JP2022190820A - 樹脂枠および電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの位置ずれを抑制できる樹脂枠を提供する。【解決手段】電池セル２を保持する樹脂枠は、位置決め部と、突起部３５０とを備えている。位置決め部は、電池セル２の上面に当接して、電池セル２の上面の上下方向の位置を決める。突起部３５０は、樹脂枠の底部に設けられている。突起部３５０は、電池セル２の厚み方向に突き出している。突起部３５０は、電池セル２の厚み方向に対して傾斜する傾斜部３５６を有している。【選択図】図１１

Description

本開示は、樹脂枠および電池モジュールに関する。

特開２０１７－０５０２００号公報（特許文献１）には、所定の配列方向に沿って配列された複数の電池セルを含む、電池モジュールが記載されている。電池セルは、樹脂製のセルホルダによって保持されている。隣り合うセルホルダの一方には、突出部が設けられている。隣り合うセルホルダの他方には、突出部が配置される凹部が設けられている。

特開２０１７－０５０２００号公報

上記文献には、突出部を凹部に挿入することで隣り合うセルホルダ同士を位置決めできると記載されている。しかし、セルホルダにより保持される電池セルの位置を直接決めるものではないため、電池セルの位置が安定しない可能性がある。

本開示では、電池セルの位置ずれを抑制できる、樹脂枠および電池モジュールが提案される。

本開示のある局面に従うと、電池セルを保持する樹脂枠が提案される。樹脂枠は、位置決め部と、突起部とを備えている。位置決め部は、電池セルの一方側の面に当接して、電池セルの一方側の面の位置を決める。突起部は、樹脂枠の、一方側とは反対の他方側に設けられている。突起部は、電池セルの厚み方向に突き出している。突起部は、電池セルの厚み方向に対して傾斜する傾斜部を有している。

本開示のある局面に従うと、電池セルと、電池セルを保持する樹脂枠とを交互に積層した電池モジュールが提案される。樹脂枠は、位置決め部と、突起部とを有している。位置決め部は、電池セルの一方側の面に当接して、電池セルの一方側の面の位置を決める。突起部は、樹脂枠の、一方側とは反対の他方側に設けられている。突起部は、電池セルと樹脂枠との積層方向に突き出している。突起部は、電池セルと樹脂枠との積層方向に対して傾斜する傾斜部を有している。突起部は、積層方向に隣り合う樹脂枠と干渉する。

このような樹脂枠および電池モジュールによれば、電池セルと樹脂枠とを交互に積層して積層方向に圧縮する際に、突起部は、隣り合う樹脂枠に保持される電池セルに、一方側へ向かう方向の力を作用する。電池セルの一方側の面が位置決め部に確実に当接するようになり、位置決め部によって電池セルの一方側の面が位置決めされる。したがって、電池セルの位置ずれを抑制することができる。

本開示に係る樹脂枠および電池モジュールによれば、電池セルの位置ずれを抑制することができる。

実施形態に係る電池モジュールを概略的に示す斜視図である。 電池セルの構成の一例を示す透視斜視図である。 樹脂枠の一例を示す斜視図である。 積層時の電池セルおよび樹脂枠の配置を示す模式図である。 図４中に示される領域Ｖを拡大して示す模式図である。 圧縮時の電池セルおよび樹脂枠の配置を示す模式図である。 図６中に示される領域ＶＩＩを拡大して示す模式図である。 第２実施形態に係る、積層時の電池セルおよび樹脂枠の配置を示す模式図である。 図８中に示される領域ＩＸを拡大して示す模式図である。 第２実施形態に係る、圧縮時の電池セルおよび樹脂枠の配置を示す模式図である。 図１０中に示される領域ＸＩを拡大して示す模式図である。 第３実施形態に係る樹脂枠の正面図である。 図１２中に示される領域ＸＩＩＩを拡大して示す模式図である。 第３実施形態に係る樹脂枠の背面図である。 図１４中に示される領域ＸＶを拡大して示す模式図である。

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。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。

［第１実施形態］
図１は、実施形態に係る電池モジュール１を概略的に示す斜視図である。電池モジュール１を構成する電池セルの数は特に限定されるものではないが、以下では、セル数が２７個である例について説明する。図１に示されるように、電池モジュール１は、複数の電池セル２０１～２２７と、複数の樹脂枠３と、一対のエンドプレート４１，４２と、一対の拘束バンド５１，５２とを備えている。

電池モジュール１では、複数の電池セル２０１～２２７と複数の樹脂枠３とを交互に積層することにより、積層体１０が形成されている。以下では、積層体１０の高さ方向をＨと記載し、積層体１０の積層方向をＬと記載し、積層体１０の幅方向をＷと記載する。高さ方向Ｈは、積層体１０の上下方向である。積層方向Ｌは、積層体１０の長手方向である。幅方向Ｗは、積層体１０の短手方向である。

複数の電池セル２０１～２２７の各々は、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの二次電池である。各電池セル２０１～２２７の構成は共通であり、電池セルを互いに区別しない場合には電池セル２と記載する。電池セル２の構成については図２にて説明する。

複数の樹脂枠３の各々は、積層方向Ｌに隣り合う２つの電池セル２の間に配置されている。図１に示されるように積層体１０の両端には電池セル２が配置され、複数の樹脂枠３の個数は、複数の電池セル２の個数よりも１個だけ少ない。積層体１０に含まれる電池セル２の個数が２７個である場合、樹脂枠３の個数は２６個である。樹脂枠３の詳細な構造については図３にて説明する。

エンドプレート４１，４２は、たとえば金属材料によって形成されており、板状に形成されている。エンドプレート４１は、積層方向Ｌにおける積層体１０の一方端に配置されている。エンドプレート４２は、積層方向Ｌにおける積層体１０の他方端に配置されている。エンドプレート４１，４２は、積層体１０を積層方向Ｌに両側から挟み込むように配置されている。エンドプレート４１，４２の各々と積層体１０との間には、図示しない絶縁部材が配置されている。

拘束バンド５１，５２は、樹脂枠３の上下にそれぞれ配置されている。拘束バンド５１は積層体１０の上方に配置されており、拘束バンド５２は積層体１０の下方に配置されている。拘束バンド５１，５２の一方の端部は、エンドプレート４１に固定されている。拘束バンド５１，５２の他方の端部は、エンドプレート４２に固定されている。拘束バンド５１，５２は、積層体１０を挟み込んだ状態のエンドプレート４１とエンドプレート４２とを互いに拘束（結合）する。

図２は、電池セル２の構成の一例を示す透視斜視図である。図２に示されるように、電池セル２は、略直方体形状を有する角型セルである。電池セル２と樹脂枠３とを積層した積層体１０の積層方向Ｌは、電池セル２の短手方向（電池セル２の厚み方向）に相当する。

電池セル２のケース内部には電極体６４が収容されている。電極体６４は、たとえば、正極６５と負極６６とがセパレータ６７を介して積層され、さらに筒状に捲回されることにより形成されている。電極体６４は、捲回型に限られず、積層型であってもよい。電極体６４は、図示しない電解液に含浸されている。

電池セル２のケースの上面には、開口が形成されている。この開口は蓋体６１によって封止されている。蓋体６１は、電池セル２の上面を構成している。蓋体６１には、正極端子６２および負極端子６３が設けられている。正極端子６２および負極端子６３の各々の一方端は、蓋体６１から外部に突出している。正極端子６２および負極端子６３は、電池セル２の上面から上方に突き出している。正極端子６２および負極端子６３の各々の他方端は、ケース内部において、内部正極端子および内部負極端子（いずれも図示せず）にそれぞれ電気的に接続されている。

図示しないが、隣り合う２つの電池セル２は、バスバーにより互いに電気的に接続されている。より具体的には、２つの電池セル２が直列接続される場合、一方の電池セル２の正極端子６２と他方の電池セル２の負極端子６３とが、電気的に接続されている。バスバーは、たとえば正極端子６２および負極端子６３に溶接されている。

図３は、樹脂枠３の一例を示す斜視図である。樹脂枠３は、ポリプロピレン（polypropylene）などの樹脂材料により形成されている。各樹脂枠３は、積層方向Ｌに配列された隣り合う２つの電池セル２の間に配置されており、当該２つの電池セル２を電気的に絶縁したり、当該２つの電池セル２の位置を保持したりする機能を有している。各樹脂枠３が、電池セル２を冷却する機能をさらに有していてもよい。

図３に示されるように、樹脂枠３は、本体部３１０と、一対の側壁部３２０，３３０と、底部３４０とを有している。本体部３１０は、平板形状を有している。側壁部３２０，３３０と底部３４０とは、本体部３１０に対して積層方向Ｌに突き出している。本体部３１０、側壁部３２０，３３０および底部３４０によって取り囲まれた空間に電池セル２が収容されて、電池セル２は樹脂枠３によって保持される。

側壁部３２０は、電池セル２の収容空間に向く対向面３２１を有している。側壁部３３０は、電池セル２の収容空間に向く対向面３３１を有している。図３に示される、樹脂枠３が電池セル２を保持していない状態で、対向面３２１と対向面３３１とは互いに向き合っている。電池セル２が樹脂枠３により保持された状態で、対向面３２１，３３１は、それぞれ電池セル２に対向する。

側壁部３２０の対向面３２１から、幅方向リップ３２２が突き出している。側壁部３３０の対向面３３１は、幅方向Ｗにおける電池セル２の位置を決める基準面Ｐ２として機能する。樹脂枠３に保持された電池セル２に対して、幅方向リップ３２２が幅方向Ｗの力を作用する。これにより電池セル２は対向面３３１（基準面Ｐ２）に押し付けられて、幅方向Ｗにおける電池セル２の位置決めがなされる。

樹脂枠３の上部に、一対の位置決め部３２３，３３３が設けられている。位置決め部３２３，３３３は、樹脂枠３に保持された電池セル２の上面に当接して、電池セル２の上面の高さ方向Ｈにおける位置を決める。位置決め部３２３，３３３の下面を通り積層方向Ｌおよび幅方向Ｗに延びる平面は、高さ方向Ｈにおける電池セル２の位置を決める基準面Ｐ１として機能する。

底部３４０から上方向に、高さ方向リップ３４２，３４３が突き出している。樹脂枠３に保持された電池セル２は、その下面が高さ方向リップ３４２，３４３に接触して、高さ方向リップ３４２，３４３上に搭載される。高さ方向リップ３４２，３４３は、本開示に係る、電池セル２の下面を支持する支持部に相当する。

図４は、積層時の電池セル２および樹脂枠３の配置を示す模式図である。図５は、図４中に示される領域Ｖを拡大して示す模式図である。図４には、電池セル２が樹脂枠３によって保持された組立体が、例示的に積層方向Ｌに４つ並べられ、各組立体間には隙間があり、各組立体が積層方向Ｌに加圧はされていない状態が図示されている。樹脂枠３の本体部３１０は、電池セル２に対向する表面３１１と、表面３１１とは反対側の裏面３１２とを有している。樹脂枠３に保持された電池セル２の上面に位置決め部３２３，３３３が当接することで、電池セル２の上面の高さ方向Ｈにおける位置決めがなされる。

図５に示されるように、樹脂枠３は、突起部３５０を有している。突起部３５０は樹脂枠３の下部に設けられており、本体部３１０の裏面３１２から電池セル２の厚み方向（積層方向Ｌ。図５においては図中の左右方向）に突き出している。突起部３５０は、電池セル２の厚み方向（積層方向Ｌ）に対して傾斜して延びている。本実施形態では、突起部３５０の全体が、厚み方向に対して傾斜する傾斜部を構成している。本実施形態の傾斜部は、突起部３５０の先端に向かうにつれて上方に向かうように傾斜している。

高さ方向リップ３４２，３４３の下方に、傾斜面３４６が設けられている。傾斜面３４６は、電池セル２の厚み方向（積層方向Ｌ）に対して傾斜して延びている。本実施形態の傾斜面３４６は、樹脂枠３の本体部３１０から離れるにつれて上方に向かうように傾斜している。

図６は、圧縮時の電池セル２および樹脂枠３の配置を示す模式図である。図７は、図６中に示される領域ＶＩＩを拡大して示す模式図である。図１を参照して説明したエンドプレート４１，４２の間に積層体１０が挟まれて、エンドプレート４１，４２が拘束バンド５１，５２によって拘束されることにより、電池セル２が樹脂枠３によって保持された組立体が、電池セル２の厚み方向（積層方向Ｌ）に加圧される。各電池セル２は、隣り合う組立体の樹脂枠３の裏面３１２に接触している。

各樹脂枠３の突起部３５０が、積層方向Ｌに隣り合う樹脂枠３と干渉している。具体的には、突起部３５０は、隣り合う樹脂枠３の傾斜面３４６に突き当たっている。積層方向Ｌに対して傾斜する傾斜面３４６に対して、突起部３５０からの応力が加わる。積層体１０を積層方向Ｌに圧縮する際に、突起部３５０は、傾斜面３４６の上方の高さ方向リップ３４２，３４３、さらに高さ方向リップ３４２に搭載されて支持されている電池セル２に、図７に示されるように上向きの力Ｆを作用する。

上述した説明と一部重複する記載もあるが、実施形態の樹脂枠３および電池モジュール１の特徴的な構成および作用効果についてまとめて説明すると、以下の通りである。

図３，４に示されるように、樹脂枠３は、電池セル２の上面に当接して上面の高さ方向の位置を決める位置決め部３２３，３３３を備えている。図５に示されるように、樹脂枠３は、樹脂枠３の底部に設けられ、電池セル２の厚み方向（電池セル２と樹脂枠３との積層方向Ｌ）に突き出る、突起部３５０を備えている。突起部３５０は、電池セル２の厚み方向（積層方向Ｌ）に対して傾斜して延びている。

図４，５に示される、電池セル２と樹脂枠３とを交互に配置して電池セル２の厚み方向（積層方向Ｌ）に積層した状態では、電池セル２と隣り合う樹脂枠３との間に隙間がある。図６，７に示される、電池セル２と樹脂枠３とを積層方向Ｌに圧縮する圧縮過程で、突起部３５０は、電池セル２の厚み方向（積層方向Ｌ）に隣り合う樹脂枠３と干渉する。積層体１０を積層方向Ｌに圧縮する際に、突起部３５０は、隣り合う樹脂枠３に保持される電池セル２に、上方向の力Ｆを作用する。

電池セル２の上面が、位置決め部３２３，３３３に確実に当接するようになり、位置決め部３２３，３３３によって電池セル２の上面が基準面Ｐ１に位置決めされる。したがって、積層体１０内の電池セル２の、高さ方向Ｈにおける位置ずれが抑制される。電池セル２の上面の位置が安定することにより、隣り合う電池セル２同士を電気的に接続するために正極端子６２および負極端子６３を溶接する工程などの、後工程における、積層体１０の品質不良を低減することができる。

また、突起部３５０が電池セル２に上方向の力Ｆを作用することにより、電池セル２に対して下方向に加わる応力に対する強度（剛性）が向上する。これにより、溶接工程などの後工程において電池セル２に下向きの応力が印加された際の、電池セル２の下方向への位置ずれを抑制することができる。

図５に示されるように、樹脂枠３は、高さ方向リップ３４２，３４３と、傾斜面３４６とをさらに備えている。高さ方向リップ３４２，３４３は、電池セル２の下面を支持する。傾斜面３４６は、高さ方向リップ３４２，３４３よりも下方に設けられている。図６，７に示される圧縮過程で、突起部３５０は、電池セル２の厚み方向（積層方向Ｌ）に隣り合う樹脂枠３の傾斜面３４６に突き当たる。突起部３５０が傾斜面３４６を押圧する力の分力成分として、上向きの力が発生する。これにより、隣り合う樹脂枠３に保持される電池セル２に対し、確実に上方向の力Ｆを作用させることができる。

［第２実施形態］
図８は、第２実施形態に係る、積層時の電池セル２および樹脂枠３の配置を示す模式図である。図９は、図８中に示される領域ＩＸを拡大して示す模式図である。第２実施形態の樹脂枠３は、突起部３５０の形状において、第１実施形態とは異なっている。

具体的には、図９に示されるように、突起部３５０の上面が、電池セル２の厚み方向（積層方向Ｌ）に対して傾斜して延びる傾斜部３５６を構成している。傾斜部３５６は、突起部３５０の先端に向かうにつれて下方に向かうように傾斜している。電池セル２の厚み方向（積層方向Ｌ）に対して傾斜部３５６が傾斜する角度は、電池セル２の下方の傾斜面３４６が傾斜する角度よりも、大きくなっている。

傾斜部３５６と傾斜面３４６との傾斜する角度に差を設けることにより、図８，９に示される積層体１０の圧縮前の積層時点では、突起部３５０が隣り合う樹脂枠３と干渉しない構成とされている。

図１０は、第２実施形態に係る、圧縮時の電池セル２および樹脂枠３の配置を示す模式図である。図１１は、図１０中に示される領域ＸＩを拡大して示す模式図である。傾斜部３５６と傾斜面３４６との傾斜する角度に差を設けることにより、圧縮過程において突起部３５０が傾斜面３４６の下方に誘い込まれ、図１０，１１に示されるように、突起部３５０の傾斜部３５６が隣り合う樹脂枠３の傾斜面３４６と干渉する構成とされている。

第２実施形態の樹脂枠３および電池モジュール１によれば、積層体１０を積層方向Ｌに圧縮する際に、突起部３５０を、隣り合う樹脂枠３と確実に干渉させることができる。このとき突起部３５０が、隣り合う樹脂枠３に保持される電池セル２に、上方向の力Ｆを作用することで、位置決め部３２３，３３３によって電池セル２の上面が基準面Ｐ１に位置決めされる。したがって、積層体１０内の電池セル２の、高さ方向Ｈにおける位置ずれを抑制することができる。

第２実施形態の樹脂枠３において、突起部３５０は先端に向かうにつれて先細る形状を有している。突起部３５０の形状を規定することにより、樹脂枠３の成型性を向上することができる。

［第３実施形態］
図１２は、第３実施形態に係る樹脂枠３の正面図である。図１３は、図１２中に示される領域ＸＩＩＩを拡大して示す模式図である。図１４は、第３実施形態に係る樹脂枠３の背面図である。図１５は、図１４中に示される領域ＸＶを拡大して示す模式図である。図１２，１３には、樹脂枠３の本体部３１０の表面３１１が図示されており、図１４，１５には、樹脂枠３の本体部３１０の裏面３１２が図示されている。

第１および第２実施形態では、突起部３５０が、突起部３５０の先端に向かうにつれて上下方向に向かう傾斜部を有している。これに対し第３実施形態では、電池セル２の厚み方向（積層方向Ｌ）に対して直角方向に、傾斜が設置されている。

具体的には、図１３に示されるように、樹脂枠３は、高さ方向リップ３４２の下方に、幅方向Ｗ（図１３においては図中の左右方向）において樹脂枠３の側壁部３２０から離れるにつれて下方に傾斜する傾斜面３４６を有している。図１５に示されるように、樹脂枠３は底部に、紙面垂直方向手前側に突き出る突起部３５０を有している。突起部３５０は、幅方向Ｗ（図１５においては図中の左右方向）において樹脂枠３の側壁部３２０から離れるにつれて下方に傾斜する傾斜部３５６を有している。

このような構成を備えている第３実施形態の樹脂枠３および電池モジュール１によっても、積層体１０を積層方向Ｌに圧縮する際に、突起部３５０を、隣り合う樹脂枠３と確実に干渉させることができる。このとき突起部３５０が、隣り合う樹脂枠３に保持される電池セル２に、上方向の力Ｆを作用することで、位置決め部３２３，３３３によって電池セル２の上面が基準面Ｐ１に位置決めされる。したがって、積層体１０内の電池セル２の、高さ方向Ｈにおける位置ずれを抑制することができる。

傾斜部３５６と傾斜面３４６との傾斜する角度には差が設けられており、傾斜部３５６が傾斜する角度が傾斜面３４６が傾斜する角度よりも大きくなっている。高さ方向Ｈにおいて傾斜面３４６と傾斜部３５６とが一部重なるように樹脂枠３を形成することで、突起部３５０を隣り合う樹脂枠３の傾斜面３４６に確実に干渉させることができる。

これまでの実施形態の説明においては、電池セル２の上面から正極端子６２および負極端子６３が上方に突き出し、突起部３５０が樹脂枠３の底部に設けられて隣り合う電池セルに上向きの力Ｆを作用することで、電池セル２の上面の位置決めをする例について説明した。上側が実施形態における「一方側」に相当し、下側が実施形態における「他方側」に相当する。この例に限られず、位置決め部３２３，３３３は電池セル２のいずれかの面に当接し、位置決め部３２３，３３３の当接する側とは反対側に突起部３５０が設けられて、隣り合う樹脂枠３と干渉する突起部３５０が電池セル２に対して位置決め部３２３，３３３の当接する側に向かう方向の力を作用する構成としてよい。電池セル２において端子が側面に設けられる場合、位置決め部３２３，３３３は、その端子が設けられた側面を位置決めするものであってよい。

以上のように実施形態について説明を行なったが、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。この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。

１ 電池モジュール、２ 電池セル、３ 樹脂枠、１０ 積層体、４１，４２ エンドプレート、５１，５２ 拘束バンド、６２ 正極端子、６３ 負極端子、３１０ 本体部、３１１ 表面、３１２ 裏面、３２０，３３０ 側壁部、３２１，３３１ 対向面、３２２ 幅方向リップ、３２３，３３３ 位置決め部、３４０ 底部、３４２，３４３ 高さ方向リップ、３４６ 傾斜面、３５０ 突起部、３５６ 傾斜部、Ｈ 高さ方向、Ｌ 積層方向、Ｐ１，Ｐ２ 基準面、Ｗ 幅方向。

Claims (9)

1. 電池セルを保持する樹脂枠であって、
   前記電池セルの一方側の面に当接して前記一方側の面の位置を決める位置決め部と、
   前記樹脂枠の、前記一方側とは反対の他方側に設けられ、前記電池セルの厚み方向に突き出し、前記厚み方向に対して傾斜する傾斜部を有する、突起部と、を備える、樹脂枠。
2. 前記電池セルの前記他方側の面を支持する支持部と、
   前記支持部よりも前記他方側に設けられ、前記厚み方向に対して傾斜する傾斜面とをさらに備える、請求項１に記載の樹脂枠。
3. 前記傾斜部が前記厚み方向に対して傾斜する角度は、前記傾斜面が前記厚み方向に対して傾斜する角度よりも大きい、請求項２に記載の樹脂枠。
4. 前記傾斜部は、前記突起部の先端に向かうにつれて前記他方側に傾斜する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の樹脂枠。
5. 電池セルと、前記電池セルを保持する樹脂枠とを交互に積層した電池モジュールであって、
   前記樹脂枠は、前記電池セルの一方側の面に当接して前記一方側の面の位置を決める位置決め部と、前記樹脂枠の、前記一方側とは反対の他方側に設けられ、前記電池セルと前記樹脂枠との積層方向に突き出し、前記積層方向に対して傾斜する傾斜部を有する、突起部と、を有し、
   前記突起部は、前記積層方向に隣り合う樹脂枠と干渉する、電池モジュール。
6. 前記突起部は、前記積層方向に隣り合う樹脂枠に保持される電池セルに、前記一方側へ向かう方向の力を作用する、請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記樹脂枠は、前記電池セルの前記他方側の面を支持する支持部と、前記支持部よりも前記他方側に設けられ、前記積層方向に対して傾斜する傾斜面とをさらに有する、請求項５または請求項６に記載の電池モジュール。
8. 前記傾斜部が前記積層方向に対して傾斜する角度は、前記傾斜面が前記積層方向に対して傾斜する角度よりも大きい、請求項７に記載の電池モジュール。
9. 前記傾斜部は、前記突起部の先端に向かうにつれて前記他方側に傾斜する、請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の電池モジュール。
   

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