JP2016219373A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製のケースを含みかつ電池セルの位置のばらつきが抑制された電池モジュールを提供すること。【解決手段】電池モジュールを、複数の電池セル１と、前記電池セル１を収容する樹脂製のケース５とで構成し、前記ケース５に前記電池セル１の荷重を受ける支持壁５１を設け、前記支持壁５１にアーチ構造の補強部５２を設ける。【選択図】図２

Description

本発明は複数の電池セルを有する電池モジュールに関する。

電池モジュールは互いに電気的に接続されて一体化された複数の電池セルを有する。この種の電池モジュールにおいては、当該複数の電池セルをケースに収容して一体的に保持するのが一般的である。電池セルを収容するケースは、絶縁性材料で構成するのが良いと考えられ、一般的なケースは樹脂製である。

ところでこの種の電池モジュールにおけるケースには、電池セルやバスバー等に代表される電池セル構成部材の荷重が加わる。電池セル構成部材の質量は比較的大きく、一般的な樹脂製のケースの剛性は比較的小さいため、電池セル構成部材の質量に由来する外力によってケースが変形するおそれがある。特に、ケースにおいて電池セルを支持する部分（一般的にはケースの底壁）が変形すれば、ケースに収容保持されている電池セルの位置がばらつくおそれがある。そして、電池セルの位置がばらつけば、電池セルにおける端子の位置もまたばらつき、このばらつきが大きければ、電池モジュールを製造する際に各電池セルを電気的に接続する工程が煩雑になる場合がある。また、上記のばらつきが過大であれば、電池セル同士を電気的に接続できず、電池モジュールの製造ロスが生じるおそれもある。

上記したケースの変形を抑制すべく、ケースの材料として強化繊維を含有する樹脂材料を用い、ケースの高剛性化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしこのような技術を用いると、ケースの材料コストが高くなり、また、ケースの成形性の悪化が懸念される。

特開２０１２−１０４４６７号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、樹脂製のケースを含みかつ電池セルの位置のばらつきが抑制された新たな電池モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の電池モジュールは、
複数の電池セルと、前記電池セルを収容する樹脂製のケースと、を有し、
前記ケースは前記電池セルの荷重を受ける支持壁を有し、
前記支持壁は、アーチ構造の補強部を有する。

本発明の電池モジュールは樹脂製のケースを有し、かつ電池セルの位置のばらつきを抑制し得る。

実施例１の電池モジュールを模式的に表す斜視図である。 実施例１の電池モジュールを模式的に表す分解斜視図である。 実施例１の電池モジュールにおけるケースの支持壁を模式的に表す斜視図である。 実施例１の電池モジュールを図１中Ｘ−Ｘ位置で切断した様子を模式的に表す断面図である。 実施例２の電池モジュールを図４と同位置で切断した様子を模式的に表す断面図である。 実施例３の電池モジュールを図４および図５と同位置で切断した様子を模式的に表す断面図である。 実施例４の電池モジュールにおけるケースの支持壁を模式的に表す斜視図である。 実施例５の電池モジュールにおけるケースの支持壁を模式的に表す断面図である。 実施例６の電池モジュールにおけるケースの支持壁を模式的に表す断面図である。 実施例７の電池モジュールにおけるケースの支持壁を模式的に表す断面図である。

以下、具体例を挙げて本発明の電池モジュールを説明する。

（実施例１）
図１は実施例１の電池モジュールを模式的に表す斜視図である。図２は、図１に示す実施例１の電池モジュールの分解斜視図である。図３は、実施例１の電池モジュールにおけるケースの支持壁を模式的に表す斜視図である。図４は、実施例１の電池モジュールを図１中Ｘ−Ｘ位置で切断した様子を模式的に表す断面図である。以下、各実施例において、上、下、左、右、前、後とは図１に示す上、下、左、右、前、後を指す。また、各実施例において、電池セルの軸方向Ｙとは図１に示す上下方向を指す。なお、電池セル以外の部材における軸方向Ｙとは、図１に示す組み付け状態において軸方向Ｙに一致する方向を指す。

実施例１の電池モジュールは、図１および図２に示すように、電池セル１、第１バスバー２、第２バスバー３、第１セパレータ４、ケース５、およびホルダ６で構成されている。

図２に示すように、実施例１の電池モジュールは１６個の電池セル１を持つ。各電池セル１は、略同形の円筒形セルであり、軸方向Ｙの両端にそれぞれ端子部７を持つ。ホルダ６は略板状をなし、１６個の孔部６０を持つ。各孔部６０は貫通孔状をなし、各孔部６０の内径は各電池セル１の外径よりもやや大きい。各孔部６０にはそれぞれ対応する電池セル１が挿入される。ホルダ６は、各電池セル１の上側部分を保持することで、前後左右方向において電池セル１を位置規制する。

実施例１の電池モジュールにおいて、各電池セル１は、４本一組として第１バスバー２および第２バスバー３によって直列に接続される。第１バスバー２および第２バスバー３は金属や合金等の導電性材料からなり、溶接や半田付け等の方法で各電池セル１の各端子部７に電気的に接続される。

図４に示すように、第１バスバー２と電池セル１との間には、第１セパレータ４が介在している。第１セパレータ４は、各第１バスバー２と電池セル１との電気的接続を部分的に遮断したり、第１バスバー２とホルダ６との電気的接続を遮断することで、短絡を防ぐための部材である。第１セパレータ４は絶縁材で構成すれば良く、実施例１では硬質の絶縁樹脂製である。

図２および図３に示すように、ケース５は、側壁５０と支持壁５１とで構成され、ＰＢＴ製である。ケース５には電池セル１が収容される。側壁５０は上下に開口する略角筒状をなす。支持壁５１は側壁５０と一体に形成されている。

支持壁５１は補強部５２と複数の保持部５３とで構成されている。補強部５２は貫通孔状の開口部５４を複数有する。開口部５４の数は、ケース５に収容される電池セル１の数と一致する。開口部５４の内径は電池セル１の外径よりもやや大きい。

補強部５２は上方に向けてかまぼこ状に隆起する板状をなす。換言すると、補強部５２は、軸を前後方向に向けた円筒を軸方向に沿って切断したような形状を有する。補強部５２は、前後方向に向けては直線的或いは直管状に延び、左右方向に向けては上下に湾曲している。補強部５２の左端部、右端部、前端部および後端部は、それぞれ、側壁５０に一体化されている。

つまり、補強部５２は上方に隆起するアーチ構造をなす。ここでいうアーチ構造とは、その鉛直方向の断面が上方に隆起する曲線または屈曲線で構成される構造、つまり、アーチ断面を有する構造全般を指す。アーチ断面に対して鉛直方向に荷重を加えると、アーチ断面には下方に向けた圧縮応力が作用する。この応力は、アーチ両端の支点に伝達する過程で、水平方向に向けた応力に変換される。したがってアーチ構造は下方向への外力に対抗でき、当該アーチ構造を有する補強部５２は上下方向に変形し難い。
補強部５２におけるアーチ断面は、一つのみであっても良いし複数であっても良い。また、補強部５２がアーチ断面を複数有する場合、各アーチ断面の配置や方向は特に問わない。つまり、本発明でいうアーチ構造とは、所謂ヴォールト構造、ドーム構造、シェル構造等をも含む概念である。

上記したように、補強部５２には貫通孔状の開口部５４が設けられている。保持部５３は、当該開口部５４の周縁部に一体に形成されるとともに下方に向けて延出している。より詳しくは、保持部５３は、軸方向を上下に向け、上端部が開口し下端部に底壁５５を有する有底筒状をなす。保持部５３の上端部は補強部５２における開口部５４の周縁部に一体化されている。したがって保持部５３は補強部５２から下垂しているといえる。
補強部５２の開口部５４には電池セル１が挿通される。電池セル１の底面１５、つまり、電池セル１において下方に位置する部分は、開口部５４を経て保持部５３に挿入されて保持部５３の底壁５５に当接する。したがって、保持部５３は電池セル１を収容保持する。

各保持部５３の各底壁５５は、互いに面一または略面一に配置されている。図３に示すように、実施例１における各保持部５３の底壁５５は、同一の水平面上に配置されている。上記したように補強部５２はアーチ構造をとっているため、保持部５３の底壁５５と補強部５２とは交差する方向に延びている。

なお、図４に示すように、各底壁５５には貫通孔状の連絡口５６が設けられている。したがって、保持部５３に収容された電池セル１はこの連絡口５６を介してケース５の下側に露出する。図２に示すように、ケース５の下側には第２バスバー３が配置され、各電池セル１は第２バスバー３により電気的に接続される。保持部５３の底壁５５つまりケース５の一部は、電池セル１と各第２バスバー３との電気的接続を部分的に遮断するセパレータとしても機能する。

実施例１の電池モジュールにおいて、各電池セル１を保持する保持部５３は、各々、補強部５２から垂下する。したがって、実質的には、各電池セル１は支持壁５１における補強部５２に保持されると言える。或いは、各電池セル１による荷重は実質的に補強部５２に作用するとも言える。

アーチ構造の補強部５２は、上記したように、下方向への外力に抗し得る。つまり、実施例１の電池モジュールにおいては、電池セル１の荷重によりケース５に作用する下方向への外力を、アーチ構造であり下方に変形し難い補強部５２が受ける。補強部５２が下方に変形し難いため、補強部５２に保持される電池セル１もまた下方に位置変化し難い。つまり、実施例１の電池モジュールによると、上下方向における電池セル１の位置ばらつきを抑制でき、その結果上下方向における端子部７の位置ばらつきもまた抑制でき、ひいては、各電池セル１の端子部７同士を容易に電気的に接続し得る。したがって、電池セル１の位置ばらつきに起因する電池モジュールの製造ロス、例えば、電池モジュールの導電不良等は生じ難い。

実施例１の電池モジュールは、支持壁５１を、電池セル１を収容保持する保持部５３と、電池セル１の質量を実質的に受け止める補強部５２と、の二つの部分で構成し、このうち補強部５２をアーチ構造にするとともに保持部５３を補強部５２から垂下させたものである。このため、保持部５３が補強部５２の形状に及ぼす影響を最小限にし、補強部５２を連続した大きなアーチ構造にでき、補強部５２による効果、つまり、下方向への外力に対する対抗効果を十分に発揮できる。

また、実施例１の電池モジュールにおいては、各保持部５３の底壁５５が補強部５２と交差する方向に延びるとともに底壁５５同士が互いに面一となるように配置されているため、底壁５５に保持されている電池セル１の端子部７もまた、底壁５５に沿って面一に配置されている。
このため、上記した端子部７の位置ばらつきはさらに抑制され、端子部７の電気的接続はより容易に行うことができ、かつ、電池モジュールの製造ロスをさらに抑制できる。

なお、補強部５２は全体として上下方向の圧縮応力に良好に耐え得るアーチ構造をなせば良く、例えば実施例１のように補強部５２の全体がアーチ構造をなしても良いし、或いは、補強部５２はアーチ構造でない部分を有しても良い。

また、保持部５３は底壁５５を有すれば良く、有底筒状でなくても良い。例えば保持部５３は底壁５５を有する鉤状をなしても良い。この場合鉤状をなす複数の保持部５３によって一つの電池セル１を保持しても良い。

実施例１におけるケース５はポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）製であるが、ケース５は電池セル１の荷重に耐え得る程度に剛性の高い材料で構成すれば良く、これに限定されない。例えば、ケース５の材料としては、ポリプロピレン、ナイロン、ポリフェニレンサルファイドが例示される。勿論、これらの樹脂材料に炭素繊維やガラス繊維等のフィラーを配合した繊維強化プラスチック（所謂ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）をケース５の材料としても良い。ＦＲＰ製のケース５は材料自体の特性によって優れた剛性を発揮するが、このような場合にも、支持壁５１の効果によってケース５の剛性はさらに向上する。或いは、支持壁５１によりケース５の剛性が向上するために、ケース５の材料たるＦＲＰ中のフィラー量を低減し、ケース５の材料コストを低減したりケース５の成形性を向上させることも可能である。

本発明の電池モジュールにおいて、支持壁５１は保持部５３を有さず補強部５２のみで構成されても良い。この場合、アーチ構造の補強部５２における上面に、電池セル１の底面１５が直接載置され、補強部５２が電池セル１の荷重を直接受ける。なお、この場合、電池セル１は補強部５２のアーチ形状に沿って配列する。補強部５２自体の下方への変形量は非常に小さいため、補強部５２に載置された各電池セル１およびその端子部７の上下方向の位置は、電池セル１を載置する前の補強部５２の形状に基づいて容易に算出可能である。つまり、この場合にも、端子部７の位置は上下方向にばらつき難いため、例えば、バスバーの形状を電池セル１を載置する前の補強部５２の形状に基づいて適宜設計すれば、補強部５２に載置した電池セル１の端子部７同士を容易に接続でき、かつ、電池モジュールの製造ロスを抑制できる。

さらに、補強部５２が板状である場合等には、アーチ形状の補強部５２が弾性変形可能である場合もある。この場合、下方に向けた外力が、補強部５２が変形する程度に過大であっても、補強部５２が自身の弾性によって上向する。したがって、この場合にも補強部５２は上下に変形し難く、補強部５２に保持される電池セル１の位置および端子部７の位置もまた上下方向にばらつき難い。よって、この場合にも電池セル１の端子部７同士を容易に接続でき、かつ、電池モジュールの製造ロスを抑制できる。

（実施例２）
実施例２の電池モジュールは、ケース５の支持壁５１の形状以外は実施例１と概略同じである。実施例２の電池モジュールを模式的に表す断面図を図５に示す。なお、図５は、実施例２の電池モジュールを図４と同位置で切断した様子を表す。

実施例２の電池モジュールにおける支持壁５１は、実施例１の電池モジュールと同じ補強部５２および保持部５３に加えて、さらに、補強リブ５７を有する。図５に示すように、補強リブ５７は補強部５２におけるアーチ構造の基端５８とケース５の側壁５０との間に架け渡されている。補強リブ５７は、側壁５０および補強部５２と一体成形することにより形成した。

上述したように、補強部５２のアーチ断面に対して鉛直方向に荷重が加えられると、アーチ断面に作用した下方に向けた圧縮応力は、アーチ両端の支点においては水平方向に向けた応力に変換される。実施例２の電池モジュールでは、アーチ構造の基端５８、つまり、アーチ両端の支点を補強リブ５７によってケース５の側壁５０に固定することで、保持部５３の水平方向への変形、つまり、アーチ構造の開きを抑制し、保持部５３の下方向への変形をより信頼性高く抑制できる。

よって、実施例２の電池モジュールによると、補強部５２に保持される電池セル１の位置および端子部７の位置の上下方向のばらつきをさらに抑制でき、電池セル１の端子部７同士を容易に接続でき、かつ、電池モジュールの製造ロスを抑制できる。

（実施例３）
実施例３の電池モジュールは、ケース５の支持壁５１の形状以外は実施例１と概略同じである。実施例３の電池モジュールを模式的に表す断面図を図６に示す。なお、図６は、実施例３の電池モジュールを図４および図５と同位置で切断した様子を表す。

実施例３の電池モジュールにおける支持壁５１もまた、実施例２の電池モジュールと同様に、実施例１の電池モジュールと同じ補強部５２および保持部５３に加えてさらに補強リブ５７を有する。図６に示すように、実施例３の電池モジュールにおける補強リブ５７もまた、補強部５２におけるアーチ構造の基端５８とケース５の側壁５０との間に架け渡されている。この補強リブ５７は、側壁５０および補強部５２と一体成形することで形成した。

実施例２の電池モジュールと実施例３の電池モジュールとの大きな相違点は、実施例２の電池モジュールにおける補強リブ５７がアーチ構造の凸側（つまり図５における上側）においてアーチ構造の基端５８とケース５の側壁５０との間に架け渡されているのに対し、実施例３の電池モジュールにおける補強リブ５７はアーチ構造の凹側（つまり図６における下側）においてアーチ構造の基端５８とケース５の側壁５０との間に架け渡されている点である。

実施例３の電池モジュールにおける補強リブ５７もまた、アーチ構造の基端５８をケース５の側壁５０に固定することで、保持部５３の開きを抑制し、保持部５３の下方向への変形をより信頼性高く抑制できる。また、補強リブ５７がアーチ構造の凹側においてアーチ構造の基端５８とケース５の側壁５０との間に架け渡されているため、アーチ構造はさらに開き難くなり、保持部５３の下方向への変形はさらに抑制される。

さらに、実施例３の電池モジュールにおいては、図６に示すように、アーチ構造の基端５８側においては、ケース５の側壁５０、補強部５２および保持部５３が補強リブ５７によって隙間なく一体化されている。このため、この基端側はより一層変形し難くなり、アーチ構造はより一層開き難くなり、保持部５３の下方向への変形はより一層抑制される。

よって、実施例３の電池モジュールによると、補強部５２に保持される電池セル１の位置および端子部７の位置の上下方向のばらつきをさらに抑制でき、電池セル１の端子部７同士をより容易に接続でき、かつ、電池モジュールの製造ロスをさらに抑制できる。

（実施例４）
実施例４の電池モジュールは、ケース５の支持壁５１の形状以外は実施例１と概略同じである。実施例４の電池モジュールにおける支持壁５１を模式的に表す斜視図を図７に示す。

実施例４の電池モジュールでは、支持壁５１の補強部５２がドーム型のアーチ構造を有する。ドーム型のアーチ構造は実施例１のようなかまぼこ形のアーチ構造（つまりヴォールト構造）に比べてさらに変形し難く高剛性である。このため、実施例４の電池モジュールによると、補強部５２に保持される図略の電池セル１の位置および端子部７の位置の上下方向のばらつきをさらに抑制でき、電池セル１の端子部７同士をより容易に接続でき、かつ、電池モジュールの製造ロスをさらに抑制できる。

（実施例５）
実施例５の電池モジュールは、ケース５の支持壁５１の形状以外は実施例１と概略同じである。実施例５の電池モジュールにおける支持壁５１を模式的に表す断面図を図８に示す。なお、図８は図４〜図６と同位置で支持壁５１を切断した様子を表す。

図８に示すように、実施例５の電池モジュールにおいては、補強部５２のアーチ断面が曲線ではなく屈曲線で構成されている。つまり、補強部５２の上面および下面は曲面ではなく平面が継ぎ合わされて構成されている。この場合にも、補強部５２は全体としてアーチ構造をとるため、実施例５の電池モジュールによっても、補強部５２に保持される電池セル１の位置および端子部７の位置の上下方向のばらつきを抑制でき、電池セル１の端子部７同士を容易に接続でき、かつ、電池モジュールの製造ロスを抑制できる。なお、この場合、アーチ構造による補強部５２の剛性を大きく発揮するためには、平面の集合体で構成される補強部５２の上面および下面において、隣り合う平面同士の交差角（劣角）θは何れも鈍角であるのが良く、より好ましくはθは１７０°以上１８０°未満であるのが良く、さらに好ましくはθは１７０°以上１７５°未満であるのが良い。なお、各開口部５４の一つずつが補強部５２におけるこの平面の領域ｐの何れか一つにそれぞれ収まるようにする場合には、保持部５３による補強部５２のアーチ構造への影響を少なくできるため、保持部５３による下方向への外力に対する対抗効果をより十分に発揮できる。

（実施例６）
実施例６の電池モジュールは、ケース５の支持壁５１の形状以外は実施例１と概略同じである。実施例６の電池モジュールにおける支持壁５１を模式的に表す断面図を図９に示す。なお、図９は図４〜図６と同位置で支持壁５１を切断した様子を表す。

図９に示すように、実施例６の電池モジュールにおいては、補強部５２のアーチ断面が曲率の異なる２種の曲線で構成されている。つまり、実施例６の電池モジュールにおける補強部５２は、曲率の大きな部分５２ａと、曲率の小さな部分５２ｂとで構成されている。一般に、アーチ断面の曲率が大きい程、アーチ構造の剛性は大きくなる。したがって、端部に比べて構造的に弱くなり易い補強部５２の中央部分に曲率の大きな部分５２ａを配置することで、補強部５２全体の剛性をより向上させることができる。実施例６の電池モジュールにおける補強部５２は、換言すると、端部に比べて構造的に弱くなり易い補強部５２の中央部分においてアーチ断面の曲率を大きくしたものと言うこともできる。このような実施例６の電池モジュールによると、補強部５２の下方向への変形をさらに抑制でき、補強部５２に保持される電池セル１の位置および端子部７の位置の上下方向のばらつきをさらに抑制でき、電池セル１の端子部７同士をさらに容易に接続でき、かつ、電池モジュールの製造ロスをさらに抑制できる。

（実施例７）
実施例７の電池モジュールは、ケース５の支持壁５１の形状以外は実施例１と概略同じである。実施例７の電池モジュールにおける支持壁５１を模式的に表す断面図を図１０に示す。なお、図１０は図４〜図６および図９と同位置で支持壁５１を切断した様子を表す。

図１０に示すように、実施例７の電池モジュールにおいては、補強部５２のアーチ断面が曲線と直線とで構成されている。具体的には、アーチ断面において補強部５２の端部は直線であり補強部５２の中央部分は曲線であり、補強部５２は全体としてアーチ構造である。換言すると、実施例７における補強部５２は、湾曲した板状の部分５２ｃと、平板状の部分５２ｄとを有するとも言える。この場合にも、補強部５２はアーチ構造をとるために、下方向への荷重に良好に抗し得る。また、構造的に強度が必要となる補強部５２の中央部５２ｃにおいて、アーチ断面は曲線であるために充分な強度が得られる。したがって、実施例７の電池モジュールによっても、補強部５２に保持される電池セル１の位置および端子部７の位置の上下方向のばらつきを抑制でき、電池セル１の端子部７同士を容易に接続でき、かつ、電池モジュールの製造ロスを抑制できる。

本発明の電池モジュールの用途は特に限定されず、様々な装置や備品等に配設できる。具体例としては、車両用に搭載する組電池を挙げることができる。

本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態にのみ限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。また、実施形態に示した各構成要素は、それぞれ任意に抽出し組み合わせて実施できる。

本発明の電池モジュールは以下のとおりである。
（１）複数の電池セル１と、前記電池セル１を収容する樹脂製のケース５と、を有し、
前記ケース５は前記電池セル１の荷重を受ける支持壁５１を有し、
前記支持壁５１は、アーチ構造の補強部５２を有する、電池モジュール。
（２）前記補強部５２は、前記電池セル１が挿通される貫通孔状の開口部５４を有し、
前記支持壁５１は、さらに、前記電池セル１の底面１５に当接する底壁５５を有する保持部５３を有し、
前記保持部５３は、前記補強部５２における前記開口部５４の周縁部に一体化されるとともに前記補強部５２から下垂する、（１）に記載の電池モジュール。
（３）前記支持壁５１は複数の前記保持部５３を有し、
前記保持部５３の各々の前記底壁５５は面一に配置されている、（２）に記載の電池モジュール。

１：電池セル ５：ケース １５：電池セルの底面
５１：支持壁 ５２：補強部 ５３：保持部
５４：開口部 ５５：保持部の底壁

Claims (3)

1. 複数の電池セルと、前記電池セルを収容する樹脂製のケースと、を有し、
   前記ケースは前記電池セルの荷重を受ける支持壁を有し、
   前記支持壁は、アーチ構造の補強部を有する、電池モジュール。
2. 前記補強部は、前記電池セルが挿通される貫通孔状の開口部を有し、
   前記支持壁は、さらに、前記電池セルの底面に当接する底部を有する保持部を有し、
   前記保持部は、前記補強部における前記開口部の周縁部に一体化されるとともに前記補強部から下垂する、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記支持壁は複数の前記保持部を有し、
   前記保持部の各々の前記底壁は面一に配置されている、請求項２に記載の電池モジュール。

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