特開 2024-172777 電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024172777

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/204 20210101AFI20241205BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241205BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20241205BHJP

   H01M 50/367 20210101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

H01M50/204 201

H01M50/204 401H

H01M10/613

H01M50/209

H01M50/367

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023090740

(22)【出願日】2023-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 雄太郎

(72)【発明者】

【氏名】井戸田 知樹

【テーマコード（参考）】

5H012

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H012BB08

5H012CC03

5H012CC10

5H012JJ10

5H031KK01

5H031KK08

5H040AA18

5H040AA28

5H040AA32

5H040AS01

5H040AS04

5H040AY03

5H040AY08

5H040NN01

5H040NN03

(57)【要約】

【課題】結露等に起因して発生した水滴による短絡を抑制する。
【解決手段】電池モジュール３は、複数のセル１１を含む第１電池群１と、安全弁１２を有する複数のセル１１を含む第２電池群２と、第１電池群１と第２電池群２との間に設けられる冷却器２０と、冷却器２０と第２電池群２との間に設けられ、第２電池群２の冷却器２０と対向する部分を覆う保護部材とを備える。保護部材は、安全弁１２に対向する薄肉部の板厚が薄肉部以外の領域の板厚よりも薄くなるように構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のセルを含む第１電池群と、
安全弁を有する複数のセルを含む第２電池群と、
前記第１電池群と前記第２電池群との間に設けられる冷却器と、
前記第２電池群の前記冷却器と対向する部分を覆う保護部材とを備え、
前記保護部材は、前記安全弁に対向する予め定められた第１領域の板厚が前記第１領域以外の第２領域の板厚よりも薄くなるように構成される、電池モジュール。

【請求項2】

前記第１電池群は、前記第２電池群の上方に設置され、
前記冷却器は、前記第１電池群の下方に設置される、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記保護部材には、前記安全弁から前記第１領域までの気体の流路を形成する誘導部材が設けられ、
前記誘導部材は、板厚が前記第１領域の板厚よりも厚くなるように構成される、請求項１に記載の電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

複数のセルがバスバーを用いて接続される電池モジュールが公知である。たとえば、特開２０２２－０８３６１０号公報（特許文献１）には、隣接する二次電池同士を電気的に接続するバスバーが外部端子に接続された接続部と、接続部から上方に隆起した隆起部とを有し、電圧検出端子が隆起部に接続されている構成が開示されている。この構成によってバスバーと電圧検出端子との境界部に結露等に起因した水分が付着ないし滞留することが抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－０８３６１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のような電池モジュールに冷却器が設けられる場合には、冷却器に結露等に起因した水滴が付着する。そのため、電池モジュールと冷却器との位置関係によっては、冷却器から付着した水滴が電池モジュールに移動したり、複数の電池モジュールが搭載される場合には、他の電池モジュールに水滴が移動したりする場合がある。その結果、電池モジュールにおけるバスバー間やセル間において付着した水滴によって短絡する場合がある。

【0005】

本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、結露等に起因して発生した水滴による短絡を抑制する電池モジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のある局面に係る電池モジュールは、複数のセルを含む第１電池群と、安全弁を有する複数のセルを含む第２電池群と、第１電池群と第２電池群との間に設けられる冷却器と、第２電池群の冷却器と対向する部分を覆う保護部材とを備える。保護部材は、安全弁に対向する予め定められた第１領域の板厚が第１領域以外の第２領域の板厚よりも薄くなるように構成される。

【0007】

このようにすると、保護部材によって冷却器に結露等により付着した水滴が第２電池モジュールに移動することを抑制することができる。さらに、安全弁に対向する第１領域の板厚が第２領域の板厚よりも薄くなるように構成されるため、安全弁から気体がセルの外部に放出されたときに気体の圧力が上昇しても第１領域に開口部が形成されやすくなるため、安全弁からの気体を電池モジュールの予め定められた方向の外部に放出することができる。

【0008】

ある実施の形態においては、第１電池群は、第２電池群の上方に設置される。冷却器は、第１電池群の下方に設置される。

【0009】

このようにすると、保護部材によって冷却器に結露等により付着した水滴が滴下しても第２電池モジュールに付着することを抑制することができる。

【0010】

さらにある実施の形態においては、保護部材には、安全弁から第１領域までの気体の流路を形成する誘導部材が設けられる。誘導部材は、板厚が第１領域の板厚よりも厚くなるように構成される。

【0011】

このようにすると、安全弁からセル内部の気体がセルの外部に放出されたときに気体の圧力を第１領域に作用させることができるため、第１領域に割れ目等の開口部を形成しやすくすることができる。そのため、安全弁からの気体を電池モジュールの予め定められた方向の外部に放出することができる。

【発明の効果】

【0012】

本開示によると、結露等に起因して発生した水滴による短絡を抑制する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】

【0013】

【図1】本実施の形態に係る電池モジュールの構成を説明するための図である。

【図2】保護部材の構成の一例を示す図である。

【図3】冷却器と保護部材と第２電池群との位置関係の一例を示す図である。

【図4】安全弁から気体が発生した場合の保護部材の機能を説明するための図である。

【図5】安全弁から放出した気体の圧力が上昇した場合の保護部材の機能を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0015】

以下では、本実施の形態に係る電池モジュール３の構成を説明する。図１は、本実施の形態に係る電池モジュール３の構成を説明するための図である。電池モジュール３は、たとえば、複数の電池群を組み合わせて構成される。電池モジュール３は、たとえば、定置式の蓄電装置として利用されてもよいし、車載の蓄電装置として利用されてもよい。本実施の形態においては、電池モジュール３は、たとえば、図１に示すように、第１電池群１と、第２電池群２と、冷却器２０とを含む構成を一例として説明する。

【0016】

第１電池群１および第２電池群２は、いずれも複数のセルによって構成される。本実施の形態においては、第１電池群１および第２電池群２は、それぞれ同じセルを同じ個数だけ積層して構成される。以下の説明においては、第２電池群２の構成の一例を代表的に説明するが、第１電池群１の構成も第２電池群２の構成と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。

【0017】

第２電池群２は、予め定められた個数のセル１１が積層されて構成される。セル１１は、再充電が可能な二次電池のセルである、二次電池は、たとえば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等を含む。セル１１は、たとえば、直方形状の外装を有する。セル１１の上面には、安全弁１２と、正極端子１３と、負極端子１４とが設けられる。複数のセル１１は、たとえば、いずれかのセル１１の正極端子１３と、当該セル１１に隣接するセル１１の負極端子１４とが積層方向に並ぶ位置関係になるようにセル１１が積層される。いずれかのセル１１の正極端子１３と当該セル１１に隣接するセル１１の負極端子１４とはバスバー１５によって電気的に接続される。そのため、積層方向において一方の端部のセル１１と他方の端部のセル１１とを除き、セル１１の正極端子１３は、一方側に隣接するセル１１の負極端子１４とバスバー１５を用いて電気的に接続され、セル１１の負極端子１４は、他方側に隣接するセル１１の正極端子１３とバスバー１５を用いて電気的に接続される。積層方向において一方の端部のセル１１の正極端子１３は、隣接するセル１１の負極端子１４とバスバー１５を用いて電気的に接続され、負極端子１４は、他の電池群の正極端子あるいは電気負荷に接続される。積層方向において他方の端部のセル１１の負極端子１４は、隣接するセル１１の正極端子１３とバスバー１５を用いて電気的に接続され、正極端子１３は、他の電池群の負極端子あるいは電気負荷に接続される。第２電池群２は、複数のセル１１の相対的な位置関係を固定する筐体１０を含み、全体として直方形状に構成される。図１において、第２電池群２の長手方向がセル１１の積層方向と一致する。

【0018】

第１電池群１の下方には冷却器２０が設けられる。冷却器２０は、たとえば、第１電池群１との間で熱交換を行なうための熱交換器である。冷却器２０は、たとえば、ヒートシンクと冷却フィンとによって構成される。なお、冷却器２０としては、ヒートシンクと冷却フィンとに加えて、冷却媒体と、冷却媒体が流通する媒体通路と、冷却媒体を循環させるポンプ等をさらに含むようにしてもよい。冷却媒体は、気体であってもよいし、液体であってもよい。図１には、第１電池群１が、第２電池群２の直上に設けられる位置が関係が示されている。図１においては、説明の便宜上、第１電池群１と第２電池群２とが離隔した位置関係を示しているが、第１電池群１と第２電池群２とは、電池モジュール３として適切な距離関係となるように配置される。

【0019】

以上のような構成を有する電池モジュール３において、冷却器２０には結露等に起因した水滴が付着する場合がある。冷却器２０が冷却媒体を用いたものである場合には、特に結露等に起因した水滴が付着しやすくなる。そのため、第２電池群２と冷却器２０との位置関係によっては、冷却器２０から付着した水滴が第２電池群２に移動する場合がある。より具体的には、本実施の形態のように第２電池群２の直上に冷却器２０が設けられる場合には、冷却器２０に結露等に起因して水滴が付着すると、付着した水滴が第２電池群２に滴下する場合がある。その結果、第２電池群２の複数のバスバー１５の間や複数のセル１１の間に水滴が浸入し、浸入した水滴によって短絡する場合がある。

【0020】

そこで、本実施の形態においては、第２電池群２の冷却器２０と対向する部分を覆う保護部材を備えるものとし、保護部材は、第２電池群２のセル１１の安全弁１２に対向する予め定められた第１領域の板厚が第１領域以外の第２領域の板厚よりも薄くなるように構成されるものとする。

【0021】

このようにすると、保護部材によって冷却器２０に付着した水滴が第２電池群２に移動することを抑制することができる。さらに、安全弁１２からセル１１内部の気体がセル１１の外部に放出されたときに気体の圧力によって予め定められた領域に開口部が形成されやすくなるため、安全弁１２からの気体を第２電池群２の予め定められた方向の外部に放出することができる。

【0022】

図２は、保護部材３０の構成の一例を示す図である。保護部材３０は、たとえば、樹脂等の絶縁部材によって構成されるものとする。図２に示すように、保護部材３０は、第２電池群２のバスバー１５や各種端子が設けられる上面全体を覆う形状を有する。

【0023】

より具体的には、保護部材３０は、平面部３１と、屈曲部３２と、薄肉部３３と、第１誘導部３４と、第２誘導部３５とを有する。

【0024】

平面部３１は、水平方向に平面を有する平面形状の部材によって構成される。屈曲部３２は、平面部３１の幅方向（第２電池群２の長手方向に直交する方向）の両端部に接続され、階段形状に折れ曲がった板形状の部材によって構成される。屈曲部３２の平面部３１に接続される一方の端部と異なる他方の端部は、第２電池群２の幅方向の端部よりも外側に位置する。すなわち、保護部材３０の平面部３１と屈曲部３２とによって第２電池群２の上面全体が覆われる。

【0025】

薄肉部３３は、平面部３１の中央の予め定められた領域（第１領域に相当）に設定される。予め定められた領域は、たとえば、保護部材３０が第２電池群２の上面に設けられる場合に、第２電池群２を構成する複数のセル１１の安全弁１２の各々と対向する位置に設定される。保護部材３０は、薄肉部３３における板厚が、予め定められた領域以外の領域（第２領域に相当）の平面部３１における板厚よりも薄くなるように構成される。

【0026】

第１誘導部３４および第２誘導部３５の各々は、平面部３１の中央下部から下方に向けて突出して形成される。第１誘導部３４および第２誘導部３５は、いずれも長手方向の一方端から他方端まで連続して形成される帯状の部材である。第１誘導部３４の平面部３１との接続部分と、第２誘導部３５の平面部３１との接続部分とは、薄肉部３３を挟み込むように位置関係が設定される。そのため、第１誘導部３４および第２誘導部３５の各々の突出した帯状の部材は、互いに対向した位置関係となる。そのため、保護部材３０が第２電池群２の上面に設けられる場合には、薄肉部３３と第１誘導部３４と第２誘導部３５と複数の安全弁１２を含む第２電池群２の上面とによって囲まれる空間が形成される。

【0027】

薄肉部３３における板厚は、たとえば、安全弁１２から気体が放出されて、上記した空間内の圧力がしきい値を超えるときに薄肉部３３に亀裂が入るなどして裂け目（開口部）が形成されるように実験等によって設定される。

【0028】

以上のような本実施の形態に係る電池モジュール３の作用について図３、図４および図５を参照しつつ説明する。

【0029】

図３は、冷却器２０と保護部材３０と第２電池群２との位置関係の一例を示す図である。図３には、保護部材３０が設けられた状態での冷却器２０と第２電池群２との鉛直方向と幅方向とを含む面による断面図が示される。図３に示すように、第１電池群１は、第２電池群２の直上に配置され、第１電池群１の底面には、冷却器２０が設けられる。保護部材３０は、上述したように第２電池群２の上面全体を覆うように設けられる。そのため、保護部材３０の直上に冷却器２０が位置する位置関係となる。このような構成によって、冷却器２０に結露等を起因とする水滴が付着し、下方の第２電池群２に対して滴下した場合でも、滴下した水滴は、保護部材３０によって第２電池群２に移動することが抑制される。

【0030】

図４は、安全弁１２から気体が発生した場合の保護部材３０の機能を説明するための図である。図４には、保護部材３０が設けられた状態での冷却器２０と第２電池群２との鉛直方向と幅方向とを含む面による断面図が示される。複数のセル１１のうちのいずれかのセル１１において劣化等によって気体が発生し、セル１１の内部の圧力が上昇する場合がある。そして、セル１１の内部の圧力が一定値以上になると、図４に示すように、安全弁１２から気体が放出されることとなる。安全弁１２から放出された気体は、薄肉部３３と、第１誘導部３４と、第２誘導部３５と、安全弁１２を含む第２電池群２の上面とで囲われる空間に滞留することとなる。

【0031】

図５は、安全弁１２から放出した気体の圧力が上昇した場合の保護部材３０の機能を説明するための図である。図５には、保護部材３０が設けられた状態での冷却器２０と第２電池群２との鉛直方向と幅方向とを含む面による断面図が示される。上述した空間内の圧力がしきい値を超えると、薄肉部３３の板厚が第１誘導部３４および第２誘導部３５を構成する２つの部材の板厚よりも薄いため、薄肉部３３の部材が変形し、裂け目（開口部）が形成されると、裂け目から気体が保護部材３０の上部に流出することとなる。このように、安全弁１２から放出した気体を安全弁１２の直上に誘導させることが可能となる。

【0032】

以上のようにして、本実施の形態に係る電池モジュール３によると、保護部材３０によって冷却器２０に付着した水滴が第２電池群２に付着することを抑制することができる。さらに、安全弁１２に対向する薄肉部３３の板厚が薄肉部３３以外の領域の板厚よりも薄くなるように構成されるため、安全弁１２から気体がセル１１の外部に放出されたときに気体の圧力によって薄肉部３３において開口部が形成されやすくなる。そのため、安全弁１２からの気体を保護部材３０の直上に放出することができる。したがって、結露等に起因して発生した水滴による短絡を抑制する電池モジュールを提供することができる。

【0033】

また、第１電池群１は、第２電池群２よりも上方に設置され、冷却器２０は、第１電池群１よりも下方に設置されるので、保護部材３０によって冷却器２０に付着した水滴が滴下して第２電池群２に移動することを抑制することができる。

【0034】

さらに、保護部材３０には、安全弁１２から薄肉部３３までの気体の流路を形成する第１誘導部３４および第２誘導部３５が設けられるとともに、第１誘導部３４および第２誘導部３５の板厚が薄肉部３３における板厚よりも厚くなるように構成される。そのため、安全弁１２から気体がセル１１の外部に放出されたときに気体の圧力を薄肉部３３に作用させることができる。これにより、薄肉部３３に開口部を形成しやすくすることができる。その結果、安全弁１２からの気体を第２電池群２の所定の方向（保護部材３０の直上）に放出させることができる。

【0035】

以下、変形例について記載する。
上述の実施の形態では、第１電池群１は、第２電池群２の直上に設けられ、第１電池群１の底面に冷却器２０が設けられる構成を一例として説明したが、第１電池群１と第２電池群２と冷却器２０との位置関係は特にこのような位置関係に限定されるものではない。

【0036】

少なくとも保護部材３０がないと冷却器２０に付着した水滴が第２電池群２の上面に移動可能となる位置関係であればよい。したがって、たとえば、第１電池群１と第２電池群２とが水平方向に配置され、第１電池群１と第２電池群２との間に冷却器２０が設けられる位置関係であってもよい。このような構成の場合、冷却器２０に水滴が付着し、付着した水滴が走行風や冷却風等によって第２電池群２側に飛散した場合でも、保護部材３０の端部の屈曲部３２によって第２電池群２の上面に水滴が移動することが抑制される。

【0037】

さらに上述の実施の形態では、第２電池群２に含まれる複数のセル１１のうちの積層方向における一方端のセル１１の安全弁１２の直上の位置から他方端のセル１１の安全弁１２の直上の位置までの積層方向に沿って連続した領域を薄肉部３３として設定するものとして説明したが、たとえば、第２電池群２に含まれる複数のセル１１の安全弁１２の各々の直上の所定形状（たとえば、円形あるいは矩形）の領域を保護部材３０の薄肉部３３として設定するものとしてもよい。

【0038】

さらに上述の実施の形態では、薄肉部３３の板厚を薄肉部３３以外の板厚よりも薄くして開口部が形成されやすくするものとして説明したが、たとえば、薄肉部３３の板厚が薄肉部３３以外の領域の板厚よりも薄くし、かつ、薄肉部３３を薄肉部３３以外の領域とは同じ材質の別部材で構成されるようにしてもよいし、異なる材質の別部材で構成されるようにしてもよい。このようにすると、裂け目等が形成された後に薄肉部３３の部材を新しい部材に交換することによって、保護部材３０を再利用することが可能となる。

【0039】

さらに上述の実施の形態では、電池モジュール３は、第１電池群１と第２電池群２と冷却器２０とを含む構成を一例として説明したが、電池モジュール３としては、第１電池群１および第２電池群２以外の他の電池群をさらに含むようにしてもよいし、冷却器２０以外の他の冷却器をさらに含むようにしてもよい。この場合において、各冷却器に付着した水滴が移動し得る電池群（第２電池群２を含む）に保護部材３０を設けるようにすればよい。このようにすると、保護部材３０が設けられる電池群に水滴が付着することを抑制することができる。

【0040】

さらに上述の実施の形態では、保護部材３０の第１誘導部３４と第２誘導部３５と薄肉部３３と、第２電池群２の上面とによって形成される空間は、積層方向（長手方向）に連通した状態であるものとして説明したが、仕切板によって当該空間を複数の空間に仕切るようにしてもよい。たとえば、いずれかのセル１１の安全弁１２の直上の空間と、隣接するセル１１の安全弁１２の直上の空間とを仕切る仕切板を保護部材３０の第１誘導部３４と第２誘導部３５との間に設けるようにしてもよい。このようにすると、複数のセル１１のいずれかのセル１１の安全弁１２から気体が発生したときに直上の薄肉部３３において開口部が形成されるため、気体が発生したセル１１を速やかに特定することが可能となる。

【0041】

なお、上記した変形例は、その全部または一部を適宜組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0042】

１ 第１電池群、２ 第２電池群、３ 電池モジュール、１０ 筐体、１１ セル、１２ 安全弁、１３ 正極端子、１４ 負極端子、１５ バスバー、２０ 冷却器、３０ 保護部材、３１ 平面部、３２ 屈曲部、３３ 薄肉部、３４ 第１誘導部、３５ 第２誘導部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】