JP3774091B2

JP3774091B2 - 電池モジュール

Info

Publication number: JP3774091B2
Application number: JP30729899A
Authority: JP
Inventors: 邦敏清水; 哲夫小池
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP2001126691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池の収容構造に関する。本発明は、電気自動車またはハイブリッド自動車の電池を収容するために開発されたものであるが、自動車用以外にも電池の収容構造として広く利用することができる。さらに詳しくは、ｍ個並列接続したセルの組をｎ組直列接続して一つの容器に収容する電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車または内燃機関と電動発電機を併用するハイブリッド自動車のための電池として、鉛電池に代わりニッケル水素電池が利用されようとしている。このニッケル水素電池は、その一つのセルは端子電圧約１．２Ｖ、電流容量約６．５ＡＨの充放電可能なものであり、このセルの現用のものは、その外形形状規格は広く知られている単一乾電池（北米規格Ａ−ｔｙｐｅ）と等しい。すなわち、外形は円筒形状であり、一端頂部に正極端子が突出し、他端底部に負極端子が平面的に設けられている。
【０００３】
ハイブリッド自動車用としてこの電池を利用するには、このセルを多数直列に接続しなければならない。このため、このセルを６個直列に接続してプラスチック（塩化ビニル）の筒状の容器に収容した電池モジュールを利用する形態が知られている。この電池モジュールの従来例は、登録意匠第１０１７８２８号の２に表された形状である。すなわち、セルを複数個（この例では６個）が電気的に直列接続されるように縦長の筒状構造物に装填するものである。この電池モジュールは、ニッケル水素電池を使用すると、その端子電圧が１．２Ｖ×６＝７．２Ｖになる。この電池モジュールを数個並列接続し、さらにその並列接続したモジュールの組を数個直列接続して、ハイブリッド自動車の直流端子に接続する。一例としてこの電池モジュールを４個並列接続し、これを１０組直列接続して合計４０組（セルの数として２４０個）とすれば、総合端子電圧が７．２Ｖ×１０＝７２Ｖ、総合電流容量が６．５ＡＨ×４＝２６ＡＨの電池として利用することができる。図７にこのような電池モジュールの接続形態を示す。
【０００４】
このニッケル水素電池は充放電時に発熱する。またニッケル水素電池は充放電時に微量のガスを発生する。このために上述の電池モジュールに冷却風を通風し、冷却およびガス排気を行うための通風手段を設ける技術が知られている。このための構造は例えば特開平１１−２１３９７６号公報、特開平１０−２５５７３６号公報などに開示がある。また、セルを多数個並列かつ直列接続して所望の電圧と電流容量の電池モジュールを得るために、ｍ個のセルを並列接続してセルの組を作り、この組をｎ個直列に接続して利用する技術については、特開平１−２１８３３１号公報に開示がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
大量生産の工程で製造されたセルの端子電圧にはばらつきがある。また製造直後にはばらつきがなくとも、充放電を繰り返しているうちに、各セルの劣化特性にはばらつきがあり、個々のセルの端子電圧にばらつきが生じる。したがってセルの組を作るため、規格上は等電圧である電池端子を導体で接続して並列接続回路を構成すると、並列接続のための均圧線にはこの端子電圧の差によりわずかな電流が流れる。このために発生するエネルギ損失はその電流の二乗に比例するから、均圧線を流れる電流はできるだけ小さくなるように設定しなければならない。均圧線を流れる電流を小さくするためには規格電圧の低い回路で並列接続を行うことがよい。すなわち、上記従来例にあるように６個のセルを直列に接続し（端子電圧７．２Ｖ）、これを複数個並列に接続するより、セル１個（端子電圧１．２Ｖ）毎に並列接続を行うことが最も合理的である。
【０００６】
上記従来例として説明した筒状構造はきわめて単純であり、実装上も便利であるとともに、電池相互間の接触はばね構造により堅固に維持される優れた構造である。また筒状構造は、その内部に空気を通風することによりセルの温度上昇を小さくすることができるとともに、セルが発生する微量の排ガスを排除するに適している。セルの接続が直列接続ならば、この従来例のように、一つのプラスチック製の筒状容器に同一の向きにセルを入れることにより構成できるが、並列接続には均圧線が必要であり、このための配線の量が多くなって製造工数が大きくなってしまい、筒状構造のような単純で堅固な構造で実現することが難しい。
【０００７】
本発明はこのような背景に行われたものであって、セル単位の低い端子電圧単位で並列接続回路を構成することができるとともに、その並列回路を単純な構造で直列接続することができる電池モジュールを提供することを目的とする。本発明は、並列接続されたセルが複数組直列接続される電池モジュールを単純な筒状構造により実現することを目的とする。本発明は製造工数のきわめて小さい電池モジュールを提供することを目的とする。本発明は、セルを冷却することができるとともに、セルが発生する排ガスを排除することができる構造の電池モジュールを提供することを目的とする。本発明は、限られた空間を巧みに利用して電池を収容しなければならないハイブリッド自動車用の電池モジュールを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セルを並列接続する均圧線として通風孔を有する導体板を用い、ｍ×ｎ個のセルを一つの筒状構造物に収容することを特徴とする。これにより、均圧線を設けることに伴う複雑な配線を不要とし、さらに、セルを冷却するとともに、セルから発生する排ガスを排除することができる電池モジュールを実現することができる。
【０００９】
すなわち、本発明は、一端に正極端子が他端に負極端子がそれぞれ設けられたセルを複数ｍ個並列接続し、この並列接続した複数ｍ個のセルからなる組を複数ｎ組直列接続して一つの容器に収納する電池モジュールである。
【００１０】
ここで、本発明の特徴とするところは、その容器は、内部にその長手方向に前記セルｎ個を収容しその幅方向に前記セルｍ個を収容する筒形状であり、その容器内部に、前記複数ｍ個のセルからなる組毎にそれぞれ通風孔を有する導体板が介挿されたところにある。また、前記筒形状の容器端部に冷却風の導入口を設けることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明実施例の電池モジュールの構成を図１ないし図３を参照して説明する。この実施例電池モジュールは、ハイブリッド自動車用であり、上述のニッケル水素電池によるセルｍ×ｎ個を１つの容器に収容するものである。さらに具体的にはｍ＝３，ｎ＝６である。図１は本発明実施例の電池モジュールの構造を説明するための縦断面図である。この図は長手方向の繰り返しを避けるために、中間部分を省略して示してある。図２は本発明実施例の導体板の形状を示す部分構造図である。図３は本発明実施例の電池モジュール内部のセル接続状況を示す図である。
【００１２】
本発明は、図１に示すように、一端に正極端子が他端に負極端子がそれぞれ設けられたセル１を複数ｍ個並列接続し、この並列接続した複数ｍ個のセルからなる組を複数ｎ組直列接続して一つの容器２に収納する電池モジュールである。
【００１３】
ここで、本発明の特徴とするところは、その容器２は、内部にその長手方向に前記セルｎ個を収容しその幅方向に前記セルｍ個を収容する筒形状であり、その容器内部に、図２に示すように、前記複数ｍ個のセルからなる組毎にそれぞれ通風孔を有する導体板３が介挿されたところにある。
【００１４】
また、図１に示すように、容器２の上端部７には、冷却風の導入口４が設けてある。さらに、この容器２の下端部８には、導入口４から導入された冷却風の排気口５が設けてある。
【００１５】
本発明の導体板３は、図２に示すように、複数のセル１の正極端子および負極端子を相互に接続することにより並列接続する。これにより、導体板３は均圧線として作用する。導体板３には通風孔が設けてあり、セル１の冷却を行うとともに、充放電を行う際にセル１から微量に発生するガスを排気する。
【００１６】
図１に示すように、セル１は導体板３を介して容器２に収納される。容器２の底部には、スプリング６が配置され、セル１の端子を導体板３または上端部７に圧接する。また、このスプリング６を介して下端部８は最後尾の導体板３と電気的に接続される。図３に電池モジュール内部の接続状況を示す。
【００１７】
導体板３はこの実施例ではステンレス板を打ち抜くことにより製作された。導体板３は、セル１が発生する微量のガスにより腐食しない金属材料を用いることが望ましい。
【００１８】
容器２はこの実施例ではプラスチック材により形成された。容器２を金属製としその内部に絶縁壁を形成する構造とすることができる。容器２は少なくともその内壁が電気に対して非導体であるなど、上下の導体板３を電気的に短絡することがないような構造にすべきである。
【００１９】
この構造では、導体板３がｍ個のセルの同一極性の端子を並列接続するとともに、上下の異なる極性の端子を相互に接続して、全体としてｍ個の並列接続されたセルをｎ組直列接続することになる。
【００２０】
図４は複数設置された電池モジュールを一つの空気ダクトを用いて冷却する構造例を示す模式図である。上述のようにこのセルを構成するニッケル水素電池は、充放電によりわずかに発熱するとともに、微量のガスを発生する。本発明実施例では、電池モジュール複数個を並列にｍ個配置し、それぞれの導入口４を一つの空気ダクトに接続することにより、各電池モジュールに冷却風を導くことができる。このような空冷構造は、電池モジュールを車両に搭載した際に、冷却ファンにより発生する気流または走行中に車体に設けられた通風孔から導入される気流を利用して、多数の電池モジュールを一斉に冷却するようにして利用することができる。微量に発生したガスは排気口５から外部に放出される。
【００２１】
図５および図６は導体板３の形状を示す図である。図２に示した導体板３は図５に示す形状である。また、図６に示すように導体板３を加工することができる。ここに示した例以外にも、セル１の正極端子が導体板３に接触する部分にじゃまにならないように、さまざまな形状で通風孔を設けることができる。容器２の内部構造は必ずしも円筒でなくともよく、振動によりセル１の位置が回動しないように、セル１に沿う形状の回り止めを形成する構造とすることができる。導体板３と容器２の内部との間に回り止めを形成する構造とすることができる。導体板３とセル１との間の相互の位置変化を抑制するために、導体板３に回り止めを形成することができる。さらに、通風孔の位置および形状もさまざまに設定することができる。
【００２２】
上記例は並列接続されるセルの数ｍが３であるものを例示したが、このｍの数を任意に設定して電池モジュールを設計することができる。これは、車両全体の設計から並列接続するセルの数ｍおよび直列接続するセルの数ｎを適宜設定して、車両空間を合理的に利用して電池を収容するように設計することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、セル単位の低い端子電圧で並列接続回路を構成し、セルの端子電圧のばらつきにより生じる発熱を最小限に抑圧することができるとともに、その並列回路を単純な構造で直列接続することができる。また、並列接続されたセルが複数組直列接続される電池モジュールを単純な筒状構造により実現することができるから、電池モジュールの製造工数はきわめて小さくなるとともに、電池の交換作業も単純化される。これをハイブリッド自動車の電池収容空間の形状に合わせて、１箇所にあるいは分散して便利に収容することができる。さらに、セルを冷却することができるとともに、セルが発生する排ガスを排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の電池モジュールの構成を示す図。
【図２】本発明実施例の導体板の形状を示す図。
【図３】本発明実施例の電池モジュール内部のセル接続状況を示す図。
【図４】図４は複数設置された電池モジュールを一つの空気ダクトを用いて冷却する例を示す図。
【図５】導体板の形状を示す図。
【図６】導体板の形状を示す図。
【図７】従来の電池モジュールの接続形態を示す図。
【符号の説明】
１セル
２容器
３導体板
４導入口
５排気口
６スプリング
７上端部
８下端部

Claims

一端に正極端子が他端に負極端子がそれぞれ設けられたセルを複数ｍ個並列接続し、この並列接続した複数ｍ個のセルからなる組を複数ｎ組直列接続して一つの容器に収納した電池モジュールにおいて、
その容器は、内部にその長手方向に前記セルｎ個を収容しその幅方向に前記セルｍ個を収容する筒形状であり、
その容器内部に、前記複数ｍ個のセルからなる組毎にそれぞれ通風孔を有する導体板が介挿された
ことを特徴とする電池モジュール。
前記筒形状の容器端部に冷却風の導入口を設けた請求項１記載の電池モジュール。