JP7181740B2 - 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。

特開２０１６－１２９１１０号公報は、電池セルと枠部材とが交互に積層された積層体を有する電池モジュールを開示している。該公報開示の電池モジュールにおいては、図１６に示すように、枠部材２に、電池セル３と枠部材２との間に冷却用空気が流れる流路を形成するためのリブ４が設けられている。該リブ４は、ゴムやスポンジ等の弾性材で形成されており、電池セル３に接着剤によって接着されている。

上記公報開示の技術によれば、図１７に示すように、リブ４が弾性材で形成されており電池セル３に接着されているため、車両走行振動等で上下方向に電池モジュール１が振動しても、リブ４が積層体の積層方向Ｌ１に伸び縮みでき、枠部材２と電池セル３との接触面積が低下することを抑制できる。

しかし、上記公報開示の技術には、つぎの問題点がある。
弾性材で形成されるリブ４は、積層方向Ｌ１に伸び縮みするだけでなく、積層方向Ｌ１と直交する上下方向Ｌ２にも撓み得る。そのため、電池モジュール１の全体でみると、積層方向Ｌ１の中央部において電池モジュール１の振幅が大きくなるおそれがある。

特開２０１６－１２９１１０号公報

本発明の目的は、積層体の積層方向において、電池モジュールの中央部における振幅を小さくできる、電池モジュールを提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） 電池セルと枠部材とが交互に積層された積層体を有する電池モジュールであって、
前記枠部材は、周方向に連続する外枠部と、該外枠部の内周側にあり少なくとも一部で前記電池セルと接触する内側部と、を有しており、
前記外枠部は、硬質樹脂製であり、
前記内側部には、前記電池セルと接触する範囲に軟質樹脂製の弾性部材が設けられており、
前記積層体の積層方向に隣り合う位置に配置される２つの枠部材の一方である第１の枠部材の外枠部と、前記２つの枠部材の他方である第２の枠部材の外枠部とは、互いに結合されている、電池モジュール。
（２） 前記第１の枠部材に、爪と爪受けの一方からなる第１の係合部が設けられており、前記第２の枠部材に、前記爪と前記爪受けの他方からなる第２の係合部が設けられており、
前記第１の係合部と前記第２の係合部とを互いに係合させることで、前記第１の枠部材の外枠部と前記第２の枠部材の外枠部とは、互いに結合されている、（１）記載の電池モジュール。
（３） 前記第１の枠部材の外枠部に、前記第２の枠部材に接近する方向に延びる突出片が設けられており、該突出片に前記第１の係合部が設けられている、（２）記載の電池モジュール。
（４） 前記突出片は、延び方向中間部に設けられる段部と、該段部よりも延び方向先側にある突出片前部と、前記段部よりも延び方向の手前側にあり前記第１の枠部材の外枠部に連なる突出片後部と、を有しており、
前記第１の係合部は、前記突出片前部に設けられている、（３）記載の電池モジュール。
（５） 前記第１の枠部材の外枠部から前記突出片後部にわたって連続するリブが設けられている、（４）記載の電池モジュール。
（６） 前記外枠部は、前記積層体の積層方向から見たときに、前記内側部の上側に位置する上辺と、前記内側部の下側に位置する下片と、前記内側部の右側に位置する右片と、前記内側部の左側に位置する左片と、の４辺を有しており、
前記４辺のそれぞれで、前記第１の枠部材の外枠部と前記第２の枠部材の外枠部とは、互いに結合されている、（１）～（５）記載の電池モジュール。
（７） 前記内側部の弾性部材は、前記枠部材の前記積層方向の両面に設定されており該枠部材を貫通して繋がっている、（１）～（６）記載の電池モジュール。

上記（１）の電池モジュールでは、つぎの効果を得ることができる。
積層体の積層方向に隣り合う位置に配置される２つの枠部材である第１、第２の枠部材の外枠部同士が、互いに結合されているため、第１、第２の枠部材の相対動を抑制できる。したがって、枠部材が、軟質樹脂製の弾性部材が設けられる内側部を有する場合であっても、積層体の積層方向において電池モジュールの中央部における振幅を比較的小さくできる。

また、枠部材が、電池セルと接触する範囲に軟質樹脂製の弾性部材が設けられる内側部を有するため、電池モジュールに上下方向の振動が加わった場合であっても、弾性部材と電池セルが振動することで振動エネルギーの少なくとも一部を吸収できる。その結果、電池モジュールの振幅の増大化を抑制できる。

上記（２）の電池モジュールでは、つぎの効果を得ることができる。
爪と爪受けの一方からなる第１の係合部と、爪と爪受けの他方からなる第２の係合部とを互いに係合させることで、第１の枠部材と第２の枠部材とが互いに結合されるため、簡易な構造で第１の枠部材と第２の枠部材とを結合することができる。また、第１の係合部を第１の枠部材の外枠部に一体に形成することができ、第２の係合部を第２の枠部材の外枠部に一体に形成することができ、コスト上有利である、

上記（３）の電池モジュールでは、つぎの効果を得ることができる。
突出片に第１の係合部が設けられているため、突出片を撓ませることで第１の係合部を第２の係合部に係合させることができる。

上記（４）の電池モジュールでは、つぎの効果を得ることができる。
第１の係合部が突出片前部に設けられているため、突出片前部を撓ませることで第１の係合部を第２の係合部に係合させることができる。

上記（５）の電池モジュールでは、つぎの効果を得ることができる。
第１の枠部材の外枠部から突出片後部にわたって連続するリブが設けられているため、突出片前部を撓ませて第１の係合部を第２の係合部に係合させるときに、突出片後部と第１の枠部材の外枠部とが撓むこと（変形すること）を抑制することができる。

上記（６）の電池モジュールでは、つぎの効果を得ることができる。
外枠部の上下左右の４辺のそれぞれ（４辺の全部）で、第１の枠部材の外枠部と第２の枠部材の外枠部とが結合されているため、４辺全てで結合されていない場合に比べて、第１の枠部材と第２の枠部材との相対動を強固に抑制できる。よって、電池モジュールの積層方向の中央部における振幅を小さくする点において極めて有利である。

上記（７）の電池モジュールでは、つぎの効果を得ることができる。
内側部の弾性部材が、枠部材の積層方向の両面に設定されており枠部材を貫通して繋がっているため、電池モジュールに上下方向の振動が加わった場合であっても、弾性部材と電池セルが振動することで振動エネルギーを効率よく吸収できる。その結果、電池モジュール全体での振幅の増大化を効率よく抑制できる。

本発明実施例の電池モジュールの平面図である。 本発明実施例の電池モジュールの部分分解断面図である。 本発明実施例の電池モジュールにおける枠部材の、積層方向の一側から見たときにおける斜視図である。 本発明実施例の電池モジュールにおける枠部材の、積層方向の他側から見たときにおける斜視図である。 本発明実施例の電池モジュールにおける枠部材の、正面図である。 本発明実施例の電池モジュールにおける枠部材の、部分拡大平面図である。 本発明実施例の電池モジュールの、第１の枠部材と第２の枠部材との結合状態を示す部分拡大断面図である。 本発明実施例の電池モジュールにおける枠部材の、枠部材の内側部の一部のみに弾性部材が設けられている場合の、正面図である。 本発明実施例の電池モジュールにおける枠部材の、枠部材の内側部の一部のみに弾性部材が設けられている場合の、正面図である。 本発明実施例の電池モジュールにおける枠部材の、枠部材の内側部の一部のみに弾性部材が設けられている場合の、断面図である。 本発明実施例の電池モジュールにおける枠部材の、弾性部材のリブの拡大断面図である。 弾性部材のリブの、図１１に示す場合よりも高さが大とされている場合の、拡大断面図である。なお、図中点線は、図１１に示す場合を示している。 弾性部材のリブの、図１１に示す場合よりも幅が大とされている場合の、拡大断面図である。なお、図中点線は、図１１に示す場合を示している。 弾性部材のリブの、先細り形状とされている場合の、拡大断面図である。なお、図中点線は、図１１に示す場合を示している。 本発明実施例の電池モジュールにおける枠部材の、弾性部材のリブが正面視で丸形状とされている場合の、正面図である。 従来の電池モジュールの分解斜視図である。 従来の電池モジュールの、リブが積層方向に変形したときの側面図である。

以下に、図１～図１５を参照して、本発明実施例の電池モジュールを説明する。

本発明実施例の電池モジュール１０は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される。

本発明実施例の電池モジュール１０は、図１に示すように、発熱体である電池セル２０と、枠部材３０とが交互に積層された積層体４０と、を有する。電池モジュール１０は、また、積層体４０の積層方向Ｄの両外側に配置されるエンドプレート５０を有する。

〔エンドプレート５０〕
エンドプレート５０は、積層体４０の積層方向Ｄの一側に配置される第１のエンドプレート５１と、積層体４０の積層方向Ｄの他側に配置される第２のエンドプレート５２と、を有する。第１のエンドプレート５１と第２のエンドプレート５２とで、積層体４０を積層方向Ｄの両側から挟んでいる。

第１、第２のエンドプレート５１，５２は、積層方向Ｄに延びる図示略の拘束バンドにて互いに結合されている。拘束バンドと第１、第２のエンドプレート５１，５２とは、ビス、ボルト等を用いて結合されている。

〔積層体４０の電池セル２０〕
電池セル（セルといってもよい。）２０は、上部に設けられる端子２１を除いて、略正面視矩形の角形電池である。電池セル２０は、たとえばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池である。各電池セル２０は、直列接続されている。

〔積層体４０の枠部材３０〕
枠部材３０は、樹脂製である。枠部材３０は、電気絶縁材である。枠部材３０は、図５に示すように、正面視で（積層体４０の積層方向Ｄから見たときに）ほぼ矩形である。枠部材３０は、正面視で、周方向に全周にわたって連続して設けられる外枠部３１と、外枠部３１の内周側にあり少なくとも一部で電池セル２０と接触する内側部３２と、を有している。

外枠部３１は、硬質樹脂製であり、硬質樹脂は、たとえばＰＰ（ポリプロピレン）である。外枠部３１は、正面視で、内側部３２の上側に位置する上辺３１ａと、内側部３２の下側に位置する下片３１ｂと、内側部３２の右側に位置する右片３１ｃと、内側部３２の左側に位置する左片３１ｄと、の４辺を有している。右片３１ｃと左片３１ｄは、逆であってもよい。

内側部３２には、電池セル２０と接触する範囲に、外枠部３１の材料の硬質樹脂よりも軟質で弾性変形可能な軟質樹脂製の弾性部材３２ａが設けられている。軟質樹脂は、たとえばエラストマ（弾性体）である。弾性部材３２ａは内側部３２の一部である。

弾性部材３２ａは、図５に示すように、正面視で内側部３２の全体に設けられている。ただし、弾性部材３２ａは、図８、図９に示すように、正面視で内側部３２の一部のみに設けられていてもよい。これにより、弾性部材３２ａと電池セル２０との接触範囲を変更でき、弾性部材３２ａの変形のし易さ（柔らかさ）を調節できる。
なお、図８は、弾性部材３２ａが、内側部３２に設けられる楕円部３２ｃの内側のみに設けられる場合を示している。また、図９は、弾性部材３２ａが、内側部３２に左右方向に断続的に設けられる場合を示している。

弾性部材３２ａが内側部３２の一部のみに設けられる場合、弾性部材３２ａを除く内側部３２は、外枠部３１と同じ硬質樹脂製であり、外枠部３１と一体に形成されていることが望ましい。

弾性部材３２ａは、図２に示すように、枠部材３０の積層方向Ｄの両面３０ａ、３０ｂに設定されており枠部材３０を積層方向Ｄに貫通して繋がっている。ただし、枠部材３０の積層方向Ｄの両面３０ａ、３０ｂに設定される弾性部材３２ａは、図１０に示すように、その一部が枠部材３０を積層方向に貫通して繋がっていなくてもよい。これにより、弾性部材３２ａの変形のし易さを調節できる。

枠部材３０の両面３０ａ、３０ｂに設定される弾性部材３２ａには、積層方向Ｄの外側に突出する複数の流路形成リブ３２ｂが一体形成されている。流路形成リブ３２ｂは、積層方向Ｄから見たとき、図５に示すように線状であってもよく、図１５に示すように点状であってもよく、図示は省略するがその他の形状であってもよい。また、流路形成リブ３２ｂの断面形状は、図１１に示すように矩形であってもよく、図１２に示すように図１１に示す場合よりも高さが大とされた矩形であってもよく、図１３に示すように図１１に示す場合よりも幅が大とされた矩形であってもよく、図１４に示すように先細りする形状であってもよい。

流路形成リブ３２ｂが弾性部材３２ａに設けられているため、弾性部材３２ａと該弾性部材３２ａに対向する位置にある電池セル２０との間に冷媒流路が形成される。冷媒流路には電池セル２０を冷却する冷媒（たとえば空気）が流れるようになっている。なお、本発明図示例では、流路形成リブ３２ｂは枠部材３０の両面３０ａ、３０ｂに設けられているが、流路形成リブ３２ｂは枠部材の面３０ａのみに設けられていてもよく、面３０ｂのみに設けられていてもよい。すなわち流路形成リブ３２ｂは、枠部材３０の面３０ａ、３０ｂの少なくともいずれか一方のみに設けられていればよい。

図２に示すように、枠部材３０が、硬質樹脂製からなる部分（外枠部３１と弾性部材３２ａを除く内側部３２）と、弾性部材３２ａが設けられる部分と、を有している。そのため、枠部材３０は、２種類の樹脂材料を用いて製造されている。枠部材３０は、特に限定されるものではないが、たとえば二色成形にて製造される。

図７に示すように、積層体４０の積層方向Ｄに隣り合う２つの枠部材３０，３０の外側部３１同士は、互いに結合されている。すなわち、積層体４０の積層方向Ｄに隣り合う位置に配置される２つの枠部材３０，３０の一方である第１の枠部材３０Ａの外枠部３１と、２つの枠部材３０，３０の他方である第２の枠部材３０Ｂの外枠部３１とは、互いに結合されている。

第１の枠部材３０Ａに、爪と爪受けの一方からなる第１の係合部３３が設けられており、第２の枠部材３０Ｂに、爪と爪受けの他方からなる第２の係合部３４が設けられている。そして、第１の係合部３３と第２の係合部３４を係合させることで、第１の枠部材３０Ａと第２の枠部材３０Ｂとが、互いに結合される。

第２の枠部材３０Ｂに設けられる第２の係合部３４は、第１の枠部材３０Ａに設けられる第１の係合部３３と同数設けられており、第１の係合部３３に対応する位置に設けられている。

図６、図７に示すように、第１の枠部材３０Ａの外枠部３１には、第２の枠部材３０Ｂに接近する方向に延びる突出片３５が一体に設けられており、突出片３５に第１の係合部３３が設けられている。

突出片３５は、突出片３５の延び方向中間部に設けられる段部３５ａと、段部３５ａよりも延び方向の先側（第２の枠部材３０Ｂ側）にある突出片前部３５ｂと、段部３５ａよりも延び方向の手前側（第１の枠部材３０Ａ側）にある突出片後部３５ｃと、を有する。第１の係合部３３は、突出片３５の突出片前部３５ｂに設けられている。突出片３５は、突出片後部３５ｃで第１の枠部材３０Ａの外枠部３１に連なっている。

突出片３５は、図３に示すように、第１の外側部３０Ａの外側部３１の、上下左右の４辺３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄのそれぞれに設けられている。４辺３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの各辺に設けられる突出片３５の数は、１個であってもよく、複数であってもよい。なお、図示例では、上辺３１ａと下片３１ｂには突出片３５がそれぞれ２個設けられ、右片３１ｃと左片３１ｄには突出片３５がそれぞれ１個設けられる場合を示している。

第１の係合部３３は、複数の突出片３５の全部に設けられている。また、第２の枠部材３０Ｂの第２の係合部３４は、第１の係合部３３と同数設けられており第１の係合部３３に対応する位置に設けられている。そのため、４辺３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄのそれぞれで、第１の枠部材３０Ａの外枠部３１と第２の枠部材３０Ｂの外枠部３１とが、互いに結合されている。

突出片３５には、突出片３５の剛性を向上させるためにリブ３５ｄが一体に形成されている。リブ３５ｄは、突出片後部３５ｃに設けられており、突出片前部３５ｂには設けられていない。リブ３５ｄは、第１の枠部材３０Ａの外枠部３１から突出片後部３５ｃにわたって連続して設けられている。リブ３５ｄは、１個のみ設けられていてもよく、複数設けられていてもよい。

つぎに、本発明実施例の作用、効果を説明する。

（Ａ） 積層体４０の積層方向Ｄに隣り合う位置に配置される２つの枠部材３０である第１、第２の枠部材３０Ａ，３０Ｂの外枠部３１同士が、互いに結合されているため、第１、第２の枠部材３０Ａ，３０Ｂの相対動を抑制できる。したがって、枠部材３０が軟質樹脂製の弾性部材３２ａが設けられる内側部３２を有する場合であって、かつ、車両の走行振動が電池モジュール１０に加わった場合であっても、積層体４０の積層方向Ｄにおいて電池モジュール１０の中央部１０ａにおける振幅を比較的小さくできる。

（Ｂ） 枠部材４０が、電池セル２０と接触する範囲に軟質樹脂製の弾性部材３２ａが設けられる内側部３２を有するため、電池モジュール１０に上下方向の振動が加わった場合であっても、弾性部材３２ａと電池セル２０が振動することで振動エネルギーの少なくとも一部を吸収できる。その結果、電池モジュール１０の振幅の増大化を抑制できる。

（Ｃ） 爪と爪受けの一方からなる第１の係合部３３と、爪と爪受けの他方からなる第２の係合部３４とを互いに係合させることで、第１の枠部材３０Ａと第２の枠部材３０Ｂとが互いに結合されるため、簡易な構造で第１の枠部材３０Ａと第２の枠部材３０Ｂとを結合することができる。また、第１の係合部３３を第１の枠部材３０Ａの外枠部３１に一体に形成することができ、第２の係合部３４を第２の枠部材３０Ｂの外枠部３１に一体に形成することができ、コスト上有利である、

（Ｄ） 突出片３５に第１の係合部３３が設けられているため、突出片３５を撓ませることで第１の係合部３３を第２の係合部３４に係合させることができる。

（Ｅ） 第１の係合部３３が突出片前部３５ｂに設けられているため、突出片前部３５ｂを撓ませることで第１の係合部３３を第２の係合部３４に係合させることができる。

（Ｆ） 第１の枠部材３０Ａの外枠部３１から突出片後部３５ｃにわたって連続するリブ３５ｄが設けられているため、突出片前部３５ｂを撓ませて第１の係合部３３を第２の係合部３４に係合させるときに、突出片後部３５ｃと第１の枠部材３０Ａの外枠部３１とが撓むこと（変形すること）を抑制することができる。

（Ｇ） 外枠部３１の上下左右の４辺３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄのそれぞれ（４辺の全部）で、第１の枠部材３０Ａの外枠部３１と第２の枠部材３０Ｂの外枠部３１とが結合されているため、４辺３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ全てで結合されていない場合に比べて、第１の枠部材３０Ａと第２の枠部材３０Ｂとの相対動を強固に抑制できる。よって、電池モジュール１０の積層方向Ｄの中央部１０ａにおける振幅を小さくする点において極めて有利である。

（Ｈ） 内側部３２の弾性部材３２ａが、枠部材３０の積層方向Ｄの両面３０ａ、３０ｂに設定されており枠部材３０を貫通して繋がっているため、電池モジュール１０に上下方向の振動が加わった場合であっても、弾性部材３２ａと電池セル２０が振動することで振動エネルギーを効率よく吸収できる。その結果、電池モジュール１０全体での振幅の増大化を効率よく抑制できる。

１０ 電池モジュール
１０ａ 電池モジュールの中央部
２０ 電池セル
３０ 枠部材
３０Ａ 第１の枠部材
３０Ｂ 第２の枠部材
３０ａ、３０ｂ 枠部材の両面
３１ 外枠部
３１ａ 上辺
３１ｂ 下片
３１ｃ 右片
３１ｄ 左片
３２ 内側部
３２ａ 弾性部材
３２ｂ 流路形成リブ
３３ 第１の係合部
３４ 第２の係合部
３５ 突出片
３５ａ 段部
３５ｂ 突出片前部
３５ｃ 突出片後部
３５ｄ リブ
４０ 積層体
５０ エンドプレート
５１ 第１のエンドプレート
５２ 第２のエンドプレート
Ｄ 積層体の積層方向

Claims (3)

1. 電池セルと枠部材とが交互に積層された積層体を有する電池モジュールであって、
   前記枠部材は、周方向に連続する外枠部と、該外枠部の内周側にあり少なくとも一部で前記電池セルと接触する内側部と、を有しており、
   前記外枠部は、硬質樹脂製であり、
   前記内側部には、前記電池セルと接触する範囲に軟質樹脂製の弾性部材が設けられており、
   前記積層体の積層方向に隣り合う位置に配置される２つの枠部材の一方である第１の枠部材の外枠部と、前記２つの枠部材の他方である第２の枠部材の外枠部とは、互いに結合されており、
   前記第１の枠部材に、爪と爪受けの一方からなる第１の係合部が設けられており、前記第２の枠部材に、前記爪と前記爪受けの他方からなる第２の係合部が設けられており、
   前記第１の係合部と前記第２の係合部とを互いに係合させることで、前記第１の枠部材の外枠部と前記第２の枠部材の外枠部とは、互いに結合されており、
   前記第１の枠部材の外枠部に、前記第２の枠部材に接近する方向に延びる突出片が設けられており、該突出片に前記第１の係合部が設けられており、
   前記突出片は、延び方向中間部に設けられる段部と、該段部よりも延び方向先側にある突出片前部と、前記段部よりも延び方向の手前側にあり前記第１の枠部材の外枠部に連なる突出片後部と、を有しており、
   前記第１の係合部は、前記突出片前部に設けられており、
   前記第１の枠部材の外枠部から前記突出片後部にわたって連続するリブが設けられており、該リブは前記突出片前部には設けられていない、電池モジュール。
2. 前記外枠部は、前記積層体の積層方向から見たときに、前記内側部の上側に位置する上辺と、前記内側部の下側に位置する下片と、前記内側部の右側に位置する右片と、前記内側部の左側に位置する左片と、の４辺を有しており、
   前記４辺のそれぞれで、前記第１の枠部材の外枠部と前記第２の枠部材の外枠部とは、互いに結合されている、請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記内側部の弾性部材は、前記枠部材の前記積層方向の両面に設定されており該枠部材を貫通して繋がっている、請求項１または請求項２記載の電池モジュール。

Images