JP2005322648A - 二次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の単位電池が連結された二次電池モジュールにおいて，単位電池間の連結構造を単純化して，連結作業および交換作業にかかる時間と労力を減少させる。
【解決手段】 複数の単位電池１１と，各単位電池１１を電気的に連結する連結具２０とを含む二次電池モジュール１０において，連結具２０は，単位電池１１のキャップ組立体１３に突設された端子１４，１５と対応して端子に結合される面接触部２１を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は二次電池に係り，より詳しくは高出力，大容量二次電池モジュールにおいて，単位電池間の連結構造を改善させた二次電池モジュールに関するものである。

近年，高エネルギー密度の非水電解液を用いる高出力二次電池が開発されている。

大きな電力を必要とする機器，たとえば電気自動車などに使用するため，高出力二次電池（以下，便宜上単位電池という）は複数が直列に連結されて一つのモジュールを構成する。

ここで，単位電池は，通常，陽極と陰極との間にセパレータが介在されてなる電極組立体と，電極組立体を内蔵する空間を有するケースと，ケースに結合されてこれを密閉するキャップ組立体と，キャップ組立体から突出し，電極組立体の陽極に電気的に連結される陽極端子および陰極に電気的に連結される陰極端子とを含む。

このような単位電池をモジュール化するためには，一つの単位電池が有する陽極端子と陰極端子が，単位電池に隣り合うほかの単位電池の陽極端子と陰極端子と交互に配置されるように，多数の単位電池を配列し，導体部材で端子を互いに連結させることになる。

この際，導体部材は，端子から離脱しないようにするため，端子に結合された状態で，端子にナットを締結することにより固定される。このため，端子の外周上にはネジ部が形成されている。

このように，従来の二次電池モジュールは，数個〜数十個の単位電池が導電部材によるネジ締結方式により電気的に連結されて構成される。

しかしながら，このような従来の二次電池モジュール構造においては，電子の各端子に導体部材をネジで締結しなければならないため不便であり，またモジュールの製造作業が難しくて長い時間がかかるため，生産性が低下する問題点がある。

また，二次電池モジュールを構成する全ての単位電池において，一部の単位電池で異常が発生した場合，これを交替するためには，単位電池間の結合状態を解除してから再び結合しなければならない。この際，ナットを端子から解いた後，再び締結しなければならないため，その作業が不便で作業性を低下させるおそれがある。

また，従来，上記のような導電部材は通常板状に形成されているため，実質的にこの導電部材が端子に接触する際の接触面積を拡張させることができないので，端子と導電部材間の電気伝導率を低下させる問題点がある。

特に，Ｈｙｂｒｉｄ
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ（ＨＥＶ）用のモータ駆動用二次電池モジュールの場合，単位電池の数が数十に至るので，上記のような問題が発生する場合，その被害がさらに深刻になる。

したがって，本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので，その目的とするところは，多数の単位電池を連結して大容量の電池モジュールを構成することにおいて，単位電池の連結構造を単純化して，単位電池の連結作業および交換作業にかかる時間と労力が減少可能なように改善された二次電池モジュールを提供することにある。

また，本発明の他の目的は，各単位電池の連結の際，端子との接触面積を増やして電気伝導率を高めた二次電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，複数の単位電池と，単位電池の端子を電気的に連結する連結具とを含む二次電池モジュールにおいて，連結具は，単位電池のキャップ組立体に突設された端子と対応して端子に結合される面接触部を含むことを特徴とする，二次電池モジュールが提供される。

上記面接触部は止まり穴であってもよい。

上記面接触部は貫通穴であってもよい。

上記面接触部は上記端子に締まりばめ式で結合されてもよい。

上記面接触部が貫通穴である場合，上記連結具は貫通穴に挿入された端子に溶接で固定されてもよい。

上記二次伝体モジュールはモータ駆動用であってもよい。

上記連結具は，単位電池の陽極端子と，その単位電池に隣接する単位電池の陰極端子とを連結する。また，連結具は，単遺伝対の陰極端子と，その単位電池に隣り合う単位電池の陽極端子とを連結する。このため，連結具には，隣接する単位電池の端子間隔に合わせて二つの止まり穴または貫通穴が形成される。

上記連結具に形成される止まり穴または貫通穴の断面形状は端子の断面形状と略同一に形成されてもよい。止まり穴または貫通穴の大きさは端子の大きさと同一であるかまたはそれよりやや小さくして，連結具が締まりばめ式で結合されて端子と密接に接触するようにしてもよい。

上記連結具に形成される止まり穴または貫通穴の深さは端子の長さより短い構造であってもよい。かかる構成によれば，端子に連結具を結合したとき，連結具の下端と端子が形成されたキャップ組立体との間に隙間が形成されて，金属材のキャップ組立体と連結具が互いに接触することを防止することができる。

上記キャップ組立体と連結具との間に絶縁材の不導体がさらに介在されてもよい。

上記端子の表面には，伝導率を高めるため，電気伝導性に優れた銀などの塗膜が形成されてもよい。

上記端子と，端子と対応する連結具の止まり穴または貫通穴の断面形状は四角形または円形であり得るが，これらに特に限定されない。たとえば，止まり穴または貫通穴の断面形状は，五角形，六角形などの多角形，または接触面積を増大し得る形状，たとえばスプライン形または十字形であってもよい。

上記連結具は，止まり穴または貫通穴が形成された外側部の厚さよりその中間部の厚さが薄くてもよい。かかる構成によれば，連結具の中間部が容易に曲がることを可能にする。したがって，組立公差により，隣接端子電池の端子間の間隔が変化しても，連結具の中間部が曲がることにより，端子に合わせて結合されることができる。

上記連結具の中間部に溝を形成して中間部がより容易に曲がるようにしてもよい。

上記中間部に形成される溝の形態は特に限定されなく，円弧形，三角形，四角形などのどのような形状に形成されてもよい。

上記止まり穴または貫通穴は，その断面積が一側方向（底面）に向かって次第に減少する傾斜面を有してもよい。

上記端子も止まり穴または貫通穴の傾斜と対応する傾斜面を有してもよい。

上記これにより，端子に連結具の止まり穴または貫通穴を結合することで，二つの隣接する単位電池が電気的に直列に連結され，連結具の止まり穴または貫通穴の内周面と端子の外周面間の強い摩擦力により，連結具が単位電池に堅く締結できるものである。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，陽極と陰極がセパレータを介在して配置される電極組立体と；電極組立体を収容する空間部を有するケースと；ケースに結合されてこれを密閉するキャップ組立体と；陽極の集電体に電気的に連結され，キャップ組立体の外側に突出する陽極端子と，陰極の集電体に電気的に連結され，キャップ組立体の外側に突出する陰極端子とを含む少なくとも二つの単位電池と；一の単位電池のいずれかの端子と，一の単位電池に隣接する他の単位電池の，一の単位電池の端子とは極性の異なる端子とを取り囲むように配置され，自己固定力により前記各端子に固定され，各端子と接触して単位電池を互いに電気的に連結する連結具と；を含む二次電池モジュールが提供される。自己固定力により前記各端子に固定されるとは，連結具が，各端子に，連結具自身の固定力により固定されていることを意味する。つまり連結具は，ナット等の別途の固定部材が用いられることなく，陽極端子および陰極端子固定されていてもよい。例えば，上述のように，各端子と連結具との締まりばめによる固定を含む。

以上説明したように，本発明によれば，連結具を電池に容易に締結することができ，修理時に簡単に分離して所望の単位電池を交替することができる。

また，本発明は，単位電池の各端子と連結具間の導電率を高めて電池の性能を向上させることができる。

また，本発明は，一つの部品で単位電池間を連結するので，取り付けが容易であり，作業量を減らすことができ，部品減少による原価節減の効果が得られる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

以下，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態による二次電池モジュールの構成を示す分解斜視図である。図２は本実施形態にかかる二次電池モジュールの一部構成を示す側断面図である。図３Ａは，本実施形態にかかる二次電池モジュールの一部構成を示す平面図である。

まず，大容量の二次電池モジュール１０をなす各単位電池１１ａ〜１１ｅ（以後，単に単位電池１１とも称する。）の構造を説明する。単位電池１１は，陽極と陰極がセパレータを介在して配置される電極組立体（図示せず）と，電極組立体を内蔵する空間部を有するケース１２と，ケース１２に結合されてこれを密閉するキャップ組立体１３と，陽極の集電体と電気的に連結され，キャップ組立体１３の外側に突出する陽極端子１４と，陰極の集電体と電気的に連結され，キャップ組立体１３の外側に突出する陰極端子１５とを含む。

ケース１２は，アルミニウム，アルミニウム合金またはニッケルが鍍金されたスチールのような導電性金属で製作され，その形状は，電極組立体が配置される内部空間部を有する六面体またはそのほかの形状に形成される。

そして，本実施形態において，各単位電池１１は，キャップ組立体１３上に二つの端子（陽極端子１４および陰極端子１５）が互いに所定間隔を維持して突出している。

構造の各単位電池１１は，図１に示すように，キャップ組立体１３の上部に突出した端子１４，１５が上方に向かい，隣接する単位電池の陽極端子１４と陰極端子１５とが交互に配置されるように並べられて，大容量の二次電池モジュール１０を構成する。

これにより，単位電池１１の中央を基準に両側にそれぞれ陽極端子と陰極端子が一定間隔で交互に並ぶ端子列が形成される。

すなわち，複数の単位電池の端子により２本のラインが形成されており，各ラインにおいて，極性の異なる端子が交互に配置されている。なお，本実施形態では，図１のように各単位電池の横幅がほぼ同一であるため，各端子により形成される２本のラインはほぼ直線であるが，本発明はかかる例には限定されない。例えば，各単位電池の横幅が異なっている場合には，各端子により形成される各ラインは，ジグザグ状の線となる。

構造の二次電池モジュール１０には，各単位電池１１を直列に連結するため，隣接する単位電池１１間の陽極端子１４と陰極端子１５に，両端子を電気的に連結する連結具２０が装着される。

連結具２０は，各単位電池の端子１４，１５に対応する位置に止まり穴２１が形成され，各端子１４，１５に外挿される構造になっている。

連結具２０に形成される止まり穴２１は，その断面形状が端子の断面形状と略同一に形成され，その大きさは端子の大きさと同一であるかまたはそれよりやや小さい。そのため，連結具２０は端子１４，１５に締まりばめ式で締結することができる。

これにより，連結具２０が端子１４，１５に締結される過程で，連結具２０の止まり穴２１に端子１４，１５が締まりばめ式で挿入され，連結具２０の止まり穴２１の内周面と端子１４，１５の外周面が強く密着して相互間の摩擦力により固定状態を維持することになる。

すなわち，連結具２０の止まり穴２１に端子１４，１５が挿入される過程で，止まり穴２１の内周面が端子１４，１５の外周面と接触する。この際，接触面で発生する摩擦力により，連結具２０が単位電池に取り付けられた状態が維持される。

したがって，連結具２０を端子に結合することで，簡単に各単位電池１１を電気的に連結して電池モジュール１０を構成することができる。また，装着された連結具２０を端子から取り除くことで，簡単に単位電池１１間の電気的な連結を切断して，容易に単位電池を交換することができる。

端子を連結具２０の止まり穴２１に挿入するか，または端子から連結具２０を取り除くために，ハンマーなどの別途の治具または装置を用いることができる。

図１は連結具２０が単位電池に取り付けられた状態を例示している。図１に示すように，単位電池１１ｂの陽極端子１４と，単位電池１１ｂと隣接する単位電池１１ａの陰極端子１５に連結具２０が結合されて両端子１４，１５を電気的に連結している。また，単位電池１１ｂの陰極端子１５は，上記単位電池１１ａとは反対側において単位電池１１ｂと隣接する単位電池１１ｃの陽極端子１４と連結具２０を介して連結される。このような方式により，全ての単位電池１１が直列に連結される。

また，本実施形態において，連結具２０に形成される止まり穴２１の深さは，端子１４，１５の長さより短い。

したがって，連結具２０が単位電池の端子１４，１５に結合されると，連結具２０の止まり穴２１に端子が完全に挿入されても，端子の下端，つまり端子が形成されたキャップ組立体１３と連結具２０下端との間に隙間が形成される。

この隙間により，連結具２０とキャップ組立体１３が互いに分離されるので，電気的に隔離される。したがって，金属材のキャップ組立体１３と連結具２０が電気的に連結されることを防止することができる。

また，図２に示すように，キャップ組立体と連結具２０との間に絶縁材の不導体４０が介在されてもよい。

不導体４０は非導電性の材質からなるもので，図２に示すように，端子に個別的に設けられ，中央には，端子が通過する貫通穴が形成される。

このような不導体が連結具２０とキャップ組立体との間に介在されることにより，連結具２０とキャップ組立体との隙間で発生し得る電気的接触を確実に防止することができる。

このように，本実施形態による二次電池モジュール１０は，連結具２０の止まり穴２１の内側面全部が端子と接触してその接触面積が従来に比べて著しく増加し，これにより連結具２０と端子１４，１５間の伝導率を非常に高めることができる。

また，伝導率を高めるため，本実施形態による二次電池モジュール１０は，端子１４，１５の表面や連結具２０の止まり穴２１の内側面に銀（Ａｇ）などの電気伝導性に優れた材質の塗膜３０が形成されてもよい。

本実施形態において，端子１４，１５および連結具２０の止まり穴２１は，図３ａに示すように，その断面が円形に形成されているが，これに限定されない。たとえば，図３ｂ〜図３ｄに示すように，端子１４，１５および連結具２０の止まり穴２１の断面を四角形，スプライン形，または十字形に形成してもよい。

また，本実施形態による二次電池において，単位電池に設けられる端子とこの端子が挿入される連結具の止まり穴に長手方向に略同一角度の傾斜面を形成すれば，より容易に連結具を結合，分離させることができる。

以下では，端子と止まり穴の断面が円形の場合を例として説明する。しかし，この円形断面に限定されずに，前述した多様な断面形状の端子および止まり穴が適用可能であろう。

図４に示すように，各単位電池１１に形成される端子１４，１５は，一側端から他側端（この実施形態においては，キャップ組立体１３側の基端から上部の自由端まで）に直径が次第に小さくなって一定傾斜角（α）を有する傾斜面が形成されている。そして，端子１４，１５が差し込まれる連結具２０の止まり穴２１もその内側に傾斜角（α）と同一角度の傾斜面が形成されている。

したがって，最初に連結具２０の止まり穴２１に端子が挿入されるとき，直径の小さい端部が直径の大きい止まり穴２１に挿入されるので，端子を容易に止まり穴２１に差し込むことができる。そして，端子１４，１５の外周面が連結具２０の止まり穴２１の内周面と密着し，その摩擦力により連結具２０が端子１４，１５に固定される。

ここで，端子１４，１５と止まり穴２１に形成される傾斜面はそれぞれの中心軸線に対して一側面のみが傾斜面をなすか，あるいは両側面に対称的な傾斜面が形成されたテーパー上をなすことができ，連続した傾斜面を有するものであれば，特に限定されない。

図４において，参照符号３０は，上述したように，端子と連結具２０間の伝導率を高めるために端子の表面や止まり穴２１の内側面を覆う銀などの塗膜であり，参照符号４０は，連結具２０とキャップ組立体１３との間に介在され，両部材間を絶縁させるための不導体である。

（第２実施形態）
図５は本発明の第２実施形態にかかる二次電池モジュール６０を示している。

図５に示すように，本実施形態にかかる連結具５０は，隣り合う単位電池１１の各端子１４，１５と対応する，連結具５０の外側部５２に，端子１４，１５が挿入される貫通穴５１が形成されている構造になっている。

連結具５０に形成される貫通穴５１は，その断面形状が端子１４，１５の断面形状と略同一形状に形成され，その大きさは端子の大きさと同一であるかまたはそれよりやや小さいようにして，連結具５０が端子１４，１５に締まりばめ式で締結されるようにする。

本実施形態においては，貫通穴５１を介して露出される端子１４，１５と連結具５０を溶接することにより結合力を高めることができる。

また，連結具５０は，端子１４，１５が挿入される貫通穴５１が形成された外側部５２の厚さＤより，外側部５２間に連結される中間部５３の厚さｄが薄い構造になっている。

したがって，厚さの薄い連結具５０の中間部５３が容易に曲がるので，例えば組立公差により，隣り合う単位電池１１の端子１４，１５間の間隔が変化しても，端子１４，１５間の間隔と連結具５０の貫通穴５１間の間隔を合わせて端子１４，１５に連結具５０を簡単に結合することができる。

また，連結具５０は，その中間部５３がより容易に曲がるように，連結具の中間部５３に多数の溝５４が形成されてもよい。

図５において，中間部５３に形成される溝５４はその断面が円弧状であるが，これに限定されことはない。例えば，溝５４の断面は三角形，四角形など，多様な形状とすることができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲，発明の詳細な説明および添付図面により決められる範囲内で多様に変形実施することが可能であり，この変形例についても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，二次電池に適用可能であり，特に，複数の単位電池を連結させた二次電池モジュールに適用可能である。

本発明の第１実施形態による二次電池モジュールの構成を示す分解斜視図である。 同実施の形態による二次電池モジュールの側断面図である。 同実施の形態による二次電池モジュールの端子と連結具間の結合構造の変形例を示す平面図である。 同実施の形態による二次電池モジュールの端子と連結具間の結合構造の変形例を示す平面図である。 同実施の形態による二次電池モジュールの端子と連結具間の結合構造の変形例を示す平面図である。 同実施の形態による二次電池モジュールの端子と連結具間の結合構造の変形例を示す平面図である。 同実施の形態における二次元電池モジュールの変形例を示す側断面図である。 本発明の第２実施形態による二次電池モジュールの構成を示す斜視図である。

符号の説明

１０，６０ 二次電池モジュール
１１ 単位電池
１２ ケース
１３ キャップ組立体
１４ 陽極端子
１５ 陰極端子
２０，５０ 連結具
２１ 止まり穴
３０ 塗膜
４０ 不導体
５３ 中間部
５１ 貫通穴
５４ 溝

Claims (20)

1. 複数の単位電池と，前記各単位電池を電気的に連結する連結具とを含む二次電池モジュールにおいて：
   前記連結具は，前記単位電池のキャップ組立体に突設された前記端子に結合される面接触部を含むことを特徴とする，二次電池モジュール。
2. 前記面接触部は止まり穴であることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
3. 前記面接触部は前記端子に締まりばめ式で結合されることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
4. 前記止まり穴の断面形状は前記端子の断面形状と同一であることを特徴とする，請求項２に記載の二次電池モジュール。
5. 前記止まり穴の断面の大きさは前記端子の断面の大きさ以下であり，前記端子に締まりばめ式で結合されることを特徴とする，請求項２または４に記載の二次電池モジュール。
6. 前記止まり穴は，その底面に向かって断面積が次第に減少する傾斜面を有し，前記端子は前記止まり穴の傾斜面に対応する長手方向への傾斜面を有することを特徴とする，請求項２，４または５のいずれか１項に記載の二次電池モジュール。
7. 前記止まり穴の深さが前記端子の長さより短かく，前記連結具と前記キャップ組立体との間に隙間が形成されることを特徴とする，請求項２，４，５，６のいずれか１項に記載の二次電池モジュール。
8. 前記隙間に絶縁材の不導体が設けられることを特徴とする，請求項７に記載の二次電池モジュール。
9. 前記端子の表面は，前記端子より電気伝導性の高い材質の塗膜で覆われていることを特徴とする，請求項１〜８のいずれか１項に記載の二次電池モジュール。
10. 前記止まり穴の内側面は，前記連結具より電気伝導性の高い材質の塗膜で覆われていることを特徴とする，請求項２，４，５，６，７，８のいずれか１項に記載の二次電池モジュール。
11. 前記止まり穴および前記端子の断面は円形であることを特徴とする，請求項２，４，５，６，７，８，１０のいずれか１項に記載の二次電池モジュール。
12. 前記止まり穴および前記端子の断面は四角形であることを特徴とする，請求項２，４，５，６，７，８，１０のいずれか１項に記載の二次電池モジュール。
13. 前記止まり穴および前記端子の断面はスプライン形であることを特徴とする，請求項２，４，５，６，７，８，１０のいずれか１項に記載の二次電池モジュール。
14. 前記止まり穴および前記端子の断面は十字形であることを特徴とする，請求項２，４，５，６，７，８，１０のいずれか１項に記載の二次電池モジュール。
15. 前記二次電池モジュールはモータ駆動用であることを特徴とする，請求項１〜１４のいずれか１項に記載の二次電池モジュール。
16. 前記面接触部は貫通穴であることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
17. 前記貫通穴と前記端子が互いに溶接されることを特徴とする，請求項１６に記載の二次電池モジュール。
18. 前記連結具は，前記面接触部が形成された外側部の厚さより外側部を連結する中間部の厚さが薄いことを特徴とする，請求項１〜１７のいずれか１項に記載の二次電池モジュール。
19. 前記中間部に少なくとも一つの溝が形成されることを特徴とする，請求項１８に記載の二次電池モジュール。
20. 陽極と陰極がセパレータを介在して配置される電極組立体と；
    前記電極組立体を収容する空間部を有するケースと；
    前記ケースに結合されてこれを密閉するキャップ組立体と；
    前記陽極の集電体に電気的に連結され，前記キャップ組立体の外側に突出する陽極端子と，前記陰極の集電体に電気的に連結され，前記キャップ組立体の外側に突出する陰極端子とを含む少なくとも二つの単位電池と；
    一の前記単位電池のいずれかの端子と，前記一の単位電池に隣接する他の前記単位電池の，前記一の単位電池の端子とは極性の異なる端子とを取り囲むように配置され，自己固定力により前記各端子に固定され，前記各端子と接触して前記単位電池を互いに電気的に連結する連結具と；
    を含むことを特徴とする，二次電池モジュール。
    
    

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