JP4052421B2

JP4052421B2 - 組電池

Info

Publication number: JP4052421B2
Application number: JP2000182193A
Authority: JP
Inventors: 英彦田島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: JP2002008605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム二次電池などの電力貯蔵体を結束した電力貯蔵体モジュールを組み合わせてなる組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、充電及び放電を繰り返して直流電力を貯蔵し、必要に応じて外部に直流電流を供給することが可能な電源として、二次電池と呼ばれる電池が広く使用されている。特に、携帯電話、デジタルカメラ、そしてノートブック型パーソナルコンピュータなどの電子機器分野においては、小型化、薄型化、軽量化の促進とともにその生産が増加し、また、電源となる二次電池の使用量も急増している。
【０００３】
このような状況の中で電源となる二次電池にも高性能化が求められ、鉛蓄電池やニッケルカドミウム電池に代わる高エネルギー密度電池として、リチウム二次電池が開発され広く普及してきている。このリチウム二次電池は、上述した電子機器向けの小型で小容量のものにとどまらず、たとえば工場や病院などの非常電源設備や電力貯蔵設備用として、あるいは電気自動車の動力用として、大型で大容量のものも開発されている。図６は、大型二次電池の構成例として、箱型のリチウム二次電池を示したものである。ここで、図中の符号１はケース、２は正極、３は負極、４はセパレータ、５は正極端子、６は負極端子、７は安全弁、１０はリチウム二次電池を示しており、ケース１内には電解液（図示省略）が充填されている。このリチウム二次電池１０では、ケース１内において正極２、セパレータ４、負極３、セパレータ４、正極２、セパレータ４、負極３・・・の順に多数積層され、全ての正極２及び負極３がそれぞれ並列に接続されている。また、各正極２は正極端子５に接続され、同じく各負極３は負極端子６にそれぞれ接続されている。すなわち、正極２、セパレータ４及び負極３により構成された多数の単位電池が、ケース１内に全て並列に接続された構成となっている。
【０００４】
このように構成されたリチウム二次電池は、図７に示すように複数個を組み合わせた二次電池モジュール１３として使用されることが多い。二次電池モジュール１３は、枠体としてのモジュールフレーム１４を備え、モジュールフレーム１４内に二次電池１０がその正極端子５と負極端子６とを交互に向けて一列に並べられて収容されている。これにより、各二次電池１０が固定された状態となっている。両端部に位置する正極端子５と負極端子６のそれぞれ一つは、二次電池モジュールの正極端子１３ａおよび負極端子１３ｂとして使用され、残りの正極端子５および負極端子６は、隣接する二次電池１０の負極端子６および正極端子５とそれぞれ結線手段１５により導通状態で接続されている。図８に上記二次電池モジュール１３を模式的に示した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
さて、二次電池モジュール１３は、さらに複数個を直列に接続した組電池として用いられる場合がある。その場合、設置容積を最小にするため、横方向に密着させて接続する。このとき、３個以上を直列に接続して組電池を構成しようとすると、図９に示すように、正極端子１３ａと負極端子１３ｂとが大きく離間してしまい、これらを接続する結線手段１５’が長くなり、結線抵抗が生じるという問題があった。さらには、他の電極端子１３ａ’、１３ｂ’を跨いで結線しなければならないため、結線ミス、短絡の原因となっていた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、複数個を並べて使用する場合に結線距離を最短にすることができる電力貯蔵体モジュールを組み合わせた組電池の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、複数の電力貯蔵体がモジュールフレームによって互いに結束された電力貯蔵体モジュールを組み合わせてなる組電池において、前記電力貯蔵体は各々一対の貯蔵体電極端子を備え、少なくとも２以上の前記電力貯蔵体が前記貯蔵体電極端子を介して直列に接続されて一組の単位列を構成し、該単位列が並行に偶数組設けられて前記電力貯蔵体モジュールを構成するとともに、該電力貯蔵体モジュールの四隅に位置した前記単位列端部の前記貯蔵体電極端子がモジュール電極端子とされ、前記電力貯蔵モジュールを同じ姿勢で配置し、隣り合う前記電力貯蔵モジュール間の正極端子及び負極端子間を接続して直列回路を形成したことを特徴とする。
【０００８】
この組電池では、電力貯蔵体モジュールの四隅に位置してモジュール電極端子が合計４つ存在する。このことにより、いかなる方向に隣接して電力貯蔵体モジュール同士を配設しても、常にモジュール電極端子同士が対向状態となるため、これらモジュール電極端子同士の結線距離を短くすることができる。このモジュール電極端子は、次のいずれかの接続に用いられる。すなわち、隣接する単位列のモジュール電極端子との接続、他の電力貯蔵体モジュールのモジュール電極端子との接続、および放電先（受電元）との接続である。また、このモジュール電極端子は、同単位列内の他の貯蔵体電極端子とは接続されておらず、従って、電力貯蔵モジュールを同じ姿勢で配置し、隣り合う電力貯蔵モジュール間の正極端子及び負極端子間を接続し、結線距離を最短とした直列回路の組電池を形成することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の組電池において、前記電力貯蔵体モジュールのモジュール電極端子は、２個のモジュール正極端子と２個のモジュール負極端子であり、これらモジュール正極端子の対及びモジュール負極端子の対は、それぞれ電極貯蔵体モジュール上面の対角線上に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
複数の電力貯蔵体モジュールを、その姿勢を同じくして隣接配置する場合、いかなる方向に隣接させても、常にモジュール正極端子とモジュール負極端子とが対向する。したがって、このモジュール正極端子とモジュール負極端子とを最短距離で結線することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の組電池において、前記電力貯蔵体モジュールの前記各単位列を構成する前記電力貯蔵体の配設方向は、該電力貯蔵体の前記一対の貯蔵体電極端子同士を結ぶ直線延長上に沿っていることを特徴とする。
【００１２】
この電力貯蔵体モジュールにおいては、並行に設けられた二組の単位列間の距離が最短となる。したがって、隣接する単位列のモジュール電極端子間の結線距離が最短となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３いずれかに記載の組電池において、前記電力貯蔵体の前記一対の貯蔵体電極端子は、貯蔵体正極端子及び貯蔵体負極端子であり、隣接する電力貯蔵体は、互いに前記貯蔵体正極端子と前記貯蔵体負極端子とを近接させて配置されていることを特徴とする。
【００１４】
この組電池の電力貯蔵体モジュールにおいて、一つの単位列の中では、隣り合う電力貯蔵体は常にその貯蔵体正極端子と貯蔵体負極端子とが対向状態となるので、この貯蔵体正極端子と貯蔵体負極端子とを最短距離で結線することができる。また、隣り合う単位列同士では、それぞれのモジュール正極端子とモジュール負極端子とが各々対向状態となるので、これらモジュール正極端子とモジュール負極端子との結線距離を短くすることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４いずれかに記載の組電池において、前記電力貯蔵体は、リチウム二次電池であることを特徴とする。
【００１６】
すなわち、大型で大容量のモジュールとして使用されることが多いリチウム二次電池に適用することが特に有効である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態について説明する。図１に示したものは、リチウム二次電池（電力貯蔵体）１０が複数結束された二次電池モジュール（電力貯蔵体モジュール）２０である。（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）を模式的に示した上面図である。リチウム二次電池１０自体の構成は従来（図６参照）と同一であるので、その説明を省略する。
二次電池モジュール２０は、少なくとも２以上のリチウム二次電池１０がそれぞれの正極端子（貯蔵体正極端子）５と負極端子（貯蔵体負極端子）６とを介して直列に接続されて一組の単位列２０ａを構成し、この単位列２０ａと並行にもう一つの単位列２０ｂが設けられている。これら単位列２０ａと２０ｂとがモジュールフレーム１６により結束されている。このモジュールフレーム１６は、各リチウム二次電池１０を収容すると共に結束する枠体である。
【００１８】
一つの単位列２０ａ（２０ｂ）においては、各々のリチウム二次電池１０の正極端子５と負極端子６とを対向させた状態で、二つのリチウム二次電池１０がともに正極端子５と負極端子６とを結ぶ直線延長上に配置されている。また、単位列２０ａと単位列２０ｂとでは、リチウム二次電池１０の向きが相互に逆であり、単位列２０ａのリチウム二次電池１０の正極端子５と負極端子６が、それぞれ単位列２０ｂのリチウム二次電池１０の負極端子６と正極端子５とに対向している。各単位列２０ａ、２０ｂにおいて、各リチウム二次電池１０が正極端子５と負極端子６との間を結線する結線手段１５を介して直列に接続されている。この直列回路の末端となる正極端子５および負極端子６がそれぞれ２個ずつ存在するが、これら正極端子５の対および負極端子６の対は、モジュール正極端子２１およびモジュール負極端子２２として、それぞれ二次電池モジュール２０上面の対角線上の四隅に位置している。
【００１９】
このように構成された二次電池モジュール２０は、図２乃至図４に示すように組み合わせられた組電池として使用される。なお、これら図においては二次電池モジュール２０は互いに離間した状態で示されているが、実際には互いに当接されて使用される。
図２は二次電池モジュール２０を縦方向及び横方向にそれぞれ２個ずつ配置した組電池３０の例である。各二次電池モジュール２０の姿勢は全て同じ向きであって、一つの二次電池モジュール２０のモジュール正極端子２１と、隣接する二次電池モジュール２０のモジュール負極端子２２とが紙面上で上下左右方向に近接した状態となっている。そして、（１）隣り合う二次電池モジュール２０のモジュール正極端子２１とモジュール負極端子２２とを適宜接続し、また、（２）一つの二次電池モジュール２０内でモジュール正極端子２１とモジュール負極端子２２とを適宜接続することによって、直列回路が構成されている。図２の組電池３０の場合、組電池３０全体を一つの電池として考えたときの正極端子３１および負極端子３２は、一つの二次電池モジュール２０内に位置している。
図３は二次電池モジュール２０を前後方向に並べた組電池３５、図４は二次電池モジュール２０を横方向に並べた組電池３６である。これらの組電池３５，３６においても、組電池３０と同様に、各二次電池モジュール２０の姿勢は全て同じ向きであって、（１）隣り合う二次電池モジュール２０のモジュール正極端子２１とモジュール負極端子２２とを適宜接続し、また、（２）一つの二次電池モジュール２０内でモジュール正極端子２１とモジュール負極端子２２とを適宜接続することによって、直列回路が構成されている。
【００２０】
以上の本例の二次電池モジュール２０においては、複数並べて組電池３０，３５，３６として使用する際に、結線されるモジュール正極端子２１とモジュール負極端子２２とが最短距離に位置しているから、二次電池モジュール２０，２０間の結線距離が最短となって、結線抵抗を抑えることができる。また、従来の二次電池モジュール２０では、図９に示すように電極端子を跨いで結線を行わなければならなかった。しかし、本例では隣接するモジュール電極端子同士を結線すればよいので、結線ミス、結線同士の短絡も防ぐことができる。また、複数の二次電池モジュール２０を並べると、常にモジュール正極端子２１とモジュール負極端子２２とが隣り合う。したがって、組電池を形成する際に二次電池モジュール２０の配置の自由度を向上させることができる。さらにまた、図２，図４の例では、組電池３０，３６全体を一つの電池として考えたときの正極端子３１および負極端子３２は、一つの二次電池モジュール２０に位置している。このように、二次電池モジュール２０の配置によっては、正極端子３１および負極端子３２を接近させることが可能であり、配線が容易となる。
【００２１】
なお、上記においては、単位列２０ａ、２０ｂは、各々２個のリチウム二次電池１０を備えていることとしたが、これに限るものではなく、図５の二次電池モジュール２０’のようにリチウム二次電池１０をそれぞれ３つずつ備えた単位列２０ａ’、２０ｂ’としてもよい。さらには、それぞれ４つ以上備えるようにしてもよい。また、単位列は２組に限らず、偶数からなる複数組であればよい。また、単位列を構成する二次電池の配設方向は、必ずしも二次電池の正極と負極とを結ぶ直線上に沿っている必要はない。例えば円筒型の二次電池を用いる場合、単位列内における二次電池配設方向に対して、正極と負極とを結ぶ直線を傾けて配置することで、電極間の結線を最短にすることができる場合がある。さらにまた、電力貯蔵体としてリチウム二次電池を挙げて説明したが、これに限らずその他の電池、コンデンサであってもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の組電池においては、電力貯蔵体モジュールを複数並べて使用する際に、結線されるモジュール電極端子同士が最短距離に位置しているから、結線距離が最短となって、結線抵抗を抑えることが可能である。また、従来の二次電池モジュールでは電極端子を跨いで結線を行わなければならなかったが、本発明の組電池においては、隣接するモジュール電極端子同士を結線すればよいので、結線ミス、結線同士の短絡も防ぐことが可能である。また、組電池の正極端子及び負極端子を同一の電力貯蔵体モジュールに配置することもできるので、組電池に対する外部配線を容易にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における二次電池モジュールを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）を模式的に示した上面図である。
【図２】同二次電池モジュールを用いた組電池の上面図である。
【図３】同二次電池モジュールを用いた組電池の上面図である。
【図４】同二次電池モジュールを用いた組電池の上面図である。
【図５】本発明の他の実施形態として示した二次電池モジュールの上面図である。
【図６】リチウム二次電池の構成を示す一部を破断した斜視図である。
【図７】従来の二次電池モジュールの斜視図である。
【図８】図７を模式的に示した上面図である。
【図９】従来の二次電池モジュールを用いた組電池の上面図である。
【符号の説明】
５正極端子（貯蔵体正極端子）
６負極端子（貯蔵体負極端子）
１０リチウム二次電池（電力貯蔵体）
１６モジュールフレーム
２０、２０’ 二次電池モジュール（電力貯蔵体モジュール）
２０ａ、２０ｂ単位列
２１モジュール正極端子
２２モジュール負極端子

Claims

複数の電力貯蔵体がモジュールフレームによって互いに結束された電力貯蔵体モジュールを組み合わせてなる組電池において、
前記電力貯蔵体は各々一対の貯蔵体電極端子を備え、少なくとも２以上の前記電力貯蔵体が前記貯蔵体電極端子を介して直列に接続されて一組の単位列を構成し、該単位列が並行に偶数組設けられて前記電力貯蔵体モジュールを構成するとともに、該電力貯蔵体モジュールの四隅に位置した前記単位列端部の前記貯蔵体電極端子がモジュール電極端子とされ、
前記電力貯蔵モジュールを同じ姿勢で配置し、隣り合う前記電力貯蔵モジュール間の正極端子及び負極端子間を接続して直列回路を形成したことを特徴とする組電池。
請求項１に記載の組電池において、前記電力貯蔵体モジュールのモジュール電極端子は、２個のモジュール正極端子と２個のモジュール負極端子であり、これらモジュール正極端子の対及びモジュール負極端子の対は、それぞれ電極貯蔵体モジュール上面の対角線上に配置されていることを特徴とする組電池。
請求項１または２に記載の組電池において、前記電力貯蔵体モジュールの前記各単位列を構成する前記電力貯蔵体の配設方向は、該電力貯蔵体の前記一対の貯蔵体電極端子同士を結ぶ直線延長上に沿っていることを特徴とする組電池。
請求項１から３いずれかに記載の組電池において、前記電力貯蔵体の前記一対の貯蔵体電極端子は、貯蔵体正極端子及び貯蔵体負極端子であり、隣接する電力貯蔵体は、互いに前記貯蔵体正極端子と前記貯蔵体負極端子とを近接させて配置されていることを特徴とする組電池。
請求項１から４いずれかに記載の組電池において、前記電力貯蔵体は、リチウム二次電池であることを特徴とする組電池。