JP2007066761A

JP2007066761A - 組電池

Info

Publication number: JP2007066761A
Application number: JP2005252615A
Authority: JP
Inventors: Etsuo Ogami; 悦夫大上; Toshibumi Takamatsu; 俊文高松
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】電池を小面積で効率よく支持、固定でき、更に電池の寿命の低下を防止できる組電池を提供する。
【解決手段】本発明に係る組電池１は、発電要素を内部に封止する外装材１３から前記発電要素に接続された電極端子１１，１２を外部に導出して形成される扁平型電池１０を複数積層して筐体９に収納し、前記複数の扁平型電池１０の電極端子１１，１２が電気的に接続された電池モジュール２を複数積層させて形成される組電池１であって、前記積層される電池モジュール２間の、前記外装材１３内部の発電要素の電極端子１１，１２導出方向端部の近傍に対応する位置に、支持部材１３を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、組電池に関する。

正極および負極の電極板をセパレータを介して積層した積層体と電解液とからなる発電要素を、二枚のシート状部材（例えば金属箔を樹脂でラミネートしたラミネートフィルム）の外周縁を接合して形成した外装材の内部に収納し、電極板に接続された板状の電極端子を外装材から外部に導出してなる扁平な薄型電池（以下、「扁平型電池」と称する）を積層し、この積層された扁平型電池の電極端子同士を接合するとともに筐体内に収納して成る組電池が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

このような組電池を例えば車両のように振動の多い環境下で使用する場合には、振動によって電極端子の寿命や、電極端子同士を接合している部分の寿命が低下する虞がある。これを防止するために、筐体内を樹脂等で充填して電池を固定する事によって電池の振動を低減する方法が行われている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、筐体内を樹脂等で充填した場合には、電池の充放電によって発生する熱を放熱する事が困難であり、この熱によって発電要素の寿命が低下する虞があるため、筐体内に収納された電池は、電池表面を極力露出させて支持、固定を行う事が好ましく、小面積で効率よく支持、固定する必要がある。
特開２００４−６１２２号公報特開２００４−７１２８１号公報

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、電池を小面積で効率よく支持、固定でき、更に電池の寿命の低下を防止できる組電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る組電池は、発電要素を内部に封止する外装材から前記発電要素に接続された電極端子を外部に導出して形成される扁平型電池を複数積層して筐体に収納し、前記複数の扁平型電池の電極端子が電気的に接続された電池モジュールを複数積層させて形成される組電池であって、前記積層される電池モジュール間の、前記外装材内部の発電要素の電極端子導出方向端部の近傍に対応する位置に、支持部材を有することを特徴とする。

上記のように構成した本発明に係る組電池は、支持部材が電池モジュール間で部分的に設けられているため、電池を小面積で効率よく支持、固定でき、更に応力の集中する外装材内部の発電要素の電極端子導出方向端部の近傍に対応する位置に支持部材が設けられるため、電池の寿命の低下を防止できる。

本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は本実施形態に係る組電池を示す斜視図、図２は本実施形態に係る組電池の一部を拡大した分解斜視図である。

第１実施形態に係る組電池１は、図１，２に示すように、３つの電池モジュール２が積層されて構成される電池モジュール郡３が、４列並んでロアケース４に載置されている。

電池モジュール郡３の最上部には拘束板５が設けられ、この拘束板５をボルト６によりロアケース４に締結し、電池モジュール郡３がロアケース４に固定される。ボルト６が挿入される電池モジュール２の貫通穴７の上下には、荷重を受けるためのスペーサ８が配置される。

図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う電池モジュール郡の断面図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う電池モジュール郡の断面図、図５は本実施形態に係る組電池の扁平型電池を示す平面図、図６は本実施形態に係る組電池の扁平型電池の部分断面図である。

電池モジュール２は、図３，４に示すように、外部を覆う筐体９と、この筐体９の内部に積層されて保持される複数の扁平型電池１０と、を有している。

筐体９は、強度の低い扁平型電池１０を外部からの振動や衝撃から保護し、また扁平型電池１０から伝達される熱を放熱する役割を果たしており、例えば放熱性のよいアルミにより形成されている。

扁平型電池１０は扁平な長方形形状であり、本実施形態では、図５に示すように例えば電極端子である平板形状の２つの正極タブ１１と１つの負極タブ１２が対向する側から導出されている。扁平型電池１０のそれぞれは、図６に示すように、発電要素である複数の正極板２１および負極板２２をセパレータ２３を介在しつつ交互に積層し、これらがラミネートフィルム等の外装材１３の内部に電解液と共に収納されている。正極タブ１１は、外装材１３の内部で正極板と電気的に接続されており、負極タブ１２は、負極板と電気的に接続されている。

このように形成された複数の扁平型電池１０は、直列または並列に電気的に接続され、その両端部が筐体９の出力端子１４に接続される。互いに接続された正極タブ１１および負極タブ１２は、複数の絶縁プレート１８が挟まれて筐体９内で保持される。

重なり合う電池モジュール２の間の筐体９の積層方向両面である上面１５および下面１６、ロアケース４と電池モジュール２の下面１６の間、および拘束板５と電池モジュール２の上面１５の間のそれぞれには、外装材１３の正極タブ１１および負極タブ１２が導出される方向の発電要素端部近傍の直上または直下に、矩形の平板状の４つの支持部材１７が設けられる。支持部材１７は、材質として例えばゴム材が使用され、筐体９の上面１５、下面１６、ロアケース４、または拘束板５に例えばエポキシ系接着剤により接着される。なお、接着方法は、接着剤を使用する方法に限定されない。また、支持部材１７の材質もゴム材に限定されず、例えば樹脂材や金属材を用いても良い。

図７は本実施形態に係る組電池の電池モジュールを解析するための解析モデルを示す概略側面図、図８は本実施形態に係る組電池の扁平型電池の解析結果を説明するための側面図であり、（Ａ）は支持部材がない場合、（Ｂ）は電池モジュールの中央部に支持部材を用いた場合、（Ｃ）は電池モジュールの外装材の正極タブおよび負極タブが導出される部位近傍に４つの支持部材を用いた場合を示す。なお、解析は電池モジュール全体で行っているが、図８では扁平型電池の解析結果を説明するために扁平型電池の変位のみを示している。

本実施形態に係る組電池を検証するために、図７に示すように１つの電池モジュール２を用いて、電池モジュール２の撓み方向の振動解析を行う。

解析モデルの電池モジュール２は、本実施形態のスペーサ８に対応する支持点Ｓ１が設けられ、この支持点Ｓ１により電池モジュール２が支持されている。

解析は、電池モジュール２が支持点Ｓ１のみにより支持されて支持部材１７を考慮しない場合（図８（Ａ）参照）と、電池モジュール２が支持点Ｓ１により支持されるとともに、電池モジュール２の中央部に補助支持点Ｓ２を設けた場合（図８（Ｂ）参照）と、電池モジュール２が支持点Ｓ１により支持されるとともに、本実施形態の支持部材１７に対応する位置に補助支持点Ｓ３を設けた場合（図８（Ｃ）参照）を行う。

補助支持点がない場合の解析結果では、図８（Ａ）に示すように、電池モジュール２の中央部が最大変位点Ｄ１となっている。また、外装材１３が一体的に振動する傾向が見られ、正極タブ１１および負極タブ１２の外装材１３と絶縁プレート１８との連結部１９で応力が集中する結果となる。

電池モジュール２の中央部に補助支持点Ｓ２を設けた場合の解析結果では、図８（Ｂ）に示すように、補助支持点Ｓ２と絶縁プレート１８との間の絶縁プレート１８に近い側の外装材１３で最大変位点Ｄ２が得られ、最大変位量Ｂは補助支持点がない場合の最大変位量Ａ（図８（Ａ）参照）と比較して約４０％減少する。しかし、最大変位点Ｄ２が上述のように正極タブ１１および負極タブ１２の近傍で発生するため、連結部１９において応力が集中する結果となる。したがって、例えば電池モジュール２の中央部に支持部材を設けても、連結部１９において応力集中が発生する。

本実施形態のように、電池モジュール２の支持部材１７に対応する位置に補助支持点Ｓ３を設けた場合の解析結果では、図８（Ｃ）に示すように、電池モジュール２の中央部が最大変位点Ｄ３となり、最大変位量Ｃは中央部に補助支持点Ｓ２を設けた場合の最大変位量Ｂ（図８（Ｂ）参照）と比較して約４０％減少する。また、補助支持点Ｓ３を外装材１３の正極タブ１１および負極タブ１２が導出される方向の発電要素端部の近傍に設けることにより、正極タブ１１および負極タブ１２における応力集中が抑制される。

以上のように、本実施形態に係る組電池１は、支持部材１７が外装材１３の正極タブ１１および負極タブ１２が導出される部位の近傍に設けられるため、電池モジュール２の撓み方向の振動が低減される。これにより、電極端子である正極タブ１１および負極タブ１２での応力集中を抑制し、電極端子および電極端子同士の接合部での寿命の低下を防止できる。

また、本実施形態では電池モジュール２の中央部に支持部材を設ける必要がないため、電池モジュールの中央部が覆われることなく露出されて小面積で効率よく支持、固定でき、さらに冷却性能が低下しない。

また、支持部材１７を用いることで必要最低限の部位だけ剛性を高めることができるため、重量効率がよい。

図９は本実施形態の変形例を示す図である。

本実施形態は、図９に示すように、支持部材１７を外装材１３の正極タブ１１および負極タブ１２が導出される部位の近傍に長尺に設けることもできる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、電池モジュール２間にのみ支持部材１７を使用し、拘束板５と電池モジュール２の間や、ロアケース４と電池モジュール２の間には支持部材１７を適用しないこともできる。また、本実施形態では電池モジュール郡３は３つの電池モジュール２で構成されるが、３つでなくてもよく、また、電池モジュール郡３が４列でなくてもよい。

本実施形態に係る組電池を示す斜視図である。本実施形態に係る組電池の一部を拡大した分解斜視図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う電池モジュール郡の断面図である。図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う電池モジュール郡の断面図である。本実施形態に係る組電池の扁平型電池を示す平面図である。本実施形態に係る組電池の扁平型電池の部分断面図である。本実施形態に係る組電池の電池モジュールを解析するための解析モデルを示す側面図である。本実施形態に係る組電池の扁平型電池の解析結果を説明するための側面図であり、（Ａ）は支持部材がない場合、（Ｂ）は電池モジュールの中央部に支持部材を用いた場合、（Ｃ）は電池モジュールの外装材の正極タブおよび負極タブが導出される部位近傍に４つの支持部材を用いた場合を示す。本実施形態の変形例を示す図である。

符号の説明

１組電池、
２電池モジュール、
３電池モジュール郡、
４ロアケース、
５拘束板、
９筐体、
１０扁平型電池、
１１正極タブ（電極端子）、
１２負極タブ（電極端子）、
１３外装材、
１５上面、
１６下面、
１７支持部材。

Claims

発電要素を内部に封止する外装材から前記発電要素に接続された電極端子を外部に導出して形成される扁平型電池を複数積層して筐体に収納し、前記複数の扁平型電池の電極端子が電気的に接続された電池モジュールを複数積層させて形成される組電池であって、
前記積層される電池モジュール間の、前記外装材内部の発電要素の電極端子導出方向端部の近傍に対応する位置に、支持部材を有することを特徴とする組電池。
前記積層された複数の電池モジュールにより構成される電池モジュール郡を、電池モジュールの積層方向から挟んで保持する加圧板およびロアケースを有し、当該加圧板に隣接する電池モジュールと加圧板の間の、前記外装材内部の発電要素の電極端子導出方向端部の近傍に対応する位置に、支持部材を有することを特徴とする請求項１に記載の組電池。
前記積層された複数の電池モジュールにより構成される電池モジュール郡を、電池モジュールの積層方向から挟んで保持する加圧板およびロアケースを有し、当該ロアケースに隣接する電池モジュールとロアケースの間の、前記外装材内部の発電要素の電極端子導出方向端部の近傍に対応する位置に、支持部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の組電池。
前記電極端子は、平板形状のタブであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組電池。