JP2017216133A - 電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構造により、高効率化及び隔壁におけるシール性の確保が図られる電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュール1は、筐体10と複数の積層体セル30とを備える。積層体セル30は、一方の極性の電極板34から延出する第1の電極タブ群41と、他方の極性の電極板34から延出する第2の電極タブ群42と、を有する。隔壁20内には、隔壁20の一方面21a及び他方面21bの双方に露出する集電板24が設けられている。隣り合う一方の積層体セル30の第1の電極タブ群41は、集電板24における一方側の露出部分51aに接続され、隣り合う他方の積層体セル30の第2の電極タブ群42は、集電板24における他方側の露出部分51bに接続されている。【選択図】図7
Description
本発明は、電池モジュールに関する。
特許文献1には、複数の隔壁によって隔てられた複数の収容空間を有する筐体と、セパレータを介して交互に積層された正極及び負極の電極板によって構成され、電解液と共に筐体の収容空間内にそれぞれ配置された複数の積層体セルと、を備える電池モジュールが開示されている。この従来の電池モジュールでは、各正極に接続された集電板と各負極に接続された集電板とが隔壁に形成された接続穴において互いに溶接されることによって、隣り合う積層体セル同士が電気的に接続されている。
上述したような電池モジュールでは、接続穴において集電板同士が接続されることから、隔壁を通る電流経路が絞られてしまい、集電板間の接続抵抗が高くなり易い。このため、電池モジュールの高効率化の観点において改善の余地がある。これに対して、集電板間の接続抵抗を低減するために、接続穴の断面積を大きくしたり、接続穴の配置数を増やしたりすることが考えられる。しかしながら、その場合、隔壁におけるシール性を確保するための構造が複雑化するおそれがある。
そこで、本発明は、簡易な構造により、高効率化及び隔壁におけるシール性の確保が図られる電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る電池モジュールは、複数の隔壁によって隔てられた複数の収容空間を有する筐体と、セパレータを介して交互に積層された正極及び負極の電極板によって構成され、電解液と共に収容空間内にそれぞれ配置された複数の積層体セルと、を備え、積層体セルは、一方の極性の電極板から延出する第1の電極タブ群と、他方の極性の電極板から延出する第2の電極タブ群と、を有し、隔壁内には、当該隔壁の一方面及び他方面の双方に露出する集電板が設けられ、隣り合う一方の積層体セルの第1の電極タブ群は、集電板における一方側の露出部分に接続され、隣り合う他方の積層体セルの第2の電極タブ群は、集電板における他方側の露出部分に接続されている。
この電池モジュールでは、隔壁内に、当該隔壁の一方面及び他方面の双方に露出する集電板が設けられている。そして、隣り合う一方の積層体セルの第1の電極タブ群が、集電板における一方側の露出部分に接続され、隣り合う他方の積層体セルの第2の電極タブ群が、集電板における他方側の露出部分に接続されている。このような接続構造を採用することにより、集電板における露出部分の面積を拡大することによって第1の電極タブ群と第2の電極タブ群との間の接続抵抗を低減することが可能となり、電池モジュールの高効率化が図られる。更に、集電板が隔壁内に設けられることで隔壁のシール性が確保されているので、集電板における露出部分の面積を拡大した場合でも、隔壁の構造の複雑化が抑制される。よって、この電池モジュールによれば、簡易な構造により、高効率化及び隔壁におけるシール性の確保が図られる。
また、集電板は、隔壁に沿う平板部を有し、平板部において隔壁の一方面及び他方面に露出していてもよい。この場合、隔壁の構造を一層簡易化できる。
また、筐体は、積層体セルの積層方向の最外層に隔壁を積層方向に積層してなる複数の隔壁ユニットを有すると共に、積層方向に配列された複数の隔壁ユニットの結合体によって構成され、一の隔壁ユニットにおいて、積層体セルの第1の電極タブ群は、隣り合う一方の隔壁ユニットにおける積層体セルの第2の電極タブ群に電気的に接続され、積層体セルの第2の電極タブ群は、隣り合う他方の隔壁ユニットにおける積層体セルの第1の電極タブ群に電気的に接続されていてもよい。この場合、積層体セルの積層方向の最外層に隔壁を積層方向に積層してなる複数の隔壁ユニットの結合体によって筐体が構成されているので、予めユニット化した積層体セルと隔壁とを配列して結合することで、積層体セルを収容空間に挿入するための作業スペースを筐体に確保しておく必要がなくなり、隔壁間の間隔を十分に狭くすることが可能となる。したがって、筐体内の積層体セルの配置密度が高められ、筐体を小型化した場合であってもエネルギー密度の向上が図られる。
また、隣り合う隔壁ユニットの隔壁同士は、溶着によって結合されていてもよい。この場合、隔壁同士を容易にかつ確実に結合できる。
また、積層体セルの積層方向から見て、積層体セルの第1の電極タブ群は、隣り合う一方の隔壁ユニットにおける積層体セルの第2の電極タブ群と対向し、積層体セルの第2の電極タブ群は、隣り合う他方の隔壁ユニットにおける積層体セルの第1の電極タブ群と対向していてもよい。この場合、互いに対向する第1の電極タブ群と第2の電極タブ群とを電気的に接続すればよいので、積層体セル間の接続作業を容易化できる。更に、互いに対向する第1の電極タブ群と第2の電極タブ群とが接続されるので、電流経路を短縮でき、電圧降下を抑制できる。
また、隔壁には、第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群の位置に対応して、一方面から突出する第1の突出部と、他方面から突出する第2の突出部と、が設けられ、集電板における一方側の露出部分には、隣り合う一方の隔壁ユニットにおける隔壁の第2の突出部によって、積層体セルの第1の電極タブ群が押し当てられ、集電板における他方側の露出部分には、隣り合う他方の隔壁ユニットにおける隔壁の第1の突出部によって、当該他方の隔壁ユニットにおける積層体セルの第2の電極タブ群が押し当てられていてもよい。この場合、第1の突出部及び第2の突出部によって第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群が集電板における露出部分に押し当てられているので、第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群を集電板における露出部分に容易に接続できる。
また、積層体セルは、同一の端面に第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群を有し、同一の端面において、第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群の少なくとも一方が複数設けられていてもよい。この場合、電極板内における電流分布を均一化でき、電池反応のムラを低減できる。
また、同一の端面において、第1の電極タブ群と第2の電極タブ群とが交互に配列されていてもよい。この場合、電極板内における電流分布を好適に均一化でき、電池反応のムラを一層低減できる。
また、同一の端面において、配列端に位置する電極タブ群の幅は、中央側に位置する電極タブ群の幅よりも小さくなっていてもよい。この場合、電極板内における電流分布をより好適に均一化でき、電池反応のムラをより一層低減できる。
また、隔壁の縁部には、肉厚な枠部が設けられ、枠部に電極板の縁部が当接していてもよい。この場合、電極板の縁部を枠部に当接させることで、電極板を隔壁に対して位置決めできる。また、隔壁に対して電極板を配置していく場合に、枠部をガイドとしつつ電極板を枠部内に配置できる。
また、隔壁には、第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群の位置に対応して積層体セルの積層方向に突出する突出部が設けられ、第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群は、突出部によって屈曲した状態となっていてもよい。この場合、隔壁に対して電極板を配置していく場合に、突出部をガイドとしつつ電極板を枠部内に配置できると共に、突出部によって第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群を容易に所定の屈曲形状とすることができる。更に、突出部によって積層体セルが遮蔽されるので、例えば、第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群を集電板に溶接によって接続する場合でも、溶接時に生じたスパッタが積層体セル側に進入してしまうことを抑制できる。
また、隔壁ユニットは、第1の電極タブ群の位置に対応して隔壁に集電板が配置された第1の隔壁ユニットと、第2の電極タブ群の位置に対応して隔壁に集電板が配置された第2の隔壁ユニットと、を有し、第1の隔壁ユニットの隔壁の一方面には、積層方向に突出する第1の凸部が設けられると共に、他方面には、積層方向から見て第1の凸部とは異なる位置に第1の凹部が設けられ、第2の隔壁ユニットの隔壁の一方面には、第1の凹部に対応する第2の凸部が設けられると共に、他方面には、第1の凸部に対応する第2の凹部が設けられていてもよい。この場合、第1の凸部の第2の凹部への挿入、及び第1の凹部への第2の凸部の挿入によって第1の隔壁ユニットの隔壁と第2の隔壁ユニットの隔壁とを互いに位置決めできる。更に、第1の隔壁ユニットの隔壁と第2の隔壁ユニットの隔壁との間で凸部及び凹部が配置された位置が異なるので、第1の隔壁ユニットと第2の隔壁ユニットとの間の誤組付の発生を抑制できる。
本発明によれば、簡易な構造により、高効率化及び隔壁におけるシール性の確保が図られる電池モジュールを提供できる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
図1及び図2に示される電池モジュール1は、例えば自動車等の車両のバッテリーとして用いられるニッケル水素充電池がモジュール化されたものである。電池モジュール1は、複数の隔壁20によって隔てられた複数の収容空間S(図7)を有する筐体10と、各収容空間S内にそれぞれ配置された複数の積層体セル30と、を備えている。各積層体セル30は、電解液と共に収容空間S内に配置され、例えばニッケル水素充電池を構成している。
筐体10は、例えばPP、PPS、変性PPE等の樹脂により形成され、扁平な直方体状の外形状をなしている。筐体10は、本体部11と、平板状の蓋部12と、を有している。本体部11と蓋部12とは、本体部11の一面側を蓋部12で塞いだ状態で、例えば溶着によって互いに結合されている。本体部11は、隔壁20の積層方向D1の一側面に積層体セル30を組み合わせてなる複数の隔壁ユニット40を有すると共に、複数の隔壁ユニット40を積層して結合した結合体15によって構成されている。この結合体15には、隔壁ユニット40の積層方向D1の端部に結合される一対のカバー13,13が含まれている。
図2及び図3に示されるように、積層体セル30は、正極32(電極板34)と、負極33(電極板34)と、正極32と負極33との間に配置されたセパレータ35と、を有している。正極32は、例えばニッケルからなる矩形状の金属箔32aと、金属箔32aの一面側に設けられた正極活物質層(不図示)と、を有している。金属箔32aには、一縁から突出するタブ部32bが設けられている。正極活物質層は、例えば金属箔32aにおいてタブ部32bを除く部分の全面に形成されている。正極活物質層は、例えば、水酸化ニッケルにより形成されている。正極32は、タブ部32bが露出するように、袋状のセパレータ35によって包まれている。セパレータ35は、例えば樹脂製の微多孔膜であり、セパレータ35には、電解液が含浸されている。電解液は、例えば水酸化カリウム水溶液であり、正極活物質層にも含浸されている。
負極33は、例えばニッケルからなる矩形状の金属箔33aと、金属箔33aの一面側に設けられた負極活物質層(不図示)と、を有している。金属箔33aには、一縁から突出するタブ部33bが設けられている。負極活物質層は、例えば、金属箔33aにおいてタブ部33bを除く部分の全面に形成されている。負極活物質層は、例えば水素吸蔵合金により形成されている。負極活物質層にも上記の電解液が含浸されている。なお、正極32及び負極33において、正極活物質層及び負極活物質層は、金属箔32a,33aの両面側に設けられていてもよい。
本実施形態では、例えば2枚のセパレータ35付き正極32と3枚の負極33とが交互に積層されて積層体31が構成されている。積層体31において、各正極32は、タブ部32bの向きが揃うように積層され、各負極33は、タブ部33bの向きが揃うように積層されている。これにより、積層体セル30では、積層体31における同一の端面31aに延出するように、正極32のタブ部32bによって構成された正極タブ群(第1の電極タブ群)36と、負極33のタブ部33bによって構成された負極タブ群(第2の電極タブ群)37と、が形成されている。
図4及び図5に示されるように、複数の隔壁ユニット40は、第1の隔壁ユニット41と第2の隔壁ユニット42とを有している。第1の隔壁ユニット41は隔壁21と積層体セル30とを含んで構成され、第2の隔壁ユニット42は隔壁22と積層体セル30とを含んで構成されている。
隔壁21,22は、例えば、平面視において互いに同一寸法の矩形状をなす平板である。隔壁21の一方面21aの縁部、及び隔壁22の一方面22aの縁部のそれぞれには、肉厚な枠部23が設けられている。枠部23は、例えば隔壁21,22の一辺に沿って配置された第1の部分23aと、第1の部分23aの両端それぞれに連続し、隔壁21,22の当該一辺を挟んで互いに対向する一対の辺に沿って配置された2つの第2の部分23bと、を有している。
隔壁21内には、隔壁21の一方面21a及び他方面21bの双方に露出する集電板24が設けられている。同様に、隔壁22内には、隔壁22の一方面22a及び他方面22bの双方に露出する集電板25が設けられている。集電板24,25は、例えばニッケルやニッケルめっきした鋼板等の金属からなり、インサート成形によって隔壁21,22に埋め込まれている。集電板24は、正極タブ群36の配置位置に対応するように、隔壁21において幅方向(積層体セル30の積層方向D1、並びに正極タブ群36及び負極タブ群37の延出方向D2に直交する方向)D3の一方側に配置されている。また、集電板25は、負極タブ群37の配置位置に対応するように、隔壁22において幅方向D3の他方側に集電板24と離間して配置されている。
隔壁21の一方面21aには、積層方向D1に突出する断面円形の第1の凸部26aが設けられると共に、他方面21bには、積層方向D1から見て第1の凸部26aとは異なる位置に断面円形の第1の凹部27aが設けられている。一方、隔壁22の一方面22aには、第1の凹部27aに挿入される断面円形の第2の凸部26bが設けられると共に、他方面22bには、第1の凸部26aが挿入される断面円形の第2の凹部27bが設けられている。本実施形態では、第1及び第2の凸部26a,26b、並びに第1及び第2の凹部27a,27bは、枠部23における左右の第2の部分23b,23bにそれぞれ2つずつ配置されている。
第1の隔壁ユニット41は、積層体セル30の積層方向D1の最外層に隔壁21が積層されることによって構成されている。同様に、第2の隔壁ユニット42は、積層体セル30の積層方向D1の最外層に隔壁22が積層されることによって構成されている。第1及び第2の隔壁ユニット41,42では、正極タブ群36及び負極タブ群37の延出方向D2が枠部23の第1の部分23aとは反対側を向くように、積層体セル30が隔壁21,22の枠部23内に配置されている。また、第1及び第2の隔壁ユニット41,42では、積層体セル30を構成する電極板34の縁部が枠部23における第1の部分23a及び第2の部分23bに当接している。
第1の隔壁ユニット41では、正極タブ群36と集電板24とが幅方向D3の一方側において積層方向D1に対向するのに対し、第2の隔壁ユニット42では、正極タブ群36と集電板25とが幅方向D3の他方側において対向する。このように、第1の隔壁ユニット41では、正極タブ群36の位置に対応して隔壁21に集電板24が配置されているのに対し、第2の隔壁ユニット42では、負極タブ群37の位置に対応して隔壁22に集電板25が配置されている。
図2及び図6に示されるように、電池モジュール1では、複数(例えば、10個)の隔壁ユニット40が積層方向D1に沿って配列されている。より具体的には、積層方向D1から見て、一の隔壁ユニット40における積層体セル30の正極タブ群36が、隣り合う一方の隔壁ユニット40における積層体セル30の負極タブ群37と対向し、当該一の積層体セル30の負極タブ群37が、隣り合う他方の隔壁ユニット40における積層体セル30の正極タブ群36と対向するように、複数の隔壁ユニット40が配列されている。電池モジュール1では、第1の隔壁ユニット41と第2の隔壁ユニット42とが積層方向D1に沿って交互に配列されることで、このような正極タブ群36及び負極タブ群37の千鳥状の配置が実現されている。
更に、電池モジュール1では、積層方向D1に隣り合う隔壁ユニット40の隔壁20同士が溶着によって結合され、当該隔壁20同士の間がシールされている。より具体的には、第1の隔壁ユニット41の隔壁21の一方面21aは、枠部23において第2の隔壁ユニット42の隔壁22の他方面22bに当接した状態で、一方面21aと他方面22bとが枠部23において互いに溶着されている。この状態では、第1の凸部26aが第2の凹部27bに挿入されている。
また、第2の隔壁ユニット42の隔壁22の一方面22aは、枠部23において第1の隔壁ユニット41の隔壁21の他方面21bに当接した状態で、一方面22aと他方面21bとが枠部23において互いに溶着されている。この状態では、第2の凸部26bが第1の凹部27aに挿入されている。隔壁ユニット40の配列体の積層方向D1の両側それぞれには、一対のカバー13,13が溶着によって結合されている。電池モジュール1では、このような隔壁ユニット40同士の結合によって、複数の隔壁ユニット40の結合体15が構成されている。
第1の隔壁ユニット41、第2の隔壁ユニット42、及びカバー13の溶着には、例えば熱可塑性樹脂による超音波溶着、熱溶着フィルムを用いた溶着などを用いることができる。
図6に示されるように、電池モジュール1では、一の隔壁ユニット40において、積層体セル30の正極タブ群36は、隣り合う一方の隔壁ユニット40における積層体セル30の負極タブ群37に電気的に接続され、積層体セル30の負極タブ群37は、隣り合う他方の隔壁ユニット40における積層体セル30の正極タブ群36に電気的に接続されている(図6中の二点鎖線Lを参照)。これにより、複数(例えば、10個)の積層体セル30が電気的に直列に接続されている。
電池モジュール1では、正極タブ群36と負極タブ群37とは、上述した隔壁21,22の集電板24,25を介して互いに電気的に接続される。図7では、正極タブ群36と負極タブ群37とが集電板24を介して互いに電気的に接続されている部分が示されている。以下では、集電板24による正極タブ群36と負極タブ群37との間の接続について説明し、集電板25による正極タブ群36と負極タブ群37との間の接続については、集電板24による接続と同様であるので説明を省略する。
図7に示されるように、集電板24は、隔壁21に沿う(積層方向D1と直交する)平板部51を有している。平板部51は、隔壁21の一方面21a及び21bに形成された開口部54,54において、隔壁21の一方面21a及び21bの双方に露出している。各開口部54は、積層体31に対して正極タブ群36及び負極タブ群37の延出方向D2側に設けられ、例えば積層方向D1から見て断面長方形状をなしている。なお、各開口部54,54の断面形状は任意の形状であってよく、互いに異なっていてもよい。
集電板24による接続では、平板部51における積層方向D1の一方側の露出部分51aに正極タブ群36が溶接されると共に、他方側の露出部分51bに負極タブ群37が溶接されている。正極タブ群36及び負極タブ群37は、互いの先端部分の間で露出部分51a,51bを挟み込んだ状態で、当該先端部分において露出部分51a,51bに溶接されている。このように、正極タブ群36及び負極タブ群37は、集電板24の一方側の露出部分51a及び他方側の露出部分51bそれぞれに溶接されることによって、集電板24を介して互いに電気的に接続されている。
正極タブ群36及び負極タブ群37の溶接には、例えば、一対の溶接棒71を用いた抵抗溶接が用いられる。例えば、一対の溶接棒71によって正極タブ群36及び負極タブ群37を挟み込んだ状態で、正極タブ群36及び負極タブ群37のそれぞれが露出部分51a,51bに同時に溶接される。なお、図7では、蓋部12が省略されているが、蓋部12は、正極タブ群36及び負極タブ群37の溶接後に取り付けられる。また、正極タブ群36及び負極タブ群37の溶接には、レーザ溶接等の他の溶接手段が用いられてもよい。
続いて、図8を参照しつつ、外部端子の導出箇所について説明する。図8に示されるように、カバー13には、積層体31に対して正極タブ群36及び負極タブ群37の延出方向D2側の位置に、外部端子60が設けられている。以下では、一方のカバー13における外部端子60の導出箇所について説明し、他方のカバー13における外部端子60の導出箇所については、一方のカバー13における外部端子60の導出箇所と同様であるので説明を省略する。
外部端子60は、カバー13に形成された貫通孔61内に外側から挿入されており、外部端子60の頭部60aが筐体10の外部に位置している。頭部60aとカバー13との間には、シール部材62が配置されている。カバー13の内面には、外部端子60の位置に対応して積層方向D1に突出する台座部63が設けられている。台座部63上には、断面略L字状の通電板64が設けられている。通電板64には、外部端子60の頭部60aと反対側の端部が電気的に接続されている。また、通電板64には、積層方向D1の一端に位置する積層体セル30の正極タブ群36又は負極タブ群37が抵抗溶接によって電気的に接続されている。なお、通電板64と正極タブ群36又は負極タブ群37との間の溶接は、外部端子60に積層方向D1に沿った貫通孔が形成されている場合には、当該貫通孔を介したレーザ溶接によって行われてもよい。
続いて、上述した電池モジュール1の製造方法を説明する。まず、例えば所定の治具上に一方のカバー13を配置し、固定する。続いて、カバー13上に電極板34を順次積層し、積層体31を得る。続いて、カバー13上に隔壁20を配置する。続いて、隔壁20上に電極板34を順次積層し、積層体31(隔壁ユニット40)を得る。このとき、隔壁20には枠部23が設けられているので、枠部23をガイドとしつつ電極板34を枠部23内に配置できる。更に、電極板34の縁部を枠部23に当接させることで、電極板34を隔壁20に対して位置決めできる。なお、隔壁20上に電極板34を積層する際には、例えば、隔壁20に対して正極タブ群36及び負極タブ群37の延出方向D2側から電極板34を配置してもよいし、隔壁20に対して積層方向D1側から電極板34を配置してもよい。
続いて、隔壁20上に次の隔壁20を積層する。このとき、第1の隔壁ユニット41の隔壁21及び第2の隔壁ユニット42の隔壁22の一方を他方の上に配置することとなるが、第1の凸部26aの第2の凹部27bへの挿入、又は第1の凹部27aへの第2の凸部26bの挿入によって、隔壁21,22同士を積層方向D1と交差する方向に位置決めできる。更に、第1の隔壁ユニット41の隔壁21と第2の隔壁ユニット42の隔壁22との間で凸部26a,27a及び凹部26b,27bが配置された位置が異なるので、第1の隔壁ユニット41と第2の隔壁ユニット42との間の誤組付の発生を抑制できる。
続いて、隔壁20上に電極板34を順次積層して積層体31(隔壁ユニット40)を得る。この隔壁ユニット40の積層を所定回数繰り返した後に、隔壁20上に他方のカバー13を配置する。続いて、複数の積層体セル30が電気的に直列に接続されるように、正極タブ群36及び負極タブ群37を集電板24,25に溶接する。続いて、隣り合う隔壁ユニット40の隔壁20同士を溶着によって結合し、当該隔壁20同士の間をシールする。これと同時に、隔壁20とカバー13との間も溶着によって結合する。これにより、結合体15が得られる。続いて、収容空間S内に電解液を封入した後に、結合体15と蓋部12とを溶着によって互いに結合する。以上より、電池モジュール1を製造できる。
なお、隣り合う隔壁ユニット40の隔壁20同士を結合する工程は、複数の積層体セル30を電気的に直列に接続する工程の前に行われてもよい。また、カバー13における電極板34の配置面には、例えば隔壁20の枠部23と同様に枠部が設けられていてもよいし、カバー13の当該枠部には、例えば隔壁20の凸部26a,27a及び凹部26b,27bに対応した凸部又は凹部が設けられていてもよい。
以上説明した電池モジュール1では、隔壁21内に、隔壁21の一方面21a及び他方面21bの双方に露出する集電板24が設けられている。そして、隣り合う一方の積層体セル30の正極タブ群36が、集電板24における一方側の露出部分51aに接続され、隣り合う他方の積層体セル30の負極タブ群37が、集電板24における他方側の露出部分51bに接続されている。このような接続構造を採用することにより、集電板24における露出部分51a,51bの面積を拡大することで正極タブ群36と負極タブ群37との間の接続抵抗を低減することが可能となり、電池モジュール1の高効率化が図られる。更に、集電板24が隔壁21内に設けられることで隔壁21のシール性が確保されているので、集電板24における露出部分51a,51bの面積を拡大した場合でも、隔壁21の構造の複雑化が抑制される。よって、簡易な構造により、高効率化及び隔壁20におけるシール性の確保が図られる。
また、電池モジュール1では、集電板24は、隔壁21に沿う平板部51を有し、平板部51において隔壁21の一方面21a及び他方面21bに露出している。これにより、隔壁21の構造を一層簡易化できる。
また、電池モジュール1では、筐体10は、積層体セル30の積層方向D1の最外層に隔壁20を積層方向D1に積層してなる複数の隔壁ユニット40を有すると共に、積層方向D1に配列された複数の隔壁ユニット40の結合体15によって構成されている。これにより、積層体セル30と隔壁20とを組み合わせてなる複数の隔壁ユニット40の結合体15によって筐体10が構成されているので、予めユニット化した積層体セル30と隔壁20とを配列して結合することで、積層体セル30を収容空間Sに挿入するための作業スペースを筐体10に確保しておく必要がなくなり、隔壁20間の間隔を十分に狭くすることが可能となる。したがって、筐体10内の積層体セル30の配置密度が高められ、筐体を10小型化した場合であってもエネルギー密度の向上が図られる。
また、電池モジュール1では、隣り合う隔壁ユニット40の隔壁20同士は、溶着によって結合されている。これにより、隔壁20同士を容易にかつ確実に結合できる。
また、電池モジュール1では、積層方向D1から見て、積層体セル30の正極タブ群36は、隣り合う一方の隔壁ユニット40における積層体セル30の負極タブ群37と対向し、積層体セル30の負極タブ群37は、隣り合う他方の隔壁ユニット40における積層体セル30の正極タブ群36と対向している。これにより、互いに対向する正極タブ群36と負極タブ群37とを電気的に接続すればよいので、積層体セル30間の接続作業を容易化できる。更に、互いに対向する正極タブ群36と負極タブ群37とが接続されるので、電流経路を短縮でき、電圧降下を抑制できる。
また、電池モジュール1では、隔壁21,22の縁部には、肉厚な枠部23が設けられ、枠部23に電極板34の縁部が当接している。これにより、電極板34の縁部を枠部23に当接させることで、電極板34を隔壁21に対して位置決めできる。また、隔壁21に対して電極板34を配置していく場合に、枠部23をガイドとしつつ電極板34を枠部23内に配置できる。
また、電池モジュール1では、第1の隔壁ユニット41の隔壁21の積層方向D1の一方面21aには、積層方向D1に突出する第1の凸部26aが設けられると共に、他方面21bには、積層方向D1から見た場合に第1の凸部26aとは異なる位置に第1の凹部27aが設けられている。更に、第2の隔壁ユニット42の隔壁22の積層方向D1の一方面22aには、第1の凹部27aに挿入される第2の凸部26bが設けられると共に、他方面22bには、第1の凸部26aが挿入される第2の凹部27bが設けられている。これにより、第1の凸部26aの第2の凹部27bへの挿入、及び第1の凹部27aへの第2の凸部26bの挿入によって、第1及び第2の隔壁ユニット41,42の隔壁21,22同士を積層方向D1と交差する方向に位置決めできる。更に、第1及び第2の隔壁ユニット41,42の隔壁21,22間で凸部26a,27a及び凹部26b,27bが設けられた位置が異なるので、第1及び第2の隔壁ユニット41,42の間の誤組付の発生を抑制できる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、隔壁21,22は、図9に示される第1の変形例の隔壁21A,22Aのように構成されていてもよい。隔壁21A,22Aには、正極タブ群36及び負極タブ群37の位置に対応して、隔壁21Aの一方面21aから突出する第1の突出部55と、他方面21bから突出する第2の突出部56と、が設けられている。第1の突出部55と第2の突出部56とは、互いに対向している。また、第1及び第2の突出部55,56は、隔壁21Aの幅方向D3において集電板24とは反対側に配置されている。
そして、集電板24における一方側の露出部分51aには、隣り合う一方の隔壁ユニット40(例えば、第2の隔壁ユニット42)における隔壁22Aの第2の突出部56によって、積層体セル30の正極タブ群36が押し当てられ、集電板24における他方側の露出部分51bには、隣り合う他方の隔壁ユニット40(例えば、第2の隔壁ユニット42)における隔壁22の第1の突出部55によって、当該他方の隔壁ユニット40における積層体セル30の負極タブ群37が押し当てられている。第1の変形例では、例えば、平板部51に対して積層体31とは反対側からレーザ光を照射するレーザ溶接によって、正極タブ群36及び負極タブ群37が平板部51の露出部分51a,51bに溶接される。
このような第1の変形例によっても、上記実施形態と同様に、簡易な構造により、高効率化及び隔壁20におけるシール性の確保が図られる。更に、第1の突出部55及び第2の突出部56によって正極タブ群36及び負極タブ群37が平板部51における露出部分51a,51bに押し当てられているので、正極タブ群36及び負極タブ群37を平板部51における露出部分51a,51bに容易に接続できる。
また、隔壁21E,22Eは、図10に示される第2の変形例の隔壁21B,22Bのように構成されていてもよい。隔壁21B,22Bには、正極タブ群36及び負極タブ群37の位置に対応して、隔壁21Fの一方面21aから突出する第1の突出部57と、他方面21bから突出する第2の突出部58と、が設けられている。第1の突出部57と第2の突出部58とは、互いに対向している。また、第1及び第2の突出部55,56は、平板部51の露出部分51a,51bと積層体31との間に配置されている。すなわち、第1及び第2の突出部57,58は、隔壁21Bの幅方向D3において集電板24と同じ側に配置されている。
第2の変形例では、正極タブ群36及び負極タブ群37は、第1及び第2の突出部57,58によって屈曲した状態となっている。より具体的には、正極タブ群36及び負極タブ群37の中間部分は、第1及び第2の突出部57,58の先端を回り込むように屈曲した状態となっている。
このような第2の変形例によっても、上記実施形態と同様に、簡易な構造により、高効率化及び隔壁20におけるシール性の確保が図られる。更に、隔壁21Bに対して電極板34を配置していく場合に、第1及び第2の突出部57,58をガイドとしつつ電極板34を枠部23内に配置できると共に、第1及び第2の突出部57,58によって正極タブ群36及び負極タブ群37を容易に所定の屈曲形状とすることができる。更に、第1及び第2の突出部57,58によって積層体31が遮蔽されるので、例えば、正極タブ群36及び負極タブ群37を集電板24に溶接によって接続する場合でも、溶接時に生じたスパッタが積層体31側に進入してしまうことを抑制できる。
また、隔壁ユニット40は、図11(a)に示される第3の変形例のように構成されてもよい。第3の変形例の第1の隔壁ユニット41Aでは、積層体31における同一の端面31aにおいて、3つの正極タブ群36A,36B,36Cと3つの負極タブ群37A,37B,37Cとが交互に配列されている。各正極タブ群36A〜36C及び各負極タブ群37A〜37Cの幅(幅方向D3の幅)は、互いに同一となっている。また、隔壁21には、各正極タブ群36A〜36Cの位置に対応して3つの集電板24が設けられている。
このような第3の変形例によっても、上記実施形態と同様に、簡易な構造により、高効率化及び隔壁20におけるシール性の確保が図られる。また、図12及び図13(a)では、上記実施形態の場合及び第3の変形例の場合のそれぞれについて、正極32における電池反応の分布がSOC(State Of Charge:充電状態)の値によって示されている。各図におけるSOCの値については、Newmanモデルを用いた電気化学シミュレーションによって、初期条件をSOCが100%である状態とし、放電条件を25℃、6.5Ahとして算出した。SOCの幅が大きいほど電池反応のムラが大きいことを示している。これらの点は後述する図11(b)についても同様である。
図12に示されるように、上記実施形態の場合、1つの正極タブ群36を中心として放射状に電池反応量が変化するため、正極タブ群36に近い位置では反応量が多くなるが、正極タブ群36から遠い位置では反応量が少なくなる。一方、図13(a)に示されるように、第3の変形例の場合、端面31aに正極タブ群36及び負極タブ群37が複数設けられているので、各正極タブ群36を中心として放射状に電池反応量が変化する。その結果、上記実施形態の場合と比べて、正極32内における電流分布が均一化されると共に、正極タブ群36から遠い位置での電池反応量が多くなる。これらの点は、負極33についても同様である。このように、第3の変形例によれば、電極板34内おける電流分布を均一化でき、電池反応のムラを低減できる。その結果、電池反応のムラに起因する充放電効率の低下や、電極板34の局所的な寿命の低下の発生を抑制できる。
更に、第3の変形例では、端面31aに正極タブ群36A〜36Cと負極タブ群37A〜37Cとが交互に配列されていることによっても、電極板34内おける電流分布が好適に均一化され、電池反応のムラが一層低減されている。なお、第3の変形例では、端面31aには、正極タブ群36及び負極タブ群37の少なくとも一方が複数設けられていればよく、例えば、複数の正極タブ群36と1つの負極タブ群37とが設けられていてもよい。ただし、正極32の電気抵抗は負極33の電気抵抗よりも小さくなり易く、正極32は負極33と比べて電池反応のムラが大きくなり易いため、正極タブ群36が複数設けられていることが好ましい。
また、図11(b)に示される第4の変形例の第1の隔壁ユニット41Bのように、第3の変形例において、配列端に位置する正極タブ群36A及び負極タブ群37Cの幅方向D3の幅W1は、中央側に位置する正極タブ群36B,36C及び負極タブ群37A,37Bの幅方向D3の幅W2よりも小さくなっていてもよい。この例では、一例として、幅W1は幅W2の1/2になっている。
第4の変形例では、幅方向D3において、一の正極タブ群36の中心軸Cを中心として、当該正極タブ群36と隣り合う一対の負極タブ群37,37の中心軸Cの間に線対称な領域Rが形成されている。この領域Rは、幅方向D3に並んで一対形成され、一方の領域Rの端部と積層体31の端部とが一致している。これらの領域Rには、幅方向D3に関して線対称な電池が構成されているとみなすことができる。同様に、幅方向D3において、一の負極タブ群37の中心軸Cを中心として、当該負極タブ群37と隣り合う一対の正極タブ群36,36の中心軸Cの間に線対称な領域が形成されている。この領域は、幅方向D3に並んで一対形成され、一の領域の端部と積層体31の端部とが一致している。これらの領域には、幅方向D3に関して線対称な電池が構成されているとみなすことができる。
このような第4の変形例によっても、上記実施形態と同様に、簡易な構造により、高効率化及び隔壁20におけるシール性の確保が図られる。更に、図11(b)に示されるように、第4の変形例では、第3の変形例と比べて、電池反応量の多い領域がより広くなり、正極32内における電流分布がより好適に均一化される。このように、第4の変形例では、配列端に位置する正極タブ群36A及び負極タブ群37Cの幅方向D3の幅W1が、中央側に位置する正極タブ群36B,36C及び負極タブ群37A,37Bの幅方向D3の幅W2よりも小さくなっていることで、電極板34内おける電流分布をより好適に均一化でき、電池反応のムラをより一層低減できる。
なお、第4の変形例では、幅方向D3の少なくとも一方の端部に位置する電極タブ群の幅が、中央側に位置する電極タブ群の幅よりも小さくなっていればよく、例えば、幅方向D3の一方端に位置する電極タブ群の幅が、他方端に位置する電極タブ群を含む他の電極タブ群の幅よりも小さくなっていてもよい。また、中央側に位置する電極タブ群の幅が互いに異なっていてもよい。また、「電極タブ群の幅」とは、電極タブ群の幅が延出方向D2に沿って変化している場合、例えば電極タブ群の基端における幅を意味する。
また、上記実施形態において、セパレータ35は、袋状に限られず、シート状であってもよい。例えば、セパレータ35付き正極32として、正極32の両面にシート状のセパレータ35が接合され、ユニット化された正極32が用いられてもよい。また、正極タブ群36と負極タブ群37とは、積層体31の積層方向D1に交差するいずれかの端面に延出されていればよく、積層体31における異なる端面に延出されていれもよい。例えば、正極タブ群36が積層体31における一端面に延出され、負極タブ群37が当該一端面と対向する他端面に延出されていてもよい。ただし、上記実施形態のように正極タブ群36及び負極タブ群37が積層体31における同一の端面31aに延出されている場合、同一の方向から正極タブ群36及び負極タブ群37を溶接できるので、溶接の作業性を向上できる。
また、隔壁ユニット40同士の溶着においては、隔壁20同士が直接に溶着されてもよいし、互いの間にガスケット等のシール材や樹脂部材等が配置されていてもよい。また、隔壁ユニット40同士の溶着には、射出溶着が用いられてもよい。また、隔壁ユニット40同士は、接着剤によって結合されてもよい。また、枠部23は、隔壁20の縁部の少なくとも一部に設けられていればよく、例えば、第1及び第2の部分23a,23bのいずれか一方のみが設けられていてもよい。また、隔壁20には、枠部23が設けられていなくてもよい。
また、第1及び第2の凸部26a,26b、並びに第1及び第2の凹部27a,27bは、それぞれ1つずつ設けられていてもよいし、それぞれ2つ以上設けられていてもよい。ただし、第1及び第2の凸部26a,26b、並びに第1及び第2の凹部27a,27bが少なくとも一対設けられている場合、隔壁21,22同士の積層方向D1と交差する面における回転を規制できる。
また、隔壁21の一方面21aに第1の凸部26aが設けられると共に、隔壁21の他方面21bに第2の凸部26bが設けられ、隔壁22の一方面22aに第2の凸部26bが挿入される第1の凹部27a設けられると共に、隔壁22の他方面22bに第1の凸部26aが挿入される第2の凹部27bが設けられていてもよい。この場合でも、上記第1の実施形態と同様に、隔壁21,22間の位置決め、及び第1及び第2の隔壁ユニット41,42の間の誤組付の発生を抑制できる。また、隔壁20には、第1及び第2の凸部26a,26b、並びに第1及び第2の凹部27a,27bが設けられていなくてもよい。
また、本体部11は、例えば一体成形によって複数の隔壁20が予め互いに一体化されていることによって構成されていてもよい。この場合、例えば本体部11の収容空間S内に積層体セル30をそれぞれ挿入していくことによって電池モジュール1を製造できる。また、集電板24は、隔壁21と直交する(積層方向D1に沿う)平板部を有し、当該平板部において隔壁21の一方面21a及び他方面21bの双方に露出していてもよい。また、電池モジュール1は、リチウムイオン充電池であってもよい。
1…電池モジュール、10…筐体、15…結合体、20,21,22…隔壁、21a,22a…一方面、21b,22b…他方面、23…枠部、24,25…集電板、26a…第1の凸部、27a…第1の凹部、26b…第2の凸部、27b…第2の凹部、30…積層体セル、31…積層体、31a…端面、32…正極、33…負極、34…電極板、35…セパレータ、36…正極タブ群(第1の電極タブ群)、37…負極タブ群(第2の電極タブ群)、40…隔壁ユニット、41…第1の隔壁ユニット、42…第2の隔壁ユニット、51…平板部、51a,51b…露出部分、57…第1の突出部、58…第2の突出部、D1…積層方向、D2…延出方向、D3…幅方向、S…収容空間。
Claims (12)
- 複数の隔壁によって隔てられた複数の収容空間を有する筐体と、
セパレータを介して交互に積層された正極及び負極の電極板によって構成され、電解液と共に前記収容空間内にそれぞれ配置された複数の積層体セルと、を備え、
前記積層体セルは、一方の極性の前記電極板から延出する第1の電極タブ群と、他方の極性の前記電極板から延出する第2の電極タブ群と、を有し、
前記隔壁内には、当該隔壁の一方面及び他方面の双方に露出する集電板が設けられ、
隣り合う一方の前記積層体セルの前記第1の電極タブ群は、前記集電板における一方側の露出部分に接続され、隣り合う他方の前記積層体セルの前記第2の電極タブ群は、前記集電板における他方側の露出部分に接続されている、電池モジュール。 - 前記集電板は、前記隔壁に沿う平板部を有し、前記平板部において前記隔壁の一方面及び他方面に露出している、請求項1に記載の電池モジュール。
- 前記筐体は、前記積層体セルの積層方向の最外層に前記隔壁を積層方向に積層してなる複数の隔壁ユニットを有すると共に、前記積層方向に配列された前記複数の隔壁ユニットの結合体によって構成され、
一の前記隔壁ユニットにおいて、
前記積層体セルの前記第1の電極タブ群は、隣り合う一方の前記隔壁ユニットにおける前記積層体セルの前記第2の電極タブ群に電気的に接続され、
前記積層体セルの前記第2の電極タブ群は、隣り合う他方の前記隔壁ユニットにおける前記積層体セルの前記第1の電極タブ群に電気的に接続されている、請求項1又は2に記載の電池モジュール。 - 隣り合う前記隔壁ユニットの前記隔壁同士は、溶着によって結合されている、請求項3に記載の電池モジュール。
- 前記積層体セルの積層方向から見て、
前記積層体セルの前記第1の電極タブ群は、隣り合う一方の前記隔壁ユニットにおける前記積層体セルの前記第2の電極タブ群と対向し、
前記積層体セルの前記第2の電極タブ群は、隣り合う他方の前記隔壁ユニットにおける前記積層体セルの前記第1の電極タブ群と対向している、請求項3又は4に記載の電池モジュール。 - 前記隔壁には、前記第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群の位置に対応して、前記一方面から突出する第1の突出部と、他方面から突出する第2の突出部と、が設けられ、
前記集電板における一方側の露出部分には、隣り合う一方の前記隔壁ユニットにおける前記隔壁の前記第2の突出部によって、前記積層体セルの前記第1の電極タブ群が押し当てられ、
前記集電板における他方側の露出部分には、隣り合う他方の前記隔壁ユニットにおける前記隔壁の前記第1の突出部によって、当該他方の前記隔壁ユニットにおける前記積層体セルの前記第2の電極タブ群が押し当てられている、請求項5に記載の電池モジュール。 - 前記積層体セルは、同一の端面に前記第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群を有し、
前記同一の端面において、前記第1の電極タブ群及び前記第2の電極タブ群の少なくとも一方が複数設けられている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の電池モジュール。 - 前記同一の端面において、前記第1の電極タブ群と前記第2の電極タブ群とが交互に配列されている、請求項7に記載の電池モジュール。
- 前記同一の端面において、配列端に位置する電極タブ群の幅は、中央側に位置する電極タブ群の幅よりも小さくなっている、請求項7又は8に記載の電池モジュール。
- 前記隔壁の縁部には、肉厚な枠部が設けられ、
前記枠部に前記電極板の縁部が当接している、請求項1〜9のいずれか一項に記載の電池モジュール。 - 前記隔壁には、前記第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群の位置に対応して前記積層体セルの積層方向に突出する突出部が設けられ、
前記第1の電極タブ群及び第2の電極タブ群は、前記突出部によって屈曲した状態となっている、請求項1〜10のいずれか一項に記載の電池モジュール。 - 前記隔壁ユニットは、前記第1の電極タブ群の位置に対応して前記隔壁に前記集電板が配置された第1の隔壁ユニットと、第2の電極タブ群の位置に対応して前記隔壁に前記集電板が配置された第2の隔壁ユニットと、を有し、
前記第1の隔壁ユニットの前記隔壁の一方面には、前記積層方向に突出する第1の凸部が設けられると共に、他方面には、前記積層方向から見て前記第1の凸部とは異なる位置に第1の凹部が設けられ、
前記第2の隔壁ユニットの前記隔壁の一方面には、前記第1の凹部に対応する第2の凸部が設けられると共に、他方面には、前記第1の凸部に対応する第2の凹部が設けられている、請求項3〜6のいずれか一項に記載の電池モジュール。
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