JP5434161B2

JP5434161B2 - 組電池

Info

Publication number: JP5434161B2
Application number: JP2009061357A
Authority: JP
Inventors: 直人轟木; 竜一雨谷
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: JP2010218755A

Description

本発明は、外装部材の外周を貼り合わせてフランジを形成することで、外装部材の内部に発電要素を封止した二次電池を複数有し、その二次電池同士を直接積層した組電池に関するものである。

フィルム外装電池をそれぞれケースに収容して積層することで、フィルム外装電池の間に所定間隔を形成した組電池であって、サーミスタを挿入するための凹凸がケースに形成されているものが知られている（例えば特許文献１参照）。

国際公開第２００６／０６７９０３号

二次電池同士が間隔を空けずに直接積層されている場合には、上記の構造ではサーミスタを二次電池の間に挿入することができず、二次電池の温度を計測することができない場合があるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、直接積層された二次電池の温度を計測することが可能な組電池を提供することである。

本発明は、隣接する二次電池とスペーサとによって区画される空間に温度計測手段を挿入するガイド部を、スペーサに設けることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、スペーサに設けられたガイド部を介して、隣接する二次電池とスペーサとによって区画される空間に、温度計測手段を挿入することができるので、直接積層された二次電池の温度を計測することができる。

図１は、本発明の実施形態における電池モジュールを正面から見た斜視図である。図２は、本発明の実施形態における電池モジュールを背面から見た斜視図である。図３は、本発明の実施形態における電池モジュールに用いられる単電池を示す斜視図である。図４は、図１に示す電池モジュールのセルユニットをタブ非導出側から見た斜視図である。図５は、図４に示すセルユニットの側面図である。図６は、本発明の実施形態における第３及び第４のスペーサを上方から見た斜視図である。図７は、本発明の実施形態における第３及び第４のスペーサを下方から見た斜視図である。図８は、本発明の実施形態における第３及び第４のスペーサを連結した状態を示す斜視図である。図９は、図８に示す第３及び第４のスペーサによって形成される挿入孔を正面から見た図である。図１０は、本発明の実施形態におけるサーミスタを示す斜視図である。図１１は、本発明の実施形態におけるサーミスタのクリップを示す断面図である。図１２は、本発明の実施形態においてサーミスタを電池モジュールのケースの挿入孔に挿入する様子を示す斜視図である。図１３は、図１２からケースを省略した斜視図である。図１４は、本発明の実施形態においてサーミスタを電池モジュールに装着した状態を示す斜視図である。図１５は、図１４からケースを省略した斜視図である。図１６は、本発明の実施形態においてサーミスタが挿入されたセルユニットの側面図である。図１７は、本発明の実施形態においてサーミスタが挿入された電池モジュールの断面斜視図である。図１８は、本発明の実施形態においてサーミスタが挿入された電池モジュールの断面斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態における電池モジュールを正面から見た斜視図、図２は本実施形態における電池モジュールを背面から見た斜視図、図３は本実施形態における電池モジュールに用いられる単電池を示す斜視図、図４は図１に示す電池モジュールのセルユニットをタブ非導出側から見た斜視図、図５は図４に示すセルユニットの側面図である。

電池モジュール１０は、複数枚（本例では４枚）の単電池３０を含むセルユニット２０（図４及び図５参照）と、このセルユニット２０を内部に収容するケース５０と、を備えている。この電池モジュール１０は、たとえばエネルギー供給源として電気自動車等に搭載されるが、任意の数の電池モジュール１０を直列或いは並列に接続することによって、所望の電圧やエネルギー容量の車載電池が構成される。

セルユニット２０は、４枚の単電池３０Ａ〜３０Ｄと、単電池３０Ａ〜３０Ｄの両端に装着されたスペーサ４１〜４５と、を備えている。

図３に示す単電池（セル）３０は、たとえば、セパレータを介して正極板と負極板を交互に積層した電極積層体と電解質とから構成される発電要素を、外装部材３１の内部に収容したリチウムイオン二次電池である。なお、単電池３０は、単電池３０Ａ〜３０Ｄの総称である。

この単電池３０の外装部材３１は、たとえば、金属箔の両面に合成樹脂層を積層したラミネートフィルム等から構成されている。この外装部材３１は、発電要素を収容した状態でその四辺を熱融着してフランジ３２を形成することで、発電要素を内部に封止している。

また、上記の発電要素を構成する正極板及び負極板は、外装部材３１から導出する正負の電極タブ３４と接続されているが、本実施形態における単電池３０では、外装部材３１の一方の短辺のみから両極の電極タブ３４が導出しており、他方の短辺からは電極タブ３４が導出していない。このフランジ３２においてタブ非導出側の部分には、後述するスペーサの固定ピンが挿入される固定孔３３が形成されている。

セルユニット２０において、４枚の単電池３０Ａ〜３０Ｄは、相互に密着し、且つ、電極タブ３４が同一方向に導出するように積層されており、図４及び図５に示すように、電極タブ３４が導出していない側の端部に５枚のスペーサ４１〜４５が装着されている。最上段の単電池３０Ａのフランジ３２は、第１のスペーサ４１と第２のスペーサ４２との間に位置している。また、第２の単電池３０Ｂのフランジ３２は、第２のスペーサ４２と第３のスペーサ４３との間に位置し、第３の単電池３０Ｃのフランジ３２は第３のスペーサ４３と第４のスペーサ４４との間に位置している。さらに、第４の単電池３０Ｄのフランジ３２は第４のスペーサ４４と第５のスペーサ４５との間に位置している。

ここで、第３及び第４のスペーサ４３，４４を例にとって、図６〜図８を参照しながら、スペーサの詳細構造について説明する。

図６〜図８は本実施形態における第３及び第４のスペーサを示す図、図９は図８に示す第３及び第４のスペーサによって形成されるガイド部を正面から見た図、図１０は本実施形態におけるサーミスタを示す斜視図、図１１は本実施形態におけるサーミスタのクリップを示す断面図である。

図６〜図８に示すように、第３のスペーサ４３は、合成樹脂材料等の電気絶縁性に優れた材料から構成された略板状部材である。この第３のスペーサ４３の上面には、第２の単電池３０Ｂのフランジ３２の固定孔３３に挿入される２つの固定ピン４３１が形成されている。また、この第３のスペーサ４３の両端には、スリーブ４６（図４参照）が挿入されるスリーブ挿入孔４３２が形成されており、このスリーブ挿入孔４３２の近傍には、上方に突出する係合爪４３３が形成されている。この係合爪４３３が第２のスペーサ４２の下面に形成された係合穴（不図示）と係合することで、第２のスペーサ４２と第３のスペーサ４３とが連結する。

本実施形態の第３のスペーサ４３は、図６中においてＹ方向に延びる凸部４３５と、この凸部４３５と同方向に突出する第１の突出部４３６と、を有している。この凸部４３５と第１の突出部４３６の裏側には、図７に示すように、サーミスタ７０を挿入可能な第１の挿入溝４３７が連続的に形成されている。この第１の挿入溝４３７は、サーミスタ７０の直径よりも大きな深さを有している。

第４のスペーサ４４も、第３のスペーサ４３と同様に、合成樹脂材料等の電気絶縁性に優れた材料から構成された略板状部材であり、固定ピン４４１、スリーブ挿入孔４４２及び係合爪４４３を有している。この係合爪４４３が第３のスペーサ４３の下面に形成された係合穴４３４に係合することで、第３のスペーサ４３と第４のスペーサ４４とが連結する。

本実施形態の第４のスペーサ４４は、第３のスペーサ４３の第１の突出部４３６と対応するように、図中Ｙ方向に突出する第２の突出部４４４を有している。この第２の突出部４４４の上面には、円弧状の断面形状を持つ第２の挿入溝４４５が形成されている。

図８及び図９に示すように、本実施形態において第３のスペーサ４３と第４のスペーサ４４とが連結されると、第３のスペーサ４３の第１の挿入溝４３７と、第４のスペーサ４４の第２の挿入溝４４５とによって、サーミスタ７０を挿入可能な略円形の断面を持つ挿入孔が形成される。なお、第１、第２及び第５のスペーサ４１，４２，４５には、こうしたサーミスタ７０を挿入するための構造は設けられていない。

本実施形態では、積層方向において中央に位置する第３のスペーサ４３にサーミスタ７０を挿入する機構を設けることで、劣化や充放電に伴う単電池の膨張によってサーミスタ７０と単電池３０Ｂ，３０Ｃとが接触するのを防止することができる。なお、スペーサの積層枚数が偶数である場合には、中央に位置する２つのスペーサの少なくとも一方にサーミスタ挿入構造を設ける。

また、本実施形態では、第３及び第４のスペーサ４３，４４の射出成型時の加工性を考慮して、第３のスペーサ４３に第１の挿入溝４３７を形成し、第４のスペーサ４４に第２の挿入溝４４５を形成したが、特にこれに限定されない。たとえば、第３のスペーサ４３にサーミスタ７０を挿入するための挿入孔を形成し、第４のスペーサ４４には第２の挿入溝を形成しなくてもよい。

特に図示しないが、４枚の単電池３０Ａ〜３０Ｄにおいて電極タブ３４が導出している側の端部にも、５枚のスペーサが装着されており、それぞれの単電池３０Ａ〜３０Ｄの電極タブ３４がバスバー等を介して外部出力端子６１，６３に電気的に接続されている。

以上のように構成されるセルユニット２０は、図１及び図２に示すケース５０の内部に収容されている。このケース５０は、上部が開口している箱状のロアケース５１と、ロアケース５２の開口を閉じるアッパケース５２と、を有している。ロアケース５１とアッパケース５２とは、それぞれの縁部を互いに巻き締めることで固定されている（図１４参照）。

図１に示すように、アッパケース５２には、セルユニット２０のスリーブ４６に対応するように、４つのボルト挿入孔５１４が形成されている。特に図示しないが、ロアケース５１にも、セルユニット２０のスリーブ４６に対応するように、４つのボルト挿入孔が形成されている。そして、アッパケース５２の挿入孔５１４、セルユニット２０のスリーブ４６、及び、ロアケース５１の挿入孔にボルトを挿入することで、ケース内においてセルユニット２０が固定される。

図１に示すように、電池モジュール１０の正面側においては、ロアケース５１の側面に３つの切り欠き５１１〜５１３が形成されており、これらの切り欠き５１１〜５１３からは、外部出力正極端子６１、電圧検出用端子６２、及び外部出力負極端子６３がそれぞれ導出している。また、図２に示すように、電池モジュール１０の背面側においては、ロアケース５１の側面にサーミスタ７０を挿入するための挿入孔５１５（図１２参照）が形成されている。この挿入孔５１５は、ケース５０内に収容されたセルユニット２０の第１及び第２の挿入溝４３７，４４５に対応する位置に配置されている。また、この挿入孔５１５の両側には、サーミスタ７０のクリップ７１の係合爪７２が係合する切り欠き５１６（図１１参照）が形成されている。

図１０に示すように、ロアケース５１の挿入孔５１５に挿入される円柱状のサーミスタ７０には、略Ｗ字状のクリップ７１が一体化されている。このクリップ７１は、幅方向に弾性変形可能となっており、図１１に示すように、その先端に、ロアケース５１の切り欠き５１６に係合可能な係合爪７２をそれぞれ有している。この係合爪７２が切り欠き５１６に係合することで、クリップ７０がケース５０にワンタッチで取り付けられるようになっている。なお、クリップ７１の係合爪７２とケース５０の切り欠き５１６は、図１１のみに図示しており、それ以外の図では図示を省略している。また、クリップ７１をケース５０にワンタッチで固定する手法は、上記のものに特に限定されない。

図１２は本実施形態においてサーミスタを電池モジュールのケースの挿入孔に挿入する様子を示す斜視図、図１３は図１２からケースを省略した斜視図、図１４は本実施形態においてサーミスタを電池モジュールに装着した状態を示す斜視図、図１５は図１４からケースを省略した斜視図、図１６は本実施形態においてサーミスタが挿入されたセルユニットの側面図、図１７及び図１８は本実施形態においてサーミスタが挿入された電池モジュールの断面斜視図である。なお、図１５では、第１、第２及び第５のスペーサ４１，４２，４５も省略して図示している。

このサーミスタ７０を電池モジュール１０に取り付ける場合には、図１２及び図１３に示すように、サーミスタ７０の先端をケース５０の挿入孔５１５に対向させた後、図１４及び図１５に示すように、挿入孔５１５を介してケース５０内にサーミスタ７０を挿入する。ケース５０の挿入孔５１５の奥側には、第３及び第４のスペーサ４３，４４の挿入溝４３７，４４５が位置しており、図１６〜図１８に示すように、サーミスタ７０の先端が、この第１及び第２の挿入溝４３７，４４５を介して、第２及び第３の単電池３０Ｂ，３０Ｃと第３のスペーサ４３とによって区画された空間Ｓに導かれる。これにより、サーミスタ７０の先端は、第２及び第３の単電池３０Ｂ，３０Ｃの近傍に位置するので、直接積層された単電池３０Ｂ，３０Ｃの温度を精度良く計測することができる。

さらに、本実施形態では、図１７及び図１８に示すように、第３のスペーサ４３の凸部４３５が第２の単電池３０Ｂのフランジ３２を押さえており、第２の単電池３０Ｂのフランジ３２とサーミスタ７０との間に所定間隔が維持されている。また、第３のスペーサ４３の第１の挿入溝４３７がサーミスタ７０の直径よりも深くなっているので、第１の挿入溝４３７の開口面４３８によって、第３の単電池３０Ｃのフランジ３２が抑えられており、第３の単電池３０Ｃのフランジ３２とサーミスタ７０との間にも所定間隔が維持されている。このため、内部の見えない電池モジュール１０へサーミスタ７０を挿入する際に、サーミスタ７０によるフランジ３２の折れ曲がりを防止することができるので、折れ曲がったフランジ３２による単電池の損傷を防止すると共に、正確な温度計測を確保することができる。

また、車輌走行時等には、積層方向において中央付近で特に振動するため、従来の構造では単電池とサーミスタの双方の振動によって単電池の外装部材を損傷するおそれがあるが、本実施形態では、単電池３０とサーミスタ７０とが非接触であるため、振動による単電池の外装部材の損傷を抑制することができる。

サーミスタ７０を十分に奥まで挿入すると、図１１に示すように、クリップ７１がケース５０に固定される。本実施形態では、サーミスタ７０を電池モジュール１０に取り付ける際に、このクリップ７１によってサーミスタ７０をケース５０にワンタッチで固定することができるので、部品点数の削減及び生産性向上を図ることができる。

なお、本実施形態における電池モジュール１０が本発明における組電池の一例に相当し、本実施形態における単電池３０が本発明における二次電池の一例に相当し、本実施形態における第１の挿入溝４３７が本発明におけるガイド部の一例に相当し、本実施形態における凸部４３５及び第１の挿入溝４３７の開口面４３８が本発明におけるフランジ押え部の一例に相当し、本実施形態におけるクリップ７１が本発明における固定手段の一例に相当する。

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。したがって、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。

１０…電池モジュール
２０…セルユニット
３０Ａ〜３０Ｄ…単電池
３１…外装部材
３２…フランジ
３４…電極端子
４１…第１のスペーサ
４２…第２のスペーサ
４３…第３のスペーサ
４３５…凸部
４３６…第１の突出部
４３７…第１の挿入溝
４３８…開口面
４４…第４のスペーサ
４４４…第２の突出部
４４５…第２の挿入溝
４５…第５のスペーサ
５０…ケース
５１…ロアケース
５１５…挿入孔
５１６…切り欠き
５２…アッパケース
７０…サーミスタ
７１…クリップ
７２…係合爪

Claims

外装部材の外周を貼り合わせてフランジを形成することで、外装部材の内部に発電要素を封止した二次電池を複数有し、前記二次電池同士を直接積層した組電池であって、
隣接する前記二次電池のフランジの間に介装されたスペーサと、
前記二次電池の温度を計測するための温度計測手段と、
前記組電池の筐体に前記温度計測手段を固定するための固定手段と、を備え、
前記スペーサは、隣接する前記二次電池と前記スペーサとによって区画される空間に前記温度計測手段を挿入するためのガイド部を有し、
前記固定手段によって前記温度計測手段を前記筐体に固定すると、前記温度計測手段の先端が前記二次電池と非接触な状態で前記空間内に位置することを特徴とする組電池。
請求項１に記載の組電池であって、
前記二次電池は、前記外装部材の一方の短辺から導出する正極端子及び負極端子を有し、
前記スペーサは、前記フランジにおいて前記外装部材の他方の短辺側の部分の間に介装されていることを特徴とする組電池。
請求項１又は２に記載の組電池であって、
前記スペーサを複数備え、
前記ガイド部は、複数の前記スペーサの中で、前記二次電池の積層方向において中央に位置する前記スペーサに設けられていることを特徴とする組電池。
請求項１〜３の何れかに記載の組電池であって、
前記スペーサは、前記フランジと前記温度計測手段との間に所定間隔を維持するためのフランジ押さえ部を有することを特徴とする組電池。