JP4430075B2 - カートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パック - Google Patents

Description

本発明は、リチウムイオンポリマー電池パックに係り、特に、少なくとも二つのパウチ型（pouch）のリチウムイオンポリマー電池を部分的に覆うように、上部プレートと下部プレートで固定し、併せて、そのリチウムイオンポリマー電池を、上下部プレートで覆ってなるカートリッジ型電池パックを所定機器の電力要求量に合わせて、複層にして直列連結した後、ボルトとナット、又は弾性ファスナーを利用して着脱可能に固定できるようにしたカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックに係る。

一般に、電池モジュール１は、図１に示すように、上部と下部が開口された一定サイズの収容空間を有するシェル(shell)２と、軸線が並列配置された多数の円筒状電池３及びこれら電池全体の上部と下部にそれぞれ配置され支持棒４を介して電池３全体を一体に固定する電池保持ボード５で構成された電池アセンブリー６と、この電池アセンブリーが上記シェル２の収容空間内にはめ込まれると、そのシェルの下部側角部を介して上記電池アセンブリー６の下側電池保持ボード５を固定する下部キャップ７と、上記シェル２の上部側角部を介して上記電池アセンブリー６の上側電池保持ボード５を固定する上部キャップ８からなっている。

ここで、上記各下部キャップ７と上部キャップ８には、電池アセンブリー６の各電池３から発生する熱を外部に排出できるように、空気流れポート９が設けられており、上記上部キャップ８の一側には、外部機器へ電流を供給できるように端子８ａが設けられている。

しかし、従来は、電池モジュールの電池アセンブリーを構成する電池が円筒状で長く形成されていたため、電池モジュールの全体の体積が大きくなるしかない問題点があった。

さらに、電池アセンブリーのサイズが大きいため、所定機器の電力要求量に合わせて電池モジュールを構成する時、多数の電池アセンブリーを積層して一体に固定するに不便があった。

一方、電池アセンブリーの各電池の電極が電池保持ボード上でコネクターで連結されていたため、構造が複雑であるうえに、各電池を電池保持ボードを介してコネクターで連結する作業がわずらわしくなるしかなかった。

又、モーター駆動が可能な自動車のように、高出力を必要とする機器の動力源として使用するために、多数の電池モジュールを積層する場合、電池モジュールを構成する電池アセンブリーの電池が互いに密着しているうえに、シェルにより覆われているため、電池モジュールを長時間稼動するとき、電池が過熱するおそれが非常に高かった。

本発明は、上述の問題点を解消するためになされたもので、その目的は、多数の電池を一定の単位に配置した後、該当機器の電力要求量に合わせて、複層にして便利に固定できるようにするカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックを提供することである。

本発明の他の目的は、電池パックのリチウムイオンポリマー電池の電極タブに所定のＰＣＢ（printed circuit board）を接続させ、その電池パックの電圧と温度を簡単に測定可能にするカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、モーター駆動が可能な自動車のように、高出力を必要とする機器の動力源として多数の電池パックを使用する場合、それら電池パックから発生する熱を外部に効果的に排出できるようにカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックを提供することである。

上述の目的を達成するために、本発明は、該当機器と所定の直列回路を形成するように、隣接した電極タブ同士が接続される少なくとも二つのリチウムイオンポリマー電池と、このリチウムイオンポリマー電池全体の上部と下部にそれぞれ配置され、各リチウムイオンポリマー電池を部分的に覆うように互いに結合される上部プレートと下部プレートを含むことを特徴とする。

ここで、上記“機器”という用語は、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）及び各種原動機（Prime mover）を全て含むものと理解すればよい。

本発明の実施例を図２乃至図７を参照して説明すれば、下記の通りである。
図２は、本発明によるカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックを示す概略分解斜視図であり、図３は、本発明によるカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックの概略斜視図である。

本発明の電池パックは、図２乃至図７に示すように、該当機器（図示しない）と所定の直列回路を形成するように、隣接した電極タブ１０（電極端子）同士が接続される少なくとも二つのリチウムイオンポリマー電池１１と、
このリチウムイオンポリマー電池全体の上部と下部にそれぞれ配置され、各リチウムイオンポリマー電池１１を部分的に覆うように互いに結合される上部プレート１２及び下部プレー１３からなっている（図２及び図３参照）。

ここで、上記リチウムイオンポリマー電池１１は、上記各上下部プレート１２、１３の対向面に塗布される所定の接着剤を介して固定されるか、その上部プレートと下部プレートの自体形状によって固定できる。

上記上下部プレートの自体形状によってリチウムイオンポリマー電池１１を固定する場合、上記上下部プレート１２、１３の一方には、一定の間隔をおいて多数の係合突起１４が形成され、その他方には、各係合突起に対応する結合ホール１４ａが形成されるのが好ましい。

上記上下部プレート１２、１３の間には、上記各リチウムイオンポリマー電池１１の該当電極タブ１０に接続され、電池の電圧と温度を測定できるように、＋極とー極に対応する導線が形成された一定の長さのＰＣＢ１５を備えるのが好ましい。

上記リチウムイオンポリマー電池１１のうち、最外側の二つの電池の二つの外側電極タブ１０は、他の層の隣接した電池パックのリチウムイオンポリマー電池１１と直列回路を構成できるように、一方の外側端が下向きに折り曲げられた形態であれば、他方の外側端は上向きに折り曲げられた形態をなす二つの対応伝導片１０ａを介してそれぞれ上記隣接した電池パックの両側の最外側電池の外側電極タブ１０に連結され、この場合、上記各リチウムイオンポリマー電池１１の内側に互いに隣接する残りの電極タブは、平板状の他の伝導片１０ｂを介して連結される。

上記各上下部プレート１２、１３には、多数の電池パック１６が積層された時にも、上記各電池パックのリチウムイオンポリマー電池１１が空気により円滑に冷却できるように、その該当プレート１２、１３の長手に沿い幅方向に一定の間隔をおいてクロス部材１７が固定できる（図４及び図５参照）。

この場合、上記クロス部材１７は、少なくとも一部分が該当リチウムイオンポリマー電池１１の対応面の外側に突出形成され、又、上記クロス部材１７には、多数の電池パック１６を積層することによる重量増加の負担を減らし、射出形成時に、表面が凹んでいるように見えるシンク（sink）現状の発生も防止できるように、一定パターンのスリットホール又は凹部１７ａを形成することができる。

又、上記クロス部材１７のうち、一部の端部角部には、少なくとも二つの電池パック１６をボルトとナットで一体に締付け固定できるように、貫通ホール１７ｂを形成するのが好ましい。

一方、他の実施例として、上記各リチウムイオンポリマー電池１１を覆う上下部プレート１２、１３は、一定の弾性力を有するクリップのようなファスナー（図示しない）で固定させることができる。

又、さらに他の実施例として、上記リチウムイオンポリマー電池１１のうち、最外側の二つの電池の二つの外側電極タブ１０は、他の層の隣接した電池パックのリチウムイオンポリマー電池１１と直列回路を構成できるように、上記上部プレート１２と下部プレート１３のいずれかの両側の最外側にそれぞれ部分的にインサートモールドされ、一部分が外部に露出された伝導性インサート部材１８と、この各伝導性インサート部材の外側露出部分を互いに連結する着脱／溶接固定式メタル部材（図示しない）を介してそれぞれ上記隣接した電池パックの両側の最外側電池の外側電極タブ１０と連結することも可能である（図６及び図７参照）。

この場合、上記各伝導性インサート部材１８は、組立時に該当電池の外側電極タブ１０と連結される内側部１８ａと、この内側部と一体になされ、インサートモールド時に樹脂溶融物で埋められる少なくとも一つの埋立ホール１８ｂｂが形成された固定部１８ｂと、この固定部から外側へ張り出され、上記メタル部材に連結される突出部１８ｃからなる。

上述のように構成された本発明によるカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックの組立過程及びその作動を説明すれば、下記の通りである（図２乃至図５参照）。

先ず、所定の作業台（図示しない）上に一定個数のリチウムイオンポリマー電池１１を位置させた後、順次に上記各リチウムイオンポリマー電池１１の隣接した電極タブ１０を該当伝導片１０ａ、１０ｂを介して互いに連結する。

この時、上記多数のリチウムイオンポリマー電池１１の両側の最外側電池の二つの外側電極タブ１０は、二つの対応する伝導片１０ａを介してそれぞれ他の隣接した電池パックの両側に配置された最外側電池の外側電極タブ１０に連結されている。

その後、上記リチウムイオンポリマー電池１１全体の一側に上部プレート１２、又、他側に下部プレート１３を位置させ、その上下部プレートの対向面に沿い接着剤を塗布して固定するか、その上下部プレート１２、１３の係合突起１４と結合ホール１４ａを利用して固定すればよい（図２及び図３参照）。

一方、上記リチウムイオンポリマー電池１１の電圧と温度を容易に測定可能とするためには、上記各リチウムイオンポリマー電池の電極タブ１０、又は該当伝導片１０ａ、１０ｂと接するようにＰＣＢ１５を全体リチウムイオンポリマー電池１１の上部に位置させた後、上下部プレート１２、１３でそのリチウムイオンポリマー電池１１を固定すればよい。

その後、上述のように、一次的に多数のリチウムイオンポリマー電池１１を一定の単位にして構成される電池パック１６の組立が完了されると、該当機器（図示しない）の電力要求量に合わせて、一定個数の電池パックを複層にした後、上記上下部プレート１２、１３のクロス部材１７の端部角部に形成された貫通ホール１７ｂを介してボルトとナットで締め付け固定するか、弾性ファスナーを利用して固定すればよい。

この時、上記電池パック１６の最外側リチウムイオンポリマー電池１１の各外側電極タブ１０側の伝導片１０ａは、互いに対応される形態であって、一方は上向きに折り曲げられ、他方は下向きに折り曲げられていて、該当プレート１２または１３の角部を覆うように差し込まれ、これによって、一方の上向きに折り曲げられた伝導片（１０ａ）は、上部に位置する対向電池パック１６の最外側リチウムイオンポリマー電池１１の電極タブ（または電極端子）と接続され、他方の下向きに折り曲げられた伝導片１０aは、下部に位置する対向電池パック１６の最外側リチウムイオンポリマー電池１１の電極タブと接続される（図５参照）。

一方、モーター駆動が可能な自動車のような機器の動力源として使用するために、多数の電池パックを積層して使用する場合、電池パックとと隣接した電池パックとの間には、上記各電池パック１６の上下部プレート１２、１３の外側に設けられたクロス部材１７により物理的空間が形成され、これによって、周囲の電池パックにより囲まれたリチウムイオンポリマー電池１１は、その電池パックと隣接した電池パックとの間の空間を流れる周囲の空気により冷却が円滑になされるようになる（図４と図５参照）。

上述のように、本発明によると、多数の電池を該当機器の電力要求量に合わせて、複層にして便利に固定することができる。

また、本発明によると、電池パックの各リチウムイオンポリマー電池の電極タブと接続されるＰＣＢを介して、その電池パックの電圧と温度を簡単に測定することができる。

さらに、本発明によると、モーター駆動が可能な自動車のように、高出力を必要とする機器の動力源として多数の電池パックが使用される場合、これら電池パックから発生する熱を外部へ効果的に排出させることができる。

従来技術による電池モジュールを示す概略分解斜視図。 本発明によるカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックを示す概略分解斜視図。 本発明によるカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックの概略斜視図。 本発明によるカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックのリチウムイオンポリマー電池を冷却させる空気の流れを示す概略斜視図。 本発明によるカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックを複層にする場合を示す概略斜視図。 本発明によるカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックを複層にする場合を示すもので、上下層の電池パックの最外側電池の間の二つの外側端子を直列連結可能にする他の例を示す概略部分拡大分解斜視図。 図６のカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パックの概略斜視図。

Claims (10)

1. 該当機器と所定の直列回路を形成するように、隣接した電極タブ同士が接続される少なくとも二つのリチウムイオンポリマー電池と、
   前記リチウムイオンポリマー電池全体の上部と下部にそれぞれ配置され、各リチウムイオンポリマー電池を部分的に覆うように互いに結合される上部プレート及び下部プレートと、
   を含み、かつ
   前記各上下部プレートには、多数の電池パックを積層した時にも、前記各電池パックのリチウムイオンポリマー電池が空気により円滑に冷却できるように、その該当プレートの長手に沿い幅方向に一定の間隔をおいてクロス部材が固定されたことを特徴とする、カートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パック。
2. 前記上下部プレートのうち、一方には、一定の間隔をおいて多数の係合突起が形成され、他方には、その各係合突起に対応して結合ホールが形成された、請求項１に記載のカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パック。
3. 前記上下部プレートの間には、上記各リチウムイオンポリマー電池の該当電極タブと接続され、電池の電圧と温度を測定できるように、＋極とー極に対応する導線が形成された一定の長さのＰＣＢを備えた、請求項１に記載のカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パック。
4. 前記リチウムイオンポリマー電池のうち、最外側の二つの電池の二つの外側電極タブは、他の層の隣接した電池パックのリチウムイオンポリマー電池と直列回路を構成できるように、一方の外側端が下向きに折り曲げられた形態であれば、他方の外側端は上向きに折り曲げられた形態をなす二つの対応伝導片を介してそれぞれ前記隣接した電池パックの両側の最外側電池の外側電極タブに連結された、請求項１に記載のカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パック。
5. 前記クロス部材は、前記各電池パックのリチウムイオンポリマー電池が空気により円滑に冷却できるように、少なくとも一部分が該当リチウムイオンポリマー電池の対応面の外側に突出形成された、請求項１に記載のカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パック。
6. 前記クロス部材のうち、一部の端部角部には、少なくとも二つの電池パックをボルトとナットで一体に締付け固定できるように、貫通ホールが形成された、請求項５に記載のカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パック。
7. 前記電池パックの上下部プレートは、多数の電池パックを一体に固定する弾性材質のファスナーで固定可能である、請求項１に記載のカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パック。
8. 前記リチウムイオンポリマー電池のうち、最外側の二つの電池の二つの外側電極タブは、他の層の隣接した電池パックのリチウムイオンポリマー電池と直列回路を構成できるように、前記上部プレートと下部プレートのいずれかの両側の最外側にそれぞれ部分的にインサートモールドされ、一部分が外部に露出された伝導性インサート部材と、この各伝導性インサート部材の外側露出部分を互いに連結するメタル部材を介してそれぞれ前記隣接した電池パックの両側の最外側電池の外側電極タブに連結された、請求項１に記載のカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パック。
9. 前記各伝導性インサート部材は、組立時に該当電池の外側電極タブに連結される内側部と、この内側部と一体でなされ、インサートモールド時に、樹脂溶融物で埋められる固定部と、この固定部から外側へ張り出し、前記メタル部材に連結される突出部からなる、請求項８に記載のカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パック。
10. 前記各伝導性インサート部材の固定部には、インサートモールド時に、樹脂溶融物が埋められる少なくとも一つの埋立ホールが形成された、請求項９に記載のカートリッジ型リチウムイオンポリマー電池パック。

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