JP2014116238A - バッテリモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】防水性を確保しつつ放熱性を更に高めることが可能なバッテリモジュールを提供する。
【解決手段】複数のバッテリセル３２と、複数のバッテリセル３２を電気的に接続するリード部材３５と、を有するバッテリセルユニット２１と、バッテリセルユニット２１を水密に収容する防水部材４３と、第１の熱伝導部材４１と、バッテリセルユニット２１と、防水部材４３と、第１の熱伝導部材４１と、を収容する外部ケース１２と、を備え、第１の熱伝導部材４１は、防水部材４３よりも厚く、外部ケース１２と防水部材４３との間に配置され、防水部材４３と外部ケース１２とに対して変形しつつ接触している。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数のバッテリセルと外部ケースとを有するバッテリモジュールに関する。

近年、電動モータを動力源とする電動型車両の開発が進んでおり、四輪車両だけでなく、二輪車両、電動アシスト自転車、電動型車椅子など、様々な種類の電動型車両が登場してきている。電動型車両の開発が進むに伴い、車両の種類やユーザの用途に応じたバッテリモジュールの開発も進んでおり、防水対策や熱対策について様々な提案がなされている。

例えば、特許文献１には、可撓性シートを袋状に成形した防水袋に電池のコアパックを収納することで防水構造としたパック電池が提案されている。

特開２００８−０６６０００号公報

近年のバッテリセルの大容量化に伴い、防水性を確保しつつ更に放熱性を高めることが求められている。しかし、特許文献１のパック電池では、バッテセルから発生した熱が防水袋のなかに閉じ込められ易く、放熱性が不十分であった。

本発明は、防水性を確保しつつ放熱性を更に高めることが可能なバッテリモジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決することのできる本発明のバッテリモジュールは、複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルを電気的に接続するリード部材と、を有するバッテリセルユニットと、
前記バッテリセルユニットを水密に収容する防水部材と、
第１の熱伝導部材と、
前記バッテリセルユニットと、前記防水部材と、前記第１の熱伝導部材と、を収容する外部ケースと、
を備え、
前記第１の熱伝導部材は、前記防水部材よりも厚く、前記外部ケースと前記防水部材との間に配置され、前記防水部材と前記外部ケースとに対して変形しつつ接触していることを特徴とする。

本発明のバッテリモジュールにおいて、前記第１の熱伝導部材と前記リード部材が、前記防水部材を挟んだ状態で配置されていることが好ましい。

本発明のバッテリモジュールにおいて、前記外部ケースは、少なくとも外面の一部に金属部を有することが好ましい。

本発明のバッテリモジュールにおいて、第２の熱伝導部材が、前記バッテリセルと前記防水部材との間に配置されて、前記バッテリセルと前記防水部材とに対して変形しつつ接触していることが好ましい。

また、本発明のバッテリモジュールにおいて、前記バッテリセルユニットは、前記リード部材が露出する開口部が形成された板部を含むセルホルダを有し、前記第１の絶縁熱伝導部材は、前記板部よりも厚いことが好ましい。

本発明のバッテリモジュールによれば、防水部材でバッテリセルユニットを水密に収容した構造であるので、良好な防水性を確保することができる。

また、第１の熱伝導部材が防水部材と外部ケースとに弾性変形しつつ接触するため、一定の接触面積が確保された状態で両者に接触する。従って、防水部材の内側に収容されたバッテリセルで発生した熱を、防水部材から第１の熱伝導部材を経由して外部ケースまで効率良く伝導することができる。

また、第１の熱伝導部材は防水部材より厚いため、第１の熱伝導部材が有する熱容量は防水部材より大きい。そのため、第１の熱伝導部材は、防水部材の内側に収容されたバッテリセルユニットで発生した熱を防水部材を介して効率よく十分に吸収することができる。
また、防水部材は、第１の熱伝導部材より薄いため、防水部材の内側に収容されたバッテリセルユニットで発生した熱を第１の熱伝導部材に迅速に伝導することができる。
このように、防水部材の内側で生じた熱は、防水部材と第１の熱伝導部材とを経由して外部ケースまで効率良く迅速に伝わり、外部に効率よく迅速に放熱される。

さらに、第１の熱伝導部材は、防水部材が外部ケースにこすれて破損するのを防止する機能も果たすため、防水性を高めることができる。

このように、防水部材によって良好な防水性を確保しつつ、良好な放熱経路を形成して放熱性を確保し、熱によるバッテリセルの性能低下を抑制することができる。特に、バッテリセルユニットを大容量化する際に好適なものとすることができる。

本発明に係るバッテリモジュールの実施形態の一例の外観を示す斜視図である。 本発明に係るバッテリモジュールにおける外部ケースを外した分解斜視図である。 本発明に係るバッテリモジュールを構成するセルユニットの斜視図である。 （ａ）は本発明に係るバッテリモジュールの断面図であり、（ｂ）はバッテリモジュールの断面図の部分拡大図である。 本発明に係るバッテリモジュールの分解斜視図である。 変形例に係るバッテリモジュールの分解斜視図である。 他の実施形態に係るバッテリモジュールの分解斜視図である。

以下、本発明に係るバッテリモジュールの実施形態の一例を、図面を参照して説明する。

図１に示すように、バッテリモジュール１１は、外部ケース１２を有している。この外部ケース１２は、例えば、プラスチック等の合成樹脂から形成されたもので、直方体形状に形成されている。

このバッテリモジュール１１は、例えば、電動自転車などの車両に着脱されるもので、このバッテリモジュール１１から車両の電動モータへ電力が供給される。このバッテリモジュール１１は、車両から取り外して行なう単体充電方式または車両に取り付けたまま行なう車載充電方式によって充電される。

バッテリモジュール１１には、図２及び図３に示すように、外部ケース１２の内部に、バッテリセルユニット２１、充電用コネクタ２３、出力用コネクタ２４及び表示部２５が収容されている。外部ケース１２は、カバー１３と蓋体１４とを有しており、これらを互いに組み付けることで構成されている。カバー１３は、窓部１５及び切欠き部１６を有している。

外部ケース１２には、カバー１３の窓部１５に充電用コネクタ２３が嵌め込まれ、充電用コネクタ２３の一部が外部に露出されている。また、外部ケース１２には、カバー１３の切欠き部１６に出力用コネクタ２４が嵌め込まれ、この出力用コネクタ２４の一部が外部に露出されている。また、カバー１３には、表示部２５用の窓部（図示略）も形成されており、この窓部に表示部２５が嵌め込まれて一部が外部に露出されている。

図４（ａ）に示すように、バッテリモジュール１１の外部ケース１２に収容されたバッテリセルユニット２１は、例えば、リチウム（Ｌｉ）セルなどからなる棒状に形成された複数のバッテリセル３２を備えている。バッテリセルユニット２１を構成する各バッテリセル３２は、その両端面が電極とされており、バッテリセルユニット２１は、複数のバッテリセル３２のそれぞれ端面位置を揃えて並列させることで構成されている。

バッテリセル３２は、例えば、プラスチック等の合成樹脂から形成されたセルホルダ３３によって覆われている。セルホルダ３３には、バッテリセル３２の配置位置に穴部３４が形成されており、これらの穴部３４に各バッテリセル３２が嵌合されて保持され、並列状態が維持されている。セルホルダ３３は、一対のホルダ分割体３３ａから構成されており、これらのホルダ分割体３３ａを互いに接合させることで各バッテリセル３２が保持される。

図５に示すように、バッテリセルユニット２１を構成するバッテリセル３２の端面位置には、リード部材３５が設けられている。これらのリード部材３５は、銅または銅合金などの導電性を有する金属板から形成されたもので、所定個数のバッテリセル３２の端面同士がリード部材３５によって互いに電気的に接続されている。

セルホルダ３３を構成する板部３７には、表裏面に、開口部３６が形成されており、これらの開口部３６において、リード部材３５が露出されている。

また、バッテリセルユニット２１は、回路基板２２を備えている。この回路基板２２は、矩形状に形成されたプリント配線基板からなるもので、ＣＰＵを含む制御回路が形成されている。この回路基板２２の制御回路では、温度や電流などの情報に応じてバッテリセル３２への充電のＯＮ／ＯＦＦを切り替える、などのバッテリセル３２の充電制御が行われる。

この回路基板２２には、バッテリセル３２から延在するリード線３８（図４参照）が接続されている。なお、リード線を用いずに、バッテリセル３２に固定されたリード部材３５の一部を延在させ、その延在させたリード部材３５を回路基板２２に導通接続させても良い。

充電用コネクタ２３は、バッテリセルユニット２１のバッテリセル３２を充電する際に、充電用プラグが接続されるコネクタである。出力用コネクタ２４は、電動自転車等の車両に搭載された際に、車両側のコネクタに接続される。これにより、バッテリモジュール１１のバッテリセル３２から車両側への給電が可能とされる。表示部２５は、バッテリセル３２の充電状態等を表示するもので、ＬＥＤや液晶ディスプレイが搭載されている。これらの充電用コネクタ２３、出力用コネクタ２４及び表示部２５は、いずれも回路基板２２にリード線２６によって接続されている。

バッテリセルユニット２１は、その周囲が防水部材４３（図３、図４参照）によって覆われている。防水部材４３は、同一形状に形成された一対のケース体４４から構成されている。防水部材４３を構成するケース体４４は、絶縁性、耐久性及び防水性に優れた可撓性フィルムから形成されており、収容凹部４５と、この収容凹部４５の外縁における全周に形成された鍔部４６とを有している。各ケース体４４の可撓性は、ケースホルダ３３や外部ケース１２より大きい。すなわち、ケースホルダ３３や外部ケース１２は防水部材４３より硬度が高く変形しにくい。なお、防水部材４３は、外側の外部ケース１２の内面と接触しても損傷することがない程度の厚さとされている。例えば、防水部材４３の厚さＷ１は、約０．１ｍｍとされている。

図４（ｂ）に示すように、この防水部材４３は、その一方の表面が、バッテリセルユニット２１の外面形状（リード部材３５や板部３７からなる凹凸形状など）に沿って変形し、防水部材４３とバッテリセルユニット２１は互いに広い面積で密着した状態で接触している。このように、セルホルダ３３の板部３７に形成された開口部３６で露出されたリード部材３５に、防水部材４３が確実に面接触して密着されている。

防水部材４３としては、ナイロン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレンあるいはポリカーボネートなどの樹脂材料を熱加工によって成形したものが用いられる。また、防水部材４３は、基材料をセルロースで防水加工したものも使用可能である。

これらのケース体４４は、収容凹部４５の開放側を対向させた状態で互いに突き合わされ、鍔部４６の内面同士が互いに面接触するように重ね合わされて互いに熱融着されている。これにより、防水部材４３には、ケース体４４の収容凹部４５からなる収容部４７が形成され、この収容部４７内に、バッテリセルユニット２１が収容される。各ケース体４４の鍔部４６の内面同士を互いに面接触した状態で熱融着するため、各鍔部４６の接合部分に皺（しわ）などが形成されない。よって、体積の大きいバッテリセルユニットであっても、高い防水性が確保された状態で防水部材４３の内部に収容することができる。

また、バッテリセルユニット２１は、回路基板２２から充電用コネクタ２３、出力用コネクタ２４及び表示部２５に繋がるリード線２６が収容部４７の外部に引き出された状態で、ケース体４４の収容凹部４５から形成される収容部４７に収容される。なお、鍔部４６同士は、接着剤によって互いに接着しても良い。

防水部材４３によって周囲が覆われたバッテリセルユニット２１には、防水部材４３の外側の両面全体に、シート状に形成された第１の熱伝導部材４１が配設されている。第１の熱伝導部材４１の厚さＷ２は、２ｍｍ〜３ｍｍ程度とされている。第１の熱伝導部材４１は、放熱性に優れ、可撓性及び２００℃程度の耐熱性を有するシート状の絶縁材料から形成されている。第１の熱伝導部材４１としては、例えば、シリコーンゴムやシリコーンゲルなどからなるシートが用いられる。第１の熱伝導部材４１の可撓性は、ケースホルダ３３や外部ケース１２より大きい。すなわち、ケースホルダ３３や外部ケース１２は第１の熱伝導部材４１より硬度が高く変形しにくい。

図４（ｂ）に示すように、第１の熱伝導部材４１の厚さＷ２は、防水部材４３の厚さＷ１よりも大きい。また、第１の熱伝導部材４１の厚さＷ２は、セルホルダ３３の板部３７の厚さＷ３より大きい。

第１の熱伝導部材４１は、その一方の表面が、セルユニット２１の外面形状（リード部材３５や板部３７からなる凹凸形状など）に沿って変形した防水部材４３の外面形状に沿って変形しつつ接触している。これにより、防水部材４３の表面に、第１の熱伝導部材４１が確実に密着され圧接されている。

バッテリセルユニット２１は、防水部材４３の収容部４７に収容され、この防水部材４３で周囲が覆われ、さらに防水部材４３の外側の両面に第１の熱伝導部材４１が貼り付けられた状態で、外部ケース１２を構成するカバー１３と蓋体１４とが互いに組み付けられることで外部ケース１２内に収容されている。外部ケース１２を構成するカバー１３と蓋体１４とが互いに組み付けられることで、第１の熱伝導部材４１は、外部ケース１２と防水部材４３との間に配置され、防水部材４３と外部ケース１２とに対して変形しつつ面接触して圧接された状態となる。そして、第１の熱伝導部材４１とリード部材３５とが、防水部材４３を間に挟んだ状態で配置されている。なお、このとき、熱融着された各鍔部４６は、外部ケース内１２に折り畳まれた状態で収容される。

上記構造のバッテリモジュール１１によれば、防水部材４３でバッテリセルユニット２１を水密に収容した構造であるので、良好な防水性を確保することができる。

また、第１の熱伝導部材４１が、セルユニット２１の外面形状（リード部材３５や板部３７からなる凹凸形状など）に沿って変形した防水部材４３と外部ケース１２とに変形しつつ接触するため、一定の接触面積が確保された状態で両者に面接触しつつ圧接される。従って、防水部材４３の内側に収容されたバッテリセル３２で生じた熱は、防水部材４３から第１の熱伝導部材４１を経由して外部ケース１２まで効率良く伝わる。

さらに、第１の熱伝導部材４１の厚さＷ２は防水部材４３の厚さＷ１より大きく、第１の熱伝導部材４１の熱容量は防水部材４３より大きい。従って、防水部材４３の内側で生じた熱を、第１の熱伝導部材４１によって防水部材４３を介して効率よく十分に吸収することができる。その一方で、防水部材４３は、第１の熱伝導部材４１より薄く、一方の面が第１の熱伝導部材４１と一定の接触面積が確保された状態で面接触しつつ圧接されるため、防水部材４３の内側で生じた熱を迅速に第１の熱伝導部材４１へ伝導することができる。従って、防水部材４３の内側に収容されたバッテリセルユニット２１で発生した熱は、防水部材４３と第１の熱伝導部材４１を経由して外部ケース１２まで効率よく迅速に伝わり、外部に効率良く迅速に放熱される。

また、第１の絶縁熱伝導部材４１の厚さＷ２は、セルホルダ３３の板部３７の厚さＷ３よりも大きい。このため、第１の絶縁熱伝導部材４１は、リード部材３５と板部３７からなる凹凸形状に沿って変形した防水部材４３に対して隙間なく密着するように変形しやすい。

また、第１の熱伝導部材４１は、防水部材４３が外部ケース１２にこすれて破損するのを防止する機能も果たすため、防水性を高めることができる。

このように、本実施形態に係るバッテリモジュール１１では、防水部材４３によって良好な防水性を確保しつつ、良好な放熱経路を形成して放熱性を確保し、熱によるバッテリセル３２の性能低下を抑制することができる。特に、バッテリセルユニット２１を大容量化する際に好適なものとすることができる。

また、第１の熱伝導部材４１とリード部材３５とが、防水部材４３を挟んだ状態で配置されているので、リード部材３５を保護しつつ、リード部材３５の絶縁性と放熱性を高めることができる。

なお、図６に示すように、外部ケース１２としては、その外面の一部に金属部５１を有しているものでも良い。このような金属部５１を有する外部ケース１２を用いれば、金属部５１によって耐貫通性及び放熱性を高めることができる。特に、金属部５１が外部ケース１２の内面と外面とに亘って設けられていれば、金属部５１が第１の熱伝導部材４１に接触する。これにより、バッテリセルユニット２１から防水部材４３及び第１の熱伝導部材４１を介して伝達される熱を金属部５１に伝達させ、この金属部５１で良好に放出させることができ、放熱性をさらに高めることができる。なお、耐貫通性が高まるとは、外部ケース１２が外部からのより大きい衝撃に耐えることができ、外部ケース１２の内部に収容されるバッテリセルユニット２１を保護することができるという意味である。

次に、他の実施形態に係るバッテリモジュールについて説明する。
図７に示すように、このバッテリモジュール１１Ａでは、第２の熱伝導部材５５が、バッテリセル３２と防水部材４３との間に配置されている。そして、第２の熱伝導部材５５がバッテリセル３２と防水部材４３とに対して変形しつつ面接触している。第２の熱伝導部材５５は、セルホルダ３３の開口部３６と略同一形状に形成されており、セルホルダ３３の開口部３６に嵌め込まれている。これにより、第２の熱伝導部材５５は、セルホルダ３３の開口部３６で露出されたリード部材３５に確実に面接触した状態で密着されている。

第２の熱伝導部材５５は、第１の熱伝導部材４１と同様に、放熱性に優れ、可撓性及び２００℃程度の耐熱性を有するシート状の絶縁材料から形成されている。この第２の熱伝導部材５５としては、例えば、シリコーンゴムやシリコーンゲルなどからなるシートが用いられる。

これらの第２の熱伝導部材５５は、その厚さが２ｍｍ〜３ｍｍ程度であり、セルホルダ３３の開口部３６が形成された板部３７よりも厚い。これにより、開口部３６に嵌め込まれた第２の熱伝導部材５５は、セルホルダ３３から外方へ僅かに突出されている。したがって、第２の熱伝導部材５５におけるバッテリセルユニット２１と反対側の表面に、防水部材４３が確実に面接触した状態で密着される。

このような他の実施形態に係るバッテリモジュール１１Ａの場合も、防水部材４３でバッテリセルユニット２１を水密に収容した構造であるので、良好な防水性を確保することができる。しかも、第１の熱伝導部材４１が防水部材４３と外部ケース１２とに変形しつつ面接触し、また、第２の熱伝導部材５５がバッテリセル３２のリード部材３５と防水部材４３とに変形しつつ面接触するため、バッテリセル３２の熱は、第２の熱伝導部材５５、防水部材４３及び第１の熱伝導部材４１を経由して外部ケース１２まで伝わり、外部に効率良く迅速に放熱される。

このように、他の実施形態に係るバッテリモジュール１１Ａにおいても、防水部材４３によって良好な防水性を確保しつつ、良好な放熱経路を形成して放熱性を確保し、熱によるバッテリセル３２の性能低下を抑制することができる。特に、バッテリセルユニット２１を大容量化する際に好適なものとすることができる。

なお、この他の実施形態に係るバッテリモジュール１１Ａでは、複数の第２の熱伝導部材５５を配設したが、１枚の第２の熱伝導部材５５を、バッテリセルユニット２１のリード部材３５が設けられた両面全体にそれぞれ貼り付けても良い。

また、上記実施形態では、一対のケース体４４からなる半割り構造の防水部材４３を用いたが、この防水部材４３としては、可撓性フィルムを袋状に形成したものでも良い。この場合、袋状の防水部材４３に、バッテリセルユニット２１を収容し、その外側に第１の熱伝導部材４１を貼り付け、さらに、外部ケース１２を組み付けて覆うこととなる。

また、上記実施形態では、棒状に形成された複数のバッテリセル３２を有するバッテリセルユニット２１を備えたものを例示して説明したが、本発明は、シート状に形成された複数のバッテリセルを積層させたラミネート構造のバッテリセルユニットを備えたものにも適用可能である。

本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１１，１１Ａ：バッテリモジュール、１２：外部ケース、２１：バッテリセルユニット、３２：バッテリセル、３５：リード部材、４１：第１の熱伝導部材、４３：防水部材、５１：金属部、５５：第２の熱伝導部材

Claims (5)

1. 複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルを電気的に接続するリード部材と、を有するバッテリセルユニットと、
   前記バッテリセルユニットを水密に収容する防水部材と、
   第１の熱伝導部材と、
   前記バッテリセルユニットと、前記防水部材と、前記第１の熱伝導部材と、を収容する外部ケースと、
   を備え、
   前記第１の熱伝導部材は、前記防水部材よりも厚く、前記外部ケースと前記防水部材との間に配置され、前記防水部材と前記外部ケースとに対して変形しつつ接触していることを特徴とするバッテリモジュール。
2. 前記第１の熱伝導部材と前記リード部材が、前記防水部材を挟んだ状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリモジュール。
3. 前記外部ケースは、少なくとも外面の一部に金属部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリモジュール。
4. 第２の熱伝導部材が、前記バッテリセルと前記防水部材との間に配置されて、前記バッテリセルと前記防水部材とに対して変形しつつ接触していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。
5. 前記バッテリセルユニットは、前記リード部材が露出する開口部が形成された板部を含むセルホルダを有し、
   前記第１の絶縁熱伝導部材は、前記板部よりも厚いことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。
   

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