JP2011054368A

JP2011054368A - 組電池

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Publication number: JP2011054368A
Application number: JP2009201219A
Authority: JP
Inventors: Teruo Segawa; 輝夫瀬川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2029-09-01
Also published as: JP5521442B2

Abstract

【課題】電池モジュールの膨張により生じる荷重を分散させる組電池を提供する。
【解決手段】薄型形状の単電池を複数積層して電池積層体を形成し、電池積層体をモジュールケース内に収容する電池モジュールを複数積層する電池モジュール群を有する組電池において、少なくとも１つの電池モジュールは、モジュールケースの電池積層方向に面する２面のうち少なくとも１方面に、モジュールケース内方に向かって膨出する膨出部を有し、組電池は、膨出部の面上に波形状プレートをさらに有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、組電池に関し、特に、電池モジュールに対して局所的に荷重が集中することを防ぐための組電池に関する。

扁平型電池を厚み方向に複数枚積層して電池積層体を形成し、当該電池積層体をモジュールケース内に収容し、モジュールケースの電池積層方向に対応する２面のうち少なくとも１面に、電池積層方向の端面に対して加圧して、モジュールケース内方に向かって膨出する膨出部を形成する電池モジュールが知られている（特許文献１）。

特開２００８−５９９４１号公報

しかしながら、従来の電池モジュールを含む組電池は、充放電の繰り返しにより電池モジュールが膨張した場合、膨出部の周囲の屈曲する部位に対して、集中的に荷重がかかる可能性があった。

そこで本発明は、電池モジュールの膨張により生じる荷重を分散させる組電池を提供する。

本発明は、モジュールケースに形成される膨出部の面上に波形状プレートを有することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、モジュールケースの電池積層方向に面する２面のうち少なくとも１方面に、モジュールケース内方に向かって膨出する膨出部を形成し、当該膨出部の面上に波形状プレートを有するため、電池モジュールの膨張により、電池モジュールの表面に加わる面圧を、波形状プレートによって分散させることができ、その結果、電池モジュールに対して局所的に荷重が集中することを防ぐことができる。

発明の実施形態に係る組電池に含まれる電池モジュールを構成する単電池を示す斜視図である。図１の単電池を複数積層して構成した電池モジュールを示す斜視図である。図２の電池モジュールを複数積層する組電池を示す斜視図である。図１の電池モジュールのアッパープレート及び波形状プレートの斜視図である。図３に示す組電池のＡ−Ａ線に沿う部分断面図である。図５に示す部分断面図の一部の断面図である。他の発明の実施形態に係る組電池の部分断面図である。他の発明の実施形態に係る組電池の部分断面図である。

以下、発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、発明の第１実施形態に係る電池モジュールを構成する扁平薄型形状の単電池を示す斜視図、図２は、図１の扁平薄型単電池を複数積層して構成された電池モジュールを示す斜視図である。図３は、図２の電池モジュールを複数積層する、本例に係る組電池を示す斜視図である。

図１に示す単電池１０１は、端部に板状の電極端子１１１を有し、電極端子１１１の逆向きの端部に板状の電極端子１１２が、それぞれ電池の外方に向けて設けられている。電極端子１１１は陽極を、電極端子１１２は陰極の極性を有している。そしてスペーサ１２１とスペーサ１２２が電極端子１１１を狭持し、スペーサ１２３とスペーサ１２４は電極端子１１２を狭持する。スペーサは絶縁性を有しており、セル電極１０１と積層される単電池１０２との間の絶縁性を保つ。出力端子１３１は、電極端子１１１と電気的に接続されており、図２に示す電池モジュールの出力端子１３１となる。

単電池２０１は、単電池１０１の上面より積層される。スペーサ２２１は、単電池２０１の電極端子２１１を上下から狭持するスペーサであって、下側のスペーサを示す。スペーサ２２３は、単電池２０１の電極端子２１２を上下から狭持するスペーサであって、同様に下側のスペーサを示している。電極端子２１１は陰極の極性を有し、電極端子２１２は陽極の極性を有す。単電池１０１と単電池２０１が積層される際は、電極端子１１１と電極端子２１１が電気的に接続される。これにより、単電池１０１と単電池２０１は、直列に接続され、積層される。よって、スペーサ１２２、２２１が設けられている部分には、単電池１０１と２０１の積層方向に隙間が設けられることとなる。

なお、図１は、２個の単電池１０１，２０１を積層した状態のみを示したが、図２に示す電池モジュールのように３個以上の単電池を積層する場合は、別の単電池が、単電池の上面より積層され、別の単電池の正極の電極端子は電極端子２１２と接続する。これにより、３個の単電池が直列接続に積層する。

図２は、本実施形態に係る電池モジュール３０を示す斜視図である。この電池モジュール３０の単電池３０１は、図１に示す単電池１０１、２０１を８個積層したものである（以下、８個の単電池を単電池３０１と総称する）。

単電池３０１の一端には、陽極、陰極それぞれの出力端子１３１、１３２が接続される。スリーブ３０２は、積層されたそれぞれのスペーサに設けられた孔に挿入され、ボルト等により締め付けることでセル電池３０１及びスペーサ３０５を固定する。絶縁カバー３３１は、出力端子３１１及び３１２が接続された単電池３０１の端面側に取り付けられ、電極端子を覆い、電極端子と単電池外部との間の絶縁性を保つ。同様に絶縁カバー３３２は、出力端子１３１、１３２の接続面とは逆側に取り付けられ、電極端子を覆う。スペーサ３０５とアッパーケース３６１の間には、緩衝材３０４挿入する。緩衝材３０４は、車両等に電池モジュールを搭載する時に、車両の振動による単電池への影響を防ぐ機能を司る。

ケース３６０は、アッパーケース３６１とロアケース３６３を有し、図示するようにロアケース３６３に単電池３０１等のアッセンブリを入れ、アッパーケース３６１の開口部とロアケース３６３とをカシメ加工することで、単電池３０１及びスペーサ３０５等が収容される。ケース３６０は、薄板スチール板により形成される。

またアッパーケース３６１の表面には、ケース３６０の内方を向く、膨出部３６２が形成される。膨出部３６２は、アッパーケース３６１の中央部分をプレス成形により、エンボス状に形成される。また、ロアケース３６３の表面にも、同様に、ケース３６０の内方を向く、膨出部３６２が形成される。

差込口３０７は、絶縁カバー３３１に設けられ、コネクタ（図示しない）と嵌合する。コネクタが差込口に３０７に嵌合されると、単電池３０１を構成する単電池の電圧検出端子は、コネクタの端子と電気的に接続される。

なお、本例に係る電池モジュールは、単電池を８個積層されたものであるが、必ずしも８個に限定されることはなく、それぞれの電池モジュールで適宜、構成する単電池の数を設定することができる。

本例の組電池１は、複数の電池モジュール３０を、図３に示すように主面を対向させて積み重ねることで構成される。電池モジュール群３は、後述する波形状のプレート４（図４を参照）を膨出部３６２の面上に形成しつつ、複数の電池モジュール３０を積層することにより構成される。そして電池モジュールの両端のそれぞれには、アッパープレート２１とロアプレート２２が積層される。アッパープレート２１とロアプレート２２を合わせて、保持板２と称す。アッパープレート２１及びロアプレート２２の四隅からボルト（図示しない）によって、電池モジュール群３がそれぞれプレートに接合され、保持板２に保持される。

次に、図４及び図５を用いて、本例の組電池１に含まれる波形状プレート４について説明する。図４は、波形状プレート４を備えるアッパーケース３６１の斜視図を示し、図５は、図３のＡ−Ａに沿う部分断面図を示す。

図４及び５に示すように、本例のアッパーケース３６１には単電池３０１の積層方向に対面する面に、膨出部３６２が形成され、膨出部３６２の面上に、波形状プレート４が形成される。波形状プレート４は、２個形成され、膨出部３６２の面上において、外方の一端が接合部５により固定され、内方の他端が固定されず、自由端となる。接合部５は、バリが出ないように設計され、アッパーケース３６１と波形状プレート４を接合する。波形状プレート４は、凹凸が付けられた、角波形状のキーストンプレートであって、スチール板をプレス加工して形成される。また波形状プレート４は、アッパーケース３６１又はロアケース３６３の膨張変位に対して、追随して変位する程度の剛性を有している。また、図４に示す、それぞれの波形状プレート４の自由端の間には、間隔が空けられており、後述するように、波形状プレート４が、電池モジュール３０の膨張に伴って変形した場合、波形状プレート４が、互いに干渉されない程度の間隔が設けられる。

電池モジュール３０において、最上層の電池モジュール３０及び最下層の電池モジュール３０以外の電池モジュール３０は、ロアケース３６３の膨出部３６２とアッパ−ケース３６１の膨出部３６２との間に、波形状プレート４を狭持する。言い換えると、一の電池モジュール３０の膨出部３６２と他の電池モジュール３０の膨出部３６２との間には、波形状プレート４が狭持される。また最上層の電池モジュール３０のアッパーケース３６１の膨出部３６２とアッパーケース２１と間に、波形状プレート４が狭持され、最下層の電池モジュール３０のロアケース３６３の膨出部３６２とロアプレート２２との間に、波形状プレート４が狭持される。

ところで、電池モジュール３０は、充放電時に単電池３０１内で発生するガス等が原因となって膨張する。単電池３０１は膨張すると、主に積層方向に対して荷重を発生し、ケース３６０の剛性を越えると、ケース３６０が変形する。また本例のアッパーケース３６１及びロアケース３６３は、複数の単電池を積層方向に対して内方に加圧するために、膨出部３６２を有する。そのため、単電池３０１の膨張に対して、ケースの変位のみでは十分吸収できない場合、膨出部３６２の周囲の屈曲する部分に局所的に荷重がかかり、座屈が生じる可能性がある。そして、座曲したケース３６０に対して、さらに膨張による荷重が加わると、電池モジュール３０の一部分に荷重が集中的に加わる可能性がある。

本例は、上記のように、膨出部３６２の面上に波形状プレート４を形成し、単電池３０１の充放電に伴う膨張によって生じる荷重を分散させる。

次に、図６を用いて、本例の組電池１に含まれる波形状プレート４の作用を説明する。図６は、図５の部分断面図のうち、一部分を示す断面図である。なお、点線は、電池モジュール３が膨張する前のアッパーケース３６１及び波形状プレート４を示し、実線は、電池モジュール３０が膨張する前のアッパーケース３６１及び波形状プレート４を示す。また矢印ａは、膨張による単電池３０１の変位方向を、また矢印ｂは、膨張による波形状プレート４の変位方向を、それぞれ示す。

単電池３０１が膨張し、アッパーケース３６１に対して積層方向の面圧が加わると、波形状プレート４とアッパーケース３６１との面接触により、当該積層方向への荷重がアッパーケース３６１の一部分に局所的に加わることを防ぐ。

さらに単電池３０１が膨張し、積層方向に対してアッパーケース３６１が変位すると、波形状プレート４は、アッパーケース３６１の変位に追随して、変形する。波形状プレート４は、積層方向に対して水平な部分と、積層方向に対して傾斜する部分を有する。そのため、当該水平な部分が、単電池３０１が膨張により生じるアッパーケース３６１からの面圧を受けて、当該傾きを有する部分が変位することにより、当該面圧を、波形状プレート４の水平方向に逃がす。また本例のアッパーケース３６１の一端は固定端であるため、波形状プレート４は、他端である自由端に向かって変位する。これにより、アッパーケース３６１にかかる面圧を、分散させて、電池モジュール３０に対して局所的に荷重集中することを防ぐ。

そして、ロアケース３６３についても、同様にアッパーケース３６１と同様の作用が生じる。

上記のように、本例の組電池１は、ケース３６０に膨出部３６２を形成し、当該膨出部３６２の面上に波形状プレート４を形成する。これにより、電池モジュール３０の膨張により電池モジュール３０の表面が変位した際、波形状プレート４が水平方向（波形状プレート４の波が開く方向）に変位することによって、電池モジュール３０の表面に加わる面圧を水平方向に対して逃がし、当該面圧を分散することができる。その結果として、電池モジュール３０に対して局所的に荷重が加わることを防ぐことができる。また、電池モジュール３０の膨張によるプレート変形時に、波形状プレート４はケース３６０又は保持板２と面接触しているため、当該面圧を分散させることができる。

また本例は、波形状プレート４の一端を電池モジュール３０に固定し、波形状プレート４の他端を自由端とする。これにより、積層された電池モジュール３０の傾きや振動によって、波形状プレート４の位置がずれないため、アッパーケース３６１とロアケース３６３との間の空間の一部に、波形状プレート４が存在しない部分を形成しにくくし、電池モジュール３０に対して局所的に荷重が加わることを防ぐことができる。また電池モジュール３０の膨張により、ケース３６０が変位し、波形状プレート４が変位すると、波形状プレート４は当該自由端の方向に向かって変位する。そのため、膨張により生じるアッパーケース３６１からの面圧を、固定端から自由端の方向に逃がすことができ、当該面圧を分散化し、電池モジュール３０内に局所的に荷重が加わることを防ぐことができる。

また、本例の波形状プレート４を角波形状とする。これにより、波形状プレート４には、電池モジュール３０の積層方向に対向する表面に対して、臨む面が形成されるため、電池モジュール３０の膨張により生じる積層方向に対する面圧を、面で受けることができ、当該面圧を分散させることができる。また波形状プレート４の表面積が大きくなるため、放熱性能を向上させることができる。

また、本例の波形状プレート４はスチールにより形成されるため、温度サイクルによる波形状プレート４の経時変化、劣化による波形状プレート４の弾力性の低下を防ぐことができる。また発砲ウレタン材に対してコストを抑えることができる。

また本例は、波形状プレート４をケース３６０に予め取り付けておくにより、組み付け工数及び物流工数を削減することができる。また、本例の波形状プレート４は、波のピッチを小さくすることにより、電池モジュール３０の膨張の時、ケース３６０との接触部分を増やすことができ、面圧を低減させることができる。

また本例の波形状プレート４は、電池モジュール３０の積層方向に対して、水平な部分と、傾斜する部分とを有する。これにより、電池モジュール３０が膨張すると当該傾斜する部分が変位するため、当該傾斜する部分に対応する部分を垂直にすする場合と比較して、ケース３６０からの面圧を、電池モジュール３０の積層方向に対して水平な方向に逃がしやすくすることができる。

なお、本例は、電池モジュール３０の間、電池モジュール３０とアッパープレート２１との間及び電池モジュール３０とロアプレート２２との間に、波形状プレート４が形成されるが、波形状プレート４は、電池モジュール３０の間、電池モジュール３０とアッパープレート２１との間又は電池モジュール３０とロアプレート２２との間に設けられてもよい。また波形状プレート４は、必ずしも全ての電池モジュール３０の間に設ける必要はなく、少なくとも１組の電池モジュール３０の間に設けられればよく、また電池モジュール３０とアッパープレート２１との間又は電池モジュール３０とロアプレート２２との間のみに設けられてもよい。

また本例は、アッパーケース３６１及びロアケース３６３に膨出部３６２を設けるが、アッパーケース３６１又はロアケース３６３の一方に膨出部３６２に設けてもよい。

また、波形状プレート４は、固定端以外の部分でケース３６０又は保持板２に接触してもよく、ケース３６０の変位によって、ケース３６０又は保持板２と接触する構成であってもよい。また波形状プレート４は、膨出部６０２の面上に、必ずしも２個設ける必要はなく、１個でもよく、３個以上であってもよい。また波形状プレート４は、ケース３６０の平面上において、横方向に配置してもよく、縦方向でもよい。

なお本例のケース３６０が、本発明の「モジュールケース」に相当し、単電池３０１が「電池積層体」に相当する。

《第２実施形態》
本例は上述した第１実施形態に対して、波形状プレート４の一端及び他端を自由端とする点が異なる。これ以外の構成で上述した第１実施形態と同じ構成は、その記載を適宜、援用する。図７は、発明の他の実施形態に係る組電池３の部分断面図であって、図３の組電池１のＡ−Ａ線に沿う部分断面図と対応する。

図７に示すように、波形状プレート４は、アッパーケース３６１及びロアケース３６３に固定されず、波形状プレート４の一端及び他端は自由端である。

これにより、本例の組電池１は、電池モジュール３０の膨張により電池モジュール３０の表面が変位した際、波形状プレート４が水平方向である左右両方向に変位することによって、電池モジュール３０の表面に加わる面圧を水平方向に対して逃がし、当該面圧分散させることができる。その結果として、電池モジュール３０に対して局所的に荷重が加わることを防ぐことができる。

《第３実施形態》
本例は上述した第１実施形態に対して、波形状プレート４の形状が異なる。これ以外の構成で上述した第１又は第２実施形態と同じ構成は、その記載を適宜、援用する。図８は、発明の他の実施形態に係る組電池３の部分断面図であって、図３の組電池１のＡ−Ａ線に沿う部分断面図と対応する。

図８に示すように、波形状プレート４は、正弦波形状をしており、一端が接合部５を介してアッパーケース３６１又はロアケース３６３に接合され、波形状プレート４の他端は自由端である。

これにより、本例の組電池１は、これにより、電池モジュール３０の膨張により電池モジュール３０の表面が変位した際、波形状プレート４が水平方向に変位することによって、電池モジュール３０の表面に加わる面圧を水平方向に対して逃がし、当該面圧分散させることができる。その結果として、電池モジュール３０に対して局所的に荷重が加わることを防ぐことができる。

１…組電池
２…保持板
２１…アッパープレート
２２…ロアプレート
３…電池モジュール群
３０…電池モジュール
４…膨出部
５…接合部
１０１、２０１、３０１…単電池
１１１、１１２、２１１、２１２…電極端子
１２１〜１２４、２２１、２２３…スペーサ
１３１、１３２…出力端子
３０２…スリーブ
３０４…緩衝材
３０５…スペーサ
３０７…差込口
３３１、３３２…絶縁カバー
３６０…ケース
３６１…アッパーケース
３６２…膨出部
３６３…ロアケース

Claims

薄型形状の単電池を複数積層して電池積層体を形成し、当該電池積層体をモジュールケース内に収容する電池モジュールを複数積層する電池モジュール群を有する組電池において、
少なくとも１つの前記電池モジュールは、前記モジュールケースの電池積層方向に面する２面のうち少なくとも１方面に、前記モジュールケース内方に向かって膨出する膨出部を有し、
前記組電池は、前記膨出部の面上に波形状プレートをさらに有することを特徴とする
組電池。
前記波形状プレートは、前記電池モジュール群のうち、一の電池モジュールの前記膨出部と他の電池モジュールの前記膨出部との間に狭持されることを特徴とする
請求項１記載の組電池。
前記波形状プレートの一端は前記電池モジュールに固定され、
前記波形状プレートの他端は自由端であることを特徴とする
請求項１又は２記載の組電池。
前記波形状プレートは、角波形状であることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか一項に記載の組電池。
前記波形状プレートは、前記電池積層方向に対して水平な部分と前記電池積層方向に対して傾斜する部分とにより形成されることを特徴とする
請求項１〜４のいずれか一項に記載の組電池。