JP2014192120A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電池セル間の温度差を小さくすること。
【解決手段】電池モジュール２１は、ケースの側壁１２に固定されている。側壁１２には、ケースの内部に向けて突出する突出部１３が設けられている。電池モジュール２１は、突出部１３と対向する位置に固定されている。電池モジュール２１と側壁１２（突出部１３）との間には、熱伝導部材３１が設けられている。熱伝導部材３１は、最も内側に設けられた電池セル２２Ａと対向する部分から、最も外側に設けられた電池セル２２Ｂと対向する部分に向けて徐々に厚くなっていく。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池モジュールを被接合体に固定した電池パックに関する。

複数の電池セルを並設してなる電池モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載のバッテリ組立体が知られている。特許文献１に記載のバッテリ組立体は、複数の単バッテリ（電池セル）を並設するとともに、単バッテリの間に伝熱プレートを設けることで構成されている。

特開平８−１４８１８７号公報

ところで、複数の単バッテリ間で温度差が生じると、特定の単バッテリの寿命が短くなる。複数の単バッテリを並設してなる電池モジュールの場合、電池モジュールにおける単バッテリの並設方向中央に近くなるほど熱が篭りやすい。このため、単バッテリの並設方向中央付近に設けられる単バッテリは、単バッテリの並設方向中央から最も離れた位置に設けられる単バッテリに比べて温度が高くなる傾向にある。そして、温度が高くなる単バッテリは、寿命が短くなりやすく、電池モジュール全体の寿命が短くなるおそれがある。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池セル間の温度差を小さくすることができる電池パックを提供することにある。

上記課題を解決する電池パックは、複数の電池セルを並設した電池モジュールと、前記電池モジュールが固定される被接合体と、を備え、前記被接合体の吸熱効率は、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた前記電池セルと対向する部分に比べて前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた前記電池セルと対向する部分のほうが高いことを要旨とする。

これによれば、被接合体は、電池モジュールにおける電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた電池セルが発する熱を、電池モジュールにおける電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた電池セルが発した熱よりも多く吸収する。このため、熱が篭りやすく温度の高くなりやすい電池セル（電池モジュールにおける電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた電池セル）の熱が多く吸収され、電池セル間の温度差を小さくすることができる。なお、「吸熱効率」とは、所定時間当たりの吸熱量（電池セルから吸収する熱の量）を示す。また、「電池セルの並設方向中央」とは、電池セルの並設方向両端に設けられた電池セルを最短距離で結ぶ線の中央を示す。

上記電池パックについて、前記電池モジュールと前記被接合体との間に介在された熱伝導部材を備え、前記熱伝導部材における前記電池モジュールから前記被接合体に向かう方向の長さは、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた前記電池セルと対向する部分に比べて前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた前記電池セルと対向する部分のほうが短いことが好ましい。

これによれば、電池セルが発した熱は、熱伝導部材を介して被接合体に伝導される。電池モジュールと被接合体との間に設けられた熱伝導部材は、電池モジュールと被接合体との隙間を埋めて電池モジュールと被接合体との接触面積を増加させるための部材である。熱伝導部材は、電池モジュールと被接合体との隙間を埋めることができればよく、電池モジュールから被接合体に向かう方向の長さが短ければ短いほど電池セルからの熱が被接合体に伝導しやすい。熱伝導部材は、電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた温度の高くなりやすい電池セルと対向する部分の電池モジュールから被接合体に向かう方向の長さが、電池セルの中央から最も離れた位置に設けられた電池セルと対向する部分よりも短い。このため、電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた電池セルが発した熱が、被接合体に伝導しやすい。すなわち、被接合体における電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた電池セルと対向する部分の吸熱効率が向上されている。このため、電池セル間の温度差が小さくなる。

上記電池パックについて、前記被接合体は、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた前記電池セルと対向する部分が、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた前記電池セルと対向する部分よりも前記電池モジュールに向けて突出している突出部を有することが好ましい。

これによれば、熱伝導部材における電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた電池セルと対向する部分の電池モジュールから被接合体に向かう方向の長さを短くしやすい。

上記電池パックについて、前記電池モジュールは、該電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向の両端に設けられたブラケットによって前記被接合体に固定されることが好ましい。

これによれば、電池モジュールは、ブラケットに近い位置ほど被接合体に強く押しつけられ、ブラケットから遠ざかるほど被接合体への押しつけ力が弱くなる。このため、熱伝導部材は、電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた電池セルと対向する部分ほど電池モジュールから被接合体に向かう方向の長さが長くなりやすい。しかしながら、被接合体における電池セルの並設方向中央に最も近い位置の電池セルと対向する部分は、電池モジュールに向けて突出しているため、加圧力が弱くても熱伝導部材の電池モジュールから被接合体に向かう方向の長さを短くすることができる。

本発明によれば、電池セル間の温度差を小さくすることができる。

第１の実施形態の電池パックを示す斜視図。 第１の実施形態の電池パックを示す図１の１−１線断面図。 第２の実施形態の電池パックを示す断面図。

（第１の実施形態）
以下、電池パックを具体化した第１の実施形態について説明する。
図１に示すように、電池パック１０は、四角箱状のケース１１に電池モジュール２１が収容されている。本実施形態では、電池モジュール２１は３個積層されている。

図２に示すように、電池モジュール２１は、ケース１１の側壁１２に固定されている。側壁１２は、矩形平板状をなしている。被接合体としての側壁１２には、ケース１１の内部に向けて突出する突出部１３が設けられている。突出部１３は、ケース１１の側壁１２において、電池モジュール２１と対向する部分に設けられている。突出部１３は、側壁１２の短手方向における中央部が最も厚く、側壁１２の短手方向における端に向けて徐々に厚みが薄くなっていく。

ケース１１の側壁１２には、電池モジュール２１が固定されている。電池モジュール２１は、突出部１３と一部分が対向するように固定されている。電池モジュール２１は、複数の電池セル２２（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素蓄電池などの二次電池）が、樹脂製の電池ホルダ２３に保持された状態で並設されている。本実施形態では、１４個の電池セル２２が並設されている。本実施形態において、電池セル２２の並設方向と側壁１２の短手方向は同一方向である。以下の説明では、電池モジュール２１における電池セル２２の並設方向中央に最も近い位置に設けられた電池セル２２を符号２２Ａ（以下、最も内側に設けられた電池セル２２Ａ）で示し、電池セル２２の並設方向中央から最も離れた位置に設けられた電池セル２２を符号２２Ｂ（以下、最も外側に設けられた電池セル２２Ｂ）で示す。ここで、「電池セルの並設方向中央」とは、電池セル２２の並設方向両端に設けられた電池セル２２を最短距離で結ぶ線Ｌの中央Ｃを示す。なお、並設される電池セル２２の個数が偶数の場合には、「最も内側に設けられる電池セル２２Ａ」が２個になり、奇数の場合には１個となる。「最も外側に設けられた電池セル」は、「電池セルの並設方向における端に設けられた電池セル」と換言することもできる。

電池モジュール２１は、最も内側に設けられた電池セル２２Ａが、突出部１３における側壁１２の短手方向の中央部と対向するように設けられている。すなわち、突出部１３は、電池モジュール２１に向けて突出しており、最も内側に設けられた電池セル２２Ａと対向する部分が、最も外側に設けられた電池セル２２Ｂと対向する部分よりも電池モジュール２１に向けて突出している。

隣り合う電池セル２２の間には、金属製（例えばアルミニウム製）の伝熱プレート２４が介装されている。電池モジュール２１において、電池セル２２の並設方向両端にはエンドプレート２５が設けられている。各エンドプレート２５及び全ての電池ホルダ２３には、ボルトＢ１が挿通されるとともに、このボルトＢ１はナットＮに螺合されている。エンドプレート２５には、ブラケット２６が固定されている。ブラケット２６は、１つの板材を直角に折り曲げて形成されており、エンドプレート２５に固定される矩形板状の第１の固定部２７と、側壁１２に固定される矩形板状の第２の固定部２８を有している。第１の固定部２７は、例えば、溶接などの方法でエンドプレート２５に一体化されている。これにより、ブラケット２６が、エンドプレート２５（電池モジュール２１）に固定されている。なお、第１の固定部２７を挿通したボルトをエンドプレート２５に螺合するなど、他の方法で第１の固定部２７とエンドプレート２５が一体化されていてもよい。また、第２の固定部２８には、ボルトＢ３が挿通され、このボルトＢ３が側壁１２に螺合されることで、電池モジュール２１が側壁１２に固定されている。

電池モジュール２１と側壁１２（突出部１３）との間には、熱伝導部材３１（Thermal Interface Material：ＴＩＭ）が設けられている。熱伝導部材３１は、弾性力を有する部材であり、例えば、流動性を有する材料を硬化させて形成されている。熱伝導部材３１は、最も内側に設けられた電池セル２２Ａと対向する部分から、最も外側に設けられた電池セル２２Ｂと対向する部分に向けて徐々に電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さが長くなっていく。すなわち、熱伝導部材３１は、電池セル２２Ａと対向する部分が、電池セル２２Ｂと対向する部分よりも電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さが短くなっている。

なお、電池セル２２から側壁１２への熱伝達効率を向上させたい場合、理想的には、熱伝導部材３１が設けられず、電池モジュール２１と側壁１２とが隙間なく接触することが好ましい。しかしながら、製造上の誤差などの関係から、電池モジュール２１と側壁１２との間には僅かな隙間が存在するため、この隙間を埋めるために熱伝導部材３１が設けられる。熱伝導部材３１を設ける場合には、熱伝導部材３１の電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さを短くすることで電池モジュール２１から側壁１２への熱伝達効率が向上される。

次に、本実施形態の電池パック１０の作用について説明する。
本実施形態において、熱伝導部材３１は、最も内側に設けられる電池セル２２Ａと対向する部分の電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さが短く、最も外側に設けられる電池セル２２Ｂと対向する部分に近づくにつれて徐々に電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さが長くなっていく。複数の電池セル２２を並設してなる電池モジュール２１においては、電池セル２２の並設方向中央に近い電池セル２２ほど温度が高くなりやすい。熱伝導部材３１は、最も温度が高くなりやすい最も内側に設けられる電池セル２２Ａと対向する部分ほど電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さが短くなっているため、最も内側に設けられる電池セル２２Ａほど側壁１２に熱が吸収されやすい。すなわち、側壁１２において、最も内側に設けられる電池セル２２Ａと対向する部分が電池モジュール２１からの熱を最も吸収する。

したがって、上記実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）熱伝導部材３１の電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さは、最も外側に設けられた電池セル２２Ｂと対向する部分に比べて、最も内側に設けられた電池セル２２Ａと対向する部分のほうが短い。このため、温度が高くなりやすい電池セル２２Ａが発する熱が、側壁１２に伝導しやすい。すなわち、側壁１２において、最も内側に設けられる電池セル２２Ａと対向する部分の吸熱効率が、最も外側に設けられた電池セル２２Ｂと対向する部分の吸熱効率よりも高くなる。したがって、電池セル２２間の温度差を小さくすることができる。なお、「吸熱効率」とは、所定時間あたりの吸熱量（電池セル２２から吸収する熱の量）を示す。

（２）側壁１２には、突出部１３が設けられている。突出部１３は、電池セル２２Ａに向けた突出量が最も多い。すなわち、突出部１３は、電池セル２２Ａと対向する部分が、電池セル２２Ｂと対向する部分の突出量よりも多くなっている。このため、熱伝導部材３１における電池セル２２Ａと対向する部分の電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さを短くしやすい。

（３）電池モジュール２１は、ブラケット２６によって固定されている。電池セル２２の並設方向の両端に設けられたブラケット２６で電池モジュール２１を固定すると、電池モジュール２１を側壁１２に押しつける押しつけ力は、ブラケット２６から遠い電池セル２２ほど弱くなる。すなわち、電池セル２２Ａに近い電池セル２２ほど押しつけ力が弱くなり、熱伝導部材３１における電池セル２２Ａと対向する部分の電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さが最も長くなり、電池セル２２Ｂと対向する部分の電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さが最も短くなりやすい。突出部１３を設けることで、電池セル２２Ａと対向する部分の熱伝導部材３１の電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さを短くしやすい。このため、電池モジュール２１を電池セル２２の並設方向の両端に設けられたブラケット２６で固定しても、電池セル２２Ａと対向する熱伝導部材３１の電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さを短くしやすい。

（４）また、側壁１２の厚みは、最も外側に設けられた電池セル２２Ｂと対向する部分に比べて最も内側に設けられる電池セル２２Ａと対向する部分のほうが厚くなっている。このため、電池セル２２Ａに対向する部分の熱容量が、電池セル２２Ｂと対向する部分より多くなり、吸熱効率が向上している。したがって、電池セル２２間の温度差を更に小さくすることができる。

（第２の実施形態）
以下、電池パックを具体化した第２の実施形態について説明する。以下の説明において、第１の実施形態と同様な部分については説明を省略し、第１の実施形態と相違する部分のみを説明する。

図３に示すように、本実施形態の電池モジュール４１は、側壁４２に固定されている。側壁４２は、短手方向全体にわたって均一な厚みとなっている。すなわち、第１の実施形態における突出部１３が設けられていない。側壁４２において、電池モジュール４１が固定される面とは反対側の面（ケース１１の外面）には、板状のフィン４４が設けられている。側壁４２のフィン４４は、側壁４２を厚み方向に切り欠いた切欠４３を側壁４２の短手方向に複数形成することで、各切欠４３の間に形成されている。フィン４４は、電池セル２２Ａと対向する部分を含むように設けられている。一方、電池セル２２Ｂと対向する部分には、フィン４４が設けられていない。本実施形態では、電池モジュール２１と側壁４２との間に設けられた熱伝導部材４５は、電池モジュール４１から側壁４２に向かう方向の長さが均一となっている。

次に、本実施形態の電池パック１０の作用について説明する。
側壁４２は、電池セル２２が発した熱を吸収する。側壁４２は、ケース１１の外部に存在する空気などと熱交換を行うことで、電池セル２２から吸収した熱を放熱する。このとき、フィン４４によって放熱面積を増やすことで、側壁４２の放熱効率を向上させることができる。したがって、フィン４４が設けられている部分の放熱効率を部分的に向上させることができる。フィン４４が設けられている部分の放熱効率が向上されることで、フィン４４が設けられている部分の温度が低下しやすく、結果として電池セル２２が発した熱を吸収しやすい。したがって、フィン４４が設けられている部分では、所定時間当たりの吸熱量（電池セル２２から吸収する熱の量）が向上している。

本実施形態では、電池セル２２Ａと対向する部分を含むようにフィン４４が設けられている。一方、電池セル２２Ｂと対向する部分にはフィン４４が設けられていない。したがって、側壁４２は、電池セル２２Ａが発する熱を電池セル２２Ｂが発する熱よりも多く吸収する。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（５）側壁４２における電池セル２２Ａと対向する部分の吸熱効率を電池セル２２Ｂと対向する部分の吸熱効率よりも高くしている。このため、側壁４２は、電池セル２２Ａの熱を電池セル２２Ｂの熱よりも多く吸収する。したがって、電池セル２２間の温度差を小さくすることができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 各実施形態において、電池ホルダ２３や、伝熱プレート２４を設けず、電池セル２２のみをモジュール化して電池モジュール２１，４１を構成してもよい。

○ 各実施形態において、被接合体として、側壁１２，４２以外を採用してもよい。例えば、ケース１１の底板や天板などであってもよいし、フォークリフトに搭載されるカウンタウェイトなどであってもよい。

○ 各実施形態において、電池モジュール２１，４１の固定方法は変更してもよい。例えば、ブラケット２６は、電池セル２２の並設方向と直交する方向の端部に設けられていてもよい。また、側壁１２，４２と対向する側壁から、電池モジュール２１，４１を側壁１２，４２に向けて押しつける部材を突出させて、これにより電池モジュール２１，４１を固定してもよい。

○ 各実施形態において、電池モジュール２１の数は適宜変更してもよい。電池モジュール２１の数は単数でもよい。
○ 第１の実施形態において、突出部１３を設けなくてもよい。この場合、電池モジュール２１を撓ませることで、電池セル２２Ａほど側壁４２に向けて突出し、電池セル２２Ｂほど側壁４２から離間するように電池モジュール２１を構成する。そして、電池モジュール２１を側壁４２に固定すると、側壁４２に向けた突出量が多い電池セル２２Ａと対向する部分ほど熱伝導部材４５への押しつけ力が高くなる。これにより、熱伝導部材４５は、電池セル２２Ａと対向する部分が、電池セル２２Ｂと対向する部分よりも電池モジュール２１から側壁１２に向かう方向の長さが短くなる。

○ 第２の実施形態において、電池セル２２Ａと対向する部分の体積を電池セル２２Ｂと対向する部分の体積よりも多くするなど、電池セル２２Ａと対向する部分の熱容量を多くすることで、側壁４２における電池セル２２Ａに対向する部分の吸熱効率を電池セル２２Ｂと対向する部分の吸熱効率よりも高くしてもよい。

○ 第２の実施形態において、側壁４２を切り欠くことで、フィン４４を形成したが、側壁４２を切り欠くことなく、側壁４２の厚み方向にフィン４４を立設してもよい。
○ 第２の実施形態において、側壁４２における電池セル２２Ａと対向する部分から電池セル２２Ｂと対向する部分に向けて切欠４３の深さを深くしていくことで、電池セル２２Ｂと対向する部分に近いフィン４４ほど放熱面積を大きくしてもよい。

○ 第２の実施形態において、熱伝導部材４５が設けられていなくてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記被接合体の放熱面積は、前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた前記電池セルと対向する部分に比べて前記電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた前記電池セルと対向する部分のほうが大きいことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。

１０…電池パック、１２，４２…側壁、１３…突出部、２１，４１…電池モジュール、２２…電池セル、２６…ブラケット、３１，４５…熱伝導部材。

Claims (4)

1. 複数の電池セルを並設した電池モジュールと、
   前記電池モジュールが固定される被接合体と、を備え、
   前記被接合体の吸熱効率は、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた前記電池セルと対向する部分に比べて前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた前記電池セルと対向する部分のほうが高いことを特徴とする電池パック。
2. 前記電池モジュールと前記被接合体との間に介在された熱伝導部材を備え、
   前記熱伝導部材における前記電池モジュールから前記被接合体に向かう方向の長さは、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた前記電池セルと対向する部分に比べて前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた前記電池セルと対向する部分のほうが短いことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記被接合体は、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央に最も近い位置に設けられた前記電池セルと対向する部分が、前記電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向中央から最も離れた位置に設けられた前記電池セルと対向する部分よりも前記電池モジュールに向けて突出している突出部を有することを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
4. 前記電池モジュールは、該電池モジュールにおける前記電池セルの並設方向の両端に設けられたブラケットによって前記被接合体に固定されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電池パック。