JP2014102939A - 電池モジュール及び中間部材 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する電池セル間で、適切な絶縁性を担保する電池モジュール、及び、この電池モジュールに採用可能な中間部材を提供する。
【解決手段】並設される複数の電池セル２と、複数の電池セル２を拘束する拘束部材６ａ、６ｂと、を備えた電池モジュールであって、電池セル２の側面に対向する絶縁シートと、電池セル２の側面に当接するスペーサとを有する中間部材を備える。また、拘束部材６ａ、６ｂにより複数の電池セル２を拘束してなる電池モジュールに使用される中間部材であって、電池セル２の側面に対向する絶縁シートと、前記電池セルの側面に当接するスペーサとを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池モジュール、及び、この電池モジュールに採用可能な中間部材に関するものである。

従来、電池モジュールとして、一対のプレートの間に複数の電池セルとスペーサを交互に配置した構成のものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２４４４５号公報

しかしながら、前記従来の電池モジュールでは、スペーサは単に隣接する電池セル間の距離を一定に維持するだけである。このため、両電池セル間での絶縁性が十分に担保できないという問題がある。

本発明の課題は、隣接する電池セル間で適切な絶縁性を担保することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
並設される複数の電池セルと、前記複数の電池セルを拘束する拘束部材と、を備えた電池モジュールであって、
前記電池セルの側面に対向する絶縁シートと、前記電池セルの側面に当接するスペーサとを有する中間部材を備えたものである。

この構成により、スペーサによって電池セル間の距離を維持しつつ、絶縁シートにより電池セル間の絶縁性を担保することができる。したがって、絶縁シートにより確実に電池セル間の絶縁性を高めることができ、スペーサにより電池セルの変形を所望の位置で阻止することができる。

前記絶縁シートは、前記電池容器の側面の周辺部分と非接触状態に維持されるのが好ましい。

この構成により、絶縁シートが隣接する電池セル間で剛性の高い周辺部分と干渉することを回避することが可能となる。

前記電池セルは、開口部を有する箱状の電池容器と、前記開口部に溶接されて閉鎖する蓋体とを備え、
前記絶縁シートは、前記電池容器への前記蓋体の溶接部分と非接触状態に維持されるのが好ましい。

この場合、前記溶接部分は、前記電池容器の外側面から突出していても構わない。

前記絶縁シートは、前記電池セルと同等以上の高さを有するのが好ましい。

この構成により、電池セル間で最も接近する溶接部分での絶縁距離を十分に確保することができる。

前記スペーサは、少なくとも、前記溶接部分との圧接を回避して前記電池セルに当接するのが好ましい。

この構成により、スペーサが剛性の大きな溶接部分と干渉することがなく、電池セル間に所望の間隔を維持することができる。

前記スペーサは、前記電池セルの側面中央部に当接するのが好ましい。

この構成により、電池セルの最も変形しやすい部分をガイドしてその変形を防止することができる。

前記電池セルは、前記スペーサの当接部分に凹所を有するのが好ましい。

この構成により、将来的に膨出する可能性のある部位に、予め凹所を形成しておくことにより、スペーサを電池セルに対して位置決めしやすくなる。

前記中間部材は、一体成形により形成するのが好ましい。

この構成により、中間部材を１回の成形加工により簡単に得ることができる。また、絶縁シートとスペーサとが位置ずれすることがなく、絶縁シートに対するスペーサの位置を正確に設定することができる。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
拘束部材により複数の電池セルを拘束してなる電池モジュールに使用される中間部材であって、
前記電池セルの側面に対向する絶縁シートと、前記電池セルの側面に当接するスペーサとを有するように構成したものである。

本発明によれば、電池セルの側面に対向する絶縁シートと、電池セルの側面に当接するスペーサを一体化した中間部材を設けるようにしたので、電池セル間に所望の間隔を維持しつつ、電池セル間の絶縁性を高めることができる。

本実施形態に係る電池モジュールの分解斜視図である。 図１からケーシングを除去した状態を示す斜視図である。 図２から電池セル及び中間部材の一部を取り外した状態を示す斜視図である。 図２のエンドプレート等によって構成される空間への電池セル及び中間部材の組付状態を示す概略平面図である。 図４の電池セル及び絶縁シートの一部を示す概略断面図である。 他の実施形態に係るスペーサの形成パターン例を示す平面図である。 他の実施形態に係るスペーサの形成パターン例を示す平面図である。 図３の中間部材を採用する他の実施形態に係る電池モジュールの分解斜視図である。 図８のケーシング本体、電池セル及び中間部材の分解斜視図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「側」、「端」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本実施形態に係る電池モジュールを示す。この電池モジュールは、大略、ケーシング１内に、図２に示す電池セル２や電装品３を収容し、カバー４で閉鎖した構成である。

ケーシング１は、合成樹脂材料を上面が開口する略直方体形状に形成したものである。ケーシング１の底面にはボトムプレート５が配置されている。図２に示すように、ボトムプレート５の両端部には、並設される電池セル２の拘束部材として機能するエンドプレート６ａ、６ｂが配置されている。ボトムプレート５及びエンドプレート６ａ、６ｂは、ケーシング１の底面側からネジ止め固定されている。エンドプレート６ａ、６ｂの両側はサイドプレート８ａ、８ｂによって連結されている。また、エンドプレート６ａ、６ｂの上端部はトッププレート１ａによって連結されている。

電池セル２は、大略、上面が開口する箱状の電池容器９内に発電要素（図示せず）等を収容し、蓋体１０で閉鎖した構成である。蓋体１０の両端部からは電極部１１がそれぞれ突出している。蓋体１０は、段部１２を電池容器９の上面開口部に嵌合され、周縁部に形成される境界線を溶接されることにより電池容器９に一体化される。このような構成の電池セル２では、側面の中央部に比べて周辺部分、特に、周縁部での剛性が高くなる。また、溶接部分が膨出部１３となって側方に盛り上がる。

電池セル２は横向き状態で、すなわち電極１１が上下に位置するように側方に突出する状態で、ボトムプレート５、エンドプレート６ａ、６ｂ及びサイドプレート８ａ、８ｂによって囲まれた空間内に挿入される。そして、サイドプレート８ａ、８ｂ同士をトッププレート１ａによって連結することにより、電池セル２は抜け止めされる。

図３及び図４に示すように、中間部材３０は、絶縁シート１４の両面中央部にスペーサ１５を形成した第１中間部材３０Ａと、絶縁シート１４の片側中央部にスペーサ１５を形成した第２中間部材３０Ｂとで構成されている。但し、第２中間部材３０Ｂも第１中間部材３０Ａと同じ両面中央部にスペーサ１５を有する構成としてもよい。

絶縁シート１４は、電池セル２の側面とほぼ同じ大きさの矩形状に形成されている。絶縁シート１４は、各電池セル２の間、及び、電池セル２とエンドプレート６ａ、６ｂの間にそれぞれ配置される。この状態では、絶縁シート１４は、一方のサイドプレート８ｂから、電池セル２の膨出部１３の側方位置を超えて、他方のサイドプレート８ａ側へと突出している。この突出寸法は、膨出部１３間に所定の絶縁距離を確保することができる値である。これにより、隣接する電池セル２間で最も接近した膨出部１３間での絶縁性を担保することができる。また、絶縁シート１４の厚みは電池セル２の側面から盛り上がった溶接部分が干渉しないか接触する程度に抑えられている。したがって、剛性の大きな膨出部１３が干渉して電池セル２が傾く等、位置ずれすることを防止することができる。さらに、絶縁シート１４は、電池セル２間のほぼ中心位置で平面形状を維持できる剛性を有する。

スペーサ１５は、平面視矩形状で、一定の厚みを有する。スペーサ１５は絶縁シート１４に貼着により取り付けられている。電池セル２の側面中央部に圧接又は当接する。詳しくは、スペーサ１５は、少なくとも電池セル２の側面周縁部の剛性の高い部分には圧接又は当接しないサイズに形成されている。例えば、スペーサ１５は、電池セル２の側面に対して、横幅の約６０％、縦幅の約５０％のサイズとしてもよいが、これよりも小さいサイズであっても構わない。また、スペーサ１５は多少の弾性を有していてもよいが、電池セル２が剛性の小さい中央部分で膨出することを防止する必要がある。

このように、絶縁シート１４にスペーサ１５を一体化することで、両者を確実に一定の位置関係に維持することができる。したがって、絶縁シート１４によって電池セル２間に所望の絶縁性を維持することができ、スペーサ１５によって電池セル２の側面中央部を確実にガイドすることができる。

スペーサ１５によって電池セル２の側面中央部をガイドすることにより、次のような利点がある。すなわち、電池セル２の側面全体に均一な力を作用させる場合、エンドプレートの剛性は均一ではないため、実際には不均一な力しか作用させることができない。このため、電池セル２内で、リチウム（Ｌｉ）が析出して容量低下が起きる等、その信頼性が低下する恐れがある。しかしながら、スペーサ１５によって電池セル２の側面中央部のみをガイド（押圧）することにより、このような不具合の発生を防止することが可能となる。また、電池セル２内のエレメント（発電要素）の保持力を向上させることができる。このため、各電池セル２での耐振動性能を高めることが可能となる。

また、絶縁シート１４とスペーサ１５とは一体成形により同時に形成するようにしてもよい。この場合、金型によって絶縁シート１４とスペーサ１５との位置関係を正確に設定できるので、製品間の位置関係のばらつきを抑えることができるという利点がある。

前記構成の電池モジュールでは、電池セル２を次のようにして組み付ける。
４つの電池セル２を、短手方向に並設した状態で、ボトムプレート５、エンドプレート６ａ、６ｂ及びサイドプレート８ａ、８ｂによって囲まれた空間内に挿入する。図４の平面図に示すように、４つの電池セル２は、横向き状態、すなわち電極１１が上下に位置するように側方に突出する状態で配置する。

ところで、電池セル２の外形寸法、特に溶接部分の外形寸法に誤差が生じることは避けられない。また、電池セル２の側面では、中央部分に比べて、外形寸法に直接影響する周辺部分、特に溶接部分での剛性が高くなっている。このため、拘束部材であるエンドプレート６ａ、６ｂの間隔は、並設する４つの電池セル２の間隔よりも大きくなるように設定し、各電池セル２の間、及び、電池セル２とエンドプレート６ａ、６ｂの間にスペースを形成できるようにしている。

その後、電池セル２の間に第１中間部材３０Ａを配置し、電池セル２とケーシング本体４の両端面との間に第２中間部材３０Ｂを配置する。第１中間部材３０Ａでは、絶縁シート１４の一方の側縁部を一方のサイドプレート８ｂに当接させ、スペーサ１５を電池セル２の側面中央部に当接又は圧接させる。また、第２中間部材３０Ｂでは、絶縁シート１４の一方の側縁部を一方のサイドプレート８ｂに当接させ、スペーサ１５を電池セル２の側面中央部とエンドプレート６ａ、６ｂの内面に当接又は圧接させる。

このように、予め各電池セル２の間、及び、電池セル２とエンドプレート６ａ、６ｂの間にスペースを形成しているので、各電池セル２の剛性の高い周辺部分、特に、最も側方に突出した溶接部分で寸法公差が生じていたとしても、その部分での干渉を確実に回避することができる。また、絶縁シート１４の他方の側縁部が、電池セル２の膨出部１３の側方位置に対して他方のサイドプレート８ａ側に突出する。したがって、膨出部１３の存在に拘わらず電池セル２間に所望の絶縁距離を確保することができる。さらに、スペーサ１５が電池セル２の側面中央部に圧接又は当接し、電池セル２の最も変形しやすい部分をガイドし、その変形を防止することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、中間部材３０のスペーサ１５を平面視矩形状の所定厚を有するものとしたが、これに限らず種々の構成を採用することができる。

図６は、スペーサ１５を絶縁シート１４の幅方向に延び、上下方向に並設される複数列の突条部１６で構成したものである。これにより、突条部１６に沿った空気流れを形成することができ、電池セル２間に適切な間隔を維持しつつ、電池セル２を効果的に冷却することが可能となる。

図７は、スペーサ１５を格子状に配置した複数の突起１７により構成したものである。突起１７の平面視形状は、図６に示す丸のほか、四角、三角等、種々の形態を取ることができる。また、突起１７の配列は、絶縁シート１４の幅方向に沿って整列させるのが好ましい。これにより、前記突条部１６と同様に、電池セル２間に適切な間隔を維持しつつ、電池セル２に沿った空気流れを形成して、電池セル２を効果的に冷却することが可能となる。

また、前記実施形態では、図１及び図２に示す構成の電池モジュールに中間部材を採用する場合について説明したが、この中間部材は、図８及び図９に示す電池モジュールにも採用することができる。

この電池モジュールでは、底面が長手方向に並設される仕切壁１９によって複数の領域に分割されたケーシング本体１８に、前記実施形態と同様な構成の電池セル２と中間部材３０とが収容されている。この場合、並設される電池セル２を拘束する拘束部材として機能するのは、ケーシング本体１８の両端面となる。

但し、電池セル２は、電極１１が上方に向かうようにしてケーシング本体１８内に収容される。また、ケーシング本体１８の上面開口部は中蓋２１及び上蓋２２からなる蓋部材２０によって閉鎖される。なお、電池セル２を並設する構成の電池モジュールであれば、どのような構成のものであっても前記構成の中間部材３０を採用することが可能である。

また、前記実施形態では、中間部材３０を電池モジュール内の電池セル２の間、及び、電池セル２とエンドプレート６ａ、６ｂの間にそれぞれ形成される各スペースに配置するようにしたが、必ずしも全てのスペースに配置する必要はなく、いずれか１箇所のスペースに配置するだけであってもよい。

また、前記実施形態では、電池セル２の側面を平坦面としたが、スペーサ１５が当接する位置に凹部を形成しておいてもよい。これにより、凹部によってスペーサ１５すなわち中間部材３０を位置決めすることができる。但し、凹部のサイズはスペーサ１５よりも大きく形成してもよい。また、電池セル２に凹部を形成することにより、電池セル２の側面からの膨出を抑制する効果も期待できる。

本発明に係る電池モジュールは、リチウムイオン電池のほか、鉛蓄電池等、種々の電池に採用することができる。

１…ケーシング
１ａ…トッププレート
２…電池セル
３…電装品
４…カバー
５…ボトムプレート
６ａ、６ｂ…エンドプレート
７…スペーサ
８ａ、８ｂ…サイドプレート
９…電池容器
１０…蓋体
１１…電極部
１２…段部
１３…膨出部
１４…絶縁シート
１５…スペーサ
１６…突条部、
１７…突起
１８…ケーシング本体
１９…仕切壁
２０…蓋部材
２１…中蓋
２２…上蓋
３０…中間部材
３０Ａ…第１中間部材
３０Ｂ…第２中間部材

Claims (10)

1. 並設される複数の電池セルと、前記複数の電池セルを拘束する拘束部材と、を備えた電池モジュールであって、
   前記電池セルの側面に対向する絶縁シートと、前記電池セルの側面に当接するスペーサとを有する中間部材を備えたことを特徴とする電池モジュール。
2. 前記絶縁シートは、前記電池容器の側面の周辺部分と非接触状態に維持されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記電池セルは、開口部を有する箱状の電池容器と、前記開口部に溶接されて閉鎖する蓋体とを備え、
   前記絶縁シートは、前記電池容器への前記蓋体の溶接部分と非接触状態に維持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 前記溶接部分は、前記電池容器の外側面から突出していることを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記絶縁シートは、前記電池セルと同等以上の高さを有することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
6. 前記スペーサは、少なくとも、前記溶接部分との圧接を回避して前記電池セルに当接することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の電池モジュール。
7. 前記スペーサは、前記電池セルの側面中央部に当接することを特徴とする請求項６に記載の電池モジュール。
8. 前記電池セルは、前記スペーサの当接部分に凹所を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電池モジュール。
9. 前記中間部材は、一体成形により形成したことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電池モジュール。
10. 拘束部材により複数の電池セルを拘束してなる電池モジュールに使用される中間部材であって、
    前記電池セルの側面に対向する絶縁シートと、前記電池セルの側面に当接するスペーサとを有することを特徴とする中間部材。

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