JP2022020832A - 二次電池モジュール - Google Patents

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Abstract

Figure 2022020832000001
【課題】ヒューズ部にかかる応力を低減し、ヒューズ部の破断を抑制できる二次電池モジュールを提供する。
【解決手段】二次電池モジュール１は、複数の電池セル１１が積層される電池ブロック１０を複数有する。この二次電池モジュール１は、複数の電池ブロック１０を挟持し、対向する一対のエンドプレート２１と、対向する一対のサイドプレート２２と、電池ブロック１０同士の間に配置されてこれらの電池ブロック１０を仕切るセクションプレート２３とを有する挟持体２０と、隣接する電池ブロック１０同士を電気的に接続し、セクションプレート２３を跨いで設けられるブロック間バスバー３２とを備える。ブロック間バスバー３２には、ヒューズ部３２ｄが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池モジュールに関する。
本願は、２０１８年６月２２日に出願された日本国特願２０１８－１１８４２５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、このような分野の技術として、電池セルを複数積層してなる二次電池モジュールが知られている。このような二次電池モジュールでは、電池セル同士がバスバーによって電気的に接続されている。そして、異常な過電流に起因する電池セルの損傷を防止するために、複数のバスバーのうちの一つにヒューズ部を設ける、いわゆるヒューズ機能付きバスバーが採用されている。
例えば、下記特許文献１に記載の二次電池モジュールでは、他の部分よりも断面積の小さい小断面積部（すなわち、ヒューズ部）を有するヒューズ機能付きバスバーが開示されている。異常な過電流が流れると、発熱により該小断面積部を溶断させることで、電池セルの保護を図っている。
特開２０１３－７３９２９号公報
しかし、上述のヒューズ機能付きバスバーは、ヒューズ部が他の部分より肉薄く或いは幅狭く形成されているので、振動や衝撃等の外力が加わった際にヒューズ部に応力集中が生じやすく、ヒューズ部が破断する問題があった。
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、ヒューズ部にかかる応力を低減し、ヒューズ部の破断を抑制できる二次電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明に係る二次電池モジュールは、複数の電池セルが積層される電池ブロックを複数有する二次電池モジュールであって、複数の前記電池ブロックを挟持し、対向する一対のエンドプレートと、対向する一対のサイドプレートと、前記電池ブロック同士の間に配置されてこれらの電池ブロックを仕切るセクションプレートとを有する挟持体と、隣接する前記電池ブロック同士を電気的に接続するとともに、前記セクションプレートを跨いで設けられるブロック間バスバーと、を備え、前記ブロック間バスバーには、ヒューズ部が設けられていることを特徴とする。
また、本発明に係る二次電池モジュールは、複数の電池セルが積層される電池ブロックを少なくとも一つ有する二次電池モジュールであって、前記電池ブロックを挟持し、対向する一対のエンドプレートと、対向する一対のサイドプレートとを有する挟持体と、一端部が前記電池ブロックと電気的に接続され、他端部が前記エンドプレート側又は前記サイドプレート側に延設されるとともにモジュール外部接続端子と電気的に接続される複数のモジュール端部バスバーと、を備え、前記複数のモジュール端部バスバーのうち少なくとも一つには、ヒューズ部が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、ヒューズ部にかかる応力を低減し、ヒューズ部の破断を抑制することができる。
第１実施形態に係る二次電池モジュールを示す斜視図である。 第１実施形態に係る二次電池モジュールを示す平面図である。 電池セルを示す斜視図である。 ブロック間バスバーを示す斜視図である。 モジュール端部バスバーを示す斜視図である。 挟持体に挟持された電池ブロックを筐体に収容する様子を示す模式斜視図である。 第２実施形態に係る二次電池モジュールを示す平面図である。 第３実施形態に係る二次電池モジュールを示す平面図である。
以下、図面を参照して本発明に係る二次電池モジュールの実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複説明は省略する。なお、下記の説明において、説明の煩雑を避けるために、「電池セルの積層方向」を「積層方向」と省略する場合がある。
[第１実施形態]
図１は第１実施形態に係る二次電池モジュールを示す斜視図であり、図２は第１実施形態に係る二次電池モジュールを示す平面図である。本実施形態の二次電池モジュール１は、主に、複数の電池セル１１を一定の方向に積層してなる２つの電池ブロック１０と、電池セル１１の積層方向に直列に配列した２つの電池ブロック１０を挟持する挟持体２０とを備えている。
電池ブロック１０は、複数（ここでは、１７個）の扁平角形の電池セル１１を、間に絶縁樹脂材料からなるセルホルダ（図示せず）を介在させた状態で積層方向に積層することにより構成されている。
図３は電池セルを示す斜視図である。図３に示すように、電池セル１１は、電池缶１２及び電池蓋１３を有する。電池缶１２は、いわゆる有底角筒状を呈しており、矩形状に形成された缶底部１２ａと、缶底部１２ａの四周から立ち上がるとともに相対的に面積が大きく形成されて互いに対向する一対の幅広側面部１２ｂと、相対的に面積が小さく形成されて互いに対向する一対の幅狭側面部１２ｃとを有する。電池缶１２の内部には、例えば扁平状に捲回された電極群及び電解液が収容されている。
電池蓋１３は、略矩形状を呈しており、電池缶１２の開口部を塞ぐように電池缶１２と接合されている。接合方法として、レーザ溶接等が挙げられる。電池蓋１３には、正極端子１４と負極端子１５とが突設されている。正極端子１４及び負極端子１５は、レーザ溶接でセル間バスバー３１、ブロック間バスバー３２又はモジュール端部バスバー３３（後述する）と接合し易くするために、それぞれの端部が平面状に形成されている。
また、電池蓋１３には、ガス排出弁１６が設けられている。電池セル１１内部の圧力が上昇すると、ガス排出弁１６が開いて内部からガスが排出される。これによって、電池セル１１内部の圧力が低減されるので、電池セル１１の安全性を確保することができる。更に、電池蓋１３には、電解液の注液口を塞ぐための注液栓１７が設けられている。注液栓１７は、例えば注液口を介して電解液を電池セル１１内部に充填した後に、レーザ溶接で電池蓋１３と接合されている。
このような構造を有する複数の電池セル１１は、隣接する一方の電池セル１１の正極端子１４と他方の電池セル１１の負極端子１５とが積層方向に隣り合うように交互に１８０°反転された状態で積層されている。そして、隣接する一方の電池セル１１の正極端子１４と他方の電池セル１１の負極端子１５とは、セル間バスバー３１によって電気的に接続されている。セル間バスバー３１は、例えばアルミニウム材料によって平板状に形成されており、正極端子１４及び負極端子１５を覆うようにこれらの端子の上に載せられた状態で、レーザ溶接でこれらの端子と接合されている。
挟持体２０は、例えば上方に開口する箱状に形成されており、矩形状の底板部２４と、該底板部２４の四周から立ち上がる一対のエンドプレート２１と一対のサイドプレート２２と、底板部２４、エンドプレート２１及びサイドプレート２２によって形成された空間の内部に配置されるセクションプレート２３とを有する。
一対のエンドプレート２１は、互いに対向するように電池セル１１の積層方向の両側に配置されている。エンドプレート２１は、例えば金属材料によって形成されており、電池セル１１の積層方向に直交する方向に延びるとともに、積層方向に所定の幅を有するように構成されている。エンドプレート２１には、所定の間隔で離れたネジ孔２１ａが２つ設けられている。そして、エンドプレート２１は、これらのネジ孔２１ａに挿入されたネジ２５（図６参照）によって、底板部２４とともに筐体４０と締結されている。後述するが、ネジ２５はエンドプレート２１を筐体４０に締結するための締結部材である。
一対のサイドプレート２２は、エンドプレート２１よりも薄く形成され、積層方向に沿って延設されている。サイドプレート２２は、底板部２４とともに、例えば一枚の金属板をコ字状に折り曲げることによって一体的に形成されている。なお、サイドプレート２２は、例えば底板部２４と個別に形成され、溶接やネジ止め等で底板部２４と固定されても良い。
一方、セクションプレート２３は、電池ブロック１０同士を仕切るようにこれらの電池ブロック１０の間に配置され、エンドプレート２１と平行に設けられている。セクションプレート２３は、長方体形状を呈しており、幅の比較的に狭い部分が電池セル１１の積層方向に沿うようになっている。このため、図１及び図２に示すように、セクションプレート２３の上表面は積層方向に沿う幅狭面２３ａとなっている。
また、セクションプレート２３には、所定の間隔で離れたネジ孔２３ｂが２つ設けられている。該セクションプレート２３は、これらのネジ孔２３ｂに挿入されたネジ２５（図６参照）によって、底板部２４とともに筐体４０と締結されている。後述するが、ネジ２５はセクションプレート２３を筐体４０に締結するための締結部材である。
本実施形態の二次電池モジュール１は、上述したセル間バスバー３１のほか、隣接する電池ブロック１０同士を電気的に接続するブロック間バスバー３２と、電池ブロック１０における電池セル１１の正極端子１４又は負極端子１５とエンドプレート２１の近傍に配置されたモジュール外部接続端子３４とを電気的に接続するモジュール端部バスバー３３とを更に備えている。
ブロック間バスバー３２は、セクションプレート２３を跨ぐように設けられており、隣接する電池ブロック１０同士の一方の正極端子１４と他方の負極端子１５とを電気的に接続している。
図４はブロック間バスバーを示す斜視図である。図４に示すように、ブロック間バスバー３２は、断面略ハット状を呈しており、隣接する電池ブロック１０同士の正極端子１４及び負極端子１５の一方と接合される平板状の接合部３２ａと、他方と接合される平板状の接合部３２ｂ、接合部３２ａ，３２ｂの間に配置されるとともに電池セル１１の外方に突出する突出部３２ｃとを有する。そして、突出部３２ｃの中央には、ブロック間バスバー３２の他の部分よりも幅狭く形成されたヒューズ部３２ｄが設けられている。すなわち、ブロック間バスバー３２は、ヒューズ機能付きバスバーである。なお、ヒューズ部３２ｄは、セクションプレート２３の幅狭面２３ａに対向するように、突出部３２ｃの中央部分に配置されている。
このような構造を有するブロック間バスバー３２は、例えば一枚のアルミニウム板をヒューズ部３２ｄを形成する場所に幅狭く加工した後に、ハット状に折り曲げることによって形成されている。なお、該ブロック間バスバー３２は、アルミニウム製の突出部３２ｃと銅製の接合部３２ａ，３２ｂとが接合されたクラッド材によって形成されても良い。
一方、モジュール端部バスバー３３は、板状を呈しており、その一端部がエンドプレート２１に最も隣接する電池セル１１の正極端子１４又は負極端子１５と電気的に接続され、他端部がエンドプレート２１側に延設されるとともにモジュール外部接続端子３４と電気的に接続されている。
図５はモジュール端部バスバーを示す斜視図である。図５に示すように、モジュール端部バスバー３３は、例えば一枚のアルミニウム板を略Ｚ字状を折り曲げることで形成されており、エンドプレート２１に最も隣接する電池セル１１の正極端子１４又は負極端子１５と接合するとともに相対的に高く配置される接合部３３ａ、相対的に低く配置されるとともにエンドプレート２１側に延設する延設部３３ｂと、接合部３３ａ及び延設部３３ｂの間に配置される段差部３３ｃとを有する。延設部３３ｂの先端部には、ネジ孔３３ｄが設けられている。上述のモジュール外部接続端子３４は、該ネジ孔３３ｄにねじ込まれてモジュール端部バスバー３３と固定されている。
モジュール端部バスバー３３は、その接合部３３ａが電池セル１１の正極端子１４又は負極端子１５と溶接されることにより、電池セル１１と固定されている。図示しないが、電池セル１１と固定された状態において、モジュール端部バスバー３３は、延設部３３ｂの底面がエンドプレート２１の上面から離れるようになっており、エンドプレート２１との電気的な絶縁を確保している。同様に、モジュール端部バスバー３３のネジ孔３３ｄにねじ込まれたモジュール外部接続端子３４は、その底面がエンドプレート２１の上面から離れており、エンドプレート２１と電気的に絶縁されている。
このような構造を有するモジュール端部バスバー３３は、二次電池モジュール１の積層方向の両側に１箇所ずつ設けられており、すなわち、積層方向の一方側に位置する電池セル１１の正極端子１４とモジュール外部接続端子３４と電気的に接続するものと、積層方向の他方側に位置する電池セル１１の負極端子１５とモジュール外部接続端子３４と電気的に接続するものである。そして、モジュール端部バスバー３３を介して電池セル１１の正極端子１４と電気的に接続されるモジュール外部接続端子３４は、二次電池モジュール１のモジュール外部接続端子の正極として機能する。モジュール端部バスバー３３を介して電池セル１１の負極端子１５と電気的に接続されるモジュール外部接続端子３４は、二次電池モジュール１のモジュール外部接続端子の負極として機能する。
本実施形態に係る二次電池モジュール１では、ブロック間バスバー３２がセクションプレート２３を跨いで設けられており、該ブロック間バスバー３２にヒューズ部３２ｄが設けられている。セクションプレート２３は、挟持体２０を構成するものであり、二次電池モジュール１において比較的に強度が強い部分である。このような比較的に強度の強いセクションプレート２３の近傍にヒューズ部３２ｄを有するブロック間バスバー３２が設けられることで、ヒューズ部３２ｄにかかる応力を低減することができ、振動や衝撃等の外力に起因するヒューズ部３２ｄの破断を抑制することができる。
また、ヒューズ部３２ｄは、セクションプレート２３の幅狭面２３ａと対向するようにブロック間バスバー３２に設けられているので、ヒューズ部３２ｄにかかる応力を低減できるとともに、例えばセクションプレート２３の幅広面（すなわち、長手方向に延びる面）と対向して設けられる場合と比べて、ブロック間バスバー３２の突出部３２ｃを短くすることができる。その結果、ブロック間バスバー３２に用いる材料を少なくすることができ、コスト削減を図ることができる。
ここで、挟持体２０によって挟持された電池ブロック１０を収容する筐体があった場合、ヒューズ部３２ｄの近傍にセクションプレート２３を筐体に締結するための締結部材が配置されることが好適である。具体的には、例えば図６に示すよう、二次電池モジュール１は、挟持体２０に挟持された電池ブロック１０を収容する筐体４０を更に有する。筐体４０は、箱状を呈しており、その内部には挟持体２０に挟持された電池ブロック１０が２つ収容されている。なお、図６において蓋を有さない筐体４０を示すが、該筐体４０は蓋を有するものであっても良い。
図６に示すように、筐体４０の底部４１には、上述したエンドプレート２１のネジ孔２１ａ、セクションプレート２３のネジ孔２３ｂと対応するネジ孔４１ａがそれぞれ設けられている。ネジ孔２１ａの内壁には内ねじが形成されている。そして、挟持体２０に挟持された電池ブロック１０は、ネジ孔２１ａ，２３ｂに挿入されて更にネジ孔４１ａに螺入されたネジ２５によって筐体４０に締結されている。
このとき、ヒューズ部３２ｄの近傍には、セクションプレート２３を筐体４０に締結するためのネジ２５が配置されている。このようにすれば、ヒューズ部３２ｄにかかる応力を低減する効果を一層向上することができるので、振動や衝撃等の外力に起因するヒューズ部３２ｄの破断を更に抑制することができる。
本実施形態において、ヒューズ部３２ｄがブロック間バスバー３２の他の部分よりも幅狭く形成される例を説明したが、該ヒューズ部３２ｄは、ブロック間バスバー３２の他の部分と同じ幅を有しつつ、ブロック間バスバー３２の他の部分よりも肉薄く形成されても良く、あるいは、ブロック間バスバー３２の他の部分よりも幅狭く且つ肉薄く形成されても良い。このようにすれば、必要に応じてヒューズ部３２ｄの態様を変えることで、ヒューズ部３２ｄの汎用性を高めることができるとともに、材料の節約を図り易くなる。
[第２実施形態]
図７は第２実施形態に係る二次電池モジュールを示す平面図である。本実施形態の二次電池モジュール１Ａは、２つのモジュール端部バスバー３３のうちの１つがヒューズ機能付きバスバーである点において、上述の第１実施形態と異なっている。その他の構造は第１実施形態と同様のため、重複説明を省略する。
図７に示すように、ブロック間バスバー３２には、ヒューズ部３２ｄが設けられていない。一方、２つのモジュール端部バスバー３３のうちの１つ（図７において右側のモジュール端部バスバー３３Ａ）には、ヒューズ部３３ｅが設けられている。ヒューズ部３３ｅは、延設部３３ｂにおけるネジ孔３３ｄと段差部３３ｃとの間に形成されており、モジュール端部バスバー３３Ａの他の部分よりも幅狭くなっている。このモジュール端部バスバー３３Ａは、例えば一枚のアルミニウム板をヒューズ部３３ｅを形成する場所に幅狭く加工し、且つネジ孔３３ｄを加工した後に、Ｚ字状に折り曲げることによって形成されている。
本実施形態の二次電池モジュール１Ａによれば、上述の第１実施形態と同様な作用効果を得られる。すなわち、エンドプレート２１は、挟持体２０を構成するものであり、二次電池モジュール１において比較的に強度が強い部分である。このような比較的に強度の強いエンドプレート２１の近傍にヒューズ部３３ｅを有するモジュール端部バスバー３３Ａが設けられることで、ヒューズ部３３ｅにかかる応力を低減することができ、振動や衝撃等の外力に起因するヒューズ部３３ｅの破断を抑制することができる。
また、本実施形態において、ヒューズ部３３ｅの近傍にエンドプレート２１を筐体４０に締結するためのネジ２５が配置されることが好ましい。このようにすれば、ヒューズ部３３ｅにかかる応力を低減する効果を更に向上することができる。
なお、本実施形態において、２つのモジュール端部バスバー３３のうちの１つがヒューズ機能付きバスバーである例を説明したが、必要に応じて２つのモジュール端部バスバー３３ともにヒューズ機能付きバスバーであっても良く、あるいは、２つのモジュール端部バスバー３３のうちの１つがヒューズ機能付きバスバーであることに加えて、ブロック間バスバー３２もヒューズ機能付きバスバーであっても良い。
[第３実施形態]
図８は第３実施形態に係る二次電池モジュールを示す平面図である。本実施形態の二次電池モジュール１Ｂは、電池ブロック１０を１つのみ有する点において、上述の第２実施形態と異なっている。その他の構造は第２実施形態と同様のため、重複説明を省略する。
図８に示すように、二次電池モジュール１Ｂは、１つの電池ブロック１０と、該電池ブロック１０を挟持する挟持体２０Ａとを備えている。このため、挟持体２０Ａは、第１及び第２実施形態で述べたセクションプレート２３を有さない。そして、２つのモジュール端部バスバー３３のうちの一つ（図８において右側のモジュール端部バスバー３３Ａ）には、ヒューズ部３３ｅが設けられている。
本実施形態の二次電池モジュール１Ｂによれば、上述の第２実施形態と同様な作用効果を得られる。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の第２及び第３実施形態において、モジュール端部バスバー３３がエンドプレート２１側に延設する例を説明したが、モジュール端部バスバー３３がサイドプレート２２側に延設するように形成されても良い。この場合、モジュール外部接続端子３４はモジュール端部バスバー３３におけるサイドプレート２２側に延設する延設部に固定されれば良い。
１，１Ａ，１Ｂ 二次電池モジュール
１０ 電池ブロック
１１ 電池セル
２０，２０Ａ 挟持体
２１ エンドプレート
２１ａ ネジ孔
２２ サイドプレート
２３ セクションプレート
２３ａ 幅狭面
２３ｂ ネジ孔
２４ 底板部
２５ ネジ（締結部材）
３１ セル間バスバー
３２ ブロック間バスバー
３２ａ，３２ｂ，３３ａ 接合部
３２ｃ 突出部
３２ｄ，３３ｅ ヒューズ部
３３，３３Ａ モジュール端部バスバー
３３ｂ 延設部
３３ｃ 段差部
３３ｄ ネジ孔
３４ モジュール外部接続端子
４０ 筐体

Claims (9)

  1. 複数の電池セルが積層される電池ブロックを複数有する二次電池モジュールであって、
    前記電池セルの積層方向の前記電池ブロックの両側に配置されるとともに互いに対向する一対のエンドプレートと、前記電池ブロック同士の間に配置されてこれらの電池ブロックを仕切るセクションプレートと、
    隣接する前記電池ブロック同士を電気的に接続するとともに、前記セクションプレートを跨いで設けられるブロック間バスバーと、
    を備え、
    前記ブロック間バスバーには、ヒューズ部が設けられていることを特徴とする二次電池モジュール。
  2. 前記セクションプレートは、前記電池セルの積層方向に沿う幅狭面を有し、
    前記ヒューズ部は、前記セクションプレートの前記幅狭面と対向するように前記ブロック間バスバーに設けられている請求項１に記載の二次電池モジュール。
  3. 前記ブロック間バスバーは、前記電池セルの外方に突出する突出部を有し、
    前記突出部には、前記ブロック間バスバーの他の部分よりも幅狭く又は／及び肉薄く形成される前記ヒューズ部が設けられている請求項１又は２に記載の二次電池モジュール。
  4. 複数の前記電池ブロックを収容する筐体を更に備え、
    前記セクションプレートは、前記筐体と締結する締結部材が収容される締結孔を有する請求項１～３のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。
  5. 複数の電池セルが積層される電池ブロックを少なくとも一つ有する二次電池モジュールであって、
    前記電池セルの積層方向の前記電池ブロックの両側に配置されるとともに互いに対向する一対のエンドプレートと、
    一端部が前記電池ブロックと電気的に接続され、他端部が前記エンドプレート側に延設されるとともにモジュール外部接続端子と電気的に接続される複数のモジュール端部バスバーと、
    を備え、
    前記複数のモジュール端部バスバーのうち少なくとも一つには、ヒューズ部が設けられていることを特徴とする二次電池モジュール。
  6. 前記モジュール端部バスバーは、前記電池ブロック側と前記モジュール外部接続端子側との間に段差部を有し、前記モジュール外部接続端子との固定部と前記段差部との間には、前記モジュール端部バスバーの他の部分よりも幅狭く又は／及び肉薄く形成される前記ヒューズ部が設けられている請求項５に記載の二次電池モジュール。
  7. 前記電池ブロックを収容する筐体を更に備え、
    前記エンドプレートは、前記筐体と締結する締結部材が収容される締結孔を有する請求項１～６のいずれか一項に記載の二次電池モジュール。
  8. 前記ブロック間バスバーは、前記電池ブロックと接合される接合部を有し、前記接合部は銅製であり、前記突出部はアルミニウム製である請求項３に記載の二次電池モジュール。
  9. 前記モジュール端部バスバーは、前記電池ブロックと接合される接合部を有し、前記接合部は銅製であり、前記モジュール外部接続端子との固定部と前記段差部との間の部分はアルミニウム製である請求項６に記載の二次電池モジュール。
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