JP7455797B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本技術は、電池モジュールに関する。

複数の電池セルとセパレータとを積層し、拘束部材によって積層方向の拘束を行うことによりモジュール化した電池モジュールが従来から知られている。従来の電池モジュールの構造は、国際公開２０１８／０４２７６３号（特許文献１）、特開２０１５－０８４３３１号公報（特許文献２）、特開２０１２－１２３９０５号公報（特許文献３）、国際公開２０１９／０３１１６９号（特許文献４）、特開２０１１－０２３１７９号公報（特許文献５）、特開２０２１－０２６８７５号公報（特許文献６）、特開２０１２－０１４９６２号公報（特許文献７）などに示されている。

国際公開２０１８／０４２７６３号 特開２０１５－０８４３３１号公報 特開２０１２－１２３９０５号公報 国際公開２０１９／０３１１６９号 特開２０１１－０２３１７９号公報 特開２０２１－０２６８７５号公報 特開２０１２－０１４９６２号公報

電池モジュールにおける複数の電池セルは、総端子を介して電池モジュールの外部と電気的に接続される。放電時には複数の電池セルに蓄えられた電力が総端子を介して外部に供給され、充電時には外部電源からの電力が総端子を介して複数の電池セルに供給される。

総端子は、導電経路の周囲を覆う絶縁部を有する。結露などにより絶縁部の表面に導電性を有する不純物（たとえば油分など）が付着した場合でも、絶縁部の表面における意図しない導電経路の形成を抑制することが求められる。従来の電池モジュールは、かかる課題に対処し得る必ずしも十分な構成を有していない。

本技術の目的は、安定した絶縁性を確保可能な電池モジュールを提供することにある。

本技術に係る電池モジュールは、第１の方向に配列された複数の電池セルと、複数の電池セルと電気的に接続された総端子とを備える。複数の電池セルの総電圧は公称５０Ｖ以上である。総端子は、複数の電池セルと電池モジュールの外部とを電気的に接続することが可能な第１導電部と、第１導電部上に設けられた絶縁部と、絶縁部によって第１導電部と絶縁された第２導電部とを含む。絶縁部の撥水角は６０°以上である。絶縁部上における第１導電部から第２導電部までの沿面距離は２０ｍｍ未満である。沿面距離を算出するための仮想線は２つ以上の屈曲部を含む。

本技術によれば、安定した絶縁性を確保可能な電池モジュールを提供することができる。

電池モジュールの斜視図である。 電池モジュールに含まれる電池セルを示す斜視図である。 電池モジュールに含まれる拘束部材を示す図である。 電池モジュールに含まれるバスバーおよび総端子の配置を示す図である。 総端子を示す斜視断面図である。 撥水角について説明するための図である。

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。

また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。

図１は、電池モジュール１の斜視図である。図１に示すように、電池モジュール１は、電池セル１００と、セパレータ部材２００と、エンドプレート３００とを含む。

電池セル１００は、角形の電池セルであって、Ｙ軸方向（第１の方向）に沿って複数設けられる。セパレータ部材２００は、複数の電池セル１００の間に設けられる。セパレータ部材２００は、隣接する電池セル１００の意図しない電気的導通を防止する。セパレータ部材２００は、隣接する電池セル１００の電気的絶縁性を確保する。エンドプレート３００は、Ｙ軸方向において電池モジュール１の両端に配置されている。エンドプレート３００は、電池モジュール１を収納するケースなどの基台に固定される。

図２は、電池セル１００を示す斜視図である。図２に示すように、電池セル１００は、角型形状を有する。電池セル１００は、電極端子１１０と、筐体１２０と、ガス排出弁１３０とを有する。

電極端子１１０は、筐体１２０上に形成されている。電極端子１１０は、Ｙ軸方向（第１の方向）に直交するＸ軸方向（第２の方向）に沿って並ぶ正極端子１１１および負極端子１１２を有する。正極端子１１１および負極端子１１２は、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。

筐体１２０は、直方体形状を有し、電池セル１００の外観をなしている。筐体１２０は、図示しない電極体および電解液を収容するケース本体１２０Ａと、ケース本体１２０Ａの開口を封止する封口板１２０Ｂとを含む。封口板１２０Ｂは、溶接によりケース本体１２０Ａに接合される。

筐体１２０は、上面１２１と、下面１２２と、第１側面１２３と、第２側面１２４と、２つの第３側面１２５とを有する。

上面１２１は、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に直交するＺ軸方向（第３の方向）に直交する平面である。上面１２１には、電極端子１１０が配置されている。下面１２２は、Ｚ軸方向に沿って上面１２１に対向している。

第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に直交する平面からなる。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、筐体１２０が有する複数の側面のうちで最も大きい面積を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、矩形形状を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、Ｘ軸方向が長手方向となり、Ｚ軸方向が短手方向となる矩形形状を有する。

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１００，１００の間において、第１側面１２３どうし、第２側面１２４どうしが向かい合わせとなるように積層されている。これにより、複数の電池セル１００が積層されるＹ軸方向において、正極端子１１１と負極端子１１２とが、交互に並んでいる。

ガス排出弁１３０は、上面１２１に設けられている。ガス排出弁１３０は、電池セル１００の温度が上昇し（熱暴走）、筐体１２０の内部で発生したガスにより筐体１２０の内圧が所定値以上となった場合に、そのガスを筐体１２０の外部に排出する。

図３は、拘束部材４００を示す図である。図３に示すように、拘束部材４００は、２つのエンドプレート３００を互いに接続する。複数の電池セル１００、セパレータ部材２００およびエンドプレート３００の積層体に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材４００をエンドプレート３００に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート３００を接続する拘束部材４００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材４００は、２つのエンドプレート３００を互いに近づける方向に押圧する。

拘束部材４００は、たとえばアルミニウム、鉄またはステンレスからなる。拘束部材４００を構成する素材は、これらに限定されない。

図４は、バスバー５００および総端子６００の配置を示す図である。バスバー５００は、複数の電池セル１００の電極端子１１０どうしを接続する。本実施の形態に係る電池モジュール１においては、隣接する電池セル１００の正極端子１１１と負極端子１１２とがバスバー５００により電気的に接続され、複数の電池セル１００が電気的に直列接続される。

図４の例において、総端子６００は、Ｙ軸方向の両端部に位置する２つの電池セル１００の電極端子１１０に接続される。総端子６００は、電池モジュール１の外部（他の電池モジュール１を含む。）と電気的に接続される端子である。

図５は、総端子６００を示す斜視断面図である。図５に示すように、総端子６００は、第１導電部６１０と、第２導電部６２０と、絶縁部６３０とを含む。

第１導電部６１０は、複数の電池セル１００と電池モジュール１の外部とを電気的に接続する。第１導電部６１０は、電池セル１００の電極端子１１０に係合される。第２導電部６２０は、接地電位（ＧＮＤ）の拘束部材４００と電気的に接続される。第２導電部６２０は、絶縁部６３０によって第１導電部６１０と電気的に絶縁される。

絶縁部６３０は、第１導電部６１０および第２導電部６２０上に設けられる。絶縁部６３０の表面は、たとえばポリプロピレンなどの絶縁性樹脂により形成され得る。絶縁部６３０にタルク等の素材が含まれていてもよい。絶縁部６３０は、たとえば射出成型（樹脂成型）などにより形成され得る。

結露水に混入した油分など、導電性を有する不純物が絶縁部６３０の表面に付着する場合がある。このとき、絶縁部６３０の表面における意図しない導電経路の形成を抑制することが求められる。本実施の形態に係る電池モジュール１において、複数の電池セルの総電圧は公称５０Ｖ以上程度である。かかる高出力の電池モジュール１においても、安定した絶縁性を確保することが要請される。

本実施の形態に係る総端子６００においては、絶縁部６３０の表面の撥水角を６０°以上程度としている。図６は、撥水角θについて説明するための図である。図６（ａ）のように撥水角θが大きい場合、図６（ｂ）のように撥水角θが小さい場合と比較して、絶縁部６３０の表面に結露水が付着した場合でも、その結露水の拡がりを小さくすることができる。この結果、絶縁部６３０の表面における意図しない導電経路の形成を抑制することが可能である。

本明細書における「撥水角」は、θ／２法により用いられる。すなわち、総端子６００の絶縁部６３０の表面に水を垂らし、液滴の半径ｒと高さｈを計測し、測定値を下記式に代入してθを求める。
θ＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｒ）

上記の代替として、液滴の左右端点と頂点とを結ぶ直線の絶縁部６３０の表面に対する角度を求め、これを２倍することでθを求めてもよい。

液滴の寸法（半径ｒ、高さｈ）を計測するにあたっては、意図しない導電経路の形成が問題になり得る部分（第１導電部６１０から第２導電部６２０までの沿面距離を算出するための仮想線Ａ，Ｂを含む部分）の絶縁部６３０がテストピースとして取り出される。テストピースは、マイクロスコープ（写真撮影および寸法測定が可能な機器であればよく、特に限定されない。）上に載置され、たとえば１ｍＬシリンジ（滴下量を測定できるものであればよく、特に限定されない。）により約１０μＬの液滴がテストピース上に滴下される。そして、液滴の側面側から液滴の寸法が計測され、撥水角θが算出される。

本実施の形態に係る総端子６００において、絶縁部６３０の表面上における第１導電部６１０から第２導電部６２０までの沿面距離は２０ｍｍ未満程度である。他方、絶縁部６３０上には、リブ６３１，６３２，６３３が形成されている。リブ６３１，６３２，６３３は、第１導電部６１０から第２導電部６２０までの沿面距離を算出するための仮想線Ａ，Ｂが２つ以上の屈曲部を含むように形成されている。リブ６３１，６３２，６３３が形成されることにより、比較的小さな沿面距離しか有さない場合でも、絶縁部６３０の表面における意図しない導電経路の形成を抑制することが可能である。

以上の結果として、本実施の形態に係る電池モジュール１によれば、安定した絶縁性を確保可能な電池モジュールを提供することができる。

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電池モジュール、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、１２０Ａ ケース本体、１２０Ｂ 封口板、１２１ 上面、１２２ 下面、１２３ 第１側面、１２４ 第２側面、１２５ 第３側面、１３０ ガス排出弁、２００ セパレータ部材、３００ エンドプレート、４００ 拘束部材、５００ バスバー、６００ 総端子、６１０ 第１導電部、６２０ 第２導電部、６３０ 絶縁部、６３１，６３２，６３３ リブ。

Claims (4)

1. 第１の方向に配列された複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルと電気的に接続された総端子とを備えた電池モジュールであって、
   前記複数の電池セルの総電圧は公称５０Ｖ以上であり、
   前記総端子は、前記複数の電池セルと前記電池モジュールの外部とを電気的に接続することが可能な第１導電部と、前記第１導電部上に設けられた絶縁部と、前記絶縁部によって前記第１導電部と絶縁された第２導電部とを含み、
   前記絶縁部の撥水角は６０°以上であり、
   前記絶縁部上における前記第１導電部から前記第２導電部までの沿面距離は２０ｍｍ未満であり、
   前記沿面距離を算出するための仮想線は２つ以上の屈曲部を含む、電池モジュール。
2. 前記絶縁部の表面は絶縁性樹脂により形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記絶縁性樹脂はポリプロピレンを含む、請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記絶縁部は成型により形成される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
   

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