JP5176682B2

JP5176682B2 - 組電池

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Publication number: JP5176682B2
Application number: JP2008125023A
Authority: JP
Inventors: 竜一郎新開; 友康竹内; 啓史上嶋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2028-05-12
Also published as: JP2009277378A

Description

本発明は、複数の電池を接続部材によって電気的に接続した組電池に関する。

近年、自動車駆動用の電源として、高出力、高エネルギー容量であるリチウム電池やニッケル電池が実用化されている。これらの電池は、電極体と、端子と、電池容器とを備えている。そして、複数個組合わされ、組電池として用いられる。自動車駆動用として組電池が使用される場合、激しい充放電が繰返されることとなる。そのため、化学反応に伴う電極体の発熱によって温度が上昇し、電池の性能が劣化してしまう可能性があった。

従来、このような温度上昇を抑えることができる組電池として、例えば特許文献１に開示されている組電池がある。この組電池は、２次電池を積層して構成されている。積層された２次電池は、バスバーによって電気的に接続されている。積層された２次電池の間には、板状のヒートシンクが配設されている。２次電池の外装部材とヒートシンクとによって形成された隙間によって冷却風の流路が構成されている。この流路に冷却風を流通させることで２次電池を効率的に冷却することができる。これにより、組電池の温度上昇を抑えることができる。
特開２００５−３０２６９８号公報

ところで、組電池を構成するための必須部材は、電池、接続部材、絶縁部材等の電気部材である。しかし、前述した組電池では、冷却風の流路を形成するために、これら必須部材以外にヒートシンクが必要となる。そのため、部品点数が増加してしまうというという問題があった。また、それに伴って組電池が大きくなってしまうという問題もあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、部品点数の増加を抑えて熱媒体の流路を形成することができる組電池を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、組電池を構成するための必須部材である電池容器、接続部材及び絶縁部材を利用することで、部品点数の増加を抑えて熱媒体の流路を形成できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の組電池は、電池容器の一面から突出する端子を有し、電池容器の一面を同一方向に向けた状態で並設される複数の電池と、端子の先端部に接続され、複数の電池を電気的に接続する接続部材と、接続部材の間に延在し、接続部材の間を絶縁する第１絶縁部材と、を備えた組電池であって、電池容器の一面と、電池容器の一面に対向する接続部材及び第１絶縁部材との間に、電池容器側に突出し、端子を挟み込むように複数形成された状態で配設され、端子及び接続部材の少なくも一方に熱的に接続される熱伝導部材を有し、電池容器の一面と、電池容器の一面に対向する接続部材及び第１絶縁部材とによって囲まれる空間に、熱媒体が流通することを特徴とする。この構成によれば、電池容器の一面と、これに対向する接続部材及び第１絶縁部材とによって熱媒体の流路が区画される。そのため、従来用いられていた、ヒートシンクのような熱媒体の流路を形成するための部材を別途設ける必要がない。従って、部品点数の増加を抑えて熱媒体の流路を形成することができる。また、熱伝導性を有する熱伝導部材を介して端子及び接続部材の少なくとも一方を冷却又は加熱することができる。そのため、組電池を効率よく冷却又は加熱することができる。

請求項２に記載の組電池は、請求項１に記載の組電池において、電池容器の一面と、電池容器の一面に対向する接続部材及び第１絶縁部材と、電池容器の一面から突出する端子とによって囲まれる空間に、熱媒体が流通することを特徴とする。この構成によれば、電池容器の一面と、これに対向する接続部材及び第１絶縁部材と、これから突出する端子とによって熱媒体の流路が区画される。そのため、従来用いられていた、ヒートシンクのような熱媒体の流路を形成するための部材を別途設ける必要がない。従って、部品点数の増加を抑えて熱媒体の流路を形成することができる。

請求項３に記載の組電池は、請求項１又は２に記載の組電池において、端子は、板状であり、板厚方向が、熱媒体の流通方向と直交するように配設されていることを特徴とする。この構成によれば、熱媒体を円滑に流通させることができる。

請求項４に記載の組電池は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組電池において、電池容器の一面と、電池容器の一面に対向する接続部材及び第１絶縁部材との間であって、隣接する電池の端子の間に配設され、隣接する電池の端子の間を絶縁する第１絶縁部材と一体的に形成される第２絶縁部材を有することを特徴とする。この構成によれば、第２絶縁部材によって隣接する電池の端子の間を確実に絶縁することができる。また、第２絶縁部材は、熱媒体が流通する電池容器の一面と、これに対向する接続部材及び第１絶縁部材との間に形成されている。しかも、第１絶縁部材と一体的に形成されている。そのため、第１絶縁部材及び第２絶縁部材を介して端子及び接続部材を冷却又は加熱することができる。従って、組電池を効率よく冷却又は加熱することもできる。

請求項５に記載の組電池は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池において、端子は、正極端子及び負極端子であることを特徴とする。この構成によれば、電池容器の一面から正極端子及び負極端子が突出している。そのため、電池容器の一面側に熱媒体が流通することで、正極端子及び負極端子をともに冷却又は加熱することができる。従って、効率的に組電池を冷却又は加熱することができる。

請求項６に記載の組電池は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の組電池において、複数の電池は、車両に搭載されていることを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載される組電池において、部品点数の増加を抑えて熱媒体の流路を形成することができる。

なお、第１及び第２絶縁部材は、絶縁部材を区別するために便宜的に導入したものである。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る組電池を、自動車等の車両に搭載されるリチウムイオン電池からなる組電池に適用した例を示す。

まず、図１〜図６を参照して組電池の構成について説明する。ここで、図１は、本実施形態における組電池の斜視図である。図２は、図１に対してバスバー、冷却フィン及び絶縁部材が配設されていない状態の組電池の斜視図である。図３は、図１に対して絶縁部材が配設されていない状態の組電池の斜視図である。図４は、組電池の上面図である。図５は、図４におけるＡ−Ａ矢視断面図である。図６は、組電池の右側面図である。なお、図中における前後方向、左右方向及び上下方向は、組電池を説明するために便宜的に導入したものである。また、図中における白抜き矢印は、冷媒の流通方向を示すものである。

図１に示すように、組電池１は、複数の電池１０と、バスバー１１〜１３（接続部材）と、絶縁部材１４（第１絶縁部材）、１５（第２絶縁部材）とから構成されている。

図２に示すように、電池１０は、リチウムを吸蔵、放出可能な正極及び負極と、電解質塩を非水溶媒に溶解してなる非水電解液とを、アルミニウムからなる直方体状のケース１００（電池容器）に密封して構成されている。正極は、アルミニウムからなる正極集電体と、その表面に形成される正極活物質層とから構成されている。負極は、銅からなる負極集電体と、その表面に形成される負極活物質層とから構成されている。電池１０は、ケース１００の上面から上方に突出する一対の端子である正極端子１０１（端子）と負極端子１０２（端子）とを備えている。

正極端子１０１は、正極を外部に電気的に接続するための金属からなる板状の部材である。正極端子１０１は、正極集電体に溶接されるため、正極集電体と同一材料であるアルミニウムによって構成されている。正極端子１０１は、板厚方向を前後方向に向けた状態でケース１００の上面から上方に突出している。負極端子１０２は、負極を外部に電気的に接続するための金属からなる板状の部材である。負極端子１０２は、負極集電体に溶接されるため、負極集電体と同一材料である銅によって構成されている。負極端子１０２は、正極端子１０１に対して左右方向に所定間隔をあけ、板厚方向を前後方向に向けた状態でケース１００の上面から上方に突出している。

複数の電池１０は、一対の端子を結ぶ方向を左右方向に揃えた状態で、前後方向及び左右方向に並設されている。前後方向に並設される電池１０は、正極端子１０１と負極端子１０２とが、互いに前後方向に対向するように配置されている。また、左右方向に並設される電池１０は、正極端子１０１と負極端子１０２とが、互いに左右方向に対向するように配置されている。

図３に示すように、バスバー１１は、組電池１の左右方向の中央に配設され、左右方向に並設された電池１０間を電気的に直列接続するための金属からなる長方形板状の部材である。具体的には、アルミニウム又は銅からなる左右方向に長い長方形板状の部材である。バスバー１１には、左右方向に所定間隔をあけ、正極端子１０１及び負極端子１０２が嵌合する長方形状の孔部１１０、１１１が形成されている。バスバー１１の下面には、冷却フィン１１２（熱伝導部材）が配設されている。冷却フィン１１２は、熱を効率的に放熱するための金属からなる波板状の部材である。冷却フィン１１２は、アルミニウム又は銅によって構成されている。冷却フィン１１２は、波状に成形された両端部を右方及び左方に向け、左右方向に延在した状態で、抵抗溶接やレーザー溶接又はろう付け等によってバスバー１１の下面に溶接又はろう付けされ、熱的に接続されている。冷却フィン１１２の配設されたバスバー１１は、孔部１１０、１１１に正極端子１０１及び負極端子１０２の上方端部を嵌合させた状態で、上方側から、抵抗溶接やレーザー溶接等によってそれぞれ溶接され、電気的に接続されている。

バスバー１２は、組電池１の右方に配置され、前後方向に並設された電池１０間を電気的に直列接続するための金属からなる長方形板状の部材である。具体的には、アルミニウム又は銅からなる左右方向に長い長方形板状の部材である。バスバー１２には、前後方向に所定間隔をあけ、正極端子１０１及び負極端子１０２が嵌合する長方形状の孔部１２０、１２１が形成されている。バスバー１２の下面には、冷却フィン１２２（熱伝導部材）が配設されている。冷却フィン１２２は、熱を効率的に放熱するための金属からなる波板状の部材である。冷却フィン１２２は、アルミニウム又は銅によって構成されている。冷却フィン１２２は、波状に成形された両端部を右方及び左方に向け、左右方向に延在した状態で、抵抗溶接やレーザー溶接又はろう付け等によってバスバー１２の下面に溶接又はろう付けされ、熱的に接続されている。冷却フィン１２２の配設されたバスバー１２は、バスバー１１と同様に、孔部１２０、１２１に正極端子１０１及び負極端子１０２の上方端部を嵌合させた状態で、上方側からそれぞれ溶接され、電気的に接続されている。

バスバー１３は、組電池１の左方に配置され、前後方向に並設された電池１０間を電気的に直列接続するための金属からなる長方形板状の部材である。具体的には、アルミニウム又は銅からなる長方形状の部材である。バスバー１３には、前後方向に所定間隔をあけ、正極端子１０１及び負極端子１０２が嵌合する長方形状の孔部１３０、１３１が形成されている。バスバー１３の下面には、冷却フィン１３２（熱伝導部材）が配設されている。冷却フィン１３２は、熱を効率的に放熱するための金属からなる波板状の部材である。冷却フィン１３２は、アルミニウム又は銅によって構成されている。冷却フィン１３２は、波状に成形された両端部を右方及び左方に向け、左右方向に延在した状態で、抵抗溶接やレーザー溶接又はろう付け等によってバスバー１３の下面に溶接又はろう付けされ、熱的に接続されている。冷却フィン１３２の配設されたバスバー１３は、バスバー１１、１２と同様に、孔部１３０、１３１に正極端子１０１及び負極端子１０２の上方端部を嵌合させた状態で、上方側からそれぞれ溶接され、電気的に接続されている。

図１及び図４〜図６に示すように、絶縁部材１４は、バスバー１１〜１３の間に延在し、バスバー１１〜１３の間を絶縁するための樹脂又はセラミック等からなる部材である。絶縁部材１４は、ケース１００の上面に対向し、板厚方向を上下方向に向けた状態でケース１００の上面とほぼ平行になるように配設されている。絶縁部材１４の左右方向中央には、前後方向に所定間隔をあけ、バスバー１１が組付く長方形状の孔部１４０が形成されている。右端部には、前後方向に所定間隔をあけ、バスバー１２が組付く長方形状の切欠き部１４１が形成されている。左端部には、前後方向に所定間隔をあけ、バスバー１３が組付く長方形状の切欠き部１４２が形成されている。また、絶縁部材１４の前方端部及び後方端部には、下方に屈曲する屈曲部１４３、１４４が形成されている。

絶縁部材１５は、前後方向に隣接する電池１０の端子の間に配設され、前後方向に隣接する電池１０の端子の間を絶縁するための樹脂又はセラミック等からなる長方形板状の部材である。また、前後方向に隣接する電池１０の冷却フィン１１２の間、冷却フィン１２２の間及び冷却フィン１３２の間を絶縁する部材でもある。絶縁部材１５は、板厚方向を前後方向、長手方向を左右方向に向けた状態で、絶縁部材１４の下面に一体的に形成されている。

次に、図１及び図４〜図６を参照してバスバー１１〜１３及び絶縁部材１４を、並設された電池１０へ組付ける組付け方法について説明する。図１及び図４〜図６に示すように、冷却フィン１１２、１２２、１３２の配設されたバスバー１１〜１３、絶縁部材１４及び絶縁部材１５は、バスバーモジュール１６を構成する。具体的には、絶縁部材１４の孔部１４０及び切欠き部１４１、１４２に、冷却フィン１１２、１２２、１３２の配設されたバスバー１１〜１３が組付けられ、バスバーモジュール１６を構成する。バスバーモジュール１６は、並設された電池１０の上面を覆うように配設される。そして、バスバー１１〜１３の孔部１１０、１１１、１２０、１２１、１３０、１３１を正極端子１０１及び負極端子１０２の上方端部を嵌合させた状態で上方側からそれぞれ溶接され、電気的に接続される。これにより、バスバー１１〜１３及び絶縁部材１４からなるバスバーモジュール１６が、並設された電池１０に一体的に組付けられることとなる。

次に、図１、図４及び図５を参照して組電池の冷却動作について説明する。図１、図４及び図５に示す組電池１は、車両内における使用に伴って激しい充放電が繰返される。そのため、電池１０内部の発熱によって温度が上昇する。組電池１は、冷媒によって冷却されている。具体的には、白抜き矢印で示すように、ケース１００の上面と、ケース１００の上面に対向するバスバー１１〜１３及び絶縁部材１４とによって囲まれる空間を、左方から右方に向かって流れる冷媒としての空気によって冷却されている。冷媒は、正極端子１０１及び負極端子１０２、並びに、バスバー１１〜１３を冷却する。バスバー１１〜１３の下面には、冷却フィン１１２、１２２、１３２が熱的に接続されている。そのため、正極端子１０１及び負極端子１０２並びにバスバー１１〜１３を伝導する電池１０内部で発生した熱を、冷却フィン１１２、１２２、１３２を介して冷媒に放熱することができる。絶縁部材１４の下面には、絶縁部材１５が一体的に形成されている。そのため、正極端子１０１及び負極端子１０２、バスバー１１〜１３並びに絶縁部材１４を伝導する電池１０内部で発生した熱を、絶縁部材１５を介して冷媒に放熱することもできる。このようにして組電池１が冷却される。

なお、正極端子１０１及び負極端子１０２は、板厚方向を前後方向に向けた状態で配設されている。また、冷却フィン１１２、１２２、１３２は、波状に成形された両端部を右方及び左方に向け、冷媒が流れる左右方向に延在した状態で配設されている。さらに、絶縁部材１５は、板厚方向を前後方向、長手方向を左右方向に向けた状態で配設されている。そのため、冷媒の流れを妨げることなく、放熱することができる。

最後に、効果について説明する。本実施形態によれば、ケース１００の上面と、バスバー１１〜１３及び絶縁部材１４とによって流路が区画され、これらによって囲まれる空間に、冷媒が流通する。そのため、従来用いられていた、ヒートシンクのような冷媒の流路を形成するための部材を別途設ける必要がない。従って、車両に搭載される組電池１において、部品点数の増加を抑えて冷媒の流路を形成することができる。また、絶縁部材１４の前方端部及び後方端部に屈曲部１４３、１４４を形成することで、より確実に流路を区画することができる。

また、本実施形態によれば、バスバー１１〜１３の下面には、冷却フィン１１２、１２２、１３２が熱的に接続されている。そのため、正極端子１０１及び負極端子１０２並びにバスバー１１〜１３を伝導する電池１０内部で発生した熱を、冷却フィン１１２、１２２、１３２を介して冷媒に放熱することができる。従って、組電池１を効率よく冷却することができる。

また、本実施形態によれば、冷媒は、右方から左方に向かって流通している。一方、正極端子１０１及び負極端子１０２は、板厚方向を前後方向に向けた状態でケース１００の上面に配設されている。つまり、正極端子１０１及び負極端子１０２の板厚方向が、冷媒の流通方向と直交するように配設されている。そのため、冷媒の流れが正極端子１０１及び負極端子１０２によって妨げられることを極力抑えることができる。従って、冷媒を円滑に流通させることができる。

さらに、本実施形態によれば、前後方向に隣接する電池１０の端子の間に絶縁部材１５が配設されている。そのため、絶縁部材１５によって前後方向に隣接する電池１０の端子及び冷媒フィンの間を確実に絶縁することができる。また、絶縁部材１５は、冷媒が流通するケース１００の上面と、バスバー１１〜１３及び絶縁部材１４との間に形成されている。しかも、絶縁部材１４と一体的に形成されている。そのため、正極端子１０１及び負極端子１０２、バスバー１１〜１３並びに絶縁部材１４を伝導する電池１０内部で発生した熱を、絶縁部材１５を介して冷媒に放熱することができる。従って、組電池１を効率よく冷却することができる。

加えて、本実施形態によれば、ケース１００の上面から正極端子１０１及び負極端子１０２が突出している。そのため、ケース１００の上面側に冷媒が流通することで正極端子１０１及び負極端子１０２をともに冷却することができる。従って、効率的に組電池１を冷却することができる。

なお、本実施形態では、ケース１００の上面と、ケース１００の上面に対向するバスバー１１〜１３及び絶縁部材１４とによって囲まれる空間に、冷媒を流通させる例を挙げているが、これに限られるものではない。正極端子１０１及び負極端子１０２が左右方向に長い場合には、ケースの上面と、ケースの上面に対向するバスバー及び絶縁部材と、ケースの上面から上方に突出する正極端子及び負極端子とによって囲まれる空間に、冷媒を流通させてもよい。この場合も、同様に、部品点数の増加を抑えて冷媒の流路を形成することができる。

また、本実施形態では、冷却フィン１１２、１２２、１３２が、バスバー１１〜１３の下面に熱的に接続されている例を挙げているが、これに限られるものではない。冷却フィンは、正極端子及び負極端子に熱的に接続されていてもよい。冷却フィンが発熱源に近くなるため、より効率的に組電池１を冷却することができる。

また、本実施形態では、冷媒として空気を用いた例を挙げているが、これに限られるものではない。冷媒は、空気以外の気体であってもよい。また、液体であってもよい。

さらに、本実施形態では、冷媒によって組電池を冷却する例を挙げているが、これに限られるものではない。温度の高い熱媒体によって組電池を加熱して温度を調整するようにしてもよい。

加えて、本実施形態では、リチウムイオン電池からなる組電池の例を挙げているが、これに限られるものではない。他の２次電池からなる組電池であってもよい。

本実施形態における組電池の斜視図である。図１に対してバスバー及び冷却フィンが接続されていない状態の組電池の斜視図である。図１に対して絶縁部材が配設されていない状態の組電池の斜視図である。組電池の上面図である。図４におけるＡ−Ａ矢視断面図である。組電池の右側面図である。

符号の説明

１・・・組電池、１０・・・電池、１００・・・ケース（電池容器）、１０１・・・正極端子（端子）、１０２・・・負極端子（端子）、１１〜１３・・・バスバー（接続部材）、１１０、１１１、１２０、１２１、１３０、１３１・・・孔部、１１２、１２２、１３２・・・冷却フィン（熱伝導部材）、１４・・・絶縁部材（第１絶縁部材）、１４０・・・孔部、１４１、１４２・・・切欠き部、１４３、１４４・・・屈曲部、１５・・・絶縁部材（第２絶縁部材）、１６・・・バスバーモジュール

Claims

電池容器の一面から突出する端子を有し、前記電池容器の前記一面を同一方向に向けた状態で並設される複数の電池と、
前記端子の先端部に接続され、複数の前記電池を電気的に接続する接続部材と、
前記接続部材の間に延在し、前記接続部材の間を絶縁する第１絶縁部材と、
を備えた組電池であって、
前記電池容器の前記一面と、前記電池容器の前記一面に対向する前記接続部材及び前記第１絶縁部材との間に、電池容器側に突出し、前記端子を挟み込むように複数形成された状態で配設され、前記端子及び前記接続部材の少なくも一方に熱的に接続される熱伝導部材を有し、
前記電池容器の前記一面と、前記電池容器の前記一面に対向する前記接続部材及び前記第１絶縁部材とによって囲まれる空間に、熱媒体が流通することを特徴とする組電池。
前記電池容器の前記一面と、前記電池容器の前記一面に対向する前記接続部材及び前記第１絶縁部材と、前記電池容器の前記一面から突出する前記端子とによって囲まれる空間に、前記熱媒体が流通することを特徴とする請求項１に記載の組電池。
前記端子は、板状であり、板厚方向が、前記熱媒体の流通方向と直交するように配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
前記電池容器の前記一面と、前記電池容器の前記一面に対向する前記接続部材及び前記第１絶縁部材との間であって、隣接する前記電池の前記端子の間に配設され、隣接する前記電池の前記端子の間を絶縁する前記第１絶縁部材と一体的に形成される第２絶縁部材を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組電池。
前記端子は、正極端子及び負極端子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池。
複数の前記電池は、車両に搭載されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の組電池。