JP2009224225A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】水分の侵入あるいは電解液の漏れを防止し、信頼性の向上した電池パックを提供する。
【解決手段】電池パック１０は、ケース１６と、ケース内に収納された電極体と、電極体に接続されているとともにケースから突出した電極端子２０ａ、２０ｂと、電極端子とケースとの間を気密にシールしたシール材と、を有する非水系二次電池と、ケースに装着された絶縁性を有する支持体と、電極端子に溶接された固定部３６と支持体に支持された接続部３８とを有する導電部材と、支持体に設けられ、導電部材の接続部に給電手段を固定するための固定部材３０と、を備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、非水系二次電池を用いた電池パックに関する。

近年、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動自転車の電源、あるいは、電気機器の電源として、二次電池が広く用いられている。例えば、非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池は、高出力、高エネルギー密度を有することから、電気自動車等の電源として注目されている。

一般に、二次電池は、アルミニウム等で偏平な矩形箱状に形成されたケースと、このケース内に電解液とともに収納された電極群と、電極群に接続されているとともにケースから外側に露出した電極端子と、を備えている。リチウムイオン電池等の非水系二次電池においては、外部からケース内への水分の浸入は電池寿命に悪影響を与える。そのため、電力取り出し部である電極端子とケースとの間は、合成樹脂、ガラス等で形成されたシール材により厳重にシールされ、高い気密性が維持されている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−１４１０５３号公報

上記のような二次電池からの電力の取り出しは、電極端子に固定された導電板や給電ワイヤ等を通して行われる。特に、二次電池から大きな電力を取り出す場合、導電板や給電ワイヤ等は、ボルトやナット等により、電極端子に強固に固定される必要がある。

一方、電極端子とケースとの間に設けられたシール材は、外力に対して非常に弱く、外力を受けると漏れが発生する可能性がある。例えば、上記のような導電板や給電ワイヤを電極端子に固定する際、ボルト、ナット等の締め付けトルクが電極端子を介してシール材に作用すると、電極端子とシール材、あるいは、シール材とケースとの間の気密性が低下し、水分の侵入あるいは電解液の漏れが発生する可能性がある。

この発明は以上の点に鑑みなされたものであり、その目的は、水分の侵入あるいは電解液の漏れを防止し、信頼性の向上した電池パックを提供することにある。

この発明の様態に係る電池パックは、ケースと、ケース内に収納された電極体と、前記電極体に接続されているとともにケースから突出した電極端子と、前記電極端子とケースとの間を気密にシールしたシール材と、を有する非水系二次電池と、前記ケースに装着された絶縁性を有する支持体と、前記電極端子に溶接された固定部と前記支持体に支持された接続部とを有する導電部材と、前記支持体に設けられ、前記導電部材の接続部に給電部材を固定するための固定手段と、を備えている。

この発明の他の態様に係る電池パックは、それぞれケース、ケース内に収納された電極体、前記電極体に接続されているとともにケースから突出した電極端子、および前記電極端子とケースとの間を気密にシールしたシール材を有する複数の非水系二次電池と、前記複数の二次電池を配列状態に保持した、絶縁性を有する支持体と、少なくとも１つの前記二次電池の電極端子に溶接された固定部と前記支持体に支持された接続部とを有する導電部材と、前記支持体に設けられ、前記導電部材の接続部に給電部材を固定するための固定手段と、を備えている。

上記構成によれば、水分の侵入あるいは電解液の漏れを防止し、信頼性の向上した電池パックを提供することができる。

以下図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る電池パックについて詳細に説明する。図１は、第１の実施形態に係る電池パックの外観を示す斜視図、図２は、電池パックを示す分解斜視図、図３は、電池パックの一部を破断して示す電池パックの側面図、図４は、電気パックの電極端子部分を拡大して示している。

図１ないし図３に示すように、電池パック１０は、例えば、リチウムイオン電池等の薄型の非水系二次電池１２と、この二次電池１２の外側に装着された支持体１４と、を備えている。

二次電池１２は、アルミニウム等により形成された偏平な矩形箱状のケース１６と、このケース内に非水電解質液とともに収納された電極体１８と、ケース１６の一方の端壁、ここでは天壁１６ａ、から突出した正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂとを有している。電極体１８は、例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向に圧縮した偏平な矩形状に形成されている。正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂは、それぞれ電極体１８の正極および負極に接続されているとともに、ケース１６の天壁１６ａを貫通して延びている。図４に示すように、正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂと天壁１６ａとの間には、それぞれ合成樹脂、ガラス等の絶縁体からなるシール材、例えば、ガスケット２２が設けられ、各電極端子とケース１６との間を気密にシールしている。

図１ないし図３に示すように、支持体１４は、合成樹脂等の絶縁性を有する材料により矩形枠状に形成され、二次電池１２のケース１６の外側に装着されている。ここでは、支持体１４は、ケース１６の電極端子側の端部外周を覆った状態で、ケースに取り付けられている。支持体１４は、Ｕ字形状に折り曲げられた本体１４ａと、本体の端部に嵌合された板状のカバー板１４ｂとを有し、本体とカバー板との間にケース１６を挟んだ状態でケースに取り付けられている。

また、支持体１４は、本体１４ａおよびカバー板１４ｂから上方に延出した延出部２４を有し、この延出部は、ケース１６の天壁１６ａと隙間を置いて対向している。延出部２４には、天壁１６ａに対して平行に延びた一対の平坦な支持部２６、これら一対の支持部間に位置した一対の係合部２８が形成されている。また、各支持部２６には、固定手段としてのボルト３０を通す透孔３２あるいはねじ孔が形成されている。また、各支持部２６には、ボルト３０の頭部側面に当接する回り止め用の当接部２６ａを有している。

図１ないし図４に示すように、電池パック１０は、それぞれ正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂに接続された２つの導電部材３４ａ、３４ｂを有している。導電部材３４ａ、３４ｂは、例えば、クランク状に折り曲げられた金属板により形成されている。導電部材３４ａの一端部は固定部３６を構成し、他端部は接続部３８を構成している。接続部３８には、ボルト３０を挿通するための透孔４０が形成されている。

導電部材３４ａの固定部３６は、正極端子２０ａに重ねて配置され、例えば、レーザ溶接により正極端子に溶接されている。導電部材３４ａの接続部３８は、その先端部が支持体１４の係合部２８と係合した状態で、支持部２６上に支持されている。接続部３８の透孔４０は支持部２６の透孔３２と整列して位置している。これら透孔３２、４０には、支持部２６の下方からワッシャ３１を挟んで固定用のボルト３０が挿通され、上方に突出している。ボルト３０の頭は支持部２６の当接部２６ａに嵌め合われ、支持部２６に対してボルト３０が回らないようになっている。ボルト３０の頭は、支持部２６に嵌合して回り止めとなれば良いため、通常の６角形の他、正方形や長方形などの四角や他の形状とすることもできる。支持部２６の当接部２６ａに当たる長さが長い方が回り止め効果が高いので、長方形や三角形が適している。

同様に、導電部材３４ｂの固定部３６は、負極端子２０ｂに重ねて配置され、レーザ溶接により負極端子に溶接されている。導電部材３４ｂの接続部３８は、その先端部が支持体１４の係合部２８と係合した状態で、他方の支持部２６上に支持されている。接続部３８の透孔４０は支持部２６の透孔３２と整列して位置している。透孔３２、４０には、支持部２６の下方からワッシャ３１を挟んで固定用のボルト３０が挿通され、上方に突出している。

上記のように構成された電池パック１０を被給電機器に接続する場合、図３に２点鎖線で示すように、給電ワイヤあるいは導電板等の給電部材５０をそれぞれ導電部材３４ａ、３４ｂの接続部３８に接触させた状態で、ボルト３０およびナット５１により、支持体１４の支持部２６および導電部材の接続部３８に締め付け固定する。これにより、給電部材５０は、導電部材３４ａ、３４を介して正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂに電気的に接続される。

以上のように構成された電池パックによれば、二次電池のケースを保持した支持体により導電部材を支持し、この導電部材および支持体に給電ワイヤあるいは導電板等の給電部材を接続および固定する構成とすることにより、給電ワイヤあるいは導電板を接続する際、二次電池の電極端子およびガスケットに大きな外力が作用することを抑制し、電極端子とケースとの間の高い気密性を維持することができる。また、電極端子と導電部材の接続は溶接により行っているため、接続時にボルト締めのときに生じるような回転力が電極端子に加わることもない。これにより、ケース内への水分の侵入あるいは電解液の漏れを防止し、信頼性の向上した電池パックを得ることができる。

上述した電池パックにおいて、給電ワイヤあるいは導電板等の給電部材５０をそれぞれ導電部材３４ａ、３４ｂの接続部３８および支持体に固定する手段は、ボルト３０およびナット５１に限らず、他の固定具を用いてもよい。
図５に示すように、第２の実施形態に係る電池パックによれば、固定手段として、支持体１４の各支持部２６にねじ孔５２が形成されている。給電部材５０は、それぞれ導電部材３４ａ、３４ｂの接続部３８に接触させた状態で、この給電部材５０および導電部材の接続部３８を通してボルト５４を支持部２６に固定された金属製のナット５１にねじ込むことにより、支持体１４の支持部２６および導電部材の接続部３８に締め付け固定されている。ナット５１の形状は、通常の６角形の他、正方形や長方形等の４角形の他、多角形、楕円などの形状とすることができる。支持部２６の当接部２６ａに当たる長さが長い方が回り止め効果が高いので、長方形や三角形が適している。

このような構成においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、この発明の第３の実施形態に係る電池パックについて説明する。図６および図７に示すように、第３の実施形態によれば、電池パック１０は、隙間を置いて配列された複数の二次電池１２と、これらの二次電池を保持した矩形箱状の支持体１４と、を備えている。各二次電池１２は、前述した第１の実施形態に係る二次電池と同一であり、アルミニウム等により形成された偏平な矩形箱状のケース１６と、このケース内に非水電解質液とともに収納された電極体と、ケース１６の天壁から突出した正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂとを有している。

支持体１４は、合成樹脂等の絶縁材料により形成され、矩形枠状に形成された本体１５ａと、本体の底側開口を閉塞した底板１５ｂとを有し、本体１５ａの上面は、周縁部を除いて開口している。底板１５ｂには、通気用の複数の通気口１５ｃが形成されている。

複数の二次電池１２は支持体１４内に収納され、底板１５ｂ上に載置されているとともに、互いに主面同士が向かい合った状態で、かつ、互いに所定の隙間を置いて整列されている。また、複数の二次電池１２は、ケース１６の天壁１６ａ中央部および電極端子の部分が本体１５ａの開口に露出し、他の部分は、本体１５ａによって覆われている。そして、複数の二次電池１２は、それぞれケース１６が支持体１４の内面側と係合することにより、所定位置に保持されている。

配列された複数の二次電池１２の内、一端側に位置した二次電池１２の一方の電極端子、例えば、正極端子２０ａには導電部材３４ａが接続され、また、他端側に位置した二次電池１２の一方の電極端子、例えば、負極端子２０ｂには導電部材３４ｂが接続されている。

導電部材３４ａ、３４ｂは、例えば、Ｌ字状に屈曲した金属板により形成されている。導電部材３４ａの一端部は固定部３６を構成し、他端部は接続部３８を構成している。接続部３８には、ボルト３０を挿通するための透孔が形成されている。導電部材３４ａの固定部３６は、正極端子２０ａに重ねて配置され、例えば、レーザ溶接により正極端子に溶接されている。導電部材３４ａの接続部３８は、支持体１４の上面に形成された支持部２６上に支持されている。接続部３８の透孔は支持部２６に形成された透孔と整列して位置している。これら透孔には、支持部２６の下方から図示しないワッシャを挟んで固定用のボルト３０が挿通され、上方に突出している。ボルト３０の頭は支持部２６に嵌め合われ、支持部２６に対してボルト３０が回らないようになっている。ボルト３０の頭は、支持部２６に嵌合して回り止めとなれば良いため、通常の６角形の他、正方形や長方形などの四角や他の形状とすることもできる。支持部２６の側壁に当たる長さが長い方が回り止め効果が高いので、長方形や三角形が適している。

同様に、導電部材３４ｂの固定部３６は、他端側の二次電池１２の負極端子２０ｂに重ねて配置され、レーザ溶接により負極端子に溶接されている。導電部材３４ｂの接続部３８は、支持体１４の上面に形成された支持部２６上に支持されている。接続部３８の透孔は支持部２６に形成された透孔と整列して位置している。これら透孔には、支持部２６の下方から図示しないワッシャを挟んで固定用のボルト３０が挿通され、上方に突出している。

複数の二次電池１２において、導電部材３４ａ、３４ｂが接続された電極端子を除いて、他の電極端子は、複数のバスバー６０により、互いに接続されている。本実施形態においては、隣り合う二次電池１２の負極端子と正極端子とがバスバー６０により接続され、複数の二次電池が直列に接続されている。

上記のように構成された電池パック１０を非給電機器に接続する場合、図７に２点鎖線で示すように、給電ワイヤあるいは導電板等の給電部材５０をそれぞれ導電部材３４ａ、３４ｂの接続部３８に接触させた状態で、ボルト３０およびナット５１により、支持体１４の支持部２６および導電部材の接続部３８に締め付け固定する。これにより、給電ワイヤあるいは導電板等の給電部材５０は、導電部材３４ａ、３４を介して正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂに電気的に接続される。

以上のように構成された電池パックによれば、二次電池のケースを保持した支持体により導電部材を支持し、この導電部材および支持体に給電ワイヤあるいは導電板等の給電部材５０を接続および固定する構成とすることにより、給電部材５０を接続する際、二次電池の電極端子およびガスケットに大きな外力が作用することを抑制し、電極端子とケースとの間の高い気密性を維持することができる。これにより、ケースへの水分の侵入あるいは電解液の漏れを防止し、信頼性の向上した電池パックを得ることができる。

なお、この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、二次電池、支持体の形状、寸法、材質等は、上述した実施形態に限らず、適宜変更可能である。導電部材は、支持体に固定される構成であればよく、その形状、固定位置は必要に応じて変更可能である。

図１は、第１の実施形態に係る電池パックを示す斜視図。 図２は、前記電池パックを示す分解斜視図。 図３は、前記電池パックの一部を破断して示す前記電池パックの正面図。 図４は、前記電池パックの電極端子部分を拡大して示す断面図。 図５は、第２の実施形態に係る電池パックの要部を一部破断して示す正面図。 図６は、第３の実施形態に係る電池パックを示す斜視図。 図７は、図６の線Ａ−Ａに沿った電池パックの断面図。

符号の説明

１０…電池パック、１２…二次電池、１４…支持体、１６…ケース、
１８…電極体、２０ａ…正極端子、２０ｂ…負極端子、１４ａ、１５ａ…本体、
１４ｂ…カバー板、２６…支持部、２８…係合部、３０…ボルト、
３４ａ、３４ｂ…導電部材、３６…固定部、３８…接続部

Claims (5)

1. ケースと、ケース内に収納された電極体と、前記電極体に接続されているとともにケースから突出した電極端子と、前記電極端子とケースとの間を気密にシールしたシール材と、を有する非水系二次電池と、
   前記ケースに装着された絶縁性を有する支持体と、
   前記電極端子に溶接された固定部と前記支持体に支持された接続部とを有する導電部材と、
   前記支持体に設けられ、前記導電部材の接続部に給電部材を固定するための固定手段と、を備えた電池パック。
2. 前記二次電池のケースは矩形箱状に形成され、前記電極端子は、前記ケースの一端面から突出し、前記支持体は、前記ケースの前記一端面側の端部を覆って装着されている請求項１に記載の電池パック。
3. 前記支持体は、前記導電部材の接続部が支持された支持部を有し、前記固定手段は、前記支持部および導電部材の接続部を貫通して延びた締結部材を備えている請求項１に記載の電池パック。
4. 前記支持体は、前記導電部材の接続部が支持された支持部を有し、前記固定手段は、前記支持部に形成され、前記導電部材の接続部を貫通して延びる締結部材がねじ込まれるねじ部を有している請求項１に記載の電池パック。
5. それぞれケース、ケース内に収納された電極体、前記電極体に接続されているとともにケースから突出した電極端子、および前記電極端子とケースとの間を気密にシールしたシール材を有する複数の非水系二次電池と、
   前記複数の二次電池を配列状態に保持した、絶縁性を有する支持体と、
   少なくとも１つの前記二次電池の電極端子に溶接された固定部と前記支持体に支持された接続部とを有する導電部材と、
   前記支持体に設けられ、前記導電部材の接続部に給電部材を固定するための固定手段と、を備えた電池パック。

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