WO2020004039A1 - 電池モジュール用緩衝シート - Google Patents

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WO2020004039A1
WO2020004039A1 PCT/JP2019/023306 JP2019023306W WO2020004039A1 WO 2020004039 A1 WO2020004039 A1 WO 2020004039A1 JP 2019023306 W JP2019023306 W JP 2019023306W WO 2020004039 A1 WO2020004039 A1 WO 2020004039A1
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elastic
battery cell
buffer sheet
battery
target surface
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PCT/JP2019/023306
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長谷川　浩一
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住友理工株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a buffer sheet for a battery module.
  • Battery modules are applied to automobiles and the like, and batteries have been increasing in energy density to extend the mileage. It is known that a battery cell expands due to heat generation due to charging due to higher energy density and contracts as discharging. It is also known that the battery deteriorates due to repetition of charge and discharge, does not shrink completely to the original shape at the time of discharge, and gradually shifts to the expansion side even at the time of discharge. Therefore, a structure in which a stacked body of a plurality of battery cells is restrained by a pair of restraining members from both ends of the stacked body is disclosed in Japanese Patent No. 51222898, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-212120, Japanese Patent No. 6277787, and It is described in 2006-253149.
  • a sheet-like elastic member is disposed between the battery cell and the restraining member. Further, in the battery cell, a contact portion with the adjacent battery cell is formed in a rib shape, so that cooling air flows between the adjacent battery cells. Further, in the battery module described in JP-A-2006-253149, a partition having a plurality of protrusions is arranged between adjacent battery cells in order to allow cooling air to flow between adjacent battery cells. I have.
  • the object of the present invention is to provide a buffer sheet for a battery module, which is applied to a battery module and can reliably elastically support a battery cell during charging and reliably apply a reaction force when discharging the battery cell.
  • the buffer sheet for a battery module is applied to a battery module including a stacked body of a plurality of battery cells and a pair of restraining members for restraining the stacked body from both ends in the stacking direction of the stacked body, and a target surface of the battery cell. It is interposed between the restraining members or between target surfaces of the adjacent battery cells.
  • the battery module buffer sheet is formed of a plate-shaped base having a first surface separated from the target surface of the battery cell by an elastic material, and is formed of an elastic material.
  • the battery cell is formed so as to protrude toward the target surface, is arranged in a plurality in a cross section orthogonal to the target surface of the battery cell, and has a trapezoidal cross section in the arrangement direction, and has a curved shape accompanying the charging of the battery cell.
  • An elastic protrusion that elastically supports the battery cell when expanded and applies a reaction force to the battery cell when contracted due to discharge of the battery cell.
  • the cross-sectional shape of the elastic protrusions in the arrangement direction is a trapezoidal top that contacts the target surface of the battery cell, and a side that connects the trapezoidal top and the base, and is a buffer sheet for the battery module. And an outer trapezoidal hypotenuse facing outward in the arrangement direction.
  • the target of the battery cell with respect to the stacking reference when the stacking direction of the battery cell is set as the stacking reference.
  • the acute angle of inclination of the normal to the surface is defined as ⁇ . Then, it is set so as to satisfy the relationship of Expression (1). ⁇ a ⁇ ⁇ (1)
  • the normal line of the target surface of the battery cell at the time of full charge is present inside the trapezoidal elastic protrusion at the portion where the predetermined elastic protrusion comes into contact with the target surface of the battery cell.
  • the line of force that the elastic protrusion receives from the target surface of the battery cell is present inside the elastic protrusion. Therefore, when the target surface of the battery cell expands in a curved convex shape at the time of full charge, even if the elastic protrusion receives a force from the target surface of the battery cell, the elastic protrusion is only compressed, It is possible to prevent bending and falling.
  • the elastic projections of the battery module buffer sheet can reliably support the elasticity when the battery cell is fully charged, and can reliably apply a reaction force when the battery cell is discharged.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the target surface of the battery cell in FIG. 6A.
  • FIG. 6A It is sectional drawing of the buffer sheet in FIG. 6A. It is a perspective view of the 1st buffer sheet of a 2nd example. It is a perspective view of the 1st buffer sheet of the 3rd example. It is a perspective view of the 1st buffer sheet of the 4th example. It is a perspective view of the 1st buffer sheet of the 5th example. It is a figure of the 2nd buffer sheet of the first example.
  • the battery module 1 of the first example will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the battery module 1 is used, for example, as a battery of an automobile.
  • the battery module 1 includes a stacked body 12 in which a plurality of battery cells 11 are stacked, a restraining member 13, and a first buffer sheet 14.
  • Each of the battery cells 11 constituting the stacked body 12 is formed in a rectangular parallelepiped flat shape.
  • the stacked body 12 is formed by stacking flat battery cells 11 in a direction (flat normal direction) orthogonal to the flat surface direction.
  • the battery cell 11 is a secondary battery capable of charging and discharging power, and for example, a lithium ion secondary battery or the like is suitably used.
  • the battery cell 11 includes a housing 11a formed in a rectangular parallelepiped flat box shape, and an electrode body 11b wound inside the housing 11a.
  • the housing 11a is made of, for example, a metal such as aluminum or a hard resin.
  • a surface of the housing 11a that is orthogonal to the flat surface direction is referred to as a target surface 11a1.
  • the electrode body 11b includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and is wound in a flat shape.
  • the electrode body 11b expands mainly in the direction of the flat normal line by generating heat with charging. Conversely, the electrode body 11b contracts with the discharge. Therefore, the housing 11a of the battery cell 11 that houses the electrode body 11b expands in the flat normal direction during charging.
  • the housing 11a is formed in a rectangular parallelepiped flat box shape, the target surface 11a1 easily expands and deforms into a curved convex shape.
  • the amount of expansion of the target surface 11a1 of the housing 11a becomes maximum.
  • the target surface 11a1 of the housing 11a ideally returns to a planar shape as the electrode body 11b contracts.
  • due to the deterioration of the electrode body 11b it does not gradually return to the original shape, and the battery performance decreases.
  • the restraining member 13 restrains the stacked body 12 from both ends in the stacking direction of the stacked body 12. That is, the constraining member 13 returns the battery cell 11 to an initial state (non-expanded state) by applying a reaction force to each battery cell 11 when each battery cell 11 expands due to charging.
  • the restraining member 13 includes a first restraining member 13a, a second restraining member 13b, and a connecting member 13c.
  • the first restraining member 13a is formed in an L-shape, and includes a portion as a pedestal of the laminate 12 and a portion (end restraint portion) on the first end side (right side in FIG. 1) of the laminate 12. Be placed.
  • the end constrained portion of the first constraining member 13a is arranged to face the target surface 11a1 of the battery cell 11 located at the first end of the stacked body 12. Further, the surface on the battery cell 11 side in the end constrained portion of the first constraining member 13a is formed in a planar shape.
  • the second restraining member 13b is formed in a flat plate shape, and is arranged on the second end side (the left side in FIG. 1) opposite to the first end of the laminated body 12. Specifically, the second restraining member 13b is arranged to face the target surface 11a1 of the battery cell 11 located at the second end of the stacked body 12. Furthermore, the surface on the battery cell 11 side of the second restraining member 13b is formed in a planar shape.
  • the stacked body 12 is sandwiched between the first restraining member 13a and the second restraining member 13b in the stacking direction.
  • the connecting member 13c connects the first restraining member 13a and the second restraining member 13b.
  • the members 13a, 13b, and 13c constituting the restraining member 13 are preferably made of metal in order to exhibit a sufficient restraining force, but hard resin can also be used.
  • the first buffer sheet 14 is interposed between the target surface 11a1 of the battery cell 11 located at the second end of the stacked body 12 and the second restraining member 13b.
  • the first buffer sheet 14 has the elastic body portion, thereby absorbing the deformation accompanying the expansion and contraction of the battery cell 11. Then, as shown in FIG. 1, the first buffer sheet 14 elastically supports the battery cells 11 when the battery cells 11 contract. Further, as shown in FIG. 2, the first buffer sheet 14 elastically supports the battery cell 11 when the battery cell 11 expands due to charging, and at the same time, contracts with the battery cell 11 when discharging the battery cell 11. Give reaction force.
  • the first buffer sheet 14 having the elastic body portion suitably exhibits the above function.
  • the first buffer sheet 14 includes a plate-shaped base portion 21 and an elastic protrusion 22.
  • the first surface of the base portion 21 is arranged at a distance from the target surface 11a1 of the battery cell 11 located at the second end of the stacked body 12.
  • the second surface of the base 21 contacts the second restraining member 13b.
  • the elastic protrusion 22 is made of an elastic material, protrudes from the first surface of the base 21 in the surface normal direction, and contacts the target surface 11a1 of the battery cell 11.
  • the elastic projection 22 elastically supports the battery cell 11 when the battery cell 11 expands in a curved convex shape due to charging. Further, the elastic protrusion 22 applies a reaction force to the battery cell 11 when the battery cell 11 contracts due to discharge.
  • the battery module 2 of the second example will be described with reference to FIG.
  • the battery module 2 includes a stacked body 12 in which a plurality of battery cells 11 are stacked, a restraining member 13, a first buffer sheet 14, and a second buffer sheet 15.
  • the configuration other than the second buffer sheet 15 is the same as that of the battery module 1 of the first example, and thus the description is omitted.
  • the second buffer sheet 15 is interposed between the target surfaces 11a1 and 11a1 of the two adjacent battery cells 11 and 11.
  • the second buffer sheet 15, like the first buffer sheet 14, has an elastic body portion to absorb the deformation accompanying the expansion and contraction of the battery cell 11. That is, the second buffer sheet 15 elastically supports the battery cells 11 when the battery cells 11 expand due to charging, and applies a reaction force to the battery cells when the battery cells 11 contract due to discharging.
  • the second buffer sheet 15 includes a plate-shaped base portion 31, a first elastic protrusion 32, and a second elastic protrusion 33.
  • the first surface of the base portion 31 is arranged at a distance from the target surface 11a1 of one of the two adjacent battery cells 11, 11.
  • the second surface of the base portion 31 is arranged at a distance from the target surface 11a1 of the other battery cell 11.
  • the first elastic protrusion 32 is formed of an elastic material, protrudes from the first surface of the base 31 in the surface normal direction, and contacts the target surface 11a1 of one battery cell 11. Then, the first elastic protrusion 32 elastically supports the one battery cell 11 when the one battery cell 11 is in a curved convex expansion due to charging. Further, the first elastic projection 32 applies a reaction force to the one battery cell 11 when the one battery cell 11 contracts due to discharge.
  • the second elastic projection 33 is formed of an elastic material, protrudes from the second surface of the base 31 in the surface normal direction, and contacts the target surface 11a1 of the other battery cell 11. Then, the second elastic projection 33 elastically supports the other battery cell 11 when the other battery cell 11 is in a curved convex expansion due to charging of the other battery cell 11. Further, the second elastic projection 33 applies a reaction force to the other battery cell 11 when the other battery cell 11 contracts due to discharge.
  • FIG. 4 is a perspective view of the first buffer sheet 40
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the first buffer sheet 40 in a state where the first buffer sheet 40 is not applied to the battery modules 1 and 2, that is, in a no-load state. is there.
  • the first buffer sheet 40 of the first example includes a base portion 41 and a plurality of elastic protrusions 42.
  • the first buffer sheet 40 is formed integrally with a base portion 41 and an elastic protrusion 42, and is entirely formed of an elastomer as one of elastic materials.
  • EPDM or the like is preferably used as an elastomer excellent in a low-temperature environment.
  • the base portion 41 and the elastic protrusions 42 may be made of different materials and may be joined to each other.
  • the base portion 41 may be formed of a metal plate such as aluminum
  • the elastic protrusion 42 may be formed of an elastomer.
  • the base portion 41 is formed in a flat plate shape, and has a first surface 41a separated from the target surface 11a1 of the battery cell 11 and a second surface 41b abutting on the second restraining member 13b. Since the base portion 41 is formed of an elastomer, the base portion 41 has flexibility when existing as the first buffer sheet 40 alone. However, in a state where the first buffer sheet 40 is applied to the battery modules 1 and 2, the second surface 41b of the base portion 41 is in contact with the second restraining member 13b. Is regulated along the surface shape of the second restraining member 13b. In the present embodiment, since the second restraining member 13b is formed in a planar shape, the base portion 41 has a flat plate shape.
  • the plurality of elastic projections 42 are independent of each other, and are formed to project from the first surface 41 a of the base 41.
  • the plurality of elastic projections 42 are formed in a ridge shape extending in the first direction. That is, the plurality of elastic protrusions 42 correspond to portions that are linearly raised in the first direction, and a slit 43 extending in the first direction is formed between the adjacent elastic protrusions 42. .
  • the cross section of the first buffer sheet 40 orthogonal to the first direction in FIG. 4 and orthogonal to the target surface 11a1 (shown in FIG. 1) of the battery cell 11 is as shown in FIG. Therefore, in the cross section shown in FIG. 5, the plurality of elastic protrusions 42 are arranged in the second direction orthogonal to the first direction.
  • the second direction is referred to as an arrangement direction
  • the cross section illustrated in FIG. 5 is referred to as an arrangement direction cross section.
  • the cross-sectional shape of the elastic projections 42 in the arrangement direction is formed in a trapezoidal shape as shown in FIG.
  • the cross-sectional shape of the elastic protrusion 42 is formed in an equilateral trapezoidal shape.
  • the cross-sectional shapes of the plurality of elastic projections 42 are formed in the same shape. However, as described later, the cross-sectional shapes of the plurality of elastic protrusions 42 may be formed in different shapes.
  • the elastic projection 42 has a trapezoidal base 42a connected to the base 41, a trapezoidal top 42b abutting on the target surface 11a1 of the battery cell 11, and a side connecting the trapezoidal top 42b to the base 41 (trapezoidal base 42a).
  • the outer trapezoidal oblique side 42c facing the outside in the arrangement direction of the first buffer sheet 40, and the side connecting the trapezoidal top side 42b and the base portion 41, and the center side in the arrangement direction of the first buffer sheet 40 is An inner trapezoidal hypotenuse 42d is provided.
  • the projecting direction of the elastic projection 42 is defined as an elastic reference C1.
  • the acute angle of inclination of the outer trapezoidal oblique side 42c with respect to the elasticity standard C1 in the elastic projection 42 is defined as ⁇ b.
  • the acute acute angle ⁇ b of the outer trapezoidal oblique sides 42c in all the elastic projections 42 is the same.
  • FIGS. 6A, 6B, and 6C show both the battery cell 11 and the first buffer sheet 40
  • FIG. 6B shows only the battery cell 11 in FIG. 6A
  • FIG. 6C shows only the first buffer sheet 40 in FIG. 6A.
  • the battery cell 11 when the battery cell 11 is fully charged, the battery cell 11 is in the maximum expansion state. Specifically, the target surface 11a1 of the battery cell 11 expands and deforms in a curved convex shape. The target surface 11a1 expands and deforms into a substantially arc-shaped convex shape. Further, the stacked body 12 is configured by a plurality of battery cells 11. Therefore, when all the battery cells 11 are fully charged, the position of the target surface 11a1 of the battery cell 11 located at the second end slides toward the second restraining member 13b as compared with the time of discharging.
  • the trapezoidal top 42b of the elastic projection 42 abuts on the target surface 11a1 of the battery cell 11, and the base 41 to which the trapezoidal bottom 42a of the elastic projection 42 is connected is restrained in a planar manner by the second restraining member 13b.
  • the elastic projection 42 is in a state of receiving a compressive load, particularly, in a state of receiving the maximum compressive load when fully charged.
  • the elastic protrusion 42 is compressed in the stacking direction of the stacked body 12, and the trapezoidal top side 42 b of the elastic protrusion 42 has a curved concave shape obtained by transferring the curved convex shape of the target surface 11 a 1 of the battery cell 11. Become.
  • the deformation state of the elastic projection 42 differs depending on the position of the plurality of elastic projections 42 in the arrangement direction (second direction). Therefore, in the following description, among the plurality of elastic protrusions 42, the elastic protrusion 42 located outside in the arrangement direction (second direction) of the plurality of elastic protrusions 42 is referred to as an outer elastic protrusion 421, and the center side Is defined as an inner elastic projection 422.
  • the stacking direction of the battery cells 11 is defined as a stacking reference C2. Then, when the plurality of elastic protrusions 42 are in the maximum compression load state, at the portion P of the target surface 11a1 of the battery cell 11 where the elastic protrusion 42 abuts, the target surface 11a1 of the battery cell 11 with respect to the stacking reference C2.
  • the acute angle of inclination of the normal is defined as ⁇ .
  • the acute inclination angle ⁇ of the battery cell 11 and the acute inclination angle ⁇ b of the elastic projection 42 in the no-load state have a relationship of the following equation (1). That is, the acute inclination angle ⁇ b of the elastic projection 42 in the no-load state is set to be equal to or greater than the acute inclination angle ⁇ of the battery cell 11. ⁇ b ⁇ ⁇ (1)
  • the target surface 11a1 of the battery cell 11 expands in a curved convex shape as described above, the inclination acute angle ⁇ differs depending on the portion. Therefore, at a portion P1 of the target surface 11a1 of the battery cell 11 where the outer elastic projection 421 contacts, the acute inclination angle of the normal line of the target surface 11a1 of the battery cell 11 with respect to the stacking reference C2 is defined as ⁇ 1. In a portion P2 of the target surface 11a1 of the battery cell 11 where the inner elastic protrusion 422 contacts, the acute inclination angle of the normal line of the target surface 11a1 of the battery cell 11 with respect to the stacking reference C2 is defined as ⁇ 2.
  • the acute inclination angle ⁇ 1 of the part P1 and the acute inclination angle ⁇ 2 of the part P2 have a relationship represented by Expression (2). ⁇ 1> ⁇ 2 (2)
  • the acute inclination angle ⁇ 1 of the portion P1 of the battery cell 11 and the acute inclination angle ⁇ b of the elastic projection 42 in a no-load state have a relationship represented by Expression (3).
  • the acute inclination angle ⁇ 2 of the portion P2 of the battery cell 11 and the acute inclination angle ⁇ b of the elastic projection 42 in the no-load state have a relationship of Expression (4). That is, the acute inclination angle ⁇ b of the elastic projection 42 in the no-load state is equal to or greater than the acute inclination angle ⁇ 1 of the part P1 and is equal to or greater than the acute inclination angle ⁇ 2 of the part P2.
  • the acute acute angle of the outer trapezoidal oblique side 42c with respect to the elasticity standard C1 in the elastic protrusion 42 is defined as ⁇ a.
  • the elastic projection 42 is compressed and deformed as compared with the unloaded state. Therefore, in the elastic protrusion 42, the acute inclination angle ⁇ b of the outer trapezoidal oblique side 42c in the no-load state and the acute inclination angle ⁇ a of the outer trapezoidal oblique side 42c in the maximum load state have a relationship represented by Expression (5).
  • the acute angle of inclination ⁇ a differs depending on the portion of the elastic projection 42. Therefore, the acute inclination angle of the outer elastic projection 421 is defined as ⁇ a1, and the acute inclination angle of the inner elastic projection 422 is defined as ⁇ a2.
  • the acute inclination angle ⁇ a1 of the outer elastic projection 421 in the maximum load state and the acute inclination angle ⁇ 1 of the portion P1 of the battery cell 11 have the relationship of Expression (6) from Expressions (3) and (5).
  • the acute inclination angle ⁇ a1 is set to be larger than the acute inclination angle ⁇ 1.
  • the acute inclination angle ⁇ a2 of the inner elastic projection 422 in the maximum load state and the acute inclination angle ⁇ 2 of the portion P2 of the battery cell 11 have a relationship of Expression (7) from Expressions (4) and (5).
  • the acute inclination angle ⁇ a2 is set to be larger than the acute inclination angle ⁇ 2.
  • the battery P at the time of full charge at the portions P1 and P2 of the target surface 11a1 of the battery cell 11 where the predetermined elastic protrusions 421 and 422 abut.
  • the normal to the target surface 11a1 of the cell 11 is in a state of being present inside the trapezoidal elastic protrusions 421 and 422.
  • the lines of force that the elastic protrusions 421 and 422 receive from the target surface 11a1 of the battery cell 11 are present inside the elastic protrusions 421 and 422.
  • the elastic protrusions 421 and 422 can be prevented from buckling or falling only by being compressed.
  • the elastic protrusions 421 and 422 of the first buffer sheet 40 can reliably support elastically when the battery cell 11 is fully charged, and can reliably apply a reaction force when the battery cell 11 is discharged.
  • the elastic projections 421 and 422 are switched from the no-load state to the maximum load state by being set to have the relations of the equations (3) and (4) in addition to the relations of the equations (6) and (7).
  • the lines of force that the elastic protrusions 421 and 422 receive from the target surface 11a1 of the battery cell 11 are reliably present inside the elastic protrusions 421 and 422. Therefore, it is possible to reliably prevent the elastic protrusions 421 and 422 from buckling or falling.
  • the first buffer sheet 40 is formed such that the slit 43 extends in the first direction. Therefore, the slit 43 functions as a flow path that allows air to flow between the target surface 11a1 of the battery cell 11 and the first buffer sheet 40. Therefore, when the first buffer sheet 40 has the slit 43, the first buffer sheet 40 has a cooling function by the flowing air. As a result, the heat generation of the battery cell 11 can be suppressed, and the expansion can be suppressed.
  • the cross-sectional shapes of the plurality of elastic protrusions 42 were formed to be the same.
  • the present invention is not limited to this.
  • the acute acute angle ⁇ b of the elastic projection 42 may be set to a different angle according to the portions P1 and P2 of the target surface 11a1. Good.
  • the acute acute angle of the outer elastic protrusion 421 corresponding to the portion P1 is defined as ⁇ b1 (shown in FIG. 5), and the acute acute angle of the inner elastic protrusion 422 is defined as ⁇ b1. , ⁇ b2 (shown in FIG. 5).
  • the acute angle of inclination ⁇ b1 of the outer elastic projection 421 and the acute angle of inclination ⁇ b2 of the inner elastic projection 422 are set so as to have the relationship of Expression (8). ⁇ b1> ⁇ b2 (8)
  • the acute inclination angle ⁇ b1 of the outer elastic protrusion 421 is changed to the inner elastic protrusion in correspondence with the acute inclination angle ⁇ 1 of the portion P1 being larger than the acute inclination angle ⁇ 2 of the portion P2.
  • 422 is set to be larger than the acute inclination angle ⁇ b2.
  • an appropriate inclination acute angle ⁇ b1, ⁇ b2 is set according to each part.
  • FIG. 7 is a perspective view of the first buffer sheet 50, which is a state where the first buffer sheet 50 is not applied to the battery modules 1 and 2, that is, a state where no load is applied.
  • FIG. 5 corresponds to a cross-sectional shape passing through the recess 53 in FIG.
  • the first buffer sheet 50 of the second example includes the base portion 41 and the elastic protrusion 52.
  • the elastic protrusions 52 are formed in a lattice shape, and are integrally connected as a whole.
  • a recess 53 is formed at the center of the lattice-like elastic projection 52. That is, the surface of the elastic projection 52 that contacts the target surface 11a1 of the battery cell 11 has a lattice shape.
  • the cross-sectional shape of the elastic projection 52 passing through the recess 53 is as shown in FIG.
  • the cross-sectional shape of the first buffer sheet 50 shown in FIG. 5 shows a cross-sectional shape of the first buffer sheet 50 in FIG. 7 that passes through the recess 53 and is parallel to the second direction. That is, a plurality of elastic projections 52 are arranged in the cross section. Therefore, in the elastic projection 52, the direction of the cross section (second direction) is referred to as a second arrangement direction.
  • a plurality of elastic projections 52 are arranged in a cross section passing through the recess 53 and parallel to the first direction. Therefore, in the elastic projection 52, the first direction of the cross section is referred to as a first arrangement direction. That is, the plurality of elastic protrusions 52 are arranged in the first arrangement direction and a plurality of elastic protrusions are arranged in the second arrangement direction.
  • each cross-sectional shape of the elastic protrusion 52 is formed in a trapezoidal shape as shown in FIG. That is, the elastic projection 52 includes a trapezoidal base 42a, a trapezoidal top 42b, an outer trapezoidal oblique side 42c, and an inner trapezoidal oblique side 42d.
  • Each side 42a, 42b, 42c, 42d is substantially the same as in the first example, and a description thereof will be omitted. Therefore, the first buffer sheet 50 exhibits substantially the same function as the first example. However, in the first buffer sheet 50 of the second example, since the elastic projections 52 are in a lattice shape, the supporting force of the battery cells 11 can be increased.
  • FIG. 8 is a perspective view of the first buffer sheet 60, which is a state where the first buffer sheet 60 is not applied to the battery modules 1 and 2, that is, a state where no load is applied.
  • FIG. 5 corresponds to a cross-sectional shape that passes through the recess 63 in FIG. 8 and is parallel to the second direction.
  • the first cushioning sheet 60 of the third example includes the base portion 41 and the elastic protrusion 62.
  • the elastic projections 62 are formed in a lattice like the elastic projections 52 of the first buffer sheet 50 of the second example, and are integrally connected as a whole.
  • a recess 63 is formed in the center of the lattice-like elastic projection 62.
  • the elastic projection 62 has an air communication groove 64 that communicates adjacent recesses 63 in the first direction. That is, the portion of the air communication groove 64 has a gap with the target surface 11a1 of the battery cell 11.
  • the air communication groove 64 is formed in all the portions of the elastic projection 62 extending in the second direction.
  • the air communication groove 64 exhibits the same function as the slit 43 of the first buffer sheet 40 of the first example. That is, since the first buffer sheet 60 has the air communication groove 64, it has a cooling function by the air flowing through the air communication groove 64. As a result, the heat generation of the battery cell 11 can be suppressed, and the expansion can be suppressed.
  • the elastic projections 62 are formed in a lattice shape while having a difference in height. Therefore, the first buffer sheet 60 of the third example can increase the supporting force of the battery cells 11 as compared with the first buffer sheet 40 of the first example.
  • FIG. 9 is a perspective view of the first buffer sheet 70, which is a state where the first buffer sheet 70 is not applied to the battery modules 1 and 2, that is, a state where no load is applied.
  • FIG. 5 corresponds to a cross-sectional shape that passes through the recess 73 in FIG. 9 and is parallel to the second direction.
  • the first buffer sheet 70 of the fourth example includes the base portion 41 and the elastic protrusion 72.
  • the elastic projections 72 are formed in a lattice like the elastic projections 52 of the first buffer sheet 50 of the second example, and are integrally connected as a whole.
  • a recess 73 is formed at the center of the lattice-shaped elastic projection 72.
  • the elastic projection 72 has an air communication hole 74 that connects the adjacent recesses 73 in the first direction.
  • the air communication holes 74 are formed in all the portions of the elastic protrusions 72 extending in the second direction.
  • the air communication hole 74 exhibits the same function as the slit 43 of the first buffer sheet 40 of the first example. That is, since the first buffer sheet 70 has the air communication holes 74, the first buffer sheet 70 has a cooling function by the air flowing through the air communication holes 74. As a result, the heat generation of the battery cell 11 can be suppressed, and the expansion can be suppressed.
  • the air communication hole 74 is formed at a position apart from the contact surface of the elastic projection 72 with the target surface 11a1 of the battery cell 11. Therefore, the surface of the elastic projection 72 that contacts the target surface 11a1 of the battery cell 11 has a lattice shape. Therefore, the first buffer sheet 70 of the fourth example can increase the supporting force of the battery cells 11 as compared with the first buffer sheet 40 of the first example.
  • FIG. 10 is a perspective view of the first buffer sheet 80, which is a state where the first buffer sheet 80 is not applied to the battery modules 1 and 2, that is, a state where no load is applied.
  • FIG. 5 corresponds to a cross-sectional shape passing through the elastic projection 82 in FIG.
  • the first buffer sheet 80 of the fifth example includes the base portion 41 and a plurality of elastic projections 82.
  • the plurality of elastic projections 82 are independent of each other, and are formed to project from the first surface 41 a of the base 41.
  • the plurality of elastic projections 82 are erected in a column shape from the first surface 41a toward the target surface 11a1 of the battery cell 11.
  • each elastic projection 82 is formed in a truncated cone shape.
  • each of the elastic projections 82 is not limited to the truncated cone shape, and may be a truncated pyramid shape or another polygonal truncated cone shape.
  • the plurality of elastic projections 82 are independently arranged in the first direction (first arrangement direction) and are independently arranged in the second direction (second arrangement direction).
  • FIG. 10 shows an example in which the plurality of elastic protrusions 82 are arranged in the first direction and the second direction orthogonal to each other. That is, the four adjacent elastic projections 82 are arranged so as to be the vertices of a rectangle.
  • a plurality may be independently arranged in a direction having an angle with respect to the first direction and the second direction. That is, the four adjacent elastic projections 82 may be arranged so as to be the vertices of a parallelogram. That is, the first direction and the second direction may be any directions as long as they intersect.
  • the cross-sectional shape passing through the elastic projection 82 is formed in a trapezoidal shape as shown in FIG. That is, the elastic projection 82 includes a trapezoidal base 42a, a trapezoidal top 42b, an outer trapezoidal oblique side 42c, and an inner trapezoidal oblique side 42d.
  • Each side 42a, 42b, 42c, 42d is substantially the same as in the first example, and a description thereof will be omitted. Therefore, the first buffer sheet 80 exhibits substantially the same function as the first example.
  • the second cushioning sheet 90 of the first example includes a base portion 31, a plurality of first elastic protrusions 32, and a plurality of second elastic protrusions 33.
  • the second buffer sheet 90 of the first example is different from the first buffer sheet 40 of the first example in that not only the first surface 41a side of the base portion 41 but also a plurality of elastic This corresponds to a configuration including the protrusion 42.
  • the base portion 31 is formed in a flat plate shape, and the first surface 31 a at a distance from the target surface 11 a 1 of one battery cell 11 and the other battery cell 11 Has a second surface 31b separated from the target surface 11a1.
  • the plurality of first elastic projections 32 are independent of each other, and are formed to project from the first surface 31 a of the base 31.
  • the plurality of first elastic projections 32 are formed in a ridge shape extending in a first direction (a direction orthogonal to the second direction).
  • the first elastic projection 32 includes a trapezoidal base 32a, a trapezoidal top 32b, an outer trapezoidal oblique side 32c, and an inner trapezoidal oblique side 32d, similarly to the elastic projections 42 of the first example.
  • a slit 35 extending in the first direction is formed between adjacent first elastic projections 32.
  • the plurality of second elastic projections 33 are independent of each other, and are formed to project from the second surface 31 b of the base 31.
  • the plurality of second elastic projections 33 are formed in a ridge shape extending in a first direction (a direction orthogonal to the second direction).
  • the second elastic projection 33 includes a trapezoidal base 33a, a trapezoidal top 33b, an outer trapezoidal oblique side 33c, and an inner trapezoidal oblique side 33d, similarly to the elastic projections 42 of the first example.
  • a slit 36 extending in the first direction is formed between the adjacent second elastic projections 33.
  • the second buffer sheet 90 is sandwiched between the adjacent battery cells 11 and 11.
  • the second cushioning sheet 90 includes a first elastic protrusion 32 and a second elastic protrusion 33 on both side surfaces of the base portion 31. Therefore, the second buffer sheet 90 exhibits the same function as the first buffer sheet 40 of the first example with respect to the adjacent battery cells 11 sandwiching the second buffer sheet 90.
  • the configuration of the first buffer sheets 50, 60, 70, 80 of the second to fifth examples can be applied to the second buffer sheet 90 of the first example.

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Abstract

電池モジュール用緩衝シートは、電池セル（１１）の満充電時に対応する所定の弾性突部（４２）が最大負荷状態である場合において、所定の弾性突部（４２）において、弾性突部（４２）の突出方向を弾性基準（Ｃ１）とした場合に弾性基準（Ｃ１）に対する外側台形斜辺（４２ｃ）の傾斜鋭角度を、（φａ）と定義する。電池セル（１１）の対象面（１１ａ１）のうち所定の弾性突部（４２）が当接する部位（Ｐ１，Ｐ２）において、電池セル（１１）の満充電時において、電池セル（１１）の積層方向を積層基準（Ｃ２）とした場合に積層基準（Ｃ２）に対する電池セル（１１）の対象面（１１ａ１）の法線の傾斜鋭角度を、θと定義する。そして、「φａ　≧　θ」の関係を満たすように設定されている。

Description

電池モジュール用緩衝シート
　本発明は、電池モジュール用緩衝シートに関するものである。
　電池モジュールは、自動車等に適用されており、走行距離の延長化のため、電池の高エネルギー密度化が進んできている。電池セルは、高エネルギー密度化によって、充電に伴う発熱によって膨張し、放電に伴って収縮することが知られている。また、充放電の繰り返しにより電池が劣化し、放電時において完全に元の形状まで収縮せず、放電時においても徐々に膨張側にシフトすることも知られている。そこで、複数の電池セルの積層体を、積層体の両端から、一対の拘束部材によって拘束する構造が、特許第５１２２８９８号公報、特開２０１７－２１２１２０号公報、特許第６２７７９８７号公報、及び特開２００６－２５３１４９号公報に記載されている。
　特許第５１２２８９８号公報に記載の電池モジュールにおいては、電池セルと拘束部材との間に、複数個の弾性体を点在して配置することが記載されている。特開２０１７－２１２１２０号公報に記載の電池モジュールにおいては、電池セルの膨張を抑制するために、隣り合う電池セルの間に、低ばね定数凸部および高ばね定数凸部を有するスペーサが配置されている。
　特許第６２７７９８７号公報に記載の電池モジュールにおいては、電池セルと拘束部材との間に、シート状の弾性部材が配置されている。さらに、当該電池セルは、隣り合う電池セルとの当接部位を、リブ状に形成することにより、隣り合う電池セルの間に冷却空気を流通させている。また、特開２００６－２５３１４９号公報に記載の電池モジュールにおいては、隣り合う電池セルの間に冷却空気を流通させるために、隣り合う電池セルの間に、複数の突起を有する隔壁が配置されている。
　特許第５１２２８９８号公報、特開２０１７－２１２１２０号公報、及び特許第６２７７９８７号公報に記載の電池モジュールのように、弾性部材を介在させることによって、電池セルの大変位に対しても吸収することができる。また、弾性部材は、電池セルの積層数の変化にも対応が容易であることからも有用である。
　ただし、特許第６２７７９８７号公報に記載の弾性部材のように、突起を有しない形状に比べて、特許第５１２２８９８号公報及び特開２０１７－２１２１２０号公報に記載の弾性部材のように、突起を有する形状の方が、電池セルの変位の吸収力が高くなる。しかしながら、弾性部材を突起形状とする場合には、座屈や倒れが生じるおそれがある。突起状の弾性部材に座屈や倒れが生じると、突起状の弾性部材は、電池セルに対して十分な反力を発揮することができず、結果として電池セルの長寿命化の効果を効果的に発揮することができないおそれがある。
　本発明は、電池モジュールに適用され、電池セルの充電時に確実に弾性支持し、電池セルの放電時に確実に反力を付与することができる電池モジュール用緩衝シートを提供することを目的とする。
　電池モジュール用緩衝シートは、複数の電池セルの積層体と前記積層体の積層方向の両端から前記積層体を拘束する一対の拘束部材とを備える電池モジュールに適用され、前記電池セルの対象面と前記拘束部材との間、または、隣接する前記電池セルの対象面の間に介在される。
　電池モジュール用緩衝シートは、前記電池セルの前記対象面から距離を隔てた第一面を有する板状のベース部と、弾性材料により形成され、前記ベース部の前記第一面から前記電池セルの前記対象面に向かって突出形成され、前記電池セルの前記対象面に直交する断面において複数配列され、配列方向の断面形状が台形形状に形成されており、前記電池セルの充電に伴う湾曲状の膨張時に前記電池セルを弾性支持し、且つ、前記電池セルの放電に伴う収縮時に前記電池セルに対して反力を付与する弾性突部とを備える。
　前記弾性突部の前記配列方向の断面形状は、前記電池セルの前記対象面に当接する台形頂辺と、前記台形頂辺と前記ベース部とを接続する辺であって前記電池モジュール用緩衝シートの前記配列方向の外側を向く外側台形斜辺とを備える。前記電池セルの満充電時に対応する所定の前記弾性突部が最大負荷状態である場合において、前記所定の前記弾性突部において、前記弾性突部の突出方向を弾性基準とした場合に前記弾性基準に対する前記外側台形斜辺の傾斜鋭角度を、φａと定義する。前記対象面のうち前記所定の前記弾性突部が当接する部位において、前記電池セルの満充電時において、前記電池セルの積層方向を積層基準とした場合に前記積層基準に対する前記電池セルの前記対象面の法線の傾斜鋭角度を、θと定義する。そして、式（１）の関係を満たすように設定されている。
　φａ　≧　θ　　・・・　（１）
　上記により、電池セルの対象面のうち所定の弾性突部が当接する部位において、満充電時における電池セルの対象面の法線が、台形形状の弾性突部の内部に存在する状態となる。換言すると、満充電時において、弾性突部が電池セルの対象面から受ける力線が、弾性突部の内部に存在する状態となる。従って、満充電時において、電池セルの対象面が湾曲凸状に膨張した場合に、弾性突部が電池セルの対象面から力を受けたとしても、弾性突部は圧縮されるだけで、座屈や倒れを生じることを防止できる。その結果、電池モジュール用緩衝シートの弾性突部は、電池セルの満充電時に確実に弾性支持し、電池セルの放電時に確実に反力を付与することができる。
第一例の電池モジュールを示す図であって、電池セルが膨張していない状態を示す。 第一例の電池モジュールを示す図であって、電池セルが満充電に伴う最大膨張状態を示す。 第二例の電池モジュールを示す図である。 第一例の第一緩衝シートの斜視図である。 第一例の第一緩衝シートが無負荷状態のときの緩衝シートの断面図である。 第一例の電池モジュールにおいて、満充電時における電池セルと第一緩衝シートの状態を示す図である。 図６Ａにおける電池セルの対象面の断面図である。 図６Ａにおける緩衝シートの断面図である。 第二例の第一緩衝シートの斜視図である。 第三例の第一緩衝シートの斜視図である。 第四例の第一緩衝シートの斜視図である。 第五例の第一緩衝シートの斜視図である。 第一例の第二緩衝シートの図である。
　（１．電池モジュールの全体構成）
　（１－１．第一例の電池モジュール１）
　第一例の電池モジュール１について、図１および図２を参照して説明する。図１に示すように、電池モジュール１は、例えば、自動車のバッテリ等として用いられる。電池モジュール１は、複数の電池セル１１を積層された積層体１２と、拘束部材１３と、第一緩衝シート１４とを備える。
　積層体１２を構成する各電池セル１１は、直方体形状の扁平状に形成されている。積層体１２は、扁平状の電池セル１１を、扁平面方向に直交する方向（扁平法線方向）に積層されている。電池セル１１は、電力を充放電可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオン二次電池等が好適に用いられる。
　電池セル１１は、直方体形状の扁平箱形状に形成された筐体１１ａと、筐体１１ａの内部に巻回された電極体１１ｂとを備える。筐体１１ａは、例えばアルミニウム等の金属、または、硬質樹脂等により形成されている。以下において、筐体１１ａにおいて、扁平面方向に直交する面を対象面１１ａ１と称する。電極体１１ｂは、正極電極と、負極電極と、正極電極と負極電極との間に挟まれたセパレータとを備え、扁平状に巻回されている。
　図２に示すように、電極体１１ｂは、充電に伴って発熱することによって、主として扁平法線方向に膨張する。反対に、電極体１１ｂは、放電に伴って収縮する。従って、電極体１１ｂを収容する電池セル１１の筐体１１ａは、充電時には、扁平法線方向に膨張する。特に、筐体１１ａが直方体形状の扁平箱形状に形成されているため、対象面１１ａ１が湾曲凸状に膨張変形しやすい。特に、電池セル１１の満充電時には、筐体１１ａの対象面１１ａ１の膨張量が最大となる。電池セル１１の放電時には、電極体１１ｂの収縮すること伴って、筐体１１ａの対象面１１ａ１は、理想的には、平面状に復帰する。ただし、電極体１１ｂの劣化によって、徐々に元の形状にまで戻らなくなり、電池性能が低下していく。
　拘束部材１３は、積層体１２を、積層体１２の積層方向の両端から拘束する。つまり、拘束部材１３は、各電池セル１１が充電によって膨張した場合に各電池セル１１に対して反力を付与することにより、電池セル１１を初期状態（膨張していない状態）に戻すように作用する。
　拘束部材１３は、第一拘束部材１３ａ、第二拘束部材１３ｂ、および、連結部材１３ｃを備える。第一拘束部材１３ａは、Ｌ字状に形成されており、積層体１２の台座としての部分と、積層体１２の第一端側（図１の右側）の部分（端部拘束部分）とに配置される。詳細には、第一拘束部材１３ａの端部拘束部分は、積層体１２の第一端に位置する電池セル１１の対象面１１ａ１に対向するように配置される。さらに、第一拘束部材１３ａの端部拘束部分における電池セル１１側の面は、平面状に形成されている。
　第二拘束部材１３ｂは、平板状に形成されており、積層体１２の第一端の反対である第二端側（図１の左側）に配置される。詳細には、第二拘束部材１３ｂは、積層体１２の第二端に位置する電池セル１１の対象面１１ａ１に対向するように配置される。さらに、第二拘束部材１３ｂにおける電池セル１１側の面は、平面状に形成されている。
　従って、積層体１２は、第一拘束部材１３ａと第二拘束部材１３ｂとによって、積層方向に挟まれる状態となる。連結部材１３ｃは、第一拘束部材１３ａと第二拘束部材１３ｂとを連結する。拘束部材１３を構成する各部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、十分な拘束力を発揮するために、金属が好適に用いられるが、硬質樹脂を適用することも可能である。
　第一緩衝シート１４は、積層体１２の第二端に位置する電池セル１１の対象面１１ａ１と、第二拘束部材１３ｂとの間に介在される。第一緩衝シート１４は、弾性体部分を有することにより、電池セル１１の膨張および収縮に伴う変形を吸収する。そして、第一緩衝シート１４は、図１に示すように、電池セル１１の収縮時において、電池セル１１を弾性支持する。さらに、第一緩衝シート１４は、図２に示すように、電池セル１１の充電に伴う膨張時において、電池セル１１を弾性支持すると共に、電池セル１１の放電に伴う収縮時に電池セルに対して反力を付与する。
　特に、積層体１２を構成する電池セル１１の数が多いほど、電池セル１１の膨張および収縮に伴う積層体１２の全長の変化は大きくなる。従って、積層体１２の全長の変化を確実に吸収するために、弾性体部分を有する第一緩衝シート１４が上記機能を好適に発揮する。
　第一緩衝シート１４は、板状のベース部２１と、弾性突部２２とを備える。ベース部２１の第一面は、積層体１２の第二端に位置する電池セル１１の対象面１１ａ１から距離を隔てて配置される。ベース部２１の第二面は、第二拘束部材１３ｂに当接する。弾性突部２２は、弾性材料により形成されており、ベース部２１の第一面から面法線方向に突出し、電池セル１１の対象面１１ａ１に当接する。そして、弾性突部２２は、電池セル１１の充電に伴う湾曲凸状の膨張時に、電池セル１１を弾性支持する。さらに、弾性突部２２は、電池セル１１の放電に伴う収縮時に、電池セル１１に対して反力を付与する。
　（１－２．第二例の電池モジュール２）
　第二例の電池モジュール２について、図３を参照して説明する。電池モジュール２は、複数の電池セル１１を積層された積層体１２と、拘束部材１３と、第一緩衝シート１４と、第二緩衝シート１５とを備える。第二例の電池モジュール２において、第二緩衝シート１５以外の構成は、第一例の電池モジュール１と同一構成であるため、説明を省略する。
　第二緩衝シート１５は、隣接する２つの電池セル１１，１１の対象面１１ａ１，１１ａ１の間に介在される。第二緩衝シート１５は、第一緩衝シート１４と同様に、弾性体部分を有することにより、電池セル１１の膨張および収縮に伴う変形を吸収する。つまり、第二緩衝シート１５は、電池セル１１の充電に伴う膨張時において、電池セル１１を弾性支持すると共に、電池セル１１の放電に伴う収縮時に電池セルに対して反力を付与する。
　第二緩衝シート１５は、板状のベース部３１と、第一弾性突部３２と、第二弾性突部３３とを備える。ベース部３１の第一面は、隣り合う２つの電池セル１１，１１のうち一方の電池セル１１の対象面１１ａ１から距離を隔てて配置される。ベース部３１の第二面は、他方の電池セル１１の対象面１１ａ１から距離を隔てて配置される。
　第一弾性突部３２は、弾性材料により形成されており、ベース部３１の第一面から面法線方向に突出し、一方の電池セル１１の対象面１１ａ１に当接する。そして、第一弾性突部３２は、当該一方の電池セル１１の充電に伴う湾曲凸状の膨張時に、当該一方の電池セル１１を弾性支持する。さらに、第一弾性突部３２は、当該一方の電池セル１１の放電に伴う収縮時に、当該一方の電池セル１１に対して反力を付与する。
　第二弾性突部３３は、弾性材料により形成されており、ベース部３１の第二面から面法線方向に突出し、他方の電池セル１１の対象面１１ａ１に当接する。そして、第二弾性突部３３は、当該他方の電池セル１１の充電に伴う湾曲凸状の膨張時に、当該他方の電池セル１１を弾性支持する。さらに、第二弾性突部３３は、当該他方の電池セル１１の放電に伴う収縮時に、当該他方の電池セル１１に対して反力を付与する。
　（２．第一例の第一緩衝シート４０）
　（２－１．第一例の第一緩衝シート４０の構成）
　第一緩衝シート１４の一例としての第一例の第一緩衝シート４０について図４および図５を参照して説明する。図４は、第一緩衝シート４０の斜視図を示し、図５は、第一緩衝シート４０の断面図であって、電池モジュール１，２に適用していない状態、すなわち無負荷状態の図である。
　第一例の第一緩衝シート４０は、ベース部４１と、複数の弾性突部４２とを備える。第一緩衝シート４０は、ベース部４１と弾性突部４２とを一体的に形成されており、全体が弾性材料の一つとしてのエラストマーにより形成されている。第一緩衝シート４０には、例えば、低温環境下に優れたエラストマーとして、ＥＰＤＭ等が好適に用いられる。
　なお、第一緩衝シート４０において、ベース部４１と弾性突部４２とを異なる材質として、両者を接合することも可能である。例えば、ベース部４１をアルミニウム等の金属板材とし、弾性突部４２をエラストマーにより形成することも可能である。また、ベース部４１および弾性突部４２に、異なる種類のエラストマーを用いて、２色成形により第一緩衝シート４０を形成することも可能である。
　ベース部４１は、平板状に形成されており、電池セル１１の対象面１１ａ１から距離を隔てた第一面４１ａ、および、第二拘束部材１３ｂに当接する第二面４１ｂを有する。ベース部４１は、エラストマーにより形成されているため、第一緩衝シート４０単体として存在する場合には、可撓性を有する。ただし、第一緩衝シート４０が電池モジュール１，２に適用されている状態においては、ベース部４１の第二面４１ｂが第二拘束部材１３ｂに当接しているため、ベース部４１は、実質的に第二拘束部材１３ｂの面形状に沿った状態で規制される。本実施形態においては、第二拘束部材１３ｂは、平面状に形成されているため、ベース部４１は、平板状となる。
　複数の弾性突部４２は、それぞれ独立しており、ベース部４１の第一面４１ａから突出形成されている。複数の弾性突部４２は、第一方向に延びる畝状に形成されている。つまり、複数の弾性突部４２は、第一方向に向かって直線状に盛り上げられた部位に相当し、隣り合う弾性突部４２の間には、第一方向に延びるスリット４３が形成されている。
　ここで、第一緩衝シート４０について、図４の第一方向に直交し、且つ、電池セル１１の対象面１１ａ１（図１に示す）に直交する断面は、図５に示すようになる。従って、図５に示す断面において、複数の弾性突部４２は、第一方向に直交する第二方向に、複数配列されていることになる。以下、第二方向を、配列方向と称し、図５に示す断面を、配列方向の断面と称する。
　弾性突部４２の配列方向の断面形状は、図５に示すように、台形形状に形成されている。本実施形態においては、弾性突部４２の当該断面形状は、等脚台形に形成されている。さらに、複数の弾性突部４２の当該断面形状は、同一形状に形成されている。ただし、後述するが、複数の弾性突部４２の当該断面形状は、異なる形状に形成されるようにしてもよい。弾性突部４２は、ベース部４１に接続される台形底辺４２ａ、電池セル１１の対象面１１ａ１に当接する台形頂辺４２ｂ、台形頂辺４２ｂとベース部４１（台形底辺４２ａ）とを接続する辺であって第一緩衝シート４０の配列方向の外側を向く外側台形斜辺４２ｃ、および、台形頂辺４２ｂとベース部４１とを接続する辺であって第一緩衝シート４０の配列方向の中央側を向く内側台形斜辺４２ｄを備える。
　ここで、弾性突部４２の突出方向を弾性基準Ｃ１とする。そして、弾性突部４２が無負荷状態である場合に、当該弾性突部４２において、弾性基準Ｃ１に対する外側台形斜辺４２ｃの傾斜鋭角度を、φｂと定義する。本実施形態においては、全ての弾性突部４２における外側台形斜辺４２ｃの傾斜鋭角度φｂが、同一とされている。
　（２－２．満充電時における電池セル１１と第一緩衝シート４０の形状）
　次に、全ての電池セル１１が満充電時における電池セル１１と第一緩衝シート４０の形状について、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃを参照して説明する。図６Ａは、電池セル１１と第一緩衝シート４０の両者を示し、図６Ｂは、図６Ａにおける電池セル１１のみを示し、図６Ｃは、図６Ａにおける第一緩衝シート４０のみを示す。
　図６Ａに示すように、電池セル１１の満充電時においては、電池セル１１が最大膨張状態となる。詳細には、電池セル１１の対象面１１ａ１は、湾曲凸状に膨張変形する。対象面１１ａ１は、略円弧凸状に膨張変形する。また、積層体１２は、複数の電池セル１１により構成されている。従って、全ての電池セル１１の満充電時においては、第二端に位置する電池セル１１の対象面１１ａ１の位置は、放電時に比べて、第二拘束部材１３ｂ側にスライドする。
　弾性突部４２の台形頂辺４２ｂは、電池セル１１の対象面１１ａ１に当接し、弾性突部４２の台形底辺４２ａが接続されているベース部４１は、第二拘束部材１３ｂによって平面状に拘束されている。そのため、弾性突部４２は、圧縮負荷を受ける状態、特に、満充電時には最大の圧縮負荷を受ける状態となる。詳細には、弾性突部４２は、積層体１２の積層方向に圧縮されると共に、弾性突部４２の台形頂辺４２ｂは、電池セル１１の対象面１１ａ１の湾曲凸状を転写した湾曲凹状となる。
　ただし、弾性突部４２は、複数の弾性突部４２の配列方向（第二方向）の位置に応じて変形状態が異なる。そこで、以下の説明において、複数の弾性突部４２のうち、複数の弾性突部４２の配列方向（第二方向）において、外側に位置する弾性突部４２を外側弾性突部４２１とし、中央側に位置する弾性突部４２を内側弾性突部４２２とする。
　図６Ｂに示すように、電池セル１１の積層方向を積層基準Ｃ２とする。そして、複数の弾性突部４２が最大圧縮負荷状態である場合に、電池セル１１の対象面１１ａ１のうち弾性突部４２が当接する部位Ｐにおいて、積層基準Ｃ２に対する電池セル１１の対象面１１ａ１の法線の傾斜鋭角度を、θと定義する。
　ここで、電池セル１１の傾斜鋭角度θと、無負荷状態における弾性突部４２の傾斜鋭角度φｂとは、式（１）の関係を有する。つまり、無負荷状態における弾性突部４２の傾斜鋭角度φｂは、電池セル１１の傾斜鋭角度θ以上に設定されている。
　　φｂ　≧　θ　　・・・　（１）
　ただし、電池セル１１の対象面１１ａ１は、上述したように、湾曲凸状に膨張するため、部位によって傾斜鋭角度θが異なる。そこで、電池セル１１の対象面１１ａ１のうち外側弾性突部４２１が当接する部位Ｐ１において、積層基準Ｃ２に対する電池セル１１の対象面１１ａ１の法線の傾斜鋭角度を、θ１と定義する。電池セル１１の対象面１１ａ１のうち内側弾性突部４２２が当接する部位Ｐ２において、積層基準Ｃ２に対する電池セル１１の対象面１１ａ１の法線の傾斜鋭角度を、θ２と定義する。部位Ｐ１の傾斜鋭角度θ１と部位Ｐ２の傾斜鋭角度θ２とは、式（２）の関係を有する。
　　θ１　＞　θ２　　・・・　（２）
　そして、電池セル１１の部位Ｐ１の傾斜鋭角度θ１と、無負荷状態における弾性突部４２の傾斜鋭角度φｂとは、式（３）の関係を有する。また、電池セル１１の部位Ｐ２の傾斜鋭角度θ２と、無負荷状態における弾性突部４２の傾斜鋭角度φｂとは、式（４）の関係を有する。つまり、無負荷状態における弾性突部４２の傾斜鋭角度φｂは、部位Ｐ１の傾斜鋭角度θ１以上であり、部位Ｐ２の傾斜鋭角度θ２以上に設定されている。
　　φｂ　≧　θ１　　・・・　（３）
　　φｂ　≧　θ２　　・・・　（４）
　次に、図６Ｃに示すように、弾性突部４２が最大圧縮負荷状態である場合に、当該弾性突部４２において、弾性基準Ｃ１に対する外側台形斜辺４２ｃの傾斜鋭角度を、φａと定義する。ここで、弾性突部４２は、無負荷状態に比べて、圧縮変形している。そのため、弾性突部４２において、無負荷状態における外側台形斜辺４２ｃの傾斜鋭角度φｂと、最大負荷状態における外側台形斜辺４２ｃの傾斜鋭角度φａとは、式（５）の関係を有する。
　　φａ　＞　φｂ　　・・・　（５）
　ただし、電池セル１１の対象面１１ａ１が湾曲凸状に膨張するため、弾性突部４２の部位によって傾斜鋭角度φａが異なる。そこで、外側弾性突部４２１の傾斜鋭角度を、φａ１と定義し、内側弾性突部４２２の傾斜鋭角度を、φａ２と定義する。
　そして、最大負荷状態における外側弾性突部４２１の傾斜鋭角度φａ１と、電池セル１１の部位Ｐ１の傾斜鋭角度θ１とは、式（３）（５）より、式（６）の関係を有する。傾斜鋭角度φａ１は、傾斜鋭角度θ１より大きく設定されている。
　　φａ１　＞　θ１　　・・・　（６）
　また、最大負荷状態における内側弾性突部４２２の傾斜鋭角度φａ２と、電池セル１１の部位Ｐ２の傾斜鋭角度θ２とは、式（４）（５）より、式（７）の関係を有する。傾斜鋭角度φａ２は、傾斜鋭角度θ２より大きく設定されている。
　　φａ２　＞　θ２　　・・・　（７）
　式（６）（７）の関係を有するように設定されることより、電池セル１１の対象面１１ａ１のうち所定の弾性突部４２１，４２２が当接する部位Ｐ１，Ｐ２において、満充電時における電池セル１１の対象面１１ａ１の法線が、台形形状の弾性突部４２１，４２２の内部に存在する状態となる。換言すると、満充電時において、弾性突部４２１，４２２が電池セル１１の対象面１１ａ１から受ける力線が、弾性突部４２１，４２２の内部に存在する状態となる。従って、満充電時において、電池セル１１の対象面１１ａ１が湾曲凸状に膨張した場合に、弾性突部４２１，４２２が電池セル１１の対象面１１ａ１から力を受けたとしても、弾性突部４２１，４２２は圧縮されるだけで、座屈や倒れを生じることを防止できる。その結果、第一緩衝シート４０の弾性突部４２１，４２２は、電池セル１１の満充電時に確実に弾性支持し、電池セル１１の放電時に確実に反力を付与することができる。
　さらに、式（６）（７）の関係に加えて、式（３）（４）の関係を有するように設定されることにより、弾性突部４２１，４２２が無負荷状態から最大負荷状態に至るまで、確実に、弾性突部４２１，４２２が電池セル１１の対象面１１ａ１から受ける力線が、弾性突部４２１，４２２の内部に存在する状態となる。従って、確実に、弾性突部４２１，４２２に座屈や倒れを生じることを防止できる。
　さらに、第一緩衝シート４０は、スリット４３が第一方向に延びるように形成されている。そのため、スリット４３が、電池セル１１の対象面１１ａ１と第一緩衝シート４０との間に、空気を流通させる流路として機能する。従って、第一緩衝シート４０がスリット４３を有することにより、流通する空気による冷却機能を有することになる。その結果、電池セル１１の発熱を抑制し、ひいては膨張を抑制することができる。
　（３．第一例の第一緩衝シート４０の変形態様）
　第一例の第一緩衝シート４０において、複数の弾性突部４２の当該断面形状は、同一形状に形成した。これに限られず、弾性突部４２が無負荷状態である場合において、弾性突部４２に関する傾斜鋭角度φｂは、対象面１１ａ１の部位Ｐ１，Ｐ２に応じて異なる角度に設定されるようにしてもよい。
　弾性突部４２が無負荷状態である場合に、部位Ｐ１に対応する外側弾性突部４２１の傾斜鋭角度を、φｂ１（図５に示す）と定義し、内側弾性突部４２２の傾斜鋭角度を、φｂ２（図５に示す）と定義する。そして、外側弾性突部４２１の傾斜鋭角度φｂ１と、内側弾性突部４２２の傾斜鋭角度φｂ２とは、式（８）の関係を有するように設定される。
　　φｂ１　＞　φｂ２　　・・・　（８）
　つまり、式（２）のように、部位Ｐ１の傾斜鋭角度θ１が、部位Ｐ２の傾斜鋭角度θ２より大きくなることに対応させて、外側弾性突部４２１の傾斜鋭角度φｂ１を内側弾性突部４２２の傾斜鋭角度φｂ２より大きくなるように設定されている。これにより、各部位に応じて、適切な傾斜鋭角度φｂ１，φｂ２に設定している。
　（４．第二例の第一緩衝シート５０）
　第一緩衝シート１４の一例としての第二例の第一緩衝シート５０について図７および図５を参照して説明する。図７は、第一緩衝シート５０の斜視図を示し、電池モジュール１，２に適用していない状態、すなわち無負荷状態の図である。図５は、図７における凹所５３を通る断面形状に相当する。
　第二例の第一緩衝シート５０は、ベース部４１と、弾性突部５２とを備える。弾性突部５２は、格子状に形成されており、全体が一体的に接続されている。格子状の弾性突部５２の中央には、凹所５３が形成されている。つまり、弾性突部５２において、電池セル１１の対象面１１ａ１と当接する面は、格子状となる。
　弾性突部５２の凹所５３を通る断面形状は、図５に示すようになる。ここで、図５に示す第一緩衝シート５０の断面形状は、図７における第一緩衝シート５０において、凹所５３を通り、且つ、第二方向に平行な方向の断面形状を示す。つまり、弾性突部５２は、当該断面において、複数配列されている状態となる。そこで、弾性突部５２において、当該断面の方向（第二方向）を、第二配列方向と称する。
　また、弾性突部５２は、凹所５３を通り、且つ、第一方向に平行な方向の断面において、第二方向と同様に、複数配列されている状態となる。そこで、弾性突部５２において、当該断面の第一方向を、第一配列方向と称する。つまり、弾性突部５２は、第一配列方向において複数配列されると共に、第二配列方向において複数配列される。
　そして、弾性突部５２の各断面形状は、図５に示すように、台形形状に形成されている。つまり、弾性突部５２は、台形底辺４２ａ、台形頂辺４２ｂ、外側台形斜辺４２ｃ、および、内側台形斜辺４２ｄを備える。各辺４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、第一例と実質的に同様であるため、説明を省略する。従って、第一緩衝シート５０は、第一例と実質的に同様の機能を発揮する。ただし、第二例の第一緩衝シート５０においては、弾性突部５２が格子状であるため、電池セル１１の支持力を大きくすることができる。
　（５．第三例の第一緩衝シート６０）
　第一緩衝シート１４の一例としての第三例の第一緩衝シート６０について図８および図５を参照して説明する。図８は、第一緩衝シート６０の斜視図を示し、電池モジュール１，２に適用していない状態、すなわち無負荷状態の図である。図５は、図８における凹所６３を通り、且つ、第二方向に平行な断面形状に相当する。
　第三例の第一緩衝シート６０は、ベース部４１と、弾性突部６２とを備える。弾性突部６２は、第二例の第一緩衝シート５０の弾性突部５２のように格子状に形成されており、全体が一体的に接続されている。そして、格子状の弾性突部６２の中央には、凹所６３が形成されている。さらに、弾性突部６２は、第一方向において、隣り合う凹所６３，６３同士を連通する空気連通溝６４を有する。つまり、空気連通溝６４の部分は、電池セル１１の対象面１１ａ１との間に隙間を有する状態となる。空気連通溝６４は、弾性突部６２における第二方向に延びる部分の全てに形成されている。
　従って、空気連通溝６４は、第一例の第一緩衝シート４０のスリット４３と同様の機能を発揮する。すなわち、第一緩衝シート６０が空気連通溝６４を有することにより、空気連通溝６４を流通する空気による冷却機能を有することになる。その結果、電池セル１１の発熱を抑制し、ひいては膨張を抑制することができる。
　さらに、第三例の第一緩衝シート６０は、弾性突部６２が、高さの違いを有しつつも、格子状に形成されている。従って、第三例の第一緩衝シート６０は、第一例の第一緩衝シート４０に比べて、電池セル１１の支持力を大きくすることができる。
　（６．第四例の第一緩衝シート７０）
　第一緩衝シート１４の一例としての第四例の第一緩衝シート７０について図９および図５を参照して説明する。図９は、第一緩衝シート７０の斜視図を示し、電池モジュール１，２に適用していない状態、すなわち無負荷状態の図である。図５は、図９における凹所７３を通り、且つ、第二方向に平行な断面形状に相当する。
　第四例の第一緩衝シート７０は、ベース部４１と、弾性突部７２とを備える。弾性突部７２は、第二例の第一緩衝シート５０の弾性突部５２と同様に格子状に形成されており、全体が一体的に接続されている。そして、格子状の弾性突部７２の中央には、凹所７３が形成されている。さらに、弾性突部７２は、第一方向において、隣り合う凹所７３，７３同士を連通する空気連通孔７４を有する。空気連通孔７４は、弾性突部７２における第二方向に延びる部分の全てに形成されている。
　従って、空気連通孔７４は、第一例の第一緩衝シート４０のスリット４３と同様の機能を発揮する。すなわち、第一緩衝シート７０が空気連通孔７４を有することにより、空気連通孔７４を流通する空気による冷却機能を有することになる。その結果、電池セル１１の発熱を抑制し、ひいては膨張を抑制することができる。
　また、空気連通孔７４は、弾性突部７２における電池セル１１の対象面１１ａ１との当接面から離れた位置に形成されている。従って、弾性突部７２において、電池セル１１の対象面１１ａ１と当接する面は、格子状となる。従って、第四例の第一緩衝シート７０は、第一例の第一緩衝シート４０に比べて、電池セル１１の支持力を大きくすることができる。
　（７．第五例の第一緩衝シート８０）
　第一緩衝シート１４の一例としての第五例の第一緩衝シート８０について図１０および図５を参照して説明する。図１０は、第一緩衝シート８０の斜視図を示し、電池モジュール１，２に適用していない状態、すなわち無負荷状態の図である。図５は、図１０における弾性突部８２を通る断面形状に相当する。
　第五例の第一緩衝シート８０は、ベース部４１と、複数の弾性突部８２とを備える。複数の弾性突部８２は、それぞれ独立しており、ベース部４１の第一面４１ａから突出形成されている。特に、複数の弾性突部８２は、第一面４１ａから電池セル１１の対象面１１ａ１に向かって、柱状に立設されている。図１０においては、各弾性突部８２は、円錐台形状に形成されている。ただし、各弾性突部８２は、円錐台形状に限られず、四角錐台形状、その他の多角形錐台形状とすることもできる。
　従って、複数の弾性突部８２は、第一方向（第一配列方向）に複数個独立して配列されると共に、第二方向（第二配列方向）に複数個独立して配列される。また、図１０においては、複数の弾性突部８２は、直交する第一方向と第二方向のそれぞれに配列する例を示す。つまり、近接する４個の弾性突部８２が、長方形の頂点となるように配置されている。この他に、第一方向に代えて、第一方向および第二方向に対して角度を有する方向に複数個独立して配列するようにしてもよい。つまり、近接する４個の弾性突部８２が、平行四辺形の頂点となるように配置してもよい。すなわち、第一方向と第二方向とは、交差する方向であればよい。
　そして、弾性突部８２を通る断面形状は、図５に示すように、台形形状に形成されている。つまり、弾性突部８２は、台形底辺４２ａ、台形頂辺４２ｂ、外側台形斜辺４２ｃ、および、内側台形斜辺４２ｄを備える。各辺４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、第一例と実質的に同様であるため、説明を省略する。従って、第一緩衝シート８０は、第一例と実質的に同様の機能を発揮する。
　（８．第一例の第二緩衝シート９０）
　第二緩衝シート１５の一例としての第一例の第二緩衝シート９０について図１１を参照して説明する。第一例の第二緩衝シート９０は、ベース部３１と、複数の第一弾性突部３２と、複数の第二弾性突部３３とを備える。ここで、第一例の第二緩衝シート９０は、第一例の第一緩衝シート４０に対して、ベース部４１の第一面４１ａ側に加えて第二面４１ｂ側にも、複数の弾性突部４２を備える構成に相当する。
　第一例の第二緩衝シート９０において、ベース部３１は、平板状に形成されており、一方の電池セル１１の対象面１１ａ１から距離を隔てた第一面３１ａ、および、他方の電池セル１１の対象面１１ａ１から距離を隔てた第二面３１ｂを有する。
　複数の第一弾性突部３２は、それぞれ独立しており、ベース部３１の第一面３１ａから突出形成されている。複数の第一弾性突部３２は、第一方向（第二方向に直交する方向）に延びる畝状に形成されている。第一弾性突部３２は、第一例の弾性突部４２と同様に、台形底辺３２ａ、台形頂辺３２ｂ、外側台形斜辺３２ｃ、および、内側台形斜辺３２ｄを備える。隣り合う第一弾性突部３２の間には、第一方向に延びるスリット３５が形成されている。
　複数の第二弾性突部３３は、それぞれ独立しており、ベース部３１の第二面３１ｂから突出形成されている。複数の第二弾性突部３３は、第一方向（第二方向に直交する方向）に延びる畝状に形成されている。第二弾性突部３３は、第一例の弾性突部４２と同様に、台形底辺３３ａ、台形頂辺３３ｂ、外側台形斜辺３３ｃ、および、内側台形斜辺３３ｄを備える。隣り合う第二弾性突部３３の間には、第一方向に延びるスリット３６が形成されている。
　第二緩衝シート９０は、隣り合う電池セル１１，１１の間に挟まれている。そして、第二緩衝シート９０は、ベース部３１の両側面のそれぞれに、第一弾性突部３２および第二弾性突部３３を備えている。従って、第二緩衝シート９０は、当該第二緩衝シート９０を挟む隣り合う電池セル１１，１１に対して、第一例の第一緩衝シート４０と同様に機能を発揮する。なお、第一例の第二緩衝シート９０は、第二例から第五例の第一緩衝シート５０，６０，７０，８０の構成を適用することもできる。
１，２：電池モジュール、　１１：電池セル、　１１ａ：筐体、　１１ａ１：対象面、　１１ｂ：電極体、　１２：電池セルの積層体、　１３：拘束部材、　１３ａ：第一拘束部材、　１３ｂ：第二拘束部材、　１３ｃ：連結部材、　１４：第一緩衝シート、　１５：第二緩衝シート、　２１：ベース部、　２２：弾性突部、　３１：ベース部、　３１ａ：第一面、　３１ｂ：第二面、　３２：第一弾性突部、　３２ａ：台形底辺、　３２ｂ：台形頂辺、　３２ｃ：外側台形斜辺、　３２ｄ：内側台形斜辺、　３３：第二弾性突部、　３３ａ：台形底辺、　３３ｂ：台形頂辺、　３３ｃ：外側台形斜辺、　３３ｄ：内側台形斜辺、　３５，３６：スリット、　４０：第一緩衝シート、　４１：ベース部、　４１ａ：第一面、　４１ｂ：第二面、　４２：弾性突部、　４２ａ：台形底辺、　４２ｂ：台形頂辺、　４２ｃ：外側台形斜辺、　４２ｄ：内側台形斜辺、　４３：スリット、　５０：第一緩衝シート、　５２：弾性突部、　５３：凹所、　６０：第一緩衝シート、　６２：弾性突部、　６３：凹所、　６４：空気連通溝、　７０：第一緩衝シート、　７２：弾性突部、　７３：凹所、　７４：空気連通孔、　８０：第一緩衝シート、　８２：弾性突部、　９０：第二緩衝シート、　４２１：外側弾性突部、　４２２：内側弾性突部、　Ｃ１：弾性基準、　Ｃ２：積層基準、　Ｐ，Ｐ１，Ｐ２：電池セルの対象面の部位、　θ，θ１，θ２：電池セルの対象面の法線の傾斜鋭角度、　φａ，φａ１，φａ２：最大負荷状態における弾性突部の外側台形斜辺の傾斜鋭角度、　φｂ，φｂ１，φｂ２：無負荷状態における弾性突部の外側台形斜辺の傾斜鋭角度

Claims (9)

  1. 　複数の電池セルの積層体と前記積層体の積層方向の両端から前記積層体を拘束する拘束部材とを備える電池モジュールに適用され、
    　前記電池セルの対象面と前記拘束部材との間、または、隣接する前記電池セルの対象面の間に介在される、電池モジュール用緩衝シートであって、
    　前記電池セルの前記対象面から距離を隔てた第一面を有する板状のベース部と、
    　弾性材料により形成され、前記ベース部の前記第一面から前記電池セルの前記対象面に向かって突出形成され、前記電池セルの前記対象面に直交する断面において複数配列され、配列方向の断面形状が台形形状に形成されており、前記電池セルの充電に伴う湾曲状の膨張時に前記電池セルを弾性支持し、且つ、前記電池セルの放電に伴う収縮時に前記電池セルに対して反力を付与する弾性突部と、
    　を備え、
    　前記弾性突部の前記配列方向の断面形状は、
    　前記電池セルの前記対象面に当接する台形頂辺と、
    　前記台形頂辺と前記ベース部とを接続する辺であって前記電池モジュール用緩衝シートの前記配列方向の外側を向く外側台形斜辺と、
    　を備え、
    　前記電池セルの満充電時に対応する所定の前記弾性突部が最大負荷状態である場合において、前記所定の前記弾性突部において、前記弾性突部の突出方向を弾性基準とした場合に前記弾性基準に対する前記外側台形斜辺の傾斜鋭角度を、φａと定義し、
    　前記対象面のうち前記所定の前記弾性突部が当接する部位において、前記電池セルの満充電時において、前記電池セルの積層方向を積層基準とした場合に前記積層基準に対する前記電池セルの前記対象面の法線の傾斜鋭角度を、θと定義し、
    　式（１）の関係を満たすように設定されている、電池モジュール用緩衝シート。
    　φａ　≧　θ　　・・・　（１）
  2. 　前記所定の前記弾性突部が無負荷状態である場合において、前記弾性基準に対する前記外側台形斜辺の傾斜鋭角度を、φｂとし、
    　式（２）の関係を満たすように設定されている、請求項１に記載の電池モジュール用緩衝シート。
    　φｂ　≧　θ　　・・・　（２）
  3. 　前記電池セルは、電極巻回体と、前記電極巻回体を収容し前記対象面を有する筐体と、を備え、
    　前記対象面は、充電時に湾曲凸状に膨張変形する、請求項１または２に記載の電池モジュール用緩衝シート。
  4. 　前記所定の前記弾性突部が無負荷状態である場合において、前記弾性突部に関する前記傾斜鋭角度φｂは、前記対象面の位置に応じて異なる角度に設定されている、請求項１－３の何れか一項に記載の電池モジュール用緩衝シート。
  5. 　前記弾性突部は、前記配列方向に直交する方向に延びる畝状に形成され、
    　隣り合う前記弾性突部の間には、スリットが形成される、請求項１－４の何れか一項に記載の電池モジュール用緩衝シート。
  6. 　前記弾性突部は、格子状に形成され、
    　前記格子状の前記弾性突部の中央には、凹所が形成され、
    　前記弾性突部の前記配列方向の前記断面形状は、前記凹所を通る断面形状である、請求項１－４の何れか一項に記載の電池モジュール用緩衝シート。
  7. 　前記弾性突部は、隣り合う前記凹所同士を連通する空気連通溝を有する、請求項６に記載の電池モジュール用緩衝シート。
  8. 　前記弾性突部は、隣り合う前記凹所同士を連通する空気連通孔を有する、請求項６に記載の電池モジュール用緩衝シート。
  9. 　前記弾性突部は、前記ベース部の前記第一面から前記電池セルの前記対象面に向かって柱状に立設され、
    　前記弾性突部は、第一の前記配列方向に複数個独立して配列されると共に、前記第一の前記配列方向に交差する第二の前記配列方向に複数個独立して配列される、請求項１－４の何れか一項に記載の電池モジュール用緩衝シート。
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