JP3959448B2

JP3959448B2 - Batteries, composite batteries and vehicles

Info

Publication number: JP3959448B2
Application number: JP2002227036A
Authority: JP
Inventors: 恭一渡邉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-08-05
Also published as: JP2004071281A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、内部に素電池を収容する例えば組電池等の電池、そのような電池を複数有する複合組電池、及び、そのような電池又は複合組電池を具備する車両に関し、特に、外部から素電池に伝わる振動を低減し、電池が振動破壊する可能性を減少させることができる電池、複合組電池及び車両に関する。
【０００２】
【背景技術】
電動機により駆動される電気自動車や、従来の内燃機関と電動機とのハイブリッド型の自動車等が開発され、近年、徐々に使用されつつある。このような電動機を適用した車両においては、動力源たる電気を蓄積する電池の構成が非常に重要である。車両に搭載されるそのような電池においては、一般的に大容量で、小型で、急速に充電できること等が要求されるが、それに加えて、車両という振動の多い環境下で使用されるため、振動に対する耐久性、すなわち耐振動性が十分確保されることが非常に重要な条件となる。
【０００３】
しかしながら、従来より車載用の電池として広く使用されている複数の素電池を連結した組電池においては、振動のある環境下で使用すると、電池と電池の接続部である端子部やバスバーがその振動で疲労し、抵抗が増加したり、疲労破壊する可能性があった。
このような状況を回避するために、例えば特開２００１−２２９８９６号公報に記載の組電池においては、電池を強固に車体に固定することにより、振動に対して耐久性を維持するようにしている。しかしながら、この手法はダンピング効果がないため、振動を減衰することができず、場合によっては車体の振動に組電池が共振して大きな振動となる等の問題があり、十分な耐振動性が確保されているとは言い難かった。
【０００４】
【発明の開示】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、振動の多い環境下にあっても破壊されることなく耐久性よくその性能を発揮することのできる、耐振動性が十分確保された例えば組電池等の電池を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、振動の多い環境下にあっても破壊されることなく耐久性よくその性能を発揮することのできる耐振動性が十分確保された組電池等がさらに複合されて構成される複合組電池を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、耐振動性が十分確保された例えば組電池あるいは複合組電池等の電池を搭載し、これにより例えば電動機の駆動等が適切に行える車両を提供することにある。
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、本発明の電池は、少なくとも１以上の素電池と、前記素電池を収容する外部ケースと、前記外部ケース内において前記素電池を被覆し、当該外部ケースに支持するように形成された樹脂群と、前記外部ケースを支持して所定の場所に設置するための少なくとも１以上の外部弾性体とを有する。
【０００６】
このような構成の電池においては、まず、素電池を内部に形成された樹脂及び外部弾性体の２つの弾性体で支持するようにしており、電池外部から作用される振動を、十分に減衰して素電池、あるいはそのタブ、バスバーとの接合点等に伝達させることができる。
また、このような構成の電池は、所定の質量を有する素電池及び外部ケースを、内部に形成された樹脂及び外部弾性体の２つの弾性体で支持することとなっており、２自由度以上のマスバネモデルと考えることができる。従って、これらの質量及び各弾性体のバネ定数及びダンピングを制御することにより、このマスバネ系の共振ピークの周波数を任意の周波数に移行することができる。通常、自動車等の車両に発生する振動は１００Ｈｚ以下であるから、このマスバネ系の共振周波数を１００Ｈｚより高い領域に移行させることにより、車両に搭載されたこのような構成の電池が共振周波数に達することはなく、振動により電池内部が破壊される可能性は著しく減少する。
【０００７】
また、本発明の第２の観点によれば、本発明の複合組電池は、本発明に係る電池を複数有し、当該複数の電池を直列、並列又は直列と並列の複合接続に接続した構成である。
【０００８】
また、本発明の第３の観点によれば、本発明の車両は、本発明に係る電池、又は、本発明に係る複合組電池を有するものである。
【０００９】
このように、本発明によれば、振動の多い環境下にあっても破壊されることなく耐久性よくその性能を発揮することのできる、耐振動性が十分確保された例えば組電池等の電池を提供することができる。
また、振動の多い環境下にあっても破壊されることなく耐久性よくその性能を発揮することのできる、耐振動性が十分確保された組電池等がさらに複合されて構成される複合組電池を提供することができる。
さらに、耐振動性が十分確保された例えば組電池あるいは複合組電池等の電池を搭載し、これにより例えば電動機の駆動等が適切に行える車両を提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の組電池、複合組電池及び車両について、図１〜図９を参照して説明する。
まず、本発明の一実施の形態の組電池について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本実施の形態の組電池２０の概略構成を説明するための斜視図である。
また、図２は、図１に示した組電池２０の構成を示す図であって、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は正面図、図２（Ｃ）は側面図である。
図示のごとく、組電池２０は、２４個の薄型電池（素電池）１０、バスバー２１、端子２２、２３、内部充填樹脂（樹脂群）２４、外部ケース２５及び外部弾性体２６を有する。
【００１２】
薄型電池（素電池）１０の各々は、組電池２０を構成する単位電池であって、所定の電圧で所定の容量のリチウム系二次電池である。本実施の形態においては、この薄型電池２４個が接続されて、全体として所定の電圧と所定の容量を確保するように構成されている。
これら２４個の素電池１０は、１〜２ｍｍ程度の間隔を開けて順に積層され、また最下部の素電池１０が外部ケース２５の内壁面から１〜２ｍｍ離れて配置されるように、外部ケース２５内に収容され設置される。
【００１３】
また、この素電池１０は、薄型ラミネート電池であることが有効である。
ラミネート電池は、電池自体に無駄な空間を有しないことから、組電池２０をコンパクトにするためには非常に有効である。また、ラミネート電池は、外壁がナイロン等の高分子フィルムであるため、缶の電池に比べ素電池の動的バネ定数が低く、振動低減の効率が高くなるからである。
また、ラミネート電池の厚さは１ｍｍ〜１０ｍｍが望ましい。厚さが１０ｍｍより厚くなると素電池の内部に熱がこもり易くなり放熱性の観点から適切ではなく、１ｍｍより薄くなると容量を十分に確保することができなくなる。１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であれば、そのような放熱性や効率の点に加えて、振動が低減されるという効果や製造が容易であるという効果も十分発揮されるものであり、非常に有効である。
【００１４】
薄型電池１０の構成及び２４個の薄型電池１０の接続方法について図３〜図５を参照してさらに詳細に説明する。
図３は１つの薄型電池１０の構成を示す図であって、図３（Ａ）は全体を示す平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のII−II線に沿う断面図である。
薄型電池１０は、前述したようにリチウム系の薄型二次電池であり、２枚の正極板１０１、５枚のセパレータ１０２、２枚の負極板１０３、正極端子１０４、負極端子１０５、上部電池外装部材１０６、下部電池外装部材１０７及び図示しない電解質を有する。
この内の正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３及び電解質を特に発電要素１０９と称する。
なお、正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３の枚数には何ら限定されず、例えば１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２、１枚の負極板１０４でも発電要素１０９を構成することができる。必要に応じて正極板、負極板及びセパレータの枚数は適宜選択してよい。
【００１５】
発電要素１０９を構成する正極板１０１は、例えばＬｉ−Ｍｎ系複合酸化物であることが好ましい。
具体的には、正極板１０１は、金属酸化物などの正極活物質と、カーボンブラックなどの導電材と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンなどの接着剤とを、重量比で例えば１００：３：１０の割合で混合したものを、正極側集電体としてのアルミニウム箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。なお、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンの混合比率は、その固形分である。そしてその正極活物質としては、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等が好適である。
これらの材質は薄型電池内部の発熱を比較的拡散し易く、端子への伝熱による端子の膨張による伸びを少なくでき、端子から後述する電池外装部材へ伝達する引張り応力を極力抑制することが可能となる。具体的には、タブ部に電熱することでタブが伸び、タブと樹脂の界面に引張り応力を与える可能性を低くすることができる。
【００１６】
発電要素１０９を構成する負極板１０３は、結晶性炭素材又は非結晶性炭素材であることが好ましい。
具体的には、負極板１０３は、例えば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを例えば固形分比１００：５で混合し、乾燥させたのち粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これに、アクリル樹脂エマルジョンなどの結着剤を例えば重量比１００：５で混合し、この混合物を、負極側集電体としてのニッケル箔あるいは銅箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。
特に負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量にともなって出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車等の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００１７】
また、発電要素１０９のセパレータ１０２は、正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えてもよい。セパレータ１０２は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
なお、本実施の形態のセパレータ１０２は、ポリオレフィンなどの単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした３層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布などを積層したものも用いることができる。セパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能などの諸機能を付与することができる。また、セパレータ１０２の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることもできる。
【００１８】
以上の発電要素１０９は、上から正極板１０１と負極板１０３とが交互に、且つ当該正極板１０１と負極板１０３との間にセパレータ１０２が位置するような順序で積層され、さらに、その最上部及び最下部にセパレータ１０２が１枚ずつ積層されている。そして、２枚の正極板１０１のそれぞれは、正極側集電部１０４ａを介して、金属箔製の正極端子１０４に接続される一方で、２枚の負極板１０３は、負極側集電部１０５ａを介して、同じく金属箔製の負極端子１０５に接続されている。
なお、正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としてはアルミニウムやアルミニウム合金、銅又はニッケルなどを挙げることができ、負極端子１０５としてはニッケル、銅、ステンレス又は鉄などを挙げることができる。これらの金属は、金属の抵抗値、線膨張係数、抵抗率において薄型電池の構成要素として特に適当であり、使用温度を変えた場合にも、端子から後述する電池外装部材へ伝達する引張り応力を極力抑制することが可能となる。
また、本例の正極側集電部１０４ａも負極側集電部１０５ａのいずれも、正極板１０４及び負極板１０５の集電体を構成するアルミニウム箔やニッケル箔、銅箔、鉄箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電部１０４ａ，１０５ａを構成することもできる。
発電要素１０９は、上部電池外装部材１０６及び下部電池外装部材１０７（封止手段）により封止されている。
【００１９】
このような薄型電池１０の接続方法について、図４及び図５を参照して説明する。
図４は、薄型電池１０の接続方法を示す第１の図であり、図４（Ａ）は並列接続を示す図であり、図４（Ｂ）は比較のための直列接続を示す図である。
図５は、薄型電池１０の他の接続方法を示す第２の図であり、図５（Ａ）は並列接続を示す図であり、図５（Ｂ）は比較のための直列接続を示す図である。
薄型電池１０を電気的に接続して複数の薄型電池１０を有する組電池２０を構成する場合、図４（Ａ）及び図５（Ａ）に示すような並列接続が、印可される外力に対してさらに強い構造を維持することができ好適である。
【００２０】
図４（Ａ）に示す接続方法は、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と、第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とが同一方向に導出するような向きで、第１の薄型電池１０ａと第２の薄型電池１０ｂを実質的に同一平面上に並置させ、そして、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と、第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とを第１のバスバー２１ａにより電気的に接続し、また同様に、第１の薄型電池１０ａの負極端子１０５と第２の薄型電池１０ｂの負極端子１０５とを第２のバスバー２１ｂにより電気的に接続したものである。
【００２１】
また、図５（Ａ）に示す接続方法は、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と、第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とが同一方向に導出するような向きで、第１の薄型電池１０ａの鉛直上向きの面と第２の薄型電池１０ｂの鉛直下向きの面とを対向させて、第１の薄型電池１０ａと第２の薄型電池１０ｂとを積層し、そして、第１の薄型電池１０ａの正極端子１０４と第２の薄型電池１０ｂの正極端子１０４とを溶着して電気的に接続し、同様に、第１の薄型電池１０ａの負極端子１０５と第２の薄型電池１０ｂの負極端子１０５とを溶着して電気的に接続したものである。
【００２２】
図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）に示すように直列に接続された場合、印加される外力によって、各薄型電池１０ａ、１０ｂの正極端子１０４には、矢印によりその方向を示すような逆位相の捻れが生じるが、図４（Ａ）及び図５（Ａ）に示すような接続構造では、薄型電池１０ａ、１０ｂの正極端子１０４同士及び負極端子１０５同士が接続されているため、各薄型電池１０ａ、１０ｂに生じる応力が同位相となり、端子１０４、１０５に生じる捻れを極力抑えることができる。
その結果、端子と電池外装部材との間の界面に剥離が生じる可能性を低くすることができる。また、正極端子の金属と負極端子の金属とが異なる場合には、それにともなって、端子導出部に生ずる引張り応力も異なり界面剥離の原因になりうるが、このような並列接続であれば、薄型電池の端子導出部に生じる引張り応力を実質的に同等のものとすることが可能となり、界面剥離を防ぐことができる。
【００２３】
バスバー２１は、前述したように２４個の薄型電池１０の各端子間を接続するとともに、これを外部ケース２５から導出する組電池用端子２２，２３に接続するための板状導電部材である。
第１のバスバー２１ａは、各薄型電池１０の各正極端子１０４、及び、外部ケース２５から導出する略円柱形状の組電池用正極端子２２を接続する。
また、第２のバスバー２１ｂは、各薄型電池１０の各負極端子１０５、及び、外部ケース２５から導出する略円柱形状の組電池用負極端子２３を接続する。
【００２４】
端子２２及び端子２３は、組電池から外部への電圧出力用端子であって、端子２２が正極端子、端子２３が負極端子である。
前述したように、正極端子２２は第１のバスバー２１ａを介して組電池２０内の各薄型電池１０の正極端子１０４に接続されており、また、負極端子２３は第２のバスバー２１ａを介して組電池２０内の各薄型電池１０の負極端子１０５に接続されている。
【００２５】
内部充填樹脂（樹脂群）２４は、外部ケース２５内の２４個の薄型電池（素電池）１０やバスバー２１等の構成部の間に密に充填される樹脂であり、素電池１０等の構成部への振動の伝達を低減する。前述したように、外部ケース内には、１〜２ｍｍ程度の間隔で積層された薄型電池１０、それらを接続するバスバー２１ａが、最下部の薄型電池１０が外部ケース２５の内側底面から１〜２ｍｍ程度離れた位置に配置されるように収容され、設置されている。内部充填樹脂２４は、これら各構成部間の空間を埋めるように、外部ケース２５内に充填され、これにより薄型電池１０が外部ケース２５内に封止される。
ここで、樹脂２４の硬度は、ＪＩＳ−Ａで５〜９５であることが望ましい。硬度ＪＩＳ−Ａが５より小さくなると、樹脂が柔らか過ぎるため薄型電池１０やバスバー２１が自重で樹脂に沈む可能性が高くなり、９５以上になると振動減衰効果が小さくなるからである。
【００２６】
また樹脂２４は、素電池１０等の構成部を外部の環境から保護する機能も有する。具体的には、樹脂２４には、防水性、防湿性、冷熱サイクル性、耐熱安定性、絶縁性、難燃性等の性能が求められる。これらの性能を満たすために、樹脂２４は、例えばエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ナイロン系樹脂又はオレフィン系樹脂等で構成されることが望ましい。特にウレタン系樹脂は、前述したような各性能が優れており、樹脂２４として好適である。その他、樹脂２４は、シリコンゴム、オレフィン系エラストマー等の樹脂でもよく、前述した諸性能を満足するものであれば、任意の樹脂材料を内部充填樹脂２４として使用することができる。
【００２７】
また、これらの樹脂材料を複合的に複数用いることも有効である。そのような構成とすれば、外部ケース２５の種々の部位において、その部位に適した樹脂を配置し、効果的な防振を行うことが可能となる。
具体的には、例えば、外部ケース２５の内壁とこれに隣接する最下部の素電池１０との間に形成される樹脂と、それより上部の各素電池１０間に形成される樹脂との種類を変え、外部ケース２５と素電池１０の間に形成する樹脂の方が、素電池１０間に形成される樹脂よりも硬度の絶対値が小さくなるような構成とすることが有効である。これは、外界から外部ケース２５に印加される振動が素電池１０に伝達されることをできるだけ低減するためには、２４個の素電子群全体が外部ケース２５より振動的に絶縁されることが望ましく、外部ケース２５内壁と素電池１０間に形成される樹脂と各素電池間に形成される樹脂よりも柔らかければ、外部ケース２５が振動しても振動はこの間の樹脂２４で吸収され、すなわち振動が絶縁され、振動が伝わりにくくなるからである。
【００２８】
同様に、本実施の形態のように素電子１０が３層以上に構成されている場合には、中央に位置する樹脂群がもっとも硬度の絶対値が高く、外部ケースに向かうにつれて硬度の絶対値が小さくなる、すなわち柔らかくなるように構成することも有効である。
もちろん、そのような場合においても、最外部の樹脂以外は、最外部の樹脂の硬度よりも絶対値の大きい、すなわち硬い樹脂を統一して用いるようにしてもよい。
【００２９】
また、樹脂２４は、１０〜１ｋＨｚの誘電正接が、−３０〜８０℃の温度範囲で、１．０×１０^−３〜５．０×１０^−１の範囲にあることが望ましい。１．０×１０^−３より低い状態では、樹脂が柔らか過ぎて振動が伝わることにより素電池の自重にへたる可能性が高くなり、５．０×１０^−１より大きい状態では、十分な減衰効果が得られないからである。
なお、振動の低減効果は、損失正接に依存し、この損失正接は、動的粘弾性試験によって得ることが可能である。しかしながら、この試験では、比較的柔らかな樹脂に対してを正確に損失正接を測定することが困難である。そこで、損失正接とほぼ対応が等しい誘電正接を用いることでその特性を予想し、ここではこれにより特性を規定するようにしている。
なお、損失正接が正確に測定できる場合には、損失正接も１．０×１０^−３〜５．０×１０^−１の範囲にあることが望ましい。
【００３０】
また、硬度と同様にこの誘電正接も、外部ケース２５内壁と素電池１０の間に形成される樹脂と素電池間に形成される樹脂では、外部ケース２５と素電池１０の間の樹脂の方が、電池間の樹脂よりも絶対値が小さいことが望ましい。これも、前述した硬度の場合の理由と同様である。
【００３１】
また、樹脂２４の動的バネ定数は、素電池１０をタブを介して外部ケースに接続するマスバネ系の動的バネ定数よりもその絶対値が小さいことが望ましい。
樹脂２４の動的バネ定数は、外部ケース２５に連結されたバスバーをバネとし、素電池１０をマスとするマスバネ系において、樹脂２４群がない場合に存在する空気の、極めて小さなバネ定数をバスバー等のバネ定数に近づけ、バスバーや端子に係る応力を低減する効果を有する。従って、素電池１０をタブを介して外部ケース２５に接続するマスバネ系の動的バネ定数よりもその絶対値が大きい場合には、応力がタブ部及びバスバーに係る可能性が高くなるため、効果的な樹脂２４の選択とは言い難くなるからである。
また、一般的に振動伝達率が小さいほど防振に対して効果が大きいが、振動伝達率は、その物体の動的バネ定数に大きく依存する。従って、防振性能を向上させるためにも、動的バネ定数を低減させることが効果的である。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、樹脂２４は外部ケース２５内に充填されるものとしたが、基本的には、外部ケース２５内の素電池１０以外の空間においては、その一部分のみに樹脂２４が形成されたような構成であってもよい。
樹脂２４は、素電池１０の近傍等においてはそれら構成部を外部ケース２５内で支持するように形成される必要があるが、それ以外の空間部分においては、その一部に形成されていても全部に形成されていても、本発明に関わる作用、効果を生じるものであり、本発明の目的を達成するものである。
例えば、振動の低減のためには素電池とバスバーの振幅が大きい部位に樹脂群を設定することが有効であるが、特に素電池の振動を低減したい場合には、素電池の周辺部位にのみ樹脂２４を形成するようにしてもよい。また、バスバー部分の振動を低減するためにバスバーの部分のみを樹脂で包むことも効果的ある。
いずれにしても、そのように部分的にのみ樹脂２４を形成することは、組電池全体の質量を軽減することができ、そういう点で有効である。
【００３３】
しかしながら一方で、前述したような樹脂２４の振動伝達率の低減、防水性、防湿性、冷熱サイクル性、耐熱安定性、絶縁性、難燃性等の目的を考慮すれば、組電池２０において、外部ケース２５内の素電池１０以外の空間においては、その９５〜１００ｖｏｌ％に樹脂２４が形成されていることが望ましい。特に、組電池２０の放熱性をも考慮する場合には、空間に空気が存在すると放熱性が悪化することとなるため、可能な限り９５ｖｏｌ％以上の空間に樹脂２４が形成されていることが望ましい。
【００３４】
外部ケース２５は、前述したような構造の２４個の薄型電池１０、バスバー２１を収容するとともに、樹脂２４が充填されて封止される金属製のケースである。
【００３５】
外部弾性体２６は、薄型電池同士の振動を極力低減するために、外部ケース２５の下面四隅に設けられた弾性体である。
外部弾性体２６としては、内部充填樹脂２４よりも硬度の小さい弾性体を用いる。そのような構成であれば、外部ケース２５内の薄型電池１０及び内部充填樹脂２４は外部弾性体２６に対して一体として動くようになり、例えば外部ケース２５内の薄型電池１０のタブ部等の特に振動に弱い部位にできるだけ振動を与えないようにすることができる。また、組電池２０全体の周波数を移行させることも可能となり好適である。
なお、外部弾性体は、ケースの任意の場所に任意の数を設定することが可能である。
【００３６】
外部弾性体は、例えば機械的バネ、ゴム系弾性体、エラストマー系弾性材等の部材が好ましい。
外部弾性体は、バネとダンピングの作用を発揮するのに加えて、その絶対値を任意に変化させ得ることが要求される。従って、これを自由に設定できる機械的バネは有効である。なお、機械的バネは、スプリングバネ、板バネ、皿バネ等の構造バネを含む。
また、ゴム系材料、エラストマー系材料も、ある程度自由にこれらの物理量を変化させることができるため、これも十分に有効である。
従って、外部弾性体としては、これらの材料が好ましい。
【００３７】
このような構成の組電池２０は、素電池を質量部としタブ部及び樹脂群をバネ部とした２自由度又はそれ以上の多自由度のマス−バネ系を形成している。
今、このマス−バネ系を簡略化し、素電池を質量Ｍ１、外部ケースの質量をＭ２、内部充填樹脂の内部弾性体のバネ定数Ｋ１、ダンピングＣ１、外部ケースに設置した外部弾性体のバネ定数Ｋ２、ダンピングＣ２よりなる図６に示すような２自由度のマスバネモデルと考えると、このマス−バネ系の固有角振動数（共振振動周波数）ω１、ω２は、次式（１）によりほぼ決定される。
【００３８】
【数１】
ω１，ω２＝(ａ＋ｃ)/2 ±√((a/2-b/2)2 ＋bc) …（１）
但し、ω１＜ω２、
ａ＝（Ｋ１＋Ｋ２）／Ｍ１、
ｂ＝Ｋ２／Ｍ１、
ｃ＝Ｋ２／Ｍ２
であり、また、
ω１：１次共振周波数（固有角振動数）
ω２：２次共振周波数（固有角振動数）
Ｍ１：素電池の質量
Ｍ２：外部ケースの質量
Ｋ１：内部樹脂のバネ定数
Ｋ２：外部弾性体のバネ定数
である。
【００３９】
従って、この共振ピークの周波数ω１、ω２は、素電池の質量Ｍ１、外部ケースの質量Ｍ２、内部樹脂のバネ定数Ｋ１及びダンピングＣ１、及び、外部弾性体のバネ定数Ｋ２及びダンピングＣ２を制御することにより任意の周波数に移行することが可能となる。
本実施の形態の組電池２０は、完全な２自由度型又は多自由度型マス−バネ減衰系ではないため、実際には上式（１）では完全にその特性・動作を説明することはできない。しかしながら、この式を参考にして性能のチューニングを行うことは十分に可能である。
【００４０】
従って具体的には、弾性体のバネ定数を実験により求め、素電池、外部ケースの質量を測定し、式（１）より共振周波数を求める。そして、その共振周波数が、自動車に発生する振動の周波数範囲とならないように、１００Ｈｚ以上に設定するようにチューニングを行う。なお、質量の調整は付加マスをつけることでチューニングを行うようにすればよい。
なお、外部弾性体の設置数が変化すると、その総合のバネ定数及びダンピングが変化する。従って、外部弾性体の設置数でバネ定数の制御をすることは有効である。組電池を形成した後、外部弾性体の数量、厚さ、材質等で組電池の共振周波数制御の微調整が可能となるからである。
【００４１】
このように、本実施の形態の組電池２０においては、外部ケース２５に外部弾性体２６を設置し、また、外部ケース２５内に薄型電池１０を収容したときに形成させる空間に樹脂２４を注入するようにしているので、組電池２０の外部から入力する振動等を、組電池２０を構成する薄型電池１０、タブ等に十分な減衰をさせて伝達することができる。
さらに、素電池の厚さ、素電池の面密度、素電池の間の樹脂群の厚さ、面密度、種類、外部ケースの質量、外部弾性体の厚さ、設置位置、材質等を操作することにより、組電池の素電池を質量部とし、タブ部及び樹脂群をバネ部とした少なくとも２自由度以上の振動系において、１次共振周波数、２次共振周波数を任意に設定し、これを自動車に発生する振動周波数の周波数範囲内から組電池の共振周波数をはずしている。従って、組電池２０は、車上で使用する限り共振周波数に達しない。
また、特に、内部充填樹脂２４及び外部弾性体２６においては、樹脂ダンピングにより振動エネルギーを熱エネルギーに変換しているため、効率的に振動エネルギーを低減することができる。
【００４２】
次に、このような組電池２０を複数組み合わせることにより構成される、本発明の一実施の形態の複合組電池について図７及び図８を参照して説明する。
図７は、その複合組電池３０の斜視図であり、図８（Ａ）は平面図、図８（Ｂ）は正面図、図８（Ｃ）は側面図である。
図７及び図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、複合組電池３０は、６個の組電池２０が電気的に接続されて構成される。複合組電池３０においては、６個の組電池２０が、各々端子２２、２３が同一方向に向くように積層されている。すなわち、ｍ段目に位置する組電池２０の端子２２、２３と、ｍ＋１段目に位置する組電池２０の端子２２、２３とが同一方向に向くように、ｍ段目の組電池２０の上にｍ＋１段目の組電池２０が積層されている。
【００４３】
そして、同一方向を向いた全ての組電池２０の組電池用正極端子２２が、当該複合組電池３０と外部とを接続する外部接続用正極端子３１により電気的に接続されている。また同様に、同一方向を向いた全ての組電池２０の組電池用負極端子２３が、外部接続用負極端子３２により電気的に接続されている。なお、外部接続用正極端子３１は、略矩形の平板形状であり、組電池用正極端子２２を挿入あるいは圧入可能な直径を有する複数の端子接続用孔が、積層された組電池２０の組電池用正極端子２２間のピッチに等しいピッチで加工されている。外部接続用負極端子３２も同様に端子接続用孔が加工されている。
また、複合組電池３０においては、組電池用端子２２、２３が複合組電池３０の外部に露出しないように、絶縁性材料の絶縁カバー３３が、接続された全ての組電池用端子２２、２３を覆うように具備されている。なお、絶縁カバー３３は、説明の便宜上、透明視にて図７においてのみ図示する。
そして、このように積層された６個の組電池２０は、その両側面部に平板状の連結部材３４で連結され、さらに固定ネジ３５により締結、固定される。
【００４４】
このように構成の複合組電池によれば、複数の組電池を組み合わせて複合組電池を構成しているので、使用目的に適切な所望の容量、所望の電圧の電池を容易に実現することができる。
またその際、複雑な接続をともなうことなく複合組電池を構成するので、接続不良による、複合組電池の故障率を低減することができる。
また、同等の比較的大容量の電池を１つの組電池として構成しようとした場合には、素電池の接続数が極端に増えることとなり、１つのセルの劣化により組電池全体が劣化してしまう可能性が高くなるが、このように組電池をさらに組み合わせた複合組電池であれば、１つの組電池が故障あるいは劣化したような場合においても、その組電池のみを交換することで容易に修復することができる。
なお、本実施の形態においては、６個の組電池を並列に接続した複合組電池を例示したが、直列に接続したり、あるいは直列と並列を組み合わせて複合的に接続するようにしてもよい。
【００４５】
次に、このような複合組電池３０を搭載した、本発明の一実施の形態の車両について、図９を参照して説明する。
図９は、複合組電池を搭載した車両を模式的に示す図である。
図９に示すように、複合組電池３０は、例えば車両１のフロア下に図示のごとく搭載され、車輪を駆動する電動機の電源、あるいは、車載電気回路等の電源として使用される。
このような環境においては、車両１の走行にともなって車内には多くの振動が発生し、例えばタブと樹脂の界面剥離が発生する等の電池の不良が発生する可能性が高くなる。仮に、多数の電池を使用する中でその１つにでもタブと樹脂の界面剥離が発生すると、車両用複合組電池全体が使用不可能になる可能性もある。
しかしながら、本実施の形態の端末装置３０においては、各組電池において振動を十分に低減することができるので、振動に起因するタブと樹脂の界面の剥離が発生する可能性が著しく減少する。
このように、本実施の形態の複合組電池を車両に適用することは非常に有効であり、また換言すれば、本実施の形態の複合組電池を有する車両は非常に信頼性が高い車両と言うことができる。
【００４６】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
例えば、組電池を構成する薄型電池の数、複合組電池を構成する組電池の数、組電池を構成する薄型電池の接続方式、及び複合組電池を構成する組電池の接続方式等は、前述の数及び接続方式に限定されるものではなく、要求される電気容量、電圧等から適宜その数及び接続方式（直列接続、並列接続、直列並列複合接続）を選択して設定してよい。例えば、前述した実施の形態においては薄型電池を２以上含む組電池を例示して本発明を説明したが、例えば１つの素電池のみが外部ケースに収容された電池や、あるいは１つの素電池のみを特に外部振動から防振させたい場合等において、その１つの素電池のみを前述した実施の形態と同様の構成にすることは十分に有効であり、そのような場合も本発明の範囲内であることは明らかである。
【００４７】
また、本実施の形態においては、本発明に係る組電池、複合組電池を車両に適用した場合について主に説明を行ったが、車両以外の任意の乗り物等に適用してよい。本発明に関わる電池は、高い電池の封止信頼性を確保すべき場所や、耐振動性を必要とする場所等で特に有効であり、そのような任意の対象物に対して適用してよい。
【００４８】
【実施例】
本発明に係る組電池のさらに具体的な構成の例、及び、その各組電池における振動低減の効果等について、実施例１〜３の３つの例を示してさらに具体的に説明する。
【００４９】
実施例１
実施例１の組電池は、図１０に示すように、金属製の外部ケースに、２個のラミネート外装の素電池を並列に設置し、内部弾性体として樹脂Ｂを外部ケース内の全ての空間に流しこみ常温で固化させ、さらに、外部ケースの四隅に外部弾性体として樹脂Ａを設けたものである。
なお、外部ケースの質量は５００ｇ、素電池の質量は８０ｇであり、また、素電池の厚さは５ｍｍ、外部弾性体の厚さは５ｍｍである。また、外部ケース内において、下側の素電池は外部ケース内壁から厚さ方向に２ｍｍ隔てた位置に配置され、さらに、上川の素電池は下側の素電池から同じく厚さ方向に２ｍｍ隔てた位置に配置される。なお、これら外部ケース内壁と素電池の間、及び、素電池間の空間には、樹脂Ｂが充填される。
【００５０】
樹脂Ｂは、比重１．２、硬度ＪＩＳ−Ａ９０、誘電正接（１ｋＨｚ）０．００５、ガラス転移温度１１０℃、線膨張係数５．０×１０^−５（１／℃）、体積抵抗率４．０×１０^１６（Ω・ｃｍ）、絶縁破壊強さ２５（ｋＶｍｍ）の２液混合常温固化タイプのエポキシ系樹脂である。
また、樹脂Ａは、比重０．９８、硬度ＪＩＳ−Ａ２１、誘電正接（１ｋＨｚ）０．０３８、ガラス転移温度−５７℃、線膨張係数２．２×１０^−４（１／℃）、体積抵抗率１．０×１０^１２（Ω・ｃｍ）、絶縁破壊強さ２３（ｋＶ／ｍｍ）の２液混合常温固化タイプのウレタン系樹脂である。
この組電池のマス-バネ系モデルを図１１に示す。なお、素電池質量と樹脂Ｂの厚さの系におけるタブ部の動的バネ定数と、樹脂Ｂの動的バネ定数の比は６０％とした。
【００５１】
このような構成の実施例１の組電池の振動伝達率のスペクトル、及び、比較対象としての、内部弾性体及び外部弾性体を具備せずその他は実施例１の組電池と同じ構成とした従来構造の組電池の振動伝達率のスペクトルを、図１２に示す。図１２に示すように、実施例１の組電池においては、共振ピークが高周波側にシフトし、１００Ｈｚ以上になっていることが確認される。
【００５２】
また、このような構成の組電池について、加速度比の検出及び平均低減率（平均振動低減率）の検出を行った。
ここで加速度比は、組電池上部のほぼ中央部に加速度ピックアップを設置し、１０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚでそれぞれ強制加振したときに得られる応答振動の加速度値を測定し、この測定値を、従来構造の組電池に対して同条件で得られる加速度値と比較し、その比率を算出することにより検出する。従って、加速度比が１．０のときは、樹脂を具備する本実施例１の組電池と樹脂を具備しない組電池の加速度の絶対値が同一であることを意味し、加速度比が０．０〜１．０のときは強制加振に対して振動が低減されたことを示し、また、加速度比が１．０より大きいときは強制振動に共振して振動が増幅されたことを意味する。
また、平均低減率は、１０〜３００Ｈｚの範囲で加振したときに検出される加速度比の低減量の平均を求めることにより検出し、この数値が大きいほど振動が低減されたことを意味する。
【００５３】
検出の結果、実施例１の組電池の加速度比は、強制加振の周波数が１０Ｈｚの場合に０．２５、５０Ｈｚの場合に、０．３０、１００Ｈｚの場合に０．３３となり、各加振振動数において振動の低減が確認された。
また、実施例１の組電池の１０〜３００Ｈｚの平均低減率は、従来構造の組電池に対して７１％となり、全体として振動の低減が確認された。
【００５４】
実施例２
実施例２の組電池は、図１３に示すように、金属製の外部ケースに４個のラミネート外装の素電池を並列に設置し、内部弾性体として樹脂Ｃを外部ケース内の全ての空間に流しこみ常温で固化させ、さらに、外部ケースの四隅に外部弾性体として実施例１と同一の樹脂Ａを設けたものである。
なお、外部ケースの質量は５５０ｇ、素電池の質量は８０ｇであり、また、素電池の厚さは５ｍｍ、外部弾性体の厚さは５ｍｍである。また、外部ケース内において、最下部の素電池は外部ケース内壁から厚さ方向に２ｍｍ隔てた位置に配置され、以後各素電池は相互に厚さ方向に２ｍｍ隔てた位置で順に配置される。なお、これら外部ケース内壁と素電池の間、及び、各素電池の間の空間には、樹脂Ｃが充填される。
【００５５】
樹脂Ｃは、比重１．０、硬度ＪＩＳ−Ａ６０、誘電正接（１ｋＨｚ）０．００５、ガラス転移温度１００℃、線膨張係数１．０×１０^−４（１／℃）、体積抵抗率１．０×１０^１５（Ω・ｃｍ）、絶縁破壊強さ２０（ｋＶ／ｍｍ）の２液混合常温固化タイプのオレフィン系樹脂である。
この組電池のマス-バネ系モデルを図１４に示す。なお、素電池質量と樹脂Ｃの厚さの系におけるタブ部の動的バネ定数と、樹脂Ｃの動的バネ定数の比は９５％とした。
【００５６】
このような構成の実施例２の組電池の振動伝達率のスペクトル、及び、比較対象としての、内部弾性体及び外部弾性体を具備せずその他は実施例２の組電池と同じ構成とした従来構造の組電池の振動伝達率のスペクトルを、図１５に示す。図１５に示すように、実施例２の組電池においても、共振ピークが高周波側にシフトし、１００Ｈｚ以上になっていることが確認される。
また、このような構成の組電池について、前述したような加速度比及び平均低減率を検出した結果、加速度比は、強制加振の周波数が１０Ｈｚの場合に０．９４、５０Ｈｚの場合に、０．９０、１００Ｈｚの場合に０．９４となり、各加振振動数において振動の低減が確認された。
また、実施例１の組電池の１０〜３００Ｈｚの平均低減率は、従来構造の組電池に対して７％となり、全体として振動の低減が確認された。
【００５７】
実施例３
実施例３の組電池は、図２に示したように、金属製の外部ケースに２４個のラミネート外装の素電池を６並列−４直列に設置し、内部弾性体として樹脂Ｄを外部ケース内の全ての空間に流しこみ常温で固化させ、さらに、外部ケースの四隅に外部弾性体として実施例１及び２と同一の樹脂Ａを設けたものである。
なお、外部ケースの質量は１０００ｇ、素電池の質量は８０ｇであり、また、素電池の厚さは５ｍｍ、外部弾性体の厚さは５ｍｍである。また、外部ケース内において、最下部の素電池は外部ケース内壁から厚さ方向に２ｍｍ隔てた位置に配置され、以後各素電池は相互に厚さ方向に１ｍｍ隔てた位置で順に配置される。なお、これら外部ケース内壁と素電池の間、及び、各素電池の間の空間には、樹脂Ｄが充填される。
【００５８】
また、樹脂Ｄは、比重１．０３、硬度ＪＩＳ−Ａ３５、誘電正接（１ｋＨｚ）０．０７、ガラス転移温度−３５℃、線膨張係数２．０×１０^−４（１／℃）、体積抵抗率０．６×１０^１５（Ω・ｃｍ）、絶縁破壊強さ１８（ｋＶ／ｍｍ）の２液混合常温固化タイプのウレタン系樹脂である。
この組電池に対して、簡略化及び一般化したマス-バネ系モデルは図６に示した通りである。なお、素電池質量と樹脂Ｄの厚さの系におけるタブ部の動的バネ定数と、樹脂Ｄの動的バネ定数の比は９０％とした。
【００５９】
このような構成の実施例３の組電池の振動伝達率のスペクトル、及び、比較対象としての、内部弾性体及び外部弾性体を具備せずその他は実施例３の組電池と同じ構成とした従来構造の組電池の振動伝達率のスペクトルを、図１６に示す。
図１６に示すように、実施例３の組電池においても、共振ピークが高周波側にシフトし、１００Ｈｚ以上になっていることが確認される。
また、このような構成の組電池について、前述したような加速度比及び平均低減率を検出した結果、加速度比は、強制加振の周波数が１０Ｈｚの場合に０７２、５０Ｈｚの場合に、０．８０、１００Ｈｚの場合に０．９７となり、各加振振動数において振動の低減が確認された。
また、実施例１の組電池の１０〜３００Ｈｚの平均低減率は、従来構造の組電池に対して１９％となり、全体として振動の低減が確認された。
【００６０】
なお、前述した実施例１〜３に使用した内部弾性体としての樹脂Ｂ，Ｃ，Ｄ及び外部弾性体としての樹脂Ａの特性を図１７に示す。
このように、実施例１〜３の組電池のいずれにおいても、共振ピークが高周波側の１００Ｈｚ以上にシフトしており、また、各振動数においてもまた全体としても、振動が低減されていることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る組電池の概略構成を説明するための斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した組電池の構成を示す図である。
【図３】図３は、図１に示した組電池に収容される素電池の構成を示す図である。
【図４】図４は、複数の図３に示した素電池を接続する方法を示す第１の図である。
【図５】図５は、複数の図３に示した素電池を接続する方法を示す第２の図である。
【図６】図６は、図２に示した組電池のマスバネ系モデルを示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態の複合組電池の概略構成を説明するための斜視図である。
【図８】図８は、図７に示した複合組電池の構成を示す図である。
【図９】図９は、図７に示した複合組電池を有する本発明の一実施の形態の車両を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る組電池のより具体的な第１の例の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した組電池のマスバネ系モデルを示す図である。
【図１２】図１２は、図１０に示した組電池及び従来の組電池の振動伝達率のスペクトルを示す図である。
【図１３】図１３は、本発明に係る組電池のより具体的な第１の例の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、図１３に示した組電池のマスバネ系モデルを示す図である。
【図１５】図１５は、図１３に示した組電池及び従来の組電池の振動伝達率のスペクトルを示す図である。
【図１６】図１０は、本発明に係る組電池のより具体的な第３の例としての、図２に示す組電池及び従来の組電池の振動伝達率のスペクトルを示す図である。
【図１７】図１７は、前述した第１〜３の例において使用した内部弾性体としての樹脂Ｂ，Ｃ，Ｄ及び外部弾性体としての樹脂Ａの特性を示す表である。
【符号の説明】
１…車両
１０…薄型電池
１０ａ…第１の薄型電池
１０ｂ…第２の薄型電池
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０５…負極端子
１０６…上部電池外装部材
１０７…下部電池外装部材
１０９…発電要素
１１０…熱融着領域
１１１…端子導出部
２０…組電池
２１ａ…第１のバスバー
２１ｂ…第２のバスバー
２２…正極端子
２３…負極端子
２４…内部充填樹脂
２５…外部ケース
２６…外部弾性体
３０…複合組電池
３１…外部接続用正極端子
３２…外部接続用負極端子
３３…絶縁カバー
３４…連結部材
３５…固定ネジ[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a battery such as an assembled battery in which a unit cell is accommodated, a composite assembled battery having a plurality of such batteries, and a vehicle including such a battery or a composite assembled battery, and in particular, from the outside. The present invention relates to a battery, a composite assembled battery, and a vehicle that can reduce vibration transmitted to the battery and reduce the possibility of the battery being damaged by vibration.
[0002]
[Background]
An electric vehicle driven by an electric motor, a conventional hybrid vehicle of an internal combustion engine and an electric motor, and the like have been developed and are gradually being used in recent years. In a vehicle to which such an electric motor is applied, the configuration of a battery that stores electricity as a power source is very important. In such a battery mounted on a vehicle, it is generally required to have a large capacity, a small size, and be able to be charged quickly, but in addition, since it is used in a vehicle with a lot of vibration, It is a very important condition that sufficient durability against vibration, that is, vibration resistance is ensured.
[0003]
However, in an assembled battery in which a plurality of unit cells that have been widely used as in-vehicle batteries are connected in the past, when used in an environment with vibrations, the terminals and busbars that connect the battery and the battery have their vibrations. There was a possibility that the fatigue would increase, the resistance would increase, and the fatigue could break.
In order to avoid such a situation, for example, in the assembled battery described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-229896, the battery is firmly fixed to the vehicle body to maintain durability against vibration. . However, since this method has no damping effect, vibrations cannot be damped. In some cases, there is a problem that the assembled battery resonates with the vibrations of the vehicle body, resulting in large vibrations, and sufficient vibration resistance is ensured. It was hard to say.
[0004]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is vibration resistance capable of exhibiting its performance with high durability without being destroyed even in an environment with a lot of vibration. The object is to provide a battery such as an assembled battery, which is sufficiently secured.
Another object of the present invention is to further combine an assembled battery having sufficient vibration resistance that can exhibit its performance with high durability without being destroyed even in an environment with a lot of vibration. It is providing the composite assembled battery comprised.
Furthermore, another object of the present invention is to provide a vehicle in which a battery such as an assembled battery or a composite assembled battery having sufficient vibration resistance is mounted, and thereby, for example, an electric motor can be driven appropriately. .
[0005]
In order to solve the above-described problems, according to a first aspect of the present invention, a battery of the present invention includes at least one unit cell, an outer case that houses the unit cell, and the element in the outer case. A resin group that covers the battery and is supported by the outer case, and at least one external elastic body that supports the outer case and is installed at a predetermined location.
[0006]
In a battery having such a configuration, first, the unit cell is supported by two elastic bodies, a resin formed inside and an external elastic body, and vibrations applied from the outside of the battery are sufficiently damped. It can be transmitted to the unit cell or its junction with the tab or bus bar.
In addition, the battery having such a structure supports a unit cell having a predetermined mass and an outer case with two elastic bodies, a resin formed inside and an external elastic body, and has two or more degrees of freedom. It can be considered as a mass spring model. Therefore, by controlling the mass and the spring constant and damping of each elastic body, the frequency of the resonance peak of the mass spring system can be shifted to an arbitrary frequency. Normally, the vibration generated in a vehicle such as an automobile is 100 Hz or less. Therefore, by shifting the resonance frequency of the mass spring system to a region higher than 100 Hz, the battery having such a configuration mounted on the vehicle reaches the resonance frequency. Nevertheless, the possibility of damage to the interior of the battery due to vibration is significantly reduced.
[0007]
According to the second aspect of the present invention, the composite assembled battery of the present invention includes a plurality of batteries according to the present invention, and the plurality of batteries are connected in series, in parallel, or in series and parallel composite connection. It is.
[0008]
Moreover, according to the 3rd viewpoint of this invention, the vehicle of this invention has the battery which concerns on this invention, or the composite assembled battery which concerns on this invention.
[0009]
As described above, according to the present invention, a battery such as an assembled battery having sufficient vibration resistance that can exhibit its performance with high durability without being destroyed even in an environment with a lot of vibrations. Can be provided.
In addition, a composite assembled battery that is configured by further combining an assembled battery with sufficient vibration resistance that can exhibit its performance with high durability without being destroyed even in an environment with a lot of vibration. Can be provided.
Furthermore, it is possible to provide a vehicle that is equipped with a battery such as an assembled battery or a composite assembled battery with sufficient vibration resistance, and can appropriately drive an electric motor, for example.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An assembled battery, a composite assembled battery, and a vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, an assembled battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0011]
FIG. 1 is a perspective view for explaining a schematic configuration of the assembled battery 20 of the present embodiment.
2 is a diagram showing the configuration of the assembled battery 20 shown in FIG. 1. FIG. 2 (A) is a plan view, FIG. 2 (B) is a front view, and FIG. 2 (C) is a side view. is there.
As illustrated, the assembled battery 20 includes 24 thin batteries (unit cells) 10, bus bars 21, terminals 22 and 23, an internal filling resin (resin group) 24, an external case 25, and an external elastic body 26.
[0012]
Each of the thin batteries (unit cells) 10 is a unit battery constituting the assembled battery 20 and is a lithium secondary battery having a predetermined voltage and a predetermined capacity. In the present embodiment, the 24 thin batteries are connected so as to ensure a predetermined voltage and a predetermined capacity as a whole.
The 24 unit cells 10 are sequentially stacked with an interval of about 1 to 2 mm, and the lower case unit cell 10 is arranged 1 to 2 mm away from the inner wall surface of the outer case 25. 25 is housed and installed.
[0013]
The unit cell 10 is effectively a thin laminate battery.
Since the laminated battery does not have a useless space in the battery itself, it is very effective for making the assembled battery 20 compact. In addition, since the outer wall of the laminated battery is a polymer film such as nylon, the dynamic spring constant of the unit cell is lower than that of the can battery, and the efficiency of vibration reduction is increased.
The thickness of the laminated battery is preferably 1 mm to 10 mm. If the thickness is greater than 10 mm, heat tends to be trapped inside the unit cell, which is not appropriate from the viewpoint of heat dissipation. If the thickness is less than 1 mm, sufficient capacity cannot be ensured. In the range of 1 mm to 10 mm, in addition to such heat dissipation and efficiency, the effect of reducing vibrations and the effect of easy manufacturing are sufficiently exhibited, which is very effective. is there.
[0014]
The configuration of the thin battery 10 and the connection method of the 24 thin batteries 10 will be described in more detail with reference to FIGS.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of one thin battery 10, FIG. 3 (A) is a plan view showing the whole, and FIG. 3 (B) is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 3 (A). is there.
As described above, the thin battery 10 is a lithium-based thin secondary battery, and includes two positive plates 101, five separators 102, two negative plates 103, a positive terminal 104, a negative terminal 105, and an upper battery exterior. It has the member 106, the lower battery exterior member 107, and the electrolyte which is not shown in figure.
Among these, the positive electrode plate 101, the separator 102, the negative electrode plate 103, and the electrolyte are particularly referred to as a power generation element 109.
The number of the positive electrode plate 101, the separator 102, and the negative electrode plate 103 is not limited at all. For example, the power generation element 109 can be configured by one positive electrode plate 101, three separators 102, and one negative electrode plate 104. it can. The number of positive plates, negative plates and separators may be selected as appropriate.
[0015]
The positive electrode plate 101 constituting the power generation element 109 is preferably, for example, a Li—Mn composite oxide.
Specifically, the positive electrode plate 101 is made of a positive electrode active material such as a metal oxide, a conductive material such as carbon black, and an adhesive such as an aqueous dispersion of polytetrafluoroethylene in a weight ratio of, for example, 100: What was mixed at a ratio of 3:10 was applied to both surfaces of a metal foil such as an aluminum foil as a positive electrode side current collector, dried, rolled, and then cut into a predetermined size. The mixing ratio of the polytetrafluoroethylene aqueous dispersion is its solid content. As the positive electrode active material, for example, lithium nickelate (LiNiO)₂), Lithium manganate (LiMnO)₂), Lithium cobaltate (LiCoO)₂Lithium composite oxide such as), chalcogen (S, Se, Te) compounds and the like are suitable.
These materials are relatively easy to diffuse the heat generated in the thin battery, reduce the expansion due to the expansion of the terminal due to the heat transfer to the terminal, and can suppress the tensile stress transmitted from the terminal to the battery exterior member described later as much as possible. It becomes. Specifically, it is possible to reduce the possibility of applying a tensile stress to the interface between the tab and the resin by extending the tab by electrically heating the tab portion.
[0016]
The negative electrode plate 103 constituting the power generation element 109 is preferably a crystalline carbon material or an amorphous carbon material.
Specifically, the negative electrode plate 103 is made of, for example, an organic material such as amorphous carbon, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, or graphite. An aqueous dispersion of styrene butadiene rubber resin powder as a precursor material of the fired body is mixed, for example, at a solid content ratio of 100: 5, dried, and pulverized to support carbonized styrene butadiene rubber on the carbon particle surfaces. In this case, a binder such as an acrylic resin emulsion is mixed in a weight ratio of, for example, 100: 5, and this mixture is mixed with a metal foil such as a nickel foil or a copper foil as a negative electrode side current collector. It is applied to both sides, dried, rolled, and then cut into a predetermined size.
In particular, when amorphous carbon or non-graphitizable carbon is used as the negative electrode active material, the flatness of the potential during charge / discharge is poor and the output voltage decreases with the amount of discharge. However, when used as a power source for an electric vehicle or the like, it is advantageous because there is no sudden drop in output.
[0017]
In addition, the separator 102 of the power generation element 109 prevents a short circuit between the positive electrode plate 101 and the negative electrode plate 103 and may have a function of holding an electrolyte. The separator 102 is a microporous film made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), for example. When an overcurrent flows, the pores of the layer are blocked by the heat generation, thereby blocking the current. It also has.
Note that the separator 102 of the present embodiment is not limited to a single layer film such as a polyolefin, and a three-layer structure in which a polypropylene film is sandwiched with a polyethylene film, or a laminate of a polyolefin microporous film and an organic non-woven fabric is used. Can do. By forming the separator 102 in multiple layers, various functions such as an overcurrent prevention function, an electrolyte holding function, and a separator shape maintenance (rigidity improvement) function can be provided. Further, instead of the separator 102, a gel electrolyte or an intrinsic polymer electrolyte can be used.
[0018]
The above power generation element 109 is laminated in such an order that the positive electrode plate 101 and the negative electrode plate 103 are alternately arranged from above and the separator 102 is positioned between the positive electrode plate 101 and the negative electrode plate 103. One separator 102 is laminated on each of the upper and lowermost parts. Each of the two positive plates 101 is connected to the positive terminal 104 made of metal foil via the positive current collector 104a, while the two negative plates 103 are connected to the negative current collector 105a. Is connected to the negative electrode terminal 105 which is also made of metal foil.
The positive electrode terminal 104 and the negative electrode terminal 105 are not particularly limited as long as they are electrochemically stable metal materials. Examples of the positive electrode terminal 104 include aluminum, an aluminum alloy, copper, and nickel. Can include nickel, copper, stainless steel or iron. These metals are particularly suitable as components of thin batteries in terms of the resistance value, linear expansion coefficient, and resistivity of the metal, and even when the operating temperature is changed, the tensile stress transmitted from the terminal to the battery exterior member described later is transmitted. It is possible to suppress as much as possible.
Further, both the positive electrode side current collector 104a and the negative electrode side current collector 105a in this example extend the aluminum foil, nickel foil, copper foil, and iron foil that constitute the current collector of the positive electrode plate 104 and the negative electrode plate 105. However, the current collectors 104a and 105a can be formed of separate materials and parts.
The power generation element 109 is sealed by the upper battery exterior member 106 and the lower battery exterior member 107 (sealing means).
[0019]
  A method of connecting such a thin battery 10 will be described with reference to FIGS.
  Figure4These are 1st figures which show the connection method of the thin battery 10.4(A) is a diagram showing parallel connection,4(B) is a figure which shows the serial connection for a comparison.
  Figure5These are 2nd figures which show the other connection methods of the thin battery 10.5(A) is a diagram showing parallel connection,5(B) is a figure which shows the serial connection for a comparison.
  When the assembled battery 20 having a plurality of thin batteries 10 is configured by electrically connecting the thin batteries 10,4(A) and figure5A parallel connection as shown in (A) is preferable because it can maintain a stronger structure against an applied external force.
[0020]
  Figure4The connection method shown in (A) is such that the positive terminal 104 of the first thin battery 10a and the positive terminal 104 of the second thin battery 10b are led out in the same direction, and the first thin battery 10a The second thin battery 10b is juxtaposed substantially on the same plane, and the positive terminal 104 of the first thin battery 10a and the positive terminal 104 of the second thin battery 10b are electrically connected by the first bus bar 21a. Similarly, the negative terminal 105 of the first thin battery 10a and the negative terminal 105 of the second thin battery 10b are electrically connected by the second bus bar 21b.
[0021]
  Also figure5The connection method shown in (A) is such that the positive terminal 104 of the first thin battery 10a and the positive terminal 104 of the second thin battery 10b are led out in the same direction, and the first thin battery 10a The first thin battery 10a and the second thin battery 10b are stacked such that the vertically upward surface faces the vertically downward surface of the second thin battery 10b, and the positive electrode of the first thin battery 10a is stacked. The terminal 104 and the positive terminal 104 of the second thin battery 10b are welded and electrically connected. Similarly, the negative terminal 105 of the first thin battery 10a and the negative terminal 105 of the second thin battery 10b are connected. It is welded and electrically connected.
[0022]
When connected in series as shown in FIG. 4B and FIG. 5B, the positive terminal 104 of each thin battery 10a, 10b is reversed as indicated by the arrow due to the applied external force. Although twisting of the phase occurs, in the connection structure as shown in FIGS. 4A and 5A, since the positive terminals 104 and the negative terminals 105 of the thin batteries 10a and 10b are connected, The stress generated in the batteries 10a and 10b has the same phase, and the twist generated in the terminals 104 and 105 can be suppressed as much as possible.
As a result, it is possible to reduce the possibility of peeling at the interface between the terminal and the battery exterior member. In addition, when the metal of the positive electrode terminal and the metal of the negative electrode terminal are different, the tensile stress generated in the terminal lead-out portion is also different and may cause interface peeling. It is possible to make the tensile stress generated in the terminal lead-out portion of the battery substantially equal, and to prevent interface peeling.
[0023]
The bus bar 21 is a plate-like conductive member for connecting the terminals of the 24 thin batteries 10 and connecting them to the assembled battery terminals 22 and 23 led out from the external case 25 as described above.
The first bus bar 21 a connects each positive electrode terminal 104 of each thin battery 10 and the substantially cylindrical assembled battery positive electrode terminal 22 led out from the outer case 25.
The second bus bar 21 b connects each negative electrode terminal 105 of each thin battery 10 and the substantially cylindrical battery-assembled negative electrode terminal 23 led out from the outer case 25.
[0024]
The terminal 22 and the terminal 23 are terminals for voltage output from the assembled battery to the outside. The terminal 22 is a positive terminal and the terminal 23 is a negative terminal.
As described above, the positive terminal 22 is connected to the positive terminal 104 of each thin battery 10 in the assembled battery 20 via the first bus bar 21a, and the negative terminal 23 is connected to the second bus bar 21a. It is connected to the negative electrode terminal 105 of each thin battery 10 in the assembled battery 20.
[0025]
The internal filling resin (resin group) 24 is a resin that is densely filled between constituent parts of the 24 thin batteries (unit cells) 10 and the bus bar 21 in the outer case 25. Reduce the transmission of vibration to the part. As described above, in the outer case, the thin batteries 10 stacked at an interval of about 1 to 2 mm and the bus bar 21a for connecting them are arranged so that the lowermost thin battery 10 is 1 to 2 mm from the inner bottom surface of the outer case 25. It is accommodated and installed so as to be arranged at a position some distance away. The inner filling resin 24 is filled in the outer case 25 so as to fill the space between these components, and thus the thin battery 10 is sealed in the outer case 25.
Here, the hardness of the resin 24 is desirably 5 to 95 according to JIS-A. This is because if the hardness JIS-A is less than 5, the resin is too soft and the thin battery 10 or the bus bar 21 is likely to sink into the resin under its own weight.
[0026]
The resin 24 also has a function of protecting the components such as the unit cell 10 from the external environment. Specifically, the resin 24 is required to have performances such as waterproofness, moisture proofing, cold cycle performance, heat stability, insulation, and flame retardancy. In order to satisfy these performances, the resin 24 is preferably composed of, for example, an epoxy resin, a urethane resin, a nylon resin, an olefin resin, or the like. In particular, the urethane-based resin has excellent performance as described above and is suitable as the resin 24. In addition, the resin 24 may be a resin such as silicon rubber or an olefin-based elastomer, and any resin material can be used as the internal filling resin 24 as long as the above-described performances are satisfied.
[0027]
It is also effective to use a plurality of these resin materials in combination. With such a configuration, it is possible to arrange an appropriate resin for various parts of the outer case 25 and perform effective vibration isolation.
Specifically, for example, the type of resin formed between the inner wall of the outer case 25 and the lowermost unit cell 10 adjacent thereto, and the resin formed between the upper unit cells 10 above it. It is effective to adopt a configuration in which the resin formed between the outer case 25 and the unit cell 10 has a smaller absolute value of hardness than the resin formed between the unit cells 10. This is because, in order to reduce as much as possible that the vibration applied to the outer case 25 from the outside is transmitted to the unit cell 10, the entire 24 elementary electron groups may be vibrationally insulated from the outer case 25. Desirably, if the resin formed between the inner wall of the outer case 25 and the unit cell 10 and the resin formed between the unit cells are softer, even if the outer case 25 vibrates, the vibration is absorbed by the resin 24 therebetween. That is, the vibration is insulated and it is difficult to transmit the vibration.
[0028]
Similarly, when the elementary electrons 10 are configured in three or more layers as in the present embodiment, the resin group located in the center has the highest absolute value of hardness, and the absolute value of hardness as it goes to the outer case It is also effective to configure so that becomes smaller, that is, softer.
Of course, even in such a case, a resin having a larger absolute value than the hardness of the outermost resin, that is, a hard resin may be used in a unified manner other than the outermost resin.
[0029]
The resin 24 has a dielectric loss tangent of 10 to 1 kHz in a temperature range of −30 to 80 ° C.^-3~ 5.0 × 10^-1It is desirable to be in the range. 1.0 × 10^-3In a lower state, since the resin is too soft and vibration is transmitted, there is a high possibility that the unit cell will lose its own weight.^-1This is because a sufficient damping effect cannot be obtained in a larger state.
The vibration reducing effect depends on the loss tangent, and this loss tangent can be obtained by a dynamic viscoelasticity test. However, in this test, it is difficult to accurately measure the loss tangent for a relatively soft resin. Therefore, the characteristic is predicted by using a dielectric loss tangent that is substantially equivalent to the loss tangent, and here the characteristic is defined.
When the loss tangent can be accurately measured, the loss tangent is also 1.0 × 10^-3~ 5.0 × 10^-1It is desirable to be in the range.
[0030]
Further, like the hardness, this dielectric loss tangent is equal to the resin formed between the inner wall of the outer case 25 and the unit cell 10 and the resin formed between the unit cells. However, it is desirable that the absolute value is smaller than the resin between the batteries. This is also the same as the reason for the hardness described above.
[0031]
  The absolute value of the dynamic spring constant of the resin 24 is preferably smaller than the dynamic spring constant of the mass spring system in which the unit cell 10 is connected to the external case via a tab.
  Dynamic spring of resin 24constantIn the mass spring system in which the bus bar connected to the outer case 25 is a spring and the unit cell 10 is a mass, an extremely small spring of air that exists when there is no resin 24 group.constantA spring such as a bus barconstantIt has the effect of reducing the stress relating to the bus bar and the terminal. Therefore, when the absolute value is larger than the dynamic spring constant of the mass spring system in which the unit cell 10 is connected to the external case 25 via the tab, the possibility that the stress is related to the tab portion and the bus bar increases. This is because it is difficult to say that the proper resin 24 is selected.
  In general, the smaller the vibration transmissibility, the greater the effect on vibration isolation. However, the vibration transmissibility greatly depends on the dynamic spring constant of the object. Therefore, it is effective to reduce the dynamic spring constant in order to improve the vibration isolation performance.
[0032]
In the present embodiment, the resin 24 is filled in the outer case 25, but basically, in the space other than the unit cell 10 in the outer case 25, the resin 24 is only applied to a part thereof. It may be configured such that is formed.
The resin 24 needs to be formed so as to support these components in the outer case 25 in the vicinity of the unit cell 10, etc., but the other space portion may be formed in a part thereof. Even if it is formed entirely, the effects and effects related to the present invention are produced, and the object of the present invention is achieved.
For example, to reduce vibration, it is effective to set a resin group in a part where the amplitude of the unit cell and the bus bar is large. However, especially when it is desired to reduce the vibration of the unit cell, it is only applied to the part around the unit cell. The resin 24 may be formed. It is also effective to wrap only the bus bar portion with resin in order to reduce the vibration of the bus bar portion.
In any case, forming the resin 24 only partially as such can reduce the mass of the entire assembled battery and is effective in that respect.
[0033]
However, on the other hand, in consideration of the purpose of reduction of vibration transmission rate of the resin 24 as described above, waterproof property, moisture proof property, thermal cycle property, heat stability, insulation property, flame retardancy, etc., in the assembled battery 20, In the space other than the unit cell 10 in the outer case 25, it is desirable that the resin 24 is formed in 95 to 100 vol%. In particular, when considering the heat dissipation of the assembled battery 20, the heat dissipation is deteriorated if air exists in the space. Therefore, the resin 24 may be formed in a space of 95 vol% or more as much as possible. desirable.
[0034]
The outer case 25 is a metal case that accommodates the 24 thin batteries 10 and the bus bars 21 having the above-described structure and is filled with the resin 24 and sealed.
[0035]
The external elastic body 26 is an elastic body provided at the four corners of the lower surface of the external case 25 in order to reduce vibration between thin batteries as much as possible.
As the external elastic body 26, an elastic body having a hardness lower than that of the internal filling resin 24 is used. With such a configuration, the thin battery 10 and the inner filling resin 24 in the outer case 25 move as a unit with respect to the outer elastic body 26, for example, a tab portion of the thin battery 10 in the outer case 25 or the like. In particular, it is possible to prevent vibration from being applied as much as possible to a portion that is vulnerable to vibration. In addition, it is possible to shift the frequency of the assembled battery 20 as a whole, which is preferable.
Note that any number of external elastic bodies can be set at any location of the case.
[0036]
The external elastic body is preferably a member such as a mechanical spring, a rubber-based elastic body, or an elastomer-based elastic material.
The external elastic body is required to be able to arbitrarily change its absolute value in addition to exhibiting the action of spring and damping. Therefore, a mechanical spring that can set this freely is effective. The mechanical spring includes a structural spring such as a spring spring, a leaf spring, or a disc spring.
Also, rubber-based materials and elastomer-based materials are sufficiently effective because these physical quantities can be changed freely to some extent.
Therefore, these materials are preferable as the external elastic body.
[0037]
The assembled battery 20 having such a configuration forms a mass-spring system having two or more degrees of freedom with a unit cell as a mass portion and a tab portion and a resin group as a spring portion.
Now, this mass-spring system is simplified, the unit cell is mass M1, the mass of the outer case is M2, the spring constant K1 of the internal elastic body of the internal filling resin, the damping C1, and the spring constant of the external elastic body installed in the external case Considering a two-degree-of-freedom mass spring model comprising K2 and damping C2 as shown in FIG. 6, the natural angular frequencies (resonant vibration frequencies) ω1 and ω2 of this mass-spring system are substantially determined by the following equation (1). Is done.
[0038]
[Expression 1]
ω1, ω2 = (a + c) / 2 ± √ ((a / 2−b / 2) 2 + bc) (1)
However, ω1 <ω2,
a = (K1 + K2) / M1,
b = K2 / M1,
c = K2 / M2
And also
ω1: primary resonance frequency (natural angular frequency)
ω2: secondary resonance frequency (natural angular frequency)
M1: Mass of the unit cell
M2: Mass of the outer case
K1: Spring constant of internal resin
K2: Spring constant of the external elastic body
It is.
[0039]
Therefore, the resonance peak frequencies ω1 and ω2 control the unit cell mass M1, the outer case mass M2, the internal resin spring constant K1 and damping C1, and the external elastic body spring constant K2 and damping C2. This makes it possible to shift to an arbitrary frequency.
Since the assembled battery 20 of the present embodiment is not a complete two-degree-of-freedom type or multi-degree-of-freedom type mass-spring damping system, actually, the above equation (1) does not completely describe the characteristics and operations. Can not. However, it is possible to perform performance tuning with reference to this equation.
[0040]
  Therefore, specifically, the spring constant of the elastic body is obtained by experiments, the masses of the unit cells and the outer case are measured, and the resonance frequency is obtained from equation (1). Then, tuning is performed so that the resonance frequency is set to 100 Hz or higher so that it does not fall within the frequency range of vibration generated in the automobile. Note that the mass may be adjusted by adding an additional mass.
  If the number of external elastic bodies changes, the total springconstantAnd damping changes. Therefore, the number of external elastic bodies installedconstantIt is effective to control this. This is because after the assembled battery is formed, the resonance frequency control of the assembled battery can be finely adjusted by the number, thickness, material, and the like of the external elastic body.
[0041]
Thus, in the assembled battery 20 of the present embodiment, the external elastic body 26 is installed in the outer case 25, and the resin 24 is injected into the space formed when the thin battery 10 is accommodated in the outer case 25. Therefore, vibrations and the like input from the outside of the assembled battery 20 can be transmitted with sufficient attenuation to the thin battery 10, the tab, and the like constituting the assembled battery 20.
Furthermore, the unit cell thickness, unit cell surface density, resin group thickness, unit density, type, external case mass, external elastic body thickness, installation position, material, etc. are controlled. Thus, in the vibration system having at least two degrees of freedom with the unit cell of the assembled battery as the mass part and the tab part and the resin group as the spring part, the primary resonance frequency and the secondary resonance frequency are arbitrarily set, The resonance frequency of the assembled battery is removed from the frequency range of the vibration frequency generated in the automobile. Therefore, the assembled battery 20 does not reach the resonance frequency as long as it is used on a vehicle.
In particular, in the internal filling resin 24 and the external elastic body 26, vibration energy can be efficiently reduced because vibration energy is converted into heat energy by resin damping.
[0042]
Next, a composite assembled battery according to an embodiment of the present invention configured by combining a plurality of such assembled batteries 20 will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
FIG. 7 is a perspective view of the composite battery pack 30, FIG. 8 (A) is a plan view, FIG. 8 (B) is a front view, and FIG. 8 (C) is a side view.
As shown in FIGS. 7 and 8A to 8C, the composite assembled battery 30 is configured by electrically connecting six assembled batteries 20. In the composite battery pack 30, six battery packs 20 are stacked such that the terminals 22 and 23 face the same direction. That is, the terminals 22 and 23 of the assembled battery 20 located at the m-th stage and the terminals 22 and 23 of the assembled battery 20 located at the (m + 1) -th stage are oriented in the same direction. The m + 1-stage assembled battery 20 is stacked.
[0043]
Then, the assembled battery positive terminals 22 of all the assembled batteries 20 facing in the same direction are electrically connected by an external connection positive terminal 31 that connects the composite assembled battery 30 and the outside. Similarly, the assembled battery negative terminals 23 of all the assembled batteries 20 facing in the same direction are electrically connected by the external connection negative terminal 32. The external connection positive electrode terminal 31 has a substantially rectangular flat plate shape, and the assembled battery 20 of the assembled battery 20 in which a plurality of terminal connection holes having diameters into which the assembled battery positive electrode terminal 22 can be inserted or press-fitted are stacked. It is processed at a pitch equal to the pitch between the positive electrode terminals 22 for use. Similarly, the external connection negative terminal 32 has a terminal connection hole.
In the composite battery 30, all the battery terminals 22, 23 to which the insulating cover 33 made of an insulating material is connected so that the battery terminals 22, 23 are not exposed to the outside of the composite battery 30. It is equipped so that it may cover. The insulating cover 33 is shown only in FIG. 7 in a transparent view for convenience of explanation.
Then, the six assembled batteries 20 stacked in this way are connected to both side surfaces by flat connecting members 34 and further fastened and fixed by fixing screws 35.
[0044]
According to the composite assembled battery configured as described above, since the composite assembled battery is configured by combining a plurality of assembled batteries, it is possible to easily realize a battery having a desired capacity and a desired voltage suitable for the purpose of use. it can.
At that time, since the composite battery pack is configured without complicated connection, the failure rate of the composite battery pack due to poor connection can be reduced.
In addition, when an equivalent relatively large-capacity battery is configured as one assembled battery, the number of connected unit cells increases extremely, and the entire assembled battery deteriorates due to deterioration of one cell. Although the possibility increases, if it is a composite battery pack that further combines battery packs in this way, even if one battery pack fails or deteriorates, it is easily repaired by replacing only that battery pack can do.
In the present embodiment, a composite assembled battery in which six assembled batteries are connected in parallel is illustrated. However, it may be connected in series, or a combination of series and parallel may be combined. .
[0045]
Next, a vehicle according to an embodiment of the present invention on which such a composite battery pack 30 is mounted will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a vehicle equipped with the composite battery pack.
As shown in FIG. 9, the composite battery pack 30 is mounted, for example, under the floor of the vehicle 1 as shown in the figure, and is used as a power source for an electric motor for driving wheels or a power source for an on-vehicle electric circuit or the like.
In such an environment, as the vehicle 1 travels, a lot of vibration is generated in the vehicle, and there is a high possibility that a defective battery such as an interface peeling between the tab and the resin occurs. If the interface peeling between the tab and the resin occurs even in one of a large number of batteries, there is a possibility that the entire vehicle composite battery may become unusable.
However, in the terminal device 30 of the present embodiment, the vibration can be sufficiently reduced in each assembled battery, so that the possibility of the separation of the tab-resin interface due to the vibration is significantly reduced.
As described above, it is very effective to apply the composite battery pack of the present embodiment to a vehicle. In other words, the vehicle having the composite battery pack of the present embodiment is a highly reliable vehicle. I can say that.
[0046]
The embodiment described above is described in order to facilitate understanding of the present invention, and is not described in order to limit the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
For example, the number of the thin batteries constituting the assembled battery, the number of the assembled batteries constituting the composite battery, the connection method of the thin batteries constituting the battery assembly, and the connection method of the assembled battery constituting the composite battery are described above. However, the number and connection method (series connection, parallel connection, series-parallel composite connection) may be selected and set as appropriate based on the required electric capacity, voltage, and the like. For example, in the above-described embodiment, the present invention has been described by exemplifying an assembled battery including two or more thin batteries. For example, only one unit cell is accommodated in an external case, or only one unit cell is included. In particular, when it is desired to prevent vibration from external vibrations, it is sufficiently effective to make only one unit cell the same configuration as that of the above-described embodiment, and such a case is also within the scope of the present invention. It is clear that there is.
[0047]
In the present embodiment, the case where the assembled battery and the composite assembled battery according to the present invention are applied to a vehicle has been mainly described. However, the present invention may be applied to any vehicle other than a vehicle. The battery according to the present invention is particularly effective in a place where high battery sealing reliability should be ensured or where vibration resistance is required, and may be applied to such an arbitrary object. .
[0048]
【Example】
The example of the more concrete structure of the assembled battery which concerns on this invention, the effect of the vibration reduction in each assembled battery, etc. are demonstrated more concretely, showing the three examples of Examples 1-3.
[0049]
Example 1
As shown in FIG. 10, in the assembled battery of Example 1, two laminated exterior cells are installed in parallel in a metal outer case, and resin B is used as an internal elastic body for all the spaces in the outer case. The resin A is provided as an external elastic body at the four corners of the outer case.
The mass of the outer case is 500 g, the mass of the unit cell is 80 g, the thickness of the unit cell is 5 mm, and the thickness of the external elastic body is 5 mm. Further, in the outer case, the lower unit cell is disposed at a position 2 mm away from the inner wall of the outer case in the thickness direction, and the Uekawa unit cell is also separated from the lower unit cell by 2 mm in the thickness direction. Placed in position. A resin B is filled between the inner wall of the outer case and the unit cell and between the unit cells.
[0050]
Resin B has a specific gravity of 1.2, a hardness of JIS-A90, a dielectric loss tangent (1 kHz) of 0.005, a glass transition temperature of 110 ° C., and a linear expansion coefficient of 5.0 × 10.^-5(1 / ° C.), volume resistivity 4.0 × 10¹⁶It is a two-component mixed room temperature solidification type epoxy resin having (Ω · cm) and dielectric breakdown strength of 25 (kVmm).
Resin A has a specific gravity of 0.98, a hardness of JIS-A21, a dielectric loss tangent (1 kHz) of 0.038, a glass transition temperature of −57 ° C., and a linear expansion coefficient of 2.2 × 10.^-4(1 / ° C), volume resistivity 1.0 × 10¹²This is a two-component mixed room temperature solidification type urethane resin having (Ω · cm) and dielectric breakdown strength of 23 (kV / mm).
A mass-spring system model of this assembled battery is shown in FIG. The ratio of the dynamic spring constant of the tab portion to the dynamic spring constant of the resin B in the system of the unit cell mass and the thickness of the resin B was 60%.
[0051]
Conventional structure having the same configuration as that of the assembled battery of Example 1 except for the spectrum of vibration transmissibility of the assembled battery of Example 1 having such a configuration, and the comparison target without including the internal elastic body and the external elastic body. FIG. 12 shows a spectrum of vibration transmissibility of the battery pack having the structure. As shown in FIG. 12, in the assembled battery of Example 1, it is confirmed that the resonance peak is shifted to the high frequency side and is 100 Hz or more.
[0052]
Further, for the assembled battery having such a configuration, the acceleration ratio was detected and the average reduction rate (average vibration reduction rate) was detected.
Here, the acceleration ratio is measured by measuring the acceleration value of the response vibration obtained when an acceleration pickup is installed at approximately the center of the upper part of the assembled battery and forcedly excited at 10 Hz, 50 Hz, and 100 Hz, respectively. It detects by comparing with the acceleration value obtained on the same conditions with respect to the assembled battery of a structure, and calculating the ratio. Therefore, when the acceleration ratio is 1.0, it means that the absolute value of the acceleration of the assembled battery of Example 1 having resin and the assembled battery not having resin is the same, and the acceleration ratio is 0.0. A value of .about.1.0 indicates that the vibration is reduced with respect to the forced excitation, and an acceleration ratio greater than 1.0 means that the vibration is amplified by resonating with the forced vibration.
The average reduction rate is detected by obtaining an average of the reduction amounts of the acceleration ratio detected when the vibration is applied in the range of 10 to 300 Hz, and the larger this value is, the more the vibration is reduced.
[0053]
As a result of detection, the acceleration ratio of the assembled battery of Example 1 is 0.25 when the frequency of forced excitation is 10 Hz, 0.30 when 50 Hz, and 0.33 when 100 Hz. Reduction of vibration was confirmed in the frequency.
Moreover, the average reduction rate of 10-300 Hz of the assembled battery of Example 1 was 71% with respect to the assembled battery of the conventional structure, and the reduction of vibration was confirmed as a whole.
[0054]
Example 2
In the assembled battery of Example 2, as shown in FIG. 13, four laminated outer cells are installed in parallel in a metal outer case, and resin C is used as an internal elastic body in all spaces in the outer case. The resin A is solidified at room temperature, and the same resin A as in Example 1 is provided as an external elastic body at the four corners of the outer case.
The outer case has a mass of 550 g, the unit cell has a mass of 80 g, the unit cell has a thickness of 5 mm, and the external elastic body has a thickness of 5 mm. Further, in the outer case, the lowermost unit cell is disposed at a position 2 mm apart from the inner wall of the outer case in the thickness direction, and thereafter each unit cell is sequentially disposed at a position 2 mm apart from each other in the thickness direction. In addition, resin C is filled in the space between the inner wall of the outer case and the unit cells and between the unit cells.
[0055]
Resin C has a specific gravity of 1.0, a hardness of JIS-A60, a dielectric loss tangent (1 kHz) of 0.005, a glass transition temperature of 100 ° C., and a linear expansion coefficient of 1.0 × 10.^-4(1 / ° C), volume resistivity 1.0 × 10¹⁵(Ω · cm), dielectric breakdown strength 20 (kV / mm) two-component mixed room temperature solidification type olefin resin.
A mass-spring system model of this assembled battery is shown in FIG. In addition, the ratio of the dynamic spring constant of the tab part in the system of the unit cell mass and the thickness of the resin C and the dynamic spring constant of the resin C was 95%.
[0056]
Conventional structure having the same configuration as that of the assembled battery of Example 2 except for the spectrum of vibration transmissibility of the assembled battery of Example 2 having such a configuration, and the comparison target without including the internal elastic body and the external elastic body. FIG. 15 shows a spectrum of vibration transmissibility of the assembled battery having the structure. As shown in FIG. 15, also in the assembled battery of Example 2, it is confirmed that the resonance peak is shifted to the high frequency side and is 100 Hz or more.
Further, as a result of detecting the acceleration ratio and the average reduction rate as described above for the assembled battery having such a configuration, the acceleration ratio is 0.94 when the frequency of forced excitation is 10 Hz, and is 0 when the frequency is 50 Hz. It was 0.94 in the case of .90 and 100 Hz, and a reduction in vibration was confirmed at each excitation frequency.
Moreover, the average reduction rate of 10-300 Hz of the assembled battery of Example 1 was 7% with respect to the assembled battery of the conventional structure, and the reduction of vibration was confirmed as a whole.
[0057]
Example 3
As shown in FIG. 2, in the assembled battery of Example 3, 24 laminated unit cells are placed in 6 parallel-4 series in a metal outer case, and resin D is used as an internal elastic body in the outer case. Then, the resin A is solidified at room temperature, and the same resin A as in Examples 1 and 2 is provided as an external elastic body at the four corners of the outer case.
The external case has a mass of 1000 g, the unit cell has a mass of 80 g, the unit cell has a thickness of 5 mm, and the external elastic body has a thickness of 5 mm. Further, in the outer case, the lowermost unit cell is disposed at a position 2 mm apart from the inner wall of the outer case in the thickness direction, and thereafter each unit cell is sequentially disposed at a position 1 mm apart from each other in the thickness direction. The resin D is filled in the space between the outer case inner wall and the unit cells and between the unit cells.
[0058]
Resin D has a specific gravity of 1.03, a hardness of JIS-A35, a dielectric loss tangent (1 kHz) of 0.07, a glass transition temperature of −35 ° C., and a linear expansion coefficient of 2.0 × 10.^-4(1 / ° C), volume resistivity 0.6 × 10¹⁵It is a two-component mixed room temperature solidification type urethane-based resin having (Ω · cm) and dielectric breakdown strength of 18 (kV / mm).
A simplified and generalized mass-spring model for this assembled battery is as shown in FIG. The ratio of the dynamic spring constant of the tab portion to the dynamic spring constant of the resin D in the system of the unit cell mass and the thickness of the resin D was 90%.
[0059]
The vibration transmissibility spectrum of the assembled battery of Example 3 having the above-described configuration, and the conventional structure having the same configuration as that of the assembled battery of Example 3 except that the internal elastic body and the external elastic body are not provided. The spectrum of the vibration transmissibility of the assembled battery having the structure is shown in FIG.
As shown in FIG. 16, also in the assembled battery of Example 3, it is confirmed that the resonance peak is shifted to the high frequency side and is 100 Hz or more.
Further, as a result of detecting the acceleration ratio and the average reduction rate as described above for the assembled battery having such a configuration, the acceleration ratio is 072 when the forced excitation frequency is 10 Hz, and 0.80 when the forced excitation frequency is 50 Hz. In the case of 100 Hz, it was 0.97, and it was confirmed that the vibration was reduced at each excitation frequency.
Moreover, the average reduction rate of 10-300 Hz of the assembled battery of Example 1 was 19% with respect to the assembled battery of the conventional structure, and the reduction of vibration was confirmed as a whole.
[0060]
FIG. 17 shows the characteristics of the resins B, C and D as the internal elastic bodies and the resin A as the external elastic bodies used in Examples 1 to 3 described above.
Thus, in any of the assembled batteries of Examples 1 to 3, the resonance peak is shifted to 100 Hz or higher on the high frequency side, and the vibration is reduced at each frequency as a whole. Was confirmed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view for explaining a schematic configuration of an assembled battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the assembled battery illustrated in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a unit cell housed in the assembled battery illustrated in FIG. 1;
4 is a first diagram showing a method for connecting a plurality of unit cells shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a second diagram showing a method of connecting a plurality of unit cells shown in FIG. 3;
6 is a diagram illustrating a mass spring system model of the assembled battery illustrated in FIG. 2; FIG.
FIG. 7 is a perspective view for explaining a schematic configuration of a composite battery pack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of the composite battery pack shown in FIG. 7;
9 is a diagram schematically showing a vehicle according to an embodiment of the present invention having the composite battery pack shown in FIG. 7. FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a more specific first example of an assembled battery according to the present invention.
11 is a diagram illustrating a mass spring system model of the assembled battery illustrated in FIG. 10;
FIG. 12 is a diagram showing a spectrum of vibration transmissibility of the assembled battery shown in FIG. 10 and the conventional assembled battery.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a more specific first example of the battery pack according to the present invention.
14 is a diagram showing a mass spring system model of the assembled battery shown in FIG. 13; FIG.
FIG. 15 is a diagram showing a spectrum of vibration transmissibility of the assembled battery shown in FIG. 13 and the conventional assembled battery.
FIG. 16 is a diagram showing vibration transmissibility spectra of the assembled battery shown in FIG. 2 and a conventional assembled battery as a more specific third example of the assembled battery according to the present invention.
FIG. 17 is a table showing the characteristics of resins B, C, D as internal elastic bodies and resin A as external elastic bodies used in the first to third examples described above.
[Explanation of symbols]
1 ... Vehicle
10 ... Thin battery
10a: first thin battery
10b ... second thin battery
101 ... Positive electrode plate
102 ... Separator
103 ... Negative electrode plate
104: Positive terminal
105 ... Negative electrode terminal
106: Upper battery exterior member
107 ... Lower battery exterior member
109 ... Power generation element
110 ... heat fusion region
111 ... Terminal lead-out part
20 ... Battery
21a ... first bus bar
21b ... second bus bar
22 ... Positive terminal
23 ... Negative terminal
24. Internal filling resin
25 ... Outer case
26. External elastic body
30 ... Composite battery pack
31 ... Positive terminal for external connection
32 ... Negative terminal for external connection
33 ... Insulation cover
34. Connecting member
35 ... Fixing screw

Claims

少なくとも１以上の素電池と、
前記素電池を収容する外部ケースと、
前記外部ケース内において前記素電池を被覆し、当該外部ケースに支持するように形成された樹脂群と、
前記外部ケースを支持して所定の場所に設置するための少なくとも１以上の外部弾性体と
を有し、
前記外部弾性体の硬度が、前記樹脂群の硬度よりも小さいことを特徴とする電池。At least one unit cell;
An outer case for housing the unit cell;
A resin group formed so as to cover the unit cell in the outer case and to support the outer case;
At least one external elastic body for supporting the outer case and installing it in a predetermined place;
Have
The battery characterized in that the hardness of the external elastic body is smaller than the hardness of the resin group .

式（２）により算出される共振周波数ω１及びω２が１００Ｈｚ以上となるように構成された請求項１に記載の電池。The battery according to claim 1, wherein the resonance frequencies ω <b> 1 and ω <b> 2 calculated by the equation (2) are configured to be 100 Hz or more.
ω１，ω２＝ω1, ω2 = (( ａ＋ｃa + c )/2 ) / 2 ±√± √ ((a/2-b/2)2 ((a / 2-b / 2) 2 ＋+ bc)bc) …（２） ... (2)
但し、ω１＜ω２、However, ω1 <ω2,
ａ＝（Ｋ１＋Ｋ２）／Ｍ１、a = (K1 + K2) / M1,
ｂ＝Ｋ２／Ｍ１、b = K2 / M1,
ｃ＝Ｋ２／Ｍ２c = K2 / M2
であり、また、And also
ω１：１次共振周波数（固有角振動数）ω1: primary resonance frequency (natural angular frequency)
ω２：２次共振周波数（固有角振動数）ω2: secondary resonance frequency (natural angular frequency)
Ｍ１：素電池の質量M1: Mass of the unit cell
Ｍ２：外部ケースの質量M2: Mass of the outer case
Ｋ１：内部樹脂のバネ定数K1: Spring constant of internal resin
Ｋ２：外部弾性体のバネ定数K2: Spring constant of the external elastic body
である。It is.

前記樹脂群は、前記外部ケース内部に充填されて、前記素電池を外部ケースに支持する
請求項１又は２に記載の電池The resin groups, said filled inside the outer case, battery according to claim 1 or 2 for supporting the unit cells to the outside case

前記素電池を少なくとも２以上有し、当該２以上の電池が前記樹脂群により被覆されて前記外部ケース内に収容された組電池である
請求項１〜３のいずれかに記載の電池。The battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the assembled battery includes at least two or more of the unit cells, and the two or more batteries are covered with the resin group and accommodated in the outer case.

前記樹脂群の硬度ＪＩＳ−Ａが、５以上９５以下である
請求項１〜４のいずれかに記載の電池。The battery according to claim 1, wherein the resin group has a hardness JIS-A of 5 or more and 95 or less.

前記樹脂群の１０〜１ｋＨｚの誘電正接が、−３０〜８０℃の温度範囲で、１．０×１０^−３〜５．０×１０^−１の範囲にある
請求項１〜５のいずれかに記載の電池。The 10-1 kHz dielectric loss tangent of the said resin group exists in the range of 1.0 * 10 < ^-3 > -5.0 * 10 < ^-1 > in the temperature range of -30-80 degreeC. The battery described.

前記樹脂群の動的バネ定数は、素電池をタブを介して外部ケースに接続するマスバネ系の動的バネ定数よりも、絶対値が小さい
請求項１〜６のいずれかに記載の電池。The battery according to claim 1, wherein the dynamic spring constant of the resin group has a smaller absolute value than a dynamic spring constant of a mass spring system in which a unit cell is connected to an external case via a tab.

前記樹脂群は、１又は複数の樹脂を有する
請求項１〜７のいずれかに記載の電池。The battery according to claim 1, wherein the resin group includes one or a plurality of resins.

前記樹脂群は、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ナイロン系樹脂、オレフィン系樹脂より選択された１又は複数の樹脂を有する
請求項８に記載の電池。The battery according to claim 8, wherein the resin group includes one or more resins selected from an epoxy resin, a urethane resin, a nylon resin, and an olefin resin.

前記素電池を２以上有し、
前記樹脂群は、前記外部ケースの内壁とこれに対向して配置される素電池との間に形成される第１の樹脂と、隣接する素電池の間に形成される第２の樹脂とを有し、前記第１の樹脂の硬度の絶対値は前記第２の樹脂の硬度の絶対値よりも小さい
請求項８又は９に記載の電池。Having two or more of the unit cells,
The resin group includes a first resin formed between an inner wall of the outer case and a unit cell disposed opposite thereto, and a second resin formed between adjacent unit cells. The battery according to claim 8, wherein the absolute value of the hardness of the first resin is smaller than the absolute value of the hardness of the second resin.

前記素電池を２以上有し、
前記樹脂群は、前記外部ケースの内壁とこれに対向して配置される素電池との間に形成される第１の樹脂と、隣接する素電池の間に形成される第２の樹脂とを有し、前記第１の樹脂の誘電正接の絶対値は前記第２の樹脂の硬度の絶対値よりも小さい
請求項８又は９に記載の電池。Having two or more of the unit cells,
The resin group includes a first resin formed between an inner wall of the outer case and a unit cell disposed opposite thereto, and a second resin formed between adjacent unit cells. The battery according to claim 8, wherein an absolute value of dielectric tangent of the first resin is smaller than an absolute value of hardness of the second resin.

前記外部ケース内の前記素電池以外の空間の９５〜１００ｖｏｌ％に、前記樹脂群が形成されている
請求項１〜１１のいずれかに記載の電池。The battery according to any one of claims 1 to 11, wherein the resin group is formed in 95 to 100 vol% of a space other than the unit cell in the outer case.

前記外部弾性体は、機械的バネ、ゴム系弾性材又はエラストマー系弾性材のいずれかである
請求項１〜１２のいずれかに記載の電池。The battery according to claim 1, wherein the external elastic body is any one of a mechanical spring, a rubber-based elastic material, and an elastomer-based elastic material.

前記素電池は、電極の積層方向の厚さが１〜１０ｍｍの薄型ラミネート電池である
請求項１〜１３のいずれかに記載の電池。The battery according to any one of claims 1 to 13, wherein the unit cell is a thin laminated battery having a thickness of 1 to 10 mm in the stacking direction of electrodes.

前記素電池の正極材は、Ｌｉ−Ｍｎ系複合酸化物である
請求項１〜１４のいずれかに記載の電池。The battery according to any one of claims 1 to 14, wherein a positive electrode material of the unit cell is a Li-Mn composite oxide.

前記素電池の負極材は、結晶性炭素材又は非結晶性炭素材のいずれかである
請求項１〜１５のいずれかに記載の電池。The battery according to claim 1, wherein the negative electrode material of the unit cell is either a crystalline carbon material or an amorphous carbon material.

前記請求項１〜１６のいずれかに記載の電池を複数有し、当該複数の電池を直列、並列又は直列と並列の複合接続に接続した
複合組電池。A composite assembled battery comprising a plurality of the batteries according to any one of claims 1 to 16, wherein the plurality of batteries are connected in series, in parallel, or in series and parallel composite connections.

請求項１〜１６のいずれかに記載の電池、又は、請求項１７に記載の複合組電池を搭載した
車両。A vehicle equipped with the battery according to any one of claims 1 to 16 or the composite assembled battery according to claim 17.