WO2024070211A1

WO2024070211A1 - バッテリーシステム

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Publication number: WO2024070211A1
Application number: PCT/JP2023/028288
Authority: WO
Inventors: 秀実栗原
Original assignee: パナソニックエナジー株式会社
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2023-08-02
Publication date: 2024-04-04

Abstract

本発明は第１と第２のリード板に接続しているバスバープレートによる電池セルの温度上昇を抑制する。電池ブロック４を構成する複数の電池セル４Ａの端面電極に接続している第１のリード板７Ａと第２のリード板７Ｂをバスバープレート３で接続して、電池セル４Ａを直列と並列に接続するバッテリーシステム１であって、バスバープレート３と電池ブロック４との間に冷却隙間５を設けて、負荷電流のジュール熱でバスバープレート３が温度上昇する状態で冷却隙間５内の空気を速やかに浮上させて、バスバープレート３による特定の電池セル４Ａの温度上昇を抑制する。

Description

バッテリーシステム

　本発明は複数の電池セルをリード板とバスバープレートで電気接続しているバッテリーシステムに関する。

　バッテリーシステムは、複数の電池セルを並列に接続して負荷に出力する最大電流を大きく、直列に接続して負荷に供給する電圧を高くできる。このバッテリーシステムとして、複数の電池セルの上下両端の電極にリード板を接続して電池セルを並列に接続し、上下のリード板をバスバープレートで接続して電池セルを直列に接続する構造が使用されている。（特許文献１、２）

　以上のバッテリーシステムは、図１０に示すように直方体の電池ブロックの上下面に複数列のリード板を平行姿勢に配置し、電池ブロックの側面には上下の各々のリード板を電気接続する複数列のバスバープレート９０３を配置している。電池ブロックの上面に配置している複数列のリード板は、電池セル９０４Ａの上面電極に接続され、電池ブロックの下面に配置している複数列のリード板は電池セル９０４Ａの下面電極に接続されて、隣接する複数の電池セル９０４Ａを並列に接続して、電池の並列ブロック９０４Ａｐとしている。複数列に配置された各々のバスバープレート９０３は、電池ブロックの側面に上下方向に伸びる姿勢で配置されて、電池の並列ブロック９０４Ａｐを直列に接続している。このバスバープレート９０３は、上端と下端を上下のリード板に電気接続して、並列ブロック９０４Ａｐを直列に接続できる。このバッテリーシステム９０１は、並列ブロック９０４Ａｐの電池個数で負荷に出力できる最大電流を調製でき、バスバープレート９０３で直列に接続する並列ブロック９０４Ａｐの個数で出力電圧を調整して、負荷に出力する最大電流と出力電圧を最適値にできる。

特許第７０６９３１２号公報特表２０２１－５０３１５７号公報

　図１０に示すバッテリーシステム９０１は、並列ブロック９０４Ａｐで並列に接続する電池セル９０４Ａの個数を多くして、負荷に出力する最大電流を大きくできるが、バスバープレート９０３には、並列ブロック９０４Ａｐを構成する各々の電池セル９０４Ａに流れる電流の加算値、すなわち並列ブロック９０４Ａｐのトータル電流が流れて、ジュール熱による発熱エネルギーが大きくなる。したがって、ジュール熱で温度上昇したバスバープレート９０３が近接して配置する電池セル９０４Ａを加熱して温度上昇させる弊害がある。

　さらに困ったことに、以上のバッテリーシステムは、バスバープレートの温度が上昇する使用環境において、電池セルの温度も上昇して、温度上昇したバスバープレートが温度上昇した電池セルを加熱して、バスバープレートが電池セルの温度上昇を促進する弊害がある。それは、バッテリーシステムは、出力電流が増加すると、電池セルとバスバープレートの両方の電流が増加して、電流によるジュール熱の発熱エネルギーが増大し、とくに、電池セルのトータル電流が流れるバスバープレートの発熱エネルギーが増大して、温度上昇した電池セルをさらに加熱するからである。したがって、バスバープレートが電池セルを加熱する熱エネルギーをいかに小さくできるかが、以上のバッテリーシステムにおいて特に重要である。さらに、バスバープレートに対向して近接位置にある電池セルは、負荷電流でそれ自体が温度上昇する状態で、さらに温度上昇したバスバープレートで加熱されると、温度上昇が加速されて著しく温度が高くなる。

　さらに、複数の電池セルを備えるバッテリーシステムは、特定の電池セルの温度上昇を抑制して、全ての電池セルの温度差をいかに小さくできるかが大切である。それは、特定の電池セルの温度上昇が、バッテリーシステム全体の電気的な特性や寿命に影響を与えるからである。例えば温度上昇して劣化した特定の電池セルがバッテリーシステム全体の寿命を短くし、また、バッテリーシステムが出力する最大電流を制限する等の弊害となるからである。特定の電池セルの温度上昇を抑制するには、負荷に電力を供給する状態で、温度上昇しやすい電池セルの温度上昇をいかに抑制して、各々の電池セルの温度差をいかに小さくできるかも極めて大切である。バスバープレートは電池の並列ブロックのトータル電流が流れて、電流によるジュール熱の熱エネルギーが大きいので、以上のバッテリーシステムにおいて、バスバープレートによる電池セルの加熱をいかに抑制できるかは極めて大切な特性である。

　本発明は、以上の課題を解決することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、バスバープレートによる電池セルの温度上昇を抑制して、電池セルの温度差による弊害を抑制できるバッテリーシステムを提供することにある。

　バッテリーシステムは、複数の電池セルを備える電池ブロックと、電池ブロックの上面に配置されて電池セルの端面電極に接続してなる複数の第１のリード板と、電池ブロックの下面に配置されて、電池セルの端面電極に接続してなる複数の第２のリード板と、第１のリード板と第２のリード板に上下の端部を電気接続して、それ自体は、電池ブロックの側面に上下方向に伸びる姿勢で配置してなる複数のバスバープレートとを備え、バスバープレートと電池ブロックの間に、通気性のある上下方向に伸びる冷却隙間を設けている。

　以上のバッテリーシステムは、バスバープレートによる電池セルの温度上昇を抑制して、電池セルの温度差による弊害を防止できる。

本発明の一実施の形態に係るバッテリーシステムと外装ケースを示す分解斜視図である。図１に示すバッテリーシステムの斜視図である。図２に示すバッテリーシステムの反対側を示す斜視図である。図１に示すバッテリーシステムを下から見た斜視図である。バスバープレートを電池ブロックから分離した状態を示すバッテリーシステムの拡大斜視図である。図１に示すバッテリーシステムのリード板とバスバープレートの接続部を示す拡大垂直断面図である。バッテリーシステム上部の拡大水平断面図である。バッテリーシステム中央部の拡大水平断面図である。バッテリーシステムの回路図である。従来のバッテリーシステムの斜視図である。

　以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。さらに以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

　本発明の一実施態様のバッテリーシステムは、複数の電池セルを備える電池ブロックと、電池ブロックの上面に配置されて隣接する電池セルの電極に接続している複数の第１のリード板と、電池ブロックの下面に配置されて隣接する電池セルの電極に接続している複数の第２のリード板と、電池ブロック側面に上下方向に伸びる姿勢で配置されて、上下の端部を第１のリード板と第２のリード板に電気接続している複数のバスバープレートとを備え、バスバープレートと電池ブロックの間には、通気性のある上下方向に伸びる冷却隙間を設けている。

　複数の電池セルを備えるバッテリーシステムは、出力を用途に最適な電圧と最大電流とするために複数の電池セルを直列や並列に接続している。バッテリーシステムは、電池ブロックの上下面に第１と第２のリード板を配置し、第１と第２のリード板を電池セルの上下の端面電極に接続して電池セルを並列に接続できる。さらに、電池ブロックの側面にバスバープレートを配置して、このバスバープレートで第１と第２のリード板に接続して、電池セルを直列に接続できる。以上のバッテリーシステムは、第１と第２のリード板とバスバープレートで、複数の電池セルを直列と並列に接続して出力する電圧と電流を用途に最適な設定値にできる。

　複数の電池セルを直列と並列に接続するバッテリーシステムは、バスバープレートを設けることなく、電池ブロックの上下面に配置するリード板のみで、複数の電池セルを直列と並列に接続することができる。電池ブロックの上下面に配置するリード板で、電池セルを直列と並列に接続できるからである。しかしながら、このバッテリーシステムは、電池ブロックの上面と下面に配置している各々のリード板を電池セルの正極と負極に接続するので、電池ブロックの上面と下面の両方に電池セルの正極と負極を配置する必要がある。電池セルは、一方の端面電極側に、たとえば正極側に排出弁の開口部を設けているので、このバッテリーシステムは、電池ブロックの上下の両方に排出弁から高温、高圧の排出ガスが噴射される。排出ガスはバッテリーシステム内で種々の熱障害、例えば、他の電池セルの熱暴走を誘発し、あるいは回路基板など電子部品に熱障害を与える原因となる。電池ブロックの上下両面に排出ガスを噴射するバッテリーシステムは、排出ガスを案内するために排出ダクトを、電池ブロックの上下両面に設ける必要があるので、ケースの内部構造が複雑になり外形も大きくなる等の欠点がある。

　電池ブロックの側面にバスバープレートを配置して、このバスバープレートで電池セルを直列に接続するバッテリーシステムは、以上の課題を解消できるが、電池ブロックを構成する特定の電池セルの温度が高くなって、電池セルの温度バランスが悪化する問題がある。バッテリーシステムにおいて、電池セルの温度バランスは極めて重要な特性である。それは、電池セルの温度上昇が電気特性を低下させる原因となるからである。温度バランスが悪いバッテリーシステムは、特定の電池セルの電気特性が低下して、バッテリーシステム全体の寿命を短くする原因となる。電池ブロックの側面にバスバープレートを配置するバッテリーシステムは、負荷電流が大きくなる状態で、バスバープレートと電池セルの両方がジュール熱で発熱するので、温度上昇した電池セルを温度上昇したバスバープレートで加熱して、特定の電池セルの温度上昇を加速する問題が発生する。

　特許文献１のバッテリーシステムは、以上の弊害を防止するために、バスバープレートの中央部の横幅を狭くして、隣接するバスバープレートとの間に隙間を設けている。バスバープレートは電池セルとの対向面積が小さくなって、バスバープレートによる電池セルの温度上昇を抑制できる。しかしながら、バスバープレートは横幅を狭くすると電気抵抗が増加するので、電気抵抗に比例して大きくなるジュール熱による発熱エネルギーが増加し、バスバープレートの温度上昇が大きくなって、電池セルをさらに加熱する弊害がある。

　以上のように、電池ブロックの側面にバスバープレートを配置するバッテリーシステムは、排出ガスを電池ブロックの上下の片方に特定できる特長はあるが、バスバープレートの対向位置にある特定の電池セルの温度上昇を促進して、特定の電池セルの電気特性を低下する課題が発生する。したがって、電池ブロックの側面に電池セルを直列に接続するバスバープレートを配置する構造は、排出ガスによる熱障害には好都合であるが、バッテリーシステム全体の寿命に影響を与え、電池セルの温度バランスを悪化させるので、熱による課題を解消することが阻害要因となる。

　バッテリーシステムの負荷電流が増加して、電池セルが温度上昇する状態で、それ自体も温度上昇するバスバープレートを電池セルの対向位置に配置することは、温度バランスを悪化させて、バッテリーシステムの熱障害を引き起こす要因となる。本発明の実施の形態にかかるバッテリーシステムは、それ自体も温度上昇して電池セルを加温する原因となるバスバープレートを電池ブロックの側面に配置しながら、それ自体の温度が高くなるほど断熱効果が向上する冷却隙間を設けることで、バスバープレートによる電池セルの温度上昇を抑制する優れた特性を実現する。

　この実施態様のバッテリーシステムは、バスバープレートと電池ブロックとの間に冷却隙間を設けているが、この冷却隙間は、バスバープレートと電池セルとの間に単に空気層を設けて断熱する構造ではない。バスバープレートと電池セルの両方の上昇温度が高くなる状態、すなわち、電池セルの温度上昇をいかに抑制できるかが要求される温度環境において、温度上昇したバスバープレートは、冷却隙間の煙突効果によって、内部空気の浮上速度を加速し、冷却隙間の内部空気を効果的に換気して冷却効果を向上する。すなわち、冷却隙間による断熱効果は、バスバープレートと電池セルの温度が上昇するほど、冷却隙間の煙突効果による断熱特性が向上して、電池セルの温度上昇を抑制できるという理想的な特性を実現する。したがって、以上のバッテリーシステムは、バスバープレートで第１と第２のリード板を接続して電池セルを直列に接続できる特長を実現しながら、さらに電池ブロックの側面にバスバープレートを配置して温度バランスが悪化する弊害をも防止して、バッテリーシステム全体の電気特性の低下、寿命の低下などを抑制できる優れた作用効果を実現する。

　本発明の他の実施態様のバッテリーシステムの電池ブロックは、第１のリード板と第２のリード板とで複数の電池セルを並列接続して複数の並列ブロックとし、この並列ブロックをバスバープレートで直列に接続することができる。

　以上のバッテリーシステムは、第１と第２のリード板で並列に接続している複数の電池セルのトータル電流がバスバープレートに流れて、バスバープレートの電流が大きくなる。バスバープレートは、電流のジュール熱による発熱エネルギーが大きくなって温度上昇が大きくなる。バスバープレートは温度上昇が高いほど、バスバープレート内面の空気を加温し、空気の比重を小さくしてよりスムーズに浮上させる。バスバープレート内面に沿って速やかに浮上する空気は、冷却隙間の内部空気全体を浮上させる。浮上する内部空気は、冷却隙間の上部から外部に排出されて、下部からは冷却隙間の外から加温されない空気が流入して、冷却隙間の断熱効果を向上させる。断熱効果の向上した冷却隙間は、バスバープレートが対向位置に近接して配置される電池セルの温度上昇を抑制する。したがって、以上のバッテリーシステムは、複数の電池セルのトータル電流が流れてバスバープレートの温度が上昇する状態においても、このバスバープレートによる電池セルの温度上昇を効果的に抑制できる。とくに、以上のバッテリーシステムは、電池セルの温度の上昇が大きくなる使用状態、すなわちバスバープレートの発熱エネルギーが増加する状態において、冷却隙間の断熱効果がより効果的に作用して、温度上昇したバスバープレートによる電池セルの温度上昇を抑制できる特長がある。バッテリーシステムは、負荷電流が増加して、電池セルの温度が高くなる使用環境において、いかに電池セルの温度上昇を小さくできるかが特に大切である。したがって、負荷電流が大きい使用環境において電池セルの温度上昇を小さくできる以上の特長は、バッテリーシステムにおいて極めて重要である。

　本発明の他の実施態様のバッテリーシステムの電池ブロックは、電池セルを電池ホルダーで定位置に配置して、電池ホルダーとバスバープレートの間に冷却隙間を設けることができる。このバッテリーシステムは、冷却隙間と電池ホルダーの二層断熱構造で、発熱したバスバープレートによる電池セルの温度上昇をより効果的に抑制できる。以上のバッテリーシステムは、温度上昇したバスバープレートが、冷却隙間を介して電池ホルダーの対向表面を輻射熱で加熱するので、電池ホルダーがバスバープレートからの輻射熱を遮断し、冷却隙間の内部空気を温度上昇したバスバープレートが強制的に浮上させて効果的な断熱効果を実現するので、断熱効果の向上した冷却隙間と、電池ホルダーによる輻射熱の遮断効果の両方の相乗効果で電池セルの温度上昇をより効果的に抑制できる。

　本発明の他の実施態様のバッテリーシステムは、複数のバスバープレートを同一平面で平行姿勢に配置して、隣接するバスバープレートとの間に絶縁隙間を設け、この絶縁隙間には電池ホルダーと一体構造の絶縁凸条が配置して、絶縁凸条で冷却隙間を上下方向に伸びる複数列の冷却ダクトに分割してすることができる。

　以上のバッテリーシステムは、冷却隙間を分割している上下方向に伸びる冷却ダクトの煙突効果によって、冷却ダクト内を浮上する空気で効率よく電池セルの温度上昇を抑制できる特長がある。煙突効果は、上下方向に伸びる煙突等において、内部の空気温度が高くなると、空気の比重が低下して軽くなり、軽い空気がスムーズに浮上する効果である。煙突効果は、煙突のように上下方向に伸びる空間において空気を速やかに浮上させる。とくに、煙突効果は、広すぎない制限された空間において内部空気が速やかに浮上できるので、バスバープレートと電池ブロックとの間に狭い冷却隙間を設けて、速やかに内部空気を浮上できる。狭い冷却隙間でスムーズに空気を浮上して電池セルを効率よく冷却できることは、バッテリーシステムをコンパクトとしながら、電池セルを効率よく冷却し温度上昇を抑制できる特長がある。とくに、冷却隙間を複数の冷却ダクトに区画する構造は、各々のバスバープレートによる電池セルの温度上昇を理想的な状態で抑制できる。

　さらに好ましいことに、煙突効果は、内部空気の温度が高くなるほど、内部空気が浮上する速度が速くなるので、冷却隙間を複数の冷却ダクトに区画する構造は、各々のバスバープレートが温度上昇して対向位置の電池セルを加温するのを、理想的な状態で抑制できる特長がある。電池ブロックは、負荷電流が増加すると、電池セルとバスバープレートの両方がジュール熱で発熱して温度上昇するので、温度上昇したバスバープレートが電池セルを加熱する熱エネルギーをいかに小さくできるかが極めて大切である。それは、バスバープレートの対向位置にある電池セルは、負荷電流でそれ自体が発熱しているので、この状態でさらに温度上昇したバスバープレートで加熱されると、温度上昇が加速されて温度が著しく高くなるからである。バッテリーシステムにおいて、特定の電池セルの温度上昇は、バッテリーシステム全体の電気的な特性、例えば劣化した特定の電池セルがバッテリーシステム全体の寿命を短くし、また、バッテリーシステムの最大負荷電流を制限する等の弊害となる。

　冷却ダクトの煙突効果は、バッテリーシステムの負荷電流が増加して、バスバープレートと電池セルの両方の温度が高くなるに従って、内部空気をより速やかに浮上させて、バスバープレートが電池セルを加熱する熱エネルギーを効果的に抑制できるので、電池セルの温度が高くなる使用環境において、バスバープレートによる電池セルの温度上昇を抑制できるという理想的な特長を実現する。

　さらに、以上の特長、すなわち冷却ダクトの煙突効果によるより優れた断熱効果は、バスバープレートに複数の電池セルのトータル電流が流れて、バスバープレートのジュール熱による発熱エネルギーが大きいバッテリーシステムにおいて、特に有効に作用して、負荷電流が大きくなる使用環境において、電池セルの温度上昇をより効果的に抑制できる特長も実現する。

　本発明の他の実施態様のバッテリーシステムの電池ホルダーは、バスバープレートとの対向面に向かって突出するスペーサー突出部を設けて、このスペーサー突出部にバスバープレートを当接して、冷却隙間を一定の隙間に保持することができる。このバッテリーシステムは、スペーサー突出部で冷却隙間を優れた断熱効果のある隙間に保持できる特長がある。

　本発明の他の実施態様のバッテリーシステムは、スペーサー突出部をバスバープレートの中央部に配置して、上下方向に伸びる細長いバスバープレートを優れた断熱効果の隙間にできる。

　本発明の他の実施態様のバッテリーシステムは、バスバープレートの中央部に位置するスペーサー突出部を電池ホルダーと一体構造のネジボスとし、バスバープレートを貫通する止ネジをネジボスにねじ込んで、バスバープレートを電池ホルダーに固定することができる。このバッテリーシステムは、冷却隙間を一定の隙間に保持するスペーサー突出部を、バスバープレートを電池ホルダーに固定するネジボスに併用するので、止ネジをバスバープレートを貫通してネジボスにねじ込んで、バスバープレートを電池ホルダーの定位置に固定しながら、冷却隙間を一定の隙間に保持できる特長がある。

　本発明の他の実施態様のバッテリーシステムは、電池ホルダーに、バスバープレートの内側の上下部に配置して、上下方向に伸びる凸条のスペーサー突出部を設けることができる。このバッテリーシステムは、電池ホルダーに固定している細長いバスバープレートの内面に設けられる冷却隙間全体を一定の隙間としながら、スペーサー突出部を、上下方向に伸びる凸条として、冷却隙間内の空気をスムーズに浮上させて、冷却隙間の全体の優れた断熱効果を実現できる特長がある。

　本発明の他の実施態様のバッテリーシステムは、電池セルを円筒型電池として、複数の円筒型電池を上下方向に伸びる姿勢に配置して、円筒型電池の両端面を電池ブロックの上面と下面に配置し、第１のリード板を円筒型電池の上面電極に接続して、第２のリード板を円筒型電池の下面電極に接続して、リード板で複数の円筒型電池を並列接続することができる。
［実施の形態１］

　図１は、バッテリーシステム１と外装ケース２を分離した斜視図を示している。図２と図３はバッテリーシステム１を互いに反対側から見た斜視図、図４はバッテリーシステム１を下から見た斜視図、図５はバッテリーシステム１のバスバープレート３を分離した状態を示す斜視図、図６はバスバープレート３と電池ブロック４との間に設けている冷却隙間５を示す垂直断面図、図７と図８は電池ブロック４の水平断面図であって、図７は上部の水平断面図で、図８は中央部の水平断面図である。

　以上の図に示すバッテリーシステム１は、複数の電池セル４Ａを備える電池ブロック４と、電池ブロック４の上面に配置されて電池セル４Ａの端面電極に接続してなる複数の第１のリード板７Ａと、電池ブロック４の下面に配置されて、電池セル４Ａを端面電極に接続してなる複数の第２のリード板７Ｂと、第１のリード板７Ａと第２のリード板７Ｂに上下の端部を電気接続して、それ自体は、電池ブロック４の側面に上下方向に伸びる姿勢で配置してなる複数のバスバープレート３とを備える。
（電池ブロック４）

　図１ないし図４に示す電池ブロック４は全体の形状を略直方体として、上面には複数列に配置して第１のリード板７Ａを平行姿勢で配置して、下面には複数列に配置して第２のリード板７Ｂを平行姿勢に配置している。電池ブロック４は、全ての電池セル４Ａを平行姿勢であって、端面電極を同一平面に配置している。電池ブロック４は、第１のリード板７Ａと第２のリード板７Ｂで、同一平面に配置している複数列の電池セル４Ａを並列に接続して並列ブロック４Ａｐとし、複数の並列ブロック４Ａｐを多列に配置して、隣接する並列ブロック４Ａｐをバスバープレート３で直列に接続している。図１ないし図４の電池ブロック４は、隣接する並列ブロック４Ａｐの電池セル４Ａを、互いに隣の電池セル４Ａの谷間に配置して、並列ブロック４Ａｐを接近して配置している。ただ、本発明は複数の並列ブロックを多列に配置する状態を図に示すものに限定するものでなく、例えば図示しないが碁盤格子に電池セルを配置することもできる。

　図９は、第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂとバスバープレート３で電池セル４Ａを接続する回路図を示している。この図に示すバスバープレート３は、第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂで並列に接続している複数の電池セル４Ａからなる並列ブロック４Ａｐを直列に接続するので、並列ブロック４Ａｐを構成する電池セル４Ａに流れる電流のトータル電流が流れる。例えば、１０個の電池セル４Ａを並列に接続するバッテリーシステム１は、バスバープレート３のトータル電流が電池セル４Ａの電流の１０倍となる。図２と図３の斜視図示すバッテリーシステム１は、電池ブロック４の両側側面に配置している一対のバスバープレート３で並列ブロック４Ａｐを直列に接続するので、各バスバープレート３に流れる電流は、トータル電流の１／２に減少できる。ただ、バッテリーシステム１は、図示しないが、並列ブロックを一対のバスバープレートで接続することなく、電池ブロックの片側側面に配置するバスバープレートのみで直列に接続することもできる。

　電池ブロック４は、各々の電池セル４Ａを定位置に配置する電池ホルダー４Ｂを備える。電池ホルダー４Ｂはプラスチック等の絶縁材の成形体で、各々の電池セル４Ａを挿入して定位置に配置する電池セル４Ａの挿入筒部６を備えている。さらに、図７と図８の断面図に示す電池ホルダー４Ｂは、挿入筒部６のバスバープレート３との対向面を絶縁筒部６Ａとして、絶縁筒部６Ａとバスバープレート３との間に冷却隙間５を設けている。
（第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂ）

　図１ないし図４に示すバッテリーシステム１は、第１のリード板７Ａを電池ブロック４の上面に配置される電池セル４Ａ上端の端面電極に電気接続して、第２のリード板７Ｂを電池ブロック４の下面に配置される電池セル４Ａ下端の端面電極に電気接続している。第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂは、スポット溶接やレーザ溶接などの方法で、電池セル４Ａの端面電極に電気接続される、接続アーム部９（図６）を設けている。接続アーム部９は、溶着領域を端面電極に向かって突出させて、端面電極に確実に溶着できる。第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂは、アルミニウム板、ニッケル板、銅板などの導電性の金属板で、電池セル４Ａの端面電極との対向位置に接続アーム部９を設けている。端面電極の表面に向かって突出して端面電極の表面に当接する接続アーム部９は、スポット溶接やレーザ溶接などの方法で端面電極に確実に溶着されて電気接続される。第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂは、端部に９０度に折り曲げ加工している折曲接続部７Ｃを設けて、バスバープレート３に簡単に接続できる。

　第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂは、複数の電池セル４Ａを１列に配列している並列ブロック４Ａｐの上下面に沿って伸びる細長い板状で、各電池セル４Ａの端面電極との対向位置に接続アーム部９を設けている。接続アーム部９が電池セル４Ａの端面電極に接続されて、第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂは、並列ブロック４Ａｐを構成する電池セル４Ａを並列に接続している。電池ブロック４は、複数の並列ブロック４Ａｐを複数列に配置するので、複数列の第１のリード板７Ａは電池ブロック４の上面に平行姿勢に配置され、第２のリード板７Ｂは電池ブロック４の下面に平行姿勢に配置されて、並列ブロック４Ａｐを構成する各々の電池セル４Ａを並列に接続している。図に示す電池ブロック４は、複数の電池セル４Ａを１列に並べてひとつの並列ブロック４Ａｐとしているが、図示しないが電池ブロックは、電池セルを複数列に並べてひとつの並列ブロックを構成することもできる。

　複数列の並列ブロック４Ａｐは、バスバープレート３で直列に接続されるので、隣接するリード板には電位差がある。したがって、互いに平行姿勢に配置しているリード板７は、隣のリード板７との間に絶縁隙間を設けている。リード板７は、並列ブロック４Ａｐを構成する電池セル４Ａの端面電極に接続する状態で、隣のリード板４との間に絶縁隙間１０ができる横幅としている。第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂは、電池セル４Ａの端面電極に接続されて定位置に配置されて、隣のリード板との間に絶縁隙間１０を設けている。

　第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂは端部に折曲接続部７Ｃを設けて、バスバープレート３に簡単かつ容易に、しかも確実に接続できる。それは、第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂを電池ブロック４の上下面に配置して、折曲接続部７Ｃを垂直姿勢として、バスバープレート３の上端接続部と下端接続部に面接触させて接続できるからである。
（バスバープレート３）

　バスバープレート３は、第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂに上下の両端部を接続して、複数の並列ブロック４Ａｐを直列に接続している。バスバープレート３は、アルミニウム板、ニッケル板、銅板などの導電性の細長い金属板で、接続リードを介して第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂに接続している。バスバープレート３は、並列ブロック４Ａｐのトータル電流が流れるので、最大電流が並列ブロック４Ａｐのトータル電流よりも以上の電流容量の金属板とする。したがって、リード板と同じ金属材のバスバープレート３は、厚さを、リード板よりも厚くしている電気抵抗を小さくしている。バッテリーシステム１は、バスバープレート３を、電池ブロック４の側面に平行姿勢に配置して、第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂを直列に接続している。図９の回路図に示すバッテリーシステム１は、第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂの両端を一対のバスバープレート３で直列に接続している。このバッテリーシステム１は、図２と図３に示すように、電池ブロック４の両側側面に一対のバスバープレート３を配置して、各々のバスバープレート３で第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂを直列に接続している。バスバープレート３は、上端と下端とを隣接する並列ブロック４Ａｐのリード板に接続して、隣接する複数列の並列ブロック４Ａｐを直列に接続している。以上の図に示すバスバープレート３は、上端接続部と下端接続部を垂直姿勢として、上端接続部と下端接続部との間を傾斜姿勢として、上端接続部と下端接続部とを隣接する並列ブロック４Ａｐの第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂに接続している。

　図５に示すバスバープレート３は、並列ブロック４Ａｐを直列に接続して、電池ブロック４との間には冷却隙間５を設けている。隣接するバスバープレート３は電位差が発生するので、複数列のバスバープレート３を同一平面で平行姿勢に配置して、隣接するバスバープレート３との間に絶縁隙間１０を設けて、絶縁隙間１０は絶縁凸条１１を配置して、絶縁凸条１１で隣接するバスバープレート３を絶縁している。絶縁凸条１１は、絶縁材のプラスチック成形体である電池ホルダー４Ｂと一体構造に成形されて定位置に配置されて、隣接するバスバープレート３の絶縁隙間１０に位置に配置される。絶縁凸条１１は、隣接するバスバープレート３間の絶縁隙間１０に沿って上下方向に伸びる凸条で、好ましくは、絶縁隙間１０からバスバープレート３の表面に突出する高さとして、バスバープレート３を確実に絶縁できる。絶縁凸条１１は隣のバスバープレート３から絶縁する作用に加えて、各々のバスバープレート３の内側の冷却隙間５を所定の横幅の冷却ダクト５Ａに分割する区画壁にも併用される。

　電池ホルダー４Ｂは、第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂも、隣接するリード板の間に絶縁隙間１０を設けて、この絶縁隙間１０に突出する絶縁凸条１１を一体構造に設けている。この絶縁凸条１１は、バスバープレート３を絶縁する絶縁凸条１１と同様に、隣接するリード板の隙間に配置されて、隣接するリード板を絶縁する。
（冷却隙間５）

　図６ないし図８に示すバッテリーシステム１は、温度上昇したバスバープレート３による電池セル４Ａの温度上昇を抑制する冷却隙間５を設けている。冷却隙間５は、複数列に配置された各々のバスバープレート３と電池ブロック４との間に設けている。冷却隙間５は、複数列のバスバープレート３と電池ブロック４との間に配置される上下方向に伸びる隙間で、煙突効果で内部空気を浮上させて優れた断熱効果を実現する。冷却隙間５の内部空気が浮上すると、浮上した内部空気は冷却隙間５の上部の隙間から排出されて、冷却隙間５の下部の隙間から温度の低い空気が流入して、冷却隙間５の断熱効果を向上させる。冷却隙間５は、複数列のバスバープレート３を電池ブロック４の側面から離して配置して設けられるので、パッキンやガスケットを使用して完全な気密構造としない限り、上部と下部には内部空気が換気される隙間ができる。したがって、冷却隙間５は閉鎖されるが密閉されない空間である。

　煙突効果とは、煙突内の高温の内部空気が速やかに排出される効果で、上下方向に伸びる煙突内において、高温の内部空気の比重が軽くなって速やかに浮上して排出される作用である。煙突はこの効果を利用して高温の内部空気を速やかに排出している。煙突効果は、煙突のように上下方向に伸びる制約された空間内で高温の内部空気が速やかに排出できるので、冷却隙間５を狭い隙間としながら、内部空気を速やかに浮上して断熱効果を向上できる。したがって、バスバープレート３と電池ブロック４との間に、例えば１～５ｍｍと狭い冷却隙間５を設けながら、バスバープレート３で内部空気を加温して速やかに浮上させて断熱効果を向上できる。

　さらに好都合なことに、煙突効果で断熱効果を向上する冷却隙間５は、バスバープレート３の温度が高くなるにしたがって、内部空気を速やかに浮上して断熱効果を向上できる優れた特長を実現する。冷却隙間５に優れた耐熱特性が要求されるのは、バッテリーシステム１の負荷電流が大きくなって、バスバープレート３と電池セル４Ａの両方の温度上昇が大きい状態である。バッテリーシステム１は負荷電流が大きくなると、バスバープレート３と電池セル４Ａの温度上昇も大きくなる。バスバープレート３と電池セル４Ａが流れる電流のジュール熱で発熱するからである。したがって、バッテリーシステム１は、負荷電流が増加してバスバープレート３と電池セル４Ａが温度上昇する状態で、冷却隙間５には優れた耐熱特性が要求される。煙突効果で内部空気を速やかに浮上して断熱効果を向上できる冷却隙間５は、バスバープレート３の温度上昇が高いほど、バスバープレート３の内部空気を速やかに浮上して断熱効果を向上できる理想的に特性を実現する。さらに、好ましいことに、冷却隙間５は狭い隙間としながら内部空気を速やかに浮上できるので、バッテリーシステム１の外形を僅かに大きくしながら、電池セル４Ａの温度上昇を効果的に抑制できる特長も実現する。

　図５に示すバッテリーシステム１は、同一平面に配置している複数のバスバープレート３の間に絶縁隙間１０を設けて、この絶縁隙間１０に電池ホルダー４Ｂと一体構造の絶縁凸条１１を配置している。絶縁凸条１１は、隣接するバスバープレート３を絶縁とし、冷却隙間５を上下方向に伸びる複数列の冷却ダクト５Ａに分割する区画壁に併用している。複数の冷却ダクト５Ａに分割された冷却隙間５は、各々の冷却ダクト５Ａの煙突効果によって、内部空気をより効率よく浮上させて、断熱効果を向上させる。冷却ダクト５Ａの煙突効果は、広すぎない制限された空間において内部空気を速やかに浮上させるので、バスバープレート３と電池ブロック４との間に狭い冷却隙間５を設け、さらにこの冷却隙間５を複数の冷却ダクト５Ａに分割することで、冷却隙間５の内部空気を速やかに浮上して断熱効果を向上できる。狭い冷却隙間５でスムーズに空気を浮上して電池セル４Ａを効率よく冷却できることは、バッテリーシステム１をコンパクトとしながら、電池セル４Ａを効率よく冷却できる。さらに、バスバープレート３を絶縁する絶縁凸条１１を設けることで、冷却隙間５の内容積は僅かに減少するにも関わらず、冷却隙間５は優れた断熱効果を実現して、温度上昇したバスバープレート３による電池セル４Ａの温度上昇を理想的な状態で抑制できる。

　図７は電池ブロック４上部の水平断面を示しているが、このバッテリーシステム１は、バスバープレート３の両側縁と絶縁凸条１１との間にスリット状の換気隙間を設けている。図示しないが、バスバープレート３は下部においても両側縁と絶縁凸条１１との間にスリット状の換気隙間を設けている。スリット状の換気隙間は、冷却ダクト５Ａの上部においては浮上した空気を外部に排出して、下部においては温度上昇していない冷却ダクト５Ａ外の空気を流入させる。さらに、前述したように、第１と第２のリード板７Ａ、７Ｂも、その両側縁と絶縁凸条１１との間にスリット状の換気隙間を設けているので、この隙間からも冷却ダクト５Ａ内の空気は換気される。

　好ましいことに、煙突効果は、内部の空気温度が高くなるほど、内部空気の浮上速度が速くなるので、冷却隙間５を複数の冷却ダクト５Ａに区画する構造は、各々のバスバープレート３が温度上昇して対向位置の電池セル４Ａを加温するのを、理想的な状態で抑制できる特長がある。電池ブロック４は、負荷電流が増加すると、電池セル４Ａとバスバープレート３の両方がジュール熱で発熱して温度上昇するので、温度上昇したバスバープレート３が電池セル４Ａを加熱する熱エネルギーをいかに小さくできるかが極めて大切である。それは、バスバープレート３の対向位置にある電池セル４Ａは、負荷電流でそれ自体が発熱しているので、この状態でさらに温度上昇したバスバープレート３で加熱されると、温度上昇が加速されて著しく温度が高くなるからである。バッテリーシステム１において、特定の電池セル４Ａの温度上昇は、バッテリーシステム１全体の電気的な特性、例えば劣化した特定の電池セル４Ａがバッテリーシステム１全体の寿命を短くし、また、バッテリーシステム１の最大負荷電流を制限する等の弊害となる。

　冷却ダクト５Ａの煙突効果は、バッテリーシステム１の負荷電流が増加して、バスバープレート３と電池セル４Ａの両方の温度が高くなるに従って、内部空気をより速やかに浮上させて、バスバープレート３が電池セル４Ａを加熱する熱エネルギーを効果的に抑制できるので、電池セル４Ａの温度が高くなる使用環境において、バスバープレート３による電池セル４Ａの温度上昇を抑制できるという理想的な特長を実現する。

　さらに、以上の特長、すなわち冷却ダクト５Ａの煙突効果によるより優れた断熱効果は、バスバープレート３に複数の電池セル４Ａのトータル電流が流れて、バスバープレート３のジュール熱による発熱エネルギーが大きいバッテリーシステム１において、特に有効に作用して、負荷電流が大きくなる使用環境において、電池セル４Ａの温度上昇をより効果的に抑制できる特長も実現する。

　さらに、図７と図８の水平断面図に示すバッテリーシステム１は、冷却隙間５と電池セル４Ａとの間に、電池ホルダー４Ｂの絶縁筒部６Ａを配置して、バスバープレート３による電池セル４Ａの温度上昇をより効果的に抑制している。この電池ホルダー４Ｂは、バスバープレート３の輻射熱で電池セル４Ａの温度が上昇する弊害を防止して電池セル４Ａの温度上昇を抑制できる。さらに好ましいことに、バスバープレート３の輻射熱は、バスバープレート３に対向する電池ホルダー４Ｂ表面を照射するので、輻射熱に照射された電池ホルダー４Ｂのバスバープレート３対向面は温度上昇し、この温度上昇が内部空気の浮上を促進して、煙突効果による冷却隙間５の断熱効果を向上する。冷却隙間５と電池ホルダー４Ｂとの二層断熱構造で電池セル４Ａの温度上昇を抑制する構造は、単にバスバープレート３が輻射熱で電池セル４Ａを温度上昇させない弊害を防止するに止まらず、輻射熱による電池セル４Ａの温度上昇を抑制することに加えて、輻射熱で電池ホルダー４Ｂの対向面の温度を上昇させることで、バスバープレート３と電池セル４Ａとの間の実質的な断熱効果をより向上できる特長を実現する。したがって、以上のバッテリーシステム１は、冷却隙間５と電池ホルダー４Ｂとの相乗効果で電池セル４Ａの温度上昇をより効果的に抑制できる特長がある。

　図５の斜視図と図８の水平断面図に示す電池ホルダー４Ｂは、冷却隙間５を一定の隙間に保持するために、バスバープレート３との対向面に向かって突出するスペーサー突出部１２を設けている。バスバープレート３は、スペーサー突出部１２に当接して、冷却隙間５を一定の隙間に保持する。図５のバッテリーシステム１は、スペーサー突出部１２をバスバープレート３の中央部に位置して、細長いバスバープレート３の内側に一定の隙間の冷却隙間５を設けている。さらに、この図のバッテリーシステム１は、スペーサー突出部１２を電池ホルダー４Ｂと一体構造のネジボス１２Ａとして、バスバープレート３を止ネジ１３で固定している。止ネジ１３は、バスバープレート３を貫通してネジボス１２Ａにねじ込まれて、バスバープレート３をスペーサー突出部１２のネジボス１２Ａに固定している。この構造は、冷却隙間５を一定の隙間とするスペーサー突出部１２をバスバープレート３を固定するネジボス１２Ａとするので、バスバープレート３の内面に一定の隙間の冷却隙間５を設けて、バスバープレート３を確実に電池ホルダー４Ｂに固定できる。さらに、図５に示す電池ホルダー４Ｂは、バスバープレート３の内側の上下部に、上下方向に伸びる凸条１２Ｂのスペーサー突出部１２も設けている。

　以上のバッテリーシステム１は、止ネジ１３をネジボス１２Ａにねじ込んで電池ホルダー４Ｂに固定している細長いバスバープレート３全体の内側に、一定の間隔で断熱効果の高い冷却隙間５を設けることができる。さらに、バスバープレート３の上下部に配置しているスペーサー突出部１２を、上下方向に伸びる凸条１２Ｂとするので、このスペーサー突出部１２が空気の浮上を阻害することなく、スペーサー突出部１２に沿って空気がスムーズに浮上して、冷却隙間５の全体で優れた断熱効果を実現できる特長がある。

　本発明は、複数の電池セルの温度差を少なくするバッテリーシステムと、このバッテリーシステムを装備する製品に有効に使用できる。

１…バッテリーシステム
２…外装ケース
３…バスバープレート
４…電池ブロック
４Ａ…電池セル
４Ｂ…電池ホルダー
４Ａｐ…並列ブロック
５…冷却隙間
５Ａ…冷却ダクト
６…挿入筒部
６Ａ…絶縁筒部
７…リード板
７Ａ…第１のリード板
７Ｂ…第２のリード板
７Ｃ…折曲接続部
９…接続アーム部
１０…絶縁隙間
１１…絶縁凸条
１２…スペーサー突出部
１２Ａ…ネジボス
１２Ｂ…凸条
１３…止ネジ
９０１…バッテリーシステム
９０３…バスバープレート
９０４Ａ…電池セル
９０４Ａｐ…並列ブロック

Claims

　複数の電池セルを備える電池ブロックと、
　前記電池ブロックの上面に配置されて、前記電池セルの端面電極に接続してなる複数の第１のリード板と、
　前記電池ブロックの下面に配置されて、前記電池セルを端面電極に接続してなる複数の第２のリード板と、
　前記第１のリード板と前記第２のリード板に上下の端部を電気接続してなり、
　　それ自体は、前記電池ブロックの側面に上下方向に伸びる姿勢で配置されてなる複数のバスバープレートとを備え、
　前記バスバープレートと前記電池ブロックの間に、
　　通気性のある上下方向に伸びる冷却隙間を設けてなるバッテリーシステム。
　請求項１に記載のバッテリーシステムであって、
　前記電池ブロックが、
　　前記第１のリード板と前記第２のリード板を介して複数の前記電池セルを並列接続してなる複数の並列ブロックを備え、
　前記バスバープレートが、前記並列ブロックを直列接続してなるバッテリーシステム。
　請求項１に記載のバッテリーシステムであって、
　前記電池ブロックが、
　　前記電池セルを定位置に配置してなる電池ホルダーを備え、
　前記電池ホルダーと前記バスバープレートの間に前記冷却隙間を設けてなるバッテリーシステム。
　請求項３に記載のバッテリーシステムであって、
　複数の前記バスバープレートが同一平面で平行姿勢に配置されて、
　　隣接する前記バスバープレートとの間に絶縁隙間を設けてなり、
　前記絶縁隙間には前記電池ホルダーと一体構造の絶縁凸条が配置されて、
　　前記絶縁凸条が前記冷却隙間を、
　　上下方向に伸びる複数列の冷却ダクトに分割してなるバッテリーシステム。
　請求項３に記載のバッテリーシステムであって、
　前記電池ホルダーが、
　　前記バスバープレートとの対向面に向かって突出するスペーサー突出部を有し、
　前記スペーサー突出部が前記バスバープレートに当接して、
前記冷却隙間を一定の隙間に保持してなるバッテリーシステム。
　請求項５に記載のバッテリーシステムであって、
　前記スペーサー突出部が前記バスバープレートの中央部に位置するバッテリーシステム。
　請求項６に記載のバッテリーシステムであって、
　前記バスバープレートの中央部に位置する前記スペーサー突出部が、
　前記電池ホルダーと一体構造のネジボスで、
　前記バスバープレートを貫通する止ネジが前記ネジボスにねじ込まれて、
　　前記バスバープレートを前記電池ホルダーに固定してなるバッテリーシステム。
　請求項５に記載のバッテリーシステムであって、
　前記電池ホルダーが、
　　前記バスバープレートの内側の上下部には、上下方向に伸びる凸条の前記スペーサー突出部を有するバッテリーシステム。
　請求項１ないし８のいずれか一項に記載のバッテリーシステムであって、
　前記電池セルが円筒型電池で、
　前記電池ブロックが、
　　複数の前記電池セルを上下方向に伸びる姿勢に配置して、
　　前記電池セルの両端面を前記電池ブロックの上面と下面に配置してなり、
　前記第１のリード板が前記電池セルの上面電極に接続され、
　前記第２のリード板が前記電池セルの下面電極に接続されて、
　　前記リード板が複数の前記電池セルを並列接続してなるバッテリーシステム。