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JP2010160931A - 二次電池の保持構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】二次電池の電池セルのモジュール化にあたり、容易に電池セルの位置決めが可能な二次電池の保持構造を提供する。
【解決手段】正極端子(3a)及び負極端子(3b)が突出する電池セル(2)の上面を枠部材(6)で覆い、当該枠部材は、枠部材を仕切り電池セルを互いに離間して配置させるリブ(16)と、正極端子及び負極端子が貫通する貫通孔(5)とを有し、当該貫通孔と正極端子及び負極端子を連結するバスバー(7)の連結孔(8)とを貫通したこれら正極端子及び負極端子に結合部材を結合して電池セルと枠部材とを結合させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池の保持構造に係り、詳しくは、モジュールを構成する複数の電池セルの保持構造に関するものである。
この種の二次電池は、例えば電気自動車の車載用としてリチウムイオン電池がモジュール化されてなり、一つのモジュールは、薄膜状の正極、負極及びセパレータが交互に層状に重ね合わされた電極束をセルケースに入れ電解液とともに密閉して一つの電池セルを形成し、この電池セルを複数個束ねることで構成されている。
このリチウムイオン電池のモジュールは、相当な重量を有しているため電池セル単位及びモジュール単位でしっかりと固定する必要がある。
また、特に車載用としては走行時の振動だけでなく放熱等も考慮する必要があり、例えば、隣り合う電池セルを互いに密着しないように間隔をあけて配置し、電池セル間に入り込んだ空気により各電池セルを冷却して電池セルの極端な温度上昇を防ぐ必要がある。
また、このように電池セル間に間隔をあける場合、リチウムイオン電池は電圧の上昇に伴い膨張することがあるので、一の電池セルが膨脹しても他の電池セルに干渉しないよう、電池セル間に十分な間隔を確保する必要がある。
そこで、各電池セルを離間させた状態で電池セルを移動不能に配置させるための仕切り部位を有したインナ部材を設け、このインナ部材を電池セルの上側及び下側に備え、これらの周りを金属製の筐体で囲んだ構成の電池セルの固定構造が知られている（特許文献１）。
特開平５−１９３３６６号公報
しかしながら、上記の電池セルの固定構造によるモジュール化では、電池セル上部及び下部をそれぞれインナ部材により押圧保持しているだけなので、電池セルの製造ばらつきによって大きさが異なる場合には、モジュールを構成する電池セル全体として完全に固定できているわけではない。
このように、電池セル全体の固定が不十分で各電池セルが動いてしまうと、例えば隣り合う電池セル間の電極端子同士をバスバーで接続する場合等において、バスバーに余計なテンションがかかってしまうという問題が生じ、バスバーひいては電極端子の破損に繋がり好ましいことではない。
また、リチウムイオン電池では、電圧の上限又は下限を超えると電池の劣化や故障を招く恐れがあることから、一般に電池セルの電圧情報を検出し処理する基板を設ける傾向にあり、電池セルをモジュール化する場合には、例えば各電池セルに正極端子及び負極端子から互いに向かって伸びるセル端子をそれぞれ設け、当該基板を全ての電池セルのセル端子上に通電可能に直接接合することが考えられるが、この場合にも、各電池セルが動いてしまうと、セル端子及び基板に余計なテンションがかかり、セル端子や基板の破損や通電不良に繋がり好ましいことではない。
本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、二次電池の電池セルのモジュール化にあたり、容易に電池セルの位置決めが可能な二次電池の保持構造を提供することにある。
上記の目的を達成するため、請求項１記載の二次電池の保持構造は、正極端子及び負極端子を有する電池セルを複数個束ねて一つのモジュールを構成する二次電池の保持構造において、複数個の前記電池セルを前記正極端子及び負極端子が同一方向を向くように並べた状態で該電池セルの該正極端子及び負極端子を有する面を覆うように規制する枠部材と、前記正極端子及び負極端子を隣り合う電池セル間で連結するバスバーと、前記電池セルに対して前記枠部材と前記バスバーとを結合する結合手段とを備え、前記枠部材は、前記正極端子及び負極端子が貫通する貫通孔と、前記電池セルが互いに間隔をあけて配置されるように隣り合う該電池セルの間を仕切るリブとを有し、前記バスバーは、前記正極端子及び負極端子が貫通する連結孔を有し、前記結合手段は、前記枠部材の前記貫通孔及び前記バスバーの前記連結孔を貫通した前記正極端子及び負極端子に結合部材を結合させることで前記電池セルと前記枠部材とを結合することを特徴とする。
請求項２記載の二次電池の保持構造は、請求項１において、前記バスバーは、前記枠部材に一体に設けられていることを特徴とする。
請求項３記載の二次電池の保持構造は、請求項１または２において、前記電池セルは前記正極端子及び負極端子から互いに向かって伸びるセル端子を有し、前記セル端子に設けられた第１の結合部と、前記電池セル内の電圧を検出するための電圧検出回路と演算処理装置とを有する基板と、前記基板に設けられた第２の結合部とをさらに備え、前記基板は前記枠部材に対して載置されるとともに、前記第１の結合部と前記第２の結合部とが重なり合うように配置され、接合手段により前記第１の結合部と前記第２の結合部とが結合されることで前記セル端子と接合されることを特徴とする。
請求項４記載の二次電池の保持構造は、請求項２において、前記枠部材は前記貫通孔の周縁から端子バーを一体に有し、前記端子バーに設けられた第３の結合部と、前記電池セル内の電圧を検出するための電圧検出回路と演算処理装置とを有する基板と、前記基板に設けられた第２の結合部とをさらに備え、前記基板は前記枠部材に対して載置されるとともに、前記第３の結合部と前記第２の結合部とが重なり合うように配置され、接合手段により前記第３の結合部と前記第２の結合部とが結合されることで前記端子バーと接合されることを特徴とする。
請求項１記載の二次電池の保持構造では、電池セルはリブにより所定の間隔をあけた状態で枠部材に移動不能に固定されるので、各電池セルは枠部材の下面で接して固定され各電池セルの上面は同じ高さになり、隣り合う電池セルとの間隔もリブにより一様に決まることになり、容易にして電池セルの位置決めを同時に行うことができる。
また、電池セルの大きさにバラツキが生じた場合であっても、このような固定により、モジュールを構成する各電池セルが独立して動いてしまうことがないので、バスバーにかかるテンションを低減することができ、漏電やバスバーの破損を防止することができる。
請求項２記載の二次電池の保持構造では、枠部材にバスバーが一体に設けられているので、バスバーの位置も一様に決まることになり、より一層バスバーにかかるテンションを低減することができ、バスバーの破損を防止することができる。
請求項３記載の二次電池の保持構造では、電池セルは電極端子から互いに向かって伸びるセル端子を有し、電池セルの電圧情報を監視する基板が枠部材に載置され、当該セル端子と当該基板とが接合されるので、基板は枠部材の面に揃う状態で固定され電池セルと同様に位置が決まることになり、セル端子及び基板にかかるテンションを低減することができ、セル端子及び基板の破損を防止できるとともに、セル端子と基板間の通電不良をも防止して各電池セルから基板へ電圧情報を確実に伝達することができる。
請求項４記載の二次電池の保持構造では、バスバー及び端子バーを枠部材に一体に設け、隣り合う電池セルをバスバーで接続し、基板は枠部材に載置されて端子バーと接合されているので、基板は枠部材の面に揃う状態で固定され電池セルと同様に位置が決まるとともに、バスバー及び端子バーの位置を安定的に規定することができ、より一層、バスバーや端子バーひいては基板に余計なテンションがかからないようにし、これらの破損を防止することができる。さらに、端子バーと基板間の通電不良を防止して各電池セルから基板への電圧情報の伝達を確実なものにすることができる。
リチウムイオン電池モジュールの側面図である。 モジュール中蓋によりモジュール化した第１実施例に係る二次電池の斜視図である。 第２実施例に係るモジュール中蓋を下面より視た斜視図である。
以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
なお、以下の実施例では便宜上図１にある正極端子３ａ及び負極端子３ｂがある側を上として説明を行うが、本発明の実施にあたって当該モジュールがどのように載置されるかは任意である。
先ず、第１実施例について説明する。
図１は、本発明に係るリチウムイオン電池モジュールの側面図を示す。
モジュール１は、薄膜状の正極、負極及びセパレータが交互に層状に重ね合うように巻かれた電極束を絶縁材耐熱樹脂（セルケース）に入れ電解液とともに密閉して一つの金属電池ケースに収納した電池セル２を複数個直列に並べたものであり、隣り合う電池セル２同士が所定の間隔をあけて配置されるようにモジュール中蓋（枠部材）６で規制されて構成されている。
電池セル２の上部両端には、正極から伸びた正極端子３ａと負極から伸びた負極端子３ｂがそれぞれ設けられており、当該正極端子３ａは隣り合う電池セル２の負極端子３ｂと、当該負極端子３ｂはさらに隣り合う電池セル２の正極端子３ａと接続するようにバスバー７（図１には図示せず）が配設されている。
このように、モジュール１では、隣り合う電池セル２同士が正極端子３ａと負極端子３ｂの向きが互いに反対になるように配置され、これらの電池セル２が直列に接続されるように隣り合う正極端子３ａ及び負極端子３ｂとがバスバー７により接続され、各電池セル２が所定の間隔をあけてモジュール中蓋６により仕切られた状態で規制され一体に束ねられ、このように束ねられた電池セル２が樹脂で作られたモジュールケース２０により側面及び下面を覆われることにより電池セル２のモジュール化が図られている。
また、バスバー７による正極端子３ａと負極端子３ｂの接続はモジュール１間での接続にも用いられ、これにより複数のモジュール１は直列に接続され、モジュール１の集合体として電池パックが形成される。
ところで、リチウムイオン電池はエネルギー密度が高い特徴がある反面、上述したように、電圧の上限又は下限を超えると電池の劣化や故障を招く恐れがあり、それ故、電圧の上限及び下限を監視する必要があり、各電池セル２の電圧情報を監視するための演算処理装置（図示せず）を備えた基板１０がモジュール単位で設けられている。
詳しくは、正極端子３ａ及び負極端子３ｂ（電極端子）にはそれぞれ、互いに向かって伸びるセル端子４が設けられており、このセル端子４の先端部には周縁がねじ切りされた孔４０が設けられている。
一方、基板１０には、長辺両端部において基板１０を上記セル端子４に接合すべくボルト１２を貫通させセル端子４の孔４０周縁のねじに螺合させるための孔１１が設けられている。
これにより、電圧情報の監視を行う基板１０はセル端子４に載置され、ボルト１２が孔１１を貫通し孔４０周縁のねじに螺合され、基板１０とセル端子４とは接合される。
なお、この場合において、バスバー７により接続される電極間の電位差はゼロなので、バスバー７で接続されている電極端子３ａ、３ｂから伸びるセル端子４のうちいずれか一方は、基板１０と接合されていなくてもよい。
すなわち、例えば、図２に示すようにモジュール１が４つの電池セル２から構成される場合、セル端子４及び基板１０に設けられた孔１１はそれぞれ８つあるが、バスバー７で接続されているセル端子４のうちいずれか一方については必ずしも基板１０と接合されていなくてもよい。具体的には、ここではバスバー７は３本設けられているので、セル端子４と基板１０とは５箇所で接合されていればよい。
図２は、モジュール中蓋６によりモジュール化した第１実施例に係る二次電池の斜視図を示す。
同図に示すように、モジュール中蓋６は、その中央帯域においてくり抜かれた形状をしており、電池セル２をそれぞれ離間するように仕切るリブ１６が電池セル２の長辺と平行になるように複数設けられて構成されている。
また、リブ１６と垂直をなすモジュール中蓋６の中央帯域の両側には、電池セル２の電極端子３ａ、３ｂが貫通し、当該電極端子３ａ、３ｂが突出している部分で電池セル２とモジュール中蓋６とを結合手段により結合するための孔（貫通孔）５が設けられている。
例えば、電極端子３ａ、３ｂは外周がそれぞれねじ切りされており、電極端子３ａ、３ｂにナット（結合部材）９が螺合されることで電池セル２とモジュール中蓋６とが結合される。
また、バスバー７には電極端子３ａ、３ｂを貫通させるよう孔（連結孔）８が設けられており、この際、バスバー７もナット９によって共締めされる。
なお、電極端子３ａ、３ｂとバスバー７との結合は、スポット溶接、半田付けを含むロウ付け、カシメ、ピン・コンタクト等による結合手段を用いてもよい。
これにより、電池セル２はリブ１６により互いに所定の間隔をあけた状態でモジュール中蓋６に移動不能に固定され、各電池セル２の上面の高さ位置及び水平方向の位置が一様に決まる。
このように、本発明に係る二次電池の保持構造によれば、モジュール中蓋６を用いることにより、各電池セル２はモジュール中蓋６の下面で接して固定されるので各電池セル２の上面は同じ高さになり、隣り合う電池セル２との間隔もリブ１６により一様に決まることになり、容易にして電池セル２の高さ方向と水平方向との位置決めを同時に行うことができる。
そして、電池セルの大きさにバラツキが生じた場合であっても、このような固定により、モジュール１を構成する各電池セル２が水平方向のみならず上下方向に独立して動いてしまうことがないので、バスバー７にかかるテンションを低減することができ、バスバー７の破損を防止することができる。
また、基板１０は枠部材の面に揃う状態でセル端子４と接合されるので、電池セル２と同様に基板１０の上下方向の位置を一様に決めることができるとともに、セル端子４や基板１０にかかるテンションを低減することができ、セル端子４や基板１０の破損を防止できるとともに、セル端子４と基板１０間の通電不良をも防止して各電池セル２から基板１０へ電圧情報を確実に伝達することができる。
次に、第２実施例について説明する。
図３は、第２実施例に係るモジュール中蓋６を下面より視た斜視図を示す。
モジュール中蓋６の下面には、隣り合う電池セル２の各電極端子３ａ、３ｂを接続するためのバスバー１７が一体に設けられており、このバスバー１７の両端には、電極端子３ａ、３ｂを貫通させるようモジュール中蓋６に設けられている孔５に代えて孔１８が設けられている。
孔５の周縁から及び孔１８の周縁ひいてはバスバー１７からは、電池セル２の電圧情報を監視する基板１０と電極端子３ａ、３ｂを接続するための端子バー１４が伸びており、この端子バー１４の先端には上記セル端子４の孔と同様に端子バー１４と基板１０とを締結するためのねじ切りされた孔１５が設けられている。一方、基板１０の長辺両端部には、上述した如く、ボルト１２を貫通させ端子バー１４の孔周縁のねじに螺合させるための孔１１が設けられている。
これにより、電圧情報の監視を行う基板１０はモジュール中蓋６の下面に位置するバスバー１７からモジュール中蓋６の下面に沿って伸びる端子バー１４と結合される。
このように、本発明の第２実施例に係る二次電池の保持構造によれば、モジュール中蓋６にバスバー１７及び端子バー１４を一体に設けることにより、バスバー１７及び端子バー１４の高さ方向と水平方向の位置を安定的に規定するようにでき、より一層、バスバー１７や端子バー１４ひいては基板１０に余計なテンションがかからないようにし、これらの破損を防止することができるとともに、端子バー１４と基板１０間の通電不良を防止して各電池セル２から基板１０への電圧情報の伝達を確実なものにすることができる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、二次電池がリチウムイオン電池である場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、同様にモジュール化する二次電池であれば本発明を適用可能である。
また、上記実施形態では、電池要素が層状に巻かれた電池形式のものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、積層などその他の形式の電池に対しても本発明を適用可能である。
また、上記実施形態では、図２に示すようにモジュール１は４体の電池セル２により構成されているが、電池セル２の数は４体に限るものではない。
１ モジュール
２ 電池セル
３ａ、３ｂ 電極端子
４ セル端子
５ 孔（貫通孔）
６ モジュール中蓋（枠部材）
７ バスバー
８ 孔（連結孔）
９ ナット（結合部材）
１０ 基板
１２ ボルト
１４ 端子バー
１５ 孔
１６ リブ
１７ バスバー
１８ 孔（貫通孔）
２０ モジュールケース
４０ 孔

Claims (4)

  1. 正極端子及び負極端子を有する電池セルを複数個束ねて一つのモジュールを構成する二次電池の保持構造において、
    複数個の前記電池セルを前記正極端子及び負極端子が同一方向を向くように並べた状態で該電池セルの該正極端子及び負極端子を有する面を覆うように規制する枠部材と、
    前記正極端子及び負極端子を隣り合う電池セル間で連結するバスバーと、
    前記電池セルに対して前記枠部材と前記バスバーとを結合する結合手段とを備え、
    前記枠部材は、
    前記正極端子及び負極端子が貫通する貫通孔と、
    前記電池セルが互いに間隔をあけて配置されるように隣り合う該電池セルの間を仕切るリブとを有し、
    前記バスバーは、前記正極端子及び負極端子が貫通する連結孔を有し、
    前記結合手段は、前記枠部材の前記貫通孔及び前記バスバーの前記連結孔を貫通した前記正極端子及び負極端子に結合部材を結合させることで前記電池セルと前記枠部材とを結合することを特徴とする二次電池の保持構造。
  2. 前記バスバーは、前記枠部材に一体に設けられていることを特徴とする、請求項１記載の二次電池の保持構造。
  3. 前記電池セルは前記正極端子及び負極端子から互いに向かって伸びるセル端子を有し、
    前記セル端子に設けられた第１の結合部と、
    前記電池セル内の電圧を検出するための電圧検出回路と演算処理装置とを有する基板と、
    前記基板に設けられた第２の結合部とをさらに備え、
    前記基板は前記枠部材に対して載置されるとともに、前記第１の結合部と前記第２の結合部とが重なり合うように配置され、接合手段により前記第１の結合部と前記第２の結合部とが結合されることで前記セル端子と接合されることを特徴とする、請求項１または２記載の二次電池の保持構造。
  4. 前記枠部材は前記貫通孔の周縁から伸びる端子バーを一体に有し、
    前記端子バーに設けられた第３の結合部と、
    前記電池セル内の電圧を検出するための電圧検出回路と演算処理装置とを有する基板と、
    前記基板に設けられた第２の結合部とをさらに備え、
    前記基板は前記枠部材に対して載置されるとともに、前記第３の結合部と前記第２の結合部とが重なり合うように配置され、接合手段により前記第３の結合部と前記第２の結合部とが結合されることで前記端子バーと接合されることを特徴とする、請求項２記載の二次電池の保持構造。
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