JP7445188B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載される電池セルを備えた電池モジュールに関し、特に、電池セルで生じたガスが車室に漏出することを抑え、安全性をより高めることができる電池モジュールに関する。

スターターと発電機を兼ねるモーターを備え、当該モーターをエンジンの補助出力として用いる車両が知られている。このような車両は、モーターに電力を供給する電池モジュールが車室内に配置されることがある。

電池モジュールは、ガス放出弁が設けられた電池セルと、電池セルを収容するケースとを備えている。また、電池モジュールには、各電池セルのガス放出弁から放出されたガスを外部へ導く排煙ダクトがシール部材を介して設けられている（例えば、特許文献１参照）。このような構成の電池モジュールによれば、過充電等によって電池セルで発生したガスは、ガス放出弁から排煙ダクトを介して、車室外へ排出される。

しかしながら、このような電池モジュールでは、電池セルの形状や配置に合わせて排煙ダクトを構成する必要があるため、コストが増大してしまう。また、電池モジュールに、排煙ダクトとともにシール部材を取り付ける場合、排煙ダクトの構造によっては、シール部材がシールラインからずれてしまい、十分なシールを確保できない虞がある。

上述した排煙ダクトのようなガスを車室外へ排出する排ガス機構は、電池セルの形状や配置によらない汎用的な構成であり、かつ、車室にガスが漏れないよう十分なシールを確保できる構成であることが望まれている。

特開２０１７－３７７５３号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電池セルの形状や配置によらない汎用的な構成であり、電池セルで生じたガスが漏れ出さないように、より確実にシールす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。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、電池セルと、前記電池セルを収容するケースと、前記ケースに着脱可能なカバーと、を備える電池モジュールであって、前記ケースは、前記電池セルで生じたガスを前記ケースの外部へ放出させるガス放出部を有し、前記カバーには、前記ケースの表面との間を塞ぐシールが設けられ、前記ガス放出部は、前記ケース、前記カバー、及び前記シールで画成された空間内に配置され、前記カバーは、一方に開口した箱状に形成され、前記カバーの内部に、前記ケースの上部が収容され、前記カバーの側面には、前記ケースの側面との間を塞ぐ前記シールが設けられていることを特徴とする電池モジュールにある。

第１の態様では、電池セルで生じたガスが空間から外部に漏れ出すことを防止することができる。そして、カバーは、ケースに対して着脱されるので、電池セルの形状や配置によらない構成である。したがって、ケースの内部に収容される電池セルの形状や配置が異なっても、カバーは替える必要がない。このようにカバーの汎用性が高まるので、電池モジュールのコストを低減することができる。

さらに、ガスの発生時にカバーが変形し、シールをケースにより強く密着させることができ、シール性をより一層向上させることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の電池モジュールにおいて、前記カバーは、底面が側面よりも変形し易いことを特徴とする電池モジュールにある。

第２の態様では、ガスの発生時にカバーをより変形させやすくすることができる。これにより、シールをケースにより強く密着させることができ、シール性をより一層向上させることができる。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載の電池モジュールにおいて、前記カバーは、側面を構成する第１カバー及び第２カバーと、底面を構成する第３カバーとを備え、少なくとも前記第１カバー及び前記第２カバーは、互いに着脱可能であることを特徴とする電池モジュールにある。

第３の態様では、シールの変形を抑制し、シールをシールラインにより確実に接触させてシール性を向上させることができる。

本発明によれば、電池セルの形状や配置によらない汎用的な構成であり、電池セルで生じたガスが漏れ出さないようにより確実にシールすることができる電池モジュールが提供される。

実施形態１に係る電池モジュールの分解斜視図である。 実施形態１に係る電池モジュールの断面図である。 実施形態１に係る電池モジュールの変形時における断面図である。 実施形態１に係る電池モジュールの要部断面図である。 実施形態２に係る電池モジュールの断面図である。 実施形態２に係る電池モジュールの要部断面図である。 実施形態３に係る電池モジュールの断面図である。

〈実施形態１〉
図１及び図２を用いて、電池モジュール１について説明する。本実施形態の電池モジュール１は、電動車両（図示せず）の車室に配置され、モーター（図示せず）に電力を供給するためのものである。電池モジュール１は、複数の電池セル１０、ケース２０、及びカバー３０を備えている。

電池セル１０は、例えば、リチウムイオン電池等の密閉型の二次電池であり、それ自体は公知の構造であるため、ここでは簡単に説明する。電池セル１０は、容器に、正極板、負極板及びセパレータを含む電極体（発電要素）を電解液と共に収容して構成されたものである。また、特に図示しないが、電池セル１０には、安全弁が設けられている。安全弁は、過充電などの原因により、電池セル１０の内部でガスが生じると、そのガスによる内部圧力の上昇によって、開くように構成された弁である。安全弁が開弁すると、ガスが放出される。

ケース２０は、電池セル１０を収容する部材である。本実施形態では、ケース２０は、収容部材２１と蓋部材２２とから構成されている。収容部材２１は、電池セル１０を収容する箱状に形成された部材である。蓋部材２２は、収容部材２１の開口を塞ぐ部材である。電池セル１０を収容した収容部材２１の開口は、蓋部材２２で蓋がされている。これらの収容部材２１と、蓋部材２２とを固定する方法は、特に限定はなく、例えば、ネジなどの固定部材で固定したり、爪部を設けて係合させたり、かしめることで固定することができる。

また、ケース２０の上部には、コネクター２５が設けられている。コネクター２５は、ワイヤーハーネス２６が接続される端子である。コネクター２５は、電池セル１０に接続されており、ワイヤーハーネス２６はコネクター２５を電池セル１０に接続される。

このようなケース２０では、収容部材２１と蓋部材２２との境界部５０を有する。具体的には、境界部５０は、収容部材２１の開口と、蓋部材２２とが接触した部分である。このような境界部５０は、ケース２０内に収容された電池セル１０で生じたガスが、ケース２０の外部へ漏出する流路となる。すなわち、当該ガスは、境界部５０を経由してケース２０の外部へ漏出することとなる。なお、このような境界部５０は、請求項に記載する「電池セルで生じたガスをケースの外部へ放出させるガス放出部」に該当する。

カバー３０は、ケース２０に着脱可能であり、ケース２０から漏出したガスを所定の場所、例えば車室外へ排出させるための部材である。カバー３０をケース２０に取り付ける構造は、図示しないが、カバー３０に設けた爪部を、ケース２０の表面に設けた凹部に係合させる構造が挙げられる。もちろん、このような構造に限らず、ネジなどの固定部材により固定する構造であってもよい。

本実施形態では、カバー３０は、ケース２０の上部を覆う構成としてある。具体的には、カバー３０は、ケース２０の上部側に向けて開口した箱状の部材であり、第１カバー３１、第２カバー３２、第３カバー３３を備えている。第１カバー３１及び第２カバー３２はカバー３０の側面を構成し、第３カバー３３はカバー３０の底面を構成する。

第１カバー３１は、平面視においてコの字型（Ｕ字型）の部材である。具体的には、第１カバー３１は、長方形の板状に形成された第１側面部３１ａ、第２側面部３１ｂ、及び第３側面部３１ｃを備え、第１側面部３１ａの両端のそれぞれに第２側面部３１ｂ及び第３側面部３１ｃが設けられた構造を有している。このような第１カバー３１は樹脂等から一体的に形成されているが、特に材料に限定はない。

第２カバー３２及び第３カバー３３は、長方形の板状に形成された部材である。第２カバー３２は、両端のそれぞれが第２側面部３１ｂ及び第３側面部３１ｃの側端部に取り付け可能となっている。第３カバー３３は、第１カバー３１及び第２カバー３２の上端部に取り付け可能となっている。これらのカバー３０を取り付けるための具体的な構造は、例えば、爪部を設けて係合させる構造や、ネジなどの固定部材により固定する構造が挙げられる。また、第２カバー３２には、厚さ方向に貫通する排気口３５が設けられている。

第２カバー３２が第１カバー３１に取り付けられることで、平面視において四角形状の枠体となる。この枠体は、枠体内部にケース２０が収容される程度の大きさを有している。第３カバー３３は、第１カバー３１と第２カバー３２とに取り付け可能となっており、前記枠体の上部開口を塞ぐ。このように、第１カバー３１、第２カバー３２、及び第３カバー３３を組み立てることで、一方面に開口した箱状のカバー３０となる。

カバー３０には、ケース２０の表面との間を塞ぐ第１シール４０が設けられている。第１シール４０は、請求項に記載のシールに該当するものである。本実施形態では、第１シール４０は、カバー３０の開口部に沿って、環状に形成されている。より具体的には、第１シール４０は、第１カバー３１に設けられた第１シール部４０ａと、第２カバー３２に設けられた第２シール部４０ｂとから構成されている。

第１カバー３１と第２カバー３２とが取り付けられて枠体となると、第１シール部４０ａと第２シール部４０ｂとが連結して、環状の第１シール４０となる。第１シール４０は、カバー３０の開口と、カバー３０に収容されたケース２０との間を塞ぐシールとして機能する。

また、カバー３０には、第１カバー３１及び第２カバー３２の上部と、第３カバー３３との間を塞ぐ第２シール３６が設けられている。第２シール３６は、第１カバー３１と第２カバー３２とで構成される枠体の上部開口に沿って環状に形成されている。このような第２シール３６により、前記枠体と第３カバー３３との間がシールされる。

第１シール４０及び第２シール３６は、エチレン－プロピレン－ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）を用いることが好ましいが、これに限定されない。電池セル１０で発生したガスに対するシール性を確保できる材料であればよい。

カバー３０をケース２０に取り付けた状態では、ケース２０の上部はカバー３０に収容され、第１シール４０により、カバー３０とケース２０との隙間がシールされる。このように取り付けられた状態では、ケース２０、カバー３０及び第１シール４０により空間Ｓが画成されている。

空間Ｓの内部には、ケース２０の上部が収容されるとともに、ケース２０の境界部５０が配置されている。このような空間Ｓには、電池セル１０で生じたガスがケース２０の境界部５０から流入する。空間Ｓには、排気口３５を介してダクト３７が接続されている。ダクト３７は、排気口３５と、図示しない車室外とを連結する流路である。このため、空間Ｓに流入したガスは、ダクト３７を介して車室外へ排出される。

なお、コネクター２５に取り付けられたワイヤーハーネス２６は、ケース２０の外部に引き出されている。ワイヤーハーネス２６は、第２シール３６と第３カバー３３とに挟まれているので、ワイヤーハーネス２６の近傍においても第２シール３６により空間Ｓのシールが確保されている。

以上に説明した電池モジュール１は、電池セル１０を収容したケース２０に着脱可能なカバー３０を備える。このカバー３０は、電池セル１０で生じたガスを車室外へ排出するための排ガス機構として機能する。すなわち、カバー３０は、ケース２０とで空間Ｓを形成し、空間Ｓには、ケース２０の境界部５０が配置される。このような構成の電池モジュール１では、電池セル１０で生じたガスは、境界部５０から空間Ｓに流入し、ダクト３７を介して車室外へ排出される。すなわち、ガスが空間Ｓから車室内に漏れ出すことを防止することができる。

そして、カバー３０は、ケース２０に対して着脱されるので、電池セル１０の形状や配置によらない構成である。したがって、ケース２０の内部に収容される電池セル１０の形状や配置が異なっても、カバー３０は替える必要がない。このようにカバー３０の汎用性が高まるので、電池モジュール１のコストを低減することができる。

図３は、電池セル１０でガスが生じたときの電池モジュール１を示している。同図に示すように、電池セル１０で生じたガスは境界部５０を通り、空間Ｓに流入する。このため、空間Ｓの圧力は上昇し、その圧力により、カバー３０の第３カバー３３が上方へ突出するよう変形する。このように第３カバー３３が変形すると、第３カバー３３と、第１カバー３１及び第２カバー３２との境界部分（第２シール３６の近傍）を支点として、カバー３０の開口が狭まるような力Ｆが第１カバー３１及び第２カバー３２に作用する。

カバー３０の開口が狭まることで、第１シール４０は、ケース２０により強く密着するようになるため、空間Ｓのシール性をより一層向上させることができる。このように、本実施形態の電池モジュール１は、箱状のカバー３０を備え、カバー３０の側面（第１カバー３１及び第２カバー３２）と、ケース２０の側面との間を第１シール４０が塞ぐ構成とすることで、ガスの発生時に、シール性をより一層向上させることができる。

また、カバー３０の底面である第３カバー３３は、側面である第１カバー３１及び第２カバー３２よりも変形し易いことが好ましい。具体的には、第３カバー３３の厚さを、第１カバー３１及び第２カバー３２の厚さよりも薄くすることが挙げられる。他にも、第３カバー３３の剛性を、第１カバー３１及び第２カバー３２の剛性よりも低くすることが挙げられる。

このようなカバー３０によれば、ガスの発生時に、第３カバー３３を図３に示したようにより変形させやすくすることができる。このように第３カバー３３を上方に突出するように変形し易くすることで、ガス発生時のシール性をより一層向上させることができる。

図１及び図４に示すように、カバー３０をケース２０に取り付ける際には、コの字型の第１カバー３１を水平方向（ケース２０の接地面に平行な方向）に移動させてケース２０に取り付ける。次に、平板状の第２カバー３２を水平移動させてケース２０に取り付けるともに、第１カバー３１にも取り付ける。このように第１カバー３１及び第２カバー３２を水平移動させる際には、それらに設けられた第１シール４０がケース２０のシールラインに接触するように位置を調整する。

シールラインとは、境界部５０が空間Ｓに配置されるようにシールされるべきケース２０の一部分である。具体的には、ケース２０のうち、境界部５０より下側（カバー３０が取り付けられる上側とは反対側）の部分がシールラインとなっている。

図４に示すように、第２カバー３２は、ケース２０の側面に向かい水平方向に移動しながら取り付けられる。第１カバー３１も同様であるので図示は省略してある。このため、第１シール４０は、ケース２０のシールラインにほぼ垂直に接触させることができる。

詳細は後述するが、図６に示すように、カバー３０を水平方向ではなく、垂直方向（ケース２０の接地面に垂直な方向）に移動させてケースに取り付ける場合、第１シール４０はケース２０の側面を擦るようにして移動する。このため、第１シール４０の端部側が屈曲してしまい、シールラインにあわせることが難しい。ケース２０の側面に、強度を向上させるなどの目的でリブ２７などの構造物が設けられている場合では、このような第１シール４０の屈曲は顕著に生じ得る。

しかしながら、図４に示すように、第１カバー３１及び第２カバー３２は、互いに着脱可能であるため、ケース２０に水平方向から取り付けることができる。これにより、第１シール４０がケース２０の側面を擦って変形することを抑制し、シールラインにより確実に接触させることができる。上述したようなリブ２７がケース２０に設けられていても、リブ２７によって屈曲することも回避できる。

〈実施形態２〉
図５及び図６を用いて、電池モジュール１Ａについて説明する。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図５に示すように、本実施形態の電池モジュール１Ａは、箱状のカバー３０Ａを備えている。カバー３０Ａは、実施形態１のカバー３０のように複数の部材が着脱可能に構成されたものではなく、一体成形されたものである。カバー３０Ａには、開口部に沿って環状の第１シール４０Ａが設けられている。第１シール４０Ａは、カバー３０Ａの側面と、ケース２０の表面との間を塞いでいる。

このような構成の電池モジュール１Ａは、実施形態１の電池モジュール１と同様の作用効果を奏する。すなわち、電池セル１０で生じたガスは、境界部５０を通り空間Ｓに流入し、ダクト３７を介して車室外へ排出される。すなわち、ガスが空間Ｓから車室内に漏れ出すことを防止することができる。

また、カバー３０Ａは、ケース２０に対して着脱されるので、電池セル１０の形状や配置によらない構成である。したがって、ケース２０の内部で用いられる電池セル１０の形状や配置が異なっても、カバー３０Ａは替える必要がない。このようにカバー３０の汎用性が高まるので、電池モジュール１のコストを低減することができる。

図６に示すように、カバー３０Ａをケース２０に取り付ける際には、カバー３０Ａの開口部をケース２０に向け、垂直方向に移動させてカバー３０Ａに取り付ける。第１シール４０Ａは、ケース２０の表面やリブ２７などの構造物を擦りながら移動する。このため、第１シール４０Ａは変形し、シールラインに接触させにくいものの、カバー３０Ａの位置を調整することで第１シール４０Ａにシールラインをシールさせることが可能である。

〈実施形態３〉
図７を用いて、電池モジュール１Ｂについて説明する。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

実施形態１では、電池セル１０で生じたガスをケース２０の外部へ放出させるガス放出部の一例として、ケース２０を構成する収容部材２１と蓋部材２２との境界部５０を示した。ガス放出部は、このような境界部５０に限られない。例えば、収容部材２１（図２参照）と蓋部材２２（図２参照）とを接着や溶着などで密閉状態にした箱状のケース２０Ｂに、ガスが流通する貫通孔５０Ｂを設けてガス放出部としてもよい。

また、実施形態１の第１シール４０（図２参照）のように、カバー３０の側面とケース２０の側面とをシールする構成に限定されない。図７に示すように、ガス放出部である貫通孔５０Ｂがケース２０Ｂの上部に設けられている場合では、カバー３０Ｂの開口部と、ケース２０Ｂの上面との間に、開口部に沿って環状の第１シール４０Ｂを設けてもよい。

〈他の実施形態〉
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、各実施形態で説明した電池モジュールは、電動車両の車室に配置されるが、配置や用途に特に限定はない。また、ケースに収容される電池セルの個数に特に限定はない。

Ｓ…空間、１、１Ａ、１Ｂ…電池モジュール、１０…電池セル、２０、２０Ｂ…ケース、３０、３０Ａ…カバー、４０、４０Ａ、４０Ｂ…第１シール（シール）、５０…境界部（ガス放出部）、５０Ｂ…貫通孔（ガス放出部）

Claims (3)

1. 電池セルと、
   前記電池セルを収容するケースと、
   前記ケースに着脱可能なカバーと、を備える電池モジュールであって、
   前記ケースは、前記電池セルで生じたガスを前記ケースの外部へ放出させるガス放出部を有し、
   前記カバーには、前記ケースの表面との間を塞ぐシールが設けられ、
   前記ガス放出部は、前記ケース、前記カバー、及び前記シールで画成された空間内に配置され、
   前記カバーは、一方に開口した箱状に形成され、
   前記カバーの内部に、前記ケースの上部が収容され、
   前記カバーの側面には、前記ケースの側面との間を塞ぐ前記シールが設けられている
   ことを特徴と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、
   前記カバーは、底面が側面よりも変形し易い
   ことを特徴とする電池モジュール。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電池モジュールにおいて、
   前記カバーは、側面を構成する第１カバー及び第２カバーと、底面を構成する第３カバーとを備え、
   少なくとも前記第１カバー及び前記第２カバーは、互いに着脱可能である
   ことを特徴とする電池モジュール。

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