JP6213394B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は電池セルと当該電池セルを保持するホルダとが接着されてなる電池モジュールに関する。

電池モジュールにおける電池セルはホルダに接着されるのが一般的である。例えば、特許文献１に紹介されている電池モジュールは、複数の電池セルをホルダに一体に接着してなるものである。この種の電池モジュールは組電池とも呼ばれ、例えば車両用のバッテリ等の種々の用途に供されている。

電池セルをホルダに強固に一体化するためには、接着剤として硬質なものを選択すれば良い。しかし、例えばホルダとしてアルミニウム等の金属製のものを用いる場合には、接着層とホルダとの線膨張係数の差が大きくなり、寒冷期などに接着層とホルダとの境目に大きな応力が作用する場合がある。そして、当該応力が過大であれば、接着層とホルダとが剥離する可能性がある。また、硬質な接着層は振動を伝達し易い。例えば電池モジュールが車載用であれば、走行時の振動が硬質な接着層を介してホルダから電池セルに伝達され、電池セルがホルダに対してガタつく可能性もある。

したがって、接着層を介して電池セルをホルダに安定して保持し得る技術が望まれていた。

特開２０１３−８６５５号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、接着層を介して電池セルをホルダに安定して保持し得る電池モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の電池モジュールは、
孔状をなす電池保持部を持つホルダと、前記電池保持部に挿入されている電池セルと、前記ホルダにおける前記電池保持部の内周面と前記電池セルの外周面とを固着する接着層と、を備え、
前記接着層は、可撓性を有する第１接着部と、前記第１接着部よりも硬質な第２接着部と、で構成され、
前記第１接着部は、前記電池セルの外周面と前記電池保持部の内周面とで区画される接着空間において、径方向の少なくとも一部に存在しているものである。

本発明の電池モジュールは、下記の要素（１）〜（５）の何れかを有するのが好ましく、複数を有するのがより好ましい。
（１）前記接着層における軸方向の一端部は、前記ホルダの軸方向端面の少なくとも一部および／または前記電池セルの軸方向端面の少なくとも一部を覆う引っ掛かり部を構成している。
（２）さらに、前記接着層の軸方向の一端部よりもさらに先側にあるストッパ部を有する。
（３）前記ストッパ部は、前記引っ掛かり部の軸方向の先側にある。
（４）前記引っ掛かり部は、前記ストッパ部および前記電池セルおよび／または前記ストッパ部および前記ホルダによって挟持されている。
（５）前記引っ掛かり部は、前記第２接着部で構成されている。

本発明の電池モジュールは、可撓性を有する第１接着部を接着層に含む。ここでいう可撓性とは広義の弾性に含まれ、具体的には、柔軟性があり曲げ変形させても元の形状に戻り得る性質を指す。本発明における「可撓性を有する」なる文言は、「微弾性を有する」或いは「弾性挙動を示す」等と言い換える事ができる。以下、必要に応じて「可撓性」を「弾性」と言い換えて説明する。

本発明の電池モジュールにおける接着層は、第１接着部の可撓性によって、上述した応力や衝撃を吸収できる。また、接着部は硬質の第２接着部を有する。第２接着部は接着層の形状維持に寄与し、第２接着層を有することで接着層は電池セルとホルダとが互いに位置ズレすることを抑制できる。

このため、本発明の電池モジュールによると、電池セルをホルダの電池保持部に安定して保持し得る。

実施例１の電池モジュールを模式的に表す斜視図である。 実施例１の電池モジュールを模式的に表す分解斜視図である。 実施例１の電池モジュールを図１中Ｘ−Ｘ位置で切断した様子を模式的に表す断面図である。 実施例２の電池モジュールを図１中Ｘ−Ｘ位置と同位置で切断した様子を模式的に表す要部拡大断面図である。 実施例３の電池モジュールを図１中Ｘ−Ｘ位置と同位置で切断した様子を模式的に表す要部拡大断面図である。

以下、具体例を挙げて本発明の電池モジュールを説明する。

（実施例１）
図１は実施例１の電池モジュールを模式的に表す斜視図である。図２は、図１に示す実施例１の電池モジュールの分解斜視図である。図３は、実施例１の電池モジュールを図１中Ｘ−Ｘ位置で切断した様子を模式的に表す断面図である。以下、実施例において、上、下、左、右、前、後とは図１に示す上、下、左、右、前、後を指す。実施例において、電池セルの軸方向Ｙとは図１に示す上下方向を指す。なお、電池セル以外の部材における軸方向Ｙとは、図１に示す組み付け状態において軸方向Ｙに一致する方向を指す。

実施例１の電池モジュールは、図１および図２に示すように、電池セル１、接着層４、ホルダ５、二つのセパレータ９０ａ、９０ｂ、および、二つのバスバー９１ａ、９１ｂで構成されている。なお、実施例１の電池モジュールにおけるセパレータ９０ａは、後述するように、セパレータとしての機能だけでなく本発明の電池モジュールにおけるストッパ部の機能をも有する。このため、当該セパレータ９０ａは本発明の電池モジュールにおけるストッパ部に相当する。

図２に示すように、実施例１の電池モジュールは１６個の電池セル１を持つ。各電池セル１は、略同形の円筒形セルであり、軸方向Ｙの両端にそれぞれ端子１９（正極端子、負極端子）を持つ。ホルダ５は略板状をなし、１６個の電池保持部５０を持つ。各電池保持部５０は貫通孔状をなし、各電池保持部５０の内径は各電池セル１の外径よりもやや大きい。各電池保持部５０にはそれぞれ対応する電池セル１が挿入される。実施例１の電池モジュールにおいて、各電池セル１は、４本一組として二つのバスバー９１ａ、９１ｂによって直列に接続される。バスバー９１ａと電池セル１との間、およびバスバー９１ｂと電池セル１との間には、図略の導電材層がそれぞれ設けられている。導電材層はバスバー９１ａまたは９１ｂと電池セル１の端子１９とを電気的に接続するための層である。導電材層の形状は特に限定されず、タブ溶接やワイヤーボンディング、ろう付け等の方法の既知の方法で形成できる。

バスバー９１ａと電池セル１との間、および、バスバー９１ｂと電池セル１との間には、局所的に、セパレータ９０ａまたはセパレータ９０ｂが介在している。セパレータ９０ａ、９０ｂは、バスバー９１ａ、９１ｂと電池セル１との電気的接続を部分的に遮断することで、短絡を防ぎつつ、バスバー９１ａ、９１ｂによって電池セル１を接続するための部材である。セパレータ９０ａ、９０ｂは絶縁材で構成すれば良く、本実施例では絶縁樹脂製である。なお、本発明の電池モジュールにおけるストッパ部がセパレータ９０ａ、９０ｂでない場合、ストッパ部の材料は特に限定されない。しかしストッパ部は電池セル１に近接する部材であるため、やはり、絶縁材で構成するのが好ましい。

接着層４は、後述する接着剤が固化してなる層であり、ホルダ５に設けられている電池保持部５０の内周面５１と、電池セル１の外周面１１と、の間に筒状に介在し、電池保持部５０の内周面５１および電池セル１の外周面１１に固着している。図３に示すように、接着層４は、第１接着部４１と第２接着部４５とを有する。

第１接着部４１は可撓性を有し第２接着部４５は硬質である。実施例１においては、第１接着部４１はエポキシ樹脂に弾性ポリマーを添加してなる接着剤を材料としている。また、第２接着部４５はエポキシ樹脂に硬質フィラーを添加してなる接着剤を材料としている。しかし、第１接着部４１および第２接着部４５はこれに限定されず、例えば、第１接着部４１および第２接着部４５の材料としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂に代表される合成樹脂系接着剤、酢酸ビニルに代表されるエマルジョン系接着剤、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）に代表されるホットメルト系接着剤、クロロプレンに代表される合成ゴム系接着剤等を挙げることができる。これら各種の接着剤には、適宜、添加剤を加えても良い。例えば、第１接着部４１の材料および第２接着部４５の材料として、ともにエポキシ樹脂など硬質の接着剤を用いる場合にも、第１接着部４１の材料となるエポキシ樹脂にだけ弾性フィラーを添加すれば、第２接着部４５は第１接着部４１よりも硬質になる。また、この場合、弾性フィラーを含有する第１接着部４１は弾性変形可能となる。或いは、第１接着部４１の材料として添加剤を加えないエポキシ樹脂を用い、第２接着部４５の材料となるエポキシ樹脂にだけ硬質フィラーを添加しても良い。この場合にもまた、第２接着部４５は第１接着部４１よりも硬質となり、また、エポキシ樹脂自身の弾性の分だけ第１接着部４１は弾性変形可能である。更には、ウレタンやシリコン等比較的弾性の高い接着剤は、第１接着部４１の材料として特に適している。

可撓性を有する（つまり弾性変形可能な）第１接着部４１は、電池セル１の外周面１１と電池保持部５０の内周面５１とで区画される筒状の接着空間２０の径方向の略全体および軸方向の略全体にわたって延在している。つまり、第１接着部４１は電池セル１の外周面１１および電池保持部５０の内周面５１にそれぞれ固着している。なお、接着空間２０の軸方向とは上述したように、図１に示す組み付け状態において電池セル１の軸方向Ｙに一致する方向である。また、接着空間２０の径方向とは、軸方向Ｙに直交する方向であり、組み付け状態における電池セル１の径方向に一致する方法である。

第１接着部４１よりも硬質な第２接着部４５は、第１接着部４１の軸方向の一端側（つまり上側）に一体に固着し、かつ、接着空間２０の外部において、電池セル１の軸方向端面１ａの外周縁部を覆っている。そして、第２接着部４５は、当該軸方向端面１ａにおける外周縁部に固着している。したがって、実施例１の電池モジュールにおける第２接着部４５は、引っ掛かり部４８ａを構成している。

接着層４は、電池セル１における軸方向の一部の領域（固着領域Ｚと呼ぶ）に固着され、電池セル１の周方向全周にわたって電池保持部５０の内周面５１と電池セル１の外周面１１との間に介在している。このため接着層４は図２に示すように略筒状をなす。

上述したように、接着層４は、弾性変形可能な第１接着部４１と、硬質な第２接着部４５と、を有する。このため接着層４は、第１接着部４１に起因して、衝撃や応力の吸収性能に優れる。また接着層４は、第２接着部４５に起因して、電池セル１およびホルダ５に強固に一体化される。したがって接着層４は、電池セル１をホルダ５の電池保持部５０内に安定して保持し得る。

また、実施例１の電池モジュールにおいては、接着空間２０の略全体に弾性変形可能な第１接着部４１が充填されているため、特に衝撃や応力の吸収性能に優れる。そして、弾性変形可能な第１接着部４１は硬質の第２接着部４５に一体化されているため、電池モジュールに大きな力が作用した場合等にも、第２接着部４５によって電池セル１とホルダ５とが安定して固定される。よって実施例１の電池モジュールによると、電池セル１をホルダ５の電池保持部５０内に安定して収容保持できる。

さらに、第２接着部４５は、接着空間２０の外部（図３における接着空間２０の上側の部分）において、電池セル１の軸方向端面１ａの外周縁部を覆っている。このため、上述したように、第２接着部４５の一部は引っ掛かり部４８ａを構成している。電池セル１の軸方向端面１ａを引っ掛かり部４８ａが覆っているため、電池セル１の軸方向の位置変化（図３中上方向の位置変化）は引っ掛かり部４８ａに妨げられる。また、当該引っ掛かり部４８ａは電池セル１の軸方向端面１ａを覆うだけでなく、軸方向端面１ａに固着している。このため、電池セル１はより一層軸方向に位置変化し難い。このことによっても、実施例１の電池モジュールは、電池セル１をホルダ５の電池保持部５０内に安定して保持し得る。

さらに、引っ掛かり部４８ａの軸方向のさらに先側（図３中上側）には、セパレータ９０ａ（つまりストッパ部）が存在している。このため、引っ掛かり部４８ａを含む接着層４自体の軸方向の位置変化、および、接着層４に固着されている電池セル１の軸方向の位置変化は、セパレータ９０ａによって妨げられる。このように実施例１の電池モジュールにおいては、引っ掛かり部４８ａを含む接着層４自体の軸方向の位置変化を抑制することで、電池セル１の軸方向の位置変化をより信頼性高く抑制できる。さらに、引っ掛かり部４８ａはセパレータ９０ａと電池セル１とによって挟持されているため、引っ掛かり部４８ａを含む接着層４は、さらに、軸方向に位置変化し難く、電池セル１もまた軸方向に位置変化し難い。このことによっても、実施例１の電池モジュールは、電池セル１をホルダ５の電池保持部５０内により一層安定して保持し得る。

また、第１接着部４１は、接着空間２０の外部（図３における接着空間２０の下側の部分）において、ホルダ５の軸方向端面５ｂにおける内周縁部を覆っている。このため、第１接着部４１の一部もまた引っ掛かり部４８ｂを構成している。そして、引っ掛かり部４８ｂがホルダ５の軸方向端面５ｂを覆うことで、引っ掛かり部４８ｂによって電池セル１とホルダ５との軸方向の位置ズレを抑制できる。なお、実施例１の電池モジュールにおいて、セパレータ９０ｂはストッパ部ではないが、接着部４がセパレータ９０ｂに近接している場合等には、セパレータ９０ｂがストッパ部となる場合もある。

なお、実施例１の電池モジュールでは、接着層４が接着空間２０の軸方向の全体に充填されているが、本発明の電池モジュールにおいては、第１接着部４１が接着空間２０の径方向の一部にありさえすれば良く、接着層４は接着空間２０の軸方向の一部にのみ充填されていても良い。この場合にも、電池セル１の外周面１１と、ホルダ５における容器保持部５０の内周面５１と、の径方向の隙間には、少なくとも、弾性変形可能な第１接着部４１が介在する。このため、例えば線膨張係数の違いにより、電池セル１の外周面１１と、ホルダ５における容器保持部５０の内周面５１と、の径方向の相対位置が変化した場合にも、第１接着部４１が弾性変形することで接着層４に作用する応力を吸収できる。また、第１接着部４１が弾性変形することによって、電池セル１の外周面１１と容器保持部５０の内周面５１との間で衝撃力の伝達を緩和できる。なお、上記した応力緩和や衝撃緩和を考慮すると、第１接着部４１は接着空間２０において周方向全周にわたって連続して存在するのが好ましい。参考までに、第１接着部４１および第２接着部４５は、接着空間２０において、軸方向および／または径方向に層状をなしても良い。

また、本発明の電池モジュールにおける引っ掛かり部４８ａ、４８ｂは、電池セル１における軸方向の二端面１ａ、１ｂの少なくとも一方、または、ホルダ５における軸方向の二端面５ａ、５ｂの少なくとも一方を覆えば良い。また、引っ掛かり部４８ａ、４８ｂは電池セルの軸方向端面１ａ、１ｂまたはホルダ５の軸方向端面５ａ、５ｂの一部を覆うだけでも良いし、全部を覆っても良い。さらに、引っ掛かり部４８ａ、４８ｂは電池セル１の軸方向端面１ａ、１ｂおよびホルダ５の軸方向端面５ａ、５ｂに固着していなくても良い。さらに、ここでいう電池セル１の軸方向端面とは、二つの軸方向端面１ａ、１ｂの一方だけでも良いし両方でも良い。同様に、ホルダ５の軸方向端面とは、二つの軸方向端面５ａ、５ｂの一方だけでも良いし両方でも良い。

（実施例２）
実施例２の電池モジュールは、接着層４以外は実施例１の電池モジュールと概略同じものである。実施例２の電池モジュールを模式的に表す要部拡大図を図４に示す。なお、図４は実施例２の電池モジュールを図１中Ｘ−Ｘ位置と同位置で切断した断面である。

実施例２の電池モジュールにおいて、接着空間２０には第１接着部４１および第２接着部４５が充填されている。第１接着部４１は、接着空間２０の径方向外側部分に存在し、ホルダ５における電池保持部５０の内周面５１に固着している。第２接着部４５は、接着空間２０の径方向内側部分にあり、電池セル１の外周面１１に固着している。つまり、第１接着部４１は接着層４の径方向外側部分を構成し、第２接着部４５は接着層４の径方向内側部分を構成している。

さらに、第２接着部４５は、図４中下側に位置する接着空間２０の外部において、ホルダ５の軸方向端面５ｂの内周縁部を覆い、軸方向端面５ｂに固着している。つまり、実施例２の電池モジュールにおいても、第２接着部４５の一部が引っ掛かり部４８ｂを構成している。なお、実施例２の電池モジュールにおいて、図４中上側に位置する接着空間２０の外部には引っ掛かり部４８ａはなく、接着層４の軸方向端面４ａ（図４中上側の端面）のさらに上側は、セパレータ９０ａによって覆われている。なお接着層４の軸方向端面４ａとセパレータ９０ａは当接している。

実施例２の電池モジュールにおいては、硬質の第２接着部４５が接着空間２０にも存在し、第２接着部４５が電池セル１の外周面１１に固着している。このため、電池セル１が接着層４によって安定して固定され、電池セル１が軸方向に位置変化し難く、ひいては電池セル１とホルダ５との軸方向の位置ズレを抑制できる。さらに、第２接着部４５はホルダ５にも固着している。このため、接着層４は、電池セル１およびホルダ５の軸方向の位置ズレをより信頼性高く抑制可能である。

さらに、接着層４の軸方向端面４ａはセパレータ９０ａで覆われ、第２接着部４５で構成される引っ掛かり部４８ｂはホルダ５の軸方向端面５ｂ（図４中下側に位置する端面）を覆っている。このため、接着層４自体の軸方向の位置変化はセパレータ９０ａおよびホルダ５によって妨げられ、接着層４に固着する電池セル１とホルダ５との位置ズレをより一層抑制できる。よって、実施例２の電池モジュールもまた、電池セル１をホルダ５の電池保持部５０内に安定して保持し得る。

また、接着空間２０には、硬質の第２接着部４５とともに、弾性変形可能な第１接着部４１が存在している。このため、実施例２の電池モジュールにおける接着層４もまた、第１接着部４１に由来して衝撃や応力の吸収性能に優れる。

実施例２の電池モジュールにおいては、第１接着部４１の厚さは第２接着部４５の厚さよりも薄い。しかし、本発明の電池モジュールにおいて、第１接着部４１は接着空間２０の径方向の一部に存在すれば良く、その厚さは電池モジュールの使用環境等に応じて適宜設定できる。例えば、衝撃吸収性能等を考慮すると第１接着部４１の厚さが厚い方が好ましく、電池セル１とホルダ５との位置ズレ防止やガタつき防止を考慮すると第２接着部４５の厚さが厚い方が好ましい。

（実施例３）
実施例３の電池モジュールは、接着層４以外は実施例１の電池モジュールと概略同じものである。実施例３の電池モジュールを模式的に表す要部拡大図を図５に示す。なお、図５は実施例３の電池モジュールを図１中Ｘ−Ｘ位置と同位置で切断した断面である。

実施例３の電池モジュールにおいても、実施例２の電池モジュールと同様に、接着空間２０には第１接着部４１および第２接着部４５が充填されている。第１接着部４１は、接着空間２０の径方向内側部分にあり、電池セル１の外周面１１に固着している。第２接着部４５は、接着空間２０の径方向外側部分にあり、ホルダ５における電池保持部５０の内周面５１に固着している。つまり、第１接着部４１は接着層４の径方向内側部分を構成し、第２接着部４５は接着層４の径方向外側部分を構成している。

さらに、第２接着部４５は、図５中上側に位置する接着空間２０の外部において、電池セル１の軸方向端面１ａの外周縁部を覆っている。さらに、第１接着部４１および第２接着部４５は、図５中下側に位置する接着空間２０の外部において、ホルダ５の軸方向端面５ｂの内周縁部を覆っている。つまり、実施例３の電池モジュールにおいては、第２接着部４５の一部が引っ掛かり部４８ａおよび４８ｂを構成し、第１接着部４１の一部が引っ掛かり部４８ｂを構成している。第２接着部４５で構成されている引っ掛かり部４８ａのさらに上側は、セパレータ９０ａによって覆われている。引っ掛かり部４８ａとセパレータ９０ａは当接し、引っ掛かり部４８ａは電池セル１およびセパレータ９０ａで挟持されている。

実施例３の電池モジュールは、弾性変形可能な第１接着部４１が電池セル１の外周面１１に固着し、硬質の第２接着部４５がホルダ５における電池保持部５０の内周面５１に固着している点で実施例２の電池モジュールと大きく異なる。しかし、このような実施例３の電池モジュールもまた、弾性変形可能な第１接着部４１に由来して衝撃や応力の吸収性能に優れ、かつ、硬質な第２接着部４５に由来して電池セル１をホルダ５に強固に一体化できる。したがって、実施例３の電池モジュールもまた、実施例１および実施例２の電池モジュールと同様に、電池セル１をホルダ５の電池保持部５０内に安定して保持し得る。

本発明の電池モジュールの用途は特に限定されず、様々な装置や備品等に配設できる。具体例としては、車両用に搭載する組電池を挙げることができる。

（その他）
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態にのみ限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。また、実施形態に示した各構成要素は、それぞれ任意に抽出し組み合わせて実施できる。

１：電池セル ４：接着層 ５：ホルダ
１１：電池セルの外周面 ４１：第１接着部 ４５：第２接着部
４８ａ：４８ｂ：引っ掛かり部
５０：電池保持部 ５１：電池保持部の内周面
９０ａ、９０ｂ：セパレータ（ストッパ部）

Claims (6)

1. 孔状をなす電池保持部を持つホルダと、前記電池保持部に挿入されている電池セルと、前記ホルダにおける前記電池保持部の内周面と前記電池セルの外周面とを固着する接着層と、を備え、
   前記接着層は、可撓性を有する第１接着部と、前記第１接着部よりも硬質な第２接着部と、で構成され、
   前記第１接着部は、前記電池セルの外周面と前記電池保持部の内周面とで区画される接着空間において、径方向の少なくとも一部に存在している、電池モジュール。
2. 前記接着層における軸方向の一端部は、前記ホルダの軸方向端面の少なくとも一部および／または前記電池セルの軸方向端面の少なくとも一部を覆う引っ掛かり部を構成している、請求項１に記載の電池モジュール。
3. さらに、前記接着層の軸方向の一端部よりもさらに先側にあり前記接着層の軸方向の変位を規制するストッパ部を有する、請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記ストッパ部は、前記引っ掛かり部の軸方向の先側にある、請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記引っ掛かり部は、前記ストッパ部および前記電池セルによって挟持されている、および／または、前記ストッパ部および前記ホルダによって挟持されている、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記引っ掛かり部は、前記第２接着部で構成されている請求項２〜請求項５の何れか一項に記載の電池モジュール。

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