JP7022307B2 - Battery module - Google Patents

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Description

本発明は、電池モジュールに関する。詳しくは、複数の単電池を拘束した状態で保持する電池モジュールに関する。 The present invention relates to a battery module. More specifically, the present invention relates to a battery module that holds a plurality of cells in a restrained state.

リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等の単電池を備える電池モジュールは、電気を駆動源とする車両搭載用電源、あるいはパソコンおよび携帯端末等の電気製品等に搭載される電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池を単電池として用いた電池モジュールは、電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)等の車両の駆動用高出力電源として好ましく、今後も需要が拡大するものと期待されている。 Battery modules equipped with single batteries such as lithium-ion secondary batteries and nickel-metal hydride batteries are becoming more important as power sources for vehicles mounted on electricity as a drive source, or as power sources mounted on electric products such as personal computers and mobile terminals. ing. In particular, battery modules that use lithium-ion secondary batteries, which are lightweight and have high energy density, as single batteries are for driving vehicles such as electric vehicles (EVs), plug-in hybrid vehicles (PHVs), and hybrid vehicles (HVs). It is preferable as a high-output power source, and it is expected that demand will continue to grow in the future.

かかる電池モジュールの典型的な構成として、複数の単電池が積層され、且つ該積層方向に所定の荷重が加えられた状態で拘束されて構築されるものがある。このような単電池の拘束は、主に電池モジュールの耐振動および耐衝撃、および電池性能確保の観点から行われる。しかしながら、かかる電池モジュールにおいて、電池の使用時(充放電時)に単電池の一部が膨張収縮したり、電池モジュールが経年劣化したりすることにより、電池モジュールの構築時において単電池に加えられていた拘束荷重の大きさが変化することがあり、かかる拘束荷重の変化に応じて単電池に加わる圧力が調節される必要があった。この種の技術に関する従来技術文献としては、特許文献1~3が挙げられる。 As a typical configuration of such a battery module, there is one in which a plurality of cells are stacked and are constrained and constructed in a state where a predetermined load is applied in the stacking direction. Such restraint of the cell is mainly performed from the viewpoint of vibration resistance and impact resistance of the battery module and ensuring battery performance. However, in such a battery module, a part of the cell expands and contracts when the battery is used (during charging and discharging), and the battery module deteriorates over time. The magnitude of the restraint load that had been applied may change, and it was necessary to adjust the pressure applied to the cell according to the change in the restraint load. Prior art documents relating to this type of technology include Patent Documents 1 to 3.

特開2008-124033号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-124033 特開2017-103083号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-103083 特開2016-18704号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-18704

例えば、特許文献1には、弾性変化により発生する弾性力により板状の電池セルを加圧することができるスペーサ、を備えた電池モジュールが開示されている。しかしながら、これら従来技術における電池モジュールの拘束圧の調節方法には、未だ改善の余地があった。特に、電池モジュールの使用時(充放電時)において、積層された各単電池の積層方向に相互に対向する面(以下、「積層面」という。)の中央部に比べて該積層面の縁部が大きく膨張収縮しがちな単電池を用いた電池モジュールの場合、従来技術によっては単電池全体において十分な拘束圧の制御が成されず、結果として電池性能が低下する虞があった。 For example, Patent Document 1 discloses a battery module including a spacer capable of pressurizing a plate-shaped battery cell by an elastic force generated by an elastic change. However, there is still room for improvement in the method of adjusting the restraining pressure of the battery module in these conventional techniques. In particular, when the battery module is used (during charging / discharging), the edge of the laminated surface is compared with the central portion of the surfaces facing each other in the stacking direction (hereinafter referred to as “laminated surface”) of the stacked single batteries. In the case of a battery module using a cell that tends to expand and contract greatly, the conventional technique may not sufficiently control the confining pressure in the entire cell, and as a result, the battery performance may deteriorate.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、積層された各単電池に加えられる拘束圧が該単電池の積層面の全域において好適に制御されることにより、電池性能の劣化が抑制され得る電池モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and deterioration of battery performance is suppressed by appropriately controlling the confining pressure applied to each laminated cell in the entire area of the laminated surface of the cell. It is an object of the present invention to provide a battery module that can be used.

本発明によると、複数の単電地が積層した積層体と、該積層された単電池間の間隙、該積層方向の一方の端部および他方の端部のうちの少なくとも一箇所に配置され、該積層体の積層方向にかかる圧力を調節する圧力調節部材と、を備えた電池モジュールが提供される。上記圧力調節部材は、上記積層方向に弾性変形可能な複数個のばねを備える。また、上記電池モジュールを上記積層方向から視たとき、上記複数個のばねが配置された領域の内側に上記各単電池が配置されていることを特徴とする。換言すれば、上記積層方向から視たとき、上記積層された各単電池の積層面である上記圧力調節部材と対向する面(以下、単に「ばね対向面」という。)の周縁部よりも外方に上記ばねの一部が存在する構造となる(後述する図3参照)。 According to the present invention, it is arranged in at least one of the gap between the laminated body in which a plurality of single electric grounds are laminated and the laminated single battery, one end and the other end in the stacking direction. A battery module comprising a pressure adjusting member for adjusting a pressure applied in a laminating direction of the laminated body is provided. The pressure adjusting member includes a plurality of springs that can be elastically deformed in the stacking direction. Further, when the battery module is viewed from the stacking direction, each of the cell cells is arranged inside the region where the plurality of springs are arranged. In other words, when viewed from the stacking direction, it is outside the peripheral edge of the surface facing the pressure adjusting member (hereinafter, simply referred to as "spring facing surface"), which is the laminated surface of the stacked cells. The structure is such that a part of the spring is present on the side (see FIG. 3 described later).

かかる構成によると、圧力調節部材が、単電池間の間隙および積層方向の両端部のうちの少なくとも一箇所に配置されることにより、積層体の積層方向にかかる圧力が調節されるため、電池モジュールの構成が単純化され、コンパクトな電池モジュールが実現し得る。また、かかる構成によると、電池モジュールの使用時(充放電時)において、該モジュールを構成する各単電池の少なくとも一部が積層方向に膨張収縮したとしても、積層体の積層方向にかかる圧力が好適に調節される。特に、かかる構成によると、積層体を構成する各単電池のばね対向面の周縁部にも好適な拘束圧を加えることができるため、局所的な膨張収縮による各単電池の劣化を抑制し、電池性能の低下を抑制し得る電池モジュールが実現され得る。 According to such a configuration, the pressure adjusting member is arranged at at least one of the gap between the cells and both ends in the stacking direction, so that the pressure applied in the stacking direction of the laminated body is adjusted, so that the battery module The configuration of the battery can be simplified and a compact battery module can be realized. Further, according to such a configuration, when the battery module is used (during charging / discharging), even if at least a part of each cell constituting the module expands and contracts in the stacking direction, the pressure applied in the stacking direction of the laminated body is applied. It is adjusted to be suitable. In particular, according to such a configuration, a suitable restraining pressure can be applied to the peripheral edge of the spring facing surface of each cell constituting the laminated body, so that deterioration of each cell due to local expansion and contraction can be suppressed. A battery module that can suppress deterioration of battery performance can be realized.

一実施形態に係る電池モジュールを模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the battery module which concerns on one Embodiment. 図1のII-II’矢視断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line II-II'in FIG. 図1のIII-III’矢視断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line III-III'in FIG. 他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。It is a perspective view which shows the battery module which concerns on another embodiment. 他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。It is a perspective view which shows the battery module which concerns on another embodiment.

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。各図面は、一例を示すのみであり、各図面は、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. Matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in the art. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and the common general technical knowledge in the art. In the following drawings, members / parts having the same function may be described with the same reference numerals, and duplicate explanations may be omitted or simplified. Further, the dimensional relations (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not necessarily reflect the actual dimensional relations. Each drawing is only an example, and each drawing does not limit the present invention unless otherwise specified.

図1は、一実施形態に係る電池モジュール100の構造を模式的に示す斜視図である。図2は、図1のII-II’矢視断面を模式的に示した概略図である。図1および図2に示すように、電池モジュール100は、複数の単電池10を有する積層体20と、一対のエンドプレート30A、30Bと、一対のサイドプレート40A、40Bと、圧力調節部材60とを備えている。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of the battery module 100 according to the embodiment. FIG. 2 is a schematic view schematically showing a cross section taken along the line II-II'of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the battery module 100 includes a laminate 20 having a plurality of cell cells 10, a pair of end plates 30A and 30B, a pair of side plates 40A and 40B, and a pressure adjusting member 60. It is equipped with.

積層体20は、複数の単電池10(好ましくは充放電可能な単電池10)が所定の積層方向(図1中の矢印X方向)に積層されて配置されることにより構成されている。複数の単電池10の間には、単電池10以外の部材(例えば、冷却板等)が介在していてもよい。 The laminate 20 is configured by stacking and arranging a plurality of cell cells 10 (preferably chargeable / dischargeable cell cells 10) in a predetermined stacking direction (arrow X direction in FIG. 1). A member other than the cell 10 (for example, a cooling plate or the like) may be interposed between the plurality of cell 10.

<単電池>
単電池10は、好適には全固体電池であり、より好適には全固体リチウム二次電池またはリチウム-硫黄二次電池である。全固体電池は、典型的には、正極、負極、および固体電解質を備える。単電池10が全固体電池であった場合、正極、負極、および固体電解質の積層方向は、積層体20の積層方向Xと同じである。単電池10は、非水電解液二次電池であってもよい。非水電解液二次電池は、典型的には、正極、負極、セパレータ、および非水電解液を備える。単電池10が非水電解液二次電池であった場合、正極、負極、およびセパレータの積層方向は、積層体20の積層方向Xと同じである。よって、ここに開示される一実施形態の電池モジュール100によると、単電池10内の電極面に対して垂直方向に拘束荷重が印加される。
<Battery>
The cell 10 is preferably an all-solid-state battery, more preferably an all-solid-state lithium secondary battery or a lithium-sulfur secondary battery. All-solid-state batteries typically include a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte. When the cell 10 is an all-solid-state battery, the stacking direction of the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte is the same as the stacking direction X of the laminated body 20. The cell 10 may be a non-aqueous electrolyte secondary battery. A non-aqueous electrolyte secondary battery typically comprises a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte. When the cell 10 is a non-aqueous electrolytic solution secondary battery, the stacking direction of the positive electrode, the negative electrode, and the separator is the same as the stacking direction X of the laminated body 20. Therefore, according to the battery module 100 of one embodiment disclosed herein, a constraining load is applied in the direction perpendicular to the electrode surface in the cell 10.

単電池10として全固体電池を用いた場合、電池の充放電時において、積層体20の積層方向Xに直交する方向(即ち、図1のYZ面の面内方向)における単電池10の面である上記ばね対向面(積層面)の縁部は、中央部よりも大きく膨張収縮する傾向がある。ここに開示される技術によると、上記単電池10の縁部にかかる拘束圧を好適に調節することができるため、全固体電池である単電池10に対して本発明を適用することは有意義である。 When an all-solid-state battery is used as the cell 10, in the plane of the cell 10 in the direction orthogonal to the stacking direction X of the laminate 20 (that is, the in-plane direction of the YZ plane in FIG. 1) when the battery is charged and discharged. The edge portion of the spring facing surface (laminated surface) tends to expand and contract more than the central portion. According to the technique disclosed herein, the restraining pressure applied to the edge of the cell 10 can be suitably adjusted, so that it is meaningful to apply the present invention to the cell 10 which is an all-solid-state battery. be.

また、単電池10は、燃料電池や、ニッケル水素電池その他の二次電池であってもよい。なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。 Further, the cell 10 may be a fuel cell, a nickel hydrogen battery or other secondary battery. In the present specification, the "secondary battery" generally refers to a power storage device capable of being repeatedly charged and discharged, and is a term including a so-called storage battery and a power storage element such as an electric double layer capacitor.

単電池10は、上述した正極、負極、電解質等の発電要素を内部に収容する外装体14と、外装体14から引き出された正極端子12Aおよび負極端子12Bと、を備える。図1に示す例によると、正極端子12Aと負極端子12Bはそれぞれ外装体14の同じ辺から引き出されている。 The cell 10 includes an exterior body 14 that houses the above-mentioned power generation elements such as a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and a positive electrode terminal 12A and a negative electrode terminal 12B drawn from the exterior body 14. According to the example shown in FIG. 1, the positive electrode terminal 12A and the negative electrode terminal 12B are each drawn out from the same side of the exterior body 14.

単電池10が全固体電池であった場合において、単電池10を構成する正極に用いられる材料については、従来の全固体電池の正極に使用される材料であれば、特に限定されず用いることができる。例えば、正極に含まれる正極活物質としては、層状、オリビン系、スピネル型の化合物が用いられ得る。具体的には、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、ニッケルマンガンコバルト酸リチウム(LiNi1-y-zCoMn、例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3)、ニッケルコバルト酸リチウム(LiNi1-xCo)、ニッケルマンガン酸リチウム(LiNi1-xMn)、マンガン酸リチウム(LiMn)、リチウムマンガン酸化合物(Li1+xMn2-x-y;M=Al、Mg、Fe、Cr、Co、Ni、Zn)、リン酸金属リチウム(LiMPO、M=Fe、Mn、Co、Ni)、フッ化リン酸金属リチウム(LiMPOF、M=Fe、Mn、Co、Ni)、リン酸金属リチウム(LiMP、M=Fe、Mn、Co、Ni)、チタン酸リチウム(LiTiO)、などが例示される。または、正極活物質は硫黄元素を含んでいてもよく、硫黄(S)であってもよい。 When the cell 10 is an all-solid-state battery, the material used for the positive electrode constituting the cell 10 is not particularly limited as long as it is a material used for the positive electrode of the conventional all-solid-state battery. can. For example, as the positive electrode active material contained in the positive electrode, a layered, olivine-based, or spinel-type compound can be used. Specifically, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), lithium nickel manganese cobaltate (LiNi 1-y-z Coy Mn z O 2 ), for example, LiNi. 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), Lithium nickel cobaltate (LiNi 1-x Co x O 2 ), Lithium nickel manganate (LiNi 1-x Mn x O 2 ), Lithium manganate (LiMn) 2 O 4 ), lithium manganese acid compound (Li 1 + x My Mn 2-xy O 4 ; M = Al, Mg, Fe, Cr, Co, Ni, Zn), metallic lithium phosphate (LiMPO 4 , M = Fe, Mn, Co, Ni), Lithium fluoride metal phosphate (Li 2 MPO 4 F, M = Fe, Mn, Co, Ni), Lithium metal phosphate (Li 2 MP2 O 7 , M = Fe, Mn) , Co, Ni), lithium titanate (Li x Tioy ), and the like. Alternatively, the positive electrode active material may contain a sulfur element or may be sulfur (S).

ここに開示される技術によると、電池の充放電時に単電池10が膨張伸縮したとしても、積層体20の積層方向Xにかかる拘束圧が好適に調節され得る。このため、充放電時に大きく膨張伸縮する傾向がある硫黄(S)を正極材料として用いた単電池10に対して、本発明に係る技術を適用することは、特に有意義である。 According to the technique disclosed herein, even if the cell 10 expands and contracts during charging and discharging of the battery, the restraining pressure applied to the stacking direction X of the laminated body 20 can be suitably adjusted. Therefore, it is particularly meaningful to apply the technique according to the present invention to the cell 10 using sulfur (S), which tends to expand and contract significantly during charging and discharging, as the positive electrode material.

単電池10が全固体電池であった場合において、単電池10を構成する負極に用いられる材料については、従来の全固体電池の負極に使用される材料であれば、特に限定されず用いることができる。例えば、負極に含まれる負極活物質としては、金属、炭素材などが用いられ得る。金属としては、Li、Sn、Si、Al、In、Sbなどの金属、これらのいくつかを組み合わせた合金などが例示される。炭素材としては、少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含む炭素材料等、具体的には、天然または人造の黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、低温焼成炭素、または、これらのうちのいくつかを組み合わせた材料、が例示される。 When the cell 10 is an all-solid-state battery, the material used for the negative electrode constituting the cell 10 is not particularly limited as long as it is a material used for the negative electrode of the conventional all-solid-state battery. can. For example, as the negative electrode active material contained in the negative electrode, a metal, a carbon material, or the like can be used. Examples of the metal include metals such as Li, Sn, Si, Al, In, and Sb, and alloys in which some of these are combined. Examples of the carbon material include carbon materials containing at least a part of graphite structure (layered structure), specifically, natural or artificial graphite, soft carbon, hard carbon, low-temperature calcined carbon, or some of these. A material that combines the above, is exemplified.

ここに開示される技術によると、電池の充放電時に単電池10が膨張伸縮したとしても、積層体20の積層方向Xにかかる拘束圧が好適に調節され得る。このため、充放電時に大きく膨張伸縮する傾向があるSn、Si等の金属、またはこれらを組み合わせた合金を負極材料として用いた単電池10に対して、本発明に係る技術を適用することは、特に有意義である。 According to the technique disclosed herein, even if the cell 10 expands and contracts during charging and discharging of the battery, the restraining pressure applied to the stacking direction X of the laminated body 20 can be suitably adjusted. Therefore, the technique according to the present invention can be applied to a cell 10 using a metal such as Sn or Si, which tends to expand and contract significantly during charging and discharging, or an alloy combining these as a negative electrode material. It is especially meaningful.

単電池10が全固体電池であった場合において、単電池10に含まれる固体電解質としては、特に限定されない。例えば、硫化物、酸化物等の無機系固体電解質が用いられ得る。また、固体電解質は結晶、非結晶あるいはガラスセラミックのいずれでであってよい。なかでも硫化物固体電解質が好ましく採用され得る。硫化物系固体電解質としては、LiS-SiS系、LiS-SiS-LiI系、LiS-SiS-LiPO系等の非結晶、Li10GeP12等の結晶、Li11、Li3.250.95等のガラスセラミックスが例示される。酸化物系固体電解質としては、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO、LiLaZr12等が例示される。 When the cell 10 is an all-solid-state battery, the solid electrolyte contained in the cell 10 is not particularly limited. For example, an inorganic solid electrolyte such as a sulfide or an oxide can be used. Further, the solid electrolyte may be crystalline, amorphous or glass-ceramic. Among them, a sulfide solid electrolyte can be preferably adopted. Examples of the sulfide-based solid electrolyte include amorphous materials such as Li 2S-SiS 2 series, Li 2S-SiS 2-LiI series, Li 2S-SiS 2 - Li 3 PO 4 series , Li 10 GeP 2 S 12 and the like. Crystals of Li 7 P 3 S 11 , Li 3.25 P 0.95 S 4 and the like are exemplified. Examples of the oxide-based solid electrolyte include La 0.51 Li 0.34 TIM 2.94 , Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 and the like. Will be done.

外装体14は、薄く、軽量であって、柔軟性が高く、熱溶着や超音波溶着などによって容易に融着できるとともに、気密性、水分非透過性に優れた材料からなることが好ましい。外装体14は、例えば、2つの高分子樹脂層の間に金属層を配置した三層構造を有するラミネートフィルムで構成されていてもよい。金属層は、例えば、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属箔から構成されてもよい。高分子樹脂層は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、エチレンビニルアセテートなどの熱可塑性樹脂フィルムから構成されてもよい。図示されるような、外装体14がかかるラミネートフィルムで構成された扁平な形状の単電池10は、特に上記ばね対向面の縁部において充放電時の膨張伸縮が大きくなる傾向にあるため、本発明に係る技術を適用するのに好適である。 The exterior body 14 is preferably made of a material that is thin, lightweight, highly flexible, can be easily welded by heat welding, ultrasonic welding, or the like, and is excellent in airtightness and moisture impermeableness. The exterior body 14 may be composed of, for example, a laminated film having a three-layer structure in which a metal layer is arranged between two polymer resin layers. The metal layer may be composed of, for example, a metal foil such as aluminum, stainless steel, nickel, or copper. The polymer resin layer may be made of, for example, a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, or a thermoplastic resin film such as ethylene vinyl acetate. As shown in the figure, the flat cell 10 made of a laminated film on which the exterior body 14 is applied tends to expand and contract significantly during charging and discharging, particularly at the edge of the spring facing surface. It is suitable for applying the technique according to the invention.

<エンドプレート>
一対のエンドプレート30A、30Bは、積層体20の積層方向Xの両端部に配置されている。本実施形態では、エンドプレート30Aは、積層体20の積層方向Xの一方側の端部に加圧プレート50および圧力調節部材60を介在させて配置されている。エンドプレート30Bは、積層体20の積層方向Xの他の一方の端部に配置されている。エンドプレート30A、30Bには、積層体20にかかる拘束荷重に耐え得る素材と形状が採用される。エンドプレート30A、30Bは、金属製であっても樹脂製であってもよく、例えば、炭素鋼製であってもよい。エンドプレート30A、30Bは、板状に形成されている。
<End plate>
The pair of end plates 30A and 30B are arranged at both ends of the laminated body 20 in the stacking direction X. In the present embodiment, the end plate 30A is arranged so that the pressure plate 50 and the pressure adjusting member 60 are interposed at one end of the stacking body 20 on one side of the stacking direction X. The end plate 30B is arranged at the other end of the stacking direction X of the laminated body 20. For the end plates 30A and 30B, a material and a shape that can withstand the restraining load applied to the laminated body 20 are adopted. The end plates 30A and 30B may be made of metal or resin, and may be made of carbon steel, for example. The end plates 30A and 30B are formed in a plate shape.

<サイドプレート>
一対のサイドプレート40A、40Bの間には、積層体20が配置される。図2に示すように、サイドプレート40A、40Bは、積層体20から離隔して配置されている。サイドプレート40Aとサイドプレート40Bとは、積層体20を介して対向している。サイドプレート40A、40Bは、それぞれ一対のエンドプレート30A、30Bを連結する。即ち、サイドプレート40Aは、エンドプレート30Aの図1の矢印Z方向の一方側の端部と、エンドプレート30Bの図1の矢印Z方向の一方側の端部とを連結する。サイドプレート40Bは、エンドプレート30Aの図1の矢印Z方向の他方側の端部と、エンドプレート30Bの図1の矢印Z方向の他方側の端部とを連結する。サイドプレート40A、40Bは、エンドプレート30A、30Bと同じ材料から形成されていてもよく、異なる材料から形成されていてもよい。
<Side plate>
The laminated body 20 is arranged between the pair of side plates 40A and 40B. As shown in FIG. 2, the side plates 40A and 40B are arranged apart from the laminated body 20. The side plate 40A and the side plate 40B face each other via the laminated body 20. The side plates 40A and 40B connect a pair of end plates 30A and 30B, respectively. That is, the side plate 40A connects the end portion of the end plate 30A on one side in the arrow Z direction of FIG. 1 and the end portion of the end plate 30B on the one side in the arrow Z direction of FIG. The side plate 40B connects the other end of the end plate 30A in the arrow Z direction of FIG. 1 and the other end of the end plate 30B in the arrow Z direction of FIG. The side plates 40A and 40B may be formed of the same material as the end plates 30A and 30B, or may be formed of different materials.

サイドプレート40A、40Bとエンドプレート30A、30Bとの連結は、ボルト等の締結部材によるものであってもよい。あるいは、サイドプレート40A、40Bとエンドプレート30A、30Bとの連結は、溶接などによる強固な接合によるものであってもよい。サイドプレート40A、40Bとエンドプレート30A、30Bとが溶接により接合される場合、エンドプレート30A、30Bとサイドプレート40A、40Bの素材としては金属が好ましく採用される。 The connection between the side plates 40A and 40B and the end plates 30A and 30B may be by a fastening member such as a bolt. Alternatively, the connection between the side plates 40A and 40B and the end plates 30A and 30B may be due to strong joining by welding or the like. When the side plates 40A and 40B and the end plates 30A and 30B are joined by welding, metal is preferably adopted as the material of the end plates 30A and 30B and the side plates 40A and 40B.

<加圧プレート>
図1および図2に示す実施形態では、積層体20の積層方向Xの一方側の端部に隣接して、加圧プレート50が配置されている。加圧プレート50の図1の矢印Z方向の一方側の端部はサイドプレート40Aに接しており、加圧プレート50の図1の矢印Z方向の他方側の端部はサイドプレート40Bに接している。加圧プレート50は、サイドプレート40A、40Bとは接合されていない状態で配置されており、積層体20が積層方向Xに膨張縮小するのに応じて、積層方向Xに可逆的に移動可能な状態で配置される。加圧プレート50によると、後述する圧力調節部材60が弾性変形することにより発生する弾性力を、積層体20の上記ばね対向面に均一に伝達することができる。
<Pressurized plate>
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the pressure plate 50 is arranged adjacent to one end of the stacking direction X of the laminated body 20. One end of the pressure plate 50 in the arrow Z direction of FIG. 1 is in contact with the side plate 40A, and the other end of the pressure plate 50 in the arrow Z direction of FIG. 1 is in contact with the side plate 40B. There is. The pressure plate 50 is arranged in a state where it is not joined to the side plates 40A and 40B, and can be reversibly moved in the stacking direction X as the laminated body 20 expands and contracts in the stacking direction X. Arranged in the state. According to the pressure plate 50, the elastic force generated by the elastic deformation of the pressure adjusting member 60 described later can be uniformly transmitted to the spring facing surface of the laminated body 20.

<圧力調節部材>
図1および図2に示す実施形態では、積層体20の積層方向Xの一方の端部とエンドプレート30Aとの間に、圧力調節部材60が配置されている。具体的には、積層体20の一方の端部に隣接して配置された加圧プレート50と、エンドプレート30Aとの間に、圧力調節部材60が配置されている。圧力調節部材60は、積層体20の積層方向Xにかかる圧力(拘束圧)を調節し得る。かかる構成によると、積層体20の積層方向Xの一方の端部に圧力調節部材60が配置されており、電池モジュール100の構成が単純であるため、電池モジュール100のコンパクト化が達成されやすい。
<Pressure control member>
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the pressure adjusting member 60 is arranged between one end of the stacking direction X of the laminated body 20 and the end plate 30A. Specifically, the pressure adjusting member 60 is arranged between the pressure plate 50 arranged adjacent to one end of the laminated body 20 and the end plate 30A. The pressure adjusting member 60 can adjust the pressure (constraining pressure) applied to the stacking direction X of the laminated body 20. According to such a configuration, the pressure adjusting member 60 is arranged at one end of the stacking direction X of the laminated body 20, and the configuration of the battery module 100 is simple, so that the battery module 100 can be easily made compact.

圧力調節部材60は、積層方向Xに弾性変形可能な複数のばねを備える。図3は、図1のIII-III’矢視断面を模式的に示した概略図である。図3に示す実施形態では、圧力調節部材60は、積層方向Xに弾性変形可能なばね61、62を備える。ばね61、62は、積層体20が積層方向Xに膨張伸縮することにより、積層方向Xに弾性変形して弾性力を発生させる。本実施形態によると、圧力調節部材60は、複数の相対的にサイズが大きいばね(以下、大ばね61ともいう。)と、複数の相対的にサイズが小さいばね(以下、小ばね62ともいう。)を備える。図3に示す例によると、6個の大ばね61が、矢印Z方向に2列に同一直線上に並び、さらに矢印Y方向に3列に同一直線上に並んで配置されている。また、2個の小ばね62は、近接して配置された4つの大ばね61の中心に、各大ばね61の間隙を埋めるように配置される。このようにサイズの異なる2種類のばね61、62を用いることにより、複数のばね61、62が配置されていない部位の面積をより縮小することができ、積層体20の積層面(ばね対向面)に、より均一な面圧をかけることができる。 The pressure adjusting member 60 includes a plurality of springs that can be elastically deformed in the stacking direction X. FIG. 3 is a schematic view schematically showing a cross section taken along the line III-III'in FIG. In the embodiment shown in FIG. 3, the pressure adjusting member 60 includes springs 61 and 62 that are elastically deformable in the stacking direction X. The springs 61 and 62 elastically deform in the stacking direction X as the laminated body 20 expands and contracts in the stacking direction X to generate an elastic force. According to the present embodiment, the pressure adjusting member 60 includes a plurality of relatively large springs (hereinafter, also referred to as a large spring 61) and a plurality of relatively small springs (hereinafter, also referred to as a small spring 62). .) Is provided. According to the example shown in FIG. 3, six large springs 61 are arranged in two rows on the same straight line in the arrow Z direction, and further arranged in three rows on the same straight line in the arrow Y direction. Further, the two small springs 62 are arranged so as to fill the gap between the large springs 61 at the center of the four large springs 61 arranged close to each other. By using the two types of springs 61 and 62 having different sizes in this way, the area of the portion where the plurality of springs 61 and 62 are not arranged can be further reduced, and the laminated surface (spring facing surface) of the laminated body 20 can be further reduced. ) Can be applied with a more uniform surface pressure.

圧力調節部材60は、積層体20の積層面(ばね対向面)にかかる圧力をより該面内において均一化する観点から、サイズが相互に異なる3種類以上のばねを備えていてもよい。互いにサイズの異なるばね61、62のばね定数は同じであってもよいし、相互に異なっていてもよい。 The pressure adjusting member 60 may include three or more types of springs having different sizes from each other from the viewpoint of making the pressure applied to the laminated surface (spring facing surface) of the laminated body 20 more uniform in the surface. The spring constants of the springs 61 and 62 having different sizes may be the same or may be different from each other.

図3の点線は、電池モジュール100を積層方向Xから視たときの積層体20(または積層体20を構成する単電池10)が配置されている領域の外周を示す。図3に示すように、ここに開示される電池モジュール100を積層方向Xから視たとき、積層体20(または積層体20を構成する単電池10)は、ばね61、62が配置された領域の内側に配置されている。換言すると、電池モジュール100を積層方向Xから視たときのばね61、62が配置された領域は、電池モジュール100を積層方向Xから視たときの積層体20(または単電池10)が配置された領域を内包している。かかる構成によると、積層体20の積層方向(ばね対向面)における単電池10の縁部に対しても、好適に圧力調節部材60により圧力を掛けることができる。よって、ばね対向面の縁部が、中央部よりも大きく膨張収縮する傾向がある単電池10を用いた場合においても、単電池10の当該縁部における局所的な膨張収縮に応じて当該縁部にかかる圧力を好適に調節することができるため、当該ばね対向面にかかる拘束圧の均一性が向上する。このため、単電池10の劣化が抑制された電池モジュール100が実現され得る。 The dotted line in FIG. 3 shows the outer periphery of the region where the laminated body 20 (or the cell 10 constituting the laminated body 20) is arranged when the battery module 100 is viewed from the stacking direction X. As shown in FIG. 3, when the battery module 100 disclosed here is viewed from the stacking direction X, the laminated body 20 (or the cell 10 constituting the laminated body 20) has a region in which the springs 61 and 62 are arranged. It is located inside the. In other words, in the region where the springs 61 and 62 when the battery module 100 is viewed from the stacking direction X are arranged, the laminated body 20 (or the cell 10) when the battery module 100 is viewed from the stacking direction X is arranged. It contains the area. According to such a configuration, pressure can be suitably applied to the edge of the cell 10 in the stacking direction (spring facing surface) of the laminated body 20 by the pressure adjusting member 60. Therefore, even when the cell 10 having a tendency for the edge portion of the spring facing surface to expand and contract more than the central portion is used, the edge portion corresponds to the local expansion and contraction of the edge portion of the cell unit 10. Since the pressure applied to the spring can be suitably adjusted, the uniformity of the restraining pressure applied to the spring facing surface is improved. Therefore, the battery module 100 in which the deterioration of the cell 10 is suppressed can be realized.

ここに開示される圧力調節部材60が備えるばね61、62の種類としては、特に限定されない。例えば、コイルばね、皿ばね、板ばね、空気ばねなどの各種のばね61、62を用いることができる。 The types of the springs 61 and 62 included in the pressure adjusting member 60 disclosed herein are not particularly limited. For example, various springs 61 and 62 such as coil springs, disc springs, leaf springs, and air springs can be used.

図4は、他の一実施形態に係る電池モジュール100を示す斜視図である。本実施形態によると、2つの圧力調節部材60が、積層体20の積層方向Xの両端部にそれぞれ配置されている。具体的には、積層体20の積層方向Xの一方側の端部には加圧プレート50Aが隣接するように配置され、加圧プレート50Aとエンドプレート30Aとの間には圧力調節部材60が配置されている。さらに、積層体20の積層方向Xの他方側の端部には加圧プレート50Bが隣接するように配置され、加圧プレート50Bとエンドプレート30Bとの間には圧力調節部材60が配置されている。かかる構成によると、積層体20の積層方向Xに直交する面(即ち、図4のYZ面である、ばね対向面)にかかる拘束圧の均一性がより向上するため、単電池10の劣化がより抑制された電池モジュール100が実現され得る。 FIG. 4 is a perspective view showing the battery module 100 according to another embodiment. According to the present embodiment, two pressure adjusting members 60 are arranged at both ends of the laminated body 20 in the stacking direction X, respectively. Specifically, a pressure plate 50A is arranged adjacent to one end of the stacking body 20 on one side in the stacking direction X, and a pressure adjusting member 60 is provided between the pressure plate 50A and the end plate 30A. Have been placed. Further, a pressure plate 50B is arranged adjacent to the other end of the laminate 20 in the stacking direction X, and a pressure adjusting member 60 is arranged between the pressure plate 50B and the end plate 30B. There is. According to such a configuration, the uniformity of the restraining pressure applied to the plane orthogonal to the stacking direction X of the laminated body 20 (that is, the surface facing the spring, which is the YZ plane in FIG. 4) is further improved, so that the cell 10 is deteriorated. A more suppressed battery module 100 can be realized.

図5は、他の一実施形態に係る電池モジュール100を示す斜視図である。本実施形態によると、単電池10は、外装体14の対向する2辺からそれぞれ正極端子12Aと負極端子(図示せず)が引き出されて構成されている。かかる単電池10は電池容量向上等の観点から好ましく採用され得る。かかる単電池10に対しても、ここに開示される技術は好適に適用され得る。 FIG. 5 is a perspective view showing the battery module 100 according to another embodiment. According to the present embodiment, the cell 10 is configured such that the positive electrode terminal 12A and the negative electrode terminal (not shown) are drawn out from the two opposite sides of the exterior body 14, respectively. Such a cell 10 can be preferably adopted from the viewpoint of improving the battery capacity and the like. The technique disclosed herein can also be suitably applied to such a cell 10.

圧力調節部材60は、積層体20を構成する単電池10間の間隙に配置されてもよい。例えば、圧力調節部材60は、積層体20の積層方向Xの中央部に配置されてもよい。かかる構成によると、積層体20の積層面(ばね対向面)にかかる拘束圧の均一性が向上し得る。 The pressure adjusting member 60 may be arranged in the gap between the cells 10 constituting the laminated body 20. For example, the pressure adjusting member 60 may be arranged at the center of the laminated body 20 in the stacking direction X. According to such a configuration, the uniformity of the restraining pressure applied to the laminated surface (spring facing surface) of the laminated body 20 can be improved.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples exemplified above.

10 単電池
12A 正極端子
12B 負極端子
14 外装体
20 積層体
30A エンドプレート
30B エンドプレート
40A サイドプレート
40B サイドプレート
50 加圧プレート
50A 加圧プレート
50B 加圧プレート
60 圧力調節部材
61 大ばね
62 小ばね
100 電池モジュール
10 Single battery 12A Positive terminal 12B Negative terminal 14 Exterior 20 Laminated body 30A End plate 30B End plate 40A Side plate 40B Side plate 50 Pressurized plate 50A Pressurized plate 50B Pressurized plate 60 Pressure control member 61 Large spring 62 Small spring 100 Battery module

Claims (1)

複数の単電が積層した積層体と、
前記積層された単電池間の間隙、該積層方向の一方の端部および他方の端部のうちの少なくとも一箇所に配置され、前記積層体の積層方向にかかる圧力を調節する圧力調節部材と、を備えた電池モジュールであって、
前記圧力調節部材は、前記積層方向に弾性変形可能な複数のばねを備え、
前記電池モジュールを前記積層方向から視たとき、前記複数のばねが配置された領域の内側に前記各単電池が配置され
前記圧力調節部材は、複数の相対的にサイズが大きいばねと、複数の相対的にサイズが小さいばねと、を備えること、
を特徴とする電池モジュール。
A laminated body in which multiple cells are stacked, and
A pressure adjusting member arranged at at least one of the gap between the stacked cells, one end and the other end in the stacking direction, and adjusting the pressure applied in the stacking direction of the laminated body. It is a battery module equipped with
The pressure adjusting member includes a plurality of springs that can be elastically deformed in the stacking direction.
When the battery module is viewed from the stacking direction, each of the cells is arranged inside the region where the plurality of springs are arranged.
The pressure adjusting member includes a plurality of relatively large springs and a plurality of relatively small size springs .
A battery module featuring.
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