JP2013168320A - 電池ケース及び電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池の端子同士を安定的に接続できる電池ケース及び電池モジュールを提供する。
【解決手段】複数の電池５１，５２，５３，５４を収納する電池ケース１０であって、上部に開口を有し、電池５１，５２，５３，５４が収納されるケース本体１１と、ケース本体１１に固定され、ケース本体１１の開口を閉塞する蓋体１２と、ケース本体１１の底面に設けられ、収納される電池５１，５２，５３，５４を上方に向けて付勢する下部付勢手段１４と、蓋体１２の下面に支持され、ケース本体１１に収納される電池５１，５２，５３，５４を下方に向けて付勢する上部付勢手段１５，１９，２１と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のリチウム二次電池を収納する電池ケース及び電池モジュールに関する。

電池ケース及び電池モジュールの一例が特許文献１に記載されている。
特許文献１の電池ケース及び電池モジュールは、板状の本体と、本体の面内に厚み方向に貫通し、各端子に対応して設けられた接触部と、を備えたバスバーを具備している。
特許文献１の電池ケース及び電池モジュールは、バスバーの接触部の面内形状が、その周縁部を各端子の横断面形状の少なくとも一部に沿う形状に形成している。
これらの電池ケース及び電池モジュールは、バスバーの取り付けにあたり、接触部の内側に各端子が位置するように上から電池ケースを設置し、締付ボルトをねじ孔に螺合させていく。
また、これらの電池ケース及び電池モジュールは、締付ボルトの螺合により、バスバーのスリットを小さくするように変形していき、接触面を各端子の外周面に強く押し付けて、バスバーが各端子に対して強固に密着する。

特開２００９−２７７３９３号公報

一般的に、リチウム二次電池や燃料電池を各種用途に適用する際、それら電池の信頼性と安全性の確保が必要である。
それは、特に移動体への適用や移動用途によっては、単電池間を接続している金属製のバスバーが振動で緩む等の不具合を生ずることがあるからである。
そのため、振動等によりバスバーが端子に対して緩まないようにするための対策が必要である。
しかし、特許文献１の電池ケース及び電池モジュールは、バスバーの端子からの緩みを抑制する手段を有さないために、バスバーが端子に対して緩み、複数の電池の端子同士の電気的な接続が不安定になることがありうる。

本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の電池の端子同士を安定的に接続できる電池ケース及び電池モジュールを提供することにある。

本発明に係る電池ケースは、複数の電池を収納する電池ケースであって、上部に開口を有し、前記電池が収納されるケース本体と、前記ケース本体に固定され、前記ケース本体の開口を閉塞する蓋体と、前記ケース本体の底面に設けられ、収納される前記電池を上方に向けて付勢する下部付勢手段と、前記蓋体の下面に支持され、前記ケース本体に収納される前記電池を下方に向けて付勢する上部付勢手段と、を備える。

このような構成によれば、電池は、ケース本体の底面において下部付勢手段により上方に向けて付勢されるとともに、蓋体の下面において上部付勢手段により下方に向けて付勢されるために、ケース本体内に安定的に支持できる。

本発明に係る電池ケースは、前記下部付勢手段は、収納される前記電池それぞれと対応して設けられ、前記上部付勢手段は、複数の前記電池の上面に当接された板ばねと、前記蓋体に固定され、前記板ばねを対応する前記電池に押し付ける押し付け部材と、を備える。

このような構成によれば、板ばねが電池の上面を付勢する付勢力を押し付け部材により調整できるために、電池に対する所定の付勢力を簡単に設定できる。

本発明に係る電池ケースは、前記押し付け部材は、対応する複数の前記電池の配置中心に設けられている。

このような構成によれば、複数の電池に傾きを生ずることなく、バランスのとれた押圧力で付勢できる。

本発明に係る電池ケースは、前記蓋体の下面に設けられて、前記電池に有する端子間を接続する接続部を備える。

このような構成によれば、蓋体の下面の接続部により、下部付勢手段によって上方に向けて付勢される電池の端子を確実に導通接続できる。

本発明に係る電池ケースは、前記板ばねは、前記接続部を兼ねている。

このような構成によれば、板ばねが接続部を兼ねることにより、蓋体に接続部を設ける必要がないので、より簡素な構造にできる。

本発明に係る電池モジュールは、電池ケースを具備する。

このような構成によれば、電池ケースにより電池をケース本体内に安定的に支持できる。

本発明に係る電池ケース及び電池モジュールによれば、複数の電池の端子同士を安定的に接続できるという効果を奏する。

本発明に係る第１実施形態の電池ケースを適用した電池モジュールの一部破断平面図である。 図１に示した電池ケースのＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る第１実施形態の電池モジュールに適用される蓋体の底面図である。 図３に示した蓋体の要部縦断面図である。 本発明に係る第１実施形態の電池モジュールにおいて電池がピッチング振動を起こした場合の作用図である。 本発明に係る第１実施形態の電池モジュールにおいて電池が下方向に移動した場合の作用図である。 本発明に係る第１実施形態の電池モジュールにおいて電池が横方向に移動した場合の作用図である。 本発明に係る第１実施形態の電池モジュールにおいて電池が膨張した場合の作用図である。 本発明に係る第１実施形態の電池モジュールに適用される電池ケースの変形例の縦断面図である。 本発明に係る第２実施形態の電池ケースを適用した電池モジュールの一部破断平面図である。 図１０に示した電池ケースのＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明に係る複数の実施形態の電池ケース及び電池モジュールについて図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明に係る第１実施形態の電池モジュール５０に装備される電池ケース１０は、４個のリチウム二次電池５１，５２，５３，５４を一列に収納するためのケース本体１１と、ケース本体１１の上部開口を閉塞する蓋体１２と、を備えている。

リチウム二次電池５１は、電池容器５５を有し、正極端子５６および負極端子５７を有する。リチウム二次電池５２は、電池容器５８を有し、正極端子５９および負極端子６０を有する。
リチウム二次電池５３は、電池容器６１を有し、正極端子６２および負極端子６３を有する。リチウム二次電池５４は、電池容器６４を有し、正極端子６５および負極端子６６を有する。

各電池容器５５，５８，６１，６４および蓋体１２は、例えば、ステンレス等の鋼材やアルミ系材料等を用いて形成されている。
各電池容器５５，５８，６１，６４の内面は、非水電解液と直接接していても構わないが、変性ポリオレフィン等の絶縁物で被覆されたものを用いることもできる。
各電池容器５５，５８，６１，６４の内部には、リチウムイオンを含む非水電解液と、正極集電体と、負極集電体とを収納している。

各正極端子５６，５９，６２，６５は、例えば、アルミニウム材料で形成されており、それらの外側端部の表面には、接触抵抗を下げるために、例えば、ニッケルめっきを施すようにしてもよい。
各負極端子５７，６０，６３，６６は、例えば、銅材料で形成されている。

電池モジュール５０は、リチウム二次電池５１の正極端子５６とリチウム二次電池５２の負極端子６０とを直列に接続し、リチウム二次電池５２の正極端子５９とリチウム二次電池５３の負極端子６３とを直列に接続する。
電池モジュール５０は、リチウム二次電池５３の正極端子６２とリチウム二次電池５４の負極端子６６とを直列に接続する。
これにより、電池モジュール５０は、リチウム二次電池５１の負極端子５７と、リチウム二次電池５４の正極端子６５とを外部接続端子として、４個のリチウム二次電池５１，５２，５３，５４の直列回路を形成している。

図２に示すように、電池ケース１０は、ケース本体１１の底板１３上に、収納されているリチウム二次電池５１，５２，５３，５４を上方に向けて付勢するための下部付勢手段であるばね部材１４を備えている。
ばね部材１４は、あらかじめ定められた弾性反発力を蓄積したねじりコイルばねであり、各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４のそれぞれに対応して設けられている。
ばね部材１４は、一般的に用いられているねじりコイルばねであるために、入手が簡単であり、別途に作製する場合と比べてコスト面で有利である。

電池ケース１０は、蓋体１２の下面に支持され、ケース本体１１に収納されている各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４を下方に向けて付勢するための上部付勢手段の一部を構成する一対の板ばね部材１５を備えている。
板ばね部材１５は、各端子５６，６０と各端子５７，５９と各端子６２，６６と各端子６３，６５と挿通させるための一対の切欠１６を各端子５６，６０，５７，５９，６２，６６，６３，６５に非接触に形成している。
一方の板ばね部材１５は、ケース本体１１内において、一方寄りの二つのリチウム二次電池５１，５２の電池容器５５，５８に接触している。
他方の板ばね部材１５は、ケース本体１１内において、他方寄りの二つのリチウム二次電池５３，５４の電池容器６１，６４に接触している。
板ばね部材１５は、一般的に用いられている板ばねを四角形に切断したものであるために、入手が簡単であり、別途に作製する場合と比べてコスト面で有利である。

電池ケース１０は、蓋体１２の天板１７の一方のねじ孔１８にねじ込まれて取り付けられ、一方の板ばね部材１５を、対応する二つのリチウム二次電池５１，５２の電池容器５５，５８に対して押し付ける押し付け部材である押し付けボルト１９を備えている。
電池ケース１０は、蓋体１２の天板１７の他方のねじ孔２０にねじ込まれて取り付けられ、他方の板ばね部材１５を、対応する二つのリチウム二次電池５３，５４の電池容器６１，６４に対して押し付ける押し付け部材である押し付けボルト２１を備えている。
各押し付けボルト１９，２１は、一般的に用いられているボルトであるために、入手が簡単であり、別途に作製する場合と比べてコスト面で有利である。

各押し付けボルト１９，２１は、天板１７の各ねじ孔１８，２０にねじ込まれることにより、板ばね部材１５に対して進行し、板ばね部材１５の中央部に配置したボルト当接部（図１参照）２２を押圧する。
このとき、各押し付けボルト１９，２１は、一対のリチウム二次電池５１，５２および一対のリチウム二次電池５３，５４の中心位置にある板ばね部材１５のボルト当接部２２を押圧することになる。
そのため、各押し付けボルト１９，２１の押圧力が、一対のリチウム二次電池５１，５２および一対のリチウム二次電池５３，５４に均等に与えられる。
従って、一対のリチウム二次電池５１，５２および一対のリチウム二次電池５３，５４に傾きを生ずることなく、底板１３へ向けたバランスのとれた押圧力で付勢できる。

図３に示す蓋体１２は、ケース本体１１の上部開口に被着されてねじ止めされる。
蓋体１２は、その裏面に、接続部である三つの導通パターン２３Ａ〜２３Ｃを設けており、天板１７を上下に貫通した一対の外部接続用孔２４を有する。
導通パターン２３Ａは、リチウム二次電池５１の正極端子５６およびリチウム二次電池５２の負極端子６０に、導通パターン２３Ｂは、リチウム二次電池５２の正極端子５９およびリチウム二次電池５３の負極端子６３、にそれぞれ対応している。
導通パターン２３Ｃは、リチウム二次電池５３の正極端子６２およびリチウム二次電池５４の負極端子６６に対応している。

そして、導通パターン２３Ａ〜２３Ｃは、各端子５６，６０と各端子５９，６３と各端子６２，６６との外側に円環形状に突出するように形成されたガイド２５を一体的に有する。
図４に示すように、導通パターン２３Ａ（２３Ｂ，２３Ｃ）は、ガイド２５が各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４の各各端子５６，６０，５９，６３，６２，６６を覆うように突出している。そして、ガイド２５の内方に平面の端子接触面２６を有する。
従って、導通パターン２３Ａ（２３Ｂ，２３Ｃ）のガイド２５により、各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４の横方向への変位に対して各端子５６，６０，５９，６３，６２，６６をガイドすることができる。

電池ケース１０は、組み立てにあたり、ケース本体１１の底板１３の所定位置に取り付けられているばね部材１４上に、各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４を載置する。
次に、各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４の各電池容器５５，５８，６１，６４上に板ばね部材１５を載置し、蓋体１２をケース本体１１の上部開口に被着させ、ねじ止めする。

そして、蓋体１２の各ねじ孔１８，１９にねじ込まれている各押し付けボルト１９，２１をねじ込んでいく。
各押し付けボルト１９，２１をねじ込んでいくことにより、各押し付けボルト１９，２１が各板ばね部材１５の各ボルト当接部２２を押圧していく。
これにより、各押し付けボルト１９，２１のねじ込みに伴い、各ばね部材１４により蓋体１２に向けて付勢されている各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４に対して底板１３に向けた付勢力が与えられる。
つまり、各板ばね部材１５が各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４の各電池容器５５，５８，６１，６４を付勢する付勢力を押し付けボルト１９，２１により調整できる。
従って、各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４に対する所定の付勢力を簡単に設定できる。

ここで、ばね部材１４に蓄積されている弾性反発力が、板ばね部材１５に蓄積されている弾性反発力よりも大きく設定されている。
そのため、各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４は、各ばね部材１４の付勢力に抗して、各端子５６，６０，５９，６３，６２，６６が各導通パターン２３Ａ〜２３Ｃに接触することにより導通する。
従って、各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４が、各端子５６，６０，５９，６３，６２，６６を各導通パターン２３Ａ〜２３Ｃに安定的に導通させることができる。

次に、電池ケース１０の作用について説明する。
なお、以下の説明は、ケース本体１１内のリチウム二次電池５１，５２における正極端子５６および負極端子６０周りについてのみ行い、他のリチウム二次電池５３，５４については省略する。

図５に示すように、電池ケース１０を適用した電池モジュール５０を移動体に適用された際において移動体の振動に伴い、リチウム二次電池５１が左右を軸として回動するピッチング振動を起こした場合、リチウム二次電池５３が図５中の時計回転方向に回動する。
しかし、リチウム二次電池５１は、ケース本体１１に固定されておらず、ばね部材１４により上方に向けて付勢されているとともに、板ばね部材１５を介した押し付けボルト１９により下方に向けて付勢されて浮動支持されている。
これにより、リチウム二次電池５１は、その正極端子５６が導通パターン２３Ａのガイド２５内に保持されたままとなって、正極端子５６が導通パターン２３Ａから外れることがない。
従って、リチウム二次電池５１がピッチング振動を起こしたとしても、正極端子５６と導通パターン２３Ａとの導通に支障を生ずることがない。

次に、図６に示すように、移動体の振動に伴い、リチウム二次電池５１が底板１３に向けて移動した場合、底板１３のばね部材１４が弾性変形して弾性反発力を蓄積する。
しかし、板ばね部材１５が、自らに蓄積された弾性反発力により弾性復元するために、リチウム二次電池５１を保持し続けて、正極端子５６が導通パターン２３Ａから外れることがない。
従って、リチウム二次電池５１が底板１３に向けて移動したとしても、正極端子５６と導通パターン２３Ａとの導通に支障を生ずることがない。

次に、図７に示すように、移動体の振動に伴い、リチウム二次電池５１が底板１３に沿って横方向に移動した場合、底板１３のばね部材１４が弾性反発力を蓄積したまま捻じれる。
同時に、板ばね部材１５が弾性反発力を蓄積したまま各リチウム二次電池５１，５２の各電池容器５５，５８上を摺動する。
しかし、リチウム二次電池５１は、ばね部材１４により上方に向けて付勢されているとともに、板ばね部材１５を介した押し付けボルト１９により下方に向けて付勢されているために、保持され続けて、正極端子５６が導通パターン２３Ａから外れることがない。
従って、リチウム二次電池５１が横方向に移動したとしても、正極端子５６と導通パターン２３Ａとの導通に支障を生ずることがない。

次に、図８に示すように、連続的な充放電が行われることにより、各リチウム二次電池５１，５２の各電池容器５５，５８と、各端子５６，６０とが外径を大きくするように膨張した場合、ばね部材１４の付勢および板ばね部材１５の付勢が持続される。
そのため、膨張した各端子５６，６０が導通パターン２３Ａのガイド２５内に保持されたままとなって、各端子５６，６０が導通パターン２３Ａから外れることがない。
従って、リチウム二次電池５１、５２が膨張を起こしたとしても、各端子５６，６０と導通パターン２３Ａとの導通に支障を生ずることがない。

次に、第１実施形態の電池ケース１０の変形例について説明する。
図９に示すように、本変形例は、導通パターン２３Ａのガイド２５の内側に凸面状の端子接触面２７を形成している。
端子接触面２７は、リチウム二次電池５１がピッチング振動等を起こして回動したとしても、正極端子５６の回動に追従して導通接続し続けることができる。

以上、説明したように、本発明の第１実施形態の電池ケース１０によれば、各リチウム二次電池５１，５２が、ばね部材１４により上方に向けて付勢されているとともに、板ばね部材１５を介した押し付けボルト１９により下方に向けて付勢されて浮動支持される。
従って、電池ケース１０によれば、各リチウム二次電池５１，５２をケース本体１１内に安定的に支持して導通を確実に行うことができる。

また、電池ケース１０によれば、板ばね部材１５が各リチウム二次電池５１，５２の上面を付勢する付勢力を押し付けボルト１９により調整できる。
従って、電池ケース１０によれば、各リチウム二次電池５１，５２に対する所定の付勢力を簡単に設定できる。

そして、電池ケース１０によれば、押し付けボルト１９が、対応する各リチウム二次電池５１，５２の配置中心に相当する板ばね部材１５のボルト当接部２２を押圧する。
従って、電池ケース１０によれば、各リチウム二次電池５１，５２に傾きを生ずることなく、バランスのとれた押圧力で付勢できる。

さらに、電池ケース１０によれば、蓋体１２の下面の導通パターン２３Ａ〜２３Ｃにより、ばね部材１４によって上方に向けて付勢される各リチウム二次電池５１，５２の各端子５６，６０を確実に導通接続できる。

加えて、電池モジュール５０によれば、電池ケース１０により各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４をケース本体１１内に安定的に支持できる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の電池ケース及び電池モジュールについて説明する。
なお、以下の第２実施形態において、前述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。

図１０に示すように、本発明に係る第２実施形態の電池モジュール７０に装備される電池ケース３０は、板ばね部材に相当する３つのバスバー３１を備えている。
バスバー３１は、リチウム二次電池５１の正極端子５６とリチウム二次電池５２の負極端子６０とを直列に接続し、リチウム二次電池５２の正極端子５９とリチウム二次電池５３の負極端子６３とを直列に接続する。
バスバー３１は、リチウム二次電池５３の正極端子６２とリチウム二次電池５４の負極端子６６とを直列に接続する。

バスバー３１は、導電材料を用いて各端子５６，６０と各端子５９，６３と各端子６２，６６との離間距離よりも長い長さ寸法を有して形成されている。
バスバー３１は、板形状の本体３２の両端部に、各端子５６，６０，５９，６３，６２，６６の外径寸法よりもわずかに大きい内径寸法の一対の端子固定孔３３を有する端子挟持部３４を備えている。
端子挟持部３４は、端子固定孔３３の外方にスリット３５を連通接続しており、端子固定孔３３の外方に固定ボルト３６がねじ込まれる。
そして、バスバー３１は、本体３２の中央部に中央当接部３７を形成している。

図１１に示すように、電池ケース３０は、組み立てにあたり、ケース本体１１の底板１３の所定位置に取り付けられているばね部材１４上に、各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４を載置する。
次に、各リチウム二次電池５１，５２の各端子５６，６０にバスバー３１の端子固定孔３３をそれぞれ外挿して一対の固定ボルト３６をねじ込む。
また、各リチウム二次電池５２，５３の各端子５９，６３にバスバー３１の端子固定孔３３をそれぞれ外挿して一対の固定ボルト３６をねじ込む。
そして、各リチウム二次電池５３，５４の各端子６２，６６にバスバー３１の端子固定孔３３をそれぞれ外挿して一対の固定ボルト３６をねじ込む。

次に、蓋体１２をケース本体１１の上部開口に被着させ、蓋体１２の各ねじ孔１８，２０にねじ込まれている各押し付けボルト１９，２１をねじ込んでいく。
各押し付けボルト１９，２１をねじ込んでいくことにより、各押し付けボルト１９，２１が絶縁部材３８を介して各バスバー３１を押圧していく。

このとき、各押し付けボルト１９，２１は、絶縁部材３８を介してバスバー３１の中央当接部３７に付勢力を与える。
これにより、各押し付けボルト１９，２１のねじ込みに伴い、各バスバー３１が緩み方向とは反対に付勢されて各リチウム二次電池５１，５２，５３，６４に底板１３に向けた付勢力が与えられる。
ここで、バスバー３１が、各押し付けボルト１９，２１により押圧されているので、バスバー３１及び各二次リチウム電池の固有振動数が、押し付けボルト１９，２１により押圧されていない場合に比べて高い固有振動数側へシフトすることになり、各部の振動の軽減が図られ、バスバー３１の緩みを防止することができる。
従って、各リチウム二次電池５１，５２，５３，５４が、各端子５６，６０と、各端子５９，６３と、各端子６２，６６とをバスバー３１により安定的に導通させることができる。

第２実施形態の電池ケース３０によれば、各端子５６，６０と、各端子５９，６３と、各端子６２，６６とを導通させるバスバー３１を押し付けボルト１９，２１により押圧する。
従って、電池ケース３０によれば、押し付けボルト１９，２１により押圧されるバスバー３１により各端子５６，６０，５９，６３，６２，６６を安定的に導通できる。

また、電池ケース３０によれば、導通パターンを蓋体１２に設ける必要がない。
従って、電池ケース３０によれば、簡素な構造になってコスト面で有利にできる。

なお、本発明の電池ケース及び電池モジュールは、前述した各実施形態に限定するものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。

１０，３０ 電池ケース
１１ ケース本体
１２ 蓋体
１４ ばね部材（下部付勢手段）
１５ 板ばね部材（板ばね）（上部付勢手段）
１９，２１ 押し付けボルト（押し付け部材）（上部付勢手段）
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ 導通パターン（接続部）
３１ バスバー（接続部）
５０，７０ 電池モジュール
５１，５２，５３，５４ リチウム二次電池（電池）
５６ 正極端子（端子）
５７ 負極端子（端子）
５９ 正極端子（端子）
６０ 負極端子（端子）
６２ 正極端子（端子）
６３ 負極端子（端子）
６５ 正極端子（端子）
６６ 負極端子（端子）

Claims (6)

1. 複数の電池を収納する電池ケースであって、
   上部に開口を有し、前記電池が収納されるケース本体と、
   前記ケース本体に固定され、前記ケース本体の開口を閉塞する蓋体と、
   前記ケース本体の底面に設けられ、収納される前記電池を上方に向けて付勢する下部付勢手段と、
   前記蓋体の下面に支持され、前記ケース本体に収納される前記電池を下方に向けて付勢する上部付勢手段と、を備える電池ケース。
2. 前記下部付勢手段は、収納される前記電池それぞれと対応して設けられ、
   前記上部付勢手段は、複数の前記電池の上面に当接された板ばねと、前記蓋体に固定され、前記板ばねを対応する前記電池に押し付ける押し付け部材と、を備える請求項１に記載の電池ケース。
3. 前記押し付け部材は、対応する複数の前記電池の配置中心に設けられている請求項２に記載の電池ケース。
4. 前記蓋体の下面に設けられて、前記電池に有する端子間を接続する接続部を備える請求項１ないし請求項３のいずれか項に記載の電池ケース。
5. 前記板ばねは、前記接続部を兼ねている請求項４に記載の電池ケース。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１項に記載の電池ケースを具備する電池モジュール。

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