JP2013157131A

JP2013157131A - 組電池

Info

Publication number: JP2013157131A
Application number: JP2012015399A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ueda; 真之上田; Takehito Yoda; 武仁依田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-08-15
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: JP5668703B2

Abstract

【課題】電池セルと固定化部材との間の絶縁性の低下を防止または抑制する。
【解決手段】積層された複数の電池セル１０と、電池セル１０の両端を挟む一対の樹脂プレート１２，１４と、樹脂プレート１２，１４の外側を挟む一対の金属プレート１６，１８と、複数の電池セル１０及び樹脂プレート１２，１４を掛け渡すように金属プレート１６，１８に接続された固定化部材３２と、を備える。固定化部材３２と対面する樹脂プレート１２，１４の端面に、電池セル１０と固定化部材３２との間の導通を防止する導通防止部２４，２８を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の電池セルを積層させた組電池に関する。

所定の起電力を有し、充放電により繰り返し利用可能な、電解液または電解液をゲル状に固形化させたゲル電解質が封入された構成を有するリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池などの二次電池からなる単電池セルを積層させて、電気的に直列および／または並列に接続させた組電池が、例えばハイブリッド車両などに搭載され、例えば回生エネルギーを利用して充電するための手段として利用されている。

組電池の温度変化に伴う結露水（凝縮水）が組電池の表面を自由に流動することにより導通することを防止する技術が開示されている（例えば特許文献１）。

特許文献１には、角型の単電池同士の短絡を防止するために、組電池の側面及び底面を有底角形筒状のゴム製ホルダーにより覆うことについて記載されている。

特開２０１０−２８７４０８号公報

しかしながら、組電池全体を絶縁体で覆うと、組み付け工数が増大する懸念がある。また、例えば車両等の移動体に搭載する場合における、振動や衝撃等を考慮した更なる対策が望まれていた。

本発明は、組電池における絶縁性の低下を防止または抑制することを目的とする。

本発明の構成は以下のとおりである。

（１）積層された複数の電池セルと、前記複数の電池セルの両端を挟む一対の樹脂プレートと、前記一対の樹脂プレートの外側を挟む一対の金属プレートと、前記複数の電池セル及び前記一対の樹脂プレートを掛け渡すように前記一対の金属プレートに接続された固定化部材と、を備え、前記固定化部材と対面する前記樹脂プレートの端面に、前記電池セルと前記金属プレートとの間の導通を防止する導通防止手段を備える、組電池。

（２）上記（１）に記載の組電池において、前記導通防止手段が、導電性を有する流動体を前記固定化部材の端部を回避して前記金属プレート側に誘導する誘導機能を有する、組電池。

（３）上記（１）または（２）に記載の組電池において、前記固定化部材が、金属製の基材を含む、組電池。

本発明によれば、電池セルとこれを固定する固定化部材との間の絶縁性の低下を防止または抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態における組電池の構成の概略を説明するための分解斜視図である。本発明の実施の形態における組電池を上面視した図である。本発明の実施の形態における組電池を側面視した図である。流動体の流動の様子を比較するための模式図である。流動体の流動の様子を比較するための模式図である。本発明の他の実施の形態における組電池の構成の概略を説明するための要部拡大図である。本発明の別の実施の形態における組電池の構成の概略を説明するための要部拡大図である。本発明のさらに別の実施の形態における組電池の構成の概略を説明するための要部拡大図である。本発明のさらなる別の実施の形態における組電池の構成の概略を説明するための要部拡大図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、各図面において同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態における組電池の構成の概略を説明するための分解斜視図である。図１に示す組電池は、積層された複数の電池セル１０と、複数の電池セル１０の両端を挟む一対の樹脂プレート１２，１４と、樹脂プレート１２，１４の外側に設けられた一対の金属プレート１６，１８と、を含み構成されている。

電池セル１０はそれぞれ、導電体からなる一対の端子２０，２２を備える。電池セル１０は通常、単電池セルであるが、他の実施の形態として、複数の単電池セルを集合させて内部で直列または並列に接続させた電池モジュールであってもよい。また、樹脂プレート１２の上面には導通防止部２４，２６が、樹脂プレート１４の上面には導通防止部２８，３０が、それぞれ設けられている。樹脂プレート１２，１４はいずれも、絶縁性を有する樹脂により形成することができ、電池セル１０と外部との間の電気的な接続を遮断する役割を有する。また、組電池の最外層を構成する一対の金属プレート１６，１８は、組電池の圧縮固定を目的の一つとして配置された、例えばステンレス鋼、鉄、鉄鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの比較的剛性が高く、環境条件下における変形性の低い金属材料により構成されている。

図２は、本発明の実施の形態における組電池を上面視した図であり、図３は、本発明の実施の形態における組電池を側面視した図である。組電池１００には、樹脂プレート１２、複数の電池セル１０および樹脂プレート１４の各上面側を掛け渡すように組電池固定化部材（以下、単に「固定化部材」ともいう）３２，３４が配置されている。また、固定化部材３２，３４の両端部分にはそれぞれ、接続部（図示せず）がそれぞれ設けられている。金属プレート１６，１８と固定化部材３２，３４の各接続部をネジまたはボルト等の接続部材３２ａ，３２ｂ、接続部材３４ａ，３４ｂを用いて接続することにより、組電池を電池セル１０の積層方向に所望の強度で圧縮し、固定する。なお、ここでいう「上面」とは、電池セル１０の端面のうち、端子２０，２２が配置された面をいう。

樹脂プレート１２の上面に形成された導通防止部２４と、樹脂プレート１４の上面に形成された導通防止部２８はいずれも、固定化部材３２と対面するように形成されている。一方、樹脂プレート１２の上面に形成された導通防止部２６および樹脂プレート１４の上面に形成された導通防止部３０はいずれも、固定化部材３４と対面するように形成されている。

また、金属プレート１６、樹脂プレート１２、複数の電池セル１０、樹脂プレート１４、金属プレート１８の各底面側にもまた、図２に示す固定化部材３２，３４と同様の構成を有し、その両端部分に形成された接続部（図示せず）を金属プレート１６，１８にネジまたはボルト等の接続部材３６ａ，３６ｂによりそれぞれ接続させた一または複数の固定化部材３６を備えることができる。なお、ここでいう「底面」とは、電池セル１０の端面のうち、端子２０，２２が配置された側と向かい合う面をいう。

図４Ａ，図４Ｂは、導通防止部の有無による、組電池の温度変化に伴う結露水（凝縮水）など、導電性を有する流動体の流動の様子を比較するための模式図である。図４Ａは、図２，３に示す組電池１００の、樹脂プレート１２の上面に設けられた導通防止部２４、導通防止部２４の上方に配置された固定化部材３２およびそれらの近傍を含む拡大図に相当する。一方、図４Ｂに示す組電池は、樹脂プレート１２に代えて上面に導通防止部を有しない樹脂プレート１１２を備えることを除き、図４Ａに示す組電池とほぼ同様の形状を有している。

図４Ｂにおいて、電池セル１０の特に端子２０の近傍または固定化部材３２の表面などで環境中の水分が凝縮した凝縮水などを含む流動体は、その一部が樹脂プレート１１２の上面を経由して組電池の外部に流れ出す。このとき、組電池の上面側に滞留した大量の流動体が振動等によりまとまって流れ出すことにより、端子２０を含む電池セル１０と、金属プレート１６に接続された固定化部材３２との間の導通の要因となり得る場合があり得た。

これに対し、図４Ａの矢印で示されるように、固定化部材３２と対面する樹脂プレート１２の上面に導通防止部２４を設けると、電池セル１０側から樹脂プレート１２側に流れ出した流動体は、金属プレート１６に接続された固定化部材３２の端部を回避するように金属プレート１６側に誘導される。このため、電池セル１０側から固定化部材３２と金属プレート１６との接続部分（図示せず）への流動体の侵入を妨げ、組電池の絶縁性の低下を防止または抑制することが可能となる。

図５は、本発明の他の実施の形態における組電池の構成の概略を説明するための要部拡大図である。図５に例示する組電池は、上面に導通防止部５４を有する樹脂プレート５２を樹脂プレート１２に代えて備えることを除き、図４Ａに例示する組電池１００と同様の構成を有している。図５に示す導通防止部５４は、樹脂プレート５２の側端面から突出した形状を有している。このため、本実施の形態によれば、電池セル１０側から樹脂プレート１２側に流れ出した流動体の、樹脂プレート５２の側端から導通防止部５４側の内側への回り込みによる流動体の侵入をも防止または抑制することが可能となる。

図６は、本発明の別の実施の形態における組電池の構成の概略を説明するための要部拡大図である。図６に例示する組電池は、上面に導通防止部６４を有する樹脂プレート６２と、樹脂プレート６２に隣接し、上面が露出した金属プレート６６とを、樹脂プレート１２、金属プレート１６に代えてそれぞれ備えることを除き、図２，３に例示する組電池１００と同様の構成を有している。図６に示す導通防止部６４は、樹脂プレート６２の金属プレート６６側端面から金属プレート６６側に突出した形状を有している。

図６の矢印で示されるように、固定化部材３２と対面する樹脂プレート６２の上面に導通防止部６４を設けると、電池セル１０側から樹脂プレート６２側に流れ出した流動体は、金属プレート６６に接続された固定化部材３２の端部を回避するように金属プレート６６側に誘導される。このため、電池セル１０側から固定化部材３２と金属プレート１６との接続部分（図示せず）への流動体の侵入を妨げ、絶縁性の低下を防止または抑制することが可能となる。なお、本実施の形態において、金属プレート６６の上面に流動体が滞留することを抑制するために、樹脂プレート６２側から金属プレート６６の端面に向けて金属プレート６６の上面を傾斜または湾曲させておくことが好ましい。

図７は、本発明のさらに別の実施の形態における組電池の構成の概略を説明するための要部拡大図である。図７に例示する組電池は、上面に導通防止部７４を有する樹脂プレート７２と、導通防止部７４の上方に、金属プレート（図示せず）に接続、固定された固定化部材７８とを、樹脂プレート１２、固定化部材３２に代えてそれぞれ備えることを除き、図４に例示する組電池１００と同様の構成を有している。

図７において、樹脂プレート７２および電池セル１０の各上方を掛け渡すように配置された固定化部材７８は、電池セル１０の上方では金属製の基材７９を、例えば樹脂またはゴムなど、絶縁性を有する被覆材８０で被覆した形状を有している。一方、樹脂プレート７２の上方には、固定化部材７８は金属製の基材７９のみで構成された露出部分を有している。

図７に例示するように、導通防止部７４は、樹脂プレート７２の上面であって、被覆材８０の端部に対面する箇所よりも組電池の中央側、つまり電池セル１０側から、組電池の外側、つまり金属プレート（図示せず）側に向けて延びるように配置されている。これにより、電池セル１０側から樹脂プレート７２側に流れ込んだ流動体は導通防止部７４の外側を回り込むように組電池の外部へ誘導される。このため、固定化部材７８と金属プレート７６との接続部分への流動体の流入を防止または抑制することができる。一方、固定化部材７８の、特に基材７９が露出した部分での凝縮等により生じた、金属イオン等の導電性物質を含有し得る流動体は、樹脂プレート７２の上方に落下した場合であっても、導通防止部７４により電池セル１０側への流動体の流入が制限される。このため、本実施の形態によれば、電池セル１０と固定化部材７８との間の絶縁性の低下を効果的に防止または抑制することができる。

図８は、本発明のさらなる別の実施の形態における組電池の構成の概略を説明するための要部拡大図である。図８に例示する組電池は、上面に導通防止手段として機能する流動体流路溝８４を有する樹脂プレート８２を樹脂プレート１２に代えて備えることを除き、図４Ａに例示する組電池と同様の構成を有している。図８に示す流動体流路溝８４は、その端部が樹脂プレート８２の側端面まで達するように形成されている。電池セル１０側から樹脂プレート１２側に流れ出し、流動体流路溝８４に流れ込んだ流動体は、流動体流路溝８４の形状に沿うように誘導され、樹脂プレート８２の側端から組電池の外部に流れ出す。このため、本実施の形態によれば、電池セル１０と固定化部材７８との間の絶縁性の低下を効果的に防止または抑制することができる。

本発明の実施の形態において、電池セル１０と固定化部材７８との間の絶縁性の低下をより確実に防止するために、樹脂プレート８２の上面に形成する流動体流路溝８４の深さや幅を適宜調整することが好適である。また、他の実施の形態として、流動体流路溝８４の外側に、図４Ａ、図５〜図７に示す各導通防止部を組み合わせることも好適である。なお、図４Ａ、図５〜図８に示す各導通防止手段は、上面視略Ｕ字形状を有しているが、これに限定されるものではなく、例えば、上面視略Ｖ字形状など、組電池の特に外側表面の形状等に応じて適宜変更することが可能である。

本発明の実施の形態において、樹脂プレートの材質としては、絶縁性に優れており、さらに成形容易性、軽量性などの諸特性が良好な、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂などが一般に用いられ、例えばポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、フェノール樹脂などが好適である。

また、図４Ａ、図５〜図７に示す、各樹脂プレートの上面に設けられた導通防止部は、それぞれ、電池セルと固定化部材との間の絶縁性の低下防止機能と、組電池外部への流動体の誘導機能を兼備する一連の部材として、例えば樹脂プレートの他の部分と一体に成形することができる。また、樹脂プレートとは別部材の絶縁性及び止水性の良好な導通防止部材を成形し、これを樹脂プレート及び場合によっては金属プレートの上面に接着その他の公知の方法により付着させ、固定させて導通防止部を形成することもできる。本実施の形態において好適に用いることができる、導通防止部材の材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂、シリコーンゴム、ウレタン系樹脂、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）などが挙げられる。

このように、本発明の実施の形態によれば、導電性を有する流動体を金属プレートと固定化部材との接続部分に侵入することを防止または抑制することにより、電池セルと固定化部材との間の絶縁性の低下を好適に防止することが可能となる。

本発明は、二次電池に限らず、一次電池や燃料電池など、複数の電池セルを樹脂プレート、金属プレートにより順に挟持した形状を有する組電池において好適に利用することが可能である。

１０電池セル、１２，１４，５２，６２，７２，８２，１１２樹脂プレート、１６，１８，６６金属プレート、２０，２２端子、２４，２６，２８，３０，５４，６４，７４導通防止部、３２，３４，３６，７８固定化部材（組電池固定化部材）、３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ接続部材、７９基材、８０被覆材、８４流動体流路溝、１００組電池。

Claims

積層された複数の電池セルと、
前記複数の電池セルの両端を挟む一対の樹脂プレートと、
前記一対の樹脂プレートの外側を挟む一対の金属プレートと、
前記複数の電池セル及び前記一対の樹脂プレートを掛け渡すように前記一対の金属プレートに接続された固定化部材と、
を備え、
前記固定化部材と対面する前記樹脂プレートの端面に、前記電池セルと前記固定化部材との間の導通を防止する導通防止手段を備えることを特徴とする組電池。
請求項１に記載の組電池において、
前記導通防止手段が、導電性を有する流動体を前記固定化部材の端部を回避して前記金属プレート側に誘導する誘導機能を有することを特徴とする組電池。
請求項１または２に記載の組電池において、
前記固定化部材が、金属製の基材を含むことを特徴とする組電池。