JP4078892B2

JP4078892B2 - Battery connection structure

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Publication number: JP4078892B2
Application number: JP2002177137A
Authority: JP
Inventors: 孝昭安部; 浩菅原; 英明堀江; 止小川; 修嶋村; 孝憲伊藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: JP2004022395A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池接続構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池を電気自動車やハイブリット自動車などの車両に適用する場合には、該車両を駆動するモーターへの電力と、電力を維持する時間から要求されるエネルギ容量を満たす必要がある。また、電池からの電力を効率良く取り出すため、電流値を小さくし電圧を高くする必要がある。そこで、電圧が低く容量の小さい単電池を直列あるいは並列接続する必要がある。
【０００３】
従来の単電池と単電池を直列または並列接続する方法として、特開２０００−１８２５９５号公報に記載の方法がある。かかる公報に記載の方法によれば、図１に示すように、円筒型の単電池２の正極端子３と、これに接続する別の円筒型の単電池２の負極端子４の間に、接続体５（以下、バスバーともいう）を取り付けることにより、電気的に接続するものである。該単電池が複数個接続されたものを電池集合体１とする。単電池２の正極端子３およびこれに接続する別の単電池２の負極端子４と、バスバー５の接続方法は、正極端子３および負極端子４と、バスバー５とがそれぞれ接触する位置６を溶接することで行っている。なお、車両には、電池集合体１を適当な支持体内に収納した電池接続構造体（図示せず）の形で搭載するのが一般的である。
【０００４】
また、外力に対する電池集合体１の固定は、電気的に接続された複数個の単電池２を単電池固定部材７で固定することによって行っている。単電池２の正極端子３、負極端子４、バスバー５の外力に対する固定は、単電池固定部材７で複数個の単電池２を固定する以外には無い。このような構造が取れる理由は、単電池の端子３、４に太い金属線または金属棒を用い、接続体に厚い金属板を用いており、単電池と単電池の端子間に剛性があるためである。剛性のある金属ケースまたは樹脂ケース等の外装材で覆った単電池ではこのような構造をとることが可能である。
【０００５】
しかしながら、これらの剛性のある金属ケースや樹脂ケース等の外装材で覆った単電池を複数個接続した電池集電体では、外装材の重量が嵩んでしまい、軽量化が容易でないという課題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明者らは、車載性の点から軽量で容積効率に優れた単電池、さらには該単電池を複数個、直列および／または並列接続する技術の開発に成功することができた。
【０００７】
その単電池としては、図２に示すように、外装を高分子−金属複合ラミネートフィルム２で覆い、電池の正極端子３、負極端子４を金属箔とし、正極端子３および負極端子４をそれぞれ異なったラミネートフィルム２の１辺から外部へ取り出す構造のものを考えた。このように金属箔（本明細書では、金属板のうち厚さが２５０μｍ以下のものをいう。）で電池の端子を取り出す理由は、高分子−金属複合ラミネートフィルムのシール性の点からである。すなわち、従来の電池構造にある太い金属線や金属棒の電池端子では、該電池端子を外部に取り出す部分の高分子−金属複合ラミネートフィルムにどうしてもシワやたるみ、隙間ができてしまう。そのため、高分子−金属複合ラミネートフィルムを熱融着して接合しても、この部分のシール性を確保するのが困難である。これに対し、金属箔の電池端子では、上記のようなシワなどの問題が起きないため、シール性を確保できることがわかったものである。電池端子に用いる金属箔を厚くしていく際に、以下に図面を用いて説明するような樹脂被覆層を形成することで、優れたシール性を確保することができるためである。図３に、高分子−金属複合ラミネートフィルム（単に、ラミネートフィルムともいう）と電池端子である金属箔のシール部分の拡大図を示す。図３（Ａ）に示すように、ラミネートフィルム２２とラミネートフィルム２２間に金属箔２１の電池端子が入る（挟み込まれる）と、金属棒のようなシワはできないまでも、金属箔２１を厚くしていくことで、その両端部にわずかな隙間、すなわちシール性が弱い部分２３ができてしまう場合がある。そこで、図３（Ｂ）に示すように、金属箔２１表面のシール部分に樹脂被覆層２４を形成し、図３（Ｃ）に示すように、ラミネートフィルム２２と金属箔２１の間に樹脂被覆層２４を挟み込んだ状態で熱融着してシールする構造をとった。この構造をとることによって金属箔を厚くしていっても十分にシール性を確保できることが実験により確認できたので、電池端子を金属箔としたものである。なお、厚さが５０μｍ程度までの金属箔の場合には、上記樹脂被覆層を設けなくとも、シール性が弱い部分ができないため、シール性を確保できることもわかった。なお、樹脂被覆層２４は、図３（Ｂ）に示すように、電池端子である金属箔２１表面に樹脂材等を被覆（コーティング）して形成してもよいし、樹脂製のフィルム等を金属箔２１表面に溶着あるいは接着するなどして形成してもよいなど、特に制限されるべきものではない。
【０００８】
そして、この外装を高分子−金属複合ラミネートフィルムで覆った扁平型（角型）の単電池（ラミネート電池）と、これに接続する別のラミネート電池の電気的な接続は、バスバーを電池端子である金属箔に溶接することで行い、直列あるいは並列接続を行った。具体的には、図２に示すように、ラミネート電池２の正極端子３である金属箔と、これに接続する別のラミネート電池２の負極端子４である金属箔が、薄板状のバスバー５で電気的に接続されている。ラミネート電池２の正極端子３の金属箔およびラミネート電池２の負極端子４の金属箔と、バスバーとの接続は、溶接部６において、例えば、超音波溶接等の溶接手段によって行うことができる。そして、電気自動車やハイブリット自動車などの車両には、電池集合体１を適当な支持体内に収納した電池接続構造体の形で搭載している。また、車両搭載時にラミネート電池に加わる外力に対して、接続された複数個のラミネート電池の振動を抑えるため、電池集電体の各ラミネート電池を電池固定部材７で挟持して固定してなるものである。
【０００９】
薄くて軽い高分子−金属複合ラミネートフィルムを外装材に利用し、電池の端子を金属箔とすることで、電池のシール性を確保し、重量が嵩む金属ケースや樹脂ケースなどの外装材を用いる場合に比して電池の軽量化を図ることができるものであった。
【００１０】
しかしながら、本発明者らは、上記した開発成果に決して満足することなく、更なる研究を重ねた結果、車載用電池に固有の克服しなければならない新たな問題が生じることがわかった。
【００１１】
すなわち、上記単電池では、電池の端子が金属箔であるため、従来の電池構造にある太い金属棒等の端子のように、車載時に外力に耐える剛性を持たせることは困難である。そのため、車両が走行するたびにバスバーが振動し、それにより生ずる負荷を長期にわたって受けることで金属疲労が生じ最終的には端子が切れてしまうという車載用電池に固有の新たな問題点を生じることがわかった。
【００１２】
この問題点を解決するために、電池端子である金属箔をより厚くし剛性を持たせることを検討したが、電池のシール性の点からは電池端子である金属箔はあまり厚くすることができず、バスバーを支える（車両が走行する際にバスバーが振動するのを抑える）だけの剛性を持たせることは困難であった。そこで、電池端子でバスバーを固定する手段以外に、バスバーを固定する手段が必要であることを見出したものである。
【００１３】
また、電池端子である金属箔に電流が流れた時にはジュール発熱により、金属箔の温度が上昇してしまい、金属箔を挟んでいる高分子−金属複合ラミネートフィルムの高分子（樹脂）部分や電極端子表面に形成した樹脂被覆層部分が融点に達してしまう理由から、端子と接する部位のシール性が低下するという問題点があった。そこで、電池端子のジュール発熱を、バスバーを介して放熱させることにより電池の端子温度上昇を抑えることが必要であることを見出したものである。
【００１４】
上記問題点に鑑み、本発明は、外装を高分子−金属複合ラミネートフィルムで被覆し、電池端子に金属箔を用いた構造の単電池を複数個用い、これらの電池端子を接続した電池集合体を支持体内に収納した電池接続構造体において、
該電池端子を接続するバスバーを固定してバスバーの振動によって端子が切れてしまうことを防止し、同時に電池端子である該金属箔に電流が流れた時に発生するジュール発熱を放熱させることにより、電池の端子温度上昇を抑えることのできる電池接続構造体を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、高分子−金属複合ラミネートフィルムで電池要素を外装した単電池を複数個用い、
前記単電池の端子を接続する接続体によって、並列および／または直列接続した電池集合体を支持体内に収納した電池接続構造体であって、
前記接続体を挟持する固定部材を、前記支持体内面と接するように設置してなることを特徴とする電池接続構造体により達成された。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、請求項ごとにその構成および効果について説明する。
【００１７】
本発明の電池接続構造体においては、接続体を挟持する固定部材を、電池集合体を収納する支持体内面と接するように設置してなることを特徴とする。
【００１８】
このような固定部材を具備することで、使用時の振動等の外部入力が発生しても接続体が振動することなく固定され、よって金属箔でできた電池端子に振動等の外部入力が伝達されることがなくなり電池端子が切れるという課題は解決されることとなる。
【００１９】
さらに、この固定部材は、電池使用時に電池端子および接続体に発生するジュール熱を支持体へと放熱する効果も併せ持っており、電池端子と接する部位の高分子−金属複合ラミネートフィルムのシール部（熱融着部）の密封性（シール性）が低下するという上述した課題を同時に解決できるものである。
【００２０】
このとき支持体および固定部材は、本目的が達成される範囲において材質を適宜選択すれば良いが、固定部材は短絡防止の観点から樹脂、熱伝導性の良いシリコーンゴムシートといった材料が好適である。ただし、固定部材のうち、接続体が電池端子と接する部位には、短絡防止の観点から上記したような樹脂やゴムを用いる必要があるが、それ以外の部位ではより熱伝導性のよい金属を用いてもよいなど、短絡防止と熱伝導性の双方を満足できる組み合わせを適宜選択することができる。
【００２１】
支持体の材質は、放熱性を良くするために金属が好適であるが、短絡防止の観点から固定部材と同じ樹脂を用いてもよい。特に、図６、９に示すように、電池端子や接続体が支持体と接触する可能性のある部分には、短絡防止の観点から固定部材と同じ樹脂を用いてもよいし、金属製の支持体の内側に別途、固定部材と同じ樹脂や熱伝導性の良いシリコーンゴムのシート材を貼り付けるなどしてもよい。
【００２２】
また、固定部材の形状に関しても、本目的が達成される範囲において適宜選択すれば良く、例えば、立方体、直方体、截頭角錐台、截頭円錐台、円柱、楕円柱などが挙げられるほか、後述する図５〜６、８〜９に示すように上下別々に分離されてなる固定部材により挟持してもよいほか、図６、９に示す断面図において、かかる固定部材が断面コの字型の上下一体化した固定部材であってもよいなど、特に制限されるべきものではない。また、接続体（バスバー）や電池端子と接する面は、図８に示すように、該接続体表面と略同じ面積を有し、支持体と接する面は、放熱性を高める観点から接続体と接する面よりも大きい面積を有するものが望ましく、截頭角錐台、截頭円錐台や断面形状がコの字型の形状が望ましい。ただし、接続体（バスバー）や電池端子と接する面は、本目的が達成されるものであれば、図５に示すように、接続体表面よりも小さい面積であってもよい。
【００２３】
また、固定部材は、支持体（電池ケース）内面と接するように設置してなるものである。詳しくは、本発明の目的を達成すべく、車両搭載時に電池の端子に加わる外力に対して、電池端子の縦方向（図６、９の断面図の上下方向）の振動により端子が切れてしまうのを抑えるため、接続体を挟持し、かつ図６、９の断面図における電池ケースの上面および下面に接するように設置すればよい。
【００２４】
さらに電池端子および電池本体の横方向（図６、９の断面図の左右方向）のズレないし移動により電池端子が湾曲したり折れ曲がったりするのを抑えるため、図６、９の断面図における電池のケースの左面と右面にそれぞれ接するように設置するのが望ましい。この場合には、併せて電池固定部材で電池の上下振動および左右のズレや移動（振動）を抑えるのが望ましい。
【００２５】
また、固定部材は、接続体を挟持するものであればよく、接続体のみを挟持するものであってもよいし、図６、９の断面図に示すように、接続体及び端子の双方を挟持するものであってもよい。
【００２６】
次に、本発明の電池接続構造体に用いる単電池は、高分子−金属複合フィルムで電池要素を外装した単電池（いわゆる、ラミネート電池）であることを特徴とする。
【００２７】
このような単電池（ラミネート電池）を用いることで電池重量を軽くすることができ車両重量を低減することができることから、ハイブリット自動車では燃費性能を向上でき、電気自動車では航続距離を伸ばすことができる。
【００２８】
図４に示すように、上記単電池２は、電池外装材の高分子−金属複合ラミネートフィルム（本明細書中、外装ラミネートフィルムとも称する）１２をその周辺部を熱融着にて接合する（図４（ａ）参照のこと）、あるいは該高分子−金属複合ラミネートフィルム１２を袋状にしたその開口部（周辺部の一部）を熱融着にて接合する（図４（ｂ）参照のこと）ことにより、電池要素（図示せず）を収納し封入（密封）している。正極端子３と負極端子４は、外装ラミネートフィルム１２のそれぞれ異なる辺（対向する辺）の熱融着部１３から取り出す構造としたが、正極端子と負極端子が外装ラミネートフィルムの同じ辺（１辺）から取り出す構造としてもよいなど、特に限定されない。
【００２９】
ここで、電池要素を外装する高分子−金属複合ラミネートフィルムとしては、特に制限されるべきものではなく、高分子フィルム間に金属フィルムを配置し全体を積層一体化してなる従来公知のものを使用することができる。具体例としては、例えば、高分子フィルムからなる外装保護層（ラミネート最外層）、金属フィルム層、高分子フィルムからなる熱融着層（ラミネート最内層）のように配置し全体を積層一体化してなるものが挙げられる。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートフィルムは、上記金属フィルムの両面に、高分子フィルムとして、まず耐熱絶縁樹脂フィルムを形成し、少なくとも片面側の耐熱絶縁樹脂フィルム上に熱融着絶縁性フィルムが積層されたものである。かかるラミネートフィルムは、適当な方法にて熱融着させることにより、熱融着絶縁性フィルム部分が融着して接合し熱融着部が形成される。
【００３０】
上記ラミネートフィルムの構成する金属フィルムとしては、アルミニウムフィルム等が例示できる。また、上記絶縁性樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテトラフタレートフィルム（耐熱絶縁性フィルム）、ナイロンフィルム（耐熱絶縁性フィルム）、ポリエチレンフィルム（熱融着絶縁性フィルム）、ポリプロピレンフィルム（熱融着絶縁性フィルム）等が例示できる。ただし、本発明の外装材は、これらに制限されるべきものではない。
【００３１】
こうしたラミネートフィルムでは、超音波溶着等により熱融着絶縁性フィルムを利用して１対ないし１枚（袋状）のラミネートフィルムの熱融着による接合を、容易かつ確実に行うことができる。なお、電池の長期信頼性を最大限高めるためには、ラミネートシートの構成要素である金属フィルム同士を直接接合してもよい。金属フィルム間にある熱融着性樹脂を除去もしくは破壊して金属フィルム同士を接合するには超音波溶着を用いることができる。
【００３２】
また、上記電池要素としては、電池の種類などにより異なるため特に制限されるべきものではなく、従来の電池要素と同様に構成される。代表的な構成としては、正極板、セパレータおよび負極板を積層または巻回した電池要素が一般的であるが、これらに制限されるべきものではない。図４（ｃ）に、図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、正極板、セパレータおよび負極板を積層し、外装のラミネートフィルムに収納した単電池の断面図を示す。
【００３３】
図４（ｃ）に示す単電池２では、外装にラミネートフィルム１２を用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、正極板１４、セパレータ１６および負極板１５を積層した発電要素を収納し密封した構成を有している。また、上記の各電極板（正極板１４及び負極板１５）と導通される正極端子（図示せず）および負極端子４が、各電極板の正極集電体（図示せず）及び負極集電体１７に超音波溶接、抵抗溶接等により取り付けられ、上記熱融着部１３に挟まれて上記の外装のラミネートフィルム１２の外部に露出される構造を有している。ただし、本発明の電池要素は、これらに何ら制限されるものではない。
【００３４】
以下、電池要素の代表的な構成例である正極板、セパレータおよび負極板につき、リチウムイオン電池、固体電解質電池またはゲル電解質電池の例を挙げて簡単に説明するが、本発明は、これらに制限されるべきものではなく、従来公知のものを適用し得るものである。
【００３５】
まず、電極には、電池の種類に応じて、適当な活物質等を用いることができる。とりわけ、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載する高エネルギー密度、高出力密度の単電池の場合、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる負極を用いることが望ましい。
【００３６】
電極以外には、セパレータとこれに染み込ませた電解液、または固体電解質若しくはゲル電解質、またはセパレータを含む固体電解質若しくはゲル電解質を用いることができる。
【００３７】
こうした発電要素を用いてなる、リチウムイオン電池、固体電解質電池またはゲル電解質電池においては、図４（ａ）、（ｂ）に示す扁平型の電池構造にすることが好ましい。これは、従来の円筒型の電池構造とする場合には、正極および負極端子を取り出す個所のシール性を高めることが困難であり、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載する高エネルギー密度、高出力密度の電池では、端子の取り出し部位のシール性の長期の信頼性を確保できないおそれがあるためである。
【００３８】
さらに、上記正極には、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＮｉＯ₂を主材料とする正極活物質、負極には、グラファイトまたは非晶質炭素であるハードカーボンを主材料とする負極活物質を用いることが望ましいが、特に限定されない。
【００３９】
正極とは、正極活物質を有する正極集電体と該正極集電体の先端部に取り付けられた正極端子とを含めたものとする。また、正極板とは、正極集電体のうち正極活物質を有する反応部をいうものとする。
【００４０】
同様に、負極とは、負極活物質を有する負極集電体と該負極集電体の先端部に取り付けられた負極端子とを含めたものとする。負極板とは、負極集電体のうち負極活物質を有する反応部をいうものとする。
【００４１】
また負極板と導通される（電気的に接続される）負極端子と、正極板と導通される（電気的に接続される）正極端子は、いずれも単電池の構成要件の１つであって、電池要素の一部とみなしてもよいし、これと区別してもよく、特に制限されるものではない。
【００４２】
また、上記セパレータとしては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを用いることができる。なお、本発明のセパレータにおいては、その名称に拘泥されるべきものではなく、セパレータの代わりにセパレータとしての機能（役割）を有するような、固体電解質やゲル電解質を用いるものであってもよい。すなわち、固体電解質電池やゲル状電解質電池の中には、正極板の正極活物質層と負極板の負極活物質層との間に固体電解質またはゲル状電解質を配設してなる電池要素を外装ラミネートフィルムに収納し周囲を熱融着することにより封入されてなるものも含まれるためである。また、電池内部（発電要素）には電解液ないし電解質も含まれている。
【００４３】
また、請求項２に記載のように、単電池の電池端子である金属箔の厚さは、１０〜５００μｍの範囲が好適であり、特に１０〜２５０μｍの範囲がより好適である。
【００４４】
電池端子である金属箔の厚さを１０〜５００μｍとすることにより、高分子−金属複合ラミネートフィルムを熱融着して接合しても、電池端子を外部に取り出す部分のシール性を確保することができるものである。特に、１０〜５０μｍの範囲とする場合には、図３に示す樹脂被覆層を形成する必要がなく、電池端子を安価に製造できる。また、電池端子を外部に取り出す部分に樹脂被覆層がくるように位置決めを行う必要がない点でも有利である。なお、電池端子の厚さが１０μｍ未満の金属箔も存在するが、接続体を接続する際など固定部材で固定する前の不安定な状態での取り扱い時に折れ曲がったりシワになりやすく、切れるおそれもあるため取り扱いに注意が必要となる場合もある。一方、電池端子の厚さが５００μｍを越える場合には、樹脂被覆層を形成してもなお、シール不良率をゼロにすることが困難であり、歩留まりが低下するようになり、製品コストの上昇につながるおそれがある。
【００４５】
また、請求項３に記載のように、少なくとも電池端子である金属箔表面のうち、高分子−金属複合ラミネートフィルムとのシール部分に樹脂被覆層が形成されており、高分子−金属複合ラミネートフィルムと共に熱融着にて接合されていることが望ましい。電池端子である金属箔の両端部にわずかな隙間、すなわちシール性が弱い部分ができてしまう場合に、金属箔表面に樹脂被覆層を形成し、シールする構造をとることによって、金属箔を厚くしても良好なシール性を確保できることができるためである。また、電池端子表面のうち、接続体と接続する部分などは、樹脂被覆層を形成しない、あるいは接続体と接続させる際に、該樹脂被覆層を取り除いて使用する必要がある。
【００４６】
請求項４に記載のように、単電池が、正極端子と負極端子をそれぞれ異なったラミネートフィルムの１辺から外部へ取り出す構造であることが望ましい。これにより、単電池に比べ熱容量が小さい電池端子の大きさを、正極端子と負極端子をラミネートフィルムの同じ辺から外部へ取り出す場合に比して大きくすることができる。そのため、該電池端子に電流が流れた時のジュール発熱により電池端子の温度が上昇するのを抑えることができるものである。
【００４７】
次いで、電池の端子を接続する接続体は、電気抵抗による電力損失を防止する観点から銅、アルミニウムといった電気伝導性の良い材料が好適である。
【００４８】
該接続体は、端子の片面にのみ接続すればよいが、端子の両面に接続することも可能である。
【００４９】
また、接続体により接続する端子間は、単電池間の接続方式（直列接続、並列接続、直列−並列接続、並列−直列接続）により異なるものであり、正極端子と正極端子間、負極端子と負極端子間、正極端子と負極端子間、およびこれらの組み合わせが可能である。このほか、例えば、図５に示すように、複数個の単電池を直列接続する場合、単電池間の正極端子と負極端子間を順に接続するのに用いられる以外に、複数個の単電池が直列接続された両端の正極端子と負極端子にそれぞれ接続体を接続することもある。これらの接続体は、電池接続構造体全体の端子として用いることができる。そして、これらの接続体も、図６に示すように、バスバー固定部材で挟持され、バスバーからバスバー固定部材を介して電池ケースに固定されるものである。なお、図５〜６に示す直列接続の場合を例に取り説明したが、他の並列接続、直列−並列接続、並列−直列接続においても同様である。
【００５０】
また、請求項５に記載のように、接続体の幅と厚さの比が２．０〜１０．０の範囲であることを特徴とする。この範囲にあることで、電池端子に電流が流れた時に発生するジュール発熱を、バスバーからバスバー固定部材を介して支持体へと放熱する場合に、放熱性能が確保できるものである。なお、接続体の幅（Ｗ）、厚さ（Ｈ）および長さ（Ｌ）は、図５に示す通りである。
【００５１】
請求項６に記載のように、電池集合体の各単電池を固定する電池固定部材を、支持体内面と接するように設置したことが望ましい。これにより、電池集合体の各単電池が支持体内で振動したり（図６、９の断面図の上下方向）、移動する（図６、９の断面図の横方向）ことにより、電池端子を振動して切れたり、折れ曲がったりするのを防止することができるものである。
【００５２】
なお、電池固定部材は、図５、８に示すように、電池集電体の周囲を取り囲むようにして、電池集合体の各単電池を固定し、支持体と接するように設置してもよいし、図２に示すように、電池集合体の各単電池を挟持し、支持体と接するように設置してもよいし、電池集合体の各単電池の上下（図６、９の断面図の上下方向）のいずれか一方のみより、該単電池を固定し支持体と接するように設置してもよいなど、特に制限されるべきものではない。
【００５３】
該電池固定部材に関しても、バスバー固定部材と同様に、放熱性を良くするために金属が好適であるが、短絡防止の観点から樹脂、熱伝導性の良いシリコーンゴムシートといった材料を用いてもよい。
【００５４】
請求項７に記載のように、本発明の電池接続構造体を車両に搭載することにより、信頼性が高く、放熱性に優れたＥＶ、ＨＥＶが実現可能となる。
【００５５】
【実施例】
以下、この発明を図面に基づいて説明する。
【００５６】
本発明に係る電池接続構造体の第一実施の形態を説明する。図５に、第一の実施例の電池接続構造体（ただし、支持体は図示せず）の構成図を示す。
【００５７】
この実施例の電池集合体１は、単電池２の正極端子３と、これに接続する別の単電池２の負極端子４が接続体（バスバー）５で電気的に接続されている。単電池２の正極端子３および単電池２の負極端子４とバスバー５の接続は、溶接部６で超音波溶接等によって行っている。車両搭載時に単電池に加わる外力に対して、単電池２の振動を抑えるため電池固定部材７で電池集合体１の各単電池２を挟持、固定し、かつ支持体である電池ケース（図示せず）と接するように設置している。同様にバスバー固定部材８で、バスバー５を挟持、固定し、かつ電池ケース（図示せず）と接するように設置している。
【００５８】
図６に、図５のＡ−Ａ線に沿った電池接続構造体の断面図を示す。電池固定部材７とバスバー固定部材８は、電池ケース９によって押さえられている。ここで、バスバー５を挟持、固定し、電池ケース９と接するようにバスバー固定部材８を設置する方法としては、特に制限されるべきものではないが、例えば、電池ケース９を、図６の断面図で見て上面側と下面側の２つの電池ケース部材を張り合わせるものとする。各電池ケース部材の所定の位置にバスバー固定部材８を予め溶接や接着などにより固定しておく。下面側の電池ケース部材に電池固定部材７で固定された電池集合体１を載せた後、上面側の電池ケース部材を張り合わせることにより、バスバー５を挟持、固定し、電池ケース９と接するようにバスバー固定部材８を設置すると共に、バスバー５によって直列接続した電池集合体１を電池ケース９内に収納することができるものである。また、電池集合体１の各単電池２を挟持、固定し、電池ケース９と接するように電池固定部材７を設置する方法としては、特に制限されるべきものではないが、例えば、図５に示すように、複数枚の電池固定部材７を用いて、これを接着などにより張り合わせることにより、バスバー５によって直列接続した電池集合体１の各単電池２の周囲を取り囲むように固定することができるものである。
【００５９】
第一の実施例において、電池集合体１の充電または放電を行うと、内部抵抗によりジュール発熱する。単電池２および電池端子３、４は夫々ジュール発熱によって、温度上昇する。そこで、上記構造を有する電池接続構造体とすることにより、単電池２で発生したジュール熱は、電池固定部材７を介して電池ケース９へ逃がすことが可能となる。また、電池端子３、４は、単電池２に比べ熱容量が小さいことから温度上昇が大きい。そのため、電池端子３、４で発生したジュール熱は、バスバー５から電池ケース９へ逃がす必要があるが、上記構造を有する電池接続構造体とすることにより、バスバー５からバスバー固定部材８を介して電池ケース９へ逃がすことが可能となる。このように、電池端子３、４を挟持、固定するバスバー固定部材８は、電池ケース９と接するように設置することで、電池端子３、４の固定とジュール熱の放熱機能を両立できるものである。
【００６０】
このときバスバー５の表面積によって放熱特性が変化するが、バスバー５の幅をＷ、厚さをＨ、長さをＬとし（図５参照のこと）、バスバー５の長さＬを一定とする。バスバー５の重量と電気抵抗が一定でバスバー５の表面積が大きい場合、つまりバスバー５の幅Ｗと厚さＨの積が一定で、幅Ｗを大きくした場合を考えると、単電池の単位重量あたりの出力（Ｗ／ｋｇ）を落とさず放熱性能を良くすることができるが、バスバー５の占める体積が増えるので電池集合体１の体積が増えてしまう。図７にバスバーの幅／厚さ比（Ｗ／Ｈ）と端子の温度上昇、電池集合体の体積を示す。バスバーの幅と厚さの比（Ｗ／Ｈ）が大きくなるにつれて、放熱面積が増えるため端子の温度上昇が低下する。一方、バスバーの幅と厚さの比（Ｗ／Ｈ）が大きくなるにつれて、端子部分の体積が大きくなるため、電池集合体の体積が大きくなる。なお、図７の温度上昇を示す線は、電池の使用条件として１０〜５０Ａの幅で充放電を行った際の平均値を示している。端子の許容温度上昇を３０℃とすると、バスバーの幅と厚さの比が２．０以上必要となってくる。バスバーの幅と厚さの比を大きくすると電池集合体の体積が大きくなるので、自動車用の電源として電池を使用する場合には搭載性の点から小さくしたい。よって、バスバーの幅と厚さの比が２．０〜１０．０の範囲であることが望ましい。なお、端子の許容温度上昇を３０℃としたのは、電池を電気自動車やハイブリッドカーに搭載して用いる場合、電池温度が６０℃程度にまで上昇することもある。その際、電池端子では、充放電時に大電流を使うため、電池温度よりもさらに高くなることもあり、電池温度より３０℃を超える場合には、ラミネートフィルム中の樹脂や樹脂被覆層の軟化点（９０℃程度）にまで達することもあり、電池の内圧の増加により、電池端子と接する部位のシール性が損なわれるおそれがあるためである。
【００６１】
本発明に係る電池接続構造体の第二実施の形態を説明する。図８に、第二の実施例の電池接続構造体（ただし、支持体は図示せず）の構成図を示す。
【００６２】
図８に示すように、この実施例の電池集合体１は、単電池２を２枚重ね、各端子を溶接により接続することにより並列に接続している。並列接続された単電池２の正極端子３と、他の並列接続された単電池２の負極端子４がバスバー５で電気的に接続されている。並列接続された単電池２の正極端子３および並列接続された単電池２の負極端子４と、バスバー５との接続は、溶接部６で超音波溶接等によって行っている。車両搭載時に単電池に加わる外力に対して、単電池２の振動を抑えるため電池固定部材７で単電池２を挟持、固定し、かつ支持体である電池ケース（図示せず）と接するように設置している。同様に、バスバー固定部材８でバスバー５を挟持、固定し、かつ電池ケースと接するように設置している。
【００６３】
図９に、図８のＡ−Ａ線に沿った電池接続構造体の断面図を示す。単電池２を重ねて並列接続し、並列接続された単電池２を第一の実施例の単電池のように直列接続して構成したものである。この実施例は、２個の単電池を重ねたものとしたが、３個以上の単電池を重ねたものとしても良い。同様に２個の単電池を左右に並べたものとしたが、３個以上の単電池を左右に並べたものとしても良い。
【００６４】
電池固定部材７とバスバー固定部材８は、電池ケース９よって押さえられている。バスバーおよび単電池を挟持、固定し、かつ電池ケースと接するようにバスバー固定部材および電池固定部材を設置する方法は、上記第一の実施例と同様にすることができる。
【００６５】
第二の実施例においても、電池集合体１の充電または放電を行うと、内部抵抗によるジュール発熱する。電池２および電池端子３、４は夫々ジュール発熱によって、温度上昇する。そこで、上記構造を有する電池接続構造体とすることにより、単電池２で発生したジュール熱は、電池固定部材７を介して電池ケース９へ逃がすことが可能となる。また、電池端子３、４は、単電池２に比べ熱容量が小さいことから温度上昇が大きい。そのため、電池端子３、４で発生したジュール熱は、バスバー５から電池ケース９へ逃がす必要があるが、上記構造を有する電池接続構造体とすることにより、バスバー５からバスバー固定部材８を介して電池ケース９へ逃がすことが可能となる。このように、電池端子３、４を挟持、固定するバスバー固定部材８は、電池ケース９と接するように設置することで、電池端子３、４の固定とジュール熱の放熱機能を両立できるもので、上述した第一の実施例と同様の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の電池集合体を模式的に表わす概略斜視図である。
【図２】単電池を２個、直列接続してなる電池集合体の様子を模式的に表わす概略斜視図である。
【図３】高分子−金属複合ラミネートフィルムと電池端子である金属箔のシール部分の様子を模式的に表した拡大断面図であって、図３（ａ）は、ラミネートフィルム間に金属箔が入った状態を表わす図面であり、図３（ｂ）は、金属箔表面に樹脂被覆層を形成し、ラミネートフィルム間に挟む前の状態を表わす図面であり、図３（ｃ）は、金属箔表面に樹脂被覆層を形成し、ラミネートフィルム間に挟み込んでシールした状態を表わす図面である。
【図４】外装を高分子−金属複合ラミネートフィルムで覆い、端子を金属箔とし、正極および負極端子を該ラミネートフィルムの異なる２辺からそれぞれ外部に取り出した構造を有する単電池を模式的に表わす図面であって；
図４（ａ）は、ラミネートフィルムをその周辺部を熱融着にて接合することにより電池要素を収納し封入した単電池の斜視図であり、
図４（ｂ）は、ラミネートフィルムを袋状にしたその開口部を熱融着にて接合することにより、電池要素を収納し封入した単電池の斜視図であり、
図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、正極板、セパレータおよび負極板を積層し、上記ラミネートフィルムに収納した単電池の断面図である。
【図５】本発明に係る第一の実施例の電池接続構造体（ただし、支持体は図示せず）の様子を模式的に表わす概略構成図を示す。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図７】バスバーの幅／厚さ比と、端子の温度上昇及び電池集合体の体積の関係を示すグラフである。
【図８】本発明に係る第二の実施例の電池接続構造体（ただし、支持体は図示せず）の様子を模式的に表わす概略構成図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１…電池集合体、２…単電池、
３…正極端子、４…負極端子、
５…接続体（バスバー）、６…溶接部、
７…電池固定部材、８…バスバー固定部材、
９…支持体（電池ケース）、
１０…並列接続された単電池の正極端子、
１１…並列接続された単電池の負極端子、
１２…高分子−金属複合ラミネートフィルム、
１３…熱融着部、１４…正極板、
１５…負極板、１６…セパレータ、
１７…負極集電体、２１…薄い金属板（金属箔を含む）、
２２…高分子−金属複合ラミネートフィルム、
２３…シール性の弱い部分、２４…樹脂（樹脂被覆層）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery connection structure.
[0002]
[Prior art]
When the secondary battery is applied to a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, it is necessary to satisfy the energy capacity required from the power to the motor that drives the vehicle and the time for maintaining the power. In addition, in order to efficiently extract power from the battery, it is necessary to reduce the current value and increase the voltage. Therefore, it is necessary to connect single cells having a low voltage and a small capacity in series or in parallel.
[0003]
As a conventional method of connecting a unit cell and a unit cell in series or in parallel, there is a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-182595. According to the method described in this publication, as shown in FIG. 1, a connection is made between a positive electrode terminal 3 of a cylindrical unit cell 2 and a negative electrode terminal 4 of another cylindrical unit cell 2 connected thereto. By attaching the body 5 (hereinafter also referred to as a bus bar), it is electrically connected. A battery assembly 1 is formed by connecting a plurality of the cells. The positive electrode terminal 3 of the unit cell 2 and the negative electrode terminal 4 of another unit cell 2 connected thereto and the bus bar 5 are connected by welding the positions 6 where the positive electrode terminal 3, the negative electrode terminal 4 and the bus bar 5 are in contact with each other. It is done by doing. The vehicle is generally mounted in the form of a battery connection structure (not shown) in which the battery assembly 1 is housed in a suitable support body.
[0004]
The battery assembly 1 is fixed to the external force by fixing a plurality of electrically connected unit cells 2 with a unit cell fixing member 7. There is no fixing to the external force of the positive electrode terminal 3, the negative electrode terminal 4, and the bus bar 5 of the unit cell 2 other than fixing the plurality of unit cells 2 with the unit cell fixing member 7. The reason why such a structure can be taken is that thick metal wires or metal rods are used for the terminals 3 and 4 of the unit cells, and a thick metal plate is used for the connection body, and there is rigidity between the terminals of the unit cells and the unit cells. It is. A unit cell covered with an exterior material such as a rigid metal case or resin case can have such a structure.
[0005]
However, a battery current collector in which a plurality of single cells covered with an exterior material such as a rigid metal case or resin case are connected has a problem that the weight of the exterior material increases and it is not easy to reduce the weight. It was.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, as a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have connected a plurality of single cells that are light in weight and excellent in volume efficiency from the viewpoint of in-vehicle performance, and further a plurality of such single cells are connected in series and / or in parallel. We have succeeded in developing the technology.
[0007]
As shown in FIG. 2, the battery is covered with a polymer-metal composite laminate film 2, the battery positive electrode terminal 3 and negative electrode terminal 4 are made of metal foil, and the positive electrode terminal 3 and the negative electrode terminal 4 are different from each other. Further, a structure in which the laminate film 2 was taken out from one side was considered. The reason for taking out the battery terminal with the metal foil (in this specification, the metal plate having a thickness of 250 μm or less) is from the viewpoint of the sealing property of the polymer-metal composite laminate film. . That is, in the battery terminal of a thick metal wire or metal rod in the conventional battery structure, wrinkles, sagging, and gaps are inevitably formed in the polymer-metal composite laminate film where the battery terminal is taken out. Therefore, even if the polymer-metal composite laminate film is bonded by heat fusion, it is difficult to ensure the sealability of this portion. On the other hand, in the battery terminal of metal foil, since the problems such as wrinkles as described above do not occur, it has been found that the sealing property can be secured. This is because when the metal foil used for the battery terminal is made thicker, an excellent sealing property can be secured by forming a resin coating layer as will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 is an enlarged view of a polymer-metal composite laminate film (also simply referred to as a laminate film) and a seal portion of a metal foil that is a battery terminal. As shown in FIG. 3 (A), when the battery terminal of the metal foil 21 is inserted (sandwiched) between the laminate film 22 and the laminate film 22, the metal foil 21 is thickened until wrinkles such as metal bars are not formed. By doing so, a slight gap, that is, a portion 23 having a weak sealing property may be formed at both ends thereof. Therefore, as shown in FIG. 3 (B), a resin coating layer 24 is formed on the seal portion on the surface of the metal foil 21, and as shown in FIG. 3 (C), the resin coating is applied between the laminate film 22 and the metal foil 21. A structure was adopted in which heat sealing and sealing were performed with the layer 24 sandwiched. Since it has been confirmed by experiments that a sufficient sealing property can be secured even if the metal foil is made thick by adopting this structure, the battery terminal is made of metal foil. In the case of a metal foil having a thickness of up to about 50 μm, it was also found that even if the resin coating layer is not provided, a portion having a weak sealing property cannot be formed, so that the sealing property can be secured. As shown in FIG. 3B, the resin coating layer 24 may be formed by coating (coating) a resin material or the like on the surface of the metal foil 21 that is a battery terminal, or a resin film or the like. There is no particular limitation such as formation by welding or bonding to the surface of the metal foil 21.
[0008]
The electrical connection between the flat (square) single cell (laminate battery) with the exterior covered with the polymer-metal composite laminate film and another laminate battery connected to this is the bus bar with the battery terminal. It was done by welding to a certain metal foil and connected in series or in parallel. Specifically, as shown in FIG. 2, the metal foil that is the positive electrode terminal 3 of the laminate battery 2 and the metal foil that is the negative electrode terminal 4 of another laminate battery 2 connected to the metal foil are the thin plate-like bus bars 5. Electrically connected. The metal foil of the positive electrode terminal 3 of the laminate battery 2 and the metal foil of the negative electrode terminal 4 of the laminate battery 2 and the bus bar can be connected to the bus bar by welding means such as ultrasonic welding. And in vehicles, such as an electric vehicle and a hybrid vehicle, the battery assembly 1 is mounted in the form of the battery connection structure which accommodated in the suitable support body. Further, in order to suppress vibration of a plurality of connected laminated batteries against external force applied to the laminated battery when mounted on a vehicle, each laminated battery of the battery current collector is sandwiched and fixed by a battery fixing member 7 It is.
[0009]
Using a thin and light polymer-metal composite laminate film as the exterior material, and using a metal foil as the battery terminal, the battery sealing performance is ensured, and an exterior material such as a heavy metal case or resin case is used. The battery can be reduced in weight compared to the case.
[0010]
However, the present inventors have never satisfied the above-mentioned development results, and as a result of further research, it has been found that new problems inherent to the in-vehicle battery have to be overcome.
[0011]
That is, in the unit cell, since the battery terminal is a metal foil, it is difficult to provide rigidity to withstand external force when mounted on a vehicle, such as a terminal such as a thick metal rod in a conventional battery structure. As a result, the bus bar vibrates each time the vehicle travels, causing a new problem inherent to the in-vehicle battery that metal fatigue occurs and the terminal is eventually cut by receiving the load generated for a long time. I understood.
[0012]
In order to solve this problem, we considered making the metal foil, which is the battery terminal, thicker and more rigid. However, the metal foil, which is the battery terminal, can be made too thick from the viewpoint of battery sealing. In addition, it is difficult to provide sufficient rigidity to support the bus bar (to suppress the bus bar from vibrating when the vehicle travels). Therefore, the present inventors have found that means for fixing the bus bar is necessary in addition to the means for fixing the bus bar with the battery terminal.
[0013]
In addition, when current flows through the metal foil as the battery terminal, the temperature of the metal foil rises due to Joule heat generation, and the polymer (resin) portion or electrode of the polymer-metal composite laminate film sandwiching the metal foil For the reason that the resin coating layer portion formed on the terminal surface reaches the melting point, there is a problem that the sealing performance of the portion in contact with the terminal is lowered. Therefore, the present inventors have found that it is necessary to suppress an increase in battery terminal temperature by dissipating Joule heat generated from battery terminals via a bus bar.
[0014]
In view of the above problems, the present invention provides a battery assembly in which a plurality of single cells having a structure in which an exterior is covered with a polymer-metal composite laminate film and a metal foil is used as a battery terminal, and these battery terminals are connected. In a battery connection structure in which is stored in a support body,
By fixing the bus bar connecting the battery terminal to prevent the terminal from being cut off due to the vibration of the bus bar, and simultaneously dissipating Joule heat generated when current flows through the metal foil as the battery terminal, An object of the present invention is to provide a battery connection structure that can suppress an increase in terminal temperature.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The above purpose is to use a plurality of single cells having a battery element sheathed with a polymer-metal composite laminate film,
A battery connection structure in which a battery assembly connected in parallel and / or in series is accommodated in a support body by a connection body for connecting the terminals of the unit cells,
The battery connecting structure is characterized in that a fixing member for sandwiching the connection body is installed so as to be in contact with the inner surface of the support body.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration and effects will be described for each claim.
[0017]
In the battery connection structure of the present invention, the fixing member that holds the connection body is installed so as to be in contact with the inner surface of the support body that stores the battery assembly.
[0018]
By having such a fixing member, even if external input such as vibration during use occurs, the connection body is fixed without vibration, and thus external input such as vibration is transmitted to the battery terminal made of metal foil. This eliminates the problem that the battery terminal is cut off.
[0019]
Furthermore, this fixing member also has an effect of radiating Joule heat generated in the battery terminal and the connection body to the support body when the battery is used, and a sealing portion of the polymer-metal composite laminate film in a portion in contact with the battery terminal ( The above-described problem that the sealing property (sealing property) of the heat-sealed portion is lowered can be solved at the same time.
[0020]
At this time, the material for the support and the fixing member may be appropriately selected as long as the object is achieved, but the fixing member is preferably a material such as a resin or a silicone rubber sheet having good thermal conductivity from the viewpoint of preventing a short circuit. . However, among the fixing members, it is necessary to use a resin or rubber as described above from the viewpoint of preventing a short circuit in a portion where the connection body is in contact with the battery terminal, but in other portions, a metal having better thermal conductivity is used. For example, a combination that satisfies both short-circuit prevention and thermal conductivity can be selected as appropriate.
[0021]
The material of the support is preferably a metal in order to improve heat dissipation, but the same resin as that of the fixing member may be used from the viewpoint of preventing a short circuit. In particular, as shown in FIGS. 6 and 9, the same resin as the fixing member may be used from the viewpoint of short circuit prevention, or a metal terminal or connection body may be in contact with the support. Separately, the same resin as the fixing member or a silicone rubber sheet material having good thermal conductivity may be attached to the inside of the support.
[0022]
Further, the shape of the fixing member may be appropriately selected within a range in which this object is achieved, and examples thereof include a cube, a rectangular parallelepiped, a truncated pyramid, a truncated truncated cone, a cylinder, an elliptical column, and the like. 5 to 6 and 8 to 9 may be clamped by fixing members that are separated separately from each other, and in the cross-sectional views shown in FIGS. 6 and 9, the fixing member has a U-shaped cross section. The fixing member may be a vertically integrated fixing member, and is not particularly limited. Moreover, as shown in FIG. 8, the surface in contact with the connection body (bus bar) and the battery terminal has substantially the same area as the surface of the connection body, and the surface in contact with the support body is connected to the connection body from the viewpoint of improving heat dissipation. Those having a larger area than the contacting surface are desirable, and a truncated pyramid, a truncated truncated cone, and a U-shaped cross section are desirable. However, the surface in contact with the connection body (bus bar) or the battery terminal may have an area smaller than the surface of the connection body as shown in FIG.
[0023]
The fixing member is installed so as to be in contact with the inner surface of the support (battery case). Specifically, in order to achieve the object of the present invention, the terminal is cut by vibration in the vertical direction of the battery terminal (vertical direction in the cross-sectional views of FIGS. 6 and 9) with respect to the external force applied to the battery terminal when mounted on the vehicle. In order to suppress this, the connection body may be sandwiched and installed so as to be in contact with the upper surface and the lower surface of the battery case in the cross-sectional views of FIGS.
[0024]
Further, in order to prevent the battery terminal from being bent or bent due to the displacement or movement of the battery terminal and the battery body in the lateral direction (left and right direction in the cross-sectional views of FIGS. 6 and 9), the battery in the cross-sectional views of FIGS. It is desirable to install the case so that it touches the left and right sides of the case. In this case, it is desirable that the battery fixing member also suppress the vertical vibration of the battery and the shift and movement (vibration) of the left and right.
[0025]
Further, the fixing member may be any member as long as it clamps the connection body, and may sandwich only the connection body, or as shown in the cross-sectional views of FIGS. It may be sandwiched.
[0026]
Next, the unit cell used in the battery connection structure of the present invention is a unit cell (so-called laminate battery) in which a battery element is packaged with a polymer-metal composite film.
[0027]
By using such a single cell (laminated battery), the battery weight can be reduced and the vehicle weight can be reduced, so that the fuel efficiency can be improved in a hybrid vehicle and the cruising distance can be increased in an electric vehicle. .
[0028]
As shown in FIG. 4, the unit cell 2 is formed by joining a polymer-metal composite laminate film (also referred to as an exterior laminate film in this specification) 12 of a battery exterior material at the periphery thereof by heat-sealing ( (See FIG. 4 (a)), or the opening (part of the periphery) of the polymer-metal composite laminate film 12 in a bag shape is joined by thermal fusion (see FIG. 4 (b)). Thus, a battery element (not shown) is accommodated and sealed (sealed). The positive electrode terminal 3 and the negative electrode terminal 4 are structured to be taken out from the heat-sealing portion 13 on different sides (opposite sides) of the exterior laminate film 12, but the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are the same side (one side of the exterior laminate film). The structure may be taken out from), and is not particularly limited.
[0029]
Here, the polymer-metal composite laminate film for packaging the battery element is not particularly limited, and a conventionally known film in which a metal film is arranged between polymer films and the whole is laminated and integrated is used. can do. As specific examples, for example, an outer protective layer made of a polymer film (laminate outermost layer), a metal film layer, a heat-sealing layer made of a polymer film (laminate innermost layer), and the whole is laminated and integrated. The thing which becomes. Specifically, in the polymer-metal composite laminate film, a heat-resistant insulating resin film is first formed as a polymer film on both surfaces of the metal film, and a heat-sealing insulating film is formed on at least one heat-resistant insulating resin film. It is a laminated one. Such a laminate film is heat-sealed by an appropriate method, whereby the heat-welding insulating film portion is fused and joined to form a heat-sealing portion.
[0030]
An example of the metal film constituting the laminate film is an aluminum film. Moreover, as said insulating resin film, a polyethylene tetraphthalate film (heat-resistant insulating film), a nylon film (heat-resistant insulating film), a polyethylene film (heat-bonding insulating film), a polypropylene film (heat-bonding insulating film) ) Etc. can be illustrated. However, the exterior material of the present invention should not be limited to these.
[0031]
In such a laminate film, it is possible to easily and surely join one to one (bag-like) laminate films by heat fusion using a heat fusion insulating film by ultrasonic welding or the like. In order to maximize the long-term reliability of the battery, metal films that are constituent elements of the laminate sheet may be directly joined. Ultrasonic welding can be used to join the metal films by removing or destroying the heat-fusible resin between the metal films.
[0032]
The battery element is not particularly limited because it differs depending on the type of battery, and is configured in the same manner as a conventional battery element. As a typical configuration, a battery element in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are laminated or wound is common, but should not be limited to these. FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4A, and is a cross-sectional view of a unit cell in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked and housed in an outer laminate film. Show.
[0033]
In the cell 2 shown in FIG. 4 (c), the positive electrode plate 14, the separator 16 and the negative electrode plate 15 were laminated by using the laminate film 12 for the exterior and joining the entire periphery thereof by heat sealing. The power generation element is housed and sealed. In addition, a positive electrode terminal (not shown) and a negative electrode terminal 4 that are electrically connected to each of the electrode plates (the positive electrode plate 14 and the negative electrode plate 15) are connected to a positive electrode current collector (not shown) and a negative electrode current collector of each electrode plate. It is attached to the body 17 by ultrasonic welding, resistance welding or the like, and has a structure that is sandwiched between the heat-sealed portions 13 and exposed to the outside of the laminated film 12 of the exterior. However, the battery element of the present invention is not limited to these.
[0034]
Hereinafter, a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate, which are typical configuration examples of battery elements, will be briefly described by giving examples of lithium ion batteries, solid electrolyte batteries, or gel electrolyte batteries. However, the present invention is not limited thereto. It should not be done, but a conventionally known one can be applied.
[0035]
First, an appropriate active material or the like can be used for the electrode depending on the type of battery. In particular, in the case of a single battery having a high energy density and a high output density mounted on an electric vehicle or a hybrid vehicle, it is desirable to use a positive electrode capable of inserting and extracting lithium ions and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions.
[0036]
In addition to the electrodes, a separator and an electrolytic solution soaked in the separator, or a solid electrolyte or gel electrolyte, or a solid electrolyte or gel electrolyte including the separator can be used.
[0037]
In a lithium ion battery, a solid electrolyte battery, or a gel electrolyte battery using such a power generation element, it is preferable to have a flat battery structure shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). In the case of a conventional cylindrical battery structure, it is difficult to improve the sealing performance at the location where the positive electrode and the negative electrode terminal are taken out, and the high energy density and high output density installed in electric vehicles and hybrid vehicles are difficult. This is because the battery may not be able to ensure the long-term reliability of the sealing property of the terminal extraction part.
[0038]
Further, the positive electrode includes LiCoO. ₂ , LiMn ₂ O _Four , LiNiO ₂ It is desirable to use a negative electrode active material mainly composed of hard carbon, which is graphite or amorphous carbon, for the positive electrode active material and the negative electrode mainly composed of, but is not particularly limited.
[0039]
The positive electrode includes a positive electrode current collector having a positive electrode active material and a positive electrode terminal attached to the tip of the positive electrode current collector. Moreover, a positive electrode plate shall mean the reaction part which has a positive electrode active material among positive electrode collectors.
[0040]
Similarly, the negative electrode includes a negative electrode current collector having a negative electrode active material and a negative electrode terminal attached to the tip of the negative electrode current collector. A negative electrode plate shall mean the reaction part which has a negative electrode active material among negative electrode collectors.
[0041]
In addition, a negative electrode terminal that is electrically connected (electrically connected) to the negative electrode plate and a positive electrode terminal that is electrically connected (electrically connected) to the positive electrode plate are both constituent elements of the unit cell. The battery element may be regarded as a part of the battery element, or may be distinguished from the battery element, and is not particularly limited.
[0042]
The separator is not particularly limited, and a conventionally known separator can be used. In addition, in the separator of this invention, it should not be restricted to the name, A solid electrolyte and gel electrolyte which have a function (role) as a separator instead of a separator may be used. That is, in a solid electrolyte battery or a gel electrolyte battery, a battery element in which a solid electrolyte or a gel electrolyte is disposed between a positive electrode active material layer of a positive electrode plate and a negative electrode active material layer of a negative electrode plate is packaged. This is because it also includes those encapsulated by being housed in a laminate film and thermally fused around the periphery. In addition, an electrolytic solution or an electrolyte is also contained in the battery (power generation element).
[0043]
In addition, as described in claim 2, the thickness of the metal foil that is the battery terminal of the unit cell is preferably in the range of 10 to 500 μm, and more preferably in the range of 10 to 250 μm.
[0044]
By setting the thickness of the metal foil as the battery terminal to 10 to 500 μm, even if the polymer-metal composite laminate film is heat-sealed and joined, the sealing property of the part where the battery terminal is taken out is secured. It is something that can be done. In particular, when the thickness is in the range of 10 to 50 μm, it is not necessary to form the resin coating layer shown in FIG. 3, and the battery terminal can be manufactured at low cost. It is also advantageous in that it is not necessary to perform positioning so that the resin coating layer comes to the part where the battery terminal is taken out. There are also metal foils with a battery terminal thickness of less than 10 μm, but they tend to bend and wrinkle during handling in an unstable state before being fixed with a fixing member, such as when connecting a connector, and may be cut off. Because of this, handling may be necessary. On the other hand, when the thickness of the battery terminal exceeds 500 μm, it is difficult to make the sealing failure rate zero even if the resin coating layer is formed, resulting in a decrease in yield and an increase in product cost. May lead to
[0045]
In addition, as described in claim 3, a resin coating layer is formed at least on the surface of the metal foil that is a battery terminal at a seal portion with the polymer-metal composite laminate film, and the polymer-metal composite laminate film At the same time, it is desirable to be joined by thermal fusion. Thick metal foil by forming a resin coating layer on the surface of the metal foil and sealing it when a slight gap is formed at both ends of the metal foil, which is a battery terminal, that is, a portion with poor sealing performance. This is because good sealing performance can be ensured. In addition, a portion of the battery terminal surface that is connected to the connection body is not formed with a resin coating layer, or it is necessary to remove the resin coating layer when connecting to the connection body.
[0046]
As described in claim 4, it is desirable that the unit cell has a structure in which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are taken out from one side of different laminate films to the outside. Thereby, the magnitude | size of the battery terminal with a small heat capacity compared with a cell can be enlarged compared with the case where a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are taken out from the same side of a laminate film outside. Therefore, it is possible to suppress an increase in the temperature of the battery terminal due to Joule heat generation when a current flows through the battery terminal.
[0047]
Next, the connection body for connecting the battery terminals is preferably made of a material having good electrical conductivity such as copper or aluminum from the viewpoint of preventing power loss due to electrical resistance.
[0048]
The connection body only needs to be connected to one side of the terminal, but can be connected to both sides of the terminal.
[0049]
Also, the terminals connected by the connection body are different depending on the connection method between the cells (series connection, parallel connection, series-parallel connection, parallel-series connection), and between the positive electrode terminal and the positive electrode terminal, Between negative terminals, between positive terminals and negative terminals, and combinations thereof are possible. In addition, for example, as shown in FIG. 5, when a plurality of unit cells are connected in series, a plurality of unit cells are used in addition to being used for sequentially connecting between a positive electrode terminal and a negative electrode terminal between the unit cells. A connection body may be connected to the positive terminal and the negative terminal on both ends connected in series. These connection bodies can be used as terminals of the entire battery connection structure. And these connection bodies are also clamped by a bus bar fixing member as shown in FIG. 6, and are fixed to the battery case from the bus bar via the bus bar fixing member. The series connection shown in FIGS. 5 to 6 has been described as an example, but the same applies to other parallel connections, series-parallel connections, and parallel-series connections.
[0050]
According to a fifth aspect of the present invention, the width / thickness ratio of the connection body is in the range of 2.0 to 10.0. By being in this range, when the Joule heat generated when a current flows through the battery terminal is radiated from the bus bar to the support via the bus bar fixing member, the heat radiation performance can be ensured. The width (W), thickness (H), and length (L) of the connection body are as shown in FIG.
[0051]
As described in claim 6, it is desirable that the battery fixing member for fixing each unit cell of the battery assembly is disposed so as to be in contact with the inner surface of the support. Thereby, each battery cell of the battery assembly vibrates in the support body (up and down direction in the cross-sectional views of FIGS. 6 and 9) or moves (horizontal direction of the cross-sectional views in FIGS. 6 and 9). It can be prevented from being broken or bent by vibration.
[0052]
As shown in FIGS. 5 and 8, the battery fixing member may be installed so as to surround the battery current collector, fix each unit cell of the battery assembly, and contact the support. As shown in FIG. 2, each unit cell of the battery assembly may be sandwiched and installed so as to be in contact with the support, or above and below each unit cell of the battery assembly (cross-sectional views of FIGS. It is not particularly limited that the unit cell may be fixed and installed so as to be in contact with the support body from only one of the vertical direction.
[0053]
As for the battery fixing member, similarly to the bus bar fixing member, a metal is suitable for improving heat dissipation, but a material such as a resin or a silicone rubber sheet having good thermal conductivity may be used from the viewpoint of preventing a short circuit. .
[0054]
As described in claim 7, by mounting the battery connection structure of the present invention on a vehicle, EV and HEV having high reliability and excellent heat dissipation can be realized.
[0055]
【Example】
The present invention will be described below with reference to the drawings.
[0056]
A first embodiment of a battery connection structure according to the present invention will be described. In FIG. 5, the block diagram of the battery connection structure (however, a support body is not shown) of a 1st Example is shown.
[0057]
In the battery assembly 1 of this embodiment, the positive electrode terminal 3 of the unit cell 2 and the negative electrode terminal 4 of another unit cell 2 connected to the unit cell 2 are electrically connected by a connection body (bus bar) 5. The positive electrode terminal 3 of the cell 2 and the negative electrode terminal 4 of the cell 2 and the bus bar 5 are connected to each other by ultrasonic welding or the like at the welded portion 6. A battery case (not shown) that holds and fixes each unit cell 2 of the battery assembly 1 with a battery fixing member 7 to suppress vibration of the unit cell 2 against external force applied to the unit cell when mounted on the vehicle. )). Similarly, the bus bar 5 is sandwiched and fixed by the bus bar fixing member 8 and is installed so as to be in contact with a battery case (not shown).
[0058]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the battery connection structure taken along line AA in FIG. Battery fixing member 7 and bus bar fixing member 8 are pressed by battery case 9. Here, as a method of sandwiching and fixing the bus bar 5 and installing the bus bar fixing member 8 so as to be in contact with the battery case 9, there is no particular limitation. It is assumed that the two battery case members on the upper surface side and the lower surface side are attached to each other as seen in the figure. The bus bar fixing member 8 is fixed in advance at a predetermined position of each battery case member by welding or adhesion. After the battery assembly 1 fixed by the battery fixing member 7 is placed on the battery case member on the lower surface side, the battery case member on the upper surface side is pasted together so that the bus bar 5 is sandwiched and fixed so as to contact the battery case 9. In addition, the bus bar fixing member 8 is installed in the battery case 1 and the battery assembly 1 connected in series by the bus bar 5 can be stored in the battery case 9. Further, as a method of sandwiching and fixing each unit cell 2 of the battery assembly 1 and installing the battery fixing member 7 so as to be in contact with the battery case 9, there is no particular limitation. For example, FIG. As shown, by using a plurality of battery fixing members 7 and bonding them together by bonding or the like, it is possible to fix the battery assemblies 1 connected in series by the bus bar 5 so as to surround each unit cell 2. It can be done.
[0059]
In the first embodiment, when the battery assembly 1 is charged or discharged, Joule heat is generated by the internal resistance. The cell 2 and the battery terminals 3 and 4 rise in temperature due to Joule heat generation. Therefore, by using the battery connection structure having the above structure, the Joule heat generated in the single battery 2 can be released to the battery case 9 via the battery fixing member 7. Moreover, since the battery terminals 3 and 4 have a smaller heat capacity than that of the unit cell 2, the temperature rise is large. Therefore, Joule heat generated in the battery terminals 3 and 4 needs to be released from the bus bar 5 to the battery case 9, but by using the battery connection structure having the above structure, the bus bar 5 and the bus bar fixing member 8 are used. It is possible to escape to the battery case 9. As described above, the bus bar fixing member 8 that sandwiches and fixes the battery terminals 3 and 4 can be provided so as to be in contact with the battery case 9 so that both the fixing of the battery terminals 3 and 4 and the heat dissipation function of Joule heat can be achieved. is there.
[0060]
At this time, the heat radiation characteristics vary depending on the surface area of the bus bar 5, but the width of the bus bar 5 is W, the thickness is H, the length is L (see FIG. 5), and the length L of the bus bar 5 is constant. When the weight and electrical resistance of the bus bar 5 are constant and the surface area of the bus bar 5 is large, that is, when the product of the width W and the thickness H of the bus bar 5 is constant and the width W is increased, the unit weight per unit cell Although the heat dissipation performance can be improved without reducing the output (W / kg) of the battery, the volume of the battery assembly 1 increases because the volume occupied by the bus bar 5 increases. FIG. 7 shows the width / thickness ratio (W / H) of the bus bar, the temperature rise of the terminal, and the volume of the battery assembly. As the ratio between the width and thickness of the bus bar (W / H) increases, the heat dissipation area increases and the temperature rise of the terminal decreases. On the other hand, as the ratio of the width and thickness of the bus bar (W / H) increases, the volume of the terminal portion increases, so the volume of the battery assembly increases. In addition, the line which shows the temperature rise of FIG. 7 has shown the average value at the time of charging / discharging by the width | variety of 10-50A as a use condition of a battery. If the allowable temperature rise of the terminal is 30 ° C., the bus bar width / thickness ratio must be 2.0 or more. If the bus bar width / thickness ratio is increased, the volume of the battery assembly increases, so when using a battery as a power source for an automobile, it is desired to reduce it from the point of mountability. Therefore, it is desirable that the ratio between the width and thickness of the bus bar is in the range of 2.0 to 10.0. The allowable temperature rise of the terminal is set to 30 ° C. When the battery is mounted on an electric vehicle or a hybrid car, the battery temperature may rise to about 60 ° C. At that time, the battery terminal uses a large current at the time of charging / discharging, so it may be higher than the battery temperature. When the battery temperature exceeds 30 ° C., the softening point of the resin or resin coating layer in the laminate film This is because it may reach up to (about 90 ° C.), and the increase in the internal pressure of the battery may impair the sealing performance of the portion in contact with the battery terminal.
[0061]
A second embodiment of the battery connection structure according to the present invention will be described. In FIG. 8, the block diagram of the battery connection structure (however, a support body is not shown) of a 2nd Example is shown.
[0062]
As shown in FIG. 8, the battery assembly 1 of this embodiment is connected in parallel by stacking two single cells 2 and connecting the terminals by welding. A positive electrode terminal 3 of the unit cells 2 connected in parallel and a negative electrode terminal 4 of another unit cell 2 connected in parallel are electrically connected by a bus bar 5. The positive electrode terminal 3 of the unit cells 2 connected in parallel, the negative electrode terminal 4 of the unit cells 2 connected in parallel, and the bus bar 5 are connected by a welding portion 6 by ultrasonic welding or the like. In order to suppress the vibration of the single cell 2 against external force applied to the single cell when mounted on the vehicle, the single cell 2 is sandwiched and fixed by the battery fixing member 7 and is in contact with a battery case (not shown) as a support. It is installed. Similarly, the bus bar 5 is sandwiched and fixed by the bus bar fixing member 8 and is installed in contact with the battery case.
[0063]
FIG. 9 is a cross-sectional view of the battery connection structure taken along line AA in FIG. The unit cells 2 are overlapped and connected in parallel, and the unit cells 2 connected in parallel are connected in series like the unit cells of the first embodiment. In this embodiment, two unit cells are stacked, but three or more unit cells may be stacked. Similarly, two unit cells are arranged side by side, but three or more unit cells may be arranged side by side.
[0064]
Battery fixing member 7 and bus bar fixing member 8 are held by battery case 9. A method of setting the bus bar fixing member and the battery fixing member so as to sandwich and fix the bus bar and the unit cell and to be in contact with the battery case can be the same as in the first embodiment.
[0065]
Also in the second embodiment, when the battery assembly 1 is charged or discharged, Joule heat is generated due to internal resistance. The battery 2 and the battery terminals 3 and 4 are heated by Joule heat. Therefore, by using the battery connection structure having the above structure, the Joule heat generated in the single battery 2 can be released to the battery case 9 via the battery fixing member 7. Moreover, since the battery terminals 3 and 4 have a smaller heat capacity than that of the unit cell 2, the temperature rise is large. Therefore, Joule heat generated in the battery terminals 3 and 4 needs to be released from the bus bar 5 to the battery case 9, but by using the battery connection structure having the above structure, the bus bar 5 and the bus bar fixing member 8 are used. It is possible to escape to the battery case 9. As described above, the bus bar fixing member 8 that sandwiches and fixes the battery terminals 3 and 4 can be provided so as to be in contact with the battery case 9 so that both the fixing of the battery terminals 3 and 4 and the heat dissipation function of Joule heat can be achieved. This has the same effect as the first embodiment described above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view schematically showing a battery assembly according to a conventional technique.
FIG. 2 is a schematic perspective view schematically showing a battery assembly formed by connecting two unit cells in series.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a state of a seal portion of a polymer foil-metal composite laminate film and a metal foil that is a battery terminal, and FIG. 3 (b) is a drawing showing a state before a resin coating layer is formed on the surface of the metal foil and sandwiched between laminate films, and FIG. 3 (c) is a drawing showing the metal foil. It is drawing which shows the state which formed the resin coating layer on the surface, and was pinched | interposed between the laminate films and sealed.
FIG. 4 schematically shows a unit cell having a structure in which an exterior is covered with a polymer-metal composite laminate film, a terminal is a metal foil, and a positive electrode and a negative electrode terminal are taken out from two different sides of the laminate film, respectively. A drawing;
FIG. 4 (a) is a perspective view of a unit cell in which a battery element is housed and sealed by bonding a laminate film to the periphery thereof by thermal fusion,
FIG. 4 (b) is a perspective view of a unit cell that encloses and encloses a battery element by joining the opening of the laminate film in a bag shape by heat sealing.
FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4A, and is a cross-sectional view of a unit cell in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked and accommodated in the laminate film. .
FIG. 5 is a schematic configuration diagram schematically showing the state of the battery connection structure of the first embodiment according to the present invention (however, the support is not shown).
6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the bus bar width / thickness ratio, the temperature rise of the terminals, and the volume of the battery assembly.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram schematically showing a state of a battery connection structure (however, a support is not shown) according to the second embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... battery assembly, 2 ... single cell,
3 ... positive terminal, 4 ... negative terminal,
5 ... Connector (bus bar), 6 ... welded part,
7 ... Battery fixing member, 8 ... Busbar fixing member,
9: Support (battery case),
10: Positive terminals of cells connected in parallel,
11 ... Negative electrode terminal of cells connected in parallel,
12 ... polymer-metal composite laminate film,
13 ... heat fusion part, 14 ... positive electrode plate,
15 ... negative electrode plate, 16 ... separator,
17 ... negative electrode current collector, 21 ... thin metal plate (including metal foil),
22 ... polymer-metal composite laminate film,
23: A portion having a weak sealing property, 24: Resin (resin coating layer).

Claims

Using a plurality of single cells with a battery element sheathed with a polymer-metal composite laminate film,
A battery connection structure in which a battery assembly connected in parallel and / or in series by a connection body for connecting terminals of the unit cells is housed in a support body,
The fixing member for sandwiching said connection body, installed in contact with the support body surface,
A battery connection structure characterized in that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the unit cell are each structured to be taken out from one opposing side of the laminate film.

The battery connection structure according to claim 1, wherein the battery terminal has a thickness in a range of 10 to 500 μm.

3. The battery connection according to claim 1, wherein a resin coating layer is formed at least on the surface of the battery terminal at a seal portion with the laminate film, and is joined together with the laminate film by heat fusion. Structure.

The battery connection structure according to any one of claims 1 to 3 , wherein a ratio of a width and a thickness of the connection body is in a range of 2.0 to 10.0.

The battery connection structure according to any one of claims 1 to 4 , wherein a battery fixing member that fixes each unit cell of the battery assembly is disposed so as to be in contact with the inner surface of the support.

A vehicle equipped with the battery connection structure according to claim 1 .