JP2012038468A - 二次電池装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度監視の高い応答性および信頼性を確保し、更に、小型化を図ることが可能な二次電池装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】二次電池装置は、筺体１０と、筺体内に収容された複数の電池セル１２と、電池セルに接触して設けられ、電池セルの温度を検出する温度監視センサ１０２ａと、を備えている。筐体は、電池セルに対向する内面と、この内面に形成され温度監視センサに対向する溝１０７と、この溝内に突設され温度監視センサを筐体と電池セルとの間に挟み込む押圧突起１０６と、を備える。
【選択図】図１１

Description

ここで述べる実施形態は、複数の二次電池セルを有する二次電池装置およびその製造方法に関する。

近年、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動自転車の電源、あるいは、電気機器の電源として、二次電池が広く用いられている。例えば、非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池は、高出力、高エネルギー密度を有することから、電気自動車等の電源として注目されている。

一般に、二次電池は、外装容器と、この外装容器内に電解液とともに収納された電極群と、外装容器に設けられた電極端子と、を備えた電池セルとして構成されている。高容量化、高出力化を図るため、複数の電池セルをケース内に並べて配置し、これらのセルを並列あるいは直列に接続した組電池、あるいは、二次電池装置が用いられている。

通常、リチウムイオン二次電池は、安全かつ効率的に運用するために電池セルの電圧、温度等を監視し、充放電状態を制御する必要がある。そこで、二次電池装置は、電池セルの温度を監視するサーミスタ等の温度監視センサーを備えている。二次電池装置を自動車等の移動体に設置する場合、温度監視センサーは、移動体から振動を受けるとともに、広範囲な使用温度環境に晒されることになる。このため、温度監視センサーは、振動、広範囲な使用温度の環境においても、早い応答性および十分な信頼性が求められている。

国際公開第２００６／０６７９０３号

例えば、自動車用のサーミスタは、振動、温度環境に対する機械的強度保持の観点から、検出素子をガラスコーティング等の厚い保護皮膜で覆い、被検出体への取付も接着剤にて行っている。このようなサーミスタを二次電池装置の温度監視に用いた場合、電池セルの温度変化に対する応答性が悪化するとともに、限られたスペース内への設置が困難になる。一方、高い応答性を得るために薄い樹脂等にてラミネートされたフィルム状の薄膜型サーミスタを単に粘着テープ止めにて使用するとテープの剥がれ、脱落等により信頼性悪化が懸念される。

この発明の目的は、温度監視の高い応答性および信頼性を確保し、更に、小型化を図ることが可能な二次電池装置およびその製造方法を提供することにある。

実施態様に係る二次電池装置は、筺体と、前記筺体内に収容された複数の電池セルと、前記電池セルに接触して設けられ、前記電池セルの温度を検出する温度監視センサと、を具備し、前記筐体は、前記電池セルに対向する内面と、前記内面に形成され前記温度監視センサに対向する溝と、この溝内に突設され前記温度監視センサを前記筐体と電池セルとの間に挟み込む押圧突起と、を備えている。

図１は、実施形態に係る二次電池装置を示す斜視図。 図２は、トップカバーを取外して示す前記二次電池装置の分解斜視図。 図３は、ケースおよび電池セルを分解して示す前記二次電池装置の分解斜視図。 図４は、電池セルを示す斜視図。 図５は、前記ケースを構成するアッパーケースの内面側を示す斜視図。 図６は、図２の線Ａ−Ａに沿った二次電池装置の断面図。 図７は、前記二次電池装置における電池セルおよびバスバーの配列、接続状態を概略的に示す平面図。 図８は、セルユニット、アッパーケース、および共通バスバーを示す分解斜視図。 図９は、前記バスバーとＦＰＣとの接続状態を示すアッパーケース上部の斜視図。 図１０は、アッパーケースの上部およびサーミスタを示す斜視図。 図１１は、アッパーケースの上部、サーミスタ、電池セル、センターケースの一部を示す分解斜視図。 図１２は、前記サーミスタを示す平面図および側面図。 図１３は、前記センターケースのリブを示す斜視図。 図１４は、図１０の線Ｂ−Ｂに沿った二次電池装置の断面図。 図１５は、図１４の線Ｃ−Ｃに沿った二次電池装置の断面図。 図１６は、ケースの前端部およびベースターミナルを示す分解斜視図。 図１７は、前記ベースターミナルの係合突起とケースとの係合部を拡大して示す斜視図。 図１８は、前記二次電池装置の組立て工程において、アッパーケースアッセンブリに電池セルを装着した状態を示す斜視図。 図１９は、前記二次電池装置の組立て工程において、アッパーケースアッセンブリにセンターケースを装着した状態を示す斜視図。 図２０は、前記二次電池装置の組立て工程において、アッパーケースアッセンブリにセンターケースを装着した状態を示す斜視図。 図２１は、前記二次電池装置の組立て工程において、ロワーケースの取付け工程を示す分解斜視図。 図２２は、前記二次電池装置の組立て工程において、トップカバーを取外した状態を示す分解斜視図。 図２３は、前記二次電池装置の組立て工程において、アッパーケースの取付け工程を示す斜視図。

以下、図面を参照しながら、実施形態に係る二次電池装置について詳細に説明する。
図１は、実施形態に係る二次電池装置の外観を示す斜視図、図２は、二次電池装置のトップカバーを取外して二次電池装置のバスバー取付け構造を示す斜視図、図３は、ケース、電池セルを分解して示す二次電池装置の分解斜視図である。
図１、図２、図３に示すように、二次電池装置は、ほぼ矩形箱状のケース（筺体）１０と、ケース内に収容された複数、例えば、３０個の電池セル（二次電池）１２と、を備え、組電池として構成されている。ケース１０は、上下が開放した矩形枠状のセンターケース１４、矩形板状に形成され底壁を構成するロワーケース１６、および、矩形板状に形成され天井壁を構成するアッパーケース１８の３つの分割部材を有している。そして、ロワーケース１６、センターケース１４、アッパーケース１８をこの順で互いに接合することにより、矩形箱状のケース１０が構成されている。アッパーケース１８の上面側は、矩形板状のトップカバー２０によって覆われている。ケース１０の各構成要素およびトップカバー２０は、それぞれ絶縁性を有する合成樹脂、例えば、ポリフェニレンエーテル(ＰＰＥ)により形成されている。

ケース１０の長手方向の一端側に位置する側壁、例えば、前端壁１０ａには、合成樹脂で形成された矩形板状のターミナルベース２２がねじ止め固定されている。ターミナルベース２２には、二次電池装置の正極出力端子２４、負極出力端子２６、および電池セル１２の電圧、温度等を監視する電池監視基板２８が取り付けられている。

図４に示すように、各電池セル１２は、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池であり、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された扁平な略直方体形状の外装容器３０と、外装容器３０内に非水電解液と共に収納された電極体３１と、を備えている。外装容器３０は、上端が開口した容器本体３０ａと、容器本体に溶接され容器本体の開口を閉塞した矩形板状の蓋体３０ｂとを有し、液密に形成されている。電極体３１は、例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。

正極端子３２ａおよび負極端子３２ｂが蓋体３０ｂの長手方向両端部にそれぞれ設けられ、蓋体３０ｂから突出している。正極端子３２ａおよび負極端子３２ｂは、電極体３１の正極および負極にそれぞれ接続されている。一方の端子、例えば、正極端子３２ａは、蓋体３０ｂに電気的に接続され、外装容器３０と同電位となっている。負極端子３２ｂは、蓋体３０ｂを貫通して延びている。負極端子３２ｂと蓋体３０ｂとの間には、合成樹脂、ガラス等の絶縁体からなるシール材、例えば、ガスケット３４が設けられている。ガスケット３４は、負極端子３２ｂと外装容器３０との間を液密にシールしているとともに、電気的に絶縁し、負極端子３２ｂと外装容器３０との間の短絡を防止する。また、ガスケット３４は、蓋体３０ｂの上面側において、負極端子３２ｂの全周から外側に延出している。

蓋体３０ｂの中央部には、例えば、矩形状の安全弁３６が形成されている。安全弁３６は、蓋体３０ｂの一部を約半分程度の厚さに薄くした薄肉部により形成され、この薄肉部の上面中央部に、複数の刻印が形成されている。電池セル１２の異常モード等により外装容器３０内にガスが発生し、外装容器内の内圧が所定の値以上に上昇した際、安全弁３６が開放し、内圧を下げて外装容器３０の破裂等の不具合を防止する。

容器本体３０ａの周囲には、容器の上端部および下端部を除いて、絶縁性のフィルム３７が巻装されている。このフィルム３７は、外装容器３０の膨張を規制するとともに、外装容器３０と他の電池セル１２との短絡、あるいは、外装容器３０と他の部材との短絡を防止する。

図３に示すように、電池セル１２は、複数の電池セル、例えば、３つの電池セル１２を並列に接続して１セルユニットＣとし、このセルユニットＣを１０ユニットだけ直列に接続して設けられている。電池セル１２の配列と電気的な接続構造については、後で詳細に説明する。

図３に示すように、ロワーケース１６の内面には、電池セル１２の数に対応した数、ここでは、３０個の係合溝３８が形成されている。各係合溝３８は、電池セル１２の外装容器３０の断面形状に対応した細長い矩形状に形成され、ロワーケース１６の幅方向に沿って延びている。複数の係合溝３８は、ロワーケース１６の長手方向に所定の間隔を置いて、２列に並んで設けられている。２列の間にはセンターリブ３９が形成され、ロワーケース１６の長手方向全長に亘って延びている。

センターケース１４は、矩形枠状に形成され、長手方向に延び互いに対向する一対の側壁１４ａ、１４ｂと、幅方向に延び互いに対向する他の一対の側壁を有している。センターケース１４内には、４つの仕切り壁５０が一体に形成されている。これらの仕切り壁５０は、それぞれセンターケース１４の幅方向の全長に亘って延び、また、センターケース１４の長手方向に等間隔をおいて設けられている。センターケース１４内は、これらの仕切り壁５０により５つの空間に仕切られている。更に、各仕切り壁５０の中央部およびセンターケース１４の長手方向両端壁の中央部には、センターケース１４の高さ方向に延びる支持ポスト５２が形成されている。センターケース１４内の各空間は、支持ポスト５２により、左右２つの収容室５３に分けられている。これにより、センターケース１４内には、それぞれ１セルユニットＣを収容可能な１０個の収容室５３が２列に並んで形成されている。

図２および図３に示すように、センターケース１４の長手方向に延びる２つの側壁１４ａ、１４ｂには、それぞれ複数の通気孔５１が形成されている。例えば、１つの収容室５３に対応して４つの通気孔５１が形成され、それぞれ収容室５３に連通している。これらの通気孔５１を通して、ケース１０内に冷却用空気を通風可能となっている。

図５に示すように、アッパーケース１８の内面側には、電池セル１２の数に対応した数、ここでは、３０個の係合溝５４が形成されている。各係合溝５４は、電池セル１２の外装容器３０の断面形状に対応した細長い矩形状に形成され、アッパーケース１８の幅方向に沿って延びている。複数の係合溝５４は、アッパーケース１８の長手方向に所定の間隔を置いて、２列に並んで設けられている。２列の間にはセンターリブ５９が形成され、アッパーケース１８の長手方向全長に亘って延びている。

アッパーケース１８において、各係合溝５４の底には、電池セル１２の正極端子３２ａおよび負極端子３２ｂに対応する矩形状の透孔５６ａ、５６ｂが形成され、更に、電池セル１２の安全弁に対向する排気孔５７が形成されている。透孔５６ａ、５６ｂは、係合溝５４の両端部に位置し、排気孔５７は、これら透孔５６ａ、５６ｂ間の真ん中に位置している。本実施形態において、電池セル１２の正極端子３２ａは、負極端子３２ｂよりも大きく形成されている。これに対応して、正極端子３２ａを挿通するための透孔５６ａは、負極端子３２ｂを挿通する透孔５６ｂよりも大きく形成されている。

上記のように構成されたロワーケース１６は、センターケース１４の下面側にねじ止めされてセンターケースに固定され、ケース１０の底壁を構成している。アッパーケース１８は、センターケース１４の上面側にねじ止めされてセンターケースに固定され、ケース１０の天井壁を構成している。センターケース１４は、隙間を置いて対向するロワーケース１６とアッパーケース１８との間に接合されている。

図４および図６に示すように、電池セル１２は、セルユニットＣ毎にケース１０の収容室５３内に収容されている。各電池セル１２の下端部は、ロワーケース１６の係合溝３８に嵌合され、接着剤等によりロワーケース１６に固定されている。各電池セル１２の上端部、つまり、電極端子が設けられている端部は、アッパーケース１８の係合溝５４に嵌合され、接着剤等によりアッパーケース１８に固定されている。列方向に隣合う２つのセルユニットＣ間には、センターケース１４の仕切り壁５０が挟まれ、セルユニット間の短絡を防止している。また、１列のセルユニットＣと他の列のセルユニットＣとの間には、ロワーケース１６のセンターリブ３９、アッパーケース１８のセンターリブ５９、センターケース１４の支持ポスト５２が挟まれ、セルユニットＣ間の短絡を防止している。

このように係合溝３８、５４に嵌合させて電池セル間の位置が決まると、隣合う電池セルは、その外装容器３０の主面同士、すなわち、外装容器の幅の広い表面同士が所定の隙間を置いて平行に対向した状態で配置される。隣合うセルユニットＣも所定の隙間を置いて、平行に対向して配置される。そして、このような隙間を置いて平行に並んだ複数の電池セル１２の列が、２列平行に配置される。

センターケース１４の両側壁１４ａ、１４ｂは、それぞれ２列に並んだ電池セル１２の側面に僅かな隙間を置いて対向している。各電池セル列において、隣合う電池セル１２間の隙間は、センターケース１４の側壁１４ａ、１４ｂに形成されている通気孔５１にそれぞれ対向している。これにより、側壁１４ａに形成された通気孔５１、電池セル１２間の隙間、および側壁１４ｂに形成された通気孔５１が整列して並んでいる。一方の通気孔５１からセンターケース１４内に流入した外気あるいは冷却空気は、電池セル１２間の隙間を通り、電池セルを冷却した後、他方の通気孔５１から排気される。

電池セル１２の正極端子３２ａおよび負極端子３２ｂは、それぞれ透孔５６ａ、５６ｂに挿通され、アッパーケース１８の上面側に突出している。電池セル１２の安全弁３６は、アッパーケース１８の排気孔５７と対向して位置している。

図６、図７、図８に示すように、１つのセルユニットＣにおいて、３つの電池セル１２は、主面同士が所定の隙間を置いて向かい合い、かつ、電極端子が同一方向を向いた状態で、並んでいる。また、１セルユニットＣにおいて、３つの電池セル１２は、正極端子３２ａが一列に並び、また、負極端子３２ｂが一列に並ぶように配置されている。そして、１０個のセルユニットＣは、５セルユニットずつ２列に配列され、各列において、隣合うセルユニットの正極端子３２ａと負極端子３２ｂとが交互に並ぶように配置されている。そして、各列のセルユニットは後述するバスバーによって連結され、組電池を構成している。

アッパーケース１８の上面側に複数のバスバーが設けられ、これらのバスバーにより、各セルユニットＣ内の複数の電池セル１２が並列に接続され、更に、複数のセルユニットＣ同士が直列に接続されている。詳細には、図２、図６、図８に示すように、アッパーケース１８の上面は、一段低く形成され、上面の周縁に沿って周壁１８ａが立設されている。アッパーケース１８の上面には、その幅方向の中央にセンターリブ６１が形成され、アッパーケース１８の長手方向一端から他端近傍まで長手方向に沿って延びている。アッパーケース１８の上面において、センターリブ６１の両側には、それぞれ一対の仕切り壁６０ａ、６０ｂが立設されている。一対の仕切り壁６０ａは、アッパーケース１８に形成された各排気孔５７の両側に位置し、アッパーケース１８の長手方向一端から他端まで長手方向に沿って互いに平行に延びている。同様に、一対の仕切り壁６０ｂは、アッパーケース１８に形成された各排気孔５７の両側に位置し、アッパーケース１８の長手方向一端から他端まで長手方向に沿って互いに平行に延びている。センターリブ５９、仕切り壁６０ａ、６０ｂ、周壁１８ａはほぼ同一の高さに形成されている。

アッパーケース１８の上面には、それぞれ周壁１８ａと仕切り壁６０ａとの間、周壁１８ａと仕切り壁６０ｂとの間、センターリブ６１と仕切り壁６０ａとの間、センターリブ６１と仕切り壁６０ｂとの間に、それぞれ複数の仕切り壁６２が立設されている。仕切り壁６２は、周壁１８ａとほぼ同一の高さに形成されている。これらの周壁１８ａ、センターリブ６１、仕切り壁６０ａ、６０ｂ、仕切り壁６２により、アッパーケース１８上に、複数のバスバー装着室６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、バスバー装着室６８ａ、６８ｂ、７０、バスバー装着室７２ａ、７２ｂ、バスバー装着室７４ａ、７４ｂ、７４ｃが区画されている。

アッパーケース１８に形成された複数のバスバー装着室には、図２、図６、図７、図８に示すように、それぞれバスバーが装着され、電池セル１２の電極端子に接続されている。本実施形態において、接続金具としてのバスバーは、４種類のものを用いている。すなわち、３つの電池セル１２の正極端子３２ａを接続するとともに一端に正極側出力端部を有する正極バスバー７６、３つの電池セル１２の負極端子３２ｂを接続するとともに一端に負極側出力端部を有する負極バスバー７７、それぞれ６つの電池セル１２の電極端子同士を接続する８つの共通バスバー７８、および、３つバスバーを連結したバスバーユニット８０を備えている。これらのバスバー７６、７７、７８、およびバスバーユニット８０は、導電材料、例えば、アルミニウム等からなる金属板を折曲げ成形して形成されている。各バスバーには、電池セル１２の正極端子３２ａが係合する矩形状の正極開口８２ａ、あるいは、負極端子３２ｂが係合する矩形状の負極開口８２ｂを有している。これらの開口は、所定の間隔を置いて、バスバーの長手方向に並んで設けられている。

正極バスバー７６の長手方向の一端部は、クランク状に折曲げられ、正極側出力端部７６ｂ形成している。負極バスバー７７の長手方向の一端部は、クランク状に折曲げられ、負極側出力端部７７ｂを形成している。

上記のように構成された正極バスバー７６、負極バスバー７７、共通バスバー７８は、それぞれ対応するバスバー装着室に装着され、電池セル１２の電極端子に接続されている。図２、図６、図７、図８に示すように、正極バスバー７６は、正極出力端子２４に隣接するバスバー装着室６４ａに装着されている。正極バスバー７６の正極開口８２ａは、アッパーケース１８側のそれぞれ対応する透孔５６ａと整列して位置している。正極バスバー７６の３つの正極開口８２ａに電池セル１２の正極端子３２ａがそれぞれ係合し、レーザ溶接等により正極バスバー７６に溶接されている。溶接は、レーザ溶接に代えて電子ビーム溶接や抵抗溶接を用いてもよい。これにより、１セルユニットＣにおける３つの電池セル１２の正極端子３２ａは、正極バスバー７６により互いに電気的に接続されている。正極バスバー７６の正極側出力端部７６ｂは、アッパーケース１８の周壁１８ａ上部に係合しているとともに、ケース１０の前端壁１０ａ側に露出している。

負極バスバー７７は、負極出力端子２６に隣接するバスバー装着室７４ａに装着されている。負極バスバー７７の負極開口は、アッパーケース１８側のそれぞれ対応する透孔５６ｂと整列して位置している。負極バスバー７７の３つの負極開口に電池セル１２の負極端子３２ｂがそれぞれ係合し、レーザ溶接等により負極バスバー７７に溶接されている。これにより、１セルユニットＣにおける３つの電池セル１２の負極端子３２ｂは、負極バスバー７７により互いに電気的に接続されている。負極バスバー７７の負極側出力端部７７ｂは、アッパーケース１８の周壁１８ａ上部に係合しているとともに、ケース１０の前端壁１０ａ側に露出している。

８つの共通バスバー７８は、正極バスバー７６と一列に並んだバスバー装着室６４ｂ、６４ｃ、隣の列のバスバー装着室６８ａ、６８ｂ、更に、隣の列のバスバー装着室７２ａ、７２ｂ、負極バスバー７７と一列に並んだバスバー装着室７４ｂ、７４ｃにそれぞれ装着されている。

共通バスバー７８の負極開口８２ｂおよび正極開口８２ａは、アッパーケース１８側のそれぞれ対応する透孔５６ｂ、透孔５６ａと整列して位置している。共通バスバー７８の３つの負極開口８２ｂに電池セル１２の負極端子３２ｂがそれぞれ係合した状態で、負極端子が共通バスバー７８に溶接されている。これにより、１セルユニットＣにおける３つの電池セル１２の負極端子３２ｂは、共通バスバー７８により互いに電気的に接続されている。また、共通バスバー７８の３つの正極開口８２ａに、隣接するセルユニットＣの電池セル１２の正極端子３２ａがそれぞれ係合した状態で、各正極端子が共通バスバー７８に溶接されている。これにより、１セルユニットＣにおける３つの電池セル１２の正極端子３２ａは、共通バスバー７８により互いに電気的に接続され、更に、隣のセルユニットＣの電池セル１２の負極端子３２ｂと電気的に接続されている。

バスバーユニット８０は、アッパーケース１８のバスバー装着室７０に装着されている。バスバーユニットの正極開口は、アッパーケース１８側のそれぞれ対応する透孔５６ａと整列し、負極開口は、アッパーケース１８側のそれぞれ対応する透孔５６ｂと整列して位置している。３つの正極開口に電池セル１２の正極端子３２ａがそれぞれ係合し、レーザ溶接等によりバスバーに溶接されている。３つの負極開口に、隣のセルユニットＣの電池セル１２の負極端子３２ｂがそれぞれ係合し、バスバーに溶接されている。これにより、１セルユニットＣにおける３つの電池セル１２の負極端子３２ｂは、バスバーユニット８０により互いに電気的に接続され、更に、隣のセルユニットＣの電池セル１２の正極端子３２ａと電気的に接続されている。

図７に概略的に示すように、前述した複数のバスバーおよびバスバーユニットにより、各セルユニットＣの３つの電池セル１２は並列に接続され、かつ、１０個のセルユニットＣは互いに直列に接続されている。また、正極出力端子２４および負極出力端子２６は、ケース１０の同一壁面、つまり、前端壁１０ａ側に設けられ、１０個のセルユニットＣは、正極出力端子２４から負極出力端子２６まで、Ｕ字状に並んで接続されている。

図２に示すように、アッパーケース１８の上面に立設された一対の仕切り壁６０ａ上に、細長い矩形状の閉塞板９０ａが固定され、アッパーケース１８の長手方向全長に亘って延びている。閉塞板９０ａにより、仕切り壁６０ａ間の空間が閉じられ、この空間により、アッパーケース１８の長手方向全長に亘って延びる排気流路９２ａが形成されている。アッパーケース１８に形成され一列に並んだ排気孔５７は、排気流路９２ａに連通している。

同様に、アッパーケース１８の上面に立設された一対の仕切り壁６０ｂ上に、細長い矩形状の閉塞板９０ｂが固定され、アッパーケース１８の長手方向全長に亘って延びている。閉塞板９０ｂにより、仕切り壁６０ｂ間の空間が閉じられ、この空間により、アッパーケース１８の長手方向全長に亘って延びる排気流路が形成されている。

図２、図３、および図９に示すように、閉塞板９０ａ、９０ｂの上面には、電池セル１２の電圧、温度を測定するためのフレキシブル配線板（ＦＰＣ）９８がそれぞれ貼付されている。各ＦＰＣ９８は、閉塞板９０ａ、９０ｂとほぼ等しい幅の帯状に形成され、アッパーケース１８の長手方向ほぼ全長に亘って延びている。ＦＰＣ９８の前端壁１０ａ側の端部にコネクタ８５が実装されている。

ＦＰＣ９８は、長手方向に延びる複数の配線を有している。これら配線の一端部は、コネクタ８５に接続されている。また、複数の配線の他端部は、それぞれＦＰＣ９８の側縁から外側に延出している。例えば、ＦＰＣ９８の一側縁から３本の配線９９ａがそれぞれ外側に引き出され、ＦＰＣの他側縁から２本の配線９９ｂがそれぞれ外側に引き出されている。他方のＦＰＣ９８は、一側縁から３本の配線９９ａがそれぞれ外側に引き出され、他側縁から３本の配線９９ｂがそれぞれ外側に引き出されている。ＦＰＣ９８は、長手方向に延びる配線９９ｃを更に有し、この配線９９ｃに後述するサーミスタ１０２ａ、１０２ｂが電気的に接続されている。

ＦＰＣ９８から引き出された配線９９ａ、９９ｂの延出端は、それぞれ対応する１つのバスバーに電気的、機械的に接続されている。図９に示すように、各配線９９ａ、９９ｂの端出端、例えば、配線９９ｂの延出端は、共通バスバー７８にハンダ付けされている。他のバスバーおよびバスバーユニット８０についても、配線９９ａ、９９ｂの延出端がハンダ付けされている。これにより、各バスバーは、配線９９ａ、９９ｂを介してコネクタ８５に接続されている。

図１および図２に示すように、各ＦＰＣ９８のコネクタ８５から複数のハーネス８６が延出し、これらハーネスの延出端にコネクタ８７が接続されている。２つのコネクタ８７は、後述する電池監視基板２８に接続される。電池監視基板２８は、ハーネス８６およびＦＰＣ９８を介して各セルユニットＣの電圧を測定し、監視する。図９に示すように、ＦＰＣ９８の各配線９９ａ、９９ｂの中途部には、抵抗１００が実装されている。各抵抗１００は、例えば、数Ωないし数百Ωに形成され、電池セル１２からの過放電を規制し、電池監視基板２８を保護する。

上記のようなＦＰＣ９８を用いて各バスバーと電池監視基板２８とを接続することにより、全てハーネスを用いる場合に比較して、配線の引回しが容易であり、電池装置の組立性を向上できるとともに、配線の設置スペースを小さくすることができる。

二次電池装置は、電池セル１２の温度を監視する複数、例えば、２つの温度監視センサを備え、これらの温度監視センサは、ＦＰＣ９８を介して、電池監視基板２８に検出温度を出力する。本実施形態では、電池セル１２の制御に必要な高い応答性を持たせるために、温度監視センサとして、薄い樹脂等にてラミネートされたフィルム状の薄膜型サーミスタを使用する。

図１０、図１１は、サーミスタの取り付け構造および配線の引き回し状態を示し、図１２は、サーミスタ自身を示す平面図および側面図である。図１３は、サーミスタを挟み込んで固定保持するためにセンターケースに形成された押圧部を示す斜視図、図１４および図１５は、それぞれサーミスタの取付け状態を示す断面図である。

図２に示すように、ケース１０内には、電池セル１２の温度を検出する２つのサーミスタ１０２ａ、１０２ｂが設けられている。一方のサーミスタ１０２ａを代表して説明する。図１２に示すように、サーミスタ１０２ａは、例えば、温度変化に応じて抵抗が変化する半導体からなり、電池セルの温度を検出する検出素子８８と、検出素子８８から延出する２本のリード線９３と、リード線にそれぞれ接続された配線９５と、を有している。検出素子８８およびリード線９３は、樹脂ラミネートフィルム９４により被覆されている。これら検出素子８８、リード線９３、および樹脂ラミネートフィルム９４は、全体として細長い矩形状に形成され、その幅は、電池セル１２の厚さよりも小さく形成されている。各リード線９３と配線９５との半田接合部は、絶縁性のチューブ、例えば、熱収縮チューブ９６により被覆され、保護されている。すなわち、熱収縮チューブ９６により、接合部の機械的強度の保持と水等の浸入による短絡を防止している。他方のサーミスタ１０２ｂもサーミスタ１０２ａと同様に構成されている。

サーミスタ１０２ａ、１０２ｂは、二次電池装置の多数の電池セル１２の内、最も温度が高くなる位置に設けられた電池セル１２、および最も温度が低くなる位置に設けられた電池セル１２にそれぞれ接触して配設され、これらの２つの電池セル１２の温度を代表して検出する。本実施形態では、図２において、矢印Ｆ方向が上を向くように二次電池装置を設置する場合を想定している。この場合、右列の真ん中に位置する電池セル１２が最も高温となりやすく、サーミスタ１０２ａはこの電池セル１２に接触している。また、左列の後端、あるいは前端の電池セルが最も低温となり易く、サーミスタ１０２ｂは、例えば、後端の電池セル１２に接触している。

図２、図８、図１０に示すように、アッパーケース１８の周壁１８ａの内面およびセンターケース１４の側壁内面には、バスバー装着室を貫通してセンターケースの高さ方向中間部まで延びる挿通溝１０４ａ、１０４ｂが形成されている。これらの挿通溝１０４ａ、１０ｂは、右列の真ん中のバスバー装着室６４ｂを貫通する位置、および、左列の後端のバスバー装着室７４ｃを貫通する位置にそれぞれ形成されている。

アッパーケース１８において、周壁１８ａおよび仕切り壁６２に断面Ｖ字形状のガイド溝９７が形成されている。１つのガイド溝９７は、挿通溝１０４ａから周壁１８ａおよび仕切り壁６２を通りＦＰＣ９８の位置まで延びている。他方のガイド溝９７は、挿通溝１０４ｂから周壁１８ａおよび仕切り壁６２を通り、ＦＰＣ９８の位置まで延びている。

図１１および図１３に示すように、センターケース１４の側壁１４ｂにおいて、サーミスタ１０２ａ、１０２ｂが取付けられる電池セル１２と対向する側壁内面に、それぞれ細長い帯状の溝１０７が形成されている。溝１０７は、電池セル１２の厚さよりも狭く、かつ、サーミスタ１０２ａ、１０２ｂの幅よりも大きな幅に形成されている。溝１０７は、センターケース１４の高さ方向に沿って、その中央部からアッパーケース１８側の側縁まで延びている。すなわち、溝１０７は、電池セル１２の側面に沿って延びている。溝１０７は、センターケース１４のアッパーケース１８側の側縁に開口し、前述したアッパーケース１８の挿入溝１０４ａ、１０４ｂのいずれかに連通する。

各溝１０７内に、押圧突起として機能する細長い楔状のリブ１０６がそれぞれセンターケース１４と一体に形成されている。リブ１０６は、センターケース１４の高さ方向に沿って、その中央部からアッパーケース１８側の側縁に向かって溝１０７内を延びている。すなわち、リブ１０６は、電池セル１２の側面に沿って延びている。リブ１０６の上端部は、センターケース１４のアッパーケース１８側の側縁から僅かに離れた位置まで延びている。リブ１０６は、溝１０７の幅よりも細く形成され、リブ１０６の両側に溝１０７が形成されている。

リブ１０６は、センターケース１４の中央部からアッパーケース１８側に向かって僅かに先細に形成されている。更に、リブ１０６は、センターケース１４の内面とほぼ同一の高さに形成され、リブ１０６の先細の先端部１０６ａが、アッパーケース１８側に向かって高さが徐々に低くなる楔状に形成されている。

図１０、図１１、図１４、図１５に示すように、サーミスタ１０２ａは、検出素子８８の部分が電池セル１２の側面に接触して配置され、テープ１０４により電池セル１２に貼り付けられている。振動・温度変化に対する耐久力を持たせるため、テープ１０４は基材に耐熱性・機械強度に優れたポリイミド系のものを使用し、粘着剤に熱硬化性を有するものを使用する。

センターケース１４の側壁１４ｂの内面に形成されたリブ１０６は、電池セル１２の側面と僅かな隙間を置いて対向し、サーミスタ１０２ａの検出素子８８、フィルム９４およびテープ１０４を電池セル１２とリブ１０６との間に挟み込んでいる。これにより、サーミスタ１０２ａの検出素子８８、フィルム９４およびテープ１０４は、リブ１０６より電池セルの側面に押付けられ、かつ、電池セルと接触状態に保持されている。万一、テープ１０４が剥がれた場合でも、サーミスタ１０２ａの脱落を防止し、電池セル１２とサーミスタとを接触状態に保持することができる。これにより、二次電池装置が振動等を受けた場合でも、サーミスタ１０２ａにより安定して電池セルの温度を測定することができ、長期信頼性を確保することができる。サーミスタ１０２ａをリブ１０６で押圧することにより、フィルム９４あるいはテープ１０４がリブの両側に膨らむ場合、これらの余幅部分は、リブ１０６の両側に位置する溝１０７に収納することができる。

図１０、図１１、図１４に示すように、サーミスタ１０２ａの熱収縮チューブ９６および配線９５は、挿通溝１０４ａを通してアッパーケース１８側に引き出され、更に、配線９５は、アッパーケース１８のガイド溝９７に嵌合し、このガイド溝９７に沿ってＦＰＣ９８まで引き回されている。配線９５は、ＦＰＣ９８上のパッドに半田接合され、配線９９ｃに電気的に接続されている。

ガイド溝９７は、配線９５が十分嵌合する幅で、かつ、配線との隙間を排除したＶ字状の断面形状に形成されている。配線９５を隙間無くガイド溝９７内に設置することにより、振動によって配線９５がガイド溝９７と擦れ、配線の被覆が破損し、短絡などの故障を防止することができる。また、振動による配線９５の位置ずれを防止することができる。アッパーケース１８の仕切り壁６２、周壁１８ａ等をガイド溝９７の経路に利用することにより、スペース効率を上げ二次電池装置全体の小型化を図ることが可能となる。
他方のサーミスタ１０２ｂは、上述したサーミスタ１０２ａと同様に、低温側の電池セル１２の側面にテープによって貼付され、更に、センターケース１４のリブ１０６により、電池セルとリブとの間に挟持され、電池セルに押付けられている。サーミスタ１０２ｂの配線は、挿通溝１０４ｂを通った後、アッパーケース１８のガイド溝９７に嵌合され、このガイド溝に沿ってＦＰＣ９８まで引き回されている。

サーミスタ１０２ａ、１０２ｂは、ＦＰＣ９８を介して電池監視基板２８に電気的に接続される。そして、サーミスタ１０２ａ、１０２ｂは、二次電池装置内において、比較的温度が高い位置に設けられている電池セル１２の温度、および、比較的温度が低い位置に設けられている電池セル１２の温度をそれぞれ検出し、電池監視基板２８に出力する。

上記のように構成されたサーミスタおよびサーミスタの設置構成によれば、応答性に優れているとともに、振動、温度変化に対する機械的強度を高め、自動車等の移動体用途の使用環境における温度測定の信頼性を向上することができる。

図１、図１６、図１７に示すように、ケース１０の前端壁１０ａの外面側に、矩形板状のターミナルベース２２が取り付けられている。ターミナルベース２２の外面上には、電池監視基板２８がねじ止めにより固定されている。前述した各ＦＰＣ９８から延出するハーネス８６は、コネクタ８７を介して、電池監視基板２８に電気的に接続されている。電池監視基板２８は、ＦＰＣ９８を介してセルユニットＣ間の電圧を検出し、監視するとともに、サーミスタ１０２ａ、１０２ｂによって検出されたセル温度を監視する。また、電池監視基板２８は、バランス調整回路を有し、電池セル間の電圧のバランスを調整する。

ターミナルベース２２には、正極出力端子２４および負極出力端子２６が取付けられている。ターミナルベース２２の端縁、例えば、上端縁の中央部に、係合突起１０７が形成されている。アッパーケース１８の前端壁の中央部に、カップ形状の位置決め凸部１０８が突設されている。

ターミナルベース２２は、係合突起１０７をケース側の位置決め凸部１０８に係合させることにより、ケース１０の前端壁１０ａに対して所定位置に位置決めされ、更に、複数のねじにより、ケース１０の前端壁１０ａにねじ止め固定され、ケース１０の前面に密着している。正極出力端子２４の上端部は、正極バスバー７６の正極側出力端部７６ｂとケース１０前面との間に差し込まれ、正極側出力端部７６ｂにねじ止め固定されている。これにより、正極出力端子２４は、正極バスバー７６に電気的および機械的に接続されている。負極出力端子２６の上端部は、負極バスバー７７の負極側出力端部７７ｂとケース１０前面との間に差し込まれ、負極側出力端部７７ｂにねじ止め固定されている。これにより、負極出力端子２６は、負極バスバー７７に電気的および機械的に接続されている。

図１に示すように、トップカバー２０は、ケース１０の平面形状とほぼ等しい大きさの矩形板状に形成され、アッパーケース１８の複数のバスバー装着室を覆って設けられている。トップカバー２０は、その周縁部および中央部が、アッパーケース１８の周壁およびセンターリブにねじ止めされ、アッパーケース１８に密に接合されている。

次に、上記のように構成された二次電池装置の組み立て方法について説明する。

まず、ケース１０を構成する３つの構成部材、つまり、センターケース１４、アッパーケース１８、ロワーケース１６を用意する。次に、アッパーケース１８の各バスバー装着室に対応するバスバーおよびバスバーユニットを予め装着する。アッパーケース１８の各閉塞板９０ａ、９０ｂ上に、ＦＰＣ９８を貼付し、各ＦＰＣの配線９９ａ、９９ｂを対応するバスバーにハンダ付け等により接続する。また、各ＦＰＣ９８上に、サーミスタ１０２ａ、１０２ｂの配線９５を接合した後、サーミスタをアッパーケース１８の挿通溝１０４ａ、１０４ｂに挿通し、アッパーケースの内面側から引き出しておく。また、配線９５をアッパーケース１８に形成されたガイド溝９７内に嵌合し、ガイド溝に沿って引き回す。

各バスバー上に、スポンジ等の押さえ部材を載置した後、上からトップカバー２０をアッパーケース１８に被せ、アッパーケースに仮止めする。更に、アッパーケース１８の内面側に形成されている各係合溝５４の周縁部に、電池セル１２を固定するための接着剤を塗布しておく。これにより、アッパーケースアッセンブリが構成される。
一方、ロワーケース１６の内面側に形成されている各係合溝３８の周縁部に電池セル１２を固定するための接着剤を塗布しておく。

続いて、図１８に示すように、アッパーケースアッセンブリ１５０をその内面側を上に向けて配置する。次いで、上方から、１０個のセルユニットＣをアッパーケース１８に上方から装填する。各電池セル１２の外装容器３０の上端部、つまり、電極端子が設けられている側の端部をアッパーケース１８の係合溝５４に嵌合し、予め塗布しておいた接着剤によりアッパーケース１８に固定する。正極および負極の向きが分かるように、各電池セル１２の外装容器３０の底面には、正極側を示すマークＭが付されている。各セルユニットＣにおいては、３つの電池セル１２のマークＭが整列するように電池セルを配置し、また、複数のセルユニットＣは、正極側と負極側とが交互に並ぶように配置する。

各セルユニットＣを装填することにより、各電池セル１２の正極端子３２ａおよび負極端子３２ｂは、アッパーケース１８の透孔５６ａ、透孔５６ｂを通して、対応するバスバーの正極開口８２ａ、負極開口８２ｂにそれぞれ係合する。この際、上述したように、各電池セル１２をその電極端子を下向きにしてアッパーケース１８に上から装着することにより、複数の電池セル１２の高さ方向の寸法にばらつきがある場合でも、電極端子側を整列してアッパーケース１８の係合溝５４に装着することができ、各電極端子を確実にバスバーに係合させることできる。

次いで、所定の電池セル１２の側面に、サーミスタ１０２ａ、１０２ｂの検出素子部分およびフィルムをテープ１０５により貼り付け、直接、電池セル１２に接触させる。続いて、図１９および図２０に示すように、アッパーケース１８上にセンターケース１４を上から被せ、１０個のセルユニットＣをセンターケース１４の対応する収容室５３にそれぞれ装填する。また、センターケース１４の内面に形成された楔状のリブ１０６により、サーミスタ１０２ａ、１０２ｂを電池セル１２との間に挟み込み、サーミスタを電池セルに押付け接触状態に固定する。この状態で、センターケース１４をアッパーケース１８に仮止めする。

続いて、図２１に示すように、ロワーケース１６を上からセンターケース１４に被せ、複数のねじにより、センターケース１４にねじ止め固定する。これにより、複数の電池セル１２の底側の端部は、ロワーケース１６の内面側に形成された係合溝３８に嵌合され、予め塗布しておいた接着剤によりロワーケース１６に固定される。

次に、図２９に示すように、ケース１０全体を反転した後、仮止めしていたトップカバー２０を取り外す。続いて、バスバーを押さえていた押さえ部材１５２を取り除く。その後、図２３に示すように、複数のねじによりアッパーケース１８をセンターケース１４にねじ止め固定する。次いで、各バスバーに電池セル１２の正極端子３２ａおよび負極端子３２ｂを溶接する。

一方、図１６に示すように、予めターミナルベース２２に正極出力端子２４および負極出力端子２６を固定し、また、電池監視基板２８をターミナルベース２２にねじ止め固定する。次いで、このターミナルベース２２をケース１０の前面上に位置決めしねじ止め固定した後、正極出力端子２４および負極出力端子２６を正極バスバー７６の正極側出力端部７６ｂおよび負極バスバー７７の負極側出力端部７７ｂにねじ止め固定する。また、ＦＰＣ９８から延出しているハーネス８６を電池監視基板２８に接続する。最後に、トップカバー２０をアッパーケース１８に被せ、アッパーケースにねじ止め固定する。これにより、二次電池装置が完成する。

以上のように構成された二次電池装置によれば、フィルム状の薄膜型温度センサを用いることにより応答性の高い温度検出を行うことができるとともに、筐体に押圧部により温度センサを電池セルと押圧部との間に挟み込み、温度センサを電池セルに接触した状態に確実に固定保持することができる。これにより、振動環境に設置した場合でも、電池セル制御に高い応答性および信頼性を確保することができ、更に、小型化を図ることが可能な二次電池装置およびその製造方法を提供することができる。

なお、この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、サーミスタの設置数は、２つに限らず、１つあるいは３つ以上としてもよい。サーミスタの設置位置は、上述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて変更可能である。サーミスタは、電池セルの側面に接触する構成としたが、側面に限らず、電池セルの主面に接触するように構成してもよい。温度センサはサーミスタに限らず、熱電対等を適用してもよい。セルユニットを構成する電池セルは３つに限らず、２つあるいは４つ以上としてもよい。また、セルユニットは、１０個に限らず、必要に応じて増減可能である。

１０…ケース（筐体）、１２…電池セル、１４…センターケース、１４ａ…側壁
１６…ロワーケース、１８…アッパーケース、２０…トップカバー、
２２…ターミナルベース、２４…正極出力端子、２６…負極出力端子、
２８…電池監視基板、３０…外装容器、３２ａ…正極端子、３２ｂ…負極端子、
６２…仕切り壁、８８…検出素子、９３…シード線、９４…フィルム、９５…配線、
９７…ガイド溝、９６…熱収縮チューブ、１０２ａ、１０２ｂ…サーミスタ、
１０６…リブ

Claims (5)

1. 筺体と、
   前記筺体内に収容された複数の電池セルと、
   前記電池セルに接触して設けられ、前記電池セルの温度を検出する温度監視センサと、を具備し、
   前記筐体は、前記電池セルに対向する内面と、前記内面に形成され前記温度監視センサに対向する溝と、この溝内に突設され前記温度監視センサを前記筐体と電池セルとの間に挟み込む押圧突起と、を備えている二次電池装置。
2. 前記電池セルは、それぞれ外装容器とこの外装容器の一端から突出する両極とを有し、前記外装容器が互いに平行となり、前記両極が引き出されている前記一端を同じ向きとして並んで配列され、
   前記筐体は、前記電池セルの外装容器の両側に対向する一対の側壁を有し、前記溝は前記側壁の内面に形成され前記温度監視センサが当接する電池セルに沿って延び、前記押圧突起は、前記溝内に突設され前記電池セルに沿って延びる細長いリブで形成され、
   前記リブは、前記電池セルの一端側から他端側に向かって先細に形成され、前記先細の端に向かって徐々に高さが低くなる楔状に形成されている請求項１に記載の二次電池装置。
3. 前記温度監視センサは、前記電池セルの温度を検出する検出素子と、前記検出素子から延出するリード線と、前記リード線に接続された配線と、前記検出素子およびリード線を被覆するフィルムと、を有し、
   前記温度監視センサは、前記検出素子およびフィルムが前記電池セルと押圧突起との間に挟持されている請求項１又は２に記載の二次電池装置。
4. 前記筐体は、前記電池セルの両極側を覆う天井壁と、この天井壁に形成され、それぞれバスバーを設置する複数のバスバー室を規定した複数の仕切り壁および周壁と、前記仕切り壁および周壁の少なくとも一方に形成されたガイド溝と、を有し、
   前記温度監視センサの配線は、前記天井壁を貫通し、前記ガイド溝内に配置され、ガイド溝に沿って引き回されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の二次電池装置。
5. 筺体と、前記筺体内に収容された複数の電池セルと、前記電池セルに接触して設けられ、前記電池セルの温度を検出する温度監視センサと、を具備し、前記筐体は、前記電池セルに対向する内面と、前記内面に形成され前記温度監視センサに対向する溝と、この溝内に突設され前記温度監視センサを前記筐体と電池セルとの間に挟み込む押圧突起と、を備える二次電池装置の製造方法であって、
   前記筐体の天井壁に温度監視センサを装着し、
   前記天井壁に複数の電池セルを取り付け、
   前記取付けられた複数の電池セルの１つに、前記温度監視センサを貼り付け、
   前記複数の電池セルおよび温度監視センサに被せて前記筐体の枠状の側壁を装着し、前記天井壁に固定し、前記側壁に形成された押圧突起により前記温度監視センサを前記電池セルに押付け、
   前記複数の電池セルに被せて前記筐体の底壁を装着し、前記側壁に固定する二次電池装置の製造方法。

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