JP5522748B2

JP5522748B2 - 組電池モジュール

Info

Publication number: JP5522748B2
Application number: JP2011529933A
Authority: JP
Inventors: 周司片岡
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-09-02
Also published as: CN102484232B; CN102484232A; US20120156527A1; WO2011027817A1; JPWO2011027817A1

Description

本発明は、複数のラミネート電池を積層して構成される組電池モジュールに関する。

近年、携帯電話やノートパソコンに代表される携帯端末では、使用される電池に、軽量かつ高容量のものが必要とされる例が増大している。そのため、比較的形状の自由度が高いラミネートフィルムを用いて電極や電解質等の電池要素を密閉したラミネート電池が採用されてきている。

また、ラミネート電池は、複数個を積層して多直の電池パックや電池モジュールを構成するのに適している。そのような電池パックや電池モジュールが、電動アシスト自転車、電動工具、電気自動車のように大電流が必要となる機器に使用される例が増大している。

複数のラミネート電池を直列または並列に接続するための方法としては、抵抗溶接、超音波溶接、レーザー溶接等が用いられており、それぞれの接続方法が従来の技術として知られている。

特許文献１には、正極端子と負極端子とを各々同一方向に突出させた複数個の電池と、各電池の端子片同士を連結する接続用リード板とを備えた電池ブロック（電池モジュール）が記載されている。特許文献１に記載の電池モジュールでは、複数個の電池が端子片の突出方向と直交する方向に並べて配置されており、それにより、各電池の端子片が互いに平行に配置されている。互いに平行に配置された端子片同士を連結する接続用リード板が、端子片の突出方向と直交する方向に一直線状に配置され、各端子とスポット溶接で電気的に接続されている。

特許文献２には、隣接する単電池間の対向する端子を容易にかつ確実に接続するための電池の接続構造および接続方法が記載されている。このような接続構造および接続方法では、端子の極性が相互に異極になる向きに各単電池を配列させて束縛することによって電池モジュールを形成する。この電池モジュールに絶縁材からなる端子接続用基板を被せて、端子接続用基板の各端子挿通用孔から電池モジュールの各単電池の各端子を突出させる。そして、相互に接続させる各端子の、端子接続用基板の各端子挿通用孔から突出させた部分を折り重ねて超音波接合させることにより、各端子を直列に接続させている。

特開２００２―１１７８２８号公報特開２００４―３２７３１１号公報

しかしながら、上述のような構成では、多直多並列の電池モジュールを構成するために電池の積層数が増えていくと、絶縁部材や溶接箇所が増えることで、組立時間が長くなるおそれがあった。

本発明の目的は、複数のラミネート電池を短時間で組立てることができる組電池モジュールを提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明の組電池モジュールは、積層された複数のラミネート電池であって、各ラミネート電池が、それぞれ同一方向に引き出された正極端子および負極端子を有する、複数のラミネート電池と、複数のラミネート電池の、正極端子および負極端子が引き出された側に設けられ、複数の出力端子外れ防止リブを有する端子固定プレートと、複数のラミネート電池と端子固定プレートとの間に設けられているとともに、端子固定プレートに固定された端子接続用基板であって、それぞれが正極端子または負極端子を受け入れる複数の端子貫通孔と、前記複数の出力端子外れ防止リブのそれぞれに対応する複数の外れ防止リブ貫通孔とを有する端子接続用基板と、を有し、正極端子および負極端子は、端子貫通孔に挿入され、端子貫通孔から突出した部分が折り曲げられた状態で、端子接続用基板と端子固定プレートとの間に狭持され、正極端子および負極端子の、端子貫通孔から突出した部分には、それぞれ貫通孔が形成され、端子固定プレートの出力端子外れ防止リブが、正極端子または負極端子の貫通孔と、端子接続用基板の外れ防止リブ貫通孔とに挿入されている。

本発明によれば、複数のラミネート電池を短時間で組立てることができる組電池モジュールの提供することができる。

本発明の組電池モジュールの端子接続用基板の斜視図である。本発明の組電池モジュールの分解斜視図である。本発明の組電池モジュールの端子固定プレートの斜視図である。図３に示す端子固定プレートの平面図である。図３に示す端子固定プレートの正面図である。図３に示す端子固定プレートの側面図である。本発明の実施例２の組電池モジュールの斜視図である。本発明の実施例２の組電池モジュールの分解斜視図である。

本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

本発明の組電池モジュールは、複数のラミネート電池が端子接続用基板に接続されてモジュールに組立てられたものである。各ラミネート電池の端子間の電気的接続は、溶接やハンダ付けなどの加工によって得られるのではなく、ラミネート電池の正極端子及び負極端子を端子接続用基板と端子固定プレートで狭持することにより得られている。これにより、加工による接続方法よりも短時間でラミネート電池を組立てることが可能となる。

本発明で用いた、ラミネート電池の正極端子及び負極端子の挟持方法は、個々の正極端子及び負極端子ごとに直接狭持するものではなく、端子接続用基板と端子固定プレートを固定することにより、正極端子及び負極端子を一括して狭持するものである。従って、このような狭持方法は、複数のラミネート電池をモジュールに組み立てる場合には、個々に正極端子及び負極端子を狭持するよりも短時間で組立てることができる。

ラミネート電池の正極端子及び負極端子は、端子接続用基板と端子固定プレートとで狭持され支持されているため、容易に組電池モジュールを解体することが可能である。一部のラミネート電池に不具合があった場合は、不具合があったラミネート電池だけを交換すればよく、他の良好なラミネート電池は、そのままの状態で再利用できる。本発明の組電池モジュールはこのような構造を有するので、リサイクル性に優れている。

本発明によれば、組電池モジュールの作製は、ラミネート電池の正極端子及び負極端子を、端子接続用基板の端子貫通孔に挿入し、基板より突出した正極端子及び負極端子を垂直に折り曲げ、端子固定プレートの出力端子押下リブにて、正極端子及び負極端子を押下し、端子接続用基板の導電部と接触させることで実施可能である。

また、出力端子（正極端子及び負極端子）の貫通孔に端子固定プレートの出力端子外れ防止リブが挿入されていることで、出力端子の外れが防止されている。

端子貫通孔を有する端子接続用基板には、積層されたラミネート電池の正極から負極への回路が配設されており、それにより、ラミネート電池同士を端子接続用基板を介して直列につなげることが可能となる。回路の配設方法によっては、並列接続も可能である。

端子固定プレートと端子接続基板との固定は、端子固定プレートに設けられた出力端子外れ防止リブによって行われているが、その固定を確実にするために、ねじも用いられている。

図１は、本発明の組電池モジュールの端子接続用基板の斜視図である。

端子接続用基板２は、端子貫通孔２ａと、外れ防止リブ貫通孔２ｄと、導電部２ｂ，２ｃとを有しており、導電部２ｂと導電部２ｃとが回路により接続されている。図示した実施形態では、ラミネート電池同士を端子接続用基板２を介して直列につなげることが可能となる。なお、このような回路は一例であって、他の実施形態では、並列や直並列混載など異なる形態に多様に対応することができる。

図２は、本発明の組電池モジュールの分解斜視図である。

貫通孔１ｃを有しているラミネート電池１の正極端子１ａ及び負極端子１ｂを、端子接続用基板２の端子貫通孔に挿入し、突出した正極端子１ａ及び負極端子１ｂを垂直上方に折り曲げる。これにより、正極端子１ａ及び負極端子１ｂは端子接続用基板２の導電部と接触する。

次に、端子固定プレート３の出力端子外れ防止リブを、ラミネート電池１の貫通孔１ｃと端子接続用基板２の外れ防止リブ貫通孔とに挿入する。端子接続用基板２と端子固定プレート３の四隅をねじ４で固定することで、正極端子１ａ及び負極端子１ｂは、端子接続用基板２の導電部と端子固定プレート３の出力端子押下リブとにより挟持される。これにより、正極端子１ａ及び負極端子１ｂが電気的に接続されて、組電池モジュールが作製される。

図３は、本発明の組電池モジュールの端子固定プレートの斜視図である。

端子固定プレート３は、固定するための部材であるので、その材質としては、強度のある絶縁体が好ましく、例えばＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）といった汎用プラスチックやエンジニアリングプラスチック等の成形に適した樹脂が特に好ましい。

図４ａ〜図４ｃは、本発明の組電池モジュールの端子固定プレートの三面図であり、それぞれ、図４ａは平面図、図４ｂは正面図、図４ｃは側面図である。

端子固定プレート３は、出力端子押下リブ３ａと出力端子外れ防止リブ３ｂとを備えている。出力端子押下リブ３ａは、正極端子及び負極端子を狭持するように端子接続用基板の導電部を押さえることで、正極端子及び負極端子を電気的に接続させる。また、出力端子外れ防止リブ３ｂをラミネート電池の貫通孔と端子接続用基板の外れ防止リブ貫通孔とに挿入することで、ラミネート電池の正極端子及び負極端子の外れを防止している。

図示した実施形態では、出力端子外れ防止リブ３ｂの高さが、出力端子押下リブ３ａより高いことで、正極端子及び負極端子の外れが防止されている。一方で、出力端子外れ防止リブ３ｂの先端を太らせてラミネート電池の貫通孔とのクリアランスを小さくすることでも外れを防止できる。

出力端子押下リブ３ａは、個々の正極端子及び負極端子を均一の力で狭持するために、それぞれ同じ高さであることが好ましい。

本発明の組電池モジュールでは、ラミネート電池の正極端子及び負極端子を端子接続用基板の端子貫通孔に挿入して垂直上方に折り曲げ、端子接続用基板の導電部と接触させることで、出力端子間の電気的な接続が得られている。出力端子外れ防止リブが正極端子及び負極端子の外れを防止し、ねじで固定された端子接続用基板と端子固定プレートが電気的接続を確実なものにしている。そのため、端子接続用基板の導電部毎に正極端子及び負極端子を固定する必要はなく、短時間での組電池モジュールの組立が可能となる。

以下に、具体的な実施例を挙げて、本発明を詳しく説明する。

（実施例１）
本実施例では、図２に示すように、同一方向に正極端子及び負極端子が形成されたラミネート電池を７枚積層させ、端子接続用基板に接続させた。

使用したラミネート電池は、厚さが６ｍｍである。ラミネートフィルムから引出された正極端子及び負極端子は、端子幅が１３ｍｍ、端子長さが３ｍｍ、端子厚が０．１５ｍｍであり、直径２ｍｍの貫通孔を有している。

全ての正極端子及び負極端子を端子接続用基板の端子貫通孔に挿入し、垂直上方に折り曲げた。端子固定プレートの出力端子外れ防止リブを正極端子及び負極端子の貫通孔と端子接続用基板の外れ防止リブ貫通孔とに挿入し、４つのねじで端子固定プレートと端子接続用基板を固定して組電池モジュールを作製した。

上記の組電池モジュールを１０セット作製し、組立時間を計測したところ、１セットの組立時間は、平均１００．６秒であった。

（実施例２）
図５は、本発明の実施例２の組電池モジュールの斜視図である。また、図６は、本発明の実施例２の組電池モジュールの分解斜視図である。

本実施例では、端子貫通孔と導電部とが、基板の高さを低くするように基板に配置されている。図６に示すように、同一方向に正極端子及び負極端子が形成されたラミネート電池を７枚積層させ、端子接続用基板に接続させた。

図１において、端子接続用基板の端子貫通孔と導電部の大きさは、高さが８ｍｍ、長さが１４ｍｍであったが、図６においては、高さを５ｍｍ、長さを１４ｍｍとした。基板の高さを低くするのに伴って、この大きさの端子貫通孔および導電部がそれぞれ互いに重ならないように、位置をずらして配置した。具体的には、まず、一番上のラミネート電池と、上から２番目のラミネート電池とがそれぞれ接続する端子貫通孔および導電部が互いに重ならないように、上から２番目のラミネート電池の位置を、図２に示す位置から１５ｍｍ左側に、３ｍｍ上側にずらして配置するようにした。

３番目のラミネート電池は、端子貫通孔と導電部の位置をずらして、１番目のラミネート電池の６ｍｍ直下に配置するようにした。５、７番目のラミネート電池も同様に配置した。４番目のラミネート電池は上から２番目のラミネート電池の６ｍｍ直下に配置され、６番目のラミネート電池は上から４番目のラミネート電池の６ｍｍ直下に配置されるように、端子貫通孔と導電部の位置をずらした。なお、本実施例では、実施例１と同じラミネート電池を使用した。

全ての正極端子及び負極端子を端子接続用基板の端子貫通孔に挿入し、垂直上方に折り曲げた。端子固定プレートの出力端子外れ防止リブを正極端子及び負極端子の貫通孔と端子接続用基板の外れ防止リブ貫通孔に挿入し、４つのねじで端子固定プレートと端子接続用基板を固定して組電池モジュールを作製した。

上記の組電池モジュールを１０セット作製し、組立時間を計測したところ、１セットの組立時間は、平均９０．９秒であった。

（実施例３）
複数のラミネート電池を一括してテープで固定し、一体化してから端子接続用基板に接続させた以外は、実施例２と同様にして組電池モジュールを作製した。

上記の組電池モジュールを１０セット作製し、組立時間を計測したところ、１セットの組立時間は、平均８９．２秒であった。

なお、本実施例の、ラミネート電池を固定し一体化する手段は、テープに限定されることはなく、複数のラミネート電池を一括して固定できるものであればよく、両面テープや樹脂、接着剤などであってもよい。

（比較例）
実施例１と同様のラミネート電池と端子接続用基板を用いて、全ての正極端子及び負極端子を端子接続用基板の端子貫通孔に挿入し、垂直上方に折り曲げた。

端子固定プレートを使用せずに、全ての正極端子及び負極端子を端子接続用基板の導電部に半田付けして組電池モジュールを作製した。

上記の組電池モジュールを１０セット作製し、組立時間を計測したところ、１セットの組立時間は、平均１２２．６秒であった。

実施例１〜３および比較例において、ラミネート電池を７枚積層させて組電池モジュールを作製した平均組立時間と標準偏差を表１に示す。

表１から、実施例１〜３では、組電池モジュールの組立が比較例より短時間で行えることが確認された。

実施例３は、実施例１、２と比べて、組立時間が短く、そのバラツキ（標準偏差）は大きくなっている。これは、実施例３では、ラミネート電池が一括して固定されていることで一体化されており、それにより、正極端子及び負極端子の端子接続用基板の端子貫通孔への挿入が一度に行えることで、短時間での組立が可能となったためであると考えられる。

一方、実施例３では、正極端子及び負極端子の端子貫通孔への挿入が一つでもうまくいかなかった場合に、修正して挿入する必要があるため、実施例１、２よりバラツキが大きくなったものと考えられる。

また、実施例１〜３における組立時間のバラツキは、比較例より小さくなっている。これは、実施例による端子固定プレートの出力端子外れ防止リブを正極端子及び負極端子と端子接続用基板の外れ防止リブ貫通孔とに挿入する時間のバラツキが、端子接続用基板の導電部に正極端子及び負極端子を仮配置して半田付けするのに要する時間のバラツキよりが小さいためであると考えられる。すなわち、この結果は、実施例１〜３での作業の方が比較例より精度良く行うことができることを示している。

このように、本発明によって、複数のラミネート電池を短時間で組立てることができる組電池モジュールの提供が可能となることが確認された。

以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２００９年９月２日に出願された日本出願特願２００９−２０２１４４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１ラミネート電池
１ａ正極端子
１ｂ負極端子
１ｃ貫通孔
２端子接続用基板
２ａ端子貫通孔
２ｂ導電部
２ｃ導電部
２ｄ外れ防止リブ貫通孔
３端子基板固定プレート
３ａ出力端子押下リブ
３ｂ出力端子外れ防止リブ
４ねじ

Claims

積層された複数のラミネート電池であって、該各ラミネート電池が、それぞれ同一方向に引き出された正極端子および負極端子を有する、複数のラミネート電池と、
前記複数のラミネート電池の、前記正極端子および負極端子が引き出された側に設けられ、複数の出力端子外れ防止リブを有する端子固定プレートと、
前記複数のラミネート電池と前記端子固定プレートとの間に設けられているとともに、該端子固定プレートに固定された端子接続用基板であって、それぞれが前記正極端子または負極端子を受け入れる複数の端子貫通孔と、前記複数の出力端子外れ防止リブのそれぞれに対応する複数の外れ防止リブ貫通孔とを有する端子接続用基板と、を有し、
前記正極端子および負極端子は、前記端子貫通孔に挿入され、該端子貫通孔から突出した部分が折り曲げられた状態で、前記端子接続用基板と前記端子固定プレートとの間に狭持され、
前記正極端子および負極端子の、前記端子貫通孔から突出した前記部分には、それぞれ貫通孔が形成され、
前記端子固定プレートの前記出力端子外れ防止リブが、前記正極端子または負極端子の前記貫通孔と、前記端子接続用基板の前記外れ防止リブ貫通孔とに挿入されている、組電池モジュール。
前記複数の端子貫通孔は、積層方向に隣接する前記ラミネート電池の前記正極端子同士または負極端子同士が前記積層方向から見て互いに重ならないように、前記端子接続用基板に形成されている、請求項１に記載の組電池モジュール。
前記複数のラミネート電池が、テープにより一括して固定されている、請求項１または２に記載の組電池モジュール。