JP5206332B2 - 組電池 - Google Patents

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。図６示すように、この組電池Ａは、複数の単位電池Ｂと、複数のバスバーＣとから構成されている。単位電池Ｂの上面からは、一対の端子部材が突出している。複数の単位電池Ｂは、一対の端子をそれぞれ列状に揃えた状態で並設されている。列方向に隣接する単位電池Ｂの端子部材は、冷却フィンＣの形成されたバスバーＤによって直列接続されている。単位電池Ｂの上面に沿って列方向に冷媒を流すことで、電極体で発生した熱が端子部材、バスバーＤ及び冷却フィンＣを介して冷媒へと放熱される。これにより、組電池Ａの温度上昇を抑えることができる。
特開２００５−７１６７４号公報

ところで、前述した組電池Ａでは、発生した熱を冷媒に放熱することで、組電池Ａの温度上昇を抑えている。冷媒に含まれる湿気によって冷却フィンＣが結露した場合、又は、冷媒に異物が混入した場合、冷却フィンＣ間が短絡する可能性がある。そのため、特に、列方向に隣接して配置される冷却フィンＣ間の絶縁を確保しておく必要がある。しかし、これらの冷却フィンＣ間の絶縁を確保しようとすると、図７に示すように、列方向と直交する方向に延在する絶縁部材Ｅを設けなければならない。これでは冷媒の流れが大きく妨げられ、冷却性能が低下してしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、熱媒体の流れを妨げることなく、隣接する接続部材にそれぞれ接続される熱伝導部材間の絶縁を確保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、熱伝導部材の配置を工夫すること、具体的には、列方向に隣接する接続部材にそれぞれ接続される熱伝導部材を、端子を挟んで、列方向と直交する方向での端子の一方側と他方側にそれぞれ別れて配置することで、熱媒体の流れを妨げることなく熱伝導部材間の絶縁を確保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一対の端子を有し、一対の端子をそれぞれ列状に揃えた状態で並設される複数の電池と、列方向に隣接する端子を電気的に接続する接続部材と、接続部材にそれぞれ熱的に接続され、列方向に流れる熱媒体によって冷却又は加熱される熱伝導部材と、を備えた組電池において、列方向に隣接する接続部材にそれぞれ接続される熱伝導部材は、端子を挟んで、列方向と直交する方向での端子の一方側と他方側にそれぞれ別れて配置されていることを特徴とする。ここで、列方向とは、列状に揃えられた端子の並び方向のことである。

この構成によれば、従来のように、熱伝導部材が列方向に隣接して配置されることはない。そのため、熱伝導部材間の列方向の間隔を充分に確保することができる。従って、従来のように、熱伝導部材間に、列方向と直交する方向に延在する絶縁部材を設けることなく、熱伝導部材間の絶縁を確保することができる。これにより、熱媒体の流れを妨げることなく、隣接する接続部材にそれぞれ接続される熱伝導部材間の絶縁を確保することができる。

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、接続部材は、列方向に延在し、列方向に隣接する端子を電気的に接続する接続部と、接続部から、列方向と直交する方向に延出する延出部と、を有し、列方向に隣接する接続部材の延出部は、端子を挟んで、列方向と直交する方向での接続部の一方側と他方側にそれぞれ別れて配置され、熱伝導部材は、延出部に熱的に接続されていることを特徴とする。この構成によれば、列方向に隣接する接続部材にそれぞれ接続される熱伝導部材を、列方向と直交する方向での端子の一方側と他方側に確実に配置することができる。

請求項３に記載の組電池は、請求項２に記載の組電池において、 熱伝導部材の列方向寸法は、接続部の列方向寸法より長く設定されていることを特徴とする。この構成によれば、従来に比べ熱伝導部材を大きくすることができる。そのため、熱伝導特性を向上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、一対の端子の間であって、列方向と直交する方向に隣接する熱伝導部材の間に列方向に延在し、列方向と直交する方向に隣接する熱伝導部材の間を絶縁する第１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１絶縁部材によって、列方向と直交する方向に隣接する熱伝導部材の間を確実に絶縁することができる。

請求項５に記載の組電池は、請求項４に記載の組電池において、第１絶縁部材は、樹脂又はセラミックからなることを特徴とする。この構成によれば、第１絶縁部材の絶縁性を確保することができる。

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、列方向と直交する方向に隣接する接続部と熱伝導部材との間に列方向に延在し、列方向と直交する方向に隣接する接続部と熱伝導部材との間を絶縁する第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、列方向と直交する方向に隣接する接続部と熱伝導部材との間を確実に絶縁することができる。

請求項７に記載の組電池は、請求項６に記載の組電池において、 第２絶縁部材は、樹脂又はセラミックからなることを特徴とする。この構成によれば、第２絶縁部材の絶縁性を確保することができる。

請求項８に記載の組電池は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の組電池において、列方向に隣接する接続部の間に列方向と直交する方向に延在し、列方向に隣接する接続部の間を絶縁する第３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３絶縁部材によって、列方向に隣接する接続部の間を確実に絶縁することができる。

請求項９に記載の組電池は、請求項８に記載の組電池において、第３絶縁部材は、樹脂又はセラミックからなることを特徴とする。この構成によれば、第３絶縁部材の絶縁性を確保することができる。

請求項１０に記載の組電池は、請求項１〜９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、熱媒体の流れを妨げることなく、隣接する接続部材にそれぞれ接続される熱伝導部材間の絶縁を確保することができる。

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４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に対してカバー、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に対してカバーが配設されていない状態の組電池の上面図である。図４は、組電池の正面図である。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（接続部材）と、冷却フィン１２（熱伝導部材）と、絶縁部材１３（第１絶縁部材）と、絶縁部材１４と、カバー１５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と負極端子１０２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円柱状の部材である。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。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円柱状の部材である。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。正極端子１０１と負極端子１０２は、左右方向に所定間隔をあけ、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、一対の端子をそれぞれ前後方向に列状に揃えた状態で、前後方向に並設されている。ここで、前後方向が、本願発明における列方向である。これらの電池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。

図３及び図４に示すように、バスバー１１は、前後方向に隣接する正極端子１０１と負極端子１０２を電気的に接続するための金属からなるクランク形状に屈曲成形された板状の部材である。具体的には、アルミニウム又は銅からなる板状の部材である。バスバー１１は、接続部１１０と、延出部１１１とから構成されている。

接続部１１０は、前後方向に延在し、前後方向に隣接する正極端子１０１と負極端子１０２を電気的に接続するための矩形板状の部位である。接続部１１０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が嵌合する円形状の孔部が形成されている。接続部１１０は、孔部を正極端子１０１及び負極端子１０２に嵌合させた状態で、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、熱的に接続されている。又は、ボルト、ナット等の締結方法によって電気的、熱的に接続されている。

延出部１１１は、接続部１１０から、左右方向に延出し、冷却フィン１２を熱的に接続するための矩形板状の部位である。前後方向に隣接するバスバー１１の延出部１１１は、端子を挟んで接続部１１０の右方と左方にそれぞれ別れて配置されている。つまり、バスバー１１の延出部１１１は、前後方向に向かって、接続部１１０の左右に交互に配置されている。

冷却フィン１２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。具体的には、アルミニウム又は銅からなる波板状の部材である。冷却フィン１２の前後方向寸法は、バスバー１１の延出部１１１の前後方向寸法より長く設定されている。冷却フィン１２は、波状に成形された両端部を前方及び後方に向け状態で、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の上面に溶接又はろう付けされ、熱的に接続されている。

絶縁部材１３は、正極端子１０１と負極端子１０２の間であって、左右方向に隣接する冷却フィン１２間を絶縁するための矩形板状の部材である。具体的には、絶縁性を有する樹脂又はセラミックからなる矩形板状の部材である。絶縁部材１３は、正極端子１０１と負極端子１０２の間であって、左右方向に隣接する冷却フィン１２間に、前後方向に延在した状態で、ケース１００の上面に配設されている。

絶縁部材１４は、左右方向に隣接する接続部１１０と冷却フィン１２との間、及び、前後方向に隣接する接続部１１０間をそれぞれ絶縁するための屈曲成形された板状の部材である。具体的には、絶縁性を有する樹脂又はセラミックからなる板状の部材である。絶縁部材１４は、絶縁部１４０（第２絶縁部材）と、絶縁部１４１（第３絶縁部材）と
から構成されている。

絶縁部１４０は、左右方向に隣接する接続部１１０と冷却フィン１２との間を絶縁するための矩形板状の部位である。絶縁部１４０は、左右方向に隣接する接続部１１０と冷却フィン１２との間に、前後方向に延在した状態でケース１００の上面に配設されている。

絶縁部１４１は、前後方向に隣接する接続部１１０間を絶縁するための矩形板状の部位である。絶縁部１４１は、前後方向に隣接する接続部１１０の間に、左右方向に延在した状態でケース１００の上面に配設されている。

図１に示すように、カバー１５は、バスバー１１、冷却フィン１２及び絶縁部材１３、１４の配設された電池１０の上面を覆うためのコの字状に屈曲成形された板状の部材である。具体的には、絶縁性を有する樹脂からなる板状の部材である。カバー１５は、コの字状に成形された両端部を前方及び後方に向けた状態で、バスバー１１、冷却フィン１２及び絶縁部材１３、１４の配設された電池１０の上面を覆うように配設されている。

次に、図１、図３及び図４を参照して組電池の冷却動作について説明する。図１、図３及び図４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、図１及び図３の白抜き矢印で示すように、ケース１００の上面と、カバー１５とによって囲まれる空間を、前方から後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、バスバー１１の延出部１１１及び冷却フィン１２を冷却する。そのため、正極端子１０１及び負極端子１０２並びにバスバー１１を伝導する電池１０内部で発生した熱を、冷却フィン１２を介して冷媒に放熱することができる。このようにして組電池１が冷却される。

最後に、効果について説明する。本実施形態によれば、前後方向に隣接するバスバー１１において、延出部１１１は、端子を挟んで接続部１１０の右方と左方にそれぞれ別れて配置されている。つまり、バスバー１１の延出部１１１は、前後方向に向かって、接続部１１０の左右に交互に配置されている。そして、冷却フィン１２は、この延出部１１１に熱的に接続されている。そのため、冷却フィン１２を、端子の右方と左方にそれぞれ別々に配置される。つまり、冷却フィン１２は、前後方向に向かって、端子の左右に交互に配置されることとなり、従来のように、前後方向に隣接して配置されることはない。そのため、冷却フィン１２間の前後方向の間隔を充分に確保することができる。従って、従来のように、冷却フィン１２間に、左右方向に延在する絶縁部材を設けることなく、絶縁を確保することができる。これにより、車両に搭載される組電池１において、冷媒の流れを妨げることなく、隣接するバスバー１１にそれぞれ接続される冷媒フィン１２間の絶縁を確保することができる。

また、本実施形態によれば、冷却フィン１２の前後方向寸法は、バスバー１１の延出部１１１の前後方向寸法より長く設定されている。そのため、従来に比べ冷却フィン１２を大きくすることができる。従って、冷却特性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、絶縁部材１３よって、正極端子１０１と負極端子１０２の間であって、左右方向に隣接する冷却フィン１２間を確実に絶縁することができる。

さらに、本実施形態によれば、絶縁部材１４によって、左右方向に隣接する接続部１１０と冷却フィン１２との間、及び、前後方向に隣接する接続部１１０間をそれぞれ確実に絶縁することができる。ここで、絶縁部１４１は、冷媒流通方向と直交する左右方向延在しているが、左右方向寸法がわずかであるため冷媒の流れを妨げることはほとんどない。影響をより低減した場合には、絶縁を確保できる可能な範囲で、上下方向寸法も小さくすればよい。

加えて、本実施形態によれば、絶縁部材１３、１４は、絶縁性を有する樹脂又はセラミックから構成されている。そのため、絶縁性を確保することができる。

なお、本実施形態では、冷却フィン１２の前後方向寸法が、バスバー１１の延出部１１１の前後方向寸法より長く設定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。図３において、延出部１１１の前後方向の寸法を接続部１１０の前後方向の寸法より長くし、冷却フィン１２の前後方向の寸法と等しくしてもよい。また、例えば、図５に示すように、冷却フィン１２’の前後方向の寸法をバスバー１１の延出部１１１の前後方向寸法と等しくしてもよい。

また、本実施形態では、バスバー１１及び冷却フィン１２が、アルミニウム又は銅から構成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。バスバー１１及び冷却フィン１２は、他の材質で構成されていてもよい。材質が限定されるものではない。

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に対してカバー、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１に対してカバーが配設されていない状態の組電池の上面図である。 組電池の正面図である。 別の実施形態におけるカバーが配設されていない状態の組電池の上面図である。 従来の組電池の上面図である。 従来の組電池に絶縁部材を設けた場合の上面図である。

符号の説明

１・・・組電池、１０・・・電池、１００・・・ケース、１０１・・・正極端子、１０２・・・負極端子、１１・・・バスバー（接続部材）、１２、１２’・・・冷却フィン（熱伝導部材）、１３・・・絶縁部材（第１絶縁部材）、１４・・・絶縁部材、１４０・・・絶縁部（第２絶縁部材）、１４１・・・絶縁部（第３絶縁部材）、１５・・・カバー

Claims (10)

1. 電池容器の一面から突出する一対の端子を有し、一対の前記端子をそれぞれ列状に揃えた状態で並設される複数の電池と、
   列方向に隣接する前記端子を電気的に接続する接続部材と、
   前記接続部材にそれぞれ熱的に接続され、列方向に流れる熱媒体によって冷却又は加熱される熱伝導部材と、
   を備えた組電池において、
   列方向に隣接する前記接続部材にそれぞれ接続される前記熱伝導部材は、前記端子を挟んで、列方向と直交する方向での前記端子の一方側と他方側にそれぞれ別れて配置されていることを特徴とする組電池。
2. 前記接続部材は、列方向に延在し、列方向に隣接する前記端子を電気的に接続する
   接続部と、前記接続部から、列方向と直交する方向に延出する延出部と、を有し、
   列方向に隣接する前記接続部材の前記延出部は、前記端子を挟んで、列方向と直交する方向での前記接続部の一方側と他方側にそれぞれ別れて配置され、
   前記熱伝導部材は、前記延出部に熱的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記熱伝導部材の列方向寸法は、前記接続部の列方向寸法より長く設定されていることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
4. 一対の前記端子の間であって、列方向と直交する方向に隣接する前記熱伝導部材の間に列方向に延在し、列方向と直交する方向に隣接する前記熱伝導部材の間を絶縁する第１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。
5. 前記第１絶縁部材は、樹脂又はセラミックからなることを特徴とする請求項４に記載の組電池。
6. 列方向と直交する方向に隣接する前記接続部と前記熱伝導部材との間に列方向に延在し、列方向と直交する方向に隣接する前記接続部と前記熱伝導部材との間を絶縁する第２絶縁部材を有す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。
7. 前記第２絶縁部材は、樹脂又はセラミックからなることを特徴とする請求項６に記載の組電池。
8. 列方向に隣接する前記接続部の間に列方向と直交する方向に延在し、列方向に隣接する前記接続部の間を絶縁する第３絶縁部材を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の組電池。
9. 前記第３絶縁部材は、樹脂又はセラミックからなることを特徴とする請求項８に記載の組電池。
10. 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１〜９のいずれか１項に記載の組電池。

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