JP5236210B2 - バッテリの電池モジュール構造 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリの電池モジュール構造の技術分野に属する。

従来では、少なくとも１面が開口し内部に薄型電池を積層した扁平型組電池を収容する金属容器本体と、金属容器本体の開口部を閉塞する金属蓋とを備え、容器内部は容器外部と連通し通気性を有する電池収容容器であって、金属容器本体の開口端部周縁と金属蓋の蓋端部周縁とを巻締めて結合している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−９２８８４号公報（第２−８頁、全図）

しかしながら、従来のバッテリの電池モジュール構造にあっては、金属容器本体の開口端部周縁と金属蓋の蓋端部周縁とを巻締めにて結合しているため、容器の側面には巻締めの凸部が形成され、電池モジュールの積層方向が制限される問題があった。また、電池収容容器に電池セルを数枚収容するため、両端の電池セルと内部の電池セルとでは温度にバラツキがおきることが問題であった。さらに、電池セルの枚数が多いので、１モジュールあたりの重量が増加し、組付け作業者への負担が大きくなる問題があった。

本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、より簡易な工法で、且つ１方向からの組付けを行うことができ、電池セル間の温度バラツキを抑えることができ、組付け作業者の負担を軽減できるバッテリの電池モジュール構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、内部空間を形成し、上面を開口した樹脂容器本体と、中央に厚みがあり、周縁に薄い部分を有し、上下に重ねるように前記内部空間に設置される上側扁平型電池及び下側扁平型電池と、上側に配置した上側扁平型組電池と下側に配置した下側扁平型組電池の薄い部分の間で、中央の厚み部分を囲む枠形状の樹脂枠体と、前記樹脂容器本体の開口を閉塞する樹脂蓋部と、を備え、上側に配置した上側扁平型組電池と下側に配置した下側扁平型組電池を、前記樹脂容器本体と前記樹脂枠体、前記樹脂蓋部で上下に挟み込むよう保持する構造にし、外部から前記樹脂容器本体の前記内部空間に連通し、上下対称な形状、大きさで前記樹脂容器本体に設けられた通気手段を備えた、ことを特徴とする。

よって、本発明にあっては、より簡易な工法で、且つ１方向からの組付けを行うことができ、電池セル間の温度バラツキを抑えることができ、組付け作業者の負担を軽減できる。

以下、本発明のバッテリの電池モジュール構造を実現する実施の形態を、請求項１，２，３に係る発明に対応する実施例１と、請求項１，３，４に係る発明に対応する実施例２と、請求項１，３，４に係る発明に対応する実施例３に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１のバッテリの電池モジュールの斜視図である。図２は実施例１のバッテリの電池モジュールの分解斜視図である。
電池モジュール１は、樹脂製で、単数もしくは複数により、例えば車両などに設けられるバッテリを構成するものであり、外部へ電源を供給するための端子を備えたものである。実施例１の電池モジュール１は、アッパーケース２、電池セル３，４、スペーサ５、ロアケース６を主要な構成としている。

アッパーケース２は、広い矩形の板状のもので、周縁近傍に設けられた取付孔２１によりネジの締結で、ロアケース６に取り付けられる。
アッパーケース２の下面には、電池セル３の薄いフィルム周縁部３３を保持するための下方に向かって凹形状を設ける。
電池セル３，４は、電池本体を上下からフィルムで挟むようにして外装され、周辺にフィルムの薄い周縁部が形成し、ここでシールする構造であり、固定用の孔部３１，４１及び位置決めに用いられる位置決め孔部３２，４２が、このフィルム周縁部３３，４３に設けられる。
電池の例としてリチウムイオン電池を挙げておく。

スペーサ５は、樹脂製の矩形枠形状であり、枠外側の大きさは、ロアケース６の内部に嵌入される大きさであり、枠内側の大きさは、電池セル３，４の本体外側となるフィルム周縁部３３，４３の位置となるようにする。
また、スペーサには、位置決めに用いられる位置決め孔部５１を設けるようにする。

ロアケース６は、樹脂製の上方を開放した箱型形状で、全体として薄い板状となるように、広い底面と広い凹部６１を有するものである。ロアケース６には４つの端子６５がインサート成形により設けられており、薄い側部に一端が露呈し、他端が凹部６１の端部位置の底部で露呈する構造にしている。
また、ロアケース６の対向する両側であって、長い側部の下側には、ロアケース６の外部と凹部６１の内部を連通させる通気部６２が複数設けられている。次にロアケース６の対向する両側であって、長い側部の上端には、上辺を下方に凹ませた溝部６３が複数設けられている。

この溝部６３は、ロアケース６を凹部６１に蓋をするようにアッパーケース２が取り付けられることで、ロアケース６の外部と凹部６１の内部を連通させる通気部６４を形成する。
さらに、ロアケース６の凹部６１には、位置決めに用いるロケートピン６１１を設ける。
また、ロアケース６の凹部６１の底部には、電池セル４の薄いフィルム周縁部３３を保持するための下方に向かって凹形状を設ける。

次に組付け構造について説明する。
まず、ロアケース６の凹部６１に電池セル４を、ロケートピン６１１にフィルム周縁部４３の位置決め孔４２を貫入させるように載置し、ロアケース６にインサート成形された端子６５のうちの所定の２つにフィルム周縁部４３の孔部４１によりネジ７で締結する。

そして、次に位置決め孔部５１にロケートピン６１１を挿入するようにして、電池セル４のフィルム周縁部４３上で且つ、ロアケース６の凹部６１に枠形状のスペーサを載置する。
次に、枠形状のスペーサ上に、電池セル３のフィルム周縁部３３を載置し、且つフィルム周縁部３３の位置決め孔部３２にロケートピン６１１を貫入させるようにする。そして、ロアケース６にインサート成形された端子６５のうちの所定の２つにフィルム周縁部３３の孔部３１によりネジ７で締結する。このようにして、ロアケース６の凹部６１に電池セル３を取り付ける。

そして、ロアケース６の凹部６１に蓋をするように、アッパーケース２を、取付孔２１によりネジの締結で取り付ける。このロアケース６とアッパーケース２の取り付けは、熱カシメや接着で接合してもよい。
実施例１の電池モジュール１では、電池セル３，４のフィルム周縁部３３，４３を挟み込むように保持し、電池セル３の上面、電池セル４の下面は、通気部６２，６４により通過する空気流により冷却される構造である。

作用を説明する。
[簡易な工法で組み付ける作用]
実施例１の電池モジュール１は、樹脂製のアッパーケース２、スペーサ５、ロアケース６により、電池セル３，４のフィルム周縁部３３，４３を挟み込むように保持する構造である。
つまり２つの電池セル３，４を１つの電池モジュール１にすることで、比較的余裕のある保持構造にすることができ、許容できる変形量が大きくなる。そして、樹脂製で挟み込む保持構造にすることによっても、許容できる変形量が大きくなる。
さらに、樹脂製であることは、加工が容易であり、一部を熱溶着などにしても、金属製のように、全体への影響は小さい。
よって、アッパーケース２とロアケース６の取り付け方法は、熱カシメ、リベット止め、接着など、簡易な工法で自由度があるようになる。

[１方向からの組付け作用]
実施例１の電池モジュール１は、ロアケース６の凹部６１の端部に並列させるように４つの端子を露出させた配置は重ねないようにする。そして、重ねるように配置する電池セル３，４の端子へフィルム周縁部３３、４３を取り付けるための孔部３１，４１の部分も重ならないようにずらした配置にする。

そして、同じロケートピン６１１に位置決め孔部３２、位置決め孔４２、位置決め孔部５１を貫入させるように組付ける構造にする。
さらに、上記説明のように、アッパーケース２、スペーサ５、ロアケース６により、電池セル３，４のフィルム周縁部３３，４３を上下の組付け方向と同じ方向に挟み込むように保持する構造である。

よって、実施例１の電池モジュール１は、ロアケース６の凹部６１に電池セル４、その上にスペーサ５、その上に電池セル３、そして凹部６１に蓋をするようにアッパーケース２を取り付ける１方向組付けが可能となる。

[電池セル間の温度バラツキを抑える作用]
実施例１の電池モジュール１は、電池セル数を敢えて２つにし、アッパーケース２の対向方向に設けられる複数の通気部６４と、ロアケース６の対向方向に設けられる複数の通気部６２により、上下の電池セル３，４は同じ冷却構造で冷却されることになる。
例えば、通気部６２，６４を設けた対向方向を車両の前後方向にして走行風を取り込む、あるいは外部に設けられる送風手段の送風方向にすることで、電池セル３の上面と電池セル４の下面を冷却する。この場合、内部の冷却面積等は対称な形状であるため、同条件となり、冷却に偏りがない。
また、電池セル３とアッパーケース２の広い面が対面して冷却面となり、電池セル４とロアケース６の２の広い面が対面して冷却面となる。
このように外部との伝熱による冷却条件も同様なものとなり、偏りがない。

つまり、実施例１の電池モジュール１は、電池セル数を敢えて２つにすることで、例えば３つとなると、中央と上下のものでは、どうしても中央に熱が溜めるため、温度バラツキが進むが、実施例１では、均一で、且つ良好な冷却性能が発揮されるため、電池セル間の温度バラツキを抑えることができる。

[組付け作業者の負担を軽減する作用]
実施例１の電池モジュール１は、電池セル数を敢えて２つにしているため、複数積層させている従来に比べて軽量になる。
そのため、電池モジュール１を複数配置してバッテリを構成する際、組付け作業者の負担は軽減されることになる。

[積層の自由度向上作用]
図３は実施例１の電池モジュールを積層させた場合の説明図である。図４は電池モジュールの積層状態の説明図である。
実施例１の電池モジュール１は、ロアケース６にアッパーケース２をネジの締結、熱カシメ、接着、溶着等で固定すればよいため、図３に示すように、厚み方向の側部を下にして立設することができ、またさらに横方向に積層することも容易である。

例えば、ロアケース６とアッパーケース２を巻締めにすると、側方に巻締めによるふちが突出するため、厚み方向の側部を下にして立設することができない。つまり、図４(a)のようにはできない。図４(b)に示すように平積みになる。
このように、実施例１の電池モジュール１は積層の自由度が向上し、例えばスペース上、横方向の積層にしなければ、その装置または車両への搭載ができない場合には、横方向に積層する構成をとることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１のバッテリの電池モジュール構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1)凹部６１を形成し、上面を開口した樹脂製のロアケース６と、中央に厚みがあり、周縁に薄いフィルム周縁部３３，４３を有し、上下に重ねるように凹部６１に設置される電池セル３及び電池セル４と、上側に配置した電池セル３と下側に配置した電池セル４の薄い部分の間で、中央の厚み部分を囲む枠形状で樹脂製のスペーサ５と、樹脂製のロアケース６の開口を閉塞するアッパーケース２と、上側に配置した電池セル３と下側に配置した電池セル４を、樹脂製のロアケース６とスペーサ５、アッパーケース２で上下に挟み込むよう保持する構造にしたため、より簡易な工法で、且つ１方向からの組付けを行うことができ、電池セル間の温度バラツキを抑えることができ、組付け作業者の負担を軽減できる。

(2) (1)において、外部から樹脂製のロアケース６の凹部６１に連通し、上下対称な形状、大きさで樹脂製のロアケース６に設けられた通気部６２，６４を備えたため、充分に冷却性を向上させつつ、電池セル間の温度バラツキを抑えることができる。
(3) (1)又は(2)において、樹脂製のロアケース６の凹部６１の底部に設けられ、上方に突出したロケートピン６１１と、電池セル３と電池セル４、及びスペーサ５に設けられ、ロケートピン６１１が貫入する位置決め孔３１，４２，５１を備えたため、１方向組付けをさらに容易に行うことができる。

実施例２は、アッパーケースとロアケースの一部を金属にし、電池セルに接触させる構造にした例である。
構成を説明する。
図５は実施例２のバッテリの電池モジュールの斜視図である。図６は実施例２のバッテリの電池モジュールの分解斜視図である。
実施例２では、ロアケース６の端子６５を設けた側に対応するアッパーケース２の１辺と反対側のネジ締結を行う部分を樹脂製として、他の部分を金属製の金属部分２２にする。例として、アルミ板に樹脂部分を熱カシメで固定したものを挙げておく。
これにより広い１面の金属部分を形成する。

次にロアケース６は、端子６５や凹部６１、ロケートピン６１１を設けている部分を樹脂製とし、凹部６１の底部となる部分を金属製の金属部分６６にする。例として、アルミ板に樹脂部分を熱カシメで固定したものを挙げておく。
なお、アッパーケース２の金属部分２２と樹脂部分、ロアケース６の金属部分６６と樹脂部分は、インサート成形、接着、など他の工法で固定するものであってもよい。

そして、電池セル３の上面とアッパーケース２の金属部分２２を接触させる構造にし、電池セル４の下面とロアケース６の金属部分６６を接触させる構造にする。
なお、実施例２では、通気部６２，６４を設けていないが、設けてもよく、その際には、金属部分２２，６６の一部を接触しないようにして、通気部６２，６４のよる外部と内部の通風を可能にする構造にすればよい。
その他構成は実施例１と同様であるので説明を省略する。

作用を説明する。
[電池セル間の温度バラツキを抑える作用]
図７は実施例２のバッテリの電池モジュールの断面図である。
実施例２の電池モジュール１は、電池セル数を敢えて２つにし、電池セル３の上面とアッパーケース２の金属部分２２の接触、電池セル４の下面とロアケース６の金属部分６６の接触により、上下の電池セル３，４は同じ冷却構造で冷却されることになる（図７参照）。
つまり、電池セル３の上面と電池セル４の下面を冷却するので、内部の冷却面積等は対称な形状であるため、同条件となり、冷却に偏りがない。

また、金属部分２２，６６との接触は、伝熱性が高く、冷却の効率が高くなる。このように実施例２では、さらに冷却性を向上させ、均一で、且つ良好な冷却性能が発揮されるため、電池セル間の温度バラツキを抑えることができる。

効果を説明する。
実施例２のバッテリの電池モジュール構造にあっては、上記(1),(3)に加えて、以下の効果を有する。
(4) (1)又は(3)において、アッパーケース２及びロアケース６に金属部分２２，６６を設け、電池セル３の上面及び電池セル４の下面に接触させる構造にしたため、電池セル３，４の伝熱による放熱性を向上させ、向上させた冷却性において電池セル間の温度バラツキを抑えることができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので、説明を省略する。

実施例３は、アッパーケースとロアケースの一部を金属にし、電池セルに接触させる構造にした例である。
構成を説明する。
図８は実施例３のバッテリの電池モジュールの斜視図である。図９は実施例３のバッテリの電池モジュールの分解斜視図である。
実施例３では、ロアケース６の端子６５を設けた側に対応するアッパーケース２の１辺と反対側のネジ締結を行う部分を含むように枠形状の樹脂製にし、樹脂枠部分２３とする。そして、樹脂枠内側を金属製の金属部分２２にする。例として、アルミ板をインサート成形したものを挙げておく。これにより広い１面の金属部分を形成する。
その他構成は、実施例２と同様であるので、説明を省略する。

作用を説明する。
[内部膨張への対応性向上作用]
実施例３のバッテリの電池モジュール１は、アッパーケース２を樹脂枠部分２３と金属部分２２からなるようにする。
すると、金属部分２２の変形をより許容できることになる。枠全体で板状の金属部分２２を保持するからである。
金属部分２２は電池セル３の上面に接触させているため、内部の変形や膨張の影響をアッパーケース２が受けることになるが、樹脂枠部分２３で金属部分２２を保持し、より変形を許容するため、内部膨張への対応性が向上する。

効果を説明する。
実施例３のバッテリの電池モジュール構造にあっては、上記(1),(3)に加えて、以下の効果を有する。
(4)´ (1)又は(3)において、アッパーケース２は樹脂製の枠形状である樹脂枠部分２３と、樹脂枠部分２３の枠内側に設けた金属部分２２で構成し、ロアケース６に金属部分６６を設け、電池セル３の上面及び電池セル４の下面に接触させる構造にしたため、内部膨張への対応性を向上させることができつつ、電池セル３，４の伝熱による放熱性を向上させ、向上させた冷却性において電池セル間の温度バラツキを抑えることができる。
その他作用効果は実施例２と同様である。

以上、本発明のバッテリの電池モジュール構造を実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施例１では、ロアケースの端子と電池セルの取り付けはネジの締結にしたが、カシメ接合、溶着的なスポット溶着、超音波接合、摩擦攪拌接合などであってもよい。

実施例１のバッテリの電池モジュールの斜視図である。 実施例１のバッテリの電池モジュールの分解斜視図である。 実施例１の電池モジュールを積層させた場合の説明図である。 電池モジュールの積層状態の説明図である。 実施例２のバッテリの電池モジュールの斜視図である。 実施例２のバッテリの電池モジュールの分解斜視図である。 実施例２のバッテリの電池モジュールの断面図である。 実施例３のバッテリの電池モジュールの斜視図である。 実施例３のバッテリの電池モジュールの分解斜視図である。

符号の説明

１ 電池モジュール
２ アッパーケース
２１ 取付孔
２２ 金属部分
２３ 樹脂枠部分
３ 電池セル
３１ （固定用の）孔部
３２ 位置決め孔部
３３ フィルム周縁部
４ 電池セル
４１ （固定用の）孔部
４２ 位置決め孔部
４３ フィルム周縁部
５ スペーサ
５１ 位置決め孔部
６ ロアケース
６１ 凹部
６１１ ロケートピン
６２ 通気部
６３ 溝部
６４ 通気部
６５ 端子
６６ 金属部分
７ ネジ

Claims (3)

1. 内部空間を形成し、上面を開口した樹脂容器本体と、
   中央に厚みがあり、周縁に薄い部分を有し、上下に重ねるように前記内部空間に設置される上側扁平型組電池及び下側扁平型組電池と、
   上側に配置した上側扁平型組電池と下側に配置した下側扁平型組電池の薄い部分の間で、中央の厚み部分を囲む枠形状の樹脂枠体と、
   前記樹脂容器本体の開口を閉塞する樹脂蓋部と、
   を備え、
   上側に配置した上側扁平型組電池と下側に配置した下側扁平型組電池を、前記樹脂容器本体と前記樹脂枠体、前記樹脂蓋部で上下に挟み込むよう保持する構造にし、
   外部から前記樹脂容器本体の前記内部空間に連通し、上下対称な形状、大きさで前記樹脂容器本体に設けられた通気手段を備えた、
   ことを特徴とするバッテリの電池モジュール構造。
2. 請求項１に記載のバッテリの電池モジュール構造において、
   前記樹脂容器本体の前記内部空間の底部に設けられ、上方に突出した位置決め部と、
   前記上側扁平型組電池と前記下側扁平型組電池、及び前記樹脂枠体に設けられ、前記位置決め部が貫入する位置決め孔と、
   を備えたことを特徴とするバッテリの電池モジュール構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載のバッテリの電池モジュール構造において、
   前記樹脂容器本体又は樹脂蓋部の一部を金属部分とし、前記金属部分を前記上側扁平型組電池の上面又は前記下側扁平型組電池の下面に接触させる構造にした、
   ことを特徴とするバッテリの電池モジュール構造。

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