JP2023092149A - 電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】安定した絶縁性を確保可能な電池モジュールを提供する。【解決手段】セパレータから第２の方向に沿って複数の電池セルの反対側に突出する突出部が形成される。拘束部材は、第１の方向に延びるバインドバーと、バインドバーに対して複数の電池セル側に位置し、第３の方向に沿って離間する第１の位置および第２の位置の間にエア流路を形成するように第１の位置および第２の位置においてセパレータに当接する当接部材とを含む。第１の位置は第２の位置に対して筐体の上面に近い側に位置する。突出部は、第１の位置および第２の位置のうち第２の位置にのみ配置され、第２の位置において当接部材に干渉し、当接部材を圧縮変形させるように設けられている。【選択図】図４

Description

本技術は、電池モジュールに関する。
複数の電池セルとセパレータとを積層し、拘束部材によって積層方向の拘束を行うことによりモジュール化した電池モジュールが従来から知られている。従来の電池モジュールの構造は、国際公開２０１８／０４２７６３号（特許文献１）、特開２０１５－０８４３３１号公報（特許文献２）、特開２０１２－１２３９０５号公報（特許文献３）、国際公開２０１９／０３１１６９号（特許文献４）、特開２０１１－０２３１７９号公報（特許文献５）、特開２０２１－０２６８７５号公報（特許文献６）、特開２０１２－０１４９６２号公報（特許文献７）などに示されている。
国際公開２０１８／０４２７６３号 特開２０１５－０８４３３１号公報 特開２０１２－１２３９０５号公報 国際公開２０１９／０３１１６９号 特開２０１１－０２３１７９号公報 特開２０２１－０２６８７５号公報 特開２０１２－０１４９６２号公報
電池モジュールにおける複数の電池セルは、バスバーまたは総端子に接続される電極端子を各々有する。電極端子は各々電位を有する。他方、複数の電池セルを拘束する拘束部材は接地電位となる。したがって、電池セルの電極端子と拘束部材との間には電位差が存在し、両者を互いに絶縁することが求められる。
結露などが生じた場合でも、電極端子と拘束部材との間の絶縁性を安定して確保することが求められる。従来の電池モジュールは、かかる課題に対処し得る必ずしも十分な構成を有していない。
本技術の目的は、安定した絶縁性を確保可能な電池モジュールを提供することにある。
本技術に係る電池モジュールは、第１の方向に配列された複数の電池セルと、複数の電池セルの間に設けられたセパレータと、複数の電池セルを第１の方向に拘束する拘束部材とを備える。複数の電池セルは、第１の方向に直交する第２の方向に沿って並ぶように設けられた２つの電極端子と、第１の方向および第２の方向に直交する第３の方向に沿って対向する上面および下面を有する筐体とを各々含む。２つの電極端子は筐体の上面上に設けられる。セパレータから第２の方向に沿って複数の電池セルの反対側に突出する突出部が形成される。拘束部材は、第１の方向に延びるバインドバーと、バインドバーに対して複数の電池セル側に位置し、第３の方向に沿って離間する第１の位置および第２の位置の間にエア流路を形成するように第１の位置および第２の位置においてセパレータに当接する当接部材とを含む。第１の位置は第２の位置に対して筐体の上面に近い側に位置する。突出部は、第１の位置および第２の位置のうち第２の位置にのみ配置され、第２の位置において当接部材に干渉し、当接部材を圧縮変形させるように設けられている。
本技術によれば、安定した絶縁性を確保可能な電池モジュールを提供することができる。
電池モジュールの斜視図である。 電池モジュールに含まれる電池セルを示す斜視図である。 電池モジュールに含まれる拘束部材の分解斜視図である。 図３におけるＩＶ－ＩＶ断面図である。
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。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。
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、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。
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。
図１は、電池モジュール１の斜視図である。図１に示すように、電池モジュール１は、電池セル１００と、セパレータ部材２００とを含む。
電池セル１００は、角形の電池セルであって、Ｙ軸方向（第１の方向）に沿って複数設けられる。セパレータ部材２００は、複数の電池セル１００の間に設けられる。セパレータ部材２００は、隣接する電池セル１００の意図しない電気的導通を防止する。セパレータ部材２００は、隣接する電池セル１００の電気的絶縁性を確保する。
図２は、電池セル１００を示す斜視図である。図２に示すように、電池セル１００は、角型形状を有する。電池セル１００は、電極端子１１０と、筐体１２０と、ガス排出弁１３０とを有する。
電極端子１１０は、筐体１２０上に形成されている。電極端子１１０は、Ｙ軸方向（第１の方向）に直交するＸ軸方向（第２の方向）に沿って並ぶ正極端子１１１および負極端子１１２を有する。正極端子１１１および負極端子１１２は、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。
筐体１２０は、直方体形状を有し、電池セル１００の外観をなしている。筐体１２０は、図示しない電極体および電解液を収容するケース本体１２０Ａと、ケース本体１２０Ａの開口を封止する封口板１２０Ｂとを含む。封口板１２０Ｂは、溶接によりケース本体１２０Ａに接合される。
筐体１２０は、上面１２１と、下面１２２と、第１側面１２３と、第２側面１２４と、２つの第３側面１２５とを有する。
上面１２１は、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に直交するＺ軸方向（第３の方向）に直交する平面である。上面１２１には、電極端子１１０が配置されている。下面１２２は、Ｚ軸方向に沿って上面１２１に対向している。
第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に直交する平面からなる。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、筐体１２０が有する複数の側面のうちで最も大きい面積を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、矩形形状を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、Ｘ軸方向が長手方向となり、Ｚ軸方向が短手方向となる矩形形状を有する。
複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１００，１００の間において、第１側面１２３どうし、第２側面１２４どうしが向かい合わせとなるように積層されている。これにより、複数の電池セル１００が積層されるＹ軸方向において、正極端子１１１と負極端子１１２とが、交互に並んでいる。
ガス排出弁１３０は、上面１２１に設けられている。ガス排出弁１３０は、電池セル１００の温度が上昇し（熱暴走）、筐体１２０の内部で発生したガスにより筐体１２０の内圧が所定値以上となった場合に、そのガスを筐体１２０の外部に排出する。
図３は、拘束部材４００の分解斜視図である。図３に示すように、電池モジュール１のＹ軸方向の両端にエンドプレート３００が配置されている。エンドプレート３００は、電池モジュール１を収納するケースなどの基台に固定される。
拘束部材４００は、２つのエンドプレート３００を互いに接続する。複数の電池セル１００、セパレータ部材２００およびエンドプレート３００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拘束部材４００をエンドプレート３００に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート３００を接続する拘束部材４００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材４００は、２つのエンドプレート３００を互いに近づける方向に押圧する。
拘束部材４００は、Ｙ軸方向に延びるバインドバー４１０と、バインドバー４１０に対して複数の電池セル側に位置する絶縁カバー４２０およびシール材４３０（当接部材）とを含む。
バインドバー４１０は、Ｙ軸方向の引張力を負担する。バインドバー４１０は、たとえば鉄などの金属により構成され得る。絶縁カバー４２０は、電池セル１００とバインドバー４１０との電気的絶縁を確保するために設けられる。シール材４３０は、電池セル１００とバインドバー４１０との間にエア流路を形成するために設けられる。
なお、図３においては、図示の便宜上、電池セル１００およびエンドプレート３００に対してＸ軸方向の片側にのみ拘束部材４００を配置しているが、拘束部材４００は、電池セル１００およびエンドプレート３００に対してＸ軸方向の両側に設けられる。
図４は、図３におけるＩＶ－ＩＶ断面図である。図４に示すように、セパレータ部材２００は、Ｘ軸方向に沿って電池セル１００の反対側に突出する突出部２１０を有する。突出部２１０は、セパレータ部材２００と一体に形成されるものに限定されず、セパレータ部材２００と別体に形成されたものであってもよい。突出部２１０は、シール材４３０よりも硬質の素材により構成される。突出部２１０は、絶縁性樹脂などにより構成することができ、好ましくはポリプロピレンなどにより構成され得る。
シール材４３０は、絶縁性樹脂などにより構成され得る。シール材は、好ましくは発泡ウレタンなど、吸水機能を有する素材により構成され得る。シール材４３０が吸水機能を有することにより、結露発生時に電極端子１１０の近傍から結露水を効率よく除去することができる。
シール材４３０は、Ａの位置（第１の位置）およびＢの位置（第２の位置）においてセパレータ部材２００に当接する。これにより、Ｚ軸方向に沿って離間するＡの位置およびＢの位置の間において、電池セル１００と拘束部材４００とに挟まれたエア流路を形成することができる。エア流路を流れるエアは、電池セル１００の冷却に寄与する。
図４に示すとおり、Ａの位置は、Ｂの位置に対して筐体１２０の上面１２１に近い側に位置する。セパレータ部材２００の突出部２１０は、Ａの位置およびＢの位置のうちＢの位置にのみ配置される。Ａの位置において、シール材４３０はセパレータ部材２００により圧縮され得る。Ｂの位置においては、セパレータ部材２００の突出部２１０がシール材４３０に干渉する。突出部２１０は、シール材４３０を圧縮変形させるように設けられている。したがって、シール材４３０は、Ｂの位置においてＡの位置よりも強く圧縮されている。
Ａの位置は、筐体１２０の上面１２１の近傍、すなわちケース本体１２０Ａに対する封口板１２０Ｂの接合部の近傍に位置する。Ｂの位置は、筐体１２０の下面１２２の近傍に位置する。より具体的には、Ｂの位置は、筐体１２０の下面１２２と隣接するＲ部の近傍に位置する。ここでいう「近傍」は、当該位置から１０ｍｍ以内程度の範囲を意味する。
電池モジュール１において、電池セル１００の電極端子１１０と拘束部材４００のバインドバー４１０との間には電位差が存在する。両者を互いに絶縁するため、電極端子１１０とバインドバー４１０との間の意図しない導電経路の形成を抑制することが求められる。
電池セル１００の筐体１２０に結露水が付着したとき、筐体１２０の上面１２１側に多くの結露水が残されると、その結露水が電極端子１１０とバインドバー４１０との間の意図しない導電経路の形成要因となり得る。
これに対し、本実施の形態に係る電池モジュール１においては、Ｚ軸方向の上側に位置するＡの位置においてセパレータ部材２００に突出部２１０が設けられていないため、上面１２１側の結露水が第３側面１２５を伝って下面１２２側に流れ落ちやすくなる。この結果、上面１２１近くに多くの結露水が残ることが抑制され、電極端子１１０とバインドバー４１０との間の意図しない導電経路の形成が抑制される。
Ｚ軸方向の下側に位置するＢの位置においては、セパレータ部材２００に突出部２１０が形成され、シール材４３０がより強く圧縮されている。これにより、下側のシール材４３０からのエア漏れがより効果的に抑制され、電池モジュール１の冷却効率を向上させることができる。他方、Ｂの位置においては、第３側面１２５を伝って流れ落ちてきた結露水が溜まりやすい状況にあるが、Ｂの位置は電極端子１１０から遠いため、この位置に結露水が比較的多く残っても、電極端子１１０とバインドバー４１０との間の意図しない導電経路の形成は依然として抑制される。
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。
１ 電池モジュール、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、１２０Ａ ケース本体、１２０Ｂ 封口板、１２１ 上面、１２２ 下面、１２３ 第１側面、１２４ 第２側面、１２５ 第３側面、１３０ ガス排出弁、２００ セパレータ部材、２１０ 突出部、３００ エンドプレート、４００ 拘束部材、４１０ バインドバー、４２０ 絶縁カバー、４３０ シール材。

Claims (6)

  1. 第１の方向に配列された複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルの間に設けられたセパレータと、
    前記複数の電池セルを前記第１の方向に拘束する拘束部材とを備え、
    前記複数の電池セルは、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って並ぶように設けられた２つの電極端子と、前記第１の方向および前記第２の方向に直交する第３の方向に沿って対向する上面および下面を有する筐体とを各々含み、前記２つの電極端子は前記筐体の前記上面上に設けられ、
    前記セパレータから前記第２の方向に沿って前記複数の電池セルの反対側に突出する突出部が形成され、
    前記拘束部材は、前記第１の方向に延びるバインドバーと、前記バインドバーに対して前記複数の電池セル側に位置し、前記第３の方向に沿って離間する第１の位置および第２の位置の間にエア流路を形成するように前記第１の位置および前記第２の位置において前記セパレータに当接する当接部材とを含み、
    前記第１の位置は前記第２の位置に対して前記筐体の前記上面に近い側に位置し、
    前記突出部は、前記第１の位置および前記第２の位置のうち前記第２の位置にのみ配置され、前記第２の位置において前記当接部材に干渉し、前記当接部材を圧縮変形させるように設けられている、電池モジュール。
  2. 前記突出部は前記セパレータと一体に形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記当接部材は吸水機能を有する、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
  4. 前記筐体は、電極体を収容するケース本体と、前記ケース本体の開口を封止する封口板とを含み、
    前記第１の位置は、前記ケース本体に対する前記封口板の接合部の近傍に位置し、
    前記第２の位置は、前記筐体の前記下面の近傍に位置する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  5. 前記当接部材は絶縁性樹脂からなる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
  6. 前記突出部は電気的絶縁性を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電池モジュール。
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