JP5737351B2 - 電池モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池から排出される気体を排出する流通路を有する電池モジュールに関する。
二次電池には、ケースの内圧が規定圧力を超えた場合に開放されてケースの内圧を低下させる弁が設けられている。弁が開放されるときには、ケースの内部から気体が排出されて、ケースの内圧が低下する。
特許文献1に記載のバッテリモジュールにおいて、バッテリセルは、内部で発生する気体の排出通路となるベンツを有している。ベンツの上部には、ディガシングカバーが設けられている。ディガシングカバーは、ベンツの上部に密着固定されている。ディガシングカバーの一面には、第1延長部、第2延長部及び第1延長部と第2延長部との間で延びる一対の第1側壁が、バッテリセルのベンツ領域に向けて延長されて形成されている。バッテリセルの上部には、第1延長部、第2延長部及び第1側壁によって通路が区画され、この通路を通って気体が排出される。
ところで、環境温度による膨張、収縮の繰り返しや、振動などによってディガシングカバーが変形すると、バッテリセルとディガシングカバーとの間に隙間が形成され、この隙間から気体が漏れ出すおそれがある。気体が漏れだすと、周囲の電子部品などに影響を及ぼすことがあるため、流通路から気体が漏れ出すことを抑制することが望まれている。
本発明は、二次電池の開放弁から排出される気体が流通路から漏れ出す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、正極及び負極を備える電極組立体と該電極組立体を収容するケースと該ケース内の気体を該ケース外に開放する開放弁とを備える二次電池と、前記二次電池を保持する電池ホルダと、前記開放弁と対向して設けられた本体を有するカバー部材と、前記ケースと前記カバー部材の本体との間に設けられ、前記開放弁を挟んで互いに対向して設けられる一対の延設部と、を有する電池モジュールであって、前記ケース、前記カバー部材の本体及び前記一対の延設部は、前記開放弁から排出される気体の流通路を形成し、前記電池ホルダは、前記カバー部材の本体に係止される係止突起を有することを要旨とする。
これによれば、カバー部材の本体が、二次電池から離れる方向(開放弁との対向方向)に変形しようとすると、係止突起によってカバー部材の変形が抑制される。このため、延設部と二次電池のケースとの間や、延設部とカバー部材の本体との間に隙間が形成されにくく、流通路から気体が漏れ出すことを抑制することができる。
上記電池モジュールについて、前記カバー部材の本体は、前記流通路外に前記ケースとの対向方向に貫通する貫通孔を有し、前記係止突起は、前記貫通孔を貫通して前記本体に係止されることが好ましい。
これによれば、係止突起が貫通される貫通孔は、流通路外(本体における延設部に挟まれる部分とは異なる部分)に設けられているため、貫通孔によって流通路の内部と外部が連通しない。このため、貫通孔を介して気体が漏れ出すことも抑制されている。
上記電池モジュールについて、前記カバー部材は、前記カバー部材の本体から前記延設部とは反対に向けて延びる立設部を有し、前記電池ホルダは、前記立設部に沿って延びる突出部を有することが好ましい。
これによれば、立設部が突出部に沿うことで、カバー部材と電池ホルダの接触面積が増加し、カバー部材が位置ずれしにくい。
上記電池モジュールについて、前記二次電池を複数有し、前記複数の二次電池は、並設され、前記係止突起を有する前記電池ホルダを少なくとも一つ有することが好ましい。
上記電池モジュールについて、前記二次電池を複数有し、前記複数の二次電池は、並設され、前記係止突起を有する前記電池ホルダを少なくとも一つ有することが好ましい。
上記電池モジュールについて、前記カバー部材は、前記二次電池の並設方向に並んで設けられた第1のカバーと第2のカバーとを有し、前記第1のカバーと前記第2のカバーに設けられる前記貫通孔の数が異なることが好ましい。
これによれば、第1のカバーと第2のカバーを正しい位置に配置することができる。
本発明によれば、二次電池の開放弁から排出される気体が流通路から漏れ出すことを抑制することができる。
以下、電池モジュールを具体化した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、二次電池11(例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池)が電池ホルダ21,41に保持された状態で複数並設されている。本実施形態では、第1の電池ホルダ21と第2の電池ホルダ41の2種類の電池ホルダ21,41が用いられており、第1の電池ホルダ21と第2の電池ホルダ41が交互に配設されている。二次電池11の並設方向両端には、エンドプレート12が設けられている。各エンドプレート12及び各電池ホルダ21,41には、ボルトBが挿通されている。ボルトBは、一方のエンドプレート12から他方のエンドプレート12に向けて挿通され、他方のエンドプレート12側でナットNに螺合されている。
図1及び図2に示すように、電池モジュール10は、二次電池11(例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池)が電池ホルダ21,41に保持された状態で複数並設されている。本実施形態では、第1の電池ホルダ21と第2の電池ホルダ41の2種類の電池ホルダ21,41が用いられており、第1の電池ホルダ21と第2の電池ホルダ41が交互に配設されている。二次電池11の並設方向両端には、エンドプレート12が設けられている。各エンドプレート12及び各電池ホルダ21,41には、ボルトBが挿通されている。ボルトBは、一方のエンドプレート12から他方のエンドプレート12に向けて挿通され、他方のエンドプレート12側でナットNに螺合されている。
図3(a)に示すように、第1の電池ホルダ21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の厚み方向に延びる矩形平板状の第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。第1の被覆部22、第2の被覆部23、第3の被覆部24に囲まれる領域は、二次電池11が収容される収容部S1となる。
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、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矩形平板状の突出部26が設けられている。突出部26の互いに対向する面には、突出部26の厚み方向に突出する突起27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、四角柱状の脚部29が設けられている。脚部29の軸は、被覆部23,24の短手方向に延びている。脚部29には、ボルトBが挿通される挿通孔29aが脚部29の軸方向に貫通して設けられている。
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の短手方向の一端面上には、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31がそれぞれ設けられており、各端子収容部31は、第2の被覆部23及び第3の被覆部24に連設されている。
第4の被覆部25の短手方向の一端面上には、端子収容部31と隣り合って四角柱状の柱部材32,33が設けられている。柱部材32,33の軸は、被覆部23,24の短手方向に延びている。柱部材32,33には、ボルトBが挿通される挿通孔32a,33aが柱部材32,33の軸方向に貫通して設けられている。
図4に示すように、柱部材32,33には、柱部材32,33から収容部S1とは反対の方向に延びる係止突起37,38が設けられている。係止突起37,38の先端(柱部材32,33側とは反対側の端部)には、三角柱状をなす係止部36が設けられている。
図3(a)に示すように、柱部材32に設けられた係止突起37と、柱部材33に設けられた係止突起38は、柱部材32,33の軸方向に若干ずれて設けられている。
図3(b)に示すように、第2の電池ホルダ41は、係止突起37,38を有さない点を除いて、第1の電池ホルダ21と同一の形状を有する。このため、第1の電池ホルダ21と同一部分には第1の電池ホルダ21と同一の符号を付して説明を省略する。
図3(b)に示すように、第2の電池ホルダ41は、係止突起37,38を有さない点を除いて、第1の電池ホルダ21と同一の形状を有する。このため、第1の電池ホルダ21と同一部分には第1の電池ホルダ21と同一の符号を付して説明を省略する。
図5に示すように、上記した電池ホルダ21,41に保持された二次電池11は、ケース51に電極組立体52が収容されている。電極組立体52は正極と負極を備えている。ケース51は、電極組立体52を収容する有底箱状の本体部53と、本体部53の開口部を閉塞する板状の蓋部54とから構成されている。蓋部54には、接続端子55(正極端子及び負極端子)が設けられている。蓋部54には、ケース51の内圧が閾値まで上昇したときに、破断して開放される開放弁57が設けられている。「閾値」は、ケース51の内圧が高まったときに、ケース51の内圧によってケース51が破損する前に開放弁57が破断するような圧力に設定される。接続端子55は、導電部材58を介して電極組立体52に電気的に接続されている。
図1及び図2に示すように、電池モジュール10は、二次電池11の開放弁57が設けられた面(蓋部54)と対向して配置されるカバー部材60を有している。カバー部材60には、例えば、二次電池11の充放電に寄与する電子部品や、電池モジュール10の制御を行う電池ECUが載置される。カバー部材60は、二次電池11の並設方向に並んで設けられる樹脂製の第1のカバー61と第2のカバー62から構成されている。
図6に示すように、第1のカバー61は、矩形平板状の本体63を有している。本体63の長手方向両端には、本体63の厚み方向に立設する立設部64が設けられている。また、第1のカバー61は、本体63における立設部64が設けられた面とは反対側の面に矩形平板状の延設部65を一対有している。一対の延設部65は、間隔を空けて本体63の長手方向に隣り合っている。また、一対の延設部65は、本体63の短手方向全体に亘って延びている。
第1のカバー61の本体63には、本体63の厚み方向に貫通する4つの貫通孔71,72が形成されている。具体的にいえば、延設部65を挟んで本体63の長手方向に隣り合うように形成された2つの貫通孔71,72が2組設けられている。貫通孔71,72は、本体63における一対の延設部65に挟まれる位置とは異なる部分に形成されている。本体63の長手方向に隣り合うように設けられた貫通孔71,72は、本体63の短手方向に若干ずれて形成されている。貫通孔71,72のずれ幅は、柱部材32,33に設けられた係止突起37,38のずれ幅と同一となっている。
図7に示すように、第2のカバー62は、本体63に設けられる貫通孔71,72の位置及び個数が異なる点を除いて第1のカバー61と同一の構成を有する。このため、第1のカバー61と同一部分については同一の符号を付して説明を省略し、貫通孔71,72の位置についてのみ説明を行う。
第2のカバー62の本体63には、本体63の厚み方向に貫通する2つの貫通孔71,72が形成されている。具体的にいえば、延設部65を挟んで本体63の長手方向に隣り合うように形成された2つの貫通孔71,72が1組設けられている。本体63の長手方向に隣り合うように設けられた貫通孔71,72は、本体63の短手方向に若干ずれて形成されている。貫通孔71,72のずれ幅は、柱部材32,33に設けられた係止突起37,38のずれ幅と同一となっている。
図2に示すように、カバー部材60は、第1のカバー61の本体63と第2のカバー62の本体63それぞれが、二次電池11における開放弁57が設けられた面と対向し、第1のカバー61の立設部64と第2のカバー62の立設部64それぞれが突出部26に沿うように配置される。これにより、電池ホルダ21,41の突出部26が立設部64に沿って延びている。本実施形態では、第1のカバー61の本体63及び第2のカバー62の本体63が、カバー部材60の本体を構成し、第1のカバー61の立設部64と第2のカバー62の立設部64がカバー部材60の立設部を構成している。このため、以下の説明において、第1のカバー61及び第2のカバー62の本体63をカバー部材60の本体63、第1のカバー61と第2のカバー62の立設部64をカバー部材60の立設部64として説明を行う。
図1及び図2に示すように。カバー部材60は、本体63の延設部65が設けられた面が二次電池11と対向するように配置されている。これにより、延設部65は、カバー部材60の本体63と、二次電池11のケース51(蓋部54)の間に設けられている。また、貫通孔71,72はケース51との対向方向に貫通している。二次電池11の並設方向に隣り合う貫通孔71,72同士の離間距離は、二次電池11の並設方向に隣り合う係止突起37,38同士の離間距離と同一となっている。カバー部材60の本体63に設けられた貫通孔71,72には、それぞれ、第1の電池ホルダ21の係止突起37,38が貫通されている。貫通孔71,72を貫通した係止突起37,38は、係止部36が貫通孔71,72の縁(本体63)と係止し合っている。また、カバー部材60の立設部64は、電池ホルダ21,41の突出部26に沿うように配置されており、立設部64の先端(本体63とは反対側の端部)は、突起27と係止している。
延設部65の先端(延設部65における本体63とは反対側の端部)は、二次電池11における開放弁57が設けられた面(蓋部54)と当接している。一対の延設部65は、開放弁57を挟んで互いに対向して設けられている。そして、一対の延設部65、本体63及び蓋部54によって流通路81が形成されている。流通路81は延設部65に挟まれる位置に形成されるため、本体63における延設部65に挟まれる部分とは異なる部分に設けられた貫通孔71,72は、本体63における流通路81外に設けられることになる。開放弁57は、この流通路81に露出し、開放弁57から気体が排出されると、気体は流通路81内に排出され、流通路81を流通する。流通路81は、二次電池11の並設方向の両端に設けられたエンドプレート12まで延びている。
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。
二次電池11に異常などが発生し、ケース51の内圧が閾値に達すると、開放弁57が破断し、流通路81に気体が排出される。流通路81に排出された気体は、二次電池11の並設方向に向けて流れて、電池モジュール10周辺に排出される。
二次電池11に異常などが発生し、ケース51の内圧が閾値に達すると、開放弁57が破断し、流通路81に気体が排出される。流通路81に排出された気体は、二次電池11の並設方向に向けて流れて、電池モジュール10周辺に排出される。
環境温度による膨張、収縮の繰り返しや、振動などによってカバー部材60の本体63が二次電池11から離れる方向に変形しようとすると(本体63が厚み方向に反ろうとすると)、係止突起37,38によって本体63の変形が規制される。
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)カバー部材60の本体63に貫通孔71,72を形成して、この貫通孔71,72を貫通して本体63と係止する係止突起37,38を第1の電池ホルダ21に設けている。カバー部材60の本体63が二次電池11から離れる方向に変形しようとすると、係止突起37,38によって変形が規制される。このため、本体63が変形しにくく、延設部65の先端と二次電池11における開放弁57が設けられた面との間に隙間が形成されにくい。このため、流通路81から気体が漏れにくい。
(1)カバー部材60の本体63に貫通孔71,72を形成して、この貫通孔71,72を貫通して本体63と係止する係止突起37,38を第1の電池ホルダ21に設けている。カバー部材60の本体63が二次電池11から離れる方向に変形しようとすると、係止突起37,38によって変形が規制される。このため、本体63が変形しにくく、延設部65の先端と二次電池11における開放弁57が設けられた面との間に隙間が形成されにくい。このため、流通路81から気体が漏れにくい。
(2)貫通孔71,72は、本体63における流通路81外(延設部65に挟まれる部分とは異なる部分)に形成されているため、貫通孔71,72によって流通路81の内部と外部とが連通しない。このため、貫通孔71,72を介して気体が漏れ出すことも抑制されている。
(3)カバー部材60の立設部64は、電池ホルダ21,41の突出部26に沿っている。このため、立設部64の分だけ電池ホルダ21,41との接触面積が増加し、カバー部材60の位置ずれ(本体63の厚み方向への位置ずれ)が生じにくい。
(4)また、立設部64を設けることで、立設部64の変形が突出部26によって抑制され、カバー部材60は本体63が変形しやすい。このため、係止突起37,38によって本体63の変形を抑制する効果が特に顕著になる。
(5)第1のカバー61と第2のカバー62は、貫通孔71,72の個数が異なっている。このため、第1のカバー61と第2のカバー62の位置を入れ替えてカバー部材60を取り付けようとすると、第1のカバー61と第2のカバー62が重なり合う、あるいは、第1のカバー61と第2のカバー62の間に隙間ができる。したがって、第1のカバー61と第2のカバー62が正しい位置に配置されていないことを把握することができる。このため、正しい位置に第1のカバー61と第2のカバー62とを配置することができる。
(6)また、延設部65を挟んで本体63の長手方向に隣り合うように形成された2つの貫通孔71,72は、本体63の短手方向にずれて設けられている。このため、第1のカバー61を第2のカバー62の向き(第1のカバー61と第2のカバー62の長手方向の向き)が反対になると、第1のカバー61と第2のカバー62を取り付けることができない。このため、正しい向きで第1のカバー61と第2のカバー62を配置することができる。
(7)本体63の厚み方向の変形を抑制するために、本体63を厚くすることで剛性を向上させることも考えられる。しかしながら、この場合、カバー部材60に使用する材料が多くなるため、製造コストの増大を招く。また、射出成形でカバー部材60を製造するときに本体63が厚いと、本体63の反りやひけ(窪み)が大きくなる。係止突起37,38によって本体63の厚み方向の変形を抑制することで、本体63を薄くすることができ、製造コストの増大を抑制できる。また、本体63の反りやひけを抑制することができる。
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 延設部65は、電池ホルダ21,41に設けられていてもよいし、二次電池11に設けられていてもよい。この場合、延設部65は、カバー部材60の本体63に当接する。そして、係止突起37,38によってカバー部材60の本体63の変形が抑制されることで、延設部65とカバー部材60の本体63との間に隙間が形成されることが抑制される。
○ 延設部65は、電池ホルダ21,41に設けられていてもよいし、二次電池11に設けられていてもよい。この場合、延設部65は、カバー部材60の本体63に当接する。そして、係止突起37,38によってカバー部材60の本体63の変形が抑制されることで、延設部65とカバー部材60の本体63との間に隙間が形成されることが抑制される。
○ カバー部材60の本体63における延設部65に挟まれる部分(流通路81内)に、係止突起37,38が形成される被係止部を設けて、被係止部に係止突起37,38が係止されるようにしてもよい。本体63における延設部65に挟まれる部分に被係止部を設ける場合、本体63の厚み方向に貫通しない被係止部を設けることで、流通路81の内部と外部とが連通することが規制される。
○ 立設部64を設けず、本体63のみでカバー部材60が構成されていてもよい。
○ カバー部材60は、複数のカバー部材60部材から構成されていなくてもよく、単一の部材(カバー部材60部材)であってもよい。
○ カバー部材60は、複数のカバー部材60部材から構成されていなくてもよく、単一の部材(カバー部材60部材)であってもよい。
○ 全ての電池ホルダ21,41に係止突起37,38を設けてもよい。すなわち、電池ホルダ21,41として第1の電池ホルダ21のみを用いてもよい。この場合、電池ホルダ21,41の係止突起37,38の数に合わせてカバー部材60の貫通孔71,72の数を変更する。
○ 係止突起37,38は、柱部材32,33の軸方向にずれて設けられていなくてもよい。この場合、貫通孔71,72もずれて設けられていなくてもよい。
○ 対応する貫通孔71,72にしか貫通できないように係止突起37,38の形状を変更して、第1のカバー61と第2のカバー62の配置が逆になることを抑制してもよい。
○ 対応する貫通孔71,72にしか貫通できないように係止突起37,38の形状を変更して、第1のカバー61と第2のカバー62の配置が逆になることを抑制してもよい。
○ 第1の電池ホルダ21の柱部材32,33両方に係止突起37,38を設けたが、いずれか一方の柱部材32,33にのみ係止突起37,38を設けてもよい。
○ 第1の電池ホルダ21の柱部材32,33に係止突起37,38を設けたが、他の位置に係止突起37,38を設けてもよい。例えば、第4の被覆部に設けてもよいし、端子収容部31に設けてもよい。
○ 第1の電池ホルダ21の柱部材32,33に係止突起37,38を設けたが、他の位置に係止突起37,38を設けてもよい。例えば、第4の被覆部に設けてもよいし、端子収容部31に設けてもよい。
○ 流通路81を区画するU状の区画部材を設けて、この区画部材をカバー部材60の本体63によって二次電池11に向けて押圧することで流通路81を形成してもよい。すなわち、流通路81を形成するとは、二次電池11のケース51、カバー部材60の本体63及び延設部65によって流通路81が区画されている場合に限られず、他の部材などをカバー部材60などで押圧することで流通路81を形成している場合も含む。
○ 二次電池11は単数であってもよい。
○ 電池ホルダは単数であってもよい。単数の電池ホルダが複数の二次電池11を保持してもよいし、単数の二次電池11を保持してもよい。
○ 電池ホルダは単数であってもよい。単数の電池ホルダが複数の二次電池11を保持してもよいし、単数の二次電池11を保持してもよい。
次に、上記実施形態から把握することができる技術的思想について以下に追記する。
(イ)前記カバー部材に前記延設部が設けられることを特徴とする請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載の電池モジュール。
(イ)前記カバー部材に前記延設部が設けられることを特徴とする請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載の電池モジュール。
10…電池モジュール、11…二次電池、21…第1の電池ホルダ、37,38…係止突起、41…第2の電池ホルダ、54…蓋部、57…開放弁、60…カバー部材、61…第1のカバー、62…第2のカバー、63…本体、64…立設部、65…延設部、71,72…貫通孔、81…流通路。
Claims (5)
- 正極及び負極を備える電極組立体と該電極組立体を収容するケースと該ケース内の気体を該ケース外に開放する開放弁とを備える二次電池と、
前記二次電池を保持する電池ホルダと、
前記開放弁と対向して設けられた本体を有するカバー部材と、
前記ケースと前記カバー部材の本体との間に設けられ、前記開放弁を挟んで互いに対向して設けられる一対の延設部と、を有する電池モジュールであって、
前記ケース、前記カバー部材の本体及び前記一対の延設部は、前記開放弁から排出される気体の流通路を形成し、
前記電池ホルダは、前記カバー部材の本体に係止される係止突起を有することを特徴とする電池モジュール。 - 前記カバー部材の本体は、前記流通路外に前記ケースとの対向方向に貫通する貫通孔を有し、
前記係止突起は、前記貫通孔を貫通して前記本体に係止されることを特徴とする請求項1に記載の電池モジュール。 - 前記カバー部材は、前記カバー部材の本体から前記延設部とは反対に向けて延びる立設部を有し、
前記電池ホルダは、前記立設部に沿って延びる突出部を有す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。 - 前記二次電池を複数有し、
前記複数の二次電池は、並設され、
前記係止突起を有する前記電池ホルダを少なくとも一つ有することを特徴とする請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の電池モジュール。 - 前記カバー部材は、前記二次電池の並設方向に並んで設けられた第1のカバーと第2のカバーとを有し、
前記第1のカバーと前記第2のカバーに設けられる前記貫通孔の数が異なることを特徴とする請求項4に記載の電池モジュール。
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