JP2010086773A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池セルを容易に固定するとともに、信頼性の高い電池モジュールを提供する。
【解決手段】電池セル１０および電池セル１０を収容するケース２０を備えた複数のセルユニットが結合された電池モジュールであって、ケース２０は、電池セル１０を収容する空間部２０Ｘと、空間部２０Ｘを囲む複数の壁板と、を備え、複数の壁板は対向する一対の第１壁板対２１Ａ、２１Ｂを備え、第１壁板対２１Ａ、２１Ｂのそれぞれの壁板は、端辺から第１壁板対２１Ａ、２１Ｂの面方向に突出する凸部２２と、凸部２２と嵌合するように構成された凹部２４とを備え、凸部２２と凹部２４とが嵌合することによって複数のセルユニットが結合されている電池モジュール。
【選択図】 図３

Description

この発明は、電池モジュールに係り、特に、リチウムイオン電池などに代表される非水電解液を用いた二次電池（セル）をケースに収容したものを複数の配列した状態で固定した電池モジュールに関する。

近年、非水系二次電池、特にリチウムイオン二次電池は、高電圧、高エネルギー密度を有することから、コードレス携帯型電子機器の電源、さらには電気自動車などの車両駆動用の電源などとして注目されている。

電気自動車等に用いられる車載用の二次電池は、汎用性を高めるため電池セルを複数個、直列や並列に接続した電池モジュールを構成し、この電池モジュールを複数個組み合わせて電池パックとして搭載されている。

例えば、特許文献１には、発電要素を封止する外装材から電極端子を外部に導出して形成される扁平型電池を複数積層して筐体に収納した組電池が開示されている。

複数の電池モジュールを組み合わせた電池パックは、限られたスペースに納める必要があるとともに、電池パックの重量が自動車等の性能に影響すること等から、小型、軽量化が必須である。
特開平２００７−６６７６１号公報

上記の特許文献１に記載されたように、電池パックを構成する電池モジュールが複雑な構成になると、部品点数の増加により電池パックの重量増加を招くだけでなく、更には組立時間の増大につながることがあった。さらに、二次電池と、二次電池を収容するケースとを接着剤等により固定すると、異なる材料同士を接着固定することとなり、固定の信頼性が低下することがあった。

この発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、複数の電池セルを容易に固定するとともに、信頼性の高い電池モジュールを提供することを目的とする。

この発明の第１の態様による電池モジュールは、電池セルと、前記電池セルを収容するケースと、を備えた複数のセルユニットが並んで結合された電池モジュールであって、前記ケースは、前記電池セルを収容する空間部と、前記空間部を囲む複数の壁板と、を備え、前記複数の壁板は対向する一対の第１壁板対を備え、前記第１壁板対のそれぞれの壁板は、端辺から前記第１壁板対の面方向に突出する凸部と、前記凸部と嵌合するように構成された凹部とを備え、前記凸部と前記凹部とが嵌合することによって複数のセルユニットが結合されている。

この発明によれば、複数の電池セルを容易に固定するとともに、信頼性の高い電池モジュールを提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る電池モジュールについて図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る電池モジュールは、電池セル１０と、電池セル１０を収容するケース２０とを有している。

電池セル１０は、リチウムイオン電池などに代表される非水電解液を用いた二次電池であり、例えばアルミニウムによって形成された外装ケース内に電極群（図示せず）及び非水電解液（図示せず）を密封して収納した構造を有している。セル１０の外形（つまり、外装ケースの外形）は、概ね直方体である。

電極群は、例えば、正極及び負極をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、さらに径方向に圧縮した扁平な矩形状を有している。このような電極群には、セル端子１２、１４が電気的に接続されている。すなわち、電極群の正極には正極端子１２が電気的に接続され、また、電極群の負極には負極端子１４が電気的に接続されている。これらの正極端子１２及び負極端子１４は、外装ケースの一つの面（上面）１０Ａからともに外方に向かって突出している。

電池セル１０の上面１０Ａには、内部のガスを排出させるためのガス排出部１６が設けられている。電池セル１０内のガスの圧力が高くなった際に、ガス排出部１６からガスが排出され危険状態が回避される。

ケース２０は、電池セル１０を収容するセル収容部２１Ｘを有するケース本体２１と、ケース本体２１から突出した少なくとも１つの凸部２２と、凸部２２と嵌合する凹部２４と、を有している。図１に示す場合では、ケース２０は４つの凸部２２と４つの凹部２４を有している。このようなケース２０は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂や、セラミックなどによって形成されている。

ケース本体２１は、電池セル１０を囲む５つの側面と対向する壁板と、電池セル１０の１つの側面を露出する開口部を有している。セル収容部２１Ｘは、ケース本体２１の内側に形成された略直方体状の中空部に相当し、セル１０の外形より大きな寸法に形成されている。ケース本体２１を構成する壁板は対向する一対の壁板２１Ａ、２１Ｂを備えている。壁板２１Ａには、セル１０の正極端子１２及び負極端子１４を挿入可能とする２つの端子孔２６と、ガス排出部１６を露出させる孔２８が形成されている。

このようなケース本体２１のセル収容部２１Ｘにセル１０を収容した際には、セル１０とケース本体２１との間に、冷却媒体（例えば冷風）が通過可能なわずかな隙間が形成される。また、端子孔２６に挿入された正極端子１２及び負極端子１４は、それぞれ壁板２１Ａよりも外方に突出し、電流リードとの接続を可能としている。

凸部２２は、壁板２１Ａおよび壁板２１Ａと対向する壁板２１Ｂの長辺から、外方（つまり、セル収容部２１Ｘとは反対側）に向かって突出するように形成されている。本実施形態においては、図２に示すように、２つの凸部２２は、壁板２１Ａの長辺から壁板２１Ａの面方向（Ｘ−Ｙ方向）において外方に向かって突出し、他の２つの凸部２２は、壁板２１Ｂから壁板２１Ｂの面方向（Ｘ−Ｙ方向）において外方に向かって突出している。

凸部２２は、収容される電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）に延びる凸部本体２２Ａと、凸部本体２２Ａから凸部２２が突出する方向と略直行する方向（Ｙ方向）に延びる２つの凸部突起２２Ｂとを備える。

凹部２４は、壁板２１Ａの内方に向かって窪むように形成されている。本実施形態においては、図２に示すように、凹部２４は、凸部２２の凸部本体２２Ａを保持する第１保持部２４Ａと、凸部２２の凸部突起２２Ｂを保持する第２保持部２４Ｂとを備える。

凸部２２と凹部２４とは、壁板２１Ａおよび壁板２１Ｂの対向する端辺に設けられ、凸部２２が突出する方向と略直行する方向（Ｙ方向）における同じ位置に設けられている。

上記電池セル１０をケース２０の収容部２１Ｘに収容してセルユニットとし、これと同じものを複数結合して電池モジュールを構成する。セルユニットとセルユニットとを結合する際には、電池セル１０の高さ方向（Ｚ方向）から凸部２２を隣接するセルユニットの凹部２４に差し込むようにする。

凸部２２と凹部２４とが嵌合すると、セルユニットはＸ−Ｙ方向に固定される。すなわち、凸部２２の凸部本体２２Ａが凹部２４の第１保持部２４Ａに保持されることによってセルユニットがＹ方向に固定され、凸部２２の凸部突起２２Ｂが第２保持部２４Ｂに保持されることによってセルユニットがＸ方向に固定される。

そのため、電池セル１０とケース２０とを接着することなく、電池モジュールを形成することができ、異材料同士の接着による固定を行う必要がなくなる。したがって、セルユニット同士の固定についての信頼性を向上させることができる。さらに、セルユニット同士の結合のみで、セルユニット間の位置決めをすることができるとともに、セルユニットの接着工程を削除して電池モジュールの組み立て工程を容易にすることができる。

すなわち、本実施形態に係る電池モジュールによれば、複数の電池セルを容易に固定するとともに、固定の信頼性の高い電池モジュールを提供することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る電池モジュールについて図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態に係る電池モジュールと同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る電池モジュールは、上述の第１実施形態に係る電池モジュールと同様に、複数のセルユニット同士を結合させる。図３に示すように、本実施形態に係る電池モジュールでは、電池モジュールの両端に配置された電池セル１０を収容するためのケース３０とケース４０とを有している。

すなわち、電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）において、電池モジュールの一端に配置されたセルユニットは、電池セル１０をケース４０に収容して構成されている。ケース４０には隣接するセルユニットの凸部２２と嵌合する凹部２４が設けられ、凸部２２は設けられていない。ケース４０は上記の構成以外はケース２０と同様の構成である。

電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）において、電池モジュールの他端に配置されるセルユニットは、電池セル１０をケース２０と、ケース２０の開口部を塞ぐケース３０とに収容して構成されている。ケース３０はケース２０の凹部２４に嵌合する凸部２２が設けられ、凹部２４は設けられていない。

本実施形態では、図３に示すように、複数のセルユニット同士を結合させた後に、複数のセルユニットの壁板２１Ａに渡って取り付けられたガス排出管５０を有している。

ガス排出管５０は内部の中空部を囲む５つの壁板５０Ａ〜５０Ｅと、壁板５０Ｂおよび壁板５０ＣのＸ方向に延びる端辺から外方（中空部と反対側）に延びる接着板５０Ｆと、電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）と略直行する壁板５０Ｅに設けられたガス排出孔ＨＬと、を有している。

ガス排出管５０の５つの壁板は、ケース２０の壁板２１Ａと対向する壁板５０Ａ、壁板２１Ａと略直交するとともに電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）と略平行に延びる壁板５０Ｂ、５０Ｃ、および壁板２１Ａと略直交するとともに電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）に略直交に延びる壁板５０Ｄ、５０Ｅである。

ガス排出管５０は、電池セル１０のガス排出部１６を覆うように配置され、接着板が壁板２１Ａに接着される。電池セル１０のガス排出部１６から排出されたガスは、ガス排出管５０内の中空部を通過してガス排出孔ＨＬから外部に排出される。

上記のようにガス排出管５０が取り付けられることによって、結合されたセルユニットを電池セル１０の高さ方向（Ｚ方向）に固定するとともに、セルユニットのＺ方向の位置決めをすることができる。したがって、電池セル１０の端子１２、１４をバスバーによって接続することが容易になる。

すなわち、本実施形態に係る電池モジュールによれば、上述の第１実施形態に係る電池モジュールと同様の効果が得られるとともに、電池モジュールの組み立て工程をさらに容易にし、電池モジュールの剛性を増すことができる。

さらに、本実施形態に係る電池モジュールでは、セルユニットをＺ方向に固定するとともに位置決めする機能をガス排出管５０に持たせることによって、新たな部品を追加することなく電池モジュールの剛性を向上させることができ、電池モジュールの軽量化や組み立て時間の削減を実現することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る電池モジュールについて図面を参照して以下に説明する。本実施形態に係る電池モジュールは、上述の第１実施形態に係る電池モジュールと同様に、複数のセルユニット同士を結合させて構成される。図４に示すように、本実施形態では、ケース２０の壁板２１Ａに壁板２１Ａと略直交する方向に突出した突出部２０Ａが設けられている。突出部２０Ａは、電池セルの幅方向（Ｙ方向）において、孔２８を挟んで所定の間隔をおいて配置されている。

本実施形態に係る電池モジュールのケース２０は、上記の突出部２０Ａを有する以外は上述の第２実施形態に係る電池モジュールのケース２０と同様の構成である。

本実施形態に係る電池モジュールは、上述の第１実施形態に係る電池モジュールと同様に、複数のセルユニット同士を結合させる。図５に示すように、本実施形態に係る電池モジュールでは、上述の第２実施形態に係る電池モジュールと同様に、電池モジュールの両端に配置された電池セル１０を収容するためのケース３０とケース４０とを有している。ケース４０には、ケース２０と同様にＺ方向に突出した突出部２０Ａが設けられている。

本実施形態では、図５に示すように、複数のセルユニット同士を結合させた後に、複数のセルユニットの壁板２１Ａに渡って取り付けられたガス排出管５０を有している。

ガス排出管５０は内部の中空部を囲む５つの壁板５０Ａ〜５０Ｅと、Ｘ方向に延びる端部の一端から外方（中空部と反対側）に延びる突起５２と、電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）と略直行する壁板５０Ｅに設けられたガス排出孔ＨＬと、を有している。

ガス排出管５０の５つの壁板は、ケース２０の壁板２１Ａと対向する壁板５０Ａ、壁板２１Ａと略直交するとともに電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）と略平行に延びる壁板５０Ｂ、５０Ｃ、および壁板２１Ａと略直交するとともに電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）に略直交に延びる壁板５０Ｄ、５０Ｅである。

ガス排出管５０は、電池セル１０のガス排出部１６を覆うように壁板２１Ａ上に配置される。このときガス排出管５０は、２つの突出部２０Ａの間に配置され、壁板５０Ｂあるいは壁板５０Ｃがケース２０の突出部２０Ａに頭接するとともに、突起５２がケース２０の突出部２０Ａの端部に頭接するように壁板２１Ａ上に配置され接着固定される。

上記のようにガス排出管５０が取り付けられることによって、結合されたセルユニットを電池セル１０の高さ方向（Ｚ方向）に固定するとともに、セルユニットのＺ方向の位置決めをすることができる。

さらに、上記のようにケース２０にガス排出管と頭接する突出部２０Ａを設けることによって、ガス排出管５０を基準とした各セルユニットの位置決めが容易になる。すなわち、ガス排出管５０の壁板５０Ｂあるいは壁板５０Ｃを突出部２０Ａに頭接させることによって、電池セル１０の幅方向（Ｙ方向）におけるセルユニットの位置決めを容易にすることができる。また、ガス排出管５０の突起５２を突出部２０Ａの端部２０Ｅに頭接させることによって、電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）におけるセルユニットの位置決めを容易にすることができる。

すなわち、本実施形態に係る電池モジュールによれば、上述の第１実施形態および第２実施形態に係る電池モジュールと同様の効果が得られるとともに、電池モジュールの組立時の位置決めを容易にし、製品の信頼性を向上させることが可能となる。

次に、本発明の第４実施形態に係る電池モジュールについて図面を参照して以下に説明する。本実施形態に係る電池モジュールは、上述の第１実施形態に係る電池モジュールと同様に、複数のセルユニット同士を結合させて構成される。図６に示すように、本実施形態では、ケース２０の壁板２１Ａに、電池セル１０のガス排出部１６およびガス排出部１６の周囲を露出させる孔２９が設けられている。

孔２９は、電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）に渡って、ケース２０の壁板２１Ａを除去するように設けられているとともに、電池セル１０の幅方向（Ｙ方向）において、孔２９の幅は、ガス排出管５０の幅よりも大きくなっている。

本実施形態に係る電池モジュールは、上述の第１実施形態に係る電池モジュールと同様に、複数のセルユニット同士を結合させる。図７に示すように、本実施形態に係る電池モジュールでは、上述の第２実施形態に係る電池モジュールと同様に、電池モジュールの両端に配置された電池セル１０を収容するためのケース３０とケース４０とを有している。ケース３０およびケース４０には、ケース２０と同様に孔２９が設けられている。

本実施形態では、図７に示すように、複数のセルユニット同士を結合させた後に、複数のセルユニットの壁板２１Ａに渡って取り付けられたガス排出管５０を有している。ガス排出管５０は内部の中空部を囲む５つの壁板と、電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）に延びる端部から外方（中空部と反対側）に延びる接着板と、電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）と略直行する壁板５０Ｅに設けられたガス排出孔ＨＬと、を有している。

ガス排出管５０の５つの壁板は、ケース２０の壁板２１Ａと対向する壁板５０Ａ、壁板２１Ａと略直交するとともに電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）と略平行に延びる壁板５０Ｂ、５０Ｃ、および壁板２１Ａと略直交するとともに電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）に略直交に延びる壁板５０Ｄ、５０Ｅである。接着板は、ガス排出管５０の壁板５０Ｂおよび５０Ｃの電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）に延びる端部から外方（中空部と反対側）に延びている。

ガス排出管５０は、電池セル１０のガス排出部１６を覆うように壁板２１Ａの孔２９内に配置される。したがって、ガス排出管５０は直接電池セル１０の上面１０Ａ上に配置される。

上記のように、ガス排出管５０を直接電池セル１０の上面１０Ａ上に配置することによって、ガス排出管５０を基準とした電池セル１０の高さ方向（Ｙ方向）の位置決めをより精度良く行うことができる。

すなわち、本実施形態に係る電池モジュールによれば、上述の第１実施形態および第２実施形態に係る電池モジュールと同様の効果が得られるとともに、電池モジュールの組立時の位置決めを容易にし、製品の信頼性を向上させることが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば上述の第３実施形態に係る電池モジュールでは、ケース２０の壁板２１Ａと壁板２１Ｂとに凸部２２および凹部２４が設けられていたが、図８に示すように壁板２１Ａと壁板２１Ｂとの間を電池セル１０の高さ方向（Ｙ方向）に延びる壁板２１Ｃおよび壁板２１Ｄに凸部２２と凹部２４とを設けてもよい。凸部２２および凹部２４とは壁板２１Ｃおよび壁板２１Ｄの長辺に設けられている。

図８に示すように凸部２２と凹部２４とを設けると、セルユニットを結合することによって電池セル１０の厚さ方向（Ｘ方向）および電池セル１０の高さ方向（Ｚ方向）においてセルユニット同士を固定することができる。

さらに、ガス排出管５０は、２つの突出部２０Ａの間に配置され、壁板５０Ｂあるいは壁板５０Ｃがケース２０の突出部２０Ａに頭接するとともに、突起５２がケース２０の突出部２０Ａの端部に頭接するように壁板２１Ａ上に配置され接着固定される。

上記のようにガス排出管５０が取り付けられることによって、結合されたセルユニットを電池セル１０の高さ方向（Ｚ方向）に固定するだけでなく、電池セル１０の幅方向（Ｙ方向）にも固定することができる。

したがって、ケース２０の壁板２１Ｃと壁板２１Ｄとに凸部２２および凹部２４を設けた場合であっても、上述の第３実施形態に係る電池モジュールと同様の効果が得られる。

さらに、上記の第１乃至第４実施形態に係る電池モジュールでは、ケース２０に４つの凸部２２と４つの凹部２４とが設けられていたが、対向する一対の壁板のそれぞれに、少なくとも１つの凸部２２と１つの凹部２４とが設けられれば上述の第１乃至第４実施形態に係る電池モジュールと同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１実施形態に係る電池モジュールの電池セルおよびケースの一構成例を説明するための図。 図１に示す電池モジュールのケースに設けられた凸部および凹部の一構成例を説明するための図。 本発明の第２実施形態に係る電池モジュールの一構成例を説明するための図。 本発明の第３実施形態に係る電池モジュールの電池セルおよびケースの一構成例を説明するための図。 本発明の第３実施形態に係る電池モジュールの一構成例を説明するための図。 本発明の第４実施形態に係る電池モジュールの電池セルおよびケースの一構成例を説明するための図。 本発明の第４実施形態に係る電池モジュールの一構成例を説明するための図。 本発明の第３実施形態に係る電池モジュールの電池セルおよびケースの他の構成例を説明するための図。

符号の説明

１０…電池セル、２０…ケース、２１Ｘ…収容部、２１Ａ…壁板、２１Ｂ…壁板、２２…凸部、２４…凹部

Claims (6)

1. 電池セルおよび前記電池セルを収容するケースを備えた複数のセルユニットが結合された電池モジュールであって、
   前記ケースは、
   前記電池セルを収容する空間部と、
   前記空間部を囲む複数の壁板と、を備え、
   前記複数の壁板は対向する一対の第１壁板対を備え、
   前記第１壁板対のそれぞれの壁板は、端辺から前記第１壁板対の面方向に突出する凸部と、前記凸部と嵌合するように構成された凹部とを備え、
   前記凸部と前記凹部とが嵌合することによって複数のセルユニットが結合されている電池モジュール。
2. 前記電池セルは内部のガスを排出させるためのガス排出部を備え、
   前記第１壁板対の一方の壁板は、前記ガス排出部を露出させる孔を備え、
   前記複数のセルユニットが並ぶ方向に延びるとともに、前記複数のセルユニットの前記一方の壁板上に、前記ガス排出部を覆うように固定されたガス排出管をさらに備える請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記電池セルは内部のガスを排出させるためのガス排出部を備え、
   前記複数の壁板は、対向する第２壁板対を備え、
   前記第２壁板対の一方の壁板は、前記ガス排出部を露出させる孔を備え、
   前記複数のセルユニットが並ぶ方向に延びるとともに、前記複数のセルユニットの前記一方の壁板上に、前記ガス排出部を覆うように固定されたガス排出管をさらに備える請求項１記載の電池モジュール。
4. 前記ケースは、前記一方の壁板から、前記一方の壁板の面方向と略直交する方向に突出した少なくとも１つの突出部を備え、
   前記ガス排出管は、前記突出部と頭接した壁板を備える請求項２または請求項３記載の電池モジュール。
5. 前記ガス排出管は、前記突出部と頭接した壁板から、前記複数のセルユニットが並ぶ方向と略直交する方向に突出した突起を備え、
   前記突起は、前記突出部の端部に頭接している請求項４記載の電池モジュール。
6. 前記電池セルは、その一端面に内部のガスを排出させるためのガス排出部を備え、
   前記第１壁板対の一方は、前記ガス排出部および前記ガス排出部の周囲を露出させる孔を備え、
   前記複数のセルユニットが並ぶ方向に延びるとともに、複数の前記電池セルの前記一端面上に渡って、前記ガス排出部を覆うように固定されたガス排出管をさらに備え、
   前記セルユニットが並ぶ方向と略直交する方向において、前記孔の幅は前記ガス排出管の幅よりも大きい請求項１記載の電池モジュール。

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