JP5892148B2 - 電池モジュールユニット - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールユニットに関する。

従来より、電池モジュールとして、高電圧及び高出力な電源を確保するために、複数の電池セルを備えた電池モジュールが知られている。このような電池モジュールとして、複数の電池セルが並設された構造が知られており、電池モジュールは、電池セルの並設方向の両端側から、一対のエンドプレートで把持される。また、隣り合う電池セルの間に両面接着テープを配置することで、電池セルの位置ずれ抑制や放熱、絶縁を図る技術が知られている。

上述した電池セルの間に両面接着テープを配置した電池モジュールにおいては、両端に位置するエンドプレートと、エンドプレートの隣に位置する電池セルとの間にも、両面接着テープを配置することで、電池モジュールの脱落防止が図られる。

しかしながら、電池モジュールの構成部品の交換や位置の再調整をする作業（以下、リワークと称す。）の際に、電池モジュールからエンドプレートを外す必要があり、エンドプレートとエンドプレートの隣に位置する電池セルとの間に配置した両面接着テープの粘着特性によっては、電池モジュールからエンドプレートを外しにくくなる場合があり、この場合にはリワークの作業性が低下してしまう。

すなわち、本発明は、電池モジュールの脱落を防止しつつ、リワークの作業性を向上させた電池モジュールユニットを提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る電池モジュールユニットは、電池セルを含む電池ユニットが複数並設された電池モジュールと、電池モジュールを、電池ユニットの並設方向の両端側から把持する、一対のエンドプレートと、電池モジュールと一対のエンドプレートとの間のそれぞれに配置された第１の両面接着テープとを備え、第１の両面接着テープとエンドプレートとの接着力および第１の両面接着テープと電池モジュールとの接着力が、電池モジュールに作用する慣性力の半分の値以上であり、第１の両面接着テープとエンドプレートとの接着力の値は、第１の両面接着テープと電池モジュールとの接着力の値と異なる。

上記電池モジュールユニットにおいては、第１の両面接着テープとエンドプレートとの接着力が、電池モジュールの把持に最低限必要な大きさ以上に設計されているため、通常の把持状態において電池モジュールが脱落することはない。加えて、第１の両面接着テープは、エンドプレートとの接着力の値と電池モジュールとの接着力の値とが異なるように設計されているため、リワークの際に、電池モジュールおよびエンドプレートのうちの接着力の値が小さい方を、第１の両面接着テープから容易に剥がすことができ、リワークの作業性が向上している。

本発明の一形態に係る電池モジュールユニットは、電池セルを含む電池ユニットが複数並設された電池モジュールと、電池モジュールを、電池ユニットの並設方向の両端側から把持する、一対のエンドプレートと、電池モジュールと一対のエンドプレートとの間のそれぞれに配置された第１の両面接着テープとを備え、第１の両面接着テープとエンドプレートとの接着力および第１の両面接着テープと電池モジュールとの接着力が、電池モジュールに作用する慣性力の半分の値以上かつ慣性力の半分の値近傍である。

上記電池モジュールユニットにおいては、第１の両面接着テープのエンドプレートに対する接着力が、電池モジュールの把持に最低限必要な大きさ以上かつ最低限必要な大きさ近傍に設計されている。そのため、通常の把持状態において電池モジュールが脱落することはなく、かつ、リワークの際にはエンドプレートを電池モジュールから容易に剥がすことができる。

また、第１の両面接着テープのエンドプレートに対する接着力と、第１の両面接着テープの電池ユニットに対する接着力とが異なる態様であってもよい。

さらに、隣り合う電池ユニットの間にそれぞれ配置された第２の両面接着テープを備え、第２の両面接着テープと第１の両面接着テープとは、粘着特性が同じである同一種類のテープで構成されている態様であってもよい。

本発明によれば、電池モジュールの脱落を防止しつつ、リワークの作業性を向上させた電池モジュールユニットが提供される。

図１は、本発明の一態様に係る電源装置の電池モジュールユニットを示した概略斜視図である。 図２は、図１の電源装置の電池モジュールユニットの概略平面図ある。 図３は、電池ユニットの分解斜視図である。 図４は、図２の平面図をさらに概略化した平面図である。 図５は、電池モジュールに負荷される力を示した図である。 図６は、両面接着テープの粘着力と温度との関係を示したグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

まず、図１、図２および図３を参照しつつ、電源装置の電池モジュールユニット１について説明する。

図１に示すように、電源装置の電池モジュールユニット１は、電池モジュール１０を備えている。この電池モジュール１０は、並設された複数（図では７つ）の電池ユニット１４により構成されている。

電源装置の電池モジュールユニット１は、さらに、電池モジュール１０の電池ユニット１４の並設方向両端に一対のエンドプレート１６を備えており、一対のエンドプレート１６により複数の電池ユニット１４が拘束されている。一対のエンドプレート１６は、たとえば、一方のエンドプレート１６に挿通されて他方のエンドプレート１６の向きに延びる４本のボルト１９Ａ〜１９Ｄが、各電池ユニット１４および他方のエンドプレート１６を挿通して、他方のエンドプレート１６側でナットに螺合されることで固定される。各エンドプレート１６には、固定部材１８が固定されている。各エンドプレート１６は、高い剛性が求められるため、鉄で構成されている。

電池モジュール１０は、図２に示すように、鉛直方向に延びる壁Ｗに固定部材１８を介して片持ち支持されるように固定される。

各電池ユニット１４は、図３に示すように、電池セル２０と、樹脂ホルダ２８と、伝熱プレート３０とによって構成されている。

電池セル２０は、ケース２１と、ケース２１内に収容された図示しない電極組立体と、ケース２１に設けられた電極組立体に接合される一対の端子２４とを備えている。ケース２１は、導電材料（たとえば、アルミニウム）で構成されており、有底角筒状のケース本体部２２とケース本体部２２の開口を覆う蓋板２３とを有する。ケース本体部２２は、矩形平板状の底板２２ａと、底板２２ａの４つの辺から立設する４つの側面２２ｂ〜２２ｅとからなる。以下、説明の便宜上、４つの側面２２ｂ〜２２ｅのうち、電池ユニット１４の並設方向と交わる２つの側面を第１側面２２ｂ、第２側面２２ｃと称し、他の２つの側面を第３側面２２ｄ、第４側面２２ｅと称する。

一対の端子２４は、電池セル２０の電極組立体の電力を外部に取り出す端子である。本実施の形態では、複数の電池セル２０は、図２に示すように、直列に接続されるよう隣り合う極性の異なる端子２４同士がバスバー２５を介して接続されている。

図３に示すように、樹脂ホルダ２８は、樹脂によって一体成型された枠体であって、蓋板２３上に配置される配線部２８ａと、ケース本体部２２の底板２２ａと対向する底面部２８ｂと、ケース本体部２２の第３側面２２ｄ、第４側面２２ｅと各々対向する一対の立設部２８ｃとを備える。

配線部２８ａは、各端子２４を囲むように立設された周囲壁２９ａと、一対の立設部２８ｃから鉛直方向上方に延びる一対の外壁２９ｂと、周囲壁２９ａを挟んで外壁２９ｂと反対側に設けられた仕切壁２９ｃと、周囲壁２９ａと仕切壁２９ｃとの間にそれぞれ設けられた一対の第１ボルトガイド部２９ｄと、を有する。

仕切壁２９ｃは、電池ユニット１４の並設方向に沿って延在している。仕切壁２９ｃにおける端子２４側には、上述したボルト１９Ａ、１９Ｂを案内するガイド孔２７Ａ、２７Ｂを有する一対の第１ボルトガイド部２９ｄが設けられている。

樹脂ホルダ２８には、さらに、上述したボルト１９Ｃ、１９Ｄを案内するガイド孔２７Ｃ、２７Ｄを有する一対の第２ボルトガイド部２８ｄが、底面部２８ｂと一対の立設部２８ｃ各々とで画成される角部に設けられている。

伝熱プレート３０は、ケース本体部２２の第１側面２２ｂおよび第３側面２２ｄを覆うように配置された、Ｌ字状の金属プレートであり、たとえばアルミニウムで構成されている。この伝熱プレート３０は、第１側面２２ｂを覆う部分において電池セル２０の熱を受け入れて、第３側面２２ｄを覆う部分から壁Ｗに放熱することができる。

上述した樹脂ホルダ２８は、ケース本体部２２の第１側面２２ｂおよび第２側面２２ｃを覆う部分を有していないため、伝熱プレート３０は、樹脂ホルダ２８に保持された電池セル２０の第１側面２２ｂと接する。

なお、電池セル２０の第１側面２２ｂおよび第２側面２２ｃには、その外縁領域を除く全面に、両面接着テープ（第２の両面接着テープ）２６が貼付されている。そのため、伝熱プレート３０は、両面接着テープ２６を介して、電池セル２０の第１側面２２ｂと接着される。図３に示すように、電池セル２０の第２側面２２ｃの側にも、隣接する電池ユニット１４の伝熱プレート３０が存在するため、電池ユニット１４の並設方向の両側に位置する電池セル２０を除く各電池セル２０は、両面接着テープ２６を介して、一対の伝熱プレート３０で挟まれている。

電池モジュールユニット１は、さらに、図４に示すように、電池モジュール１０とエンドプレート１６との間にそれぞれ配置された両面接着テープ２６を備えている。詳述すると、電池モジュール１０における電池ユニット１４の並設方向の一端に位置する電池ユニット（以下、電池ユニット１４Ａと称す。）の伝熱プレート３０の面（以下、第１接着面１０ａと称す。）に両面接着テープ２６が接着され、電池モジュール１０における電池ユニット１４の並設方向の他端に位置する電池ユニット１４（以下、電池ユニット１４Ｂと称す。）の電池セル２０のケース２１の第２側面２２ｃ（以下、第２接着面１０ｂと称す。）に両面接着テープ２６が接着されている。なお、説明の便宜上、以下では、電池モジュール１０とエンドプレート１６との間に配置された両面接着テープ２６を最外テープ（第１の両面接着テープ）２６Ａとも称す。

本実施の形態の最外テープ２６Ａにおいては、エンドプレート１６に接着される面２６ａの粘着力と、電池モジュール１０（電池セル２０、伝熱プレート３０）に接着される面２６ｂの粘着力とが同じになるように設計されている。

一方、エンドプレート１６は上述したように鉄で形成され、電池セル２０のケース２１や伝熱プレート３０は、アルミニウムで形成されている。鉄の表面粗さは、アルミニウムの表面粗さに比べて粗いため、エンドプレート１６における最外テープ２６Ａが接着される面（以下、エンドプレート接着面１６ａと称す。）の表面粗さは、第１接着面１０ａの表面粗さおよび第２接着面１０ｂの表面粗さよりも粗くなっている。なお、エンドプレート接着面１６ａの面積、第１接着面１０ａの面積、第２接着面１０ｂの面積は、全て同じになっている。

ここで、両面接着テープ２６と、両面接着テープ２６が接着される接着部材との接着力Ｊは、主に、両面接着テープ２６の粘着力Ｔ、接着部材における両面接着テープ２６が接着される面の面積Ｕ、接着部材における両面テープ２６が接着される面の表面粗さＶ、等のパラメータから求められる。

したがって、両面接着テープ２６と、両面接着テープ２６が接着される接着部材との接着力Ｊを決定するパラメータの値のうち、たとえ大部分のパラメータの値が同じであっても、一つのパラメータの値が異なるだけで、両面接着テープ２６と接着部材の接着力Ｊは変わることとなる。

そして、本実施の形態では、エンドプレート接着面１６ａの表面粗さと、第１接着面１０ａの表面粗さおよび第２接着面１０ｂの表面粗さとが異なるために、エンドプレート１６と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ（以下、接着力Ｊ１とも称す。）が、電池モジュール１０と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ（以下、接着力Ｊ２とも称す。）よりも小さくなっている（すなわち、Ｊ１＜Ｊ２）。なお、本実施の形態では、表面粗さ以外の接着力Ｊを決定するパラメータ（たとえば、最外テープ２６Ａの両面の粘着力や、エンドプレート接着面１６ａの面積、第１接着面１０ａの面積、第２接着面１０ｂの面積等）は全て同じとなっている。

なお、最外テープ２６Ａの両面の接着剤の組成を互いに異なるようにして、エンドプレート１６側の面２６ａの接着力が、電池セル２０または伝熱プレート３０側の面２６ｂの接着力よりも小さくなるようにしてもよい。

そして、エンドプレート１６と最外テープ２６Ａとの接着力を、電池モジュール１０が脱落しない最低限必要な大きさに設計することで、リワークの際にエンドプレート１６を電池モジュール１０から剥がす作業が容易になる。

上記最低限必要な大きさに関しては、図５に示す力の大きさから求めることができる。図５において、符号Ｆのベクトルは、電池モジュール１０に作用する慣性力を示している。この慣性力は、電池モジュール１０の重量Ｍ[ｋｇ]と、電池モジュール１０が満足すべき衝撃Ｇ（少なくとも法規を満足する電池モジュール１０に対する衝撃）と、重力加速度９．８[ｍ／ｓ^２]の積（つまり、Ｆ＝Ｍ×Ｇ×９．８）である。

したがって、エンドプレート１６と最外テープ２６Ａの接着力Ｊ１および電池モジュール１０と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ２は、それぞれＦ／２の慣性力に耐え得る接着力を少なくとも備えていればよい。すなわち、Ｊ１，Ｊ２≧Ｆ／２であれば、電池モジュール１０が脱落せずにエンドプレート１６間に把持される。

ただし、Ｊ１，Ｊ２＝Ｆ／２では、十分な安全性が確保されない虞があるため、所定の安全率（１．５〜２．０程度）を掛けることが好ましい。つまり、エンドプレート１６と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ１および電池モジュール１０と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ２は、Ｆ／２の大きさ以上かつＦ／２の大きさ近傍となるように設計されることが好ましい。

また、図６のグラフに示すように、最外テープ２６Ａの粘着力Ｔは、電池モジュール１０の使用温度域（−４０℃〜７２℃、国連の危険物輸送勧告で規定されたリチウムイオン電池の温度条件）において変化する。すなわち、最外テープ２６Ａの粘着力Ｔは温度が上がるにつれて単調減少し、最高使用温度の７２℃において最も粘着力が弱くなる。

そのため、使用温度域において電池モジュール１０が脱落しないためには、最外テープ２６Ａの粘着力が最高使用温度の７２℃の粘着力のときに、エンドプレート１６と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ１および電池モジュール１０と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ２が、Ｊ１，Ｊ２≧Ｆ／２を満たす必要があり、より好ましくはＦ／２の大きさの近傍となるように、最外テープ２６Ａの粘着力が設計される。

以上で説明したように、上述した電池モジュールユニット１においては、エンドプレート１６と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ１の値と、電池モジュール１０と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ２の値が、電池モジュール１０の把持に最低限必要な大きさ以上に設計されている。そのため、通常の把持状態において電池モジュール１０が脱落することはない。

そして、電池モジュールユニット１においては、エンドプレート１６と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ１の値と、電池モジュール１０と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ２の値とが異なり、具体的には、エンドプレート１６と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ１の値が、電池モジュール１０と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ２の値よりも小さくなっている。そのため、リワークの際に、最外テープ２６Ａと接着された電池モジュール１０およびエンドプレート１６のうちの、最外テープ２６Ａとの間の接着力Ｊ１、Ｊ２の値が小さい方（本実施の形態では、エンドプレート１６）を、最外テープ２６Ａから容易に剥がすことができる。その結果、リワークの作業性が向上している。

さらに、電池モジュールユニット１においては、エンドプレート１６と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ１の値および電池モジュール１０と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ２の値のうち、より小さいほうの値である接着力Ｊ１が、電池モジュール１０の把持に最低限必要な大きさ以上かつ当該最低限必要な大きさ近傍に設計されている。そのため、通常の把持状態において電池モジュール１０が脱落することはなく、かつ、リワークの際にはエンドプレート１６を電池モジュール１０から容易に剥がすことができる。

なお、最外テープ２６Ａの両面の粘着力が互いに異なるように設計することで、エンドプレート１６と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ１を、電池モジュールと最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ２より小さくしてもよい。また、エンドプレート接着面１６ａの面積を、第１接着面１０ａの面積および第２接着面１０ｂの面積よりも小さくすることで、エンドプレート１６と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ１を、電池モジュールと最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ２よりも小さくしてもよい。つまり、複数あるパラメータのうち、どのパラメータを変更してもよい。

また、上述した実施の形態とは反対に、エンドプレート１６と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ１を、電池モジュール１０と最外テープ２６Ａとの接着力Ｊ２よりも大きくしてもよい（すなわち、Ｊ１＞Ｊ２）。この場合、小さい方の接着力Ｊ１は、電池モジュール１０の把持に最低限必要な大きさ以上かつ当該最低限必要な大きさ近傍に設計される。

また、最外テープ２６Ａは、電池セル２０における電池ユニット１４の並設方向と交わる方向の両面に配置される両面接着テープ２６と、粘着特性が同じである同一種類のテープで構成されていてもよい。この場合、エンドプレート接着面１６ａの表面粗さが、第１接着面１０ａの表面粗さおよび第２接着面１０ｂの表面粗さよりも粗くなっていることが好ましい。これによれば、別途にテープを準備する必要がなく、部品調達をする上での簡便化が図られる。

また、最外テープ２６Ａと、電池セル２０における電池ユニット１４の並設方向と交わる方向の両面に配置された両面接着テープ２６とを、粘着特性が異なる別種類のテープとしてもよい。

また、電池ユニット１４は、少なくとも電池セル２０を有していればよく、伝熱プレート３０や樹脂ホルダ２８を有していなくてもよい。

１…電池モジュールユニット、１０…電池モジュール、１６…エンドプレート、１４…電池ユニット、２６、２６Ａ…両面接着テープ、２０…電池セル、３０…伝熱プレート。

Claims (3)

1. 電池セルを含む電池ユニットが複数並設された電池モジュールと、
   前記電池モジュールを、前記電池ユニットの並設方向の両端側から把持することにより支持する、一対のエンドプレートと、
   前記電池モジュールと前記一対のエンドプレートとの間のそれぞれに配置された第１の両面接着テープと
   を備え、
   前記一対のエンドプレートそれぞれの、前記第１の両面接着テープを介して前記電池モジュールを支持する力が、前記電池モジュールに作用する、前記電池ユニットの並設方向に直交する方向における慣性力の半分の値以上であり、
   前記第１の両面接着テープと前記エンドプレートとの接着力の値は、前記第１の両面接着テープと前記電池モジュールとの接着力の値と異なり、
   前記慣性力は、前記電池モジュールの重量と前記電池モジュールが満足すべき衝撃の値と重力加速度との積である、電池モジュールユニット。
2. 電池セルを含む電池ユニットが複数並設された電池モジュールと、
   前記電池モジュールを、前記電池ユニットの並設方向の両端側から把持することにより支持する、一対のエンドプレートと、
   前記電池モジュールと前記一対のエンドプレートとの間のそれぞれに配置された第１の両面接着テープと
   を備え、
   前記一対のエンドプレートそれぞれの、前記第１の両面接着テープを介して前記電池モジュールを支持する力が、前記電池モジュールに作用する、前記電池ユニットの並設方向に直交する方向における慣性力の半分の値以上であり、前記慣性力の半分の値の１．５〜２．０倍であり、
   前記慣性力は、前記電池モジュールの重量と前記電池モジュールが満足すべき衝撃の値と重力加速度との積である、電池モジュールユニット。
3. 隣り合う電池ユニットの間にそれぞれ配置された第２の両面接着テープを備え、
   前記第２の両面接着テープと前記第１の両面接着テープとは、粘着特性が同じである同一種類のテープで構成されている、請求項１または２に記載の電池モジュールユニット。

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