JP6467815B2 - セル積層体 - Google Patents

Description

本発明は、セル積層体に関する。

一次電池、二次電池、電気二重層コンデンサ等のセルを複数積層して用いることが行われている（例えば特許文献１）。

複数のセルを積層し、これらを直列もしくは並列または直列と並列とを組み合わせて電気的に接続することによって、所望の出力および容量を得ることができる。

特開２００９−１８２００１号公報

しかしながら、積層された複数のセルは、一旦互いに電気的に接続されて組み付けられると、容易に分解できず、セル同士の電気的接続を変更することが難しい。このため、セル同士の電気的接続の仕方によっては、積層された複数のセルのうちの少なくとも１つに異常が生じると、その他の正常なセルまでも全て利用できなくなってしまう虞がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、複数のセルのうちのいずれかに異常が生じた際、セル積層体を分解しなくても他の正常なセルを利用できるセル積層体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のセル積層体は、積層された複数のセルと、セルとセルとの間に配置されセル同士を電気的に接続する複数のダミーセルと、を有する。それぞれのダミーセルは、セル同士の電気的接続を中継する複数の中継端子を有し、当該中継端子同士の電気的接続を変更することによって、セル同士の電気的接続が変更される。

上記構成を有するセル積層体によれば、複数のセルのいずれかに異常が生じた際、ダミーセルに設けられた中継端子の電気的接続が変えられることによって、複数のセルの積層状態が維持されたまま正常なセル同士が電気的に接続される。従って、セル積層体を分解しなくても正常なセルを利用できる。

実施形態の電池モジュール（セル積層体）を示す斜視図である。 実施形態の電池モジュールにおける電気的接続状態を示す斜視図である。 電気的接続状態を変更した後の実施形態の電池モジュールの斜視図である。 変更後の電気的接続状態を示す斜視図である。 変形例の電池モジュールを部分的に分離させて電気的接続状態とともに示す斜視図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる。

図１に示すように、実施形態の電池モジュール１０（セル積層体）は、積層された複数の二次電池１００（セル）と、二次電池１００と二次電池１００との間に配置された複数のダミー電池１１０（ダミーセル）と、を有する。

電池モジュール１０は、特に用途を限定されないが、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車等において、車両駆動用電源または補助電源として用いられる。

二次電池１００は、例えばリチウムイオン二次電池である。二次電池１００は、電池本体１０１と、電極端子１０２と、電極端子１０３と、を有する。

電池本体１０１は、実際に充放電反応が進行する発電要素がケースの内部に収納された構成を有する。発電要素を収納するケースは、扁平な略直方体形状を有する。

電極端子１０２は、電池本体１０１内部の発電要素の正極と電気的に接続している。電極端子１０３は、電池本体１０１内部の発電要素の負極と電気的に接続している。

電極端子１０２および電極端子１０３は、電池本体１０１の同じ側面に設けられている。電極端子１０２および電極端子１０３は、電池本体１０１の側面に略直角に同方向に突出している。

複数の二次電池１００は、複数の電極端子１０２および複数の電極端子１０３が積層方向と交差する方向の同じ向きに向くように積層されている。

ダミー電池１１０は、ダミー電池本体１１１と、電気端子１１２、１１３、１１４、１１５と、電気端子（中継端子）１１６、１１７、１１８、１１９と、を有する。

積層方向におけるダミー電池１１０の厚みは、積層方向における二次電池１００の厚みと等しい。

ダミー電池本体１１１は、扁平な略直方体形状を有する。電気端子１１２〜１１５と、電気端子１１６〜１１９とは、ダミー電池本体１１１の異なる側面に設けられている。

ダミー電池１１０の電気端子１１２、１１３、１１４、１１５は、電池モジュール１０において、複数の電極端子１０２および複数の電極端子１０３が配置されている側面と同じ側面に配置されている。

ダミー電池１１０の電気端子１１６、１１７、１１８、１１９は、電池モジュール１０において、複数の電極端子１０２および複数の電極端子１０３が配置されている側面とは異なる側面に配置されている。

１つのダミー電池１１０において、電気端子１１６と電気端子１１７とは積層方向に離間して設けられており、電気端子１１８と電気端子１１９とは積層方向に離間して設けられている。

図２に示すように、電気端子１１２と電気端子１１６とは、ダミー電池本体１１１内部で電気的に接続している。電気端子１１３と電気端子１１７とは、ダミー電池本体１１１内部で電気的に接続している。電気端子１１４と電気端子１１８とは、ダミー電池本体１１１内部で電気的に接続している。電気端子１１５と電気端子１１９とは、ダミー電池本体１１１内部で電気的に接続している。

ダミー電池本体１１１は、電気端子１１２〜１１９を前述のように互いに電気的に接続する例えば導線等の導電部材をケース内に収納した構成を有する。

電気端子１１２は、積層方向上側の電極端子１０２と電気的に接続する。電気端子１１４は、積層方向上側の電極端子１０３と電気的に接続する。

電気端子１１３は、積層方向下側の電極端子１０２と電気的に接続する。電気端子１１５は、積層方向下側の電極端子１０３と電気的に接続する。

１つのダミー電池１１０において、電気端子１１２と電気端子１１３との間には積層方向に隙間が空いており、これらは直接接続していない。また、１つのダミー電池１１０において、電気端子１１４と電気端子１１５との間には積層方向に隙間が空いており、これらは直接接続していない。

電気端子１１６は、電気端子１１７と電気的に接続している。電気端子１１８は、電気端子１１９と電気的に接続している。

電気端子１１２、電気端子１１６、電気端子１１７、および電気端子１１３は、互いに電気的に接続しており、ダミー電池１１０に対し積層方向上側の電極端子１０２と積層方向下側の電極端子１０２とを電気的に接続する。積層された複数の二次電池１００の複数の電極端子１０２は、互いに電気的に接続している。

電気端子１１４、電気端子１１８、電気端子１１９、および電気端子１１５は、互いに電気的に接続しており、ダミー電池１１０に対し積層方向上側の電極端子１０３と積層方向下側の電極端子１０３とを電気的に接続する。積層された複数の二次電池１００の複数の電極端子１０３は、互いに電気的に接続している。

ダミー電池１１０は、二次電池１００と二次電池１００との間で、これらを電気的に接続する。ダミー電池１１０は、積層されて電気的に並列に接続した隣接する４つの二次電池１００と、他の同様に接続された隣接する４つの二次電池１００とを、電気的に並列に接続する。ダミー電池１１０自身は充放電しない。

図中では、電極端子１０２、１０３、および電気端子１１２〜１１９は、電気的接続関係を分かり易くするために、簡略化して模式的に示してあるが、これらの端子は、例えば、金属によって形成された矩形形状を有する薄板によって構成される。

この場合、互いに接続される端子同士は、互いに重なり合うように曲げられ、例えば超音波接合またはレーザ接合によって接合される。電気的特性が正負で互いに異なる端子同士の電気的接続では、異種金属の接合もあり得るため、超音波接合が好ましい。

端子同士の電気的な接続は、上で述べた接合のように、端子同士を直接接触させて接続させる形態に限定されず、例えばチャック式の導線等の導電部材を介して接続させる形態を含む。

次に、実施形態の作用効果を述べる。

電池モジュール１０にあっては、複数の二次電池１００のいずれかに異常が生じた際、電気端子１１６〜１１９の電気的接続が変更されることによって、二次電池１００の積層状態が維持されたまま正常な二次電池１００同士が電気的に接続される。従って、電池モジュール１０を分解しなくても正常な二次電池１００を利用できる。

例えば上記実施形態において、ダミー電池１１０とダミー電池１１０との間に配置された４つの二次電池１００のうちの１つに異常が生じた場合について、以下に述べる。

この場合、図３に示すように、各ダミー電池１１０における電気端子１１６と電気端子１１７との電気的接続は切断され、２つのダミー電池１１０のうちの一方の電気端子１１６と、他方のダミー電池１１０の電気端子１１７とが電気的に接続される。

同様に、各ダミー電池１１０における電気端子１１８と電気端子１１９との電気的接続は切断され、２つのダミー電池１１０のうちの一方の電気端子１１８と、他方のダミー電池１１０の電気端子１１９とが電気的に接続される。

このような接続によって、ダミー電池１１０の間に配置された４つの二次電池１００を飛ばして、積層方向上端側の正常な４つの二次電池１００と、積層方向下端側の正常な４つの二次電池１００とが電気的に接続される。

より具体的に図４に示すように、積層方向上端側の二次電池１００の電極端子１０２と、積層方向下端側の二次電池１００の電極端子１０２とが、一方のダミー電池１１０の電気端子１１６と、他方のダミー電池１１０の電気端子１１７とを電気的に接続することによって、互いに電気的に接続する。

また、積層方向上端側の二次電池１００の電極端子１０３と、積層方向下端側の二次電池１００の電極端子１０３とが、一方のダミー電池１１０の電気端子１１８と、他方のダミー電池１１０の電気端子１１９とを電気的に接続することによって、互いに電気的に接続する。

積層された複数の二次電池１００の配列、隣接する４つの二次電池１００の各組における電極端子１０２同士の接続および電極端子１０３同士の接続、ならびに電極端子１０２、１０３と電気端子１１２〜１１５との接続等はそのままの状態で維持される。それらをやり直さなくても、前述のように電気端子１１６〜１１９の互いの接続を変更することによって、正常な二次電池１００同士が電気的に接続される。

従って、電池モジュール１０を分解しなくても正常な二次電池１００を利用できる。

電池モジュール１０において、複数の電気端子１１６〜１１９は、複数の電極端子１０２および複数の電極端子１０３が配置されている側面とは異なる他の側面に配置されている。このため、図３、４のように２つのダミー電池１１０の間で電気端子１１６〜１１９が接続される際、電極端子１０２、１０３が邪魔にならず、ダミー電池１１０同士の接続作業を円滑に進めることができる。

また、１つのダミー電池１１０においては、電気端子１１６と電気端子１１７とが積層方向に離間して設けられ、電気端子１１８と電気端子１１９とが積層方向に離間して設けられている。このため、図３、４のように２つのダミー電池１１０同士を接続する際、接続に関与しない電気端子１１６〜１１９が邪魔になり難く、ダミー電池１１０同士の接続作業を円滑に進めることができる。

積層方向におけるダミー電池１１０の厚みは、積層方向における二次電池１００の厚みと等しい。このため、ダミー電池１１０は積層工程において二次電池１００と同様に積層される。従って、ダミー電池１１０を積層するための装置を新たに設ける必要がなく、コストを抑えられる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変できる。

例えば、セルは、上述の実施形態のように電極端子１０２、１０３が同じ側面に設けられた二次電池１００に限定されず、図５に示すように、正極である電極端子２０２と負極である電極端子２０３とが異なる側面に設けられた二次電池２００であってもよい。

この場合のダミー電池２１０においては、電極端子２０２、２０３に対応し、これらに電気的に接続する電気端子２１２、２１３、２１４、２１５が異なる２つの側面に設けられる。電気端子（中継端子）１１６、１１７、１１８、１１９は、上述の実施形態と同様である。

また、セルは、上述の実施形態のように二次電池に限定されず、例えば、一次電池、電気二重層コンデンサ等であってもよい。

セルの積層される数も特に限定されない。また、セルの電気的接続は、上記実施形態および図５の変形例のように全てのセルを電気的に並列に接続する形態に限定されず、電気的に直列に接続してもよいし、並列と直列とを組み合わせて電気的に接続してもよい。

例えば、図２に示すダミー電池１１０の各々で、電気端子１１６と電気端子１１７との接続、および電気端子１１８と電気端子１１９との接続に代え、電気端子１１６と電気端子１１９とを電気的に接続するとともに、電気端子１１７と電気端子１１８とを電気的に接続してもよい。このような接続によって、並列に接続した隣接する４つの二次電池１００の組を３つ電気的に直列に接続することができる。

また、セルに異常が生じた場合における電気的接続も、図３、４のような電気的接続に限定されない。例えば、図４における電気端子１１６、１１７の電気的接続、および電気端子１１８、１１９の電気的接続に代え、２つのダミー電池１１０の間で電気端子１１６、１１９を電気的に接続するとともに電気端子１１７、１１８を電気的に接続してもよい。

これによって、ダミー電池１１０の間の４つの二次電池１００を飛ばして、積層方向上端側の電気的に並列に接続された４つの二次電池１００の組と、積層方向下端側の電気的に並列に接続された４つの二次電池１００の組とを、電気的に直列に接続することができる。

上述の実施形態において、電極端子１０２、１０３、および電気端子１１２〜１１９は、突出した形状を有するが、これに限定されない。これらは、穴状に形成された端子であってもよい。この場合、例えば、その穴に嵌合するコネクタを端部に有する導線によって、端子同士は電気的に接続される。

１０、２０ 電池モジュール（セル積層体）、
１００、２００ 二次電池（セル）、
１０１ 電池本体、
１０２、１０３、２０２、２０３ 電極端子、
１１０、２１０ ダミー電池（ダミーセル）、
１１１ ダミー電池本体、
１１２、１１３、１１４、１１５、２１２、２１３、２１４、２１５ 電気端子、
１１６、１１７、１１８、１１９ 電気端子（中継端子）。

Claims (4)

1. 積層された複数のセルと、
   前記セルと前記セルとの間に配置され、前記セル同士を電気的に接続する複数のダミーセルと、を有し、
   それぞれの前記セルは、当該セルの積層方向と交差する方向の側方に設けられた複数の電極端子を有し、
   それぞれの前記ダミーセルは、前記電極端子と電気的に接続する複数の電気端子と、当該電気端子とは別に設けられ前記セル同士の電気的接続を中継する複数の中継端子と、を有し、当該中継端子同士の電気的接続を変更することによって、前記セル同士の電気的接続が変更される、セル積層体。
2. 前記セル積層体における一の側面に、前記複数のセルの複数の前記電極端子が配置され、前記複数のダミーセルの前記複数の中継端子は、前記セル積層体における前記一の側面と異なる他の側面に配置される、請求項１に記載のセル積層体。
3. 一の前記ダミーセルにおいて、一の前記中継端子と他の前記中継端子とが、積層方向に離間して設けられている、請求項１または請求項２に記載のセル積層体。
4. 積層方向における前記ダミーセルの厚みは、積層方向における前記セルの厚みと等しい、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１つに記載のセル積層体。