JP2012084297A - 組電池装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の電池セルを機械的に一体化する場合の組み立て作業を容易にする。
【解決手段】組電池装置1は、所定間隔で並ぶ複数の仕切部3bが底部3aにより連結されたスペーサ部材3と、各仕切部3bの間にそれぞれ嵌合する直方体形状の複数の電池セル2と、それらの電池セル2が嵌合したスペーサ部材3に底部3a側から嵌合し、スペーサ部材3と共に複数の電池セル2を収容する一端開口の箱形状のケース4とを備え、スペーサ部材3は変形可能に形成されており、ケース4はスペーサ部材3との嵌合による外力に対して非変形に形成されている。
【選択図】図1
【解決手段】組電池装置1は、所定間隔で並ぶ複数の仕切部3bが底部3aにより連結されたスペーサ部材3と、各仕切部3bの間にそれぞれ嵌合する直方体形状の複数の電池セル2と、それらの電池セル2が嵌合したスペーサ部材3に底部3a側から嵌合し、スペーサ部材3と共に複数の電池セル2を収容する一端開口の箱形状のケース4とを備え、スペーサ部材3は変形可能に形成されており、ケース4はスペーサ部材3との嵌合による外力に対して非変形に形成されている。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、複数の電池セルを組み合わせた組電池装置に関する。
近年、電気機器や電動自転車、ハイブリッド電気自動車、電気自動車等の電源として、組電池装置が広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。この組電池装置は、必要な出力や容量に応じて電池セルを複数個電気的に接続し、さらに、機械的にも一体化することによって構成されている。
この機械的な一体化のため、各電池セルを組み合わせて固定する固定具が用いられている。固定具は矩形状の板部材であり、この固定具には矩形状の貫通孔がその長辺を平行にして電池セルの数分だけ一列に固定具の長手方向に沿って形成されている。各電池セルはそれらの貫通孔に個別にその中央部が固定具により隠れるまで挿入されて嵌められ、固定具により機械的に一体化される。この固定具は、電池セルの膨張抑制や位置決めを行い、さらに、電池セル同士の隙間を保持する。
しかしながら、各電池セルの機械的な一体化を行う前に、電池セル活性化のため初充電が行われることから、初充電後の電池セルの中には、膨張した電池セルが存在することがある。この膨張した電池セルを含む各電池セルを固定具により機械的に一体化する場合には、固定具の伸縮や貫通孔の公差が膨張抑制や位置決めのためにほとんど無いことから、膨張した電池セルを固定具の貫通孔に挿入して嵌め込むことが難しくなる。このため、組み立て作業が困難になってしまう。
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の電池セルを機械的に一体化する場合の組み立て作業を容易にすることができる組電池装置を提供することである。
本発明の実施形態に係る組電池装置は、所定間隔で並ぶ複数の仕切部が底部により連結されたスペーサ部材と、複数の仕切部の間にそれぞれ嵌合する直方体形状の複数の電池セルと、複数の電池セルが嵌合したスペーサ部材に底部側から嵌合し、スペーサ部材と共に複数の電池セルを収容する一端開口の箱形状のケースとを備え、スペーサ部材は変形可能に形成されており、ケースはスペーサ部材との嵌合による外力に対して非変形に形成されていることを特徴とする。
本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る組電池装置1は、複数個の電池セル2と、それらの電池セル2を固定するスペーサ部材3と、そのスペーサ部材3と共に各電池セル2を収容する上端開口の箱形状の下ケース4と、その下ケース4の蓋体として下端開口の箱形状の上ケース5と、各電池セル2を電気的に接続する複数のバスバー6とを備えている。
各電池セル2は、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池であり、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成された扁平な直方体形状の外装容器11と、その外装容器11内に非水電解液と共に収納された電極体(図示せず)とを備えている。外装容器11は、上端が開口する上端開口の容器本体11aと、その容器本体11aの開口を塞ぐ矩形板状の蓋体11bとを有しており、その蓋体11bが容器本体11aに溶接されて液密に形成されている。
蓋体11bの長手方向の一端部には正極端子12aが設けられており、その他端部には負極端子12bが設けられている。これらの正極端子12a及び負極端子12bは電池セル2の電極体の正極及び負極にそれぞれ接続されており、蓋体11bの上面から突出している。また、どちらか一方の端子、例えば正極端子12aは蓋体11bに電気的に接続されて外装容器11と同電位になっている。負極端子12bは蓋体11bを貫通して延伸しており、その負極端子12bと蓋体11bとの間には、合成樹脂やガラス等の絶縁体からなるシール材、例えばガスケット(図示せず)が設けられている。このシール材は、負極端子12bと外装容器11との間を気密にシールすると共に電気的に絶縁している。
蓋体11bの中央部には、例えば矩形状の安全弁12cが設けられている。この安全弁12cは蓋体11bの一部を約半分程度の厚さに薄くして形成されており、その薄い部分の上面中央部には刻印が形成されている。この安全弁12cは、電池セル2の異常等により外装容器11内にガスが発生して外装容器11の内圧が所定値以上に上昇した場合、開状態となって外装容器11内のガスを放出し、外装容器11の内圧を下げて電池セル2の破裂等の不具合を防止する。
スペーサ部材3は、板状の底部3aにより、所定間隔で並ぶ板状の仕切部3bが連結された部材である。すなわち、このスペーサ部材3は、一方向に伸びる板状の底部3aと、その底部3aの延伸方向に一端から他端まで所定間隔、例えば等間隔で離間して立設された複数の板状の仕切部3bにより構成されている。この底部3a及び各仕切部3bは一体に形成されている。なお、各仕切部3bの所定間隔は電池セル2の蓋体11bの短手方向の長さ、すなわち電池セル2の厚さに基づいて、各仕切部3bの間に対する電池セル2の嵌合を可能に決定されている。
このスペーサ部材3は可撓性を有して変形可能に形成されており、必要とする強度、例えば、電池セル2を保持することが可能な程度の強度を有しつつ、外力により変形する部材である。スペーサ部材3の可撓性はその底部3aや仕切部3bの厚さや使用材料等により必要とする可撓度合いに調整される。また、スペーサ部材3は絶縁性を有しており、そ
の材料としては、例えば、ポリフェニレンエーテル(PPE)やポリカーボネイト等の樹脂が用いられる。
の材料としては、例えば、ポリフェニレンエーテル(PPE)やポリカーボネイト等の樹脂が用いられる。
底部3aは矩形板状に形成されており、各仕切部3bを連結する連結部として機能する。この底部3aの長手方向の長さは、各仕切部3bを支持してさらにそれらの間に各電池セル2を嵌合可能な長さである。また、底部3aの短手方向の長さは、電池セル2の蓋体11bの長手方向の長さ、すなわち電池セル2の幅より小さい。この短手方向の長さは必要とする強度から決定される。
仕切部3bは矩形板状に形成されており、底部3aの上面に立てられた状態で互いに主面同士が向き合うように並べられている。この仕切部3bはその長手方向が底部3aの上面に対して垂直にされて形成されている。仕切部3bの長手方向の長さ、すなわち仕切部3bの高さは、例えば、電池セル2の高さ中央より高く電池セル2の高さ以下である。また、仕切部3bの短手方向の長さ、すなわち仕切部3bの幅は、例えば、前述の底部3aの短手方向の長さと同じであり、電池セル2の幅より小さく、さらに、電池セル2の中央部を覆うことが可能な長さである。
ここで、電池セル2はその中央部から膨らみやすいが、この場合でも、仕切部3bは、電池セル2の高さ中央より高く、その電池セル2の中央部を覆っているため、電池セル2の膨張を抑止しつつ、隣り合う電池セル2同士の接触を確実に防止することができる。なお、仕切部3bの短手方向の長さは少しでも短い方が、電池セル2の外装容器11と空気との接触領域が増加するので、空気による電池セル2の冷却効果が高まるが、その長さは冷却効果と、電池セル2を保持するために必要な強度とのトレードオフの関係から決定される。
これらの仕切部3bの間には、各電池セル2が個別にその底面が底部3aに当接するまで嵌め込まれる。これにより、各電池セル2は互いに平行に底部3aの長手方向に一列に並ぶことになる。すなわち、隣り合う電池セル2の外装容器11の主面同士、すなわち蓋体11bの長手方向の幅を有する表面同士が所定の隙間を置いて平行に対向した状態となる。また、各電池セル2が底部3aに当接するまで押し込まれると、全ての電池セル2の蓋体11bの上面が同一平面内に位置することになる。なお、各電池セル2は、例えば、隣り合う電池セル2間で正極端子12a及び負極端子12bが交互になるように配置されている。
下ケース4は、一端として上端が開口する上端開口の矩形の箱形状に形成されており、各電池セル2が嵌め込まれたスペーサ部材3にその底部3a側から嵌合し、スペーサ部材3と共に各電池セル2を収容する。この下ケース4はスペーサ部材3の嵌合による外力に対して非変形の強度を有するように形成されている。この下ケース4は絶縁性を有しており、その材料としては、例えば、ポリフェニレンエーテル(PPE)やポリカーボネイト等の樹脂が用いられる。なお、材料としては、樹脂に限らず、下ケース4を金属材により形成し、その内面に絶縁層を設けるようにしても良い。
下ケース4の底面には、スペーサ部材3の底部3aが嵌め合わされる溝部4aが形成されている。溝部4aは矩形状の底面の長手方向に沿ってその一端から他端まで延伸しており、底面の短手方向の中央に位置している。この溝部4aにスペーサ部材3の底部3aが嵌め込まれると、下ケース4の底面に対するスペーサ部材3の位置決めが完了することになる。
下ケース4の底面の長手方向の長さは、スペーサ部材3の底部3aの長手方向の長さとほぼ同じであり、下ケース4の内周面は底面に対してほぼ垂直に形成されている。したが
って、下ケース4の長手方向で向かい合う壁面はスペーサ部材3の底部3aの長手方向の長さだけ離間して立っている。
って、下ケース4の長手方向で向かい合う壁面はスペーサ部材3の底部3aの長手方向の長さだけ離間して立っている。
下ケース4の底面の短手方向の長さは、電池セル2の幅とほぼ同じであり、下ケース4の内周面は底面に対してほぼ垂直形成されている。したがって、下ケース4の短手方向に向かい合う壁面は電池セル2の幅だけ離間して立っている。各電池セル2が嵌め込まれたスペーサ部材3が下ケース4に嵌め合わされると、各電池セル2の幅方向の両側面はそれぞれ同一平面内に位置することになる。
ただし、底部3aの上面に対する垂直方向や水平方向あるいは斜め方向等の様々な方向から各仕切部3bの間に電池セル2を嵌め込むことが可能であることから、各電池セル2をその幅方向の両側面がそれぞれ同一平面内に位置するように合わせて各仕切部3bの間に嵌め込むことができる。このため、下ケース4の底面の短手方向の長さは電池セル2の幅より大きくても構わない。
上ケース5は、下端が開口する下端開口の矩形の箱形状に形成されており、下ケース4に嵌め込まれたスペーサ部材3の両端に位置する二つの仕切部3bの各々の上端部に嵌合して下ケース4上に設けられ、下ケース4内の各電池セル2及びスペーサ部材3を覆う。この上ケース5は絶縁性を有しており、その材料としては、例えば、ポリフェニレンエーテル(PPE)やポリカーボネイト等の樹脂が用いられる。
この上ケース5には、その長手方向に延伸して下ケース4内の各電池セル2の全正極端子12a及び全負極端子12bを露出させる矩形状の端子露出孔5aが平行に二つ形成されている。正極端子12a及び負極端子12bは各電池セル2の蓋面から突出しており、上ケース5が下ケース4上に設けられると、その下ケース4内の各電池セル2の正極端子12a及び負極端子12bは上ケース5の端子露出孔5aを通過してその上ケース5の上面から突出する。なお、端子露出孔5aの形状や数は限定されるものではない。
また、上ケース5には、各端子露出孔5aの間に平行に矩形状のガス排出孔5bが設けられている。このガス排出孔5bは一列に並ぶ全ての安全弁12cを露出させる位置に形成されている。これにより、安全弁12cからガスが放出されると、そのガスはガス排出孔5bにより上ケース5内から外部に排出される。ただし、組み立て後、上ケース5と下ケース4内の各電池セル2の蓋体11bとの間に隙間が生じる場合には、ガス排出孔5bを設ける必要は無く、端子露出孔5aがガスを排出する孔として機能する。なお、ガス排出孔5bの形状や数は限定されるものではない。
各バスバー6は、各電池セル2が電気的に、例えば直列となるように隣り合う電池セル2の端子間を接続する端子間接続部材として機能する。電池セル2の正極端子12aとその右隣りの電池セル2の負極端子12bとが接続され、右隣りの電池セル2の正極端子12aがさらに右隣りの電池セル2の負極端子12bに接続され、このような接続が繰り返される。
バスバー6は、アルミニウム等の金属板により形成されている。このバスバー6の両端には、電池セル2の正極端子12a及び負極端子12bの形状に合わせて切り欠き孔6aがそれぞれ形成されている。これらの切り欠き孔6aに正極端子12aあるいは負極端子12bが上ケース5の端子露出孔5aを介して係合され、その係合状態でレーザ溶接や抵抗溶接等によりバスバー6に溶接される。また、バスバー6は、隣り合う電池セル2の端子同士に係合された状態でも、各切り欠き孔6aにより、それらの端子が並ぶ方向に意図的にスライド可能に形成されている。このバスバー6を使用することで、正極端子12aあるいは負極端子12bに対するバスバー6の位置を微調整することが可能になる。
なお、例えば、二つの電池セル2を並列に接続して一つのセルニットとし、そのセルユニットを直列に接続する場合には、バスバー6を伸ばし、前述の二つの切り欠き孔6aに加え、正極端子12aや負極端子12b等の端子が挿入される二つの貫通孔を設ける。さらに、これらの貫通孔を端子に対して意図的に大きめに形成しておき、端子に対するバスバー6の位置を微調整することを可能にする。ただし、貫通孔の大きさは、端子に対してバスバー6の溶接が可能な大きさにする必要がある。また、前述の二つの切り欠き孔6aに加え、一つの貫通孔を設ける場合でも、前述と同様に、貫通孔を意図的に大きめに形成しておくことで、端子に対するバスバー位置の微調整を行うことが可能になる。なお、端子に対するバスバー6の溶接が可能な範囲で切り欠き孔6aを意図的に大きめに形成することも可能である。
次に、前述の組電池装置1の組み立て工程について説明する。
最初に、各電池セル2がスペーサ部材3の各仕切部3bの間に順次嵌め込まれる(図1参照)。例えば、各電池セル2はスペーサ部材3の一端から他端までその延伸方向に順番に設けられる。ただし、各電池セル2を設ける順番は様々であり、例えば、まず、スペーサ部材3の中央に位置する各仕切部3bの間に電池セル2を設け、次に、その左隣りに設け、その次に、中央の右隣りに設けるというように中央から交互に順次設けるようにしても良い。
なお、各電池セル2は、それぞれの底面がスペーサ部材3の底部3aの上面に当接するまで、さらに、各々の中央部が各仕切部3bにより覆われるように嵌め込まれる。このとき、各電池セル2の幅方向の両側面は、それぞれ同一平面上となるよう、スペーサ部材3を下ケース4に嵌め込む前にある程度合わせられる。
ここで、使用する各電池セル2の中に、膨張した電池セル2が存在している場合には、図2に示すように、その膨張した電池セル2が一対の仕切部3bの間に設けられると、その一対の仕切部3bが変形し、その変形による外力により電池セル2が押されて他の各仕切部3bが変形し、さらに、底部3aも曲がるように変形する。このとき、膨張した電池セル2の影響により他の電池セル2は傾いて並ぶことになる。
このように膨張した電池セル2を各仕切部3b間に嵌め込む場合でも、スペーサ部材3が変形可能に形成されているため、膨張した電池セル2の変形に応じて底部3a及び各仕切部3bが変形するので、使用する各電池セル2の中に膨張した電池セル2が存在していても、その膨張した電池セル2並びにその他の電池セル2を容易に各仕切部3bの間に嵌め込むことができる。
次に、全ての電池セル2が各仕切部3bの間に嵌め込まれたスペーサ部材3は、図3に示すように、その延伸方向の両側から全電池セル2がスペーサ部材3の底部3aに対してほぼ垂直な状態となるまで機械的に押圧され、その押圧状態で下ケース4に嵌め合わされる。このとき、スペーサ部材3は上から下に押し込むようにして下ケース4内に入れられ、その底部3aが下ケース4の溝部4a(図1参照)に嵌め込まれる。これにより、スペーサ部材3と共に各電池セル2が下ケース4内に収容される。なお、スペーサ部材3を延伸方向の両側から押圧する装置としては、例えば、万力のようにスペーサ部材3を延伸方向の両側から挟み込む機構等が用いられる。
下ケース4は、各電池セル2が嵌め込まれたスペーサ部材3との嵌合による外力に対して非変形の強度を有しているため、押圧状態のスペーサ部材3が下ケース4に嵌め込まれると、その下ケース4により各電池セル2の上面がほぼ同一平面上に位置決めされ、加え
て、端子間の距離もほぼ所定間隔となり、さらに、各電池セル2の幅方向の両側面もそれぞれ同一平面内に位置することになる。したがって、各電池セル2の位置決めを簡単に行うことができる。なお、端子間の接続に係る位置決めは許容範囲内で行われていれば良く、バスバー6の位置調整が可能であるため、位置決めの許容範囲をある程度大きくすることもできる。
て、端子間の距離もほぼ所定間隔となり、さらに、各電池セル2の幅方向の両側面もそれぞれ同一平面内に位置することになる。したがって、各電池セル2の位置決めを簡単に行うことができる。なお、端子間の接続に係る位置決めは許容範囲内で行われていれば良く、バスバー6の位置調整が可能であるため、位置決めの許容範囲をある程度大きくすることもできる。
その後、図3に示すように、上ケース5が下ケース4内のスペーサ部材3の両端に位置する二つの仕切部3bの各々の上端部に嵌め込まれ、下ケース4上に設けられる。これにより、各電池セル2及びスペーサ部材3が上ケース5により覆われ、下ケース4及び上ケース5による一体ケース内に完全に収容される。このとき、その下ケース4内の各電池セル2の全正極端子12a及び全負極端子12bは上ケース5の端子露出孔5aを通過してその上ケース5の上面から突出している。
最後に、各バスバー6により、各電池セル2が電気的に、例えば直列となるように接続される(図1参照)。例えば、電池セル2の正極端子12aとその右隣りの電池セル2の負極端子12bとが接続され、右隣りの電池セル2の正極端子12aがさらに右隣りの電池セル2の負極端子12bに接続され、このようなバスバー6による接続が繰り返される。このとき、バスバー6の位置が微調整され、バスバー6の各切り欠き孔6aに正極端子12aあるいは負極端子12bが係合され、その係合状態でレーザ溶接や抵抗溶接等によりバスバー6に溶接される。このようにして、各電池セル2を組み合わせた組電池装置1が完成する。
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、スペーサ部材3が変形可能に形成されており、さらに、下ケース4がスペーサ部材3との嵌合による外力に対して非変形に形成されている。これにより、使用する電池セル2の中に膨張した電池セル2が存在している場合でも、その膨張した電池セル2の変形に応じてスペーサ部材3が変形するので、全ての電池セル2を各仕切部3bの間に嵌め込むことを簡単に行うことが可能となる。また、スペーサ部材3を下ケース4に嵌め込むことにより各電池セル2の上面がほぼ同一平面上に位置決めされ、加えて、端子間の距離もほぼ所定間隔となり、さらに、各電池セル2の幅方向の両側面もそれぞれ同一平面内に位置することになるので、各電池セル2の位置決めも簡単に行うことが可能となる。したがって、各電池セル2を機械的に一体化する際、組み立て作業を容易に行うことができる。
また、下ケース4の底面には、スペーサ部材3の底部3aが嵌め合わされる溝部4aが形成されている。これにより、この溝部4aにスペーサ部材3の底部3aが嵌め込まれると、下ケース4の底面に対するスペーサ部材3の位置決めが完了するので、その位置決めを簡単に行うことが可能となり、組み立て作業を容易に行うことができる。
ここで、前述のスペーサ部材3の仕切部3bの変形例について図4及び図5を参照して説明する。
変形例1として、図4に示すように、仕切部3bの両面(両主面)には、その表裏交互にV字形状の溝部21が仕切部3bの長手方向に延伸して複数本平行に設けられており、仕切部3bはその短手方向に山折り及び谷折りが繰り返されたような形状に形成されている。各溝部21は、主面の上端から下端すなわち底部3aの上面まで主面の長手方向に平行に延伸しており、仕切部3bと電池セル2との間に溝部21の本数分だけ隙間を生成する。
また、変形例2として、図5に示すように、仕切部3bの両面(両主面)には、その表裏交互に凹字形状の溝部31が仕切部3bの長手方向に延伸して複数本平行に設けられて
いる。これらの溝部31は、主面の上端から下端すなわち底部3aの上面まで主面の長手方向に平行に延伸しており、仕切部3bと電池セル2との間に溝部31の本数分だけ隙間を生成する。
いる。これらの溝部31は、主面の上端から下端すなわち底部3aの上面まで主面の長手方向に平行に延伸しており、仕切部3bと電池セル2との間に溝部31の本数分だけ隙間を生成する。
このようにして、仕切部3bと電池セル2との間に複数の溝分だけ隙間が存在することになり、それらの隙間を空気(風)が通るようになるので、その空気により電池セル2を冷却することができる。したがって、冷却のために他の部材等を設けるような作業も必要無いため、組み立て作業を容易に行うことができる。
ここで、組電池装置1の設置状況に応じて、上ケース5の各端子露出孔5aやガス排出孔5bから風が流入してくる場合には、前述のように仕切部3bの長手方向に延伸する溝部21や溝部31が有効であるが、溝の延伸方向はそれに限られるものではなく、例えば、仕切部3bの短手方向に延伸するようにしても良い。この場合には、溝部21や溝部31のようにその一端部が底部3aの上面により閉じられた状態とならず、空気(風)が溝部を通過することになるため、より高い冷却効果を得ることができる。また、下ケース4の周壁に複数の通気孔を形成し、下ケース4内に空気(風)を供給するようにしても良く、この場合には、下ケース4内に空気が流れることに加え、外部から溝部に対しても空気が供給されるため、より高い冷却効果を得ることができる。
なお、仕切部3bにおける電池セル2側の表面には、その表面の一端から他端まで延伸するV字形状の溝部21あるいは凹形状の溝部31が少なくとも一本形成されていれば良く、その溝形状や溝数、溝幅等は必要とする強度(可撓性)や冷却度合い等に応じて決定される。また、溝部21あるいは溝部31は仕切部3bの長手方向あるいは短手方向に平行に延伸しているが、これに限られるものではなく、それらの方向に対して斜めに延伸していても良い。
最後に、本発明に係る前述の実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。前述の実施形態は種々変更可能であり、例えば、前述の実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても良く、さらに、異なる実施形態に係る構成要素が適宜組み合わされても良い。
1…組電池装置、2…電池セル、3…スペーサ部材、3a…底部、3b…仕切部、4…下ケース(ケース)、4a…溝部、21…溝部、31…溝部
Claims (3)
- 所定間隔で並ぶ複数の仕切部が底部により連結されたスペーサ部材と、
前記複数の仕切部の間にそれぞれ嵌合する直方体形状の複数の電池セルと、
前記複数の電池セルが嵌合した前記スペーサ部材に前記底部側から嵌合し、前記スペーサ部材と共に前記複数の電池セルを収容する一端開口の箱形状のケースと、
を備え、
前記スペーサ部材は変形可能に形成されており、
前記ケースは前記スペーサ部材との嵌合による外力に対して非変形に形成されていることを特徴とする組電池装置。 - 前記ケースの底面には、前記底部が嵌め合わされる溝部が形成されていることを特徴とする請求項1記載の組電池装置。
- 前記仕切部の前記電池セル側の表面には、その表面の一端から他端まで延伸する溝部が形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の組電池装置。
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