JP2012138239A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】振動による衝撃に対する接続強度を確保しつつ、安全性を高め、かつ生産性を向上した電池モジュールを得る。
【解決手段】一側面に、第１の外部端子と、第２の外部端子とを、突設させた角形電池を複数個配列し、隣接する各２個の電池において、一方の電池の第１の外部端子と、他方の電池の第２の外部端子とを、電気的に導通する連結部材を備え、前記連結部材は、前記第１の外部端子を挿通して互いに接合させる第１筒状接合部を有する第１取付け部と、前記第２の外部端子を挿通して互いに接合させる第２筒状接合部を有する第２取付け部と、前記第１取付け部と前記第２取付け部とを連結する側壁と、を有し、前記第２取付け部は前記側壁の下端から屈曲して延出し、前記第１取付け部は前記側壁の上端から前記第２取付け部と相対する方向へ屈曲して延出する電池モジュールとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数個の角形電池を電気的に接続してなる電池モジュールに関する。

近年、携帯電話機および電動工具などのコードレス機器やハイブリッド自動車などの電源としては、機器の小型軽量化などに伴い、体積効率に優れた角形電池を複数個電気的に接続して所要の電圧を得るように構成した電池モジュールが使用されている。

通常、このような電池モジュールでは、角形電池同士を正極および負極の外部端子が交互に位置する配置で厚み方向に互いに重ね合わせ、隣接する角形電池の正極と負極の外部端子を連結部材を用いて接続する構成としている。しかしながら、このような構成にした場合、隣接する角形電池の各々の外部端子の高さのばらつきにより、外部端子と連結部材との接続不良が生じやすくなる。また、この接続が不十分である場合には、電池搭載機器の振動などによって連結部材と外部端子が外れることで、溶接不良が生じる可能性がある。このような問題に対して様々な取組みがなされている。

例えば、隣接する各２個の角形電池のうちの一方の角形電池の封口板には、連結部材の平板接合部が接合され、平板接合部から立ち上がり片部を介して各角形電池の配列方向に向け延びた取付片部の筒状接合部に、他方の角形電池の一方の外部端子を嵌合状態で挿通して互いに接合させることが提案されている。このような構成によれば、外部端子が筒状接合部内をスライドできるので、高さのばらつきを筒状接合部の一方の外部端子に対する取付け位置の可変により吸収することができ、外部端子の高さばらつきによる溶接不良を回避できるとしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１５７３８２号公報

しかしながら、特許文献１においては、封口板の平面部に連結部材の平面部を重ね合わせて溶接するため、溶接位置が定まらず、位置決めが困難となる。また、この封口板の平面部には、連結部材を溶接するための一定の面積が必要となり、同じく封口板の平面部に形成する防爆弁の領域が制限されることで、電池の異常によるガス発生時において、このガスを電池外部に速やかに排出することが妨げられる可能性がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、振動による衝撃に対して接続強度を確保しつつ、生産性を向上するとともに、安全性に優れた電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る電池モジュールは、一側面に、第１の外部端子と、第２の外部端子とを、突設させた角形電池を複数個配列し、隣接する各２個の電池において、一方の電池の第１の外部端子と、他方の電池の第２の外部端子とを、電気的に導通する連結部材を備え、前記連結部材は、前記第１の外部端子を挿通して互いに接合させる第１筒状接合部を有する第１取付け部と、前記第２の外部端子を挿通して互いに接合させる第２筒状接合部を有する第２取付け部と、前記第１取付け部と前記第２取付け部とを連結する側壁と、を有し、
前記第２取付け部は前記側壁の下端から屈曲して延出し、前記第１取付け部は前記側壁の上端から前記第２取付け部と相対する方向へ屈曲して延出する構造とすることを特徴とする。

本発明によれば、隣接する角形電池の外部端子を連結部材により接合する電池モジュールにおいて、振動による衝撃に対して接続強度を確保しつつ、生産性を向上するとともに、安全性に優れた電池モジュールを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る角形電池の外観斜視図 本発明の第１の実施形態に係る電池モジュールの外観斜視図 本発明の第１の実施形態に係る電池モジュールの連結部材の外観斜視図 本発明の第２の実施形態に係る電池モジュールの連結部材の外観斜視図 本発明の第３の実施形態に係る電池モジュールの連結部材の外観斜視図 本発明の第３の実施形態に係る電池モジュールの外観斜視図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されない。

図１は、本発明の一実施形態に係る角形電池の外観斜視図である。本実施形態に係る二次電池は、角形電池であり、有底の電池ケース１を有している。電池ケース１の開口端には封口板３が溶接されており、電池ケース１と封口板３とは同極である。電池ケース１内には、電極群が電解液又は電解質（以下では「電解質」と記す。）と共に収容されている。

電極群は、略楕円形の横断面を有しており、正極板と負極板とセパレータとを有している。詳細には、正極板及び負極板の幅方向における一端（露出端）では、集電体が合剤層から露出している。正極板の露出端と負極板の露出端とがセパレータから互いに逆向きに突出するように正極板と負極板とでセパレータを挟み、正極板、負極板及びセパレータを捲回する。これにより、電極群が形成される。

本実施形態においては、正極板の露出端は、電池ケース１の底部で、電池ケース１に接続されている。負極板の露出端には負極集電板が接続されており、負極集電板は第１の外部端子９に接続されている。ここで、第１の外部端子９は負極端子となるが、封口板３は電池ケース１と同じく正極であるので、第１の外部端子９はガスケット等の絶縁部材１１を介して封口板３に貫設されている。第１の外部端子９が、封口板３から突出する程度は、特に限定されないが、電池ケース１の端部より高く、かつ連結時に高さばらつきを吸収できる程度の高さで、突出させることが好ましい。

電解質は、封口板３から突出形成された注液孔６から電池ケース１内に注入され、注液孔６は、電解質が注入されると封栓７で溶接により蓋がされる。ここで、注液孔６および封栓７は、封口板３と同極であり正極となる。

封口板３には、外表面の一部を環状に刻印することで厚みを薄くし、破断しやすく構成された防爆弁４が形成されている。異常時に可燃性ガスが発生し、電池内部の圧力が上昇すると、この厚みの薄い部分が破断して防爆弁４が開き、可燃性ガスを電池外部へ放出して内圧を低下させる。よって、この防爆弁の面積は、なるべく広い方が、安全性の観点から好ましい。すなわち異常時に急激に発生する可燃性ガスを、効率よく外部に排気するこ
とで、電池の熱暴走を防ぐことができる。

本実施形態では、封口板３から突出して設けられた注液孔６および封栓７を第２の外部端子５としている。第２の外部端子は、注液孔６とは別途に設ける構成にしてもよいが、このような構成とすることで、新たに、別途の突出させた外部端子を設ける必要がないため好ましい。さらに、このような構成とすることで、封口板の平坦部の面積を減らすことがないため、防爆弁４の面積を広く確保することが可能となる。ここで、第２の外部端子５が、封口板３から突出する程度は、特に限定されないが、電池ケース１の端部より高く、かつ連結時に高さばらつきを吸収できる程度の高さで、突出させることが好ましい。

上記、本実施形態の説明において、第１の外部端子９を負極、第２の外部端子５を正極としたが、負極板の露出端、および正極板の露出端の配置を変えて、第１の外部端子９を正極、第２の外部端子５を負極とする構成にしてもよい。

また、第１の外部端子９および第２の外部端子５の高さは、どちらが高く突出させてもよく、同等程度に突出させてもよい。より好ましくは、絶縁部材１１を介して突出する外部端子を、より高く突出させる方が好ましい。また、第１の外部端子９と第２の外部端子５とは、高さ、もしくは径を変えることで、正極、負極の判別が容易となり、連結する際の生産性を上げることができる。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る電池モジュールの外観斜視図である。この電池モジュール３００は、第１の外部端子９と、第２の外部端子５とを、封口板３から突設させた偏平な角形電池１００を、厚み方向に複数個重ね合わせた状態で、隣接する各２個の角形電池１００を連結部材２００によって相互に電気的接続した構成になっている。例えば、角形電池１００の第１の外部端子９に対して、隣接する角形電池の第２の外部端子５が隣接するように、交互に重ね合わされており、それらの外部端子と連結部材２００とを接合し、直列に接続されている。

以下、本発明の第１の実施形態について、詳細に説明する。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る電池モジュールの連結部材２００を示す図である。この連結部材２００は、角形電池１００の第１の外部端子９を嵌合状態で挿入して接合する第１筒状接合部２０１を有する第１取付け部２１１と、第２の外部端子５を嵌合状態で挿入して接合する第２筒状接合部２０２を含む第２取付け部２２２と、第２取付け部２２２と第１取付け部２１１とを連結する側壁２０３により構成されている。

より具体的には、第２取付け部２２２の端部を直交方向に屈曲して延出した側壁の他端部を、第２取付け部２２２とは反対方向に向けた直交方向でありかつ第２取付け部２２２と並行な配置に屈曲した第１取付け部２１１からなり、それぞれの取付け部の中央には、円筒状の筒状接合部が形成されている。図２で示すように、角形電池１００を配列した電池モジュール３００においては、角形電池１００の突出した外部端子を、この連結部材２００の筒状接合部に嵌合状態に挿通して、外部端子と筒状接合部を互いに接合している。

このような筒状接合部は、角形電池１００を連結して電池モジュール３００とする際に、この筒状接合部に対応する外部端子を挿入させることで、溶接前に、連結部材を固定でき、電池モジュール３００において、容易に、角形電池１００の外部端子の溶接の位置決めをすることができる。また、電池の高さ方向の公差によるばらつきも各外部端子が筒状接合部内をスライドできるため、解消することができる。ここで、筒状接合部の厚みは、取付け部の厚みに対して大きくすることが、溶接時の信頼性向上のため好ましい。

また、本実施形態における連結部材２００は、第１取付け部２１１、および第２取付け部２２２が、側壁２０３の両端部から屈曲して相対する方向へ延出している。そのため、第１の外部端子９および隣接する角形電池１００の第２の外部端子５は、それぞれ高さの異なる位置で各円筒接合部と接合される。このような構造にすることで、溶接後に、衝撃や振動などにより、隣接電池間における接合部分に高さ方向の外力が加わった場合であっても、この屈曲部２０４の弾性効果で、高さ方向の位置ずれを吸収することができ、溶接はずれによる不良を低減することができる。

また、第１取付け部２１１と、第２取付け部２２２の高さが異なることから、隣接する連結部材間の接触による短絡を防止することが可能となる。さらに、連結部材２００の小型化により、省スペースでの連結が可能となる。

この連結部材２００の材料は、連結部材として公知の材料、銅、アルミ、ニッケル、または銅とニッケルのクラッド材等を用いることができる。また厚みも特に限定されることなく採用できる。また、取付け部の形状は、略矩形に限定されず、矩形以外の多角形であっても良いし、略半円であっても良いし、直線部分と円弧部分とを含む形状であっても良い。また、外部端子と接合する筒状接合部の形状は、円形に限定されず、多角形であっても良いし、略半円であっても良いし、直線部分と円弧部分とを含む形状であっても良いが、外部端子の形状と対応する形状であることが好ましい。また、筒状接合部は、切り込みや凹部を設けて溶接する箇所をさらに規定した構造としてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について、詳細に説明する。

本発明においては、大電流が流れた際に溶断する機能（以下では、「溶断機能」と記す。）を、連結部材に備えていることが安全性の面から好ましい。外部短絡等の異常時において、突然の大電流が電池モジュールに流れた場合、連結部材にも大電流が流れることとなる。このとき、連結部材２００に溶断機能を設けた溶断部を設けることで、この溶断部に流れる電流による発熱で、溶断部が溶断して電流経路を遮断し、異常電流が継続して流れることを防ぐことが可能となる。また、連結部材２００に溶断機能を持たすことで、連結部材２００を電池に接続するのみで、安全機構を簡易に設置することができる。

溶断機能を有する連結部材２００としては、連結部材２００の一部に幅の狭い箇所を設けたり、開口部を設けたり、厚みの薄い箇所を形成したりすることで、電流が集中して流れる箇所を形成したり、さらには溶断しやすい材料を一部に用いたりする方法が用いられる。

図４は本発明の第２の実施形態の電池モジュールに係る連結部材の外観斜視図である。この連結部材２００は、上記した溶断機能を有する連結部材２００の一例である。図４の連結部材２００は側壁２０３に開口部２０３ａを有している。この構造は、例えば、側壁２０３の一部に、貫通孔を開けて、開口部２０３ａとすることで、容易に溶断機能を有する溶断部２０３ｂを持つ連結部材２００を形成することができる。

さらに、開口部２０３ａを形成する構造は、溶断機能だけではなく、さらなる弾性効果が生じ、連結部材２００の高さ方向の変位量を稼ぐことができるため、振動による溶接はずれ等の溶接不良を低減することができる。

開口部２０３ａを形成する位置は、特に限定されないが、生産上の観点からは、側壁２０３に形成することが好ましい。また、側壁２０３が第１取付け部２１１、あるいは第２取付け部２２２と交わる屈曲部２０４に形成した場合は、連結部材の高さ方向の変位量をさらに稼ぐことができる。

また、開口部２０３ａは、開口率が３０％以上９０％以下となるように開口部２０３ａを設けることが好ましい。３０％より少なければ、溶断機能の効果が低く、９０％より多ければ、強度が弱くなり破断し易くなるため、上記範囲が好ましい。より好ましくは、５０％以上、８０％以下である。また、側壁２０３および屈曲部２０４のいずれにも開口部２０３ａを有する構造としてもよい。

また、開口部２０３ａの形状及び個数は、図４に示すようなものに限定されない。すなわち強度が低下しないように、かつ所望の溶断機能を有するように開口率を設定し、形状及び個数を適宜選択すれば良い。

また、側壁２０３の一部の厚みを薄くして薄肉部を形成し溶断部とすることも可能である。上記薄肉部を形成し溶断部とする方法としては、例えば、プレス成形により薄肉部を形成した板を作製後、薄肉部が所定の位置になるよう屈曲することで作製することができる。

薄肉部を形成する位置は、特に限定されないが、生産上の観点からは、側壁に形成することが好ましい。また、側壁２０３と第１取付け部、あるいは第２取付け部とが交わる屈曲部２０４に形成することで、連結部材の高さ方向の変位量をさらに稼ぐことができる。

また薄肉部は、連結部材２００の厚みに対して、３０％以上９０％以下とすることが好ましい。３０％より小さければ強度が弱くなるため破断し易くなり、９０％より大きければ溶断効果が低くなるため、上記範囲が好ましい。より好ましくは、５０％以上、８０％以下である。また、側壁２０３および屈曲部２０４のいずれにも厚みを薄くした溶断部を有する構造としてもよい。

また薄肉部の形状および個数は、強度が低下しないように、かつ所望の溶断機能を有するように設定し、形状及び個数を適宜選択すれば良い。

また溶断部は、連結部材と別の材料を選択して接合することで形成することができる。具体的には、連結部材２００の側壁２０３に開口部２０３ａを設け、その開口部２０３ａに溶断部として、例えば銅、ニッケル、鉄等の材料から得られた板、またはワイヤーを溶接により接続することができる。

次に、本発明の第３の実施形態について、詳細に説明する。

図５は、本発明の第３の実施形態の電池モジュールに係る連結部材の外観斜視図である。本実施形態においては、連結部材２００の少なくともいずれかの側辺から上部へ延出する端子部２０５を設けている。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る電池モジュールの外観斜視図である。図５に示すような連結部材２００を用いることで、多数の角形電池を連結した場合であっても、上部に突出した端子部２０５により、容易に電池電圧を測ることができる。

本実施形態に係る角形電池は、以下に示す構成であっても良い。

角形電池としては、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であっても良いし、ニッケル水素二次電池等であっても良い。

さらに角形電池は、複数個の単電池を外装体に収容した電池ユニットでもよい。その場
合、外装体に収容された単電池は、直列または並列に電気的に接続され、外装体の一側面から第１の外部端子および第２の外部端子が突出して形成される。

角形電池の構成要素（正極板、負極板、セパレータ及び電解質等）の材料及び厚み等は、それぞれ、二次電池の構成要素として公知の材料及び厚み等を特に限定されることなく採用できる。また、正極板及び負極板の構成（例えば、集電板の厚み、合剤層の厚み及び合剤層における各材料の含有量等）は、それぞれ、角形電池の正極板及び負極板の構成として公知の構成を特に限定されることなく採用できる。

また、電極群は、正極板と負極板とがセパレータを挟んで捲回することなく積層されて構成されていても良い。

以上説明したように、本発明は、携帯型電子機器、移動体通信機器又は車両等の駆動用電源として有用である。

１ 電池ケース
３ 封口板
４ 防爆弁
５ 第２の外部端子
６ 注液孔
７ 封栓
９ 第１の外部端子
１１ 絶縁部材
１００ 角形電池
２００ 連結部材
２０１ 第１筒状接合部
２０２ 第２筒状接合部
２０３ 側壁
２０３ａ 開口部
２０３ｂ 溶断部
２０４ 屈曲部
２０５ 端子部
２１１ 第１取付け部
２２２ 第２取付け部
３００ 電池モジュール

Claims (6)

1. 一側面に、第１の外部端子と、第２の外部端子とを、突設させた角形電池を複数個配列し、
   隣接する各２個の電池において、一方の電池の第１の外部端子と、他方の電池の第２の外部端子とを、電気的に導通する連結部材を備え、
   前記連結部材は、前記第１の外部端子を挿通して互いに接合させる第１筒状接合部を有する第１取付け部と、前記第２の外部端子を挿通して互いに接合させる第２筒状接合部を有する第２取付け部と、前記第１取付け部と前記第２取付け部とを連結する側壁と、を有し、
   前記第２取付け部は前記側壁の下端から屈曲して延出し、前記第１取付け部は前記側壁の上端から前記第２取付け部と相対する方向へ屈曲して延出する電池モジュール。
2. 請求項１に記載の電池モジュールであって、
   前記連結部材には、溶断機能を持つ部位が形成されている電池モジュール。
3. 請求項２に記載の電池モジュールであって、
   前記溶断機能を持つ部位として、前記連結部材の少なくとも一部に、厚みを薄くした溶断部を形成した電池モジュール。
4. 請求項２に記載の電池モジュールであって、
   前記溶断機能を持つ部位として、前記連結部材の少なくとも一部に、開口部を設けて溶断部を形成した電池モジュール。
5. 請求項４に記載の電池モジュールであって、
   前記開口部の開口率が、３０％以上９０％以下である電池モジュール。
6. 請求項１に記載の電池モジュールであって、
   前記連結部材の少なくともいずれかの側端から、屈曲して延出する端子部を設けた電池モジュール。