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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6278466
(24)【登録日】2018年1月26日
(45)【発行日】2018年2月14日
(54)【発明の名称】電池パック
(51)【国際特許分類】
H01M 2/10 20060101AFI20180205BHJP
H01M 2/20 20060101ALI20180205BHJP
H01M 2/34 20060101ALI20180205BHJP
【ＦＩ】
H01M2/10 Y
H01M2/20 A
H01M2/34 B
H01M2/10 S
H01M2/10 M
【請求項の数】4
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2014-536729(P2014-536729)
(86)(22)【出願日】2013年9月2日
(86)【国際出願番号】JP2013073566
(87)【国際公開番号】WO2014045855
(87)【国際公開日】20140327
【審査請求日】2016年8月2日
(31)【優先権主張番号】特願2012-206976(P2012-206976)
(32)【優先日】2012年9月20日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】310010081
【氏名又は名称】ＮＥＣエナジーデバイス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091971
【弁理士】
【氏名又は名称】米澤 明
(74)【代理人】
【識別番号】100139114
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 貞嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100088041
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 龍吉
(74)【代理人】
【識別番号】100139103
【弁理士】
【氏名又は名称】小山 卓志
(72)【発明者】
【氏名】圓岡 和典
(72)【発明者】
【氏名】小宮 禎広
【審査官】
▲高▼橋 真由
(56)【参考文献】
【文献】
特表２０１０−５０３９７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１０−５１９６７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−１６５６８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−２２２６９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１２／１３１８０１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｍ ２／１０ − ２／３４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
同一の辺から正極引出タブおよび負極引出タブが取り出されたフィルム外装電池を、前記正極引出タブと前記負極引出タブが引き出された辺の向きをそろえて積層した電池モジュールであって、
前記電池モジュールの端面のうち、各フィルム外装電池から正極引出タブ、負極引出タブが引き出されている側を対向させて、複数の電池モジュールを配置し、各モジュールの間には絶縁性部材を介在させて電池モジュール同士を電気的に接続し、各フィルム外装電池から正極引出タブ、負極引出タブが引き出されている側に隣接し、フィルム外装電池の積層面と直角方向に位置する側は、対向配置された電池モジュールに共通の補強部材が設けられていることを特徴とする電池パック。
前記電池モジュールの端面のうち、各フィルム外装電池から正極引出タブ、負極引出タブが引き出されている側を対向させて、複数の電池モジュールを配置し、各モジュールの間には絶縁性部材を介在させて電池モジュール同士を電気的に接続し、各フィルム外装電池から正極引出タブ、負極引出タブが引き出されている側に隣接し、フィルム外装電池の積層面と直角方向に位置する側は、対向配置された電池モジュールに共通の補強部材が設けられていることを特徴とする電池パック。
【請求項2】
電池の充放電制御回路、電池の保護回路を備えた電池管理ユニットを、前記正極引出端子、負極引出端子が対向していない側の辺に配置したことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項3】
前記電池モジュールは積層個数が異なり、大きさが小さな電池モジュールに前記電池管理ユニットを積層したことを特徴とする請求項２記載の電池パック。
【請求項4】
前記電池パックは、電動自転車、電動バイクに用いられ、前記電池モジュールには、正極引出タブお、負極引出タブが下方向に配置された電池モジュールを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のフィルム外装電池を積層した電池モジュールを備えた電池パックに関する。【背景技術】
【0002】
電動自転車、電動バイク、電気自動車をはじめとする電池を駆動用電源とする機器には容量が大きな二次電池を収容した電池パックを用いている。体積エネルギー密度、質量エネルギー密度の両者が大きなリチウムイオン電池は駆動用電源用の電池として好適である。リチウムイオン電池には正極と負極をセパレーターを介して積層したものを卷回した柱状のもの、正極と負極をセパレーターを介して積層した扁平状ものがある。
これらのなかでも扁平状のものは正極、負極の面積を大きくしたり、積層する正極、負極の枚数を増加することによって単位電池当たりの容量を大きくすることが容易であるので、動力用モーター等の電源用の電池として好適である。
扁平状のリチウムイオン電池の単位電池は、電池要素をフィルム状外装材で外装することによって、リチウムイオン電池の有する高いエネルギー密度を有効に利用することができる。
電池の対向する辺から正極引出タブと負極引出タブを取り出したフィルム外装電池の周囲の熱溶着部を、発電要素に対応した個所に開口を設けた枠状の部材で挟持して積層した電池モジュールを備えた電池パックの提案がされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００６−２５３０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電気自動車、電動バイク、駆動用あるいは補助駆動用電源を用いた電動自転車等の動作時に振動が発生する装置の電源として使用する電池パックには振動によって悪影響を受けないものが求められている。例えば、特許文献１に記載のように、フィルム外装電池は、枠体の内部に発電要素に対応した開口に装着して周囲の熱溶着部を枠体で挟持したものが提案されている。しかし、前記特許文献に記載のものでは、各単位電池の対向する辺から正極引出タブ、負極引出タブを別々に取り出している。このため、正極側と負極側では、電池の電力を使用する機器との間に配置する電池への電流の入出力を制御する機器までの配線長に相違が生じるので、各電池モジュールに流れる電流に不均一が生じる等の問題があった。また、電動自転車等において最大限に効率を発揮するためには、強度が大きくて軽量なものが要求されていた。【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の課題は、同一の辺から正極引出タブおよび負極引出タブが取り出されたフィルム外装電池を、前記正極引出タブと前記負極引出タブが引き出された辺の向きをそろえて積層した電池モジュールであって、前記電池モジュールの端面のうち、各フィルム外装電池から正極引出タブ、負極引出タブが引き出されている側を対向させて、複数の電池モジュールを配置し、各モジュールの間には絶縁性部材を介在させて電池モジュール同士を電気的に接続し、各フィルム外装電池から正極引出タブ、負極引出タブが引き出されている側に隣接し、フィルム外装電池の積層面と直角方向に位置する側は、対向配置された電池モジュールに共通の補強部材が設けられている電池パックによって解決することができる。
【発明の効果】
【0006】
本発明の電池パックは、フィルム外装電池の同一の辺から取り出した正極引出タブおよび負極引出タブのそれぞれに延長タブを接続して、電池保持体に装着して各延長タブを接続したものである。これによって配線長を短くするとともに正極側と負極側の配線長を等しくすることができるので電気的特性が優れた電池パックを提供することができる。また、個々のフィルム外装電池への振動、衝撃を緩和することができるので、各フィルム外装電池の正極引出タブ、負極引出タブの引出方向が影響することはなく、電池使用機器への装着方向を自由に設定することができる。したがって、電動自転車用の電池パックのように振動、衝撃を常時受ける用途に用いても、長時間にわたり安定した動作が期待でき、電動自転車等への配置の自由度が大きな電池パックを提供することができる。【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
図１に本発明の電池パックに使用するフィルム外装電池の一例の外観図を示す。フィルム外装電池１００は、外面側には耐候性が大きなフィルムを積層し、内面側には、熱溶着樹脂層を積層したフィルム外装材を用いている。一例を挙げれば、アルミニウム箔の外面側にポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の耐候性が大きなフィルムを積層し、内面側には、ポリエチレンフィルム等の熱溶着性の合成樹脂フィルム等を積層した積層フィルムを挙げることができる。
正極活物質を担持した正極電極、負極活物質を担持した負極電極、および電解液を有する電池本体部１１０と、上端部１１１、上端部外縁１１１Ａ、下端部１１２、下端部外縁１１２Ａ、正極引出タブ１２０、負極引出タブ１３０からなり、外周部の四辺を電解液の注液後に熱溶着によって封口して製造することができる。
また、以上のように両面に配置した２枚の積層フィルムの外周部の四辺を熱溶着するものに限らず、１枚の積層フィルムを折り曲げて電池要素を両面から覆い、電解液を注液した後に残りの３辺を熱溶着することによって作製したものであっても良い。
【0009】
本発明のフィルム外装電池の一例を挙げれば、電池本体の正極電極には、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物をカーボンブラック等の導電性付与材、結着剤等を混合したスラリーを、アルミニウム箔等のように正極の電位が加わっても安定な金属に、塗布乾燥したものを挙げることができる。また、負極電極には、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料等を、カーボンブラック等の導電性付与材、結着剤等を混合したスラリーを銅箔等に塗布乾燥したものを用いることができる。
【0010】
図２は、本発明のフィルム外装電池に接合した延長タブを説明する図である。フィルム外装電池１００の正極引出タブ１２０には、正極延長タブ１２２の一端をスポット溶接等の溶接手段で接合している。正極の延長タブ１２２は、正極引出方向と直角方向であって、負極引出タブが存在しない側へ引き出している。
また、負極引出タブ１３０には、一端が負極引出タブに接合された負極延長タブ１３２が正極延長タブ１２２が引き出された方向とは反対方向へ引き出している。
それぞれの延長タブには、ニッケル、ニッケル合金等で作製したものを使用できる。
【0011】
図３は、本発明のフィルム外装電池を装着する一実施例の電池保持体を示す図である図３Ａは、斜視図であり、図３Ｂは、図３ＡのＸ−Ｘ断面図、図３Ｃは、図３ＡのＹ−Ｙ断面図である。
図３Ｄは、図３Ａとは反対面から見た電池保持体を示す図であって、非対称の構造を有している。
電池保持体２００ａは、強度が大きな、ＡＢＳ、ポリカーボネート等の合成樹脂製の成形体で作製しており、フィルム外装電池（図示しない）の単位電池の電池本体部を装着する枠体２０１の内側には壁面がなく空間部２０２となっている。
枠体２０１の積層面２０３は、フィルム外装電池の外周部の熱溶着部等を積層する面である。また、枠体２０１の空間部２０２の電池本体部を保持する内面側には平滑な面を形成している。
【0012】
また、枠体２０１には、断面形状が異なる部分を形成しており、開口部の方向が異なる複数の凹部を有している。一方の凹部は外周面にのみ開口を有して他には開口を有さない外周側凹部２０６である。また、他方の凹部はフィルム外装電池の熱溶着部を載置する積層面にのみ開口を有し他には一切の開口を有さない積層面側凹部２０７である。外周側凹部２０６と積層面側凹部２０７の端部は、それぞれ区画壁２０８を介して、他の外周側凹部あるいは積層面側凹部２０７と接している。
【0013】
このように枠体には開口部の向きが異なる複数の凹部を形成したので、軽量であって、衝撃等に対して強度が大きな電池保持体を得ることができる。また、枠体には、これらの開口部の方向が異なる凹部を交互、あるいは一方の凹部を内側に、他方を外側に順に配置することができる。本図では、枠体の正極引出タブおよび負極引出タブの引出方向Ａと同じ部分にこれらの凹部を設ける例を示したが、枠体の引出方向Ａと直角方向の部分に設けても良い。また、凹部はいずれも枠体の外面および積層面に開口部を有しているので、金型を用いて一体に成形することで製造が可能である。
【0014】
また、積層面側凹部の外周側の表面には平坦面２０９が形成されている。図に示す様に積層面側凹部２０７を、フィルム外装電池の長手方向に間隔を設けて配置すると、フィルム外装電池を装着した電池保持体の所定の数を積層した後には、平坦面２０９は積層方向に帯状に間隔を設けて形成されるので、各平坦面を補強部材を貼り付ける部位として利用することができる。【0015】
また、図３で示した電池保持体の側面の上方の端部には、側面ねじ止め部２１０を設けらており、各フィルム外装電池の正極引出タブに接続した正極延長タブ、および負極引出タブの電気接続に利用することができる。また、側面ねじ止め部２１０を設けた側とは反対側の側面に隣接する積層面には、積層面ねじ止め部２１２を設けており、正極引出タブあるいは負極引出タブに一端を接続した延長タブと外部の電気的接続を行うために利用する。
積層面ねじ止め部２１２を設けた側とは反対側の積層面には、積層面の端部が外側に延びた凸条部２１４を有している。前記凸条部２１４は、隣接する正極延長タブと負極延長タブ間の沿面距離を長くするとともに、誤接続を防止し、給電部への導電体の接触を防止する機能を果たしている。
【0016】
隣接する電池保持体面同士が直接接触する積層面には、少なくとも１個の嵌合用凹部２１６と、前記嵌合用凹部２１６に対応する嵌合用凸部２１８を設けることができる。これらの嵌合用凹部２１６と嵌合用凸部２１８を設けることで、フィルム外装電池を電池保持体２００に装着して積層する際には、相互の電池保持体２００の位置合わせを容易に行うことができる。【0017】
図４は、本発明のフィルム外装電池を装着する他の実施例の電池保持体を示す図である図４Ａは、斜視図であり、図４Ｂは、図４ＡのＡ−Ａ断面図、図４Ｃは、図４のＢ−Ｂ断面図である。
図４Ｄは、図４Ａとは反対面から見た電池保持体を示す図であって、非対称の構造を有している。
図３とともに説明した電池保持体２００ａの枠体の内側には空間部を形成しており、枠体の内部にはいかなる部材も存在しないものである。これに対して、図４で示すものは、枠体２０１の内部に、電池載置板２０４を設けたトレイ状の電池保持体である点が相違している。
他の部分は、先に示した図３と同様の構成であるので詳細な説明は省略する。
【0018】
図４で示す電池保持体２００ｂは、図３で示した枠体２０１の内部空間に電池載置板２０４を設けることでトレイ状としたものである。したがって、図３で示した電池保持体２００ａに比べて使用する材料が増加し、質量も増加するが、枠体２０１と電池載置板２０４によりフィルム外装電池を確実に保持することができる。したがって、激しい振動、衝撃等からフィルム外装電池を保護することが可能となる。また、電池載置板２０４を設ける位置は、枠体の厚み方向の中心、あるいは一方の端面のいずれであっても良い。
【0019】
図５は、電池保持体に装着したフィルム外装電池の積層方法を説明する図である。図５で示す例は、図３で示した電池保持体を使用してフィルム外装電池を積層したものを説明する図である。
フィルム外装電池１００の本体部１１０を電池保持体２００の枠体２０１の空間部２０２に装着している。また、枠体２０１フィルム外装電池の周囲の上端部１１１、下端部１１２等の熱溶着部を載置したものを、正極引出タブと負極引出タブが引き出された辺の向きをそろえた状態で表裏反転して、交互に積層することで各フィルム外装電池を直列接続した積層体を作製することができる。
【0020】
本発明の電池保持体２００を積層する際には、嵌合用凹部（図示しない）と対応する嵌合用凸部（図示しない）とを利用することで容易に積層することができる。また、各フィルム外装電池１００の相互の積層面には両面接着テープ２３０を貼り付けることで振動、衝撃による位置ずれを防止することができる。
複数のフィルム外装電池１００の大きさは枠体に装着した電池保持体２００を積層した積層体の外周部の端面とフィルム外装電池の外周部とが一致する寸法とすることで、電池モジュールの外形の凹凸を少なくし、寸法精度を高めることができる。
また、本実施態様の積層体は、電池保持体２００ａの枠体２０１の内側は、いかなる部材も存在しない空間部２０２としたので、電池保持体の質量が小さくなるので軽量な電池パックを得ることができる。
【0021】
図６は、電池保持体に装着したフィルム外装電池の他の積層方法を説明する図である。図６で示す例は、図４で示した電池保持体を使用してフィルム外装電池を積層したものを説明する図である。
図６で示す電池保持体２００ｂは、枠体２０１の内部空間に電池載置板２０４を設けてトレイ状としたので、図３で示した電池保持体２００ａに比べて使用する材料が増加し、質量も増加するが、枠体２０１と電池載置板２０４でフィルム外装電池１００をより確実に保持するので、激しい振動、衝撃等からフィルム外装電池を保護することが可能となる。
また、電池載置板２０４を設ける位置は、枠体の厚み方向の中心、あるいは一方の端面のいずれであっても良い。フィルム外装電池１００を電池保持体２００ｂに装着する際には、電池載置板２０４のフィルム外装電池の載置面に対して両面接着テープ２３０を貼り付けて保護フィルムを取り除いた後に、フィルム外装電池１００の本体部１１０を電池載置面２０４に貼り付けた両面接着テープ２３０に貼り付けても良い。
枠体２０１にフィルム外装電池の周囲の上端部１１１、下端部１１２等の熱溶着部を載置したものを、正極引出タブと負極引出タブを引き出した辺の向きをそろえた状態で表裏反転させて、交互に積層することで各フィルム外装電池を直列接続した積層体を作製することができる。
【0022】
本発明の電池保持体２００を積層する際には、嵌合用凹部（図示しない）と対応する嵌合用凸部（図示しない）とを利用することで容易に積層することができる。また、各フィルム外装電池１００の相互の積層面には両面接着テープ２３０を貼り付けることで振動、衝撃による位置ずれを防止することができる。
複数のフィルム外装電池１００の大きさは枠体に装着した電池保持体２００を積層した積層体の外周部の端面とフィルム外装電池の外周部が一致する寸法とすることで、電池モジュールの外形の凹凸を少なくし、寸法精度を高めることができる。
【0023】
図７は、電池保持体に装着したフィルム外装電池の他の積層方法を説明する図である。図７で示す例は、図３で示した電池保持体２００ａと、図４で示した電池保持体２００ｂとを使用してフィルム外装電池を積層したものを説明する図である。
図７で示す積層体は、フィルム外装電池１００を枠体２０１の内部に設けた内部空間２０２に装着した電池保持体２００ａと、フィルム外装電池を枠体２０１の内部に設けて電池載置板２０４に装着した電池保持体２００ｂとを、交互に積層したものである。
この例で示す積層体は、内部空間を有する電池保持体２００ａと、電池載置板２０４を設けてトレイ状とした電池保持体２００ｂとを交互に積層している。したがって、内部空間を有する電池保持体２００ａのみを用いた場合に比べて、大幅な質量の増加をきたすことなく、各フィルム外装電池１００の振動、衝撃による位置ずれ等を防止する効果が大きなものとなる。
また、電池載置板２０４を設ける位置は、枠体の厚み方向の中心、あるいは一方の端面のいずれであっても良い。
【0024】
また、フィルム外装電池１００を電池保持体２００ｂに装着する際には、載置板２０４のフィルム外装電池の載置面に対して両面接着テープ２３０を貼り付けて表面の保護フィルムを取り除いた後に、フィルム外装電池１００の本体部１１０を載置面２０４に貼り付けた両面接着テープ２３０に貼り付けることもできる。以上のようにして作製した枠体２０１にフィルム外装電池の周囲の上端部１１１、下端部１１２等の熱溶着部を載置したものを、正極引出タブと負極引出タブが引き出した辺の向きをそろえた状態で表裏反転させて、交互に積層することで各フィルム外装電池を直列接続した積層体を作製することができる。
【0025】
本発明の電池保持体２００を積層する際には、嵌合用凹部（図示しない）と対応する嵌合用凸部（図示しない）とを利用することで容易に積層することができる。また、各フィルム外装電池１００の相互の積層面には両面接着テープ２３０を貼り付けることで振動、衝撃による位置ずれを防止することができる。
複数のフィルム外装電池１００の大きさは枠体に装着した電池保持体２００を積層した積層体の外周部の端面とフィルム外装電池の外周部が一致する寸法とすることで、電池モジュールの外形の凹凸を少なくし、寸法精度を高めることができる。
また、以上のように、内部空間を有する電池保持体２００ａと、電池載置板２０４を有する電池保持体２００ｂとを交互に積層するものに限らない。一方を連続して配置して、他方のものと積層したものであっても良く、電池積層体に要求される、特性に応じて適宜組み合わせても良い。
【0026】
図８は、本発明の電池パックに装着する電池モジュールの一例を説明する図である。フィルム外装電池を装着した電池保持体の複数個を積層して、直列または並列に電気接続する。これによって所望の電圧、あるいは電流容量を有する電池モジュール３００を作製することができる。
図８で示す電池モジュールは、５個のフィルム外装電池を直列接続した例を示すものであり。図８Ａは電池モジュール全体を示す斜視図であって、図８Ｂは、図６ＡにおけるＣの部分を拡大して示す図である。
正極引出タブに一端を接合した正極延長タブ１２２ａは、正極引出タブの引出方向と直角方向であって、負極引出タブとは反対方向に伸びている。また、電池保持体２００の側面に回り込むことなく、電池保持体の積層面の最外面に設けた積層面ねじ止め部２１２でねじ止めされている。
【0027】
一方、負極引出タブに一端を接合した負極延長タブ１３２ａは、正極延長タブ１２２ａの引出方向とは反対方向へ引き出している。そして、隣接する第２のフィルム外装電池の正極延長タブ１２２ｂとともに、電池保持体の枠体の積層面から側面へと折り曲げている。そして、電池保持体の側面に設けた側面ねじ穴２１０ａでねじ止めすることで相互の電気的接続を形成することができる。【0028】
一方、第２のフィルム外装電池の正極延長タブ１２２ｂとは反対側に引き出した負極引出タブ（図示しない）は、第３のフィルム外装電池の正極引出タブに取り付けた正極延長タブ（図示しない）と、電池保持体の反対側の側面において接続している。同様にして、第３のフィルム外装電池の正極タブに接続した正極延長タブ１２３ｃと、第４のフィルム外装電池の負極引出タブに接続した負極延長タブ１３３ｄとは、両者の間に位置する側面ねじ止め部２１０ｂ方向へと折り曲げてねじ止めして相互の電気接続を行っている。
更に第４のフィルム外装電池から引き出した正極延長タブ（図示しない)を、第５のフィルム外装電池から引き出した負極延長タブ（図示しない）と電池保持体の反対側の側面において接続して電池モジュール３００が完成する。
【0029】
また、電池保持体の側面には、凸条部２１４を設けているので、隣接するフィルム外装電池から引き出した正極延長タブと負極延長タブを接続した隣接する側面ねじ止め部２１０ａと２１０ｂ間の沿面距離を長くすることができる。また、側面ねじ止め部に導電体が接触することを防止することも可能となるので、電池モジュールの電気的特性をより良好なものとすることができる。このように、積層面の端部の外面に位置している外部への接続に利用する正極または負極の延長タブを除いて隣接する対極側の延長タブとをねじ止めによって電気接続することで、各フィルム外装電池の導電接続が完成する。
【0030】
以上の説明では、フィルム外装電池の相互を直列に電気的接続を行う例について述べたが、以下の様に、並列に電気的接続を行っても良い。すなわち、凸条部を形成していない電池保持体にフィルム外装電池を装着し、各フィルム外装電池の上下の正極引出タブ、負極引出タブをそろえて積層する。次いで、正極延長タブ、負極延長タブのそれぞれを同一の方向へ引き出して、積層面に設けた外部接続用のねじ止め部、または側面ねじ止め部で相互にねじ止めすることで並列接続が完成する。【0031】
電池モジュール３００の積層面の最外面には、発泡合成ゴム等から作製した緩衝材３１０を貼り付けることが好ましい。また、積層面と直角方向の端面には、各電池保持体２００が位置ずれを起こさないようにするために、電池保持体の枠体の外面の複数個所に設けた平坦部等に粘着テープ３２０を貼り付けて一体に固定することが好ましい。【0032】
また、電池モジュールにおいて、極性の異なる電池の電圧が印加される引出タブ部等が対向、あるいは近接している部分、電池保持体の導電接続用のねじ止穴、あるいはその他の電圧印加部の近傍に絶縁性の充填材料を注入することが好ましい。これによって、短絡を防止し、電池モジュールの機械的強度を大きくすることができる。
【0033】
図９は、本発明の一実施例の電池パックを説明する図である。電池パック４００は、筐体４１０内に、１個の電池モジュール３００に充放電の制御回路、電池の保護回路等を備えた電池管理ユニット３６０とともに緩衝材３１０を配置して固定し、外部接続コネクタ３７０を設けたものである。また本発明の電池パックは、フィルム外装電池を装着した電池保持体を積層したものであるので、図で示すように正極引出タブ、負極引出タブの引出方向を下方に向けた位置に設置して使用することができる。
【0034】
以上のようにして組み立てた電池モジュール３００は、すべてのフィルム外装電池を電池保持部材によって保持したうえで積層している。このため、電池パック内での配置方向は正極引出タブ、負極引出タブの方向にかかわらず任意の方向への取り付けが可能であるという特徴を有している。したがって、従来にない電池パックの提供が可能である。また、作製した電池モジュールの２個をそれぞれの正極引出タブ、負極引出タブの引出方向を対向させて筐体内に配置した電池パックを提供することも可能である。
【0035】
図１０は、２個の電池モジュールの連結体を示す分解斜視図である。図１０の電池モジュール連結体は、先に説明したように２個の電池モジュール３００ａ、３００ｂを準備して、それぞれの電池モジュールの正極引出タブおよび負極引出タブの引出方向ＡおよびＢを対向させて配置したものである。各電池モジュール３００ａ、３００ｂの積層面の最外面の両面には、発泡合成ゴム等から作製した緩衝材３１０を貼り付けている。
また、積層面と直角方向の端面には、各電池モジュール３００ａ、３００ｂが位置ずれを起こさないようにするために２個の電池モジュール３００ａ、３００ｂの電池積層面と直角方向の両面に延びる補強部材３３２ａ、３３２ｂを複数個所に貼り付けた両面接着テープ３２２によって取り付けている。補強部材としては、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂や、これらを含む材料を挙げることができる。
各電池モジュール３００ａ、３００ｂの間には絶縁部材３４０を配置しており、各電池モジュール３００ａ、３００ｂに取り付けた電池モジュール間接続タブ３４２ａを取り付けねじ３４４ａで結合して各電池モジュールの電気接続が行われている。
【0036】
両電池モジュール間に配置する絶縁部材３４０に形成した凹部３４６ａに、電池モジュール間接続タブ３４２ａを配置することで、電池モジュール３００ａ、３００ｂの間の導電接続を短くすると共に、両電池モジュール間の電気的な絶縁性を充分に確保することができる。また、補強部材３３２ａ、３３２ｂは、同様の形状を有しており、入出力用リード線、各電池モジュールおよび各フィルム外装電池の状態を検出するセンス線用リード線の通過凹部３３４ａ、３３４ｂ、サーミスタ組み込み用穴３３６ａ、３３６ｂを設けている。
【0037】
図１１は、電池モジュールの２個を連結した連結体を示す斜視図である。電池モジュール３００ａおよび３００ｂは、図１０で示した様に正極引出タブ、負極引出タブの引出方向を対向させて、両者の間に絶縁部材を配置し、両側面に補強部材を取り付けて一体化しており、周囲に緩衝部材３１０を両面接着テープによって貼り付けている。 各モジュールの入出力リード３５０およびセンス線用リード線３５２を緩衝部材３１０ａ、３１０ｂの間を通過させて、電池管理ユニット３６０に接続し、電池管理ユニット３６０には外部接続用コネクタ３７０を接続したものである。
本発明の電池モジュール連結体３８０は、各フィルム外装電池の正極引出タブ、負極引出タブから電池管理ユニット３６０までの配線長を等しくしたので、電気的特性が優れた電池モジュール連結体３８０を得ることができる。
【0038】
図１２は、本発明の他の実施形態の電池積層体を説明する図である。先に、図１１を示して説明した電池モジュール連結体は２個の電池モジュールの正極引出タブおよび負極引出タブの引出方向ＡおよびＢを対向させて配置したものである。各電池モジュールは図８に示すように電池保持体にフィルム外装電池を装着したものを用いている。
これに対して、図１２で示す電池積層体５００は、フィルム外層電池を保持する電池保持体を用いておらず、電池積層体５００は、フィルム外装電池１００の積層面に両面接着テープ等を貼着することで相互に単位電池を固定している。この例のように電池保持体を用いない場合には、電池モジュールを軽量化することが可能であるが電池保持体を用いた場合に比べて衝撃等に対する強度が小さなものとなる。
【0039】
そこで、電池積層体５００は、強度を高めるために各フィルム外装電池１００を電池積層体底板５０１上に配置した例を示している。更に、正極引出タブおよび負極引出タブを配置した面とは反対側に背板５０３を配置してもよい。フィルム外装電池１００を複数個積層した電池積層体５００は、固定テープ５１０、５１２によって底板に固定するのが好ましい。この例では固定テープは間隔を設けて２個所に設けたが、更に多数の個所に設けても良い。底板や背板に用いる部材としては、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂材料を挙げることができる。また、放熱性を考慮してアルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料、あるいはこれらを含む材料を挙げることができる。固定テープには、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン等の強度が大きな合成樹脂製フィルムの一方の面に粘着剤を塗布したものを用いることができる。
【0040】
この電池積層体５００を２個準備し、正極引出タブおよび負極引出タブを対向配置させる場合には（図示せず）、２個の電池モジュールの電池積層面と直角方向の面で、どちらの電池モジュールにも接合するように補強部材を設ければよい。補強部材の取り付け方は特に限定されるものではないが、両面接着テープなどによって取り付けることができる。 このように、２個の電池モジュールについて正極引出タブおよび負極引出タブを対向配置させる場合には、枠体や固定テープのような個々のフィルム外装電池の固定手段に対して補強部材を設け、当該補強部材が２個の電池モジュールのどちらにも固定することで、振動等に対して強固な構造とすることができる。
【0041】
図１３は、電池モジュールの２個を連結した他の連結体を説明する分解斜視図である。図１３に示す電池モジュールは、図１２で説明した電池保持体に装着しないで、フィルム外装電池１００の積層面に両面接着テープ等を貼着することで相互に単位電池を固定した電池積層体５００ａ、５００ｂを電池モジュール５２０ａ、５２０ｂとして電極引出タブの引出方向Ａ，Ｂを対向させて配置したものである。
それぞれの電池モジュールは５２０ａ、５２０ｂは、正極引出タブおよび負極引出タブを配置した面とは反対側に背板５０３ａ、５０３ｂを配置している。また、フィルム外装電池１００を複数個積層した電池積層体５００ａ、５００ｂを、固定テープ５１０ａ、５１０ｂ、５１２ａ、５１２ｂによって底板５０１ａ、５０１ｂに固定している。
このように、２個の電池モジュールについて正極引出タブおよび負極引出タブを対向配置する場合には、枠体や固定テープのような個々のフィルム外装電池の固定手段に対して補強部材を設け、当該補強部材を２個の電池モジュールのどちらにも固定するようにすることで、振動などに対して強固な構造とすることができる。
【0042】
各電池モジュール３００ａ、３００ｂの積層面の最外面の両面には、発泡合成ゴム等から作製した緩衝材３１０を貼り付け、積層面と直角方向の端面には、各電池モジュール３００ａ、３００ｂが位置ずれを起こさないようにするために２個の電池モジュール３００ａ、３００ｂの電池積層面と直角方向の両面に延びる補強部材３３２ａ、３３２ｂを複数個所に貼り付けた両面接着テープ３２２によって取り付けている。補強部材としては、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂、これらを含む材料を挙げることができる。各電池モジュール３００ａ、３００ｂの間には絶縁部材３４０を配置しており、各電池モジュール３００ａ、３００ｂに取り付けた電池モジュール間接続タブ３４２ａを取り付けねじ３４４ａで結合して各電池モジュールの電気接続を行っている。
【0043】
両電池モジュール間に配置する絶縁部材３４０に形成した凹部３４６ａに、電池モジュール間接続タブ３４２ａを配置することで、電池モジュール３００ａ、３００ｂの間の導電接続を短くすると共に、両電池モジュール間の電気的な絶縁性を充分に確保することができる。また、補強部材３３２ａ、３３２ｂは、同様の形状を有しており、入出力用リード線、各電池モジュールおよび各フィルム外装電池の状態を検出するセンス線用リード線の通過凹部３３４ａ、３３４ｂ、サーミスタ組み込み用穴３３６ａ、３３６ｂを設けている。
【0044】
図１４は、電池モジュールの２個を連結した連結体を説明する斜視図である。図１０で示した様に各電池モジュール３００ａおよび３００ｂは、正極引出タブ、負極引出タブの引出方向を対向して、両者の間に絶縁部材を配置し、両側面に補強部材を取り付けて一体化している。そして、周囲に緩衝部材３１０を両面接着テープによって貼り付けた後に、入出力リード３５０およびセンス線用リード線３５２を緩衝部材３１０ａ、３１０ｂの間を通過させて、電池管理ユニット３６０に接続し、電池管理ユニット３６０には外部接続用コネクタ３７０を接続したものである。
本発明の電池モジュール連結体３８０は、各フィルム外装電池の正極引出タブ、負極引出タブから電池管理ユニット３６０までの配線長を等しくしたので、電気的特性が優れた電池モジュール連結体３８０を得ることができる。
【0045】
図１５は、他の実施形態の電池モジュール連結体を説明する図である。図１５は、図８で説明した電池モジュールを、図１０で示した手順と同様にして連結したものであるが、電池モジュール３００ｃと電池モジュール３００ｄとは、フィルム外装電池を保持した電池保持体２００の積層個数が異なるものであって、積層個数が少ない側の電池モジュールには、電池管理ユニット３６０を積層面に平行に取り付けている。
その結果、図１５で示す電池モジュールは、図１１に示すように二つの電池モジュールの連結体の長さ方向の一方の端部に電池管理装置を装着したものに比べて電池連結体の長さを短くすることができる。
以上の様に、本発明の電池モジュールを用いた電池パックにあっては、電池モジュールの配置方向の自由度が大きいので電池管理装置３６０までの配線長が等しく電気的特性に優れた、設置場所の自由度が大きな電池パックを提供することができる。
【0046】
図１６は、本発明の他の実施形態を説明する図であり、電池モジュールの２個を連結した他の例の連結体を説明する斜視図である。図１６は、図１５に示す電池モジュール連結体に入出力分離型のコネクタ３７２，３７４を、電池管理ユニット近傍に配置した例を説明する斜視図である。
ここでは、入力・出力分離型のコネクタを例に用いている。このような例に限らず、正極リード、負極リード、センスリード、その他必要なリードをコネクタに応じて接続することができる。入出力一体型のコネクタ、入出力および通信一体型のコネクタ、その他、要求される仕様に応じてコネクタを選択することで用途に応じた取り付け位置に配置することが可能となる。
あるいは、これらの電池モジュール連結体を筐体に配置した電池パックにおいては、コネクタは筐体に取り付けられることになるが、コネクタを着脱式にして、用途に応じたコネクタを選択することもできる。
【0047】
図１７は、本発明の他の実施形態を説明する図である。図１７は、２つの電池モジュールに分けずに、電池保持体に装着したフィルム外装電池を積み重ねたものである。そして、積層面と直角方向の端面に、各電池モジュールが位置ずれを起こさないようにするための電池積層面と直角方向の両面に延びる補強部材３３２を複数個所に貼り付けた両面接着テープによって取り付ければよい。また、電池管理ユニット３６０は、積層面の上面に取り付ければよい。
本発明の電池パックは、構成するフィルム外装電池を積層体として一体化して保持しているので、電池パック利用機器に装着する場合にはいずれの方向にも配置することが可能であるという優れた特性を有している。
したがって、本発明の電池パックを、電動自転車に装着する場合には、フレームを構成するシートチューブに限らず、トップチューブに沿って略水平方向に取り付けたり、正極引出タブ、負極引出タブを下方に向けてタブダウンチューブに取り付ける等のことも可能であり、電動自転車の意匠性の自由度を高めることもできるという特徴を有している。
【産業上の利用可能性】
【0048】
本発明の電池パックは、同一の辺から正極引出タブおよび負極引出タブを取り出したフィルム外装電池を載置した電池保持体を、前記正極引出タブ、前記負極引出タブを引き出した辺の向きをそろえて積層して各タブに延長タブを接続している。そして各タブは、電池積層面と直角方向に側面に沿って折り曲げて重ね合わせて電気的接続した前記電池モジュールを備えた電池パックであるので、振動、衝撃に対する耐性が大きく、電動自転車等に使用した場合にも設置の自由度が大きな電池パックを提供することができる。【符号の説明】
【0049】
Ａ，Ｂ・・・正極引出タブおよび負極引出タブの引出方向、１００・・・フィルム外装電池、１１０・・・電池本体部、１１１・・・上端部、１１１Ａ・・・上端部外縁、１１２・・・下端部、１１２Ａ・・・下端部外縁、１２０・・・正極引出タブ、１３０・・・負極引出タブ、１２２，１２２ａ，１２２ｂ，１２３ｃ・・・正極延長タブ、１３２，１３２ａ，１３３ｄ・・・負極延長タブ、２００，２００ａ，２００ｂ・・・電池保持体、２０１・・・枠体、２０２・・・空間部、２０３・・・積層面、２０４・・・電池載置板、２０６・・・外周側凹部、２０７・・・積層面側凹部、２０８・・・区画壁、２０９・・・平坦面、２１０・・・側面ねじ止め部、２１０ａ・・・側面ねじ穴、２１２・・・積層面ねじ止め部、２１４・・・凸条部、２１６・・・嵌合用凹部、２１８・・・嵌合用凸部、２３０・・・両面接着テープ、３００，３００ａ、３００ｂ，３００ｃ，３００ｄ・・・電池モジュール、３１０・・・緩衝材、３２０・・・粘着テープ、３２２・・・両面接着テープ、３３２，３３２ａ、３３２ｂ・・・補強部材、３３４ａ，３３４ｂ・・・リード線通過用凹部、３３６ａ，３３６ｂ・・・サーミスタ組み込み用穴、３４０・・・絶縁部材、３４２ａ・・・電池モジュール間接続タブ、３４４ａ・・・取り付けねじ、３４６ａ・・・凹部、３５０・・・入出力リード、３５２・・・センス線用リード線、３６０・・・電池管理ユニット、３７０・・・外部接続コネクタ、３７２，３７４・・・入出力分離型コネクタ３８０・・・電池モジュール連結体、４００・・・電池パック、４１０・・・筐体、５００，５００ａ，５００ｂ・・・電池積層体、５０１，５０１ａ、５０１ｂ・・・電池積層体底板、５０３，５０３ａ，５０３ｂ・・・背板、５１０，５１２・・・固定テープ、５２０ａ，５２０ｂ・・・電池モジュール、５１０ａ，５１０ｂ，５１２ａ，５１２ｂ・・・固定テープ