JP5102280B2 - ソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール - Google Patents

Description

本発明はパワーバッテリ、特にソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリに関するものである。

現在使用されているソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリの大部分は、電力使用設備の電圧および出力の必要に応じて、単一の電池を互いに随意に直列接続および並列接続して使用されており、簡便かつ合理的な接続組合せモデルは備わっていない。この種の単一でネイクドなソフトパッケージ電池を任意に組み合わせる方法は、元来脆弱な電池にきわめて容易に機械的な損傷を与えるばかりではなく、接続が煩瑣で、操作は規範的ではないことにより、接線が過度に長くなり、接触は不良となり、接触抵抗が過度に大きくなるため、安全面の問題が引き起こされる。

本発明の目的は既存技術の不足点を補うために、ソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュールを提供することにある。

上記目的を実現するため、本発明では、
電極接線端子を設置するための２つの対向する側壁を含む電池ケースと、
前記電池ケース内に配設され、いずれも正極および負極タブを有する複数の電池と、
複数の前記電池を直列接続または並列接続することにより電池パックが形成されるとともに、前記電池パックの正極および負極を形成するように、選択的に複数の前記電池の正極および負極タブを電気的に接続する接続部品と、
いずれも前記電池パックの正極に電気的に接続され、かつ、前記電池ケースの前記２つの対向する側壁上に対向してそれぞれ設置されているとともに、前記電池ケースの外部に暴露される暴露面を有し、該暴露面が前記側壁と平行になるように設置されており、前記電池パックの正極を形成する前記接続部品と一体として形成されている２つの正極接線端子と、
いずれも前記電池パックの負極に電気的に接続され、かつ、前記電池ケースの前記２つの対向する側壁上に対向してそれぞれ設置されているとともに、前記電池ケースの外部に暴露される暴露面を有し、該暴露面が前記側壁と平行になるように設置されており、前記電池パックの負極を形成する前記接続部品と一体として形成されている２つの負極接線端子とを備えたバッテリーモジュールであって、
前記正極接線端子および負極接線端子は、複数の前記バッテリーモジュールが直列または並列に突合せて接続されると、いずれも隣接する前記バッテリーモジュールの側壁上の突合せ接続される２つの接線端子とそれぞれ対向して接触するように設置されるソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュールが提供されている。

本発明は下記の有益な効果を有する。
１）本発明においては、一定数量のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリがケース内に設置されてモジュールを形成し、ソフトパッケージ電池を保護しているため、機械的な損傷は受けない。
２）本発明においては、モジュール内電池の電気的接続方式（直列接続または並列接続）および数量を適当に選択することにより、異なる規格の電池基準モジュールを構成可能である。
３）本発明においては、電池モジュールの接線端子を適当に設置することにより、簡単かつ簡便に複数の電池モジュールを直列接続または並列接続して１つに固定可能であるとともに、電力使用設備の電圧および出力の必要に応じて電池モジュールの接続方式および数量を適当に選択可能である。
４）本発明の好適実施方式においては、プレート状の接続部品を採用して電池の電極タブを電気的に接続することにより、接触条件は効果的に改善され、接触抵抗は低減している。
５）本発明のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュールは、規範化が簡単であるため、電池の安全かつ合理的な使用が保証され、電池の性能は十分に発揮される。

図１には本発明において使用するソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリ３の１つの実施例が示されている。図２および図３の表示も併せて見ると、１つの実施例において、当該電池３は一定の厚みを有する扁平状であり、その頂端に２つの電極タブ４を有し、それぞれ正極タブおよび負極タブである。

図２および図３に示された電池モジュールを詳細に参照すると、各電池モジュールはいずれも絶縁材料製の電池ケース１を含み、電池ケース１はたとえば難燃性ＡＢＳプラスチックの射出成型である。当該電池ケース１は立方体形で、電池パックの配設に便利なよう、上端が開放されている。オプションとして、当該電池ケース１はその開放口を塞ぐための蓋（図には未表示）を含むことも可能である。１つの実施例において、当該電池パックは、複数の電池３（図２および図３においては４つの電池３）がその厚み方向に沿って緊密に組み合わされてなり、電池ケース１の大きさは、当該電池パックが当該電池ケース１内に適切に配設できるよう、当該電池パックに対応したものとなっている。電池ケース１内部の底面と電池パックの底表面との間は粘着剤により接続可能である。

電池パック１は、その２つの対向する側壁上に計４つの開口５が設けられており、各側壁上に２つの開口５を有し、当該開口５は電池モジュールの接線端子を収容または嵌入させるために用いるとともに、当該接線端子を電池ケース１の外部に露出させる。当該接線端子は導電性接線プレートとして形成することができ、当該接線プレートは側壁と平行に開口５内に設置される。

各電池モジュールは、２つの正極接線端子および２つの負極接線端子を含み、図２に示されている通り、電池ケース１の前向きの側壁上における２つの開口５内に（＋）記号で表示された１つの正極接線端子および（−）記号で表示された１つの負極接線端子がそれぞれ設けられている。同様の方式で電池ケース１の後向きの側壁上にも１つの正極接線端子および１つの負極接線端子が設けられている。また、当該２つの正極接線端子は互いに対向し、かついずれも電池パックの正極に電気的に接続され、当該２つの負極接線端子も互いに対向し、かついずれも電池パックの負極に電気的に接続されている。

電池モジュールにおける４つの設置位置は図４（ａ）および図４（ｂ）内においてより明確であり、各図内にはいずれも２つの電池モジュールが示されているとともに、（＋）記号および（−）記号によりそれぞれ正極接線端子および負極接線端子が表示されており、図内の双方向矢印は電気的接続を示している。各電池モジュールについて見ると、２つの正極接線端子は互いに対向しているとともに、それぞれ電池ケースの２つの対向する側壁上に設置され、２つの負極接線端子は互いに対向しているとともに、それぞれ電池ケースの２つの対向する側壁上に設置されている。図４（ａ）に示されている通り、２つの電池モジュールが並列で突合せ接続すると、２つの電池モジュールは互いに対向して同一の方式で配置され、突合せ接続すべき２つの突合せ接続の側壁上において、２つの正極接線端子が互いに対向して電気的に接続され、２つの負極接線端子も同様に互いに対向して電気的に接続される。図４（ｂ）に示されている通り、２つの電池モジュールが直列で突合せ接続されると、２つの電池モジュールは互いに対向して配置され、かつ、２つの電池モジュールは互いに対して１８０度回動し、このようにして、突合せ接続すべき２つの突合せ接続の側壁上において、正極接線端子と負極接線端子とが互いに対向し、かつ、そのうち１つの正極接線端子は、それが対向する負極接線端子と電気的に接続される。図４（ａ）および図４（ｂ）には２つの電池モジュールだけが示されているが、当業者であればそれを通してより多くの電池モジュールの直列接続または並列接続方式をきわめて容易に理解可能である。

各電池モジュールにおいては、図２に示されている通り、接続部品２を採用してその中の複数の電池３を電気的に接続している。接続部品２は、当該複数の電池３を直列接続または並列接続して電池パックとするとともに、電池パックの正極および負極を形成するよう、選択的に当該モジュール内の複数の電池３の正極および負極タブ４を電気的に接続する。

図５（ａ）および図５（ｂ）には、単一電池パック内における複数の電池３および電極タブ４の配列方式が示されており、この２つの図においては＋および−記号により電池３の正極タブおよび負極タブが明示されている。図５（ａ）および図５（ｂ）に示されている通り、電池モジュール内において、複数の電池３の電極タブ４は２列に配列されている。そのうち、図５（ａ）に示されている並列接続の場合、複数の電池３の正極タブは一方の列として配列され、負極タブは別の列として配列されている。図５（ｂ）に示されている直列接続の場合、複数の電池３の正極および負極タブは２列上においていずれも交互に設置されている。

図２、図５（ａ）および図５（ｂ）に示されている通り、接続部品２は少なくとも局部的に導電性である２枚の長尺型接続プレートを含み、それぞれ２列の電極タブ上に設置されて電極タブの配列方向に沿って延伸しているとともに、その導電部分を利用して選択的にそれが所在する列中の電極タブと電気的に接続して、電池パックの正極および負極を形成する。当該接続プレート２は、それが所在する列中の電極タブ４と機械的に接続して、当該接続プレートを電池パック上に固定可能である。

さらに図５（ａ）および図５（ｂ）を結合して、接続プレート２と電池３の電極タブ４との電気的な接続について説明する。図内の陰影部分は接続プレート２の導電部分を示している。図５（ａ）に示されている並列接続の場合、すべての電池の正極タブはいずれも一方の接続プレート２に電気的に接続され、すべての電池の負極タブはいずれも他方の接続プレート２に電気的に接続され、それにより２つの接続プレート２がそれぞれ電池パックの正極および負極を形成して、この２つの接続プレート２はそれぞれ近くで２つの正極接線端子（＋）および２つの負極接線端子（−）と電気的に接続可能であり、これは任意の個数の電池すべてに対して成立し、この場合、接続プレート２は全体としていずれも導電可能である。

図５（ｂ）に示されている直列接続の場合、各接続プレート２は局部的な導電部分（陰影部分で示されている通り）を有するとともに、当該局部的な導電部分を利用してそれが所在する列の電極タブと電気的に接続して、直列接続を形成する。ここにおいて、直列接続の場合に、直列接続の電池パック内に奇数個の電池が含まれると、電池パックの正極および負極はそれぞれ２つの接続プレート２上に位置し、それにより、この２つの接続プレート２はそれぞれ近くで２つの正極接線端子（＋）および２つの負極接線端子（−）と電気的に接続可能であり、詳細は図５（ｂ）に示されている通りである。

電池モジュール内の電池パックが図５（ａ）および図５（ｂ）に示されている通り並列接続の電池パックであるかまたは奇数個の電池が直列接続された電池パックである場合には、図２に示されている通り、接続プレート２は、その近傍の２つの接線プレートと一体となったＵ字形を形成可能であり、接続プレートは当該Ｕ字形の底部であり、２つの接線プレートはそれぞれ当該Ｕ字形の上向き曲折部である。

偶数個の電池を直列接続する場合には、容易に判明する通り、電池パックの正極および負極は同一の接続プレート２上に出現し、その際には、それぞれ追加の導電性接続部品を使用して電池パックの正極および負極をそれぞれ２つの正極接線端子（＋）および２つの負極接線端子（−）に接続する必要がある。当該追加の導電性接続部品は、好適には、抵抗が比較的低い導電プレートまたは粗導線である。

本発明の電池モジュールを形成した後、複数のモジュールを図４（ａ）または図４（ｂ）のように並列接続または直接接続するためには、さらに、モジュール接続ユニットを使用して隣接する２つの電池モジュールの接線端子を電気的に接続および／または機械的に接続する必要がある。モジュール間を並列接続する場合には、図４（ａ）に示されている通り、隣接する２つの電池モジュールの突合せ接続した側壁上において、モジュール接続ユニットを用いて一対の正極接線端子を電気的に接続するとともに機械的に固定し、別のモジュール接続ユニットを用いて一対の負極接線端子を電気的に接続するとともに機械的に固定する。モジュール間を直列接続する場合には、隣接する２つの電池モジュールの突合せ接続した側壁上において１組の対向する正極接線端子と負極接線端子とを電気的に接続する必要があるだけであるため、当該モジュール接続ユニットを用いて当該組の接線端子を電気的に接続するとともに機械的に固定可能であり、当該突合せ接続した別の組の正極接線端子と負極接線端子とは機械的に固定するだけでよく、その際、この２つの接線端子の間には絶縁シートを設置可能である。１つの実施例において、当該モジュール接続ユニットには、接線端子内に設けられた接続孔６および当該接続孔内に収容するためのボルト（未表示）が含まれる。

以下においては本発明の電池モジュールの２つの応用実施例について紹介する。

実施例１：
１００Ａｈ、４Ｖで各項パラメータがほぼ一致した電池３を４個選択し、それを位置合わせして積み重ねて電池パックを形成し、電池３の正極タブ４および負極タブ４を２枚のＵ字形接続プレート２によりそれぞれ並列接続し、さらに電池ケース１内に配設して４００Ａｈ、４Ｖ（実際は３．７Ｖ）の電池モジュールとし、側壁上の接線プレート上の接続孔６を介して、ボルトによりｎ個の４００Ａｈ、４Ｖモジュールを並列接続すると、容量ｎ×４００Ａｈの４Ｖリチウムイオン電池電源が得られる。ｎ個のこの種のモジュールをボルトにより直列接続すると、ｎ×４Ｖで４００Ａｈのリチウムイオン電池電源が得られる。電池ケース１は難燃性ＡＢＳプラスチックの射出成型であり、その大きさは選択された４個の１００Ａｈソフトパッケージリチウムイオン電池３の装入に適したものとする。接続プレート２の長さは電池ケース１の厚みと同一であり、幅は電池の電極タブ４の幅と等しく、両端が共に９０°で高さ２０ｍｍまで折れ曲がって、接線プレートを形成し、接線プレート上には２つの接続孔６が開設されており、当該接続プレート２は１ｍｍの銅板製である。

実施例２：
１００Ａｈ、４Ｖのソフトパッケージリチウムイオン電池３を３個選択し、それを直列接続して、きちんと重ね合わせるとともに、直列接続された電池の正極タブ４および負極タブ４をそれぞれ１枚の接続プレート２に接続し、さらに電池ケース１内に配設して１２Ｖ、１００Ａｈのリチウムイオン電池モジュールとする。ｎ個のこの種のモジュールをボルトで直列接続すると、１２Ｖ×ｎ、１００Ａｈのリチウムイオン電池電源が得られる。

ソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリの概略図である。 本発明における電池モジュールの斜視図であり、２つの電池モジュールが明示され、各モジュール内には図１の電池が複数含まれている。 図２の電池モジュールにおける一方の電池モジュールの断面図である。 本発明における２つの電池モジュールの並列接続が明示されている。 本発明における２つの電池モジュールの直列接続が明示されている。 単一の電池モジュール内における電池間の並列接続が明示されている。 単一の電池モジュール内における電池間の直列接続が明示されている。

Claims (13)

1. 電極接線端子を設置するための２つの対向する側壁を含む電池ケースと、
   前記電池ケース内に配設され、いずれも正極および負極タブを有する複数の電池と、
   複数の前記電池を直列接続または並列接続することにより電池パックが形成されるとともに、前記電池パックの正極および負極を形成するように、選択的に複数の前記電池の正極および負極タブを電気的に接続する接続部品と、
   いずれも前記電池パックの正極に電気的に接続され、かつ、前記電池ケースの前記２つの対向する側壁上に対向してそれぞれ設置されているとともに、前記電池ケースの外部に暴露される暴露面を有し、該暴露面が前記側壁と平行になるように設置されており、前記電池パックの正極を形成する前記接続部品と一体として形成されている２つの正極接線端子と、
   いずれも前記電池パックの負極に電気的に接続され、かつ、前記電池ケースの前記２つの対向する側壁上に対向してそれぞれ設置されているとともに、前記電池ケースの外部に暴露される暴露面を有し、該暴露面が前記側壁と平行になるように設置されており、前記電池パックの負極を形成する前記接続部品と一体として形成されている２つの負極接線端子とを備えたバッテリーモジュールであって、
   前記正極接線端子および負極接線端子は、複数の前記バッテリーモジュールが直列または並列に突合せて接続されると、いずれも隣接する前記バッテリーモジュールの側壁上の突合せ接続される２つの接線端子とそれぞれ対向して接触するように設置されることを特徴とするソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。
2. 前記２つの正極接線端子が、一体形成されている前記接続部品とともに一体としてＵ字形に形成されたプレートであり、前記２つの負極接線端子が、一体形成されている前記接続部品とともに一体としてＵ字形に形成されたプレートであり、前記接続部品が前記Ｕ字形の底部を構成し、前記正極接線端子および前記負極接線端子の前記暴露面が、それぞれ前記Ｕ字形の上向き曲折部を構成することを特徴とする請求項１記載のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。
3. 前記電池パック内の複数の前記電池の電極タブは、２列に配列され、複数の前記電池が並列接続される場合、複数の前記電池の正極タブは一方の列上に配列され、複数の前記電池の複数の負極タブは他方の列上に配列され、複数の前記電池が直列接続される場合、複数の前記電池の正極および負極タブは前記２列上でいずれも交互に配列されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。
4. 前記接続部品は、前記２列の電極タブ上にそれぞれ設置されて、電極タブの配列方向に沿って延伸しているとともに、その導電部分を利用して選択的にそれが所在する列中の電極タブと電気的に接続されて、前記電池パックの正極および負極を形成し、少なくとも一部に導電性の部分を含むことを特徴とする請求項３記載のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。
5. 前記接続部品は、それが所在する列中の電極タブと機械的に接続されることを特徴とする請求項４記載のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。
6. 前記正極接線端子および前記負極接線端子は、前記電池ケース側壁上の開口内に設置されていることを特徴とする請求項４記載のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。
7. 前記電池パックは、前記電池が並列接続された電池パックまたは奇数個の前記電池が直列接続された電池パックであることを特徴とする請求項６記載のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。
8. 前記電池パックは、偶数個の電池が直列接続された電池パックであることを特徴とする請求項１記載のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。
9. 前記バッテリーモジュールの接線端子と隣接するバッテリーモジュールの接線端子とを電気的に接続および／または機械的に接続するためのモジュール接続ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項６記載のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。
10. 前記モジュール接続ユニットは、前記接線端子内に設けられた接続孔および当該接続孔内に収容するためのボルトを含むことを特徴とする請求項９記載のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。
11. 前記電池ケースは、絶縁材料製であることを特徴とする請求項１記載のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。
12. 前記電池ケースは、一端が開放可能な立方体形であることを特徴とする請求項１記載のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。
13. 前記電池は、厚みを有する扁平状であり、複数の前記電池は、その厚み方向に沿って緊密に組み合わされて前記電池パックを形成することを特徴とする請求項１記載のソフトパッケージリチウムイオンパワーバッテリモジュール。

Images