JP4251204B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、扁平型電池を複数積層した電池積層体をモジュールケース内部に収納した電池モジュールに関する。

近年、電気自動車やハイブリッド自動車などの電源として、正極板及び負極板（以下、総称して電極板と記載）を積層して形成された発電要素をラミネートフィルムなどのシート状外装内に封止してなる全体形状扁平型の扁平型電池を、電池厚み方向に複数枚積層して電池積層体を形成し、この電池積層体をケース（以下、モジュールケースと記載）内部に収容した電池モジュール（例えば、特許文献１参照）を用いることが考えられている。

このような電池モジュールにおいては、充放電時に各扁平型電池内部にガスが発生し、このガスが発電要素の電極板間に滞留すると電池の性能が低下するという問題がある。これを防止するために、例えば、特許文献１においては、モジュールケースに、モジュールケース内部方向に膨出変形した内方膨出部を形成し、電池の積層方向端面を加圧することにより、各扁平型電池内部の発電要素の電極板間にガスが滞留するのを防止している。

しかしながら、モジュールケースの重量低減や成形性を考慮して板厚を薄くした場合には内方膨出部の剛性が低く、内方膨出部が電池表面に沿って変形してしまい、電池に適切な面圧を付与することが困難となる。一方、モジュールケースの板厚を厚くして内方膨出部の剛性を上げた場合には、モジュールケースの重量が増加すると共に、成型が困難になるという問題があった。
特開２００６−９２８８４号公報（要約、段落番号「００２９」、図１参照）

本発明は、従来技術に伴う問題を解決するためになされたもので、電池積層体を構成する電池の充放電に伴って発生するガスによる電池性能への影響を極力防止できる電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る電池モジュールは、正極板及び負極板を積層して形成された発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる扁平型電池を、該扁平型電池の厚み方向に複数枚積層して電池積層体を形成し、該電池積層体をモジュールケース内に収容した電池モジュールであって、モジュールケースの電池積層方向に対応する２面の内の少なくとも１方面に、電池積層体の積層方向端面を加圧するように、モジュールケース内方に向って膨出する曲面形状に形成された内方膨出部と、モジュールケースの内方膨出部が形成された面の内方膨出部の周囲に、内方膨出部よりも剛性が低くかつ内方膨出部を弾性的に支持する低剛性部とを備えたことを特徴とする。

本発明は、モジュールケースの電池積層方向に対応する２面の内の少なくとも１方面に、電池積層体の積層方向端面を加圧するように、モジュールケース内方に向って膨出する曲面形状に形成された内方膨出部周囲に、内方膨出部よりも剛性が低くかつ内方膨出部を弾性的に支持する低剛性部を形成したことにより、内方膨出部は、電池積層体の積層方向端面を加圧した状態でもモジュールケース内方に向って膨出する曲面形状を維持して、電池積層体の積層方向端面の中央部を確実に加圧することができ、電池の充放電によって各扁平電池内部にガスが発生した場合に、発電要素の電極間からガスを電極間外部に速やかに押し出すことができ、電池の性能低下を防止することができる。

以下、本発明に係る電池モジュールについて、詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る電池モジュールの一例を示す概略分解斜視図、図２は図１の２−２線に沿う断面に相当する概略断面図、図３は組立時の要部拡大断面図、図４はモジュールの組立状態を示す概略斜視図、図５は図４の５−５線に沿う断面図である。

本実施形態に係る電池モジュールは、図１に示すように、上部が開口された本体ケース３と、本体ケース３の開口部４を閉塞する蓋体２０と有し、本体ケース３と蓋体２０とが、巻き締め加工により結合されなるモジュールケース１の内部に扁平型電池Ｂを複数枚積層した電池積層体２を収納して形成されている。

扁平な電池Ｂは、例えば金属箔と樹脂フィルムを積層して形成したラミネートフィルムからなる電池外装内に、正極及び負極の電極板とセパレータとを積層した発電要素を封止した平面視長方形をしたもので、この電池Ｂを電池の厚み方向に複数積層すると共に、相互に電気的に直列に接続して電池積層体２を形成している。

本体ケース３は、図１，２に示すように、側板部３ａと底板部３ｂとを有する扁平な箱状をしたもので、側板部３ａの短辺側には、切欠き６，７，８が形成され、切欠き６には電池積層体２を構成する電池の内、電気的に最上位（最高電位）の電池のプラス端子に接続されたプラス端子９が、切欠き８には電池積層体２を構成する電池の内、電気的に最下位（最低電位）の電池のマイナス端子に接続されたマイナス端子１０が、切欠き７には各電池の電圧を検出して電池の充放電などを制御するコントローラ（不図示）に接続されたコネクタ（不図示）が接続する電圧測定用のコネクタ１１がそれぞれ対応して設けられている。

蓋体２０は、図１，２に示すように、本体ケース３の開口部４に対応する形状に成形され、外周縁が本体ケース３の側板部３ａと巻き締められ、本体ケース３の開口部４が封止されてモジュールケース１が形成される。

なお、本体ケース３及び蓋体２０は、表面にＰＥＴ樹脂フィルムなどのような電気絶縁性の樹脂により被覆されたアルミニウム合金板により成形されている。アルミニウム合金板としては、厚さ０．５ｍｍの５０５２ＡＬ材、ＰＥＴ樹脂フィルムは２０ミクロン程度のものが用いられる。

特に、本実施形態では、蓋体２０と本体ケース３の底板部３ｂに、図１，２に示すような、電池積層体２の積層方向の端面２ａを加圧するようにモジュールケース１内方に膨出変形された内方膨出部２１と、内方膨出部２１の周囲に設けられ、内方膨出部２１を弾性的に支持する低剛性部と、内方膨出部２１の低剛性部より高剛性の高剛性部が形成されている。

内方膨出部２１は、電池積層体２の電池積層方向端面２ａ全体を押圧するものではなく、端面２ａの中央部分をより強力に押圧するもので、電池積層体２の外形よりやや小さく、キャンバー形状となっている。ここにおいて、キャンバー形状とは、図示するように、断面曲面状であり、いわゆる中凹形状である。

低剛性部とは、内方膨出部２１が電池積層体２の端面２ａを押圧した際に、内方膨出部２１のキャンバー形状を保ったまま弾性変形し易くした部分のことをいい、本実施形態では、内方膨出部２１の周囲を、いわば凸状に外方膨出することにより形成している。つまり、板材を凸状に外方膨出成形し、平坦部２３と、この平坦部２３の内外周に形成された立ち上がり部２５とを有するように成形している。

さらに詳述すると、内方膨出部２１は、ケース内方に膨出した曲面形状であり、平坦部２３は、電池積層体２の端面２ａに対して略平行な平坦面であるため、この平坦部２３は、内方膨出部２１が電池積層体２の端面２ａを加圧した場合に電池積層体２から受ける力に対して内方膨出部２１よりも低剛性の、弾性変形し易い低剛性部である。

一方、立ち上がり部２５は、電池積層体２の端面２ａに対して略垂直な面であるため、電池積層体２から受ける力に対して内方膨出部２１及び平坦部２３よりも剛性が高く、変形し難い高剛性部である。

このように板材を外方に膨出成形すると、内部に（モジュールケース１と電池積層体２との間に）空間部２６ができる。このような空間部２６が電池積層体２の外周縁部に存在すると、電池積層体２の充放電によって発生する熱がモジュールケース１に伝熱し難くなり、モジュールケース１を介しての放電量が低下するため、後に詳述する通風口２７（連通孔）の開設によりモジュールケース１外部から冷却用の空気を導入して電池積層体２を冷却している。

平坦部２３と電池積層体２との位置関係は、電池積層体２の端面２ａの外周部が平坦部２３に対応する位置に存在するようにしている。つまり、電池積層体２の外周と立ち上がり部２５との間を所定距離Ｘだけ離間させると、振動や外力が作用したとき、立ち上がり部２５の角部と電池積層体２との衝突を防止できることになる。

また、図３に示すように、内方膨出部２１の外周縁２４と平坦部２３との間の内角θを鈍角にしている。このようにすると、内方膨出部２１の外周縁２４と平坦部２３との間の角度が変化し易くなり、本体ケース３と蓋体２０とを巻き締め加工により結合して、キャンバー形状をした内方膨出部２１の腹面２１ａが電池積層体２の端面２ａを押圧した際に、キャンバー形状を保ったまま、電池積層体２の端面２ａの中央部を確実に押圧して発電要素の電極間にガスが溜まることを防止し、電池Ｂの性能低下を抑制することができる。なお、ここで、「キャンバー形状を保つ（維持する）」とは、厳密に形状変形がないことを意味するものではなく、電池積層体２の端面２ａ全体を押圧するように変形して端面２ａの中央部を確実に押圧する機能が失われるような変形が発生しないことを意味しており、したがって、その機能が失われることのない若干の変形は許容される。

また、外部から何らかの力が作用した場合においても、変形するのは平坦部２３及び内方膨出部２１の外周縁２４と平坦部２３との間の角度のみであり、内方膨出部２１のキャンバー形状は常時維持され、電池積層体２の中央部を確実に押圧し、ガスを発電要素の電極間から排除する能力が低下することがない。

平坦部２３の外周側の立ち上がり部２５には、図３，４，５に示すように、通風口２７が形成されている。空間部２６は、電池積層体２からモジュールケース１の伝熱を阻害する虞があるが、本実施形態では、ここに通風口２７を適数個形成し、外部を流通している冷却風（矢印）をモジュールケース１内に導入し、空間部２６を通って外部に流出させ、充放電に伴って各電池の発電要素から生じる熱（すなわち、電池積層体２から発生する熱）を除去している。通風口２７は、立ち上がり部２５ではどこに形成してもよいが、冷却風の流れ方向の上流側と下流側に位置するように開設することが好ましい。

次に作用を説明する。

図６は電池積層体と内方膨出部との関係を示す説明図で、（Ａ）は電池積層体をモジュールケース１内にセットした状態、（Ｂ）は本体ケースに蓋体を巻き締め加工した状態を示している。

複数の扁平型電池Ｂを、電池の厚み方向に積層すると共に電気的に直列に接続して電池積層体２を形成する。電池積層体２に、プラス端子９、マイナス端子１０及びコネクタ１１を取り付けた後、これを本体ケース３内に収納する。そして、本体ケース３の開口部４を閉塞するように蓋体２０を載置する（図６（Ａ））。

次に、本体ケース３の側板部３ａと蓋体２０の外周縁部とを巻き締めし、両者を連結すると、図６（Ｂ）に示すように、キャンバー形状に成形されている内方膨出部２１は、その腹面２１ａが、電池積層体２の端面２ａの中央部を加圧することになる。なお、図１に符号「Ｓ」で示す、スペーサなどを使用し、内方膨出部２１が電池積層体２の端面２ａの中央部を加圧する力をある程度調節することもできる。

この結果、電池積層体２は、蓋体２０の内方膨出部２１と本体ケース３の底面部３ｂとの間で挟圧され、電池２が充放電したときに発生するガスは、発電要素の電極間に溜まることなく外部に押し出され、電池の性能に悪影響を及ぼすことはない。

電池モジュールに振動などによる外力が作用した場合には、電池積層体２は、モジュールケース１の巻き締めした部分に平坦部２３（低剛性部）を介して弾性的に支持されているので、変形するのは平坦部２３及びその周辺部分のみとなり、内方膨出部２１のキャンバー形状は常時維持され、ガスを発電要素の電極間から排除する能力が低下することはない。

しかも、内方膨出部２１の外周縁２４と平坦部２３との間の内角θは鈍角であるので、大きな外力などが作用しても平坦部２３の弾性変形と、内方膨出部２１の外周縁２４と平坦部２３との間の角度の変化で吸収でき、電池積層体２が損傷を受ける虞もない。

一方、モジュールケース１の外部を流通している冷却風は、図４，５に示すように、モジュールケース１の平坦な面から膨出された立ち上がり部２５に開設された上流側の通風口２７から流入し、モジュールケース１内の空間部２６を通り、下流側の通風口２７から流出することになり、電池積層体２を直接的に冷却する。この冷却により電池積層体２の温度上昇が抑制され、電池の性能が低下することが防止される。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、上述した実施形態では、低剛性部は、平坦部２３により形成しているが、これのみでなく、例えば、モジュールケース１の板厚を薄くすることにより剛性を弱めたもの、あるいはジャバラ状に成形したものなどであってもよく、外力により変形し易いものであればよい。

また、前記実施形態では、蓋体２０と本体ケース３の底板部３ｂの両者に内方膨出部２１と平坦部２３及び立ち上がり部２５を形成しているが、必ずしもこれのみでなく、いずれか一方であってもよい。

本発明は、電池の発電要素から生じるガスに起因する電池性能の低下を確実に抑制することができる。

発明の実施形態に係る電池モジュールの一例を示す概略分解斜視図である。 図１の２−２線に沿う断面に相当する概略断面図である。 組立時の要部拡大断面図である。 モジュールの組立状態を示す概略斜視図である。 図４の５−５線に沿う断面図である。 電池積層体と内方膨出部との関係を示す説明図で、（Ａ）は電池積層体をモジュールケース内にセットした状態、（Ｂ）は本体ケースに蓋体を巻き締め加工した状態を示している。

符号の説明

１…モジュールケース、
２…電池積層体、
２ａ…端面、
３…本体ケース、
３ｂ…底板部、
２０…蓋体、
２１…内方膨出部、
２１ａ…内方膨出部の腹面、
２３…平坦部、
２５…立ち上がり部、
２６…空間部、
２７…通風口、
Ｂ…電池、
θ…立ち上がり部と平坦部との間の内角。

Claims (9)

1. 正極板及び負極板を積層して形成された発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる扁平型電池を、該扁平型電池の厚み方向に複数枚積層して電池積層体を形成し、該電池積層体をモジュールケース内に収納した電池モジュールであって、
   前記モジュールケースは、該モジュールケースの電池積層方向に対応する２面の内の少なくとも１方面に、前記電池積層体の前記電池積層方向端面を加圧するように、前記モジュールケース内方に向って膨出する曲面形状に形成された内方膨出部と、前記モジュールケースの内方膨出部が形成された面の前記内方膨出部の周囲に、前記内方膨出部よりも剛性が低くかつ前記内方膨出部を弾性的に支持する低剛性部と、を備えたことを特徴とする電池モジュール。
2. 前記低剛性部の周囲には、前記内方膨出部及び低剛性部よりも高剛性の高剛性部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記低剛性部は、前記曲面形状の内方膨出部周囲に連接して形成された平面形状の平坦部であって、前記高剛性部は、前記モジュールケースの内方膨出部が形成された面の前記平坦部周囲をモジュールケース内部方向に向って折曲して形成した立ち上がり部であることを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記平坦部は、前記電池積層方向に対して直交する方向において、前記電池積層体の端部に位置することを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記内方膨出部と平坦部との間の内角を鈍角に形成したことを特徴とする請求項３又は４に記載の電池モジュール。
6. 前記立ち上がり部には、前記モジュールケース内部と外部に連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の電池モジュール。
7. 前記モジュールケース外表面を流通する冷却風が供給され、前記連通孔は前記冷却風をモジュールケース内部に導入することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の電池モジュール。
8. 前記連通孔は、前記冷却風の流通方向上流側と下流側に設けられていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の電池モジュール。
9. 前記モジュールケースは、前記電池積層方向が開口した凹部を有する本体ケースと前記本体ケースの開口を封止する蓋体とを有し、前記本体ケースの開口周縁と蓋体周縁とを巻き締めによって結合して形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電池モジュール。

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