JP4518958B2

JP4518958B2 - 電池モジュール

Info

Publication number: JP4518958B2
Application number: JP2005002579A
Authority: JP
Inventors: 豪勇吉兼; 新吾越智
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2025-01-07
Also published as: JP2006190607A

Description

本発明は、電池から排出されるガス等の流体をスムーズに外部に排出できる電池モジュールに関する。

電池は、過充電や過放電され、あるいは内部短絡や外部短絡されると内部でガスが発生する。発生したガスは、電池の内圧を上昇させる。内圧上昇で外装缶が破裂するのを防止するために、電池は安全弁を備える。安全弁は、内圧が設定圧力よりも高くなると、開弁してガスを外部に排出させる。

安全弁を内蔵する複数の電池を直列に直線状に連結している電池モジュールを図１に示す。この図の電池モジュールは、電池１０１を金属板の接続体１０２で連結している。さらに、電池１０２の間に絶縁キャップ１０３を連結している。絶縁キャップ１０３は、両側に電池１０１の端部を挿入できる筒状としている。さらに、金属製の外装缶１０４を絶縁するために、絶縁キャップ１０３と電池１０１の表面を、熱収縮チューブ等の絶縁シート１０５で被覆している。

この構造の電池モジュールは、安全弁が開弁するとき、ガスをスムーズに排気できない。それは、熱収縮チューブが電池よりも太い絶縁キャップの表面に密着して、ガスを通過させないからである。本出願人は、安全弁のガスをスムーズに排気するために、絶縁キャップにガス抜孔を設けた電池モジュールを開発した。（特許文献１参照）
特開２００３−２２９１０２号公報

特許文献１に記載される電池モジュールは、ガス抜孔にホース等を連結し、このホースをガスの排気路に連結して、安全弁から排出されるガスをスムーズに排気できる。ただ、この構造の電池モジュールは、絶縁キャップで電池を直線状に連結する状態で、表面を熱収縮チューブ等の絶縁シートで被覆できない。絶縁シートがガス抜孔の開口部を閉塞するからである。このため、金属製外装缶の表面を絶縁シートで絶縁できない。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池と絶縁キャップの表面を絶縁シートで被覆しながら、安全弁から排出されるガス等の流体をスムーズに排出できる電池モジュールを提供することにある。

本発明の電池モジュールは、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
電池モジュールは、内圧が上昇すると開弁する安全弁５０を内蔵する複数の電池１０を直列に接続して直線状に連結している。電池モジュールは、直線状に連結している電池１０の境界に絶縁キャップ６０を連結して、絶縁キャップ６０とその両側の電池表面を絶縁シート７０で被覆している。絶縁キャップ６０は、互いに連結される一方の電池１０の端部を挿入して連結する筒状の第１挿入部６１と、他方の電池１０の端部を挿入して連結する筒状の第２挿入部６２とを有する。絶縁キャップ６０は、第１挿入部６１と第２挿入部６２とを互いに直線状に配設して、隣接するふたつの電池１０の端部を絶縁キャップ６０の第１挿入部６１と第２挿入部６２に挿入している。絶縁キャップ６０は、第１挿入部６１と第２挿入部６２のいずれか又は両方が、開弁する安全弁５０から電池１０間に排出される流体を通過させるように電池１０に連結している。さらに、絶縁キャップ６０は、表面に、一方の電池１０に連結される一端から、他方の電池１０に連結される他端に向かって、周囲に複数列の通気溝６５を設けている。電池モジュールは、安全弁５０が開弁して電池１０から排出される流体を、電池１０と絶縁キャップ６０との間に通過させ、さらに通気溝６５に通過させて外部に排気する。

通気溝６５は、絶縁キャップ６０の全周に、一定の間隔で、電池１０の軸方向を向くように設けることができる。絶縁シート７０は、熱収縮チューブとすることができる。絶縁キャップ６０は、可撓性のある絶縁材で成形することができる。絶縁キャップ６０は、熱可塑性エラストマーで成形することができる。

本発明の電池モジュールは、電池と絶縁キャップの表面を絶縁シートで被覆しながら、安全弁から排出されるガス等の流体をスムーズに排出できる特長がある。それは、本発明の電池モジュールが、第１挿入部と第２挿入部とを有する絶縁キャップで複数の電池を直列に連結して、絶縁キャップとその両側の電池表面を絶縁シートで被覆しており、第１挿入部と第２挿入部のいずれか又は両方を、開弁する安全弁から電池間に排出される流体を通過させるように電池に連結すると共に、絶縁キャップの周囲の表面に、一端から他端に向かって複数列の通気溝を設けているからである。この構造の電池モジュールは、安全弁が開弁して電池から排出される流体を、電池と絶縁キャップとの間に通過させ、さらに通気溝に通過させて外部に排気する。したがって、本発明の電池モジュールは、絶縁キャップで直線状に連結された電池の表面を熱収縮チューブ等の絶縁シートで被覆しながら、電池の安全弁から排出される流体をスムーズに外部に排気できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池モジュールを例示するものであって、本発明は電池モジュールを以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図２と図３に示す電池モジュールは、端部に安全弁を設けている複数の二次電池１０を直列に接続して直線状に連結している。この電池モジュールは、直線状に連結している二次電池１０の境界に絶縁キャップ６０を連結して、二次電池１０と絶縁キャップ６０の表面を絶縁シート７０で被覆している。

複数の電池モジュールは直列に接続されて、ハイブリッドカー等の電動車両の走行モーターの電源に使用される。ただ、本発明の電池モジュールは、電動車両以外の用途であって、大出力が要求される用途にも使用できる。図の電池モジュールは、円筒型電池である二次電池１０を直線状に連結して直列に接続している。ただし、電池モジュールは、角型電池である二次電池を直線状に連結して直列に接続することもできる。

電池モジュールは、図３に示すように、同一平面に平行に並べてケース８０に収納される。横に並べている電池モジュールは、互いに直列に接続されて出力電圧を高くしている。電池モジュールは、その両端と中間をケース８０に支持する。電池モジュールを構成する二次電池１０は、ニッケル−水素電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる全ての電池を使用することができる。ただ、電動車両用の電池モジュールに使用される二次電池には、ニッケル−水素電池が適している。体積と重量に対する出力が大きくて、優れた大電流特性を有するからである。

二次電池１０は、図４の断面図に示すように、外装缶１１の開口部を封口板１２で気密に密閉している。外装缶１１と封口板１２は金属板である。外装缶１１は、金属板を底のある筒状にプレス成形して製作される。封口板１２は、中央に凸部電極１３を設けており、この凸部電極１３に安全弁５０を内蔵させている。

安全弁５０は、弾性体であるコイルスプリング５１と、このコイルスプリング５１に押圧されて封口板１２の弁孔５３に押し付けられている弁体５２と、弁体５２とコイルスプリング５１を内蔵して凸部電極１３を構成する金属蓋５４とを備える。金属蓋５４には、排気孔５５を開口している。この構造の安全弁５０は、二次電池１０の内圧が上昇すると弁体５２が弁孔５３を開口する。弁孔５３が開口されると、電池内のガスは、弁孔５３と排気孔５５を通過して電池外に排気される。通常の使用状態では、コイルスプリング５１が弁体５２を押圧して弁孔５３を気密に閉塞している。

外装缶１１は、電極１７を内蔵して、電解液を充填している。外装缶１１は、開口部の端部をかしめ加工して封口板１２を気密に固定している。封口板１２は、ガスケット１４を介して外装缶１１のかしめ部に挟着されて気密に固定される。ガスケット１４は絶縁材のゴム状弾性体で、封口板１２と外装缶１１とを絶縁すると共に、封口板１２と外装缶１１との隙間を気密に閉塞する。この構造の二次電池１０は、封口板１２をかしめて挟着するために、封口板１２を設けている端部に、周囲に沿って溝部１５が設けられる。さらに、封口板１２の周縁にはカシメ凸条１６が設けられる。この二次電池１０は、封口板１２を第１の電極として、外装缶１１を第２の電極としている。ニッケル−水素電池は、第１の電極を正極として第２の電極を負極としている。二次電池は、第１の電極を負極として第２の電極を正極とすることもできる。

絶縁キャップ６０を二次電池１０に連結する構造を図５ないし図９に示している。これ等の図に示す絶縁キャップ６０は、互いに連結される一方の二次電池１０の端部を挿入して連結する筒状の第１挿入部６１と、他方の二次電池１０の端部を挿入して連結する筒状の第２挿入部６２とを有する。第１挿入部６１と第２挿入部６２は、互いに直線状に配設されている。隣接するふたつの二次電池１０の端部が、絶縁キャップ６０の第１挿入部６１と第２挿入部６２に挿入されて、絶縁キャップ６０でもって、二次電池１０の間に閉鎖室６３を形成している。

絶縁キャップ６０は、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）で成形される。この絶縁キャップ６０は可撓性があるので、細長い電池モジュールを絶縁キャップ６０を介して支持するのに適している。絶縁キャップ６０が優れた緩衝作用を有するからである。また、この絶縁キャップ６０は優れた耐熱性を有し、しかも高い寸法精度としながら、安価に多量生産できる特徴がある。ただ、絶縁キャップは、熱可塑性エラストマーに代わって、軟質の合成樹脂、天然あるいは合成ゴム等のゴム状弾性体の成形体とすることもできる。

絶縁キャップ６０は、安全弁から閉鎖室６３に排出されるガス等の流体を、閉鎖室６３から外部に排出する。可撓性のある絶縁キャップ６０は、弾性変形して閉鎖室６３の流体を排出できる。絶縁キャップは、硬質の合成樹脂で成形することもできるが、この絶縁キャップは、二次電池との間に排気溝を設けて、閉鎖室から流体を排出できる。

図に示す絶縁キャップ６０は、一方の電池１０に連結される一端から、他方の電池１０に連結される他端に向かって、周囲に複数列の通気溝６５を設けている。図の絶縁キャップ６０は、中心軸と平行な方向、すなわち電池１０の軸方向に、一定の間隔で全周に多数の通気溝６５を設けている。通気溝６５は、図１０に示すように、中心軸に対して傾斜して設けることもできる。また、図示しないが渦巻状に設けることもできる。

これ等の通気溝６５は、安全弁５０が開弁して電池１０から排出されるガス等の流体を、絶縁キャップ６０と絶縁シート７０との間に通過させる。したがって、通気溝６５のある絶縁キャップ６０の電池モジュールは、図５、図７、図８の矢印で示すように、安全弁が開弁して閉鎖室６３に排出されるガス等の流体を、電池１０と絶縁キャップ６０との間に通過させて閉鎖室６３から排出し、さらに閉鎖室６３から排出されるガス等を、通気溝６５に通過させて外部に排気する。

図の絶縁キャップ６０は、第１挿入部６１と第２挿入部６２に二次電池１０の端部を挿入して連結して、二次電池１０の間に閉鎖室６３を設けている。絶縁キャップ６０は、第１挿入部６１と第２挿入部６２との間に、内面に突出する隔壁６４を設けている。隔壁６４は、接続体２０とカシメ凸条１６との間に配設されて、接続体２０と外装缶１１のカシメ凸条１６を絶縁する。

さらに、図の絶縁キャップ６０は、隔壁６４の内周縁に沿って、カシメ凸条１６の内側に嵌入される凸部リング６８を設けている。凸部リング６８は、カシメ凸条１６と接続体２０との間に配置させて、二次電池１０の外装缶１１と接続体２０とのショートを防止しながら接続体２０を定位置に配置する。

図５と図８の絶縁キャップ６０は、接続体２０を定位置に仮止めするために、一部を薄く成形して内面に係止凹部６６を設けている。これらの絶縁キャップ６０は、接続体２０の外周縁を係止凹部６６に入れて、接続体２０を絶縁キャップ６０の定位置に連結できる。このため、絶縁キャップ６０に二次電池１０を挿入して、接続体２０を二次電池１０の定位置に配置できる。定位置に配置された接続体２０は、溶接して二次電池１０に接続される。さらに、図８の接続体２０は、図９の平面図に示すように、カット部６７を設けて、接続体２０を簡単に定位置に挿入できるようにしている。カット部６７は、絶縁キャップ６０の第２挿入部６２の内面に、係止凹部６６から一端に延長して設けられる。カット部６７は、絶縁キャップ６０を変形しやすくする。このため、カット部６７のある絶縁キャップ６０は、接続体２０を係止凹部６６に無理なくスムーズに挿入できる。さらに、このカット部６７は、図８に示すように、安全弁から排出される流体の排気溝に併用して、流体を速やかに閉鎖室６３から排出できる。

さらに、図７の絶縁キャップ６０は、隔壁６４に設けている凸部リング６８の上端に、内側に突出する抜止ストッパ６９を設けている。この絶縁キャップ６０は、隔壁６４の内周面に接続体２０の外周縁を当接させて、接続体２０を位置ずれしないようにしながら、抜止ストッパ３６で抜け難いように保持する。

さらに、図１１と図１２に示す電池モジュールは、絶縁キャップ６０の内側に保持キャップ３０を配設している。二次電池１０は、接続体２０と保持キャップ３０で直線状に連結され、保持キャップ３０の外側に絶縁キャップ６０を配設している。保持キャップ３０は、全体をプラスチック等の絶縁材で成形している。保持キャップ３０は、隣接する二次電池１０の間に配設されて、接続体２０を抜け難いように定位置に保持する。保持キャップ３０は、保持する接続体２０の両面を対向する電池端面に溶接するために貫通孔３３を設けている。

図１１の保持キャップ３０は、接続体２０を定位置に保持する保持部３２と、この保持部３２の外周に連結するように成形している筒部３１とを一体成形している。さらに、図１１の保持キャップ３０は、カシメ凸条１６の表面と内面を保持部３２で被覆している。図の保持キャップ３０は、カシメ凸条１６の内面を絶縁するために、カシメ凸条１６の内側に嵌入される凸部リング３５を一体成形して設けている。この凸部リング３５は、保持キャップ３０を二次電池１０の定位置に嵌着する働きもする。すなわち、二次電池１０のショートを防止しながら接続体２０を定位置に保持する。さらに、図の保持キャップ３０は、保持部３２に設けている貫通孔３３の開口部上端に、内側に突出する抜止ストッパ３６を設けている。この保持キャップ３０は、保持部３２に設けている貫通孔３３の内周面に接続体２０の外周縁を当接させて、接続体２０を位置ずれしないようにしながら、抜止ストッパ３６で抜け難いように保持する。

図１２に示す保持キャップ３０は、隣接する二次電池１０の間に配設されて隣接する二次電池１０を連結する。隣接する二次電池１０を連結するために、保持キャップ３０は、互いに連結される一方の二次電池１０の端部を挿入して連結する第１筒部３７と、他方の二次電池１０の端部を挿入して連結する第２筒部３８とを有し、第１筒部３７と第２筒部３８とを互いに直線状に配設して一体成形している。隣接するふたつの二次電池１０は、各々の端部を第１筒部３７と第２筒部３８に挿入して、保持キャップ３０でもって直線状に連結される。第２筒部３８は、発生するガスをスムーズに外部に排出できる程度に、二次電池１０に密着している。ただ、保持キャップは、発生したガスをスムーズに外部に排出するために、第２筒部に貫通孔やスリットを設けることもできる。

さらに、図１２の保持キャップ３０は、カシメ凸条１６を絶縁するために絶縁リング４１を配設している。絶縁リング４１は、内周縁にリング凸条４２を設けている。この絶縁リング４１は、カシメ凸条１６と接続体２０の外周部との間に配設されて、接続体２０とカシメ凸条１６とを絶縁する。絶縁リング４１は、外形を二次電池１０の外形にほぼ等しくして、保持キャップ３０で定位置に保持され、さらに、リング凸条４２をカシメ凸条１６の内側に嵌入して、カシメ凸条１６によっても位置ずれしないように定位置に配設される。

絶縁シート７０は、複数の二次電池１０を直線状に連結する状態で、絶縁キャップ６０と二次電池１０の表面を被覆する。絶縁シート７０は、熱収縮チューブが使用される。熱収縮チューブの絶縁シート７０は、収縮されない状態で、直線状に連結された二次電池１０を挿入し、加熱、収縮させて二次電池１０と絶縁キャップ６０の表面に密着される。絶縁シートは、必ずしも熱収縮チューブとする必要はない。たとえば、弾性的に伸縮する筒状の絶縁シートも使用できる。この絶縁シートは、膨張させる状態で直線状に連結している二次電池を入れ、その後、収縮させて絶縁キャップと二次電池の表面に密着させる。

二次電池１０を直列に接続して直線状に連結する接続体２０を図１３ないし図１６に示す。図１３と図１４の接続体２０は、図５、図８及び図１２の電池モジュールにおいて二次電池１０を連結する。この接続体２０は、同心円状に内側と外側に溶接凸部２２を設けている。内側の溶接凸部２２を下方の二次電池１０の封口板１２に溶接し、外側の溶接凸部２２を上方の二次電池１０の外装缶１１の底面に溶接して接続している。図１５と図１６に示す接続体２０は、図７と図１１の電池モジュールにおいて二次電池１０を連結する。この接続体２０は、上下に突出して溶接凸部２２を有し、上下の溶接凸部２２を図において上下に配設している二次電池１０の電池端面に溶接して接続している。

従来の電池モジュールの一例を示す拡大断面図である。本発明の一実施例にかかる電池モジュールの縦断面図である。図２に示す電池モジュールをケースに収納する状態を示す斜視図である。電池の安全弁の構造を示す断面図である。図２に示す電池モジュールの連結構造を示す拡大断面図である。図５に示す電池モジュールの絶縁リングの平面図である。本発明の他の実施例にかかる電池モジュールの連結構造を示す拡大断面図である。本発明の他の実施例にかかる電池モジュールの連結構造を示す拡大断面図である。図５に示す電池モジュールの絶縁リングの平面図である。絶縁リングの他の一例を示す正面図である。本発明の他の実施例にかかる電池モジュールの連結構造を示す拡大断面図である。本発明の他の実施例にかかる電池モジュールの連結構造を示す拡大断面図である。図５、図８及び図１２に示す電池モジュールの接続体を示す平面図である。図１３に示す接続体のＡ−Ａ線断面図である。図７及び図１１に示す電池モジュールの接続体を示す平面図である。図１５に示す接続体のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１０…電池
１１…外装缶
１２…封口板
１３…凸部電極
１４…ガスケット
１５…溝部
１６…カシメ凸条
１７…電極
２０…接続体
２２…溶接凸部
３０…保持キャップ
３１…筒部
３２…保持部
３３…貫通孔
３５…凸部リング
３６…抜止ストッパ
３７…第１筒部
３８…第２筒部
４１…絶縁リング
４２…リング凸条
５０…安全弁
５１…コイルスプリング
５２…弁体
５３…弁孔
５４…金属蓋
５５…排気孔
６０…絶縁キャップ
６１…第１挿入部
６２…第２挿入部
６３…閉鎖室
６４…隔壁
６５…通気溝
６６…係止凹部
６７…カット部
６８…凸部リング
６９…抜止ストッパ
７０…絶縁シート
８０…ケース
１０１…電池
１０２…接続体
１０３…絶縁キャップ
１０４…外装缶
１０５…絶縁シート

Claims

内圧が上昇すると開弁する安全弁(50)を内蔵する複数の電池(10)を直列に接続して直線状に連結している電池モジュールであって、直線状に連結している電池(10)の境界に絶縁キャップ(60)を連結して、絶縁キャップ(60)とその両側の電池表面を絶縁シート(70)で被覆しており、
絶縁キャップ(60)は、互いに連結される一方の電池(10)の端部を挿入して連結する筒状の第１挿入部(61)と、他方の電池(10)の端部を挿入して連結する筒状の第２挿入部(62)とを有し、第１挿入部(61)と第２挿入部(62)とは互いに直線状に配設されて、隣接するふたつの電池(10)の端部を絶縁キャップ(60)の第１挿入部(61)と第２挿入部(62)に挿入しており、
第１挿入部(61)と第２挿入部(62)のいずれか又は両方が、開弁する安全弁(50)から電池(10)間に排出される流体を通過させるように電池(10)に連結されると共に、絶縁キャップ(60)の表面には、一方の電池(10)に連結される一端から、他方の電池(10)に連結される他端に向かって、周囲に複数列の通気溝(65)を設けており、
安全弁(50)が開弁して電池(10)から排出される流体を、電池(10)と絶縁キャップ(60)との間に通過させ、さらに通気溝(65)に通過させて外部に排気するようにしてなる電池モジュール。
通気溝(65)が、絶縁キャップ(60)の全周に、一定の間隔で、電池(10)の軸方向を向くように設けられてなる請求項１に記載される電池モジュール。
絶縁シート(70)が熱収縮チューブである請求項１に記載される電池モジュール。
絶縁キャップ(60)が、可撓性のある絶縁材で成形されてなる請求項１に記載される電池モジュール。
絶縁キャップ(60)が熱可塑性エラストマーで成形されてなる請求項４に記載される電池モジュール。