(57)【要約】【課題】電池セルの変形を抑制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、積層体１０と一対のエンドプレート４０とを備えている。積層体１０は、複数の角型電池セル１１が積層されて構成されている。一対のエンドプレート４０は、対向面４１を各々有する。対向面４１は、積層体１０の積層方向ＤＲ１における積層体１０の両側に配置されている。対向面４１は、積層方向ＤＲ１における最も端の角型電池セル１１に対向し積層方向ＤＲ１に直交して延在している。最も端の角型電池セル１１と対向面４１との間に、最も端の角型電池セル１１と対向面４１とのいずれか一方からいずれか他方に向かって突出する突出部２０が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の角型電池セルが積層された積層体と、
前記積層体の積層方向における前記積層体の両側に配置され、前記積層方向における最も端の角型電池セルに対向し前記積層方向に直交して延在する対向面を各々有する一対のエンドプレートと、を備え、
前記最も端の角型電池セルと前記対向面との間に、前記最も端の角型電池セルと前記対向面とのいずれか一方からいずれか他方に向かって突出する突出部が配置されている、電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
積層体の両端に配置された一対のエンドプレート同士を互いに連結して積層方向に荷重を付加する電池モジュールに関する技術が、たとえば特開２０１７−４６９３号公報（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−４６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
積層方向における電池モジュールの長さが長くなると、電池モジュールは撓みやすくなる。積層方向における最も端の電池セルがエンドプレートに固定されている場合、車両走行時における振動等により電池モジュールが撓むと、最も端の電池セルとその隣りの電池セルとが干渉する可能性がある。干渉した電池セルが変形すると、電池セルの密閉性が確保できなくなることがある。
【０００５】
本開示では、電池セルの変形を抑制できる電池モジュールが提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る電池モジュールは、積層体と一対のエンドプレートとを備えている。積層体は、複数の角型電池セルが積層されて構成されている。一対のエンドプレートは、積層体の積層方向における積層体の両側に配置されている。一対のエンドプレートは、対向面を各々有している。対向面は、積層方向における最も端の角型電池セルに対向している。対向面は、積層方向に直交して延在している。最も端の角型電池セルと対向面との間に、最も端の角型電池セルと対向面とのいずれか一方からいずれか他方に向かって突出する突出部が配置されている。
【０００７】
上記の電池モジュールによると、積層方向における最も端の角型電池セルおよびその隣の角型電池セルの干渉を抑制することができる。これにより、上記最も端の角型電池セルおよびその隣の角型電池セルの変形を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に従えば、電池セルの変形を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に従う電池モジュールの概略断面図である。
【図２】突出部およびエンドプレートの概略図である。
【図３】最端角型電池セルおよび突出部の正面図である。
【図４】図３中のＩＶ方向から見た際の最端角型電池セルおよび突出部の右側面図である。
【図５】実施の形態１の積層体の撓んだ状態の概略図である。
【図６】実施の形態２の最端角型電池セルおよび突出部の正面図である。
【図７】実施の形態３の最端角型電池セルおよび突出部の右側面図である。
【図８】実施の形態４の最端角型電池セルおよび突出部の正面図である。
【図９】図８中のＩＸ方向から見た際の最端角型電池セルおよび突出部の右側面図である。
【図１０】実施の形態５の最端角型電池セルおよび突出部の右側面図である。
【図１１】実施の形態５の突出部の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本開示の実施の形態を説明する。以下の実施の形態において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１１】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に従う電池モジュール１の概略断面図である。電池モジュール１は、ハイブリッド自動車に搭載されている。電池モジュール１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関とともに、ハイブリッド自動車の動力源とされている。電池モジュール１は、車両の床下に配置されている。別の例として、電池モジュール１は、電気自動車または燃料電池自動車に搭載されている。
【００１２】
電池モジュール１は、積層体１０と、一対の突出部２０と、フレーム３０と、一対のエンドプレート４０とを備えている。積層体１０は、複数の角型電池セル１１を含んでいる。積層体１０は、複数の角型電池セル１１が積層されて構成されている。
【００１３】
図１中に矢印で示された積層方向ＤＲ１は、複数の角型電池セル１１が積層されている方向である。上下方向ＤＲ２は、角型電池セル１１の高さ方向であり、積層方向ＤＲ１と直交する方向である。
【００１４】
角型電池セル１１は、上方が開口するケース状の筐体１２、蓋部１３、および接合部１４を含んでいる。蓋部１３は、筐体１２の開口を閉塞している。蓋部１３および筐体１２は、接合部１４において接合されている。蓋部１３および筐体１２は、たとえば溶接で接合されている。
【００１５】
筐体１２は、一対の側面１２ａ、および下面１２ｂを有している。側面１２ａは、筐体１２の積層方向ＤＲ１に向く面である。側面１２ａは、上下方向ＤＲ２に延在している。下面１２ｂは、側面１２ａに直交して設けられている。下面１２ｂは、筐体１２の底面を構成している。
【００１６】
一対のエンドプレート４０は、積層方向ＤＲ１における積層体１０の両側に配置されている。一対のエンドプレート４０は、対向面４１を各々有している。対向面４１は、積層方向ＤＲ１における最も端の角型電池セル（以下、最端角型電池セル１１ａとする）に対向している。対向面４１は、最端角型電池セル１１ａの一方の側面１２ａと対向している。対向面４１は、上下方向ＤＲ２に延在している。対向面４１は、積層方向ＤＲ１に直交して延在している。
【００１７】
積層方向ＤＲ１における最も端から二番目の角型電池セル１１を、隣接角型電池セル１１ｂと称する。隣接角型電池セル１１ｂは、最端角型電池セル１１ａと隣り合って配置されている。隣接角型電池セル１１ｂは、最端角型電池セル１１ａの他方の側面１２ａと対向している。
【００１８】
最端角型電池セル１１ａと対向面４１との間に、突出部２０が配置されている。突出部２０は、対向面４１から最端角型電池セル１１ａに向かって突出している。一対のエンドプレート４０は、突出部２０を介して、積層体１０を挟んで固定している。これにより、積層体１０が積層方向ＤＲ１に拘束されている。突出部２０の詳細は後述する。
【００１９】
フレーム３０は、積層体１０、突出部２０、および一対のエンドプレート４０を取り囲んでいる。フレーム３０は、下面部３２と、下面部３２の積層方向ＤＲ１における両端に設けられる一対の側面部３１とを含んでいる。側面部３１は、下面部３２に直交して設けられている。エンドプレート４０は、側面部３１に固定されている。下面部３２は、フレーム３０の底面を構成している。積層体１０は、下面部３２に載せ置かれている。角型電池セル１１の下面１２ｂは、下面部３２に接触している。
【００２０】
図２は、突出部２０およびエンドプレート４０の概略図である。図２では、積層体１０を固定する前における突出部２０およびエンドプレート４０を示している。突出部２０は、対向面４１に設けられている。突出部２０は、対向面４１から突出している。突出部２０は、エンドプレート４０と一体の構成（エンドプレート４０の一部分）であってもよいし、エンドプレート４０と別構成であってもよい。
【００２１】
突出部２０は、先端２０ａを含んでいる。先端２０ａは、球面の一部形状を有しており、湾曲面である。先端２０ａは、突出部２０のうち突出面（対向面４１）から最も離れている部分である。先端２０ａは、突出部２０の突出高さを規定するにあたって基準となる部分である。突出高さは、突出部２０が突出する方向における、突出面から先端２０ａまでの長さである。実施の形態１における突出高さは、積層方向ＤＲ１における、先端２０ａから対向面４１までの長さである（図２中に示す距離ｄ）。
【００２２】
図３は、最端角型電池セル１１ａおよび突出部２０の正面図である。図４は、図３中のＩＶ方向から見た際の最端角型電池セル１１ａおよび突出部２０の右側面図である。図４中に矢印で示された奥行方向ＤＲ３は、積層方向ＤＲ１および上下方向ＤＲ２に直交する方向である。筐体１２の側面１２ａは、上下方向ＤＲ２および奥行方向ＤＲ３に延在している。
【００２３】
図３および図４中の高さｈは、上下方向ＤＲ２における、筐体１２の下面１２ｂから接合部１４までの長さを示している。図３中の中心線Ｃ１は、積層方向ＤＲ１に平行であって上下方向ＤＲ２における側面１２ａの中央（上下方向ＤＲ２における下面１２ｂからの長さがｈ／２の位置）を通る線である。図４中の中心線Ｃ２は、上下方向ＤＲ２に平行であって奥行方向ＤＲ３における側面１２ａの中央を通る線である。図４中の中心線Ｃ３は、奥行方向ＤＲ３に平行であって上下方向ＤＲ２における側面１２ａの中央（上下方向ＤＲ２における下面１２ｂからの長さがｈ／２の位置）を通る線である。
【００２４】
実施の形態１において、突出部２０は球である。突出部２０は、奥行方向ＤＲ３における筐体１２の中央に設けられている。突出部２０は、中心線Ｃ２に対して対称の形状を有している。突出部２０をなす球の中心は、図４においては中心線Ｃ２上に位置している。突出部２０は、先端２０ａにおいて、側面１２ａと接触している。先端２０ａは、側面１２ａに向かって凸の湾曲面形状を有している。先端２０ａは、中心線Ｃ１，Ｃ３よりも下方に設けられている。
【００２５】
先端２０ａの上方には、先端２０ａと連なる湾曲面２１が設けられている。湾曲面２１は、突出部２０の先端２０ａから上方へ向かって湾曲している。湾曲面２１は、最端角型電池セル１１ａに向かって凸の湾曲面形状を有している。実施の形態１では、突出部２０が球であるため、先端２０ａと湾曲面２１とは一定の同一の曲率を有している。実施の形態１における突出部２０の突出高さは、突出部２０の直径ｂと同じである。
【００２６】
実施の形態１において、エンドプレート４０の対向面４１と最端角型電池セル１１ａの側面１２ａとの間に突出部２０を配置することにより、対向面４１と側面１２ａとの間であって、突出部２０の上方に隙間２５が形成される。積層方向ＤＲ１における隙間２５の幅は、突出部２０の直径ｂと同じである。
【００２７】
図３に示すように、振動時において最端角型電池セル１１ａが上下方向ＤＲ２に対して傾く最大の角度をθ、上下方向ＤＲ２における蓋部１３の上方の端部から先端２０ａまでの長さをａとすると、突出部２０の直径ｂは、ｂ≧ａ×ｔａｎθを満たすことが好ましい。
【００２８】
筐体１２の耐力をσ、筐体１２の側面１２ａのうち先端２０ａに対向する部分に負荷される荷重をＦとすると、突出部２０と側面１２ａとの接触面積（先端２０ａの面積）Ｓは、Ｓ＜σ／Ｆの関係を満たしている。
【００２９】
（作用効果）
図５は、実施の形態１の積層体１０の撓んだ状態の概略図である。車両に搭載された電池モジュール１は、車両走行時に上下方向ＤＲ２に振動する。この振動により、積層方向ＤＲ１に固定されている積層体１０が、上下方向ＤＲ２において撓む。積層体１０が全体として扇状に広がるように、複数の角型電池セル１１が変位する。最端角型電池セル１１ａは、エンドプレート４０に向かって倒れるように傾く。
【００３０】
対向面４１と側面１２ａとの間に隙間２５を形成することにより、振動により最端角型電池セル１１ａがエンドプレート４０に向かって傾く際の積層方向ＤＲ１における逃げ代を確保することができる。
【００３１】
振動により積層体１０が撓んだ場合、隣接角型電池セル１１ｂが最端角型電池セル１１ａに向かって傾斜しても、最端角型電池セル１１ａは隙間２５に向かって傾斜して逃げられるため、最端角型電池セル１１ａおよび隣接角型電池セル１１ｂ（以下、両角型電池セル１１ａ，１１ｂ）の干渉を抑制できる。したがって、両角型電池セル１１ａ，１１ｂにかかる負荷を抑制できる。
【００３２】
そのため、両角型電池セル１１ａ，１１ｂの変形を抑制することができる。両角型電池セル１１ａ，１１ｂの密閉性を確保できるので、両角型電池セル１１ａ，１１ｂの液枯れによる性能低下を抑制することができる。
【００３３】
先端２０ａから上方に向かって湾曲する湾曲面２１が突出部２０に設けられていることにより、最端角型電池セル１１ａが湾曲面２１に沿って変位することができ、最端角型電池セル１１ａを滑らかに傾斜できる。最端角型電池セル１１ａが傾斜するときの突出部２０と側面１２ａとの接触面圧を低減でき、側面１２ａに作用する応力を抑制できるので、最端角型電池セル１１ａの変形を抑制することができる。
【００３４】
図３に示すように、突出部２０の直径ｂがｂ≧ａ×ｔａｎθを満たすことにより、振動により最端角型電池セル１１ａが傾いた際に、最端角型電池セル１１ａが隙間２５に確実に逃げることができる。最端角型電池セル１１ａとエンドプレート４０との接触を回避できるので、最端角型電池セル１１ａの変形を確実に抑制することができる。
【００３５】
最端角型電池セル１１ａの傾きの起点となる先端２０ａが中心線Ｃ１よりも下方に設けられていることにより、最端角型電池セル１１ａの逃げ代となる隙間２５を突出部２０の上方に確保できるので、最端角型電池セル１１ａを確実に傾斜させることができる。
【００３６】
［実施の形態２］
図６は、実施の形態２の最端角型電池セル１１ａおよび突出部２０の正面図である。実施の形態１と異なり、実施の形態２の突出部２０は半球である。半球は、球をその中心を通る割平面によって二分したものの一方であり、実施の形態２の突出部２０は、割平面２０ｂを有している。割平面２０ｂは、エンドプレート４０と接している。実施の形態２の突出部２０の先端２０ａをなす半球面の直径をｂ１とすると、ｂ１≧ａ×ｔａｎθを満たす。積層方向ＤＲ１における割平面２０ｂから先端２０ａまでの長さは、ｂ１／２である。
【００３７】
突出部２０に割平面２０ｂが設けられていることにより、突出部２０とエンドプレート４０との接触面積が大きくなり、エンドプレート４０に対する突出部２０の位置が安定する。突出部２０を半球とすることで、突出部２０の積層方向ＤＲ１の寸法を小さくできるので、積層方向ＤＲ１における電池モジュール１の長さを小さくすることができる。
【００３８】
［実施の形態３］
図７は、実施の形態３の最端角型電池セル１１ａおよび突出部２０の右側面図である。実施の形態３の突出部２０は、円柱状の形状を有している。突出部２０は、円柱の高さ方向が奥行方向ＤＲ３に延びる形状を有している。突出部２０は、奥行方向ＤＲ３における側面１２ａの一端から他端に亘って設けられている。側面１２ａの一端に円柱の底面があり、側面１２ａの他端に円柱の上面がある。実施の形態３における突出部２０と側面１２ａとの接触面積Ｓは、実施の形態１における接触面積Ｓよりも大きい。
【００３９】
突出部２０が、奥行方向ＤＲ３に亘って最端角型電池セル１１ａを支えることにより、最端角型電池セル１１ａがエンドプレート４０に向かって安定して傾くことができる。
【００４０】
［実施の形態４］
図８は、実施の形態４の最端角型電池セル１１ａおよび突出部２０の正面図である。図９は、図８中のＩＸ方向から見た際の最端角型電池セル１１ａおよび突出部２０の右側面図である。
【００４１】
実施の形態４の突出部２０は、楕円柱状の形状を有している。突出部２０は、楕円柱の高さ方向が奥行方向ＤＲ３に延びる形状を有している。突出部２０は、奥行方向ＤＲ３における側面１２ａの一端から他端に亘って設けられている。側面１２ａの一端に楕円柱の底面があり、側面１２ａの他端に楕円柱の上面がある。実施の形態４の湾曲面２１は、先端２０ａから上方へ向かって湾曲しており、先端２０ａから上方へ向かうほど曲率が大きくなる。実施の形態４の湾曲面２１の曲率は、一定値ではない。
【００４２】
先端２０ａから離れるにつれて曲率が次第に大きくなる湾曲面２１が設けられていることにより、最端角型電池セル１１ａが傾斜する動きがより滑らかになる。
【００４３】
［実施の形態５］
図１０は、実施の形態５の最端角型電池セル１１ａおよび突出部２０の右側面図である。実施の形態５において、実施の形態４と同様に、突出部２０は、高さ方向が奥行方向ＤＲ３に延びる楕円柱状の形状を有している。実施の形態５の突出部２０の楕円柱の高さは、実施の形態４と比較してはるかに小さい。実施の形態５の突出部２０は、実施の形態４の突出部２０の一部を高さ方向に細分した形状を有している。２つの突出部２０が、奥行方向ＤＲ３に並んで配置されている。突出部２０は、中心線Ｃ２に対して対称に配置されている。
【００４４】
図１１は、実施の形態５の突出部２０の変形例を示す図である。図１１に示すように、３つまたはそれ以上の突出部２０が、奥行方向ＤＲ３に並んで配置されていてもよい。奇数個の突出部２０が奥行方向ＤＲ３に並んで配置されている場合、突出部２０の１つが、奥行方向ＤＲ３における中央、すなわち中心線Ｃ２上に配置され、その突出部２０に対して対称に残りの突出部２０が配置される。偶数個の突出部２０が奥行方向ＤＲ３に並んで配置されている場合、突出部２０は、中心線Ｃ２に対して対称に配置される。
【００４５】
上記構成とすることにより、突出部２０が奥行方向ＤＲ３の複数箇所で最端角型電池セル１１ａを支える構造を実現でき、最端角型電池セル１１ａをエンドプレート４０に向かって安定して傾かせることが可能になる。加えて、実施の形態４と比較した場合の突出部２０の材料費を低減することができる。
【００４６】
（その他）
実施の形態において、最端角型電池セル１１ａに冷却板等の介在物が設けられている構成であってもよい。最端角型電池セル１１ａおよび上記介在物が一体となって傾く構成である場合に、実施の形態と同様に、両角型電池セル１１ａ，１１ｂの干渉を抑制する効果が得られる。
【００４７】
突出部２０は、エンドプレート４０の対向面４１から突出している構成に限られない。たとえば、突出部２０が最端角型電池セル１１ａに設けられており、最端角型電池セル１１ａからエンドプレート４０に向かって突出部２０が突出している構成であってもよい。この場合において、突出部２０は、最端角型電池セル１１ａと一体の構成（最端角型電池セル１１ａの一部分）であってもよいし、最端角型電池セル１１ａと別構成であってもよい。突出部２０は、最端角型電池セル１１ａと対向面４１とのいずれか一方からいずれか他方に向かって突出する構成であればよい。
【００４８】
突出部２０は、実施の形態と同形状の先端２０ａを含み、湾曲面２１に代えて、先端２０ａから上方に向かって突出部２０が突出する突出面（実施の形態１では対向面４１）に近づく方向に延びる平面を含む構成であってもよい。
【００４９】
今回開示された実施の形態は全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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１  電池モジュール、１０  積層体、１１  角型電池セル、１１ａ  最端角型電池セル、１１ｂ  隣接角型電池セル、１２  筐体、１２ａ  側面、１２ｂ  下面、１３  蓋部、１４  接合部、２０  突出部、２０ａ  先端、２１  湾曲面、２５  隙間、３０  フレーム、３１  側面部、３２  下面部、４０  エンドプレート、４１  対向面、ＤＲ１  積層方向、ＤＲ２  上下方向、ＤＲ３  奥行方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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