JP2017162810A - バッテリーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの劣化にともなう電池セルの膨張に応じて、電池セルを拘束するフレームの剛性を高め、且つ、組立ての容易なバッテリーモジュールを提供すること。
【解決手段】本実施形態に係るバッテリーモジュールは、複数の電池セルと複数のセパレータを積層したブロック状の電池セルユニットと、電池セルユニットを積層方向に拘束した枠状のフレームと、を有し、電池セルユニットの積層方向の両端部に配置される端部のセパレータのフレームと対向する位置に設けられるそれぞれの角部と、端部のセパレータのそれぞれの角部と対向するフレームのそれぞれの角部との間に隙間を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、複数の電池セルを積層したバッテリーモジュールに関する。

従来、比較的高出力な二次電池として、複数の電池セルを積層してユニット化し、バスバーを用いて直列或いは並列に接続したバッテリーモジュールが知られている。

特開２０１３−１６１６８１号公報

電池セルは、経時的な劣化により電池セル内にガスが発生し、電池セル内の内圧が上昇し、電池セルのケースが膨張することが知られている。複数の電池セルを重ねたバッテリーモジュールでは、電池セルのケース外面が膨出し、バッテリーモジュールの外形が変化する不具合を生じる。このように、バッテリーモジュールは、バッテリーモジュールの外形が変化すると、バッテリーモジュールの性能が低下することが知られている。そこで、各電池セルの膨張を抑制するため、重ねられた複数の電池セルは、フレームを用いて拘束されている。

しかしながら、このフレームの剛性が高すぎると、バッテリーモジュールは、組立性が悪くなる。一方、フレームの剛性が不十分な場合には、バッテリーモジュールは、電池セルの膨張を抑えることができない。

そこで、電池セルの劣化にともなう電池セルの膨張に応じて、電池セルを拘束するフレームの剛性を高め、且つ、組立てを容易にできるバッテリーモジュールの開発が望まれている。

本実施形態に係るバッテリーモジュールは、複数の電池セルと複数のセパレータを積層したブロック状の電池セルユニットと、電池セルユニットを積層方向に拘束した枠状のフレームと、を有し、電池セルユニットの積層方向の両端部に配置される端部のセパレータのフレームと対向する位置に設けられるそれぞれの角部と、端部のセパレータのそれぞれの角部と対向するフレームのそれぞれの角部との間に隙間を有する。

図１は、第１の実施形態に係るバッテリーモジュールの分解斜視図である。 図２は、図１のバッテリーモジュールに用いられるフレームを示す斜視図である。 図３は、図１のバッテリーモジュールの要部を示す概略図である。 図４は、図３の電池セルユニットの膨張する前および後の状態を示す説明図である。 図５は、図３のバッテリーモジュールの電池セルが膨張を開始した状態を示す概略図である。 図６は、図３のバッテリーモジュールの電池セルがさらに膨張した状態を示す概略図である。 図７は、第２の実施形態に係るバッテリーモジュールの要部を示す概略図である。 図８は、図７のバッテリーモジュールの電池セルが膨張した状態を示す概略図である。 図９は、第３の実施形態に係るバッテリーモジュールの要部を示す概略図である。 図１０は、図９のバッテリーモジュールの電池セルが膨張した状態を示す概略図である。 図１１は、第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態の電池セルの膨張とフレームに係る荷重との関係をまとめた図である。 図１２は、第４の実施形態に係るバッテリーモジュールの分解斜視図である。 図１３は、図１２のバッテリーモジュールの要部を示す概略図である。 図１４は、図１２の第１の変形例を示す概略図である。 図１５は、図１２の第２の変形例を示す概略図である。 図１６は、第５の実施形態におけるプレートの正面図である。 図１７は、第５の実施形態におけるプレートをＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面で切断した断面図である。 図１８は、第６の実施形態におけるプレートの正面図である。 図１９は、第６の実施形態におけるプレートをＸＩＸ−ＸＩＸ線断面で切断した断面図である。 図２０は、第７の実施形態に係るバッテリーモジュールの分解斜視図である。 図２１は、第８の実施形態に係るバッテリーモジュールの要部を示す説明図である。 図２２は、第９の実施形態に係るバッテリーモジュールの分解斜視図である。 図２３は、第１０の実施形態に係るプレートの構成を示す分解斜視図である。 図２４は、プレートが設けられたバッテリーモジュールの要部の構成を示す説明図である。 図２５は、第１１の実施形態に係るプレートの構成を示す分解斜視図である。

以下、第１の実施形態に係るバッテリーモジュール１について、図１を用いて説明する。

バッテリーモジュール１は、複数の電池セル１０と、複数のセパレータ３０と、複数のバスバー５０と、端子面フレーム７０と、複数のフレーム９０と、を有する。本実施形態では、例えば、１１個の電池セル１０と１２個のセパレータ３０は、交互に重ねられ電池セルユニット２１ａを構成する。また、積層体２０ａは、電池セルユニット２１ａと、電池セルユニット２１ａを拘束する２つのフレーム９０ａ、９０ｂとを有する。

電池セル１０は、矩形箱状のケース１１を有する。ケース１１は、互いに平行に対向した略正方形の第１壁１３および第２壁１５と、第１壁１３の周縁部と第２壁１５の周縁部をつなぐ４つの側壁１７と、を備える。４つの側壁１７のうち一つの側壁は、端子壁１７ａとして割り当てられている。端子壁１７ａには、２つの端子１８が互いに離間して設けられている。２つの端子１８は、一方が正極であり、他方が負極である。そして、ケース１１の内部には、非水電解質が充填されている。

複数の電池セル１０は、ケース１１の端子壁１７ａを同じ面（図示前面）に揃えた状態で、重ねられる。すなわち、端子壁１７ａは、端子面フレーム７０と向かい合って配置される。また、複数の電池セル１０は、互いに隣接する２つの電池セル１０の正極と負極が互い違いになる向きで重ねられる。また、複数の電池セル１０は、セパレータ３０をそれぞれ間に挟んで重ねられる。このため、例えば、隣接する２つの電池セル１０は、第１壁１３同士が対向し、或いは第２壁１５同士が対向する。各ケース１１の端子壁１７ａが並んだ面は、積層体２０ａの端子面３３として機能する。

セパレータ３０は、電池セル１０の間に設けた１０個の第１セパレータ３０ａと、積層体２０ａの重ね方向の両端に設けた２個の第２セパレータ３０ｂとを含む。以下の説明では、これら２種類のセパレータ３０ａ、３０ｂを総称してセパレータ３０とする場合もある。セパレータ３０は、例えば、絶縁性を有する樹脂材料によって形成されている。

第１セパレータ３０ａは、電池セル１０の第１壁１３および第２壁１５とほぼ同形の略正方形の内枠を有する枠体である。第１セパレータ３０ａは、積層方向に幅広の２つの帯部３５を有する。２つの帯部３５は、対向して設けられている。

第１セパレータ３０ａは、隣接して設けられる電池セル１０の間に配置される。言い換えると、各電池セル１０は、積層方向の両側に配置される２つの第１セパレータ３０ａの２つの帯部３５の間に嵌め込まれる。つまり、各第１セパレータ３０ａは、積層体２０ａの端子面３３が帯部３５で覆われることがないように、２つの帯部３５がケース１１の側壁１７にそれぞれ対向する向きで取り付けられる。

一方、第２セパレータ３０ｂは、電池セル１０の第１壁１３および第２壁１５とほぼ同形の略正方形の端板３２と、この端板３２の互いに対向する２辺から略直角に同じ方向に一体に延設された２つの側部３４と、を備える。第２セパレータ３０ｂは、積層体２０ａの端子面３３が側部３４で覆われることがないように、２つの側部３４がケース１１の側壁１７にそれぞれ対向する向きで取り付けられる。すなわち、電池セルユニット２１ａの端子面３３と直交する２つの互いに対向する面（図示上面および下面）は、第１セパレータ３０ａの帯部３５と第２セパレータ３０ｂの側部３４により覆われる。第２セパレータ３０ｂの外側には、バッテリーモジュール１を外部のケース等にボルトを用いて固定するためのナット部が配置されている。

フレーム９０は、電池セルユニット２１ａを積層方向に拘束する。つまり、フレーム９０は、各第１セパレータ３０ａの帯部３５の一部および２つの第２セパレータ３０ｂの端板３２および側部３４の一部に接触して取り付けられる。フレーム９０は、図示手前側（端子面３３側）の第１フレーム９０ａ、および図示奥側の第２フレーム９０ｂを含む。第１および第２フレーム９０ａ、９０ｂは、例えば、絶縁処理を施した金属材料により形成されている。以下、これら第１および第２フレーム９０ａ、９０ｂを総称してフレーム９０とする場合もある。フレーム９０の材料は、金属に限らず、例えば、十分な機械強度を有する合成樹脂等を用いることもできる。

フレーム９０は、電池セルユニット２１ａの端子面３３よりひと回り大きな矩形の枠体である。フレーム９０は、図２に示すように、４つの角部９１と４つの周壁９３を有する。４つの周壁９３のうち比較的長い互いに対向する一対の周壁９３がセパレータ３０の帯部３５および側部３４に対向する位置で装着される。

図１および図２に示すように、各周壁９３の長手方向に沿った一方の辺には、それぞれ傾斜して広がったテーパー状の導入板９５が一体に設けられている。これら導入板９５は、フレーム９０を電池セルユニット２１ａに取り付ける際に、電池セルユニット２１ａの周縁部をフレーム９０の内側に案内する。４つの導入板９５の長手方向の端部同士は、互いに離間する。また、フレーム９０の角部９１には、切欠き部９７が設けられている。

このような構成を有するフレーム９０は、導入板９５のテーパー面に案内されながら、電池セルユニット２１ａに嵌め込まれる。このため、特別な経験を有しない作業者であっても容易にフレーム９０を電池セルユニット２１ａに装着することができる。

バスバー５０は、図１に示すように、積層方向に隣接する２つの電池セル１０の端子１８同士（正極と負極）を電気的に接続する。バスバー５０は、板状の導電部材である。上述したように、複数の電池セル１０は、端子１８の正極と負極を交互に並べた向きで積層されている。このため、積層方向に隣接する２つの電池セル１０の端子同士は、異なる極になる。すなわち、複数のバスバー５０（５０ａ）は、複数の電池セル１０を電気的に接続している。

端子面フレーム７０は、積層体２０ａの端子面３３と対向して配置される枠体である。端子面フレーム７０は、複数の取付け窓孔を有する。端子面フレーム７０は、それぞれの取付窓孔に複数のバスバー５０がそれぞれ取り付けられている。このように複数のバスバー５０を取り付けた端子面フレーム７０は、積層体２０ａの端子面３３に固定される。このとき、端子面フレーム７０に固設されている複数のバスバー５０は、それぞれ対向する電池セル１０の端子１８同士を電気的に接続する。バスバー５０と端子１８とは、例えば、溶接により固定される。

図３は、バッテリーモジュール１の要部である積層体２０aを示す概略図である。なお、図３は、図１のバッテリーモジュールの積層体２０ａを示したものであるが、説明上、電池セル１０の数を一部省略して示している。積層体２０aは、電池セルユニット２１ａと、２本のフレーム９０ａおよび９０ｂを有する。

上述したように、第２セパレータ３０ｂは、端板３２と２つの側部３４を一体に連続した断面略Ｕ字状を有する。端板３２と各側部３４との間には、角部３６が設けられている。本実施形態では、端板３２、２つの側部３４、および角部３６を、樹脂により一体に形成した。

角部３６の角半径は、フレーム９０ａの角部９１の角半径よりも大きく形成されている。そして、フレーム９０ａの角部９１と第２セパレータ３０ｂの角部３６との間には、隙間８０が形成されている。すなわち、フレーム９０ａと電池セルユニット２１ａとの間には、隙間８０が形成される。これにより、フレーム９０ａは、電池セルユニット２１ａへの装着時において、わずかに弾性変形することができる。このため、フレーム９０ａは、容易に電池セルユニット２１ａに装着される。すなわち、隙間８０は、フレーム９０ａの装着容易性を向上させる。

次に、電池セル１０の膨張について図４を用いて説明する。なお、図４では、バッテリーモジュール１の膨張をわかりやすく説明するため、フレーム９０ａは省略している。

図４は、電池セルユニット２１ａが膨張する前の状態（図示上側）と、膨張した後の状態（図示下側）を示した図である。ここで、電池セルユニット２１ａの膨張前の電池セル１０の並び方向の長辺の長さをＬ１とする（図示上側）。電池セルユニット２１ａの長辺の長さＬ１は、各電池セル１０の膨張により長手方向にそれぞれα分延びてＬ２となる。すなわち、それぞれ隣接する電池セル１０の角同士は、ケース１１の変形により長手方向に離間する。これにより、両端部に配置されている第２セパレータ３０ｂは、各電池セル１０の膨張の影響を受けて、長手方向にα分移動する。

図５に示すように、各電池セル１０は、電池セル１０の内圧の上昇に伴って膨張する。各電池セル１０のケース１１は、変形する。電池セル１０の内部の圧力は、第２セパレータ３０ｂをフレーム９０ａの短辺に向けて押圧する。フレーム９０ａは、第２セパレータ３０ｂに押圧され、外側に膨らむ。言い換えれば、フレーム９０ａの角部９１の角度が広がるとともに、第２セパレータ３０ｂの角部３６がフレーム９０ａの角部９１へ向かって移動する。これにより、隙間８０の容積が低減する。

隙間８０の容積が低減すると、電池セル１０とフレーム９０との間の空間が縮小する。

電池セル１０の膨張がさらに進行すると図６に示すように、フレーム９０ａの角部９１と第２セパレータ３０ｂの角部３６との間の隙間８０がほぼ消失する。言い換えれば、角部３６は、角部９１の内側に接触する。

図１１は、第１の実施形態に係る積層体２０ａの図３、図５および図６の各状態をグラフ上に示したものである。横軸は、電池セルの膨張率を示している。縦軸は、フレーム荷重（電池セルの拘束荷重）を示している。図３は、電池セル１０の膨張が無い状態の組立時の積層体２０ａである。図５は、電池セル１０の膨張が少し始まった状態の積層体２０ａである。図６は、電池セル１０が図５よりもさらに膨張した状態の積層体２０ａである。

膨張していない積層体２０ａは、角部９１と角部３６の間に十分な隙間８０を有している。このため、フレーム９０ａに掛かる荷重は低い。すなわち、フレーム９０は、電池セルユニット２１ｂに装着し易い。次に、図５の積層体２０ａでは、電池セル１０が膨張しはじめる。すると、第１セパレータ３０ａは、電池セル１０によって押圧され、反対側に隣接する電池セル１０を押圧する。これにより、第１セパレータ３０ａは、わずかに変形する。また、第２セパレータ３０ｂは、電池セル１０によって押圧されるとともに、内側からフレーム９０を押圧する。このとき、第２セパレータ３０ｂの角部３６とフレーム９０の角部９１とが変形し、角部３６と角部９１との間にある隙間８０が減少する。言い換えれば、図５の積層体２０ａでは、図１１に示すように、電池セル１０の膨張に伴い、フレーム荷重が増加する。

そして、図６の積層体２０ａでは、電池セル１０の膨張がさらに進んだ状態を示している。すなわち、図６の積層体２０ａでは、隙間８０がなくなる程に第２セパレータ３０ｂおよびフレーム９０が変形する。言い換えれば、図６の積層体２０ａでは、角部３６が角部９１の内側と当接する。この状態では、図１１に示すように、図３および図５に比べて格段にフレーム荷重が高くなる。また、図６の積層体２０ａでは、フレーム９０とセパレータ３０ｂとの間の隙間８０が無くなることにより、剛性が高まり、強固に電池セルユニット２１ｂを拘束することができる。

このような構成を備える第１の実施形態の積層体２０ａは、積層方向の両端に設けた第２セパレータ３０ｂの角部３６と、フレーム９０の角部９１との間に隙間８０を設けることにより、電池セル１０の膨張に合わせてフレーム９０の剛性を高めることができる。すなわち、積層体２０ａは、電池セル１０の経時的な劣化に伴う電池セル１０の膨張に応じて、フレーム９０の剛性を変えることができる。このため、積層体２０ａは、組み付け時における電池セルユニット２１ａに対するフレーム９０の装着容易性を確保することができる。また、積層体２０ａは、電池セル１０の膨張時においては、十分な剛性を備えることができる。

すなわち、経年の使用により電池セル１０が膨張すると、第２セパレータ３０ｂの角部３６がフレーム９０の角部９１と重なりあう方向に変形する。この結果、図１１に示すように、積層体２０ａは、いわゆる遊び部分である隙間８０がなくなる。これにともなって、フレーム９０に掛かる荷重が上昇する。すなわち、この状態の積層体２０ａは、強固に電池セルユニット２１ａを拘束することができる。

そして、剛性が高まった状態のフレーム９０は、電池セル１０のさらなる膨張を防ぐとともに、バッテリーモジュール１の経時的な性能劣化を抑制する。結果、フレーム９０は、バッテリーモジュール１の使用寿命を延長することができる。

続いて、第２の実施形態に係る積層体２０ｂに用いられるセパレータ３０の形状について図７および図８を用いて説明する。図７は、積層体２０ｂの要部を示す概略図である。図８は、図７の積層体２０ｂの電池セル１０が膨張した状態を示す概略図である。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態に示した部材と同じ機能、または、構造を有する部材については、同一の符号を付すとともに、その詳細な説明は省略する。

第２の実施形態に係る積層体２０ｂが第１の実施形態に係る積層体２０ａと異なる点は、図７に示すように、第２セパレータ３０ｂの角部３６に突起３８が設けられていることである。

このような構成を有する積層体２０ｂは、第１の実施形態に係る積層体２０ａの第１フレーム９０ａと第２セパレータ３０ｂとの間の隙間８０よりも突起３８の分だけ隙間８０が狭い。言い換えれば、突起３８と第１フレーム９０ａの角部９１との距離が、積層体２０ａの角部３６から角部９１までの距離よりも短い。

このため、図８に示すように、第２の実施形態によると、電池セル１０の変形量が第１の実施形態の積層体２０ａよりも小さな状態で、第２セパレータ３０ｂの突起３８と、フレーム９０の角部９１の内側と、が当接する。これにより、積層体２０ｂは、第１の実施形態より早い時期に各電池セル１０の膨張を抑えることができる。

このような構成を備える積層体２０ｂは、隙間８０を備えることにより図１１に示すように、積層体２０ａと同様にフレーム９０の装着時における柔軟性を確保している。また、積層体２０ｂは、電池セル１０の膨張時においては、フレーム９０の角部９１と突起３８とが当接することによりフレーム９０の剛性を高め、電池セル１０のさらなる膨張を抑えることができる。

また、積層体２０ｂは、突起３８と、角部９１とを当接させる構造としている。このため、積層体２０ｂは、突起３８の大きさを調整することにより、フレーム９０の装着容易性を調整することができる。また、積層体２０ｂは、突起３８の大きさを調整することにより、フレーム荷重が急激に高まるまでの電池セル１０の膨張率を調整することができる。

また、積層体２０ｂは、突起３８を第２セパレータ３０ｂに有している。ここで、突起３８は、各フレーム９０のそれぞれの角部９１と対応して設けられている。このため、作業者は、突起３８をフレーム９０の装着時における位置合わせとして利用することができる。このため、積層体２０ｂは、突起３８を有することにより、フレーム９０の装着を容易にすることができる。

続いて、第３の実施形態に係る積層体２０ｃについて図９および図１０を用いて説明する。図９は、積層体２０ｃの要部を示す概略図である。図１０は、図９の積層体２０ｃの電池セル１０が膨張した状態を示す概略図である。なお、第３の実施形態において、第１の実施形態に示した部材と同じ機能、または、構造を有する部材については、同一の符号を付すとともに、その詳細な説明は省略する。

第３の実施形態に係る積層体２０ｃが第１の実施形態に係る積層体２０ａと異なる点は、図９に示すように、フレーム９２の角部９１ｂに湾曲部９１０が設けられていることである。具体的には、フレーム９２は、フレーム９２の外側へ膨出する湾曲部９１０を備えている。これにより、フレーム９２は、角部９１ｂに第１の実施形態のフレーム９０の角部９１よりも大きな弾力性を備える。

このように、第３の実施形態は、第２セパレータ３０ｂの形状ではなく、フレーム９２の形状を変えることにより、電池セルユニット２１ｂの膨張を抑え、且つ、フレーム９２の装着容易性を確保した積層体２０ｃを提供することができる。

フレーム９２は、角部９１ｂに外側に膨らんだ湾曲部９１０を有している。すなわち、湾曲部９１０は、第２セパレータ３０ｂの角部３６から離間する方向に湾曲する。このため、第３の実施形態の積層体２０ｃは、第１の実施形態の積層体２０ａよりも大きな隙間８０を有している。

図１０に示すように、電池セル１０の内圧の上昇により、電池セル１０が膨張すると、第１の実施形態の積層体２０ａと同様に第２セパレータ３０ｂがフレーム９２へ向かって押圧され変形する。第２セパレータ３０ｂにより押圧されたフレーム９２は、外側に向かって変形する。

具体的には、図１０に示すように、フレーム９２の角部９１ｂの湾曲部９１０が電池セル１０の膨張に伴って引っ張られる。そして、電池セル１０の膨張に伴って第２セパレータ３０ｂの角部３６がフレーム９２の角部９１ｂに向かって移動する。この結果、第２セパレータ３０ｂの角部３６は、フレーム９２の角部９１ｂに押し当てられる。角部３６が角部９１ｂに押し当てられた状態のフレーム９２は、急激に剛性を高め電池セル１０のさらなる膨張を抑制する。言い換えれば、フレーム９２の柔軟性は、隙間８０が減少することにより低下する。

このような構成を備える積層体２０ｃは、角部９１ｂを有することによりフレーム９２の装着時における柔軟性を備えている。また、積層体２０ｃは、図１０に示すように、電池セル１０の膨張時においては、角部９１ｂの湾曲部９１０が延び、角部９１ｂの角度が広がる。これにより角部３６は、角部９１ｂに向かって移動するとともに角部９１ｂの内側に押し当てられる。この結果、図１１に示すように、フレーム９２は、電池セルユニット２１ａに装着時においては、柔軟性を有しているが、電池セル１０がある程度膨張した後においては、剛性が高まり電池セルユニット２１ａを強固に拘束することができる。この結果、フレーム９２は、電池セル１０のさらなる膨張を抑えることができる。

また、第３の実施形態において、積層体２０ｃは、セパレータ３０の外側に位置するフレームの形状を変えることにより隙間８０を確保している。このため、積層体２０ｃは、隙間８０の大きさを第１の実施形態および第２の実施形態よりも大きく変更することができる。また、積層体２０ｃは、フレーム９２の角部９１ｂに湾曲部９１０を備える構成としたことにより、フレームの柔軟性を確保しやすい。このため、積層体２０ｃは、積層体２０ｃの組立時におけるフレーム９２の装着容易性を向上させることができる。

続いて、第４の実施形態乃至第１０の実施形態について、図１２乃至図２５を用いて説明する。なお、第４の実施形態乃至第１０の実施形態において、第１の実施形態に示した部材と同じ機能、または、構造を有する部材については、同一の符号を付すとともに、その詳細な説明は省略する。

第４の実施形態について説明する。図１２は、第４の実施形態に係るバッテリーモジュール１Ａの分解斜視図である。図１３は、図１２のバッテリーモジュール１Ａの要部を示す概略図である。図１４は、図１２の第１の変形例を示す概略図である。図１５は、図１２の第２の変形例を示す概略図である。第４の実施形態に係るバッテリーモジュール１Ａは、図１２に示すように、プレート１００が電池セル１０と第２セパレータ３０ｂとの間に設けられている。この点で、第４の実施形態に係るバッテリーモジュール１Ａは、第１の実施形態に係るバッテリーモジュール１と異なっている。

プレート１００は、電池セル１０の第１壁１３と同形状の主面を有する矩形板状に形成される。プレート１００は、電池セル１０の内圧の上昇で生じる荷重により押圧されても曲らない剛性を有する矩形状の板で形成される。例えば、プレート１００は、金属製の板である。なお、プレート１００の材料は、電池セル１０の膨張によりプレート１００に掛かる圧力により、曲らない材料であれば、金属に限られない。

このような構成を備えるバッテリーモジュール１Ａは、２本のフレーム９０による積層体２０ａの拘束に加えて、プレート１００を備えている。これにより、プレート１００は、端部の電池セル１０の膨張を抑えることができる。プレート１００は、電池セル１０の内圧の高まりにより掛かる荷重に対抗し、電池セル１０の膨張による電池セル１０の変形を抑えることができる。これにより、プレート１００は、電池セル１０の膨張を抑えることができる。

また、図１４に示すように、プレート１００は、電池セル１０に接着剤１１０により固定することもできる。これにより、プレート１００は、電池セル１０が膨張により変形しても電池セル１０との位置のずれを防止することができる。すなわち、接着剤１１０を用いることにより、電池セル１０の第１壁１３の外面をプレート１００が滑ることを抑制することができる。また、図１５に示すように、プレート１００は、第２セパレータ３０ｂのナット１２０と接合されていてもよい。これにより、プレート１００は、例えば、バッテリーモジュール１Ａをケースに固定するボルトとナット１２０が固定される。このため、プレート１００は、ナット１２０を介してケースに固定されているため、上記の第２セパレータ３０ｂとの間にプレート１００を配置した構成よりも強く、電池セル１０の変形を抑えることができる。また、図１５のような構成にすることにより、バッテリーモジュール１Ａをより強固に固定することができる。

次に第５の実施形態及び第６実施形態について、図１６乃至図１９を用いて説明する。なお、第５の実施形態及び第６実施形態では、プレート１００の変形例である、プレート１００Ａおよび１００Ｂについて説明する。図１６は、第５の実施形態におけるプレート１００Ａの正面図である。図１７は、第５の実施形態におけるプレート１００ＡをＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面で切断した断面図である。図１８は、第６の実施形態におけるプレート１００Ｂの正面図である。図１９は、第６の実施形態におけるプレート１００ＢをＸＩＸ−ＸＩＸ線断面で切断した断面図である。

第５の実施形態のプレート１００Ａは、平坦な板状部分１０１と、突出部１０１ａとを有する。突出部１０１ａは、板状部分１０１の主面から突出して形成される。例えば、突出部１０１ａは、プレート１００の主面を対角線の方向に交差するように形成される。突出部１０１ａは、Ｘ字状に形成される。また、第６の実施形態のプレート１００Ｂは、第５の実施形態のプレート１００Ａと同様に、平坦な板状部分１０１Ｂと、突出部１０１Ｂａとを有する。突出部１０１Ｂａは、板状部分１０１Ｂの主面から突出して形成される。例えば、突出部１０１Ｂａは、プレート１００の主面の対向する辺に並行するように３本の直線状の突出部分と、３本の突出部分の長手方向の中央部分に、３本の突出部分と直交する突出部分が一体に形成されている。

このような構成を備えることにより、プレート１００Ａ及びプレート１００Ｂは、曲げ剛性を高めることができる。このため、プレート１００Ａ及びプレート１００Ｂは、第４の実施形態の効果に加えて、更に、電池セル１０の膨張により、プレート１００Ａ及びプレート１００Ｂに掛かる荷重により曲りにくくなる。

次に第７の実施形態及び第８の実施形態について、図２０乃至図２２を用いて説明する。図２０は、第７の実施形態に係るバッテリーモジュール１Ｂの分解斜視図である。図２１は、第８の実施形態に係るバッテリーモジュール１Ｃの要部を示す説明図である。

図２０に示すように、第７の実施形態のプレート１００Ｃは、平坦な板状部分１０１Ｃと、リブ状に形成される突起１０１Ｃａとを有する。突起１０１Ｃａは、板状部分１０１Ｃの２つの端部から板状部分１０１Ｃに直交する方向に屈曲し、互いに対向するように形成される。対向する突起１０１Ｃａの無い面間の距離は、電池セル１０の対向する側壁１７の外面間の距離と同じに形成される。プレート１００Ｃは、電池セル１０の側壁１７に突起１０１Ｃａの内面が接触することにより係止される。プレート１００Ｃは、突起１０１Ｃａがフレーム９０に重ならない向きで電池セル１０に配置される。突起１０１Ｃａは、例えば、プレートの端部を曲げ加工することにより形成される。

このような構成を備えるプレート１００Ｃは、２つ突起１０１Ｃａを備えていることにより、電池セル１０の膨張による第１壁１３が板状部分１０１Ｃの設置時の配置からずれることを抑えることができる。このため、プレート１００Ｃの剛性が低下することなく電池セル１０の膨張を抑えることができる。

また、第８の実施形態のプレート１００Ｄは、プレート１００Ｃの突起１０１Ｃａのようなリブ状ではないが、電池セル１０の第１壁１３及び第２壁１５を連絡する側壁１７の幅方向の両端に形成される角に面で接触することでプレート１００Ｃを支持する曲り部１０１Ｄａを有する。
このように構成されたプレート１００Ｄは、上記プレート１００Ｃと同様の効果を有する。

次に、第９の実施形態について、図２２を用いて説明する。図２２は、第９の実施形態に係るバッテリーモジュール１Ｄの分解斜視図である。
第９の実施形態のプレート１００Ｅは、プレート１００Ｃと同様の形状を有する。第９の実施形態のプレート１００Ｅは、平坦な板状部分１０１Ｅと、リブ１０１Ｅａとを有する。プレート１００Ｅは、プレート１００Ｃを９０度回転させた形状である。プレート１００Ｅは、対向するリブ１０１Ｅａが２本のフレーム９０に重なる方向に設けられる。

このような構成を備えるプレート１００Ｅは、リブ１０１Ｅａの延設方向と直交する方向に対する曲げ剛性を高めることができる。このため、プレート１００Ｅは、リブ１０１Ｅａを有することにより、２つのフレーム９０の間において、リブ１０１Ｅａと直交する側の両端部が近接する方向に掛かる荷重に対する強度を高めることができる。このため、プレート１００Ｅは、フレーム９０とともに、電池セル１０の変形を抑えることができる。

次に第１０の実施形態及び第１１の実施形態について、図２３乃至図２５を用いて説明する。図２３は、第１０の実施形態に係るプレート１００Ｆの構成を示す分解斜視図である。図２４は、プレート１００Ｆが設けられたバッテリーモジュール１Ｅの要部の構成を示す説明図である。図２５は、第１１の実施形態に係るプレート１００Ｇの構成を示す分解斜視図である。

第１０の実施形態のプレート１００Ｆは、図２３に示すように、平坦な板状部分１０１Ｆと、孔部１０１Ｆａと、ピン１０１Ｆｂと、を有する。孔部１０１Ｆａは、プレート１００Ｆを貫通する孔である。ピン１０１Ｆｂは、孔部１０１Ｆａに挿入される。ピン１０１Ｆｂの一端の一部は、第２セパレータ３０ｂの内面に設けられた凹部１０１Ｆｃに固定される。また、ピン１０１Ｆｂの他端は、電池セル１０の第１壁１３に固定される。

また、第１１の実施形態に係るプレート１００Ｇは、図２５に示すように、平坦な板状部分１０１Ｇと、矩形状の孔部１０１Ｇａと、ピン１０１Ｇｂと、を有する。孔部１０１Ｇａは、プレート１００Ｇを貫通する孔である。ピン１０１Ｇｂは、孔部１０１Ｇａに挿入される。ピン１０１Ｇｂの一端の一部は、第２セパレータ３０ｂの内面に設けられた窪みに固定される。また、ピン１０１Ｇｂの他端は、電池セル１０の第１壁１３に固定される。第１１の実施形態においては、ピン１０１Ｇｂとして、いわゆるスナップフィット構造を有している。

このような構成を備えるプレート１００Ｆは、ピン１０１Ｆｂにより、プレート１００Ｆを第２セパレータ３０ｂ及び電池セル１０に固定する。このため、電池セル１０の変形により、プレート１００Ｆと第１壁１３との接触面のずれ及び、プレート１００Ｆが第１壁１３の面上をすべることを防ぐことができる。また、プレート１００Ｇは、プレート１００Ｆと同様の効果に加えて、ピン１０１Ｇｂがスナップフィットの構造を備えることにより、組立時にピンを圧入する必要が無く組立を容易に行うことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

また、例えば、第２セパレータ３０ｂの角部３６の形状は、円弧状に限られない。例えば、角部３６は、略直角とすることもできる。また、本実施形態において、電池セルユニットは、２つのフレームにより拘束されていたが、これに限られない。例えば、電池セルユニットは、１つのフレームにより拘束することが可能であり、３つ以上の複数のフレームにより拘束することも可能である。
また、第２の実施形態に示した突起３８を含む第２セパレータ３０ｂと第３の実施形態に示すフレーム９２を組み合わせて積層体を構成することも可能である。また、第３の実施形態に示したフレーム９２の湾曲部９１０は、電池セル１０の膨張時において、伸びきらずに多少円弧状に曲った膨らんだ状態になることもある。この場合においても、一定量湾曲部９１０が伸びた点からフレーム９２の剛性は高まり、電池セルユニット２１ｂを拘束することが可能である。

１…バッテリーモジュール、１０…電池セル、１１…ケース、１３…第１壁、１５…第２壁、１７…側壁、１７ａ…端子壁、１８…端子、２０ａ…積層体、２０ｂ…積層体、２０ｃ…積層体、２１ａ…電池セルユニット、２１ｂ…電池セルユニット、３０…セパレータ、３０ａ…第１セパレータ、３０ｂ…第２セパレータ、３１…内板、３２…端板、３３…端子面、３４…側部、３５…帯部、３６…角部、３８…突起、５０…バスバー、５０ａ…バスバー、７０…端子面フレーム、８０…隙間、９０…フレーム、９０ａ…第１フレーム、９０ｂ…第２フレーム、９１…角部、９２…フレーム、９３…周壁、９５…導入板、９１０…湾曲部。

Claims (12)

1. 複数の電池セルと複数のセパレータを積層したブロック状の電池セルユニットと、
   前記電池セルユニットを前記複数の電池セル及び前記複数のセパレータの積層方向に拘束する枠状であり、前記積層方向で前記電池セルユニットの両端部にそれぞれ配置される前記セパレータのそれぞれの角部と対向する位置に設けられ、前記セパレータのそれぞれの前記角部と隙間を形成する前記角部を有するフレームと、を有するバッテリーモジュール。
2. 前記隙間は、前記電池セルの膨張に伴って縮小する請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記両端部にそれぞれ配置される前記セパレータのそれぞれの前記角部は、前記電池セルの膨張により前記フレームのそれぞれの前記角部と当接する請求項１又は請求項２に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記フレームは、前記電池セルの膨張に応じて伸び、前記両端部の前記セパレータのそれぞれの前記角部と対向する前記フレームのそれぞれの前記角部との間に形成される隙間を縮小させることにより、前記フレームの剛性を高めることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記両端部にそれぞれ配置される前記セパレータのそれぞれの前記角部は、前記フレームのそれぞれの前記角部に向けて突出した突起を有する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のバッテリーモジュール。
6. 前記フレームのそれぞれの前記角部は、前記両端部の前記セパレータのそれぞれの前記角部から離間する方向に湾曲する湾曲部を備えている、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のバッテリーモジュール。
7. 前記両端部にそれぞれ配置される前記セパレータ及び前記両端部にそれぞれ配置される前記セパレータに隣接してそれぞれ配置され、前記電池セルとの間に設けられ、前記電池セルの内圧の上昇で生じる荷重により押圧されても曲らない剛性を有する矩形状のプレートを備える請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記プレートは、中央部分に線状の突出部が形成されている請求項７に記載のバッテリーモジュール。
9. 前記プレートには、前記プレートの主面と交差する方向に延設され、互いに対向するリブが前記プレートの縁部に形成されている請求項７に記載のバッテリーモジュール。
10. 前記リブは、前記セパレータとともに、前記フレームに拘束される請求項９に記載のバッテリーモジュール。
11. 前記プレートは、前記プレートの孔部に挿入され、前記セパレータと係合する複数のピンにより固定される請求項７に記載のバッテリーモジュール。
12. 前記プレートは、前記セパレータ側の主面から突出し、前記セパレータの外側に露出するナットを備えている請求項７に記載のバッテリーモジュール。