JP5610007B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電池集合体と、電池集合体を加圧する加圧部材と、を備えた電池モジュールに関する。

電池を電池ホルダに保持させた状態で並設した電池モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載のバイポーラ電池が知られている。
特許文献１に記載のバイポーラ電池は、集電体を挟持するためのフレーム（電池ホルダ）を有している。フレームは、隣接する他のフレームと連結するために連結部を有している。連結部は、凸部及び凹部であり、隣接するフレームの凸部が凹部に挿入されている。また、連結部は、孔を有しており、この孔に挿入された棒状の支持体によって各フレーム及び集電体が連結されている。

特開２００５−２５９３７９号公報

ところで、二次電池の劣化を抑制するために、電池モジュールに二次電池を加圧する加圧部材を設ける場合がある。このような場合に、電池ホルダ（フレーム）における二次電池の並設方向の両面が隣り合う電池ホルダ（フレーム）それぞれと当接していると、電池ホルダに荷重が加わり、二次電池に荷重が加わりにくい。

本発明の目的は、隣り合う電池セルの位置決めを行うことができ、かつ、電池セルの加圧を適切に行う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、電池セルを有する電池体と該電池体を保持する電池ホルダとからなる電池構造体を複数並設した電池集合体と、該電池集合体を前記電池構造体の並設方向から加圧する加圧部材と、を備えた電池モジュールであって、前記電池ホルダは、前記電池構造体の並設方向の第１面から前記電池構造体の並設方向に突出する突起部と、前記第１面とは反対側の第２面から前記電池構造体の並設方向に凹む挿入部とを有し、前記電池ホルダの前記突起部は、先端面が隣り合う前記電池ホルダに当接しない状態で隣り合う前記電池ホルダの凹部に挿入され、前記電池体は、該電池体を保持する電池ホルダにおける前記電池構造体の並設方向の両面の少なくとも一方の面が、該電池ホルダと隣り合う前記電池ホルダから離間した状態で、隣り合う前記電池体と当接することを要旨とする。

これによれば、電池ホルダの突起部が隣り合う電池ホルダの挿入部に挿入されることで、隣り合う電池セル同士の位置決めが行われる。突起部の先端面は、隣り合う電池ホルダに当接せず、また、隣り合う電池ホルダ同士は、第１面及び第２面のうちの少なくとも一方の面が離間している。このため、加圧部材によって加圧が行われても、電池ホルダ同士が加圧されにくく、電池ホルダに荷重が加わりにくい。したがって、加圧部材から加わる荷重が電池セルに加わりやすく、電池セルの加圧を適切に行うことができる。

上記電池モジュールについて、前記電池体は、前記電池セルと交互に配設される加圧プレートを有することが好ましい。
これによれば、加圧プレートの大きさを調整することで、電池セルの加圧範囲を調整することができる。

上記電池モジュールについて、前記加圧部材は、前記電池集合体における前記電池構造体の並設方向両端に配設されるエンドプレートであることが好ましい。
これによれば、電池集合体を拘束するエンドプレートを加圧部材として兼用することができる。したがって、部品点数の増加が抑えられる。

本発明によれば、隣り合う電池セルの位置決めを行うことができ、かつ、電池セルの加圧を適切に行うことができる。

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断面図。 （ａ）は実施形態の角型電池を示す分解斜視図、（ｂ）は実施形態の電極組立体を示す分解斜視図。 （ａ）及び（ｂ）は電池ホルダの斜視図。

以下、電池モジュールの一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、電池モジュール１０は、電池集合体１６を有している。電池集合体１６は、複数の電池構造体１７を並設してなる。電池構造体１７は、電池体１１と、電池体１１を保持する電池ホルダ２０を有している。電池体１１は、電池セルとしての角型電池１２（例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池などの二次電池）及び角型電池１２の厚み方向に接して設けられる加圧プレート１３とを有している。角型電池１２と加圧プレート１３は交互に並設されている。

電池集合体１６における電池構造体１７の並設方向の両端には、電池集合体１６を挟持する板状のエンドプレート１４，１５が設けられている。電池モジュール１０は、一方のエンドプレート１４から挿入されたボルトＢが全ての電池ホルダ２０を挿通するとともに、他方のエンドプレート１５側でナットＮに螺合されることで組み付けられている。エンドプレート１４，１５は、電池構造体１７の並設方向の両側からナットＮ及びボルトＢによって拘束されている。したがって、電池集合体１６は、加圧部材としてのエンドプレート１４，１５によって電池構造体１７の並設方向に加圧されている。

図３（ａ）に示すように、角型電池１２は、電極組立体５１と、電極組立体５１を収容するケース５２とからなる。ケース５２は、電極組立体５１を収容する有底矩形箱状のケース本体５３と、ケース本体５３の開口部を閉塞する矩形板状の蓋部材５４とから構成されている。

図３（ｂ）に示すように、電極組立体５１は、隣り合う正極５５と負極５６の間にセパレータ５７を介在させてなる。電極としての正極５５及び負極５６は、金属箔に活物質が塗布されて構成される矩形状の活物質層５８と、金属箔の一端から突設されたタブ５９とからなる。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、電池ホルダ２０は、矩形平板状の第１の被覆部２２を有している。第１の被覆部２２の長手方向両端には、第１の被覆部２２の厚み方向に延設された矩形平板状の第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４が設けられている。第２の被覆部２３の長手方向第１端部２３ａ（第１の被覆部２２が設けられる端部とは反対側の端部）と、第３の被覆部２４の長手方向第１端部２４ａ（第１の被覆部２２が設けられる端部とは反対側の端部）には、各被覆部２３，２４の短手方向第１端部２３ｂ、２４ｂの間で延びる矩形平板状の第４の被覆部２５が設けられている。第４の被覆部２５は、厚み方向が被覆部２３，２４の短手方向と一致し、長手方向が第２の被覆部２３と第３の被覆部２４の対向方向に一致する。そして、第４の被覆部２５の厚み方向及び長手方向に直交する方向が第４の被覆部２５の短手方向となる。また、第１の被覆部２２、第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４に囲まれる領域が収容部Ｓとされる。

第４の被覆部２５の長手方向両端における第４の被覆部２５の短手方向一端面上には、Ｕ字状をなすとともに、第４の被覆部２５の厚み方向に開口する端子収容部３２がそれぞれ設けられており、各端子収容部３２は、被覆部２３，２４に連設されている。

各端子収容部３２において、第４の被覆部２５と接合される面と反対側の面からは、壁部材３７が突設されている。壁部材３７には、切欠３８が設けられている。
第４の被覆部２５の短手方向一端面上には、端子収容部３２と隣り合って四角柱状の柱部材３３が設けられている。柱部材３３の軸は、被覆部２３，２４の短手方向に延びている。柱部材３３は、軸方向第１面３３ａに円形状の突起部３４を有する。突起部３４の内周には、貫通孔３５が設けられている。すなわち、突起部３４は円筒状をなしている。また、柱部材３３は、軸方向第２面３３ｂに軸方向に凹む円形状の挿入部３６を有する。挿入部３６の径は、突起部３４の外径よりも大きい。また、突起部３４における柱部材３３の軸方向の寸法は、挿入部３６における柱部材３３の軸方向の寸法よりも短い。

第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４の長手方向第１端部２３ａ，２４ａには、それぞれ、各被覆部２３，２４と連設され、各被覆部２３，２４の長手方向に延びる支持部３１が設けられている。また、第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４の長手方向第２端部２３ｃ，２４ｃには、それぞれ、四角柱状の脚部２６が設けられている。脚部２６の軸は、各被覆部２３，２４の短手方向に延びている。脚部２６には、軸方向第１面２６ａ（各被覆部２３，２４の短手方向の一面）に円形状の突起部２７が設けられている。突起部２７の内周には、貫通孔２８が設けられている。すなわち、突起部２７は円筒状をなしている。また、脚部２６には、軸方向第２面２６ｂ（各被覆部２３，２４の短手方向の他面）に脚部２６の軸方向に凹む円形状の挿入部２９が設けられている。脚部２６の軸方向第１面２６ａは、柱部材３３の軸方向第１面３３ａと同一方向の面であり、軸方向第２面２６ｂは、柱部材３３の軸方向第２面３３ｂと同一方向の面である。挿入部２９の径は、突起部２７の外径よりも大きい。また、突起部２７における脚部２６の軸方向の寸法は、挿入部２９における脚部２６の軸方向の寸法よりも短い。

図２に示すように、電池ホルダ２０は、第１の被覆部２２、第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４の短手方向、脚部２６及び柱部材３３の軸方向と、電池構造体１７の並設方向とが一致するように並設されている。

柱部材３３に設けられる挿入部３６と貫通孔３５は、柱部材３３の軸方向に延びる連通孔４１によって連通している。連通孔４１の径は、挿入部３６よりも小さく、貫通孔３５の径と同一である。脚部２６に設けられる貫通孔２８と挿入部２９についても、同様に連通孔４２によって連通されている。なお、突起部２７，３４が設けられる脚部２６の軸方向第１面２６ａ及び柱部材３３の軸方向第１面３３ａ側の面が電池ホルダ２０における電池構造体１７の並設方向の第１面となる。また、挿入部２９，３６が設けられる脚部２６の軸方向第２面２６ｂ及び柱部材３３の軸方向第２面３３ｂ側の面が電池ホルダ２０における電池構造体１７の並設方向の第２面となる。

電池ホルダ２０の突起部２７，３４は、隣り合う電池ホルダ２０の挿入部２９，３６に挿入されている。突起部２７，３４における電池構造体１７の並設方向の寸法が挿入部２９，３６における電池構造体１７の並設方向の寸法よりも短いため、突起部２７，３４の先端面は、隣り合う電池ホルダ２０に当接していない。

第１の被覆部２２、第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４の短手方向の寸法（電池構造体１７の並設方向の寸法）は、角型電池１２の厚みに加圧プレート１３の厚みを加えた寸法よりも短い。このため、収容部Ｓに角型電池１２及び加圧プレート１３を収容すると、加圧プレート１３の一部が収容部Ｓから突起部２７，３４の突出方向に突出する。そして、突出した加圧プレート１３は、隣り合う角型電池１２の厚み方向の面と当接する。したがって、隣り合う電池ホルダ２０における電池構造体１７の並設方向の面同士の間には、空間Ａが設けられるため、電池ホルダ２０に電池構造体１７の並設方向への加圧力が加わらない。すなわち、電池体１１は、電池ホルダ２０への加圧を不能とする加圧不能部材と捉えることもできる。なお、電池体１１が当接している状態とは、電池体１１が直接当接している場合に限られず、電池体１１同士の間にグリスや絶縁シートなどが介在されている状態で電池体１１が当接している状態も含む。すなわち、隣り合う電池体１１同士が当接している状態とは、エンドプレート１４，１５からの加圧力を隣り合う電池体１１に伝えることができる状態を示す。

電池ホルダ２０は、空間Ａの範囲内で電池構造体１７の並設方向にスライド可能となっている。このとき、電池ホルダ２０を電池構造体１７の並設方向における一方側にスライドさせることで、隣り合う電池ホルダ２０における電池構造体１７の並設方向の面同士を当接させることも可能である。しかしながら、電池ホルダ２０を電池構造体１７の並設方向における一方側にスライドさせて、電池ホルダ２０における電池構造体１７の並設方向の一方面と隣り合う電池ホルダ２０とを当接させると、電池ホルダ２０における電池構造体１７の並設方向の他方面と隣り合う電池ホルダ２０とは当接させることができない。このため、電池構造体１７の並設方向に連続して並ぶ３個の電池ホルダ２０のそれぞれをスライドさせても、電池ホルダ２０における電池構造体１７の並設方向の両面ともが隣り合う電池ホルダ２０それぞれと当接することはなく、３個の電池ホルダ２０のうち、いずれかの電池ホルダ２０には必ず空間Ａが隣り合う。このため、電池ホルダ２０をスライドさせて電池ホルダ２０同士を当接させても、電池体１１の加圧を阻害することはなく、隣り合う電池ホルダ２０同士の間に空間Ａが設けられた状態と同じ状態とみなすことができる。

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。
電池体１１は、電池構造体１７の並設方向の両側に設けられたエンドプレート１４，１５によって電池構造体１７の並設方向に加圧されている。隣り合う電池体１１同士は当接している一方で、電池ホルダ２０における電池構造体１７の並設方向の両面ともが、隣り合う電池ホルダ２０と当接することはない。このため、エンドプレート１４，１５から加えられる荷重は、電池ホルダ２０に加わらず、電池体１１に加わる。

角型電池１２は、充放電を繰り返すことで、正極５５と負極５６との間隔が拡がるおそれがあり、正極５５と負極５６との間隔が拡がると、抵抗値が増加し、ジュール損が大きくなる。このため、正極５５と負極５６との間隔が拡がることを抑制するために、角型電池１２の外部から圧力を加えてケース５２を介して電極組立体５１を押さえつけている。

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２０には、突起部２７，３４及び突起部２７，３４が挿入される挿入部２９，３６が設けられているため、電池ホルダ２０を組み付けるときには、電池ホルダ２０の突起部２７，３４を隣り合う電池ホルダ２０の挿入部２９，３６に挿入することで、電池体１１（角型電池１２）の位置決めを行うことができる。また、隣り合う電池体１１は、隣り合う電池ホルダ２０同士が当接しない状態で当接している。このため、エンドプレート１４，１５から加えられた荷重は、電池ホルダ２０に伝わらず、電池体１１に荷重が加わりやすい。したがって、電池体１１の位置決めを行うことができ、かつ、角型電池１２の加圧を適切に行うことができる。

（２）電池体１１は、角型電池１２と、角型電池１２の厚み方向に並設された加圧プレート１３を有している。このため、加圧プレート１３の大きさを調整することで、角型電池１２の加圧範囲を調整することができる。具体的にいえば、電極組立体５１を加圧できるように加圧プレート１３の大きさを調整することで、適切に電極組立体５１を加圧することができる。

（３）電池集合体１６は、電池構造体１７の並設方向の両側に設けられたエンドプレート１４，１５によって加圧されている。並設された電池構造体１７を拘束するエンドプレート１４，１５を加圧部材として兼用することで、部品点数の増加を抑えることができる。

（４）突起部２７，３４を筒状にし、挿入部２９，３６と貫通孔２８，３５を連通孔４１，４２で連通することで、ボルトＢが挿通されるボルト通し孔としている。ボルト通し孔にボルトＢを通すときには、隣り合う電池ホルダ２０同士の継ぎ目の部分でボルトＢが電池ホルダ２０に引っかかり、ボルトＢを通しにくい場合がある。突起部２７，３４を利用することで、この突起部２７，３４が隣り合う電池ホルダ２０の連通孔４１，４２にボルトＢを導く誘導部として機能するため、ボルトＢが電池ホルダ２０に引っかかりにくく、容易にボルトＢを通すことができる。

（５）電池ホルダ２０に荷重が加わらないため、電池ホルダ２０が変形しにくく、電池体１１の保持状態を長期間維持することができる。
（６）突起部２７，３４が挿入部２９，３６に挿入されることで、電池ホルダ２０が電池構造体１７の並設方向と直交する方向に位置ずれしにくい。このため、ボルトＢに荷重がかかりにくく、ボルトＢが変形することが抑制されている。

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、電池体１１は加圧プレート１３を有していなくてもよい。この場合、角型電池１２同士が当接し合うことで、角型電池１２同士によって加圧が行われる。

○ 実施形態において、突起部２７，３４の外周面にテーパ部を設けて、挿入部２９，３６への挿入を容易にしてもよい。
○ 実施形態において、加圧プレート１３と角型電池１２との間には絶縁シートやグリス等が設けられていてもよい。

○ 実施形態において、突起部２７，３４は、四角筒状や、五角筒状など、他の形状であってもよい。また、突起部２７，３４の内面に貫通孔２８を設けない場合には、柱状など、貫通孔２８を有さない形状としてもよい。

○ 実施形態において、隣り合う電池ホルダ２０全体の間に空間Ａが設けられるようにしたが、隣り合う電池ホルダ２０の一部の間に空間Ａが設けられるようにしてもよい。すなわち、隣り合う電池ホルダ２０の一部は当接してもよい。

○ 実施形態において、エンドプレート１４，１５を設けず、並設された複数の電池体１１を筐体に収容してもよい。この場合、筐体の側壁によって電池体１１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、隣り合う電池ホルダ２０同士の間に空間Ａを設けず、電池ホルダ２０同士の間に緩衝材などを介在させてもよい。この場合、緩衝材を介して隣り合う電池ホルダ２０同士が接するが、エンドプレート１４，１５から加わる荷重は、緩衝材によって吸収されるため、隣り合う電池ホルダ２０に荷重が加わりにくい。すなわち、電池ホルダ２０同士が当接しない状態とは、エンドプレート１４，１５からの加圧力を隣り合う電池ホルダ２０に伝えない（あるいは、伝えたとしても、電池体１１同士の加圧に影響を与えない程度）状態を示す。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）電池セルを有する電池体と、該電池体を保持する電池ホルダとからなる電池構造体を複数並設した電池集合体と、該電池集合体を前記電池構造体の並設方向から加圧する加圧部材と、を備えた電池モジュールであって、前記電池ホルダは、前記電池構造体の並設方向の第１面から前記電池構造体の並設方向に突出する突起部と、前記第１面とは反対側の第２面から前記電池構造体の並設方向に凹む挿入部とを有し、前記電池ホルダの前記突起部は、隣り合う前記電池ホルダの前記挿入部に挿入され、前記電池ホルダにおける前記電池構造体の並設方向の寸法は、前記電池体における前記電池構造体の並設方向の寸法よりも短く、前記突起部における前記電池構造体の並設方向の寸法は、前記挿入部における前記電池構造体の並設方向の寸法よりも短いことを特徴とする電池モジュール。

（ロ）前記突起部は内周に貫通孔を有する筒状をなし、前記電池ホルダは、前記挿入部から前記突起部まで延びる連通孔を有し、前記挿入部、前記貫通孔及び前記連通孔にはボルトが挿通されることを特徴とする請求項１〜請求項３及び技術的思想（イ）のうちいずれかに記載の電池モジュール。

Ａ…空間、１０…電池モジュール、１１…電池体、１２…角型電池、１３…加圧プレート、１４，１５…エンドプレート、１６…電池集合体、１７…電池構造体、２０…電池ホルダ、２７，３４…突起部、２８，３５…貫通孔、２９，３６…挿入部。

Claims (3)

1. 電池セルを有する電池体と該電池体を保持する電池ホルダとからなる電池構造体を複数並設した電池集合体と、該電池集合体を前記電池構造体の並設方向から加圧する加圧部材と、を備えた電池モジュールであって、
   前記電池ホルダは、前記電池構造体の並設方向の第１面から前記電池構造体の並設方向に突出する突起部と、前記第１面とは反対側の第２面から前記電池構造体の並設方向に凹む挿入部とを有し、
   前記電池ホルダの前記突起部は、先端面が隣り合う前記電池ホルダに当接しない状態で隣り合う前記電池ホルダの凹部に挿入され、
   前記電池体は、該電池体を保持する電池ホルダにおける前記電池構造体の並設方向の両面の少なくとも一方の面が、該電池ホルダと隣り合う前記電池ホルダから離間した状態で、隣り合う前記電池体と当接することを特徴とする電池モジュール。
2. 前記電池体は、前記電池セルと交互に配設される加圧プレートを有することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記加圧部材は、前記電池集合体における前記電池構造体の並設方向両端に配設されるエンドプレートであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。