JP3899423B2 - Thin battery module - Google Patents

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【0001】
【技術分野】
本発明は、薄型二次電池を複数組み合わせて構成された薄型電池モジュールに関し、特に電池モジュールを監視および制御する電池制御基板が装着可能な薄型電池モジュールに関する。
【0002】
【背景技術】
二次電池(セル)を複数組み合わせた電池モジュールには、当該各二次電池の電圧検出や温度検出あるいは制御などといった、電池モジュールを監視および制御するための電池制御基板(セルコントローラ)が設けられる。この電池制御基板は、電池モジュールを収容する筐体の上部などの位置に、別体で構成されたケースに収容された状態で取り付けられ、各二次電池と電池制御基板との間に、セル電圧検出線、電池温度検出線および制御線を配線した構成となっている(たとえば特開平10−246112号公報参照)。
【0003】
しかしながら、上述したような従来の電池モジュールでは、セル数が増加するにつれて、電池モジュール内を取り廻す配線数が多くなるため、それだけ製造作業が面倒になるといった問題があった。
【0004】
【発明の開示】
本発明は、セルの監視又は制御用配線の簡素化を図ることを目的とする。
【0005】
本発明によれば、正極端子と負極端子とが電池外装の外周部の対向する端縁から導出する薄型電池が複数並設され、これら薄型電池それぞれの正極端子又は負極端子の一方の同極端子同士が一対のバスバーにより電気的に並列接続され、これら薄型電池及びバスバー対からなるサブアッセンブリが複数積層されて電気的に直列接続された薄型電池モジュールであって、前記サブアッセンブリが積層された状態において、前記サブアッセンブリの積層方向に隣接する2つのバスバーの端部が並行して嵌合可能な、電気的に接続された2つのバスバー嵌合接点と、これら2つのバスバー嵌合接点に電気的に接続され、前記薄型電池を制御する電池制御基板の接続部に嵌合可能な基板嵌合接点とを有するコネクタを複数備え、一のサブアッセンブリのバスバーの端部と、これに前記積層方向に隣接する他のサブアッセンブリのバスバーの端部とが、前記コネクタのバスバー嵌合接点に嵌合されて前記複数のサブアッセンブリが電気的に直列接続されるとともに、前記電池制御基板の接続部が前記複数のコネクタの基板嵌合接点に嵌合されている薄型電池モジュールが提供される。
【0006】
本発明では、薄型電池を接続してモジュール化するバスバーをセルの監視又は制御用配線に利用する。すなわち、複数の薄型電池を並列接続したバスバーの端部をコネクタのバスバー嵌合接点に嵌合させるとともに、電池制御基板の接続部を基板嵌合接点に嵌合させることで、この部分の電圧や温度を検出したり、あるいはこの部分を制御することができる。これにより、別途設けるべき配線が不要となるので、セル数を増やしても電池モジュール内を取り廻す配線が皆無となり、製造作業性が著しく向上する。
【0007】
また、本発明では隣接するサブアッセンブリのバスバーをコネクタのバスバー嵌合接点に嵌合させることで、これらのサブアッセンブリを直列接続する。これにより、バスバー同士を接続するために複雑な形状とする必要がなくなり、バスバーを平板状などといった単純な形状とすることができ、部品の共用化や省スペース、コストダウンを図ることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0009】
まず図10を参照して本発明の実施形態に係る薄型電池について説明する。図10(A)は本発明の実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、図10(B)は(A)のB−B線に沿う断面図である。図10は一つの薄型電池(単位電池、セルとも言う。)を示し、この薄型電池10を複数組み合わせることにより所望の電圧、容量の電池モジュール1(組電池とも言う。)が構成される。
【0010】
本例の薄型電池10はリチウム系の薄型二次電池であり、2枚の正極板101と、5枚のセパレータ102と、2枚の負極板103と、正極端子104と、負極端子105と、上部電池外装106と、下部電池外装107と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板101,セパレータ102,負極板103および電解質を特に発電要素109と称する。
【0011】
なお、正極板101,セパレータ102,負極板103の枚数には何ら限定されず、1枚の正極板101,3枚のセパレータ102,1枚の負極板104でも発電要素109を構成することができる。必要に応じて正極板、負極板およびセパレータの枚数を選択して構成することができる。
【0012】
発電要素109を構成する正極板101は、金属酸化物などの正極活物質に、カーボンブラックなどの導電材と、ポリ四フッ化エンチレンの水性ディスパージョンなどの接着剤とを、重量比でたとえば100:3:10の割合で混合したものを、正極側集電体としてのアルミニウム箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。なお、上記のポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンの混合比率は、その固形分である。
【0013】
正極活物質としては、例えばニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、コバルト酸リチウム(LiCoO)などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン(S、Se、Te)化物を挙げることができる。
【0014】
発電要素109を構成する負極板103は、例えば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、または黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンをたとえば固形分比100:5で混合し、乾燥させたのち粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これに、アクリル樹脂エマルジョンなどの結着剤をたとえば重量比100:5で混合し、この混合物を、負極側集電体としてのニッケル箔或いは銅箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。
【0015】
特に負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量にともなって出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車等の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【0016】
また、発電要素109のセパレータ102は、上述した正極板101と負極板103との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えてもよい。セパレータ102は、例えばポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン等から構成される、厚さが25μm〜50μmの微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって膜の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【0017】
なお、本発明に係るセパレータ102は、ポリオレフィンなどの単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン層をポリエチレン層でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布などを積層したものも用いることができる。セパレータ102を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能およびセパレータの形状維持(剛性向上)機能などの諸機能を付与することができる。また、セパレータ102の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることもできる。
【0018】
以上の発電要素109は、上から正極板101と負極板103とが交互に、且つ当該正極板101と負極板102との間にセパレータ102が位置するような順序で積層され、さらに、その最上部及び最下部にセパレータ102が一枚ずつ積層されている。そして、2枚の正極板101のそれぞれは、正極側集電部104aを介して、金属箔製の正極端子104に接続される一方で、2枚の負極板103は、負極側集電部105aを介して、同じく金属箔製の負極端子105に接続されている。なお、正極端子104も負極端子105も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子104としてはアルミニウムやアルミニウム合金などを挙げることができ、負極端子105としてはニッケル、銅またはステンレスなどを挙げることができる。また、本例の正極側集電部104aも負極側集電部105aの何れも、正極板104および負極板105の集電体を構成するアルミニウム箔やニッケル箔、銅箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電部104a,105aを構成することもできる。
【0019】
発電要素109は、上部電池外装106及び下部電池外装107により封止されている。これら上部電池外装106および下部電池外装107は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂フィルムや、アルミニウムなどの金属箔の両面をポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材など、柔軟性を有する材料で形成されている。特に、電池外装106,107の内面を構成する樹脂フィルムを、電解質に対する耐薬品性に優れ、外周縁のヒートシール性にも優れた、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、アイオノマー樹脂等により構成するとともに、中間にたとえばアルミニウム箔やステンレス箔などの可撓性及び強度に優れた金属箔を介在させ、電池外装106,107の外面を構成する樹脂フィルムを、電気絶縁性に優れたたとえばポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等で構成することができる。
【0020】
そして、これらの上部電池外装106及び下部電池外装107によって、上述した発電要素109、正極側集電部104a、正極端子104の一部、負極側集電部105aおよび負極端子105の一部を包み込み、当該電池外装106、107により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入したのち、上部電池外装106及び下部電池外装107の外周縁を熱融着などの方法により封止する。
【0021】
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)などのエステル系溶媒を挙げることができるが、本発明の有機液体溶媒はこれにのみ限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン(γ−BL)、ジエトシキエタン(DEE)等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒も用いることができる。
【0022】
同図に示されるように、封止された電池外装106、107の一方の端部から、正極端子104が導出するが、正極端子104の厚さ分だけ上部電池外装106と下部電池外装107との接合部に隙間が生じるので、薄型電池10内の封止性を維持するために、当該正極端子104と電池外装106、107とが接触する部分に、ポリエチレンやポリプロピレンから構成されたシールフィルムを熱融着などの方法により介在させることもできる。
【0023】
同様に、封止された電池外装106、107の他方の端部からは、負極端子105が導出するが、ここにも正極端子104側と同様に、当該負極端子105と電池外装106、107とが接触する部分にシールフィルムを介在させることもできる。なお、正極端子104および負極端子105の何れにおいても、シールフィルムは電池外装106,107を構成する樹脂と同系統の樹脂から構成することが熱融着性の点から望ましい。
【0024】
以上の薄型電池10の外観を図2及び図3に示す。本実施形態では、この薄型電池10を図1の等価回路図に示すように接続して電池モジュール1とするが、その具体的構造を、図4乃至図9を参照しながら説明する。
【0025】
まず図5に示すように、4つの薄型電池10を並列に接続してこれをサブアッセンブリ1a,1b,…1kとする。すなわち、4つの薄型電池10の正極端子104を一つのバスバー20に接続するとともに、負極端子105を他の一つのバスバー22に接続する。正極端子104とバスバー20との接続および負極端子105とバスバー22との接続は電気的に接続されればその具体的手段は限定されないが、たとえば溶接等により行うことができる。
【0026】
ここで、バスバー20及びバスバー22は何れも同一形状の平板状とされ、導電性を有する銅、ニッケル、ステンレスなどの材料で構成されて、4つの薄型電池10を並設したときに4つの正極端子104及び負極端子105が接続できる長さとされている。なお、本例におけるバスバー20及び22は同一形状であるが、薄型電池10の正極端子104に接続されるバスバーと負極端子105に接続されるバスバーとを識別するために異なる符号20,22で示すこととする。
【0027】
4つの薄型電池10の正極端子104及び負極端子105にバスバー20とバスバー22とを並列接続して構成された11個のサブアッセンブリ1a,1b…,1kを同図に示すように積層するが、このとき、サブアッセンブリ1a,1b…,1kが順次直列接続されるように積層する。すなわち、サブアッセンブリ1aと次段のサブアッセンブリ1bとは正極端子104と負極端子105とが逆になる(平面内で180°回転させた)ように積層されている。同様に、サブアッセンブリ1bと次段のサブアッセンブリ1cに付いても正極端子104と負極端子105とが逆になるように積層されている。
【0028】
本実施形態では、11段に積層されたサブアッセンブリ1a,1b…,1kをコネクタ50を用いて直列に接続する。本例のコネクタ50を図6及び図7に示す。このコネクタ50は、その本体51が、たとえば導電性を有する銅、ニッケル、ステンレスなどの材料で構成され、2つのバスバー20,22が並行して嵌合可能な溝状の2つのバスバー嵌合接点52,52と、これに直角に設けられ、電池制御基板40の端縁が嵌合可能な溝状の基板嵌合接点53とを有する。バスバー嵌合接点52及び基板嵌合接点53のそれぞれには、バスバー20,22や電池制御基板40の端縁を挟持する弾性体が設けられており、これによりバスバー20,22や電池制御基板40をこれらバスバー嵌合接点52や基板嵌合接点53に嵌合させるだけで保持することができる。
【0029】
また、コネクタ50の本体51は導電性材料で構成されているので、2つのバスバー嵌合接点52,52同士及びこれらと基板嵌合接点53は電気的に接続されている。なお、コネクタ50の本体51をプラスチックなどの絶縁体で構成し、内部に導電性部材をインサートすることで、バスバー嵌合接点52,52同士及びこれらと基板嵌合接点53を電気的に接続してもよい。
【0030】
このコネクタ50は、図5に示すように電池モジュール1を収容する筐体30の内壁に固定されている。コネクタ50を筐体30の内壁へ固定する手段は特に限定されないが、たとえばプラスチック製筐体30を成形する際にコネクタ50をインサートすることで固定することができる。同図には筐体30の2つの対向する面30a,30bのみを示すが、この2つの筐体面30a,30bの内壁に6個ずつコネクタ50が固定されている。
【0031】
コネクタ50のバスバー嵌合接点52,52には、互いに隣接するサブアッセンブリのバスバー20,22を嵌合させ、全体として11個のサブアッセンブリ1a,1b…1kが直列に接続されるように、左右6個ずつ、都合12個のコネクタ50を配置する。
【0032】
この構成について図5を参照しながらさらに具体的に説明する。同図では12個のコネクタを50a,50b,…50lとしてそれぞれを区別することとする。
【0033】
まず最上段のサブアッセンブリ1aの正極バスバー20は、モータや発電機などの負荷に対する正極端子31に接続されるとともに、手前側の筐体面30bの最上段に設けられたコネクタ50aに接続される。ただし、このサブアッセンブリ1aの正極側バスバー20は隣接する次段のサブアッセンブリ1bの負極側バスバー22とは直列接続する必要がないので、単にコネクタ50の2つのバスバー嵌合接点52の一つに嵌合させるだけでよい。
【0034】
同じサブアッセンブリ1aの負極バスバー22は、筐体面30aの最上段に設けられたコネクタ50bの上側のバスバー嵌合接点52に嵌合させる。そして、最上段のサブアッセンブリ1aと次段のサブアッセンブリ1bとを直列に接続するために、コネクタ50bの下側のバスバー嵌合接点52に次段のサブアッセンブリ1bの正極バスバー20を嵌合させる。
【0035】
また、サブアッセンブリ1bの負極バスバー22は、同図手前側の筐体面30bの二段目に設けられたコネクタ50cの上側のバスバー嵌合接点52に嵌合させ、当該サブアッセンブリ1bと次段のサブアッセンブリ1cとを直列に接続するために、コネクタ50cの下側のバスバー嵌合接点52に次段のサブアッセンブリ1cの正極バスバー20を嵌合させる。以下、同様にして11個のサブアッセンブリ1a,1b…,1kの正極バスバー20及び負極バスバー22を12個のコネクタ50a,50b…,50lの2つのバスバー嵌合接点52,52に嵌合させる。
【0036】
こうして接続した状態において、図5のVIII矢視図を図8に、IX矢視図を図9に示し、さらに模式図を図4に示す。なお、最下段のサブアッセンブリ1kの負極バスバー22は、モータや発電機などの負荷に対する負極端子32に接続され、隣接する上段のサブアッセンブリ1jとは接続されないので、最上段のサブアッセンブリ1aの正極バスバー20と同様、単にコネクタ50lのバスバー嵌合接点52に嵌合するだけでよい。
【0037】
以上のようにして11個のサブアッセンブリ1a,1b…,1kを積層して直列に接続した電池モジュール1では、4つの薄型電池10を並列接続するのに用いるバスバー20,22とコネクタ50を電圧検出線に共用する。すなわち、図5に示す積層された状態の電池モジュール1を筐体30に収容するにあたり、互いに対向する筐体面30a,30bにそれぞれ6個ずつ固定された都合12個のコネクタ50a,50b…,50lの基板嵌合接点53に電池制御基板40を嵌合する。このとき、電池制御基板40の両端縁にはそれぞれ6個ずつの接続部(接点)41が形成されており、この接続部41と基板嵌合接点53とが電気的に接続される。
【0038】
電池制御基板40は、絶縁性基板に所定のパターンが形成されたもので電池モジュール1の電圧を検出して制御を実行するためのマイクロコンピュータ43なども実装されている。本例では、絶縁性基板の両側縁のそれぞれに6個、都合12個の接続部41が形成され、各接続部41のそれぞれがマイクロコンピュータ43の所定の端子に電気的に接続されるようにパターニングされている。
【0039】
ちなみに、4つの薄型電池10から構成される11個のサブアッセンブリ1a,1b…の各電圧を検出するためには、図1の等価回路図に示すように11個のサブアッセンブリの正極端子104からの電圧信号と、最も端に位置するサブアッセンブリ1kの負極端子からの電圧信号が必要とされる。
【0040】
また、図5に示すように積層されて構成された電池モジュール1においては、最上層のサブアッセンブリ1aの正極端子104を接続するバスバー20と、最下層のサブアッセンブリ1kの負極端子105を接続するバスバー22とが、モータや発電機などの負荷に接続されるので、電池モジュール1を筐体30に収容する際には、これら2つの正極端子と負極端子とのそれぞれを筐体30の外部に露出する端子31,32に接続する。なお、同図では正極側31のみを示し、負極側端子32は筐体面30aの向こう面の下方に設けられている。なお、図5において筐体面30a,30b以外の筐体面は省略して示している。
【0041】
以上説明したように、本実施形態の電池モジュール1では、サブアッセンブリ1a,1b…,1kの電圧を検出するに際し、バスバー20,22を利用し、配線を用いることなくコネクタ50を介して電池制御基板40の接続部41に接続するように構成しているので、従来のような信号配線が不要となり、信号配線の取り廻し作業や信号配線のレイアウトが著しく簡素化される。こうした効果は電池モジュール1を構成する電池10が増加すればするほど顕著となる。
【0042】
また、従来のような信号配線を用いると信号配線の長さの不均一やばらつき、或いは接続部分の接点損失によって、信号電圧が降下したりばらついたりして検出信号の精度に問題があったが、本実施形態の電池モジュールではバスバー20,22の長さが均一で、しかも接続部分も1カ所であることから、検出信号の精度が著しく向上する。
【0043】
さらに、従来のものでは、比較的高電圧の検出信号を送る電圧検出配線が、低電圧信号を送る温度検出線や制御線に磁場や電界の影響を与え、これが温度検出信号や制御信号に悪影響を与えるおそれもあったが、本実施形態の電池モジュール1では電圧検出線としてバスバー20,22そのものを利用しているので、こうした影響はなくなる。
【0044】
また、電池モジュール1を車両に搭載すると、走行時の振動などによる干渉や断線対策のために追加部品等が必要とされるが、本実施形態の電池モジュール1では電圧検出線としてバスバー20,22そのものを利用しているので、こうした対策が不要となる。
【0045】
さらに、本実施形態では、サブアッセンブリ1a,1b…1kを互いに直列接続するのにコネクタ50a,50b…50lを利用しているので、バスバー20,22を同一形状にできるとともに、その形状も平板状といった単純なものとすることができる。これにより、省スペース、部品の共用化によるコストダウンを図ることができる。
【0046】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【0047】
上述した実施形態では、電圧検出にバスバー20,22を利用したが電池温度の検出や電池の制御のためにバスバー20,22を利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る電池モジュールを示す等価回路図である。
【図2】本発明の実施形態に係る薄型電池を示す斜視図である。
【図3】本発明の実施形態に係る薄型電池を示す側面図である。
【図4】本発明の実施形態に係る電池モジュールを示す模式図である。
【図5】本発明の実施形態に係る電池モジュールを示す一部分解斜視図である。
【図6】本発明の実施形態に係るコネクタ示す斜視図である。
【図7】本発明の実施形態に係るコネクタを示す三面図である。
【図8】図5のVIII矢視図である。
【図9】図5のIX矢視図である。
【図10】(A)は本発明の実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、(B)は(A)のB−B線に沿う断面図である。
【符号の説明】
1…電池モジュール
1a,1b…,1k…サブアッセンブリ
10…薄型電池
101…正極板
102…セパレータ
103…負極板
104…正極端子
104a…正極側集電部
105…負極端子
106…上部電池外装
107…下部電池外装
109…発電要素
20…正極側バスバー
22…負極側バスバー
30…筐体
40…電池制御基板
41…接続部
43…マイクロコンピュータ
50…コネクタ
51…本体
52…バスバー嵌合接点
53…基板嵌合接点
[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a thin battery module configured by combining a plurality of thin secondary batteries, and more particularly to a thin battery module to which a battery control board for monitoring and controlling the battery module can be mounted.
[0002]
[Background]
A battery module in which a plurality of secondary batteries (cells) are combined is provided with a battery control board (cell controller) for monitoring and controlling the battery modules such as voltage detection, temperature detection or control of each secondary battery. . The battery control board is attached to a position such as an upper part of a housing that houses the battery module in a state of being housed in a case configured separately, and between each secondary battery and the battery control board, the cell A voltage detection line, a battery temperature detection line, and a control line are wired (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-246112).
[0003]
However, the conventional battery module as described above has a problem that the number of wirings around the battery module increases as the number of cells increases, so that the manufacturing work becomes much troublesome.
[0004]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
An object of the present invention is to simplify cell monitoring or control wiring.
[0005]
According to the present invention, a plurality of thin batteries in which a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are led out from opposite edges of the outer peripheral portion of the battery exterior are arranged side by side, and one of the positive terminals of each of the thin batteries and the same polarity terminal of the negative electrode terminal. A thin battery module in which a plurality of subassemblies consisting of a thin battery and a pair of busbars are stacked in series and electrically connected in series, and the subassemblies are stacked. 2, two bus bar fitting contacts that are electrically connected to each other so that ends of two bus bars adjacent to each other in the stacking direction of the subassembly can be fitted in parallel, and the two bus bar fitting contacts are electrically connected to each other. A plurality of connectors each having a board-fitting contact that can be fitted to a connection part of a battery control board that controls the thin battery. An end portion of the bus bar and an end portion of the bus bar of another subassembly adjacent to the stacking direction are fitted to the bus bar fitting contact of the connector so that the plurality of subassemblies are electrically connected in series. In addition, a thin battery module is provided in which the connection portion of the battery control board is fitted to the board fitting contacts of the plurality of connectors.
[0006]
In the present invention, a bus bar that is modularized by connecting a thin battery is used for cell monitoring or control wiring. That is, the end of the bus bar in which a plurality of thin batteries are connected in parallel is fitted to the bus bar fitting contact of the connector, and the connection part of the battery control board is fitted to the board fitting contact, so that the voltage of this part The temperature can be detected or this part can be controlled. This eliminates the need for wiring to be provided separately, so that even if the number of cells is increased, there is no wiring around the battery module, and the manufacturing workability is remarkably improved.
[0007]
In the present invention, the bus bars of adjacent subassemblies are fitted to the bus bar fitting contacts of the connector, so that these subassemblies are connected in series. Thereby, it is not necessary to use a complicated shape for connecting the bus bars, the bus bar can have a simple shape such as a flat plate shape, and parts can be shared, space saving, and cost reduction can be achieved.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0009]
First, a thin battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10A is a plan view showing the entire thin battery according to the embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 10 shows one thin battery (also referred to as a unit battery or a cell), and a battery module 1 (also referred to as an assembled battery) having a desired voltage and capacity is configured by combining a plurality of the thin batteries 10.
[0010]
The thin battery 10 of this example is a lithium-based thin secondary battery, and includes two positive plates 101, five separators 102, two negative plates 103, a positive terminal 104, a negative terminal 105, It is comprised from the upper battery exterior 106, the lower battery exterior 107, and the electrolyte which is not shown in particular. Among these, the positive electrode plate 101, the separator 102, the negative electrode plate 103, and the electrolyte are particularly referred to as a power generation element 109.
[0011]
The number of positive plates 101, separators 102, and negative plates 103 is not limited in any way, and the power generation element 109 can be configured with one positive plate 101, three separators 102, and one negative plate 104. . The number of positive electrode plates, negative electrode plates, and separators can be selected and configured as necessary.
[0012]
The positive electrode plate 101 that constitutes the power generation element 109 includes, for example, 100 weight ratio of a positive electrode active material such as a metal oxide, a conductive material such as carbon black, and an adhesive such as an aqueous dispersion of polytetrafluoroethylene. : A mixture of 3:10 is applied to both surfaces of a metal foil such as an aluminum foil as a positive electrode side current collector, dried, rolled, and then cut into a predetermined size. In addition, the mixing ratio of said aqueous dispersion of polytetrafluoroethylene is the solid content.
[0013]
Examples of the positive electrode active material include lithium composite oxides such as lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), lithium cobaltate (LiCoO 2 ), and chalcogen (S, Se, Te) compounds. Can do.
[0014]
The negative electrode plate 103 constituting the power generation element 109 is made of a negative electrode active material that occludes and releases lithium ions of the positive electrode active material, such as amorphous carbon, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, or graphite. An aqueous dispersion of styrene butadiene rubber resin powder as a precursor material of an organic fired body is mixed at a solid content ratio of, for example, 100: 5, dried and then pulverized to support carbonized styrene butadiene rubber on the surface of carbon particles The resulting material is mixed with a binder such as an acrylic resin emulsion at a weight ratio of, for example, 100: 5, and this mixture is used as a metal foil such as nickel foil or copper foil as a negative electrode side current collector. These are coated on both sides, dried, rolled, and then cut into a predetermined size.
[0015]
In particular, when amorphous carbon or non-graphitizable carbon is used as the negative electrode active material, the flatness of the potential during charge / discharge is poor and the output voltage decreases with the amount of discharge. However, when used as a power source for an electric vehicle or the like, it is advantageous because there is no sudden drop in output.
[0016]
In addition, the separator 102 of the power generation element 109 prevents a short circuit between the positive electrode plate 101 and the negative electrode plate 103 described above, and may have a function of holding an electrolyte. The separator 102 is a microporous film having a thickness of 25 μm to 50 μm made of, for example, polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP). Has a function of blocking the current.
[0017]
The separator 102 according to the present invention is not limited to a single-layer film such as polyolefin, but a three-layer structure in which a polypropylene layer is sandwiched between polyethylene layers, or a laminate of a polyolefin microporous film and an organic nonwoven fabric may be used. it can. By forming the separator 102 in multiple layers, various functions such as an overcurrent prevention function, an electrolyte holding function, and a separator shape maintenance (rigidity improvement) function can be provided. Further, instead of the separator 102, a gel electrolyte or an intrinsic polymer electrolyte can be used.
[0018]
The above power generation elements 109 are laminated in such an order that the positive electrode plates 101 and the negative electrode plates 103 are alternately arranged from above and the separators 102 are positioned between the positive electrode plates 101 and the negative electrode plates 102. The separators 102 are stacked one by one on the top and bottom. Each of the two positive plates 101 is connected to the positive terminal 104 made of metal foil via the positive current collector 104a, while the two negative plates 103 are connected to the negative current collector 105a. Is connected to the negative electrode terminal 105 which is also made of metal foil. The positive electrode terminal 104 and the negative electrode terminal 105 are not particularly limited as long as they are electrochemically stable metal materials. Examples of the positive electrode terminal 104 include aluminum and an aluminum alloy, and examples of the negative electrode terminal 105 include nickel and copper. Or stainless steel. In addition, both the positive electrode side current collector 104a and the negative electrode side current collector 105a in this example are configured by extending the aluminum foil, nickel foil, and copper foil that constitute the current collector of the positive electrode plate 104 and the negative electrode plate 105. However, the current collectors 104a and 105a can be formed of separate materials and parts.
[0019]
The power generation element 109 is sealed by the upper battery casing 106 and the lower battery casing 107. The upper battery casing 106 and the lower battery casing 107 are flexible, such as a resin film of polyethylene or polypropylene, a resin-metal thin film laminate material in which both surfaces of a metal foil such as aluminum are laminated with a resin such as polyethylene or polypropylene, and the like. It is formed with the material which has. In particular, the resin film constituting the inner surfaces of the battery outer casings 106 and 107 is made of, for example, polyethylene, polypropylene, ionomer resin, etc. having excellent chemical resistance to the electrolyte and excellent heat sealability of the outer periphery, and in the middle. For example, a resin film constituting the outer surface of the battery exterior 106, 107 is interposed between a metal foil excellent in flexibility and strength, such as aluminum foil and stainless steel foil, for example, a polyamide resin or a polyester resin excellent in electrical insulation. Or the like.
[0020]
The upper battery casing 106 and the lower battery casing 107 enclose the power generation element 109, the positive current collector 104a, a part of the positive terminal 104, the negative current collector 105a, and a part of the negative terminal 105. After injecting a liquid electrolyte having a lithium salt such as lithium perchlorate and lithium borofluoride into the organic liquid solvent into the space formed by the battery casings 106 and 107, the upper battery casing 106 and the lower battery casing 107 The outer peripheral edge is sealed by a method such as heat fusion.
[0021]
Examples of the organic liquid solvent include ester solvents such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC), but the organic liquid solvent of the present invention is not limited thereto, An organic liquid solvent prepared by mixing and preparing an ether solvent such as γ-butylactone (γ-BL) and dietoshikiethane (DEE) in an ester solvent can also be used.
[0022]
As shown in the figure, the positive terminal 104 is led out from one end of the sealed battery casings 106 and 107, but the upper battery casing 106 and the lower battery casing 107 have a thickness corresponding to the thickness of the positive terminal 104. In order to maintain the sealing performance in the thin battery 10, a seal film made of polyethylene or polypropylene is applied to the portion where the positive electrode terminal 104 and the battery exterior 106, 107 are in contact with each other. It can also be interposed by a method such as heat fusion.
[0023]
Similarly, the negative electrode terminal 105 is led out from the other end of the sealed battery casings 106 and 107, and here, similarly to the positive terminal 104 side, the negative electrode terminal 105 and the battery casings 106 and 107 It is also possible to interpose a seal film at the portion where the contacts. In any of the positive electrode terminal 104 and the negative electrode terminal 105, it is desirable from the viewpoint of heat-sealability that the seal film is made of a resin of the same system as the resin constituting the battery casings 106 and 107.
[0024]
The external appearance of the above thin battery 10 is shown in FIGS. In the present embodiment, the thin battery 10 is connected as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 1 to form the battery module 1, and a specific structure thereof will be described with reference to FIGS.
[0025]
First, as shown in FIG. 5, four thin batteries 10 are connected in parallel, and are set as subassemblies 1a, 1b,. That is, the positive terminals 104 of the four thin batteries 10 are connected to one bus bar 20 and the negative terminals 105 are connected to the other bus bar 22. The connection between the positive electrode terminal 104 and the bus bar 20 and the connection between the negative electrode terminal 105 and the bus bar 22 are not limited as long as they are electrically connected, but can be performed by, for example, welding.
[0026]
Here, each of the bus bar 20 and the bus bar 22 has a flat plate shape having the same shape, and is made of a conductive material such as copper, nickel, and stainless steel. When four thin batteries 10 are juxtaposed, four positive electrodes are provided. The length is such that the terminal 104 and the negative electrode terminal 105 can be connected. The bus bars 20 and 22 in this example have the same shape, but are denoted by different reference numerals 20 and 22 in order to identify the bus bar connected to the positive terminal 104 and the bus bar connected to the negative terminal 105 of the thin battery 10. I will do it.
[0027]
The 11 subassemblies 1a, 1b,..., 1k configured by connecting the bus bar 20 and the bus bar 22 in parallel to the positive terminal 104 and the negative terminal 105 of the four thin batteries 10 are stacked as shown in FIG. At this time, the subassemblies 1a, 1b,..., 1k are stacked so that they are sequentially connected in series. That is, the subassembly 1a and the next-stage subassembly 1b are stacked such that the positive electrode terminal 104 and the negative electrode terminal 105 are reversed (rotated 180 ° in a plane). Similarly, the positive electrode terminal 104 and the negative electrode terminal 105 are laminated so as to be reversed even in the subassembly 1b and the subassembly 1c in the next stage.
[0028]
In the present embodiment, the subassemblies 1a, 1b,..., 1k stacked in 11 stages are connected in series using the connector 50. The connector 50 of this example is shown in FIGS. The connector 50 has a main body 51 made of, for example, a conductive material such as copper, nickel, and stainless steel, and has two groove-shaped bus bar fitting contacts in which the two bus bars 20 and 22 can be fitted in parallel. 52 and 52 and a groove-like board fitting contact 53 which is provided at a right angle to which the edge of the battery control board 40 can be fitted. Each of the bus bar fitting contact 52 and the board fitting contact 53 is provided with an elastic body that sandwiches the edges of the bus bars 20 and 22 and the battery control board 40, and thereby the bus bars 20 and 22 and the battery control board 40. Can be held only by fitting them to the bus bar fitting contact 52 or the board fitting contact 53.
[0029]
Further, since the main body 51 of the connector 50 is made of a conductive material, the two bus bar fitting contacts 52, 52 and these and the board fitting contact 53 are electrically connected. In addition, the main body 51 of the connector 50 is made of an insulator such as plastic, and a conductive member is inserted therein, thereby electrically connecting the bus bar fitting contacts 52, 52 to each other and the board fitting contact 53. May be.
[0030]
The connector 50 is fixed to the inner wall of the housing 30 that houses the battery module 1 as shown in FIG. A means for fixing the connector 50 to the inner wall of the housing 30 is not particularly limited. For example, when the plastic housing 30 is molded, the connector 50 can be fixed by inserting. Although only two opposing surfaces 30a and 30b of the housing 30 are shown in the figure, six connectors 50 are fixed to the inner walls of the two housing surfaces 30a and 30b.
[0031]
The bus bar fitting contacts 52 and 52 of the connector 50 are fitted to the bus bars 20 and 22 of adjacent subassemblies so that the 11 subassemblies 1a, 1b... 1k are connected in series as a whole. Twelve connectors 50 are arranged for convenience by six.
[0032]
This configuration will be described more specifically with reference to FIG. In the figure, 12 connectors are identified as 50a, 50b,.
[0033]
First, the positive bus bar 20 of the uppermost subassembly 1a is connected to a positive terminal 31 for a load such as a motor or a generator, and is connected to a connector 50a provided on the uppermost stage of the housing surface 30b on the front side. However, the positive-side bus bar 20 of the subassembly 1a does not need to be connected in series with the negative-side bus bar 22 of the adjacent sub-assembly 1b, so that it is simply connected to one of the two bus bar fitting contacts 52 of the connector 50. It is only necessary to make it fit.
[0034]
The negative bus bar 22 of the same subassembly 1a is fitted to the bus bar fitting contact 52 on the upper side of the connector 50b provided on the uppermost stage of the housing surface 30a. Then, in order to connect the uppermost subassembly 1a and the next-stage subassembly 1b in series, the positive busbar 20 of the next-stage subassembly 1b is fitted to the busbar fitting contact 52 on the lower side of the connector 50b. .
[0035]
Further, the negative bus bar 22 of the subassembly 1b is fitted to the bus bar fitting contact 52 on the upper side of the connector 50c provided on the second stage of the housing surface 30b on the front side of the figure, and the subassembly 1b and the next stage are connected to the subassembly 1b. In order to connect the sub-assembly 1c in series, the positive bus bar 20 of the next-stage sub-assembly 1c is fitted to the bus-bar fitting contact 52 on the lower side of the connector 50c. Similarly, the eleven sub-assemblies 1a, 1b,..., 1k positive bus bar 20 and negative electrode bus bar 22 are fitted into the twelve bus bar fitting contacts 52, 52 of twelve connectors 50a, 50b,.
[0036]
FIG. 8 is a view taken along the line VIII of FIG. 5, FIG. 9 is a view taken along the line IX, and FIG. The negative electrode bus bar 22 of the lowermost subassembly 1k is connected to the negative electrode terminal 32 for a load such as a motor or a generator, and is not connected to the adjacent upper subassembly 1j, so the positive electrode of the uppermost subassembly 1a. Similar to the bus bar 20, it is only necessary to fit the bus bar fitting contact 52 of the connector 50l.
[0037]
In the battery module 1 in which 11 subassemblies 1a, 1b,..., 1k are stacked and connected in series as described above, the bus bars 20 and 22 used for connecting the four thin batteries 10 in parallel and the connector 50 are connected to the voltage. Shared for detection lines. That is, when the stacked battery modules 1 shown in FIG. 5 are accommodated in the housing 30, twelve convenient connectors 50a, 50b,..., 50l fixed to the housing surfaces 30a, 30b facing each other. The battery control board 40 is fitted to the board fitting contact 53. At this time, six connection portions (contact points) 41 are formed at both ends of the battery control board 40, and the connection portions 41 and the board fitting contacts 53 are electrically connected.
[0038]
The battery control board 40 has a predetermined pattern formed on an insulating board, and is mounted with a microcomputer 43 for detecting the voltage of the battery module 1 and executing control. In this example, six and twelve connection portions 41 are formed on each side edge of the insulating substrate, and each connection portion 41 is electrically connected to a predetermined terminal of the microcomputer 43. Patterned.
[0039]
Incidentally, in order to detect each voltage of the eleven subassemblies 1a, 1b,... Composed of four thin batteries 10, from the positive terminal 104 of the eleven subassemblies, as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. Voltage signal and a voltage signal from the negative terminal of the subassembly 1k located at the end are required.
[0040]
Further, in the battery module 1 configured to be stacked as shown in FIG. 5, the bus bar 20 that connects the positive terminal 104 of the uppermost subassembly 1a and the negative terminal 105 of the lowermost subassembly 1k are connected. Since the bus bar 22 is connected to a load such as a motor or a generator, when the battery module 1 is housed in the housing 30, the two positive terminals and the negative terminal are respectively connected to the outside of the housing 30. Connect to exposed terminals 31 and 32. In the figure, only the positive electrode side 31 is shown, and the negative electrode side terminal 32 is provided below the opposite surface of the housing surface 30a. In FIG. 5, the housing surfaces other than the housing surfaces 30a and 30b are omitted.
[0041]
As described above, in the battery module 1 according to the present embodiment, when the voltages of the subassemblies 1a, 1b,..., 1k are detected, the battery control is performed via the connector 50 without using the bus bars 20 and 22. Since it is configured to be connected to the connection portion 41 of the substrate 40, the conventional signal wiring is not required, and the operation of signal wiring and the layout of the signal wiring are remarkably simplified. Such an effect becomes more prominent as the number of batteries 10 constituting the battery module 1 increases.
[0042]
In addition, when conventional signal wiring is used, there is a problem in the accuracy of the detection signal because the signal voltage drops or varies due to non-uniformity or variation in the length of the signal wiring or contact loss at the connection portion. In the battery module of this embodiment, the bus bars 20 and 22 are uniform in length, and the number of connecting portions is one, so that the accuracy of the detection signal is remarkably improved.
[0043]
Furthermore, in the conventional type, the voltage detection wiring that sends a relatively high voltage detection signal affects the temperature detection line and control line that sends the low voltage signal, and this has an adverse effect on the temperature detection signal and control signal. However, in the battery module 1 of the present embodiment, the bus bars 20 and 22 themselves are used as the voltage detection lines, so that the influence is eliminated.
[0044]
In addition, when the battery module 1 is mounted on a vehicle, additional parts and the like are required for countermeasures against interference and disconnection due to vibration during traveling, but in the battery module 1 of the present embodiment, the bus bars 20 and 22 are used as voltage detection lines. These measures are unnecessary because they are used.
[0045]
Further, in the present embodiment, the connectors 50a, 50b,... 50l are used to connect the subassemblies 1a, 1b,..., 1k in series with each other. It can be as simple as As a result, space saving and cost reduction by sharing parts can be achieved.
[0046]
The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
[0047]
In the above-described embodiment, the bus bars 20 and 22 are used for voltage detection. However, the bus bars 20 and 22 can also be used for battery temperature detection and battery control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a thin battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side view showing a thin battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a partially exploded perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing a connector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a three-side view showing the connector according to the embodiment of the present invention.
8 is a view taken along arrow VIII in FIG.
FIG. 9 is a view taken along arrow IX in FIG. 5;
10A is a plan view showing the entire thin battery according to the embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a sectional view taken along line BB in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery module 1a, 1b ..., 1k ... Subassembly 10 ... Thin battery 101 ... Positive electrode plate 102 ... Separator 103 ... Negative electrode plate 104 ... Positive electrode terminal 104a ... Positive electrode side current collection part 105 ... Negative electrode terminal 106 ... Upper battery exterior 107 ... Lower battery exterior 109 ... Power generation element 20 ... Positive electrode side bus bar 22 ... Negative electrode side bus bar 30 ... Case 40 ... Battery control board 41 ... Connector 43 ... Microcomputer 50 ... Connector 51 ... Body 52 ... Bus bar fitting contact 53 ... Fitting board Joint

Claims (6)

正極端子と負極端子とが電池外装の外周部の対向する端縁から導出する薄型電池が複数並設され、これら薄型電池それぞれの正極端子又は負極端子の一方の同極端子同士が一対のバスバーにより電気的に並列接続され、これら薄型電池及びバスバー対からなるサブアッセンブリが複数積層されて電気的に直列接続された薄型電池モジュールであって、
前記サブアッセンブリが積層された状態において、前記サブアッセンブリの積層方向に隣接する2つのバスバーの端部が並行して嵌合可能な、電気的に接続された2つのバスバー嵌合接点と、これら2つのバスバー嵌合接点に電気的に接続され、前記薄型電池を制御する電池制御基板の接続部に嵌合可能な基板嵌合接点とを有するコネクタを複数備え、
一のサブアッセンブリのバスバーの端部と、これに前記積層方向に隣接する他のサブアッセンブリのバスバーの端部とが、前記コネクタのバスバー嵌合接点に嵌合されて前記複数のサブアッセンブリが電気的に直列接続されるとともに、前記電池制御基板の接続部が前記複数のコネクタの基板嵌合接点に嵌合されている薄型電池モジュール。
A plurality of thin batteries, in which a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are led out from opposite edges of the outer periphery of the battery exterior, are arranged in parallel, and one of the same polar terminals of each of the thin batteries is connected by a pair of bus bars. A thin battery module that is electrically connected in parallel, and in which a plurality of subassemblies consisting of these thin batteries and bus bar pairs are stacked and electrically connected in series,
In the state where the subassemblies are stacked, two electrically connected busbar fitting contacts that can be fitted in parallel at the ends of two busbars adjacent in the stacking direction of the subassemblies, A plurality of connectors that are electrically connected to one bus bar fitting contact and have a board fitting contact that can be fitted to a connection portion of a battery control board that controls the thin battery;
An end of the bus bar of one subassembly and an end of the bus bar of another subassembly adjacent thereto in the stacking direction are fitted to the busbar fitting contact of the connector so that the plurality of subassemblies are electrically connected. The battery module is connected in series, and the battery control board connection portion is fitted to the board fitting contacts of the plurality of connectors.
前記コネクタのバスバー嵌合接点と基板嵌合接点とはそれぞれ前記バスバーが嵌合可能な溝状とされるとともに、互いに略直角に設けられている請求項1記載の薄型電池モジュール。The thin battery module according to claim 1, wherein the bus bar fitting contact and the board fitting contact of the connector are each formed in a groove shape into which the bus bar can be fitted, and are provided substantially at right angles to each other. 前記電池制御基板は、前記サブアッセンブリの積層方向に沿った面に設けられている請求項1又は2記載の薄型電池モジュール。The thin battery module according to claim 1, wherein the battery control board is provided on a surface along a stacking direction of the sub-assemblies. 前記サブアッセンブリが複数積層されて筐体内に収容され、前記コネクタが前記筐体の内壁に設けられている請求項1乃至3の何れかに記載の薄型電池モジュール。The thin battery module according to claim 1, wherein a plurality of the subassemblies are stacked and accommodated in a housing, and the connector is provided on an inner wall of the housing. 前記電池制御基板の接続部は、当該接続部に接続されたバスバーの電位を検出する手段を構成する請求項1乃至4の何れかに記載の薄型電池モジュール。The thin battery module according to any one of claims 1 to 4, wherein the connection part of the battery control board constitutes means for detecting a potential of a bus bar connected to the connection part. 前記バスバーは、平板状に形成されている請求項1乃至5の何れかに記載の薄型電池モジュール。The thin battery module according to claim 1, wherein the bus bar is formed in a flat plate shape.
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