JP4301929B2

JP4301929B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP4301929B2
Application number: JP2003412299A
Authority: JP
Inventors: 雅光殿西
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2023-12-10
Also published as: JP2005174707A

Description

本発明は、離隔配置された複数セルをリードで接続し、ケースに収納した電池パックに関する。

外装にアルミニウムを用いた角型リチウムイオン電池等では、セルと、セルに接続された保護回路基板とがケースに収納される（例えば、特許文献１参照）。また、前記電池の中には、複数セルを収納したものもある。リチウムイオン電池等では、充放電を繰り返すうちにセル内部で発生したガスにより内圧が上昇し、セルの膨れが起り易い。そのため、複数セルを収納する電池パックにおいては、各セル間に一定のクリアランス（間隙）を設け、セルに膨れが生じても、そのクリアランス内で膨れを吸収できる構造とする場合が多い。

図５（ａ）〜（ｄ）は、ケースに収納される２つのセルの概略構成を示す図である。平板状のリード２に接続された２つのセル１０，１０間には、スペーサ１４が設けられている。スペーサ１４によって、各セル１０，１０間に一定のクリアランス（間隙）を設けることができる。また、各セル１０は負極１６及び図示しない保護弁と外装缶を兼ねた正極とを備えている。
特開平１１−２８３５８９号公報

しかし、各セル１０，１０間を平板状のリード２で接続しているため、設定クリアランス以上にセル１０が膨れた状況では、リード２自身、又は、リード２とセル１０との接続部にストレスがかかる。その結果、リード２の強度が不足している場合は、図５（ｂ）に示すように、リード２の断線が起ることがある。また、接続部の強度（抵抗溶接強度など）が不足している場合は、図５（ｃ）に示すように、リード２がセル１０から外れることがある。さらに、リード２の強度が十分で接続も強固な場合は、図５（ｄ）に示すように、リード２に拘束されてセル１０の膨れが抑制され、セル内圧の異常上昇により保護弁が作動し、漏液が起ることがある。

このように、設定クリアランス以上にセル１０が膨れた場合は、リード不良又は漏液不良が起ることがある。なお、セル１０，１０間の間隙（スペーサ１４の厚み）を増やすことも考えられるが、セル１０，１０間の間隙を増やした場合は、電池パックの厚みが増加して、小型化が実現できなくなるため、間隙の増加は行えない状況にある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、設定クリアランス以上にセルが膨らんだ場合であっても、リードの破断、又は、リードがセルから外れることの防止を図ることができる電池パックを提供することを目的とする。

また、本発明は、リードに湾曲部を形成した場合であっても、セル外周部分に出っ張りのないコンパクトな構造にすることができる電池パックを提供することを他の目的とする。

また、本発明は、設定クリアランス以上にセルが膨らんだ場合であっても、リード自身及び接続部に加わるストレスをほぼ確実に吸収できると共に、湾曲部をセル間の間隙にほぼ確実に配置することができる電池パックを提供することを他の目的とする。

第１発明に係る電池パックは、四角形の板状を有する複数のセルを、スペーサを介在させて、平面が対向する状態で積層し、各セルをリードで接続し、ケースに収納した電池パックにおいて、各セルの対向する平面の周縁にＲ部を備え、前記リードに、前記Ｒ部間に突出する湾曲部が形成されていることを特徴とする。

第１発明においては、離隔配置された複数セルを接続するリードに湾曲部が形成されている。セルが膨らんだ場合、リードとセルとの接続部に、互いに逆方向の力が加わり、湾曲部が延伸される。湾曲部が延伸することにより、リード自身及び接続部に加わるストレスが湾曲部で吸収される。
そして、本発明においては、リードに形成された湾曲部は、セル間の間隙へ突出している。セル間の間隙に湾曲部が配置されるため、湾曲部の形成によりセル外周部分に出っ張りが生じることを防ぐことができる。

第２発明に係る電池パックは、第１発明において、前記湾曲部は、突出した先端部分と、該先端部分の両端側の根元部分とを備え、前記湾曲部の前記先端部分及び前記根元部分の曲率半径は、前記リードの厚みの２倍以上、４倍以下であることを特徴とする。

第２発明においては、リードに形成された湾曲部の曲率半径は、リードの厚みの２倍以上、４倍以下である。曲率半径が小さい場合は、湾曲部の延伸が小さく、リード自身及び接続部に加わるストレスを十分に吸収できない可能性が高い。また、曲率半径が大きい場合は、湾曲部が大きくなり、セル間の間隙に配置できず、セル外周部に大きな出っ張りが生じる可能性が高い。曲率半径をリードの厚みの２倍以上、４倍以下とすることにより、リード自身及び接続部に加わるストレスをほぼ確実に吸収できると共に、湾曲部をセル間の間隙にほぼ確実に配置することができる。

第１発明によれば、離隔配置された複数セルを接続するリードに湾曲部を形成することにより、設定クリアランス以上にセルが膨らんだ場合であっても、湾曲部が延伸して、リード自身及び接続部に加わるストレスを吸収するため、リードの破断、又は、リードがセルから外れることの防止を図ることができる。
そして、本発明によれば、湾曲部をセル間の間隙へ突出させることにより、セル外周部分に出っ張りのないコンパクトな構造にすることができる。

第２発明によれば、曲率半径をリードの厚みの２倍以上、４倍以下とすることにより、リード自身及び接続部に加わるストレスをほぼ確実に吸収し、リードの破断、又は、リードがセルから外れることの防止を図ることができると共に、湾曲部をセル間の間隙にほぼ確実に配置して、コンパクトな構造にすることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る例えばリチウムイオン電池などの電池パックの分解斜視図であり、例えば外装がアルミニウム製の複数のセル１０（本実施の形態では２個）がケース６，８に収納されている。２個のセル１０，１０は、図示しない例えばプラスチックなどの絶縁性のスペーサを挟んで離隔配置され、両セル１０，１０の正極は板状の正極リード１２に接続され、負極は板状の負極リード２２に接続され、正極リード１２及び負極リード２２は保護回路基板１８に接続されている。

正極リード１２及び負極リード２２は、例えばニッケル板などの金属板である。リード（正極リード１２及び負極リード２２）とセル１０との接続は、抵抗溶接又はレーザー溶接などの種々の接続方法を用いることが可能であるが、本実施の形態においては、セル外装がアルミニウム製のため、セル１０の正極リード１２との接続部には、セル１０との接触面がアルミニウム製で、正極リード１２との接触面がニッケル製であるクラッド材を用いた接続板が、超音波溶着によって取付けられており、さらに正極リード１２が前記接続板に抵抗溶接によって取付けられている。また、負極リード２２及びセル１０，１０間には絶縁板２６が設けられ、負極リード２２には保護素子２８が接続されている。さらに、セル１０，１０は図示しない保護弁を備えている。

本発明では、正極リード１２の中間部には、セル１０，１０間の間隙へ突出した湾曲部１２ａが形成されている。また、負極リード２２の中間部には、セル１０，１０から離れる方向に突出した湾曲部２２ａが形成されている。図２（ａ）は、２つのセル１０，１０の正極リード１２部分の概略構成を示す図である。セル１０，１０間には上述したようにスペーサ１４が設けられ、各セル１０は負極１６を備えている。

図２（ｂ）は、セル１０が膨らんだ場合の正極リード１２部分の概略構成を示す図である。セル１０，１０が膨らんだ場合、正極リード１２とセル１０との接続部に、互いに逆方向（スペーサ１４から離れる方向）の力が加わるため、湾曲部１２ａが延伸される。セル１０が膨らんだ場合に湾曲部１２ａが延伸することにより、正極リード１２自身、及び、正極リード１２とセル１０との接続部に加わるストレスが湾曲部１２ａで吸収され、低減される。そのため、正極リード１２が破断、又は、正極リード１２がセル１０から外れる可能性が低減する。

負極リード２２に関しても、正極リード１２と同様に、セル１０，１０が膨らんだ場合に湾曲部２２ａが延伸することにより、負極リード２２が破断、又は、負極リード２２がセル１０から外れる可能性が低減する。セル１０，１０が膨らんだ場合に正極リード１２又は負極リード２２が破断、又は、セルから外れる可能性を低減して、信頼性を高めることができる。

図３（ａ）及び（ｂ）は２つのセル１０，１０の正極リード１２部分の概略構成を示す図である。負極リード２２の湾曲部２２ａは、絶縁板２６が負極リード２２及びセル１０，１０間に設けられているため、セル１０から離れる方向に突出しているが、図３（ａ）に示す正極リード１２のように、湾曲部１２ａをセル１０，１０間の間隙へ突出させる方が、セル１０，１０間に湾曲部１２ａを配置することが可能なため、出っ張りのないコンパクトな構造にすることができる。なお、図３（ｂ）に示すように、正極リード１２の湾曲部１２ａをセル１０から離れる方向に突出させることも勿論可能である。

図４は、正極リード１２の湾曲部１２ａの例を示す図である。正極リード１２の湾曲部１２ａ（又は負極リード２２の湾曲部２２ａ）は、厚さｔｍｍの板状の正極リード１２を曲げて、突出した先端部分の曲率半径がＲ２、根元部分の曲率半径がＲ１となるように形成されている。

表１に、上述した曲率半径Ｒ１，Ｒ２を変えた複数種類の正極リード１２に対し、セル１０が膨らんだ場合の状態の試験結果を示す。ただし、正極リード１２の厚さｔは０．１ｍｍである。また、セル１０の寸法は、高さ４２ｍｍ、幅３４ｍｍ、厚さ４．３ｍｍであり、スペーサの厚さ（セル１０，１０間の通常時の間隙）は０．３ｍｍである。なお、セル１０として電池容量が７００ｍＡｈのものを使用した。

表１には、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０の１０種類の正極リードについて、セル１０が膨らんだ場合の状態を示している。ここで、Ｎｏ．１はＲ１＝Ｒ２＝０であり、Ｎｏ．２はＲ１＝Ｒ２＝１ｔであり、Ｎｏ．３はＲ１＝Ｒ２＝１．５ｔであり、Ｎｏ．４はＲ１＝Ｒ２＝２ｔであり、Ｎｏ．５はＲ１＝Ｒ２＝２．５ｔであり、Ｎｏ．６はＲ１＝Ｒ２＝３ｔであり、Ｎｏ．７はＲ１＝Ｒ２＝３．５ｔであり、Ｎｏ．８はＲ１＝Ｒ２＝４ｔであり、Ｎｏ．９はＲ１＝Ｒ２＝４．５ｔであり、Ｎｏ．１０はＲ１＝Ｒ２＝５ｔである。試験は、充電電流７００ｍＡ、充電電圧４．２Ｖの３時間の充電と、放電電流７００ｍＡ、終止電圧３．０Ｖの放電とを５００サイクル繰り返した。

Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３（Ｒ１＝Ｒ２＝０〜１．５ｔ）の正極リード１２は、セル１０が膨らんだ場合、正極リード１２がセル１０から外れた。また、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．１０（Ｒ１＝Ｒ２＝２ｔ〜５ｔ）の正極リード１２は、セル１０が膨らんだ場合であっても、異常はなかった。ここで、異常がなかった（表１の異常なし）状態とは、リードは延伸されたが、リード外れ又はリード切れ等の不具合が無く、通電にも問題が起らなかった状態を表す。よって、正極リード１２の湾曲部１２ａ（又は負極リード２２の湾曲部２２ａ）の曲率半径Ｒ１，Ｒ２は、正極リード１２（又は負極リード２２）の厚みｔの２倍以上にする必要がある。

また、上述したように、湾曲部１２ａ，２２ａは、セル１０，１０間の間隙へ突出させ、セル１０，１０間に配置することが好ましい。セル１０，１０間に配置する場合、湾曲部１２ａ，２２ａの大きさはセル１０，１０間の間隙幅に制限される。一般的に、セル１０，１０間の間隙は、リードの厚さｔの４倍よりも小さい場合が多い。セル外装の角部にはＲが付いているため、４倍以下であれば、間隙に収めることができる。よって、正極リード１２の湾曲部１２ａ（又は負極リード２２の湾曲部２２ａ）の曲率半径Ｒ１，Ｒ２は、正極リード１２（又は負極リード２２）の厚みｔの２倍以上、４倍以下にすることが好ましい。

なお、上述した実施の形態では、Ｒ１＝Ｒ２としたが、Ｒ１及びＲ２は違っていても構わない。また、上述した実施の形態では、複数セル１０，１０が並列接続された場合を例にして説明したが、直列接続にすることも可能である。

上述した実施の形態においては、リードに１つの湾曲部を形成したが、リードに複数の湾曲を形成することも可能である。また、上述した実施の形態においては、２個のセル１０，１０を例にして説明を行ったが、セル１０の数は３個以上でもよい。その場合、リード（正極リード１２、負極リード２２）には、セル間に夫々湾曲部が形成される。

本発明に係る電池パックの分解斜視図である。２つのセルの正極リード部分の概略構成を示す図である。２つのセルの正極リード部分の概略構成を示す図である。正極リードの湾曲部の例を示す図である。従来技術の２つのセルの概略構成を示す図である。

符号の説明

２従来のリード
６、８ケース
１０セル
１２正極リード
１２ａ、２２ａ湾曲部
１４スペーサ
１６負極
１８保護回路基板
２２負極リード
２６絶縁板
２８保護素子

Claims

四角形の板状を有する複数のセルを、スペーサを介在させて、平面が対向する状態で積層し、各セルをリードで接続し、ケースに収納した電池パックにおいて、
各セルの対向する平面の周縁にＲ部を備え、
前記リードに、前記Ｒ部間に突出する湾曲部が形成されていることを特徴とする電池パック。
前記湾曲部は、突出した先端部分と、該先端部分の両端側の根元部分とを備え、
前記湾曲部の前記先端部分及び前記根元部分の曲率半径は、前記リードの厚みの２倍以上、４倍以下であることを特徴とする請求項１記載の電池パック。