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1. WO2020110449 - 電池モジュール

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明 細 書

発明の名称 電池モジュール

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008  

発明の効果

0009  

図面の簡単な説明

0010  

発明を実施するための形態

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075  

符号の説明

0076  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3   4   5   6  

明 細 書

発明の名称 : 電池モジュール

技術分野

[0001]
 本発明は、電池モジュールに関する。

背景技術

[0002]
 例えば車両用等の、高い出力電圧が要求される電源として、複数個の電池が電気的に接続され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に関して、特許文献1には、扁平角形の電池が厚さ方向にスペーサ部材と交互に積層された電池モジュールが開示されている。この電池モジュールが備えるスペーサ部材は、電池の幅方向の両側に配置されて幅方向に沿う電池側面と対向する第1部分と、この第1部分に接続されて二次電池の厚さ方向に沿う電池側面と対向する第2部分と、を有していた。つまり、スペーサ部材の第1部分は、隣り合う電池間に介在して両者の絶縁性を確保していた。また、スペーサ部材の第2部分は、各電池の側面と、電池の積層方向に延びて複数の電池を拘束するバインドバーとの間に介在して、両者の絶縁性を確保していた。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 国際公開2017/057207号

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 電池モジュールでは、上述のスペーサ部材の設置のように、各電池が他の電池や電池以外の部材との間で短絡しないよう対策が採られている。
[0005]
 ここで、短絡の原因としては、電池モジュールの使用時にモジュール表面に生じる結露水や、モジュール外部から侵入する水等が考えられる。本発明者らは、これらの水による短絡について鋭意研究を重ねた結果、従来の電池モジュールには、これらの水に起因する短絡をより確実に防いで電池モジュールの信頼性を高める余地があることを認識するに至った。
[0006]
 本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池モジュールの信頼性を高めるための技術を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007]
 本発明のある態様は、電池モジュールである。この電池モジュールは、積層された複数の電池を有する電池積層体であって、各電池が上面に出力端子を有する電池積層体と、複数の電池の側面に沿って電池の積層方向に延びる平面部を有し、複数の電池を拘束する拘束部材と、各電池と平面部との間に介在する第1部分を有し、各電池および平面部を絶縁するサイドセパレータと、を備え、各電池と第1部分とは、毛細管現象による水の移動を抑制する大きさの隙間をあけて配置される。
[0008]
 なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

発明の効果

[0009]
 本発明によれば、電池モジュールの信頼性を高めることができる。

図面の簡単な説明

[0010]
[図1] 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] 電池モジュールの底部を拡大して示す断面図である。
[図3] サイドセパレータおよび拘束部材の斜視図である。
[図4] 実施の形態2に係る電池モジュールが備えるサイドセパレータおよび拘束部材の斜視図である。
[図5] 図5(A)は、サイドセパレータおよび拘束部材の底部を拡大して示す斜視図である。図5(B)は、サイドセパレータの底部を拡大して示す断面図である。
[図6] 実施の形態3に係る電池モジュールが備えるサイドセパレータおよび拘束部材の斜視図である。

発明を実施するための形態

[0011]
 以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第1」、「第2」等の用語が用いられる場合には、特に言及がない限りこの用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
[0012]
(実施の形態1)
 図1は、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。電池モジュール1は、電池積層体2と、一対のエンドプレート4と、冷却プレート6と、熱伝導層8と、サイドセパレータ10と、拘束部材12と、を備える。
[0013]
 電池積層体2は、複数の電池14と、セル間セパレータ16と、を有する。各電池14は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル-水素電池、ニッケル-カドミウム電池等の充電可能な二次電池である。電池14は、いわゆる角形電池であり、扁平な直方体形状の外装缶18を有する。外装缶18の一面には図示しない略長方形状の開口が設けられ、この開口を介して外装缶18に電極体や電解液等が収容される。外装缶18の開口には、外装缶18を封止する封口板20が設けられる。
[0014]
 封口板20には、長手方向の一端寄りに正極の出力端子22が設けられ、他端寄りに負極の出力端子22が設けられる。一対の出力端子22はそれぞれ、電極体を構成する正極板、負極板と電気的に接続される。以下では適宜、正極の出力端子22を正極端子22aと称し、負極の出力端子22を負極端子22bと称する。また、出力端子22の極性を区別する必要がない場合、正極端子22aと負極端子22bとをまとめて出力端子22と称する。外装缶18、封口板20および出力端子22は導電体であり、例えば金属製である。封口板20と外装缶18の開口とは、溶接等により接合される。各出力端子22は、封口板20に形成された貫通孔(図示せず)に挿通される。各出力端子22と各貫通孔との間には、絶縁性のシール部材(図示せず)が介在する。
[0015]
 本実施の形態において、各電池14は、出力端子22が鉛直方向上方を向くように配置される。したがって、各電池14は上面に出力端子22を有する。また、各電池14は、上面と対向する底面と、上面および底面をつなぐ2つの主表面を有する。この主表面は、電池14が有する6つの面のうち面積の最も大きい面である。また、主表面は、上面および底面の長辺に接続される長側面である。上面、底面および2つの主表面を除いた残り2つの面は、電池14の側面である。この側面は、上面および底面の短辺に接続される短側面である。また、電池積層体2において電池14の上面側の面が電池積層体2の上面であり、電池14の底面側の面が電池積層体2の底面であり、電池14の短側面側の面が電池積層体2の側面である。
[0016]
 封口板20には、一対の出力端子22の間に弁部24が設けられる。弁部24は、安全弁とも呼ばれ、電池14の内部のガスを放出するための機構である。弁部24は、外装缶18の内圧が所定値以上に上昇した際に開弁して、内部のガスを放出できるように構成される。弁部24は、例えば、封口板20の一部に設けられる、他部よりも厚さが薄い薄肉部と、この薄肉部の表面に形成される線状の溝とで構成される。この構成では、外装缶18の内圧が上昇すると、溝を起点に薄肉部が裂けることで開弁される。各電池14の弁部24は、後述する排気ダクト38に接続され、電池内部のガスは弁部24から排気ダクト38に排出される。
[0017]
 また、電池14は、絶縁フィルム26を有する。絶縁フィルム26は、例えば筒状のシュリンクチューブであり、外装缶18を内部に通した後に加熱される。これにより、絶縁フィルム26は収縮し、外装缶18の2つの主表面および2つの側面を被覆する。絶縁フィルム26により、隣り合う電池14間、あるいは電池14とエンドプレート4との間の短絡を抑制することができる。絶縁フィルム26を構成する材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)等が例示される。
[0018]
 複数の電池14は、隣り合う電池14の主表面同士が対向するようにして所定の間隔で積層される。なお、「積層」は、任意の1方向に複数の部材を並べることを意味する。したがって、電池14の積層には、複数の電池14を水平に並べることも含まれる。また、隣接する2つの電池14は、一方の電池14の正極端子22aと他方の電池14の負極端子22bとが隣り合うように積層される。
[0019]
 セル間セパレータ16は、絶縁スペーサとも呼ばれ、例えば絶縁性を有する樹脂シートからなる。セル間セパレータ16を構成する樹脂としては、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリカーボネート(PC)、ノリル(登録商標)樹脂(変性PPE)等の熱可塑性樹脂が例示される。セル間セパレータ16は、隣接する2つの電池14の間に配置されて、当該2つの電池14間を電気的に絶縁する。
[0020]
 電池積層体2は、一対のエンドプレート4で挟まれる。一対のエンドプレート4は、電池14の積層方向Xにおける電池積層体2の両端に配置される。一対のエンドプレート4は、積層方向Xにおける両端に位置する電池14と、外端セパレータ5を介して隣り合う。外端セパレータ5は、セル間セパレータ16と同じ樹脂材料で構成することができる。各エンドプレート4は、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属で構成される金属板である。エンドプレート4と電池14との間に外端セパレータ5が介在することで、両者が絶縁される。
[0021]
 各エンドプレート4は、電池14の積層方向Xと直交する方向Y、つまり一対の出力端子22が並ぶ方向を向く2つの面に、締結孔4aを有する。本実施の形態では、3つの締結孔4aが、電池積層体2および冷却プレート6の配列方向Zに所定の間隔をあけて配置されている。締結孔4aが設けられる面は、拘束部材12の平面部54と対向する面である。
[0022]
 電池積層体2の上面には、バスバープレート28が載置される。バスバープレート28は、複数の電池14における出力端子22が設けられた面を覆う板状の部材である。バスバープレート28は、各電池14の弁部24に対応する位置に、弁部24を露出させる複数の開口部32を有する。また、バスバープレート28は、開口部32の上方を覆うダクト天板34と、開口部32の側方を囲う側壁36と、を有する。ダクト天板34が側壁36の上端に固定されることで、バスバープレート28に排気ダクト38が形成される。各弁部24は、開口部32を介して排気ダクト38に連通される。
[0023]
 また、バスバープレート28は、電池14の出力端子22に対応する位置に、出力端子22を露出させる開口部40を有する。各開口部40には、バスバー42が載置される。複数のバスバー42は、バスバープレート28によって支持される。各開口部40に載置されたバスバー42によって、隣り合う電池14の正極端子22aと負極端子22bとが電気的に接続される。
[0024]
 バスバー42は、銅やアルミニウム等の金属で構成される略帯状の部材である。バスバー42は、一方の端部が一方の電池14の正極端子22aに接続され、他方の端部が他方の電池14の負極端子22bに接続される。なお、バスバー42は、隣接する複数個の電池14における同極性の出力端子22どうしを並列接続して電池ブロックを形成し、さらに電池ブロックどうしを直列接続してもよい。
[0025]
 積層方向Xにおいて両端に位置する電池14の出力端子22に接続されるバスバー42は、外部接続端子44を有する。外部接続端子44は、後述するトップカバー60の端子部62に電気的に接続される。外部接続端子44は、端子部62を介して外部負荷(図示せず)に接続される。また、バスバープレート28には、電圧検出線46が載置される。電圧検出線46は、複数の電池14に電気的に接続されて各電池14の電圧を検出する。電圧検出線46は、複数の導線(図示せず)を有する。各導線は、一端が各バスバー42に接続され、他端がコネクタ48に接続される。コネクタ48は、外部の電池ECU(図示せず)等に接続される。電池ECUは、各電池14の電圧等の検知、各電池14の充放電等を制御する。
[0026]
 冷却プレート6は、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料で構成される。冷却プレート6は、電池積層体2に熱的に接続されて、つまり電池積層体2に熱交換可能に接続されて、各電池14を冷却する。本実施の形態では、冷却プレート6の主表面に電池積層体2が載置される。電池積層体2は、底面が冷却プレート6側を向くようにして、冷却プレート6に載置される。なお、冷却プレート6は、水やエチレングリコール等の冷媒が流れる流路を内部に有してもよい。これにより、電池14の冷却効率をより高めることができる。
[0027]
 電池積層体2と冷却プレート6との間には、絶縁性の熱伝導層8が介在する。つまり、冷却プレート6は、熱伝導層8を介して電池積層体2に熱的に接続される。本実施の形態の熱伝導層8は、電池積層体2の底面全体を覆っている。熱伝導層8の熱伝導率は空気の熱伝導率よりも高い。熱伝導層8は、例えばアクリルゴムシートやシリコーンゴムシート等の、良好な熱伝導性を有する公知の樹脂シート等で構成することができる。
[0028]
 熱伝導層8を電池積層体2と冷却プレート6との間に介在させることで、各電池14の冷却効率を高めることができるとともに、各電池14をより均一に冷却することができる。また、熱伝導層8が絶縁性を有することで、熱伝導層8を介して電池積層体2と冷却プレート6とが電気的に接続されてしまうことを回避することができる。さらに、熱伝導層8によって、電池積層体2および冷却プレート6の配列方向Zと垂直な方向(つまり、XY平面の延在方向)における電池積層体2と冷却プレート6とのずれを抑制することができる。
[0029]
 サイドセパレータ10は、電池14の積層方向Xに長い長尺状の部材である。本実施の形態では、電池14の積層方向Xと直交する方向Yに、一対のサイドセパレータ10が配列される。各サイドセパレータ10は、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。サイドセパレータ10を構成する樹脂としては、セル間セパレータ16と同様に、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリカーボネート(PC)、ノリル(登録商標)樹脂(変性PPE)等の熱可塑性樹脂が例示される。
[0030]
 一対のサイドセパレータ10の間には、電池積層体2、一対のエンドプレート4、冷却プレート6および熱伝導層8が配置される。各サイドセパレータ10は、第1部分50と、第2部分52と、第3部分53と、を有する。第1部分50は、矩形状であり、各電池14の側面、つまり電池積層体2の側面に沿って電池14の積層方向Xに延びる。第2部分52は、積層方向Xに延びる帯状であり、第1部分50の下辺から電池積層体2側に突出する。第3部分53は、積層方向Xに延びる帯状であり、第1部分50の上辺から電池積層体2側に突出する。
[0031]
 拘束部材12は、バインドバーとも呼ばれ、電池14の積層方向Xに長い長尺状の部材である。本実施の形態では、電池14の積層方向Xと直交する方向Yに、一対の拘束部材12が配列される。各拘束部材12は、鉄やステンレス鋼等の金属で構成される。一対の拘束部材12の間には、電池積層体2、一対のエンドプレート4、冷却プレート6、熱伝導層8および一対のサイドセパレータ10が配置される。
[0032]
 各拘束部材12は、平面部54と、一対の腕部56と、を有する。平面部54は、矩形状であり、各電池14の側面、つまり電池積層体2の側面に沿って電池14の積層方向Xに延びる。一対の腕部56は、平面部54の端部から電池積層体2側に突出するとともに、電池積層体2および冷却プレート6の配列方向Zで対向する。つまり、一方の腕部56は、平面部54の上辺から電池積層体2側に突出し、他方の腕部56は、平面部54の下辺から電池積層体2側に突出する。一対の腕部56の間には、電池積層体2、冷却プレート6、熱伝導層8および一対のサイドセパレータ10が配置される。
[0033]
 平面部54における各エンドプレート4と対向する領域には、コンタクトプレート68が溶接等により固定される。コンタクトプレート68は、配列方向Zに長い部材である。コンタクトプレート68には、エンドプレート4の締結孔4aに対応する位置に、コンタクトプレート68を方向Yに貫通する貫通孔70が設けられる。また、平面部54は、コンタクトプレート68の貫通孔70に対応する位置に、平面部54を方向Yに貫通する貫通孔58を有する。
[0034]
 各拘束部材12の平面部54に一対のエンドプレート4が係合することで、複数の電池14が積層方向Xに拘束される。具体的には、複数の電池14と複数のセル間セパレータ16とが交互に配列されて電池積層体2が形成され、電池積層体2が外端セパレータ5を介して一対のエンドプレート4で方向Xに挟まれる。また、電池積層体2の底面に熱伝導層8が配置され、さらに熱伝導層8を挟んで電池積層体2と対向するように冷却プレート6が配置される。この状態で、電池積層体2、一対のエンドプレート4、冷却プレート6および熱伝導層8が、一対のサイドセパレータ10で方向Yに挟まれる。さらに、一対のサイドセパレータ10の外側から、一対の拘束部材12が全体を方向Yに挟み込む。
[0035]
 一対のエンドプレート4と一対の拘束部材12とは、締結孔4a、貫通孔70および貫通孔58が重なり合うように、互いに位置合わせされる。そして、ねじ等の締結部材59が貫通孔58および貫通孔70に挿通され、締結孔4aに螺合される。これにより、一対のエンドプレート4と一対の拘束部材12とが固定される。一対のエンドプレート4と一対の拘束部材12とが係合されることで、複数の電池14は、積層方向Xにおいて締め付けられて拘束される。これにより、各電池14は、積層方向Xにおいて位置決めされる。また、複数の電池14の上面および底面は、配列方向Zにおいて互いに対向する2つの腕部56に挟まれる。これにより、複数の電池14は、配列方向Zにおいて位置決めされる。
[0036]
 一例として、これらの位置決めが完了した後に、電池積層体2にバスバープレート28が載置される。そして、各電池14の出力端子22にバスバー42が取り付けられて、複数の電池14の出力端子22どうしが電気的に接続される。例えばバスバー42は、溶接により出力端子22に固定される。
[0037]
 バスバープレート28の上面には、トップカバー60が積層される。トップカバー60により、電池14の出力端子22や弁部24、バスバー42等への結露水や塵埃等の接触が抑制される。トップカバー60は、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。トップカバー60は、配列方向Zで外部接続端子44と重なる位置に、端子部62を有する。トップカバー60は、例えばスナップフィットによりバスバープレート28に固定される。トップカバー60がバスバープレート28に載置された状態で、外部接続端子44と端子部62とが接続される。
[0038]
 図2は、電池モジュールの底部を拡大して示す断面図である。図3は、サイドセパレータおよび拘束部材の斜視図である。図2では、電池14の内部構造の図示を省略している。
[0039]
 本実施の形態の拘束部材12は、複数の電池14を電池14の積層方向Xに挟み込むとともに、電池積層体2および冷却プレート6をこれらの配列方向Zに挟み込む。具体的には、拘束部材12は、電池14の積層方向Xにおける平面部54の両端部が一対のエンドプレート4と係合することで、複数の電池14を積層方向Xに挟み込む(図1,2参照)。また、拘束部材12は、一対の腕部56で電池積層体2、熱伝導層8および冷却プレート6を配列方向Zに挟み込む。つまり、拘束部材12は、複数の電池14を締結する機能と、電池積層体2と冷却プレート6とを締結する機能とを兼ね備えている。したがって、電池積層体2と冷却プレート6とは、従来の構造とは異なり、ねじで非締結である。
[0040]
 サイドセパレータ10の第1部分50は、電池積層体2の側面に沿って電池14の積層方向Xに延在する。拘束部材12の平面部54は、第1部分50の外側で、電池積層体2の側面に沿って電池14の積層方向Xに延在する。したがって、サイドセパレータ10の第1部分50は、各電池14の側面と拘束部材12の平面部54との間に介在する。これにより、各電池14の側面と拘束部材12の平面部54とが電気的に絶縁される。
[0041]
 サイドセパレータ10の第2部分52は、冷却プレート6の下側、つまり電池積層体2とは反対側の主表面に当接する。拘束部材12における平面部54の下端から突出する腕部56は、第2部分52の外側で、冷却プレート6の下側の主表面に沿って延在する。したがって、サイドセパレータ10の第2部分52は、冷却プレート6と拘束部材12の一方の腕部56、つまり下側の腕部56との間に介在する。これにより、冷却プレート6と拘束部材12とが電気的に絶縁される。
[0042]
 サイドセパレータ10の第3部分53は、電池積層体2の上面に当接する。拘束部材12における平面部54の上端から突出する腕部56は、第3部分53の外側で、電池積層体2の上面に沿って延在する。したがって、サイドセパレータ10の第3部分53は、電池積層体2の上面と拘束部材12の他方の腕部56、つまり上側の腕部56との間に介在する。これにより、各電池14の上面と拘束部材12とが電気的に絶縁される。
[0043]
 一対の腕部56によって電池積層体2、熱伝導層8および冷却プレート6が配列方向Zに挟み込まれた状態で、熱伝導層8は、電池積層体2および冷却プレート6に押圧されて、弾性変形または塑性変形する。これにより、電池積層体2と冷却プレート6との熱的な接続をより確実に得ることができる。また、電池積層体2全体の冷却の均一化を図ることができる。
[0044]
 サイドセパレータ10の第3部分53は、折り返し部64を有する。折り返し部64は、第3部分53の電池積層体2側に突出した先端から、方向Yにおける電池モジュール1の外側に向かって延びる。第3部分53と折り返し部64との間には、配列方向Zに所定の間隔が設けられ、拘束部材12の上側の腕部56は、第3部分53と折り返し部64との間の空間に差し込まれる。したがって、上側の腕部56の先端は、サイドセパレータ10で包み込まれる。
[0045]
 各電池14と第1部分50とは、毛細管現象による水Wの移動を抑制する大きさの隙間Gをあけて配置される。隙間Gは、各電池14の側面と第1部分50との方向Yにおける距離である。結露等に起因して電池14の上面に生じる水Wは、重力により電池14と第1部分50との隙間Gを伝って電池14の底面側に流れ落ちる。電池14の底面側に流れた水Wは、拘束部材12の下側の腕部56や冷却プレート6等に付着する可能性がある。
[0046]
 各電池14の側面と第1部分50との隙間Gが、毛細管現象による水Wの移動を生じさせる大きさであった場合、電池14の底面側に流れ落ちた水Wが毛細管現象によって隙間G内で上方に延び拡がるおそれがある。この場合、電池14の上面と、拘束部材12における電池14の底面側の部分(以下では、拘束部材12の底部という)や冷却プレート6との間に、水Wを介した導電経路が形成され、これらが短絡してしまうおそれがある。この短絡の機序は、本発明者らが鋭意研究を重ねた末に初めて見出したものである。
[0047]
 これに対し、各電池14と第1部分50との隙間Gを、毛細管現象による水Wの移動を抑制する大きさとすることで、上述した電池14と拘束部材12や冷却プレート6との短絡を抑制することができる。毛細管現象による水Wの移動を抑制する大きさは、毛細管現象によって水Wが引き上げられる力と自重によって水Wが落下する力とのつり合いに基づいて設定することができる。毛細管現象によって水Wが引き上げられる力には、第1部分50の表面によって水Wが引き上げられる力と、電池14の側面によって水Wが引き上げられる力と、が含まれる。
[0048]
 すなわち、隙間Gは、例えば以下の式(1)に基づいて設定することができる。
 Lγcosθ +Lγcosθ <GLhρg   (1)
 式(1)中、各記号は以下の通りである。
 G[単位:m]:電池14と第1部分50との隙間の大きさ
 L[単位:m]:隙間Gに存在する水W(水塊)の積層方向Xの長さ
 h[単位:m]:隙間Gに存在する水Wの高さ
 γ[単位:N/m]:表面張力係数
 θ [単位:°]:第1部分50の表面と水Wとの接触角
 θ [単位:°]:電池14の側面と水Wとの接触角
 ρ[単位:kg/m ]:水Wの密度
 g[単位:m/s ]:重力加速度
 なお、隙間Gの大きさは、隙間Gに存在する水Wの幅に相当する。
[0049]
 一例として、サイドセパレータ10の材質がポリプロピレン(PP)であり、電池14の側面の材質、つまり絶縁フィルム26の材質がポリエチレンテレフタレート(PET)であったとする。また、電池14の積層方向Xの長さLが0.0265m、隙間Gに存在する水Wの高さhが0.0031m、表面張力係数γが0.07275N/m、第1部分50の表面と水Wとの接触角θ が94°、電池14の側面と水Wとの接触角θ が79°、水Wの温度20℃での密度ρが998.233kg/m 、重力加速度gが9.80665m/s とする。
[0050]
 この場合、式(1)を隙間Gについての式に変形するとともに各数値を代入すると、以下のようになる。
 Lγcosθ +Lγcosθ <GLhρg
 γ(cosθ +cosθ )<Ghρg
 γ(cosθ +cosθ )/hρg<G
 0.07275(cos94°+cos79°)/(0.0031×998.233×9.80665)<G
 0.29[mm]<G
 よって、一例においては、隙間Gを0.29mm超とすることで、電池14と第1部分50との隙間Gにおいて水Wが毛細管現象によって電池14の上面側に引き上げられることを抑制することができる。
[0051]
 また、本実施の形態のサイドセパレータ10は、第1部分50の電池積層体2側の表面に、電池14の側面に向かって突出する凸部72を有する。本実施の形態では、配列方向Zに長い帯状の凸部72が、積層方向Xおよび配列方向Zに所定の間隔をあけてマトリクス状に配列されている。各凸部72は、サイドセパレータ10が電池積層体2に組み付けられた状態で、各電池14の側面に当接する。また、各凸部72は、電池14が膨張した際に電池14の側面を押圧する。これにより、各電池14と第1部分50との隙間Gをより確実に維持することができる。
[0052]
 また、サイドセパレータ10の第2部分52には、冷却プレート6の位置決め部74が設けられる。位置決め部74は、第1壁部76と、一対の第2壁部78と、で構成される。第1壁部76および一対の第2壁部78は、第2部分52の電池積層体2側を向く表面から、電池積層体2側に突出する。また、第1壁部76は、方向Yにおいて第1部分50よりも電池積層体2側に位置し、積層方向Xに延びる。一対の第2壁部78は、第1壁部76の積層方向Xの両端から方向Yに延びる。
[0053]
 電池積層体2、熱伝導層8および冷却プレート6の積層体に一対のサイドセパレータ10が組み付けられた状態で、冷却プレート6の方向Yにおける端部が位置決め部74に嵌め合わされる。冷却プレート6は、第1壁部76に当接することで方向Yにおいて位置決めされ、一対の第2壁部78に当接することで積層方向Xにおいて位置決めされる。また、第1壁部76の先端は、熱伝導層8に当接する。これにより、熱伝導層8の位置ずれが抑制される。
[0054]
 また、サイドセパレータ10は、第1部分50における電池14の底面側の端部(以下では、第1部分50の底部という)に、積層方向Xに延びる排水路80を有する。排水路80は、第1部分50、第2部分52および第1壁部76で区画される。つまり、第2部分52が排水路80の底面を構成し、第1部分50および第1壁部76が排水路80の側面を構成する。排水路80の底面は、第1部分50側から第1壁部76側に向かって下方に傾斜する。これにより、隙間Gを伝って流れ落ちてくる水Wを、排水路80に誘導することができる。
[0055]
 排水路80の積層方向Xにおける両端には、一対の第2壁部78よりも積層方向Xにおいて外側で、各第2壁部78と平行に延びる一対の流路壁82が設けられる。したがって、排水路80の積層方向Xにおける両端には、第2壁部78、第2部分52および流路壁82で区画され、方向Yに延びる終端路84が接続される。終端路84は、排水路80の一部とみなすこともできる。
[0056]
 各電池14の上面側から隙間Gを伝って流れ落ちた水Wは、排水路80内を積層方向Xに流れる。そして、排水路80の積層方向Xにおける端部において終端路84に流れ込み、終端路84から電池モジュール1の外側に排出される。これにより、電池モジュール1から迅速に水Wを排除することができる。よって、電池14と拘束部材12や冷却プレート6との短絡を、より一層抑制することができる。
[0057]
 以上説明したように、本実施の形態に係る電池モジュール1は、上面に出力端子22を有する複数の電池14が積層された電池積層体2と、複数の電池14の側面に沿って電池14の積層方向Xに延びる平面部54を有して複数の電池14を拘束する拘束部材12と、各電池14と平面部54との間に介在する第1部分50を有して各電池14および平面部54を絶縁するサイドセパレータ10と、を備える。そして、各電池14とサイドセパレータ10の第1部分50とは、毛細管現象による水Wの移動を抑制する大きさの隙間Gをあけて配置される。
[0058]
 これにより、電池14の上面と、拘束部材12の底部や冷却プレート6との間に、水Wを介した導電経路が形成されることを抑制することができる。よって、水Wに起因する電池14と他の部材との短絡を抑制することができ、電池モジュール1の信頼性を高めることができる。
[0059]
 また、サイドセパレータ10は、第1部分50における電池積層体2側の表面に、電池14の側面に向かって突出する凸部72を有する。これにより、電池14と第1部分50との間の隙間Gをより確実に維持することができる。よって、電池モジュール1の信頼性をより高めることができる。
[0060]
 また、サイドセパレータ10は、第1部分50の底部に、積層方向Xに延びる排水路80を有する。これにより、電池モジュール1内の水Wを迅速に電池モジュール1外に排出することができる。よって、水Wに起因する電池14と他の部材との短絡をより抑制することができ、電池モジュール1の信頼性をより高めることができる。
[0061]
(実施の形態2)
 実施の形態2に係る電池モジュールは、排水路の形状を除き、実施の形態1と共通の構成を有する。以下、本実施の形態に係る電池モジュールについて実施の形態1と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図4は、実施の形態2に係る電池モジュールが備えるサイドセパレータおよび拘束部材の斜視図である。図5(A)は、サイドセパレータおよび拘束部材の底部を拡大して示す斜視図である。図5(B)は、サイドセパレータの底部を拡大して示す断面図である。
[0062]
 本実施の形態の電池モジュール1は、電池積層体2と、拘束部材12と、サイドセパレータ10と、を備える。電池積層体2は、上面に出力端子22を有する複数の電池14が積層された構造を有する。拘束部材12は、複数の電池14の側面に沿って電池14の積層方向Xに延びる平面部54を有し、複数の電池14を拘束する。サイドセパレータ10は、各電池14と平面部54との間に介在する第1部分50を有し、各電池14および平面部54を絶縁する。各電池14と第1部分50とは、毛細管現象による水Wの移動を抑制する大きさの隙間Gをあけて配置される。
[0063]
 また、サイドセパレータ10は、第1部分50の電池積層体2側の表面に、電池14の側面に向かって突出する凸部72を有する。本実施の形態では、配列方向Zに長い帯状の凸部72が、積層方向Xおよび配列方向Zに所定の間隔をあけてマトリクス状に配列されている。また、サイドセパレータ10の第2部分52には、冷却プレート6の位置決め部74が設けられる。位置決め部74は、第1壁部76と、一対の第2壁部78と、で構成される。
[0064]
 また、サイドセパレータ10は、第1部分50の底部に、電池14の積層方向Xに延びる排水路80を有する。排水路80は、第1部分50、第2部分52および第1壁部76で区画される。本実施の形態の排水路80は、積層方向Xの中央部80aから両側の端部80bに向かって高さが徐々に下がるように傾斜する。中央部80aは、排水路80の積層方向Xにおける中心点と完全に一致している必要はなく、積層方向Xにずれていてもよい。排水路80の底面を、中央部80aから端部80bに向かって段階的または連続的に低くすることで、排水路80内の水Wを排水路80の出口に誘導することができる。これにより、電池モジュール1内の水Wをより迅速に電池モジュール1外に排出することができる。よって、電池モジュール1の信頼性をより高めることができる。
[0065]
 また、排水路80は、上流から下流に向かって流路幅Mが徐々に広がる形状を有する。本実施の形態の排水路80では、中央部80aが端部80bよりも高い位置にある。このため、中央部80aが上流となり、端部80bが下流となる。したがって、排水路80の流路幅Mは、中央部80aにおいて最も狭く、端部80bに近づくにつれて徐々に広がっていく。排水路80の流路幅Mを上流から下流に向かって段階的または連続的に広げることで、排水路80内の水Wを排水路80の出口側に流しやすくすることができる。これにより、電池モジュール1内の水Wをより迅速に電池モジュール1外に排出することができる。よって、電池モジュール1の信頼性をより高めることができる。
[0066]
 なお、排水路80は、積層方向Xの一端側から他端側に向かって高さが徐々に下がるように傾斜する形状を有してもよい。これにより、排水路80内の水Wを他端側のみから排出することができる。つまり、水Wの排出位置を制御することができる。この結果、電池モジュール1の固定位置に応じた排水設計が可能となるため、電池モジュール1の設置自由度を高めることができる。
[0067]
(実施の形態3)
 実施の形態3に係る電池モジュールは、凸部の形状を除き、実施の形態2と共通の構成を有する。以下、本実施の形態に係る電池モジュールについて実施の形態1または2と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図6は、実施の形態3に係る電池モジュールが備えるサイドセパレータおよび拘束部材の斜視図である。
[0068]
 本実施の形態の電池モジュール1は、電池積層体2と、拘束部材12と、サイドセパレータ10と、を備える。電池積層体2は、上面に出力端子22を有する複数の電池14が積層された構造を有する。拘束部材12は、複数の電池14の側面に沿って電池14の積層方向Xに延びる平面部54を有し、複数の電池14を拘束する。サイドセパレータ10は、各電池14と平面部54との間に介在する第1部分50を有し、各電池14および平面部54を絶縁する。各電池14と第1部分50とは、毛細管現象による水Wの移動を抑制する大きさの隙間Gをあけて配置される。
[0069]
 サイドセパレータ10の第2部分52には、冷却プレート6の位置決め部74が設けられる。位置決め部74は、第1壁部76と、一対の第2壁部78と、で構成される。また、サイドセパレータ10は、第1部分50の底部に、電池14の積層方向Xに延びる排水路80を有する。排水路80は、第1部分50、第2部分52および第1壁部76で区画される。本実施の形態の排水路80は、積層方向Xの中央部80aから両側の端部80bに向かって高さが徐々に下がるように傾斜する。また、排水路80は、上流から下流に向かって流路幅Mが徐々に広がる形状を有する。これらにより、電池モジュール1内の水Wをより迅速に電池モジュール1外に排出することができる。よって、電池モジュール1の信頼性をより高めることができる。
[0070]
 また、サイドセパレータ10は、第1部分50の電池積層体2側の表面に、電池14の側面に向かって突出する凸部72および凸部86を有する。本実施の形態では、配列方向Zに長い帯状の凸部72が、第1部分50の上端側において積層方向Xに所定の間隔をあけて配列されている。
[0071]
 また、第1部分50の配列方向Zにおける中央部には、積層方向Xに長い凸部86が設けられている。より具体的には、上方に尖った楔形状の楔状凸部86aが、第1部分50の配列方向Zにおける中央で且つ積層方向Xにおける中央に配置されている。楔状凸部86aは、楔の先端が第1部分50の積層方向Xにおける中央部に位置している。また、楔状凸部86aよりも積層方向Xにおける端部側であって、配列方向Zにおける下側には、外側凸部86bが配置されている。外側凸部86bは、積層方向Xの中央側から端部側に向かって下方に傾斜する。また、外側凸部86bは、その一部が楔状凸部86aと配列方向Zで重なるように配置される。
[0072]
 電池14の上面側から、電池14と第1部分50との隙間Gを伝って流れ落ちる水Wは、凸部86によって電池モジュール1の中央側から端部側に誘導される。したがって、水Wは、排水路80に到達する前においても電池モジュール1における水Wの排出口に近づくように誘導される。これにより、電池モジュール1内の水Wをより迅速に電池モジュール1外に排出することができる。よって、電池モジュール1の信頼性をより高めることができる。
[0073]
 なお、凸部86は、水平に延在してもよい。また、楔状凸部86aのみを配置し、外側凸部86bを省略してもよい。この場合、楔状凸部86aにおける積層方向Xの長さを延長して、積層方向Xにおける水Wの誘導距離を伸ばしてもよい。
[0074]
 以上、本発明の実施の形態について詳細に説明した。前述した実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施の形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。設計変更が加えられた新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形それぞれの効果をあわせもつ。前述の実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「本実施の形態の」、「本実施の形態では」等の表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。各実施の形態に含まれる構成要素の任意の組み合わせも、本発明の態様として有効である。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。
[0075]
 電池モジュール1が備える電池14の数は特に限定されない。エンドプレート4と拘束部材12との締結構造は、特に限定されない。電池14は、円筒状等であってもよい。サイドセパレータ10は、分割された複数の部品で構成されてもよい。

符号の説明

[0076]
 1 電池モジュール、 2 電池積層体、 10 サイドセパレータ、 12 拘束部材、 14 電池、 22 出力端子、 50 第1部分、 54 平面部、 72 凸部、 80 排水路、 80a 中央部、 80b 端部、 86 凸部。

請求の範囲

[請求項1]
 積層された複数の電池を有する電池積層体であって、各電池が上面に出力端子を有する電池積層体と、
 前記複数の電池の側面に沿って前記電池の積層方向に延びる平面部を有し、前記複数の電池を拘束する拘束部材と、
 各電池と前記平面部との間に介在する第1部分を有し、各電池および前記平面部を絶縁するサイドセパレータと、を備え、
 各電池と前記第1部分とは、毛細管現象による水の移動を抑制する大きさの隙間をあけて配置されることを特徴とする電池モジュール。
[請求項2]
 前記サイドセパレータは、前記第1部分の前記電池積層体側の表面に、前記電池の前記側面に向かって突出する凸部を有する請求項1に記載の電池モジュール。
[請求項3]
 前記電池は、前記上面と対向する底面を有し、
 前記サイドセパレータは、前記第1部分の前記底面側の端部に、前記積層方向に延びる排水路を有する請求項1または2に記載の電池モジュール。
[請求項4]
 前記排水路は、前記積層方向の中央部から両端部に向かって高さが下がるように傾斜する請求項3に記載の電池モジュール。
[請求項5]
 前記排水路は、前記積層方向の一端側から他端側に向かって高さが下がるように傾斜する請求項3に記載の電池モジュール。
[請求項6]
 前記排水路は、上流から下流に向かって流路幅が広がる請求項3乃至5のいずれか1項に記載の電池モジュール。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]