JP2012084297A - 組電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池セルを機械的に一体化する場合の組み立て作業を容易にする。
【解決手段】組電池装置１は、所定間隔で並ぶ複数の仕切部３ｂが底部３ａにより連結されたスペーサ部材３と、各仕切部３ｂの間にそれぞれ嵌合する直方体形状の複数の電池セル２と、それらの電池セル２が嵌合したスペーサ部材３に底部３ａ側から嵌合し、スペーサ部材３と共に複数の電池セル２を収容する一端開口の箱形状のケース４とを備え、スペーサ部材３は変形可能に形成されており、ケース４はスペーサ部材３との嵌合による外力に対して非変形に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、複数の電池セルを組み合わせた組電池装置に関する。

近年、電気機器や電動自転車、ハイブリッド電気自動車、電気自動車等の電源として、組電池装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。この組電池装置は、必要な出力や容量に応じて電池セルを複数個電気的に接続し、さらに、機械的にも一体化することによって構成されている。

この機械的な一体化のため、各電池セルを組み合わせて固定する固定具が用いられている。固定具は矩形状の板部材であり、この固定具には矩形状の貫通孔がその長辺を平行にして電池セルの数分だけ一列に固定具の長手方向に沿って形成されている。各電池セルはそれらの貫通孔に個別にその中央部が固定具により隠れるまで挿入されて嵌められ、固定具により機械的に一体化される。この固定具は、電池セルの膨張抑制や位置決めを行い、さらに、電池セル同士の隙間を保持する。

特開２０１０−９７７２２号公報

しかしながら、各電池セルの機械的な一体化を行う前に、電池セル活性化のため初充電が行われることから、初充電後の電池セルの中には、膨張した電池セルが存在することがある。この膨張した電池セルを含む各電池セルを固定具により機械的に一体化する場合には、固定具の伸縮や貫通孔の公差が膨張抑制や位置決めのためにほとんど無いことから、膨張した電池セルを固定具の貫通孔に挿入して嵌め込むことが難しくなる。このため、組み立て作業が困難になってしまう。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の電池セルを機械的に一体化する場合の組み立て作業を容易にすることができる組電池装置を提供することである。

本発明の実施形態に係る組電池装置は、所定間隔で並ぶ複数の仕切部が底部により連結されたスペーサ部材と、複数の仕切部の間にそれぞれ嵌合する直方体形状の複数の電池セルと、複数の電池セルが嵌合したスペーサ部材に底部側から嵌合し、スペーサ部材と共に複数の電池セルを収容する一端開口の箱形状のケースとを備え、スペーサ部材は変形可能に形成されており、ケースはスペーサ部材との嵌合による外力に対して非変形に形成されていることを特徴とする。

本発明の実施の一形態に係る組電池装置の概略構成を示す分解斜視図である。 図１に示す組電池装置の組み立て工程を説明するための第１の説明図である。 図１に示す組電池装置の組み立て工程を説明するための第２の説明図である。 図１に示す組電池装置が備えるスペーサ部材の仕切部の変形例１を示す外観斜視図である。 図１に示す組電池装置が備えるスペーサ部材の仕切部の変形例２を示す外観斜視図である。

本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る組電池装置１は、複数個の電池セル２と、それらの電池セル２を固定するスペーサ部材３と、そのスペーサ部材３と共に各電池セル２を収容する上端開口の箱形状の下ケース４と、その下ケース４の蓋体として下端開口の箱形状の上ケース５と、各電池セル２を電気的に接続する複数のバスバー６とを備えている。

各電池セル２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、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成された扁平な直方体形状の外装容器１１と、その外装容器１１内に非水電解液と共に収納された電極体（図示せず）とを備えている。外装容器１１は、上端が開口する上端開口の容器本体１１ａと、その容器本体１１ａの開口を塞ぐ矩形板状の蓋体１１ｂとを有しており、その蓋体１１ｂが容器本体１１ａに溶接されて液密に形成されている。

蓋体１１ｂの長手方向の一端部には正極端子１２ａが設けられており、その他端部には負極端子１２ｂが設けられている。これらの正極端子１２ａ及び負極端子１２ｂは電池セル２の電極体の正極及び負極にそれぞれ接続されており、蓋体１１ｂの上面から突出している。また、どちらか一方の端子、例えば正極端子１２ａは蓋体１１ｂに電気的に接続されて外装容器１１と同電位になっている。負極端子１２ｂは蓋体１１ｂを貫通して延伸しており、その負極端子１２ｂと蓋体１１ｂとの間には、合成樹脂やガラス等の絶縁体からなるシール材、例えばガスケット（図示せず）が設けられている。このシール材は、負極端子１２ｂと外装容器１１との間を気密にシールすると共に電気的に絶縁している。

蓋体１１ｂの中央部には、例えば矩形状の安全弁１２ｃが設けられている。この安全弁１２ｃは蓋体１１ｂの一部を約半分程度の厚さに薄くして形成されており、その薄い部分の上面中央部には刻印が形成されている。この安全弁１２ｃは、電池セル２の異常等により外装容器１１内にガスが発生して外装容器１１の内圧が所定値以上に上昇した場合、開状態となって外装容器１１内のガスを放出し、外装容器１１の内圧を下げて電池セル２の破裂等の不具合を防止する。

スペーサ部材３は、板状の底部３ａにより、所定間隔で並ぶ板状の仕切部３ｂが連結された部材である。すなわち、このスペーサ部材３は、一方向に伸びる板状の底部３ａと、その底部３ａの延伸方向に一端から他端まで所定間隔、例えば等間隔で離間して立設された複数の板状の仕切部３ｂにより構成されている。この底部３ａ及び各仕切部３ｂは一体に形成されている。なお、各仕切部３ｂの所定間隔は電池セル２の蓋体１１ｂの短手方向の長さ、すなわち電池セル２の厚さに基づいて、各仕切部３ｂの間に対する電池セル２の嵌合を可能に決定されている。

このスペーサ部材３は可撓性を有して変形可能に形成されており、必要とする強度、例えば、電池セル２を保持することが可能な程度の強度を有しつつ、外力により変形する部材である。スペーサ部材３の可撓性はその底部３ａや仕切部３ｂの厚さや使用材料等により必要とする可撓度合いに調整される。また、スペーサ部材３は絶縁性を有しており、そ
の材料としては、例えば、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）やポリカーボネイト等の樹脂が用いられる。

底部３ａは矩形板状に形成されており、各仕切部３ｂを連結する連結部として機能する。この底部３ａの長手方向の長さは、各仕切部３ｂを支持してさらにそれらの間に各電池セル２を嵌合可能な長さである。また、底部３ａの短手方向の長さは、電池セル２の蓋体１１ｂの長手方向の長さ、すなわち電池セル２の幅より小さい。この短手方向の長さは必要とする強度から決定される。

仕切部３ｂは矩形板状に形成されており、底部３ａの上面に立てられた状態で互いに主面同士が向き合うように並べられている。この仕切部３ｂはその長手方向が底部３ａの上面に対して垂直にされて形成されている。仕切部３ｂの長手方向の長さ、すなわち仕切部３ｂの高さは、例えば、電池セル２の高さ中央より高く電池セル２の高さ以下である。また、仕切部３ｂの短手方向の長さ、すなわち仕切部３ｂの幅は、例えば、前述の底部３ａの短手方向の長さと同じであり、電池セル２の幅より小さく、さらに、電池セル２の中央部を覆うことが可能な長さである。

ここで、電池セル２はその中央部から膨らみやすいが、この場合でも、仕切部３ｂは、電池セル２の高さ中央より高く、その電池セル２の中央部を覆っているため、電池セル２の膨張を抑止しつつ、隣り合う電池セル２同士の接触を確実に防止することができる。なお、仕切部３ｂの短手方向の長さは少しでも短い方が、電池セル２の外装容器１１と空気との接触領域が増加するので、空気による電池セル２の冷却効果が高まるが、その長さは冷却効果と、電池セル２を保持するために必要な強度とのトレードオフの関係から決定される。

これらの仕切部３ｂの間には、各電池セル２が個別にその底面が底部３ａに当接するまで嵌め込まれる。これにより、各電池セル２は互いに平行に底部３ａの長手方向に一列に並ぶことになる。すなわち、隣り合う電池セル２の外装容器１１の主面同士、すなわち蓋体１１ｂの長手方向の幅を有する表面同士が所定の隙間を置いて平行に対向した状態となる。また、各電池セル２が底部３ａに当接するまで押し込まれると、全ての電池セル２の蓋体１１ｂの上面が同一平面内に位置することになる。なお、各電池セル２は、例えば、隣り合う電池セル２間で正極端子１２ａ及び負極端子１２ｂが交互になるように配置されている。

下ケース４は、一端として上端が開口する上端開口の矩形の箱形状に形成されており、各電池セル２が嵌め込まれたスペーサ部材３にその底部３ａ側から嵌合し、スペーサ部材３と共に各電池セル２を収容する。この下ケース４はスペーサ部材３の嵌合による外力に対して非変形の強度を有するように形成されている。この下ケース４は絶縁性を有しており、その材料としては、例えば、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）やポリカーボネイト等の樹脂が用いられる。なお、材料としては、樹脂に限らず、下ケース４を金属材により形成し、その内面に絶縁層を設けるようにしても良い。

下ケース４の底面には、スペーサ部材３の底部３ａが嵌め合わされる溝部４ａが形成されている。溝部４ａは矩形状の底面の長手方向に沿ってその一端から他端まで延伸しており、底面の短手方向の中央に位置している。この溝部４ａにスペーサ部材３の底部３ａが嵌め込まれると、下ケース４の底面に対するスペーサ部材３の位置決めが完了することになる。

下ケース４の底面の長手方向の長さは、スペーサ部材３の底部３ａの長手方向の長さとほぼ同じであり、下ケース４の内周面は底面に対してほぼ垂直に形成されている。したが
って、下ケース４の長手方向で向かい合う壁面はスペーサ部材３の底部３ａの長手方向の長さだけ離間して立っている。

下ケース４の底面の短手方向の長さは、電池セル２の幅とほぼ同じであり、下ケース４の内周面は底面に対してほぼ垂直形成されている。したがって、下ケース４の短手方向に向かい合う壁面は電池セル２の幅だけ離間して立っている。各電池セル２が嵌め込まれたスペーサ部材３が下ケース４に嵌め合わされると、各電池セル２の幅方向の両側面はそれぞれ同一平面内に位置することになる。

ただし、底部３ａの上面に対する垂直方向や水平方向あるいは斜め方向等の様々な方向から各仕切部３ｂの間に電池セル２を嵌め込むことが可能であることから、各電池セル２をその幅方向の両側面がそれぞれ同一平面内に位置するように合わせて各仕切部３ｂの間に嵌め込むことができる。このため、下ケース４の底面の短手方向の長さは電池セル２の幅より大きくても構わない。

上ケース５は、下端が開口する下端開口の矩形の箱形状に形成されており、下ケース４に嵌め込まれたスペーサ部材３の両端に位置する二つの仕切部３ｂの各々の上端部に嵌合して下ケース４上に設けられ、下ケース４内の各電池セル２及びスペーサ部材３を覆う。この上ケース５は絶縁性を有しており、その材料としては、例えば、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）やポリカーボネイト等の樹脂が用いられる。

この上ケース５には、その長手方向に延伸して下ケース４内の各電池セル２の全正極端子１２ａ及び全負極端子１２ｂを露出させる矩形状の端子露出孔５ａが平行に二つ形成されている。正極端子１２ａ及び負極端子１２ｂは各電池セル２の蓋面から突出しており、上ケース５が下ケース４上に設けられると、その下ケース４内の各電池セル２の正極端子１２ａ及び負極端子１２ｂは上ケース５の端子露出孔５ａを通過してその上ケース５の上面から突出する。なお、端子露出孔５ａの形状や数は限定されるものではない。

また、上ケース５には、各端子露出孔５ａの間に平行に矩形状のガス排出孔５ｂが設けられている。このガス排出孔５ｂは一列に並ぶ全ての安全弁１２ｃを露出させる位置に形成されている。これにより、安全弁１２ｃからガスが放出されると、そのガスはガス排出孔５ｂにより上ケース５内から外部に排出される。ただし、組み立て後、上ケース５と下ケース４内の各電池セル２の蓋体１１ｂとの間に隙間が生じる場合には、ガス排出孔５ｂを設ける必要は無く、端子露出孔５ａがガスを排出する孔として機能する。なお、ガス排出孔５ｂの形状や数は限定されるものではない。

各バスバー６は、各電池セル２が電気的に、例えば直列となるように隣り合う電池セル２の端子間を接続する端子間接続部材として機能する。電池セル２の正極端子１２ａとその右隣りの電池セル２の負極端子１２ｂとが接続され、右隣りの電池セル２の正極端子１２ａがさらに右隣りの電池セル２の負極端子１２ｂに接続され、このような接続が繰り返される。

バスバー６は、アルミニウム等の金属板により形成されている。このバスバー６の両端には、電池セル２の正極端子１２ａ及び負極端子１２ｂの形状に合わせて切り欠き孔６ａがそれぞれ形成されている。これらの切り欠き孔６ａに正極端子１２ａあるいは負極端子１２ｂが上ケース５の端子露出孔５ａを介して係合され、その係合状態でレーザ溶接や抵抗溶接等によりバスバー６に溶接される。また、バスバー６は、隣り合う電池セル２の端子同士に係合された状態でも、各切り欠き孔６ａにより、それらの端子が並ぶ方向に意図的にスライド可能に形成されている。このバスバー６を使用することで、正極端子１２ａあるいは負極端子１２ｂに対するバスバー６の位置を微調整することが可能になる。

なお、例えば、二つの電池セル２を並列に接続して一つのセルニットとし、そのセルユニットを直列に接続する場合には、バスバー６を伸ばし、前述の二つの切り欠き孔６ａに加え、正極端子１２ａや負極端子１２ｂ等の端子が挿入される二つの貫通孔を設ける。さらに、これらの貫通孔を端子に対して意図的に大きめに形成しておき、端子に対するバスバー６の位置を微調整することを可能にする。ただし、貫通孔の大きさは、端子に対してバスバー６の溶接が可能な大きさにする必要がある。また、前述の二つの切り欠き孔６ａに加え、一つの貫通孔を設ける場合でも、前述と同様に、貫通孔を意図的に大きめに形成しておくことで、端子に対するバスバー位置の微調整を行うことが可能になる。なお、端子に対するバスバー６の溶接が可能な範囲で切り欠き孔６ａを意図的に大きめに形成することも可能である。

次に、前述の組電池装置１の組み立て工程について説明する。

最初に、各電池セル２がスペーサ部材３の各仕切部３ｂの間に順次嵌め込まれる（図１参照）。例えば、各電池セル２はスペーサ部材３の一端から他端までその延伸方向に順番に設けられる。ただし、各電池セル２を設ける順番は様々であり、例えば、まず、スペーサ部材３の中央に位置する各仕切部３ｂの間に電池セル２を設け、次に、その左隣りに設け、その次に、中央の右隣りに設けるというように中央から交互に順次設けるようにしても良い。

なお、各電池セル２は、それぞれの底面がスペーサ部材３の底部３ａの上面に当接するまで、さらに、各々の中央部が各仕切部３ｂにより覆われるように嵌め込まれる。このとき、各電池セル２の幅方向の両側面は、それぞれ同一平面上となるよう、スペーサ部材３を下ケース４に嵌め込む前にある程度合わせられる。

ここで、使用する各電池セル２の中に、膨張した電池セル２が存在している場合には、図２に示すように、その膨張した電池セル２が一対の仕切部３ｂの間に設けられると、その一対の仕切部３ｂが変形し、その変形による外力により電池セル２が押されて他の各仕切部３ｂが変形し、さらに、底部３ａも曲がるように変形する。このとき、膨張した電池セル２の影響により他の電池セル２は傾いて並ぶことになる。

このように膨張した電池セル２を各仕切部３ｂ間に嵌め込む場合でも、スペーサ部材３が変形可能に形成されているため、膨張した電池セル２の変形に応じて底部３ａ及び各仕切部３ｂが変形するので、使用する各電池セル２の中に膨張した電池セル２が存在していても、その膨張した電池セル２並びにその他の電池セル２を容易に各仕切部３ｂの間に嵌め込むことができる。

次に、全ての電池セル２が各仕切部３ｂの間に嵌め込まれたスペーサ部材３は、図３に示すように、その延伸方向の両側から全電池セル２がスペーサ部材３の底部３ａに対してほぼ垂直な状態となるまで機械的に押圧され、その押圧状態で下ケース４に嵌め合わされる。このとき、スペーサ部材３は上から下に押し込むようにして下ケース４内に入れられ、その底部３ａが下ケース４の溝部４ａ（図１参照）に嵌め込まれる。これにより、スペーサ部材３と共に各電池セル２が下ケース４内に収容される。なお、スペーサ部材３を延伸方向の両側から押圧する装置としては、例えば、万力のようにスペーサ部材３を延伸方向の両側から挟み込む機構等が用いられる。

下ケース４は、各電池セル２が嵌め込まれたスペーサ部材３との嵌合による外力に対して非変形の強度を有しているため、押圧状態のスペーサ部材３が下ケース４に嵌め込まれると、その下ケース４により各電池セル２の上面がほぼ同一平面上に位置決めされ、加え
て、端子間の距離もほぼ所定間隔となり、さらに、各電池セル２の幅方向の両側面もそれぞれ同一平面内に位置することになる。したがって、各電池セル２の位置決めを簡単に行うことができる。なお、端子間の接続に係る位置決めは許容範囲内で行われていれば良く、バスバー６の位置調整が可能であるため、位置決めの許容範囲をある程度大きくすることもできる。

その後、図３に示すように、上ケース５が下ケース４内のスペーサ部材３の両端に位置する二つの仕切部３ｂの各々の上端部に嵌め込まれ、下ケース４上に設けられる。これにより、各電池セル２及びスペーサ部材３が上ケース５により覆われ、下ケース４及び上ケース５による一体ケース内に完全に収容される。このとき、その下ケース４内の各電池セル２の全正極端子１２ａ及び全負極端子１２ｂは上ケース５の端子露出孔５ａを通過してその上ケース５の上面から突出している。

最後に、各バスバー６により、各電池セル２が電気的に、例えば直列となるように接続される（図１参照）。例えば、電池セル２の正極端子１２ａとその右隣りの電池セル２の負極端子１２ｂとが接続され、右隣りの電池セル２の正極端子１２ａがさらに右隣りの電池セル２の負極端子１２ｂに接続され、このようなバスバー６による接続が繰り返される。このとき、バスバー６の位置が微調整され、バスバー６の各切り欠き孔６ａに正極端子１２ａあるいは負極端子１２ｂが係合され、その係合状態でレーザ溶接や抵抗溶接等によりバスバー６に溶接される。このようにして、各電池セル２を組み合わせた組電池装置１が完成する。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、スペーサ部材３が変形可能に形成されており、さらに、下ケース４がスペーサ部材３との嵌合による外力に対して非変形に形成されている。これにより、使用する電池セル２の中に膨張した電池セル２が存在している場合でも、その膨張した電池セル２の変形に応じてスペーサ部材３が変形するので、全ての電池セル２を各仕切部３ｂの間に嵌め込むことを簡単に行うことが可能となる。また、スペーサ部材３を下ケース４に嵌め込むことにより各電池セル２の上面がほぼ同一平面上に位置決めされ、加えて、端子間の距離もほぼ所定間隔となり、さらに、各電池セル２の幅方向の両側面もそれぞれ同一平面内に位置することになるので、各電池セル２の位置決めも簡単に行うことが可能となる。したがって、各電池セル２を機械的に一体化する際、組み立て作業を容易に行うことができる。

また、下ケース４の底面には、スペーサ部材３の底部３ａが嵌め合わされる溝部４ａが形成されている。これにより、この溝部４ａにスペーサ部材３の底部３ａが嵌め込まれると、下ケース４の底面に対するスペーサ部材３の位置決めが完了するので、その位置決めを簡単に行うことが可能となり、組み立て作業を容易に行うことができる。

ここで、前述のスペーサ部材３の仕切部３ｂの変形例について図４及び図５を参照して説明する。

変形例１として、図４に示すように、仕切部３ｂの両面（両主面）には、その表裏交互にＶ字形状の溝部２１が仕切部３ｂの長手方向に延伸して複数本平行に設けられており、仕切部３ｂはその短手方向に山折り及び谷折りが繰り返されたような形状に形成されている。各溝部２１は、主面の上端から下端すなわち底部３ａの上面まで主面の長手方向に平行に延伸しており、仕切部３ｂと電池セル２との間に溝部２１の本数分だけ隙間を生成する。

また、変形例２として、図５に示すように、仕切部３ｂの両面（両主面）には、その表裏交互に凹字形状の溝部３１が仕切部３ｂの長手方向に延伸して複数本平行に設けられて
いる。これらの溝部３１は、主面の上端から下端すなわち底部３ａの上面まで主面の長手方向に平行に延伸しており、仕切部３ｂと電池セル２との間に溝部３１の本数分だけ隙間を生成する。

このようにして、仕切部３ｂと電池セル２との間に複数の溝分だけ隙間が存在することになり、それらの隙間を空気（風）が通るようになるので、その空気により電池セル２を冷却することができる。したがって、冷却のために他の部材等を設けるような作業も必要無いため、組み立て作業を容易に行うことができる。

ここで、組電池装置１の設置状況に応じて、上ケース５の各端子露出孔５ａやガス排出孔５ｂから風が流入してくる場合には、前述のように仕切部３ｂの長手方向に延伸する溝部２１や溝部３１が有効であるが、溝の延伸方向はそれに限られるものではなく、例えば、仕切部３ｂの短手方向に延伸するようにしても良い。この場合には、溝部２１や溝部３１のようにその一端部が底部３ａの上面により閉じられた状態とならず、空気（風）が溝部を通過することになるため、より高い冷却効果を得ることができる。また、下ケース４の周壁に複数の通気孔を形成し、下ケース４内に空気（風）を供給するようにしても良く、この場合には、下ケース４内に空気が流れることに加え、外部から溝部に対しても空気が供給されるため、より高い冷却効果を得ることができる。

なお、仕切部３ｂにおける電池セル２側の表面には、その表面の一端から他端まで延伸するＶ字形状の溝部２１あるいは凹形状の溝部３１が少なくとも一本形成されていれば良く、その溝形状や溝数、溝幅等は必要とする強度（可撓性）や冷却度合い等に応じて決定される。また、溝部２１あるいは溝部３１は仕切部３ｂの長手方向あるいは短手方向に平行に延伸しているが、これに限られるものではなく、それらの方向に対して斜めに延伸していても良い。

最後に、本発明に係る前述の実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。前述の実施形態は種々変更可能であり、例えば、前述の実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても良く、さらに、異なる実施形態に係る構成要素が適宜組み合わされても良い。

１…組電池装置、２…電池セル、３…スペーサ部材、３ａ…底部、３ｂ…仕切部、４…下ケース（ケース）、４ａ…溝部、２１…溝部、３１…溝部

Claims (3)

1. 所定間隔で並ぶ複数の仕切部が底部により連結されたスペーサ部材と、
   前記複数の仕切部の間にそれぞれ嵌合する直方体形状の複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルが嵌合した前記スペーサ部材に前記底部側から嵌合し、前記スペーサ部材と共に前記複数の電池セルを収容する一端開口の箱形状のケースと、
   を備え、
   前記スペーサ部材は変形可能に形成されており、
   前記ケースは前記スペーサ部材との嵌合による外力に対して非変形に形成されていることを特徴とする組電池装置。
2. 前記ケースの底面には、前記底部が嵌め合わされる溝部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の組電池装置。
3. 前記仕切部の前記電池セル側の表面には、その表面の一端から他端まで延伸する溝部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の組電池装置。

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