JP2016152096A

JP2016152096A - 電池モジュール

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Publication number: JP2016152096A
Application number: JP2015028195A
Authority: JP
Inventors: 英史大石; Eiji Oishi; 加藤　崇行; Takayuki Kato; 崇行加藤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-08-22
Anticipated expiration: 2035-02-17
Also published as: JP6500480B2

Abstract

【課題】配列端に位置する電池セルの温度制御効率を十分に確保できる電池モジュールを提供する。【解決手段】電極組立体１３を収容してなる複数の電池セル１１を備えた電池モジュール１であって、セルホルダ３１によって保持された電池セル１１を温度制御部材３３を介して配列してなる配列体２と、配列体２に対して電池セル１１の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材３と、を備え、温度制御部材３３は、セルホルダ３１から突出して隣接する電池セル１１に接触する複数のリブ３５を有し、リブ３５の突出方向と反対方向の配列端に位置する一端側電池セル１１Ａと拘束部材３との間には、配列体２の配列方向から見て電池セル１１内の電極組立体１３と重なる領域に弾性体４が配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

従来の電池モジュールとして、例えば特許文献１に記載の電池モジュールがある。この従来の電池モジュールは、電池セル、電池ホルダ、及びエンドプレートが積層された積層体と、積層体を積層方向に拘束するための拘束バンドと、弾性を有する複数の弾性体とを備えて構成されている。弾性体は、電池セルの積層方向に弾性を有し、積層体内において電池セルと電池ホルダとが対向する領域に複数個点在して配置されている。

特開２００９−８１０５６号公報

ところで、上述した電池モジュールでは、電池セルの温度制御効率を確保する観点から、電池セル間に温度制御部材を介在させる場合がある。温度制御部材は、例えば板状のベースの一面側に複数のリブを所定の間隔で並設して構成されている。この温度制御部材では、リブの先端を隣接する電池セルに当接させることで、リブと電池セルの壁面とで囲まれる空間を温度制御媒体などの流路として用いることができる。

しかしながら、電池セル間に上述の温度制御部材を介在させる場合、配列端に位置する電池セルに対して流路が形成されず、配列端に位置する電池セルの温度制御効率が中央側に位置する電池セルの温度制御効率に対して劣るおそれがある。また、電池モジュールでは、拘束荷重による電池セル及び拘束部材の破損を防止するために、配列体とエンドプレートとの間にゴムなどの弾性体を介在させる場合がある。かかる弾性体は、配列端に位置する電池セルの温度制御効率を低下させる要因となり得る。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、配列端に位置する電池セルの温度制御効率を十分に確保できる電池モジュールを提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明の一側面に係る電池モジュールは、電極組立体を収容してなる複数の電池セルを備えた電池モジュールであって、セルホルダによって保持された電池セルを温度制御部材を介して配列してなる配列体と、配列体に対して電池セルの配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材と、を備え、温度制御部材は、セルホルダから突出して隣接する電池セルに接触する複数のリブを有し、リブの突出方向と反対方向の配列端に位置する一端側電池セルと拘束部材との間には、配列体の配列方向から見て電池セル内の電極組立体と重なる領域に弾性体が配置されている。

この電池モジュールでは、リブの突出方向と反対方向の配列端に位置する一端側電池セルと拘束部材との間に弾性体が配置されている。一端側電池セルを保持するセルホルダから突出するリブは、隣接する電池セルに接触しているため、一端側電池セルに対しては温度制御媒体の流路が直接形成されない。これに対し、弾性体は、配列体の配列方向から見て電池セル内の電極組立体と重なる領域に配置されているため、電極組立体と重ならない領域では、弾性体を挟まずに一端側電池セルと拘束部材とが対向する空間が形成される。したがって、この空間を温度制御媒体の流路として用いることにより、配列端に位置する電池セルの温度制御効率を十分に確保できる。

また、弾性体は、一端側電池セルに接触する複数のリブを有していてもよい。この場合、弾性体のリブが一端側電池セルに接触することによって、弾性体と一端側電池セルとの間に温度制御媒体の流路を形成できる。したがって、配列端に位置する電池セルの温度制御効率を一層十分に確保できる。

また、リブの突出方向と同一方向の配列端に位置する他端側電池セルは、セルホルダによって保持されておらず、位置決め部によって位置決めされた状態で拘束部材に保持されていてもよい。他端側電池セルを保持するセルホルダを省略することで、セルホルダの配置数を削減できる。また、他端側電池セルを拘束部材に位置決めできるので、電池セルの組み付け作業が容易となる。

この電池モジュールによれば、配列端に位置する電池セルの温度制御効率を十分に確保できる。

電池モジュールの一実施形態を示す概略図である。図１に示した電池モジュールに用いられる電池セルの構成を示す断面図である。図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図１に示した電池モジュールにおける一端側電池セル周りの要部拡大概略図である。図１に示した電池モジュールにおける他端側電池セル周りの要部拡大概略図である。

以下、図面を参照しながら、電池モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、電池モジュールの一実施形態を示す図である。同図に示すように、電池モジュール１は、複数の電池セル１１を配列してなる配列体２と、配列体２に対して電池セル１１の配列方向に拘束荷重を付加するエンドプレート（拘束部材）３と、配列体２とエンドプレート３との間に介在する弾性体４とを備えて構成されている。

配列体２は、例えば複数（ここでは７体）の電池セル１１を含んでいる。電池セル１１は、例えばリチウムイオン二次電池である。電池セル１１は、例えば図２及び図３に示すように、例えば略直方体形状をなす中空のケース１２と、ケース１２内に収容された電極組立体１３とを備えている。ケース１２は、例えばアルミニウム等の金属によって形成され、ケース１２の内部には、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液が注入されている。ケース１２の頂面には、図２に示すように、正極端子１５と負極端子１６とが互いに離間して配置されている。正極端子１５は、絶縁部材１７を介してケース１２の頂面における幅方向の一方側に固定され、負極端子１６は、絶縁部材１８を介してケース１２の頂面における幅方向の他方側に固定されている。

電極組立体１３は、図３に示すように、例えば正極２１と、負極２２と、正極２１と負極２２との間に配置された袋状のセパレータ２３とによって構成されている。電極組立体１３では、セパレータ２３内に正極２１が収容されており、この状態で正極２１と負極２２とがセパレータ２３を介して交互に積層された状態となっている。

正極２１は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔２１ａと、金属箔２１ａの両面に形成された正極活物質層２１ｂとを有している。正極活物質層２１ｂは、正極活物質とバインダとを含んで形成されている。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。また、正極２１の上縁部には、正極端子１５の位置に対応してタブ２１ｃが形成されている。タブ２１ｃは、正極２１の上縁部から上方に延び、導電部材２４を介して正極端子１５に接続されている。

一方、負極２２は、例えば銅箔からなる金属箔２２ａと、金属箔２２ａの両面に形成された負極活物質層２２ｂとを有している。負極活物質層２２ｂは、負極活物質とバインダとを含んで形成されている。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。また、負極２２の上縁部には、負極端子１６の位置に対応してタブ２２ｃが形成されている。タブ２２ｃは、負極２２の上縁部から上方に延び、導電部材２５を介して負極端子１６に接続されている。

セパレータ２３は、例えば袋状に形成され、内部に正極２１のみを収容している。セパレータ２３の形成材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。なお、セパレータ２３は、袋状に限られず、シート状のものを用いてもよい。

エンドプレート３は、例えば金属製の板状部材である。エンドプレート３は、図１に示すように、例えば電池セル１１を配列方向から見た場合の面積よりも大きい面積を有しており、エンドプレート３の外縁部分が電池セル１１の外縁部分よりも外側に張り出した状態で、配列体２及び弾性体４の配列方向の両端にそれぞれ配置されている。エンドプレート３，３の外縁部分には、複数のボルト５が挿通されている。各ボルト５の先端にエンドプレート３の外側からナット６が螺合されることで、電池セル１１及び弾性体４が挟持されてユニット化されると共に、拘束荷重が付加される。

弾性体４は、電池セル１１に膨張が生じた場合などに、拘束荷重による電池セル１１及びエンドプレート３の破損を防止する目的で用いられる部材である。弾性体４は、図１に示すように、例えばウレタン製のゴムスポンジによって矩形の板状に形成され、配列方向の一端側の電池セル１１（後述する一端側電池セル１１Ａ）とエンドプレート３との間に配置されている。弾性体４の厚さは、エンドプレート３の厚さと同等以上となっている。弾性体４の形成材料としては、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、シリコンゴムなどが挙げられる。

続いて、上述した配列体２及び弾性体４の構成について更に詳細に説明する。

図１に示すように、電池セル１１には、セルホルダ３１が取り付けられている。セルホルダ３１は、例えば樹脂によって一体成型された枠体３２を有している。枠体３２は、電池セル１１のケース１２の側面のうち、電池セル１１の配列方向の側面を除いた各側面に沿うように、ケース１２に嵌め込まれている。

また、セルホルダ３１の枠体３２の一方側には、温度制御部材３３が設けられている。温度制御部材３３は、例えばポリプロピレンといった樹脂によって形成され、板状のベース３４と、ベース３４の一方面側に等間隔で形成された複数の断面矩形のリブ３５とを有している。温度制御部材３３は、リブ３５の無い他方面側が電池セル１１に接し、かつリブ３５が外向きで電池セル１１の幅方向（図１における奥行方向）に延在するようにベース３４をセルホルダ３１の枠体３２に嵌め込むことによって、セルホルダ３１に取り付けられている。

配列体２において、外向きのリブ３５は、枠体３２から外側に突出し、リブ３５の先端は、隣接する電池セル１１のケース１２に当接している。したがって、隣り合う電池セル１１，１１間には、ベース３４、リブ３５，３５、及び電池セル１１のケース１２によって囲まれる空間Ｓ１が形成される。この空間Ｓ１は、例えば冷却された空気などの温度制御媒体が流通する流路として用いられ、隣接する電池セル１１の温度制御に寄与する。

ところで、外向きのリブ３５を隣接する電池セル１１に当接させる構成では、リブ３５の突出方向と反対方向の配列端に位置する電池セル１１（以下、「一端側電池セル１１Ａ）と称す）に当接するリブ３５が存在しない。このため、一端側電池セル１１Ａに対しては、ベース３４、リブ３５，３５、及び電池セル１１のケース１２によって囲まれる空間Ｓ１が形成されず、温度制御媒体が流通する流路が形成されないこととなる。また、一端側電池セル１１Ａとエンドプレート３との間には弾性体４が配置されているため、流路を形成するための別部材の配置も困難である。この場合、一端側電池セル１１Ａの温度制御効率が中央側に位置する他の電池セル１１の温度制御効率に対して劣るおそれがある。

これに対し、電池モジュール１では、図４に示すように、弾性体４の寸法が考慮され、配列体２の配列方向から見て、電池セル１１内の電極組立体１３と重なる領域に弾性体４が配置されている。より具体的には、本実施形態では、弾性体４は、配列体２の配列方向から見て、電極組立体１３において正極活物質層２１ｂと負極活物質層２２ｂとが互いに対向する領域（図３参照）と重なるように配置されている。

本実施形態では、弾性体４は、タブ２１ｃ，２２ｃ及び導電部材２４，２５とは重ならない寸法となっている。このため、一端側電池セル１１Ａのケース１２の上端部１２ａは、弾性体４の上端部４ａよりも張り出し、エンドプレート３と一定の間隔をもって対向する。したがって、一端側電池セル１１Ａとエンドプレート３との間には、一端側電池セル１１Ａのケース１２の上端部１２ａ、弾性体４の上端部４ａ、及びエンドプレート３で囲まれる空間Ｓ２が形成される。

また、本実施形態では、正極２１及び負極２２がケース１２の底面から一定の間隔で離間した状態となっている（図２及び図３参照）。このため、一端側電池セル１１Ａのケース１２の下端部１２ｂは、弾性体４の下端部４ｂよりも張り出し、エンドプレート３と一定の間隔をもって対向する。したがって、一端側電池セル１１Ａとエンドプレート３との間には、一端側電池セル１１Ａのケース１２の下端部１２ｂ、弾性体４の下端部４ｂ、及びエンドプレート３で囲まれる空間Ｓ３が形成される。

したがって、この電池モジュール１では、配列体２に弾性体４を配置することで、拘束荷重に対する電池セル１１及びエンドプレート３の保護が図られると共に、エンドプレート３と一端側電池セル１１Ａとの間の空間Ｓ２，Ｓ３を温度制御媒体が流通する流路として用いることで、一端側電池セル１１Ａの温度制御効率を十分に確保できる。

また、図４に示すように、本実施形態では、弾性体４は、一端側電池セル１１Ａとの接触面側に等間隔で形成された複数の断面矩形のリブ３６を有している。リブ３６は、電池セル１１の幅方向（図４における奥行方向）に延在するように配置されている。リブ３６の先端が一端側電池セル１１Ａのケース１２に当接することで、弾性体４、リブ３６，３６、及び一端側電池セル１１Ａのケース１２によって囲まれる空間Ｓ４が形成される。温度制御部材３３と同様に、この空間Ｓ４を温度制御媒体が流通する流路として用いることにより、一端側電池セル１１Ａの温度制御効率を一層十分に確保できる。

一方、図５に示すように、温度制御部材３３のリブ３５の突出方向と同一方向の配列端に位置する電池セル１１（以下、「他端側電池セル１１Ｂ」と称す）は、セルホルダ３１によって保持されていない状態となっている。この他端側電池セル１１Ｂに接触するエンドプレート３には、他端側電池セル１１Ｂを位置決めする位置決め部３７が設けられている。位置決め部３７は、例えば金属又は樹脂によって他端側電池セル１１Ｂのケースの寸法に応じて形成された矩形の枠体であり、エンドプレート３に一体に設けられている。他端側電池セル１１Ｂは、位置決め部３７に嵌め込まれた状態でエンドプレート３に保持されている。

このような構成によれば、他端側電池セル１１Ｂを保持するセルホルダを省略することで、セルホルダ３１の配置数を削減できるので、電池モジュール１のコストの低減化が図られる。また、他端側電池セル１１Ｂを枠体に嵌め込むだけでエンドプレート３に簡単に位置決めできるので、電池セル１１の組み付け作業が容易となる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、エンドプレート３，３同士をボルト５及びナット６で締結して配列体２及び弾性体４に拘束荷重を付加しているが、エンドプレート３，３同士を拘束バンド（金属プレートなど）で連結し、拘束バンドの両端部をエンドプレート３，３にそれぞれボルトなどで締結して配列体２及び弾性体４に拘束荷重を付加してもよい。

また、上記実施形態では、温度制御部材３３のリブ３５及び弾性体４のリブ３６は、いずれも電池セル１１の幅方向に延在しているが、リブ３５，３６は、電池セル１１の高さ方向（図１における上下方向）に延在していてもよい。また、弾性体４のリブ３６は必ずしも設けられていなくてもよい。

１…電池モジュール、２…配列体、３…エンドプレート（拘束部材）、４…弾性体、１１…電池セル、１１Ａ…一端側電池セル、１１Ｂ…他端側電池セル、１３…電極組立体、３１…セルホルダ、３３…温度制御部材、３５…リブ、３６…リブ、３７…位置決め部。

Claims

電極組立体を収容してなる複数の電池セルを備えた電池モジュールであって、
セルホルダによって保持された前記電池セルを温度制御部材を介して配列してなる配列体と、
前記配列体に対して前記電池セルの配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材と、を備え、
前記温度制御部材は、前記セルホルダから突出して隣接する電池セルに接触する複数のリブを有し、
前記リブの突出方向と反対方向の配列端に位置する一端側電池セルと前記拘束部材との間には、前記配列体の配列方向から見て前記電池セル内の前記電極組立体と重なる領域に弾性体が配置されている電池モジュール。
前記弾性体は、前記一端側電池セルに接触する複数のリブを有している請求項１記載の電池モジュール。
前記リブの突出方向と同一方向の配列端に位置する他端側電池セルは、前記セルホルダによって保持されておらず、位置決め部によって位置決めされた状態で前記拘束部材に保持されている請求項１又は２記載の電池モジュール。