JP2018049784A

JP2018049784A - 電池モジュール

Info

Publication number: JP2018049784A
Application number: JP2016185700A
Authority: JP
Inventors: 篤山中; Atsushi Yamanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-09-23
Also published as: JP6702116B2

Abstract

【課題】排煙ダクトの高さを低くする。【解決手段】電池モジュールは、電池セルと、セパレータとを交互に積層配列して形成される。各セパレータの上部には、積層方向に伸びるトンネル状の空間を区画する樹脂枠２８が設けられ、隣接するセパレータの樹脂枠２８の端部同士が積層方向で接続されることにより排煙ダクトが形成される。各樹脂枠２８同士の接続部の一方側には、樹脂枠２８の他の部分と比較して薄い薄肉部３４が形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は電池セルと、セパレータとを交互に積層配列した電池モジュール、特に排煙ダクトの構成に関する。

車載電池などの高電圧、高電流出力用の電池では、多数の電池セルを積層した電池モジュールが利用される。通常は、複数の電池モジュールをパッケージ内に収容して電池パックが形成される。なお、電池セルを１列に積層したものを電池スタック、電池スタックを複数まとめたものを電池モジュール、電池モジュールを複数まとめたもの電池パックと呼ぶ場合が多いが、ここでは電池セルを複数合わせたものについて電池モジュールと呼ぶ。

電池モジュールにおいては、異常時に電池セルから発生されるガスを電池モジュールの外部に排出するための排煙ダクトが設けられる。特許文献１では、電池セルの上方空間に排煙ダクトが設けられている。

特開２０１５-１４９１４６号公報

ここで、排煙ダクトは積層された電池セルの上方空間を仕切って構成されるため、排煙ダクトにより電池モジュール、電池パックの高さが高くなり、設置場所に十分な高さが必要となる。車載する電池パックの場合、座席の下などに配置する場合もあり、高さを低くしたいという要求もある。そこで、電池パックの高さを低くすると、排煙ダクトの断面積が小さくなり、内圧が上昇してガス漏れが発生しやすくなる。

本発明は、電池モジュールの高さを低くしてもガス漏れを発生しにくい、電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明は、電池セルと、セパレータとを交互に積層配列した電池モジュールであって、各セパレータの上部には、積層方向に伸びるトンネル状の空間を区画する樹脂枠が設けられ、隣接するセパレータの樹脂枠の端部同士が積層方向で接続されることにより排煙ダクトが形成され、各樹脂枠同士の接続部の一方側には、樹脂枠の他の部分と比較して薄い薄肉部が形成されている。

また、樹脂枠は、熱可塑性樹脂で構成するとよい。

また、接続部は、一方側の端部が積層方向の断面において下側が伸びた三角形状であり、他方側が薄肉の板状であり、板状の部分の先端が、三角形状の斜面に当接しているとよい。

本発明によれば、接続部の薄肉部が熱により変形して他方側に接続されるため、排気ダクトの接続部のシール性を高め、高さを低くしてもガス漏れが発生しにくくなる。

電池モジュールの斜視図である。セパレータの細部構成を省略した斜視模式図である。セパレータの概略正面図である。接続部分の排煙ダクトの上壁の軸方向の断面図である。樹脂枠２８の側面および正面断面である。薄肉部３４の作用を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態である電池モジュール１２の斜視図である。電池モジュール１２は、電池積層体１４と、当該電池積層体１４の積層方向両側に配される一対のエンドプレート１６と、を備えている。さらに、電池積層体１４は、電池セル１８と、樹脂からなるセパレータ２０と、を厚み方向に交互に積層して構成される。

ここで、電池セル１８は、充放電可能な二次電池、例えば、リチウムイオン二次電池や、ナトリウムイオン二次電池等である。本実施形態の電池セル１８は、電極体が扁平な直方体形状のセルケースに収容された角型電池である。電池セル１８の上端面からは、正極端子２２ｐおよび負極端子２２ｎが突出している。この正極端子２２ｐおよび負極端子２２ｎは、幅方向に間隔をあけて配置されている。なお、図１では、正極端子２２ｐおよび負極端子２２ｎを略円筒形として図示しているが、これら端子２２ｐ，２２ｎの形状は適宜、変更されてもよい。

電池セル１８の上端面のうち幅方向中央、すなわち、正極端子２２ｐおよび負極端子２２ｎの間には、ガス放出弁（図示せず）が設けられている。ガス放出弁は、電池セル１８の異常反応時に、当該電池セル１８の内部で発生したガスを放出する弁である。ガス放出弁は、電池セル１８の内圧が一定未満の場合には、閉鎖しているが、内圧が一定以上になれば、開放され、ガスを外部に放出する。このガス放出弁は、例えば、電池セル１８のケースのうちの一部を、一定以上の圧力を受けたときに破断するように薄肉に形成する等して構成される。ただし、ガス放出弁の構成は、これに限定されず、適宜、変更されてもよい。

複数の電池セル１８は、厚み方向に積層される。このとき、複数の電池セル１８は、正極端子２２ｐと負極端子２２ｎが積層方向に交互に並ぶように、その向きを交互に替えて配される。すなわち、ある電池セル１８を、向かって右側に正極端子２２ｐが位置するように配置した場合には、次の電池セル１８は、向かって右側に負極端子２２ｎが位置するように配置する。そして、積層方向に隣接する正極端子２２ｐと負極端子２２ｎをバスバ（図示せず）で順次、連結することで、複数の電池セル１８が、電気的に直列に接続される。

電池セル１８と電池セル１８との間には、セパレータ２０が配される。換言すれば、電池積層体１４は、複数の電池セル１８と複数のセパレータ２０とを、交互に積層してなる。セパレータ２０は、絶縁性材料からなり、略平板のベース部と、ベース部の上端から突出する樹脂枠２８と、を備えている。ベース部は、電池セル１８の間に配される部分である。

セパレータ２０の上端、かつ、幅方向中央には、樹脂枠２８が設けられている。樹脂枠２８は、セパレータ２０のベース部の上端から突出形成されており、電池セル１８の上端面に向かって開口した略Ｕ字形状の積層方向に伸びるトンネル状空間を区画する。この樹脂枠２８の上壁は、電池セル１８のガス放出弁と対向している。また、樹脂枠２８は、セパレータ２０のベース部よりも厚み方向に張り出しており、隣接する他のセパレータ２０の樹脂枠２８と密着する。複数の樹脂枠２８の端部同士が互いに密着することで、電池積層体１４には、積層方向に伸びるトンネルが形成される。このトンネルは、ガス放出弁から放出されたガスが流れる排煙ダクトとなる。

電池セル１８およびセパレータ２０からなる電池積層体１４の積層方向両側には、一対のエンドプレート１６が配される。この電池積層体１４および一対のエンドプレート１６で構成される積層体が、電池モジュール１２を構成する。なお、このような電池モジュール１２を複数組み合わせて電池モジュール１２が構成され、この電池モジュール１２を複数収納して電池パックが形成される。

図２には、セパレータ２０の細部構成を省略した斜視模式図が示されている。セパレータ２０は、ベース部２６と、樹脂枠２８を有している。樹脂枠２８は電池セル１８の積層方向に伸びるトンネル状の枠体である。

図３には、セパレータ２０の概略正面図が示されている。このように、ベース部２６の表面には、冷媒流路を構成するためのリブ３０が複数、間隔を開けて形成されている。また、樹脂枠２８内には、少なくともガス噴出口の上方にはＶ字状の偏向板３２が設けられており、これによって、異常時に電池セル１８から上方に向けて噴出されるガスを排煙ダクトの断面内で右回りおよび左回りの流れに分離して、上壁２８ａの１箇所のみに高温ガスが衝突することを防止している。

図４には、接続部分の排煙ダクトの上壁２８ａの軸方向の断面が示されている。このように、１つの樹脂枠２８の上壁２８ａは、軸方向の一方側がその上部から伸びる平板状の薄肉部３４を有している。また、樹脂枠２８の上壁２８ａの他方側は、下端側が線端側に伸びる断面三角形状となっており、ここに斜面３６が形成されている。従って、樹脂枠２８の一方側の先端の薄肉部３４の線端部が、隣接する樹脂枠２８の他方側の先端の斜面３６に接触している。

図５（Ａ）、（Ｂ）には、樹脂枠２８の側面および正面断面（薄肉部３４の断面が見える）の概略を示してある。このように、薄肉部３４は、樹脂枠２８の上壁一方側のみでなく、左右側壁にも設けられ、全体としてＵ字型（図においては逆Ｕ字型）を呈する。なお、樹脂枠２８の他方側の端部は、上壁２８ａのみではなく、左右側壁にも斜面３６が設けられている。従って、隣接する樹脂枠２８の接続部において、一方の樹脂枠２８のＵ字型の薄肉部３４が他方の樹脂枠２８の斜面３６に接触している。このように、本実施形態においては、樹脂枠２８の上壁のみならず、側壁において隣接樹脂枠２８との接続部に薄肉部３４を設けている。

図６には、薄肉部３４の作用について記載してある。電池モジュール１２の工場における製作時においては、図６（Ａ）のように、樹脂枠２８の一方側の薄肉部３４はまっすぐに伸びてその先端が他方側の斜面３６に当接している。

一方、異常時において、電池セル１８から高温のガスが排出された場合には、その高温ガスの熱によって、ガス排出部に近い薄肉部３４が高温となり、変形する。特に、薄肉部３４が熱可塑性樹脂によって形成されていると、薄肉部３４は、図６（Ｂ）に示すように、熱によって先端側が垂れるように塑性変形する。そして、薄肉部３４の下側表面が溶解して、隣接する樹脂枠２８の斜面３６に接着して、ここがシールされる。そして、電池セル１８からのガス排出は、ガス発生の反応の継続する時間だけであり、長時間継続するわけではない。従って、ガス発生が終了することで、薄肉部３４は、斜面に接続され、ここにおいて十分な気密シールが形成される。

このように、本実施形態によれば、異常な電池セル１８からの高温ガスの排出が行われたときに、そのガス排出が発生した近傍の排煙ダクトの接続部において、薄肉部３４が若干溶解することで、排煙ダクトのシール性を改善することができる。

従って、排煙ダクトの高さを比較的低くして、排煙ダクトの断面積を小さくして、電池セルからの排ガスにより排煙ダクト内の圧力が上昇した場合にも、排煙の外部への漏れを防止することができる。

１２電池モジュール、１４電池積層体、１６エンドプレート、１８電池セル、２０セパレータ、２２ｎ負極端子、２２ｐ正極端子、２６ベース部、２８樹脂枠、２８ａ上壁、３０リブ、３２偏向板、３４薄肉部、３６斜面。

Claims

電池セルと、セパレータとを交互に積層配列した電池モジュールであって、
各セパレータの上部には、積層方向に伸びるトンネル状の空間を区画する樹脂枠が設けられ、
隣接するセパレータの樹脂枠の端部同士が積層方向で接続されることにより排煙ダクトが形成され、
各樹脂枠同士の接続部の一方側には、樹脂枠の他の部分と比較して薄い薄肉部が形成されている、
電池モジュール。