JP2019087416A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に二次電池を冷却することが出来る組電池を提供することである。【解決手段】扁平または略直方形状を有し、長側面同士を対向するよう並べて配置した複数の二次電池セルと、 前記二次電池セルの電極に夫々接続する２つの端子接続面と、前記２つの端子接続面の間で折り曲げられた応力緩和部を有し、前記二次電池セルの電極同士を電気的に接続するバスバーと、 前記二次電池セルの長手方向に延伸された冷却通路と、を備えた組電池。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、組電池に関する。

電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電動バイク、フォークリフトなど
に用いられる大型及び大容量電源としては、エネルギー密度の高い二次電池（例えば、リ
チウムイオン二次電池）が注目されており、高寿命や安全性などに配慮しながら、大型化
及び大容量化、高出力化のための開発が行われている。

特開２０１２−１１３８９７号公報 特開２０１３−８９５１１号公報 特開平８−２５５６３７号公報

このような二次電池においては、充放電時に発熱を伴うため、適切な冷却手段を用いなけ
れば、二次電池の性能劣化を招くことがある。しかしながら、冷却手段として一般的なも
のである空冷によって二次電池を冷却する場合、二次電池を構成する組電池における二次
電池以外の部分、例えば電子基板等、にも空冷風が流れることとなり、効率的に二次電池
を冷却することが出来ない、という課題がある。そこで本発明が解決しようとする課題は
、効率的に二次電池を冷却することが出来る組電池を提供することである。

上記の課題を解決するために、本実施形態の組電池は扁平または略直方形状を有し、長側
面同士を対向するよう並べて配置した複数の二次電池セルと、前記二次電池セルの電極に
夫々接続する２つの端子接続面と、前記２つの端子接続面の間で折り曲げられた応力緩和
部を有し、前記二次電池セルの電極同士を電気的に接続するバスバーと、前記二次電池セ
ルの長手方向に延伸された冷却通路と、を有している。

実施形態に係る組電池の分解斜視図。 実施形態に係る二次電池セルの斜視図。 実施形態に係るバスバーの斜視図。 実施形態に係る組電池の断面図。 実施形態に係る組電池の上面図。 実施形態に係る組電池の断面図。 実施形態に係る冷却通路の斜視図。 変形例に係る組電池の分解斜視図。 変形例に係る組電池の断面図。 変形例に係る組電池の上面図。 変形例に係る組電池の分解斜視図。 変形例に係る組電池の断面図。

以下、実施形態を図面に基づき説明する。

図１は、実施形態に係る組電池１の分解斜視図である。組電池１の筐体２は上面が開口し
た矩形箱状の下部ケース５と、この下部ケース５の開口している上面側に接続され、上下
が開放した矩形枠状の中間ケース４と、この中間ケースの上部を覆う、下面が開口した矩
形箱状の上部ケース３と、から構成されている。

なお、筐体２の各部品には、絶縁性を有した合成樹脂材料（例えば、変性ＰＰＥ（ポリフ
ェニレンエーテル）や、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン、テトラフルオロエチ
レン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等）が用いられている。

また、筐体２の合成樹脂材料としては、熱可塑性樹脂を用いることができ、例えば、ＰＥ
や、ＰＰ、ＰＭＰ等のオレフィン樹脂、ＰＥＴや、ＰＢＴ、ＰＥＮ等のポリエステル系樹
脂、ＰＯＭ樹脂、ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ１２等のポリアミド系樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＬＣ
Ｐ樹脂等の結晶性樹脂およびそれらのアロイ樹脂、あるいは、ＰＳや、ＰＣ、ＰＣ／ＡＢ
Ｓ、ＡＢＳ、ＡＳ、変性ＰＰＥ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＳＦ等の非結晶性樹脂およびそれら
のアロイ樹脂を、用いることができる。

筐体２の内部には図２に示すような、電池セル１０が複数、電池セル１０の厚さ方向（Ｘ
方向）に沿って収容されている。電池セル１０は、例えば、リチウムイオン電池などの非
水電解質二次電池であり、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された扁
平又は略直方形状の外装容器１０ｃと、外装容器１０ｃ内に非水電解液と共に収納された
電極体（図示しない）と、を備えている。

外装容器１０ｃの上部の蓋体 １０ｄ は、長手方向Ｙの両端部に正極端子１０a及び負
極端子１０ｂを備えており、正極端子１０a及び負極端子１０ｂは外装容器１０ｃ内部の
電極体に電気的に接続されている 。また、図１０に後述するような電池セル１０内に発
生したガスを排出するガス排出弁１０ｅを備えていてもよい。

図１では、電池セル１０を５個直列に接続した例を示している。電池セル１０は長側面
同士を対向させて組電池１内に配列され、電池セル群を構成する。さらに、正極端子１０
aおよび負極端子１０ｂは、後述するバスバー６の端子接続面８にそれぞれ溶接されるこ
とによって、他の電池セル１０の正極端子１０aまたは負極端子１０ｂを電気的に接続さ
れる。 なお、バスバー６は、導電性のアルミニウムや真鍮等の金属板を曲げて成形して
形成される。

さらに、組電池１は電池セル１０の温度、電圧等の状態を監視する電子基板２０を備え
る。更に電子基板２０は、組電池１の温度、電圧、電流等の状態を監視することもできる
。また、組電池１と外部電源（充電装置）若しくはモーターなどの負荷との接続回路を切
断することもできる。

ここで、バスバー６について図３を用いて詳しく説明する。図３に示す通り、バスバー
６は応力緩和部７を備えている。応力緩和部７は、電池セル１０の正極端子１０aまたは
負極端子１０ｂに接続される２つの端子接続面８の間に、例えば端子接続面８と直交する
面７ａと、端子接続面８と平行な面７ｂと、を有するよう折り曲げられている。これによ
り、正極端子１０aまたは負極端子１０ｂに接続された端子接続面８の位置がずれた際に
バスバー６に応力がかかった場合でも、応力緩和部７が弾性変形することにより応力を緩
和することが出来る。

なお、端子接続面８には、正極端子１０ａまたは負極端子１０ｂと溶接接続するための
孔８aが設けられていても構わない。

図３では応力緩和部７が互いに直交する面７ａ、７ｂ、７ａによって形成されているが、
このような構造に限られることはなく、バスバー６に加わる応力を弾性変形して緩和でき
る構造であればよく、応力緩和部と電池セル１０の上面との間に、後述する冷却通路１１
の一部として形成されるようになっていればよい。

例えば、２つの端子接続面８との間で折り曲げられる部分は端子接続面８と直交している
面７ａを備えていなくてもよく、端子接続面と鋭角を形成していても、鈍角を形成してい
てもよい。また、先に示した端子接続面と平行な面７ｂを有していなくてもよい。例えば
、バスバー６は中央側で外側に突出するように形成されたバスバー凸部を有していてもよ
い。つまり、バスバー６の縦断面形状は、バスバー凸部に対応する逆Ｕ字状部分と、逆Ｕ
字部分から左右に延びる２つの端子接続面８から構成されていてもよい。

また、バスバー６は電子基板２０と接続するための基板接続部９を備えている。基板接
続部９はバスバー６の、例えば応力緩和部７の端子接続面８と平行な面７ｂから垂直に延
伸した第一の面９ａと、その面と垂直に延伸した電子基板２０の主面と平行な第二の面９
ｂとの組み合わせにより形成されている。第一の面９ａは好ましくは幅の狭いものであり
、垂直方向には長い構造であることが好ましい。これにより、第二の面９ｂに接続された
電子基板２０と、端子接続面８に接続された電池セル１０との間に、第二の面９ｂと垂直
な方向に対する相対変位が生じ、バスバー６に応力が加わるような場合であっても、第二
の面９ｂと直交する方向に対する単位面積当たりの曲げ応力を低減させることが出来る。
また、これにより例えば基板接続部９が破断する可能性を低減することが出来る。ここで
は、第一の面９ａと第二の面９ｂが垂直であるように説明したが、バスバー６と電子基板
２０が電気的に接続できるような構造となっていればよい。また、第二の面９ｂには後述
するねじ止めするための透孔が備えられている。

続いて、図４を用いて基板接続部９と電子基板２０との接続部分について説明する。

図４は図１に示す組電池１のＡ−Ａ断面を示したものである。

第二の面９ｂには透孔が備えられており、電子基板２０とバスバー６とは、例えば第二
の面９ｂに備えられた透孔を貫通するネジ１２によって電気的に接続されている。さらに
、ネジ１２は電子基板２０とバスバー６の基板接続部９とを介してナット１３によって固
定されている。また、ナット１３はプレスナットであることが好ましい。

これにより、電池セル１０と電子基板２０はバスバー６を介して電気的に接続され、例
えば電池セル１０の電圧情報を電子基板２０によって検出することが出来る。また、バス
バー６の基板接続部９と電子基板２０とはネジ１２とナット１３によって締結され、強固
に固定することが出来る。また、ナット１３がプレスナットであれば、バスバー６の基板
接続部９と電子基板２０とをより強固に固定することが出来る。また、バスバー６は応力
緩和部７を備えるため、例えば電子基板２０電池セル１０、電池セル１０とその電池セル
とバスバー６を介して接続された隣接する電池セル１０との間に、電池セル１０の厚さ方
向Ｘの相対変化が生じた場合であっても、応力緩和部７が電池セル１０の厚さ方向に対し
て伸縮するため、バスバー６に加わる応力がバスバー６緩和され、バスバー６が破損する
可能性を低減することが出来る。

次に、図５を用いて冷却通路について説明する。図５は組電池１の上部ケースを除いた
上面図である。

冷却通路１１は組電池１の筐体２における対向する電池セル１０の長側面同士を接続する
ように、電池セル１０と電子基板２０によって形成された空間内に長側面方向（Ｙ方向）
に延びるよう設けられている。冷却通路１１はバスバー６の設けられない部分では応力緩
和部７と略同形のコの字型断面を有し、バスバー６の応力緩和部７に接続されている。ま
た、冷却通路１１と接している組電池１の筐体の両側面には透孔１５が設けられており、
組電池１の外部若しくは内部から透孔を経由して冷却通路１１へ冷却風を流入出すること
が出来るようになっている。透孔１５は、具体的には中間ケース４の対向する両側面に設
けられ、バスバー６の応力緩和部７の断面と略同形の形状を有し、冷却通路１１に接続さ
れている。この冷却通路１１のうちバスバー６を除く部分は、中間ケース４と一体に形成
されている。

図６は図１に示す組電池１のB−B断面を示したものであり、図７は冷却通路のみを示した
斜視図である。図６に示すように、隣接する電池セル１０の電極を接続するバスバー６と
、電池セル１０の外装容器１０ｃとによって囲われた空間である、冷却通路１１が形成さ
れている。

さらに、バスバー７が備わっていないＹ方向の両側の部分には、図７に示すように、バス
バー６の応力緩和部と略同形の形状を有する第一の部材１６ａ、第二の部材１６ｂを備え
ている。この第一の部材１６a、第二の部材１６ｂは第一の部材１６ａ、第二の部材１６
ｂとバスバー６との繋ぎ目は、例えば接着することにより接続されている。このように、
冷却通路１１は第一の部材１６ａとバスバー６の応力緩和部７、第二の部材１６ｂとがつ
ながることによって一体的に形成され、バスバー６対向する透孔１５同士を接続している
。さらに、第一の部材１６a、第二の部材１６ｂとバスバー６との繋ぎ目には、遮風用の
シール材を備えていてもよい。 これにより、バスバー６と第一の部材１６ａ、第二の部
材ｂとの接続が不十分な部分があっても、遮風用のシール材によって冷却通路１１からの
冷却風漏れを低減することができる。

このような構成にすることにより、組電池１の側面から流入した冷却風は電子基板２０
等へ拡散することなく、電池セル１０の上部、とりわけバスバー６を集中的に冷却するこ
とが出来る。

電池セル１０を充放電する際には、電池セル１０の上部、とりわけ電極部がより発熱す
る為、電極及びそれに接続されたバスバー６を集中的に冷却することで、効率的に電池セ
ルを冷却することが出来る。

よって、大電流での充放電を行うことにより発熱した場合であっても、効率よく冷却す
ることにより電池が劣化を抑制することが出来る。また、高熱環境下であっても、効率よ
く冷却することにより、電池の劣化を抑制することが出来る。

次に変形例１について説明する。本変形例では、上述した実施形態と冷却通路の構造が
一部異なる部分がある。したがって、上記実施形態と同一の箇所には同一の符号を付して
、詳細の説明は適宜省略する。

図８は本変形例に係る組電池２１の分解斜視図、図９は組電池２１のＣ−Ｃの断面図で
ある。本変形例では、隣接する電池セル１０に間隙を設けている。間隙の幅は、バスバー
６の応力緩和部７の幅に相当する。

本変形例において冷却通路１８は、バスバー６の応力緩和部７と冷却通路形成部材１９と
、電池セル１０同士の間隙が一体となって形成されている。尚、冷却通路形成部材１９は
中間ケース４−１と一体となって形成されている。

また、組電池２１の対向する側面には透孔１５−１が形成されている。透孔１５−１は
電池セル１０の高さ方向Ｚで中間ケース４−１と下部ケース５−１とに跨って形成されて
いる。

冷却通路１８は組電池１の筐体２における側面に設けられた透孔１５−１と、バスバー６
の応力緩和部７とを接続する。筐体２の側面に設けられた透孔１５−１の上辺はバスバー
６の応力緩和部７の上辺と略同一の高さに設けられ、透孔１５−１の下辺は電池セル１０
の下辺付近に設けられている。また、透孔１５−１の幅は隣り合う電池セル１０の離間し
た間隔と略同一に形成されている。

つまり、冷却通路１８は下部ケース５−１を下面とし、隣り合う電池セル１０の両側面
からバスバー６の応力緩和部７を側面と上面とした空間として構成され、一方の透孔１５
−１から他方の透孔１５−１に冷却風が流れるものである。電池セル１０上部にバスバー
６の応力緩和部７が設けられない部分も応力緩和部７と略同形の構造を有し、冷却通路１
８側面上部から上面として機能する冷却通路形成部材１９が、バスバー６の応力緩和部７
とを連結するように設けられている。よって、筐体側面同士の間を冷却通路１８がバスバ
ー６同一断面で連続して形成されている。

図９を用いて冷却通路１８について詳しく説明する。冷却通路１８は透孔３８の上方と略
同形の断面を有している。冷却通路１８のうち、バスバー６が設けられた部分は、バスバ
ー６の応力緩和部７を冷却通路１８の上部として備え、バスバー６が設けられていない部
分は、冷却通路形成部材１９を冷却通路１８の上部として備えている。

バスバー６の応力緩和部７と冷却通路形成部材１９とは冷却風が漏れないように空間を開
けることなく隣接して設けられているが、その接続部にはシール部材を設け更に気密性を
高めることもできる。

中間ケース４−１と一体となって形成された冷却通路形成部材１９は、所定の間隔をも
って対向する２つのＸＹ平面に形成された第三の部材１９ａと第四の部材１９ｂと、それ
らを接続する第三の部材１９ｃを備え、第三の部材１９ａ、第四の部材１９ｂと第三の部
材１９ｃはコの字状に接続されている。第三の部材１９ａと第四の部材１９ｂにはそれぞ
れ、高さ方向（Ｚ）の所定の位置に電池セル１０の長手方向（Ｙ）に延びる突起部１９ｄ
と突起部１９ｅとを有している。突起部１９ｄ及び突起部１９ｅは、Ｚ方向において、電
池セル１０の正極Ａ若しくは負極ＢのＺ方向の高さと同じ高さを有し、電池セル１０の蓋
体１０ｄのＸ方向において正極端子１０a若しくは負極端子１０ｂの端部から蓋体 １０ｄ
の端部までの距離と同じ長さを有する。

バスバー６応力緩和部７電池セル１０電池セル１０ このような冷却通路形成部材１９を
備えることで、突起部１９ｄ、１９ｅが隣接する電池セル１０の正極端子１０a又は負極
端子１０ｂとに挟み込まれるとともに、第三の部材１９ａと第四の部材１９ｂと隣接する
電池セル１０の側面に挟み込まれることにより、冷却通路形成部材１９を適切な位置に固
定することが出来る。また、対向する電池セル１０の長側面とバスバー６の応力緩和部７
と冷却通路形成部材１９とで囲まれた冷却通路１８を備えることにより、組電池１の側面
から流入した冷却風は電子基板２０等へ拡散することなく、電池セル１０バスバー６を集
中的に冷却することが出来る。このため、電池セル１０を充放電した際に発熱した時も、
効率的に電池セル１０を冷却することが出来、高温環境下に電池セル１０を置くことによ
って電池セル１０の性能が劣化することを抑制することが出来る。

次に変形例２について説明する。本変形例では、上述した実施形態と冷却通路の構造が
一部異なる部分がある。したがって、上記実施形態と同一の箇所には同一の符号を付して
、詳細の説明は適宜省略する。

図１０は本変形例に係る組電池３０の上部ケースを除いた上面図である。

本変形例では、冷却通路３１が組電池１の対向する側面を略一直線上に設けられている
のではなく、冷却通路３１が電池セル１０のガス排出弁１０ｅの上部を含むように、ガス
排出部３１ａを備えている。

これにより、電池セル１０の内部が所定の圧力以上となった時に、ガス排出弁からガス
などが放出された場合、放出されたガスなどが組電池１の上部に拡散されることなく、冷
却通路を通して組電池１の外部に放出することが可能となる。

また、当該組電池が例えば車に搭載されている場合、冷却通路を車外に接続することで
放出したガスが車内に拡散することなく車外に放出することが出来る。

次に変形例３について説明する。本変形例では、上述した実施形態と冷却通路の構造が
一部異なる部分がある。したがって、上記実施形態と同一の箇所には同一の符号を付して
、詳細の説明は適宜省略する。

図１１は本実施例に係る組電池の分解斜視図、図１２は図１１におけるＤ―Ｄ線に沿っ
た断面図である。図１１及び図１２に示すように、本変形例では、実施例１で示した冷却
通路１１内に絶縁チューブ４１を備えている。絶縁チューブ４１は冷却通路１１内面に接
するように設けられている。この絶縁チューブは、冷却通路から透孔１５を介して組電池
４０の外部に延び、更に複数の絶縁チューブは一つに束ねられている。

これにより、絶縁チューブ内に冷媒、例えば冷却水を流すことで、組電池４０の水冷が可
能となる。また、絶縁しているために冷却水を介して電池セルの正極と負極とが短絡する
こともない。

また、組電池１の外部から複数の冷却通路を束ねられた通路を経由して供給された冷媒は
、組電池１内部に備えられた複数の冷却通路に分配され組電池１を冷却した後に、組電池
１の外部に放出され、再び１つの冷却通路に束ねられる。

これにより、冷却通路の供給ルートと放出ルートが一つに纏められ、限られたスペース
であっても、冷却装置を伴った組電池を備えることが出来る。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様
々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、
置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に
含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるもので
ある。

１…組電池、２…筐体、３…上部ケース、４、４−１…中間ケース、５、５−１…下部ケ
ース、６…バスバー、７…応力緩和部、８…端子接続面、９…基盤接続部、１０…電池セ
ル、１０a…正極端子、１０ｂ…負極端子、１０ｃ…外装容器、１０ｄ…蓋体、１０e…ガ
ス排出弁、１１…冷却機構、１２…ネジ、１３…ナット、１５、１５−１…透孔、１６a
…第一の部材、１６ｂ…第二の部材、１８…冷却機構、１９…冷却通路形成部材、２０…
電子基板、３０…組電池、３１…冷却通路、３１a…ガス排出弁、３８…透孔、４０…組
電池、４１…絶縁チューブ

Claims (5)

1. 扁平または略直方形状を有し、長側面同士を対向するよう並べて配置した複数の二次電
   池セルと、
   前記二次電池セルの電極に夫々接続する２つの端子接続面と、前記２つの端子接続面の
   間で折り曲げられた応力緩和部を有し、前記二次電池セルの電極同士を電気的に接続する
   バスバーと、
   前記二次電池セルの長手方向に延伸された冷却通路と、
   を備えた組電池。
2. 前記冷却通路は前記二次電池セルの長手方向に垂直な面において、前記応力緩和部の断
   面形状と略同一の断面形状を持つ第１の部材を有し、前記第１の部材と前記応力緩和部が
   接続した前記冷却通路を形成する、
   請求項１に記載の組電池。
3. 互いに隣接する前記二次電池セルは所定の間隔を持ち、
   前記冷却通路は前記所定の間隔を持って対向する前記二次電池セルのそれぞれの前記長
   側面と平行で一部接するように形成された第一の部材、第二の部材と、前記第一の部材と
   前記第二の部材とを接続する第三の部材とを有する冷却通路部材、を備え、
   前記冷却通路部材の一部が前記二次電池セルの長手方向に垂直な面において前記応力緩和
   部の断面形状と略同一の断面形状を含み、前記冷却通路部材と前記応力緩和部が接続した
   前記冷却通路を形成する、請求項２に記載の組電池。
4. 前記第一の部材と前記第二の部材は、前記二次電池セルの長手方向に延びる突起部
   を備えた請求項３に記載の組電池。
5. 前記冷却通路は、前記電池セルのガス排出弁の上部を被覆している、ガス排出部を備え
   る、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の組電池。