JP2006253149A - 二次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】単位電池の形状を維持することができる十分な強度を確保して、単位電池の温度制御に効果的な隔壁を含む、二次電池モジュールを提供する。
【解決手段】間隔をおいて配列される複数の単位電池１１，・・・，１１’と、複数の単位電池１１，・・・，１１’の間に配置される隔壁２０，３０と、を含み、隔壁２０，３０は、二次電池モジュール１０における位置に応じて異なる強度に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池モジュールに関し、より詳細には、単位電池を連結して二次電池モジュールを構成する場合に、二次電池モジュールにおける位置に応じて単位電池の間に配置される隔壁の強度を異ならせて適用することができる、二次電池モジュールに関する。

二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なって、充電及び放電が可能な電池であって、低容量電池の場合、携帯電話、ラップトップコンピュータ、及びカムコーダなどの携帯可能な小型電子機器に使用され、大容量電池の場合、ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。

二次電池は、多様な形状に製造されているが、代表的な形状には円筒型及び角型などがあり、大電力を必要とする機器、例えば、ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用に使用される場合には、二次電池モジュールを構成するようになる。

このような通常の二次電池モジュールは、直列に連結される複数の二次電池（以下では、便宜上、単位電池とする）からなり、各単位電池は、正極及び負極がセパレータを間において位置する電極群、電極群が内蔵される空間部が形成されたケース、及びケースに結合されてこれを密閉するキャップ組立体を含む。ここで、キャップ組立体は、正極及び負極に各々電気的に連結されながら、ケースの内部及び外部にわたって配置される端子を含む。

単位電池が角型に形成される場合、単位電池は、キャップ組立体の上部に突出した正極端子及び負極端子が隣接する他の単位電池の正極端子及び負極端子と交差するように交差配列された状態で、外周面の一部がねじ加工された正極端子及び負極端子に導電体の連結具がナットによって設置されることによって、互いに電気的に連結されて、二次電池モジュールを構成するようになる。

ここで、電池モジュールは、数個から多くは数十個の単位電池が連結されて一つの電池モジュールを構成するので、各単位電池で発生する熱を容易に放出することができなければならず、特に、単位電池が、電動掃除機、電動スクータ、及び自動車（電気自動車またはハイブリッド電気自動車）などのモータ駆動用の大容量二次電池として適用される場合には、熱の放出が何よりも重要であるといえる。

その理由は、二次電池モジュールで熱の放出がうまく行われないと、電池モジュールの温度が各単位電池で発生する熱によって過度に上昇するので、電池モジュールが適用された機器の誤作動が発生するためである。

また、単位電池の内部の化学的な反応によって単位電池の内部圧力が上昇すると、単位電池が変形し、このような変形は、単位電池そのものの特性だけでなく、二次電池モジュール全体に悪影響を与えるようになる。

そのため、通常の二次電池モジュールを構成する時には、単位電池と単位電池との間に隔壁を配置して、隔壁によって形成される単位電池の間の空間を活用して単位電池を冷却し、隔壁によって単位電池が支持されるようにすることによって、単位電池が熱膨張して変形するのを防止している。

隔壁は、このような機能を果たすために、強度が十分でなければならず、効果的な熱の放出を行うことができる構造的な特徴を確保することが好ましい。

一方、二次電池モジュールは、上記のように複数の単位電池が組合わされて構成されるので、二次電池モジュールで現れる単位電池の発熱特性及び変形特性は、二次電池モジュールの位置によって異なる。

このような点を考慮する時、隔壁も二次電池モジュールの位置によって差別化された構造で配置されるのが好ましいが、一般的な隔壁は、画一的に同一な構造で、二次電池モジュールの位置に関係なく適用されたので、単位電池の特性にうまく対処することができずにいた。

このように、二次電池モジュールに適用される隔壁は、効果的な熱の放出及び十分な強度を全て確保する必要があるが、一般的な隔壁は、これを同時に満たすことができず、消費者が望む良質の二次電池モジュールを構成するのが困難であった。

本発明は、上記諸般の問題点を勘案して案出されたものであって、単位電池の形状を維持することができる十分な強度を確保して、単位電池の温度制御に効果的な隔壁を含む、二次電池モジュールを提供する。

本発明の一実施の形態による二次電池モジュールは、間隔をおいて配列される複数の単位電池と、前記複数の単位電池の間に配置される隔壁と、を含み、前記隔壁は、前記二次電池モジュールの位置に応じて異なる強度に形成される。

前記二次電池モジュールの外側に配置される一の隔壁の強度が、当該二次電池モジュールの内側に配置される他の隔壁の強度よりも大きい。

前記複数の単位電池は、積層されて集合体を形成し、当該集合体の最外側には前記単位電池を支持するエンドプレートが配置される。

前記隔壁は、前記複数の単位電池のうち最外側に配列される単位電池に連結される第１隔壁を含み、前記第１隔壁は、冷却媒体が流通するチャンネルを形成する。

前記チャンネルは、前記第１隔壁の長さ方向に沿って当該第１隔壁の内部に貫通形成されたホールである。

前記チャンネルは、前記第１隔壁に含まれる板材の一の面に任意の間隔をおいて配置されるリブの間の空間によって形成される。

前記第１隔壁に含まれる板材は、任意のパターンの凹部及び凸部を含み、前記チャンネルは、前記凹部によって形成される。

前記隔壁は、前記複数の単位電池、または、前記複数の単位電池のうち最外側に配列される単位電池を除く他の単位電池に連結される第２隔壁を含み、前記第２隔壁は、任意の大きさの板材及び当該板材の一の面に間隔をおいて形成される複数の突起を含む。

前記第２隔壁は、前記突起が各々形成されている一対の板材を含み、前記板材は、各々の突起が互いに突き当たるように形成される。

前記複数の単位電池の最外側には、当該単位電池を支持するエンドプレートが配置され、前記第１隔壁は、前記エンドプレートと、前記複数の単位電池のうち最外側に配列される単位電池との間に配置される。

前記突起は、上狭下広の切頭円錐形に形成される。

前記隔壁は、前記複数の単位電池のうち最外側に配列される単位電池に連結される第１隔壁と、前記第１隔壁よりも前記二次電池モジュールの内側に配置され、単位電池に連結される第２隔壁と、を含む。

前記第１隔壁は、前記第２隔壁よりも重く形成される。

前記第１隔壁及び前記第２隔壁は、冷却媒体が流通する空間を各々含み、前記第２隔壁の空間が前記第１隔壁の空間よりも大きく形成される。

本発明の他の実施の形態による二次電池モジュールは、間隔をおいて配列される複数の単位電池と、前記複数の単位電池の間に配置される隔壁と、を含み、前記隔壁は、前記二次電池モジュールの位置に応じて異なる形状に形成される。

本発明によれば、二次電池モジュールの位置に応じて隔壁を異なる構造に形成することによって、二次電池モジュールの冷却効率を向上させながら、安全性を向上させることができ、二次電池モジュールの信頼性を確保することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による電池モジュールを概略的に示した斜視図である。

図面を参照すれば、本実施の形態による二次電池モジュール１０は、任意の間隔をおいて配列される複数の単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎを含む。

本実施の形態で、単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎは角型の二次電池であって、通常の角型の二次電池と同様に、ケースの内部に正極、負極、及びセパレータからなる電極群が挿入され、ケースにキャップ組立体を設置して構成される。

単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎの間には、冷却媒体（例えば、空気）が単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎの間に流通することができるようにし、単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎに接触してこれを支持する隔壁２０，３０が配置される。

このような単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎ及び隔壁２０，３０は、締結手段、つまり、単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎ及び隔壁２０，３０からなる単位電池集合体の最外郭両端に配置されるエンドプレート１３，１３’ならびにエンドプレート１３，１３’にねじ結合されて、単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎ及び隔壁２０，３０を固定するリストレイントロッド（ｒｅｓｔｒａｉｎｔ ｒｏｄ）１４によって一つのアセンブリを構成することができる。

このようなアセンブリは、空気が流入する流入口、及び、単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎを冷却した後に熱交換された空気が排出される排出口を含むハウジング（図示せず）の内部に装着される。

上記構造の二次電池モジュール１０において、本実施の形態による隔壁２０，３０は、エンドプレート１３，１３’に近接して二次電池モジュール１０の両端に位置する第１隔壁２０と、二次電池モジュール１０の中央部をはじめとして両端を除く他の部分に位置する第２隔壁３０とに区分され、これらは互いに異なる構造に形成される。

具体的に、第１隔壁２０は、従来に比べて、単位電池が変形した時、例えば、単位電池にスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）が発生して単位電池の形状が変形した時に発生する力に対して、応力が小さくかかる構造を有する。

これは、熱流動解釈結果によるもので、二次電池モジュール１０においてエンドプレート１３，１３’に近接して位置した単位電池１１，１１^ｎは、他の単位電池に比べて外部空気により近接して配列されるため、冷却の側面で有利である。

そのため、第１隔壁２０は、熱の放出特性の代わりに、応力特性を高めた構造に形成される。

このような点を考慮して、本実施の形態で、第１隔壁２０は、各々両側面が単位電池１１，１１^ｎ及びエンドプレート１３，１３’に接し、内部には複数のチャンネル２１が間隔をおいて形成されることによって、冷却用空気が流通することができる構造からなる。

本実施の形態では、第１隔壁２０の本体の内部に貫通ホールを形成して、チャンネル２１を形成している。

図２及び図３は、第１隔壁の他の実施の形態を示す斜視図である。

図２に示した第１隔壁２０’は、単位電池１１，１１^ｎの側面の大きさに対応する大きさの板材２１’、及び、板材２１’の一側面に一定の間隔をおいて配置されるリブ２３’を含む。第１隔壁２０’は、上記構造によって、リブ２３’の間に冷却用空気が流通することができる空間であるチャンネル２５’を形成する。ここで、リブ２３’の形状は、特に限定されない。

図３に示した第１隔壁２０”は、単位電池１１，１１^ｎの側面の大きさに対応する大きさで、凹部２１”及び凸部２３”を含むように形成される板材２５”を含む。

本実施の形態で、第１隔壁２０”は、その短辺の長さ方向に沿って凹部２１”及び凸部２３”が延びるように形成され、これらが交互に配置される構造からなるが、必ずしもこれに限定されない。第１隔壁２０”は、凹部２１”及び凸部２３”を規則または不規則パターンに配置して構成される。

本実施の形態で、凹部２１”は、上記の実施の形態と同様に、冷却用空気が流通するチャンネルを形成する。

一方、第２隔壁３０は、第１隔壁２０に比べて相対的に応力特性よりも熱の放出特性を強化することができるように構成される。

第２隔壁３０は、図４に示したように、単位電池１１^１，…，１１^ｎの側面に接する板材３１と、板材３１の全面に任意の間隔をおいて突出形成される複数の突起３３と、を含む。

本実施の形態で、第２隔壁３０は、その板材３１の一面が単位電池１１^１，…，１１^ｎの一側全面に密着して、突起３３が、単位電池１１，…，１１^ｎ−１の一側全面に密着しながら、単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎの間に配置されるが、この時、突起３３の間に形成される空間に冷却用空気が排出されるようにすることによって、単位電池１１，１１^１，…，１１^ｎに対する支持機能及び冷却機能を有することができる。

この時、突起３３の間に形成される空間は、第１隔壁２０，２０’，２０”が含むチャンネル２１，２５’，２１”よりも広い領域からなる。

つまり、第２隔壁３０は、このような構造によって、第１隔壁２０に比べて冷却用空気が流通する空間をさらに確保することができる。

このような関係により、第１隔壁２０，２０’，２０”は、第２隔壁３０と同一な大きさ（単位電池の大きさに対応する大きさ）である場合、第２隔壁３０よりも重い重量に形成される。

これにより、強度的な側面で、第１隔壁２０，２０’，２０”は、第２隔壁３０よりも大きな強度に形成される。

第２隔壁３０において、突起３３は、上狭下広の切頭円錐形（ａ ｃｏｎｉｃａｌ ｓｈａｐｅ ｗｉｔｈ ａ ｃｕｔａｗａｙ ａｐｅｘ ａｒｅａ ａｎｄ ｔｈａｔ ｉｓ ｗｉｄｅ ａｔ ｔｈｅ ｔｏｐ ａｎｄ ｎａｒｒｏｗ ａｔ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ）に形成され、その高さは二次電池モジュール１０の設計的事項により適切に調節されることができる。

図５は、本発明の他の実施の形態による第２隔壁を示す斜視図である。

本実施の形態による第２隔壁３０’は、図４に示した隔壁と同一な構造物を一対にして形成される。つまり、第２隔壁３０’は、板材３１’の一面に形成された突起３３’が互いに突き当たるように密着して一体に構成される。

本発明によって第１隔壁２０及び第２隔壁３０が単位電池１１^１，…，１１^ｎの間に介されて二次電池モジュール１０が構成されると、二次電池モジュール１０に提供される冷却用空気は、単位電池１１^１，…，１１^ｎを通過する時に、第１隔壁２０よりも第２隔壁３０に多く流通するようになる。

これにより、二次電池モジュール１０で冷却効率の側面で不利な、つまり、第２隔壁３０に近接して配列された単位電池を効率的に冷却することができる。

これに反して、第１隔壁２０は、第２隔壁３０に比べて、より大きい強度、より重い重量に形成されることによって、二次電池モジュール１０で応力特性が相対的に不利なエンドプレート１３，１３’に近接して配置されて、外部から力を受ける場合に応力が小さくかかるようにすることによって、応力特性を強化することができる。

したがって、二次電池モジュール１０は、このような第１及び第２隔壁２０，３０の作用で既存の二次電池モジュールの熱の放出特性及び強度特性などの問題点を解消することができる。

以上のとおり、説明した実施の形態では、強度及び形状の異なる２種類の隔壁（第１及び第２の隔壁）について説明した。しかしながら、３種類以上の隔壁を用いることもできる。この場合、二次電池モジュールの外側に向かうにしたがって、隔壁の強度を大きく形成することが望ましい。

このような二次電池モジュールは、高出力特性が要求されるＨＥＶ（ハイブリッド自動車）、ＥＶ（電気自動車）、無線掃除機、電動自転車、及び電動スクータなどのようにモータを使用して作動する機器に有用に使用することができる。

以上のとおり、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属する。

本発明の一実施の形態による二次電池モジュールを概略的に示した斜視図である。 本発明の他の実施の形態による第１隔壁を示した斜視図である。 本発明の他の実施の形態による第１隔壁を示した斜視図である。 本発明の一実施の形態による第２隔壁を示した斜視図である。 本発明の他の実施の形態による第２隔壁を示した斜視図である。

符号の説明

１０ 二次電池モジュール、
１１ 単位電池、
１３，１３’ エンドプレート、
１４ リストレイントロッド、
２０，２０’，２０” 第１隔壁、
２１，２５’ チャンネル、
２１’，２５”，３１ 板材 、
２１” 凹部、
２３’ リブ、
２３” 凸部、
３０，３０’ 第２隔壁、
３３，３３’ 突起。

Claims (15)

1. 間隔をおいて配列される複数の単位電池と、
   前記複数の単位電池の間に配置される隔壁と、を含む二次電池モジュールであって、
   前記隔壁は、前記二次電池モジュールにおける位置に応じて異なる強度に形成される、二次電池モジュール。
2. 前記二次電池モジュールの外側に配置される一の隔壁の強度が、当該二次電池モジュールの内側に配置される他の隔壁の強度よりも大きい、請求項１に記載の二次電池モジュール。
3. 前記複数の単位電池は、積層されて集合体を形成し、当該集合体の最外側には前記単位電池を支持するエンドプレートが配置される、請求項１に記載の二次電池モジュール。
4. 前記隔壁は、前記複数の単位電池のうち最外側に配列される単位電池に連結される第１隔壁を含み、
   前記第１隔壁は、冷却媒体が流通するチャンネルを形成する、請求項１に記載の二次電池モジュール。
5. 前記チャンネルは、前記第１隔壁の長さ方向に沿って当該第１隔壁の内部に貫通形成されたホールである、請求項４に記載の二次電池モジュール。
6. 前記チャンネルは、前記第１隔壁に含まれる板材の一の面に任意の間隔をおいて配置されるリブの間の空間によって形成される、請求項４に記載の二次電池モジュール。
7. 前記第１隔壁は、任意のパターンの凹部及び凸部を含み、
   前記チャンネルは、前記凹部によって形成される、請求項４に記載の二次電池モジュール。
8. 前記隔壁は、前記複数の単位電池、または、前記複数の単位電池のうち最外側に配列される単位電池を除く他の単位電池に連結される第２隔壁を含み、
   前記第２隔壁は、任意の大きさの板材及び当該板材の一の面に間隔をおいて形成される複数の突起を含む、請求項１に記載の二次電池モジュール。
9. 前記第２隔壁は、前記突起が各々形成されている一対の板材を含み、
   前記板材は、各々の突起が互いに突き当たるように形成される、請求項８に記載の二次電池モジュール。
10. 前記複数の単位電池の最外側には、当該単位電池を支持するエンドプレートが配置され、
    前記第１隔壁は、前記エンドプレートと、前記複数の単位電池のうち最外側に配列される単位電池との間に配置される、請求項４に記載の二次電池モジュール。
11. 前記突起は、切頭円錐形に形成される、請求項８に記載の二次電池モジュール。
12. 前記隔壁は、前記複数の単位電池のうち最外側に配列される単位電池に連結される第１隔壁と、前記第１隔壁よりも前記二次電池モジュールの内側に配置され、単位電池に連結される第２隔壁と、を含む、請求項１に記載の二次電池モジュール。
13. 前記第１隔壁は、前記第２隔壁よりも重い、請求項１２に記載の二次電池モジュール。
14. 前記第１隔壁及び前記第２隔壁は、冷却媒体が流通する空間を各々含み、
    前記第２隔壁の空間が前記第１隔壁の空間よりも大きく形成される、請求項１２に記載の二次電池モジュール。
15. 間隔をおいて配列される複数の単位電池と、
    前記複数の単位電池の間に配置される隔壁と、を含む二次電池モジュールであって、
    前記隔壁は、前記二次電池モジュールにおける位置に応じて異なる形状に形成される、二次電池モジュール。

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