JP2006253144A - 二次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】単位電池の形態を維持可能な十分な強度を確保し，単位電池を効率的に温度制御することが可能な，モジュールを提供する。
【解決手段】本発明による二次電池モジュールは，間隔をおいて配列される複数の単位電池１１と，複数の単位電池の間に配置される隔壁２０と，を含み，隔壁は，複数の突起２２，２２’と，少なくとも一つの接合部２３，２３’とが形成された複数の板材２１，２１’を含み，接合部は，対向する板材に固定されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は，二次電池に関し，より詳細には，間に隔壁を配した複数の単位電池からなる二次電池モジュールに関する。

二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は，充電が不可能な一次電池とは異なり，充電および放電が可能な電池であって，低容量の電池は，携帯電話，ラップトップコンピュータ，およびカムコーダーのような携帯可能な小型電子機器に使用され，大容量の電池は，ハイブリッド電気自動車のようなモータ駆動用電源として幅広く使用されている。

上記二次電池は，多様な形態に製造されているが，代表的な形態には，円筒型や角型があり，大電力を必要とする機器，例えば上記ハイブリッド電気自動車のようなモータ駆動用に使用する場合には，二次電池モジュールを構成する。

このような通常の二次電池モジュールは，直列に連結される複数の二次電池（以下，便宜上，単位電池とする）からなり，上記各々の単位電池は，正極および負極がセパレータを挟んで配置された電極群，上記電極群が内蔵されるケース，上記ケースに結合されて，これを密閉するキャップ組立体を含む。ここで，キャップ組立体は，上記正極および上記負極に各々電気的に連結されつつ，上記ケースの内部もしくは外部に配置される端子を含むことができる。

上記単位電池が角型に形成される場合，上記単位電池は，キャップ組立体の上部に突出した正極端子および負極端子を，隣接する他の単位電池の正極端子および負極端子と交差するように配列した状態で，外周面の一部がねじ加工された上記正極端子および負極端子にナットで導電体の連結具を繋止し，互いを電気的に連結して電池モジュールを構成する。

ここで，上記二次電池モジュールは，数個から多くは数十個の単位電池を連結して一つの電池モジュールを構成するので，各単位電池で発生する熱を容易に放出する構成が必要である。特に，上記単位電池が電動掃除機，電動スクーター，または自動車（電気自動車またはハイブリッド電気自動車）のモータ駆動用の大容量二次電池に適用される場合，上記熱の放出は何よりも重要であるといえる。

その理由は，二次電池モジュールで熱の放出がうまく行われないと，各単位電池で発生する熱によって電池モジュールの温度が過度に上昇し，それによって，電池モジュールが適用された機器に誤作動が発生するためである。

そのため，通常の電池モジュールを構成する時には，各単位電池の間に隔壁を配置し，上記隔壁によって形成される単位電池の間の空間を活用して，単位電池の冷却はもちろん，上記単位電池が熱膨張して変形するのを防止する。

上記隔壁は，このような機能を遂行するために，十分な強度を確保する必要があり，効果的な熱の放出を行うことができる構造の形成が望まれる。

しかし，従来の二次電池モジュールに提供される隔壁は，上記二つの条件を同時に満たすことができず，消費者が所望する良質の二次電池モジュールの構成には至っていない。
つまり，隔壁が十分な強度を確保するように構成される場合には，その製造原価が高くなり，冷却用空気の流通流路の設計に制約が与えられる問題点があり，これとは反対に，隔壁が冷却効率を向上させるように構成される場合には，構造的に弱くなる問題点がある。

さらに，隔壁が強度を確保するためには，射出整形よりもダイキャストで製造されるべきであるが，ダイキャストで製造される場合には，上記隔壁の溶接が難しく，二次電池モジュールを構成するのが困難である。

本発明は，従来の上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，単位電池の形態を維持可能な十分な強度を確保し，単位電池を効率的に温度制御することが可能な，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である。また，本発明による隔壁は，溶接性を改善することが可能である。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，間隔をおいて配列される複数の単位電池と；上記複数の単位電池の間に配置される隔壁と；を含み，上記隔壁は，複数の突起と，少なくとも一つの接合部とが形成された複数の板材を含み，上記接合部は，対向する板材に固定されることを特徴とする，二次電池モジュールが提供される。

上記各板材に形成された突起は，上記板材が対向した状態で互いに対向配置されるとしてもよい。

上記複数の板材は，溶接によって固定されるとしてもよい。

上記溶接は，上記接合部と上記接合部が密着する板材の接合面との間で行われてもよく，超音波溶接またはレーザー溶接を利用することができる。

上記接合部は，上記板材から一定の間隔をおいて突出した形態に形成されるとしてもよい。

上記突起または／および上記接合部は，内部が満たされた構造からなってもよく，また，内部が空の構造である中空構造からなってもよい。

上記接合部の高さは，上記突起の高さより高いとしてもよい。

上記板材は四角形に形成され，上記接合部は上記板材の一側端に配置されるとしてもよい。

上記接合部が密着する上記板材の接合面の接合部位の境界に沿って，上記接合部を支持するホルダーが形成されるとしてもよい。

上記突起または／および上記接合部は，上記板材から離れる程断面積が小さくなる（上狭下広の）切頭円錐形に形成されるとしてもよい。

上記接合部は，リブ形態に形成され，上記突起を間において上記板材の両端に配置されるとしてもよい。

上記複数の板材は，各々の接合部を互いに密着させ，これを溶接によって固定して上記隔壁を形成するとしてもよい。

以上説明したように本発明によれば，隔壁を形成する部材を溶接する時に，その溶接不良を最少化して，完成した隔壁の強度を確保することができ，これによって，本発明の隔壁が使用された二次電池モジュールでは，上記隔壁による単位電池に対する支持力が強化され，単位電池の熱変形を最少化することができる。こうして，単位電池に対する冷却効率を向上させることが可能となる。

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，本明細書および図面において，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，本発明の実施形態による二次電池モジュールを概略的に示した側断面図である。

図１を参照すれば，本実施形態による二次電池モジュール１０は，任意の間隔をおいて配列される複数の単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎを含む（ｎは整数）。

本実施形態では，上記単位電池１１が角型に形成され，通常の角型二次電池と同様に，ケースの内部に正極，負極，およびセパレータからなる電極群が挿入され，上記ケースにキャップ組立体が設置されて構成される。

上記単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎの間には，冷却媒体（本実施形態では空気）が流通し，かつ，上記単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎに連結されてこれを支持する隔壁２０が配置される。

このような単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎおよび隔壁２０は，締結手段，即ち単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎおよび隔壁２０からなる単位電池集合体の最外郭両端に配置されるエンドプレート１３と，および上記エンドプレート１３にねじ結合されて単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎおよび隔壁２０を固定するリストレイントロッド（ｒｅｓｔｒａｉｎｔ
ｒｏｄ）１４とによって，一つのアセンブリーを形成することができる。

このようなアセンブリーは，上記空気が流入する流入口１２ａ，および上記単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎを冷却した後に熱交換された空気が排出される排出口１２ｂが形成されたハウジング１２の内部に装着される。

上記アセンブリーは，エンドプレート１３がハウジング１２にねじ結合で着脱可能に結合されることによって，上記ハウジング１２に固定設置される。

ここで，流入口１２ａはハウジング１２の上端一側に配置され，排出口１２ｂは流入口１２ａに対向してハウジング１２の下端一側に配置されるが，このようなハウジング１２の構造は，本実施形態が適用される二次電池モジュールの一例にすぎず，特にこの構造に限定されるものではない。

このような二次電池モジュール１０では，ハウジング１２の流入口１２ａを通じてハウジング１２の内部に流入した空気をハウジング１２の上部から下部に流通させ，その空気をハウジング１２の排出口１２ｂを通じてハウジング１２の外部に排出している。

この過程で，上記空気は隔壁２０を通過するようになるが，この時，単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎで発生した熱は，上記空気によって熱交換され，冷却される。

本実施形態で，隔壁２０は，単位電池１１の側面に対応する大きさの二枚の板材２１，２１’が互いに接合されて形成される。

各板材２１，２１’の表面には複数の突起２２，２２’が突出形成され，上記板材２１，２１’を対向させると上記突起２２，２２’が互いにぶつかるように向き合う。

図２を参照して，隔壁２０について詳細に説明する。

図２を参照すると，上記板材２１，２１’は，各々一表面に複数の突起２２，２２’が一定の間隔をおいて突出形成されている。この時，上記突起２２，２２’は一定の高さで形成される。

また，上記板材２１，２１’の一側両コーナー部には，上記突起２２，２２’の高さより高さが高い（ほぼ二倍の）接合部２３，２３’が形成されている。

本実施形態で，上記接合部２３，２３’は，上記突起２２，２２’の突出方向と同方向に突出して形成され，各板材２１，２１’の接合部２３，２３’は板材２１，２１’の両側端のうちの一側端に配置される。

さらに，接合部２３，２３’は，板材２１，２１’が対向した場合に，互いに対向してぶつからないように，即ち，板材２１に形成された接合部２３が他の板材２１’の接合面２４’に密着し，他の板材２１’に形成された接合部２３’が板材２１の接合面２４に密着するように形成される。

このように形成される二枚の板材２１，２１’が上記突起２２，２２’および接合部２３，２３’を対向させて密着すると，突起２２，２２’は互いにその先端がぶつかって密着し，接合部２３，２３’は対向する板材２１，２１’の接合面２４，２４’にその先端が密着する。

このような状態で，接合部２３，２３’は，接合面２４，２４’と溶接によって固定され，隔壁２０が完成する。

上記溶接は，超音波溶接またはレーザー溶接を適用することができ，本実施形態では，超音波溶接を適用している。

本実施形態による突起２２，２２’および接合部２３，２３’は，図３に示したように，内部が空の構造（中空構造）からなる。この場合，上記板材２１，２１’，突起２２，２２’，および接合部２３，２３’を構成する母板の厚さは，０．２〜１ｍｍとすることができる。これは，上記母板から上記隔壁２０を成形するときに，上記隔壁２０が成形性の問題を生じることなく，十分な強度を得られるようにしなければならない点を考慮したものである。

このような構造以外に，本発明の他の実施形態によれば，図４に示したように，突起３２，３２’および接合部３３，３３’は，その内部が満たされた構造からなるとしてもよい。この時，これら突起３２，３２’および接合部３３，３３’は板材３１，３１’と同一な材質からなるとしてもよい。

このように形成される二枚の板材２１，２１’が互いに接合されて一つのアセンブリーを形成する場合，これらの接合は，厚さが互いに異なる接合部２３，２３’と接合面２４，２４’との超音波溶接によって成される。このような超音波溶接が，厚さが互いに異なる二つの対象物に対して行われる場合においても，その溶接状態が容易に形成される点を考慮すれば，上記超音波溶接が良好に行われることによって，上記二枚の板材２１，２１’は堅固な状態で互いに固定される。

このように構成された隔壁２０は，互いに密着した突起２２，２２’の間に空間を形成する。隔壁２０が単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎの間に配置され二次電池モジュール１０を構成する場合，上記のような空間は，冷却用空気が流通可能な流路を形成する。

一方，突起２２，２２’の形態は多様に形成することができる。本実施形態で，突起２２２，２’は，上狭下広の切頭円錐形の形態に形成され，接合部２３，２３’もこの形態に形成される。この時，円錐は三角錐や四角錐などの多角錐に，多様に変形することができる。

これと同様に，接合部２３，２３’も多様な形態に変更することができる。もちろん，この時，接合部２３，２３’は，その先端が接合面２４，２４’に密着し，密着した先端が，溶接のための最小限の面積を確保するようにしなければならない。

図５および図６は本発明の他の実施形態による隔壁を示す斜視図および平断面図である。

上記図面によれば，本実施形態による隔壁４０は，上記実施形態と同一な形態の二枚の板材４１，４１’を含む。ここで，各板材４１，４１’には各々複数の突起４２，４２’および接合部４３，４３’が形成され，上記板材４１，４１’の接合も上記実施形態と同様な方式がとられる。

ただし，本実施形態では，各接合部４３，４３’が密着する接合面４４，４４’の境界に沿ってホルダー４５，４５’が形成される。

上記ホルダー４５，４５’は，接合部４３，４３’が接合面４４，４４’に密着するとき，そのマッチングを容易にし，密着した状態を良好に維持することが可能となる。

本実施形態で，上記ホルダー４５，４５’は，接合部４３，４３’の形態を考慮して環形態に形成されるが，必ずしもこれに限定されず，接合部の形態に応じて適切に変形することができる。

このような構造によって，本実施形態の隔壁４０は，突起４２，４２’が対向するように二枚の板材４１，４１’を接合させたとき，接合部４３，４３’がホルダー４５，４５’によって支持され，各接合面４４，４４’に密着する（図６参照）。

このような構造では，接合部４３，４３’の固定位置をホルダー４５，４５’が制限するようになるので，二枚の板材２１，２１’をより正確で堅固に固定することができる利点がある。

図７および図８は本発明の他の実施形態による隔壁を示す斜視図および平断面図である。

上記図面によれば，本実施形態による隔壁５０は，上述した実施形態と類似した形態からなる二枚の板材５１，５１’を含む。ここで，各板材５１，５１’には各々複数の突起５２，５２’および接合部５３，５３’が形成され，上記板材５１，５１’の接合も上記実施形態と類似して行われる。

本実施形態において，各接合部５３，５３’は，上記板材５１，５１’の長さ方向に沿って任意の間隔をおいて上記板材５１，５１’の上，下部に配置され，その形態はリブ（ｒｉｂ）形態である。

本実施形態で，突起５２，５２’および接合部５３，５３’は実質的に同一な高さに形成される。

このような板材５１，５１’が接合されるとき，突起５２，５２’および接合部５３，５３’は，図８に示したように，互いにぶつかるように対向形成され，接合部５３，５３’のぶつかる部位に溶接（超音波またはレーザー）が行われることによって，これらが互いに固定され，隔壁５０を形成することができる。

このように形成された隔壁５０は，リブ形態の接合部５３，５３’によってその強度をさらに補強することができる。

このような二次電池モジュールは，高出力特性が要求されるＨＥＶ（ハイブリッド自動車），ＥＶ（電気自動車），無線掃除機，電動自転車，電動スクーターなどのように，モータを使用して作動する機器に有用に使用することができる。

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，本発明は係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，間に隔壁を配した複数の単位電池からなる二次電池モジュールに適用可能である。

本発明の実施形態による二次電池モジュールの構成を示した概略的な側断面図である。 本発明の実施形態による二次電池モジュールの隔壁を示した分解斜視図である。 本発明の実施形態による二次電池モジュールの隔壁を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による二次電池モジュールの隔壁を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による二次電池モジュールの隔壁を示した分解斜視図である。 図５の隔壁を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による電池モジュールの隔壁を示した分解斜視図である。 図７の隔壁を示した断面図である。

符号の説明

１０ 二次電池モジュール
１１ 単位電池
１２ ハウジング
１２ａ 流入口
１２ｂ 排出口
１３ エンドプレート
１４ リストレイントロッド
２０，４０，５０ 隔壁
２１，２１’ 板材
２２，２２’ 突起
２３，２３’ 接合部
４５，４５’ ホルダー

Claims (14)

1. 間隔をおいて配列される複数の単位電池と；
   前記複数の単位電池の間に配置される隔壁と；
   を含み，
   前記隔壁は，複数の突起と，少なくとも一つの接合部とが形成された複数の板材を含み，
   前記接合部は，対向する板材に固定されることを特徴とする，二次電池モジュール。
2. 前記各板材に形成された突起は，前記板材が対向した状態で互いに対向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. 前記複数の板材は，溶接によって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。
4. 前記溶接は，前記接合部と前記接合部が密着する板材の接合面との間で行われることを特徴とする，請求項３に記載の二次電池モジュール。
5. 前記溶接は，超音波溶接またはレーザー溶接であることを特徴とする，請求項３に記載の二次電池モジュール。
6. 前記接合部は，前記板材から一定の間隔をおいて突出した形態に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。
7. 前記突起または／および前記接合部は，内部が満たされた構造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。
8. 前記突起または／および前記接合部は，中空構造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。
9. 前記接合部の高さは，前記突起の高さより高いことを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
10. 前記板材は四角形に形成され，前記接合部は前記板材の一側端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。
11. 前記接合部が密着する前記板材の接合面の接合部位の境界に沿って，前記接合部を支持するホルダーが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。
12. 前記突起または／および前記接合部は，前記板材から離れる程断面積が小さくなる切頭円錐形に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。
13. 前記接合部は，リブ形態に形成され，前記突起を間において前記板材の両端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。
14. 前記複数の板材は，各々の接合部を互いに密着させ，これを溶接によって固定して前記隔壁を形成することを特徴とする，請求項１３に記載の二次電池モジュール。

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