JP6409345B2 - 電池モジュール及び電池パック - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを並設した電池モジュール及び電池パックに関する。

複数の電池セルを並設した電池モジュールは、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１では、並設された複数の電池セルを接続するとともに、並設方向の両端の電池セルに接続ハーネスを接続している。

特開２０１０−２１１９６２号公報

ところで、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電池セルが膨張していく。電池セルが膨張すると、電池セルに固定された接続ハーネスには張力が加わる。接続ハーネスに張力が加わると、電池セルに固定された接続ハーネスの固定部と、電池セルとの接触抵抗が大きくなり、電力損失が大きくなる。

本発明の目的は、電池セルと接続ハーネスの固定部との接触抵抗が大きくなることを抑制することができる電池モジュール及び電池パック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、前記複数の電池セルを並設方向の両側から挟持している第１エンドプレート及び第２エンドプレートと、前記第１エンドプレートと、前記第１エンドプレートに隣り合う電池セルとの間に設けられ、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、前記第１エンドプレートに隣り合う電池セルに接続された接続ハーネスと、前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートとに対して前記複数の電池セル及び前記弾性部材を拘束する拘束力を付与する拘束部材と、を備え、前記接続ハーネスは、前記電池セルと電気的に接続される固定部と、前記固定部から延びる配線部とを有し、前記配線部は、前記固定部から前記第２エンドプレートに向けて前記電池セルの並設方向に直線状に延びる延設部位を有し、前記固定部又は前記配線部は、前記電池セルの膨張に伴う前記電池セルの並設方向への変位に対応して変形可能なたわみ部位を有し、前記たわみ部位の伸び代は、前記弾性部材における前記電池セルの並設方向の寸法よりも長いことを要旨とする。

これによれば、電池セルが膨張すると、隣り合う電池セル同士は互いに押し合い、電池セルの並設方向に向けた力が作用する。この力が弾性部材に加わることで、弾性部材が弾性変形して、収縮する。固定部又は配線部には、たわみ部位が設けられており、固定部からは延設部位が電池セルの並設方向に延びているため、接続ハーネスが電池セルの並設方向に伸びようとすると、たわみ部位が伸びる（小さくなる）ことで接続ハーネスにかかる張力が軽減される。このため、固定部に負荷がかかることが抑制され、電池セルが膨張しても、固定部と電池セルとの接触抵抗が大きくなりにくい。

上記電池モジュールについて、前記配線部が前記たわみ部位を有することが好ましい。
これによれば、電池セルが膨張したときに、たわみ部位が伸びやすい。
上記課題を解決する電池パックは、配線部にたわみ部位を有する電池モジュールを筐体に複数収容した電池パックであって、前記電池モジュールは、たわみ部位同士が向かい合うように配置されている。

これによれば、たわみ部位が筐体の内面に接しにくく、たわみ部位が破損することを抑制することができる。

本発明によれば、電池セルと接続ハーネスの固定部との接触抵抗が大きくなることを抑制することができる。

（ａ）は電池パックを示す断面図、（ｂ）は電池モジュールを拡大して示す断面図。 電池モジュールを示す斜視図。 電池ホルダ、電池セル、固定プレート及びエンドプレートを示す斜視図。 第１カバー部材を示す斜視図。 固定プレートの取付態様を示す電池モジュールの分解斜視図。 （ａ）は弾性部材が弾性変形する前の電池モジュールを示す一部破断正面図、（ｂ）は弾性部材が弾性変形した後の電池モジュールを示す一部破断正面図。 変形例の電池モジュールを示す平面図。

以下、電池モジュール及び電池パックの一実施形態について説明する。
図１（ａ）に示すように、電池パック１０は、筐体１１を有している。筐体１１には、複数の第１電池モジュール１２を電池パック１０の上下方向に並べた第１電池列Ｌ１と、複数の第２電池モジュール１３を電池パック１０の上下方向に並べた第２電池列Ｌ２が隣り合って収容されている。本実施形態において、第１電池列Ｌ１には、第１電池モジュール１２が３個並んでおり、第２電池列Ｌ２には、第２電池モジュール１３が２個並んでいる。筐体１１には、ジャンクションボックス１４が設けられている。各電池モジュール１２，１３のプラスハーネス及びマイナスハーネスである第１ハーネス９２及び第２ハーネス１０３は、ジャンクションボックス１４に接続されている。

図１（ｂ）及び図２に示すように、第１電池モジュール１２は、複数の電池セル１５を有している。各電池セル１５は、個別の電池ホルダ１６，１７に保持されている。本実施形態では、第１電池ホルダ１６と、第２電池ホルダ１７とが交互に並設されている。複数の電池セル１５は、電池セル１５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。以下の説明において、第１エンドプレート１８に隣り合う電池セル１５を第１電池セル１５ａ、第２エンドプレート１９に隣り合う電池セル１５を第２電池セル１５ｂとして説明を行う。

第１エンドプレート１８と、第１電池セル１５ａとの間には、平板状の固定プレート５１及び平板状の弾性部材２０が挟持されている。第１エンドプレート１８と第１電池セル１５ａとの間において、固定プレート５１は、第１電池セル１５ａ側に設けられ、弾性部材２０は第１エンドプレート１８側に設けられている。弾性部材２０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。弾性部材２０は、厚み方向が電池セル１５の並設方向と同一方向となるように配置されている。

図３に示すように、第１電池ホルダ１６は、矩形平板状の第１被覆壁２１を有している。第１被覆壁２１の長手方向両端には、第１被覆壁２１の厚み方向に延びる矩形平板状の第２被覆壁２２及び第３被覆壁２３が設けられている。第１被覆壁２１、第２被覆壁２２、第３被覆壁２３に囲まれる領域は、電池セル１５が収容される収容部Ｓとなる。

また、第２被覆壁２２と、第３被覆壁２３の互いに対向する面には、Ｕ字状をなすとともに、各被覆壁２２，２３の短手方向に開口する端子収容部２５がそれぞれ設けられている。

また、端子収容部２５には、四角柱状の柱部２６が連設されている。柱部２６は、第２被覆壁２２と、第３被覆壁２３との対向方向に端子収容部２５と並んで設けられている。柱部２６の軸は、被覆壁２２，２３の短手方向に延びている。柱部２６には、挿通孔２６ａが柱部２６の軸方向に貫通して設けられている。

第２被覆壁２２及び第３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突出壁２７が設けられている。

第３被覆壁２３に連設された突出壁２７には、Ｌ字状の支持部３１が設けられている。支持部３１は、突出壁２７の厚み方向の面のうち、収容部Ｓとは反対側の面から突出する板状の載置部３２と、載置部３２の突出壁２７側とは反対側の先端から、載置部３２の厚み方向に突出する板状の突出部３３とを有している。突出部３３の先端には返し部３４が設けられている。

また、第２被覆壁２２及び第３被覆壁２３の長手方向第２端部２２ｂ，２３ｂ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。第２電池ホルダ１７は、支持部３１が設けられていない点を除いて、第１電池ホルダ１６と同様の構造を有しているため、同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

電池セル１５は、ケース４１を有し、ケース４１には正負の電極を有する電極組立体４２が収容されている。
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うち一方には、二つの突出部５３が設けられている。

突出部５３同士は、基部５２の長手方向に間隔を空けて設けられている。各突出部５３には、厚み方向に貫通する貫通孔５６が設けられている。
第２エンドプレート１９は、矩形平板状のプレート基部６１を有している。プレート基部６１の短手方向の両端部からは、それぞれ、二つの第１プレート突出部６２と、二つの第２プレート突出部６５とが突出している。

各第１プレート突出部６２には、厚み方向に貫通する第１プレート貫通孔６３が設けられている。第１プレート貫通孔６３同士の間隔は、電池ホルダ１６，１７の柱部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プレート突出部６２には、厚み方向に貫通する第２プレート貫通孔６４が設けられている。各第２プレート突出部６５には、第３プレート貫通孔６６が設けられている。第３プレート貫通孔６６同士の間隔は、電池ホルダ１６，１７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。

図５に示すように、第１エンドプレート１８は、第２プレート貫通孔６４を有していない点を除いて、第２エンドプレート１９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１（ｂ）に示すように、電池セル１５、電池ホルダ１６，１７、固定プレート５１及び弾性部材２０は、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ることで、一体化されている。第１エンドプレート１８の第１プレート貫通孔６３及び第３プレート貫通孔６６、電池ホルダ１６，１７の挿通孔２６ａ，２８ａ及び第２エンドプレート１９の第１プレート貫通孔６３及び第３プレート貫通孔６６にはボルトＢ１がそれぞれ挿通されている。ボルトＢ１は、第２エンドプレート１９の第１プレート貫通孔６３及び第３プレート貫通孔６６を挿通した位置でそれぞれナットＮに螺合されている。これにより、第１エンドプレート１８及び第２エンドプレート１９には、電池セル１５及び弾性部材２０を拘束する拘束力が付与されている。したがって、本実施形態では、ボルトＢ１及びナットＮが拘束部材として機能している。

図２に示すように、第１電池モジュール１２は、カバー７０を有している。カバー７０は、電池ホルダ１６，１７の突出壁２７間に配設されている。カバー７０は、第１カバー部材７１と、第２カバー部材７２とを有している。第１カバー部材７１と、第２カバー部材７２とは、電池セル１５の並設方向に並んで設けられている。第１カバー部材７１と、第２カバー部材７２とはともに樹脂製である。

図２及び図４に示すように、第１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。

貫通孔７５の周囲には、本体７３の厚み方向に延びる板状の第１端子固定部８０が設けられている。第１端子固定部８０は、板状の連結部７６の対向する端部から互いに離れる方向に屈曲する第１屈曲部７７及び第２屈曲部７８を有しており、第１屈曲部７７及び連結部７６が貫通孔７５の周囲に位置している。第２屈曲部７８は、本体７３の短手方向の端部から突出している。第１端子固定部８０には、金属製の板材を屈曲させた第１接続端子７９が固定されている。

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、四角柱状の螺合部８１が設けられている。螺合部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。螺合部８１は、本体７３の長手方向に間隔を空けて設けられている。螺合部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１６，１７の柱部２６の互いに対向する面間の距離よりも短い。螺合部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。

図１（ｂ）及び図２に示すように、第２カバー部材７２は、端子固定部の形状を除いて、第１カバー部材７１と同一の構成を有するため、同一部分については同一符号を付して、異なる部分についてのみ説明する。

第２端子固定部８４は、貫通孔７５が設けられた角に対して本体７３の長手方向の反対側に位置する角に寄って第２カバー部材７２に設けられている。第２端子固定部８４は、板状である。第２端子固定部８４には、金属製の板材を屈曲させた第２接続端子８５が固定されている。

第１カバー部材７１と、第２カバー部材７２とは、貫通孔７５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カバー部材７１は、第１エンドプレート１８側に位置し、第２カバー部材７２は、第２エンドプレート１９側に位置している。第１カバー部材７１の立設部７４と、第２カバー部材７２の立設部７４は、それぞれ、電池ホルダ１６，１７の突出壁２７に沿って設けられている。第１カバー部材７１と、第２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５に示すように、第１カバー部材７１の螺合部８１は、電池ホルダ１６，１７の柱部２６の間に位置している。そして、固定プレート５１の貫通孔５６に挿通されたネジ８６が螺合部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１カバー部材７１が固定されている。

図１（ｂ）及び図２に示すように、第２エンドプレート１９の第２プレート貫通孔６４に挿通されたネジ８７は、第２カバー部材７２の螺合部８１に埋設されたナット８２に螺合されている。これにより、第２エンドプレート１９と第２カバー部材７２とが固定されている。

図２に示すように、第１カバー部材７１の貫通孔７５からは、柱状のバスバー９１が突出している。バスバー９１は、第１電池セル１５ａに電気的に接続されている。バスバー９１は、第１端子固定部８０に設けられた第１接続端子７９に電気的に接続されている。

第１端子固定部８０に設けられた第１接続端子７９には、接続ハーネスとしての第１ハーネス９２が固定されている。第１ハーネス９２は、第１接続端子７９に固定される固定部９３と、固定部９３に接続された配線部９４とを有している。固定部９３は、金属板を屈曲させたものであり、第１接続端子７９と電気的に接続された状態で、固定部９３及び第１接続端子７９を挿通したボルトＢ２を第１端子固定部８０に螺合することで第１接続端子７９と電気的に接続されている。したがって、固定部９３には、第１接続端子７９及びバスバー９１を介して電池セル１５が電気的に接続されている。

配線部９４は、固定部９３からジャンクションボックス１４まで延びて、ジャンクションボックス１４と固定部９３とを接続している。配線部９４は、導線をゴムなどの絶縁部材によって被覆することで構成されており、可撓性を有している。配線部９４は、固定部９３から直線状に延びる延設部位９５と、たわみ部位９６とを有している。延設部位９５は、第１電池ホルダ１６の支持部３１に支持されて、電池セル１５の並設方向のうち、第２エンドプレート１９に向けて直線状に延びている。そして、延設部位９５は、第２エンドプレート１９よりも突出している。

配線部９４は、延設部位９５と、ジャンクションボックス１４との間でたわめられることで、たわみ部位９６を構成している。たわみ部位９６の伸び代は、弾性部材２０の厚み方向である電池セル１５の並設方向の寸法よりも長い。なお、伸び代とは、たわみ部位９６が直線状になるまでに引っ張られる電池セル１５の並設方向への配線部９４の移動量である。

また、第２カバー部材７２の貫通孔７５からは柱状のバスバー１０１が突出している。バスバー１０１は、第２電池セル１５ｂと電気的に接続されている。バスバー１０１は、第２カバー部材７２に載置されたリレーなどの電子部品１０２を介して、第２端子固定部８４に設けられた第２接続端子８５に電気的に接続されている。第２接続端子８５には、第２ハーネス１０３が設けられており、第２ハーネス１０３は、ジャンクションボックス１４に接続されている。

次に、第２電池モジュール１３について説明する。
第２電池モジュール１３は、第１電池モジュール１２とは、第１エンドプレート１８と第２エンドプレート１９との位置が反対となっており、第１カバー部材７１と第２カバー部材７２との位置が反対になっている。したがって、第１ハーネス９２及び第２ハーネス１０３が延びる方向も、第１電池モジュール１２とは反対となっている。

そして、第１電池モジュール１２と、第２電池モジュール１３とは、互いの第１ハーネス９２のたわみ部位９６が向かい合うように配設されている。すなわち、第１電池モジュール１２の第１ハーネス９２には、第２電池モジュール１３に寄ってたわみ部位９６が設けられており、第２電池モジュール１３の第１ハーネス９２には、第１電池モジュール１２に寄ってたわみ部位９６が設けられている。

次に、本実施形態の電池パック１０及び各電池モジュール１２，１３の作用について説明する。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、電池セル１５が膨張すると、電池セル１５から弾性部材２０に荷重が加わり、弾性部材２０が弾性変形して、収縮する。弾性部材２０は、弾性変形することで電池セル１５の膨張を吸収する。弾性部材２０が弾性変形すると、これに伴い、固定プレート５１が第１エンドプレート１８（弾性部材２０）に向けて移動する。固定プレート５１には、第１カバー部材７１が固定されているため、弾性部材２０の弾性変形に伴い、第１カバー部材７１も第１エンドプレート１８に向けて移動する。

第１カバー部材７１が第１エンドプレート１８に向けて移動すると、第１カバー部材７１に固定された第１ハーネス９２の固定部９３が第１エンドプレート１８に向けて移動する。固定部９３が移動すると、第１ハーネス９２の配線部９４は、固定部９３に引っ張られる。配線部９４は、可撓性を有しているため、固定部９３に引っ張られると、たわみ部位９６が伸張し、たわみ部位９６のたわみが小さくなる。したがって、たわみ部位９６は、電池セル１５の膨張に伴う電池セル１５の並設方向への変位に対応して変形可能となっている。

例えば、図６（ａ）に二点鎖線で示すように、配線部９４が固定部９３から電池セル１５の並設方向とは異なる方向に延びて、電池ホルダ１６，１７などに支持されている場合、固定部９３が弾性部材２０に向けて移動しても配線部９４が移動しにくく、固定部９３に負荷がかかるおそれがある。配線部９４に延設部位９５を設けて、この延設部位９５を電池セル１５の並設方向、すなわち、弾性部材２０の収縮方向に延ばすことで、固定部９３の移動に追従して延設部位９５が移動しやすい。

また、たわみ部位９６は、電池パック１０に振動や衝撃が加わると、筐体１１内で揺動する。たわみ部位９６が筐体１１に衝突すると、衝突異音の発生や配線部９４の破損を招くおそれがあるが、第１電池モジュール１２のたわみ部位９６と、第２電池モジュール１３のたわみ部位９６とを向かい合わせることで、たわみ部位９６と筐体１１の内面とが近接して配置されることを抑制して、衝突異音の発生や第１ハーネス９２の破損を抑制することができる。

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１ハーネス９２は、固定部９３から直線状に延びる延設部位９５と、たわみ部位９６とを有している。このため、弾性部材２０が弾性変形し、第１ハーネス９２の固定部９３が弾性部材２０に向けて移動すると、たわみ部位９６が小さくなることで、固定部９３に負荷がかかることを抑制している。このため、電池セル１５の膨張に伴い固定部９３と、第１接続端子７９との接触抵抗が大きくなりにくい。

（２）配線部９４にたわみ部位９６を設けている。配線部９４は、固定部９３に比べてたわみやすいため、電池セル１５の膨張によって、第１ハーネス９２が引っ張られるときに伸張しやすい。また、第１ハーネス９２に容易にたわみ部位９６を設けることができる。

（３）第１電池モジュール１２と、第２電池モジュール１３とは、互いのたわみ部位９６が向かい合うように設けられている。このため、たわみ部位９６が筐体１１の内部で揺動しても、筐体１１の壁部（側壁）から離間しているため、たわみ部位９６が筐体１１の壁部に衝突しにくく、衝突異音やハーネス９２，１０３が破損することが抑制されている。

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、固定部９３がたわみ部位１１０を有していてもよい。固定部９３は、金属製の板材を円弧状に湾曲させることでたわみ部位１１０を構成している。この場合、弾性部材２０が弾性変形すると、固定部９３のたわみ部位１１０が小さくなることで、固定部９３にかかる負荷を軽減することができる。

○第１接続端子７９を介して電池セル１５と第１ハーネス９２とを電気的に接続したが、電池セル１５に第１ハーネス９２が直接接続されていてもよい。
○弾性部材２０の弾性変形に伴って、第２ハーネス１０３が弾性部材２０に向けて移動する場合、実施形態でいえば、第２カバー部材７２が弾性部材２０に向けて移動する場合には、第２ハーネス１０３を第１ハーネス９２と同様に構成してもよい。すなわち、第２ハーネス１０３に延設部位９５と、たわみ部位９６とを設けてもよい。

○たわみ部位９６と筐体１１の内面との衝突を抑制することができる場合や、第１ハーネス９２が筐体１１の内面に衝突しても破損しにくい程度の強度を有している場合には、第１電池モジュール１２のたわみ部位９６と、第２電池モジュール１３のたわみ部位９６が、向かい合って設けられていなくてもよい。

１０…電池パック、１１…筐体、１２，１３…電池モジュール、１５…電池セル、１８…第１エンドプレート、１９…第２エンドプレート、２０…弾性部材、９２…第１ハーネス、９３…固定部、９４…配線部、９５…延設部位、９６…たわみ部位。

Claims (4)

1. 並設された複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを並設方向の両側から挟持している第１エンドプレート及び第２エンドプレートと、
   前記第１エンドプレートと、前記第１エンドプレートに隣り合う電池セルとの間に設けられ、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、
   前記第１エンドプレートに隣り合う電池セルに接続された接続ハーネスと、
   前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートとに対して前記複数の電池セル及び前記弾性部材を拘束する拘束力を付与する拘束部材と、を備え、
   前記接続ハーネスは、前記電池セルと電気的に接続される固定部と、前記固定部から延びる配線部とを有し、
   前記配線部は、前記固定部から前記第２エンドプレートに向けて前記電池セルの並設方向に直線状に延びる延設部位を有し、
   前記固定部又は前記配線部は、前記電池セルの膨張に伴う前記電池セルの並設方向への変位に対応して変形可能なたわみ部位を有し、
   前記たわみ部位の伸び代は、前記弾性部材における前記電池セルの並設方向の寸法よりも長いことを特徴とする電池モジュール。
2. 前記配線部が前記たわみ部位を有する請求項１に記載の電池モジュール。
3. 請求項２に記載の電池モジュールを筐体に複数収容した電池パックであって、
   前記電池モジュールは、たわみ部位同士が向かい合うように配置されている電池パック。
4. 請求項２に記載の電池モジュールを筐体に複数収容した電池パックであって、
   前記筐体に収容される複数の前記電池モジュールを第１電池モジュール及び第２電池モジュールとしたとき、前記第１電池モジュール及び第２電池モジュールは、前記第１エンドプレートが各々前記筐体の壁部に向かい合うように配置され、前記たわみ部位同士が向かい合うように配置されている電池パック。