JP5575209B2

JP5575209B2 - 電池モジュール

Info

Publication number: JP5575209B2
Application number: JP2012255698A
Authority: JP
Inventors: 大介智葉
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: CN104756280A; US20150287963A1; EP2911216A1; JP2014103051A; US9728753B2; WO2014080797A1; EP2911216A4

Description

この発明は、複数の単電池を配列した組電池を備える電池モジュールに関するものである。

複数の単電池を配列した組電池を備える電池モジュールにおいて、組電池を下方から支持する底板部材を備えたものが知られている。この種の電池モジュールにあっては、組電池を効率よく冷却するために、底板部材に、冷却風が通り抜ける貫通孔を上下方向に穿設する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−０９６３９８号公報

しかしながら、上記電池モジュールは、上下方向に貫通孔を穿設しているため、下方から水が浸入する虞がある。また、組電池を冷却する時に、結露が生じる場合があり、この結露による水が落ちて、底板部材上に水が溜まる虞がある。そのため、隣り合う単電池同士が水を介して電気的に接続されてしまい、この電気接続に起因する腐食等の不具合が発生する虞があるという課題がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、隣り合う単電池のケース間が電気的に接続されるのを抑制して、腐食等の不具合が発生するのを防止可能な電池モジュールを提供するものである。

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係る電池モジュールは、複数の単電池を該単電池の厚さ方向に配列して備える組電池と、該組電池を支持する底板部材と、を備え、前記底板部材は、前記単電池の配列方向に交差する方向、且つ、前記底板部材の延在方向に、前記底板部材上の液体を流して前記底板部材の外側に排出させる排出手段を備え、前記排出手段は、前記液体を排出させる方向に向かって傾斜する第一傾斜面を備える。
このように構成することで、底板部材によって結露などに起因する水などの液体が単電池の配列方向に交差する方向、且つ、底板部材の延在方向に排出され、隣り合う単電池間に渡って液体が溜まることを防止できる。

また、第一傾斜面の傾斜に沿って液体を自重で底板部材上から排出することができる。

さらに、この発明に係る電池モジュールは、上記電池モジュールにおいて、前記底板部材が、前記単電池の底面から離間する方向に窪んで前記液体を排出させる方向に延びる溝部と、前記単電池の底面に当接する支持部と、を備え、前記溝部が、前記単電池の配列方向で隣り合う前記支持部の間に設けられるようにしてもよい。
このように構成することで、支持部によって単電池の底面を支持しつつ、単電池に付着している液体が下方に流れた場合には溝部に液体が流れ込むため、微小な揺れ等が生じたとしても当該溝部に流れ込んだ液体が再度単電池に付着することを防止できる。

さらに、この発明に係る電池モジュールは、上記電池モジュールにおいて、前記溝部が、該溝部の底部に前記液体を排出させる方向に向かって傾斜する第一傾斜面を備えるようにしてもよい。
このように構成することで、溝部に流れ込んだ液体を第一傾斜面によって円滑に排出することができる。

さらに、この発明に係る電池モジュールは、上記電池モジュールにおいて、前記底板部材が、前記支持部から前記溝部に向けて、前記単電池の底面から離間するように傾斜する第二傾斜面を備えるようにしてもよい。
このように構成することで、単電池から第二傾斜面上に流下した液体を、その自重により溝部に向かって円滑に導くことができる。

さらに、この発明に係る電池モジュールは、上記電池モジュールにおいて、前記支持部が、前記単電池の配列方向に交差する方向、且つ、前記底板部材の延在方向で、前記単電池の底面に線状に当接するようにしてもよい。
このように構成することで、単電池と支持部との接触面積を低減することができるため、これら単電池と支持部との間に液体が滞留することを抑制して、単電池同士が電気的に接続されることを防止できる。

さらに、この発明に係る電池モジュールは、上記電池モジュールにおいて、隣り合う前記単電池のケース間に、該単電池のケース間を電気的に絶縁する絶縁板を備え、該絶縁板の前記底板部材側の縁部全体が前記底板部材に当接するようにしてもよい。
このように構成することで、隣り合う単電池が電気的に接続されるのを防止できると共に、絶縁板によって隣り合う単電池間における液体の行き来を遮断することができる。

さらに、この発明に係る電池モジュールは、上記電池モジュールにおいて、前記絶縁板の間に、前記排出手段を設けてもよい。
このように構成することで、絶縁板によって隣り合う単電池間の液体の行き来を遮断できると共に、排出手段によって絶縁板の間に流れ込んだ流体を排出することができる。

この発明に係る電池モジュールによれば、隣り合う単電池のケース間が電気的に接続されるのを抑制して、腐食等の不具合が発生するのを防止することができる。

この発明の第一実施形態における電池モジュールの斜視図である。上記電池モジュールの支持プレートを示す斜視図である。上記支持プレートが支持する単電池の下部を拡大した斜視図である。上記単電池間に配置される絶縁部材と支持プレートとの当接状態を示す部分断面図である。上記図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。この発明の第二実施形態における単電池間の絶縁部材を示す斜視図である。上記第二実施形態における図５に相当する断面図である。上記図７のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。上記第一実施形態の変形例における図５に相当する断面図である。上記第二実施形態の変形例における図８に相当する断面図である。

次に、この発明の第一実施形態における電池モジュール１について図面に基づき説明する。
図１は、この実施形態の電池モジュール１を示している。図１に示すように、電池モジュール１は、複数の単電池１０を、その厚さ方向に一列に配列した組電池１１を備えている。単電池１０は、上部に電極（図示せず）を備えた略直方体状に形成されている。各単電池１０の上記電極は、タイバー（図示せず）等によって直列又は並列接続されている。また、組電池１１は、隣り合う単電池１０間に、平板状の絶縁部材（絶縁板）１２を備えている。これら絶縁部材は、主に、各単電池１０のケースＣの対向する壁面同士を電気的に絶縁している。

電池モジュール１は、組電池１１を収容するケーシング１３を備えている。
ケーシング１３は、組電池１１の上部および下部を囲繞する２つの帯状のサイドフレーム１４と、これら２つのサイドフレーム１４を単電池１０の配列方向（以下、単に配列方向と称する）の両端部で結合する上下方向に延びる略帯状の各２つのサポートフレーム１５とを備えている。

また、ケーシング１３は、配列方向の両端部に、組電池１１の端面を覆うサイドプレート１６を有している。これらサイドプレート１６は、その下縁に配列方向内側に屈曲されたフランジ部１７を有し、これらフランジ部１７が、組電池１１の底面３４側に回り込むように配置されている。また、サイドプレート１６には、上記サイドフレーム１４が固定されており、これらサイドプレート１６の配列方向内側には、インナープレート１９が配されている。これらインナープレート１９は、幅方向の外側縁がそれぞれ組電池１１の幅方向の側面側に回りこむように屈曲された屈曲部１８を備えている。なお、単電池１０の配列方向に交差する方向、且つ、後述する支持プレート３０の延在方向を、単に幅方向と称している。

ケーシング１３は、更に組電池１１の上部を覆う上部カバー２０を有している。この上部カバー２０は、単電池１０の各電極およびタイバーに水や塵埃等が付着するのを防止するためのものであり、この上部カバー２０に形成された上部傾斜面２１には、電気的な接続を行う配線を挿通するためのアクセスホール２２が形成されている。また、ケーシング１３は、組電池１１を下方から支持する支持プレート（底板部材）３０を備えている。この支持プレート３０は、配列方向の両側に支持板部３０ａを備え、この支持板部３０ａがサイドプレート１６のフランジ部１７によって支持されている。

図２に示すように支持プレート３０は、組電池１１の底面３４を下方から支持する主板部３１と、この主板部３１の上記配列方向と直交する幅方向の両側から上方に向かって立ち上がるように形成される側壁部３２とを備えている。側壁部３２は、主に組電池１１が幅方向へ変位するのを規制している

図２、図３に示すように、主板部３１には、支持プレート３０上に存在する水などの液体をその自重により排出させる複数の排出部（排出手段）３３が設けられている。これら排出部３３は、配列方向に並んで形成されている。排出部３３は、単電池１０の底面３４に対して、配列方向の中央で線状に当接する第一支持部３５を備える支持部３６と、第一支持部３５から配列方向両側に向かって下るように形成された配列側傾斜面３７と、配列側傾斜面３７の下縁に接続されて幅方向外側に向かって下るように傾斜する幅側傾斜面３８（第一傾斜面）とを備えている。

更に、配列方向で隣り合う第一支持部３５の間には、隣接する各単電池１０の対向面３９（図５参照）の下方の位置に、幅方向に向かって延びる溝部４０が形成されている。これら溝部４０は、単電池１０の底面３４から離間する方向に窪むように形成され、その溝底面４１（第一傾斜面）が、幅方向外側に向かって下るように傾斜して形成されている。また、溝部４０の幅は、各単電池１０の外郭を形成するケースＣ間の隙間よりも十分に大きな略一定幅で形成されている。そして、上述した配列側傾斜面（第二傾斜面）３７は、第一支持部３５から溝部４０に向けて単電池１０の底面３４から離間するように傾斜している。なお、第一傾斜面とは、水を排出させる方向に向かって傾斜している面であり、幅側傾斜面３７及び溝底面４１である。以下、幅側傾斜面３７及び溝底面４１の双方が傾斜している場合を例にとって説明するが、これに限られず、例えば、幅側傾斜面３７が溝部４０に向かって傾斜している場合や、溝底面４１を傾斜させずに水平にしておいてもよい。また、配列側傾斜面３８は、第一支持部３５から配列方向両側に向かって下るように形成されている場合に限られず、例えば、配列側傾斜面３８を、幅側傾斜面３７とともに省略してもよい。

また、上記支持部３６は、単電池１０の底面３４に対して幅方向の中央で線状に当接する第二支持部４２を備えている。第二支持部４２は、溝部４０が形成される箇所を除いて配列方向に断続的に形成されており、上記幅側傾斜面３８は、この第二支持部４２から幅方向両側に向かって下るように傾斜している。溝底面４１は、幅方向の中央部が最も高くなり、幅方向両側に向かって下るように傾斜している。溝底面４１の幅方向の中央部は、上記幅側傾斜面３８の幅方向中央部によりも上下方向で下方に配置される。なお、幅側傾斜面３８および配列側傾斜面３７は平面に限られず、僅かに凹状や凸状の曲面であってもよい。

配列側傾斜面３７は、その配列方向の幅寸法が、幅方向中央に向かうほど細く形成されている。一方で、配列側傾斜面３７は、その配列方向の幅寸法が、幅方向外側に向かうほど細く形成されている。また、配列方向で隣接する２つの配列側傾斜面３７によって形成される稜線が上記第一支持部３５を構成し、幅方向で隣接する２つの幅側傾斜面３８によって形成される稜線が上記第二支持部４２を構成している。

側壁部３２は、上記配列側傾斜面３７および第一支持部３５の幅方向外側の縁部から上方に向かって立ち上がる複数の縦壁４３を有している。これら縦壁４３の幅方向の内側面４４（図３参照）は、配列側傾斜面３７および第一支持部３５と、凹曲面４５を介して連なっている。さらに、側壁部３２には、隣り合う縦壁４３の上部同士を渡るようにして上部接続部４６が形成されており、この上部接続部４６の下辺と縦壁４３の対向する２つの辺部と主板部３１の側辺部により幅方向外側に向かって側壁部３２の内側と外側とを貫通する貫通孔４７が形成されている。なお、内側面４４と配列側傾斜面３７および第一支持部３５とを、凹曲面４５により接続する一例を説明したが、これに限られるものではない。

図３に示すように、各単電池１０の間に配置される上記絶縁部材１２は、幅側傾斜面３８の配列方向略中央、より具体的には、溝部４０の配列方向略中央に配置されている。また、図４に示すように、絶縁部材１２は、溝底面４１に密着するように、換言すれば、溝底面４１側の縁部全体が溝底面４１に当接するように、溝底面４１の傾斜に対応した形状を備えている。すなわち、絶縁部材１２の下縁は、幅方向中央部から、幅方向両側下方に向かって傾斜する傾斜底面４８を備えている。

この実施形態における電池モジュールは上記構成を備えており、次に、この電池モジュールの作用について図面を参照しながら説明する。なお、この作用の説明では、組電池１１を冷却風により冷却することなどで結露が生じて、この結露により生じた水が、支持プレート３０上に落ちて排出される場合を一例に説明する。
まず、単電池１０の表面に付着している水が、その自重により側面を伝って底面３４側に移動する。すると、主に単電池１０の下側の角部と、底面３４の支持部３６に当接する箇所との間から、支持プレート３０上に滴下または支持部３６を伝って流下する。

この際、配列側傾斜面３７の上に滴下又は第一支持部３５を介して流下した水は、図２中、矢印で示すように、その自重により配列側傾斜面３７に沿って配列方向下側に向かって流れ、幅側傾斜面３８上に移動する。
一方で、幅側傾斜面３８の上に滴下又は第二支持部４２を介して流下した水は、その自重により、幅側傾斜面３８に沿って幅方向の外側の下方に向かって流れ、幅側傾斜面３８が幅方向外側ほど細くなることなどにより、その殆どが溝部４０へと流入する。

溝部４０の内側に、直接滴下した水、絶縁部材１２を伝って流下した水、および、幅側傾斜面３８から流れ込んだ水は、その自重により溝部４０の溝底面４１の傾斜に沿って幅方向の外側かつ下側に向かって流れて、側壁部３２の貫通孔４７から、支持プレート３０の幅方向の外側へ排出されることとなる。溝部４０内の水は、絶縁部材１２によって配列方向への移動が規制されており、２つの隣り合う単電池１０から発生した水が互いに混ざらないようになっている。

したがって、上述した第一実施形態の電池モジュールによれば、結露などに起因する水が支持プレート３０によって幅方向外側に排出され、隣り合う単電池１０間に渡るようにして水が溜まることを防止できるため、隣り合う単電池１０のケース間が電気的に接続されるのを抑制して、腐食等の不具合が発生するのを防止することが可能となる。

また、配列側傾斜面３７や幅側傾斜面３８の傾斜に沿って水を自重で移動させることができるため、簡単な構成で支持プレート３０上の水を排出することができる。
さらに、溝部４０が支持部３６の間に配置されることで、支持部３６によって各単電池１０の底面３４を支持することができるとともに、各単電池１０に付着している水が下方に流れた場合には、当該水を溝部４０に流れ込ませることができるため、微小な揺れ等が生じたとしても当該溝部４０に流れ込んだ水が再度単電池１０に付着することを防止できる。

また、溝部４０の溝底面４１が傾斜していることで、溝部４０に流れ込んだ水を円滑に支持プレート３０上から排出することができる。さらに、支持プレート３０に上下方向の貫通孔が形成されないので、下方からの水の浸入を防止することが可能となる。
また、幅側傾斜面３８および、溝底面４１が幅方向中央から外側に向かって傾斜しているため、これら幅側傾斜面３８、および、溝底面４１の上に滴下又は流れ込んだ水を最短距離で支持プレート３０の幅方向外側に排出することが可能となり、水を迅速に排出することができる。
なお、上述した第一実施形態においては、幅側傾斜面３８が幅方向の中央部から外側に向かって傾斜する場合について説明したが、幅方向の一側から他側に向かって傾斜するように形成してもよい。

次に、この発明の第二実施形態の電池モジュールについて、図面に基づき説明する。なお、この第二実施形態は、支持プレート上から水を排出する際に水の自重を積極的に利用しない点で上述した第一実施形態と異なるため、同一部分に同一符号を付して説明する。
図６に示すように、この第二実施形態の電池モジュールは、単電池１０のケース間にそれぞれ絶縁部材２１２を備えている。絶縁部材２１２は、各単電池１０のケース間に上下方向に空気を流すための空気通路５０を備えている。これら空気通路５０には、図示しないブロアなどの空気供給手段から空気が供給されて、上方から下方に向かって空気が流れるようになっている（図６中、矢印で示す）。

図７に示すように、組電池１１を下方から支持する支持プレート（底板部材）２３０には、単電池１０の底面３４の配列方向の略中央部を下方から支持する支持部３６と、これら支持部３６間に形成され、底面３４から離間する方向に窪んで形成された溝部２４０とを備えている。なお、図示を省略するが、この第二実施形態の支持プレート２３０も、上述した第一実施形態と同様に側壁部３２（図２参照）を有しており、溝部２４０が形成された位置に貫通部４７が形成されている。

図８を併せて参照し、上記溝部２４０は、単電池１０の底面３４と略平行に延びる溝底面２４１を有している。上述した絶縁部材２１２の下縁は、溝底面２４１と上下方向で所定間隔をあけて配置される。これら絶縁部材２１２の空気通路５０を通じて下縁から吹出される空気は、それぞれ溝部２４０に案内されて、貫通孔４７から支持プレート２３０の幅方向外側へと排出されるようになっている。

したがって、上述した第二実施形態の電池モジュールによれば、溝部２４０に滴下又は流れ込んだ水が、絶縁部材２１２の空気通路５０を通じて供給された空気によって、幅方向外側へ吹き飛ばされて、支持プレート２３０の幅方向外側へと排出されるので、隣り合う単電池１０のケース間に水が滞留することを防止して隣り合う単電池１０のケース間が電気的に接続されることを抑制できるため、腐食等の不具合が発生するのを防止することができる。

なお、この発明は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した第一実施形態においては、幅側傾斜面３８に溝部４０を形成する一例を説明したが、溝部４０を省略するようにしてもよい。この場合、幅側傾斜面３８の幅方向端部における配列方向の寸法を貫通孔４８の配列方向の寸法と略同一とすればよい。

また、第一実施形態においては、単電池１０の配列方向中央部に第一支持部３５が当接する場合について説明したが、隣り合う第一支持部３５の間に配列側傾斜面３７、幅側傾斜面３８、および、溝部４０が形成されればよく、例えば、図９に示す変形例のように、単電池１０の底面３４の配列方向両端部に支持部１３６が当接して、底面３４の配列方向中央の下方に溝部４０が配されるようにしてもよい。この場合も、隣り合う単電池１０の間、すなわち絶縁部材１２が支持プレート（底板部材）３３０に当接する位置から配列方向に離間するように水が流下するため、隣り合う単電池１０間に渡って水が溜まるのを防止することができる。なお、図９に示す変形例についても、溝部４０を省略するようにしてもよい。

さらに、上述した第二実施形態においては、絶縁部材１２に空気通路５０を設ける場合について説明したが、隣り合う単電池１０間の電気的絶縁を絶縁部材１２によって確保しつつ上下方向に空気を流すことができる形状であれば、空気通路５０は図６に示す形状に限られるものではない。

また、上述した第二実施形態においては、絶縁部材１２の空気通路５０を介して溝部２４０に空気を供給する一例を説明したが、図１０に示す変形例のように、支持プレート２３０の幅方向外側の一方にブロア等の空気供給源Ｆを配置して、幅方向の一方の貫通孔４７から他方の貫通孔４７に向かって空気供給源Ｆから供給された空気が通り抜けるようにしてもよい。このようにすることで、溝部２４０の水が幅方向の一方から供給された空気によって他方に移動して、他方の貫通孔４７から支持プレート２３０の幅方向外側に排出することができる。なお、この場合、溝部２４０の底部には、水を排出させる方向に向かって傾斜する第一傾斜面ではなく、水平面としてもよい。

また、上述した各実施形態においては、溝部４０，２４０が一定幅で幅方向に延びるように形成される一例について説明したが、一定幅に限られるものではなく、また幅方向に対して斜めに形成するようにしてもよい。また、上述した各実施形態においては、支持プレート３０の幅方向外側に排出する流体として水を一例に説明したが、電池モジュールに付着する可能性がある流体であれば水に限られるものではない。
さらに、第一実施形態においては、ケーシング１３は、上部カバー２０、サポートフレーム１４，１５、サイドプレート１６、上部カバー２０、および支持プレート３０で構成される場合を例にとって説明した。しかし、本発明において、ケーシング１３は、組電池１１を下方に支持する支持プレート以外は、上述した構成および形状に限られず、他の構成および形状としてもよいし、省略してもよい。

１０単電池
１１組電池
１２、２１２絶縁部材
３０，２３０，３３０支持プレート（底板部材）
３３排出部（排出手段）
３４底面
３６支持部
３７配列側傾斜面（第二傾斜面）
３８幅側傾斜面（第一傾斜面）
４０，２４０溝部
４１，２４１溝底面（第一傾斜面）

Claims

複数の単電池を該単電池の厚さ方向に配列して備える組電池と、
該組電池を支持する底板部材と、を備え、
前記底板部材は、
前記単電池の配列方向に交差する方向、且つ、前記底板部材の延在方向に、前記底板部材上の液体を流して前記底板部材の外側に排出させる排出手段を備え、
前記排出手段は、前記液体を排出させる方向に向かって傾斜する第一傾斜面を備える電池モジュール。
前記底板部材は、
前記単電池の底面から離間する方向に窪んで前記液体を排出させる方向に延びる溝部と、
前記単電池の底面に当接する支持部と、を備え、
前記溝部は、前記単電池の配列方向で隣り合う前記支持部の間に設けられる請求項１に記載の電池モジュール。
前記溝部は、
該溝部の底部に、前記液体を排出させる方向に向かって傾斜する第一傾斜面を備える請求項２に記載の電池モジュール。
前記底板部材は、
前記支持部から前記溝部に向けて、前記単電池の底面から離間するように傾斜する第二傾斜面を備える請求項２又は３に記載の電池モジュール。
前記支持部は、
前記単電池の配列方向に交差する方向、且つ、前記底板部材の延在方向で、前記単電池の底面に線状に当接する請求項２から４の何れか一項に記載の電池モジュール。
隣り合う前記単電池のケース間に、該単電池のケース間を電気的に絶縁する絶縁板を備え、
該絶縁板は、前記底板部材側の縁部全体が前記底板部材に当接する請求項１から５の何れか一項に記載の電池モジュール。
前記絶縁板の間に、前記排出手段が設けられている請求項６に記載の電池モジュール。