JP2007103344A

JP2007103344A - 組電池

Info

Publication number: JP2007103344A
Application number: JP2006171522A
Authority: JP
Inventors: Etsuo Ogami; 悦夫大上; Toshibumi Takamatsu; 俊文高松; Ryuichi Ametani; 竜一雨谷
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】電極端子の振動を低減させ、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、発電要素を封止する外装材１３から電極端子１１，１２を外部に導出して形成される扁平型電池１０を複数積層すると共に、前記複数の扁平型電池１０の電極端子１１，１２同士を電気的に接続し、当該積層された複数の扁平型電池１０を筐体９内に収納して電池モジュール２を形成し、当該電池モジュール２を更に複数積層させて形成される電池モジュール群３を備えた組電池１であって、前記電池モジュール２内の前記扁平型電池１０の電極端子１１，１２に対応する位置に、前記筐体９を補強するための補強部１７を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池モジュールの筐体を補強するための補強部を有する組電池に関する。

正極および負極の電極板を積層して構成された発電要素をラミネートフィルム等の外装材によって封止し、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）が使用されている。近年、このような扁平型電池を複数積層するとともに各扁平型電池を電気的に直列および／または並列に接続し、当該複数の扁平型電池を筐体内に収納して電池モジュールとし、更にこの電池モジュールを複数接続することにより、高出力および高容量の組電池とすることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２５６９３４号公報

しかしながら、上述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、振動によって扁平型電池の電極端子の寿命や、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。

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、扁平型電池の電極端子の振動を低減させ、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、発電要素を封止する外装材から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すると共に、前記複数の扁平型電池の電極端子同士を電気的に接続し、当該積層された複数の扁平型電池を筐体内に収納して電池モジュールを形成し、当該電池モジュールを更に複数積層させて形成される電池モジュール群を備えた組電池であって、前記電池モジュール内の前記扁平型電池の電極端子に対応する位置に、前記筐体を補強するための補強部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、電池モジュール内の前記扁平型電池の電極端子に対応して補強部が設けられるため、扁平型電池の電極端子の振動を低減させ、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。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係る組電池を示す斜視図、図２は第１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群３が４列並んでロアケース４に載置されている。

電池モジュール群３の最上部には拘束板５（加圧板）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（加圧板）に締結し、電池モジュール群３が拘束板５とロアケース４との間で加圧されると共にロアケース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群の断面図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う電池モジュール群の断面図、図５は扁平型電池を示す平面図である。

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。この筐体９は、放熱性及び軽量化の観点から少なくとも扁平型電池の積層方向（すなわち、電池モジュールの積層方向）に対応する両面は、できるだけ薄く形成されていることが望ましく、このため、可撓性を有している。

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、発電要素である複数の正極板および負極板をセパレータ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、互いの電極端子（正極タブ１１、負極タブ１２）同士が溶接等により接合されて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。

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、正極タブ１１および負極タブ１２に対応して正極タブ１１および負極タブ１２の直上または直下に、正極タブ１１と負極タブ１２の間に亘って伸延する梁状の２つの補強梁（補強部）１７が設けられる。補強梁１７は、材質として例えばＳＳ４００が使用され、可撓性を有する筐体９の上面１５および下面１６の撓み方向の剛性よりも高剛性であり、筐体９の積層方向両面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。

補強梁１７には、接着される筐体９、ロアケース４または拘束板５の面の形状に対応して凹部１８および段差部１９が形成される。なお、この凹部１８および段差部１９は接着される面の形状に付随して設けられるものであり、面の形状が本実施形態と異なる場合には別の形態として形成されてもよい。

図６は補強梁を適用した場合と適用しない場合の電極端子に生じる振動応力を示すグラフである。

組電池１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、図６に示すように、振動によって電極端子に振動応力が入力しやすい。しかし、本実施形態に係る組電池１は、筐体９の上面１５または下面１６の撓み方向の剛性よりも高剛性の補強梁１７が、電極端子に対応する位置に設けられているため、補強梁１７が筐体９の振動を抑制しつつ電極端子への振動の入力を抑制して電極端子の振動応力を低減させることができ、電極端子の寿命の低下を防止できる。また、積層されて互いに溶接等により接合された電極端子の接合部に対応して電極端子の直上または直下に補強梁１７を設けることにより、電極端子同士の接合部の寿命の低下を防止することもできる。

また、補強梁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、重量効率がよく、また冷却性能の低下を防止できる。

図７は第１実施形態の変形例を示す図であり、（Ａ）は補強梁が１つの場合、（Ｂ）は補強梁が一方側のみに適用される場合、（Ｃ）は補強梁が電極端子の近傍にのみ適用される場合を示す。

本実施形態は、図７（Ａ）に示すように、電池モジュール２の電極端子の位置に応じて補強梁１７を１本にしたり、または図７（Ｂ）に示すように一方側にのみ用いることもできる。また、図７（Ｃ）に示すように、補強梁１７を電極端子１１，１２に対応する部位の近傍にのみ設けることもできるが、電極端子１１，１２だけでなく、電極端子１１，１２から外装材１３の少なくとも一部までに対応する部位に設けられることが好ましい。補強梁１７が電極端子１１，１２と外装材１３の間に亘って設けられることにより、電極端子１１，１２と外装材１３が同位相で振動し、振動による電極端子１１，１２への負荷を低減できる。また、当然に、図７（Ｃ）の補強梁１７を、一方だけでなく両電極端子１１，１２に対応して設けることができる。

また、例えば、電池モジュール２間にのみ補強部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の間には補強梁１７を適用しないこともでき、電池モジュール２の間、拘束板５と電池モジュール２の間、およびロアケース４と電池モジュール２の間の少なくとも１つに任意に設けることができる。

＜第２実施形態＞
図８は第２実施形態の電池モジュールを示す斜視図であり、（Ａ）は一方面、（Ｂ）は他方面を示し、図９は第２実施形態の電池モジュール群の断面図である。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する部位については同一の符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。

図８に示すように、第２実施形態に係る組電池２０の電池モジュール２１の筐体２３に形成される上面２４および下面２５には、正極タブ（電極端子）１１および負極タブ（電極端子）１２に対応して電極端子１１，１２の直上または直下に、正極タブ１１と負極タブ１２の間に亘って伸延する２つのビード２６（補強部）が形成される。このように形成された筐体２３を有する電池モジュール２１により電池モジュール群２２を構成することにより、図９のように、ビード２６が、電池モジュール２１同士の間、ロアケース４と電池モジュール２１の間、および拘束板５と電池モジュール２１の間に配置される。このビード２６は、第１実施形態における補強梁１７と同様の効果を発揮する。

また、電池モジュール２１の電極端子１１，１２の位置に応じてビード２６を１本にしたり、または一方側にのみ用いることもできる。

また、ビード２６は、電池モジュール２１同士の間、拘束板５と電池モジュール２１の間、およびロアケース４と電池モジュール２１の間の少なくとも１つに任意に設けることができる。

図１０は第２実施形態の電池モジュールの変形例を示す断面図であり、（Ａ）は幅広のビードを有する電池モジュールであり、（Ｂ）は幅広のビードを中央部に形成した電池モジュールである。

第２実施形態の変形例として、図１０（Ａ）に示すように、幅広のビード２７を設けることもできる。このような幅広のビード２７を形成することにより、筐体２３の曲げ剛性を高めることができる。ビード２７の幅が端子の幅よりも広い場合には、筐体２３から略垂直に立ち上がる立ち上り部２７Ａを電極端子の位置に対応させて設けることにより、この曲げ剛性の高い立ち上り部２７Ａによって、電極端子１１，１２への振動の入力を効果的に抑制できる。この場合には、立ち上り部２７Ａが補強部として機能することになる。

また、第２実施形態の他の変形例として、図１０（Ｂ）に示すように、幅広のビード２８を中央部に設けることもできる。この場合においても、ビード２８の幅が端子の幅よりも広い場合には、曲げ剛性の高いビードの立ち上り部（補強部）２８Ａを電極端子の位置に対応させて設けることにより、電極端子１１，１２への振動の入力を効果的に抑制できる。

また、上述した複数の形態のビード２６，２７，２８を、筐体２３の上面２４と下面２５で異ならせて設けてもよい。したがって、電池モジュール２１を重ねる際にビード同士を突き合わせるだけでなく、ビード２６，２７，２８と平面を突き合わせたり、また、筐体２３の上面２４または下面２５に凹部を形成し、この凹部にビード２６，２７，２８を突き合わせてもよい。凹部にビード２６，２７，２８を嵌合させることにより、電池モジュール２１同士を位置決めすることもできる。

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、第１実施形態や第２実施形態の電池モジュールを、混合して適用してもよい。また、本実施形態では電池モジュール群３，２２は３つの電池モジュール２，２１で構成されるが、３つでなくてもよく、また、電池モジュール群３，２１が４列でなくてもよい。

第１実施形態に係る組電池を示す斜視図である。第１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群の断面図である。図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う電池モジュール群の断面図である。扁平型電池を示す平面図である。補強梁を適用した場合と適用しない場合の電極端子に生じる振動応力を示すグラフである。第１実施形態の変形例を示す図であり、（Ａ）は補強梁が１つの場合、（Ｂ）は補強梁が一方側のみに適用される場合、（Ｃ）は補強梁が電極端子の近傍にのみ適用される場合を示す。第２実施形態の電池モジュールを示す斜視図であり、（Ａ）は一方面、（Ｂ）は他方面を示す。第２実施形態の電池モジュール群の断面図である。第２実施形態の電池モジュールの変形例を示す断面図であり、（Ａ）は幅広のビードを有する電池モジュールであり、（Ｂ）は幅広のビードを中央部に形成した電池モジュールである。

符号の説明

１，２０組電池、
２，２１電池モジュール、
３，２２電池モジュール群、
４ロアケース（加圧板）、
５拘束板（加圧板）、
９，２３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、
１５，２４上面、
１６，２５下面、
１７補強梁（補強部）、
２６，２７，２８ビード（補強部）、
２６Ａ，２７Ａ，２８Ａ立ち上り部（補強部）。

Claims

発電要素を封止する外装材から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すると共に、前記複数の扁平型電池の電極端子同士を電気的に接続し、当該積層された複数の扁平型電池を筐体内に収納して電池モジュールを形成し、当該電池モジュールを更に複数積層させて形成される電池モジュール群を備えた組電池であって、
前記電池モジュール内の前記扁平型電池の電極端子に対応する位置に、前記筐体を補強するための補強部を有することを特徴とする組電池。
前記積層される電池モジュール同士の間に、前記補強部が設けられ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群を、電池モジュールの積層方向から挟んで保持する２枚の加圧板を有し、当該加圧板に隣接する電池モジュールと加圧板の間に、前記補強部が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の組電池。
前記電極端子から当該電極端子が導出される外装材の少なくとも一部までに対応する部位に、前記補強部が設けられ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。
前記補強部は、前記筐体の積層方向に対応する面よりも高剛性の補強梁であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池。
前記補強部は、前記筐体の積層方向に対応する面に形成されるビードであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池。
前記補強部は、前記ビードの、前記筐体から立ち上がる立ち上り部であることを特徴とする請求項６に記載の組電池。
前記電気的に接続される電極端子同士は直接接合されており、前記補強部は、前記電極端子の電極端子同士が接合される部位に対応する位置に設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の組電池。