JP6379918B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

従来、例えばリチウムイオン二次電池等の電池セルを複数配列してなる電池モジュールが知られている。かかる電池モジュールでは、電池セルの配列体を金属プレート等の拘束具で挟み込んで一定の荷重で拘束することで、電池セルにおいて内部抵抗等の特性が変動することを抑制している。例えば特許文献１に記載の組電池では、両端に屈曲部を有する金属バンドをエンドプレートに固定し、このエンドプレートによって電池ブロックを積層方向に拘束している。このような電池モジュールでは、電池セルの膨張による拘束部材の破損を防止する目的で、配列体と拘束部材のエンドプレートとの間にゴムなどの弾性体を介在させる場合がある。

また、電池モジュールには、各電池セルの電圧検出などに用いるハーネスが組み付けられることがある。例えば特許文献２に記載の組電池では、電圧検出端子を備えたコネクタを保持部材で保持し、保持部材を電池群に対して取り付けることにより、電池セルの電極端子に一括してコネクタを電気的に接続している。

特開２０１３−０５５０６９号公報 特開２００８−２４３４１２号公報

電池モジュールに対してハーネスを組み付けるにあたっては、ハーネスの配線の煩雑化を避ける必要がある。そのため、複数本のハーネスの基端側を結束部材で結束し、ハーネス束の状態で電池モジュールに組み付けることが好適である。また、ハーネス先端の接続端子を電池セルの電極端子に接続する際、接続先を誤らないように、結束部材の先端側で分岐するハーネスの長さを互いに異ならせることもある。

一方、過充電等の異常によってケース内部にガスが発生した場合や経年劣化などによって電池セルが膨張する場合がある。電池セルに膨張が生じると、電池セルの電極端子とハーネスの接続端子との接続位置が、ハーネス束の結束位置に対して動くことが考えられる。このとき、結束部材の先端側で分岐するハーネスの長さが不足すると、ハーネスに負荷がかかり、断線等の不具合を招いてしまうおそれがある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、電池セルに膨張が生じた場合であっても、ハーネスにかかる負荷を抑制できる電池モジュールを提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明の一側面に係る電池モジュールは、複数の電池セルを配列してなる配列体と、配列体における電池セルの配列方向に沿って延在すると共に、先端の接続端子が所定の電池セルの電極端子に接続された複数のハーネスと、複数のハーネスを結束してハーネス束とする結束部材と、を備え、結束部材によるハーネスの結束位置と、電極端子と接続端子との接続位置との間で、結束部材から分岐するハーネスが撓みを有している。

この電池モジュールでは、結束部材によるハーネスの結束位置と、電極端子と接続端子との接続位置との間で、結束部材から分岐するハーネスが撓みを有している。このため、電池セルに膨張が生じ、電池セルの電極端子とハーネスの接続端子との接続位置がハーネスの結束位置に対して動いた場合であっても、結束部材の先端側で分岐するハーネスの長さが不足してしまうことを防止できる。したがって、ハーネスに負荷がかかることを抑制でき、断線等の不具合の発生を抑えられる。

また、電池モジュールは、配列体における電池セルの一方の配列端に配置された弾性体と、弾性体を介して配列体を配列方向に拘束する拘束部材と、を更に備え、複数のハーネスは、弾性体が配置される一方の配列端側から配列体に向けて引き込まれ、結束部材によるハーネスの結束位置は、電極端子と接続端子との接続位置よりも弾性体側に位置していてもよい。

配列端における電池セルの一方の配列端に弾性体を配置した場合、配列体は、電池セルに膨張が生じたときに弾性体側に一方向に膨張する。このため、電池セルに膨張が生じたときの電極端子と接続端子との接続位置は、初期位置から弾性体側に一方向に動くこととなる。したがって、結束部材によるハーネスの結束位置を電極端子と接続端子との接続位置よりも弾性体側に位置させることにより、電池セルの電極端子とハーネスの接続端子との接続位置がハーネスの結束位置に対して動いた場合であっても、結束部材の先端側で分岐するハーネスの長さが不足してしまうことを好適に防止できる。

また、結束部材によるハーネスの結束位置は、接続先の電池セルが膨張したときの電極端子と接続端子との接続位置よりも弾性体側に位置していてもよい。これにより、電池セルの電極端子とハーネスの接続端子との接続位置がハーネスの結束位置に対して動いた場合であっても、結束部材の先端側で分岐するハーネスの長さが不足してしまうことをより確実に防止できる。

また、結束部材から分岐するハーネスの撓み量は、当該ハーネスの接続先の電池セルが弾性体側に位置しているほど大きくなっていてもよい。電池セルに膨張が生じた場合、電池セルの電極端子とハーネスの接続端子との接続位置がハーネスの結束位置に対して動く量は、弾性体側に位置している電池セルほど大きくなる。したがって、結束部材から分岐するハーネスの撓み量を、当該ハーネスの接続先の電池セルが弾性体側に位置しているほど大きくすることにより、電池セルの電極端子とハーネスの接続端子との接続位置がハーネスの結束位置に対して動いた場合であっても、結束部材の先端側で分岐するハーネスの長さが不足してしまうことを一層確実に防止できる。

また、ハーネスのそれぞれには、結束部材による結束位置を示す目印が設けられていてもよい。この場合、電池モジュールへのハーネスの組み付けの際に、結束部材によるハーネスの結束位置を容易に把握できる。したがって、各ハーネスに対する結束範囲のばらつきを抑え、結束部材の先端側で分岐するハーネスの長さをより確実に確保できる。

また、ハーネスは、電池セルの電圧検出に用いるハーネスであってもよい。上述したハーネスの配置は、電池セルの電圧検出に用いるハーネスの配置に好適である。

本発明に係る電池モジュールによれば、電池セルに膨張が生じた場合であっても、ハーネスにかかる負荷を抑制できる。

本発明の一実施形態に係る電池モジュールを示す斜視図である。 図１に示した電池モジュールの平面図である。 複数のハーネスを結束部材で結束してなるハーネス束を示す概略図である。 図１及び図２の電池モジュールにおいて、結束部材から分岐するハーネスの組み付け状態を示す要部拡大概略図である。 図４に示すハーネスの電池セルの膨張時の状態を示す要部拡大概略図である。 比較例に係る電池モジュールにおいて、結束部材から分岐するハーネスの組み付け状態を示す要部拡大概略図である。 図６に示すハーネスの電池セルの膨張時の状態を示す要部拡大概略図である。 本発明の変形例に係る電池モジュールにおいて、結束部材から分岐するハーネスの組み付け状態を示す要部拡大概略図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る電池モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールを示す斜視図である。また、図２は、図１に示した電池モジュールの平面図である。図１及び図２に示すように、電池モジュール１は、複数の電池セル１１を配列してなる配列体２と、配列体２に対して電池セル１１の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材３と、配列体２と拘束部材３との間に介在する弾性体４とを備えている。

配列体２は、例えば複数（ここでは７体）の電池セル１１（弾性体４側に向かって１１Ａ〜１１Ｇ）によって構成されている。電池セル１１，１１間には、不図示の伝熱プレートが介在している。電池セル１１は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。電池セル１１は、例えば略直方体形状をなす中空のケース１２内に電極組立体を収容してなる。ケース１２の頂面には、一対の電極端子１７，１７が互いに離間して設けられている。図２に示すように、電極端子１７の一方は、電極組立体の正極に接続された正極端子１５となっており、電極端子１７の他方は、電極組立体の負極に接続された負極端子１６となっている。隣接する電池セル１１，１１は、正極端子１５と負極端子１６とが互いに隣り合うように配列され、隣り合う正極端子１５と負極端子１６とをバスバー部材１８で接続することにより、電気的に直列に接続されている。

また、電池セル１１には、図１及び図２に示すように、電池ホルダ２１が取り付けられている。電池ホルダ２１は、例えば樹脂によって一体成型された枠体２２を有している。枠体２２は、電池セル１１のケース１２の側面のうち、電池セル１１の配列方向の側面を除いた各側面に沿うように、ケース１２に嵌め込まれている。

拘束部材３は、例えば一対のエンドプレート３１と、エンドプレート３１同士を締結する締結部材３２とを備えている。エンドプレート３１は、例えば鉄などの金属によって形成され、電池セル１１を配列方向から見た場合の面積よりも大きい面積を有する略矩形の板状をなしている。エンドプレート３１は、その外縁部分が電池セル１１の外縁部分よりも外側に張り出した状態で、配列体２及び弾性体４の配列方向の両端にそれぞれ配置されている。なお、エンドプレート３１には、ブラケット３５が取り付けられている。電池モジュール１は、ブラケット３５を介し、筐体等の壁部に対して強固に固定される。

締結部材３２は、例えば長尺のボルト３３と、ボルトに螺合されるナット３４（図２参照）とによって構成されている。ボルト３３は、例えばエンドプレート３１の外縁部分においてエンドプレート３１に挿通されている。各ボルト３３の両端にエンドプレート３１の外側からナット３４が螺合されることで、電池セル１１、弾性体４、及び伝熱プレートが挟持されてユニット化されると共に拘束荷重が付加される。

弾性体４は、拘束荷重による電池セル１１の破損の防止に加え、拘束部品の破損を防ぐ目的で用いられる部材であり、例えばウレタン製のゴムスポンジによって矩形の板状に形成されている。弾性体４は、配列体２における電池セル１１の配列方向の一端に配置されている。弾性体４の形成材料としては、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、シリコンゴムなどが挙げられる。また、弾性体４は、ゴムに限られず、バネ材などであってもよい。

上述した構成を有する電池モジュール１には、図２に示すように、電池セル１１の電圧検出に用いる複数のハーネス４１が組み付けられている。複数のハーネス４１は、結束部材４２によって結束され、ハーネス束４３となった状態で電池セル１１の配列方向に沿って配線されている。本実施形態では、電池セル１１の一方の電極端子１７の列と電池セル１１の他方の電極端子１７の列とのそれぞれに沿うように、弾性体４側から一対のハーネス束４３，４３が電池セル１１側に引き込まれている。

ハーネス束４３，４３の基端側は、被覆部材４４で被覆された状態で電池モジュール１の外側で合流し、例えば電池モジュール１の上方に配置された電圧計（不図示）に電気的に接続されている。ハーネス束４３，４３の先端側では、被覆部材４４及び結束部材４２の先でハーネス４１が分岐している。分岐するハーネス４１の先端には、図２に示すように、接続端子４５（４５Ａ〜４５Ｈ）がそれぞれ設けられており、接続端子４５が所定の電池セル１１の電極端子１７に接続されることで、ハーネス４１と電池セル１１との電気的な接続がなされている。

結束部材４２は、図３に示すように、例えば樹脂テープ或いは樹脂チューブなどによって構成されている。結束部材４２の長さＬは、他の結束部材４２から分岐するハーネス４１の配置を阻害しない範囲で任意の長さに設定できる。また、結束部材４２で結束されるハーネス４１のそれぞれには、結束部材４２による結束位置（結束部材４２の先端の位置）４６を示す目印４７が設けられている。目印４７としては、特に制限はないが、例えば樹脂テープ或いは樹脂チューブを用いてもよく、塗料の塗布や印刷によるものであってもよい。また、溝や凹部等によるものであってもよい。

本実施形態のハーネス４１には、図２に示すように、被覆部材４４から一定の間隔をもって２つの結束部材４２が設けられている。また、ハーネス束４３，４３の基端側を束ねる被覆部材４４も結束部材４２としての機能を有している。一方のハーネス束４３において、先端側の結束部材４２Ａから分岐するハーネス４１Ａは、電池セル１１Ａの正極端子１５Ａに接続され、同じく結束部材Ａから分岐するハーネス４１Ｂは、電池セル１１Ｂの負極端子１６Ｂに接続されている。また、基端側の結束部材４２Ｂから分岐するハーネス４１Ｃは、電池セル１１Ｄの負極端子１６Ｄに接続され、被覆部材４４から分岐するハーネス４１Ｄは、電池セル１１Ｆの負極端子１６Ｆに接続されている。

また、他方のハーネス束４３において、先端側の結束部材４２Ｃから分岐するハーネス４１Ｅは、電池セル１１Ａの負極端子１６Ａに接続され、同じく結束部材４２Ｃから分岐するハーネス４１Ｆは、電池セル１１Ｃの負極端子１６Ｃに接続されている。また、基端側の結束部材４２Ｄから分岐するハーネス４１Ｇは、電池セル１１Ｅの負極端子１６Ｅに接続され、被覆部材４４から分岐するハーネス４１Ｈは、電池セル１１Ｇの負極端子１６Ｇに接続されている。

ここで、電池モジュール１では、結束部材４２によるハーネス４１の結束位置４６と、電極端子１７と接続端子４５との接続位置４８との間で、結束部材４２から分岐するハーネス４１が撓みを有している。図４は、結束部材から分岐するハーネスの状態を示す概略図である。同図の例では、電池セル１１Ａの正極端子１５Ａに接続されているハーネス４１Ａと、電池セル１１Ｂの負極端子１６Ｂに接続されているハーネス４１Ｂとを示している。

図４に示すように、電池モジュール１では、結束部材４２Ａによるハーネス４１Ａ，４１Ｂの結束位置４６Ａが、電池セル１１Ｂの負極端子１６Ｂとハーネス４１Ｂの接続端子４５Ｂとの接続位置４８Ｂよりも弾性体４側に位置している。より具体的には、結束部材４２Ａによるハーネス４１Ａ，４１Ｂの結束位置４６Ａは、ハーネス束４３の延在方向に沿う線分Ｒ１と、電池セル１１の電極端子１７，１７の中心同士を結ぶ線分Ｒ２とが交差する交差点Ｐに対し、所定の間隔Ｗ１をもって弾性体４側に位置している。これにより、結束部材４２Ａによる結束位置４６Ａと接続位置４８Ｂとの間で、結束部材４２Ａから分岐するハーネス４１Ｂが撓みを有している。

所定の間隔Ｗ１は、電池セル１１のケース１２の厚さやハーネス４１の種類などに応じて適時設定されるが、電池セル１１の膨張量を考慮することが好適である。すなわち、結束部材４２Ａによる結束位置４６Ａは、直近の電池セル１１Ｂが膨張したときの負極端子１６Ｂと接続端子４５Ｂとの接続位置４８Ｂよりも弾性体４側に位置していることが好ましい（図５参照）。

図５は、図４に示したハーネス４１Ａ，４１Ｂの作用効果を示す図である。電池モジュール１では、上述したように、配列体２における電池セル１１の配列方向の一端（電池セル１１Ｇ側）に弾性体４が配置されている。このため、電池セル１１に膨張が生じた場合、配列体２は、弾性体４が圧縮可能な範囲で弾性体４側に一方向に膨張する。このとき、エンドプレート３１に直接的に拘束されている電池セル１１Ａの正極端子１５Ａと接続端子４５Ａとの接続位置４８Ａは、殆ど変化しないが、電池セル１１Ｂの負極端子１６Ｂと接続端子４５Ｂとの接続位置４８Ｂは、図５に示すように、初期位置から弾性体４側に動くこととなる。

このような接続位置４８Ｂの動きに対し、電池モジュール１では、結束部材４２Ａによるハーネス４１Ａ，４１Ｂの結束位置４６Ａが、直近の電池セル１１Ｂが膨張したときの負極端子１６Ｂと接続端子４５との接続位置４８Ｂよりも弾性体４側に位置しており、結束位置４６Ａと接続位置４８Ｂとの間で、結束部材４２Ａから分岐するハーネス４１Ｂが撓みを有している。したがって、接続位置４８Ｂが初期位置から弾性体４側に動いた場合であっても、結束部材４２Ａから分岐するハーネス４１Ｂの長さが不足してしまうことが防止され、ハーネス４１Ｂの撓みが維持される。ハーネス４１Ｂの撓みが維持されることで、ハーネス４１Ｂに張力などの過剰な負荷がかかることを抑制できるので、断線等の不具合の発生を抑えられる。

図６は、比較例に係る電池モジュールにおいて、結束部材から分岐するハーネスの組み付け状態を示す要部拡大概略図である。同図に示すように、比較例では、結束部材１４２Ａによるハーネス１４１Ａ，１４１Ｂの結束位置１４６Ａと、電池セル１１１Ｂの負極端子１１６Ｂ（電極端子１１７）とハーネス１４１Ｂの接続端子１４５Ｂとの接続位置１４８Ｂとが揃った状態となっている。すなわち、この比較例では、結束部材１４２Ａによるハーネス１４１Ａ，１４１Ｂの結束位置１４６Ａは、ハーネス束１４３の延在方向に沿う線分Ｒ１と、電池セル１１１Ｂの負極端子１１６Ｂの中心と正極端子１１５Ｂ（電極端子１１７）の中心とを結ぶ線分Ｒ２とが交差する交差点Ｐに略一致している。また、結束位置１４６Ａから分岐するハーネス１４１Ｂの長さは、結束位置１４６Ａから接続位置１４８Ｂまでの距離と略一致している。

このような比較例の構成では、電池セル１１１に膨張が生じた場合の接続位置１４８Ｂの動きに対し、ハーネス１４１Ｂの長さが不足することが考えられる。ハーネス１４１Ｂの長さが不足すると、図７に示すように、ハーネス１４１Ｂには張力による負荷がかかり、ハーネス１４１Ｂに断線等の不具合が発生してしまうおそれがある。したがって、図４に示したように、結束部材１４２Ａから分岐するハーネス１４１Ｂに撓みを持たせることが、断線等の不具合の抑制に好適である。

結束部材４２から分岐するハーネス４１が撓みを有している点については、ハーネス４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｆ，４１Ｇ，４１Ｈについても同様である。これらのハーネス４１の接続先である電池セル１１Ｃ〜１１Ｇでは、電池セル１１Ｂと同様、配列体２が弾性体４側に一方向に膨張したときに、電極端子１７と接続端子４５との接続位置４８が初期位置から弾性体４側に動く。したがって、結束部材４２から分岐するハーネス４１に撓みを持たせることで、断線等の不具合の発生を抑制できる。

また、電池セル１１に膨張が生じた場合、電極端子１７と接続端子４５との接続位置４８がハーネス４１の結束位置４６に対して動く量は、弾性体４側に位置している電池セル１１ほど各電池セル１１の膨張量が加算されて大きくなる。したがって、結束部材４２から分岐するハーネス４１の撓み量は、当該ハーネス４１の接続先の電池セル１１が弾性体４側に位置しているほど大きくなっていることが好適である。これにより、電池セル１１の膨張によって電極端子１７と接続端子４５との接続位置４８が結束位置４６に対して動いた場合であっても、結束部材４２の先端側で分岐するハーネス４１の長さが不足してしまうことを一層確実に防止できる。

本実施形態では、図２に示すように、電池セル１１Ａ側から順に、結束部材４２Ｃによるハーネス４１Ｆの結束位置４６Ｃと、線分Ｒ１と線分Ｒ２との交差点Ｐとの間の間隔をＷ２、結束部材４２Ｂによるハーネス４１Ｃの結束位置４６Ｂと、線分Ｒ１と線分Ｒ２との交差点Ｐとの間の間隔をＷ３、結束部材４２Ｄによるハーネス４１Ｇの結束位置４６Ｄと、線分Ｒ１と線分Ｒ２との交差点Ｐとの間の間隔をＷ４、被覆部材４４によるハーネス４１Ｄの結束位置４６Ｅと、線分Ｒ１と線分Ｒ２との交差点Ｐとの間の間隔をＷ５、被覆部材４４によるハーネス４１Ｈの結束位置４６Ｆと、線分Ｒ１と線分Ｒ２との交差点Ｐとの間の間隔をＷ６とした場合に、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ４＜Ｗ５＜Ｗ６の関係を満たすようになっている。なお、電池セル１１については、正極端子１５Ａと接続端子４５Ａとの接続位置４８Ａが殆ど変化しないため、上述した結束位置４６と交差点Ｐとの間隔を考慮しなくてもよい。

また、電池モジュール１では、結束部材４２による結束位置４６を示す目印４７がハーネス４１のそれぞれに設けられている（図３参照）。この目印４７により、電池モジュール１へのハーネス４１の組み付けの際に、結束部材４２によるハーネス４１の結束位置４６を容易に把握できる。したがって、各ハーネス４１に対する結束範囲のばらつきを抑え、結束部材４２の先端側で分岐するハーネス４１の長さをより確実に確保できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、ハーネス４１として、電池セル１１の電圧検出に用いるハーネスを示したが、ハーネスの用途はこれに限定されない。また、上記実施形態では、結束部材４２によるハーネス４１の結束位置４６を線分Ｒ１と線分Ｒ２との交差点Ｐから弾性体４側にずらすことで、結束部材４２から分岐するハーネス４１に撓みを持たせているが、ハーネス４１への撓みの持たせ方はこれに限定されない。

例えば図８に示すように、結束部材４２Ａによるハーネス４１Ａ，４１Ｂの結束位置４６Ａを線分Ｒ１と線分Ｒ２との交差点Ｐに略一致させる一方、結束位置４６Ａから分岐するハーネス４１Ｂの長さを結束位置４６Ａから接続位置４８Ｂまでの距離よりも長くすることで、ハーネス４１Ｂに撓みを持たせてもよい。このような構成であっても、結束部材４２Ａから分岐するハーネス４１Ｂの長さが不足してしまうことが防止され、電池セル１１Ｂが膨張した場合であってもハーネス４１Ｂに張力などの過剰な負荷がかかることを抑制できる。したがって、断線等の不具合の発生を抑えられる。

１…電池モジュール、２…配列体、３…拘束部材、１１…電池セル、１７…電極端子、４１（４１Ａ〜４１Ｈ）…ハーネス、４２（４２Ａ〜４２Ｄ）…結束部材、４３…ハーネス束、４４…被覆部材（結束部材）、４５（４５Ａ〜４５Ｈ）…接続端子、４６（４６Ａ〜４６Ｆ）…結束位置、４７…目印、４８（４８Ａ〜４８Ｈ）…接続位置。

Claims (6)

1. 複数の電池セルを配列してなる配列体と、
   前記配列体における前記電池セルの配列方向に沿って延在すると共に、先端の接続端子が所定の電池セルの電極端子に接続された複数のハーネスと、
   前記複数のハーネスを結束してハーネス束とする結束部材と、
   前記配列体における前記電池セルの一方の配列端に配置された弾性体と、を備え、
   前記結束部材による前記ハーネスの結束位置と、前記電極端子と前記接続端子との接続位置との間で、前記結束部材から分岐する前記ハーネスが撓みを有し、
   前記複数のハーネスは、前記弾性体が配置される前記一方の配列端側から前記配列体に向けて引き込まれ、
   前記結束部材による前記ハーネスの結束位置は、前記電極端子と前記接続端子との接続位置よりも前記弾性体側に位置している電池モジュール。
2. 前記弾性体を介して前記配列体を前記配列方向に拘束する拘束部材を更に備えている請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記結束部材による前記ハーネスの結束位置は、接続先の電池セルが膨張したときの前記電極端子と前記接続端子との接続位置よりも前記弾性体側に位置している請求項２記載の電池モジュール。
4. 前記結束部材から分岐する前記ハーネスの撓み量は、当該ハーネスの接続先の電池セルが前記弾性体側に位置しているほど大きくなっている請求項２又は３記載の電池モジュール。
5. 前記ハーネスのそれぞれには、前記結束部材による前記結束位置を示す目印が設けられている請求項１〜４のいずれか一項記載の電池モジュール。
6. 前記ハーネスは、前記電池セルの電圧検出に用いるハーネスである請求項１〜５のいずれか一項記載の電池モジュール。

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