特許 7560984 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】

(24)【登録日】2024-09-25

(45)【発行日】2024-10-03

(54)【発明の名称】電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/244 20210101AFI20240926BHJP

   H01M 50/103 20210101ALI20240926BHJP

   H01M 50/133 20210101ALI20240926BHJP

   H01M 50/271 20210101ALI20240926BHJP

   H01M 50/289 20210101ALI20240926BHJP

【ＦＩ】

H01M50/244 Z

H01M50/103

H01M50/133

H01M50/271 B

H01M50/271 S

H01M50/289 101

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020159963

(22)【出願日】2020-09-24

(65)【公開番号】P2022053247

(43)【公開日】2022-04-05

【審査請求日】2023-03-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000237592

【氏名又は名称】株式会社デンソーテン

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川波 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】冨士井 俊彦

(72)【発明者】

【氏名】三好 寿歩

【審査官】上野 文城

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０５４８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８６２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２４７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０６１８９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１８６０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８１４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２５０８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０２３２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０２６１４５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２４４

Ｈ０１Ｍ ５０／１０３

Ｈ０１Ｍ ５０／１３３

Ｈ０１Ｍ ５０／２７１

Ｈ０１Ｍ ５０／２８９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池セルが収納されるキャビネットを有するセルケースと、
前記セルケースに組み合わされるセルケース用キャップと、
前記電池セルがキャビネットに収納され、前記セルケース用キャップが組み合わされた状態のセルケースを挟持して、前記セルケースを介して前記電池セルを加圧する一対のブラケットと、
を備え、
前記一対のブラケットは、
前記セルケースとの位置決め部を有し、
前記セルケースは、
前記位置決め部のそれぞれに相対する受け部を前記一対のブラケットとの当接面の各々に有し、
前記電池セルの中央付近に相対する箇所が、それ以外の箇所よりも厚肉形状となるように構成され、
前記受け部は、
前記セルケースに収納された前記電池セルの中央付近の相対する箇所の近傍に設けられる
ことを特徴とする電池モジュール。

【請求項2】

電池セルが収納されるキャビネットを有するセルケースと、
前記電池セルが収納されるセルケースに組み合わされるセルケース用キャップと、
前記電池セルがキャビネットに収納され、前記セルケース用キャップが組み合わされた状態のセルケースを挟持して、前記セルケースを介して前記電池セルを加圧する一対のブラケットと、
を備え、
前記一対のブラケットは、
前記セルケースとの位置決め部を有し、
前記セルケースは、
前記位置決め部のそれぞれに相対する受け部を前記一対のブラケットとの当接面の各々に有し、
前記電池セルの中央付近に相対する箇所が、それ以外の箇所よりも厚肉形状となるように構成され、
前記電池セルをセルケースに挿入する挿入方向に沿って前記電池セルの側面に対向する前記キャビネットの面に、前記電池セルの位置決めリブを備える
ことを特徴とする電池モジュール。

【請求項3】

電池セルが収納されるキャビネットを有するセルケースと、
前記電池セルが収納されるセルケースに組み合わされるセルケース用キャップと、
前記電池セルがキャビネットに収納され、前記セルケース用キャップが組み合わされた状態のセルケースを挟持して、前記セルケースを介して前記電池セルを加圧する一対のブラケットと、
を備え、
前記一対のブラケットは、
前記セルケースとの位置決め部を有し、
前記セルケースは、
前記位置決め部のそれぞれに相対する受け部を前記一対のブラケットとの当接面の各々に有し、
前記電池セルの中央付近に相対する箇所が、それ以外の箇所よりも厚肉形状となるように構成され、
表面に突出した爪部を有し、
前記セルケース用キャップは、前記爪部と噛み合う平面状の溝部を有し、
前記セルケースと前記セルケース用キャップとが組み合わされる際に、前記爪部と前記溝部とが完全に噛み合う
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】

開示の実施形態は、電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

各種産業分野で用いられている二次電池を用いた電池セルは充放電の過程で内圧が上昇し、膨張することが知られている。二次電池を用いた複数の電池セルが一体化された電池モジュールでは電池セルの膨張により破損のおそれがあるため、電池セルの膨張を抑制するための技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－８５８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

二次電池を用いた電池モジュールでは、電池セルの膨張を抑えるため、電池セルを適切に拘束することが望まれている。

【0005】

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、電池セルを適切に拘束できる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】

上記課題を解決し、目的を達成するために、実施形態の一態様に係る電池モジュールは、電池セルが収納されるキャビネットを有するセルケースと、電池セルが収納されるセルケースに組み合わされるセルケール用キャップと、電池セルがキャビネットに収納され、セルケース用キャップが組み合わされた状態のセルケースを挟持して、セルケースを介して電池セルを加圧する一対のブラケットとを備える。一対のブラケットは、セルケースとの位置決め部を有する。セルケースは、位置決め部のそれぞれに相対する受け部を一対のブラケットとの当接面の各々に有し、電池セルの中央付近に相対する箇所が、それ以外の箇所よりも厚肉形状となるように構成される。

【発明の効果】

【0007】

実施形態の一態様によれば、電池セルを適切に拘束できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、電池モジュールの構成例を示す斜視展開図である。

【図2】図２は、電池モジュールの一部を示す斜視図である。

【図3】図３は、ブラケットとセルケースの部分拡大斜視図である。

【図4】図４は、ブラケットとセルケースの部分拡大斜視図である。

【図5】図５は、電池モジュールの一部を拡大して示す拡大斜視図である。

【図6】図６は、電池セルが挿入されたセルケースの平面図である。

【図7】図７は、図６に示すＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。

【図8】図８は、図７に示す点線部Ｂ１の拡大図である。

【図9】図９は、図７に示す点線部Ｂ２の拡大図である。

【図10】図１０は、電池モジュールの一部を拡大して示す拡大斜視図である。

【図11】図１１は、電池モジュールの一部を示す側面図及び部分拡大図である。

【図12】図１２は、図１１に示す矢印ＡＲの方向から図１１に示す電池モジュールを平面視したときの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電池モジュールの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0010】

＜１．はじめに＞
近年、温室効果ガスの排出量を低減し、地球温暖化に配慮する観点から、産業用や車載用等の二次電池として、リチウムイオンバッテリを用いた電池モジュールの利用が進められている。

【0011】

ところで、リチウムイオンバッテリは、充放電の過程で膨張することが知られており、リチウムイオンバッテリを用いた電池モジュールの破損の原因となる。従来、リチウムイオンバッテリを用いた電池セルの膨張抑制のための電池加圧技術が種々提案されているが、一貫して、電池セルを適切に拘束することが望まれている。

【0012】

そこで、本願では、充放電の過程により膨張する電池セルを適切に拘束できる電池モジュールを提供する。

【0013】

＜２．電池モジュールの構成＞
実施形態に係る電池モジュール１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、電池モジュールの構成例を示す斜視展開図である。図１に示す電池モジュール１は一例であり、図１に示す構成に特に限定される必要はない。

【0014】

なお、以下の説明において、実質的に同一である複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、例えば、電池セル１３のように、同一符号のみを付して、特に区別することなく説明する。また、実質的に同一である複数の構成要素の各々を、例えば、電池セル１３ａ～１３ｄなどのように、同一の符号の後に異なる記号を付して区別して説明する場合もある。

【0015】

図１に示す電池モジュール１は、基板１１と、セルケース１２と、電池セル１３と、セルケース用キャップ１４と、キャップ用部材１５と、収納ケース１６とを備える。

【0016】

基板１１は電池モジュール１の充放電等を制御する制御基板である。基板１１は、高ナット２３により、セルケース１２と接続される。

【0017】

セルケース１２は、電池セル１３を収納する。セルケース１２は、電池セル１３を収納するキャビネット（図６等参照）を有する。図１に示す例では、セルケース１２は、電池セル１３ａ～１３ｄのそれぞれを収納する４つのキャビネットを有する。

【0018】

電池セル１３は、二次電池により構成される。電池セル１３は、例えば、リチウムイオンバッテリにより実現される。電池セル１３ａ～１３ｄは、各々がセルケース１２のキャビネットに個別に収納される。電池セル１３ａ～１３ｄは、キャビネットに収容された状態で、本体の一部を残して、大部分がセルケース１２の内部に収容される。

【0019】

セルケース用キャップ１４は、電池セル１３が収納されるセルケース１２に組み合わされる。セルケース用キャップ１４がセルケース１２と組み合されることにより、セルケース１２に収容されている電池セル１３が完全に覆い隠される。キャップ用部材１５は、セルケース用キャップ１４にビス止めされ、セルケース用キャップ１４と収納ケース１６とを接続する。

【0020】

収納ケース１６は、基板１１と、セルケース１２と、電池セル１３と、セルケース用キャップ１４と、キャップ用部材１５とを収容する。

【0021】

また、電池モジュール１は、複数の一対のブラケット２１，２２を備える。なお、以下の説明では、電池モジュール１は、複数の一対のブラケット２１，２２を備える例を説明するが、この例には特に限定されない。例えば、電池モジュール１が備える電池セルが上下に２つだけの場合、一対のブラケットを１つだけ備えてもよい。図２は、電池モジュールの一部を示す斜視図である。図３及び図４は、ブラケットとセルケースの部分拡大斜視図である。

【0022】

図２に示すように、例えば、一対のブラケット２１は、上側ブラケット２１ａと下側ブラケット２１ｂとで構成される。一対のブラケット２１は、電池セル１３ａ，１３ｂの拘束用に用いられる。同様に、一対のブラケット２２は、上側ブラケット２２ａと下側ブラケット２２ｂとで構成される。一対のブラケット２２は、電池セル１３ｃ，１３ｄの拘束用に用いられる。

【0023】

また、一対のブラケット２１，２２は、それぞれ、セルケース１２との位置決め部を有する。例えば、一対のブラケット２２を構成する上側ブラケット２２ａは、図３に示すように、セルケース１２との位置決め部２２２－１を有する。位置決め部２２２－１は、セルケース１２に設けられた受け部１２１－１に設置される。また、一対のブラケット２２を構成する下側ブラケット２２ｂは、図４に示すように、セルケース１２との位置決め部２２２－２を有する。位置決め部２２２－２は、セルケース１２に設けられた受け部１２１－２に設置される。同様に、一対のブラケット２１を構成する上側ブラケット２１ａは位置決め部２２１－１を有し、一対のブラケット２１を構成する下側ブラケット２１ｂは位置決め部２２１－２を有する（図２参照）。一対のブラケット２１，２２は、それぞれ位置決め部２２１－１，２２１－２、並びに位置決め部２２２－１，２２２－２を有することにより、セルケース１２に対する位置決めが容易となる。

【0024】

図５は、電池モジュールの一部を拡大して示す拡大斜視図である。一対のブラケット２１，２２は、電池セル１３がキャビネットに収納され、セルケース用キャップ１４が組み合わされた状態のセルケース１２を挟持して、セルケース１２を介して電池セル１３を加圧する。例えば、図５に示すように、一対のブラケット２２を構成する上側ブラケット２２ａに穴部Ｈ１を設け、一対のブラケット２２を構成する下側ブラケット２２ｂに加締めナット（図示せず）を設けてビス止めすることにより、一対のブラケット２２でセルケース１２を挟み込む。なお、一対のブラケット２１も、図５に示す一対のブラケット２２と同様の方法により、セルケース１２を挟み込む。これにより、一対のブラケット２１，２２は、セルケース１２を介して電池セル１３を拘束できる。

【0025】

なお、一対のブラケット２２を構成する上側ブラケット２２ａは、穴部２２３を有する。穴部２２３には、セルケース１２が有する高ナット設置部１２３が挿入される。同様に、一対のブラケット２１を構成する上側ブラケット２１ａは、穴部２２４を有する。

【0026】

図６は、電池セルが挿入されたセルケースの平面図である。図７は、図６に示すＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。

【0027】

セルケース１２は、一対のブラケットが有する位置決め部のそれぞれに相対する受け部を一対のブラケットとの当接面の各々に有する。具体的には、図６又は図７に示すように、セルケース１２は、一対のブラケット２１（上側ブラケット２１ａ）が有する位置決め部２２１－１に相対する受け部１２１－３を一対のブラケット２１（上側ブラケット２１ａ）との当接面ＳＦ３に有する。また、セルケース１２は、一対のブラケット２１（下側ブラケット２１ｂ）が有する位置決め部２２１－２に相対する受け部１２１－４を一対のブラケット２１（下側ブラケット２１ｂ）との当接面ＳＦ４に有する。また、セルケース１２は、一対のブラケット２２（上側ブラケット２２ａ）が有する位置決め部２２２－１に相対する受け部１２１－１を一対のブラケット２２（上側ブラケット２２ａ）との当接面ＳＦ１に有する。また、セルケース１２は、一対のブラケット２２（下側ブラケット２２ｂ）が有する位置決め部２２２－２に相対する受け部１２１－２を一対のブラケット２２（下側ブラケット２２ｂ）との当接面ＳＦ２に有する。受け部１２１－１～１２１－４は、例えば、セルケース１２に収納された電池セル１３の中央付近の相対する箇所の近傍に設けられる。

【0028】

図８は、図７に示す点線部Ｂ１の拡大図である。図９は、図７に示す点線部Ｂ２の拡大図である。

【0029】

セルケース１２は、電池セル１３の中央付近に相対する箇所が、それ以外の箇所よりも厚肉形状となるように構成される。例えば、図７に示すように、セルケース１２のキャビネットＣＢ２において、挿入される電池セル１３の中央付近に相対する箇所に凸部ＳＴＲ１，２が設けられる。凸部ＳＴＲ１，２は、一対のブラケット２１の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って平面状に設けられてもよいし、電池セル１３の中央付近に相対するキャビネットＣＢ２の位置を中心とした円形状に設けられてもよい。これにより、電池セル１３をセルケース１２に収納する際、電池セル１３がキャビネットＣＢの内部に圧入されることにより、一定の拘束効果が得られる。また、セルケース１２に収納される電池セル１３の中央付近の圧力が大きくなるように電池セル１３を加圧できる。

【0030】

なお、詳細な図示は省略するが、セルケース１２の他のキャビネットＣＢ１，ＣＢ３，ＣＢ４も、上述したキャビネットＣＢ２と同様に、電池セル１３の中央付近に相対する箇所が、それ以外の箇所よりも厚肉形状となるように構成される。

【0031】

また、図９に示すように、セルケース１２は、電池セル１３ａをセルケース１２に挿入する挿入方向（Ｙ軸方向）に沿って電池セル１３の側面に対向するキャビネットＣＢ２の面に、電池セル１３の位置決めリブＳＴＲ３，４を備える。位置決めリブＳＴＲ３，４は、例えば、キャビネットＣＢ２の内部に向かって直線状に設けられてもよいし、破線状に設けられてもよい。また、位置決めリブＳＴＲ３，４は、２つである必要はない。これにより、キャビネットＣＢ２における電池セル１３の水平方向（Ｘ軸方向）の位置決めができる。また、電池セル１３がキャビネットＣＢ２の内部に圧入されることにより、一定の拘束効果が得られる。

【0032】

なお、詳細な図示は省略するが、セルケース１２の他のキャビネットＣＢ１，ＣＢ３，ＣＢ４も、上述したキャビネットＣＢ２と同様に、位置決めリブを備える。また、セルケース１２は、基板１１が取り付けられる際に、高ナット２３が設置される高ナット設置部１２３を有する（図２、図３、図６等参照）。

【0033】

図１０は、電池モジュールの一部を拡大して示す拡大斜視図である。図１０に示すように、一対のブラケット２２を構成する上側ブラケット２２ａと下側ブラケット２２ｂに穴部Ｈ２を設け、収納ケース１６とビス止めできる。これにより、基板１１と、セルケース１２と、電池セル１３と、セルケース用キャップ１４と、キャップ用部材１５とが収納ケース１６に固定される。

【0034】

図１１は、電池モジュールの一部を示す側面図及び部分拡大図である。図１２は、図１１に示す矢印ＡＲの方向から図１１に示す電池モジュールを平面視したときの平面図である。

【0035】

図１１に示すように、セルケース１２は表面に突出した爪部１２２－１，１２２－２を有し、セルケース用キャップ１４は、爪部１２２－１，１２２－２と噛み合う平面状の溝部１４１，１４２を有する。そして、例えば、図１２に示すように、セルケース１２とセルケース用キャップ１４とが組み合わされる際に、爪部１２２－１と溝部１４１とが完全に噛み合う。なお、詳細な図示は省略するが、爪部１２２－２及び溝部１４２についても、図１２に示す爪部１２２－１と溝部１４１と同様に、セルケース１２とセルケース用キャップ１４とを組み合わされる際に完全に噛み合う。

【0036】

セルケース１２が有する爪部１２２－１，１２２－２と、セルケース用キャップ１４が有する溝部１４１，１４２とは、図１１及び図１２に示すキャップ外れ方向ｄとは逆方向に組み合わされる。このように、セルケース１２とセルケース用キャップ１４とが組み合わされる際に、爪部１２２－１，１２２－２と溝部１４１，１４２とが完全に噛み合うことにより、セルケース１２に対してセルケース用キャップ１４が安定的に組み付けられる。

【0037】

なお、爪部１２２－１，１２２－２や溝部１４１，１４２の破損により、爪部１２２－１，１２２－２と溝部１４１，１４２との噛み合いが外れても、一対のブラケット２１，２２は、電池セル１３がキャビネットに収納され、セルケース用キャップ１４が組み合わされた状態のセルケース１２を挟持している。このため、電池セル１３がセルケース１２から離脱することを防止できる。

【0038】

＜３．その他＞
上記実施形態において、セルケース１２は、キャビネットＣＢにおける電池セル１３の水平方向（Ｘ軸方向）の位置決めが可能な位置決めリブを有する例（図９参照）を説明したが、この例には特に限定される必要はない。例えば、電池セル１３が各キャビネット（例えば、ＣＢ１～ＣＢ４）に挿入される際に電池セル１３が最初に挿入される面に対向する各キャビネットの最深部の面に、電池セル１３の水平方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）に位置決めが可能な位置決めリブを設けてもよい。これにより、電池セル１３の水平方向、並びに水平方向に垂直な方向の両方向の位置決めが可能となる。

【0039】

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ 電池モジュール
１１ 基板
１２ セルケース
１３ 電池セル
１４ セルケース用キャップ
１５ キャップ用部材
１６ 収納ケース
２１ 一対のブラケット
２１ａ 上側ブラケット
２１ｂ 下側ブラケット
２２ 一対のブラケット
２２ａ 上側ブラケット
２２ｂ 下側ブラケット
２３ 高ナット
１２１－１，１２１－２，１２１－３，１２１－４ 受け部
１２２－１，１２２－２ 爪部
１２３ 高ナット設置部
１４１，１４２ 溝部
２２１－１，２２１－２，２２２－１，２２２－２ 位置決め部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】