(57)【要約】【課題】複数の電池が電気的に並列に接続された電池モジュールでは、各電池に入出力する電流値にばらつきが生じるため、各電池の劣化状態も不均一となる。よって、電池モジュールとしてのサイクル寿命特性も低下する。【解決手段】電池モジュールは、複数の電池の各電極端子に接続された正極外部端子及び負極外部端子を具備し、電池は、当該電池を経由して前記正極外部端子と前記負極外部端子とを結ぶ電流経路が長くなるにつれて、当該電池の電気抵抗値が小さくなるように配置する。よって、各電池の入出力電流を均一化することができる。【選択図】図２
2013097879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池が電気的に並列に接続された電池モジュールであって、
前記電池モジュールは、前記複数の電池の各電極端子と電気的に導通する正極外部端子及び負極外部端子を具備し、
前記電池は、当該電池を経由して前記正極外部端子と前記負極外部端子とを結ぶ電流経路が長くなるにつれて、当該電池の電気抵抗値が小さくなるように配置されることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記電池は、開口部を有する電池ケースに発電要素を収容し、前記開口部を前記発電要素と電気的に接続された封口板で封口することにより構成されており、
前記電池は、当該電池を経由して前記正極外部端子と前記負極外部端子とを結ぶ電流経路が長くなるにつれて、当該電池の封口板の抵抗値が小さくなるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記封口板は、前記発電要素と接続されるフィルタと、前記電池の電極端子となる端子キャップと、前記フィルタと前記端子キャップの間に介在して、それらと導通する弁体とを少なくとも備え、
前記電極端子、前記フィルタ、及び前記弁体の少なくともいずれかの抵抗値によって、前記封口板の抵抗値を制御することを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記封口板は、当該封口板の抵抗値を制御するスペーサを備え、
前記スペーサの抵抗値によって、前記封口板の抵抗値を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記封口板は、当該封口板を構成する部品の材料によって抵抗値を制御することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記封口板は、当該封口板を構成する部品の厚みによって抵抗値を制御することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュールに関し、特に複数の電池を並列に接続した電池モジュールにおけるサイクル寿命特性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省資源や省エネルギーの観点から、繰り返し使用できるニッケル水素、ニッケルカドミウムやリチウムイオンなどの二次電池への需要が高まっている。中でもリチウムイオン二次電池は、軽量でありながら、起電力が高く、高エネルギー密度であるという特徴を有している。そのため、携帯電話やデジタルカメラ、ビデオカメラ、ノート型パソコンなどの様々な種類の携帯型電子機器や移動体通信機器の駆動用電源としての需要が拡大している。
【０００３】
一方、化石燃料の使用量を低減させるためやＣＯ２の排出量を削減するために、自動車などのモータ駆動用の電源として、あるいは家庭用や産業用との電源として電池モジュールへの期待が大きくなっている。このような電池モジュールは、所望の電圧や容量を得るために、複数の電池を並列又は直列に接続して構成される。しかしながら、複数の電池を並列に接続する場合、各電池と接続されるバスバーは、電池との接続部と外部端子との距離が、各電池によって異なるため、内部抵抗に差が生じる。したがって、各電池への入出力電流が不均一となり、特定の電池セルで劣化しやすくなるため、電池モジュールとしてのサイクル寿命が短くなってしまう。
【０００４】
このような問題を解決し、バスバーの内部抵抗の差を低減するために、例えば、外部端子からの距離の増加に伴い、バスバーの断面積が増加するように構成した電池パックが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−５１９６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような構成によって、バスバーの内部抵抗の差を低減した場合は、バスバーの形状が複雑になり、また電池の配置もバスバーの形状によって制限されるため、電池モジュールの小型化やサイズ変更が困難となる。また、バスバーの断面積の増加により、電池モジュールの重量が増加してしまうといった問題もあった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、より簡易な構造で入出力電流の不均一性を解消した電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の電池が電気的に並列に接続された電池モジュールであって、前記電池モジュールは、前記複数の電池の各電極端子と電気的に導通する正極外部端子及び負極外部端子を具備し、前記電池は、当該電池を経由して前記正極外部端子と前記負極外部端子とを結ぶ電流経路が長くなるにつれて、当該電池の電気抵抗値が小さくなるように配置されることを特徴とする。
【０００９】
このような構成とすることで、より簡易な構造で、電池モジュール内の各電池に対する
入出力電流の不均一性を解消することができ、サイクル寿命特性に優れた電池モジュールを提供することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、より簡易な構造で、各電池における入出力電流を均一化し、サイクル寿命特性に優れた電池モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池モジュールを構成する電池の断面図
【図２】本発明の一実施形態に係る電池モジュールの（ａ）斜視図、及び（ｂ）側面図
【図３】本発明の他の実施形態に係る電池モジュールの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態における電池モジュールに使用する電池１００の構成を示した断面図である。なお、本発明の電池モジュールに使用する電池１００は、ノート型パソコン等の携帯用電子機器の電源として単体でも使用できる電池であってもよい。この場合、高性能の汎用電池を、電池モジュールの電池として使用することができるため、電池モジュールの高性能化、低コスト化をより容易に図ることができる。
【００１４】
なお、本発明において、「電池モジュール」とは、複数の電池を電気的に接続した電池の集合体をいう。従って、本発明における「電池モジュール」は、電池の集合体を単独で使用するもの、あるいは、複数の電池の集合体をさらに接続して使用するもの等、その利用形態は問わない。
【００１５】
本発明の電池モジュールに使用する電池１００は、例えば、図１に示すような、円筒形のリチウムイオン二次電池を用いることができる。以下、図１を参照しながら、電池１００の具体的な構成を説明する。なお、本発明の電池モジュールに使用される電池１００は、以下の実施形態に限定されない。
【００１６】
図１に示すように、正極１と負極２とがセパレータ３を介して捲回された電極群４が、非水電解液（不図示）とともに電池ケース７に収容され、電極群４の上側には、上部絶縁板９、下側には下部絶縁板１０が配されている。電池ケース７の開口部は、ガスケット１１を介して封口板１６により封口され、これにより電極群４および非水電解液は電池ケース７の内部に密閉される。
【００１７】
封口板１６は、フィルタ１２、インナーキャップ１３、弁体１４、スペーサ１５及び端子キャップ８により構成される。端子キャップ８、スペーサ１５、及び弁体１４は、それらの周縁部で接続している。また、弁体１４とインナーキャップ１３とはそれらの中央部で接続している。さらにインナーキャップ１３とフィルタ１２とはそれらの周縁部で接続している。以上の結果、端子キャップ８とフィルタ１２とは導通している。
【００１８】
また、封口板１６は、電池異常時の安全性機構を有している。すなわち、電池１００に内部短絡等が発生して、電池１００内の圧力が上昇すると、弁体１４が端子キャップ８に向かって膨れ、インナーキャップ１３と弁体１４との接合が外れることで、電流経路が遮断される。
【００１９】
正極１は、正極リード５を介してフィルタ１２と接続され、端子キャップ８が正極端子となっている。一方、負極２は、負極リード６を介して電池ケース７の底面に接合されている。電池ケース７の外側面は、絶縁材（不図示）で覆われており、電池ケース７の底面が負極端子となっている。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態における電池モジュール２００の（ａ）斜視図、及び（ｂ）側面図である。図２に示したように、一列に配列された複数の電池１００ａ〜１００ｊは、それぞれ正極端子となる端子キャップ８が正極バスバー２０に接続され、負極端子となる電池ケース７の底部が負極バスバー２１に接続されることで、電気的に並列に接続されている。正極バスバー２０、及び負極バスバー２１は、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、等の板状の良導電体からなる。
【００２１】
正極バスバー２０及び負極バスバー２１の一方の長手端部には、電池モジュール２００を、他の電池モジュールや、負荷と接続する正極外部端子２２及び負極外部端子２３が備えられる。よって、正極外部端子２２及び負極外部端子２３は、正極バスバー２０及び負極バスバー２１を介して、それぞれの電池１００の正極端子及び負極端子と導通している。
【００２２】
ここで、電池モジュール２００を構成する複数の電池の電気抵抗値は異なっており、電池を経由して正極外部端子２２と負極外部端子２３とを結ぶ電流経路が長くなるにつれて、その電池の電気抵抗値が小さくなるように配列される。したがって、例えば、正極外部端子２２及び負極外部端子２３の近くに配置される電池１００ａと比較して、遠くに配置される電池１００ｊは、電気抵抗値の低い電池が配置される。なお、本発明において
「電気抵抗値」とは、交流抵抗値を意味している。
【００２３】
このような構成とすることで、電池モジュール２００内において、正極外部端子２２と負極外部端子２３とを結ぶ電流経路が長くなり、バスバーの抵抗値が高くなる位置には、電気抵抗値の低い電池が配置される。したがって、電池モジュール２００内の複数の電池を経由する入出力電流が、より均一化されるため、特定の電池の劣化が抑制され、電池モジュールとしてのサイクル寿命特性を向上することができる。
【００２４】
本発明において、電気抵抗値の異なる電池を作製する方法は、特に限定されるものではない。例えば、封口板１６を構成する部品や電池ケース７において、その材料や寸法を適宜変更することで、封口板１６や電池ケース７の抵抗値を制御し、電池としての電気抵抗値を設定することができる。また、正負極を構成する材料の選択、正負極の寸法設計、及び正負極の集電設計によっても、電池の電気抵抗値を設定することが可能である。
【００２５】
その中でも、封口板１６を構成する部品の抵抗値を制御することで、電池１００の電気抵抗値の異なる電池を作製することが好ましい。このような構成によれば、封口板１６を変更するのみで電池１００の電気抵抗値が制御でき、電流の不均一性が解消されるため、より容易に電池モジュール２００のサイクル寿命を向上することができる。また、封口板１６の抵抗値を制御することで、各電池の電極群４に流れる電流が均一化されるため、各電池の発熱量も均等化できる。したがって、電池モジュールとしての温度バラツキを低減することが可能となり、温度バラツキによる特定の電池の劣化も抑制できるため、電池モジュールのサイクル寿命特性を、より向上することが可能となる。
【００２６】
上記、封口板１６を構成する部品の抵抗値を制御する具体的な方法としては、例えば端子キャップ８の厚みを制御する方法があげられる。その場合、電池モジュール内の電池において、正極外部端子２２と負極外部端子２３を結ぶ電流経路が短い電池１００ａでは、端子キャップ８の厚みを厚くすることで封口板１６の抵抗値を高くし、電流経路が長い電
池１００ｊでは、端子キャップ８の厚みを薄くすることで封口板１６の抵抗値を低くする。ここで、電池１００ａ〜１００ｊは、連続的に封口板１６の抵抗値が低くなるように構成されていてもよく、一定個数ごとに、段階的に封口板１６の抵抗値が低くなるように構成されていてもよい。また、最も封口板１６の抵抗値が低い電池１００ｊの端子キャップ８の厚みは、０．０１〜３ｍｍが好ましく、最も封口板１６の抵抗値が高い電池１００ａの端子キャップ８の厚みは、０．０１２〜８ｍｍが好ましい。また、電池の配列において、最も厚い端子キャップ８の厚みｄｌは、最も薄い端子キャップ８の厚みｄｓに対して、例えばｄｌ＝ｄｓ×（１．２〜２．６）が好ましく、ｄｌ＝ｄｓ×（１．４〜２．２）とすることがさらに好ましい。
【００２７】
なお、端子キャップ８の厚みによって抵抗値を制御する場合、端子キャップ８の全体の厚みを各電池で相対的に変えてもよく、各電池において厚みを変える箇所を部分的に設けてもよい。具体的には、電池ケース７の開口部によってかしめ封口される封口板１６の周縁部の厚みは、各電池で一定とし、その他の部分の厚みを適宜設定することで、電池の組立工程における生産性を向上することができる。
【００２８】
また、端子キャップ８の材料を各電池で変えることによっても、封口板１６の抵抗値を制御することができる。通常、端子キャップ８は、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄等の良導電体から構成される。よって、これらの材料を電池毎に選択、又は組み合わせることにより、正極外部端子２２と負極外部端子２３を結ぶ電流経路が短い電池１００ａに用いる端子キャップ８の抵抗値Ｒａに対し、電流経路が長い電池１００ｊに用いる端子キャップ８の抵抗値Ｒｊが、Ｒａ＞Ｒｊとなるようにして、各電池における電極群に流れる電流を均等化することもできる。このように端子キャップ８の材料を変える場合は、各電池で封口板の形状を一定にすることが可能となり、電池モジュールの構造をより簡易化することができる。なお、端子キャップ８において、その材料および厚みをともに各電池で変えることにより、封口板の抵抗値を設定してもよい。
【００２９】
各電池の封口板１６の抵抗値は、封口板１６を構成するスペーサ１５によって制御してもよい。スペーサ１５によって抵抗値を設定する場合も、スペーサ１５の厚みや材料で抵抗値を制御することができる。スペーサ１５の材料としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄等の良電導性の金属を用いることができ、耐腐食性の観点から、特にニッケルを用いることが好ましい。また、導電性材料と樹脂材料との複合体によって構成することも可能である。スペーサ１５の抵抗値は、スペーサ１５を構成する金属の選定や組み合わせによって制御することができ、複合体の場合は、導電性材料や樹脂材料の選定、組み合わせ、及び配分比率によって制御することができる。
【００３０】
なお、封口板１６の抵抗値は、その他の構成部品によっても、同様に制御することが可能である。
【００３１】
図３は、本発明の他の実施形態に係る電池モジュールの斜視図を示している。本発明に係る電池モジュールは、一列に配列されるものに限定されるものではなく、図３のように二次元に配列されるものも含まれる。図３の電池モジュール３００は、複数個（図３では５０個）の電池１００と、正極バスバー２０及び、負極バスバー２１とを含んでいる。正極バスバー２０は、全ての電池１００の正極端子と接続されている。負極バスバー２１は、全ての電池１００の負極端子と接続されている。正極バスバー２０と、負極バスバー２１とは、離間されている。つまり、全ての電池１００は、正極バスバー２０及び負極バスバー２１により並列に接続されている。また、正極バスバー２０及び負極バスバー２１の一方の端部には、電池モジュール３００を、他の電池モジュールや、負荷と接続される正極外部端子２２及び負極外部端子２３が備えられる。よって、正極外部端子２２及び負極外部端子２３は、正極バスバー２０及び負極バスバー２１を介して、電池モジュール３０
０内の電池の正極端子及び負極端子と導通している。
【００３２】
ここで、本発明の電池モジュール３００では、正極外部端子２２及び負極外部端子２３の近くに配列した複数の電池１００ａ（図３では５個）と、遠くに配列した複数の電池１００ｊ（図３では５個）とでは、電気抵抗値が異なっており、電池１００ｊの電気抵抗値は、電池１００ａと比較して低くなっている。
【００３３】
このような構成とすることで、複数の電池を二次元に配列した電池モジュール３００においても、正極外部端子２２と負極外部端子２３とを結ぶ電流経路が長く、バスバーの抵抗値が高くなる位置には、電気抵抗値が低い電池が配置されるため、電池モジュール内の複数の電池を経由する入出力電流をより均一にすることができる。したがって、特定の電池での劣化を抑制し、電池モジュールにおけるサイクル寿命特性を向上することが可能となる。
【００３４】
なお、電池モジュール３００における正極外部端子２２及び負極外部端子２３の位置を考慮し、配列した複数の電池１００ａの中でも各電池で電気抵抗値を変えてもよく、正極外部端子２２と負極外部端子２３とを結ぶ電流経路が長く、バスバーの抵抗値が高くなる位置には、より電気抵抗値が低い電池が配置されるよう構成してもよい。
【００３５】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。
【００３６】
上記実施形態においては、電池１００を円筒のリチウムイオン二次電池としたが、これ以外の二次電池（例えばニッケル水電池）であってもよく、また角型であってもよい。
【００３７】
また、本実施形態において、複数の電池として同一形状の円筒形電池を用いた電池モジュールを説明したが、それに限定されるものではなく、例えば角形電池のみで構成されていてもよく、円筒形電池と角形電池を組み合わせて構成されていてもよい。また、並列に接続される電池は、単独の電池でもよく、複数の電池が電気的に接続されるものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、携帯型電子機器、移動体通信機器又は車両等の駆動用電源として有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１      正極
２      負極
３      セパレータ
４      電極群
５      正極リード
６      負極リード
７      電池ケース
８      端子キャップ
９      上部絶縁板
１０    下部絶縁板
１１    ガスケット
１２    フィルタ
１３    インナーキャップ
１４    弁体
１５    スペーサ
１６    封口板
２０    正極バスバー
２１    負極バスバー
２２    正極外部端子
２３    負極外部端子
１００  電池
２００、３００  電池モジュール
【図１】
2013097879.tif 000003
【図２】
2013097879.tif 000004
【図３】
2013097879.tif 000005