JP7016855B2 - 電池パック及び電池パックの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池などの電池セルが連結されてなる電池連結構造体が収容された電池パックや、その製造方法に関する。
電池パック容器の内部に搭載する電池セルとして、高エネルギー密度で軽量なリチウムイオン電池が用いられることが多くなっている。なかでも、外装材として、厚さが数十ミクロンから数百ミクロン程度の可撓性のアルミニウムシートと樹脂とからなるラミネートフィルムを用いたラミネート電池は特に軽量で、様々な用途への活用が期待されている。
ラミネートフィルム外装材を用いた電池は、複数の正極と複数の負極とがセパレーターを介して積層された電極積層体と、この電極積層体を含浸する電解液とが、ラミネートフィルム外装材内に収容され、ラミネートフィルム外装材周縁が熱溶着により封止された構造を有している。
ここで、可撓性のラミネートフィルムを外装材に用いた電池セルは軽量化に優れる一方で、肉厚の大きな金属板を外装材とした角型電池や円筒型電池に比べると強度が低く、外部からの衝撃に弱いという課題を有する。
また、電池パックが接続される側の機器で必要とする電池容量などが大きくなると、必然的に電池セルを複数接続して使用する必要がある。電池パック内に複数のラミネート型の電池セルを収容する場合、積層方向に積み重ねるか、外装ケースの内面に平行に並べて配置することになる。
例えば、特許文献１（国際公開２０１２／１３１８０２号）には、積み重ねられた単位電池１００が、基板３００によって連結されてなり、積層された単位電池１００の側面を電池保護部材４００によって保護した電池連結構造体５００が収容された電池パックが開示されている。
国際公開２０１２／１３１８０２号
近年、ドローンなどの飛行体をビジネスの分野などで活用しようとする試みがなされている。飛行体に搭載される電池パックとしてはエネルギー密度が高く軽量なものが要求されるために、ラミネートフィルム外装材を用いた電池セルからなる電池パックを採用することは理にかなっていると言える。
一方、飛行体搭載用の電池パックとしては、高出力を得るために電池セルを複数接続する際には、接続部において高い耐衝撃性、耐振動性を有することが求められる。
しかしながら、従来技術に係る電池パックにおいては、電池セルの引き出しタブ同士を電気的に接続する基板と、積層された電池セルの側面を電池保護部材とは、電池セルを介して互いに位置規制される構造であるために、外部から衝撃や振動が加わると、比較的脆弱な引き出しタブの破断の原因となり、電池パックの信頼性が低下する、という問題があった。
また、従来の技術においては、上記のように引き出しタブ同士を電気的に接続する際に、引き出しタブを９０°に折り曲げたりする工程や、電池セルを１層ずつ積層し位置合わせを行う工程や、ボルトによる固着工程が必要となるなど製造工程が複雑でありコストがかかる、という問題もあった。
本発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明に係る電池パックは、ラミネートフィルム外装材から同方向に引き出された正極引き出しタブと負極引き出しタブとを有する電池セルを複数積層し、隣接する電池セルを電気的に接続する補助を行う連結補助部材と、積層された電池セルの間に介挿される補強部材と、を含む電池パックであって、前記補強部材には、電池セルの正極引き出しタブと負極引き出しタブとが引き出される方向と同方向に突出する突出部が設けられ、前記連結補助部材には、前記連結補助部材と前記補強部材とを結合させる際、前記突出部と係合し前記突出部を案内する案内部が設けられ、前記案内部が凹状ガイドであり、前記突出部の先端側には係止片が設けられる。
また、本発明に係る電池パックは、前記案内部が凹状ガイドである。
また、本発明に係る電池パックは、前記前記突出部の先端側には係止片が設けられる。
また、本発明に係る電池パックは、電池セルの積層方向からみて、前記補強部材の電池セル間に介挿される平板部が、電池セルの正極引き出しタブと負極引き出しタブとが引き出される端部における外装材を覆う。
また、本発明に係る電池パックは、前記連結補助部材には、電池セルの引き出しタブがラミネートフィルム外装材から引き出される方向と平行な第１主面と、前記第１主面と表裏の関係にある第２主面と、を有する導電板材を固定する導電板材固定部と、前記導電板材の前記第１主面との間に形成される第１スリット部と、前記導電板材の前記第２主面との間に形成される第２スリット部と、が設けられ、一の電池セルの正負いずれかの引き出しタブが前記第１スリット部に挿通され前記第１主面で前記導電板材と導電接続されると共に、前記一の電池セルと隣接する電池セルの、前記一の電池セルの引き出しタブと異なる極性の引き出しタブが前記第２スリット部に挿通され前記第２主面で前記導電板材と導電接続される。
また、本発明に係る電池パックは、前記連結補助部材には、電池セルの引き出しタブを、前記第１スリット部又は前記第２スリット部に挿通すると共に、前記連結補助部材と前記補強部材とを結合させる際、引き出しタブの先端を前記第１スリット部又は前記第２スリット部に向けて誘導する誘導板が設けられる。
また、本発明に係る電池パックの製造方法は、ラミネートフィルム外装材から同方向に引き出された正極引き出しタブと負極引き出しタブとを有する電池セルを複数積層し、隣接する電池セルを電気的に接続する補助を行う連結補助部材と、積層された電池セルの間に介挿される補強部材と、を含む電池パックの製造方法であって、前記補強部材には、電池セルの正極引き出しタブと負極引き出しタブとが引き出される方向と同方向に突出する突出部が設けられ、前記連結補助部材には、前記突出部と係合し前記突出部を案内する案内部が設けられ、前記突出部と前記案内部を係合させて、前記連結補助部材と前記補強部材とを接近させることで、前記連結補助部材と前記補強部材とを結合させる工程を有し、前記案内部が凹状ガイドであり、前記突出部の先端側には係止片が設けられる。
本発明に係る電池パックによれば、信頼性が高く、しかも製造性に優れた電池パックを提供することができる。
また、本発明に係る電池パックの製造方法によれば、信頼性が高い電池パックを、簡易に製造することが可能となる。
本発明の実施形態に係る電池パック７００に用いられる電池セル１００を示す図である。 本発明の実施形態に係る電池パック７００に用いられる補強部材２００を示す図である。 本発明の実施形態に係る電池パック７００の製造工程を示す図であり、電池セル１００と補強部材２００の積層順序を示す図である。 電池セル１００と補強部材２００を積層した積層体を示す図である。 本発明の実施形態に係る電池パック７００に用いられる連結補助部材３００を示す図である。 本発明の実施形態に係る電池パック７００に用いられる連結補助部材３００の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る電池パック７００の製造工程を示す図である。 電池セル１００の引き出しタブが連結補助部材３００によって誘導される様子を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電池パック７００の製造工程を示す図である。 引き出しタブと連結補助部材３００の接合順序を説明する図である。 超音波接合装置による引き出しタブと連結補助部材３００の接合順序を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電池パック７００に用いられる電池連結構造体５００を示す図である。 本発明の実施形態に係る電池パック７００に用いられる電池連結構造体５００の分解斜視図である。 電池連結構造体５００の正面図である。 図１４に示されるＡ－Ａ断面図である。 電池連結構造体５００の側面図である。 図１６に示されるＢ－Ｂ断面図である。 電池セル１００の内部構造を示す模式図である。 引き出しタブと連結補助部材３００の接合時の振動が電池セル１００の内部構造に与える影響を説明する模式図である。 振動数比［ｕ］と振動伝達率［τ］との関係を示す図である。 引き出しタブに振動伝達率変更曲折部１５０を設けることにより振動伝達率を変更する概念を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電池パック７００を示す図である。
以下、本発明の実施の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電池パック７００に用いられる電池セル１００を示す図である。このような電池セル１００としては、リチウムイオンが負極と正極とを移動することにより充放電が行われるリチウムイオン二次単位電池が用いられる。
電池セル１００の電池本体部１１０は、複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレーターを介して積層された電極積層体、および電解液（いずれも図示しない）が、平面視で矩形のラミネートフィルム外装材１０３内に収容された構造となっている。そして、電池本体部１１０の第１端部１１１からは、正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０が引き出されている。
正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０は、いずれも平板状で、ラミネートフィルム外装材１０３内において、それぞれ、シート状正極、シート状負極と直接またはリード体などを介して接続されている。ラミネートフィルム外装材１０３は、電池内側となる面に熱融着樹脂層を有する金属ラミネートフィルムにより構成されている。より具体的には、例えば２枚の金属ラミネートフィルムが重ねられてラミネートフィルム外装材１０３を構成し、シート状正極、シート状負極およびセパレーターを有する電極積層体や電解液を、内部に収容した状態でラミネートフィルム外装材の外周辺（第１端部１１１、第２端部１１２、２つの側端部１１３）が熱シールされることで、その内部が密閉されている。
ここで、正極引き出しタブ１２０や負極引き出しタブ１３０などのラミネートフィルム外装材１０３よりなる電池本体部１１０から引き出される金属片は、「引き出しタブ」と称することとし、ラミネートフィルム外装材１０３の内側でセパレーターや電解液などを介して積層されているシート状正極やシート状負極を「電極」と称する。
なお、電極積層体には、上記のように複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレーターを介して積層したものの他に、シート状正極とシート状負極とがセパレーターを介し積層したものを巻回し、これが圧縮されることにより積層体をなすものも含まれる。
上記のような電池セル１００においては、正極引き出しタブ１２０の材質としてはアルミニウムまたはアルミニウム合金が、また、負極引き出しタブ１３０の材質としては、ニッケル、他の金属にニッケルメッキを施した材料（ニッケルメッキ材。例えば、ニッケルメッキをした銅など）、ニッケルと他の金属のクラッド（ニッケルクラッド材。例えば、ニッケル－銅クラッドなど）が一般的に用いられている。すなわち、電池セル１００としては、アルミニウムを含む正極引き出しタブ１２０と、ニッケルを含む負極引き出しタブ１３０とを有する構成となっている。本実施形態においては、アルミニウム製の正極引き出しタブ１２０が、また、ニッケル製の負極引き出しタブ１３０がそれぞれ用いられている。
発明に係る電池パック７００で用いる電池セル１００においては、正極引き出しタブ１２０には矩形状の切り欠き部１２５が、また、負極引き出しタブ１３０にも矩形状の切り欠き部１３５が予めそれぞれ設けられており、電池パック７００を製造する際の便益が図られている。正極引き出しタブ１２０、負極引き出しタブ１３０の切り欠き部がどのように製造工程で役立つかは後述する。
次に、電池セル１００を複数積層していく際に用いる補強部材２００について説明する。図２は本発明の実施形態に係る電池パック７００に用いられる補強部材２００を示す図である。
補強部材２００は合成樹脂製の部材であり、電池セル１００を複数積層していく際に、電池セル１００の積層体を補強する役割などを有している。
補強部材２００には、電池セル１００が積層される際、電池セル１００におけるラミネートフィルム外装材１０３の電極積層領域１０５と当接し、略矩形状をなす平板部２１０を有している。
略矩形状の平板部２１０の３辺には、平板部２１０と主面方向と垂直な方向に延在する周縁部２２０が設けられている。また、略矩形状の平板部２１０の対向する２辺には、周縁部２２０からさらに延在する持ち手部２２５が設けられている。持ち手部２２５は、電池セル１００の積層体のハンドリングを向上させるための取っ手となるものである。このため、持ち手部２２５には、周期的な凹凸が設けられており、適切な摩擦を生じさせることができるようになっている。持ち手部２２５は、電池連結構造体５００や電池パック７００として完成された際においても、用いることができるようになっている。
また、補強部材２００には、略矩形状の平板部２１０の対向する２辺から延在する２つの突出部２４０を有している。補強部材２００を利用して電池セル１００の積層体を構成した際に、電池セル１００の正極引き出しタブ１２０、負極引き出しタブ１３０が引き出される方向と同方向に突出するように、前記突出部２４０が補強部材２００に設けられている。これらの突出部２４０は、後述する連結補助部材３００における案内部である凹状ガイド３４０が係合するようになっている。また、突出部２４０の先端側には、係止片２４５が設けられている。係止片２４５は、補強部材２００が連結補助部材３００とを確実に固定するために用いられるものである。
次に、以上のように構成される電池セル１００を複数積層し、隣接する電池セル１００を電気的に接続した電池連結構造体５００となし、これにより電池パック７００を製造する方法について説明する。
図３は本発明の実施形態に係る電池パック７００の製造工程を示す図であり、電池セル１００と補強部材２００の積層順序を示す図である。また、図４は電池セル１００と補強部材２００を積層した積層体を示す図である。
電池セル１００と補強部材２００の積層においては、不図示の両面テープなどが利用され、部材同士を互いに固着するようにしている。本実施形態では、６つの電池セル１００を直列接続した電池連結構造体５００を構成することを意図しているが、本発明に係る電池パック７００において、直列接続する電池セル１００の数は任意である。
本実施形態では図示するように、２つの電池セル１００、補強部材２００、２つの電池セル１００、補強部材２００、２つの電池セル１００の順で積層体が形成される。
図４において、１点鎖線の囲み部分に着目すると、電池セル１００の積層方向からみて、補強部材２００の電池セル１００間に介挿される平板部２１０が、電池セル１００の第１端部１１１におけるラミネートフィルム外装材１０３を覆うように設けられている。
これによって、正極引き出しタブ１２０と負極引き出しタブ１３０とが引き出されており、比較的脆弱な電池セル１００の第１端部１１１側を適切に保護することができるようになっている。
次に、隣接する電池セル１００を電気的に接続する際、これを補助する連結補助部材３００について説明する。図５は本発明の実施形態に係る電池パック７００に用いられる連結補助部材３００を示す図である。また、図６は本発明の実施形態に係る電池パック７００に用いられる連結補助部材３００の分解斜視図である。
連結補助部材３００の主要な基台構成として、合成樹脂などで構成された略矩形状の枠部材３１０が用いられる。この枠部材３１０には、電池セル１００の引き出しタブとの接合に用いられる導電板材３５０が植設されるように設けられると共に、基板３９０が載置されるようになっている。導電板材３５０には、銅などの金属材料を用いることができる。
本実施形態においては、枠部材３１０に固定される導電板材３５０の数は７つであるが、この数は直列接続される電池セル１００の数に応じて適宜変更され得る。
枠部材３１０の対向する端部に設けられる２つの導電板材３５０には、直列接続される電池セル１００の端部側の正極引き出しタブ１２０又は負極引き出しタブ１３０のいずれかが接合される。また、前記２つの導電板材３５０以外の導電板材３５０には、例えば、電池セル１００の正極引き出しタブ１２０と、この電池セル１００に隣接する電池セル１００の負極引き出しタブ１３０の双方が接合される。すなわち、前記２つの導電板材３５０以外の導電板材３５０には、一の電池セル１００の正負いずれかの引き出しタブ、及び、前記一の電池セル１００と隣接する電池セル１００の、前記一の電池セル１００の引き出しタブと異なる極性の引き出しタブの双方の引き出しタブが接合される。
略矩形状の枠部材３１０の内側部には、導電板材３５０を固定するための構成である導電板材固定部３２０が設けられている。導電板材３５０を枠部材３１０に固定する電板材固定部３２０としては、導電板材狭持部３２２及び導電板材係止部３２５の２つを挙げることができる。
導電板材狭持部３２２は、導電板材３５０を狭持することが可能なスリット状の部位である。導電板材狭持部３２２のスリット部の幅は導電板材３５０の厚さと略同じ程度とされ、導電板材狭持部３２２によって導電板材３５０を狭持することができるようになっている。
また、図５、図６では見えない箇所には、各導電板材３５０に設けられる２つの切り欠き部３５３に嵌る、凸状の導電板材係止部３２５が設けられている。この導電板材係止部３２５は枠部材３１０の断面図でもある図１７において確認することができる。
枠部材３１０の対向する端部に設けられる２つの導電板材３５０に対応しては１つの誘導板３３０が、また、前記２つの導電板材３５０以外の導電板材３５０に対応しては２つの誘導板３３０が枠部材３１０に設けられている。導電板材３５０と、誘導板３３０の間には、所定の間隙（第１スリット部３６１、第２スリット部３６２）が形成されるようになっている。これらの誘導板３３０は、製造時において電池セル１００の引き出しタブに適切な曲折を付与し、前記の間隙（第１スリット部３６１、第２スリット部３６２）へと誘うようになっている。
導電板材３５０は、第１主面３５１と、第１主面３５１と表裏の関係にある第２主面３５２とを有している。例えば、導電板材３５０の第１主面３５１にはある電池セル１００の正極引き出しタブ１２０が接合されるとすると、これに隣り合う電池セル１００の負極引き出しタブ１３０が、第２主面３５２に接合される。
導電板材３５０には、２つの凹状の切り欠き部３５３が設けられており、枠部材３１０における凸状の導電板材係止部３２５に嵌合するようになっている。これにより、導電板材３５０が枠部材３１０に固定される。導電板材３５０にはスリット部３５５が設けられており、これにより、切り欠き部３５３が凸状の導電板材係止部３２５に嵌合する際に、導電板材３５０を撓み易くしている。
また、導電板材３５０には端子片３５７が突出している。基板３９０が枠部材３１０に載置されると、導電板材３５０の端子片３５７が、基板３９０の各貫通孔３９３に挿通されるようになっている。
基板３９０には、金属膜による配線パターン（詳細については省略）が設けられており、例えば、基板３９０の各貫通孔３９３から突出した端子片３５７が、当該配線パターンとハンダなどにより電気接続される。これにより、基板３９０からは、直列接続された電池セル１００の電源線６１０や、各電池セル１００の電位をセンスしたセンス線６２０を取り出すことができる。
略矩形状の枠部材３１０の外側部には、対向する２つの辺において、それぞれ２つの凹状ガイド（案内部）３４０が設けられている。これらの凹状ガイド３４０は、補強部材２００における突出部２４０と係合する。
従来技術に係る電池パックにおいては、電池セルの引き出しタブ同士を電気的に接続する基板と、積層された電池セルの側面を電池保護部材とは、電池セルを介して互いに位置規制される構造であるために、外部から衝撃や振動が加わると、比較的脆弱な引き出しタブの破断の原因となり、電池パックの信頼性が低下する、という問題があった。
また、従来の技術においては、上記のように引き出しタブ同士を電気的に接続する際に、引き出しタブを９０°に折り曲げたりする工程や、電池セルを１層ずつ積層し位置合わせを行う工程や、ボルトによる固着工程が必要となるなど製造工程が複雑でありコストがかかる、という問題もあった。
そこで、本発明に係る電池パック７００においては、複数の電池セル１００の積層体を保護している補強部材２００と、複数の電池セル１００を電気接続する連結補助部材３００を互いに固定し、補強部材２００と連結補助部材３００との位置関係が相対的に移動しないような構成としている。
このための構成が、補強部材２００における突出部２４０と、連結補助部材３００の枠部材３１０に設けられている凹状ガイド３４０である。また、これらの構成により、電池パック７００の製造性を向上させている。
図７は本発明の実施形態に係る電池パック７００の製造工程を示す図である。図７は、積層体を構成する電池セル１００から引き出されている引き出しタブを、連結補助部材３００に形成されているスリット部に挿通させる工程を示している。
このとき、電池セル１００の引き出しタブを既定のスリット部に導くために、補強部材２００における突出部２４０と、連結補助部材３００の枠部材３１０に設けられている凹状ガイド３４０とを係合させつつ、位置関係を規制しつつ、連結補助部材３００を電池セル１００の積層体側に近づけるようにしている。
連結補助部材３００を電池セル１００の積層体側に近づけて、引き出しタブの既定のスリット部への挿通が完了されると、突出部２４０の先端側における係止片２４５が、連結補助部材３００の枠部材３１０に係合されることで、補強部材２００が連結補助部材３００とが固定され、連結補助部材３００と電池セル１００の積層体とのドッキング作業が完了する。
図９は本発明の実施形態に係る電池パック７００の製造工程を示す図であり、電池セル１００の積層体と、連結補助部材３００とのドッキング作業が完了した状態を示している。
このように、本発明に係る電池パック７００によれば、信頼性が高く、しかも製造性に優れた電池パック７００を提供することができる。
また、本発明に係る電池パック７００の製造方法によれば、信頼性が高い電池パック７００を、簡易に製造することが可能となる。
ところで、従来技術に係る電池パックにおいては、電池セルの引き出しタブ同士を電気的に接続する際には、ボルトなどの機械的な固着手段が用いられており、衝撃や振動に対して脆弱である、という問題があった。
また、従来の電池パックにおいて、電池セルの引き出しタブ同士の電気的接続のためにボルトを使用するので、重量が増加してしまう、という問題もあった。
また、従来の電池パックにおいて、電池セルの引き出しタブ同士を電気的に接続する際には、引き出しタブを９０°折り曲げるようにしているが、このような折り曲げを行うことにより、電池セル自体に外力が加わることで、電池セルの性能が低下する可能性がある、という問題もあった。
また、従来の技術においては、上記のように引き出しタブ同士を電気的に接続する際に、引き出しタブを９０°に折り曲げたりする工程や、電池セルを１層ずつ積層し位置合わせを行う工程や、ボルトによる固着工程が必要となるなど製造工程が複雑でありコストがかかる、という問題もあった。
そこで、本発明に係る電池パック７００においては、電池セル１００同士の電気接続に連結補助部材３００を用いることで、上記のような従来技術の問題点を解消するようにしている。
まず、連結補助部材３００と電池セル１００の積層体とをドッキングさせる際における電池セル１００の引き出しタブと、連結補助部材３００との関係を説明する。図８は電池セル１００の引き出しタブが連結補助部材３００によって誘導される様子を示す模式図である。
図８においては、例として、図９の一点鎖線で囲まれた導電板材３５０に着目し、この導電板材３５０の近傍の構成を抜き出して示している。仮に、導電板材３５０の左側を第１主面３５１とし、右側を第２主面３５２とするが、「第１」及び「第２」は主面の別を示すためのものであり、序列があるわけではない。
また、導電板材３５０の第１主面３５１と誘導板３３０との間のスリット部を第１スリット部３６１と称し、導電板材３５０の第２主面３５２との間のスリット部を第２スリット部３６２と称する。
また、図８において左側の電池セル１００の正極引き出しタブ１２０が第１スリット部３６１に挿通され、それに隣接する右側の電池セル１００の負極引き出しタブ１３０が第２スリット部３６２に挿通される場合を想定するが、引き出しタブの極性はこの想定と反対のものであっても構わない。
図８（Ａ）は連結補助部材３００と電池セル１００の積層体とのドッキング作業の開始時を示しており、 図８（Ｂ）は当該ドッキング作業の途中を示しており、また、図８（Ｃ）は当該ドッキング作業の完了時を示している。
図８（Ｂ）に示すように、ドッキング過程で、正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０にあたりつつ、誘導板３３０に沿うような形で、それらの先端が、それぞれ第１スリット部３６１、第２スリット部３６２へと導かれる。
さらに、ドッキング過程が進むと、正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０は、第１スリット部３６１、第２スリット部３６２を通り抜け、正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０の先の方は、それぞれ導電板材３５０の第１主面３５１及び第２主面３５２に沿うようになる。
正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０において、誘導板３３０と沿いつつ、接している箇所は曲折部（後述する振動伝達率変更曲折部１５０）となる。
以上のように、本発明に係る電池パック７００の製造においては、連結補助部材３００に設けられる誘導板３３０により、電池セル１００の引き出しタブを、既定のスリット部に挿通させることが簡単にでき、製造上の効率が向上する。
次に、上記のように各スリット部を挿通させた正極引き出しタブ１２０及び負極引き出しタブ１３０を、それぞれ導電板材３５０の第１主面３５１及び第２主面３５２に接合する工程について説明する。
本発明に係る電池パック７００は、電池セル１００の引き出しタブを電気的に接続する際には、振動・衝撃に弱く重量増にもつながるボルトなどの機械的な固着手段を用いることなく、超音波振動を印加することによって金属部材同士を接合する超音波接合を用いることを大きな特徴としている。
超音波接合においては、超音波接合装置（全体は不図示）のアンビル１０１０と、ホーン１０２０とで、接合対象物を挟み、ホーン１０２０を超音波振動させることで、金属界面同士に接合部を形成するようにしている。
本例では、導電板材３５０の第１主面３５１には正極引き出しタブ１２０が当接しており、第２主面３５２には負極引き出しタブ１３０が当接しているので、正極引き出しタブ１２０／導電板材３５０／負極引き出しタブ１３０の３層をアンビル１０１０と、ホーン１０２０とで挟み込み一気に接合を形成する方法を採用すると効率的に接合を形成できそうではあるが、導電板材３５０の厚みが正極引き出しタブ１２０や負極引き出しタブ１３０の厚みの２倍以上あり、このような接合方法を採用することができない。
そこで、本発明に係る電池パック７００の製造においては、正極引き出しタブ１２０と導電板材３５０との超音波接合と、負極引き出しタブ１３０と導電板材３５０との超音波接合を、それぞれ独立して行う接合方法が採用されている。また、このような接合方法が採用されているために、正極引き出しタブ１２０には切り欠き部１２５が形成され、負極引き出しタブ１３０には切り欠き部１３５が形成されている。
以下、図１０及び図１１を参照して、本発明に係る電池パック７００の製造における超音波接合手順を説明する。図１０は引き出しタブと連結補助部材３００の接合順序を説明する図である。また、図１１は超音波接合装置による引き出しタブと連結補助部材３００の接合順序を説明する図である。引き続き、図９の一点鎖線で囲まれた導電板材３５０に着目して説明する。
図１０（Ａ）は、導電板材３５０の第２主面３５２と負極引き出しタブ１３０との接合を説明する図である。このとき、図１１（Ａ）に示すように、導電板材３５０の第１主面３５１をアンビル１０１０と当接させ、負極引き出しタブ１３０をホーン１０２０と当接させるようにして、導電板材３５０と負極引き出しタブ１３０とをアンビル１０１０とホーン１０２０とで挟み込み、ホーン１０２０を振動させることで、導電板材３５０と負極引き出しタブ１３０とを接合させる。
引き続き、導電板材３５０と正極引き出しタブ１２０とを接合する工程を実施する。図１０（Ｂ）は、導電板材３５０の第１主面３５１と正極引き出しタブ１２０との接合を説明する図である。このとき、図１１（Ｂ）に示すように、導電板材３５０の第２主面３５２をアンビル１０１０と当接させ、正極引き出しタブ１２０をホーン１０２０と当接させるようにして、導電板材３５０と正極引き出しタブ１２０とをアンビル１０１０とホーン１０２０とで挟み込み、ホーン１０２０を振動させることで、導電板材３５０と正極引き出しタブ１２０とを接合させる。
以上のように、正極引き出しタブ１２０の切り欠き部１２５や、負極引き出しタブ１３０の切り欠き部１３５は、超音波接合装置によって接合する際に、アンビル１０１０と当接する箇所として利用される。
また、本発明に係る電池パック７００において、導電板材３５０と正極引き出しタブ１２０とが接合によって導電接続される位置と、導電板材３５０と負極引き出しタブ１３０とが接合によって導電接続される位置は、導電板材３５０の厚み方向からみて重なり合うことがないことを特徴としている。
以上のような接合方法により、連結補助部材３００に挿通された全ての引き出しタブを、対応する導電板材３５０と接合することで、電池連結構造体５００を得ることができる。
図１２は本発明の実施形態に係る電池パック７００に用いられる電池連結構造体５００を示す図である。図１３は本発明の実施形態に係る電池パック７００に用いられる電池連結構造体５００の分解斜視図である。図１３に示されるように、誘導板３３０の存在により、各引き出しタブには、曲折部（振動伝達率変更曲折部１５０）が形成されることがわかる。
また、図１４は電池連結構造体５００の正面図であり、また、図１５は図１４に示されるＡ－Ａ断面図である。また、図１６は電池連結構造体５００の側面図であり、図１７は図１６に示されるＢ－Ｂ断面図である。
以上のように構成される電池連結構造体５００を用いることで、本発明に係る電池パック７００によれば、軽量で、かつ、機械的な振動や衝撃に対して強く、しかも製造性に優れた電池パック７００を提供することができる。
また、本発明に係る電池パック７００の製造方法によれば、軽量で、かつ、機械的な振動や衝撃に対して強い電池パック７００を、簡易に製造することが可能となる。
本発明においては、引き出しタブなどの金属材料同士の接合に超音波接合技術が用いられるが、超音波接合を行うために、引き出しタブに対して振動を印加すると、ラミネートフィルム外装材内において、集電箔と引き出しタブとが接続されている箇所に振動が伝達し、当該箇所における接続性を低下させてしまうなどのダメージを与えてしまう、という問題があった。
図１８は電池セル１００の内部構造を示す模式図である。ラミネートフィルム外装材１０３内の電極積層体１０２からは集電箔１０６が引き出されると共に束ねられており、この束ねられた箇所において正極引き出しタブ１２０（又は負極引き出しタブ１３０）と接続され、接続部１０７が形成されている。
図１９は引き出しタブと連結補助部材３００の接合時の振動が電池セル１００の内部構造に与える影響を説明する模式図である。図１９に示すように、導電板材３５０と正極引き出しタブ１２０（又は負極引き出しタブ１３０）とがアンビル１０１０とホーン１０２０とで挟まれた状態で、ホーン１０２０によって超音波振動が印加される。
ここで、電池セル１００の固有振動数ｆｎとし、ホーン１０２０の振動数をｆとすると、振動数比ｕは、ｕ＝ｆ／ｆｎとして定義することができる。ホーン１０２０から電池セル１００に伝達される振動は、振動伝達率τによって知ることができる。
ここで、振動数比ｕと、振動伝達率τは図２０の関係がある。図２０を参照すると、以下のパターンに類別することができる。
パターンＡ；
（振動数比ｕ）＜１、又は、１＜（振動数比ｕ）＜√２であるとき、振動伝達率τは１以上となってしまい、ホーン１０２０で印加される振動が増幅される形で電池セル１００の接続部１０７に伝達されてしまうことがわかる。
パターンＢ；
（振動数比ｕ）＝１であるときには、振動伝達率τは無限大となり、ホーン１０２０で印加される振動が無限大に増幅され、電池セル１００の接続部１０７に印加されてしまう最悪の状態となる。
パターンＣ；
√２＜（振動数比ｕ）であるときは、振動伝達率τは１未満となり、ホーン１０２０で印加される振動が減衰され電池セル１００の接続部１０７に伝達されることがわかる。ここで、振動数比ｕが、２≦（振動数比ｕ）≦３の範囲であると、振動が十分に減衰され、防振効果があることが知られている。
ところで、電池セル１００の固有振動数ｆｎやホーン１０２０の振動数ｆによっては導電板材３５０と引き出しタブの接合工程において、パターンＡやパターンＢの範疇に入ってしまう可能性がある。このような場合、引き出しタブに振動伝達率変更曲折部１５０を設けることで、パターンＣの範疇に入るようにすることが本発明の要となる。
図２１は引き出しタブに振動伝達率変更曲折部１５０を設けることにより振動伝達率を変更する概念を説明する図である。本実施形態においては、振動伝達率変更曲折部１５０は連結補助部材３００の誘導板３３０によって形成される例で説明したが、引き出しタブに振動伝達率変更曲折部１５０を形成する方法はこれに限定されるものではない。
図２１に示すように、正極引き出しタブ１２０（又は負極引き出しタブ１３０）に振動伝達率変更曲折部１５０を形成することで、電池セル１００の固有振動数ｆｎ’とし、新たな振動数比ｕ’＝ｆ／ｆｎ’を得ることで、振動伝達率をτ’に変更することが可能となる。この新しい振動伝達率をτ’がパターンＣの範疇に入るように、振動伝達率変更曲折部１５０を調整することとなる。
以上のような本発明に係る電池パック７００によれば、ラミネートフィルム外装材１０３内における集電箔１０６と引き出しタブ（１２０、１３０）との接続性が低下することなく、信頼性の高い電池パック７００を提供することができる。
また、本発明に係る電池パック７００の製造方法によれば、ラミネートフィルム外装材１０３内における集電箔１０６と引き出しタブ（１２０、１３０）との接続性が低下することがない、信頼性の高い電池パック７００を、簡易に製造することが可能となる。
さて、図１２乃至図１７に示される電池連結構造体５００においては、不図示のコネクタなどにより基板３９０に、電源線６１０、センス線６２０とを接続すると共に、さらに、電池連結構造体５００をケース６００によって覆囲することで、本発明に係る電池パック７００を得ることができる。図２２は本発明の実施形態に係る電池パック７００を示す図である。
以上、本発明に係る電池パックによれば、軽量で、かつ、機械的な振動や衝撃に対して強く、しかも製造性に優れた電池パックを提供することができる。
また、本発明に係る電池パックの製造方法によれば、軽量で、かつ、機械的な振動や衝撃に対して強い電池パックを、簡易に製造することが可能となる。
また、本発明に係る電池パックによれば、信頼性が高く、しかも製造性に優れた電池パックを提供することができる。
また、本発明に係る電池パックの製造方法によれば、信頼性が高い電池パックを、簡易に製造することが可能となる。
また、本発明に係る電池パックによれば、ラミネートフィルム外装材内における集電箔と引き出しタブとの接続性が低下することなく、信頼性の高い電池パックを提供することができる。
また、本発明に係る電池パックの製造方法によれば、ラミネートフィルム外装材内における集電箔と引き出しタブとの接続性が低下することがない、信頼性の高い電池パックを、簡易に製造することが可能となる。
産業上の利用性
近年、ドローンなどの飛行体をビジネスの分野などで活用しようとする試みがなされている。飛行体に搭載される電池パックとしてはエネルギー密度が高く軽量なものが要求されるために、ラミネートフィルム外装材を用いた電池セルからなる電池パックを採用することが理にかなっている。このような飛行体搭載用の電池パックとしては、高出力を得るために電池セルを複数接続する際には、接続部において高い耐衝撃性、耐振動性を有することが求められる。
しかしながら、従来技術に係る電池パックにおいては、外部から衝撃や振動が加わると、比較的脆弱な引き出しタブの破断の原因となり、電池パックの信頼性が低下する、という問題があったし、また、固着工程が必要となるなど製造工程が複雑でありコストがかかる、という問題もあった。一方、本発明に係る電池パックは、隣接する電池セルを電気的に接続する補助を行う連結補助部材と、積層された電池セルの間に介挿される補強部材と、を有し、前記補強部材には、電池セルの正極引き出しタブと負極引き出しタブとが引き出される方向と同方向に突出する突出部が設けられ、前記連結補助部材には、前記連結補助部材と前記補強部材とを結合させる際、前記突出部と係合し前記突出部を案内する案内部が設けられているので、このような本発明に係る電池パックによれば、信頼性が高く、しかも製造性に優れた電池パックを提供することができ、産業上の利用性が非常に大きい。
１００・・・電池セル
１０２・・・電極積層体
１０３・・・ラミネートフィルム外装材
１０５・・・電極積層領域
１０６・・・集電箔
１０７・・・接続部
１１０・・・電池本体部
１１１・・・第１端部
１１２・・・第２端部
１１３・・・側端部
１２０・・・正極引き出しタブ
１２５・・・切り欠き部
１３０・・・負極引き出しタブ
１３５・・・切り欠き部
１５０・・・振動伝達率変更曲折部
２００・・・補強部材
２１０・・・平板部
２２０・・・周縁部
２２５・・・持ち手部
２４０・・・突出部
２４５・・・係止片
３００・・・連結補助部材
３１０・・・枠部材
３２０・・・導電板材固定部
３２２・・・導電板材狭持部
３２５・・・導電板材係止部
３３０・・・誘導板
３４０・・・凹状ガイド（案内部）
３５０・・・導電板材
３５１・・・第１主面
３５２・・・第２主面
３５３・・・切り欠き部
３５５・・・スリット部
３５７・・・端子片
３６１・・・第１スリット部
３６２・・・第２スリット部
３９０・・・基板
３９３・・・貫通孔
５００・・・電池連結構造体
６００・・・ケース
６１０・・・電源線
６２０・・・センス線
７００・・・電池パック
１０１０・・・アンビル
１０２０・・・ホーン

Claims (5)

  1. ラミネートフィルム外装材から同方向に引き出された正極引き出しタブと負極引き出しタブとを有する電池セルを複数積層し、隣接する電池セルを電気的に接続する補助を行う連結補助部材と、積層された電池セルの間に介挿される補強部材と、を含む電池パックであって、
    前記補強部材には、電池セルの正極引き出しタブと負極引き出しタブとが引き出される方向と同方向に突出する突出部が設けられ、
    前記連結補助部材には、前記連結補助部材と前記補強部材とを結合させる際、前記突出部と係合し前記突出部を案内する案内部が設けられ、
    前記案内部が凹状ガイドであり、
    前記突出部の先端側には係止片が設けられる電池パック。
  2. 電池セルの積層方向からみて、前記補強部材の電池セル間に介挿される平板部が、電池セルの正極引き出しタブと負極引き出しタブとが引き出される端部における外装材を覆う請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記連結補助部材には、
    電池セルの引き出しタブがラミネートフィルム外装材から引き出される方向と平行な第１主面と、前記第１主面と表裏の関係にある第２主面と、を有する導電板材を固定する導電板材固定部と、
    前記導電板材の前記第１主面との間に形成される第１スリット部と、
    前記導電板材の前記第２主面との間に形成される第２スリット部と、が設けられ、
    一の電池セルの正負いずれかの引き出しタブが前記第１スリット部に挿通され前記第１主面で前記導電板材と導電接続されると共に、
    前記一の電池セルと隣接する電池セルの、前記一の電池セルの引き出しタブと異なる極性の引き出しタブが前記第２スリット部に挿通され前記第２主面で前記導電板材と導電接続される請求項１又は請求項２に記載の電池パック。
  4. 前記連結補助部材には、
    電池セルの引き出しタブを、前記第１スリット部又は前記第２スリット部に挿通すると共に、前記連結補助部材と前記補強部材とを結合させる際、
    引き出しタブの先端を前記第１スリット部又は前記第２スリット部に向けて誘導する誘導板が設けられる請求項３に記載の電池パック。
  5. ラミネートフィルム外装材から同方向に引き出された正極引き出しタブと負極引き出しタブとを有する電池セルを複数積層し、隣接する電池セルを電気的に接続する補助を行う連結補助部材と、積層された電池セルの間に介挿される補強部材と、を含む電池パックの製造方法であって、
    前記補強部材には、電池セルの正極引き出しタブと負極引き出しタブとが引き出される方向と同方向に突出する突出部が設けられ、
    前記連結補助部材には、前記突出部と係合し前記突出部を案内する案内部が設けられ、
    前記突出部と前記案内部を係合させて、前記連結補助部材と前記補強部材とを接近させることで、前記連結補助部材と前記補強部材とを結合させる工程を有し、
    前記案内部が凹状ガイドであり、
    前記突出部の先端側には係止片が設けられる電池パックの製造方法。
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