(57)【要約】【課題】二次電池や電極端子を不要に変形させることなく、安定的に低い抵抗で二次電池と充放電装置とを接続可能な二次電池モジュールを開示する。【解決手段】複数の積層単位を積層してなる二次電池モジュールであって、各々の前記積層単位が、非導電性のプレート部材と、前記プレート部材に固定された少なくとも一つの導電部材と、前記プレート部材に積層された二次電池とを備え、前記二次電池の側面から少なくとも一つの電極端子が突出しており、少なくとも一つの前記電極端子が少なくとも一つの前記導電部材に対して面接触しつつ固定されている、二次電池モジュールとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の積層単位を積層してなる二次電池モジュールであって、
各々の前記積層単位が、非導電性のプレート部材と、前記プレート部材に固定された少なくとも一つの導電部材と、前記プレート部材に積層された二次電池とを備え、
前記二次電池の側面から少なくとも一つの電極端子が突出しており、少なくとも一つの前記電極端子が少なくとも一つの前記導電部材に対して面接触しつつ固定されている、
二次電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は複数の二次電池を積層した二次電池モジュールを開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２には、並列させた複数の二次電池を含む二次電池モジュールであって、複数の二次電池の電極端子を、外部の充放電装置に接続された複数のチャック部によって個々に挟み込む旨が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１０２８８３号公報
【特許文献２】特開２０１２−００３９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電極端子をチャック部で挟み込む構造では、個々の単電池における電極端子とチャック部との間の接触圧や接触抵抗のばらつきが大きくなる虞がある。斯かる実情に鑑み、本願は、電極端子と電極端子と接触する導電部材との間の接触圧や接触抵抗のばらつきを抑制可能な二次電池モジュールを開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願は、上記課題を解決するための手段の一つとして、複数の積層単位を積層してなる二次電池モジュールであって、各々の前記積層単位が、非導電性のプレート部材と、前記プレート部材に固定された少なくとも一つの導電部材と、前記プレート部材に積層された二次電池とを備え、前記二次電池の側面から少なくとも一つの電極端子が突出しており、少なくとも一つの前記電極端子が少なくとも一つの前記導電部材に対して面接触しつつ固定されている、二次電池モジュールを開示する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の二次電池モジュールによれば、電極端子と電極端子と接触する導電部材との間の接触圧や接触抵抗のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】二次電池モジュール１００の構成を説明するための概略図である。
【図２】二次電池モジュール１００を構成する積層単位５０の構成を説明するための概略図である。
【図３】プレート部材１０の構成を説明するための概略図である。図２の紙面上下方向をプレート部材１０の上面−底面方向、紙面奥手前方向をプレート部材１０の側面−側面方向、紙面左右方向をプレート部材１０の正面−背面方向と仮定した場合、（Ａ）が側面図、（Ｂ）が上面図、（Ｃ）が正面図、（Ｄ）が底面図である。
【図４】導電部材２０の構成を説明するための概略図である。図２の紙面上下方向を導電部材２０の上面−底面方向、紙面奥手前方向を導電部材２０の側面−側面方向、紙面左右方向を導電部材２０の正面−背面方向と仮定した場合、（Ａ）が側面図、（Ｂ）が上面図、（Ｃ）が正面図、（Ｄ）が底面図である。
【図５】二次電池３０の構成を説明するための概略図である。図２の紙面上下方向を二次電池３０の上面−底面方向、紙面奥手前方向を二次電池３０の側面−側面方向、紙面左右方向を二次電池３０の正面−背面方向と仮定した場合、（Ａ）が側面図、（Ｂ）が上面図、（Ｃ）が正面図、（Ｄ）が底面図である。
【図６】二次電池モジュール１００の積層単位５０を製造する工程（プレート部材１０への導電部材２０の固定）について説明するための概略図である。
【図７】二次電池モジュール１００の積層単位５０を製造する工程（プレート部材１０への二次電池３０の積層及び二次電池３０の電極端子３１の導電部材２０への固定）について説明するための概略図である。
【図８】二次電池モジュール２００の構成を説明するための概略図である。
【図９】二次電池モジュール２００を構成する積層単位５０の構成を説明するための概略図である。
【図１０】二次電池モジュール３００に備えられる導電部材２０の構成を説明するための概略図である。
【図１１】二次電池モジュール３００の機能について説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
１．二次電池モジュール１００
図１に二次電池モジュール１００の構成を概略的に示す。また、図２に二次電池モジュール１００を構成する積層単位５０の構成を概略的に示す。図１に示すように、二次電池モジュール１００は、複数の積層単位５０、５０、…を積層してなる。また、図２に示すように、各々の積層単位５０が、非導電性のプレート部材１０と、プレート部材１０に固定された少なくとも一つの導電部材２０と、プレート部材１０に積層された二次電池３０とを備える。さらに、図２に示すように、二次電池３０の側面から少なくとも一つの電極端子３１が突出しており、少なくとも一つの電極端子３１が少なくとも一つの上記導電部材２０に対して面接触しつつ固定されている。
【０００９】
１．１．プレート部材１０
図３にプレート部材１０の構成を概略的に示す。図３に示すように、プレート部材１０はある程度の厚みを有する板状の部材である。図３に示すように、プレート部材１０は、一面側に凸部１１と凹部１２とを有し、他面側は全面が平坦とされていてもよい。このようなプレート部材１０を用いて積層単位５０を構成する場合、図２に示すように、プレート部材１０の凸部１１に導電部材２０が配置され、凹部１２に二次電池３０が配置され得る。プレート部材の大きさ（積層面側の面積）や厚みについては特に限定されるものではなく、目的とするモジュールの大きさ等に応じて適宜決定すればよい。二次電池３０を容易に配置及び拘束可能とする観点からは、プレート部材１０の積層面側の面積が二次電池３０の積層面の面積よりも大きくてもよい。また、十分な剛性等を確保する観点からは、プレート部材１０の厚みが４ｍｍ以上２５ｍｍ以下であってもよい。
【００１０】
プレート部材１０には導電部材２０等を固定するための孔（不図示）が設けられていてもよい。プレート部材１０における孔の場所は特に限定されるものではなく、プレート部材１０の一方面でも他方面でも側面でもよい。図２に示すようにプレート部材１０の凸部１１に導電部材２０を固定する場合は、当該凸部１１の一部又はプレート部材１０の側面のうち凸部１１と隣接する部分に孔が設けられていてもよい。
【００１１】
プレート部材１０は非導電性材料からなる。非導電性材料の具体例としては各種樹脂やセラミック等が挙げられる。このような非導電性材料からなるプレート部材１０は、導電性部材２０及び二次電池３０の位置決め部材として機能し得るほか、異常時における電池の発熱による熱伝導や延焼等を防止する部材としても機能し得る。
【００１２】
図３に示す形態は、本開示の二次電池モジュールにおいて採用され得るプレート部材の一形態に過ぎない。本開示の二次電池モジュールにおいて、プレート部材の形状は、図３に示すような形状に限定されるものではなく、例えば、凹凸を有さない平板状やこれ以外の形状であってもよい。
【００１３】
１．２．導電部材２０
図４に導電部材２０の構成を概略的に示す。図４に示すように、導電部材２０は、プレート部材１０へと固定される第１の固定部２１と、二次電池３０の電極端子３１が固定される第２の固定部２２とを有していてもよい。この場合、図２及び４に示すように、導電部材２０の第１の固定部２１には、当該導電部材２０をプレート部材１０に対して固定部材４１（例えばボルト）で固定するための貫通孔２１ａが設けられていてもよく、導電部材２０の第２の固定部２２には、当該導電部材２０に対して電極端子３０を固定するための螺子部２２ａが設けられていてもよい。また、この場合、図４に示すように、導電部材２０の第１の固定部２１の固定面と第２の固定部２２の固定面とが、プレート部材１０の端部の形状と対応するように、略直交するように構成されていてもよい。すなわち、導電部材２０は側面形状において略Ｌ字状とされていてもよい。
【００１４】
導電部材２０は導電性材料からなる。導電性材料の具体例としては各種金属等が挙げられる。このような導電性材料からなる導電部材２０に二次電池３０の電極端子３１が固定されることで、導電部材２０を介して二次電池３０の充放電を行うことができる。すなわち、充放電装置の端子を導電部材２０に押し当てながら二次電池３０の充放電を行うことができる。
【００１５】
プレート部材１０に固定される導電部材２０の数は特に限定されるものではなく、二次電池３０の端子３１の数や形状に応じて適宜決定すればよい。プレート部材１０において導電部材２０が固定される箇所についても、二次電池３０の端子３１の位置等に応じて適宜決定すればよい。
【００１６】
図４に示す形態は、本開示の二次電池モジュールにおいて採用され得る導電部材の一形態に過ぎない。本開示の二次電池モジュールにおいて、導電部材の形状は、図４に示すような形状（略Ｌ字状）に限定されるものではなく、例えば、コ字状や曲がりのない平板状やこれ以外の形状であってもよい。また、導電部材をプレート部材に固定する方法は上記したようなボルト４１による固定に限定されるものではない。ナットによる固定、接着材による固定、嵌合による固定等、種々の固定方法を採用可能である。固定をより容易とする観点からは、ボルト４１による固定が好ましい。この場合、後述するように、プレート部材に対して導電部材を完全には固定せず、多少動けるようにしてもよい。
【００１７】
１．３．二次電池３０
図５に二次電池３０の構成を概略的に示す。二次電池３０はその側面から突出する少なくとも一つの電極端子３１を有し、当該電極端子３１を介して外部へと電力を取り出すことが可能なものであればよい。例えば、図５に示すように、二次電池３０は、正極端子３１ａ及び負極端子３１ｂを有していてもよい。正極端子３１ａ及び負極端子３１ｂは、図５に示すように、二次電池３０の一つの側面から各々同じ方向に突出していてもよいし、後述するように、二次電池３０の異なる側面から各々異なる方向に突出していてもよい。尚、二次電池３０の「側面」とは、積層単位５０の積層方向に実質的に沿った面をいう。すなわち、二次電池３０は、積層方向と交差する積層面（プレート部材に積層される面）と、積層方向に実質的に沿った側面とを有する。「二次電池３０の側面から突出した電極端子３１」とは、電極端子３１が積層方向と交差する方向に突出していることをいう。以下、同様である。
【００１８】
二次電池３０は電解液系の二次電池であっても固体電池であってもよい。後述するように、二次電池モジュール１００に拘束部材６０を設けた場合、当該拘束部材６０からの拘束圧によって二次電池３０の内部抵抗等を容易に低下させることができる。すなわち、二次電池３０として固体電池を採用した場合も拘束圧を調整することで電池性能を向上させ易い。
【００１９】
二次電池３０の内部構成（正極、電解質、負極等）については公知のものと同様とすればよい。例えば、公知のリチウムイオン二次電池と同様の構成とすることができる。二次電池３０の外部構成についても公知のものと同様とすればよい。例えば、二次電池３０は外装体によって包装されていてもよい。外装体としてはラミネートフィルム等を採用可能である。
【００２０】
二次電池３０の電極端子３１の材料や形状は特に限定されるものではなく、公知の端子と同様とすればよい。例えば、銅やアルミニウム等からなる金属板や金属箔とすることが可能である。尚、アルミニウムからなる端子は、表面に酸化皮膜が形成されて抵抗の上昇を招き易いという課題があるが、本開示の二次電池モジュールにおいては、電極端子３１が導電部材１０に面接触しつつ固定されており、電極端子３１と導電部材１０との間の抵抗を低下させ易い。
【００２１】
二次電池３０の電極端子３１は導電部材２０に対して面接触しつつ固定される限り、その固定方法は特に限定されるものではない。例えば、電極端子３１を導電部材２０の表面に面接触させつつ締め込んで固定してもよい。具体的には、図２に示すように、電極端子３１は導電部材２０に対してボルト又はナットから選ばれる固定部材４２によって締め込まれて固定されていてもよい。例えば、上述した導電部材２０の第２の固定部２２に設けられた螺子部２２ａに電極端子３１を差し込み、ナット４２によって締め込んでもよい。このように電極端子３１と導電部材２０とを締め込みによって固定することで、電極端子３１と導電部材２０との間の抵抗を一層低下させることができ、大電流が流れた場合においても固定部の発熱を抑えることができる。また、充放電装置を用いて導電部材２０を介して二次電池３０の充放電を行う場合に、二次電池３０の性能が低下し難い。
【００２２】
ボルト又はナットから選ばれる固定部材４２を用いて電極端子３１を導電部材２０に対して締め込んで固定する場合、当該固定部材４２は電極端子３１と接触する部分に凹凸を有することが好ましい。これにより、電極端子３１の表面に酸化皮膜が形成されていた場合でも、当該酸化皮膜を固定部材４２によって容易に破ることができる。また、固定部材４２を用いて電極端子３１を導電部材２０に対して締め込んで固定する場合、ワッシャーを用いることが好ましい。ワッシャーを用いることで、電極端子３１に対する不要な破損を防止し易くなる。また、緩みを防止することもできる。ワッシャーを用いる場合、当該ワッシャーが電極端子３１と接触する部分に凹凸を有することが好ましい。これにより、電極端子３１の表面に酸化皮膜が形成されていた場合でも、当該酸化皮膜をワッシャーによって容易に破ることができる。
【００２３】
１．４．積層単位５０
積層単位５０は、上記したプレート部材１０と、プレート部材１０に固定された少なくとも一つの導電部材２０と、プレート部材１０の一方面に積層された二次電池３０とを有して構成される。このような積層単位５０は、例えば、図６及び７に示す手順で容易に製造することができる。すなわち、図６に示すように、プレート部材１０の凸部１１に導電部材２０、２０の第２の固定部２２が配置されるように、当該導電部材２０、２０の第１の固定部２１をプレート部材１０の一部（例えばプレート部材１０の側面のうち凸部１１に隣接する側面の一部）にボルトやナット等の固定部材４１によって固定する。その後、図７に示すように、プレート部材１０の凹部１２に二次電池３０を積層しつつ、二次電池３０から突出した電極端子３１を導電部材２０の第２の固定部２２にボルトやナット等の固定部材４２によって面接触させつつ固定する。このようにして、積層単位５０を構成することで、従来のチャック部の挟み込み機構のような複雑な機構を要することなく、例えば、充放電装置の端子を導電部材２０に押し当てることで、二次電池３０の充放電が可能である。また、プレート部材１０によって二次電池３０と導電部材２０との位置決めが可能であることから、電極端子３１と導電部材２０との位置ズレを回避し易い。さらに、電極端子３１が導電部材２０の表面形状に沿って面接触により固定されており、電極端子３１と導電部材２０との接触圧や接触抵抗のばらつきを低減し易い。
【００２４】
１．５．その他の構成
二次電池モジュール１００は、上記の積層単位５０が複数積層されてなる。例えば、図１に示すように、一の積層単位５０の一方面側（積層電池３０側）に他の積層単位５０の他方面側（積層電池３０とは反対側）を積層し、２つのプレート部材１０、１０の間に一つの二次電池３０が挟み込まれるようにしてもよい。
【００２５】
尚、図１においては、複数の積層単位５０の各々の一方面側のみに二次電池３０が配置されるようにして、当該複数の積層単位５０が同じ向きを向くように積層した形態を示したが、本開示の二次電池モジュールはこの形態に限定されるものではない。二次電池３０、３０同士が向かい合うように積層単位５０、５０を積層してもよい。
【００２６】
また、図１においては、複数の積層単位５０の各々の一方面側のみに二次電池３０を積層した形態を示したが、本開示の二次電池モジュールはこの形態に限定されるものではない。積層単位５０の両面に二次電池３０が積層されていてもよい。この場合、積層単位５０の他方面側に積層された二次電池３０は、一方面側に積層された二次電池３０と同様に、電極端子３１が導電部材２０に面接触しつつ固定されていてもよい。
【００２７】
さらに、図１においては、複数の積層単位５０、５０、…が互いに直接接触するように積層された形態について示したが、本開示の二次電池モジュールはこの形態に限定されるものではない。複数の積層単位５０、５０、…の間に何らかの中間部材が挟み込まれていてもよい。例えば、上記課題を解決できる範囲で、積層単位５０とは異なる形態の積層単位が挟み込まれていてもよい。
【００２８】
図１に示すように、二次電池モジュール１００は拘束部材６０を備えていてもよい。具体的には、複数の積層単位５０、５０、…に対して、積層方向両側から拘束部材６０による拘束圧が付与されていてもよい。これにより、二次電池モジュール１００の取り扱いが容易となるほか、拘束圧による電池の内部抵抗の低下等も期待できる。拘束部材６０の形態は特に限定されるものではない。例えば、図１に示すように、二次電池モジュール１００において積層単位５０、５０、…の積層方向両端側を挟む板状部６０ａ、６０ａと当該板状部６０ａ、６０ａを連結する棒状部６０ｂと棒状部６０ｂに連結されネジ構造等によって板状部６０ａ、６０ａの間隔を調整する調整部６０ｃとを備える拘束部材６０が挙げられる。或いは、弾性部材による弾性圧を利用した拘束部材等を用いてもよい。
【００２９】
２．二次電池モジュール２００
図８及び９に二次電池モジュール１００の変形例である二次電池モジュール２００の構成を概略的に示す。図８においては、分かり易さのため、拘束部材６０を省略して示している。二次電池モジュール２００において、二次電池モジュール１００と同様の部材については同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。図８及び９に示すように、二次電池モジュール２００は、二次電池モジュール１００と比較して、二次電池３０から突出する電極端子３１の形態や、導電部材２０の位置や数が異なっている。
【００３０】
図８及び９に示すように、二次電池モジュール２００を構成する積層単位５０においては、プレート部材１０に固定される導電部材２０が電圧測定用と電流測定用とに分けられている。具体的には、プレート部材１０に電流測定用導電部材２０ａと電圧測定用導電部材２０ｂとが別々に固定されており、二次電池３０から突出する正極端子３１ａが一の電流測定用導電部材２０ａ及び一の電圧測定用導電部材２０ｂとに固定され、負極端子３１ｂが他の電流測定用導電部材２０ａ及び他の電圧測定用導電部材２０ｂとに固定されている。
【００３１】
このように電流測定用導電部材２０ａと電圧測定用導電部材２０ｂとを分けて設けることで、各々の二次電池の電圧を高精度に測定することができ、高精度の充放電試験が可能となる。
【００３２】
３．二次電池モジュール３００
図１０に二次電池モジュール１００の変形例である二次電池モジュール３００に備えられる導電部材２０の構成を概略的に示す。また、図１１に二次電池モジュール３００の機能を示す。図１１においては二次電池モジュール３００のうち一部の部材のみを抽出して示している。二次電池モジュール３００において、二次電池モジュール１００と同様の部材については同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００３３】
図１０及び１１に示すように、二次電池モジュール３００は、二次電池モジュール１００と比較して、導電部材２０の第１の固定部２１に設けられた孔２１ａの形状が異なっている。具体的には、プレート部材１０に対して導電部材２０を固定部材４１によって固定した場合に、導電部材２０がプレート部材１０の厚み方向（二次電池モジュールにおける積層方向）にスライド可能なように、導電部材２０に設けられる孔２１ａが、プレート部材１０の幅方向（二次電池モジュールにおける積層方向と直交する方向）よりも、プレート部材１０の厚み方向に長い。
【００３４】
或いは、プレート部材１０に対して導電部材２０を固定部材４１によって固定した場合に、導電部材２０がプレート部材１０の幅方向（二次電池モジュールにおける積層方向と直交する方向）にスライド可能なように、導電部材２０に設けられる孔２１ａが、プレート部材１０の厚み方向（二次電池モジュールにおける積層方向）よりも、プレート部材１０の幅方向（二次電池モジュールにおける積層方向と直交する方向）に長くてもよい。また、プレート部材１０に対して導電部材２０を固定部材４１によって固定した場合に、導電部材２０がプレート部材１０の厚み方向及び幅方向の双方にスライド可能なように、導電部材２０に設けられる孔２１ａが、固定部材４１の挿入部（螺子部）よりも大きくてもよい。
【００３５】
図１１に示すように、導電部材２０がプレート部材１０に対してスライド可能なように、固体部材４１と導電部材２０とのクリアランスを残しつつ導電部材２０をプレート部材１０に固定することで、電極端子３１の位置のばらつきを吸収することができ、より安定的な接触抵抗が得られる。
【００３６】
４．補足
本開示の二次電池モジュールは、例えば、特開２０１３−２１９９８６号公報や特許第５３１２０００号公報等に開示されたような充放電装置の各端子を二次電池モジュールの各々の導電部材２０、２０、…に押し当てながら、各々の二次電池３０、３０、…の充放電を行うことが可能である。本開示の二次電池モジュールによれば、モジュール内に組み込まれた導電部材２０が端子として機能し、電池３０や電極端子３１を不要に変形させることなく、安定的に低い抵抗で電池３０と充放電装置とを接続可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本開示の二次電池モジュールは、例えば、車搭載用等の大型電源として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  プレート部材
２０  導電部材
３０  二次電池
４１  固定部材
４２  固定部材
５０  積層単位
６０  拘束部材
１００、２００、３００  二次電池モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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