JP4547886B2

JP4547886B2 - 組電池

Info

Publication number: JP4547886B2
Application number: JP2003341975A
Authority: JP
Inventors: 浩司大下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: JP2005108693A

Description

本発明は、組電池に関し、特に、極板群をラミネートフィルムで包み込んで密閉したラミネートセルを複数備える組電池に関する。

従来より、極板群をラミネートフィルムで包み込んで板形状に密閉したラミネートセルを、厚さ方向に複数個並べて収納した組電池が知られている。充放電を繰り返し行える二次電池を複数個組んだ組電池は、大きな電気容量が必要とされ、かつ、高電圧が要求される電気自動車などのエネルギー源として広く利用されている。このような組電池として、例えば、図１２及び図１３に模式図を示すものがある。
図１２に示す組電池８００は、電池ケース８１０の中に複数の単電池（ラミネートセル）８２０が組み込まれ、隣り合うラミネートセル８２０同士の間には、ラミネートセル８２０で生じた熱を放熱するための冷却用フィン８３０がそれぞれ設けられている。これらラミネートセル８２０及び冷却フィン８３０は、電池ケース８００によって厚さ方向に一括拘束されている。
また、図１３に示す組電池９００も、電池ケース９１０の中に複数のラミネートセル９２０が組み込まれ、隣り合うラミネートセル９２０同士の間に冷却用フィン９３０がそれぞれ設けられている。さらに、この組電池９００内には、一端に配置されたラミネートセル９２０（図中右側に配置されたラミネートセル９２０）を厚さ方向に支持する受け板９４０が配設され、さらに、受け板９４０と電池ケース９１０の内壁との間に、受け板９４０を付勢するバネ９５０が配設されている。

また、その他の従来技術として、特許文献１や特許文献２に開示された組電池なども知られている。
特許文献１に開示された組電池は、電池ケースの中に複数の単電池（ラミネートセル）が組み込まれ、単電池が電池ケースによって厚さ方向に一括拘束されている。即ち、この組電池は、基本的には、図１２に示した組電池８００と同様な構成とされている。
一方、特許文献２に開示された組電池は、樹脂製の電槽を有する単電池が複数積層され、隣り合う単電池同士の間には、バネからなるスペーサが配設されている。そして、これら単電池及びスペーサは、固定枠によって一括して拘束されている。なお、この単電池は、所定形状とされた樹脂製電槽を用いたものであり、比較的柔らかいラミネートフィルムを用いた本件に係る単電池とは全く異なるものである。
実開平７−１６３６１号公報特開２０００−４８８６７号公報

ところで、ラミネートセルは、充放電に伴いその厚みに変動が起こる。具体的には、その充電時には、温度上昇やガスの発生、電極での結晶変化などに伴って内圧が上昇し、ラミネートセルの厚みが増す。一方、放電時には、内圧が下がってラミネートセルの厚みが減る。
図１２に示した組電池８００及び特許文献１に示された組電池では、ラミネートセル８２０等が電池ケース８１０等によって厚さ方向に一括拘束されているため、充放電に伴いラミネートセル８２０等の内圧が変化しても、ラミネートセル８２０等の厚み変動を防止できる。しかしながら、複数のラミネートセル８２０等を一定の厚みに拘束するには非常に大きな拘束荷重が必要となるため、拘束部材（電池ケース）８１０等の体格肥大化、組
電池８００等の高コスト化を招くことになる。また、大きな荷重でラミネートセル８２０等を拘束すると、ラミネートセル８２０等内部への負荷も大きくなり、内部短絡などの破損が懸念される。

これに対し、図１３に示した組電池９００では、組電池内部に受け板９４０及びバネ９５０が配設されているため、ラミネートセル９２０に厚み変動が起きても、この変動をバネ９５０の弾性変形により吸収できる。しかしながら、ラミネートセル９２０に厚み変動はラミネートセル９２０毎に若干異なるため、ラミネートセル９２０同士の間隔が変動する。そうすうと、ラミネートセル９２０に設けられた電極端子同士の間隔も変動するため、電極端子同士の電気的接続が困難となる。即ち、ワイヤハーネスなどを利用すれば、電極端子の間隔変動に拘わらず電極端子同士を確実に接続することも可能であるが、電極端子同士を固定的に接続することは難しい。このため、組電池９００の高コスト化を招くことになる。また、組電池９００に受け板９４０及びバネ９５０を設けることにより、組電池９００の体格肥大化を招くことにもなる。

また、一般に、ラミネートセルには個体差があって、その厚みにばらつきが認められる。従って、上述した組電池８００，９００等のいずれにおいても、ラミネートセル８２０，９２０等の厚みばらつきに伴って、組電池毎に各電極端子の位置（厚み方向の位置）が異なる。このような理由からも、電極端子同士を固定的に接続することが難しく、組電池の高コスト化を招くことになる。

なお、特許文献１の組電池は、樹脂製電槽を用いているため、内圧変化によって単電池の両主面は変形するものの、一般に単電池同士の間隔は変動しない。従って、電極端子同士の間隔も変動しない。このため、樹脂製電槽の単電池を組んだ組電池では、ラミネートセルを組んだ組電池とは異なり、電極端子同士の接続信頼性の問題はほとんど生じない。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、ラミネートセル同士の間隔変動を抑制し、電極端子同士の電気的接続を容易かつ確実に行うことができる組電池を提供することを目的とする。

その解決手段は、極板群をラミネートフィルムで包み込んで板形状に密閉すると共に厚さ方向の中心から外部へ電極端子を突出させたラミネートセルを、厚さ方向に複数個並べて組んだ組電池であって、１または複数の前記ラミネートセルを保持する保持部材であって、各々の前記ラミネートセルについて厚さ方向の両側から同じ弾性特性を有し対をなす弾性部により直接的または間接的に狭持する保持部材を備え、一の前記ラミネートセルを付勢する一の前記弾性部と、これに隣り合う他の前記弾性部であって、上記一のラミネートセルと隣り合う他の前記ラミネートセルを付勢する弾性部とは、互いに独立して弾性変形するように配設されてなり、前記弾性部は、隣り合う前記ラミネートセル同士の間に冷却媒体の通路を構成してなる組電池である。

本発明の組電池は、各々のラミネートセルを厚さ方向の両側から同じ弾性特性を有し対をなす弾性部によって狭持する保持部材を備える。このような組電池では、充放電に伴いラミネートセルの内圧が変化してラミネートセルに厚み変動が起きたとき、対をなす弾性部がそれぞれ弾性変形することにより、ラミネートセルの厚み変動を吸収できる。このとき、対をなす弾性部はそれぞれ同じ弾性特性を有しているので、ラミネートセルに厚み変動が起きても、ラミネートセルの中心（厚さ方向の中心）は変位しない（厚さ方向に位置ずれしない）。従って、ラミネートセルに設けられた電極端子の位置も変位しない。また、ラミネートセルの厚みに個体差があっても、この厚み誤差を、対をなす弾性部が吸収するので、ラミネートセルの中心及び電極端子の位置は変位しない。よって、電極端子同士を固定的に接続するなど、電極端子同士の電気的接続を容易かつ確実に行うことができる。また、従来技術で述べたように、ラミネートセルを大きな荷重で一括拘束するような拘束部材は必要なく、また、内圧変化に伴うラミネートセル内部への負荷を軽減できる。

なお、一のラミネートセルを付勢する一の弾性部と、これに隣り合う他の弾性部であって、一のラミネートセルと隣り合う他のラミネートセルを付勢する弾性部とは、互いに独立して弾性変形するように配設されてなる。このため、あるラミネートセルに厚み変動が起きたとき、これとは別のラミネートセルを付勢する弾性部にその厚み変動の影響が及ぶことはない。即ち、対をなす弾性部は、それが狭持するラミネートセルの厚み変動に伴って、それぞれ独立して弾性変形する。従って、上述したように、各々のラミネートセルの中心や電極端子の位置は変位しない。
さらに、弾性部は、隣り合うラミネートセル同士の間に冷却媒体の通路を構成している。このため、この冷却媒体通路からラミネートセルで生じた熱を効率よく外部に放熱できる。また、弾性部によって冷却媒体の通路を構成することにより、ラミネートセル間に冷却フィンなどの冷却機構を別途設ける必要がなくなるので、組電池の省スペース化、低コスト化を図ることができる。

ここで、保持部材は、上記の要件を満たすものであれば、いかなる形態とすることもできる。従って、個別にラミネートセルを保持する形態としても、複数のラミネートセルを一括して保持する形態としても、あるいは、全部のラミネートセルを一括して保持する形態としてもよい。また、保持部材は、いかなる材質からなるものでもよい。例えば、樹脂製や金属製とすることができる。
保持部材に設けられた弾性部も、上記の要件を満たすものであれば、いかなる形態とすることもできる。例えば、弾性部は、平板状や波板状、湾曲板状等の板状バネや、弦巻バネ、パイプなどから構成できる。また、弾性部は、いかなる材質からなるものでもよい。例えば、樹脂製や金属製とすることができる。

さらに、上記の組電池であって、前記弾性部は、金属部材からなり、前記ラミネートセルを直接的に狭持し、または、前記ラミネートセルで生じた熱を前記弾性部に伝達可能にしつつ前記ラミネートセルを間接的に狭持してなる組電池とすると良い。

本発明によれば、ラミネートセルで生じた熱は弾性部に伝達され、弾性部から外部に放熱される。従って、ラミネートセルで生じた熱を、より効率よく外部に放熱できる。

さらに、上記の組電池であって、前記弾性部は、板状バネにより構成されてなる組電池とすると良い。

本発明によれば、弾性部は、板状バネにより構成されている。このようにすることで、弾性部を容易かつ安価に構成できる。

さらに、上記の組電池であって、前記弾性部は、前記ラミネートセル側に凸となる湾曲した形状をなし、前記ラミネートセルと面同士で密着してなる組電池とすると良い。

本発明によれば、弾性部は、それぞれラミネートセル側に凸となる湾曲した形状をなし、それぞれラミネートセルと面同士で密着してなる。このような組電池では、隣り合う別個のラミネートセルを保持する弾性部同士の間に、冷却媒体の通路を構成できる。このため、この冷却媒体通路を通じて、ラミネートセルで生じた熱を効率よく外部に放熱できる
。また、弾性部によって冷却媒体の通路が構成されることにより、ラミネートセル間に冷却フィンなどの冷却機構を別途設ける必要がなくなるので、組電池の省スペース化、低コスト化を図ることができる。

さらに、上記の組電池であって、前記弾性部は、金属部材からなる組電池とすると良い。

本発明によれば、弾性部は、金属部材からなる。従って、ラミネートセルで生じた熱は弾性部に伝わり、弾性部から効率よく外部へ放熱される。特に、本発明の弾性部は、上記のように、ラミネートセルと面同士で密着しているため、ラミネートセルで生じた熱を、効率よく弾性部に伝え、効率よく外部に放熱できる。

また、極板群をラミネートフィルムで包み込んで板形状に密閉すると共に、厚さ方向の中心から外部へ電極端子を突出させたラミネートセルを備える単電池であって、前記ラミネートセルを保持する保持部材であって、前記ラミネートセルを厚さ方向の両側から同じ弾性特性を有し対をなす弾性部により直接的または間接的に狭持する保持部材を備える単電池とするのが好ましい。

この単電池は、ラミネートセルを厚さ方向の両側から同じ弾性特性を有し対をなす弾性部によって狭持する保持部材を備える。このような単電池は、充放電に伴いラミネートセルの内圧が変化してラミネートセルに厚み変動が起きたとき、対をなす弾性部がそれぞれ弾性変形することにより、ラミネートセルの厚み変動を吸収できる。このとき、対をなす弾性部はそれぞれ同じ弾性特性を有しているので、ラミネートセルに厚み変動が起きても、ラミネートセルの中心は変位しない。従って、ラミネートセルに設けられた電極端子の位置も変位しない。また、ラミネートセルの厚みに個体差があっても、この厚み誤差を対をなす弾性部が吸収するので、ラミネートセルの中心及び電極端子の位置は変位しない。従って、この単電池を用いて組電池を構成すれば、電極端子同士を固定的に接続するなど、電極端子同士の電気的接続を容易かつ確実に行うことができる。また、ラミネートセルを大きな荷重で一括拘束するような拘束部材は必要なく、また、内圧変化に伴うラミネートセル内部への負荷を軽減できる。

さらに、上記の単電池であって、前記弾性部は、板状バネにより構成されてなる単電池とすると良い。

さらに、上記の単電池であって、前記弾性部は、前記ラミネートセル側に凸となる湾曲した形状をなし、前記ラミネートセルと面同士で密着してなる単電池とすると良い。

このような単電池を用いて組み電池を構成すれば、隣り合う別個のラミネートセルを保持する弾性部同士の間に、冷却媒体の通路を構成することができる。このため、この冷却媒体通路を通じて、ラミネートセルで生じた熱を効率よく外部に放熱できる。また、弾性部によって冷却媒体の通路が構成されることにより、ラミネートセル間に冷却フィンなどの冷却機構を別途設ける必要がなくなるので、組電池の省スペース化、低コスト化を図ることができる。

さらに、上記の単電池であって、前記弾性部は、金属部材からなる単電池とすると良い。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態の単電池１００について説明する。図１に単電池１００の斜視図を、図２に単電池１００の主面側から見た平面図を、図３に単電池１００の側方から見た平面図を示す。この単電池１００は、板形状のラミネートセル１１０とこれを保持する保持部材１２０とからなる二次電池である。

ラミネートセル１１０について、図４に斜視図を、図５に主面１１０Ａ側から見た平面図を、図６に側方から見た平面図を示す。ラミネートセル１１０は、極板群を、ナイロンとアルミニウムとポリプロピレンとからなる厚さ約１３０μｍのラミネートフィルム１１１で包み込んで周囲をシールし、板形状に密閉したものである。その大きさは、縦（図１中上下方向）約１００ｍｍ、横（図１中左右方向）約１４０ｍｍ、厚さ約１０ｍｍである。ラミネートセル１１０の両側方（図１中左右方向）には、厚さ方向の中心から外部へ突出する正極電極端子１１３と負極電極端子１１４が設けられている。

保持部材１２０について、図７に斜視図を、図８に主面側から見た平面図を、図９に側方から見た平面図を示す。保持部材１２０は、ＳＵＳからなる厚さ約５００μｍの金属板から形成されている。保持部材１２０は、同じ弾性特性を有し対をなす弾性部１２１と、これらの弾性部１２１を上方で固定する第１接続部１２３と、これらの弾性部１２１を下方で固定する第２接続部１２５とからなる。対をなす弾性部１２１は、それぞれ内側（ラミネートセル１１０側）に凸となる湾曲した板状バネから構成されている。そして、対をなす弾性部１２１は、ラミネートセル１１０の両主面１１０Ａ，１１０Ｂに面同士でそれぞれ密着して、ラミネートセル１１０を厚さ方向に直接的に狭持している。従って、ラミネートセル１１０の厚み変動やラミネートセル１１０の厚み誤差を吸収できる。
また、保持部材１２０は、第１接続部１２３に平面部１２３ａを、第２接続部１２５に平面部１２５ａをそれぞれ両側に有しているため（図３参照）、後述する組電池２００を構成したときに、隣接する単電池１００間を位置決めすることができる。また、保持部材１２０は、第１接続部１２３に凸部１２３ｂを、第２接続部１２５に凸部１２５ｂをそれぞれ有しているため（図３参照）、ラミネートセル１１０を中央に位置決めすることができる。

次に、本実施形態の組電池２００について説明する。図１０に組電池２００の斜視図を、図１１に組電池２００の側方から見た平面図を示す。組電池２００は、８個の上記単電池１００とこれらを固定する枠部材２００とからなる。８個の単電池１００は厚さ方向に積層され、枠部材２１０によって厚さ方向に拘束されている。このような形態とすることで、隣り合うラミネートセル１１０の間には、弾性部１２１によって、冷却媒体の通路２２０が構成される。この組電池２００では、ファンによって送風された空気が通路２２０を流通する。また、弾性部１２１は、金属板からなり、ラミネートセル１１０の両主面１１０Ａ，１１０Ｂに接触しているため、ラミネートセル１１０で生じた熱を放熱する機能を有する。なお、図面からも明らかなように、一のラミネートセル１１０を付勢する一の弾性部１２１と、これに隣り合う他の弾性部１２１で、上記一のラミネートセル１１０と隣り合う他のラミネートセル１１０を付勢する弾性部１２１とは、互いに干渉することなく独立して弾性変形するように配設されている。

このような組電池２００は、各々のラミネートセル１１０を厚さ方向の両側から同じ弾
性特性を有し対をなす弾性部１２１によって狭持する保持部材１２０を備えており、保持部材１２０は平面部１２３ａ及び１２５ａで隣接する単電池１００間を位置決めし、凸部１２３ｂ及び１２５ｂによりラミネートセル１１０を位置決めするので、充放電に伴いラミネートセル１１０の内圧が変化してラミネートセル１１０に厚み変動が起きたとき、対をなす弾性部１２１がそれぞれ弾性変形することにより、ラミネートセル１１０の厚み変動を吸収できる。このとき、対をなす弾性部１２１はそれぞれ同じ弾性特性を有しているので、ラミネートセル１１０に厚み変動が起きても、ラミネートセル１１０の中心位置は変位しない。従って、ラミネートセル１１０に設けられた正極電極端子１１３及び負極電極端子１１４の位置も変位しない。また、ラミネートセル１１０の厚みに個体差があっても、この厚み誤差を対をなす弾性部１２１が吸収するので、ラミネートセル１１０の中心位置及び電極端子１１３，１１４の位置は変位しない。よって、電極端子１１３，１１４同士を固定的に接続するなど、電極端子１１３，１１４同士の電気的接続を容易かつ確実に行うことができる。また、ラミネートセル１１０を大きな荷重で一括拘束するような拘束部材は必要なく、また、内圧変化に伴うラミネートセル１１０内部への負荷を軽減できる。

さらに、本実施形態では、弾性部１２１は、板状バネにより構成されているため、弾性部１２１を容易かつ安価に構成できる。
また、本実施形態では、弾性部１２１は、それぞれラミネートセル１１０側に凸となる湾曲した形状をなし、それぞれラミネートセル１１０と面同士で密着している。このため、隣り合う別個のラミネートセル１１０を保持する弾性部１２１同士の間に、冷却媒体の通路２２０を構成できる。従って、この通路２２０を通じて、ラミネートセル１１０で生じた熱を効率よく外部に放熱できる。また、弾性部１２１によって冷却媒体の通路２２０が構成されることにより、ラミネートセル１１０間に冷却フィンなどの冷却機構を別途設ける必要がなくなるので、組電池２００の省スペース化、低コスト化を図ることができる。
また、本実施形態では、弾性部１２１が金属部材からなるため、ラミネートセル１１０で生じた熱をより効率よく外部に放熱できる。特に、弾性部１２１は、それぞれラミネートセル１１０と面同士で密着しているため、放熱特性に優れる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、保持部材１２０の弾性部１２１がラミネートセル１１０の両主面１１０Ａ，１１０Ｂを直接的に狭持しているが、例えば、受け板を介して狭持するなど、ラミネートセル１１０を間接的に狭持することもできる。このようにしても、上述した効果を得ることができる。なお、受け板等を設ける場合、受け板等を熱伝導性に優れたものにすることで、放熱特性を向上させることができる。

実施形態に係る単電池を示す斜視図である。実施形態に係る単電池の主面側から見た平面図である。実施形態に係る単電池の側方から見た平面図である。実施形態に係る単電池のうち、ラミネートセルを示す斜視図である。実施形態に係る単電池のうち、ラミネートセルの主面側から見た平面図である。実施形態に係る単電池のうち、ラミネートセルの側方から見た平面図である。実施形態に係る単電池のうち、保持部材を示す斜視図である。実施形態に係る単電池のうち、保持部材の主面側から見た平面図である。実施形態に係る単電池のうち、保持部材の側方から見た平面図である。実施形態に係る組電池を示す斜視図である。実施形態に係る組電池の側方から見た平面図である。従来技術１に係る組電池の模式図である。従来技術２に係る組電池の模式図である。

１００単電池
１１０ラミネートセル
１１３正極電極端子
１１４負極電極端子
１２０保持部材
１２１弾性部
２００組電池
２２０（冷却媒体の）通路

Claims

極板群をラミネートフィルムで包み込んで板形状に密閉すると共に厚さ方向の中心から外部へ電極端子を突出させたラミネートセルを、厚さ方向に複数個並べて組んだ組電池であって、
１または複数の前記ラミネートセルを保持する保持部材であって、各々の前記ラミネートセルについて厚さ方向の両側から同じ弾性特性を有し対をなす弾性部により直接的または間接的に狭持する保持部材を備え、
一の前記ラミネートセルを付勢する一の前記弾性部と、これに隣り合う他の前記弾性部であって、上記一のラミネートセルと隣り合う他の前記ラミネートセルを付勢する弾性部とは、互いに独立して弾性変形するように配設されてなり、
前記弾性部は、隣り合う前記ラミネートセル同士の間に冷却媒体の通路を構成してなる
組電池。
請求項１に記載の組電池であって、
前記弾性部は、
金属部材からなり、
前記ラミネートセルを直接的に狭持し、または、前記ラミネートセルで生じた熱を前記弾性部に伝達可能にしつつ前記ラミネートセルを間接的に狭持してなる
組電池。
請求項１または請求項２に記載の組電池であって、
前記弾性部は、板状バネにより構成されてなる
組電池。
請求項３に記載の組電池であって、
前記弾性部は、前記ラミネートセル側に凸となる湾曲した形状をなし、前記ラミネートセルと面同士で密着してなる
組電池。
請求項４に記載の組電池であって、
前記弾性部は、金属部材からなる
組電池。