JP7664823B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本技術は、電池モジュールに関する。

複数の電池セルを積層した電池モジュールが従来から知られている。複数の電池セルの間に設けられるセパレータ部材には、隣接する電池セルの間の電気的絶縁性を確保するとともに、電池セルが膨張したときには、その膨張を吸収する機能が求められる。

特開２０１５－２０７５５３号公報 特開２０１５－２２５７００号公報 特開２０１６－０９１８７１号公報 特開２０１４－０７２０５５号公報 国際公開２０１９／１５５７１３号 中国実用新案公報第２０６０５９４８４号 特開２０１４－０１０９８３号公報 国際公開２０１８／１５５５０６号 国際公開２０１８／２０７６０８号 特開平０７－１２２２５２号公報

高出力の電池セルにおいては、膨化力が大きくなる傾向にある。隣接する電池セル間の電気的絶縁性を安定して確保しながら大きな膨化力を吸収するという観点から、従来のセパレータ部材は依然として十分な構造を備えていない。

本技術の目的は、隣接する電池セル間の電気的絶縁性を安定して確保しながら大きな膨化力を吸収することが可能な電池モジュールを提供することにある。

本技術に係る電池モジュールは、第１の方向に沿って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るセパレータ部材とを備える。セパレータ部材は、第１部分と、第１の方向から複数の電池セルに当接し、第１部分よりも変形しやすく、かつ絶縁性を有する第２部分とを含む。第１部分は、第１の方向に直交する平面方向において少なくとも第２の部分の両側に形成される。セパレータ部材は、第２部分が第１の方向において第１部分の両側に位置する構造、または、第２部分が第１の方向においてセパレータ部材の全厚を貫通する開口を含む構造を有する。

本技術によれば、第１部分よりも変形しやすい第２部分により第１の方向に沿った電池セルの膨化力を吸収し、第１の方向に直交する平面方向において少なくとも第２の部分の両側に形成された第１部分により隣接する電池セル間の電気的絶縁性を安定して確保することができる。

第１の方向において第２部分が第１部分の両側に位置する構造においては、第２部分の間に位置する第１部分により、電気的絶縁性を安定して確保できる。

第２部分が第１の方向においてセパレータ部材の全厚を貫通する開口を含む構造においては、第２部分により電池セルの膨化力を効率よく吸収することができる。

電池モジュールの斜視図である。 実施の形態１に係る電池モジュールの分解斜視図である。 図２に示すセパレータ部材の斜視図である。 図２に示すセパレータ部材の分解斜視図である。 図３におけるＶ－Ｖ断面図である。 実施の形態２に係る電池モジュールの分解斜視図である。 図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。 ハニカム構造の一例を示す図である。 図８に示すハニカム構造が電池セルの膨化力を受けて変形した状態を示す図である。 ハニカム構造の他の例を示す図である。 ハニカム構造のさらに他の例を示す図である。 ハニカム構造のさらに他の例を示す図である。 ハニカム構造のさらに他の例を示す図である。 ハニカム構造の壁部の断面の変形例を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。

図１は、後述する実施の形態１，２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、セパレータ部材２００とを含む。電池セル１００とセパレータ部材２００とは、Ｙ軸方向（第１の方向）に沿って交互に配列される。

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。

セパレータ部材２００は、複数の電池セル１００の間に設けられる。セパレータ部材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。セパレータ部材２００は、隣接する電池セル１００の電気的絶縁性を確保する。

（実施の形態１）
図２は、実施の形態１に係る電池モジュール１の分解斜視図である。図２に示すように、セパレータ部材２００は、第１部分２１０と、第２部分２２０とを含む。

第１部分２１０は、第２部分２２０よりも剛性が高い。第１部分２１０は、セパレータ部材２００のフレーム部分を構成し得る。第１部分２１０は、たとえば硬質樹脂、金属などにより構成することができる。

本実施の形態に係る第１部分２１０は、Ｙ軸方向に直交する平面（Ｘ－Ｚ平面）方向において第２部分２２０の全周を取り囲むように形成される。第１部分２１０は、Ｘ－Ｚ平面方向において第２部分２２０の両側に位置するように形成されていればよく、必ずしも第２部分２２０の全周を取り囲むように形成されていなくてもよい。

電池セル１００は、電極体を収納するケース本体１１０と、ケース本体１１０の開口を封止するようにケース本体１１０に溶接される封口板１２０とを含む。図２の例において、セパレータ部材２００の第１部分２１０は、封口板１２０との溶接部に相当する位置においてケース本体１１０に当接する。

第２部分２２０は、第１部分２１０よりも剛性が低く、第１部分２１０よりも変形しやすい。第２部分２２０は、セパレータ部材２００の変形吸収部（電池セル１００の膨化力吸収部）を構成し得る。第２部分２２０は、たとえば軟質樹脂、ゴム、ウレタン、シリコンなどの絶縁性の素材により構成することができる。第２部分２２０は、空間を含み得る。後述の実施の形態２で言及するハニカム構造により本実施の形態に係る第２部分２２０を構成してもよい。

第２部分２２０は、弾性変形により電池セル１００の膨張を吸収し得る。第２部分２２０は、超弾性体により構成され得る。第２部分２２０は、圧縮比が０．５以上１．０以下程度の範囲で使用され得る。第２部分２２０を半分程度の厚み（Ｙ軸方向の高さ）に圧縮しても、圧縮荷重を解放したときは即座に元の厚みに戻ることができる。

図３は、図２に示すセパレータ部材２００の斜視図である。図４は、セパレータ部材の分解斜視図である。図５は、図３におけるＶ－Ｖ断面図である。

図３～図５に示すように、セパレータ部材２００は、Ｙ軸方向において第２部分２２０が第１部分２１０の両側に位置する構造を有する。図３～図５に示す構造においては、Ｘ軸方向（第２の方向）およびＺ軸方向（第３の方向）の中央側において電池セル１００に当接する第２部分２２０により電池セル１００の膨化力を吸収しながら、Ｘ軸方向（第２の方向）およびＺ軸方向（第３の方向）の外周側において電池セル１００に当接する第１部分２１０により電池セル１００間の距離を確保して電気的絶縁性を確保することができる。さらに、Ｙ軸方向（第１の方向）において第２部分２２０の間に位置する第１部分２１０により、電池セル１００の膨化力が大きくなった場合でも、電池セル１００間の電気的絶縁性を安定して確保することができる。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２に係る電池モジュールの分解斜視図である。図７は、図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。図６，図７に示すように、本実施の形態においても、セパレータ部材２００は、第１部分２１０と、第２部分２２０とを含む。

以下では、本実施の形態に係るセパレータ部材２００の特徴部分について説明する。実施の形態１と同様の部分については、詳細な説明は繰り返さない。

本実施の形態に係るセパレータ部材２００は、第２部分２２０がＹ軸方向（第１の方向）においてセパレータ部材２００の全厚を貫通する開口２２０Ａを含む構造を有する。より具体的には、セパレータ部材２００は、ハニカム構造を含む。

図８は、ハニカム構造の一例を示す図である。図９は、図８に示すハニカム構造が電池セル１００の膨化力を受けて変形した状態を示す図である。

図８に示す第２部分２２０のハニカム構造は、均一な大きさの正六角形が配列された構造を有する。ハニカム構造は、電池セル１００の膨張を吸収できるように構成される。電池セル１００の膨張が比較的小さい場合、第２部分２２０を樹脂で構成することも可能である。電池セル１００の膨張が比較的大きい場合、第２部分２２０を超弾性体で構成することが好ましい。

第２部分２２０は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向において、電池セル１００のケース本体１１０の幅を超えない範囲に設けられる。第２部分２２０のハニカム構造はＸ軸方向およびＺ軸方向に対して線対称となる形状に形成される。すなわち、第２部分２２０のＸ軸方向の幅は、ハニカム構造を構成する正六角形の外接円の半径の整数倍となるように設定され、第２部分２２０のＺ軸方向の幅は、ハニカム構造を構成する正六角形の外接円の半径の√３×整数倍となるように設定される。

図９に示すように、第２部分２２０のハニカム構造が電池セル１００の膨化力を受けて変形したとき、外周部分２２１に対して中央部分２２２の方が大きく変形する。これは、中央部分２２２においては、外周部分２２１よりも電池セル１００の膨張が大きいためである。

次に、図１０～図１４を用いて、ハニカム構造の変形例について説明する。図１０，図１１に示す変形例に係るハニカム構造は、Ｚ軸方向の両端に位置する外周部分２２１においてハニカムが密に形成され、外周部分２２１に挟まれた中央部分２２２においてハニカムが粗に形成された構造を有する。このようにすることで、電池セル１００の変形が大きい中央部分２２２においてハニカム構造を変形させやすくすることができる。

外周部分２２１は、中央部分２２２の全周を取り囲むように設けられてもよい。外周部分２２１は、第２部分２２０におけるＸ軸方向の両端にのみ設けられてもよい。外周部分２２１は、断続的に設けられてもよい。

図１０，図１１の例のように、外周部分２２１のハニカムを密に構成した場合、外周部分２２１の剛性が中央部分２２２よりも高いため、剛性の高い第１部分２１０を必ずしも別途設ける必要がなく、外周部分２２１が第１部分２１０の代替となり得る。

図１２，図１３に示す変形例に係るハニカム構造は、ハニカムを構成する正六角形の方向が図８，図９の例とは異なる。ハニカムを構成する正多角形の形状および方向は適宜変更が可能である。

図１４は、ハニカム構造の断面の変形例を示す図である。図１４に示すように、第２部分２２０を構成するハニカムの壁厚をＹ軸方向に沿って変化させてもよい。図１４の例では、Ｙ軸方向の一端（厚みＴ１）から他端（厚みＴ２）に向かってハニカムの壁厚がテーパ状に変化している。たとえば、ハニカムの壁厚をＹ軸方向に沿って一定とする場合の厚みＴに対して、Ｔ１は０．６Ｔ以上１．０Ｔ以下程度であり、Ｔ２は１．０Ｔ以上１．４Ｔ以下程度である。

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。

１ 電池モジュール、１００ 電池セル、１１０ ケース本体、１２０ 封口板、２００ セパレータ部材、２１０ 第１部分、２２０ 第２部分、２２０Ａ 開口、２２１ 外周部分、２２２ 中央部分。

Claims (4)

1. 第１の方向に沿って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るセパレータ部材とを備え、
   前記セパレータ部材は、
   第１部分と、
   前記第１の方向から前記複数の電池セルに当接し、前記第１部分よりも変形しやすく、かつ絶縁性を有する第２部分とを含み、
   前記第１部分は、前記第１の方向に直交する平面方向において少なくとも前記第２部分の両側に形成され、
   前記セパレータ部材は、前記第２部分が前記第１の方向において前記第１部分の両側に位置する構造、または、前記第２部分が前記第１の方向において前記セパレータ部材の全厚を貫通する開口を含む構造を有し、
   前記複数の電池セルは、電極体を収納するケース本体と、前記ケース本体の開口を封止するように前記ケース本体に溶接される封口板とを各々含み、
   前記第１部分は、前記封口板との溶接部に相当する位置において前記第１の方向から前記ケース本体に当接する、電池モジュール。
2. 前記セパレータ部材は、ハニカム構造を含み、
   前記ハニカム構造は、ハニカムが粗に形成された中央部分と、ハニカムが密に形成された外周部分とを含む、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記第２部分は、弾性変形により前記複数の電池セルの膨張を吸収する、請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記複数の電池セルは角形の電池セルである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池モジュール。

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