JP4127501B2 - Battery connection structure, battery module, and battery pack - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の単電池を接続して所要の出力電圧を得られる電池モジュールを構成するための電池間接続構造およびその電池間接続構造を用いて構成される電池モジュール並びにその電池モジュールを複数個配列して電気的に接続し、且つ機械的に連結して構成される電池パックに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、複数の単電池を直列接続して所要の出力電圧を得る電池モジュールを構成するための電池間接続構造としては、以下に説明する第1ないし第3の従来技術が知られている。第1の従来技術は、図14に示すように、2個の電池B1,B2の間に配置した皿状の接続体3を、一方の電池B1の正極端子となる金属キャップ1が設けられた封口板10と、他方の電池B2の負極端子となる電池ケース2とにそれぞれプロジェクション溶接して接続した構成になっている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
上記接続体3は、電池ケース2に外嵌される円筒部4と、封口板10に当接される平面部7とを備えているとともに、円筒部4の内面と平面部7の下面とに、各々の同一半径上における90°の等間隔の各位置にそれぞれプロジェクション溶接用突起8,9が形成されている。上記突起8,9を介してプロジェクション溶接することにより、接続体3の平面部7を、一方の電池B1における金属キャップ1と電気的接続された封口板10に接続し、円筒部4を、他方の電池B2の電池ケース2に接続する。一方の電池B1の電池ケース2と接続体3との間は絶縁リング11によって電気的に短絡するのが防止されている。これにより、両電池B1,B2は、電気的に直列接続されるとともに、機械的に相互に連結されている。
【0004】
図15は従来の電池モジュール5を示したものである。この電池モジュール5は、所要の出力電圧を得るのに必要な個数(同図には6個の場合を例示)の単電池B1〜B6のうちの隣接する各2個を、図14の電池間接続構造によって直列接続することにより構成されている。
【0005】
また、第2の従来技術は、第1の従来技術とほぼ同様の構成を有するものであり、第1の従来技術と異なる点は、第1の従来技術の接続体3とほぼ同様の皿状接続体の中央連結部(平面部)およびフランジ部(円筒部)にそれぞれ圧接凸部を設けて、その圧接凸部を介して皿状接続体を2個の単電池にレーザ溶接して接続する構成のみである(例えば、特許文献2参照)。
【0006】
さらに、第3の従来技術は、第1および第2の従来技術のような接続体を用いずに、複数の電池間を直接的に接続するものである(例えば、特許文献3参照)。すなわち、電池ケースの開口部を閉塞する封口体に、電池軸外方に突出する接続電極部を形成し、隣接する2個のうちの一方の単電池の接続電極部を、これに設けた複数個のプロジェクション溶接用突起を介して他方の単電池の電池ケースの開口部とは反対側の底面部にプロジェクション溶接により直接連結して、複数の単電池を各々の電池軸方向に一列に並ぶ配置で直列接続するものである。
【0007】
上記第1ないし第3の従来技術の電池間接続構造の何れかを用いて構成された電池モジュールは、多数本を電気的に直列接続して高圧電力を取り出せる電池パックに構成される。このような高圧電力を得られる電池パックは、例えば、内燃機関と電池駆動モータとを組み合わせて走行源としたハイブリッドタイプの電気自動車の上記モータの駆動電源などに用いられる。この種の従来の電池パックとしては、以下に説明する第4および第5の従来技術にそれぞれ開示されたものが知られている。
【0008】
上記第4の従来技術に係る電池パックは、上方が開口した方形状箱形となったプラスチック製ホルダーケースに、図15に示したような電池モジュール5を複数列多段に配置して内蔵した構成になっている(例えば、特許文献4参照)。ホルダーケースは、全体の外径が細長い円柱状となった電池モジュール5を挿入するための円形の貫通孔が両端壁に電池モジュールの収納数だけ形成されているとともに、電池モジュールを安定に保持するための中間壁が両端壁間にこれらと平行に設けられており、この中間壁にも円形の貫通孔が両端壁と同数だけ開口されている。電池モジュールは、両端壁と中間壁の各貫通孔に挿入してホルダーケースの定位置に保持されている。
【0009】
また、第5の従来技術に係る電池パックは、複数の電池モジュールを平行な配置で内部に保持するホルダーケースを備え、このホルダーケースは、両面に配設された蓋ケースと、この両蓋ケースの間に配設された中間ケースとを備えている(例えば、特許文献5参照)。上記ホルダーケースは、中間ケースの両面と蓋ケースの内面とに、電池モジュールを複数列複数段に並べて保持するためのホルダーリブが突設されているとともに、両面の蓋ケースと中間ケースとを連結して、ホルダーリブで複数列複数段の電池モジュールを両側から挟着して定位置に保持している。
【0010】
【特許文献1】
特開平10−106533号公報
【0011】
【特許文献2】
特開2000−126703号公報
【0012】
【特許文献3】
特開2000−149907号公報
【0013】
【特許文献4】
特開平10−270006号公報
【0014】
【特許文献5】
特開2000−223096号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第1の従来技術に係る電池間接続構造を用いて構成した電池モジュール5は、複数本の単電池B1〜B6をこれらの電池軸方向に並べて連結した細長い円柱状の外形となるので、全体の外形、長さおよび平行度を高い精度で作製するのが極めて困難である。また、プロジェクション溶接は、接続体3の円筒部4のプロジェクション溶接用突起8を円形の電池ケース2の外面に接触させた不安定な姿勢で行わなければならないために、電池モジュール5の歩留りの低下を招いている。しかも、溶接回数は、各単電池B1〜B6のうちの隣接する各2個間を1個の接続体3で接続する際に、電池ケース2と接続体3間がシリーズ溶接方式で4回と、接続体3と封口板10間がシリーズ溶接方式で2回とが必要であり、この溶接回数の多さに伴って生産性が悪い。また、隣接する各2個の単電池B1〜B6間には接続体3を介した経路を通って電流が流れるので、電流経路が長くなり、その長くなった分だけ電気抵抗が大きくなる。
【0016】
さらに、接続体3および絶縁リング11は隣接する各2個の単電池B1〜B6間毎に装着するので、部品コストが高くなるとともに、接続体3および絶縁リング11の装着工程を要することから、生産性がさらに低下する。また、この電池モジュールは電気自動車や電動自転車などのような振動する環境下で使用されることが多いが、これらの単電池B1〜B6の連結構造では、単電池B1〜B6間の曲げ強度が低く、且つ連結の機械的強度も不十分であるから、過酷な振動や衝撃を受けたときに、接続体3が破壊して単電池B1〜B6間の接続が外れ易い欠点がある。
【0017】
また、第2の従来技術に係る電池間接続構造を用いて構成した電池モジュールは、第1の従来技術とほぼ同様の構成を有していることから、電池モジュールとしての外形、長さおよび平行度を極めて高い精度で作製するのが困難であり、レーザー溶接を不安定な状態で行うことから、歩留りが低く、溶接回数が多いのに伴って生産性が低く、接続体や絶縁リングを必要とするのに起因して部品コストが高くなり、且つ工数が多くなるのに伴って生産性がさらに低下し、過酷な振動や衝撃を受けたときに、接続体が破壊し易いという、第1の従来技術と同様の欠点がある。しかも、この電池モジュールでは、接続体として、振動を受けたときにも破壊しないように厚みの大きなものを使用した場合に、封口体に応力が加わって封口体の気密性が損なわれるおそれがある。
【0018】
さらに、第3の従来技術に係る電池間接続構造を用いて構成した電池モジュールは、第1および第2の従来技術の電池モジュールに比較して、接続体や絶縁リングが不要となり、且つ溶接回数も少なくて済むので、コストダウンできる利点がある反面、この電池モジュールは、単電池同士を直接溶接して連結することから必然的に、振動や側方からの衝撃を受けたときの機械的強度や曲げ強度が第1および第2の従来技術のものに比較してさらに低いので、電気自動車や電動自転車などの過酷な振動を受ける環境下で使用する場合には、例えば、ホルダーケース内に極めて堅牢な保持形態で収容する必要があり、そのような構成とした場合には、結局コスト高になってしまう。
【0019】
一方、従来の電池パックは、上記第1ないし第3の従来技術に係る電池モジュールの何れかを所要本数だけ配列接続して構成されているが、上記第4の従来技術に係る電池パックでは、両端壁と中間壁の両方に貫通孔を有するホルダーケースの成形金型が、上記形状を形成する部分において簡単に脱型出来ないことから、複雑な構造となり、ホルダーケースの製造に手間がかかって製造コストが高くつく。また、電池モジュールは、電池間接続部分において接続体3および絶縁リング11が電池ケース2の外方に出っ張る形態となって全体にわたり外径が一定でないから、ホルダーケースの両端壁と中間壁の各貫通孔を高精度に形成したとしても、全ての電池モジュールを貫通孔に隙間無く挿入して保持することができないので、電池モジュールをがたつきなく安定に保持できない。しかも、電池モジュールを小さな貫通孔に挿入して取り付ける作業は非常に手間がかかるので、生産性が悪い。さらに、電池モジュールの収納個数が変更された場合には、ホルダーケースを新たな成形金型で製作する必要があるので、さらに大きなコスト高となる。
【0020】
また、第5の従来技術に係る電池パックでは、ホルダーケースを構成する蓋ケースと中間ケースの何れかに反りなどの変形が少しでも生じた場合に、全ての電池モジュールを均等に保持するのが困難となる。そこで,蓋ケースおよび中間ケースには、反りなどの変形を生じさせず、且つホルダーリブの形状およびホルダーリブ間の寸法を高精度に製作することが要求されるので、材料コストおよび製作コストが高くつく。
【0021】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、容易な工程で安価に構成しながらも、電気抵抗の低減を図れる電池間接続構造と、振動や衝撃に対しても強い堅牢な構成を備えた電池モジュールと、多数個の電池モジュールを容易、且つ確実に接続して所要構成とできる電池パックとを提供することを目的とするものである。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電池間接続構造は、一方の電極を兼ねる有底円筒状の電池ケースと、前記電池ケースの開口部に対し電気絶縁状態で閉塞して他方の電極を兼ねる封口体とを有するとともに、前記封口体の外周近傍箇所に電池軸方向外方に突出するリング状の接続電極部が形成された単電池を複数個備え、前記各単電池が各々の電池軸が平行となる配置で並置されるとともに、導電接続すべき隣接単電池は、その向きが反対となるように配置され、平板状の接続板が、隣接する各2個のうちの一方の前記単電池の前記接続電極部と他方の前記単電池の前記電池ケースの底面とに架け渡す状態に載置されて、前記接続電極部と前記電池ケースの底面部との各々の互いに近接する箇所に溶接により接続されており、前記接続板が、少なくとも前記接続電極部を包含できる円弧形状を有して前記単電池に溶接される一対の接続部と、前記円弧形状の径よりも小さい幅のほぼ矩形状を有して一対の前記接続部を相互に接続する連結部とを一体に備えた平面視でほぼ瓢箪形状であって、少なくとも前記連結部の両側辺からそれぞれ直交方向に延びる一対の補助片を備えていることを特徴としている。
【0023】
この電池間接続構造では、単なる平板状である接続板の両側部を、各々の電池軸が平行となる配置で並置された2個の単電池のうちの一方の単電池のリング状の接続電極部と他方の単電池の電池ケースの底面とに架け渡して支持された安定姿勢で溶接を行えるので、接合不良といった不具合が生じるおそれがなく、歩留りが大幅に向上する。また、接続部と接続電極部の間および接続部と電池ケースの底面の間とをそれぞれ接合するための溶接を合計2回行えばよく、溶接回数が大幅に削減されて生産性が格段に向上する。さらに、単電池をこれらの電池軸に平行とした配置で並置したことにより、2個の単電池間における電流経路は、一方の単電池のリング状の接続電極部と他方の単電池の底面の外周部分との互いに近接した箇所とを結ぶ最短距離となり、電気抵抗を大幅に低減できる。
【0024】
また、隣接する各2個の単電池間に架け渡す接続板は、隣接する2個の単電池全体の外形に対応するほぼ瓢箪形状であって、2個の単電池間の隙間を塞がないので、この電極間接続構造を電池モジュールの構成した場合には、各単電池の周囲に均等な断面積を有して電池軸方向に沿った放熱用通路を効果的に構成できる。また、接続板の連結部は、小さな幅に形成されているが、両側辺に設けた補助片によって電気抵抗が高くなるのを抑制される。しかも、接続板は、補助片によって機械的強度が向上する利点がある。
【0025】
上記発明の電池間接続構造において、電池ケースの底面部の中央部に、内方に向け凹む凹部が形成され、接続板の一方の接続部が、前記電池ケースの底面部における凹部の外側であって、隣接する単電池の近接箇所に溶接されている構成とすることが好ましい。
【0026】
この構成によれば、凹部を形成したことによって電池ケースの底面部と負極集電体との間に僅かな隙間を設けることができるから、電池ケースの底面部と接続板とを例えばプロジェクション溶接するときに底面部が熱影響によって内方に膨出する状態に変形しても、この変形する底面部が上記隙間の存在によって負極集電体や極板群に対し悪影響を及ぼすことがないので、所要の電池容量と安定した電池性能とを確保することができる。
【0027】
また、上記発明の電池間接続構造において、接続板が、Ni−Cu−Niの三層のクラッド材からなる平板の一体成形品とすることが好ましい。これにより、接続板は、中央のCu層によって良好な導電性を確保しながらも、両面のNi層を電池ケースの一般的な素材であるニッケルめっき鋼板に対し好適に溶接できるので、電気抵抗を一層低減でき、接続体での電力損失を最小限に抑えることができる。
【0028】
また、上記発明の電池間接続構造において、接続板は、平面視でほぼ瓢箪形状をこれの長手方向に沿って2分割した同一形状の一対からなり、隣接する各2個の単電池は、少許の間隙で近接対向する配置で架け渡された一対の前記接続板の各々の両側部分がそれぞれ溶接されて、この両接続板を介して電気的に接続されている構成とすることもできる。
【0029】
この構成によれば、一対の接続板を単純な形状としても、この一対の接続板を近接対向して配置することで、両接続板の間に溶接時に必要な透孔やスリットと同じ形状を形作ることができるので、単純な形状の接続板を安価に大量生産できる。しかも、接続板を2個の電池に例えばプロジェクション溶接して溶着する場合には、溶接時の無効分流を完全に無くすことができる大きな利点がある。
【0030】
さらに、上記発明の電池間接続構造において、接続板は、隣接する2個の単電池との各接触箇所における少なくとも互いに近接する箇所に絞り薄肉部が形成されているとともに、前記絞り薄肉部を介してレーザー溶接またはビーム溶接されて前記単電池に溶着されている構成とすることもできる。
【0031】
この構成によれば、隣接する2個の単電池間の電流経路の距離を最短として電気抵抗を大幅に低減できるのに加えて、絞り薄肉部に光線を照射してレーザー溶接またはビーム溶接を行うことにより、絞り薄肉部が先に溶融して溶接箇所に十分な熱を付与することができるので、十分な溶接強度を確保することができ、溶接の信頼性が向上する。
【0032】
さらにまた、上記発明の電池間接続構造において、接続板の長手方向に沿った両側辺から直交方向に延びる一対の補助片は、連結部から両側の接続部の少なくとも半部までそれぞれ延びる長さを有し、前記接続板は、前記補助片が単電池とは反対方向を向く配置で隣接する2個の単電池に架け渡して、前記両単電池に溶接されている構成とすることが好ましい。
【0033】
この構成によれば、接続板は、補助片が単電池に対し何ら干渉しない配置で2個の単電池間に架け渡して溶接されることから、長手方向に沿った中央線に対し線対称の形状とできるので、2個の単電池に取り付ける際に方向性が無く、取付作業が容易となる。また、補助片は、可及的に長く形成されているので、接続板としての機械的強度が一層向上する。
【0034】
さらにまた、上記発明の電池間接続構造において、接続板の両側辺から直交方向に延びる一対の補助片は、連結部から両側の接続部の少なくとも半部まで延びる長さを有するとともに、各々の一端側が電池ケースの外面に沿って接触する湾曲形状で、且つ各々の他端側が接続電極部の外面に沿って接触する湾曲形状に形成されている構成とすることが好ましい。
【0035】
この構成によれば、接続板は、2個の単電池間に架け渡されたときに、電池ケースの外面と接続電極部とによって両単電池に対し仮止め状態に固定されるから、次工程の溶接を容易、且つ正確に行うことができるとともに、接続板による2個の単電池の連結構造の機械的強度が一層向上する利点がある。
【0036】
本発明に係る電池モジュールは、単電池の電池軸方向の長さのほぼ半分の厚みを有するほぼ直方体の外形を有して、内部に円筒形の前記単電池を収納できる断面四角形状で、且つ前記厚み方向に貫通する複数の電池収納部が一列配置または複数列配置に形成された合成樹脂製の一対のケース半体を有するホルダーケースを備え、前記ホルダーケースは、前記両ケース半体が各々の対応する前記各電池収納部がそれぞれ相互に連通して前記単電池の全体を収納できる電池収納部が複数形成される相対位置で相互に固着されてなり、前記各収納部に個々に挿入された前記各単電池が、前記両ケース半体の各々の電池収納部の外方側縁部から前記電池収納部内に突設された保持突部が電池軸方向の両端面に当接されて抜け止めされた状態で前記電池収納部内に収納され、隣接する各2個の前記単電池が、請求項1ないし6の何れかに記載の電池間接続構造によって相互に電気的に接続され、且つ機械的に連結され、前記ホルダーケースの厚み方向の両側の開口部がこれに固着された蓋部材でそれぞれ閉塞され、前記各蓋部材に、前記単電池と断面四角形の前記電池収納部の4つの隔壁との各間の空隙にそれぞれ対応する箇所に前記各空隙に対応する形状の放熱用孔が形成されたことを特徴としている。
【0037】
この電池モジュールでは、一対のケース半体を、これらの各電池収納部内に個々に単電池を挿入した状態で相互に連結して、ホルダーケースを構成したときに、両ケース半体の各々の電池収納部内に収納された単電池が保持突部によって抜脱不能に保持されて、ホルダーケースが所要個数の単電池を収納したブロック形態となるから、次工程において隣接する各2個の単電池間に接続板を架け渡して溶接する作業を極めて容易に行え、生産性が格段に向上する。
【0038】
また、この電池モジュールでは、合成樹脂製のホルダーケースの成形精度によって外形寸法が一義的に決定されて、組立工程を経たのちに寸法ばらつきなどが生じることがなく、形状的に高精度なものとなる。また、各単電池は、個々の電池収納部内に収納されることによって完全に電気絶縁された状態に保持されるので、従来の電池モジュールにおける絶縁リングや樹脂製外装チューブなどが不要となり、材料コストの低減と生産性の向上とを図ることができる。また、接続板は、2個の単電池全体の外形に対応する瓢箪形状であって電池間の空隙を塞がないので、各単電池と電池収納部の4つの隔壁との各間には、均等な断面積の空隙が形成され、これらの空隙が両側の蓋部材の放熱用孔を介してホルダーケースの外部に連通されるので、ホルダーケースの一面側から各単電池の各々の周囲をそれぞれ通って他面側に貫通する効果的な放熱用通路が形成され、各単電池は、放熱用通路内を流通する風によって極めて効果的に冷却され、しかも、比較的多数個の単電池の全てを均等に冷却することができる。
【0039】
上記発明の電池モジュールにおいて、ホルダーケースは、両ケース半体がこれらの開口端面間に矩形状の弾性体シートを介在させて相互に結合されてなる構成とすることが好ましい。これにより、製造に際して、両ケース半体をこれらの電池収納部内に単電池を挿入して相互に合体させるときに、単電池の電池軸方向の高さのばらつきを弾性体シートの弾力変形で吸収でき、ブロック形態のホルダーケースを容易に組み立てることができる。また、電池モジュールとして機能する際には、ホルダーケースの外部から加わる衝撃や振動が弾性体シートで吸収されて各単電池に直接作用しないので、特に、電気自動車や電動自転車あるいは電動工具などの過酷な振動や衝撃が加わり易い環境下に装着して用いる場合においても、各単電池を保護した状態で確実に保持することができる。
【0040】
また、上記発明の電池モジュールにおいて、ホルダーケースの電池収納部は、断面四角形を形成する4つのうちの3つの第1の隔壁の幅が単電池の外径よりも大きく、且つ他の1つの第2の隔壁の幅が前記単電池の外径に等しい平面視長方形の形状に形成され、前記第1の各隔壁の各々の内面に、各々の先端間の距離および前記第2の隔壁までの距離がそれぞれ前記単電池の外径と等しい突出長に設定された3つの支持リブが突設されている構成とすることが好ましい。
【0041】
この構成によれば、支持リブの突出長分だけ単電池と電池収納部の隔壁との間の空隙の容積が拡大して、空隙を流通する風量が増大するとともに、平面視長方形の電池収納部の4つの角部において、単電池と電池収納部の4つの隔壁との間に互いにほぼ同じ容積を有する空隙が形成される。これにより、ホルダーケースの一面側から各単電池の各々の周囲をそれぞれ通って他面側に貫通する均等な放熱用通路が各単電池の周囲に形成されるから、比較的多数個の単電池の全てが均等、且つ効率的に冷却される。そのため、この電池モジュールを多数個用いて構成する電池パックでは、従来の電池パックに備えられている冷却フィンブレードなどの冷却機構が不要となる。
【0042】
さらに、上記発明の電池モジュールにおいて、3つの支持リブに、これの外方端から電池収納部の内方にそれぞれ突出して電池ケースの電池軸方向の端面に当接する保持突部が一体に突設され、前記各電池収納部の各々の両側開口に位置して相対向する各2つの前記保持突部は、前記単電池の電池軸方向の両端面間の長さに等しい離間距離に設定して配設されている構成とすることが好ましい。
【0043】
この構成によれば、支持リブによって単電池と電池収納部の隔壁との間に比較的大きな容積の空隙を形成しながらも、保持突部の電池収納部内への突出長を短く設定することができる、また、各単電池は、対向する一対の支持リブと他の支持リブと電池収納部の対向隔壁との4箇所に電池ケースの外面が接触して電池軸方向に対し直交方向にがたつきなく保持されるとともに、電池軸方向の両端面に保持突部が直接当接して電池軸方向にがたつきなく保持されるから、比較的多数個の単電池を収納しながらも、各単電池は、電池モジュールを電気自動車や電動自転車あるいは電動工具などの過酷な振動や衝撃が加わり易い環境下に装着した場合においても、保護された状態で確実に保持され、破壊などが生じるおそれが全くない。
【0044】
さらにまた、上記発明の電池モジュールにおいて、一対のホルダーケースの少なくとも一方における電池収納部の配設方向の一端部または両端部に、外部接続用の正極端子および負極端子がインサート成形によりそれぞれ設けられて、前記正極端子および負極端子とこれらにそれぞれ隣接する単電池とが接続板により相互に接続され、前記両ケースにおける前記配設方向に対し直交方向の両側部に、固定部材により相互に連結される連結部材がインサート成形によりそれぞれ設けられている構成とすることが好ましい。
【0045】
この構成によれば、正極および負極端子並びに連結材料がインサート成形によりホルダーケースに一体に設けられているので、部品点数の削減に伴って組立工数が低減する。また、ほぼ直方体の外形を有するホルダーケースの外部にインサート成形された連結部材を一体に備えているので、所要個数の単電池を単に電池軸方向に直列接続しただけの従来の電池モジュールとは異なり、正極端子および負極端子を所定の電極端子に接続し、且つ連結部材を介して機器などの取付部に固定することにより、そのままで各種機器などの駆動電源として用いることも可能である。
【0046】
本発明に係る電池パックは、本発明の何れかに係る電池モジュールのホルダーケースに、単電池の配設方向に沿った両側辺にそれぞれ複数個の取付部材がインサート成形により設けられ、2個の前記電池モジュールのうちの一方に対し他方が厚み方向の向きを反転させた相対位置で重ね合わせて構成された電池モジュールユニットが複数個並置され、複数個の前記電池モジュールユニットの周囲を被覆する少なくとも2枚の外装プレートが、相対向する各2個の前記取付部材にそれぞれ挿通された固定部材で相互に連結され、且つ前記電池モジュールに固着されているとともに、前記各電池モジュールユニットの各々の2個の前記電池モジュールが前記固定部材で一体化され、前記各電池モジュールの各々の外部接続用の正極端子および負極端子がバスパーで電気的接続されて、各電池モジュールにそれぞれ内蔵の各単電池が直列接続または並列接続されていることを特徴としている。
【0047】
この電池パックでは、電池モジュールがホルダーケースの成形精度で一義的に決定される極めて高精度な外形を有し、且つ比較的多数個の単電池がホルダーケース内に安定に収納保持されていることにより、その電池モジュール同士を固定ねじなどの固定部材による簡単な固定手段で容易に連結して電池モジュールユニットを構成することができるとともに、複数の電池モジュールユニットを、これの回りに配置した少なくとも2枚の外装プレートに固定ねじなどの固定部材による簡単な固定手段で容易に一体化しながらも、非常に堅牢な構造に容易に組み立てできる。そのため、この電池パックは極めて高い生産性で製造することがてきる。また、この電池パックでは、2枚の外装プレートを相互に連結する固定部材を一対の電池モジュールの固定用にも兼用しているので、固定部材の個数および連結作業の工数を共に低減できる利点がある。
【0048】
また、電池モジュールが多数個の単電池を安定に保持したブロック形態となっていることから、電池モジュールの個数を変更する場合には、板材を屈曲して形成できる外装プレートの形状を変更するだけでよく、従来の電池パックのように新たな金型でホルダーケースを成形するのに比較して、極めて安価に対応できる。さらに、電池モジュールユニットにおける重ね合わされた2個の電池モジュール間においても、各々の電池モジュールの放熱用通路が連通されるから、多数個の電池モジュールを一体化した場合にも、個々の単電池の冷却機能が確実に確保されるので、従来の冷却フィンブレードなどの冷却機構が不要となる。
【0049】
上記発明の電池パックにおいて、少なくとも2枚の外装プレートに、電池モジュールの取付部材が当接されて固定部材で連結される複数の設置面と、この設置面の各間が外方に向け膨出することによって内部に形成された凹所とを有し、前記凹所と前記電池モジュールとの間に、前記電池モジュールの電池収納空間に蓋部材の放熱用孔を介して連通する放熱用通路が形成されている構成とすることが好ましい。
【0050】
この構成によれば、外装プレートの凹所と電池モジュールとの間に形成される放熱用通路を電池モジュールの電池収納空間に連通させた構成を有しているので、電池モジュールと外装プレートとの間に効果的な放熱用通路を形成できるので、多数個の単電池を極めて効率的に、且つ全てを均等に冷却することができ、従来の電池パックに備えていた温度センサや送風機などが不要となり、相当のコストダウンを図ることができるとともに、所要の冷却効果を得ながらも全体形状を小形化できる。
【0051】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施の形態に係る電池モジュール12の各構成要素の相対配置を示した分解斜視図である。この実施の形態では、共に同一種類で同一規格の20個の円筒形単電池13を直列接続する場合を例示してあり、この単電池13は、例えば、ニッケル水素二次電池である。
【0052】
先ず、上記電池モジュール12に適用する単電池13の構成について説明する。図2(a)は単電池13を示す斜視図、(b)は(a)のA−A線断面図である。負電極を兼ねる電池ケース14は、一端が開口した有底円筒状の形状を有しており、この電池ケース14内には、周知の正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回してなる極板群17および電解液(図示せず)が収納されている。また、電池ケース14の開口部は、封口板19、絶縁ガスケット20、金属キャップ21およびゴム弁体22により構成される封口体18によって閉塞されている。
【0053】
すなわち、上記封口板19は、その周縁部を絶縁ガスケット20を介して電池ケース14に対し電気的に絶縁されて、かしめ加工された電池ケース14の開口部に絶縁ガスケット20を介して固着されており、これにより、電池ケース14の開口部が閉塞されている。上記封口板19には、電池軸方向外方に向け突出する平面視リング状の接続電極部28が周端近傍箇所において同心状の配置で形成されている。極板群17から引き出された正極リード26は封口板19に接続されている。したがって、封口板19に形成された上記接続電極部28は正極端子となる。また、負電極となる電池ケース14の底面中央部には、内方に向け凹んだ円形の凹部29が同心状の配置で形成されている。
【0054】
ゴム弁体22は、封口板19の中央部の凹所23と金属キャップ21との間に形成された空間内に収納されて、凹所23に穿孔されたガス排出孔24を閉塞している。このゴム弁体22は、電池内部のガス圧力が異常に上昇して弁開放圧に達したときに、ガス排出孔24を通じて作用するガス圧力を受けて弾性変形し、ガス排出孔24を開放する。それにより、電池内部のガスは、ガス排出孔24および金属キャップ21のガス排出孔27を通じて電池ケース14の外部に排出される。
【0055】
図1に戻って、上述の各単電池13は、上部ケース半体30Aと下部ケース半体30Bとがこれらの間に弾性体シート36を介在させて相互に合体されてなるホルダーケース30内に収納される。両ケース半体30A,30Bは、共に合成樹脂製であって、何れも単電池13の電池軸方向の長さの半分よりも僅かに大きな厚み(高さ)を有するほぼ直方体の外形を有し、その内部が隔壁で仕切られて、20個の単電池13の各々の半部を個々に収納できる電池収納部31がそれぞれ10個2列に配設されている。各電池収納部31は、四つの隔壁で囲まれた平面視長方形の形状を有するとともに、厚み方向に貫通している。なお、両ケース半体30A,30Bの電池収納部31は、共にほぼ同一形状を有しているので、同一の符号を付してあり、この電池収納部31A,31Bの詳細については後述する。弾性体シート36は、両ケース半体30A,30Bの突き合わせ開口端面に対応した平面視長方形状を有している。
【0056】
上部ケース半体30Aにおける各電池収納部31の配設方向(長手方向)の一端側(図の左端側)外面には、ナットからなる外部接続用正極端子32および外部接続用負極端子33がインサート成形により一体に設けられているとともに、他端側(図の右端側)外面にも、ナットからなる外部接続用正極端子32および外部接続用負極端子33が、一端側とは反対の配置でインサート成形により一体に設けられている。さらに、両ケース半体30A,30Bの上記配設方向に沿った両側外面には、ナットからなる連結部材34がそれぞれ複数個(実施の形態では3個を例示)ずつ配置されてインサート成形により一体に設けられているとともに、連結部材34の各間には、パイプからなる取付部材45がそれぞれ複数個(実施の形態では2個を例示)ずつ配置されてインサート成形により一体に設けられている。各連結部材34は、上下両方から固定ねじをねじ込めるようになっている。取付部材45は固定ねじを単に挿通させる小径のパイプからなる。
【0057】
各単電池13は、両ケース半体30A,30Bが合体されてなるホルダーケース30の各電池収納部31内にそれぞれ個々に挿入されて、各々の電池軸が互いに平行となる配置で保持された状態で、図の前方列および後方列において配列方向で隣接する各2個がそれぞれ接続板38によって交互に順次連結されることにより、直列接続される。但し、図における後方列左端の単電池13は、自体の電池ケース14の底面部が接続板38を介して外部接続用正極端子32に接続され、前方列左端の単電池13は、自体の接続電極部28が接続板38を介して外部接続用負極端子33に接続される。また、図における後方列右端の単電池13は、自体の接続電極部28が接続板38を介して外部接続用負極端子33に接続され、前方列右端の単電池13は、自体の電池ケース14の底面部が接続板38を介して外部接続用正極端子32に接続される。
【0058】
図3は、同上の電池モジュールにおける単電池13の接続に適用した本発明の一実施の形態に係る電池間接続構造を示し、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は(a)のB−B線で切断した拡大断面図である。上記接続板38は、Ni−Cu−Niの三層のクラッド材の平板からなり、接続電極部28の外径にほぼ等しい径の円弧状となった一対の接続部35と、この両接続部35の相対向する箇所を相互に接続する直線状の連結部41とを有する一体物である。連結部41の幅は、接続部35の径よりも十分に小さく設定されている。したがって、接続板38は、中央部がくびれて、平面視でほぼ瓢箪形状になっている。
【0059】
上記の一対の接続部35には、接続電極部28の内径にほぼ等しい径の透孔39が形成され、且つ透孔39における径方向の対向両側から接続板38の長手方向に沿って両外方に向けそれぞれ延びるスリット40が形成されている。さらに、一対の接続部35には、4個のプロジェクション溶接用突起42が透孔39の外側の同一円上における90°の等間隔の位置に予め形成されている。さらに、接続板38の両側辺には、連結部41から両側の各接続部35の半部までを包含する長さの補助片25が連結部41および接続部35に対し直角に屈曲して形成されている。したがって、接続板38は、長手方向の中央部に対し線対称の形状になっている。この接続板38は、一対の補助片25を外方に向けた配置で隣接する2個の単電池13に架け渡して取り付けられるが、接続板38が長手方向の中央部に対し線対称の形状であるから、その取り付けに際して方向性がないので、容易に取り付けできる。また、この実施の形態では、接続板38が突起42を介してプロジェクション溶接する場合を例示してある。
【0060】
上記電池間接続構造では、隣接する2個の単電池13間に接続板38を架け渡す状態に載置したときに、接続板38の一方側(図3の左側)の4個のプロジェクション溶接用突起42が単電池13の接続電極部28上に当接し、且つ他方側(図3の右側)の4個の突起42が単電池13の底面部における凹部29の周囲箇所に当接し、この状態で周知のプロジェクション溶接が行われる。このプロジェクション溶接は、単なる平板状である接続板38の両側の接続部35が、各々の電池軸が平行となる配置で並置された2個の単電池のうちの一方の単電池13のリング状の接続電極部28と他方の単電池13の電池ケース14の底面部とに架け渡して支持された安定姿勢で行えるので、上述した従来の電池間接続構造のような不安定な姿勢での溶接による接合不良といった不具合が生じるおそれがなく、歩留りが大幅に向上する。
【0061】
また、プロジェクション溶接に際しては、図3の左方の単電池13において、例えば、正側溶接電極を接続電極部28の側面に接触させ、且つ負側溶接電極を接続板38における突起42の対向箇所に接触させて、両溶接電極間にインバータ直流電源より高電圧を印加する。これにより、溶接電流は、接触面積が小さいことから接触抵抗が極めて小さい突起42と接続電極部28との間に局部的に集中して流れ、それによる発熱によって4個の突起42が溶融し、接続部35と接続電極部28とが完全に密着した状態で突起42が溶けたナゲットを介して互いに溶着される。ここで、接続板38の各接続部35と接続電極部28とは、1回のプロジェクション溶接により4個の突起42を介して強固に接合できる。
【0062】
また、図3の右方の単電池13においても、負側溶接電極を電池ケース14の外周面に接触させ、且つ正側溶接電極を接続板38における突起42の対向箇所に接触させて、両溶接電極間にインバータ直流電源より高電圧を印加することにより、接続板38と電池ケース14の底面部とを1回のプロジェクション溶接により4つの突起42が溶融したナゲットを介して強固に接合できる。
【0063】
したがって、隣接する各2個の単電池13は、2回のプロジェクション溶接によって互いに接続できるので、例えば図14に示した従来の電池間接続構造では計8回の溶接工程を繰り返すのに比較して、この実施の形態において20個の単電池13における隣接する各2個の各単電池13間を2回の溶接により接続できるので、溶接回数を大幅に削減することができ、それに伴って生産性が格段に向上する。また、上記プロジェクション溶接時には、透孔39および一対のスリット40によって無効分流を格段に低減することができる。
【0064】
さらに、上記電池間接続構造では、一方の単電池13のリング状の接続電極部28と他方の単電池13の凹部29の外側の外周部分との互いに近接した箇所に接続板38の両側の接続部35を溶接することから、図3(a)に示す隣接する2個の単電池13間の電流経路の距離Lを最短として電気抵抗を大幅に低減できる。これに対し図14に示す従来の電池間接続構造では、皿状の接続体3における最も距離の長い平面部7と円筒部4とを隣接する2個の単電池B1,B2に接続しているので、両単電池B1,B2間の電流経路の距離が長くなって電気抵抗が高くなる。
【0065】
しかも、上記電池間接続構造では、接続板38が、3層構造のクラッド材によって形成されているので、中央のCu層によって良好な導電性を確保しながらも、両面のNi層を電池ケース14の一般的な素材であるニッケルめっき鋼板に対し好適に溶接できるから、電気抵抗を一層低減できる。上述により、上記電池間接続構造は、接続板38での電力損失を最小限に抑えることができる。
【0066】
また、上記電池間接続構造では、ゴム弁体22を保持する金属キャップ21に対し側方で、且つ上方に離れた位置に突出するリング状の接続電極部28の外側面と接続板38の突起42の対向箇所とにそれぞれ溶接電極を接触させてプロジェクション溶接を行うので、金属キャップ21には全く電流が流れなく、金属キャップ21の熱影響によってゴム弁体22に変形が生じるおそれがない。これにより、この電池間接続構造では、ゴム弁体22の所要の弁作動を常に確保することができる。これに対し図14の従来の構造では、接続体3の突起9の対向箇所と金属キャップ1とにそれぞれ溶接電極を接触させてプロジェクション溶接を行わなければならないので、電流が流れる金属キャップ1が熱影響で内方に凹んでゴム弁体22を変形させていた。
【0067】
さらに、上記電池間接続構造では、単電池13の底面に内方へむけ凹んだ凹部29を設けていることにより、図3(c)に示すように、負極集電体43と電池ケース14の底面部との間に僅かな隙間bを設けることができるから、電池ケース14の底面部と接続板38とをプロジェクション溶接するときに上記底面部が熱影響によって内方に膨出する状態に変形しても、この変形する底面部が負極集電体43や極板群17に対し悪影響を及ぼすことがない。したがって、上記電池間接続構造では、所要の電池容量と安定した電池機能とを確保することができる。これに対し従来の電池間接続構造、特に上述の第3の従来技術のように単電池を接続体を介さずに直接接続する構造では、負極集電体や極板群が、プロジェクション溶接時に内方に膨出する電池ケースの底面部から圧力を受けて変形していた。
【0068】
なお、接続板38は、後述する電池モジュールを構成した際に単電池13の周囲に均等で、且つ大きな断面積の通風路を確保する目的で、中央部がくびれた平面視で瓢箪形状としているが、幅の狭い連結部41での電気抵抗の増大を補助片25によって抑制できるとともに、補助片25によって接続板38自体の機械的強度が向上する。
【0069】
上記電池間接続構造は、図5(b)に示す製作完了状態の電池モジュール12を製作する過程において、図5(a)に示すように、両ケース半体30A,30Bの各々の電池収納部31内にそれぞれ単電池13を挿入した状態で両ケース半体30A,30Bを相互に突き合わせて、両ケース半体30A,30Bの互いに対向する合計6組の連結部材34に固定ねじ16を螺合締結することにより、両ケース半体30A,30Bが相互に固定されて、ホルダーケース30が組み立てられる。図4は、図5(a)に示すように、20個の単電池13を収納してホルダーケース30を組み立てたのちに、隣接する各2個の単電池13を接続板38で相互に接続した状態を示し、(a)は一部の平面図、(b)は(a)のC−C線断面図、(c)は(a)のD−D線断面図である。
【0070】
図4において、両ケース半体30A,30Bの電池収納部31は、図の上下方向に長い平面視長方形の形状を有するとともに、その長方形の長手方向の対向隔壁の内面中央部から支持リブ55がそれぞれ一体に突設されている。この両支持リブ55は、各々の先端間の距離が単電池13の電池ケース14の外径とほぼ同一に設定されて、単電池13に対しこれの外面における径方向の両側箇所に当接して支持している。電池ケース14の外面における両支持リブ55との接触箇所に対しそれぞれ90°離間した2箇所は、電池収納部31の隔壁に接触している。
【0071】
また、支持リブ55の外方端と、支持リブ55が未形成の2つの隔壁のうちの接続板38が対向されない側の1つの隔壁の開口縁とからは、内方に突出して電池ケース14の電池軸方向の両側端面に当接する保持突部56がそれぞれ一体形成されている。両ケース半体30A,30Bの対向する保持突部56間の距離は、単電池13における接続電極部28を除く電池ケース14の両端面間の高さに等しくなるよう設定されているが、この単電池13の高さのばらつきは、弾性体シート36の弾性変形によって吸収される。
【0072】
したがって、電池収納部31内に収納された単電池13は、電池ケース14の外面における90°の等間隔の4箇所が一対の支持リブ55と2箇所の隔壁とにそれぞれ接触して、水平方向への動きを阻止され、且つ上端面と下端面とにそれぞれ当接する各3つの保持突部56によって上下方向への動きを阻止されて、電池収納部31内にがたつきなく保持されている。
【0073】
各単電池13は、従来構造のような接続体や絶縁リングのような側方に出っ張るものが装着されずに、そのまま電池収納部31内に挿入されて、外面における90°の等間隔の4箇所が一対の支持リブ55と隔壁の2箇所とに接触して、水平方向への動きを阻止され、且つ上端面と下端面とにそれぞれ当接する各3つの保持突部56によって上下方向への動きを阻止されることにより、振動や衝撃を受けた場合にもがたつきなく確実に保持される。
【0074】
また、電池収納部31内に挿入された単電池13を接続板38で接続した状態では、図4(a)に横平行線で明示するように、単電池13の外周面と電池収納部31の4つの隔壁との間の4箇所に、電池収納部31内を貫通する空隙44がそれぞれ生じる。これらの空隙44は、電池モジュール12が機能したときに単電池13の効果的な放熱空間となる。
【0075】
すなわち、上記4つの空隙44は、電池ケース14の外面を電池収納部31の4つの隔壁に接触させる場合に比較して、支持リブ55の突出長分だけ容積が拡大されて、空隙44内を流通する風量が増大するとともに、接続板38をこれの中央部に連結部41を設けてくびれた形状として2つの単電池13間の空隙を塞がないことにより、単なる長方形状とした接続板を設ける場合に比較して、4つの空隙44がほぼ同様の断面形状としていることにより、単電池13の外周全体に対し均等に冷却効果を作用させることができるから、単電池13を一層効果的に冷却することができる。さらに、ホルダーケース30の上下に設けられた補助片25の収納空間47は、4つの空隙44を互いに連通させるので、この点からも単電池13の冷却効果がさらに向上する。
【0076】
つぎに、図1に戻って、電池モジュール12の説明を続ける。上述したように、両ケース半体30A,30Bが各々の電池収納部31内に単電池13が挿入された状態で互いに合体されてホルダーケース30が組み立てられたのち、隣接する各2個の単電池13が接続板38で接続されて電池間接続構造が構成される。そののちに、そのホルダーケース30の上面側および下面側の各開口部は、合成樹脂製の上蓋53および下蓋54を嵌入して施蓋されて、この上蓋53および下蓋54とホルダーケース30の開口周縁部とを超音波溶着することによって封止される。上蓋53および下蓋54には、単電池13とホルダーケース30の電池収納部31の4つの隔壁との間に形成された空隙44にそれぞれ対応する形状の放熱用孔57が、空隙44に対向する各位置にそれぞれ形成されている。
【0077】
つぎに、上記電池モジュール12の組立手順について説明する。各構成要素が図1のように配置された状態において、先ず、下部ケース半体30Bの各電池収納部31には、20個の単電池13が上方の開口部から挿入される。このとき、単電池13は、底面部が保持突部56によって電池収納部31の下方に抜脱することなく支持される。
【0078】
続いて、弾性体シート36が、下部ケース半体30Bの上端開口縁部に貼着などの手段で装着される。そののち、上部ケース半体30Aが、下部ケース半体30Bの上方に突出している単電池13の上半部を各電池収納部31内に下方から挿入させた状態で、図5(a)に示すように、弾性体シート36を介して下部ケース半体30Bに突き合わされる。これにより、両ケース半体30A,30Bの各連結部材34が上下で対向し、この上下各2つの連結部材34に固定ねじ16をねじ込み締結することにより、ホルダーケース30が組み立てられる。このとき、単電池13の高さの多少のばらきつは、弾性体シート36の弾性変形によって吸収される。
【0079】
このホルダーケース30の電池収納部31内に収納された各単電池13は、上下の保持突部56によって電池収納部31から抜脱することのない状態に保持される。この状態において、ホルダーケース30の上面側において、隣接する各2個の単電池13間に接続板38を架け渡して溶接することにより、上述した電池間接続構造を構成して、隣接する各2個の単電池13を相互に接続する。このとき、図の左端の2個の単電池13も接続板38によって外部接続用正極端子32および外部接続用負極端子33に接続する。続いて、ホルダーケース30の上端開口部に上蓋53を嵌入したのち、上蓋53の周端部とホルダーケース30の上端開口周縁部とを超音波溶着して、ホルダーケース30の上端開口部を封止する。
【0080】
つぎに、上端開口を上蓋53で施蓋したホルダーケース30を上下反転させて、隣接する各2個の単電池13間に接続板38を架け渡して溶接することにより、上述した電池間接続構造を構成して、隣接する各2個の単電池13を相互に接続する。これにより、20個の単電池13は、電気的に互いに直列接続され、且つ機械的に連結された状態でホルダーケース30内に固定される。続いて、ホルダーケース30の開口部に下蓋54を嵌入し、その下蓋54の周端部とホルダーケース30の開口周縁部とを超音波溶着して、ホルダーケース30の下端開口を封止すると、図5(b)に示す電池モジュール12が出来上がる。
【0081】
なお、上蓋53および下蓋54とホルダーケース30との固着手段としては、上記実施の形態で説明した超音波溶着に限らず、例えば、固定ねじを用いてもよい。
【0082】
上述のようにして組み立てられた電池モジュール12は、図3の電池間接続構造において説明したと同様の効果を得られるのに加えて、図15に示すような複数個の単電池B1〜B6を電池軸方向に一列に配列して連結する不安定な従来の電池モジュールとは異なり、各単電池13を振動や衝撃から保護できる状態に確実に保持できる。
【0083】
すなわち、上記電池モジュール12は、各単電池13が各々の電池軸が平行となる配置でホルダーケース30の個々の電池収納部31内に収納され、且つ各単電池13が電池収納部31内において対向する一対の支持リブ55と電池収納部31の対向隔壁との4箇所に電池ケース14の外面が接触して電池軸方向に対し直交方向にがたつきなく保持された状態で収納されていることと、単電池13が電池軸方向の両端面に3つずつの保持突部56が直接当接して電池軸方向にがたつきなく保持されていることと、両ケース半体30A,30Bの間に介在されている弾性体シート36によって単電池13の電池軸方向に外部から加わる衝撃や振動が吸収されて各単電池13に直接作用しないことにより、比較的多数個の単電池13を収納しながらも、各単電池13は、電池モジュール12を電気自動車や電動自転車あるいは電動工具などの過酷な振動や衝撃が加わり易い環境下に装着した場合においても、保護された状態で確実に保持され、破壊などが生じるおそれがない。
【0084】
また、平面視長方形の電池収納部31の4つの角部において、単電池13と電池収納部31の隔壁との間に互いにほぼ同じ容積を有し、且つ比較的大きな断面積に形成された空隙44は、上,下蓋53,54の各々の放熱用孔57を通じて電池モジュール12の上下両面側の外部にそれぞれ連通している。これにより、ホルダーケース30の一面側から各単電池13の各々の周囲をそれぞれ通って他面側に貫通する放熱用通路が形成されるから、各単電池13は、放熱用通路内を流通する風によって極めて効果的に冷却され、しかも、比較的多数個の単電池13の全てが均等に冷却される。そのため、この電池モジュール12を多数個用いて構成する電池パックでは、従来の電池パックに備えられている冷却フィンブレードなどの冷却機構が不要となる。この電池パックについての詳細は後述する。
【0085】
さらに、上記電池モジュール12では、各単電池13が個々の電池収納部31の4辺の隔壁で囲まれて収納されることにより、各単電池13間が完全に電気絶縁された状態に保持されるので、従来の電池モジュールにおいて各単電池B1〜B6間を絶縁するために用いられていた絶縁リング11や直列接続した各単電池B1〜B6の外周面を被覆する塩化ビニールなどの電気絶縁性および熱シュリンク性を有する樹脂製の外装チューブなどが不要となり、材料コストの低減と生産性の向上とを図ることができる。
【0086】
また、従来の電池モジュールでは、電池軸方向に直列接続する各単電池B1〜B6の側方に接続体3や絶縁リング11などが出っ張ることから、外形、長さおよび平行度を高精度に製作するのが困難であるのに対し、上記電池モジュールでは、合成樹脂製のホルダーケース30の成形精度によって外形寸法が一義的に決定されて、組立工程を経たのちに寸法ばらつきなどが生じることがなく、形状的に高精度なものとなる。
【0087】
さらに、上記電池モジュール12は、製作過程において、両ケース半体30A,30Bをこれらの電池収納部31内に所要個数の単電池13を収納した状態で互いに合体してホルダーケース30を組み立てたときに、各単電池13がホルダーケース30内に抜脱不能、且つがたつきの無い状態に固定されるから、その後に接続板38を隣接する各2個の単電池13間に架け渡して行う溶接作業が一層容易となり、接合不良が生じるおそれが殆どなくなる。
【0088】
さらにまた、上記電池モジュール12は、上述したように比較的多数個(実施の形態では20個)の単電池13がホルダーケース30内に封入されて堅牢な構造で保持されているとともに、ホルダーケース30の外部にインサート成形されたナットからなる連結部材34を一体に備えているので、6個の個数の単電池B1〜B6を単に電池軸方向に直列接続しただけの従来の電池モジュールとは異なり、そのままで電動自転車や電動工具などの駆動電源として用いることも可能である。特に、上記電池モジュール12は、電気自動車のモータ駆動電源などに用いることを目的として、これを多数本連結して電池パックとしたときに、一層顕著な効果を得られるものである。つぎに、上記電池モジュール12を用いて構成した電池パックについて説明する。
【0089】
図6は、上記電池モジュール12を6本用いて、合計120本の単電池13を直列接続する電池パックを製作する過程の相対配置を示す斜視図である。この電池パックは、3本の電池モジュール12を平行に配置して互いに近接させた状態に並置し、これら3本の各電池モジュール12の各々の上面に、他の3本の電池モジュール12をそれぞれ上下反転させた配置で重ね合わせる。このとき、上下各2本の電池モジュール12間では、互いに反転した配置で突き合わされることにより、各々の両側辺に各5個ずつで計10個の連結部材34が互いに近接して対向する。この互いに近接対向する10組の連結部材34には、それぞれ固定ねじ(図示せず)が螺合締結される。これにより、図8に示すように、各2本の電池モジュール12が重ね合わせ状態で相互に連結された電池モジュールユニット48が3組出来上がる。
【0090】
上記電池モジュールユニット48における上下各2本の電池モジュール12間では、互いに接触する上蓋53と下蓋54との対応する放熱用孔57が相互に合致して連通する。これにより、各電池モジュールユニット48における上下各2本の電池モジュール12間では、個々の単電池13の周囲を通って一面側から他面側に貫通する放熱用通路が形成されるので、上下各2本の電池モジュール12を連結した電池モジュールユニット48においても、個々の単電池13の冷却機能が確実に確保される。
【0091】
図7は、3組の電池モジュールユニット48を用いて電池パックを構成する製作過程を示す斜視図、図8は、その3組の電池モジュールユニット48を用いて構成した本発明の一実施の形態に係る電池パック49を図7のP方向から見た矢視図である。但し、同図は、後述するバスパー51を除外してP方向から見た矢視図である。この電池パック49は、3組の電池モジュールユニット48を、上下一対の外装プレート50と、この一対の外装プレート50の前端部および後端部(図7の左端部および右端部)に取り付けられて計120個の単電池13を直列接続また並列接続するように各電池モジュール12の外部接続用正極端子32および外部接続用負極端子33並びに電極取り出し部37に導出された接続板38を相互に電気的接続する一対のバスパー(図7に図示)51とを用いて一体化することにより構成されている。
【0092】
一対の外装プレート50は、3組の電池モジュールユニット48の上下方向に貫通する上述の放熱用通路に連通する放熱用空間を形成する溝状の凹所52が長手方向に沿って屈曲形成されている。この各凹所52の各間には、隣接する2組の電池モジュールユニット48の各々の各取付部材45が支持される二つの取付面58が設けられ、また、外装プレート50の両端近傍箇所には、両側に位置する各電池モジュールユニット48の各取付部材45がそれぞれ支持される二つの取付面59が設けられている。さらに、外装プレート50には、その両側部を取付面59に対し直交方向に屈曲して、一対の連結片60が形成されている。上記取付面58,59および連結片60には、所定箇所に取付孔61が形成されている。
【0093】
つぎに、上記電池パック49の組立手順について説明する。3組の電池モジュールユニット48は、下方の外装プレート50に対して、取付面58,59の各取付孔61に各取付部材45が合致する位置決め状態で、隣接する二つの取付面58,59に架け渡す配置で載置するとともに、その3組の電池モジュールユニット48には、上方の外装プレート50を、取付面58,59の各取付孔61に各取付部材45が合致する位置決め状態で被せる。
【0094】
つぎに、固定ねじ62を、上方の外装プレート50の各取付孔61から、電池モジュールユニット48の二つの電池モジュール12の上下で合致されている各2つの取付部材45および下方の外装プレート50の取付孔61に挿通させたのち、図8のナット63に螺合締結することにより、各電池モジュールユニット48は上下一対の外装プレート50に両側から挟まれる状態に取り付けられる。この上下一対の外装プレート50の各々の両側の連結片60は、図8に示すように、各々の先端部を重ね合わせた状態で固定ねじ64で相互に連結される。最後に、一対のバスパー51を上下の外装プレート50の両端部に所定の取付手段(図示せず)で取り付けることにより、電池パック49が出来上がる。
【0095】
上記電池パック49は、一対の電池モジュール12を固定ねじ16で螺合締結する簡単な固定手段で容易に連結してブロック形態の電池モジュールユニット48を構成することができるとともに、複数の電池モジュールユニット48を、これの回りに一対の外装プレート50と一対のバスパー51を囲むように配置して固定ねじ62を螺合締結するだけの簡単な固定手段で容易に一体化して構成できる。このように堅牢な構造に容易に組み立てできるのは、電池モジュール12がホルダーケース30の成形精度で一義的に決定される極めて高精度な外形を有する直方体に構成されていることと、比較的多数個の単電池13がホルダーケース30内に振動や衝撃を直接受けない状態に収納保持されていることによって可能になっている。そのため、この電池パック49は極めて高い生産性で製造することができる。
【0096】
これに対し、上述の第4の従来技術の電池パックでは、電池モジュールが複数個の単電池を電池軸方向に一列に並べて接続体や絶縁リングを介して相互に連結しただけの不安定な構成であるため、その複数個の電池モジュールを、複雑な形状のホルダーケースの両端壁や中間壁の貫通孔に挿通して一列多段の配置で収納するのに手間がかかり、しかも、一列配置の単電池の外周面側に接続体や絶縁リングなどが出っ張っている電池モジュールを貫通孔に挿入して保持するので、電池モジュールを隙間無く保持するのが困難であり、振動や衝撃を受けたときに単電池がホルダーケース内でがたついて破損するおそれがある。
【0097】
また、上述の第5の従来技術の電池パックにおいても、上記と同様の構成となった多数本の電池モジュールを、ホルダーケースにおける蓋ケースと中間ケースの各々の内面に突設したホルダーリブによって保持するので、上述と同様の欠点がある。上記電池パック49は、上述の従来の種々の欠点を一挙に解消できるものである。
【0098】
また、上記電池パック49は、電池モジュール12並びに電池モジュールユニット48が、各単電池13の周囲に対し上下に貫通した放熱用通路を有しているのに加えて、図8に示すように、上下の外装プレート50の凹所52の存在によって、各電池モジュールユニット48と各外装プレート50との各間には、図の水平方向に延びる放熱用通路67がそれぞれ形成されているとともに、隣接する2つの電池モジュールユニット48の各間および両側の電池モジュールユニット48と連結片60との間には、一対の外装プレート50の取付面58,59の存在によって放熱用通路68が形成され、さらに、バスパー51の外側を覆う補助プレート(図示せず)には、スリット状の通風孔69が形成されている。したがって、この電池パック49では、120個もの多数個の単電池13を極めて効率的に、且つ全てを均等に冷却することができる。これに対し、従来の電池パックでは、単電池の温度を検出する温度センサと、この温度センサの検出温度に基づき作動させる送風機を設けているので、構成が大型化するとともに、かなりのコスト高となる。
【0099】
さらに、この電池パック49は、電池モジュール12が多数個の単電池13を安定に保持したブロック形態となっていることから、電池モジュール12の個数を変更する場合に、外装プレート50およびバスパー51の形状を変更するだけでよく、外装プレート50は、単なる板材を屈曲して形成したものであるから、形状の異なるものを極めて安価に製作して対応できる。これに対し、従来の電池パックでは、極めて複雑な形状を有するホルダーケースを変更しなければならず、そのホルダーケースの金型を新たに製作するのに相当の費用を要してかなりのコスト高となる。
【0100】
図9は本発明の他の実施の形態に係る電池間接続構造に用いる一対の接続板70を示し、(a)は斜視図、(b)は平面図、(c)は接続板70を用いて構成した電池間接続構造を示す平面図である。この一対の接続板70は、隣接する2個の単電池13間に架け渡す長さを有する平板状であって、単電池13のリング状の接続電極部28のほぼ半部に対応する形状を有して長手方向の両側部分に設けられた一対の接続部71と、この両接続部71を相互に連結する直線状の連結部72とを一体に有している。各接続部71には、2個ずつのプロジェクション溶接用突起73が形成されている。さらに、接続板70の外側辺には、連結部72から両側の接続部71の各半部に延びる補助片25が屈曲形成されている。なお、この接続板70は、一実施の形態と同様に、Ni−Cu−Niの三層のクラッド材によって形成されている。
【0101】
上記一対の接続板70は、(c)に示すように、所定の間隙aを存して互いに近接対向させた配置で隣接する2個の単電池13間に架け渡されて、各突起73を介してプロジェクション溶接されることにより、突起73が溶融したナゲット部分で一方の単電池13の接続電極部28と他方の単電池13の底面部とに溶着される。一対の接続板70の間隙aは、一実施の形態の接続板38のスリット40の幅とほぼ同じに設定される。
【0102】
したがって、この電池間接続構造は、2個の単電池13を接続するのに接続板70を一対必要とするが、その接続板70は、一実施の形態の接続板38のような透孔39やスリット40を設けることなく、打ち抜き加工ののちに曲げ加工を行うだけで得られる単純な形状であるから、安価に大量生産することができ、一実施の形態の電池間接続構造に比較して殆どコスト高にならない。しかも、この電池間接続構造は、一実施の形態の電池間接続構造と同様の効果を得られるのに加えて、別部材の一対の接続板70を離間して組み合わせるので、プロジェクション溶接時の無効分流を完全に無くすことができる大きな利点がある。
【0103】
図10は、本発明のさらに他の実施の形態に係る電池間接続構造を示し、(a)は分解斜視図、(b)は斜視図である。この電池間接続構造に用いる接続板74は、Ni−Cu−Niの三層のクラッド材からなる平板状であって、一実施の形態に用いた接続板38と同様の透孔39、一対のスリット40および4個のプロジェクション溶接用突起42を有する一対の接続部35と、この両接続部35を相互に連結する連結部41とを一体に有しており、上記接続板38と相違する点は、一方(図の左方)の接続部35における連結部41の半部両側に、電池ケース14の外径とほぼ同じ径の大径部75が側方に延設されているとともに、両側辺が直交方向に延びる一対の補助片76が、突起42と同一方向に向けた配置に形成されていることだけである。
【0104】
この電池間接続構造では、一実施の形態と同様の効果を得られるのに加えて、(b)に明示するように、接続板74が、一対の補助片76の一方側(図の左方側)が電池ケース14の外面に沿って接触し、且つ補助片76の他方側(図の右方側)が接続電極部28の外面に沿って接触する配置で隣接する2個の単電池13間に架け渡されて、両単電池13に対し仮止め状態に固定されるから、次工程のプロジェクション溶接を容易、且つ正確に行うことができるとともに、接続板74による2個の単電池13の連結構造の機械的強度が一層向上する利点がある。
【0105】
図11(a)は本発明のさらに他の実施の形態に係る電池間接続構造を示す平面図、(b)は(a)のE−E線断面図である。この実施の形態では、上記各実施の形態でのプロジェクション溶接に代えて、隣接する各2個の単電池13に接続板77をレーザー溶接またはビーム溶接を行って接続するものである。この接続板77は、Ni−Cu−Niの三層のクラッド材からなる平板状であって、一実施の形態に用いた接続板38と同様の透孔39を有する一対の接続部35と、この両接続部35を相互に連結する連結部41とを一体に有しているとともに、上記接続板38と同一形状の補助辺25が両側辺にそれぞれ屈曲形成されており、上記接続板38と相違する点は、一対の接続部35に、透孔39と同心円の円弧状となった二つの絞り薄肉部78が、各々の中央部が両透孔39の中心を結ぶ線上に位置する配置で形成されているのみである。
【0106】
この電池間接続構造では、上記接続板77を一方の単電池13の接続電極部28と他方の単電池13の底面部とに架け渡して載置した状態において、(b)に示すように、各絞り薄肉部78にレーザー光線またはビーム光線などの光線79を照射して、絞り薄肉部78を接続電極部28および底面部にそれぞれ溶着することにより、接続板77を介して2個の単電池13を相互に接続した構成になっている。
【0107】
この電池間接続構造は、上述した各実施の形態の電池間接続構造と同様に、隣接する2個の単電池13間の電流経路の距離Lを最短として電気抵抗を大幅に低減できる他に、各実施の形態の電池間接続構造とほぼ同様の効果を得ることができる。また、レーザー溶接またはビーム溶接は、絞り薄肉部78に光線79を照射して行うので、絞り薄肉部78が接続電極部28および電池ケース14よりも先に溶融することによって円弧状の溶接箇所に十分な熱が効果的に与えられるから、所要の溶接強度を確保することができ、溶接の信頼性が向上する。なお、この電池間接続構造では、絞り薄肉部78に代えて、同様の円弧状のスリットを設けて、このスリットに光線79を照射してレーザー溶接またはビーム溶接してもよく、さらには、抵抗溶接で接続板77を両単電池13に接続してもよい。
【0108】
図12および図13は本発明のさらに他の実施の形態に係る電池モジュール80を示し、図12は電池モジュール80の各構成要素の相対配置を示した分解斜視図、図13(a)は電池モジュール80の製作過程を示す斜視図、同図(b)は組立完了状態の電池モジュール80を示す斜視図である。図1の一実施の形態の電池モジュール12では、10個の単電池13を一列配置した電池列を2列に並置して計20個の単電池13を収納する場合を例示したのに対し、この実施の形態での電池モジュール80では、10個の単電池13を一列に配列して収納する構成になっている。
【0109】
この電池モジュール80は、一実施の形態の電池モジュール12を単電池13の配列方向に沿って2分割した構成とほぼ同等の構成を有しているので、上記電池モジュール12に相当するものには同一の符号を付して、重複する説明を省略し、以下に、上記電池モジュール12と相違する点についてのみ説明する。
【0110】
単電池13は上述の各実施の形態で説明したものと同様である。ホルダーケース81は、上部ケース半体81Aと下部ケース半体81Bとを合体して構成され、両ケース半体81A,81Bは10個の電池収納部31が一列に配設されており、それに伴って上部ケース半体81Aには、外部接続用正極端子32および外部接続負極端子33が両端部に形成されている。接続板38は一実施の形態と同一のものである。弾性体シート82は、一実施の形態で用いた弾性体シート36を長手方向に沿って2分割したと同等の平面視長方形の形状になっている。上蓋83および下蓋84は、一実施の形態の上蓋53および下蓋54を長手方向に沿って2分割したと同等の平面視長方形の形状になっており、ホルダーケース81の各電池収納部31の隔壁と単電池13との空隙に対応する形状の放熱用孔57が上記空隙に対応する箇所に形成されている。
【0111】
上記電池モジュール80は、一実施の形態の電池モジュール12で説明したと同様の組立手順で図13(b)に示すような形状に組み立てられる。この電池モジュール80は、一実施の形態の電池モジュール12に比較して、出力電圧が半分になるだけで、ほぼ同様の構成を有していることから、同様の効果を得ることができる。用途としては、連結部材34を介して2本の電池モジュール80を相互に連結して電池モジュールユニットを構成したのち、この電池モジュールユニットを所要個数連結することにより、例えば、電気自動車よりも低い駆動電力の電動自転車や電動工具などの駆動電源として用いれば、振動や衝撃に対し強いことから、好適なものとなる。
【0112】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電池間接続構造によれば、単なる平板状である接続板の両側部を、各々の電池軸が平行となる配置で並置された2個の単電池のうちの一方の単電池のリング状の接続電極部と他方の単電池の電池ケースの底面とに架け渡して支持された安定姿勢で溶接を行えるので、接合不良といった不具合が生じるおそれがなく、歩留りが大幅に向上する。また、接続部と接続電極部の間および接続部と電池ケースの底面の間とをそれぞれ接合するための溶接を合計2回行えばよく、溶接回数が大幅に削減されて生産性が格段に向上する。さらに、単電池をこれらの電池軸に平行とした配置で並置したことにより、2個の単電池間における電流経路は、一方の単電池のリング状の接続電極部と他方の単電池の底面の外周部分との互いに近接した箇所とを結ぶ最短距離となり、電気抵抗を大幅に低減できる。また、隣接する各2個の単電池間に架け渡す接続板は、隣接する2個の単電池全体の外形に対応するほぼ瓢箪形状であって、2個の単電池間の隙間を塞がないので、この電極間接続構造を電池モジュールの構成した場合には、各単電池の周囲に均等な断面積を有して電池軸方向に沿った放熱用通路を効果的に構成できる。また、接続板の連結部は、小さな幅に形成されているが、両側辺に設けた補助片によって電気抵抗が高くなるのを抑制される。しかも、接続板は、補助片によって機械的強度が向上する利点がある。
【0113】
また、本発明の電池モジュールによれば、ホルダーケースが所要個数の単電池を収納したブロック形態となるから、次工程での各2個の単電池間への接続板の溶接作業が極めて容易となり、生産性が格段に向上する。また、合成樹脂製のホルダケースの成形精度によって外形寸法が一義的に決定されるから、寸法ばらつきが生じることがなく、形状的に高精度なものとなる。さらに、絶縁リングや樹脂製外装チューブが不要となり、材料コストの低減と生産性の向上とを図ることができる。また、接続板を2個の単電池全体の外形に対応する形状としたので、単電池の周囲に均等な断面積の空隙を形成でき、多数個の単電池であっても、これらを均等、且つ効果的に冷却することができる。
【0114】
また、本発明の電池パックによれば、電池モジュール同士を固定部材による簡単な固定手段で容易に連結して電池モジュールユニットを構成することができ、この電池モジュールユニットを2枚の外装プレートに固定部材で固定するだけで、非常に堅牢な構造に容易に組み立てでき、極めて高い生産性で製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る電池モジュールの各構成要素の相対配置を示した分解斜視図。
【図2】(a)は同上の電池モジュールの構成要素である単電池を示す斜視図、(b)は(a)のA−A線断面図。
【図3】同上の電池モジュールにおける単電池の接続に適用した本発明の一実施の形態に係る電池間接続構造を示し、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は(a)のB−B線で切断した拡大断面図。
【図4】(a)は同上の電池モジュールの製作過程におけるホルダーケースの電池収納部内に挿入した単電池を接続板で接続した状態の一部の平面図、(b)は(a)のC−C線断面図、(c)は(a)のD−D線断面図。
【図5】(a)は同上の電池モジュールの製作過程におけるホルダーケース組立工程の概略斜視図、(b)は製作完了状態の電池モジュールの斜視図。
【図6】同上の電池モジュールを6本用いて3組の電池モジュールユニットを構成する製作過程の相対配置を示す斜視図。
【図7】同上の3組の電池モジュールユニットを用いて電池パックを構成する製作過程を示す斜視図。
【図8】同上の3組の電池モジュールユニットを用いて構成した本発明の一実施の形態に係る電池パックにおける図7のP方向から見た矢視図。
【図9】本発明の他の実施の形態に係る電池間接続構造に用いる一対の接続板を示し、(a)は斜視図、(b)は平面図、(c)は接続板を用いて構成した電池間接続構造を示す平面図。
【図10】本発明のさらに他の実施の形態に係る電池間接続構造を示し、(a)は分解斜視図、(b)は斜視図
【図11】(a)は本発明のさらに他の実施の形態に係る電池間接続構造を示す平面図、(b)は(a)のE−E線断面図。
【図12】本発明の他の実施の形態に係る電池モジュールの各構成要素の相対配置を示した分解斜視図。
【図13】(a)は同上の電池モジュールの製作過程を示した概略斜視図、(b)は製作完了状態の電池モジュールの斜視図。
【図14】従来の電池間接続構造を示す縦断面図。
【図15】同上の電池間接続構造を用いて構成した電池モジュールを示す斜視図。
【符号の説明】
12 電池モジュール
13 単電池
14 電池ケース
16,64 固定ねじ(固定部材)
18 封口体
25,76 補助片
28 接続電極部
29 凹部
30,81 ホルダーケース
30A,30B,81A,81B ケース半体
31 電池収納部
32 外部接続用正極端子
33 外部接続用負極端子
34 連結部材
35,71 接続部
36 弾性体シート
38,70,74,77 接続板
41,72 連結部
44 空隙
45 取付部材
48 電池モジュールユニット
49 電池パック
50 外装プレート
51 バスパー
52 凹所
53,83, 上蓋(蓋部材)
54,84 下蓋(蓋部材)
55 支持リブ
56 保持突部
57 放熱用孔
58,59 取付面
78 絞り薄肉部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inter-battery connection structure for configuring a battery module capable of obtaining a required output voltage by connecting a plurality of single cells, a battery module configured using the inter-battery connection structure, and a plurality of the battery modules. The present invention relates to a battery pack configured by being individually connected, electrically connected, and mechanically coupled.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, first to third conventional techniques described below have been known as an inter-battery connection structure for configuring a battery module that obtains a required output voltage by connecting a plurality of single cells in series. As shown in FIG. 14, the first prior art is provided with a
[0003]
The
[0004]
FIG. 15 shows a
[0005]
The second prior art has substantially the same configuration as the first prior art. The difference from the first prior art is that the second prior art has a dish shape substantially the same as the
[0006]
Furthermore, the third conventional technique directly connects a plurality of batteries without using a connection body as in the first and second conventional techniques (see, for example, Patent Document 3). That is, a connection electrode portion protruding outward from the battery shaft is formed in a sealing body that closes the opening of the battery case, and a plurality of the connection electrode portions of one of the two adjacent cells are provided on the connection electrode portion. A plurality of single cells are arranged in a row in the direction of the battery axis by directly connecting to the bottom surface of the other unit cell opposite to the opening of the battery case via a projection welding projection. Are connected in series.
[0007]
A battery module configured by using any one of the first to third prior art inter-battery connection structures is configured as a battery pack in which a large number of modules are electrically connected in series to extract high-voltage power. A battery pack capable of obtaining such high voltage power is used, for example, as a drive power source for the motor of a hybrid type electric vehicle using a combination of an internal combustion engine and a battery drive motor as a travel source. As this type of conventional battery pack, those disclosed in the fourth and fifth prior arts described below are known.
[0008]
The battery pack according to the fourth prior art has a configuration in which
[0009]
The battery pack according to the fifth prior art includes a holder case for holding a plurality of battery modules inside in a parallel arrangement, and the holder case includes a lid case disposed on both sides, and the both lid cases (See, for example, Patent Document 5). The holder case is provided with holder ribs on both sides of the intermediate case and the inner surface of the lid case to hold the battery modules in multiple rows and stages, and connects the lid case and the intermediate case on both sides. Then, the battery modules in a plurality of rows and a plurality of stages are sandwiched from both sides by the holder rib and held in place.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-10-106533
[0011]
[Patent Document 2]
JP 2000-126703 A
[0012]
[Patent Document 3]
JP 2000-149907 A
[0013]
[Patent Document 4]
JP-A-10-270006
[0014]
[Patent Document 5]
JP 2000-223096 A
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the
[0016]
Furthermore, since the connecting
[0017]
In addition, since the battery module configured using the inter-battery connection structure according to the second prior art has substantially the same configuration as that of the first prior art, the outer shape, the length, and the parallel as the battery module. It is difficult to manufacture with a very high degree of accuracy, and laser welding is performed in an unstable state, so the yield is low, the productivity is low as the number of welds increases, and connection bodies and insulating rings are required. As a result, the cost of parts increases and the productivity further decreases as the number of man-hours increases, and the connection body easily breaks when subjected to severe vibration and impact. Have the same disadvantages as the prior art. In addition, in this battery module, when a connection member having a large thickness is used so as not to be broken even when subjected to vibration, stress may be applied to the sealing member, which may impair the hermeticity of the sealing member. .
[0018]
Furthermore, the battery module configured using the inter-battery connection structure according to the third prior art does not require a connection body or an insulating ring, and the number of times of welding, compared to the battery modules of the first and second prior arts. However, this battery module has the advantage of reducing costs, but this battery module is inevitably mechanically strong when subjected to vibrations or side impacts because the cells are directly welded together. Since the bending strength is even lower than those of the first and second prior arts, when used in an environment subject to severe vibration such as an electric vehicle or an electric bicycle, It is necessary to accommodate in a robust holding form, and such a configuration results in an increase in cost.
[0019]
On the other hand, the conventional battery pack is configured by arranging and connecting any one of the battery modules according to the first to third prior arts as required, but in the battery pack according to the fourth prior art, The mold for the holder case that has through holes in both the end walls and the intermediate wall cannot be easily removed from the part that forms the above shape, so it has a complicated structure and takes time and labor to manufacture the holder case. Manufacturing costs are high. In addition, since the battery module has a configuration in which the connecting
[0020]
Further, in the battery pack according to the fifth prior art, when any deformation such as warpage occurs in any of the lid case and the intermediate case constituting the holder case, all the battery modules are equally held. It becomes difficult. Therefore, the lid case and the intermediate case are required to be produced with high accuracy in the shape of the holder ribs and the dimensions between the holder ribs without causing deformation such as warping. I will.
[0021]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and has a battery-to-battery connection structure that can reduce electric resistance while being configured inexpensively with an easy process, and is robust against vibration and impact. It is an object of the present invention to provide a battery module having such a configuration and a battery pack in which a large number of battery modules can be easily and surely connected to form a required configuration.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the inter-battery connection structure according to the present invention includes a bottomed cylindrical battery case that also serves as one electrode, and the other electrode that is closed in an electrically insulated state with respect to the opening of the battery case. A plurality of unit cells each having a ring-shaped connection electrode portion projecting outward in the battery axial direction at a location in the vicinity of the outer periphery of the sealing unit. Juxtaposed with parallel axes In addition, adjacent cells to be conductively connected are arranged so that their orientations are opposite. The flat connecting plate is placed in a state of being bridged between the connection electrode portion of one of the two adjacent unit cells and the bottom surface of the battery case of the other unit cell, The connection electrode portion and the bottom surface portion of the battery case are connected to each other by welding, and the connection plate has an arc shape that can include at least the connection electrode portion, and is welded to the unit cell. A pair of connecting portions and a connecting portion that has a substantially rectangular shape having a width smaller than the diameter of the arc shape and connects the pair of connecting portions to each other, and has a substantially bowl shape in plan view. And it is characterized by providing a pair of auxiliary piece which extends in the orthogonal direction from the both sides of the said connection part at least, respectively.
[0023]
In this inter-battery connection structure, the ring-shaped connection electrode of one unit cell of two unit cells juxtaposed on both sides of a connection plate that is a simple flat plate in such a manner that the cell axes are parallel to each other. Since welding can be performed in a stable posture supported across the bottom of the battery case and the battery case of the other unit cell, there is no risk of problems such as poor bonding, and the yield is greatly improved. Moreover, it is only necessary to perform a total of two weldings for joining the connection part and the connection electrode part and between the connection part and the bottom surface of the battery case, and the number of weldings is greatly reduced, and the productivity is remarkably improved. To do. Furthermore, by arranging the single cells in parallel with each other so as to be parallel to the battery axis, the current path between the two single cells is changed between the ring-shaped connection electrode portion of one single cell and the bottom surface of the other single cell. The shortest distance between the outer peripheral portion and a portion close to each other is obtained, and the electrical resistance can be greatly reduced.
[0024]
Further, the connecting plate that spans between each two adjacent unit cells has a substantially bowl shape corresponding to the entire outer shape of the two adjacent unit cells, and does not block the gap between the two unit cells. Therefore, when this inter-electrode connection structure is configured as a battery module, it is possible to effectively configure a heat dissipation passage along the battery axial direction having an equal cross-sectional area around each unit cell. Moreover, although the connection part of a connection board is formed in the small width | variety, it is suppressed that an electrical resistance becomes high with the auxiliary piece provided in the both sides. Moreover, the connection plate has an advantage that the mechanical strength is improved by the auxiliary piece.
[0025]
In the inter-battery connection structure according to the above invention, a concave portion recessed inward is formed at the center of the bottom surface portion of the battery case, and one connection portion of the connection plate is outside the concave portion in the bottom surface portion of the battery case. In addition, it is preferable to have a configuration in which the adjacent unit cells are welded to each other.
[0026]
According to this configuration, since the concave portion is formed, a slight gap can be provided between the bottom surface portion of the battery case and the negative electrode current collector, and thus the bottom surface portion of the battery case and the connection plate are, for example, projection welded. Even when the bottom surface portion is deformed to bulge inward due to thermal effects, the deformed bottom surface portion does not adversely affect the negative electrode current collector or the electrode plate group due to the presence of the gap, The required battery capacity and stable battery performance can be ensured.
[0027]
In the inter-battery connection structure of the present invention, it is preferable that the connection plate is an integrally formed product of flat plates made of a three-layer clad material of Ni—Cu—Ni. As a result, the connection plate can be suitably welded to the nickel-plated steel sheet, which is a general material of the battery case, while ensuring good conductivity by the central Cu layer, so that the electrical resistance is reduced. This can be further reduced, and power loss in the connection body can be minimized.
[0028]
Further, in the inter-battery connection structure of the above invention, the connection plate is composed of a pair of the same shape obtained by dividing the substantially bowl shape into two along the longitudinal direction in plan view, and each of the two adjacent single cells has a low permission. It is also possible to adopt a configuration in which both side portions of each of the pair of connection plates that are bridged in the proximity of each other with a gap between them are welded and electrically connected via both connection plates.
[0029]
According to this configuration, even if the pair of connection plates is formed in a simple shape, by arranging the pair of connection plates in close proximity to each other, the same shape as the through holes and slits necessary for welding is formed between the two connection plates. Therefore, it is possible to mass-produce simple shape connection plates at low cost. In addition, when the connection plate is welded to two batteries by, for example, projection welding, there is a great advantage that the invalid diversion during welding can be completely eliminated.
[0030]
Further, in the inter-battery connection structure of the above invention, the connection plate is formed with a narrowed thin portion at least at a location close to each other at each contact location with two adjacent single cells, and the narrowed thickness portion is interposed therebetween. It is also possible to adopt a configuration in which laser welding or beam welding is used to weld the unit cell.
[0031]
According to this configuration, in addition to being able to greatly reduce the electric resistance by making the distance of the current path between two adjacent single cells the shortest, laser irradiation or beam welding is performed by irradiating the thin aperture portion with light. As a result, the drawn thin wall portion can be melted first and sufficient heat can be applied to the welded portion, so that sufficient welding strength can be ensured, and the reliability of welding is improved.
[0032]
Furthermore, in the inter-battery connection structure of the above invention, the pair of auxiliary pieces extending in the orthogonal direction from both sides along the longitudinal direction of the connection plate has a length extending from the coupling portion to at least half of the connection portions on both sides. It is preferable that the connecting plate has a configuration in which the auxiliary piece is bridged between two adjacent single cells in an arrangement facing the opposite direction of the single cells and is welded to both the single cells.
[0033]
According to this configuration, since the auxiliary plate is welded across the two unit cells in an arrangement in which the auxiliary piece does not interfere with the unit cell, the connection plate is line-symmetric with respect to the center line along the longitudinal direction. Since it can be made into a shape, there is no directionality when attaching to two unit cells, and attachment work becomes easy. Moreover, since the auxiliary | assistant piece is formed as long as possible, the mechanical strength as a connection board improves further.
[0034]
Furthermore, in the inter-battery connection structure of the above invention, the pair of auxiliary pieces extending in the orthogonal direction from both sides of the connection plate has a length extending from the coupling portion to at least half of the connection portions on both sides, and one end of each of the auxiliary pieces. It is preferable that the side is formed in a curved shape in contact with the outer surface of the battery case, and the other end side is formed in a curved shape in contact with the outer surface of the connection electrode portion.
[0035]
According to this configuration, when the connecting plate is bridged between the two unit cells, the outer surface of the battery case and the connection electrode portion are fixed to the unit cells in a temporarily fixed state. Can be easily and accurately welded, and there is an advantage that the mechanical strength of the connecting structure of two unit cells by the connecting plate is further improved.
[0036]
The battery module according to the present invention has a substantially rectangular parallelepiped outer shape having a thickness that is substantially half the length of the battery cell in the axial direction of the battery, and has a square cross-sectional shape that can accommodate the cylindrical battery. The battery case includes a holder case having a pair of case halves made of synthetic resin in which a plurality of battery storage portions penetrating in the thickness direction are arranged in a single row or a plurality of rows. The corresponding battery storage portions communicate with each other and are fixed to each other at a relative position where a plurality of battery storage portions capable of storing the entire unit cell are formed, and are individually inserted into the respective storage portions. In addition, each of the unit cells is pulled out from the outer side edge of each of the battery housing portions of the case halves with the holding projections projecting into the battery housing portion coming into contact with both end surfaces in the battery axial direction. The battery in a stopped state Each of the two adjacent cells stored in the storage unit are electrically connected to each other and mechanically connected by the inter-battery connection structure according to any one of
[0037]
In this battery module, when a pair of case halves are connected to each other in a state in which a single battery is inserted into each of the battery storage portions to form a holder case, each battery of both case halves The unit cells stored in the storage unit are held in a non-removable manner by the holding projections, and the holder case is in a block form storing the required number of unit cells. Therefore, in the next process, between each two adjacent unit cells It is extremely easy to carry out the welding work by laying the connecting plate on the plate, and the productivity is greatly improved.
[0038]
In this battery module, the outer dimensions are uniquely determined by the molding accuracy of the holder case made of synthetic resin, and there is no dimensional variation after the assembly process, and the shape is highly accurate. Become. In addition, since each unit cell is stored in an individual battery storage part, it is kept in a completely electrically insulated state, so that an insulating ring, a resin outer tube, etc. in a conventional battery module become unnecessary, and the material cost is reduced. Can be reduced and productivity can be improved. In addition, since the connection plate has a bowl shape corresponding to the entire outer shape of the two unit cells and does not block the gap between the cells, between each unit cell and the four partition walls of the battery storage unit, Since gaps with an equal cross-sectional area are formed and these gaps are communicated to the outside of the holder case through the heat dissipation holes of the lid members on both sides, each cell is surrounded from one side of the holder case. An effective heat dissipation passage that passes through to the other side is formed, and each unit cell is extremely effectively cooled by the wind flowing through the heat dissipation passage, and all of the relatively large number of unit cells are Can be cooled evenly.
[0039]
In the battery module of the above invention, the holder case is preferably configured such that both case halves are coupled to each other with a rectangular elastic sheet interposed between the opening end faces. As a result, during manufacturing, when the cells are inserted into these battery housings and the cells are combined with each other, the height variation in the cell axial direction of the cells is absorbed by the elastic deformation of the elastic sheet. And a holder case in the form of a block can be easily assembled. In addition, when functioning as a battery module, shocks and vibrations applied from the outside of the holder case are absorbed by the elastic sheet and do not act directly on each single cell. Even when mounted and used in an environment subject to frequent vibrations and shocks, each unit cell can be securely held in a protected state.
[0040]
In the battery module of the above invention, the battery housing part of the holder case has a width of three first partition walls out of four forming a quadrangular cross section larger than the outer diameter of the unit cell, and the other one first The width of the two partition walls is formed in a rectangular shape in plan view equal to the outer diameter of the unit cell, and the distance between the tips and the distance to the second partition walls on the inner surface of each of the first partition walls. It is preferable that three support ribs each having a protruding length equal to the outer diameter of the unit cell are protruded.
[0041]
According to this configuration, the volume of the gap between the unit cell and the partition wall of the battery storage unit is increased by the protruding length of the support rib, the amount of air flowing through the gap is increased, and the battery storage unit having a rectangular shape in plan view In these four corners, voids having substantially the same volume are formed between the unit cell and the four partition walls of the battery storage unit. As a result, a uniform heat dissipation passage that passes through the periphery of each unit cell from the one side of the holder case to the other side is formed around each unit cell, so that a relatively large number of unit cells are formed. Are all evenly and efficiently cooled. Therefore, in a battery pack configured by using a large number of battery modules, a cooling mechanism such as a cooling fin blade provided in a conventional battery pack is not necessary.
[0042]
Furthermore, in the battery module of the above invention, holding protrusions that protrude from the outer ends of the three support ribs to the inside of the battery housing portion and contact the end surfaces of the battery case in the battery axial direction are integrally provided on the three support ribs. The two holding projections located opposite to each other at the opening on both sides of each battery storage portion are set to a separation distance equal to the length between both end surfaces of the unit cell in the battery axial direction. It is preferable that the arrangement is provided.
[0043]
According to this configuration, it is possible to set the projection length of the holding protrusion into the battery storage portion to be short while forming a relatively large volume gap between the unit cell and the partition wall of the battery storage portion by the support rib. In addition, each cell can be folded in a direction perpendicular to the battery axial direction with the outer surface of the battery case coming into contact with four locations of a pair of opposing support ribs, another support rib, and an opposing partition wall of the battery storage portion. Since the holding protrusions are in direct contact with both end surfaces in the battery axial direction and are held in the battery axial direction without being rattled, each unit can be stored while storing a relatively large number of single cells. The battery is securely held in a protected state even when it is installed in an environment subject to severe vibration or impact such as an electric vehicle, electric bicycle or electric tool, and there is no risk of destruction. Absent.
[0044]
Furthermore, in the battery module of the above invention, a positive electrode terminal and a negative electrode terminal for external connection are respectively provided by insert molding at one end or both ends of the battery housing portion in at least one of the pair of holder cases. The positive electrode terminal, the negative electrode terminal, and the cells adjacent to each of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are connected to each other by a connection plate, and are connected to each other by fixing members on both sides in the direction orthogonal to the arrangement direction in the two cases. It is preferable that the connecting member is provided by insert molding.
[0045]
According to this configuration, since the positive electrode, the negative electrode terminal, and the connecting material are integrally provided in the holder case by insert molding, the number of assembly steps is reduced as the number of parts is reduced. In addition, since the connecting member formed by insert molding is integrally provided outside the holder case having a substantially rectangular parallelepiped outer shape, unlike a conventional battery module in which a required number of cells are simply connected in series in the battery axial direction. By connecting the positive electrode terminal and the negative electrode terminal to predetermined electrode terminals and fixing them to a mounting part such as a device via a connecting member, it can be used as it is as a drive power source for various devices.
[0046]
In the battery pack according to the present invention, a plurality of attachment members are provided on each side of the battery module holder case according to any of the present invention along the arrangement direction of the unit cells by insert molding. A plurality of battery module units configured to overlap each other at a relative position where the direction of the thickness direction is reversed with respect to one of the battery modules are arranged side by side and cover at least the plurality of battery module units. Two exterior plates are connected to each other by fixing members inserted through the two mounting members facing each other and fixed to the battery module, and each of the battery module units has 2 The battery modules are integrated with the fixing member, and a positive electrode terminal and a negative electrode for external connection of each of the battery modules Children are electrically connected by the bus bar, the unit cells of internal to each battery module is characterized in that connected in series or parallel connection.
[0047]
In this battery pack, the battery module has an extremely high precision outer shape that is uniquely determined by the molding accuracy of the holder case, and a relatively large number of single cells are stably stored and held in the holder case. Thus, the battery modules can be easily connected by a simple fixing means such as a fixing screw to form a battery module unit, and at least two battery module units are arranged around the battery module unit. It can be easily assembled into a very robust structure while being easily integrated with a single exterior plate by simple fixing means such as fixing screws. Therefore, this battery pack can be manufactured with extremely high productivity. Further, in this battery pack, since the fixing member that connects the two exterior plates to each other is also used for fixing the pair of battery modules, there is an advantage that both the number of the fixing members and the number of connecting steps can be reduced. is there.
[0048]
In addition, since the battery module has a block configuration that stably holds a large number of single cells, when changing the number of battery modules, only the shape of the exterior plate that can be formed by bending the plate material is changed. As compared with the case where the holder case is formed with a new mold as in the conventional battery pack, it can be handled at an extremely low cost. In addition, since the heat dissipation passages of the battery modules communicate with each other between the two stacked battery modules in the battery module unit, even when a large number of battery modules are integrated, Since the cooling function is reliably ensured, a cooling mechanism such as a conventional cooling fin blade becomes unnecessary.
[0049]
In the battery pack of the above invention, a plurality of installation surfaces in which the attachment member of the battery module is brought into contact with the at least two exterior plates and connected by a fixing member, and each of the installation surfaces bulge outward. There is a recess formed inside, and a heat dissipation passage communicating between the recess and the battery module to the battery housing space of the battery module via the heat dissipation hole of the lid member. It is preferable to have a formed configuration.
[0050]
According to this configuration, since the heat dissipation passage formed between the recess of the exterior plate and the battery module is communicated with the battery storage space of the battery module, the battery module and the exterior plate Since an effective heat dissipation passage can be formed between them, a large number of single cells can be cooled extremely efficiently and evenly, eliminating the need for temperature sensors, blowers, etc. provided in conventional battery packs Thus, the cost can be considerably reduced, and the overall shape can be reduced while obtaining the required cooling effect.
[0051]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing a relative arrangement of each component of a
[0052]
First, the configuration of the
[0053]
That is, the peripheral edge of the sealing
[0054]
The
[0055]
Returning to FIG. 1, each
[0056]
The external connection
[0057]
Each
[0058]
FIG. 3 shows an inter-battery connection structure according to an embodiment of the present invention applied to the connection of
[0059]
The pair of
[0060]
In the inter-battery connection structure, when the
[0061]
In projection welding, in the
[0062]
Further, also in the
[0063]
Therefore, since each two adjacent
[0064]
Further, in the inter-battery connection structure, the connection on both sides of the
[0065]
In addition, in the inter-battery connection structure, since the
[0066]
Further, in the inter-battery connection structure, the outer surface of the ring-shaped
[0067]
Further, in the above-described inter-battery connection structure, the
[0068]
The
[0069]
In the process of manufacturing the
[0070]
In FIG. 4, the
[0071]
Further, the
[0072]
Therefore, the
[0073]
Each
[0074]
Further, in the state where the
[0075]
That is, the four
[0076]
Next, returning to FIG. 1, the description of the
[0077]
Next, an assembly procedure of the
[0078]
Subsequently, the
[0079]
Each
[0080]
Next, the
[0081]
Note that the means for fixing the
[0082]
The
[0083]
That is, in the
[0084]
In addition, at the four corners of the
[0085]
Further, in the
[0086]
Moreover, in the conventional battery module, since the connecting
[0087]
Further, when the
[0088]
Further, as described above, the
[0089]
FIG. 6 is a perspective view showing a relative arrangement in the process of manufacturing a battery pack in which a total of 120
[0090]
Between the two upper and
[0091]
FIG. 7 is a perspective view showing a manufacturing process in which a battery pack is configured using three
[0092]
The pair of
[0093]
Next, an assembly procedure of the
[0094]
Next, the fixing
[0095]
The
[0096]
On the other hand, in the battery pack of the above-described fourth prior art, the battery module is an unstable configuration in which a plurality of single cells are arranged in a line in the battery axial direction and connected to each other via a connection body or an insulating ring. For this reason, it takes time and effort to store the battery modules in a multi-row arrangement by inserting them into the through holes in the both end walls and the intermediate wall of the complex-shaped holder case. A battery module with a connector or insulation ring protruding from the outer peripheral surface side of the battery is inserted and held in the through-hole, so it is difficult to hold the battery module without any gaps. The cell may rattle in the holder case and be damaged.
[0097]
Also in the above-described fifth prior art battery pack, a large number of battery modules having the same configuration as described above are held by holder ribs protruding from the inner surfaces of the lid case and the intermediate case in the holder case. Therefore, there are the same disadvantages as described above. The
[0098]
Further, in the
[0099]
Further, the
[0100]
FIG. 9 shows a pair of
[0101]
As shown in (c), the pair of
[0102]
Therefore, this inter-battery connection structure requires a pair of
[0103]
FIG. 10 shows an inter-battery connection structure according to still another embodiment of the present invention, where (a) is an exploded perspective view and (b) is a perspective view. The
[0104]
In this inter-battery connection structure, in addition to obtaining the same effect as that of the embodiment, as clearly shown in (b), the
[0105]
FIG. 11A is a plan view showing an inter-battery connection structure according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line EE of FIG. In this embodiment, instead of the projection welding in each of the above embodiments, the
[0106]
In this inter-battery connection structure, in the state where the
[0107]
This inter-battery connection structure, like the inter-battery connection structure of each of the embodiments described above, can greatly reduce the electrical resistance by making the distance L of the current path between two
[0108]
12 and 13 show a
[0109]
Since this
[0110]
The
[0111]
The
[0112]
【The invention's effect】
As described above, according to the inter-battery connection structure of the present invention, either one of the two unit cells juxtaposed in a layout in which the battery axes are parallel to each other on both sides of the connection plate that is a simple flat plate shape. Because it can be welded in a stable posture supported across the ring-shaped connecting electrode part of the single cell and the bottom of the battery case of the other single cell, there is no risk of problems such as poor bonding, and the yield is greatly increased improves. Moreover, it is only necessary to perform a total of two weldings for joining the connection part and the connection electrode part and between the connection part and the bottom surface of the battery case, and the number of weldings is greatly reduced, and the productivity is remarkably improved. To do. Furthermore, by arranging the single cells in parallel with each other so as to be parallel to the battery axis, the current path between the two single cells is changed between the ring-shaped connection electrode portion of one single cell and the bottom surface of the other single cell. The shortest distance between the outer peripheral portion and a portion close to each other is obtained, and the electrical resistance can be greatly reduced. Further, the connecting plate that spans between each two adjacent unit cells has a substantially bowl shape corresponding to the entire outer shape of the two adjacent unit cells, and does not block the gap between the two unit cells. Therefore, when this inter-electrode connection structure is configured as a battery module, it is possible to effectively configure a heat dissipation passage along the battery axial direction having an equal cross-sectional area around each unit cell. Moreover, although the connection part of a connection board is formed in the small width | variety, it is suppressed that an electrical resistance becomes high with the auxiliary piece provided in the both sides. Moreover, the connection plate has an advantage that the mechanical strength is improved by the auxiliary piece.
[0113]
In addition, according to the battery module of the present invention, since the holder case has a block shape in which the required number of single cells are accommodated, the welding operation of the connecting plate between each two single cells in the next process becomes extremely easy. , Productivity is greatly improved. Further, since the outer dimensions are uniquely determined by the molding accuracy of the holder case made of synthetic resin, there is no dimensional variation and the shape is highly accurate. Furthermore, an insulating ring and a resin outer tube are not required, and material costs can be reduced and productivity can be improved. In addition, since the connection plate has a shape corresponding to the outer shape of the two unit cells, a gap with a uniform cross-sectional area can be formed around the unit cell. And it can cool effectively.
[0114]
In addition, according to the battery pack of the present invention, the battery modules can be configured by easily connecting the battery modules with a simple fixing means using a fixing member, and the battery module unit is fixed to the two exterior plates. By simply fixing with members, it can be easily assembled into a very robust structure and can be manufactured with extremely high productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a relative arrangement of components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
2A is a perspective view showing a single cell as a component of the battery module of the above, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIGS. 3A and 3B show an inter-battery connection structure according to an embodiment of the present invention applied to connection of single cells in the above battery module, wherein FIG. 3A is a plan view, FIG. 3B is a front view, and FIG. The expanded sectional view cut | disconnected by the BB line of (a).
FIG. 4A is a plan view of a part of a state in which the single cells inserted into the battery housing portion of the holder case in the process of manufacturing the battery module are connected by a connection plate, and FIG. -C line sectional drawing, (c) is the DD line sectional drawing of (a).
5A is a schematic perspective view of a holder case assembling process in the manufacturing process of the battery module of the above, and FIG. 5B is a perspective view of the battery module in a production completed state.
FIG. 6 is a perspective view showing a relative arrangement in a manufacturing process in which three battery module units are configured by using six battery modules as described above.
FIG. 7 is a perspective view showing a manufacturing process for forming a battery pack using the three battery module units of the above.
FIG. 8 is an arrow view seen from the direction P of FIG. 7 in the battery pack according to the embodiment of the present invention configured using the three battery module units same as above.
9A and 9B show a pair of connection plates used in the inter-battery connection structure according to another embodiment of the present invention, where FIG. 9A is a perspective view, FIG. 9B is a plan view, and FIG. 9C is a connection plate. The top view which shows the battery connection structure comprised.
10A and 10B show an inter-battery connection structure according to still another embodiment of the present invention, where FIG. 10A is an exploded perspective view and FIG. 10B is a perspective view.
11A is a plan view showing an inter-battery connection structure according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line EE of FIG.
FIG. 12 is an exploded perspective view showing a relative arrangement of components of a battery module according to another embodiment of the present invention.
FIG. 13A is a schematic perspective view showing a manufacturing process of the battery module of the above, and FIG. 13B is a perspective view of the battery module in a manufacturing completed state.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a conventional inter-battery connection structure.
FIG. 15 is a perspective view showing a battery module configured using the inter-battery connection structure.
[Explanation of symbols]
12 Battery module
13 cells
14 Battery case
16, 64 fixing screw (fixing member)
18 Sealing body
25,76 Auxiliary piece
28 Connection electrode section
29 recess
30, 81 Holder case
30A, 30B, 81A, 81B Case half
31 Battery compartment
32 Positive terminal for external connection
33 Negative terminal for external connection
34 Connecting members
35, 71 connections
36 Elastic sheet
38, 70, 74, 77 Connection plate
41, 72 connecting part
44 Air gap
45 Mounting member
48 Battery module unit
49 Battery pack
50 exterior plate
51 Busper
52 recess
53, 83, upper lid (lid member)
54,84 Lower lid (lid member)
55 Support rib
56 Holding projection
57 Heat dissipation hole
58, 59 Mounting surface
78 Drawing thin wall
Claims (14)
前記各単電池が各々の電池軸が平行となる配置で並置されるとともに、導電接続すべき隣接単電池は、その向きが反対となるように配置され、
平板状の接続板が、隣接する各2個のうちの一方の前記単電池の前記接続電極部と他方の前記単電池の前記電池ケースの底面とに架け渡す状態に載置されて、前記接続電極部と前記電池ケースの底面部との各々の互いに近接する箇所に溶接により接続されており、
前記接続板が、少なくとも前記接続電極部を包含できる円弧形状を有して前記単電池に溶接される一対の接続部と、前記円弧形状の径よりも小さい幅のほぼ矩形状を有して一対の前記接続部を相互に接続する連結部とを一体に備えた平面視でほぼ瓢箪形状であって、少なくとも前記連結部の両側辺からそれぞれ直交方向に延びる一対の補助片を備えていることを特徴とする電池間接続構造。A battery case having a bottomed cylindrical shape that also serves as one electrode and a sealing body that is closed in an electrically insulated state with respect to the opening of the battery case and also serves as the other electrode. Provided with a plurality of unit cells formed with ring-shaped connection electrode portions protruding outward in the axial direction,
Wherein each cell is juxtaposed in an arrangement, each of the battery axis is parallel Rutotomoni, adjacent unit cells to be connected conductive is disposed so that its orientation is opposite,
A flat connecting plate is placed on the connection electrode part of one of the two adjacent unit cells and the bottom of the battery case of the other unit cell, and the connection It is connected by welding to each of the electrode part and the bottom part of the battery case close to each other,
The connection plate has a pair of connection portions welded to the unit cell having an arc shape capable of including at least the connection electrode portion, and a pair of substantially rectangular shapes having a width smaller than the diameter of the arc shape. And a connecting portion that connects the connecting portions to each other in a plan view that is integrally provided, and includes at least a pair of auxiliary pieces that extend in the orthogonal direction from both sides of the connecting portion, respectively. A battery-to-battery connection structure.
接続板の一方の接続部が、前記電池ケースの底面部における凹部の外側であって、隣接する単電池の近接箇所に溶接されている請求項1に記載の電池間接続構造。At the center of the bottom part of the battery case, a recess that is recessed inward is formed,
2. The inter-battery connection structure according to claim 1, wherein one connection portion of the connection plate is welded to an adjacent portion of an adjacent unit cell outside the recess in the bottom surface portion of the battery case.
隣接する各2個の単電池は、少許の間隙で近接対向する配置で架け渡された一対の前記接続板の各々の両側部分がそれぞれ溶接されて、この両接続板を介して電気的に接続されている請求項1ないし3の何れかに記載の電池間接続構造。The connection plate consists of a pair of identical shapes obtained by dividing the substantially bowl shape into two along the longitudinal direction in plan view,
Each two adjacent unit cells are welded to each side of each of the pair of connection plates that are arranged in close proximity to each other with a small gap, and are electrically connected via these connection plates. The inter-battery connection structure according to any one of claims 1 to 3.
前記ホルダーケースは、前記両ケース半体が各々の対応する前記各電池収納部がそれぞれ相互に連通して前記単電池の全体を収納できる電池収納部が複数形成される相対位置で相互に固着されてなり、
前記各収納部に個々に挿入された前記各単電池が、前記両ケース半体の各々の電池収納部の外方側縁部から前記電池収納部内に突設された保持突部が電池軸方向の両端面に当接されて抜け止めされた状態で前記電池収納部内に収納され、
隣接する各2個の前記単電池が、請求項1ないし6の何れかに記載の電池間接続構造によって相互に電気的に接続され、且つ機械的に連結され、
前記ホルダーケースの厚み方向の両側の開口部がこれに固着された蓋部材でそれぞれ閉塞され、
前記各蓋部材に、前記単電池と断面四角形の前記電池収納部の4つの隔壁との各間の空隙にそれぞれ対応する箇所に前記各空隙に対応する形状の放熱用孔が形成されていることを特徴とする電池モジュール。A plurality of cells having a substantially rectangular parallelepiped outer shape having a thickness approximately half the length in the battery axial direction of the unit cell, and having a rectangular cross section capable of accommodating the cylindrical unit cell therein and penetrating in the thickness direction. A battery housing part is provided with a holder case having a pair of case halves made of synthetic resin formed in a single row arrangement or a plurality of rows arrangement,
In the holder case, the case halves are fixed to each other at a relative position where a plurality of battery storage portions are formed in which the corresponding battery storage portions communicate with each other to store the entire unit cell. And
Each of the single cells individually inserted into each of the storage portions has a holding projection that projects into the battery storage portion from an outer side edge of each of the battery storage portions of the two case halves. Is housed in the battery housing part in a state of being in contact with both end faces of the
Two adjacent single cells are electrically connected to each other and mechanically coupled by the inter-cell connection structure according to any one of claims 1 to 6,
Openings on both sides in the thickness direction of the holder case are respectively closed with lid members fixed to the holder case,
Each of the lid members is formed with a heat radiation hole having a shape corresponding to each of the gaps at a location corresponding to each of the gaps between the unit cell and the four partition walls of the battery housing portion having a square cross section. A battery module characterized by.
前記両ケースにおける前記配設方向に対し直交方向の両側部に、固定部材により相互に連結される連結部材がインサート成形によりそれぞれ設けられている請求項8ないし11の何れかに記載の電池モジュール。A positive electrode terminal and a negative electrode terminal for external connection are respectively provided by insert molding at one end or both ends in the arrangement direction of the battery housing portion in at least one of the pair of holder cases. Each adjacent unit cell is connected to each other by a connection plate,
The battery module according to any one of claims 8 to 11, wherein connecting members connected to each other by a fixing member are provided on both sides of the two cases in a direction orthogonal to the arrangement direction by insert molding.
2個の前記電池モジュールのうちの一方に対し他方が厚み方向の向きを反転させた相対位置で重ね合わせて構成された電池モジュールユニットが複数個並置され、
複数個の前記電池モジュールユニットの周囲を被覆する少なくとも2枚の外装プレートが、相対向する各2個の前記取付部材にそれぞれ挿通された固定部材で相互に連結され、且つ前記電池モジュールに固着されているとともに、前記各電池モジュールユニットの各々の2個の前記電池モジュールが前記固定部材で一体化され、
前記各電池モジュールの各々の外部接続用の正極端子および負極端子がバスパーで電気的接続されて、各電池モジュールにそれぞれ内蔵の各単電池が直列接続または並列接続されていることを特徴とする電池パック。In the holder case of the battery module according to any one of claims 8 to 12, a plurality of attachment members are provided by insert molding on both sides along the arrangement direction of the unit cells,
A plurality of battery module units configured to be overlapped at a relative position where the other of the two battery modules is reversed in the thickness direction with respect to one of the two battery modules,
At least two exterior plates covering the periphery of the plurality of battery module units are connected to each other by fixing members respectively inserted into the two mounting members facing each other, and fixed to the battery module. And the two battery modules of each of the battery module units are integrated with the fixing member,
A battery characterized in that a positive electrode terminal and a negative electrode terminal for each external connection of each battery module are electrically connected by a bus bar, and each unit cell built in each battery module is connected in series or in parallel. pack.
前記凹所と前記電池モジュールとの間に、前記電池モジュールの電池収納空間に蓋部材の放熱用孔を介して連通する放熱用通路が形成されている請求項13に記載の電池パック。At least two exterior plates are formed inside by a plurality of installation surfaces that are brought into contact with the mounting member of the battery module and connected by a fixing member, and each of the installation surfaces bulge outward. A recess and
The battery pack according to claim 13, wherein a heat dissipation passage communicating with the battery housing space of the battery module via a heat dissipation hole of the lid member is formed between the recess and the battery module.
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