WO2015033795A1

WO2015033795A1 - 電池モジュール

Info

Publication number: WO2015033795A1
Application number: PCT/JP2014/071927
Authority: WO
Inventors: 直人守作; 浩生植田; 加藤　崇行
Original assignee: 株式会社豊田自動織機
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2015-03-12
Also published as: EP3043401A4; CN105518898A; JP2015053131A; JP5737351B2; US20160218337A1; EP3270440A1; EP3043401A1; US9530995B2; EP3043401B1; CN105518898B; EP3270440B1

Abstract

　電池モジュールは、二次電池と電池ホルダとカバー部材と一対の延設部とを含む。二次電池は、電極組立体とケースと開放弁とを含む。カバー部材は、開放弁と対向する本体を有する。一対の延設部は、ケースとカバー部材の本体との間に設けられる。一対の延設部の間には開放弁が位置する。ケース、カバー部材の本体及び一対の延設部は、開放弁から排出される気体の流通路を形成する。電池ホルダは、カバー部材の本体に係止される係止突起を有する。

Description

電池モジュール

　本発明は、二次電池から排出される気体を排出する流通路を有する電池モジュールに関する。

　二次電池には、ケースの内圧が規定圧力を超えた場合に開放されてケースの内圧を低下させる弁が設けられている。弁が開放されるときには、ケースの内部から気体が排出されて、ケースの内圧が低下する。

　特許文献１に記載のバッテリモジュールにおいて、バッテリセルは、内部で発生する気体の排出通路となるベンツを有している。ベンツの上部には、ディガシングカバーが設けられている。ディガシングカバーは、ベンツの上部に密着固定されている。ディガシングカバーは、ディガシングカバー部と、第１延長部と、第２延長部と、第１延長部と第２延長部との間で延びる一対の第１隔壁とを備えている。第１延長部、第２延長部及び一対の第１隔壁はディガシングカバー部の一面から、バッテリセルのベンツ領域に向けて延びている。バッテリセルの上部には、ディガシングカバー部、第１延長部、第２延長部及び第１隔壁によって通路が区画され、この通路を通って気体が排出される。

特開２０１２－８９４９９号公報

　ところで、環境温度による膨張、収縮の繰り返しや、振動などによってディガシングカバーが変形すると、バッテリセルとディガシングカバーとの間に隙間が形成され、この隙間から気体が漏れ出すおそれがある。気体が漏れだすと、周囲の電子部品などに影響を及ぼすことがあるため、流通路から気体が漏れ出すことを抑制することが望まれている。

　本発明の目的は、二次電池の開放弁から排出される気体が流通路から漏れ出すことを抑制することができる電池モジュールを提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明の一態様にかかる電池モジュールは、二次電池と電池ホルダとカバー部材と一対の延設部とを含む。前記二次電池は、正極及び負極を備える電極組立体と、該電極組立体を収容するケースと、該ケース内の気体を前記ケース外に開放する開放弁と、を含む。前記電池ホルダは前記二次電池を保持する。前記カバー部材は、前記開放弁と対向する本体を有する。前記一対の延設部は、前記ケースと前記カバー部材の前記本体との間に設けられる。前記一対の延設部は、前記一対の延設部の間に前記開放弁が位置するように互いに対向して設けられる。前記ケース、前記カバー部材の前記本体及び前記一対の延設部は、前記開放弁から排出される気体の流通路を形成する。前記電池ホルダは、前記カバー部材の前記本体に係止される係止突起を有する。

本発明の一実施形態にかかる電池モジュールを示す斜視図。図１の電池モジュールの断面図。（ａ）図１の第１の電池ホルダを示す斜視図、（ｂ）は図１の第２の電池ホルダを示す斜視図。図３（ａ）の係止突起を拡大して示す斜視図。図３（ａ）の二次電池を示す断面図。図１の第１のカバーを示す斜視図。図１の第２のカバーを示す斜視図。

　以下、電池モジュールを具体化した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、複数並設されている二次電池１１（例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池）を備えている。複数の二次電池１１は電池ホルダ２１，４１に保持されている。本実施形態では、第１の電池ホルダ２１と第２の電池ホルダ４１の２種類の電池ホルダ２１，４１が用いられており、第１の電池ホルダ２１と第２の電池ホルダ４１が交互に配設されている。二次電池１１の並設方向両端には、エンドプレート１２が設けられている。各エンドプレート１２及び各電池ホルダ２１，４１には、ボルトＢが挿通されている。ボルトＢは、一方のエンドプレート１２から他方のエンドプレート１２に向けて挿通され、他方のエンドプレート１２でナットＮに螺合されている。

　図３（ａ）に示すように、第１の電池ホルダ２１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の厚み方向に延びる矩形平板状の第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は、長手方向第１端部２３ａ、すなわち第１の被覆部２２が設けられる端部とは反対側の長手方向端部、と、短手方向第１端部２３ｂとを有している。第３の被覆部２４は、長手方向第１端部２４ａ、すなわち第１の被覆部２２が設けられる端部とは反対側の長手方向端部、と、短手方向第１端部２４ｂとを有している。長手方向第１端部２３ａにおける短手方向第１端部２３ｂの部位と長手方向第１端部２４ａにおける短手方向第１端部２４ｂの部位との間を矩形平板状の第４の被覆部２５が延びている。第４の被覆部２５の厚み方向は被覆部２３，２４の短手方向と一致し、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の対向方向に一致する。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。第１の被覆部２２、第２の被覆部２３、第３の被覆部２４に囲まれる領域は、二次電池１１が収容される収容部Ｓ１となる。

　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、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矩形平板状の突出部２６が設けられている。突出部２６の互いに対向する面には、突出部２６の厚み方向に突出する突起２７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、四角柱状の脚部２９が設けられている。脚部２９の軸は、被覆部２３，２４の短手方向に延びている。脚部２９には、ボルトＢが挿通される挿通孔２９ａが脚部２９の軸方向に貫通して設けられている。

　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の短手方向の一端面上の部位の各々には、端子収容部３１が設けられている。端子収容部３１はＵ字状をなすとともに、第４の被覆部２５の厚み方向に開口している。一方の端子収容部３１は第２の被覆部２３に連接されており、他方の端子収容部３１は第３の被覆部２４に連設されている。

　第４の被覆部２５の短手方向の一端面上には、端子収容部３１と隣り合って四角柱状の柱部材３２，３３が設けられている。柱部材３２，３３の軸は、被覆部２３，２４の短手方向に延びている。柱部材３２，３３には、ボルトＢが挿通される挿通孔３２ａ，３３ａが柱部材３２，３３の軸方向に貫通して設けられている。

　図４に示すように、柱部材３２，３３には、柱部材３２，３３から収容部Ｓ１とは反対の方向に延びる係止突起３７，３８が設けられている。係止突起３７，３８の先端（柱部材３２，３３側とは反対側の端部）には、三角柱状をなす係止部３６が設けられている。

　図３（ａ）に示すように、柱部材３２に設けられた係止突起３７と、柱部材３３に設けられた係止突起３８は、柱部材３２，３３の軸方向に若干ずれて設けられている。
　図３（ｂ）に示すように、第２の電池ホルダ４１は、係止突起３７，３８を有さない点を除いて、第１の電池ホルダ２１と同一の形状を有する。このため、第１の電池ホルダ２１と同一部分には第１の電池ホルダ２１と同一の符号を付して説明を省略する。

　二次電池１１は上記したように電池ホルダ２１，４１に保持される。図５に示すように、二次電池１１は、ケース５１と、該ケース５１に収容されている電極組立体５２を備えている。電極組立体５２は正極と負極を備えている。ケース５１は、電極組立体５２を収容する有底箱状の本体部５３と、本体部５３の開口部を閉塞する板状の蓋部５４とから構成されている。蓋部５４には、接続端子５５（正極端子及び負極端子）が設けられている。蓋部５４には、ケース５１の内圧が閾値まで上昇したときに、破断して開放される開放弁５７が設けられている。「閾値」は、ケース５１の内圧が高まったときに、ケース５１の内圧によってケース５１が破損する前に開放弁５７が破断するような圧力に設定される。接続端子５５は、導電部材５８を介して電極組立体５２に電気的に接続されている。

　図１及び図２に示すように、電池モジュール１０は、二次電池１１の開放弁５７が設けられた面（蓋部５４）と対向して配置されるカバー部材６０を有している。カバー部材６０には、例えば、二次電池１１の充放電に寄与する電子部品や、電池モジュール１０の制御を行う電池ＥＣＵが載置される。カバー部材６０は、二次電池１１の並設方向に並んで設けられる樹脂製の第１のカバー６１と第２のカバー６２から構成されている。

　図６に示すように、第１のカバー６１は、矩形平板状の本体６３を有している。本体６３の長手方向両端には、本体６３の厚み方向に立設する立設部６４が設けられている。また、第１のカバー６１は、本体６３における立設部６４が設けられた面とは反対側の面に矩形平板状の延設部６５を一対有している。一対の延設部６５は、間隔を空けて本体６３の長手方向に隣り合っている。また、一対の延設部６５は、本体６３の短手方向全体に亘って延びている。具体的には、一対の延設部６５の長手方向長さは、本体６３の短手方向長さと同じである。

　第１のカバー６１の本体６３には、本体６３の厚み方向に貫通する４つの貫通孔７１，７２が形成されている。具体的にいえば、２つの貫通孔７１，７２が２組設けられている。各組の貫通孔７１，７２は、本体６３の長手方向に沿って一対の延設部６５を挟んで反対側に位置している。貫通孔７１，７２は、本体６３における一対の延設部６５の間の部分とは異なる部分に位置している。貫通孔７１，７２は、本体６３の短手方向に若干ずれて位置している。貫通孔７１，７２のずれ幅は、柱部材３２，３３に設けられた係止突起３７，３８のずれ幅と同一となっている。

　図７に示すように、第２のカバー６２は、本体６３に設けられる貫通孔７１，７２の位置及び個数が異なる点を除いて第１のカバー６１と同一の構成を有する。このため、第１のカバー６１と同一部分については同一の符号を付して説明を省略し、貫通孔７１，７２の位置についてのみ説明を行う。

　第２のカバー６２の本体６３には、本体６３の厚み方向に貫通する２つの貫通孔７１，７２が形成されている。具体的にいえば、貫通孔７１，７２は、本体６３の長手方向に沿って一対の延設部６５を挟んで反対側に位置している。貫通孔７１，７２は、本体６３の短手方向に若干ずれて位置している。貫通孔７１，７２のずれ幅は、柱部材３２，３３に設けられた係止突起３７，３８のずれ幅と同一となっている。

　図２に示すように、第１のカバー６１の本体６３と第２のカバー６２の本体６３とのそれぞれが、二次電池１１における開放弁５７が設けられた面と対向している。第１のカバー６１の立設部６４と第２のカバー６２の立設部６４とのそれぞれが突出部２６に沿って延びている。これにより、電池ホルダ２１，４１の突出部２６が立設部６４に沿って延びている。本実施形態では、第１のカバー６１の本体６３及び第２のカバー６２の本体６３が、カバー部材６０の本体を構成し、第１のカバー６１の立設部６４と第２のカバー６２の立設部６４がカバー部材６０の立設部を構成している。このため、以下の説明において、第１のカバー６１及び第２のカバー６２の本体６３をカバー部材６０の本体６３、第１のカバー６１と第２のカバー６２の立設部６４をカバー部材６０の立設部６４として説明を行う。

　図１及び図２に示すように。カバー部材６０は、本体６３の延設部６５が設けられた面が二次電池１１と対向するように配置されている。これにより、延設部６５は、カバー部材６０の本体６３と、二次電池１１のケース５１（蓋部５４）の間に設けられている。また、貫通孔７１，７２はケース５１との対向方向に貫通している。二次電池１１の並設方向に隣り合う貫通孔７１，７２同士の離間距離は、二次電池１１の並設方向に隣り合う係止突起３７，３８同士の離間距離と同一となっている。カバー部材６０の本体６３に設けられた貫通孔７１，７２には、それぞれ、第１の電池ホルダ２１の係止突起３７，３８が貫通されている。貫通孔７１，７２を貫通した係止突起３７，３８の係止部３６は、貫通孔７１，７２の縁（本体６３）と係止し合っている。また、カバー部材６０の立設部６４は、電池ホルダ２１，４１の突出部２６に沿って延びるように配置されており、立設部６４の先端（本体６３とは反対側の端部）は、突起２７と係合している。

　延設部６５の先端、すなわち延設部６５における本体６３とは反対側の端部は、二次電池１１における開放弁５７が設けられた面（蓋部５４）と当接している。一対の延設部６５は、一対の延設部６５の間に開放弁５７が位置するように互いに対向して設けられている。そして、一対の延設部６５、本体６３及び蓋部５４によって流通路８１が形成されている。流通路８１は延設部６５同士の間の位置に形成されるため、本体６３における延設部６５同士の間の部分とは異なる部分に設けられた貫通孔７１，７２は、本体６３における流通路８１の外側の部位に設けられることになる。開放弁５７は、この流通路８１に露出し、開放弁５７から気体が排出されると、気体は流通路８１内に排出され、流通路８１を流通する。流通路８１は、二次電池１１の並設方向の両端に設けられたエンドプレート１２まで延びている。

　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。
　二次電池１１に異常などが発生し、ケース５１の内圧が閾値に達すると、開放弁５７が破断し、流通路８１に気体が排出される。流通路８１に排出された気体は、二次電池１１の並設方向に向けて流れて、電池モジュール１０周辺に排出される。

　環境温度による膨張、収縮の繰り返しや、振動などによってカバー部材６０の本体６３が二次電池１１から離れる方向に変形しようとすると、すなわち本体６３が厚み方向に反ろうとすると、係止突起３７，３８によって本体６３の変形が規制される。

　したがって、上記実施形態によれば、以下のような利点を得ることができる。
　（１）カバー部材６０の本体６３に貫通孔７１，７２が形成されている。この貫通孔７１，７２を貫通して本体６３と係止する係止突起３７，３８が第１の電池ホルダ２１に設けられている。カバー部材６０の本体６３が二次電池１１から離れる方向、すなわち本体６３と開放弁５７との対向方向、に変形しようとすると、係止突起３７，３８によってカバー部材６０の変形が規制される。このため、本体６３が変形しにくく、延設部６５の先端と二次電池１１における開放弁５７が設けられた面（ケース５１）との間に隙間が形成されにくい。このため、流通路８１から気体が漏れにくい。

　（２）貫通孔７１，７２は、本体６３における流通路８１の外側の部分に形成されている。すなわち、貫通孔７１，７２は、本体６３における延設部６５に挟まれる部分とは異なる部分に形成されている。そのため、貫通孔７１，７２によって流通路８１の内部と外部とが連通しない。このため、貫通孔７１，７２を介して気体が漏れ出すことも抑制されている。

　（３）カバー部材６０の立設部６４は、電池ホルダ２１，４１の突出部２６に沿って延びている。このため、立設部６４の分だけカバー部材６０と電池ホルダ２１，４１との接触面積が増加し、カバー部材６０の位置ずれが生じにくい。具体的には、本体６３の厚み方向へのカバー部材６０の位置ずれが生じにくい。

　（４）また、立設部６４を設けることで、立設部６４の変形が突出部２６によって抑制される。そのため、カバー部材６０の本体６３が変形しやすい。このため、係止突起３７，３８によって本体６３の変形を抑制する利点が特に顕著になる。

　（５）第１のカバー６１と第２のカバー６２において、貫通孔７１，７２の個数が異なっている。このため、第１のカバー６１と第２のカバー６２の位置を入れ替えてカバー部材６０を取り付けようとすると、第１のカバー６１と第２のカバー６２が重なり合う、あるいは、第１のカバー６１と第２のカバー６２の間に隙間ができる。したがって、第１のカバー６１と第２のカバー６２が正しい位置に配置されていないことを把握することができる。このため、正しい位置に第１のカバー６１と第２のカバー６２とを配置することができる。

　（６）また、貫通孔７１，７２は、本体６３の長手方向に沿って一対の延設部６５を挟んで反対側に位置している。貫通孔７１，７２は、本体６３の短手方向にずれて設けられている。このため、第１のカバー６１と第２のカバー６２の向き、具体的には第１のカバー６１と第２のカバー６２の長手方向の向きが反対になると、第１のカバー６１と第２のカバー６２を取り付けることができない。このため、正しい向きで第１のカバー６１と第２のカバー６２を配置することができる。

　（７）本体６３の厚み方向の変形を抑制するために、本体６３を厚くすることで剛性を向上させることも考えられる。しかしながら、この場合、カバー部材６０に使用する材料が多くなるため、製造コストの増大を招く。また、射出成形でカバー部材６０を製造するときに本体６３が厚いと、本体６３の反りやひけ（窪み）が大きくなる。係止突起３７，３８によって本体６３の厚み方向の変形を抑制することで、本体６３を薄くすることができ、製造コストの増大を抑制できる。また、本体６３の反りやひけを抑制することができる。

　なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
　○　延設部６５は、電池ホルダ２１，４１に設けられていてもよいし、二次電池１１に設けられていてもよい。この場合、延設部６５は、カバー部材６０の本体６３に当接する。そして、係止突起３７，３８によってカバー部材６０の本体６３の変形が抑制されることで、延設部６５とカバー部材６０の本体６３との間に隙間が形成されることが抑制される。

　○　カバー部材６０の本体６３における一対の延設部６５の間の部分、すなわち流通路８１内の部分に、係止突起３７，３８を係止可能な被係止部を設けてもよい。この場合、被係止部に係止突起３７，３８が係止される。本体６３における一対の延設部６５の間の部分に被係止部を設ける場合、本体６３を厚み方向に貫通しない被係止部を設けることで、流通路８１の内部と外部とが連通することが抑制される。

　○　立設部６４を設けず、本体６３のみでカバー部材６０が構成されていてもよい。
　○　カバー部材６０は、複数のカバー６１，６２から構成されていなくてもよく、単一の部材、すなわち単一のカバーから構成されていてもよい。

　○　全ての電池ホルダ２１，４１に係止突起３７，３８を設けてもよい。すなわち、電池ホルダ２１，４１として第１の電池ホルダ２１のみを用いてもよい。この場合、電池ホルダ２１，４１の係止突起３７，３８の数に合わせてカバー部材６０の貫通孔７１，７２の数を変更する。

　○　係止突起３７，３８は、柱部材３２，３３の軸方向にずれて設けられていなくてもよい。この場合、貫通孔７１，７２もずれて設けられていなくてもよい。
　○　対応する貫通孔７１，７２にしか貫通できないように係止突起３７，３８の形状を変更して、第１のカバー６１と第２のカバー６２の配置が逆になることを抑制してもよい。

　○　第１の電池ホルダ２１の柱部材３２，３３両方に係止突起３７，３８を設けたが、いずれか一方の柱部材３２，３３にのみ係止突起３７，３８を設けてもよい。
　○　第１の電池ホルダ２１の柱部材３２，３３に係止突起３７，３８を設けたが、他の位置に係止突起３７，３８を設けてもよい。例えば、係止突起３７，３８を第４の被覆部２５に設けてもよいし、端子収容部３１に設けてもよい。

　○　流通路８１を区画するＵ状の区画部材を設けてもよい。この場合、区画部材をカバー部材６０の本体６３によって二次電池１１に向けて押圧することで流通路８１を形成する。すなわち、流通路８１を形成するとは、二次電池１１のケース５１、カバー部材６０の本体６３及び延設部６５によって流通路８１が区画されている場合に限られず、他の部材などをカバー部材６０などで押圧することで流通路８１を形成している場合も含む。

　○　二次電池１１は単数であってもよい。
　○　電池ホルダは単数であってもよい。単数の電池ホルダが複数の二次電池１１を保持してもよいし、単数の二次電池１１を保持してもよい。

Claims

　正極及び負極を備える電極組立体と、該電極組立体を収容するケースと、該ケース内の気体を前記ケース外に開放する開放弁と、を備える二次電池と、
　前記二次電池を保持する電池ホルダと、
　前記開放弁と対向する本体を有するカバー部材と、
　前記ケースと前記カバー部材の前記本体との間に設けられる一対の延設部であって、該一対の延設部は前記一対の延設部の間に前記開放弁が位置するように互いに対向して設けられる、前記一対の延設部と、を備える電池モジュールであって、
　前記ケース、前記カバー部材の前記本体及び前記一対の延設部は、前記開放弁から排出される気体の流通路を形成し、
　前記電池ホルダは、前記カバー部材の前記本体に係止される係止突起を有する電池モジュール。
　前記カバー部材の前記本体は、該本体と前記ケースとの対向方向に貫通する貫通孔を有し、
　該貫通孔は前記流通路の外側に位置しており、
　前記係止突起は、前記貫通孔を貫通して前記本体に係止される請求項１に記載の電池モジュール。
　前記カバー部材は、前記カバー部材の前記本体から前記延設部とは反対に向けて延びる立設部を有し、
　前記電池ホルダは、前記立設部に沿って延びる突出部を有する請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。
　前記二次電池を複数有し、
　前記複数の二次電池は並設されている請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載の電池モジュール。
　前記係止突起を有していない電池ホルダをさらに備える請求項４に記載の電池モジュール。
　前記カバー部材は、前記二次電池の並設方向に並んで設けられた第１のカバーと第２のカバーとを有し、
　前記第１のカバーに設けられる前記貫通孔の数と前記第２のカバーに設けられる前記貫通孔の数とが異なる請求項４に記載の電池モジュール。
　前記カバー部材に前記延設部が設けられる請求項１～請求項４のうちいずれか一項に記載の電池モジュール。