WO2014126155A1

WO2014126155A1 - 電池モジュール

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Publication number: WO2014126155A1
Application number: PCT/JP2014/053342
Authority: WO
Inventors: 和樹前田; 加藤　崇行; 渡辺　慎太郎; 英史大石; 崇酒井; 浩生植田; 直人守作
Original assignee: 株式会社豊田自動織機
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2014-08-21
Also published as: JP2014157725A; US20150364786A1; EP2958168A4; JP5610007B2; CN105074955B; EP2958168A1; US9768465B2; EP2958168B1; CN105074955A

Abstract

　電池モジュールは、並設された複数の電池構造体を有する電池集合体であって、各電池構造体は電池セルを有する電池体と該電池体を保持する電池ホルダとを有する前記電池集合体と、前記電池集合体を前記電池構造体の並設方向から加圧する加圧部材と、を備える。前記電池ホルダは、前記電池構造体の並設方向と交わる第１面と、同第１面の反対側の第２面と、前記第１面から前記電池構造体の並設方向に突出するとともに先端面を有する突起部と、前記第２面から前記電池構造体の並設方向に凹む挿入部とを有する。前記電池ホルダの前記突起部は、前記先端面が隣り合う前記電池ホルダに当接しない状態で隣り合う前記電池ホルダの前記挿入部に挿入される。前記電池体は、該電池体を保持する電池ホルダの前記第１面及び第２面の少なくとも一方が、該電池ホルダと隣り合う前記電池ホルダから離間した状態で、隣り合う前記電池体と当接する。

Description

電池モジュール

　本発明は、電池集合体と、電池集合体を加圧する加圧部材と、を備えた電池モジュールに関する。

　電池を電池ホルダに保持させた状態で並設した電池モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載のバイポーラ電池が知られている。

　特許文献１に記載のバイポーラ電池は、集電体を挟持するフレーム（電池ホルダ）を有している。フレームは、隣接する他のフレームと連結するために連結部を有している。連結部は凸部及び凹部を有し、各フレームの凸部が隣接するフレームの凹部に挿入されている。また、連結部は孔を有しており、この孔に挿入された棒状の支持体によってフレーム及び集電体が連結されている。

特開２００５－２５９３７９号公報

　二次電池の劣化を抑制するために、電池モジュールに二次電池を加圧する加圧部材を設ける場合がある。このような場合に、電池ホルダ（フレーム）における二次電池の並設方向と交わる両面が二次電池の並設方向両側にそれぞれ隣り合う電池ホルダ（フレーム）それぞれと当接していると、電池ホルダに荷重が加わり、二次電池に荷重が加わりにくい。

　本発明の目的は、隣り合う電池セル同士の位置決めを行うことができ、かつ、電池セルへの加圧を適切に行うことができる電池モジュールを提供することにある。

　上記課題を解決する電池モジュールは、並設された複数の電池構造体を有する電池集合体であって、各電池構造体は電池セルを有する電池体と該電池体を保持する電池ホルダとを有する前記電池集合体と、前記電池集合体を前記電池構造体の並設方向から加圧する加圧部材と、を備える。前記電池ホルダは、前記電池構造体の並設方向と交わる第１面と、同第１面の反対側の第２面と、前記第１面から前記電池構造体の並設方向に突出するとともに先端面を有する突起部と、前記第２面から前記電池構造体の並設方向に凹む挿入部とを有する。前記電池ホルダの前記突起部は、前記先端面が隣り合う前記電池ホルダに当接しない状態で隣り合う前記電池ホルダの前記挿入部に挿入される。前記電池体は、該電池体を保持する電池ホルダの前記第１面及び第２面の少なくとも一方が、該電池ホルダと隣り合う前記電池ホルダから離間した状態で、隣り合う前記電池体と当接する。

実施形態に係る電池モジュールを示す斜視図。図１の電池モジュールを示す断面図。（ａ）は図１の電池モジュールにおける角型電池を示す分解斜視図、（ｂ）は電極組立体を示す分解斜視図。（ａ）及び（ｂ）は図１の電池モジュールにおける電池ホルダの斜視図。

　以下、電池モジュールの一実施形態について説明する。

　図１及び図２に示すように、電池モジュール１０は電池集合体１６を有している。電池集合体１６は並設された複数の電池構造体１７を有する。各電池構造体１７は、電池体１１と、電池体１１を保持する電池ホルダ２０とを有している。電池体１１は、電池セルとしての角型電池１２（例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池などの二次電池）及び角型電池１２における該角型電池１２の厚み方向に隣接して設けられる加圧プレート１３とを有している。角型電池１２と加圧プレート１３とが交互に並設されるように複数の電池構造体１７が並設されている。

　電池集合体１６における電池構造体１７の並設方向の両端には、電池集合体１６を挟持するエンドプレート１４，１５が設けられている。電池モジュール１０は、エンドプレート１４から挿入されたボルトＢが全ての電池ホルダ２０を挿通するとともに、エンドプレート１５の外側でナットＮに螺合されることで組み付けられている。エンドプレート１４，１５は、電池構造体１７の並設方向の両側からナットＮ及びボルトＢによって拘束されている。したがって、電池集合体１６は、加圧部材としてのエンドプレート１４，１５によって電池構造体１７の並設方向に加圧されている。

　図３（ａ）に示すように、角型電池１２は、電極組立体５１と、電極組立体５１を収容するケース５２とを有する。ケース５２は、電極組立体５１を収容する矩形箱状のケース本体５３と、ケース本体５３の開口部を閉塞する矩形板状の蓋部材５４とから構成されている。

　図３（ｂ）に示すように、電極組立体５１は、正極５５と、負極５６と、隣り合う正極５５と負極５６の間に配置されたセパレータ５７とを有する。電極としての正極５５及び負極５６は、金属箔に活物質が塗布されて構成される矩形状の活物質層５８と、金属箔の一端から突設されたタブ５９とを各々有する。

　図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、電池ホルダ２０は、矩形平板状の第１の被覆部２２を有している。第１の被覆部２２の長手方向両端には、第１の被覆部２２の厚み方向に延設された矩形平板状の第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４が設けられている。第２の被覆部２３の長手方向第１端部２３ａ（第１の被覆部２２が設けられる端部とは反対側の端部）と、第３の被覆部２４の長手方向第１端部２４ａ（第１の被覆部２２が設けられる端部とは反対側の端部）には、被覆部２３，２４の短手方向第１端部２３ｂ、２４ｂの間で延びる矩形平板状の第４の被覆部２５が設けられている。第４の被覆部２５の厚み方向は第２の被覆部２３と第３の被覆部２４の短手方向と一致する。第４の被覆部２５の長手方向は、第２の被覆部２３と第３の被覆部２４とが互いに対向する方向に一致する。そして、第４の被覆部２５の厚み方向及び長手方向に直交する方向が第４の被覆部２５の短手方向となる。また、第１の被覆部２２、第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４に囲まれる領域が収容部Ｓとされる。

　第４の被覆部２５の長手方向両端における第４の被覆部２５の短手方向一端面上には、端子収容部３２がそれぞれ設けられている。各端子収容部３２はＵ字状をなすとともに、第４の被覆部２５の厚み方向に開口する。各端子収容部３２は、第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４にそれぞれ連設されている。

　各端子収容部３２において、第４の被覆部２５と接合される面と反対側の面からは、壁部材３７が突設されている。壁部材３７には、切欠３８が設けられている。

　第４の被覆部２５の短手方向一端面上には、端子収容部３２と隣り合って四角柱状の柱部材３３が設けられている。柱部材３３の軸は、第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４の短手方向に延びている。柱部材３３は、軸方向第１端面３３ａに円形状の突起部３４を有する。突起部３４には、貫通孔３５が設けられている。すなわち、突起部３４は円筒状をなしている。また、柱部材３３は、軸方向第２端面３３ｂに軸方向に凹む円形状の挿入部３６を有する。挿入部３６の径は、突起部３４の外径よりも大きい。また、突起部３４における柱部材３３の軸方向の寸法は、挿入部３６における柱部材３３の軸方向の寸法よりも短い。

　第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４の長手方向第１端部２３ａ，２４ａには、それぞれ、各被覆部２３，２４と連設され、各被覆部２３，２４の長手方向に延びる支持部３１が設けられている。また、第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４の長手方向第２端部２３ｃ，２４ｃには、それぞれ、四角柱状の脚部２６が設けられている。脚部２６の軸は、被覆部２３，２４の短手方向に延びている。脚部２６の軸方向第１端面２６ａ（被覆部２３，２４の短手方向と交わる面の一方）に円形状の突起部２７が設けられている。突起部２７には、貫通孔２８が設けられている。すなわち、突起部２７は円筒状をなしている。また、脚部２６の軸方向第２端面２６ｂ（被覆部２３，２４の短手方向と交わる面の他方）に脚部２６の軸方向に凹む円形状の挿入部２９が設けられている。脚部２６の軸方向第１端面２６ａは、柱部材３３の軸方向第１端面３３ａと同一方向を向く面であり、軸方向第２端面２６ｂは、柱部材３３の軸方向第２端面３３ｂと同一方向を向く面である。挿入部２９の径は、突起部２７の外径よりも大きい。また、突起部２７における脚部２６の軸方向の寸法は、挿入部２９における脚部２６の軸方向の寸法よりも短い。

　図２に示すように、電池ホルダ２０は、第１の被覆部２２、第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４の短手方向と、脚部２６及び柱部材３３の軸方向と、電池構造体１７の並設方向とが一致するように並設されている。

　柱部材３３に設けられる挿入部３６と貫通孔３５とは、柱部材３３の軸方向に延びる連通孔４１によって連通している。連通孔４１の径は、挿入部３６の径よりも小さく、貫通孔３５の径と同一である。脚部２６に設けられる貫通孔２８と挿入部２９についても、同様に連通孔４２によって連通されている。なお、突起部２７，３４が設けられる脚部２６の軸方向第１端面２６ａ及び柱部材３３の軸方向第１端面３３ａを含む電池ホルダ２０の面を、電池ホルダ２０における電池構造体１７の並設方向と交わる（より詳細には直交する）第１面とも称する。また、挿入部２９，３６が設けられる脚部２６の軸方向第２端面２６ｂ及び柱部材３３の軸方向第２端面３３ｂを含む電池ホルダ２０の面を、電池ホルダ２０における電池構造体１７の並設方向と交わる（より詳細には直交する）第２面とも称する。これらの第１面及び第２面は、電池ホルダ２０における電池構造体１７の並設方向両側の面である。

　電池ホルダ２０の突起部２７，３４は、隣り合う電池ホルダ２０の挿入部２９，３６に挿入されている。突起部２７，３４における電池構造体１７の並設方向の寸法が挿入部２９，３６における電池構造体１７の並設方向の寸法よりも短いため、突起部２７，３４の先端面は、隣り合う電池ホルダ２０に当接していない。

　第１の被覆部２２、第２の被覆部２３及び第３の被覆部２４の短手方向の寸法（電池構造体１７の並設方向の寸法）は、角型電池１２の厚みに加圧プレート１３の厚みを加えた寸法よりも短い。このため、収容部Ｓに角型電池１２及び加圧プレート１３を収容すると、加圧プレート１３の一部が収容部Ｓから突起部２７，３４の突出方向に突出する。そして、突出した加圧プレート１３は、隣り合う角型電池１２における該角型電池１２の厚み方向と交わる面と当接する。すなわち、隣り合う電池体１１同士はそれらの配設方向において当接している。したがって、隣り合う電池ホルダ２０において電池構造体１７の並設方向に対向する第１面と第２面との間には、空間Ａが設けられるため、電池ホルダ２０に電池構造体１７の並設方向への圧力が加わらない。すなわち、電池体１１は、電池ホルダ２０への加圧を不能とする加圧阻止部材として機能する。なお、電池体１１同士が当接している状態とは、電池体１１が直接当接している場合に限られず、電池体１１同士の間にグリスや絶縁シートなどが挟まれている場合も含む。すなわち、隣り合う電池体１１同士が当接している状態とは、エンドプレート１４，１５からの圧力を隣り合う電池体１１に伝えることができる状態を意味する。

　電池ホルダ２０は、空間Ａの範囲内で電池構造体１７の並設方向にスライド可能となっている。このとき、電池ホルダ２０を電池構造体１７の並設方向における一方側にスライドさせることで、隣り合う電池ホルダ２０において互いに対向する第１面と第２面とを当接させることも可能である。しかしながら、電池ホルダ２０を電池構造体１７の並設方向における一方側にスライドさせて、電池ホルダ２０における第１面及び第２面の一方を隣り合う電池ホルダ２０に当接させると、当該電池ホルダ２０における第１面及び第２面の他方を隣り合う電池ホルダ２０に当接させることができない。このため、電池構造体１７の並設方向に連続して並ぶ３個の電池ホルダ２０のそれぞれをスライドさせても、電池ホルダ２０の第１面及び第２面の両方ともが隣り合う電池ホルダ２０それぞれと当接することはなく、３個の電池ホルダ２０のうち、いずれかの電池ホルダ２０には必ず空間Ａが隣り合う。このため、電池ホルダ２０をスライドさせて電池ホルダ２０同士を当接させても、隣り合う電池ホルダ２０同士の間に空間Ａが設けられるため、電池体１１の加圧を阻害することはない。

　次に、本実施形態の電池モジュール１０の作用について説明する。

　電池体１１は、電池構造体１７の並設方向の両側に設けられたエンドプレート１４，１５によって電池構造体１７の並設方向に加圧されている。隣り合う電池体１１同士は当接している一方で、電池ホルダ２０の第１面及び第２面の両方ともが、隣り合う電池ホルダ２０と当接することはない。このため、エンドプレート１４，１５から加えられる荷重は、電池ホルダ２０に加わらず、電池体１１に加わる。

　角型電池１２は、充放電を繰り返すことで、正極５５と負極５６との間隔が拡がるおそれがあり、正極５５と負極５６との間隔が拡がると、抵抗値が増加し、ジュール損が大きくなる。このため、正極５５と負極５６との間隔が拡がることを抑制するために、角型電池１２の外部から圧力を加えてケース５２を押圧することにより電極組立体５１を押圧している。

　したがって、上記実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。

　（１）電池ホルダ２０には、突起部２７，３４及び突起部２７，３４が挿入される挿入部２９，３６が設けられている。電池ホルダ２０を組み付けるときには、電池ホルダ２０の突起部２７，３４を隣り合う電池ホルダ２０の挿入部２９，３６に挿入することで、電池体１１（角型電池１２）の位置決めを行うことができる。また、隣り合う電池体１１は、隣り合う電池ホルダ２０同士が当接しない状態で当接している。このため、エンドプレート１４，１５から加えられた荷重は、電池ホルダ２０に伝わらず、電池体１１に荷重が加わりやすい。したがって、電池体１１の位置決めを行うことができ、かつ、角型電池１２の加圧を適切に行うことができる。

　（２）電池体１１は、角型電池１２と、角型電池１２に並設された加圧プレート１３を有している。このため、加圧プレート１３の大きさを調整することで、角型電池１２の加圧範囲を調整することができる。具体的にいえば、電極組立体５１を加圧できるように加圧プレート１３の大きさを調整することで、適切に電極組立体５１を加圧することができる。

　（３）電池集合体１６は、電池構造体１７の並設方向の両側に設けられたエンドプレート１４，１５によって加圧されている。並設された電池構造体１７を拘束するエンドプレート１４，１５を加圧部材として兼用することで、部品点数の増加を抑えることができる。

　（４）突起部２７，３４を筒状にし、挿入部２９，３６と貫通孔２８，３５とを連通孔４１，４２で連通することで、挿入部２９，３６、貫通孔２８，３５及び連通孔４１，４２が、ボルトＢが挿通されるボルト通し孔を形成している。従来の電池ホルダにおいてボルト通し孔にボルトＢを通すときには、隣り合う電池ホルダ２０同士の継ぎ目の部分でボルトＢが電池ホルダ２０に引っかかり、ボルトＢを通しにくい場合がある。実施形態に係る電池ホルダ２０は、隣り合う電池ホルダ２０の連通孔４１，４２にボルトＢを導く誘導部として機能する突起部２７，３４を有しているため、ボルトＢが電池ホルダ２０に引っかかりにくく、容易にボルトＢを通すことができる。

　（５）電池ホルダ２０に荷重が加わらないため、電池ホルダ２０が変形しにくく、電池体１１の保持状態を長期間維持することができる。

　（６）突起部２７，３４が挿入部２９，３６に挿入されることで、電池ホルダ２０が電池構造体１７の並設方向と直交する方向に位置ずれしにくい。このため、ボルトＢに荷重がかかりにくく、ボルトＢが変形することが抑制されている。

　なお、実施形態は以下のように変更してもよい。

　電池体１１は加圧プレート１３を有していなくてもよい。この場合、角型電池１２同士が当接し合うことで、隣り合う角型電池１２に圧力が伝えられる。

　突起部２７，３４の外周面にテーパ部を設けて、挿入部２９，３６への挿入を容易にしてもよい。

　加圧プレート１３と角型電池１２との間には絶縁シートやグリス等が設けられていてもよい。

　突起部２７，３４は、四角筒状や、五角筒状など、他の形状であってもよい。また、突起部２７，３４は、貫通孔２８を有していなくてもよく、中実の柱状であってもよい。

　実施形態において、隣り合う電池ホルダ２０の間の領域全体に亘り空間Ａが設けられるようにしたが、隣り合う電池ホルダ２０の間の一部の領域に空間Ａが設けられるようにしてもよい。すなわち、隣り合う電池ホルダ２０は部分的に当接してもよい。

　エンドプレート１４，１５を設けず、並設された複数の電池体１１を筐体に収容してもよい。この場合、筐体の側壁によって電池体１１が加圧され、筐体が加圧部材として機能する。また、ボルトＢやナットＮを設けず、エンドプレート１４とエンドプレート１５の間で延びるバンドを用いて加圧を行ってもよい。

　実施形態において、隣り合う電池ホルダ２０同士の間に空間Ａを設けず、電池ホルダ２０同士の間に緩衝材などを介在させてもよい。この場合、隣り合う電池ホルダ２０が緩衝材に接するが、エンドプレート１４，１５から加わる荷重は、緩衝材によって吸収されるため、隣り合う電池ホルダ２０に荷重が加わりにくい。すなわち、電池ホルダ２０同士が当接しない状態とは、エンドプレート１４，１５からの圧力を隣り合う電池ホルダ２０に伝えない（あるいは、伝えたとしても、電池体１１への加圧に影響を与えない程度）状態を意味する。

Claims

　並設された複数の電池構造体を有する電池集合体であって、各電池構造体は電池セルを有する電池体と該電池体を保持する電池ホルダとを有する前記電池集合体と、
　前記電池集合体を前記電池構造体の並設方向から加圧する加圧部材と、を備え、
　前記電池ホルダは、前記電池構造体の並設方向と交わる第１面と、同第１面の反対側の第２面と、前記第１面から前記電池構造体の並設方向に突出するとともに先端面を有する突起部と、前記第２面から前記電池構造体の並設方向に凹む挿入部とを有し、
　前記電池ホルダの前記突起部は、前記先端面が隣り合う前記電池ホルダに当接しない状態で隣り合う前記電池ホルダの前記挿入部に挿入され、
　前記電池体は、該電池体を保持する電池ホルダの前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方が、該電池ホルダと隣り合う前記電池ホルダから離間した状態で、隣り合う前記電池体と当接する電池モジュール。
　各電池体は加圧プレートを有し
　前記電池セルと前記加圧プレートとが交互に配設されるように前記電池構造体が並設される請求項１に記載の電池モジュール。
　前記加圧部材は、前記電池構造体の並設方向における前記電池集合体の両端に配設されるエンドプレートである請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。
　並設された複数の電池構造体を有する電池集合体であって、各電池構造体は電池セルを有する電池体と、該電池体を保持する電池ホルダとを有する前記電池集合体と、
　前記電池集合体を前記電池構造体の並設方向から加圧する加圧部材と、を備え、
　前記電池ホルダは、前記電池構造体の並設方向と交わる第１面と、同第１面の反対側の第２面と、前記第１面から前記電池構造体の並設方向に突出する突起部と、前記第２面から前記電池構造体の並設方向に凹む挿入部とを有し、
　前記電池ホルダの前記突起部は、隣り合う前記電池ホルダの前記挿入部に挿入され、
　前記電池構造体の並設方向において、前記電池ホルダの寸法が前記電池体の寸法よりも短いとともに、前記突起部の寸法が前記挿入部の寸法よりも短い電池モジュール。
　前記突起部は貫通孔を有する筒状をなし、
　前記電池ホルダは、前記挿入部から前記突起部まで延びる連通孔を有し、
　前記挿入部、前記貫通孔及び前記連通孔にはボルトが挿通可能である請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュール。