(57)【要約】【課題】サイクル特性の劣化を招来することなく、強い衝撃が加えられた場合であっても、積層された二次電池にずれが発生することを防止する。【解決手段】内部に積層された二次電池を収容し、１つの面には、内部にて二次電池を押圧する凹部と、該凹部の周囲に形成された複数の第１の貫通孔とが設けられた組電池モジュールを具備する電池パックであって、凹部内に収められ、該凹部の深さよりも大きな厚みを有する弾性体と、複数の第１の貫通孔に対応する複数の第２の貫通孔が設けられた蓋と、第１の貫通孔および第２の貫通孔を挿通するねじを用い、組電池モジュールと蓋とを前記弾性体を挟んで一体化するねじ止め機構と、を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に積層された二次電池を収容し、１つの面には、内部にて前記二次電池を押圧する凹部と、該凹部の周囲に形成された複数の第１の貫通孔とが設けられた組電池モジュールを具備する電池パックであって、
前記凹部内に収められ、該凹部の深さよりも大きな厚みを有する弾性体と、
前記複数の第１の貫通孔に対応する複数の第２の貫通孔が設けられた蓋と、
前記第１の貫通孔および第２の貫通孔を挿通するねじを用い、前記組電池モジュールと前記蓋とを前記弾性体を挟んで一体化するねじ止め機構と、を有する電池パック。
【請求項２】
請求項１記載の電池パックにおいて、
前記ねじ止め機構は、前記組電池モジュールを収容するケース内に設けられたねじ穴により構成される電池パック。
【請求項３】
請求項２記載の電池パックにおいて、
前記ケースには、前記蓋および弾性体と一体化された組電池モジュールが複数収容される電池パック。
【請求項４】
請求項１記載の電池パックにおいて、
前記ねじ止め機構は、ナットにより構成される電池パック。
【請求項５】
請求項４記載の電池パックにおいて、
前記蓋および弾性体と一体化された組電池モジュールが複数積層されている電池パック。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電池パックにおいて、
前記ねじの締め付けトルク値が、前記二次電池の加圧部面積、二次電池の質量当たり、０．０８〜０．２４Ｎ／ｃｍ2・ｋｇで加圧されるトルク値である電池パック。
【請求項７】
内部に積層された二次電池を収容し、１つの面には、内部にて前記二次電池を押圧する凹部と、該凹部の周囲に形成された複数の第１の貫通孔とが設けられた組電池モジュールを具備する電池パックの製造方法であって、
前記凹部内に、該凹部の深さよりも大きな厚みを有する弾性体を収め、
前記複数の第１の貫通孔に対応する複数の第２の貫通孔が設けられた蓋を、前記第１の貫通孔および第２の貫通孔を挿通するねじを用い、前記弾性体を挟んで前記組電池モジュールと一体化する電池パックの製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の電池パックの製造方法において、
前記ねじ止め機構として、前記組電池モジュールを収容するケース内に設けられたねじ穴を用いる電池パックの製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の電池パックの製造方法において、
前記ケースに、前記蓋および弾性体と一体化された組電池モジュールを複数収容する電池パックの製造方法。
【請求項１０】
請求項７記載の電池パックの製造方法において、
前記ねじ止め機構として、ナットを用いる電池パックの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の電池パックにおいて、
前記蓋および弾性体と一体化された組電池モジュールを複数積層する電池パックの製造方法。
【請求項１２】
請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載の電池パックの製造方法において、
前記ねじの締め付けトルク値が、前記二次電池の加圧部面積、二次電池の質量当たり、０．０８〜０．２４Ｎ／ｃｍ2・ｋｇで加圧されるトルク値である電池パックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池モジュールを含む電池パックと電池パックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
組電池モジュールは、携帯型電子機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電動自転車、コードレス電動工具等の主電源として用いられるもので、積層された複数の二次電池を収容する。二次電池としては、容量が大きくてエネルギーの質量効率および容積効率が優れていることから、多くにリチウムイオン二次電池が用いられている。二次電池の携帯としては、薄いフィルム状部材からなる外装材の内部に電池要素が封入されたフィルム外装電池が好適に用いられている。
【０００３】
一般に、外装材を構成するフィルム状部材は、アルミニウム箔等の金属箔と、金属箔の内面に積層された、電解液に対する耐食性を有し、かつ熱融着性が良好なポリエチレン（ＰＰ）やポリプロピレン（ＰＥ）等の内面樹脂層と、金属箔の外面に積層された、耐食性が高いポリイミド（ＰＩ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やナイロン（登録商標）等の外面樹脂層と、からなるラミネートフィルムである。
【０００４】
複数の二次電池が積層される組電池モジュールでは、各二次電池を適正な加圧状態とすることが重要となる。加圧力を適正とすることにより、積層方向や面方向におけるずれの発生を抑止し、積層状態を一定とすることができる。また、膨れが発生した場合においても、膨れを抑止することができ、サイクル特性が劣化することを防ぐことができる。
加圧力が弱く、積層方向や面方向にずれが発生すると、ラミネートフィルムが損傷してしまう。また、膨れが発生した場合にはこれを抑止することができず、サイクル特性が劣化してしまう。
【０００５】
特許文献１（特開2012-119232号公報）には、各二次電池を適切に加圧することができ、かつ、膨れが生じた場合に、該膨れによる応力を良好に吸収するための構成として、特許文献１には、主面上に、収納ケースの外周に沿って形成された凸部と、該凸部の内周側に凹部とを有するものとし、複数の電池モジュールを、凸部が、隣接する他の電池モジュール表面に当接した状態で積層する構成が開示されている。具体的には、その図７および段落００２６などに見られるように、凸部、凹部の中心部分の間に複数の二次電池が積層されたセルユニットが位置するものとされ、セルユニットに向けて突出する各中心部の間の距離ｗが、セルユニットの厚みｔよりも小さくなるように設定されている。
【０００６】
組電池モジュールを構成する各二次電池は、サイクル特性を劣化させないために、各種の条件を同じとすることが望ましい。上述した特許文献１に開示される構成では、凸部、凹部が二次電池に当接する箇所が中心部分に限定され、当接面の一部のみが加圧されることとなり、凸部、凹部と当接する二次電池は、他の二次電池と加圧条件が異なるものとなってしまう。
【０００７】
各二次電池への加圧条件を同じとするための組み電池モジュールとして、図７に示すものが挙げられる。
図７（ａ）、（ｂ）は複数の二次電池が収容された組電池モジュールの構成を説明するための斜視図である。図７（ａ）は組電池モジュール７０１の全体の構成を示す斜視図、図７（ｂ）は、組電池モジュール７０１に収容される二次電池７０２の構成を示す斜視図である。
【０００８】
二次電池７０２は、図７（ｂ）に示すように内部の電池要素の電極となるリード端子７０３が２つ設けられている。各リード端子７０３は、積層される二次電池７０２が直列接続されるように、他の二次電池７０２のリード端子７０３と接続されて金属ケース７０６に収容されている。金属ケース７０６の一側面には２つの接続端子７０４が設けられており、直列接続された二次電池７０２の両端となるリード端子と接続されている。
金属ケースの４隅には、固定するための貫通孔７１０が設けられている。また、上面には、内部に向けて突出する凹部７０７が設けられている。複数の二次電池７０２は、凹部７０７と金属ケース７０６の収容部の底面により挟持されることとなる。凹部７０７の突出領域は二次電池７０２の主面の殆どを覆うものであり、これにより、金属ケース７０６に収容されるすべての二次電池７０２への加圧条件はほとんど同じものとなる。
【０００９】
凹部７０７を設ける理由は、二次電池７０２との間隙を調節することの他に、強度を制御することが挙げられる。二次電池７０２内の電池要素よりも機械的な強度が高いもので二次電池７０２を加圧した場合、加圧の大きさによっては内部の電池要素に、割れ、破損が生じる危険性がある。各二次電池７０２を凹部７０７で加圧することで各二次電池について積層方向や面方向におけるずれの発生を防止し、また、凹部７０７の材料、厚さなどを調節して機械的な強度を二次電池７０２内の電池要素よりも低いものとすることで、二次電池７０２内の電池要素に、割れ、破損が発生することを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2012-119232号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した従来技術のうち、特許文献１に開示される技術では、凸部、凹部が二次電池に当接する箇所が中心部分に限定され、当接面の一部のみが加圧されることとなり、凸部、凹部と当接する二次電池は、他の二次電池と加圧条件が異なるものとなってしまう。
図７に示した技術では、すべての二次電池への加圧条件を等しくすることができ、サイクル特性の劣化を防止することが期待できる。しかしながら、二次電池を加圧する凹部の機械的な強度が二次電池内の電池要素よりも低いことから、落下などによる強い衝撃が加えられた場合には凹部に変形が生じ、積層方向や面方向にずれが発生し、ラミネートフィルムが損傷してしまう。また、膨れが発生した場合にはこれを抑止することができない。
【００１２】
本発明は、サイクル特性の劣化を招来することなく、強い衝撃が加えられた場合であっても、積層された二次電池にずれが発生することを防止する電池パックおよび電池パックの製造方法を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の電池パックは、内部に積層された二次電池を収容し、１つの面には、内部にて前記二次電池を押圧する凹部と、該凹部の周囲に形成された複数の第１の貫通孔とが設けられた組電池モジュールを具備する電池パックであって、
前記凹部内に収められ、該凹部の深さよりも大きな厚みを有する弾性体と、
前記複数の第１の貫通孔に対応する複数の第２の貫通孔が設けられた蓋と、
前記第１の貫通孔および第２の貫通孔を挿通するねじを用い、前記組電池モジュールと前記蓋とを前記弾性体を挟んで一体化するねじ止め機構と、を有する。
【００１４】
本発明の電池パックの製造方法は、内部に積層された二次電池を収容し、１つの面には、内部にて前記二次電池を押圧する凹部と、該凹部の周囲に形成された複数の第１の貫通孔とが設けられた組電池モジュールを具備する電池パックの製造方法であって、
前記凹部内に、該凹部の深さよりも大きな厚みを有する弾性体を収め、
前記複数の第１の貫通孔に対応する複数の第２の貫通孔が設けられた蓋を、前記第１の貫通孔および第２の貫通孔を挿通するねじを用い、前記弾性体を挟んで前記組電池モジュールと一体化する。
【発明の効果】
【００１５】
上記の構成を備える本発明においては、サイクル特性の劣化を招来することなく、強い衝撃が加えられた場合であっても、積層された二次電池にずれが発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による電池パックの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明による電池パックの一実施形態を示す分解斜視図である。
【図３】本発明による電池パックの一実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明による電池パックの一実施形態を示す分解斜視図である。
【図５】本発明による電池パックの一実施形態を示す斜視図である。
【図６】本発明による電池パックの一実施形態を示す分解斜視図である。
【図７】（ａ）は組電池モジュールの全体の構成を示す斜視図、（ｂ）は、組電池モジュールに収容される二次電池の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明による電池パックの一実施形態を示す斜視図、図２はその構成を示す分解斜視図である。
図１に示される電池パック１００は、図２に示すように、組電池モジュール１０５、組電池モジュール１０５を収容する金属ケース１１０、および蓋１０１、蓋１０１と組み電池モジュール１０５との間に配置される弾性体１０４、を主構成とする。
組電池モジュール１０５は、図７（ａ）に示した組電池モジュール７０１と同じ構成のもので、内部に積層された複数の二次電池（不図示）を収容している。凹部１０６、貫通孔１０７、接続端子１０８、および、金属ケース１０９の構成は図７（ａ）に示した凹部７０７、貫通孔７１０、接続端子７０４、および、金属ケース７０６と同じである。
【００１８】
本実施形態において、組電池モジュール１０５は上面が開放された金属ケース１１０に収容され、組電池モジュール１０５の凹部１０６が形成された面は蓋１０１により塞がれて図１に示される状態となる。蓋１０１の組電池モジュール１０５の貫通孔１０７に対応する箇所には貫通孔１０２が形成され、金属ケース１１０の組電池モジュール１０５の貫通孔１０７に対応する箇所にはねじ穴１１１が形成されている。また、金属ケース１１０には、組電池モジュール１０５の収容時に組電池モジュール１０５の接続端子１０８と当接する端子１１２が形成されている。端子１１２は、金属ケース１１０の筐体部分とは絶縁された導電性を有するもので、端子１１２を介して組電池モジュール１０５内の二次電池の充放電が行われる。
弾性体１０４は組電池モジュール１０５の凹部１０６に適合する形状であり、凹部１０６の深さよりも大きな厚みを有している。
【００１９】
電池パック１００の組み立て時には、組電池モジュール１０５を金属ケース１１０内に配置し、凹部１０６に弾性体１０４を載せ、蓋１０１を被せた状態でねじ１０３を貫通孔１０２、貫通孔１０７に挿通させ、ねじ穴１１１と螺合させて一体化させる。
上記のように構成された電池パックにおいては、強い衝撃が加えられた場合であっても、凹部１０６内に弾性体１０４が配置されているため、凹部１０６が変形することが防止される。このため、安定した圧力を組電池モジュール１０５内に積層された二次電池の広い面積に亘って与えることができるので、積層された二次電池にずれが発生することを防止することができ、サイクル特性の劣化の防止を図ることができるものとなっている。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。
図３は本発明による電池パックの第２の実施形態を示す斜視図、図４はその構成を示す分解斜視図である。
図３に示される電池パック２００は、図４に示すように、２つの組電池モジュール２０５、２つの組電池モジュール２０５を収容する金属ケース２１０、２つの蓋２０１、２つの蓋２０１と２つの組み電池モジュール１０５との間に配置される２つの弾性体２０４、を主構成とする。
図３に示される電池パック１００は、図２に示すように、組電池モジュール１０５、組電池モジュール１０５を収容する金属ケース１１０および蓋１０１、組電池モジュール１０５が金属ケース１１０および蓋１０１に収容される際に蓋１０１と組み電池モジュール１０５との間に配置される弾性体１０４、を主構成とする。
組電池モジュール２０５は、図７（ａ）に示した組電池モジュール７０１と同じ構成のもので、内部に積層された複数の二次電池（不図示）を収容している。凹部２０６、貫通孔２０７、接続端子２０８、および、金属ケース２０９の構成は図７（ａ）に示した凹部７０７、貫通孔７１０、接続端子７０４、および、金属ケース７０６と同じである。
【００２１】
本実施形態において、２つの組電池モジュール２０５は上面が開放された金属ケース２１０に並列に収容され、組電池モジュール２０５の凹部２０６が形成された面は蓋２０１により塞がれて図３に示される状態となる。蓋２０１の組電池モジュール２０５の貫通孔２０７に対応する箇所には貫通孔２０２が形成され、金属ケース２１０の組電池モジュール２０５の貫通孔２０７に対応する箇所にはねじ穴２１１が形成されている。また、金属ケース２１０には、組電池モジュール２０５の収容時に組電池モジュール２０５の接続端子２０８と当接する端子２１２が形成されている。端子２１２は、金属ケース２１０の筐体部分とは絶縁された導電性を有するもので、端子２１２を介して組電池モジュール２０５内の二次電池の充放電が行われる。
弾性体２０４は組電池モジュール２０５の凹部２０６に適合する形状であり、凹部２０６の深さよりも大きな厚みを有している。
【００２２】
電池パック２００の組み立て時には、組電池モジュール２０５を金属ケース２１０内に配置し、凹部２０６に弾性体２０４を載せ、蓋２０１を被せた状態でねじ２０３を貫通孔２０２、貫通孔２０７に挿通させ、ねじ穴２１１と螺合させて一体化させる。
上記のように構成された電池パックは、同じ金属ケース内に組電池モジュールを並列に２個設けたものである。各構成要素に求められる材質、強度などの品質はすべて同じものとなる。さらに多くの組電池モジュールを並列に設けることも可能である。本実施形態においても、強い衝撃が加えられた場合であっても、凹部２０６内に弾性体２０４が配置されているため、凹部２０６が変形することが防止される。このため、安定した圧力を組電池モジュール２０５内に積層された二次電池の広い面積に亘って与えることができるので、積層された二次電池にずれが発生することを防止することができ、サイクル特性の劣化の防止を図ることができるものとなっている。
【００２３】
次に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。
図５は本発明による電池パックの第３の実施形態を示す斜視図、図６はその構成を示す分解斜視図である。
図５に示される電池パック３００は、図６に示すように、２個の組電池モジュール３０５、２つの蓋３０１、蓋３０１と組み電池モジュール３０５との間に配置される２つの弾性体３０４、を主構成とする。
組電池モジュール３０５は、図７（ａ）に示した組電池モジュール７０１と同じ構成のもので、内部に積層された複数の二次電池（不図示）を収容している。凹部３０６、貫通孔３０７、および、接続端子３０８の構成は図７（ａ）に示した凹部７０７、貫通孔７１０、および、接続端子７０４と同じである。
【００２４】
本実施形態において、組電池モジュール３０５の凹部３０６が形成された面は蓋３０１により塞がれ、積層されて図５に示される状態となる。蓋３０１の組電池モジュール３０５の貫通孔３０７に対応する箇所には貫通孔３０２が形成されている。
弾性体３０４は組電池モジュール３０５の凹部３０６に適合する形状であり、凹部３０６の深さよりも大きな厚みを有している。
【００２５】
電池パック３００の組み立て時には、組電池モジュール３０５の凹部１０６に弾性体３０４を載せ、蓋１０１を被せたものを積層させた状態でねじ３０３を１つめの蓋３０１の貫通孔３０２、１つめの組電池モジュール３０５の貫通孔３０７、２つめの蓋３０１の貫通孔３０２、２つめの組電池モジュール３０５の貫通孔３０７、に挿通させ、ナット３１３と螺合させて一体化させる。
上記のように構成された電池パックは、組電池モジュールを収容する金属ケースを用いることなく、組電池モジュールに蓋を直接取り付ける構造とし、組電池モジュールを２つ積層したものであるが、１つの組電池モジュールに対して蓋を直接取り付けることとしてもよく、さらに多くの組電池モジュールを積層することとしてもよい。
本実施形態の電池パックにおいても、強い衝撃が加えられた場合であっても、凹部１０６内に弾性体１０４が配置されているため、凹部１０６が変形することが防止される。このため、安定した圧力を組電池モジュール１０５内に積層された二次電池の広い面積に亘って与えることができるので、積層された二次電池にずれが発生することを防止することができ、サイクル特性の劣化の防止を図ることができるものとなっている。
なお、本実施形態においては、第１の実施形態や第２の実施形態と異なり、組電池モジュールを収容する金属ケースを用いることなく、組電池モジュールに蓋を直接取り付ける構造であることから、ねじとナットを用いて蓋の取り付けを行っている。多くの組電池モジュールを積層する場合には緩み防止のため、ナットを２つ用いる、いわゆるダブルナットとしてもよい。
【００２６】
上記のように構成される各実施形態のうち、第１の実施形態および第２の実施形態においてはねじ１０３、２０３とねじ穴１１１、２１１によりねじ止め機構が構成され、第３の実施形態においては、ねじ３０３とナット３１３によりねじ止め機構が構成されている。第１の実施形態における組電池モジュール１０５内に積層された二次電池、第２の実施形態における組電池モジュール２０５内に積層された二次電池には、凹部１０６、２０６自体による圧力に加えて、ねじ１０３、２０３の締め付けトルクによる圧力が加算されることとなる。第３の実施形態の下側となる組電池モジュール３０５内に積層された二次電池には、さらに、上側に位置する組電池モジュール３０５の加重が加わることとなる。
ねじの締め付けトルク値としては、下限値としては各組電池モジュール内に積層された二次電池にずれが発生しないことが規定され、上限値としては組電池モジュール内に積層された二次電池に割れや破損が発生しないことが規定される。各実施形態の場合には、二次電池の加圧部面積、二次電池の質量当たり、０．０８〜０．２４Ｎ／ｃｍ2・ｋｇで加圧されるトルク値でねじ１０３、２０３、３０３を固定した。
【００２７】
第１の実施形態におけるねじ１０３とねじ穴１１１による一体化、第２の実施形態におけるねじ２０３とねじ穴２１１による一体化、第３の実施形態におけるねじ３０３とナット３１３による一体化、は四隅のそれぞれで行われる。締め付けを一か所にのみに行った場合には、二次電池への加圧が均一とはならない。このため、一か所に対する締め付けは、他の締め付け箇所における加圧力との差が所定以上とならないように複数に分けて行うこと、もしくは、同時に行うことが望ましい。
【００２８】
弾性体１０４、２０４、３０４としては、押さえる蓋１０１、２０１、３０１の力が二次電池に有効に伝えさせるために、比較的硬度の高い天然ゴムを選択した。これは、硬度の低い材料では、圧力が分散されてしまうからである。具体的には、ゴム板（メーカ：日東化工  品番：NB913）、材質：天然ゴム（ＮＲ）シート、特性（JIS K 6380）：AAH9423、厚み：６ｍｍ のものを使用した。弾性体１０４、２０４、３０４の厚みは凹部１０６、２０６、３０６の深さ２．５ｍｍよりも大きな６ｍｍとした。素材は衝撃吸収性を有するものであればいずれでもよい。
弾性体１０４、２０４、３０４は凹部１０６、２０６、３０６に適合する形状のものとして説明したがこれに限定されるものではない。本発明において重要なのは、より多くの二次電池の表面を加圧することであり、このことが達成されるのであれば弾性体１０４、２０４、３０４は凹部１０６、２０６、３０６に適合する形状でなくてもよい。
【００２９】
蓋１０１、２０１、３０１についてはねじ１０３、２０３、３０３による締め付けトルクを良好に二次電池に伝達させるため、撓みが発生しないものであることが重要となる。本実施形態においては、2mmtのAl板を用いた。この他の例としては、1.5mmtのSUS板も挙げられる。また、その大きさは、組電池モジュールの凹部が形成された上面を覆う程度以下としたが、４隅に形成される貫通孔で規定される矩形以上であればよい。
なお、各実施形態において、蓋１０１、２０１、３０１に設けられる貫通孔１０２、２０２、３０２、および、第１および第２の実施形態において、金属ケース１１０、２１０に設けられるねじ穴１１１、１１２は、１つの組電池モジュールに対して４つ設けられるものとして説明した。これは、組電池モジュール１０５、２０５、３０５に形成される貫通孔１０７、２０７、３０７に対応させたものであり、例えば、貫通孔１０７、２０７、３０７が３個もしくは５個以上設けられる場合にはそれに対応して同じ数が設けられる。
【符号の説明】
【００３０】
１００、２００、３００    電池パック
１０１、２０１、３０１    蓋
１０２、１０７、２０２、２０７、３０２、３０７    貫通孔
１０３、２０３、３０３    ねじ
１０４、２０４、３０４    弾性体
１１０、２１０、３１０    金属ケース
１１１、２１１    ねじ穴
３１３    ナット
【図１】
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【図３】
2015197967.tif 000004
【図５】
2015197967.tif 000005
【図７】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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