JP6379737B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを備える電池モジュールに関する。

二次電池の電極は、充放電に伴い膨張と収縮を繰り返す。電極の膨張と収縮が繰り返されると、電極同士の間隔が大きくなったり、電極が歪むことで二次電池の抵抗値が大きくなる。

特許文献１では、複数の電池セル（電池素子）が並んで設けられている。複数の電池セルは正極と、負極と、正極と負極との間に設けられたセパレータとを有している。複数の電池セルは、エンドプレート（樹脂）によって挟み込まれており、エンドプレートは、電池セルの膨張を抑制するように正極若しくは負極からセパレータへ加圧力を付与している。これにより、正極と負極との間隔が大きくなったり、正極や負極が歪むことが抑制されている。

特開２０１３−２６０９０号公報

ところで、エンドプレートからの拘束荷重が電池セルの一部分に集中するなど、電池セルに加わる拘束荷重に偏りが生じていると、電池セルの劣化（リチウムイオン電池であればリチウムの析出など）を招くため、電池セルに加わる拘束荷重の偏りを小さくすることが望まれている。

本発明の目的は、電池セルに加わる拘束荷重の偏りを小さく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、被固定部材に固定される固定端と、前記固定端とは反対側に設けられた非固定端とを有するとともに、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、前記エンドプレートと前記電池セルとの間に設けられて、前記電池セルの膨張を弾性変形により吸収する弾性部材と、各エンドプレートに互いに近付く方向に荷重を加えている加圧部材と、を備えた電池モジュールであって、前記エンドプレートから前記弾性部材への拘束荷重は、前記固定端側からの拘束荷重に比べて前記非固定端側からの拘束荷重のほうが小さく、前記弾性部材は、低弾性部と、前記低弾性部と並んで設けられ、前記低弾性部よりも弾性率の高い高弾性部とを有し、前記低弾性部が前記固定端側に位置し、前記高弾性部が前記非固定端側に位置している。

これによれば、電池セルが膨張すると、エンドプレートには弾性部材を介して荷重が加わる。このとき、エンドプレートの固定端は、被固定部材に固定されている一方で、非固定端は被固定部材に固定されていないため、エンドプレートは、非固定端が弾性部材（電池セル）から離間するように変形する。すると、エンドプレートから弾性部材への拘束荷重は、固定端側からの拘束荷重に比べて非固定端側からの拘束荷重のほうが小さくなる。しかしながら、固定端側には低弾性部が位置し、非固定端側には高弾性部が位置しているため、拘束荷重の大きい固定端側からの荷重は低弾性部の弾性変形によって多く吸収され、拘束荷重の小さい非固定端側からの荷重は高弾性部が弾性変形しにくく、電池セルに均等に荷重が加わりやすい。したがって、エンドプレートから電池セルへの拘束荷重の偏りを小さくすることができる。

上記電池モジュールについて、前記低弾性部と、前記高弾性部とは弾性率の異なる異種材料であることが好ましい。
これによれば、弾性部材を容易に構成することができる。

本発明によれば、電池セルに加わる拘束荷重の偏りを小さくすることができる。

筐体に収容された電池モジュールを示す斜視図。 筐体に収容された電池モジュールを示す一部破断断面図。 エンドプレートが変形した状態の電池モジュールを示す一部破断断面図。 変形例の弾性部材を示す断面図。

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に示すように、電池モジュール１０は、被固定部材としての筐体４１に収容されている。電池モジュール１０は、並設された複数の電池セル１１と、電池セル１１を並設方向の両側から挟持するエンドプレート１２，１３とを有している。各電池セル１１は、それぞれ個別の電池ホルダ４２に保持されている。電池セル１１は、例えば、リチウムイオン電池などの二次電池である。本実施形態のエンドプレート１２，１３は、略Ｌ字状に形成され、板材を折り曲げ加工したものであり、電池セル１１を挟持する板状の挟持部１４と、筐体４１に電池モジュール１０を固定するための板状の固定部１５とを有している。本実施形態では、挟持部１４は矩形状であり、固定部１５は挟持部１４の長手方向第１端部１６から挟持部１４の厚み方向に延びている。挟持部１４の短手方向の両端部には、それぞれ、挟持部１４の短手方向に向けて突出する挿通部１８が設けられている。

各エンドプレート１２，１３のうち、一方を第１のエンドプレート１２とし、第１のエンドプレート１２とは異なるエンドプレート１３を第２のエンドプレート１３とすると、第１のエンドプレート１２と、第１のエンドプレート１２に隣り合う電池セル１１との間には弾性部材３１が設けられている。弾性部材３１は、板状であり、厚み方向が電池セル１１の並設方向と一致している。

第２のエンドプレート１３の挿通部１８には、第１のエンドプレート１２の挿通部１８に向けてボルト１９が挿通されている。第２のエンドプレート１３の挿通部１８を挿通したボルト１９には、第１のエンドプレート１２の挿通部１８を挿通した位置でナット２０が螺合されている。これにより、第１のエンドプレート１２及び第２のエンドプレート１３には、互いに近付く方向に拘束荷重が加わっている。この拘束荷重は、電池セル１１及び弾性部材３１に付与されている。したがって、ボルト１９及びナット２０が加圧部材として機能している。

図２に示すように、電池セル１１は、ケース２１の内部に電極組立体２２を有している。電極組立体２２は、正負の電極の間にセパレータを介在させたものである。
弾性部材３１は、低弾性部材３２と、低弾性部材３２よりも弾性率の高い高弾性部材３３とを有している。低弾性部材３２と、高弾性部材３３とはともに矩形板状である。弾性部材３１は、低弾性部材３２と高弾性部材３３とを並べて一体化したものである。低弾性部材３２は、弾性部材３１の低弾性部を構成し、高弾性部材３３は弾性部材３１の高弾性部を構成している。低弾性部材３２は、例えば、ゴムスポンジなどであり、高弾性部材３３は、例えばゴムなどである。すなわち、低弾性部材３２と、高弾性部材３３とは、弾性率の異なる異種材料である。異種材料には、材質が同じであり、発泡率が異なるゴムスポンジなども含まれる。弾性部材３１は、低弾性部材３２が挟持部１４の長手方向第１端部１６側に位置し、高弾性部材３３が長手方向第１端部１６とは反対側の挟持部１４の長手方向第２端部１７側に位置するように配置されている。

そして、上記した電池モジュール１０の各エンドプレート１２，１３の固定部１５は、固定ボルト４３によって筐体４１の壁面に固定されている。したがって、各エンドプレート１２，１３における被固定部材に固定される固定端は、固定部１５が設けられた挟持部１４の長手方向第１端部１６である。また、挟持部１４の長手方向第２端部１７は、筐体４１に固定されておらず非固定端となっている。

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の電極には、使用に伴って被膜が形成されていき、使用期間が長くなるにつれて電池セル１１が膨張していく。電池セル１１が膨張すると、隣り合う電池セル１１同士は互いに押し合う。すると、各電池セル１１には電池セル１１の並設方向に向けた力が作用する。第１のエンドプレート１２と、第１のエンドプレート１２に隣り合う電池セル１１との間に弾性部材３１を設けることで、電池セル１１の膨張を弾性変形によって吸収して、電池セル１１の膨張に伴う各エンドプレート１２，１３への荷重の増加を抑制している。

第１のエンドプレート１２には、弾性部材３１を介して荷重が加わる。第１のエンドプレート１２の挟持部１４は、長手方向第１端部１６が筐体４１に固定されており、長手方向第２端部１７が筐体４１に固定されていないため、長手方向第２端部１７側が弾性部材３１から離れる方向に移動しやすい。

図３に示すように、第１のエンドプレート１２は、固定部１５と挟持部１４との境目を基点として挟持部１４の長手方向第２端部１７が弾性部材３１から離れるように変形する。すると、挟持部１４の長手方向第２端部１７側から弾性部材３１に加わる拘束荷重が、長手方向第１端部１６側に比べて小さくなる。挟持部１４の長手方向第１端部１６側の部位と、電池セル１１との間には、低弾性部材３２が設けられ、挟持部１４の長手方向第２端部１７側の部位と、電池セル１１との間には、高弾性部材３３が設けられている。高弾性部材３３は、低弾性部材３２に比べて弾性変形しにくいため、高弾性部材３３に加わった拘束荷重は高弾性部材３３に吸収されにくく、低弾性部材３２に加わった拘束荷重は、低弾性部材３２が弾性変形することで低弾性部材３２に吸収されやすい。

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）弾性部材３１の低弾性部材３２は、挟持部１４の長手方向第１端部１６側に位置し、高弾性部材３３は挟持部１４の長手方向第２端部１７側に位置している。低弾性部材３２は弾性変形しやすく、拘束荷重を吸収しやすいが、高弾性部材３３は弾性変形しにくく、拘束荷重を吸収しにくいため、挟持部１４の長手方向第２端部１７が弾性部材３１から離間するように変形しても、電池セル１１に加わる拘束荷重の偏りが小さい。このため、電池セル１１の劣化が抑制される。

（２）低弾性部材３２と、高弾性部材３３とは、弾性率の異なる異種材料であるため、同一の弾性率の材料の配置などを調整することで低弾性部と高弾性部を設ける場合に比べて、弾性部材３１を容易に構成することができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○図４に示すように、弾性部材３１は、それぞれが分離して設けられた複数の弾性体３５であってもよい。各弾性体３５は、全て同一の部材であり、挟持部１４の長手方向に沿って複数設けられている。弾性体３５は、短辺が電池セル１１に接し、長辺が第１のエンドプレート１２に接するような台形状である。そして、弾性体３５は、隣り合う弾性体３５同士の間隔が、挟持部１４の長手方向第１端部１６側に比べて、挟持部１４の長手方向第２端部１７側が短くなっている。すなわち、弾性体３５は、挟持部１４の長手方向第１端部１６側に比べて、挟持部１４の長手方向第２端部１７側の方が密に配置されている。そして、弾性体３５が疎に配置された部分は、低弾性部を構成し、弾性体３５が密に配置された部分は、弾性体３５が疎に配置された部分に比べて弾性率が高くなり、高弾性部を構成している。この場合、同一の弾性体３５を用いて低弾性部と高弾性部を構成することができ、部品点数が少なくなる。また、弾性体３５を台形にすることで、弾性体３５の弾性変形時に、弾性体が傾きにくい。なお、弾性体３５は、短辺が第１のエンドプレート１２に接し、長辺が電池セル１１に接するような台形状でもよい。

○低弾性部と、高弾性部とは、弾性率の異なるバネなどでもよい。
○低弾性部材３２と、高弾性部材３３は異なる形状であってもよい。
○弾性部材３１は、第１のエンドプレート１２と電池セル１１との間に加えて、第２のエンドプレート１３と電池セル１１との間に設けられていてもよい。

○エンドプレート１２，１３は、固定部１５に換えて、別体の固定部材によって筐体４１に固定されていてもよい。固定部材は、挟持部１４の長手方向第１端部１６側に固定される。この場合であっても、固定部材が筐体４１の壁面に固定されることで、挟持部１４の長手方向第１端部１６は、弾性部材３１から離間しにくく、長手方向第２端部１７は弾性部材３１から離間しやすい。

○被固定部材は、産業車両に搭載されるカウンタウェイトなどであってもよい。
○弾性部材３１は、弾性率の異なる弾性部を３種類以上有していてもよい。例えば、挟持部１４の長手方向第１端部１６と電池セル１１との間の部分から、挟持部１４の長手方向第２端部１７と電池セル１１との間の部分に向けて徐々に弾性率が高くなるように弾性部が設けられていてもよい。

○各電池セル１１間に電池セル１１を加圧するための加圧プレートを設けてもよい。
○加圧部材は、第１のエンドプレート１２から第２のエンドプレート１３まで延びてそれぞれのエンドプレート１２，１３に固定される金属製のバンドであってもよい。

１０…電池モジュール、１１…電池セル、１２，１３…エンドプレート、１６…長手方向第１端部、１７…長手方向第２端部、１９…ボルト、２０…ナット、３１…弾性部材、３２…低弾性部材、３３…高弾性部材、４１…筐体。

Claims (2)

1. 並設された複数の電池セルと、
   被固定部材に固定される固定端と、前記固定端とは反対側に設けられた非固定端とを有するとともに、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、
   前記エンドプレートと前記電池セルとの間に設けられて、前記電池セルの膨張を弾性変形により吸収する弾性部材と、
   各エンドプレートに互いに近付く方向に荷重を加えている加圧部材と、を備えた電池モジュールであって、
   前記エンドプレートから前記弾性部材への拘束荷重は、前記固定端側からの拘束荷重に比べて前記非固定端側からの拘束荷重のほうが小さく、
   前記弾性部材は、低弾性部と、前記低弾性部と並んで設けられ、前記低弾性部よりも弾性率の高い高弾性部とを有し、
   前記低弾性部が前記固定端側に位置し、前記高弾性部が前記非固定端側に位置している電池モジュール。
2. 前記低弾性部と、前記高弾性部とは弾性率の異なる異種材料である請求項１に記載の電池モジュール。