JP2010160931A - 二次電池の保持構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】二次電池の電池セルのモジュール化にあたり、容易に電池セルの位置決めが可能な二次電池の保持構造を提供する。
【解決手段】正極端子(3a)及び負極端子(3b)が突出する電池セル(2)の上面を枠部材(6)で覆い、当該枠部材は、枠部材を仕切り電池セルを互いに離間して配置させるリブ(16)と、正極端子及び負極端子が貫通する貫通孔(5)とを有し、当該貫通孔と正極端子及び負極端子を連結するバスバー(7)の連結孔(8)とを貫通したこれら正極端子及び負極端子に結合部材を結合して電池セルと枠部材とを結合させる。
【選択図】図2

Description

本発明は、二次電池の保持構造に係り、詳しくは、モジュールを構成する複数の電池セルの保持構造に関するものである。
この種の二次電池は、例えば電気自動車の車載用としてリチウムイオン電池がモジュール化されてなり、一つのモジュールは、薄膜状の正極、負極及びセパレータが交互に層状に重ね合わされた電極束をセルケースに入れ電解液とともに密閉して一つの電池セルを形成し、この電池セルを複数個束ねることで構成されている。
このリチウムイオン電池のモジュールは、相当な重量を有しているため電池セル単位及びモジュール単位でしっかりと固定する必要がある。
また、特に車載用としては走行時の振動だけでなく放熱等も考慮する必要があり、例えば、隣り合う電池セルを互いに密着しないように間隔をあけて配置し、電池セル間に入り込んだ空気により各電池セルを冷却して電池セルの極端な温度上昇を防ぐ必要がある。
また、このように電池セル間に間隔をあける場合、リチウムイオン電池は電圧の上昇に伴い膨張することがあるので、一の電池セルが膨脹しても他の電池セルに干渉しないよう、電池セル間に十分な間隔を確保する必要がある。
そこで、各電池セルを離間させた状態で電池セルを移動不能に配置させるための仕切り部位を有したインナ部材を設け、このインナ部材を電池セルの上側及び下側に備え、これらの周りを金属製の筐体で囲んだ構成の電池セルの固定構造が知られている(特許文献1)。
特開平5−193366号公報
しかしながら、上記の電池セルの固定構造によるモジュール化では、電池セル上部及び下部をそれぞれインナ部材により押圧保持しているだけなので、電池セルの製造ばらつきによって大きさが異なる場合には、モジュールを構成する電池セル全体として完全に固定できているわけではない。
このように、電池セル全体の固定が不十分で各電池セルが動いてしまうと、例えば隣り合う電池セル間の電極端子同士をバスバーで接続する場合等において、バスバーに余計なテンションがかかってしまうという問題が生じ、バスバーひいては電極端子の破損に繋がり好ましいことではない。
また、リチウムイオン電池では、電圧の上限又は下限を超えると電池の劣化や故障を招く恐れがあることから、一般に電池セルの電圧情報を検出し処理する基板を設ける傾向にあり、電池セルをモジュール化する場合には、例えば各電池セルに正極端子及び負極端子から互いに向かって伸びるセル端子をそれぞれ設け、当該基板を全ての電池セルのセル端子上に通電可能に直接接合することが考えられるが、この場合にも、各電池セルが動いてしまうと、セル端子及び基板に余計なテンションがかかり、セル端子や基板の破損や通電不良に繋がり好ましいことではない。
本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、二次電池の電池セルのモジュール化にあたり、容易に電池セルの位置決めが可能な二次電池の保持構造を提供することにある。
上記の目的を達成するため、請求項1記載の二次電池の保持構造は、正極端子及び負極端子を有する電池セルを複数個束ねて一つのモジュールを構成する二次電池の保持構造において、複数個の前記電池セルを前記正極端子及び負極端子が同一方向を向くように並べた状態で該電池セルの該正極端子及び負極端子を有する面を覆うように規制する枠部材と、前記正極端子及び負極端子を隣り合う電池セル間で連結するバスバーと、前記電池セルに対して前記枠部材と前記バスバーとを結合する結合手段とを備え、前記枠部材は、前記正極端子及び負極端子が貫通する貫通孔と、前記電池セルが互いに間隔をあけて配置されるように隣り合う該電池セルの間を仕切るリブとを有し、前記バスバーは、前記正極端子及び負極端子が貫通する連結孔を有し、前記結合手段は、前記枠部材の前記貫通孔及び前記バスバーの前記連結孔を貫通した前記正極端子及び負極端子に結合部材を結合させることで前記電池セルと前記枠部材とを結合することを特徴とする。
請求項2記載の二次電池の保持構造は、請求項1において、前記バスバーは、前記枠部材に一体に設けられていることを特徴とする。
請求項3記載の二次電池の保持構造は、請求項1または2において、前記電池セルは前記正極端子及び負極端子から互いに向かって伸びるセル端子を有し、前記セル端子に設けられた第1の結合部と、前記電池セル内の電圧を検出するための電圧検出回路と演算処理装置とを有する基板と、前記基板に設けられた第2の結合部とをさらに備え、前記基板は前記枠部材に対して載置されるとともに、前記第1の結合部と前記第2の結合部とが重なり合うように配置され、接合手段により前記第1の結合部と前記第2の結合部とが結合されることで前記セル端子と接合されることを特徴とする。
請求項4記載の二次電池の保持構造は、請求項2において、前記枠部材は前記貫通孔の周縁から端子バーを一体に有し、前記端子バーに設けられた第3の結合部と、前記電池セル内の電圧を検出するための電圧検出回路と演算処理装置とを有する基板と、前記基板に設けられた第2の結合部とをさらに備え、前記基板は前記枠部材に対して載置されるとともに、前記第3の結合部と前記第2の結合部とが重なり合うように配置され、接合手段により前記第3の結合部と前記第2の結合部とが結合されることで前記端子バーと接合されることを特徴とする。
請求項1記載の二次電池の保持構造では、電池セルはリブにより所定の間隔をあけた状態で枠部材に移動不能に固定されるので、各電池セルは枠部材の下面で接して固定され各電池セルの上面は同じ高さになり、隣り合う電池セルとの間隔もリブにより一様に決まることになり、容易にして電池セルの位置決めを同時に行うことができる。
また、電池セルの大きさにバラツキが生じた場合であっても、このような固定により、モジュールを構成する各電池セルが独立して動いてしまうことがないので、バスバーにかかるテンションを低減することができ、漏電やバスバーの破損を防止することができる。
請求項2記載の二次電池の保持構造では、枠部材にバスバーが一体に設けられているので、バスバーの位置も一様に決まることになり、より一層バスバーにかかるテンションを低減することができ、バスバーの破損を防止することができる。
請求項3記載の二次電池の保持構造では、電池セルは電極端子から互いに向かって伸びるセル端子を有し、電池セルの電圧情報を監視する基板が枠部材に載置され、当該セル端子と当該基板とが接合されるので、基板は枠部材の面に揃う状態で固定され電池セルと同様に位置が決まることになり、セル端子及び基板にかかるテンションを低減することができ、セル端子及び基板の破損を防止できるとともに、セル端子と基板間の通電不良をも防止して各電池セルから基板へ電圧情報を確実に伝達することができる。
請求項4記載の二次電池の保持構造では、バスバー及び端子バーを枠部材に一体に設け、隣り合う電池セルをバスバーで接続し、基板は枠部材に載置されて端子バーと接合されているので、基板は枠部材の面に揃う状態で固定され電池セルと同様に位置が決まるとともに、バスバー及び端子バーの位置を安定的に規定することができ、より一層、バスバーや端子バーひいては基板に余計なテンションがかからないようにし、これらの破損を防止することができる。さらに、端子バーと基板間の通電不良を防止して各電池セルから基板への電圧情報の伝達を確実なものにすることができる。
リチウムイオン電池モジュールの側面図である。 モジュール中蓋によりモジュール化した第1実施例に係る二次電池の斜視図である。 第2実施例に係るモジュール中蓋を下面より視た斜視図である。
以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
なお、以下の実施例では便宜上図1にある正極端子3a及び負極端子3bがある側を上として説明を行うが、本発明の実施にあたって当該モジュールがどのように載置されるかは任意である。
先ず、第1実施例について説明する。
図1は、本発明に係るリチウムイオン電池モジュールの側面図を示す。
モジュール1は、薄膜状の正極、負極及びセパレータが交互に層状に重ね合うように巻かれた電極束を絶縁材耐熱樹脂(セルケース)に入れ電解液とともに密閉して一つの金属電池ケースに収納した電池セル2を複数個直列に並べたものであり、隣り合う電池セル2同士が所定の間隔をあけて配置されるようにモジュール中蓋(枠部材)6で規制されて構成されている。
電池セル2の上部両端には、正極から伸びた正極端子3aと負極から伸びた負極端子3bがそれぞれ設けられており、当該正極端子3aは隣り合う電池セル2の負極端子3bと、当該負極端子3bはさらに隣り合う電池セル2の正極端子3aと接続するようにバスバー7(図1には図示せず)が配設されている。
このように、モジュール1では、隣り合う電池セル2同士が正極端子3aと負極端子3bの向きが互いに反対になるように配置され、これらの電池セル2が直列に接続されるように隣り合う正極端子3a及び負極端子3bとがバスバー7により接続され、各電池セル2が所定の間隔をあけてモジュール中蓋6により仕切られた状態で規制され一体に束ねられ、このように束ねられた電池セル2が樹脂で作られたモジュールケース20により側面及び下面を覆われることにより電池セル2のモジュール化が図られている。
また、バスバー7による正極端子3aと負極端子3bの接続はモジュール1間での接続にも用いられ、これにより複数のモジュール1は直列に接続され、モジュール1の集合体として電池パックが形成される。
ところで、リチウムイオン電池はエネルギー密度が高い特徴がある反面、上述したように、電圧の上限又は下限を超えると電池の劣化や故障を招く恐れがあり、それ故、電圧の上限及び下限を監視する必要があり、各電池セル2の電圧情報を監視するための演算処理装置(図示せず)を備えた基板10がモジュール単位で設けられている。
詳しくは、正極端子3a及び負極端子3b(電極端子)にはそれぞれ、互いに向かって伸びるセル端子4が設けられており、このセル端子4の先端部には周縁がねじ切りされた孔40が設けられている。
一方、基板10には、長辺両端部において基板10を上記セル端子4に接合すべくボルト12を貫通させセル端子4の孔40周縁のねじに螺合させるための孔11が設けられている。
これにより、電圧情報の監視を行う基板10はセル端子4に載置され、ボルト12が孔11を貫通し孔40周縁のねじに螺合され、基板10とセル端子4とは接合される。
なお、この場合において、バスバー7により接続される電極間の電位差はゼロなので、バスバー7で接続されている電極端子3a、3bから伸びるセル端子4のうちいずれか一方は、基板10と接合されていなくてもよい。
すなわち、例えば、図2に示すようにモジュール1が4つの電池セル2から構成される場合、セル端子4及び基板10に設けられた孔11はそれぞれ8つあるが、バスバー7で接続されているセル端子4のうちいずれか一方については必ずしも基板10と接合されていなくてもよい。具体的には、ここではバスバー7は3本設けられているので、セル端子4と基板10とは5箇所で接合されていればよい。
図2は、モジュール中蓋6によりモジュール化した第1実施例に係る二次電池の斜視図を示す。
同図に示すように、モジュール中蓋6は、その中央帯域においてくり抜かれた形状をしており、電池セル2をそれぞれ離間するように仕切るリブ16が電池セル2の長辺と平行になるように複数設けられて構成されている。
また、リブ16と垂直をなすモジュール中蓋6の中央帯域の両側には、電池セル2の電極端子3a、3bが貫通し、当該電極端子3a、3bが突出している部分で電池セル2とモジュール中蓋6とを結合手段により結合するための孔(貫通孔)5が設けられている。
例えば、電極端子3a、3bは外周がそれぞれねじ切りされており、電極端子3a、3bにナット(結合部材)9が螺合されることで電池セル2とモジュール中蓋6とが結合される。
また、バスバー7には電極端子3a、3bを貫通させるよう孔(連結孔)8が設けられており、この際、バスバー7もナット9によって共締めされる。
なお、電極端子3a、3bとバスバー7との結合は、スポット溶接、半田付けを含むロウ付け、カシメ、ピン・コンタクト等による結合手段を用いてもよい。
これにより、電池セル2はリブ16により互いに所定の間隔をあけた状態でモジュール中蓋6に移動不能に固定され、各電池セル2の上面の高さ位置及び水平方向の位置が一様に決まる。
このように、本発明に係る二次電池の保持構造によれば、モジュール中蓋6を用いることにより、各電池セル2はモジュール中蓋6の下面で接して固定されるので各電池セル2の上面は同じ高さになり、隣り合う電池セル2との間隔もリブ16により一様に決まることになり、容易にして電池セル2の高さ方向と水平方向との位置決めを同時に行うことができる。
そして、電池セルの大きさにバラツキが生じた場合であっても、このような固定により、モジュール1を構成する各電池セル2が水平方向のみならず上下方向に独立して動いてしまうことがないので、バスバー7にかかるテンションを低減することができ、バスバー7の破損を防止することができる。
また、基板10は枠部材の面に揃う状態でセル端子4と接合されるので、電池セル2と同様に基板10の上下方向の位置を一様に決めることができるとともに、セル端子4や基板10にかかるテンションを低減することができ、セル端子4や基板10の破損を防止できるとともに、セル端子4と基板10間の通電不良をも防止して各電池セル2から基板10へ電圧情報を確実に伝達することができる。
次に、第2実施例について説明する。
図3は、第2実施例に係るモジュール中蓋6を下面より視た斜視図を示す。
モジュール中蓋6の下面には、隣り合う電池セル2の各電極端子3a、3bを接続するためのバスバー17が一体に設けられており、このバスバー17の両端には、電極端子3a、3bを貫通させるようモジュール中蓋6に設けられている孔5に代えて孔18が設けられている。
孔5の周縁から及び孔18の周縁ひいてはバスバー17からは、電池セル2の電圧情報を監視する基板10と電極端子3a、3bを接続するための端子バー14が伸びており、この端子バー14の先端には上記セル端子4の孔と同様に端子バー14と基板10とを締結するためのねじ切りされた孔15が設けられている。一方、基板10の長辺両端部には、上述した如く、ボルト12を貫通させ端子バー14の孔周縁のねじに螺合させるための孔11が設けられている。
これにより、電圧情報の監視を行う基板10はモジュール中蓋6の下面に位置するバスバー17からモジュール中蓋6の下面に沿って伸びる端子バー14と結合される。
このように、本発明の第2実施例に係る二次電池の保持構造によれば、モジュール中蓋6にバスバー17及び端子バー14を一体に設けることにより、バスバー17及び端子バー14の高さ方向と水平方向の位置を安定的に規定するようにでき、より一層、バスバー17や端子バー14ひいては基板10に余計なテンションがかからないようにし、これらの破損を防止することができるとともに、端子バー14と基板10間の通電不良を防止して各電池セル2から基板10への電圧情報の伝達を確実なものにすることができる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、二次電池がリチウムイオン電池である場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、同様にモジュール化する二次電池であれば本発明を適用可能である。
また、上記実施形態では、電池要素が層状に巻かれた電池形式のものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、積層などその他の形式の電池に対しても本発明を適用可能である。
また、上記実施形態では、図2に示すようにモジュール1は4体の電池セル2により構成されているが、電池セル2の数は4体に限るものではない。
1 モジュール
2 電池セル
3a、3b 電極端子
4 セル端子
5 孔(貫通孔)
6 モジュール中蓋(枠部材)
7 バスバー
8 孔(連結孔)
9 ナット(結合部材)
10 基板
12 ボルト
14 端子バー
15 孔
16 リブ
17 バスバー
18 孔(貫通孔)
20 モジュールケース
40 孔

Claims (4)

  1. 正極端子及び負極端子を有する電池セルを複数個束ねて一つのモジュールを構成する二次電池の保持構造において、
    複数個の前記電池セルを前記正極端子及び負極端子が同一方向を向くように並べた状態で該電池セルの該正極端子及び負極端子を有する面を覆うように規制する枠部材と、
    前記正極端子及び負極端子を隣り合う電池セル間で連結するバスバーと、
    前記電池セルに対して前記枠部材と前記バスバーとを結合する結合手段とを備え、
    前記枠部材は、
    前記正極端子及び負極端子が貫通する貫通孔と、
    前記電池セルが互いに間隔をあけて配置されるように隣り合う該電池セルの間を仕切るリブとを有し、
    前記バスバーは、前記正極端子及び負極端子が貫通する連結孔を有し、
    前記結合手段は、前記枠部材の前記貫通孔及び前記バスバーの前記連結孔を貫通した前記正極端子及び負極端子に結合部材を結合させることで前記電池セルと前記枠部材とを結合することを特徴とする二次電池の保持構造。
  2. 前記バスバーは、前記枠部材に一体に設けられていることを特徴とする、請求項1記載の二次電池の保持構造。
  3. 前記電池セルは前記正極端子及び負極端子から互いに向かって伸びるセル端子を有し、
    前記セル端子に設けられた第1の結合部と、
    前記電池セル内の電圧を検出するための電圧検出回路と演算処理装置とを有する基板と、
    前記基板に設けられた第2の結合部とをさらに備え、
    前記基板は前記枠部材に対して載置されるとともに、前記第1の結合部と前記第2の結合部とが重なり合うように配置され、接合手段により前記第1の結合部と前記第2の結合部とが結合されることで前記セル端子と接合されることを特徴とする、請求項1または2記載の二次電池の保持構造。
  4. 前記枠部材は前記貫通孔の周縁から伸びる端子バーを一体に有し、
    前記端子バーに設けられた第3の結合部と、
    前記電池セル内の電圧を検出するための電圧検出回路と演算処理装置とを有する基板と、
    前記基板に設けられた第2の結合部とをさらに備え、
    前記基板は前記枠部材に対して載置されるとともに、前記第3の結合部と前記第2の結合部とが重なり合うように配置され、接合手段により前記第3の結合部と前記第2の結合部とが結合されることで前記端子バーと接合されることを特徴とする、請求項2記載の二次電池の保持構造。
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