JP5472958B2

JP5472958B2 - 組電池

Info

Publication number: JP5472958B2
Application number: JP2008048272A
Authority: JP
Inventors: 一夫荒井; 一己小杉
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: JP2009205973A

Description

本発明は、フィルム状外装材によって封口した密閉型電池の複数個を導電接続した組電池に関するものであり、リチウムイオン電池等の再充電可能電池の複数個を導電接続した、電動自転車、電気自動車、電動工具等の動力用の電源として用いられる組電池に関するものである。

小型の携帯機器用のリチウムイオン電池は、一般に金属缶からなる外装容器が用いられているが、容積エネルギー効率、質量エネルギー効率を高めるために、金属缶に代えて、電解液に耐食性を有する合成樹脂性フィルムとアルミニウム箔、強度に優れた保護フィルム等を積層したフィルム状外装材で封口したものが用いられている。

電動自転車、電気自動車、電動工具等の動力電源用に用いられる比較的に容量が大きな電池においても、リチウムイオン電池の有する高エネルギー特性を十分に発揮さるために、フィルム状外装材で被覆した単位電池の複数個を直列あるいは直並列に接続した組電池が利用されている。

組電池においては、所定の端子電圧が得られるように単位電池を直列、並列あるいは直並列接続しており、外部回路接続用の電極端子に接続リード線が接続されており、接続リード線は、電池温度、電池電流、電池電圧等を監視する監視回路と監視回路で検出された出力によって充電又は放電を停止するスイッチング回路を有する電池保護素子等に接続されており、外部回路との接続用の電極端子には、ニッケル等の板状の導電性部材からなるタブ端子が接合されており、タブ端子に半田等によって接続リード線が接続されている。

図４は、従来の組電池の外部回路との接続用の電極端子と接続リード線の接続部を説明する図であり、図４（Ａ）は正面図、図４（Ｂ）は、電極端子と反対側の一部を省略した平面図である。
図４に示す組電池１は、４個の単位電池２の電極端子３Ａ２〜３Ａ４、３Ｂ１〜３Ｂ３を連結導電部材４Ａ〜４Ａ３によって直列に接続したものであり、外部回路との接続用の電極端子３Ａ１、３Ｂ４には、矩形平板状のタブ端子５Ａ、５Ｂが接合されている。また、タブ端子５Ａ、５Ｂに接続リード線７Ａ１、７Ｂの芯線部分８Ａ、８Ｂが半田付け等によって接続部９Ａ、９Ｂにおいて接続されている。また、各タブ端子５Ａ、５Ｂには先に接続リード線を接続した後に、接合部１０Ａにおいてスポット溶接等によって電極端子と接合されている。

組電池の外部回路との接続用の電極端子に接続する接続リード線は、一般に２００ｍｍから３００ｍｍの長さがあり、溶接作業時、あるいは外部回路との接続作業時には接続リード線のとりまわしの際に力が加わり、接続部の剥離、損傷を起こすことがあった。
一方、接続リード線との接続部の強度を大きくするために接続リード線として線径が大きなものを用いると、電極端子リードの付け根付近に大きな力が加わることになるので好ましくない。また、線径の大きな接続リード線は質量増加の要因となり、組電池全体の小型化、軽量化の要求に応えることが難しくなる。

この問題に対処するために電線を太くする方策も考えられるが、取り扱いによる負荷がかかった場合にはラミネート電池の電極端子リードの付け根にストレスが加わるので好ましくない。さらには線径が大きな接続リード線は質量増加の要因となり組電池全体の小型化、軽量化の要求に応えることが難しくなる。

また、フィルム状外装材で封口した単位電池の板状の電極端子，あるいはこれらに接続したブスバーを直接折り曲げることによって導電接続を形成した組電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、電極端子を直接折り曲げるためには、封口部等に悪影響がないようにするために、電極端子を長くしたり封口部を補強する等の必要が生じ、寸法が大きくなったり，あるいは構造が複雑となるという問題点がある。

また、接続リード線を接続する端子板として、挿通切欠部を通して反対側において接続することは、スピーカに接続する接続リード線によって共振等が生じることを防止したり、振動系の振動を妨げないようにするために行われているが（例えば、特許文献２参照）、接続リード線によって接続部に加わる力を制限するために、適用することは行われていなかった。
特開２００３−３３８２６９号公報特開平８−２２３６８６号公報

本発明は、電極端子からの接続リード線の引き出し構造の信頼性が高い、フィルム状外装材で封口した複数個の単位電池を接続した組電池を提供することを課題とするものである。

本発明は、フィルム状外装材で封口した複数個の単位電池のそれぞれから取り出した電極端子の間を連結導電部材によって導電接続を形成したものであって、外部回路に接続する電極端子には外部回路との接続リード線を中継接続するタブ端子が配設され、前記タブ端子には前記接続リード線の絶縁被覆部が貫通する貫通孔、および貫通孔を貫通した前記接続リード線の先端部の芯線部分との接続部が形成され、前記接続リード線を単位電池の電極端子の取り出し方向に沿うように接続し接続し、タブ端子を折り曲げを行うことなく貫通孔の一方の面から挿入したリードをタブ端子のそれぞれの面に沿って折り曲げたものであって、フィルム状外装材で封口した単位電池から引き出されたフィルム状外装材で封口した単位電池から引き出された隣接する単位電池の電極端子間、または電極端子と連結導電部材の間には、スペーサが配置されてフィルム状外装材で封口した単位電池から引き出された電極端子および連結導電部材を保持した組電池である。

本発明によれば、組電池を構成するフィルム状外装材で被覆した単位電池の電極端子と、保護回路等をはじめとする外部回路へ接続するリード端子の芯線との接続部との強度を接続リード線を太くすることなく高めるとともに、接続リード線を太くした場合の取り扱いによるフィルム状外装材で封口した電池の電極端子の付け根へ加わる力を回避できるので組電池の信頼性を高めるとともに組電池の小型化、軽量化の要求に応えることが可能となる。

本発明は、組電池の電極端子に接合した外部回路接続用のタブ端子に接続リード線の絶縁性被覆部が貫通する貫通孔を設け、貫通孔を貫通した前記接続リード線の先端部の芯線部分を接続部において接続することによって、接続リード線によってタブ端子の接続部に加わる力、および電極端子に加わる力を軽減し、更に、貫通孔との接触部での接続リード線の損傷がなく信頼性が大きな組電池を製造することが可能であることを見出したものである。

図１は、本発明の組電池を説明する図であり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は、一部を省略した平面図である。
組電池１は、４個の単位電池２の電極端子３Ａ２〜３Ａ４、３Ｂ１〜３Ｂ３を連結導電部材４Ａ１〜４Ａ３によって直列に接続したものであり、外部回路との接続用の電極端子３Ａ１、３Ｂ４には、矩形平板状のタブ端子５Ａ、５Ｂが接合されている。
また、それぞれのタブ端子５Ａ，５Ｂには、貫通孔６Ａ、６Ｂが設けられており、貫通孔の一方の側から接続リード線７Ａ１〜７Ａ４および７Ｂの絶縁性被覆部７１が貫通孔６Ａ、６Ｂ部分を越えた部分に存在するように貫通させた後に、接続リード線の先端部の芯線部分８Ａ、８Ｂが、タブ端子５Ａおよび５Ｂの接続部９Ａおよび９Ｂにおいて半田付け等の方法によって接続されている。
タブ端子５Ａおよび５Ｂは、それらを電極端子３Ａ１、３Ｂ１に接続する前に、それぞれの接続リード線７Ａ１〜７Ａ４および７Ｂを接続部９Ａおよび９Ｂにおいて半田付等の方法によって接続されており、各接続リード線を接続した後、接合部１０Ａにおいてスポット溶接等によって電極端子と接合されており、接続リード線７Ａ１と７Ｂから組電池の出力電流が取り出される。
また、接続リード線７Ａ１〜７Ａ４を保護回路の電池電圧検出部に接続することによって各単位電池の電圧を監視することができる。

また、本発明の組電池１は、電極端子３Ａ１と、電極端子３Ａ２に接合した連結導電部材４Ａ１との間にはスペーサ１１Ａ１が配置されている。また、電極端子３Ａ２と連結導電部材４Ａ２との間にはスペーサ１１Ａ２が配置され、電極端子３Ａ３と連結導電部材４Ａ３との間には、スペーサ１１Ａ３が配置されている。また、電極端子３Ｂ１、３Ｂ２、３Ｂ３および３Ｂ４についても、電極端子３Ａ１〜３Ａ４と同様にスペーサ、連結導電部材４Ａ１ないし４Ａ３との間に、スペーサ１１Ｂ１〜１１Ｂ３が配置されている。
このようにスペーサを配置することによって各電極端子が確実に固定されるので、移動する機器用の電池として使用した場合にも安定した特性を得ることができる。

図２は、本発明における接続リード線の接続部の構造を説明する断面図であり、一方の電極端子に接合したタブ端子と接続リード線の接続部の構造を説明する図である。
タブ端子５Ａに形成した貫通孔６Ａに接続リード線７Ａ１が一方の側から反対側、すなわち図では下面から上面へと貫通し、タブ端子５Ａの上面の接続部９Ａにおいて芯線部分８Ａが接続されている。

以上のように、接続リード線７Ａ１〜７Ａ４および７Ｂを、タブ端子５Ａおよび５Ｂに設けた貫通孔６Ａ、６Ｂを貫通させて、絶縁性被覆部７１を貫通孔を越えた部分にも存在されて、その反対側に設けた接続部９Ａおよび９Ｂにおいて接続リード線の芯線部分８Ａおよび８Ｂを半田付等の方法で接続したので、接続リード線７Ａ１〜７Ａ４、７Ｂから接続部９Ａおよび９Ｂに加わる力を小さくすることが可能となる。したがって、芯線部分が貫通孔の角部と接触することはなく，更にタブ端子５Ａおよび５Ｂに設けた接続部９Ａおよび９Ｂ、電極端子４Ａおよび４Ｂとタブ端子５Ａおよび５Ｂとの接合部の信頼性を高めるとともに、これらの接合部を小さくすることができる。

図３は、複数の組電池を使用した電池モジュールを説明する図である。
電池モジュール１５は、３個の組電池１Ａ、１Ｂ、１Ｃから構成されており、各組電池は、図１に示したものと同様である。
各組電池の間には、組電池間スペーサ１１Ｃ１、１１Ｃ２、１１Ｄ１、１１Ｄ２が配置されている。
本発明の組電池の複数個を用いた電池モジュールは、各組電池間にスペーサを配置したことによって、個々の組電池の特性を損なうことなく、所定の電池容量の電池モジュールとして使用することができる。

本発明の組電池は、フィルム状外装材で封口した単位電池から引き出した電極端子を連結導電部材から結合するとともに、外部回路接続用の電極端子には、貫通孔を接続リード線の絶縁被覆部を貫通させて反対面に設けた接続部で接続したタブ端子を接合したので、電極端子、接続リード線との接続部には、接続リード線自体、あるいは接続リード線の取付け工程において加わるストレスを緩和することができ、信頼性が大きな組電池を提供することができる。

図１は、本発明の組電池を説明する図である。図２は、本発明における接続リード線の接続部の構造を説明する断面図である。図３は、複数の組電池を使用した電池モジュールを説明する図である。図４は、従来の組電池と外部回路との接続用の電極端子と接続リード線の接続部を説明する図である。

符号の説明

１…組電池、２…単位電池、３Ａ，３Ａ１〜３Ａ４，３Ｂ，３Ｂ１〜３Ｂ４…電極端子、４，４Ａ１〜４Ａ３…連結導電部材、５Ａ，５Ｂ…タブ端子、６Ａ，６Ｂ…貫通孔、７Ａ１〜７Ａ４，７Ｂ…接続リード線、７１…絶縁性被覆部、８Ａ，８Ｂ…芯線部分、９Ａ，９Ｂ…接続部、１０Ａ，１０Ｂ…接合部、１１Ａ１〜１１Ａ３，１１Ｂ１〜１１Ｂ３…スペーサ、１１Ｃ１，１１Ｃ２，１１Ｄ１，１１Ｄ２…組電池間スペーサ

Claims

フィルム状外装材で封口した複数個の単位電池のそれぞれから取り出した電極端子の間を連結導電部材によって導電接続を形成したものであって、
外部回路に接続する電極端子には外部回路との接続リード線を中継接続するタブ端子が配設され、
前記タブ端子には前記接続リード線の絶縁被覆部が貫通する貫通孔、および貫通孔を貫通した前記接続リード線の先端部の芯線部分との接続部が形成され、前記接続リード線を単位電池の電極端子の取り出し方向に沿うように接続し、タブ端子を折り曲げを行うことなく貫通孔の一方の面から挿入したリードをタブ端子のそれぞれの面に沿って折り曲げたものであって、フィルム状外装材で封口した単位電池から引き出された隣接する単位電池の電極端子間、または電極端子と連結導電部材の間には、スペーサが配置されてフィルム状外装材で封口した単位電池から引き出された電極端子および連結導電部材を保持したものであることを特徴とする組電池。