JP7044035B2

JP7044035B2 - 電池モジュール

Info

Publication number: JP7044035B2
Application number: JP2018209647A
Authority: JP
Inventors: 貴一本園
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2038-11-07
Also published as: JP2020077514A

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

ハイブリット自動車や電気自動車には、車両走行用モータに電力を供給するための蓄電装置が搭載されている。蓄電装置として、例えば、充放電可能な２次電池を複数組み合わせて構成される電池モジュールが用いられている。

特許文献１及び２には、リチウムイオン２次電池などの電池セルと、電池セルを保持するための樹脂製の枠部材とが交互に複数積層された積層体により構成される電池モジュールが開示されている。この電池モジュールは、枠部材が、平板部及び平板部の一方面に設けられる複数のリブを有する。積層体は、電池セルの側面とリブの頂面とが接するように積層されている。電池セルと枠部材の平板部とリブとの間の空隙は、電池セルを冷却するための冷却用空気が流れる流路となる。積層体は、拘束部材により積層方向の両端側から圧縮力を受けて拘束されている。積層体に圧縮力を付加して拘束することにより、電池セル内部における金属リチウムの析出による内部短絡の発生を抑制している。

特開２００９－０８１０５６号公報特開２０１６－１２９１１０号公報

このような電池モジュールにおいて、電池セルの冷却性能を向上させたい場合、リブの数を減らしたり、リブの幅を狭くしたりする構成を採用することで、冷却用空気が流れる流路の幅を広げることが考えられる。しかしながら、この構成を採用する場合、リブの応力が増加することでリブが座屈するおそれがあり、リブの耐圧縮性を確保することができない可能性がある。このように、電池セルの冷却性能の向上とリブの耐圧縮性の確保とはトレードオフの関係にあるため、リブの数を減らしたりリブの幅を狭くしたりしてリブの構成を変更する場合、電池セルの冷却性能の向上とリブの耐圧縮性の確保とを両立させることが困難である。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、電池セルの冷却性能の向上とリブの耐圧縮性の確保とを両立させることができる電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る電池モジュールは、電池セルと、平板部及び平板部の一方面に設けられる複数のリブを有する樹脂製の枠部材とが交互に積層された積層体と、電池セルと平板部とリブとの間の冷却用空気の流路となる空隙に設けられる金属部材と、積層体の積層方向の両端側から圧縮力を付加して拘束する拘束部材と、を備え、金属部材は、空隙を閉塞しないように配置され、かつ、電池セル及び平板部から圧縮力を受けることで、リブが電池セルから受ける圧縮力を緩和する。

本発明によれば、電池セルの冷却性能の向上とリブの耐圧縮性の確保とを両立させることができる電池モジュールを提供することができる。

実施形態に係る電池モジュールの正面模式図及び金属部材の斜視模式図図１に示す破線で囲まれたＡ部分の図であって、図１に示す金属部材とは異なる形状の金属部材が配置されている例を示す部分模式図及び金属部材の斜視模式図図１に示す破線で囲まれたＡ部分の図であって、図１に示す金属部材とは異なる形状の金属部材が配置されている例を示す部分模式図及び金属部材の斜視模式図図１に示す破線で囲まれたＡ部分の図であって、図１に示す金属部材とは異なる形状の金属部材が配置されている例を示す部分模式図及び金属部材の斜視模式図

（実施形態）
実施形態に係る電池モジュールは、電池セルと枠部材の平板部とリブとの間の流路に流路を閉塞しないように設けられる金属部材が、積層体を拘束する拘束部材の圧縮力を受ける。これにより、リブの応力を軽減させることができるため、リブの数を減らしたりリブの幅を狭くしたりして流路を広げることができる。その結果、電池セルの冷却性能の向上とリブの耐圧縮性の確保とを両立させることができる。以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜構成＞
図１は、実施形態に係る電池モジュール１０の正面模式図（図１（ａ））及び金属部材の斜視模式図（図１（ｂ））である。図１（ａ）に示すように、電池モジュール１０は、複数の電池セル１と複数の枠部材２とから構成される積層体３と、一対のエンドプレート７と、拘束部材８と、金属部材９とを備える。

電池セル１は、充放電可能な２次電池であり、例えばリチウムイオン電池である。２つの電池セル１は、図示しないバスバーにより互いに電気的に接続されている。電池セル１の数は、２つでなくてもよく、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。

枠部材２は、平板部４と、平板部４の一方面４ａに設けられる複数のリブ５とを有する。リブ５は、平板部４の一方面４ａに間隔を開けて複数設けられ、かつ、紙面奥側に直線状に延伸して設けられる。枠部材２は、電池セル１と交互に積層され、電池セル１の積層方向と直交する両側面を挟み込んで保持する。リブ５の頂面は電池セル１の側面に接しており、平板部４の一方面４ａとリブ５と電池セル１との間には空隙が形成されている。この空隙は、電池セル１を冷却するための冷却用空気が流れる流路６となる。枠部材２は、樹脂により形成される。枠部材２の数は、電池セル１の両側面を挟み込んで電池セル１と交互に積層可能な数とすることができる。

積層体３は、複数の電池セル１と複数の枠部材２とが交互に積層されて構成される。積層体３は、積層方向の両端側の最外層が枠部材２により構成される。

一対のエンドプレート７は、積層体３を積層体３の積層方向の両端側から挟み込んで保持している。一対のエンドプレート７は、例えば金属板により構成される。

拘束部材８は、一対のエンドプレート７に挟まれた積層体３及び後述する金属部材９に所定の圧縮力を積層体３の積層方向の両端側から付加して一対のエンドプレート７を拘束している。拘束部材８の数、材料及び一対のエンドプレート７の拘束方法は、金属リチウムの析出を抑制することが可能な所定の圧縮力を積層体３に付加することが可能であれば、特に限定されない。

図１（ｂ）は、金属部材９の斜視模式図である。以下、図１（ａ）及び（ｂ）を併せて参照しながら説明する。金属部材９は、平板部４の一方面４ａとリブ５と電池セル１との間の流路６を閉塞しないように設けられる。金属部材９は、金属平板を波状に屈曲させて形成した複数の第１の山部９ａ及び第１の山部９ａと反対方向に突出する第２の山部９ｂを有する。金属部材９は、第１の山部９ａが枠部材２の平板部４の一方面４ａと接し、第２の山部９ｂが電池セル１の側面と接している。金属部材９は、電池セル１及び平板部４から受ける拘束部材８の圧縮力に対して、第１の山部９ａと第２の山部９ｂとの間の部分が撓むことで発生する反発力を電池セル１の側面及び枠部材２の平板部４に付与する。これにより、リブ５が電池セル１から受ける圧縮力を緩和することができる。金属部材９は、第２の山部９ｂが電池セル１の側面と接していることで、電池セル１の熱を放熱する放熱部材としての機能を有する。金属部材９の総数及び１つの流路６に配置する金属部材９の数は、リブ５の座屈を防いでリブ５耐圧縮性を確保することができ、かつ、流路６を閉塞しないように配置可能であれば特に限定されない。

金属部材９は、例えば金属製の弾性部材とすることができる。金属部材９の形状は、拘束部材８から受ける圧縮力に対する反発力を電池セル１の側面及び枠部材２の平板部４に付与することができ、かつ、流路６を閉塞しないように配置可能であれば特に限定されない。図２～図４は、それぞれ、図１に示す破線で囲まれたＡ部分の図であって、図１に示す金属部材９とは異なる形状の金属部材９が配置されている例を示す部分模式図（図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ））及び金属部材９の斜視模式図（図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ））である。金属部材９の形状は、図２に示す断面がＣ型の形状であってもよいし、図３に示す断面がＯ型のスリーブ形状であってもよいし、図４に示す断面がＶ型の形状であってもよい。金属部材９が図２～４に示す形状である場合、流路６を閉塞しないように、金属部材９の一部が電池セル１の側面と接し、他の一部が枠部材２の平板部４の一方面４ａと接するように配置することができる。

＜効果等＞
実施形態に係る電池モジュール１０は、電池セル１と枠部材２の平板部４の一方面４ａとリブ５との間の流路６に流路６を閉塞しないように設けられ、積層体３を拘束する拘束部材８の圧縮力を電池セル１及び平板部４から受ける金属部材９を備える。これにより、金属部材９が受ける圧縮力に対する反発力を電池セル１の側面及び枠部材２の平板部４に付与することで、リブ５が電池セル１から受ける圧縮力を緩和してリブ５の応力を軽減させることができるため、リブ５の数を減らしたり、リブ５の幅を狭くしたりして、流路６を広げることができ、かつ、金属部材９が流路６における冷却用空気の流れを遮断しない。その結果、電池セル１の冷却性能の向上とリブ５の耐圧縮性の確保とを両立させることができる。

また、実施形態に係る電池モジュール１０は、金属部材９が、その一部を電池セル１の側面に接して設けられる。これにより、金属部材９は電池セル１の熱を放熱する放熱部材として機能するため、金属部材９の表面積の分だけ電池セル１の放熱面積を増加させることができる。その結果、電池セル１の冷却性能を向上させることができる。

また、実施形態に係る電池モジュール１０は、金属部材９の数、特性及び設ける流路６の位置を調整することで、電池セル１の放熱性を制御することができる。これにより、電池セル１表面や積層体３全体の温度ばらつきを低減することができる。

本発明における電池モジュールは、例えば、ハイブリット自動車や電気自動車に搭載される蓄電装置として好適に用いられる。

１電池セル
２枠部材
３積層体
４平板部
５リブ
６流路
７エンドプレート
８拘束部材
９金属部材
１０電池モジュール

Claims

電池セルと、平板部及び前記平板部の一方面に設けられる複数のリブを有する樹脂製の枠部材とが交互に積層された積層体と、
前記電池セルと前記平板部と前記リブとの間の冷却用空気の流路となる空隙に設けられる金属部材と、
前記積層体の積層方向の両端側から圧縮力を付加して拘束する拘束部材と、を備え、
前記金属部材は、前記空隙を閉塞しないように配置され、かつ、前記電池セル及び前記平板部から前記圧縮力を受けることで、前記リブが前記電池セルから受ける前記圧縮力を緩和する、
電池モジュール。