JP2014022058A - バッテリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ装置の製造にかかるコストを低減することができるバッテリ装置を提供する。
【解決手段】バッテリ装置は、バッテリセル群とバインド部材とを有する。前記バッテリセル群はほぼ直方体の形状のバッテリセルを複数列設したものである。前記バインド部材は板状の部材を屈曲させて前記バッテリセル群を、前記バッテリセルの厚さ方向、幅方向、高さ方向のうち少なくとも２方向の軸周りに拘束する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、バッテリ装置に関する。

一般に、電子自動車や家庭用の電源には、例えばリチウムイオン電池などのバッテリセルを複数繋げたバッテリ装置が用いられている。

従来のバッテリ装置は、複数のバッテリセルを並べたバッテリセルの集合体（バッテリセル群またはバッテリユニット）を樹脂ケース等の容器に収容して大容量化および高出力化を図っている。

特開平０７−３２０７９４号公報

ところで、電子自動車等に用いるバッテリ装置は、振動対策および温度対策（特に高熱対策）が必要であり、家庭用の電源に用いる場合であってもある程度の環境の変化に対応できる製品が要求される。このため複数のバッテリセルを並べて一体化した構造の場合、複数のバッテリセルが揺れないよう固定する一方、熱膨張などに余裕のある容器スペースを確保する必要がある。

したがって、従来の樹脂ケースなどの容器に複数のバッテリセルを収容する構造では、熱膨張を考慮し容器を少し大きめにし、組み立て工程において、容器内に複数のバッテリセルを収容した後で、接着剤を塗布して固定するなどの作業を要していた。特にこの種の作業に用いる接着剤は材料コストが高い。

また、組み立て工程では、かさばる大量の容器を用意しておくためのスペースを確保する必要があり、また塗布した接着剤を乾燥させるのに一定の時間を要するため、製造コストの面でも至って効率が悪かった。

本発明が解決しようとする課題は、バッテリ装置の製造にかかるコストを低減することができるバッテリ装置を提供することにある。

実施形態のバッテリ装置は、バッテリセル群とバインド部材とを有する。前記バッテリセル群はほぼ直方体の形状のバッテリセルを複数列設したものである。前記バインド部材は板状の部材を屈曲させて前記バッテリセル群を、前記バッテリセルの厚さ方向、幅方向、高さ方向のうち少なくとも２方向の軸周りに拘束する。

第１実施形態のバッテリ装置の構成を示す図である。 第１実施形態のバッテリ装置を前面から見た図である。 第１実施形態のバッテリ装置の側面図である。 第１実施形態のバッテリ装置（金属プレート４の図示なし）を前面から見た図である。 第１実施形態のバッテリ装置（金属プレート４の図示なし）を上方から見た上面図である。 第２実施形態のバッテリ装置の構成を示す図である。 第２実施形態のバッテリ装置（金属プレート４の図示なし）の側面図である。 第２実施形態のバッテリ装置（金属プレート４の図示なし）を前面から見た図である。 第３実施形態のバッテリ装置の構成を示す図である。 第４形態のバッテリ装置（金属プレート４の図示なし）の側面図である。 第４実施形態のバッテリ装置（金属プレート４の図示なし）を前面から見た図である。

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は実施形態のバッテリ装置の構成を示す斜視分解図である。
図１乃至図５に示すように、この第１実施形態のバッテリ装置は、複数のバッテリセル１をその厚さ方向Ｔに一列に列設したバッテリセル群２と、このバッテリセル群２を拘束（バインド）するバインド部材（拘束手段、束縛手段）としての金属プレート４，５，６とを備える。

バッテリセル１は、例えばリチウムイオン電池などであり、上部に端子１０およびガス放出安全弁１２などが設けられている。端子１０はバッテリセル１毎に２つあり、一方がプラス電極、他方がマイナス電極である。

個々のバッテリセル１は、厚さ、幅、高さを有するほぼ直方体の形状のものであり、それぞれの方向を厚さ方向Ｔ、幅方向Ｗ、高さ方向Ｈとする。一列に列設されたバッテリセル１の間には絶縁フィルム９が介在されている。

個々のバッテリセル１は、電極１０が突設された矩形の上面と、この上面と対向する矩形の下面と、上面と下面の間に矩形の上面および下面の対向する２辺から垂直に設けられた一対の第１側面と、上記２辺とは異なる他の２辺から垂直に設けられた一対の第２側面と、上面に設けられたガス放出安全弁１２とを有している。

換言すると、個々のバッテリセル１は、電極を有する上面と、この上面と対向する下面と、上面と下面の縁を結んで外壁を構成する側面とを有する。なお、側面としては、バッテリセル１の幅方向Ｗに平行に配置された一対の第１側面と、バッテリセル１の厚さ方向Ｔに平行に配置された一対の第２側面がある。

絶縁フィルム９は、各バッテリセル１の間の他、バッテリセル１の上方、バッテリセル１の底などに比較的厚みが薄いものを配置しているが、フィルムの厚みについては、セラミックス系絶縁材などの材料を適切に選択して使用することでその効果は変わらないため、他の素材のものも利用可能である。

バッテリセル群２は、個々のバッテリセル１の端子１０をバスバー１１にて直列または並列に接続して高出力化および大容量化を図ったものである。バッテリセル群２の両端（先端と後端）には、金属板７が配設されている。この金属板７は十分な曲げ剛性を有するものであり、バッテリセル群２を外力（外圧）から保護するものである。

バッテリセル群２は、複数のバッテリセル１の隣り合う側面どうしを対向させるようにして複数のバッテリセル１を並べて配置したものである。すなわちバッテリセル群２は、複数のバッテリセル１をその厚さ方向Ｔに列設したものである。

金属プレート４，５，６は、例えば薄鋼板（例えばSPHC：熱間圧延軟鋼板（JIS G 3131）、SPCC：冷間圧延軟鋼板（JIS G 3141））などの板状の部材である。金属プレート４，５，６は、一列に列設したバッテリセル群２の厚さ方向Ｔ（第１方向）、幅方向Ｗ（第２方向）、高さ方向Ｈ（第３方向）の各軸周りを、それぞれのプレートを屈曲させてバッテリセル群２を包むように拘束（バインド）している。

各金属プレート４，５，６は、バッテリセル群２のそれぞれ方向の周囲よりも長く形成されており、バッテリセル群２をバインドしたときに重なり部分（オーバーラップ部分４ｃ、５ａ，６ａ）ができる。この重なり部分（オーバーラップ部分４ｃ、５ａ，６ａ）を溶接して固着（固定、結合）している。金属プレート４，５，６を溶接する際には、治具などで拘束力が強く（高く）なる方向に圧力を加えて、つまり付勢して重なり部分（オーバーラップ部分４ｃ、５ａ，６ａ）を溶接している。

この他、拘束力を高める方法としては、例えば金属プレート４，５，６の重なる部分の一端を引っ張る（張力を加える）ようにしてもよい。

なお図３，４，５では構造を分かり易くするために、厚さ方向Ｔの軸周りをバインドするための金属プレート４については記載していない。

金属プレート４は、板状の部材を屈曲させてバッテリセル群２を、厚さ方向Ｔの軸周りに包むようにバインドした第１のバインド部材である。この例では、２つの部材４ａ、４ｂを組み合わせて構成した二つ割りの構造のものである（図２参照）。

金属プレート４は、一枚のプレートであってもよい。この金属プレート４の角部の内側には、比較的やわらかい金属で構成されたエッジガード１５が配置されている。

金属プレート５は、板状の部材を屈曲させてバッテリセル群２をバッテリセル１の幅方向Ｗの軸周りに包むようにバインドした第２のバインド部材である。この金属プレート５は、個々のバッテリセル１の端子１０、バスバー１１、ガス放出安全弁１２等の突出部を避けるような穴や幅を有する形状となっている。

金属プレート６は、板状の部材を屈曲させてバッテリセル群２を高さ方向Ｈの軸周りに包むようにバインドした第２のバインド部材である。

これら金属プレート４，５，６は、樹脂などの可燃性材料で構成されたバッテリケースとは異なり、バッテリセル１を金属プレートで包み込むことで、ケースと同等の筐体機能としており、金属であることから燃えないため、過充電時などでバッテリから発火しても近接するバッテリセル群への延焼を抑えることができる。

バッテリセル群２の上部には、各バッテリセル１を充放電制御するための回路基板１３を収容した基板ユニット１４が配置されている。

この第１実施形態のバッテリ装置の製造方法を説明する。
この第１実施形態の場合、複数のバッテリセル１をその厚さ方向Ｔに一列に列設してバッテリセル群２とし、このバッテリセル群２とその両側に配した金属板７を、最初に金属プレート５で幅方向Ｗの軸周りに包んで拘束（バインド）し、オーバーラップ部分５ａを溶接して固着（固定、結合）する。

次に、バッテリセル群２を、金属プレート６で高さ方向Ｈの軸周りに包んで拘束（バインド）し、オーバーラップ部分６ａを溶接して固着（固定、結合）する。

続いて、個々のバッテリセル１の端子１０をバスバー１１で接続し、その上に基板ユニット１４を取り付ける。

最後に、基板ユニット１４を取り付けたバッテリセル群２の上角２カ所にエッジガード１５をあてがった上で、バッテリセル群２を金属プレート４（金属プレート４ａ，４ｂ）で厚さ方向Ｔの軸周りに包んで拘束（バインド）し、オーバーラップ部分４ｃを溶接して固着（固定、結合）する。

このようにこの第１実施形態によれば、一列に配置したバッテリセル群２をバッテリセル１の厚さ方向Ｔ、幅方向Ｗ、高さ方向Ｈの３軸周りに金属プレート４，５，６で包むようにバインドして溶接する構造としたことで、バッテリセル群２を収容する容器やバッテリセル１どうしを固着するための接着剤が不要になる。

この結果、金属プレート４，５，６を集積しておくだけのスペースを確保するだけでよくなり、また接着剤の材料費が削減され、製造時の乾燥時間も不要になるため、バッテリ装置の製造にかかるコストを大幅に低減することができる。

またバッテリセル群２の周囲最直近の位置にバッテリ幅方向Ｗの軸周りに金属プレート５をバインドすることにより、バッテリ厚さ方向Ｔへの倒れに対する剛性を向上することができる。これにより加振されてバッテリ装置が倒れたときのがたつきや個々のバッテリセル１の並びのズレなどを抑えることができる。
この他、例えば温度によるバッテリ厚さ方向Ｔの伸び縮み、経年によるバッテリ膨張、過充電時などの発火に対応できる。

なおこの第１実施形態では、金属プレート４，５，６にてバッテリセル１の３つの方向（厚さ方向Ｔ、幅方向Ｗ、高さ方向Ｈ）それぞれの軸周りでバッテリセル群２を拘束したが、そのうち、少なくとも２つの方向の軸周りでバッテリセル群２を拘束してもよい。
また、各金属プレート４，５，６間、および金属プレート４，５，６とエッジガート１５の間には、空間を設けないことが振動特性を向上させる意味から望ましい。

（第２実施形態）
次に、図６〜図８を参照して第２実施形態を説明する。
上記第１実施形態では、３枚の金属プレート４，５，６のうち、金属プレート５を、バッテリセル群２の周囲最直近の位置にバッテリセル１の幅方向Ｗの軸周りにバインドしたが、この第２実施形態では金属プレート６をバッテリセル群２の最直近に配置する。

すなわち、図６〜図８に示すように、この第２実施形態は、バッテリセル群２の周囲最直近の位置にバッテリ高さ方向Ｈの軸周りに金属プレート６をバインドしている。

そして、その上に、金属プレート５をバインドし、最後に金属プレート４（金属プレート４ａ，４ｂ）をバインドしている。

このようにこの第２実施形態によれば、バッテリセル群２の周囲最直近の位置にバッテリ高さ方向Ｈの軸周りに金属プレート６をバインドすることにより、低温から高温まで広い温度レンジでの動作が求められ、低温でバッテリ１が厚さ方向に縮んだ場合でも、圧力（張力）を加えつつ金属プレート６をバインドしておけばバッテリセル１の相互間、バッテリセル１と金属プレート６との間に空間（隙間）ができることがなく、加振時にガタガタするようなことなく振動値を低く抑えることができる。

また経年変化によって個々のバッテリセル１が厚み方向Ｔに膨張したとしても、バインドするにあたり十分な断面積を有する金属プレート６を用いること、また十分な曲げ剛性を有した金属板７をバッテリセル群２の端部（先端と後端）と金属プレート６との間に配置すること、などにより、バッテリのケースの機能としての剛性が高まり、外形の変形を抑えることができる。

なお、第１実施形態と同様、各金属プレート４，５，６間、および金属プレート４，５，６とエッジガート１５の間には、空間を設けないことが振動特性を向上させる意味から望ましい。

（第３実施形態）
次に、図９を参照して第３実施形態を説明する。
上記第１実施形態では、３枚の金属プレート４，５，６のうち、金属プレート５を、バッテリセル群２の周囲最直近の位置にバッテリセル１の幅方向Ｗの軸周りにバインドしたが、この第３実施形態では金属プレート４をバッテリセル群２の最直近に配置する。

すなわち、図９に示すように、この第３実施形態は、バッテリセル群２の周囲最直近の位置にバッテリ厚さ方向Ｔの軸周りに金属プレート４（金属プレート４ａ，４ｂ）をバインドしている。そして、その上に、金属プレート５または金属プレート６をバインドしている。

このようにこの第３実施形態によれば、バッテリセル群２の周囲最直近の位置にバッテリセル１の厚さ方向Ｔの軸周りに金属プレート４をバインドすることにより、バッテリセル１の厚さ方向Ｔの軸周りのねじり剛性を向上することができる。これによりバッテリ装置が加振されて、ねじれが生じたときのがたつきや個々のバッテリセル１の並びのズレなどを抑えることができる。

なお、第１実施形態および第２実施形態と同様、各金属プレート４，５，６間、および金属プレート４，５，６とエッジガート１５の間には、空間を設けないことが振動特性を向上させる意味から望ましい。

（第４実施形態）
次に、図１０，１１を参照して第４実施形態を説明する。
図１０，１１に示すように、この第４実施形態は、第１実施形態（図２の例）の順で金属プレート４，５，６をバインドしたものに、さらに溶接部８を形成した例である。

この溶接部８は、異なる方向にバインドした金属プレート（金属プレート５と金属プレート６）どうしを溶接して相互に固着（結合、固定）している。

この例では、バッテリセル１の幅方向Ｗの軸周りにバインドした金属プレート５の面と、バッテリセル１の高さ方向Ｈの軸周りにバインドした金属プレート６の縁とを、例えば隅肉溶接などで溶接して溶接部８を形成している。

このようにこの第４実施形態によれば、金属プレート５の端部の重なり部分と金属プレート６の端部の重なり部分の他に、２つの方向の軸周りにバインドした金属プレート５，６を相互に溶接して固着（結合、固定）したケース構造とすることにより、ケースとしての剛性を高めることができる。

なおこの例では、説明を分かりやすくするため、金属プレート５と金属プレート６について示したが、これ以外の組み合わせとして、例えば金属プレート４と金属プレート５、金属プレート６と金属プレート４などについても同様に相互に溶接することが可能である。

すなわち３つの方向Ｔ，Ｈ，Ｗのうち少なくとも２方向の軸周りにバインドした金属プレートを相互に溶接して結合（固定）したケース構造としてもよい。

また金属プレート５と金属プレート６を溶接することでプレート間の相対的な動きを封じることで、バッテリセル群２がソリッドのようになり、曲げ剛性などをさらに向上することができる。これにより加振時に曲がりを含めたさまざまな状況での振動によるがたつきや並びのズレなどを抑えることができる。

以上のように本発明の実施形態を説明したが、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…バッテリセル、２…バッテリセル群、４，５，６…金属プレート、７…金属板、８…溶接部、９…絶縁フィルム、１０…端子、１１…バスバー、１２…ガス放出安全弁、１３…回路基板、１４…基板ユニット、１５…エッジガード。

Claims (7)

1. 厚さ、幅、高さを有するほぼ直方体の形状のバッテリセルを厚さ方向に複数列設したバッテリセル群と、
   板状の部材を屈曲させて、前記バッテリセル群を、前記バッテリセルの厚さ方向、幅方向、高さ方向の軸周りのうち少なくとも２方向の軸周りに拘束するようにバインド（結束、束縛）したバインド部材と
   を具備するバッテリ装置。
2. 前記バインド部材を加圧または張力を加えて前記バッテリセル群をバインドした請求項１記載のバッテリ装置。
3. 前記バッテリセル群をバインドしてオーバーラップした前記バインド部材の重なり部分を溶接により結合した請求項２記載のバッテリ装置。
4. 前記バッテリセル群に最も近い位置でバインドする方向を厚さ方向の軸周りとした請求項１記載のバッテリ装置。
5. 前記バッテリセル群に最も近い位置でバインドする方向を幅方向の軸周りとした請求項１記載のバッテリ装置。
6. 前記バッテリセル群に最も近い位置でバインドする方向を高さ方向の軸周りとした請求項１記載のバッテリ装置。
7. 異なる方向のバインド部材どうしを相互に固着した請求項１記載のバッテリ装置。

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