JP5597740B2 - 電池モジュール - Google Patents

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Description

この発明は、電池モジュールに係り、特に、リチウムイオン電池などに代表される非水電解液を用いた電池セルを複数備える電池モジュールに関する。
近年、非水系二次電池、特にリチウムイオン二次電池は、高電圧、高エネルギー密度を有することから、コードレス携帯型電子機器の電源、さらには電気自動車などの車両駆動用の電源などとして注目されている。
例えば、電気自動車等に用いられる車載用の電源は、汎用性を高めるため電池セルを複数個、直列や並列に接続した電池モジュールを構成し、この電池モジュールを複数個組み合わせて電池パックとして搭載されている。
例えば、特許文献１には、単電池を複数個直列配置した二次電池であって、直列配置した複数の単電池を冷却ボックス内に配置し、冷却ボックスの内壁面と単電池の側面、および単電池間に冷却媒体通路を形成した集合型二次電池が開示されている。
このように、複数の電池セルを備える電池モジュールは、振動等によって電池セル同士が接触することを防止するために、電池セルを固定する必要がある。
一方、上記の文献に記載されているように複数の電池セルを並べて配置すると、密封された電池内部において発電中に生じるガス等によって電池セルが膨らんで、隣接する電池セルと接触する場合がある。電池セルの外装容器は水分の侵入を防ぐ等の理由により金属で形成されることが多く、隣接する電池セル同士が接触すると、ショートの原因となることがあった。これに対して、従来、電池セルの外装容器に絶縁材を被覆する等の手段によって、電池セルの絶縁が成されてきた（例えば特許文献２参照）。
特開２００１−９３４８４号公報 特開２００３−１９７１５８号公報
しかし、電池セルの外装容器表面に絶縁材を被覆すると、絶縁材が断熱層として機能するため、高度な冷却手段が必要であった。
この発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、電池セルの冷却を妨げることなく電池セル間の絶縁をする電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明の態様による電池モジュールは、複数の略直方体形状の電池セルと、前記複数の電池セルの一端を保持する第１保持部を備えた第１ケースと、前記複数の電池セルの他端を保持する第２保持部を備えた第２ケースと、前記電池セル間に配置され、互いに接続部材によって保持された複数の絶縁部材と、を備える。前記電池セルは、前記一端と前記他端との間に延びる主壁同士が対向するように並んで配置されるとともに、前記一端と前記他端との間の領域において周囲を囲むように配置された前記接続部材によって、前記主壁に対向するように前記複数の絶縁部材が保持された第１電池セルと、前記絶縁部材が取り付けられない第２電池セルと、を備え、前記第２電池セル間には少なくとも１つの前記第１電池セルが配置され、前記複数の絶縁部材は、前記主壁間において、互いに離間して配置されている。
この発明によれば、電池セルの冷却を妨げることなく電池セル間の絶縁をする電池モジュールを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る電池モジュールの電池セルの一構成例について説明するための図。 弾性カバーおよび絶縁手段を取り付けた電池セルの一構成例について説明するための図。 本発明の一実施形態に係る電池モジュールのケースの一構成例について説明するための図。 図２に示す電池セルを図３に示すケースに収容した状態の一構成例について説明するための図。 本発明の一実施形態に係る電池モジュールの一構成例について説明するための断面図。 本発明に係る電池モジュールにおける絶縁手段の他の構成例を説明するための図。 本発明の一実施形態に係る電池モジュールの他の構成例について説明するための図。
以下、この発明の一実施形態に係る電池モジュールについて図面を参照して説明する。図１は、密閉型二次電池の外観を示す斜視図である。本実施形態に係る電池モジュールは、図１に示すような密閉型二次電池を複数備える。
図１に示すように、密閉型二次電池は、例えば、リチウムイオン電池等の薄型の非水系の電池セル１０として構成されている。電池セル１０は、アルミニウム等により形成された偏平な矩形箱状の外装容器１１と、外装容器１１内に非水電解液と共に収納された電極体（図示せず）と、を備えている。
外装容器１１は、上端が開口した容器本体１１ａと、容器本体１１ａに溶接され容器本体の開口を閉塞した矩形板状の蓋体１１ｂとを有し、気密に形成されている。容器本体１１ａは、開口に対向する底壁と、開口と底壁との間に延びるとともに互いに対向する２つの主壁１１ａ１と、２つの主壁１１ａ１間において厚さ方向（Ｚ方向）に延びる２つの側壁とを備える。
外装容器１１内に収容された電極体は、例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。
正極端子１２および負極端子１４が蓋体１１ｂの長手方向（Ｘ方向）両端部にそれぞれ設けられ、蓋体１１ｂから突出している。正極端子１２および負極端子１４は、電極体の正極および負極にそれぞれ電気的に接続されている。
電極体の正極は外装容器１１に電気的に接続され、正極端子１２は外装容器１１を介して正極に電気的に接続されている。負極端子１４は、蓋体１１ｂを貫通して延びている。負極端子１４と蓋体１１ｂとの間には、合成樹脂、ガラス等の絶縁体からなるシール材、例えば、ガスケット（図示せず）が設けられ、負極端子１４と外装容器１１との間を気密にシールしているとともに、電気的に絶縁している。
蓋体１１ｂの中央部には、複数の刻印が形成され、圧力開放弁１６を構成している。なお、圧力開放弁１６は、蓋体１１ｂの板厚を部分的に薄くして構成されている。
図２に示すように、本実施形態に係る電池モジュールでは、外装容器１１の高さ方向（Ｙ方向）における両端部に弾性カバーが取り付けられる。外装容器１１の蓋体１１ｂが取り付けられた端部には第１弾性カバー２２が取り付けられる。第１弾性カバー２２には、正極端子１２、負極端子１４および圧力開放弁１６を露出させるための開口が設けられている。外装容器１１の底壁側の端部には第２弾性カバー２４が取り付けられる。第１弾性カバー２２および第２弾性カバー２４は、例えば合成ゴム等の弾性体によって形成されている。
第１弾性カバー２２と第２弾性カバー２４とが取り付けられた端部間において、外装容器１１には絶縁手段３０が取り付けられている。絶縁手段３０は、複数の絶縁部材３２と、複数の絶縁部材３２を保持する接続部材３４とを有している。本実施形態では、絶縁部材３２は略球形状である。
複数の絶縁部材３２は、主壁１１ａ１に沿って離間して配置されている。本実施形態では、複数の絶縁部材３２は、外装容器１１の高さ方向（Ｙ方向）および幅方向（Ｘ方向）において所定の間隔を置いてマトリクス状に配置されている。すなわち、接続部材３４は、Ｙ方向に延びる第１接続部材と、Ｘ方向およびＺ方向とに延びて外装容器１１の周囲を囲む第２接続部材とを備え、絶縁部材３２は第１接続部材と第２接続部材とが交差する位置に配置されている。本実施形態では、絶縁手段３０は、外装容器１１の主壁１１ａ１と絶縁部材３２とが対向するように位置決め配置されている。
なお、絶縁手段３０は、例えば筒状に形成されてもよく、シート状に形成されてもよい。本実施形態では、絶縁手段３０は伸縮性のある筒状に形成され、絶縁手段３０が縮む力を利用して容器本体１１ａに取り付けられている。
筒状の絶縁手段３０を容器本体１１ａに取り付ける場合には、筒状の絶縁手段３０の中に容器本体１１ａを挿入して絶縁手段３０を取り付ける。シート状の絶縁手段３０を容器本体１１ａに取り付ける場合には、絶縁手段３０を容器本体１１ａに巻きつけ、端部同士を接続して絶縁手段３０を取り付ける。端部と端部とを接続するときには、端部に取り付けられた別体または一体の紐等を結ぶことによって接続してもよい。
また、絶縁手段３０が熱可塑性材料で形成されている場合には、熱を加えた後に、容器本体１１ａに巻きつけて、容器本体１１ａの表面の形状に合わせて変形させて絶縁手段３０を取り付けて、絶縁部材３２を保持させても良い。このとき、絶縁手段３０の端部同士を接続する際には、端部と端部とを重ねて熱圧着させても良い。
図２に示すように弾性カバー２２、２４および絶縁手段３０が取り付けられた電池セル１０は、その一端を図３に示すようなケース４０の保持部４２に保持される。図４に示すように、電池セル１０は、第２弾性カバー２４が取り付けられた端部を保持部４２によって保持され、その厚さ方向（Ｚ方向）に並んで配置される。したがって、隣接する電池セル１０は、容器本体１１ａの主壁１１ａ１同士が対向するように並んで配置されている。
保持部４２の大きさは、第２弾性カバー２４が取り付けていない状態の電池セル１０の端部よりも大きく、第２弾性カバー２４が取り付けられた状態の電池セル１０の端部よりも小さくなっている。
したがって、第２弾性カバー２４を取り付けた電池セル１０の端部を保持部４２に挿入すると、電池セル１０の端部は、第２弾性カバー２４と保持部４２との間に隙間がない状態で保持部４２によって保持される。
このとき、第２弾性カバー２４は、保持部４２の大きさに適合するように第２弾性カバー２４が縮むため、第２弾性カバー２４から保持部４２へと押し返す方向に力が生じる。この力が生じることによって、電池セル１０の端部が保持部４２によって保持される。
図５に示すように、電池セル１０は、第１弾性カバー２２が取り付けられた端部側には、ケース５０の保持部５２によって保持される。保持部５２の大きさは、第１弾性カバー２２が取り付けていない状態の電池セル１０の端部よりも大きく、第１弾性カバー２２が取り付けられた状態の電池セル１０の端部よりも小さくなっている。
したがって、第１弾性カバー２２を取り付けた電池セル１０の端部を保持部５２に挿入すると、電池セル１０の端部は、第１弾性カバー２２と保持部５２との間に隙間がない状態で保持部５２によって保持される。
このとき、第１弾性カバー２２を取り付けた電池セル１０の端部を保持部５２に挿入すると、第１弾性カバー２２から保持部５２へと押し返す方向に力が生じ、この力によって、電池セル１０の端部が保持部５２によって保持される。
ケース５０には、電池セル１０の正極端子１２、および負極端子１４を露出させる開口部５４が設けられている。ケース５０はガス排出機構を有している。ガス排出機構は電池セル１０の圧力開放弁１６を覆う空間を形成するガス誘導部５６と、ガス誘導部５６に設けられたガス排出口５８とを有している。ガス誘導部５６は、電池セル１０の並ぶ方向（Ｚ方向）に延び、Ｚ方向における端部にガス排出口５８が設けられている。
電池セル１０の内部でガスが発生し、圧力開放弁１６が開いてガスが排出されると、排出されたガスはガス誘導部５６内の空間に放出され、ガス誘導部５６の端部に設けられたガス排出口５８から外部に放出される。
図５に示すように、容器本体１１ａの主壁１１ａ１に対向するように絶縁部材３２が配置されるように電池セル１０に絶縁手段３０を取り付けることにより絶縁部材３２を保持させて、容器本体１１ａの主壁１１ａ１同士が対向するように複数の電池セル１０を並べて配置して電池モジュールを構成すると、外装容器１１が膨らんだ場合であっても、外装容器１１同士が接触することがない。
すなわち、外装容器１１がＺ方向に膨らんだ場合であっても、外装容器１１の隣接する主壁１１ａ１間には絶縁部材３２が保持されているため、隣接した主壁１１ａ１同士は接触しない。
さらに、絶縁部材３２は所定の間隔をおいて配置されているとともに、外装容器１１の表面に固定されていないため、外装容器１１の表面が冷却媒体に直接接触することが可能であり、絶縁手段３０は電池セル１０が冷却媒体によって冷却されることを妨げることがない。
すなわち、本実施形態に係る電池モジュールによれば、電池セルの冷却を妨げることなく電池セル間の絶縁をする電池モジュールを提供することができる。
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、絶縁手段３０の絶縁部材３２と接続部材３４とは同じ材料で一体に形成されていても良く、別の材料で形成されていても良い。絶縁部材３２は、例えば合成ゴムのような弾性体で絶縁部材３２と接続部材３４とを一体に形成することもできるし、樹脂ビーズの絶縁部材３２を合成ゴム等の弾性体で接続して形成することも可能である。
さらに、上記の実施形態に係る電池モジュールでは、接続部材３４が格子状に配置され、接続部材３４の交差部に絶縁部材３２が配置されていたが、容器本体１１ａの主壁１１ａ１間に絶縁部材３２が互いに離間して保持されていれば上記のような構成に限らず本発明の範囲に含まれる。
例えば、図６に示すようにシート状に形成した絶縁手段３０を、並んで配置された電池セル１０の間を縫うように配置して、容器本体１１ａの主壁１１ａ１間に絶縁部材３２を配置しても良い。すなわち、図６に示す場合では、絶縁手段３０は、ある電池セル１０の一方側の側壁に沿って配置され、該電池セル１０と隣接する電池セル１０との主壁間を通って、隣接する電池セル１０の他方側の側壁に沿って配置されている。
また、上述の実施形態に係る電池モジュールでは、厚さ方向（Ｚ方向）に並んだ全ての電池セル１０に絶縁手段３０が取り付けられていたが、図７に示すように、絶縁手段３０が取り付けられていない電池セル１０の間に、少なくとも１つ、絶縁手段３０が取り付けられた電池セル１０が配置されれば良い。
例えば、図７に示すように、Ｚ方向において１つおきに配置された電池セル１０に絶縁手段３０を取り付けると、隣接する容器本体の主壁１１ａ１間に必ず絶縁部材３２が保持されることになる。したがって、図７に示すように絶縁手段３０が取り付けられていない電池セル１０の間に、少なくとも１つ、絶縁手段３０が取り付けられた電池セル１０が配置された場合であっても、本発明の範囲に含まれる。
また、上記の実施形態では、絶縁部材３２は略球形状であったが、絶縁部材３２は異なる形状であってもかまわない。絶縁部材３２は、例えば、多面体であってもよい。
なお、上記の実施形態では、絶縁部材３２は容器本体１１ａの主壁１１ａ１と対向するように配置されていたが、電池セル１０がその側面同士が対向するように配置される場合には、さらに容器本体１１ａの側壁と側面との間に絶縁部材３２を配置させることによって、隣接する側壁同士が接触することを防止することができる。すなわち、電池セルが並んで配置され、隣接する電池セル同士の対向する壁面間に絶縁部材が離間して配置される場合は、本発明の範囲に含まれる。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
１０…電池セル、１１…外装容器、３０…絶縁手段、３２…絶縁部材、３４…接続部材、４０…ケース、４２…保持部、５０…ケース、５２…保持部

Claims (2)

  1. 複数の略直方体形状の電池セルと、
    前記複数の電池セルの一端を保持する第１保持部を備えた第１ケースと、
    前記複数の電池セルの他端を保持する第２保持部を備えた第２ケースと、
    前記電池セル間に配置され、互いに接続部材によって保持された複数の絶縁部材と、を備え、
    前記電池セルは、前記一端と前記他端との間に延びる主壁同士が対向するように並んで配置されるとともに、前記一端と前記他端との間の領域において周囲を囲むように配置された前記接続部材によって、前記主壁に対向するように前記複数の絶縁部材が保持された第１電池セルと、前記絶縁部材が取り付けられない第２電池セルと、を備え、
    前記第２電池セル間には少なくとも１つの前記第１電池セルが配置され、
    前記複数の絶縁部材は、前記主壁間において、互いに離間して配置されている電池モジュール。
  2. 前記接続部材は、第１方向に延びる第１接続部材と、前記第１方向と交差する第２方向に延びる第２接続部材とを備え、
    前記絶縁部材は、前記第１接続部材と前記第２接続部材とが交差する位置に配置されている請求項１記載の電池モジュール。
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