特許 6233110 電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6233110

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/10 20060101AFI20171113BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/10 S

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-47428(P2014-47428)

(22)【出願日】2014年3月11日

(65)【公開番号】特開2015-172998(P2015-172998A)

(43)【公開日】2015年10月1日

【審査請求日】2016年7月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(72)【発明者】

【氏名】守作 直人

(72)【発明者】

【氏名】植田 浩生

(72)【発明者】

【氏名】加藤 崇行

【審査官】 守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０４２６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２７７０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５２６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１４９１６６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６１−２３９５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３１４５７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｈ０１Ｍ ８／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の方向に沿って配列された複数の電池セルを含む電池ユニットと、
前記所定の方向における前記電池ユニットの一方の端部及び他方の端部にそれぞれ配置された一対の端部材と、
前記一対の端部材によって前記電池ユニットが挟持されるように前記端部材同士を互いに連結する連結部材と、を備え、
前記端部材は、平板状であって、前記電池セルに対向する対向領域と、前記連結部材が配置される連結領域と、前記対向領域と前記連結領域との間の中間領域と、を有し、
前記中間領域の一部には、溝が設けられており、
前記中間領域は、前記溝によって前記所定の方向における前記対向領域の平均厚さよりも薄く形成された脆弱部を含む、
ことを特徴とする電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、バッテリ組立体が記載されている。このバッテリ組立体は、所定の方向に配列された複数の単バッテリと、所定の方向の両側から複数の単バッテリを挟むように配置された一対の保持プレートと、一方の保持プレートから他方の保持プレートに至るように延在する複数のロッドと、を備えている。このバッテリ組立体は、複数の単バッテリを挟持するように、ロッドを介して一対の保持プレート同士を互いに連結することによって、モジュール化されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８−１４８１８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述したバッテリ組立体にあっては、単バッテリが、例えば経年劣化等に伴って膨張する場合がある。その場合には、単バッテリを挟持するように保持プレート同士を連結するロッド等の連結部材に加わる荷重が増加する結果、当該連結部材が破断するおそれがある。

【0005】

本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、連結部材の破断を抑制可能な電池モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明に係る電池モジュールは、所定の方向に沿って配列された複数の電池セルを含む電池ユニットと、所定の方向における電池ユニットの一方の端部及び他方の端部にそれぞれ配置された一対の端部材と、一対の端部材によって電池ユニットが挟持されるように端部材同士を互いに連結する連結部材と、を備え、端部材は、電池セルに対向する対向領域と、連結部材が配置される連結領域と、対向領域と連結領域との間の中間領域と、を有し、中間領域は、所定の方向における対向領域の平均厚さよりも薄く形成された脆弱部を含む、ことを特徴とする。

【0007】

この電池モジュールにおいては、電池セルの配列方向における電池ユニットの両端部に端部材が配置されている。そして、その一対の端部材によって電池ユニットが挟持されるように、連結部材によって端部材同士を互いに連結している。また、端部材は、電池ユニットの電池セルに対向する対向領域と、連結部材が配置される連結領域と、それらの間の中間領域とを有している。そして、中間領域は、電池セルに対向する対向領域の平均厚さよりも薄い脆弱部を含む。したがって、電池セルの膨張に伴って連結部材に加わる荷重が増加した場合には、その中間領域の脆弱部を起点として、一対の端部材の連結領域同士が近づく方向に端部材が変形しやすい。このため、連結部材に加わる荷重の増加を緩和することにより、連結部材の破断を抑制可能である。

【0008】

本発明に係る電池モジュールにおいては、端部材は、電池ユニット上に配置された第１の部材と、電池ユニット及び第１の部材上に配置され第１の部材に締結された第２の部材と、を有し、連結部材は、第１の部材同士を互いに連結しており、対向領域は、第１の部材、及び第２の部材における電池セルに対向する領域であり、連結領域は、第１の部材における連結部材が配置される領域であり、中間領域は、第１の部材における対向領域と連結領域との間の領域であってもよい。この場合、中間領域の脆弱部の厚さよりも平均的に厚い対向領域を、第１の部材と第２の部材とによって容易に構成することができる。つまり、脆弱部の形成が容易化される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、連結部材の破断を抑制可能な電池モジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態に係る電池モジュールの側面図である。

【図2】図１に示された電池モジュールの端部の構造を示す部分的な断面図である。

【図3】図１に示された電池モジュールの端部材が変形する様子を示す模式的な側面図である。

【図4】図１に示された電池モジュールの変形例を示す部分的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係る電池モジュールの一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0012】

図１は、本実施形態に係る電池モジュールの側面図である。図２は、図１に示された電池モジュールの端部の構造を示す部分的な断面図である。図１，２に示されるように、電池モジュール１は、電池ユニット１０と、一対の端部材２０と、複数の連結部材３０と、を備えている。

【0013】

電池ユニット１０は、所定の方向に沿って配列された複数（ここでは７つ）の電池セル１１と、互いに隣接する電池セル１１同士の間に配置された複数（ここでは７つ）の伝熱プレート１２とを有している。電池セル１１は、例えば、リチウム二次電池等の非水電解質二次電池である。

【0014】

端部材２０は、電池セル１１の配列方向（所定の方向）における電池ユニット１０の一方の端部１０ａ及び他方の端部１０ｂにそれぞれ配置されている。一方の端部材２０は、伝熱プレート１２を介して電池セル１１上に配置されており、他方の端部材２０は直接電池セル１１上に配置されている。端部材２０は、電池ユニット１０上に配置された矩形平板状のエンドプレート（第１の部材）２１と、電池ユニット１０及びエンドプレート２１上に配置された板状のブラケット（第２の部材）２２とを有する。

【0015】

エンドプレート２１は、電池セル１１の配列方向からみて、電池モジュール１における電池セル１１が配置された領域よりも広い範囲にわたって延在している。したがって、エンドプレート２１は、電池セル１１の配列方向からみて、電池セル１１の外縁よりも外側まで延在している。ブラケット２２は、電池セル１１の配列方向からみて、電池モジュール１における電池セル１１が配置された領域よりも狭い範囲内に収められている。つまり、電池セル１１の配列方向からみて、ブラケット２２の外縁は、電池セル１１の外縁よりも内側に位置している。

【0016】

ブラケット２２は、複数のボルト２３によってエンドプレート２１に締結されている。ブラケット２２は、例えば、電池モジュール１を電池パック（不図示）の筐体（不図示）に固定する際に用いられる。このため、ブラケット２２は、電池パックの筐体への締結部となる部分であって、電池セル１１の配列方向に延在する部分を有するが、その図示を省略する。

【0017】

連結部材３０は、例えば、端部材２０（エンドプレート２１）の四隅のそれぞれに配置されている。連結部材３０は、一対の端部材２０によって電池ユニット１０が挟持されるように端部材２０同士を互いに連結している。ここでは、連結部材３０は、エンドプレート２１同士を互いに連結している。より具体的には、連結部材３０は、長尺棒状のボルト３１と、ボルト３１の両端に螺合されるナット３２とを含む。

【0018】

ボルト３１は、一対のエンドプレート２１における電池セル１１の外縁よりも外側に延在する部分に挿通されている。そして、連結部材３０は、エンドプレート２１の外側（電池ユニット１０と反対側）からボルト３１の両端にナット３２を螺合することにより、エンドプレート２１同士を締結する。これにより、電池セル１１及び伝熱プレート１２が端部材２０（エンドプレート２１）により挟持されてユニット化される。また、電池セル１１に対して拘束荷重が付与される。

【0019】

ここで、端部材２０は、電池セル１１の配列方向に交差する方向（エンドプレート２１の延在方向）に配列された複数の領域を含む。より具体的には、端部材２０は、電池セル１１に対向する対向領域４１と、連結部材３０が配置される連結領域４２と、対向領域４１と連結領域４２との間の中間領域４３とを含む。対向領域４１は、電池セル１１の配列方向からみて、端部材２０の略中央に位置する。対向領域４１は、エンドプレート２１及びブラケット２２における電池セル１１に対向する領域である。

【0020】

連結領域４２は、電池セル１１の配列方向からみて、端部材２０の外端付近に位置しており、電池セル１１に対向していない。連結領域４２は、エンドプレート２１における連結部材３０が配置される領域である（すなわち、ボルト３１が挿通される領域である）。中間領域４３は、電池セル１１の配列方向からみて、電池セル１１に対向していない。中間領域４３は、エンドプレート２１における対向領域４１と連結領域４２との間の領域である。電池セル１１の配列方向からみたとき、中間領域４３と対向領域４１との境界は、電池セル１１の外縁に一致する。

【0021】

対向領域４１は、エンドプレート２１のみからなる部分と、エンドプレート２１及びブラケット２２からなる部分とを含む。このため、対向領域４１は、電池セル１１の配列方向における厚さが相対的に薄い部分と相対的に厚い部分とを含む。一方、中間領域４３は、エンドプレート２１のみからなる。したがって、電池セル１１の配列方向における中間領域４３の厚さは、対向領域４１の相対的に薄い部分の厚さと略同一であり、エンドプレート２１の延在方向について略均一である。

【0022】

したがって、対向領域４１の全体と中間領域４３との全体とを比較すると、電池セル１１の配列方向における中間領域４３の平均厚さは、電池セル１１の配列方向における対向領域４１の平均厚さよりも薄い。換言すれば、中間領域４３は、電池セル１１の配列方向における対向領域４１の平均厚さよりも薄く形成された脆弱部５０を含む。ここでは、中間領域４３の全体が、対向領域４１の平均厚さよりも薄い脆弱部５０である。なお、当該領域の平均厚さとは、電池セル１１の配列方向における当該領域の厚さをエンドプレート２１の延在方向について平均したものである。

【0023】

なお、対向領域４１を、エンドプレート２１及びブラケット２２に加え、エンドプレート２１とブラケット２２とを互いに締結するボルト２３を含む領域であるとみなせば、電池セル１１の配列方向における脆弱部５０の厚さは、電池セル１１の配列方向における対向領域４１の最低厚さ（エンドプレート２１の厚さ）以下となる。

【0024】

以上説明したように、本実施形態に係る電池モジュール１においては、電池セル１１の配列方向における電池ユニット１０の端部１０ａ，１０ｂに端部材２０が配置されている。そして、その一対の端部材２０によって電池ユニット１０が挟持されるように、連結部材３０によって端部材２０同士を互いに連結している。また、端部材２０は、電池ユニット１０の電池セル１１に対向する対向領域４１と、連結部材３０が配置される連結領域４２と、それらの間の中間領域４３とを有している。

【0025】

そして、中間領域４３は、対向領域４１の平均厚さよりも薄い脆弱部５０を含む。したがって、電池セル１１の膨張に伴って連結部材３０に加わる荷重が増加した場合には、図３に示されるように、その脆弱部５０（中間領域４３）を起点として、電池セル１１の配列方向に対向する連結領域４２同士が互いに近づく方向に端部材２０が変形する（例えば塑性変形する）。このため、電池セル１１が膨張した場合であっても、連結部材３０に加わる荷重の増加が緩和され、連結部材３０の破断を抑制可能である。

【0026】

また、このような端部材２０の変形によって、電池セル１１が膨張した場合であっても、端部材２０からの電池セル１１の拘束荷重が大きくなり過ぎることが抑制される。このため、この電池モジュール１によれば、電池セル１１の拘束荷重が必要以上に大きくなることに起因した電池セル１１の特性の劣化、及び電池セル１１の短寿命化を避けることが可能である。

【0027】

また、この電池モジュール１においては、端部材２０は、電池ユニット１０上に配置されるエンドプレート２１と、電池ユニット１０及びエンドプレート２１上に配置されエンドプレート２１に締結されたブラケット２２とを有する。そして、対向領域４１は、エンドプレート２１、及びブラケット２２における電池セル１１に対向する領域であり、連結領域４２は、エンドプレート２１における連結部材３０が配置される領域であり、中間領域４３は、エンドプレート２１における対向領域４１と連結領域４２との間の領域である。このため、脆弱部５０の厚さよりも平均的に厚い対向領域４１を、エンドプレート２１とブラケット２２とによって容易に構成することができる。つまり、脆弱部５０の形成が容易化される。

【0028】

さらに、電池モジュール１においては、対向領域４１がボルト２３を含む領域であるとみなせば、電池セル１１の配列方向における脆弱部５０の厚さは、電池セル１１の配列方向における対向領域４１の最低厚さ（エンドプレート２１の厚さ）以下である。このため、電池セル１１の膨張に伴う端部材２０の変形を、確実に脆弱部５０を起点としたものとすることができる。これにより、電池セル１１が膨張した際に、対向領域４１の変形が避けられるので、電池セル１１への均一な拘束荷重の付与が確実に維持される。

【0029】

以上の実施形態は、本発明に係る電池モジュールの一実施形態について説明したものである。したがって、本発明に係る電池モジュールは、上述した電池モジュールに限定されない。本発明に係る電池モジュールは、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述した電池モジュール１を変形したものですることができる。

【0030】

図４は、図１に示された電池モジュールの変形例を示す部分断面図である。図４の（ａ）に示されるように、電池モジュール１においては、端部材２０がエンドプレート２１のみであってもよい。この場合には、エンドプレート２１が概ね平板状であることから、電池セル１１の配列方向におけるエンドプレート２１の厚さも概ね一定である。ただし、この場合には、中間領域４３の一部に溝４３ｓが設けられ、薄化されている。溝４３ｓは、対向領域４１を挟んで互いに対向する中間領域４３のそれぞれに設けられており、互いに略平行に延在している。

【0031】

この溝４３ｓの形成により、中間領域４３には、電池セル１１の配列方向における対向領域４１の平均厚さよりも薄い脆弱部５０が形成される。この場合には、電池セル１１の膨張に応じて、脆弱部５０を起点として端部材２０が変形することにより、連結部材３０に加わる荷重の増加が緩和される。したがって、連結部材３０の破断や、電池セル１１の劣化及び短寿命化が抑制される。

【0032】

また、図４の（ｂ）に示されるように、電池モジュール１においては、端部材２０を、電池セル１１の積層方向における厚さが異なる複数（ここでは２つ）の部分からなるエンドプレート２１のみとすることもできる。ここでは、エンドプレート２１の電池セル１１に対向する部分（対向領域４１）の厚さが相対的に厚く、それ以外の部分の厚さが相対的に薄い。このような構成によって、電池セル１１の配列方向における対向領域４１の平均厚さよりも薄い脆弱部５０を中間領域４３に形成してもよい（中間領域４３の全体が脆弱部５０である）。

【0033】

以上のように、電池モジュール１においては、電池セル１１の膨張に応じて中間領域４３において端部材２０の変形が生じるように、任意の態様によって、中間領域４３に対して対向領域４１の平均厚さよりも薄い脆弱部５０を設けることができる。

【符号の説明】

【0034】

１…電池モジュール、１０ａ，１０ｂ…端部、１０…電池ユニット、１１…電池セル、２０…端部材、２１…エンドプレート（第１の部材）、２２…ブラケット（第２の部材）、３０…連結部材、４１…対向領域、４２…連結領域、４３…中間領域、５０…脆弱部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】