JP2011198616A

JP2011198616A - 積層型電池

Info

Publication number: JP2011198616A
Application number: JP2010064118A
Authority: JP
Inventors: Hirotatsu Kamimura; 宏達神村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-10-06
Also published as: CN201994382U

Abstract

【課題】配線基板の修理工数を低減することができる積層型電池を提供する。
【解決手段】集電体１２を有する電極１１と電解質層１５からなる単電池２０を複数積層するとともに、単電池２０の電圧を検出するために単電池２０と外部機器４０を電気的に接続する配線基板３０を備える積層型電池１００において、配線基板３０は、複数の単電池２０の集電体１２とそれぞれ接続する複数の接続部３４と、複数の接続部３４をまとめて外部機器４０と接続するとともに、接続部３４と集電体１２の接着部分の接着強度よりも低強度の脆弱部を有する延設部３３と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、単電池を複数積層した積層型電池に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車等においては、電極と電解質層からなる単電池を複数積層した積層型電池が使用される。

特許文献１には、各単電池の電圧を検出するための配線基板を備えた積層型電池が開示されている。配線基板は先端に複数の接続部を有しており、配線基板の接続部は単電池を構成する電極の集電体に電気的に接続している。

特開２００８−１６００６０号公報

ところで、上記した配線基板に車両走行時の衝撃等に起因する外力が作用して、配線基板が引っ張られると、配線基板の接続部と集電体との接着部分が剥離するおそれがある。このように剥離した配線基板を修理する場合には、積層型電池を一旦分解して配線基板の接続部と集電体とを再度接着する必要があり、配線基板の修理に手間が掛かるという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、配線基板の修理工数を低減することができる積層型電池を提供することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明の積層型電池は、集電体を有する電極と電解質層からなる単電池を複数積層するとともに、単電池の電圧を検出するために単電池と外部機器を電気的に接続する配線基板を備える。この配線基板は、複数の単電池の集電体とそれぞれ接続する複数の接続部と、複数の接続部をまとめて外部機器と接続するとともに、接続部と集電体の接着部分の接着強度よりも低強度の脆弱部を有する延設部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、配線基板の延設部は脆弱部を有するので、車両走行時の衝撃等に起因する外力によって配線基板が強く引っ張られた場合には、配線基板の接続部と集電体の接着部分が剥離する前に、延設部の脆弱部が破断する。このように破断した場合には、破断した延設部同士を再度接着させるだけで配線基板の修理が済み、従来のように積層型電池を分解する必要がない。したがって、配線基板の修理を容易に実施でき、修理工数を低減することが可能となる。

第１実施形態における積層型電池の一部縦断面図である。（Ａ）は積層型電池に設けられる配線基板の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面における配線基板の断面図である。（Ａ）は積層型電池を積層方向から見た時の概略図であり、（Ｂ）は積層型電池を積層方向に直交する方向から見た時の概略図である。（Ａ）は第２実施形態の積層型電池を積層方向から見た時の概略図であり、（Ｂ）は積層型電池を積層方向に直交する方向から見た時の概略図である。第３実施形態の積層型電池を積層方向から見た時の概略図である。第３実施形態と関連する積層型電池を積層方向から見た時の概略図である。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１を参照して、第１実施形態における積層型電池１００について説明する。図１は、積層型電池１００の一部縦断面図である。

図１に示す積層型電池１００は、双極型二次電池であって、発電ユニット１と、発電ユニット１を収容する外装ケース２とを備える。

発電ユニット１は、一対の双極型電極１１とこれら双極型電極１１の間に挟まれる電解質層１５からなる単電池２０を複数直列接続して構成されている。

双極型電極１１は、導電性部材によって板状に形成された集電体１２と、集電体１２の一方の面に設けられる正極活物質層１３と、集電体１２の他方の面に設けられる負極活物質層１４と、を備える。集電体１２の外縁部は、正極活物質層１３及び負極活物質層１４が塗布されない未塗布部となっている。

電解質層１５は、イオン伝導部であって、ポリエチレン製セパレータに電解液を含浸させて形成される。

発電ユニット１は、隣り合う双極型電極１１の正極活物質層１３と負極活物質層１４とが電解質層１５を介して対向するように、双極型電極１１と電解質層１５を交互に積層した積層体である。隣接する双極型電極１１の外縁部には、電解質層１５に含浸させた電解液が漏出するのを防止するシール部１６が設けられる。

なお、発電ユニット１の積層方向の両端に配置される双極型電極１１の集電体１２は、正極活物質層１３又は負極活物質層１４が省略されており、発電ユニット１からの電力を外部に取り出す集電板として利用される。

外装ケース２は、アルミニウム等の金属をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムのシート材から形成される。外装ケース２のケース外周部は熱融着によって接合され、外装ケース２は発電ユニット１を収容した状態で密封される。

上記した積層型電池１００は、各単電池２０の電圧を検出するために配線基板３０を備える。配線基板３０は、電池制御装置等の外部機器４０と各単電池２０の集電体１２を電気的に接続する。これにより外部機器４０を用いて各単電池２０の電圧を個別に検出することが可能となる。

図２（Ａ）〜図３（Ｂ）を参照して、積層型電池１００に設けられる配線基板３０について説明する。

図２（Ａ）は配線基板３０の平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面における配線基板３０の断面図である。図３（Ａ）は積層型電池１００を積層方向から見た時の概略図であり、図３（Ｂ）は積層型電池１００を積層方向に直交する方向から見た時の概略図である。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、配線基板３０は、銅製の導電部３１を絶縁層３２で被覆して形成されたフレキシブルプリント基板である。配線基板３０は、外部機器４０から延設する延設部３３と、延設部３３から分岐して各単電池２０の集電体１２にそれぞれ接続する複数の接続部３４と、を備える。

複数の接続部３４は、等間隔で平行に配置される。接続部３４の先端部３４Ａは導電部３１の先端が絶縁層３２から露出するように形成されており、接続部３４は導電部３１の先端を介して単電池２０の集電体１２と電気的に接続する。接続部３４の先端部３４Ａは、図３（Ｂ）に示すように、導電性を有する接着部材３５によって集電体１２に接着される。なお、図３（Ｂ）は、発明の理解を容易にするために、配線基板３０の１つの接続部３４が単電池２０の集電体１２に接続している状態を模式的に示したものであり、他の部材等の記載を省略している。

一方、延設部３３は、図２（Ａ）に示すように複数の接続部３４をまとめて一本化した状態で直線状に延設される。延設部３３の後端部３３Ａは、各単電池２０の集電体１２と接続する各導電部３１の後端が絶縁層３２から露出するように形成されている。延設部３３は、これら導電部３１の後端を介して外部機器４０と電気的に接続する。

上記した配線基板３０の延設部３３は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、先端側の第１延設部３３Ｂと後端側の第２延設部３３Ｃとから構成されている。

第１延設部３３Ｂは、配線基板３０が各単電池２０の集電体１２に接続された状態で、外装ケース２の内部から外部に突出するように設けられる。第１延設部３３Ｂの先端には上述した複数の接続部３４が形成されており、第１延設部３３Ｂの後端と第２延設部３３Ｃの先端は、導電性を有する接着部材３６を介して電気的に接続されている。第２延設部３３Ｃの後端は、図１に示した外部機器４０と電気的に接続する。

ここで、第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃの接着部分の接着強度（例えば、引張せん断接着強さ）は、接続部３４と集電体１２の接着部分の接着強度（例えば、引張せん断接着強さ）よりも低くなるように設定されている。したがって、外力が配線基板３０に作用して配線基板３０が強く引っ張られた場合には、配線基板３０の接続部３４と集電体１２の接着部分が剥離する前に、配線基板３０の第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃの接着部分が破断することとなる。

なお、第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃとの接着部分は、外装ケース２の外部に配置されている。

上記のように構成される第１実施形態の積層型電池１００では、以下の効果を得ることができる。

積層型電池１００の各単電池２０の電圧を検出するための配線基板３０は、各単電池２０の集電体１２と電気的に接続する複数の接続部３４と、これら接続部３４をまとめて外部機器４０と電気的に接続する延設部３３とを備える。延設部３３は第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃとから構成されており、第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃとの接着部分の接着強度は接続部３４と集電体１２の接着部分の接着強度よりも低くなるように設定されている。第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃの接着部分を延設部３３における脆弱部としたので、車両走行時の衝撃等に起因する外力の作用によって配線基板３０が強く引っ張られた場合には、配線基板３０の接続部３４と集電体１２の接着部分が剥離するよりも前に、第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃの接着部分が破断する。このように破断した場合には、破断した第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃを再度接着させるだけで配線基板３０の修理が済み、従来手法のように積層型電池１００を分解する必要がない。したがって、配線基板３０の修理を容易に実施でき、配線基板３０の修理工数を低減することが可能となる。

配線基板３０の第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃの接着部分（脆弱部）は、発電ユニット１を収容する外装ケース２の外部に配置されるため、第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃの接着部分が破断しても、外装ケース２は損傷することがない。また、配線基板３０の修理時に外装ケース２を取り除く必要もないので、配線基板３０の修理工数を低減することが可能となる。

配線基板３０はフレキシブルプリント基板であり、その柔軟性により外力を吸収しやすいので、配線基板３０における破断の発生を抑制することが可能となる。

（第２実施形態）
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して、第２実施形態における積層型電池１００について説明する。図４（Ａ）は積層型電池１００を積層方向から見た時の概略図であり、図４（Ｂ）は積層型電池１００を積層方向に直交する方向から見た時の概略図である。

第２実施形態における積層型電池１００は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、配線基板３０の延設部３３の構成において相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、配線基板３０の延設部３３は、第１延設部３３Ｂ及び第２延設部３３Ｃの他に、第３延設部３３Ｄをさらに備えている。

第３延設部３３Ｄの先端は、導電性を有する接着部材３６を介して第２延設部３３Ｃの後端と電気的に接続している。第３延設部３３Ｄの後端は、図１に示した外部機器４０と電気的に接続している。

ここで、第２延設部３３Ｃと第３延設部３３Ｄの接着部分の接着強度（例えば、引張せん断接着強さ）は、接続部３４と集電体１２の接着部分の接着強度（例えば、引張せん断接着強さ）よりも低く設定されている。なお、第１実施形態でも説明したように、第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃの接着部分の接着強度も、接続部３４と集電体１２の接着部分の接着強度よりも低く設定されている。

上記のように、第２実施形態の積層型電池１００では、第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃの接着部分及び第２延設部３３Ｃと第３延設部３３Ｄの接着部分を延設部３３における脆弱部とした。外力の作用によって配線基板３０が強く引っ張られた場合には、接続部３４と集電体１２との接着部分が剥離する前に、第１延設部３３Ｂと第２延設部３３Ｃの接着部分又は第２延設部３３Ｃと第３延設部３３Ｄの接着部分が破断するので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図５を参照して、第３実施形態における積層型電池１００について説明する。図５は、積層型電池１００を積層方向から見た時の概略図である。

第３実施形態における積層型電池１００は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、配線基板３０の延設部３３の構成において相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図５に示すように、配線基板３０の延設部３３は、第１実施形態のように第１延設部３３Ｂ及び第２延設部３３Ｃの二部材から構成されるのではなく、一つの延設部材として構成されている。延設部３３の先端には複数の接続部３４が設けられており、延設部３３の後端は図１に示した外部機器４０と電気的に接続している。

延設部３３は、延設方向の一部に、部材幅が狭くなる幅狭部３３Ｅを備えている。
幅狭部３３Ｅは、延設部３３の幅方向の外側部分を矩形状に切り欠いて形成される。この幅狭部３３Ｅは、外装ケース２よりも外側に配置される。

延設部３３の幅狭部３３Ｅにおける引張強度は、配線基板３０の接続部３４と集電体１２の接着部分の接着強度（例えば、引張せん断接着強さ）よりも低くなるように設定されている。

上記した積層型電池１００では、配線基板３０の延設部３３に形成された幅狭部３３Ｅを脆弱部としたので、外力の作用によって配線基板３０が強く引っ張られた場合には、接続部３４と集電体１２との接着部分が剥離する前に、延設部３３の幅狭部３３Ｅが破断する。幅狭部３３Ｅが伸長することによって延設部３３自体が破断するが、幅狭部３３Ｅの破断部分を除去すれば延設部３３を再利用することができる。したがって、破断した延設部３３同士を再度接着させるだけで配線基板３０の修理が済み、従来手法のように積層型電池１００を分解する必要がないため、第１実施形態と同様に配線基板３０の修理工数を低減することが可能となる。

第３実施形態の積層型電池１００の配線基板３０においては、図５に示すように延設部３３の幅方向の外側部分を切り欠いて幅狭部３３Ｅを形成したが、図６に示すように延設部３３の幅方向の中央部分を矩形状に切り抜いて幅狭部３３Ｅを形成してもよい。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

第１〜第３実施形態における配線基板３０は、双極型電極と電解質層とを交互に積層した双極型二次電池に適用したが、正電極と電解質層と負電極とを順番に積層した積層型二次電池に適用してもよい。

また、第１〜第３実施形態では、配線基板３０が破断する等の異常時に、外部機器４０が運転者に異常を報知するようにしてもよい。

さらに、第１〜第３実施形態では、積層型電池１００は外装ケース２を有しているが、必要に応じて外装ケース２は省略するようにしてもよい。

１００積層型電池
１発電ユニット
２外装ケース（外装体）
１１双極型電極
１２集電体
１３正極活物質層
１４負極活物質層
１５電解質層
２０単電池
３０配線基板
３３延設部
３３Ｂ第１延設部（延設部材）
３３Ｃ第２延設部（延設部材）
３３Ｄ第３延設部（延設部材）
３３Ｅ幅狭部
３４接続部
４０外部機器

Claims

集電体を有する電極と電解質層からなる単電池を複数積層するとともに、前記単電池の電圧を検出するために前記単電池と外部機器を電気的に接続する配線基板を備える積層型電池において、
前記配線基板は、
前記複数の単電池の集電体とそれぞれ接続する複数の接続部と、
前記複数の接続部をまとめて前記外部機器と接続するとともに、前記接続部と前記集電体の接着部分の接着強度よりも低強度の脆弱部を有する延設部と、を備えることを特徴とする積層型電池。
前記延設部は、複数の延設部材を順次接続して構成されており、
前記脆弱部は、前記延設部材同士の接着部分の接着強度を前記接続部と前記集電体の接着部分の接着強度よりも低く設定して形成されることを特徴とする請求項１に記載の積層型電池。
前記延設部は、延設方向の一部の幅が狭くなる幅狭部を備えており、
前記脆弱部は、前記幅狭部の引張強度を前記接続部と前記集電体の接着部分の接着強度よりも低く設定して形成されることを特徴とする請求項１に記載の積層型電池。
前記積層型電池を収容する外装体をさらに備え、
前記延設部は、前記外装体の内部から外部に突出するように設けられ、
前記脆弱部は、前記外装体の外部に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の積層型電池。
前記配線基板は、フレキシブルプリント基板であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の積層型電池。