JP2006236828A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 電池セルに不具合が生じた場合であっても、電池セルのシール部の端面間に大きな電圧差を発生させることなく、電池モジュールの小型化を実現させることが可能な構造を有する、電池モジュールを提供する。
【解決手段】 Ｙ方向に２個配置されたリチウムイオン電池セル１５間が順次、接続ラインＬ１により直列接続され、また、積層方向（Ｘ方向）に隣接するリチウムイオン電池セル１５間が順次、接続ラインＬ１により直列接続されている。また、Ｙ方向に隣接配置されるリチウムイオン電池セル１５のシール部１５ｅが重ね合わせて配置されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電気自動車等の車両に搭載される電池パックに用いられる電池モジュールの構造に関する。

近年、電動機を駆動源として用いる電気自動車や、駆動源としての電動機とその他の駆動源とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド電気自動車が実用化されてきている。このような車両においては、電動機にエネルギーである電気を供給するための電池が搭載される。この電池としては、たとえば、繰り返し充放電が可能なニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池、リチウムイオン電池などに代表される二次電池が用いられる。

二次電池は、電池セルを積層配列した電池モジュールにより構成されており、この電池モジュールが電池ケースの内部に収容された状態で自動車に搭載される。この電池ケースと、電池ケースの内部に収容された電池モジュールおよびその他の内部構成部品とを含めたものを電池パックと称する。

図３から図７は、背景技術におけるリチウムイオン電池を用いた電池パック１００の概略構成を示す図である。図３は、電池パック１００の分解斜視図であり、一部内部構造を理解するために破断している。また、図４は、電池パックの内部に収容される電池モジュール１０の部分断面図であり、図５は、電池パックの内部に収容される電池モジュール１０の部分分解斜視図である。また、図６は、電池モジュールを構成する各電池セルの電気的な接続配線形態を示す平面模式図であり、図７は、電池セルの内部構造を示す部分断面図である。

図３に示すように、電池モジュール１０は、アッパーケース１とロワーケース２とを有する電池ケース内に収容されている。アッパーケース１とロワーケース２とは、ボルト（図示省略）等を用いて締結されている。電池モジュール１０は、図４から図６に示すように、ラミネートフィルムにより覆われた複数のリチウムイオン電池セル１５が、積層方向（Ｘ方向）に複数個、積層方向に交差する方向（Ｙ方向）に２列配置された状態で収容されている。個々のリチウムイオン電池セル１５は、リチウムイオン電池セル１５のラミネートフィルムが溶着されたシール部１５ｅ（図４参照）を側面側から取囲む第１枠体１２および第２枠体１３を複数有している。

図４および図５に示すように、第１枠体１２は、リチウムイオン電池セル１５が接触して配置される領域を取囲むように配置され、第２枠体１３は、隣接するリチウムイオン電池セル１５を接触させず、リチウムイオン電池セル１５からの熱を放熱させるための空間Ａ１を規定するためのスリットバー１３ｃを有している。積層配置されるリチウムイオン電池セル１５の両端部には、終端枠体１１が配置され、この終端枠体１１にも、リチウムイオン電池セル１５からの熱を放熱させるための空間Ａ２が設けられている。

積層配置される複数の第１枠体１２、第２枠体１３、および、終端枠体１１、は、拘束バンド１４により挟持されることで、リチウムイオン電池セル１５のシール部１５ｅが第１枠体１２、第２枠体１３、および、終端枠体１１により挟み込まれ、電池モジュール１０の形態が維持されることとなる。

上記構成からなる電池モジュール１０において、リチウムイオン電池セル１５は、図６に示すように、Ｙ方向に２個配置され、また、同一面内に端子電極１５ａが配置されている。このような配置において、リチウムイオン電池セル１５同士の電気的な接続配置は、Ｙ方向に２個配置されたリチウムイオン電池セル１５の上段に積層配置されるリチウムイオン電池セル１５の端子電極１５ａが接続ラインＬ１を用いて直列接続し、また、図６中の下段に積層配置されるリチウムイオン電池セル１５も、接続ラインＬ１を用いて直列接続して、全体として直列接続が実現するように接続されており、全体として約３００Ｖ程度の電圧を発生させる。ここで、接続ラインＬ１は全体としてみれば横向きのＵ字形状となり、プラス（＋）総端子Ｔ１と、マイナス（−）総端子Ｔ２とは、電池パック１００から見て同じ側に配置されることとなる。なお、図６中に示す矢印は電流の流れる方向を示すものである。

ここで、リチウムイオン電池セル１５は、図７に示すように、電極１５ｄが電解液１５ｂとともにラミネートフィルム１５ｃにより覆われ、周囲にシール部１５ｅが形成されている。また、ラミネートフィルム１５ｃには、アルミシート１５１を両側から樹脂フィルム１５２で挟み込んだフィルムが用いられ、周囲において内側の樹脂フィルム１５２同士を熱溶着することで、電極１５ｄおよび電解液１５ｂを封止し、シール部１５ｅが設けられる。

しかし、内側の樹脂フィルム１５２にピンホール等の欠陥部分があった場合には、アルミシート１５１に電流がリークすることとなる。また、アルミシート１５１のシール部１５ｅの端面は、外気に露出した状態となっている。その結果、図６に示すように、リチウムイオン電池セル１５を直列接続した場合には、プラス（＋）総端子Ｔ１を有するリチウムイオン電池セル１５のシール部１５ｅの端面（Ｘ１で囲まれる領域）と、マイナス（−）総端子Ｔ２を有するリチウムイオン電池セル１５のシール部１５ｅの端面（Ｘ２で囲まれる領域）との間において、アルミシート１５１に電流がリークした場合には、大きな電圧差（略３００Ｖに近い電圧差）が生じることになる。

そこで、このような自体が生じた場合であっても、電池モジュール１０に損傷が発生しないようにするため、プラス（＋）総端子Ｔ１を有するリチウムイオン電池セル１５のシール部１５ｅの端面Ｘ１と、マイナス（−）総端子Ｔ２を有するリチウムイオン電池セル１５のシール部１５ｅの端面Ｘ２との間には、所定の間隔（Ｓ）を設けることが必要となる。しかし、このことは、電池モジュール１０の小型化を実現させることができない要因となっている。なお、下記特許文献１には、ラミネートフィルムのシール部を重ねる技術が開示されているが、電池セルの接続形式は、図６と同様の形態が採用されている。
特開２００４−１１１０９８号公報

この発明が解決しようとする課題は、電池セルに不具合が生じた場合のことを考慮すれば、電池セルの積層方向に交差する方向の間隔を小さくすることができない点にある。したがって、この発明は、電池セルに不具合が生じた場合であっても、電池セルのシール部の端面間に大きな電圧差を発生させることなく、電池モジュールの小型化を実現させることが可能な構造を有する、電池モジュールを提供することにある。

本発明の電池モジュールにおいては、電池パックを構成する電池ケース内に収容される、電池セルが複数積層状態で保持された電池モジュールであって、上記電池セルは、電極がラミネートフィルムで覆われ、周囲にシール部が形成されるとともに、一辺のシール部から２つの端子電極が外方に露出し、上記電池セルは、積層方向に複数個、積層方向に交差する方向に複数個配置されるとともに、同一面内に上記端子電極が配置され、上記電池セル間の電気的接続において、積層方向に交差する方向に配置された上記電池セルの間を順次直列接続して、全ての上記電池セルを直列接続とし、積層方向に交差する方向に隣接配置される上記電池セルの上記シール部が重ね合わされて配置されている。

この発明に基づいた電池モジュールによれば、積層方向に配置された電池セルの間を順次直列接続して、全ての上記電池セルを直列接続とすることで、電池セルに不具合が発生した場合においても、隣接する電池セル間において、大きな電位差を発生させる箇所をなくすことができる。これにより、積層方向に交差する方向に隣接配置される電池セルのシール部を重ね合わせて配置させることが可能となる。その結果、電池セルの積層方向に交差する方向の間隔を小さくすることが可能となり、電池モジュールの小型化を実現させることが可能となる。

以下、本発明に基づいた電池モジュールの実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、上記背景技術で説明した電池モジュールと同一または相当部分に関しては同一の参照番号を付して、図３〜図７を適宜参照することとし、重複する説明は繰り返さないこととする。また、本発明の特徴は、電池モジュールを構成する電池セル間の接続形態および電池セルの配置に特徴を有することから、以下の実施の形態においては、電池セル間の接続形態および電池セルの配置についてのみ詳細に説明する。また、二次電池の一例として、ラミネートフィルムで覆われた封止パック形状のリチウムイオン電池セル１５を用いるものとする。

まず、図１および図２を参照して、本実施の形態における電池モジュールについて説明する。なお、図１は、本実施の形態における電池モジュールを構成するリチウムイオン電池セル１５の接続配線形態を示す平面模式図であり、図２は、リチウムイオン電池セル１５の接続形態および配置を示す平面模式図である。

図１に示すように、ラミネートフィルムにより覆われた複数のリチウムイオン電池セル１５が、積層方向（Ｘ方向）に複数個、積層方向に交差する方向（Ｙ方向）に２列配置されている。また、同一面内に端子電極１５ａが配置されている。このような配置において、リチウムイオン電池セル１５同士の電気的な接続形態は、Ｙ方向に２個配置されたリチウムイオン電池セル１５間が順次、接続ラインＬ１により直列接続され、また、積層方向（Ｘ方向）に隣接するリチウムイオン電池セル１５間が順次、接続ラインＬ１により直列接続されている。これにより、接続ラインＬ１は平面的に見てジグザグ状に配線されることとなり、プラス（＋）総端子Ｔ１を有するリチウムイオン電池セル１５と、マイナス（−）総端子Ｔ２を有するリチウムイオン電池セル１５とは、積層方向（Ｘ方向）において、最も離れた位置関係となる。

また、リチウムイオン電池セル１５において電流がリークするような不具合が生じた場合に、隣接するリチウムイオン電池セル１５において、最大の電圧差が生じる箇所は、図１に示す、Ｘ１で囲まれるシール部１５ｅの端面と、Ｘ２で囲まれるシール部１５ｅの端面との間となるが、この間の電圧差は、２個のリチウムイオン電池セル１５の電圧を合わせた電圧差程度であるため、何ら問題にはならない。

その結果、図２に示すように、積層方向に交差する方向であるＹ方向に隣接配置されるリチウムイオン電池セル１５のシール部１５ｅを重ね合わせて配置させることができる（図中Ｘ３で囲まれる領域）。これにより、リチウムイオン電池セル１５のＹ方向の間隔（Ｗ１）を小さくすることが可能となり、電池モジュールのＹ方向の小型化を実現させることが可能となる。

なお、上記実施の形態においては、二次電池の一例としてリチウムイオン電池セル１５を用いた場合について説明したが、同様のパック形態を備える二次電池であれば、どのような形態の電池に対しても本発明を適用することが可能である。

また、上記実施の形態においては、積層方向に交差する方向であるＹ方向にリチウムイオン電池セル１５を２個配置する場合について説明したが、複数個配置し、このリチウムイオン電池セル１５の間を順次直列接続し、全てのリチウムイオン電池セル１５を直列接続とすることも可能である。

したがって、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明に基づいた実施の形態における電池モジュールを構成するリチウムイオン電池セルの接続配線形態を示す平面模式図である。 本発明に基づいた実施の形態におけるリチウムイオン電池セルの接続形態および配置を示す平面模式図である。 電池パックの分解斜視図である。 電池パックの内部に収容される電池モジュールの部分断面図である。 電池パックの内部に収容される電池モジュールの部分分解斜視図である。 電池モジュールを構成する各電池セルの電気的な接続配線形態を示す平面模式図である。 電池セルの内部構造を示す部分断面図である。

符号の説明

１ アッパーケース、２ ロワーケース、１０ 電池モジュール、１２ 第１枠体、１１ 終端枠体、１３ 第２枠体、１３ｃ スリットバー、１４ 拘束バンド、１５ リチウムイオン電池セル、１５ａ 端子電極、１５ｂ 電解液、１５ｃ ラミネートフィルム、１５ｄ 電極、１５ｅ シール部、１００ 電池パック、１５１ アルミシート、１５２ 樹脂フィルム、Ｌ１ 接続ライン、Ｔ１ プラス（＋）総端子、Ｔ２ マイナス（−）総端子、Ａ１，Ａ２ 空間。

Claims (1)

1. 電池パックを構成する電池ケース内に収容される、電池セルが複数積層状態で保持された電池モジュールであって、
   前記電池セルは、電極がラミネートフィルムで覆われ、周囲にシール部が形成されるとともに、一辺のシール部から２つの端子電極が外方に露出し、
   前記電池セルは、積層方向に複数個、積層方向に交差する方向に複数個配置されるとともに、同一面内に前記端子電極が配置され、
   前記電池セル間の電気的接続において、積層方向に交差する方向に配置された前記電池セルの間を順次直列接続して、全ての前記電池セルを直列接続とし、積層方向に交差する方向に隣接配置される前記電池セルの前記シール部が重ね合わされて配置される、電池モジュール。

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