JP5363556B2 - 電気デバイス集合体 - Google Patents

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Description

本発明は、フィルム外装電気デバイス（例えばフィルム外装電池）を複数集合させて構成した電気デバイス集合体に関する。
近年、電気自動車などの駆動用電源として、例えばフィルムで外装されたリチウムイオン二次電池を複数集合させて構成した組電池が用いられている。また、そのような組電池において、電池の充放電性能を最大限に発揮させるためには（あるいは電池の寿命を短縮させないためには）、各フィルム外装電池を冷却する必要があることが知られている。
図１は、従来一般的な電池セル（フィルム外装電池）の構成を示している。電池セル１２０は、外装フィルム１２４によって形成された密閉空間内に配置された電池要素１２２を有している。電池要素１２２は、正極板１１１及び負極板１１５がセパレータ１１２を介して交互に積層された構成となっており、密閉空間内に電解液と共に収容されている。外装フィルム同士の封止部１２３からは電極タブ１２５ａ、１２５ｂが引き出されている。正極用の電極タブ１２５ａは、集電体１１３を介して各正極板１１１に接続されている。負極用の電極タブ１２５ｂは、集電体１１６を介して各負極板１１５に接続されている。
このような構成の電池セル１２０は、電池の使用時に電極タブが高温（例えば６０〜９０℃程度）となることがあり、そのため、フィルム同士の封止部１２３から電解液が漏れるおそれがあった。特開２００４−１０３２５８号公報では、組電池を図２のような構成とすることによりこの問題の解決を図っている。
組電池１５０では、積層された各電池セル１２０の封止部１２３同士の間に弾性を有する圧接部材１６０が配置され、封止部１２３は圧接部材１６０により押圧されている。したがって、仮に電極タブ１２５が高温になったとしても封止部からの液漏れが生じにくいものとなっている。また、圧接部材１６０には空洞部１６１が形成されており、この空洞部内に冷却媒体を流通させることにより、封止部１２３を冷却することも可能となっている。
このように、組電池を機能させるための熱対策は非常に重要な課題である。
一方、組電池が電気自動車に搭載された場合、熱対策の他、防振対策も非常に重要である。特に、電極タブは薄い金属板からなり、周期的な振動がかかると疲労破壊しやすい。
図２に示す圧接部材１６０は、冷却機能のほか、弾性を有していることから、耐振動機能も確保している。
この他、耐振動対策としては、フィルム外装電池を複数接続してなるモジュールをモジュールケースに収納し、モジュールケースに防振ゴムを取り付けて用いる場合がある。
特開２００４−１０３２５８号公報
組電池を構成する際、図３に示すように電池セル１２０Ａ、１２０Ｂを平面的に並べて配置することもある。このような構成では、冷却風を、例えば図示矢印にて示すように一方の電池セル側（図示下側）から他方の電池セル側（図示上側）に向けて送ったとしても、２つの電池セルを均一に冷却することは困難である。一方の電池セル１２０Ａを通過することで冷却風が暖められ、他方の電池セル１２０Ｂにはこの暖まった冷却風が供給されることとなり、２つの電池セルの間で冷却のバラツキが生じるためである。
上記特開２００４−１０３２５８号公報では、外装フィルム同士の封止部１２３を冷却することについては開示されているものの、電池セルの中央部を冷却することについては開示されていない。他方、図３の構成において、例えば、冷却風を供給するダクト（不図示）の形状を適宜調整し、冷却風が電池セルの双方に均一に供給されるようにすることも可能であろうが、こうしたダクトを設けることで組電池が大型化されてしまう。
一方、振動対策に関しては、組電池を車両に搭載することを考えた場合、常時かかる振動の他、車両の衝突といった強い衝撃力に対しても考慮しておく必要がある。
強い衝撃の吸収を主目的とする衝撃吸収機構を、ゴム等の弾性部材で構成する場合、高硬度のものを使用する必要がある。しかしながら、高硬度の弾性部材は比較的弱い振動等は吸収しにくいため、比較的弱い力を吸収する機構が別途必要となる。
また、モジュールケースに衝撃吸収機構を備え、モジュールケースによって振動、衝撃を吸収する構造では、モジュールケース内でモジュールがしっかりと固定されていることが必要である。しっかり固定されていないとモジュールがモジュールケースに衝突しモジュールが損傷してしまう場合があるためである。しかしながら、この場合、固定用部品が必要となるだけでなくこれによる重量増加、また、固定に要する手間の発生といった問題が生じる。
また、モジュールケースに衝撃吸収機構を備える構成の場合、モジュール全体で振動、衝撃を吸収する構成となっている。このような構成は、比較的簡単な衝撃吸収構造を採用することができるものの、モジュールに局部的な力がかかった場合、局部的にその力を吸収できず、モジュール全体に力が及んでしまうこととなる。例えば、車両事故によりモジュールケースの一部が変形し、モジュールケースがモジュールに突き当たった場合、その力がモジュール全体に及びモジュール全体が破損してしまうことが考えられる。よって、モジュールケースに高い剛性が要求され、結果としてモジュールケースの重量が増加してしまう。
フィルム外装電池を個別に電池ケース内に収納した構成の場合、電池ケースが電池を保護することができるため、モジュールケースに高い剛性が要求されることもなく、また、局部的な衝撃に対しても対応しうる。もっとも、電池ケースに収納した場合であっても、組電池を構成するためにはフィルム外装電池の電極タブを電池ケース外に引き出し、隣接する電池の電極タブと接続する必要がある。電極タブに繰り返し振動や衝撃力が印加された場合、電極タブの付け根部分、すなわち、電極タブと電池要素との接続部分には曲げ応力がかかり電極タブが破損してしまう。電極タブの破損を防止するため、電池ケースから電極タブを引き出す開口部分に衝撃吸収部材が設けられる。しかしながら、この衝撃吸収部材は、電池ケースと電池の寸法の都合上、比較的薄いものしか用いることができず、振動、衝撃を十分に吸収することができない。よって、車両の衝突などによる強い衝撃が印加された場合、電極タブがダメージを受けてしまうことが考えられる。
以上、フィルム外装電池を例に挙げて説明したが、上記のような問題は電池に限らず、例えばフィルム包装体内に電気デバイス要素としてキャパシタ等が配置されたデバイスにおいても同様に生じうるものである。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、衝撃吸収機構を備えた電気デバイス集合体を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の電気デバイス集合体は、電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素がフィルム包装体内に収容されると共に前記フィルム包装体の封止部から電極タブが引き出された複数のフィルム外装電気デバイスが積層されるとともに、前記各フィルム外装電気デバイスにおける前記電極タブが弾性体からなる複数の圧接部材によって挟持されている電気デバイス集合体であって、前記各圧接部材は、前記電極タブの引き出し方向に向けて前記封止部よりも延出している。
電極タブを挟持して保持するための圧接部材を電極タブよりも延出させておくことで、電極タブの引き出し方向にかかる外力が電気デバイスの本体部分にかかる前にこの外力が圧接部材で受けることができる。また、圧接部材が弾性体であることより衝撃吸収部材として機能させることができる。
また、各圧接部材は、中実構造からなる中実部と、前記中実部と一体的に形成された薄肉壁を外周壁とする空洞部とを有し、前記中実部が前記電極タブの引き出し方向に向けて前記封止部よりも延出し、前記空洞部の前記薄肉壁が前記フィルム外装電気デバイスを収容している領域に当接しているものであってもよい。中実部が比較的大きな外力を吸収することができるのに対して薄肉壁は比較的弱い外力を吸収することができる。つまり、本発明の圧接部材は中実部と空洞部ひとつの部材によって、弱い力から大きな力まで吸収することができる。
また、各圧接部材は、前記各圧接部材の前記中実部が、前記電極タブを挟持する第１の領域と、前記圧接部材同士が直接接触する第２の領域とを有するように積層されているものであってもよい。
圧接部材がゴムである場合、このような積層方法によって、第１の領域ではいわゆる積層ゴムとして挙動し、第２の領域ではブロックゴムとして挙動する。第１の領域では積層方向には変形しにくく大きな荷重を受けることができるので、複数の電気デバイス要素をケース内に収納して用いる場合、大きな荷重かけてしっかり固定することができる。一方、第一の領域は積層方向に対して直交する方向、すなわち、電極タブが引き出されている方向には変形しやすいので、この方向にかかる力をしなやかに吸収することができる。
また、第２の領域では圧接部材の積層方向および電極タブの引き出し方向のいずれに対しても変形しやすくなるため、いずれの方向の力もしなやかに吸収することができる。
また、前記圧接部材同士の摩擦係数が、前記圧接部材と前記電極タブとの摩擦係数よりも大きいものであってもよい。すなわち、第１の領域を第２の領域よりも滑りやすい状態にすることで第１の領域と第２の領域との境界部分で圧接部材にせん断変形を生じさせることができる。これにより圧縮変形で吸収することができる力よりも弱い力をしなやかに吸収させることができる。
また、前記各圧接部材は互いに接着されていないようにするのが好ましい。互いに接着等によって固定させることがなく摺動可能の状態にしておくことで、例えば、局部的な衝撃がかかった場合、他の部分に衝撃力の伝達量を小さくすることができるので、デバイス全体としての損傷を小さくすることができる。
前記各圧接部材の重量が異なるものであってもよい。このようにすることで、ある所定の振動数に共振してしまうのを防止することができる。
本発明の圧接部材によって、振動、衝撃力からフィルム外装電気デバイスを保護することができる。
従来一般的な電池セルの構成を示す断面図である。 フィルムの封止部に圧接部材が配置された従来の組電池の一例を示す図である。 並列配置された２つの電池セルに対する冷却について説明するための上面図である。 本発明の実施の形態に係る組電池の外観斜視図である。 本発明の実施の形態に係る組電池に用いられる電池セル単体を示す斜視図である。 並列配置されたモジュールの構成を示す分解斜視図である。 圧接部材の構成を示す正面図である。 圧接部材の構成を示すＡ−Ａ切断線における断面図である。 組電池の完成状態における圧接部材及びその周辺構造を示す断面図である。 圧接部材の他の構成例を示す断面図である。 圧接部材を用いた電池セルの保持構造の一例の模式図である。 圧接部材を用いた電池セルの保持構造の他の例の模式図である。 本発明の圧接部材をＺ方向から見た、圧接部材のせん断変形を説明するための模式図であり、Ｘ方向に力がかかる前の状態を示している。 本発明の圧接部材をＺ方向から見た、圧接部材のせん断変形を説明するための模式図であり、Ｘ方向に力がかかった状態を示している。 薄肉部の変形による外力の吸収を説明するための図である。 本発明のモジュールを収納したモジュールケースの側断面図である。
以下、本発明の電気デバイス集合体の実施の形態について、フィルム外装電池が集合した組電池を例に挙げ、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態の組電池の外観斜視図である。図５は、本実施形態の組電池に用いられる電池セル単体を示す斜視図である。
図４に示すように、組電池８０は、２つの電池セル２０Ａ、２０Ｂ（「電池セル２０」ともいう）を保持した並列配置モジュール５０が６段重ねに積層された構成となっている。また、並列配置モジュール５０の両側（図示Ｘ方向）には圧接部材６０が配置されている。
電池セル２０としては、図５に示すような従来一般的なフィルム外装電池を用いることが可能である。電池セル２０はリチウムイオン二次電池であり、フィルム包装体を構成する２枚の外装フィルム２４によって形成された密閉空間内に、電池要素２２が電解液と共に収容されている。外装フィルム２４の外周部の４辺は、フィルム同士を熱シールした封止部２３となっている。４つの封止部２３のうち短辺側の２辺からシート状の電極タブ２５ａ、２５ｂが引き出されている。
各外装フィルム２４には、電池要素２２に対応した形状の凹部（符号を付して示さず）が形成されている。凹部は、電池要素２２の上面（又は下面）を覆う領域に形成された平坦な中央部２６ａと、その周囲に形成された傾斜面２６ｂとで構成されている。なお、電池セル２０を冷却する場合、この中央部２６ａを冷却することが最も効果的である。
図６に示すように、各並列配置モジュール５０では、１つのセル保持体５５上に２つの電池セル２０Ａ、２０Ｂが並列に配置されるようになっている。セル保持体５５は、各電池セルの封止部２３（長辺側）を支持する平坦な支持部５６を有している。そして、押さえ部材５１Ａ、５１Ｂを各電池セルの上方から取り付けることによって、電池セルの封止部２３が、挟持部５６と押さえ部材の一部との間で挟持されるようになっている。
セル保持体５５及び押さえ部材５１Ａ、５１Ｂはいずれも樹脂成形品であってもよい。また、本実施形態は２つの電池セルが並べられたものであるが、これに限らず３つ以上の電池セルが並べられていてもよい。
セル保持体５５の側壁５７の下部側には切欠きが設けられており、この切欠き部が電池間通風路６５の入口側の開口部となっている。図示しないが、図示Ｙ方向反対側の側壁５７にも同様の切欠き部が設けられており、これにより、図示Ｙ方向手前側から供給された冷却風が電池間通風路６５を通って奥側に抜けるようになっている。
セル保持体５５は、各電池セルの封止部２３（長辺側）を支持する平坦な支持部５６を有する。押さえ部材５１Ａ、５１Ｂを各電池セルの上方から取り付けることによって、電池セルの封止部２３が、挟持部５６と押さえ部材の一部との間で挟持される。
次に、圧接部材６０の構成及びその作用（冷却作用、衝撃吸収作用）について説明する。
［圧接部材の構成］
圧接部材６０は、例えばウレタンフォームやゴム等の弾性部材であり、弾性変形によって生じた反力により、各電池セル２０Ａ、２０Ｂの電極タブ２５近傍を押圧するとともに、その弾性により外部からの振動や衝撃を吸収する。例えば図４に示すように、圧接部材６０は図示Ｙ方向に沿ってまっすぐに延びており、その長さは、電池セル２つ分よりも長く設定されている。圧接部材６０の長さは電極タブ２５の幅よりも長いため、積層することで電極タブ２５を挟み込んでいる領域Ａと圧接部材６０同士が接触している領域Ｂが形成される。
図７Ａ、図７Ｂに示すように、圧接部材６０の内部には、そのほぼ全長にわたって長尺な空洞部６１が形成されている。つまり、圧接部材６０は長尺筒状の部材であり、その空洞部は、一方の端部６０ａにおいて開口し、反対側の端部６０ｂ（図４で電池セル２０Ｂ側となる方の端部）では閉じられている。
圧接部材６０のうち、端部６０ｂ側のほぼ半分の領域には、複数の吹出口６２が互いに所定の間隔をおいて形成されている。これにより、空洞部６１内に供給された冷却風は各吹出口６２から吹き出されるようになっている。なお、本実施形態では、吹出口６２が形成される領域は、電池セルの短手方向の長さに対応した長さとなっている。また、図７Ｂでは吹出口６２が円形の開口部として描かれているが、これに限定されるものではなく、矩形又は長円形等であってもよい。
圧接部材６０の断面形状は、図７Ｂ及び図８に示す通り、中実部６６と空洞部６１とを有する。中実部６６の上面及び下面が平坦な加圧面６３となっており、空洞部６１は変形しやすい薄肉壁６１ａで形成されている。
［圧接部材の冷却作用］
圧接部材６０は、図４に示した通り、互いに隣接するモジュール５０同士の間に１つずつ配置され、また、空洞部６１と電池間通風路６５は、いずれも同じ方向に向かって開口するようになっている。このような構成は、各通風路６５及び各空洞部６１に冷却風を供給するダクト（不図示）を構成し易い点で有利である。もっとも、各通風路６５に冷却風を供給するためのダクトと、各空洞部６１に冷却風を供給するダクトとを別個に設けることも可能である。
各電池間通風路６５内に供給された冷却風が、電池セル２０Ａ、２０Ｂに接触しながら通風路６５内を流れることによって、冷却風と電池セルとの間で熱交換がされ、通風路６５に面する各電池セル（本実施形態では４つ）が冷却される。
空洞部６１内に供給された冷却風は、電池セル２０Ａの中央部２６ａ（図５参照）には接することなく電池セル２０Ｂ側まで移送され、吹出口６２から、電池セル２０Ｂの中央部側に向かって吹き出される。つまり、冷却風は、手前側の電池セル２０Ａを迂回して奥側の電池セル２０Ｂに直接供給されるようになっている。
奥側の電池セル２０Ｂに対しては、通風路６５を通じて、電池セル２０Ａを通過してきた冷却風も供給されるわけであるが、この冷却風が電池セル２０Ａからの熱を受けて既に高温となっていたとしても特に問題はない。本実施形態の構成によれば、奥側の電池セル２０Ｂに対し、空洞部６１を通じて冷却風を直接供給することができるため、奥側の電池セルの冷却も良好に行うことができるためである。
図８に示すように、薄肉壁６１ａの当接面６４のそれぞれは、各電池セルの傾斜面に密着するようになっており、これにより、電池間通風路６５の両側（図示Ｘ方向）が圧接部材６０によって密閉される。電池間通風路６５が密閉されていることで、通路内における冷却風の流通が安定し、冷却風が漏洩することによる冷却効率の低下なども防止される。
また、本実施形態では、上記のような迂回用の冷却風通路が、圧接部材６０に設けられた空洞部６１と吹出口６２とで構成されていることから、冷却風通路を形成するための特別な部材（ダクト等）を追加する必要もない。したがって本構成は組電池全体の小型化にも有利である。
図４に示すように、圧接部材６０の加圧面６３が各電池セル２０Ａ、２０Ｂの封止部２３を押圧する構成となっている場合、特開２００４−１０３２５８号公報の構成（図２参照）と同様の効果が得られる。すなわち、圧接部材６０からの押圧力が、封止部２３に対してその厚さ方向に付与されているため、仮に電極タブ２５が高温になったとしても封止部２３からの液漏れは生じにくいものとなる。
もっとも本発明は、圧接部材６０が封止部２３のみを押圧する形態に限定されるものではない。例えば図８に示すように、各加圧面６３が電極タブ２５のみを押圧するように構成されていてもよい。また、各加圧面６３が電極タブ２５と封止部との双方を押圧するように構成されていてもよい。
なお、本発明は上記に述べた形態に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、空洞部６１とは別に、各加圧面６３の近傍に通路６７を形成し、その中を冷却冷媒（冷却用液体も含む）が流通するようにしてもよい。また、１つの並列配置モジュール上に電池セルが３つ以上配置される場合、例えば、圧接部材に形成する吹出口６２の大きさ又は数を適宜調整することで、各電池セルへの冷却風供給量を均一にすることが好ましい。
また、上記実施形態では２つの電池セルが並列に配置された構成について説明したが、本発明は１つの電池セルのみに対しても適用可能である。つまり、冷却風の流れ方向上流側と下流側とで冷却にバラツキが生じてしまうような比較的大型な１つの電池セルに対して、上記のような圧接部材６０を利用することで、上流側と下流側と間の冷却のバラツキを抑えることができるようになる。
［圧接部材の衝撃吸収作用］
本実施形態のセルケースは、電池セル２０の電池要素周辺の４つの封止部を全て挟持する構成とはなっておらず、電極タブ２５が延出していない長辺部分のみをセル保持体５５と押さえ部材５１によって挟持するようになっている。すなわち、本実施形態のセルケースは電池セル２０を全体的に覆い込み、ケースに形成された開口部から電極タブ２５を延出させる構成とはしていない。電極タブ２５は図８に示すように圧接部材６０の加圧面６３にて挟持されている。
図８の構成のように、電極タブ２５が圧接部材６０によって挟持されている場合、例えば、電池セル本体が振動し、電極タブに対して繰り返し応力が加えられたとしても、圧接部材６０による振動減衰効果により、電極タブ２５の折損等が生じにくいものとなる。
圧接部材６０が封止部２３のみを挟持する構成（図４参照）では、例えば電極タブが変形しにくい部材である場合に、電極タブ２５の根元部分（封止部からの引出し部）に応力が集中する可能性もある。これは、当該根元部分での電極タブの折損の原因となったり、あるいは封止部の信頼性を低下させる原因となったりもする。したがって、このような問題に対処するには、図８に示すような、圧接部材で電極タブを押さえる構成とすることが好ましい。
上述したように、積層された圧接部材６０には電極タブ２５を挟み込んでいる領域Ａと圧接部材６０同士が接触している領域Ｂが形成されている。つまり、電極タブ２５を挟み込んでいる領域Ａの両側に圧接部材６０同士が接触している領域Ｂが形成されている。なお、領域Ａおよび領域Ｂは単に接触しているだけで接着等によって強固に固定されてはおらず、一定以上の外力に対しては滑りが生じるようになっている。
以下、領域Ａ、領域Ｂ、領域ＡおよびＢ、領域Ａ、Ｂの境界、薄肉壁６１ａの特性について、図４、図１０〜図１２を用いてそれぞれ説明する。なお、本願発明の効果をより顕著にするため、圧接部材６０の領域ＡへのＺ方向への加圧力を領域Ｂへの加圧力よりも弱くするものであってもよい。
［領域Ａ］
積層された圧接部材６０のうち領域Ａの部分は、電極タブ２５で仕切られていることで変形が規制されている。つまり、厚さｈの弾性部材が積層された積層ゴムの構造となっている（図４）。
よって、領域Ａの部分はＺ方向の力がかかっても変形しにくいことよりモジュール全体をしっかり保持することができる一方、Ｘ、Ｙ方向のせん断力がかかると変形しやすいことよりＸ、Ｙ方向の振動をしなやかに吸収することができる。
［領域Ｂ］
積層された圧接部材６０のうち領域Ｂの部分は、本実施形態では５つの圧接部材６０が積層されていることから厚さＨ＝ｈ×５の厚みを有することとなる（図４）。領域Ｂは、圧接部材間に電極タブが介在しないことより、積層された５つの圧接部材６０はＺ方向の力に対しては厚さ５ｈの１つの弾性部材（ブロックゴム）として機能する。
よって、領域Ａと領域ＢとにＺ方向に同じ大きさの力がかかった場合、領域Ｂは領域Ａよりも大きく圧縮されることよりＺ方向の振動を領域Ａよりも多く吸収することができるとともに、Ｘ、Ｙ方向については領域Ａと同様に変形しやすく振動をしなやかに吸収することができる。
図２に示すような、積層された個々の電池間に弾性を有する圧接部材を挟み込む構成の場合、積層ゴムの特性のみを有するものである。これに対して、本願発明は領域Ａが積層ゴムとしての特性を有し、領域Ｂがブロックゴムの特性を有することとなる。このため、設計の自由度を拡げることができる。
［領域Ａおよび領域Ｂ］
図１０Ａ、図１０Ｂに圧接部材を用いた電池セルの保持構造の比較を示す。なお、図１０Ａおよび図１０Ｂはそれぞれ１つの電池セルを支持した状態を示しており、図８の矢視ａ方向、すなわち、電池要素から電極タブが延出した方向に見た図である。図１０Ａは本実施形態の圧接部材６０を２つ積み重ねた保持構造を示している。図１０Ｂはセルケース９０内に電池セルを収納し、開口部９１から電極タブ２５を取り出し、開口部９１に圧接部材６０’を設けた保持構造の一例を示したものである。なお、いずれの保持構造も高さを２ｈとしている。また、図１０Ｂの開口部９１の開口高さはｈであるものとする。
図１０Ａに示す本実施形態の場合、図６に示す押さえ部材５１とセル保持体５５を用いていることより、これらの部材によって厚みを規制されることがないので圧接部材６０の一枚当たりの厚さをｈとすることができる。一方、図１０Ｂの場合、圧接部材６０’は開口部９１、セルケース９０の寸法規制を受け、一枚当たりの厚さをｈとすることはできず、ｈ以下の例えば０．５ｈの厚みしかもたせることができない。
このように本実施形態の保持構造は圧接部材６０の厚みを厚くすることができることでシール特性を向上させることができる。電極タブ２５は２つの圧接部材６０に挟み込まれただけであり、シール剤を塗布した構成とはなっていない。よって、これらの間から冷却風の漏洩が問題となる。しかし、本実施形態の場合、圧接部材６０の厚みを厚くすることができることから、上下方向（Ｚ方向）に大きな加圧力をかけることで圧接部材６０と電極タブ２５との隙間をなくすことができる。また、圧接部材６０はケースに収納されていないのでケースによって変形が規制されず、変形の自由度が高い。よって圧接部材６０は電極タブ２５のＺ方向の変位に対して良好に追従することができるので、電極タブ２５が変形しても隙間が形成されにくい。なお、図８に示すように、薄肉壁６１ａを電池セルに押し付けているので冷却風の漏洩はこの部分で防止されているが、経年劣化を考慮すると、このような二重の対策を施すことは好ましいといえる。
また、電極タブ２５は圧接部材６０に対してシール剤の塗布や接着がなされているものではなく、加圧面６３上で滑りを生じるような状態で圧接部材６０によって挟持されている。このため、電極タブ２５がＺ方向に撓んだ場合、電極タブ２５は加圧面６３上で滑るので電極タブ２５に無理な力をかけずにシールすることができる。
［領域Ａと領域Ｂとの境界］
図１１Ａ、図１１Ｂに本実施形態の圧接部材６０をＺ方向に見た模式図を示す。図１１ＡはＸ方向に力がかかる前の状態の圧接部材６０を示しており、図１１ＢはＸ方向に力がかかった状態の圧接部材６０の変形状態を示している。なお、図１１Ａ、図１１Ｂは圧接部材６０の中実部６６のみを図示したものであり、空洞部６０は省略している。
本実施形態の積層構造の場合、圧接部材６０が電極タブ２５に接触している領域Ａにおける摩擦係数と圧接部材６０同士が直接接触している領域Ｂにおける摩擦係数とでは前者の方が小さい。領域Ａにおいては圧接部材６０は金属板である電極タブ２５の表面上を滑りやすい状態にあり、領域Ｂにおいては滑りにくい状態にある。つまり、本実施形態は、単に圧接部材６０を積層させたものではなく、領域Ａは滑りやすく、領域Ｂは滑りにくい状態で積層させている。なお、領域Ａは電極タブ２５の他、封止部も挟持するものであってもよい。領域Ａが封止部を挟持する構成であったとしても、領域Ｂに比べると滑りやすいことに変わりはないからである。
ところでゴムのバネ定数とストロークの関係は、圧力を圧縮する方向に印加する場合と剪断変形させる方向に印加する場合とでは異なる。圧縮によるバネ定数ｋcと、剪断によるバネ定数ｋsとの関係は形状係数をαとすると、一般に
ｋs＝ｋc／５α
の関係があり、ゴム部材に、剪断力を印加した場合のゴム部材の伸縮量は、圧縮力として印加した場合の伸縮量に比べて大きくなる。つまり、弱い外力を圧縮のみによって吸収しようとすると硬度の低いゴムを用いるのが好ましいが、硬度の低いゴムは大きな外力を吸収しきれない。よって、圧縮力のみで微小振動といった比較的小さな力から衝撃力といった大きな力まで吸収するにはそれぞれに対応した硬度のゴムを用意しなければならない。しかしながら、本実施形態の場合、圧接部材６０が圧縮変形だけでなく、領域Ａと領域Ｂとの境界でせん断変形もするので、Ｘ方向への微小振動といった比較的小さな力が電池セル２０本体に伝達するために硬度の低いゴムを別途用意する必要がない。
［薄肉壁］
薄肉部６１ａは、空洞部６１を形成する他、比較的弱い外力を吸収する機能を有する。すなわち、圧接部材６０の領域Ａの中実部分が電池セル２０側（Ｘ方向）に変位することで図１２に示すように薄肉部６１ａが空洞部６１内に折れ込むように撓むことで比較的小さい力が電池セル２０に伝達されるのを防止する。
次に、圧接部材６０を積層することでさらに得られる他の効果について説明する。
電極タブ２５の厚さに対して十分に厚肉である圧接部材６０を積層することで上下方向からのより大きな衝撃を吸収することができる。また、圧接部材６０を積層することで上下方向の入力に対して大きく撓ませることができ、これにより、衝撃を吸収することができる。
また、本実施形態は重量や寸法が異なる圧接部材６０を組合わせて用いることができる。これにより、車両に積載した場合、電池モジュールが車両の振動と共振するのを防止することができる。
また、硬度が異なる圧接部材６０を組合わせて用いるものであってもよい。例えば、モジュール５０を載置した場合、下層に位置する圧接部材６０の硬度を上層に位置する圧接部材６０の硬度よりも高いものにしてもよい。これにより、下層に位置する圧接部材６０が、積層されることにより必要以上につぶれてしまうのを防止することができる。あるいは積層した圧接部材６０のうち、積層方向の両端側に位置する圧接部材６０と内側に位置する圧接部材６０との硬度を異なるものとしてもよい。
［モジュールケース］
図１３に本実施形態のモジュールを収納したモジュールケースの側断面図を示す。
外寸Ｌのモジュールケース内に長さ（Ｌ−２Ｌ0）のモジュール５０が収納されている。モジュール５０の両側には長さＬCの圧接部材６０が取り付けられている。なお、圧接部材６０の長さＬCは弾性部材変形領域であり、Ｌ0は弾性部材が変形する領域とモジュールケースが変形する領域とを含んだ変形領域である。圧接部材６０の長さＬCは弾性部材変形領域である。
モジュールケースの外寸Ｌの１５％まで変形したとしても、セル本体の損傷を免れるため、モジュールケースの外寸Ｌとの関係をＬC＝Ｌ×１０％とし、Ｌ×２０％≧Ｌ0＝Ｌ×１２％とするのが好ましい。
なお、以上の説明では詳細に述べなかったが、リチウムイオン二次電池を構成する電池要素２２は、具体的には、リチウム・マンガン複合酸化物、コバルト酸リチウム等の正極活物質をアルミニウム箔などの両面に塗布した正極板と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を銅箔などの両面に塗布した負極板とを、セパレータを介して交互に積層したものであってもよい。電池要素２２はリチウムイオン二次電池の他にも、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池を構成するものであってもよい。また、電池要素２２は本実施形態のような積層型のものに限らず、帯状の正極側活電極と負極側活電極とをセパレータを介して重ねこれを捲回した後、扁平状に圧縮することによって正極側活電極と負極側活電極とが交互に積層された構造の捲回型であってもよい。フィルム外装電気デバイスを構成する電気デバイス要素としては、更に、電気二重層キャパシタなどのキャパシタあるいは電解コンデンサなどに例示されるキャパシタ要素等であってもよい。
また、外装フィルム２４は例えばラミネートフィルムであり、このラミネートフィルムとしては電池要素を良好に気密封止できるものであればよい。具体的な一例を挙げれば、熱溶融性を有し内側面となる樹脂層と、金属薄膜などからなる非通気層と、外側面となる保護層（例えばナイロン等）とが、この順番に積層されたラミネートフィルムであってもよい。また、フィルム包装体は、２枚の外装フィルム２４によって構成されるものに限らず、例えば１枚の外装フィルムを折り返して、その３辺が熱シールされた包装体であってもよい。各電極タブ２５の引き出し位置も特に限定されるものではなく、フィルム包装体の封止部のうちの一辺から、正極用及び負極用の２つの電極タブが引き出されていてもよい。
上述した実施例に基づく発明態様の別の例を以下に記載すると、本発明の電気デバイス集合体は、電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素がフィルム包装体内に収容されると共に前記フィルム包装体の封止部から電極タブが引き出されたフィルム外装電気デバイスが、並列に２つ以上並べられると共に、前記各フィルム外装電気デバイスにおける前記電極タブの近傍が圧接部材によって押圧されている電気デバイス集合体であって、前記圧接部材は、一の前記フィルム外装電気デバイス側から送り込まれた冷却風を他の前記フィルム外装電気デバイス側まで移送すると共に、該他のフィルム外装電気デバイスのところで、前記冷却風をフィルム外装電気デバイスの中央部側に向けて供給する冷却風通路を有している。
このように構成された電気デバイス集合体では、圧接部材の冷却風通路内に供給された冷却風は、冷却風の流れ方向手前側のフィルム外装電気デバイスを迂回して、それより奥側のフィルム外装電気デバイスに直接供給される。したがって、手前側のフィルム外装電気デバイスと奥側のフィルム外装電気デバイスとを均一に冷却することができるようになる。また、本発明においては、この冷却風通路が圧接部材に形成されている。つまり、圧接部材は、電極タブ近傍を押圧する部材として機能すると共に、上記冷却風通路を形成する部材としても機能するようになっている。したがって、冷却風通路を形成するための特別な部材を追加する必要もない。なお、フィルム外装電気デバイスの「中央部側」とは、デバイスを上面側から見てその中央の一点に向かう方向を意図するものではなく、デバイス周縁部からデバイス内側に向かう方向を意図するものである。
上記冷却風通路は、具体的には、前記圧接部材の長手方向に形成された空洞部と、該空洞部に連通して設けられた複数の吹出口とからななり、前記各吹出口が前記フィルム外装電気デバイスの前記中央部側に向かって開口しているものであってもよい。また、圧接部材は、前記電極タブ近傍を押圧するための加圧面を有するものであってもよく、この場合、該加圧面が前記封止部のみを押圧するものであってもよい。また、圧接部材は、前記電極タブと前記封止部との双方を押圧するものであってもよい。さらには、圧接部材は、前記電極タブのみを押圧するものであってもよい。
上記本発明はまた、並列配置された２つ以上の前記フィルム外装電気デバイスを一組とするモジュールが２段以上積層され、前記圧接部材が、一方の前記モジュールの前記フィルム外装電気デバイスと、他方の前記モジュールの前記フィルム外装電気デバイスとの間に配置されているものであってもよい。また、このように積層した場合には、互いに隣接する前記モジュール同士の間に、前記各フィルム外装電気デバイスの前記中央部を通過する通風路が形成されていることが好ましく、また、該通風路の入口側と、前記圧接部材の冷却風通路（空洞部）の入口側はいずれも同じ方向に向かって開口していることが好ましい。また、上記通風路の両側が前記圧接部材によって密閉される構成とすれば、通風路内での冷却風の流通が安定化する。
上記圧接部材は、弾性変形による反力を前記加圧面を介して前記電極タブ近傍に付与する弾性部材であればよく、また、前記冷却風通路とは別に、冷却冷媒が流通する通路を更に有していてもよい。

本発明は、単一のフィルム外装電気デバイスに対しても適用可能である。すなわち、本発明によるフィルム外装電気デバイス構造体は、電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素がフィルム包装体内に収容されると共に前記フィルム包装体の封止部から電極タブが引き出されたフィルム外装電気デバイスと、該フィルム外装電気デバイスにおける前記電極タブの近傍を押圧する圧接部材とを有し、前記圧接部材は、前記封止部に沿って冷却風を移送する冷却風通路を有し、前記冷却風の流れ方向下流側のところで、前記冷却風が前記フィルム外装電気デバイスの中央部側に向けて供給されるようになっている。

Claims (6)

  1. 電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素がフィルム包装体内に収容されると共に前記フィルム包装体の封止部から電極タブが引き出された複数のフィルム外装電気デバイスが積層されるとともに、前記各フィルム外装電気デバイスにおける前記電極タブが弾性体からなる複数の圧接部材によって挟持されている電気デバイス集合体であって、
    前記各圧接部材は、前記電極タブの引き出し方向に向けて前記封止部よりも延出しており、
    前記各圧接部材は、中実構造からなる中実部と、前記中実部と一体的に形成された薄肉壁を外周壁とする空洞部とを有し、前記中実部が前記電極タブの引き出し方向に向けて前記封止部よりも延出し、前記空洞部の前記薄肉壁が前記フィルム外装電気デバイスに当接している、電気デバイス集合体。
  2. 前記薄肉壁は、前記フィルム外装電気デバイスの、前記封止部から延びた傾斜面に当接している、請求項１に記載の電気デバイス集合体。
  3. 前記各圧接部材の前記中実部が、前記電極タブを挟持する第１の領域と、前記圧接部材同士が直接接触する第２の領域とを有するように積層されている、請求項１または２に記載の電気デバイス集合体。
  4. 前記圧接部材同士の摩擦係数が、前記圧接部材と前記電極タブとの摩擦係数よりも大きい、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気デバイス集合体。
  5. 前記各圧接部材は互いに接着されていない、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気デバイス集合体。
  6. 前記各圧接部材の重量が異なる、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気デバイス集合体。
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