(57)【要約】【課題】デバイスの信頼性の要求を満たしつつ、コストダウンに寄与することができる蓄電デバイスを提供すること。【解決手段】互いに対向するラミネートフィルム１６、１７から構成される外装体１５が電池要素１１、１２を収容し、正極端子１３及び負極端子１４がラミネートフィルム１６、１７のそれぞれにおいて露出する第１開口部１９が形成される複数のバッテリセル１０ａ〜１０ｄが、正極端子１３及び負極端子１４が互いに接触するように積層されてなる積層構造体１０と、積層構造体１０を収容する筐体２０と、筐体２０において、積層構造体１０の正極端子１３及び負極端子１４に対向するように設けられる第２開口部２１と、第２開口部２１の周縁に設けられる絶縁部材４１と、正極端子１３及び負極端子１４と電気的に接続し、絶縁部材４１に支持される弾性部材４２と、を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装体が電池要素を収容し、第１の面と前記第１の面と対向する第２の面を有するラミネートフィルムから構成され、前記外装体に前記電池要素の導電部を前記第１の面と前記第２の面のそれぞれにおいて露出する第１開口部が形成される複数のバッテリセルが、前記導電部が互いに接触するように積層され、積層方向における両端面において前記導電部が露出する積層構造体と、
複数の前記バッテリセルを収容する筐体と、
前記筐体において、前記積層構造体の前記導電部に対向するように設けられる第２開口部と、
前記第２開口部の周縁に設けられる絶縁部材と、
前記導電部と電気的に接続し、前記絶縁部材に支持される弾性部材と、
を含むことを特徴とする蓄電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリの一形態として、２枚のラミネートフィルムで電池要素を挟み込むように収容する所謂パウチ型のバッテリセルが知られている。一般的にパウチ型のバッテリセルは、扁平形状であり、２枚のラミネートフィルムの間からシート状の電極端子が突出するように形成されている。また、パウチ型のバッテリセルは、複数のバッテリセルを積層することにより所望の充放電容量の蓄電デバイスを構成して使用されることが多い。
【０００３】
これに対し、外装体を構成するラミネートフィルムの中央に電池要素の導電部を面状に露出する金属露出部を形成することで、当該金属露出部をはんだ付部や導電部として利用するバッテリセルが特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２２８３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような蓄電デバイスは、電気自動車や航空機などのように、移動時に振動が発生する移動体に搭載されることがある。しかしながら、蓄電デバイスは、安全性の観点から搭載時の振動入力に対する信頼性の要求を満足するために頑健な構成にしなければならず、製造コストが上昇してしまう虞が生じる。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、デバイスの信頼性の要求を満たしつつ、コストダウンに寄与することができる蓄電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、本発明に係る蓄電デバイスは、外装体が電池要素を収容し、第１の面と前記第１の面と対向する第２の面を有するラミネートフィルムから構成され、前記外装体に前記電池要素の導電部を前記第１の面と前記第２の面のそれぞれにおいて露出する第１開口部が形成される複数のバッテリセルが、前記導電部が互いに接触するように積層され、積層方向における両端面において前記導電部が露出する積層構造体と、複数の前記バッテリセルを収容する筐体と、前記筐体において、前記積層構造体の前記導電部に対向するように設けられる第２開口部と、前記第２開口部の周縁に設けられる絶縁部材と、前記導電部と電気的に接続し、前記絶縁部材に支持される弾性部材と、を含むことを特徴とする蓄電デバイスである。
【０００８】
蓄電デバイスの筐体は、ラミネートフィルムからなる外装体の両面に導電部が形成された複数のバッテリセルを積層した積層構造体を収容する。また蓄電デバイスの筐体は、積層構造体の積層方向の両端面に露出した導電部に対向するように第２開口部が設けられ、第２開口部に絶縁部材を介して導電性を有する弾性部材が支持される。これにより、本発明に係る蓄電デバイスによれば、筐体に収容される積層構造体が弾性部材により積層方向の変位を規制されると共に、弾性部材が筐体の内外を導通する電極端子として機能する。そのため、蓄電デバイスは、外部からの振動入力に対しても安定して筐体に積層構造体を支持することができ、さらに、弾性部材が電極端子としての機能を併せ持つことにより、別途電極コンタクタを設ける必要が無いため、部品点数の削減や製造工程の簡略化に寄与し、製造コストを抑制することができる。すなわち、本発明に係る蓄電デバイスによれば、デバイスの信頼性の要求を満たしつつ、コストダウンに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る蓄電スタックの構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係るバッテリモジュールの内部構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明に係るバッテリセルの外観を示す斜視図である。
【図４】バッテリモジュールが備える弾性導電部の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。
【００１１】
図１は、本発明に係る蓄電スタック１の構成を示す断面図である。蓄電スタック１は、例えば、車両に搭載されることにより当該車両の走行に必要な電力を放電して供給すると共に、車両の減速時に発生する回生エネルギーを充電することが可能なバッテリ装置である。
【００１２】
蓄電スタック１は、複数の「蓄電デバイス」としてのバッテリモジュール２、複数のアタッチメント３、エンドプレート４、及びバスバー５を備える。
【００１３】
バッテリモジュール２は、詳細を後述するように、複数のバッテリセル１０ａ〜１０ｄからなる積層構造体１０を収容すると共に、入力される振動に対してこれらのバッテリセル１０ａ〜１０ｄの変位を規制する。本実施形態においては、４つのバッテリモジュール２によりスタックが構成されているが、バッテリモジュール２の個数は４つに限定されるものではない。
【００１４】
アタッチメント３は、隣接して配置される２つのバッテリモジュール２を所定の間隔で互いに固定し、又は、隣接して配置されるバッテリモジュール２とエンドプレート４とを所定の間隔で互いに固定する固定用部材である。
【００１５】
エンドプレート４は、複数の積層されたバッテリモジュール２からなるスタックを上下から挟むように配置され、例えば搭載される車両に蓄電スタック１を固定する。また、エンドプレート４は、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ等の導電材料からなり、導電性を有するバスバー５をプラスチック等の絶縁材を介して内蔵する。エンドプレート４は、バッテリモジュール２との接続部のみバスバー５を露出させる。バスバー５は、一端が例えば図示しない車両の電力制御装置と接続され、蓄電スタック１と車両の電力制御装置との電力の授受を行い、また、他の部分において、エンドプレート４に隣接するバッテリモジュール２の電極端子に接続されることにより、複数のバッテリモジュール２の充放電を行う。すなわち、蓄電スタック１が備える２つのバスバー５は、それぞれ蓄電スタック１を充放電するための正極及び負極となる。
【００１６】
次に、各バッテリモジュール２の構成について説明する。図２は、本発明に係るバッテリモジュール２の内部構成を模式的に示す断面図である。
【００１７】
バッテリモジュール２は、積層構造体１０、筐体２０、柱部材３０、及び弾性導電部４０を備える。
【００１８】
積層構造体１０は、積層された複数のバッテリセル１０ａ〜１０ｄからなる。各バッテリセル１０ａ〜１０ｄは、図示しない正極板、負極板、及びセパレータを積層して構成される電極体１１と電解質１２とからなる電池要素を外装体１５の内部に収容することで蓄電が可能である。
【００１９】
各バッテリセル１０ａ〜１０ｄは、外装体１５の表裏の面の中央部にそれぞれ形成された正極端子１３及び負極端子１４を介して電力の授受を行う。本実施形態においては、４つのバッテリセル１０ａ〜１０ｄは、隣接するセルの正極端子１３と負極端子１４とが互いに接触するように積層され、互いに直列に接続されている。これにより、本実施形態では、バッテリモジュール２の内部において、最上部に配置されたバッテリセル１０ａの正極端子１３と最下部に配置されたバッテリセル１０ｄの負極端子１４とが、「導電部」として積層構造体１０の積層方向の両端面において露出する。
【００２０】
ここで、一般的にバッテリセルは、充放電に伴い膨張及び収縮し、その厚みの変位量はバッテリセルの中央部において最大となる。上記のように、本発明に係るバッテリモジュール２では、積層されたバッテリセル１０ａ〜１０ｄにおいて、隣接して配置される２つのバッテリセル１０ａ〜１０ｄは、互いの正極端子１３と負極端子１４とがバッテリセル１０ａ〜１０ｄの中央部において接続されている。そのため、各バッテリセル１０ａ〜１０ｄの膨張に伴い厚みが増加した場合であっても、隣接して配置される２つのバッテリセル１０ａ〜１０ｄの導通状態を良好に維持することができる。なお、各バッテリセル１０ａ〜１０ｄ間を電気的に接続する場合は、正極端子１３及び負極端子１４は必須な構成ではない。バッテリセル１０ａ〜１０ｄの外装体１５であるラミネートフィルムの膜厚は一般的に数十μｍであり、正極端子１３及び負極端子１４を介さずに積層した場合であっても、各バッテリセル１０ａ〜１０ｄ間の電気的接続は阻害されない。したがって、各バッテリセル１０ａ〜１０ｄの電極体１１が露出した部分を対向させて積層することにより、十分な電気的接続を得ることができる（図示せず）。
【００２１】
筐体２０は、剛性を有する部材により箱状に形成され、収容する積層構造体１０を固定すると共に、外部の衝撃等から積層構造体１０を保護する。
【００２２】
柱部材３０は、樹脂材料からなり、詳細を後述するように、各バッテリセル１０ａ〜１０ｄに形成された第１貫通孔１８をそれぞれ貫通して設けられる。また、柱部材３０は、端部３１が筐体２０に形成された第２貫通孔２２から外側に突出すると共に、第２貫通孔２２の周囲において筐体２０と熱溶着により固定される。ここで、柱部材３０は、樹脂材料から形成されているため、各バッテリセル１０ａ〜１０ｄの第１貫通孔１８に導電性を有する部分が露出していたとしても、各バッテリセル１０ａ〜１０ｄのショートを防止することができる。また、柱部材３０は、筐体２０と熱溶着により固定されることから、他の部材を導入することなく筐体２０に固定することができ、材料コストの低減と、製造工程の簡略化による歩留りの向上が可能となる。
【００２３】
弾性導電部４０は、詳細を後述するように、弾性及び導電性を有する部材を含み、筐体２０の内外を電気的に導通するための導通路として形成されている。より具体的には、筐体２０の上面に配置された弾性導電部４０は、筐体２０の内部において最上部に配置されたバッテリセル１０ａの正極端子１３に一端が接続され、筐体２０の上面に形成された第２開口部２１を通って筐体２０の外側に他端が突出するように形成されている。また、筐体２０の下面に配置された弾性導電部４０は、筐体２０の内部において最下部に配置されたバッテリセル１０ｄの負極端子１４に一端が接続され、筐体２０の下面に形成された第２開口部２１を通って筐体２０の外側に他端が突出するように形成されている。
【００２４】
また、弾性導電部４０の他端は、複数のバッテリモジュール２をスタックとして構成した場合に、図１に示すように、対向する弾性導電部４０又はエンドプレート４の内部のバスバーと電気的に接続され、互いに電力を授受することが可能となる。なお、弾性導電部４０を、正極端子１３及び負極端子１４を介さず、電極体１１が露出した部分に直接設けてもよいことは言うまでもない。
【００２５】
続いて、各バッテリセル１０ａ〜１０ｄの構成についてさらに説明する。本実施形態においては、バッテリセル１０ａ〜１０ｄが同一の構成であるため、ここではバッテリセル１０ａについて詳細に説明し、他のバッテリセル１０ｂ〜１０ｄについては、詳細な説明を省略する。図３は、本発明に係るバッテリセル１０ａの外観を示す斜視図である。
【００２６】
バッテリセル１０ａは、本実施形態においては、上記した電極体１１及び電解質１２からなる電池要素と、電池要素を収容する外装体１５からなる。尚、電池要素は、二次電池であるか一次電池であるかを問わず、また、キャパシタのような蓄電器であってもよい。
【００２７】
外装体１５は、バッテリセル１０ａの第１の面を構成する上面ラミネートフィルム１６と、第１の面と対向する第２の面を構成する下面ラミネートフィルム１７とを張り合わせて形成される。また、上面ラミネートフィルム１６及び下面ラミネートフィルム１７は、それぞれ電池要素を両面から覆う被覆領域１６ａ、１７ａ、及び電池要素の周縁において上面ラミネートフィルム１６と下面ラミネートフィルム１７とを融着する融着領域１６ｂ、１７ｂからなる。
【００２８】
上面ラミネートフィルム１６は、バッテリセル１０ａの正極端子１３を露出する第１開口部１９が形成され、被覆領域１６ａの一部において導電部を構成する。ここで、正極端子１３を露出する第１開口部１９の周囲には、必要に応じて接着剤５０が塗布されてもよい。
【００２９】
下面ラミネートフィルム１７は、上面ラミネートフィルム１６と同様の構成により、バッテリセル１０ａの負極端子１４を露出する第１開口部１９（図示せず）が形成され、被覆領域１７ａの一部において導電部を構成する。また、負極端子１４を露出する開口部の周囲には、図示しない接着剤５０が塗布されてもよい。
【００３０】
積層される複数のバッテリセル１０ａ〜１０ｄのうち、隣接して配置される２つのセルは、一方のセルの正極端子１３と他方のセルの負極端子１４とが接するため、外装体１５に接着剤５０が塗布される場合には、その周囲に塗布された接着剤５０により良好な接触状態を維持することができる。
【００３１】
上面ラミネートフィルム１６及び下面ラミネートフィルム１７には、融着領域１６ｂ、１７ｂを貫通する第１貫通孔１８が、本実施形態においては、各バッテリセル１０ａ〜１０ｄに４つ形成されている。そして、積層される複数のバッテリセル１０ａ〜１０ｄの各第１貫通孔１８に亘って柱部材３０を貫通させると共に、上記したように柱部材３０を筐体２０に固定することにより、筐体２０に対する各バッテリセル１０ａ〜１０ｄの水平方向の変位を規制することができる。
【００３２】
また、第１貫通孔１８の断面積は、柱部材３０の幅方向における断面積以下である。すなわち、柱部材３０は、第１貫通孔１８に対して圧入するように貫通している。これにより、柱部材３０は、筐体２０に対する各バッテリセル１０ａ〜１０ｄの鉛直方向の変位を規制することができる。本実施例においては、第１貫通孔１８及び柱部材３０の断面の形状を円形としているが、柱部材３０が第１貫通孔１８に対して圧入するように貫通することで鉛直方向の変位が規制されていればよく、第１貫通孔１８及び柱部材３０の断面は他の形状であってもよい。
【００３３】
次に、本発明に係る弾性導電部４０の構成について、より詳細に説明する。図４は、バッテリモジュール２が備える弾性導電部４０の構成を示す断面図である。
【００３４】
弾性導電部４０は、絶縁部材４１、弾性部材４２からなる。ここで、筐体２０の上面及び下面には、図２に示すように、積層構造体１０の導電部（すなわち、バッテリセル１０ａの正極端子１３、及びバッテリセル１０ｄの負極端子１４）に対向する位置に第２開口部２１が形成されている。そして、弾性導電部４０は、図４に示すように、筐体２０の第２開口部２１に設けられる。
【００３５】
絶縁部材４１は、例えばゴム素材のような電気絶縁性を有する高分子材料からなる。また、絶縁部材４１は、本実施形態では、断面形状が横向きのＨ型形状に形成され、外向きの凹部が筐体２０の第２開口部２１の内周に亘って嵌合して支持される。
【００３６】
弾性部材４２は、弾性及び電気導電性を有する部材からなり、本実施形態においては金属製の板バネとして形成されている。弾性部材４２は、絶縁部材４１の内向きの凹部に嵌合することで支持されると共に、筐体２０の内外方向に対して弾性力が作用するように形成されている。そして、弾性部材４２は、バッテリモジュール２の内外を電気的に導通すすることで、バッテリモジュール２の内部の各バッテリセル１０ａ〜１０ｄを充放電することができる。尚、弾性部材４２は、弾性及び電気導電性を有する他の部材であってもよく、例えばコイル状の線バネや、板バネと線バネとを組み合わせた態様であってもよい。
【００３７】
ここで、弾性部材４２は、絶縁部材４１と共に第２開口部２１を塞ぐ構成とすることで、第２開口部２１からバッテリモジュール２の内部に塵埃や水分が入り込むことを防止することもできる。また、弾性部材４２は、筐体２０の内外方向の端部４２ａを平板として形成することで、図１に示すように隣接して配置されるバッテリモジュール２又はバスバー５との接触面積を広げることができ、電気的な導通状態を安定させることができ、さらには接触部分における発熱を抑制することができる。
【００３８】
このように、弾性導電部４０は、バッテリモジュール２の筐体２０に絶縁部材４１を介して支持された弾性部材４２の弾性力によって、筐体２０の内部の積層構造体１０が積層方向に変位することを規制し、外部からの振動入力に対する信頼性を向上させることができる。また、弾性導電部４０は、積層された複数のバッテリセル１０ａ〜１０ｄが充放電に伴って膨張及び収縮する場合であっても、弾性部材４２でその厚み方向の変位量を吸収するように積層構造体１０を支持するため、振動入力に対する信頼性をより向上させることができる。
【００３９】
さらに、弾性導電部４０は、上記のように弾性部材４２が積層構造体１０の変位を規制することに加え、筐体２０の内外を電気的に導通させることでバッテリモジュール２の充放電を行う電極端子としても機能する。このため、バッテリモジュール２は、別途コンタクタ等の電極端子を設ける必要が無いため部品点数が削減される他、溶接等の製造工程が簡略化されることで製造コストを抑制することもできる。尚、従来技術のような剛体としての電極端子では、バッテリセル１０ａ〜１０ｄの充放電に伴う膨張及び収縮により、電極端子の接続部に応力が集中して不具合を招来する虞があるのに対し、本願発明に係る弾性導電部４０では、弾性部材４２が応力を吸収することによりその虞を軽減することができる。
【００４０】
その他、弾性導電部４０は、絶縁部材４１が例えばゴム素材からなるため、例えば筐体２０に外部から振動が加わったとしても、絶縁部材４１が緩衝材として振動を吸収して弾性部材４２に対する影響を軽減することができ、振動入力に対する信頼性をより向上させることができる。
【００４１】
以上のように、本発明に係る蓄電デバイスは、デバイスの信頼性の要求を満たしつつ、コストダウンに寄与することができる蓄電デバイスを提供することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  蓄電スタック
２  バッテリモジュール
１０  積層構造体
１０ａ〜１０ｄ  バッテリセル
１３  正極端子
１４  負極端子
１５  外装体
１６  上面ラミネートフィルム
１７  下面ラミネートフィルム
１９  第１開口部
２０  筐体
２１  第２開口部
４０  弾性導電部
４１  絶縁部材
４２  弾性部材  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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