JP2018142540A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】安全でエネルギー密度の高い電池モジュールの提供。
【解決手段】下ケース１０と、下ケース内に収容され、複数のセルを含むセル群と、下ケースに密着され、上プラスチック材３１２、下プラスチック材、および上プラスチック材と下プラスチック材の間に位置する金属蓋板３１４を含むトップカバー３０と、を備え、トップカバーには、防爆弁３０６と、セル群に電気的に接続されるモジュール出力極３０２とが設けられている、電池モジュール。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池分野に属し、より具体的に、電池モジュールに関する。

現在、ＩＰ６７保護レベルの要求が満たされ難くなるため、従来の電池モジュールの安全性がますます注目されてきている。また、セルからバッテリセルを形成することおよび固定方式も電池モジュールの開発において１つの難関となっている。

関連技術では、各セルのトップカバーに防爆弁、反転片等の安全構造が取り付けられており、セル同士間がブルーフィルムの貼り付けにより絶縁し、そして複数のアルミ殻のセルが直列・並列接続により電池モジュールとして組み立てられる。それは、生産工程や作製コストを増加するとともに、電池のエネルギー密度を低下させてしまう。

従来技術では、一般的にアルミ殻のセルの寸法を大きくしてエネルギー密度を向上させたが、安全性でのリスクを引き起こす。

また、従来技術では、アルミニウムプラスチックフィルムを利用してセルをパッケージ化する。

しかしながら、アルミニウムプラスチックフィルムを利用してセルをパッケージ化するには、幾つかの問題が存在する。例えば、セルの絶縁耐電圧の要求を満足せず、アルミニウムプラスチックフィルムのシール信頼性が低いため、セルの液漏れが発生しやすい。そして、アルミニウムプラスチックフィルムのタブをシールする側辺がシール信頼性を確保するために、タブをシールする外辺の湾曲が許容されないため、空間の浪費となり、電池エネルギー密度を低下させてしまう。

これに鑑みて、安全でエネルギー密度の高い電池モジュールを提供する必要が実に存在する。

本発明の目的は、従来技術の欠陥を解消するための、安全でエネルギー密度の高い電池モジュールを提供することにある。

上記発明の目的を達成すべく、本発明は、電池モジュールを提供する。当該電池モジュールは、下ケースと、下ケース内に収容され、複数のセルを含むセル群と、下ケースに密着され、上プラスチック材、下プラスチック材、および上プラスチック材と下プラスチック材の間に位置する金属蓋板を含むトップカバーと、を備え、トップカバーには、防爆弁と、セル群に電気的に接続されるモジュール出力極とが設けられている。

本発明の電池モジュールの好ましい態様として、前記セルは、セルの下ケースと、セルの下ケースに収容されるベアセルと、セルの下ケースに密着される上蓋とを備える。

本発明の電池モジュールの好ましい態様として、前記下ケースは、金属の下ケースであり、前記セルの下ケースおよび上蓋は、電解液に耐える非金属の絶縁材料からなる。

本発明の電池モジュールの好ましい態様として、前記ベアセルは、フレキシブル接続により、セルに設けられるポールに電気的に接続され、ポールは、上蓋を通り抜け、且つ第１リベット接合用アルミブロックによって上蓋に固定され、ポールと上蓋の間には、シールリングが設けられている。

本発明の電池モジュールの好ましい態様として、前記セルには、接続片が電気的に接続されている。

本発明の電池モジュールの好ましい態様として、前記接続片には、電圧サンプリング端子が設けられ、電圧サンプリング端子は、トップカバーを通り抜け、且つトップカバーに対してナットによって固定して密封され、電圧サンプリング端子とトップカバーの間には、シールリングが設けられている。

本発明の電池モジュールの好ましい態様として、前記下プラスチック材は、中空枠型構造をなし、下プラスチック材における、接続片と電圧サンプリング端子とに対応する位置に、絶縁セパレータが被覆されている。

本発明の電池モジュールの好ましい態様として、前記モジュール出力極は、モジュールポールを備え、モジュールポールは、トップカバーを通り抜け、且つトップカバーに対して第２リベット接合用アルミブロックによって固定して密封され、モジュールポールとトップカバーの間には、絶縁シールリングが設けられている。

本発明の電池モジュールの好ましい態様として、前記トップカバーには、反転片が設けられ、反転片は、電池モジュールの内部圧が増大したときに上方へ反転して前記第２リベット接合用アルミブロックに電気的に接続され、前記モジュールポールに電気的に接続されて保護回路を形成するように設けられる。

本発明の電池モジュールの好ましい態様として、前記下ケースと前記セル群との隙間には、注入用シーラント（Ｐｏｕｒｉｎｇ Ｓｅａｌａｎｔ）または有機樹脂が充填されている。

従来技術よりも、本発明の電池モジュールは、下記の有利な作用効果を有する。１)反転片、防爆弁等の安全構造がトップカバーに設けられ、セル上蓋ごとの安全構造をなくし、プロセスが簡素化され、コストダウンになり、安全性とエネルギー密度が向上する。２)金属トップカバーが金属の下ケースに密着されたため、ＩＰ６７保護レベルの要求を満たし、セルモジュールの一体化を図る。３)電解液に耐える非金属の絶縁材料でセル本体をパッケージ化したため、コストダウンになり、モジュールのシール信頼性が向上し、絶縁耐電圧の要求が満足でき、水蒸気遮断性能も向上する。４)モジュール下ケースとセル群の隙間に注入用シーラントまたは有機樹脂が充填されているため、セルと接続片とを固定可能であり、セルと下ケースとの摩擦によるセル被覆材料の破裂が回避される。

以下では、本発明の電池モジュールおよびその有利な作用効果について、図面及び発明を実施するための形態を参照しながら詳細に説明する。

本発明の電池モジュールの組立模式図である。 本発明の電池モジュールの分解模式図である。 本発明の電池モジュールにおけるトップカバーの分解模式図である。 本発明の電池モジュールにおけるセルの分解模式図である。 本発明の電池モジュールにおけるセル群の模式図である。 本発明の電池モジュールにおける電圧サンプリング端子の模式図である。 本発明の電池モジュールにおける下プラスチック材とセル群との取付を示す模式図である。 本発明の電池モジュールにおけるトップカバーの模式図である。 図８におけるＡ-Ａ線に沿う断面を示す模式図である。 図８におけるＢ-Ｂ線に沿う断面を示す模式図である。

本発明の目的、解決手段およびその有利な作用効果がより明瞭になるように、以下で図面及び具体的な実施形態を参照しながらさらに本発明を詳細に説明する。本明細書で記述される具体的な実施形態が本発明を制限するためのものではなく、単に本発明を解釈するためのものであることは、理解されるべきである。

図１〜図３、図５に示すように、本発明の電池モジュールは、下ケース１０と、下ケース１０内に収容され、複数のセル２００を含むセル群２０と、下ケース１０に密着され、上プラスチック材３１２、下プラスチック材３１６、および上プラスチック材３１２と下プラスチック材３１６の間に位置する金属蓋板３１４を含むトップカバー３０と、を備える。トップカバー３０には、防爆弁３０６と、セル群２０に電気的に接続されるモジュール出力極３０２とが設けられている。下ケース１０の両端には、端板１０２が設けられている。

図４と図５に示すように、セル２００は、セルの下ケース２０２と、セルの下ケース２０２に収容されるベアセル（図示せず）と、セルの下ケース２０２に密着される上蓋２０６とを備える。下ケース１０は、金属からなり、セルの下ケース２０２と上蓋２０６は、何れも電解液に耐えるプラスチックからなる。このようなパッケージ化方式により、シール・水遮断の効果を奏し、全電池モジュールの安全性を確保できる。ベアセルは、フレキシブル接続２０８により、セル２００に設けられるポール２１０に電気的に接続される。ポール２１０は、上蓋２０６を通り抜け、且つ上蓋２０６に対して第１リベット接合用アルミブロック２１４によって固定される。ポール２１０と上蓋２０６の間には、シールリング２１２が設けられている。フレキシブル接続２０８は、溶接によりタブとポール２１０との電気接続を図る。第１リベット接合用アルミブロック２１４とポール２１０とがリベット接合により取り付けられ、シールリング２１２が圧縮されることで、ポール２１０の上蓋２０６を通り抜ける位置での密封を図る。上蓋２０６とセルの下ケース２０２との取付後、溶接により全セルのカバーの密封を図る。セル２００は、第１リベット接合用アルミブロック２１４が上蓋２０６の長辺に沿ってはみ出した矩形ボス２１８により、接続片２１６に電気的に接続されている。

図５、図６、図８と図９に示すように、接続片２１６には、電圧サンプリング端子２２０が設けられている。電圧サンプリング端子２２０は、トップカバー３０を通り抜け、且つトップカバー３０に対してナット２２４によって固定して密封される。電圧サンプリング端子２２０とトップカバー３０の間には、絶縁シールリング２２２が設けられている。ナット２２４と電圧サンプリング端子２２０とは、締結によって絶縁シールリング２２２を圧縮し、密封トップカバー３０上での電圧サンプリング端子２２０の開口の目的を達成する。電圧サンプリング端子２２０とトップカバー３０との絶縁は、絶縁シールリング２２２、下プラスチック材３１６、上プラスチック材３１２の共同作用によって実施される。

図７に示すように、下プラスチック材３１６は、中空枠型構造をなす。金属蓋板３１４と接続片２１６、電圧サンプリング端子２２０との間の絶縁ができるように、下プラスチック材３１６における、接続片２１６と電圧サンプリング端子２２０とに対応する位置に、絶縁セパレータが被覆されている。

図３、図８と図１０に示すように、モジュール出力極３０２は、モジュールポール３２０を備える。モジュールポール３２０は、トップカバー３０を通り抜け、且つトップカバー３０に対して第２リベット接合用アルミブロック３２４によって固定して密封される。モジュールポール３２０とトップカバー３０の間には、絶縁シールリング３２２が設けられている。トップカバー３０には、反転片３２６が設けられている。反転片３２６は、電池モジュールの内部圧が増大したときに上方へ反転して第２リベット接合用アルミブロック３２４に電気的に接続され、モジュールポール３２０に電気的に接続されて保護回路を形成するように設けられる。

電池モジュールの取付が完了した後、下ケース１０とセル群２０の隙間に注入用シーラントまたは他の有機樹脂を充填して下ケース１０内のセル２００と他の部材とを除く残りの自由空間を埋め尽くすことで、セル２００を固定する役割及び熱伝導の役割を果たす。

上述した本発明の実施形態から分かるように、従来技術よりも、本発明の電池モジュールは、以下の有利な作用効果を有する。１)反転片３２６、防爆弁３０６等の安全構造がトップカバー３０に設けられ、セル上蓋２０６ごとの安全構造をなくし、プロセスが簡素化され、コストダウンになり、安全性とエネルギー密度が向上する。２)トップカバー３０が下ケース１０に密着されたため、ＩＰ６７保護レベルの要求を満たし、セルモジュールの一体化を図る。３)電解液に耐える非金属の絶縁材料でセル本体をパッケージ化したため、コストダウンになり、モジュールのシール信頼性が向上し、絶縁耐電圧の要求が満足でき、水蒸気遮断性能も向上する。４)下ケース１０とセル群２０の隙間に注入用シーラントまたは有機樹脂が充填されているため、セル２００と接続片２１６とを固定可能であり、セル２００と下ケース１０との摩擦によるセル被覆材料の破裂が回避される。

上記明細書の開示及び示唆に基づき、当業者は、上記実施形態を適宜変更・改善可能である。したがって、本発明は、上記開示や記述された具体的な実施形態に限定されるものではない。本発明に対する幾つかの変更・改善も本発明の請求項の保護範囲に含まれる。なお、この明細書において特定の用語が幾つか用いられたが、これらの用語が説明を容易にするためのものであり、本発明の構成に対する如何なる制限にもならない。

Claims (10)

1. 下ケースと、
   下ケース内に収容され、複数のセルを含むセル群と、
   下ケースに密着され、上プラスチック材、下プラスチック材、および上プラスチック材と下プラスチック材の間に位置する金属蓋板を含むトップカバーと、を備え、
   トップカバーには、防爆弁と、セル群に電気的に接続されるモジュール出力極とが設けられていることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記セルは、セルの下ケースと、セルの下ケースに収容されるベアセルと、セルの下ケースに密着される上蓋とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記下ケースは、金属の下ケースであり、前記セルの下ケースおよび上蓋は、電解液に耐える非金属の絶縁材料からなることを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記ベアセルは、フレキシブル接続により、セルに設けられるポールに電気的に接続され、ポールは、上蓋を通り抜け、且つ第１リベット接合用アルミブロックによって上蓋に固定され、ポールと上蓋の間には、シールリングが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
5. 前記セルには、接続片が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
6. 前記接続片には、電圧サンプリング端子が設けられ、電圧サンプリング端子は、トップカバーを通り抜け、且つトップカバーに対してナットによって固定して密封され、電圧サンプリング端子とトップカバーの間には、シールリングが設けられていることを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記下プラスチック材は、中空枠型構造をなし、下プラスチック材における、接続片と電圧サンプリング端子とに対応する位置に、絶縁セパレータが被覆されていることを特徴とする請求項６に記載の電池モジュール。
8. 前記モジュール出力極は、モジュールポールを備え、モジュールポールは、トップカバーを通り抜け、且つトップカバーに対して第２リベット接合用アルミブロックによって固定して密封され、モジュールポールとトップカバーの間には、絶縁シールリングが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
9. 前記トップカバーには、反転片が設けられ、反転片は、電池モジュールの内部圧が増大したときに上方へ反転して前記第２リベット接合用アルミブロックに電気的に接続され、前記モジュールポールに電気的に接続されて保護回路を形成するように設けられることを特徴とする請求項８に記載の電池モジュール。
10. 前記下ケースと前記セル群との隙間には、注入用シーラントまたは有機樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の電池モジュール。