JP4379467B2 - 電池モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、薄型電池を厚み方向に複数枚積層した電池群を含む電池モジュールに関する。
発電要素をラミネートフィルムなどの外装部材によって封止した電池本体と、発電要素に電気的に接続され電池本体から外部に導出された薄板状の電極とを備える薄型電池が知られている。近年、このような薄型電池を厚み方向に複数枚積層するとともに各電池を電気的に接続することにより、高出力および高容量の電池モジュールとすることが行われている（特許文献１参照）。
なお、本明細書においては、「電極」は電池本体から外部に導出している部分つまり外部から認識できる部分のみを指すものと定義される。薄板の一端を発電要素に直接接続し他端を電池本体から外部に導出させた薄型電池の場合には、薄板のうち電池本体の縁部から他端までの外部に導出している部分を「電極」とする。また、導電部材を介して薄板の一端を発電要素に接続し他端を電池本体から外部に導出させた薄型電池の場合も同様に、薄板のうち電池本体の縁部から他端までの外部に導出している部分を「電極」とする。
特開２００１−２５６９３４号公報
電池モジュールを例えば車両に搭載する場合には、各薄型電池間の距離を極力小さくして、電池モジュール全体のコンパクト化を図る必要がある。さらに、薄型電池においては電極が薄板状であるため、電池モジュールに振動が入力されると、電極と電池本体とが別々に振動して、電極と電池本体との境界部分などに応力が集中する虞がある。この応力の集中によって、境界部分が疲労して強度が低下する虞がある。したがって、電池モジュールには、振動の入力に対しても影響を受け難い構造が求められている。
本発明の目的は、振動の入力に対して影響を受け難く、コンパクト化を図り得る電池モジュールを提供することにある。
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、発電要素を外装部材によって封止した電池本体と、前記発電要素に電気的に接続され前記電池本体から外部に導出された薄板状の電極とを備える薄型電池を、厚み方向に複数枚積層するとともに電気的に接続してなる電池群と、
前記薄型電池の少なくとも前記電池本体の一部と前記電極とを、積層方向に沿う両側から挟持する板状の挟持部材と、
前記外装部材と前記挟持部材とを連結する連結部と、を有する電池モジュールである。
前記薄型電池の少なくとも前記電池本体の一部と前記電極とを、積層方向に沿う両側から挟持する板状の挟持部材と、
前記外装部材と前記挟持部材とを連結する連結部と、を有する電池モジュールである。
振動が入力した際には、薄型電池の少なくとも電池本体の一部と電極とが一体となって振動するので、電極と電池本体との境界部分に応力が集中することがなくなり、電極の疲労寿命が向上し、ひいては、電池モジュールの耐久性が向上する。さらに、挟持部材によって電池本体の一部と電極とを挟持するため、薄型電池間の距離を小さくしても、電極同士の短絡を防止することができ、電池モジュール全体のコンパクト化を図ることができる。したがって、振動の入力に対して影響を受け難く、コンパクト化を図り得る電池モジュールを提供することができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電池モジュール５０を示す斜視図、図２は、図１に示される電池モジュール５０を分解して示す斜視図、図３は、ケース７０内に収納されるセルユニット６０を示す斜視図、図４は、セルユニット６０に含まれる複数の薄型電池１０１〜１０８を示す斜視図である。なお、図１において長手方向手前側に位置する面を前面、長手方向奥側に位置する面を背面とする。また、以下の説明では、薄型電池を、単に、「電池」とも略称する。
図１〜図４を参照して、電池モジュール５０は、複数枚（図示例では８枚）の電池１０１〜１０８を含むセルユニット６０がケース７０内に収納されている。電池モジュール５０は、セルユニット６０に伝達される振動を生じる車両、例えば、自動車や電車などに搭載されている。図示省略するが、任意の個数の電池モジュール５０を積層するとともに各電池モジュール５０を直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応した組電池を形成することができる。電池モジュール５０同士を直並列に接続する際には、バスバーのような適当な接続部材が用いられる。電池モジュール５０は空冷式であり、複数個の電池モジュール５０は、カラーを介装することによって、空間を隔てて積層される。空間は、電池モジュール５０のそれぞれを冷却するための冷却風が流下する冷却風通路として利用される。冷却風を流して各電池モジュール５０を冷却することにより、電池温度を下げ、充電効率などの特性が低下することを抑制する。
電池モジュール５０は、電気的に接続された複数の単電池を備える点において組電池の一種であるが、本明細書においては、「組電池」を組み立てる際の単位ユニットであって、複数の単電池をケース内に収納してなるユニットを「電池モジュール」と称することとする。
前記ケース７０は、開口部７１ａが形成された箱形状をなすロアケース７１と、開口部７１ａを閉じる蓋体をなすアッパーケース７２と、を含んでいる。アッパーケース７２の縁部７２ａは、カシメ加工によって、ロアケース７１の周壁７１ｂの縁部に巻き締められる。ロアケース７１およびアッパーケース７２は、比較的薄肉の鋼板またはアルミ板から形成され、プレス加工によって所定形状が付与されている。周壁７１ｂには、ケース７０内に冷却風を流すための複数の導風口７１ｇが形成されている。
前記セルユニット６０は、８枚の電池１０１〜１０８を厚み方向に積層するとともに電気的に直列に接続してなる電池群１００と、電池１０１〜１０８を積層する際に用いる板状のスペーサ１１０（挟持部材に相当する）と、正負の出力端子１４０、１５０と、電池１０１〜１０８のそれぞれの電圧を検出するための電圧検出端子板１６０と（後述する図７（Ａ）を参照）、スペーサ１１０に取り付けられコネクタ１７０（後述する図１８〜図２０を参照）を保持するホルダ１８０と、を含んでいる。コネクタ１７０は、ハーネス１７１を介して電圧計１７２に接続され（図１８を参照）、各電池１０１〜１０８の電圧を検出するために、電圧検出端子板１６０に電気的に接続される。電圧の検出は、電池モジュール５０の充放電管理のために行われる。最上位の電池１０８には、上面に発泡材１１６が塗布されたスペーサ１１０が組みつけられる（図２を参照）。発泡材１１６の弾性変形によって、セルユニット６０の高さバラツキが調整される。
正負の出力端子１４０、１５０は、ロアケース７１の周壁７１ｂの一部に形成した切り欠き部７１ｄ、７１ｅを通してケース７０から外部に導出される。ホルダ１８０は、ケース７０の内部において、周壁７１ｂの一部に形成した切り欠き部７１ｆに向けて開口している。この切り欠き部７１ｆがコネクタ１７０をケース７０の外部からホルダ１８０に挿し込むための挿入口となる。ケース７０の隅部の４箇所に通しボルト（図示せず）を挿通するために、ロアケース７１およびアッパーケース７２の隅部の４箇所にボルト孔７３が形成され、各スペーサ１１０の２箇所にボルト孔１１１が形成されている。図２の符号７４は、スペーサ１１０のボルト孔１１１に挿入されるスリーブを示している。
各ケース７１、７２のボルト孔７３と、スリーブ７４とに通しボルトを挿通することによって、ケース７０に対するスペーサ１１０の位置が固定される。スペーサ１１０が電池１０１〜１０８に取り付けられているので、スペーサ１１０の位置を固定する結果、ケース７０に対する電池１０１〜１０８の位置が定められることになる。
８枚の電池１０１〜１０８を、説明の便宜上、電池積層方向（図２および図３において上下方向）に沿って下から上に向けて順に、第１電池１０１〜第８電池１０８と言う。図４においては、右手前側が前面側、左奥側が背面側であり、最下位の第１電池１０１が左下側に示され、最上位の第８電池１０８が右上側に示される。
電極には、電池１０１〜１０８同士を接続するための「第１の電極」と、電圧検出端子板１６０を接続するための「第２の電極」と、が含まれる。図４において、タブ１０１ｐ、１０２ｐ、１０３ｐ、１０４ｐ、１０５ｐ、１０６ｐ、１０７ｐ、１０８ｐは、第１電池１０１〜第８電池１０８の正極タブを示し、タブ１０１ｎ、１０２ｎ、１０３ｎ、１０４ｎ、１０５ｎ、１０６ｎ、１０７ｎ、１０８ｎは、第１電池１０１〜第８電池１０８の負極タブを示している。これら正極タブ１０１ｐ〜１０８ｐや、負極タブ１０１ｎ〜１０８ｎが「電極」、「第１の電極」に相当する。また、タブ１０１ｖ、１０２ｖ、１０３ｖ、１０４ｖ、１０５ｖ、１０６ｖ、１０７ｖ、１０８ｖが「電極」、「第２の電極」に相当する。タブ１０１ｖ〜１０８ｖは、正極側または負極側のいずれか一方のみに配置される。例えば、第１電池１０１のタブ１０１ｖは、負極タブ１０１ｎの側に配置されている。また、タブ１０１ｖ〜１０８ｖは、正極タブ１０１ｐ〜１０８ｐや、負極タブ１０１ｎ〜１０８ｎの大きさに比べて小さい。以下、「第１の電極」を指すときには「タブ１００ｔ１」と表し、「第２の電極」を指すときには「タブ１００ｔ２」と表す。「第１の電極」と「第２の電極」とを区別せずに「電極」を広く指すときには「タブ１００ｔ」と表す。
８枚の電池１０１〜１０８は、図４に二点鎖線で囲んで示すように、第１〜第３の３つのサブアセンブリ８１、８２、８３に分けて組み立てられる。第１サブアセンブリ８１は、第１と第２の電池１０１、１０２が積層されるとともにこれら電池１０１、１０２を直列に接続して構成されている。第２サブアセンブリ８２は、第３、第４、第５の電池１０３、１０４、１０５が積層されるとともにこれら電池１０３、１０４、１０５を直列に接続して構成されている。第３サブアセンブリ８３は、第６、第７、第８の電池１０６、１０７、１０８が積層されるとともにこれら電池１０６、１０７、１０８を直列に接続して構成されている。第１サブアセンブリ８１には正極出力端子１４０が組み付けられ、第３サブアセンブリ８３には負極出力端子１５０が組み付けられている。第１サブアセンブリ８１および第２サブアセンブリ８２は、前面側において、負極タブ１０２ｎおよび正極タブ１０３ｐ同士を接合することによって、電気的に接続される。第２サブアセンブリ８２および第３サブアセンブリ８３は、背面側において、負極タブ１０５ｎおよび正極タブ１０６ｐ同士を接合することによって、電気的に接続される。第１サブアセンブリ８１の第２電池１０２と第２サブアセンブリ８２の第３電池１０３との間、および、第２サブアセンブリ８２の第５電池１０５と第３サブアセンブリ８３の第６電池１０６との間は、両面テープによって接着されている。
正極出力端子１４０は、第１電池１０１の正極タブ１０１ｐに重ね合わされる板状のバスバーと、バスバー端部に設けられた端子部を覆う樹脂カバー１４２と、を含んでいる。負極出力端子１５０は、第８電池１０８の負極タブ１０８ｎに重ね合わされる板状のバスバーと、バスバー端部に設けられた端子部を覆う樹脂カバー１５２と、を含んでいる。
タブ１００ｔ１同士の接合、タブ１０１ｔ２と電圧検出端子板１６０との接合、正極タブ１０１ｐとバスバーとの接合、および負極タブ１０８ｎとバスバーとの接合は、例えば、周知の超音波溶接やレーザ溶接などによって行われる。
図５は、電池の一例として第２電池１０２を示す斜視図、図６は、バイポーラ電池を示す断面図である。
図５を参照して、電池１０２は、例えば、扁平なリチウムイオン二次電池であり、積層型の発電要素をラミネートフィルムなどの外装部材１００ａによって封止した電池本体１００ｂと、発電要素に電気的に接続され電池本体１００ｂから外部に導出された薄板状の正極タブ１０２ｐ、負極タブ１０２ｎとを備えている。正極タブ１０２ｐ、負極タブ１０２ｎは、電池１０２の長手方向の両側（前面側および背面側）に延びている。積層型の発電要素を備える電池１０１〜１０８にあっては、層間距離を均一に保って電池性能の維持を図るために、発電要素に圧力を掛けて押さえる必要がある。このため、各電池１０１〜１０８は、発電要素が押さえつけられるようにケース７０に収納されている。
図６には、積層型の発電要素を備える電池の一例として、バイポーラ電池２００の積層構造が誇張して示されている。バイポーラ電池２００の発電要素２０１は、バイポーラ電極２０２が電解質層２０３を介して積層されている。バイポーラ電極２０２は、集電体２０４の一方の面に正極活物質層２０５が形成され、他方の面に負極活物質層２０６が形成されている。正極活物質層２０５、電解質層２０３、および負極活物質層２０６によって、一つの単電池層２０７が形成されている。単電池層２０７の外周には、隣接する集電体２０４間を絶縁するための絶縁層２０８が設けられている。電池要素２０１の図中上端の最外層集電体２０４ａには正極活物質層２０５のみが形成され、図中下端の最外層集電体２０４ｂには、負極活物質層２０６のみが形成されている。この発電要素２０１を外装部材１００ａによって封止して電池本体１００ｂが構成される。図示例のバイポーラ電池２００にあっては、正極側の最外層集電体２０４ａは、電池本体１００ｂ内において延長され、さらに電池本体１００ｂから外部に導出されて薄板状の正極タブ２００ｐとされる。負極側の最外層集電体２０４ｂは、電池本体１００ｂ内において延長され、さらに電池本体１００ｂから外部に導出されて薄板状の負極タブ２００ｎとされる。
なお、本実施形態においては電池１０２をバイポーラ電池としているが、例えば、集電体の両面に正極活物質層を形成した正極電極板と、集電体の両面に負極活物質層を形成した負極電極板とを、セパレータを介して交互に積層した発電要素を外装部材内部に封止して電池本体を形成し、正極電極板と電気的に接続された正極タブと、負極電極板と電気的に接続された負極タブとを電池本体から外部に導出して形成された電池であってもよい。
図７（Ａ）（Ｂ）は、第２電池１０２の前面側部分をスペーサ１１０によって挟持する様子を示す図、図８は、図７（Ｂ）の８−８線に沿う断面図、図９は、正極出力端子１４０、スペーサ１１０が取り付けられた第１電池１０１を示す平面図、図１０（Ａ）（Ｂ）は、正極出力端子１４０、スペーサ１１０を第１電池１０１の前面側部分に取り付ける様子を示す図、図１１は、図１０（Ｂ）の１１−１１線に沿う断面図、図１２は、スペーサ１１０の一例（第１スペーサ１２１）を電圧検出端子板１６０とともに示す斜視図、図１３（Ａ）（Ｂ）は、電圧検出端子板１６０をスペーサ１１０に取り付ける様子を示す図、図１４（Ａ）は、電圧検出端子板１６０が取り付けられたスペーサ１１０を示す平面図、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の１４Ｂ−１４Ｂ線に沿う断面図である。
電池を積層する際にはスペーサを用いるが、対をなすスペーサによって正負のタブの部分だけを挟み込んだ場合には、タブの部分だけで電池とスペーサとを繋げる構造となる。このため、振動に伴う変位が、タブと電池本体との境界部分に集中して、境界部分に亀裂などが発生する虞がある。
そこで、本実施形態の電池モジュール５０にあっては、図７および図８に示すように、電池１０２の少なくとも電池本体１００ｂの一部とタブ１００ｔとを、積層方向に沿う両側から挟持する板状のスペーサ１１０を有している。また、スペーサ１１０は、少なくともタブ１００ｔに対向する面が電気絶縁性材料から形成してある。図示例では、スペーサ１１０の全体を電気絶縁性材料から形成してある。スペーサ１１０の材料は、電気絶縁性を備え、電池本体１００ｂの一部とタブ１００ｔとを挟持するに足りる強度を備える限りにおいて限定されないが、例えば、電気絶縁性の樹脂材料を用いることができる。スペーサ１１０の長手方向に沿う両端には、スリーブ７４（図２を参照）を挿入するためのボルト孔１１１が表面から裏面に貫通して形成されている。
電池本体１００ｂの一部とタブ１００ｔとをスペーサ１１０によって挟持することにより、スペーサ１１０と電池本体１００ｂの一部とを重ね合わせたオーバーラップ部が形成される。オーバーラップ部の形成によって、振動による屈曲点を、タブ１００ｔと電池本体１００ｂとの境界部分から、電池本体１００ｂの中に移動させ、タブ１００ｔの曲げ負荷を低減している。電池モジュール５０に振動が入力した際には、電池本体１００ｂの一部とタブ１００ｔとが一体となって振動し、タブ１００ｔと電池本体１００ｂとの境界部分に応力が集中することがなくなる。このため、タブ１００ｔの疲労寿命が向上し、ひいては、電池モジュール５０の耐久性を向上させることができる。振動による屈曲点が電池本体１００ｂの中に移動するものの、電池本体１００ｂは外装部材１００ａによって封止されていることから、タブ１００ｔの部分に比べて耐振動強度が強く、疲労破壊を招くことはない。スペーサ１１０によって電池本体１００ｂの一部とタブ１００ｔとを挟持するため、電池１０１〜１０８間の距離つまりタブ１００ｔ間の距離を小さくしても、タブ１００ｔ同士の短絡を防止することができる。このため、電池間の距離を可及的に小さくすることによって、電池モジュール５０全体のコンパクト化を図ることができる。よって、耐振動強度を向上させて振動の入力に対して影響を受け難く、コンパクト化を図り得る電池モジュール５０を提供することができる。
スペーサ１１０は、その形状から、電圧検出端子板１６０を取り付けることが可能な形状を有する第１スペーサ１２１と、電圧検出端子板１６０を取り付けることができない形状を有する第２スペーサ１２２とに大別される。
第１スペーサ１２１は、図１２〜図１４にも示すように、積層方向に沿って表面から裏面に貫通する矩形形状の開口窓部１２３が形成されている。第１スペーサ１２１の長手方向の中央部には凹所１２４が配置され、凹所１２４の左右両側に２個ずつ開口窓部１２３が配置されている。開口窓部１２３に、挟持したタブ１００ｔが臨むことになる（図７（Ｂを参照）。電圧検出端子板１６０は、図１２に示すように、矩形形状のベース部１６１と、ベース部１６１から伸びる端子部１６２とが一体的に設けられている。ベース部１６１には、第１スペーサ１２１に設けた凸部１２５が嵌まり込む貫通孔１６３が形成されている。凸部１２５が貫通孔１６３に嵌まり込むことによって、ベース部１６１が第１スペーサ１２１に固定される（図１３（Ｂ）、図１４を参照）。このベース部１６１にタブ１００ｔ２が接続される。第１スペーサ１２１の長手方向に沿って凹所１２４の両側には、端子部１６２が挿通される孔１２６を備える保持部１２７がそれぞれ設けられている。孔１２６は、第１スペーサ１２１の長手方向に沿って形成されている。端子部１６２の厚み方向に沿う孔１２６の寸法は、端子部１６２の厚みよりも大きく、端子部１６２の厚み方向の両側には保持部１２７との間にクリアランスＣＬが形成されている（図１４（Ｂ）を参照）。このクリアランスＣＬによって、端子部１６２は、積層方向に沿って可動自在に第１スペーサ１２１に保持される。
スペーサに対して端子部を固定した場合、電池およびスペーサを積み重ねると、複数の端子部の積層方向に沿う位置ないしピッチは、積層した複数の電池の位置が基準となって定まる。このため、電池の厚み寸法のバラツキやスペーサの厚み寸法のバラツキなどによって、複数の端子部の位置が、電池モジュールごとにばらつくことになる。コネクタ１７０は、端子部１６２に接続可能な接続端子１７３（後述する図１９を参照）を備えるが、接続端子１７３の位置は特定の位置に定められている。このため、端子部の位置にバラツキが存在すると、コネクタ１７０の挿入が困難になったり、コネクタ１７０を無理に挿入したときには端子部と接続端子１７３との間の接触不良が生じたりする。これに対して、本実施形態のように、各端子部１６２を積層方向に沿って可動自在な状態（フローティング状態）で第１スペーサ１２１に保持することにより、電池１０１〜１０８の厚み寸法のバラツキやスペーサ１１０の厚み寸法のバラツキなどを吸収することができ、コネクタ１７０を接続するときの作業性が向上する。
電圧検出端子板１６０を第１スペーサ１２１に取り付ける際には、第１スペーサ１２１の長手方向から端子部１６２を保持部１２７の孔１２６に挿通し、ベース部１６１の貫通孔１６３を第１スペーサ１２１の凸部１２５に嵌め込む（図１３を参照）。これにより電圧検出端子板１６０は、ベース部１６１が第１スペーサ１２１に固定され、端子部１６２が積層方向に沿って可動自在に第１スペーサ１２１に保持される。電圧検出端子板１６０は、そのベース部１６１を凹所１２４の左右いずれの側に位置させても、第１スペーサ１２１に取り付けることができる。図１３（Ｂ）および図１４には、電圧検出端子板１６０を、そのベース部１６１を凹所１２４の図中右側に配置して、第１スペーサ１２１に取り付けた状態が示されている。これとは逆に、図７には、電圧検出端子板１６０を、そのベース部１６１を凹所１２４の図中左側に配置して、第１スペーサ１２１に取り付けた状態が示されている。
第２スペーサ１２２は、図７（Ａ）に示すように、第１スペーサ１２１の保持部１２７に積層される一対のリブ１２８が設けられている。
外装部材１００ａは、二枚のシート状部材１００ｃの外周縁を接合したフランジ部１００ｄ（接合部に相当する）を形成することによって袋状に形成されている。タブ１００ｔは、二枚のシート状部材１００ｃ間から外部に導出され、スペーサ１１０は、フランジ部１００ｄとタブ１００ｔとを積層方向に沿う両側から挟持している。
図７（Ａ）を参照して、電池モジュール５０は、電池のフランジ部１００ｄとスペーサ１１０とを連結する連結部１９０をさらに有している。連結部１９０を介して、電池１０１〜１０８とスペーサ１１０との位置決めを行うことができる。また、電池モジュール５０に振動が入力した際には、連結部１９０を介して、入力そのものをフランジ部１００ｄにおける二枚のシート状部材１００ｃに分散させることができる。タブ１００ｔと電池本体１００ｂとの境界部分に応力が集中することをより一層なくすことができ、タブ１００ｔの疲労寿命がさらに向上する。
連結部１９０は、電池１０１〜１０８のフランジ部１００ｄに積層方向に沿って貫通して設けられた貫通孔１９１と、スペーサ１１０に設けられ貫通孔１９１に嵌まり合う嵌合部１９２と、を含んでいる。タブ１００ｔ１に孔を開けずフランジ部１００ｄに貫通孔１９１を開けているので、タブ１００ｔ１の大きさは、タブ１００ｔ１同士を接合する面積を確保する観点だけから定めることができ、必要以上に大きくならない。タブ１００ｔ１の小型化は、電池全体のコンパクト化、ひいては電池モジュール５０のコンパクト化を図ることができる。嵌合部１９２は、積層方向に沿って突出するように第１スペーサ１２１に形成したピンから構成されている。ピン１９２はエンボスとも指称される。ピン１９２は、第１スペーサ１２１の長手方向の端部寄りの２箇所に設けられている。第２スペーサ１２２には、各ピン１９２が挿通される通孔１９３が形成されている。
貫通孔１６３に挿通した嵌合部１９２の先端を潰すことによって形成したヘッド部１９４によって、貫通孔１９１からの嵌合部１９２の抜けを防止し、電池１０１〜１０８とスペーサ１１０とを固定している。具体的には、図７および図８に示すように、第２電池１０２の前面側部分においては、第１スペーサ１２１の各ピン１９２を、電池１０２の貫通孔１９１および第２スペーサ１２２の通孔１９３に挿通する。そして、ピン１９２の先端を熱カシメまたは超音波カシメして潰し、少なくとも電池１０２の貫通孔１９１の孔径寸法よりも大きなヘッド部１９４を形成する。このヘッド部１９４によって、電池１０２の貫通孔１９１からのピン１９２の抜けが防止され、第１スペーサ１２１、電池１０２のフランジ部１００ｄ、および第２スペーサ１２２が連結され固定される。また、図９〜図１１に示すように、第１電池１０１の前面側部分においては、第１スペーサ１２１の各ピン１９２を、電池１０１の貫通孔１９１に挿通する。そして、ピン１９２の先端を熱カシメして、ヘッド部１９４を形成する。このヘッド部１９４によって、電池１０１の貫通孔１９１からのピン１９２の抜けが防止され、第１スペーサ１２１、および電池１０１のフランジ部１００ｄが連結され固定される。
連結部１９０は、電池１０１〜１０８とスペーサ１１０との位置決めを行うための部材であり、かつ、電池１０１〜１０８とスペーサ１１０とを固定するための部材である。位置決め用の部材と固定用の部材とを共用することによって、各部材を別個に設ける場合に比べて省スペースとなり、電池モジュール５０のコンパクト化を図ることができる。また、電池１０１〜１０８とスペーサ１１０とが分離しないので、電池１０１〜１０８とスペーサ１１０とのハンドリングが容易となり、電池１０１〜１０８を積層する作業などを容易に行うことができる。
電池１０１〜１０８のそれぞれは、電圧検出端子板１６０のベース部１６１を接合するためのタブ１００ｔ２（１０１ｖ〜１０８ｖ）と、他の電池と接続するためのタブ１００ｔ１（１０１ｐ〜１０８ｐ、１０１ｎ〜１０８）とが別個独立に設けられている。電圧検出端子板１６０にはコネクタ１７０を介して振動が入力されるが、タブ１００ｔ２とタブ１００ｔ１とを別個独立にしてあるので、振動がタブ１００ｔ１に直接入力されることがない。これにより、タブ１００ｔ１の耐久性を向上させることができる。
ある電池本体１００ｂの一部とタブ１００ｔとを挟持する対をなすスペーサ１１０のうちの一方のスペーサ１１０は、他の電池本体１００ｂの一部とタブ１００ｔとを挟持する対をなすスペーサ１１０のうちの一方のスペーサ１１０と共用されている。例えば、第１電池１０１の前面側部分は、この第１電池１０１に取り付けた第１スペーサ１２１と、第２電池１０２に取り付けた下方側の第１スペーサ１２１とによって挟持される。この例においては、第２電池１０２に取り付けられた第１スペーサ１２１は、第２電池１０２の電池本体１００ｂの一部と負極タブ１０２ｎとを挟持するために用いられ、同時に、第１電池１０１の電池本体１００ｂの一部と正極タブ１０１ｐとを挟持するために用いられる。このように、スペーサ１１０を共用することによって、上位側のタブ１００ｔと下位側のタブ１００ｔとの間の距離を小さくすることができる。したがって、電池１０１〜１０８間の距離を可及的に小さくすることによって、電池モジュール５０全体のコンパクト化を図ることができる。
図１５は、図３の１５−１５線に沿う断面図、図１６（Ａ）は、コネクタ１７０を保持するホルダ１８０をスペーサ１１０に取り付ける前の状態を示す斜視図、図１６（Ｂ）は、ホルダ１８０をスペーサ１１０に取り付けた後の状態を示す斜視図、図１７は、ホルダ１８０をスペーサ１１０に取り付けた後の状態を示す正面図、図１８（Ａ）は、電池モジュール５０にコネクタ１７０を挿入する前の状態を示す平面図、図１８（Ｂ）は、電池モジュール５０にコネクタ１７０を挿入した後の状態を示す平面図、図１９は、図１８（Ａ）の１９−１９線に沿う断面図、図２０は、図１８（Ｂ）の２０−２０線に沿う断面図である。コネクタ１７０は、電池モジュール５０の前面および背面の両側に取り付けられるが、図１５〜図２０はいずれも背面側の部分を示している。
前述したように、端子部１６２は、電池の厚み寸法のバラツキなどを吸収するために、フローティング状態でスペーサ１１０に保持されている。コネクタ１７０の接続端子１７３（図１９および図２０を参照）の位置は特定の位置に定められているので、接続端子１７３の位置を基準に端子部１６２の位置を定めることにより、コネクタ１７０を接続するときの作業性がさらに向上する。
そこで、本実施形態の電池モジュール５０は、図１５に示すように、端子部１６２の積層方向に沿う位置を定める規制部材１９５と、規制部材１９５によって積層方向に沿う位置が定められた端子部１６２に接続可能な接続端子１７３を備えるコネクタ１７０と、を有している。
規制部材１９５は、図１５および図１６（Ａ）に示すように、スペーサ１１０に取り付けられコネクタ１７０を保持するホルダ１８０と、ホルダ１８０に形成され端子部１６２の一部が挿入されるスリット１８１と、を含んでいる。ホルダ１８０は、各スペーサ１１０の凹所１２４によって形成される挿し込み口から挿入される。挿入時に先端となる側からスリット１８１が形成されている。スリット１８１は、接続端子１７３の位置を基準にして形成されている。ホルダ１８０の外側面には、スペーサ１１０に形成された係合孔１１２に係合する爪部材１８２が設けられる。ホルダ１８０を挿し込んで爪部材１８２を係合孔１１２に係合させると、ホルダ１８０は、スペーサ１１０に取り付けられ固定される。フローティング状態でスペーサ１１０に保持されていた各端子部１６２は、その一部が対応するスリット１８１に挿入されることにより、コネクタ１７０の接続端子１７３の位置を基準にした特定の位置に定められる（図１８（Ａ）および図１９を参照）。
電池モジュール５０は、電池群１００、スペーサ１１０およびホルダ１８０が収納されるケース７０を有し、ケース７０は、コネクタ１７０をケース７０の外部からホルダ１８０に挿し込むための挿入口７１ｆを有している。図１７に、挿入口７１ｆが２点鎖線によって示されている。そして、ホルダ１８０は、挿入口７１ｆの周囲の壁面に当接するストッパ１８３を有している。ストッパ１８３が壁面に当接することにより、ホルダ１８０に挿し込まれているコネクタ１７０を引き抜いても、ホルダ１８０が挿入口７１ｆを通して外部へ抜け出ることを防止できる。
図１８（Ｂ）および図２０に示すように、コネクタ１７０を接続する際には、各端子部１６２の位置が接続端子１７３の位置を基準にして定まっているので、端子部１６２と接続端子１７３との接続が容易であり、コネクタ１７０を接続するときの作業性をさらに高めることができる。
図２１（Ａ）（Ｂ）は、スペーサ１１０の材料に関する変形例を示す断面図である。
図２１（Ａ）に示すように、スペーサ１１０は、弾性材料１１３から形成しても良い。タブ１００ｔおよび電池本体１００ｂに発生する応力を弾性材料１１３によって分散および低減して、タブ１００ｔの耐久性を向上できるからである。また、タブ１００ｔと電池本体１００ｂとの境界部分における段差を弾性材料１１３によって吸収することもできる。弾性材料１１３として、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）などを挙げることができる。摩擦係数が比較的高い弾性材料１１３を用いることがより好ましい。挟み込むことにより発生する摩擦力によって、タブ１００ｔおよび電池本体１００ｂを保持することができる。上記の弾性材料１１３における摩擦係数は、温度、抑え条件などによって変化するものの、概ね２．０以上を有しており、摩擦力によって、タブ１００ｔおよび電池本体１００ｂの動きを規制することができる。
図２１（Ｂ）に示すように、スペーサ１１０は、弾性材料１１３と非弾性材料１１４とを積層して形成したものでも良い。弾性材料１１３と非弾性材料１１４との比率を変化させることによって、スペーサ１１０による挟持力を所望の強さに設定することができるからである。この構成のスペーサ１１０にあっては、電池本体１００ｂの一部とタブ１００ｔとに対向する面を弾性材料１１３から形成することが好ましい。十分な挟持力を確保しつつ、タブ１００ｔおよび電池本体１００ｂに入力する振動を低減して、タブ１００ｔの耐久性を向上できるからである。弾性材料１１３としては上述したものを使用でき、非弾性材料１１４としては、ポリカーボネート（ＰＣ）などの上述した弾性材料よりも弾性力のない樹脂材料を挙げることができる。
スペーサ１１０における弾性材料１１３と非弾性材料１１４との積層構造は図２１（Ｂ）に示した２層構造に限られるものではない。例えば、弾性材料１１３−非弾性材料１１４−弾性材料１１３の３層構造とすることもできる。また、スペーサ１１０は、非弾性材料１１４の表面を弾性材料１１３でコーティングして、非弾性材料１１４の表面に弾性材料１１３の被膜を形成して作成してもよい。
５０ 電池モジュール、
６０ セルユニット、
７０ ケース、
７１ｆ 切り欠き部、挿入口、
１００ 電池群、
１００ａ 外装部材、
１００ｂ 電池本体、
１００ｃ シート状部材、
１００ｄ フランジ部（接合部）、
１００ｔ タブ（電極）、
１００ｔ１ タブ（第１の電極）、
１００ｔ２ タブ（第２の電極）、
１０１〜１０８ 電池（薄型電池）、
１１０ スペーサ（挟持部材）、
１１１ ボルト孔、
１１２ 係合孔、
１１３ 弾性材料、
１１４ 非弾性材料、
１２１ 第１スペーサ（挟持部材）、
１２２ 第２スペーサ（挟持部材）、
１２３ 開口窓部、
１２４ 凹所、
１２５ 凸部、
１２６ 孔、
１２７ 保持部、
１６０ 電圧検出端子板、
１６１ ベース部、
１６２ 端子部、
１６３ 貫通孔、
１７０ コネクタ、
１７１ ハーネス、
１７２ 電圧計、
１７３ 接続端子、
１８０ ホルダ、
１８１ スリット、
１８２ 爪部材、
１８３ ストッパ、
１９０ 連結部、
１９１ 貫通孔、
１９２ ピン（嵌合部）、
１９３ 通孔、
１９４ ヘッド部、
１９５ 規制部材、
２００ バイポーラ電池、
２０１ 発電要素、
２０４ａ 正極側の最外層集電体、
２０４ｂ 負極側の最外層集電体、
ＣＬ クリアランス。
６０ セルユニット、
７０ ケース、
７１ｆ 切り欠き部、挿入口、
１００ 電池群、
１００ａ 外装部材、
１００ｂ 電池本体、
１００ｃ シート状部材、
１００ｄ フランジ部（接合部）、
１００ｔ タブ（電極）、
１００ｔ１ タブ（第１の電極）、
１００ｔ２ タブ（第２の電極）、
１０１〜１０８ 電池（薄型電池）、
１１０ スペーサ（挟持部材）、
１１１ ボルト孔、
１１２ 係合孔、
１１３ 弾性材料、
１１４ 非弾性材料、
１２１ 第１スペーサ（挟持部材）、
１２２ 第２スペーサ（挟持部材）、
１２３ 開口窓部、
１２４ 凹所、
１２５ 凸部、
１２６ 孔、
１２７ 保持部、
１６０ 電圧検出端子板、
１６１ ベース部、
１６２ 端子部、
１６３ 貫通孔、
１７０ コネクタ、
１７１ ハーネス、
１７２ 電圧計、
１７３ 接続端子、
１８０ ホルダ、
１８１ スリット、
１８２ 爪部材、
１８３ ストッパ、
１９０ 連結部、
１９１ 貫通孔、
１９２ ピン（嵌合部）、
１９３ 通孔、
１９４ ヘッド部、
１９５ 規制部材、
２００ バイポーラ電池、
２０１ 発電要素、
２０４ａ 正極側の最外層集電体、
２０４ｂ 負極側の最外層集電体、
ＣＬ クリアランス。
Claims (14)
- 発電要素を外装部材によって封止した電池本体と、前記発電要素に電気的に接続され前記電池本体から外部に導出された薄板状の電極とを備える薄型電池を、厚み方向に複数枚積層するとともに電気的に接続してなる電池群と、
前記薄型電池の少なくとも前記電池本体の一部と前記電極とを、積層方向に沿う両側から挟持する板状の挟持部材と、
前記外装部材と前記挟持部材とを連結する連結部と、を有する電池モジュール。 - 前記外装部材は、二枚のシート状部材の外周縁を接合した接合部を形成することによって袋状に形成され、
前記電極は、二枚のシート状部材間から外部に導出され、
前記挟持部材は、前記接合部と前記電極とを前記積層方向に沿う両側から挟持し、
前記連結部は、前記薄型電池の前記接合部と前記挟持部材とを連結していることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。 - 前記連結部は、前記薄型電池の前記接合部に前記積層方向に沿って貫通して設けられた貫通孔と、前記挟持部材に設けられ前記貫通孔に嵌まり合う嵌合部と、を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
- 前記貫通孔に挿通した前記嵌合部の先端を潰すことによって形成したヘッド部によって、前記貫通孔からの前記嵌合部の抜けを防止していることを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
- 前記薄型電池の電圧を検出するための電圧検出端子板をさらに有し、
前記電極は、前記薄型電池同士を接続するための第１の電極と、前記電圧検出端子板を接続するための第２の電極と、を含んでいることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の電池モジュール。 - 前記薄型電池は、前記第１の電極と、前記第２の電極とが別個独立に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール。
- 前記電圧検出端子板は、前記第２の電極に接続され前記挟持部材に固定されるベース部と、前記積層方向に沿って可動自在に前記挟持部材に保持される端子部とが一体的に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール。
- 前記端子部の前記積層方向に沿う位置を定める規制部材と、
前記規制部材によって前記積層方向に沿う位置が定められた前記端子部に接続可能な接続端子を備えるコネクタと、をさらに有していることを特徴とする請求項７に記載の電池モジュール。 - 前記規制部材は、前記挟持部材に取り付けられ前記コネクタを保持するホルダと、前記ホルダに形成され前記端子部の一部が挿入されるスリットと、を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の電池モジュール。
- 前記電池群、前記挟持部材および前記ホルダが収納されるケースをさらに有し、
前記ケースは、前記コネクタを前記ケースの外部から前記ホルダに挿し込むための挿入口を有し、
前記ホルダは、前記挿入口の周囲の壁面に当接するストッパを有していることを特徴とする請求項９に記載の電池モジュール。 - 前記挟持部材は、少なくとも前記電極に対向する面が電気絶縁性材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の電池モジュール。
- 前記挟持部材は、少なくとも前記電極に対向する面が弾性材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の電池モジュール。
- 前記挟持部材は、弾性材料と非弾性材料とを積層して形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の電池モジュール。
- 前記挟持部材は、前記薄型電池の少なくとも前記電池本体の一部と前記電極とに対向する面が弾性材料から形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の電池モジュール。
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