JP2011065908A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な工程で組み立てられる電池モジュールを提供する。
【解決手段】複数の単電池１１が積層されたセルユニット１０と、前記セルユニットを収容するための開口部２１および前記セルユニットの積層方向の一方のセルユニット主面１２に当接するインナケース主面２２を有するインナケース２０と、前記インナケースが挿入される挿入部３１、前記セルユニットの積層方向の他方のセルユニット主面１３に当接するアウタケース主面３２および前記インナケースを保持する保持部３６を有するアウタケース３０と、を備える。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、複数の単電池の積層体が収容された電池モジュールに関するものである。

複数の単電池の積層体が収容された電池モジュールにおいて、本体ケースと蓋体を巻き締め加工により固定するとともに、四隅にスペーサを介装して貫通ボルトにて複数の電池モジュールを積層するものが知られている（特許文献１）。また、単電池の積層体の両面を加圧するために、本体ケースと蓋体に内方膨出部が形成されている。

特開２００８−５９９４１号公報

しかしながら、上記従来の電池モジュールは本体ケースと蓋体とを巻き締め加工するので、工程が複雑で組立工数が大きいという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、簡単な工程で組み立てられる電池モジュールを提供することである。

本発明は、セルユニットが収容されたインナケースをアウタケースに挿入し、セルユニットの積層方向の両主面をインナケースの主面とアウタケースの主面とで受容することによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、インナケースをアウタケースに挿入する構成であるので、組立工程が簡素化され、組立工数を低減することができる。

本発明の一実施の形態に係る電池モジュールを示す分解斜視図である。 図１Ａに示す電池モジュールの組立完成状態を示す斜視図である。 図１ＢのＩＣ−ＩＣ線に沿う断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る電池モジュールを示す分解斜視図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る電池モジュールを示す分解斜視図である。 図３Ａの電池モジュールの組立完成状態を示す斜視図である。 図３ＢのIIIＣ−IIIＣ線に沿う断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る電池モジュールを示す分解斜視図である。

以下、本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１Ａ〜図１Ｃは第１の実施の形態に係る電池モジュールを示す図であり、本例の電池モジュール１は、複数の単電池１１が積層されてなるセルユニット１０と、セルユニット１０を収容するインナケース２０と、インナケース２０が挿入されて保持されるアウタケース３０と、を備える。

セルユニット１０（単電池の積層体）を構成する単電池１１は、たとえばエネルギー密度及び密封性が高いリチウムイオン二次電池を採用することができ、内部電極対、セパレータ及び電解液からなる発電要素が平面長方形状で可撓性を有する袋状外装部材によって密封されたシート状の電池を採用することができる。こうした扁平状リチウムイオン二次電池の内部構造や充放電原理は公知であるためその詳細な説明は省略するが、袋状外装部材は熱可塑性樹脂製の内層と、金属箔製の中間層と、絶縁性樹脂製の外層とを備えるラミネートフィルムで形成され、発電要素が袋状外装部材に密封されるため、袋状外装部材の外部に導出される電極端子以外は電気絶縁性が確保されることになる。

図１Ａに示すように、単電池１１の積層体であるセルユニット１０は、単電池１１を複数（同図に示す例では４つ）積み重ねて構成され、図示はしないが両短辺から導出された正極端子と負極端子とが直接又はバスバーにより順次接続されている。これによりたとえば４つの単電池１１が直列接続された回路構成となる。

セルユニット１０の短辺側の両端には、プラスチックスなどの絶縁体からなる絶縁性カバー１４，１５が装着され、この絶縁性カバー１４，１５により単電池１１の電極端子とインナケース２０、アウタケース３０との電気的絶縁性が確保されている。本例の絶縁性カバーの一方１４（図１Ａの手前側）は、セルユニット１０の入出力端子が両端に形成され、その間には各単電池１１の電池電圧を検出するための電圧センサの端子が装着される係合部が形成されている。なお、他方の絶縁性カバー１５（図１Ａの奥側）は各単電池１１の電池電圧を検出するための電圧センサの端子が装着される係合部のみが形成されている。

なお、絶縁性カバー１４，１５はセルユニット１０の両短辺から突出しているので、電池モジュール１を組み立てるにあたっては、その取り付け順序を変更してもよい。これについては後述する。また、セルユニット１０の四隅には、図１Ｃに示すように複数の電池モジュール１を積層して電池モジュール群とする場合に、貫通ボルト６１とスリーブ６０を挿通するための通孔１６が形成されている。

上述したセルユニット１０は、インナケース２０とアウタケース３０により構成されるケーシングに収容される。インナケース２０は、アルミニウム合金やプラスチックスなどで構成され、図１Ａに示すように直方体状に形成された筐体であって、セルユニット１０の一方のセルユニット主面１２に当接するインナケース主面２２を含むインナケース底面２３と、このインナケース底面２３から立ち上がって延在する４つのインナケース側壁面２４と、インナケース底面２３に対面する開口部２１とを有する。短辺側の一対のインナケース側壁面２４，２４にはセルユニット１０の絶縁性カバー１４，１５が露出するための切欠部２５，２５が形成されている。また、底面の四隅には、図１Ｃに示すように複数の電池モジュール１を積層して電池モジュール群とする場合に、貫通ボルト６１を挿通するための通孔２６が形成されている。

そして、図１Ａに示すように開口部２１からセルユニット１０をインナケース２０内に収容すると、平坦状に形成されたインナケース底面２３のインナケース主面２２とセルユニット１０の一方の主面が対面し、電池モジュール１として組み立てられた状態では、図１Ｃに示すようにインナケース２０のインナケース主面２２とセルユニット１０の一方のセルユニット主面１２とが接触することになる。

アウタケース３０は、アルミニウム合金やプラスチックスなどで構成され、図１Ａに示すように直方体状に形成された筐体であって、セルユニット１０の他方のセルユニット主面１３に当接するアウタケース主面３２を含むアウタケース底面３４と、このアウタケース底面３４から立ち上がって延在する３つのアウタケース側壁面３５と、アウタケース底面３４に対面する保持部３６と、長辺側の側壁面の一つに相当する挿入部３１とを有する。短辺側の一対のインナケース側壁面２４，２４にはセルユニット１０の絶縁性カバー１４，１５が露出するための切欠部３７，３７が形成されている。

挿入部３１は、図１Ａに示すようにインナケース２０を矢印方向に挿入することができる開口である。また、本例の保持部３６は、アウタケース底面３４に対面する天井面で構成され、インナケース２０を挿入したときに、アウタケース底面３４とともに当該インナケース２０を積層方向に保持する機能を司る。アウタケース３０の底面の四隅及び保持部３６の四隅には、図１Ｃに示すように複数の電池モジュール１を積層して電池モジュール群とする場合に、貫通ボルト６１を挿通するための通孔３８が形成されている。

スリーブ６０はセルユニット１０の通孔１６に挿通され、下端はアウタケース３０のアウタケース底面３４に当接するとともに上端はインナケース２０のインナケース底面２３に当接する。このスリーブ６０により貫通ボルト６１の軸方向の締め付け力を受けることができる。

また、圧縮スプリングからなる第２弾性部材５０は、スリーブ６０に挿通され、インナケース２０のインナケース底面２３とアウタケース３０の保持部３６との間に介装される。この第２弾性部材５０によりセルユニット１０をインナケース２０のインナケース底面２３とアウタケース３０のアウタケース底面３４とで挟圧することができ、単電池１１の内部で発生した反応ガスを除去することができる。

インナケース２０とアウタケース３０の寸法関係は以下のようにされている。すなわち、図１Ａに示すように、インナケース２０の外径長さＬ１，外径幅Ｗ１，外径高さＨ１とし、アウタケース３０の内径長さＬ２，内径幅Ｗ２，内径高さＨ２とすると、インナケース２０がアウタケース３０に挿入することができ、かつインナケース２とアウタケース３０との間に第２弾性部材５０が介装可能なように、Ｌ１＜Ｌ２，Ｗ１＜Ｗ２，Ｈ１＋α＜Ｈ２（αは第２弾性部材５０の自由長さ）とされている。

以上のように構成された電池モジュール１は、図１Ｃに示すように両端に剛性を有するエンドプレート６２を配置し、複数の電池モジュール１を重ね合わせることで電池モジュール群として利用に供される。同図では電池モジュール群の一端のみを示す。なおこの組立の際に、セルユニット１０の絶縁性カバー１４，１５がアウタケース３０の挿入部３１に干渉する場合は、絶縁性カバー１４，１５を装着する前のセルユニット１０をインナケース２０に収容し、このインナケース２０をアウタケース３０の挿入部３１から挿入したのち、絶縁性カバー１４，１５を装着してもよい。

本例の電池モジュール１によれば、セルユニット１０が収容されたインナケース２０をアウタケース３０に挿入する構造であるため、従来の巻き締め加工のような複雑な工程を経ることなく、また少ない部品点数でインナケース２０とアウタケース３０を接合することができ、組立工数も低減することができる。

また、このように簡単な構造であっても、インナケース２０のインナケース底面２３（インナケース主面２２）とアウタケース３０のアウタケース底面３４（アウタケース主面３２）とでセルユニット１０の両セルユニット主面１２，１３を挟圧することができるので単電池の膨張を抑制し、内部で発生したガスを効率よく排出させることができる。

しかも、単電池１１の内部にガスが発生してセルユニット１０が膨張しても、この膨張は第２弾性部材５０により吸収することができ、アウタケース３０には膨張による荷重が作用しない。したがって、図１Ｃに示すように電池モジュール群を構成した場合に電池モジュール間にスペーサ等の部品を介装する必要がなくなる。また、貫通ボルト６１に膨張力による軸方向の荷重が作用しないので、貫通ボルト６１の設計強度を低くすることができる。

さらに、インナケース２０のインナケース底面２３（インナケース主面２２）とアウタケース３０のアウタケース底面３４（アウタケース主面３２）とでセルユニット１０の両セルユニット主面１２，１３を挟圧する構造であるため、これらのインナケース底面２３，３４に凹部などのキャンバ形状を形成する必要がなく、その結果、電池モジュール１の外形を小型化することができる。

また、圧縮コイルバネからなる第２弾性部材５０は、スリーブ６０に挿通させてインナケース２０のインナケース底面２３とアウタケース３０の保持部３６との間に介装するため、電池モジュール１から突出したりすることがなく他部品との干渉が抑制される。

《第２実施形態》
図２は本発明の他の実施の形態に係る電池モジュールを示す分解斜視図であり、図１Ａ〜図１Ｃに示す第１実施形態に係る電池モジュールと共通する構成には同一の符号を付し、その説明をここに援用する。

図２に示す電池モジュール１は、第１実施形態に係る電池モジュール１に比べ、インナケース２０のアウタケース３０に対する挿入方向、換言すればアウタケース３０の挿入部３１を短辺側の側壁面としている点が相違する。

すなわち、アウタケース３０は、図２に示すように直方体状に形成された筐体であって、セルユニット１０の他方のセルユニット主面１３に当接するアウタケース主面３２を含むアウタケース底面３４と、このアウタケース底面３４から立ち上がって延在する３つのアウタケース側壁面３５と、アウタケース底面３４に対面する保持部３６と、短辺側の側壁面の一つに相当する挿入部３１とを有する。短辺側の挿入部３１に対面するインナケース側壁面２４にはセルユニット１０の絶縁性カバー１５が露出するための切欠部３７が形成されている。挿入部３１は、図２に示すようにインナケース２０を矢印方向に挿入することができる開口である。

このようにインナケース２０を挿入するための挿入部３１をアウタケース３０の短辺側の側壁面に形成した場合も、上述した第１実施形態に係る電池モジュール１と同様に、セルユニット１０が収容されたインナケース２０をアウタケース３０に挿入する構造であるため、従来の巻き締め加工のような複雑な工程を経ることなく、また少ない部品点数でインナケース２０とアウタケース３０を接合することができ、組立工数も低減することができる。

また、このように簡単な構造であっても、インナケース２０のインナケース底面２３（インナケース主面２２）とアウタケース３０のアウタケース底面３４（アウタケース主面３２）とでセルユニット１０の両セルユニット主面１２，１３を挟圧することができるので単電池の膨張を抑制し、内部で発生したガスを効率よく排出させることができる。

しかも、単電池１１の内部にガスが発生してセルユニット１０が膨張しても、この膨張は第２弾性部材５０により吸収することができ、アウタケース３０には膨張による荷重が作用しない。したがって、図１Ｃに示すものと同様に電池モジュール群を構成した場合に、電池モジュール間にスペーサ等の部品を介装する必要がなくなる。また、貫通ボルト６１に膨張力による軸方向の荷重が作用しないので、貫通ボルト６１の設計強度を低くすることができる。

さらに、インナケース２０のインナケース底面２３（インナケース主面２２）とアウタケース３０のアウタケース底面３４（アウタケース主面３２）とでセルユニット１０の両セルユニット主面１２，１３を挟圧する構造であるため、これらのインナケース底面２３，３４に凹部などのキャンバ形状を形成する必要がなく、その結果、電池モジュール１の外形を小型化することができる。

また、圧縮コイルバネからなる第２弾性部材５０は、スリーブ６０に挿通させてインナケース２０のインナケース底面２３とアウタケース３０の保持部３６との間に介装するため、電池モジュール１から突出したりすることがなく他部品との干渉が抑制される。

《第３実施形態》
図３Ａ〜図３Ｃは本発明の他の実施の形態に係る電池モジュールを示す分解斜視図であり、図１Ａ〜図１Ｃに示す第１実施形態に係る電池モジュールと共通する構成には同一の符号を付し、その説明をここに援用する。

図３Ａ〜図３Ｃに示す電池モジュール１は、第１実施形態に係る電池モジュール１に比べ、アウタケース３０の天井面に形成された保持部３６の形状と、第２弾性部材５０に代えて第１弾性部材４０を用いている点が相違する。

すなわち、アウタケース３０の天井面の中央部が削除され、両端に保持部３６，３６が形成されている。アウタケース３０の保持部３６はインナケース２０を挿入したときにアウタケース底面３４ととともにこれを保持する機能を有すればよいので、天井面全体を保持部３６とする必要はない。そのため、本例の保持部３６は天井面の両端のみとされている。これにより、インナケース２０の保持機能を奏しつつ軽量化を図ることができる。

また、図３Ｂに示すように、インナケース２０にセルユニット１０を収容し、このインナケース２０をアウタケース３０に挿入したのち、同図に示す板ばねからなる第１弾性部材４０をインナケース２０のインナケース底面２３とアウタケース３０のアウタケース底面３４とを挟むように装着する。本例では４つの第１弾性部材４０が電池モジュール１の長辺側に装着されているが、個数や装着位置はセルユニット１０の膨張荷重に応じて適宜に設定することができる。

圧縮コイルバネからなる第２弾性部材５０に代えて、板ばねからなる第１弾性部材４０を設けることで、アウタケース３０の高さＨ２を第１実施形態に係る電池モジュール１より低くすることができ、小型化を図ることができる。

また本例の電池モジュール１によれば、上述した第１実施形態と同様に、セルユニット１０が収容されたインナケース２０をアウタケース３０に挿入する構造であるため、従来の巻き締め加工のような複雑な工程を経ることなく、また少ない部品点数でインナケース２０とアウタケース３０を接合することができ、組立工数も低減することができる。

また、このように簡単な構造であっても、インナケース２０のインナケース底面２３（インナケース主面２２）とアウタケース３０のアウタケース底面３４（アウタケース主面３２）とでセルユニット１０の両セルユニット主面１２，１３を挟圧することができるので単電池の膨張を抑制し、内部で発生したガスを効率よく排出させることができる。

しかも、単電池１１の内部にガスが発生してセルユニット１０が膨張しても、この膨張は第１弾性部材４０により吸収することができ、アウタケース３０には膨張による荷重が作用しない。したがって、図１Ｃに示すものと同様に電池モジュール群を構成した場合に、電池モジュール間にスペーサ等の部品を介装する必要がなくなる。また、貫通ボルト６１に膨張力による軸方向の荷重が作用しないので、貫通ボルト６１の設計強度を低くすることができる。

さらに、インナケース２０のインナケース底面２３（インナケース主面２２）とアウタケース３０のアウタケース底面３４（アウタケース主面３２）とでセルユニット１０の両セルユニット主面１２，１３を挟圧する構造であるため、これらのインナケース底面２３，３４に凹部などのキャンバ形状を形成する必要がなく、その結果、電池モジュール１の外形を小型化することができる。

《第４実施形態》
図４は本発明のさらに他の実施の形態に係る電池モジュールを示す分解斜視図であり、図１Ａ〜図１Ｃに示す第１実施形態に係る電池モジュールと共通する構成には同一の符号を付し、その説明をここに援用する。

図４に示す電池モジュール１は、第３実施形態に係る電池モジュール１に比べ、第１弾性部材４０をアウタケース３０に一体的に形成した点が相違する。また、インナケース２０のアウタケース３０に対する挿入方向は上述した第２実施形態と同じである。

第１弾性部材４０をアウタケース３０と一体成形することでさらに部品点数を削減することができる。その他の効果については第３実施形態と同じである。

１…電池モジュール
１０…セルユニット
１１…単電池
１２…一方のセルユニット主面
１３…他方のセルユニット主面
１４，１５…絶縁性カバー
１６…通孔
２０…インナケース
２１…開口部
２２…インナケース主面
２３…インナケース底面
２４…インナケース側壁面
２５…切欠部
２６…通孔
３０…アウタケース
３１…挿入部
３２…アウタケース主面
３４…アウタケース底面
３５…アウタケース側壁面
３６…保持部
３７…切欠部
３８…通孔
４０…第１弾性部材
５０…第２弾性部材
６０…スリーブ
６１…貫通ボルト
６２…エンドプレート

Claims (7)

1. 複数の単電池が積層されたセルユニットと、
   前記セルユニットを収容するための開口部および前記セルユニットの積層方向の一方のセルユニット主面に当接するインナケース主面を有するインナケースと、
   前記インナケースが挿入される挿入部、前記セルユニットの積層方向の他方のセルユニット主面に当接するアウタケース主面および前記インナケースを保持する保持部を有するアウタケースと、を備えることを特徴とする電池モジュール。
2. 請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
   前記インナケースは、前記インナケース主面を含むインナケース底面と、当該インナケース底面から延在するインナケース側壁面と、前記インナケース底面に対面する前記開口部とを有する直方体状部材であることを特徴とする電池モジュール。
3. 請求項２に記載の電池モジュールにおいて、
   前記アウタケースは、前記アウタケース主面を含むアウタケース底面と、当該アウタケース底面から延在するアウタケース側壁面と、当該アウタケース側壁面から延在し前記アウタケース主面に対面する前記保持部と、前記アウタケース側壁面のいずれかに形成された前記挿入部とを有する直方体状部材であることを特徴とする電池モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池モジュールにおいて、
   前記インナケース主面と前記アウタケース主面とを弾性挟持する第１弾性部材を備えることを特徴とする電池モジュール。
5. 請求項４に記載の電池モジュールにおいて、
   前記第１弾性部材は、前記アウタケース主面に一体的に形成されていることを特徴とする電池モジュール。
6. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池モジュールにおいて、
   前記インナケース主面と前記アウタケースの前記保持部との間に介装され、前記インナケース主面を前記アウタケース主面に押圧する第２弾性部材を備えることを特徴とする電池モジュール。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の電池モジュールにおいて、
   前記インナケース主面及び前記アウタケース主面の少なくとも一方は、平坦状に形成されていることを特徴とする電池モジュール。

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