JP2023168734A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、電池の面方向において、拘束荷重のバラつきを抑制できる電池パックを提供することを主目的とする。【解決手段】本開示においては、積層された複数の電池を有する電池パックであって、上記電池は、電極体と、上記電極体を密封する外装体とを有し、上記電池は、積層方向において、上記電極体および上記外装体を貫通する貫通孔を有し、上記積層方向における断面視において、上記貫通孔と、上記電極体の側面との間に、筒状部材が配置され、上記電池パックは、上記複数の電池を、上記積層方向に締め付ける締結部材を有し、上記締結部材は、上記複数の電池における上記複数の貫通孔に連続して挿通された棒状部材を有する、電池パックを提供することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１

Description

本開示は、電池パックに関する。

従来、昇圧の目的で、積層した複数の電池を有する電池スタックと、電池スタックを収納するケース体とを備える電池パックが使用されている。電池スタックは、例えば、拘束部材で拘束され、一定以上の荷重がかかるようにしてケース体内に収納されている。

例えば、特許文献１では、積層された複数のバッテリセルを含むバッテリと、上記バッテリを収容するケース体と、上記バッテリセルの積層方向に締め付け力を発生させ、複数の上記バッテリセルを一体に保持する拘束部材とを備え、上記拘束部材が上記ケース体に固定される、電池パックが開示されている。

また、特許文献２では、端子部を有し、積層される複数のバッテリセルと、上記端子部と隙間を設けて配置され、上記バッテリセルの積層方向に沿って延び、複数の上記バッテリセルにその積層方向の拘束力を作用させる金属製の拘束部材と、上記拘束部材が挿入される開口部が形成され、上記拘束部材を覆う絶縁カバーとを備え、上記絶縁カバーは、上記拘束部材から上記端子部とは反対側に突出し、その先端に上記開口部が配置される突出部を有し、上記突出部の、上記拘束部材からの突出長さは、上記拘束部材と上記端子部との間の隙間長さよりも大きい、電池パックが開示されている。

また、特許文献３では、積層される複数のバッテリセルと、複数の上記バッテリセルの両端に配置される一対のエンドプレートと、一対の上記エンドプレートを挟持することによって、上記バッテリセルにその積層方向の締め付け力を作用させ、上記エンドプレートに固定される拘束バンドと、上記拘束バンドを、一対の上記エンドプレートを挟持した状態に保持するバンド保持部材とを備える、電池パックが開示されている。

特開２００８－１９２５５１号公報 特開２０１０－２５７６５２号公報 特開２０１０－２５７６５１号公報

例えば、車両に用いられる電池は、電池の構成部品を少なく、かつ容積効率が良好な構造とするため、電池のサイズ（面積）を大きくする場合がある。一方、電池のサイズが大きくなる場合、電池の面方向（積層方向と直交する方向）において、拘束部材によってかかる拘束荷重にバラつきが生じる場合がある。

例えば、拘束部材は、電池の積層方向の両端に配置されたエンドプレート等に固定して、電池の積層方向に延びるように設けられることにより、複数の電池を積層方向に締め付け力（拘束荷重）を作用させる。拘束部材の電池の面方向における位置は、外縁部である場合が多い。従って、例えば、セル中央付近における拘束荷重が小さくなる恐れがある。また、積層された電池をケース体に固定する場合も、セル中央付近は、振動等による揺動が大きくなる場合がある。セル中央付近における拘束荷重を上げるために、拘束部材の剛性を上げる方法が考えられるが、拘束部材が大きく、重くなる。

本開示は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電池の面方向において、拘束荷重のバラつきを抑制できる電池パックを提供することを主目的とする。

上記課題を解決するために、本開示においては、積層された複数の電池を有する電池パックであって、上記電池は、電極体と、上記電極体を密封する外装体とを有し、上記電池は、積層方向において、上記電極体および上記外装体を貫通する貫通孔を有し、上記積層方向における断面視において、上記貫通孔と、上記電極体の側面との間に、筒状部材が配置され、上記電池パックは、上記複数の電池を、上記積層方向に締め付ける締結部材を有し、上記締結部材は、上記複数の電池における上記複数の貫通孔に連続して挿通された棒状部材を有する、電池パックを提供する。

本開示においては、電池の面方向において、拘束荷重のバラつきを抑制できる電池パックを提供できるという効果を奏する。

本開示における電池パックを例示する概略側面図および締結点の位置を例示する概略平面図である。 本開示における電池を例示する概略平面図、概略側面図および概略断面図である。 本開示における電池パックの用途を例示する概略平面図および概略側面図である。

以下、本開示における電池パックについて、詳細に説明する。

図１（ａ）は、本開示における電池パックを示す概略側面図であり、図１（ｂ）は本開示における電池パックの締結点の位置を示す図である。図２（ａ）は、本開示における電池を例示する概略平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の概略側面図である。図２（ｃ）は図２（ａ）のＡ－Ａ線の概略断面図（貫通孔Ｏ近傍の部分拡大図）である。

図１（ａ）に示すように、電池パック１００は、積層された複数の電池１を有する。図２（ａ）に示すように、電池１は、電極体１１と、電極体１１を密封する外装体１３とを有する。また、電池１は、電極体１１から電子を取り出すための集電端子３０（３０ａ、３０ｂ）を有する。また、図２（ｃ）に示すように、電極体１１は、例えば、正極集電体５１、正極活物質層５２、電解質層５３、負極活物質層５４および負極集電体５５を、厚さ方向において、この順に有する発電単位５０を有する。電極体１１は、電池１の積層方向Ｄ_Ｌにおいて、複数の発電単位５０を有していてもよい。一方、外装体１３は、金属層１３ａと、金属層１３ａより電極体１１側に配置された内側絶縁層１３ｂ（熱融着層）と、金属層１３ａの電極体１１とは反対側に配置された外側絶縁層１３ｃ（外側樹脂層）と、を有する。

図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、電池１は、積層方向Ｄ_Ｌにおいて、電極体１１および外装体１３を貫通する貫通孔Ｏを有する。図２（ｃ）に示すように、積層方向Ｄ_Ｌにおける断面視において、貫通孔Ｏと、電極体１１の側面Ｓ_１１との間に、筒状部材１２が配置される。図２（ｃ）に示すように、電極体１１の側面Ｓ_１１と筒状部材１２との間に、絶縁層１４ａが配置されていてもよい。また、筒状部材１２の電極体１１の側面Ｓ_１１とは反対側の面（筒状部材１２の内表面）に、絶縁層１４ｂが配置されていてもよい。また、筒状部材１２の頂面および底面は、それぞれ、外装体１３における内側絶縁層１３ｂと密着していてもよい。

図１（ａ）に示すように、電池パック１００は、複数の電池１を、電池１の積層方向Ｄ_Ｌに締め付ける締結部材２を有する。締結部材２は、複数の電池１における複数の貫通孔Ｏに連続して挿通された棒状部材２ａと、棒状部材２ａをケース体７０に固定する固定部材２ｂと、電池１に付与する締結力を調整する調整部材２ｃと、を有する。締結部材２は、電池の積層方向Ｄ_Ｌに締め付ける力により、複数の電池１を一体に保持する。

本開示によれば、所定の締結部材を用いることで、電池の面方向において、拘束荷重のバラつきを抑制できる電池パックとなる。特に、各電池において、貫通孔を設ける位置を、拘束荷重が小さくなりやすい位置、例えば、各電池の面方向の中心付近にすることによって、電池サイズが大きい場合であっても、電池の面方向における拘束荷重のバラつきを抑制することができる。具体的には、図１（ｂ）に示すように、従来の拘束部材６０のケース体７０との締結点Ｘ１に加え、締結部材２のケース体７０への締結点Ｘ２を設けることができる。また、本開示における締結部材をケース体に固定することによって、電池の面方向における、ケース体との締結力のバラつきも抑制することができる。従って、耐振性の向上、通電抵抗増加の抑制、電池の性能及び寿命の向上等を達成することができる。また、本開示においては、貫通孔と、電極体の側面との間に、筒状部材を配置することで、外装体により密封された電極体の密封性を高く維持することができる。

１．電池
図２に示すように、本開示における電池１は、電極体１１と、電極体１１を密封する外装体１３と、を有する。また、電池１は、電極体１１から電子を取り出すための集電端子３０（３０ａ、３０ｂ）を有していてもよい。また、電池１は、積層方向Ｄ_Ｌにおいて、電極体１１および外装体１３を貫通する貫通孔Ｏを有する。

電池を積層方向から平面視した場合に、貫通孔Ｏは、電極体１１を構成する、正極集電体、正極活物質層、電解質層、負極活物質層および負極集電体を貫通するように形成されていることが好ましい。各電極体における貫通孔の数は、特に限定されず、１であってもよいし、２であってもよいし、３以上であってもよい。一方、貫通孔の数は、例えば１０以下であり、５以下であってもよい。貫通孔の位置としては、特に限定されず、平面視において、電極体の略中心であってもよいし、略中心以外の位置であってもよい。貫通孔の平面視形状は、特に限定されないが、例えば、円状、多角形状等が挙げられる。電極体は、扁平な直方体形状の角型であることが好ましい。

（１）電極体
本開示における電池は、電極体を有する。電極体は、図２（ｃ）に示すように、正極集電体５１、正極活物質層５２、電解質層５３、負極活物質層５４および負極集電体５５を、厚さ方向において、この順に有する発電単位５０を有する。電極体は、発電単位を１つ有していてもよく、２つ有していてもよく、３つ以上有していてもよい。電極体が複数の発電単位を有する場合、それらは、並列接続されていてもよく、直列接続されていてもよい。また、電解質層は、液体電解質（電解液）を含有していても良く、固体電解質を含有していてもよい。固体電解質としては、ゲル電解質、ポリマー電解質等の有機固体電解質、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質等の無機固体電解質が挙げられる。

（２）筒状部材
本開示における電池は、積層方向における断面視において、貫通孔と、電極体の側面との間に、筒状部材を有する。図２（ｃ）に示すように、積層方向Ｄ_Ｌにおける断面視において、貫通孔Ｏと、電極体１１の側面Ｓ１１との間に、筒状部材１２を有する。筒状部材は、通常、スリーブ状の部材である。筒状部材の具体例としては、例えば、金属部材、樹脂部材が挙げられる。筒状部材の孔の平面視形状は、特に限定されないが、例えば、円状、多角形状等が挙げられる。

図２（ｃ）に示すように、筒状部材１２は、外装体１３の内面（例えば内側絶縁層１３ｂ側の面）に固定されることにより、密封状態を保持可能な構造であることが好ましい。外装体の内面への固定方法としては、熱融着、溶接、その他の接着方法が挙げられる。例えば、接着剤等により固定化されていてもよい。

図２（ｃ）に示すように、筒状部材１２の内表面には、棒状部材（図示せず）との絶縁性を確保するための絶縁層１４ｂが形成されていてもよい。絶縁層の材料としては、例えば、樹脂が挙げられる。樹脂は、熱可塑性樹脂であってもよく、硬化樹脂（例えば、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂の硬化物）であってもよい。絶縁層の形成方法としては、絶縁層の種類によって適宜選択される。また、筒状部材１２の外表面には、電極体１１との絶縁性を確保するための絶縁層１４ａが形成されていてもよい。

（３）外装体
本開示における電池は、電極体を収納する内部領域を有する外装体を有する。外装体は、ラミネート型外装体であってもよく、ケース型外装体であってもよい。ラミネート型外装体は、例えば、金属層と、金属層の一方の面側に配置された熱融着層と、金属層の他方の面側に配置された外側樹脂層と、を有することが好ましい。金属層の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼が挙げられる。熱融着層の材料としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のオレフィン系樹脂が挙げられる。外側樹脂層の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロンが挙げられる。また、ケース型外装体としては、例えば、金属製の筐体が挙げられる。外装体および電極体の間に、絶縁層が配置されていてもよい。同様に、外装体および筒状部材の間に、絶縁層が配置されていてもよい。

（４）電池
本開示における電池の種類は特に限定されないが、典型的には、リチウムイオン二次電池である。

２．締結部材
本開示における電池パックは、上記複数の電池を、上記積層方向に締め付ける締結部材を有する。締結部材は、複数の電池における複数の貫通孔に連続して挿通された棒状部材を有する。さらに、締結部材は、棒状部材をケース体に固定する固定部材と、電池に付与する締結力を調整する調整部材と、を有することが好ましい。

３．電池パック
本開示における電池パックは、上述した複数の電池を有する。電池パックに含まれる電池の数は、２以上であってもよいし、４以上であってもよく、１０以上であってもよい。

本開示における電池パックは、ケース体を有していてもよい。また、本開示における電池パックは、上述した締結部材に加え、電池の積層方向に締め付ける拘束部材を有していてもよい。また、拘束部材はケース体に固定する部材として利用することもできる。

さらに、本開示における電池パックの用途は、特に限定されないが、例えば、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＢＥＶ）、ガソリン自動車、ディーゼル自動車等の車両の電源が挙げられる。図３（ａ）に示すように、本開示における電池パック１００は、車両の電源（特に駆動用電源）として用いることができる。図３（ｂ）に示すように、電池パック１００における電池の積層方向は、車高方向と平行であることが好ましい。また、本開示における電池パックは、車両以外の移動体（例えば、鉄道、船舶、航空機）の電源として用いられてもよく、情報処理装置等の電気製品の電源として用いられてもよい。

本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。

１ …電池
２ …締結部材
１１ …電極体
１２ …筒状部材
１３ …外装体
１４ …絶縁層
５０ …発電単位
６０ …拘束部材
７０ …ケース体
１００…電池パック

Claims (1)

1. 積層された複数の電池を有する電池パックであって、
   前記電池は、電極体と、前記電極体を密封する外装体とを有し、
   前記電池は、積層方向において、前記電極体および前記外装体を貫通する貫通孔を有し、
   前記積層方向における断面視において、前記貫通孔と、前記電極体の側面との間に、筒状部材が配置され、
   前記電池パックは、前記複数の電池を、前記積層方向に締め付ける締結部材を有し、
   前記締結部材は、前記複数の電池における前記複数の貫通孔に連続して挿通された棒状部材を有する、電池パック。