JP5481982B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールに関するものである。

アッパケースとロアケースとで構成されるケース内に電池セルを収納してなる電池モジュールにおいて、アッパケースとロアケースとを超音波溶着により接合するとケース内部にエネルギー的影響を及ぼす可能性がある。

このため、アッパケースとロアケースに一対の嵌合用爪と嵌合用穴とを設け、これらをいわゆるスナップフィット結合させることにより、アッパケースとロアケースを固定する構造が提案されている（特許文献１）。

特開２００７−１０３２８４号公報

ところで、リチウムイオン電池等の二次電池を自動車に搭載すると、電池セルを収容する電池モジュールにも車両走行時の衝撃や振動が作用することがある。

しかしながら、従来のスナップフィット構造は、アッパケースとロアケースの積層方向に対する結合力は強く外れ難いが、積層方向の垂直方向に対する結合力が弱いという欠点がある。このため、ケースに捩れ方向の力が作用するとケースが歪んでしまい、アッパケースとロアケースが外れてしまうおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、ケースに捩れ方向の力が作用しても容易に外れない電池モジュールを提供することである。

本発明は、一方のケースの開口周縁部に開口縁を有する係合孔を形成するとともに他方のケースの開口周縁部に当該他方のケースの壁面の板厚方向への切り起しによる突起を形成し、突起の先端部が係合孔の開口縁を超えるように両者を係合させる一方で、一対のケースを離反方向に弾性付勢することによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、突起の先端部が係合孔の開口縁を超えるように両者を係合させる一方で、一対のケースを離反方向に弾性付勢するので、突起の先端部と係合孔の開口縁とが重なる。これによりケースの周縁部の面に垂直な方向に対しても一対のケースが固定されるので、ケースに捩れ方向の力が作用しても容易に外れない。

本発明の一実施の形態を適用した電池モジュールを示す分解斜視図である。 図１の弾性突起を示す拡大斜視図である。 図１の弾性突起及び係合孔を示す正面図及びＸ−Ｘ線に沿う断面図であって係合前の状態を示す図である。 図１の弾性突起及び係合孔を示す正面図及びＸ−Ｘ線に沿う断面図であって係合中の状態を示す図である。 図１の弾性突起及び係合孔を示す正面図及びＸ−Ｘ線に沿う断面図であってロック前の状態を示す図である。 図１の弾性突起及び係合孔を示す正面図及びＸ−Ｘ線に沿う断面図であってロック後の状態を示す図である。 図１のＹ−Ｙ線に沿う断面概略図である。 本発明の他の実施の形態を適用した電池モジュールであって、図１のＹ−Ｙ線に相当する断面概略図である。 本発明のさらに他の実施の形態を適用した電池モジュールであって、図３Ａに相当するＸ−Ｘ線に沿う正面図及び断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態を適用した電池モジュールであって、図３Ａに相当するＸ−Ｘ線に沿う正面図及び断面図である。 本発明の実施の形態を適用した電池モジュールを積み重ねる場合のメリットを説明するための側面概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は本発明の一実施の形態を適用した電池モジュールＭを示す分解斜視図であり、アッパケース１１と、ロアケース１２と、電池セル２とを備える。

電池セル２は、複数の単電池２１を積層し、各単電池２１の電極タブを所定の直列又は並列の態様で接続して構成され、正の電極端子２２と負の電極端子２３と電圧検出用端子２４とを有する。なお、本例では電池セル２の具体的構成は特に限定されず、その接続数や電極端子２２，２３又は電圧検出用端子の導出位置などは適宜変更することができる。

アッパケース１１とロアケース１２は、何れもステンレス、アルミニウム又はプラスチックスなどの適宜材料により構成されている。以下において、これらアッパケース１１とロアケース１２とをケース１と総称することもある。また、アッパ及びロアなる用語は同図に示す状態の電池モジュールＭを便宜的に表現するためのものであって、上下の絶対的位置を表す趣旨ではない。したがって、アッパケース１１が下側、ロアケース１２が上側に位置するように電池モジュールＭを車両に配置する場合や、アッパケース１１とロアケース１２とが左右に位置するように電池モジュールＭを起立させて車両に配置する場合なども含む趣旨である。

アッパケース１１及びロアケース１２のそれぞれは、矩形状の底面と当該底面の各辺から立ち上がる４つの壁面とを有する有底筒状に形成され、４つの壁面の先端部が互いに重なり合うように結合される。以下において、この重なり合う部分をアッパケース１１の周縁部１１ａ、ロアケース１２の周縁部１２ａと称する。

同図に示す例では、アッパケース１１の周縁部１１ａがロアケース１２の周縁部１２ａの外側になるように重ね合わされる。すなわち、図３Ａ〜図３Ｄに示すとおり、アッパケース１１の周縁部１１ａの内面がロアケース１２の周縁部１２ａの外面に接するようにアッパケース１１の方がロアケース１２より大きい開口とされている。なお、アッパケース１１の周縁部１１ａがロアケース１２の周縁部１２ａの内側になるように重ね合わせることもできるが、これについては図５を参照して後述する。

なお、アッパケース１１の周縁部１１ａ及びロアケース１２の周縁部１２ａの短辺側にそれぞれ形成された３つの切欠部１１１，１２１は、上述した電池セル２の電極端子２２，２３及び電圧検出用端子２４をケース１外へ導出するためのものである。

本例のアッパケース１１及びロアケース１２の長辺側のそれぞれには、これらアッパケース１１とロアケース１２とを重ね合わせたのち固定するための係合孔１３と弾性突起１４が形成されている。

本例では、アッパケース１１の長辺側のそれぞれに４つの係合孔１３が形成され、ロアケース１２の長辺側のそれぞれの、前記係合孔１３に対応する位置に４つの弾性突起１４が形成されている。図１ではアッパケース１１の手前側の長辺に形成された係合孔１３のみを図示するが、奥側の長辺にも同じように４つの係合孔１３が形成されている。

図２は図１の弾性突起１４の一つを拡大して示す斜視図、図３は一対の係合孔１３と弾性突起１４を示す正面図（左図）及びＸ−Ｘ線に沿う断面図（右図）である。

本例の係合孔１３は、矩形状の開口縁１３ａを有するようにアッパケース１１の周縁部１１ａに形成された開口であり、本例の弾性突起１４は、ロアケース１２の周縁部１２ａからケース外側へ向かってドーム状に突出するように当該ロアケース１２の周縁部１２ａを切り起こすようにして形成された切り起こし片である。そして、係合孔１３の開口径は弾性突起１４の外周を含み、僅かに大きく形成されている。

したがって、本例の弾性突起１４は、ステンレス、アルミニウム又はプラスチックスなどのロアケース１２を構成する材料による自己弾性によって可撓性を有し、アッパケース１１をロアケース１２に重ねる際に弾性突起１４が弾性変形しつつ係合孔１３に係合する。

なお、弾性突起１４の先端部１４ａは弾性突起１４の全体より狭幅に形成され、弾性突起１４の先端部１４ａを切り起こした周縁部１２ａには縁部１４ｂが残ることになる。

本例の弾性突起１４の先端部１４ａは、図３Ｃに示すように無負荷の状態において係合孔１３が形成されたアッパケース１１の周縁部１１ａの板厚分だけケース外側に突出して形成されている。これにより、図３Ｄに示すようにアッパケース１１とロアケース１２とをロックしたときに弾性突起１４の先端部１４ａが係合孔１３の開口縁１３ａを超えてアッパケース１１の周縁部１１ａの外面に接し、その結果、図３Ｄの右図の左右方向に対しても強固に固定されることになる。

ちなみに、対をなす係合孔１３と弾性突起１４を複数形成する場合は、図１に示すように対向する一対の辺の周縁部１１ａ，１２ａの対称位置、換言すれば各辺における等配位置に形成することが望ましい。たとえば、同図に示すように各辺に４つの係合孔１３及び弾性突起１４を設ける場合は、同図に示すＹ−Ｙ線に線対称となる各辺の位置に形成することが望ましい。また、この場合において電池モジュールＭの中心（Ｙ−Ｙ線の中心点）に対して回転対称となる各辺の位置に形成することがさらに望ましい。

なお、図１に示す本例の電池モジュールＭでは、長辺側にのみ係合孔１３及び弾性突起１４を設けたが、短辺側にのみ設けることもでき、さらに長辺側及び短辺側の両方に設けることもできる。

さらに本例では、図１に示すようにアッパケース１１の中央部にロアケース１２に向かって凸状とされた凸状キャンバ部１５が形成され、ロアケース１２の中央部にもアッパケース１１に向かって凸状とされた凸状キャンバ部１６が形成されている。これら２つの凸状キャンバ部１５，１６は、アッパケース１１とロアケース１２とを重ね合わせたときに、両ケース１１，１２を互いに離反する方向へ弾性付勢する。このため、電池セル２の厚さに応じて凸状キャンバ部１５，１６の深さ寸法が設定されている。なお、ケース１１，１２に形成する凸状キャンバ部１５，１６はいずれか一方としてもよい。

次に作用を説明する。

図３Ａ〜図３Ｄはアッパケース１１とロアケース１２とを重ね合わせていく状態を示す正面図（左図）及びＸ−Ｘ線に沿う断面図（右図）であり、図３Ａは両ケース１１，１２を重ね合わせる前の状態、図３Ｂは両ケース１１，１２を重ね合わせる途中の状態、図３Ｃは両ケース１１，１２を重ね合わせた状態であってロックする前の状態、図３Ｄは両ケース１１，１２をロックした状態をそれぞれ示す。

まず図３Ａの矢印方向にアッパケース１１とロアケース１２とを押圧し、アッパケース１１の周縁部１１ａがロアケース１２の周縁部１２ａの外側になるように重ね合わせていくと、図３Ａ〜図３Ｂに示すようにアッパケース１１の周縁部１１ａの内面に押されることよって弾性突起１４がケース内側へ弾性変形する。

このとき、ロアケース１２の弾性突起１４には縁部１４ｂを有する開口が形成されているので、弾性突起１４はこの開口へ退避しつつ弾性変形する。これにより、アッパケース１１の周縁部１１ａの内面と弾性突起１４の外面との摺動面に無理な力が作用せず、アッパケース１１の周縁部１１ａや弾性突起１４自体の耐久性を向上させることができる。

さらに重ね合わせていくと、図３Ｃに示すようにロアケース１２の弾性突起１４がアッパケース１１の係合孔１３に包含される。ここで、弾性突起１４は自己復元することによりその先端部１４ａが係合孔１３の開口縁１３ａのケース外側に位置する。

図３Ｃに示す状態で手を離して押圧力を開放すると、上述したアッパケース１１の凸状キャンバ部１５及びロアケース１２の凸状キャンバ部１６による弾性力により、アッパケース１１とロアケース１２は図３Ｄに示す矢印方向に互いに離反する。そして、アッパケース１１の係合孔１３の下辺の開口縁１３ａと、ロアケース１２の弾性突起１４の内面とが当接し、これによりアッパケース１１とロアケース１２の位置が固定される。

このとき、同図に示すように弾性突起１４の先端部１４ａが係合孔１３の下辺の開口縁１３ａを越えて寸法Ｄだけオーバーラップするので、同図の上下方向、すなわちケース１の開放方向だけでなく、同図の左右方向に対してもアッパケース１１とロアケース１２が強固に固定される。

以上のように、本例の電池モジュールＭではアッパケース１１とロアケース１２の開放方向だけでなくこれに垂直な方向に対しても強固に固定されるので、ケース１に捩れ方向の力が作用してもアッパケース１１とロアケース１２は容易に外れることはない。したがって、車両に搭載する電池モジュールなどに適用して好ましいものとなる。

また、対をなす係合孔１３及び弾性突起１４をケース１１，１２の長辺に対して対称位置に設けているので、これら係合孔１３及び弾性突起１４と凸状キャンバ部１５，１６により内部に収納した電池セル２に対する応力が面内において均一になる。その結果、電池セル２の各単電池２１内部で発生するガスを均一に外部へ排出することができる。

さらに、アッパケース１１とロアケース１２とを各周縁部１１ａ，１２ａに形成した係合孔１３及び弾性突起１４により固定するので、上下方向に対称な電池モジュールＭ、すなわち天地を逆にしても同じ又は実質的に同じ形状となる電池モジュールとすることができる。

図７に示すように、ロアケース１２０の上部開口にアッパケース１１０（蓋体）の外周をカシメ加工して巻き締め部５０とすることで両ケースを固定する従来の電池モジュールでは、同図の左図に示すように正の電極端子５１と負の電極端子５２を連続して接続しようとすると電池モジュールの天地を逆にして積み重ねる必要があり、巻き締め部５０を形成した分だけ高さが高くなる。逆に高さを低くしようとすると同図の右図に示すように電極端子５１，５２の導出位置が異なる２種類の電池モジュール（上下の電池モジュールと中間の電池モジュールとでは電極端子５１，５２の導出位置が異なる）を用いる必要があり、部品点数が増加する。

しかしながら本例の電池モジュールＭによれば、同図の右図に示すように２種類の電池モジュールとすることなく、しかも同図の左図に示すように天地を逆に積み重ねても巻き締め部５０がない分だけ高さを低くすることができる。

《第２実施形態》
図４Ｂは、本発明の他の実施の形態を適用した電池モジュールであって、図１のＹ−Ｙ線に相当する断面概略図である。本例の電池モジュールでは、上述した第１実施形態のアッパケース１１及びロアケース１２のそれぞれに形成した凸状キャンバ部１５，１６に代えて又はこれに追加して、ケース１の内部の電池セル２とアッパケース１１との間に弾性体１７を介装するとともに、電池セル２とロアケース１２との間に弾性体１８を介装している点が相違する。その他の構成は上述した第１実施形態と同じである。

弾性体１７，１８は、アッパケース１１とロアケース１２とを離反する方向に弾性付勢するものであれば特に限定されず、ケース１内部における電池セル２のがたつきを抑制する緩衝体で共用することもできる。

ケース１１，１２に形成した凸状キャンバ部１５，１６に代えて弾性体１７，１８をケース１内部に介装することで、ケース１の外形形状を平坦にすることができ、用途に応じた電池モジュールＭを提供することができる。

なお、ケース１内部に介装する弾性体１７，１８はいずれか一方としてもよい。

《第３実施形態》
図５は本発明のさらに他の実施の形態を適用した電池モジュールであって、図３Ａに相当するＸ−Ｘ線に沿う正面図及び断面図である。

本例ではアッパケース１１の周縁部１１ａがロアケース１２の周縁部１２ａの内側になるように重ね合わせる態様であり、この場合の弾性突起１４は、同図の右図に示すようにケース１の内部に向かって突出するように形成する。

このように弾性突起１４をケース１の内側に向かって形成した態様によれば、電池モジュールＭの外面に弾性突起１４の先端部１４ａが露出しないので、万が、一弾性突起１４の先端部１４ａに触れてロックを解除してしまうといったことが防止できる。

図６は本発明のさらに他の実施の形態を適用した電池モジュールであって、図３Ａに相当するＸ−Ｘ線に沿う正面図及び断面図である。

本例では、同図の左図に示すように弾性突起１４を矩形状に形成した態様であり、図３Ａに示すドーム状に比べてロアケース１２との接続部分が短いので折れ易いといった欠点はあるものの、加工性に優れている。

なお、上述した第１〜第３実施形態においてアッパケース１１に係合孔１３を形成し、ロアケース１２に弾性突起１４を形成したが、アッパケース１１に弾性突起１４を形成し、ロアケース１２に係合孔１３を形成してもよい。

また、上述した実施形態では弾性突起１４に弾性を付与し、この弾性突起１４の自己弾性により係合孔１３との係合を行うように構成したが、突起１４を剛体とし係合孔１３に弾性を付与するように構成してもよい。たとえば、少なくとも係合孔１３の周囲を軟性材料から構成したり、係合孔１３の開口縁１３ａに切欠を形成したりすることで弾性を付与することができる。

上記凸状キャンバ部１５，１６及び弾性体１７，１８は本発明に係る弾性手段に相当する。

Ｍ…電池モジュール
１…ケース
１１…アッパケース
１２…ロアケース
１３…係合孔
１３ａ…開口縁
１４…弾性突起
１４ａ…先端部
１４ｂ…縁部
１５，１６…凸状キャンバ部
１７，１８…弾性体
２…電池モジュール
２１…単電池

Claims (6)

1. 複数の単電池を積層した電池セルと、
   前記電池セルの積層方向の一方の面に対向する底面と、当該底面の外周縁から前記電池セルに沿って前記積層方向に延在し、前記電池セルを挟んで互いに対向する一対の壁面とを有する一方のケースと、
   前記電池セルの積層方向の他方の面に対向する底面と、当該底面の外周縁から前記電池セルに沿って前記積層方向に延在し、前記電池セルを挟んで互いに対向する一対の壁面とを有する他方のケースと、を備え、
   前記一方のケースの底面と前記他方のケースの底面との間に前記電池セルを収納してなる電池モジュールにおいて、
   前記一方のケースの壁面の先端部と、前記他方のケースの壁面の先端部とにはそれぞれ、互いに重なり合う周縁部が形成されて前記電池セルの側面を覆うとともに、
   前記一方のケースの周縁部には、当該一方のケースの壁面の板厚方向に貫通する係合孔が設けられ、
   前記他方のケースの周縁部には、前記一方のケースの係合孔と対応する位置に、当該他方のケースの壁面の板厚方向への切り起しによって形成された突起が設けられ、
   前記一方のケースと前記他方のケースは、互いに離反する方向に弾性付勢され、
   前記一方のケースと前記他方のケースが弾性付勢されたときに、前記突起の先端が前記係合孔の開口縁を超えるように、前記係合孔と突起とが係合する電池モジュール。
2. 請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
   対をなす前記係合孔及び前記突起は、対向する一対の周縁部の対称位置に複数形成されている電池モジュール。
3. 請求項１または２に記載の電池モジュールにおいて、
   前記係合孔が形成された前記一方のケースの周縁部は、前記突起が形成された前記他方のケースの周縁部に対してケースの外側に重ね合わされる電池モジュール。
4. 請求項１または２に記載の電池モジュールにおいて、
   前記係合孔が形成された前記一方のケースの周縁部は、前記突起が形成された前記他方のケースの周縁部に対してケースの内側に重ね合わされる電池モジュール。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池モジュールにおいて、
   前記一方又は他方のケースの少なくとも一方の底面に形成された凸状キャンバ部により、前記一方のケースと前記他方のケースは、互いに離反する方向に弾性付勢される電池モジュール。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池モジュールにおいて、
   前記ケース内部の前記電池セルと前記一対のケースの少なくとも一方の底面との間に介装された弾性体により、前記一方のケースと前記他方のケースは、互いに離反する方向に弾性付勢される電池モジュール。

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