JP6252776B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、カバーを有する電池モジュールに関する。

電池モジュールには、電池セルへの液体やほこりの付着防止、電池セルの端子間のバスバー接続部分の絶縁及び保護などを目的として、カバーが設けられる場合がある。特許文献１に記載の電池モジュールには、電池モジュールの上部を保護するためのバスバーカバーが設けられている。バスバーカバーは、電池セルに接続されるとともにバスバーカバーに固定される導電部材を有する。

特開２０１２−１０９１５２号公報

ところで、電池セルは使用に伴い膨張していき、電池セルの膨張に伴いバスバーカバーが移動するおそれがある。バスバーカバーが移動すると、バスバーカバーの移動に伴い導電部材に応力がかかるおそれがあり、導電部材が破損するおそれがある。

本発明の目的は、導電部材への応力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、並設された複数の電池セルと、前記電池セルの端子が設けられた面と対向して設けられたカバーと、前記電池セルに接続されるとともに前記カバーに固定された導電部材と、前記複数の電池セルを並設方向の両側から挟持するエンドプレートと、を備えた電池モジュールであって、前記エンドプレートと前記電池セルとの間に、前記電池セルの膨張を弾性変形により吸収する弾性体と、前記弾性体よりも電池セル側に設けられるとともに前記カバーに固定され、前記電池セルの膨張に伴い前記カバーとともに前記電池セルの並設方向に移動する固定プレートとが挟持される。

これによれば、電池セルが膨張すると、電池セルは互いに押し合うことで電池セルの並設方向に移動する。これに伴い電池セルに接続された導電部材が移動しようとすると、導電部材とともにカバーが電池セルの並設方向に移動しようとする。また、カバーは、固定プレートに固定されているため、導電部材、カバー及び固定プレートは一体となって移動しようとする。固定プレートは、弾性体と電池セルとの間に設けられており、固定プレートは弾性体を弾性変形させながらエンドプレートに近付く方向に移動することが可能である。したがって、導電部材、カバー及び固定プレートは一体となって移動することが可能であり、電池セルの膨張に伴いカバーが移動しても、導電部材に応力が加わりにくく、応力を抑制することができる。

上記電池モジュールについて、前記弾性体及び前記固定プレートは、一方の前記エンドプレートと、前記電池セルとの間にのみ設けられ、前記カバーは、前記電池セルの並設方向に並んで設けられ、前記電池セルの膨張に伴い互いに電池セルの並設方向に離間可能な複数のカバー部材を含み、複数のカバー部材のうち、前記固定プレートに最も近いカバー部材が前記固定プレートに固定されていることが好ましい。

これによれば、電池セルが移動すると、複数のカバー部材のうち、固定プレートに固定されたカバー部材の移動量が大きく、固定プレートに固定されていないカバー部材の移動量が少ない。このため、固定プレートに固定されていないカバー部材への影響を少なくすることができる。

上記電池モジュールについて、前記電池セルを保持する電池ホルダを備え、前記電池ホルダは、前記カバーに沿って設けられ、前記電池セルの膨張に伴う前記並設方向への前記カバーの移動を案内する誘導部を有することが好ましい。

これによれば、カバーが電池セルの並設方向に移動するときには、誘導部に沿って移動するため、誘導部によってカバーの移動を案内することができる。

本発明によれば、導電部材への応力を抑制することができる。

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の断面図。 実施形態の電池セル、電池ホルダ、伝熱プレート、固定プレート及びエンドプレートを示す斜視図。 実施形態の第１のカバー部材を示す斜視図。 実施形態の第２のカバー部材を示す斜視図。 実施形態の固定プレートと、第２のカバー部材との固定態様を示す電池モジュールの分解斜視図。 比較例の電池モジュールを示す一部破断断面図。 比較例の電池モジュールを示す一部破断断面図。 実施形態の電池モジュールの作用を説明するための断面図。 実施形態の電池モジュールの作用を説明するための断面図。

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、複数の電池セル１１と、複数の伝熱プレート４１とを有している。電池セル１１と、伝熱プレート４１とは、電池ホルダ２０に保持された状態で、交互に並設されている。複数の電池セル１１及び伝熱プレート４１は、電池セル１１の並設方向の両側に設けられた第１のエンドプレート６１と、第２のエンドプレート６２とによって挟持されている。以下の説明において、並設方向の両端の電池セル１１のうち、一方を第１の電池セル１１ａ、他方を第２の電池セル１１ｂとして説明を行う。第１の電池セル１１ａは、第１のエンドプレート６１と隣り合う電池セル１１であり、第２の電池セル１１ｂは、第２のエンドプレート６２と隣り合う電池セル１１である。

図２に示すように、第２のエンドプレート６２と、第２の電池セル１１ｂとの間には、平板状の固定プレート５１及び平板状の弾性体３１が挟持されている。第２のエンドプレートと第２の電池セル１１ｂとの間において、固定プレート５１は、第２の電池セル１１ｂ側に設けられ、弾性体３１は第２のエンドプレート６２側に設けられている。弾性体３１は、ゴムや、樹脂系のスポンジなどの弾性変形可能な材料からなる。

図３に示すように、電池ホルダ２０は、矩形平板状の第１の被覆壁２１を有している。第１の被覆壁２１の長手方向両端には、第１の被覆壁２１の厚み方向に延びる矩形平板状の第２の被覆壁２２及び第３の被覆壁２３が設けられている。第１の被覆壁２１、第２の被覆壁２２、第３の被覆壁２３に囲まれる領域は、電池セル１１が収容される収容部Ｓとなる。

第２の被覆壁２２の長手方向第１端部２２ａ（第１の被覆壁２１が設けられる端部とは反対側の端部）と、第３の被覆壁２３の長手方向第１端部２３ａ（第１の被覆壁２１が設けられる端部とは反対側の端部）には、各被覆壁２２，２３の短手方向第１端部２２ｂ、２３ｂの間で延びる矩形平板状の第４の被覆壁２４が設けられている。第４の被覆壁２４は、厚み方向が被覆壁２２，２３の短手方向と一致し、長手方向が第２の被覆壁２２と第３の被覆壁２３の対向方向に一致する。そして、第４の被覆壁２４の厚み方向及び長手方向に直交する方向が、第４の被覆壁２４の短手方向となる。

また、第４の被覆壁２４の長手方向両端における第４の被覆壁２４の短手方向の一端面上には、Ｕ字状をなすとともに、第４の被覆壁２４の厚み方向に開口する端子収容部２５がそれぞれ設けられており、各端子収容部２５は、第２の被覆壁２２及び第３の被覆壁２３に連設されている。

第４の被覆壁２４の短手方向の一端面上には、端子収容部２５と隣り合って四角柱状の柱部材２６が設けられている。柱部材２６の軸は、被覆壁２２，２３の短手方向に延びている。柱部材２６には、挿通孔２６ａが柱部材２６の軸方向に貫通して設けられている。

第２の被覆壁２２及び第３の被覆壁２３の長手方向第１端部２２ａ，２３ａには、各被覆壁２２，２３と連設され、各被覆壁２２，２３の長手方向に延びる矩形平板状の誘導部２７が設けられている。また、第２の被覆壁２２及び第３の被覆壁２３の長手方向第２端部２２ｃ，２３ｃには、四角柱状の脚部２８が設けられている。脚部２８の軸は、被覆壁２２，２３の短手方向に延びている。脚部２８には、挿通孔２８ａが脚部２８の軸方向に貫通して設けられている。

電池セル１１は、ケース１２を有し、ケース１２には正負の電極を有する電極組立体１３が収容されている。ケース１２は、有底四角筒状のケース本体１４の開口部を蓋部材１５で閉塞することで構成されている。蓋部材１５には、電池セル１１同士を接続する接続部材が接続される端子１６（正極端子及び負極端子）が設けられている。

伝熱プレート４１は、金属製の板材をＬ字状に屈曲させることで形成されている。伝熱プレート４１は、矩形平板状の本体４２と、本体４２の長手方向一端から本体４２の厚み方向に延びる屈曲部４３とを有している。

固定プレート５１は、矩形平板状の基部５２を有している。基部５２には、基部５２の厚み方向の面に沿う方向に突出する突出部５３，５４が設けられている。具体的にいえば、基部５２の短手方向の両端部の一方に二つの第１の突出部５３が設けられ、他方に二つの第２の突出部５４が設けられている。

第１の突出部５３は、短手方向の端部の中央に寄って設けられており、基部５２の長手方向に間隔を空けて設けられている。各第１の突出部５３には、厚み方向に貫通する第１の貫通孔５５と、第２の貫通孔５６が設けられている。第１の貫通孔５５同士の間隔は、電池ホルダ２０の柱部材２６の挿通孔２６ａ同士の間隔と同一間隔となっている。

第２の突出部５４は、基部５２の長手方向の両端部に寄って設けられている。各第２の突出部５４には、第３の貫通孔５７が設けられている。第３の貫通孔５７同士の間隔は、電池ホルダ２０の脚部２８の挿通孔２８ａ同士の間隔と同一間隔となっている。

第１のエンドプレート６１は、矩形平板状のプレート基部６３を有している。プレート基部６３の短手方向の両端部からは、それぞれ、二つの第１のプレート突出部６４と、二つの第２のプレート突出部６５とが突出している。

各第１のプレート突出部６４には、厚み方向に貫通する第１のプレート貫通孔６６が設けられている。第１のプレート貫通孔６６同士の間隔は、電池ホルダ２０の柱部材２６の挿通孔２６ａの間隔と同一間隔となっている。また、各第１のプレート突出部６４には、厚み方向に貫通する第２のプレート貫通孔６８が設けられている。各第２のプレート突出部６５には、第３のプレート貫通孔６７が設けられている。第３のプレート貫通孔６７同士の間隔は、電池ホルダ２０の脚部２８の挿通孔２８ａ同士の間隔と同一間隔となっている。

第２のエンドプレート６２は、図６に示すように、第２のプレート貫通孔６８を有していない点を除いて、第１のエンドプレート６１と同一形状である。このため、同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。

図２に示すように、電池セル１１、伝熱プレート４１、電池ホルダ２０、固定プレート５１及び弾性体３１は、第１のエンドプレート６１と、第２のエンドプレート６２とによって挟持されることで、一体化されている。第１のエンドプレート６１の各プレート貫通孔６６，６７、電池ホルダ２０の挿通孔２６ａ，２８ａ、固定プレート５１の第１の貫通孔５５、固定プレート５１の第３の貫通孔５７及び第２のエンドプレート６２のプレート貫通孔６６，６７にはボルトＢが挿通されている。ボルトＢは、第２のエンドプレート６２のプレート貫通孔６６，６７を貫通した位置でナットＮに螺合されている。これにより、第１のエンドプレート６１及び第２のエンドプレート６２には、互いに近付く方向に荷重が作用し、これにより各部材が拘束されている。

図１及び図２に示すように、電池モジュール１０は、カバー７０を有している。カバー７０は、電池セル１１の端子１６が設けられた面（蓋部材１５）と対向しており、電池ホルダ２０の誘導部２７間に配設されている。カバー７０は、第１のカバー部材７１と、第２のカバー部材７２を有している。第１のカバー部材７１と、第２のカバー部材７２とは、電池セル１１の並設方向に並んで設けられている。

図４に示すように、第１のカバー部材７１は、矩形平板状の本体７３を有している。本体７３の長手方向の両端部には、本体７３の厚み方向に立設する立設部７４が設けられている。本体７３には、厚み方向に貫通する貫通孔７５が設けられている。貫通孔７５は、本体７３の一つの角部に寄って設けられている。

本体７３の厚み方向の面のうち、立設部７４が設けられた面とは反対側の面には、四角柱状の固定部８３が設けられている。固定部８３は、短手方向の端部のうちの一方に二つ設けられている。固定部８３は、本体７６の長手方向に間隔を空けて設けられている。固定部８１には、インサート成形などによってナット８４が埋設されている。各固定部８１に埋設されたナット８４同士の間隔（中心間距離）は、第１のエンドプレート６１の第２のプレート貫通孔６８同士の間隔と同一である。

図５に示すように、第２のカバー部材７２は、矩形平板状の本体７６を有している。本体７６の長手方向の両端部には、本体７６の厚み方向に立設する立設部７７が設けられている。本体７６には、厚み方向に貫通する貫通孔７８が設けられている。貫通孔７８は、本体７６の一つの角部に寄って設けられている。本体７６の厚み方向の面のうち立設部７７が設けられた面には、平板状の固定板７９が設けられている。固定板７９は、貫通孔７８の近傍に設けられている。固定板７９には、インサート成形などによってナット８０が埋設されている。

本体７６の厚み方向の面のうち、立設部７７が設けられた面とは反対側の面には、四角柱状の固定部８１が設けられている。固定部８１は、短手方向の端部のうちの一方に二つ設けられている。固定部８１は、本体７６の長手方向に間隔を空けて設けられている。固定部８１は、互いに対向する面とは反対側の面間の距離が、電池ホルダ２０の柱部材２６の互いに対向する面間の距離よりも短い。固定部８１には、インサート成形などによってナット８２が埋設されている。

第１のカバー部材７１と、第２のカバー部材７２とは、貫通孔７５，７８が設けられた角が対角に位置するように配置されている。第１のカバー部材７１は、第１のエンドプレート６１側に位置し、第２のカバー部材７２は、第２のエンドプレート６２側に位置している。第１のカバー部材７１の立設部７４と、第２のカバー部材７２の立設部７７は、それぞれ、電池ホルダ２０の誘導部２７に沿って設けられている。第１のカバー部材７１と、第２のカバー部材７２とは、互いが固定されていないため、互いに離間可能となっている。

図１及び図２に示すように、第１のエンドプレート６１の第２のプレート貫通孔６８に挿通されたネジ５９は、第１のカバー部材７１の固定部８３に埋設されたナット８４に螺合されている。これにより、第１のエンドプレート６１と第１のカバー部材７１とが固定されている。

図６に示すように、第２のカバー部材７２の固定部８１は、電池ホルダ２０の柱部材２６の間に位置している。そして、固定プレート５１の第２の貫通孔５６に挿通されたネジ５８が固定部８１に埋設されたナット８２に螺合されることで、固定プレート５１と、第２のカバー部材７２が固定されている。

図１に示すように、第１のカバー部材７１には、電流センサ８５が載置されている。電流センサ８５は、電池セル１１と接続されている。具体的にいえば、第１の電池セル１１ａの端子１６には、柱状のバスバー８６が設けられており、バスバー８６は、第１のカバー部材７１の貫通孔７５を介して電流センサ８５の接続端子８７と固定されている。

電流センサ８５の接続端子８８には、接続部材８９が固定されている。接続部材８９は、回路基板９０に接続されている。回路基板９０には、電子部品９１が実装されている。電子部品９１は、例えば、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などの半導体素子である。それぞれの電子部品９１は、回路基板９０の導体パターンで接続されている。そして、回路基板９０は、接続部材９２に接続されている。接続部材９２には、ハーネス９３が固定されている。

第２のカバー部材７２には、電池モジュール１０を監視して、電池モジュール１０（電池セル１１）に異常などが生じた場合に放電の遮断などを行う監視ＥＣＵ９４が載置されている。第２のカバー部材７２の貫通孔７８には、導電部材としての柱状のバスバー１００が挿通されている。バスバー１００は、第１の柱部１０１と、第１の柱部１０１と直角に交わる第２の柱部１０２とを有している。第１の柱部１０１は、第２の電池セル１１ｂの端子１６に接続されるとともに、第２のカバー部材７２の貫通孔７８を挿通してカバー７０上に突出している。第２の柱部１０２は、固定板７９に沿って延びている。第２の柱部１０２には、ネジ１０３によってハーネス１０４が固定されている。ネジ１０３は、ハーネス１０４の接続部１０５及び第２の柱部１０２を貫通して固定板７９に埋設されたナット８０に螺合されている。これにより、第２のカバー部材７２には、バスバー１００とともにハーネス１０４が固定されている。

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。
電池セル１１は、使用に伴い電極の表面に被膜が形成されていく。この被膜が厚くなることで、電池セル１１は膨張していく。第２のエンドプレート６２と、第２の電池セル１１ｂとの間に弾性体３１を設けることで、電池セル１１が膨張したときに、この弾性体３１が弾性変形し、電池セル１１の膨張に伴うエンドプレート６１，６２への荷重の増加を吸収している。

次に、比較例の電池モジュール２００について説明する。
図７に示すように、比較例の電池モジュール２００は、固定プレート５１を有しておらず、第２のカバー部材７２は、第２のエンドプレート６２に固定されている。具体的にいえば、第２のエンドプレート６２を挿通したネジ２０１が、第２のカバー部材７２の固定部８１に埋設されたナット８２に螺合されることで、第２のカバー部材７２が第２のエンドプレート６２に固定されている。

図８に示すように、電池セル１１は、使用に伴い膨張していく。電池セル１１が膨張すると、隣り合う電池セル１１は互いに押し合う。この荷重が弾性体３１に加わることで、弾性体３１が弾性変形し、電池セル１１は第２のエンドプレート６２側に若干移動する。電池セル１１が第２のエンドプレート６２に向けて移動すると、これに伴い電池セル１１に固定されたバスバー１００も一体となって移動しようとする。バスバー１００は、第２のカバー部材７２に固定されているため、電池セル１１、バスバー１００及び第２のカバー部材７２は、一体となって移動しようとするが、第２のカバー部材７２は、第２のエンドプレート６２に固定されているため、移動することができない。このため、電池セル１１の移動に伴う応力はバスバー１００に集中することで、バスバー１００の屈曲変形、ネジ１０３の螺合緩み、及び第２のカバー部材７２の破損等の原因となる。

図９に示すように、本実施形態では、第２のエンドプレート６２と、電池セル１１との間に固定プレート５１及び弾性体３１とが挟持されて、固定プレート５１が電池セル１１側に、弾性体３１が第２のエンドプレート６２側に位置している。

図１０に示すように、電池セル１１が第２のエンドプレート６２に向けて移動し、第２のカバー部材７２が電池セル１１と一体となって移動しようとすると、第２のカバー部材７２が固定された固定プレート５１は、第２のカバー部材７２と一体となって移動する。このため、電池セル１１、バスバー１００、及び第２のカバー部材７２が一体となって移動することができ、バスバー１００への応力を抑制することができる。第２のカバー部材７２が移動するときには、立設部７７が電池ホルダ２０の誘導部２７に沿って移動することで、第２のカバー部材７２が電池セル１１の並設方向に案内される。

本実施形態では、第２のエンドプレート６２と、第２の電池セル１１ｂとの間に弾性体３１が設けられており、第１のエンドプレート６１と、第１の電池セル１１ａとの間には弾性体３１が設けられていない。このため、電池セル１１が膨張し、電池セル１１が若干移動するときに、電池セル１１は弾性体３１側、すなわち、第２のエンドプレート６２に向けて移動する。このため、第１の電池セル１１ａに比べて、第２の電池セル１１ｂの移動量は大きい。第１のカバー部材７１と、第２のカバー部材７２とは、互いに固定されていないため、第２の電池セル１１ｂの移動に伴い一体となって移動しようとするのは第２のカバー部材７２のみである。すなわち、第２のエンドプレート６２と、第２の電池セル１１ｂとの間にのみ弾性体３１を設けることで電池セル１１の移動方向を定め、第１のカバー部材７１と、第２のカバー部材７２とを離間可能とすることで、第１のカバー部材７１への影響を少なくすることができる。

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）第２のエンドプレート６２と、電池セル１１との間に弾性体３１及び固定プレート５１を設けて、固定プレート５１にカバー７０を固定している。このため、電池セル１１が膨張したときに、固定プレート５１と第２のカバー部材７２とが一体となって移動することができ、バスバー１００への応力を抑制することができる。これにより、バスバー１００の屈曲変形、ネジ１０３の螺合緩み、及び第２のカバー部材７２の破損等を抑制することができる。

（２）第２の電池セル１１ｂと、第２のエンドプレート６２との間に弾性体３１が設けられており、第１のカバー部材７１と、第２のカバー部材７２とは、離間可能となっている。電池セル１１が膨張したときの電池セル１１の移動方向を第２のエンドプレート６２に向けることができ、第１の電池セル１１ａの移動量は少なく、第２の電池セル１１ｂの移動量は多い。このため、第１のカバー部材７１の移動量は、第２のカバー部材７２の移動量に比べて少ない。したがって、バスバー８６への応力を抑制することができる。

（３）第１のカバー部材７１の立設部７４と、第２のカバー部材７２の立設部７７とは、それぞれ、電池ホルダ２０の誘導部２７に沿って設けられている。このため、カバー７０が移動しようとするときには、この誘導部２７によってカバー７０の移動を電池セル１１の並設方向に案内することができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○複数のカバー部材からカバー７０を構成したが、カバー部材は単数であってもよい。また、カバー部材の数は増やしてもよい。

○バスバー１００はカバー７０のいずれかの位置に固定されていればよく、固定板７９に固定されていなくてもよい。バスバー１００を固定板７９に固定しない場合には、固定板７９は設けられていなくてもよい。

○第２のエンドプレート６２と、第２の電池セル１１ｂとの間に加えて、第１のエンドプレート６１と、第１の電池セル１１ａとの間に弾性体３１及び第１のカバー部材７１に固定される固定プレート５１を設けてもよい。

○固定プレート５１は、ネジ５８以外でカバー７０と固定されていてもよく接着剤などで固定されていてもよい。
○導電部材は、カバー７０に固定される部材であれば、どのような部材でもよく、板状をなすバスバーであってもよい。

○電池ホルダ２０は、誘導部２７を有していなくてもよい。

１０…電池モジュール、１１…電池セル、１６…端子、２０…電池ホルダ、２７…誘導部、３１…弾性体、５１…固定プレート、６１，６２…エンドプレート、７０…カバー、７１…第１のカバー部材、７２…第２のカバー部材、１００…バスバー。

Claims (3)

1. 並設された複数の電池セルと、
   前記電池セルの端子が設けられた面と対向して設けられたカバーと、
   前記電池セルに接続されるとともに前記カバーに固定された導電部材と、
   前記複数の電池セルを並設方向の両側から挟持するエンドプレートと、を備えた電池モジュールであって、
   前記カバーは、少なくとも一つのカバー部材で構成され、
   前記エンドプレートと前記電池セルとの間に、前記電池セルの膨張を弾性変形により吸収する弾性体と、前記弾性体よりも電池セル側に設けられるとともに前記カバー部材に固定され、前記電池セルの膨張に伴い前記カバー部材とともに前記電池セルの並設方向に移動する固定プレートとが挟持され、
   前記固定プレートに固定されたカバー部材は、前記エンドプレートに固定されていない電池モジュール。
2. 前記弾性体及び前記固定プレートは、一方の前記エンドプレートと、前記電池セルとの間にのみ設けられ、
   前記カバーは、前記電池セルの並設方向に並んで設けられ、前記電池セルの膨張に伴い互いに電池セルの並設方向に離間可能な複数のカバー部材を含み、
   複数のカバー部材のうち、前記固定プレートに最も近いカバー部材が前記固定プレートに固定されている請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記電池セルを保持する電池ホルダを備え、
   前記電池ホルダは、前記カバーに沿って設けられ、前記電池セルの膨張に伴う前記並設方向への前記カバーの移動を案内する誘導部を有する請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。