JP2019106258A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】体格の大型化を抑制しつつ、外部から過大な荷重が加わった場合に単電池への衝撃を軽減する電池モジュール、を提供する。【解決手段】電池モジュール１０は、第１散熱板５１を有する第１組電池２０Ａと、第１散熱板５１と平行に配置される第２散熱板７１を有し、第１組電池２０Ａと隣り合って設けられる第２組電池２０Ｂとを備える。第１散熱板５１は、第２散熱板７１と隙間９１を介して対向しながら、所定方向に延在する第１側面部５３と、第１側面部５３から突出し、その所定方向において互いに離れて配置される第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑとを含む。第２散熱板７１は、第１散熱板５１と隙間９１を介して対向する第２側面部７３と、第２側面部７３から凹み、第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑがそれぞれ嵌合される第１凹部８６ｐおよび第２凹部８６ｑとを含む。【選択図】図５

Description

本開示は、電池モジュールに関する。

たとえば、特開平９−３０６５４５号公報には、電池が機械的に内側に圧壊された際に発生する異常発熱を構造的に防ぐことを目的とした、二次電池が開示されている（特許文献１）。

特許文献１に開示された二次電池においては、正極板および負極板の集電体が、極板群の最内周の部分において露出しており、その集電体の露出部分の内側には、短絡用部品が配置されている。集電体の露出部分の少なくとも一周回分は、最内周の部分においてセパレータを介して対向している。二次電池が機械的に内側に圧壊された際には、正極板および負極板の集電体の露出部分が、短絡用部品に押し付けられて、セパレータが破れることによって、正極板および負極板の集電体が短絡した状態となる。

特開平９−３０６５４５号公報

上記の特許文献１に開示される二次電池は、外部からの過大な荷重によって二次電池が圧壊された際に、極板群の巻き芯空間部内に配置された短絡用部品を用いて二次電池の異常発熱を回避するものである。

しかしながら、車両駆動用のバッテリなど、複数の単電池の集合体からなる電池モジュールにおいては、外部から過大な荷重が加わった場合に、単電池の破損自体を防ぐことが好ましい。一方、このような単電池の破損を防ぐ対策を講じるに際しては、電池モジュールの体格の大型化を抑制することが求められる。

そこで本開示の目的は、上記の課題を解決することであり、体格の大型化を抑制しつつ、外部から過大な荷重が加わった場合の単電池への衝撃を軽減する電池モジュールを提供することである。

本開示に従った電池モジュールは、円筒形状を有する複数の単電池と、複数の単電池がそれぞれ挿入される複数の孔が設けられる第１散熱板とを有する第１組電池と、円筒形状を有する複数の単電池と、複数の単電池がそれぞれ挿入される複数の孔が設けられ、第１散熱板と平行に配置される第２散熱板とを有し、第１組電池と隣り合って設けられる第２組電池とを備える。第１散熱板は、第２散熱板と隙間を介して対向しながら、所定方向に延在する第１側面部と、第１側面部から突出し、その所定方向において互いに離れて配置される第１突出部および第２突出部とを含む。第２散熱板は、第１散熱板と隙間を介して対向する第２側面部と、第２側面部から凹み、第１突出部および第２突出部がそれぞれ嵌合される第１凹部および第２凹部とを含む。

このように構成された電池モジュールによれば、外部から第１組電池または第２組電池に過大な荷重が加わった場合に、その荷重が第１突出部および第２突出部に入力される。これにより、外部からの荷重が、第１突出部および第２突出部の間で第１散熱板または第２散熱板を分断する力として作用するため、単電池への衝撃を軽減することができる。この際、第２散熱板には、第１突出部および第２突出部がそれぞれ嵌合される第１凹部および第２凹部が設けられるため、第１散熱板および第２散熱板をより接近して配置することができる。これにより、第１組電池または第２組電池の間隔を狭くして、電池モジュールの体格を小さく抑えることができる。

以上に説明したように、本開示に従えば、体格の大型化を抑制しつつ、外部から過大な荷重が加わった場合に単電池への衝撃を軽減する電池モジュールを提供することができる。

本開示の実施の形態における電池モジュールを示す斜視図である。 図１中の第１組電池を示す斜視図である。 図１中の第２組電池を示す斜視図である。 図１中の第１組電池を示す分解組み立て図である。 図１中のＶ−Ｖ線上の矢視方向から見た電池モジュールを示す断面図である。 第１組電池（第１散熱板）および第２組電池（第２散熱板）が組み合わされた状態を模式的を示す平面図である。

本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、本開示の実施の形態における電池モジュールを示す斜視図である。図２は、図１中の第１組電池を示す斜視図である。図３は、図１中の第２組電池を示す斜視図である。

図１から図３を参照して、電池モジュール１０は、車両駆動用であり、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能なバッテリから電力供給されるモータとを動力源とするハイブリッド自動車や、外部充電が可能なプラグインハイブリッド自動車、電気自動車などに用いられる。

電池モジュール１０は、全体として、略直方体形状を有する。電池モジュール１０は、第１組電池２０Ａと、第２組電池２０Ｂとを有する。第１組電池２０Ａおよび第２組電池２０Ｂは、互いに隣り合って設けられている。第１組電池２０Ａおよび第２組電池２０Ｂは、水平方向における一方向に並んで設けられている。

第１組電池２０Ａおよび第２組電池２０Ｂの各々は、全体として、略直方体形状を有する。

第１組電池２０Ａおよび第２組電池２０Ｂは、第１組電池２０Ａのその平面視における短手方向と、第２組電池２０Ｂのその平面視における短手方向とが揃い、第１組電池２０Ａのその平面視における長手方向と、第２組電池２０Ｂのその平面視における長手方向とが揃うように配置されている。第１組電池２０Ａおよび第２組電池２０Ｂの並び方向は、第１組電池２０Ａおよび第２組電池２０Ｂの各組電池のその平面視における短手方向と平行である。

図４は、図１中の第１組電池を示す分解組み立て図である。図５は、図１中のＶ−Ｖ線上の矢視方向から見た電池モジュールを示す断面図である。

図１から図５を参照して、第１組電池２０Ａは、複数の単電池３０と、第１散熱板５１と、カバー３６と、複数の正極バスバー板４１と、上蓋４２と、負極バスバーアセンブリ４６と、底板４７とを有する。

単電池３０は、円筒形状を有する。複数の単電池３０は、単電池３０の軸方向が互いに平行となるように、単電池３０の軸方向に直交する平面内に並べられている。複数の単電池３０は、単電池３０の軸方向が鉛直方向となるように平面的に並べられている。単電池３０は、正極端子３１と、負極端子３２とを有する。正極端子３１は、単電池３０のその軸方向における上端に設けられている。負極端子３２は、単電池３０のその軸方向における下端に設けられている。

第１散熱板５１は、平板形状を有する。第１散熱板５１は、水平面に対して平行に設けられている。第１散熱板５１は、その厚み方向が鉛直方向と平行となるように設けられている。第１散熱板５１は、略矩形の平面視を有する。第１散熱板５１は、その平面視において、短手方向（図４中の矢印１２０に示す方向）と、短手方向よりも大きい長さを有する長手方向（図４中の矢印１１０に示す方向）とを有する。

第１散熱板５１には、複数の孔５２が設けられている。複数の孔５２は、互いに間隔を設けて配置されている。孔５２は、単電池３０の断面形状に対応する円形の開口を有する。孔５２は、鉛直方向において第１散熱板５１を貫通している。複数の単電池３０は、それぞれ、複数の孔５２に挿入されている。単電池３０は、接着剤３４により、孔５２を規定する第１散熱板５１の内周面に固定されている（図５を参照のこと）。

第１散熱板５１は、高い熱伝導性を有する金属（たとえば、アルミニウム）から形成されている。第１散熱板５１は、複数の単電池３０を一体に保持するとともに、複数の単電池３０からの熱を逃がす機能を有する。第１散熱板５１は、単電池３０を保持可能な程度の厚み、たとえば、１０〜２０ｍｍの厚みを有する。

カバー３６は、複数の単電池３０を上方から覆うように設けられている。カバー３６は、樹脂から形成されている。カバー３６には、複数の孔３７が形成されている。単電池３０の正極端子３１は、孔３７から突出している。複数の正極バスバー板４１は、カバー３６の上方に設けられている。各正極バスバー板４１は、いくつかのグループごとに単電池３０の正極端子３１同士を接続している。上蓋４２は、複数の正極バスバー板４１の上方に取り付けられている。

負極バスバーアセンブリ４６は、第１散熱板５１の下方に設けられている。負極バスバーアセンブリ４６は、複数の負極バスバー板４８を有する。各負極バスバー板４８は、いくつかのグループごとに単電池３０の負極端子３２同士を接続している。正極バスバー板４１と、負極バスバー板４８とは、接続バスバー（不図示）により、互いに接続されている。

底板４７は、負極バスバーアセンブリ４６の下方に取り付けられている。底板４７は、高い熱伝導性を有する金属（たとえば、アルミニウム）から形成されている。

第２組電池２０Ｂは、基本的には、第１組電池２０Ａと同様の構造を有する。第２組電池２０Ｂは、複数の単電池３０と、第２散熱板７１と、カバー３６と、複数の正極バスバー板４１と、上蓋４２と、負極バスバーアセンブリ４６と、底板４７とを有する。

第２散熱板７１は、第１組電池２０Ａにおける第１散熱板５１に対応して設けられている。第２散熱板７１には、第１組電池２０Ａにおける複数の孔５２に対応して、複数の孔７２が形成されている。複数の単電池３０は、それぞれ、複数の孔７２に挿入されている。単電池３０は、接着剤３４により、孔７２を規定する第２散熱板７１の内周面に固定されている（図５を参照のこと）。

第２散熱板７１は、第１散熱板５１と平行に配置されている。第２散熱板７１は、第１散熱板５１と同一の平面内に配置されている。第２散熱板７１は、第１散熱板５１と同一の水平面内に配置されている。

第１散熱板５１は、第１側面部５３を有する。第１側面部５３は、第２散熱板７１と隙間９１を介して対向しながら、所定方向に延在している。第１側面部５３は、第２散熱板７１と隙間９１を介して対向しながら、第１散熱板５１のその平面視における長手方向（図４中の矢印１１０に示す方向）に延在している。

第２散熱板７１は、第２側面部７３を有する。第２側面部７３は、第１散熱板５１と隙間９１を介して対向している。第２側面部７３は、第１側面部５３と平行に延在している。第１側面部５３および第２側面部７３は、隙間９１を介して互いに対向している。

図６は、第１組電池（第１散熱板）および第２組電池（第２散熱板）が組み合わされた状態を模式的を示す平面図である。

図１から図６を参照して、第１散熱板５１は、第１突出部６１ｐと、第２突出部６１ｑとを有する。第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑは、第１側面部５３から突出する凸形状を有する。第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑは、第１側面部５３から第２散熱板７１に向けて突出している。

第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑは、第１側面部５３が延在する所定方向において、互いに離れて配置されている。第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑは、第１散熱板５１のその平面視における長手方向において、互いに離れて配置されている。

第１突出部６１ｐは、第１散熱板５１のその平面視における長手方向の中心位置１３０（図２を参照のこと）を挟んで一方の側に配置され、第２突出部６１ｑは、第１散熱板５１のその平面視における長手方向の中心位置１３０を挟んで他方の側に配置されている。第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑは、中心位置１３０を挟んだ両側にバランスよく配置されており、好ましくは、中心位置１３０および第１突出部６１ｐの間の長さが、中心位置１３０および第２突出部６１ｑの間の長さと等しくなる。

第２散熱板７１は、第１凹部８６ｐと、第２凹部８６ｑとを有する。第１凹部８６ｐおよび第２凹部８６ｑは、第２側面部７３から凹む凹形状を有する。第１凹部８６ｐおよび第２凹部８６ｑの間の長さは、第１散熱板５１における第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑの間の長さと等しい。第１凹部８６ｐには、第１突出部６１ｐが嵌合されている。第２凹部８６ｑには、第２突出部６１ｑが嵌合されている。第１突出部６１ｐの先端部は、第１凹部８６ｐの底部に当接している。第２突出部６１ｑの先端部は、第２凹部８６ｑの底部に当接している。

第２散熱板７１は、第３突出部８１ｐと、第４突出部８１ｑとをさらに有する。第３突出部８１ｐおよび第４突出部８１ｑは、第２側面部７３から突出する凸形状を有する。第３突出部８１ｐおよび第４突出部８１ｑは、第２側面部７３から第１散熱板５１に向けて突出している。

第３突出部８１ｐおよび第４突出部８１ｑは、第２散熱板７１のその平面視における長手方向において、互いに離れて配置されている。

第３突出部８１ｐは、第２散熱板７１のその平面視における長手方向の中心位置１４０（図３を参照のこと）を挟んで一方の側に配置され、第４突出部８１ｑは、第２散熱板７１のその平面視における長手方向の中心位置１４０を挟んで他方の側に配置されている。第３突出部８１ｐおよび第４突出部８１ｑは、中心位置１４０を挟んだ両側にバランスよく配置されており、好ましくは、中心位置１４０および第３突出部８１ｐの間の長さは、中心位置１３０および第４突出部８１ｑの間の長さと等しくなる。

第３突出部８１ｐは、第２散熱板７１のその平面視における長手方向において、第１凹部８６ｐと隣り合って設けられている。第４突出部８１ｑは、第２散熱板７１のその平面視における長手方向において、第２凹部８６ｑと隣り合って設けられている。

第１散熱板５１は、第３凹部６６ｐと、第４凹部６６ｑとを有する。第３凹部６６ｐおよび第４凹部６６ｑは、第１側面部５３から凹む凹形状を有する。第３凹部６６ｐおよび第４凹部６６ｑの間の長さは、第２散熱板７１における第３突出部８１ｐおよび第４突出部８１ｑの間の長さと等しい。第３凹部６６ｐには、第３突出部８１ｐが嵌合されている。第４凹部６６ｑには、第４突出部８１ｑが嵌合されている。第３突出部８１ｐの先端部は、第３凹部６６ｐの底部に当接している。第４突出部８１ｑの先端部は、第４凹部６６ｑの底部に当接している。

なお、図１中に示す電池モジュール１０を上下方向および／または水平方向に組み合わせて、車載用の電池パックを構成してもよい。

続いて、本実施の形態における電池モジュール１０によって奏される作用効果について説明する。

本実施の形態では、第１組電池２０Ａの第１散熱板５１に、第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑが設けられ、その第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑによって、第１散熱板５１の第１側面部５３と、第２散熱板７１の第２側面部７３とが、隙間９１を介して対向している。

このような構成により、外部から第１組電池２０Ａに対して過大な荷重（図６中の矢印１０１に示す力）が加わった場合に、その荷重は、第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑに入力される。これにより、外部からの荷重が、第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑの間で第１散熱板５１を分断する力として作用するため、第１組電池２０Ａにおける単電池３０への衝撃を軽減することができる。

ここで、第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑの突出長さが大きいほど、単電池３０への衝撃を軽減する効果が有効に奏される。一方、第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑの突出長さを大きくすると、第１組電池２０Ａおよび第２組電池２０Ｂの間隔が大きくなり、電池モジュール１０の体格が大きくなってしまう。

これに対して、本実施の形態では、第２組電池２０Ｂの第２散熱板７１に、第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑがそれぞれ嵌合される第１凹部８６ｐおよび第２凹部８６ｑが設けられている。

このような構成により、第１散熱板５１および第２散熱板７１をより接近させて並べることが可能となり、電池モジュール１０の体格（図１中の幅Ｂ）を小さく抑えることができる。また、第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑと、第１凹部８６ｐおよび第２凹部８６ｑとの嵌合構造は、第１組電池２０Ａおよび第２組電池２０Ｂを並べる際の位置決めに利用することも可能であるため、電池モジュール１０の組み立て時の作業性を向上させることができる。

さらに本実施の形態では、第２組電池２０Ｂの第２散熱板７１に、第３突出部８１ｐおよび第４突出部８１ｑが設けられ、第１組電池２０Ａの第１散熱板５１に、第３突出部８１ｐおよび第４突出部８１ｑがそれぞれ嵌合される第３凹部６６ｐおよび第４凹部６６ｑが設けられている。第３突出部８１ｐおよび第４突出部８１ｑと、第３凹部６６ｐおよび第４凹部６６ｑとの嵌合構造によっても、上記と同様の効果を奏することができる。

なお、上記においては、外部から第１組電池２０Ａに対して過大な荷重が加わった場合について説明したが、外部から第２組電池２０Ｂに対して過大な荷重が加わった場合にも、第２組電池２０Ｂにおける単電池３０への衝撃を軽減する効果を奏することができる。

以上に説明した、本開示の実施の形態における電池モジュール１０の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における電池モジュール１０は、円筒形状を有する複数の単電池３０と、複数の単電池３０がそれぞれ挿入される複数の孔５２が設けられる第１散熱板５１とを有する第１組電池２０Ａと、円筒形状を有する複数の単電池３０と、複数の単電池３０がそれぞれ挿入される複数の孔５２が設けられ、第１散熱板５１と平行に配置される第２散熱板７１とを有し、第１組電池２０Ａと隣り合って設けられる第２組電池２０Ｂとを備える。第１散熱板５１は、第２散熱板７１と隙間９１を介して対向しながら、所定方向に延在する第１側面部５３と、第１側面部５３から突出し、その所定方向において互いに離れて配置される第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑとを含む。第２散熱板７１は、第１散熱板５１と隙間９１を介して対向する第２側面部７３と、第２側面部７３から凹み、第１突出部６１ｐおよび第２突出部６１ｑがそれぞれ嵌合される第１凹部８６ｐおよび第２凹部８６ｑとを含む。

このように構成された、本開示の実施の形態における電池モジュール１０によれば、電池モジュール１０の体格の大型化を抑制しつつ、外部から電池モジュール１０に過大な荷重が加わった場合に、単電池３０への衝撃を効果的に軽減することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本開示は、たとえば、車両駆動用の電池モジュールに適用される。

１０ 電池モジュール、２０Ａ 第１組電池、２０Ｂ 第２組電池、３０ 単電池、３１ 正極端子、３２ 負極端子、３４ 接着剤、３６ カバー、３７，５２，７２ 孔、４１ 正極バスバー板、４２ 上蓋、４６ 負極バスバーアセンブリ、４７ 底板、４８ 負極バスバー板、５１ 第１散熱板、５３ 第１側面部、６１ｐ 第１突出部、６１ｑ 第２突出部、６６ｐ 第３凹部、６６ｑ 第４凹部、７１ 第２散熱板、７３ 第２側面部、８１ｐ 第３突出部、８１ｑ 第４突出部、８６ｐ 第１凹部、８６ｑ 第２凹部、９１ 隙間、１３０，１４０ 中心位置。

Claims (1)

1. 円筒形状を有する複数の単電池と、前記複数の単電池がそれぞれ挿入される複数の孔が設けられる第１散熱板とを有する第１組電池と、
   円筒形状を有する複数の単電池と、前記複数の単電池がそれぞれ挿入される複数の孔が設けられ、前記第１散熱板と平行に配置される第２散熱板とを有し、前記第１組電池と隣り合って設けられる第２組電池とを備え、
   前記第１散熱板は、
   前記第２散熱板と隙間を介して対向しながら、所定方向に延在する第１側面部と、
   前記第１側面部から突出し、前記所定方向において互いに離れて配置される第１突出部および第２突出部とを含み、
   前記第２散熱板は、
   前記第１散熱板と隙間を介して対向する第２側面部と、
   前記第２側面部から凹み、前記第１突出部および前記第２突出部がそれぞれ嵌合される第１凹部および第２凹部とを含む、電池モジュール。

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