JP6769143B2 - 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。

従来の電池モジュールとして、例えば特許文献１に記載の電池配線モジュールがある。この従来の電池モジュールは、正極端子及び負極端子を有する電池セルを配列して構成されている。各電池セルは、正極端子及び負極端子の位置が交互に異なるように配列されている。一の電池セルの正極端子は、バスバーによって一方側に隣接する電池セルの負極端子に接続され、一の電池セルの負極端子は、バスバーによって他方側に隣接する電池セルの正極端子に接続されている。

特開２０１３−１９５５７１号公報

電池モジュールでは、劣化などに起因して電池セルに膨張が生じることがある。上述した従来の電池モジュールのように、隣り合う電池セルの正極端子及び負極端子をバスバーで接続する構成においては、バスバーで接続されている部分では電池セルが膨張した場合でも電池セル間の離間が生じにくく、バスバーで接続されていない部分では電池セルが膨張した場合に電池セル同士の離間が生じ易い。このため、電池セルに膨張が生じると、電池セルの配列体が蛇腹のような複雑な形状に変形し、セルホルダやエンドプレートといった周辺部材への局所的な応力の付加や、放熱部材の離間による放熱性の低下といった問題が生じるおそれがある。

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、電池セルの配列体に複雑な変形が生じること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。

本発明の一側面に係る電池モジュールは、正極端子及び負極端子が配列方向に交互に並ぶように配列された複数の電池セルの配列体と、一の電池セルの正極端子を配列方向の一方側に隣り合う電池セルの負極端子と接続し、一の電池セルの負極端子を配列方向の他方側に隣り合う電池セルの正極端子と接続する複数のバスバーと、配列方向に掛け渡され、所定の正極端子及び負極端子に接続される配線部と、を備え、配線部は、配線を保持すると共に、電池セルの配列ピッチを基準とするピッチで配列体との固定部が設けられた枠体を有し、枠体において、固定部間には、隣り合う電池セルの正極端子及び負極端子がバスバーで接続されてない位置に対応して、枠体の他の部分よりも剛性の高い高剛性部が設けられている。

この電池モジュールでは、配線部に設けられた高剛性部により、電池セルに膨張が生じたい場合であっても、隣り合う電池セルの正極端子及び負極端子がバスバーで接続されてない部分での電池セル同士の離間を抑えられる。したがって、電池セルの配列体が蛇腹のような複雑な形状に変形することを抑制でき、セルホルダやエンドプレートといった周辺部材への局所的な応力の付加の防止や、放熱部材の離間による放熱性の低下の防止が図られる。

また、高剛性部は、枠体に設けられた肉厚部によって構成されていてもよい。この場合、簡単な構成で高剛性部を形成できる。

また、高剛性部は、枠体に設けられたリブによって構成されていてもよい。この場合、簡単な構成で高剛性部を形成できる。

また、配線は、正極端子又は負極端子に接続される接続端子を有し、高剛性部は、固定部間に接続端子の基端部分を延在させることによって構成されていてもよい。この場合、簡単な構成で高剛性部を形成できる。

また、枠体において、固定部間には、隣り合う電池セルの正極端子及び負極端子がバスバーで接続されている位置に対応して、枠体の他の部分よりも剛性の低い低剛性部が設けられていてもよい。この場合、配線部に設けられた低剛性部により、配列体において、隣り合う電池セルの正極端子及び負極端子がバスバーで接続されてない部分の変形し易さと、隣り合う電池セルの正極端子及び負極端子がバスバーで接続されている部分の変形し易さとを近づけることが可能となる。したがって、電池セルの配列体が蛇腹のような複雑な形状に変形することを一層効果的に抑制できる。

低剛性部は、枠体に設けられた孔部によって構成されていてもよい。この場合、簡単な構成で低剛性部を形成できる。

また、低剛性部は、枠体に設けられたくびれ部によって構成されていてもよい。この場合、簡単な構成で低剛性部を形成できる。

本発明によれば、電池セルに膨張が生じた場合であっても、電池セルの配列体に複雑な変形が生じることを抑制できる。

電池モジュールの構成を示す概略図である。 配線部の一例を示す斜視図である。 高剛性部及び低剛性部の一例を示す概略図である。 比較例における電池セル膨張時の配列体の変形の様子を示す図である。 実施例における電池セル膨張時の配列体の変形の様子を示す図である。 高剛性部及び低剛性部の変形例を示す概略図である。 高剛性部の別の変形例を示す概略図である。

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、電池モジュールの構成を示す概略図である。同図に示すように、電池モジュール１は、複数の電池セル２を配列してなる配列体３と、配列体３を挟むように配置された一対のエンドプレート４，４と、配列体３に対して電池セル２の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材５と、を備えている。

配列体３は、例えば７体の電池セル２によって構成されている。電池セル２は、例えばリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。電池セル２は、非水系の電解液が注入されたケース内に電極組立体を収容して構成されている。電極組立体は、正極、負極、及びセパレータを所定の順序で積層したものである。本実施形態では、袋状のセパレータ内にシート状の正極が収容されており、正極が収容された袋状のセパレータとシート状の負極とが交互に積層されている。

電池セル２のケースの一面側には、一対の電極端子６，６が互いに離間して設けられている。電極端子６の一方は、電極組立体の正極に接続された正極端子７であり、電極端子６の他方は、電極組立体の負極に接続された負極端子８である。隣接する電池セル２，２は、正極端子７と負極端子８とが互いに隣り合うように配列され、隣り合う正極端子７と負極端子８とをバスバー９で接続することにより、電気的に直列に接続されている。

なお、各電池セル２は、枠状のセルホルダによって保持されていてもよい。また、各電池セル２には、伝熱プレートが設けられていてもよい。配列体３には、電池セル２に加えて弾性体が更に配列されていてもよい。弾性体の配列位置は、例えば配列体３の配列端であるが、電池セル２，２間であってもよい。

弾性体は、電池セル２に膨張が生じた場合に、拘束荷重による電池セル２、エンドプレート４、及び拘束部材５の破損を防止する目的で用いられる部材である。弾性体は、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。弾性体の他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、シリコンゴム等が挙げられる。

一対のエンドプレート４，４は、エンドプレート４は、例えば金属によって矩形の平板状に形成され、配列体３を配列方向に挟み込むように配置されている。エンドプレート４の縁部には、拘束部材５を構成する拘束ボルト１０の軸部を挿通させる挿通孔が設けられている。

拘束部材５は、本実施形態では、長尺の拘束ボルト１０と、ナット１１とによって構成されている。拘束ボルト１０は、例えば一方のエンドプレート４から他方のエンドプレート４に向かって通されている。他方のエンドプレート４から突出する拘束ボルト１０の先端部分には、ナット１１が螺合されている。これにより、各電池セル２が挟持されてユニット化されると共に、ナット１１の締結力によって各電池セル２に所定の拘束荷重が付加される。

上述した配列体３には、例えば各電池セル２の電圧検出に用いられる配線部２１が取り付けられている。配線部２１は、分岐部２２を束ねた一対の配線束２３，２３を有している。配線束２３，２３は、電極端子６の列よりも内側の位置で電池セル２の配列方向にそれぞれ延在している。分岐部２２の先端側には、電池セル２の所定の電極端子６に嵌合する金属製の環状の接続端子２４が設けられている。配線束２３の基端側は、被覆部材によって被覆された状態で一体に束ねられている。一体となった配線束２３の基端には、電池モジュール１の外部に配置された電圧計との接続に用いられるコネクタが取り付けられている。

また、配線束２３は、図２に示すように、枠体２５によって保持されている。枠体２５は、例えば樹脂によって断面矩形状に設けられ、配線束２３の延在方向に沿って延びている。枠体２５には、図３に示すように、電池セル２の配列ピッチを基準とするピッチで配列体３との固定部２６が設けられている。固定部２６は、例えば電極端子６が設けられたケースの一面との間に形成された接着剤の硬化物、或いは、電池セル２がセルホルダで保持される場合には、セルホルダと係合する爪部である。

固定部２６の位置は、図３に示す例ではケースの厚さ方向（配列方向）の略中心となっているが、厚さ方向に中心からずれていてもよい。また、固定部２６は、図３に示す例では各電池セル２に対してそれぞれ固定されているが、配列体３における電池セル２の配置数などに応じて、２セル毎、４セル毎などに固定されていてもよい。

枠体２５において、固定部２６，２６間には、枠体２５の他の部分よりも剛性の高い高剛性部２７と、枠体２５の他の部分よりも剛性の低い低剛性部２８とが設けられている。高剛性部２７は、例えば枠体２５の壁部を他の部分の壁部よりも肉厚とした肉厚部２９によって構成され、隣り合う電池セル２，２の正極端子７及び負極端子８がバスバー９で接続されてない位置に対応して設けられている。

また、低剛性部２８は、例えば枠体２５の壁部に形成した矩形の孔部３０によって構成され、隣り合う電池セル２，２の正極端子７及び負極端子８がバスバー９で接続されている位置に対応して設けられている。図３の例では、高剛性部２７及び低剛性部２８は、固定部２６，２６間において固定部２６と離間して配置されているが、高剛性部２７の一部及び低剛性部２８の一部が固定部２６と重なっていてもよい。

続いて、上述した電池モジュール１の作用効果について説明する。

電池モジュールでは、劣化などに起因して電池セルに膨張が生じることがある。図４に示すように、隣り合う電池セル１０２，１０２の正極端子１０７及び負極端子１０８をバスバー１０９で接続する構成においては、バスバー１０９で接続されている部分では電池セル２が膨張した場合でも電池セル１０２，１０２間の離間が生じにくく、バスバー１０９で接続されていない部分では電池セル２が膨張した場合に電池セル１０２，１０２同士の離間が生じ易い。

このため、電池セル１０２に膨張が生じると、電池セル１０２の配列体１０３が蛇腹のような複雑な形状に変形することが考えられる。配列体１０３に複雑な変形が生じると、セルホルダやエンドプレートといった周辺部材に局所的な応力が加わり、周辺部材の変形や破損が生じるおそれがある。また、伝熱プレートが電池セル１０２から離間し、電池セル２の放熱性が低下してしまうおそれもある。

これに対し、本実施形態に係る電池モジュール１では、配線部２１に設けられた高剛性部２７により、電池セル２に膨張が生じたい場合であっても、図５に示すように、隣り合う電池セル２，２の正極端子７及び負極端子８がバスバー９で接続されてない部分での電池セル２，２同士の離間を抑えられる。したがって、電池セル２の配列体３が蛇腹のような複雑な形状に変形することを抑制でき、セルホルダやエンドプレート４といった周辺部材への局所的な応力の付加の防止や、伝熱プレートの離間による放熱性の低下の防止が図られる。本実施形態では、高剛性部２７が枠体２５に設けられた肉厚部２９によって構成されているので、簡単な構成で高剛性部２７を形成できる。

また、本実施形態に係る電池モジュール１では、配線部２１に低剛性部２８が更に設けられている。この低剛性部２８により、配列体３において、隣り合う電池セル２，２の正極端子７及び負極端子８がバスバーで接続されてない部分の変形し易さと、隣り合う電池セル２，２の正極端子７及び負極端子８がバスバー９で接続されている部分の変形し易さとを近づけることが可能となる。したがって、電池セル２の配列体３が蛇腹のような複雑な形状に変形することを一層効果的に抑制できる。本実施形態では、低剛性部２８が枠体２５に設けられた孔部３０によって構成されているので、簡単な構成で低剛性部２８を形成できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した高剛性部２７及び低剛性部２８は、種々の変形を採り得る。図６に示す例では、高剛性部２７は、枠体２５の外壁部分に設けたリブ３１によって構成されている。また、低剛性部２８は、枠体２５の一部を細くしたくびれ部３２によって構成されている。図７に示す例では、高剛性部２７は、固定部２６，２６間に金属製である接続端子２４の基端部分３３を延在させることによって構成されている。これらの変形例においても、簡単な構成で高剛性部２７及び低剛性部２８を形成できる。

なお、高剛性部２７を実現する構成（肉厚部２９、リブ３１、基端部分３３）と、低剛性部２８を実現する構成（孔部３０、くびれ部３２）とは、任意に組み合わせてよい。また、低剛性部２８は、必ずしも設ける必要はなく、例えば図７の例のように、高剛性部２７のみを枠体２５に設ける構成としてもよい。

１…電池モジュール、２…電池セル、３…配列体、７…正極端子、８…負極端子、９…バスバー、２１…配線部、２３…配線束（配線）、２４…接続端子、２５…枠体、２６…固定部、２７…高剛性部、２８…低剛性部、２９…肉厚部、３０…孔部、３１…リブ、３２…くびれ部、３３…基端部分。

Claims (7)

1. 正極端子及び負極端子が配列方向に交互に並ぶ一対の端子列が構成されるように配列された複数の電池セルの配列体と、
   一の電池セルの正極端子を前記配列方向の一方側に隣り合う電池セルの負極端子と接続し、前記一の電池セルの負極端子を前記配列方向の他方側に隣り合う電池セルの正極端子と接続する複数のバスバーと、
   前記配列方向に掛け渡され、所定の前記正極端子及び前記負極端子に接続される配線部と、を備え、
   前記配線部は、配線を保持すると共に、前記電池セルの配列ピッチを基準とするピッチで前記配列体との固定部が設けられた一対の枠体を有し、
   各前記枠体の前記固定部間には、前記一対の端子列のうち前記枠体に近い方の前記端子列の前記正極端子及び前記負極端子が前記バスバーで接続されてない位置に対応して、前記枠体の他の部分よりも剛性の高い高剛性部が設けられている、電池モジュール。
2. 前記高剛性部は、前記枠体に設けられた肉厚部によって構成されている、請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記高剛性部は、前記枠体に設けられたリブによって構成されている、請求項１記載の電池モジュール。
4. 前記配線は、前記正極端子又は前記負極端子に接続される接続端子を有し、
   前記高剛性部は、前記固定部間に前記接続端子の基端部分を延在させることによって構成されている、請求項１記載の電池モジュール。
5. 各前記枠体の前記固定部間には、前記一対の端子列のうち前記枠体に近い方の前記端子列の前記正極端子及び前記負極端子が前記バスバーで接続されている位置に対応して、前記枠体の他の部分よりも剛性の低い低剛性部が設けられている、請求項１〜４のいずれか一項記載の電池モジュール。
6. 前記低剛性部は、前記枠体に設けられた孔部によって構成されている、請求項５記載の電池モジュール。
7. 前記低剛性部は、前記枠体に設けられたくびれ部によって構成されている、請求項５記載の電池モジュール。

Images