JP2010086784A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池セルの固定および組み立てが容易な電池モジュールを提供すること。
【解決手段】複数の電池セル１０と、電池セルを保持する第１トレイ２０および第２トレイ３０と、電池セル、第１トレイおよび第２トレイを収容するケース４０と、ケースの開口部４０Ｈに取り付けられた蓋部材５０と、第１トレイおよび第２トレイの少なくとも一方と、電池セルとの間に配置された弾性部材６０と、を備え、第１トレイと第２トレイとの少なくとも一方は、ケースの内面と対向する第１傾斜面２０Ｓを備え、ケースは、第１傾斜面と対向する第２傾斜面４０Ｓを備えた壁部を備え、第１傾斜面は、第１トレイと第２トレイとの少なくとも一方を、その厚さ方向Ｄ１において、開口部から離れる方向Ｄ２に薄くするように傾斜し、第２傾斜面は、第１傾斜面の傾斜に対応して開口部から離れる方向に壁部を厚くするように傾斜している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電池モジュールに係り、特に、複数の電池セルを並べて配置させ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。

例えば、特許文献１においては、複数のバッテリから構成される駆動用電源をバッテリボックスに収容した構成の電気自動車用バッテリボックス装置が開示されている。
特許第３３５０１８９号公報

上記文献に開示されているようなバッテリボックスに駆動用電源を収容すると、組み立てるための部品数が多くなり、駆動用電源の固定および組み立てが複雑になることがあった。

この発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、その目的は、複数の電池セルの固定および組み立てが容易な電池モジュールを提供することにある。

この発明の態様による電池モジュールは、複数の略直方体形状の電池セルと、前記電池セルの一端を保持する第１保持部を備えた第１トレイと、前記電池セルの他端を保持する第２保持部を備えた第２トレイと、前記電池セル、前記第１トレイおよび前記第２トレイを収容するケースと、前記ケースの開口部に取り付けられた蓋部材と、前記第１トレイおよび前記第２トレイの少なくとも一方と、前記電池セルとの間に配置された弾性部材と、を備え、前記第１トレイと前記第２トレイとの少なくとも一方は、前記ケースの内面と対向する第１傾斜面を備え、前記ケースは、前記第１傾斜面と対向する第２傾斜面を備えた壁部を備え、前記第１傾斜面は、前記第１トレイと前記第２トレイとの少なくとも一方を、その厚さ方向において、前記開口部から離れる方向に薄くするように傾斜し、前記第２傾斜面は、前記第１傾斜面の傾斜に対応して前記開口部から離れる方向に前記壁部を厚くするように傾斜している。

この発明によれば、複数の電池セルの固定および組み立てが容易な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および図２に示すように、電池モジュール１は、複数の電池セル１０と、第１トレイ２０と、第２トレイ３０と、ケース４０と、蓋部材５０と、弾性部材６０と、を備えている。

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、電極群（図示せず）および非水電解液（図示せず）を密封して収納した構造を有している。

電池セル１０は、略直方体形状を有している。図３に示すように、電池セル１０は、互いに向かい合う２つの主面（第１主面１１Ａおよび第２主面１１Ｂ）、第１主面１１Ａと第２主面１１Ｂとの間に延びる４つの側面１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅおよび１１Ｆと、を有している。側面１１Ｃには、正極端子部１２Ｐおよび負極端子部１２Ｍが配置されている。

電極群は、例えば、正極およ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。このような電極群は、電池セル１０のセル端子部１２に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部１２Ｐが電気的に接続され、また、電極群の負極には負極端子部１２Ｍが電気的に接続されている。

第１トレイ２０は、電池セル１０の一端を保持する第１保持部２０Ｈを備えている。第２トレイ３０は、電池セル１０の他端を保持する第２保持部３０Ｈを備えている。図２および図３に示すように、本実施形態に係る電池モジュールでは、電池セル１０の一端とは、側面１１Ｃであり、電池セル１０の他端とは、側面１１Ｃと対向する側面１１Ｅである。第１保持部２０Ｈおよび第２保持部３０Ｈは、図１に示すように、電池セル１０の外形に相当する凹部形状を有している。

第１トレイ２０および第２トレイ３０は、複数の電池セル１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…）を保持部に嵌め込み、この順に、隣接する電池セル１０の主面同士が対向するとともに主面と略直交する方向に並ぶように保持している。

より具体的には、図２に示すように、各電池セル１０は、互いの主面１１Ａおよび１１Ｂと対向するように配置されている。例えば、電池セル１０Ａの主面１１Ｂは、これに隣接する電池セル１０Ｂの主面１１Ａと対向するように配置されている。

このとき、各電池セル１０のセル端子部１２は、一直線上に並んでいる。なお、複数の電池セル１０は、電気的に直列または並列に接続することが可能である。例えば、直列に接続する場合には、複数の電池セル１０は、隣接する電池セル１０のセル端子部１２が互いに異極となるように配列される。また、並列に接続する場合には、複数の電池セル１０は、隣接する電池セル１０のセル端子部１２が同極となるように配列される。

第１トレイ２０には、電池セル１０の正極端子部１２Ｐおよび負極端子部１２Ｍを挿入可能とする複数の端子孔２１が形成されている。端子孔２１に挿入された正極端子部１２Ｐおよび負極端子部１２Ｍは、それぞれ電流リードとの接続を可能としている。

さらに、第１トレイ２０および第２トレイ３０の少なくとも一方と、電池セル１０との間に弾性部材６０が配置されている。第１トレイ２０と電池セル１０との間に配置された弾性部材は、セル端子部１２を貫通させる穴を有している。ここでは、図２に示すように、弾性部材６０は、第２トレイ３０と電池セル１０との間に配置されている。この弾性部材６０としては、例えば、ゴムなどである。

ケース４０は、電池セル１０、第１トレイ２０および第２トレイ３０を収容している。ケース４０は、図１に示すように、開口部４０Ｈを有しており、壁部４０Ａ、および側壁部（第１側壁部４０Ｃ、第２側壁部４０Ｄ、第３側壁部４０Ｅおよび第４側壁部４０Ｆ）によって構成されている。第１側壁部４０Ｃ、第２側壁部４０Ｄ、第３側壁部４０Ｅおよび第４側壁部４０Ｆは、壁部４０Ａから略垂直に延出している。

すなわち、第１側壁部４０Ｃ、第２側壁部４０Ｄ、第３側壁部４０Ｅおよび第４側壁部４０Ｆによって囲まれた一端は、壁部４０Ａと接続し、他端は、開口部Ｈを形成するように開口されている。つまり、壁部４０Ａは、開口部４０Ｈと対向するように配置されている。

ケース４０は、第１トレイ２０と第２トレイ３０との間に複数の電池セル１０を並べて配置させた状態で、第１トレイ２０、第２トレイ３０および複数の電池セル１０を挿入させたときに、ケース４０の第１側壁部４０Ｃと第３側壁部４０Ｅとに略直交する方向に変形する大きさである。

すなわち、ケース４０の開口部４０Ｈの方向Ｄ１の幅は、第１トレイ２０と第２トレイ３０との間に複数の電池セル１０を並べて配置したものの方向Ｄ１の幅よりも小さくなっている。

この電池モジュール１は、さらに、開口部４０Ｈに取り付けられた蓋部材５０を備えている。この蓋部材５０は、固定用のネジなどによりケース４０に固定されている。すなわち、蓋部材５０は、開口部４０Ｈを塞ぐとともに、ケース４０内に収容された電池セル１０を固定している。

つまり、図１および図２に示すように、蓋部材５０は、並んで配置された複数の電池セル１０のうち、一端側に配置された電池セル１０Ａの主面１１Ａに対向している。また、壁部４０Ａの内面は、並んで配置された複数の電池セル１０のうち、他端側に配置された電池セル１０Ｚの主面１１Ｂに対向している。

第１側壁部４０Ｃの内面は、第１トレイ２０に対向しており、第３側壁部４０Ｅの内面は、第２トレイ３０に対向している。第２側壁部４０Ｄの内面は、電池セル１０の側面１１Ｆに対向し、第４側壁部４０Ｆの内面は、電池セル１０の側面１１Ｄに対向している。

第１トレイ２０と第２トレイ３０の少なくとも一方は、ケース４０の内面と対向する第１傾斜面２０Ｓを備えている。この第１傾斜面２０Ｓは、第１トレイ２０と第２トレイ３０との少なくとも一方を、その厚さ方向Ｄ１において、開口部４０Ｈから離れる方向Ｄ２に薄くするように傾斜している。

一方、ケース４０は、第１傾斜面２０Ｓと対向する第２傾斜面４０Ｓを備えている。第２傾斜面４０Ｓは、第１傾斜面２０Ｓの傾斜に対応して開口部４０Ｈから離れる方向Ｄ２に第１側壁部４０Ｃまたは第３側壁部４０Ｅの少なくとも一方を厚くするように傾斜している。

本実施形態に係る電池モジュールでは、図１および図２に示すように、第１トレイ２０が第１傾斜面２０Ｓを備えており、ケース４０の第１側壁部４０Ｃの内面が第２傾斜面４０Ｓを備えている。

このような構成において、第１トレイ２０と第２トレイ３０との間に保持された複数の電池セル１０をケース４０に挿入すると、ケース４０の第１壁部４０Ｃと第３壁部４０Ｅとによって、第１トレイ２０と第２トレイ３０とが電池セル１０を挟持する方向に力を受け、電池セル１０の側面１１が弾性部材６０に押し付けられる。このとき、第１トレイ２０の第１傾斜面２０Ｓとケース４０の第２傾斜面４０Ｓとによって、第１トレイ２０と第２トレイ３０とには、第１トレイ２０と第２トレイ３０とが電池セル１０を挟持する方向の力が徐々に加えられる。

電池セル１０から弾性部材６０を押し付けるように力が加わると、弾性部材６０は電池セル１０を押し返す。電池セル１０は、ケース４０から加えられる力と、その力を押し返すように弾性部材６０から加えられる力とによって強固にケース４０内で保持される。

その後、蓋部材５０によって開口部４０Ｈが塞がれて、電池セル１０がケース４０内で強固に保持された状態で固定される。

つまり、第1トレイ２０、第２トレイ３０、ケース４０、蓋部材５０、固定用ネジのみで複数の電池セル１０を強固に固定することが可能となり、電池モジュール１を構成することが可能となる。これにより、電池モジュール１を組み立てるのに必要な物品数を削減することが可能となり、組み立て工数の削減が可能となる。したがって、電池モジュール１を容易に組み立てることが可能となる。

すなわち、本実施形態に係る電池モジュール１によれば、複数の電池セル１０の固定および組み立てが容易な電池モジュール１を提供することができる。

さらに弾性部材６０を配置することにより、電池セル１０の寸法誤差を吸収することが可能となり、各電池セル１０を一様な力でケース４０に固定することが可能となる。また、振動や衝撃などの外力が作用した場合であっても、電池セル１０にかかる負荷を軽減することが可能となる。

ケース４０は、電池セル１０の主面１１Ａおよび１１Ｂと略平行な方向において対向し、第２側壁部４０Ｄおよび第４側壁部４０Ｆに少なくとも１つの窓部４０Ｗを有していてもよい。図４に示した例では、第２側壁部４０Ｄおよび第４側壁部４０Ｆは、複数の電池セル１０に共通な窓部４０Ｗがそれぞれ１つ形成されている。このようなケース４０に電池セル１０を収容した際には、電池セル１０間に冷却媒体（例えば冷風）が通過可能な通過路が形成される。つまり、電池セル１０を冷却することが可能となる。

さらに、窓部４０Ｗには、少なくとも１つの柱４０Ｐが配置されていてもよい。この柱４０Ｐは、電池セル１０の側面１１Ｄおよび１１Ｅに対向するように配置されることが望ましい。つまり、柱４０Ｐは、電池セル１０間の通風路を妨げないように配置されていることが望ましい。

図５に示した例では、窓部４０Ｗには、２つの柱４０Ｐが電池セル１０の側面１１Ｆに対向するように配置されている。このように窓部４０Ｗに柱４０Ｐを配置することによって、冷却媒体が通過可能な通過路を形成するとともに、柱４０Ｐが配置された方向に電池セル１０を強固に固定することが可能となる。

第１トレイ２０、第２トレイ３０およびケース４０は絶縁性材料によって形成される。第１トレイ２０と第２トレイ３０とが、例えば樹脂材料によって形成される場合、には、樹脂成形用の金型を用いて形成されている。金型から第１トレイ２０、第２トレイ３０およびケース４０を抜くときに勾配が形成される。この勾配を利用して第１傾斜面２０Ｓおよび第２傾斜面４０Ｓを形成している。つまり、容易に第１傾斜面２０Ｓおよび第２傾斜面４０Ｓを形成することが可能である。

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。第１傾斜面２０Ｓは第２トレイ３０に形成されていてもよく、第１トレイ２０と第２トレイ３０との両方に形成されていてもよい。少なくとも一方のトレイにケース４０の内面に対向する第１傾斜面２０Ｓを設け、ケース４０にもトレイの第１傾斜面２０Ｓに対向する第２傾斜面４０Ｓを設けることによって、電池セル１０を挟持した２つのトレイをケース４０内に挿入する際に、ケース４０から第１トレイ２０および第２トレイ３０に電池セル１０を挟持する方向に力が加えられる。その結果、電池セル１０が弾性部材６０に押し付けられ、電池セル１０には弾性部材６０から押し返すように力が加えられ、電池セル１０がケース４０内で強固に保持される。

また、図１および図２に示す場合では、弾性部材６０は電池セル１０と第２トレイ２０との間に配置されていたが、弾性部材６０は、電池セル１０と第１トレイ２０および第２トレイ３０の少なくともいずれか一方との間に配置されていればよい。

第１トレイ２０と電池セル１０との間に配置する場合には、弾性部材６０には電池セル１０のセル端子部１２を貫通させるための穴を設けて、セル端子部１２が第１トレイ２０の端子孔２１にセル端子部１２を挿入できるようにする。さらに、電池セル１０の側面１１Ｃにガス排出口が設けられている場合には、弾性部材６０にガス排出口と対向する穴を設ける。

弾性部材６０は、電池セル１０と第１トレイ２０および第２トレイ３０の少なくともいずれか一方との間に配置されることによって、ケース４０に挿入されたときに弾性部材６０が電池セル１０を押し返す力を電池セル１０に加えることができ、電池セル１０がケース４０内で強固に保持されることとなる。

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。

図１は、この発明の一実施の形態に係る電池モジュールの基本構造を概略的に示す分解斜視図である。 図２は、図１に示した電池モジュールの基本構造を概略的に示す断面図である。 図３は、図１に示した電池セルの基本構造を概略的に示す斜視図である。 図４は、本実施の形態に係る電池モジュールに適用可能なケースの構造を概略的に示す斜視図である。 図５は、本実施の形態に係る電池モジュールに適用可能なケースの他の構造を概略的に示す斜視図である。

符号の説明

１…電池モジュール、１０…電池セル、１２（Ｐ、Ｍ）…セル端子部、２０…第１トレイ、３０…第２トレイ、４０…ケース、４０Ｈ…開口部、５０…蓋部材、６０…弾性部材、２０Ｓ…第１傾斜面、４０Ｓ…第２傾斜面

Claims (4)

1. 複数の略直方体形状の電池セルと、
   前記電池セルの一端を保持する第１保持部を備えた第１トレイと、
   前記電池セルの他端を保持する第２保持部を備えた第２トレイと、
   前記電池セル、前記第１トレイおよび前記第２トレイを収容するケースと、
   前記ケースの開口部に取り付けられた蓋部材と、
   前記第１トレイおよび前記第２トレイの少なくとも一方と、前記電池セルとの間に配置された弾性部材と、を備え、
   前記第１トレイと前記第２トレイとの少なくとも一方は、前記ケースの内面と対向する第１傾斜面を備え、
   前記ケースの内面は、前記第１傾斜面と対向する第２傾斜面を備えた壁部を備え、
   前記第１傾斜面は、前記第１トレイと前記第２トレイとの少なくとも一方を、その厚さ方向において、前記開口部から離れる方向に薄くなるように傾斜し、
   前記第２傾斜面は、前記第１傾斜面の傾斜に対応して前記開口部から離れる方向に前記壁部を厚くなるように傾斜した電池モジュール。
2. 前記電池セルの前記一端は、一端面に配置されたセル端子部を有し、
   前記弾性部材は、前記セル端子部を貫通させる穴を有している請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記複数の電池セルは、前記電池セルの前記一端と前記他端との間に延びる主面が略平行になるとともに、前記主面と略直交する方向に並んで配置され、
   前記ケースは、前記主面と略平行な方向において対向する側壁部に窓部を有している請求項１に記載の電池モジュール。
4. 前記主面は、互いに対向する第１主面と第２主面とを備え、
   前記電池セルは、前記第１主面と前記第２主面との間に延びる側面とを備え、
   前記窓部には、少なくとも１つの柱が配置され、
   前記柱は、前記電池セルの前記側面に対向している請求項３に記載の電池モジュール。

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