JP2013118160A - 電池セル用ホルダ及び電池セル用ホルダを備えた組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】正負極端子のショットすることが防止できる電池セル用ホルダ及び電池セル用ホルダを備えた組電池を提供する。
【解決手段】本発明に於いて、正極端子と負極端子を有する電池セルを保持するための電池セル用ホルダであって、上部ホルダと、前記上部ホルダと共に電池セルを挟んで保持する底部ホルダと、前記上部ホルダの上部に位置する絶縁蓋とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に電気化学電池の分野に関して、より具体的には、電池セル用ホルダ及び電池セル用ホルダを備えた組電池に関する。

近年、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などの二次電池を駆動電源とする電池駆動自動車が普及しつつあるが、電池駆動自動車には高出力な二次電池が必要である。

ＥＶ、ＨＥＶ等の高出力を必要とする用途においては、複数の電池セルを直列及び／又は並列に接続し、パック電池（組電池）に加工されたものが利用されている。角形電池は、複数の電池を接続する際のスペース利用効率が円筒形電池よりも優れるため、組電池を構成する電池として使用される場合が多い。

また、高出力電池では、電流を安定して取り出せることや複数の電池を接続しやすいことが求められるため、正負電極外部端子を、ホルダと絶縁した状態でホルダから突出させ、隣の角型電池セルの正極端子と負極端子をバスバーで連結して組み立てられる。

この電源装置に使用される組電池は、１００Ａ以上の大電流で充放電される。自動車を急加速するときには大電流で放電してモーターを加速し、また、減速するときや坂道を下るときには大電流で充電されるからである。組電池は、正極端子と負極端子を接続するバスバーを、大電流に耐えるように、電池セルの電極端子に安定に接続する必要があり、また、電池セルの正負極端子はホルダと絶縁した状態でホルダから突出して、突出された正負電極外部端子は他の装置が保護されないので衝撃等を生じる場合で短絡することが易くなり、新たな組電池用のバスバーを開発することが必要である。

本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、正負極端子のショットすることが防止できる電池セル用ホルダ及び電池セル用ホルダを備えた組電池を提供することを目的とする。

本発明において、正極端子と負極端子を有する電池セルを保持するための電池セル用ホルダにおいて、上部ホルダと、前記上部ホルダと共に電池セルを挟んで保持する底部ホルダと、前記上部ホルダの上部に位置する絶縁蓋とを含むことを特徴とする。

さらに、本発明の請求項２の電池セル用ホルダは、前記上部ホルダと底部ホルダに、電池セルを収容するための少なくとも二つの収容区が区切られ、前記収容区同士の間にセパレータが配置される特徴もある。

さらに、本発明の請求項３の電池セル用ホルダは、前記収容区に粘着剤としてのビニールーテープまたは両面テープが設けられる特徴もある。

さらに、本発明の請求項４の電池セル用ホルダは、前記底部ホルダに前記電池セルの外部筐体に接触する底壁を有し、該底壁が封止するように配置される特徴もある。

さらに、本発明の請求項５の電池セル用ホルダは、前記上部ホルダに複数の貫通孔が設けられ、前記電池セルの正極端子と負極端子が前記貫通孔を貫通して前記上部ホルダと絶縁蓋との間に配置される特徴もある。

さらに、本発明の請求項６の電池セル用ホルダは、前記絶縁蓋は、天板と、前記天板の側縁から下向きに延在する側板とを含み、前記側板に少なくとも一つの貫通口が形成され、該貫通口により前記絶縁蓋と上部ホルダとの間にチャネルが形成される特徴もある。

さらに、本発明の請求項７の電池セル用ホルダは、前記上部ホルダと底部ホルダの少なくともの一方の側縁には、切り欠けが設けられる特徴もある。

さらに、本発明の請求項８の電池セル用ホルダは、前記上部ホルダにボルトが設けられ、前記絶縁蓋にボルトに螺合するボルト孔が設けられる特徴もある。

前記請求項１乃至８の何れかの一項に記載された電池セル用ホルダと、前記電池セル用ホルダに収容された複数の電池セルと、を備えた組電池であって、
前記電池セルは、
電池セルの外部筐体と、
前記外部筐体の上部に配置された電極蓋と、
前記電極蓋を貫通して、前記上部ホルダと絶縁蓋との間までに突出する正負極端子と、
を含むことを特徴とする。

さらに、本発明の請求項１０の組電池は、前記複数の電池セルに直列及び／又は並列に接続するバスバーを含む特徴もある。

さらに、本発明の請求項１1の組電池は、前記バスバーが前記絶縁蓋と上部ホルダとの間に形成されるチャネルを貫通して前記上部ホルダの上部に配置される特徴もある。

さらに、本発明の請求項１２の組電池は記電池セルの外部筐体に正負極端子にそれぞれ連接する正極電極板と負極電極板が配置され、その正極電極板の材料はリン酸鉄リチウムが含まれる特徴もある。

さらに、本発明の請求項１３の組電池は、前記バスバーは大電流が通される少なくとも一つの平板状部分を有する特徴もある。

さらに、本発明の請求項１４の組電池は、前記バスバーは前記電池セル同士の間に位置される少なくとも一つの緩衝部が設けられる特徴もある。

さらに、本発明の請求項１５の組電池は、前記バスバーの緩衝部はドーム状を呈するように配置される特徴もある。

従来技術に比べ、本発明は以下の利点を有する。電池セル用ホルダ及び電池セル用ホルダを備えた組電池において、上部ホルダの上方に絶縁蓋が配置されるので、前記上部ホルダと絶縁蓋との間に突出する正負極端子のショートすることを防止できる。

本発明に係るホルダと電池セルに組合った組立斜視図である。 本発明に係る上部ホルダの斜視図である。 図２に示す上部ホルダの他の角度から見た斜視図である。 本発明に係る底部ホルダの斜視図である。 本発明に係る絶縁蓋の斜視図である。 本発明に係る電池セルの外部筐体の斜視図である。 本発明に係る第一バスバーの斜視図である。 本発明に係る第二バスバーの正面図である。 本発明に係る組電池の絶縁蓋を外した斜視図である。

以下、本発明についての実施形態を詳細に説明する。

図１と図２を参照すると、本発明の組電池１００は、筒状の外観形状を成す１または複数の電池セルと、電池セルを保持するホルダと、外装ケース（図示せず）に収容された構成を有する。

前記ホルダは、上部ホルダ１１と、上部ホルダ１１と共に前記電池セルを挟んでいる底部ボルダとを少なくとも含んで、上部ホルダ１１と底部ホルダ１２によって前記電池セルが上下方向で挟んで保持される。また、ホルダは前記上部ホルダ１１の上方に保持される絶縁蓋１４を備え、前記絶縁蓋１４によって前記上部ホルダ１１を突出する正極端子と負極端子のショットすることが防止できる。勿論、他実施状態において、ホルダは上部ホルダ１１と底部ホルダ１２を連接する側ホルダとを更に含んでもよい。

図２乃至図４を参照すると、前記上部ホルダ１１は、絶縁蓋１４と電池セルの上部との間に配置され、防火性の絶縁材料で構成され、本実施状態において、上部ホルダ１１はＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）で成型される。

前記ホルダには、電池セルが収容するための少なくともの二つの収容区が区切られ、収容区同士の間にセパレータ１１５、１２３が配置される。図２と図３を参照すると、上部ホルダ１１に十六個の上部収容区１１４が設けられ、底部ホルダ１４にも十六個の底部収容区１２１が対応するように形成される。上部収容区１１４同士の間にセパレータ１１５が配置され、底部収容区１２１同士の間にセパレータ１２３が配置される。セパレータ１１５、１２３により電池セル同士の間に所定の間隔を持って、電池セルの放熱に役立っている。

前記ホルダの収容区の形状が電池セルの外形に対応して、本実施において、電池セルが角型の電池であるので、前記上部収容区１１４と底部収容区１２１が方形状を呈するように配置される。また、上部収容区１１４と底部収容区１２１には、電池セルの外部筐体１３を保持するための粘着剤としてのビニールーテープまたは両面テープが設けられ、前記ビニールーテープまたは両面テープにより、電池セルが上部収容区１１４と底部収容区１２１の間に保持される。底部ホルダ１２は、電池セルの外部筐体１３に接触する底壁を有して、該底壁が封止するように配置されて孔又は溝が設けられないので、隣接した電池セルの外部筐体１３が底壁を通じて導通することが防止できる。

図２と図４を参照すると、前記上部ホルダ１１と底部ホルダ１２により挟んで保持された電池セルが外部ケースに収容されている。前記上部ホルダ１１と底部ホルダ１２の少なくともの一方に切り欠け１１３、１２２がそれぞれ設けられ、前記外部ケースの内壁に切り欠け１１３、１２２に係合するための凸状リブが設けられ、凸状リブが切り欠け１１３、１２２に係合することによって、電池セルアセンブリが外部ケースにガイドして位置決めできる。

図２と図５を参照すると、上部ホルダ１１に複数の貫通孔１１１が設けられ、該上部ホルダ１１が電池セルの外部筐体１３に覆う場合において、電池セルの正負極端子１３１、１３２が貫通孔１１１を貫通して上部ホルダ１１に突出している。本実施状態において、電池セルに対応する上部ホルダ１１の貫通孔１１１が二つを有して、正負極端子１３１、１３２がそれぞれ貫通される。勿論、他の実施状態において、上部ホルダ１１には、正負極端子１３１、１３２が同時に貫通される一つの貫通孔が設けられてもいい。

正負極端子１３１、１３２は、貫通孔１１１を貫通して上部ホルダ１１に突出して、隣接した電池セルの正極端子と負極端子をバスバー２０、２７で連結して組み立てられることにより組電池が構成される。絶縁蓋１４は上部ホルダ１１の上方に位置されるので、正負極端子１３１、１３２がバスバーで直列及び／又は並列に接続することが保護してショートすることが防止できる。絶縁蓋１４が上部ホルダ１１に螺合式に固定され、本実施において、上部ホルダ１１にボルト１１２が設けられ、絶縁蓋１４にボルト孔１４１が設けられ、ボルト１１２がボルト孔１４１に螺合することにより絶縁蓋１４が上部ホルダ１１に固定される。

図５を参照すると、絶縁蓋１４は、天板１４２と、天板１４２の側縁から下向きに延在する少なくとも一つの側板１４３とを含む。前記側板１４３には少なくとも一つの貫通口が形成され、絶縁蓋１４が上部ホルダ１１に螺合式に固定される場合に、前記側板１４３の端縁は上部ホルダ１１の上部に当接して、側板１４３の貫通口により絶縁蓋１４と上部ホルダ１１との間にチャネルが形成し、正負極端子１３１、１３２の接続するバスバー２０、２７が通ることに便利になっている。

図６と図９を参照すると、本実施状態において、組電池１００は、電池セルと、電池セルを収容するためのホルダとを含む。前記電池セルは、外部筐体１３と、外部筐体１３の頂部での電極蓋と、前記電極蓋を貫通して、前記上部ホルダ１１と絶縁蓋１４との間までに突出する正負極端子１３１、１３２とを含む。電池セルの外部筐体１３に正負極端子１３１、１３２にそれぞれ連接する正極電極板と負極電極板が配置され、その正極電極板の材料は、リン酸鉄リチウム（LiFePO4）が含まれる。

以下、組電池１００の組付方法について説明し、電池セルが底部ホルダ１２に置いて、外部筐体１３が粘着剤としてのビニールーテープまたは両面テープにより底部ホルダ１２に固定される工程と、
上部ホルダ11が電池セルの上方に置いて、外部筐体１３の上部が粘着剤としてのビニールーテープまたは両面テープにより上部ホルダ１１に固定される工程と、
複数の電池セルがバスバー２０、２７で直列及び／又は並列に接続する工程と、
前記絶縁蓋１４が前記上部ホルダ１１に螺合式に固定される工程と
を含む。前記組付方法により、電池セルの外部筐体１３が有効的に固定され、組付が簡便になる。

図７と図９を参照すると、組電池１００は少なくとも分離するように配置される第一電池モジュール及び第二電池モジュールと、複数の電池モジュールに直列及び／又は並列に接続する第一バスバー２０及び第二バスバー２７とを含み、前記各電池モジュールは少なくとも二つの電池セルを含む。第一バスバー２０及び第二バスバー２７は導電性の金属（例えば、黄銅又は紫銅）で製作され、電池セルの正負極端子が貫通される孔２１１、２７１が設けられる。第一バスバー２０及び第二バスバー２７は、上部ホルダ１１の上部に前記絶縁蓋と上部ホルダとの間に形成されるチャネルを貫通するように配置され、ナット１３３により正負極端子１３１、１３２に螺合式に固定される。前記第一バスバー２０及び第二バスバー２７は一体に成型されるので大電流が耐えることができる。

前記第一バスバー２０は、前記第一電池モジュールの電池セル同士の正極端子を並列に接続する第一部分２１と、前記第二電池モジュールの電池セル同士の負極端子を並列に接続する第二部分２２と、第一電池モジュールの一方電池セルの正極端子と第二電池モジュールの一方電池セルの負極端子を直列に接続する第三部分２３と、第一電池モジュールの他方電池セルの正極端子と第二電池モジュールの他方電池セルの負極端子を直列に接続する第四部分２４と、を一体に含んでいる。前記平板状を呈する第三部分２３により、第一電池モジュールと第二モジュールが直列に接続される。その中に、第一部分２１と第二部分２２が平行的に配置され、前記第三部分２３と第四部分２４は平行的に配置されるとともに前記第一部分２１及び第二部分２２に直交するように配置される。

図７乃至図９を参照すると、電池モジュールの数量とサイズによると、前記第一バスバー２０と第二バスバー２７のサイズを調整でき、例えば、電池モジュールの数量が増加すると、バスバー２０の第一部分２１と第二部分２２との長さが増加させ、複数の電池セルに並列に接続できる。電池セルの距離によって、第三部分２３と第四部分２４の長さが増加できる。その第二バスバー２７は、長手方向に沿って延出するように配置され、電池セルに直列に接続しているものに用いられる。勿論、第一バスバー２０の第一部分２１と第二部分２２との間に、使用の要求による第五部分２５と第六部分２６等の部分が配置してもよく、これによって、第一バスバー２０は大電流を通すことができる。

前記第一バスバー２０と第二バスバー２７にドーム状の緩衝部２２１、２７１が設けられ、充放電の際に電池セルの膨張及び収縮が生じられる場合に、緩衝部２２１、２７１により電池セル同士の距離を直ちに調整でき、組電池の正常使用を保障される。

図９を参照すると、組電池１００に第一バスバー２０と第二バスバー２７を同時に使用し、勿論、他の実施状態において、使用の場合によると、前記第一バスバー２０または第二バスバー２７のみに使用してもいい。

以上本発明について最良の実施の形態を参照して詳細に説明したが、実施形態はあくまでも例示的なものであり、これらに限定されない。また上述の説明は、本発明に基づきなしうる細部の修正或は変更など、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。

１００ 組電池
１１ 上部ホルダ
１２ 底部ホルダ
１１３、１２２ 切り欠け
１１４ 上部収容区
１１５、１２３ セパレータ
１２１ 底部収容区
１３ 外部筐体
１４ 絶縁蓋
１４２ 天板
１４３ 側板
２０ 第一バスバー
２７ 第二バスバー
２２１、２７１ 緩衝部

Claims (15)

1. 正極端子と負極端子を有する電池セルを保持するための電池セル用ホルダにおいて、
   上部ホルダと、
   前記上部ホルダと共に前記電池セルを挟んで保持する底部ホルダと、
   前記上部ホルダの上部に位置する絶縁蓋と
   を含むことを特徴とする電池セル用ホルダ。
2. 前記上部ホルダと底部ホルダに、前記電池セルを収容するための少なくとも二つの収容区が区切られ、前記収容区同士の間にセパレータが配置されることを特徴とする請求項１に記載の電池セル用ホルダ。
3. 前記収容区に粘着剤としてのビニールーテープまたは両面テープが設けられることを特徴とする請求項２に記載の電池セル用ホルダ。
4. 前記底部ホルダに前記電池セルの外部筐体に接触する底壁を有し、該底壁が封止するように配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池セル用ホルダ。
5. 前記上部ホルダに複数の貫通孔が設けられ、前記電池セルの正極端子と負極端子が前記貫通孔を貫通して前記上部ホルダと絶縁蓋との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電池セル用ホルダ。
6. 前記絶縁蓋は、天板と、前記天板の側縁から下向きに延在する側板とを含み、前記側板に少なくとも一つの貫通口が形成され、該貫通口により前記絶縁蓋と上部ホルダとの間にチャネルが形成されることを特徴とする請求項１項に記載の電池セル用ホルダ。
7. 前記上部ホルダと底部ホルダの少なくともの一方の側縁には、切り欠けが設けられることを特徴とする請求項１に記載の電池セル用ホルダ。
8. 前記上部ホルダにボルトが設けられ、前記絶縁蓋にボルトに螺合するボルト孔が設けられることを特徴とする請求項１に記載の電池セル用ホルダ。
9. 前記請求項１乃至８の何れかの一項に記載された電池セル用ホルダと、前記電池セル用ホルダに収容された複数の電池セルと、を備えた組電池であって、
   前記電池セルは、
   電池セルの外部筐体と、
   前記外部筐体の上部に配置された電極蓋と、
   前記電極蓋を貫通して、前記上部ホルダと前記絶縁蓋との間までに突出する正負極端子と、
   を含むことを特徴とする組電池。
10. 前記組電池は、前記複数の電池セルに直列及び／又は並列に接続するバスバーを含むことを特徴とする請求項９に記載の組電池。
11. 前記バスバーは、前記絶縁蓋と上部ホルダとの間に形成されるチャネルを貫通して前記上部ホルダの上部に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の組電池。
12. 前記電池セルの外部筐体に正負極端子にそれぞれ連接する正極電極板と負極電極板が配置され、その正極電極板の材料はリン酸鉄リチウムが含まれることを特徴とする請求項９に記載の組電池。
13. 前記バスバーは、大電流が通される少なくとも一つの平板状部分を有することを特徴とする請求項１０に記載の組電池。
14. 前記バスバーは、前記電池セル同士の間に位置される少なくとも一つの緩衝部が設けられることを特徴とする請求項１０または請求項１３に記載の組電池。
15. 前記バスバーの緩衝部は、ドーム状を呈するように配置されることを特徴とする請求項１４に記載の組電池。