WO2006059420A1

WO2006059420A1 - 電気デバイスモジュール及び電気デバイスモジュール集合体

Info

Publication number: WO2006059420A1
Application number: PCT/JP2005/016713
Authority: WO
Inventors: Hisako Nakano
Original assignee: Nec Corporation; Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2006-06-08
Also published as: JP5248781B2; JPWO2006059420A1

Abstract

　複数のフィルム外装電気デバイスを一体化して取り扱いの利便性を向上させる。　充放電可能な発電要素１１がラミネートフィルム１２によって被覆された複数のフィルム外装電池１０と、前記複数のフィルム外装電池１０が個別に収容された複数のセルケース２０と、前記複数のセルケース２０が積層されて収容されているモジュールケースとを有し、前記積層された複数のセルケースが、前記モジュールケースの側板と蓋板との間に挟まれていると共に、複数のセルケースをその積層方向に貫通する２本以上のロッドによって一体化されている。

Description

明細書

電気デバイスモジュール及び電気デバイスモジュール集合体

技術分野

[0001] 本発明の一つは、複数のフィルム外装電気デバイスが一体化された電気デバイスモジュールに関する。本発明の他の一つは、複数の電気デバイスモジュールが相互に電気接続された電気デバイスモジュールの集合体に関する。

背景技術

[0002] 近年、電動モータを駆動源とする電気自動車やハイブリッド電気自動車 (以下、単に「電気自動車」 t ヽぅ）の開発が急速に進められて！/、る。電気自動車に搭載される電動モータの電源には、電気自動車の操縦特性や一回の充電での走行距離等を向上させるために、小型軽量ィ匕が求められる。力かる要求に応える電源を実現すベぐ特開 2001— 76691号公報などに開示されているフィルム外装電池が開発される。また、前記フィルム外装電池をケース内に多数収容して所望の出力電圧が得られるようにした電池パック（「組電池」と呼ばれることもある)も開発されている。特開 2001 — 76691号公報などに開示されているフィルム外装電池の基本構造を図 5に示す。このフィルム外装電池 100は、正極側活電極、負極側活電極、及び電解液からなる発電要素 101がラミネートフィルム 102によって被覆されている。ラミネートフィルム 10 2は、アルミニウムなどの金属フィルムと熱融着性の榭脂フィルムとが重ね合わされたフィルムである。発電要素 101を被覆している 2枚のラミネートフィルム 102の対向する 4辺は、気密に溶着されている。また、溶着されたラミネートフィルム 102の一方の短辺からは、フィルム状の正電極端子 103が引き出され、他方の短辺からはフィルム状の負電極端子 104が引き出されている。

発明の開示

[0003] フィルム外装電池 1個あたりの出力電圧は 3〜4V程度である。従って、実用的な出力電圧を得るためには、多数のフィルム外装電池を直列接続する必要がある。しかし、接続されるフィルム外装電池の数が多くなると、実装、運搬、保管等に手間が掛かる。例えば、電動モータによって自動車を走行させるためには、一般的に 300V〜40 OV程度の電圧が必要とされる。 300V〜400Vの電圧を得るためには、 100個以上のフィルム外装電池が必要となる。 100個以上のフィルム外装電池がバラバラの状態では非常に扱い難ぐ電池パックの組立にも手間や時間を要する。

[0004] 本発明の目的は、フィルム外装電気デバイスを所定個数ずつモジュールィ匕することによって、大量のフィルム外装電気デバイスを取り扱う際の利便性を向上させることである。

[0005] 本発明は、複数のフィルム外装電気デバイスが個別に収容された複数のセルケースカそれらセルケースを貫通する 2以上の固定部材によって一体ィ匕されていることを主要な特徴とする。

[0006] 本発明の電気デバイスモジュールは、充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆された複数のフィルム外装電気デバイスと、前記複数のフィルム外装電気デバイスが個別に収容された複数のセルケースと、前記複数のセルケースが積層されて収容されているモジュールケースとを有している。さらに、前記モジュールケースは、積層方向一端のセルケースと接する側板を備えた保持部材と、積層方向他端のセルケースと接する蓋板とを備え、前記保持部材又は前記蓋板に設けられた 2以上の揷入孔力挿入された細長の固定部材力前記モジュールケース内の複数のセルケースをその積層方向に貫通して、る。

[0007] 本発明の電機デバイスモジュール集合体は、前記本発明の電気デバイスモジユールがケース内に複数収容され、それら複数の電気デバイスモジュールが相互に電気接続されている。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]フィルム外装電池の外観斜視図である。

[図 2]ケース入りフィルム電池の分解斜視図である。

[図 3]電池モジュールの分解斜視図である。

[図 4]電池パックの分解斜視図である。

[図 5]従来のフィルム外装電池の外観斜視図である。

発明を実施するための最良の形態

[0009] 以下、本発明の電気デバイスモジュール集合体 (以下、単に「モジュール集合体」と記す)の実施形態の一例について説明する。本例のモジュール集合体は、ケースに収容された複数のフィルム外装電池 (フィルム外装電気デバイス）が直列接続された電池パックである。さらに、前記ケース内に収容されている前記複数のフィルム外装電池は、所定個数ずつ一体ィ匕されて電池モジュール (電気デバイスモジュール)を構成している。要するに、本例のモジュール集合体は、複数の電池モジュールがケース内に収容された電池パックである。

[0010] 本例の電池パックを構成しているフィルム外装電池について図 1を参照しながら説明する。図 1に示すフィルム外装電池 10は、不図示の正極側活電極、負極側活電極、及び電解液を有する発電要素 11が 2枚のラミネートフィルム 12によって気密に包装された二次電池であって、出力電圧は約 3. 6Vである。ラミネートフィルム 12は、ァルミ-ゥムなどの金属フィルムと熱融着性の榭脂フィルムとが重ね合わされたフィルムである。発電要素 11を被覆している上下 2枚のラミネートフィルム 12の対向する 4辺は気密に溶着されている。

[0011] フィルム外装電池の発電要素には、積層型と捲回型とがある。積層型の発電要素では、独立した正極側活電極と負極側活電極とがセパレータを介して積層されて!ヽる。一方、捲回型の発電要素では、セパレータを介して積層された帯状の正極側活電極と負極側活電極とが捲回され、扁平状に圧縮されている。もっとも、正極側活電極と負極側活電極とが交互に積層されている点では、積層型も捲回型も同じである。図 1に示すフィルム外装電池 10の発電要素 11は、積層型及び捲回型の!/、ずれであつてもよい。さらに、前記正極側活電極及び負極側活電極には、一般的なリチウムィオン二次電池に用いられてヽる正極板及び負極板を用いることができる。一般的な正極板は、アルミニウム箔などの両面に、リチウム 'マンガン複合酸ィ匕物、コバルト酸リチウム等の正極活物質が塗布されている。一般的な負極板は、銅箔などの両面に、リチウムをドープ'脱ドープ可能な炭素材料が塗布されている。従って、セパレータを介して対向させた前記一般的な正極板と負極板とにリチウム塩を含む電解液を含浸させることによって図 1に示す発電要素 11を得ることができる。もっとも、発電要素 11 は、特定の発電要素に限定されず、正極、負極および電解質を含む発電要素であれば如何なる発電要素であっても構わない。例えば、通常の電池に用いられる任意の発電要素をそのまま、或いは適宜設計変更して使用することも可能である。

[0012] 再び図 1を参照する。フィルム外装電池 10の一方の短辺からは、前記正極側活電極に接続された正電極端子 13が引き出され、他方の短辺からは、前記負極側活電極に接続された負電極端子 14が引き出されている。正電極端子 13及び負極用電極 14の材料は、電気的特性を考慮して選択される。図 1に示すフィルム外装電池 10では、正電極端子 13にアルミニウム、負電極端子 14に銅又はニッケルが用いられている。

[0013] 本例の電池パックでは、上記構造を有するフィルム外装電池 10が 1つずっセルケース 20に収容されている。さらに、セルケース 20に収容されたフィルム外装電池 10 ( 以下「ケース入りフィルム電池 21」）が所定個数ずつ一体ィ匕されて電池モジュール 30 を構成している。そこで、セルケース 20の構造を図 2に示し、電池モジュール 30の構造を図 3に示す。

[0014] 図 2に示すように、セルケース 20は、ケース本体 21と枠体 22とから構成されている。ケース本体 21は、枠状の底板 23と、底板 23の周縁から立ち上げられた側壁 24とを有する。側壁 24は、その内側に図 1のフィルム外装電池 10を収容可能な形状及び寸法を有する。一方、枠体 22は、ケース本体 21の側壁 24の内側に嵌合可能な形状及び寸法を有する。枠体 22をケース本体 21に収容されたフィルム外装電池 10の上に被せると、フィルム外装電池 10の周縁力本体ケース 21の底板 23と枠体 22との間に挟まれる。ケース本体 21の底板 23には、 7個の貫通孔 25が形成されている。これら貫通孔 25は、ケース本体 21内に収容されたフィルム外装電池 10、及びそのフィルム外装電池 10の上に被せられた枠体 22と重複しない位置に形成されている。換言すれば、貫通孔 25の開口位置は、ケース入りフィルム電池 21の表裏面に連通するように設計されている。尚、セルケース 20に収容されたフィルム外装電池 10の正電極端子 13及び負極用電極 14は、ケース本体 21の短辺に設けられている 2つの切り欠き 26を通してセルケース 20の外部にそれぞれ弓 Iき出されて!/、る。

[0015] 次に、電池モジュール 30について説明する。図 3に示すように、電池モジュール 30 は、モジュールケース内に、複数のケース入りフィルム電池 21を収容し、収容された複数のケース入りフィルム電池 21を一体化したものである。モジュールケースは、榭脂製の保持部材 31及び蓋板 32を有する。モジュールケース内には、 12個のケース入りフィルム電池 21が収容されている。

[0016] モジュールケースの保持部材 31は、側板 33と、側板 33の四隅力も蓋板 32に向けて突設されたアーム 34とを有する。さらに、各アーム 34の内側には、ケース入りフィルム電池 21 (セルケース 20)及び蓋板 32の四隅がそれぞれ嵌合可能な略 L字形の案内溝 35が長手方向に沿って形成されている。 12個のケース入りフィルム電池 21 は、案内溝 35の案内に従って 4本のアーム 34の内側に収容され、セルケース 20の厚み方向に積層されている。

[0017] 蓋板 32は、 12個のケース入りフィルム電池 21がアーム 34の内側に収容された後に、同じく案内溝 35の案内に従って 4本のアーム 34の内側に嵌め込まれる。嵌め込まれた蓋板 32は、積層方向最も手前のケース入りフィルム電池 21aに接触する。ここで、アーム 34の長さは、 12個のケース入りフィルム電池 21の厚みの合計よりも蓋板 3 2の厚み分だけ長くなつている。従って、 12個のケース入りフィルム電池 21に次いでアーム 34の内側に嵌め込まれた蓋板 32の表面と、アーム 34の端面とは面一になつている。尚、側板 33及びアーム 34の表面には、補強のために多数のリブが形成されている。

[0018] 保持部材 31の側板 33には、各セルケース 20に設けられている貫通孔 25 (詳しくは図 2参照）と連通するロッド挿入孔 36が複数形成されている。また、蓋板 32にも、貫通孔 25と連通するボルト挿入孔 37が複数形成されている。そして、保持部材 31の口ッド揷入孔 36から挿入された固定部材としてのロッド 38が、全てのケース入りフィルム電池 21を貫いて、蓋板 32のボルト揷入孔 37に達している。ロッド 38は、細長中空で、その内周面には不図示の螺子が形成されている。ボルト揷入孔 37に達したロッド 38の一端には、ロッド 38と反対側力もボルト挿入孔 37に挿入されたボルト 39が螺合されている。すなわち、保持部材 31、 12個のケース入りフィルム電池 21及び蓋板 32 は、これらを貫く 7本のロッド 38によって一体化（モジュール化）されている。

[0019] ロッド 38の他端には矩形の頭部 40が形成され、ロッド揷入孔 36の周縁には、頭部 40が嵌合可能な矩形の凹部（不図示）が形成されている。ロッド 38の頭部 40を前記凹部に嵌合させることによって、ロッド 38の一端にボルト 39を螺合する際のロッド 38 の共回りが防止される。前記凹部の深さは、該凹部に嵌合した頭部 40が側板 33の表面力も突出することがないように、頭部 40の厚み以上とされている。また、ロッド 38 に螺合されたボルト 39の頭部 41が蓋板 32の表面カゝら突出しないように、蓋板 32のボルト挿入孔 37の周縁にもボルト 39の頭部 41が嵌合可能な凹部が形成されている

[0020] ボルト挿入孔 37の内径は、ロッド 38の外径よりも小さい。従って、蓋板 32に接しているケース入りフィルム電池 21aを貫通したロッド 38は、ボルト挿入孔 37には挿入されない。このことは、複数のケース入りフィルム電池 21を挟んでいる保持部材 31の側板 33と蓋板 32との間の距離をロッド 38の長さによって規定可能であることを意味する。さらに、金属製のロッド 38は、榭脂製の保持部材 31及び蓋板 32に比べて寸法精度が高いので、側板 33と蓋板 32との間の距離をより正確に規定可能であることを意味する。また、側板 33と蓋板 32との間の距離が正確に規定されるということは、その間の複数のケース入りフィルム電池 21が均一な圧力によって積層方向に加圧されることを意味する。

[0021] 上記のようにしてモジュール化された 12個のケース入りフィルム電池 21は、上下のアーム 34間に架け渡されたノスバー 42を介して直列接続されている。従って、 1つの電池モジュール 30の出力電圧は約 43Vである。もっとも、各電池モジュール 30を構成するケース入りフィルム電池 21の数は 12個に制限されない。但し、人間は、 50 V以下であれば感電による即死を免れるとされているので、安全性の観点からは、出力電圧が 50V以下となる数が望まし、。

[0022] 図 4に示すように、本例の電池パック 50では、図 3に示す電池モジュール 30が本体ケース 51内に 8個収容されている。本体ケース 51は、電池モジュール 30が搭載される下ケース 52と、下ケース 52に搭載された電池モジュール 30に被せられる上ケース 53と、上ケース 53の長手方向一方の開口部を閉塞するケース蓋 54とから構成されている。上ケース 53の長手方向他方の開口部は、リレーボックス 55によって閉塞されている。換言すれば、 8個の電池モジュール 30は、蓋板 54とリレーボックス 55との間に一列に並べられた状態で本体ケース 51内に収容されて!、る。リレーボックス 55には、ヒューズ、リレー、電流センサ等が収容されている。図示は省略されている力電池モジュール 30と上ケース 53の内側面との間には、絶縁材製のプレートが介在している。

[0023] 本体ケース 51内に収容された 8個の電池モジュール 30は、直列接続されている。

具体的には、直列接続された 4個の電池モジュール 30と、直列接続された他の 4個の電池モジュール 30と力リレーボックス 55内の安全プラグを介してさらに直列接続されている。従って、電池パック 50の出力電圧は、約 350Vである。

[0024] これまでは、フィルム外装電気デバイスがフィルム外装電池である場合を例にとって、本発明の実施形態を説明してきた。しかし、本発明の電気デバイスモジュール又は電気デバイスモジュール集合体を構成するフィルム外装電気デバイスは、フィルム外装電池に限られない。例えば、電気工ネルギを内部に蓄積可能な電気デバイス要素 (例えば、電気二重層キャパシタゃ電解コンデンサに代表されるキャパシタ素子）を外装用フィルムで封止したフィルム外装電気デバイスも含まれる。

産業上の利用可能性

[0025] 本発明によれば、フィルム外装電気デバイスが所定個数ずつ一体化される。従って、大量のフィルム外装電気デバイスを取り扱うに際に、それらフィルム外装電気デバイスがバラバラである場合に比べて、運搬、保管その他の多くの場面において非常に便禾 ljである。

[0026] モジュール化された個々のフィルム外装電気デバイスは、個別にセルケースに収容されている。さら〖こ、 2以上の固定部材が、フィルム外装電気デバイスが収容された複数のセルケースを貫通している。従って、モジュール内の複数のフィルム外装電気デバイスが確実に位置決めされ、振動や衝撃によって位置ずれが発生する可能性が極めて低い。

Claims

請求の範囲

[1] 充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆された複数のフィルム外装電気デバイスと、

前記複数のフィルム外装電気デバイスが個別に収容された複数のセルケースと、前記複数のセルケースが積層されて収容されて、るモジュールケースと、を有し、前記モジュールケースは、積層方向一端のセルケースと接する側板を備えた保持部材と、積層方向他端のセルケースと接する蓋板とを備え、前記保持部材又は前記蓋板に設けられた 2以上の挿入孔力挿入された細長の固定部材力前記モジユー

、る電気デバイスモジュ一ノレ。

[2] 前記保持部材又は前記蓋板に、前記固定部材の外径よりも小径のボルト挿入孔が形成され、前記固定部材の内周面に螺子が形成され、

前記ボルト挿入孔力挿入されたボルトが、前記複数のセルケースを貫通した前記固定部材の内周面に螺合されている請求項 1記載の電気デバイスモジュール。

[3] 前記複数のセルケースを貫通した前記固定部材の端面力前記ボルト挿入孔が形成された前記保持部材又は前記蓋板の表面に接している請求項 2記載の電気デバイスモジユーノレ。

[4] 前記挿入孔の周縁に、前記挿入孔に挿入された前記固定部材の頭部が嵌合する凹部が形成され、前記ボルト挿入孔の周縁に、該ボルト挿入孔に挿入された前記ボルトの頭部が嵌合する凹部が形成されている請求項 2記載の電気デバイスモジユール。

[5] 前記挿入孔の周縁に、前記挿入孔に挿入された前記固定部材の頭部が嵌合する凹部が形成され、前記ボルト挿入孔の周縁に、該ボルト挿入孔に挿入された前記ボルトの頭部が嵌合する凹部が形成されている請求項 3記載の電気デバイスモジユール。

[6] 前記フィルム外装電気デバイスが、正極側活電極、負極側活電極、及び電解液を有する発電要素を 2枚のラミネートフィルムによって気密に被覆してなるフィルム外装電池である請求項 1記載の電気デバイスモジュール。

[7] 前記フィルム外装電気デバイスが、正極側活電極、負極側活電極、及び電解液を有する発電要素を 2枚のラミネートフィルムによって気密に被覆してなるフィルム外装電池である請求項 2記載の電気デバイスモジュール。

[8] 前記フィルム外装電気デバイスが、正極側活電極、負極側活電極、及び電解液を有する発電要素を 2枚のラミネートフィルムによって気密に被覆してなるフィルム外装電池である請求項 3記載の電気デバイスモジュール。

[9] 前記フィルム外装電気デバイスが、正極側活電極、負極側活電極、及び電解液を有する発電要素を 2枚のラミネートフィルムによって気密に被覆してなるフィルム外装電池である請求項 4記載の電気デバイスモジュール。

[10] 前記フィルム外装電気デバイスが、正極側活電極、負極側活電極、及び電解液を有する発電要素を 2枚のラミネートフィルムによって気密に被覆してなるフィルム外装電池である請求項 5記載の電気デバイスモジュール。

[11] 請求項 1記載の電気デバイスモジュールがケース内に複数収容され、それら複数の電気デバイスモジュールが相互に電気接続されている電気デバイスモジュール集合体。

[12] 請求項 2記載の電気デバイスモジュールがケース内に複数収容され、それら複数の電気デバイスモジュールが相互に電気接続されている電気デバイスモジュール集合体。

[13] 請求項 3記載の電気デバイスモジュールがケース内に複数収容され、それら複数の電気デバイスモジュールが相互に電気接続されている電気デバイスモジュール集合体。

[14] 請求項 4記載の電気デバイスモジュールがケース内に複数収容され、それら複数の電気デバイスモジュールが相互に電気接続されている電気デバイスモジュール集合体。

[15] 請求項 5記載の電気デバイスモジュールがケース内に複数収容され、それら複数の電気デバイスモジュールが相互に電気接続されている電気デバイスモジュール集合体。

[16] 請求項 6記載の電気デバイスモジュールがケース内に複数収容され、それら複数の電気デバイスモジュールが相互に電気接続されている電気デバイスモジュール集合体。

[17] 請求項 7記載の電気デバイスモジュールがケース内に複数収容され、それら複数の電気デバイスモジュールが相互に電気接続されている電気デバイスモジュール集合体。

[18] 請求項 8記載の電気デバイスモジュールがケース内に複数収容され、それら複数の電気デバイスモジュールが相互に電気接続されている電気デバイスモジュール集合体。

[19] 請求項 9記載の電気デバイスモジュールがケース内に複数収容され、それら複数の電気デバイスモジュールが相互に電気接続されている電気デバイスモジュール集合体。

[20] 請求項 10記載の電気デバイスモジュールがケース内に複数収容され、それら複数の電気デバイスモジュールが相互に電気接続されている電気デバイスモジュール集合体。