(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池と、
前記素電池を収納する外部ケースと、
前記素電池の一側面を押圧して、前記外部ケースに入力され前記素電池に伝達される振動を減衰する防振手段と、を有し、
前記防振手段は、前記素電池と前記外部ケースとの間に配置され、前記素電池の一側面を押圧する押圧構造体を有し、
前記押圧構造体は、前記素電池の一側面に対向する前記外部ケースの一の面と、前記素電池の一側面に当接する押さえ板とを、弾性部材を介して接続して構成されていることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記弾性部材は、コイル状バネ、皿状バネ、板状バネ、空気バネまたは弾性体バネであることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池と、
前記素電池を収納する外部ケースと、
前記素電池の一側面を押圧して、前記外部ケースに入力され前記素電池に伝達される振動を減衰する防振手段と、を有し、
前記防振手段は、前記外部ケースの一の面をなす板材の面剛性よって前記素電池の一側面を押圧する押圧構造体を有し、
前記押圧構造体は、前記素電池の一側面に対向する前記外部ケースの一の面をなす弾性を有する板材と、前記素電池の一側面に当接する押さえ板とを、支持部材を介して接続して構成されていることを特徴とする電池パック。
【請求項４】
ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池と、
前記素電池を収納する外部ケースと、
前記素電池の一側面を押圧して、前記外部ケースに入力され前記素電池に伝達される振動を減衰する防振手段と、を有し、
前記防振手段は、複数備えられていることを特徴とする電池パック。
【請求項５】
ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池と、
前記素電池を収納する外部ケースと、
前記素電池の一側面を押圧して、前記外部ケースに入力され前記素電池に伝達される振動を減衰する防振手段と、を有し、
前記防振手段は、前記素電池の一側面に対向する前記外部ケースの一の面における共振腹位置に備えられていることを特徴とする電池パック。
【請求項６】
ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池と、
前記素電池を収納する外部ケースと、
前記素電池の一側面を押圧して、前記外部ケースに入力され前記素電池に伝達される振動を減衰する防振手段と、を有し、
前記防振手段により前記素電池の一側面を押圧する単位面積あたりの押圧力は、前記素電池のヤング率の１０倍以下であることを特徴とする電池パック。
【請求項７】
ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池と、
前記素電池を収納する外部ケースと、
前記素電池の一側面を押圧して、前記外部ケースに入力され前記素電池に伝達される振動を減衰する防振手段と、を有し、
前記防振手段により前記素電池の一側面を押圧する押圧面積は、前記素電池における電極面を投影した面積の５０％〜１００％であることを特徴とする電池パック。
【請求項８】
ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池と、
前記素電池を収納する外部ケースと、
前記素電池の一側面を押圧して、前記外部ケースに入力され前記素電池に伝達される振動を減衰する防振手段と、を有し、
前記素電池は、セル本体の両端部にタブ端子を有している電池であることを特徴とする電池パック。
【請求項９】
ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池と、
前記素電池を収納する外部ケースと、
前記素電池の一側面を押圧して、前記外部ケースに入力され前記素電池に伝達される振動を減衰する防振手段と、を有し、
前記素電池は、電極積層方向の厚さが１〜１０ｍｍの範囲にある薄型電池であることを特徴とする電池パック。
【請求項１０】
ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池と、
前記素電池を収納する外部ケースと、
前記素電池の一側面を押圧して、前記外部ケースに入力され前記素電池に伝達される振動を減衰する防振手段と、を有し、
前記素電池は、セル本体に設けられたタブ端子の幅が、セル本体の幅の２０％〜８０％の範囲にある電池であることを特徴とする電池パック。
【請求項１１】
ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池と、
前記素電池を収納する外部ケースと、
前記素電池の一側面を押圧して、前記外部ケースに入力され前記素電池に伝達される振動を減衰する防振手段と、を有する電池パックであって、
該電池パックを複数個接続するとともに各電池パック内の素電池を電気的に接続して形成されてなる複合電池パック。
【請求項１２】
ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池と、
前記素電池を収納する外部ケースと、
前記素電池の一側面を押圧して、前記外部ケースに入力され前記素電池に伝達される振動を減衰する防振手段と、を有する電池パック、または請求項１１に記載の複合電池パックは、車両に搭載される電池パックまたは複合電池パックを構成してなる車載用電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された電池をケース内に収納した電池パックに係り、さらに詳しくは、素電池の性能劣化を防止するとともに外部から入力される振動の低減を図った電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
組電池用の電池パックは、組電池と、当該組電池を収納するケースとを備えている。組電池は、複数個の素電池を電気的に接続して構成されている。
【０００３】
組電池を押さえ付ける従来の構造として、一対の拘束プレートの間に組電池を挟み込み、一対の拘束プレートを連結ロッドを介して相互に連結する構造が知られている（特開２００１−２３６９３７号公報参照）。また、一対の押さえ板の間に組電池を挟み込み、一対の押さえ板をバネ部材を介して相互に連結する構造も知られている（特開平７−１２２２５２号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
組電池を押さえ付ける上述した従来の構造にあっては、組電池を両側から加圧していることから、素電池の電極間距離の増加などに起因した組電池の性能劣化を防止することはできる。
【０００５】
しかしながら、従来の構造は、組電池の振動を防止する防振効果を発揮し得ない構造であるため、振動がケースに入力される環境下で電池パックを使用すると、ケースに入力された振動が組電池全体や個々の素電池に伝達されてしまう。このため、電池間の接続部である端子部やバスバーが伝達された振動によって疲労し、抵抗が増加したり、疲労破壊したりする虞がある。
【０００６】
本発明は、従来の構造では達成し得なかった電池の性能劣化防止と防振効果とをともに成立させ、振動による端子部などの破断や抵抗増大などを防止し得る電池パックを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【０００８】
（１）ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池と、
前記素電池を収納する外部ケースと、
前記素電池の一側面を押圧して、前記外部ケースに入力され前記素電池に伝達される振動を減衰する防振手段と、を有し、
前記防振手段は、前記素電池と前記外部ケースとの間に配置され、前記素電池の一側面を押圧する押圧構造体を有し、
前記押圧構造体は、前記素電池の一側面に対向する前記外部ケースの一の面と、前記素電池の一側面に当接する押さえ板とを、弾性部材を介して接続して構成されていることを特徴とする電池パック。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の電池パックによれば、従来の構造では達成し得なかった素電池の性能劣化防止と防振効果とをともに成立させることができる。つまり、素電池の電極間距離の増加などに起因する性能劣化防止し、かつ、外部から入力され素電池に伝達される振動を減衰して、素電池の端子部における破断や抵抗増大などを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１は、本発明を適用した組電池用の電池パック１０の実施形態を示す模式図である。
【００１２】
図示するように、本実施形態に係る電池パック１０は、ラミネートタイプの外装材によるパッケージングが施された素電池２０と、素電池２０を収納する外部ケース３０と、素電池２０の一側面（図中上面）を押圧して、外部ケース３０に入力され素電池２０に伝達される振動を減衰する防振手段４０と、を有している。素電池２０の外装材は、例えばアルミを基材とするアルミラミネートフィルムである。本明細書においては、ラミネートタイプの外装材によっていわゆるソフトパックされた素電池を、「ラミネート外装素電池２０」とも称する。
【００１３】
図示例の素電池２０は、外部ケース３０内に複数個収納され、組電池を構成している。この組電池は、素電池２０を厚さ方向に４個積層して並列に接続し、次いで、この４個を並列に接続した単位を６個直列に結合したものである。なお、素電池２０のこのような接続形態を、「４並列６直列」と表わす。
【００１４】
前記防振手段４０は、素電池２０と外部ケース３０との間に配置され、素電池２０の一側面を押圧する押圧構造体５０を有している。この押圧構造体５０は、素電池２０の一側面に対向する外部ケース３０の一の面３１（図中上面）と、素電池２０の一側面に当接する押さえ板５１とを、弾性部材５２を介して接続して構成されている。前記弾性部材５２としては、コイル状バネ、皿状バネ、板状バネ、空気バネまたは弾性体バネを使用し得る。
【００１５】
図２は、防振手段４０を有する電池パック１０のマス−バネモデルを簡略化して示す模式図である。
【００１６】
図示するようにマス−バネモデルを簡略化して考えると、弾性部材５２としての例えば押さえバネのバネ定数Ｋ１、素電池２０を押さえる押さえ板５１の質量Ｍ１、ラミネート素電池２０の擬似マス−バネ系からなる少なくとも２自由度以上の多自由度マスバネモデルになると考えられる。
【００１７】
外装が金属缶や樹脂材料からなる素電池では、外装材自体の剛性が高いため、素電池自身でマスバネ系を形成することはできない。一方、ラミネート外装素電池２０は、ソフトパックされているので、素電池２０全体が弾性体となる。本発明者らはこの点に着目し、ラミネート外装素電池２０自身で擬似的なマス−バネ系を形成することができることを見出した。つまり、ラミネート外装素電池２０は、外装材がナイロンなどの高分子フィルムから形成されているため、缶の素電池に比べて動的バネ定数が低く、振動低減の効率が高い。これにより、ラミネート外装素電池２０自身で擬似的なマス−バネ系を形成することができる。
【００１８】
そこで、押さえ構造とラミネート外装素電池２０とを連結することにより、図２に示されるマス−バネ系を形成することが可能となる。
【００１９】
このとき、ラミネート外装素電池２０に振動エネルギーが伝達するのをできるだけ防止するためには、電池パック１０の共振を防ぐことが必要となる。しかしながら、共振を完全になくすことは事実上不可能であるため、電池パック１０が使用される環境下で実際に実現しうる周波数域から共振周波数をずらすことで、結果的に、防振効果を大幅に向上させることが可能となる。
【００２０】
したがって、多自由度のマス−バネ系を形成するため、弾性部材５２によって、素電池２０の一側面を押圧することが必要になる。さらに、弾性部材５２が存在することにより、当該弾性部材５２のダンピングによって振動エネルギーを熱エネルギーに変換することから、振動エネルギーを効率的に低減することが可能となる。
【００２１】
なお、組電池用の電池パック１０に要求される防振周波数は、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲である。１０Ｈｚより小さい周波数領域では、組電池用の電池パック１０の大きさの観点からして、共振周波数が存在する可能性は低い。また、１ｋＨｚ以上の周波数は、音の領域に入るため、防振の必要性も低くなる。
【００２２】
図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）、図４（Ａ）（Ｂ）は、防振手段４０の押圧構造体５０を示す模式図である。
【００２３】
図示する各電池パック１０は、４個の素電池２０をバスバー２１を介して並列に接続した組電池が収容されている。また、押圧構造体５０は、上述したように、外部ケース３０の一の面３１と押さえ板５１とを弾性部材５２を介して接続したものである。なお、４個の素電池２０を並列に接続する形態を、「４並列」と表わす。
【００２４】
弾性部材５２は、図３（Ａ）に示すようなコイルバネ５３（コイル状バネに相当する）、図３（Ｂ）に示すような皿バネ５４（皿状バネに相当する）、図３（Ｃ）に示すような重ね板バネ５５（板状バネに相当する）、図４（Ａ）に示すような空気バネ５６、または、図４（Ｂ）に示すような弾性体バネ５７から構成されている。
【００２５】
ここで、空気バネ５６は、例えばゴムと繊維とから構成された薄膜状の袋体内に気体を封入して弾性体にしたものである。気体を一定の空間に閉じ込めることにより、その気体の圧力を弾性力に用いたものである。使用する気体の種類は、空気、窒素、酸素などの入手が容易で取り扱いも簡便なものが好適である。
【００２６】
また、弾性体バネ５７は、一般のゴムやエラストマー、樹脂をブロック状に整形したものであり、ＪＩＳ  Ｋ６３８６（防振ゴムの材料）に示されるものであれば、本発明の目的を達成することができる。
【００２７】
押圧構造体５０の弾性部材５２にコイルバネ５３（図３（Ａ））を用いた場合には、振動が入力されると、その振動エネルギーが、コイルバネ５３を形成する金属やその他の材料の変形に伴うエネルギーや熱エネルギーに変換される。これにより、素電池２０に伝達される振動が減衰される。
【００２８】
弾性部材５２に皿バネ５４（図３（Ｂ））を用いた場合には、振動が入力されると、その振動エネルギーが、皿の撓みに伴うエネルギーや熱エネルギーに変換され、素電池２０に伝達される振動が減衰される。
【００２９】
弾性部材５２に重ね板バネ５５（図３（Ｃ））を用いた場合には、振動が入力されると、重ねられた板の間にずれが生じ、振動エネルギーが板間の摩擦によって熱エネルギーに変換され、素電池２０に伝達される振動が減衰される。
【００３０】
弾性部材５２に空気バネ５６（図４（Ａ））、弾性体バネ５７（図４（Ｂ））を用いた場合には、振動が入力されると、その振動エネルギーが、これらのバネを形成する金属やその他の材料の変形に伴うエネルギーや熱エネルギーに変換され、素電池２０に伝達される振動が減衰される。
【００３１】
図５は、防振手段４０の押圧構造体６０の改変例を示す模式図である。
【００３２】
防振手段４０は、外部ケース３０の一の面３１をなす板材の面剛性よって素電池２０の一側面を押圧する押圧構造体６０を有していてもよい。この押圧構造体６０は、素電池２０の一側面に対向する外部ケース３０の一の面３１をなす平板弾性体６１（弾性を有する板材に相当する）と、素電池２０の一側面に当接する押さえ板６２とを、支持部材６３を介して接続して構成されている。押さえ板６２の形状は、素電池２０を押圧し得る限りにおいて特に制限されないが、素電池２０を均一に押圧する観点から、外部ケース３０形状に合致させた平板が好ましい。
【００３３】
かかる形態の押圧構造体６０では、外部ケース３０の少なくとも１面を面バネとして利用することにより、素電池２０を押圧することが可能となる。また、外部ケース３０と押さえ板６２との接続にバネなどの弾性部材５２を使用する必要がないので、構造を簡素化できるという利点もある。
【００３４】
図６（Ａ）（Ｂ）は、複数の防振手段４０を備える電池パック１０の実施形態を示す模式図である。
【００３５】
防振手段４０の個数は１個に限られるものではない。図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、１つの電池パック１０に、複数の防振手段４０を備えてもよい。すなわち、１つの電池パック１０内の素電池２０に対する押圧を、少なくとも２つ以上の防振手段４０のそれぞれによって独立して行い、少なくとも２つ以上の押圧力によって素電池２０を押圧してもよい。また、押さえ板５１を２つ以上設けてもよい。かかる形態の防振手段４０も、素電池２０の性能劣化を防止し、かつ、外部からの入力される振動を低減するための手段として有効なものである。
【００３６】
図６（Ａ）に示す電池パック１０は、４並列の組電池が収容されている。左側の２個の素電池２０は、外部ケース３０の一の面３１と押さえ板５１ａ（質量Ｍ１）とを弾性部材５２としてのコイルバネ５３ａ（押圧バネ定数Ｋ１）を介して接続した押圧構造体５０ａにより押圧されている。右側の２個の素電池２０は、外部ケース３０の一の面３１と押さえ板５１ｂ（質量Ｍ２）とをコイルバネ５３ｂ（押圧バネ定数Ｋ２）を介して接続した押圧構造体５０ｂにより押圧されている。かかる形態では、従来の組電池の共振周波数に対して、新たな２つのマス−バネ系（５０ａ、５０ｂ）による動吸振器効果により、１つのマス−バネ系に比較して自由度が高く、全体の周波数の移行を行うことが可能となる。
【００３７】
周波数の移行の自由度をさらに上げるためには、素電池２０の個数に等しい数のマス−バネ系を設定することが有効である。つまり、図６（Ｂ）に示す電池パック１０は、４並列の組電池が収容され、一番左側の素電池２０は、外部ケース３０の一の面３１と押さえ板５１ａ（質量Ｍ１）とをコイルバネ５３ａ（押圧バネ定数Ｋ１）を介して接続した押圧構造体５０ａにより押圧されている。左から２番目の素電池２０は、外部ケース３０の一の面３１と押さえ板５１ｂ（質量Ｍ２）とをコイルバネ５３ｂ（押圧バネ定数Ｋ２）を介して接続した押圧構造体５０ｂにより押圧されている。左から３番目の素電池２０は、外部ケース３０の一の面３１と押さえ板５１ｃ（質量Ｍ３）とをコイルバネ５３ｃ（押圧バネ定数Ｋ３）を介して接続した押圧構造体５０ｃにより押圧されている。そして、一番右側の素電池２０は、外部ケース３０の一の面３１と押さえ板５１ｄ（質量Ｍ４）とをコイルバネ５３ｄ（押圧バネ定数Ｋ４）を介して接続した押圧構造体５０ｄにより押圧されている。かかる形態では、４並列の組電池に対し、４つのマス−バネ系（５０ａ〜５０ｄ）を設定してあるため、自由度のより高い周波数シフトを行うことが可能である。
【００３８】
図７は、電池パック１０に対してハンマリング試験を行い、その試験により得られた共振スペクトルを示す概念図であり、図６（Ｂ）に示される電池パック１０の共振スペクトルを実線で示し、押圧構造体５０を備えていない電池パック１０の共振スペクトルを二点鎖線で示している。
【００３９】
ハンマリング試験については後述するが、得られた共振スペクトルで最も低周波側にピークとなって出現するものを１次共振周波数とする。図７より明らかなように、押圧構造体５０を有する防振手段４０を設けることにより、１次共振周波数を高周波側に移行させることができ、自由度のより高い周波数シフトを行い得ることを確認した。図５に示した押圧構造体６０を有する防振手段４０を設けた場合も同様に、１次共振周波数を高周波側に移行させることができ、自由度のより高い周波数シフトを行い得ることを確認した。
【００４０】
電池パック１０を設置する外部部位が何らかの共振周波数を有している場合には、電池パック１０の共振周波数を外部部位の共振周波数の逆位相に設定することにより、組電池を収容した電池パック１０全体の共振をずらすことが可能となる。
【００４１】
図８（Ａ）（Ｂ）および図９（Ａ）（Ｂ）は、外部ケース３０の一の面３１における共振腹位置Ａに防振手段４０を備える電池パック１０の実施形態を模式的に示す上面図および側面図である。
【００４２】
図８（Ａ）（Ｂ）に示す電池パック１０は、４並列の組電池が収容されている。４個の素電池２０は、外部ケース３０の一の面３１と押さえ板５１とを弾性部材５２としての２つのコイルバネ５３を介して接続した押圧構造体５０により押圧されている。この押圧構造体５０を有する防振手段４０は、素電池２０の一側面に対向する外部ケース３０の一の面３１における少なくとも１以上の共振の腹位置Ａに備えられている。
【００４３】
図９（Ａ）（Ｂ）に示す電池パック１０は、４並列の組電池が収容されている。４個の素電池２０のそれぞれは、外部ケース３０の一の面３１と押さえ板５１ａ〜５１ｄとを弾性部材５２としての２つのコイルバネ５３ａ〜５３ｄを介して接続した４個の押圧構造体５０ａ〜５０ｄにより独立して押圧されている。押圧構造体５０ａ〜５０ｄを有する各防振手段４０も、素電池２０の一側面に対向する外部ケース３０の一の面３１における少なくとも１以上の共振の腹位置Ａに備えられている。
【００４４】
防振手段４０を外部ケース３０の一の面３１における共振腹位置に備えた理由は次のとおりである。組電池ないし電池パック１０全体の共振は、外部ケース３０の共振の腹位置Ａが振幅することにより引き起こされる。このため、この部位に押圧構造体５０におけるいわゆる足を設定して振動を押さえることにより、そもそもの共振を低減することが可能となるからである。
【００４５】
外部ケース３０の共振は、最も問題となる低周波側に関して、外部ケース３０の対角線上の１／４、３／４位置に発生する。このため、これらの部位に一致させて防振手段４０を配置することにより、組電池ないし電池パック１０全体の共振を効果的に抑制できる。
【００４６】
なお、電池パック１０を他の外部構造体に設置する場合は、電池パック１０の共振を、外部構造体の共振を防振する目的に使用することが有効な場合もある。このような目的の場合には、防振手段４０を配置する位置は、上述した外部ケース３０の共振腹位置Ａに限られず、外部構造体の共振を防振する目的に合致した位置に設定すればよい。
【００４７】
防振手段４０により素電池２０の一側面を押圧する単位面積あたりの押圧力つまり応力は、素電池２０のヤング率の１０倍以下であることが望ましい。その理由は次のとおりである。
【００４８】
本実施形態の電池パック１０の構成では、押圧力の大きさを問わず、基本的に、性能劣化防止効果および振動減衰効果を得ることができる。しかしながら、従来の組電池の共振周波数を効果的にシフトさせるためには、押圧バネのバネ定数と、素電池２０が有するバネ特性のバネ定数とができるだけ近い方が好ましい。各々のバネ定数を近づけることにより、それぞれがバネとして機能し、周波数を有効にシフトさせて振動伝達を低減できる。
【００４９】
この効果を発揮させるためには、単位面積あたりの押圧力に対して、押さえられている素電池２０のヤング率の１０倍以下であることが望ましい。それ以上に乖離すると、共振周波数を移行させることが困難になってしまう。また、ラミネート外装素電池２０は外装の剛性が比較的低いため、あまりに大きな押圧力で押さえ付けると、内部ショートの確率が高くなる虞があり、性能低下の防止というもう一つの目的が達成できない虞があるためである。
【００５０】
これらの観点から、素電池２０の性能低下防止効果を有効に発揮させるためには、０．１ｋｇｆ／ｃｍ２以上の押圧力が必要であり、素電池２０の微小短絡を防止するためには、押圧力を１０ｋｇｆ／ｃｍ２以下にする必要がある。よって、素電池２０の一側面を押圧する押圧力は、０．１ｋｇｆ／ｃｍ２〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２が望ましい。
【００５１】
防振手段４０により素電池２０の一側面を押圧する押圧面積は、素電池２０における電極面を投影した面積の５０％〜１００％であることが望ましい。ここで、素電池２０における電極面を投影した面積（以下、「電極投影面積」とも言う）とは、電極面を投影した面積のみを意味し、素電池２０におけるシール部の面積やタブ部の面積を含まない。押圧面積を上記のように規定した理由は次のとおりである。
【００５２】
押圧面積が電極投影面積の５０％よりも小さい場合では、マス−バネ系を構成するときに、素電池２０のマス−バネの一部しか用いないため、周波数のシフトを効果的に行うことができなくなる虞がある。また、素電池２０内部のガス発生などに伴う性能劣化を防止するためには、電極面を投影した部位の全体を均一に押圧することが効果的である。押圧面積が電極投影面積の５０％よりも小さい場合では、電極面を投影した部位のうち押圧されない部位が劣化する虞があり、素電池２０全体で均一な性能を発揮できなくなる可能性があるからである。
【００５３】
図１０（Ａ）（Ｂ）は、素電池２０を厚さ方向に積層してなる組電池用の電池パック１０の実施形態を示す模式図である。
【００５４】
図１０（Ａ）に示される電池パック１０は、厚さ方向に２段に積層した８個の素電池２０をバスバー２１、２２を介して並列に接続した組電池が収容されている。４個ずつ２段に積層した８個の素電池２０は、外部ケース３０の一の面３１と押さえ板５１とを弾性部材５２としての４つのコイルバネ５３を介して接続した押圧構造体５０により押圧されている。図１０（Ｂ）に示される電池パック１０は、厚さ方向に４段に積層した１６個の素電池２０をバスバー２１、２２を介して並列に接続した組電池が収容されている。４個ずつ４段に積層した１６個の素電池２０は、外部ケース３０の一の面３１と押さえ板５１とを弾性部材５２としての４つのコイルバネ５３を介して接続した押圧構造体５０により押圧されている。なお、８個の素電池２０を並列に接続した形態を、以下、「８並列」と表わし、１６個の素電池２０を並列に接続した形態を、以下、「１６並列」と表わす。
【００５５】
厚さ方向に積層された組電池を収容した電池パック１０においても、上述したのと同様の考え方に基づいて押圧力を設定することにより、性能劣化防止効果および振動減衰効果を得ることができる。つまり、押圧するマス−バネ系に直列な方向の素電池２０を重ねた場合のヤング率の１０倍以下で押圧することが有効である。
【００５６】
なお、積層された素電池２０の中間位置に、金属板等の中間板を介在させても、性能劣化防止効果および振動減衰効果を得ることができる。
【００５７】
図１１（Ａ）（Ｂ）は、本発明の電池パック１０に使用されるラミネート外装素電池２０を示す正面図および側面図、図１１（Ｃ）（Ｄ）は、一般的なラミネート外装素電池２５を示す正面図および側面図である。
【００５８】
一般的なラミネート外装素電池２５は、図１１（Ｃ）（Ｄ）に示すように、セル本体２６の一の端部（図において上端）に、正極のタブ端子２７ａおよび負極のタブ端子２７ｂの両方が設けられている。素電池２５を電池パック１０内に収納するときには、各タブ端子２７ａ、２７ｂをリード線などに結合しなければならない。このため、セル本体２６の一の端部に正負両極のタブ端子２７ａ、２７ｂを設けたラミネート外装素電池２５にあっては、タブ端子２７ａ、２７ｂの接続バネ定数が大きくなり、電池パック１０の内部では、セル本体２６の一の端部（図において上端）側が固定端となり、セル本体２６の他の端部（図において下端）側が自由端となる。このような形態の素電池２５に振動が入力すると、タブ端子２７ａ、２７ｂが設けられていない自由端の揺れが大きくなり、タブ端子２７ａ、２７ｂに金属疲労が生じ易い。これでは、本発明における性能劣化の防止という目的を十分に達成できない虞がある。
【００５９】
そこで、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、本発明に係る電池パック１０に使用するラミネート外装素電池２０は、セル本体２３の両端部にタブ端子２４ａ、２４ｂを有している素電池２０であることが好ましい。セル本体２３の両端部のそれぞれにタブ端子２４ａ、２４ｂを有していれば、当該素電池２０を外部ケース３０内に収納したときに、セル本体２３の両方の端部（図において上端および下端）がともに固定端となる。このような形態の素電池２０によれば、振動が入力しても、一方のタブ端子側の揺れが大きくなることはなく、振動が均一に入力する結果、タブ端子２４ａ、２４ｂに金属疲労が生じ難くなる。これにより、本発明における性能劣化の防止という所期の目的を十分に達成できる。
【００６０】
本発明の電池パック１０に使用されるラミネート外装素電池２０は、電極積層方向の厚さが１〜１０ｍｍの範囲にある薄型素電池２０であることが好ましい。その理由は次のとおりである。
【００６１】
つまり、素電池２０のバネ定数は、そのヤング率（Ｎ／ｍ２）によって定まるが、素電池２０の厚さが大きすぎるとバネ定数が小さくなりすぎ、当該素電池２０を押圧することが困難になるからである。また、素電池２０のバネ定数があまりに小さいと、大きな押圧力をかけたときに素電池２０のバネ定数が全体のバネ定数に対して支配的となり、共振周波数のバランス的観点から周波数シフトを行うことが困難になるからである。バネ定数のバランスを優先させて、素電池２０と同じくらい小さなバネ定数で押圧することも考えられるが、この場合には、押圧力が不足するので、素電池２０内部での微小なガス発生に起因して電極間の距離が増加し、電極間距離の増加に伴なう性能劣化を防止する効果が小さくなってしまう。
【００６２】
さらに、電極積層方向の厚さが１０ｍｍより大きいと、素電池２０の内部に熱がこもり易く、熱劣化が大きくなる可能性が高くなる。また、厚さが１ｍｍより小さいと、素電池２０のバネ定数が極めて高くなり、押圧力とのバランスなどについての問題が大きい。さらに、厚さが１ｍｍより小さい素電池２０では、正極および負極の層を薄くしても電池容量を確保できないため、経済的に効率の悪い素電池２０になってしまうからである。
【００６３】
本発明の電池パック１０に使用するラミネート外装素電池２０は、セル本体２３に設けられたタブ端子２４ａ、２４ｂの幅が、セル本体２３の幅の２０％〜８０％の範囲にある薄型素電池２０であることが好ましい。その理由は次のとおりである。
【００６４】
つまり、外部の振動が素電池２０に入力するタブ端子２４ａ、２４ｂは、可能な限り面積が大きい方が、振動に対する耐性は確かに大きい。しかしながら、外装材であるラミネートフィルムは、タブ端子２４ａ、２４ｂ付近のラミネート溶着部が構造的に弱い可能性が高い。このため、タブ端子２４ａ、２４ｂの幅がセル本体２３の幅の８０％よりも大きいと、タブ端子２４ａ、２４ｂ付近のラミネート溶着部が剥れる可能性が高くなるからである。また、タブ端子２４ａ、２４ｂの幅がセル本体２３の幅の２０％よりも小さいと、タブ端子２４ａ、２４ｂが細くなりすぎて振動に対する耐性が低く、タブ端子２４ａ、２４ｂが振動劣化により切れる可能性が高くなるからである。
【００６５】
図１２は、図１に示される電池パック１０を６個並列に接続して複合電池パック１１を形成した実施形態を示す斜視図である。
【００６６】
本発明に係る電池パック１０は、単体で使用する場合に限られず、図１２に示すように、２個以上接続することにより、使用目的に合致した電気容量や電圧を、各電池パック１０内に収納される組電池の組み合わせによって形成することが可能となる。各電池パック１０内の組電池を、直列に接続したり、並列に接続したり、直列と並列とを組み合わせて接続したりして、複合組電池を備える複合電池パック１１を形成することができる。
【００６７】
素電池２０の数を増やすことによって所望の電気容量などを形成することは確かに可能であるが、素電池２０の接続個数が極端に増えると、１個の素電池２０の劣化が組電池全体の劣化を招く可能性が高くなる。なおかつ、素電池２０の個数が多くなることによってマスが増え、振動の低減を図ることが困難になるからである。したがって、ある適当な個数の素電池２０から組電池を形成して１個の電池パック１０を構成しておき、この電池パック１０を複数個電気的に接続することにより、個々の組電池を結合して最終的な所望の複合組電池を形成することが望ましい。
【００６８】
図１２には、図１に示される電池パック１０を、連結板７０および固定ネジ７１を介して、上下方向に６個連結した状態の複合電池パック１１が示される。各電池パック１０の端子は端子板７２を介して電気的に接続され、端子板７２の図中上端が外部端子となるように、他の部位を絶縁カバー７４で囲繞してある。この形態では、図１に示される電池パック１０内の組電池が６個並列に接続された複合組電池が形成されている。
【００６９】
図１３は、単一の電池パック１０または複合電池パック１１を、車両に搭載される車載用電池パック１２に適用した実施形態を示す模式図である。
【００７０】
車載用電池パック１２を自動車に搭載する場合において、自動車に発生する振動周波数の周波数範囲内から車載用電池パック１２の共振周波数を外すためには、本発明を適用することが非常に有効な手段となる。多自由度のマス−バネ系では共振周波数をなくすことは不可能であるが、本発明を適用することにより、自動車上で発生し得る周波数範囲内から車載用電池パック１２の共振周波数を外すことが可能となる。これにより、車上で使用する限り、車載用電池パック１２は共振周波数に達しないという効果を有する。
【００７１】
なお、素電池２０が複数個収納され組電池を構成している電池パック１０を上述したが、本発明は組電池用の電池パック１０に限られるものではない。例えば、外部ケース３０内に素電池２０が１個だけ収納されている電池パックにも本発明を適用することができる。つまり、１個の素電池２０を外部振動から防振させたい場合にも、本発明を有効に適用できる。
【００７２】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳述するが、本発明は下記の実施例に限定されないことは言うまでもない。
【００７３】
実施例１〜１４および比較例１、２における電池パックの仕様と、試験結果とを下記の表１および表２に示す。
【００７４】
【表１】
0003565207.tif 000002
【００７５】
【表２】
0003565207.tif 000003
【００７６】
電池パックの仕様には、素電池の種類、素電池の結合状態、押圧構造体の種類や数、押圧構造体の設置位置、単位面積あたりの押圧力（ｋｇｆ／ｃｍ２）、素電池全体のセルヤング率（ｋｇｆ／ｃｍ２）、押圧力とセルヤング率との比（％）、押圧面積と素電池電極投影面積との比（％）、タブ端子の幅とセル本体の幅との比（％）、素電池の厚さ（ｍｍ）が含まれる。
【００７７】
試験は、ハンマリング試験と、平均低減率の測定とを行った。各試験の内容は次のとおりである。
【００７８】
１．ハンマリング試験
電池パックの外部ケースの略中央部分に、加速度ピックアップを取り付けた。インパルスハンマーによって外部ケースの一部をハンマリングし、そのときの加速度ピックアップの振動スペクトルを測定した。設定方法は、ＪＩＳ  Ｂ０９０８（振動及び衝撃ピックアップの校正方法・基本概念）に準拠した。測定スペクトルは、ＦＦＴ分析器により解析し、周波数および加速度の次元に変換し、共振スペクトルを得た。得られた共振スペクトルで最も低周波側に出現したものを、１次共振周波数とした。押圧構造体を有する防振手段が設けられた実施例の電池パックにおける１次共振周波数と、それぞれの実施例の電池パックから防振手段を外したときにおける１次共振周波数との差を、「１次共振周波数差」と定義した。
【００７９】
２．平均低減量の測定
上記ハンマリング試験で得られた加速度ピックアップの振動スペクトルより、その加速度を１０Ｈｚ〜３００Ｈｚで平均し、押圧構造体がない場合の平均加速度を引いて低減量を算出した。平均低減量の数値が大きいほど、押圧構造体を有する防振手段によって、振動がより減衰されたことを意味する。
【００８０】
（実施例１）
図１１（Ａ）（Ｂ）に示した形状のラミネート外装素電池２０を４個使用した。当該素電池２０の厚さは５ｍｍ、タブ端子２４ａ、２４ｂの幅はセル本体２３の５０％である。この素電池２０を４並列に接続し、図３（Ａ）に示した電池パック１０を製造した。つまり、金属製の外部ケース３０内に、４個の素電池２０を並列に接続して組電池として設置した。素電池２０の上部に、押さえ板５１としての金属板を設置した。金属板は、アルミ板であり、肉厚１ｍｍである。そして、４個のコイルバネ５３のそれぞれが各素電池２０の略中央部を押圧する形態で、金属板を面圧１ｋｇｆ／ｃｍ２で押圧する押圧構造体５０を形成した。
【００８１】
実施例１の電池パックに対して、ハンマリング試験により、外部ケース３０の固有振動スペクトルを測定した。押圧構造体５０を設定する前後で、１次共振周波数のピークは約１５０Ｈｚ高周波側に移行した。以下の各実施例でも同様に高周波側に移行した。また、加速度比を１０Ｈｚ〜３００Ｈｚで測定し、その低減量の平均を測定したところ、その低減量は２ｄＢであった。
【００８２】
（実施例２）
押圧構造体５０の弾性部材５２を、コイルバネ５３に代えて皿バネ５４とし、図３（Ｂ）に示した電池パック１０を製造した。表１、２に示すように、セルヤング率、押圧力／セルヤング率、押圧面積／素電池の電極投影面積、タブ幅／セル幅、素電池厚さの点も、実施例１と異なる。
【００８３】
実施例２の電池パック１０の１次共振周波数差は約１１０Ｈｚであり、その平均低減量は２ｄＢであった。
【００８４】
（実施例３）
弾性部材５２を、コイルバネ５３に代えて重ね板バネ５５とし、図３（Ｃ）に示した電池パック１０を製造した。押圧力、セルヤング率、押圧力／セルヤング率、タブ幅／セル幅、素電池厚さの点も、実施例１と異なる。
【００８５】
実施例３の電池パック１０の１次共振周波数差は約１００Ｈｚであり、その平均低減量は２ｄＢであった。
【００８６】
（実施例４）
弾性部材５２を、コイルバネ５３に代えて空気バネ５６とし、図４（Ａ）に示した電池パック１０を製造した。押圧力、セルヤング率、押圧力／セルヤング率、押圧面積／素電池の電極投影面積、タブ幅／セル幅、素電池厚さの点も、実施例１と異なる。
【００８７】
実施例４の電池パック１０の１次共振周波数差は約１３０Ｈｚであり、その平均低減量は３ｄＢであった。
【００８８】
（実施例５）
弾性部材５２を、コイルバネ５３に代えて弾性体バネ５７とし、図４（Ｂ）に示した電池パック１０を製造した。押圧力、押圧力／セルヤング率の点も、実施例１と異なる。
【００８９】
実施例５の電池パック１０の１次共振周波数差は約１６０Ｈｚであり、その平均低減量は４ｄＢであった。
【００９０】
（実施例６）
素電池の押圧構造体６０を、外部ケース３０の一の面３１をなす平板弾性体６１とし、図５に示した電池パック１０を製造した。押圧力、セルヤング率、押圧力／セルヤング率、押圧面積／素電池の電極投影面積、素電池厚さの点も、実施例１と異なる。
【００９１】
実施例６の電池パック１０の１次共振周波数差は約１１０Ｈｚであり、その平均低減量は２ｄＢであった。
【００９２】
（実施例７）
実施例１〜６と同様に、図１１（Ａ）（Ｂ）に示した形状のラミネート外装素電池２０を４個使用した。当該素電池２０の厚さは４ｍｍ、タブ端子２４ａ、２４ｂの幅はセル本体２３の５０％である。この素電池２０を４並列に接続し、図６（Ａ）に示した電池パック１０を製造した。つまり、金属製の外部ケース３０内に、４個の素電池２０を並列に接続して組電池として設置した。４つの素電池を左右２つずつの組に分け、図中左側の組の２個の素電池２０の上部に、左側金属板５１ａを設置した。左側金属板５１ａは、アルミ板であり、肉厚１ｍｍである。そして、１個のコイルバネ５３ａが２個の素電池の間を押圧する形態で、左側金属板５１ａを面圧１ｋｇｆ／ｃｍ２で押圧する押圧構造体５０ａを形成した。一方、図中右側の組の２個の素電池２０の上部に、右側金属板５１ｂを設置した。右側金属板５１ｂは、アルミ板であり、肉厚３ｍｍである。そして、１個のコイルバネ５３ｂが２個の素電池２０の間を押圧する形態で、右側金属板５１ｂを面圧３ｋｇｆ／ｃｍ２で押圧する押圧構造体５０ｂを形成した。
【００９３】
実施例７の電池パック１０の１次共振周波数差は約２００Ｈｚであり、その平均低減量は３ｄＢであった。
【００９４】
（実施例８）
実施例７と同様の素電池２０を４並列に接続し、図６（Ｂ）に示した電池パック１０を製造した。つまり、金属製の外部ケース３０内に、４個の素電池２０を並列に接続して組電池として設置した。図６（Ｂ）に示すように、４つの素電池２０のそれぞれを、独立した押圧構造体５０ａ〜５０ｄで押圧した。各押圧構造体５０ａ〜５０ｄにおけるアルミ板からなる金属板５１ａ〜５１ｄの肉厚および金属板５１ａ〜５１ｄを押圧する面圧は、左側から順に、肉厚１ｍｍで面圧１ｋｇｆ／ｃｍ２、肉厚２ｍｍで面圧２ｋｇｆ／ｃｍ２、肉厚３ｍｍで面圧３ｋｇｆ／ｃｍ２、肉厚４ｍｍで面圧４ｋｇｆ／ｃｍ２とした。
【００９５】
実施例８の電池パック１０の１次共振周波数差は約３００Ｈｚであり、その平均低減量は４ｄＢであった。
【００９６】
（実施例９）
押圧構造体５０のコイルバネ５３を外部ケース３０の外板３１における共振の腹位置Ａに配置し、図８（Ａ）（Ｂ）に示した電池パック１０を製造した。セルヤング率、押圧力／セルヤング率、押圧面積／素電池の電極投影面積、素電池厚さの点も、実施例１と異なる。
【００９７】
実施例９の電池パック１０の１次共振周波数差は約１５０Ｈｚであり、その平均低減量は３ｄＢであった。
【００９８】
（実施例１０）
押圧構造体５０のコイルバネ５３を外部ケース３０の外板３１における共振の腹位置Ａに配置し、図９（Ａ）（Ｂ）に示した電池パック１０を製造した。押圧力、押圧力／セルヤング率、押圧面積／素電池の電極投影面積の点も、実施例８と異なる。
【００９９】
実施例１０の電池パック１０の１次共振周波数差は約３５０Ｈｚであり、その平均低減量は５ｄＢであった。
【０１００】
（実施例１１）
厚さ方向に２段に積層した８個の素電池２０を並列に接続し（８並列）、図１０（Ａ）に示した電池パック１０を製造した。押圧力、セルヤング率、押圧力／セルヤング率、押圧面積／素電池の電極投影面積、素電池厚さの点も、実施例１と異なる。
【０１０１】
実施例１１の電池パック１０の１次共振周波数差は約１４０Ｈｚであり、その平均低減量は３ｄＢであった。
【０１０２】
（実施例１２）
素電池２０を厚さ方向に４個積層した単位を２つ、すなわち合計で８個の素電池を並列に接続し、次いで、この８個を並列に接続した単位を２個直列に結合し（８並列２直列）、図１０（Ｂ）に示した電池パックに類似した形態の電池パックを製造した。押圧力は、実施例１１と異なる。
【０１０３】
実施例１２の電池パックの１次共振周波数差は約１２０Ｈｚであり、その平均低減量は４ｄＢであった。
【０１０４】
（実施例１３）
素電池２０を厚さ方向に４個積層して並列に接続し、次いで、この４個を並列に接続した単位を６個直列に結合し（４並列６直列）、図１に示した電池パック１０を製造した。コイルバネ５３を外部ケース３０の外板３１における共振の腹位置Ａに配置した。押圧力、押圧力／セルヤング率、押圧面積／素電池の電極投影面積の点も、実施例８と異なる。
【０１０５】
実施例１３の電池パック１０の１次共振周波数差は約２５０Ｈｚであり、その平均低減量は６ｄＢであった。
【０１０６】
（実施例１４）
図１１（Ｃ）（Ｄ）に示した形状のラミネート外装素電池２５を４個使用した。当該素電池２５の厚さは４ｍｍ、タブ端子２７ａ、２７ｂの幅はセル本体２６の１０％である。セルヤング率、押圧力／セルヤング率、押圧面積／素電池の電極投影面積の点も、実施例１と異なる。
【０１０７】
実施例１４の電池パックの１次共振周波数差は約１４０Ｈｚであり、その平均低減量は２ｄＢであった。
【０１０８】
（比較例１）
押圧構造体５０または６０を設定しない以外は、実施例１と同様の電池パックを製造した。
【０１０９】
（比較例２）
押圧力を素電池全体のヤング率の１１倍にした以外は、実施例１と同様の電池パックを製造した。
【０１１０】
押圧力が強いため、素電池に内部ショートが発生する確率が若干上昇した。
【０１１１】
（検討）
実施例１〜１４の電池パックによれば、平均低減量は２ｄＢ〜６ｄＢであり、防振手段による防振効果が得られたことがわかった。また、組電池の性能の劣化は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した組電池用の電池パックの実施形態を示す模式図である。
【図２】防振手段を有する電池パックのマス−バネモデルを簡略化して示す模式図である。
【図３】図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、防振手段の押圧構造体を示す模式図である。
【図４】図４（Ａ）（Ｂ）は、防振手段の押圧構造体を示す模式図である。
【図５】防振手段の押圧構造体の改変例を示す模式図である。
【図６】図６（Ａ）（Ｂ）は、複数の防振手段を備える電池パックの実施形態を示す模式図である。
【図７】電池パックに対してハンマリング試験を行い、その試験により得られた共振スペクトルを示す概念図である。
【図８】図８（Ａ）（Ｂ）は、外部ケースの一の面における共振腹位置に防振手段を備える電池パックの実施形態を模式的に示す上面図および側面図である。
【図９】図９（Ａ）（Ｂ）は、外部ケースの一の面における共振腹位置に防振手段を備える電池パックの実施形態を模式的に示す上面図および側面図である。
【図１０】図１０（Ａ）（Ｂ）は、素電池を厚さ方向に積層してなる組電池用の電池パックの実施形態を示す模式図である。
【図１１】図１１（Ａ）（Ｂ）は、本発明の電池パックに使用されるラミネート外装素電池を示す正面図および側面図、図１１（Ｃ）（Ｄ）は、一般的なラミネート外装素電池を示す正面図および側面図である。
【図１２】図１に示される電池パックを６個並列に接続して複合電池パックを形成した実施形態を示す斜視図である。
【図１３】単一の電池パックまたは複合電池パックを、車両に搭載される車載用電池パックに適用した実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…電池パック
１１…複合電池パック１１
１２…車載用電池パック１２
２０…ラミネート外装素電池（素電池）
２３…セル本体２３
２４ａ、２４ｂ…タブ端子
３０…外部ケース
３１…外部ケースの一の面
４０…防振手段
５０…押圧構造体
５１…押さえ板
５２…弾性部材
５３…コイルバネ（コイル状バネ、弾性部材）
５４…皿バネ（皿状バネ、弾性部材）
５５…重ね板バネ（板状バネ、弾性部材）
５６…空気バネ（弾性部材）
５７…弾性体バネ（弾性部材）
６０…押圧構造体
６１…平板弾性体（弾性を有する板材）
６２…押さえ板
６３…支持部材
Ａ…共振腹位置
【図１】
0003565207.tif 000004
【図２】
0003565207.tif 000005
【図３】
0003565207.tif 000006
【図４】
0003565207.tif 000007
【図５】
0003565207.tif 000008
【図６】
0003565207.tif 000009
【図７】
0003565207.tif 000010
【図８】
0003565207.tif 000011
【図９】
0003565207.tif 000012
【図１０】
0003565207.tif 000013
【図１１】
0003565207.tif 000014
【図１２】
0003565207.tif 000015
【図１３】
0003565207.tif 000016