JP2015185295A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの放熱性の向上しつつ、電池モジュールの小型化や軽量化を図る。【解決手段】複数の円筒電池セル１０をその径方向に一直線状に並べた複数の電池セル１０列と、複数の電池セル１０列間に配置された第１のスペーサ２１と、複数の円筒電池セル１０の一方極と電気的にそれぞれ接続される複数の第１のリード２２と、を備え、複数の電池セル１０列は、電池セル１０列の直交方向に積み重ねて配置され、第１のスペーサ２１は、金属材料であり、複数の第１のリード２２は、第１のスペーサ２１を介して、複数の円筒電池セルの一方極のそれぞれと並列接続させる電池モジュール。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の電池を電池ケース内に収容した電池モジュールに関する。

複数の電池を収容した電池モジュールは、種々の機器や車両等の電源として広く使用され、小型化や軽量化が図られている。また、電池モジュールは放電時等で電池が発熱し、電池モジュール内部で熱がこもりやすい。電池モジュール内部に熱がこもると、電池はさらに発熱して充放電特性が低下するとともに充放電サイクル寿命が劣化する。

特開２００１−２２９９００号公報

特許文献１は、複数個の電池からなる複数の電池セル列の間に放熱板を配置して、電池の熱こもりを解消している。しかしながら、放熱板は電池の熱こもりを解消することだけに設けられており、電池モジュールの更なる小型化や軽量化のための工夫の余地がある。

本発明に係る電池モジュールは複数の円筒電池セルをその径方向に一直線状に並べた複数の電池セル列と、複数の電池セル列間に配置された第１のスペーサと、複数の円筒電池セルの一方極と電気的にそれぞれ接続される複数の第１のリードと、を備え、複数の電池セル列は、電池セル列の直交方向に積み重ねて配置され、第１のスペーサは、金属材料であり、複数の第１のリードは、前記第１のスペーサを介して、前記複数の円筒電池セルの一方極のそれぞれと並列接続させる。

本発明に係る電池モジュールは、電池セルの放熱性の向上と電池モジュールの小型化や軽量化を図ることができる。

本発明の実施形態１に係る電池モジュールの構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係る電池モジュールの構造を示す分解図である。 本発明の実施形態１に係る集電板の構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る電池モジュールの構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る電池モジュールの構造を示す分解図である。 本発明の実施形態２に係る集電板の構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態３に係る電池モジュールの構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態３に係る電池モジュールの構造を示す分解図である。

以下に図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる材質、寸法、形状、電池セルの数等は説明のための例示であって、電池モジュールの仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電池モジュールの構造を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る電池モジュールの構造を示す分解図である。

図１、図２、及び後述する図面の一部では、互いに直交する３軸方向として、高さ方向Ｈ、長さ方向Ｌ、幅方向Ｗが示されている。高さ方向Ｈは、電池モジュール１００が水平面上に設置された場合の上下方向または直交方向である。長さ方向Ｌ及び幅方向Ｗは水平面で互いに直交する方向である。ここでは電池モジュール１００の寸法が長い方向を長さ方向Ｌとし、短い方を幅方向Ｗとする。

電池モジュール１００は千鳥配置された複数の電池セル１０と第１の電池ホルダー３０とを含み、収容する複数の電池セル１０の配列に沿った形状に形成される。

電池モジュール１００は複数の電池セル１０を並列もしくは直列接続して所定の電池容量が得られるように構成される。

複数の電池セル１０は負極側を一方側に揃え、正極側を他方側に揃えて整列配置させ、複数の電池セル１０を径方向に一直線状に並べた電池セル列が形成される。

電池モジュール１００は複数の電池セル列を高さ方向Ｈの方向に積み重ねて構成される。

電池モジュール１００は複数の電池セル列の正負極の向きを同一方向に揃えることで、複数の電池セル１０を並列接続させる。また、電池モジュール１００は複数の電池セル列の正負極の向きを互い違いに配置することで、複数の電池セル列を直列接続させる。

複数の電池セル１０は充放電可能な二次電池である。二次電池としては、リチウムイオン電池が用いられる。これ以外に、ニッケル水素電池、アルカリ電池等を用いてもよい。また、複数の電池セル１０はそれぞれの側面の樹脂フィルム１１により絶縁性が維持されている。

負極集電板２０は複数の電池セル列間に配置されて、整列配置された複数の電池セル１０の負極側の端部をそれぞれ電気的に接続する接続部材である。負極集電板２０は導電性のよい金属材料であればよく、例えばアルミニウム、銅、ニッケル等を材料として所定の形状としたものを用いることができる。また、負極集電板２０は第１のスペーサ２１と複数の第１のリード２２を含む。

第１のスペーサ２１は複数の電池セル１０の負極側の側面の一部が接するように配置される金属薄板である。

第１のスペーサ２１は電池セル１０の側面の一部が接しやすいように長さ方向Ｌに沿って、波型の形状に形成される。

第１のリード２２は電池セル１０の負極側の端部と第１のスペーサ２１の端側部とを電気的に接続させる接続部材である。

第１のリード２２はヒューズとしての機能を有する。第１のリード２２は過電流が流れた際に溶断され、過電流が流れた電池セル１０と第１のスペーサ２１を遮断させる。ひとつの第１のリード２２が溶断してもそのほかの電池セル１０と第１のリード２２の電気的接続の状態は維持されるため、電池モジュール１００は充放電できる。

第１のリード２２の一方端は、電池セル１０の負極側の端部に接続され、第１のリード２２の他方端は、第１のスペーサ２１の端側部に接続される。なお、第１のスペーサ２１と第１のリード２２とは、プレス等で打ち抜いて、一体形成されてもよい。

第１の電池ホルダー３０は複数の電池セル１０それぞれの負極側の端部と負極側の側面の一部とを覆うように固定する固定部材である。第１の電池ホルダー３０は電池セル１０の軸方向に延設して複数の電池セル１０のそれぞれを固定し、隣接する複数の電池セル１０が接触することを防止するリブ（図示せず）を有する。第１の電池ホルダー３０は所定の耐熱性と電気絶縁性を有する材料、例えばプラスチックや樹脂等を所定の形状に加工したものが用いられる。

電池モジュール１００の正極側の電気的接続に関する構造は、限定されず、例えば複数の電池セル１０のそれぞれと電気的に接続される複数の接続端子を有する電極板を用いてもよい。

図３は、本発明の実施形態１に係る集電板の構造を示す斜視図である。

第１のスペーサ２１Ａは、複数の第１のスペーサ２１のうち、高さ方向Ｈの上方に位置する。第１のスペーサ２１Ｂは、複数の第１のスペーサのうち、高さ方向Ｈの下方に位置する。

第１のスペーサ２１Ａは高さ方向Ｈの上方側に複数の第１のリード２２ａ₁と下方側に複数の第１リード２２ａ₂とが当接される。

第１のスペーサ２１Ｂは高さ方向Ｈの上方側に複数の第１のリード２２ｂ₁と下方側に複数の第１リード２２ｂ₂とが当接される。

第１のスペーサ２１Ａに当接する第１のリード２２ａ₁は、第１のスペーサ２１Ａの高さ方向Ｈの上方に配置される電池セル列に接続され、第１のスペーサ２１Ａに当接する第１のリード２２ａ₂は、第１のスペーサ２１Ａの高さ方向Ｈの下方に配置される電池セル列に接続される。

第１のスペーサ２１Ｂに当接する第１のリード２２ｂ₁は、第１のスペーサ２１Ａの高さ方向Ｈの上方に配置される電池セル列に接続され、第１のスペーサ２１Ｂに当接する第１のリード２２ｂ₂は、第１のスペーサ２１Ｂの高さ方向Ｈの下方に配置される電池セル列に接続される。

第１のスペーサ２１Ａと第１のスペーサ２１Ｂとの間に配置される複数の電池セル１０の負極側の端部は、第１のスペーサ２１Ａに当接する第１のリード２２ａ₂と第１のスペーサ２１Ｂに当接する第１のリード２２ｂ₁とが接続される。

第１のスペーサ２１Ａと第１のスペーサ２１Ｂとの間に配置される複数の電池セル１０は、ひとつの電池セル１０に対して第１のリード２２ａ₂と第１のリード２２ｂ₁とが接続される。そのため、第１のスペーサ２１Ａと第１のスペーサ２１Ｂとの間に配置される複数の電池セル１０は、第１のリード２２ａ₂と第１のリード２２ｂ₁を溶着させてひとつの第１のリード２２としてもよい。もしくは、第１のスペーサ２１Ａ、第１のスペーサ２１Ｂ、第１のリード２２ａ₂及び第１リード２２ｂ₁をプレス等で打ち抜いて一体形成してもよい。

電池モジュール１００は複数の電池セル１０のそれぞれの負極側の端部に接続された複数の第１のリード２２のそれぞれから第１のスペーサ２１を介して電気的に接続がされる。

図１に戻り、電池モジュール１００の負極側の入出力端子は、第１のスペーサ２１の幅方向Ｗの端部を用いることができる。また、最外列の電池セル列に接続される複数の第１のリード２２を電池モジュール１００の外部方向に延出させて、電池モジュール１００の負極側の入出力端子としてもよい。

負極集電板２０は、複数の電池セル１０の軸方向に沿った側面の一部が接することで、複数の電池セル１０のそれぞれから放出される熱を電池セル１０に接する箇所から伝導させて、電池セル列間の温度を均一にすることができる。また、第１のスペーサ２１を複数有する場合、第１のスペーサ２１に接続された複数の第１のリード２２を介して、複数の第１のスペーサ２１の間で熱を伝導させて、複数の電池セル１０全体の熱を均一にすることができる。なお、複数の電池セル１０の軸方向に沿った側面のそれぞれに接する第１のスペーサ２１の面積は、電池セル列間の温度を均一にできればよく、複数の電池セル１０の個数や実験等で決定される。

このように、第１のスペーサ２１と複数の第１のリード２２を有する負極集電板２０を用いることで、負極集電板２０は複数の電池セル１０の電気的接続と熱伝導性の機能を両立することができる。したがって、それぞれの機能によって個別の部材を用いることなく、電池モジュール１００は電池セル１０の放熱性の向上と電池モジュール１００の小型化や軽量化を図ることができる。

（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係る電池モジュールの構造を示す斜視図である。図５は、本発明の実施形態２に係る電池モジュールの構造を示す分解図である。

実施形態１では複数の電池セル１０の一方側に負極集電板２０を有したが、実施形態２は一方側と同じ形状の集電板を他方側に有する電池モジュール１００を説明する。

電池モジュール１００は正極側に正極集電板４０を有すること以外は実施形態１の構成と同じである。したがって、以下では正極側の正極集電板４０を中心に説明する。

正極集電板４０は複数の電池セル列間に、複数の電池セル１０の軸方向に沿って配置されて、整列配置された複数の電池セル１０の正極側の端部をそれぞれ電気的に接続する接続部材である。正極集電板４０は導電性のよい金属材料であればよく、例えばアルミニウム、銅、ニッケル等を材料として所定の形状としたものを用いることができる。正極集電板４０は第２のスペーサ４１と複数の第２のリード４２を含む。

第２のスペーサ４１は複数の電池セル１０の正極側の側面の一部が接するように配置される金属薄板である。

第１のスペーサ２１と第２のスペーサ４１は、互いに分離してそれぞれ複数の電池セルの側面の一部が接している。第１のスペーサ２１と第２のスペーサ４１とを分離する距離は、絶縁距離が保たれていればよく、電池セル１０の端子間電圧や実験等で決定される。

第２のリード４２は電池セル１０の正極側の端部と第２のスペーサ４１の端側部とを電気的に接続させる接続部材である。第２のリード４２の一方端は電池セル１０の正極側の端部に接続され、第２のリード４２の他方端は第２のスペーサ４１の端側部に接続される
。なお、第２のスペーサ４１と第２のリード４２とは、プレス等で打ち抜いて、一体形成されていてもよい。

第２のリード４２はヒューズとしての機能を有する。第２のリード４２は過電流が流れた際に溶断され、過電流が流れた電池セル１０と第２のスペーサ４１を遮断させる。

ひとつの第２のリード４２が溶断してもそのほかの電池セル１０と第２のリード４２の電気的接続の状態は維持されるため、電池モジュール１００は充放電できる。

第２の電池ホルダー５０は複数の電池セル１０の正極側の端部と正極側の側面の一部とを覆うように固定する固定部材である。第２の電池ホルダー４０は電池セル１０の軸方向に延設して複数の電池セル１０のそれぞれを固定して、隣接する複数の電池セル１０の接触を防止するリブ５１を有する。第２の電池ホルダー５０は所定の耐熱性と電気絶縁性を有する材料、例えばプラスチックを所定の形状に加工したものが用いられる。

図６は本発明の実施形態２に係る集電板の構造を示す斜視図である。

第２のスペーサ４１Ａは、高さ方向Ｈの上方側に複数の第２リード４２ａ₁と下方側に複数の第２リード４２ａ₂とが当接される。

第２のスペーサ４１Ｂは、高さ方向Ｈの上方側に複数の第２のリード４２ｂ₁と下方側に複数の第２のリード４２ｂ₂とが当接される。

第２のスペーサ４１Ａに当接する第２のリード４２ａ₁は、第２のスペーサ４１Ａの高さ方向Ｈの上方に配置される電池セル列に接続され、第２のスペーサ４１Ａに当接する第２のリード４２ａ₂は、第２のスペーサ４１Ａの高さ方向Ｈの下方に配置される電池セル列に接続される。

第２のスペーサ４１Ｂに当接する第２のリード４２ｂ₁は、第２のスペーサ４１Ａの高さ方向Ｈの上方に配置される電池セル列に接続され、第２のスペーサ４１Ｂに当接する第２のリード４２ｂ₂は、第２のスペーサ４１Ｂの高さ方向Ｈの下方に配置される電池セル列に接続される。

第２のスペーサ４１Ａと第２のスペーサ４１Ｂとの間に配置される複数の電池セル１０の正極側の端部は、ひとつの電池セル１０に対して第２のリード４２ａ₂と第２のリード４２ｂ₁とが接続される。そのため、第２のスペーサ４１Ａと第２のスペーサ４１Ｂとの間に配置される複数の電池セル１０は、第２のリード４２ａ₁と第２のリード４２ｂ₂を溶着させてひとつの第２のリード４２としてもよい。もしくは、第２のスペーサ４１Ａ、第２のスペーサ４１Ｂ、第２のリード４２ａ₂及び第２のリード４２ｂ₁をプレス等で打ち抜いて一体形成してもよい。

電池モジュール１００は複数の電池セル１０のそれぞれの正極側の端部に接続された複数の第２のリード４２のそれぞれから第２のスペーサ４１を介して電気的に接続がされる。

電池モジュール１００の正極側の入出力端子は、第２のスペーサ４１の幅方向Ｗの端部を用いることができる。また、電池モジュール１００の外部に第２のリード４２を延出させて、電池モジュール１００の正極側の入出力端子としてもよい。

複数の電池セル１０の軸方向に沿った周面の一部が接している。複数の電池セル１０の
それぞれから放出される熱を電池セル１０に接する箇所から伝導して電池セル列間の温度を均一にすることができる。また、第２のスペーサ４１を複数有する場合、第２のスペーサ４１に接続された複数の第２のリード４２を介して、複数の第２のスペーサ４１の間で熱を伝導させて、複数の電池セル１０全体の熱を均一にすることができる。なお、複数の電池セル１０の側面のそれぞれに接する第２のスペーサ４１の面積は、電池セル列間の温度を均一にできればよく、複数の電池セル１０の個数や実験等で決定される。

このように、第２のスペーサ４１と複数の第２のリード４２を有する正極側集電板４０を用いることで、正極側集電板４０は複数の電池セル１０の電気的接続と熱伝導性の機能を両立されることができる。したがって、それぞれの機能によって個別の部材を用いることなく、電池モジュール１００は電池セル１０の放熱性と電池モジュール１００の小型化や軽量化をことができる。

（実施形態２の変形例）
図７は本発明の実施形態３に係る電池モジュールの構造を示す斜視図である。図８は本発明の実施形態３に係る電池モジュールの構造を示す分解図である。

実施形態２の電池モジュールからさらに熱伝導性を高めた実施形態２の変形例を説明する。

電池モジュール１００は複数の電池セル列のうち、最外側に位置する電池セル列に、上方プレート６０と下方プレート７０を有すること以外は実施形態２の構成と同じである。したがって、以下では上方プレート６０と下方プレート７０を中心に説明する。ここで、図８の紙面において、上側を電池モジュール１００の上方として、下側を電池モジュール１００の下方とする。

上方プレート６０は最上列の電池セル列に電池セル１０の配列に沿って配置される薄板である。

上方プレート６０の幅方向Ｗの長さは電池セル１０の軸方向の長さと同じ、もしくはその長さよりも短く形成される。

上方プレート６０は放熱性の高い金属材料であればよく、例えばアルミニウム等で構成される。

上方プレート６０は最上列に配置される複数の電池セル１０のそれぞれから放出される熱を伝導して最上列の電池セル列間の温度を均一にすることができ、最上列の複数の電池セル１０から放出される熱をより均一にすることができる。また、最上列の複数の電池セル１０のそれぞれに接続される第１のリード２２もしくは第２のリード４２を延出させて、上方プレート６０と、第１のリード２２もしくは第２のリード４２と接続させることで、上方プレートを入出力端子として用いることができる。

下方プレート７０は最外側の電池セル列に電池セル１０の配列に沿って配置される薄板である。

下方プレート７０の幅方向Ｗの長さは電池セル１０の軸方向の長さと同じ、もしくはその長さよりも短く形成される。

下方プレート７０は放熱性の高い金属材料であればよく、例えばアルミニウム等で構成される。

下方プレート７０は最下列に配置される複数の電池セル１０のそれぞれから放出される熱を伝導して電池セル列間の温度を均一にすることができ、最下列の複数の電池セル１０から放出される熱をより均一にすることができる。また、最下列の複数の電池セル１０のそれぞれに接続される第１のリード２２もしくは第２のリード４２を延出させて、下方プレート６０と第１のリード２２もしくは第２のリード４２と接続させることで、下方プレートを入出力端子として用いてもよい。

このように、電池モジュール１００は複数の電池セル列の最も外側に位置する列に、上方プレート６０と下方プレート７０を有することで、電池モジュール１００の熱をより均一にすることができる。また、上方プレート６０と下方プレート７０を入出力端子として用いることで、複数の電池セル１０の熱伝導性の機能をより向上させることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、本発明の実施形態１において、電池セル１０は側面に樹脂フィルム１１を有していなくても良い。

電池セル１０は内部構造上、底面と側面とが負極電位を帯びている。一方、本発明の実施形態１は、複数の電池セル１０の負極側を第１のスペーサ２１と複数の第１のリード２２とで電気的に接続させる。そのため、複数の電池セル１０の側面に接する第１のスペーサ２１は、複数の電池セル１０の底面および側面と同様に負極電位を帯びている。従って、樹脂フィルム１１で側面を覆っていない電池セル１０であっても、電池モジュール１００の負極側を第１のスペーサ２１と複数の第１のリード２２を介して電気的に接続させることができる。電池セル１０の側面が樹脂フィルム１１で覆っていないことで、電池モジュール１００の低コスト化が実現できる。また、第１のスペーサ２１とそれぞれの電池セル１０の側面とを溶接させてもよい。第１のスペーサ２１とそれぞれの電池セル１０の側面とを溶接することで、第１のスペーサ２１と電池セル１０との固定がより強固になる。

１０ 電池セル、２０ 負極集電板、２１，２１Ａ，２１Ｂ 第１のスペーサ、 ２２，２２ａ，２２ｂ 第１のリード、３０ 第１の電池ホルダー、４０ 正極集電板、４１，４１Ａ，４１Ｂ 第２のスペーサ、４２，４２ａ₁，４２ａ₂，４２ｂ₁，４２ｂ₂ 第２のリード、５０ 第２の電池ホルダー、５１ リブ、６０ 上方プレート、７０ 下方プレート。

Claims (7)

1. 複数の円筒電池セルをその径方向に一直線状に並べた複数の電池セル列と、
   前記複数の電池セル列間に配置された第１のスペーサと、
   前記複数の円筒電池セルの一方極と電気的にそれぞれ接続される複数の第１のリードと、
   を備え、
   前記複数の電池セル列は、前記電池セル列の直交方向に積み重ねて配置され、
   前記第１のスペーサは、金属材料であり、
   前記複数の第１のリードは、前記第１のスペーサを介して、前記複数の円筒電池セルの一方極のそれぞれと並列接続させる電池モジュール。
2. 前記複数の円筒電池セルのそれぞれは、前記複数の円筒電池セルの側面に絶縁フィルムで覆われており、
   前記複数の電池セル列間に配置された第２のスペーサと、
   前記複数の円筒電池セルの他方極と電気的にそれぞれ接続される複数の第２のリードと、
   をさらに備え、
   前記第１のスペーサと前記第２のスペーサとは、互いに分離して複数の円筒電池セルの側面の一部に接しており、
   前記第２のリードは、前記第２のスペーサを介して、前記複数の円筒電池セルの他方極のそれぞれと並列接続される請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記複数の電池セル列は、千鳥配置されている請求項１または２に記載の電池モジュール。
4. 前記第１のスペーサは、波型形状をしている請求項１から３のいずれかに記載の電池モジュール。
5. 前記第２のスペーサは、波型形状をしている請求項１から４のいずれかに記載の電池モジュール。
6. 前記第１のスペーサと前記複数の第１のリードとは、一体形成され、
   前記第２のスペーサと前記複数の第２のリードとは、一体形成されている、
   請求項２から４のいずれかに記載の電池モジュール。
7. 前記複数の電池セル列の最上列の外側面に配置される第１の外板と、
   前記複数の電池セル列の最下列の外側面に配置される第２の外板と、
   をさらに備え、
   前記第１の外板は、前記複数の電池セル列の最上列に接続される第１のリードを介して電気的に接続され、
   前記第２の外板は、前記複数の電池セル列の最下列に接続される第２のリードを介して電気的に接続される、
   請求項２から６のいずれかに記載の電池モジュール。
   
   
   

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