JP6911096B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は電池分野に関し、特に電池モジュールに関する。

電池モジュールの構造において、緩衝パッドは、電池の間に設けられた緩衝材である。従来の緩衝パッドの形状は長方形又は中間に開口する枠状であり、押圧されたときに緩衝パッドの高さ方向の端面が電池の高さ方向の表面からはみ出してしまい、更に、電池モジュールの外部サイズや電池の高さ方向の表面の平坦性に影響を与えるおそれがある。一方、電池モジュールの底部に接着剤を塗る必要がある場合には、従来の緩衝パッドを用いると、緩衝パッドが電池の間で電池モジュールの組付力を受けて押されたときに、緩衝パッドが電池の高さ方向の底面から押し出され、電池モジュールの底部が平らではなくなり、接着剤層の高さが不均一になり、電池の接着強度が一致せず、電池モジュールの寿命に影響を与える。一方、電池モジュールの底部に熱交換板を設けて電池の熱交換に用いる場合には、緩衝パッドが電池の高さ方向の底面からはみ出して電池モジュールの底部を平らではなくさせ、熱交換効率に影響を与える。

本発明は、従来技術の欠点に鑑みてなされたものであり、電池の高さ方向の対応面の平坦性に影響を与えない電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的に達するために、本発明は、長手方向に沿って順次配列された複数の電池と、長手方向において隣り合う２つの電池の間に設けられた緩衝パッドと、を備え、緩衝パッドは、本体部と、本体部の高さ方向の端面から外方へ延出する延出部と、を備え、延出部は、凹部及び凸部を含み、凸部は、幅方向に沿って延在部の両側に位置しかつ外向きに突出しており、凹部は、幅方向に沿って凸部の間に位置しかつ凸部に対して内向きに凹んでいる電池モジュールを提供している。

一実施形態では、凹部の表面が円弧面である。

一実施形態では、凹部の表面が平面である。

一実施形態では、凸部と凹部との間に面取り又はフィレットが設けられている。

一実施形態では、本体部の高さ方向の端面と延出部との間の角度が９０°以下である。

一実施形態では、本体部の高さ方向の端面と延出部との間に面取り又はフィレットが設けられている。

一実施形態では、凹部が高さ方向に内部へ凹んでいる高さは、凸部が本体部の高さ方向の端面から突出している高さより小さい。

一実施形態では、凸部の外面が円弧面である。

一実施形態では、延出部は、本体部の高さ方向における下側の端面に設けられている。

一実施形態では、延出部は、本体部の高さ方向における上側の端面に設けられている。

一実施形態では、本体部の高さ方向における上側の端面と、本体部の高さ方向における下側の端面とには、いずれも、延出部が設けられている。

一実施形態では、本体部の高さ方向における上側の端面に設けられた延出部と、本体部の高さ方向における下側の端面に設けられた延出部とが、本体部に対して鏡面対称である。

一実施形態では、電池モジュールは、複数の電池の高さ方向における下側に設けられて固定された熱交換板を更に備える。

一実施形態では、凸部の頂点が、電池の高さ方向の対応面からはみ出さない。

本発明の効果は以下のとおりである。緩衝パッドが長手方向に沿った押圧力を受けると、緩衝パッドが受けた押圧力は延出部の凹部と凸部に集中し、延出部の凹部が力を受けて変形して外方へ突出し、凹部の両側に位置する凸部が凹部によって幅方向に押圧される変形は緩衝パッド全体が高さ方向に押圧される変形より大きいため、緩衝パッドが電池の高さ方向の対応面からはみ出さないことが確保され、電池の高さ方向の対応面の平坦性に影響を与えることがない。

図１は、本発明の電池モジュールの一部の分解斜視図である。 図２は、図１の電池モジュールの別の視角からの斜視図である（熱交換板が示されていない）。 図３は、図１の電池モジュールの電池と緩衝パッドの組立斜視図である。 図４は、図３の側面図である。 図５は、図１の電池モジュールの緩衝パッドの一実施形態の斜視図である。 図６は、図５の電池モジュールの緩衝パッドの平面図である。 図７は、電池モジュールの緩衝パッドの別の実施形態の平面図である。 図８は、電池モジュールの緩衝パッドの延出部の変形例を示す図７のＡ部分の拡大図である。 図９は、電池モジュールの緩衝パッドの延出部の他の変形例を示す図７のＡ部分の拡大図である。 図１０は、電池モジュールの緩衝パッドの更に別の実施形態の平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、開示された実施形態は本発明の例示に過ぎず、本発明はさまざまな態様で実施することが可能である。よって、本明細書に開示した具体的な内容は限定的に解釈されるべきではなく、本発明を当業者が様な形態で実施することを教示するための特許請求の範囲の基礎及び表現の基礎としてのみ使用される。

なお、本明細書の説明において、本願の実施形態で説明した「上」、「下」等の方位語は、図面に示すような視角で説明したものであり、本願の実施形態を限定するものではないと理解すべきである。また、この文脈では、一方の部品が他方の部品の「上」又は「下」に接続されていることに言及すると、他方の部品の「上」又は「下」に直接的に接続できるだけでなく、中間要素を介して別の部品の「上」又は「下」に間接的に接続することもできる。次に、具体的な実施形態により図面を参照して本願を更に詳細に説明する。

図１は、本発明の電池モジュールの一部の分解斜視図である。図２は、図１の電池モジュールの別の視角からの斜視図である（熱交換板が示されていない）。図３は、図１の電池モジュールの電池と緩衝パッドの組立斜視図である。図４は、図３の側面図である。図５は、図１の電池モジュールの緩衝パッドの一実施形態の斜視図である。図６は、図５の電池モジュールの緩衝パッドの平面図である。図７は、電池モジュールの緩衝パッドの別の実施形態の平面図である。図８は、電池モジュールの緩衝パッドの延出部の変形例を示す図７のＡ部分の拡大図である。図９は、電池モジュールの緩衝パッドの延出部の他の変形例を示す図７のＡ部分の拡大図である。図１０は、電池モジュールの緩衝パッドの更に別の実施形態の平面図である。

本発明の電池モジュールは、長手方向Ｌに沿って順次に配列された複数の電池１と、長手方向Ｌにおいて隣り合う２つの電池１の間に設けられた緩衝パッド２と、を備える。また、電池モジュールは、複数の電池１の高さ方向Ｈの下側に設けられて固定された熱交換板３を更に備える。

電池１は、電極組立体（図示せず）と、ケース１１と、トップカバー１２と、極柱１３と、防爆弁１４とを含む、ハードケース電池（又は缶型電池と呼ばれる）である。ケース１１は、底面１１１と、大面１１２とを含み、その内部に電極組立体及び電解液を収容する収容室を形成している。電極組立体は、正極シートと、負極シートと、正極シートと負極シートとを離間させるセパレータとを含む。電極組立体は、正極シート、負極シート及びセパレータを巻回成形してもよいし、正極シート、負極シート及びセパレータを積層成形してもよい。正極シート、負極シートは、いずれも集電体と、集電体上に設けられた活物質層とを含む。

図示の例では、緩衝パッド２は、本体部２１と、延出部２２とを有しており、延出部２２は、本体部２１の高さ方向Ｈの端面２２１から外方へ延出している。延出部２２は、凹部２２１と、凸部２２２とを有しており、凸部２２２は幅方向Ｗに沿って延出部２２の両側に位置しかつ外向きに突出しており、凹部２２１は幅方向Ｗに沿って凸部２２２の間に位置しかつ凸部２２２に対して内向きに凹んでいる。ここで、「外向き」とは、本体部２１に近づく方向を意味し、「内向き」とは、本体部２１から遠ざかる方向を意味する。

緩衝パッド２が長手方向Ｌに沿った押圧力を受けると、変形時の抵抗が最小となる原理により、延出部２２が本体部２１の端面２２１よりも優先して変形流動し、緩衝パッド２が受ける押圧力は、延出部２２の凹部２２１と凸部２２２とに集中し、延出部２２の凹部２２１が力を受けて変形して外方に突出し、凹部２２１の両側に位置する凸部２２２が凹部２２１によって幅方向Ｗに押圧される変形は、緩衝パッド２全体が高さ方向Ｈに押圧される変形よりも大きく、緩衝パッド２が電池１の高さ方向Ｈの対応面（すなわち、対応する底面１１１又は上面１２１）からはみ出さないようにして、電池１の高さ方向Ｈの対応面の平坦性に影響を与えないようにする。緩衝パッド２は、通常、圧縮可能な弾性材料からなり、各電池１が十分な膨張空間を備えるようにさせることを確保することで、電池１がリチウムイオン電池であるときの電析飛び込みを防止し、また、断熱の機能も発揮することができる。緩衝パッド２の本体部は、平板状構造であってもよい。

延出部２２の設置形態は複数ある。本体部２１の高さ方向Ｈの下側の端面２１１のみに延出部２２が設けられていてもよい。本体部２１の高い方向Ｈの上側の端面２１１のみに延出部２２が設けられていてもよい。図１乃至図７、及び図１０に示すように、本体部２１の高さ方向Ｈの上側の端面２１１と、本体部２１の高さ方向Ｈの下側の端面２１１との両方に延出部２２が設けられていてもよい。延長部２２の設置数は、１つ以上であってもよく、図１〜図７に示す実施形態では、本体部２１の高さ方向Ｈの下側の端面２１１と、本体部２１の高さ方向Ｈの上側の端面２１１とに設けられた延出部２２は、いずれも２つであり、図１０に示す実施形態では、本体部２１の高さ方向Ｈの下側の端面２１１に設けられた延出部２２は１つであり、本体部２１の高さ方向Ｈの上側の端面２１１に設けられた延出部２２は２つである。延出部２２の設置数量はこれに限定されるものではなく、具体的なニーズに応じて設けることができ、延出部２２の設置形態も設計ニーズに応じて選択することができる。

図１乃至図１０を参照すると、本体部２１の高さ方向Ｈの下側の端面２１１には、延出部２２が設けられており、複数の電池１の底部に接着剤を塗ることで電池モジュールを接着固定する場合に、緩衝パッド２が長手方向Ｌに沿って押圧されたときに、延出部２２の凹部２２１と凸部２２２により、緩衝パッド２の最低面が電池１の底面１１１を越えないことが確保され、電池１の底部の接着層が平らで均一であり、接着強度が一致して接着が堅固であることが確保される。また、延出部２２の凸部２２２と、本体部２１の高さ方向Ｈに沿って下側に位置する端面２１１とは、切欠きＧを形成しており、切欠きＧは接着剤のこぼれ空間に対応しており、底部に接着剤を塗るときに接着剤が当該空間にこぼれ、接着剤層によって提供される接線方向の力は、電池モジュールが長手方向Ｌの衝撃力を受けたときに電池モジュールへの衝撃力を弱めることができる。複数の電池１の下側に熱交換板３を設けて電池１の熱交換を図った場合には、緩衝パッド２の最低面は押圧されたときに電池１の底面１１１からはみ出すことがなく、ひいては複数の電池１の底部が不平坦になることがなく、従って、熱交換効率を低下させることなく、緩衝パッド２による熱交換効率への影響を排除することができる。本体部２１の高さ方向Ｈの上側の端面２１１にも延出部２２が設けられており、延出部２２の凹部２２１及び凸部２２２により、緩衝パッド２の最高面が電池１の上面１２１からはみ出さないことが確保されており、電池モジュールの他の部品の取り付けに干渉しない。

図１乃至図７に示すように、本体部２１の高さ方向Ｈの上側の端面２１１に設けられた延出部２２と、本体部２１の高さ方向Ｈの下側の端面２１１に設けられた延出部２２とは、本体部２１に対して鏡面対称であり、緩衝パッド２を逆にして取り付けた場合であっても、その使用に支障はなく、汎用性が向上する。

図６及び図７を参照すると、本体部２１の高さ方向Ｈの端面２１１と延出部２２との角度φは９０°以下であり、図６では角度φが直角であり、図７では角度φが鋭角である。緩衝パッド２が押圧されて凹部２２１が変形流動されると、変形流動によって凹部２２１が外方に突出し、凹部２２１が平らになり、凹部２２１の両側に位置する凸部２２２は、凹部２２１により押圧されて幅方向Ｗに両側に変形しやすく、凸部２２２の高さ方向Ｈへの変形による変位が小さく、緩衝パッド２の延出部２２の頂点Ｐが、電池１の高さ方向Ｈの対応面（すなわち、対応する底面１１１又は上面１２１）からはみ出さないことが確保され、電池１の高さ方向Ｈの対応面の平坦性に影響を与えない。

成形時の金型自体の制約により、本体部２１の高さ方向Ｈの端面２１１と延出部２２との間には面取りやフィレットが設けられており、図４乃至図１０に示すように、本体部２１の高さ方向Ｈの端面２１１と延出部２２との間にフィレットが設けられており、面取りやフィレットを設けることで鋭角による応力集中を回避することができる。

図３乃至図７、及び図９及び図１０に示すように、凹部２２１の表面は、円弧面であってもよいし、図８に示すように、平面であってもよい。緩衝パッド２が押圧されると、円弧面の表面が凹部２２１を変形させて外方へ突出させ、凹部２２１の両側に位置する凸部２２２が凹部２２１に押圧されて幅方向Ｗに両側に変形する度合いは、緩衝パッド２全体が押圧されることにより凸部２２２が高さ方向Ｈに上又は下に変形する度合いよりも大きく、緩衝２の延出部２２の頂点Ｐが電池１の高さ方向Ｈの対応面からはみ出さないことを確保することができる。平面の表面は、凹部２２１の成形をより簡単にし、加工の難易度を下げ、コストを低減させる。

図３乃至図８、及び図１０に示すように、凸部２２２の外面は、円弧面であってもよいし、図９に示すように、平面であってもよい。本体部２１の高さ方向Ｈの下側の端面２１１に設けられた延出部２２を例にすると、平面の外面は、凸部２２２と電池モジュールの底部との接触の平面度をより良くさせ、円弧面の外面は、凸部２２２と電池モジュールの底部との接触面積を小さくし、その接触の平坦度が平面の外面よりも劣るが、円弧面の外面は、底部に接着剤を塗っている場合に接着剤のオーバーフローを誘導するのに有利である。

図８に示すように、凹部２２１の表面は平面であり、急激な寸法変化による応力集中を防止すると共に、緩衝パッド２の耐用年数を向上させるために、凸部２２２と凹部２２１との間にはフィレットが設けられており、凸部２２２と凹部２２１との間には面取りが設けられていてもよい。

図７を参照すると、凹部２２１が高さ方向Ｈに内部へ凹んでいる高さＨ１は、凸部２２２が本体部２１の高さ方向Ｈの端面２１１から突出している高さＨ２より小さい。この段差の存在は、押圧時に凹部２２１が高さ方向Ｈに外方へ突出する場合に凸部２２２を超えず、電池１の高さ方向Ｈの対応面からはみ出さないとともに、突起強度を確保することができる。

緩衝パッド２を設計、装着する際には、緩衝パッド２の延出部２２の凸部２２２の頂点Ｐが電池１の高さ方向Ｈの対応面（すなわち、対応する底面１１１又は上面１２１）からはみ出さないようにする。

以上のように、緩衝パッド２が長手方向Ｌの押圧力を受けると、緩衝パッド２が受ける押圧力が延出部２２の凹部２２１と凸部２２２とに集中し、延出部２２の凹部２２１が力を受けて変形して外方へ突出し、凹部２２１の両側に位置する凸部２２２が凹部２２１によって幅方向Ｗに押圧される変形は緩衝パッド２全体が高さ方向Ｈに押圧される変形より大きいため、緩衝パッド２が電池１の高さ方向Ｈの対応面からはみ出さないことを確保し、更に電池１の高さ方向Ｈの対応面の平坦性に影響を与えることがない。

上記の詳細な説明は、複数の例示的な実施形態を記載しているが、本明細書では、明示的に開示された組合せに限定されることを意図していない。したがって、本明細書に開示されたさまざまな特徴は、特に記載がない限り、簡略化のために示されていない複数の他の組み合わせを形成するために一緒に組み合わせることができる。

上記は本出願の好ましい実施形態に過ぎず、本出願を限定するものではなく、当業者にはさまざまな変更及び変化が可能である。本発明の精神及び原則の範囲内であれば、いかなる修正、同等の置換、改良等も、本発明の範囲内に含まれるものとする。

１ 電池
１１ ケース
１１１ 底面
１１２ 大面
１２ トップカバー
１２１ 上面
１３ 極柱
１４ 防爆弁
２ 緩衝パッド
２１ 本体部
２１１ 端面
２２ 延出部
２２１ 凹部
２２２ 凸部
３ 熱交換板
Ｇ 切欠き
Ｌ 長さ方向
Ｈ 高さ方向
Ｗ 幅方向
Ｐ 頂点
Ｈ１ 高さ
Ｈ２ 高さ

Claims (14)

1. 長手方向（Ｌ）に沿って順次配列された複数の電池（１）と、
   長手方向（Ｌ）において隣り合う２つの電池（１）の間に設けられた緩衝パッド（２）と、を備え、
   緩衝パッド（２）は、
   本体部（２１）と、
   本体部（２１）の高さ方向（Ｈ）の端面（２１１）から外方へ延出し、電池（１）の高さ方向（Ｈ）の対応面からはみ出さない延出部（２２）と、を備え、
   延出部（２２）は、凹部（２２１）及び凸部（２２２）を含み、凸部（２２２）は、幅方向（Ｗ）に沿って延在部（２２）の両側に位置しかつ外向きに突出しており、凹部（２２１）は、幅方向（Ｗ）に沿って凸部（２２２）の間に位置しかつ凸部（２２２）に対して内向きに凹んでいる、電池モジュール。
2. 凹部（２２１）の表面が円弧面であることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 凹部（２２１）の表面が平面であることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
4. 凸部（２２２）と凹部（２２１）との間に面取り又はフィレットが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
5. 本体部（２１）の高さ方向（Ｈ）の端面（２１１）と延出部（２２）との間の角度（φ）が９０°以下であることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
6. 本体部（２１）の高さ方向（Ｈ）の端面（２１１）と延出部（２２）との間に面取り又はフィレットが設けられていることを特徴とする、請求項１又は５に記載の電池モジュール。
7. 凹部（２２１）が高さ方向（Ｈ）に内部へ凹んでいる高さ（Ｈ１）は、凸部（２２２）が本体部（２１）の高さ方向（Ｈ）の端面（２１１）から突出している高さ（Ｈ２）より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
8. 凸部（２２２）の外面が円弧面であることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
9. 延出部（２２）は、本体部（２１）の高さ方向（Ｈ）における下側の端面（２１１）に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
10. 延出部（２２）は、本体部（２１）の高さ方向（Ｈ）における上側の端面（２１１）に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
11. 本体部（２１）の高さ方向（Ｈ）における上側の端面（２１１）と、本体部（２１）の高さ方向（Ｈ）における下側の端面（２１１）とには、いずれも、延出部（２２）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
12. 本体部（２１）の高さ方向（Ｈ）における上側の端面（２１１）に設けられた延出部（２２）と、本体部（２１）の高さ方向（Ｈ）における下側の端面（２１１）に設けられた延出部（２２）とが、本体部（２１）に対して鏡面対称であることを特徴とする、請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 複数の電池（１）の高さ方向（Ｈ）における下側に設けられて固定された熱交換板（３）を更に備えることを特徴とする、請求項９に記載の電池モジュール。
14. 凸部（２２２）の頂点（Ｐ）が、電池（１）の高さ方向（Ｈ）の対応面からはみ出さないことを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
    

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