JP5949608B2 - Module housing and battery pack - Google Patents
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Description
本発明は、複数のラミネート電池を接続してなるモジュールを固定保持するためのモジュール用筐体、および複数のモジュールを接続してなる組電池に関する。 The present invention relates to a module housing for fixing and holding a module formed by connecting a plurality of laminated batteries, and an assembled battery formed by connecting a plurality of modules.
ラミネート電池は、電池自体の剛性が低いため、モジュール化する場合、所定の個数のラミネート電池を電気的に接続して構成されたモジュール214の全面を覆う箱形状の筐体200内にモジュール214を収納する構成が採用される場合があった(特許文献1および図1参照)。
Since the laminate battery has low rigidity, when the module is made into a module, the
モジュール化された電池は、複数のモジュール214が電気的に接続されて組電池化されて最終的に必要な電圧値を得ることとなるが、複数のモジュール214はこれらを収納可能な大型の筐体300内に収納されて取り扱われる(図2参照)。
The modularized battery is assembled as a result of a plurality of
電池を覆う箱形状のモジュール用筐体に収納した場合、単なる平面で囲まれた箱状の筐体では筐体自体の剛性が低くなる。このため、筐体の壁面にリブを設けて剛性を上げる手法が一般に採用されている。一方、電池は発熱するため、冷却風を筐体内に導入する必要があるが、リブが筐体の内壁面に設けられていると、冷却風の流れを阻害してしまい、所望の冷却特性が得られない場合がある。そこで、冷却風の流れを阻害しないようにするべくリブを覆う平滑な板部材をモジュール用筐体の壁面を追加すると、冷却風の流れに対しては好ましくなる。リブ付き壁面をさらに平滑な壁面で覆う構成は、剛性が上がり、かつ冷却風の流れを阻害しない構成とはなるものの、重量が増加してしまうとともにコストもかかる。また、組電池用筐体内の限られたスペースにリブ付き壁面をさらに平滑な壁面で覆う構成のモジュール用筐体を収納した場合、冷却風の流路断面が狭められてしまい、結局、良好な冷却特性を得ることが困難となってしまうことが考えられる。 When housed in a box-shaped module housing that covers the battery, the housing itself has low rigidity in a box-shaped housing surrounded by a simple plane. For this reason, a method of increasing the rigidity by providing ribs on the wall surface of the housing is generally employed. On the other hand, since the battery generates heat, it is necessary to introduce cooling air into the housing. However, if the rib is provided on the inner wall surface of the housing, the flow of the cooling air is obstructed, and the desired cooling characteristics are obtained. It may not be obtained. Therefore, it is preferable for the flow of cooling air to add a smooth plate member covering the ribs so as not to obstruct the flow of cooling air to the wall surface of the module housing. The configuration in which the ribbed wall surface is covered with a smoother wall surface increases the rigidity and does not hinder the flow of cooling air, but increases the weight and costs. In addition, when the module housing having a structure in which the ribbed wall surface is covered with a smoother wall surface in a limited space in the assembled battery housing, the cross-section of the cooling air flow path is narrowed, which is eventually good. It may be difficult to obtain cooling characteristics.
一方、冷却用の流路断面を確保するため、モジュール用筐体を用いずに電池を組電池用筐体に直接搭載する方式は、複数の電池を搭載する際、その取扱いが煩雑となってしまう。 On the other hand, in order to secure the cross section of the flow path for cooling, the method of directly mounting the battery on the assembled battery housing without using the module housing makes the handling complicated when mounting a plurality of batteries. End up.
そこで、本発明は、高剛性、冷却特性良好、かつ軽量な、複数のフィルム外装電気デバイスを収納するモジュール用筐体と、それに保持された複数のフィルム外装電気デバイスを有する組電池とを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a module housing that houses a plurality of film-clad electrical devices that is highly rigid, has good cooling characteristics, and is lightweight, and an assembled battery that has a plurality of film-clad electrical devices held by the module housing. For the purpose.
上記目的を達成するため、本発明のモジュール用筐体は、複数のフィルム外装電気デバイスと複数のフィルム外装電気デバイスを収容するケースとからなるモジュールを収容するモジュール用筐体であって、底面と、底面に立設し、底面と共に冷却路を形成する第1の側面部と、第1の側面部に接続し、モジュールを保持する保持板と、保持板に立設する第2の側面部と、第2の側面部に形成された曲げ部であって、ケースに形成された溝部と係合する曲げ部と、を有している。 To achieve the above object, the module housing of the present invention is a module housing for housing the module comprised of a plurality of film-covered electrical device and a plurality of film case for accommodating the covered electrical device, and a bottom surface A first side surface portion standing on the bottom surface and forming a cooling path with the bottom surface; a holding plate connected to the first side surface portion for holding the module; and a second side surface portion standing on the holding plate; And a bent portion formed on the second side surface portion, the bent portion engaging with the groove portion formed on the case.
本発明の組電池は、本発明のモジュール用筐体と、モジュール用筐体に保持された複数のフィルム外装電気デバイスと、有している。 The assembled battery of the present invention includes the module casing of the present invention and a plurality of film-covered electrical devices held in the module casing.
以上、本発明によれば、高剛性、冷却特性良好、かつ軽量な、複数のフィルム外装電気デバイスを収納するモジュール用筐体と、それに保持された複数のフィルム外装電気デバイスを有する組電池とを提供することことができる。 As described above, according to the present invention, a high-rigidity, good cooling characteristic, and light weight module housing that houses a plurality of film-covered electrical devices, and an assembled battery that has the plurality of film-wrapped electrical devices held therein. Can be provided.
(第1の実施形態)
[フィルム外装電池の構成]
図3に本実施形態のフィルム外装電池の外観斜視図を示す。
(First embodiment)
[Configuration of film-clad battery]
FIG. 3 shows an external perspective view of the film-clad battery of this embodiment.
本実施形態のフィルム外装電池1は、不図示の正極側活電極、負極側活電極、および電解液を有する発電要素2と、アルミニウムなどの金属フィルムと熱融着性の樹脂フィルムとを重ね合わせて形成したラミネートフィルム7を熱融着部7aの4辺で熱融着して密封した構造を有している。
The film-
フィルム外装電池1の発電要素2は、不図示のセパレータを介して積層された正極側活電極と負極側活電極とからなる積層型であってもよい。あるいは、発電要素2は、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。
The
また、発電要素2としては、正極、負極および電解質を含むものであれば、通常の電池に用いられる任意の発電要素が適用可能である。一般的なリチウムイオン二次電池における発電要素は、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対向させ、それにリチウム塩を含む電解液を含浸させて形成される。発電要素2としては、この他に、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の発電要素が挙げられる。さらに、本発明は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタや電解コンデンサなどに例示されるキャパシタ要素のような、電気エネルギを内部に蓄積し化学反応または物理反応でガスが発生しうる電気デバイス要素を外装フィルムで封止した電気デバイスにも適用可能である。
In addition, as the
フィルム外装電池1は、短手方向の熱融着部7aから、正極側活電極に接続された正極用電極端子3および負極側活電極に接続された負極用電極端子4がそれぞれ対向して延出している。正極用電極端子3としてはアルミニウムが多く用いられる。また、負極用電極端子4としては銅またはニッケルがその電気的特性により多く用いられている。以下、正極用電極端子3と負極用電極端子4とをまとめて単に電極と称する場合もある。
In the film-
複数のフィルム外装電池1は、図4に示すセルケース10に収納された状態で積層されてモジュール化される。
The plurality of film-
フィルム外装電池1の周囲を囲むセルケース10は、フィルム外装電池1の熱融着部7aを挟持する。セルケース10の形状は枠状であり、発電要素2に対応した箇所に開口15が形成されている。セルケース10の短手方向には溝11が形成されている。セルケースを積層してモジュール14とすることで各溝11は、積層方向に延びた位置決めスリット12を形成する。この位置決めスリット12は、後述するモジュール用筐体20の曲げ端41を差し込むためのものである。また、セルケース10の長手面10a側には発電要素2を冷却するための冷却風を通風させるための開口部16が形成されている。
A
[モジュール用筐体]
図5Aに、本実施形態のモジュール用筐体をモジュールに取り付けた状態の斜視図を、図5Bに、モジュールに対するモジュール用筐体の組み付け方法を示す。なお、図5においては、セルケース10およびフィルム外装電池1は簡略化されて示されている。
[Module housing]
FIG. 5A shows a perspective view of the module housing of this embodiment attached to the module, and FIG. 5B shows a method of assembling the module housing to the module. In FIG. 5, the
モジュール用筐体20は、モジュール14を支持する支持部40と、モジュール14を冷却する冷却風を流すクーリングダクト30とを有する。
The
支持部40は、セルケース10の長手方向の両端部を保持する保持面42と、保持面42の一端から立ち上がった側面43と、側面43の端部を折り曲げた曲げ端41と、モジュール用筐体20に組みつけられたモジュール14を突き当てて固定する突当部44と、突当部44と対向する側からモジュール14を固定するL字形状の固定金具45とを有する。
The
保持面42、側面43および曲げ端41は、突当部44の両側に対向するように形成されており、固定金具45が組みつけられることで枠形状となる。すなわち、本実施形態においては、支持部40は、2つの保持面42と、3つの側面43および固定金具45を含む側面部分とからなる枠形状となっている。
The holding
クーリングダクト30は支持部40の下部に一体的に設けられている。クーリングダクト30は、支持部40の各保持面42の他端から下方に連続的に延びたダクト側面31と、各ダクト側面31を繋ぐダクト底面32と、突当部44の下方に設けられたダクト端面33と、ダクト端面33に対向する側に形成された開口部34とを有する。各ダクト側面31間の幅は、支持部40の側面43間の幅より保持面42の分だけ狭くなっている。クーリングダクト30におけるダクト側面部は2つのダクト側面31と1つのダクト端面33とを含むものとなる。なお、支持部40の突当部44とクーリングダクト30のダクト端面33は連続した一枚の板として構成されてもよいが、突当部44とダクト端面33との間に保持面42が形成された階段形状とし、剛性を高めた形状としてもよい。
The cooling
モジュール用筐体20は、ダクト底面32に対向する側に開口部を有し、また、クーリングダクト30に冷却風を導入するための開口部34が形成されている。しかしながら、本実施形態のモジュール用筐体20は、側面43、保持面42およびダクト側面31を折り曲げてなる断面形状を有すること、各側面43は突当部44により互いに繋げられ、各ダクト側面31はダクト底面32およびダクト端面33で互いに繋げられていることで高い剛性を有する。すなわち、クーリングダクト30は、冷却風を通風させる機能の他、支持部40の剛性を高めるための剛性部材として機能している。さらに、モジュール用筐体20は、補強部材としても機能する固定金具45を取り付けた状態で枠形状となるため、高い剛性を有する。なお、モジュール用筐体20は、その各隅部等に補強部材を追加する、端部を折り曲げ加工する等により、さらに剛性を高めることも可能である。
The
次に、モジュール14のモジュール用筐体20への組み付けについて説明する。
Next, assembly of the
図5Bに示すように、モジュール14を、モジュール用筐体20の開口部34が形成された側から矢印A方向に位置決めスリット12を曲げ端41にあわせるようにして差し込む。
As shown in FIG. 5B, the
モジュール用筐体20に差し込まれたモジュール14を、第1のモジュール端面14aが突当部44に突き当たるまで、支持部40の保持面42上を、セルケース10の長手面10aを滑り込ませる。
The
突当部44に第1のモジュール端面14aに突き当てた状態で、開口部34側、すなわち、突当部44の反対側から固定金具45を第2のモジュール端面14bへと矢印a方向に押し当てる。最後に、保持面42に形成されたネジ穴42aと固定金具45に形成されたネジ穴45aとを位置合わせし、ネジを螺入することでモジュール14をモジュール用筐体20へと固定する。なお、位置決めスリット12に曲げ端41が差し込まれていることで図5A中、矢印B方向にモジュール14が抜けることはない。
With the abutting
モジュール14は、その長手面10a側が、枠形状で、かつクーリングダクト30を剛性部材として共用しているモジュール用筐体20によって固定保持される。すなわち、モジュール用筐体20はモジュール14を全体的に覆う構成となっていないため、全体を覆う構成のモジュールケースと比較して軽量化が図られている。また、本実施形態のモジュール用筐体20は上述したように剛性を高めるために枠形状としているので、モジュール14をしっかりと固定保持することができる。
The
以上、本実施形態のモジュール用筐体20は、モジュール14を保持する枠形状の支持部40にフィルム外装電池1を冷却するためのクーリングダクト30を一体的に設けた構成となっているため、クーリングダクト30を冷却風の流路としてのみならず剛性部材として機能させることができる。これにより、クーリングダクトと支持部とが一体的でなく別々に設けられた構成に比べて高剛性とすることができる。また、クーリングダクト30自体の剛性も支持部40が一体的に設けられていることで高められている。すなわち、本実施形態のモジュール用筐体20は、リブ等をダクト壁面に設ける必要がないので、ダクトの流路断面を狭めることもなく、ダクト内の冷却風の流れをリブが阻害するといったこともない。よって、本実施形態のモジュール用筐体20は、ダクト内壁にリブを備えて剛性を高めた構成のものに比べて冷却特性を向上させることができる。さらに、本実施形態のモジュール用筐体20は、リブが不要であることから、このリブを覆う整流板を設ける必要もないので軽量となる。さらに、支持部40は枠形状であり、モジュール14全体を覆う箱形状ではないため、箱形状のものに比べて軽量化が図られている。
As described above, the
[組電池化および組電池の冷却方法]
次に、複数のモジュール14を接続して構成する組電池化および組電池の冷却方法について図6を用いて説明する。
[Method of battery assembly and battery cooling]
Next, an assembled battery configured by connecting a plurality of
図6には2つのモジュール14を接続して組電池化した例を示している。図中左側のモジュール14はセルケース10を省略して示しており、図中右側のモジュール14についてはセルケースから延出した電極を隣接したフィルム外装電池1の電極とが接続された様子を示している。
FIG. 6 shows an example in which two
まず、モジュール用筐体20に取り付けられたモジュール14を並べてモジュール用筐体20同士を接合する。なお、モジュール用筐体20同士の接合の詳細については後述する。
First, the
接合されたモジュール用筐体20の周辺、すなわち、各隅部および中央部に接合ロッド50の一端を取り付ける。上部クーリングダクト60を接合ロッド50の他端に取り付ける。これにより、組電池化された各モジュール用筐体20の下側をモジュール用筐体20で覆い、上側を上部クーリングダクト60で覆った組電池筐体が構成される。なお、接合ロッド50による上部クーリングダクト60とモジュール用筐体20との接合は接合ロッド50の両端部にネジ穴を設けておき、このネジ穴を用いてネジにより上部クーリングダクト60およびモジュール用筐体20にネジ留めしてもよい。
One end of the joining
冷却風用の冷却路は、クーリングダクト30、セルケース10間の開口部16、隣接する発電要素2、上部クーリングダクト60で構成される。冷却風は開口部34から導入され、クーリングダクト30内を流れて図6中矢印Cで示すようにセルケース10間の開口部16へと流れ込む。セルケース10間の開口部16から流れ込んだ冷却風はフィルム外装電池1の発電要素2部分を冷却しながらセルケース10の反対側の開口部16から矢印Dで示すように上部クーリングダクト60内へと流れ出る。上部クーリングダクト60内を流れた冷却風は上部クーリングダクト60の端部に設けられた排出部61より排出される。以上の構成により、冷却風は最も発熱する発電要素2の部分を効率よく冷却することができる。
The cooling path for cooling air includes a cooling
このように、モジュール用筐体20と上部クーリングダクト60とを接合ロッド50で接合し、かつセルケース10間の開口部16を用いた構成は、モジュール14全体を覆うことなく冷却路を構成することができる。この構成の組電池ケースは、軽量かつ冷却特性が良好となる。
As described above, the configuration in which the
(第2の実施形態)
上述した実施形態ではモジュール用筐体20は各モジュール14毎に用意され、上部クーリングダクト60は2つのモジュール14に対して1つ用意する構成例を示した。これに対して本実施形態では、図7および図8に示すように、1つのモジュールに対してモジュール用筐体と上部クーリングダクトとをそれぞれ1つずつ用意する構成例について説明する。
(Second Embodiment)
In the above-described embodiment, the
本実施形態のモジュール用筐体120もモジュール14を支持する支持部140と、剛性部材としても機能するクーリングダクト130とを有する点で第1の実施形態のモジュール用筐体20と基本的には同様の構成である。しかし、第1の実施形態のモジュール用筐体20は、保持面42に沿ってモジュール14を滑り込ませて最後に固定金具45で固定する方式であったのに対し、本実施形態は、第1の実施形態の固定金具45に相当する部分がすでに側面143のひとつとして支持部140に設けられている点で異なる。よって、モジュール用筐体120へのモジュール14の取り付けはモジュール用筐体120の上方に向けて開口されている挿入口121から図中矢印E方向へ挿入することとなる。
The
また、第1の実施形態は、2つのモジュール14のそれぞれの下部にモジュール用筐体20に取り付け、これら2つのモジュール14に対して1つの上部クーリングダクト60を被せる構成とした。一方、本実施形態は、1つのモジュール14の下部に1つのモジュール用筐体120を取り付け、このモジュール14に、下部に取り付けたモジュール用筐体120と同一形状のモジュール用筐体120を1つ被せる構成としている。すなわち、本実施形態は、同形状のモジュール用筐体120でモジュール14を挟み込み、これら二つのモジュール用筐体120の各隅部を接合ロッド50で接合している。
In the first embodiment, the
このような構成であるため本実施形態は、各モジュール14毎に冷却路を形成することができるとともに、モジュール14が上下方向から剛性の高められたモジュール用筐体120でしっかりと固定されているため、モジュール14毎の取扱いが容易となる。
With this configuration, in the present embodiment, a cooling path can be formed for each
また、本実施形態は、2つのモジュール用筐体120が同一形状の部品であるため、コスト面で有利である。
Further, this embodiment is advantageous in terms of cost because the two
また、本実施形態のモジュール用筐体120も第1の実施形態のモジュール用筐体20と同様に、高剛性、軽量、かつ良好な冷却特性を有する。
The
[モジュール用筐体同士の接合]
次に、モジュール用筐体同士の接合について図9Aおよび図9Bを用いて説明する。なお、説明に用いる符号は第1の実施形態で用いた符号を用いる。
[Bonding module housings]
Next, joining of module housings will be described with reference to FIGS. 9A and 9B. In addition, the code | symbol used for description uses the code | symbol used in 1st Embodiment.
図9Aでは2つのモジュール用筐体20a、20bが接合されている。モジュール用筐体20bにはダクト端面30が設けられているが、モジュール用筐体20aはダクト端面30が設けられておらず開口している。すなわち、モジュール用筐体20aは開口部34と、これに対面する側にも開口が形成されている。このような構成であるため、モジュール用筐体20a、20bが接合されることでモジュール用筐体20aのクーリングダクト30とモジュール用筐体20bのクーリングダクト30とが連通することとなる。
In FIG. 9A, two
これらモジュール用筐体20bの開口部34、およびモジュール用筐体20aの開口部34に対面する側の開口にはそれぞれ接合フランジ20cが形成されている。図9A中、Aで示す部分を拡大した図である図9Bを参照すると、モジュール用筐体20a、20bを互いに接合は、接合フランジ20cどうしを対面させ、ネジ、あるいはリベットによりなされている。
A
さらに、モジュール14を搭載したモジュール用筐体20a、20bをカバー70にて覆う場合、カバー70とモジュール用筐体20a、20bとをネジ、あるいはリベットにより接合する。すなわち、カバー70の下端部には複数の接合穴71が形成されており、また、モジュール用筐体20a、20bの側面43にもカバー70の接合穴71に対応する位置に接合穴43aが形成されており、これらを位置あわせした後、ネジ、あるいはリベットを貫通させてカバー70とモジュール用筐体20a、20bとを接合する。
Further, when the
以上のように、モジュール用筐体20a、20b同士直接接合するのみならず、カバー70によっても両者を接合することでより確実な接合がなされる。
As described above, not only the
なお、カバー70を用いない場合は、上部クーリングダクト60をカバー70の代わりに用いる。
If the
上部クーリングダクト60の両側端部には複数の接合穴60bが形成されたフランジ60aが設けられている。また、モジュール用筐体20a、20bにも接合穴60bに対応する穴を設けておく(不図示)。上部クーリングダクト60の接合穴60bとモジュール用筐体20a、20bの穴との間を接合ロッド50で接合することで、モジュール用筐体20a、20bの両者の結合をより確実なものとすることができる。
Claims (8)
底面と、
前記底面に立設し、該底面と共に冷却路を形成する第1の側面部と、
前記第1の側面部に接続し、前記モジュールを保持する保持板と、
前記保持板に立設する第2の側面部と、
前記第2の側面部に形成された曲げ部であって、前記ケースに形成された溝部と係合する曲げ部と、
を有するモジュール用筐体。 A module housing which accommodates the modules comprising a plurality of film covered electric device and the plurality of film case for accommodating the covered electrical device,
The bottom,
A first side surface standing on the bottom surface and forming a cooling path with the bottom surface;
A holding plate connected to the first side surface and holding the module;
A second side surface standing on the holding plate;
A bent portion formed on the second side surface portion, wherein the bent portion engages with a groove portion formed on the case;
A module housing having
前記モジュール用筐体により保持された複数のフィルム外装電気デバイスと、
を有する組電池。 The module housing according to any one of claims 1 to 5,
A plurality of film-clad electrical devices held by the module housing;
An assembled battery having
前記第1の筐体と同一の構造の第2の筐体と、
前記第1の筐体の前記保持板と前記第2の筐体の前記保持板との間に前記モジュールを挟持した状態で、前記第1の筐体と前記第2の筐体とを接合する接合部材と、
を有する、請求項6または7に記載の組電池。 A first housing which is a module housing according to any one of claims 1 to 5;
A second housing having the same structure as the first housing;
The first casing and the second casing are joined in a state where the module is sandwiched between the holding plate of the first casing and the holding plate of the second casing. A joining member;
The assembled battery according to claim 6 or 7, comprising:
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