JP2022148080A - battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電池モジュールに関する。 The present disclosure relates to battery modules.
国際公開第2011/158341号(特許文献1)には、複数個の単電池と複数個の接触部材とが交互に積層された組電池が開示されている。接触部材を上から見ると、中央で凹となるように湾曲している。 International Publication No. 2011/158341 (Patent Document 1) discloses an assembled battery in which a plurality of unit cells and a plurality of contact members are alternately stacked. When the contact member is viewed from above, it is curved so as to be concave at the center.
幅広形状の大型電池では、充電と放電とを繰り返すうちに、電池中央部の膨張量が大きくなりやすい。複数の電池セル間に設けられたスペーサの厚みによっては、電池性能の低下を引き起こす可能性がある。 In a wide-shaped large-sized battery, the amount of swelling at the central portion of the battery tends to increase as charging and discharging are repeated. Depending on the thickness of spacers provided between a plurality of battery cells, there is a possibility that deterioration of battery performance may be caused.
本開示では、電池性能の低下を抑制できる電池モジュールが提案される。 The present disclosure proposes a battery module capable of suppressing deterioration of battery performance.
本開示に従った電池モジュールは、積層方向に積層された複数の電池セルと、積層方向に隣り合う二つの電池セル間に設けられたスペーサとを備えている。積層方向に見た電池セルは、矩形状の形状を有している。積層方向に垂直な面における、電池セルの長辺方向の寸法が、電池セルの短辺方向の寸法の1.5倍以上である。スペーサの厚みは、電池セルの短辺方向における第一縁部から電池セルの短辺方向における中央部に向かって漸減し、電池セルの中央部から電池セルの短辺方向における第二縁部に向かって漸増する。スペーサの、第一縁部における厚みが、中央部における厚みの1.3倍以上であり、第二縁部における厚みが、中央部における厚みの1.3倍以上である。 A battery module according to the present disclosure includes a plurality of battery cells stacked in the stacking direction, and a spacer provided between two battery cells adjacent in the stacking direction. A battery cell viewed in the stacking direction has a rectangular shape. The dimension in the long side direction of the battery cell in the plane perpendicular to the stacking direction is 1.5 times or more the dimension in the short side direction of the battery cell. The thickness of the spacer gradually decreases from the first edge in the short side direction of the battery cell toward the central portion in the short side direction of the battery cell, and from the central portion of the battery cell to the second edge in the short side direction of the battery cell. gradually increase toward The thickness of the spacer at the first edge is at least 1.3 times the thickness at the center, and the thickness at the second edge is at least 1.3 times the thickness at the center.
膨張量の大きい幅広形状の電池であっても、スペーサの厚みを調整することで荷重分布の均一性を向上できるので、電池性能の低下を抑制することができる。 Even in the case of a wide-shaped battery with a large amount of expansion, the uniformity of the load distribution can be improved by adjusting the thickness of the spacer, so deterioration of the battery performance can be suppressed.
本開示に係る電池モジュールによれば、電池性能の低下を抑制することができる。 According to the battery module according to the present disclosure, deterioration of battery performance can be suppressed.
以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。 Embodiments will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are given to the same parts. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1は、電池セル1の概略構成を示す斜視図である。電池セル1は、上面に開口部を有する略直方体形状の電池ケース2と、電池ケース2の開口部を閉塞する蓋体3とを備えている。蓋体3には、外部端子部4,4が設けられている。外部端子部4の一方は正極外部端子であり、外部端子部4の他方は負極外部端子である。蓋体3の全周が溶接によって電池ケース2の開口部に接合されている。これにより、電池ケース2内が密閉状態とされている。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a
電池ケース2内には、図示しない電極体が収容されている。電極体は、シート状の正極と、シート状の負極と、正極と負極との間に介在するシート状のセパレータとを有している。電池ケース2内にはまた、図示しない電解液が収容されている。
An electrode assembly (not shown) is accommodated in the
図1に示されるX方向は、電池セル1の厚み方向であって、後述する電池モジュール10における電池セル1の積層方向を示している。積層方向に見た電池セル1は、矩形状の形状を有している。Y方向は、積層方向に見た電池セル1の長辺方向を示している。Y方向を電池セル1の幅方向とも称する。Z方向は、積層方向に見た電池セル1の短辺方向を示している。Z方向を電池セル1の高さ方向とも称する。X方向、Y方向およびZ方向は、互いに直交している。
The X direction shown in FIG. 1 is the thickness direction of the
図1に示される寸法Aは、電池セル1の高さ方向の寸法である。寸法Bは、電池セル1の幅方向の寸法である。寸法Bは、積層方向に垂直な面における電池セル1の長辺方向の寸法である。寸法Aは、積層方向に垂直な面における電池セル1の短辺方向の寸法である。電池セル1の幅方向の寸法と高さ方向の寸法との比、すなわちB/Aを、本明細書ではアスペクト比率と称する。
A dimension A shown in FIG. 1 is a dimension in the height direction of the
図1に仮想的に示される電池中央部5は、積層方向に見た電池セル1の中央部を示している。
A battery
図2は、電池セル1の形状と膨化との関係を示すグラフである。図2に示されるグラフの横軸は、電池セル1の積層方向に垂直な面における、電池セル1のアスペクト比率を示している。図2に示されるグラフの縦軸は、電池セル1の充電と放電とを繰り返すサイクルを500回実施した後の、電池中央部5の位置における電池セル1の積層方向の膨化量を示している。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the shape of the
電池セル1では、充電と放電とを繰り返すことで、電極合材の充電密度の低下、および、活物質表面への被膜生成が発生する。これにより、電池セル1の厚み方向(X方向)に対して、電池セル1の膨化が発生する。図2に示されるように、アスペクト比率が大きくなるにつれて、電池セル1の膨化が大きくなる傾向にある。これは、アスペクト比率が大きいことで、電池中央部5の位置における断面方向のモーメント力が小さくなるため、電極の膨化が起きやすいことによる。
In the
電池中央部5の膨化量が大きいと、電池中央部5に作用する荷重が高くなることで、電解液が電池ケース2の外部へ排出されて、電池ケース2内に収容される電解液量が減少することがある。電池セル1における電池抵抗の上昇が起きることで、局所的な電池劣化へと繋がる。
When the amount of swelling of the battery
実施形態に係る電池モジュール10は、この事象を解決するためのものである。図3は、電池モジュール10の概略構成を示す断面図である。図3に示されるように、電池モジュール10は、複数の電池セル1と、複数のスペーサ20とを備えている。図3に示される例では、積層方向(X方向)に並べられた5個の電池セル1が図示されているが、電池モジュール10に含まれる電池セル1の個数は任意であることは勿論である。
The
複数のスペーサ20は、積層方向に隣り合う2つの電池セル間に設けられた電池間スペーサ22と、電池セル1の積層体の両端に設けられた端部スペーサ24とを含んでいる。
The plurality of
図3に示される電池セル1とスペーサ20との積層体は、図示しない一対のエンドプレートの間に配置されている。一対のエンドプレート同士が、図示しない拘束バンドによって一体的に連結されている。拘束バンドは、一対のエンドプレート間の距離が拡大することを抑制している。したがって、電池セル1とスペーサ20との積層体は、一対のエンドプレートおよび拘束バンドによって、積層方向の長さが増大することを抑制されている。
A stack of
各々のスペーサ20は、積層方向に見て、積層方向に見た電池セル1の形状と略同一の矩形状の形状を有している。各々のスペーサ20は、電池セル1の高さ方向(Z方向)における一方の縁部である上縁部26と、電池セル1の高さ方向(Z方向)における他方の縁部である下縁部28と、電池セル1の高さ方向(Z方向)における中央部分を構成する中央部27とを有している。上縁部26は、実施形態の第一縁部に相当する。下縁部28は、実施形態の第二縁部に相当する。
Each
図4は、電池セル1間のスペーサ20である電池間スペーサ22を拡大して示す模式図である。電池セル1の積層方向であるX方向のスペーサ20の寸法を、スペーサ20の厚みとも称する。電池間スペーサ22は、上縁部26において厚みT1を有し、中央部27において厚みT2を有し、下縁部28において厚みT3を有している。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an
電池セル1の幅方向(図1に示されるY方向。図4においては紙面垂直方向)の全体に亘って、上縁部26の厚みT1は、中央部27の厚みT2よりも大きく、中央部27の厚みT2は、下縁部28の厚みT3よりも小さい。電池間スペーサ22の厚みは、上縁部26から中央部27に向かって漸減し、中央部27から下縁部28に向かって漸増している。上縁部26の厚みT1と下縁部28の厚みT3とが等しくてもよい。電池間スペーサ22は、上縁部26における厚みT1が中央部27における厚みT2の1.3倍以上であり、下縁部28における厚みT3が中央部27における厚みT2の1.3倍以上であるように、形成されている。
The thickness T1 of the
図4に示される電池間スペーサ22は、上縁部26から中央部27へ向かって連続的に厚みが小さくなり、下縁部28から中央部27へ向かって連続的に厚みが小さくなるように形成されている。電池間スペーサ22は、表面に1つまたは複数の段差を有し、上縁部26および下縁部28から中央部27へ向かって断続的に段差が小さくなるように、形成されてもよい。
The
電池間スペーサ22の、上縁部26の厚みT1および下縁部28の厚みT3は、中央部27の厚みT2の30倍以下であってもよい。上縁部26および下縁部28と中央部27との厚みの比が30を越えると、電池間スペーサ22の加工が困難になり、また、電池性能の低下を抑制できる効果が小さくなる。
The thickness T1 of the
図5は、電池モジュール10の端部のスペーサ20である端部スペーサ24を拡大して示す模式図である。端部スペーサ24は、上縁部26において厚みT4を有し、中央部27において厚みT5を有し、下縁部28において厚みT6を有している。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an
電池セル1の幅方向(図1に示されるY方向。図5においては紙面垂直方向)の全体に亘って、上縁部26の厚みT4は、中央部27の厚みT5よりも大きい。中央部27の厚みT5は、下縁部28の厚みT6よりも小さい。端部スペーサ24の厚みは、上縁部26から中央部27に向かって漸減し、中央部27から下縁部28に向かって漸増している。上縁部26の厚みT4と下縁部28の厚みT6とが等しくてもよい。端部スペーサ24は、上縁部26における厚みT4が中央部27における厚みT5の1.3倍以上であり、下縁部28における厚みT6が中央部27における厚みT5の1.3倍以上であるように、形成されている。
The thickness T4 of the
図5に示される端部スペーサ24は、上縁部26から中央部27へ向かって連続的に厚みが小さくなり、下縁部28から中央部27へ向かって連続的に厚みが小さくなるように形成されている。端部スペーサ24は、表面に1つまたは複数の段差を有し、上縁部26および下縁部28から中央部27へ向かって断続的に段差が小さくなるように、形成されてもよい。
The end spacers 24 shown in FIG. 5 have a thickness that continuously decreases from the
端部スペーサ24の、上縁部26の厚みT4および下縁部28の厚みT6は、中央部27の厚みT5の30倍以下であってもよい。上縁部26および下縁部28と中央部27との厚みの比が30を越えると、端部スペーサ24の加工が困難になり、また、電池性能の低下を抑制できる効果が小さくなる。
The thickness T4 of the
電池セル1の高さ方向におけるスペーサ20の厚みを上記の通り規定することに加えて、電池セル1の幅方向におけるスペーサ20の厚みを調整してもよい。スペーサ20の幅方向における両縁部の厚みを、スペーサ20の幅方向における中央部の厚みよりも大きくしてもよい。スペーサ20は、四方の縁部に対して中央部が凹んでいる形状を有していてもよい。
In addition to defining the thickness of
スペーサ20の厚みは、幅方向における一方の縁部から中央部に向かって漸減し、中央部から他方の縁部に向かって漸増してもよい。幅方向の一方の縁部におけるスペーサ20の厚みが、中央部における厚みの1.3倍以上であってもよい。幅方向の他方の縁部におけるスペーサ20の厚みが、中央部における厚みの1.3倍以上であってもよい。スペーサ20の幅方向における両縁部の厚みが互いに等しくてもよい。
The thickness of the
図6は、実施形態の思想を適用可能な電池セル1のアスペクト比率の範囲について示すグラフである。図6に示されるグラフの横軸は、図2と同様の、電池セル1の積層方向に垂直な面における、電池セル1のアスペクト比率を示している。図6に示されるグラフの縦軸は、スペーサ20の縁部(上縁部26、下縁部28)の厚みと中央部27の厚みとの比を示す。
FIG. 6 is a graph showing a range of aspect ratios of
実施形態の思想は、電池セル1のアスペクト比率が1.5以上の電池モジュール10に適用されることを前提とする。電池セル1のアスペクト比率が1.5未満の場合、電池セル1の膨化が大きくなりにくいので、電池性能の低下を抑制できる効果を十分に得られない。また、アスペクト比率が10を越える電池セル1に対応するスペーサ20の加工が困難であることから、実施形態の思想が適用される電池セル1のアスペクト比率は、10以下とする。
The concept of the embodiment is based on the premise that it is applied to the
図6のグラフ中に示される曲線は、スペーサ20の厚みの比の下限を示すものである。電池セル1のアスペクト比率とスペーサ20の厚みの比とは1対1に対応するものではないため、図6のグラフ中に示される曲線は、電池セル1のアスペクト比率とスペーサ20の厚みの比との関数を示すものではないことに留意すべきである。
The curve shown in the graph of FIG. 6 indicates the lower limit of the
スペーサ20の縁部の厚みが中央部27の厚みよりも大きくても、スペーサ20の縁部の厚みと中央部27の厚みとの差が小さいと、すなわち、スペーサ20の縁部の厚みが中央部27の厚みよりも僅かに大きい程度であると、実施形態の効果を十分に得られない。既に述べた通り、スペーサ20の縁部の厚みを中央部27の厚みの1.3倍以上とすることで、電池性能の低下を抑制できる効果を得ることができる。
Even if the thickness of the edge portion of the
以上説明した構成を備えている電池モジュール10においては、積層方向(X方向)に垂直な面における、電池セル1の長辺方向(Y方向)の寸法が、電池セルの短辺方向(Z方向)の寸法の1.5倍以上であり、電池セル1は幅広の形状を有している。幅広形状の電池セル1間に設けられた電池間スペーサ22の厚みを、上縁部26から中央部27に向かって漸減し、中央部27から下縁部28に向かって漸増するようにしている。電池間スペーサ22は、上縁部26における厚みが中央部27における厚みの1.3倍以上であり、下縁部28における厚みが中央部27における厚みの1.3倍以上であるように、形成されている。
In the
アスペクト比率が大きく高エネルギー密度を有する幅広形状の大型電池では、電池セル1の電池中央部5(図1)において、長期サイクル中の膨化量が局所的に大きくなりやすい。電池セル1の高さ方向における電池間スペーサ22の厚みを調整することで、電池セル1の高さ方向における電池セル1に作用する荷重分布の均一性を向上できる。これにより、電池ケース2内の電解液量の減少を抑制でき、電池セル1における電池抵抗の上昇を抑制できるので、電池性能の低下を抑制することができる。
In a wide-shaped large-sized battery having a large aspect ratio and high energy density, the amount of swelling during a long-term cycle tends to increase locally in the battery central portion 5 (FIG. 1) of the
上記の実施形態では、スペーサ20の厚みを調整することで電池セル1に作用する荷重分布を均一化する例について説明した。スペーサ20は、膨化量の大きい電池中央部5に相当する領域を、他の領域よりもばね定数が小さくなるように、形成してもよい。スペーサ20の中央部を、電池中央部5の膨化に伴って容易に変形できる構成とすることで、スペーサ20の縁部から電池セル1に作用する荷重と、スペーサ20の中央部から電池セル1に作用する荷重との均一性を向上できる効果を、同様に得ることができる。
In the above-described embodiment, an example in which the thickness of the
実施形態では、略直方体形状の電池ケース2を有する角型電池を例として説明した。電池セル1は、角型電池に限られず、電池ケース2に替えてアルミラミネート包装材からなる扁平状の外装材を備えるパウチ型電池であってもよい。
In the embodiment, a prismatic battery having a substantially rectangular
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。 The embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and should be considered not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and range of equivalents of the scope of the claims.
1 電池セル、2 電池ケース、3 蓋体、4 外部端子部、5 電池中央部、10 電池モジュール、20 スペーサ、22 電池間スペーサ、24 端部スペーサ、26 上縁部、27 中央部、28 下縁部。
Claims (1)
前記積層方向に隣り合う二つの前記電池セル間に設けられたスペーサとを備え、
前記積層方向に見た前記電池セルは矩形状の形状を有し、
前記積層方向に垂直な面における、前記電池セルの長辺方向の寸法が、前記電池セルの短辺方向の寸法の1.5倍以上であり、
前記スペーサの厚みは、前記短辺方向における第一縁部から前記短辺方向における中央部に向かって漸減し、前記中央部から前記短辺方向における第二縁部に向かって漸増し、前記第一縁部における前記厚みが前記中央部における前記厚みの1.3倍以上であり、前記第二縁部における前記厚みが前記中央部における前記厚みの1.3倍以上である、電池モジュール。 a plurality of battery cells stacked in a stacking direction;
a spacer provided between the two battery cells adjacent in the stacking direction;
The battery cells viewed in the stacking direction have a rectangular shape,
The dimension in the long side direction of the battery cell in the plane perpendicular to the stacking direction is 1.5 times or more the dimension in the short side direction of the battery cell,
The thickness of the spacer gradually decreases from the first edge portion in the short side direction toward the center portion in the short side direction, gradually increases from the center portion toward the second edge portion in the short side direction, and reaches the second edge portion in the short side direction. The battery module, wherein the thickness at one edge is 1.3 times or more the thickness at the central portion, and the thickness at the second edge is 1.3 times or more the thickness at the central portion.
Priority Applications (1)
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JP2021049609A JP2022148080A (en) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | battery module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021049609A JP2022148080A (en) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | battery module |
Publications (1)
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2021
- 2021-03-24 JP JP2021049609A patent/JP2022148080A/en active Pending
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