JP2011181346A

JP2011181346A - 電池用ケース

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Publication number: JP2011181346A
Application number: JP2010044538A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Enoki; 泰史榎木
Original assignee: Daiwa Can Co Ltd
Current assignee: Daiwa Can Co Ltd
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2010-03-01
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2030-03-01
Also published as: JP5479947B2

Abstract

【課題】冷却性能や強度を損なわずに組立性や製造性に優れた電池用ケースを提供する。
【解決手段】電池ユニットを収容するように薄型中空体として形成され、互いに積層された状態で前記電池ユニットを相互に電気的に導通させて使用される電池用ケース１であって、積層状態でその積層方向において互いに対向する面の間に冷却用流体が流通する隙間１９が生じるように前記互いに対向する面の間に介在する支持部４が、前記互いに対向する面の少なくともいずれか一方に形成され、かつ前記隙間１９を外部に対して連通させる開口部が前記互いに対向する面の少なくともいずれか一方に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン電池などの電池を構成するケースに関し、特に積層されて使用される電池のケースに関するものである。

従来、平板型の単電池を複数、直列もしくは並列に接続して組電池もしくはモジュールを構成し、これを積層した状態で所要の電力を得るようにした電池が知られており、その例が特許文献１ないし４に記載されている。これらのうち特許文献１に記載された組電池は、平板型の複数の単電池をセパレータとした中間板を挟んで積層して構成されており、また特許文献２に記載された組電池は、平板型の単電池を、板状のヒートシンクを挟んで積層し、それらを一体に結束した構成とされている。これに対して、特許文献３や特許文献４に記載された組電池は、ケースの内部に収容され、そのケースの内部に対して空気などの冷却媒体を流通させることにより、温度上昇を防ぐように構成されている。

特開２００６−６６３２２号公報特許第３７３１５９５号公報特開２００７−５９０８８号公報特開２００６−１５６０９０号公報

上述した各組電池を構成している単電池は、放電や充電に伴って発熱し、極端な場合には熱暴走する可能性があり、特に多数の単電池を使用するために発熱量が多くなる。そこで、上記の各特許文献に記載されているように、冷却のための構成を採用しており、単電池をケースの内部に収容するように構成されている場合には、特許文献３や特許文献４に記載されているように、ケースに流入口と流出口とを設け、外部からケースの内部に空気などの冷却用の流体を供給し、かつ排出させることにより、各単電池を直接冷却するように構成している。これは、１つのケースに収容している単電池の数が多いことに伴う構成であり、そのため、ケースに流入口と流出口とを設ける必要があることに加え、ケースの内部に冷却用流体のための流路を確保しなければならず、組電池もしくは電池モジュールの構成が複雑になり、製造性が悪化する可能性がある。

また、上記の特許文献３や特許文献４に記載されているケースは、最も一般的な直方体状のものであり、その製造性や積層する場合の組立性などに配慮した構造にはなっておらず、積層して使用される組電池用のケースとして冷却性能や強度を損なわずに組立性や製造性に優れたケースを開発する余地があった。

この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、冷却性能や強度を損なわずに組立性や製造性に優れた電池用ケースを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、電池ユニットを収容するように薄型中空体として形成され、互いに積層された状態で前記電池ユニットを相互に電気的に導通させて使用される電池用ケースにおいて、積層状態でその積層方向において互いに対向する面の間に冷却用流体が流通する隙間が生じるように前記互いに対向する面の間に介在する支持部が、前記互いに対向する面の少なくともいずれか一方に形成され、かつ前記隙間を外部に対して連通させる開口部が前記互いに対向する面および／またはその面の周辺部の少なくともいずれか一方に形成されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記互いに対向する面のうちの一方の面の周辺部に、他方の面側に突出した周壁部が形成され、前記支持部は、前記他方の面に突出させられて形成された、前記周壁部の突出長さより長い脚部を含み、前記開口部は、前記周壁部の先端と前記他方の面の周辺部とが離隔している部分であることを特徴とする電池用ケースである。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記支持部は、前記互いに対向する面のうちの一方の面の周辺部に、他方の面側に突出して形成された周壁部と、その周壁部の内面および／または周壁部の先端側の部分を係合させるように他方の面の周辺部に形成された段部とを含み、前記他方の面の周辺部には、前記周壁部から離隔するように変形させた傾斜後退面が形成され、前記開口部は、前記傾斜後退面と前記周壁部とが離隔している部分であることを特徴とする電池用ケースである。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記互いに対向する面のうちの少なくともいずれか一方の面には、前記電池ユニットの構成部材のいずれかの部分を嵌合させて前記一方の面と前記電池ユニットとの相対位置を決めるとともに相互に固定する貫通孔が形成されていることを特徴とする電池用ケースである。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記電池ユニットの構成部材は、前記電池ユニットにおける電力用コンタクト孔に嵌合されているおよび／または連結されている絶縁部材を含むことを特徴とする電池用ケースである。

本発明によれば、ケースの内部に電池ユニットを収容して構成された組電池を積層した場合、互いに隣接するケースの対向面のいずれかに設けられた支持部によって、それらの対向面の間に隙間が確保され、その隙間が開口部によって外部に連通させられるので、積層されている各組電池同士の間に、冷却用流体が流通する通路を形成することができる。したがって本発明によれば、組電池を例えば空冷してその温度上昇あるいは熱暴走を回避することができる。また、上記の支持部を、積層状態で周壁部の内面および／または周壁部の先端側の部分に接触する脚部によって構成すれば、積層されるケース相互の相対位置を脚部によって決めることができ、またそれぞれの相対的な平行移動を規制することができるので、組電池を積層する組立性を向上させることができる。これは、積層状態で互いに対向する面の一方の周辺部に段部を形成し、その段部に他方の面の周辺部に形成した周壁部の内面および／または周壁部の先端側の部分を係合させるように構成した場合は積層されるケース相互の相対位置を段部によって連続的に接触して決めることができ、またそれぞれの相対的な平行移動を、より規制することができる。なお、開口部として傾斜後退面を形成した場合、それに併せて補強用のビード部を形成すれば、よりケースの強度を良好なものとすることができる。そして、電気ユニットの構成部材を嵌合させる貫通孔を設けたことにより、各組電池の電池ユニットとケースの組立性を向上させることができる。また、電力用コンタクト孔の周囲に配置されるとともにケースに嵌合されているおよび／または連結されている絶縁部材を設けることで各組電池を積層する組立性をより向上させることができる。

本発明の一例を示す斜視図である。その底面図である。その脚部の一つを示す部分側面図である。その蓋部と本体部との巻締め部を示す部分断面図である。貫通孔に対する絶縁部材の嵌合状態を模式的に示す部分断面図である。積層した状態における脚部と蓋部との接触状態を示す部分断面図である。脚部によって支えられているケースの間に形成される開口部の一例を示す部分断面図である。本発明の他の例を示す底面図である。その段部の形状を示す部分断面図である。その段部と周壁部との係合状態を示す部分断面図である。その傾斜後退面の形状の一例を示す部分断面図である。積層状態でその傾斜後退面が周壁部から離隔している状態を示す部分断面図である。

この発明を図に示す具体例を参照して説明する。この発明に係る電池用ケース１は、主として、リチウムイオン電池やニッカド電池あるいはニッケル水素電池などの単電池を複数個、パックするために使用されるケースであり、アルミニウムやその合金などの金属製薄板あるいはポリエステルフィルム等の樹脂フィルムを被覆した前記金属製薄板を素材として所定の形状に成形されている。この種の組電池（パック電池）は、用途に応じて多数個を直列もしくは並列に接続して使用されるので、積層した場合のスペースを小さくするために、あるいは積層を容易にするために、全体としての形状が薄くなるように構成されている。したがってそのケース１は、ほぼ矩形もしくは方形の薄型中空体として構成されている。その一例を図１に模式的に示してあり、ここに示すケース１は、単電池やサポートプレートあるいは基板などからなる電池ユニット（それぞれ図示せず）を収容する実質的な収容部を形成する凹断面形状の本体部２と、その開口端を閉止する蓋部３とによって構成されている。

その本体部２は、前述した樹脂フィルムを被覆した金属製薄板をプレスによって絞り成形したものであって、平面視で長方形状をなし、その深さは単電池やサポートプレートなどの内容物の厚さより幾分深くなっている。図２にはその底部の形状を示してあり、底面には、外面側に突出した脚部４が形成されている。その脚部４は、要は、本体部２の底面側に隙間が生じるように本体部２を支えるための部分であり、その目的を達成するように適当数が設けられていればよい。図２に示す例では、本体部２の底面の四隅に、そのコーナに沿って曲がった突条として脚部４が形成されており、これは本体部２の底面を部分的に突出させて形成されている。脚部４の一つをケース１の側面側から見た図を図３に示してある。

また、本体部２の底面のうち一方の長辺の近傍に、接続端子（図示せず）のための貫通孔（丸孔）５が形成されている。これとは反対側の他方の長辺の近傍には、電池の構成要素であるノード基板（図示せず）を接続するためのコネクター用貫通孔（長孔）６が形成されている。なお、本体部２の底面は、その全体が平面である必要はなく、内部の電池ユニットなどに密着して支える面を内側に突出させて形成してあってもよい。

一方、蓋部３は、上記の本体部２の開口形状とほぼ等しい形状の薄板状の部材であり、本体部２と同じ素材である樹脂フィルムを被覆した金属薄板によって矩形状に構成されている。この蓋部３の周辺部は外面（上面）側に立ち上がっていて、前述した本体部２の開口端の内側に嵌合する周壁部７を形成しており、その周壁部７の上端側には、巻締め用のフランジ部８が形成されている。そして、そのフランジ部８を本体部２の開口端に巻締めた状態での周壁部７の高さは、前述した本体部２における脚部４の高さより幾分低くなるように設定されている。なお、巻締め部を図４に部分断面図として示してある。

さらに、蓋部３の長辺の近傍には、本体部２における丸孔５および長孔６のそれぞれに対応する丸孔９および長孔１０が形成されている。すなわち、蓋部３を本体部２の開口端に取り付けた状態では、丸孔５，９同士、および長孔６，１０同士が対向して位置するようになっている。また、蓋部３の中央部分は所定の広さに亘って、内面側（下面側）に窪んでいて窪み部１１となっている。これは、内部の電池ユニットなどに密着して、本体部２における底面との間に電池ユニットなどの内容物を挟み込んで保持するためである。

上記のように構成された蓋部３を本体部２の開口端に嵌合させ、その状態でフランジ部８を本体部２の開口端に巻締めることによりケース１が構成される。すなわち単電池やサポートプレートさらには基板などからなる電池ユニットを本体部２の内部に所期の姿勢で収容し、これに蓋部３を被せて本体部２を閉じる。その場合、例えば図５に示すように、電池ユニット１２における電力用コンタクト孔１３，１４を本体部２および蓋部３のそれぞれの丸孔５，９に一致させるとともに、その周囲の絶縁部材１５，１６に形成されている円筒部（ボス部）１７，１８をそれぞれの丸孔５，９に密着させて嵌合させる。その結果、ケース１とその内部の電池ユニット１２との相対位置が決められ、かつ電池ユニット１２のケース１内での移動が阻止される。なお、蓋部３における窪み部１１や本体部２における底部内面によって電池ユニット１２が挟み付けられるので、ケース１内での電池ユニット１２にガタツキは生じない。

本発明に係るケース１を使用して上記のように構成された組電池においては、その蓋部３における周壁部７によって区画された領域の形状が、本体部２における底部の外形とほぼ同じ形状になっている。したがって、電池スタックを構成するべく複数の組電池をその姿勢を揃えて積層すると、蓋部３の内側に、隣接する組電池の底部が嵌り込んだ状態になる。その場合、本体部２における底面には前述した脚部４が形成されていてその脚部４が蓋部３の表面（上面）に接触するので、蓋部３の上面と本体部２の底面との間に、所定の隙間１９が生じる。その状態を図６に示してある。

また、巻締めが行われた後の周壁部７の高さは、本体部２に形成されている脚部４の高さより低いから、本体部２の底面外周部のうち脚部４を外れた部分は、周壁部７の上端縁から離れている。その状態を図７に示してある。したがって、蓋部３の上面と本体部２の底面との間の隙間１９は、前記脚部４を外れた位置で電池スタックの外側に開口もしくは連通した状態になり、その結果、その隙間１９が冷却用通風路となる。

このように本発明に係るケース１によれば、積層した組電池の間に冷却用通風路を確保できるので、電池ユニット１２に対する充放電に伴う熱を外部に効率良く逃がして温度上昇や熱暴走を回避もしくは抑制することができる。また、温度が過度に上昇することがないので、組電池の耐久性を向上させることができるうえに、積層した状態での各組電池の温度を均等化してその充放電容量を安定化することができ、さらにはいずれか特定の組電池の寿命低下を防止することができる。さらにまた、上述した脚部４を蓋部３における周壁部７の内面および／または上端側（先端側）の部分に密着する凸ビード部として形成した場合には、ケース１の底面の強度を向上させ、ひいては組電池の強度を向上させることができ、また隣接する組電池との相対位置を、脚部４と周壁部７とによって決めることができるので、組電池の結合性あるいはスタック性を良好なものとすることができる。

なお、各組電池同士の電気的な導通は、前述した電力用コンタクト孔１３，１４に挿入した接続端子２０によって行われる。上側の電力用コンタクト孔１３に挿入した接続端子２０は、前述した図５に示すように、組電池の上側に突出し、その突出端が上側の組電池における底部側の電力用コンタクト孔１４に嵌合させられる。したがって、その接続端子２０によっても、上下の組電池の相対位置が決められる。

つぎに本発明の他の例を説明する。上述した例は、積層した組電池の間の冷却用通風路となる隙間１９を、ケース１の底部に設けた脚部４によって確保するように構成した例であるが、その脚部４による機能を蓋部３の周壁部７に持たせることができる。図８は本発明の他の例における底面形状を示しており、底面の外周コーナ部には、その全周に亘って内側に窪ませる段付け加工が施され、段部２１が形成されている。この段部２１は、蓋部３における周壁部７の上端部を入り込ませる部分であり、したがって段部２１の断面形状は、周壁部７の上端部の断面形状に近似した形状とすることが好ましい。その形状の一例を図９に示し、また周壁部７の上端部に係合させた状態を図１０に示してある。

上記の段部２１を周壁部７の上端側（先端側）の部分に係合させることにより、上側のケース１（組電池）の底面と、下側のケース１（組電池）における蓋部３の上面との間に隙間１９が確保される。その隙間１９を外部に連通させるための開口部が形成されている。すなわち、ケース１の底部コーナ部の複数箇所に、それらの箇所をケース１の内側に後退させる加工が施され、ケース１の底面と側面とに対して傾斜し、これら底面と側面とを繋いでいる傾斜後退面２２が形成されている。この傾斜後退面２２は、ケース１の底部コーナ部を部分的に、前述した段部２１より後退させるためのものであり、その形状の一例を図１１に示し、またケース１同士を重ねた場合における前記周壁部７との相対位置を図１２に示してある。すなわち、図１２に示すように、上記の傾斜後退面２２は、ケース１同士を重ねた場合に、隣接するケース１の周壁部７から離隔するように構成されている。

上記の段部２１は、曲率の大きい曲面が連続した部分であるのに対して、傾斜後退面２２では曲率が小さくなっている。そのため、傾斜後退面２２の近傍では剛性が相対的に低下しているので、補強のためのビード部２３がケース１の底面に、傾斜後退面２２に沿って形成されている。このビード部２３は、ケース１の底面のうち、傾斜後退面２２に沿う所定長さの部分を、ケース１の内側に線状に窪ませた部分であり、形状から定まる断面係数の増大および加工硬化が要因となって剛性が相対的に大きくなっている。他の構成は、前述した図１ないし図７に示す例と同様であり、また前述した例と同様にして組電池に使用される。

上記の図８ないし図１２に示す本発明に係るケース１を使用して構成した組電池においては、その蓋部３における周壁部７によって区画される領域の輪郭形状と、底部の輪郭形状とがほぼ一致している。したがって、電池スタックを構成するために複数の組電池をその姿勢を揃えて積層すると、底面の外周部に形成されている段部２１が、下側の組電池における周壁部７の内面および／または周壁部の上端側（先端側）の部分に乗り、底面と平行な面方向での相対位置が決められ、その状態で各組電池が積層される。したがって、電池スタックを組み立てる際の組立性が良好である。

また、周壁部７の上端に上側の組電池が載っているので、上下の組電池の間には、隙間１９が形成される。これに加えて、ケース１の底面コーナ部に前述した傾斜後退面２２が形成されていて、この部分で上下の組電池が離れており、その結果、上下の組電池における蓋部３の上面と本体部２の底面との間の隙間１９は、前記傾斜後退面２２の部分で電池スタックの外側に開口もしくは連通した状態になり、そのため隙間１９が冷却用通風路となる。

このように、図８ないし図１２に示すように構成した場合であっても、電池スタックとして積層した場合の各組電池の冷却性もしくは放熱性を向上させることができ、前述した具体例と同様の作用・効果を得ることができる。また、底面コーナ部に前記傾斜後退面２２に加えて前記ビード部２３を形成してあるので、ケース１の剛性を損なうことなく、冷却性能あるいは放熱性能を良好なものとすることができる。なお、組電池同士の電気的な導通は前述した接続端子２０によって行われ、それに伴って接続端子２０によって組電池同士の相対的な位置が決められることは前述した具体例と同様である。

上述した各具体例では組電池を上下に積層する場合を説明したが、本発明のケース１は、水平方向に積層する組電池のためのケースであってもよく、上述した各具体例に限定されない。また、前述した傾斜後退面２２の形状は、曲率の小さい曲面が連続した形状や平坦面であってよく、さらには半円筒状などの面であってもよく、要は、上下のケースの間に形成される隙間を外部に連通させる開口部として形成されているものであればよい。また、前述したビード部２３は、傾斜後退面及び周辺部を補強するビード形状を有していれば、上記の具体例で示した線状に限定されない。そして、前述した脚部４や、段部２１および周壁部７は、本発明における支持部に相当し、したがって本発明における支持部は、ケースの底面もしくは上面の周辺部に形成されているものであれば、上記の各具体例で示した構成のものに限定されない。

１…ケース、２…本体部、３…蓋部、４…脚部、５…貫通孔（丸孔）、６…コネクター用貫通孔（長孔）、７…周壁部、８…フランジ部、９…丸孔、１０…長孔、１１…窪み部、１２…電池ユニット、１３，１４…電力用コンタクト孔、１５，１６…絶縁部材、１７，１８…円筒部（ボス部）、１９…隙間、２０…接続端子、２１…段部、２２…傾斜後退面、２３…ビード部。

Claims

電池ユニットを収容するように薄型中空体として形成され、互いに積層された状態で前記電池ユニットを相互に電気的に導通させて使用される電池用ケースにおいて、
積層状態でその積層方向において互いに対向する面の間に冷却用流体が流通する隙間が生じるように前記互いに対向する面の間に介在する支持部が、前記互いに対向する面および／またはその面の周辺部の少なくともいずれか一方に形成され、
かつ前記隙間を外部に対して連通させる開口部が前記互いに対向する面の少なくともいずれか一方に形成されていることを特徴とする電池用ケース。
前記互い対向する面のうちの一方の面の周辺部に、他方の面側に突出した周壁部が形成され、
前記支持部は、前記他方の面に突出させられて形成された、前記周壁部の突出長さより長い脚部を含み、
前記開口部は、前記周壁部の先端と前記他方の面の周辺部とが離隔している部分である
ことを特徴とする請求項１に記載の電池用ケース。
前記支持部は、前記互いに対向する面のうちの一方の面の周辺部に、他方の面側に突出して形成された周壁部と、その周壁部の内面および／または周壁部の先端側の部分を係合させるように他方の面の周辺部に形成された段部とを含み、
前記他方の面の周辺部には、前記周壁部から離隔するように変形させた傾斜後退面が形成され、
前記開口部は、前記傾斜後退面と前記周壁部とが離隔している部分である
ことを特徴とする請求項１に記載の電池用ケース。
前記互いに対向する面のうちの少なくともいずれか一方の面には、前記電池ユニットの構成部材のいずれかの部分を嵌合させて前記一方の面と前記電池ユニットとの相対位置を決めるとともに相互に固定する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電池用ケース。
前記電池ユニットの構成部材は、前記組電池における電力用コンタクト孔の周囲に配置されるとともに前記電池用ケースに嵌合および／または連結されている絶縁部材を含むことを特徴とする請求項４に記載の電池用ケース。