JP5482882B1 - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池への加圧が弱まることを抑制すること
【解決手段】電池モジュール１０は、電池ホルダ１１に保持された角型電池１２と、角型電池１２を加圧する板部材１３とが交互に並設されている。電池ホルダ１１における角型電池１２の並設方向の部位には、電池ホルダ１１の収容部に開口する開口部が形成されている。開口部には、板部材１３が設けられている。板部材１３の厚み方向第１面１３ａは、電池ホルダ１１から突出している。
【選択図】図２

Description

本発明は、板部材によって二次電池が加圧された電池モジュールに関する。

複数の二次電池を並設した電池モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載の電池モジュールが知られている。
特許文献１に記載の電池モジュールは、複数の電池セルと樹脂製の電池ホルダが交互に並設されている。電池セルの並設方向の両側には、樹脂製のエンドプレートが設けられている。そして、電池モジュールは、電池セルの並設方向に延びる拘束バンドによって電池セルの並設方向に拘束されている。電池セルは、ケースの内部に電極を収容した二次電池であり、充放電可能である。

特開２００８−１５９４３９号公報

ところで、二次電池の充電時には、電極に電子が供給されることで、電極が膨張する。また、二次電池の放電時には、電極から電子が放出されて電極が縮む。二次電池の充放電を繰り返すことで、電極の膨張と収縮が繰り返されると、電極同士の間隔が大きくなってしまったり、電極が歪むことで二次電池の抵抗値が大きくなる。抵抗値が大きくなると、ジュール損も大きくなる。このため、電極の膨張を抑制するために、電池モジュールを二次電池の並設方向に加圧することも考えられるが、この場合、樹脂製の電池ホルダが継続的に加圧されるため、電池ホルダが歪んでしまうおそれがある。そして、電池ホルダが歪むと、二次電池の並設方向への加圧力が弱まるおそれがあり、電極の膨張を適切に抑制できなくなるおそれがある。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次電池への加圧が弱まることを抑制することができる電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決する電池モジュールは、二次電池が収容される収容部を有する電池ホルダと、前記収容部に収容された状態で並設される複数の二次電池と、少なくとも並設方向に隣り合う前記二次電池の間に設けられる金属製の板部材と、前記二次電池及び前記板部材を前記二次電池の並設方向に加圧する加圧部材と、を備え、前記電池ホルダには、前記板部材が嵌合される開口部が形成され、前記板部材は、前記電池ホルダから前記二次電池の並設方向に突出するように前記開口部に嵌合されていることを要旨とする。

これによれば、板部材が、電池ホルダから二次電池の並設方向に突出していることで、電池モジュールが二次電池の並設方向に加圧されたときに、この加圧を受圧する部分は、板部材における電池ホルダから突出している部分となる。このため、加圧によって荷重がかかる部分は、板部材及びこの板部材によって加圧される二次電池となり、電池ホルダは加圧による荷重を受けにくい。このため、加圧による荷重で電池ホルダが変形しにくい。また、加圧を受圧する板部材は、金属製であり、加圧によって変形しにくいため、二次電池への加圧が弱まることが抑制されている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電池モジュールであって、前記開口部は、前記二次電池の電極に対応して形成されていることを要旨とする。
これによれば、二次電池の電極を適切に加圧することができるため、二次電池の充電時などに、電極が膨張することを適切に抑制することができる。

本発明によれば、二次電池への加圧が弱まることを抑制することができる。

実施形態の電池モジュールを示す斜視図。 実施形態の電池モジュールを示す図１の２−２線断面図。 （ａ）及び（ｂ）は実施形態の電池ホルダを示す斜視図。 実施形態の角型電池を示す分解斜視図。 実施形態の電極組立体の分解斜視図。 実施形態の開口部と電極の関係を示す電池ホルダの正面図。

本発明を具体化した一実施形態について図１〜図６にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、電池モジュール１０は、樹脂製の電池ホルダ１１に保持された二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル・水素蓄電池）としての角型電池１２が、その厚み方向に複数並設されている。角型電池１２は、図示しない絶縁シートによって被覆されている。また、電池モジュール１０においては、角型電池１２の厚み方向に角型電池１２と隣り合うように矩形板状をなす板部材１３が設けられている。板部材１３は、その厚み方向に角型電池１２と交互に並設されている。板部材１３は、金属製であり、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金から形成されている。

電池モジュール１０において、電池ホルダ１１に保持された角型電池１２及び板部材１３の並設方向における両端には、板状をなす金属製のエンドプレート１４，１５が設けられている。電池ホルダ１１に保持された角型電池１２及び板部材１３は、エンドプレート１４，１５によって挟持されている。電池ホルダ１１に保持された角型電池１２及び板部材１３は、エンドプレート１４，１５及び全ての電池ホルダ１１を挿通するボルトＢにナットＮを螺合することで、角型電池１２の並設方向に加圧された状態で固定されている。本実施形態において、板部材１３は、各角型電池１２の間に加えて、角型電池１２とエンドプレート１４の間に設けられている。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、電池ホルダ１１は、角型電池１２を保持する四角枠状のホルダ本体２１と、このホルダ本体２１の四隅に設けられた挿通部２２とを有している。以下の説明において、図中の上下方向を電池ホルダ１１の上下方向として説明を行い、図中の左右方向を電池ホルダ１１の左右方向として説明を行う。また、電池ホルダ１１の上下方向及び左右方向に直交する方向を電池ホルダ１１の前後方向とする。なお、図３（ａ）と図３（ｂ）とは、左右及び前後が逆向きとなっている。

ホルダ本体２１は、四角枠状の板保持部４１と、板保持部４１の前端面から前方へ延設され、かつ、上方に開口するＵ字状の電池保持部４２とからなる。板保持部４１は、矩形平板状の下壁部２６と、この下壁部２６の左端から上方へ延びる矩形平板状の左壁部２７と、下壁部２６の右端から上方へ延びる矩形平板状の右壁部２８と、左壁部２７の上端と右壁部２８の上端を結ぶ矩形平板状の上壁部２９とを有している。そして、板保持部４１の内側には、板部材１３が設けられる矩形状の開口部４３が形成されている。下壁部２６、左壁部２７、右壁部２８及び上壁部２９は、全て同一の厚みであり、この厚みは板部材１３よりも若干薄くなっている。すなわち、板部材１３の厚みは、下壁部２６、右壁部２８、左壁部２７及び上壁部２９の厚みよりも厚くなっている。

次に、電池保持部４２について説明する。電池保持部４２は、下壁部２６の前端面から前方へ延び、かつ、下壁部２６の左右方向全体に延びる矩形平板状の下側被覆部２３を有している。また、電池保持部４２は、下側被覆部２３の左端から左壁部２７の前端面に沿って上方に延びる矩形平板状の左側被覆部２４と、下側被覆部２３の右端から右壁部２８の前端面に沿って上方に延びる矩形平板状の右側被覆部２５とを有している。そして、電池保持部４２の内側に収容部Ｓ１が形成され、この収容部Ｓ１に角型電池１２が保持される。

下側被覆部２３の長手方向（左右方向）の寸法ｄ１は、角型電池１２の幅方向（角型電池１２の厚み方向及び高さ方向に直交する方向）の寸法よりも若干大きくなっている。左側被覆部２４の長手方向（上下方向）の寸法ｄ２は、角型電池１２の高さ方向の寸法よりも若干大きくなっている。右側被覆部２５の長手方向（上下方向）の寸法ｄ３は、角型電池１２の高さ方向の寸法よりも若干大きくなっている。下側被覆部２３、左側被覆部２４及び右側被覆部２５の短手方向（前後方向）の寸法ｄ４，ｄ５，ｄ６は、角型電池１２の厚み方向の寸法と略同一となっている。

角型電池１２は、幅方向の面が、左側被覆部２４及び右側被覆部２５によって被覆され、高さ方向の一面が下側被覆部２３によって被覆される。
下壁部２６と下側被覆部２３の左右両下部には、それぞれ、直方体状の挿通部２２が設けられ、上壁部２９の左右両上部には、それぞれ、挿通部２２が設けられている。各挿通部２２には、ボルトＢが挿通される挿通孔２２ａが挿通部２２を前後方向に貫通して設けられている。

なお、電池ホルダ１１の左右方向は、下側被覆部２３、下壁部２６及び上壁部２９の長手方向であり、電池ホルダ１１の上下方向は、左側被覆部２４、左壁部２７、右側被覆部２５及び右壁部２８の長手方向である。また、電池ホルダ１１の前後方向は、下側被覆部２３，左側被覆部２４及び右側被覆部２５の短手方向である。

図４に示すように、角型電池１２は、電極組立体３１と、電極組立体３１を収容するアルミニウム製のケース３２とから構成されている。ケース３２は、電極組立体３１を収容する有底矩形箱状のケース本体３３と、ケース本体３３の開口部を閉塞する矩形板状の蓋部材３４とから構成されている。また、ケース３２内には、電解液が注入されている。

図５に示すように、電極組立体３１は、積層された電極３５の間にセパレータ３６を介在させて隣り合う電極３５同士を絶縁してなる。隣り合う電極３５は、正極及び負極である。電極３５は、金属箔に活物質が塗布されて構成される矩形状の電極本体３７と、金属箔の一端から突設されたタブ３８とから形成されている。

図６に示すように、開口部４３の短手方向の寸法ｄ７は、電極３５における電極本体３７の短手方向の寸法よりも若干大きく、長手方向の寸法ｄ８は、電極本体３７の長手方向の寸法よりも若干大きい。このため、開口部４３に板部材１３が設けられると、電極本体３７の全面（電極３５の積層方向の面の全面）がケース３２のケース本体３３を介して板部材１３と対向する。

図２及び図３に示すように、電池ホルダ１１の収容部Ｓ１に角型電池１２が収容された状態で、角型電池１２の厚み方向第１面１２ａの四方の縁部は、各壁部２６，２７，２８，２９の内面に接触している（図２では、角型電池１２の二つの縁部及び二つの壁部２７，２８のみ図示）。また、電池ホルダ１１は、角型電池１２の並設方向に開口部４３が開口するように位置している。

また、板部材１３は、各壁部２６，２７，２８，２９の厚みよりも板厚が厚くなっているため、開口部４３に板部材１３を設けると、板部材１３は、開口部４３に収まりきらず、その一部が電池ホルダ１１から突出する。本実施形態では、平板状の板部材１３の全体の板厚を各壁部２６，２７，２８，２９の厚みよりも厚くしているため、板部材１３の厚み方向第１面１３ａの全面が電池ホルダ１１から突出している。収容部Ｓ１の寸法と角型電池１２の寸法を略同一の寸法としているため、角型電池１２の厚み方向第１面１２ａが、開口部４３の収容部Ｓ１側を閉塞して、板部材１３が収容部Ｓ１側に突出することが防止されている。

ここで、図２において、説明の便宜上、並設された複数の角型電池１２のうち、任意の角型電池１２を第１の角型電池１２Ｃとし、第１の角型電池１２Ｃに隣り合う角型電池１２を第２の角型電池１２Ｄとする。また、第１の角型電池１２Ｃを保持する電池ホルダ１１を第１の電池ホルダ１１Ｃとし、第２の角型電池１２Ｄを保持する電池ホルダ１１を第２の電池ホルダ１１Ｄとする。

そして、第１の電池ホルダ１１Ｃから突出した板部材１３の厚み方向第１面１３ａは、第２の電池ホルダ１１Ｄに保持された第２の角型電池１２Ｄの厚み方向第２面１２ｂに接触している。板部材１３の厚み方向第１面１３ａが第２の角型電池１２Ｄと接触することで、角型電池１２の並設方向への移動は規制されている。なお、エンドプレート１４と角型電池１２の間に設けられた板部材１３にあっては、厚み方向第１面１３ａはエンドプレート１４に接触している。

隣り合う電池ホルダ１１同士の間には、板部材１３の電池ホルダ１１から突出している厚み分だけ空隙Ｋが形成されている。電池ホルダ１１は、この空隙Ｋの範囲内で、電池ホルダ１１の並設方向に移動可能となっている。なお、この空隙Ｋは、実際には極僅かであるが、説明の都合上図面中では誇張して表現されている。

そして、電池ホルダ１１の収容部Ｓ１に収容されて保持された角型電池１２と板部材１３を交互に並設するとともに、両端にエンドプレート１４，１５が角型電池１２及び板部材１３を挟持するように（角型電池１２の並設方向に）加圧した状態で、ボルトＢ及びナットＮによって電池モジュール１０を固定している。これにより、電池モジュール１０においては、ボルトＢ及びナットＮによって、エンドプレート１４，１５からの加圧力が維持されている。すなわち、ボルトＢ、ナットＮ及びエンドプレート１４，１５が角型電池１２及び板部材１３を加圧する加圧部材として機能している。

次に、本実施形態の電池モジュール１０の作用について説明する。
電池モジュール１０においては、加圧された状態でボルトＢ及びナットＮで固定されることで、角型電池１２の並設方向に継続的に荷重がかかっている。このとき、電池モジュール１０において、荷重がかかる部分は、板部材１３及び角型電池１２の板部材１３と接している部分となる。角型電池１２の充電時などには、電極３５が膨張しようとするが、板部材１３によって角型電池１２が加圧されていることで、この膨張が抑えられている。

また、板部材１３が電池ホルダ１１から突出しているため、電池ホルダ１１には、加圧による荷重がかからない。
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）電池ホルダ１１には、板部材１３が嵌合される開口部４３が設けられている。そして、板部材１３の厚み方向第１面１３ａが、電池ホルダ１１から角型電池１２の並設方向に突出していることで、電池モジュール１０が角型電池１２の並設方向に加圧されたときに、この加圧を受圧する部分は、板部材１３の厚み方向第１面１３ａとなる。このため、加圧によって荷重がかかる部分は、板部材１３及びこの板部材１３によって加圧される角型電池１２となり、電池ホルダ１１は加圧による荷重を受けにくい。このため、加圧による荷重で電池ホルダ１１が変形しにくい。また、加圧を受圧する板部材１３は、金属製であるため、受圧によって変形しにくく、角型電池１２への加圧が弱まりにくい。

（２）開口部４３の面積は、電極本体３７の全面（電極３５の積層方向の面）よりも大きい。このため、開口部４３に板部材１３が設けられると、電極本体３７（電極３５の積層方向の面）の全面がこの板部材１３に対向する。板部材１３が角型電池１２を加圧するときには、板部材１３によって電極本体３７の全体が加圧されるため、電極３５を加圧しやすい。このため、角型電池１２の充電時などに、電極３５が膨張しようとしても、板部材１３による加圧によって適切にこの膨張を抑制することができる。このため、電極３５が膨張することに伴って、電極３５の間隔が大きくなったり、電極３５に歪みが生じることが抑制されている。このため、角型電池１２の抵抗値が増加することが抑制され、ジュール損が大きくなることが抑制されている。

（３）板部材１３は、厚み方向第１面１３ａの全面で角型電池１２（ケース３２）を加圧している。角型電池１２を面で加圧することで、角型電池１２の一部が局所的に加圧されることが抑制されている。このため、電極本体３７を均一に加圧することができる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、開口部４３を、電極３５の積層方向の面の面積よりも大きくすることで、開口部４３を角型電池１２の電極３５と対応させたが、これに限られない。開口部４３を電極３５の積層方向の面の面積と同一にしてもよいし、電極３５の積層方向の面の面積よりも若干小さくしてもよい。すなわち、開口部４３は、板部材１３が電極３５を好適に加圧できる範囲内で電極３５の積層方向の面の面積よりも小さくてもよい。

○ 実施形態において、板部材１３の全体の板圧を各壁部２６，２７，２８の厚みよりも厚くすることで、板部材１３の厚み方向第１面１３ａの全面を電池ホルダ１１から角型電池１２の並設方向に突出させたが、板部材１３の一部の厚みを各壁部２６，２７，２８の厚みよりも厚くすることで、板部材１３の厚み方向第１面１３ａの一部を電池ホルダ１１から突出させてもよい。

○ 実施形態において、板部材１３の形状は、円形状や、三角形や五角形などの多角形状に変更してもよい。
○ 実施形態において、ボルトＢ及びナットＮを設けず、角型電池１２及び板部材１３を交互に並設するとともに、角型電池１２及び板部材１３を筐体に収容してもよい。この場合、エンドプレート１４，１５に対向する筐体の側壁によって角型電池１２及び板部材１３が加圧され、筐体が加圧部材として機能する。また、ボルトＢやナットＮを設けず、エンドプレート１４とエンドプレート１５の間で延びるバンドを用いて加圧を行ってもよい。

○ 実施形態において、角型電池１２の電極体（電極）は捲回式でもよい。具体的にいえば、ケース３２の内部に正極、負極、セパレータそれぞれが連続したものを層状に捲回してなる捲回型の電極体が収容されて構成された角型電池を用いてもよい。この場合であっても、角型電池１２の最も広い面（厚み方向の面）における捲回式の電極と対向する部分と比較して、開口部４３（板部材１３）を大きくしてもよい。

○ 板部材１３は、どのような金属から形成されていてもよい。

Ｂ…ボルト、Ｎ…ナット、Ｓ１…収容部、１０…電池モジュール、１１…電池ホルダ、１２…角型電池、１３…板部材、１３ａ…第１面、１４，１５…エンドプレート、３５…電極、４３…開口部。

Claims (2)

1. 二次電池が収容される収容部を有する電池ホルダと、
   前記収容部に収容された状態で並設される複数の二次電池と、
   少なくとも並設方向に隣り合う前記二次電池の間に設けられる金属製の板部材と、
   前記二次電池及び前記板部材を前記二次電池の並設方向に加圧する加圧部材と、を備え、
   前記電池ホルダには、前記板部材が嵌合される開口部が形成され、
   前記板部材は、前記電池ホルダから前記二次電池の並設方向に突出するように前記開口部に嵌合されていることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記開口部は、前記二次電池の電極に対応して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。