JP2022161161A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】拘束部材の接続作業を不要としつつ拘束部材の強度を高めて、高い拘束力で複数の蓄電セルを拘束する。【解決手段】積層された複数の蓄電セル１００と、複数のシームレス環状金属部材３００とを備える。複数のシームレス環状金属部材３００の各々は、積層された状態の複数の蓄電セル１００と嵌合し、複数の蓄電セル１００を積層方向に挟持している。【選択図】図１

Description

本技術は、蓄電モジュールに関する。

バッテリーモジュールの構成を開示した先行文献として、特開２０１１－１３４６９９号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載されたバッテリーモジュールは、電池ユニットと、エンドプレートと、固定バンドとを備える。電池ユニットにおいては、複数の電池が連結されている。エンドプレートは、電池ユニットの端部に設置されている。固定バンドは、電池ユニットとエンドプレートとの組立体を取り囲んで固定させる。固定バンドは、熱膨張後に収縮しつつ、電池ユニットとエンドプレートとを引き締める。固定バンドには、閉ループ状をなすように両端を連結した結合部が備えられている。

特開２０１１－１３４６９９号公報

複数の蓄電セルの拘束部材に接続部がある場合、拘束部材の接続作業が必要になるとともに、拘束部材において接続部が最も強度の弱い部分となり、拘束部材によって得られる複数の蓄電セルの拘束力は接続部の強度によって制限される。

本技術は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、拘束部材の接続作業を不要としつつ拘束部材の強度を高めて、高い拘束力で複数の蓄電セルを拘束することができる、蓄電モジュールを提供することを目的とする。

本技術に基づく蓄電モジュールは、積層された複数の蓄電セルと、複数のシームレス環状金属部材とを備える。複数のシームレス環状金属部材の各々は、積層された状態の複数の蓄電セルと嵌合し、複数の蓄電セルを積層方向に挟持している。

本技術によれば、拘束部材の接続作業を不要としつつ拘束部材の強度を高めて、高い拘束力で複数の蓄電セルを拘束することができる。

組電池の基本的構成を示す図である。 図１の組電池の樹脂プレートを除いた状態を示す図である。 組電池における電池セルの構成を示す図である。 実施の形態１に係るエンドプレートの構成を示す図である。 実施の形態１に係るシームレス環状金属部材の構成を示す図である。 シームレス環状金属部材を形成する状態を示す図である。 本実施の形態に係る樹脂プレートの構成を示す図である。 図１の組電池を矢印ＶＩＩＩ方向から見た図である。 電池セルを冷却する冷却板が配置された場合の冷却板とシームレス環状金属部材との位置関係を示す図である。 実施の形態２に係るエンドプレートの構成を示す図である。 実施の形態２に係る組電池の樹脂プレートを除いた状態を示す図である。 実施の形態２の変形例に係る組電池の樹脂プレートを除いた状態を示す図である。

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。「集電部」は正極集電部材および負極集電部材を総称し得る。

本明細書において、「蓄電セル」ないし「蓄電モジュール」は、電池セルないし電池モジュールに限定されず、キャパシタセルないしキャパシタモジュールを含み得る。

（実施の形態１）
図１は、組電池の基本的構成を示す図である。図２は、図１の組電池の樹脂プレートを除いた状態を示す図である。図３は、組電池における電池セルの構成を示す図である。

図１～図３に示すように、「蓄電モジュール」の一例としての組電池１０は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、シームレス環状金属部材３００と、樹脂プレート４００とを備える。なお、組電池１０は、エンドプレート２００を必ずしも備えていなくてもよい。

図１および図２に示すように、複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向（配列方向）に並ぶように設けられる。これにより、電池セル１００の積層体が形成される。電池セル１００同士の間には、図示しないセパレータが介装されている。

図３に示すように、電池セル１００は、電極端子１１０と、筐体と、ガス排出弁１４０とを含む。筐体は、開口１２１を有する外装体１２０と、開口１２１を封口する封口板１３０とから構成されている。

筐体は、略直方体形状に形成されている。具体的には、複数の電池セル１００の各々の筐体は、Ｙ軸方向（積層方向）から見て、１対の長辺１２３と１対の短辺１２４とからなる矩形状の主面１２２を有している。筐体には、図示しない電極体および電解液が収容されている。

電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、封口板１３０上に形成されている。ガス排出弁１４０は、封口板１３０上において、正極端子１１１と負極端子１１２との中間の位置に形成されている。ガス排出弁１４０は、筐体内の圧力が閾値以上となった際に破断する。これにより、筐体内の可燃性ガスが筐体外に排出される。

図２に示すように、Ｙ軸方向（積層方向）に隣り合う電極端子１１０同士は、バスバー５００によって互いに電気的に接続されている。これにより、複数の電池セル１００が電気的に直列または並列に接続されている。

図１および図２に示すように、エンドプレート２００は、Ｙ軸方向（積層方向）において組電池１０の両端に配置されている。すなわち、エンドプレート２００は、複数の電池セル１００のＹ軸方向（積層方向）の両側に配置されている。

２つのエンドプレート２００は、複数の電池セル１００においてＹ軸方向（積層方向）の両端に位置する２つの電池セル１００の主面１２２をそれぞれ覆っている。

図４は、実施の形態１に係るエンドプレートの構成を示す図である。図１、図２および図４に示すように、実施の形態１に係るエンドプレート２００は、平板部２１０および突起２２０を有している。平板部２１０は、組電池１０の幅方向（Ｘ軸方向）および上下方向（Ｚ軸方向）に延在し、直方体状の外形を有している。突起２２０は、平板部２１０の電池セル１００と接する側とは反対側の面のＸ軸方向の中央部に形成され、Ｚ軸方向に延在している。突起２２０は、直方体状の外形を有している。

図５は、実施の形態１に係るシームレス環状金属部材の構成を示す図である。図１、図２および図５に示すように、シームレス環状金属部材３００は、矩形環状の形状を有している。具体的には、シームレス環状金属部材３００は、Ｙ軸方向（積層方向）に延在する１対の第１辺部３１０と、Ｙ軸方向（積層方向）に直交する方向に延在して１対の第１辺部３１０を互いに接続する１対の第２辺部３２０を含む。

１対の第２辺部３２０の各々の厚みＴ２は、１対の第１辺部３１０の各々の厚みＴ１より厚い。本実施の形態においては、１対の第１辺部３１０において、複数の電池セル１００の封口板１３０側に位置する第１辺部３１０Ａの厚みは、複数の電池セル１００の外装体１２０の底部側に位置する第１辺部３１０Ｂの厚みと同一である。

図６は、シームレス環状金属部材を形成する状態を示す図である。図６に示すように、複数のシームレス環状金属部材３００は、押し出し成形された金属パイプ３０からカットラインＣＬにて切断されて形成されている。シームレス環状金属部材３００は、無端状の環状部材である。シームレス環状金属部材３００は、アルミニウムまたは鉄鋼材料などの金属で形成されている。

図７は、本実施の形態に係る樹脂プレートの構成を示す図である。図１および図７に示すように、樹脂プレート４００は、複数の電池セル１００の上側に配置されている。樹脂プレート４００と複数の電池セル１００との間には、機能的に区分けされた複数の空間が形成されている。

具体的には、幅方向（Ｘ軸方向）の中央部には、ガス排出弁１４０から排出された可燃性ガスの流路となるガスダクトエリアＴＧが形成されている。幅方向（Ｘ軸方向）において、ガスダクトエリアＴＧの両側に、複数の電池セル１００の各々と電気的に接続された配線が配置される配線エリアＴＬが形成されている。幅方向（Ｘ軸方向）において、２つの配線エリアＴＬの各々の外側に、バスバー５００が配置されるバスバーエリアＴＢが形成されている。

樹脂プレート４００において、ガスダクトエリアＴＧおよび配線エリアＴＬに位置する天面４１０は平坦面であり、バスバーエリアＴＢに位置する天面４２０は下側に傾斜した傾斜面である。天面４２０には、複数の電池セル１００にバスバー５００を取り付ける際に開閉可能な開閉部４２１が形成されている。

図８は、図１の組電池を矢印ＶＩＩＩ方向から見た図である。図１、図２および図８に示すように、２つのシームレス環状金属部材３００の各々は、エンドプレート２００を介して積層された状態の複数の電池セル１００と嵌合し、複数の電池セル１００をＹ軸方向（積層方向）に挟持している。

具体的には、複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態でシームレス環状金属部材３００をエンドプレート２００に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、シームレス環状金属部材３００に引張力が働く。その反作用として、シームレス環状金属部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。その結果、複数の電池セル１００は、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。なお、シームレス環状金属部材３００の数は、２つに限られず、３つ以上でもよい。

本実施の形態においては、シームレス環状金属部材３００の１対の第２辺部３２０の各々は、Ｙ軸方向（積層方向）から見て、電池セル１００の１対の長辺１２３と直交している。具体的には、シームレス環状金属部材３００の１対の第１辺部３１０の各々はＹ軸方向（積層方向）に延在し、１対の第２辺部３２０の各々は上下方向（Ｚ軸方向）に延在している。

２つのシームレス環状金属部材３００を組み付ける際には、一方のシームレス環状金属部材３００をＸ軸方向の一方側から複数の電池セル１００に嵌め合わせ、他方のシームレス環状金属部材３００をＸ軸方向の他方側から複数の電池セル１００に嵌め合わせる。この際、樹脂プレート４００の天面４２０が傾斜面であることにより、２つのシームレス環状金属部材３００を容易に嵌め合わせることができる。

２つのシームレス環状金属部材３００の各々の第２辺部３２０が、エンドプレート２００の突起２２０と接触するまで、２つのシームレス環状金属部材３００の各々は複数の電池セル１００に嵌め込まれる。すなわち、エンドプレート２００の突起２２０は、２つのシームレス環状金属部材３００の位置決め用突起として機能する。

２つのシームレス環状金属部材３００の各々が複数の電池セル１００に嵌め込まれた状態において、樹脂プレート４００は、２つのシームレス環状金属部材３００の各々から押圧されて複数の電池セル１００に対して押しつけられている。これにより、ガスダクトエリアＴＧに可燃性ガスが流入した際に、可燃性ガスの圧力によって樹脂プレート４００が脱落することを抑制することができる。

図８に示すように、２つのシームレス環状金属部材３００を組み付けた状態において、２つのシームレス環状金属部材３００の各々は、幅方向（Ｘ軸方向）において配線エリアＴＬが位置する範囲内に位置している。そのため、２つのシームレス環状金属部材３００を組み付けた後において、開閉部４２１を開閉して、バスバー５００を複数の電池セル１００に取り付けることが可能である。

図９は、電池セルを冷却する冷却板が配置された場合の冷却板とシームレス環状金属部材との位置関係を示す図である。図９に示すように、複数の電池セル１００が冷却板６００上に載置されている場合、シームレス環状金属部材３００の下部は、冷却板６００の上面に形成された凹部６１０内に位置している。これにより、冷却板６００によって複数の電池セル１００を効果的に冷却することができる。

本実施の形態に係る蓄電モジュールにおいては、複数のシームレス環状金属部材３００の各々は、積層された状態の複数の電池セル１００と嵌合し、複数の電池セル１００をＹ軸方向（積層方向）に挟持している。シームレス環状金属部材３００には接続部がないため、拘束部材であるシームレス環状金属部材３００の接続作業を不要としつつシームレス環状金属部材３００の強度を高めて、高い拘束力で複数の電池セル１００を拘束することができる。

本実施の形態に係る蓄電モジュールにおいては、シームレス環状金属部材３００の１対の第２辺部３２０の各々の厚みＴ２は、１対の第１辺部３１０の各々の厚みＴ１より厚い。これにより、複数の電池セル１００に拘束力を作用させる第２辺部３２０の剛性を確保しつつ、第１辺部３１０を薄くして軽量化することができる。

本実施の形態に係る蓄電モジュールにおいては、複数の電池セル１００の各々は、Ｙ軸方向（積層方向）から見て、１対の長辺１２３と１対の短辺１２４とからなる矩形状のｃ１２２を有しており、シームレス環状金属部材３００の１対の第２辺部３２０の各々は、Ｙ軸方向（積層方向）から見て、電池セル１００の１対の長辺１２３と直交している。これにより、シームレス環状金属部材３００によって樹脂プレート４００を複数の電池セル１００に対して押しつけて樹脂プレート４００が脱落することを抑制することができる。

本実施の形態に係る蓄電モジュールにおいては、２つのエンドプレート２００は、複数の電池セル１００においてＹ軸方向（積層方向）の両端に位置する２つの電池セル１００の主面１２２をそれぞれ覆っている。これにより、シームレス環状金属部材３００による拘束力を電池セル１００の主面１２２全体に作用させることができるため、電池セル１００が発熱により膨張して変形することを抑制することができる。

本実施の形態に係る蓄電モジュールにおいては、エンドプレート２００に、シームレス環状金属部材３００の位置決め用突起として機能する突起２２０が形成されている。これにより、組電池１０においてシームレス環状金属部材３００を一定の位置に配置することができる。たとえば、シームレス環状金属部材３００を、幅方向（Ｘ軸方向）において配線エリアＴＬが位置する範囲内に配置することができる。なお、組電池１０および冷却板６００に２つのシームレス環状金属部材３００を嵌め合わせて、すなわち、冷却板６００が２つのシームレス環状金属部材３００の内側に配置される構成として、冷却板６００に２つのシームレス環状金属部材３００の位置決め用の突起を設けてもよい。

本実施の形態に係る蓄電モジュールにおいては、シームレス環状金属部材３００は、押し出し成形された金属パイプ３０からカットラインＣＬにて切断されて形成されている。これにより、同一形状を有する複数のシームレス環状金属部材３００を容易に製造することが可能である。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２に係る蓄電モジュールについて図を参照して説明する。実施の形態２に係る蓄電モジュールは、エンドプレートおよびシームレス環状金属部材の各々の構成が、実施の形態１に係る蓄電モジュールと異なるため、異なる部分についてのみ説明を行ない、実施の形態１に係る蓄電モジュールと同様の構成については説明を繰り返さない。

図１０は、実施の形態２に係るエンドプレートの構成を示す図である。図１０に示すように、実施の形態２に係るエンドプレート２００Ａは、平板部２１０および突起２２０Ａを有している。突起２２０Ａは、平板部２１０の上面のＸ軸方向の中央部に形成され、Ｚ軸方向に延出している。突起２２０Ａは、直方体状の外形を有している。

図１１は、実施の形態２に係る組電池の樹脂プレートを除いた状態を示す図である。図１１に示すように、実施の形態２に係るシームレス環状金属部材３００Ａの１対の第１辺部３１０において、複数の電池セル１００の封口板１３０側に位置する第１辺部３１０Ａの厚みＴ１Ａは、複数の電池セル１００の外装体１２０の底部側に位置する第１辺部３１０Ｂの厚みＴ１Ｂより厚い。

２つのシームレス環状金属部材３００Ａを組み付ける際には、２つのシームレス環状金属部材３００Ａの各々の第１辺部３１０Ａが、エンドプレート２００Ａの突起２２０Ａと接触するまで、２つのシームレス環状金属部材３００Ａの各々は複数の電池セル１００に嵌め込まれる。すなわち、エンドプレート２００Ａの突起２２０Ａは、２つのシームレス環状金属部材３００Ａの位置決め用突起として機能する。なお、２つのシームレス環状金属部材３００Ａを位置決めする構成としては、組電池１０の上面にバスバー５００を保持するバスバーホルダを配置し、当該バスバーホルダに２つのシームレス環状金属部材３００Ａの位置決め用の突起を設けてもよい。

本実施の形態に係る蓄電モジュールにおいては、複数の電池セル１００の封口板１３０側に位置する第１辺部３１０Ａの厚みＴ１Ａは、複数の電池セル１００の外装体１２０の底部側に位置する第１辺部３１０Ｂの厚みＴ１Ｂより厚い。これにより、複数の電池セル１００に対して離間している第１辺部３１０Ａの曲げ剛性を高くして、シームレス環状金属部材３００Ａが複数の電池セル１００から受ける反力によって曲げ変形することを抑制することができる。ひいては、シームレス環状金属部材３００Ａによって複数の電池セル１００を高い拘束力で拘束して、電池セル１００が発熱により膨張して変形することを抑制することができる。

図１２は、実施の形態２の変形例に係る組電池の樹脂プレートを除いた状態を示す図である。図１２に示すように、実施の形態２の変形例に係るシームレス環状金属部材３００Ｂにおいては、第１辺部３１０Ａと第２辺部３２０との間の角部にリブ３３０が形成されている。第１辺部３１０Ａの厚みＴ１Ａは、第１辺部３１０Ｂの厚みＴ１Ｂより厚くてもよいし、同一でもよい。

２つのシームレス環状金属部材３００Ｂを組み付ける際には、２つのシームレス環状金属部材３００Ｂの各々のリブ３３０が、エンドプレート２００Ａの突起２２０Ａと接触するまで、２つのシームレス環状金属部材３００Ｂの各々は複数の電池セル１００に嵌め込まれる。

本変形例においては、第１辺部３１０Ａと第２辺部３２０との間の角部にリブ３３０が形成されていることにより、第１辺部３１０Ａの曲げ剛性を高くして、シームレス環状金属部材３００Ｂが複数の電池セル１００から受ける反力によって曲げ変形することを抑制することができる。ひいては、シームレス環状金属部材３００Ｂによって複数の電池セル１００を高い拘束力で拘束して、電池セル１００が発熱により膨張して変形することを抑制することができる。

上記の実施の形態の各構成において互いに組み合わせ可能な構成を組み合わせてもよい。

以上、本技術の実施の形態について説明したが、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。本技術の範囲は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。

１０ 組電池、３０ 金属パイプ、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 外装体、１２１ 開口、１２２ 主面、１２３ 長辺、１２４ 短辺、１３０ 封口板、１４０ ガス排出弁、２００，２００Ａ エンドプレート、２１０ 平板部、２２０，２２０Ａ 突起、３００，３００Ａ，３００Ｂ シームレス環状金属部材、３１０，３１０Ａ，３１０Ｂ 第１辺部、３２０ 第２辺部、３３０ リブ、４００ 樹脂プレート、４１０，４２０ 天面、４２１ 開閉部、５００ バスバー、６００ 冷却板、ＣＬ カットライン、ＴＧ ガスダクトエリア、ＴＬ 配線エリア。

Claims (7)

1. 積層された複数の蓄電セルと、
   積層された状態の前記複数の蓄電セルと嵌合し、前記複数の蓄電セルを積層方向に挟持している複数のシームレス環状金属部材とを備える、蓄電モジュール。
2. 前記複数のシームレス環状金属部材の各々は、前記積層方向に延在する１対の第１辺部と、前記積層方向に直交する方向に延在して前記１対の第１辺部を互いに接続する１対の第２辺部を含み、
   前記１対の第２辺部の各々の厚みは、前記１対の第１辺部の各々の厚みより厚い、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記複数の蓄電セルの各々は、開口を有する外装体、および、前記開口を封口する封口板を含み、
   前記１対の第１辺部において、前記複数の蓄電セルの封口板側に位置する第１辺部の厚みは、前記複数の蓄電セルの前記外装体の底部側に位置する第１辺部の厚みより厚い、請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記複数の蓄電セルの各々は、前記積層方向から見て、１対の長辺と１対の短辺とからなる矩形状の主面を有し、
   前記１対の第２辺部の各々は、前記積層方向から見て、前記１対の長辺と直交している、請求項２または請求項３に記載の蓄電モジュール。
5. 前記複数の蓄電セルの前記積層方向の両側に、前記主面を覆うエンドプレートが配置されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
6. 前記エンドプレートに、前記複数のシームレス環状金属部材の位置決め用突起が形成されている、請求項５に記載の蓄電モジュール。
7. 前記複数のシームレス環状金属部材は、押し出し成形された金属パイプから切断されて形成されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
   

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