JP4698215B2 - 電気デバイス集合体および収納ボックス構造体 - Google Patents

Description

本発明は、電池やキャパシタ（コンデンサ）に代表される電気的エネルギーを貯留および出力する電気デバイス要素を有する電気デバイスが複数個集合し、それが収納ボックス内に配置された電気デバイス集合体に関する。また、本発明はそのような電気デバイス集合体に利用可能な収納ボックス構造体に関する。

近年、例えば電気自動車のモータ駆動用の電源として軽量かつ小型の電池の開発が進められている。この種の電池の一例について図６を参照して説明する。図６は、特許文献１に開示された電池パックの構成を示す斜視図である。

図６に示すように、電池パック１５０は、複数の電池セル１２０とそれを収容するための収納ボックス１３０とを有しており、各電池セル１２０同士が電気的に接続されることによって電池セル１２０の個数に応じた所定の起電力が得られるように構成されている。収納ボックス１３０の上面と電池セル１２０との間には防振手段として例えばコイル状バネからなる弾性部材１６２が配置されている。この弾性部材１６２が配置されていることにより、外部から入力され電池セル１２０に伝達される図示上下方向（セル厚さ方向）の振動が減衰されるようになっている。

図６では図示されていないが、各電極タブ１２５の先端側は例えば電圧取出し用のバスバーに固定されているため、電池セル１２０が振動するということは、電極タブ１２５が振動することを意味する。こうした電極タブ１２５の振動は、電極タブ１２５の抵抗を増加させたり、タブの疲労破壊を引き起こしたりする原因となる。これに対して図６の構成では、弾性部材１６２の作用で電池セル１２０自体の振動が抑えられるため、結果として、電極タブ１２５の電気的特性の劣化あるいは破損が発生しにくいものとなっている。
特開２００３−２５７３９１号公報

しかしながら、図６の構成では、図示上下方向に関する電池セル１２０の振動（換言すればセルの変位）に対しては、弾性部材１６２を設けたことによる効果を得ることができるが、電池セル１２０が図示横方向（タブ幅方向）に変位した場合には、電極タブ１２５が破損する可能性が未だ残っている。つまり、例えば電池パック１５０全体に横方向の衝撃力がかかった際に、各電池セル１２０は横方向に変位することとなるが、電極タブ１２５はその先端側がバスバーによって保持されているため、電池セル１２０の変位に伴って電極タブ１２５が引っ張られてしまい、その結果、電極タブ１２５が部分的に塑性変形したり、裂けたりする可能性がある。

以上、電池として用いられる電池セル１２１を例に挙げて説明したが、上記のような問題は、コンデンサ等として構成された電気デバイスが収納ボックス内に収容され、各電気デバイスの電極タブがバスバー等に固定保持されているような構成の電気デバイス集合体にも同様に生じうる問題である。

そこで本発明の目的は、シート状の電極タブが引き出された電気デバイスが複数個集合した状態で収納ボックス内に配置されている電気デバイス集合体において、電気デバイスに電極タブの幅方向の衝撃力がかかった場合であっても電極タブが破損しにくい高信頼な電気デバイス集合体を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そのような電気デバイス集合体に利用可能な収納ボックス構造体を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の電気デバイス集合体は、外周部の両側からシート状の電極タブが引き出された電気デバイスと、重ね合わせられた複数の前記電気デバイスを収容するように構成されると共に、前記電極タブを外側に向けて延出させるための開口部が周壁の一部に形成されている収納ボックスと、前記電極タブの幅より長く形成され、前記開口部から延出した前記電極タブの先端側を支持しているタブ支持板とを有し、前記タブ支持板は前記開口部を前記電極タブの幅方向に横切るようにして前記収納ボックスの前記周壁に取付けられている電気デバイス集合体であって、前記タブ支持板は、前記収納ボックスの前記周壁に対して、前記電極タブの幅方向に相対移動可能に構成されている。

このような構成によれば、電極タブの先端側を支持しているタブ支持板が、収納ボックスの周壁に対してタブの幅方向に相対移動可能となっているため、例えば電気デバイス集合体全体にタブ幅方向の衝撃力がかかり電気デバイスが該タブ幅方向に移動した際に、それに応じてタブ支持板も同じ方向に移動する。したがって、従来の構成のように電極タブが引っ張られることに起因したタブの破損が起こりにくくなる。

タブ支持板とケース周壁との相対移動を可能とする構造としては次のようなものであってもよい。すなわち、前記タブ支持板の両端に、前記電極タブの幅方向を長手方向とする長穴が形成されており、電気デバイス集合体は、上記構成要素に加えさらに、前記タブ支持板を前記周壁に取付けるために前記長穴に通される軸部材と、前記タブ支持板を前記周壁側に向けて付勢する付勢部材とを有していてもよい。また、この付勢部材は前記軸部材にはめ込まれたコイルスプリングであってもよく、この場合、電気デバイス集合体は、該コイルスプリングと前記タブ支持板との間にさらにワッシャーを有していてもよい。上記タブ支持板は例えば導電性材料であってもよい。また、上記電気デバイスは、電気的エネルギーを貯留および出力するように構成されると共に前記電極タブが電気的に接続された電気デバイス要素と、該電気デバイス要素を収容するための密閉空間を形成する外装フィルムと、前記外装フィルムの周縁部を保持する枠体とを有するものであってもよく、この場合、前記枠体の外周部が、前記収納ボックスの内部に嵌合するように構成されていることか好ましい。

また、本発明の収納ボックス構造体は、外周部の両側からシート状の電極タブが引き出された電気デバイスを複数重ね合わせた状態で収容するように構成されると共に、前記電極タブを外側に向けて延出させるための開口部が周壁の一部に形成されている収納ボックスと、前記電極タブの幅より長く形成され、前記開口部から延出した前記電極タブの先端側を支持するタブ支持板とを有し、前記タブ支持板は、前記開口部を、前記収納ボックス内に配置される前記電気デバイスの前記電極タブの幅方向に横切るようにして前記収納ボックスの前記周壁に取付けられる収納ボックス構造体であって、前記タブ支持板は、前記電極タブを支持した状態で、前記収納ボックスの前記周壁に対して、前記電極タブの幅方向に相対移動可能に構成されている。このように構成された収納ボックス構造体によれば、収納ボックス内に複数の電気デバイスを重ねて収容することで、上記本発明の電気デバイス集合体として利用可能である。

上述したように本発明の電気デバイス集合体によれば、電極タブの先端側を支持しているタブ支持板が電極タブの幅方向に移動できる構成となっているため、電気デバイスに電極タブ幅方向の衝撃力がかかった場合であっても電極タブが破損しにくいものとなり、結果的に電気デバイス集合体の高信頼性化を図ることができる。また、本発明の収納ボックス構造体は、上記本発明の電気デバイス集合体として好適に利用可能である。

以下、本発明の電気デバイス集合体の実施の形態について電池パックを例として図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の電池パックの構成を示す斜視図である。図２は、電池セルを単体の状態で示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態の電池パック５０は、重なるようにして集合した複数（例えば１２個）の電池セル２０と、それを収容するためのケース３１と、該ケース３１の側壁に取付けられた複数のタブ支持板４５とを有している。

電池セル２０単体は、図２に示すように、所定の起電力（例えば３．６Ｖ）を出力する薄型の電池要素２３（電気デバイス要素）が外装フィルム２４によって密封封止されたものである。詳細には図示しないが、外装フィルム２４の周縁部にはフィルム同士を熱融着させた封止部が形成されており、その封止部から、いずれもシート状の、正極用の電極タブ２５ａおよび負極用の電極タブ２５ｂが引き出されている。外装フィルム２４の周縁部には、例えば樹脂成形品からなる枠体２１が取付けられている。枠体２１は長方形の輪郭形状を有しており、上記電極タブ２５ａ、２５ｂ（以下、単に「電極タブ２５」と示すこともある）は枠体２１の各短辺から引き出されている。

このような枠体２１が取付けられていることで、電池セル２０単体の取扱い性が向上し、また、枠体２１が補強部材としても機能することから電池要素２３および外装フィルム２４が破損しにくくなる。さらに、本実施形態のように複数の電池セル２０を重ね合せる構成においては、隣接する電池セル２０の枠体２１同士が互いに当接するような構成とすることが好ましい。これにより、電池セル２０を重ね合せた際の最終的な外形形状の寸法精度を高めることができる。

再び図１を参照し、ケース３１は、樹脂成形品からなる一体部材であり、複数の電池セル２０をケース内に装入するための装入口３８が形成されている。なお、この装入口３８には蓋（不図示）が取付けられるようになっており、本実施形態においては、この蓋とケース３１とが収納ボックスを構成している。

ケース３１の周壁の一部である側壁３５には開口部３６が形成されており、ケース３１内の各電池セル２０の電極タブ２５が、この開口部３６からケースの外側に向かって延出するようになっている。また、ケース内側の４隅には嵌合部３９が形成されており、この嵌合部３９は、電池セル２１の枠体２１の外周部と嵌合するように構成されている。つまり、ケース３１内に電池セル２０を装入すると、ケース３１の嵌合部３９と枠体２１の外周部とが嵌合し、これにより、電池セル２０の二次元方向の動きが規制されるようになっている。

次に、本電池パック５０における各電池セル２０同士の電気的接続およびタブ支持板４５について、図１および図３を参照して説明する。図３は、図１に示された複数の電池セルの上面図である。

図３に示すように、複数の電池セル２０は直列接続となるように交互に反対向きに配置されている。具体的には、一方の電池セル２０の電極タブ２５ａ（正極）と他方の電極タブ２５ｂ（負極）は、その先端側が重ねられており、この電極タブ同士の重ね合せ部がタブ支持板４５によって固定的に支持されている。

タブ支持板４５は導電性の金属板からなり、図１に示すように、電極タブ２５の幅よりも長く形成されている。タブ支持板４５は、その長手方向が電極タブ２５の幅方向（図示上下方向）となるように配置され、その両端がケースの側壁３５に取付けられる構成となっている。

タブ支持板４５と上記電極タブ同士の重ね合せ部とは、より詳細には、レーザー溶接等によって相互に接合されている。この状態では、電極タブ２５ａ、２５ｂ同士が電気的に接続されると共に、導電性材料であるタブ支持板４５も通電状態となっている。このように通電状態となっているタブ支持板４５は、各電池セル２０ごとの電圧取出し端子としても利用可能である。例えば、タブ支持板４５のそれぞれに所定の電気回路を接続して、各電池セル２０の電圧を管理することもできるし、あるいは、仮に１つの電池セル２０に異常が発生した際に回路全体が損傷しないように、各電池セル２０ごとにヒューズを設けることもできる。

次に、図４、図５を参照して、タブ支持板４５をケース側壁に取付けるための構造について説明する。図４は、図１の電池パック５０の上部側を部分的に拡大して示す斜視図であり、タブ支持板を取付けるためのボルト等が描かれている。図５は、タブ支持板がケース側壁に取付けられた状態を示す断面図である。

各タブ支持板４５の両端（図４では一方のみを示す）には長穴４５ａが形成されており、この長穴４５ａの長手方向は電極タブの幅方向と同一となっている。この長穴４５ａには、段付きボルト６１が通されるようになっており、さらに、この段付きボルト６１にはコイルスプリング６２およびワッシャー６３が、段付きボルト６１と同軸にはめ込まれる構成となっている。図５に示すように、段付きボルト６１を側壁３５に取付けると、コイルスプリング６２が縮まり、これにより生じたコイルスプリング６２の付勢力によって、タブ支持板４５が側壁３５に向けて付勢される。このときの付勢力は、例えば何らかの衝撃力によって電池セル２０が図示上下方向（タブ幅方向）に移動した際に、それに合わせてタブ支持板４５が上下移動できるような範囲内に設定されている。

このような構成によれば、電池セル２０の上下移動に応じて、電極タブ２５を支持しているタブ支持板４５も上下方向に移動できることから、電極タブに引張荷重が加わりにくくなり、その結果、電極タブの破損が起こりにくいものとなる。

なお、前述の通り電池セル２０は、ケース３１内に嵌合するように配置されており、基本的には上下方向への動きが規制されているため、電池セル２０の変位に起因した電極タブ２５の破損の問題は比較的起こりにくくなっている。しかし、例えば自動車事故の際の衝撃等によっては、電池セル２０は瞬間的に大きく変位する場合もある。このように仮に電池セルが大きく変位した場合であっても電極タブ２５が破損しにくい構造となっていることは、電池パック５０の信頼性がより向上する点で好ましい。

なお、本実施形態のようにコイルスプリング６２を利用する場合、スプリング端部が長穴内に引っかかってしまうおそれもあるため、図５に示す通り、コイルスプリング６２とタブ支持板４５との間にワッシャー６３が配置されていることが好ましい。また、ワッシャー６３が配置されていることにより、コイルスプリング６２からの付勢力がワッシャー６３を介してタブ支持板４５に伝達されるようになり、その結果、タブ支持板４５に均一的な付勢力を与えることができる。

また、図４の構成において、ケースの側壁３５に金属バー５５（破線にて示す）を配置することもできる。この金属バー５５は、タブ支持板４５とは別の電圧取出し電極として利用されるものである。タブ支持板４５が側壁３５側に押付けられている本実施形態の構成は、このような金属バー５５が配置されている場合に特に有利である。すなわち、タブ支持板４５と金属バー５５との密着を確実なものとし、ひいては両部材間の電気的接続の確実性を向上させることができるためである。

以上、本発明の実施の形態について図１から図５を参照して説明したが、本発明はそれらに限定されるものではない。特に、タブ支持板４５を上下方向に移動自在とするための構造は種々変更可能である。例えば、本実施形態では長穴４５ａに通される部材として段付きボルト６１（図４参照）を利用したが、段付きボルト６１の代わりに、ケース３１に一体的に形成され側壁３５から突起した軸部材（不図示）を利用することもできる。すなわち、この軸部材がタブ支持板の長穴４５ａに係合し、この係合により、タブ支持板４５が上下方向に移動できるようになっていればよい。また、図４の構成では、タブ支持板４５のそれぞれにコイルスプリング６２が設けられていたが、それに限らず、複数のタブ支持板４５を一括してケース側壁に向けて付勢するような付勢部材を利用することもできる。

なお、以上説明した本実施形態ではタブ支持板４５を電圧取出し端子として利用する都合上、その材質に金属材料を選定したが、タブ支持板４５は必ずしも金属材料である必要はなく樹脂材料等の絶縁材料であってもよい。

また、本実施形態では、ケース３１と、それに取付けられる蓋（不図示）とが「収納ボックス」を構成するものであったが、収納ボックスはケース３１のみで構成されていてもよい。

また、本実施形態では、外包体が外装フィルム２４である電池セル２０を例に挙げて説明したが、電池セル２０としては、外装フィルム２４の代わりに缶などを用いて電池要素２３（電気デバイス要素）を気密封止した電気デバイスであってもよい。また、以上の説明では詳細に述べなかったが、電池セル２０に用いられる電池要素２３は、リチウムイオン二次電池、具他的には、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が含浸されるものであってもよい。もっとも、電池要素２３はリチウムイオン二次電池の他にも、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池の電池要素であってもよい。また、電池要素２３は積層型のものに限らず、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が交互に積層された構造の捲回型であってもよい。さらに、電気デバイス要素として、電気二重層キャパシタなどのキャパシタあるいは電解コンデンサなどに例示されるキャパシタ要素のような、電気的エネルギーを貯留および出力するものを利用するものであってもよい。

本実施形態の電池パックの構成を示す斜視図である。 電池セルを単体の状態で示す斜視図である。 図１に示された複数の電池セルの上面図である。 図１の電池パックの上部側を部分的に拡大して示す斜視図である。 タブ支持板がケース側壁に取付けられた状態を示す断面図である。 従来の電池パックの構成を示す斜視図である。

符号の説明

２０ 電池セル
２１ 枠体
２３ 電池要素
２４ 外装フィルム
２５、２５ａ、２５ｂ 電極タブ
３１ ケース
３５ 側壁
３６ 開口部
３８ 装入口
３９ 嵌合部
４５ タブ支持板
４５ａ 長穴
５０ 電池パック
６１ 段付きボルト
６２ コイルスプリング
６３ ワッシャー

Claims (6)

1. 外周部の両側からシート状の電極タブが引き出された電気デバイスと、重ね合わせられた複数の前記電気デバイスを収容するように構成されると共に、前記電極タブを外側に向けて延出させるための開口部が周壁の一部に形成されている収納ボックスと、前記電極タブの幅より長く形成され、前記開口部から延出した前記電極タブの先端側を支持しているタブ支持板とを有し、前記タブ支持板は前記開口部を前記電極タブの幅方向に横切るようにして前記収納ボックスの前記周壁に取付けられている電気デバイス集合体であって、
   前記タブ支持板は、前記収納ボックスの前記周壁に対して、前記電極タブの幅方向に相対移動可能に構成されている電気デバイス集合体。
2. 前記タブ支持板の両端には、前記電極タブの幅方向を長手方向とする長穴が形成されており、
   前記タブ支持板を前記周壁に取付けるために前記長穴に通される軸部材と、前記タブ支持板を前記周壁側に向けて付勢する付勢部材とをさらに有する、請求項１に記載の電気デバイス集合体。
3. 前記付勢部材は、前記軸部材にはめ込まれたコイルスプリングであって、該コイルスプリングと前記タブ支持板との間にはワッシャーが配置されている、請求項２に記載の電気デバイス集合体。
4. 前記タブ支持板は導電性材料である、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気デバイス集合体。
5. 前記電気デバイスは、電気的エネルギーを貯留および出力するように構成されると共に前記電極タブが電気的に接続された電気デバイス要素と、該電気デバイス要素を収容するための密閉空間を形成する外装フィルムと、前記外装フィルムの周縁部を保持する枠体とを有し、
   前記枠体の外周部と前記収納ボックスの内部とは互いに嵌合し合うように構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気デバイス集合体。
6. 外周部の両側からシート状の電極タブが引き出された電気デバイスを複数重ね合わせた状態で収容するように構成されると共に、前記電極タブを外側に向けて延出させるための開口部が周壁の一部に形成されている収納ボックスと、前記電極タブの幅より長く形成され、前記開口部から延出した前記電極タブの先端側を支持するタブ支持板とを有し、前記タブ支持板は、前記開口部を、前記収納ボックス内に配置される前記電気デバイスの前記電極タブの幅方向に横切るようにして前記収納ボックスの前記周壁に取付けられる収納ボックス構造体であって、
   前記タブ支持板は、前記電極タブを支持した状態で、前記収納ボックスの前記周壁に対して、前記電極タブの幅方向に相対移動可能に構成されている収納ボックス構造体。

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