JP2006260967A

JP2006260967A - 電池モジュール

Info

Publication number: JP2006260967A
Application number: JP2005077406A
Authority: JP
Inventors: Isao Watanabe; 功渡辺; Toshikatsu Tejima; 俊克手嶋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: JP4457931B2

Abstract

【課題】電池セルを挟持し保持する枠体に、電池セルが積層する方向に対して交差する方向に外力が加わった場合であっても、電池セルをせん断することのない構造を備える電池モジュールを提供する。
【解決手段】第１枠体３１および終端枠体２１と、第２枠体４１とによってリチウムイオン電池セル１５が挟持された電池セル群８０Ａ，８０Ｂを備え、この電池セル群８０Ａ，８０Ｂが積層される構成を備えている。これにより、電池モジュール１０Ａに、電池セル１５の積層方向に対して交差する方向、つまりせん断方向に外力が加わっても、第１枠体３１および終端枠体２１に第２枠体４１が嵌め入れられていることから、第１枠体３１と第２枠体２１との間に位置ずれが生じることはない。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車等の車両に搭載される電池パックに採用される電池モジュールに関する。

近年、電動機を駆動源として用いる電気自動車や、駆動源としての電動機とその他の駆動源とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド電気自動車が実用化されてきている。このような車両においては、電動機にエネルギーである電気を供給するための電池が搭載される。この電池としては、たとえば、繰り返し充放電が可能なニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池、リチウムイオン電池などに代表される二次電池が用いられる。

二次電池は、電池セルを積層した電池モジュールにより構成されており、この電池モジュールが電池ケースの内部に収容された状態で自動車に搭載される。この電池ケースと、電池ケースの内部に収容された電池モジュールおよびその他の内部構成部品とを含めたものを電池パックと称する。

図７から図９は、背景技術におけるリチウムイオン電池を用いた電池パック１００Ｂの概略構成を示す図であり、図７は、電池パック１００Ｂの分解斜視図であり、一部内部構造を理解するために破断している。また、図８は、内部に収容される電池モジュール１０Ｄの部分断面図であり、図９は、内部に収容される電池モジュール１０Ｄの部分分解斜視図である。

図７に示すように、電池モジュール１０Ｄは、アッパーケース１とロワーケース２とを有する電池ケース内に収容されている。アッパーケース１とロワーケース２とは、ボルト（図示省略）等を用いて締結されている。電池モジュール１０Ｄは、図８および図９に示すように、電極がラミネートフィルムにより覆われた複数のリチウムイオン電池セル１５が積層状態で収容されている。個々のリチウムイオン電池セル１５は、このリチウムイオン電池セル１５のラミネートフィルムが溶着されたシール部１５ｅを側面側から取囲む第１枠体１２および第２枠体１３によりそれぞれ挟持されている。第１枠体１２は、リチウムイオン電池セル１５が接触して配置される領域を取囲むように配置され、第２枠体１３は、隣接するリチウムイオン電池セル１５の胴体部１５ｂを接触させず、リチウムイオン電池セル１５からの熱を放熱させるための冷却風通路Ａ１を規定するためのスリットバー１３ｃを有している。積層配置されるリチウムイオン電池セル１５の両端部には、終端枠体１１が配置され、この終端枠体１１にも、リチウムイオン電池セル１５からの熱を放熱させるための冷却風通路Ａ２を規定するためのスリットフレーム１１ｃが設けられている。

積層配置される複数の第１枠体１２、第２枠体１３、および、終端枠体１１は、拘束バンド５０により挟持されることで、リチウムイオン電池セル１５のシール部１５ｅが第１枠体１２、第２枠体１３、および、終端枠体１１により挟み込まれ、電池モジュール１０Ｄの形態が維持されることとなる。

ここで、電池モジュール１０は、リチウムイオン電池セル１５の積層方向においては、拘束バンド５０により挟持されているが、積層方向に対して交差する方向に大きな外力が加わった場合には、第１枠体１２、第２枠体１３、および、終端枠体１１が相互にずれる方向（せん断方向）に力が加わることになる。図８の断面図に示すように、リチウムイオン電池セル１５は各枠体にまたがって配置されていることから、各枠体が相互に大きくずれた場合には、各枠体の外周部においてリチウムイオン電池セル１５をせん断するおそれがある。

なお、下記特許文献１〜特許文献３には、ラミネートフィルムによりパックされた電池セルを、積層状態にして枠体により保持する技術が開示されている。しかし、いずれの特許文献にも、枠体がせん断方向に相互に大きくずれた場合に、各枠体の外周部において電池セルをせん断するおそれがある課題には言及していない。
特開２００２−３１９３８３号公報特開２００４−０６３３５２号公報特開２００２−０４２７５３号公報

この発明が解決しようとする課題は、電池セルを挟持し保持する枠体において、この枠体がせん断方向に相互に大きくずれた場合に、各枠体の外周部において電池セルをせん断するおそれがある点にある。したがって、この発明は、電池セルを挟持し保持する枠体に、電池セルが積層する方向に対して交差する方向に外力が加わった場合であっても、電池セルをせん断することのない構造を備える電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明に基づいた電池モジュールにおいては、電池パックを構成する電池ケース内に収容され、ラミネートフィルムにより覆われその周囲が溶着されたシール部を有する電池セルが複数積層状態で保持された電池モジュールであって、上記電池セルの上記シール部を一方の側面側から取囲む第１フレーム枠を有し、この第１フレーム枠には、上記シール部に側面側から当接する当接部と、上記シール部の端部を超えて上記電池セルの積層方向に延びる延長部とが設けられる第１枠体と、上記電池セルの上記シール部を他方の側面側から取囲む第２フレーム枠を有し、上記第１枠体の上記当接部とともに上記シール部を挟み込むとともに、上記延長部によって規定される上記第１枠体の内部空間内に嵌め入れられる第２枠体とを備え、上記第１枠体と上記第２枠体とによって上記電池セルが挟持された電池セル群が積層されている。

この発明に基づいた電池モジュールによれば、第１枠体と第２枠体とによって電池セルが挟持された電池セル群を備え、この電池セル群が積層される構成を備えている。これにより、電池モジュールに、電池セルの積層方向に対して交差する方向、つまりせん断方向に外力が加わっても、第１枠体に第２枠体が嵌め入れられていることから、第１枠体と第２枠体との間に位置ずれが生じることはない。その結果、第１枠体と第２枠体とにより挟持状態で保持された電池セルに、第１枠体と第２枠体との間に位置ずれによりせん断が生じることはなく、電池モジュール内において、安全な状態で電池セルを保持することが可能となる。

以下、本発明に基づいた電池モジュールの各実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、上記背景技術で説明した電池パックと同一または相当部分に関しては同一の参照番号を付して、重複する説明は繰り返さないこととする。また、本発明の特徴は、電池セルのシール部を両側から挟持する枠体の構造に特徴を有することから、以下の各実施の形態においては、この枠体の構造について詳細に説明する。また、二次電池の一例として、ラミネートフィルムで覆われた封止パック形状のリチウムイオン電池セル１５を用いるものとする。

（実施の形態１）
まず、図１から図３を参照して、本実施の形態における電池パックについて説明する。なお、図１は、本実施の形態における電池パック１００Ａの分解斜視図であり、一部内部構造を理解するために破断している。また、図２は、内部に収容される電池モジュール１０Ａの部分断面図であり、図３は、内部に収容される電池モジュール１０Ａの部分分解斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態における電池モジュール１０Ａは、アッパーケース１とロワーケース２とを有する電池ケース内に収容されている。電池モジュール１０Ａは、図２および図３に示すように、複数のリチウムイオン電池セル１５が積層状態で収容されている。個々のリチウムイオン電池セル１５は、このリチウムイオン電池セル１５のラミネートフィルムが溶着されたシール部１５ｅを側面側から取囲む第１枠体３１および第２枠体４１によりそれぞれ挟持されている。なお、最も端部に位置するリチウムイオン電池セル１５は、第１枠体３１と同等の機能を有する終端枠体２１および第２枠体４１により挟持されている。

第１枠体３１は、リチウムイオン電池セル１５のシール部１５ｅを一方の側面側から取囲む第１フレーム枠３１ａを有し、この第１フレーム枠３１ａには、シール部１５ｅに側面側から当接する当接部３１ｂと、シール部１５ｅの端部を超えてリチウムイオン電池セル１５の積層方向に延びる延長部３１ｃとが設けられている。これらの当接部３１ｂおよび延長部３１ｃは、第１フレーム枠３１ａの両側に設けられるとともに、第１フレーム枠３１ａの外周部を取囲むようにして設けられている。さらに、この第１枠体３１には、リチウムイオン電池セル１５の胴体部１５ｂとの当接領域に、冷却風を通過させる冷却風通路Ａ１を形成するための冷却風通路形成部を規定するスリットバー３１ｅが設けられ、第１フレーム枠３１ａの外周面には、冷却風通路Ａ１に連通する冷却風通過用孔３１ｈが設けられている。また、リチウムイオン電池セル１５を横方向に２つ配置するため、中央領域を仕切る補助フレーム３１ｄが設けられている。

また、第２枠体４１は、リチウムイオン電池セル１５のシール部１５ｅを他方の側面側から取囲む第２フレーム枠４１ａと、中央領域を仕切る補助フレーム４１ｂとが設けられ、第１枠体３１の当接部３１ｂとともにシール部１５ｅを挟み込むとともに、延長部３１ｃによって規定される第１枠体３１の内部空間内に嵌め入れられる形状を有している。したがって、延長部３１ｃの内面によって規定され形状と、第２枠体４１の外周面によって規定され形状とは、略同一の形状となる。上記構成からなる第１枠体３１と第２枠体４１とによってリチウムイオン電池セル１５が挟持された電池セル群８０Ｂが構成されることとなる。

また、終端枠体２１も、第１枠体３１と同様に、リチウムイオン電池セル１５のシール部１５ｅを一方の側面側から取囲む終端フレーム枠２１ａを有し、この終端フレーム枠２１ａには、シール部１５ｅに側面側から当接する当接部２１ｂと、シール部１５ｅの端部を超えてリチウムイオン電池セル１５の積層方向に延びる延長部２１ｃとが設けられている。さらに、終端枠体２１にも、リチウムイオン電池セル１５の胴体部１５ｂとの当接領域に、冷却風を通過させる冷却風通路Ａ２を形成するための冷却風通路形成部を規定するスリットフレーム２１ｅが設けられ、終端フレーム枠３１ａの外周面には、冷却風通路Ａ１に連通する冷却風通過用孔２１ｈが設けられている。この終端枠体２１の延長部２１ｃの内面によって規定される形状も、第２枠体４１の外周面によって規定され形状と、略同一の形状となる。上記構成からなる終端枠体２１と第２枠体４１とによってリチウムイオン電池セル１５が挟持された電池セル群８０Ａが構成されることとなる。

以上の構成に基づき、両端部に電池セル群８０Ａを配置し、その間に電池セル群８０Ｂを複数積層配置し、拘束バンド５０により挟持されることで、図１に示すような、本実施の形態における電池モジュール１０Ａの形態が維持されることとなる。

以上、本実施の形態に基づいた電池モジュール１０Ａによれば、第１枠体３１および終端枠体２１と、第２枠体４１とによってリチウムイオン電池セル１５が挟持された電池セル群８０Ａ，８０Ｂを備え、この電池セル群８０Ａ，８０Ｂが積層される構成を備えている。これにより、電池モジュール１０Ａに、電池セル１５の積層方向に対して交差する方向、つまりせん断方向に外力が加わっても、第１枠体３１および終端枠体２１に第２枠体４１が嵌め入れられていることから、第１枠体３１および終端枠体２１と第２枠体４１との間に位置ずれが生じることはない。その結果、第１枠体３１および終端枠体２１と第２枠体４１とにより挟持状態で保持されたリチウムイオン電池セル１５に、第１枠体３１および終端枠体２１と第２枠体４１との間に位置ずれによりせん断が生じることはなく、電池モジュール１０Ａ内において、安全な状態でリチウムイオン電池セル１５を保持することが可能となる。

（実施の形態２）
次に、図４および図５を参照して、本実施の形態における電池パックについて説明する。なお、図４は、電池パック内部に収容される本実施の形態における電池モジュール１０Ｂの部分断面図であり、図５は、電池パック内部に収容される本実施の形態における電池モジュール１０Ｂの部分分解斜視図である。

本実施の形態における電池モジュール１０Ｂの基本的構成は、上記実施の形態１における電池モジュール１０Ａと同じであり、相違点は、図４および図５に示すように、積層方向に隣接する電池セル群８０Ａ，８０Ｂにおいて、隣接する第２枠体が共通化されている。具体的には、本実施の形態における第２枠体６１は、図４の断面図に示すように、隣接する第１枠体３１と終端枠体２１との間、および、隣接する第１枠体３１と第１枠体３１との間において、両方の枠体の内部空間内に共通に嵌め入れられる形状を有している。

以上、本実施の形態に基づいた電池モジュール１０Ｂにおいても、上記実施の形態１における電池モジュール１０Ｂと同様の作用効果を得ることができる。さらに、積層方向に隣接する電池セル群８０Ａ，８０Ｂにおいて、隣接する第２枠体６１が共通に用いられていることにより、部品点数の削減を図るとともに、第２枠体６１が電池セル群８０Ａ，８０Ｂ同士の連結部材を構成することとなるため、電池モジュール１０Ｂのせん断方向の剛性を高めることも可能となる。

図６は、上記電池モジュール１０Ｂの変形例である電池モジュール１０Ｃの断面構造を示すものであり、電池モジュール１０Ｂと同様に、第２枠体７１が共通に用いられているとともに、さらに、リチウムイオン電池セル１５の胴体部１５ｂとの当接領域に、冷却風を通過させる冷却風通路Ａ１を形成するための冷却風通路形成部を規定するスリットバー７１ｅが設けられている。このように、冷却風通路Ａ１を形成することで、リチウムイオン電池セル１５の冷却効果をさらに高めることが可能となる。

なお、上記各実施の形態において、冷却風通路形成部を規定する構成を採用しているが、本発明の特徴は、電池モジュールにおいて、第１枠体（終端枠体を含む）と、第２枠体とによって電池セルが挟持された電池セル群を備え、この電池セル群が積層される構成にある。したがって、冷却風通路形成部を有さない電池モジュールの構成の採用も可能である。また、リチウムイオン電池セルに限らず、同等の構成を備える電池セルに対して、本発明を適用することが可能である。

よって、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明に基づいた実施の形態１における電池パックの分解斜視図である。本発明に基づいた実施の形態１における電池パックの内部に収容される電池モジュールの部分断面図である。本発明に基づいた実施の形態１における電池パックの内部に収容される電池モジュールの部分分解斜視図である。本発明に基づいた実施の形態２における電池パックの内部に収容される電池モジュールの部分断面図である。本発明に基づいた実施の形態２における電池パックの内部に収容される電池モジュールの部分分解斜視図である。本発明に基づいた実施の形態２の他の形態における電池パックの内部に収容される電池モジュールの部分断面図である。背景技術における電池パックの分解斜視図である。背景技術における電池パックの内部に収容される電池モジュールの部分断面図である。背景技術における電池パックの内部に収容される電池モジュールの部分分解斜視図である。

符号の説明

１アッパーケース、２ロワーケース、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ電池モジュール、１５リチウムイオン電池セル、１５ｂ胴体部、１５ｅシール部、２１終端枠体、２１ａ終端フレーム枠、２１ｂ当接部、２１ｃ延長部、３１，６１，７１第２枠体、３１ａ第１フレーム枠、３１ｂ当接部、３１ｃ延長部、３１ｄ補助フレーム、３１ｅ，７１ｅスリットバー、３１ｈ冷却風通過用孔、４１第２枠体、４１ａ第２フレーム枠、４１ｂ補助フレーム、５０拘束バンド、８０Ａ，８０Ｂ電池セル群、１００Ａ電池パック、Ａ１，Ａ２冷却風通路。

Claims

電池パックを構成する電池ケース内に収容され、ラミネートフィルムにより覆われその周囲が溶着されたシール部を有する電池セルが複数積層状態で保持された電池モジュールであって、
前記電池セルの前記シール部を一方の側面側から取囲む第１フレーム枠を有し、この第１フレーム枠には、前記シール部に側面側から当接する当接部と、前記シール部の端部を超えて前記電池セルの積層方向に延びる延長部とが設けられる第１枠体と、
前記電池セルの前記シール部を他方の側面側から取囲む第２フレーム枠を有し、前記第１枠体の前記当接部とともに前記シール部を挟み込むとともに、前記延長部によって規定される前記第１枠体の内部空間内に嵌め入れられる第２枠体と、を備え、
前記第１枠体と前記第２枠体とによって前記電池セルが挟持された電池セル群が積層されている、電池モジュール。
前記第１枠体は、前記電池セルの胴体部との当接領域に、冷却風を通過させる冷却風通路形成部を有する、請求項１に記載の電池モジュール。
積層方向に隣接する前記電池セル群において、隣接する前記第２枠体が共通化されている、請求項１または２に記載の電池モジュール。
前記第２枠体は、前記電池セルの胴体部との当接領域に、冷却風を通過させる冷却風通路形成部を有する、請求項３に記載の電池モジュール。