JP2005322647A - 二次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の単位電池を連結して大容量の電池モジュールを構成する場合において，一つの部材により，キャップ組立体と単位電池とを連結するために使用される連結具との間の絶縁を確保するとともに，隣り合う単位電池間の間隔を一定に維持することが可能な二次電池モジュールを提供する。
【解決手段】 本発明に係る電池モジュール１０は，複数の単位電池１１と，単位電池１１を電気的に連結する連結具１６とを含んでおり，単位電池１１と連結具１６との間に設けられるスペーサ２０を含むことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は，二次電池モジュールに係り，より詳しくは，高出力，大容量二次電池モジュールにおいて，単位電池間の連結構造を改善させた二次電池モジュールに関するものである。

近年，高エネルギー密度の非水電解液を用いる高出力二次電池が開発されている。このような高出力二次電池（以下，便宜上「単位電池」という）は，大電力を必要とする機器，たとえば電気自動車などに使用するため，複数が直列に連結されて一つのモジュールを構成する。

ここで，単位電池は，通常，陽極と陰極との間にセパレータが介在されてなる電極組立体と，この電極組立体を内蔵する空間を有するケースと，このケースに結合されてこれを密閉するキャップ組立体と，キャップ組立体から突出し，電極組立体の陽極および陰極に電気的に連結される陽極端子および陰極端子とを含む。

このような単位電池をモジュール化するためには，一つの単位電池が有する陽極端子と陰極端子が，単位電池に隣り合うほかの単位電池の陽極端子と陰極端子と交互に配置されるように，複数の単位電池を配列し，導体部材で上記陽極端子と陰極端子とを互いに連結させることになる。この際，上記導体部材は，上記端子から離脱しないようにするため，端子に結合された状態で，端子にナット等を締結することにより固定される。このため，端子の外周上にはネジ部が形成されている。

このように，従来の二次電池モジュールは，数個から数十個の単位電池が導電部材によるネジ締結方式により電気的に連結されて構成される。

このような二次電池モジュールにおいては，各単位電池で発生する熱が容易に放出可能な場合にだけ，各単位電池が理想的に作用し，この電池モジュールから電力を受けて駆動される装置（たとえば，ＶＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が円滑に作動することができる。このような装置に適用される二次電池モジュールにおいて，熱放出は非常に重要であるといえる。

すなわち，二次電池モジュールにおいて，各単位電池から正常に熱放出がなされない場合は，各単位電池自体の温度はもちろん，電池モジュール全体の温度も上昇し，究極的には上記ＶＥＶ等の装置の誤作動を引き起こす場合もある。したがって，上記のような二次電池モジュールの設計時は，各単位電池の放熱効率を高める構造が要求される。

また，上記のような電池モジュールの設計時は，単位電池間を連結する場合において，単位電池のキャップ組立体と上記導電部材との間を絶縁させることが必要である。これは，キャップ組立体と導電部材との間が正常に絶縁されていなければ，これらの間で電気的なショートが引き起こされ，当該単位電池だけでなく電池モジュール全体の性能が低下して故障をする場合があるからである。

しかしながら，これまで知られた二次電池モジュールは，単位電池間の間隔が正常に維持されていないだけでなく，単位電池間の間隔の維持と，キャップ組立体と導電部材との間の絶縁とが別々の部材によりなされているため，二次電池のモジュールの全体構成とその組立過程が複雑で困難となる，という問題があった。特に，ＨＥＶ用のモータ駆動用二次電池モジュールの場合，単位電池の数が数十個に至るため，上記のような問題が誘発される場合，その被害がさらに甚大となる。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，複数の単位電池を連結して大容量の電池モジュールを構成する場合において，一つの部材により，キャップ組立体と単位電池とを連結するために使用される連結具との間の絶縁を確保するとともに，隣り合う単位電池間の間隔を一定に維持することが可能な，新規かつ改良された二次電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，複数の単位電池と，前記単位電池を電気的に連結する連結具とを含む二次電池モジュールにおいて，前記単位電池と前記連結具との間に設けられるスペーサを含むことを特徴とする，二次電池モジュールが提供される。

前記二次電池モジュールはモータ駆動用であってもよい。

前記単位電池は，陽極と陰極とがセパレータを介して配置される電極組立体と，前記電極組立体を収納するケースと，前記ケースの一側面に形成された開口部を密閉するキャップ組立体と，前記陽極および陰極の集電体と電気的に連結されて前記キャップ組立体の外側に突出する陽極端子および陰極端子とを含んでもよい。

前記スペーサは絶縁材からなるか，あるいは表面，例えば外側面に絶縁材が被覆されることにより，電気的不導体の特性を有するように構成してもよい。

したがって，前記スペーサは，単位電池のキャップ組立体と連結具との間に簡単に介設されることにより，金属材のキャップ組立体と連結具とが電気的に連結されることを防止することができる。

また，本発明は，前記スペーサが，一定間隔で配列された各単位電池間に延長されて，各単位電池の間隔を維持させる構造を有してもよい。

また，前記スペーサは前記単位電池の端子と接触するように配置されてもよい。

前記スペーサは，電池モジュールと対応する長さに伸びたバー形状に形成され，各単位電池の端子が挿入される挿入孔が一定間隔で形成されていてもよい。

また，前記スペーサは，その一側，例えば下部に，前記複数の単位電池のケースが嵌合する嵌合溝がさらに形成されていてもよい。

したがって，スペーサが単位電池上に取り付けられると，前記スペーサは各単位電池のキャップ組立体上に載置されることにより，端子に結合される連結具とキャップ組立体との間を絶縁させるとともに，下部に形成された嵌合溝に各単位電池のケースが嵌合することにより，ケース間の間隔を一定に維持させることができる。

ここで，前記電池モジュールには，複数の単位電池の配置により隣り合う端子が並んで構成される端子列が２列形成され，前記スペーサは各端子列のそれぞれを覆うように設けられてもよく，配置された前記複数の単位電池の全体を覆うように設けられてもよい。

また，前記スペーサは，挿入孔を貫通して突出する隣り合う陽極端子と陰極端子とを連結してスペーサ上に載置される連結具と，前記陽極端子および陰極端子と締結される例えばナットなどの連結具固定部材とにより固定されてもよい。

本発明によれば，電池を電気的に連結させる連結具と電池のキャップ組立体との間を簡単に絶縁させるとともに，各電池間の間隔を一定に維持することが可能な二次電池モジュールを提供することができる。これにより，本発明に係る二次電池モジュールは，端子とキャップ間の短絡を防止し，電池の熱放出効率を増大させることができる。

また，本発明によれば，一つの部材により，絶縁機能と間隔維持機能を同時に得ることが可能な二次電池モジュールを提供することができる。したがって，本発明によれば，部材の取付けが容易であり，作業量を減らすことができ，さらに，部品減少によって生産性が向上する，という効果が得られる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は，本発明の一実施形態による二次電池モジュールの構成を示す分解斜視図であり，図２は，本発明の一実施形態による二次電池モジュールの一部構成を示す断面図であり，図３は，本発明の実施形態による二次電池モジュールの一部構成を示す平面図である。

まず，大容量の電池モジュール１０をなす各単位電池１１の構造を説明すると，陽極と陰極とがセパレータを介して配置される電極組立体（図示せず）と，この電極組立体を収納するケース１２と，ケース１２の一側面に形成された開口部を密閉するキャップ組立体１３と，陽極および陰極の集電体と電気的に連結され，キャップ組立体１３の外側に突出する陽極端子１４および陰極端子１５とを含む。

ケース１２は，例えば，アルミニウム，アルミニウム合金またはニッケルが鍍金されたスチールのような導電性金属で製作され，その形状は，例えば，電極組立体が位置する内部空間部を有する六面体等の形状に形成される。

そして，本実施形態において，各単位電池１１は，キャップ組立体１３上に二つの端子（陽極端子１４および陰極端子１５）が所定間隔を維持したままで突出しており，各端子１４，１５は外周面にネジ部が形成された構造になっている。

上記構造の各単位電池１１は，大容量の電池モジュール１０を構成するため，端子１４，１５が上方に向かうように取り付けられ，一側の単位電池１１のキャップ組立体１３の上部に突出した陽極端子１４および陰極端子１５が，隣り合う単位電池１１の陽極端子１４および陰極端子１５と交互に配置されるように配列される。

したがって，単位電池１１の中央を基準に両側にそれぞれ陽極端子と陰極端子が一定間隔で交互に並んだ端子列が形成される。かかる各端子列は，陽極端子と陰極端子とが交互に配置されるように，各端子を一列に並べてなる１本のラインとみなすことができる。

また，電池モジュール１０は，各単位電池１１を直列に連結させるため，隣り合う単位電池１１間の陽極端子１４と陰極端子１５に，これら両端子を電気的に連結する連結具１６が装着される。

連結具１６は，両端に孔１７が形成された板状の部材で，孔１７を通して各端子１４，１５に挿入される。そして，孔１７を貫通して連結具１６上に突出した各端子１４，１５にナット１８等の連結具固定部材が締結されることにより，連結具１６が固定される構造になっている。

すなわち，単位電池１１の一側に設けられた陽極端子１４は，その隣に配置された単位電池１１の陰極端子１５と連結具１６を介して連結され，さらに，この単位電池１１の端子列の他側に位置する陽極端子１４は，さらにその隣に配置された単位電池１１の陰極端子１５と連結具１６を介して連結される。このようにして，隣り合う全ての端子を連結具１６を介して連結することにより，全ての端子電池１１が直列に連結される。

ここで，本実施形態の二次電池モジュールは，上記構造の電池モジュール１０において，単位電池１１のキャップ組立体１３と，端子１４，１５に装着される連結具１６との間にスペーサ２０がさらに設けられた構成となっている。

スペーサ２０は，上記のように配列された複数の単位電池１１の隣り合う陽極端子１４と陰極端子１５とにより構成される端子列の一側に沿って長く伸びるバー形状に形成される。このスペーサ２０の長さは，電池モジュールに対応する長さ，具体的には，図１に示したように，例えば一列に並べられた単位電池１１（図１では５個の単位電池１１）の短辺側の合計の長さＬに対応する長さに設定されている。そして，スペーサ２０には，各単位電池１１の端子が挿入される挿入孔２１が一定間隔で長手方向に形成され，スペーサ２０の下側には，各単位電池１１のケース１２と嵌合する嵌合溝２２が形成されている。

この嵌合溝２２の幅は，単位電池１１のケース１２の幅と略同一となるように形成され，嵌合溝２２に嵌合したケース１２が嵌合溝２２内で遊動しないようにされることが好ましい。

また，本実施形態において，スペーサ２０は，各単位電池１１の両端子１４，１５により構成される２列の端子列に沿って，２つのスペーサ２０が，それぞれ各端子列ごとに装着される。

これにより，電池モジュール１０を組み立てる過程で，連結具１６を締結するに先立ち，スペーサ２０に形成された各挿入孔２１の位置を各単位電池１１の端子１４，１５の位置に合わせ，スペーサ２０を端子１４，１５に装着すると，キャップ組立体１３上にスペーサ２０が配置される。したがって，絶縁材の不導体であるスペーサ２０が単位電池１１のキャップ組立体１３と連結具１６との間に位置することになるので，金属材質のキャップ組立体１３と連結具１６が電気的に連結されることを防止することができる。

上記スペーサ２０を構成する絶縁材としては，不導体を構成できるものであればどのようなものでもよく，例えば，石綿，大理石，硫黄のような無機質材料，ステアタイト又はガラス陶磁器のような磁器系材料，石英ガラス，ソーダガラス，鉛ガラスのようなガラス系材料，木材，紙，綿糸，絹織物，麻糸，ポリエステル，ポリエチレンなどのような繊維質材料，ポリテトラフルオロエチレン，ポリイミド，ポリアミド，ポリスチレン，ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリ塩化ビニル，ナイロンなどのような樹脂系材料，天然ゴム，エボナイト，ブチルゴム，クロロプレンゴム，シリコンゴムなどのようなゴム系材料又はニスクロス，ニスペーパー，合成樹脂系ニスなどのようなニス系材料などが挙げられる。ただし，ある程度の弾性を有するものが好ましい。

また，このようなスペーサ２０が，剛性を高めるために，金属体で形成される場合には，その表面に絶縁材を被覆して構成することができる。このような絶縁材としては，例えば，石綿，大理石，硫黄のような無機質材料，ステアタイト又はガラス陶磁器のような磁器系材料，石英ガラス，ソーダガラス，鉛ガラスのようなガラス系材料，木材，紙，綿糸，絹織物，麻糸，ポリエステル，ポリエチレンなどのような繊維質材料，ポリテトラフルオロエチレン，ポリイミド，ポリアミド，ポリスチレン，ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリ塩化ビニル，ナイロンなどのような樹脂系材料，天然ゴム，エボナイト，ブチルゴム，クロロプレンゴム，シリコンゴムなどのようなゴム系材料又はニスクロス，ニスペーパー，合成樹脂系ニスなどのようなニス系材料などを使用することができる。

また，単位電池１１にスペーサ２０を装着するとき，スペーサ２０の下端に形成された嵌合溝２２に各単位電池１１のケース１２が嵌合するため，スペーサ２０に形成された嵌合溝２２の間隔に合わせて各単位電池１１の間隔が一定に維持される。

ここで，嵌合溝２２は，スペーサ２０に形成された各挿入孔２１と対応する位置に形成されるので，スペーサ２０が挿入孔２１を介して単位電池１１の端子１４，１５に装着されると，端子が取り付けられた単位電池１１のケース１２が嵌合溝２２の位置に合わせて配置される。

このように，単位電池１１にスペーサ２０が装着されると，スペーサ２０の挿入孔２１を介して上方に突出した各端子１４，１５の極性に合わせて連結具１６が取り付けられる。

また，連結具１６の両端に形成された挿入孔１７に，隣り合った単位電池１１の陽極端子１４と陰極端子１５とが挿入されると，連結具１６はスペーサ２０上に載置された状態となる。この状態で，連結具１６の挿入孔１７を介して突出した両端子１４，１５にナット１８が締結されることにより，スペーサ２０が固定されるとともに単位電池１１が直列に連結される。

このように，簡単にスペーサ２０を各端子の位置に合わせて装着させることにより，連結具１６と単位電池１１のキャップ組立体１３との間を絶縁するとともに，電池モジュール１０を構成する各単位電池１１間の間隔を一定に維持することができる。

また，図４は，本発明の他の実施形態による二次電池を示すもので，スペーサ３０が単位電池１１の全体を覆うように形成された構造を示す。

すなわち，本実施形態による二次電池モジュールは，単位電池１１のキャップ組立体１３と，端子に装着される連結具１６との間に設けられるスペーサ３０が，単位電池１１の配列により形成される２列の端子列の全てを覆う板状に形成される。また，スペーサ３０には，各端子列の端子１４，１５が挿入される挿入孔３１が一定間隔で形成され，スペーサ３０の下側には，各単位電池１１のケース１２が嵌合する嵌合溝３２が形成された構成になっている。

したがって，スペーサ３０は，配置された単位電池１１の全てを覆うので，１つのスペーサ３０により電池モジュール１０の全てのキャップ組立体１３と連結具１６との間を絶縁することができるとともに，嵌合溝３２に単位電池１１のケース１２が嵌合して隣り合う単位電池１１間の間隔を一定に維持することができる。

なお，上記板状のスペーサ３０は，上述した実施形態と同様に，挿入孔３１を介してスペーサ３０の上方に突出する端子１４，１５に連結具１６を装着しナット１８等の連結具固定部材により固定される。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，複数の単位電池を連結して大容量の電池モジュールを構成する場合において，一つの部材により，キャップ組立体と単位電池とを連結するために使用される連結具との間の絶縁を確保するとともに，隣り合う単位電池間の間隔を一定に維持することができる二次電池モジュールに適用可能である。

本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールの構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による二次電池モジュールの一部構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態による二次電池モジュールの一部構成を示す平面図である。 本発明の他の実施形態による二次電池モジュールの構成を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０ 電池モジュール
１１ 単位電池
１２ ケース
１３ キャップ組立体
１４ 陽極端子
１５ 陰極端子
１６ 連結具
１７ 挿入孔（連結具）
１８ ナット
２０，３０ スペーサ
２１ 挿入孔（スペーサ）
２２ 嵌合溝

Claims (12)

1. 複数の単位電池と，前記単位電池を電気的に連結する連結具とを含む二次電池モジュールにおいて，
   前記単位電池と前記連結具との間に設けられるスペーサを含むことを特徴とする，二次電池モジュール。
2. 前記スペーサは，前記単位電池の端子と接触するように配置されることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
3. 前記スペーサは，前記複数の単位電池間に延長されてなることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
4. 前記スペーサは，前記電池モジュールに対応する長さに伸びており，前記各単位電池の端子が挿入される挿入孔が一定間隔で形成されることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
5. 前記スペーサは，一側に，前記複数の単位電池のケースが嵌合する嵌合溝が形成されることを特徴とする，請求項４に記載の二次電池モジュール。
6. 前記スペーサは，配置された前記複数の単位電池の隣り合う陽極端子と陰極端子とにより形成される２列の端子列のそれぞれを覆うように設けられることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池モジュール。
7. 前記スペーサは，配置された前記複数の単位電池の全体を覆うように設けられることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池モジュール。
8. 前記スペーサは，前記挿入孔を貫通して突出する隣り合う陽極端子と陰極端子とを連結して前記スペーサに載置される連結具と，前記陽極端子および前記陰極端子と締結される連結具固定部材とにより固定されることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
9. 前記スペーサは，絶縁物質からなることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
10. 前記スペーサは，表面に絶縁物質が被覆されていることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
11. 前記二次電池モジュールは，モータ駆動用であることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
12. 陽極と陰極とがセパレータを介して配置される電極組立体と，前記電極組立体を収納するケースと，前記ケースの一側面に形成された開口部を密閉するキャップ組立体と，前記陽極および前記陰極と電気的に連結されて前記キャップ組立体から突出する陽極端子および陰極端子とを含み，前記陽極端子と前記陰極端子とが交互に位置するように配置される複数の単位電池と；
    前記陽極端子または前記陰極端子が挿入される挿入孔を有し，一側には前記ケースが嵌合する嵌合溝が形成され，前記単位電池上に配置される絶縁体のスペーサと；
    前記挿入孔を貫通して突出する隣り合う前記陽極端子と前記陰極端子とを連結し，前記スペーサに載置される連結具と；
    前記陽極端子または前記陰極端子と締結されて前記連結具を固定する連結具固定部材と；
    を含むことを特徴とする，二次電池モジュール。
    
    
    

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