JPWO2020110449A1 - 電池モジュール - Google Patents

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Abstract

電池モジュールの信頼性を高めるために、電池モジュール（１）は、積層された複数の電池（１４）を有する電池積層体（２）であって、各電池（１４）が上面に出力端子を有する電池積層体（２）と、複数の電池（１４）の側面に沿って電池（１４）の積層方向（Ｘ）に延びる平面部（５４）を有し、複数の電池（１４）を拘束する拘束部材（１２）と、各電池（１４）と平面部（５４）との間に介在する第１部分（５０）を有し、各電池（１４）および平面部（５４）を絶縁するサイドセパレータ（１０）と、を備える。各電池（１４）と第１部分（５０）とは、毛細管現象による水（Ｗ）の移動を抑制する大きさの隙間（Ｇ）をあけて配置される。

Description

本発明は、電池モジュールに関する。
例えば車両用等の、高い出力電圧が要求される電源として、複数個の電池が電気的に接続された電池モジュールが知られている。このような電池モジュールに関して、特許文献１には、扁平角形の電池が厚さ方向にスペーサ部材と交互に積層された電池モジュールが開示されている。この電池モジュールが備えるスペーサ部材は、電池の幅方向の両側に配置されて幅方向に沿う電池側面と対向する第１部分と、この第１部分に接続されて二次電池の厚さ方向に沿う電池側面と対向する第２部分と、を有していた。つまり、スペーサ部材の第１部分は、隣り合う電池間に介在して両者の絶縁性を確保していた。また、スペーサ部材の第２部分は、各電池の側面と、電池の積層方向に延びて複数の電池を拘束するバインドバーとの間に介在して、両者の絶縁性を確保していた。
国際公開２０１７／０５７２０７号
電池モジュールでは、上述のスペーサ部材の設置のように、各電池が他の電池や電池以外の部材との間で短絡しないよう対策が採られている。
ここで、短絡の原因としては、電池モジュールの使用時にモジュール表面に生じる結露水や、モジュール外部から侵入する水等が考えられる。本発明者らは、これらの水による短絡について鋭意研究を重ねた結果、従来の電池モジュールには、これらの水に起因する短絡をより確実に防いで電池モジュールの信頼性を高める余地があることを認識するに至った。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池モジュールの信頼性を高めるための技術を提供することにある。
本発明のある態様は、電池モジュールである。この電池モジュールは、積層された複数の電池を有する電池積層体であって、各電池が上面に出力端子を有する電池積層体と、複数の電池の側面に沿って電池の積層方向に延びる平面部を有し、複数の電池を拘束する拘束部材と、各電池と平面部との間に介在する第１部分を有し、各電池および平面部を絶縁するサイドセパレータと、を備え、各電池と第１部分とは、毛細管現象による水の移動を抑制する大きさの隙間をあけて配置される。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、電池モジュールの信頼性を高めることができる。
実施の形態１に係る電池モジュールの分解斜視図である。 電池モジュールの底部を拡大して示す断面図である。 サイドセパレータおよび拘束部材の斜視図である。 実施の形態２に係る電池モジュールが備えるサイドセパレータおよび拘束部材の斜視図である。 図５（Ａ）は、サイドセパレータおよび拘束部材の底部を拡大して示す斜視図である。図５（Ｂ）は、サイドセパレータの底部を拡大して示す断面図である。 実施の形態３に係る電池モジュールが備えるサイドセパレータおよび拘束部材の斜視図である。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、特に言及がない限りこの用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電池モジュールの分解斜視図である。電池モジュール１は、電池積層体２と、一対のエンドプレート４と、冷却プレート６と、熱伝導層８と、サイドセパレータ１０と、拘束部材１２と、を備える。
電池積層体２は、複数の電池１４と、セル間セパレータ１６と、を有する。各電池１４は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電可能な二次電池である。電池１４は、いわゆる角形電池であり、扁平な直方体形状の外装缶１８を有する。外装缶１８の一面には図示しない略長方形状の開口が設けられ、この開口を介して外装缶１８に電極体や電解液等が収容される。外装缶１８の開口には、外装缶１８を封止する封口板２０が設けられる。
封口板２０には、長手方向の一端寄りに正極の出力端子２２が設けられ、他端寄りに負極の出力端子２２が設けられる。一対の出力端子２２はそれぞれ、電極体を構成する正極板、負極板と電気的に接続される。以下では適宜、正極の出力端子２２を正極端子２２ａと称し、負極の出力端子２２を負極端子２２ｂと称する。また、出力端子２２の極性を区別する必要がない場合、正極端子２２ａと負極端子２２ｂとをまとめて出力端子２２と称する。外装缶１８、封口板２０および出力端子２２は導電体であり、例えば金属製である。封口板２０と外装缶１８の開口とは、溶接等により接合される。各出力端子２２は、封口板２０に形成された貫通孔（図示せず）に挿通される。各出力端子２２と各貫通孔との間には、絶縁性のシール部材（図示せず）が介在する。
本実施の形態において、各電池１４は、出力端子２２が鉛直方向上方を向くように配置される。したがって、各電池１４は上面に出力端子２２を有する。また、各電池１４は、上面と対向する底面と、上面および底面をつなぐ２つの主表面を有する。この主表面は、電池１４が有する６つの面のうち面積の最も大きい面である。また、主表面は、上面および底面の長辺に接続される長側面である。上面、底面および２つの主表面を除いた残り２つの面は、電池１４の側面である。この側面は、上面および底面の短辺に接続される短側面である。また、電池積層体２において電池１４の上面側の面が電池積層体２の上面であり、電池１４の底面側の面が電池積層体２の底面であり、電池１４の短側面側の面が電池積層体２の側面である。
封口板２０には、一対の出力端子２２の間に弁部２４が設けられる。弁部２４は、安全弁とも呼ばれ、電池１４の内部のガスを放出するための機構である。弁部２４は、外装缶１８の内圧が所定値以上に上昇した際に開弁して、内部のガスを放出できるように構成される。弁部２４は、例えば、封口板２０の一部に設けられる、他部よりも厚さが薄い薄肉部と、この薄肉部の表面に形成される線状の溝とで構成される。この構成では、外装缶１８の内圧が上昇すると、溝を起点に薄肉部が裂けることで開弁される。各電池１４の弁部２４は、後述する排気ダクト３８に接続され、電池内部のガスは弁部２４から排気ダクト３８に排出される。
また、電池１４は、絶縁フィルム２６を有する。絶縁フィルム２６は、例えば筒状のシュリンクチューブであり、外装缶１８を内部に通した後に加熱される。これにより、絶縁フィルム２６は収縮し、外装缶１８の２つの主表面および２つの側面を被覆する。絶縁フィルム２６により、隣り合う電池１４間、あるいは電池１４とエンドプレート４との間の短絡を抑制することができる。絶縁フィルム２６を構成する材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等が例示される。
複数の電池１４は、隣り合う電池１４の主表面同士が対向するようにして所定の間隔で積層される。なお、「積層」は、任意の１方向に複数の部材を並べることを意味する。したがって、電池１４の積層には、複数の電池１４を水平に並べることも含まれる。また、隣接する２つの電池１４は、一方の電池１４の正極端子２２ａと他方の電池１４の負極端子２２ｂとが隣り合うように積層される。
セル間セパレータ１６は、絶縁スペーサとも呼ばれ、例えば絶縁性を有する樹脂シートからなる。セル間セパレータ１６を構成する樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ノリル（登録商標）樹脂（変性ＰＰＥ）等の熱可塑性樹脂が例示される。セル間セパレータ１６は、隣接する２つの電池１４の間に配置されて、当該２つの電池１４間を電気的に絶縁する。
電池積層体２は、一対のエンドプレート４で挟まれる。一対のエンドプレート４は、電池１４の積層方向Ｘにおける電池積層体２の両端に配置される。一対のエンドプレート４は、積層方向Ｘにおける両端に位置する電池１４と、外端セパレータ５を介して隣り合う。外端セパレータ５は、セル間セパレータ１６と同じ樹脂材料で構成することができる。各エンドプレート４は、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属で構成される金属板である。エンドプレート４と電池１４との間に外端セパレータ５が介在することで、両者が絶縁される。
各エンドプレート４は、電池１４の積層方向Ｘと直交する方向Ｙ、つまり一対の出力端子２２が並ぶ方向を向く２つの面に、締結孔４ａを有する。本実施の形態では、３つの締結孔４ａが、電池積層体２および冷却プレート６の配列方向Ｚに所定の間隔をあけて配置されている。締結孔４ａが設けられる面は、拘束部材１２の平面部５４と対向する面である。
電池積層体２の上面には、バスバープレート２８が載置される。バスバープレート２８は、複数の電池１４における出力端子２２が設けられた面を覆う板状の部材である。バスバープレート２８は、各電池１４の弁部２４に対応する位置に、弁部２４を露出させる複数の開口部３２を有する。また、バスバープレート２８は、開口部３２の上方を覆うダクト天板３４と、開口部３２の側方を囲う側壁３６と、を有する。ダクト天板３４が側壁３６の上端に固定されることで、バスバープレート２８に排気ダクト３８が形成される。各弁部２４は、開口部３２を介して排気ダクト３８に連通される。
また、バスバープレート２８は、電池１４の出力端子２２に対応する位置に、出力端子２２を露出させる開口部４０を有する。各開口部４０には、バスバー４２が載置される。複数のバスバー４２は、バスバープレート２８によって支持される。各開口部４０に載置されたバスバー４２によって、隣り合う電池１４の正極端子２２ａと負極端子２２ｂとが電気的に接続される。
バスバー４２は、銅やアルミニウム等の金属で構成される略帯状の部材である。バスバー４２は、一方の端部が一方の電池１４の正極端子２２ａに接続され、他方の端部が他方の電池１４の負極端子２２ｂに接続される。なお、バスバー４２は、隣接する複数個の電池１４における同極性の出力端子２２どうしを並列接続して電池ブロックを形成し、さらに電池ブロックどうしを直列接続してもよい。
積層方向Ｘにおいて両端に位置する電池１４の出力端子２２に接続されるバスバー４２は、外部接続端子４４を有する。外部接続端子４４は、後述するトップカバー６０の端子部６２に電気的に接続される。外部接続端子４４は、端子部６２を介して外部負荷（図示せず）に接続される。また、バスバープレート２８には、電圧検出線４６が載置される。電圧検出線４６は、複数の電池１４に電気的に接続されて各電池１４の電圧を検出する。電圧検出線４６は、複数の導線（図示せず）を有する。各導線は、一端が各バスバー４２に接続され、他端がコネクタ４８に接続される。コネクタ４８は、外部の電池ＥＣＵ（図示せず）等に接続される。電池ＥＣＵは、各電池１４の電圧等の検知、各電池１４の充放電等を制御する。
冷却プレート６は、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料で構成される。冷却プレート６は、電池積層体２に熱的に接続されて、つまり電池積層体２に熱交換可能に接続されて、各電池１４を冷却する。本実施の形態では、冷却プレート６の主表面に電池積層体２が載置される。電池積層体２は、底面が冷却プレート６側を向くようにして、冷却プレート６に載置される。なお、冷却プレート６は、水やエチレングリコール等の冷媒が流れる流路を内部に有してもよい。これにより、電池１４の冷却効率をより高めることができる。
電池積層体２と冷却プレート６との間には、絶縁性の熱伝導層８が介在する。つまり、冷却プレート６は、熱伝導層８を介して電池積層体２に熱的に接続される。本実施の形態の熱伝導層８は、電池積層体２の底面全体を覆っている。熱伝導層８の熱伝導率は空気の熱伝導率よりも高い。熱伝導層８は、例えばアクリルゴムシートやシリコーンゴムシート等の、良好な熱伝導性を有する公知の樹脂シート等で構成することができる。
熱伝導層８を電池積層体２と冷却プレート６との間に介在させることで、各電池１４の冷却効率を高めることができるとともに、各電池１４をより均一に冷却することができる。また、熱伝導層８が絶縁性を有することで、熱伝導層８を介して電池積層体２と冷却プレート６とが電気的に接続されてしまうことを回避することができる。さらに、熱伝導層８によって、電池積層体２および冷却プレート６の配列方向Ｚと垂直な方向（つまり、ＸＹ平面の延在方向）における電池積層体２と冷却プレート６とのずれを抑制することができる。
サイドセパレータ１０は、電池１４の積層方向Ｘに長い長尺状の部材である。本実施の形態では、電池１４の積層方向Ｘと直交する方向Ｙに、一対のサイドセパレータ１０が配列される。各サイドセパレータ１０は、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。サイドセパレータ１０を構成する樹脂としては、セル間セパレータ１６と同様に、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ノリル（登録商標）樹脂（変性ＰＰＥ）等の熱可塑性樹脂が例示される。
一対のサイドセパレータ１０の間には、電池積層体２、一対のエンドプレート４、冷却プレート６および熱伝導層８が配置される。各サイドセパレータ１０は、第１部分５０と、第２部分５２と、第３部分５３と、を有する。第１部分５０は、矩形状であり、各電池１４の側面、つまり電池積層体２の側面に沿って電池１４の積層方向Ｘに延びる。第２部分５２は、積層方向Ｘに延びる帯状であり、第１部分５０の下辺から電池積層体２側に突出する。第３部分５３は、積層方向Ｘに延びる帯状であり、第１部分５０の上辺から電池積層体２側に突出する。
拘束部材１２は、バインドバーとも呼ばれ、電池１４の積層方向Ｘに長い長尺状の部材である。本実施の形態では、電池１４の積層方向Ｘと直交する方向Ｙに、一対の拘束部材１２が配列される。各拘束部材１２は、鉄やステンレス鋼等の金属で構成される。一対の拘束部材１２の間には、電池積層体２、一対のエンドプレート４、冷却プレート６、熱伝導層８および一対のサイドセパレータ１０が配置される。
各拘束部材１２は、平面部５４と、一対の腕部５６と、を有する。平面部５４は、矩形状であり、各電池１４の側面、つまり電池積層体２の側面に沿って電池１４の積層方向Ｘに延びる。一対の腕部５６は、平面部５４の端部から電池積層体２側に突出するとともに、電池積層体２および冷却プレート６の配列方向Ｚで対向する。つまり、一方の腕部５６は、平面部５４の上辺から電池積層体２側に突出し、他方の腕部５６は、平面部５４の下辺から電池積層体２側に突出する。一対の腕部５６の間には、電池積層体２、冷却プレート６、熱伝導層８および一対のサイドセパレータ１０が配置される。
平面部５４における各エンドプレート４と対向する領域には、コンタクトプレート６８が溶接等により固定される。コンタクトプレート６８は、配列方向Ｚに長い部材である。コンタクトプレート６８には、エンドプレート４の締結孔４ａに対応する位置に、コンタクトプレート６８を方向Ｙに貫通する貫通孔７０が設けられる。また、平面部５４は、コンタクトプレート６８の貫通孔７０に対応する位置に、平面部５４を方向Ｙに貫通する貫通孔５８を有する。
各拘束部材１２の平面部５４に一対のエンドプレート４が係合することで、複数の電池１４が積層方向Ｘに拘束される。具体的には、複数の電池１４と複数のセル間セパレータ１６とが交互に配列されて電池積層体２が形成され、電池積層体２が外端セパレータ５を介して一対のエンドプレート４で方向Ｘに挟まれる。また、電池積層体２の底面に熱伝導層８が配置され、さらに熱伝導層８を挟んで電池積層体２と対向するように冷却プレート６が配置される。この状態で、電池積層体２、一対のエンドプレート４、冷却プレート６および熱伝導層８が、一対のサイドセパレータ１０で方向Ｙに挟まれる。さらに、一対のサイドセパレータ１０の外側から、一対の拘束部材１２が全体を方向Ｙに挟み込む。
一対のエンドプレート４と一対の拘束部材１２とは、締結孔４ａ、貫通孔７０および貫通孔５８が重なり合うように、互いに位置合わせされる。そして、ねじ等の締結部材５９が貫通孔５８および貫通孔７０に挿通され、締結孔４ａに螺合される。これにより、一対のエンドプレート４と一対の拘束部材１２とが固定される。一対のエンドプレート４と一対の拘束部材１２とが係合されることで、複数の電池１４は、積層方向Ｘにおいて締め付けられて拘束される。これにより、各電池１４は、積層方向Ｘにおいて位置決めされる。また、複数の電池１４の上面および底面は、配列方向Ｚにおいて互いに対向する２つの腕部５６に挟まれる。これにより、複数の電池１４は、配列方向Ｚにおいて位置決めされる。
一例として、これらの位置決めが完了した後に、電池積層体２にバスバープレート２８が載置される。そして、各電池１４の出力端子２２にバスバー４２が取り付けられて、複数の電池１４の出力端子２２どうしが電気的に接続される。例えばバスバー４２は、溶接により出力端子２２に固定される。
バスバープレート２８の上面には、トップカバー６０が積層される。トップカバー６０により、電池１４の出力端子２２や弁部２４、バスバー４２等への結露水や塵埃等の接触が抑制される。トップカバー６０は、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。トップカバー６０は、配列方向Ｚで外部接続端子４４と重なる位置に、端子部６２を有する。トップカバー６０は、例えばスナップフィットによりバスバープレート２８に固定される。トップカバー６０がバスバープレート２８に載置された状態で、外部接続端子４４と端子部６２とが接続される。
図２は、電池モジュールの底部を拡大して示す断面図である。図３は、サイドセパレータおよび拘束部材の斜視図である。図２では、電池１４の内部構造の図示を省略している。
本実施の形態の拘束部材１２は、複数の電池１４を電池１４の積層方向Ｘに挟み込むとともに、電池積層体２および冷却プレート６をこれらの配列方向Ｚに挟み込む。具体的には、拘束部材１２は、電池１４の積層方向Ｘにおける平面部５４の両端部が一対のエンドプレート４と係合することで、複数の電池１４を積層方向Ｘに挟み込む（図１，２参照）。また、拘束部材１２は、一対の腕部５６で電池積層体２、熱伝導層８および冷却プレート６を配列方向Ｚに挟み込む。つまり、拘束部材１２は、複数の電池１４を締結する機能と、電池積層体２と冷却プレート６とを締結する機能とを兼ね備えている。したがって、電池積層体２と冷却プレート６とは、従来の構造とは異なり、ねじで非締結である。
サイドセパレータ１０の第１部分５０は、電池積層体２の側面に沿って電池１４の積層方向Ｘに延在する。拘束部材１２の平面部５４は、第１部分５０の外側で、電池積層体２の側面に沿って電池１４の積層方向Ｘに延在する。したがって、サイドセパレータ１０の第１部分５０は、各電池１４の側面と拘束部材１２の平面部５４との間に介在する。これにより、各電池１４の側面と拘束部材１２の平面部５４とが電気的に絶縁される。
サイドセパレータ１０の第２部分５２は、冷却プレート６の下側、つまり電池積層体２とは反対側の主表面に当接する。拘束部材１２における平面部５４の下端から突出する腕部５６は、第２部分５２の外側で、冷却プレート６の下側の主表面に沿って延在する。したがって、サイドセパレータ１０の第２部分５２は、冷却プレート６と拘束部材１２の一方の腕部５６、つまり下側の腕部５６との間に介在する。これにより、冷却プレート６と拘束部材１２とが電気的に絶縁される。
サイドセパレータ１０の第３部分５３は、電池積層体２の上面に当接する。拘束部材１２における平面部５４の上端から突出する腕部５６は、第３部分５３の外側で、電池積層体２の上面に沿って延在する。したがって、サイドセパレータ１０の第３部分５３は、電池積層体２の上面と拘束部材１２の他方の腕部５６、つまり上側の腕部５６との間に介在する。これにより、各電池１４の上面と拘束部材１２とが電気的に絶縁される。
一対の腕部５６によって電池積層体２、熱伝導層８および冷却プレート６が配列方向Ｚに挟み込まれた状態で、熱伝導層８は、電池積層体２および冷却プレート６に押圧されて、弾性変形または塑性変形する。これにより、電池積層体２と冷却プレート６との熱的な接続をより確実に得ることができる。また、電池積層体２全体の冷却の均一化を図ることができる。
サイドセパレータ１０の第３部分５３は、折り返し部６４を有する。折り返し部６４は、第３部分５３の電池積層体２側に突出した先端から、方向Ｙにおける電池モジュール１の外側に向かって延びる。第３部分５３と折り返し部６４との間には、配列方向Ｚに所定の間隔が設けられ、拘束部材１２の上側の腕部５６は、第３部分５３と折り返し部６４との間の空間に差し込まれる。したがって、上側の腕部５６の先端は、サイドセパレータ１０で包み込まれる。
各電池１４と第１部分５０とは、毛細管現象による水Ｗの移動を抑制する大きさの隙間Ｇをあけて配置される。隙間Ｇは、各電池１４の側面と第１部分５０との方向Ｙにおける距離である。結露等に起因して電池１４の上面に生じる水Ｗは、重力により電池１４と第１部分５０との隙間Ｇを伝って電池１４の底面側に流れ落ちる。電池１４の底面側に流れた水Ｗは、拘束部材１２の下側の腕部５６や冷却プレート６等に付着する可能性がある。
各電池１４の側面と第１部分５０との隙間Ｇが、毛細管現象による水Ｗの移動を生じさせる大きさであった場合、電池１４の底面側に流れ落ちた水Ｗが毛細管現象によって隙間Ｇ内で上方に延び拡がるおそれがある。この場合、電池１４の上面と、拘束部材１２における電池１４の底面側の部分（以下では、拘束部材１２の底部という）や冷却プレート６との間に、水Ｗを介した導電経路が形成され、これらが短絡してしまうおそれがある。この短絡の機序は、本発明者らが鋭意研究を重ねた末に初めて見出したものである。
これに対し、各電池１４と第１部分５０との隙間Ｇを、毛細管現象による水Ｗの移動を抑制する大きさとすることで、上述した電池１４と拘束部材１２や冷却プレート６との短絡を抑制することができる。毛細管現象による水Ｗの移動を抑制する大きさは、毛細管現象によって水Ｗが引き上げられる力と自重によって水Ｗが落下する力とのつり合いに基づいて設定することができる。毛細管現象によって水Ｗが引き上げられる力には、第１部分５０の表面によって水Ｗが引き上げられる力と、電池１４の側面によって水Ｗが引き上げられる力と、が含まれる。
すなわち、隙間Ｇは、例えば以下の式（１）に基づいて設定することができる。
ＬγｃｏｓθＡ＋ＬγｃｏｓθＢ＜ＧＬｈρｇ （１）
式（１）中、各記号は以下の通りである。
Ｇ［単位：ｍ］：電池１４と第１部分５０との隙間の大きさ
Ｌ［単位：ｍ］：隙間Ｇに存在する水Ｗ（水塊）の積層方向Ｘの長さ
ｈ［単位：ｍ］：隙間Ｇに存在する水Ｗの高さ
γ［単位：Ｎ／ｍ］：表面張力係数
θＡ［単位：°］：第１部分５０の表面と水Ｗとの接触角
θＢ［単位：°］：電池１４の側面と水Ｗとの接触角
ρ［単位：ｋｇ／ｍ３］：水Ｗの密度
ｇ［単位：ｍ／ｓ２］：重力加速度
なお、隙間Ｇの大きさは、隙間Ｇに存在する水Ｗの幅に相当する。
一例として、サイドセパレータ１０の材質がポリプロピレン（ＰＰ）であり、電池１４の側面の材質、つまり絶縁フィルム２６の材質がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であったとする。また、電池１４の積層方向Ｘの長さＬが０．０２６５ｍ、隙間Ｇに存在する水Ｗの高さｈが０．００３１ｍ、表面張力係数γが０．０７２７５Ｎ／ｍ、第１部分５０の表面と水Ｗとの接触角θＡが９４°、電池１４の側面と水Ｗとの接触角θＢが７９°、水Ｗの温度２０℃での密度ρが９９８．２３３ｋｇ／ｍ３、重力加速度ｇが９．８０６６５ｍ／ｓ２とする。
この場合、式（１）を隙間Ｇについての式に変形するとともに各数値を代入すると、以下のようになる。
ＬγｃｏｓθＡ＋ＬγｃｏｓθＢ＜ＧＬｈρｇ
γ（ｃｏｓθＡ＋ｃｏｓθＢ）＜Ｇｈρｇ
γ（ｃｏｓθＡ＋ｃｏｓθＢ）／ｈρｇ＜Ｇ
0.07275(cos94°+cos79°)/(0.0031×998.233×9.80665)＜Ｇ
０．２９［ｍｍ］＜Ｇ
よって、一例においては、隙間Ｇを０．２９ｍｍ超とすることで、電池１４と第１部分５０との隙間Ｇにおいて水Ｗが毛細管現象によって電池１４の上面側に引き上げられることを抑制することができる。
また、本実施の形態のサイドセパレータ１０は、第１部分５０の電池積層体２側の表面に、電池１４の側面に向かって突出する凸部７２を有する。本実施の形態では、配列方向Ｚに長い帯状の凸部７２が、積層方向Ｘおよび配列方向Ｚに所定の間隔をあけてマトリクス状に配列されている。各凸部７２は、サイドセパレータ１０が電池積層体２に組み付けられた状態で、各電池１４の側面に当接する。また、各凸部７２は、電池１４が膨張した際に電池１４の側面を押圧する。これにより、各電池１４と第１部分５０との隙間Ｇをより確実に維持することができる。
また、サイドセパレータ１０の第２部分５２には、冷却プレート６の位置決め部７４が設けられる。位置決め部７４は、第１壁部７６と、一対の第２壁部７８と、で構成される。第１壁部７６および一対の第２壁部７８は、第２部分５２の電池積層体２側を向く表面から、電池積層体２側に突出する。また、第１壁部７６は、方向Ｙにおいて第１部分５０よりも電池積層体２側に位置し、積層方向Ｘに延びる。一対の第２壁部７８は、第１壁部７６の積層方向Ｘの両端から方向Ｙに延びる。
電池積層体２、熱伝導層８および冷却プレート６の積層体に一対のサイドセパレータ１０が組み付けられた状態で、冷却プレート６の方向Ｙにおける端部が位置決め部７４に嵌め合わされる。冷却プレート６は、第１壁部７６に当接することで方向Ｙにおいて位置決めされ、一対の第２壁部７８に当接することで積層方向Ｘにおいて位置決めされる。また、第１壁部７６の先端は、熱伝導層８に当接する。これにより、熱伝導層８の位置ずれが抑制される。
また、サイドセパレータ１０は、第１部分５０における電池１４の底面側の端部（以下では、第１部分５０の底部という）に、積層方向Ｘに延びる排水路８０を有する。排水路８０は、第１部分５０、第２部分５２および第１壁部７６で区画される。つまり、第２部分５２が排水路８０の底面を構成し、第１部分５０および第１壁部７６が排水路８０の側面を構成する。排水路８０の底面は、第１部分５０側から第１壁部７６側に向かって下方に傾斜する。これにより、隙間Ｇを伝って流れ落ちてくる水Ｗを、排水路８０に誘導することができる。
排水路８０の積層方向Ｘにおける両端には、一対の第２壁部７８よりも積層方向Ｘにおいて外側で、各第２壁部７８と平行に延びる一対の流路壁８２が設けられる。したがって、排水路８０の積層方向Ｘにおける両端には、第２壁部７８、第２部分５２および流路壁８２で区画され、方向Ｙに延びる終端路８４が接続される。終端路８４は、排水路８０の一部とみなすこともできる。
各電池１４の上面側から隙間Ｇを伝って流れ落ちた水Ｗは、排水路８０内を積層方向Ｘに流れる。そして、排水路８０の積層方向Ｘにおける端部において終端路８４に流れ込み、終端路８４から電池モジュール１の外側に排出される。これにより、電池モジュール１から迅速に水Ｗを排除することができる。よって、電池１４と拘束部材１２や冷却プレート６との短絡を、より一層抑制することができる。
以上説明したように、本実施の形態に係る電池モジュール１は、上面に出力端子２２を有する複数の電池１４が積層された電池積層体２と、複数の電池１４の側面に沿って電池１４の積層方向Ｘに延びる平面部５４を有して複数の電池１４を拘束する拘束部材１２と、各電池１４と平面部５４との間に介在する第１部分５０を有して各電池１４および平面部５４を絶縁するサイドセパレータ１０と、を備える。そして、各電池１４とサイドセパレータ１０の第１部分５０とは、毛細管現象による水Ｗの移動を抑制する大きさの隙間Ｇをあけて配置される。
これにより、電池１４の上面と、拘束部材１２の底部や冷却プレート６との間に、水Ｗを介した導電経路が形成されることを抑制することができる。よって、水Ｗに起因する電池１４と他の部材との短絡を抑制することができ、電池モジュール１の信頼性を高めることができる。
また、サイドセパレータ１０は、第１部分５０における電池積層体２側の表面に、電池１４の側面に向かって突出する凸部７２を有する。これにより、電池１４と第１部分５０との間の隙間Ｇをより確実に維持することができる。よって、電池モジュール１の信頼性をより高めることができる。
また、サイドセパレータ１０は、第１部分５０の底部に、積層方向Ｘに延びる排水路８０を有する。これにより、電池モジュール１内の水Ｗを迅速に電池モジュール１外に排出することができる。よって、水Ｗに起因する電池１４と他の部材との短絡をより抑制することができ、電池モジュール１の信頼性をより高めることができる。
（実施の形態２）
実施の形態２に係る電池モジュールは、排水路の形状を除き、実施の形態１と共通の構成を有する。以下、本実施の形態に係る電池モジュールについて実施の形態１と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図４は、実施の形態２に係る電池モジュールが備えるサイドセパレータおよび拘束部材の斜視図である。図５（Ａ）は、サイドセパレータおよび拘束部材の底部を拡大して示す斜視図である。図５（Ｂ）は、サイドセパレータの底部を拡大して示す断面図である。
本実施の形態の電池モジュール１は、電池積層体２と、拘束部材１２と、サイドセパレータ１０と、を備える。電池積層体２は、上面に出力端子２２を有する複数の電池１４が積層された構造を有する。拘束部材１２は、複数の電池１４の側面に沿って電池１４の積層方向Ｘに延びる平面部５４を有し、複数の電池１４を拘束する。サイドセパレータ１０は、各電池１４と平面部５４との間に介在する第１部分５０を有し、各電池１４および平面部５４を絶縁する。各電池１４と第１部分５０とは、毛細管現象による水Ｗの移動を抑制する大きさの隙間Ｇをあけて配置される。
また、サイドセパレータ１０は、第１部分５０の電池積層体２側の表面に、電池１４の側面に向かって突出する凸部７２を有する。本実施の形態では、配列方向Ｚに長い帯状の凸部７２が、積層方向Ｘおよび配列方向Ｚに所定の間隔をあけてマトリクス状に配列されている。また、サイドセパレータ１０の第２部分５２には、冷却プレート６の位置決め部７４が設けられる。位置決め部７４は、第１壁部７６と、一対の第２壁部７８と、で構成される。
また、サイドセパレータ１０は、第１部分５０の底部に、電池１４の積層方向Ｘに延びる排水路８０を有する。排水路８０は、第１部分５０、第２部分５２および第１壁部７６で区画される。本実施の形態の排水路８０は、積層方向Ｘの中央部８０ａから両側の端部８０ｂに向かって高さが徐々に下がるように傾斜する。中央部８０ａは、排水路８０の積層方向Ｘにおける中心点と完全に一致している必要はなく、積層方向Ｘにずれていてもよい。排水路８０の底面を、中央部８０ａから端部８０ｂに向かって段階的または連続的に低くすることで、排水路８０内の水Ｗを排水路８０の出口に誘導することができる。これにより、電池モジュール１内の水Ｗをより迅速に電池モジュール１外に排出することができる。よって、電池モジュール１の信頼性をより高めることができる。
また、排水路８０は、上流から下流に向かって流路幅Ｍが徐々に広がる形状を有する。本実施の形態の排水路８０では、中央部８０ａが端部８０ｂよりも高い位置にある。このため、中央部８０ａが上流となり、端部８０ｂが下流となる。したがって、排水路８０の流路幅Ｍは、中央部８０ａにおいて最も狭く、端部８０ｂに近づくにつれて徐々に広がっていく。排水路８０の流路幅Ｍを上流から下流に向かって段階的または連続的に広げることで、排水路８０内の水Ｗを排水路８０の出口側に流しやすくすることができる。これにより、電池モジュール１内の水Ｗをより迅速に電池モジュール１外に排出することができる。よって、電池モジュール１の信頼性をより高めることができる。
なお、排水路８０は、積層方向Ｘの一端側から他端側に向かって高さが徐々に下がるように傾斜する形状を有してもよい。これにより、排水路８０内の水Ｗを他端側のみから排出することができる。つまり、水Ｗの排出位置を制御することができる。この結果、電池モジュール１の固定位置に応じた排水設計が可能となるため、電池モジュール１の設置自由度を高めることができる。
（実施の形態３）
実施の形態３に係る電池モジュールは、凸部の形状を除き、実施の形態２と共通の構成を有する。以下、本実施の形態に係る電池モジュールについて実施の形態１または２と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図６は、実施の形態３に係る電池モジュールが備えるサイドセパレータおよび拘束部材の斜視図である。
本実施の形態の電池モジュール１は、電池積層体２と、拘束部材１２と、サイドセパレータ１０と、を備える。電池積層体２は、上面に出力端子２２を有する複数の電池１４が積層された構造を有する。拘束部材１２は、複数の電池１４の側面に沿って電池１４の積層方向Ｘに延びる平面部５４を有し、複数の電池１４を拘束する。サイドセパレータ１０は、各電池１４と平面部５４との間に介在する第１部分５０を有し、各電池１４および平面部５４を絶縁する。各電池１４と第１部分５０とは、毛細管現象による水Ｗの移動を抑制する大きさの隙間Ｇをあけて配置される。
サイドセパレータ１０の第２部分５２には、冷却プレート６の位置決め部７４が設けられる。位置決め部７４は、第１壁部７６と、一対の第２壁部７８と、で構成される。また、サイドセパレータ１０は、第１部分５０の底部に、電池１４の積層方向Ｘに延びる排水路８０を有する。排水路８０は、第１部分５０、第２部分５２および第１壁部７６で区画される。本実施の形態の排水路８０は、積層方向Ｘの中央部８０ａから両側の端部８０ｂに向かって高さが徐々に下がるように傾斜する。また、排水路８０は、上流から下流に向かって流路幅Ｍが徐々に広がる形状を有する。これらにより、電池モジュール１内の水Ｗをより迅速に電池モジュール１外に排出することができる。よって、電池モジュール１の信頼性をより高めることができる。
また、サイドセパレータ１０は、第１部分５０の電池積層体２側の表面に、電池１４の側面に向かって突出する凸部７２および凸部８６を有する。本実施の形態では、配列方向Ｚに長い帯状の凸部７２が、第１部分５０の上端側において積層方向Ｘに所定の間隔をあけて配列されている。
また、第１部分５０の配列方向Ｚにおける中央部には、積層方向Ｘに長い凸部８６が設けられている。より具体的には、上方に尖った楔形状の楔状凸部８６ａが、第１部分５０の配列方向Ｚにおける中央で且つ積層方向Ｘにおける中央に配置されている。楔状凸部８６ａは、楔の先端が第１部分５０の積層方向Ｘにおける中央部に位置している。また、楔状凸部８６ａよりも積層方向Ｘにおける端部側であって、配列方向Ｚにおける下側には、外側凸部８６ｂが配置されている。外側凸部８６ｂは、積層方向Ｘの中央側から端部側に向かって下方に傾斜する。また、外側凸部８６ｂは、その一部が楔状凸部８６ａと配列方向Ｚで重なるように配置される。
電池１４の上面側から、電池１４と第１部分５０との隙間Ｇを伝って流れ落ちる水Ｗは、凸部８６によって電池モジュール１の中央側から端部側に誘導される。したがって、水Ｗは、排水路８０に到達する前においても電池モジュール１における水Ｗの排出口に近づくように誘導される。これにより、電池モジュール１内の水Ｗをより迅速に電池モジュール１外に排出することができる。よって、電池モジュール１の信頼性をより高めることができる。
なお、凸部８６は、水平に延在してもよい。また、楔状凸部８６ａのみを配置し、外側凸部８６ｂを省略してもよい。この場合、楔状凸部８６ａにおける積層方向Ｘの長さを延長して、積層方向Ｘにおける水Ｗの誘導距離を伸ばしてもよい。
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明した。前述した実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施の形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。設計変更が加えられた新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形それぞれの効果をあわせもつ。前述の実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「本実施の形態の」、「本実施の形態では」等の表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。各実施の形態に含まれる構成要素の任意の組み合わせも、本発明の態様として有効である。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。
電池モジュール１が備える電池１４の数は特に限定されない。エンドプレート４と拘束部材１２との締結構造は、特に限定されない。電池１４は、円筒状等であってもよい。サイドセパレータ１０は、分割された複数の部品で構成されてもよい。
１ 電池モジュール、 ２ 電池積層体、 １０ サイドセパレータ、 １２ 拘束部材、 １４ 電池、 ２２ 出力端子、 ５０ 第１部分、 ５４ 平面部、 ７２ 凸部、 ８０ 排水路、 ８０ａ 中央部、 ８０ｂ 端部、 ８６ 凸部。

Claims (6)

  1. 積層された複数の電池を有する電池積層体であって、各電池が上面に出力端子を有する電池積層体と、
    前記複数の電池の側面に沿って前記電池の積層方向に延びる平面部を有し、前記複数の電池を拘束する拘束部材と、
    各電池と前記平面部との間に介在する第１部分を有し、各電池および前記平面部を絶縁するサイドセパレータと、を備え、
    各電池と前記第１部分とは、毛細管現象による水の移動を抑制する大きさの隙間をあけて配置されることを特徴とする電池モジュール。
  2. 前記サイドセパレータは、前記第１部分の前記電池積層体側の表面に、前記電池の前記側面に向かって突出する凸部を有する請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記電池は、前記上面と対向する底面を有し、
    前記サイドセパレータは、前記第１部分の前記底面側の端部に、前記積層方向に延びる排水路を有する請求項１または２に記載の電池モジュール。
  4. 前記排水路は、前記積層方向の中央部から両端部に向かって高さが下がるように傾斜する請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 前記排水路は、前記積層方向の一端側から他端側に向かって高さが下がるように傾斜する請求項３に記載の電池モジュール。
  6. 前記排水路は、上流から下流に向かって流路幅が広がる請求項３乃至５のいずれか１項に記載の電池モジュール。
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