JP2012190589A - 電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】電池性能を多様かつ高精度に制御可能な電池モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の電池モジュール1は、電解液を貯留する電池容器、同一の電池容器に収容され、蓄電性能が互いに異なる複数の蓄電体6、7、及び複数の蓄電体6、7のそれぞれに対応して設けられ、対応する蓄電体を電池容器の外部と電気的に接続可能な複数の端子部を有する電池セル2と、複数の端子部のうちのいずれか1つ又は2つ以上を選択的に外部と電気的に接続可能にするスイッチ部3と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の電池モジュール1は、電解液を貯留する電池容器、同一の電池容器に収容され、蓄電性能が互いに異なる複数の蓄電体6、7、及び複数の蓄電体6、7のそれぞれに対応して設けられ、対応する蓄電体を電池容器の外部と電気的に接続可能な複数の端子部を有する電池セル2と、複数の端子部のうちのいずれか1つ又は2つ以上を選択的に外部と電気的に接続可能にするスイッチ部3と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、電池モジュールに関する。
電池セルと外部への配線構造を有する電池モジュールは、電気自動車や定置用電源装置、発電装置などの各種の電気システムに用いられている。電池モジュールは、電気システムの用途や負荷の変動等の用途に応じて、大容量であることが要求される場合もあるし、急速に充放電可能であることが要求される場合もある。
近年では、要求性能の変化に対応させるべく、容量や充放電の速度等の蓄電特性が互いに異なる複数の蓄電体を備えた電池セルが提案されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1の電池セルは、蓄電体としての鉛蓄電池及びキャパシタを並列接続して、同一の電池容器内に収容した構成である。この電池セルは、鉛蓄電池で容量を確保することができ、またキャパシタで急速な充放電に対応することもできる。また、互いに独立した2種類の電池セルを組み合わせるよりも、部品の共通化等により低コストにすることや省スペースにすることができる。
しかしながら、特許文献1の電池セルで電池モジュールを構成した場合に、鉛蓄電池(一方の蓄電体)とキャパシタ(他方の蓄電体)とで通電経路が共通しているので、電流、電圧、電力、充放電速度、充放電間隔等の入出力条件次第では一方の蓄電体に充放電すると他方の蓄電体の充電率等が影響を受けてしまい、他方の蓄電体が所望の性能を発揮しないことがある。また、組み合わせる蓄電体の種類によっては、一方の蓄電体に充放電制御すると他方の蓄電体が蓄電性能の違いで損傷することになり、実際に蓄電体を組み合わせることができない場合もある。この場合には、所望の性能を実現できないことになる。
本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、電池性能を多様かつ高精度に制御可能な電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明の電池モジュールは、電解液を貯留する電池容器、同一の前記電池容器に収容され、蓄電性能が互いに異なる複数の蓄電体、及び前記複数の蓄電体のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記蓄電体を前記電池容器の外部と電気的に接続可能な複数の端子部を有する電池セルと、前記複数の端子部のうちのいずれか1つ又は2つ以上を選択的に外部と電気的に接続可能にするスイッチ部と、を備えることを特徴とする。
上記の電池モジュールは、蓄電性能が互いに異なる複数の蓄電体を有しており、複数の蓄電体を外部と電気的に接続可能な複数の端子部を選択的に外部と電気的に接続可能にするスイッチ部を備えているので、蓄電体ごとに充電や放電を制御することができ、電池性能を多様かつ高精度に制御することができる。
本発明によれば、電池性能を多様かつ高精度に制御可能な電池モジュールを提供することができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は下記の実施形態に限定されるものではない。説明に用いる図面において、図面中の構造の寸法や縮尺を適宜異ならせている。
[第1実施形態]
第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態の電池モジュールの構成を示す図である。図1に示す電池モジュール1は、互いに電気的に接続された複数の電池セル2と、スイッチ部3と、スイッチ部3を制御する制御部4とを備える。複数の電池セル2は、スイッチ部3を介して電動モータ等の電力負荷5と電気的に接続されており、電力負荷5に電力を供給可能である。複数の電池セル2に充電する場合に、複数の電池セル2は、スイッチ部3を介して充放電器と電気的に接続される。
第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態の電池モジュールの構成を示す図である。図1に示す電池モジュール1は、互いに電気的に接続された複数の電池セル2と、スイッチ部3と、スイッチ部3を制御する制御部4とを備える。複数の電池セル2は、スイッチ部3を介して電動モータ等の電力負荷5と電気的に接続されており、電力負荷5に電力を供給可能である。複数の電池セル2に充電する場合に、複数の電池セル2は、スイッチ部3を介して充放電器と電気的に接続される。
本実施形態において、電池モジュール1及び電力負荷5により、電気システムが構成されている。電気システムは、例えば産業車両や電気自動車、ハイブリッド自動車、電車、船舶、飛行機、発電システム等、電池セルから電力の供給を受けて駆動するシステムである。
電池セル2は、互いに蓄電特性が異なる第1蓄電体6及び第2蓄電体7を有する。上記の蓄電特性は、容量、充放電速度、充放電制御する場合の電圧又は電流の許容範囲のうちの少なくとも1つである。本実施形態の第1蓄電体6は、酸化還元反応によって蓄電可能なリチウムイオンバッテリーである。本実施形態の第2蓄電体7は、化学反応を伴わないで蓄電可能なリチウムイオンキャパシタ(電気二重層キャパシタ)である。
第1蓄電体6は、第2蓄電体7と比較して容量が大きく、長時間にわたって電力負荷5に電流を流すことができる。第2蓄電体7は、第1蓄電体6と比較して充放電速度が速く、急速充電することや電力負荷5に大電流を供給すること、電力負荷5で必要な電力の高周波変動に応じて電力を供給すること等ができる。
本実施形態において、複数の電池セル2に含まれる複数の第1蓄電体6は、互いに直列接続されている。複数の電池セル2に含まれる複数の第2蓄電体7は、互いに並列接続されている。複数の第1蓄電体6からなるグループと、複数の第2蓄電体7からなるグループは、互いに並列な関係になるように、それぞれ、スイッチ部3と電気的に接続されている。
なお、複数の第1蓄電体6の接続は、並列接続でもよいし、直列接続及び並列接続を組み合わせた接続でもよい。また、複数の第2蓄電体7の接続は、直列接続でもよいし、直列接続及び並列接続を組み合わせた接続でもよい。
スイッチ部3は、電力負荷5や充放電器等の電池モジュール1の外部に対して、第1蓄電体6と第2蓄電体7の一方が択一的に電気的に接続されるように、あるいは双方が電気的に接続されるように、または双方が電気的に接続されないように、第1蓄電体6と外部との接続モード及び第2蓄電体7と外部との接続モードをそれぞれ切替可能である。
本実施形態の電池モジュール1は、スイッチ部3の外部と電気的に接続される正負の外部接続端子間の電圧を測定する電圧計8と、外部接続端子に流れる電流を測定可能な電流計9とを備える。電圧計8の測定結果及び電流計9の測定結果は、制御部4に出力される。制御部4は、電圧計8の測定結果及び電流計9の測定結果に基づいて、スイッチ部3を制御し、第1蓄電体6と外部との接続モード及び第2蓄電体7と外部との接続モードを、それぞれ制御することができる。
本実施形態の制御部4は、電力負荷5で必要とされる電力を示すデータを電力負荷5から受け取り、このデータに基づいて電力負荷5に適した接続モードになるように、スイッチ部3を制御することもできる。また、制御部4は、各接続モードでの電圧計8の測定結果及び電流計9の測定結果に基づいて、複数の第1蓄電体6の充電率、及び複数の第2蓄電体7の充電率を求めることもできる。
なお、制御部4は、電池モジュール1の動作を監視あるいは制御する装置の一部でもよいし、電池モジュール1の外部の装置、例えば電力負荷5を含んだ各種装置の一部あるいは充放電装置の一部であってもよい。また、制御部4は、電力負荷5で要求される電力の入出力条件に応じて、複数の蓄電体のうちのいずれか1つ又は2つ以上を選択し、選択した蓄電体が電力負荷5と電気的に接続されるようにスイッチ部3を制御してもよい。
次に、電池セル2とその接続関係について説明する。図2は、第1実施形態における電池セルの構成を示す図である。図2に示す電池セル2は、電解液を貯留する電池容器10と、同一の電池容器10に収容された複数の蓄電体(第1蓄電体6及び第2蓄電体7)と、電池容器10に取り付けられた複数の端子部(第1正極端子11、第1負極端子12、第2正極端子13、及び第2負極端子14)とを備える。第1正極端子11及び第1負極端子12は、第1蓄電体6に対応して設けられており、第1蓄電体6を電池容器10の外部と電気的に接続可能である。第2正極端子13及び第2負極端子14は、第2蓄電体7に対応して設けられており、第2蓄電体7を電池容器10の外部と電気的に接続可能である。
電池容器10は、例えば角型の箱状であり、アルミニウム等の金属材料からなる。電池容器10は、開口を有する容器本体15と、この開口を塞いで容器本体15と溶接等で接合された蓋16とを有する。電池容器10の内壁や外壁には、必要に応じて、電池容器10の外部や第1蓄電体6及び第2蓄電体7等との短絡を防止するための絶縁膜やスペーサが設けられる。
第1蓄電体6は、セパレータを介して正極板と負極板とが互いに積層された構造の積層電極体17と、正極板と電気的に接続された第1正極リード18と、負極板と電気的に接続された第1負極リード19とを有する。積層電極体17は、電池容器10に貯留された電解液に浸漬されている。
本実施形態の積層電極体17は、正極板と負極板とが交互に繰り返し配置された積層型である。積層電極体17は、互いに積層された正極板とセパレータと負極板とを巻回した巻回型でもよい。正極板及び負極板は、集電材の両面に電極活物質層が設けられた構造である。集電材の材質及び電極活物質層の材質は、電解液の種類や正負の極性に応じて適宜選択される。電解液は、例えばリチウムイオンを含有した非水電解液である。正極板は、例えば、集電材が銅箔からなり、電極活物質層がマンガン酸リチウムからなる。負極板は、例えば、集電材がアルミニウム箔からなり、電極活物質層がカーボンからなる。
第1正極リード18は、積層電極体17の積層方向(Y方向)と直交する方向(X方向)の一方側(−X側)に設けられており、第1負極リード19は、他方側(+X側)に設けられている。第1正極リード18は、蓋16に向って延びて第1正極端子11と接合されている。第1負極リード19は、蓋16に向って延びて第1負極端子12と接合されている。
第2蓄電体7は、セパレータを介して一対の極板が互いに積層された構造の積層体20と、一方の極板と電気的に接続された第2正極リード21と、他方の極板と電気的に接続された第2負極リード22とを有する。積層体20は、電池容器10に貯留された電解液に浸漬されている。
本実施形態の積層体20は、一対の極板が交互に繰り返し配置された積層型である。積層体20は、互いに積層された一対の極板とセパレータとを巻回した巻回型でもよい。一対の極板は、一方が正極として機能し、他方が負極として機能する。本実施形態の極板は、箔状の集電材の両面に吸蔵層が設けられた構造である。集電材の材質及び吸蔵層の材質は、電解液の種類等に応じて適宜選択される。集電材は、例えばアルミニウム箔や銅箔等の導電部材からなり、吸蔵層は例えば活性炭からなる。
第2正極リード21は、積層体20の積層方向(Y方向)と直交する方向(X方向)の一方側(−X側)に設けられており、第2負極リード22は、他方側(+X側)に設けられている。本実施形態において、第2正極リード21及び第2負極リード22は、X方向にて第1蓄電体6の第1正極リード18及び第1負極リード19に挟むように、配置されている。第2正極リード21は蓋16に向って延びて第2正極端子13と接合されており、第2負極端子14は蓋16に向って延びて第1負極端子12と接合されている。
複数の端子部は、いずれも同様の構造であり、蓋16に取り付けられている。第1正極端子11と第2正極端子13は、互いに導通しないように絶縁部23を介して一体化されて、蓋16に設けられた同一の貫通孔に蓋16と短絡しないように絶縁スリーブ24を介して取付けられている。第1負極端子12と第2負極端子14は、絶縁部25を介して一体化されて、蓋16に絶縁スリーブ26を介して取付けられている。第2正極端子13及び第2負極端子14は、X方向にて第1正極端子11及び第1負極端子12を挟むように配置されている。
第1正極端子11及び第1負極端子12は、それぞれの一部が電池容器10の内部に配置されて第1正極リード18又は第1負極リード19と接合されている。第1正極端子11の他の一部は、電池容器10の外部に配置されており、他の電池セル2の第2負極端子14と配線部材27を介して電気的に接続されている。
第2正極端子13及び第2負極端子14は、それぞれの一部が電池容器10の内部に配置されて第2正極リード21又は第2負極リード22と接合されている。第2正極端子13の他の一部は、電池容器10の外部に配置されており、他の電池セル2の第2正極端子13と配線部材28を介して電気的に接続されている。第2負極端子14の他の一部は、電池容器10の外部に配置されており、他の電池セル2の第2負極端子14と配線部材29を介して電気的に接続されている。
第2正極端子13及び第2負極端子14がX方向にて第1正極端子11及び第1負極端子12の外側に配置されているので、配線部材27〜29を互いに交差させないで複数の端子部を互いに電気的に接続することができ、配線部材27〜29の間の短絡が抑制される。
なお、複数の端子部を互いに電気的に接続する配線部材は、互いに短絡しないように立体的に交差して配置されていてもよい。配線部材27〜29は、互いに独立して取り外し可能な部材でもよいし、基板上に配列されて基板と一体化された部材でもよい。
次に、スイッチ部3について説明する。図3は、第1実施形態におけるスイッチ部の構成を示す図である。スイッチ部3は、正極の切替部3Aと負極の切替部3Bとを有し、切替部3A及び切替部3Bが連動して動作する連動スイッチである。
スイッチ部3は、中空の筺体30と、筺体30の天井部30aに設けられて筺体30に対して移動可能な可動子31と、可動子31に固定されて可動子31から筺体30の天井部30aとは反対側の底部30bに向って突出した端子32〜35と、可動子31を駆動する駆動部36と、筺体30の内部に天井部30aと対向して配置され、可動子31の移動量に応じて端子32〜35と選択的に接触する正極接触体37及び負極接触体38とを有する。
端子32は、リール等の配線バッファ39を介して、複数の電池セル2の配列の端に相当する電池セル2の第1正極端子11と電気的に接続されている。配線バッファ39は、可動子31の移動に伴って配線を繰出しあるいは巻取ることによって、第1正極端子11と端子32との間の断線を防止する。同様に、端子33は配線バッファ40及び配線部材28を介して第2正極端子13と、端子34は配線バッファ41を介して配列の端の第1負極端子12と、端子35は配線バッファ42及び配線部材29を介して第2負極端子14と、それぞれ電気的に接続されている。端子32及び端子33は、筺体30の内部にて絶縁材料からなる固定部材43によって互いの相対位置が固定されている。同様に、端子34及び端子35は、固定部材44によって互いに固定されている。
駆動部36は、エアシリンダー等のアクチュエータで構成されており、制御部4によって制御されて可動子31を往復移動させることができる。可動子31の移動に伴って、端子32〜35は、筺体30に対して可動子31の移動方向に、互いに相対位置を保持したまま移動する。
正極接触体37は、導電材料からなり、外部接続端子45を介して電力負荷5と電気的に接続されている。正極接触体37は、端子32及び端子33に対して突出した第1凸部46及び第2凸部47と、端子32及び端子33に対して窪んだ凹部48とを有する。ここでは、端子32及び端子33のそれぞれについて、正極接触体37へ向かう方向を突出方向という。第1凸部46、凹部48、及び第2凸部47は、可動子31の移動方向に並んでいる。負極接触体38は、導電材料からなり、外部接続端子49を介して電力負荷5と電気的に接続されている。負極接触体38は、正極接触体37と同様の構造であり、正極接触体37と短絡しないように、可動子31の移動方向にて正極接触体37と離間して並んでいる。
端子32は、突出方向から見た場合に、第1凸部46と重なる位置で第1凸部46と接触して導通し、凹部48と重なる位置で正極接触体37と非接触になり、第2凸部47と重なる位置で第2凸部47と接触して導通する。本実施形態において、可動子31が移動方向の一端まで移動した場合に、端子33は、突出方向から見て第1凸部46と重ならないように、可動子31の移動方向における端子32との間隔が設定されている。端子33は、突出方向から見た場合に、凹部48と重なる位置で正極接触体37と非接触になり、第2凸部47と重なる位置で第2凸部47と接触して導通する。
本実施形態において、筺体30の底部30bと正極接触体37との間、及び筺体30の底部30bと負極接触体38との間には、それぞれ、ゴムやスポンジ等からなる弾性部材50が設けられている。弾性部材50は、端子が正極接触体37又は負極接触体38に接触した場合に変形し、その反発力で正極接触体37又は負極接触体38を端子に向けて押圧する。これにより、端子と正極接触体37(又は負極接触体38)を確実に接触させることができる。
可動子31が移動方向の一端に配置されている場合に、端子32が正極接触体37と接触状態であって端子34が負極接触体38と接触状態であり、かつ端子33が正極接触体37と非接触であって端子35が負極接触体38と非接触である第1接続モードになる。第1接続モードでは、複数の第1蓄電体6が電力負荷5と電気的に接続されるとともに、複数の第2蓄電体7が電力負荷5と電気的に遮断される。
第1接続モードから可動子31が移動方向の他端に向って所定量だけ移動した場合に、端子32が正極接触体37と非接触であって端子34が負極接触体38と非接触であり、かつ端子33が正極接触体37と非接触であって端子35が負極接触体38と非接触である第2接続モードになる。第2接続モードでは、複数の第1蓄電体6及び複数の第2蓄電体7が電力負荷5と電気的に遮断される。
第2接続モードから可動子31が移動方向の他端に向って所定量だけ移動した場合に、端子32が正極接触体37と非接触であって端子34が負極接触体38と非接触であり、かつ端子33が正極接触体37と接触状態であって端子35が負極接触体38と接触状態である第3接続モードになる。第3接続モードでは、複数の第1蓄電体6が電力負荷5と電気的に遮断されるとともに、複数の第2蓄電体7が電力負荷5と電気的に接続される。
第3接続モードから可動子31が移動方向の他端に向って所定量だけ移動した場合に、端子32が正極接触体37と接触状態であって端子34が負極接触体38と接触状態であり、かつ端子33が正極接触体37と接触状態であって端子35が負極接触体38と接触状態である第4接続モードになる。第接続モードでは、複数の第1蓄電体6及び複数の第2蓄電体7が電力負荷5と電気的に接続される。
次に、上記の電池モジュール1を充電する場合の動作例について説明する。図4は、第1実施形態の電池モジュールの動作の一例を示すフローチャートである。
制御部4は、電流計9の測定結果を取得し、閾値以下であるか否かを判定する(ステップS1)。電流計9の測定結果が閾値よりも大きい場合(ステップS1:No)に、制御部4は複数の第2蓄電体7の充電率(キャパシタ充電率)が閾値以下であるか否かを判定する(ステップS2)。キャパシタ充電率が閾値以下である場合(ステップS2:Yes)に、制御部4は、スイッチ部3を制御して上記の第3接続モードに設定し、複数の第2蓄電体7を充電器と電気的に接続する。これにより、複数の第2蓄電体7が充電され(ステップS3)、複数の第2蓄電体7が所定の充電率になったときに処理が終了(エンド)になり、必要に応じてスタートから処理が繰り返される。
電流計9の測定結果が閾値以下である場合(ステップS1:Yes)に、ステップS4の処理が実行される。また、キャパシタ充電率が閾値よりも大きい場合(ステップS2:No)にも、必要に応じてスイッチ部3へ流れる電流を閾値以下に調整する処理を実行した後に、ステップS4の処理が実行される。制御部4は、ステップS4で複数の第1蓄電体6の充電率(バッテリー充電率)が閾値以下であるか否かを判定する。バッテリー充電率が閾値よりも大きい場合(ステップS4:No)に、処理が終了(エンド)になり、必要に応じてスタートから処理が繰り返される。バッテリー充電率が閾値以下である場合(ステップS4:Yes)に、制御部4は、スイッチ部3を制御して上記の第1接続モードに設定し、複数の第1蓄電体6を充電器と電気的に接続する。これにより、複数の第1蓄電体6が充電され(ステップS5)、複数の第1蓄電体6が所定の充電率になったときに処理が終了(エンド)になり、必要に応じてスタートから処理が繰り返される。
本実施形態の電池モジュール1にあっては、蓄電性能が互いに異なる第1蓄電体6及び第2蓄電体7を有しており、第1蓄電体6と電気的に接続された第1正極端子11及び第1負極端子12と、第2蓄電体7と電気的に接続された第2正極端子13及び第2負極端子14とを選択的に電力負荷5と電気的に接続可能にするスイッチ部3を備えているので、蓄電体ごとに充電や放電を制御することができ、電池性能を多様かつ高精度に制御することができる。
例えば、上記の動作例では、電池セル2へ大電流が流れる場合に充電速度が相対的に早い第2蓄電体7を選択して充電するので、第1蓄電体6に対する過負荷等を抑制することができ、過負荷による第1蓄電体6の劣化等を抑制することができる。また、例えば自然エネルギーにより発電を行う電気システムに上記の電池モジュール1を適用すれば、相対的に高周波数な発電量の小変動を第2蓄電体7に吸収させるとともに、相対的に低周波数な発電量の大変動を第1蓄電体6に吸収させることもできる。また、電力負荷5に電力を供給する場合に、電力負荷5に大電流が必要なときには第2蓄電体7から電力を供給し、電力負荷5に長期間の電力の供給が必要なときには第1蓄電体6から電力を供給することもできる。また、通常時には第1蓄電体6から電力を供給し、非常時には第2蓄電体7を非常用電源として利用して、迅速に電力を供給すること等もできる。このように電池モジュール1は、上述の各種の動作例以外にも多様なシーケンスに応じて、電池性能を多様かつ高精度に制御することができ、シーケンスに適した電池性能を発揮することができる。
また、複数の電池セル2に入力される電力又は複数の電池セル2から出力される電力に応じて、制御部4がスイッチ部3を制御するので、手動でスイッチ部3を制御する場合と比較して、高速かつ高精度に電池性能を制御することができ、また制御の手間を減らすこともできる。なお、制御部4が設けられていなくてもよく、この場合には例えば手動などでスイッチ部3を制御して、電池性能を制御することができる。
また、第1蓄電体6及び第2蓄電体7が同一の電池容器10に収容されているので、電池容器10等の部品を複数の蓄電体で共通化することができ、結果として、電池モジュール1を低コストにすることや省スペースにすることもできる。また、複数の端子部を極性ごとに一体化しているので、極性が異なる端子部の間で短絡を生じにくくなる。また、電池セル2を組立てるときに一体化した端子部を電池容器10に取り付けること等によって、電池セル2を効率よく組立てることができ、結果として、電池モジュール1の製造コストを減らすことや製造効率を向上させることができる。
なお、複数の端子部のうちで極性が異なる端子部が絶縁部を介して一体化されていてもよく、この場合にも製造コストを減らすことや製造効率を向上させることができる。また、複数の端子部が一体化されることなく独立して電池容器10に取り付けられていても構わない。
また、スイッチ部3は、複数の電池セル2の配列の端の電池セル2の端子部と電気的に接続されているので、複数の蓄電体で一括して外部との電気的な接続及び遮断を切替えることができる。電池セル2ごとにスイッチ部3を設ける構成と比較して、電池モジュール1の構成をシンプルにすることができる。
なお、少なくとも1つの電池セル2ごとにスイッチ部3が設けられており、電池モジュール1が複数のスイッチ部3を備えていてもよい。また、電池モジュール1に含まれる電池セル2の数は1つでもよいし、2〜3又は5以上でもよい。
また、スイッチ部3は、可動子31の移動によって電気的な接続と遮断が切替わる構成を例示したが、端子32〜35に対して正極接触体37及び負極接触体38が移動する構成でもよい。例えば、正極接触体37及び負極接触体38を保持した筺体30が、端子32〜35に対して移動する構成でもよく、この場合に外部端子45及び外部端子49の移動に伴う配線の長さを配線バッファに吸収させてもよい。また、スイッチ部3としては、例えば縦型のMOSFET等のパワーデバイス(電子部品)を採用してもよい。この場合には、制御部4等から供給される電気信号等によって、スイッチ部3による電気的な接続と切断を制御することができる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。図5は、第2実施形態の電池モジュールの構成を示す図である。図6は、図5のA−A’線断面図である。第2実施形態において第1実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
次に、第2実施形態について説明する。図5は、第2実施形態の電池モジュールの構成を示す図である。図6は、図5のA−A’線断面図である。第2実施形態において第1実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態の電池モジュール1Bは、複数の電池セル2Bと、第1実施形態と同様のスイッチ部3と、電池セル2Bを電気的に接続する配線部材51とを備える。本実施形態において、電池セル2Bの第2蓄電体7Bは、第1蓄電体6と同様に化学反応により蓄電可能なバッテリーであるが、充電放電時に許容される電圧の範囲が第1蓄電体6とは異なっている。第2蓄電体7Bは、例えば充電時に印加される電圧の上限値が第1蓄電体6よりも高い高電圧仕様のバッテリーである。第2蓄電体7Bは、第1蓄電体6と同様にセパレータを介して正極板と負極板とが積層された構造であるが、正極板と負極板とセパレータの少なくとも1つに関して材質又は厚み等の寸法が第1蓄電体6とは異なっている。
本実施形態において、複数の電池セル2Bに含まれる複数の第1蓄電体6は、配線部材51を介して互いに電気的に直列接続されており、複数の第1蓄電体6も配線部材51を介して互いに電気的に直列接続されている。ここでは、Y方向に複数の電池セル2Bが配列されており、隣り合う一対の電池セル2Bは、一方の電池セル2Bは他方の電池セル2BをZ方向周りに180度回転させた姿勢で配列されている。すなわち、複数の電池セル2Bの配列方向に沿って、正極の端子部と負極の端子部が交互に並んでいる。
配線部材51は、複数の導電部(第1導電部52及び第2導電部53)と、第1導電部52と第2導電部53とを互いに絶縁して保持する絶縁保持部54と、を有する。第1導電部52は、第1の電池セル2Bの第1正極端子11と第2の電池セル2Bの第1負極端子12とを電気的に接続している。第2導電部53は、第1の電池セル2Bの第2正極端子13と第3の電池セル2Bの第2負極端子14とを電気的に接続している。
本実施形態の第1正極端子11及び第2正極端子13は、第1実施形態と同様に絶縁部23を介して一体化されている。詳しくは、第1正極端子11及び第2正極端子13は、それぞれ、軸状であり、軸方向(Z方向)に直交する断面形状が半円状である。第1正極端子11及び第2正極端子13は、Z方向の周りの側面を互いに向かい合わせて第1正極端子11と第2正極端子13との間に樹脂材料を埋め込むことによって、一体化されて全体として軸状になっている。
図6に示すように、第1正極端子11は、軸方向と交差する方向に第2正極端子13に向って突出した突起11aを有しており、第2正極端子13も同様に第1正極端子11に向って突出した突起13aを有している。突起11a及び突起13aは絶縁部23とZ方向にて係合しており、第1正極端子11、第2正極端子13、及び絶縁部23のZ方向の相対位置のずれが抑制されている。
第1正極端子11は、第2正極端子13とは反対側に蓋16に向って突出した突起11bを有しており、第2正極端子13も同様に第1正極端子11とは反対側に蓋16に向って突出した突起13bを有している。第1正極端子11及び第2正極端子13は、一体化された状態で蓋16に設けられた貫通孔に挿通されるとともに蓋16との間に樹脂材料(絶縁スリーブ24)が埋め込まれて、電池容器10に取り付けられている。突起11b及び突起13bは絶縁スリーブ24とZ方向にて係合しており、第1正極端子11、第2正極端子13、及び絶縁スリーブ24(電池容器10)のZ方向の相対位置のずれが抑制されている。ここでは、第1正極端子11及び第2正極端子13の構造について説明したが、第1負極端子12及び第2負極端子14も同様の構造であり、同様にして一体化されている。
配線部材51の第1導電部52は、第1正極端子11の軸方向の端面に接触する接触部55と、一体化された第1正極端子11及び第2正極端子13の外周面の外側に配置され、接触部55よりも板厚が厚い外縁部56とを有する。第1導電部52は、第1正極端子11の先端部に設けられたネジ穴11cに接触部55がネジ止めされること等によって、第1正極端子11と接合されている。外縁部56は、接触部55よりも蓋16に向って張り出していることによって、接触部55よりも板厚が厚くなっている。
第2導電部53は、第1導電部52と同様の構造であり、樹脂材料などで形成された絶縁保持部54によって第1導電部52と固定されている。絶縁保持部54は、第1導電部52と第1正極端子11とを接合しているネジの頭と比較して、電池セル2Bとは反対側に張り出している。これにより、上記のネジが電池セル2Bの外部と短絡しにくくなり、ネジを介した電池セル2Bの短絡が抑制される。
電池セル2Bの充放電時に、第1正極端子11と他の電池セル2Bの第1負極端子12との間には、接触部55と外縁部56とを介して電流が流れる。外縁部56の板厚が接触部55よりも厚いので、接触部55の板厚を減らしつつ第1導電部52を低抵抗にすることができる。換言すると、第1導電部52の抵抗値をある程度以下にしつつ、電池セル2Bの上方に突出した通電部を減らすことができる。また、また、外縁部56が接触部55よりも電池セル2Bに向って張り出しているので、電池セル2Bの上方に突出する通電部分を減らすことができる。したがって、電池セル2Bと外部との短絡や感電を減らすことや、電池モジュール1Bを省スペース化することができる。
本実施形態の電池モジュール1Bは、第1実施形態と同様に、電池性能を多様かつ高精度に制御することができる。また、一体化された第1正極端子11及び第2正極端子13に対して、一体化された第1導電部52及び第2導電部53を取付けることによって、複数の電池セル2Bの間を電気的に接続することができ、電池モジュール1Bを効率よく組立てることができる。また、第1導電部52及び第2導電部53の相対位置が固定されているので、第1導電部52と第2導電部53との間の短絡が防止され、電池性能を多様かつ高精度に制御することができる。
1、1B・・・電池モジュール、2、2B・・・電池セル、3・・・スイッチ部、4・・・制御部、6・・・第1蓄電体(蓄電体)、7、7B・・・第2蓄電体(蓄電体)、10・・・電池容器、11・・・第1正極端子(端子部)、12・・・第1負極端子(端子部)、13・・・第2正極端子(端子部)、14・・・第2負極端子(端子部)、51・・・配線部材、52・・・第1導電部(導電部)、53・・・第2導電部(導電部)、54・・・絶縁保持部
Claims (6)
- 電解液を貯留する電池容器、同一の前記電池容器に収容され、蓄電性能が互いに異なる複数の蓄電体、及び前記複数の蓄電体のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記蓄電体を前記電池容器の外部と電気的に接続可能な複数の端子部を有する電池セルと、
前記複数の端子部のうちのいずれか1つ又は2つ以上を選択的に外部と電気的に接続可能にするスイッチ部と、
を備えることを特徴とする電池モジュール。 - 互いに電気的に接続された複数の前記電池セルを備え、
前記スイッチ部は、前記複数の電池セルの配列の端に相当する前記電池セルの前記端子部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電池モジュール。 - 前記複数の端子部は、正極又は負極の極性ごとに絶縁部を介して一体化されていることを特徴とする請求項2に記載の電池モジュール。
- 前記複数の電池セルのうちで互いに電気的に接続される一対の電池セルの一方の電池セルの端子部と他方の電池セルの端子部とを電気的に接続する配線部材を備え、
前記配線部材は、前記絶縁部を介して一体化された前記端子部ごとに設けられた導電部で構成される複数の導電部と、前記複数の導電部を互いに絶縁して保持する絶縁保持部と、を有することを特徴とする請求項3に記載の電池モジュール。 - 前記スイッチ部は、前記複数の端子部のうちのいずれか1つ又は2つ以上を選択的に電力負荷と電気的に接続可能であり、
前記電力負荷で要求される電力の入出力条件に応じて、前記複数の蓄電体のうちのいずれか1つ又は2つ以上を選択し、選択した蓄電体が前記電力負荷と電気的に接続されるように前記スイッチ部を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電池モジュール。 - 前記複数の蓄電体の充電率および、前記複数の蓄電体から入力される電力又は前記複数の蓄電体から出力される電力に応じて前記スイッチ部を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電池モジュール。
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JP2011051345A Withdrawn JP2012190589A (ja) | 2011-03-09 | 2011-03-09 | 電池モジュール |
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-
2011
- 2011-03-09 JP JP2011051345A patent/JP2012190589A/ja not_active Withdrawn
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