WO2025210698A1 - 電池モジュール - Google Patents

電池モジュール

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晃 入江
智昭 小沢
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module.
  • the battery module described in Patent Document 1 maintains a constant clearance between each cell and the side plate that covers the multiple cells. For example, if the battery module is submerged in water, causing electrical conduction between the side plate and the cell, and sparks occur, the battery module described in Patent Document 1 cannot direct the sparks to their source, resulting in a problem of poor protection performance for the battery module.
  • the problem that this invention aims to solve is to provide a battery module with improved protection performance.
  • Fig. 1 is a perspective view of the battery pack 100.
  • Fig. 2 is an exploded perspective view of the battery module 1.
  • Fig. 3 is a perspective view of the battery module 1.
  • Fig. 4 is an enlarged perspective view of a portion of the battery module 1.
  • Fig. 5 is a perspective view of a side plate.
  • Fig. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in Fig. 3.
  • the battery pack 100 includes a battery module 1 according to this embodiment and a battery case 2 that houses four battery modules 1.
  • the battery pack 100 is installed below the vehicle seats (e.g., under the cabin floor) so that the bottom of the battery pack 100 is aligned with the bottom of the vehicle.
  • the xy plane in FIG. 1 corresponds to the bottom of the battery module 1 and the surface that lies along the bottom of the vehicle.
  • the battery case 2 is a box-shaped case that houses multiple battery modules 1. Note that FIG. 1 only shows the battery modules 1 as the component housed in the battery case 2, but the battery pack 100 also includes a junction box and other components in addition to the multiple battery modules 1.
  • the number of battery modules 1 housed in the case 2 is not limited to four, and may be one to three, or five or more.
  • the battery case 2 may have projections and depressions depending on the installation location under the vehicle.
  • the battery module 1 includes a battery stack 10, a cell holder 21, an end cell holder 22, an end plate 30, and a side plate 40.
  • the battery stack 10 includes a plurality of battery cells 11. Note that in this embodiment, the number of battery cells 11 included in the battery stack 10 is not limited to the number shown in FIG. 1 and may be any number equal to or greater than two. Furthermore, the battery module 1 is not limited to components such as the battery stack 10 and end plate 30 shown in FIG. 1, and may include other components such as a cover that serves as a lid for the battery module 1, a bus bar holder, etc.
  • the lower side plate 43 of the side plate 40 has a bulging portion on the outside of the side plate 40.
  • the side wall portion 430 which corresponds to the inner wall of the lower side plate 43, includes a first side wall portion 431, with the distance d1 between the side wall portion 430 and the battery stack 10, and a second side wall portion 432, with the distance d2 between the side wall portion 430 and the battery stack 10.
  • Distance ( d2 ) is longer than distance ( d1 ).
  • Distances ( d1 , d2 ) are the distances from the side of the battery stack 10 to the inner wall surface of the side plate 40.
  • the first side wall portion 431 is positioned so that the distance from the battery cells 11f, 11g is d1
  • the second side wall portion 432 is positioned so that the distance from the battery cell 11a having the total negative terminal 13a is d2 .
  • the second side wall portion 432 may be disposed at a position where the distance from the battery cell having the total positive terminal is d2 . That is, the second side wall portion 432 may be disposed so as to maintain a distance ( d2 ) from the battery cell 11 located at one end of the outermost battery cells 11 among the plurality of battery cells 11 and maintain a distance ( d2 ) from the battery cell 11 located at the other end of the outermost battery cells 11 among the plurality of battery cells 11, and then face the battery cells 11 located at one end and the other end.
  • the first side wall portion 431 may be disposed between the pair of second side wall portions 432 along the stacking direction (Y direction) of the plurality of battery cells 11. In this embodiment, the second side wall portion 432 is disposed at least at a position where the distance from the battery cell 11a is distance ( d2 ).
  • a distance ( d2 > d1 ) is maintained between the battery cell 11a, which has a high negative voltage, and the side plate 40, and a distance (d1) is maintained between the battery cells 11f and 11g, which have a lower voltage than the battery cell 11a, and the side plate 40. This allows sparks to be generated in areas where the distance between the battery cell 11 and the side plate 40 is short.
  • the battery cell 11a has a negative terminal 13a and a high negative voltage. If a spark occurs in a high-voltage battery cell 11, the spark can cause significant damage to the battery module 1.
  • the battery module 1 guides sparks to the low-voltage battery cells 11f and 11g, making it difficult for sparks to occur in the high-voltage battery cells 11a to 11d.
  • the battery module 1 guides the spark generation site to the lower side plate 43. If the battery module 1 is submerged in water, the lower side plate 43 is submerged in water, and the spark generation site is submerged in water, thereby minimizing damage to the battery module 1 caused by sparks.
  • the battery module 1 includes a battery stack 10 and a side plate 40.
  • the side plate 40 is a conductive member that extends in the stacking direction of the multiple battery cells 11 and has a side wall 430 that covers at least a portion of the side surface of the battery stack 10 that is close to the bottom surface of the battery stack 10.
  • the side wall 430 includes a first side wall 431 that sets the distance between the side wall 430 and the battery stack 10 to d1 (corresponding to the "first distance” in the present invention), and a second side wall 432 that sets the distance between the side wall 430 and the battery stack 10 to d2 (corresponding to the "second distance” in the present invention), which is longer than d1 . This allows the location of spark generation to be guided to a portion close to the bottom surface of the battery stack 10, thereby improving the protection performance of the battery module 1.
  • the side wall portion 432 is disposed at a position where the distance from the battery cell 11 having the total negative terminal 13 among the plurality of battery cells 11 is d2 . This allows the spark generation location to be guided to a position that avoids the battery cell 11 with a high voltage, thereby suppressing discharge energy in the event of a short circuit.
  • the area of region 71 facing the battery cell 11a with the highest voltage is the smallest
  • the area of region 72 facing the battery cell 11b with the second highest voltage is the second smallest
  • the area of region 73 facing the battery cells 11c to 11h is larger than regions 71 and 72.
  • the side plate 40 may be configured so that the areas of the regions 71-73 facing the battery cells 11 are smallest in the portion facing the battery cell 11 with the highest voltage, and increase as the voltage of the opposing battery cell 11 decreases.
  • the resistance between the second side wall portion 432, which includes at least regions 71 and 72, and the battery cells 11a and 11b increases, while the resistance between the first side wall portion 431, which does not include regions 71 and 72 but includes region 73, and the battery cell 11a decreases. This allows the spark generation site to be guided to the portion corresponding to the battery cell 11 with the lowest voltage, improving the protection performance of the battery module 1.

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Abstract

電池モジュール1は、電気的に直列接続され、相互に積層されている複数の電池セル11を含む電池積層体10と、電池積層体10の側面から複数の電池セル11を保持し、導電材で形成される保持部材とを備え、保持部材は、複数の電池セル11の積層方向に沿って延在する導電性部材であり、電池積層体10の側面のうち電池積層体の底面に近い部分を少なくとも覆う側壁部430を有し、側壁部430は、側壁部430と電池積層体10との距離を第1距離とする第1側壁部と、側壁部430と電池積層体との距離を、第1距離より長い第2距離とする第2側壁部とを含む。

Description

電池モジュール
 本発明は、電池モジュールに関するものである。
 カバープレートの外側壁にドレン構造を設け、接続部品とバスバーに付いた水滴の一部をドレン構造の貯水溝内に流し、貯水溝内の水を第1排出孔及び第2排出孔から排出させる電池モジュールが知られている(例えば、特許文献1)。
国際公開第2020/196210号
 しかしながら、上記特許文献1記載の電池モジュールは、複数のセルを覆うサイドプレートと各セルとの間で、クリアランスの大きさを一定している。例えば電池モジュールの水没により、サイドプレートとセルとの間が電気的に導通し、スパークが発生した場合に、特許文献1記載の電池モジュールはスパークの発生個所を誘導できないため、電池モジュールの保護性能が低い、という問題がある。
 本発明が解決しようとする課題は、保護性能を高めた電池モジュールを提供することである。
 本発明は、電池積層体の側面のうち電池積層体の底面に近い部分を少なくとも覆う側壁部を有する導電性部材のサイドプレートを備え、側壁部と電池積層体との距離を第1距離とする第1側壁部と、側壁部と電池積層体との距離を第2距離とする第2側壁部を設けることによって上記課題を解決する。
 本発明によれば、電池モジュールの保護性能を高めることができる。
図1は、バッテリパックの斜視図である。 図2は、本発明の実施形態における電池モジュールを示す分解斜視図である。 図3は、図1に示す電池モジュールの斜視図である。 図4は、図1に示す電池モジュール一部を拡大した斜視図である。 図5は、図1に示すサイドプレートの斜視図である。 図6は図3のVI-VI線に沿った断面図である。 図7は、本発明の実施形態の変形例に係る電池モジュールの一部の側面図である。
 本実施形態における電池モジュール1を図面に基づいて説明する。図1は、バッテリパック100の斜視図である。図2は、電池モジュール1の分解斜視図である。図3は電池モジュール1の斜視図である。図4は、電池モジュール1の一部を拡大した斜視図である。図5はサイドプレートの斜視図である。図6は図3のVI-VI線に沿った断面図である。
 図1に示すように、バッテリパック100は、本実施形態における電池モジュール1と、4個の電池モジュール1を収容するバッテリケース2を備えている。バッテリパック100の底面が車両の底面に沿うように、バッテリパック100は車両の座席の下部(例えば、キャビンの床下)に設けられる。図1のxy面が、電池モジュール1の底面及び車両底面に沿った面に相当する。バッテリケース2は、複数の電池モジュール1を収容するケースであり、箱型に形成されている。なお、図1では、バッテリケース2に収容される部品は、電池モジュール1のみを図示しているが、バッテリパック100は、複数の電池モジュール1の他に、ジャンクションボックス等を有している。またケース2に収容される電池モジュール1は、4個に限らず、1~3個又は5個以上であってもよい。バッテリケース2は、車両下部の設置場所に応じて凹凸を有してもよい。
 本実施形態における電池モジュール1は、電池積層体10と、セルホルダー21と、エンドセルホルダー22、エンドプレート30、及びサイドプレート40を備えている。電池積層体10は、複数の電池セル11を含んでいる。なお、本実施形態では、電池積層体10に含まれる電池セル11の個数は、図1に示す個数に限定されず、2個以上であればどのような個数であってもよい。また電池モジュール1は、図1に示した電池積層体10及びエンドプレート30等の部品に限らず、例えば電池モジュール1の蓋となるカバー、バスバーホルダー等の他の部品を有してもよい。
 電池セル11は扁平型の二次電池である。電池セル11としては、特に限定されないが、リチウムイオン二次電池等の二次電池である。複数の電池セル11は、図中のY方向に沿って相互に積層されている。電池セル11の内部は、例えば、ラミネート形の二次電池を複数積層され、外装部材で覆われている。また電池セル11の積層方向(Y方向)は電池セル11の厚み方向と平行になっている。電池セル11は、6つの面で囲われた直方体の形状に形成されている。6つの面のうち1つの面である上面には、正極端子12及び負極端子13が設けられている(図4を参照)。正極端子12と負極端子13は、電池セル11に含まれる二次電池のタブと電気的に接続されている。すなわち、正極端子12と負極端子13は、電池セル11の上方に設けられ、直方体状の電池セル11の1面(YZ面に沿う面)から引き出されている。
 また電池セル11の6つの面のうち、面積の大きい一対の側面(XZ面に沿う面)が、電池セル11の積層面となる。一対の側面(積層面)は対向する。
 複数の電池セル11は直列接続され相互に積層されることで、電池積層体10が構成される。互いに隣り合う正極端子12と負極端子13がバスバー14で接続されている。バスバー14は金属製であり板状の導電部材である。
 セルホルダー21は、1個の電池セル11の位置を固定する部材である。複数のセルホルダー21は、電池積層体10に含まれる複数の電池セル11にそれぞれ対応するように、設けられている。エンドセルホルダー22は、電池積層体10に含まれる複数の電池セル11のうち、最も外側に位置する電池セル11аの側面から、電池セル11аを固定する。セルホルダー21とエンドセルホルダー22は例えば樹脂などで形成されている。
 最も外側に位置する電池セル11аは、総マイナス端子13аを有している。総マイナス端子13аは、隣り合う電池セル11の端子とはバスバー14で接続されていない。また総マイナス端子13аの電圧(マイナス側の電位)は、複数の電池セル11の端子のうち、最も高い。すなわち、最も外側に位置する電池セル11аが、最も高い負電圧のセルとなる。
 エンドプレート30は、電池積層体10の側面から、電池積層体を保持するユニットであり、ビスを通すビス穴や総マイナス端子13аとハーネスとを電気的に接続するコネクタ等を有している。エンドプレート30に設置されるコネクタは、ターミナルホルダに収容されており、バスバーなどで総マイナス端子13аに接続されている。
 サイドプレート40は、電池積層体10の側面から複数の電池セル11を保持する。サイドプレート40は導電材で形成されている。バッテリパック100の外部から応力が加わった場合に、サイドプレート40は複数の電池セル11を捕縛した状態で保持する部品である。
 図4~図6を参照し、サイドプレート40の詳細な形状を説明する。サイドプレート40は、複数の電池セル11の積層方向(Y方向)に沿って延在するように形成されている。言い換えると、サイドプレート40は、電池積層体10の側面の長手方向に沿って延在するように形成されている。サイドプレート40は、電池積層体10の側面の外周を囲うような外枠41を有している。外枠41の内部は、窓のような開口になっている。外枠41の上部と下部には、サイドプレート40の強度を高めるための曲げ加工が施されている。曲げ加工が施された曲部41аが、サイドプレート40の主面に相当する外枠41の上部に設けられている。外枠41の下部には、上部と同様に曲部41bが形成されている。また外枠41の前後の端部(Y軸の正負方向にそれぞれ位置する端部)に、曲部41c、dが形成されている。また曲部41c、dには、ビスを通すビス穴が形成されている。
 サイドプレート40は、外枠41の上部の枠を含む上側サイドプレート42と下側サイドプレート43を有している。サイドプレート40は、上側サイドプレート42と下側サイドプレート43を有した、一体化した部材である。上側サイドプレート42は、電池積層体10の側面のうち、電池積層体10の上面に近い部分を少なくとも覆っている。また下側サイドプレート43は、電池積層体10の側面のうち、電池積層体10の底面(下面)に近い部分を少なくとも覆っている。つまり、上側サイドプレート42と下側サイドプレート43は、電池積層体10の側面の外周部分を覆うような側壁部になっている。なお、サイドプレート40は必ずしも一体の部品である必要はなく、例えば上側サイドプレート42と下側サイドプレート43とを別の部品としてもよい。
 サイドプレート40の下側サイドプレート43は、サイドプレート40の外側に膨らんだ部分を有している。下側サイドプレート43の内壁に相当する側壁部430は、側壁部430と電池積層体10の距離をdとする第1側壁部431、側壁部430と電池積層体10の距離をdとする第2側壁部432を含んでいる。距離(d)は距離(d)よりも長い。距離(d、d)は、電池積層体10の側面から、サイドプレート40の内壁面までの距離である。
 サイドプレート40の外側に膨らんだ部分が第2側壁部432に相当する。第2側壁部432は、電池セル11аとの距離が距離(d)となる位置に配置されている。図6に示すように、複数の電池セル11のうち、最も外側に位置する電池セル11が最も電圧の高い電池セル11аに相当し、外側から順に2~7番目に並ぶ電池セル11b~11gは電圧の高い順に並んでいる。そして、第2側壁部432は、電池セル11а~11dと距離(d)を確保して、電池セル11а~11dと対向するように配置されている。また第1側壁部431は、電池セル11f、gと距離(d)を確保して、電池セル11f、gと対向するように配置されている。すなわち、第1側壁部431は、電池セル11f、gとの距離がdとなる位置に配置されており、第2側壁部432は、総マイナス端子13аを有する電池セル11аとの距離がdとなる位置に配置されている。
 第2側壁部432は、総プラス端子を有する電池セルとの距離がdとなる位置に配置されてもよい。つまり、第2側壁部432は、複数の電池セル11のうち、最も外側の一端に位置する電池セル11と距離(d)を確保し、複数の電池セル11のうち、最も外側の他端に位置する電池セル11と距離(d)を確保した上で、一端と他端に位置する電池セル11と対向するように配置されてもよい。そして、第1側壁部431は、複数の電池セル11の積層方向(Y方向)に沿って、一対の第2側壁部432の間に配置されてもよい。なお、本実施形態において、第2側壁部432は、電池セル11аとの距離が距離(d)となる位置に少なくとも配置されている。
 ところで、バッテリパック100を搭載した車両に水が浸入して、バッテリパック100が水没した場合には、電池積層体10は、電池積層体10の底面から水に浸かる。そして、電池セル11とサイドプレート40との間が水により電気的に導通すると、スパークが発生するおそれある。スパークは抵抗の低い部分で発生しやすい。本実施形態に係る電池モジュール1では、負の電圧の高い電池セル11аとサイドプレート40との間で、距離(d>d)を空けて、電池セル11аよりも電圧の低い電池セル11f、gとサイドプレート40との間で、距離(d)を空ける。そのため、電池セル11とサイドプレート40との距離が短い部分に、スパークの発生部位を誘導できる。電池セル11аは総マイナス端子13аを有しており、負の電圧が高い。高電圧の電池セル11でスパークが発生した場合には、スパークにより電池モジュール1に与えるダメージが大きくなる。電池モジュール1は、スパークの発生部位を電圧の低い電池セル11f、gに誘導し、電圧の高い電池セル11а~11dでスパークを発生しにくくする。
 さらに、電池モジュール1は下側サイドプレート43にスパークの発生部位を誘導する。電池モジュール1が水没した場合には、下側サイドプレート43は水に浸かっており、スパークの発生部位が水中に入っているため、電池モジュール1がスパークにより受けるダメージを抑制できる。
 上記のように本実施形態に係る電池モジュール1は、電池積層体10とサイドプレート40を備えており、サイドプレート40は、複数の電池セル11の積層方向に沿って延在する導電性部材であり、電池積層体10の側面のうち電池積層体10の底面に近い部分を少なくとも覆う側壁部430を有する。そして側壁部430は、側壁部430と電池積層体10との距離をd(本発明の「第1距離」に相当)とする第1側壁部431と、側壁部430と電池積層体10との距離を、dより長いd(本発明の「第2距離」に相当)とする第2側壁部432とを含む。これにより、スパークの発生部位を、電池積層体10の底面に近い部分に誘導でき、電池モジュール1の保護性能を高めることができる。
 また本実施形態において、側壁部432は、複数の電池セル11のうち電圧の高い電池セル11との距離がdとなる位置に、配置されている。これにより、スパークの発生部位を、電圧の低い電池セル11の部分に誘導でき、短絡時の放電エネルギーを抑制できる。
 また本実施形態において、電池セル11は扁平型のセルであり、電池セル11積層方向は電池セル11の厚み方向と平行である。これにより、電池モジュール1を、座席の下部等限られたスペースに搭載する際に、多数のセルを設けることができる。
 また本実施形態に係る電池モジュール1は、電池セル11の出力端子同士(正極端子12と負極端子13)を接続するバスバー14を備え、出力端子は電池セル11の上方に設けられている。これにより、電池モジュール1の水没時に、出力端子が水に浸かりにくくなり、短絡時の放電エネルギーを抑制できる。
 また本実施形態において、側壁部432は、複数の電池セル11のうち総マイナス端子13を有する電池セル11との距離がdとなる位置に、配置されている。これにより、スパークの発生部位を、電圧の高い電池セル11を避けるような位置に誘導でき、短絡時の放電エネルギーを抑制できる。
 なお本実施形態の変形例に係る電池モジュール1において、積層方向に対して鉛直方向からみた側面視で、側壁部430と複数の電池セル11との重なる部分の面積は、低電圧の電池セル11と対応する部分の面積が、高電圧の電池セル11と対応する部分の面積より大きくしてよい。
 図7は、変形例に係る電池モジュール1の側面図である。サイドプレート40は、電池セル11аと対向する部分に切り欠き42が設けられている。切り欠き411は、側壁部432と電池セル11との重なる部分の面積を小さくするために設けられている。一方、電圧の低い電池セル11c~11gと対向する部分には切り欠き411は設けられていない。なお、切り欠き411は少なくとも側壁部431には設けられていない。側壁部430と複数の電池セル11との間の抵抗は、側壁部430と複数の電池セル11との間で互いに対向する部分の面積により決まる。図7の例では、X軸の負方向からみた側面視で、電圧が最も高い電池セル11аと対向する領域71の面積が最も小さく、電圧が2番目に高い電池セル11bと対向する領域72の面積が2番目に小さく、電池セル11c~11hと対向する領域73の面積が、領域71、72よりも大きい。なお、電池セル11と対向する領域71~73の面積は、最も電圧の高い電池セル11と対向する部分で最も小さくなり、対向する電池セル11の電圧が低くなるにつれて、領域71~73の面積が大きくなるように、サイドプレート40が構成されてもよい。そして、本実施形態では、少なくとも領域71、72を含む第2側壁部432と電池セル11а、11bとの間の抵抗は大きくなり、領域71,72を含まず領域73を含む第1側壁部431と電池セル11аとの間の抵抗は小さくなる。これにより、スパークの発生部位を、電圧の低い電池セル11と対応する部分に誘導でき、電池モジュール1の保護性能を高めることができる。
 なお、サイドプレート40が本発明の「保持部材」に相当し、電池セル11f、g、hが本発明の「第1電池セル」に相当し、電池セル11а及び/又は電池セル11bが本発明の「第2電池セル」に相当する。
1…電池モジュール
2…バッテリケース
2…ケース
10…電池積層体
11、11а~11h…電池セル
12…正極端子
13…負極端子
13а…総マイナス端子
14…バスバー
21…セルホルダー
22…エンドセルホルダー
30…エンドプレート
40…サイドプレート
100…バッテリパック
430…側壁部
431…第1側壁部
432…第2側壁部

Claims (6)

  1.  電気的に直列接続され、相互に積層されている複数の電池セルを含む電池積層体と、
     前記電池積層体の側面から前記複数の電池セルを保持し、導電材で形成される保持部材とを備え、
     前記保持部材は、
      前記複数の電池セルの積層方向に沿って延在する導電性部材であり、前記電池積層体の側面のうち前記電池積層体の底面に近い部分を少なくとも覆う側壁部を有し、
     前記側壁部は、
      前記側壁部と前記電池積層体との距離を第1距離とする第1側壁部と、前記側壁部と前記電池積層体との距離を、前記第1距離より長い第2距離とする第2側壁部とを含む電池モジュール。
  2.  請求項1に記載の電池モジュールであって、
     前記第2側壁部は、前記複数の電池セルうち電圧の高い前記電池セルとの距離が前記第2距離となる位置に、配置されている電池モジュール。
  3.  請求項1又は2記載の電池モジュールであって、
     前記電池セルは扁平型のセルであり、
     前記積層方向は前記電池セルの厚み方向と平行である電池モジュール。
  4.  請求項1~3のいずれか一項に記載の電池モジュールであって、
     前記複数の電池セルは、第1電池セルと、電圧が前記第1電池セルより高い第2電池セルとを低い、
     前記積層方向に対して鉛直方向からみた側面視で、前記側壁部と前記複数の電池セルとの重なる部分の面積は、前記第1電池セルと対応する部分の面積が前記第2電池セルと対応する部分より大きい電池モジュール。
  5.  請求項1~4のいずれか一項に記載の電池モジュールであって、
     前記電池セルの出力端子同士を接続するバスバーを備え、
     前記出力端子は、前記電池セルの上方に設けられている電池モジュール。
  6.  請求項1~5のいずれか一項に記載の電池モジュールであって、
     前記第2側壁部は、前記複数の電池セルうち総マイナス端子を有する前記電池セルとの距離が前記第2距離となる位置に、配置されている電池モジュール。
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