JP2007311173A - 二次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】組立性の向上及び小型軽量化を図り、低コストで高信頼性の二次電池モジュールを提供する。
【解決手段】二次電池モジュールは、組電池２を並置した電池ブロック２１の上側隅部に２つのブロック補強板５、下側隅部にブロックベースＡ３、Ｂ４を配置して組電池２を収納し、ブロックベースＡ３、Ｂ４及びブロック補強板５の長手方向の両側をサイド補強板６でボルト、ナット締結で固定している。サイド補強板６は、ブロックベースＡ３、Ｂ４との固定方向とブロック補強板５との固定方向とが互いに直交して固定されており、下部２箇所には、厚み方向に屈曲した屈曲部２２が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は二次電池モジュールに係り、特に、複数個の単位電池群を並置したブロックを備えた二次電池モジュールに関する。

二次電池を用いた電池電源装置では、一般に、複数個の単電池を電気的に直列あるいは並列接続して高電圧化あるいは高容量化等がなされている。複数個の単電池を集合化する技術としては、導通部品であるブスバを単電池に溶接して直列あるいは並列接続する技術、又は、端部の正、負極にあらかじめ加工されたネジ部を設け、あるいは、加工されたネジ部を有する導通部材を溶接等の接合で単電池に固定して、これらネジ部にブスバを締結固定することが知られている。また、金属容器全体が一方の極性を示す単電池では、隣接配置される単電池との短絡を防止するために、金属容器表面が熱収縮チューブ又は絶縁膜等により被覆されている。

これら電気接続された集合電池（単位電池群）は、絶縁性を有する枠体に保持されることにより固定維持される。これら単位電池群を隣接配置し、隣り合う単位電池群に導通部材を装着して高電圧化あるいは高容量化を図った電池ブロックが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１８２５８３号公報

例えば、自動車用電源のように高電力を供給する場合、必要な単電池の総数は数十個におよぶため、導電部材を介して直列接続する作業は、多くの工数を要する上、短絡を防ぐと云う観点を考慮すると高コストの装置となってしまう。これら導通部材の部品数を低減する方策として、単電池間を繋ぐ導通部品、例えばブスバを直接溶接あるいは塑性変形等させることが望ましいが、反面、接続された単電池がなんらかの不具合を生じた場合、接続された数十個の単電池全てが不良品となってしまう。また、電気接続が複数回にわたり入り切りできる、例えば上述のようなネジ締結式であれば、不具合を生じた単電池のみを取り替えることが可能となる。しかし、この接続方式は締結部品が増加するため、部品価格、部品の取り付け加工費、重量増加等の問題がある。

また、単電池がリチウムイオン電池である場合、各単電池の電圧を検出して監視するための電線が接続されなければならず、その接続作業も大変煩雑である。更に、自動車用電源である場合には、単電池と導通部材の接続部、電圧検出部材の接続部、単電池あるいは複数個の集合電池、その固定部、導通部材や電圧検出部材、その固定部は耐振動性を有していなければならず、更に、個々の形状を、その使用される環境において常に維持確保しなければならない。自動車用においては、その使用される地域、季節等で、環境が大きく変化する。このため、単電池の外装を形成する金属容器、導通部材、これらを保持固定する絶縁性を有する枠体等、多種多用な部材の集合体である組電池は、振動等の外的応力だけでなく、それらの持つ膨張率の違いから生じる熱応力に対しても考慮する必要がある。

一方、工業的に生産される部品は、それ自体に寸法バラツキが生じる。そのため、部品間に生じる空間が振動の影響を大きく受け、接続部分の破壊、絶縁部の破壊により電力供給の停止、あるいは短絡による発熱、発火等の問題を引き起こす場合もあり得る。

更に、数十個におよぶ単電池を一括して保持固定する枠は、その形状も複雑であり、高価なものとなる。また、組み立て作業も大変煩雑なものとなるため、作業にかかる費用も高価なものとなる。しかも、数多く接続固定された組電池は、その実使用時の充放電において発生する熱を効率良く取り除く必要があるため、各電池間には空間を設け、更に、この空間に冷却風を流通させる必要もある。そして、各単電池を一括固定した集合電池をリサイクルする際には、その組み立て作業以上に解体作業が煩雑化するという問題が生じる。

本発明は上記事案に鑑み、組立性の向上及び小型軽量化を図り、低コストで高信頼性の二次電池モジュールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数個の単位電池群を並置したブロックを備えた二次電池モジュールであって、前記ブロックは、前記単位電池群の下部を支持する長尺状のブロックベースと、前記単位電池群の上部支持する長尺状のブロック補強板と、前記ブロックベース及び前記ブロック補強板の長手方向の両側を固定するサイド補強板とを有し、前記サイド補強板の四隅がそれぞれ前記ブロックベース又は前記ブロック補強板に固定されていることを特徴とする。

本発明の二次電池モジュールは、複数個の単位電池群を並置したブロックを備えている。このブロックは、単位電池群の下部を支持する長尺状のブロックベースと、単位電池群の上部支持する長尺状のブロック補強板と、ブロックベース及びブロック補強板の長手方向の両側を固定するサイド補強板とを有しており、サイド補強板の四隅がそれぞれブロックベース又はブロック補強板に固定されている。本発明によれば、単位電池群を並置したブロックの上部にブロック補強板、下部にブロックベースを配置して単位電池群を収納し、ブロックベース及びブロック補強板の長手方向の両側をサイド補強板で固定しているので、単位電池群が強固に固定され耐振動性に優れる高信頼性の構造体とすることができると共に、ブロックベース及びブロック補強板が長尺状のため、二次電池モジュールの小型軽量化及び低コスト化を図ることができる。

本発明において、サイド補強板が、ブロックベースとの固定方向とブロック補強板との固定方向とが互いに直交していれば、これら部品の寸法精度を高精度化しなくても組立てを容易に行うことができる。また、サイド補強板とブロックベース又はブロック補強板との固定がボルト、ナット締結によるものとすれば、組立及び解体が容易で耐振動性に優れる強固な構造体とすることができる。更に、サイド補強板が、厚み方向に屈曲した緩衝部を有していれば、二次電池モジュールの耐熱応力性を向上させることができる。

本発明によれば、単位電池群を並置したブロックの上部にブロック補強板、下部にブロックベースを配置して単位電池群を収納し、ブロックベース及びブロック補強板の長手方向の両側をサイド補強板で固定しているので、単位電池群が強固に固定され耐振動性に優れる高信頼性の構造体とすることができると共に、ブロックベース及びブロック補強板が長尺状のため、二次電池モジュールの小型軽量化及び低コスト化を図ることができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る二次電池モジュールの実施形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の二次電池モジュール３０は、６個の単位電池群としての組電池２を一列（一方向）に並置した電池ブロック２１を２つ備えている。

図２〜図４に示すように、組電池２は４個のリチウムイオン二次電池（以下、単電池１という。）が直列接続されている。各単電池１は、正極及び負極をセパレータを介して捲回することにより形成した電極群を有している。この電極群を円筒形の金属容器内に収納して、負極を容器内壁に接続し、正極を金属容器を封止する蓋に接続した後、電解液を注入してガスケットを介して蓋を金属容器にカシメ結合させることで、単電池１が得られる。この単電池１の側面部は、隣接配置される他の単電池１等との短絡を防止するために、熱収縮チューブ１７で覆われている。単電池１の長手方向一端の蓋側は正極の極性を有する正極蓋であり、他端側は負極の極性を有する負極容器であり、これら両極部は露出している。

各単電池１は、電圧検出線１８を備え絶縁性を有する２つの樹脂枠間に保持固定されている。４個の単電池１は長手方向両側端部でこれらの枠体で保持固定されることにより、単電池１間に空間が形成されて冷却風通路１９が確保されている。組電池２の中央上下位置には、この組電池２を固定するためのネジ穴が形成された組電池固定部２０が、前後方向（正面及び背面側）の２箇所、上下合わせて４箇所設けられている（図４参照）。

電池ブロック２１は、隣接する組電池２を組電池間ブスバ１０で機械的電気的に接続することで、組電池あたりの単電池数４×組電池数６＝２４個の単電池が直列接続されている。組電池間ブスバ１０の両端部はキャップボルト９で締結固定されている。

電池ブロック２１は、組電池２の下側隅部を支持しフランジ１２を有する長尺状のブロックベースＡ３及びフランジ１３を有するブロックベースＢ４を有している。組電池１下部の組電池固定部２０は、前後方向のそれぞれで、ブロックベースＡ３、ブロックベースＢ４を介してタッピンネジ１１で締結固定されている。

また、電池ブロック２１は、組電池２の上側隅部を支持する長尺状のブロック補強板５を有している。組電池１上部の組電池固定部２０は、前後方向のそれぞれで、２個のブロック補強板５を介してタッピンネジ１１で締結固定されている。

ブロックベースＡ３及びブロックベースＢ４の長手方向両端部には、それぞれ、組電池１の並びと平行する方向にネジ部を有する固定部１４及び固定部１５が設けられている。一方、ブロック補強板５の両端部には組電池１の並びと直交する方向にネジ部を有する固定部１６が設けられている。

ブロックベースＡ３、ブロックベースＢ４及び２つのブロック補強板５は、これらの長手方向の両側を固定する略Ｘ字状のサイド補強板６で固定されている。すなわち、サイド補強板６の四隅には、ブロックベースＡ３の固定部１４、ブロックベースＢ４の固定部１５及びブロック補強板５の固定部１６に対応する位置に丸穴が形成されおり、ブロックベースＡ３、ブロックベースＢ４及びブロック補強板５とサイド補強板６とは、ボルト７、８によるネジ部を有する固定部１４、１５、１６とのボルト、ナット締結により強固に固定されている。

また、サイド補強板６の下部２箇所には、厚み方向に屈曲（段差を形成）した屈曲部２２が形成されており、組電池２を構成する単電池１が充放電で加熱した結果、ボルト、ナット締結により固定されたブロックベースＡ３、ブロックベースＢ４、ブロック補強板５、サイド補強板６間に作用する力を和らげる緩衝機能（耐熱応力性）を持たせている。

図１に示すように、二次電池モジュール３０は、電圧検出線１８が外側位置になるように２個の電池ブッロク２１が配置されている。電池ブロック２１のブロックベースＡ３は向かい合わせ位置になりフランジ１２が同位置で接している。これら電池ブロック２１は、ブロックベースＡ３のフランジ１２とブロックベースＢ４のフランジ１３にて不図示の設置フレームにネジ締結で固定される。この設置フレームには、例えば、二次電池モジュール３０を密閉する外装ケースや、移動体車輌等を用いることができる。

なお、ブロックベースＡ３、ブロックベースＢ４の固定部１４、１５と接する設置フレームに雄ネジ部、あるいは雌ネジ部が形成されていれば、固定部１４、１５は単なる穴形状とし、雌ネジ部であればボルト８にて共締め締結、雄ネジ部であればボルト８の変わりにナットにて共締め締結することにより頑強な固定構造が得られる。

（作用、効果等）
次に、本実施形態の二次電池モジュール３０の作用、効果等について説明する。

本実施形態の二次電池モジュール３０は、組電池２を並置した電池ブロック２１の上側隅部に２つのブロック補強板５、下側隅部にブロックベースＡ３、Ｂ４を配置して組電池２を収納し、ブロックベースＡ３、Ｂ４及びブロック補強板５の長手方向の両側をサイド補強板６でボルト、ナット締結で固定している。このため、電池ブロック２１に並置された組電池２が強固に固定され耐振動性に優れる高信頼性の構造体とすることができると共に、ブロックベースＡ３、Ｂ４及びブロック補強板５が長尺状でサイド補強板６が略Ｘ字状の形状ため、電池ブロック２１（二次電池モジュール３０）の小型軽量化及び低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態の二次電池モジュール３０は、サイド補強板６が、ブロックベースＡ３、Ｂ４との固定方向とブロック補強板５との固定方向とが互いに直交して固定されている。このため、これら部品の寸法精度を高精度化しなくても組立てを容易に行うことができるため、低コスト化と組立性とを確保することができる。

更に、本実施形態の二次電池モジュール３０では、サイド補強板６の下部２箇所には、厚み方向に屈曲した屈曲部２２が形成されている。この屈曲部２２は、上述したように、単電池１の充放電に対する耐熱応力性を確保できる他、組立時のブロックベースＡ３、Ｂ４、ブロック補強板５等の寸法精度の誤差も吸収することができる。

従って、本実施形態の二次電池モジュール３０は、高耐振動性、耐熱応力性に優れ、高寸法精度を必要としないため、低コストで生産性に優れる。更に、本実施形態の二次電池モジュール３０は、ブロックベースＡ３、Ｂ４、ブロック補強板５、サイド補強板６がボルト、ナット締結されているため、この締結を解くことで、実使用時に異常状態になった単電池１を組電池２単位で交換が可能であり、更には、リサイクル時の解体作業を容易に行うことができる。

なお、本実施形態では、６個の組電池２で電池ブロック２１を構成した例を示したが、ブッロクベースＡ３、ブロックベースＢ４、ブロック補強板５の長さを変更するだけで、更なる高電圧モジュールを得ることができる。その際、サイド補強板６は同じものを使用することができる。また、組電池２の数だけでなく電池ブロック２１の数を変更して集合化するようにしてもよい。

更に、本実施形態では、単電池にリチウムイオン二次電池を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、ニッケル水素電池等の充放電可能な二次電池に利用が可能で、更に、これら電池を主電源、あるいは、ハイブリッド電源とする移動体電源、例えば、電気自動車等の電源に用いることができる。

また、本実施形態では、サイド補強板６の下部２箇所に屈曲部２２を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、Ｘ字状のサイド補強板６の全ての手（中央から延出された延出部）に屈曲部を形成するようにしても、又は、下部２箇所に複数の屈曲部を形成するようにしてもよい。更に、本実施形態では略水平方向に屈曲部２２を形成した例を示したが、サイド補強板６の手の長手方向に交差する方向に屈曲部を形成するようにしてもよい。そして、本実施形態では、サイド補強板６に略Ｘ字状の形状のものを示したが、本発明はこれに制約されず、サイド補強板６の四隅がブロックベースＡ３、Ｂ４及びブロック補強板５に固定可能な構造を有するものであればよく、軽量化を図るため肉抜きされたものであってもよい。

本発明は組立性の向上及び小型軽量化を図り、低コストで高信頼性の二次電池モジュールを提供するものであるため、二次電池モジュールの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態の二次電池モジュールの外観斜視図である。 実施形態の二次電池モジュールを構成する電池ブロックを正面側から見たときの外観斜視図である。 電池ブロックの背面側から見たときの外観斜視図である。 電池ブロックの正面側から見たときの分解斜視図である。 電池ブロックの背面側から見たときの分解斜視図である。

符号の説明

２ 組電池（単位電池群）
３ ブロックベースＡ（ブロックベース）
４ ブロックベースＢ（ブロックベース）
５ ブロック補強板
６ サイド補強板
７ ボルト
８ ボルト
２１ 電池ブロック（ブロック）
２２ 屈曲部（緩衝部）
３０ 二次電池モジュール

Claims (4)

1. 複数個の単位電池群を並置したブロックを備えた二次電池モジュールであって、前記ブロックは、前記単位電池群の下部を支持する長尺状のブロックベースと、前記単位電池群の上部支持する長尺状のブロック補強板と、前記ブロックベース及び前記ブロック補強板の長手方向の両側を固定するサイド補強板とを有し、前記サイド補強板の四隅がそれぞれ前記ブロックベース又は前記ブロック補強板に固定されていることを特徴とする二次電池モジュール。
2. 前記サイド補強板は、前記ブロックベースとの固定方向と前記ブロック補強板との固定方向とが互いに直交し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。
3. 前記サイド補強板と前記ブロックベース又は前記ブロック補強板との固定がボルト、ナット締結によるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二次電池モジュール。
4. 前記サイド補強板は、厚み方向に屈曲した緩衝部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の二次電池モジュール。

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