JP4918186B2 - 二次電池モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム二次電池などの二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、充電及び放電を繰り返して直流電力を貯蔵し、必要に応じて外部に直流電流を供給することが可能な電源として、二次電池と呼ばれる電池が広く使用されている。
特に、携帯電話、デジタルカメラ、そしてノートブック型パーソナルコンピュータなどの電子機器分野においては、小型化、薄型化、軽量化の促進とともにその生産が増加し、また、電源となる二次電池の使用量も急増している。
【０００３】
このような状況の中で電源となる二次電池にも高性能化が求められ、鉛蓄電池やニッケルカドミウム電池に代わる高エネルギー密度電池として、リチウム二次電池が開発され広く普及してきている。このリチウム二次電池は、上述した電子機器向けの小型で小容量のものにとどまらず、たとえば工場や病院などの非常電源設備や電力貯蔵設備用として、あるいは電気自動車の動力用として、大型で大容量のものも開発されている。
図４は、大型二次電池の構成例として、箱型のリチウム二次電池を示したものである。ここで、図中の符号１はケース、２は正極、３は負極、４はセパレータ、５は正極端子、６は負極端子、７は安全弁、１０はリチウム二次電池を示しており、ケース１内には電解溶液（図示省略）が充填されている。このリチウム二次電池１０では、ケース１内において正極２、セパレータ４、負極３、セパレータ４、正極２、セパレータ４、負極３・・・の順に多数積層され、全ての正極２及び負極３がそれぞれ並列に接続されている。また、各正極２はその上端２ａにおいて正極端子５に接続され、同じく各負極３はその上端３ａにおいて負極端子６にそれぞれ接続されている。すなわち、正極２、セパレータ４及び負極３により構成された多数の単位電池が、ケース１内に全て並列に接続された構成となっている。
【０００４】
このように構成されたリチウム二次電池は、図５に示すように複数並べられた二次電池モジュールとして使用されることが多い。二次電池モジュールは、枠体としてのモジュールフレーム１４を備え、二次電池モジュールの各辺に近接してモジュールフレーム１４の枠体１４ａが設けられていることで、各二次電池１０が固定された状態となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような二次電池モジュールでは、例えば二次電池１０の負極に黒鉛を用いた場合、充電を行うと負極３が膨張し、放電を行うと負極３が収縮することが知られている。負極３が膨張するとケース１も膨張し、ケース１が塑性変形してしまうという問題点あった。二次電池１０がモジュールフレーム１４で囲まれていることにより、ケース１の膨張をある程度阻止することは可能であるものの、なおもケース１の膨張力が強く、ケース１の塑性変形を阻止するには不十分であった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、ケースの塑性変形を防止することができる二次電池モジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、充放電の際の二次電池の膨張量を解析した。その結果を図２に示す。図２では、紙面左右方向が電極の積層方法である。また、符号Ｈは電極の端部位置である。図からわかるように、電極の端部付近において、電極の積層方向の膨張量が最も大きくなることが判明した。
この解析結果に基づき、本発明においては、以下の解決手段を採用した。
請求項１に記載の二次電池モジュールは、複数連設された二次電池と、これら二次電池を結束するモジュールフレームとを備え、前記二次電池はケース内に収容された電極と、該電極の一端側に接続されると共に前記ケース外に突出された電極端子とを備えた二次電池モジュールにおいて、前記モジュールフレームを構成している一端側棒体の高さ方向中央部が前記二次電池の電極の積層方向の膨張量が最大となる部位に配置されていることを特徴とする二次電池モジュール。
【０００８】
この二次電池モジュールにおいては、電極の端部と略同一平面をモジュールフレームによって押える。このため、ケースの膨張力に対してモジュールフレームが最も効果的に対抗して膨張が抑えられる。
【０００９】
請求項２に記載の二次電池モジュールは、請求項１に記載の二次電池モジュールにおいて、前記モジュールフレームは、前記二次電池の両側に位置しこれら二次電池の配設方向に沿って延びた一対の一端側棒体と、これら一端側棒体の端部同士を連結する一端側連結体とにより構成された一端側枠体を備えていることを特徴とする。
【００１０】
この二次電池モジュールでは、一端側棒体によって一対の一端側連結体の間隔が保持される。これにより二次電池の配設方向の膨張が規制される。
【００１１】
請求項３に記載の二次電池モジュールは、請求項２に記載の二次電池モジュールにおいて、前記一端側連結体は、前記二次電池と当接していることを特徴とする。
【００１２】
この二次電池モジュールにおいては、一端側連結体が二次電池に隙間なく接していることにより、二次電池の膨張を効果的に抑えることができる。
【００１３】
請求項４に記載の二次電池モジュールは、請求項１から３いずれかに記載の二次電池モジュールにおいて、前記モジュールフレームは、前記一端側棒体と略平行に設けられた一対の底部側棒体と、これら底部側棒体の端部同士を互いに連結する底部側連結体とにより構成された底部側枠体を備え、前記一端側枠体と底部側枠体とを連結する連結部材が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この二次電池モジュールにおいては、一端側枠体に加えて底部側枠体が設けられているので、単に二次電池の膨張を規制するだけではなく、二次電池を収容する枠体として用いることができる。
【００１５】
請求項５に記載の二次電池モジュールは、請求項１から４いずれかに記載の二次電池モジュールにおいて、前記一端側棒体と、前記一端側連結体とは、回動自在に連結されていることを特徴とする。
【００１６】
この二次電池モジュールにおいては、二次電池の膨張を規制する際、一端側棒体と一端側連結体との結合部に負荷が作用せず、より確実に二次電池の膨張を規制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、従来と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図１に示すように、複数の二次電池１０が、内部の電極（正極２、負極３）の積層方向に配設されている。そして、これら二次電池１０を結束するモジュールフレーム１５が設けられている。モジュールフレーム１５は、一端側枠体１６と、二次電池１０の底部に位置して設けられた底部側枠体１７と、これら一端側枠体１６と底部側枠体１７との各四隅同士を連結する連結部材１８とを備えている。
一端側枠体１６は、二次電池の配設方向に沿って棒状に延びた一対の一端側棒体１６ａと、これら一端側棒体１６ａの端部同士を連結固定する一端側連結体１６ｂとにより構成されている。一端側連結体１６ｂは、二次電池１０の側面と当接した状態となっている。
図２は、モジュールフレーム１５を設けない場合の二次電池１０の膨張状態と、モジュールフレーム１５の一端側棒体１６ａの設置位置とを照らし合わせた図である。図に示すように、一端側棒体１６ａは、その高さ方向中央部が、二次電池１０の膨張量が最も大きくなる電極上端２ａ、３ａの高さ位置Ｈとなるように配置されている。
また、底部側枠体１７は、一端側棒体１６ａと略平行に設けられた一対の底部側棒体１７ａと、これら底部側棒体１７ａの端部同士を互いに連結固定する底部側連結体１７ｂとにより構成されている。
【００１８】
このように構成された二次電池モジュールにおいては、放充電に伴い二次電池１０は、内部の電極（正極２、負極３）の積層方向に膨張しようとする。その膨張量は、特に電極の上端２ａ、３ａで最も大きくなる。
本例においては、その位置に一端側枠体１６が設けられており、二次電池１０の膨張力に対して、二次電池１０群の両側面に隙間なく当接している一対の一端側連結体１６ｂ同士の間隔が一端側棒体１６ａによって保持されている。したがって、充電によって二次電池１０が膨張しようとしても、一対の一端側連結体１６ｂにより膨張が規制される。
また、一端側枠体１６に加えて底部側枠体１７が設けられているので、モジュールフレーム１５は単に膨張を規制するだけではなく、複数の二次電池１０を収容する枠体としても機能する。
【００１９】
なお、上記二次電池モジュールの変形例として、図３に示すように、一端側棒体１６ａと一端側連結体１６ｂとをピン２０により回動自在にピン結合するようにしてもよい。これにより二次電池１０が膨張しても、一端側棒体１６ａと一端側連結体１６ｂとの結合部分に負荷が作用せず、一端側連結体１６ｂを剛にすることにより二次電池の膨張を規制することができる。
【００２０】
以上の各例においては、ケース１内に電極（正極２，負極３）が多数積層状態で収容された二次電池を用いた例について説明したが、二次電池内の電極の収容形態については上記に限定されるものではない。例えば、本発明は、長円筒形のケース内にスパイラル状に巻かれた電極を収容した二次電池についても適用可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の二次電池モジュールによれば、最も膨張量が大きい電極の端部と略同一平面をモジュールフレームによって結束するので、ケースの膨張力に対して最も効果的に対抗することができ、二次電池の膨張を阻止してケースの塑性変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態として示した二次電池モジュールの斜視図である。
【図２】 同二次電池モジュールに用いられる二次電池の膨張量とモジュールフレームとの位置関係を示す模式図である。
【図３】 他の例として示した二次電池モジュールの上面図である。
【図４】 二次電池の一部を破断した斜視図である。
【図５】 従来の二次電池モジュールの斜視図である。
横断面図である。
【符号の説明】
１ ケース
２ 正極（電極）
２ａ 正極上端
３ 負極（電極）
３ａ 負極上端
１０ リチウム二次電池
１５ モジュールフレーム
１６ 一端側枠体
１６ａ 一端側棒体
１６ｂ 一端側連結体
１７ 底部側枠体
１７ａ 底部側棒体
１７ｂ 底部側連結体
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム二次電池などの二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、充電及び放電を繰り返して直流電力を貯蔵し、必要に応じて外部に直流電流を供給することが可能な電源として、二次電池と呼ばれる電池が広く使用されている。
特に、携帯電話、デジタルカメラ、そしてノートブック型パーソナルコンピュータなどの電子機器分野においては、小型化、薄型化、軽量化の促進とともにその生産が増加し、また、電源となる二次電池の使用量も急増している。
【０００３】
このような状況の中で電源となる二次電池にも高性能化が求められ、鉛蓄電池やニッケルカドミウム電池に代わる高エネルギー密度電池として、リチウム二次電池が開発され広く普及してきている。このリチウム二次電池は、上述した電子機器向けの小型で小容量のものにとどまらず、たとえば工場や病院などの非常電源設備や電力貯蔵設備用として、あるいは電気自動車の動力用として、大型で大容量のものも開発されている。
図４は、大型二次電池の構成例として、箱型のリチウム二次電池を示したものである。ここで、図中の符号１はケース、２は正極、３は負極、４はセパレータ、５は正極端子、６は負極端子、７は安全弁、１０はリチウム二次電池を示しており、ケース１内には電解溶液（図示省略）が充填されている。このリチウム二次電池１０では、ケース１内において正極２、セパレータ４、負極３、セパレータ４、正極２、セパレータ４、負極３・・・の順に多数積層され、全ての正極２及び負極３がそれぞれ並列に接続されている。また、各正極２はその上端２ａにおいて正極端子５に接続され、同じく各負極３はその上端３ａにおいて負極端子６にそれぞれ接続されている。すなわち、正極２、セパレータ４及び負極３により構成された多数の単位電池が、ケース１内に全て並列に接続された構成となっている。
【０００４】
このように構成されたリチウム二次電池は、図５に示すように複数並べられた二次電池モジュールとして使用されることが多い。二次電池モジュールは、枠体としてのモジュールフレーム１４を備え、二次電池モジュールの各辺に近接してモジュールフレーム１４の枠体１４ａが設けられていることで、各二次電池１０が固定された状態となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような二次電池モジュールでは、例えば二次電池１０の負極に黒鉛を用いた場合、充電を行うと負極３が膨張し、放電を行うと負極３が収縮することが知られている。負極３が膨張するとケース１も膨張し、ケース１が塑性変形してしまうという問題点あった。二次電池１０がモジュールフレーム１４で囲まれていることにより、ケース１の膨張をある程度阻止することは可能であるものの、なおもケース１の膨張力が強く、ケース１の塑性変形を阻止するには不十分であった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、ケースの塑性変形を防止することができる二次電池モジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、充放電の際の二次電池の膨張量を解析した。その結果を図２に示す。図２では、紙面左右方向が電極の積層方法である。また、符号Ｈは電極の端部位置である。図からわかるように、電極の端部付近において、電極の積層方向の膨張量が最も大きくなることが判明した。
この解析結果に基づき、本発明においては、以下の解決手段を採用した。
請求項１に記載の二次電池モジュールは、複数連設された二次電池と、これら二次電池を結束するモジュールフレームとを備え、前記二次電池はケース内に収容された電極と、該電極の一端側に接続されると共に前記ケース外に突出された電極端子とを備えた二次電池モジュールにおいて、前記モジュールフレームを構成している一端側棒体の高さ方向中央部が前記二次電池の電極の積層方向の膨張量が最大となる部位に配置されていることを特徴とする二次電池モジュール。
【０００８】
この二次電池モジュールにおいては、電極の端部と略同一平面をモジュールフレームによって押える。このため、ケースの膨張力に対してモジュールフレームが最も効果的に対抗して膨張が抑えられる。
【０００９】
請求項２に記載の二次電池モジュールは、請求項１に記載の二次電池モジュールにおいて、前記モジュールフレームは、前記二次電池の両側に位置しこれら二次電池の配設方向に沿って延びた一対の一端側棒体と、これら一端側棒体の端部同士を連結する一端側連結体とにより構成された一端側枠体を備えていることを特徴とする。
【００１０】
この二次電池モジュールでは、一端側棒体によって一対の一端側連結体の間隔が保持される。これにより二次電池の配設方向の膨張が規制される。
【００１１】
請求項３に記載の二次電池モジュールは、請求項２に記載の二次電池モジュールにおいて、前記一端側連結体は、前記二次電池と当接していることを特徴とする。
【００１２】
この二次電池モジュールにおいては、一端側連結体が二次電池に隙間なく接していることにより、二次電池の膨張を効果的に抑えることができる。
【００１３】
請求項４に記載の二次電池モジュールは、請求項１から３いずれかに記載の二次電池モジュールにおいて、前記モジュールフレームは、前記一端側棒体と略平行に設けられた一対の底部側棒体と、これら底部側棒体の端部同士を互いに連結する底部側連結体とにより構成された底部側枠体を備え、前記一端側枠体と底部側枠体とを連結する連結部材が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この二次電池モジュールにおいては、一端側枠体に加えて底部側枠体が設けられているので、単に二次電池の膨張を規制するだけではなく、二次電池を収容する枠体として用いることができる。
【００１５】
請求項５に記載の二次電池モジュールは、請求項１から４いずれかに記載の二次電池モジュールにおいて、前記一端側棒体と、前記一端側連結体とは、回動自在に連結されていることを特徴とする。
【００１６】
この二次電池モジュールにおいては、二次電池の膨張を規制する際、一端側棒体と一端側連結体との結合部に負荷が作用せず、より確実に二次電池の膨張を規制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、従来と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図１に示すように、複数の二次電池１０が、内部の電極（正極２、負極３）の積層方向に配設されている。そして、これら二次電池１０を結束するモジュールフレーム１５が設けられている。モジュールフレーム１５は、一端側枠体１６と、二次電池１０の底部に位置して設けられた底部側枠体１７と、これら一端側枠体１６と底部側枠体１７との各四隅同士を連結する連結部材１８とを備えている。
一端側枠体１６は、二次電池の配設方向に沿って棒状に延びた一対の一端側棒体１６ａと、これら一端側棒体１６ａの端部同士を連結固定する一端側連結体１６ｂとにより構成されている。一端側連結体１６ｂは、二次電池１０の側面と当接した状態となっている。
図２は、モジュールフレーム１５を設けない場合の二次電池１０の膨張状態と、モジュールフレーム１５の一端側棒体１６ａの設置位置とを照らし合わせた図である。図に示すように、一端側棒体１６ａは、その高さ方向中央部が、二次電池１０の膨張量が最も大きくなる電極上端２ａ、３ａの高さ位置Ｈとなるように配置されている。
また、底部側枠体１７は、一端側棒体１６ａと略平行に設けられた一対の底部側棒体１７ａと、これら底部側棒体１７ａの端部同士を互いに連結固定する底部側連結体１７ｂとにより構成されている。
【００１８】
このように構成された二次電池モジュールにおいては、放充電に伴い二次電池１０は、内部の電極（正極２、負極３）の積層方向に膨張しようとする。その膨張量は、特に電極の上端２ａ、３ａで最も大きくなる。
本例においては、その位置に一端側枠体１６が設けられており、二次電池１０の膨張力に対して、二次電池１０群の両側面に隙間なく当接している一対の一端側連結体１６ｂ同士の間隔が一端側棒体１６ａによって保持されている。したがって、充電によって二次電池１０が膨張しようとしても、一対の一端側連結体１６ｂにより膨張が規制される。
また、一端側枠体１６に加えて底部側枠体１７が設けられているので、モジュールフレーム１５は単に膨張を規制するだけではなく、複数の二次電池１０を収容する枠体としても機能する。
【００１９】
なお、上記二次電池モジュールの変形例として、図３に示すように、一端側棒体１６ａと一端側連結体１６ｂとをピン２０により回動自在にピン結合するようにしてもよい。これにより二次電池１０が膨張しても、一端側棒体１６ａと一端側連結体１６ｂとの結合部分に負荷が作用せず、一端側連結体１６ｂを剛にすることにより二次電池の膨張を規制することができる。
【００２０】
以上の各例においては、ケース１内に電極（正極２，負極３）が多数積層状態で収容された二次電池を用いた例について説明したが、二次電池内の電極の収容形態については上記に限定されるものではない。例えば、本発明は、長円筒形のケース内にスパイラル状に巻かれた電極を収容した二次電池についても適用可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の二次電池モジュールによれば、最も膨張量が大きい電極の端部と略同一平面をモジュールフレームによって結束するので、ケースの膨張力に対して最も効果的に対抗することができ、二次電池の膨張を阻止してケースの塑性変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態として示した二次電池モジュールの斜視図である。
【図２】 同二次電池モジュールに用いられる二次電池の膨張量とモジュールフレームとの位置関係を示す模式図である。
【図３】 他の例として示した二次電池モジュールの上面図である。
【図４】 二次電池の一部を破断した斜視図である。
【図５】 従来の二次電池モジュールの斜視図である。
横断面図である。
【符号の説明】
１ ケース
２ 正極（電極）
２ａ 正極上端
３ 負極（電極）
３ａ 負極上端
１０ リチウム二次電池
１５ モジュールフレーム
１６ 一端側枠体
１６ａ 一端側棒体
１６ｂ 一端側連結体
１７ 底部側枠体
１７ａ 底部側棒体
１７ｂ 底部側連結体
Claims (5)
- 複数連設された二次電池と、これら二次電池を結束するモジュールフレームとを備え、前記二次電池はケース内に収容された電極と、該電極の一端側に接続されると共に前記ケース外に突出された電極端子とを備えた二次電池モジュールにおいて、
前記モジュールフレームを構成している一端側棒体の高さ方向中央部が前記二次電池の電極の積層方向の膨張量が最大となる部位に配置されていることを特徴とする二次電池モジュール。 - 請求項１に記載の二次電池モジュールにおいて、
前記モジュールフレームは、前記二次電池の両側に位置しこれら二次電池の配設方向に沿って延びた一対の一端側棒体と、これら一端側棒体の端部同士を連結する一端側連結体とにより構成された一端側枠体を備えていることを特徴とする二次電池モジュール。 - 請求項２に記載の二次電池モジュールにおいて、
前記一端側連結体は、前記二次電池と当接していることを特徴とする二次電池モジュール。 - 請求項１から３いずれかに記載の二次電池モジュールにおいて、
前記モジュールフレームは、前記一端側棒体と略平行に設けられた一対の底部側棒体と、これら底部側棒体の端部同士を互いに連結する底部側連結体とにより構成された底部側枠体を備え、前記一端側枠体と底部側枠体とを連結する連結部材が設けられていることを特徴とする二次電池モジュール。 - 請求項２から４いずれかに記載の二次電池モジュールにおいて、
前記一端側棒体と、前記一端側連結体とは、回動自在に連結されていることを特徴とする二次電池モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2000216571A JP4918186B2 (ja) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | 二次電池モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000216571A JP4918186B2 (ja) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | 二次電池モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002033086A JP2002033086A (ja) | 2002-01-31 |
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ID=18711816
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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2000
- 2000-07-17 JP JP2000216571A patent/JP4918186B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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