JP2013239293A - 電池集合体 - Google Patents

Abstract

【課題】体格が大きくなることを抑制して、電圧検出線を配置することができる電池集合体を提供する。
【解決手段】組電池１１は、平板状の外装ケース１２の周縁部に端子を備える電池セル１０を、直列および並列の少なくともいずれ一方で複数接続して構成される電池集合体である。そして、電圧検出線１５は、電池セル１０の端子１３，１４間の電圧を電気信号として検出するように設けられる。また外装ケース１２は、ラミネートフィルム１６から形成され、ラミネートフィルム１６の周縁部同士を熱溶着して貼り合わせることによって、電池セル１０の内部空間を形成する。さらに電圧検出線１５は、断面が四角形状であり、外装ケース１２における熱溶着部分１７の表面に沿って配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラミネートフィルムで外装した単電池を複数接続した電池集合体に関する。

単電池の構成として、平板状の正極板と負極板とをセパレータを介在させつつ積層した発電要素の両面を一対のラミネートフィルムで挟み、その周縁部を熱溶着により接合する構成がある。このような単電池を複数並列に配置して電池集合体が構成される。

複数の単電池によって構成した電池集合体は、電池間の容量がばらつくために個々の電池単体の電圧を検出して、各電池単体相互間の電圧バランス（容量）を調整する必要がある。そこで、本来の充放電を行う配線以外に、電圧検出用の配線を必要とする。このように、電圧検出用の配線を必要とする場合は、配線箇所が増加するために電池集合体の製造工程が複雑化し、これにより製品のコストアップを招くものとなる。

このような課題を解決する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１には、電池集合体の製造が容易となるように、予め配線板に電圧検出線を接続している。

特開２００４−４７１６７号公報

前述の特許文献１には、積層する単電池の間に電圧検出線を配置している構成と、単電池の外方の周囲に電圧検出線を配置している構成とが開示されている。積層する単電池の間に電圧検出線を配置している構成であると、積層方向の体格が大きくなる。また電圧検出線が積層される単電池の間に挟まれているので、単電池に多大な応力が掛かるおそれがある。単電池の外方の周囲に電圧検出線を配置している構成であると、外周側に対角が大きくなる。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、体格が大きくなることを抑制して、電圧検出線を配置することができる電池集合体を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明では、端子に一部が接続され、単電池の端子間の電圧を電気信号として検出するように設けられた電圧検出線（１５）を含み、外装ケースは、ラミネートフィルム（１６）から形成され、ラミネートフィルムの周縁部同士を熱溶着して貼り合わせることによって、単電池の内部空間を形成し、電圧検出線は、断面が四角形状であり、外装ケースにおける熱溶着部分（１７）の表面に沿って配置されていることを特徴とする電池集合体である。

このような本発明に従えば、外装ケースは、ラミネートフィルムの周縁部同士を熱溶着して貼り合わせて単電池の内部空間を形成している。したがって熱溶着部分は、内部空間に対して厚みが小さい。このような熱溶着部分の表面に沿って、断面が四角形状の電圧検出線が配置されている。これによって体格が大きくなることを抑制することができる。また内部空間から離れた位置にある熱溶着部分に電圧検出線が配置されている。したがって、電圧検出線によって、単電池の内部空間に作用するような応力が加わることを防ぐことができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

電池セル１０を展開した状態を示す平面図である。 電池セル１０を積層した組電池１１を示す斜視図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面における側面図である。 電圧検出線１５の接着部分の一例を示す平面図である。 電圧検出線１５の接着部分の他の例を示す平面図である。 電圧検出線１５の接着部分のさらに他の例を示す平面図である。 図１の一部を拡大して示す平面図である。 電圧検出線１５の一部を拡大して示す斜視図である。 第２の構成の電圧検出線１５Ａを示す平面図である。 電圧検出線１５Ａを示す斜視図である。 第３の構成の電圧検出線１５Ｂを示す斜視図である。 第４の構成の電圧検出線１５Ｃを示す斜視図である。 組電池１１の一部を拡大して示す側面図である。 製造方法を示すフローチャートである。 第２実施形態の電池セル１０Ｄを展開した状態を示す平面図である。 第３実施形態の電池セル１０Ｅを展開した状態を示す平面図である。 電池セル１０Ｅの一部を拡大して示す側面図である。 第４実施形態の端子１３，１４を拡大して示す平面図である。 端子１３，１４を拡大して示す側面図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図１４を用いて説明する。複数個の電池セル１０（単電池）は、電気的に接続されて一体の組電池１１（電池集合体）を構成する。組電池１１は、例えば、電動機のみによって走行する電気自動車（ＥＶ）、電動機と内燃機関とを併用して走行駆動力とするプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等に搭載される車両用蓄電池、あるいは住宅における蓄電池用の定置用蓄電池として用いることができる。

電池セル１０は、走行により生成した電力や外部の給電装置等から供給される電力を充電することができ、さらに蓄電力を外部に放電して負荷機器を動作させることができる蓄電池である。電池セル１０は、電極積層体（図示せず）と、電極積層体を内部に収容する外装ケース１２と、正極端子１３と、負極端子１４と、正極端子１３と負極端子１４の間の電圧を検出するために電気伝導性の高い導体材料でできている電圧検出線１５と、を備えている。

電極積層体は、正極活物質を有する正極層と、負極活物質を有する負極層と、正極層と負極層の間に介在する媒体である電解質層と、正極層と負極層とを電気的に短絡しないように別々に仕切って配されるセパレータと、を積層することにより構成されている。電池セル１０は、例えば、外形が四角形状をなして板状（扁平状）に形成された充放電可能な二次電池であり、本実施形態では、リチウムイオン電池とする。なお、電池セル１０は、ニッケル水素電池等の他の二次電池で構成してもよい。

正極端子１３は、電極積層体の正極層に接続された端子であって外装ケース１２から突出するように設けられている。正極端子１３は、アルミニウムを含む金属からなり、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。負極端子１４は、電極積層体の負極層に接続された端子であって外装ケース１２から突出するように設けられている。負極端子１４は、たとえば銅を含む金属からなり、たとえば銅または銅合金からなる。また各端子１３，１４は、断面が四角形状の薄板状であることにより、それぞれ可撓性を有している。

電圧検出線１５は、正極端子１３と負極端子１４の間で電圧検出装置（図示せず）に接続されている。電圧検出線１５は、正極端子１３と負極端子１４の間の電圧を電気信号として検出するための信号線であり、当該電気信号は電圧検出装置に入力される。

外装ケース１２は、外観が平板状体であり、例えば、二つ折りにされたラミネートフィルム１６の周縁部同士を熱溶着することによって周縁部同士を封止して熱溶着部分１７を形成し、電池セル１０内部に密閉された内部空間を形成している。熱溶着部分１７は、外装ケース１２の外周全体に所定幅の寸法で形成されている。熱溶着部分１７は、電極積層体を収容する内部空間である密閉空間を形成するとともに、正極端子１３および負極端子１４を安定的に保持する。

ラミネートフィルム１６は、例えば、アルミニウム層とポリプロピレン層とを交互に積層したシートである。厚み方向の両端の表面層はポリプロピレン層であり、ポリプロピレン層が熱溶着されてラミネートフィルム１６同士が貼り合わされることになる。なお、ポリプロピレン層は、ポリエチレン層、ポリエチレンテレフタラート層等であってもよい。

電池セル１０の内部空間には、電極積層体、電極積層体と正極端子１３及び負極端子１４の接続部分が収容されている。また、熱溶着は、熱溶着されるラミネートフィルム１６の周縁部同士を合わせて加圧した状態で、繰り返しの充放電によって電池特性が低下しない所望の気密性能が得られるように、適正な所定温度かつ所定時間、加熱処理すること、超音波処理すること等により実施する。

１つの電池モジュール（図示せず）は、電池ケース（図示せず）内に複数の（本例では４つの）電池セル１０を収容している。電池セル１０は、図１に示す状態から正極端子１３および負極端子１４を折りたたむことによって、電池ケース内で、電池セル１０の板厚方向（厚さ方向）に図２に示すように、積層されている。電池ケース内に積層配置された複数の電池セル１０は、それぞれの電池セル１０から延出した薄板状（箔状）の端子１３，１４同士を例えば超音波溶接等により接合して、互いに電気的に直列に接続されている。一方の端部（図１の最右方）に位置する正極端子１３は、正極総端子１３ａに接続される。正極総端子１３ａは、正極端子１３と同じアルミニウムを含む金属からなる。また他方の端部（図１の最左方）に位置する負極端子１４は、負極総端子１４ａに接続される。負極総端子１４ａは、負極端子１４と同じ銅を含む金属からなる。

電圧検出線１５は、断面が四角形状であり、本実施形態では図３に示すように長方形状である。電圧検出線１５は、外装ケース１２における熱溶着部分１７の表面に沿って配置されている。また図３に示すように、電池セル１０の内部空間の突出部分の突出寸法よりも、電圧検出線１５の厚みは小さい。換言すると、電圧検出線１５の厚みは、電池セル１０の中央の表面から外方に突出しないように決定されている。したがって図３に示すように、積層方向に隣接する電池セル１０など他の部材に電圧検出線１５は接触しない。このようなデッドスペース（隙間）に電圧検出線１５を設けている。また熱溶着部分１７は、ラミネートフィルム１６が溶着している部分であるので電圧検出線１５を保持する強度を有する。したがって熱溶着部分１７には、電圧検出線１５を確実に保持することができる。また電圧検出線１５は、表面が絶縁カバー（図示せず）によって覆われている。これによって損傷および短絡することを防止している。

また電圧検出線１５は、断面が四角形状であるので、リード線などに比べて剛性を有する。したがって容易に変形しないので、取扱い容易である。したがって前述のデットスペースへの配置もリード線に比べて容易である。

電圧検出線１５は、熱溶着部分１７に接着剤などを用いて表面に貼り付けられている。図４〜図６では、接着する部分に斜線を施して示している。図４では、電圧検出線１５の全面に接着剤が塗布されて、接着されている。また図５では、電圧検出線１５の表面に間欠的に（部分的に）接着剤が塗布されて、接着されている。さらに図６では、電圧検出線１５の一部に接着剤が塗布されて、接着されている。このように電圧検出線１５を貼り付けているので、積層する場合の位置ずれを防止することができる。

前述のように、端子１３，１４を折りたたんで電池セル１０は積層される。したがって折りたたむ際には、図７にて破線で示す部分が折り曲げられる。このような部分の電圧検出線１５には、曲げ応力が発生する。曲げ応力は、たとえば図２に矢印で示すように発生する。またラミネートフィルム１６の熱溶着部分１７に配置された電圧検出線１５には、図７にて矢印で示すように引張り応力が発生する。このように曲げ応力を緩和する部分が、折り曲げられる部分には設けられる。図７および図８に示す構成では、幅が部分的に小さくなるように電圧検出線１５が構成されている。このような部分は曲げに対する応力を緩和する部分となる。したがって電圧検出線１５が曲げによって損傷することを抑制することができる。さらに電池セル１０を積層する際に、容易に曲げ加工することができる。

曲げ応力を緩和する他の構成に関して説明する。図９および図１０に示すように、電圧検出線１５Ａの一部がリード線３０によって構成されている。リード線３０は柔軟性を有するので、電圧検出線１５Ａの一部をリード線３０にすることによって、折り曲げる際の応力を緩和することができる。またリード線３０を用いる場合であっても、ラミネートフィルム１６の熱溶着部分１７に配置される部分は、平板状の電圧検出線１５Ａである。

曲げ応力を緩和する他の構成に関して説明する。図１１に示す構成では、一部の幅および厚みが、残余の部分よりも小さくなるように構成されている。このような第３の構成によって、曲げ応力を緩和することに関して同様の作用および効果を達成することができる。また図１２に示す構成では、一部が蛇腹状に構成されている。蛇腹状の部分は、曲げ応力を緩和することができる。したがって第４の構成によっても、同様の作用および効果を達成することができる。

電圧検出線１５の端部は、組電池１１の外周の一部分に集約されている。電圧検出線１５の一端部は、端子１３，１４同士が接続されている部分、正極総端子１３ａが接続される正極端子１３、または負極総端子１４ａが接続される負極端子１４に接続される。電圧検出線１５の他端部は、電圧を検出するための電圧検出装置（図示せず）が接続される。

電圧検出線１５は、銅を含む材料の電圧検出線１５と、アルミニウムを含む材料の電圧検出線１５とが用いられる。一端部が端子１３，１４同士が接続されている部分に設けられる電圧検出線１５は、銅を含む材料からなり、負極端子１４に接続される。また一端部が負極総端子１４ａに接続される負極端子１４に設けられる電圧検出線１５は、銅を含む材料からなり、負極端子１４に接続される。さらに一端部が正極総端子１３ａに接続される正極端子１３に設けられる電圧検出線１５は、アルミニウムを含む材料からなり、正極端子１３にされる。このように正極総端子１３ａと正極端子１３とを接合する部位は、共にアルミニウムを含む材料になるため、電圧検出線１５を同様のアルミニウムを含む材料にすることで異種金属接合による電蝕を防止することができる。

本実施形態では電圧検出線１５が複数あるので、それぞれ電圧検出装置に接続すると時間と手間がかかる。そこで、組電池１１の外周の一部分に集約することによって、その一部分に接続するコネクタ２０を用いることによって、図１３に示すように一度に複数の電圧検出線１５に接続することができる。換言すると、組電池１１の端子および電圧検出線１５の端部を直接コネクティングする構成である。

次に、図１４を用いて、組電池１１の製造方法の一部に関して説明する。ステップＳ１では、予め用意されている４つの単電池（電池セル１０）を型によって打ち抜き（トリミング）、端子を成形し、ステップＳ２に移る。

ステップＳ２では、予め用意されている電圧検出線１５のサブアッシー（Ｓ／Ａ）および電気取出し用端子と、トリミング後の単電池などの部品を治具へセットし、ステップＳ３に移る。

ステップＳ３では、超音波によって単電池の端子同士を接合、および電圧検出線１５を接着し、ステップＳ４に移る。ステップＳ、組電池１１の電圧および抵抗の検査を行い、不良品を除外し、ステップＳ５に移る。ステップＳ５では、端子１３，１４を折り畳んで、単電池を積層し、本フローを終了する。これによってモジュールＳ／Ａが製造される。

以上説明したように本実施形態の組電池１１は、平板状の外装ケース１２の周縁部に端子を備える電池セル１０を、直列および並列の少なくともいずれ一方で複数接続して構成される電池集合体である。そして、電圧検出線１５は、電池セル１０の端子１３，１４間の電圧を電気信号として検出するように設けられる。また外装ケース１２は、ラミネートフィルム１６から形成され、ラミネートフィルム１６の周縁部同士を熱溶着して貼り合わせることによって、電池セル１０の内部空間を形成する。さらに電圧検出線１５は、断面が四角形状であり、外装ケース１２における熱溶着部分１７の表面に沿って配置されている。したがって熱溶着部分１７は、内部空間に対して厚みが小さい。このような熱溶着部分１７の表面に沿って、断面が四角形状の電圧検出線１５が配置されている。これによって体格が大きくなることを抑制することができる。また内部空間から離れた位置にある熱溶着部分１７に電圧検出線１５が配置されている。したがって、電圧検出線１５によって、単電池の内部空間に作用するような応力が加わることを防ぐことができる。

また本実施形態では、電圧検出線１５は、ラミネートフィルム１６の熱溶着部分１７の表面に貼り付けられて設けられている。このように電圧検出線１５を貼り付けているので、積層する場合の位置ずれを防止することができる。

さらに本実施形態では、電圧検出線１５は、熱溶着部分１７の表面に沿っている部分を除く部分のうち少なくとも一部が、曲げに対する応力を緩和する部分である。これによって積層する際に、電圧検出線１５が損傷することを防止することができる。

また本実施形態では、電圧検出線１５の端部は、組電池１１の外周の一部分に集約されている。これによって一部分に接続するコネクタ２０を用いることによって、一度に複数の電圧検出線１５に接続することができる。したがって、簡単な構成で複数の電圧検出線１５と接続することができる。

このように本実施形態では、電池セル１０を直列に配置し、接合された組電池１１から電圧検出線１５を省スペースで取出すことが出来る構造を実現することができる。しかも電池セル１０に負荷を与えずかつ無駄なスペースを使うことなく、電圧検出線１５を取り出せる構造を実現することができる。また並んだ電池セル１０をそのまま折畳んだり、積層したりしても電池セル１０に負荷を与えず、体格も変えない構造になっている。このようにラミネートフィルム１６を用いた電池セル１０の溶着部のデッドスペースを活用することで、電圧検出線１５が配置されても体格を全く変えず、省スペースで構成できる構造である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図１５を用いて説明する。本実施形態では、電圧検出線１５の他端を、積層前にコネクタ化している点に特徴を有する。

具体的には、端子から延びる電圧検出線１５は、図１５に示すように、それぞれ１つのコネクタ２０Ｄに接続される。図１５では、複数の電圧検出線１５を簡略化して１本にて示している。これによって積層後に、コネクタ２０Ｄを用いて電圧検出装置に容易に接続することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に関して、図１６および図１７を用いて説明する。本実施形態では、端子１３，１４と電圧検出線１５とが接続される部位は、絶縁性を有するテープ状の被覆部材４０によって覆われている点に特徴を有する。テープ状の被覆部材４０には、ラミネートおよびフィルム状の被覆部材４０も含まれる。図１６では、理解を容易にするため、被覆部材４０を破線を用いて示す。

また本実施形態では、端子１３，１４同士および電圧検出線１５とが接続されている部位では、端子１３，１４同士と電圧検出線１５とが積層されている点にも特徴を有する。また電圧検出線１５が最外層（図１７では最上方）に位置するように、端子１３，１４同士と電圧検出線１５が積層されている。

被覆部材４０は、端子１３，１４と電圧検出線１５とが接続した部位を保護するために設けられる。端子１３，１４および電圧検出線１５が断面四角形であるので、積層することができる。このように積層された部位が電池セル１０間の異種金属接合部（端子１３，１４同士の接合部）となる。積層された部位は、図１７に示すように、被覆部材４０によって隙間を極力減らして覆うことができる。これによって従来技術の円柱状のリード線を用いる構成に比べて、本実施形態では被覆部材４０によって形成される隙間を減らすことができる。これによって防食の信頼性を向上することができる。

また積層しているので、電圧検出線１５と正極端子１３と負極端子１４との３部品を同時に接合することができる。接続方法は、たとえば超音波溶接が用いられる。このように端子１３，１４と電圧検出線１５とを同時に接続することで、工数が下がり、加工コストを低減できる。また単に３部品を積層した状態で接合するので、他の部品が必要ない。これによって部品点数を低減することができる。さらに本実施形態では、電圧検出線１５を正極端子１３と負極端子１４の上に置いて同時に溶接する構造を持つ。したがって端子１３，１４を重ねてセットした後に電圧検出線１５を、その上からセット出来るので作業性を向上することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に関して、図１８および図１９を用いて説明する。本実施形態では、電圧検出線１５は、端子１３，１４同士に挟まれて積層されている点に特徴を有する。換言すると、本実施形態では、電圧検出線１５を正極端子１３と負極端子１４の間に挟んだ構造を持つ。電圧検出線１５を正極端子１３と負極端子１４の間に挟むと、電圧検出線１４をより固定する事ができる。したがって溶接のバラツキが低減し、溶接品質を向上することができる。また積層に関して、前述の第３実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、電圧検出線１５の断面は、長方形状であったが、長方形に限るものではなく、四角状であれば、正方形状であってもよい。

前述の第１実施形態では、電圧検出線１５は、ラミネートフィルム１６の熱溶着部分１７に貼り付けられているが、留め具やかしめ、粘着剤、ポッティングなどによって固定してもよい。

前述の第１実施形態では、４つの電池セル１０が直列に接続されているが、直列接続に限るものではなく、直列および並列の少なくともいずれ一方（直列および／または並列）であってもよい。

１０…電池セル １１…組電池
１２…外装ケース １３…正極端子
１４…負極端子 １５…電圧検出線
１６…ラミネートフィルム １７…熱溶着部分
２０…コネクタ ３０…リード線
４０…被覆部材

Claims (9)

1. 平板状の外装ケース（１２）の周縁部に端子（１３，１４）を備える単電池（１０）を、直列および並列の少なくともいずれ一方で複数接続して構成される電池集合体（１１）であって、
   前記端子に一部が接続され、前記単電池の前記端子間の電圧を電気信号として検出するように設けられた電圧検出線（１５）と、を含み、
   前記外装ケースは、ラミネートフィルム（１６）から形成され、前記ラミネートフィルムの周縁部同士を熱溶着して貼り合わせることによって、前記単電池の内部空間を形成し、
   前記電圧検出線は、断面が四角形状であり、前記外装ケースにおける前記熱溶着部分（１７）の表面に沿って配置されていることを特徴とする電池集合体。
2. 前記電圧検出線は、前記ラミネートフィルムの前記熱溶着部分の表面に貼り付けられて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池集合体。
3. 前記電池集合体は、前記端子を折り曲げて、前記単電池を積層して構成され、
   前記電圧検出線は、前記熱溶着部分の表面に沿っている部分を除く部分のうち少なくとも一部が、曲げに対する応力を緩和する部分であることを特徴とする請求項１または２に記載の電池集合体。
4. 前記電池集合体は、前記単電池を積層して構成され、
   前記電圧検出線の端部は、前記電池集合体の外周の一部分に集約されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電池集合体。
5. 前記端子と前記電圧検出線とが接続される部位は、絶縁性を有するテープ状の被覆部材（４０）によって覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電池集合体。
6. 前記端子は、断面が四角形状であり、
   隣接する単電池の端子同士および前記電圧検出線とが接続されている部位では、前記端子同士と前記電圧検出線とが積層されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の電池集合体。
7. 前記電圧検出線は、前記端子同士に挟まれて積層されていることを特徴とする請求項６に記載の電池集合体。
8. 前記電圧検出線が最外層に位置するように、前記端子同士と前記電圧検出線が積層されていることを特徴とする請求項６に記載の電池集合体。
9. 前記電池集合体の正極総端子は、アルミニウムを含む金属からなり、
   前記正極総端子に接続される前記電圧検出線は、前記アルミニウムを含む金属からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の電池集合体。

Images