JP2011171052A

JP2011171052A - ラミネートセル電池構造体

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Publication number: JP2011171052A
Application number: JP2010032424A
Authority: JP
Inventors: Gen Suzuki; 玄鈴木; Hiroshi Kawai; 博河合; Kosho Yamaguchi; 晃章山口; Toshiyuki Kawai; 利幸河合; Naomi Awano; 直実粟野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: JP5375651B2

Abstract

【課題】簡単な構造によって、電池冷却用の冷却風と電池異常時に漏洩するガスとの混流を防ぎ、電池の冷却と電池異常時に漏洩するガスの処理とを適切に行うことができるラミネートセル電池構造体を提供すること。
【解決手段】ラミネートセル電池構造体１は、可撓性のシート状容器３１内に電池本体３２が収容され、電池本体３２から一対のシート状の電極３３Ａ、３３Ｂがシート状容器３１の外部に引き出されてなるラミネートセル電池３を複数枚積層してなる。複数枚積層したラミネートセル電池３は、その四方の側部を保持する保持枠２内に保持されている。この保持枠２には、冷却風Ａを電極３３Ａ、３３Ｂの近傍を通過させるための冷却通路２３と、シート状容器３１において電極３３Ａ、３３Ｂを引き出した引出端部３０１からガスＧが漏洩した場合にこのガスＧを通過させるための排出通路２４とが隔離して形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラミネートセル電池を複数枚積層してなるラミネートセル電池構造体に関する。

従来より種々の形式の電池があるが、その中でも、アルミニウム基材の表面を絶縁性の樹脂で被覆してなる可撓性のシート状容器内に電池本体を収容してなるラミネートセル電池は、製造及び取扱いが容易であり、かつ安価であることから多くの需要が期待されている。
ラミネートセル電池は、複数枚を積層し、各電池の電極間を並列接続又は直列接続のいずれの接続方法によっても柔軟に接続して用いることができる。

例えば、特許文献１のラミネート型電池モジュールにおいては、ラミネートフィルムを融着して安全弁を形成しており、この安全弁は、電池内部で発生したガスを排煙ダクトへ排出するために所定圧力で開弁するよう構成されている。これによれば、ラミネートセル電池に異常が発生したときには、安全弁を他の部位に比べて優先的に開裂させることができる。

特開２００６−９２９０５号公報

しかしながら、特許文献１においては、ラミネート型電池を冷却するための工夫はなされていない。また、ラミネート型電池において電池の収容部分に対してガスの排出経路及び安全弁を別途設ける必要があり、電池の構造が複雑になってしまう。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構造によって、電池冷却用の冷却風と電池異常時に漏洩するガスとの混流を防ぎ、電池の冷却と電池異常時に漏洩するガスの処理とを適切に行うことができるラミネートセル電池構造体を提供しようとするものである。

本発明は、可撓性のシート状容器内に電池本体が収容され、該電池本体から一対のシート状の電極が上記シート状容器の外部に引き出されてなるラミネートセル電池を複数枚積層してなり、
上記複数枚積層したラミネートセル電池は、その四方の側部を保持する保持枠内に保持されており、
該保持枠には、冷却風を上記電極の近傍を通過させるための冷却通路と、上記シート状容器において上記電極を引き出した引出端部からガスが漏洩した場合に該ガスを通過させるための排出通路とが隔離して形成されていることを特徴とするラミネートセル電池構造体にある（請求項１）。

本発明のラミネートセル電池構造体は、複数枚積層したラミネートセル電池を保持枠内に保持しており、この保持枠に対して電池を冷却する機能と電池異常時に発生するガスを排出する機能とを兼備させている。
具体的には、冷却通路は、冷却風を各ラミネートセル電池の電極の近傍を通過させるよう保持枠に形成されている。これにより、電池の発熱によって加熱され易い電極を効果的に冷却することができる。
また、排出通路は、電池異常時にシート状容器の引出端部から漏洩するガスを通過させるよう保持枠に形成されている。これにより、電池異常時にガスが漏洩し易いと考えられるシート状容器の引出端部からガスが漏洩した場合には、このガスを外部へ排出することができる。

そして、冷却通路と排出通路とは隔離して形成されている。これにより、電池異常時に漏洩したガスが冷却通路に混流することを防止することができ、冷却通路を流れる冷却風は安全な気体として処理することができる。一方、排出通路に流れたガスは、人体に影響を及ぼさないよう処理することができる。
それ故、本発明のラミネートセル電池構造体によれば、簡単な構造によって、電池冷却用の冷却風と電池異常時に漏洩するガスとの混流を防ぎ、電池の冷却と電池異常時に漏洩するガスの処理とを適切に行うことができる。

実施例における、ラミネートセル電池構造体を示す斜視図。実施例における、ラミネートセル電池構造体の保持枠における一方側枠部（他方側枠部）を拡大して示す断面説明図。実施例における、ラミネートセル電池構造体の保持枠における左右の側枠部を拡大して示す断面説明図。実施例における、ラミネートセル電池構造体を示す正面図。実施例における、ラミネートセル電池のシート状容器における電極の引出端部を拡大して示す断面説明図。実施例における、ラミネートセル電池のシート状容器における側端部を拡大して示す断面説明図。実施例における、接続セル組を構成する保持枠を複数積層して積層保持枠組を形成したラミネートセル電池構造体を示す平面図。実施例における、積層保持枠組同士を隣り合わせて配設したラミネートセル電池構造体を示す平面図。実施例における、他のラミネートセル電池構造体を示す正面図。

上述した本発明のラミネートセル電池構造体における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記冷却通路は、上記ラミネートセル電池の面方向に沿って冷却風を通過させるよう形成し、上記排出通路は、上記冷却通路に隣接して該冷却通路と平行に形成し、上記冷却通路と上記排出通路とは、上記保持枠に設けた隔壁によって隔離することが好ましい（請求項２）。
この場合には、各ラミネートセル電池の電極の近傍において冷却風を円滑に通過させることができ、効果的に冷却することができる。また、排出通路の形成も適切であり、保持枠に設けた隔壁によって冷却通路と排出通路とを容易に隔離することができる。

また、上記冷却通路は、上記保持枠に対して、上記引出端部に直交する上記シート状容器の側端部の方向に貫通して形成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、冷却通路に対して冷却風を効果的に通過させることができる。

また、上記一対の電極は、上記ラミネートセル電池の一方側から引き出したプラス電極と、上記ラミネートセル電池の他方側から引き出したマイナス電極とからなり、上記冷却通路は、上記保持枠において上記プラス電極を引き出した一方側枠部と上記マイナス電極を引き出した他方側枠部とに形成することが好ましい（請求項４）。
この場合には、各ラミネートセル電池におけるプラス電極とマイナス電極の冷却をより効果的に行うことができる。

また、上記排出通路は、上記保持枠に対して、上記引出端部に直交する上記シート状容器の側端部の方向に貫通して形成することができる（請求項５）。
この場合には、排出通路の形成が容易である。

また、上記排出通路は、上記冷却通路に隣接して該冷却通路と平行に形成され上記引出端部から漏洩するガスを回収する第１通路部と、該第１通路部に直交して形成され上記引出端部に直交する上記シート状容器の側端部から漏洩するガスを回収する第２通路部とを連通させてなり、かつ上記第１通路部の端部から上記側端部の方向に開口していることが好ましい（請求項６）。
この場合には、排出通路によって各ラミネートセル電池のシート状容器における引出端部及び側端部から漏洩するガスを回収し、このガスを人体に影響しないよう安定して処理することができる。

また、上記ラミネートセル電池構造体は、車載用のものであり、上記排出通路は、車室外に連通することが好ましい（請求項７）。
この場合には、電池異常時に発生するガスを、排出通路を通過させて、安定して車室外に排出することができる。

以下に、本発明のラミネートセル電池構造体にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例のラミネートセル電池構造体１は、図１〜図４に示すごとく、可撓性のシート状容器３１内に電池本体３２が収容され、この電池本体３２から一対のシート状の電極３３Ａ、３３Ｂがシート状容器３１の外部に引き出されてなるラミネートセル電池３を複数枚積層してなる。複数枚積層したラミネートセル電池３は、その四方の側部を保持する保持枠２内に保持されている。この保持枠２には、冷却風Ａを電極３３Ａ、３３Ｂの近傍を通過させるための冷却通路２３と、シート状容器３１において電極３３Ａ、３３Ｂを引き出した引出端部３０１からガスＧが漏洩した場合にこのガスＧを通過させるための排出通路２４とが隔離して形成されている。

以下に、本例のラミネートセル電池構造体１につき、図１〜図９を参照して詳説する。
本例において、引出方向Ｈとは、ラミネートセル電池３における電極３３Ａ、３３Ｂを引き出す方向のことをいい、左右方向Ｗとは、ラミネートセル電池３の面方向において引出方向Ｈに直交する方向のことをいう。また、積層方向Ｄとは、複数のラミネートセル電池３を積層する方向のことをいう。
本例のラミネートセル電池構造体１は、車載用のものであり、冷却通路２３は車室内に連通する一方、排出通路２４は、車室外に連通している。
図５に示すごとく、本例のシート状容器３１は、内周側が絶縁樹脂３１２によって被覆された一対のアルミニウムシート（アルミラミネートフィルム）３１１を用いて形成されている。
本例の一対の電極３３Ａ、３３Ｂは、ラミネートセル電池３の一方側から引き出したプラス電極３３Ａと、ラミネートセル電池３の他方側から引き出したマイナス電極３３Ｂとからなる。

シート状容器３１は、電池本体３２を収容する袋形状に形成されている。
図５に示すごとく、シート状容器３１の上下方向（電極３３Ａ、３３Ｂの引出方向Ｈ）の引出端部３０１は、一対のアルミニウムシート３１１の各絶縁樹脂３１２と、プラス電極３３Ａ及びマイナス電極３３Ｂの表面に施工した各絶縁樹脂３３１とを溶着させて形成してある。図６に示すごとく、シート状容器３１の左右方向Ｗ（電極３３Ａ、３３Ｂの引出方向Ｈに直交する横方向）の側端部３０２は、一対のアルミニウムシート３１１の互いに対面する絶縁樹脂３１２同士を溶着させて形成する、又は連続するアルミニウムシート３１１から形成してある。
また、ラミネートセル電池３の内部においては、電池本体３２を配置した隙間３０に電解液が入れられている。本例のラミネートセル電池３は、リチウム系の電池である。

図５、図６に示すごとく、本例のラミネートセル電池３は、板形状の電池本体３２を、一対のアルミニウムシート３１１によって両面から包み込み、電池本体３２における一方の端部に設けたシート状のプラス電極３３Ａと、電池本体３２における他方の端部に設けたシート状のマイナス電極３３Ｂとを、一対のアルミニウムシート３１１の端部同士の間から引き出して形成されている。各シート状容器３１におけるシール部分は、プラス電極３３Ａ及びマイナス電極３３Ｂを引き出した引出端部３０１と、これらの電極３３Ａ、３３Ｂを引き出していない側端部３０２とに形成されている。また、プラス電極３３Ａ及びマイナス電極３３Ｂは、導体によって形成されている。

図４に示すごとく、本例の保持枠２は、ラミネートセル電池３においてプラス電極３３Ａを引き出した一方側枠部２１Ａと、ラミネートセル電池３においてマイナス電極３３Ｂを引き出した他方側枠部２１Ｂと、一方側枠部２１Ａ及び他方側枠部２１Ｂに直交する左右の側枠部２２とを組み合わせて四角枠形状に形成されている。

図２に示すごとく、本例のプラス電極３３Ａのすべてとマイナス電極３３Ｂのすべてとは、いずれもラミネートセル電池３の面方向に平行に引き出されている。面方向に平行に引き出されたすべてのプラス電極３３Ａ同士は、連結部材４によって挟み込まれた状態で結合され、面方向に平行に引き出されたすべてのマイナス電極３３Ｂ同士も、連結部材４によって挟み込まれた状態で結合されている。
各連結部材４は、各電極３３Ａ、３３Ｂを挟持するよう折り曲げて形成することができる。各連結部材４は、板金を折り曲げて波形状に形成することができ、板金を切り開いて各電極３３Ａ、３３Ｂに対面する部分を形成することもできる。

連結部材４によって各プラス電極３３Ａを連結し、連結部材４によって各マイナス電極３３Ｂを連結することによって、各ラミネートセル電池３を電気的に並列に接続することができる。
また、各電極３３Ａ（３３Ｂ）は、各連結部材４と一体又は別体に設けたスペーサ４１を用いて、両面から挟持することができる。そして、電極３３Ａ（３３Ｂ）、連結部材４、スペーサ４１に設けた貫通穴内にボルト５１を挿通してナット５２と共に締め付けて、各電極３３Ａ（３３Ｂ）を電気的に一体化することができる。

図７に示すごとく、本例のラミネートセル電池構造体１は、複数のラミネートセル電池３の接続セル組１１を構成する保持枠２を複数積層配置し、接続セル組１１を構成する複数枚のラミネートセル電池３同士を、電気的に直列接続するよう構成されている。つまり、本例のラミネートセル電池構造体１においては、各接続セル組１１を構成する複数枚のラミネートセル電池３は電気的に並列に接続され、各接続セル組１１同士は電気的に直列に接続される。

より具体的には、一方の接続セル組１１における連結部材４と、他方の接続セル組１１における連結部材４とが隣り合うよう並ぶ状態で、２つの接続セル組１１を構成する保持枠２同士を積層する。そして、一方の接続セル組１１における連結部材４と、他方の接続セル組１１における連結部材４とをバスバー６１Ａによって接続して、２つの接続セル組１１を電気的に直列接続する。接続セル組１１は、任意の数だけ積層し、各保持枠２における左右の側枠部２２に設けた凹部に締付部材を配置して、この締付部材によって一体化することができる。
バスバー６１Ａは、各電極３３Ａ、３３Ｂを配置したラミネートセル構造体１の引出方向Ｈの一方側と他方側とにおいて互いに隣接する接続セル組１１を交互に接続している。バスバー６１Ａが表側に現れていない接続セル組１１同士の間は、裏側においてバスバー６１Ａによって接続されている。

また、図７、図８に示すごとく、本例のラミネートセル電池構造体１は、接続セル組１１を構成する保持枠２を複数個積層し、複数個積層された保持枠２に対する積層方向Ｄの両側から、導通性のプレート端子部２５１を設けた絶縁性エンドプレート２５をそれぞれ積層して構成されている。複数個の保持枠２は、絶縁性エンドプレート２５同士の間に締付部材を掛け渡して、積層保持枠組１２として組み付けられている。積層保持枠組１２において一方の端部に積層された保持枠２である端部保持枠２Ａにおける連結部材４と、端部保持枠２Ａに隣接する絶縁性エンドプレート２５におけるプレート端子部２５１とはバスバー６１Ｂによって接続されている。積層保持枠組１２は、バスバー６１Ｂを接続したプレート端子部２５１からワイヤーハーネス６２によって外部と電気的に接続される。
図８は、積層保持枠組１２同士を隣り合わせて配設した状態を示す。同図に示すごとく、保持枠２は、側枠部２２の方向（左右方向Ｗ）に隣接して配置することができ、この場合には、冷却通路２３及び排出通路２４は、側枠部２２の方向に隣接配置した複数の保持枠２に対して連続して形成することができる。

図１、図２に示すごとく、本例のラミネートセル電池構造体１を構成する保持枠２においては、冷却通路２３は、ラミネートセル電池３の面方向に沿って冷却風Ａを通過させるよう形成されており、排出通路２４は、冷却通路２３に隣接して冷却通路２３と平行に形成されている。冷却通路２３と排出通路２４とは、保持枠２に設けた隔壁２１３によって隔離されている。また、冷却通路２３は、保持枠２における上下の位置、すなわち、保持枠２においてプラス電極３３Ａを引き出した一方側枠部２１Ａと、マイナス電極３３Ｂを引き出した他方側枠部２１Ｂとに形成されている。
また、各冷却通路２３は、保持枠２の左右方向Ｗ、すなわちラミネートセル電池３におけるシート状容器３１の側端部３０２の方向に貫通して形成されている。そして、冷却通路２３は、保持枠２の上下の位置において左右方向Ｗの２箇所、すなわち合計４箇所において開口穴２３０を形成している。

図４に示すごとく、本例の保持枠２において、排出通路２４は、冷却通路２３に対する内側に隣接して冷却通路２３と平行に形成されシート状容器３１の引出端部３０１から漏洩するガスＧを回収する第１通路部２４１と、第１通路部２４１に直交して形成されシート状容器３１の側端部３０２から漏洩するガスＧを回収する第２通路部２４２とを連通させてなる。また、各排出通路２４は、保持枠２の左右方向Ｗ、すなわちラミネートセル電池３におけるシート状容器３１の側端部３０２の方向に貫通して形成されている。そして、排出通路２４は、保持枠２の上下の位置において左右方向Ｗの２箇所、すなわち合計４箇所において開口穴２４０を形成している。

図２は、保持枠２にける一方側枠部２１Ａ（他方側枠部２１Ｂ）の断面を拡大して示す。
保持枠２の一方側枠部２１Ａ及び他方側枠部２１Ｂには、ラミネートセル電池３の積層方向Ｄの両外側に設けた積層側外側壁２１１と、引出方向Ｈの外側に位置する引出側外側壁２１２と、引出側外側壁２１２の内側に平行に位置する隔壁２１３とが設けてある。冷却通路２３は、積層側外側壁２１１と引出側外側壁２１２と隔壁２１３とによって囲まれて形成されている。
また、積層側外側壁２１１における内側端部には、ラミネートセル電池３を支える突起部２１４が設けてある。排出通路２４の第１通路部２４１は、積層側外側壁２１１と隔壁２１３と突起部２１４とによって囲まれて形成されている。
引出側外側壁２１２及び隔壁２１３には、各ラミネートセル電池３の電極３３Ａ、３３Ｂを挿通する挿通穴２１５が設けてある。

図３は、保持枠２にける左右の側枠部２２の断面を拡大して示す。
保持枠２の側枠部２２には、ラミネートセル電池３の積層方向Ｄの両外側に設けた積層側外側壁２２１と、ラミネートセル電池３のシート状容器３１の側端部３０２を保持する側方外側壁２２２とが形成されている。また、積層側外側壁２２１における内側端部には、ラミネートセル電池３を支える突起部２２３が設けてある。排出通路２４の第２通路部２４２は、積層側外側壁２２１と側方外側壁２２２と突起部２２３とによって囲まれて形成されている。
左右の側枠部２２における内側面には、各ラミネートセル電池３のシート状容器３２における側端部３０２を差し込んで保持する差込保持凹部２２４が複数並んで形成されている。また、左右の側枠部２２における外側面には、保持枠２の積層状態を保持するための締付部材を配置する凹部２２５が形成されている（図１参照）。

なお、複数の保持枠２を積層方向Ｄに連結する際には、保持枠２の一方側枠部２１Ａ、他方側枠部２１Ｂ、左右の側枠部２２において、積層方向Ｄの両側に形成した一対の積層側外側壁２１１（２２１）のうちの一方は、省略することができる。この場合には、隣接する保持枠２の積層側外側壁２１１（２２１）を利用して、冷却通路２３及び排出通路２４を形成することができる。

本例のラミネートセル電池構造体１は、複数枚積層したラミネートセル電池３を保持枠２内に保持しており、この保持枠２に対して電池を冷却する機能と電池異常時に発生するガスＧを排出する機能とを兼備させている。
具体的には、冷却通路２３は、冷却風Ａを各ラミネートセル電池３の電極３３Ａ、３３Ｂの面方向に沿って、各ラミネートセル電池３の電極３３Ａ、３３Ｂに接触して通過させるよう保持枠２に形成されている。これにより、電池の発熱によって加熱され易い電極３３Ａ、３３Ｂを効果的に冷却することができる。
また、排出通路２４は、電池異常時にシート状容器３１の引出端部３０１及び側端部３０２から漏洩するガスＧを通過させるよう保持枠２に形成されている。これにより、電池異常時にシート状容器３１の引出端部３０１及び側端部３０２のいずれかからガスＧが漏洩した場合には、このガスＧを冷却風Ａと混流させることなく車室外へ導くことができる。なお、本例のラミネートセル電池３はリチウム系電池であり、電池が高熱になって発生し漏洩するおそれのあるガスＧは電解液から生じた一酸化炭素、二酸化炭素等である。

そして、本例のラミネートセル電池構造体１においては、冷却通路２３と排出通路２４とは隔壁２１３によって隔離して形成されている。これにより、電池異常時に漏洩したガスＧが冷却通路２３に混流することを防止することができる。そして、冷却通路２３に流す冷却風Ａは空気とすることができ、この冷却風Ａとしての空気は冷却通路２３を通過させた後、車室内に供給することができる。
一方、排出通路２４に流れたガスＧは、車室内の乗員に影響を及ぼさないよう車室外に排出することができる。
それ故、本例のラミネートセル電池構造体１によれば、簡単な構造によって、電池冷却用の冷却風Ａと電池異常時に漏洩するガスＧとの混流を防ぎ、電池の冷却と電池異常時に漏洩するガスＧの処理とを適切に行うことができる。

また、図９に示すごとく、保持枠２に対して排出通路２４の端部に設ける開口穴２４０は、第１通路部２４１の端部から側端部３０２の方向に開口する１箇所とすることもできる。この場合には、電池異常時に発生して排出通路２４を通過するガスＧを、保持枠２内において１箇所に集約して車室外へ導くことができる。

１ラミネートセル電池構造体
２保持枠
２１３隔壁
２３冷却通路
２４排出通路
２４１第１通路部
２４２第２通路部
３ラミネートセル電池
３０１引出端部
３０２側端部
３１シート状容器
３２電池本体
３３Ａプラス電極
３３Ｂマイナス電極
４連結部材
Ａ冷却風
Ｇガス

Claims

可撓性のシート状容器内に電池本体が収容され、該電池本体から一対のシート状の電極が上記シート状容器の外部に引き出されてなるラミネートセル電池を複数枚積層してなり、
該複数枚積層したラミネートセル電池は、その四方の側部を保持する保持枠内に保持されており、
該保持枠には、冷却風を上記電極の近傍を通過させるための冷却通路と、上記シート状容器において上記電極を引き出した引出端部からガスが漏洩した場合に該ガスを通過させるための排出通路とが隔離して形成されていることを特徴とするラミネートセル電池構造体。
請求項１に記載のラミネートセル電池構造体において、上記冷却通路は、上記ラミネートセル電池の面方向に沿って冷却風を通過させるよう形成されており、
上記排出通路は、上記冷却通路に隣接して該冷却通路と平行に形成されており、
上記冷却通路と上記排出通路とは、上記保持枠に設けた隔壁によって隔離されていることを特徴とするラミネートセル電池構造体。
請求項１又は２に記載のラミネートセル電池構造体において、上記冷却通路は、上記保持枠に対して、上記引出端部に直交する上記シート状容器の側端部の方向に貫通して形成されていることを特徴とするラミネートセル電池構造体。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のラミネートセル電池構造体において、上記一対の電極は、上記ラミネートセル電池の一方側から引き出したプラス電極と、上記ラミネートセル電池の他方側から引き出したマイナス電極とからなり、
上記冷却通路は、上記保持枠において上記プラス電極を引き出した一方側枠部と上記マイナス電極を引き出した他方側枠部とに形成されていることを特徴とするラミネートセル電池構造体。
請求項１〜４のいずれか一項に記載のラミネートセル電池構造体において、上記排出通路は、上記保持枠に対して、上記引出端部に直交する上記シート状容器の側端部の方向に貫通して形成されていることを特徴とするラミネートセル電池構造体。
請求項１〜４のいずれか一項に記載のラミネートセル電池構造体において、上記排出通路は、上記冷却通路に隣接して該冷却通路と平行に形成され上記引出端部から漏洩するガスを回収する第１通路部と、該第１通路部に直交して形成され上記引出端部に直交する上記シート状容器の側端部から漏洩するガスを回収する第２通路部とを連通させてなり、かつ上記第１通路部の端部から上記側端部の方向に開口していることを特徴とするラミネートセル電池構造体。
請求項１〜６のいずれか一項に記載のラミネートセル電池構造体において、該ラミネートセル電池構造体は、車載用のものであり、
上記排出通路は、車室外に連通されていることを特徴とするラミネートセル電池構造体。