JPWO2014034932A1 - 電池パック - Google Patents
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Abstract
Description
リチウムイオン電池には正極と負極をセパレータを介して積層したものを卷回した円柱状のもの、正極と負極をセパレータを介して積層した扁平状ものが知られている。
これらのなかでも扁平状のものは正極、負極の面積を大きくしたり、積層する正極、負極の枚数を増加することによって単位電池当たりの容量を大きくすることが容易であるので、動力用モーター等の電源用の電池として好適である。
扁平状のリチウムイオン電池の単位電池は、電池要素をフィルム状外装材で外装することによって、リチウムイオン電池の有する高いエネルギー密度を有効に利用することができる。
電池の対向する辺から正極引出タブと負極引出タブを取り出したフィルム外装電池を、発電要素に対応した個所に開口を設けた枠状の部材で、周囲の熱溶着部を挟持して積層した電池モジュールを備えた電池パックが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
前記各延長タブを、電池積層面と直角方向に側面に沿って折り曲げて重ね合わせて電気的接続された前記電池モジュールを備えた電池パックによって解決することができる。
電池モジュールの最外層に位置する前記電池の正極引出タブ及び負極引出タブのいずれか一方は、延長タブを接続した場合、接続しない場合にかかわらず、積層面に平行な位置でネジ止めされた前記の電池パックである。
また、前記電池モジュールの端面のうち、各フィルム外装電池から正極引出タブ、負極引出タブが引き出されている側を対向させて、各モジュール間には絶縁性部材を介在させて電池モジュール同士を電気的接続した前記の電池パックである。
電池保持体は、フィルム外装電池の外周部を積層する枠体のみから構成されたもの、または枠体の全面をふさぐ支持体を備えたもののいずれかである前記の電池パックである。
電池保持体の枠体には、フィルム外装電池の積層面側に連通した開口を有する積層面側凹部と、枠体の外周面に開口を有する外周面側凹部との両者が形成されており、積層面側凹部の外周面側には、平坦部が形成された前記の電池パックである。
前記保持体は、一方の側面には正極延長タブと負極延長タブ同士を接続するためのネジ穴があり、他方の側面には誤接続を防ぐことと、沿面距離を長くすることが可能な凸条部を備えた前記の電池パックである。
前記保持体は、正極引出タブと負極引出タブが引き出される辺はそろえた状態で表裏を反転させて交互に積層された前記電池パックである。
異極性の電圧印加部が対向している部分には、開口部から絶縁性組成物を充填したものである前記電池パックである。
電池の充放電制御回路、電池の保護回路を備えた電池管理ユニットを、正極引出端子、負極引出端子が対向していない側の辺に配置した前記電池パックである。
前記電池モジュールは大きさが異なり、大きさが小さな電池モジュールに前記電池管理ユニットを積層した前記電池パックである。
電池パックは、電動自転車、電動バイクに用いられ、前記モジュールには、正極引出タブ、負極引出タブが下方向に配置された前記電池パックである。
フィルム外装電池100は、外面側には耐候性が大きなフィルムを積層し、内面側には、熱溶着樹脂層を積層したフィルム外装材が用いられる。一例を挙げれば、アルミニウム箔の外面側にポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の耐候性が大きなフィルムを積層し、内面側には、ポリエチレンフィルム等の熱溶着性の合成樹脂フィルム等を積層した積層フィルムを挙げることができる。
正極活物質を担持した正極電極、負極活物質を担持した負極電極、および電解液を有する電池本体部110と、上端部111、上端部外縁111A、下端部112、下端部外縁112A、正極引出タブ120、負極引出タブ130からなり、外周部の四辺を電解液の注液後に熱溶着によって封口して製造することができる。
また、以上のように両面に配置した2枚の積層フィルムの外周部の四辺を熱溶着するものに限らず、1枚の積層フィルムを折り曲げて電池要素を両面から覆い、電解液を注液した後に残りの3辺を熱溶着することで作製したものであっても良い。
また、負極電極には、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料等を、カーボンブラック等の導電性付与材、結着剤等を混合したスラリーを銅箔等に塗布乾燥したものを用いることができる。
フィルム外装電池100の正極引出タブ120には、正極延長タブ122の一端がスポット溶接等の溶接手段で接合されている。正極の延長タブ122は、正極引出方向と直角方向であって、負極引出タブが存在しない側へ引き出されている。
また、負極引出タブ130には、一端が負極引出タブに接合された負極延長タブが正極延長タブ122が引き出された方向とは反対方向へ引き出されている。
それぞれの延長タブには、ニッケル、ニッケル合金等で作製したものが使用できる。
図3Aは、斜視図であり、図3Bは、図3AのX−X断面図、図3Cは、図3AのY−Y断面図である。
図3Dは、図3Aとは反対面から見た電池保持体を示す図であって、非対称の構造を有している。
電池保持体200aは、強度が大きなABS、ポリカーボネート等の合成樹脂製の成形体で作製されており、フィルム外装電池(図示しない)の単位電池の電池本体部を装着する枠体201の内側には壁面がなく空間部202となっている。
枠体201の積層面203は、フィルム外装電池の外周部の熱溶着部等が積層される面である。また、枠体201の空間部202の電池本体部を保持する内面側には平滑な面が形成されている。
外周側凹部206と積層面側凹部207の端部は、それぞれ区画壁208を介して、他の外周側凹部あるいは積層面側凹部207と接している。
また、凹部はいずれも枠体の外面および積層面に開口部を有しているので、金型を用いて一体に成形することで製造が可能である。
また、側面ねじ止め部を設けた側とは反対側の側面に隣接する積層面には、積層面ねじ止め部212が設けられており、正極引出タブあるいは負極引出タブに一端を接続した延長タブと外部の電気的接続を行うために利用される。
積層面ねじ止め部212を設けた側とは反対側の積層面には、積層面の端部が外側に延びた凸条部214を有している。前記凸条部214は、隣接する正極延長タブと負極延長タブ間の沿面距離を長くするとともに、誤接続を防止し、給電部への導電体の接触を防止する機能を果たしている。
図4Aは、斜視図であり、図4Bは、図4AのA−A断面図、図4Cは、図4のB−B断面図である。
図4Dは、図4Aとは反対面から見た電池保持体を示す図であって、非対称の構造を有している。
図3とともに説明した電池保持体200aの枠体の内側には空間部が形成されており、枠体の内部にはいかなる部材も存在しないものであるのに対して、図4で示すものは、枠体201の内部に、電池載置板204を設けたトレイ状の電池保持体である点が相違している。
他の部分は、先に示した図3と同様の構成であるので詳細な説明は省略する。
図4で示す電池保持体200bは、図3で示した枠体201の内部空間に電池載置板204を設けることでトレイ状としたので、図3で示した電池保持体200aに比べて使用する材料が増加し、質量も増加するが、フィルム外装電池は、枠体201と電池載置板204でより確実に保持されるので、激しい振動、衝撃等からフィルム外装電池を保護することが可能となる。
また、電池載置板204を設ける位置は、枠体の厚み方向の中心、あるいは一方の端面のいずれであっても良い。
図5で示す例は、図3で示した電池保持体を使用してフィルム外装電池を積層したものを説明する図である。
フィルム外装電池100の本体部110を電池保持体200の枠体201の空間部202に装着し、枠体201にフィルム外装電池の周囲の上端部111、下端部112等の熱溶着部を載置したものを、正極引出タブと負極引出タブが引き出された辺の向きをそろえた状態で表裏反転させて、交互に積層することで各フィルム外装電池を直列接続した積層体を作製することができる。
また、各フィルム外装電池100の相互の積層面には両面接着テープ230を貼り付けることで振動、衝撃による位置ずれを防止することができる。
複数のフィルム外装電池100の大きさは枠体に装着した電池保持体200を積層した積層体の外周部の端面とフィルム外装電池の外周部が一致する寸法とすることで、電池モジュールの外形の凹凸を少なくし、寸法精度を高めることができる。
また、本実施態様の積層体は、電池保持体200aの枠体201の内側は、いかなる部材も存在しない空間部202としたので、電池保持体の質量を小さくなるので軽量な電池パックを得ることができる。
図6で示す例は、図4で示した電池保持体を使用してフィルム外装電池を積層したものを説明する図である。
図6で示す電池保持体200bは、枠体201の内部空間に電池載置板204を設けてトレイ状としたので、図3で示した電池保持体200aに比べて使用する材料が増加し、質量も増加するが、フィルム外装電池100は、枠体201と電池載置板204でより確実に保持されるので、激しい振動、衝撃等からフィルム外装電池を保護することが可能となる。
また、電池載置板204を設ける位置は、枠体の厚み方向の中心、あるいは一方の端面のいずれであっても良い。フィルム外装電池100を電池保持体200bに装着する際には、電池載置板204のフィルム外装電池の載置面に対して両面接着テープ230を貼り付けて保護フィルムを取り除いた後に、フィルム外装電池100の本体部110を電池載置面204に貼り付けた両面接着テープ230に貼り付けても良い。
枠体201にフィルム外装電池の周囲の上端部111、下端部112等の熱溶着部を載置したものを、正極引出タブと負極引出タブが引き出された辺の向きをそろえた状態で表裏反転させて、交互に積層することで各フィルム外装電池を直列接続した積層体を作製することができる。
また、各フィルム外装電池100の相互の積層面には両面接着テープ230を貼り付けることで振動、衝撃による位置ずれを防止することができる。
複数のフィルム外装電池100の大きさは枠体に装着した電池保持体200を積層した積層体の外周部の端面とフィルム外装電池の外周部が一致する寸法とすることで、電池モジュールの外形の凹凸を少なくし、寸法精度を高めることができる。
図7で示す例は、図3で示した電池保持体200aと、図4で示した電池保持体200bとを使用してフィルム外装電池を積層したものを説明する図である。
図7で示す積層体は、フィルム外装電池を枠体201の内部に設けた内部空間202に装着した電池保持体200aと、フィルム外装電池を枠体201の内部に設けて電池載置板204に装着した電池保持体200bとを、交互に積層したものである。
この例で示す積層体は、内部空間を有する電池保持体200aと、電池載置板204を設けてトレイ状とした電池保持体200bとを交互に積層したので、内部空間を有する電池保持体200aのみを用いた場合に比べて、大幅に質量が増加することなく各フィルム外装電池100の振動、衝撃による位置ずれ等を防止する効果が大きなものとなる。
また、電池載置板204を設ける位置は、枠体の厚み方向の中心、あるいは一方の端面のいずれであっても良い。
また、フィルム外装電池100を電池保持体200bに装着する際には、載置板204のフィルム外装電池の載置面に対して両面接着テープ230を貼り付けて表面の保護フィルムを取り除いた後に、フィルム外装電池100の本体部110を載置面204に貼り付けた両面接着テープ230に貼り付けることもできる。
以上のようにして作製した枠体201にフィルム外装電池の周囲の上端部111、下端部112等の熱溶着部を載置したものを、正極引出タブと負極引出タブが引き出された辺の向きをそろえた状態で表裏反転させて、交互に積層することで各フィルム外装電池を直列接続した積層体を作製することができる。
また、各フィルム外装電池100の相互の積層面には両面接着テープ230を貼り付けることで振動、衝撃による位置ずれを防止することができる。
複数のフィルム外装電池100の大きさは枠体に装着した電池保持体200を積層した積層体の外周部の端面とフィルム外装電池の外周部が一致する寸法とすることで、電池モジュールの外形の凹凸を少なくし、寸法精度を高めることができる。
また、以上のように、内部空間を有する電池保持体200aと、電池載置板204を有する電池保持体200bとを交互に積層するものに限らず、一方を連続して配置して、他方のものと積層したものであっても良く、電池積層体に要求される、特性に応じて適宜組み合わせても良い。
フィルム外装電池を装着した電池保持体の複数個を積層して、直列または並列に電気接続することで所望の電圧、あるいは電流容量を有する電池モジュール300を作製することができるが、図8で示す電池モジュールは、5個のフィルム外装電池を直列接続した例を示すものであり、図8Aは電池モジュール全体を示す斜視図であって、図8Bは、図6AにおけるCの部分を拡大して示す図である。
正極引出タブに一端を接合した正極延長タブ122aは、正極引出タブの引出方向と直角方向であって、負極引出タブとは反対方向に伸びて、電池保持体200の側面に回り込むことなく、電池保持体の積層面の最外面に設けた積層面ねじ止め部212でねじ止めされている。
同様にして、第3のフィルム外装電池の正極タブに接続した正極延長タブ123cと、第4のフィルム外装電池の負極引出タブに接続した負極延長タブ133dとは、両者の間に位置する側面ねじ止め部210b方向へと折り曲げられてねじ止めすることで相互の電気接続が行われる。更に第4のフィルム外装電池から引き出された正極延長タブ(図示しない)は、第5のフィルム外装電池から引き出された負極延長タブ(図示しない)と電池保持体の反対側の側面において接続されて電池モジュール300が完成する。
このように、積層面の端部の外面に位置している外部への接続に利用する正極または負極の延長タブを除いて隣接する対極側の延長タブとをねじ止めによって電気接続することで、各フィルム外装電池の導電接続が完成する。
電池パック400は、筐体410内に、1個の電池モジュール300に充放電の制御回路、電池の保護回路等を備えた電池管理ユニット360とともに緩衝材310を配置して固定し、外部接続コネクタ370を設けたものである。また本発明の電池パック、フィルム外装電池を装着した電池保持体を積層したものであるので、図で示すように正極引出タブ、負極引出タブの引出方向を下方に向けた位置に設置して使用することができる。
また、作製した電池モジュールの2個をそれぞれの正極引出タブ、負極引出タブの引出方向を対向させて筐体内に配置した電池パックを提供することも可能である。
図10の電池モジュール連結体は、先に説明したように2個の電池モジュール300a、300bを準備して、それぞれの電池モジュールの正極引出タブおよび負極引出タブの引出方向AおよびBを対向させて配置したものである。各電池モジュール300a、300bの積層面の最外面の両面には、発泡合成ゴム等から作製した緩衝材310を貼り付け、積層面と直角方向の端面には、各電池モジュール300a、300bが位置ずれを起こさないようにするために2個の電池モジュール300a、300bの電池積層面と直角方向の両面に延びる補強部材332a、332bが複数個所に貼り付けた両面接着テープ322によって取り付けられている。
各電池モジュール300a、300bの間には絶縁部材340が配置されており、各電池モジュール300a、300bに取り付けた電池モジュール間接続タブ342aが取り付けねじ344aで結合されて各電池モジュールの電気接続が行われている。
また、補強部材332a、332bは、同様の形状を有しており、入出力用リード線、各電池モジュールおよび各フィルム外装電池の状態を検出するセンス線用リード線の通過凹部334a、334b、サーミスタ組み込み用穴336a、336bが設けられている。
図10で示した様に電池モジュール300aおよび300bは、正極引出タブ、負極引出タブの引出方向を対向させて、両者の間に絶縁部材を配置し、両側面に補強部材を取り付けて一体化した後に、周囲に緩衝部材310を両面接着テープによって貼り付けた後に、入出力リード350およびセンス線用リード線352を緩衝部材310a、310bの間を通過させて、電池管理ユニット360に接続し、電池管理ユニット360には外部接続用コネクタ370を接続したものである。
本発明の電池モジュール連結体380は、各フィルム外装電池の正極引出タブ、負極引出タブから電池管理ユニット360までの配線長を等しくしたので、電気的特性が優れた電池モジュール連結体380を得ることができる。
図12で示す電池モジュール連結体は、図8で説明した電池モジュールを、図10で示した手順と同様にして連結したものであるが、電池モジュール300cと電池モジュール300dとは、フィルム外装電池を保持した電池保持体200の積層個数が異なるものであって、積層個数が少ない側の電池モジュールには、電池管理ユニット360を取り付けている。
その結果、図12で示す電池モジュールは、図11に示すように二つの電池モジュールの連結体の長さ方向の一方の端部に電池管理装置を装着したものに比べて電池連結体の長さを短くすることができる。
以上の様に、本発明の電池モジュールを用いた電池パックにあっては、電池モジュールの配置方向の自由度が大きいので電池管理装置360までの配線長が等しく電気的特性に優れた、設置場所の自由度が大きな電池パックを提供することができる。
電池パック400は、2個の電池モジュール310a、310bをお互いの正極引出タブ、負極引出タブの引出方向を対向させて連結した図11で示した連結体を筐体410内部に装着した電池パック400である。
電池保持体を積層した各電池モジュールは、周囲に弾性を有する緩衝部材310を配置しているので、振動によって電池パック内において電池モジュール300a、300bは悪影響を受けることはなく、正極引出タブ、負極引出タブの引出方向が下向きとなる用途においても安心して利用することができる。
また、本発明の電池パックは、構成するフィルム外装電池を電池保持体によって保持しているので、電池パック利用機器に装着する場合にはいずれの方向にも配置することが可能であるという優れた特性を有している。
したがって、本発明の電池パックを、電動自転車に装着する場合には、フレームを構成するシートチューブに限らず、トップチューブに沿って略水平方向に取り付けたり、正極引出タブ、負極引出タブを下方に向けてタブダウンチューブに取り付ける等のことも可能であり、電動自転車の意匠性の自由度を高めることもできるという特徴を有している。
Claims (13)
- 同一の辺から正極引出タブおよび負極引出タブが取り出されたフィルム外装電池を載置した電池保持体を、前記正極引出タブ、前記負極引出タブが引き出された辺の向きをそろえて積層した電池モジュールであって、
前記正極引出タブ、前記負極引出タブの少なくとも一方に延長タブが接続されており、
前記正極引出タブに接続した延長タブは、前記正極引出タブの方向と直角方向の向きに延びて電池保持体から引き出され、
前記負極引出タブに接続した延長タブは、前記負極引出タブの方向と直角方向の向きであって、正極引出タブに接続した延長タブとは反対方向に延びて電池保持体から引き出され、
前記各延長タブを、電池積層面と直角方向に側面に沿って折り曲げて重ね合わせて電気的接続された前記電池モジュールを備えたことを特徴と電池パック。 - 電池モジュールの最外層に位置する前記電池の正極引出タブ及び負極引出タブのいずれか一方は、延長タブを接続した場合、接続しない場合にかかわらず、積層面に平行な位置でネジ止めされたことを特徴とする請求項1記載の電池パック。
- 前記電池モジュールの端面のうち、各フィルム外装電池から正極引出タブ、負極引出タブが引き出されている側を対向させて、各モジュール間には絶縁性部材を介在させて電池モジュール同士を電気的接続したことを特徴とする請求項1または2記載の電池パック。
- 前記電池モジュールの側面には、共通の補強部材によって補強されており、電池モジュール同士が接続される以外の個所では、前記絶縁部材は前記タブよりも積層方向に沿ってせり出して、電池モジュール間での短絡を防止したことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の電池パック。
- 電池保持体は、フィルム外装電池の外周部を積層する枠体のみから構成されたもの、または枠体の全面をふさぐ支持体を備えたもののいずれかであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の電池パック。
- 電池保持体の枠体には、フィルム外装電池の積層面側に連通した開口を有する積層面側凹部と、枠体の外周面に開口を有する外周面側凹部との両者が形成されており、積層面側凹部の外周面側には、平坦部が形成されたことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の電池パック。
- 前記電池保持体は、フィルム外装電池の積層面側から見て左右が非対称であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項記載の電池パック。
- 前記保持体は、一方の側面には正極延長タブと負極延長タブ同士を接続するためのネジ穴があり、他方の側面には誤接続を防ぐことと、沿面距離を長くすることが可能な凸条部を備えたことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の電池パック。
- 前記保持体は、正極引出タブと負極引出タブが引き出される辺はそろえた状態で表裏を反転させて交互に積層されることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項記載の電池パック。
- 異極性の電圧印加部が対向している部分には、開口部から絶縁性組成物を充填したものであることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項記載の電池パック。
- 電池の充放電制御回路、電池の保護回路を備えた電池管理ユニットを、正極引出端子、負極引出端子が対向していない側の辺に配置したことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項記載の電池パック。
- 前記電池モジュールは大きさが異なり、大きさが小さな電池モジュールに前記電池管理ユニットを積層したことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項記載の電池パック。
- 電池パックは、電動自転車、電動バイクに用いられ、前記モジュールには、正極引出タブ、負極引出タブが下方向に配置されたことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項記載の電池パック。
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