特開 2024-75147 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】P2024075147

(43)【公開日】2024-06-03

(54)【発明の名称】電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/291 20210101AFI20240527BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20240527BHJP

   H01M 50/293 20210101ALI20240527BHJP

【ＦＩ】

H01M50/291

H01M50/209

H01M50/293

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022186364

(22)【出願日】2022-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(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】小村 哲司

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA03

5H040AS07

5H040AT02

5H040AY08

5H040AY10

5H040NN01

(57)【要約】

【課題】複数の電池セルの間に組み付けられる絶縁性部材のハンドリング性が高い電池モジュールを提供する。
【解決手段】絶縁性部材は、ベースと、ベースから第１の方向に突出し複数の電池セルのうち少なくとも１つに当接する複数の凸部とを含む。凸部は、第１凸部と、第１の方向に直交する第２の方向に沿って第１凸部と並ぶ第２凸部と、第１の方向に直交し第２の方向に交差する第３の方向に沿って第１凸部と並ぶ第３凸部とを含む。第１凸部と第２凸部との間、第１凸部と第３凸部との間にベースから第１の方向に突出するリブが設けられる。絶縁性部材を電池モジュールから取り外した状態において、リブの幅は凸部の幅よりも細い。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に配列された複数の電池セルと、
前記複数の電池セルの間に設けられた絶縁性部材とを備えた電池モジュールであって、
前記絶縁性部材は、ベースと、前記ベースから前記第１の方向に突出し前記複数の電池セルのうち少なくとも１つに当接する複数の凸部とを含み、
前記凸部は、第１凸部と、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って前記第１凸部と並ぶ第２凸部と、前記第１の方向に直交し前記第２の方向に交差する第３の方向に沿って前記第１凸部と並ぶ第３凸部とを含み、
前記第１凸部と前記第２凸部との間、前記第１凸部と前記第３凸部との間に前記ベースから前記第１の方向に突出するリブが設けられ、
前記絶縁性部材を前記電池モジュールから取り外した状態において、前記リブの幅は前記凸部の幅よりも細い、電池モジュール。

【請求項2】

前記リブは、前記第１凸部および前記第２凸部、ならびに前記第１凸部および前記第３凸部を繋ぐように形成される、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記絶縁性部材を前記電池モジュールから取り外した状態において、前記リブの突出高さは前記凸部の突出高さよりも低い、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記ベースは前記第１の方向に対向する第１面および第２面を有し、
前記リブは前記第１面上に形成された第１リブと、前記第２面上に形成された第２リブとを含み、
前記第１リブおよび前記第２リブは、前記第２の方向または前記第３の方向において互いに異なる位置に形成される、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記絶縁性部材は、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムからなる群から選択された素材を含む、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項6】

前記絶縁性部材を前記電池モジュールから取り外した状態において、前記第１凸部と前記第２凸部との間、または前記第１凸部と前記第３凸部との間において、前記リブの高さおよび幅は略一定であり、前記リブの高さは前記リブの幅の２倍以上である、請求項１または請求項２記載の電池モジュール。

【請求項7】

前記絶縁性部材を前記電池モジュールから取り外した状態において、前記第１凸部と前記第２凸部との間、または前記第１凸部と前記第３凸部との間において、前記リブの先端から前記ベースに向かって前記リブの幅がテーパ状に太くなる、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、充電時には電池セルを弾性支持し、放電時にも確実に反力を付与することを意図した電池モジュール用緩衝シートが開示されている。この緩衝シートは、ベース部と、ベース部から電池セルに向かって突出する弾性突部とを含む。

【0003】

特許文献２には、ボディー部と、ボディー部の上面に接着され、上方に突出する突起とを含む二次電池用絶縁板が開示されている。

【0004】

電池とは異なる分野において上記と同様の構造を採用したものとして、たとえば特許文献３および特許文献４に記載されたものが挙げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－００４５５６号公報

【特許文献2】特表２０２２－５２１１９５号公報

【特許文献3】特開２０１３－２１５３１２号公報

【特許文献4】特開２０００－０９３４８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

電池モジュールを小型化する観点からは、上述の緩衝シートの厚みは薄いことが望ましい。他方、電池セルを確実に支持する観点からは、弾性突部の高さは高いことが望ましい。これらの要望を両立させようとすると、ベース部は薄く形成されることになる。しかし、ベース部が薄くなりすぎると、複数の電池セル間に緩衝シートを組み付けるときに、そのハンドリング性が悪化し得る。

【0007】

本技術の目的は、複数の電池セルの間に組み付けられる絶縁性部材のハンドリング性が高い電池モジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本技術は、以下の電池モジュールを提供する。

【0009】

［１］第１の方向に配列された複数の電池セルと、複数の電池セルの間に設けられた絶縁性部材とを備えた電池モジュールであって、絶縁性部材は、ベースと、ベースから第１の方向に突出し複数の電池セルのうち少なくとも１つに当接する複数の凸部とを含み、凸部は、第１凸部と、第１の方向に直交する第２の方向に沿って第１凸部と並ぶ第２凸部と、第１の方向に直交し第２の方向に交差する第３の方向に沿って第１凸部と並ぶ第３凸部とを含み、第１凸部と第２凸部との間、第１凸部と第３凸部との間にベースから第１の方向に突出するリブが設けられ、絶縁性部材を電池モジュールから取り外した状態において、リブの幅は凸部の幅よりも細い、電池モジュール。

【0010】

［２］リブは、第１凸部および第２凸部、ならびに第１凸部および第３凸部を繋ぐように形成される、［１］に記載の電池モジュール。

【0011】

［３］絶縁性部材を電池モジュールから取り外した状態において、リブの突出高さは凸部の突出高さよりも低い、［１］または［２］に記載の電池モジュール。

【0012】

［４］ベースは第１の方向に対向する第１面および第２面を有し、リブは第１面上に形成された第１リブと、第２面上に形成された第２リブとを含み、第１リブおよび第２リブは、第２の方向または第３の方向において互いに異なる位置に形成される、［１］から［３］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

【0013】

［５］絶縁性部材は、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムからなる群から選択された素材を含む、［１］から［４］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

【0014】

［６］絶縁性部材を電池モジュールから取り外した状態において、第１凸部と第２凸部との間、または第１凸部と第３凸部との間において、リブの高さおよび幅は略一定であり、リブの高さはリブの幅の２倍以上である、［１］から［５］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

【0015】

［７］絶縁性部材を電池モジュールから取り外した状態において、第１凸部と第２凸部との間、または第１凸部と第３凸部との間において、リブの先端からベースに向かってリブの幅がテーパ状に太くなる、［１］から［５］のいずれか１項に記載の電池モジュール。

【発明の効果】

【0016】

本技術によれば、複数の電池セルの配列方向（第１の方向）に直交する二方向（第２の方向および第３の方向）にリブを延在させることにより、ベースの剛性を向上させ、組み付け時における絶縁性部材のハンドリング性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】電池モジュールの斜視図である。

【図2】電池セルを示す斜視図である。

【図3】絶縁性部材の平面図である。

【図4】図３におけるＡ１－Ａ１断面図である。

【図5】図３におけるＡ２－Ａ２断面図である。

【図6】図３におけるＡ３－Ａ３断面図である。

【図7】第１の変形例に係る絶縁性部材の図３におけるＡ１－Ａ１断面図である。

【図8】第２の変形例に係る絶縁性部材の図３におけるＡ１－Ａ１断面図である。

【図9】第２の変形例に係る絶縁性部材の図３におけるＡ２－Ａ２断面図である。

【図10】第２の変形例に係る絶縁性部材の図３におけるＡ３－Ａ３断面図である。

【図11】第３の変形例に係る絶縁性部材の平面図である。

【図12】第４の変形例に係る絶縁性部材の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

【0019】

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

【0020】

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。

【0021】

また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。

【0022】

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池およびナトリウムイオン電池などの他の電池を含み得る。

【0023】

本明細書において、「電池セル」は必ずしも角型のものに限定されず、円筒型、パウチ型、ブレード型など、他の形状のセルも含み得る。「電池セル」は、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、および電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）などに搭載可能である。ただし、「電池セル」の用途は、車載用に限定されるものではない。

【0024】

図１は、本実施の形態に係る電池モジュールの斜視図である。図１に示すように、電池モジュール１は、電池セル１００と、絶縁性部材２００（セル間セパレータ）とを含む。電池セル１００と絶縁性部材２００とは、Ｙ軸方向（第１の方向）に沿って交互に配列される。

【0025】

電池セル１００は、角形の電池セルであって、Ｙ軸方向に沿って複数設けられる。複数の電池セル１００は、図示しないバスバーを介して互いに電気的に接続される。

【0026】

絶縁性部材２００は、複数の電池セル１００の間に設けられる。絶縁性部材２００は、隣接する電池セル１００の意図しない電気的導通を防止する。絶縁性部材２００は、隣接する電池セル１００の電気的絶縁性を確保する。

【0027】

図２は、電池セル１００を示す斜視図である。図２に示すように、電池セル１００は、角型形状を有する。電池セル１００は、電極端子１１０と、筐体１２０と、ガス排出弁１３０とを有する。

【0028】

電極端子１１０は、筐体１２０上に形成されている。電極端子１１０は、Ｙ軸方向（第１の方向）に直交するＸ軸方向（第２の方向）に沿って並ぶ正極端子１１１および負極端子１１２を有する。正極端子１１１および負極端子１１２は、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。

【0029】

筐体１２０は、直方体形状を有し、電池セル１００の外観をなす。筐体１２０は、図示しない電極体および電解液を収容するケース本体１２０Ａと、ケース本体１２０Ａの開口を封止する封口板１２０Ｂとを含む。封口板１２０Ｂは、溶接によりケース本体１２０Ａに接合される。

【0030】

筐体１２０は、上面１２１と、下面１２２と、第１側面１２３と、第２側面１２４と、２つの第３側面１２５とを有する。

【0031】

上面１２１は、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に直交するＺ軸方向（第３の方向）に直交する平面である。上面１２１には、電極端子１１０が配置されている。下面１２２は、Ｚ軸方向に沿って上面１２１に対向している。

【0032】

第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に直交する平面からなる。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、筐体１２０が有する複数の側面のうちで最も大きい面積を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、矩形形状を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、Ｘ軸方向が長手方向となり、Ｚ軸方向が短手方向となる矩形形状を有する。

【0033】

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１００，１００の間において、第１側面１２３どうし、第２側面１２４どうしが向かい合わせとなるように積層されている。これにより、複数の電池セル１００が積層されるＹ軸方向において、正極端子１１１と負極端子１１２とが、交互に並んでいる。

【0034】

ガス排出弁１３０は、上面１２１に設けられている。ガス排出弁１３０は、電池セル１００の温度が上昇し（熱暴走）、筐体１２０の内部で発生したガスにより筐体１２０の内圧が所定値以上となった場合に、そのガスを筐体１２０の外部に排出する。

【0035】

図３は、絶縁性部材２００の平面図であり、図４ないし図６は、各々図３におけるＡ１－Ａ１断面図、Ａ２－Ａ２断面図、およびＡ３－Ａ３断面図である。なお、図３～図６および後述の図７～図１２においては、絶縁性部材２００を電池モジュール１から取り外した状態を示している。

【0036】

図３～図６に示すように、絶縁性部材２００は、ベース２１０と、ベース２１０からＹ軸方向に突出する複数の凸部２２０と、複数の凸部２２０の間を繋ぐようにベース２１０からＹ軸方向に突出するリブ２３０とを含む。ベース２１０、凸部２２０、およびリブ２３０を含む絶縁性部材２００は、一体成形により形成され得る。

【0037】

絶縁性部材２００は、たとえば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ウレタンゴム（Ｕ）、シリコーンゴム（Ｓｉ）、フッ素ゴムなど、電気的絶縁性かつ弾力性のある素材から構成され得る。

【0038】

図３に示す例では、凸部２２０は、Ｘ軸方向に７つの凸部（２２１Ａ～２２７Ａ，２２１Ｂ～２２７Ｂ，２２１Ｃ～２２７Ｃ）が均等に並ぶように、かつ、Ｚ軸方向に３つの凸部（２２１Ａ～２２１Ｃ，２２２Ａ～２２２Ｃ，２２３Ａ～２２３Ｃ，２２４Ａ～２２４Ｃ，２２５Ａ～２２５Ｃ，２２６Ａ～２２６Ｃ，２２７Ａ～２２７Ｃ）が均等に並ぶように、マトリクス配置されている。

【0039】

ただし、複数の凸部２２０の数、形状（矩形、その他の多角形、円形など）、突出高さ、配置（並ぶ方向ないし間隔など）、および大きさは適宜変更可能である。複数の凸部２２０のうち、一部の凸部２２０において形状、突出高さ、配置および大きさを異ならせてもよい。

【0040】

リブ２３０は、複数の凸部２２０の間に設けられている。図３の例では、リブ２３０は、複数の凸部２２０を繋ぐように形成されている。たとえば、Ｘ軸方向に並ぶ凸部２２１Ａ（第１凸部）および凸部２２２Ａ（第２凸部）を繋ぐようにＸ軸方向に延びるリブ２３０が形成され、Ｚ軸方向に並ぶ凸部２２１Ａ（第１凸部）および凸部２２１Ｂ（第３凸部）を繋ぐようにＺ軸方向に延びるリブ２３０が形成されている。他の凸部２２０の間にも、上記と同様にＸ軸方向ないしＺ軸方向に延びるリブ２３０が設けられている。

【0041】

図３に示すように、絶縁性部材２００を電池モジュール１から取り外した状態において、リブ２３０の幅（Ｂ）は凸部２２０の幅（Ｃ）よりも細い。

【0042】

図４～図６に示すように、絶縁性部材２００を電池モジュール１から取り外した状態において、リブ２３０の突出高さ（Ｈ）は凸部２２０の突出高さよりも低い。

【0043】

図５および図６に示すように、リブ２３０は、その延在方向（Ｘ軸方向およびＺ軸方向）から見て矩形の断面形状を有する。また、複数の凸部２２０の間において、リブ２３０の高さおよび幅は一定である。このとき、リブ２３０の高さ（Ｈ）は幅（Ｂ）の２倍以上程度（Ｈ／Ｂ≧２）であることが好ましい。

【0044】

電池モジュール１を小型化する観点からは、絶縁性部材２００の厚みは薄いことが望ましい。しかし、ベース２１０が薄くなりすぎると、複数の電池セル１００間に絶縁性部材２００を組み付けるときに、絶縁性部材２００のハンドリング性が悪化し得る。

【0045】

これに対し、本実施の形態に係る電池モジュール１においては、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の二方向にリブ２３０を延在させ、ベース２１０上において複数の凸部２２０を繋ぐことにより、ベース２１０の剛性を向上させることができる。この結果、電池モジュール１への組み付け時における絶縁性部材２００のハンドリング性を向上させることができる。また、所定の剛性を確保しながらベース２１０を薄くする（たとえば厚みを０．５ｍｍ以下程度とする）ことができるので、絶縁性部材２００の厚みを過度に厚くすることなく凸部２２０の突出高さを高く設定することができるので、凸部２２０の弾性変形による寸法吸収性（誤差吸収性ないし変形吸収性）を高めることができる。

【0046】

また、リブ２３０の突出高さ（Ｈ）を凸部２２０の突出高さよりも低くすることにより、凸部２２０およびリブ２３０で囲まれた空間が閉塞されない。したがって、閉塞空間の空気圧により凸部２２０の弾性が変動することが抑制され、凸部２２０の弾性定数を安定させることが可能である。

【0047】

図７は、第１の変形例に係る絶縁性部材の図３におけるＡ１－Ａ１断面図である。図７の例では、絶縁性部材２００の両面に凸部２２０が形成される。すなわち、リブ２３０は、ベース２１０の表面（第１面）上に形成されたリブ２３１（第１リブ）と、裏面（第２面）上に形成されたリブ２３２（第２リブ）とを含む。

【0048】

図７の例のように、絶縁性部材２００の両面に凸部２２０を形成することにより、凸部の弾性変形による絶縁性部材２００の寸法吸収性を高めることができる。

【0049】

図８～図１０は、各々、第２の変形例に係る絶縁性部材２００の図３におけるＡ１－Ａ１断面図、Ａ２－Ａ２断面図、およびＡ３－Ａ３断面図である。図８～図１０の例では、絶縁性部材２００を電池モジュール１から取り外した状態において、リブ２３０の頂点（先端）からベース２１０に向かってリブ２３０の幅がテーパ状に太くなる。図８～図１０の例では、リブ２３０の延在方向（Ｘ軸方向およびＺ軸方向）から見て左右非対称（Ｙ軸方向に関して非対称）なテーパ状の断面が形成されている。

【0050】

図８～図１０の例のように、リブ２３０の断面をテーパ状に拡幅する三角形形状とすることにより、リブ２３０の頂部を細く形成することができる。また、リブ２３０の延在方向（Ｘ軸方向およびＺ軸方向）から見てリブ２３０の断面形状を左右非対称（Ｙ軸方向に関して非対称）とすることにより、凸部２２０の変形に伴って変形するリブ２３０の変形方向を制御することができる。具体的は、リブ２３０を倒れやすくすることができる。この結果、リブ２３０が存在することで生じる凸部２２０の弾性特性への影響を小さくすることができるので、凸部２２０の弾性特性の変動を抑制することができる。

【0051】

リブ２３０の断面形状は上述の矩形ないし三角形に限定されず、たとえば輪郭の一部に曲線を含む断面形状であってもよい。またリブ２３０は、その先端に頂点を有しない（たとえば、上端が面状に形成される）形状であってもよい。

【0052】

次に、図１１および図１２を用いて、第３および第４の変形例に係る絶縁性部材２００について説明する。具体的には、絶縁性部材２００におけるリブ２３０の配置のさらなる変形例について説明する。

【0053】

図１１，図１２の例においては、リブ２３０は、ベース２１０の表面上のリブ２３１と、ベース２１０の裏面上のリブ２３２とが、Ｘ軸方向またはＺ軸方向において互いに異なる位置に形成されている。図１１，図１２の例のように、リブ２３０の配置は適宜変更が可能である。

【0054】

なお、絶縁性部材２００の両面で高さが異なる凸部２２０を形成し、どちらか片面のみにリブ２３０を設けることで絶縁性部材２００のハンドリング性が十分であるときは、より高い凸部２２０が形成される面にリブ２３０を形成することができる。

【0055】

以上、本技術の実施の形態について説明したが、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。本技術の範囲は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】

【0056】

１ 電池モジュール、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、１２０Ａ ケース本体、１２０Ｂ 封口板、１２１ 上面、１２２ 下面、１２３ 第１側面、１２４ 第２側面、１２５ 第３側面、１３０ ガス排出弁、２００ 絶縁性部材、２１０ ベース、２２０，２２１Ａ～２２７Ａ，２２１Ｂ～２２７Ｂ，２２１Ｃ～２２７Ｃ 凸部、２３０，２３１，２３２ リブ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】