JP6245048B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、平板状の電池を積層して、拘束した電池モジュールに関する。

従来の電池モジュールでは、平板状の電池セルとスペーサを交互に積層されて積層体を構成しており、積層体を拘束バンドによって拘束している（たとえば特許文献１参照）。

特開２００８−５３０１９号公報

前述の特許文献１に記載の蓄電モジュールでは、各電池セルの端子が設けられる上面に拘束バンドを配置している。そのため、拘束バンドと端子との絶縁距離を考慮する必要があり、全体として大形化するという問題がある。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、拘束部材と端子とを絶縁しつつ、小形化がすることができる電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、平板状の電池セル（１４）と電池セルを収納する収納部材（２０）を交互に積層した積層体（１１）と、積層体の積層方向の両面部を、積層方向に押圧した状態で拘束する拘束部材（１２）と、を含み、電池セルは、端子（１５，１６）が上面に設けられており、収納部材は、電池セルの主面と対向する本体部（２１）と、本体部（２１）の縁から積層方向に延び、電池セルの側面と対向する側壁部（２２）とを備え、拘束部材（１２）は、積層方向の延びる部材であって、側壁部（２２）の外側に位置する部分を備え、側壁部は積層方向の一方側と他方側とで、積層方向に直交しかつ電池セルの上面の長辺に沿った長手方向に段差があり、電池セルの側面に、積層方向の一方側に位置する側壁部と、積層方向の他方側に位置する側壁部とが重複した状態で配置されていることを特徴とする電池モジュールである。
他の発明は、平板状の電池セル（１４）と前記電池セルを収納する収納部材（２０）を交互に積層した積層体（１１）と、積層体の積層方向の両面部を、積層方向に押圧した状態で拘束する拘束部材（１２）と、を含み、電池セルは、端子（１５，１６）が上面に設けられており、収納部材は、電池セルの主面と対向する本体部（２１）と、本体部の縁から積層方向に延び、電池セルの側面と対向する側壁部（２２）と、を備え、拘束部材は、積層方向の延びる部材であって、側壁部の外側に位置する部分を備え、電池セルと、電池セルに隣接する収納部材との間の一部には、隙間があり、隙間は、積層方向に直交しかつ電池セルの上面に直交する上下方向に延び、冷媒が上下方向に通過する冷媒通路（５０）を形成し、電池セルの下面には、対向する一対の拘束部材を連結する連結部材（６０）が設けられ、連結部材は、上下方向に見て、冷媒通路を避けた位置に配置されることを特徴とする電池モジュールである。

このような本発明に従えば、電池セルの端子は上面に設けられており、拘束部材は側壁部の外側に設けられている。したがって端子が設けられる面と、拘束部材が設けられる面とが異なる。これによって拘束部材と端子とを絶縁するための部材および間隔をあける必要がない。したがって端子と拘束部材とが干渉することがないので、端子の間隔を気にすることなく、電池モジュールを小形化することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態の電池モジュール１０を示す斜視図である。 電池モジュール１０を示す側面図である。 電池モジュール１０を示す平面図である。 電池モジュール１０を示す底面図である。 電池モジュール１０を示す正面図である。 収納部材２０を表側から見て示す斜視図である。 収納部材２０を裏側から見て示す斜視図である。 電池モジュール１０の一部を拡大して示す側面図である。 電池モジュール１０Ａを示す正面図である。 拘束部材１２の一部を拡大して示す断面図である。 第２実施形態の電池モジュール１０Ｂを示す断面図である。 電池モジュール１０Ｂの一部を拡大して示す平面図である。 第３実施形態の電池モジュール１０Ｂの一部を拡大して示す底面図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図８を用いて説明する。電池モジュール１０は、積層体１１、拘束部材１２および固定部材１３を含んで構成される。電池モジュール１０は、例えば内燃機関と電池に充電された電力によって駆動されるモータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、およびモータを走行駆動源とする電気自動車等に用いられる。

積層体１１は、平板状の電池セル１４と収納部材２０とを交互に積層して構成される。複数の電池セル１４は、電気的に直列に接続されている。電池セル１４は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池および有機ラジカル電池である。

以下、電池セル１４が積層されている方向を積層方向Ｙと称する。積層方向Ｙに直交し、長方形状の電池セル１４の長辺に沿った方向を長手方向Ｘと称する。また積層方向Ｙに直交し、長方形状の電池セル１４の短辺に沿った方向を上下方向Ｚと称する。

電池セル１４は、外装ケースが薄い平板状の形態をなす。外装ケースの内部空間には、電極積層体、電解質、端子接続部、正極端子部１５の一部、及び負極端子部１６の一部が内蔵されている。正極端子部１５及び負極端子部１６の夫々の残部は、外装ケースの上面から上方に突出している。外装ケースから露出する端子１５，１６は、隣り合う電池セル１４における異極の端子１５，１６と接続される。したがって積層される複数の電池セル１４は、直列に接続される。そして直列に接続された端子１５，１６のうち両端の端子１５，１６、すなわち積層体１１の両端に設置されたプラス端子およびマイナス端子は、電力が供給されたり、他の電気機器へ向けて放電されたりするために使用される。

収納部材２０は、本体部２１と側壁部２２と天井部２３と底壁部２４を備える。収納部材２０は、たとえば樹脂からなり、各部が一体に成型されている。収納部材２０は、隣接する電池セル１４を絶縁する機能も有する。

本体部２１は、平板状であって、電池セル１４の主面と対向する。電池セル１４の主面は、扁平状の電池セル１４を最も面積が大きい面である。したがって本体部２１は、積層方向Ｙに隣接する電池セル１４に挟み込まれるように配置される。

側壁部２２は、図６および図７に示すように、本体部２１の縁から積層方向Ｙに延び、電池セル１４の側面と対向する。換言すると、側壁部２２は、本体部２１の長手方向Ｘの両端部から、積層方向Ｙの両側に突出するように設けられる。したがって収納部材２０は、上下方向Ｚに見て、断面Ｉ字状である。

また側壁部２２は積層方向Ｙの一方側と他方側とで、長手方向Ｘに段差がある。これは隣接する収納部材２０の側壁部２２と重複可能にするためである。したがって電池セル１４の側面には、積層方向Ｙの一方側に位置する収納部材２０の側壁部２２と、積層方の他方側に位置する収納部材２０の側壁部２２とが重複した状態で配置されている。これによって強度が向上するので、拘束部材１２で拘束されても、損傷することを防ぐことができる。

さらに側壁部２２は、上下方向Ｚに間隔をあけて、２つの凹部２５が形成される。凹部２５は、拘束部材１２が収容される部分である。凹部２５は、図６および図７に示すように、積層方向Ｙ側の端部が解放されている。したがって積層方向Ｙに延びる拘束部材１２を収納可能である。また側壁部２２には、上下方向Ｚに隣接する２つ凹部２５を形成するための３つの凸部分２６を有する。この３つの凸部分２６は、積層方向Ｙの一方側が、積層方向Ｙの他方側よりも大きい。これによって図８に示すように、隣接する側壁部２２と重なる場合には、大きい凸部分２６の中に、小さい凸部分２６が収容される。したがって側壁部２２が上下方向Ｚの変位を規制する。また側壁部２２の段差によって、積層方向Ｙへの変位も規制される。

天井部２３は、図６および図７に示すように、本体部２１の縁から積層方向Ｙに延び、電池セル１４の上面の一部と対向する。換言すると、天井部２３は、本体部２１の上方の端部から、積層方向Ｙの両側に突出するように設けられる。天井部２３は、隣接する電池セル１４の各上面と対向する。したがって天井部２３は、図３に示すように、電池セル１４の上方への変位を規制する。

底壁部２４は、図６および図７に示すように、本体部２１の縁から積層方向Ｙに延び、電池セル１４の下面の一部と対向する。換言すると、底壁部２４は、本体部２１の下方の端部から、積層方向Ｙの両側に突出するように設けられる。また底壁部２４は、本体部２１の下方の端部のうち、長手方向Ｘの両端部に設けられる。底壁部２４は、隣接する電池セル１４の各下面と対向する。したがって底壁部２４は、図４に示すように、電池セル１４の下方への変位を規制する。

このように収納部材２０は、隣接する電池セル１４の側面、上面および下面を取り囲むように収納する。したがって収納部材２０から電池セル１４が上下方向Ｚおよび長手方向Ｘに位置ずれすることを抑制している。また積層方向Ｙに拘束される電池セル１４を支持することができる。

固定部材１３は、積層体１１の積層方向Ｙの両面部に設けられる。固定部材１３は、積層体１１が設置される設置箇所に連結されるとともに、拘束部材１２の両端部が固定される。固定部材１３は、第１プレート１３ａと第２プレート１３ｂを含む。第１プレート１３ａと第２プレート１３ｂは、図１に示すように重なった状態で固定されている。内側に位置する第１プレート１３ａは、拘束部材１２と連結される。外側に位置する第２プレート１３ｂは、設置箇所に固定される。本実施形態では、設置箇所は、電池モジュール１０の下方に位置している。したがって第２プレート１３ｂの下方は、外側に屈曲しており、貫通孔１３ｃが形成されている。この貫通孔１３ｃに挿通されるボルト（図示せず）によって、設置箇所に固定される。

拘束部材１２は、積層体１１の両面部を、積層方向Ｙに押圧した状態で拘束する。拘束部材１２は、図１および図２に示すように、積層方向Ｙの延びる部材であって、側壁部２２の外側に位置する部分を備える。したがって拘束部材１２の一部が、側壁部２２の外側に設けられており、本実施形態では積層方向Ｙに直交する断面において、拘束部１２の一部が凹部２５内に収容されている。そして図５に示すように、拘束部材１２は、積層方向Ｙに直交する断面において、側壁部２２の外側に位置する部分の全部分が凹部２５内に収容されている。換言すると、拘束部材１２は、隣接する凹部２５の先端を繋いだ仮想直線よりも電池セル１４側に配置されている。

また拘束部材１２は、上下方向Ｚに見て断面Ｕ字状に形成されている。拘束部材１２の積層方向Ｙの端部は、内側に屈曲している。この端部が固定部材１３に固定される。具体的には、図５に示すように、第１プレート１３ａには貫通孔が形成されており、拘束部材１２の屈曲部にも貫通孔が形成されている。この貫通孔を挿通してボルト１２ａが設けられ、拘束部材１２と第１プレート１３ａとが連結される。またボルト１２ａを締め付けることによって、積層体１１を積層方向Ｙに押圧することになる。拘束部材１２は、本実施形態では４つの凹部２５に応じて、４本設けられる。

以上説明したように本実施形態の電池モジュール１０は、電池セル１４の端子１５，１６が上面に設けられており、拘束部材１２は収納部材２０の側壁部２２の外側に設けられている。したがって端子１５，１６が設けられる面と、拘束部材１２が設けられる面とが異なる。これによって拘束部材１２と端子１５，１６とを絶縁するための部材および間隔をあける必要がない。したがって端子１５，１６と拘束部材１２とが干渉することがないので、端子１５，１６の間隔を気にすることなく、電池モジュール１０を小形化することができる。

換言すると、拘束部材１２が端子１５，１６を有する上面ではなく、電池セル１４を収納部材２０で覆った側面に配置している。したがって積層体１１を側面から見たとき、隣接する収納部材２０の側壁部２２により電池セル１４は覆われており、拘束部材１２は積層体１１の側面に配置されている。これによって拘束部材１２を絶縁するための部材、または距離をとる必要がなく小型化、および低コスト化が可能となる。

また本実施形態では、側壁部２２には、内側に凹となる凹部２５を有し、拘束部材１２は、凹部２５に収納されている。凹部２５を設けることによって、側壁部２２の強度を向上することができる。これによって固定のための別部材ではなく、凹部２５および拘束部材１２で積層体１１の変形を抑えることができるので小形化および低コスト化が可能となる。

さらに本実施形態では、拘束部材１２は、積層方向Ｙに見て、凹部２５内に全部分が収容されている。これによって拘束部材１２を設けても製品体格に影響することなく、積層体１１の変形抑制が可能となる。

また本実施形態では、積層体１１の積層方向Ｙの両端に設けられ、積層体１１が設置される設置箇所に連結されるとともに、拘束部材１２の両端部が固定される固定部材１３を備える。固定部材１３によって、拘束部材１２と設置箇所を連結することができる。また固定部材１３も電池セル１４の上面とは異なる面に設けられるので、固定部材１３を絶縁するための部材、または距離をとる必要がなく小型化、低コスト化が可能となる。

また拘束部材１２は、積層方向Ｙに見て、断面が長方形状であり、その長辺が上下方向Ｚに沿うように配置されている。これによって上下方向Ｚへの変位に対して強くなるので、振動に対して強い構造とすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図９および図１０を用いて説明する。本実施形態では、固定部材１３に拘束部材１２を位置決めする突起４０が設けられている点に特徴を有する。

固定部材１３には、拘束部材１２に当接して、拘束部材１２を固定部材１３に対して位置決めする突起４０が設けられている。本実施形態では、４つの突起４０が固定部材１３から突出している。突起４０は、先端部４１が拡径しており、図１０に示すように、断面がＴ字状である。先端部４１と根本の間に、拘束部材１２の先端が収納される。そして図１０に示す状態で、拘束部材１２がボルト１２ａによって固定される。

これによって突起４０によって、拘束部材１２を位置決めすることができる。また拘束部材１２の振動の抑制および衝撃時の拘束部材１２の回り止めが可能である。これによって積層体１１の変形抑制機能を向上することができる。

また本実施形態では、図９に示すように、収納部材２０の側壁部２２には凹部２５が設けられておらず、平板状である。このような平板状であっても、拘束部材１２を側壁部２２の外側に配置することによる効果を奏することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に関して、図１１および図１３を用いて説明する。本実施形態では、電池セル１４と収納部材２０との間に冷媒通路５０が設けられている点に特徴を有する。

図１２に示すように、電池セル１４と、電池セル１４に隣接する収納部材２０との間の一部には、隙間が設けられる。本実施形態では、隙間として収納部材２０には上下方向Ｚに延びる溝が複数、本実施形態では４本設けられる。この溝が冷媒が上下方向Ｚに通過する冷媒通路５０となる。冷媒は、本実施形態では空気である。したがって図１１に示すように、空気が上下方向Ｚに流れて、電池セル１４を冷却することができる。

また図１３に示すように、電池モジュール１０Ｂの下面には、長手方向Ｘに対向する一対の拘束部材１２を連結する連結部材６０が設けられる。連結部材６０は、長手方向Ｘの延び、積層方向Ｙに間隔をあけて複数設けられる。連結部材６０は、図１１に示すように、長手方向Ｘの両端部が上下方向Ｚに屈曲している。そして屈曲した部分がボルト６０ａなどによって、内側に位置する拘束部材１２に固定される。

そして連結部材６０は、上下方向Ｚに見て、冷媒通路５０を避けた位置に配置される。これによって連結部材６０を設けることによって冷却性能が低下することを防ぐことができる。また連結部材６０を設けることによって、積層体１１の変形抑制機能を向上することができる。

したがって本実施形態では、電池セル１４を冷却するための冷媒通路５０を、電池セル１４の主面と収納部材２０との間に有する。そして冷媒通路５０は、上下方向Ｚに延び、流入出口が積層体１１の上面および下面にそれぞれ設けられる。これによって拘束部材１２および収納部材２０に影響されることなく、冷媒流入出口を設けることができ、電池セル１４の冷却性を向上することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、複数の電池セル１４は側面を互いに積層させて１列に並べて配置しているが、このような配列に限るものではない。電池セル１４の配列は、複数列であってもよい。

前述の第１実施形態では、電池モジュール１０Ｂは、車両に搭載されるが、車両に限るものではなく、他の移動手段、たとえば航空機および船舶などに搭載してもよい。また移動手段でなく、他の装置に搭載してもよい。

前述の第１実施形態では、拘束部材１２は、４本用いられるが、４本に限るものではなく、少なくとも一対の側壁部２２の外側にそれぞれ拘束部材１２が設けられていればよい。

前述の第１実施形態では、固定部材１３は積層方向Ｙの両端に設けられるが、両端に限るものではなく、長手方向Ｘの両端に固定部材１３を設けてもよい。たとえば上下方向Ｚに見て、４隅に固定部材１３を設けてもよい。

前述の第４実施形態では、全ての連結部材６０が冷媒通路５０を避けた位置に配置されるが、全ての連結部材６０に限るものではない。たとえば半分以上の連結部材６０が避けた位置に配置されていればよい。

１０…電池モジュール １１…積層体 １２…拘束部材
１３…固定部材 １３ａ…第１プレート １３ｂ…第２プレート
１４…電池セル １５…正極端子部（端子）
１６…負極端子部（端子） ２０…収納部材 ２１…本体部
２２…側壁部 ２３…天井部 ２４…底壁部
２５…凹部 ２６…凸部分 ４０…突起
４１…先端部 ５０…冷媒通路
６０…連結部材

Claims (9)

1. 平板状の電池セル（１４）と前記電池セルを収納する収納部材（２０）を交互に積層した積層体（１１）と、
   前記積層体の積層方向の両面部を、前記積層方向に押圧した状態で拘束する拘束部材（１２）と、を含み、
   前記電池セルは、端子（１５，１６）が上面に設けられており、
   前記収納部材は、
   前記電池セルの主面と対向する本体部（２１）と、
   前記本体部の縁から前記積層方向に延び、前記電池セルの側面と対向する側壁部（２２）と、を備え、
   前記拘束部材は、前記積層方向の延びる部材であって、前記側壁部の外側に位置する部分を備え、
   前記側壁部は前記積層方向の一方側と他方側とで、前記積層方向に直交しかつ前記電池セルの前記上面の長辺に沿った長手方向に段差があり、
   前記電池セルの前記側面に、前記積層方向の一方側に位置する前記側壁部と、前記積層方向の他方側に位置する前記側壁部とが重複した状態で配置されていることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記側壁部の前記積層方向の一方側と他方側それぞれに、前記長手方向に沿って前記電池セルから離れるように突起した凸部分（２６）が形成され、
   前記側壁部の前記積層方向の一方側の前記凸部分のほうが、前記積層方向の他方側の前記凸部分よりも大きく、
   前記側壁部の前記積層方向の一方側の前記凸部分の内側が開かれており、
   前記電池セルの前記側面において、前記積層方向の一方側に位置する前記側壁部の前記凸部分の内側に、前記積層方向の他方側に位置する前記側壁部の前記凸部分が収容されてい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. 前記電池セルと、前記電池セルに隣接する前記収納部材との間の一部には、隙間があり、
   前記隙間は、前記積層方向に直交しかつ前記電池セルの前記上面に直交する上下方向に延び、冷媒が前記上下方向に通過する冷媒通路（５０）を形成していることを特徴とする請求項１または２に記載の電池モジュール。
4. 前記電池セルの下面には、対向する一対の前記拘束部材を連結する連結部材（６０）が設けられ、
   前記連結部材は、前記上下方向に見て、前記冷媒通路を避けた位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
5. 平板状の電池セル（１４）と前記電池セルを収納する収納部材（２０）を交互に積層した積層体（１１）と、
   前記積層体の積層方向の両面部を、前記積層方向に押圧した状態で拘束する拘束部材（１２）と、を含み、
   前記電池セルは、端子（１５，１６）が上面に設けられており、
   前記収納部材は、
   前記電池セルの主面と対向する本体部（２１）と、
   前記本体部の縁から前記積層方向に延び、前記電池セルの側面と対向する側壁部（２２）と、を備え、
   前記拘束部材は、前記積層方向の延びる部材であって、前記側壁部の外側に位置する部分を備え、
   前記電池セルと、前記電池セルに隣接する前記収納部材との間の一部には、隙間があり、
   前記隙間は、前記積層方向に直交しかつ前記電池セルの前記上面に直交する上下方向に延び、冷媒が前記上下方向に通過する冷媒通路（５０）を形成し、
   前記電池セルの下面には、対向する一対の前記拘束部材を連結する連結部材（６０）が設けられ、
   前記連結部材は、前記上下方向に見て、前記冷媒通路を避けた位置に配置されることを特徴とする電池モジュール。
6. 前記側壁部には、内側に凹となる凹部（２５）を有し、
   前記拘束部材は、前記積層方向に直交する断面において、前記側壁部の外側に位置する部分の少なくとも一部が前記凹部に収納されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池モジュール。
7. 前記積層体の前記積層方向の両端に設けられ、前記積層体が設置される設置箇所に連結されるとともに、前記拘束部材の両端部が固定される固定部材（１３）をさらに含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池モジュール。
8. 前記拘束部材は、前記積層方向に直交する断面において、前記側壁部の外側に位置する部分の全部分が前記凹部内に収容されていることを特徴とする請求項６に記載の電池モジュール。
9. 前記固定部材には、前記拘束部材に当接して、前記拘束部材を前記固定部材に対して位置決めする突起（４０）が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の電池モジュール。

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