電池セルモジュール
【課題】組み付け性の向上および導電不良の低減が図れる電池セルモジュールを提供する。
【解決手段】複数の電池セル２と、各電池セル２に取り付けられ、電池セル２のセル端子３に接続する導電性の貫通孔４を有したセル支持体５と、各セル支持体５の貫通孔４に挿通されて各電池セル２のセル端子３に導通する端子ロッド６と、セル支持体５を介して電池セル２を積層状に収納する収納容器７と、を備える電池セルモジュール１とした。端子ロッド６を各セル支持体５の貫通孔４に挿通することにより全電池セルの出力を得ることができ、構造が簡単となって、電池セルモジュールの組み付け性が向上する。セル支持体５の位置が端子ロッド６の軸方向にずれたとしても、貫通孔４と端子ロッド６とは常に接触しているため導電状態が維持される。
【解決手段】複数の電池セル２と、各電池セル２に取り付けられ、電池セル２のセル端子３に接続する導電性の貫通孔４を有したセル支持体５と、各セル支持体５の貫通孔４に挿通されて各電池セル２のセル端子３に導通する端子ロッド６と、セル支持体５を介して電池セル２を積層状に収納する収納容器７と、を備える電池セルモジュール１とした。端子ロッド６を各セル支持体５の貫通孔４に挿通することにより全電池セルの出力を得ることができ、構造が簡単となって、電池セルモジュールの組み付け性が向上する。セル支持体５の位置が端子ロッド６の軸方向にずれたとしても、貫通孔４と端子ロッド６とは常に接触しているため導電状態が維持される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セルモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池セルモジュールの一従来例として特許文献１に記載のものが挙げられる。同文献の符号を付して説明すると、同文献の技術は、電池セル２１の正極端子２２および負極端子２３に貫通孔２５とこの貫通孔２５に連通するように開口した挿入部２６とを形成し、ボルト４６等からなる連結体を挿入部２６を介して貫通孔２５に通すことにより複数の電池セル２１を連結する構造である。電池セル２１間を直列に接続するための導電体３１および絶縁体３６を連結体に固定してあるため、導電体３１および絶縁体３６と、正極端子２２および負極端子２３とを固定する必要がなくなり、端子を接続する組み立て作業が容易かつ迅速に行える旨、同文献に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６０８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、導電体３１および絶縁体３６と、正極端子２２および負極端子２３とを固定する作業は必要ないものの、連結体に対して導電体３１および絶縁体３６を交互に取り付ける作業を要することから、迅速な組み付け作業はさほど期待できない。
また、振動等の影響によりボルト４６が弛み、電池セル２１がボルト４６の軸方向にずれると、導電体３１と正極端子２２、負極端子２３との間の接触圧力が失われて導電不良をきたすおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、組み付け性の向上および導電不良の低減が図れる電池セルモジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電池セルモジュールは、前記課題を解決するため、複数の電池セルと、各電池セルに取り付けられ、電池セルのセル端子に接続する導電性の貫通孔を有したセル支持体と、各セル支持体の貫通孔に挿通されて各電池セルのセル端子に導通する端子ロッドと、前記セル支持体を介して電池セルを積層状に収納する収納容器と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
当該構成によれば、端子ロッドを各セル支持体の貫通孔に挿通することにより全電池セルの出力を得ることができ、構造が簡単となって、電池セルモジュールの組み付け性が向上する。また、導電性の端子ロッドが導電性の貫通孔に挿通する構造のため、仮に無理な力が加わって電池セルおよびセル支持体の位置が端子ロッドの軸方向にずれたとしても、貫通孔と端子ロッドとは常に接触しているため導電不良が起きることはない。
【０００８】
また、本発明の電池セルモジュールは、前記セル支持体を前記収納容器の開口部に差込式により着脱自在に取り付ける構成としたことを特徴とする。
【０００９】
当該構成によれば、電池セルモジュールの組み付け性が一層向上し、収納容器に対する電池セルの収納作業および取り外し作業を迅速に行える。
【００１０】
また、本発明の電池セルモジュールは、前記セル支持体において、電池セルのセル端子と前記貫通孔との配線上に充放電切替スイッチ回路を設けたことを特徴とする。
【００１１】
当該構成によれば、充放電切替機能を備えた電池セルモジュールを提供でき、多用なニーズに対応できる。
【００１２】
また、本発明の電池セルモジュールは、前記セル支持体の上面に、電池セルに接続する端子を設け、全セル支持体の前記端子に一括して接続するように接続回路基板をセル支持体に着脱自在に取り付ける構成としたことを特徴とする。
【００１３】
当該構成によれば、全電池セルの信号配線を簡単な構造で一纏めに集約でき、外部装置との接続が容易となる。
【００１４】
また、本発明の電池セルモジュールは、前記収納容器は、電池セルを間隔を空けて収納保持するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
当該構成によれば、収納容器内での電池セル同士の接触を防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、端子ロッドを各セル支持体の貫通孔に挿通することにより全電池セルの出力を得ることができ、構造が簡単となって、電池セルモジュールの組み付け性が向上する。そして、導電性の端子ロッドが導電性の貫通孔に挿通する構造のため、仮に無理な力が加わって電池セルおよびセル支持体の位置が端子ロッドの軸方向にずれたとしても、貫通孔と端子ロッドとが常に接触しているため導電状態を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る電池セルモジュールの外観斜視図である。
【図２】セル支持体の貫通孔周りの拡大説明図であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ側断面図、正面図である。
【図３】セル支持体における電気配線を示す正面図である。
【図４】セル支持体の貫通孔と電池セルのセル端子との接続構造を示す分解斜視図である。
【図５】電池セルモジュールに接続回路基板を取り付ける状態を示す外観斜視図である。
【図６】電池セルモジュールの側断面図である。
【図７】支持部材の外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１において、本発明に係る電池セルモジュール１は、複数の電池セル２と、各電池セル２に取り付けられ、電池セル２のセル端子３に接続する導電性の貫通孔４を有したセル支持体５と、各セル支持体５の貫通孔４に挿通されて各電池セル２のセル端子３に導通する端子ロッド６と、セル支持体５を介して電池セル２を積層状に収納する収納容器７と、を備える。電池セルモジュール１は例えばハイブリッド自動車に搭載される。
【００１９】
電池セル２は、例えば公知のラミネート型のリチウムイオン電池であり、矩形のシート状をなしている。電池セル２の上面には、幅方向に間隔を空けて一対の矩形平板状のセル端子３（正極端子３Ａおよび負極端子３Ｂ）が突設されている。
【００２０】
「セル支持体５」
セル支持体５は、電池セル２の上方において電池セル２の幅方向に延設する部材であり、絶縁材料、例えばＡＢＳ樹脂等の耐熱性樹脂材料により成形されている。セル支持体５は一体成形物であってもよいし、分割構成されたもの、例えば奥行き方向（図２（ａ）における左右方向）に２分割されたものを一体に組み付けたものであってもよい。
【００２１】
セル支持体５は、幅方向両端の下側コーナー部が矩形に切り欠かれた形状を呈しており、下部５Ｂの幅寸法は上部５Ａのそれよりも小さい。下部５Ｂの幅方向両端には下部幅側面５Ｃが形成され、上部５Ａの幅方向両端下面にはフランジ面５Ｄが形成される。セル支持体５の奥行き方向の側面は奥行き側面５Ｅとして形成される。さらに、上部５Ａの上面の幅方向中央周りには、奥行き方向に貫通する縦断面矩形状の嵌合溝５Ｆが形成されている。この嵌合溝５Ｆには後記するように接続回路基板２５が取り付けられる。セル支持体５の下部５Ｂの幅寸法は電池セル２の幅寸法よりも大きく、セル支持体５の奥行き寸法は電池セル２の奥行き寸法よりも大きい。
【００２２】
セル支持体５の上下方向中程には、幅方向に間隔を空けた一対の閉円形断面の貫通孔４が奥行き方向に貫通形成されている。貫通孔４、４の間隔は電池セル２の正極端子３Ａと負極端子３Ｂの間隔とほぼ同じである。貫通孔４の周面は導電性を有する導電層によって構成される。貫通孔４の周面に導電層を形成する方法として、本実施形態では、図２、図４に示すように、貫通孔４の周面に導電性の環状部材（例えば金属製リング等）８を嵌め込む態様としている。貫通孔４の周面と環状部材８の外周面とは接着剤により接着される。環状部材８の表面は例えばニッケルメッキ処理されている。貫通孔４の周面に導電層を形成する他の方法としては、貫通孔４の周面に導電性のペーストを塗布・焼成する方法等が挙げられる。
【００２３】
電池セル２の正極端子３Ａ、負極端子３Ｂと貫通孔４の導電層（環状部材８）との接続構造の一例を説明する。先ず、環状部材８にはリード線９が取り付けられる。リード線９は被覆チューブ付きの銅線等の汎用品である。貫通孔４には後記するように端子ロッド６が挿通するので、リード線９は端子ロッド６と干渉しない位置に設ける必要がある。本実施形態では、図４に示すように、環状部材８の下端の一部を下方に折り曲げて端子接続部８Ａとし、この端子接続部８Ａにリード線９の一端をスポット溶接等により接続することで、リード線９と端子ロッド６（図１）との干渉を回避している。符号１０は一端が環状板部１０Ａからなり他端が矩形平板部１０Ｂからなる圧着端子であり、リード線９は圧着端子１０の環状板部１０Ａに挿通、圧着され、他端が矩形平板部１０Ｂにスポット溶接等により接続される。
【００２４】
セル支持体５の一方の奥行き側面５Ｅには、貫通孔４の下部を上端とした平断面矩形状の溝５Ｇが鉛直方向に沿って形成されている。環状部材８が貫通孔４に嵌め込まれたとき、圧着端子１０の環状板部１０Ａは溝５Ｇ内に圧入の態様で収まるようになっている。また、図２に示すように、圧着端子１０の矩形平板部１０Ｂはセル支持体５の下面から突出し、この矩形平板部１０Ｂに正極端子３Ａ、負極端子３Ｂがあてがわれてボルト１１およびナット１２により締結固定される。
【００２５】
以上により、電池セル２の正極端子３Ａ、負極端子３Ｂと貫通孔４の環状部材８とがリード線９および圧着端子１０を介して接続し、電池セル２は圧着端子１０によりセル支持体５に懸吊される態様となる。圧着端子１０は前記溝５Ｇに嵌め込まれて位置決め固定されるため、懸吊された電池セル２が振れることはない。そして、電池セル２とセル支持体５とが互いに組み付けられたときの平面視状態において、電池セル２は幅方向に関してセル支持体５の一対の下部幅側面５Ｃ、５Ｃ間に収まり、奥行き方向に関してセル支持体５の一対の奥行き側面５Ｅ、５Ｅ間に収まるようにレイアウトされている。なお、セル支持体５に対するリード線９および圧着端子１０の形成態様としては、インサート成形によりセル支持体５と一体に成形する構造にしてもよい。
【００２６】
図３に示すように、電池セル２としては例えばセル内部の温度を検出する温度センサ１３を内蔵したものがある。図３では、温度センサ１３からのセンサ信号配線１４が電池セル２の筐体側面から引き出された場合を示しており、センサ信号配線１４は中空の支持部材１５の内部およびセル支持体５の内部を介して嵌合溝５Ｆの溝底面上の端子１８まで引き回される。支持部材１５は、図７に示すように、鉛直に配されるパイプ状の樹脂部材であって、下部には電池セル２を奥行き方向に挟むための溝１５Ａが形成されている。支持部材１５の上部周りはセル支持体５に埋設される。図６から判るように、支持部材１５の奥行き寸法（図６における左右方向の寸法）はセル支持体５の奥行き寸法と同じであり、側面視して、支持部材１５の奥行き方向端部はセル支持体５の奥行き側面５Ｅと一直線状に連なる。
【００２７】
なお、電池セル２に内蔵される他のセンサとしては、セル内部の圧力を検出する圧力センサ等もあり、これらの信号配線も前記センサ信号配線１４と同様に、支持部材１５の内部およびセル支持体５の内部を介して嵌合溝５Ｆの溝底面上の所定の端子まで引き回される。
【００２８】
図３に示すように、電池セル２の一方のセル端子３とセル支持体５の貫通孔４とを接続する配線（例えば図４のリード線９或いは圧着端子１０から引き出した配線）と、嵌合溝５Ｆの溝底面上の端子１９とは、セル電圧検出配線２０により接続される。セル電圧検出配線２０はセル支持体５の内部に引き回される。さらに、電池セル２の一方のセル端子３とセル支持体５の貫通孔４とを接続する配線（例えばリード線９或いは圧着端子１０から引き出した配線）には充放電切替スイッチ回路２１が設けられ、この充放電切替スイッチ回路２１と嵌合溝５Ｆの溝底面上の端子２２とが制御配線２３により接続される。充放電切替スイッチ回路２１は例えばＭＯＳ型ＦＥＴから構成され、ゲート電極が制御配線２３を介して端子２２と接続される。充放電切替スイッチ回路２１はセル支持体５の内部に設けてもよいし、セル支持体５の表面上に設けてもよい。制御配線２３はセル支持体５の内部に引き回される。
【００２９】
「収納容器７」
図１において、収納容器７は、電池セル２を着脱自在に挿通させるための開口部を上面に形成した横長の直方体形状の部材であり、合成樹脂材料等の絶縁材料により成形されている。電池セル２の発熱により収納容器７の内部には熱がこもりやすいため、収納容器７の材質は特に放熱性に優れた樹脂材料とすることが望ましく、例えば窒化アルミ等の無機フィラーを混入させることで放熱性を高めることができる。収納容器７の長辺方向を奥行き方向、短辺方向を幅方向というものとすると、収納容器７内の空間は、幅方向に延設される仕切り壁７Ａによって奥行き方向に間隔を空けて複数に画成されている。画成された各々の空間は電池セル２を１つずつ収納する電池セル収納室７Ｂを構成する。仕切り壁７Ａの上面には、セル支持体５の嵌合溝５Ｆと同断面形状を呈する嵌合溝７Ｅが奥行き方向に貫通形成されている。図６に示すように、仕切り壁７Ａは収納容器７内の上部空間に形成されており、仕切り壁７Ａの下端と収納容器７の底部との間は通風のために開口形成されている。
【００３０】
電池セル収納室７Ｂの幅方向両端における収納容器７の肉厚部は、収納容器７の最上面（収納容器７の奥行き方向両端の上面および仕切り壁７Ａの上面）よりも低段に形成されており、この低段の面はセル支持体５のフランジ面５Ｄと接面する支持面７Ｃを構成する。電池セル収納室７Ｂの上部にはセル支持体５が装着されるため、電池セル収納室７Ｂの奥行き寸法はセル支持体５の奥行き寸法（奥行き側面５Ｅ、５Ｅ間の寸法）と略同じであり、電池セル収納室７Ｂの幅寸法はセル支持体５の下部５Ｂの幅寸法（下部幅側面５Ｃ、５Ｃ間の寸法）と略同じである。
【００３１】
収納容器７には、幅方向に間隔を空けた一対のロッド挿通孔７Ｄが奥行き方向に沿って形成されている。ロッド挿通孔７Ｄ、７Ｄの間隔はセル支持体５の貫通孔４、４の間隔と同じである。ロッド挿通孔７Ｄは、金属棒材からなる端子ロッド６を収納容器７の奥行き方向の端部外側から内部に挿通可能とするように、収納容器７の奥行き方向の少なくとも一方端の肉厚部と、各仕切り壁７Ａとを貫通するように形成されている。また、収納容器７の奥行き方向の少なくとも一方端の肉厚部の上縁には、接続回路基板２５をセル支持体５に対して着脱自在に固定するための係止フック７Ｆが形成されている。さらに、収納容器７の奥行き方向の一方端には、収納容器７の内部を冷却するための冷却ファン２４が取り付けられている。端子ロッド６の基端部にはアタッチメント２６が取り付けられており、このアタッチメント２６は収納容器７の奥行き方向の端部に形成されたロッド挿通孔７Ｄの座ぐり孔に嵌め込まれる。
【００３２】
「電池セルモジュール１の組み付け手順」
電池セルモジュール１の組み付け手順の一例を説明する。先ず、作業者はセル支持体５を把持しつつ、電池セル２を収納容器７の上面の開口部から電池セル収納室７Ｂに収納する。セル支持体５は、その奥行き側面５Ｅと支持部材１５の奥行き方向端部とが収納容器７の仕切り壁７Ａまたは収納容器７の奥行き方向端部の内壁を摺接しながら、収納容器７の上面の開口部に差し込まれる。そして、下部幅側面５Ｃが電池セル収納室７Ｂの幅方向端部の内壁に嵌合接面し、フランジ面５Ｄが収納容器７の支持面７Ｃに接面することにより収納容器７に対するセル支持体５の装着が完了する。つまり、セル支持体５は収納容器７にワンタッチ結合により着脱自在に取り付けられる。
【００３３】
セル支持体５の装着が完了したとき、セル支持体５の上面および幅方向側面はそれぞれ収納容器７の上面および幅方向側面と面一に連なるようになっている。各電池セル２はセル端子３の向きを同じにして、すなわち正極端子３Ａ、負極端子３Ｂが収納容器７の奥行き方向に同列に並ぶように積層状に収納される。また、図６に示すように、支持部材１５の奥行き方向端部が収納容器７の仕切り壁７Ａに当接することにより、電池セル２が電池セル収納室７Ｂ内で振れることはない。
【００３４】
収納容器７に対するセル支持体５の嵌合状態の保持手段としては、セル支持体５および収納容器７が合成樹脂材料から成形されており、その弾性力に基づいて両者間、具体的にはセル支持体５の下部幅側面５Ｃと電池セル収納室７Ｂの幅方向端部の内壁との間およびセル支持体５の奥行き側面５Ｅと収納容器７の仕切り壁７Ａ、収納容器７の奥行き方向端部の内壁との間には大きな摩擦力が得られるため、この摩擦力を前記保持手段に充てることができる。また、セル支持体５の上部には後にモジュール監視回路基板２５が取り付けられて係合フック７Ｆにより固定されるので、これによっても収納容器７に対してセル支持体５の嵌合状態が保持されることになる。
【００３５】
全ての電池セル２の収納後、一対の端子ロッド６が収納容器７の奥行き方向の端部外側から各ロッド挿通孔７Ｄに挿通される。端子ロッド６は各電池セル収納室７Ｂ内の電池セル２の貫通孔４に圧入の態様で挿通することにより各貫通孔４の環状部材８と導電結合され、これにより端子ロッド６の端部から全電池セル２の出力を得ることができる。
【００３６】
また、図５に示すように、セル支持体５の嵌合溝５Ｆと収納容器７の嵌合溝７Ｅには接続回路基板２５が嵌め込まれ、接続回路基板２５上に形成された端子と嵌合溝５Ｆの溝底面上の各端子１８、１９、２２（図３）とが導通接触する。接続回路基板２５は収納容器７の係合フック７Ｆによりセル支持体５の上部に着脱自在に固定される。接続回路基板２５は、少なくとも全セル支持体５の端子１８、１９、２２に導通接触する端子を備えた基板であって、必要に応じ信号増幅回路や信号変換回路等が付加される。電池セル２のセル電圧および内部温度の各信号は接続回路基板２５を介して外部に出力されるとともに、接続回路基板２５を介した外部制御により充放電切替スイッチ回路２１が、セル端子３と端子ロッド６とを接続する放電モードと、セル端子３と端子ロッド６とを非接続にする充電モードのいずれかに切り替えられる。
【００３７】
以上のように、複数の電池セル２と、各電池セル２に取り付けられ、電池セル２のセル端子３（正極端子３Ａ、負極端子３Ｂ）に接続する導電性の貫通孔４を有したセル支持体５と、各セル支持体５の貫通孔４に挿通されて各電池セル２のセル端子３（正極端子３Ａ、負極端子３Ｂ）に導通する端子ロッド６と、セル支持体５を介して電池セル２を積層状に収納する収納容器７と、を備える電池セルモジュール１とすれば、端子ロッド６を各セル支持体５の貫通孔４に挿通することにより全電池セルの出力を得ることができ、構造が簡単となって、電池セルモジュール１の組み付け性が向上する。
【００３８】
また、導電性の貫通孔４に挿通され各電池セル２のセル端子３（正極端子３Ａ、負極端子３Ｂ）に導通する端子ロッド６を備える構成としたことで、振動等による導電不良の問題が解消される。すなわち、特許文献１では振動等の影響によりボルトが弛みやすく、ボルトが弛んで電池セルがボルトの軸方向に少しでもずれた場合には、導電体と正極端子、負極端子との間の接触圧力が失われて導電不良をきたすおそれがあるのに対し、本発明の電池セルモジュール１では、導電性の端子ロッド６が導電性の貫通孔４に挿通する構造のため、仮に無理な力が加わって電池セル２およびセル支持体５の位置が端子ロッド６の軸方向にずれたとしても、貫通孔４と端子ロッド６とは常に接触しているため導電不良が起きることはない。
【００３９】
また、セル支持体５を収納容器７の開口部に差込式により着脱自在に取り付ける構成とすれば、電池セルモジュール１の組み付け性が一層向上し、収納容器７に対する電池セル２の収納作業および取り外し作業を迅速に行える。
【００４０】
さらに、セル支持体５において、電池セル２のセル端子３と貫通孔４との配線上に充放電切替スイッチ回路２１を設ければ、充放電切替機能を備えた電池セルモジュール１を提供でき、多用なニーズに対応できる。
【００４１】
また、セル支持体５の上面に、電池セル２に接続する端子（端子１８、１９、２２の内の少なくとも１つ）を設け、全セル支持体５の前記端子に一括して接続するように接続回路基板２５をセル支持体５に着脱自在に取り付ける構成とすれば、全電池セル２の信号配線を簡単な構造で一纏めに集約でき、外部装置との接続が容易となる。
【００４２】
また、収納容器７を、電池セル２を間隔を空けて収納保持するように構成すれば、収納容器７内での電池セル２同士の接触を防止できる。
【００４３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は図面に記載したものに限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 電池セルモジュール
２ 電池セル
３ セル端子
３Ａ 正極端子（セル端子）
３Ｂ 負極端子（セル端子）
４ 貫通孔
５ セル支持体
６ 端子ロッド
７ 収納容器
７Ａ 仕切り壁
７Ｂ 電池セル収納室
８ 環状部材
１０ 圧着端子
１８、１９、２２ 端子
２１ 充放電切替スイッチ回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セルモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池セルモジュールの一従来例として特許文献１に記載のものが挙げられる。同文献の符号を付して説明すると、同文献の技術は、電池セル２１の正極端子２２および負極端子２３に貫通孔２５とこの貫通孔２５に連通するように開口した挿入部２６とを形成し、ボルト４６等からなる連結体を挿入部２６を介して貫通孔２５に通すことにより複数の電池セル２１を連結する構造である。電池セル２１間を直列に接続するための導電体３１および絶縁体３６を連結体に固定してあるため、導電体３１および絶縁体３６と、正極端子２２および負極端子２３とを固定する必要がなくなり、端子を接続する組み立て作業が容易かつ迅速に行える旨、同文献に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６０８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、導電体３１および絶縁体３６と、正極端子２２および負極端子２３とを固定する作業は必要ないものの、連結体に対して導電体３１および絶縁体３６を交互に取り付ける作業を要することから、迅速な組み付け作業はさほど期待できない。
また、振動等の影響によりボルト４６が弛み、電池セル２１がボルト４６の軸方向にずれると、導電体３１と正極端子２２、負極端子２３との間の接触圧力が失われて導電不良をきたすおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、組み付け性の向上および導電不良の低減が図れる電池セルモジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電池セルモジュールは、前記課題を解決するため、複数の電池セルと、各電池セルに取り付けられ、電池セルのセル端子に接続する導電性の貫通孔を有したセル支持体と、各セル支持体の貫通孔に挿通されて各電池セルのセル端子に導通する端子ロッドと、前記セル支持体を介して電池セルを積層状に収納する収納容器と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
当該構成によれば、端子ロッドを各セル支持体の貫通孔に挿通することにより全電池セルの出力を得ることができ、構造が簡単となって、電池セルモジュールの組み付け性が向上する。また、導電性の端子ロッドが導電性の貫通孔に挿通する構造のため、仮に無理な力が加わって電池セルおよびセル支持体の位置が端子ロッドの軸方向にずれたとしても、貫通孔と端子ロッドとは常に接触しているため導電不良が起きることはない。
【０００８】
また、本発明の電池セルモジュールは、前記セル支持体を前記収納容器の開口部に差込式により着脱自在に取り付ける構成としたことを特徴とする。
【０００９】
当該構成によれば、電池セルモジュールの組み付け性が一層向上し、収納容器に対する電池セルの収納作業および取り外し作業を迅速に行える。
【００１０】
また、本発明の電池セルモジュールは、前記セル支持体において、電池セルのセル端子と前記貫通孔との配線上に充放電切替スイッチ回路を設けたことを特徴とする。
【００１１】
当該構成によれば、充放電切替機能を備えた電池セルモジュールを提供でき、多用なニーズに対応できる。
【００１２】
また、本発明の電池セルモジュールは、前記セル支持体の上面に、電池セルに接続する端子を設け、全セル支持体の前記端子に一括して接続するように接続回路基板をセル支持体に着脱自在に取り付ける構成としたことを特徴とする。
【００１３】
当該構成によれば、全電池セルの信号配線を簡単な構造で一纏めに集約でき、外部装置との接続が容易となる。
【００１４】
また、本発明の電池セルモジュールは、前記収納容器は、電池セルを間隔を空けて収納保持するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
当該構成によれば、収納容器内での電池セル同士の接触を防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、端子ロッドを各セル支持体の貫通孔に挿通することにより全電池セルの出力を得ることができ、構造が簡単となって、電池セルモジュールの組み付け性が向上する。そして、導電性の端子ロッドが導電性の貫通孔に挿通する構造のため、仮に無理な力が加わって電池セルおよびセル支持体の位置が端子ロッドの軸方向にずれたとしても、貫通孔と端子ロッドとが常に接触しているため導電状態を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る電池セルモジュールの外観斜視図である。
【図２】セル支持体の貫通孔周りの拡大説明図であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ側断面図、正面図である。
【図３】セル支持体における電気配線を示す正面図である。
【図４】セル支持体の貫通孔と電池セルのセル端子との接続構造を示す分解斜視図である。
【図５】電池セルモジュールに接続回路基板を取り付ける状態を示す外観斜視図である。
【図６】電池セルモジュールの側断面図である。
【図７】支持部材の外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１において、本発明に係る電池セルモジュール１は、複数の電池セル２と、各電池セル２に取り付けられ、電池セル２のセル端子３に接続する導電性の貫通孔４を有したセル支持体５と、各セル支持体５の貫通孔４に挿通されて各電池セル２のセル端子３に導通する端子ロッド６と、セル支持体５を介して電池セル２を積層状に収納する収納容器７と、を備える。電池セルモジュール１は例えばハイブリッド自動車に搭載される。
【００１９】
電池セル２は、例えば公知のラミネート型のリチウムイオン電池であり、矩形のシート状をなしている。電池セル２の上面には、幅方向に間隔を空けて一対の矩形平板状のセル端子３（正極端子３Ａおよび負極端子３Ｂ）が突設されている。
【００２０】
「セル支持体５」
セル支持体５は、電池セル２の上方において電池セル２の幅方向に延設する部材であり、絶縁材料、例えばＡＢＳ樹脂等の耐熱性樹脂材料により成形されている。セル支持体５は一体成形物であってもよいし、分割構成されたもの、例えば奥行き方向（図２（ａ）における左右方向）に２分割されたものを一体に組み付けたものであってもよい。
【００２１】
セル支持体５は、幅方向両端の下側コーナー部が矩形に切り欠かれた形状を呈しており、下部５Ｂの幅寸法は上部５Ａのそれよりも小さい。下部５Ｂの幅方向両端には下部幅側面５Ｃが形成され、上部５Ａの幅方向両端下面にはフランジ面５Ｄが形成される。セル支持体５の奥行き方向の側面は奥行き側面５Ｅとして形成される。さらに、上部５Ａの上面の幅方向中央周りには、奥行き方向に貫通する縦断面矩形状の嵌合溝５Ｆが形成されている。この嵌合溝５Ｆには後記するように接続回路基板２５が取り付けられる。セル支持体５の下部５Ｂの幅寸法は電池セル２の幅寸法よりも大きく、セル支持体５の奥行き寸法は電池セル２の奥行き寸法よりも大きい。
【００２２】
セル支持体５の上下方向中程には、幅方向に間隔を空けた一対の閉円形断面の貫通孔４が奥行き方向に貫通形成されている。貫通孔４、４の間隔は電池セル２の正極端子３Ａと負極端子３Ｂの間隔とほぼ同じである。貫通孔４の周面は導電性を有する導電層によって構成される。貫通孔４の周面に導電層を形成する方法として、本実施形態では、図２、図４に示すように、貫通孔４の周面に導電性の環状部材（例えば金属製リング等）８を嵌め込む態様としている。貫通孔４の周面と環状部材８の外周面とは接着剤により接着される。環状部材８の表面は例えばニッケルメッキ処理されている。貫通孔４の周面に導電層を形成する他の方法としては、貫通孔４の周面に導電性のペーストを塗布・焼成する方法等が挙げられる。
【００２３】
電池セル２の正極端子３Ａ、負極端子３Ｂと貫通孔４の導電層（環状部材８）との接続構造の一例を説明する。先ず、環状部材８にはリード線９が取り付けられる。リード線９は被覆チューブ付きの銅線等の汎用品である。貫通孔４には後記するように端子ロッド６が挿通するので、リード線９は端子ロッド６と干渉しない位置に設ける必要がある。本実施形態では、図４に示すように、環状部材８の下端の一部を下方に折り曲げて端子接続部８Ａとし、この端子接続部８Ａにリード線９の一端をスポット溶接等により接続することで、リード線９と端子ロッド６（図１）との干渉を回避している。符号１０は一端が環状板部１０Ａからなり他端が矩形平板部１０Ｂからなる圧着端子であり、リード線９は圧着端子１０の環状板部１０Ａに挿通、圧着され、他端が矩形平板部１０Ｂにスポット溶接等により接続される。
【００２４】
セル支持体５の一方の奥行き側面５Ｅには、貫通孔４の下部を上端とした平断面矩形状の溝５Ｇが鉛直方向に沿って形成されている。環状部材８が貫通孔４に嵌め込まれたとき、圧着端子１０の環状板部１０Ａは溝５Ｇ内に圧入の態様で収まるようになっている。また、図２に示すように、圧着端子１０の矩形平板部１０Ｂはセル支持体５の下面から突出し、この矩形平板部１０Ｂに正極端子３Ａ、負極端子３Ｂがあてがわれてボルト１１およびナット１２により締結固定される。
【００２５】
以上により、電池セル２の正極端子３Ａ、負極端子３Ｂと貫通孔４の環状部材８とがリード線９および圧着端子１０を介して接続し、電池セル２は圧着端子１０によりセル支持体５に懸吊される態様となる。圧着端子１０は前記溝５Ｇに嵌め込まれて位置決め固定されるため、懸吊された電池セル２が振れることはない。そして、電池セル２とセル支持体５とが互いに組み付けられたときの平面視状態において、電池セル２は幅方向に関してセル支持体５の一対の下部幅側面５Ｃ、５Ｃ間に収まり、奥行き方向に関してセル支持体５の一対の奥行き側面５Ｅ、５Ｅ間に収まるようにレイアウトされている。なお、セル支持体５に対するリード線９および圧着端子１０の形成態様としては、インサート成形によりセル支持体５と一体に成形する構造にしてもよい。
【００２６】
図３に示すように、電池セル２としては例えばセル内部の温度を検出する温度センサ１３を内蔵したものがある。図３では、温度センサ１３からのセンサ信号配線１４が電池セル２の筐体側面から引き出された場合を示しており、センサ信号配線１４は中空の支持部材１５の内部およびセル支持体５の内部を介して嵌合溝５Ｆの溝底面上の端子１８まで引き回される。支持部材１５は、図７に示すように、鉛直に配されるパイプ状の樹脂部材であって、下部には電池セル２を奥行き方向に挟むための溝１５Ａが形成されている。支持部材１５の上部周りはセル支持体５に埋設される。図６から判るように、支持部材１５の奥行き寸法（図６における左右方向の寸法）はセル支持体５の奥行き寸法と同じであり、側面視して、支持部材１５の奥行き方向端部はセル支持体５の奥行き側面５Ｅと一直線状に連なる。
【００２７】
なお、電池セル２に内蔵される他のセンサとしては、セル内部の圧力を検出する圧力センサ等もあり、これらの信号配線も前記センサ信号配線１４と同様に、支持部材１５の内部およびセル支持体５の内部を介して嵌合溝５Ｆの溝底面上の所定の端子まで引き回される。
【００２８】
図３に示すように、電池セル２の一方のセル端子３とセル支持体５の貫通孔４とを接続する配線（例えば図４のリード線９或いは圧着端子１０から引き出した配線）と、嵌合溝５Ｆの溝底面上の端子１９とは、セル電圧検出配線２０により接続される。セル電圧検出配線２０はセル支持体５の内部に引き回される。さらに、電池セル２の一方のセル端子３とセル支持体５の貫通孔４とを接続する配線（例えばリード線９或いは圧着端子１０から引き出した配線）には充放電切替スイッチ回路２１が設けられ、この充放電切替スイッチ回路２１と嵌合溝５Ｆの溝底面上の端子２２とが制御配線２３により接続される。充放電切替スイッチ回路２１は例えばＭＯＳ型ＦＥＴから構成され、ゲート電極が制御配線２３を介して端子２２と接続される。充放電切替スイッチ回路２１はセル支持体５の内部に設けてもよいし、セル支持体５の表面上に設けてもよい。制御配線２３はセル支持体５の内部に引き回される。
【００２９】
「収納容器７」
図１において、収納容器７は、電池セル２を着脱自在に挿通させるための開口部を上面に形成した横長の直方体形状の部材であり、合成樹脂材料等の絶縁材料により成形されている。電池セル２の発熱により収納容器７の内部には熱がこもりやすいため、収納容器７の材質は特に放熱性に優れた樹脂材料とすることが望ましく、例えば窒化アルミ等の無機フィラーを混入させることで放熱性を高めることができる。収納容器７の長辺方向を奥行き方向、短辺方向を幅方向というものとすると、収納容器７内の空間は、幅方向に延設される仕切り壁７Ａによって奥行き方向に間隔を空けて複数に画成されている。画成された各々の空間は電池セル２を１つずつ収納する電池セル収納室７Ｂを構成する。仕切り壁７Ａの上面には、セル支持体５の嵌合溝５Ｆと同断面形状を呈する嵌合溝７Ｅが奥行き方向に貫通形成されている。図６に示すように、仕切り壁７Ａは収納容器７内の上部空間に形成されており、仕切り壁７Ａの下端と収納容器７の底部との間は通風のために開口形成されている。
【００３０】
電池セル収納室７Ｂの幅方向両端における収納容器７の肉厚部は、収納容器７の最上面（収納容器７の奥行き方向両端の上面および仕切り壁７Ａの上面）よりも低段に形成されており、この低段の面はセル支持体５のフランジ面５Ｄと接面する支持面７Ｃを構成する。電池セル収納室７Ｂの上部にはセル支持体５が装着されるため、電池セル収納室７Ｂの奥行き寸法はセル支持体５の奥行き寸法（奥行き側面５Ｅ、５Ｅ間の寸法）と略同じであり、電池セル収納室７Ｂの幅寸法はセル支持体５の下部５Ｂの幅寸法（下部幅側面５Ｃ、５Ｃ間の寸法）と略同じである。
【００３１】
収納容器７には、幅方向に間隔を空けた一対のロッド挿通孔７Ｄが奥行き方向に沿って形成されている。ロッド挿通孔７Ｄ、７Ｄの間隔はセル支持体５の貫通孔４、４の間隔と同じである。ロッド挿通孔７Ｄは、金属棒材からなる端子ロッド６を収納容器７の奥行き方向の端部外側から内部に挿通可能とするように、収納容器７の奥行き方向の少なくとも一方端の肉厚部と、各仕切り壁７Ａとを貫通するように形成されている。また、収納容器７の奥行き方向の少なくとも一方端の肉厚部の上縁には、接続回路基板２５をセル支持体５に対して着脱自在に固定するための係止フック７Ｆが形成されている。さらに、収納容器７の奥行き方向の一方端には、収納容器７の内部を冷却するための冷却ファン２４が取り付けられている。端子ロッド６の基端部にはアタッチメント２６が取り付けられており、このアタッチメント２６は収納容器７の奥行き方向の端部に形成されたロッド挿通孔７Ｄの座ぐり孔に嵌め込まれる。
【００３２】
「電池セルモジュール１の組み付け手順」
電池セルモジュール１の組み付け手順の一例を説明する。先ず、作業者はセル支持体５を把持しつつ、電池セル２を収納容器７の上面の開口部から電池セル収納室７Ｂに収納する。セル支持体５は、その奥行き側面５Ｅと支持部材１５の奥行き方向端部とが収納容器７の仕切り壁７Ａまたは収納容器７の奥行き方向端部の内壁を摺接しながら、収納容器７の上面の開口部に差し込まれる。そして、下部幅側面５Ｃが電池セル収納室７Ｂの幅方向端部の内壁に嵌合接面し、フランジ面５Ｄが収納容器７の支持面７Ｃに接面することにより収納容器７に対するセル支持体５の装着が完了する。つまり、セル支持体５は収納容器７にワンタッチ結合により着脱自在に取り付けられる。
【００３３】
セル支持体５の装着が完了したとき、セル支持体５の上面および幅方向側面はそれぞれ収納容器７の上面および幅方向側面と面一に連なるようになっている。各電池セル２はセル端子３の向きを同じにして、すなわち正極端子３Ａ、負極端子３Ｂが収納容器７の奥行き方向に同列に並ぶように積層状に収納される。また、図６に示すように、支持部材１５の奥行き方向端部が収納容器７の仕切り壁７Ａに当接することにより、電池セル２が電池セル収納室７Ｂ内で振れることはない。
【００３４】
収納容器７に対するセル支持体５の嵌合状態の保持手段としては、セル支持体５および収納容器７が合成樹脂材料から成形されており、その弾性力に基づいて両者間、具体的にはセル支持体５の下部幅側面５Ｃと電池セル収納室７Ｂの幅方向端部の内壁との間およびセル支持体５の奥行き側面５Ｅと収納容器７の仕切り壁７Ａ、収納容器７の奥行き方向端部の内壁との間には大きな摩擦力が得られるため、この摩擦力を前記保持手段に充てることができる。また、セル支持体５の上部には後にモジュール監視回路基板２５が取り付けられて係合フック７Ｆにより固定されるので、これによっても収納容器７に対してセル支持体５の嵌合状態が保持されることになる。
【００３５】
全ての電池セル２の収納後、一対の端子ロッド６が収納容器７の奥行き方向の端部外側から各ロッド挿通孔７Ｄに挿通される。端子ロッド６は各電池セル収納室７Ｂ内の電池セル２の貫通孔４に圧入の態様で挿通することにより各貫通孔４の環状部材８と導電結合され、これにより端子ロッド６の端部から全電池セル２の出力を得ることができる。
【００３６】
また、図５に示すように、セル支持体５の嵌合溝５Ｆと収納容器７の嵌合溝７Ｅには接続回路基板２５が嵌め込まれ、接続回路基板２５上に形成された端子と嵌合溝５Ｆの溝底面上の各端子１８、１９、２２（図３）とが導通接触する。接続回路基板２５は収納容器７の係合フック７Ｆによりセル支持体５の上部に着脱自在に固定される。接続回路基板２５は、少なくとも全セル支持体５の端子１８、１９、２２に導通接触する端子を備えた基板であって、必要に応じ信号増幅回路や信号変換回路等が付加される。電池セル２のセル電圧および内部温度の各信号は接続回路基板２５を介して外部に出力されるとともに、接続回路基板２５を介した外部制御により充放電切替スイッチ回路２１が、セル端子３と端子ロッド６とを接続する放電モードと、セル端子３と端子ロッド６とを非接続にする充電モードのいずれかに切り替えられる。
【００３７】
以上のように、複数の電池セル２と、各電池セル２に取り付けられ、電池セル２のセル端子３（正極端子３Ａ、負極端子３Ｂ）に接続する導電性の貫通孔４を有したセル支持体５と、各セル支持体５の貫通孔４に挿通されて各電池セル２のセル端子３（正極端子３Ａ、負極端子３Ｂ）に導通する端子ロッド６と、セル支持体５を介して電池セル２を積層状に収納する収納容器７と、を備える電池セルモジュール１とすれば、端子ロッド６を各セル支持体５の貫通孔４に挿通することにより全電池セルの出力を得ることができ、構造が簡単となって、電池セルモジュール１の組み付け性が向上する。
【００３８】
また、導電性の貫通孔４に挿通され各電池セル２のセル端子３（正極端子３Ａ、負極端子３Ｂ）に導通する端子ロッド６を備える構成としたことで、振動等による導電不良の問題が解消される。すなわち、特許文献１では振動等の影響によりボルトが弛みやすく、ボルトが弛んで電池セルがボルトの軸方向に少しでもずれた場合には、導電体と正極端子、負極端子との間の接触圧力が失われて導電不良をきたすおそれがあるのに対し、本発明の電池セルモジュール１では、導電性の端子ロッド６が導電性の貫通孔４に挿通する構造のため、仮に無理な力が加わって電池セル２およびセル支持体５の位置が端子ロッド６の軸方向にずれたとしても、貫通孔４と端子ロッド６とは常に接触しているため導電不良が起きることはない。
【００３９】
また、セル支持体５を収納容器７の開口部に差込式により着脱自在に取り付ける構成とすれば、電池セルモジュール１の組み付け性が一層向上し、収納容器７に対する電池セル２の収納作業および取り外し作業を迅速に行える。
【００４０】
さらに、セル支持体５において、電池セル２のセル端子３と貫通孔４との配線上に充放電切替スイッチ回路２１を設ければ、充放電切替機能を備えた電池セルモジュール１を提供でき、多用なニーズに対応できる。
【００４１】
また、セル支持体５の上面に、電池セル２に接続する端子（端子１８、１９、２２の内の少なくとも１つ）を設け、全セル支持体５の前記端子に一括して接続するように接続回路基板２５をセル支持体５に着脱自在に取り付ける構成とすれば、全電池セル２の信号配線を簡単な構造で一纏めに集約でき、外部装置との接続が容易となる。
【００４２】
また、収納容器７を、電池セル２を間隔を空けて収納保持するように構成すれば、収納容器７内での電池セル２同士の接触を防止できる。
【００４３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は図面に記載したものに限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 電池セルモジュール
２ 電池セル
３ セル端子
３Ａ 正極端子（セル端子）
３Ｂ 負極端子（セル端子）
４ 貫通孔
５ セル支持体
６ 端子ロッド
７ 収納容器
７Ａ 仕切り壁
７Ｂ 電池セル収納室
８ 環状部材
１０ 圧着端子
１８、１９、２２ 端子
２１ 充放電切替スイッチ回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルと、
各電池セルに取り付けられ、電池セルのセル端子に接続する導電性の貫通孔を有したセル支持体と、
各セル支持体の貫通孔に挿通されて各電池セルのセル端子に導通する端子ロッドと、
前記セル支持体を介して電池セルを積層状に収納する収納容器と、
を備えることを特徴とする電池セルモジュール。
【請求項２】
前記セル支持体を前記収納容器の開口部に差込式により着脱自在に取り付ける構成としたことを特徴とする請求項１に記載の電池セルモジュール。
【請求項３】
前記セル支持体において、電池セルのセル端子と前記貫通孔との配線上に充放電切替スイッチ回路を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池セルモジュール。
【請求項４】
前記セル支持体の上面に、電池セルに接続する端子を設け、
全セル支持体の前記端子に一括して接続するように接続回路基板をセル支持体に着脱自在に取り付ける構成としたことを特徴とする請求項３に記載の電池セルモジュール。
【請求項５】
前記収納容器は、電池セルを間隔を空けて収納保持するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電池セルモジュール。
【請求項１】
複数の電池セルと、
各電池セルに取り付けられ、電池セルのセル端子に接続する導電性の貫通孔を有したセル支持体と、
各セル支持体の貫通孔に挿通されて各電池セルのセル端子に導通する端子ロッドと、
前記セル支持体を介して電池セルを積層状に収納する収納容器と、
を備えることを特徴とする電池セルモジュール。
【請求項２】
前記セル支持体を前記収納容器の開口部に差込式により着脱自在に取り付ける構成としたことを特徴とする請求項１に記載の電池セルモジュール。
【請求項３】
前記セル支持体において、電池セルのセル端子と前記貫通孔との配線上に充放電切替スイッチ回路を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池セルモジュール。
【請求項４】
前記セル支持体の上面に、電池セルに接続する端子を設け、
全セル支持体の前記端子に一括して接続するように接続回路基板をセル支持体に着脱自在に取り付ける構成としたことを特徴とする請求項３に記載の電池セルモジュール。
【請求項５】
前記収納容器は、電池セルを間隔を空けて収納保持するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電池セルモジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２１０４５５（Ｐ２０１１−２１０４５５Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７５５３６（Ｐ２０１０−７５５３６）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（３９００２３９１７）八千代工業株式会社 (186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（３９００２３９１７）八千代工業株式会社 (186)
【Ｆターム（参考）】
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