WO2020110449A1 - 電池モジュール - Google Patents

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WO2020110449A1
WO2020110449A1 PCT/JP2019/038299 JP2019038299W WO2020110449A1 WO 2020110449 A1 WO2020110449 A1 WO 2020110449A1 JP 2019038299 W JP2019038299 W JP 2019038299W WO 2020110449 A1 WO2020110449 A1 WO 2020110449A1
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battery
batteries
battery module
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water
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拓也 江頭
浩志 高田
和博 原塚
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三洋電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module.
  • Patent Document 1 discloses a battery module in which flat rectangular batteries are alternately stacked in the thickness direction with spacer members. Spacer members included in this battery module are arranged on both sides in the width direction of the battery, and have a first portion facing a side surface of the battery along the width direction, and a spacer connected to the first portion along the thickness direction of the secondary battery. And a second portion facing the side surface of the battery. That is, the first portion of the spacer member was interposed between the adjacent batteries to ensure the insulation between them. In addition, the second portion of the spacer member is interposed between the side surface of each battery and the bind bar that extends in the stacking direction of the batteries and restrains the plurality of batteries to ensure insulation between them.
  • the cause of the short circuit is considered to be dew condensation water generated on the surface of the module when the battery module is used or water entering from outside the module.
  • the present inventors have found that there is room for the conventional battery module to more reliably prevent these water-induced short circuits and enhance the reliability of the battery module. Came to recognize.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a technique for increasing the reliability of a battery module.
  • This battery module is a battery stack having a plurality of stacked batteries, each battery having a top surface with an output terminal, and a flat surface portion extending along the side surfaces of the plurality of batteries in the stacking direction of the batteries. And a side separator that has a first portion interposed between each battery and the flat portion, and that has a first separator interposed between each battery and the flat portion, and each battery.
  • the first portion is arranged with a gap having a size that suppresses movement of water due to a capillary phenomenon.
  • the reliability of the battery module can be improved.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the battery module according to the first embodiment. It is sectional drawing which expands and shows the bottom part of a battery module. It is a perspective view of a side separator and a restraint member.
  • FIG. 7 is a perspective view of a side separator and a restraining member included in the battery module according to the second embodiment.
  • FIG. 5A is an enlarged perspective view showing the bottoms of the side separator and the restraining member.
  • FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view showing the bottom of the side separator.
  • FIG. 9 is a perspective view of a side separator and a restraining member included in the battery module according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the battery module according to the first embodiment.
  • the battery module 1 includes a battery stack 2, a pair of end plates 4, a cooling plate 6, a heat conductive layer 8, a side separator 10, and a restraining member 12.
  • the battery stack 2 has a plurality of batteries 14 and an inter-cell separator 16.
  • Each battery 14 is, for example, a rechargeable secondary battery such as a lithium-ion battery, a nickel-hydrogen battery, a nickel-cadmium battery, or the like.
  • the battery 14 is a so-called prismatic battery and has a flat rectangular parallelepiped outer can 18.
  • a not-shown substantially rectangular opening is provided on one surface of the outer can 18, and an electrode body, an electrolytic solution, and the like are accommodated in the outer can 18 through this opening.
  • a sealing plate 20 that seals the outer can 18 is provided at the opening of the outer can 18.
  • the sealing plate 20 is provided with a positive output terminal 22 near one end in the longitudinal direction and a negative output terminal 22 near the other end.
  • Each of the pair of output terminals 22 is electrically connected to a positive electrode plate and a negative electrode plate that form an electrode body.
  • the positive output terminal 22 is referred to as a positive terminal 22a
  • the negative output terminal 22 is referred to as a negative terminal 22b.
  • the positive electrode terminal 22a and the negative electrode terminal 22b are collectively referred to as the output terminal 22.
  • the outer can 18, the sealing plate 20, and the output terminal 22 are conductors, and are made of metal, for example.
  • the sealing plate 20 and the opening of the outer can 18 are joined by welding or the like.
  • Each output terminal 22 is inserted into a through hole (not shown) formed in the sealing plate 20.
  • An insulating seal member (not shown) is interposed between each output terminal 22 and each through hole.
  • each battery 14 is arranged so that the output terminal 22 faces vertically upward. Therefore, each battery 14 has an output terminal 22 on the upper surface.
  • Each battery 14 has a bottom surface facing the top surface and two main surfaces connecting the top surface and the bottom surface.
  • the main surface has the largest area among the six surfaces of the battery 14. Further, the main surface is a long side surface connected to the long sides of the top surface and the bottom surface. The remaining two surfaces excluding the top surface, the bottom surface, and the two main surfaces are the side surfaces of the battery 14.
  • the side surface is a short side surface connected to the short sides of the top surface and the bottom surface.
  • the surface on the upper surface side of the battery 14 is the upper surface of the battery stack 2
  • the surface on the bottom surface side of the battery 14 is the bottom surface of the battery stack 2
  • the surface on the short side surface side of the battery 14 is It is a side surface of the battery stack 2.
  • the sealing plate 20 is provided with a valve portion 24 between a pair of output terminals 22.
  • the valve unit 24 is also called a safety valve, and is a mechanism for releasing gas inside the battery 14.
  • the valve portion 24 is configured to open when the internal pressure of the outer can 18 rises above a predetermined value to release the gas inside.
  • the valve portion 24 is composed of, for example, a thin portion provided in a part of the sealing plate 20 and having a smaller thickness than other portions, and a linear groove formed on the surface of the thin portion. In this configuration, when the internal pressure of the outer can 18 rises, the thin portion tears from the groove to open the valve.
  • the valve portion 24 of each battery 14 is connected to an exhaust duct 38 described later, and the gas inside the battery is discharged from the valve portion 24 to the exhaust duct 38.
  • the battery 14 also has an insulating film 26.
  • the insulating film 26 is, for example, a cylindrical shrink tube, and is heated after the outer can 18 is passed inside. As a result, the insulating film 26 contracts and covers the two main surfaces and the two side surfaces of the outer can 18.
  • the insulating film 26 can suppress a short circuit between the adjacent batteries 14 or between the batteries 14 and the end plate 4. Examples of the material forming the insulating film 26 include polyethylene terephthalate (PET).
  • the plurality of batteries 14 are stacked at a predetermined interval such that the main surfaces of the adjacent batteries 14 face each other.
  • stacking means arranging a plurality of members in any one direction. Therefore, stacking the batteries 14 also includes horizontally arranging the plurality of batteries 14.
  • two adjacent batteries 14 are stacked such that the positive electrode terminal 22a of one battery 14 and the negative electrode terminal 22b of the other battery 14 are adjacent to each other.
  • the inter-cell separator 16 is also called an insulating spacer and is made of, for example, a resin sheet having an insulating property.
  • the resin forming the inter-cell separator 16 include thermoplastic resins such as polypropylene (PP), polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC), and Noryl (registered trademark) resin (modified PPE).
  • PP polypropylene
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PC polycarbonate
  • Noryl (registered trademark) resin modified PPE
  • the battery stack 2 is sandwiched between a pair of end plates 4.
  • the pair of end plates 4 are arranged at both ends of the battery stack 2 in the stacking direction X of the batteries 14.
  • the pair of end plates 4 are adjacent to the batteries 14 located at both ends in the stacking direction X with the outer end separator 5 interposed therebetween.
  • the outer edge separator 5 can be made of the same resin material as the inter-cell separator 16.
  • Each end plate 4 is a metal plate made of metal such as iron, stainless steel, and aluminum.
  • the outer end separator 5 is interposed between the end plate 4 and the battery 14 to insulate the both.
  • Each end plate 4 has a fastening hole 4a on a direction Y orthogonal to the stacking direction X of the batteries 14, that is, on two surfaces facing a direction in which the pair of output terminals 22 are arranged.
  • three fastening holes 4a are arranged at a predetermined interval in the arrangement direction Z of battery stack 2 and cooling plate 6.
  • the surface provided with the fastening hole 4 a is a surface facing the flat portion 54 of the restraint member 12.
  • a bus bar plate 28 is placed on the upper surface of the battery stack 2.
  • the bus bar plate 28 is a plate-shaped member that covers the surface of the plurality of batteries 14 on which the output terminals 22 are provided.
  • the bus bar plate 28 has a plurality of openings 32 that expose the valve portions 24 at positions corresponding to the valve portions 24 of each battery 14.
  • the bus bar plate 28 has a duct top plate 34 that covers the upper side of the opening 32, and a side wall 36 that surrounds the side of the opening 32.
  • An exhaust duct 38 is formed in the bus bar plate 28 by fixing the duct top plate 34 to the upper end of the side wall 36.
  • Each valve portion 24 communicates with the exhaust duct 38 via the opening 32.
  • the bus bar plate 28 has an opening 40 that exposes the output terminal 22 at a position corresponding to the output terminal 22 of the battery 14.
  • a bus bar 42 is placed in each opening 40.
  • the plurality of bus bars 42 are supported by the bus bar plate 28.
  • the bus bar 42 placed in each opening 40 electrically connects the positive electrode terminal 22a and the negative electrode terminal 22b of the adjacent batteries 14 to each other.
  • the bus bar 42 is a substantially strip-shaped member made of metal such as copper or aluminum.
  • the bus bar 42 has one end connected to the positive electrode terminal 22a of the one battery 14 and the other end connected to the negative terminal 22b of the other battery 14.
  • the output terminals 22 having the same polarity in the adjacent batteries 14 may be connected in parallel to form a battery block, and the battery blocks may be connected in series.
  • the bus bar 42 connected to the output terminals 22 of the batteries 14 located at both ends in the stacking direction X has external connection terminals 44.
  • the external connection terminal 44 is electrically connected to a terminal portion 62 of the top cover 60 described later.
  • the external connection terminal 44 is connected to an external load (not shown) via the terminal portion 62.
  • the voltage detection line 46 is placed on the bus bar plate 28.
  • the voltage detection line 46 is electrically connected to the plurality of batteries 14 and detects the voltage of each battery 14.
  • the voltage detection line 46 has a plurality of conducting wires (not shown). One end of each conductor is connected to each bus bar 42, and the other end is connected to the connector 48.
  • the connector 48 is connected to an external battery ECU (not shown) or the like.
  • the battery ECU controls the detection of the voltage of each battery 14 and the charging/discharging of each battery 14.
  • the cooling plate 6 is made of a material having high thermal conductivity such as aluminum.
  • the cooling plate 6 is thermally connected to the battery stack 2, that is, heat-exchangeably connected to the battery stack 2, and cools each battery 14.
  • battery stack 2 is placed on the main surface of cooling plate 6.
  • the battery stack 2 is placed on the cooling plate 6 with its bottom surface facing the cooling plate 6 side.
  • the cooling plate 6 may have therein a flow path through which a coolant such as water or ethylene glycol flows. Thereby, the cooling efficiency of the battery 14 can be further improved.
  • An insulating heat conductive layer 8 is interposed between the battery stack 2 and the cooling plate 6. That is, the cooling plate 6 is thermally connected to the battery stack 2 via the heat conduction layer 8.
  • the heat conductive layer 8 of the present embodiment covers the entire bottom surface of the battery stack 2.
  • the thermal conductivity of the thermal conductive layer 8 is higher than that of air.
  • the heat conductive layer 8 can be formed of a known resin sheet having good heat conductivity such as an acrylic rubber sheet or a silicone rubber sheet.
  • the cooling efficiency of each battery 14 can be improved and each battery 14 can be cooled more uniformly.
  • the heat conductive layer 8 has an insulating property, it is possible to prevent the battery stack 2 and the cooling plate 6 from being electrically connected via the heat conductive layer 8. Further, the heat conduction layer 8 suppresses the displacement between the battery stack 2 and the cooling plate 6 in the direction perpendicular to the arrangement direction Z of the battery stack 2 and the cooling plate 6 (that is, the extending direction of the XY plane). You can
  • the side separator 10 is a long member that is long in the stacking direction X of the batteries 14.
  • the pair of side separators 10 are arranged in the direction Y orthogonal to the stacking direction X of the batteries 14.
  • Each side separator 10 is made of, for example, an insulating resin.
  • a thermoplastic resin such as polypropylene (PP), polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC), Noryl (registered trademark) resin (modified PPE), or the like. Is exemplified.
  • Each side separator 10 has a first portion 50, a second portion 52, and a third portion 53.
  • the first portion 50 has a rectangular shape and extends in the stacking direction X of the batteries 14 along the side surface of each battery 14, that is, the side surface of the battery stack 2.
  • the second portion 52 has a strip shape extending in the stacking direction X and projects from the lower side of the first portion 50 to the battery stack 2 side.
  • the third portion 53 has a strip shape extending in the stacking direction X and projects from the upper side of the first portion 50 to the battery stack 2 side.
  • the restraint member 12 is also called a bind bar, and is a long member that is long in the stacking direction X of the batteries 14.
  • the pair of restraint members 12 are arranged in the direction Y orthogonal to the stacking direction X of the batteries 14.
  • Each restraint member 12 is made of metal such as iron or stainless steel.
  • the battery stack 2, the pair of end plates 4, the cooling plate 6, the heat conduction layer 8 and the pair of side separators 10 are arranged between the pair of restraining members 12.
  • Each restraint member 12 has a flat surface portion 54 and a pair of arm portions 56.
  • the plane portion 54 has a rectangular shape and extends in the stacking direction X of the batteries 14 along the side surface of each battery 14, that is, the side surface of the battery stack 2.
  • the pair of arm portions 56 protrude from the end of the flat surface portion 54 toward the battery stack 2 and face each other in the arrangement direction Z of the battery stack 2 and the cooling plate 6. That is, one arm portion 56 projects from the upper side of the flat surface portion 54 toward the battery stack 2 side, and the other arm portion 56 projects from the lower side of the flat surface portion 54 toward the battery stack body 2 side.
  • the battery stack 2, the cooling plate 6, the heat conduction layer 8 and the pair of side separators 10 are arranged between the pair of arms 56.
  • a contact plate 68 is fixed by welding or the like to a region of the flat surface portion 54 facing each end plate 4.
  • the contact plate 68 is a member that is long in the arrangement direction Z.
  • the contact plate 68 is provided with a through hole 70 penetrating the contact plate 68 in the direction Y at a position corresponding to the fastening hole 4 a of the end plate 4.
  • the plane portion 54 has a through hole 58 penetrating the plane portion 54 in the direction Y at a position corresponding to the through hole 70 of the contact plate 68.
  • the plurality of batteries 14 are constrained in the stacking direction X by the pair of end plates 4 engaging with the flat surface portion 54 of each restraint member 12.
  • the plurality of batteries 14 and the plurality of inter-cell separators 16 are alternately arranged to form the battery laminated body 2, and the battery laminated body 2 is oriented with the pair of end plates 4 via the outer end separators 5.
  • the heat conduction layer 8 is arranged on the bottom surface of the battery stack 2, and the cooling plate 6 is arranged so as to face the battery stack 2 with the heat conduction layer 8 interposed therebetween.
  • the battery stack 2, the pair of end plates 4, the cooling plate 6 and the heat conduction layer 8 are sandwiched in the direction Y by the pair of side separators 10. Further, the pair of restraining members 12 sandwich the entire pair in the direction Y from the outside of the pair of side separators 10.
  • the pair of end plates 4 and the pair of restraint members 12 are aligned with each other such that the fastening holes 4a, the through holes 70, and the through holes 58 overlap each other. Then, a fastening member 59 such as a screw is inserted into the through hole 58 and the through hole 70 and screwed into the fastening hole 4a. As a result, the pair of end plates 4 and the pair of restraint members 12 are fixed.
  • the plurality of batteries 14 are tightened and restrained in the stacking direction X.
  • each battery 14 is positioned in the stacking direction X.
  • the top surface and the bottom surface of the plurality of batteries 14 are sandwiched by the two arm portions 56 facing each other in the arrangement direction Z. Thereby, the plurality of batteries 14 are positioned in the arrangement direction Z.
  • the bus bar plate 28 is placed on the battery stack 2 after these positionings are completed. Then, the bus bar 42 is attached to the output terminal 22 of each battery 14, and the output terminals 22 of the plurality of batteries 14 are electrically connected to each other. For example, the bus bar 42 is fixed to the output terminal 22 by welding.
  • a top cover 60 is laminated on the upper surface of the bus bar plate 28.
  • the top cover 60 suppresses contact of dew condensation water, dust, or the like with the output terminal 22, the valve portion 24, the bus bar 42, etc. of the battery 14.
  • the top cover 60 is made of, for example, a resin having an insulating property.
  • the top cover 60 has a terminal portion 62 at a position overlapping the external connection terminal 44 in the arrangement direction Z.
  • the top cover 60 is fixed to the bus bar plate 28 by, for example, snap fitting. With the top cover 60 placed on the bus bar plate 28, the external connection terminals 44 and the terminal portions 62 are connected.
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the bottom of the battery module.
  • FIG. 3 is a perspective view of the side separator and the restraining member. In FIG. 2, illustration of the internal structure of the battery 14 is omitted.
  • the restraint member 12 of the present embodiment sandwiches the plurality of batteries 14 in the stacking direction X of the batteries 14, and also sandwiches the battery stack 2 and the cooling plate 6 in the arraying direction Z thereof.
  • the restraining member 12 sandwiches the plurality of batteries 14 in the stacking direction X by engaging both ends of the flat surface portion 54 in the stacking direction X of the batteries 14 with the pair of end plates 4 (FIG. 1, FIG. 2).
  • the restraint member 12 sandwiches the battery stack 2, the heat conduction layer 8 and the cooling plate 6 in the arrangement direction Z by the pair of arms 56. That is, the restraint member 12 has both the function of fastening the plurality of batteries 14 and the function of fastening the battery stack 2 and the cooling plate 6. Therefore, unlike the conventional structure, the battery stack 2 and the cooling plate 6 are not fastened with screws.
  • the first portion 50 of the side separator 10 extends in the stacking direction X of the battery 14 along the side surface of the battery stack 2.
  • the flat portion 54 of the restraint member 12 extends in the stacking direction X of the battery 14 along the side surface of the battery stack 2 outside the first portion 50. Therefore, the first portion 50 of the side separator 10 is interposed between the side surface of each battery 14 and the flat portion 54 of the restraint member 12. As a result, the side surface of each battery 14 and the flat portion 54 of the restraint member 12 are electrically insulated.
  • the second portion 52 of the side separator 10 is in contact with the lower surface of the cooling plate 6, that is, the main surface opposite to the battery stack 2.
  • the arm portion 56 projecting from the lower end of the flat portion 54 of the restraint member 12 extends outside the second portion 52 and along the lower main surface of the cooling plate 6. Therefore, the second portion 52 of the side separator 10 is interposed between the cooling plate 6 and one arm portion 56 of the restraint member 12, that is, the lower arm portion 56. Thereby, the cooling plate 6 and the restraint member 12 are electrically insulated.
  • the third portion 53 of the side separator 10 contacts the upper surface of the battery stack 2.
  • the arm portion 56 of the restraint member 12 projecting from the upper end of the flat surface portion 54 extends along the upper surface of the battery stack 2 outside the third portion 53. Therefore, the third portion 53 of the side separator 10 is interposed between the upper surface of the battery stack 2 and the other arm portion 56 of the restraint member 12, that is, the upper arm portion 56. Thereby, the upper surface of each battery 14 and the restraint member 12 are electrically insulated.
  • the heat conduction layer 8 and the cooling plate 6 being sandwiched by the pair of arms 56 in the arrangement direction Z, the heat conduction layer 8 is pressed by the battery stack 2 and the cooling plate 6 to be elastic. Deform or plastically deform. Thereby, the thermal connection between the battery stack 2 and the cooling plate 6 can be obtained more reliably. Further, uniform cooling of the entire battery stack 2 can be achieved.
  • the third portion 53 of the side separator 10 has a folded portion 64.
  • returning part 64 extends toward the outer side of the battery module 1 in the direction Y from the front end which protruded to the battery laminated body 2 side of the 3rd part 53.
  • a predetermined interval is provided in the arrangement direction Z between the third portion 53 and the folded portion 64, and the upper arm portion 56 of the restraint member 12 is provided in the space between the third portion 53 and the folded portion 64. Plugged in. Therefore, the tip of the upper arm portion 56 is wrapped with the side separator 10.
  • the respective batteries 14 and the first portion 50 are arranged with a gap G having a size suppressing the movement of the water W due to the capillary phenomenon.
  • the gap G is the distance in the direction Y between the side surface of each battery 14 and the first portion 50.
  • the water W generated on the upper surface of the battery 14 due to dew condensation or the like flows down to the bottom surface side of the battery 14 along the gap G between the battery 14 and the first portion 50 due to gravity.
  • the water W that has flowed to the bottom surface side of the battery 14 may adhere to the lower arm portion 56, the cooling plate 6 and the like of the restraining member 12.
  • the gap G between the side surface of each battery 14 and the first portion 50 is of a size that causes the movement of the water W due to the capillary phenomenon, the water W that has flowed down to the bottom surface side of the battery 14 is inside the gap G due to the capillary phenomenon. There is a risk that it will extend upward and spread.
  • a conductive path through the water W is formed between the upper surface of the battery 14 and the portion of the restraint member 12 on the bottom surface side of the battery 14 (hereinafter referred to as the bottom portion of the restraint member 12) and the cooling plate 6.
  • the bottom portion of the restraint member 12 the portion of the restraint member 12
  • the gap G between each battery 14 and the first portion 50 is set to a size that suppresses the movement of the water W due to the capillary phenomenon.
  • the size of suppressing the movement of the water W due to the capillary phenomenon can be set based on the balance between the force of pulling the water W due to the capillary phenomenon and the force of dropping the water W due to its own weight.
  • the force of pulling the water W by the capillary phenomenon includes the force of pulling the water W by the surface of the first portion 50 and the force of pulling the water W by the side surface of the battery 14.
  • the gap G can be set based on the following equation (1), for example.
  • L ⁇ cos ⁇ A +L ⁇ cos ⁇ B ⁇ GLh ⁇ g (1)
  • each symbol is as follows.
  • X h [unit: m] ] Height of water W present in the gap G
  • the size of the gap G is the gap. It corresponds to the width of the water W existing in G.
  • the material of the side separator 10 is polypropylene (PP) and the material of the side surface of the battery 14, that is, the material of the insulating film 26 is polyethylene terephthalate (PET).
  • the length L of the battery 14 in the stacking direction X is 0.0265 m
  • the height h of the water W present in the gap G is 0.0031 m
  • the surface tension coefficient ⁇ is 0.07275 N/m
  • the surface of the first portion 50 The contact angle ⁇ A between water and water W is 94°
  • the contact angle ⁇ B between the side surface of the battery 14 and water W is 79°
  • the density ⁇ of the water W at a temperature of 20° C. is 998.233 kg/m 3
  • the gravitational acceleration Let g be 9.80665 m/s 2 .
  • the side separator 10 of the present embodiment has a convex portion 72 protruding toward the side surface of the battery 14 on the surface of the first portion 50 on the battery stack 2 side.
  • the strip-shaped convex portions 72 that are long in the arrangement direction Z are arranged in a matrix at predetermined intervals in the stacking direction X and the arrangement direction Z.
  • Each convex portion 72 contacts the side surface of each battery 14 in a state where the side separator 10 is assembled to the battery stack 2. Further, each convex portion 72 presses the side surface of the battery 14 when the battery 14 expands. Thereby, the gap G between each battery 14 and the first portion 50 can be more reliably maintained.
  • the positioning portion 74 includes a first wall portion 76 and a pair of second wall portions 78.
  • the first wall portion 76 and the pair of second wall portions 78 project from the surface of the second portion 52 facing the battery stack 2 side to the battery stack 2 side.
  • the first wall portion 76 is located closer to the battery stack 2 than the first portion 50 in the direction Y and extends in the stacking direction X.
  • the pair of second wall portions 78 extend in the direction Y from both ends of the first wall portion 76 in the stacking direction X.
  • the end portion of the cooling plate 6 in the direction Y is fitted to the positioning portion 74 in a state where the pair of side separators 10 is assembled to the laminated body of the battery laminated body 2, the heat conductive layer 8 and the cooling plate 6.
  • the cooling plate 6 is positioned in the direction Y by coming into contact with the first wall portion 76, and is positioned in the stacking direction X by coming into contact with the pair of second wall portions 78. Further, the tip of the first wall portion 76 abuts on the heat conduction layer 8. As a result, displacement of the heat conduction layer 8 is suppressed.
  • the side separator 10 also has a drainage channel 80 extending in the stacking direction X at the end of the first portion 50 on the bottom surface side of the battery 14 (hereinafter referred to as the bottom of the first portion 50).
  • the drainage channel 80 is partitioned by the first portion 50, the second portion 52, and the first wall portion 76. That is, the second portion 52 constitutes the bottom surface of the drainage channel 80, and the first portion 50 and the first wall portion 76 configure the side surface of the drainage channel 80.
  • the bottom surface of the drainage channel 80 inclines downward from the first portion 50 side toward the first wall portion 76 side. Thereby, the water W flowing down through the gap G can be guided to the drainage channel 80.
  • a pair of flow channel walls 82 extending parallel to the respective second wall portions 78 are provided at both ends of the drainage channel 80 in the stacking direction X, outside the pair of second wall portions 78 in the stacking direction X. Therefore, at both ends of the drainage channel 80 in the stacking direction X, a terminal channel 84 that is partitioned by the second wall portion 78, the second portion 52 and the flow channel wall 82 and extends in the direction Y is connected.
  • the termination passage 84 can also be regarded as a part of the drainage passage 80.
  • the water W flowing down from the upper surface side of each battery 14 along the gap G flows in the drainage channel 80 in the stacking direction X. Then, at the end of the drainage channel 80 in the stacking direction X, it flows into the terminal channel 84 and is discharged from the terminal channel 84 to the outside of the battery module 1. Thereby, the water W can be promptly removed from the battery module 1. Therefore, a short circuit between the battery 14 and the restraint member 12 or the cooling plate 6 can be further suppressed.
  • the battery module 1 includes the battery stack 2 in which the plurality of batteries 14 having the output terminals 22 are stacked on the upper surface, and the battery 14 along the side surfaces of the plurality of batteries 14.
  • the restraint member 12 having the flat surface portion 54 extending in the stacking direction X for restraining the plurality of batteries 14 and the first portion 50 interposed between each battery 14 and the flat surface portion 54 have the respective battery 14 and the flat surface.
  • a side separator 10 that insulates the portion 54. Then, each battery 14 and the first portion 50 of the side separator 10 are arranged with a gap G having a size that suppresses the movement of the water W due to the capillary phenomenon.
  • the side separator 10 has a convex portion 72 protruding toward the side surface of the battery 14 on the surface of the first portion 50 on the battery laminated body 2 side. This makes it possible to more reliably maintain the gap G between the battery 14 and the first portion 50. Therefore, the reliability of the battery module 1 can be further enhanced.
  • the side separator 10 also has a drainage channel 80 extending in the stacking direction X at the bottom of the first portion 50.
  • FIG. 4 is a perspective view of a side separator and a restraining member included in the battery module according to the second embodiment.
  • FIG. 5A is an enlarged perspective view showing the bottoms of the side separator and the restraining member.
  • FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view showing the bottom of the side separator.
  • the battery module 1 of the present embodiment includes a battery stack 2, a restraining member 12, and a side separator 10.
  • the battery stack 2 has a structure in which a plurality of batteries 14 having output terminals 22 are stacked on the upper surface.
  • the restraint member 12 has a flat portion 54 extending along the side surfaces of the plurality of batteries 14 in the stacking direction X of the batteries 14, and restrains the plurality of batteries 14.
  • the side separator 10 has a first portion 50 interposed between each battery 14 and the flat portion 54, and insulates each battery 14 and the flat portion 54.
  • Each battery 14 and the first portion 50 are arranged with a gap G having a size that suppresses the movement of the water W due to the capillary phenomenon.
  • the side separator 10 has a convex portion 72 protruding toward the side surface of the battery 14 on the surface of the first portion 50 on the battery stack 2 side.
  • the strip-shaped convex portions 72 that are long in the arrangement direction Z are arranged in a matrix at predetermined intervals in the stacking direction X and the arrangement direction Z.
  • the second portion 52 of the side separator 10 is provided with the positioning portion 74 of the cooling plate 6.
  • the positioning portion 74 includes a first wall portion 76 and a pair of second wall portions 78.
  • the side separator 10 also has a drainage channel 80 extending in the stacking direction X of the batteries 14 at the bottom of the first portion 50.
  • the drainage channel 80 is partitioned by the first portion 50, the second portion 52, and the first wall portion 76.
  • the drainage channel 80 of the present embodiment is inclined so that the height gradually decreases from the central portion 80a in the stacking direction X toward the end portions 80b on both sides.
  • the central portion 80a does not have to completely coincide with the center point of the drainage channel 80 in the stacking direction X, and may be displaced in the stacking direction X.
  • the water W in the drainage channel 80 can be guided to the outlet of the drainage channel 80 by gradually or continuously lowering the bottom surface of the drainage channel 80 from the central portion 80a toward the end portion 80b. Thereby, the water W in the battery module 1 can be discharged to the outside of the battery module 1 more quickly. Therefore, the reliability of the battery module 1 can be further improved.
  • the drainage channel 80 has a shape in which the channel width M gradually increases from the upstream side to the downstream side.
  • central portion 80a is located higher than end portion 80b. Therefore, the central portion 80a is located upstream and the end portion 80b is located downstream. Therefore, the channel width M of the drainage channel 80 is the narrowest in the central portion 80a and gradually widens as it approaches the end portion 80b.
  • the drainage channel 80 may have a shape in which the height gradually decreases from one end side to the other end side in the stacking direction X. Thereby, the water W in the drainage channel 80 can be discharged only from the other end side. That is, the discharge position of the water W can be controlled. As a result, drainage can be designed according to the fixed position of the battery module 1, so that the degree of freedom in installing the battery module 1 can be increased.
  • FIG. 6 is a perspective view of a side separator and a restraining member included in the battery module according to the third embodiment.
  • the battery module 1 of the present embodiment includes a battery stack 2, a restraining member 12, and a side separator 10.
  • the battery stack 2 has a structure in which a plurality of batteries 14 having output terminals 22 are stacked on the upper surface.
  • the restraint member 12 has a flat portion 54 extending along the side surfaces of the plurality of batteries 14 in the stacking direction X of the batteries 14, and restrains the plurality of batteries 14.
  • the side separator 10 has a first portion 50 interposed between each battery 14 and the flat portion 54, and insulates each battery 14 and the flat portion 54.
  • Each battery 14 and the first portion 50 are arranged with a gap G having a size that suppresses the movement of the water W due to the capillary phenomenon.
  • the positioning portion 74 of the cooling plate 6 is provided on the second portion 52 of the side separator 10.
  • the positioning portion 74 includes a first wall portion 76 and a pair of second wall portions 78.
  • the side separator 10 has a drainage channel 80 extending in the stacking direction X of the batteries 14 at the bottom of the first portion 50.
  • the drainage channel 80 is partitioned by the first portion 50, the second portion 52, and the first wall portion 76.
  • the drainage channel 80 of the present embodiment is inclined so that the height gradually decreases from the central portion 80a in the stacking direction X toward the end portions 80b on both sides.
  • the drainage channel 80 has a shape in which the flow channel width M gradually increases from the upstream side to the downstream side. As a result, the water W in the battery module 1 can be discharged to the outside of the battery module 1 more quickly. Therefore, the reliability of the battery module 1 can be further enhanced.
  • the side separator 10 has a convex portion 72 and a convex portion 86 that protrude toward the side surface of the battery 14 on the surface of the first portion 50 on the battery laminated body 2 side.
  • the strip-shaped convex portions 72 that are long in the arrangement direction Z are arranged on the upper end side of the first portion 50 at predetermined intervals in the stacking direction X.
  • a convex portion 86 that is long in the stacking direction X is provided at the center of the first portion 50 in the arrangement direction Z. More specifically, the wedge-shaped convex portion 86a having a wedge shape that is pointed upward is arranged at the center of the first portions 50 in the arrangement direction Z and the center of the stacking direction X. The wedge-shaped convex portion 86a has the tip of the wedge located at the central portion of the first portion 50 in the stacking direction X. Further, the outer convex portion 86b is arranged on the end side in the stacking direction X with respect to the wedge-shaped convex portion 86a and on the lower side in the arrangement direction Z.
  • the outer convex portion 86b is inclined downward from the center side in the stacking direction X toward the end side. Further, the outer convex portion 86b is arranged so that a part thereof overlaps the wedge-shaped convex portion 86a in the arrangement direction Z.
  • the water W flowing down from the upper surface side of the battery 14 along the gap G between the battery 14 and the first portion 50 is guided by the convex portion 86 from the center side of the battery module 1 to the end side. Therefore, the water W is guided so as to approach the discharge port of the water W in the battery module 1 even before reaching the drainage channel 80. Thereby, the water W in the battery module 1 can be discharged to the outside of the battery module 1 more quickly. Therefore, the reliability of the battery module 1 can be further improved.
  • the convex portion 86 may extend horizontally.
  • the wedge-shaped convex portion 86a may be arranged and the outer convex portion 86b may be omitted.
  • the length of the wedge-shaped convex portion 86a in the stacking direction X may be extended to extend the guiding distance of the water W in the stacking direction X.
  • the number of batteries 14 included in the battery module 1 is not particularly limited.
  • the fastening structure between the end plate 4 and the restraint member 12 is not particularly limited.
  • the battery 14 may be cylindrical or the like.
  • the side separator 10 may be composed of a plurality of divided parts.

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

電池モジュール
 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。
 Lγcosθ+Lγcosθ<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
 θ[単位:°]:第1部分50の表面と水Wとの接触角
 θ[単位:°]:電池14の側面と水Wとの接触角
 ρ[単位:kg/m]:水Wの密度
 g[単位:m/s]: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θが94°、電池14の側面と水Wとの接触角θが79°、水Wの温度20℃での密度ρが998.233kg/m、重力加速度gが9.80665m/s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。
 Lγcosθ+Lγcosθ<GLhρg
 γ(cosθ+cosθ)<Ghρg
 γ(cosθ+cosθ)/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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