説明

電池モジュール

【課題】複数の組電池を接続した電池モジュールにおいて、組電池の電気接続部の容積を低減して電池モジュールのエネルギー密度を高めること、および組電池同士の電気接続を容易に行えるようにすること。
【解決手段】複数の素電池を配列した第1の組電池と、複数の素電池を配列した第2の組電池と、第1の組電池の集電板と第2の組電池の集電板とを電気接続するバスバーを備え、第1の組電池及び第2の組電池は、複数の素電池が配置されて、端部に素電池同士の隙間を有し、バスバーが、第1の組電池の隙間および第2の組電池の隙間の少なくとも一方に配置されているので、組電池同士の電気接続部がコンパクトになり、電池モジュールのエネルギー密度が高まる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の素電池を含む組電池同士を電気接続した電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【0002】
大容量の電池モジュールを得るために、複数の素電池を収容する電池ユニット(組電池)を複数電気接続して、大容量の電池モジュールとすることがある(特許文献1を参照)。特許文献1は、各電池ユニットにリード板を設けて、リード板を介して電池ユニット同士を電気接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2000−133227号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、電池モジュールの大容量化とともに、その容積を低減すること、つまり、エネルギー密度の高い電池モジュールが求められている。しかし一方で、電池モジュールを構成する電池ユニット(組電池)の電気接続作業が簡便であることも求められている。
【0005】
そこで本発明は、電池ユニット(組電池)の電気接続部の容積を低減して電池モジュールのエネルギー密度を高めること、および組電池同士の電気接続を容易に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電池モジュールは、複数の素電池を配列した第1の組電池と、複数の素電池を配列した第2の組電池と、第1の組電池の集電板と第2の組電池の集電板とを電気接続するバスバーを備え、第1の組電池及び第2の組電池は、複数の素電池が配置されて、端部に素電池同士の隙間を有し、バスバーが、第1の組電池の隙間および第2の組電池の隙間の少なくとも一方に配置されている。
【0007】
本構成によって、組電池同士の電気接続部がコンパクトであるので、電池モジュールのエネルギー密度が高まる。
【発明の効果】
【0008】
本発明の電池モジュールは、複数の素電池を有する組電池の複数を電気接続することで、大容量化されている。しかも、組電池同士の電気接続部がコンパクトであるので、電池モジュールのエネルギー密度が高まる。よって、大容量化とともに、エネルギー密度の向上が望まれる用途の電池モジュールに用いられうる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施の形態1における電池モジュールを構成する組電池の斜視図
【図2】本発明の実施の形態1における電池モジュール平面図および正面図
【図3】本発明の実施の形態1における接続端子の詳細図
【図4】本発明の実施の形態1における接続端子を接続した組電池の斜視図
【図5】本発明の実施の形態1における接続端子で組電池同士を並列接続した斜視図
【図6】本発明の実施の形態1における接続端子で組電池同士を直列接続した斜視図
【図7】本発明の実施の形態1における素電池の配列と、バスバーの配置の関係図
【図8】本発明の実施の形態1におけるバスバーの斜視図
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の電池モジュールは、2以上の組電池を含み、組電池同士が電気接続されている。組電池同士の電気接続は、直列接続であっても、並列接続であってもよい。組電池同士の電気接続を、バスバーを介して行うことを特徴とする。
【0011】
組電池において、各素電池は最密充填配列されていることが好ましい。具体的には、複数の円柱状の素電池が配列され、各素電池の柱頂部に配置された集電板と、素電池の柱底部に配置された集電板と、を有する。
【0012】
以下本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
まず、本発明の電池モジュールを構成する組電池について説明する。
【0013】
図1は、本発明の実施の形態1における電池モジュールを構成する組電池の斜視図である。図1に示されるように、組電池100は、正極集電板10と、正極側ホルダー20と、複数の素電池31を収納するハウジング30、または、複数の素電池31の集合体と、負極側ホルダー40と、負極集電板50とを有し、正極集電板10または負極集電板50に他の組電池100の正極集電板10または負極集電板50を電気的に接続するバスバー60が接続されている。
【0014】
素電池31は、円柱状のリチウムイオン電池などの二次電池で、柱頂部に正極、柱底部に負極を有するものである。
【0015】
素電池31の各々は、ハウジング30などに収容されてもよいし、ハウジング30に収容されない素電池31の単なる集合体であってもよく、これらは正極側ホルダー20および負極側ホルダー40で支持される。また、素電池31は最密充填構造で配置されている。つまり、3つの素電池31が正三角形の頂点になるように、60°の角度で配置されている。図1においては、例えば組電池100の中に素電池31が7個(n個)、6個(n−1個)、7個(n個)と3列以上で配置され、最密充填構造で配置されている。このとき、6個の列(n−1個の列)において、組電池100の端部に素電池31の半分のサイズの隙間が形成されている。
【0016】
また、ハウジング30は、例えば、図1のように各素電池を収容可能なパイプ状部材の集合体、各素電池を収容可能な孔を設けたブロックなどでありうる。ハウジング30は、銅、鉄、ニッケル、アルミニウなどの金属や樹脂で形成される。金属の場合は、鋳物や、切削加工物などであり任意の形状を作ることができる工法で形成されたものである。そして、金属で形成した場合は、素電池31が発生した熱をハウジング30が吸熱し、放熱することができる。
【0017】
正極集電板10は、複数の素電池31の正極に接続されて組電池100の正極となる。また、負極集電板50は、複数の素電池31の負極に接続されて組電池100の負極となる。正極集電板10及び負極集電板50は、金属導体で、銅、鉄、ニッケル、アルミニウム、またはそれらの合金が含まれ、バスバー60は、それらの金属単体やそれらを含む複層の合板で構成される。また、正極集電板10及び負極集電板50は、金属導体にめっきなどの皮膜形成なされたものでもかまわない。
【0018】
正極側ホルダー20は、正極集電板10と複数の素電池31の間に配置され、正極集電板10と複数の素電池31の側面を絶縁すると共に、正極集電板10と複数の素電池31とを固定している。また、負極側ホルダー40は、負極集電板50と複数の素電池31の間に配置され、負極集電板50と複数の素電池31の側面を絶縁すると共に、負極集電板50と複数の素電池31とを固定している。正極側ホルダー20及び負極側ホルダー40は、樹脂または表面を絶縁コーティングされた金属などで構成されている。
【0019】
バスバー60は、正極集電板10には接続させるが、一方で、同じ組電池の負極集電板50には接続させない。同様に、負極集電板50に接続させるとき、同じ組電池の正極集電板10には接続させない。バスバー60は、正極集電板10に一体不可分に接続させていてもよいし、着脱可能に接続させていてもよい。例えば、正極集電板10にバスバー60を冶金的に接合させれば、通常は一体不可分になり、正極集電板10にバスバー60をねじで固定させれば、脱着可能に接続される。また、バスバー60は組電池100の素電池31が1個少ない6個の列(n−1個の列)の隙間に配置される。
【0020】
バスバー60は、組電池100の端部に形成される隙間に収まるサイズで、一つの素電池31を包含するハウジング30のサイズ、または素電池31のサイズと同等または若干小さいサイズで、かつ、正六角形状であることが好ましい。正六角形状のコーナー角はR状になっていてもよいし、接合される組電池100側の方だけを六角にしてもよい。この場合は、組電池100の端面から隙間に対して60°の角度で挿入される形状、つまり、ハウジング30または素電池31に接しながら、組電池100の端面に対して60°の角度をもった線の組合せのみとなり、接合されない組電池側では六角でなく円形状であったり、多角形であったりしてもかまわない。但し、複数配列される素電池の隙間に入ることが前提の形状である。
【0021】
上記のように、バスバー60を組電池100の端面から隙間に対して60°の角度で挿入される形状、つまり、正六角形状、または、ハウジング30または素電池31に接しながら、組電池100の端面に対して60°の角度をもった線の組合せの形状にすることにより、素電池31の60°で形成されて最密充填構造に挿入する際に、一つの素電池31を包含するハウジング30または素電池31の円形と同等の断面積で電気的接続ができると共に、バスバー60の外周面に最も長い直線部を有することができるので、バスバー60と正極集電板10または負極集電板50との接合面積を増やすことができ、かつ、接合強度を強くすることができる。
【0022】
また、バスバー60は、組電池100の集電板同士を電気接続させる導体部材であればよく、柔軟な配線部材であってもよいし、剛直な金属棒であってもよい。組電池100同士の接続作業を容易にするという視点から、剛直な金属棒とする場合もある。金属の例には、銅、鉄,ニッケル,アルミニウム、またはそれらの合金が含まれ、バスバー60は、それらの金属を含む複層の合板であってもよい。また、バスバー60は、金属導体にめっきなどの皮膜形成なされたものでもかまわない。
【0023】
正極集電板10、負極集電板50は、端部に素電池31が1個少ないn−1個の列の隙間の位置にバスバー60の正六角形状を対称の頂点で半分にした台形と同じサイズの凹部を有している。これにより、バスバー60と正極集電板10または負極集電板50を溶接する際、より長い直線で溶接することができる。正極集電板10、負極集電板50の台形状の凹部には、正極集電板10、負極集電板50に対して直角方向に飛出た溶接部を備えていてもよい。この飛び出しは折り曲げ加工や段付き切削加工、鍛造プレス加工などであってもよい。
【0024】
次に、本発明の電池モジュールについて説明する。
【0025】
図2は、本発明の実施の形態1における電池モジュールの平面図および正面図である。
【0026】
電池モジュール200は複数個の組電池100を組合せて構成される。図2では、電池モジュール200の組合せの例として、2個の組電池100a、100bの組合せを説明する。組電池100aの構成部品を、正極集電板10a、正極側ホルダー20a、ハウジング30a、素電池31a、負極側ホルダー40a、負極集電板50aと現し、組電池100bの構成部品を、正極集電板10b、正極側ホルダー20b、ハウジング30b、素電池31b、負極側ホルダー40b、負極集電板50bと表す。
【0027】
図2(a)の平面図に示されるように、組電池100aのハウジング30aと組電池100bのハウジング30bの間に、バスバー60が挟まれて配置されている。そして、図2(b)の正面図に示されるように、バスバー60の一部は、ハウジング30a、30bの隙間に入り込んでいる。このように、バスバー60の軸方向と、ハウジング30a、30bで示される素電池31の軸方向とは平行していることが好ましい。
【0028】
図2(b)の正面図に示されるように、バスバー60の一端は組電池100aの正極集電板10aに接合している。一方、バスバー60の他端は、組電池100aの負極集電板50aに接合しておらず、他の部材に接合することができる。図2(b)の正面図においては組電池100bの負極集電板50bに接合されている。バスバー60の正極集電板10a、50bへの接合は、ネジ止めやかしめなどによる機械的接合、またはTIG溶接、レーザー溶接などによる冶金的接合がなされる。溶接を行う際、バスバー60と正極集電板10または負極集電板50が正六角形の長い直線で接合できるので、溶接面積を増やすことができ、かつ、溶接強度を強くすることができる。
【0029】
また、図2に示されるように、組電池100aの負極集電板50aは、バスバー60が配置される位置の反対側に、接続部位51aを有している。接続部位51aは、更なる他の組電池100に接続されたバスバー60が接合したり、外部との接続が可能な接続端子を接合したりする。
【0030】
図3に本発明の実施の形態1における接続端子の斜視図を示す。外部との接続可能な接続端子とは、例えば、図3(a)のような板形状であってもよいし、図3(b)のような受け止め形状であってもよい。この外部との接続可能な部品は、組電池100の幅、長さより飛び出してもかまわないし、組電池100との接合代以外は多角形や円形など形状にこだわらない。ただし、バスバー60と同様に、正極集電板10または負極集電板50の台形状の凹部に溶接するために、正六角形状を対称の頂点で半分にした台形、または、ハウジング30または素電池31に接しながら、組電池100の端面に対して60°の角度をもった線の組合せの形状の溶接部71が必要である。また、平板部に接続部72を備えている。図3では、接続部72を孔としているが、ネジなどの突起物としてもよい。
【0031】
図4に本発明の実施の形態1における接続端子を接続した組電池の斜視図を示す。図1のバスバー60の代わりに接続端子70が、溶接部71で正極集電板10に接続されている。そして、接続部72にリード線などを接続して、電池モジュール200の外部に電池モジュール200の電流を放電する。
【0032】
また、図5に本発明の実施の形態1における接続端子で組電池同士を並列接続した斜視図を示す。図5に示すように、組電池100aの正極集電板10aおよび組電池100bの正極集電板10bに接続端子70aおよび接続端子70bを接続し、接続端子70aの接続部72aと接続端子70bの接続部72bを接続板で接続することで、組電池100aと組電池100bを並列接続することができる。
【0033】
また、図6に本発明の実施の形態1における接続端子で組電池同士を直列接続した斜視図を示す。図6に示すように、組電池100aの正極集電板10aおよび組電池100bの負極集電板50bに接続端子70aおよび接続端子70bを接続し、接続端子70aの接続部72aと接続端子70bの接続部72bを接続板で接続することで、組電池100aと組電池100bを直列接続することができる。
【0034】
最後に、本発明の素電池の配列とバスバーの配置について説明する。
【0035】
図7に、本発明の実施の形態1における素電池の配列と、バスバーの配置の関係図を示す。
【0036】
組電池100における素電池31は、同一平面に配列されていることが好ましい。その配列は特に限定されないが、配列された素電池同士の隙間が設けられる必要がある。素電池は、例えば、図7に示されるように、最密充填配列されていることが好ましい。
【0037】
図7に示されるように、素電池31が60°の角度で正三角形に配置されるように最密充填配列されている場合には、素電池31同士の隙間の位置61に、点線62を中心としてバスバー60を配置すればよい。このようにバスバー60を配置することで、バスバー60の一部が、組電池100同士の隙間に配置される。このとき、バスバー60を組電池100の端面から隙間に対して60°の角度で挿入される形状、つまり、正六角形状、または、ハウジング30または素電池31に接しながら、組電池100の端面に対して60°の角度をもった線の組合せの形状にしている。
【0038】
バスバー60の一部が、組電池100同士の隙間に配置されていればよいが、隙間に配置されるとは、例えば図7に示されるように、素電池31の縁を結ぶ直線(共通の接線)63よりも内側にバスバー60の一部が配置されていればよい。
【0039】
かかる構成によれば、本発明の電池モジュールは、複数の素電池を有する組電池の複数を電気接続することで、大容量化されている。しかも、組電池同士の電気接続部がコンパクトであるので、電池モジュールのエネルギー密度が高まる。よって、大容量化とともに、エネルギー密度の向上が望まれる用途の電池モジュールに用いられうる。
【0040】
なお、前述の通り、バスバー60は正六角形状であるが、中実状態でも中空状態であってもよい。組電池100に接合される面のみにその接合代のみあればよいため、中実の場合は、例えば図8(a)〜(f)のような形状でもかまわないし、中空の場合は、例えば図8(g)〜(i)のような形状であってもかまわない。
【0041】
図8(a)〜(b)のバスバー60a、バスバー60bは正六角形の柱で、バスバー60bは角をR加工したものである。また、図8(c)〜(f)のバスバー60c〜60fは、正極集電板10または負極集電板50との接続部が六角形状を対称の頂点で半分にした台形を有する形状である。図8(g)のバスバー60gは正六角形の中空柱である。また、図8(h)〜(i)のバスバー60h〜60iは、正極集電板10または負極集電板50との接続部が六角形状を対称の頂点で半分にした台形で中空にした形状である。
【産業上の利用可能性】
【0042】
本発明の電池モジュールは、互いに電気接続された複数の組電池を有するので大容量の電池モジュールである。しかも、組電池を電気接続する接続部がコンパクトであるので、エネルギー密度の高い電池モジュールである。よって、大容量化とともに、エネルギー密度の向上が望まれる用途の電池モジュールに用いられうる。
【符号の説明】
【0043】
10、10a、10b 正極集電板
20、20a、20b 正極側ホルダー
30、30a、30b ハウジング
31、31a、31b 素電池
40、40a、40b 負極側ホルダー
50、50a、50b 負極集電板
60、60a〜60i バスバー
70、70a〜70c 接続端子
71、71a〜71c 溶接部
72、72a〜72c 接続部
100、100a、100b 組電池
200 電池モジュール

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の素電池を配列した第1の組電池と、
複数の素電池を配列した第2の組電池と、
前記第1の組電池の集電板と前記第2の組電池の集電板とを電気接続するバスバーを備え、
前記第1の組電池及び前記第2の組電池は、前記複数の素電池が配置されて、端部に素電池同士の隙間を有し、
前記バスバーが、前記第1の組電池の隙間および第2の組電池の隙間の少なくとも一方に配置されている、電池モジュール。
【請求項2】
前記バスバーは、前記集電板との接続部が前記組電池の端面から前記隙間に対して60°の角度で挿入される形状であることを特徴とする、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項3】
前記バスバーは、前記集電板との接続部が六角形状、もしくは、六角形状を対称の頂点で半分にした台形であることを特徴とする、請求項2に記載の電池モジュール。
【請求項4】
前記素電池は、n個(nは2以上の整数)、n−1個、n個の列で配列され、かつ、近接する隣の列の2個の電池とで三角形を形成する最密充填配列されており、
前記隙間はn−1個の列の列方向の端部に有することを特徴とする、請求項2に記載の電池モジュール。
【請求項5】
前記バスバーは、前記隙間を囲む素電池の中心を結ぶ線の相似形であることを特徴とする、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項6】
前記バスバーは、前記第1の組電池の隙間と前記第2の組電池の隙間を組合せて形成される最密充填の位置に配置されることを特徴とする、請求項2に記載の電池モジュール。
【請求項7】
前記バスバーは、銅、鉄,ニッケル,アルミニウム、または、それらの合金、もしくはそれらを含む複層の合板からなる、請求項2に記載の電池モジュール。
【請求項8】
前記バスバーのある隙間と異なる隙間に、接続端子を備え、
前記接続端子は、前記集電板との接続部が前記組電池の端面から前記隙間に対して60°の角度で挿入される形状であることを特徴とする、請求項2に記載の電池モジュール。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2013−30382(P2013−30382A)
【公開日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−166286(P2011−166286)
【出願日】平成23年7月29日(2011.7.29)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】