JP2013134828A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池ブロックが集合した電池モジュールにおいて、各電池ブロックのブロック電圧を簡単に検出でき、かつ、電池モジュールの組み立てが容易な、エネルギー密度の高い電池モジュールを提供する。
【解決手段】電池ブロック２００は、複数の電池２００の一方の極を並列接続する第１のバスバー３１と、他方の極を並列接続する第２のバスバー４１とを備え、互いに隣接する電池ブロック２００において、一方の電池ブロック２００の第１のバスバー３１と、他方の電池ブロック２００の第２のバスバー４１とは、隣接する電池ブロック２００間の隙間５１に配設された中空の連結バスバー５０によって直列接続されており、連結バスバー５０の内壁面５０ａには、電池ブロック２００のブロック電圧を監視する電圧監視線６０が接続されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、複数の電池を備えた電池ブロックが複数個接続されてなる電池モジュールに関する。

複数の電池をケースに収容して、所定の電圧及び容量を出力できるようにした電池パックは、種々の機器、車両等の電源として広く使用されている。中でも、汎用的な電池を並列及び／又は直列接続して、所定の電圧及び容量を出力する電池ブロックを構成し、この電池ブロックを複数個接続して、電池モジュールを構成する技術が採用され始めている。この電池モジュールを種々組み合わせることによって、多種多様な用途に対応することが可能となる。

このような電池モジュールにおいて、電池モジュールを構成する電池の過充電や過放電等を防止するために、各電池の電圧を監視するシステムが採用されている。

例えば、特許文献１では、複数の電池ブロックが集合した組電池（電池モジュール）において、電池ブロック毎にブロック電圧を検出し、当該ブロック電圧が安定していると確認した後、各電池の故障診断を行う方法が記載されている。

特許文献２には、複数の電池が直列接続されてケース内に収容された電池パックにおいて、互いに隣接する電池同士を接続する接続部材から、それぞれ取り出された電圧取出線を、ケースに取り付けた電圧監視用コネクタに接続することによって、各電池の電圧を監視する構成が記載されている。

複数の電池ブロックが集合した組電池（電池モジュール）においても、同様の構成を採用して、各電池ブロックのブロック電圧の監視を行うことができる。

特開２０１１−７５３１４号公報 特開２００７−２００７５８号公報

複数の電池ブロックが集合した電池モジュールにおいて、各電池ブロックの電圧を、従来の各電池ブロックから取り出した電圧取出線によって検出する方法では、電池モジュールの数が多いため、電圧取出線を引き回すためのスペースが大きくなり、その結果、電池モジュール全体の体積の増大を招く。

また、電池モジュールを組み立てる際、各電池ブロック間の連結に加え、各電池ブロックからの電圧取出線の取り付け等の作業を要するため、電池モジュールの組立が複雑になる。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その主な目的は、複数の電池ブロックが集合した電池モジュールにおいて、各電池ブロックのブロック電圧を簡単に検出でき、かつ、電池モジュールの組み立てが容易な、エネルギー密度の高い電池モジュールを提供することにある。

本発明に係る電池モジュールは、複数の電池を備えた電池ブロックが複数個接続されてなる電池モジュールであって、電池ブロックは、複数の電池を、一方の極を揃えて収容するホルダと、複数の電池の一方の極を並列接続する第１のバスバーと、複数の電池の他方の極を並列接続する第２のバスバーとを備え、第１のバスバーと第２のバスバーとは、ホルダを介して、互いに反対方向に配設されており、互いに隣接する電池ブロックにおいて、一方の電池ブロックにおける第１のバスバーと、他方の電池ブロックにおける第２のバスバーとは、隣接する電池ブロック間の隙間に配設された中空の連結バスバーによって直列接続されており、連結バスバーの内壁面には、電池ブロックのブロック電圧を監視する電圧監視線が接続されていることを特徴とする。

ある好適な実施形態において、上記連結バスバーの内壁面には、電圧監視線に接続され、かつ、連結バスバーと電気的に絶縁されたコネクタが配設されている。また、電圧監視線とコネクタとの間に、連結バスバーと電気的に絶縁されたヒューズが配設されていてもよい。ここで、ヒューズは、樹脂モールドされて、連結バスバーの内壁面に固定されていることが好ましい。

本発明によれば、複数の電池ブロックが集合した電池モジュールにおいて、各電池ブロックのブロック電圧を簡単に検出でき、かつ、電池モジュールの組み立てが容易な、エネルギー密度の高い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おける電池モジュールに使用する電池の構成を示した断面図である。 本発明の一実施形態における電池モジュールを構成する電池ブロックの構成を示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態における電池ブロックの斜視図である。 電池ブロックの端部に設けられた隙間に、中空の連結バスバーを配設した状態を示した斜視図である。 電池ブロックの端部に設けられた隙間に、中空の連結バスバーを配設した状態を示した平面図である。 隣接する電池ブロックの連結状態を示した部分平面図である。 中空の連結バスバーの内壁面の状態を示した図である。 中空の連結バスバーの内壁面の他の状態を示した図である。 ホルダの他の構成を示した斜視図である。

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、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。

本発明に係る電池モジュールは、複数の電池を備えた電池ブロックが複数個接続された構成をなす。各電池ブロックを構成する複数の電池は並列接続され、電池モジュールを構成する複数の電池ブロックは直列接続されている。

図１は、本発明の一実施形態における電池モジュールに使用する電池１００の構成を示した断面図である。なお、本発明の電池モジュールに使用する電池１００は、例えば、図１に示すような、円筒形のリチウムイオン二次電池を用いることができる。

以下、図１を参照しながら、電池１００の具体的な構成を説明する。なお、本発明の電池ブロックに使用される電池１００は、以下の実施形態に限定されない。

図１に示すように、正極１と負極２とがセパレータ３を介して捲回された電極群４が、非水電解液（不図示）とともに、電池ケース７に収容されている。電極群４の上下には、絶縁板９、１０が配され、正極１は、正極リード５を介してフィルタ１２に接合され、負極２は、負極リード６を介して負極端子を兼ねる電池ケース７の底部に接合されている。

フィルタ１２は、インナーキャップ１３に接続され、インナーキャップ１３の突起部は、金属製の弁体１４に接合されている。さらに、弁体１４は、正極端子を兼ねる端子板（電極部）８に接続されている。そして、端子板８、弁体１４、インナーキャップ１３、及びフィルタ１２が一体となって、ガスケット１１を介して、電池ケース７の開口部を封口している。

図２は、本実施形態における電池モジュールを構成する電池ブロック２００の構成を示した分解斜視図で、図３は電池ブロック２００の斜視図である。

図２に示すように、複数の電池１００が、一方の極を揃えて、互いに千鳥状に配置されており、各電池１００は、個々に、中空筒状のパイプホルダ２０の収容部２０ａに収容されている。なお、複数のパイプホルダ２０は、互いに集合、固着されて、電池１００を収容するホルダを構成している。

パイプホルダ２０の内周面は、電池１００の外周面と略同一形状をなし、パイプホルダ２０の収容部２０ａに収容された電池１００の外周面は、収容部２０ａの内周面と当接している。これにより、パイプホルダ２０を、例えば、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料で構成しておけば、電池１００からの発熱を、効率よくパイプホルダ２０に放熱させることができる。

電池１００の正極端子（一方の極）８側には、絶縁性のスペーサ３０を介して、正極バスバー（第１のバスバー）３１が配置されている。ここで、正極バスバー３１には、各電池１００の正極端子８に対応する位置に、接続端子３１ａがそれぞれ形成されており、電池１００の正極端子８は、スペーサ３０に形成された開口部３０ａを介して、接続端子３１ａにそれぞれ接続されている。これにより、複数の電池１００の正極端子８は、正極バスバー３１によって、電気的に並列接続されている。

また、電池１００の負極端子（他方の極）側には、絶縁性のスペーサ４０を介して、負極バスバー（第２のバスバー）４１が配置されている。すなわち、正極バスバー３１と負極バスバー４１とは、ホルダ２０を介して、互いに反対方向に配設されている。ここで、スペーサ４０には、各電池１００の負極端子（電池ケース７の底部）に対応する位置に開口部４０ａが形成されており、電池１００の負極端子は、開口部４０ａを介して負極バスバー４１に接続されている。これにより、複数の電池１００の負極端子は、負極バスバー４１によって、電気的に並列接続されている。

本実施形態における電池ブロック２００は、図３に示すように、正極バスバー３１、スペーサ３０、４０、及び負極バスバー４１の両端部にそれぞれ凹部を形成することによって、電池ブロック２００の両端部に、電池１００の軸方向に隙間５１が設けられている。この隙間５１は、千鳥配置された電池１００において、電池１００が１個少ない列（図３では、真ん中の６個の電池１００の列）に設けられている。なお、電池１００が円筒状の電池の場合、千鳥配置された電池１００は、最密充填配列されている。

このような電池ブロック２００を並べて電池モジュールを構成した場合、隣接する電池ブロック２００間には、ほぼ電池１００の１個分に相当する隙間５１ができる。

図４は、電池ブロック２００の両端部に設けられた隙間５１のうち、一方の隙間５１に、中空の連結バスバー５０を配設した状態を示した斜視図で、図５は、その平面図である。ここで、連結バスバー５０は、電池１００の軸方向に伸びる筒状の導電性材料からなる。連結バスバー５０の形状は、特に制限されないが、正極バスバー３１、スペーサ３０、４０、及び負極バスバー４１の両端部に形成された凹部の形状に合ったものが好ましい。例えば、図４、５に示した連結バスバー５０は、６角柱の形状をなしている。

図６は、本実施形態における電池モジュールにおいて、隣接する電池ブロック２００ａ、２００ｂの連結状態を示した部分平面図である。

図６に示すように、隣接する電池ブロック２００ａ、２００ｂ間の隙間５１に、中空の連結バスバー５０を配設することによって、電池ブロック２００ａ、２００ｂ同士を連結するとともに、一方の電池ブロック２００ａにおける正極バスバー３１と、他方の電池ブロック２００ｂにおける負極バスバー４１とを、直列接続させることができる。このとき、連結バスバー５０の一端は、電池ブロック２００ａの正極バスバー３１に接続され、連結バスバー５０の他端は、電池ブロック２００ｂの負極バスバー４１に接続される。例えば、連結バスバー５０の両端を、それぞれ、正極バスバー３１及び負極バスバー４１に溶接することによって、電池ブロック２００ａ、２００ｂ間を連結するとともに、電池ブロック２００ａ、２００ｂを直列接続することができる。

図７は、本実施形態における電池モジュールにおいて、中空の連結バスバー５０の内壁面の状態を示した図である。

図７に示すように、連結バスバー５０の内壁面５０ａには、電池ブロック２００のブロック電圧を監視する電圧監視線６０が接続されている。例えば、電圧監視線６０の端部６０ａを、連結バスバー５０の内壁面５０ａにワイヤーボンディングすることにより、電圧監視線６０を連結バスバー５０に接続することができる。

連結バスバー５０は、電池ブロック２００の正極バスバー３１または負極バスバー４１に接続されているため、連結バスバー５０に接続された電圧監視線６０の電位を検出することにより、電池ブロック２００のブロック電圧を監視することができる。

ここで、図７に示すように、電圧監視線６０の一方の端部を、連結バスバー５０の内壁面に固定されたコネクタ７０に接続してもよい。これにより、コネクタ７０に、外部引き出し線７１を接続することによって、電池ブロック２００のブロック電圧を、外部から容易に検出することができる。

また、図８に示すように、電圧監視線６０は、板状のものであってもよい。この場合、電圧監視線６０の端部は、例えば、連結バスバー５０の内壁面５０ａに溶接することができる。さらに、電圧監視線６０とコネクタ７０との間に、連結バスバー５０と電気的に絶縁されたヒューズ８０を配設してもよい。これにより、電池ブロック２００のブロック電圧の監視時に、異常の発生した電池ブロック２００から、電圧監視線６０に過大電流が流れた場合、ヒューズ８０が溶断することにより、異常の発生した電池ブロック２００を切り離し、電池モジュールを保護することができる。なお、電圧監視線６０とヒューズ８０、ヒージュ８０とコネクタ７０、若しくは電圧監視線６０と連結バスバー５０の内壁面５０とが異種金属で接続されている場合、水分等の混入による接続面での電食による腐食を防止するために、ヒューズ８０を樹脂モールドして、連結バスバー５０の内壁面５０ａに固定してもよい。

本実施形態では、電池ブロック２００のブロック電圧を監視する電圧監視線６０が、予め、連結バスバー５０の内壁面５０ａに配設されているので、隣接する電池ブロック２００ａ、２００ｂを、連結バスバー５０で連結することによって、直列接続された電池ブロック２００のブロック電圧を、連結バスバー５０に配設された電圧監視線６０によって、容易に監視することができる。

本実施形態における電池モジュールは、互いに隣接する電池ブロック２００において、一方の電池ブロック２００における正極バスバー（第１のバスバー）３１と、他方の電池ブロック２００における負極バスバー（第２のバスバー）４１とを、隣接する電池ブロック２００間の隙間５１に配設された中空の連結バスバー５０によって直列接続するとともに、連結バスバー５０の内壁面５０ａに、電池ブロック２００のブロック電圧を監視する電圧監視線６０を接続することによって、各電池ブロック２００のブロック電圧を簡単に検出でき、かつ、電池モジュールの組み立てが容易な、エネルギー密度の高い電池モジュールを提供することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、複数の電池１００を収容するホルダを、複数の電池１００が個々に収容されたパイプホルダ２０が、複数個集合して構成したが、図９に示すように、複数の電池１００を収容する筒状の収容部２０ａを有するブロック２０ｂで構成してもよい。

また、連結バスバー５０の内壁面５０ａには、電池ブロック２００の温度を検出する温度センサの温度検出線がさらに配設されていてもよい。この場合、温度センサーは、例えば、電池ブロック２００のホルダに取り付けられ、温度センサーからの温度検出線は、絶縁された状態で、連結バスバー５０の内壁面５０ａに固定されている。これにより、連結バスバー５０に配設された温度検出線の信号を検出することによって、電池ブロック２００の温度を監視することができる。

本発明は、自動車、電動バイク又は電動遊具等の駆動用電源として有用である。

１ 正極
２ 負極
３ セパレータ
４ 電極群
７ 電池ケース
８ 正極端子（端子板）
１１ ガスケット
２０ パイプホルダ
２０ａ 収容部
３０、４０ スペーサ
３１ 正極バスバー（第１のバスバー）
３１ａ 接続端子
４１ 負極バスバー（第２のバスバー）
５０ 連結バスバー
５０ａ 内壁面
５１ 隙間
６０ 電圧監視線
７０ コネクタ
８０ ヒューズ
１００ 電池
２００ 電池ブロック

Claims (9)

1. 複数の電池を備えた電池ブロックが複数個接続されてなる電池モジュールであって、
   前記電池ブロックは、
   前記複数の電池を、一方の極を揃えて収容するホルダと、
   前記複数の電池の一方の極を並列接続する第１のバスバーと、
   前記複数の電池の他方の極を並列接続する第２のバスバーと
   を備え、
   互いに隣接する前記電池ブロックにおいて、一方の電池ブロックにおける第１のバスバーと、他方の電池ブロックにおける第２のバスバーとは、隣接する前記電池ブロック間の隙間に配設された中空の連結バスバーによって直列接続されており、
   前記連結バスバーの内壁面には、前記電池ブロックのブロック電圧を監視する電圧監視線が接続されている、電池モジュール。
2. 前記第１のバスバーと前記第２のバスバーとは、前記ホルダを介して、互いに反対方向に配設されている、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記連結バスバーの内壁面には、前記電圧監視線に接続され、かつ、前記連結バスバーと電気的に絶縁されたコネクタが配設されている、請求項１に記載の電池モジュール。
4. 前記電圧監視線と前記コネクタとの間に、前記連結バスバーと電気的に絶縁されたヒューズがさらに配設されている、請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記ヒューズは、樹脂モールドされて、前記連結バスバーの内壁面に固定されている、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記電池は、円筒状の電池であって、
   前記電池ブロックにおいて、前記複数の電池は最密充填配列されており、
   隣接する前記電池ブロック間には、前記電池１個分に相当する隙間があり、該隙間に前記連結バスバーが配設されている、請求項１に記載の電池モジュール。
7. 前記連結バスバーは、六角柱からなる、請求項６に記載の電池モジュール。
8. 前記電池ブロックには、温度センサーが配設されており、
   前記温度センサーの温度検出線は、電気的に絶縁された状態で、前記連結バスバーの内壁面に配設されている、請求項１に記載の電池モジュール。
9. 前記ホルダは、前記複数の電池が、個々に収容されたパイプホルダが、複数個集合して構成されている、請求項１に記載の電池モジュール。

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