JP6932978B2 - 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に記載の電池モジュールがある。この従来の電池モジュールは、複数の電池セルと、電池セル同士の間に組み付けられたセパレータとによって形成される組電池を有する。組電池の冷却面には冷却プレートが当接されており、組電池は、突出部材によってセパレータの外側から押圧されて、冷却プレートに対して圧接されている。

特開２０１１−１７１０２９号公報

しかしながら、従来の技術では、セパレータを介して電池セルが押圧される。そのため、例えばセパレータと電池セルとの間にクリアランス等がある場合には、電池セル間における互いの冷却面の位置にズレが生じ、一部の電池セルの冷却面が冷却プレートに対して十分に圧接されない虞がある。この場合、電池セル同士の間で冷却にムラが生じる虞がある。

本発明の一側面は、電池セル同士の間での冷却のムラ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。

一側面の電池モジュールは、セルホルダによって保持された複数の電池セルが所定方向に配列された配列体を備える電池モジュールであって、セルホルダは、電池セルにおける配列方向の面を保持する隔壁と、隔壁の一縁部に設けられ、電池セルの一方の側面を保持する第１側壁と、隔壁の他縁部に第１側壁と対向して設けられ、電池セルの他方の側面を保持する第２側壁と、を含んで構成される保持部を有し、第１側壁は、電池セルの一方の側面の一部を露出させる露出部を有し、第２側壁の内側面には、保持部に保持される電池セルの他方の側面に当接し、当該電池セルを第１側壁に向けて押圧する突出部が形成されている。

このような電池モジュールでは、例えば、第１側壁に形成された露出部から露出する電池セルの一方の側面に放熱板等が接触することによって、電池セルの冷却が可能となっている。電池セルがセルホルダに保持された状態において、セルホルダの第２側壁に形成された突出部によって、各電池セルが第１側壁側に押圧される。これにより、セルホルダに対する電池セルの相対的な位置が、セルホルダにおける第１側壁側に偏ることになる。そのため、電池セルの一方の側面は、露出部が形成された第１側壁の内側面に当接し得る。すなわち、当該状態では、各電池セルの一方の側面が第１側壁の内側面の位置で位置決めされることにより、電池セル同士における一方の側面の位置は互いに揃うことになる。したがって、各電池セルが同様に放熱板等に当接し得るので、電池セル同士の間での冷却のムラを抑制できる。

また、一側面においては、第１側壁及び第２側壁は、隔壁の一面側及び他面側にそれぞれ設けられてもよい。この構成によれば、一のセルホルダの隔壁の一面側と他面側とにそれぞれ電池セルが保持され得る。この状態では、保持された２つの電池セルの互いの一方の側面の位置が揃うことになる。すなわち、電池セルとセルホルダとを交互に組み付けることによって、互いに隣り合う電池セル同士の位置が揃い、結果として全ての電池セル間で互いの位置が揃った配列体が構成され得る。

また、一側面においては、突出部は、第２側壁において配列方向に延在すると共に、隔壁側に向かうにつれて第２側壁からの高さが高くなるように傾斜する傾斜部を有してもよい。この構成によれば、電池セルを隔壁に向けて押し込むことによって、電池セルが傾斜部に沿って容易に第１側壁側に移動する。

また、一側面においては、突出部は、第２側壁の先端側の縁から離間して設けられてもよい。この構成によれば、第１側壁と第２側壁との間に電池セルを容易に挿入することができる。

また、一側面においては、配列体を挟むように配置され、電池セルの配列方向に拘束荷重を付加する一対の拘束部材を更に備えてもよい。この構成によれば、電池セル同士における一方の側面の位置が互いに揃った状態で、配列体が拘束される。

一側面の電池モジュールによれば、電池セル同士の間での冷却のムラを抑制できる。

一の実施形態に係る電池モジュールを示す断面図である。 図１の電池モジュールを構成する配列体を示す斜視図である。 セルホルダを示す斜視図である。 図３の一部拡大図である。 セルホルダの変形例を示す図である。 セルホルダの他の変形例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図１は、本実施形態に係る電池モジュール１を示す断面図である。図２は、電池モジュール１を構成する配列体３の斜視図である。図２では、配列体３が部分的に分解された状態で示されている。図１及び図２に示すように、電池モジュール１は、セルホルダ２０によって保持された複数（図示例では７つ）の電池セル１０が所定方向（配列方向Ｄ）に配列された配列体３を備えている。

電池セル１０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１０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、例えば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１０は、略直方体形状をなしており、上面１１ａと、下面１１ｂと、一対の側面１１ｃと、配列方向Ｄの一方及び他方に面する一対の面１１ｄとを有している。電池セル１０の上面１１ａからは正負一対の電極端子１３が突出している。隣り合う電池セル１０の電極端子１３は、バスバーによって互いに電気的に接続され得る。これにより、隣り合う電池セル１０は電気的に直列に接続される。

配列体３は、拘束部材４０によって保持されている。拘束部材４０は、電池セル１０の配列方向Ｄにおいて、配列体３を挟むように配置されており、電池セル１０の配列方向Ｄに拘束荷重を付加する。本実施形態では、拘束部材４０は、配列体３を配列方向Ｄから挟む一対のブラケット４１と、一対のブラケット４１同士を連結する複数の（この例では、４本）連結部材４６と、を有している。

ブラケット４１は、例えば金属材料からなる板状部材が折り曲げられて形成されている。ブラケット４１には、折曲部４１ａを挟んで挟持部４２と固定部４３とが形成されている。挟持部４２には、連結部材４６が挿通される複数の挿通孔４２ａが設けられている。連結部材４６は、例えば鉄等の金属により形成されたボルト４６ａである。各連結部材４６は、一方のブラケット４１の挿通孔４２ａ、後述する各セルホルダ２０の挿通孔２３ｂ，２４ｂ、及び他方のブラケット４１の挿通孔４２ａに順次挿通され、一対のブラケット４１の外側でナット４６ｂにより締結されている。この締結によって配列体３に対して配列方向Ｄに拘束荷重が付加されている。固定部４３は、例えば電池パックにおける筐体５０の壁部５０ａに対してボルト４４によって固定される部分である。

セルホルダ２０は、セルホルダ２０Ａと、セルホルダ２０Ｂとの二種類を含む。セルホルダ２０Ａは、配列方向Ｄに隣り合う電池セル１０同士の間に配置されて、電池セル１０を保持する。セルホルダ２０Ｂは、配列された電池セル１０のうちの両端部に配置された電池セル１０とブラケット４１との間に配置されて、電池セル１０を保持する。図３は、セルホルダ２０Ａを示す斜視図である。セルホルダ２０Ａは、樹脂材料によって形成されており、隔壁２１と、保持部２２とを有している。隔壁２１は、電池セル１０の配列方向Ｄに交差（直交）する方向に延在する矩形の平板形状を有している。隔壁２１は、電池セル１０における配列方向Ｄの面１１ｄを保持し得る。保持部２２は、隔壁２１の周縁に形成される矩形の枠状をなしており、上壁２３、下壁２４、第１側壁２６、及び第２側壁２７を有する。例えば、上壁２３、下壁２４、第１側壁２６、及び第２側壁２７はいずれも平板状を有しており、互いに同じ厚さで形成されていてよい。

上壁２３は、電池セル１０における電極端子１３が形成された上面１１ａに対向し、当該上面１１ａを保持し得る。上壁２３は、隔壁２１の上端縁から電池セル１０の配列方向Ｄに突出している。本実施形態では、上壁２３は、配列方向Ｄにおいて、隔壁２１の一面側２１ａ及び他面側２１ｂにそれぞれ設けられている。また、配列方向Ｄにおける上壁２３の幅は、例えば電池セル１０の幅の半分よりも小さくなっている。上壁２３の上部には、筒状部２３ａが設けられている。筒状部２３ａには、連結部材４６が挿通される挿通孔２３ｂが形成されている。図示例では、筒状部２３ａは、上壁２３の両端部に形成されており、上側に突出している。

下壁２４は、電池セル１０における下面１１ｂに対向し、当該下面１１ｂを保持し得る。下壁２４は、隔壁２１の下端縁から電池セル１０の配列方向Ｄに突出している。本実施形態では、下壁２４は、配列方向Ｄにおいて、隔壁２１の一面側２１ａ及び他面側２１ｂにそれぞれ設けられている。また、配列方向Ｄにおける下壁２４の幅は、例えば電池セル１０の幅の略半分となっている。すなわち、一対のセルホルダ２０の間に電池セル１０が保持されている状態では、一方のセルホルダ２０に形成された下壁２４と、他方のセルホルダ２０に形成された下壁２４とによって、電池セル１０の下面１１ｂの全体が保持され得る。なお、図示例のセルホルダ２０では、電池セル１０の下面１１ｂとの干渉を避ける目的で、下壁２４の中央部分が、左右の両端部よりも下側に下がって形成されている。下壁２４の下部には、連結部材４６が挿通される挿通孔２４ｂが形成された筒状部２４ａが設けられている。図示例では、筒状部２４ａは、下壁２４の両端部に形成されており、下側に突出している。

第１側壁２６は、電池セル１０における一方の側面１１ｃに対向する内側面２６ａを有し、当該一方の側面１１ｃを保持し得る。第１側壁２６は、隔壁２１の一縁部２１ｃに設けられている。すなわち、第１側壁２６は、隔壁２１の一縁部２１ｃから配列方向Ｄに突出している。本実施形態では、第１側壁２６は、配列方向Ｄにおいて、隔壁２１の一面側２１ａ及び他面側２１ｂにそれぞれ設けられている。第１側壁２６は、電池セル１０における一方の側面１１ｃの一部を露出させる露出部２６ｂを有する。例えば、露出部２６ｂは、第１側壁２６の上下方向に延在する矩形の切欠状の部分によって形成されている。図示例では、配列方向Ｄにおける第１側壁２６の幅は、第１側壁２６の上端及び下端において下壁２４の幅と略同じであり、電池セル１０の幅の略半分となっている。一方、第１側壁２６における露出部２６ｂが形成されている部分では、配列方向Ｄにおける第１側壁２６の幅が上端及び下端での幅よりも小さくなっている。図１に示すように、一対のセルホルダ２０によって一の電池セル１０が保持されている状態では、一方のセルホルダ２０の露出部２６ｂと他方のセルホルダ２０の露出部２６ｂとが一体となっている。一体となった露出部２６ｂからは、一対のセルホルダ２０に保持された電池セル１０における一方の側面１１ｃの一部が露出している。電池セル１０の一方の側面１１ｃのうち、露出部２６ｂから露出していない部分は、第１側壁２６の内側面２６ａに当接し得る。

第２側壁２７は、第１側壁２６に対向して設けられている。第２側壁２７は、電池セル１０における他方の側面１１ｃに対向する内側面２７ａを有し、当該他方の側面１１ｃを保持し得る。第２側壁２７は、隔壁２１の他縁部２１ｄに設けられている。すなわち、第２側壁２７は、隔壁２１の他縁部２１ｄから配列方向Ｄに突出している。本実施形態では、第２側壁２７は、配列方向Ｄにおいて、隔壁２１の一面側２１ａ及び他面側２１ｂにそれぞれ設けられている。第２側壁２７における配列方向Ｄに沿った幅は、下壁２４の幅と略同じであり、電池セル１０の幅の略半分となっている。すなわち、一対のセルホルダ２０の間に電池セル１０が保持されている状態では、一方のセルホルダ２０に形成された第２側壁２７と、他方のセルホルダ２０に形成された第２側壁２７とによって、電池セル１０の他方の側面１１ｃの全体が保持され得る。

第２側壁２７の内側面２７ａには、複数（図示例では５つ）の突出部３０が形成されている。突出部３０は、保持部２２に保持される電池セル１０の他方の側面１１ｃに当接し、当該電池セル１０を第１側壁２６に向けて押圧する。本実施形態では、第２側壁２７の内側面２７ａが平坦に形成されており、複数の突出部３０は内側面２７ａから第１側壁２６に向かって突出している。複数の突出部３０は上下方向に一定の間隔で配置されている。

図４は、図３中のＩＶで示す部分の拡大図であり、複数の突出部３０のうちの１つを示している。突出部３０は、配列方向Ｄに延在すると共に、隔壁２１側に向かうにつれて第２側壁２７（内側面２７ａ）からの高さが高くなるように傾斜する傾斜部Ｓを有する。本実施形態では、突出部３０は三角錐形状を有している。突出部３０において三角錐を構成する４つの頂点Ｐ１〜Ｐ４のうち、頂点Ｐ１は隔壁２１に位置しており、頂点Ｐ２は第２側壁２７に位置している。また、残りの２つの頂点Ｐ３，Ｐ４は隔壁２１と第２側壁２７との境界に位置している。なお、頂点Ｐ２〜Ｐ３は、隔壁２１から離間していてもよい。図示するように、本実施形態においては、頂点Ｐ１と頂点Ｐ２とを結ぶ直線状の辺の部分によって傾斜部Ｓが形成されている。

また、突出部３０は、第２側壁２７の先端側の縁２７ｂから離間して設けられている。すなわち、内側面２７ａに位置する頂点Ｐ２は、第２側壁２７の縁２７ｂよりも隔壁２１側に位置している。

図１及び図２に示すように、セルホルダ２０Ｂは、セルホルダ２０Ａと基本的な構成を同じくしており、隔壁２１、上壁２３、下壁２４、第１側壁２６、第２側壁２７、筒状部２３ａ，２４ａを有している。セルホルダ２０Ｂは、配列方向Ｄの端部に配置された電池セル１０とブラケット４１との間に配置される。そのため、セルホルダ２０Ｂでは、上壁２３、下壁２４、第１側壁２６及び第２側壁２７は、隔壁２１の周縁から電池セル１０の側に向かってのみ延在している。セルホルダ２０Ｂにおいても、第２側壁２７の内側面には突出部３０が形成されている。

このような電池モジュール１では、例えば、露出部２６ｂから露出した電池セル１０の一方の側面１１ｃに放熱板等が接触することによって、電池セル１０の冷却が可能となっている。本実施形態では、上述のように電池モジュール１が筐体５０の壁部５０ａに固定されており、当該筐体５０の壁部５０ａが放熱板として機能し得る。また、図１に示すように、露出部２６ｂから露出した電池セル１０の一方の側面１１ｃと、壁部５０ａとの間には、伝熱部材７としてのＴＩＭ（Thermal Interface Material）が配置されている。すなわち、露出部２６ｂから露出した電池セル１０の一方の側面１１ｃは、ＴＩＭを介して壁部５０ａに接触する。ＴＩＭは、弾性を備える長尺の弾性シートであり、一例としてシリコンゴム、アクリルゴム等から構成される。

本実施形態では、例えば、電池セル１０がセルホルダ２０の保持部２２内に押し込まれることによって、電池セル１０がセルホルダ２０に保持される。電池セル１０がセルホルダ２０に保持された状態では、セルホルダ２０の第２側壁２７に形成された突出部３０によって、各電池セル１０が第１側壁２６側に押圧される。これにより、セルホルダ２０に対する電池セル１０の相対的な位置は、セルホルダ２０における第１側壁２６側に偏ることになる。そのため、電池セル１０の一方の側面１１ｃは、露出部２６ｂが形成された第１側壁２６の内側面２６ａに当接し得る。すなわち、当該状態では、各電池セル１０の一方の側面１１ｃが第１側壁２６の内側面２６ａの位置で位置決めされることにより、電池セル１０同士における一方の側面１１ｃの位置は互いに揃うことになる。したがって、各電池セル１０が同様に伝熱部材７を介して放熱板としての壁部５０ａに当接し得るので、電池セル１０同士の間での冷却のムラを抑制できる。

また、第１側壁２６及び第２側壁２７は、隔壁２１の一面側２１ａ及び他面側２１ｂにそれぞれ設けられている。この構成によれば、一のセルホルダ２０は、隔壁２１の一面側２１ａと他面側２１ｂとにそれぞれ電池セル１０を保持することができる。この状態では、突出部３０によって電池セル１０が第１側壁２６側に押圧されるので、保持された２つの電池セル１０の互いの一方の側面１１ｃの位置が揃うことになる。よって、複数の電池セル１０と複数のセルホルダ２０とを順番に組み付けた場合、隣り合う電池セル１０同士の位置は互いに揃うことになる。したがって、全ての電池セル１０間で互いの位置が揃った配列体３が構成され得る。

また、突出部３０は、第２側壁２７において配列方向Ｄに延在すると共に、隔壁２１側に向かうにつれて第２側壁２７からの高さが高くなるように傾斜する傾斜部Ｓを有している。この構成によれば、電池セル１０を隔壁２１に向けて押し込むことによって、電池セル１０が傾斜部Ｓに沿って容易に第１側壁２６側に移動する。なお、本実施形態のように、突出部３０が三角錐形状に形成されている場合、電池セル１０を隔壁２１に向けて押し込む際に、傾斜部Ｓの一部が電池セル１０によって押し潰されてもよい。

また、突出部３０は、第２側壁２７の先端側の縁２７ｂから離間して設けられている。この構成によれば、枠状をなす保持部２２の内側（第１側壁２６と第２側壁２７との間）に電池セル１０を容易に挿入することができる。

また、電池モジュール１は、電池セル１０の配列方向Ｄに拘束荷重を付加する一対の拘束部材４０を備えている。この構成によれば、電池セル１０同士における一方の側面１１ｃの位置が互いに揃った状態で、配列体３が拘束される。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られない。

例えば、突出部３０は、第２側壁２７の内側面に対して固定された別部材によって構成されてもよい。図５に突出部３０の変形例を示す。図５の（ａ）は、セルホルダ２０を配列方向Ｄからみた側面１１ｃ図である。また、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面図である。図５に示すように、セルホルダ１２０は、上記実施形態におけるセルホルダ２０と同様に、隔壁２１、上壁２３、下壁２４、第１側壁２６、第２側壁２７を有する。また、セルホルダ１２０は、挿通孔２３ｂが形成された筒状部２３ａ、及び、挿通孔２４ｂが形成された筒状部２４ａを有する。このセルホルダ１２０では、第２側壁２７の内側面に突出部１３０が固定されている。突出部１３０は、例えばシリコンゴムのような弾性材料によって形成されており、電池セル１０の一方の側面１１ｃを押圧し得る。突出部１３０は、図示のように三角柱形状を有しており、隔壁２１側に向かうにつれて第２側壁２７からの高さが高くなるように傾斜する傾斜部１３０ａを有する。また、突出部３０は、第２側壁２７の先端側の縁２７ｂから離間して設けられている。

また、突出部３０は、電池セル１０を第１側壁２６側に押圧できればよく、他の形状を有して構成されてもよい。図６に突出部３０の他の変形例を示す。図６の（ａ）は、セルホルダ２０を配列方向Ｄからみた側面１１ｃ図である。また、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿った断面図である。図６に示すように、セルホルダ２２０は、上記実施形態におけるセルホルダ２０と同様に、隔壁２１、上壁２３、下壁２４、第１側壁２６、第２側壁２７を有する。また、セルホルダ２２０は、挿通孔２３ｂが形成された筒状部２３ａ、及び、挿通孔２４ｂが形成された筒状部２４ａを有する。このセルホルダ２２０では、第２側壁２７を構成する一部が突出部２３０を構成している。突出部３０は、第１側壁２６側に突出した板状をなしており、電池セル１０の一方の側面１１ｃを押圧し得る。突出部２３０は、図示のように、隔壁２１側に向かうにつれて第２側壁２７からの高さが高くなるように傾斜する平板状の傾斜部２３０ａを有する。また、突出部３０は、第２側壁２７の先端側の縁２７ｂから離間して設けられている。

また、上記実施形態、及び各変形例では、突出部３０が第２側壁２７の縁２７ｂから離間して形成されている例示したが、これに限定されない。突出部３０は、第２側壁２７の縁２７ｂから隔壁２１まで連続して形成されていてもよい。

また、第２側壁２７が隔壁２１の他縁部を基端として配列方向Ｄに突出している例を示したが、第２側壁２７と隔壁２１との間にスリットが形成されていてもよい。例えば、隔壁２１の他縁部において隔壁２１を配列方向Ｄに貫通するスリットが上下方向に延在していてもよい。スリットが形成されている場所では、隔壁２１に対して第２側壁２７が離れる方向に弾性変形し易くなる。この場合、第２側壁２７の変形によって電池セル１０及びセルホルダ２０の寸法公差を吸収し易くなる。

また、例えば第１側壁２６と第２側壁２７とが同じ厚さである例を示したが、これに限定されない。例えば、露出部２６ｂが形成されている第２側壁２７の強度を担保するために、第２側壁２７を第１側壁２６よりも厚肉に形成してもよい。

１…電池モジュール、３…配列体、１０…電池セル、２０…セルホルダ、２１…隔壁、２２…保持部、２６…第１側壁、２６ｂ…露出部、２７…第２側壁、２７ａ…内側面、３０…突出部。

Claims (4)

1. セルホルダによって保持された複数の電池セルが所定方向に配列された配列体を備える電池モジュールであって、
   前記セルホルダは、
   前記電池セルにおける配列方向の面を保持する隔壁と、
   前記電池セルにおける電極端子が形成された上面に対向する上壁と、前記電池セルにおける下面に対向する下壁と、前記隔壁の一縁部に設けられ、前記電池セルの一方の側面を保持する第１側壁と、前記隔壁の他縁部に前記第１側壁と対向して前記上壁から前記下壁にかけて上下方向に連続して設けられ、前記電池セルの他方の側面を保持する第２側壁と、を含んで構成される保持部を有し、
   前記第１側壁は、前記電池セルの前記一方の側面の一部を露出させる露出部を有し、
   前記第２側壁の内側面には、前記保持部に保持される前記電池セルの前記他方の側面に当接し、当該電池セルを前記第１側壁に向けて押圧する複数の突出部が形成されており、
   複数の前記突出部のそれぞれは、前記第２側壁の内側面において前記隔壁側に向かうにつれて前記第２側壁からの高さが高くなるように傾斜する傾斜部を含むとともに、前記第２側壁の内側面において前記隔壁側に向かうにつれて大きくなる底面幅を有する三角錐形状であり、
   前記傾斜部は、三角錐形状をなす前記突出部の辺によって構成されており、
   前記底面幅は、前記第２側壁の内側面の面内での前記上下方向における前記突出部の長さであり、
   前記電池モジュールは、前記電池セルの配列方向から見たときに前記複数の電池セルにおける前記一方の側面の位置が互いに揃った状態で、前記配列体を挟むように配置されて、前記電池セルの配列方向に拘束荷重を付加する一対の拘束部材を含み、
   前記拘束部材は、放熱板に対して固定されるために、前記一方の側面の延在方向に沿って延在する固定部を有する、電池モジュール。
2. 前記第１側壁及び前記第２側壁は、前記隔壁の一面側及び他面側にそれぞれ設けられている、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記突出部は、前記第２側壁の先端側の縁から離間して設けられている、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 前記セルホルダは、前記第２側壁と前記隔壁との間に形成されたスリットを有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池モジュール。

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