JP2018085202A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の充放電可能な単電池が電気的に接続された組電池に関する。 The present invention relates to an assembled battery in which a plurality of chargeable / dischargeable cells are electrically connected.
軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、該単電池を複数直列接続して成る組電池は高出力が得られる電源として、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として好ましく用いられている。例えば車両搭載用組電池の一例として特許文献1には、角型の単電池を複数個配列すると共に各単電池に設けられた正極端子および負極端子をそれぞれ直列に接続することにより構成された組電池が開示されている。
Lithium ion secondary batteries, nickel hydride batteries and other secondary batteries that are lightweight and provide high energy density are used as unit cells, and a battery pack that consists of a plurality of unit cells connected in series provides high output. As a power source to be used, it is preferably used as a vehicle-mounted power source or a personal computer and a portable terminal. For example, in
ところで、自動車等の車両に搭載される組電池は、搭載スペースが制限されることに加えて振動が発生する状態での使用が前提となることから、多数の単電池を配列し且つ拘束した状態(即ち各単電池を相互に固定した状態)の組電池が構築される。かかる組電池においては、例えば、図6に示すように、単電池の積層方向(配列方向)Aに配列された単電池1群の最外側(両端面)に一対のエンドプレート2を設置し、一対のエンドプレート2間を架橋するように(複数の単電池1の配列方向Aに架け渡されるように)拘束バンド3を締結することで、複数の単電池1を配列方向Aに拘束している。
By the way, an assembled battery mounted on a vehicle such as an automobile is assumed to be used in a state in which vibration is generated in addition to limiting the mounting space. An assembled battery (that is, a state in which the individual cells are fixed to each other) is constructed. In such an assembled battery, for example, as shown in FIG. 6, a pair of
しかしながら、かかる組電池において、図7に示すように、単電池1の幅方向W(上面視において単電池1の配列方向Aに直交する方向)に荷重Pが加わると、各単電池1が拘束バンド3で拘束されているため荷重Pを逃がすことができず、単電池1が潰れやすいという問題があった。本発明は、上記課題を解決するものである。
However, in such an assembled battery, as shown in FIG. 7, when a load P is applied in the width direction W of the unit cells 1 (a direction orthogonal to the arrangement direction A of the
本発明によって提供される組電池は、複数の充放電可能な単電池が電気的に接続された状態で所定方向に配列されてなる組電池である。この組電池は、前記複数の単電池の配列方向の両端にそれぞれ配置された一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートの上面に締結具により締結され、前記複数の単電池の配列方向に架け渡されて該複数の単電池を拘束する拘束バンドとを備える。前記拘束バンドは、前記締結具が挿通された挿通孔を有する。前記挿通孔は、前記単電池の配列方向に沿って延びた長孔である。かかる構成によると、単電池の幅方向(上面視において単電池の配列方向に直交する方向)に加わる荷重を単電池が可動することで逃がすことができ、単電池を潰れにくくすることができる。 The assembled battery provided by the present invention is an assembled battery in which a plurality of chargeable / dischargeable cells are electrically connected and arranged in a predetermined direction. The assembled battery includes a pair of end plates respectively disposed at both ends in the arrangement direction of the plurality of unit cells, and fastened to a top surface of the pair of end plates by a fastener, and extends in the arrangement direction of the plurality of unit cells. And a restraining band that restrains the plurality of single cells. The restraint band has an insertion hole through which the fastener is inserted. The insertion hole is a long hole extending along the arrangement direction of the unit cells. According to such a configuration, the load applied in the width direction of the unit cells (direction orthogonal to the arrangement direction of the unit cells in the top view) can be released by moving the unit cells, and the unit cells can be made difficult to be crushed.
なお、本明細書において「単電池」とは、組電池を構成するために相互に直列接続され得る個々の蓄電素子を指す用語であり、特に限定しない限り種々の組成の電池、キャパシタを包含する。また、「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池を包含する。リチウムイオン二次電池を構成する蓄電素子は、ここでいう「単電池」に包含される典型例であり、そのような単電池を複数備えて成るリチウムイオン二次電池パックは、ここで開示される「組電池」の典型例である。 In this specification, the “unit cell” is a term indicating individual storage elements that can be connected in series to form an assembled battery, and includes batteries and capacitors having various compositions unless otherwise specified. . The “secondary battery” generally refers to a battery that can be repeatedly charged, and includes so-called storage batteries such as lithium ion secondary batteries and nickel metal hydride batteries. The electric storage element constituting the lithium ion secondary battery is a typical example included in the “unit cell” referred to herein, and a lithium ion secondary battery pack including a plurality of such unit cells is disclosed herein. This is a typical example of an “assembled battery”.
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、各図面は、模式的に描いており、必ずしも実物を反映しない。また、各図面は、一例を示すのみであり、各図面は、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. In addition, each drawing is drawn typically and does not necessarily reflect a real thing. Each drawing shows only an example, and each drawing does not limit the present invention unless otherwise specified.
ここに開示される組電池は、単電池(典型的には、扁平形状の外形を有する単電池)を配列してなる組電池であればよく、単電池の構成は特に制限されない。特に限定することを意図したものではないが、以下、扁平形状のリチウムイオン二次電池を単電池とし、該単電池の複数個を直列に接続してなる組電池を例にして本発明を詳細に説明する。 The assembled battery disclosed herein may be an assembled battery formed by arranging single cells (typically, single cells having a flat outer shape), and the configuration of the single cells is not particularly limited. Although not intended to be particularly limited, the present invention will be described in detail below using an example of an assembled battery in which a flat lithium ion secondary battery is a single battery and a plurality of the single batteries are connected in series. Explained.
図1を参照しながら本実施形態の組電池10の構成について説明する。図1は本実施形態の組電池10の構成を模式的に示す上面図である。
The configuration of the assembled
組電池10は、複数の充放電可能な単電池20が直列に接続されて構成されている。図示した例では、同形状の3個の単電池20(20A、20B、20C)が直列に配列されている。なお、図面中の符号Aは単電池の配列方向(単電池の厚み方向)を示し、符号Wは単電池の幅方向(上面視において配列方向と直交する方向)を示している。
The assembled
単電池20は、正極および負極を備える電極体(図示せず)と、該電極体および電解質を収容する容器50とを備える。本実施形態の電極体は、典型的な組電池に装備される単電池と同様、所定の電池構成材料(正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等)から構成されている。また、ここでは電極体として扁平形状の捲回電極体が用いられている。電極体は、捲回電極体に限らず、例えば正極と負極とがセパレータを介して交互に繰り返し積層された積層電極体であっても構わない。
The
本実施形態の容器50は扁平形状の捲回電極体を収容し得る形状(図示した例では箱型)を有する。また、容器50の材質は、典型的な単電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はないが、組電池自体の軽量化の観点から、例えば薄い金属製或いは合成樹脂製の容器が使用され得る。
The
容器50の上面には、捲回電極体の正極と電気的に接続する正極端子(図示せず)および負極と電気的に接続する負極端子(図示せず)が設けられている。そして、隣接する単電池20間において一方の正極端子と他方の負極端子とが端子間接続具(図示せず)によって電気的に接続される。このように各単電池20を直列に接続することにより、所望する電圧の組電池10が構築される。
On the upper surface of the
ここに開示される単電池20は、所定方向Aに配列されて拘束されている。具体的には、複数の単電池20は、それぞれの正極端子(図示せず)および負極端子(図示せず)が交互に配置されるように一つずつ反転させて配置されており、容器50の側壁(容器50の幅広な面、すなわち容器50内に収容される捲回電極体の扁平面に対応する面)が対向する方向に配列される。
The
そして、配列させた単電池20の周囲には、複数の単電池20をまとめて拘束する拘束部材が配備される。すなわち、複数の単電池20の配列方向Aの両端(最外側に位置する単電池20の更に外側)には、一対のエンドプレート30A,30Bが配置される。また、一対のエンドプレート30A,30Bには、該一対のエンドプレート30A,30Bを架橋するように拘束バンド32が取り付けられている。この実施形態では、幅方向Wの両側の離れた2箇所において、2本の拘束バンド32が一対のエンドプレート30A,30Bを架橋するように取り付けられている。拘束バンド32は、複数の単電池20の配列方向Aに架け渡されて複数の単電池20を拘束している。また、拘束バンド32は、エンドプレート30A,30Bの上面に締結具38により締結されている。この実施形態では、締結具38は、ボルト38およびナット(図示せず)である。エンドプレート30A,30Bの上面には、拘束バンド32を取り付けるためのボルト38が設けられている。ボルト38は、エンドプレート30A,30Bの上面から上方に延びている。
A restraining member that restrains the plurality of
図2は、拘束バンド32の上面図(平面図)である。図3は、拘束バンド32の側面図である。拘束バンド32は、図1〜図3に示すように、帯状の部材であり、拘束時に切れない材料(例えば鉄、典型的には腐食防止表面コート処理が施された鉄材料)で構成されている。拘束バンド32には、該拘束バンド32をエンドプレート30A,30Bに締結するための挿通孔34が形成されている。ここで、挿通孔34には、エンドプレート30A,30Bの上面に設けられたボルト38が挿通される。この実施形態では、挿通孔34は、拘束バンド32の配列方向Aの両側の離れた2箇所に設けられている。2箇所の挿通孔34は、エンドプレート30A,30Bの上面に設けられたボルト38に位置を合わせて設けられている。拘束バンド32は、エンドプレート30A,30Bおよび単電池20の上面に沿って配置され、エンドプレート30A,30Bから上方に延びるボルト38に挿通孔34が装着され、図示しないナットで締結固定されている。ナットの締め付けトルクは、特に限定されないが、例えば2N/m〜5N/m(典型的には3±0.5N/m)に設定され得る。
FIG. 2 is a top view (plan view) of the
ここに開示される技術では、拘束バンド32の挿通孔34は、単電池20の配列方向Aに沿って延びた長孔である。換言すれば、挿通孔34は、上面視において、配列方向Aの長さL1(図2)が該配列方向Aに直交する幅方向Wの長さL2(図2)よりも長い。挿通孔34の配列方向Aの長さL1は、幅方向Wの長さL2よりも長ければよく(すなわちL1>L2であればよく)特に限定されない。配列方向Aの長さL1は、例えば16mm以上にすることが適当である。
In the technique disclosed herein, the
好ましい一態様では、挿通孔34の配列方向Aの長さL1は、幅方向Wにおける単電池20の幅w2(図1)に対して√51/10倍以上の長さである。すなわち、単電池20の幅方向Wの幅w2に対する挿通孔34の配列方向Aの長さL1の比(L1/w2)が、(L1/w2)≧√51/10を満足する。このような長さL1の挿通孔34を有する拘束バンド32を用いることにより、単電池20の圧壊がより良く抑制され得る。ここに開示される技術は、例えば、L1とw2との関係が、(L1/w2)≧√51/8、より好ましくは(L1/w2)≧√51/6、さらに好ましくは(L1/w2)≧√51/5である態様で好ましく実施され得る。なお、√51は「51」の平方根(ルート)を意味している。
In a preferred embodiment, the length L1 of the insertion holes 34 in the arrangement direction A is a length of √51 / 10 times or more with respect to the width w2 (FIG. 1) of the
ここに開示される好ましい一態様では、2本の拘束バンド32の間隔w1(図1)は、単電池20の幅方向Wの幅w2に対して0.3倍を超える長さである。すなわち、単電池20の幅方向Wの幅w2に対する2本の拘束バンド32の間隔w1の比(w1/w2)が、(w1/w2)>0.3を満足する。幅方向Wにおいて、単電池20の幅w2に対する2本の拘束バンド32の間隔w1を上記のように設定することにより、単電池20の圧壊がより良く抑制され得る。ここに開示される技術は、例えば、w1とw2との関係が、例えば(w1/w2)≧0.32、典型的には(w1/w2)≧0.35である態様で好ましく実施され得る。(w1/w2)の上限は特に限定されないが、通常は(w1/w2)≦0.6、典型的には(w1/w2)≦0.5であり得る。
In a preferred embodiment disclosed herein, the interval w1 (FIG. 1) between the two restraining
図4は、上述したエンドプレート30A,30Bおよび拘束バンド32で拘束された組電池10について、幅方向Wに沿って単電池20に荷重Pを加える圧壊試験を実施したときの状態を示している。この組電池10は、拘束バンド32の挿通孔34が単電池20の配列方向Aに沿って延びており、配列方向Aの長さL1(図2)が幅方向Wの長さL2(図2)よりも長い。そのため、挿通孔34に挿通された締結具(ここではエンドプレート30A,30Bの上面に設けられたボルト)38は、挿通孔34内において幅方向Wへの移動(変位)は規制されるが、配列方向Aへの移動はある程度許容される。そのため、単電池20に幅方向Wの荷重Pが加わると、図4に示すように、挿通孔34内において締結具38が配列方向Aに移動(変位)することで、各単電池20が可動になり(典型的には斜めにずれて)、単電地20に加わる荷重を逃がすことができる。その結果、単電池20が潰れにくくなり、上記圧壊試験における各単電池20の圧壊量を従来に比して低減することができる。
FIG. 4 shows a state in which a crushing test in which a load P is applied to the
上記拘束バンド32を用いることによる効果を確認するため、以下の試験を行った。すなわち、図5に示すように、3個の単電池20と4個のスペーサ40とを交互に配置した単電池積層体と、該単電池積層体の配列方向Aの両端にそれぞれ配置された一対のエンドプレート30A,30Bと、一対のエンドプレート30A,30B間を架橋するように、一対のエンドプレート30A,30Bの上面にボルトナットにより締結された拘束バンド32と、を備える組電池を構築した。ボルトナットの締結トルクは3N/mに調整した。
In order to confirm the effect of using the restraining
拘束バンド32は、ボルト38(図1)を挿通させる挿通孔34を有している。実施例では、拘束バンド32の挿通孔34は、配列方向Aの長さL1(図2)が幅方向Wの長さL2(図2)よりも長い。ここでは、挿通孔34の配列方向Aの長さL1は、単電池20の幅方向Wの幅w2(図1)に対して√51/5倍の長さとした。一方、比較例では、拘束バンド32の挿通孔34は、幅方向Wの長さL2が配列方向Aの長さL1よりも長い。幅方向Wの長さL2は、実施例と比較例とで同じ長さとした。
The
実施例および比較例の組電池に対して、幅方向Wに沿って単電池20に最大200kNの荷重Pを加える圧壊試験をそれぞれ5回ずつ実施した。また、圧壊試験時における単電池の発熱の有無を確認した。その結果、比較例の組電池については、5回の圧壊試験の全部において単電池20に潰れが発生し、単電池20に発熱が認められた。一方、実施例の組電池では、比較例に比べて単電池20の潰れが抑制されており、発熱も認められなかった。この結果から、配列方向Aに延びた挿通孔を有する拘束バンドを用いることにより、圧壊試験時における単電池の圧壊量を低減し得る組電池を実現できることが確認された。
For the assembled batteries of the example and the comparative example, a crushing test in which a load P of 200 kN at the maximum was applied to the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
ここに開示される組電池10は、各単電池の潰れが抑制され、高性能を発揮し得ることから、例えば、車両に搭載される電源として好適である。したがって、ここに開示される組電池10は、ハイブリッド自動車、電気自動車のように電動機を備えた車両に搭載されるモーター用の電源(典型的には駆動用電源)として好適に使用され得る。
The assembled
10 組電池
20 単電池
30A,30B エンドプレート
32 拘束バンド
34 挿通孔
38 締結具
50 容器
10 assembled
Claims (1)
前記複数の単電池の配列方向の両端にそれぞれ配置された一対のエンドプレートと、
前記一対のエンドプレートの上面に締結具により締結され、前記複数の単電池の配列方向に架け渡されて該複数の単電池を拘束する拘束バンドと
を備え、
前記拘束バンドは、前記締結具が挿通された挿通孔を有し、
前記挿通孔は、前記単電池の配列方向に沿って延びた長孔である、組電池。
A battery pack in which a plurality of chargeable / dischargeable cells are electrically connected and arranged in a predetermined direction,
A pair of end plates respectively disposed at both ends in the arrangement direction of the plurality of unit cells;
A fastening band fastened by a fastener to the upper surfaces of the pair of end plates, and spanned in the arrangement direction of the plurality of unit cells to restrain the plurality of unit cells;
The restraint band has an insertion hole through which the fastener is inserted,
The insertion hole is an assembled battery which is a long hole extending along the arrangement direction of the unit cells.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2016227006A JP2018085202A (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Battery pack |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2016227006A JP2018085202A (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Battery pack |
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JP2016227006A Pending JP2018085202A (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Battery pack |
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Country | Link |
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2016
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