JP2015133289A - 電池モジュール及び電池モジュール用のホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュールを容易に組み付けることができる。【解決手段】電池モジュール１０は、シート形の複数の電池セル２０を積層して構成されている。電池セル２０の各々の両端からは電極タブ２２，２３が延びており、電池セル２０の各々の両側には電極タブ２２，２３を保持するホルダ３０Ａ，３０Ｂが設けられている。ホルダ３０Ａ，３０Ｂは電極タブ２２，２３が挿入される挿入口３１を有し、挿入口３１の内部には電極タブ２２，２３の各々を電気的に接続する接続端子３３が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、電池モジュール及び電池モジュール用のホルダに関する。

例えば自動車用のリチウムイオン電池においては、大きな電池容量、低い内部抵抗、及び高い放熱性能が要求される。そのため、こうした要求を満足すべく、例えば特許文献１に記載されるようなシート形の複数の電池セルを積層するとともに同電池セルの各々が直列にて電気的に接続されるように同電池セルの各々の正極タブ及び負極タブが接合された電池モジュールが開発されている。

特開２００９―１４０６１６号公報

ところで、前記電池モジュールを製造する際、各電池セルの電極タブを接合するために超音波溶接などの溶接作業が必要となる。そのため、電極タブの接続作業が手間のかかるものとなっている。

本発明の目的は、電池モジュールを容易に組み付けることができる電池モジュール及び電池モジュール用のホルダを提供することにある。

上記目的を達成するための電池モジュールは、シート形の複数の電池セルを積層して構成される電池モジュールにおいて、前記電池セルの各々の両端からは電極タブが延びており、前記電池セルの各々の両側には前記電極タブを保持するホルダが設けられ、前記ホルダは前記電極タブが挿入される挿入口を有し、前記挿入口の内部には前記電極タブの各々を電気的に接続する接続端子が設けられている。

また、上記目的を達成するための電池モジュール用のホルダは、シート形の複数の電池セルを積層して構成される電池モジュールに適用され、同電池セルの各々の両端から延びる電極タブを保持するホルダであって、前記電極タブが挿入される挿入口を有し、前記挿入口の内部には前記電極タブの各々を電気的に接続する接続端子が設けられている。

同構成によれば、電池セルの各々の電極タブがホルダの挿入口の内部に挿通されることで、電池セルの各々が積層された状態にて電極タブが保持されるとともに接続端子を介して電気的に接続される。

本発明によれば、電池モジュールを容易に組み付けることができる。

一実施形態に係る電池モジュールの分解斜視図。 同実施形態の電池モジュールの断面図であって、各電池セルが互いに直列にて接続されているタイプの断面図。 同実施形態の電池モジュールの断面図であって、各電池セルが互いに並列にて接続されているタイプの断面図。 変形例に係る電池モジュールの断面図。 他の変形例に係る電池モジュールの断面図。

以下、図１〜図３を参照して、一実施形態に係る電池モジュールについて説明する。
図１及び図２に示すように、電池モジュール１０は、シート形の６つの電池セル２０を積層するとともに互いに直列にて接続することによって構成されている。

各電池セル２０は矩形状のセル本体２１を有している。セル本体２１は、例えばアルミニウム合金などからなるラミネートフィルムの内部において積層された正極板、セパレータ、及び負極板を備えている。また、このラミネートフィルムの内部には電解液が封入されている。正極板及び負極板にはそれぞれ板状の正極タブ２２及び負極タブ２３が接続されており、正極タブ２２及び負極タブ２３は前記セル本体２１の両短辺からそれぞれ外部に突出している。また、電池セル２０の各々は、同電池セル２０の各々が積層される方向（以下、積層方向Ｌと称する。）において隣接する電極タブ２２，２３の極が互いに異なるように配置されている。なお、図１においては、変形していない状態の電極タブ２２，２３が示されている。

図２に示すように、このように積層された電池セル２０の両側には一対のホルダ３０Ａ，３０Ｂが設けられており、積層された状態の電池セル２０の電極タブ２２，２３の各々がホルダ３０Ａ，３０Ｂによって保持されている。

図１及び図２に示すように、両ホルダ３０Ａ，３０Ｂは例えば合成樹脂材料などの非導電材からなり、いずれも同一の箱状をなしている。ホルダ３０Ａ，３０Ｂには、いずれも電池セル２０に対向する面に開口するとともに同一の形状を有する４つの挿入口３１が積層方向Ｌに沿って並設されている。すなわち、ホルダ３０Ａ，３０Ｂの内部は３つの区画壁３２によって４つの挿入口３１に区画されている。

図２に示すように、各挿入口３１には、例えば銅などの導電材からなる接続端子３３が嵌合されており、各挿入口３１の内側面は上記接続端子３３によって形成されている。接続端子３３の内側面は、挿入口３１の開口から奥側に向けて上面と下面との間隔が徐々に細くされたテーパ部３３ａと、同テーパ部３３ａの先端から奥側に向けて上面と下面とが互いに平行に延びる平行部３３ｂとを有している。

図１に示すように、ホルダ３０Ａ，３０Ｂにおける前記挿入口３１の開口とは反対側の外側面には、上側外部端子３５ａ及び下側外部端子３５ｂが設けられている。上側外部端子３５ａは積層方向Ｌの上端に位置する接続端子３３に図示しない導線を介して電気的に接続されている。また、下側外部端子３５ｂは積層方向Ｌの下端の接続端子３３に図示しない導線を介して電気的に接続されている。

図１及び図２に示すように、ホルダ３０Ａ，３０Ｂには、同ホルダ３０Ａ，３０Ｂの上面に開口するとともに積層方向Ｌに沿って延びる差込口３４が形成されている。
図２に示すように、差込口３４は、前記挿入口３１の各々に連通しており、前記接続端子３３の各々の端面が同差込口３４に露出している。

図２に示すように、差込口３４には差込部材４０が差し込まれている。差込部材４０は、例えば合成樹脂材料などの非導電材からなり、プレート状の端子本体４２と、端子本体４２の基端に設けられたノブ４１とを有している。また、端子本体４２には、前記挿入口３１の各々に対応したスリット４２ａが透設されている。

図２の左側のホルダ３０Ａにおける上から２番目の挿入口３１には、一番上の電池セル２０の負極タブ２３と、上から２番目の電池セル２０の正極タブ２２とがそれぞれ挿入されており、これら電極タブ２２，２３は接続端子３３及び差込部材４０のスリット４２ａに嵌合されている。なお、電極タブ２２，２３は接続端子３３に嵌合されるように変形されている。

また、上から３番目の挿入口３１には、同様にして、上から３番目の電池セル２０の負極タブ２３と、上から４番目の電池セル２０の正極タブ２２とがそれぞれ挿入されている。また、上から４番目の挿入口３１には、同様にして、上から５番目の電池セル２０の負極タブ２３と、上から６番目の電池セル２０の正極タブ２２とがそれぞれ挿入されている。なお、一番上の挿入口３１には、電極タブ２２，２３は挿入されていない。

一方、図２の右側のホルダ３０Ｂにおける一番上の挿入口３１には、一番上の電池セル２０の正極タブ２２が挿入されている。
また、上から２番目の挿入口３１には、上から２番目の電池セル２０の負極タブ２３と、上から３番目の電池セル２０の正極タブ２２とがそれぞれ挿入されており、これら電極タブ２２，２３は接続端子３３に嵌合されている。また、上から３番目の挿入口３１には、同様にして、上から４番目の電池セル２０の負極タブ２３と、上から５番目の電池セル２０の正極タブ２２とがそれぞれ挿入されている。また、上から４番目の挿入口３１に対しては、上から６番目の電池セル２０の負極タブ２３が挿入されている。

従って、電池セル２０の積層方向Ｌにおいて互いに隣接する一対の電池セル２０の電極タブ２２，２３が挿入されている挿入口３１については、同電極タブ２２，２３は互いに異なる極とされている。そして、共通の挿入口３１に挿入された一対の電池セル２０の電極タブ２２，２３は接続端子３３によって電気的に接続されている。

このようにして、６つの電池セル２０が互いに直列にて接続されている。なお、この場合、他の電池モジュール１０との接続に際しては、右側のホルダ３０Ｂの外部端子３５ａ，３５ｂが正極端子及び負極端子としてそれぞれ用いられることとなる。

次に、図３を参照して、電池セル２０が並列にて接続された電池モジュール１１０について説明する。
図３に示すように、電池モジュール１１０においては、８つの電池セル２０が積層されている点、同一の電極タブ２２，２３が積層方向Ｌにおいて隣接するように配置されている点、及び例えば銅などの導電材からなる端子本体５２を有する差込部材５０が差込口３４に差し込まれている点が前記電池モジュール１０と相違している。

同図の左側のホルダ３０Ａにおける挿入口３１の各々には、積層方向Ｌにおいて互いに隣接する一対の電池セル２０の負極タブ２３が挿入されており、これら負極タブ２３は接続端子３３及び差込部材５０のスリット５２ａに嵌合されている。

一方、同図の右側のホルダ３０Ｂにおける挿入口３１の各々には、積層方向Ｌにおいて互いに隣接する一対の電池セル２０の正極タブ２２が挿入されており、これら正極タブ２２は接続端子３３及び差込部材５０のスリット５２ａに嵌合されている。従って、電池セル２０の各々の正極タブ２２は、ホルダ３０Ｂの接続端子３３及び差込部材５０を介して電気的に接続されている。また、電池セル２０の各々の負極タブ２３はホルダ３０Ａの接続端子３３及び差込部材５０を介して電気的に接続されている。

このようにして、８つの電池セル２０が互いに並列にて接続されている。なお、この場合、他の電池モジュール１１０との接続に際しては、左側のホルダ３０Ａの外部端子３５ａ（３５ｂ）が負極端子として用いられ、右側のホルダ３０Ｂの外部端子３５ａ（３５ｂ）が正極端子として用いられることとなる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
積層された状態の電池セル２０の各々の両端の電極タブ２２，２３が一対のホルダ３０Ａ，３０Ｂによって保持されることによって、電極タブ２２，２３の各々が直列または並列にて電気的に接続される。

また、例えば超音波溶接などによって電極タブを接合する構成とは異なり、電極タブに付着した異物が固定されることがない。このため、異物の固定化による電極タブ２２，２３の導電性の低下が抑制される。

以上説明した本実施形態に係る電池モジュール及び電池モジュール用のホルダによれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）電池モジュール１０，１１０は、シート形の複数の電池セル２０を積層して構成されている。電池セル２０の各々の両端からは電極タブ２２，２３が延びており、電池セル２０の各々の両側には電極タブ２２，２３を保持するホルダ３０Ａ，３０Ｂが設けられている。ホルダ３０Ａ，３０Ｂは電極タブ２２，２３が挿入される挿入口３１を有し、挿入口３１の内部には電極タブ２２，２３の各々を電気的に接続する接続端子３３が設けられている。

こうした構成によれば、電池セル２０の各々の電極タブ２２，２３がホルダ３０Ａ，３０Ｂの挿入口３１の内部に挿通されることで、電池セル２０の各々が積層された状態にて電極タブ２２，２３が保持されるとともに接続端子３３を介して電気的に接続される。従って、電池モジュール１０を容易に組み付けることができる。

また、上記構成によれば、例えば超音波溶接などによって電極タブを接合する構成とは異なり、電極タブに付着した異物が固定されることがない。このため、異物の固定化による電極タブ２２，２３の導電性の低下を抑制することができ、電池モジュール１０の電池性能が低下することを抑制することができる。

また、上記構成によれば、ホルダ３０Ａ，３０Ｂから電池セル２０を取り外すことが可能であるため、複数の電池セル２０のうちの一部が劣化した場合などに当該一部の電池セル２０を取り外して交換することができる。従って、ホルダ３０Ａ，３０Ｂや残りの電池セル２０を再利用することができる。

（２）複数の挿入口３１が電池セル２０の積層方向Ｌに沿って並設されている。
こうした構成によれば、挿入口３１を通じて電極タブ２２，２３が同電極タブ２２，２３に対応する接続端子３３に向けて案内される。従って、電極タブ２２，２３を接続端子３３に電気的に接続させることが容易にできる。

（３）挿入口３１の内壁をなす接続端子３３は、挿入口３１の開口から奥側に向けて上面と下面との間隔が徐々に細くされたテーパ部３３ａを有している。このため、電極タブ２２，２３がテーパ部３３ａに案内されることで同電極タブ２２，２３を挿入口３１の内部に円滑に挿入することができるとともに、接続端子３３に当接させることができる。

（４）電池セル２０の積層方向Ｌにおいて互いに隣接する一対の電池セル２０の電極タブ２２，２３が共通の挿入口３１に挿入され、接続端子３３は、共通の挿入口３１に挿入された一対の電池セル２０の電極タブ２２，２３を電気的に接続するものである。

こうした構成によれば、１つの挿入口に対して１つの電極タブが挿入される構成に比べて、挿入口３１及び接続端子３３の数を減らすことができ、ホルダ３０Ａ，３０Ｂの構成を簡易なものとすることができる。

（５）互いに隣接する接続端子３３の間には非導電材からなる区画壁３２が設けられている。このため、互いに隣接する接続端子３３の間が区画壁３２によって電気的に絶縁されるため、１つの挿入口３１に互いに異なる極の電極タブ２２，２３を挿入することによって、電池セル２０の各々を互いに直列にて接続することが可能となる。

（６）挿入口３１には互いに異なる極の電極タブ２２，２３が挿入され、電池セル２０の各々が互いに直列にて接続されている。ホルダ３０Ａ，３０Ｂには接続端子３３の各々が露出する差込口３４が形成され、差込口３４には非導電材からなる差込部材４０が差し込まれている。

こうした構成によれば、挿入口３１に互いに異なる極の電極タブ２２，２３を挿入し、差込部材４０を差込口３４に差し込むことによって、互いに隣接する接続端子３３同士の導通が遮断され、電池セル２０の各々を互いに直列にて接続することが容易にできる。

（７）差込部材５０には電極タブ２２，２３が嵌合されるスリット５２ａが形成されている。このため、電極タブ２２，２３と差込部材５０とが直接、電気的に接続されることとなり、電極タブが接続端子を介して差込部材と電気的に接続される構成に比べて電池モジュール１１０内部の電気抵抗を低減することができる。

（８）挿入口３１には同一の極の電極タブ２２，２３が挿入され、電池セル２０の各々が互いに並列にて接続されている。前記差込口３４には導電材からなり、接続端子３３の各々を電気的に接続する差込部材５０が差し込まれている。

こうした構成によれば、挿入口３１に同一の極の電極タブ２２（２３）を挿入し、導電材からなる差込部材５０を差込口３４に差し込むことによって、電池セル２０の各々を互いに並列にて接続することが容易にできる。

また、ホルダ３０Ａ，３０Ｂの挿入口３１に挿入される一対の電極タブ２２，２３の極の組み合わせと、差込口３４に差し込まれる差込部材４０，５０の種類とを変更することによって、電池セル２０が直列にて接続される電池モジュール１０と、並列にて接続される電池モジュール１１０とに切り換えることが容易にできる。

（９）電池セル２０が直列にて接続された電池モジュール１０と、電池セル２０が並列にて接続された電池モジュール１１０とで共通のホルダ３０Ａ，３０Ｂが用いられている。このため、電池モジュール１０，１１０の構成部品の共通化を図ることができる。

なお、本発明に係る電池モジュールは、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・図２に示すように、電池セル２０が直列にて接続された電池モジュール１０においては、同図の左側のホルダ３０Ａにおける１つの挿入口３１及び接続端子３３には電極タブ２２，２３が挿入されない。従って、前記ホルダについては、３つの挿入口を有するものに変更することもできる。

・図４に示すように、ホルダ２３０Ｂの挿入口２３１に対して複数の電池セル２０を一体的に挿入するためのケース２６０を設けるようにしてもよい。すなわち、ケース２６０の内壁には、複数の電池セル２０に対して積層方向Ｌに付勢力を作用させるばねなどの付勢部材２６１が設けられている。この場合、ケース２６０によって複数の電池セル２０をホルダ２３０Ｂの挿入口２３１に一体的に挿入することができるため、電池モジュール２１０を容易に組み付けることができる。

また、図４に示すように、ホルダ２３０Ｂの外壁に爪部２３６を突設させるとともに、ケース２６０の内壁に上記爪部２３６が係合される凹部２６３を設けるようにすれば、ケース２６０をホルダ２３０Ｂに外嵌させることができる。なお、爪部２３６及び凹部２６３の配設位置はこれに限られるものではなく、ケース２６０の内壁に爪部を突設し、ホルダ２３０Ｂの外壁に同爪部が係合される凹部を設けることもできる。

・図５に示すように、電極タブ３２２の各々に孔３２２ａを形成し、同孔３２２ａの各々に差込部材３５０を内挿するようにしてもよい。この場合、差込部材３５０によって電極タブ３２２が挿入口３３１から抜け出すことを抑止することができる。

・上記実施形態では、１つの挿入口３１に対して２つの電極タブ２２，２３が挿入された構成について例示したが、全ての挿入口について、１つの挿入口に対して１つの電極タブが挿入される構成を採用することもできる。

１０，１１０，２１０，３１０…電池モジュール、２０，３２０…電池セル、２１，３２１…セル本体、２２…正極タブ、２３…負極タブ、３０Ａ，３０Ｂ，２３０Ｂ，３３０Ｂ…ホルダ、３１，２３１，３３１…挿入口、３２，３３２…区画壁、３３，３３３…接続端子、３３ａ…テーパ部、３３ｂ…平行部、３４…差込口、３５ａ…上側外部端子、３５ｂ…下側外部端子、４０…差込部材、４１…ノブ、４２…端子本体、４２ａ…スリット、５０，３５０…差込部材、５１，３５１…ノブ、５２，３５２…端子本体、５２ａ…スリット、２３６…爪部、２６０…ケース、２６１…ばね、２６３…凹部、３２２…電極タブ、３２２ａ…孔。

Claims (8)

1. シート形の複数の電池セルを積層して構成される電池モジュールにおいて、
   前記電池セルの各々の両端からは電極タブが延びており、
   前記電池セルの各々の両側には前記電極タブを保持するホルダが設けられ、
   前記ホルダは前記電極タブが挿入される挿入口を有し、
   前記挿入口の内部には前記電極タブの各々を電気的に接続する接続端子が設けられている、
   電池モジュール。
2. 複数の前記挿入口が前記電池セルの積層方向に沿って並設されている、
   請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記電池セルの積層方向において互いに隣接する一対の前記電池セルの電極タブが共通の前記挿入口に挿入され、
   前記接続端子は、共通の前記挿入口に挿入された前記一対の前記電池セルの電極タブを電気的に接続するものである、
   請求項２に記載の電池モジュール。
4. 互いに隣接する前記接続端子の間には非導電材からなる壁が設けられている、
   請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記挿入口には互いに異なる極の電極タブが挿入され、前記電池セルの各々が互いに直列にて接続されている、
   請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記ホルダには前記接続端子の各々が露出する差込口が形成され、
   前記差込口には非導電材からなる差込部材が差し込まれている、
   請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記挿入口には同一の極の電極タブが挿入され、前記電池セルの各々が互いに並列にて接続されるものであり、
   前記ホルダには前記接続端子の各々が露出する差込口が形成され、
   前記差込口には導電材からなり、前記接続端子の各々を電気的に接続する差込部材が差し込まれている、
   請求項３又は請求項４に記載の電池モジュール。
8. シート形の複数の電池セルを積層して構成される電池モジュールに適用され、同電池セルの各々の両端から延びる電極タブを保持するホルダであって、
   前記電極タブが挿入される挿入口を有し、
   前記挿入口の内部には前記電極タブの各々を電気的に接続する接続端子が設けられている、
   電池モジュール用のホルダ。