(57)【要約】【課題】電池パックにおいて、組電池の厚さにばらつきがあっても、加圧力を適切に調整し、製品間でばらつき（個体差）のない安定した製品とする。【解決手段】発電要素を収容しフィルム外装体を有する扁平形状の単電池４を厚さ方向に複数積み重ねた組電池と、前記組電池を収容する開口部を有する箱体１と、前記組電池の上に配された加圧ばね５と、加圧ばね５を介して組電池を加圧して、前記箱体１の開口部を塞ぐ蓋体２と、前記箱体１と蓋体２の間に設けられ、蓋体２に当接して加圧ばね５による組電池の圧縮量を調整する加圧力調整部材３とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を収容しフィルム外装体を有する単電池を厚さ方向に複数積み重ねた組電池と、
前記組電池を収容する開口部を有する箱体と、
前記組電池の上に配された加圧部材と、
前記加圧部材を介して前記組電池を加圧する前記箱体の開口部を塞ぐ蓋体と、
前記箱体と前記蓋体の間に設けられ、前記蓋体に当接して前記加圧部材による前記組電池の圧縮量を調整する加圧力調整部材と
を有する電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載された電池パックにおいて、
前記加圧力調整部材は前記組電池の異なる高さに応じて、前記蓋体を前記箱体に被せたときの前記組電池に作用する加圧力を調整する電池パック。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された電池パックにおいて、
前記加圧部材は複数の弾性体で構成されている電池パック。
【請求項４】
請求項１又は２に記載された電池パックにおいて、
前記加圧部材は箱状部材で構成されている電池パック。
【請求項５】
請求項２又は４に記載された電池パックにおいて、
前記加圧力調整部材は、前記組電池の高さに応じた厚みを有することを特徴とする電池パック。
【請求項６】
請求項２又は４に記載された電池パックにおいて、
前記組電池の複数個所における高さの相違に応じた、異なる厚さの前記加圧力調整部材を有する電池パック。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載された電池パックにおいて、
前記加圧力調整部材は中空構造を有する電池パック。
【請求項８】
請求項７に記載された電池パックにおいて、
前記中空構造は格子状構造を備えている電池パック。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載された電池パックにおいて、
前記単電池は扁平形状である電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池パック、より詳しくはフィルム外装体により外装された単電池を複数有する電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池パックは、単電池を複数組み合わせて所定の電圧、容量が得られるように組電池として収容したものである。単電池の外装体には、大別して金属缶、フィルム（ラミネートフィルム）の２種類がある。ラミネートフィルムの外装体を有する電池（以下、ラミネート電池という）は外装体が金属缶より軽量であること、集電体の積層数を増やすことで所定の容量に作り込みやすいことが特徴である。
【０００３】
一方で、ラミネート電池には、外装が柔軟なために生じる課題として、単電池間での厚さのばらつきが大きいこと、適度な加圧により特性を安定させなければならないことがある。
厚さのばらつきについては、ラミネート電池では集電体を積層させて柔軟性を有するラミネートフィルムで覆うため、集電体の厚さのばらつき（部品のばらつき）、積層状態（組立ばらつき）と部品の組立作業要因の二つのばらつきがそのまま厚さのばらつきとして現れ易くなっている。
一方、金属缶パッケージの電池では集電体を所定寸法の金属性剛体に挿入するため形状のばらつきが少ない。
【０００４】
ところで、ラミネート電池では、適切に加圧することで狙いの電池特性を得ることが一般的である。例えば電池の入出力特性に関わる内部抵抗は、図６に示すように加圧力に応じて低下していく。これは、ラミネート電池では、加圧することで電極間の距離を一定かつ安定に保つことができるためである。
【０００５】
ここで、特許文献を見ると、ラミネート電池の加圧方法として、特許文献１（特開２００６−３３９０３２号公報）には、電池パック内の単電池間で温度のバラツキを低減すると共に、箱体に単電池を収納して蓋体により単電池を加圧した電池パックが記載されている。
ただ、この方法によると、組電池の厚さに個体差が生じた際でも蓋体は同じ位置で取り付けるため、箱体と蓋体間で発生する圧力が電池パックごとにばらつく。そのため製品ばらつきが大きくなるという問題がある。
【０００６】
また、加圧力調整手段を備えたラミネート電池も知られている（特許文献２；特開２０１５−１１５３１３号公報）。
この加圧力調整方法は、ガス発生時の圧力を調整するために複数の加圧手段の一部を調整可能とするものである。つまり、この方法によると、加圧力を調整できるのは一部であり、組電池の厚さがばらついた際でも、固定加圧点での加圧力は一定である。そのため、製品としてのばらつきを小さくすることはできないという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ラミネート電池の厚さにばらつきがあっても、ラミネート電池に印加する加圧力を適切に調整し、製品間でばらつき（個体差）のない安定した製品が得られるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、発電要素を収容しフィルム外装体を有する単電池を厚さ方向に複数積み重ねた組電池と、前記組電池を収容する開口部を有する箱体と、前記組電池の上に配された加圧部材と、前記加圧部材を介して前記組電池を加圧する前記箱体の開口部を塞ぐ蓋体と、前記箱体と前記蓋体の間に設けられ、前記蓋体に当接して前記加圧部材による前記組電池の圧縮量を調整する加圧力調整部材とを有する電池パックである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電池パックにおいて、ラミネート電池の厚さにばらつきがあっても、ラミネート電池に印加する加圧力を適切に調整し、製品間でばらつき（個体差）のない安定した製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電池パックのラミネート組電池の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す組電池の側面図である。
【図３】組電池の図１における線Ｘ−Ｘの矢視方向の断面図である。
【図４】図１に示す単電池の側面図である。
【図５】図４に示す発電要素の分解斜視図である。
【図６】ラミネート電池の特性の一つである内部抵抗について、横軸に発電要素の加圧力、縦軸に内部抵抗の関係を示す図である。
【図７】本実施形態の電池パックの効果を説明する、組電池の図１の矢視Ｘ−Ｘ方向の断面図である。
【図８】図７と同様の断面図であって、加圧力調整部材の調整方法を示す図である。
【図９】組電池の組立時における作業手順を示すフロー図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る組電池の外観を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る組電池の外観を示す斜視図である。
【図１２】第２の実施形態において、組電池の高さのばらつきに対して、加圧力調整部材の厚さを適切に調整することを示す、組電池における図１０の矢視Ｘ−Ｘ線方向の断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態を説明する組電池の平面図である。
【図１４】組電池で用いる加圧力調整部材の拡大図であり、図１４Ａは加圧力調整部材を斜め上からみた斜視図、及び図１４Ｂは加圧力調整部材の断面形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の実施形態
本発明の実施形態に係る電池パックのラミネート組電池を、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電池パックのラミネート組電池の外観を示す斜視図である。
第１の実施形態に係る電池パックは、層状に配置されたフィルム外装体、ここではラミネートフィルム外装体で外装された複数の単電池（ラミネート単電池；以下、単電池という）を弾性体、例えば加圧ばねで加圧する方式を採用している。
即ち、図１において、１は上部が開口した下フレーム（箱体）を示し、下フレーム１には単電池４が複数（図示例では３個）積み重ねて収容されている。複数積み重ねた単電池４上には、単電池４とほぼ同じ大きさの板体６が載置されており、その上には加圧部材である複数の例えばコイルばねである加圧ばね５が並べて配置されている。
【００１２】
ここで、複数の加圧ばね５上には上フレーム２が載置されるが、上フレーム２（蓋体）と下フレーム（上フレームとの当接部分に開口部を有する箱体）１の間には加圧力調整部材３が介在されている。加圧力調整部材３は、具体的には下フレームの上端部に配置されている。このように構成された組電池を図示しない樹脂ケースに収めて電池パック製品とする。
本実施形態に係る組電池では、下フレーム１を上フレーム２で閉じて、その際に加圧ばね５を所定の長さ圧縮することで単電池４に対して加圧力を発生させる。ここでは、その際、下フレーム１と上フレーム２の間に介在された、例えばワッシャー形状の部材であり、樹脂または金属からなる加圧力調整部材３が加圧ばね５の圧縮量を適切に調整し、単電池４への加圧力、したがってその圧縮量を調整する。
【００１３】
図２は、図１に示す組電池の側面図、図３は、組電池の図１における線Ｘ−Ｘの矢視方向の断面図である。
複数の単電池４は、直列または並列に接続することで所定の電圧、容量を得ることができるが、ここでは直列接続した例を示している。
加圧力調整部材３は、下フレーム１の上端部を内側に折り曲げて形成したフランジ状部分に固定されている。また、充放電時の単電池４からの発熱を逃がす目的で、熱伝導性の良いアルミニウムなどの金属でできたセパレータ７が単電池４の間に挟み込まれている。
なお、下フレーム（箱体）１、上フレーム（蓋体）２は、圧力により変形しないように、例えば板金材料により形成することが好ましい。
【００１４】
図４は図１に示す単電池４の側面図である。
ここで、単電池４は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池であり、図示のように例えば扁平な形状である。単電池４は、発電要素４１と、発電要素４１の周りを被覆する外装体であるラミネート４２と、ラミネート４２上に設置された正負電極４３と４４からなっている。
正負電極４３と４４は、同一辺面から導出しているが、対抗辺面から導出するものであってもよい。そうすることで電極の幅をより広く取ることができ、電流に対する発熱を軽減できる。
【００１５】
図５は図４に示す発電要素４１の分解斜視図である。
発電要素は正極５１と、セパレータ５２と、負極５３をこの順で積層して形成する。積層数は容量など所定の仕様値に合わせて適宜設定される。
積層した発電要素４１に図示しない電解液を含めたものをラミネートフィルムにて封止してラミネートタイプの単電池を形成する。ラミネートフィルムには樹脂と金属の複合されたものを用いる。樹脂は、例えばポリプロピレン、ポリエチレンなどからなり、金属層にはアルミニウム、ステンレスなどの金属を用いる。
【００１６】
以上の構造を有する単電池は、外装体となるラミネートフィルムが柔軟であるため、集電体を積層する際のばらつき、正負極材料やセパレータの厚さのばらつきがそのまま電池の厚さになって現れる。
そのため、金属ケースを有する乾電池と比べて製造時の厚さのばらつきが大きくなる。そのため、組電池にする際、これを複数積み重ねるためにばらつきが増幅され、各組電池間で複数の単電池を積み重ねた厚さ（ここでは、高さという）のばらつきが大きくなる。
【００１７】
図６は、ラミネート電池の特性の一つである内部抵抗について、横軸に発電要素４１の加圧力（Ｐａ）、縦軸に内部抵抗（Ω）の関係を示す図である。
即ち、図６は、ラミネート電池を加圧することで内部抵抗が低下することを示している。これはラミネート電池の外装が柔軟であるため、加圧前においては電極間の距離が広がる、あるいはばらついたものが、加圧されることで単電池間の距離が近くなり、また安定するためである。このようにラミネート電池では所定の圧力を負荷することが必要である。
【００１８】
図７は、本実施形態の電池パックの効果を説明する、組電池の図１の矢視Ｘ−Ｘ方向の断面図である。
即ち、単電池４を積み重ねた際に上・下限がまとまると、図７で左右に示すように高さが大きく異なる可能性がある。この場合、高さが違うと加圧ばね５の圧縮量が異なるため、上フレーム（蓋体）２で加圧ばね５を単に一様に圧縮したのでは加圧力が異なってしまう。
【００１９】
図８は、図７と同様の断面図であって、加圧力調整部材３の調整方法を示す図である。
本実施形態では図８に示すように、加圧力調整部材３の厚さ、即ち、下フレームの上端部に固定したときの高さを、積み重ねた単電池４の高さに合わせて決定し、上フレーム（蓋体）２の下降量を調整することで加圧ばね５の圧縮量を調整して適切な加圧力を得る。これによって、組電池の高さがばらついたときでも加圧力が適切なため、組電池の特性がそろった電池パックの供給が可能となる。つまり、組電池を適切な加圧力にて組み立てることで、特性ばらつきの少ない電池パックを提供することができる。
【００２０】
図９は、組電池の組立時における作業手順を示すフロー図である。
即ち、下フレーム（箱体）１内に単電池４を所定数積み重ね（Ｓ１０１）、積み重ねたところで任意の高さ測定手段により高さ測定を行う（Ｓ１０２）。その結果に応じて適切な加圧力が得られる加圧力調整部材３の厚さを決定する（Ｓ１０３）。ここでは、厚さの異なる加圧力調整部材３を予め複数種類用意しておき、決定した厚さのものを組立時に供給し（Ｓ１０４）、供給された加圧力調整部材３を用いて組電池の組み立てを行う（Ｓ１０５）。
なお、加圧力調整部材３は３Ｄ造形によってオンデマンドで造形することも好適である。組電池の高さ測定結果から適切な厚さを算出し、それに合わせた加圧力調整部材３の形状（厚さ）をオンデマンドで造形することで、在庫低減や部品供給ミスをなくすことができる。
【００２１】
第２の実施形態
図１０、図１１は、本発明の第２の実施形態に係る組電池の外観を示す斜視図である。図１と同じ部分には同じ番号を付して説明を省略する。
第１の実施形態の電池パックの組電池では、ラミネート電池を複数の加圧ばね５により加圧するが、本実施形態では加圧ばね５を用いず、つまり、剛性の加圧部材として構成する。加圧部材は、ここでは１部片として構成した、板金を箱状に曲げた箱状部材５ａ（図１０）、或いは樹脂の箱状部材５ａ（図１１）などを用いる。なお、ここで云う箱状部材は、必ずしも厳密に箱体を構成しなくとも、ラミネート電池上に配置したときに、ラミネート電池に当接する平面と、上フレームによる押し込み代を提供できる形状であればよい。
本実施形態によれば、複数の加圧ばね５を用いた加圧手段よりも部品点数を減らすことができるため部品費や組立工数の削減が可能となり、より低コストな電池パックが得られる。
【００２２】
本実施形態では、箱状部材５ａを、上フレーム（蓋体）２（図１０）が加圧力調整部材３に当接するまで押し付けることで加圧力を得る。
図１２は、本実施形態において、組電池の高さのばらつきに対して、加圧力調整部材３の厚さを適切に調整することを示す、組電池における図１０の矢視Ｘ−Ｘ線に沿った断面図である。
本実施形態においても、加圧力調整部材３と箱状部材５ａのギャップ（図中の加圧ギャップ）により、上フレーム（蓋体）２を加圧力調整部材３に当接するまで押し込むと、それに伴って組電池に作用する加圧力が発生する。その加圧力を適切に調整するため、ここでも加圧力調整部材３の厚さを調整する。
【００２３】
第３の実施形態
本実施形態では、高さ測定手段で高さを複数ヶ所で測定し、それぞれの高さに対応した厚さを持った加圧力調整部材３を用いる。
図１３は、第３の実施形態を説明する組電池の平面図である。
図１３では４点にて高さの測定を行い、その結果からそれぞれの高さに応じた適切な加圧力調整部材３の厚さを算出する。算出した厚さを持った加圧力調整部材３を用いることによって、より細かく単電池の厚さのばらつきに起因する、組電池の高さのばらつきに対応することができる。その結果、電池パックの製品ばらつきをより低減することができる。ここでは高さ測定ヶ所４点、加圧調整８ヶ所で示しているが、当然のことながら組合せはこれに限定されない。
【００２４】
第４の実施形態
本発明の第４の実施形態では、以上で説明した加圧力調整部材３を中空に構成する。
加圧力調整部材３を中空構造にすることで、電池パックの軽量化が可能になる。
【００２５】
第５の実施形態
図１４は、以上で説明した組電池で用いる加圧力調整部材３の拡大図であり、図１４Ａは加圧力調整部材３を斜め上からみた斜視図、及び図１４Ｂは加圧力調整部材３の断面形状を示す図である。
特に３Ｄ造形にて加圧力調整部材３を得る場合、図１４に示す内部に格子状構造３ａを持つことで強度を上げることができる。また、このように内部を格子状構造３ａとすることで、ハニカム形状と比較して、直線パターンのため３Ｄプリンタのヘッドの移動量が少なくなり造形スピードを上げることができ、組立タクト短縮によるコスト低減が可能となる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これによれば、
（１）組電池の高さに合わせた加圧力が得られることで、特性ばらつきの少ない電池パックを得ることができる。
（２）単電池を平面視扁平形状にしたため積み重ねた高さが均一にならないときでも、加圧力を均一にできる。
（３）加圧力調整部材を中空にすることで部材の軽量化ができ、電池パックの軽量化が可能となる。
（４）加圧力調整部材の断面形状を格子状とすることで、たとえば溶融樹脂積層加工により部品を形成する際のパスが直線的になり加工時間の短縮から加工コストが低減され、電池パックの低コスト化が可能となる。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・下フレーム、２・・・上フレーム、３・・・加圧力調整部材、４・・・単電池、５・・・加圧ばね、５ａ・・・箱状部材、６・・・板体、７・・・セパレータ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特開２００６−３３９０３２号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１５３１３号公報
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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