JPWO2012073403A1 - 電池モジュール及び電池パック - Google Patents

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Abstract

複数の素電池１０が配列して構成された電池モジュール１００は、素電池１０を収容するホルダ２０と、素電池１０の正極端子１１側において、正極端子１１を電気的に接続する正極集電板３０と、素電池１０の負極端子１２側において、負極端子１２を電気的に接続する負極集電板４０とを備えている。ホルダ２０は、複数の収容部２１を有し、素電池１０は、収容部２１に収容されており、正極集電板３０と素電池１０との間に、弾性部材からなるスペーサ５０が配設され、スペーサ５０は、素電池１０の負極端子１２側に延出された延出部５１をさらに有し、延出部５１の負極端子１２側端部は、負極集電板４０と当接されている。

Description

本発明は、複数の素電池を備えた電池モジュール、及び電池モジュールを複数個配列して構成した電池パックに関する。
複数の電池をケースに収容して、所定の電圧及び容量を出力できるようにした電池パックは、種々の機器、車両等の電源として広く使用されている。中でも、汎用的な電池を並列・直列接続して、所定の電圧及び容量を出力する組電池をモジュール化し、この電池モジュールを種々組み合わせることによって、多種多様な用途に対応可能とする技術が採用され始めている。このモジュール化技術は、電池モジュールに収容する電池を高性能化することによって、電池モジュール自身の小型・軽量化が図られるため、電池パックを組み立てる際の作業性が向上するとともに、車両等の限られた空間へ搭載する際の自由度が向上するなど、様々なメリットを有する。
ところで、複数の電池をケース内に収容したき、安全性の観点から、電池間の短絡や外部からの振動の影響を防止する必要がある。これに対して、電池の正極側及び負極側を、それぞれ、支持体に形成された孔に嵌入することによって、電池間の短絡や外部からの振動の影響を防止する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平１１−１１１２４８号公報
電池モジュールのエネルギー密度を高めるために、複数の電池を高密度にケースに収容した場合、外部からケースに衝撃が加わったとき、電池に対する衝撃の影響が大きくなる。また、複数の電池モジュールを配列して電池パックを構成した場合、電池モジュールには、あらゆる方向から衝撃が加わる畏れがある。
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その主な目的は、あらゆる方向から衝撃が加わっても、電池に対する衝撃を緩和することのできる電池モジュールを提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明は、複数の電池（以下、電池モジュールに使用する電池を、「素電池」と呼ぶ）がホルダに収容された電池モジュールにおいて、一方の電極の集電板と素電池との間に、弾性部材からなるスペーサを配設するとともに、スペーサの所定部位から素電池の他方の電極端子側に延出させた延出部を、他方の電極の集電板に当接させた構成を採用する。
このような構成により、素電池の一方の電極方向から加わった衝撃、及び素電池の側面方向から加わった衝撃は、スペーサ、及び延出部の弾性歪みによって緩和され、また、素電池の他方の電極方向から加わった衝撃は、他方の電極の集電板に当接された延出部の弾性歪みによる衝撃吸収によって、それぞれ、素電池に加わる衝撃を緩和させることができる。これにより、あらゆる方向から衝撃が加わっても、素電池に対する衝撃を緩和することのできる、安全性の高い電池モジュールを実現することができる。
本発明によれば、あらゆる方向から衝撃が加わっても、素電池に対する衝撃を緩和することのできる、安全性の高い電池モジュールを実現することができる。
本発明の電池モジュールに使用する素電池の構成を模式的に示した断面図である。 本発明の一実施形態における電池モジュールの構成を模式的に示した断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態における電池モジュールの内部構成を示す分解斜視図で、（ｆ）は、組み立てられた状態の電池モジュールの斜視図である。 本発明の効果を説明する電池モジュールの構成を示した断面図である。 本発明の効果を説明する電池モジュールの構成を示した断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態におけるスペーサの構成を例示した斜視図である。 スペーサの延出部端部と負極集電板との当接方法の一例を示した部分断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明に係る電池モジュールが複数個配列して構成された電池パックの構成を模式的に示した断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
図１は、本発明の電池モジュールに使用する素電池１０の構成を模式的に示した断面図である。なお、本発明における素電池１０の種類は特に限定されず、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池を使用することができる。また、円筒形電池に限らず、角形電池であってもよい。
図１に示すように、素電池１０は、電池ケース７の開口部がガスケット９を介して封口板８で封止されている。電池ケース７内には、正極板１と負極板２とがセパレータ３を介して捲回されて構成された電極群４が、非水電解質と共に収容されている。正極板１は、正極リード５を介して正極端子を兼ねる封口板８に接続されている。また、負極板２は、負極リード６を介して、負極端子を兼ねる電池ケース７の底部に接続されている。なお、封口板８には、開放部８ａが形成されおり、素電池１０に異常ガスが発生したとき、異常ガスが、開放部８ａから電池ケース７外へ排出される。
図２は、本発明の一実施形態における電池モジュール１００の構成を模式的に示した断面図である。また、図３（ａ）〜（ｅ）は、電池モジュール１００の内部構成を示す分解斜視図で、図３（ｆ）は、組み立てられた状態の電池モジュール１００の斜視図である。
図２に示すように、電池モジュール１００は、複数の素電池１０が、その極性を同一方向に揃えて配列されて、ケース６０に収容されている。複数の素電池１０は、図２（ｄ）に示すようなホルダ２０に収容されており、各素電池１０は、ホルダ２０に形成された収容部に収容されている。
ここで、ホルダ２０は、熱伝導性を有する材料、例えば、アルミニウム等で構成されていることが好ましい。これにより、素電池１０で発生した熱を、ホルダ２０側に速やかに放熱させることができるため、素電池１０の温度上昇を効果的に抑制することができる。また、素電池１０は、その外周面がホルダ２０の収容部２１の内周面に当接して、収容部２１に収容されていることが好ましい。これにより、素電池１０で発生した熱を、ホルダ２０側により速やかに放熱させることができる。
複数の素電池１０の正極端子１１側には、正極端子１１を電気的に接続する正極集電板３０が配設され、また、負極端子１２側には、負極端子１２を電気的に接続する負極集電板４０が配設されている。なお、本実施形態のように、複数の素電池１０が、その極性を同一方向に揃えて配列されている場合には、図３（ａ）に示すように、正極集電板３０を、導電性の平板からなる正極バスバーで構成することによって、容易に、並列接続を行うことができる。同様に、図３（ｅ）に示すように、負極集電板４０を、導電性の平板からなる負極バスバーで構成することによって、容易に、並列接続を行うことができる。なお、本発明においては、素電池１０間の電気的な接続関係は、特に制限されず、電気的に直列接続されていてもよい。また、正極集電板３０及び負極集電板４０は、例えば、素電池１０間を電気的に接続する配線パターンが形成された回路基板で構成されていてもよい。
また、図３（ａ）に示すように、正極集電板３０に、各素電池１０の正極端子１１が挿入される貫通孔を設けておくことによって、図２に示すように、素電池１０から排出される異常ガスを、ケース６０と正極集電板３０とで区画された排気室７０を介して、ケース６０に設けられた排出口６１から、ケース６０の外に排出させることができる。
本発明における電池モジュール１００は、図２及び図３（ｂ）に示すように、正極集電板３０と素電池１０との間に、弾性部材からなる平板状のスペーサ５０を配設するとともに、スペーサ５０に、その端部から、素電池１０の負極端子１２側に延出された平板状の延出部５１をさらに設け、延出部５１の負極端子１２側端部を、負極集電板４０の端部と当接させたことを特徴とする。
以下、このような構成により得られる効果を、図４及び図５を参照しながら説明する。ここで、図４及び図５は、本実施形態における電池モジュール１００の構成を示した断面図で、図２に示した電池モジュール１００の構成と同一のものである。
図４に示すように、電池モジュール１００に対して、図中の矢印で示すような衝撃Ｆが、素電池１０の負極端子１２の方から加わった場合、その衝撃Ｆは、ケース６０の底部を介して負極集電板４０に加わる。このとき、各素電池１０には、負極集電板４０を介して、衝撃Ｆが分散された力ｆ１が加わる。しかしながら、負極集電板４０は、その端部において、スペーサ５０の延出部５１の端部５１ａと当接されているため、衝撃Ｆの多くは、弾性部材からなるスペーサ５０の延出部５１の弾性歪みによって吸収される。そのため、各素電池１０に分散されて加わる力ｆ１は緩和されることになる。
また、複数の素電池１０の負極端子１２は、リードまたはヒューズ（不図示）を介して負極集電体４０に接続されているが、衝撃Ｆが負極端子１２の方から加わっても、その衝撃Ｆは、スペーサ５０の延出部５１によって吸収されるため、リードまたはヒューズの変形や断線を防止することができる。
次に、図５に示すように、電池モジュール１００に対して、図中の矢印で示すような衝撃Ｆ１が、素電池１０の正極端子１１の方から加わった場合、その衝撃Ｆ１は、ケース６０の天部を介して正極集電板３０に加わる。しかしながら、正極集電板３０と素電池１０との間には、弾性部材からなる平板状のスペーサ５０が配設されているため、衝撃Ｆ１の多くは、スペーサ５０の弾性歪みによって緩和される。そのため、各素電池１０には、衝撃Ｆ１が大幅に緩和された力しか加わらないことになる。
また、図５に示すように、電池モジュール１００に対して、図中の矢印で示すような衝撃Ｆ２が、素電池１０の側面の方から加わった場合、その衝撃Ｆ２は、ケース６０の側面を介してスペーサ５０の延出部５１に加わる。そのため、衝撃Ｆ２の多くは、スペーサ５０の延出部５１の弾性歪みによって緩和されるため、各素電池１０には、衝撃Ｆ２が大幅に緩和された力しか加わらないことになる。
このように、本発明における電池モジュール１００は、図２及び図３に示すように、正極集電板３０と素電池１０との間に、弾性部材からなるスペーサ５０を配設するとともに、その端部から、素電池１０の負極端子１２側に延出された延出部５１の端部を、負極集電板４０に当接した構成にすることによって、あらゆる方向から衝撃が加わっても、素電池に対する衝撃を緩和することができる。これにより、安全性の高い電池モジュールを実現することができる。
ここで、「当接」とは、延出部５１の端部と負極集電板とが、外部から衝撃が加わっても、互いの位置関係が維持される程度に固定された状態をいい、例えば、互いが、ボルト等で連結されていたり、接着剤で固定されている状態を含む。
本発明におけるスペーサ５０は、弾性部材であれば、その材料は特に制限されず、スペーサ５０に用いる材料の弾性特性（例えば、弾性率等）は、外部から加わる衝撃を緩和する効果を奏する範囲内において、適宜決めることができる。スペーサ５０は、好ましくは樹脂からなり、例えば、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンエーテル、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、シリコーン等を用いることができる。
また、本発明におけるスペーサ５０（延出部５１も含めて）は、所定の幅を有する平板状であれば、その形状は特に制限されない。例えば、スペーサ５０の幅を、正極集電板３０及び負極集電板４０の幅と略同一にすることによって、外部から加わる衝撃の緩和効果をより高めることができる。
また、図３（ｂ）に示すように、スペーサ５０に、正極集電板３０と同様に、各素電池１０の正極端子１１が挿入される貫通孔５２を設けておくことによって、素電池１０から排出される異常ガスを、排気室７０を介して、排出口６１からケース６０の外に排出させることができる。
図６（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態におけるスペーサ５０の構成を例示した斜視図である。
図６（ａ）に示したスペーサ５０は、図３（ｂ）に示した構成と同じもので、スペーサ５０は、その両端部から、素電池１０の負極端子１２側に延出された、互いに平行な一対の延出部５１、５１を有している。そして、一対の延出部５１、５１の負極端子１２側の各端部５１ａ、５１ａは、負極集電板４０の両端部とそれぞれ当接される。
図６（ｂ）に示したスペーサ５０は、その一端部のみから延出部５１が延出されたものである。この場合でも、図４の矢印で示すような衝撃Ｆが、素電池１０の負極端子１２の方から加わっても、延出部５１の負極端子１２側の端部５１ａは、負極集電板４０の端部に当接されているため、延出部５１の弾性歪みによる衝撃Ｆの吸収効果は喪失されない。
図６（ｃ）に示したスペーサ５０は、スペーサ５０の幅方向の両端部から、素電池１０の負極端子１２側に延出された、互いに平行な一対の延出部５１、５１を有している。この場合、一対の延出部５１、５１の負極端子１２側の端部は、負極集電板４０の長手方向に沿って、負極集電板４０に当接される。
図６（ｄ）に示したスペーサ５０は、図６（ａ）に示した一対の延出部５１、５１が、スペーサ５０の両端部からでなく、それよりも内側の部位から素電池１０の負極端子１２側に延出されている。すなわち、一対の延出部５１、５１は、最外側の素電池１０に当たらなければ、スペーサ５０の任意の部位から、素電池１０の負極端子１２側に延出されていてもよい。
図７は、スペーサ５０の延出部５１の負極端子１２側端部５１ａと、負極集電板４０との当接方法の一例を示した部分断面図である。
図７に示すように、延出部５１の端部５１ａと、負極集電板４０とにネジ孔（又はボルト孔）を形成しておき、ネジ８０ａによって、延出部５１の端部５１ａを負極集電板４０に連結することができる。なお、スペーサ５０の端部５１ｂと、正極集電板３０とにも、ネジ孔（又はボルト孔）を形成しておけば、ネジ８０ｂによって、スペーサ５０の端部を正極集電板３０に連結することができる。又、ボルト孔はインサートナットなどの別部品でも構成可能である。
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る電池モジュール１００が複数個配列して構成された電池パック２００の構成を模式的に示した断面図である。なお、説明を簡単にするために、電池モジュール１００は、スペーサ５０及びその延出部５１のみを表示している。なお、スペーサ５０は、図６（ｂ）に示した構成のものを用いている。
図８（ａ）に示した電池パック２００では、下段に配置された電池モジュール１００は、素電池１０の正極端子１１が上方に向いた位置で、スペーサ５０の延出部５１を同一方向に揃えて配列されている。また、上段に配置された電池モジュール１００は、素電池１０の正極端子１１が下方に向いた位置で、スペーサ５０の延出部５１を同一方向に揃えて配列されている。そして、上下段に配列された電池モジュール１００は、パックケース１１０に収容されている。
このような電池パック２００に対して、図８（ａ）の矢印で示すような衝撃Ｆが、上面、下面、及び側面から加わっても、上述したように、電池モジュール１００内に配設されたスペーサ５０及びその延出部５１によって、素電池１０に加わる衝撃を緩和させることができる。これにより、電池パック２００が、どのような方向に配置されても、電池モジュール１００を構成する素電池１０に対する衝撃を緩和することができるため、安全性の高い電池パック２００が実現できる。
図８（ｂ）に示した電池パック２００は、図８（ａ）に示した電池パック２００における上下段の電池モジュール１００を、上下反対にして重ねたものである。この場合も、図８（ｂ）の矢印で示すような衝撃Ｆが、上面、下面、及び側面から加わっても、上述したように、電池モジュール１００内に配設されたスペーサ５０及びその延出部５１によって、素電池１０に加わる衝撃を緩和させることができる。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。
例えば、上記の実施形態では、正極集電板３０と素電池１０との間に、弾性部材からなる平板状のスペーサ５０を配設し、スペーサ５０は、素電池１０の負極端子１２側に延出された平板状の延出部５１をさらに有し、延出部５１の負極端子側端部５１aを、負極集電板４０に当接するようにしたが、負極集電板４０と素電池１０との間に、弾性部材からなる平板状のスペーサ５０を配設し、スペーサ５０は、素電池１０の正極端子１１側に延出された平板状の延出部をさらに有し、延出部の正極端子側端部を、正極集電板３０に当接するようにしてもよい。
すなわち、本発明における電池モジュールは、複数の素電池の第１電極の端子側において、該第１電極の端子を電気的に接続する第１電極の集電板と、複数の素電池の第２電極の端子側において、該第２電極の端子を電気的に接続する第２電極の集電板とを備え、第１電極の集電板と前記素電池との間に、弾性部材からなるスペーサが配設されており、スペーサは、素電池の第２電極の端子側に延出された延出部をさらに有し、延出部の第２電極の端子側端部は、第２電極の集電板と当接されている構成をなす。
また、上記の実施形態では、スペーサ５０は、その両端部から、素電池１０の負極端子１２側に延出された、互いに平行な一対の延出部５１を有し、一対の延出部５１の負極端子側の各端部５１aは、負極集電板４０とそれぞれ当接されているが、スペーサ５０は、その両端部から、素電池１０の正極端子１１側に延出された、互いに平行な一対の延出部を有し、一対の延出部の正極端子側の各端部は、正極集電板３０とそれぞれ当接されるようにしてもよい。
本発明は、自動車、電動バイク又は電動遊具等の駆動用電源として有用である。
１ 正極板
２ 負極板
３ セパレータ
４ 電極群
５ 正極リード
６ 負極リード
７ 電池ケース
８ 封口板
８ａ 開放部
９ ガスケット
１０ 素電池
１１ 正極端子
１２ 負極端子
２０ ホルダ
２１ 収容部
３０ 正極集電板
４０ 負極集電板
５０ スペーサ
５１ 延出部
５１ａ 延出部の端部
６０ ケース
６１ 排出口
７０ 排気室
８０ａ、８０ｂ ネジ
１００ 電池モジュール
１１０ パックケース
２００ 電池パック

Claims (14)

  1. 複数の素電池が配列して構成された電池モジュールであって、
    前記複数の素電池を収容する収容部を有するホルダと、
    前記複数の素電池の第１電極の端子側において、該第１電極の端子を電気的に接続する第１電極の集電板と、
    前記複数の素電池の第２電極の端子側において、該第２電極の端子を電気的に接続する第２電極の集電板と、
    を備え、
    前記第１電極の集電板と前記素電池との間に、弾性部材からなるスペーサが配設されており、
    前記スペーサは、前記素電池の第２電極の端子側に延出された延出部をさらに有し、
    前記延出部の前記第２電極の端子側端部は、前記第２電極の集電板と当接されている、電池モジュール。
  2. 前記スペーサは、前記複数の素電池から排出される異常ガスを排出させる貫通孔を有する、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記第１電極の集電板及び前記スペーサは、前記異常ガスを排出する排気室と、前記収容部とを区画する、請求項２に記載の電池モジュール。
  4. 前記素電池の第２電極の端子は、リードまたはヒューズを介して前記第２電極の集電板に接続されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  5. 前記第１電極は正極であり、前記第２電極は負極である、請求項１から３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  6. 前記スペーサは、前記素電池の第２電極の端子側に延出された、互いに平行な一対の延出部を有し、
    前記一対の延出部の前記第２電極の端子側の各端部は、前記第２電極の集電板とそれぞれ当接されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  7. 前記延出部は、前記スペーサの端部から、前記素電池の第２電極の端子側に延出されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  8. 前記複数の素電池が、その極性を同一方向に揃えて配列されており、
    前記第１電極の集電板は、前記複数の素電池の第１電極の端子を電気的に並列接続しており、
    前記第２電極の集電板は、前記複数の素電池の第２電極の端子を電気的に並列接続している、請求項１から７のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  9. 前記素電池は、その外周面が前記ホルダの収容部の内周面に当接して、該収容部に収容されている、請求項１から８のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  10. 前記スペーサは、樹脂で構成されている、請求項１から９のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  11. 前記スペーサは、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンエーテル、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、及びシリコーンからなる群から選択された少なくとも一種の材料からなる、請求項１０に記載の電池モジュール。
  12. 前記ホルダは、熱伝導性の材料で構成されている、請求項１から１１のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  13. 前記第１電極の集電板及び前記第２電極の集電板は、金属製の第１電極のバスバー及び第２電極のバスバーで構成されている、請求項１から１２のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  14. 請求項１乃至１３の何れか一つに記載の電池モジュールが複数個配列して構成された電池パックであって、
    前記電池モジュールは、前記スペーサの延出部が同一方向に揃えて配列されている、電池パック。
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