JP6443933B2 - 電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン電池などの二次単位電池を用いて構成される電池モジュールに関する。
近年では、常温で作動可能であり、エネルギー密度も高いリチウムイオン二次電池が注目されている。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いという特性に加えて、インピーダンスが低いため応答性に優れている、という特徴も有する。
このようなリチウムイオン電池などの二次単位電池を用いて構成される電池モジュールにおいては、高容量化のニーズが高まり、単位電池を複数接続した組電池を、さらに複数個直列又は並列に接続した状態で使用されることが多くなっている。
例えば、特許文献１（特開２００３−２２９１１０号公報）の図９には、複数の二次電池２０が収納されたケース１０をひとつのケースユニット７０として、このケースユニット７０を２段に積層して連結した電池モジュールが開示されている。
特開２００３−２２９１１０号公報
電池の劣化状態を把握する手段の１つして温度を測定することが行われる。特許文献１においては、複数の二次電池２０を直列に連結してなる電池モジュール２１をケース１０に収納して、ひとつの温度センサー５０でひとつの二次電池２０の温度を検出することが行われている。
引用文献１記載の電池モジュールにおいては、ひとつの二次電池２０に対応した温度センサー５０を、二次電池２０のそれぞれに設ける必要があるため、部品点数が増えてコストが増大する。
電池モジュールの用途によっては、単位電池の温度の把握を１つずつ行う必要がなく、電池モジュール全体の温度を把握するのみで十分な場合がある。
このような場合には、引用文献１に記載の温度センサの取り付け形態を採用すると、上記のように部品点数が増えてコストが増大する、という問題があった。
一方、電池モジュールに設ける温度センサの数を減らす場合には、電池モジュールを構成する全ての単位電池からの全体の温度情報を平均して的確に検出する必要があるので、温度センサを配する位置が重要となる。しかしながら、引用文献１記載の電池モジュールにおいては、温度センサの数を減らす場合における適切な位置に係る開示はなく、問題であった。
本発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明に係る電池モジュールは、複数の単位電池が２つのケース体に挟まれてなる組電池を複数有する電池モジュールであって、前記組電池には、前記２つのケース体間の間隙であるスリット部が設けられており、一の前記組電池の前記スリット部と、他の前記組電池の前記スリット部との間に温度センサが配置され、前記温度センサが温度センサホルダに収容されると共に、前記温度センサホルダは、一の前記組電池の前記スリット部と、他の前記組電池の前記スリット部の双方に嵌合することで固定されることを特徴とする。
本発明に係る電池モジュールによれば、電池モジュールを構成する全ての単位電池からの全体の温度情報を平均して的確に検出できる温度センサレイアウトを、少数の温度センサで実現することが可能となるので、部品点数を抑制でき、コストを低減することができる。また、組電池は単位電池自体が継時的に、あるいは使用環境によって膨張することがあるが、そのような膨張が生じても、的確に温度を検出できる効果が得られる。
本発明の実施形態に係る電池モジュール１０００を構成する組電池６００を示す図である。 取手部８５５などの組電池収容シャーシ８００への取り付けを説明する図である。 第２コネクタ８４０のコネクタ取り付けパネル８４７への取り付けを説明する図である。 コネクタ取り付けパネル８４７の組電池収容シャーシ８００への取り付けを説明する図である。 本発明の実施形態に係る電池モジュール１０００の製造工程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電池モジュール１０００の製造工程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電池モジュール１０００の製造工程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電池モジュール１０００の製造工程を説明する図である。 ホルダ７００の概要を示す説明する図である。 本発明の実施形態に係る電池モジュール１０００における温度センサ８８６の配置を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電池モジュール１０００の製造工程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電池モジュール１０００の製造工程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電池モジュール１０００の製造工程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電池モジュール１０００を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る電池モジュール１０００を構成する組電池６００を示す図である。なお、本明細書においては、組電池６００は複数の単位電池１００を直列接続や並列接続したものと定義し、電池モジュール１０００はこのような組電池６００を複数直列接続や並列接続したものと定義する。
図１（Ａ）は単位電池１００の積層方向から組電池６００をみた図であり、 図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＸ方向から組電池６００をみた図であり、 図１（Ｃ）は図１（Ａ）におけるＹ方向から組電池６００をみた図である。
本実施形態に係る組電池６００を構成する単位電池１００としては、リチウムイオンが負極と正極とを移動することにより充放電が行われる、電気化学素子の１種であるリチウムイオン二次単位電池を用いることができる。
単位電池１００の電池本体部は、複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレータ（不図示）を介して積層された電極積層体、および電解液（いずれも図示しない）が、平面視で矩形のラミネートフィルム外装材（不図示）内に収容された構造となっている。そして、電池本体部の一方の端部（辺）からは正極引き出しタブ１２０、負極引き出しタブ１３０が引き出されている。
本実施形態に係る組電池６００においては、単位電池１００が４つ直列接続され、４つの直列接続された単位電池１００の電位差を、組電池プラス端子６０４及び組電池マイナス端子６０５から取り出すことができる構造となっている。組電池プラス端子６０４及び組電池マイナス端子６０５には、端子を取り付けるために利用されるネジ孔６０６、ネジ孔６０７がそれぞれ設けられている。
なお、本実施形態においては、組電池６００としては、単位電池１００が４つ直列接続されたもので説明を行うが、単位電池１００の数や接続形態がこれに限定されるものではない。
組電池プラス端子６０４及び組電池マイナス端子６０５の中間部には、組電池６００を構成する各組電池６００の電位を取り出すことができる単位電池電圧取り出しコネクタ部６０９が設けられ、組電池６００のモニタに利用されるようになっている。
４つの直列接続された単位電池１００は、互いのラミネートフィルム外装材（不図示）の主面が重なり合うように積層され、積層された４つの単位電池１００は、ステンレス製の第１ケース体６０１及び第２ケース体６０２に挟まれた状態とされる。
第１ケース体６０１及び第２ケース体６０２の空間は間隙となっており、この間隙をスリット部６０３と称する。
後述するが、本実施形態に係る電池モジュール１０００においては、２つの組電池６００を用いて構成すると共に、一の組電池６００のスリット部６０３と、他の組電池６００のスリット部６０３との間に温度センサ８８６を配置することで、電池モジュール１０００の温度をモニタする。
以上のような組電池６００を用いて電池モジュール１０００を製造する工程につき説明し、もって電池モジュール１０００の構造を示す。
図２には、組電池６００などを収容する組電池収容シャーシ８００の一部が示されている。図２は、この組電池収容シャーシ８００に、第１コネクタ８２８及び取手部８５５が取り付けられる工程を示している。
第１コネクタ８２８は電池モジュール１０００内において、電源線８８１と電気接続されるものである。また、電池モジュール１０００外では、前記第１コネクタ８２８と結合する不図示のコネクタから、電池モジュール１０００の電源を取得することができる。
本実施形態に係る電池モジュール１０００においては、第１コネクタ８２８を第１コネクタ取り付け開口部８２５にはめ込み、コネクタ取り付けネジ孔８１３に取り付けネジ８２９を螺着させることで、第１コネクタ８２８を組電池収容シャーシ８００に固着する。
また、取手部８５５は取手取り付けネジ孔８１４を利用して、取り付けネジ８５６を螺着することで、これを組電池収容シャーシ８００に固着する。取手部８５５は、電池モジュール１０００の取り扱い性を向上させることができる。
図３及び図４は第２コネクタ８４０に関連する製造工程を図示するものである。第２コネクタ８４０からは、電池モジュール１０００内で直列接続される各単位電池１００の電位情報、モジュール内の温度情報が取り出せるようになっている。このような各単位電池１００の電位情報によって、後述するバッテリー管理回路ユニット（不図示）が各々の単位電池１００の管理などを行うことができるようになっている。
本実施形態に係る電池モジュール１０００を蓄電装置（不図示）に装着する際には、電池モジュール１０００をレール部材（不図示）で位置規制しつつ、蓄電装置筐体の奥部にある蓄電装置側コネクタ（不図示）に嵌合させるが、このとき、レール部材などに公差があると、第２コネクタ８４０と蓄電装置側コネクタとの嵌合が困難となる。そこで、第２コネクタ８４０は、上記のような公差をカバーするように、若干変位可能に構成されている。
図３は第２コネクタ８４０のコネクタ取り付けパネル８４７への取り付けを説明する図であり、図４はコネクタ取り付けパネル８４７の組電池収容シャーシ８００への取り付けを説明する図である。
第２コネクタ８４０の本体部８４１の両端には、２つの貫通孔（図３には不図示）が設けられており、これらの２つの貫通孔にそれぞれブッシュ８４４が取り付けられているが、このブッシュ８４４の外径は、貫通孔の内径より２Δｂより小さくなっており、これによりブッシュ８４４に対して第２コネクタ８４０の本体部８４１は２Δｂの変位を行い得るようになっている。
この第２コネクタ８４０は、コネクタ取り付けパネル８４７のコネクタ取り付け開口部８４８にはめ込まれ、コネクタ取り付けパネル８４７のコネクタ取り付けネジ孔８４９と、ブッシュ８４４と、締結部材８５２の雌ネジ孔８５３とに挿入・螺着される取り付けネジ８５０によって、コネクタ取り付けパネル８４７に対して固着される。したがって、第２コネクタ８４０は、コネクタ取り付けパネル８４７に対して、２Δｂの変位量で変位可能となっている。
第２コネクタ取り付け開口部８３２の両部には、コネクタ取り付けパネル８４７を組電池収容シャーシ８００に対して取り付けるために利用されるパネル取り付けネジ孔８３４が設けられている。
コネクタ取り付けパネル８４７の両側に設けられている取り付け切り欠き部８５１内に、挿通される環状部材８３５の外径は、取り付け切り欠き部８５１の内側部より２Δａ小さくされており、コネクタ取り付けパネル８４７は組電池収容シャーシ８００に対して２Δａ変位可能となる。
第２コネクタ８４０が取り付けられたコネクタ取り付けパネル８４７は、コネクタ取り付けネジ孔８４９と、抜け止めワッシャー８３７と、取り付け切り欠き部８５１と、パネル取り付けネジ孔８３４とに挿通された取り付けネジ８３６によって、組電池収容シャーシ８００に取り付けられる。
コネクタ取り付けパネル８４７は組電池収容シャーシ８００に対して２Δａ変位可能となり、さらに、第２コネクタ８４０はコネクタ取り付けパネル８４７に対して２Δｂ変位可能となるので、第２コネクタ８４０は組電池収容シャーシ８００に対して２Δａ＋２Δｂの変位が可能となる。ここで、Δａ＞Δｂの寸法関係に設定することにより、レール部材によって位置規制されながら誘導される電池モジュール１０００の第２コネクタ８４０は、より滑らかに蓄電装置側コネクタに嵌合する。
図５は、これまで説明したように第１コネクタ８２８、取手部８５５、第２コネクタ８４０が取り付けられた組電池収容シャーシ８００に、絶縁紙８０６を配する工程を示している。
ステンレス製の組電池収容シャーシ８００の第１主面８０１には、後の工程で組み付けられる２つの組電池６００に対応した２つの開口部８０２が設けられている。また、第１主面８０１は、第１主面８０１の切り起こしにより設けられる切り起こし片８０３が複数配されており、これらの切り起こし片８０３で組電池６００を位置規制することができるようになっている。
また、第１主面８０１の周囲は折り曲げにより形成される周縁立設部８０４が形成されており、この周縁立設部８０４においては、ガイド部材取り付けネジ孔８１１やカバー取り付けネジ孔８１２などが設けられている。周縁立設部８０４には、２つの切り欠き部８０５が設けられる箇所がある。これらの切り欠き部８０５を設けることにより、電源線を取り付ける際の作業性が向上する。
図６は組電池収容シャーシ８００に組電池６００を固着する工程を示している。この工程では、取り付けネジ８０８に、ロゼットワッシャ８０９、組電池６００の固着用貫通孔６０８を挿通し、組電池取り付けネジ孔８０７に取り付けネジ８０８を螺着することで、組電池６００を組電池収容シャーシ８００に対して固着する。
図７は組電池収容シャーシ８００に取り付けられた組電池６００の電気配線を行う工程を示している。
第１コネクタ８２８と組電池６００の端子とに、電源線８８１を電気接続することで、第１コネクタ８２８で２つの組電池６００を直列接続したときの電位が取り出せるようにしている。なお、電源線８８１の電源線端子８８２とネジ８８９が利用される。
また、右側の組電池６００の電位（電磁モジュール１０００の電位）をモニタするためのセンス線８８７が同時に取り付けられる。この電位は、第２コネクタ８４０から取り出せるようになっている。
また、各組電池６００の単位電池電圧取り出しコネクタ部６０９には、単位電池電圧取り出しコネクタ８９３を結合すると共に、単位電池電圧取り出しコネクタ８９３を第２コネクタ８４０と電気接続することで、各組電池６００を構成する単位電池１００の電圧情報を第２コネクタ８４０から取得可能とする。
図８は温度センサ８８６を組み付ける工程を示している。温度センサ８８６は温度センサ接続線８８５を介して第２コネクタ８４０に電気接続されている。また、温度センサ８８６は樹脂製のホルダ７００に収容された状態で組み付けが行われる。樹脂製のホルダ７００は、２つの組電池６００の略中央部に押し込むようにして取り付けられる。
ここで、温度センサ８８６を収容するホルダ７００の詳細について説明する。図９はホルダ７００の概要を示す説明する図であり、図９（Ａ）は温度センサ８８６を収容していない状態を示す斜視図であり、図９（Ｂ）は温度センサ８８６を収容していない状態を正面から見た図であり、図９（Ｃ）は温度センサ８８６を収容した状態を示す斜視図である。
樹脂製のホルダ７００は、上側から下側に向けて、幅がｗ1である上側幅狭部７１０と、幅がｗ1より広いｗ2である幅広部７２０と、幅がｗ1である下側幅狭部７３０とを有している。
上側幅狭部７１０と下側幅狭部７３０の幅ｗ1は、組電池収容シャーシ８００に取り付けられた２つの組電池６００のケース体間の距離と等しく設定されている。（図１０（Ａ）参照）
幅広部７２０の幅ｗ2は、組電池収容シャーシ８００に取り付けられた２つの組電池６００のケース体間の距離より広いため、幅広部７２０が前記ケース体間を通過する際には、前記ケース体間を押し広げることとなる。このため、幅広部７２０の幅ｗ2は、ケース体の弾性変形などで、前記のようなケース体間の広がりを吸収することができる程度の長さに設定される。
上側幅狭部７１０の上面、及び下側幅狭部７３０の下面にはテーパー７６０が設けられており、２つの組電池６００のケース体間にホルダ７００を組み付ける際の作業性を向上させることができるようにされている。また、上側幅狭部７１０及び下側幅狭部７３０には、リブ７５０が設けられており、補強が施されている。
幅広部７２０には、スリット状の温度センサ狭持間隙部７２５が設けられており、これにより、図９（Ｃ）に示すように、例えばサーミスタのような温度センサ８８６を狭持・収容することができる。
上記のようなホルダ７００に収容された温度センサ８８６が、２つの組電池６００のケース体間でどのように配置されるかを説明する。図１０は本発明の実施形態に係る電池モジュール１０００における温度センサ８８６の配置を説明する図である。図１０は、温度センサ８８６の配置部において、組電池６００中の単位電池１００の積層方向を断面できったみた模式図であり、図１０（Ａ）はホルダ７００の組み付け前、図１０（Ｂ）はホルダ７００の組み付け後、をそれぞれ示している。
図１０（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１０００は、４つの単位電池１００が２つのケース体に挟まれてなる組電池６００を、２つ有する電池モジュール１０００であって、組電池６００にはスリット部６０３が設けられており、一方の組電池６００のスリット部６０３と、他方の組電池６００のスリット部６０３との間に温度センサ８８６が配置されることとなる。
図１０（Ｂ）に示すように、温度センサ８８６がホルダ７００に収容されると共に、ホルダ７００は、一方の組電池６００のスリット部６０３と、他方の組電池６００のスリット部６０３の双方に嵌合することで固定される。
上記のような本発明に係る電池モジュール１０００によれば、電池モジュール１０００を構成する全ての単位電池１００からの全体の温度情報を平均して的確に検出できる温度センサ８８６のレイアウトを少数の温度センサ８８６で実現することが可能となるので、部品点数を抑制でき、コストを低減することができる。また、第１ケース体６０１と第２ケース体６０２は複数の取り付けネジ８０８によって組電池６００の外周近傍で組電池収容シャーシ８００に対して強固に固定されるので、単位電池１００が膨張することにより組電池６００の中央部の膨張が生じても、スリット部６０３を設けた部分での膨張は抑制される。このため、例え単位電池１００が膨張したとしても、温度センサ８８６と組電池６００の厚さ方向との位置関係が変化することが殆どないので、的確な温度の検出をすることができる。
図１１は、電池モジュール１０００を、凹状レール部材（不図示）で位置規制しつつ、蓄電装置（不図示）筐体の奥部にある蓄電装置側コネクタ（不図示）に嵌合させる際に、凹状レール部材と対向、当接しつつ、摺動するガイド部材を取り付ける工程を示している。
組電池収容シャーシ８００の一方端においては第１端側突状ガイド部材８７０を、また、他方端においては第２端側突状ガイド部材８７２を、 組電池収容シャーシ８００の周縁立設部８０４に設けられているガイド部材取り付けネジ孔８１１にガイド部材取り付けネジ８７４を螺着することで固着する。
第１端側突状ガイド部材８７０の両端部にはテーパー部８７１が、また、第２端側突状ガイド部材８７２の両端部にはテーパー部８７３がそれぞれ設けられることで、上記のように、凹状レール部材に電池モジュール１０００を差し込み入れる際には、差し込みが容易となり取り扱い性が向上する。また、凹状レール部材から電池モジュール１０００を取り外す際には、各テーパー部がアソビとなるので、電池モジュール１０００の抜き去り方向に留意する必要性があまりなく、取り扱い性が向上する。
図１２は組電池収容シャーシ８００に取り付けられるシャーシカバー９００に、絶縁紙８０６を配する工程を示している。シャーシカバー９００は、組電池収容シャーシ８００に取り付けられることで、電源線８８１などの配線部を覆い隠すことができる。
図１３は組電池収容シャーシ８００にシャーシカバー９００を取り付ける工程を示している。
シャーシカバー９００には、組電池収容シャーシ８００に取り付けられている２つの組電池６００に対応した開口である組電池対応開口部９０２と、組電池６００の取り付けに用いられた取り付けネジ８０８に対応した開口であるネジ部池対応開口部９０５とが設けられている。
このようなシャーシカバー９００は、シャーシカバー９００周縁に設けられている取り付けネジ孔９０７に、取り付けネジ９０８を挿通し、組電池収容シャーシ８００側のカバー取り付けネジ孔８１２に螺着することで、組電池収容シャーシ８００に取り付けられる。
図１４は、上記のような一連の工程を経て製造される、本実施形態に係る電池モジュール１０００を示すものである。
図１４（Ａ）は電池モジュール１０００を一方の主面側からみた図であり、図１４（Ｂ）は電池モジュール１０００を他方の主面側からみた図であり、図１４（Ｃ）は図１４（Ａ）のＸから電池モジュール１０００をみた図であり、図１４（Ｄ）は図１４（Ａ）のＹから電池モジュール１０００をみた図であり、図１４（Ｅ）は図１４（Ａ）のＺから電池モジュール１０００をみた図である。
以上のような、本発明に係る電池モジュール１０００によれば、電池モジュール１０００を構成する全ての単位電池１００からの全体の温度情報を平均して的確に検出できる温度センサ８８６のレイアウトを、少数の温度センサ８８６で実現することが可能となるので、部品点数を抑制でき、コストを低減することができる。
産業上の利用性
本発明は、リチウムイオン電池などの二次単位電池を用いて構成される電池モジュールに関するものである。このような電池モジュールおいては、高容量化のニーズが高まり、単位電池を複数接続した組電池を、さらに複数個直列又は並列に接続した状態で使用される。電池の劣化状態を把握する手段の１つして温度を測定することが行われるが、従来は、複数の二次電池のそれぞれに対して、ひとつずつ温度センサを設けて、温度を検出することが行われていた。このような構成では、部品点数が増えてコストが増大する、という問題があった。そこで、本発明では、組電池にはスリット部を設け、一の組電池のスリット部と、他の組電池の前記スリット部との間に温度センサを配置するようにした。このような本発明に係る電池モジュールによれば、電池モジュールを構成する全ての単位電池からの全体の温度情報を平均して的確に検出できる温度センサレイアウトを、少数の温度センサで実現することが可能となるので、部品点数を抑制でき、コストを低減することができ、産業上の利用性が非常に大きい。
１００・・・単位電池、６００・・・組電池、６０１・・・第１ケース体、６０２・・・第２ケース体、６０３・・・スリット部、６０４・・・組電池プラス端子、６０５・・・組電池マイナス端子、６０６・・・ネジ孔、６０７・・・ネジ孔、６０８・・・固着用貫通孔、６０９・・・単位電池電圧取り出しコネクタ部、７００・・・ホルダ、７１０・・・上側幅狭部、７２０・・・幅広部、７２５・・・温度センサ狭持間隙部、７３０・・・下側幅狭部、７５０・・・リブ、７６０・・・テーパー、８００・・・組電池収容シャーシ、８０１・・・第１主面、８０２・・・開口部、８０３・・・切り起こし片、８０４・・・周縁立設部、８０５・・・切り欠き部、８０６・・・絶縁紙、８０７・・・組電池取り付けネジ孔、８０８・・・取り付けネジ、８０９・・・ロゼットワッシャ、８１１・・・ガイド部材取り付けネジ孔、８１２・・・カバー取り付けネジ孔、８１３・・・コネクタ取り付けネジ孔、８１４・・・取手取り付けネジ孔、８２５・・・第１コネクタ取り付け開口部、８２８・・・第１コネクタ、８２９・・・取り付けネジ、８３２・・・第２コネクタ取り付け開口部、８３４・・・パネル取り付けネジ孔、８３５・・・環状部材、８３６・・・取り付けネジ、８３７・・・抜け止めワッシャー、８４０・・・第２コネクタ、８４１・・・本体部、８４４・・・ブッシュ、８４７・・・コネクタ取り付けパネル、８４８・・・コネクタ取り付け開口部、８４９・・・コネクタ取り付けネジ孔、８５０・・・取り付けネジ、８５１・・・取り付け切り欠き部、８５２・・・締結部材、８５３・・・雌ネジ孔、８５５・・・取手部、８５６・・・取り付けネジ、８７０・・・第１端側突状ガイド部材、８７１・・・テーパー部、８７２・・・第２端側突状ガイド部材、８７３・・・テーパー部、８７４・・・ガイド部材取り付けネジ、８８１・・・電源線、８８２・・・電源線端子、８８５・・・温度センサ接続線、８８６・・・温度センサ、８８７・・・センス線、８８８・・・センス線端子、８８９・・・ネジ、８９３・・・単位電池電圧取り出しコネクタ、９００・・・シャーシカバー、９０２・・・組電池対応開口部、９０５・・・ネジ部池対応開口部、９０７・・・取り付けネジ孔、９０８・・・取り付けネジ、１０００・・・電池モジュール

Claims (2)

  1. 複数の単位電池が２つのケース体に挟まれてなる組電池を複数有する電池モジュールであって、
    前記組電池には、前記２つのケース体間の間隙であるスリット部が設けられており、
    一の前記組電池の前記スリット部と、他の前記組電池の前記スリット部との間に温度センサが配置され、
    前記温度センサが温度センサホルダに収容されると共に、前記温度センサホルダは、一の前記組電池の前記スリット部と、他の前記組電池の前記スリット部の双方に嵌合することで固定されることを特徴とする電池モジュール。
  2. 前記スリット部が、前記２つのケース体の間の空間である請求項１に記載の電池モジュール。
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