JP4708798B2 - 電池セル保持部材及び電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを一体化させることが可能な電池セル保持部材と、その電池セル保持部材によって複数の電池セルが一体化された電池モジュールとに関するものである。

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「電気自動車等」という）の開発が急速に進められつつある。電気自動車等に搭載される電動モータの電源には、電気自動車等の操縦特性や一充電走行距離等を向上させるために、小型軽量化が求められる。かかる要求に応える電源を実現すべく、特許文献１等に開示されているフィルム外装電池が開発されると共に、この種の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）が開発されている。特許文献１等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なるラミネートフィルム１０２によって被覆されたものである。尚、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、熱融着によって気密に封止されている。また、熱融着されたラミネートフィルム１０２の一方の短辺からは、フィルム状の正極用電極端子１０３が引き出され、他方の短辺からはフィルム状の負極用電極端子１０４が引き出されている。
特開２００１−７６６９１号公報

フィルム外装電池１個あたりの出力電圧は３〜４[V]程度であり、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に電気接続する必要があるが、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３００〜４００[V]程度の電圧が必要とされる。よって、必要とする電圧を得るためには、１００個程度のフィルム外装電池が必要となり、これら大量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く、電池パックの組立にも手間や時間を要する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィルム外装電気デバイスを所定個数ずつモジュール化することによって、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にある。

本発明の電池セル保持部材は、セルケース内にフィルム外装電池が収容された複数の電池セルを一体的に保持する電池セル保持部材であって、厚み方向に積層された複数の電池セルを収容可能な第１の収容空間及び第２の収容空間と、第１の収容空間と第２の収容空間とを電池セルの積層方向に隔てる仕切り部と、第１及び第２の収容空間内に収容された電池セルの外面に当接し、電池セルの積層方向と直交する方向への該電池セルの移動を規制可能な保持部とを有することを特徴とする。

上記保持部には、セルケースの角部が係合可能な係合部を形成することができる。また、積層されている電池セル同士を電気接続させるための導電部材を固定するための螺子穴を形成することもできる。

上記第１及び第２の収容空間内に収容された電池セルに宛がわれる蓋部材を加えることによって、この蓋部材と上記仕切り部との間で積層された電池セルを積層方向に挟持することもできる。

本発明によれば、フィルム外装電池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池を取り扱うに際に、それら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利である。

以下、本発明の電池モジュールの実施形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本例の電池モジュール１の外観斜視図である。図２は、電池モジュール２を構成している個々の電池セル２の分解斜視図である。図３及び図４は、電池モジュール１の分解斜視図である。

図１に示すように、本例の電池モジュール１は、複数の電池セル２が保持部材３によって一体化（モジュール化）され、それら電池セル２が保持部材３に固定された導線部材（バスバー５）を介して直列接続されていることを特徴する。

まず、電池セル２の構造について図２を参照しながら詳細に説明する。電池セル２とは、フィルム外装電池６が一つずつセルケース７に収容されたものである。フィルム外装電池６は、正極側活電極、負極側活電極、及び電解液を有する不図示の発電要素が２枚のラミネートフィルム８によって気密に包装されたものであり、出力電圧は約3.6[V]である。ラミネートフィルム８は、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なるフィルムであって、発電要素を包囲している上下２枚のラミネートフィルム８の対向する４辺は熱融着によって気密に封止されている。

フィルム外装電池６の発電要素には、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と、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を交互に積層させた捲回型とがあり、図２に示すフィルム外装電池６の発電要素は、上記積層型及び捲回型のいずれであってもよい。さらに、上記正極側活電極及び負極側活電極には、一般的なリチウムイオン二次電池において用いられている正極板及び負極板を用いることができる。すなわち、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ることによって上記発電要素を得ることができる。もっとも、発電要素は、正極、負極および電解質を含むものであればよく、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適用可能である。

再び図２を参照すると、フィルム外装電池６の一方の短辺からは、上記正極側活電極に接続された正極用電極端子１０が引き出され、他方の短辺からは、上記負極側活電極に接続された負極用電極端子１１が引き出されている。正極用電極端子１０及び負極用電極１１の材料は、その電気的特性を考慮して選択されるが、本例では、正極用電極端子１０にアルミニウム、負極用電極端子１１に銅又はニッケルを用いた。

セルケース７は、ケース本体１２と枠体１３とから構成されている。ケース本体１２は、略枠状の形態を有する底板１５と、底板１５の周縁から立ち上げられた側壁１６とを備え、側壁１６の内側にフィルム外装電池６を収容可能な寸法を有する。一方、枠体１３は、ケース本体１２の側壁１６の内側に嵌合可能な形状及び寸法を有し、ケース本体１２に収容されたフィルム外装電池６の上に被せることによって、フィルム外装電池６の周縁を本体ケース１２の底板１５との間に挟持する。また、ケース本体１２の底板１５には、７個の貫通孔１７が形成されている。これら貫通孔１７は、ケース本体１２内に収容されたフィルム外装電池６、及びそのフィルム外装電池６の上に被せられた枠体１３と重複しない位置に形成されており、セルケース７をその厚み方向に連通するように設計されている。尚、セルケース７に収容されたフィルム外装電池６の正極用電極端子１０及び負極用電極１１は、ケース本体１２の短辺に設けられている２つの切り欠き１８を通してセルケース７の外部にそれぞれ引き出されている。

次に、図３及び図４を参照しながら保持部材３の構造について詳細に説明する。この保持部材３は、合成樹脂によって一体成形された仕切り部２０と保持部２１とから構成されている。仕切り部２０は、図２に示すセルケース７と略相似の板状であって、一方の長辺部にその長手方向に沿って所定間隔で３つの通孔２２が形成され、他方の長辺部に４つの通孔２２が形成されている。一方、保持部２１は、仕切り部２０の四隅から通孔２２の軸線方向前後に延在している。換言すれば、仕切り部２０は、４つの保持部２１によって囲まれた空間を保持部２１の長手方向中央で二分することによって、第１の収容空間２３と第２の収容空間２５とを形成している。さらに、保持部２１の内側面には、電池セル２（セルケース７）の角部が係合可能な係合溝２６が長手方向に沿って形成され、該係合溝２６の両端は、保持部２１の端面２７において開口している。また、保持部２１の外側面には、補強のリブが多数形成されると共に、各電池セル２の電極端子１０、１１（図２）に装着されたバスバー５が固定される不図示の螺子穴が形成されている。

以上のような構造を有する保持部材３を用いて複数の電池セル２を一体的に保持するには、次のようにする。まず、図３に示すように、１２個の電池セル２をその厚み方向に積層させると共に、隣接する電池セル２の正極用電極端子１０と負極用電極端子１１とをバスバー５を介して接続して２つの電池セル群Ａ、Ｂを形成する。ここで、各電池セル２の出力電圧は、約3.6[V]であるので、１２個の電池セル２が直列接続された電池セル群Ａ、Ｂの出力電圧は、約43.2[V]である。

次に、一方の電池セル群Ａを保持部材３の第１の収容空間２３内に収容し、他方の電池セル群Ｂを第２の収容空間２５内に収容する。このとき、保持部２１に形成されている係合溝２６の案内に従って保持部２１の端面２７側から第１の収容空間２３又は第２の収容空間２５内に電池セル群Ａ、Ｂを挿入する。この際、図４に示すように、仕切り部２０の各通孔２２に金属製のロッド３０を予め貫通させておき、そのロッド３０を第１の収容空間２３及び第２の収容空間２５にそれぞれ挿入される電池セル群Ａ、Ｂの各セルケース７の貫通孔１７（図２）に通す。

再び図３を参照すると、第１の収容空間２３及び第２の収容空間２５内に電池セル群Ａ、Ｂが収容されたら、各電池セル群Ａ、Ｂの外側から貫通孔１７に対応したボルト通し孔３１が形成されている蓋板３２を積層方向の最も外側の電池セル２に宛がう。この蓋板３２は、仕切り部２０と略相似の板状の形態を有し、四隅の角部を保持部２１の端面２７側から係合溝２６に嵌合させることによって、電池セル群Ａ、Ｂと同等に第１の収容空間２３又は第２の収容空間２５内に挿入可能である。ここで、仕切り部２０の表面から保持部２１の端面２７までの距離Ｌは、積層された１２個の電池セル２の厚みと蓋板３２の厚みとの合計と略同一としてある。従って、第１及び第２の収容空間２３、２５内に収容された電池セル群Ａ、Ｂの外側に蓋板３２を上記のようにして宛がうと、蓋板３２の表面と保持部２１の端面２７とが略面一となる（図１参照）。また、ロッド３０の長さは、その端面が蓋板３２の対応するボルト通し孔３１の周縁に当接するに止まり、ボルト通し孔３１には挿入されない長さに設定してある。そこで、図４に示すように、ボルト通し孔３１に挿入したボルト３３をロッド３０の内周面に形成されている螺子に螺合させて、蓋板３２を固定する。これによって、第１及び第２の収容空間２３、２５に収容された電池セル群Ａ、Ｂが仕切り部２０と蓋板３２との間にそれぞれ挟持される。尚、ボルト３３の締め付けトルクを調整することによって、電池セル群Ａ、Ｂに作用する圧力を管理することができる。

電池セル群Ａ、Ｂを構成する電池セル２の個数は１２個に限定されるものではない。但し、電池セル群Ａ、Ｂの出力電圧が50[V]以下となるように電池セル２の個数を設定することが安全性の観点からは望ましい。また、電池セル群Ａ、Ｂを構成する電池セル２の個数を変更したり、個数は同一であっても各電池セル２の厚みを変更したりする場合には、これに応じて保持部２１の長さを適宜変更することが望ましい。

本発明の電池モジュールは、これを複数直列又は並列接続することによって、所望の出電圧が得られる電池パック（組電池）を構成可能であることはこれまでの説明から自明である。例えば、本例の電池モジュール１を４個直列接続すれば、電動モータによって自動車を走行させるために必要とされる３００[V]以上の電圧を出力可能な電気パック（組電池）が得られる。この場合、電池パックの組み立ての最終段階において各電池モジュール１内の電池セル群ＡとＢとを電気接続し、さらに電池モジュール１同士を電気接続することが安全性の観点からは望ましい。何故なら、上記作業工程に従えば、電圧がなるべく低い状態でなるべく多くの作業工程を終えることができるからである。

本発明の電池モジュールの実施形態の一例を示す外観斜視図である。 図１に示す電池モジュールを構成する電池セルの分解斜視図である。 図１に示す電池モジュールの一部省略の分解斜視図である。 図１に示す電池モジュールの分解斜視図であって、図３とは異なる一部が省略された分解斜視図である。 フィルム外装電池の斜視図である。

符号の説明

１ 電池モジュール
２ 電池セル
３ 保持部材
５ バスバー
６ フィルム外装電池
７ セルケース
８ ラミネートフィルム
１０ 正極用電極端子
１１ 負極用電極端子
１２ ケース本体
１３ 枠体
１５ 底板
１６ 側壁
１７ 貫通孔
１８ 切り欠き
２０ 仕切り部
２１ 保持部
２２ 通孔
２３ 第１の収容空間
２５ 第２の収容空間
２６ 係合溝
２７ 端面
３０ ロッド
３１ ボルト通し孔
３２ 蓋板
３３ ボルト
Ａ 電池セル群
Ｂ 電池セル群

Claims (8)

1. セルケース内にフィルム外装電池が収容された複数の電池セルを一体的に保持する電池セル保持部材であって、
   厚み方向に積層された複数の前記電池セルを収容可能な第１の収容空間及び第２の収容空間と、
   前記第１の収容空間と第２の収容空間とを前記電池セルの積層方向に隔てる仕切り部と、
   前記第１及び第２の収容空間内に収容された前記電池セルの外面に当接し、前記積層方向と直交する方向への前記電池セルの移動を規制可能な保持部と、を有する電池セル保持部材。
2. 前記保持部に、前記セルケースの角部が係合可能な係合部が形成されている請求項１記載の電池セル保持部材。
3. 前記保持部に、積層されている前記電池セル同士を電気接続させるための導電部材を固定するための螺子穴が形成されている請求項１又は請求項２記載の電池セル保持部材。
4. 前記第１及び第２の収容空間内に収容された前記電池セルを前記仕切り部との間で挟持可能な蓋部材を有する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電池セル保持部材。
5. 前記第１及び第２の収容空間は、出力電圧の合計が５０[V]以下となる個数の前記電池セルを積層状態で収容可能である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電池セル保持部材。
6. 前記保持部が前記仕切り部の四隅から前記第１及び第２の収容空間内に収容される前記電池セルの積層方向に沿って延在している請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電池セル保持部材。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電池セル保持部材が備える前記第１及び第２の収容空間内に複数の前記電池セルがその厚み方向に積層された状態で収容されている電池モジュール。
8. 前記第１及び第２の収容空間内に収容された複数の電池セル同士が導電部材を介して電気接続され、前記導電部材が前記電池セル保持部材が備える前記保持部に螺子留めされている請求項７記載の電池モジュール。

Images