JP2018005996A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を減らすことができる電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュール１は、一方向に配列され、電極端子を構成する正極端子及び負極端子を有する複数の電池セル３と、複数の電池セル３を電池セル３の配列方向に挟持する挟持部１３を有する１対のエンドプレート５と、複数の電池セル３の電極端子に固定された２つの兼用部材６Ａ，６Ｂとを備え、兼用部材６Ａは、隣り合う２つの電池セル３の電極端子同士を電気的に接続するバスバー部１７と、バスバー部１７と一体化され、複数の電池セル３を１対のエンドプレート５と共に電池セル３の配列方向に拘束する１対の拘束部１８とを有し、兼用部材６Ｂは、隣り合う２つの電池セル３の電極端子同士を電気的に接続するバスバー部２１と、バスバー部２１と一体化され、複数の電池セル３を１対のエンドプレート５と共に電池セル３の配列方向に拘束する１対の拘束部２２とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

従来の電池モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の電池モジュールは、並設された複数の電池セルと、複数の電池セルの並設方向両端にそれぞれ設けられた一対の板部材と、複数の電池セルを一体化する拘束具としてのボルト及びナットと、隣り合う電池セルの端子同士を接続する接続バスバーとを備えている。

特開２０１５−２０７４４２号公報

しかしながら、上記従来技術においては、電池セルの端子同士を接続する複数の接続バスバーと、複数の電池セルを拘束する４組のボルト及びナットとが備えられているため、部品点数が多くならざるを得ない。

本発明の目的は、部品点数を減らすことができる電池モジュールを提供することである。

本発明の一態様の電池モジュールは、一方向に配列され、電極端子を構成する正極端子及び負極端子を有する複数の電池セルと、複数の電池セルを電池セルの配列方向に挟持する挟持部を有する１対のエンドプレートと、複数の電池セルの電極端子に固定された２つの兼用部材とを備え、兼用部材は、複数の電池セルのうち少なくとも隣り合う２つの電池セルの電極端子同士を電気的に接続する少なくとも１つのバスバー部と、バスバー部と一体化され、複数の電池セルを１対のエンドプレートと共に電池セルの配列方向に拘束する１対の拘束部とを有することを特徴とする。

このような電池モジュールにおいては、複数の電池セルのうち少なくとも隣り合う２つの電池セルの電極端子同士を電気的に接続する少なくとも１つのバスバー部と、複数の電池セルを１対のエンドプレートと共に電池セルの配列方向に拘束する１対の拘束部とは、一つの兼用部材として一体化されている。このため、バスバー部と拘束部とを別々の部品で構成しなくて済む。これにより、電池モジュールの部品点数を減らすことができる。

複数の電池セルの正極端子及び負極端子は、電池セルの配列方向に沿って交互に配置されており、バスバー部は、導電性材料で形成され、隣り合う２つの電池セルの正極端子及び負極端子を電気的に接続し、電池セルの配列方向に隣り合う２つのバスバー部の間には、第１接続部が配置されており、バスバー部と拘束部との間には、第２接続部が配置されており、拘束部、第１接続部及び第２接続部は、電気絶縁性材料で形成されていてもよい。この場合には、複数の電池セルが直列接続された電池モジュールにおいて、正極と負極との短絡を確実に防止しつつ、電池モジュールの部品点数を減らすことができる。

複数の電池セルの正極端子及び負極端子は、電池セルの配列方向に沿って同じ向きとなるように配置されており、挟持部は、電気絶縁性材料で形成されており、２つの兼用部材の一方のバスバー部は、複数の電池セルの正極端子同士を電気的に接続し、２つの兼用部材の他方のバスバー部は、複数の電池セルの負極端子同士を電気的に接続し、バスバー部及び拘束部は、導電性材料で一体に形成されていてもよい。この場合には、複数の電池セルが並列接続された電池モジュールにおいて、正極と負極との短絡を確実に防止しつつ、電池モジュールの部品点数を減らすことができる。

電池セルは、電極端子と電気的に接続された電極組立体を有し、拘束部は、少なくとも電極組立体の下端に対応する位置まで延びていてもよい。この場合には、電極組立体の領域において電池セルの膨張が生じても、拘束部によって複数の電池セルを電池セルの配列方向に十分に拘束することができる。

本発明によれば、部品点数を減らすことができる電池モジュールが提供される。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る電池モジュールを示す概略平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示された電池モジュールの概略側面図である。 図２は、図１に示された電池セルの斜視図である。 図３（ａ）は、比較例として直列式の電池モジュールの一つを示す概略平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示された電池モジュールの概略側面図である。 図４（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る電池モジュールを示す概略平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示された電池モジュールの概略側面図である。 図５（ａ）は、比較例として並列式の電池モジュールの一つを示す概略平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された電池モジュールの概略側面図である。 図６は、図４に示された電池モジュールの変形例を示す概略側面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る電池モジュールを示す概略平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示された電池モジュールの概略側面図である。図１において、本実施形態の電池モジュール１は、例えば筐体２内に収容された状態で使用される。

電池モジュール１は、一方向（Ｘ方向）に配列された複数（ここでは４つ）の電池セル３から構成される電池セル群４と、この電池セル群４の両側に配置された１対のＬ字形のエンドプレート５と、電池セル群４に取り付けられた２つの兼用部材６Ａ，６Ｂとを備えている。電池モジュール１は、複数の電池セル３が直列接続された直列式の電池モジュールである。

電池セル３は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。電池セル３は、図２に示されるように、直方体形状のケース７と、このケース７内に収容された電極組立体８とを有している。電極組立体８は、特に図示はしないが、複数の正極シートと複数の負極シートとがセパレータを介して交互に積層された構造を有している。ケース７の上面７ａには、電極端子９を構成する正極端子１０及び負極端子１１が絶縁リング１２を介して取り付けられている。

正極端子１０は、ケース７の上面７ａの一端側に配置され、電極組立体８の正極シートと電気的に接続されている。負極端子１１は、ケース７の上面７ａの他端側に配置され、電極組立体８の負極シートと電気的に接続されている。つまり、電極組立体８は、電極端子９と電気的に接続されている。なお、ケース７内には、電解液（図示せず）が充填されている。また、電池セル３は、セルホルダ（図示せず）に支持されている。

複数の電池セル３の正極端子１０及び負極端子１１は、電池セル３の配列方向（Ｘ方向）に沿って交互に配置されている。つまり、隣り合う２つの電池セル３は、正極端子１０及び負極端子１１が互いに逆向きとなるように配置されている。

エンドプレート５は、複数の電池セル３を電池セル３の配列方向に挟持する挟持部１３と、この挟持部１３に対して垂直に折り曲げられ、複数のボルト１４により筐体２の側壁２ａに固定される固定部１５とを有している。エンドプレート５は、剛性が高い金属（例えば鉄）で形成されている。

なお、一方のエンドプレート５と電池セル３との間には、電池セル３の膨張を吸収するためのゴム等の弾性部材が配置されていてもよい。電池セル３の膨張は、電池セル３の充放電の繰り返し等によって電極組立体８の領域において発生する。

兼用部材６Ａ，６Ｂは、複数の電池セル３の電極端子９に締結具１６で固定されている。締結具１６は、例えば電極端子９に設けられたネジ穴にねじ込まれるネジである。兼用部材６Ａは、電池セル群４の幅方向（Ｙ方向）の一方側において各電池セル３の電極端子９に固定されている。兼用部材６Ｂは、電池セル群４の幅方向の他方側において各電池セル３の電極端子９に固定されている。電池セル群４の幅方向は、電池セル３の配列方向に垂直な方向である。つまり、兼用部材６Ａ，６Ｂは、電池セル群４の幅方向に離間して配置されている。兼用部材６Ａ，６Ｂは、Ｕ字形の板で構成されている。

兼用部材６Ａは、隣り合う２つの電池セル３の正極端子１０及び負極端子１１を電気的に接続する複数（ここでは２つ）のバスバー部１７と、これらのバスバー部１７を含む領域の両側に配置され、複数の電池セル３を１対のエンドプレート５と共に電池セル３の配列方向に拘束する１対の拘束部１８とを有している。２つのバスバー部１７は、電池セル３の配列方向に隣り合っている。

２つのバスバー部１７の間には、接続部１９（第１接続部）が配置されている。バスバー部１７と拘束部１８との間には、接続部２０（第２接続部）が配置されている。拘束部１８は、接続部１９，２０を介してバスバー部１７と一体化されている。また、拘束部１８は、バスバー部１７及び接続部１９，２０に対して略垂直に折り曲げられて、エンドプレート５の挟持部１３に接触している。従って、１対の拘束部１８によって複数の電池セル３及び１対のエンドプレート５に電池セル３の配列方向の拘束荷重を加えることができる。

兼用部材６Ｂは、隣り合う２つの電池セル３の正極端子１０及び負極端子１１を電気的に接続するバスバー部２１と、このバスバー部２１の両側に配置され、複数の電池セル３を１対のエンドプレート５と共に電池セル３の配列方向に拘束する１対の拘束部２２とを有している。

バスバー部２１と拘束部２２との間には、接続部２３（第２接続部）が配置されている。拘束部２２は、接続部２３を介してバスバー部２１と一体化されている。また、拘束部２２は、バスバー部２１及び接続部２３に対して略垂直に折り曲げられて、エンドプレート５の挟持部１３に接触している。従って、１対の拘束部２２によって複数の電池セル３及び１対のエンドプレート５に電池セル３の配列方向の拘束荷重を加えることができる。

バスバー部１７，２１は、導電性材料である金属（例えば銅）で形成されている。拘束部１８，２２及び接続部１９，２０，２３は、電気絶縁性材料である樹脂（例えばポリアミドまたはＡＢＳ樹脂）で形成されている。バスバー部１７，２１及び接続部２３には、正極端子１０及び負極端子１１が挿通する挿通孔（図示せず）が設けられている。

拘束部１８，２２は、電池セル３の電極組立体８の下端に対応する位置よりも下まで延びている。つまり、拘束部１８，２２の下端の高さ位置は、電極組立体８の下端の高さ位置よりも低い。電極組立体８の下端は、電極組立体８における正極端子１０及び負極端子１１とは反対側の端である。なお、拘束部１８，２２は、電池セル３の電極組立体８の下端に対応する位置まで延びていてもよい。つまり、拘束部１８，２２の下端の高さ位置は、電極組立体８の下端の高さ位置と同じでもよい。

兼用部材６Ａを作製する場合は、例えば樹脂の圧入によってバスバー埋め込み用窓孔を有する樹脂製平板を形成し、バスバー埋め込み用窓孔にバスバーを埋め込んだり、或いはバスバーの回りに樹脂を流し込むことにより、バスバー部１７を有する平板状の中間部材を作る。そして、電池セル群４と１対のエンドプレート５とを組み付けた後、組付構造体の長さ寸法に合わせて中間部材の両端側部分をＵ字状に折り曲げることにより、バスバー部１７及び拘束部１８を有する兼用部材６Ａが得られる。バスバー部２１及び拘束部２２を有する兼用部材６Ｂについても、上記と同様に作製される。

図３（ａ）は、比較例として直列式の電池モジュールの一つを示す概略平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示された電池モジュールの概略側面図である。図３において、電池モジュール１００は、複数の電池セル３から構成される電池セル群４と、１対のエンドプレート５と、隣り合う２つの電池セル３の正極端子１０及び負極端子１１を電気的に接続する複数（ここでは３つ）のバスバー１０１と、複数の電池セル３を１対のエンドプレート５と共に電池セル３の配列方向に拘束する４つの拘束具１０２とを備えている。

拘束具１０２は、ボルト１０３及びナット１０４で構成されている。２つのボルト１０３は、各エンドプレート５の挟持部１３の上部を貫通した状態で各電池セル３の上方に配置されている。このとき、２つのボルト１０３は、電池セル群４の幅方向の一方側に取り付けられたバスバー１０１と電池セル群４の幅方向の他方側に取り付けられたバスバー１０１との間に配置されている。もう２つのボルト１０３は、各エンドプレート５の挟持部１３の下部を貫通した状態で各電池セル３の下方に配置されている。

このような電池モジュール１００においては、３つのバスバー１０１と４つの拘束具１０２とを備えているため、部品点数が多くなる。その結果、電池モジュール１００のコストアップにつながる。

これに対し本実施形態では、隣り合う２つの電池セル３の正極端子１０及び負極端子１１を電気的に接続する２つのバスバー部１７と、複数の電池セル３を１対のエンドプレート５と共に電池セル３の配列方向に拘束する１対の拘束部１８とは、一つの兼用部材６Ａとして一体化されている。また、隣り合う２つの電池セル３の正極端子１０及び負極端子１１を電気的に接続するバスバー部２１と、複数の電池セル３を１対のエンドプレート５と共に電池セル３の配列方向に拘束する１対の拘束部２２とは、一つの兼用部材６Ｂとして一体化されている。このため、バスバー部と拘束部とを別々の部品で構成しなくて済む。これにより、電池モジュール１の部品点数を減らすことができる。その結果、電池モジュール１のコストを削減することが可能となる。

また、本実施形態では、兼用部材６Ａにおけるバスバー部１７以外の拘束部１８及び接続部１９，２０は、電気絶縁性材料で形成されている。また、兼用部材６Ｂにおけるバスバー部２１以外の拘束部２２及び接続部２３は、電気絶縁性材料で形成されている。従って、複数の電池セル３が直列接続された電池モジュール１において、正極と負極との短絡（ショート）を確実に防止しつつ、電池モジュール１の部品点数を減らすことができる。

また、本実施形態では、拘束部１８，２２は少なくとも電池セル３の電極組立体８の下端に対応する位置まで延びているので、電極組立体８の領域において電池セル３の膨張が生じても、拘束部１８，２２によって複数の電池セル３を電池セル３の配列方向に十分に拘束することができる。

さらに、本実施形態では、兼用部材６Ａ，６Ｂを使用することにより、兼用部材６Ａと兼用部材６Ｂとの間に拘束具を配置しなくて済む。このため、兼用部材６Ａと兼用部材６Ｂとの間のスペースを有効活用することができる。例えば、バスバー部１７，２１の幅を大きくすることにより、バスバー部１７，２１の抵抗値を小さくして、電池モジュール１の出力電力を高くすることができる。

図４（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る電池モジュールを示す概略平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示された電池モジュールの概略側面図である。図４において、本実施形態の電池モジュール３０は、複数の電池セル３から構成される電池セル群４と、この電池セル群４の両側に配置された１対のエンドプレート３１と、電池セル群４に取り付けられた２つの兼用部材３２とを備えている。電池モジュール３０は、複数の電池セル３が並列接続された並列式の電池モジュールである。

複数の電池セル３の正極端子１０及び負極端子１１（図２参照）は、電池セル３の配列方向に沿って同じ向きとなるように配置されている。つまり、複数の電池セル３の正極端子１０は、電池セル群４の幅方向の一方側に配置され、複数の電池セル３の負極端子１１は、電池セル群４の幅方向の他方側に配置されている。

エンドプレート３１は、上記第１実施形態におけるエンドプレート５と同様に、挟持部１３と固定部１５とを有している。ただし、エンドプレート３１は、エンドプレート５と異なり、電気絶縁性材料である樹脂（例えばポリアミドまたはＡＢＳ樹脂）で形成されている。

一方の兼用部材３２は、電池セル群４の幅方向の一方側において電池セル３の正極端子１０に締結具１６で固定され、他方の兼用部材３２は、電池セル群４の幅方向の他方側において電池セル３の負極端子１１に締結具１６で固定されている。つまり、２つの兼用部材３２は、電池セル群４の幅方向に離間して配置されている。兼用部材３２は、Ｕ字形の板で構成されている。

兼用部材３２は、バスバー部３３と、このバスバー部３３の両側に配置された１対の拘束部３４とを有している。バスバー部３３及び拘束部３４は、導電性材料である金属（例えば銅）で一体に形成されている。つまり、兼用部材３２は、全体的に金属で形成されている。これにより、拘束部３４は、バスバー部３３と一体化されていることとなる。

一方の兼用部材３２のバスバー部３３は、複数の電池セル３の正極端子１０同士を電気的に接続する。他方の兼用部材３２のバスバー部３３は、複数の電池セル３の負極端子１１同士を電気的に接続する。バスバー部３３には、電極端子９（図２参照）が挿通する４つの挿通孔（図示せず）が設けられている。

１対の拘束部３４は、複数の電池セル３を１対のエンドプレート３１と共に電池セル３の配列方向に拘束する。拘束部３４は、バスバー部３３に対して略垂直に折り曲げられて、エンドプレート３１の挟持部１３に接触している。従って、１対の拘束部３４によって複数の電池セル３及び１対のエンドプレート３１に電池セル３の配列方向の拘束荷重を加えることができる。拘束部３４は、電池セル３の電極組立体８の下端に対応する位置まで延びている。

このような兼用部材３２を作製する場合は、まずバスバー部３３を有する平板状の金属板を用意する。そして、電池セル群４と１対のエンドプレート３１とを組み付けた後、組付構造体の長さ寸法に合わせて金属板の両端側部分をＵ字状に折り曲げることにより、バスバー部３３及び拘束部３４を有する兼用部材３２が得られる。

図５（ａ）は、比較例として並列式の電池モジュールの一つを示す概略平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された電池モジュールの概略側面図である。図５において、電池モジュール２００は、複数の電池セル３から構成される電池セル群４と、１対のエンドプレート５と、２つのバスバー２０１と、上記４つの拘束具１０２とを備えている。一方のバスバー２０１は、複数の電池セル３の正極端子１０同士を電気的に接続する。他方のバスバー２０１は、複数の電池セル３の負極端子１１同士を電気的に接続する。このような電池モジュール２００においても、２つのバスバー２０１と４つの拘束具１０２とを備えているため、部品点数が多くなる。

これに対し本実施形態では、複数の電池セル３の正極端子１０同士または負極端子１１同士を電気的に接続するバスバー部３３と、複数の電池セル３を１対のエンドプレート３１と共に電池セル３の配列方向に拘束する１対の拘束部３４とは、一つの兼用部材３２として一体化されている。このため、バスバー部と拘束部とを別々の部品で構成しなくて済む。これにより、電池モジュール３０の部品点数を減らすことができる。

また、本実施形態では、バスバー部３３及び拘束部３４は導電性材料で一体に形成されているが、挟持部１３を含むエンドプレート３１は電気絶縁性材料で形成されている。従って、複数の電池セル３が並列接続された電池モジュール３０において、正極と負極との短絡（ショート）を確実に防止しつつ、電池モジュール３０の部品点数を減らすことができる。また、バスバー部３３及び拘束部３４は導電性材料で一体に形成されているので、兼用部材３２を容易に作製することができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、兼用部材が筐体２に固定されていないが、図６に示されるように、兼用部材が筐体２に固定されていてもよい。

図６は、図４に示された電池モジュールの変形例を示す概略側面図である。図６において、本変形例の電池モジュール４０では、エンドプレート３１及び兼用部材４１が筐体２の底壁２ｂに固定されている。兼用部材４１の両端部には、拘束部３４に対して垂直に折り曲げられた固定部４２が設けられている。そして、兼用部材４１の固定部４２がエンドプレート３１の固定部１５と共に複数のボルト１４により底壁２ｂに固定されている。このような構成では、電池セル３の膨張が生じても、兼用部材４１の拘束部３４が電池セル３の配列方向に動きにくくなるため、拘束部３４による複数の電池セル３の拘束性を向上させることができる。

また、上記第１実施形態では、兼用部材６Ａの拘束部１８と兼用部材６Ｂの拘束部２２とが１つまたは複数の連結部を介して連結されていてもよい。この場合には、拘束部１８，２２の剛性が高くなるため、拘束部１８，２２による複数の電池セル３の拘束性を向上させることができる。

また、上記第１実施形態では、エンドプレート５が導電性材料で形成されているが、エンドプレート５の材料としては、特に導電性材料には限られず、上記第２実施形態と同様に電気絶縁性材料であってもよい。

また、上記第２実施形態では、エンドプレート３１全体が電気絶縁性材料で形成されているが、特にその形態には限られず、兼用部材３２と接触する挟持部１３のみが電気絶縁性材料で形成されていてもよい。

さらに、上記実施形態では、兼用部材の拘束部が電池セル３の電極組立体８の下端に対応する位置まで延びているが、拘束部による複数の電池セル３の拘束性について特に支障が無ければ、拘束部が電極組立体８の下端に対応する位置まで延びていなくてもよい。

１…電池モジュール、３…電池セル、５…エンドプレート、６Ａ，６Ｂ…兼用部材、８…電極組立体、９…電極端子、１０…正極端子、１１…負極端子、１３…挟持部、１７…バスバー部、１８…拘束部、１９…接続部（第１接続部）、２０…接続部（第２接続部）、２１…バスバー部、２２…拘束部、２３…接続部（第２接続部）、３０…電池モジュール、３１…エンドプレート、３２…兼用部材、３３…バスバー部、３４…拘束部。

Claims (4)

1. 一方向に配列され、電極端子を構成する正極端子及び負極端子を有する複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを前記電池セルの配列方向に挟持する挟持部を有する１対のエンドプレートと、
   前記複数の電池セルの前記電極端子に固定された２つの兼用部材とを備え、
   前記兼用部材は、前記複数の電池セルのうち少なくとも隣り合う２つの電池セルの前記電極端子同士を電気的に接続する少なくとも１つのバスバー部と、前記バスバー部と一体化され、前記複数の電池セルを前記１対のエンドプレートと共に前記電池セルの配列方向に拘束する１対の拘束部とを有することを特徴とする電池モジュール。
2. 前記複数の電池セルの前記正極端子及び前記負極端子は、前記電池セルの配列方向に沿って交互に配置されており、
   前記バスバー部は、導電性材料で形成され、前記隣り合う２つの電池セルの前記正極端子及び前記負極端子を電気的に接続し、
   前記電池セルの配列方向に隣り合う２つの前記バスバー部の間には、第１接続部が配置されており、
   前記バスバー部と前記拘束部との間には、第２接続部が配置されており、
   前記拘束部、前記第１接続部及び前記第２接続部は、電気絶縁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記複数の電池セルの前記正極端子及び前記負極端子は、前記電池セルの配列方向に沿って同じ向きとなるように配置されており、
   前記挟持部は、電気絶縁性材料で形成されており、
   前記２つの兼用部材の一方の前記バスバー部は、前記複数の電池セルの前記正極端子同士を電気的に接続し、
   前記２つの兼用部材の他方の前記バスバー部は、前記複数の電池セルの前記負極端子同士を電気的に接続し、
   前記バスバー部及び前記拘束部は、導電性材料で一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
4. 前記電池セルは、前記電極端子と電気的に接続された電極組立体を有し、
   前記拘束部は、少なくとも前記電極組立体の下端に対応する位置まで延びていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の電池モジュール。

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