JP2015046354A - 電池モジュール用カバー、電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 電池セルから発生するガスを排気するための排気部を有し、構造が簡易な電池モジュール用カバーおよび電池モジュールを提供する。
【解決手段】 本体１５の略中央には、膨出部２３が設けられる。膨出部２３は、バスバー９の配列方向に沿って形成される。膨出部２３は、本体１５の一部が上方に向けて突出する部位である。膨出部２３の下面側には、膨出部２３の形状に応じた排気部２７が形成される。したがって、排気部２７は、本体１５の略中央にバスバー９の配列方向に沿って形成される。膨出部２３の一部には排気孔２５が設けられる。排気孔２５は、膨出部２３を貫通して、外部と排気部２７とを連通する。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の電池セルが接続される電池モジュールおよびこれに用いられる電池モジュール用カバーに関するものである。

近年、地球環境保護の観点から電気自動車が注目されている。このような電気自動車には、高電圧・高出力の電源が必要となる。このため、電源の小型化を図るために、複数の電池セルを集合して複合化した電池モジュールが用いられる。

このような電池モジュールは、各電池セルが直列に接続される。このため、電池セル同士の電極ポストをバスバーで接続する必要がある。一方、例えばリチウムイオン電池などの電池セルには、電池セル内で発生するガスを排出する排出口（安全弁）が設けられる。このため、複数のそれぞれの電池セルから排出されるガスを車外に安全に排気するため、各電池セルからのガスを集めて排気する排気流路が必要となる。

このような、電池モジュールを構成するために、例えば、電池モジュールの上面を一括して密閉ホルダーで覆い、密閉ホルダーに排気孔を設けて、ゴム製のダクトを接続する方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００４−２２７９２８号公報

しかし、特許文献１に記載の密閉ホルダーは、排気ガスを外部へ排出する為の空間と、電極間の接続をする空間とが連続した空間となっている。このため、電極接続部のがたつきにより放電が発生した場合に、セルからの排気ガスに引火爆発する危険がある。

また、特許文献１に記載の密閉ホルダーおよびダクトは、複雑な金型を使用した成型樹脂部品とシール性を確保するゴム製部品とを組み合わせて形成されるため、製造工程の複雑化や部品点数の増加という問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、電池セルから発生するガスを排気するための排気部を有し、構造が簡易な電池モジュール用カバーおよび電池モジュールを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、複数の電池セルが接続される電池モジュール用のカバーであって、前記電池セルの電極ポスト同士を接続する複数のバスバーと、前記バスバーに接続される電圧検出線と、前記バスバーおよび前記電圧検出線を一体で保持する本体と、を具備し、前記本体の両端部近傍には前記バスバーが配置され、前記本体の略中央には、前記バスバーの配列方向に沿って、上方に膨出した排気部が形成され、前記排気部には、外部に排気可能な排気孔が形成されることを特徴とする電池モジュール用カバーである。

前記本体は、樹脂発泡体からなることが望ましい。

前記本体の前記電池セルとの対向面側は、前記本体の上面側と比較して高発泡であることが望ましい。

第１の発明によれば、電池モジュール用カバーによって、複数のバスバーと電圧検出線が一体で保持されるため、部品点数が少なく、取扱いが容易である。また、カバーの一部を膨出させて排気部が形成されるため、構造が簡易であり、電池セルから排出されたガスをダクト等によって外部に排出することが可能である。

また、バスバーが配置される部位とは異なる位置に排気部を形成することで、排気ガスが電極ポスト側に流れることを抑制することができる。

また、カバーを発泡樹脂で構成することで、カバー本体が柔軟性を有するため、電池セル上に配置した際に、電池セルとカバーとの気密性を確保することができる。このため、別途のシール部材を設ける必要がない。

また、発泡樹脂を用いる場合において、カバーの内面側（電池セルとの接触面側）を高発泡とし、カバーの外面側を低発泡とすることで、電池セルとの気密性の確保と、カバー全体としての剛性の確保を両立することができる。

ここで、カバーの内面側を高発泡とし、カバーの外面側を低発泡とするとは、例えば、カバーの厚さ方向中心に対して、内面側の気泡率と外面側の気泡率とを比較した際に、内面側の気泡率が高いことを意味する。したがって、例えば、カバーの外面側に未発泡層を形成するような場合も含むものである。

第２の発明は、電池モジュールであって、複数の電池セルと、前記電池セルの上面に配置されるカバーと、前記電池セルの電圧を監視する電圧監視部と、を具備し、前記カバーは、前記電池セルの電極ポスト同士を接続する複数のバスバーと、前記バスバーに接続される電圧検出線と、前記バスバーおよび前記電圧検出線を一体で保持する本体と、を具備し、前記本体の両端部近傍には前記バスバーが配置され、前記バスバーが、前記電池セルの電極ポストに接続され、前記本体の略中央には、前記バスバーの配列方向に沿って、上方に膨出した排気部が形成され、前記排気部には、外部に排気可能な排気孔が形成され、前記電池セルから排出されるガスが、前記排気部に集められて、前記排気孔から排出されることを特徴とする電池モジュールである。

前記排気部の一部には、前記排気部の他の部位よりも高さが低い低部が形成され、前記電圧監視部は、前記低部の上に配置されてもよい。

気密保持シートをさらに具備し、前記気密保持シートは、前記電池セルからの排気ガスを前記排気部に導出する排気孔と、前記電極ポストが貫通する孔とが設けられ、前記電池セルと前記カバーの間に、前記気密保持シートが配置されてもよい。

第２の発明によれば、複数の電池セルに、バスバーおよび電圧検出線が一体となったカバーが取り付けられるため、組み立て作業が容易である。また、電池セルからの排気ガスをカバーの排気部に集めて排気することができる。

また、排気部の一部に高さが低い低部を形成し、この低部の上に電圧監視部を配置することで、全体の高さが高くなることを抑制することができる。

また、電池セルとカバーの間に気密保持シートを設けることで、より確実に気密性を確保することができる。

本発明によれば、電池セルから発生するガスを排気するための排気部を有し、構造が簡易な電池モジュール用カバーおよび電池モジュールを提供することができる。

カバー１を示す斜視図。 カバー１を示す断面図であって、図１のＡ−Ａ線断面図。 本体１５の断面を示す図で、図２のＢ部拡大図。 電池モジュール７を示す分解斜視図。 電池モジュール７を示す組立斜視図。 電池モジュール７の断面図であって、図５のＦ−Ｆ線断面図。 カバー１ａを示す斜視図。 カバー１ａを示す断面図であって、図７のＥ−Ｅ線断面図。 電池モジュール７ａを示す分解斜視図。 電池モジュール７ａの断面図。 カバー１ｂを示す斜視図。

（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態にかかるカバー１について説明する。図１はカバー１の斜視図である。カバー１は、バスバー９、電圧検出線１１、本体１５等から構成される。

本体１５は、例えば絶縁性の樹脂製のシート状部材（板状部材）である。本体１５の対向する２辺近傍には、バスバー９が２列に配列する。すなわち、本体１５の両端部近傍にバスバー９が配置される。

バスバー９は板状部材または棒状部材などから、打ち抜き、切り出しや曲げ加工などによって形成される導電部材である。バスバー９は、例えば、銅やアルミニウムを適用することができる。

バスバー９には、電池セルの電極ポストが挿通される孔２１が設けられる。なお、バスバー９の配置数は、図示した例に限られず、適用する電池モジュールの電池セル数に応じて設定される。

本体１５の電極ポスト５に対応する位置には、予め電極ポスト５の形状に対応した電極ポスト貫通用孔が形成される。電極ポスト５は、本体１５に形成された電極ポスト貫通用孔とバスバー９に形成された孔２１を挿通し、ナット１７によりバスバー９を電極ポスト５に固定する。

それぞれの列に配列されたそれぞれのバスバー９からは、互いの対向方向に向けて電圧検出線１１が設けられる。電圧検出線１１とバスバー９は、溶接や半田、端子等によって接合される。本体１５上に配置されるそれぞれの電圧検出線１１は、本体１５上で同一方向に屈曲する。電圧検出線１１の端部は、バスバー９の各列の間であって、その配列方向に垂直な方向の一辺側に整列する。なお、本体１５上における電圧検出線１１の固定は、本体１５上に設けられたリブや接着などにより行うことができる。

本体１５の略中央には、膨出部２３が設けられる。膨出部２３は、バスバー９の配列方向に沿って形成される。

図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。膨出部２３は、本体１５の一部が上方に向けて突出する部位である。膨出部２３の下面側には、膨出部２３の形状に応じた排気部２７が形成される。したがって、排気部２７は、本体１５の略中央にバスバー９の配列方向に沿って形成される。

また、図１に示すように、膨出部２３の一部には排気孔２５が設けられる。排気孔２５は、膨出部２３を貫通して、外部と排気部２７とを連通する。なお、図示した例では、排気孔２５の位置が膨出部２３（排気部２７）の上部である例を示すが、排気孔２５の位置は、膨出部２３（排気部２７）の側面であってもよく、いずれの位置に形成してもよい。

図３は、図２のＢ分拡大図であり、本体１５の拡大断面図である。本体１５は、独立気泡である微細気泡２９を内部に有する多孔質体であり、樹脂発泡体で形成される。樹脂発泡素材は、熱可塑性樹脂シートを発泡させて形成される。なお、本発明において用いられる熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではないが、結晶性の熱可塑性樹脂としてはポリエチレンテレフタレートなどの結晶性の熱可塑性ポリエステル樹脂を、非結晶性の熱可塑性樹脂としてはポリカーボネートなどを使用できる。なお、樹脂発泡シートの製法としては、延伸法、バッチ発泡法、押出発泡法等がある。

本体１５は、内面側（図中矢印Ｄ側であって、後述する電池セルとの対向面側）と外面側（図中矢印Ｄ側であって、後述する電池セルとの対向面とは反対側）とで、発泡密度が異なる。本体１５の内面側が高発泡となり、本体１５の外面側が低発泡となる。例えば、本体１５の厚み中心に対して、内面側の気泡率と外面側の気泡率とを比較した際に、内面側の気泡率が高い。

このようにすると、本体１５の内面側の硬度が小さくなり、外面側の硬度が高くなる。したがって、本体１５の内面側は容易に変形可能となる。このため、本体１５の内面側を他の部材と密着させた際のシール性が高くなる。また、本体１５の外面側には高い剛性を確保することができる。

このように厚さ方向で発泡状態が変化する樹脂発泡シートは、例えば、次のような押出発泡成形法により、製造することができる。押出発泡ダイスの先端の中心から水平方向に、ポリオレフィン系樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）以下の温度に調整された一組（２本）の冷却ロールからなる成形用ロールダイを設置し、ポリオレフィン系樹脂の流体を該成形用ロールダイの間を通過させて、ロールダイのリップで圧潰することなく長手方向に連続的に押出発泡成形する。次いで二本の冷却ロールで押出成形品を冷却してポリオレフィン系樹脂発泡シートのシート前駆体を生成する。このシート前駆体は、圧潰することなく冷却されるので、シート前駆体の一方の面から中央部に向かって連通性気泡の気泡径が大きくなる構造となる。この前駆体を長手方向に沿って所望の厚さになるように長手方向に沿って、厚さ方向に垂直にスライスすることで、厚さ方向で発泡状態が変化する樹脂発泡シートが得られる。

なお、樹脂発泡シートの製造方法は上記方法に限定されるものではなく、押出成形したシートをあらかじめ作成し、このシートに架橋と発泡を同時に行うことで、シート前駆体を生成してもよい。

本体１５は、このような発泡樹脂素材を成型することで製造することができる。なお、内面側の高いシール性（柔軟性）と、外面側の剛性とを確保できるのであれば、本体１５は必ずしも樹脂発泡体で構成されなくてもよい。

また、本発明のカバー１は、図示した形状には限られない。例えば、本体１５や膨出部２３の形状や、電圧検出線１１の配置および端部形状は、図示した例には限られない。

次に、カバー１を用いた電池モジュール７について説明する。図４は、電池モジュール７の分解斜視図であり、図５は、電池モジュール７の組立斜視図である。電池モジュール７は、主に、複数の電池セル３、カバー１、電圧監視部１３等から構成される。

電池セル３は、リチウムイオン電池などの二次電池である。電池セル３の上面において、幅方向の両端近傍には電極ポスト５が起立する。複数の電池セル３は、電極ポスト５が整列するように配置される。なお、隣り合う電池セル３は、互いの＋側の電極ポスト５と、−側の電極ポスト５が隣り合うように配置される。すなわち、電池セル３は、＋と−が交互に逆向きになるように配列される。なお、電池セル３同士は、図示を省略したセパレータやバンド等を用いて一体化される。

電池セル３の幅方向中央（電極ポスト５の間）には、排気孔３１が設けられる。排気孔３１からは、電池セル３の内部からガスを排出する孔である。それぞれの電池セル３の排気孔３１は、略一直線上に整列する。

電池セル３の電極ポスト５は、カバー１のバスバー９に設けられた孔２１に挿通され、ナット１７によって固定される。なお、電池セル３に固定されたカバー１の上方からは、他の保護カバーを被せてもよい。電極ポスト５、バスバー９、電圧検出線１１等を保護するためである。

また、電圧検出線１１の端部は、電池モジュール７の一方の側に整列する。図示した例では、電池モジュール７の側方に向けて電圧検出線１１の端部が整列する。電圧検出線１１には、電圧監視部１３が接続される。電圧監視部１３は、各電池セル３の電圧を監視するものである。電圧監視部１３と電圧検出線１１との接続方法は、例えば、電圧監視部１３の上部に複数の圧接刃（図示省略）を併設し、電圧検出線１１の端部をそれぞれ対応する圧接刃に挿入することでそれらを接続することができる。

図６は、電池セル３上にカバー１を固定した状態を示す断面図であり、図５のＦ−Ｆ線断面図である。なお、電池セル３の内部構造については、陽極、陰極、セパレータなどの詳細な図示を省略する。

カバー１の排気部２７は、電池セル３の排気孔３１に対応する位置に形成される。すなわち、電池セル３から排出されたガスは、排気部２７に集められる。排気部２７に集められたガスは、排気孔２５から外部に排出される。排気孔２５には、図示を省略したダクトなどが取り付けられて、ガスを車外に排出することができる。なお、複数の電池モジュール７から電池パックを構成する場合には、それぞれの電池モジュール７の排気孔２５をダクトなどで接続して、一括して車外に排出することができる。

なお、ナット１７を締めこむことで、カバー１の内面側は電池セル３の上面と密着する。このため、排気部２７内のガスが、電極ポスト５とバスバー９との接続部に流れることが抑制される。したがって、電極ポスト５とバスバー９との間で生じる火花などがガスに引火することがない。

以上、本実施の形態によれば、カバー１を複数の電池セル３の上面に取り付けて、各電極ポスト５をナット１７で固定するだけで、電池セル３へのバスバー９と電圧検出線１１の接続が完了する。すなわち、バスバー９と電圧検出線１１とがすべて一体となっているため、電池セル３に取り付けるのが容易である。

また、電池セル３から排出されるガスを排気部２７に集めることができる。このため、車外へのガスの排出が容易である。

特に、ガスが集められる排気部２７は、電極ポスト５とバスバー９との接続部とは独立した部位に設けられるため、電池セル３から排出されたガスが電極ポスト５側に流れることがない。

また、カバー１の本体１５の内面側が高発泡であることにより柔軟であれば、カバー１と電池セル３上面との密着性が向上する。このため、排気部２７のガスのシール性が高い。また、本体１５の外面側を低発泡とすることで、本体１５の剛性を確保することができる。

（実施形態２）
次に、第２の実施の形態について説明する。図７は、カバー１ａを示す斜視図である。なお、以下の説明において、図１〜図６に示したカバー１および電池モジュール７と同一の機能を奏する構成については、図１〜図６と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

カバー１ａは、カバー１とほぼ同様の構成であるが、膨出部２３の形態が異なる。カバー１ａの膨出部２３は、全体が略同一の高さで構成されず、一部に高さの低い低部３３が形成される。すなわち、低部３３は、他の膨出部２３の位置と比較して高さが低く、膨出部２３の一部には段差が形成される。低部３３は、電圧検出線１１が整列する側の膨出部２３の端部に形成される。

図８は、図７のＥ−Ｅ線断面図であって、カバー１ａの断面図である。図示したように、低部３３は、排気部２７の空間も狭くなる。なお、排気孔２５は、低部３３とは逆側の端部近傍に形成される。

低部３３上には、電圧監視部１３が配置される。すなわち、電池モジュール７を組み立てた際に、電圧監視部１３は、カバー１ａ上に配置される。この際、電圧監視部１３が配置される位置は、膨出部２３の高さが低いため、電池モジュール７の全高を低くすることができる。

第２の実施の形態にかかるカバー１ａによれば、カバー１と同様の効果を得ることができる。また、膨出部２３の一部に低部３３を形成することで、カバー１ａ上に電圧監視部１３を配置した際の、電池モジュール７の全高を低く抑えることができる。

（実施形態３）
次に、第３の実施の形態について説明する。図９は、電池モジュール７ａを示す分解斜視図であり、図１０は、電池モジュール７ａの断面図である。電池モジュール７ａは、電池モジュール７とほぼ同様の構成であるが、気密保持シート３５が用いられる点が異なる。なお、図示した例では、カバー１を用いた例を示すが、カバー１ａを用いてもよい。

電池モジュール７ａでは、カバー１と電池セル３との間に気密保持シート３５が設けられる。すなわち、気密保持シート３５は、電池セル３とカバー１の間に挟み込まれる。

気密保持シート３５には、孔３７ａ、３７ｂが設けられる。孔３７ａは、カバー１と重ねた際に、孔２１に対応する部位に設けられる。すなわち、孔３７ａは、電池セル３上に重ねた際に、電極ポスト５に対応する部位に形成される。また、孔３７ｂは、電池セル３上に重ねた際に、排気孔３１に対応する部位に設けられる。すなわち、孔３７ｂは、カバー１と重ねた際に、排気部２７（膨出部２３）に対応する部位に形成される。

気密保持シート３５は、ゴムなどの柔軟な材質で構成される。したがって、カバー１と電池セル３との間の気密性を保持することができる。なお、気密保持シート３５を用いる場合には、カバー１の内面側のシール性を高める必要がなくなるため、本体１５の発泡率を内外面で変化させる必要がなく、また、本体１５を樹脂発泡体で構成しなくてもよい。

第３の実施の形態にかかる電池モジュール７ａによれば、電池モジュール７と同様の効果を得ることができる。また、気密保持シート３５を用いるため、カバー１と電池セル３との間の気密性を確保することができる。

（実施形態４）
次に、第４の実施の形態について説明する。図１１は、カバー１ｂを示す斜視図である。カバー１ｂは、カバー１等とほぼ同様の構成であるが、カバー１等の本体１５が一枚のシート状部材に膨出部２３を形成したのに対し、カバー１ｂでは、本体１５ａが、電圧検出線収容部４１の両端部に多数のアーム部４３を有し、それぞれのアーム部４３の端部にバスバー収容部３９が設けられる点で異なる。すなわち、本体１５ａは、バスバー収容部３９、電圧検出線収容部４１、アーム部４３等から構成される。

電圧検出線収容部４１の略中央には、膨出部２３（排気部２７）が形成される。電圧検出線収容部４１には、複数の電圧検出線１１が配置され、電圧検出線１１の端部が、電圧検出線収容部４１（本体１５ａ）の一方の端部近傍に整列する。

電圧検出線収容部４１の両端部には、アーム部４３が設けられる。アーム部４３は、全て略同一の長さであり、アーム部４３の端部には、バスバー収容部３９が設けられる。すなわち、バスバー収容部３９は、本体１５ａの対向する２辺近傍に２列に配列される。

バスバー収容部３９は、それぞれ別のアーム部４３によって支持される。また、整列するバスバー収容部３９同士の間には、隙間が形成される。

バスバー収容部３９には、それぞれバスバー９が収容される。すなわち、バスバー収容部３９は、それぞれのバスバー９の形状に対応した形状である。バスバー収容部３９には、孔２１に対応する孔が形成されるため、カバー１ｂを電池セル３上に配置すると、電極ポスト５は孔２１を貫通する。

電圧検出線１１は、電圧検出線収容部４１から、アーム部４３を介してバスバー９に接続される。したがって、アーム部４３は、電圧検出線１１が配置され、バスバー収容部３９（バスバー９）を支持できる程度の幅があればよい。すなわち、アーム部４３は、他の部位と比較して相対的に剛性が低い。

なお、図示した例では、本体１５ａの外縁部をリブ状に起立させたが、本発明はこれに限られない。剛性が確保できれば、膨出部２３を除き、平坦な構造としてもよい。

第４の実施の形態にかかるカバー１ｂによれば、カバー１等と同様の効果を得ることができる。また、本体１５ａが、電池セル３の全面を覆うのではなく、必要な部位のみで構成することができる。

また、カバー１ｂでは、バスバー収容部３９が互いに連続しておらず、バスバー収容部３９同士の間に隙間が形成される。したがって、バスバー９を電池セル３の電極ポスト５に固定した際に、電極ポスト５のピッチに多少のばらつきが生じた場合でも、相対的に剛性の低いアーム部４３の弾性変形によって、ピッチずれを吸収することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した各実施例は、互いに組み合わせることができることは言うまでもない。

１、１ａ、１ｂ………カバー
３………電池セル
５………電極ポスト
７、７ａ………電池モジュール
９………バスバー
１１………電圧検出線
１３………電圧監視部
１５、１５ａ………本体
１７………ナット
２１………孔
２３………膨出部
２５………排気孔
２７………排気部
２９………微細気泡
３１………排気孔
３３………低部
３５………気密保持シート
３７ａ、３７ｂ………孔
３９………バスバー収容部
４１………電圧検出線収容部
４３………アーム部

Claims (6)

1. 複数の電池セルが接続される電池モジュール用のカバーであって、
   前記電池セルの電極ポスト同士を接続する複数のバスバーと、
   前記バスバーに接続される電圧検出線と、
   前記バスバーおよび前記電圧検出線を一体で保持する本体と、
   を具備し、
   前記本体の両端部近傍には前記バスバーが配置され、
   前記本体の略中央には、前記バスバーの配列方向に沿って、上方に膨出した排気部が形成され、
   前記排気部には、外部に排気可能な排気孔が形成されることを特徴とする電池モジュール用カバー。
2. 前記本体は、樹脂発泡体からなることを特徴とする請求項１記載の電池モジュール用カバー。
3. 前記本体の前記電池セルとの対向面側は、前記本体の上面側と比較して高発泡であることを特徴とする請求項２記載の電池モジュール用カバー。
4. 電池モジュールであって、
   複数の電池セルと、
   前記電池セルの上面に配置されるカバーと、
   前記電池セルの電圧を監視する電圧監視部と、
   を具備し、
   前記カバーは、
   前記電池セルの電極ポスト同士を接続する複数のバスバーと、
   前記バスバーに接続される電圧検出線と、
   前記バスバーおよび前記電圧検出線を一体で保持する本体と、
   を具備し、
   前記本体の両端部近傍には前記バスバーが配置され、前記バスバーが、前記電池セルの電極ポストに接続され、
   前記本体の略中央には、前記バスバーの配列方向に沿って、上方に膨出した排気部が形成され、
   前記排気部には、外部に排気可能な排気孔が形成され、
   前記電池セルから排出されるガスが、前記排気部に集められて、前記排気孔から排出されることを特徴とする電池モジュール。
5. 前記排気部の一部には、前記排気部の他の部位よりも高さが低い低部が形成され、
   前記電圧監視部は、前記低部の上に配置されることを特徴とする請求項４記載の電池モジュール。
6. 気密保持シートをさらに具備し、
   前記気密保持シートは、前記電池セルからの排気ガスを前記排気部に導出する排気孔と、前記電極ポストが貫通する孔とが設けられ、
   前記電池セルと前記カバーの間に、前記気密保持シートが配置されることを特徴とする請求項４または請求項５記載の電池モジュール。
   

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