JP2011129310A

JP2011129310A - 電池モジュール

Info

Publication number: JP2011129310A
Application number: JP2009285261A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Kusaba; 幸助草場; Yasunori Uchida; 安則内田; Nobuaki Kameda; 宜暁亀田; Takenori Tsuchiya; 豪範土屋
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-16
Also published as: JP5452204B2

Abstract

【課題】本発明は、簡素な構成で、且つ、方向性のない側面に電極端子を設けた電池モジュールを提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の電池モジュールは、一端に凸形状の端子を他端に凹形状の端子を有し、直列に連結された複数の電池セルを容器に収容してなる電池モジュールであって、連結された複数の電池セルの連結を途中で折り返して２列として収容し、凸形状の端子と凹形状の端子とを容器の一端側の表面と裏面の対向する位置に背向して設けたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の電池セルから構成され、ハイブリッド車や電気自動車などに搭載される電源装置の電池モジュールに関する。

内燃機関と電動機との双方の駆動力で走行するハイブリッド自動車や、電動機の駆動力で走行する電気自動車などには、電源装置が搭載されており、電気エネルギの蓄積および放出を担っている。一般に図６で示すような電源装置１００が知られている。

電源装置１００は、複数の電池モジュール１１０から構成される電池集合体１０２と、この電池集合体１０２を互いの間に挟む一対のエンドプレート１０４（なお、図６では紙面右側のエンドプレートは省略してある。）と、各エンドプレート１０４を連結する締結部材１０６とを備えている。各電池モジュール１１０は、平板状をなし、一端面に正極端子１１２が、また、他端面に負極端子１１４が突設されている。

電池集合体１０２において、各電池モジュール１１０は、正極端子１１２と負極端子１１４とが互いに反対方向となるように並列配置されている。そして、隣り合う各電池モジュール１１０の正極端子１１２と負極端子１１４とをバスバー１１６で接続することにより各電池モジュール１１０を直列に接続するようになっている。

ところで、電気の接触抵抗を低く保つためには各電極端子１１２（又は１１４）とバスバー１１６とを密着させる必要がある。このため、バスバー１１６を電極端子１１２（又は１１４）に溶接したり、あるいはナット１１８などで締結しなければならず、この作業が電源装置を組み立てる上で多大な工数を必要としている。

この問題を解決するために、特許文献１は、連結部材を有する複数のカートリッジ（電池モジュール１１０）を積層することで、カートリッジ同士の機械的な連結と電気的な連結とを同時に達成できる技術を開示している。すなわち、カートリッジの一側面の一端側にプラグタイプの連結部材を設け、当該カートリッジの背向する他側面の他端側にソケットタイプの連結部材を設ける。そして、隣り合うカートリッジのプラグタイプの連結部材とソケットタイプの連結部材とを連結することで、一のカートリッジに他のカートリッジを直列に連結する技術である。これによりバスバーを電極端子に溶接したり、あるいはナットなどで締結する作業は不要となり、電源装置の組立プロセスは大幅に単純化されるとしている。

しかし、この特許文献１の技術によれば、プラグタイプとソケットタイプの連結部材が必要である。また、連結部材セット後のカートリッジに方向性が生じてしまうので、方向性の異なるＡ・Ｂ２タイプのカートリッジを準備しなければならないという問題もある。

特表２００９−５１７８３３号公報

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、簡素な構成で、且つ、方向性がない側面に電極端子を設けた電池モジュールを提供することを課題とする。

本発明の電池モジュールは、一端に凸形状の端子を他端に凹形状の端子を有し、直列に連結された複数の電池セルを容器に収容してなる電池モジュールであって、連結された複数の電池セルの連結を途中で折り返して２列として収容し、凸形状の端子と凹形状の端子とを容器の一端側の表面と裏面の対向する位置に背向して設けたことを特徴とする。

本発明の電池モジュールは、凸形状の端子（以後、凸端子という。）と凹形状の端子（以後、凹端子という。）とが容器の一端側に背向して設けられている。このため、電池モジュールに電極端子の配置による方向性は発生しない。従って、複数の電池モジュールをその側面同士を平行にして配置すれば、一の電池モジュールの凸端子と隣り合う他の電池モジュールの凹端子とは対向して位置することができる。よって、本発明の電池モジュールによれば、連結部材を用いることなく、一の電池モジュールの凸端子と他の電池モジュールの凹端子とを嵌合することにより電池モジュール同士を電気的に接続することができる。

本発明の電池モジュールは、電極端子間を接続するバスバーを必要としない。また、電池モジュール同士の機械的な接続は、エンドプレートの挟持による拘束力を利用している。従って、本発明の電池モジュールを用いた電池パック組み立て作業においては、バスバーを連結したり、バスバーと端子とをナット締結したりする工数は大幅に低減される。
また、本発明の電池モジュールにおいて、折り返された２列の電池セル列の間には電池モジュールの底部から天井部へ貫通する空隙が形成されていることが望ましい。このように形成された空隙を通風路として冷却風を流通させることで、電池モジュールの冷却効率をさらに向上させることができる。

本実施形態の電池モジュールを示す斜視図である。図１のＡ視断面を示す平面図である。電池セルを示す部分斜視図である。（ａ）は、始端電池セルの第２集電板側であり、（ｂ）は、終端電池セルの第１集電板側を示す。電池集合体における電池モジュールの接続の様子を説明する平面概念図である。図４の接続部Ｂを説明する拡大断面図である。従来の電池モジュールからなる電池パックの斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図５を参照しながら具体的に説明する。

本実施形態の電池モジュール１を図１に斜視図で示し、電池モジュール１のＡ視水平断面を図２に示す。電池モジュール１は、直列に接続された複数の電池セル１０を、一体に形成された直方体形状の容器２０に収容してなる。

電池セル１０は、電極体１４と、この電極体１４を挟持するように配置された第１集電板１２、第２集電板１６とからなり、図示しない電解液に浸漬されている。一の電池セル１０の第１集電板１２は隣り合う電池セル１０の第２集電板１６とバスバー１８で連結されて電池セル列Ｃを構成している。本実施の形態において、電池セル列Ｃは１２個の電池セル１０からなり、中間部Ｍで折り返されてそれぞれ６個の電池セル１０からなる第１セル列Ｃ１と第２セル列Ｃ２とが対向するようにＵ字状に配置されている。

電池セルＣの始端部と終端部には、外部接続用の端子３０が設けられている。図３（ａ）に、電池セル列Ｃの始端である始端電池セル１０ａの第２集電板１６ａ側を斜視図で示す。第２集電板１６ａは、始端電池セル１０ａの電極体１４ａに接続する柱部１６１と柱部１６１の端部から柱部１６１に直交して水平に伸びる屈曲部１６２を有する。屈曲部１６２は、電極体１４ａに沿って屈曲しており、その前面に凸端子３２が溶接されている。

凸端子３２は、基部３２１、胴部３２２、鍔部３２３および凸部３２４とからなっている。基部３２１は、前記の屈曲部１６２に溶接され、胴部３２２が容器２０の前方側壁２２の右上端部に設けられた貫通穴２６（図５）を貫通し、鍔部３２３と凸部３２４とが前方側壁２２から突出するように配置される。

また、電池セル列Ｃの終端である終端電池セル１０ｂの第１集電板１２ｂには外部接続用の凹端子３４が設けられている。図３（ｂ）に、終端電池セル１０ｂの第１集電板１２ｂ側を斜視図で示す。第１集電板１２ｂは、終端電池セル１０ｂの端面をなす柱部１２１と柱部１２１の端部から柱部１２１に直交して水平に伸びる屈曲部１２２を有する。屈曲部１２２は、電極体１４ｂに沿って屈曲しており、その前面に凹端子３４が溶接されている。

凹端子３４は、開口３４１周縁にフランジ部３４２を有するカップ形状をなし、胴部３４３と底部３４４とからなる。底部３４４は前記の屈曲部１２２に溶接され、胴部３４３が容器２０の後方側壁２４の凸端子３２に背向する位置に設けられた貫通穴２７（図５）を貫通し、フランジ部３４２が後方側壁２４から突出して開口している。

以上のように構成された電池モジュール１を複数個並列することで所望の出力を有する電池パックとすることができる。図４は、３個の電池モジュール１からなる電池集合体２において、各電池モジュール１ａ〜１ｃの接続の様子を説明する平面概念図である。なお、図４では、電池セル１０の連結状態を＋と−とを繋ぐ矢印で示し、個々の電池セル１０は省略した。各電池モジュール１ａ〜１ｃには、前方側壁２２の右上端部に凸端子３２が突出しており、後方側壁２４の右上端部には、凹端子３４が開口している。凸端子３２と凹端子３４とは、凸端子３２の凸部３２４を凹端子３４の開口３４１へ挿入して嵌着できるようになっている。このため、電池モジュール１ａ〜１ｃを外部端子３０の方向を揃えて並列することで、隣り合う電池モジュール１の凸端子３２と凹端子３４とを接続して各電池モジュール１を直列に接続することができる。例えば、第１電池モジュール１ａの凹端子３４ａの開口３４１ａへ第２電池モジュール１ｂの凸端子３２ｂの凸部３２４ｂを挿入することで、第１電池モジュール１ａと第２電池モジュール１ｂとは、電気的に直列に接続される。同様に第２電池モジュール１ｂと第３電池モジュール１ｃとを接続することで直列に接続された３個の電池モジュール１ａ〜１ｃからなる電池集合体２を構成することができる。

図４において円で囲んだ接続部Ｂを図５に拡大して示す。ここで、凸端子３２は負極端子であり、凹端子３４は、正極端子である。凸端子３２ｂと凹端子３４ａとは、凸端子３２ｂの凸部３２４を凹端子３４ａの胴部３４３へ嵌入して連結されている。このとき、凸端子３２ｂの鍔部３２３は凹端子３４ａのフランジ部３４２に当接し、凸端子３２ｂの凸部３２４の外周面は凹端子３４ａの胴部３４３内周面（底面も含む）に当接している。これにより、第１電池モジュール１ａと第２電池モジュール１ｂとの電気的接続を確実なものにしている。

また、凸端子３２ｂの基部３２１と前方側壁２２ｂとの間、および前方側壁２２ｂと鍔部３２３との間と、凹端子３４のフランジ部３４２と後方側壁２４ａとの間には、Ｏリング４０が配置されており、貫通孔２６および貫通孔２７からの電解液の漏出を防止するようになっている。

また、前方側壁２２ｂには、凸端子３２ｂが貫通する貫通孔２６を囲むようにして後方側壁２４ａに向かって突出する環状リブ２３が形成されている。一方、後方側壁２４ａには、凹端子３４ａが貫通する貫通孔２７を囲むようにして前方側壁２２ｂに向かって突出する環状リブ２５が形成されている。このため、凸端子３２ｂを凹端子３４ａに嵌入して連結することにより環状リブ２３と環状リブ２５とを当接して、埃などの端子嵌合部への付着を防止することができる。

このような接続部Ｂで接続された電池集合体２を、図６に示す電池集合体１０２と同様に、一対のエンドプレート１０４で挟持するとともに、エンドプレート１０４同士をボルト１０６で締結し拘束することで、所望の電池パックを得ることができる。

なお、図１において、対向する第１セル列Ｃ１と第２セル列Ｃ２とは隔壁２８によって区画されている。そして、隔壁２８には、電池モジュール１の長手方向に延びる隙間５０が、当該電池モジュール１の底面２０２から頂面２０４へ貫通するように形成されている。この隙間５０は冷却風の通風路であり、この隙間５０に下から上へ向かって送風することにより電池モジュール１を効率よく冷却することができる。

本発明の電池モジュールは、前記の実施の形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更してもよい。例えば、実施の形態では、接続部Ｂにおける端子嵌合部をＯリング４０でシールするようにしたが、端子金属と樹脂側壁とを接着する金属−樹脂接着としてもよい。金属−樹脂接着とすることで、端子嵌合部へ高い負荷がかかるような場合には、さらに高いシール性を発揮することが期待できる。

本発明の電池モジュールは、エンジンとモータとの双方の動力で走行可能なハイブリッド車や電気自動車などに搭載される電源装置の電池モジュールとして好適に用いることができる。

１：電池モジュール２：電池集合体１０：電池セル１２：第１集電板１４：電極体１６：第２集電板１８：バスバー２０：容器２２：前方側壁２４：後方側壁
２８：隔壁３０：電極端子３２：凸端子３４：凹端子５０：通風路３２２：鍔部３２４：凸部３４１：開口３４２：フランジ部

Claims

一端に凸形状の端子を他端に凹形状の端子を有し、直列に連結された複数の電池セルを容器に収容してなる電池モジュールであって、
連結された複数の電池セルの連結を途中で折り返して２列として収容し、前記凸形状の端子と前記凹形状の端子とを前記容器の一端側の表面と裏面の対向する位置に背向して設けたことを特徴とする電池モジュール。
折り返されて得られた２列の電池セル列の間には、前記電池モジュールの底部から天井部へ抜ける空隙が形成されている請求項１に記載の電池モジュール。