JP3882267B2

JP3882267B2 - Battery power supply

Info

Publication number: JP3882267B2
Application number: JP13991397A
Authority: JP
Inventors: 竹規石津; 光徳織田
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: JPH10334882A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単電池を複数個接続してなる電池モジュールを、複数個接続した電池電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、18650サイズなどの民生用小形リチウムイオン電池では、電池の安全性を高めるために、内圧上昇時の制御として圧力スイッチや内圧放出弁を、また電池温度上昇時の制御として、電池上蓋内の電気回路にそのもの自体が温度上昇することにより電気的抵抗体となり電流を遮断するPTC素子を設けるもの（特開平6-187970号公報記載）や、微多孔を有し一定温度以上になると電解液中のイオンの経路であった上記微多孔を封口しイオン移動防止の面から電流を遮断するいわゆるシャットダウン機能をもつセパレータを用いたり、さらに過充電、過放電を抑制するための制御回路を装備することなどの技術が適用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単電池を複数個接続してなる電池モジュールを、複数個接続した電池電源装置など電源の更なる大型化を進めるには、エネルギー量が飛躍的に増大するため安全性の追求が小形電池以上に重要である。よって上述した小形電池に装備した制御装置により確保される安全性以上のものが求められている。たとえば、電池モジュールまたは電池電源装置内の電池を満充電した状態で、電池モジュールや電池電源装置中の単電池が破損するほどの衝撃が加わり電池内部あるいは外部が短絡した場合、その満充電した電池は蓄えられていたエネルギーを短時間のうちに放出する。このエネルギーの放出方法としては、熱として放出され電池自体が非常な高温となる場合と、回路内に大電流として放出する場合の二通りの方法が考えられる。通常は、これら二つの現象は同時に発生する。熱として放出され、電池が非常な高温となることによりその電池の周囲にある機器も誤動作する危険性も高い。また、非水電解液を使用したリチウム二次電池などでは高温となることにより、電解液として使用されている有機物が蒸発し、電池内圧が上昇し破裂を引き起こすなどの問題があった。
本発明の目的は、電池電源装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、単電池１を複数個（例えば直列に）接続してなる電池モジュール（図４に示す。なお、図において、２は電池モジュール容器、３は単電池端子、４は電池モジュール端子である。）を、複数個（例えば直列に）接続した電池電源装置（図５に示す。図において、６は電池モジュール、７は電池電源容器である。）において、前記電池モジュール内の単電池端子間および電池モジュール端子間の内の少なくとも一つの接続体が振動あるいは衝撃によって破断、分離するか、前記単電池または電池モジュールの端子から脱着するかして電気的導通を遮断する手段を具備することを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
遮断手段としては、単電池間または電池モジュール間を接続している接続体５（図４、図５）が破断、分離するもの、あるいは接続体と、単電池または電池モジュールの端子とが脱着するものなどが考えられる。
接続体が破断するものとしては、たとえば炭素材料が使用可能である。黒鉛などの炭素材からなる接続棒を単電池間または電池モジュール間の接続体とするのがその一例であり、炭素材は各種電極棒としても使用されているように電子伝導性が比較的高く、また金属に比べ応力が加わった際に破断しやすくその結果電気的導通を遮断しやすいためである。
【０００６】
炭素材料を使用した接続棒の形状としては、全方向からの応力に対応することができる円柱状や、一定方向からの応力により特に破断しやすくした角柱状などのものが使用可能である。
接続体が分離するものとしては、たとえば磁気材料が使用可能である。フェライトなどの磁気材料からなる接続棒を単電池間または電池モジュール間の接続体とするのがその一例であり、磁気材料は金属系材料であるため電子伝導性も高く、また応力が加わった際に破断ではなく脱着することにより、電流遮断効果に加えその後の復帰の際も接着が磁力によるものであるため作業が容易であるためである。
【０００７】
磁気材料を使用した接続棒の形状としては、全方向からの応力に対応することができる円柱状や、一定方向からの応力により特に破断しやすくした角柱状などのものが使用可能である。
磁気材料としては、フェライトなどの金属酸化物あるいはサマリウム−コバルトなどの合金が使用可能である。
単電池間または電池モジュール間を接続している接続体と、単電池または電池モジュールの端子とが脱着するものとして、接続部にバネ材を使用している。バネ材を使用することにより、接続部材自体は電子伝導性の高い金属を使用しつつ、端子との接着、脱着が容易であるためである。
バネとしては、渦巻き状、折り曲げ状などの形状が使用可能である。
【０００８】
【実施例】
（実施例１）
図１に本発明の一実施例である接続体の上面説明図（イ）および側面説明図（ロ）を示す。９は銅製の端子接触部であり、炭素製接続棒１０とくさび形に接続され、電気的導通がはかられている。単電池の端子あるいは電池モジュールの端子と接続する際はこれら銅製端子接続部９の単電池端子あるいは電池モジュール端子と密接するように成形した半円部で単電池あるいは電池モジュールの端子と接触し、銅製端子接続部９と炭素製接続棒１０を接続したもう一組と張り合わせ、ステンレス製ナット１１により単電池あるいは電池モジュール端子を挾持固定する。そのため張り合わせた銅製端子接続部９同士および炭素製接続部10同士も接触する。端子接触部９および炭素製接続棒１０の外径は１２mm、ステンレス製ナット１１の内径はＭ６である。
【０００９】
（実施例２）
図２に本発明の他の一実施例である接続体の上面図（イ）および側面図（ロ）を示す。１２は銅製の端子接触部であり、磁石製接続棒１３とくさび形に接続され、また磁石製接続棒１３同士は接触面で接続し電気的導通がはかられている。単電池の端子あるいは電池モジュールの端子と接続する際はこれら銅製端子接続部１２の単電池端子あるいは電池モジュール端子と密接するように成形した半円部で単電池あるいは電池モジュールの端子と接触し、銅製端子接続部１２と磁石製接続棒１３を接続したもう一組と張り合わせ、ステンレス製ナット１４により単電池あるいは電池モジュール端子に固定する。そのため張り合わせた銅製端子接続部１２同士および磁石製接続棒１３同士も接触する。端子接触部１２および磁石製接続棒１３の外径、またステンレス製ナット１４の内径は実施例１と同様である。
【００１０】
（実施例３）
図３に本発明の更に他の一実施例である接続体の断面図を示す。１５はステンレス製の端子接触部であり、ステンレス製端子固定部材１６とバネ１７は固定部材カバー１８により端子接続部１５との間で固定され電気的導通をはかっている。
端子接触部１５の厚みは５mm、端子固定部材１６は直径４mmの球体を使用した。
【００１１】
（比較例１）
図３の炭素製接続棒の代わりに銅製接続棒を使用すること以外は実施例１と同じ方法で接続体を作製した。
【００１２】
上記実施例１〜３および比較例１で作製した接続体を２個の３４Ｂ１９サイズの鉛電池との間に接続し、震度７の地震に相当する振動を１分間加え、破断あるいは脱着の有無および電気的導通の遮断の有無を調べた。その結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】

【００１４】
表１より実施例１〜３は破断し電気的導通を遮断するのに対し、比較例１は破断せず電気的導通を遮断しなかった。このことから、実施例１、２、３では、遮断手段を備えることにより、電池モジュールや電池電源装置中の電池が破損するほどの衝撃あるいは転倒により破損を引き起こすほどの振動が加わった際の二次災害を防止することとなり安全性が向上することがわかった。
また実施例１、２、３の端子接触部および炭素製接続棒,磁石製接続棒の外径や、ステンレス製ナットの内径は単電池および電池モジュールの容量により可変できる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の電池モジュールまたは電池電源装置は、電池モジュールや電池電源装置中の単電池が破損するほどの衝撃あるいは転倒により破損を引き起こすほどの振動が加わった際に、接続体が電気的導通を遮断することにより、短絡電流の発生あるいは電池の内圧上昇による破裂などの二次災害を防止することができ、安全性を向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炭素製接続棒を備えた接続体の上面および側面の説明図である。
【図２】本発明に係る磁石製接続棒を備えた接続体の上面および側面の説明図である。
【図３】本発明に係る端子固定部材とバネを備えた接続体の一部欠載上面図である。
【図４】単電池端子間を本発明に係る接続体により接続した電池モジュールの上面図である。
【図５】電池モジュール端子間を本発明に係る接続体により接続してなる電池電源装置の上面図である。
【符号の説明】
１は単電池、２は電池モジュール容器、３は単電池端子、４は電池モジュール端子、５は接続体、６は電池モジュール、７は電池電源装置容器、８は電池電源装置端子、９は銅製の端子接触部、10は炭素製接続棒、11はステンレス製ナット、12は銅製の端子接触部、13は磁石製接続棒、14はステンレス製ナット、15はステンレス製の端子接触部、16はステンレス製端子固定部材、17はバネ、18は固定部材カバー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery power supply apparatus in which a plurality of battery modules formed by connecting a plurality of single cells are connected.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, small lithium-ion batteries for consumer use such as 18650 size have a pressure switch and internal pressure release valve as control when the internal pressure rises, and control inside the battery top cover as control when the battery temperature rises, in order to increase battery safety. An electric circuit itself is provided with a PTC element that cuts off current by becoming an electrical resistor when the temperature rises (described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-187970), or in an electrolytic solution when it is microporous and exceeds a certain temperature Use a separator with a so-called shutdown function that shuts off the current from the viewpoint of preventing ion migration by sealing the micropore that was the path of ions, and equipped with a control circuit to suppress overcharge and overdischarge. Such technology is applied.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to further increase the size of the power source such as a battery power supply device in which a plurality of unit cells are connected to each other, the amount of energy increases dramatically, so the pursuit of safety is a small battery. More important than that. Therefore, there is a demand for more than the safety secured by the control device equipped in the above-described small battery. For example, when a battery in a battery module or a battery power supply is fully charged and an impact is applied that damages a single cell in the battery module or battery power supply, causing a short circuit inside or outside the battery, the fully charged battery Releases the stored energy in a short time. As a method for releasing this energy, there are two methods, that is, a case where the battery itself is discharged at a very high temperature and a case where the battery is discharged as a large current in the circuit. Usually, these two phenomena occur simultaneously. There is a high risk that the devices around the battery will malfunction because it is released as heat and the battery becomes very hot. In addition, a lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte has a problem in that, due to the high temperature, an organic substance used as the electrolyte evaporates, and the internal pressure of the battery rises to cause rupture.
An object of the present invention is to provide a battery power supply device.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a battery module (shown in FIG. 4) in which a plurality of unit cells 1 are connected (for example, in series). In a battery power supply apparatus (shown in FIG. 5, 6 is a battery module, and 7 is a battery power supply container) in which a plurality of terminals (4 is a battery module terminal) are connected (for example, in series). At least one connection body between the battery cell terminals in the battery module and between the battery module terminals is broken or separated by vibration or impact, or is detached from the terminal of the battery cell or the battery module to be electrically connected. and it is characterized in the this comprise means for blocking.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As the blocking means, the connection body 5 (FIGS. 4 and 5) connecting the cells or between the battery modules is broken or separated, or the connection body and the terminals of the cells or the battery module are detached. Things can be considered.
For example, a carbon material can be used as the breakage of the connection body. One example is a connecting rod made of carbon material such as graphite as a connecting body between single cells or between battery modules. Carbon material has relatively high electronic conductivity as it is also used as various electrode rods. In addition, it is easy to break when stress is applied compared to metal, and as a result, it is easy to cut off electrical conduction.
[0006]
As the shape of the connecting rod using the carbon material, there can be used a cylindrical shape that can cope with stress from all directions, and a prismatic shape that is particularly easily broken by stress from a certain direction.
For example, a magnetic material can be used as the connection member. One example is a connecting rod made of a magnetic material such as ferrite as a connection between single cells or between battery modules. Since the magnetic material is a metal-based material, it has high electron conductivity and stress is applied. This is because, by attaching and detaching rather than breaking, the work is easy because the adhesion is due to magnetic force in addition to the current interruption effect and the subsequent return.
[0007]
As the shape of the connecting rod using a magnetic material, there can be used a cylindrical shape that can cope with stress from all directions or a prismatic shape that is particularly easily broken by stress from a certain direction.
As the magnetic material, a metal oxide such as ferrite or an alloy such as samarium-cobalt can be used.
A spring member is used for the connection part as a connection body connecting between the single cells or between the battery modules and a terminal of the single cell or the battery module. This is because by using the spring material, the connection member itself uses a metal having high electron conductivity, and can be easily bonded to and detached from the terminal.
As the spring, a spiral shape, a bent shape, or the like can be used.
[0008]
【Example】
Example 1
FIG. 1 shows a top view (b) and a side view (b) of a connection body according to an embodiment of the present invention. Reference numeral 9 denotes a copper terminal contact portion which is connected to the carbon connecting rod 10 in a wedge shape and is electrically connected. When connecting with the terminal of the unit cell or the terminal of the battery module, it contacts the unit cell or the terminal of the battery module in the semicircular part formed so as to be in close contact with the unit cell terminal or the battery module terminal of the copper terminal connection part 9; A single battery or battery module terminal is clamped and fixed with a stainless steel nut 11 by bonding with another set of the copper terminal connecting portion 9 and the carbon connecting rod 10. Therefore, the bonded copper terminal connecting portions 9 and the carbon connecting portions 10 are also in contact with each other. The terminal contact portion 9 and the carbon connecting rod 10 have an outer diameter of 12 mm, and the stainless nut 11 has an inner diameter of M6.
[0009]
(Example 2)
FIG. 2 shows a top view (A) and a side view (B) of a connection body according to another embodiment of the present invention. Reference numeral 12 denotes a copper terminal contact portion, which is connected to the magnet connecting rod 13 in a wedge shape, and the magnet connecting rods 13 are connected to each other at the contact surface to be electrically connected. When connecting with the terminal of the unit cell or the terminal of the battery module, it contacts the unit cell or the terminal of the battery module at the semicircular part formed so as to be in close contact with the unit cell terminal or the battery module terminal of the copper terminal connection part 12, The copper terminal connecting portion 12 and the magnet connecting rod 13 are bonded together and fixed to a single cell or battery module terminal by a stainless nut 14. Therefore, the bonded copper terminal connecting portions 12 and the magnet connecting rods 13 also come into contact with each other. The outer diameters of the terminal contact portion 12 and the magnet connecting rod 13 and the inner diameter of the stainless nut 14 are the same as in the first embodiment.
[0010]
(Example 3)
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a connection body which is still another embodiment of the present invention. Reference numeral 15 denotes a stainless steel terminal contact portion, and the stainless steel terminal fixing member 16 and the spring 17 are fixed to the terminal connection portion 15 by a fixing member cover 18 to achieve electrical conduction.
The terminal contact portion 15 has a thickness of 5 mm, and the terminal fixing member 16 has a diameter of 4 mm.
[0011]
(Comparative Example 1)
A connector was prepared in the same manner as in Example 1 except that a copper connecting rod was used instead of the carbon connecting rod in FIG.
[0012]
The connection bodies produced in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were connected between two 34B19 size lead batteries, and vibration corresponding to an earthquake with a seismic intensity of 7 was applied for 1 minute. The presence or absence of electrical continuity was examined. The results are shown in Table 1.
[0013]
[Table 1]

[0014]
From Table 1, Examples 1 to 3 were broken and cut off electrical conduction, while Comparative Example 1 was not broken and did not cut off electrical conduction. From this, in Examples 1, 2, and 3, the provision of the shut-off means causes impact when the battery in the battery module or the battery power supply device is damaged, or when vibration that causes damage due to overturning is applied. It was found that the next disaster was prevented and safety was improved.
Further, the outer diameters of the terminal contact portion, the carbon connecting rod and the magnet connecting rod in Examples 1, 2, and 3 and the inner diameter of the stainless steel nut can be varied depending on the capacity of the unit cell and the battery module.
[0015]
【The invention's effect】
In the battery module or battery power supply device of the present invention, the connection body cuts off the electrical continuity when a shock is applied that causes damage to the single cell in the battery module or battery power supply device or vibration that causes damage due to overturning. By doing so, it was possible to prevent secondary disasters such as the occurrence of short-circuit current or rupture due to an increase in the internal pressure of the battery, and the safety could be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of the upper and side surfaces of the connector with the engagement Ru carbon steel connecting rods to the present invention.
Figure 2 is an illustration of a top surface and side surfaces of the connector with the engagement Ru magnet manufactured connecting rod to the present invention.
3 is a partial Ketsuno top view of the engagement Ru terminal fixing member and connecting member having a spring to the present invention.
[Fig. 4] Between the single battery terminals is a top view of the battery modules connected by engaging Ru connector to the present invention.
FIG. 5 is a top view of a battery power supply device in which battery module terminals are connected by a connection body according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 is a single battery, 2 is a battery module container, 3 is a single battery terminal, 4 is a battery module terminal, 5 is a connection body, 6 is a battery module, 7 is a battery power supply container, 8 is a battery power supply terminal, and 9 is copper. 10 is a carbon connecting rod, 11 is a stainless steel nut, 12 is a copper terminal contacting portion, 13 is a magnetic connecting rod, 14 is a stainless steel nut, 15 is a stainless steel terminal contacting portion, 16 is Stainless steel terminal fixing member, 17 is spring, 18 is fixing member cover

Claims

In a battery power supply device in which a plurality of battery modules are connected by connecting a plurality of unit cells, at least one connection body between the unit cell terminals and between the battery module terminals in the battery module is broken by vibration or impact. A battery power supply device characterized by being a connecting rod using a carbon material .

In a battery power supply apparatus in which a plurality of battery modules each having a plurality of cells connected are connected, at least one connection body between the battery cell terminals and between the battery module terminals is separated by vibration or impact. A battery power supply device comprising a connecting rod using a magnetic material .