JP7740219B2 - 電池モジュール、および、電池スタック - Google Patents
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Description
厚さ方向(TD)に扁平な角型の電池セル(20)と、
電池セルを保持する枠(30)と、を備え、
枠は、
電池セルと厚さ方向で重なる板状の本体壁(31)と、
本体壁における厚さ方向とは異なる方向の両端に設けられ、電池セルに対向するように厚さ方向に延びる一対の対向壁(32、33、34、35)と、
一対の対向壁のうちの少なくとも1つの内面(30A)に設けられ、電池セルに向かって延びて電池セルを付勢する付勢部(41、42、43)と、を備え、
一対の対向壁のうち、付勢部が設けられる対象となる対象壁が、付勢部が設けられている部位において局所的に電池セルから離れるように凹んでいる凹み部(32A、33A、33B、34A)を備え、
凹み部の剛性が、対象壁における凹み部から続く延長部(33C、32B、34B)の剛性よりも高い。
厚さ方向(TD)に扁平な角型の電池セル(20)、および、電池セルを保持する枠(30)を有し、厚さ方向に積層する複数の電池モジュール(10)と、
複数の電池セルに電気的に接続されるバスバー(80)と、
バスバーを保持しているバスバー保持壁(91、92)と、を備え、
枠は、
電池セルと厚さ方向で重なる板状の本体壁(31)と、
本体壁における厚さ方向とは異なる方向の両端に設けられ、電池セルに対向するように厚さ方向に延びる一対の対向壁(32、33、34、35)と、
一対の対向壁のうちの少なくとも1つの内面(30A)に設けられ、電池セルに向かって延びて電池セルを付勢する付勢部(41、42、43)と、を備え、
一対の対向壁のうち、付勢部が設けられる対象となる対象壁が、付勢部が設けられている部位において局所的に電池セルから離れるように凹んでいる凹み部(32A、33A、33B、34A)を備え、
凹み部の剛性が、対象壁における凹み部から続く延長部(33C、32B、34B)の剛性よりも高い。
図1~図7に基づいて、電池モジュール10と、複数の電池モジュール10を有する電池スタック100を説明する。図1~図3においては電池スタック100の各種構成要素を模式的に記載している。図4~図7においては電池モジュール10の各種構成要素を模式的に記載している。実施形態の電池スタック100は電気自動車やプラグインハイブリッド自動車などの電動車両に適用される。なお、以下電動車両を単に車両と称する場合がある。
図1に電池スタック100を示す。電池スタック100は車両に複数搭載される。複数の電池スタック100がワイヤハーネスなどによって直列接続若しくは並列接続される。これにより車載電源が構成されている。車載電源は車両の電気負荷に電力供給する機能を果たしている。なお1つの電池スタック100によって車載電源が構成されてもよい。
複数の電池セル20それぞれは二次電池である。電池セル20に採用することのできる二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、有機ラジカル電池などがある。これら二次電池は化学反応によって起電圧を生成する。
上記したように複数の電池セル20が厚さ方向TDに積層した状態で電池ケース70に収納されている。積層配置された電池セル20間に、樹脂枠30が配置されている。電池スタック100は、電池セル20と樹脂枠30とが交互に配列されている。樹脂枠30は、例えば、電気絶縁性を有する樹脂部材によって形成されており、隣接する電池セル20の間に絶縁部材として配置されている。
樹脂枠30は、これまでに説明した構成要素の他に、付勢部40を備える。付勢部40は、第1付勢部41、第2付勢部42、および、第3付勢部43を備える。第1付勢部41および第2付勢部42は天壁33の内面30Aに設けられている。第1付勢部41および第2付勢部42は幅方向WDに離れて天壁33の内面30Aに設けられている。第1付勢部41および第2付勢部42は電池セル20の幅方向WDの中心に対して対称になるように配置されている。第3付勢部43は右方側壁34の内面30Aに設けられている。なお、付勢部40の配置に関する他の実施形態については後で説明する。また天壁33および右方側壁34は付勢部40が設けられる対象となる壁であることから対象壁と称される場合がある。第1付勢部41および第2付勢部42は対象壁の1つである天壁33に設けられることから第1対象付勢部と称される場合がある。第3付勢部43は対象壁の別の1つである右方側壁34に設けられることから第2対象付勢部と称される場合がある。
第1付勢部41および第2付勢部42は、天壁33の内面30Aから遠ざかるように高さ方向HDに底壁35に向かって延びている。換言すれば、第1付勢部41および第2付勢部42は、天壁33の内面30Aから遠ざかるように高さ方向HDに電極面20Aに向かって延びている。第1付勢部41および第2付勢部42は、天壁33の内面30Aから遠ざかるにつれて、幅方向WDに関して互いに遠ざかるように延びている。第1付勢部41および第2付勢部42は図6に示す矢印方向から見て略台形をしている。なお、第1付勢部41および第2付勢部42の形状はこれに限定されない。なお第1付勢部41および第2付勢部42の形状に関する別の実施形態については後で説明する。
第3付勢部43は右方側壁34の内面30Aから遠ざかるように幅方向WDに左方側壁32に向かって延びている。換言すれば、第3付勢部43は右方側壁34の内面30Aから遠ざかるように幅方向WDに側面20Dに向かって延びている第3付勢部43は右方側壁34の内面30Aから幅方向WDに遠ざかるにつれて電極面20Aに近付くように延びている。図示を省略するが第3付勢部43もまた第1付勢部41および第2付勢部42と同様の略台形をしている。なお、第3付勢部43の形状はこれに限定されない。第3付勢部43の形状に関する別の実施形態については後で説明する。
電池セル20の電極面20Aに、高さ方向HDに関して電極面20Aから突出する正極端子24と負極端子25が設けられている。正極端子24および負極端子25は、電極面20Aにおける2つの主面20Cのうちの一方側の近くに設けられている。天壁33は、正極端子24および負極端子25を避けるように、2つの主面20Cのうちの一方側の部位の一部が切り欠かれている。天壁33から切り欠かれた切り欠き36に正極端子24および負極端子25が設けられている。天壁33における、切り欠き36と並ぶ他方の主面20C側の部位に第1凹み部33Aおよび第2凹み部33Bが設けられている。
また電池セル20は、内部圧力が異常な圧力になるときに破断するように設定された安全弁27を有している。安全弁27は、電極面20Aにおいて、正極端子24と負極端子25の間に設けられている。安全弁27は、例えば、電池セル20の金属ケースの端面に開口した孔に薄い金属膜を貼り付けて塞いで構成されている。この場合には、電池セル20の内部圧力が異常な圧力になったときに、この金属膜が破断する。そして金属ケースの孔が開放されて、電池セル20の内部のガスが金属ケースの外部に放出される。それによりセル内圧が低下し、電池セル20の破裂を抑制することができる。
上記したように、バスバーケース90は複数の電池セル20の電極面20Aを覆うように例えば電池ケース70に取り付けられている。バスバーケース90は、複数のバスバー80を保持するように厚さ方向TDに沿って電池ケース70の端から端まで設けられている。バスバーケース90は、第1バスバー保持壁91、第2バスバー保持壁92、および、第1バスバー保持壁91と第2バスバー保持壁92を連結するバスバー保持連結壁93を有する。第1バスバー保持壁91は、幅方向WDの一端に設けられる電極端子24、25に電気的に接続されるバスバー80を保持する。第2バスバー保持壁92は、幅方向WDの他端に設けられる電極端子24、25に電気的に接続されるバスバー80を保持する。第1バスバー保持壁91と第2バスバー保持壁92それぞれに電極端子24、25が通される貫通孔94が設けられている。
電池モジュール10は電池セル20と樹脂枠30を有する。樹脂枠30によって電池セル20が保持されている。樹脂枠30は、本体壁31と、幅方向WDに離間する左方側壁32および右方側壁34と、高さ方向HDに離間する天壁33および底壁35と、付勢部40と、を備える。天壁33は電極面20Aよりも高い位置にある。天壁33は、幅方向WDに左方側壁32と右方側壁34を繋ぐように延びている。付勢部40は、第1付勢部41、第2付勢部42、および、第3付勢部43を備える。第1付勢部41および第2付勢部42は天壁33の内面30Aに設けられている。第3付勢部43は右方側壁34の内面30Aに設けられている。
図8は、第2実施形態の電池モジュール10の斜視図である。図9および図10は、第2実施形態の電池モジュール10の断面図である。第1実施形態の電池モジュール10においては、排煙ダクト50が厚さ方向TDに関して電池セル20の主面20Cの1つから遠ざかるように延びている形態について説明した。第1実施形態の電池スタック100においては、排煙ダクト50が隣接する電池モジュール10の安全弁27と高さ方向HDで重なっている形態について説明した。しかしながら電池モジュール10と電池スタック100の形態はこれに限定されない。
図10および図11は、第3実施形態の電池モジュール10の断面図である。第3実施形態の電池モジュール10においては、樹脂枠30は、側壁32,34を備えていない。言い換えれば、第3実施形態における樹脂枠30は、本体壁31、天壁33、底壁35、第1付勢部41、第2付勢部42、および、排煙ダクト50を備えている。第1付勢部41と第2付勢部42が天壁33に設けられている。第1凹み部33Aと第2凹み部33Bが天壁33に設けられている。なお、第3実施形態においては、天壁33は電極面20Aに沿って延びている。底壁35は下面20Bの少なくとも一部に沿って延びている。
図12は、第4実施形態の電池モジュール10の断面図である。第4実施形態の電池モジュール10においても、樹脂枠30は、側壁32,34を備えていない。言い換えれば、第4実施形態における樹脂枠30は、本体壁31、天壁33、底壁35、第1付勢部41、第2付勢部42、および、排煙ダクト50を備えている。第4実施形態においては、第1付勢部41が天壁33に設けられている。第2付勢部42が底壁35に設けられている。第1付勢部41の根元部を包囲するように第1凹み部33Aが天壁33に設けられている。第2付勢部42の根元部を包囲するように第2凹み部33Bが底壁35に設けられている。第4実施形態においては、第2凹み部33Bが局所的に高さ方向HDに天壁33から遠ざかるように凹んで延びている。
図13は、第5実施形態の電池モジュール10の断面図である。第5実施形態の電池モジュール10においては、樹脂枠30は、天壁33および底壁35を備えていない。言い換えれば、第5実施形態における樹脂枠30は、本体壁31、左方側壁32、右方側壁34、第3付勢部43、および、第4付勢部44を備えている。第3付勢部43が右方側壁34に設けられている。第4付勢部44が対向壁32に設けられている。
また第3凹み部34Aは、第3付勢部43の根元部を包囲するように屈曲していることから、第3凹み部34Aの断面係数は、右方側延長部34Bの断面係数よりも高い。第3凹み部34Aの剛性が、右方側延長部34Bの剛性よりも高い。第3凹み部34Aが、右方側延長部34Bよりも幅方向WDに関して変形しにくい。これによっても第1実施形態と同様の効果を奏する。
図14は、第6実施形態の電池モジュール10の断面図である。第6実施形態における樹脂枠30は、本体壁31、左方側壁32、天壁33,右方側壁34、底壁35,第1付勢部41,第2付勢部42,および、第4付勢部44を備えている。第6実施形態の電池モジュール10においては第3付勢部43を有していない。第1付勢部41が天壁33に設けられている。第2付勢部42が底壁35に設けられている。第4付勢部44が左方側壁32に設けられている。各付勢部40に対応する凹み部が対向する壁から局所的に遠ざかるように凹んで延びている。これによっても第1実施形態と同様の効果を奏する。
図15は、第7実施形態の電池モジュール10の断面図である。第7実施形態における樹脂枠30は、本体壁31、左方側壁32、天壁33,右方側壁34、底壁35,第1付勢部41,第2付勢部42,第3付勢部43、および、第4付勢部44を備えている。第1付勢部41と第2付勢部42が天壁33に設けられている。第3付勢部43が右方側壁34に設けられている。第4付勢部44が左方側壁32に設けられている。各付勢部40に対応する凹み部が対向する壁から局所的に遠ざかるように凹んで延びている。これによっても同様の効果を奏する。
以下説明を簡便とするために第1凹み部33A、第2凹み部33B、第3凹み部34A、第4凹み部32Aを総称して凹み部30Cと称する場合がある。図16~図20に凹み部30Cの別の実施例を示す。図16に示すように凹み部30Cは略直角にU字状を成していてもよい。図17に示すように凹み部30Cにおける付勢部40が形成される部位の厚さが局所的に厚くなっていてもよい。図18に示すように凹み部30Cは曲線状にU字状を成していてもよい。図19に示すように凹み部30Cは略直角の角部を一端に備えつつ曲線状に曲がるU字状を成していてもよい。図20に示すように凹み部30Cは略V字状を成していてもよい。
この明細書は、以下に列挙する複数の項に記載された複数の技術的思想を開示している。いくつかの項は、後続の項において先行する項を択一的に引用する多項従属形式(a multiple dependent form)により記載されている場合がある。いくつかの項は、他の多項従属形式の項を引用する多項従属形式(a multiple dependent form referring to another multiple dependent form)により記載されている場合がある。これらの多項従属形式で記載された項は、複数の技術的思想を定義している。
厚さ方向(TD)に扁平な角型の電池セル(20)と、
前記電池セルを保持する枠(30)と、を備え、
前記枠は、
前記電池セルと前記厚さ方向で重なる板状の本体壁(31)と、
前記本体壁における前記厚さ方向とは異なる方向の両端に設けられ、前記電池セルに対向するように前記厚さ方向に延びる一対の対向壁(32、33、34、35)と、
一対の前記対向壁のうちの少なくとも1つの内面(30A)に設けられ、前記電池セルに向かって延びて前記電池セルを付勢する付勢部(41、42、43)と、を備え、
一対の前記対向壁のうち、前記付勢部が設けられる対象となる対象壁が、前記付勢部が設けられている部位において局所的に前記電池セルから離れるように凹んでいる凹み部(32A、33A、33B、34A)を備える電池モジュール。
前記凹み部の剛性が、前記対象壁における前記凹み部から続く延長部(33C、32B、34B)の剛性よりも高い技術的思想1に記載の電池モジュール。
前記電池セルは、電極端子(24、25)、および、前記電極端子が設けられている電極面(20A)を備え、
前記対象壁は高さ方向(HD)に関して前記電極面に対向するように設けられ、
前記対象壁には前記電極端子を露出させるための切り欠き(36)が形成されており、
前記電極端子が前記切り欠きから露出して、前記凹み部よりも前記電極面から離れて延びている技術的思想1または2に記載の電池モジュール。
前記対象壁は、前記電池セルから排出されるガスを排出するように前記電極面から離れて延びて前記厚さ方向に貫通するトンネル状の排煙ダクト(50)をさらに備え、
前記高さ方向に関して、前記排煙ダクトの端部が前記凹み部よりも前記電極面から離れて設けられている技術的思想3に記載の電池モジュール。
前記凹み部と前記排煙ダクトとの間に前記延長部の一部が設けられ、
前記延長部における前記凹み部と前記排煙ダクトとの間の部位と前記電極面との間の隙間が、前記ガスが流れることを抑制できる程度に狭い形状である技術的思想4に記載の電池モジュール。
前記枠は、一対の前記対向壁を2組有し、
2組の前記対向壁の1組である第1対向壁(33、35)が、前記本体壁における前記高さ方向の両端に設けられ、
2組の前記対向壁のうちの別の1組である第2対向壁(32、34)が、前記本体壁における前記電池セルの幅方向(WD)の両端に設けられ、
前記第1対向壁は、前記対象壁の1つとして前記電極面に前記高さ方向で対向する第1側壁(33)と、前記第1側壁から前記電極面に向かって延びて前記高さ方向に前記第1側壁から離れる向きに前記電池セルを付勢する第1対象付勢部(41、42)と、前記第1対象付勢部によって前記電池セルが押し付けられる第2側壁(35)と、を備え、
前記第2対向壁は、前記対象壁の別の1つとして前記電池セルの側面(20D)に前記幅方向で対向する第3側壁(34)と、前記第3側壁から前記電池セルに向かって延びて前記幅方向に前記第3側壁から離れる向きに前記電池セルを付勢する第2対象付勢部(43)と、前記第2対象付勢部によって前記電池セルが押し付けられる第4側壁(32)と、を備える技術的思想3~5のいずれか1項に記載の電池モジュール。
前記第1対象付勢部を2つ備え、
前記第1側壁の前記内面に、2つの前記第1対象付勢部が前記幅方向に離れて設けられ、
2つの前記第1対象付勢部が前記電極面に近付くにつれて、互いに離れるように延びている技術的思想6に記載の電池モジュール。
前記第2対象付勢部を1つ備え、
前記第3側壁の前記内面に、前記第2対象付勢部が設けられ、
前記第2対象付勢部が前記側面に近付くにつれて、前記電極面に向かうように延びている技術的思想6または7に記載の電池モジュール。
厚さ方向(TD)に扁平な角型の電池セル(20)、および、前記電池セルを保持する枠(30)を有し、前記厚さ方向に積層する複数の電池モジュール(10)と、
複数の前記電池セルに電気的に接続されるバスバー(80)と、
前記バスバーを保持しているバスバー保持壁(91、92)と、を備え、
前記枠は、
前記電池セルと前記厚さ方向で重なる板状の本体壁(31)と、
前記本体壁における前記厚さ方向とは異なる方向の両端に設けられ、前記電池セルに対向するように前記厚さ方向に延びる一対の対向壁(32、33、34、35)と、
一対の前記対向壁のうちの少なくとも1つの内面(30A)に設けられ、前記電池セルに向かって延びて前記電池セルを付勢する付勢部(41、42、43)と、を備え、
一対の前記対向壁のうち、前記付勢部が設けられる対象となる対象壁が、前記付勢部が設けられている部位において局所的に前記電池セルから離れるように凹んでいる凹み部(32A、33A、33B、34A)を備える電池スタック。
前記電池セルは、電極端子(24、25)、および、前記電極端子が設けられている電極面(20A)を備え、
前記対象壁は高さ方向(HD)に関して前記電極面に対向するように設けられ、
前記対象壁には前記電極端子を露出させるための切り欠き(36)が形成されており、
前記電極端子が前記切り欠きから露出して、前記凹み部よりも前記電極面から離れて延び、
前記凹み部と前記電極端子が前記電池セルの幅方向(WD)に離れて設けられ、
前記バスバーが、前記バスバー保持壁によって前記電極面側から固定された状態で前記電極端子に接続されており、
前記バスバー保持壁と前記凹み部とが、前記高さ方向に関して非重複である技術的思想9に記載の電池スタック。
Claims (9)
- 厚さ方向(TD)に扁平な角型の電池セル(20)と、
前記電池セルを保持する枠(30)と、を備え、
前記枠は、
前記電池セルと前記厚さ方向で重なる板状の本体壁(31)と、
前記本体壁における前記厚さ方向とは異なる方向の両端に設けられ、前記電池セルに対向するように前記厚さ方向に延びる一対の対向壁(32、33、34、35)と、
一対の前記対向壁のうちの少なくとも1つの内面(30A)に設けられ、前記電池セルに向かって延びて前記電池セルを付勢する付勢部(41、42、43)と、を備え、
一対の前記対向壁のうち、前記付勢部が設けられる対象となる対象壁が、前記付勢部が設けられている部位において局所的に前記電池セルから離れるように凹んでいる凹み部(32A、33A、33B、34A)を備え、
前記凹み部の剛性が、前記対象壁における前記凹み部から続く延長部(33C、32B、34B)の剛性よりも高い電池モジュール。 - 前記電池セルは、電極端子(24、25)、および、前記電極端子が設けられている電極面(20A)を備え、
前記対象壁は高さ方向(HD)に関して前記電極面に対向するように設けられ、
前記対象壁には前記電極端子を露出させるための切り欠き(36)が形成されており、
前記電極端子が前記切り欠きから露出して、前記凹み部よりも前記電極面から離れて延びている請求項1に記載の電池モジュール。 - 前記対象壁は、前記電池セルから排出されるガスを排出するように前記電極面から離れて延びて前記厚さ方向に貫通するトンネル状の排煙ダクト(50)をさらに備え、
前記高さ方向に関して、前記排煙ダクトの端部が前記凹み部よりも前記電極面から離れて設けられている請求項2に記載の電池モジュール。 - 前記凹み部と前記排煙ダクトとの間に前記延長部の一部が設けられ、
前記延長部における前記凹み部と前記排煙ダクトとの間の部位と前記電極面との間の隙間が、前記ガスが流れることを抑制できる程度に狭い形状である請求項3に記載の電池モジュール。 - 前記枠は、一対の前記対向壁を2組有し、
2組の前記対向壁の1組である第1対向壁(33、35)が、前記本体壁における前記高さ方向の両端に設けられ、
2組の前記対向壁のうちの別の1組である第2対向壁(32、34)が、前記本体壁における前記電池セルの幅方向(WD)の両端に設けられ、
前記第1対向壁は、前記対象壁の1つとして前記電極面に前記高さ方向で対向する第1側壁(33)と、前記第1側壁から前記電極面に向かって延びて前記高さ方向に前記第1側壁から離れる向きに前記電池セルを付勢する第1対象付勢部(41、42)と、前記第1対象付勢部によって前記電池セルが押し付けられる第2側壁(35)と、を備え、
前記第2対向壁は、前記対象壁の別の1つとして前記電池セルの側面(20D)に前記幅方向で対向する第3側壁(34)と、前記第3側壁から前記電池セルに向かって延びて前記幅方向に前記第3側壁から離れる向きに前記電池セルを付勢する第2対象付勢部(43)と、前記第2対象付勢部によって前記電池セルが押し付けられる第4側壁(32)と、を備える請求項2~4のいずれか1項に記載の電池モジュール。 - 前記第1対象付勢部を2つ備え、
前記第1側壁の前記内面に、2つの前記第1対象付勢部が前記幅方向に離れて設けられ、
2つの前記第1対象付勢部が前記電極面に近付くにつれて、互いに離れるように延びている請求項5に記載の電池モジュール。 - 前記第2対象付勢部を1つ備え、
前記第3側壁の前記内面に、前記第2対象付勢部が設けられ、
前記第2対象付勢部が前記側面に近付くにつれて、前記電極面に向かうように延びている請求項6に記載の電池モジュール。 - 厚さ方向(TD)に扁平な角型の電池セル(20)、および、前記電池セルを保持する枠(30)を有し、前記厚さ方向に積層する複数の電池モジュール(10)と、
複数の前記電池セルに電気的に接続されるバスバー(80)と、
前記バスバーを保持しているバスバー保持壁(91、92)と、を備え、
前記枠は、
前記電池セルと前記厚さ方向で重なる板状の本体壁(31)と、
前記本体壁における前記厚さ方向とは異なる方向の両端に設けられ、前記電池セルに対向するように前記厚さ方向に延びる一対の対向壁(32、33、34、35)と、
一対の前記対向壁のうちの少なくとも1つの内面(30A)に設けられ、前記電池セルに向かって延びて前記電池セルを付勢する付勢部(41、42、43)と、を備え、
一対の前記対向壁のうち、前記付勢部が設けられる対象となる対象壁が、前記付勢部が設けられている部位において局所的に前記電池セルから離れるように凹んでいる凹み部(32A、33A、33B、34A)を備え、
前記凹み部の剛性が、前記対象壁における前記凹み部から続く延長部(33C、32B、34B)の剛性よりも高い電池スタック。 - 前記電池セルは、電極端子(24、25)、および、前記電極端子が設けられている電極面(20A)を備え、
前記対象壁は高さ方向(HD)に関して前記電極面に対向するように設けられ、
前記対象壁には前記電極端子を露出させるための切り欠き(36)が形成されており、
前記電極端子が前記切り欠きから露出して、前記凹み部よりも前記電極面から離れて延び、
前記凹み部と前記電極端子が前記電池セルの幅方向(WD)に離れて設けられ、
前記バスバーが、前記バスバー保持壁によって前記電極面側から固定された状態で前記電極端子に接続されており、
前記バスバー保持壁と前記凹み部とが、前記高さ方向に関して非重複である請求項8に記載の電池スタック。
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