JP2013168214A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池セル積層方向に発生する応力を逃がしつつ、電池セル積層方向とは異なる一方方向から応力がかかった場合、他方向に応力を逃がすことが可能な電池モジュールを提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係る電池モジュールは、一端に出力端子を有する複数のラミネートセルと、一つの面が開放された箱型形状をした金属板と、当該ラミネートセル及び当該金属板を収納する筐体と、を有し、前記ラミネートセルは、セルが積層されたセル積層部と、当該セル積層部の周りに形成されたラミネートセルパック圧着部から構成され、前記金属板は、前記セル積層体を覆うように配置され、前記金属板における前記セル積層体と対向する面には、前記出力端子の突出方向を横切る方向に溝部が形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１４

Description

本発明は、複数の電池セルを備えた電池モジュールに関する。

電池システムは、自然エネルギを利用して発電した電力の蓄電、スマートグリッドの電源、施設のバックアップ電源として利用され、複数の電池システムを組み合わせることによって、メガワット級の電源も構築することができる。従来、このような大型の電池システムは鉛蓄電池で構築されていたが、鉛蓄電池は大型であり、省スペース化の要求を十分に満たすことができなかった。さらに、近年の鉛フリー化の要求から、リチウムイオン電池を用いた大型の電池システムも開発されている（特許文献１）。このような大型の電池システムにおいては、捲回型のリチウムイオン電池や、積層型のもの（以下、ラミネートセル型と言う。）を用いることが可能である。特にバックアップ電源などに用いられる場合には、長期間の使用が想定されるため、放熱性が優れているラミネートセル型のリチウムイオン電池を用いる方が好ましい。

一方で、このようなラミネートセル型のリチウムイオン電池は、過充電されたり、定格以上の電圧が印加されると、電解液が分解されて膨張してしまうという問題がある。また、ラミネートセル型リチウム電池が膨張した場合には、膨張により電池モジュールが破壊され、最悪、電極間で短絡が起こる可能性もある。

特許文献２には、ラミネートセル間に変形防止材を挿入して、さらに組電池全体を押さえることによって各ラミネートセルの変形を防止した電池モジュールが提案されている。

特開２００２−５８１７０号公報 ＷＯ２００７／４３３９２

しかし、特許文献２に記載の電池モジュールでは、電池セルの膨張力により変形しない部材を各ラミネートセル間に配置し、さらに、ケースなどを用いて変形を抑えるようにしているため、応力の逃げ場が無くなってしまう恐れがある。このような場合、特に電池セル積層方向とは異なる方向から強い応力がかかった場合、電池モジュールの端子部分が破断してしまう恐れがある。

そこで、本発明の目的は、電池セル積層方向に発生する応力を逃がしつつ、電池セル積層方向とは異なる一方方向から応力がかかった場合、他方向に応力を逃がすことが可能な電池モジュールを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の電池モジュールは、複数のラミネートセルと、複数の前記ラミネートセルの間に配置される金属板と、当該ラミネートセル及び当該金属板を収納する筐体と、を有し、前記ラミネートセルは、セルが積層されたセル積層部と、当該セル積層部の周りに形成されたラミネートセルパック圧着部から構成され、前記金属板は、二つの第一折り曲げ部を有し、当該二つの第一折り曲げ部は互いに対向するように構成されて前記セル積層部の側面部を挟み込んで配置され、前記ラミネートセルは、前記二つの折り曲げ部に挟み込まれた前記セル積層部の側面部を横切る方向に突出した出力端子を有し、前記金属板における前記セル積層体と対向する面には、前記出力端子の突出方向と横切る方向に溝部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、電池セル積層方向に発生する応力を逃がしつつ、電池セル積層方向とは異なる一方方向から応力がかかった場合、他方向に応力を逃がすことが可能な電池モジュールを提供することができる。

本発明の第一の実施形態に係る電池モジュールの斜視図であり、（ａ）は前方斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は後方斜め上方から見た斜視図である。 （ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る電池モジュールの側面図であり、（ｂ）は、本発明の第一の実施形態に係る電池システムの背面図である。 本発明の第一の実施形態に係る電池モジュールの分解斜視図である。 本発明の第一の実施形態に係る電池モジュールの回路図である。 図２（ａ）のＢ−Ｂ方向の矢視断面図である。 図２（ｂ）のＣ−Ｃ方向の矢視断面図である。 図２（ａ）のＡ−Ａ方向の矢視断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る電池モジュールを搭載した電池システムの斜視図である。 本発明の第一の実施形態に係る電池モジュールを搭載した電池システムの分解斜視図である。 電池システムに搭載された状態の複数の電池モジュールの正面図である。 電池システムに搭載された状態の複数の電池モジュールの前方斜め上方から透視した斜視図である。 電池システムに搭載された状態の複数の電池モジュールの後方斜め上方から透視した斜視図である。 （ａ）は本発明の電池モジュールを構成する電池セル、及び伝熱板を示す図である。（ｂ）は、図１３（ａ）に示す伝熱板のＡ−Ａ断面図である。 本発明の電池モジュールを電池セル積層方向から見た分解斜視図である。 本発明の電池モジュールにおける出力端子の接続部の詳細である。 本発明の電池モジュールに応力ｆ１がかかったときの変化を示す図である。 （ａ）は本発明の第二の実施形態に係る電池セル、及び伝熱板を示す図である。（ｂ）は、図１７（ａ）に示す伝熱板のＡ−Ａ断面図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略している。

（第一の実施形態）
図１に、本発明の第一の実施形態に係る電池モジュール１００の斜視図を示す。図１（ａ）に、電池モジュール１００を、前方斜め上方から見た斜視図を示し、図１（ｂ）に、電池モジュール１００を、後方斜め上方から見た斜視図を示す。電池モジュール１００の上面部と側壁上部には、筐体の一部をなす筐体上部１０が設けられている。

電池モジュール１００の前面には、筐体の一部をなす筐体前面部８が設けられている。筐体前面部８（電池モジュール１００）は、正面視で、アルファベットの大文字Ｔの形をしている。筐体前面部８の上部には、インジケータ１５と、デバッグ用コネクタ１６と、通気用の開口（第一開口、基板室放熱部）１９ａ（１９）とが設けられている。インジケータ１５には、電池モジュール１００の状態、例えば、運転中とか、スリープ状態とか、異常発生状態とかの状態を、表示することができる。筐体前面部８の上下には、固定用のネジ孔の設けられたストッパ２４が設けられている。デバッグ用コネクタ１６は外部情報処理装置との結合部であり、後述する検出回路基板７に実装されたマイクロコントローラのソフトウエア（プログラムなど）の書き換えや書き込みが必要な時、マイクロコントローラ或いはメモリに記憶された記憶情報（電池の特性情報、使用履歴情報など）の読み出しが必要な時などに外部情報処理装置が結合される。外部情報処理装置による書き換え処理、書き込み処理及び読み出し処理は、電池モジュール１００の初期設置時や、サービスマンによる電池モジュール１００のメンテナンス時に行われる。

電池モジュール１００の後面には、筐体の一部をなす筐体後面部９が設けられている。筐体後面部９は、後面視で、アルファベットの大文字Ｔの形をしている。筐体後面部９の上部には、信号が送受信される通信接続用端子（通信コネクタ、第一コネクタ）１３と、通気用の開口（第二開口、基板室放熱部）１９ｂ（１９）とが設けられている。筐体後面部９の中部には、充電・放電の電流が流れる電力接続用端子（主回路コネクタ、第二コネクタ）１２が設けられている。筐体後面部９の下部には、通気用の開口（第三開口、基板室放熱部）１９ｃ、１９ｄ（１９）が設けられている。開口（第三開口、基板室放熱部）１９ｄ（１９）は、後方に向かって開口している。開口（第三開口、基板室放熱部）１９ｃ（１９）は、側方に向かって開口している。

電池モジュール１００の前方から見て筐体前面部８の右側には、筐体の一部をなす筐体側面下部６が設けられ、左側（電池モジュール１００の後方から見て筐体後面部９の右側）には、筐体の一部をなす筐体側面下部５ｃが設けられている。電池モジュール１００の底面には、筐体の一部をなす筐体底面部５ｅが設けられている。電池モジュール１００の筐体は、筐体上部１０と、筐体前面部８と、筐体後面部９と、筐体側面下部５ｃ、６と、筐体底面部５ｅと有し、外界からの衝撃等から電池モジュール１００の内部を保護している。

図２（ａ）に、本発明の第一の実施形態に係る電池モジュール１００の側面図を示す。側面視で、筐体後面部９の幅は、筐体前面部８の幅より大きくなっている。

図２（ｂ）に、本発明の第一の実施形態に係る電池モジュール１００の後面図を示す。筐体後面部９（電池モジュール１００）は、前記のとおり後面視で、アルファベットの大文字Ｔの形をしており、筐体後面部９（電池モジュール１００）の上部の幅Ｗ２は、筐体後面部９（電池モジュール１００）の中部と下部の幅Ｗ１より広くなっている。

図３に、本発明の第一の実施形態に係る電池モジュール１００の分解斜視図を示す。電池モジュール１００は、金属容器５と、金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）６とを有している。金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）６は、前記した筐体の一部をなす筐体側面下部６を兼ねている。金属容器５と、金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）６とは、いわゆる、容器とその蓋の関係にあり、金属容器５を、金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）６で閉じることにより、孔５ｆを除くと、内部空間（セル群収納室１７（図４参照））を密閉状態にすることができる。その内部空間（セル群収納室１７（図４参照））に、複数の電池セル１（図４参照）を有する電池セル群１Ａと、緩衝部材（セル室放熱部）３、４が収められる。電池セル群１Ａの周囲は、まず、緩衝部材（セル室放熱部）３、４で覆われ、その外側を、金属容器５と金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）６で覆われることになる。緩衝部材（セル室放熱部）３、４は、電池モジュール１００の外部からの衝撃などを緩衝する役割と、電池セル１の膨張を吸収する役割と、伝熱をよくする役割を備えている。

金属容器５は、右側側面が開いている。この右側側面に、金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）６が配置される。このため、金属容器５は、容器上面部をなす上下間隔離壁（容器上面部）５ａと、容器後面部をなす前後間隔離壁（容器後面部）５ｂと、左側の容器側面部をなす筐体側面下部（容器側面部）５ｃと、容器前面部５ｄと、容器底面部をなす筐体底面部（容器底面部）５ｅとを有している。前後間隔離壁（容器後面部）５ｂに、孔５ｆが設けられている。

上下間隔離壁（容器上面部）５ａの上には、絶縁シート１４が配置されている。上下間隔離壁（容器上面部）５ａの上方には、絶縁シート１４を介して、検出回路基板７が配置されている。筐体上部１０は、上下間隔離壁（容器上面部）５ａに固定され、検出回路基板７の両側方と上方を覆う。検出回路基板７は、上下間隔離壁（容器上面部）５ａと、筐体上部１０とで囲まれた内部空間（基板収納室１８（図４参照：なお、図４は、デフォルメしてあり、基板収納室１８が実際より誇張されている））内に配置されることになる。この内部空間（基板収納室１８（図４参照））の前方は、筐体前面部８によって閉じられ、後方は、筐体後面部９によって閉じられている。

筐体前面部８は、容器前面部５ｄを覆っている。筐体後面部９は、前後間隔離壁（容器後面部）５ｂを覆っている。保護回路基板１１と、電力接続用端子（主回路コネクタ、第二コネクタ）１２と、通信接続用端子（通信コネクタ、第一コネクタ）１３は、前後間隔離壁（容器後面部）５ｂと、筐体後面部９とで囲まれた内部空間（基板収納室１８（図４参照））内に配置されることになる。この内部空間（基板収納室１８（図４参照））は、上下間隔離壁（容器上面部）５ａと、前後間隔離壁（容器後面部）５ｂと、筐体前面部８と、筐体後面部９と、筐体上部１０とによって区画され、この内部空間（基板収納室１８（図４参照））には、検出回路基板７と、保護回路基板１１と、電力接続用端子（主回路コネクタ、第二コネクタ）１２と、通信接続用端子（通信コネクタ、第一コネクタ）１３が設けられている。

図４に、本発明の第一の実施形態に係る電池モジュール１００の回路図を示す。なお、図４は、デフォルメしてあり、基板収納室１８が実際より誇張されている。電池モジュール１００は、電池セル群１Ａを有している。電池セル群１Ａは、複数（図４では６個）の電池セル１を備えている。図４では、電池セル１は直列接続されているが、これに限らず、並列接続でも、直列接続と並列接続を組み合わせてもよい。複数の電池セル１が接続された電池セル群１Ａの負（−）極は、電力接続用端子（主回路コネクタ、第二コネクタ）１２の一方に接続されている。複数の電池セル１が接続された電池セル群１Ａの正（＋）極は、定格以上の大電流から電池セル群１Ａを保護するための保護回路（ヒューズ）２２の一方の端子に接続されている。保護回路（ヒューズ）２２の他方の端子は、電力接続用端子（主回路コネクタ、第二コネクタ）１２の他方に接続されている。保護回路（ヒューズ）２２は、定格以上の大電流が流れると、発熱して、昇温し、所定温度以上に昇温すると溶断し電流を遮断する。このため、保護回路（ヒューズ）２２は、通常使用時の定格未満の電流でも、溶断しない温度未満ではあるが昇温している。保護回路（ヒューズ）２２がこのような温度範囲で昇温すると、従来であれば、複数の電池セル１の内の一部（局所）の電池セル１の充電・放電の特性が低下（変化）し、複数の電池セル１の充電・放電の特性がばらつきやすくなると考えられたが、第一の実施形態によれば、詳細は後記するが、保護回路（ヒューズ）２２を有する保護回路基板１１を冷却することができるので、保護回路（ヒューズ）２２が発熱しても、保護回路基板１１の昇温を抑制することができる。

電池セル群１Ａの負（−）極と正（＋）極は、検出回路基板７に設けられているＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）に接続している。ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）は、検出回路基板７に設けられている電圧検出回路２１に接続されている。電圧検出回路２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）を介して、電池セル群１Ａから電力が供給されている。電圧検出回路２１には、通信接続用端子（通信コネクタ、第一コネクタ）１３が接続されている。電圧検出回路２１は、通信接続用端子（通信コネクタ、第一コネクタ）１３を介して、外部配線基板（外部装置）２３に接続し、外部配線基板（外部装置）２３と通信することができる。

電池セル群１Ａの電池セル１毎の負（−）極と正（＋）極は、電圧検出回路２１に接続されている。電池セル１毎の負（−）極と正（＋）極の間には、バランシング抵抗２５と、スイッチ２６とが直列に接続されている。スイッチ２６のオン・オフは、電圧検出回路２１によって行われる。電圧検出回路２１は、電池セル１毎に電圧を測定する。電圧検出回路２１は、測定結果に基づいて、電池セル群１Ａの複数の電池セル１の電圧のばらつき（偏差）を算出する。電圧検出回路２１は、ばらつき（偏差）が所定値を超えている場合は、電池セル群１Ａの複数の電池セル１の中から、電圧の大きい順に少なくとも一つ抽出する。電圧検出回路２１は、抽出された電池セル１の負（−）極と正（＋）極の間に接続されたスイッチ２６をオンにし、バランシング抵抗２５に抽出された電池セル１から電流を流し、バランシング抵抗２５で電力を消費させる。電圧検出回路２１は、抽出された電池セル１の電圧が、抽出されていない電池セル１の一つの電圧に等しくなるまで、電流を流す。これにより、電池セル群１Ａの複数の電池セル１の電圧のばらつき（偏差）を小さくでき、充電・放電の特性を向上させることができる。バランシング抵抗２５で電力を消費させる際には、バランシング抵抗２５が発熱し、温度が上昇する。バランシング抵抗２５の発熱によって、検出回路基板７内が局所的に昇温すると、従来であれば、複数の電池セル１の内の一部（局所）の電池セル１の温度が上昇し、充電・放電の特性が低下（変化）し、複数の電池セル１の充電・放電の特性がばらつきやすくなると考えられたが、第一の実施形態によれば、詳細は後記するが、検出回路基板７を冷却することができるので、バランシング抵抗２５が発熱しても、バランシング抵抗２５の昇温、すなわち、検出回路基板７内の局所的な昇温を、抑制することができる。

図４に示すように、電池モジュール１００は、筐体前面部８、筐体後面部９、筐体上部１０、筐体底面部５ｅ等で構成される筐体（８、９、１０、５ｅ等）を有している。この筐体（８、９、１０、５ｅ等）は、電池セル群１Ａと、検出回路基板７と、保護回路基板１１とを、収納している。この筐体（８、９、１０、５ｅ等）内の内部空間は、上下間隔離壁５ａと、前後間隔離壁５ｂと、容器前面部５ｄとによって、セル群収納室１７と基板収納室１８とに分けられている。電池セル群１Ａと検出回路基板７の間には、上下間隔離壁５ａが設けられているので、電池セル群１Ａと検出回路基板７の相互間の対流や輻射等による伝熱が抑制され、相互の熱の行き来を抑制することができる。電池セル群１Ａと保護回路基板１１の間には、前後間隔離壁５ｂが設けられているので、電池セル群１Ａと保護回路基板１１の相互間の対流や輻射等による伝熱が抑制され、相互の熱の行き来を抑制することができる。セル群収納室１７と基板収納室１８とは、前後間隔離壁５ｂに開口された孔５ｆを介して、連通している。

セル群収納室１７に、電池セル群１Ａが配置されている。基板収納室１８に、検出回路基板７と保護回路基板１１と電力接続用端子（主回路コネクタ、第二コネクタ）１２が、配置されている。このため、電池セル群１Ａと検出回路基板７の間の配線と、電池セル群１Ａと保護回路基板１１の間の配線と、電池セル群１Ａと電力接続用端子（主回路コネクタ、第二コネクタ）１２の間の配線とは、孔５ｆを通るように引き回されている。

セル群収納室１７は、金属容器５（５ａ、５ｂ、５ｄ、５ｅ等（図３の金属容器蓋部６も含む））によって仕切られている。電池セル群１Ａが、一体構造の金属容器５（５ａ、５ｂ、５ｄ、５ｅ等）内に配置されていることで、強力な外力からも確実に電池セル群１Ａを保護することができる。セル群収納室１７には、電池セル群１Ａで発生した熱を、セル群収納室１７の外に放熱するセル室放熱部２、３が設けられている。

セル室放熱部２、３は、複数の電池セル１の間に挟まれた伝熱板２と、伝熱板２と筐体（８、９、１０、５ｅ等）の一部（筐体底面部５ｅ）とを、熱的に接続する緩衝部材３（４、図３の緩衝部材４も含む）とを有している。電池セル群１Ａで発生した熱は、伝熱板２と緩衝部材３（４）とを介し、筐体５ｅ等へ伝熱され、筐体５ｅ等からセル群収納室１７の外に放熱される。これにより、電池セル群１Ａの発熱による昇温を抑制することができる。なお、金属容器５（５ａ、５ｂ、５ｄ、５ｅ等（図３の金属容器蓋部６も含む））は、アルミニウムやアルミニウム合金や鉄などの部材により形成されることが、伝熱・放熱性の観点から望ましいが、これに限らず、合成樹脂を成型して形成してもよい。

基板収納室１８には、検出回路基板７と保護回路基板１１とが、配置されており、基板収納室１８には、検出回路基板７と保護回路基板１１で発生した熱を、基板収納室１８の外に放熱する基板室放熱部１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）が設けられている。

基板室放熱部１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）は、筐体（８、９、１０、５ｅ等）の一部（筐体前面部８、筐体後面部９）に設けられた開口（基板室放熱部）１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）を有している。開口（基板室放熱部）１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）を介して、基板収納室１８内の空気と外気とを入れ換えることで、検出回路基板７と保護回路基板１１で発生した熱を、空気を介して基板収納室１８の外に放熱することができる。

電池セル群１Ａは、電池モジュール１００の下部に配置されている。これに伴い、セル群収納室１７も、電池モジュール１００の下部に配置されている。検出回路基板７は、電池モジュール１００の上部に配置され、保護回路基板１１は、電池モジュール１００の後部に配置されている。これに伴い、基板収納室１８は、電池モジュール１００の上部から後部にかけて鉤状に（アルファベットの大文字Ｌを横にした鏡像状に）配置されている。基板収納室１８は、上下間隔離壁５ａを介してセル群収納室１７の上方に配置され、前後間隔離壁５ｂを介してセル群収納室１７の側方に配置されている。電池セル群１Ａに対して、検出回路基板７は上下間隔離壁５ａを介して上方に、保護回路基板１１は前後間隔離壁５ｂを介して後方に配置されている。検出回路基板７は、電池セル群１Ａの上方に配置されているので、電池セル群１Ａで液漏れが発生しても検出回路基板７にかかることはない。

開口（基板室放熱部）１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）は、第一開口（基板室放熱部）１９ａ（１９）と、第二開口（基板室放熱部）１９ｂ（１９）と、第三開口（基板室放熱部）１９ｃ、１９ｄ（１９）とを有している。

第一開口１９ａは、筐体前面部８の上部に形成されている。第一開口１９ａは、基板収納室１８の前方に設けられている。第一開口１９ａは、電池モジュール１００の前方に向かって開口している。

第二開口１９ｂは、筐体後面部９の上部に形成されている。第二開口１９ｂは、基板収納室１８の後方の上部に設けられている。第二開口１９ｂは、電池モジュール１００の後方に向かって開口している。

第一開口１９ａと、検出回路基板７と、第二開口１９ｂとは、略同じ高さに配置され、略水平な略一直線上に配置されている。外気（空気）が、第一開口１９ａから入って、第二開口１９ｂから出る場合に、第一開口１９ａから第二開口１９ｂへの空気の流れる道（風路）２７ａ上に、検出回路基板７が配置されている。空気が入れ替わりながら、検出回路基板７から熱を奪うことで、検出回路基板７の昇温を抑制することができる。なお、電池モジュール１００の後方に、外部配線基板（外部装置）２３を配置し、外部配線基板（外部装置）２３に設けられたファン２３ａで、風路２７ａ上に空気の流れ（風）を強制的に発生させてもよい。検出回路基板７の昇温の抑制効果を高めることができる。

第三開口１９ｃ、１９ｄは、筐体後面部９の下部に形成されている。第三開口１９ｃ、１９ｄは、基板収納室１８の後方の下部に設けられている。第三開口１９ｃ（図１（ｂ）参照）は、電池モジュール１００の側方に向かって開口している。第三開口１９ｄ（図１（ｂ）参照）は、電池モジュール１００の後方に向かって開口している。第三開口１９ｃ、１９ｄは、保護回路基板１１と略同じか低い高さに配置されている。第三開口１９ｃは、保護回路基板１１より低く配置されている。第三開口１９ｄは、保護回路基板１１と略同じ高さに配置されている。保護回路基板１１で、発熱すると、周囲の空気が暖められて膨張し比重が小さくなるので、上昇流が生じる。この上昇流に沿って、風路２７ｂが形成される。風路２７ｂの上流側は、第三開口１９ｃから外気（空気）が流れ込むことで形成される。風路２７ｂの下流側は、第二開口１９ｂから空気が流れ出ることで形成される。そして、上昇する風路２７ｂが形成され、第三開口１９ｃから外気（空気）が吸い込まれるようになると、第三開口１９ｃから吸い込まれた空気が、第三開口１９ｄから流れ出る流路２７ｂも形成される。空気が入れ替わりながら、保護回路基板１１から熱を奪うことで、保護回路基板１１の昇温を抑制することができる。

なお、風路２７ａに対しては、第一開口１９ａと第二開口１９ｂだけでなく、風路２７ａの周囲に配置される筐体上部１０と上下間隔離壁５ａも、前方から後方へ一直線に導くガイドとして機能していると考えることができる。同様に、風路２７ｂに対しては、第三開口１９ｃと第二開口１９ｂだけでなく、風路２７ｂの周囲に配置される筐体後面部９と前後間隔離壁５ｂも、下方から上方へ一直線に導くガイドとして機能していると考えることができる。また、風路２７ａを流れる空気によって、風路２７ｂを流れる空気が風路２７ａに引き寄せられることで、風路２７ｂを流れる空気の流量を増加させている。また、筐体前面部８、筐体後面部９、筐体上部１０は、合成樹脂を成型して形成することができるが、これに限られず、冷却性を向上させるために空冷に加えて熱伝導・放熱を考慮して、アルミニウムや鉄等の金属材料を成型して形成してもよい。また、第一開口１９ａと第二開口１９ｂと第三開口１９ｃ、１９ｄの開口形状と、開口位置は、検出回路基板７と保護回路基板１１で必要と考えられる冷却能力や、外部配線基板（外部装置）２３のファン２３ａから供給される風量や、外気の温度や湿度等に応じて変更すればよい。

電池モジュール１００は、電力接続用端子（主回路コネクタ、第二コネクタ）１２と、通信接続用端子（通信コネクタ、第一コネクタ）１３を有している。電力接続用端子１２は、電池セル群１Ａを、外部配線基板（外部装置）２３に接続することができる。電力接続用端子１２は、外部配線基板（外部装置）２３の電力接続用端子（主回路コネクタ）２３ｂと着脱する。

通信接続用端子１３は、電圧検出回路２１を、外部配線基板（外部装置）２３に接続することができる。通信接続用端子１３は、外部配線基板（外部装置）２３の通信接続用端子（通信コネクタ）２３ｃと着脱する。

電力接続用端子１２の着脱方向と、通信接続用端子１３の着脱方向とが、互いに一致し、それらの着脱方向が、電池モジュール１００の前後方向と平行（一致）になっている。電力接続用端子１２と通信接続用端子１３は、筐体後面部９、すなわち、電池モジュール１００の一平面をなす後面上に設けられている。外部配線基板（外部装置）２３の電力接続用端子（主回路コネクタ）２３ｂと通信接続用端子（通信コネクタ）２３ｃは、外部配線基板（外部装置）２３の一平面をなす正面上に設けられている。これらにより、電池モジュール１００を、前方から後方へスライドさせるだけで、電力接続用端子１２を、電力接続用端子２３ｂに接続し、通信接続用端子１３を、通信接続用端子２３ｃに接続することができる。逆に、電池モジュール１００を、後方から前方へスライドさせるだけで、電力接続用端子１２と電力接続用端子２３ｂの接続を切断し、通信接続用端子１３と通信接続用端子２３ｃの接続を切断することができる。

図５に、図２（ａ）のＢ−Ｂ方向の矢視断面図を示す。図２（ａ）の例では、電池セル１として、ラミネート型電池セルを示している。ラミネート型の電池セル１は、平板形状であり、隣接する電池セル１との間に伝熱板（セル室放熱部）２が挟み込まれている。電池セル１で発生した熱は、伝熱板（セル室放熱部）２を伝導して、伝熱板（セル室放熱部）２の端部に達し、その端部から緩衝部材（セル室放熱部）３に伝導し、緩衝部材（セル室放熱部）３から金属容器５に伝導する。なお、この伝熱板２については後で詳細に説明する。

また、電池セル１と緩衝部材（セル室放熱部）４の間にも伝熱板（セル室放熱部）２が挟み込まれている。電池セル１で発生した熱は、伝熱板（セル室放熱部）２を伝導して緩衝部材（セル室放熱部）４に達し、緩衝部材（セル室放熱部）４から金属容器蓋部６に伝導する。

金属容器５と金属容器蓋部６に伝導した熱は、周囲の空気を暖め、放熱路２８が形成される。電池モジュール１００の前後方向に流れる風路２７ｃを、筐体側面下部５ｃと金属容器蓋部６に対向する電池モジュール１００の側方に形成することで、暖められる空気を入れ替えることができ、冷却効果を向上させることができる。

また、基板収納室１８内には、検出回路基板７と筐体上部１０の隙間と、検出回路基板７と上下間隔離壁の隙間とに、風路２７ａが形成される。検出回路基板７の周囲に風路２７ａが形成されることで、効率よく検出回路基板７を冷却することができる。

図６に、図２（ｂ）のＣ−Ｃ方向の矢視断面図を示す。第一開口１９ａは、筐体前面部８の上部に形成されている。第一開口１９ａは、基板収納室１８の前方に設けられている。第二開口１９ｂは、筐体後面部９の上部に形成されている。第二開口１９ｂは、基板収納室１８の後方の上部に設けられている。第一開口１９ａと、検出回路基板７と、第二開口１９ｂとは、略同じ高さに配置され、略水平な略一直線上に配置されている。外気（空気）が、第一開口１９ａから入って、第二開口１９ｂから出るように、風路２７ａが形成され、その風路２７ａ上に検出回路基板７が配置されている。空気が入れ替わりながら、検出回路基板７から熱を奪うことで、検出回路基板７の昇温を抑制することができる。

また、保護回路基板１１の上方には、風路２７ｂが形成される。風路２７ｂの上流側は、第三開口１９ｃ（図４参照）から外気（空気）が流れ込むことで形成される。風路２７ｂの下流側は、第二開口１９ｂから空気が流れ出ることで形成される。空気が入れ替わりながら、保護回路基板１１から熱を奪うことで、保護回路基板１１の昇温を抑制することができる。

図７に、図２（ａ）のＡ−Ａ方向の矢視断面図を示す。電池セル群１Ａは、放熱路２８と風路２７ｃを用いて、放熱する。保護回路基板１１は、第三開口１９ｃ（図４参照）から流れ込み第三開口１９ｄから流れ出る風路２７ｂを用いて、放熱する。このように、電池セル群１Ａと、保護回路基板１１は、それぞれ、異なるルートに熱を伝え冷却する冷却手段により、冷却していることがわかる。

図８に、本発明の第一の実施形態に係る電池モジュール１００を搭載した電池システム１０１の斜視図を示す。電池システム１０１は、多段（図８の例では７段）の棚を有するラック３１を有している。ラック３１の最上段には、統合制御部３２が収められている。ラック３１の最上段以外の６段には、電池モジュール１００は収められている。ラック３１の１段毎に、複数（図８の例では４個）の電池モジュール１００が収められている。ラック３１の後面には、外部配線基板２３が設けられている。

図９に、本発明の第一の実施形態に係る電池モジュール１００を搭載した電池システム１０１の分解斜視図を示す。電池モジュール１００は、ラック３１に対して、後方に押し込むことによって、装着することができる。また、電池モジュール１００は、ラック３１に対して、前方に引き出すことによって、脱離させることができる。

外部配線基板２３には、それぞれの電池モジュール１００に対応するように、ファン２３ａと、電力接続用端子（主回路コネクタ）２３ｂと、通信接続用端子（通信コネクタ）２３ｃとが設けられている。電池モジュール１００をラック３１に装着することで、同時に、電池モジュール１００の電力接続用端子（主回路コネクタ、第二コネクタ）１２と、電力接続用端子（主回路コネクタ）２３ｂとを接続し、通信接続用端子（通信コネクタ、第一コネクタ）１３と、通信接続用端子（通信コネクタ）２３ｃとを接続することができる。電池モジュール１００をラック３１から脱離させることで、同時に、電池モジュール１００の電力接続用端子（主回路コネクタ、第二コネクタ）１２と、電力接続用端子（主回路コネクタ）２３ｂとの接続を切断し、通信接続用端子（通信コネクタ、第一コネクタ）１３と、通信接続用端子（通信コネクタ）２３ｃとの接続を切断することができる。

また、外部配線基板２３の通信接続用端子（通信コネクタ）２３ｃと、外部配線基板２３内の配線を介して、それぞれの電池モジュール１００は、統合制御部３２に接続している。統合制御部３２は、それぞれの電池モジュール１００に対して、充放電の制御をすることができる。

図１０に、電池システム１０１に搭載された状態に並べられた複数（図１０の例では４個）の電池モジュール１００の正面図を示す。電池モジュール１００はそれぞれ、ストッパ２４が、ラック３１の棚に当るまで押し込まれ、ストッパ２４に設けられたネジ孔を用いて、ラック３１の棚にネジ止めされる。

また、図２（ｂ）で説明したように、電池モジュール１００は、正面視で、アルファベットの大文字Ｔの形をしており、電池モジュール１００の上部の幅Ｗ２は、電池モジュール１００の中部と下部の幅Ｗ１より大きくなっている。そして、幅が広い電池モジュール１００の上部には、基板収納室１８（図５参照）が配置され、幅が狭い電池モジュール１００の中部と下部には、セル群収納室１７（図５参照）が配置されている。これにより、図１０に示すように、電池モジュール１００の金属容器蓋部６と、隣接する電池モジュール１００の筐体側面下部５ｃの間には、隙間が生じ、風路２７ｃを形成することができる。同様に、電池モジュール１００の金属容器蓋部６とラック３１の間にも隙間が生じ、風路２７ｃを形成することができる。電池モジュール１００の筐体側面下部５ｃとラック３１の間にも隙間が生じ、風路２７ｃを形成することができる。また、第一開口１９ａの正面には、風路２７ａが形成されることになる。

図１１に、電池システム１０１に搭載された状態に並べられた複数の電池モジュール１００の前方斜め上方から透視した斜視図を示し、図１２に、同様の複数の電池モジュール１００の後方斜め上方から透視した斜視図を示す。図１０、図１１と図１２に示すように、風路２７ａに対して、風路２７ｃは、離れており、それぞれ、異なるルートに熱を伝え冷却する冷却（手段）であることがわかる。

図１３（ａ）に、本発明の電池モジュール１００に使用される電池セル１及び伝熱板２の詳細を示す。電池セル１は、電極とセパレータが積層した部分をアルミニウムパックなどで覆って構成され、図示するように電極とセパレータが積層したセル積層部１１１と、アルミニウムパックを圧着したセルパック圧着部１１２を有している。この電池セル１は、セル積層方向から眺めると略長方形形状をしている。電池セル１の一方の短辺側からは、電池セル出力端子１１３が、電池セル１の長辺方向と略平行方向に突出している。

伝熱板２は、セル積層部１１１を覆うように構成されており、セル積層方向と対向した主面部２ａと、長辺方向折り曲げ部２ｂ及び短辺方向折り曲げ部２ｃからなる。図１３（ａ）に示すように、この伝熱板２は、主面部２ａと長辺方向折り曲げ部２ｂ及び短辺方向折り曲げ部２ｃによって、一つの面が開放された箱型の形状をしている。この伝熱板２は、電池セル１と密着しているので、電池セル１からの発熱を放熱する効果と、後述する応力緩和の効果がある。

電池セル積層方向に発生する応力については単純な平板で応力の緩和が可能である。しかし、単純な平板のみでは、図１３（ａ）に示す出力端子１１３の突出方向と平行な方向からの応力の緩和は十分にできない。特にこの方向からの応力がかかると、他の部分との接触面積が少ない出力端子１１３に応力が集中し、出力端子１１３が破断する可能性がある。そこで、本発明の伝熱板２は単純な平板を用いるのではなく、図１３（ｂ）に示すような構造をしている。

図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の伝熱板２のＡ−Ａ断面を示したものである。伝熱板２の主面部２ａであってセル積層部１１１と密着する側には、溝部２ｄが設けられている。この溝部２ｄは、短辺方向折り曲げ部２ｃの方向から応力がかかった場合に上に凸になるように構成されている。より具体的には、短辺方向折り曲げ部２ｃと略平行で、さらに長辺方向折り曲げ部２ｂを二分する位置に設けられる。

なお、図１３（ｂ）では具体的な伝熱板２の形状を記載したが、溝部２ｄは必ずしも短辺方向折り曲げ部２ｃと略平行である必要は無く、長辺方向折り曲げ部２ｂを横切る方向に設けられれば応力の吸収は可能である。ただし、最も応力を吸収しやすい構成という点では、短辺方向折り曲げ部２ｃと略平行に構成するほうが好ましい。

また、同様に溝部２ｄは必ずしも長辺方向折り曲げ部２ｂを二分する位置に設けられる必要は無く、いずれかの短辺方向折り曲げ部２ｃに寄って設けられていても応力の吸収は可能である。ただし、最も応力を吸収しやすい構成という点では、長辺方向折り曲げ部２ｂを二分する位置に設けられていた方が好ましい。

さらに上述した以外の溝部２ｄの構成としては、短辺方向折り曲げ部２ｃと略平行な方向に複数溝を設けるパターンなども考えられる。この場合には、長辺方向折り曲げ部２ｂを二分する位置に向かって溝の深さを深くしていくなどすると、段階的に応力を緩和することが可能となる。

上述したような構成にすることによって、セル積層方向に発生する応力だけでなく、出力端子１１３と平行な方向からの応力も緩和することが可能となり、出力端子１１３に過度な応力がかかるのを防ぐことができる。

また、この伝熱板２の長編方向折り曲げ部２ｂ及び短辺方向折り曲げ部２ｃは、セル積層部１１１の側面に密着するように構成されている。このように構成されることにより、電池セル１の中で発熱しやすいセル積層部の放熱を効率よく行うことができる。

また、特に重要なのが短辺方向折り曲げ部２ｃとセル積層部１１１との密着で、このセル積層部１１１の密着がしっかりと行われていることによって、電池セル１にかかる出力端子１１３と平行な方向からの応力を伝熱板２に確実に伝えることが可能となり、出力端子１１３にかかる応力を抑制することができる。

なお、本実施形態では長辺方向折り曲げ部２ｂが無くても、出力端子１１３方向と平行な方向の応力は緩和可能であるが、長辺方向折り曲げ部２ｂがあった場合には位置決め効果や電池セルからの発熱を拡散する効果があるのでより好ましい。

図１４は電池モジュール１００の分解斜視図で、電池セル１の積層も分解した詳細なものである。なお、本実施例では、電池セル２枚につき１枚の伝熱板２を配置しているが、当然各電池セル間に伝熱板２を配置してもよい。図１４のように伝熱板２を配置した場合には、各電池セル間に伝熱板２を配置するよりは応力緩和能力が劣るが、小型化、低コスト化という観点で各電池セル間に伝熱板２を配置するよりも優れている。

図１５には、出力端子１１３の接続の詳細を示すものである。上述したように出力端子１１３は接触面積が少ないため、応力がかかりやすい部分となっている。特に図１５中のＡ部については、出力端子１１３が破断することによってケースが外れてしまい、強電部が外部にさらされてしまう可能性がある。しかし、本発明の伝熱板２を用いることによって出力端子１１３にかかる応力を抑制することが可能になり、筐体後面部９が外れないようにすることができる。

図１６には、具体的に短辺方向折り曲げ部２ｃの方向から応力ｆ１がかかった場合の伝熱板２の変化を示したものである。出力端子１１３と平行な方向からの応力ｆ１がかかっていないときには、主面部２ａは点線で示すようにセル積層方向に凸になっていない。しかし、一旦応力ｆ１がかかると実線で示すように主面部２ａはｇ１方向に凸、つまりセル積層方向に凸になる。伝熱板２がこのように変化することによって、出力端子１１３と平行な方向からの応力を緩和することが可能となる。また、変形時にも伝熱板２が伝熱板２の上面に配置した電池セル１の底面部と接触した状態を保てるため、応力を緩和しつつ伝熱板２を介しての放熱も可能となる。

さらに、製造時などに応力ｆ１がかかり伝熱板２の主面部２ａが図１６のように変形したとしても、上述したように伝熱板２が凸になった方向にある電池セル１の底面部と接触が取れるため、出力端子１１３に過度な応力がかかることなく放熱性も確保することができる、また、伝熱板２がこのように変形した後では、凸形状になった主面部２ａがバネのような役割をすることが可能となり、セル積層方向の応力を緩和する能力が増大する。

以上、上述したように本発明を用いることによって、セル積層方向に発生する応力だけでなく、出力端子１１３と平行な方向からかかる応力も抑制できる。さらに、電池セル１からの熱についても、伝熱板２を介して良好な放熱性を得ることが可能となる。

続いて第二の実施形態について説明する。なお、第二の実施形態は、伝熱板２の形状が変化したのみで、他の構成については変わらない。

図１７に、本実施形態に係る伝熱板２２２を示す。本実施形態に係る伝熱板２２２は、第一の実施形態と比較して、溝部２ｄが無く、短辺方向折り曲げ部２２２ｃが主面部２２２ａに対して略垂直に形成されておらず、図１７（ｂ）に示すように図１７（ａ）のＡ−Ａ断面形状が台形形状になっている。ここで言う台形形状とは、主面部２２２ａと短辺方向折り曲げ部２２２ｃとの挟角２２３が９０度より大きい角度である状態のことを言う。

このように形成することによって、第一の実施形態のような溝部２ｄを形成する必要が無いため、伝熱板２２２の生産性に優れる。なお、長辺方向折り曲げ部２２２ｂについては第一の実施形態同様、主面部２２２ａに対して垂直に構成されてセル積層部１１１と密着しており、セル積層部１１１から発生する熱を拡散する役割を果たしている。

１ 電池セル
１Ａ 電池セル群
２ 伝熱板（セル室放熱部）
３、４ 緩衝部材（セル室放熱部）
５ 金属容器
５ａ 上下間隔離壁（容器上面部）
５ｂ 前後間隔離壁（容器後面部）
５ｃ 筐体側面下部（容器側面部）
５ｄ 容器前面部
５ｅ 筐体底面部（容器底面部）
５ｆ 孔
６ 金属容器蓋部（筐体側面下部、容器側面部）
７ 検出回路基板
８ 筐体前面部
９ 筐体後面部
１０ 筐体上部（上面部と側面上部）
１１ 保護回路基板
１２ 電力接続用端子（主回路コネクタ、第二コネクタ）
１３ 通信接続用端子（通信コネクタ、第一コネクタ）
１４ 絶縁シート
１５ インジケータ
１６ デバッグ用コネクタ
１７ セル群収納室
１８ 基板収納室
１９ 開口（基板室放熱部）
１９ａ 第一開口（基板室放熱部）
１９ｂ 第二開口（基板室放熱部）
１９ｃ、１９ｄ 第三開口（基板室放熱部）
２１ 電圧検出回路
２２ 保護回路
２３ 外部配線基板（外部装置）
２３ａ ファン
２３ｂ 電力接続用端子（主回路コネクタ）
２３ｃ 通信接続用端子（通信コネクタ）
２４ ストッパ
２５ バランシング抵抗
２６ スイッチ
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ 風路
２８ 放熱路
３１ ラック
３２ 統合制御部
１００ 電池モジュール
１０１ 電池システム
Ｗ１、Ｗ２ 筐体の幅

Claims (7)

1. 複数のラミネートセルと、複数の前記ラミネートセルの間に配置される金属板と、当該ラミネートセル及び当該金属板を収納する筐体と、を有する電池モジュールにおいて、
   前記ラミネートセルは、セルが積層されたセル積層部と、当該セル積層部の周りに形成されたラミネートセルパック圧着部から構成され、
   前記金属板は、二つの第一折り曲げ部を有し、当該二つの第一折り曲げ部は互いに対向するように構成されて前記セル積層部の側面部を挟み込んで配置され、
   前記ラミネートセルは、前記二つの折り曲げ部に挟み込まれた前記セル積層部の側面部を横切る方向に突出した出力端子を有し、
   前記金属板における前記セル積層体と対向する面には、前記出力端子の突出方向と横切る方向に溝部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、
   前記金属板は、さらに二つの第二折り曲げ部を有し、当該二つの第二折り曲げ部は、前記セル積層体の前記側面部と異なる側面部を挟み込んでいることを特徴とする電池モジュール。
3. 請求項２に記載の電池モジュールにおいて、
   前記セル積層部は、セル積層方向から見て略長方体形状であって、短辺側面部及び長辺側面部を有しており、
   前記金属板における二つの前記第一折り曲げ部は、前記セル積層部の短辺側面部を挟み込んでおり、
   前記金属板における二つの前記第二折り曲げ部は、前記セル積層部の長辺側面部を挟み込んでいることを特徴とする電池モジュール。
4. 請求項３に記載の電池モジュールにおいて、
   前記溝部は、前記短辺側面部と平行な方向に設けられていることを特徴とする電池モジュール。
5. 請求項４に記載の電池モジュールにおいて、
   前記溝部は、前記長辺側面部を二分する位置に設けられていることを特徴とする電池モジュール。
6. 複数のラミネートセルと、複数の前記ラミネートセルの間に配置される金属板と、当該ラミネートセル及び当該金属板を収納する筐体と、を有する電池モジュールにおいて、
   前記ラミネートセルは、セルが積層されたセル積層部と、当該セル積層部の周りに形成されたラミネートセルパック圧着部から構成され、
   前記金属板は、セル積層方向と対向する主面部と二つの第一折り曲げ部を有し、当該主面部及び当該二つの第一折り曲げ部は前記セル積層部を覆って配置され、
   前記ラミネートセルは、前記二つの折り曲げ部を横切る方向に突出した出力端子を有し、
   前記主面部と第一の折り曲げ部との挟角は、９０度より大きい角度であることを特徴とする電池モジュール。
7. 一端に出力端子を有する複数のラミネートセルと、一つの面が開放された箱型形状をした金属板と、当該ラミネートセル及び当該金属板を収納する筐体と、を有する電池モジュールにおいて、
   前記ラミネートセルは、セルが積層されたセル積層部と、当該セル積層部の周りに形成されたラミネートセルパック圧着部から構成され、
   前記金属板は、前記セル積層体を覆うように配置され、
   前記金属板における前記セル積層体と対向する面には、前記出力端子の突出方向を横切る方向に溝部が形成されていることを特徴とする電池モジュール。