(57)【要約】  【課題】パッケージとして要求される電圧及び容量を確保しつつ、パッケージの小型・軽量化を図る。  【解決手段】ケース本体２の内部を十字状をなす仕切板６を介して４つのブロックに区画し、各ブロック毎に個々の蓄電体セル１０を鉛直方向に立てた状態で積層し、仕切板６とケース本体２の内側壁とによって４方向で保持する。１つのブロック内では個々のセルは互いに並列に接続され、正負の出力用端子に接続されるセル終端処理用電極、各セルを並列接続するためのセル集合用電極、ブロック間のセル集合用電極を接続するブロック間接続用電極を用いて、パッケージの上下面でブロック間を直列接続する。これにより、要求される電圧及び容量を確保すると共にパッケージ全体の強度を確保し、セル積層密度を上げてコンパクト化を図ることができる。また、各セルで発生する熱を仕切板６を介して均一に分散し、効率的に放熱することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装材によって蓄電要素を封止した平面状の蓄電体セルと、
内部を十字状の仕切板で仕切って形成されるブロック毎に、複数の上記蓄電体セルを積層して収納するケース本体とを備え、
上記ケース本体の上記仕切板の十字状端面に対向する面側に、各ブロック内の複数の上記蓄電体セルを並列に接続するセル集合用電極と、各ブロックの集合用電極を直列に接続するブロック間接続用電極とをそれぞれ配設したことを特徴とする蓄電体セルのパッケージ構造。
【請求項２】
上記仕切板を熱伝導性を有する材料で形成して上記蓄電体セルで発生する熱の伝達経路とすることを特徴とする請求項１記載の蓄電体セルのパッケージ構造。
【請求項３】
上記ケース本体の上記仕切板の十字状端面に直交する壁面を、断熱構造で形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電体セルのパッケージ構造。
【請求項４】
上記仕切板の十字状端面を鉛直方向に配置し、上記ケース本体の各ブロック毎に複数の上記蓄電体セルを鉛直方向に立てた状態で積層することを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載の蓄電体セルのパッケージ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外装材によって蓄電要素を封止した平面状の蓄電体セルのパッケージ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池や電気二重層コンデンサ等の略平面矩形状をなす扁平な蓄電体が実用化され、エネルギー密度の高さ、コンパクト化等から、各種機器の電力源として有望視されている。
【０００３】
この種の扁平な蓄電体は、内部電極及び電解質層の積層体を、例えばアルミニウム系の金属層の表面を樹脂層によって絶縁コーティングしたシート状のラミネートフィルムによって密閉・封止したものであり、可撓性や柔軟性を有して剛性に乏しいことから、振動や衝撃から保護する必要があり、通常、ケースに収納して使用される。
【０００４】
しかしなら、ラミネート型蓄電体は、上述のようにラミネートフィルムで蓄電部を封止するだけの構成であることから、構造上、外形寸法がバラツキ易く、精度が期待できない。このため、蓄電体セルを積層してケースに収納する場合には、ケースの設計公差を大きくせざるを得ず、デッドスペースが生じてしまうという問題がある。
【０００５】
このような問題に対処するため、例えば、特許文献１には、少なくとも２以上の素電池を連結した組電池において、素電池をバスバーにより連結した後にバスバーを変形することで最終組電池のサイズに収装することにより、バスバーを接合する際の加工容易性を確保しつつ、外部の振動・衝撃の対抗性を向上する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、ラミネート電池を組電池の素電池として支持体内に設置し、素電池を樹脂によってモールドすることにより、素電池であるラミネート電池伝達される振動を減衰させて耐振性を向上する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１５１５２６号公報
【特許文献２】特開２００３−１６２９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来のパッケージ構造は、特許文献１や特許文献２等に開示されるように、小型・軽量化や耐振性といった機械的な性能向上を目的としており、必ずしも組電池等のパッケージ全体として要求される機械的及び電気的な諸条件を考慮しているとは言えない。すなわち、機械的条件と電気的条件とを共に満足するパッケージ構造としては、要求される電圧・容量仕様、小型・軽量化による搭載性、耐振性、耐熱性、セルの劣化による性能低下等の諸条件を総合的に考慮する必要がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、パッケージとして要求される電圧及び容量を確保しつつ、パッケージの小型・軽量化を図ることのできる蓄電体セルのパッケージ構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明による蓄電体セルのパッケージ構造は、外装材によって蓄電要素を封止した平面状の蓄電体セルと、内部を十字状の仕切板で仕切って形成されるブロック毎に、複数の上記蓄電体セルを積層して収納するケース本体とを備え、上記ケース本体の上記仕切板の十字状端面に対向する面側に、各ブロック内の複数の上記蓄電体セルを並列に接続するセル集合用電極と、各ブロックの集合用電極を直列に接続するブロック間接続用電極とをそれぞれ配設したことを特徴とする。
【００１０】
その際、仕切板を熱伝導性を有する材料で形成して蓄電体セルで発生する熱の伝達経路とすることが望ましく、更に、ケース本体の仕切板の十字状端面に直交する壁面を、断熱構造で形成することが望ましい。蓄電体セルは、仕切板の十字状端面を鉛直方向に配置した場合、ケース本体の各ブロック毎に複数の蓄電体セルを鉛直方向に立てた状態で積層することが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による蓄電体セルのパッケージ構造は、パッケージとして要求される電圧及び容量を確保しつつ、パッケージの小型・軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図９は本発明の実施の一形態に係わり、図１は蓄電体パッケージの外観図、図２は蓄電体セルの収納状態を示す斜視図、図３はパッケージ内の接続状態を上面側から見た斜視図、図４はセル終端処理用電極の側面図、図５はセル集合電極の側面図、図６はパッケージ内の接続状態を下面側から見た斜視図、図７は蓄電体パックを模式的に表現した説明図、図８はパッケージ内の接続状態を上面側から見た模式図、図９はパッケージ内の接続状態を下面側から見た模式図である。
【００１３】
図１に示す蓄電体パッケージ１は、角型或いはシート型の蓄電体セルを集積してパッケージ化した大容量型の蓄電体パッケージであり、例えば、自動車等の車両におけるエンジン始動用蓄電池等に適用される。この蓄電体パッケージ１は、箱形のケース本体２の上下面に蓋体を嵌合したケース構造を有しており、上部の蓋体３に正負の極性マークが表示されると共に、この正負の極性マークに対応する位置から正負の出力用端子４，５が突出されている。
【００１４】
図２に示すように、ケース本体２の内部には、水平方向に十字状をなす仕切板６が配設されており、この仕切板６により、ケース本体２の内部が４つのブロックに区画されている。各ブロックには、ラミネートフィルム等の外装材によって蓄電要素を封止した扁平な矩形状の蓄電体セル１０が複数個収納されている。１つのブロック内では個々の蓄電体セル１０は互いに並列に接続され、４つのブロックが直列に接続されて正負の出力用端子４，５に接続されている。
【００１５】
例えば、蓄電体セル１０のセル単体での端子電圧を２．２Ｖ〜３．８Ｖとして、自動車用として必要な電圧８Ｖ〜１２．５Ｖを得るには、少なくとも４個のセルを直列接続する必要がある。通常、複数のセルを用いて組電池等を構成する場合には、複数のセルを直列接続した状態のものを並列に接続し、電池として使用することが一般的であるが、本形態においては、各ブロック毎に５個の蓄電体セル１０を収納し、各ブロック内で並列接続した状態を１つの蓄電体パックとして１つのブロックを完結した構造としている。そして、４つの蓄電体パックを直列に接続することにより、自動車用として必要な電圧８Ｖ〜１２．５Ｖ及び電池容量を得るようにしている。
【００１６】
ここで、上述のように２０個のセルを用いて組電池を構成する場合、４個のセルを直列接続したブロックを５ブロック並列に接続した場合（「Ａ方式」と称する）と、５個のセルを並列接続したブロックを４ブロック直列に接続した場合（「Ｂ方式」と称する）とを比較すると、組電池としては、Ａ方式もＢ方式も、同じ端子電圧及び同じ電池容量を得ることができる。
【００１７】
しかしながら、Ｂ方式は、各ブロックでセルを並列接続しているため、Ａ方式よりも各ブロックの内部抵抗誤差が少なくなり、結果的に端子電圧のバラツキを抑えることができる。このことは、経時劣化によってセルの内部抵抗が増加した場合も同様であり、各ブロック単位で見ると、Ａ方式では直列接続によって内部抵抗の変化が積算されるのに対し、Ｂ方式では並列接続によって内部抵抗の変化がセル数によって抑制される。パッケージ全体として見たとき、全てのブロックが同時に劣化する可能性は極めて小さいことから、ブロック単位での劣化の影響が大きいＡ方式よりも、ブロック単位での劣化の影響が小さいＢ方式の方が全体として劣化による影響を受け難いと言える。
【００１８】
更に、複数のセルを直列接続する場合には、セルの内部抵抗や電圧のバラツキによる出力電圧の偏りを防止するため、直列接続した各セルの電圧を均等化するバランサ回路等が必要となる。Ａ方式では、バランサ回路が２０回路必要となり、コスト上昇の原因となるのに対し、Ｂ方式では、バランサ回路の回路数が４回路で済み、コスト低減を図ることができる。
【００１９】
ケース本体２内部での蓄電体セル１０は、図２，図３，図６に示すように、各ブロック毎に個々の蓄電体セル１０を鉛直方向に立てた状態で積層され、各ブロックの蓄電体パックが仕切板６とケース本体２の内側壁とによって４方向で保持されている。ケース本体２は、外部からの熱の流入を防ぐため、断熱性のある材料で形成され、側壁を、例えば、真空断熱構造で形成している。一方、仕切板６は、各ブロックのセルを保持する保持体と、各ブロックのセルで発生する熱を伝達する熱伝達経路としての機能を担っており、剛性及び熱伝導性を有する材料で形成され、剛性確保及び熱伝達経路に必要な厚さに設定されている。
【００２０】
すなわち、ケース本体２内部を仕切板６で十字状に仕切ったブロック毎に、蓄電体セル１０を垂直方向に立てた状態で積層することにより、パッケージ全体の強度を確保すると共に蓄電体セル１０の積層密度を上げてコンパクト化を図ることができる。同時に、仕切板６を介して各ブロックのセルを保持することにより、各セルで発生する熱を均一に分散して効率的な放熱が可能となり、セルの上下で温度差が生じることを防止することができる。
【００２１】
各ブロック間の直列接続処理は、パッケージ上面側では、図３に示すように、正負の出力用端子４，５にそれぞれ接続される２つのセル終端処理用電極１５、直列接続の中間ブロックで各セルを並列接続するための２つのセル集合用電極２０、２つのセル集合用電極２０を接続する矩形平板状のブロック間接続用電極２５を用いて行われる。
【００２２】
セル終端処理用電極１５は、図４に示すように、矩形状の金属板をＬ字状に折り曲げて形成され、各蓄電体セル１０の電極端子がバスバー等を介して集合・接続されるセル端子接続部１５ａと、出力用端子４を支持する支持部４ａ（或いは出力用端子５を支持する支持部５ａ）に接続固定される出力用端子接続部１５ｂとを有している。また、セル集合用電極２０は、図５に示すように、矩形状の金属板をＬ字状に折り曲げて形成され、各蓄電体セル１０の電極端子がバスバー等を介して集合・接続されるセル端子接続部２０ａと、ブロック間接続用電極２５に接続されるブロック接続部２０ｂとを有している。
【００２３】
ブロック間接続用電極２５は、矩形平板状に形成され、上部の蓋体３の裏面側でケース本体２に側縁部が嵌合・固定される上板３０に固定されている（図３参照）。ブロック間接続用電極２５の一辺側には、２つのセル集合用電極２０のブロック接続部２０ｂが固定され、対向する辺の裏面側に、２つのセル終端処理用電極１５のセル端子接続部１５ａが配置されてブロック間接続用電極２５とは絶縁されている。
【００２４】
一方、パッケージ下面側では、図６に示すように、４つのセル集合用電極２０、絶縁材３５を間に挟む２つのブロック間接続用電極４０を用いてブロック間の直列接続処理が行われる。すなわち、パッケージ下面側では、蓄電体セル１０の積層方向に隣接するブロック同士が、セル集合用電極２０からブロック間接続用電極４０を介してセル集合用電極２０へと直列接続され、この直列接続のための２つのブロック間接続用電極４０が絶縁材３５によって絶縁されている。
【００２５】
尚、絶縁材３５を間に挟む２つのブロック間接続用電極４０は、パッケージ下面でケース本体２に側縁部が嵌合・固定される底板４５に固定されている。
【００２６】
以上のパッケージ内のブロック毎の直列接続について、図７に示すように、５個の蓄電体セル１０の積層体を模式的に表現した蓄電体パックＰｉ（ｉ＝１，２，３，４）を用いて説明する。図７の蓄電体パックＰｉの「＋」，「−」の表記は、各蓄電体セル１０の＋極端子，−極端子をそれぞれ集合して並列接続した完結した状態としての出力極性を示している。
【００２７】
図８，図９に示すように、蓄電体パッケージ１としての正の出力用端子４は、セル終端処理用電極１５を介して蓄電体パックＰ１の＋極に接続され、蓄電体パックＰ１の−極がパッケージ下面側でセル集合用電極２０からブロック間接続用電極４０を介して蓄電体パックＰ２の＋極のセル集合用電極２０に接続される。
【００２８】
蓄電体パックＰ２の−極は、パッケージ上面側でセル集合用電極２０からブロック間接続用電極２５に接続され、このブロック間接続用電極２５から蓄電体パックＰ３の＋極のセル集合用電極２０に接続される。そして、パッケージ下面側で、蓄電体パックＰ３の−極がセル集合用電極２０からブロック間接続用電極４０を介して蓄電体パックＰ４の＋極のセル集合用電極２０に接続され、蓄電体パックＰ４の−極がパッケージ上面側でセル終端処理用電極１５を介して負の出力用端子５に接続されて蓄電体パックＰ１〜Ｐ４の直列接続による全体の接続が完了する。
【００２９】
以上のように、本実施の形態においては、蓄電体セル１０を収納するケース本体２内部を十字状の仕切板６によってブロック毎に区分し、各ブロック毎に蓄電体セル１０を積層して並列に接続した完結した状態とした上で、各ブロックを直列に接続している。これにより、パッケージ全体として要求される電圧及び容量を確保すると共に、小型・軽量化を図ることができ、仕切板６を放熱経路として形成することによる耐熱性の向上、各ブロック毎の並列接続によるセル劣化の影響軽減（内部抵抗の増大による影響軽減）等を図ることができ、車両等への搭載に適した蓄電体パッケージを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】蓄電体パッケージの外観図
【図２】蓄電体セルの収納状態を示す斜視図
【図３】パッケージ内の接続状態を上面側から見た斜視図
【図４】セル終端処理用電極の側面図
【図５】セル集合用電極の側面図
【図６】パッケージ内の接続状態を下面側から見た斜視図
【図７】蓄電体パックを模式的に表現した説明図
【図８】パッケージ内の接続状態を上面側から見た模式図
【図９】パッケージ内の接続状態を下面側から見た模式図
【符号の説明】
【００３１】
１  蓄電体パッケージ
２  ケース本体
６  仕切板
１０  蓄電体セル
２０  セル集合用電極
２５  ブロック間接続用電極
４０  ブロック間接続用電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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