JP2013120694A - 蓄電システム用絶縁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属製のモジュール筐体を絶縁する。
【解決手段】 モジュール筐体２の各壁面３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆの内側に、全面を覆う絶縁プレート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを取り付ける。板厚方向に貫通する複数の電池挿入孔６を備えて各電池挿入孔６挿入した状態で正極側と負極側の各ブスバ９ａと９ｂにより並列接続させた複数の電池セル７を支持する支持プレート５を、モジュール筐体２内に、隣接する正極側ブスバ９ａと負極側ブスバ９ｂが接するように複数配列して収納する。各支持プレート５をモジュール筐体２の壁面３ａ，３ｂにボルト８で固定するときに、対応する絶縁プレート４ａ，４ｂを共締めして固定する。モジュール筐体２が強度を高めるために金属製としてある場合でも、絶縁プレート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆと、絶縁材製の支持プレート５を介在させることで電池セル７に対し絶縁させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池セルを直並列に接続してモジュール筐体に収納して電池モジュールを形成し、該電池モジュールを複数接続して構成してなる蓄電システムについて絶縁を図るための蓄電システム用絶縁装置に関するものである。

家庭用や車両用等の蓄電システムのような高い電圧と大きな電気容量が必要とされる蓄電システムは、多数の二次電池を使用する必要がある。

そのため、上記のような蓄電システムを構築する場合は、一般に、所定の数の二次電池の電池セルを直並列に接続して１つのモジュール筐体に収納することで、或る一定の電気容量と電圧を有する大きな電池のように一体に取り扱うことが可能な電池モジュールを形成し、この電池モジュールを、必要に応じて更に直列、並列に接続することで、蓄電システムに必要とされる電圧と電気容量を得るようにしている（たとえば、特許文献１参照）。

ところで、上記電池セルは、通常、正極と負極以外は絶縁性を備えたＰＥＴ等の樹脂フィルムで被覆されているが、この樹脂フィルムにピンホールが生じている虞があるため、上記のような蓄電システムでは、電池モジュールにおけるモジュール筐体の内部に収納された各電池セルと、モジュール筐体との間で絶縁を図る必要がある。

そのために、従来は、上記モジュール筐体を絶縁材である樹脂製とすることにより、上記各電池セルとモジュール筐体との間で絶縁耐圧を確保させるようにすることが一般的に行われている。

又、複数の電池モジュールを接続して１つの蓄電システムを構築する場合は、該複数の電池モジュールを、ラックに組み付けて固定することが多く行われている。

特許第４１０３４８８号公報

ところが、上記樹脂製のモジュール筐体は、強度や耐荷重を大きくすることが難しい。すなわち、樹脂製のモジュール筐体は、金属製の筐体のように強度や耐荷重を容易に高めることができないという問題がある。

そのため、上記樹脂製のモジュール筐体は、内部に収納可能な電池セルの重量が制限されてしまい、１つの電池モジュールに装備可能な電池セルの数が制約を受ける。したがって、上記樹脂製のモジュール筐体を備えた従来の電池モジュールは、大容量化を図ることが難しいという問題がある。

そこで、電池モジュールにおけるモジュール筐体を金属製の筐体とすることが考えられる。しかし、この場合は、該金属製の筐体と、その内部に収納する電池セルとの間の絶縁を確実に図る必要が生じる。

更に、電池モジュールの大容量化を図る場合は、モジュール筐体に収納する電池セルの数の増加に伴って、電池モジュール自体の重量が増大する。

そのため、蓄電システムを構築するためには、複数の電池モジュールを組み付けるラックのフレームも金属製として強度を高める必要があり、上記したように電池モジュールのモジュール筐体を金属製とする場合は、該金属製のラックフレームとの間でも絶縁を図ることが望まれる。

そこで、本発明は、電池モジュールのモジュール筐体を金属製としても、該金属製のモジュール筐体と、内部に収納する電池セルとの間の絶縁を確実に図ることができる蓄電システム用絶縁装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、ラックに複数の電池モジュールを組み付けて構成する蓄電システムにおける上記各電池モジュールは、モジュール筐体の各壁面の内側に取り付けた絶縁材製の絶縁プレートと、複数の電池挿入孔にそれぞれ電池セルを挿入して保持できるようにした絶縁材製の支持プレートとを備え、且つ上記支持プレートの複数の電池挿入孔に挿入配置された電池セルを正極側ブスバと負極側ブスバで並列接続すると共に、隣接する正極側ブスバと負極側ブスバが接するよう複数配列した支持プレートに支持された電池セルを、上記モジュール筐体内に収納し、上記各支持プレートを、上記絶縁プレートの内側に固定してなる構成とした蓄電システム用絶縁装置とする。

更に、上記構成において、モジュール筐体の壁面の外側から該モジュール筐体内に配置された各支持プレートを固定するためのボルトにより、該壁面の内側に配置されている絶縁プレートを共締めするようにした構成とする。

更に又、上記各構成において、ラックに電池モジュールのモジュール筐体を格納するための複数のモジュール収納区画を備え、上記各モジュール収納区画の四隅部に、該各モジュール収納区画に差し込まれる電池モジュールのモジュール筐体の各コーナ部を支持するためのレールを備え、且つ該各レールの内側に、上記モジュール筐体の対応するコーナ部を受けると共に、該各コーナ部をモジュール差し込み方向へ滑らせるための絶縁材製の絶縁ライナー部材を設けるようにした構成とする。

本発明の蓄電システム用絶縁装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）ラックに複数の電池モジュールを組み付けて構成する蓄電システムにおける上記各電池モジュールは、モジュール筐体の各壁面の内側に取り付けた絶縁材製の絶縁プレートと、複数の電池挿入孔にそれぞれ電池セルを挿入して保持できるようにした絶縁材製の支持プレートとを備え、且つ上記支持プレートの複数の電池挿入孔に挿入配置された電池セルを正極側ブスバと負極側ブスバで並列接続すると共に、隣接する正極側ブスバと負極側ブスバが接するよう複数配列した支持プレートに支持された電池セルを、上記モジュール筐体内に収納し、上記各支持プレートを、上記絶縁プレートの内側に固定してなる構成としてあるので、電池モジュールのモジュール筐体を、強度を高めるために金属製のモジュール筐体としても、該モジュール筐体の各壁面と、該モジュール筐体に収納した各電池セルとを、該各壁面の内側に取り付けてある絶縁材製の絶縁プレートと、電池を支持する絶縁材製の支持プレートにより、確実に絶縁させることができる。
（２）よって、蓄電システムを堅牢で且つ高耐圧を有するものとすることができる。

本発明の蓄電システム用絶縁装置の実施の一形態として、電池モジュールにおけるモジュール筐体と、内部に収納された電池セルとの間の絶縁を図るモジュール内絶縁装置を示す一部切断概略斜視図である。 図１のモジュール内絶縁装置を装備した電池モジュールの概要を示す切断平面図である。 本発明の実施の他の形態として、電池モジュールと該電池モジュールを組み付けるラックとの間の絶縁を図るモジュール外絶縁装置を示す概略斜視図である。 図３のモジュール外絶縁装置の要部を拡大して示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明の蓄電システム用絶縁装置の実施の一形態として、電池モジュールにおけるモジュール筐体と、該モジュール筐体内に収納する電池セルとの間の絶縁を図るためのモジュール内絶縁装置を示すものである。

すなわち、上記モジュール内絶縁装置は、図１及び図２（ａ）（ｂ）に符号Ｉで示すように、電池モジュール１を構成するための金属製の箱形のモジュール筐体２の上下前後左右の６つの各壁面３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆの内側に、絶縁材製、たとえば、樹脂製の絶縁プレート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを、対応する壁面３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆの内面側を覆うように配置して固定する。この固定の手段は、たとえば、上記各絶縁プレート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを、対応する各壁面３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆの内側に図示しない接着剤を介して接着するようにすればよい。

上記モジュール筐体２の内側には、絶縁材による所定の板厚寸法を有する矩形の平板状とし且つ板厚方向に貫通する複数の電池挿入孔６を備えてなる支持プレート５を配置して、該支持プレート５の各電池挿入孔６に、それぞれ円筒タイプの電池セル７を挿入して支持させる。

更に、上記モジュール筐体２に設けた複数のボルト挿通孔（図示せず）に外側から通した複数のボルト８は、上記支持プレート５の外周部に設けた図示しないねじ穴に締め込んで該支持プレート５の固定を行う。このときに、該各ボルト８により、該各ボルト８の配置と対応する壁面３ａ，３ｂの内側の絶縁プレート４ａ，４ｂを共締めして固定した構成とする。

詳述すると、上記支持プレート５は、その面内に、縦横に所定の数、たとえば、１０×４の合計４０の電池挿入孔６が、板厚方向に貫通させて穿設されている。

上記各電池挿入孔６は、その直径が上記電池セル７の外径よりもわずかに大きくなるように設定されている。これにより、上記支持プレート５は、上記各電池挿入孔６に挿入配置された各電池セル７を、軸心方向に移動可能な状態で支持できるようにしてある。

上記支持プレート５の板厚は、各電池挿入孔６に挿入配置した各電池セル７を、軸心方向のぶれ（傾き）を抑えた状態で保持できるように設定されている。

上記支持プレート５の各電池挿入孔６に挿入配置する４０本の電池セル７は、該支持プレート５の一側寄り（図１における上側寄り）の２列の電池挿入孔６に挿入された２０本の電池セル７と、他側寄り（図１における下側寄り）の２列の電池挿入孔６に挿入する電池セル７とで、正極と負極が反対に向くように配置させてある。

上記１つの支持プレート５に支持させた各電池セル７は、正極と負極が同じ側に配置されている電池セル７同士の正極と負極に、正極側と負極側の各ブスバ９ａと９ｂが、レーザー溶接やスポット溶接等の固定手法により導通可能に固定されている。これにより、上記正極と負極が同じ側に配置されている電池セル７同士が、並列に接続されている。

上記のようにして各電池セル７及び各ブスバ９ａ，９ｂを支持させた支持プレート５は、上記モジュール筐体２の内側に、電池モジュール１に所望される電圧に応じた所定の配列数で一列に並べて配置される。この際、隣接する支持プレート５に保持された各電池セル７同士の間では、正極側ブスバ９ａと負極側ブスバ９ｂが対向して配置されるようにしてある。

上記モジュール筐体２の内側に配置させる各支持プレート５は、該各支持プレート５の外周部の所定個所、たとえば、図１における上端部と下端部に、図示しない複数のねじ穴が予め設けられている。これにより、上記各支持プレート５は、上記モジュール筐体２の対応する上下の壁面３ａ，３ｂに設けた各ボルト挿通孔（図示せず）と、該各壁面３ａ，３ｂの内側に配置してある絶縁プレート４ａ，４ｂの対応する個所に設けた各ボルト挿通孔（図示せず）に外側より通した複数のボルト８を、該各支持プレート５の対応するねじ穴に締め込むことにより、上記モジュール筐体２に固定される。この際、上記絶縁プレート４ａ，４ｂが、上記各支持プレート５と共に共締めされることにより、モジュール筐体２の対応する壁面３ａ，３ｂに対してより確実に固定されるようになる。

更に、上記モジュール内絶縁装置Ｉを装備させる電池モジュール１は、以下のような構成を備えている。

上記モジュール筐体２の長手方向一端側（図２における左端側）の内部には、最も該長手方向一端寄りに配置されている支持プレート５に保持された各電池セル７に取り付けられた各ブスバ９ａ，９ｂを接触させるための基準プレート１０が、該モジュール筐体２の長手方向一端側の壁面３ａ，３ｂと間隔を隔てて配置されている。該基準プレート１０は、上記各支持プレート５と同様に、モジュール筐体２の壁面３ａ，３ｂの外側より該各壁面３ａ，３ｂ及び対応する絶縁プレート４ａ，４ｂを貫通させて配置した図示しないボルトにより、上記モジュール筐体２に固定されている。

上記モジュール筐体２の最も長手方向他端寄り（図２における右端寄り）に位置する支持プレート５に支持された各電池セル７に取り付けてある各ブスバ９ａ，９ｂのうち、モジュール筐体２の長手方向他端側の壁面３ｅに臨む配置とされている各ブスバ９ａと９ｂは、一体構造のブスバ９ｃとされている。

上記壁面３ａ，３ｂに取り付けてある絶縁プレート４ａ，４ｂの内側には、該絶縁プレート４ａ，４ｂと、上記ブスバ９ｃとの間に圧縮変形させた状態で介装させるための弾性部材１１が取り付けられている。更に、上記弾性部材１１の内側には、上記ブスバ９ｃの平面形状に対応する平面形状を備え且つ撓みに対する剛性が高いプレート部材１２を取り付けた構成とすることが望ましい。このような構成とすれば、圧縮変形状態の上記弾性部材１１の復元力を、上記ブスバ９ｃの全面に均等に作用させることができるようになる。

これにより、上記弾性部材１１は、圧縮変形状態からの復元力により、上記モジュール筐体２内で一列に配列された各支持プレート５毎に保持され且つ各ブスバ９ａ及び９ｂを介して連結された各電池セル７を、上記基準プレート１０の方向に付勢することができるようにしてある。よって、隣接する支持プレート５毎に保持された各電池セル７同士の間では、上記付勢により、対向配置されている正極側ブスバ９ａと負極側ブスバ９ｂの面同士が押し付けられて、該各ブスバ９ａと９ｂの面同士の間で導通が可能となるようにしてある。

なお、上記弾性部材１１は、圧縮変形状態からの復元力により、上記各支持プレート５に支持された各電池セル７及び各ブスバ９ａ，９ｂを上記基準プレート１０の方向へ常時付勢することができるようにしてあれば、エラストマや、皿ばね、その他のばね部材等、任意の弾性部材１１を使用してよい。

上記各支持プレート５に支持された各電池セル７の両極に取り付けられている正極側ブスバ９ａと負極側ブスバ９ｂの間には、該各ブスバ９ａと９ｂ間の電圧や電気容量を監視して、該各ブスバ９ａと９ｂにより並列に接続されている各電池セル７の状態を検出するためのセンサ１３がセンサ基板１４を介して取り付けられている。

上記モジュール筐体２の内側で上記基準プレート１０に押し付けられた配置となる正極側と負極側の各ブスバ９ａ，９ｂは、図２に示すように、上記モジュール筐体２における長手方向一端部の壁面３ｆに設けた外部接続用のコネクタ１５に、対応する絶縁プレート４ａ，４ｂを貫通して配置された導体製の接続部材１６を介して接続されている。

以上の構成としてあるモジュール内絶縁装置Ｉを備えた電池モジュール１は、金属製としてあるモジュール筐体２の各壁面３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆの内側が全面に亘り絶縁プレート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆで覆われていることに加えて、該モジュール筐体２内に収納されるすべての電池セル７及び該各電池セル７を直並列接続する各ブスバ９ａ，９ｂ，９ｃが、各支持プレート５と、モジュール筐体２の長手方向の両端側に設けた基準プレート１０及び弾性部材１１によって、上記いずれの絶縁プレート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆからも離隔するように配置されているため、上記各電池セル７とモジュール筐体２との間の絶縁を確実に図ることができる。

よって、上記モジュール内絶縁装置Ｉは、蓄電システムに装備することで、該蓄電システムを堅牢で且つ高耐圧を有するものとすることができる。

次に、図３及び図４は本発明の実施の他の形態として、図１及び図２に示したモジュール内絶縁装置Ｉを具備した電池モジュール１をラックに組み付けて蓄電システムを構築する際に、上記電池モジュール１とラックとの間の絶縁を図るためのモジュール外絶縁装置を示すものである。

すなわち、上記モジュール外絶縁装置は、図３及び図４に符号IIで示すように、電池モジュール１の外形に対応するモジュール収納区画１８を縦横に複数配列して備えたラック１７における上記各モジュール収納区画１８に、電池モジュール１の組み付け時の差し込み方向（以下、モジュール差し込み方向と云う）に沿う四隅部に沿って、アングル状の金属製のラックフレームを兼ねるレール１９を備える。

更に、上記各レール１９のアングル形状の内側には、モジュール差し込み方向の全長に亘り、電池モジュール１のモジュール筐体２の各コーナ部を受けると共に、該各コーナ部をモジュール差し込み方向へ滑らせるための絶縁材製、たとえば、樹脂製の絶縁ライナー部材２０をそれぞれ取り付けた構成としてある。

上記モジュール外絶縁装置IIを装備させるラック１７は、上記各モジュール収納区画１８に配置された各レール１９を、金属製の支柱部材２１にそれぞれ取り付けた構成としてある。これにより、上記各モジュール収納区画１８に収納される電池モジュール１の荷重を、対応する各レール１９より上記各支柱部材２１に伝えて支持させることができるようにしてある。なお、上記各支柱部材２１同士を、上記各モジュール収納区画１８に収納される電池モジュール１と干渉しない位置で水平方向に延びる図示しない梁部材で相互に連結するようにしてもよい。

更に、上記ラック１７は、上記モジュール差し込み方向の上流側端部となる手前側を除く上下左右及び奥側に、それぞれ金属製の壁パネル２２を取り付けた構成としてある。又、上記ラック１７の手前側には、図示しない着脱式の前面パネルが装備してあるものとする。

なお、図示してないが、上記ラック１７におけるモジュール差し込み方向の下流側端部、すなわち、各モジュール収納区画１８の奥側に位置するバックパネルには、該各モジュール収納区画１８毎に、個別のコネクタが設けてある。これにより、上記各モジュール収納区画１８にそれぞれ電池モジュール１を差し込む操作により、該各電池モジュール１におけるモジュール差し込み方向の奥側の端面に設けてある外部接続用のコネクタ１５（図２参照）を、上記ラック１７側の対応するコネクタに差し込んで接続することができるようにしてある。

以上の構成としてあるモジュール外絶縁装置IIによれば、上記ラック１７の各モジュール収納区画１８に電池モジュール１をそれぞれ組み付けるときには、該各電池モジュール１を、モジュール筐体２の各コーナ部を対応するモジュール収納区画１８の各レール１９に取り付けてある絶縁ライナー部材２０に滑らせるようにして、モジュール収納区画に差し込むようにする。

これにより、上記電池モジュール１のモジュール筐体２は、対応する各モジュール収納区画１８の各レール１９に、上記各絶縁ライナー部材２０がそれぞれ介装された状態で支持されるようになる。

したがって、上記モジュール外絶縁装置IIは、上記ラック１７が、強度を高めるために金属製の支柱部材２１、レール１９及び壁パネル２２を備えているとしても、上記各電池モジュール１の金属製のモジュール筐体２との間を、絶縁性を有する上記各絶縁ライナー部材２０により確実に絶縁させることができる。

以上により、蓄電システムは、上記図１及び図２に示したモジュール内絶縁装置Ｉに加えて、上記モジュール外絶縁装置IIを備える構成とすることにより、各電池モジュール１のモジュール筐体２の内部と外部で各電池セル７（図１、図２参照）からの二重絶縁を図ることができる。

しかも、上記蓄電システムは、上記各電池モジュール１のモジュール筐体２、及び、上記ラック１７の支柱部材２１、レール１９及び壁パネル２２をいずれも金属製としてあるので、該蓄電システムを堅牢で且つ更に高耐圧を有するものとすることができる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、電池モジュール１にて、１つの支持プレート５に支持させる電池セル７の数は、該電池モジュール１に所望される電気容量の大小に応じて、適宜増減してもよい。これに伴い、支持プレート５における電池挿入孔６の数も適宜増減してよい。更に、支持プレート５の平面形状や、モジュール筐体２の断面形状は、適宜変更してもよい。

電池モジュール１にて直列に接続する電池セル７の数は、該電池モジュール１に所望される電圧の大小に応じて、適宜増減してもよい。これに伴い、共通の支持プレート５に支持された各電池セル７のうち、共通の正極側ブスバ９ａと負極側ブスバ９ｂによって並列に接続する電池セル７の数は、適宜変更してもよい。又、モジュール筐体２内に一方向に配列させる電池セル７の数に応じて、該モジュール筐体２は、対応する方向の寸法を適宜変更してもよい。

図１及び図２の実施の形態は、１枚の支持プレート５に、並列に接続される電池セル７を支持させる構成として示したが、並列に接続される電池セル７の軸心方向の複数個所を、複数の支持プレート５によって支持させる構成としてもよい。この場合は、各支持プレート５をモジュール筐体２に各ボルト８を用いて固定するときに、該各ボルト８により共締めされる絶縁プレート４ａ，４ｂの固定個所の数を増加させることができることから、該絶縁プレート４ａ，４ｂのモジュール筐体２の対応する壁面３ａ，３ｂへの固定をより確実に行うことができるようになる。

電池モジュール１のモジュール筐体２に設けてある電力取り出し用のコネクタ１５は、図示した以外の任意の形式のコネクタ１５を採用してもよい。

電池セル７は、円筒タイプのものであれば、リチウムイオン電池や、その他の任意の二次電池を使用してよい。

図３及び図４の実施の形態のモジュール外絶縁装置IIは、図３に示した以外の任意のモジュール収納区画１８の数、及び、モジュール収納区画１８の配置を備えたラック１７に適用してよい。

ラック１７におけるモジュール収納区画１８の形状やサイズは、収納対象となる電池モジュール１のモジュール筐体２の形状やサイズに応じて適宜変更してよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

Ｉ モジュール内絶縁装置（蓄電システム用絶縁装置）
II モジュール外絶縁装置（蓄電システム用絶縁装置）
１ 電池モジュール
２ モジュール筐体
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ 壁面
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ 絶縁プレート
５ 支持プレート
６ 電池挿入孔
７ 電池セル
８ ボルト
９ａ 正極側ブスバ
９ｂ 負極側ブスバ
１７ ラック
１８ モジュール収納区画
１９ レール
２０ 絶縁ライナー部材

Claims (3)

1. ラックに複数の電池モジュールを組み付けて構成する蓄電システムにおける上記各電池モジュールは、
   モジュール筐体の各壁面の内側に取り付けた絶縁材製の絶縁プレートと、
   複数の電池挿入孔にそれぞれ電池セルを挿入して保持できるようにした絶縁材製の支持プレートとを備え、
   且つ上記支持プレートの複数の電池挿入孔に挿入配置された電池セルを正極側ブスバと負極側ブスバで並列接続すると共に、隣接する正極側ブスバと負極側ブスバが接するよう複数配列した支持プレートに支持された電池セルを、上記モジュール筐体内に収納し、
   上記各支持プレートを、上記絶縁プレートの内側に固定してなる構成としたこと
   を特徴とする蓄電システム用絶縁装置。
2. モジュール筐体の壁面の外側から該モジュール筐体内に配置された各支持プレートを固定するためのボルトにより、該壁面の内側に配置されている絶縁プレートを共締めするようにした請求項１記載の蓄電システム用絶縁装置。
3. ラックに電池モジュールのモジュール筐体を格納するための複数のモジュール収納区画を備え、
   上記各モジュール収納区画の四隅部に、該各モジュール収納区画に差し込まれる電池モジュールのモジュール筐体の各コーナ部を支持するためのレールを備え、
   且つ該各レールの内側に、上記モジュール筐体の対応するコーナ部を受けると共に、該各コーナ部をモジュール差し込み方向へ滑らせるための絶縁材製の絶縁ライナー部材を設けるようにした請求項１又は２記載の蓄電システム用絶縁装置。

Images