JP2021140866A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】セルに拘束力を作用させつつ、セルの膨張時におけるケースの変形を抑制することが可能な電池モジュールを提供すること。【解決手段】電池モジュールは、複数のセル１００と、ケース２００と、を備える。ケース２００は、底壁と、複数の区画壁２２０と、一対の側壁２３０と、を有する。各区隔壁２２０は、第１方向に互いに隣接する一対のセル１００間に配置された区画板２２２と、区画板２２２のうち第１方向における一方側の主面Ｓ１から第１方向に突出する形状を有する第１リブ２２４と、区画板２２２のうち第１方向における他方側の主面Ｓ２から第１方向に突出する第２リブ２２６と、を有する。第１方向における、一の区画壁２２０の第１リブ２２４及び一の区画壁２２０隣接する区画壁２２０の第２リブ２２６間の距離は、第１方向におけるセル１００の寸法よりも小さい。【選択図】図３

Description

本開示は、電池モジュールに関する。

例えば、特開２０１７−２０１５８７号公報には、複数の電池セルと、複数の電池セルの外周を覆うセルカバーと、を備える蓄電池モジュールが開示されている。各電池セルは、扁平な箱型形状に構成されたセルを有している。セルカバーは、上方に開口する形状を有する下面ケースと、下面ケースの開口を閉塞する上面ケースと、を有している。下面ケースは、複数の電池セルが一方向に沿って並ぶようにこれら電池セルを収容している。下面ケースは、一方向に互いに隣接する一対の電池セル間を仕切るカバーリブを有している。

特開２０１７−２０１５８７号公報

特開２０１７−２０１５８７号公報に記載されるような電池モジュールでは、各セルの並び方向における両側からセルに作用する拘束力が小さい。しかも、セルの充電等に起因してセルが膨張すると、各セルの並び方向における外向きにケースが膨出するように変形する。

本開示の目的は、セルに拘束力を作用させつつ、セルの膨張時におけるケースの変形を抑制することが可能な電池モジュールを提供することである。

本開示の一局面に従った電池モジュールは、複数のセルと、前記複数のセルが第１方向に沿って並んだ状態で前記複数のセルを収容するケースと、を備え、前記ケースは、前記複数のセルを支持する底壁と、それぞれが前記底壁から起立するとともに、前記第１方向に沿って前記セルを配置可能な間隔を置いて並ぶように配置された複数の区画壁と、前記底壁のうち前記底壁の厚さ方向及び前記第１方向の双方に直交する第２方向における前記複数の区画壁の外側の部位から起立するとともに前記第１方向に延びる形状を有し、かつ、前記複数の区画壁を接続する一対の側壁と、を有し、前記複数の区画壁の各区隔壁は、前記第１方向に互いに隣接する一対の前記セル間に配置された区画板と、前記区画板のうち前記第１方向における一方側の主面から前記第１方向に突出する形状を有する第１リブと、前記区画板のうち前記第１方向における他方側の主面のうち前記第２方向に前記第１リブから離間した部位から前記第１方向に突出する第２リブと、を有し、前記第１方向における、一の区画壁の前記第１リブ及び前記一の区画壁に隣接する区画壁の前記第２リブ間の距離は、前記第１方向における前記セルの寸法よりも小さい。

この電池モジュールでは、第１方向における、一の区画壁の第１リブ及び前記一の区画壁に隣接する区画壁の第２リブ間の距離が、第１方向におけるセルの寸法よりも小さいため、各セルに対して第１方向における両側から拘束力が作用する。しかも、各区画壁が第１リブと第２リブとを有していることにより、区画壁を挟んで互いに隣接する一対のセル間に隙間が形成されている。よって、セルの充電等に起因してセルが膨張した場合、互いに隣接する一対のセルの一方が第１リブを押圧するとともに他方が第２リブを押圧することによって区画板が変形するため、換言すれば、区画板の変形によって各セルの膨張が吸収されるため、第１方向における外向きにケースが膨出するように変形することが抑制される。

また、前記区画板は、前記底壁の剛性及び前記側壁の剛性よりも低い剛性を有することが好ましい。

このようにすれば、セルの膨張時に区画板が有効に変形する。

また、前記区画板は、前記第１リブ及び前記第２リブを保持する本体部と、前記本体部と前記底壁とを接続しており、前記本体部が前記セルとともに前記第１方向に沿って前記底壁に対して相対変位するのを許容する可撓性を有する底壁側可撓部と、を有することが好ましい。

このようにすれば、互いに隣接する一対の区画壁間にセルを挿入する際や、一対の区画壁間に配置されたセルが膨張した際における区画板と底壁との境界部の破損が抑制される。

この場合において、前記区画板は、前記本体部と前記側壁とを接続しており、前記本体部が前記セルとともに前記第１方向に沿って前記側壁に対して相対変位するのを許容する可撓性を有する側壁側可撓部をさらに有することが好ましい。

このようにすれば、互いに隣接する一対の区画壁間にセルを挿入する際や、一対の区画壁間に配置されたセルが膨張した際における区画板と側壁との境界部の破損が抑制される。

また、前記電池モジュールにおいて、前記第１方向における両側から前記ケースを拘束する拘束部材をさらに備えていてもよい。この場合において、前記拘束部材は、前記区画壁のうち前記第１方向に前記本体部と重なる部位のみを前記第１方向における両側から挟持することが好ましい。

この態様では、底壁に対する本体部の第１方向に沿った相対変位が許容されつつ拘束部材によってセルが有効に拘束される。

また、本開示の他の局面に従った電池モジュールは、複数のセルと、前記複数のセルが第１方向に沿って並んだ状態で前記複数のセルを収容するケースと、を備え、前記ケースは、前記複数のセルを支持する底壁と、それぞれが前記底壁から起立するとともに、前記第１方向に沿って前記セルを配置可能な間隔を置いて並ぶように配置された複数の区画壁と、前記底壁のうち前記底壁の厚さ方向及び前記第１方向の双方に直交する第２方向における前記複数の区画壁の外側の部位から起立するとともに前記第１方向に延びる形状を有し、かつ、前記複数の区画壁を接続する一対の側壁と、を有し、前記複数の区画壁の各区隔壁は、前記底壁及び前記一対の側壁に対して前記第１方向に沿って相対変位可能である。

この電池モジュールでは、互いに隣接する一対の区画壁間にセルを挿入する際や、一対の区画壁間に配置されたセルが膨張した際における区画壁と底壁又は側壁との境界部の破損が抑制される。

本開示によれば、セルに拘束力を作用させつつ、セルの膨張時におけるケースの変形を抑制することが可能な電池モジュールを提供することができる。

本開示の第１実施形態の電池モジュールを概略的に示す斜視図である。 ケースに対する複数のセルの組付け方法を概略的に示す斜視図である。 ケースに複数のセルが挿入された状態を概略的に示す平面図である。 図３におけるＩＶ−ＩＶ線での断面図である。 ケースに複数のセルが挿入され、第１方向における両側から拘束力が作用した状態を概略的に示す平面図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ線での断面図である。 区画壁と押圧板による押圧範囲との関係を示す図である。 底壁の変形例を概略的に示す斜視図である。 図８に示される底壁の断面図である。 本開示の第２実施形態の電池モジュールのケースにおける区画板に対する弾性部の組付け方法を概略的に示す斜視図である。 本開示の第２実施形態の電池モジュールのケースの斜視図である。 図１１に示されるケースの断面を概略的に示す図である。 本開示の第３実施形態の電池モジュールのケースにおける区画板に対する弾性部の組付け方法を概略的に示す斜視図である。 図１３に示されるケースの断面を概略的に示す図である。

本開示の実施形態について、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。

（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態の電池モジュールを概略的に示す斜視図である。この電池モジュール１は、例えば、車両に搭載される。

図１に示されるように、本実施形態の電池モジュール１は、複数のセル１００と、ケース２００と、拘束部材３００と、を備えている。

複数のセル１００は、第１方向（図３及び図４等を参照）に並ぶように配置されている。各セル１００は、筐体１０２と、一対の外部端子１０４と、を有している。

筐体１０２は、直方体形状に形成されている。筐体１０２は、扁平に形成されている。つまり、筐体１０２は、相対的に大きな面積を有する第１側面１０２ａと、第１側面１０２ａの面積よりも小さな面積を有する第２側面１０２ｂと、を有している。複数のセル１００は、各筐体１０２の第１側面１０２ａ同士が第１方向に互いに対向するように配置されている。換言すれば、複数の筐体１０２は、各筐体１０２の厚さ方向が第１方向と平行となるように配置されている。各筐体１０２には、電極等が収容されている。

一対の外部端子１０４は、筐体１０２の上面から上方に向かって突出する形状を有している。一対の外部端子１０４の一方は、正極端子であり、他方は、負極端子である。互いに隣接する一対のセル１００の一方のセル１００の正極端子と他方のセル１００の負極端子とは、バスバー（図示略）によって電気的に接続されている。

ケース２００は、複数のセル１００を収容している。ケース２００は、樹脂によって形成されている。図２に示されるように、ケース２００は、上方に開口する形状を有している。図３及び図４に示されるように、ケース２００は、底壁２１０と、複数の区画壁２２０と、一対の側壁２３０と、を有している。

底壁２１０は、各セル１００を支持している。図８に示されるように、底壁２１０は、高熱伝導部２１２を有していてもよい。高熱伝導部２１２は、底壁２１０のうち第２方向（第１方向及び底壁２１０の厚み方向の双方に直交する方向）における中央部に形成されている。高熱伝導部２１２は、底壁２１０における高熱伝導部２１２の側方の部位２１４の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料（金属等）で構成されている。高熱伝導部２１２及び部位２１４は、二色成形やインサート成形によって形成される。図９に示されるように、高熱伝導部２１２と部位２１４とは、ラビリンス構造で接続されていることが好ましい。高熱伝導部２１２の下方には、冷却媒体を流すための流路が形成されている。

複数の区画壁２２０は、各セル１００の収容室を区画している。各区画壁２２０は、第１方向に沿ってセル１００を配置可能な間隔を置いて並ぶように配置されている。各区画壁２２０は、底壁２１０から起立するとともに、第２方向に沿って延びる形状を有している。各区隔壁２２０は、セル１００の収容室を区画しながら、底壁２１０に対して第１方向に沿って相対変位可能に構成されている。具体的に、各区画壁２２０は、区画板２２２と、第１リブ２２４と、第２リブ２２６と、を有している。

区画板２２２は、第１方向に互いに隣接する一対のセル１００間に配置されている。区画板２２２は、平板状に形成されている。区画板２２２は、底壁２１０から起立するとともに、第２方向に沿って延びる形状を有している。区画板２２２は、底壁２１０の剛性よりも低い剛性を有している。

第１リブ２２４は、区画板２２２のうち第１方向における一方側の主面Ｓ１から第１方向に突出する形状を有している。図３に示されるように、第１リブ２２４は、第２方向における主面Ｓ１の中央部から第１方向に突出する形状を有している。図４に示されるように、第１リブ２２４は、底壁２１０の厚み方向と平行な方向に延びる形状を有している。第１リブ２２４の上端部は、区画板２２２の上端部よりも下方に位置している。第１リブ２２４の下端部は、区画板２２２の下端部よりも上方に位置している。

第２リブ２２６は、区画板２２２のうち第１方向における他方側の主面Ｓ２のうち第２方向に第１リブ２２４から離間した部位から第１方向に突出する形状を有している。本実施形態では、区画壁２２０は、２つの第２リブ２２６を有している。図３に示されるように、各第２リブ２２６は、第２方向における主面Ｓ２の側部で、かつ、第１方向にセル１００と対向する部位から第１方向に突出する形状を有している。各第２リブ２２６は、第２方向に互いに対向している。第１方向における、一の区画壁２２０の第１リブ２２４及び一の区画壁２２０に隣接する区画壁２２０の第２リブ２２６間の距離は、第１方向におけるセル１００の寸法よりも小さい。図４に示されるように、第２リブ２２６は、底壁２１０の厚み方向と平行な方向に延びる形状を有している。第２リブ２２６の上端部は、区画板２２２の上端部よりも下方に位置している。第２リブ２２６の下端部は、区画板２２２の下端部よりも上方に位置している。

各側壁２３０は、複数の区画壁２２０を接続している。側壁２３０は、底壁２１０のうち第２方向における複数の区画壁２２０の外側の部位から起立するとともに、第１方向に延びる形状を有している。側壁２３０の剛性は、区画板２２２の剛性よりも高い。すなわち、区画板２２２は、底壁２１０の剛性及び側壁２３０の剛性よりも低い剛性を有している。

ここで、区画板２２２の詳細について説明する。図３及び図４に示されるように、区画板２２２は、本体部２２２ａと、底壁側可撓部２２２ｂと、側壁側可撓部２２２ｃと、を有している。

本体部２２２ａは、第１リブ２２４及び第２リブ２２６を保持している。本体部２２２ａは、第１方向にセル１００と重なっている。

図４に示されるように、底壁側可撓部２２２ｂは、本体部２２２ａと底壁２１０とを接続している。底壁側可撓部２２２ｂは、本体部２２２ａがセル１００とともに第１方向に沿って底壁２１０に対して相対変位するのを許容する可撓性を有している。

このため、図４に示されるように、各区画壁２２０間にセル１００が挿入されると、各本体部２２２ａは、第１方向における底壁２１０の略中央部から第１方向における外向きに僅かに変位する。また、セル１００の下端部は、当該セル１００が本体部２２２ａとともに第１方向に沿って底壁２１０に対して相対変位したときに底壁側可撓部２２２ｂと干渉しない形状を有している。

図３に示されるように、側壁側可撓部２２２ｃは、本体部２２２ａと側壁２３０とを接続している。側壁側可撓部２２２ｃは、本体部２２２ａがセル１００とともに第１方向に沿って側壁２３０に対して相対変位するのを許容する可撓性を有している。

このため、各区画壁２２０間にセル１００が挿入されると、各本体部２２２ａは、第１方向における側壁２３０の略中央部から第１方向における外向きに僅かに変位する。また、セル１００の側端部は、当該セル１００が本体部２２２ａとともに第１方向に沿って側壁２３０に対して相対変位したときに側壁側可撓部２２２ｃと干渉しない形状を有している。

拘束部材３００は、第１方向における両側からケース２００を拘束する部材である。具体的に、拘束部材３００は、各セル１００に対して第１方向の両側から所定の拘束力がさようするように第１方向における両側からケース２００を挟持している。拘束部材３００は、平板状に形成された外板３１０と、押圧板３２０と、を有している。

押圧板３２０は、平板状に形成されている。押圧板３２０の外形は、外板３１０の外形よりも小さい。図７に示されるように、押圧板３２０は、区画壁２２０のうち第１方向に本体部２２２ａと重なる部位のみを第１方向に押圧している。

図５及び図６に示されるように、各区画壁２２０間にセル１００が挿入された状態において拘束部材３００によってケース２００が拘束されると、各本体部２２２ａは、第１方向における底壁２１０の中央部に向けて僅かに変位する。

以上に説明したように、本実施形態の電池モジュール１では、各区隔壁２２０が底壁２１０及び一対の側壁２３０に対して第１方向に沿って相対変位可能であるため、互いに隣接する一対の区画壁２２０間にセル１００を挿入する際や、一対の区画壁２２０間に配置されたセル１００が膨張した際における区画壁２２０と底壁２１０又は側壁２３０との境界部の破損が抑制される。

また、第１方向における、一の区画壁２２０の第１リブ２２４及び一の区画壁２２０に隣接する区画壁２２０の第２リブ２２６間の距離が、第１方向におけるセル１００の寸法よりも小さいため、互いに隣接する区画壁２２０間にセル１００が配置されることにより、当該セル１００に対して第１方向における両側から拘束力が作用する。しかも、各区画壁２２０が第１リブ２２４と第２リブ２２６とを有していることにより、区画壁２２０を挟んで互いに隣接する一対のセル１００間に隙間が形成されている。よって、セル１００の充電等に起因してセル１００が膨張した場合、互いに隣接する一対のセル１００の一方が第１リブ２２４を押圧するとともに他方が第２リブ２２６を押圧することによって区画板２２２が変形するため、換言すれば、区画板２２２の変形によって各セル１００の膨張が吸収されるため、第１方向における外向きにケース２００が膨出するように変形することが抑制される。

また、区画板２２２は、底壁側可撓部２２２ｂを有しているため、区画板２２２と底壁２１０との境界部の破損が抑制される。

同様に、区画板２２２は、側壁側可撓部２２２ｃを有しているため、区画板２２２と側壁２３０との境界部の破損が抑制される。

また、押圧板３２０は、区画壁２２０のうち第１方向に本体部２２２ａと重なる部位のみを第１方向に押圧するため、底壁２１０に対する本体部２２２ａの第１方向に沿った相対変位が許容されつつ拘束部材３００によってセル１００が有効に拘束される。

また、各区画壁２２０の弾性率が底壁２１０及び側壁２３０のそれよりも小さいため、互いに隣接する区画壁２２０間へのセル１００の挿入抵抗が低減され、拘束荷重が小さくなる。このため、拘束部材３００の軽量化及びそれに伴うコストの低減が可能となる。

また、ケース２００がセル１００の収容室を形成しているため、例えば電池モジュール１の下部が水没した場合におけるセル１００間の液絡信頼性が確保される。

（第２実施形態）
次に、図１０から図１２を参照しながら、本開示の第２実施形態の電池モジュール１のケース２００について説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。

本実施形態では、ケース２００の区画壁２２０は、区画板２２２と、弾性部２２８と、を有している。

弾性部２２８は、区画板２２２の本体部２２２ａを被覆するとともに、底壁側可撓部２２２ｂと側壁側可撓部２２２ｃとを露出させている。図１０に示されるように、弾性部２２８は、区画板２２２の上方から区画板２２２に組付けられる。弾性部２２８は、本体部２２２ａの剛性よりも低い剛性を有している。弾性部２２８は、ゴム等からなる。このため、区画壁２２０の弾性率は、底壁２１０及び側壁２３０のそれよりも小さい。

（第３実施形態）
次に、図１３及び図１４を参照しながら、本開示の第３実施形態の電池モジュール１のケース２００について説明する。なお、第３実施形態では、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。

本実施形態では、弾性部２２８は、区画板２２２内に配置されている。図１３に示されるように、弾性部２２８は、区画板２２２の下方から区画板２２２内に挿入される。

なお、今回開示された実施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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。

例えば、拘束部材３００は、省略されてもよい。

また、第１実施形態において、区画壁２２０は、単一の第１リブ２２４と単一の第２リブ２２６とを有していてもよい。

１ 電池モジュール、１００ セル、１０２ 筐体、１０４ 外部端子、２００ ケース、２１０ 底壁、２１２ 中央板、２１４ 側板、２２０ 区画壁、２２２ 区画部、２２２ａ 本体部、２２２ｂ 底壁側可撓部、２２２ｃ 側壁、２２４ 第１リブ、２２６ 第２リブ、２２８ 弾性部、２３０ 側壁、３００ 拘束部材、３１０ 外板、３２０ 挟持板。

Claims (6)

1. 複数のセルと、
   前記複数のセルが第１方向に沿って並んだ状態で前記複数のセルを収容するケースと、を備え、
   前記ケースは、
   前記複数のセルを支持する底壁と、
   それぞれが前記底壁から起立するとともに、前記第１方向に沿って前記セルを配置可能な間隔を置いて並ぶように配置された複数の区画壁と、
   前記底壁のうち前記底壁の厚さ方向及び前記第１方向の双方に直交する第２方向における前記複数の区画壁の外側の部位から起立するとともに前記第１方向に延びる形状を有し、かつ、前記複数の区画壁を接続する一対の側壁と、を有し、
   前記複数の区画壁の各区隔壁は、
   前記第１方向に互いに隣接する一対の前記セル間に配置された区画板と、
   前記区画板のうち前記第１方向における一方側の主面から前記第１方向に突出する形状を有する第１リブと、
   前記区画板のうち前記第１方向における他方側の主面のうち前記第２方向に前記第１リブから離間した部位から前記第１方向に突出する第２リブと、を有し、
   前記第１方向における、一の区画壁の前記第１リブ及び前記一の区画壁に隣接する区画壁の前記第２リブ間の距離は、前記第１方向における前記セルの寸法よりも小さい、電池モジュール。
2. 前記区画板は、前記底壁の剛性及び前記側壁の剛性よりも低い剛性を有する、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記区画板は、
   前記第１リブ及び前記第２リブを保持する本体部と、
   前記本体部と前記底壁とを接続しており、前記本体部が前記セルとともに前記第１方向に沿って前記底壁に対して相対変位するのを許容する可撓性を有する底壁側可撓部と、を有する、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 前記区画板は、前記本体部と前記側壁とを接続しており、前記本体部が前記セルとともに前記第１方向に沿って前記側壁に対して相対変位するのを許容する可撓性を有する側壁側可撓部をさらに有する、請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記第１方向における両側から前記ケースを拘束する拘束部材をさらに備え、
   前記拘束部材は、前記区画壁のうち前記第１方向に前記本体部と重なる部位のみを前記第１方向における両側から挟持する、請求項３又は４に記載の電池モジュール。
6. 複数のセルと、
   前記複数のセルが第１方向に沿って並んだ状態で前記複数のセルを収容するケースと、を備え、
   前記ケースは、
   前記複数のセルを支持する底壁と、
   それぞれが前記底壁から起立するとともに、前記第１方向に沿って前記セルを配置可能な間隔を置いて並ぶように配置された複数の区画壁と、
   前記底壁のうち前記底壁の厚さ方向及び前記第１方向の双方に直交する第２方向における前記複数の区画壁の外側の部位から起立するとともに前記第１方向に延びる形状を有し、かつ、前記複数の区画壁を接続する一対の側壁と、を有し、
   前記複数の区画壁の各区隔壁は、前記底壁及び前記一対の側壁に対して前記第１方向に沿って相対変位可能である、電池モジュール。

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