JP5114944B2

JP5114944B2 - 組電池

Info

Publication number: JP5114944B2
Application number: JP2006350396A
Authority: JP
Inventors: 俊文高松
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP2008159551A

Description

本発明は、扁平型電池が複数重ねられつつ電気的に接続された組電池に関する。

正極および負極の電極板を積層して構成された発電要素をラミネートフィルムなどの外装部材によって封止し、板状をなす電極端子を外装部材から外部に導出してなる扁平な薄型電池（以下、「扁平型電池」と言う）が知られている。近年、このような扁平型電池を複数積層するとともに各扁平型電池を電気的に直列および／または並列に接続することにより、高出力および高容量の組電池とすることが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の組電池では、扁平型電池を積層する際に電気的に接続する必要のない扁平型電池の電極タブ同士の短絡を防止するために、積層方向に隣り合う電極タブの間に絶縁部材からなる絶縁スペーサを設けている。

しかし、絶縁スペーサには、接続する必要のある電極タブ同士を接合するための開口部が必要である。したがって、例えば組電池に外力が作用して組電池が変形する場合には、この開口部を介して積層方向に隣り合う電極タブ同士が接触し、短絡する虞がある。
特開２００６−２１０３１２号公報

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、組電池に外力が作用して組電池が変形する際に、積層方向に隣り合う電極タブ同士の短絡を抑制できる組電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る組電池は、発電要素を外装部材で封止するとともに、前記発電要素に接続された板状をなす電極端子を前記外装部材内部から外部に導出してなる扁平型電池を複数積層して、各扁平型電池の電極端子同士を電気的に接続してなる組電池であって、前記扁平型電池の積層方向に隣り合う電極端子間に、前記積層方向に貫通して開口する開口部を備えた絶縁性の絶縁板が設けられ、前記絶縁板は、組電池に当該組電池を変形させる外力が作用した際に、電極端子の前記開口部に対応する部位を積層方向に隣り合う電極端子から離れる方向へ変形させる変形手段を有し、前記変形手段は、前記絶縁板の開口部の周囲に設けられた、対向する電極端子に向って突出する凸部であって、前記凸部は、凸部が設けられる絶縁板に対して、前記対向する電極端子を挟んで反対側に配置される絶縁板の開口部よりも、開口部中央方向に位置することを特徴とする。

上記のように構成した本発明に係る組電池は、組電池に当該組電池を変形させる外力が作用した際に電極端子を積層方向に隣り合う電極端子から離れる方向へ変形させる変形手段が絶縁板に形成されるため、組電池に外力が作用する際にも、電極端子同士の短絡を抑制できる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る組電池を示す斜視図、図２は、図１に示される組電池を分解して示す斜視図、図３は、ケース内に収納されるセルユニットを部分的に拡大して示す斜視図、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図、図６は、セルユニットの電極タブが設けられる部位を拡大して示す斜視図、図７は、扁平型電池の一例を示す斜視図、図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。

図１、２に示すように、組電池１は、複数枚（図示例では８枚）の扁平型電池２を含むセルユニット３がケース４内に収納されている。組電池１は、例えば、自動車や電車などに駆動用の電源として搭載される。図示省略するが、任意の個数の組電池１を積層するとともに各組電池１を直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応した車載電池を形成することができる。

ケース４は、収容開口部５ａが形成された箱形状をなすロアケース５と、収容開口部５ａを閉じる蓋体をなすアッパーケース６と、を含んでいる。アッパーケース６の縁部６ａは、カシメ加工によって、ロアケース５の周壁の縁部５ｂに巻き締められている。ロアケース５およびアッパーケース６は、比較的薄肉の鋼板またはアルミ板から形成され、プレス加工によって所定形状が付与されている。

セルユニット３はさらに、図３〜６に示すように、扁平型電池２の正極タブ７および負極タブ８（電極端子に相当し、正極タブおよび負極タブを総称して電極タブと称する）を挟持するためのスペーサ９（絶縁板に相当する）と、正負の出力端子１０，１１（組電池出力端子に相当する）と、を含んでいる。

扁平型電池２のそれぞれは、図７、８に示すように扁平な矩形形状を有しており、発電要素である複数の正極板１２ａおよび負極板１２ｂがセパレータ１２ｃを介在しつつ交互に積層され、これらがラミネートフィルム等の外装部材１２の内部に電解液と共に収納されるとともに、正極板１２ａおよび負極板１２ｂに接続された正極タブ７および負極タブ８が外装部材１３から導出される。

このように形成された複数の扁平型電池２は、図３〜６に示すように、電極タブ７，８同士が溶接等により直列または並列に電気的に接続され、その両端部（扁平型電池２が直列に接続されている場合には、電位が最も高い正極と電位が最も低い電池の負極、並列に接続されている場合には、各電池の正極と負極）が、組電池１の正、負極の出力端子１０，１１に接続される。正、負極の出力端子１０，１１は、筐体から、組電池１の積層方向に対して直交する方向に（組電池１の積層方向が上下の場合、水平方向に）導出される。本実施形態では、複数の扁平型電池２は直列に接続されており、したがって、重なる扁平型電池２の電極タブ７，８の正負が交互に配置されつつ積層されている。正極タブ７および負極タブ８は、扁平型電池２の電極タブの導出される両側のうち一方側（図３，４に示される側）において、電池の積層方向の一方側（図４の上方側）から正極タブ７ａ〜７ｄおよび負極タブ８ａ〜８ｄを含み、正極タブ７ａが正極端子（出力端子）１０と接続され、負極タブ８ｄが負極端子（出力端子）１１と接続される。

なお、電極タブ７，８の形状および外装部材１２から導出される位置は、扁平型電池２によって異なり、必ずしも同一ではない。互いに溶接される電極タブ７，８同士、電極タブ７，８と出力端子１０，１１、および電極タブ７，８と後述する電圧検出部１５は、互いに重なる位置に配置される必要があるが、この溶接される電極タブ７，８に溶接治具が積層方向から接近し易いように、この溶接される電極タブ７，８に対して他の電極タブ７，８は積層方向に重ならない位置に配置されることが好ましい。ただし、電極タブ７，８を溶接してセルユニット３を組み立てる際には、いくつかの扁平型電池２を接続した複ユニットを複数組み立てた後に、これらの複ユニット同士を接続することにより、１つのセルユニット３が組み立てられる場合が多く、組み立て方法によっては、互いに溶接されない電極タブ７，８が、積層方向に重なる位置に配置される場合がある。本実施形態では、図３，６に示すように互いに溶接された電極タブ８ａ，７ｂと、電極タブ８ｂ，７ｃとが、積層方向に近接して配置されている。

スペーサ９は、電池の積層方向の一方側（図４の上方側）からスペーサ９ａ〜９ｇを含んでいる。スペーサ９は、絶縁性を有する樹脂等により形成されており、電極タブ７，８の溶接位置に対して溶接治具が近接できるように、溶接位置に対応して形成される切り欠き１８（開口部）と、貫通孔１９とを有している。切り欠き部１８は、電極タブ７，８同士を溶接する部位に対応し、貫通孔１９は、電池の電圧を検出するための電圧検出部１５と電極タブ７，８を溶接する部位に対応して形成される。電圧検出部１５の一部が配置される凹部１６には、ケース４の外部から差し込むコネクタが差し込まれる差込口１７が設置される。この電圧の検出は、組電池１の充放電管理のために行われる。

開口部１８は、本実施形態では矩形の切り欠きで形成されるが、例えば貫通孔１９のような矩形の孔で形成されてもよく、また、矩形以外の例えば円形等の他の形状で形成されてもよく、溶接治具が近接できるのであれば限定されない。

前述の電極タブ８ａ，７ｂと電極タブ８ｂ，７ｃとは、間に存在するスペーサ９ｃの開口部１８ａを介して互いに対向しつつ配置されている。

このスペーサ９ｃの開口部１８ａの縁には、電極タブ８ａ，７ｂと電極タブ８ｂ，７ｃに対向する両面に、対向する電極タブ７，８に向って突出する凸部２０（変形手段）が開口部１８ａの縁に沿って形成される。この凸部２０は、本実施形態では電極タブ７，８の外装部材９から伸延する方向に沿う開口部１８ａの２辺に形成されているが、開口部１８ａの縁部の全体に形成されてもよい。すなわち、開口部１８ａが矩形形状の場合には、少なくとも１辺に形成されればよく、またそれぞれの辺において部分的に形成されてもよい。また、開口部１８ａが孔の場合や、円形等の他の形状である場合でも、同様に全体的または部分的に形成できる。

この凸部２０は、対向する電極タブ８ａ，７ｂと電極タブ８ｂ，７ｃに対して、凸部２０が設けられるスペーサ９ｃの反対側に配置されるスペーサ９ａ，９ｅの開口部１８ｂの縁部よりも、開口部中央方向に位置していることが好ましい（図５参照）。

図９は、組電池が変形した際の、セルユニットを部分的に拡大して示す断面図である。

本実施形態に係る組電池１のようにスペーサ９ｃに凸部２０が設けられていない場合には、例えば組電池１が事故等により変形する場合に、開口部１８が設けられているために、開口部１８を挟んで存在する電極タブ７，８同士が接触し、電池の短絡が生じる可能性がある。しかし、本実施形態に係る組電池１では、凸部２０が設けられているために、図９に示すように組電池１が変形する際に、近接する電極タブ７，８が凸部２０から離れる方向に変形し、電極タブ７，８同士が接触しない。

また、凸部２０が、電極タブ８ａ，７ｂと電極タブ８ｂ，７ｃを挟んで反対側の開口部１８ｂの縁部よりも、開口部中央方向に位置しているため、スペーサ９ａ，９ｅにより押される電極タブ８ａ，７ｂ，８ｂ，７ｃの部位が、凸部２０により押される部位よりも外側になり、この場合に、電極タブ８ａ，７ｂ，８ｂ，７ｃの開口部１８に対応する部位がスペーサ９から離れる方向に変形し、電極タブ８ａ，７ｂと電極タブ８ｂ，７ｃ同士の接触を抑制することができる。

凸部２０の高さ（積層方向長さ）ｈは、対向する電極タブ７，８の厚さｄ（電極タブ７，８が重ねられている場合には、重ねられた合計厚さ、溶接により溶接部２１の厚さが部分的に変化する場合には、溶接部２１以外の厚さ）以上であることが好ましい。このように凸部２０の高さを設定することにより、確実に電極タブ８ａ，７ｂおよび電極タブ８ｂ，７ｃを、スペーサ９ｃから離れる方向に変形させることができる。

凸部２０は、先端に向ってテーパ状に幅が細くなり、先端の角が丸められた形状を有している。先端が丸められることにより、凸部２０が電極タブ７，８等に接触する場合に、電極タブ７，８等の損傷を防止できる。なお、凸部２０の形状はこれに限定されず、例えばテーパ状ではなく先端まで同一幅で形成したり、または先端を丸めずに形成することもでき、電極タブ７，８と接触した際に電極タブ８ａ，７ｂおよび電極タブ８ｂ，７ｃをスペーサ９ｃから離れる方向に変形させることができれば、他の形状とすることができる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、凸部２０に近接する電極タブ７，８は、電極タブ同士が重なる部位の電極タブ７，８ではなく、例えば電圧検出部１５と重なる電極タブ７，８や、出力端子１０，１１と重なる電極タブ７，８であってもよく、また、場合によっては電極タブ７，８が他の部材と重ねられていなくてもよい。また、積層できる扁平な電池であれば、どのような扁平型電池にも適用できる。また、本実施形態では扁平型電池２から導出される２つの電極タブ７，８の一方側のみを対象として凸部２０を設けたが、他方側にも適用できる。また、スペーサ９ｃの両面に凸部２０を設けたが、一方面にのみ設けることも可能である。また、凸部２０をスペーサ９ｃに一体的に形成するのではなく、別部材として固定してもよい。

本発明の実施形態に係る組電池を示す斜視図である。図１に示される組電池を分解して示す斜視図である。ケース内に収納されるセルユニットを部分的に拡大して示す斜視図である。図３のＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。セルユニットの電極タブが設けられる部位を拡大して示す斜視図である。扁平型電池を示す斜視図である。図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。組電池が変形した際の、セルユニットを部分的に拡大して示す断面図である。

符号の説明

１組電池、
２扁平型電池、
３セルユニット、
７，８電極タブ、
９スペーサ、
１０，１１出力端子、
１２ａ正極板（発電要素）、
１２ｂ負極板（発電要素）、
１３外装部材、
１８切り欠き（開口部）、
１９貫通孔、
２０凸部（変形手段）、
ｄ電極タブ厚さ、
ｈ凸部高さ。

Claims

発電要素を外装部材で封止するとともに、前記発電要素に接続された板状をなす電極端子を前記外装部材内部から外部に導出してなる扁平型電池を複数積層して、各扁平型電池の電気端子同士を電気的に接続してなる組電池であって、
前記扁平型電池の積層方向に隣り合う電極端子間に、前記積層方向に貫通して開口する開口部を備えた絶縁性の絶縁板が設けられ、前記絶縁板は、組電池に当該組電池を変形させる外力が作用した際に、電極端子の前記開口部に対応する部位を積層方向に隣り合う電極端子から離れる方向へ変形させる変形手段を有し、
前記変形手段は、前記絶縁板の開口部の周囲に設けられた、対向する電極端子に向って突出する凸部であって、
前記凸部は、凸部が設けられる絶縁板に対して、前記対向する電極端子を挟んで反対側に配置される絶縁板の開口部よりも、開口部中央方向に位置することを特徴とする組電池。
前記凸部の高さは、当該凸部と対向する電極端子の厚さ以上であることを特徴とする請求項１に記載の組電池。