発生する熱を効率良く放熱することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図８は本発明の実施の一形態に係わり、図１は単一の蓄電体セルに保持体を装着した状態を示す斜視図、図２は図１の側面図、図３は保持体の要部構成を示す拡大図、図４は複数の蓄電体セルに保持体を装着した状態を示す斜視図、図５は図４の側面図、図６は蓄電体モジュールのケースへの組付けを示す分解図、図７はケース内での保持体の状態を示す説明図、図８は蓄電体セルの内部抵抗値と荷重との関係を示す説明図である。

図１，図２において、符号１は、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の略平面矩形状をなす扁平な蓄電体セルであり、電圧仕様や容量仕様等に応じて所定セル数を接続してパッケージ化し、各種の電源装置、例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等の電源装置等に用いられる。この蓄電体セル１は、平面ラミネート型リチウムイオン二次電池に代表されるように、内部電極及び電解質層の積層体を、例えばアルミニウム系の金属層の表面を樹脂層によって絶縁コーティングしたシート状のラミネートフィルムによって密閉・封止している。

蓄電体セル１は、電解質層及び電極の積層体からなる蓄電要素をラミネートフィルムからなる外装材で包込んで若干肉厚の矩形状に形成された蓄電部２、及び蓄電部２の短辺側から外装材をシート状に延設した封止部３，４を備え、柔軟且つ可撓性を有するセル構造として形成されている。尚、図示を省略するが、蓄電体セル１は、蓄電部２内部に接続される金属製の正，負の電極端子（図示せず）を有しており、これらの電極端子は、一方の封止部３，４の何れか一方或は双方から延出される。

以上の蓄電体セル１は、取扱い上及び保護の観点から、セル単体で或は複数個のセルを積層して所定のケースに収納され、ケース内部に保持されて固定される。この蓄電体セル１の保持構造は、蓄電部２の平面部を、櫛形状の断面形状を有する保持体１０によって両側から挟持する構造を基本としている。図１，図２においては、単一の蓄電体セル１を、２つの保持体１０で蓄電部２の両側から挟持する例を示している。

保持体１０は、図３の拡大図に示すように、蓄電体セル１の蓄電部２に対応する矩形状の平板として形成された基板１１と、この基板１１に所定の傾斜角をもって櫛歯状に立設された複数の薄板からなるフィン１２とを備えて構成されている。本形態においては、保持体１０は、図３に破線で示すように、複数のフィン１２を平面で押圧したとき、フィン１２が基板１１側へ倒れ込んで弾性変形するように形成されており、蓄電部２で発生した熱を放熱するヒートシンクとしての機能と、複数のフィン１２によって外部からの衝撃を吸収すると共に、蓄電部２を押圧するバネ部材としての機能とを有している。

保持体１０を形成する材料としては、熱伝導性に優れた材料、例えば、アルミニウム、銅、エンジニアリングプラスチック等を用いる。保持体１０は、これらの材料を用い、基板１１とフィン１２とを単独の材料で一体的に形成しても良く、或は、基板１１とフィン１２とを別の材料で形成して一体化することで複合的に形成しても良い。

尚、本形態においては、保持体１０を、蓄電体セル１に対して複数のフィン１２が封止部３，４の配置方向と略直交して配置されるように装着するものとするが、複数のフィン１２が封止部３，４の配置方向を向くよう装着しても良い。

また、複数個の蓄電体セル１を積層する場合には、図４，図５に示すように、各蓄電体セル１の蓄電部２を互いに当接させた積層体を２つの保持体１０で挟持する。図４，図５は、５個の蓄電体セル１を積層した例を示しており、積層体の外側となる２個の蓄電体セル１に対して、それぞれの蓄電部２の外部へ露呈する片面側に、それぞれ保持体１０の基板１１を当接して挟持する。

複数の蓄電体セル１を積層して保持体１０で挟持した積層体は、各蓄電体セル１の電極を直列或は並列に接続し、図６に示すように、蓄電体モジュール２０としてケース３０に収納されてパッケージ化される。図６は、蓄電体セル１の両端の封止部３，４を天地方向として、ケース３０の上部開口から収納する例を示している。蓄電体モジュール２０をケース３０内に収納した後は、ケース３０の上部に、図示しない蓋体を装着する等して蓄電体パッケージとする。

ケース３０内に収納された蓄電体モジュール２０は、両側の保持体１０のフィン１２が弾性変形し、図７の破線で示すケース３０への収納前の状態から図７の実線で示すケース３０の側壁３０ａに当接された状態となり、蓄電部２の厚さのバラツキを吸収しつつ、基板１１を介して蓄電部２を均一な圧力で押圧することができる。

すなわち、従来、可撓性や柔軟性を有するセル構造の蓄電体セルは、積層した場合は勿論のことセル単体であってもケース内に収納する場合には、蓄電部の厚みのバラツキを考慮したデッドスペースを見込む必要があった。本形態においては、弾性変形可能な櫛歯状のフィン１２を有する保持体１０で蓄電体セル１を挟持してケース３０内に収納するため、ケース３０内にデッドスペースを見込む必要がなく、蓄電部２の厚さのバラツキを吸収して収納することができる。更には、保持体１０のフィン１２を介して弾性的に保持しているので、外部から加わる振動や衝撃を吸収することができる。

また、ラミネートフィルム等によって包込まれた蓄電体セル１の蓄電部２は、自身では機械的な保持がなされていないため、保持体１０を介して外部から均一な圧力を蓄電部２に加えることにより、内部電極間距離の増加を防止して内部抵抗値を下げ、体積エネルギー密度を増加させて特性向上を図ることができる。保持体１０を介して蓄電体セル１を押圧する荷重は、蓄電部２のサイズや電圧・容量等を考慮し、ケース３０の収納寸法、保持体１０の材質（特にフィン１２の材質）やフィン１２の形状寸法等を決定することにより、個々の蓄電体セル１の特性に合わせて最適に設定される。

図８は、蓄電体セル単体の内部抵抗値と荷重との関係を示しており、例えば、セル電圧が２．２〜３．８Ｖ程度のセルで、荷重を加えない自由状態のとき、内部抵抗値が略２．６０ｍΩ程度であるのに対して、０．０３９Ｎ／ｍ2〜０．１９６Ｎ／ｍ²程度の荷重で加圧することにより、内部抵抗値を２．４０〜２．３０ｍΩ程度に下げて安定化することができる。

尚、蓄電体セル１は、自身が可撓性や柔軟性を有する一種のバネ系であることから、保持体１０のフィン１２が弾性変形せずに塑性変形する構成とすることも可能である。この場合においても、保持体１０のフィン１２の変形によって蓄電部２の厚さのバラツキを吸収しつつ、基板１１を介して蓄電部２を均一な圧力で押圧することが可能である。

また、保持体１０は、ヒートシンクの機能として、多数のフィン１２による大きな放熱表面積でケース３０内に収納された蓄電体セル１で発生する熱を速やかに放熱することができ、蓄電体セル１の放熱効率を向上することができる。しかも、保持体１０は、蓄電体セル１の放熱機能と保持機能とを同時に有しているので、余計な部品を必要とせず、パッケージ構造の小型・軽量化やコスト低減に寄与することができる。

以上のように、本実施の形態においては、蓄電体セル１のセル単体或は積層体を、セルの保持機能と放熱機能とを同時に備えた保持体１０で挟持してケース内に収納するので、温度条件や振動・衝撃等の厳しい環境下においても、蓄電体セルの安定した性能を確保することができる。

しかも、保持体１０により蓄電体セルの厚さのバラツキを吸収して消すケース内に収納することができ、省スペース化を図ることができると共に、パッケージ化（モジュール化）する上での生産性を向上させることができる。更には、この保持体１０による蓄電体セル１の基本保持構造を応用することで、小型・軽量化を図ることができ、車両等への搭載に適した蓄電体パッケージ（蓄電体モジュール）を構築することができる。

単一の蓄電体セルに保持体を装着した状態を示す斜視図 図１の側面図 保持体の要部構成を示す拡大図 複数の蓄電体セルに保持体を装着した状態を示す斜視図 図４の側面図 蓄電体モジュールのケースへの組付けを示す分解図 ケース内での保持体の状態を示す説明図 蓄電体セルの内部抵抗値と荷重との関係を示す説明図

符号の説明

１ 蓄電体セル
２ 蓄電部
３，４ 封止部（外装材）
１０ 保持体
１１ 基板
１２ フィン
３０ ケース

Claims (5)

1. 外装材によって蓄電要素を封止した平面状の蓄電部を有する蓄電体セルと、
   上記蓄電体セルのセル単体或は積層体を収納するケースと、
   上記蓄電体セルの蓄電部に当接される平板状の基板に複数のフィンを櫛歯状に立設した保持体とを備え、
   上記蓄電体セルのセル単体或は積層体を上記保持体で挟持して上記ケースに収納し、上記保持体により蓄電体セルの蓄電部を加圧して保持することを特徴とする蓄電体セルの保持構造。
2. 上記保持体により、上記蓄電体セルの蓄電部を加圧すると共に上記蓄電体セルの蓄電部からの熱を放熱することを特徴とする請求項１記載の蓄電体セルの保持構造。
3. 上記保持体のフィンを基板に対して所定の傾斜角で立設し、上記蓄電体セルを弾性的に挟持して上記ケース内に保持することを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電体セルの保持構造。
4. 上記保持体を、熱伝導性に優れた材料を単独或は複合して形成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載の蓄電体セルの保持構造。
5. 上記蓄電体セルの蓄電部を加圧する荷重を、０．０３９Ｎ／ｍ²〜０．１９６Ｎ／ｍ²の範囲とすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一に記載の蓄電体セルの保持構造。

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