JP2013171647A

JP2013171647A - 電池パック

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Publication number: JP2013171647A
Application number: JP2012033676A
Authority: JP
Inventors: Seiji Inoue; 誠司井上; Masayuki Takeuchi; 雅之竹内; Teruhiko Kameoka; 輝彦亀岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2013-09-02
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: JP5751190B2

Abstract

【課題】小型化を図ることができ、組み付け性に優れた電池パックを提供すること。
【解決手段】電池パック１は、複数の電池セル３と複数の伝熱板４とを積層してなる積層体２と、冷媒を流通させる冷媒流路５０を有する冷却器５とを備えている。積層体２は、積層方向Ｘに押圧された状態で保持されている。伝熱板４は、冷却器５に接合され、冷媒流路５０を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されている。伝熱板４には、電池セル３に対して積層される積層部４１から冷却器５に向かって積層方向Ｘに直交する方向に延設され、積層部４１と冷却器５との間を接続する接続部４２が設けられている。伝熱板４における少なくとも接続部４２が積層体２への押圧力に対して変形可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両等に搭載される電池パックに関する。

従来、電動機により車両の駆動力を得る電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車等（以下、これらをまとめてＥＶ等という）に搭載される電池パックが知られている。
電池パックは、例えば、特許文献１のように、複数の電池セルと複数の冷媒流路とを積層して構成されている。そして、電池セルを積層方向の両側から冷媒流路によって挟み込む構造とすることにより、冷媒流路を流通する冷媒によって電池セルを効率よく冷却している。

特許第４５１０４６７号公報

しかしながら、上記特許文献１の構造では、以下の問題がある。
すなわち、ＥＶ等に搭載される電池パックは、数百ボルトの高電圧を得るため、一般的に数百個もの電池セルを積層して構成される。そうすると、電池セルを冷却する冷媒流路の数も数百となるため、積層方向の厚みが大きくなり、車両への搭載が困難となる場合もある。一方、各冷媒流路の厚みを小さくすることも考えられるが、この場合には、冷媒流路を小さくするための微細な加工や高い寸法精度が必要となり、製造コストが高くなる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、小型化を図ることができ、組み付け性に優れた電池パックを提供しようとするものである。

本発明の一の態様は、複数の電池セルと複数の伝熱板とを積層してなる積層体と、
冷媒を流通させる冷媒流路を有する冷却器とを備え、
上記積層体は、積層方向に押圧された状態で保持されており、
上記伝熱板は、上記冷却器に接合され、上記冷媒流路を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されており、
上記伝熱板には、上記電池セルに対して積層される積層部から上記冷却器に向かって上記積層方向に直交する方向に延設され、上記積層部と上記冷却器との間を接続する接続部が設けられており、
上記伝熱板における少なくとも上記接続部が上記積層体への押圧力に対して変形可能に構成されていることを特徴とする電池パックにある（請求項１）。

上記電池パックは、複数の電池セルと複数の伝熱板とを積層してなる積層体と、冷媒を流通させる冷媒流路を有する冷却器とを備えている。すなわち、従来のように、電池セルと冷媒流路とを積層する構成ではなく、電池セルと伝熱板とを積層する構成としている。ここで、伝熱板は、冷媒流路に比べて厚みを非常に小さくすることができる。そのため、電池パックの積層方向の小型化を容易に図ることができる。
また、各電池セルは、発熱量そのものが非常に小さい。そのため、冷媒流路を流通する冷媒に対して伝熱可能な伝熱板を介して電池セルを冷却する構成としても、各電池セルを十分に冷却することができる。

また、伝熱板は、冷却器に接合されている。すなわち、積層体と冷却器とは、伝熱板を介して接続されている。ここで、伝熱板には、電池セルに対して積層される積層部から冷却器に向かって延設され、積層部と冷却器との間を接続する接続部が設けられている。また、伝熱板は、少なくとも接続部が積層体への押圧力に対して変形可能に構成されている。そのため、積層体を積層方向に押圧して保持した場合に、フレキシブル性を有する伝熱板の接続部は、積層体や冷却器に追従して変形することができる。これにより、積層体と冷却器との間に位置ずれが生じても、その位置ずれを伝熱板の接続部によって容易に吸収することができる。よって、組み付け性に優れた構造となる。

このように、小型化を図ることができ、組み付け性に優れた電池パックを提供することができる。

実施例１における、電池パックの構成を示す説明図。実施例１における、冷却器の冷却部の断面を示す説明図。図１におけるＡ−Ａ線矢視断面説明図。図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面説明図。実施例２における、電池パックの構成を示す説明図。実施例３における、電池パックの構成を示す説明図。図６におけるＣ−Ｃ線矢視断面説明図。

上記電池パックにおいて、上記積層体は、積層方向に押圧された状態で保持されている。ここで、積層体は、積層方向の一方側から押圧されていてもよいし、積層方向の両側から押圧されていてもよい。
また、上記積層体を押圧保持する手段としては、積層体を積層方向に圧着する圧着装置やバネ等の弾性部材等、様々な手段を用いることができる（後述する実施例参照）。

また、上記積層体は、伝熱板を介して電池セルを効率よく冷却し、かつ、電池パックの積層方向の小型化を図るために、電池セルと伝熱板とを交互に積層する構成とすることが望ましい。
また、上記電池セルは、伝熱板を介して効率よく冷却することができるように、積層方向の両側から伝熱板によって挟持された構成とすることが望ましい。

また、上記伝熱板は、電池セルの熱を伝達することができるように、電池セルと熱的に接続していることを要する。この場合、伝熱板は、電池セルに対して直接接触する構成としてもよいし、他の部材を介して間接的に接触する構成としてもよい。
また、上記伝熱板は、冷却器の冷媒流路を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されている。この場合、伝熱板は、冷媒流路を流通する冷媒に対して直接接触する構成としてもよいし、他の部材を介して間接的に接触する構成としてもよい。

また、上記伝熱板の上記接続部は、積層体への押圧力に対して変形可能に構成されている。すなわち、積層体への押圧力に対して弾性変形又は塑性変形することができるよう構成されている。
また、上記伝熱板の上記接続部を構成する材料としては、例えば、変形可能なアルミニウム、銅等の金属板、グラファイトシート等を用いることができる。

また、上記伝熱板全体が上記積層体への押圧力に対して変形可能に構成されていてもよい（請求項２）。
すなわち、電池セルの内部は、電極が何十層にも巻かれた巻回体により構成されているため、各電池セルの積層方向の厚み寸法にばらつきが生じる。また、使用中の充電放電の状態で電池セルの厚み寸法が変化することもある。そのため、電池セルの積層方向の寸法公差を吸収する何らかの構造が必要となる。

上述した特許文献１では、冷媒流路を形成する部材にフレキシブル性を持たせて電池セルの寸法公差を吸収しようとしているが、冷媒流路を形成する部材にフレキシブル性を持たせる場合には、ベローズ等の高価な機構が必要となったり、長期的な耐久性に問題が生じたりする。
一方、上記構成では、伝熱板全体がフレキシブル性を有するため、積層体への押圧力に対して伝熱板の積層部が変形することにより、電池セルの積層方向の寸法公差を容易に吸収することができる。また、電池セルと伝熱板との密着性も高めることができ、電池セルから伝熱板への伝熱を良好なものとすることができる。

また、上記冷却器は、上記各伝熱板に対応する複数の冷却部を有し、該冷却部の内部には、上記冷媒流路が形成されており、上記伝熱板は、該伝熱板に対応する上記冷却部の上記冷媒流路を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されていてもよい（請求項３）。
この場合には、各伝熱板に対応する冷却部を設けることにより、伝熱板を介した電池セルの冷却をより一層効率よく行うことができる。

また、上記伝熱板の上記積層方向の厚みは、上記冷却器の上記冷却部の上記積層方向の厚みよりも小さくすることができる（請求項４）。
この場合には、従来のような、電池セルと冷媒流路（冷却部）とを積層する構成に比べて、電池パックの積層方向の体格を十分かつ確実に小さくすることができる。これにより、電池パックの小型化をより一層容易に図ることができる。

また、上記伝熱板と該伝熱板に対応する上記冷却部とは、ろう付けにより接合されていてもよい（請求項５）。
この場合には、伝熱板から冷却部への伝熱を良好なものとすることができる。また、製造時において、各冷却部に伝熱板を接合した後、その伝熱板同士の間に電池セルを配置することにより、電池パックの製造が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。

また、上記電池セルと上記伝熱板との間には、上記積層体への押圧力に対して変形可能に構成された絶縁材が配置されていてもよい（請求項６）。
この場合には、電池セルと伝熱板との間の絶縁性を十分に確保することができる。また、積層体への押圧力に対して絶縁材が変形することにより、電池セルと伝熱板との密着性を高めることができ、電池セルから伝熱板への伝熱を良好なものとすることができる。

また、上記絶縁材は、上記電池セルの表面に接着されていてもよい（請求項７）。
この場合には、電池セルと伝熱板とに位置ずれが生じた際に、両者の間の絶縁性が失われる可能性を低くすることができる。すなわち、電池セルと伝熱板とに位置ずれが生じても、両者の間の絶縁性を十分に確保することができる。
なお、上記絶縁材は、伝熱板の表面に接着することもできる。

また、上記絶縁材としては、例えば、ポリイミド膜等のフレキシブル性を有する電気絶縁体等を用いることができる。
また、上記絶縁材と上記電池セル又は上記伝熱板との間には、電池セルと伝熱板との間の伝熱性を向上させるために、例えば、グリース等の熱伝導材料を介在させてもよい。

（実施例１）
上記電池パックにかかる実施例について、図を用いて説明する。
本例の電池パック１は、図１〜図４に示すごとく、複数の電池セル３と複数の伝熱板４とを積層してなる積層体２と、冷媒を流通させる冷媒流路５０を有する冷却器５とを備えている。積層体２は、積層方向Ｘに押圧された状態で保持されている。伝熱板４は、冷却器５に接合され、冷媒流路５０を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されている。

また、伝熱板４には、電池セル３に対して積層される積層部４１から冷却器５に向かって積層方向Ｘに直交する方向に延設され、積層部４１と冷却器５との間を接続する接続部４２が設けられている。また、伝熱板４における少なくとも接続部４２が積層体２への押圧力に対して変形可能に構成されている。
以下、これを詳説する。

図１に示すごとく、本例の電池パック１は、電動機により車両の駆動力を得るＥＶ等に搭載されるものであり、積層体２及び冷却器５を備えている。
積層体２は、電池セル３と伝熱板４とを交互に積層して構成されており、各電池セル３が積層方向Ｘの両側から伝熱板４によって挟持されている。また、積層体２は、後述する圧着装置６０によって、積層方向Ｘに押圧された状態で保持されている。

同図に示すごとく、電池セル３は、伝熱板４に対して積層される板状の本体部３１と、その本体部３１から外側に突出させた一対の端子部３２とを有する。本体部３１の内部には、シート状の正極板と負極板とをシート状のセパレータを介して積層巻回させてなる巻回体（図示略）が内装されている。巻回体は、端子部３２に接続されている。また、一対の端子部３２は、電池パック１の高さ方向Ｚに突出している（図４）。

同図に示すごとく、伝熱板４は、電池セル３に対して積層される積層部４１と、積層部４１から冷却器５に向かって高さ方向Ｚに延設され、積層部４１と冷却器５との間を接続する接続部４２と、接続部４２からさらに高さ方向Ｚに延設され、冷却器５に接合される接合部４３とを有する。
また、伝熱板４は、接続部４２を含むその全体が積層体２への押圧力に対して変形可能に構成されている。このような伝熱板４としては、例えば、フレキシブル性を有する板厚の金属板（例えば、厚み０．３ｍｍ程度のアルミニウム板）等を用いることができる。また、伝熱板４の積層方向Ｘの厚みＤ１は、後述する冷却器５の冷却部５１の積層方向Ｘの厚みＤ２よりも小さい。

同図に示すごとく、積層体２において、電池セル３と伝熱板４との間には、絶縁材２１が配置されている。絶縁材２１は、積層体２への押圧力に対して変形可能に構成されている。このような絶縁材２１としては、例えば、フレキシブル性を有するポリイミド膜等の電気絶縁体等を用いることができる。また、絶縁材２１は、電池セル３の表面に接着されている。本例においては、電池セル３の本体部３１の主面３１１に接着されている。

同図に示すごとく、冷却器５は、積層体２に対して積層方向Ｘに直交する方向（本例では、高さ方向Ｚ）に配置されている。また、冷却器５は、各伝熱板４にそれぞれ対応する複数の管状の冷却部５１を有する。
図２に示すごとく、冷却部５１の内部には、冷媒を流通させる冷媒流路５０が形成されている。具体的には、各冷却部５１は、積層方向Ｘに分割された一対の流路形成部５１１を組み合わせて構成されており、その一対の流路形成部５１１の間に冷媒流路５０が形成されている。また、一対の流路形成部５１１は、冷媒流路５０内に伝熱板４の接合部４３が配置されるように、高さ方向Ｚの両端部において、伝熱板４の接合部４３を挟持している。これにより、伝熱板４は、冷却部５１の冷媒流路５０を流通する冷媒に対して直接接触し、伝熱可能となっている。

また、同図に示すごとく、伝熱板４とその伝熱板４に対応する冷却部５１とは、ろう付けにより接合されている。具体的には、伝熱板４の接合部４３は、冷却部５１を構成する一対の流路形成部５１１によって挟持された部分において、ろう付けにより接合されている。また、伝熱板４の接合部４３には、断面波形状の金属製のフィン４３１が設けられている。フィン４３１は、伝熱板４の接合部４３の積層方向Ｘの両側に設けられている。これにより、伝熱板４の接合部４３から冷媒への伝熱効率を高めることができる。

また、図１に示すごとく、冷却部５１は、所定の間隔を設けながら積層方向Ｘに並んで配置されている。隣り合う冷却部５１同士は、冷却部５１の長手方向（電池パック１の幅方向Ｙ）の両端部において、変形可能な管状の連結部５２によって連結されている。積層方向Ｘの一端に配置された冷却部５１の両端部には、外部から冷媒を導入する管状の冷媒導入部５３と外部に冷媒を排出する管状の冷媒排出部５４（図３）とが連結されている。

そして、図３に示すごとく、冷却器５において、冷媒導入管５３から導入された冷媒は、冷媒導入管５３側の連結部５２を適宜通り、各冷却部５１に分配され、冷却部５１の長手方向（幅方向Ｙ）に流通する。また、冷媒は、各冷却部５１内を流通する間に、電池セル３から熱が伝達された伝熱板４との間で熱交換を行う。また、熱交換により温度上昇した冷媒は、冷媒排出部５４側の連結部５２を適宜通り、冷媒排出部５４から排出される。

なお、各冷却部５１において、伝熱板４を挟んで積層方向Ｘの両側にある冷媒流路５０は、伝熱板４の接合部４３に設けた連通孔（図示略）によって連通されている。また、図３では、フィン４３１の図示を省略している。
また、冷媒としては、例えば、水、エチレングリコール水溶液、フロン系流体等を用いることができる。

また、図１に示すごとく、積層体２は、圧着板６１、ボルト６２、ナット６３及びワッシャ６４により構成された圧着装置６０によって、積層方向Ｘの両側から圧着（押圧）された状態で拘束（保持）されている。具体的に説明すると、積層体２の積層方向Ｘの両側には、一対の圧着板６１が配置されている。各圧着板６１の幅方向Ｙの両端部には、それぞれボルト６２を挿通させるボルト孔６１１（図４）が設けられている。そして、積層体２は、一対の圧着板６１のボルト孔６１１にボルト６２を挿通し、積層方向Ｘの一方側からワッシャ６４を介してナット６３で締め付けることにより、一対の圧着板６１によって積層方向Ｘの両側から圧着（押圧）された状態で拘束（保持）される。

本例の電池パック１における作用効果について説明する。
本例の電池パック１は、複数の電池セル３と複数の伝熱板４とを積層してなる積層体５と、冷媒を流通させる冷媒流路５０を有する冷却器５とを備えている。すなわち、従来のように、電池セル３と冷媒流路５０とを積層する構成ではなく、電池セル３と伝熱板４とを積層する構成としている。ここで、伝熱板４は、冷媒流路５０に比べて厚みを非常に小さくすることができる。そのため、電池パック１の積層方向Ｘの小型化を容易に図ることができる。
また、各電池セル３は、発熱量そのものが非常に小さい。そのため、冷媒流路５０を流通する冷媒に対して伝熱可能な伝熱板４を介して電池セル３を冷却する構成としても、各電池セル３を十分に冷却することができる。

また、伝熱板４は、冷却器５に接合されている。すなわち、積層体２と冷却器５とは、伝熱板４を介して接続されている。ここで、伝熱板４には、電池セル３に対して積層される積層部４１から冷却器５に向かって延設され、積層部４１と冷却器５との間を接続する接続部４２が設けられている。また、伝熱板４は、少なくとも接続部４２が積層体２への押圧力に対して変形可能に構成されている。そのため、積層体２を積層方向Ｘに押圧して保持した場合に、フレキシブル性を有する伝熱板４の接続部４２は、積層体２や冷却器５に追従して変形することができる。これにより、積層体２と冷却器５との間に位置ずれが生じても、その位置ずれを伝熱板４の接続部４２によって容易に吸収することができる。よって、組み付け性に優れた構造となる。

また、本例では、伝熱板４全体が積層体２への押圧力に対して変形可能に構成されている。そのため、積層体２への押圧力に対して伝熱板４の積層部４１が変形することにより、電池セル３の積層方向Ｘの寸法公差を容易に吸収することができる。また、電池セル３と伝熱板４との密着性も高めることができ、電池セル３から伝熱板４への伝熱を良好なものとすることができる。

また、積層体２は、圧着装置６０によって積層方向Ｘに押圧された状態で保持されている。ここで、圧着装置６０における圧着板６１として弾性を有する圧着板を用いたり、ワッシャ６４としてスプリングワッシャを用いたりすることにより、その圧着板６１やワッシャ６４が積層体２への押圧力に追従して変形し、電池セル３の寸法公差を吸収するという上述の効果をさらに高めることができる。

また、冷却器５は、各伝熱板４に対応する複数の冷却部５１を有し、その冷却部５１の内部には、冷媒流路５０が形成されており、伝熱板４は、その伝熱板４に対応する冷却部５１の冷媒流路５０を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されている。すなわち、各伝熱板４に対応する冷却部５１を設けることにより、伝熱板４を介した電池セル３の冷却をより一層効率よく行うことができる。

また、伝熱板４の積層方向Ｘの厚みＤ１は、冷却器５の冷却部５１の積層方向Ｘの厚みＤ２よりも小さい。そのため、従来のような、電池セル３と冷媒流路５０（冷却部５１）とを積層する構成に比べて、電池パック１の積層方向Ｘの体格を十分かつ確実に小さくすることができる。これにより、電池パック１の小型化をより一層容易に図ることができる。

また、伝熱板４とその伝熱板４に対応する冷却部５１とは、ろう付けにより接合されている。そのため、伝熱板４から冷却器５（冷却部５１）への伝熱を良好なものとすることができる。また、製造時において、各冷却部５１に伝熱板４を接合した後、その伝熱板４同士の間に電池セル３を配置することにより、電池パック１の製造が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。

また、電池セル３と伝熱板４との間には、積層体２への押圧力に対して変形可能に構成された絶縁材２１が配置されている。そのため、電池セル３と伝熱板４との間の絶縁性を十分に確保することができる。また、積層体２への押圧力に対して絶縁材２１が変形することにより、電池セル３と伝熱板４との密着性を高めることができ、電池セル３から伝熱板４への伝熱を良好なものとすることができる。

また、絶縁材２１は、電池セル３の表面（本例では、本体部３１の主面３１１）に接着されている。そのため、電池セル３と伝熱板４とに位置ずれが生じた際に、両者の間の絶縁性が失われる可能性を低くすることができる。すなわち、電池セル３と伝熱板４とに位置ずれが生じても、両者の間の絶縁性を十分に確保することができる。

このように、本例によれば、小型化を図ることができ、組み付け性に優れた電池パック１を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、積層体２を押圧する手段を変更した例である。
本例において、同図に示すごとく、積層体２及び冷却器５は、ケース１０内に収容されている。また、積層体２の積層方向Ｘの両側には、一対の保持板６５が配置されている。一方の保持板６５は、ケース１０の内壁面１００に当接している。また、他方の保持板６５とケース１０の内壁面１００との間には、コイルバネからなる弾性部材６６が配置されている。そして、積層体２は、弾性部材６６によって積層方向Ｘの一方側から押圧された状態でケース１０内に保持されている。
その他は、実施例１と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図６、図７に示すごとく、冷却器５の構成を変更した例である。
本例において、同図に示すごとく、積層体２の高さ方向Ｚの両側には、それぞれ冷却器５（第１冷却器５ａ、第２冷却器５ｂ）が配置されている。第１冷却器５ａの冷媒排出部５４と第２冷却器５ｂの冷媒導入部５３とは、流路接続部５５によって接続されている。また、積層体２の高さ方向Ｚの両側にそれぞれ冷却器５（第１冷却器５ａ、第２冷却器５ｂ）を配置したことにより、電池セル３の端子部３２を本体部３１から幅方向Ｙに突出させている。

同図に示すごとく、伝熱板４は、積層部４１の高さ方向Ｚの両側に、それぞれ冷却器５ａ、５ｂとの間を接続する接続部４２を有する。また、伝熱板４は、積層部４１の高さ方向Ｚの両側に、それぞれ冷却器５ａ、５ｂに接合される接合部４３を有する。
その他は、実施例１と同様の構成である。

本例の場合には、積層体２の高さ方向Ｚの両側にそれぞれ冷却器５（第１冷却器５ａ、第２冷却器５ｂ）を配置したことにより、伝熱板４を介した電池セル３の冷却をさらに効率よく行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

１電池パック
２積層体
３電池セル
４伝熱板
４１積層部
４２接続部
５冷却器
５０冷媒流路

Claims

複数の電池セルと複数の伝熱板とを積層してなる積層体と、
冷媒を流通させる冷媒流路を有する冷却器とを備え、
上記積層体は、積層方向に押圧された状態で保持されており、
上記伝熱板は、上記冷却器に接合され、上記冷媒流路を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されており、
上記伝熱板には、上記電池セルに対して積層される積層部から上記冷却器に向かって上記積層方向に直交する方向に延設され、上記積層部と上記冷却器との間を接続する接続部が設けられており、
上記伝熱板における少なくとも上記接続部が上記積層体への押圧力に対して変形可能に構成されていることを特徴とする電池パック。
請求項１に記載の電池パックにおいて、上記伝熱板全体が上記積層体への押圧力に対して変形可能に構成されていることを特徴とする電池パック。
請求項１又は２に記載の電池パックにおいて、上記冷却器は、上記各伝熱板にそれぞれ対応する複数の冷却部を有し、該冷却部の内部には、上記冷媒流路が形成されており、上記伝熱板は、該伝熱板に対応する上記冷却部の上記冷媒流路を流通する冷媒に対して伝熱可能に構成されていることを特徴とする電池パック。
請求項３に記載の電池パックにおいて、上記伝熱板の上記積層方向の厚みは、上記冷却器の上記冷却部の上記積層方向の厚みよりも小さいことを特徴とする電池パック。
請求項３又は４に記載の電池パックにおいて、上記伝熱板と該伝熱板に対応する上記冷却部とは、ろう付けにより接合されていることを特徴とする電池パック。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池パックにおいて、上記電池セルと上記伝熱板との間には、上記積層体への押圧力に対して変形可能に構成された絶縁材が配置されていることを特徴とする電池パック。
請求項６に記載の電池パックにおいて、上記絶縁材は、上記電池セルの表面に接着されていることを特徴とする電池パック。