WO2006046515A1 - 蓄電体セルのパッケージ構造 - Google Patents

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WO2006046515A1
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Masato Sakurai
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Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a package structure of a storage battery cell in which a plurality of flat storage battery cells are stacked and packaged.
  • planar storage cells When mounted as a power source of a hybrid car, an electric car, or the like, such planar storage cells are often used as a battery pack in which a plurality of stacked electric cells are stacked and packaged.
  • a paste-like active material is applied to the metal foil for the base as an internal electrode as in a battery etc., there is a risk that the metal foil strength active material for the base peels off due to the vibration during use and the characteristics deteriorate. .
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and while applying pressure to the laminated surface of the storage battery cell to stabilize the characteristics, the heat generated in the storage battery cell is effectively dissipated to allow each cell to be discharged. Aims to provide a package structure of a storage battery cell which can stabilize the characteristics of And
  • a package structure of a storage battery cell is a storage battery cell package structure in which a plurality of flat storage battery cells are stacked and packaged.
  • the electric storage body cell is held in contact with the laminated surface of the body cell, and the plate-like member for transferring and dissipating the heat generated in the electric storage body cell and the laminated body of the electric storage body cell are accommodated.
  • a pillar-shaped member for forming a framework and movably engaging the plate-like member in the stacking direction of the storage battery cells, and a member provided with the pillar-like member for applying a predetermined load to the plate-like member
  • a pressing member for applying a predetermined pressure to the laminated surface of the storage battery cell to hold the same.
  • the plate-like member for each predetermined layer of the stacked body in which the storage battery cells are stacked, and for each layer of the stack surface of the storage battery cells, It is desirable to dispose a sheet-like member in close contact with the storage portion of the storage cell to transfer the heat generated in the storage portion.
  • the plate-like member is provided with a heat transfer member for three-dimensionally transferring the heat transferred from the storage battery cell to the plate-like member in the stacking direction of the storage battery cells. And it is desirable to form this heat transfer material with a hollow pipe material.
  • the pressing member can be constituted by a wire inserted through the columnar member with a predetermined tension, or a screw for fastening the columnar member and the plate-like member.
  • a pressing force is applied to uniformly press the plate-like member by the tension of the curved portion on which the wire extending from the columnar member is wound and the wire wound on the curved portion. It is desirable to provide a spacer member having a part.
  • the plate-like member is preferably formed of a composite of a carbon-based material and an aluminum-based material.
  • FIG. 1 An overall view of a power supply device with a storage battery package
  • FIG. 2 An explanatory view showing the arrangement of the frame support and the heat transfer pipe
  • FIG. 3 An explanatory view showing a front plate
  • FIG. 7 An explanatory view showing an example in which an external heat dissipation member is connected to a heat transfer sheet material
  • FIG. 9 An explanatory view showing a stacked state of a storage battery cell
  • FIG. 1 is an overall view of a power supply device by a storage battery package
  • FIG. 2 is an explanatory view showing an arrangement of a frame support and a heat transfer pipe
  • FIG. Fig. 4 is an explanatory view showing a front plate
  • Fig. 4 is an explanatory view showing an end plate
  • Fig. 5 is an explanatory view showing a center cross section in the longitudinal direction of the storage battery package
  • Fig. 6 is a state in which storage battery cells are stacked via an intermediate plate.
  • FIG. 1 is an overall view of a power supply device by a storage battery package
  • FIG. 2 is an explanatory view showing an arrangement of a frame support and a heat transfer pipe
  • FIG. Fig. 4 is an explanatory view showing a front plate
  • Fig. 4 is an explanatory view showing an end plate
  • Fig. 5 is an explanatory view showing a center cross section in the longitudinal direction of the storage battery package
  • Fig. 6 is a state in which storage battery cells are
  • FIG. 7 is an explanatory view showing an example in which an external heat dissipation member is connected to a heat transfer sheet material
  • FIG. 8 is an explanatory view showing a state in which a tab support is assembled
  • FIG. Fig. 10 is an explanatory view showing a state in which a frame support is assembled
  • Fig. 11 is an explanatory view showing a state in which side members and electrode supports are assembled
  • Fig. 12 is a state in which a cable cover is assembled.
  • Fig. 13 shows the end plate
  • Fig. 14A is an explanatory view showing a first example of wire winding
  • Fig. 14B is an explanatory view showing a second example of wire winding
  • Fig. 14C Shows the third example of wire wrapping
  • FIG. 15 is an explanatory view showing a state in which a wire is stretched on the end plate side via a spacer member.
  • reference numeral 1 denotes a power supply device used for, for example, an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), etc., which is a storage battery in which a plurality of flat storage battery cells 2 are stacked and packaged.
  • the body package 3 forms an assembled battery in which a plurality of storage battery cells 2 are connected (series connection, parallel connection, or a combination of series and parallel connection).
  • Equalizer circuit voltage equalizing circuit
  • a peripheral box 20 such as a fuse and an external supply terminal
  • a joint box 4 for storing a relay box 21 are provided.
  • joint box 4 side of the power storage package 3 will be described as the front side, and the opposite side as the end side.
  • Power storage cell 2 is a flat power storage body having a substantially flat rectangular shape such as a lithium ion secondary battery or an electric double layer capacitor, and as typified by a flat laminate type lithium ion secondary battery,
  • the laminate of the electrode and the electrolyte layer is closed and sealed by a sheet-like laminate film in which the surface of an aluminum-based metal layer is insulatingly coated with a resin layer.
  • the storage cell 2 includes a storage element 2a, which is formed in a rectangular shape slightly thicker than the surrounding portion, including a storage element formed of a laminate of an electrolyte layer and an electrode, and a storage cell 2a. It has a sealing portion 2b extended in a vertical shape, and two metal tabs 2c and 2d as positive and negative electrode terminals exposed from both ends of the sealing portion 2b (see FIG. 2). As will be described later, in the storage battery cell 2, the sealing portions 2b on both sides of the tabs 2c and 2d are bent and stacked in order to reduce the storage space of the package.
  • the power storage package 3 applies a constant pressure (surface pressure) to the power storage unit 2 a of each cell to stack the surface pressure stacked package structure and a heat radiation product with improved heat dissipation of the stacked cells.
  • storage battery package 3 has a plate-like front plate 5 forming a rectangular frame surface on the front side on which peripheral devices such as an equalizer circuit are disposed, and a predetermined front plate 5
  • a plate-like end plate 6 which is disposed opposite to each other at intervals and which constitutes a rectangular frame surface on the end side, is disposed between the front plate 5 and the end plate 6 to align the storage cell 2
  • Frame support 7 as a plurality of pillar-shaped members forming a framework for accommodating the laminated body, and thick intermediate plates 8a and 8b disposed between the front plate 5 and the end plate 6 Form.
  • the front plate 5, the end plate 6 and the frame support 7 are made of a resin material or the like to ensure insulation and light weight.
  • the storage battery cells 2 stacked between the front plate 5 and the end plate 6 are directly formed by two rectangular flat intermediate plates 8 a in contact with the front plate 5 and the end plate 6 respectively. , 8a are held by.
  • a heat transfer sheet material 30 in the form of a film for heat transfer and heat diffusion is disposed between each layer of the storage battery cell 2 so as to be in close contact with the cell stack surface (the storage battery unit 2a) (see FIG. 7).
  • An intermediate plate 8b is disposed on the module stacking surface of each (in this embodiment, every 5 cells).
  • the intermediate plate 8a and the intermediate plate 8b are basically the same members except that the shape of a part of the outer shape is different, and a rectangular thick plate is provided with a through portion through which the frame support 7 is inserted, It is movably engaged in the longitudinal direction of the frame support 7.
  • These intermediate plates 8a and 8b are plate-like members that abut on the laminated surface of the storage battery cell 2 to sandwich the storage battery cell 2 and transfer and dissipate the heat generated in the storage battery cell 2. In addition to improving the heat dissipation properties of the storage battery cell 2 and making the surface pressure evenness and smoothing of the laminated surface, it plays a role of reinforcing the overall rigidity of the cage.
  • Such a function is to make the intermediate plates 8a and 8b a high rigidity, heat absorption and heat dissipation, and a lightweight material such as a carbon-based material and aluminum. It can be obtained by forming a composite material with a system material.
  • Reference numeral 12 is a base for fixing a wire 11 (see FIG. 5), which will be described later, reference numeral 16 is a side member suspended between a plurality of frame supports 7, and reference numeral 18 is a cable for covering wiring connecting each cell. It is a cover.
  • the intermediate plate 8b is provided with a recess for attaching the electrode support 17 (see FIG. 11) covered by the cable cover 18 on the outer side of the long side, whereas the intermediate plate 8a is provided with the electrode support 17 The difference is that there is no recess for this.
  • a hollow heat transfer pipe 9 is provided.
  • the heat transfer groove 9 serves as a heat pipe which transfers the heat of each cell to the intermediate plates 8a and 8b in a three-dimensional manner. It is desirable to attach heat dissipation fins to the two pipes on both sides exposed to the outside of the heat transfer nose 9 in order to promote heat dissipation by air cooling.
  • the heat transfer pipe 9 can be used as a water cooling pipe by passing cooling water inside, and conversely, by passing warm water etc. inside the heat transfer pipe 9 at low temperature. It is also possible to warm up each cell effectively to stabilize the characteristics.
  • FIG. 2 shows the arrangement of the frame support 7 and the heat transfer pipe 9.
  • the frame support 7 has a substantially cross-shaped cross section and is provided with through holes in the longitudinal direction.
  • the frame support 7a having a substantially cross-shaped cross section is disposed at a total of six power points on both sides of the front plate 5 and the end plate 6 at three power points at both long end sides and the center part.
  • the frame support 7b of the cross section is disposed at a total of four power points symmetrically on both sides at two power points between the front plate 5 and the three frame supports 7a on the long side of the end plate 6.
  • two types of frame supports 7 a and 7 b are used in the form of an array of storage battery cells 2, but one type of frame support may be used. Further, in the present embodiment, a plurality of frame supports 7a and 7b are respectively connected to have a predetermined length, and hollow pipes 10 for connection and reinforcement are connected to respective through holes (see FIG. 5). ) Fit in the longitudinal direction It is possible to connect and adjust the length according to the stacking height of the storage battery cell 2.
  • the frame supports 7a and 7b may be integrally formed with the end plate 6, and may be a frame having a stocker shape for stocking newspaper etc. in advance, and may be formed.
  • the force to mount the front plate 5 at the open end after stacking the storage battery cells 2 in the stocker-shaped frame is basically the same as in this case. According to the configuration, it is possible to form a surface pressure laminated package structure and a heat radiation laminated package structure.
  • tabs 2c and 2d are disposed between the frame supports 7a and 7b, and a space is provided every two pieces by the frame support 7a at the center on the long side, and four pieces are planarly arranged.
  • every five layers are sandwiched by intermediate plates 8b.
  • the heat transfer pipes 9 are disposed on both sides of the stack of the storage battery cells 2, and further, the gap between the storage battery cells 2 partitioned by the frame support 7a at the center on the long side is Heat pipe 9 is placed.
  • the heat transfer pipe 9 at the center penetrates the heat transfer sheet material 30 in close contact with the laminated surface of the four storage battery cells 2 in each layer, and the heat transfer pipe 9 at the center is
  • the heat transfer pipes 9 on both sides transfer the heat of the cell laminated surface three-dimensionally to the intermediate plates 8a and 8b, and the heat of the entire package is balanced to enable efficient heat dissipation.
  • the head side of the substantially cross shape in the cross section of the frame support 7a and the protrusion side of the substantially T shape in the cross section of the frame support 7b are formed in the same projecting shape.
  • the frame supports 7a and 7b are disposed with their projecting portions facing outward, and after attaching tab supports 15 (see FIG. 8) described later to the tabs 2c and 2d of the storage battery cell 2, frame supports 7a and 7b are provided.
  • the side member 16 By fitting the side member 16 to the protruding portion of the 'spindle', the rigidity in the torsional direction can be maintained.
  • one end of the frame support 7a is provided at both ends and a central portion on the long side as shown in FIG. 3 on the cell stacking surface side of the front plate 5.
  • a substantially cross-shaped recess 5a to be fitted is formed, and a substantially T-shaped recess 5b in which one end of the frame support 7b is fitted at an intermediate position between the recess 5a at the end and the recess 5a at the center. It is formed.
  • a substantially cross-shaped recess 6a is formed at each end and the center, in which the other end of the frame support 7a is fitted, and at an intermediate position between the recess 6a at the end and the recess 6a at the center, the frame support 7b is A substantially T-shaped recess 6b is formed in which the other end is fitted.
  • the assembling procedure described below is a schematic outline, and the order may differ in the actual assembling operation which is not necessarily limited thereto.
  • the heat transfer sheet material 30 is a substantially rectangular sheet material disposed between the heat transfer pipes 9 and 9 on both sides as shown in FIG.
  • the tab 30a By exposing the tab 30a to the cell lamination surface force also to the outside, the heat of each cell of each layer can be effectively dissipated in the lateral direction (cell arrangement direction).
  • FIG. 7 shows a state in which frame supports 7a and 7b are provided in the middle 8a (8b).
  • the heat of the cells of each layer is more effectively dissipated from the tabs 30 a of the heat transfer sheet material 30.
  • Fig. 7 as indicated by the broken line in Fig. 7, external heat radiation is provided between the frame supports 7a and 7a on the short sides of the intermediate plates 8a and 8b and the heat transfer pipes 9 and 9 on both sides are penetrated.
  • the member 31 is provided, and the tab 30a of the heat transfer sheet material 30 is brought into surface contact with the external heat dissipation member 31 for connection.
  • silicone grease or the like is applied to improve the degree of adhesion and heat transfer efficiency.
  • the external heat dissipation member 31 is formed of, for example, a lightweight material having excellent thermal conductivity, such as aluminum, and a plurality of plate-like members corresponding to the heat transfer sheet material 30 in each layer, or It can form by a member etc. provided with a plurality of slit-like contact parts which form an in and insert a tab 30a of each heat transfer sheet material 30 inside.
  • a lightweight material having excellent thermal conductivity such as aluminum
  • a plurality of plate-like members corresponding to the heat transfer sheet material 30 in each layer or It can form by a member etc. provided with a plurality of slit-like contact parts which form an in and insert a tab 30a of each heat transfer sheet material 30 inside.
  • the tab support 15 serves to prevent shorting between the terminals and to reinforce the terminals, and as shown in FIG. 9, it is attached to every two storage battery cells 2 in one layer, sandwiching the tabs 2c and 2d.
  • a slit shape is provided which is provided with two projecting portions to be supported, and in the middle of the two projecting portions, the sealing portions 2b, 2b which are bent in the stacking direction of the adjacent battery cells 2, 2 are accommodated.
  • the opening 15a is provided.
  • the frame supports 7a and 7b are passed through the intermediate plates 8a and 8b.
  • the tab support 15 is formed such that a projection for holding and supporting the tabs 2c and 2d is fitted between the frame supports 7a and 7b, and the tab supports 15 are supported and fixed by the frame supports 7a and 7b. Be done.
  • the side members 16 are attached in a lateral direction of the frame supports 7 a and 7 b (direction substantially orthogonal to the stacking direction of the storage battery cells 2).
  • the side member 16 is mounted so as to cover the tab support 15 for each layer, and has a protruding portion projecting to the outside of the frame support 7a having a substantially cross-shaped cross section, and a frame having a substantially T-shaped cross section.
  • the support 17 is provided in the middle of the portion through which the frame supports 7a and 7b of the intermediate plate 8b are inserted, and fitted and mounted in the recess. In FIG. 11, four electrode supports 17 are fitted and attached to the fifth and fifteenth intermediate plates 8b from the end side.
  • the middle plates 8a and 8a at both ends By attaching plate 5 and end plate 6 respectively, the stack of storage cell 2 is packaged.
  • a metal plate 12 is attached to the front plate 5 of this package, and the wire 11 inserted in the frame supports 7a and 7b is pulled with a preset load using a jig or the like (not shown). Further, by fixing the wire 11 to the base 12, a specified surface pressure is applied to the laminated surface of each cell and the entire package is fixed.
  • ten wires 11 are stretched in the stacking direction of the storage battery cell 2.
  • the stacking surface of one storage battery cell 2 is 11 ⁇ 8 cm
  • the wires 11 are provided for each of the frame supports 7a and 7b, and the ends are not fixed on the front plate 5 side and the end plate 6 side, and at least two wires 11 are used. It is good even if it is wound between the above frame supports and wound on one or both of the front plate 5 and the end plate 6! ,.
  • wire 11 is wound on the end plate 6 side
  • two wires 11 are diagonally crossed on the end plate 6 and wound
  • a plurality of wires 11 may be stretched parallel to the short side of the end plate 6 as shown in FIG. 14B, which may be wound parallel to the short side of the end plate 6.
  • the wires 11 may be crossed at the end plate 6 sequentially and stretched.
  • an end plate is obtained by the curved portion on which the wire 11 is wound and the tension of the wire 11 wound on the curved portion.
  • a spacer member 32 having a flat portion for uniformly pressing the intermediate plate 8a through the front plate 5 when winding the wire 11 on the front plate 5 side is an end plate 6 It is desirable to arrange in (or front plate 5).
  • the spacer member 32 can be formed integrally with the end plate 6 (or the front plate 5).
  • a loop-shaped hook portion 11a is provided at the end of the wire 11 on the front plate 5 side, and a jig or the like not shown is engaged with the hook portion 11a. 11 may be pulled to load the cell stacking surface.
  • the cap 12A incorporating a mechanism (for example, a mechanism using a cam or the like) capable of fixing the wire 11 at an arbitrary position so that pulling can be performed only in a direction away from the front plate 5; By standing on the front plate 5, the workability can be improved.
  • the intermediate plates 8a and 8b dissipate the heat generated in the storage battery cell 2 and the wires provided on the frame supports 7a and 7b supporting the intermediate plates 8a and 8b.
  • the surface pressure can be uniformly applied to each cell via the intermediate plates 8a and 8b, and the surface pressure laminated package structure and the heat dissipation laminated package structure are simultaneously realized to stabilize the characteristics of each cell. It is possible to improve the overall performance of the package.

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Abstract

　蓄電体セルの積層体を所定層毎に挟持する中間プレートにより、蓄電体セルで発生する熱を放熱すると共に、中間プレートに係合されるフレームサポートに設けたワイヤにより中間プレートに荷重を掛けて各セルの積層面を所定の圧力で押圧する。これにより、振動と熱との双方に対する各セルの特性安定化を図り、パッケージ全体としての性能を向上することができる。

Description

明 細 書
蓄電体セルのパッケージ構造
技術分野
[0001] 本発明は、複数の平面状の蓄電体セルを積層してパッケージ化する蓄電体セルの パッケージ構造に関する。
背景技術
[0002] 近年、リチウムイオン二次電池や電気二重層コンデンサ等の略平面矩形状をなす 扁平な蓄電体セルが実用化され、エネルギー密度の高さ、コンパクト化、メンテナン スの容易さ等から、各種機器の電力源として有望視されている。
[0003] このような平面状の蓄電体セルは、複数個を積層してパッケージィ匕した組電池とし て用いることが多ぐハイブリッド自動車や電気自動車等の電力源として搭載する場 合、リチウムイオン電池等のように内部電極として下地用金属箔にペースト状の活物 質を塗布しているものでは、使用中の振動によって下地用金属箔力 活物質が剥離 し、特性が低下する虞がある。
[0004] これに対処するに、例えば特開 2003— 323874号公報には、重ね合わせた板状 電池の周囲にベルトを巻き付けて板状電池全体を締め付けることにより、板状電池の 電極に塗布された活物質が振動で剥離することを防止する技術が開示されている。
[0005] し力しながら、特開 2003— 323874号公報に記載の技術は、振動に対して電池性 能を安定化させる点では有効であるが、使用中の各蓄電体セルの発熱による影響に ついては考慮されていない。すなわち、複数の蓄電体セルを積層して用いる場合に は、振動による電池性能の低下に対する対策のみならず、各セルの発熱に対する対 策が重要であり、この対策がなされない状態では、積層した各セルの熱が蓄積されて パッケージ全体の温度が過度に上昇し、蓄電或いは発電能力の低下や劣化が促進 される虞がある。
[0006] 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、蓄電体セルの積層面に圧力を掛けて 特性を安定化させると共に、蓄電体セルで発生する熱を効果的に放熱して各セルの 特性を安定化させることのできる蓄電体セルのパッケージ構造を提供することを目的 としている。
発明の開示
課題を解決するための手段
[0007] 上記目的を達成するため、本発明による蓄電体セルのノ ッケージ構造は、複数の 平面状の蓄電体セルを積層してパッケージィ匕する蓄電体セルのパッケージ構造に おいて、上記蓄電体セルの積層面に当接して上記蓄電体セルを挟持すると共に、上 記蓄電体セルで発生する熱を伝熱'放散する板状の部材と、上記蓄電体セルの積 層体を収容する枠組を形成すると共に、上記板状の部材を上記蓄電体セルの積層 方向に移動可能に係合する柱状の部材と、上記柱状の部材に設けられて上記板状 の部材に所定の荷重を掛け、上記蓄電体セルの積層面に所定の圧力を掛けて保持 する加圧部材とを備えたことを特徴とする。
[0008] その際、上記板状の部材を、上記蓄電体セルを積層した積層体の所定層毎に配 設することが望ましぐまた、上記蓄電体セルの積層面の 1層毎に、上記蓄電体セル の蓄電部に密着して該蓄電部で発生した熱を伝熱するシート状の部材を配設するこ とが望ましい。
[0009] また、上記板状の部材に、上記蓄電体セルから上記板状の部材に伝熱した熱を上 記蓄電体セルの積層方向に立体的に伝熱する伝熱用部材を配設し、この伝熱用部 材を中空のパイプ材で形成することが望まし 、。
[0010] また、上記加圧部材は、上記柱状の部材に所定の張力を持って挿通されるワイヤ、 或いは、上記柱状の部材と上記板状の部材と締結するネジにより構成することができ 、ワイヤを用いる場合には、上記柱状の部材力 延出されたワイヤが巻き掛けられる 曲面部と、該曲面部に巻き掛けられたワイヤの張力によって上記板状の部材を均一 に押圧するための押圧部とを有するスぺーサ部材を備えることが望ましい。
[0011] 更に、上記板状の部材は、カーボン系の材料とアルミニウム系の材料との複合材で 形成することが望ましい。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]蓄電体パッケージによる電源装置の全体図
[図 2]フレームサポート及び伝熱用パイプの配置を示す説明図 [図 3]フロントプレートを示す説明図
圆 4]エンドプレートを示す説明図
圆 5]蓄電体パッケージの長手方向中心断面を示す説明図
圆 6]中間プレートを介して蓄電体セルを積層した状態を示す説明図
[図 7]伝熱シート材に外部放熱用部材を接続した例を示す説明図
圆 8]タブサポートを組付けた状態を示す説明図
[図 9]蓄電体セルの積層状態を示す説明図
圆 10]フレームサポートを組付けた状態を示す説明図
圆 11]サイドメンバ及び電極サポートを組付けた状態を示す説明図
圆 12]ケーブルカバーを組付けた状態を示す説明図
圆 13]エンドプレート及びフロントプレートを組付けた状態を示す説明図
圆 14A]ワイヤの巻き掛けの第 1の例を示す説明図
圆 14B]ワイヤの巻き掛けの第 2の例を示す説明図
圆 14C]ワイヤの巻き掛けの第 3の例を示す説明図
圆 15]エンドプレート側にスぺーサ部材を介してワイヤを張設した状態を示す説明図 発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図 1〜図 15は本発明の実 施の一形態に係わり、図 1は蓄電体パッケージによる電源装置の全体図、図 2はフレ ームサポート及び伝熱用パイプの配置を示す説明図、図 3はフロントプレートを示す 説明図、図 4はエンドプレートを示す説明図、図 5は蓄電体パッケージの長手方向中 心断面を示す説明図、図 6は中間プレートを介して蓄電体セルを積層した状態を示 す説明図、図 7は伝熱シート材に外部放熱用部材を接続した例を示す説明図、図 8 はタブサポートを組付けた状態を示す説明図、図 9は蓄電体セルの積層状態を示す 説明図、図 10はフレームサポートを組付けた状態を示す説明図、図 11はサイドメン バ及び電極サポートを組付けた状態を示す説明図、図 12はケーブルカバーを組付 けた状態を示す説明図、図 13はエンドプレート及びフロントプレートを組付けた状態 を示す説明図、図 14Aはワイヤの巻き掛けの第 1の例を示す説明図、図 14Bはワイ ャの卷き掛けの第 2の例を示す説明図、図 14Cはワイヤの巻き掛けの第 3の例を示 す説明図、図 15はエンドプレート側にスぺーサ部材を介してワイヤを張設した状態を 示す説明図である。
[0014] 図 1において、符号 1は、例えば電気自動車 (EV)やハイブリッド自動車 (HEV)等 に用いられる電源装置であり、複数の平面状の蓄電体セル 2を積層してパッケージ ィ匕した蓄電体パッケージ 3により、蓄電体セル 2を複数個接続 (直列接続、並列接続 、或いは直列及び並列接続の組合せ)した組電池を形成している。蓄電体パッケ一 ジ 3の一方の端面側には、所定セル毎の電圧を均等化するイコライザ回路 (電圧平 衡回路)、温度検出回路、蓄電体エネルギ管理用電子制御装置、中継 (安全)プラグ 、ヒューズ、外部供給端子等の周辺機器 20、継電器ボックス 21を収納するジョイント ボックス 4が設けられて!/、る。
[0015] 尚、以下においては、蓄電体パッケージ 3のジョイントボックス 4側をフロント側、反 対側をエンド側として説明する。
[0016] 蓄電体セル 2は、リチウムイオン二次電池や電気二重層コンデンサ等の略平面矩 形状をなす扁平な蓄電体であり、平面ラミネート型リチウムイオン二次電池に代表さ れるように、内部電極及び電解質層の積層体を、例えばアルミニウム系の金属層の 表面を榭脂層によって絶縁コーティングしたシート状のラミネートフィルムによって密 閉'封止したものである。
[0017] すなわち、蓄電体セル 2は、電解質層及び電極の積層体からなる蓄電要素を包込 んで周囲よりも若干肉厚の矩形状に形成された蓄電部 2a、蓄電部 2aの周囲にシー ト状に延設される封止部 2b、封止部 2bの両端から露呈される 2つの金属製の正，負 の電極端子としてのタブ 2c, 2dを有している（図 2参照)。尚、後述するように、蓄電 体セル 2は、パッケージの収納スペースを低減するため、タブ 2c, 2dの両側の封止 部 2bが折り曲げられて積層される。
[0018] このような平面状の蓄電体セル 2を複数個積層して用いる場合、リチウムイオン電池 等のように内部電極として下地用金属箔にペースト状の活物質を塗布して 、るもので は、使用中の振動によって下地用金属箔カも活物質が剥離する虞があり、また、使 用中の各セルの発熱が蓄積されて全体の温度が過度に上昇し、蓄電或いは発電能 力の低下や劣化が促進される虞がある。 [0019] 従って、蓄電体パッケージ 3は、各セルの蓄電部 2aに一定の圧力（面圧）を掛けて 積層する面圧積層型パッケージ構造と、積層した各セルの放熱性を改善した放熱積 層型パッケージ構造とを同時に形成することにより、使用中の振動や発熱による特性 低下や劣化を防止して各セルの特性を安定ィ匕するようにしており、これにより、ノ^ケ ージ全体としてのパフォーマンスを向上することができる。
[0020] 具体的には、蓄電体パッケージ 3は、イコライザ回路等の周辺機器が配設されるフ ロント側の矩形枠面を形成する板状のフロントプレート 5、このフロントプレート 5に所 定の間隔で対向配置されてエンド側の矩形枠面を構成する板状のエンドプレート 6、 フロントプレート 5とエンドプレート 6との間に配設されて蓄電体セル 2を整列配置させ 、蓄電体セル 2の積層体を収容する枠組を形成する複数の柱状の部材としてのフレ ームサポート 7、フロントプレート 5とエンドプレート 6との間に配設される厚板状の中間 プレート 8a, 8bを用いて枠体を形成している。フロントプレート 5、エンドプレート 6、及 びフレームサポート 7は、絶縁性及び軽量ィ匕を確保するため榭脂材等により形成され ている。
[0021] フロントプレート 5とエンドプレート 6との間に積層される蓄電体セル 2は、直接的に は、フロントプレート 5,エンドプレート 6にそれぞれ当接する 2枚の矩形平板状の中 間プレート 8a, 8aによって挟持されている。蓄電体セル 2の各層間には、伝熱及び熱 拡散用のフィルム状の伝熱シート材 30がセル積層面（蓄電部 2a)に密着するように 配設され（図 7参照）、所定セル毎 (本形態においては、 5セル毎）のモジュール積層 面に、中間プレート 8bが配設されている。
[0022] 中間プレート 8aと中間プレート 8bとは、外形の一部の形状が異なるのみで基本的 に同様の部材であり、矩形状の厚板にフレームサポート 7が挿通される貫通部を設け 、フレームサポート 7の長手方向に移動可能に係合されている。これらの中間プレー ト 8a, 8bは、蓄電体セル 2の積層面に当接して蓄電体セル 2を挟持すると共に、蓄電 体セル 2で発生する熱を伝熱 ·放散する板状の部材であり、蓄電体セル 2の放熱性 向上と積層面の面圧均等化及び平滑ィ匕を図ると共に、ノ^ケージ全体の剛性を補強 する役目を果たしている。このような機能は、中間プレート 8a, 8bを、高剛性で熱吸 収及び熱放散性に優れ、且つ軽量な材料、例えばカーボン系の材料とアルミニウム 系の材料との複合材で形成することにより得ることができる。
[0023] 尚、符号 12は後述するワイヤ 11 (図 5参照）を固定する口金、符号 16は複数のフレ ームサポート 7間に懸架されるサイドメンバ、符号 18は各セルを接続する配線を覆う ケーブルカバーである。中間プレート 8bには、ケーブルカバー 18によって覆われる 電極サポート 17 (図 11参照）を取付けるための凹部が長辺外縁側に設けられている のに対し、中間プレート 8aには、電極サポート 17を取付けるための凹部を設けてい ない点が相違している。
[0024] また、各中間プレート 8a, 8bの短辺側の端部と中央部との計 3力所に、中間プレー ト 8a, 8b及び伝熱シート材 30を貫通する伝熱用部材としての中空の伝熱用パイプ 9 が配設されている。この伝熱用ノイブ 9は、各セルの熱を立体的に各中間プレート 8a , 8bに熱伝導させるヒートパイプの役目を果たすものである。この伝熱用ノイブ 9には 、空冷による放熱を促進するため、外部に露呈する両脇の 2本のパイプに放熱用フィ ンを付けることが望ましい。更に、伝熱用ノイブ 9は、内部に冷却水を通すことにより、 水冷用パイプとして使用することも可能であり、逆に、低温時には、伝熱用パイプ 9の 内部に温水等を通すことにより、各セルを効果的に暖機して特性を安定化させること も可能である。
[0025] 図 2は、フレームサポート 7及び伝熱用パイプ 9の配置を示しており、本形態におい ては、フレームサポート 7は、略十字状の断面を有して長手方向に貫通孔を設けたフ レームサポート 7aと、略 Tの字状の断面を有して長手方向に貫通孔を設けたフレー ムサポート 7bとの 2種類のサポートを用いて!/、る。略十字状断面のフレームサポート 7 aは、フロントプレート 5及びエンドプレート 6の長辺側の両端部と中央部との 3力所で 両辺対称に計 6力所に配置され、略 Tの字状断面のフレームサポート 7bは、フロント プレート 5及びエンドプレート 6の長辺側の 3本のフレームサポート 7aの中間位置の 2 力所で両辺対称に計 4力所に配置されて ヽる。
[0026] 尚、本形態においては、蓄電体セル 2の配列状、 2種類のフレームサポート 7a, 7b を用いているが、一種類のフレームサポートでも良い。また、本形態においては、フレ ームサポート 7a, 7bは、それぞれ、複数個を連結して所定の長さにしており、それぞ れの貫通孔に連結及び補強用の中空のパイプ 10 (図 5参照）を嵌合して長手方向に 連結し、蓄電体セル 2の積層高さに応じた長さに調節することができる。
[0027] 更に、フレームサポート 7a, 7bは、エンドプレート 6と一体的に形成しても良ぐ新聞 紙等をストックするストッカー的な形状の枠体を予め構成してぉ 、ても良 、。このスト ッカー形状の枠体を使用する場合には、ストッカー形状の枠体に蓄電体セル 2を積 層した後、開放端にフロントプレート 5を装着する力 この場合においても、基本的に 同様の構成により、面圧積層型パッケージ構造及び放熱積層型パッケージ構造を形 成することができる。
[0028] 積層される蓄電体セル 2は、フレームサポート 7a, 7b間にタブ 2c, 2dを配置し、長 辺側中央のフレームサポート 7aによって 2個毎に隙間をおいて平面的に 4個の蓄電 体セル 2を配列した状態を 1層として、 5層毎に中間プレート 8bによって挟持されてい る。この蓄電体セル 2の積層体の両脇には、伝熱用パイプ 9が配設され、更に、長辺 側中央のフレームサポート 7aによって区画される蓄電体セル 2間の隙間に、中央の 伝熱用パイプ 9が配置されて 、る。
[0029] 中央の伝熱用パイプ 9は、 1層毎に 4個の蓄電体セル 2の積層面に密着される伝熱 シート材 30を貫通しており、この中央の伝熱用パイプ 9と両脇の伝熱用パイプ 9とによ り、セル積層面の熱を立体的に中間プレート 8a, 8bに伝熱し、パッケージ全体の熱 を均衡化させて効率的な放熱を可能として 、る。
[0030] 尚、フレームサポート 7aの断面における略十字形状の頭側と、フレームサポート 7b の断面における略 Tの字形状の突出側とは、同一の突形状に形成されている。フレ ームサポート 7a, 7bは、これらの突形状部を外側に向けて配置され、蓄電体セル 2の タブ 2c, 2dに後述するタブサポート 15 (図 8参照）を装着した後に、フレームサポート 7a, 7bの突形状部にサイドメンバ 16を嵌合 '懸架することにより、捩り方向の剛性を ½保することができる。
[0031] 以上のフレームサポート 7a, 7bに対応して、フロントプレート 5のセル積層面側には 、図 3に示すように、長辺側の両端部と中央部とに、フレームサポート 7aの一端が嵌 合する略十字状の凹部 5aが形成され、端部の凹部 5aと中央部の凹部 5aとの中間位 置に、フレームサポート 7bの一端が嵌合する略 Tの字状の凹部 5bが形成されて 、る 。また、図 4に示すように、エンドプレート 6のセル積層面側には、同様に、長辺側の 両端部と中央部とに、フレームサポート 7aの他端が嵌合する略十字状の凹部 6aが形 成され、端部の凹部 6aと中央部の凹部 6aとの中間位置に、フレームサポート 7bの他 端が嵌合する略 Tの字状の凹部 6bが形成されている。
[0032] フロントプレート 5の凹部 5a, 5b、及びエンドプレート 6の凹部 6a, 6bには、それぞ れ、フレームサポート 7a, 7b内のパイプ 10に連通する貫通孔が設けられており、図 5 に示すように、エンドプレート 6に、鋼線の撚り線等力 なるワイヤ 11の一端が係止さ れてパイプ 10内を規定の張力を持って揷通され、ワイヤ 11の他端がフロントプレート 5に立設された口金 12にカシメ等により固定されている。このワイヤ 11の張力は、フロ ントプレート 5及びエンドプレート 6を介して中間プレート 8a, 8b〖こより各セルの積層 面を規定の面圧で押圧するように作用する。すなわち、ワイヤ 11及び口金 12は、中 間プレート 8a, 8bに所定の荷重を掛け、蓄電体セル 2の積層面に所定の圧力を掛け て保持する加圧部材として用いられる。
[0033] 次に、以上の構成による蓄電体パッケージ 3の組立て手順について説明する。尚、 以下に説明する組立て手順は、概略的な大筋を述べたものであり、必ずしもこれに 限定されるものではなぐ実際の組立て作業においては、順序が異なる場合もある。
[0034] 先ず、中間プレート 8a上で蓄電体セル 2のタブ 2c, 2dが中間プレート 8aの長辺側 に露呈するように平面的に 4個ずつ配列して一層とし、この 1層毎に伝熱シート材 30 を重ねる。そして、図 6に示すように、蓄電体セル 2の 5層毎を蓄電体モジュール 2，と して、この蓄電体モジュール 2'毎に中間プレート 8bを配設すると共に、中間プレート 8a, 8bの中央及び両脇に伝熱用パイプ 9を立設する。
[0035] 伝熱シート材 30は、図 7に示すように、両脇の伝熱用パイプ 9, 9の間に配設される 略矩形状のシート材であるが、同図に破線で示すように、中間プレート 8a, 8bの短辺 側で蓄電体セル 2の積層面力 外部に露呈し、両脇の伝熱用パイプ 9, 9が貫通され る舌状のタブ 30aを設けることが望ましい。このタブ 30aをセル積層面力も外部に露 呈することにより、 1層毎の各セルの熱を横方向（セル配列方向）に効果的に放熱す ることができる。尚、図 7は、中間 8a (8b)にフレームサポート 7a, 7bを配設した状態 を示している。
[0036] また、伝熱シート材 30のタブ 30aから各層のセルの熱を更に効果的に放熱させる には、図 7に破線で示すように、中間プレート 8a, 8bの短辺側のフレームサポート 7a , 7a間に配設されて両脇の伝熱用パイプ 9, 9が貫通される外部放熱用部材 31を設 け、この外部放熱用部材 31に伝熱シート材 30のタブ 30aを面接触させて接続するこ とが望ましい。外部放熱用部材 31と伝熱シート材 30のタブ 30aとを面接触させる際 には、例えばシリコングリース等を塗布して密着度を高め、伝熱効率を向上させる。
[0037] 外部放熱用部材 31は、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性に優れた材料で 形成され、各層の伝熱シート材 30に対応した複数の板状の部材、或いは、外側にフ インを形成して内側に各伝熱シート材 30のタブ 30aを差込む複数のスリット状の接触 部を備えた部材等によって形成することができる。これにより、各セルで発生する熱を 、セル積層方向とセル配列方向とにより効果的に伝熱させることができ、パッケージ 全体の熱をより確実に均衡ィ匕させてパフォーマンスを向上させることができる。
[0038] 次に、中間プレート 8a, 8b及び伝熱用パイプ 9を用いて蓄電体モジュール 2'毎の 積層体を形成した後は、図 8に示すように、一層毎の蓄電体セル 2のタブ 2c, 2dに、 細長のタブサポート 15を装着する。このタブサポート 15は、端子間の短絡防止と補 強とを兼ねるものであり、図 9に示すように、 1層の蓄電体セル 2の 2個毎に装着され、 タブ 2c, 2dを挟持して支持する 2箇所の突出部が設けられ、 2箇所の突出部の中間 に、隣接する蓄電体セル 2, 2の積層方向に折曲げた互いの封止部 2b, 2bを収納す るスリット状の開口部 15aが設けられている。
[0039] タブサポート 15を全ての層の蓄電体セル 2に装着した後は、図 10に示すように、中 間プレート 8a, 8bに、フレームサポート 7a, 7bを揷通する。タブサポート 15は、タブ 2 c, 2dを挟持 '支持する突出部がフレームサポート 7a, 7bの間に嵌合するように形成 されており、フレームサポート 7a, 7bによりタブサポート 15が支持されて固定される。
[0040] 更に、図 11に示すように、フレームサポート 7a, 7bの横方向（蓄電体セル 2の積層 方向と略直交する方向）に、サイドメンバ 16を懸架 '装着する。このサイドメンバ 16は 、各層毎のタブサポート 15を覆うように装着され、略十字形状の断面を有するフレー ムサポート 7aの外側に突出する突形状部と、略 Tの字形状の断面を有するフレーム サポート 7bの外側に突出する突形状部とに嵌合されて、捩り方向の剛性を向上する [0041] また、 5層毎に配設される中間プレート 8bのうちの所定の中間プレート 8bに、各セ ルを電気的に接続する配線の中継座面となる略コの字状断面の電極サポート 17を、 中間プレート 8bのフレームサポート 7a, 7bが揷通される部位の中間に設けられ凹部 に嵌合して装着する。図 11においては、エンド側から 5層目及び 15層目の中間プレ ート 8bに、一層当り 4個の電極サポート 17を嵌合 '装着する。
[0042] そして、図 12に示すように、電極サポート 17に帯状のケーブルカバー 18を積層方 向に装着して覆った後、図 13に示すように、両端の中間プレート 8a, 8aに、フロント プレート 5,エンドプレート 6をそれぞれ取付けることにより蓄電体セル 2の積層体をパ ッケージ化する。このパッケージのフロントプレート 5には、図 5で説明したように、口 金 12を取付け、フレームサポート 7a, 7b内に挿したワイヤ 11を図示しない治具等を 使用して予め設定した荷重で牽引し、ワイヤ 11を口金 12に固定することにより、各セ ルの積層面に規定の面圧を掛けると共にパッケージ全体を固定する。
[0043] 本形態では、フレームサポート 7a, 7bを計 10本用いていることから、蓄電体セル 2 の積層方向に 10本のワイヤ 11を張設している。例えば、 1個当りの蓄電体セル 2の 積層面を 11 X 8cmとした場合、 1本のワイヤ 11に lOKgの荷重を掛けることにより、 4 個の蓄電体セル 2を平面的に配列した積層面に lOOKgの荷重を与えることができ、 1個の蓄電体セル 2に、 100 X 10V (11 X 8 X 4) = 284g/cm2程度の面圧を掛け ることがでさる。
[0044] この場合、ワイヤ 11は、各フレームサポート 7a, 7b毎に設けて、末端をフロントプレ 一ト 5側及びエンドプレート 6側で固定するのではなく、 1本のワイヤ 11を少なくとも 2 本以上のフレームサポート間に揷通し、フロントプレート 5とエンドプレート 6との一方 或いは双方に巻き掛けるようにしても良！、。
[0045] 例えば、エンドプレート 6側でワイヤ 11を巻き掛ける場合には、図 14Aに示すように 、 2本のワイヤ 11をエンドプレート 6上の対角で交差させて巻き掛けると共に、他のヮ ィャ 11をエンドプレート 6の短辺に平行に巻き掛けても良ぐ図 14Bに示すように、複 数のワイヤ 11をエンドプレート 6の短辺に平行して張設しても良い。また、図 14Cに 示すように、ワイヤ 11をエンドプレート 6で順次交差させて張設しても良い。このような ワイヤ 11の卷掛けを行うことにより、セル積層面により均一な面圧を与えることができ る。
[0046] このようなワイヤ 11の巻き掛けを行う場合には、図 15に示すように、ワイヤ 11が巻き 掛けられる曲面部と、この曲面部に巻き掛けられたワイヤ 11の張力により、エンドプレ ート 6 (フロントプレート 5側でワイヤ 11を巻き掛ける場合には、フロントプレート 5)を介 して中間プレート 8aを均一に押圧するための平面部とを有するスぺーサ部材 32を、 エンドプレート 6 (或いはフロントプレート 5)に配設することが望ましい。スぺーサ部材 32は、エンドプレート 6 (或いはフロントプレート 5)と一体的に形成しても良ぐワイヤ 1 1の巻き掛け経路を円弧状に形成することにより、ワイヤ 11からセル積層面に均一且 つ効率的に荷重を伝達することができる。
[0047] また、図 15に示すように、フロントプレート 5側のワイヤ 11の末端部にループ状のフ ック部 11aを設け、このフック部 11aに図示しない治具等を係合させてワイヤ 11を牽 引し、セル積層面に荷重を掛けるようにしても良い。更に、ワイヤの張設に際しては、 フロントプレート 5から離間する方向へのみ牽引を自在として任意の位置でワイヤ 11 を固定可能な機構 (例えば、カム等を用いた機構)を内蔵する口金 12Aを、フロント プレート 5に立設しておくことにより、作業性を向上することができる。
[0048] 尚、ワイヤ 11に代えて通しボルトを用いて蓄電体セル 2の積層面に面圧を掛けるよ うにしても良ぐ通しボルトを用いる場合には、口金 12に雌ネジを螺設しておくことに より、口金 12による締結力を調整して各セルに掛ける面圧を調整する。また、ワイヤ に代えてインシユレータを採用しても良 、。
[0049] 以上のように本実施の形態においては、中間プレート 8a, 8bにより、蓄電体セル 2 で発生する熱を放熱すると共に、中間プレート 8a, 8bを支えるフレームサポート 7a, 7bに設けたワイヤ 11により、中間プレート 8a, 8bを介して各セルに均一に面圧を掛 けることができ、面圧積層型パッケージ構造と放熱積層型パッケージ構造とを同時に 実現して各セルの特性を安定ィ匕し、ノ ッケージ全体としての性能を向上することがで きる。

Claims

請求の範囲
[1] 複数の平面状の蓄電体セルを積層してパッケージィ匕する蓄電体セルのパッケージ 構造において、
上記蓄電体セルの積層面に当接して上記蓄電体セルを挟持すると共に、上記蓄 電体セルで発生する熱を伝熱'放散する板状の部材と、
上記蓄電体セルの積層体を収容する枠組を形成すると共に、上記板状の部材を上 記蓄電体セルの積層方向に移動可能に係合する柱状の部材と、
上記柱状の部材に設けられて上記板状の部材に所定の荷重を掛け、上記蓄電体 セルの積層面に所定の圧力を掛けて保持する加圧部材とを備えたことを特徴とする 蓄電体セルのパッケージ構造。
[2] 上記板状の部材を、上記蓄電体セルを積層した積層体の所定層毎に配設したこと を特徴とする請求項 1記載の蓄電体セルのパッケージ構造。
[3] 上記蓄電体セルの積層面の 1層毎に、上記蓄電体セルの蓄電部に密着して該蓄 電部で発生した熱を伝熱するシート状の部材を配設したことを特徴とする請求項 1又 は 2記載の蓄電体セルのパッケージ構造。
[4] 上記板状の部材に、上記蓄電体セルから上記板状の部材に伝熱した熱を上記蓄 電体セルの積層方向に立体的に伝熱する伝熱用部材を配設したことを特徴とする請 求項 1〜3の何れか一に記載の蓄電体セルのパッケージ構造。
[5] 上記伝熱用部材を、中空のパイプ材で形成することを特徴とする請求項 4記載の蓄 電体セルのパッケージ構造。
[6] 上記加圧部材を、上記柱状の部材に所定の張力を持って挿通されるワイヤによつ て構成することを特徴とする請求項 1〜5の何れか一に記載の蓄電体セルのパッケ ージ構造。
[7] 上記柱状の部材力 延出された上記ワイヤが巻き掛けられる曲面部と、該曲面部 に巻き掛けられた上記ワイヤの張力によって上記板状の部材を均一に押圧するため の押圧部とを有するスぺーサ部材を備えたことを特徴とする請求項 6記載の蓄電体 セルのパッケージ構造。
[8] 上記加圧部材を、上記柱状の部材と上記板状の部材と締結するネジにより構成す ることを特徴とする請求項 1〜5の何れか一に記載の蓄電体セルのパッケージ構造。 上記板状の部材を、カーボン系の材料とアルミニウム系の材料との複合材で形成し たことを特徴とする請求項 1〜8の何れか一に記載の蓄電体セルのパッケージ構造。
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