JP6379765B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電池セルにサーミスタを取り付けた電池モジュールに関する。

複数の電池セルを有する電池モジュールには、電池セルの温度を検出するためのサーミスタが設けられている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１では、電池セルを接続した複数の電池モジュール（電池セル）の間に支持部材が設けられている。電池モジュールと支持部材とは交互に設けられている。そして、支持部材には、温度検知器が設けられている。温度検知器は、円柱形状の検知本体部と、検知本体部から互いに径方向逆側に屈曲して延びるＭ字形状の固定部とを有している。検知本体部は、サーミスタを有している。温度検知器は、サーミスタが電池セルと接触した状態で、電池モジュールを挟んで位置する２つの支持部材に跨って固定部が固定されている。

特開２００６−１４００５４号公報

ところで、電池セルは、充放電に伴って膨張する。また、電池セルは使用に伴い電極に被膜が形成されていき、使用期間が長くなるにつれて膨張していく。特許文献１では、電池セルが膨張すると、電池セルを挟んで位置する２つの支持部材は、互いに離間する。支持部材が互いに離間すると、固定部が支持部材から外れるおそれがあり、温度検知器による電池セルの温度検出を行えなくなるおそれがある。

本発明の目的は、サーミスタによる電池セルの温度検出を維持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、前記電池セルを保持する電池ホルダと、前記電池セルに取り付けられたサーミスタと、前記電池セルの前記サーミスタが取り付けられた取付面と対向して設けられたカバーと、を備え、前記電池ホルダは、前記サーミスタと前記カバーとの間に設けられ、前記電池セルの膨張時に前記カバーに対して滑り移動可能な押さえ部と、前記取付面に対する前記サーミスタの取り付け位置を定める保持部とを有し、前記カバーは、前記押さえ部を介して前記サーミスタを前記取付面に押さえつけるとともに、前記電池セルの膨張時における前記押さえ部の滑り移動を許容する押圧部を有している。

これによれば、電池セルが膨張すると、互いの電池セルが押し合い、電池セルが並設方向に移動する。電池ホルダは電池セルと一体となって移動し、電池セルと電池ホルダの移動に伴ってサーミスタも一体となって移動する。このため、サーミスタがカバーと直接接触している場合とは異なり、電池セルの膨張に伴い、サーミスタに摩擦力が生じにくく、サーミスタが電池セルに取り付けられた状態が維持されやすい。したがって、サーミスタによる電池セルの温度検出を維持することができる。

上記電池モジュールについて、前記サーミスタと、前記押さえ部との間に、弾性変形によって前記サーミスタを前記取付面に付勢する弾性部を有することが好ましい。これによれば、サーミスタの寸法公差によって多少の寸法差があっても弾性部の弾性変形によってサーミスタを適切に押さえつけることができる。

上記電池モジュールについて、前記サーミスタは、前記押さえ部を介して押圧される押圧面と、前記取付面に当接する当接面と、前記押圧面と前記取付面との間の側面とを有し、前記保持部は、前記側面の少なくとも一部を覆うことで前記取付面に対する前記サーミスタの取り付け位置を定めることが好ましい。これによれば、サーミスタの位置決めを容易に行うことができる。

本発明によれば、サーミスタによる電池セルの温度検出を維持することができる。

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を示す断面図。 実施形態の電池セル、電池ホルダ及び伝熱プレートを示す斜視図。 実施形態のサーミスタの取付状態を拡大して示す斜視図。 実施形態のカバーを示す斜視図。 実施形態の電池セルが膨張したときの電池モジュールの一部を破断して示す断面図。 変形例の押さえ部を拡大して示す斜視図。

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２１とを有している。電池セル１１は、個別の電池ホルダ３０に保持されている。電池セル１１と、伝熱プレート２１とは、電池ホルダ３０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２１は、電池セル１１の並設方向の両側に設けられた第１エンドプレート１８と、第２エンドプレート１９とによって挟持されている。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。

図２に示すように、第１エンドプレート１８と、第１エンドプレート１８に隣り合う電池セル１１との間には、板状の弾性部材７１が設けられている。弾性部材７１は、ゴムや、樹脂系のスポンジなどである。また、電池ホルダ３０は、樹脂製である。

図３に示すように、電池セル１１は、ケース１２を有している。ケース１２には、電極組立体１３が収容されている。ケース１２は、電極組立体１３を収容する有底箱状のケース本体１４と、ケース本体１４の開口を閉塞する矩形板状の蓋１５とから構成されている。蓋１５には、蓋１５の厚み方向に突出する２つの端子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２１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２１は、矩形平板状の吸熱部２２と、吸熱部２２の長手方向一端から吸熱部２２の厚み方向に延びる放熱部２３とを有している。

電池ホルダ３０は、矩形平板状の第１被覆壁３１を有している。第１被覆壁３１の長手方向両端には、第１被覆壁３１の厚み方向に延びる矩形平板状の第２被覆壁３２及び第３被覆壁３３が設けられている。第１被覆壁３１、第２被覆壁３２、第３被覆壁３３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被覆壁３２の長手方向第１端部３２ａ（第１被覆壁３１が設けられる端部とは反対側の端部）と、第３被覆壁３３の長手方向第１端部３３ａ（第１被覆壁３１が設けられる端部とは反対側の端部）には、各被覆壁３２，３３の短手方向第１端部３２ｂ、３３ｂの間で延びる矩形平板状の第４被覆壁３４が設けられている。第４被覆壁３４は、厚み方向が被覆壁３２，３３の短手方向と一致し、長手方向が第２被覆壁３２と第３被覆壁３３の対向方向に一致する。そして、第４被覆壁３４の厚み方向及び長手方向に直交する方向が、第４被覆壁３４の短手方向となる。

また、第４被覆壁３４の長手方向両端における第４被覆壁３４の短手方向の一端面上には、Ｕ字状をなすとともに、第４被覆壁３４の厚み方向に開口する端子収容部３５がそれぞれ設けられており、各端子収容部３５は、第２被覆壁３２及び第３被覆壁３３に連設されている。

第４被覆壁３４の短手方向の一端面上には、端子収容部３５と隣り合って四角柱状の柱部材３６が設けられている。柱部材３６の軸は、被覆壁３２，３３の短手方向に延びている。柱部材３６には、挿通孔３６ａが柱部材３６の軸方向に貫通して設けられている。

また、第４被覆壁３４には、柱部材３６が設けられた面と同一面から一方の柱部材３６に沿って延びる保持部４１が設けられている。保持部４１は、第４被覆壁３４から柱部材３６に沿って延びる板状の第１延設部４２と、第１延設部４２と第４被覆壁３４の長手方向に間隔を空けて設けられている第２延設部４３とを有している。第１延設部４２はＬ字状であり、柱部材３６に連設されている。第２延設部４３は、矩形状であり第１延設部４２と平行に延びている。第４被覆壁３４において、第１延設部４２と第２延設部４３との間には、板状の押さえ部４４が設けられている。押さえ部４４は、第４被覆壁３４から第４被覆壁３４の短手方向に突出するとともに第１延設部４２と第２延設部４３とに囲まれる領域と対向するように屈曲している。

第２被覆壁３２及び第３被覆壁３３の長手方向第１端部３２ａ，３３ａには、各被覆壁３２，３３と連設され、各被覆壁３２，３３の長手方向に延びる矩形平板状の突出壁３７が設けられている。各突出壁３７の互いに対向する面には、突出壁３７の厚み方向に突出する係止片３９が設けられている。

また、第２被覆壁３２及び第３被覆壁３３の長手方向第２端部３２ｃ，３３ｃには、四角柱状の脚部３８が設けられている。脚部３８の軸は、被覆壁３２，３３の短手方向に延びている。脚部３８には、挿通孔３８ａが脚部３８の軸方向に貫通して設けられている。

図２に示すように、伝熱プレート２１の吸熱部２２は、電池セル１１と密着した状態で設けられている。そして、第１エンドプレート１８、第２エンドプレート１９及び電池ホルダ３０を挿通したボルトＢにナットＮが螺合されることで、電池ホルダ３０に保持された電池セル１１及び伝熱プレート２１は拘束されている。ボルトＢ及びナットＮによって各エンドプレート１８，１９には互いに近付くように拘束荷重が付与されている。

図２及び図４に示すように、複数の電池セル１１のうち、一部の電池セル１１の外面には、電池セル１１の温度を検出するサーミスタ５１が取り付けられている。サーミスタ５１は、電池セル１１の蓋１５に取り付けられている。サーミスタ５１は、直方体状であり、押圧面５４と、押圧面５４とは反対側の面である当接面５５とを有している。また、サーミスタ５１は、押圧面５４と当接面５５との間に４つの側面５６を有している。側面５６は、押圧面５４と当接面５５のそれぞれと交差する面である。サーミスタ５１は、当接面５５と電池セル１１の取付面１５ａが当接するように設けられている。したがって、蓋１５の厚み方向の一面のうち、電池セル１１の外部に位置する面が、サーミスタ５１が取り付けられる取付面１５ａとなる。

サーミスタ５１は、蓋１５と、押さえ部４４との間に設けられている。サーミスタ５１の押圧面５４は、押さえ部４４に押圧されている。押さえ部４４と、サーミスタ５１との間には、ゴムなどの弾性部５２が設けられている。また、サーミスタ５１は、第１延設部４２と第２延設部４３との間に設けられている。サーミスタ５１の側面５６は、保持部４１によって一部が覆われている。

サーミスタ５１には、制御装置に接続される検出線５３が設けられている。制御装置は、電池セル１１の温度を監視して、電池セル１１に異常が生じたときに充放電の遮断などを行う。検出線５３は弾性部材７１に向けて延びている。電池セル１１の取付面１５ａと対向する位置には、カバー６１が設けられている。カバー６１は、電池セル１１の端子に異物が付着することなどを目的として設けられている。カバー６１は、樹脂製である。

図５に示すように、カバー６１は、矩形平板状の本体６２と、本体６２の短手方向の両端部から本体６２の厚み方向に立設する立設部６３とを有している。また、カバー６１は、本体６２の厚み方向の面のうち、立設部６３が設けられた面とは反対側の面から突出する矩形平板状の押圧部６４を有している。押圧部６４は、本体６２の長手方向全体に亘って設けられている。

図１及び図２に示すように、カバー６１は、立設部６３が電池ホルダ３０の突出壁３７に沿って設けられている。また、電池ホルダ３０の突出壁３７に設けられた係止片３９に立設部６３の先端が係合されることで、立設部６３は電池ホルダ３０に保持される。そして、押圧部６４は、押さえ部４４と対向して設けられ、これにより、カバー６１とサーミスタ５１との間に押さえ部４４が位置している。カバー６１の押圧部６４は、押さえ部４４を押圧している。したがって、押さえ部４４は、取付面１５ａと対向して設けられたカバー６１によって電池セル１１に向けて押さえつけられている。これにより、押さえ部４４は弾性部５２を介してサーミスタ５１を電池セル１１の取付面１５ａに押さえつけている。弾性部５２は、押さえ部４４からの荷重によって弾性変形して、サーミスタ５１を取付面１５ａに付勢している。カバー６１の本体６２には、リレーや制御装置などの電子部品６５が載置されている。

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、充放電されることで膨張（熱膨張）する。また、電池セル１１は、使用に伴い電極に被膜が形成されていき、使用期間が長くなるにつれて膨張していく。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。この荷重が弾性部材７１に加わることで、弾性部材７１が弾性変形（収縮）し、電池セル１１は弾性部材７１に向けて移動する。

図６に示すように、電池セル１１が弾性部材７１に向けて移動すると、電池ホルダ３０は電池セル１１と一体となって移動する。具体的にいえば、電池セル１１が弾性部材７１に向けて移動すると、電池セル１１は第４被覆壁３４を押圧する。これにより、電池ホルダ３０には電池セル１１の移動方向と同一方向に力が加わり、電池セル１１と一体となって移動する。したがって、電池ホルダ３０の第４被覆壁３４は、電池セル１１からの加圧力を受圧する受圧部として機能している。

例えば、電池セル１１と一体となって移動しないカバー６１によって直接サーミスタ５１を電池セル１１に押さえつけている場合、電池セル１１が移動すると、サーミスタ５１とカバー６１との界面には摩擦力が生じる。この摩擦力によってサーミスタ５１が電池セル１１から外れるおそれがある。

本実施形態のように、電池セル１１と一体となって移動する電池ホルダ３０に押さえ部４４を設けて、この押さえ部４４を介してサーミスタ５１を電池セル１１に押さえつけている場合、押さえ部４４と押圧部６４との界面に摩擦力が生じる。押さえ部４４は、電池セル１１と一体となって移動するため、電池セル１１に取り付けられたサーミスタ５１とも一体となって移動する。押さえ部４４は、電池セル１１の膨張に伴って移動したときにカバー６１と係止して移動を阻害するような係止部を有していないため、押さえ部４４は、カバー６１に対して滑り移動可能となっている。同様に、押圧部６４は、電池セル１１の膨張に伴って移動したときに押さえ部４４と係止して移動を阻害するような係止部を有していないため、電池セル１１の膨張時の押さえ部４４の移動を許容している。すなわち、押さえ部４４及び押圧部６４は、互いが固定されず、独立して移動可能となっている。電池セル１１の膨張に伴い生じるカバー６１との摩擦力は、押さえ部４４に生じ、サーミスタ５１と押さえ部４４（弾性部５２）との界面には摩擦力が生じにくい。

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）カバー６１は、電池ホルダ３０に設けられた押さえ部４４を介してサーミスタ５１を電池セル１１に押さえつけている。電池ホルダ３０に設けられた押さえ部４４は、電池セル１１の膨張に伴って電池セル１１の並設方向に移動可能であり、電池セル１１が膨張し、電池セル１１が移動するときには、電池ホルダ３０及びサーミスタ５１が一体となって移動する。このため、サーミスタ５１が電池セル１１に取り付けられた状態が維持されやすく、サーミスタ５１による電池セル１１の温度検出を維持することができる。

（２）押さえ部４４とサーミスタ５１との間には、弾性部５２が設けられている。このため、サーミスタ５１の寸法公差によって多少の寸法差があっても弾性部５２の弾性変形によってサーミスタ５１を適切に押さえつけることができる。

（３）電池ホルダ３０は、サーミスタ５１を保持する保持部４１が設けられている。サーミスタ５１を取り付けるときには、サーミスタ５１を保持部４１に合わせて位置決めすればよく、サーミスタ５１の位置決めが容易となる。

（４）サーミスタ５１の検出線５３は、弾性部材７１に向けて延びている。検出線５３が、弾性部材７１とは反対方向（第２エンドプレート１９側）に向けて延びると、電池セル１１が弾性部材７１に向けて移動したときに、検出線５３に作用する張力が大きくなる。検出線５３に作用する張力が大きくなると、検出線５３の断線の原因となるため、検出線５３を弾性部材７１に向けて延ばすことで、検出線５３の断線を抑止することができる。

（５）電池セル１１が膨張したときに、各エンドプレート１８，１９が破損することを抑止するために、弾性部材７１を設けて、弾性部材７１を弾性変形させることで各エンドプレート１８，１９への荷重を低減させている。この場合、エンドプレート１８，１９への荷重が低減される一方で、電池セル１１の移動量は多くなるが、電池ホルダ３０と電池セル１１とが一体に移動することで、電池セル１１の移動量が多くなってもサーミスタ５１が電池セル１１から外れにくい。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○図７に示すように、弾性部は、押さえ部４４と一体に設けられていてもよい。押さえ部４４の先端には、第４被覆壁３４に向けて折り返すように屈曲部８１が設けられている。屈曲部８１の先端は、サーミスタ５１と接触している。押さえ部４４がカバー６１によって押圧されると、屈曲部８１と押さえ部４４との連結部が基点となり、屈曲部８１が弾性変形する。これにより、屈曲部８１が弾性部として機能し、サーミスタ５１の寸法公差によって多少の寸法差があっても屈曲部８１の弾性変形によってサーミスタ５１を適切に押さえつけることができる。

○押さえ部４４は、カバー６１に対して滑り移動可能であれば、金属製などでもよい。同様に、押圧部６４は、押さえ部４４の滑り移動を許容することができれば、金属製などでもよい。

○押さえ部４４は、弾性部５２を介すことなくサーミスタ５１と直接接触していてもよい。
○弾性部材７１は設けられていなくてもよい。この場合であっても、電池セル１１が膨張すると、電池セル１１が互いに押し合い、これにより電池セル１１が移動する。

○サーミスタ５１が取り付けられる電池セル１１を保持する電池ホルダ３０にのみ保持部４１及び押さえ部４４を設けてもよい。
○保持部４１は、サーミスタ５１の側面５６の全面を覆っていてもよい。

○検出線５３は、第２エンドプレート１９側に延びていてもよい。この場合、検出線５３に撓みなどを持たせて、検出線５３の断線を抑制することが好ましい。
○伝熱プレート２１を設けず、電池セル１１のみを並設してもよい。

○電池ホルダ３０に保持部４１を設けず、押さえ部４４のみでサーミスタ５１を電池セル１１に取り付けてもよい。
○押圧部６４は、本体６２の長手方向全体に亘って設けられていなくてもよく、押さえ部４４と対向する位置に部分的に設けられていてもよい。

次に、上記実施形態及び変形例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）電池ホルダは、電池セルからの加圧力を受圧する受圧部を有する。

１０…電池モジュール、１１…電池セル、１５ａ…取付面、３０…電池ホルダ、４１…保持部、４４…押さえ部、５１…サーミスタ、６１…カバー、６４…押圧部。

Claims (3)

1. 並設された複数の電池セルと、
   前記電池セルを保持する電池ホルダと、
   前記電池セルに取り付けられたサーミスタと、
   前記電池セルの前記サーミスタが取り付けられた取付面と対向して設けられたカバーと、を備え、
   前記電池ホルダは、前記サーミスタと前記カバーとの間に設けられ、前記電池セルの膨張時に前記カバーに対して滑り移動可能な押さえ部と、前記取付面に対する前記サーミスタの取り付け位置を定める保持部とを有し、
   前記カバーは、前記押さえ部を介して前記サーミスタを前記取付面に押さえつけるとともに、前記電池セルの膨張時における前記押さえ部の滑り移動を許容する押圧部を有している電池モジュール。
2. 前記サーミスタと、前記押さえ部との間に、弾性変形によって前記サーミスタを前記取付面に付勢する弾性部を有する請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記サーミスタは、前記押さえ部を介して押圧される押圧面と、前記取付面に当接する当接面と、前記押圧面と前記取付面との間の側面とを有し、
   前記保持部は、前記側面の少なくとも一部を覆うことで前記取付面に対する前記サーミスタの取り付け位置を定める請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。