JP2018170179A - 蓄電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】安全性に関する信頼性の要求を満たしつつ、コストダウンに寄与することができる蓄電デバイスを提供すること。【解決手段】外装体１５が電池要素１１、１２を収容するラミネートフィルム１６、１７から構成され、外装体１５に電池要素１１、１２の導電部１３、１４を露出する開口部が形成され、ラミネートフィルムの融着領域１６ｂ、１７ｂに第１貫通孔１８が形成される複数のバッテリセル１０が、導電部１３、１４が互いに接触するように積層される蓄電デバイス１であって、スペーサを設けずに積層される複数のバッテリセル１０を収容する筐体２０と、樹脂からなり、複数のバッテリセル１０の第１貫通孔１８を貫通する柱部材３０と、筐体２０に設けられ、柱部材３０の端部３１が熱溶着される第２貫通孔２２と、を含み、第１貫通孔１８の断面積は、柱部材３０の幅方向における断面積以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電デバイスに関する。

バッテリの一形態として、２枚のラミネートフィルムで電池要素を挟み込むように収容する所謂パウチ型のバッテリセルが知られている。一般的にパウチ型のバッテリセルは、扁平形状であり、２枚のラミネートフィルムの間からシート状の電極端子が突出するように形成されている。また、パウチ型のバッテリセルは、例えば特許文献１に開示されているように、複数のバッテリセルを積層することにより所望の充放電容量の蓄電デバイスを構成して使用されることが多い。

パウチ型のバッテリセルの外形的構成は、より具体的には、電池要素を収容する被覆領域と、被覆領域の周囲で２枚のラミネートフィルムを互いに融着して密封する融着領域とからなる。特許文献１にかかる従来技術では、バッテリセルの融着領域に貫通孔が形成され、同じく貫通孔が形成された複数のスペーサと複数の当該バッテリセルとを交互に積層すると共に、これらの貫通孔を貫通するように設けられた固定用柱部により一体に構成された蓄電デバイスが開示されている。当該スペーサにより、各バッテリセルの電極端子どうしが短絡することを防止しつつ、各バッテリセルから突出する電極端子と充放電ラインとを接続することができる。

特開２００８−２６９９２６号公報

ところで、上記のような蓄電デバイスは、電気自動車や航空機などのように、移動時に振動が発生する移動体に搭載されることがある。しかしながら、蓄電デバイスは、安全性の観点から搭載時の振動入力に対する信頼性の要求を満足するために頑健な構成にしなければならず、製造コストが上昇してしまう虞が生じる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安全性に関する信頼性の要求を満たしつつ、コストダウンに寄与することができる蓄電デバイスを提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係る蓄電デバイスは、外装体が電池要素を収容するラミネートフィルムから構成され、前記外装体に前記電池要素の導電部を露出する開口部が形成され、前記電池要素の周縁であって前記ラミネートフィルムが融着するに融着領域に第１貫通孔が形成される複数のバッテリセルが、前記導電部が互いに接触するように積層される蓄電デバイスであって、スペーサを設けずに積層される複数の前記バッテリセルを収容する筐体と、樹脂からなり、前記複数のバッテリセルの前記第１貫通孔を貫通する柱部材と、前記筐体に設けられ、前記柱部材の端部が熱溶着される第２貫通孔と、を含み、前記第１貫通孔の断面積は、前記柱部材の幅方向における断面積以下であることを特徴とする蓄電デバイス。

本発明に係る蓄電デバイスによれば、各バッテリセルの導電部が、外装体に形成された開口部から露出する構成であることにより、バッテリセル間にスペーサを設けることなく複数のバッテリセルを積層することができる。また、バッテリセルの融着領域に形成された第１貫通孔の断面積は、柱部材の幅方向における断面積以下である。これにより、積層された各バッテリセルは、柱部材を介して筐体に対する水平方向及び鉛直方向の変位が共に規制されることになる。これにより、本発明に係る蓄電デバイスによれば、安全性に関する信頼性の要求を満たしつつ、スペーサーフリー構造の実現による部品点数の削減および製造工程の簡易化を通じ、コストダウンに寄与することができる蓄電デバイスを提供することができる。

本発明に係る蓄電デバイスの構成を示す断面図である。 本発明に係るバッテリモジュールの内部構成を模式的に示す断面図である。 本発明に係るバッテリモジュールの外観を示す上面図である。 本発明に係るバッテリセルの構成を示す斜視図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。

図１は、本発明に係る蓄電デバイス１の構成を示す断面図である。蓄電デバイス１は、例えば、車両に搭載されることにより当該車両の走行に必要な電力を放電して供給すると共に、車両の減速時に発生する回生エネルギーを充電することが可能なバッテリ装置である。

蓄電デバイス１は、複数のバッテリモジュール２、複数のアタッチメント３、エンドプレート４、バスバー５、及びスタックコネクタ６を備える。

バッテリモジュール２は、詳細を後述するように、複数のバッテリセル１０を収容すると共に、入力される振動に対してこれらのバッテリセル１０の変位を規制する。本実施形態においては、４つのバッテリモジュール２によりスタックが構成されているが、バッテリモジュール２の個数は４つに限定されるものではない。

アタッチメント３は、隣接して配置される２つのバッテリモジュール２を所定の間隔で互いに固定し、又は、隣接して配置されるバッテリモジュール２とエンドプレート４とを所定の間隔で互いに固定する固定用部材である。

エンドプレート４は、複数の積層されたバッテリモジュール２からなるスタックを上下から挟むように配置され、例えば搭載される車両に蓄電デバイス１を固定する。また、エンドプレート４は、絶縁材料からなり、導電性を有するバスバー５及びスタックコネクタ６を内蔵する。バスバー５は、一端が例えば図示しない車両の電力制御装置と接続され、蓄電デバイス１と車両の電力制御装置との電力の授受を行い、また、他の部分において、スタックコネクタ６を介して、エンドプレート４に隣接するバッテリセル１０の電極端子に接続されることにより、バッテリセル１０の充放電を行う。すなわち、蓄電デバイス１が備える２つのバスバー５は、それぞれ蓄電デバイス１を充放電するための正極及び負極となる。

次に、各バッテリモジュール２の構成について説明する。図２は、本発明に係るバッテリモジュール２の内部構成を模式的に示す断面図である。図３は、本発明に係るバッテリモジュール２の外観を示す上面図である。

バッテリモジュール２は、複数のバッテリセル１０、筐体２０、柱部材３０、及びモジュールコネクタ４０を備える。

バッテリセル１０は、図示しない正極板、負極板、及びセパレータを積層して構成される電極体１１と電解質１２とからなる電池要素を内部に収容することで蓄電が可能である。本実施形態においては、４つのバッテリセル１０ａ〜１０ｄが積層されており、これらのバッテリセル１０ａ〜１０ｄは互いに直列に接続されている。

バッテリセル１０は、表裏にそれぞれ形成された正極端子１３及び負極端子１４を介して電力の授受を行う。積層されたバッテリセル１０のうち、最上部に配置されたバッテリセル１０ａは、上面において中央部を挟む二カ所に正極端子１３が配置され、下面において中央部の一カ所に負極端子１４が配置されている。また、積層されたバッテリセル１０のうち、最下部に配置されたバッテリセル１０ｄは、上面において中央部の一カ所に正極端子１３が配置され、下面において中央部を挟む二カ所に負極端子１４が配置されている。そして、積層されたバッテリセル１０のうち、中間部に配置されたバッテリセル１０ｂ及び１０ｃは、上面及び下面において中央部の一カ所に正極端子１３及び負極端子１４がそれぞれ配置されている。

ここで、一般的にバッテリセルは、充放電に伴い膨張及び収縮し、その厚みの変位量はバッテリセルの中央部において最大となる。上記のように、本発明に係る蓄電デバイス１では、積層されたバッテリセル１０において、隣接して配置される２つのバッテリセル１０は、互いの正極端子１３と負極端子１４とがバッテリセル１０の中央部において接続されている。そのため、各バッテリセル１０の膨張に伴い厚みが増加した場合であっても、隣接して配置される２つのバッテリセル１０の導通状態を良好に維持することができる。なお、各バッテリセル１０間を電気的に接続する場合や、正極端子１３及び負極端子１４は必須な構成ではない。バッテリセルの外装体であるラミネートフィルムの膜厚は一般的に数十μｍであり、正極端子１３及び負極端子１４を介さずに積層した場合であっても、各バッテリセル１０間の電気的接続は阻害されない。したがって、各バッテリセル１０の電極体１１が露出した部分を対向させて積層することにより、十分な電気的接続を得ることができる（図示せず）。

筐体２０は、剛性を有する部材により箱状に形成され、積層された４つのバッテリセル１０ａ〜１０ｄを収容する。筐体２０は、上面及び下面の中央部付近において鉛直方向の幅を狭めるように板バネ部２１が形成されている。板バネ部２１は、積層された４つのバッテリセル１０ａ〜１０ｄを鉛直方向から挟んで固定する。本実施形態においては、最上部に配置されたバッテリセル１０ａの上面、及び最下部に配置されたバッテリセル１０ｄの下面において、２つの板バネ部２１がそれぞれ筐体２０の内側に向けて押圧する。尚、押圧面には図示しない接着剤が塗布されている。

柱部材３０は、樹脂材料からなり、詳細を後述するように、各バッテリセル１０に形成された第１貫通孔１８をそれぞれ貫通して設けられる。また、柱部材３０は、端部３１が筐体２０に形成された第２貫通孔２２から外側に突出すると共に、第２貫通孔２２の周囲において筐体２０と熱溶着により固定される。ここで、柱部材３０は、樹脂材料から形成されているため、各バッテリセル１０の第１貫通孔１８に導電性を有する部分が露出していたとしても、バッテリセル１０のショートを防止することができる。また、柱部材３０は、筐体２０と熱溶着により固定されることから、他の部材を導入することなく筐体２０に固定することができ、材料コストの低減と、製造工程の簡素化による歩留りの向上が可能となる。

モジュールコネクタ４０は、導電性を有する部材からなり、筐体２０の内外を電気的に導通するための導通路として形成されている。より具体的には、筐体２０の上面に配置されたモジュールコネクタ４０は、図２及び図３に示すように、筐体２０の内部において最上部に配置されたバッテリセル１０ａの正極端子１３に一端が接続され、筐体２０の上面に形成された第３貫通孔２３を通って筐体２０の外側に他端が突出するように形成されている。また、筐体２０の下面に配置されたモジュールコネクタ４０は、筐体２０の内部において最下部に配置されたバッテリセル１０ｄの負極端子１４に一端が接続され、筐体２０の下面に形成された第３貫通孔２３を通って筐体２０の外側に他端が突出するように形成されている。

また、モジュールコネクタ４０の他端は、複数のバッテリモジュール２をスタックとして構成した場合に、図１に示すように、対向するモジュールコネクタ４０又はスタックコネクタ６と接続され、互いに電力を授受することが可能となる。尚、モジュールコネクタ４０の一端は、接続される正極端子１３又は負極端子１４との間で導電性を損なわない構成により接着されることが好ましい。なお、モジュールコネクタ４０を、正極端子１３及び負極端子１４を介さず、電極体１１が露出した部分に直接設けてもよいことは言うまでもない。

続いて、各バッテリセル１０の構成についてさらに説明する。図４は、本発明に係るバッテリセル１０の構成を示す斜視図である。

バッテリセル１０は、本実施形態においては、上記した電極体１１及び電解質１２からなる電池要素と、電池要素を収容する外装体１５からなる。尚、電池要素は、二次電池であるか一次電池であるかを問わず、また、キャパシタのような蓄電器であってもよい。

外装体１５は、上面ラミネートフィルム１６と下面ラミネートフィルム１７とを張り合わせて形成される。また、上面ラミネートフィルム１６及び下面ラミネートフィルム１７は、それぞれ電池要素を両面から覆う被覆領域１６ａ、１７ａ、及び電池要素の周縁において上面ラミネートフィルム１６と下面ラミネートフィルム１７とを融着する融着領域１６ｂ、１７ｂからなる。

上面ラミネートフィルム１６は、バッテリセル１０の正極端子１３を露出する開口部が形成され、被覆領域１６ａの一部において導電部を構成する。ここで、正極端子１３を露出する開口部の周囲には、接着剤５０が塗布されている。

下面ラミネートフィルム１７は、上面ラミネートフィルム１６と同様の構成により、バッテリセル１０の負極端子１４を露出する開口部が形成され、被覆領域１７ａの一部において導電部を構成する。また、負極端子１４を露出する開口部の周囲には、図示しない接着剤５０が塗布されている。

積層される複数のバッテリセル１０のうち、隣接して配置される２つのバッテリセル１０は、一方のバッテリセル１０の正極端子１３と他方のバッテリセル１０の負極端子１４とが接し、その周囲に塗布された接着剤５０により良好な接触状態を維持することができる。

上面ラミネートフィルム１６及び下面ラミネートフィルム１７には、融着領域１６ｂ、１７ｂを貫通する第１貫通孔１８が、本実施形態においては、各バッテリセル１０に４つ形成されている。そして、積層される複数のバッテリセル１０の各第１貫通孔１８に亘って柱部材３０を貫通させると共に、上記したように柱部材３０を筐体２０に固定することにより、筐体２０に対する各バッテリセル１０の水平方向の変位を規制することができる。

また、第１貫通孔１８の断面積は、柱部材３０の幅方向における断面積以下である。すなわち、柱部材３０は、第１貫通孔１８に対して圧入するように貫通している。これにより、柱部材３０は、筐体２０に対する各バッテリセル１０の鉛直方向の変位を規制することができる。本実施例においては、第１貫通孔１８及び柱部材３０の断面の形状を円形としているが、柱部材３０が第１貫通孔１８に対して圧入するように貫通することで鉛直方向の変位が規制されていればよく、第１貫通孔１８及び柱部材３０の断面は他の形状であってもよい。

以上のように、本発明に係る蓄電デバイス１は、導電部としての正極端子１３又は負極端子１４がバッテリセル１０の被覆領域１６ａ、１７ａに形成され、また、積層される複数のバッテリセル１０が柱部材３０を介して筐体２０に対する水平方向及び鉛直方向の変位が共に規制される。これにより、各バッテリセル１０の間にスペーサを設ける必要が無く、部品点数を削減することができるため、部品コストの低減が可能になる。また、積層される複数のバッテリセル１０を柱部材３０のみにより一括で筐体２０に固定する簡易構造であることから、製造工程の簡素化に伴う製造コストの低減が可能になる。

さらに、本発明に係る蓄電デバイス１は、積層される複数のバッテリセル１０の筐体２０に対する変位が規制されることから、振動入力が発生する移動体に搭載された場合であっても、信頼性を損なうことなく安全性を確保することができる。従って、本発明に係る蓄電デバイス１によれば、安全性に関する信頼性の要求を満たしつつ、コストダウンに寄与することができる。

１ 蓄電デバイス
１０ バッテリセル
１１ 電極体（電池要素）
１２ 電解質（電池要素）
１３ 正極端子（導電部）
１４ 負極端子（導電部）
１５ 外装体
１６ 上面ラミネートフィルム
１７ 下面ラミネートフィルム
１６ａ、１７ａ 被覆領域
１６ｂ、１７ｂ 融着領域
１８ 第１貫通孔
２０ 筐体
２２ 第２貫通孔
３０ 柱部材
３１ 端部

Claims (1)

1. 外装体が電池要素を収容するラミネートフィルムから構成され、前記外装体に前記電池要素の導電部を露出する開口部が形成され、前記電池要素の周縁であって前記ラミネートフィルムが融着するに融着領域に第１貫通孔が形成される複数のバッテリセルが、前記導電部が互いに接触するように積層される蓄電デバイスであって、
   スペーサを設けずに積層される複数の前記バッテリセルを収容する筐体と、
   樹脂からなり、前記複数のバッテリセルの前記第１貫通孔を貫通する柱部材と、
   前記筐体に設けられ、前記柱部材の端部が熱溶着される第２貫通孔と、を含み、
   前記第１貫通孔の断面積は、前記柱部材の幅方向における断面積以下であることを特徴とする蓄電デバイス。

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