JP2006338934A - Package structure of storage capacitor cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外装材によって蓄電要素を封止した平面状の蓄電体セルのパッケージ構造に関する。 The present invention relates to a package structure of a planar power storage cell in which a power storage element is sealed with an exterior material.
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。 In recent years, flat power storage bodies having a substantially flat rectangular shape such as lithium ion secondary batteries and electric double layer capacitors have been put into practical use, and are considered promising as power sources for various devices due to their high energy density and compactness. Yes.
この種の扁平な蓄電体は、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。 This type of flat power storage unit is obtained by sealing and sealing a laminate of internal electrodes and an electrolyte layer with, for example, a sheet-like laminate film in which the surface of an aluminum metal layer is insulation-coated with a resin layer. Since it has flexibility and flexibility and lacks rigidity, it needs to be protected from vibration and impact, and is usually used in a case.
しかしなら、ラミネート型蓄電体は、上述のようにラミネートフィルムで蓄電部を封止するだけの構成であることから、構造上、外形寸法がバラツキ易く、精度が期待できない。このため、蓄電体セルを積層してケースに収納する場合には、ケースの設計公差を大きくせざるを得ず、デッドスペースが生じてしまうという問題がある。 However, since the laminate-type power storage unit has a configuration in which the power storage unit is simply sealed with a laminate film as described above, the external dimensions are likely to vary due to the structure, and accuracy cannot be expected. For this reason, when the power storage cells are stacked and stored in the case, there is a problem that the design tolerance of the case has to be increased, and a dead space is generated.
このような問題に対処するため、例えば、特許文献1には、少なくとも2以上の素電池を連結した組電池において、素電池をバスバーにより連結した後にバスバーを変形することで最終組電池のサイズに収装することにより、バスバーを接合する際の加工容易性を確保しつつ、外部の振動・衝撃の対抗性を向上する技術が開示されている。 In order to deal with such a problem, for example, in Patent Document 1, in an assembled battery in which at least two unit cells are connected, the size of the final assembled battery is reduced by deforming the bus bar after connecting the unit cells by the bus bar. A technique for improving resistance to external vibration / impact while ensuring ease of processing when joining bus bars by disclosing is disclosed.
また、特許文献2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。
ところで、従来のパッケージ構造は、特許文献1や特許文献2等に開示されるように、小型・軽量化や耐振性といった機械的な性能向上を目的としており、必ずしも組電池等のパッケージ全体として要求される機械的及び電気的な諸条件を考慮しているとは言えない。すなわち、機械的条件と電気的条件とを共に満足するパッケージ構造としては、要求される電圧・容量仕様、小型・軽量化による搭載性、耐振性、耐熱性、セルの劣化による性能低下等の諸条件を総合的に考慮する必要がある。
By the way, as disclosed in Patent Document 1,
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、パッケージとして要求される電圧及び容量を確保しつつ、パッケージの小型・軽量化を図ることのできる蓄電体セルのパッケージ構造を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a package structure of a battery cell capable of reducing the size and weight of the package while ensuring the voltage and capacity required for the package. Yes.
上記目的を達成するため、本発明による蓄電体セルのパッケージ構造は、外装材によって蓄電要素を封止した平面状の蓄電体セルと、内部を十字状の仕切板で仕切って形成されるブロック毎に、複数の上記蓄電体セルを積層して収納するケース本体とを備え、上記ケース本体の上記仕切板の十字状端面に対向する面側に、各ブロック内の複数の上記蓄電体セルを並列に接続するセル集合用電極と、各ブロックの集合用電極を直列に接続するブロック間接続用電極とをそれぞれ配設したことを特徴とする。 To achieve the above object, the battery cell package structure according to the present invention comprises a planar power storage cell in which a power storage element is sealed by an exterior material, and a block formed by partitioning the interior with a cross-shaped partition plate. A plurality of power storage cells stacked and housed, and the plurality of power storage cells in each block are arranged in parallel on the surface of the case main body facing the cross-shaped end surface of the partition plate. The electrode for cell assembly connected to, and the inter-block connection electrode for connecting the assembly electrode of each block in series are provided.
その際、仕切板を熱伝導性を有する材料で形成して蓄電体セルで発生する熱の伝達経路とすることが望ましく、更に、ケース本体の仕切板の十字状端面に直交する壁面を、断熱構造で形成することが望ましい。蓄電体セルは、仕切板の十字状端面を鉛直方向に配置した場合、ケース本体の各ブロック毎に複数の蓄電体セルを鉛直方向に立てた状態で積層することが望ましい。 In that case, it is desirable that the partition plate is formed of a material having thermal conductivity to be a transfer path of heat generated in the battery cell, and further, the wall surface orthogonal to the cross-shaped end surface of the partition plate of the case body is insulated. It is desirable to form with a structure. When the cross-shaped end surfaces of the partition plates are arranged in the vertical direction, the power storage cells are preferably stacked with the plurality of power storage cells standing in the vertical direction for each block of the case body.
本発明による蓄電体セルのパッケージ構造は、パッケージとして要求される電圧及び容量を確保しつつ、パッケージの小型・軽量化を図ることができる。 The package structure of the battery cell according to the present invention can reduce the size and weight of the package while ensuring the voltage and capacity required for the package.
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9は本発明の実施の一形態に係わり、図1は蓄電体パッケージの外観図、図2は蓄電体セルの収納状態を示す斜視図、図3はパッケージ内の接続状態を上面側から見た斜視図、図4はセル終端処理用電極の側面図、図5はセル集合電極の側面図、図6はパッケージ内の接続状態を下面側から見た斜視図、図7は蓄電体パックを模式的に表現した説明図、図8はパッケージ内の接続状態を上面側から見た模式図、図9はパッケージ内の接続状態を下面側から見た模式図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 9 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an external view of a power storage package, FIG. 2 is a perspective view showing a storage state of a power storage cell, and FIG. 3 is a top view of a connection state in the package. 4 is a side view of the cell termination electrode, FIG. 5 is a side view of the cell assembly electrode, FIG. 6 is a perspective view of the connection state in the package viewed from the bottom side, and FIG. FIG. 8 is a schematic diagram showing the connection state in the package as seen from the upper surface side, and FIG. 9 is a schematic diagram showing the connection state in the package as seen from the lower surface side.
図1に示す蓄電体パッケージ1は、角型或いはシート型の蓄電体セルを集積してパッケージ化した大容量型の蓄電体パッケージであり、例えば、自動車等の車両におけるエンジン始動用蓄電池等に適用される。この蓄電体パッケージ1は、箱形のケース本体2の上下面に蓋体を嵌合したケース構造を有しており、上部の蓋体3に正負の極性マークが表示されると共に、この正負の極性マークに対応する位置から正負の出力用端子4,5が突出されている。
A power storage package 1 shown in FIG. 1 is a large-capacity power storage package in which prismatic or sheet-type power storage cells are integrated and packaged. For example, the power storage package 1 is applied to a storage battery for starting an engine in a vehicle such as an automobile. Is done. This power storage unit package 1 has a case structure in which lids are fitted on the upper and lower surfaces of a box-
図2に示すように、ケース本体2の内部には、水平方向に十字状をなす仕切板6が配設されており、この仕切板6により、ケース本体2の内部が4つのブロックに区画されている。各ブロックには、ラミネートフィルム等の外装材によって蓄電要素を封止した扁平な矩形状の蓄電体セル10が複数個収納されている。1つのブロック内では個々の蓄電体セル10は互いに並列に接続され、4つのブロックが直列に接続されて正負の出力用端子4,5に接続されている。
As shown in FIG. 2, a
例えば、蓄電体セル10のセル単体での端子電圧を2.2V〜3.8Vとして、自動車用として必要な電圧8V〜12.5Vを得るには、少なくとも4個のセルを直列接続する必要がある。通常、複数のセルを用いて組電池等を構成する場合には、複数のセルを直列接続した状態のものを並列に接続し、電池として使用することが一般的であるが、本形態においては、各ブロック毎に5個の蓄電体セル10を収納し、各ブロック内で並列接続した状態を1つの蓄電体パックとして1つのブロックを完結した構造としている。そして、4つの蓄電体パックを直列に接続することにより、自動車用として必要な電圧8V〜12.5V及び電池容量を得るようにしている。
For example, in order to obtain a voltage 8V to 12.5V required for automobiles by setting the terminal voltage of the
ここで、上述のように20個のセルを用いて組電池を構成する場合、4個のセルを直列接続したブロックを5ブロック並列に接続した場合(「A方式」と称する)と、5個のセルを並列接続したブロックを4ブロック直列に接続した場合(「B方式」と称する)とを比較すると、組電池としては、A方式もB方式も、同じ端子電圧及び同じ電池容量を得ることができる。 Here, in the case where an assembled battery is configured using 20 cells as described above, when 5 blocks are connected in parallel with 4 blocks connected in series (referred to as “A system”), 5 Compared with the case where 4 blocks connected in parallel are connected in series (referred to as “B method”), the A battery and the B battery both have the same terminal voltage and the same battery capacity. Can do.
しかしながら、B方式は、各ブロックでセルを並列接続しているため、A方式よりも各ブロックの内部抵抗誤差が少なくなり、結果的に端子電圧のバラツキを抑えることができる。このことは、経時劣化によってセルの内部抵抗が増加した場合も同様であり、各ブロック単位で見ると、A方式では直列接続によって内部抵抗の変化が積算されるのに対し、B方式では並列接続によって内部抵抗の変化がセル数によって抑制される。パッケージ全体として見たとき、全てのブロックが同時に劣化する可能性は極めて小さいことから、ブロック単位での劣化の影響が大きいA方式よりも、ブロック単位での劣化の影響が小さいB方式の方が全体として劣化による影響を受け難いと言える。 However, in the B method, since cells are connected in parallel in each block, the internal resistance error in each block is smaller than in the A method, and as a result, variations in terminal voltage can be suppressed. This is the same when the internal resistance of the cell increases due to deterioration over time. When viewed in units of blocks, changes in internal resistance are integrated in series connection in the A method, whereas parallel connections in the B method. Thus, the change in internal resistance is suppressed by the number of cells. When viewed as a whole package, the possibility of all blocks being deteriorated at the same time is extremely small. Therefore, the B method, which has a smaller influence on a block basis, is less than the A method, which has a larger influence on a block basis. It can be said that it is difficult to be affected by deterioration as a whole.
更に、複数のセルを直列接続する場合には、セルの内部抵抗や電圧のバラツキによる出力電圧の偏りを防止するため、直列接続した各セルの電圧を均等化するバランサ回路等が必要となる。A方式では、バランサ回路が20回路必要となり、コスト上昇の原因となるのに対し、B方式では、バランサ回路の回路数が4回路で済み、コスト低減を図ることができる。 Further, when a plurality of cells are connected in series, a balancer circuit for equalizing the voltages of the cells connected in series is required to prevent the output voltage from being biased due to variations in the internal resistance and voltage of the cells. In the A method, 20 balancer circuits are required, which causes an increase in cost, whereas in the B method, the number of balancer circuits is only four, and the cost can be reduced.
ケース本体2内部での蓄電体セル10は、図2,図3,図6に示すように、各ブロック毎に個々の蓄電体セル10を鉛直方向に立てた状態で積層され、各ブロックの蓄電体パックが仕切板6とケース本体2の内側壁とによって4方向で保持されている。ケース本体2は、外部からの熱の流入を防ぐため、断熱性のある材料で形成され、側壁を、例えば、真空断熱構造で形成している。一方、仕切板6は、各ブロックのセルを保持する保持体と、各ブロックのセルで発生する熱を伝達する熱伝達経路としての機能を担っており、剛性及び熱伝導性を有する材料で形成され、剛性確保及び熱伝達経路に必要な厚さに設定されている。
As shown in FIGS. 2, 3, and 6, the
すなわち、ケース本体2内部を仕切板6で十字状に仕切ったブロック毎に、蓄電体セル10を垂直方向に立てた状態で積層することにより、パッケージ全体の強度を確保すると共に蓄電体セル10の積層密度を上げてコンパクト化を図ることができる。同時に、仕切板6を介して各ブロックのセルを保持することにより、各セルで発生する熱を均一に分散して効率的な放熱が可能となり、セルの上下で温度差が生じることを防止することができる。
That is, for each block in which the inside of the
各ブロック間の直列接続処理は、パッケージ上面側では、図3に示すように、正負の出力用端子4,5にそれぞれ接続される2つのセル終端処理用電極15、直列接続の中間ブロックで各セルを並列接続するための2つのセル集合用電極20、2つのセル集合用電極20を接続する矩形平板状のブロック間接続用電極25を用いて行われる。
As shown in FIG. 3, the series connection processing between the blocks is performed on each of the two cell
セル終端処理用電極15は、図4に示すように、矩形状の金属板をL字状に折り曲げて形成され、各蓄電体セル10の電極端子がバスバー等を介して集合・接続されるセル端子接続部15aと、出力用端子4を支持する支持部4a(或いは出力用端子5を支持する支持部5a)に接続固定される出力用端子接続部15bとを有している。また、セル集合用電極20は、図5に示すように、矩形状の金属板をL字状に折り曲げて形成され、各蓄電体セル10の電極端子がバスバー等を介して集合・接続されるセル端子接続部20aと、ブロック間接続用電極25に接続されるブロック接続部20bとを有している。
As shown in FIG. 4, the
ブロック間接続用電極25は、矩形平板状に形成され、上部の蓋体3の裏面側でケース本体2に側縁部が嵌合・固定される上板30に固定されている(図3参照)。ブロック間接続用電極25の一辺側には、2つのセル集合用電極20のブロック接続部20bが固定され、対向する辺の裏面側に、2つのセル終端処理用電極15のセル端子接続部15aが配置されてブロック間接続用電極25とは絶縁されている。
The
一方、パッケージ下面側では、図6に示すように、4つのセル集合用電極20、絶縁材35を間に挟む2つのブロック間接続用電極40を用いてブロック間の直列接続処理が行われる。すなわち、パッケージ下面側では、蓄電体セル10の積層方向に隣接するブロック同士が、セル集合用電極20からブロック間接続用電極40を介してセル集合用電極20へと直列接続され、この直列接続のための2つのブロック間接続用電極40が絶縁材35によって絶縁されている。
On the other hand, on the lower surface side of the package, as shown in FIG. 6, the series connection processing between the blocks is performed using the four
尚、絶縁材35を間に挟む2つのブロック間接続用電極40は、パッケージ下面でケース本体2に側縁部が嵌合・固定される底板45に固定されている。
The two
以上のパッケージ内のブロック毎の直列接続について、図7に示すように、5個の蓄電体セル10の積層体を模式的に表現した蓄電体パックPi(i=1,2,3,4)を用いて説明する。図7の蓄電体パックPiの「+」,「−」の表記は、各蓄電体セル10の+極端子,−極端子をそれぞれ集合して並列接続した完結した状態としての出力極性を示している。
As shown in FIG. 7, the battery pack Pi (i = 1, 2, 3, 4) schematically representing a stacked body of five
図8,図9に示すように、蓄電体パッケージ1としての正の出力用端子4は、セル終端処理用電極15を介して蓄電体パックP1の+極に接続され、蓄電体パックP1の−極がパッケージ下面側でセル集合用電極20からブロック間接続用電極40を介して蓄電体パックP2の+極のセル集合用電極20に接続される。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
蓄電体パックP2の−極は、パッケージ上面側でセル集合用電極20からブロック間接続用電極25に接続され、このブロック間接続用電極25から蓄電体パックP3の+極のセル集合用電極20に接続される。そして、パッケージ下面側で、蓄電体パックP3の−極がセル集合用電極20からブロック間接続用電極40を介して蓄電体パックP4の+極のセル集合用電極20に接続され、蓄電体パックP4の−極がパッケージ上面側でセル終端処理用電極15を介して負の出力用端子5に接続されて蓄電体パックP1〜P4の直列接続による全体の接続が完了する。
The negative electrode of the battery pack P2 is connected from the
以上のように、本実施の形態においては、蓄電体セル10を収納するケース本体2内部を十字状の仕切板6によってブロック毎に区分し、各ブロック毎に蓄電体セル10を積層して並列に接続した完結した状態とした上で、各ブロックを直列に接続している。これにより、パッケージ全体として要求される電圧及び容量を確保すると共に、小型・軽量化を図ることができ、仕切板6を放熱経路として形成することによる耐熱性の向上、各ブロック毎の並列接続によるセル劣化の影響軽減(内部抵抗の増大による影響軽減)等を図ることができ、車両等への搭載に適した蓄電体パッケージを構築することができる。
As described above, in the present embodiment, the inside of the
1 蓄電体パッケージ
2 ケース本体
6 仕切板
10 蓄電体セル
20 セル集合用電極
25 ブロック間接続用電極
40 ブロック間接続用電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
内部を十字状の仕切板で仕切って形成されるブロック毎に、複数の上記蓄電体セルを積層して収納するケース本体とを備え、
上記ケース本体の上記仕切板の十字状端面に対向する面側に、各ブロック内の複数の上記蓄電体セルを並列に接続するセル集合用電極と、各ブロックの集合用電極を直列に接続するブロック間接続用電極とをそれぞれ配設したことを特徴とする蓄電体セルのパッケージ構造。 A planar power storage cell in which a power storage element is sealed with an exterior material;
For each block formed by partitioning the inside with a cross-shaped partition plate, a case body that stores and stacks a plurality of the power storage cells,
A cell assembly electrode for connecting the plurality of power storage cells in each block in parallel and a collection electrode for each block are connected in series on the surface of the case body facing the cross-shaped end surface of the partition plate. A battery cell package structure, wherein inter-block connection electrodes are provided.
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