JP2015022830A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池を大型化することなく、熱伝導効率を低下させることがない組電池を提供する。【解決手段】ケース（３０）に収装された電池ユニット（２０）をケース（３０）の底面側から支持すると共に電池ユニット（２０）を冷却可能な冷却プレート（４０）と、ケース（３０）に連結されることで冷却プレート（４０）をケース（３０）に固定する第１ブラケット（５１）と、ケース（３０）に連結されることで、冷却プレート（４０）を、冷却プレート（４０）の底面側からケース（３０）側に押圧する第２ブラケット（５２）と、を備え、第２ブラケット（５２）の押圧力は、冷却プレート（４０）の周辺部分よりも中央部分が大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の電池セルを筐体に収容して構成される組電池に関するものである。

単電池（電池セル）を複数組み合わせた組電池が知られている。各電池セルは充電および放電により熱を発生するが、充放電特性の維持のため電池セルの温度を適切に制御する必要がある。

このような組電池として、組電池の冷却面に内部で冷媒を流動させた冷却プレートを当接し、組電池を冷却面の反対の面から押圧して冷却プレートに対して圧接する押圧装置を備えたものが知られている（特許文献１参照）。

また、電池セルが絶縁層を介して金属製の熱伝外缶に収納され、電池セルの熱を絶縁層と熱伝外缶とを介して、冷却プレートに伝熱する組電池が知られている（特許文献２参照）。

特開２０１１−１７１０２９号公報 特開２０１２−１１９１５８号公報

特許文献１には、冷却プレートを電池セルに密着させて熱対策を行う組電池が記載されている。

組電池全体のエネルギ効率を高めるために、これら冷却プレートを含めた全体の構成を小型化することが望まれている。そのため、冷却プレートは薄型に形成される。

冷却プレートは、例えばボルト等により組電池へと取付けられるが、ボルトが存在する部分（例えば周辺部）としない部分（例えば中央部）とで、冷却プレートが押付けられる力に偏りが生じる。

このため、冷却プレートが薄型である場合は、力の偏りによって冷却プレートが撓む可能性がある。この撓みによって冷却プレートと電池セルとの密着性が低くなると、熱伝導効率が低下して、組電池の冷却効率が低下する可能性がある。

また、特許文献２には、電池セルそれぞれを金属製の熱伝外缶に収納して熱伝導効率を高める構成であるが、熱伝外缶により電池セルそれぞれが大型化するため、ケースを含めた構造が大型化することが避けられない。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、組電池を大型化することなく、熱伝導効率を低下させることがない組電池を提供することを目的とする。

本発明の実施形態によると、電池セルを積層した電池ユニットと、電池ユニットを収装するケースと、ケースに収装された電池ユニットをケースの底面側から支持すると共に電池ユニットを冷却可能な板状の冷却プレートと、ケースに連結されることで冷却プレートをケースに固定する第１ブラケットと、ケースに連結されることで、冷却プレートを、冷却プレートの底面側からケース側に押圧する第２ブラケットと、を備え、第２ブラケットの押圧力は、冷却プレートの周辺部分よりも中央部分が大きいことを特徴とする。

本発明によると、第２ブラケットが板状の冷却プレートの底面側からケース側に押圧するとともに、冷却プレートの中央部分の押圧力を大きくしたので、ケースや冷却プレートの構造が大型化することなく、板状の冷却プレートが撓むことを防止できる。これにより、冷却プレートの中央部分の密着性が低くなることを防止でき、組電池を大型化することなく、熱伝導効率の低下を防止できる。

本発明の実施形態の組電池の斜視図である。 本発明の実施形態の組電池の分解斜視図である。 本発明の実施形態の組電池の側面図および第２ブラケットの形状の他の例を示す説明図である。 本発明の実施形態の組電池の側面図および第２ブラケットの形状の他の例を示す説明図である。

以下に、本発明の実施形態の組電池１０の構造について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態の組電池１０の説明図である。図２は、組電池１０の分解斜視図である。

図１において、図１（Ａ）は、組電池１０の斜視図を示し、図１（Ｂ）は、組電池１０の側面図を示し、図１（Ａ）における矢視Ｓを示す。

組電池１０は、直方体形状のケース３０に電池ユニット２０（図２）が収装され、電池ユニット２０を冷却する冷却プレート４０と、冷却プレート４０をケース３０に固定するブラケット（第１ブラケット５１および第２ブラケット５２）とを備える。

電池ユニット２０は、複数の電池セル２１が積層されて構成される。電池セル２１は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の充放電可能な二次電池である。各電池セル２１は、それぞれに電極２２を有し、薄型の矩形形状を有する。この電池セル２１が直列方向に複数積層されることで電池ユニット２０が構成される。

ケース３０は、電池セル２１を積層して構成した電池ユニット２０を収装する。電池セル２１はそれぞれ電極２２を備えており、ケース３０は、その内部で各電池セル２１の電極２２を、正極端子３１および負極端子３２にそれぞれ直列および／または並列に電気的に接続する構造を有している。

ケース３０は、内部が空洞であって底を有しない略直方体形状を有する。ケース３０は、その底部側から電池ユニット２０が挿入される。ケース３０の側面には、第１ブラケット５１および第２ブラケット５２が連結される複数の固定ブラケット３３が備えられる。

冷却プレート４０は、ケース３０の底面側から電池ユニット２０を支持する。冷却プレート４０は、内部に媒体が流通する構造となっており、媒体により電池ユニット２０の熱を奪うことで電池ユニット２０の温度が必要以上に上昇しないように冷却する。または、冷却プレート４０は、媒体により電池ユニット２０に熱を与えることで電池ユニット２０の温度が必要以上に低下しないように加温する。

冷却プレート４０と電池ユニット２０との間には、伝熱シート６０が挟持される。伝熱シート６０は、熱伝導性が高く弾力が大きな材質で構成されており、冷却プレート４０と電池ユニット２０とにそれぞれ密着して、これらの間の熱伝導効率を高める作用を有する。

伝熱シート６０は、その厚さが、ケース３０に冷却プレート４０を固定したとき、電池ユニット２０と冷却プレート４０との間に形成される隙間よりも若干大きく構成される。このような構成により、伝熱シート６０は、電池ユニット２０と冷却プレート４０との間で潰されてこれらの隙間を埋め、熱伝導効率を高くすることができる。

伝熱シート６０は、例えば、シリコーン等の弾性を有する樹脂と、熱伝導を高めるための金属等のフィラーにより構成され、対象物に密着することで空気層を排除して、素材の熱伝導率の高さにより熱伝導性を高めるものである。なお、伝熱シート６０は、シート状ではなく、ペースト状のものを冷却プレート４０に予め塗布するものであってもよい。

冷却プレート４０は、薄板状でかつケース３０の底面部の開口形状に適った長方形形状を有する。冷却プレート４０は、例えば金属板を折り曲げ加工して内部に媒体の流路が形成された２枚の金属板を用いて、その外周に対して、ろう付け加工を施すことにより形成される。

冷却プレート４０の四隅付近には、冷却プレート４０をケース３０に固定するための第１ブラケット５１が備えられている。第１ブラケット５１は、冷却プレート４０の四隅付近に対して、かしめ等により固定される。

冷却プレート４０は、組電池１０の外形が大型化しないように、薄板状に形成される。また、冷却効率を高めるため、できるだけ媒体の流通面積が大きくなるように形成される。このために、第１ブラケット５１を取付ける部位を別に形成することが難しいので、冷却プレート４０の周囲のかしめ部分に、第１ブラケット５１をかしめ付ける。

第１ブラケット５１は、ケース３０側へと上方に立設する立設部５１１と、立設部５１１の上端部分で、ケース３０の固定ブラケット３３に対応するように外方向に折り曲げられた固定部５１２とから構成される。固定部５１２には、締結ボルト３４および締結ナット３５が貫通する。

このような構造により、第１ブラケット５１が固定ブラケット３３に対して締結ボルト３４および締結ナット３５により連結される。

冷却プレート４０とケース３０とは、第１ブラケット５１とは別に、複数の第２ブラケット５２によっても固定される。

第２ブラケット５２は、冷却プレート４０を底面側から支持する底部５２１と、底部５２１の両端部からケース３０の両側面に沿ってそれぞれ上方側へと立設して設けられる腕部５２２と、を備えるコの字形状を有する。また、腕部５２２の上端部分で、ケース３０の固定ブラケット３３に対応するように外方向に折り曲げられた固定部５２３を備える。

第２ブラケット５２は冷却プレート４０には直接固定されず、底部５２１が冷却プレート４０の底面側から支持しながら、第１ブラケット５１と同様に、固定部５２３とケース３０の固定ブラケット３３とが、締結ボルト３４および締結ナット３５により連結される。なお、第１ブラケット５１および第２ブラケット５２は、例えば、弾性を有する鋼板等の薄板状の金属板により構成される。

これら第１ブラケット５１および第２ブラケット５２は、次に説明するような構造により、冷却プレート４０を電池ユニット２０に対して押圧することで、電池ユニット２０の熱伝導特性を高めることができる。

第１ブラケット５１は、ケース３０の固定ブラケット３３に固定されることで、冷却プレート４０をケース３０に対して支持および固定する。第１ブラケット５１は冷却プレート４０の四隅付近に固定されているので、これにより、冷却プレート４０とケース３０および電池ユニット２０との位置決めが行われる。

図１（Ｂ）に示すように、第２ブラケット５２は、冷却プレート４０の中央部分で、底面側から冷却プレート４０を支持しながら、冷却プレート４０をケース３０側へと押圧する。

第２ブラケット５２の底部５２１は湾曲した構造となっている。具体的には、第２ブラケット５２の底部５２１は、冷却プレート４０の底面側において、冷却プレート４０の周辺部には接せず、冷却プレート４０の短手方向の中央部分に向かって緩やかに湾曲しながら、この中央部分付近で冷却プレート４０に接する形状を有している。

この湾曲部分は、冷却プレート４０の底面側からケース３０側（電池ユニット２０側）に向かって押圧するバネ形状となっている。第２ブラケット５２の底部５２１がバネの作用をすることにより、冷却プレート４０がケース３０側へと押圧される。

冷却プレート４０は、第１ブラケット５１により四隅付近で固定される。冷却プレート４０が薄板状であり、また、冷却プレート４０と電池ユニット２０との間には弾性を有する伝熱シート６０が挟持されている。このような構造のため、第２ブラケット５２を有しない場合は、冷却プレート４０の四隅付近のみが電池ユニット２０に押圧され、伝熱シート６０の逃げ場がなくなり、伝熱シート６０が偏って潰されることにより冷却プレート４０の中央部分（長手方向および短手方向の中央部分）が撓む可能性がある。

特に、冷却プレート４０の中央部分では、電池ユニット２０から離反する側へと撓む量が大きくなるため、冷却プレート４０と電池ユニット２０との間に隙間が発生する可能性がある。隙間が発生した場合には、冷却プレート４０と電池ユニット２０との間の熱伝導特性が低下し、電池ユニット２０の冷却が十分でなくなる可能性がある。

そこで本実施形態では、この撓みやすい冷却プレート４０の短手方向の中央部分を、前述のようなバネ形状を有する第２ブラケット５２により弾性的に押圧するように構成した。このような構成により、冷却プレート４０の撓みを防ぎ、冷却プレート４０を電池ユニット２０へと密着させた。

図１（Ａ）に示すように、組電池１０は、長手方向の一方の辺に備えられる一組の第１ブラケット５１と他方の辺に備えられる一組の第１ブラケット５１との間に、４つの第２ブラケット５２を備えている。これら４つの第２ブラケット５２は、それぞれ前述のように底部５２１がバネ形状を有している。これら４つの第２ブラケット５２は、所定の間隔（例えば第１ブラケット５１を含めた等間隔）に配置され、冷却プレート４０の向かい合う長辺の中央部付近において、冷却プレート４０の中央部を電池ユニット２０側に押圧する。

このように、複数の第２ブラケット５２を配置することによって、冷却プレート４０の撓みを防ぐことができる。そして、冷却プレート４０を全体にわたって電池ユニット２０側に押圧することができ、伝熱シート６０が偏って潰れることによる冷却プレート４０と電池ユニット２０との間に隙間が発生することを防止できる。

なお、第２ブラケット５２は、腕部５２２の長さによって底部５２１のバネ形状の押圧力を調節することができる。すなわち、腕部５２２の長さを短くするに従って、固定部５２３が固定ブラケット３３に連結されたときに、底部５２１の押圧力が、より大きくなる。

本実施形態では、冷却プレート４０において、長手方向の中心付近に近い側の第２ブラケット５２の押圧力が、長手方向の端部に近い側の第２ブラケット５２よりも大きくなるように腕部５２２の長さを調節した。

このような構成により、撓みが大きくなる冷却プレート４０の長手方向の中心部分の押圧力を大きくできるので、冷却プレート４０の長手方向の撓みを防ぐことができる。なお、第２ブラケット５２の位置、数、間隔および押圧力の大きさは、冷却プレート４０の形状やケース３０の形状に合わせて、適宜変更することが好適である。

本実施形態の第２ブラケット５２は、前述の図１および図２に示す構造以外に、次の図３および図４のような構造をとることができる。

図３および図４は、本発明の実施形態の組電池１０の側面図および第２ブラケット５２の形状の他の例を示す説明図である。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、底部５２１のバネ形状を底部５２１の中央部分ではなく、中央部分を跨いだ二ヶ所で冷却プレート４０を押圧するように構成した第２ブラケット５２の構成例である。

この図３（Ｂ）に示すように第２ブラケット５２を構成することにより、冷却プレート４０の中央部分だけでなく、中央部付近の複数の箇所を押圧することができる。例えば、冷却プレート４０の内部の媒体流路の形状等により、冷却プレート４０の撓み強度が高い部分と低い部分がある場合に、撓み強度の弱い部分を積極的に押圧するように構成することが可能となり、また、プレート幅が大きく、撓みが大きい場合には、中央部付近一箇所のみ押圧した結果、中央部付近両端がまた撓むことになるため、複数の箇所を押圧することで、冷却プレート４０を均一に押圧することができるようになる。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、第２ブラケット５２の腕部５２２側にバネ形状を形成し、腕部５２２の弾性力によって、底部５２１が冷却プレート４０を押圧するように構成した例である。

図４（Ｂ）に示す例では、腕部５２２と固定部５２３との間を折り返し形状として、これをバネとして作用させたものである。

図４（Ｂ）に示すように第２ブラケット５２を構成することにより、底部５２１にバネ形状を持たせる必要がなく、第２ブラケット５２が底部側へと突出することがない。したがって、前述のように冷却プレート４０を押圧する作用を行いながらも、組電池１０の高さ方向を拡大することがない。なお、底部５２１の上面側に若干の凹凸や湾曲を形成することにより、冷却プレート４０の中央部や所望の場所を押圧するように構成することもできる。

また、図４（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、腕部５２２の折り返し形状を変更して、さらに多重に形成することにより、腕部５２２のバネ力を変更することもできる。このように形状を変更することにより冷却プレート４０の押圧力を調整することで、例えば前述のように、撓みが大きくなる冷却プレート４０の長手方向の中心部分の押圧力を大きくして、冷却プレート４０の長手方向の撓みを防ぐことができる。

以上のように本発明の実施形態は、電池セル２１を複数積層して構成された電池ユニット２０と、電池ユニット２０を収装するケース３０と、ケース３０に収装された電池ユニット２０をケース３０の底面側から支持すると共に電池ユニット２０の温度を冷却または加温可能な板状の冷却プレート４０と、からなる組電池１０に適用されるものである。

この組電池１０は、冷却プレート４０に固定され、ケース３０に連結されることで冷却プレート４０をケース３０に固定する第１ブラケット５１と、ケース３０に連結されることで冷却プレート４０を冷却プレート４０の底面側からケース３０側へと押圧する第２ブラケット５２と、を備え、第２ブラケット５２の押圧力は、冷却プレート４０の周辺部よりも中央部が大きくなるように構成されている。

本発明の実施形態では、このように構成することによって、第２ブラケット５２が板状の冷却プレート４０の底面側からケース３０側に押圧すると共に、冷却プレート４０の中央部の押圧力を大きくしたので、ケース３０や冷却プレート４０の構造が大型化することなく、板状の冷却プレート４０が撓むことを防止できる。これにより、冷却プレート４０の中央部の密着性が低くなることを防止でき、組電池１０を大型化することなく、熱伝導効率を低下させず、電池ユニット２０の冷却効率を低下させることがない。

冷却プレート４０は、薄型の板状構造を有し、冷却プレート４０を支持する第１ブラケット５１および第２ブラケット５２についても薄型の構造であるので、組電池１０を大型化することなく、前述のように熱伝導効率を保つことができる。

第２ブラケット５２は、冷却プレート４０を底部側から支持する底部５２１と、底部５２１からケース３０の両側面に沿ってそれぞれ立設される腕部５２２と、を備えるコの字形状を有する。腕部５２２の上端部はケース３０の固定ブラケット３３に連結される。この第２ブラケット５２は、ケース３０の長手方向に整列して複数配置されると共に、ケース３０の長手方向の中心側に配置される腕部５２２の長さが、ケース３０の端部側に配置される腕部５２２の長さよりも短くなるように構成されている。

このように第２ブラケット５２を配置することにより、冷却プレート４０の長手方向の中心部分の押圧力を大きくして、冷却プレート４０の長手方向の撓みを防ぐことができる。

第２ブラケット５２の底部５２１は、冷却プレート４０の中央部を底面側から押圧するように弾性を有するバネ形状として構成した。より具体的には、湾曲した構造により中央部分を押圧する構成としたので、簡易な構成により、冷却プレート４０の撓みを防止することができる。

第２ブラケット５２の腕部５２２には、底部５２１をケース３０側に付勢する弾性を有するバネ形状として構成した。より具体的には、腕部５２２に折り返し構造を設けて、底部５２１を引っ張り上げる方向に弾性を有する構成としたので、簡易な構成により、冷却プレート４０の撓みを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、電池ユニット２０をケース３０に収装する構成を示したがこれに限られず、単一のバッテリをケースに収装したバッテリユニットにおいて冷却プレート４０を有するものにおいても同様に適用することができる。

また、第１ブラケット５１、第２ブラケット５２は、金属ではなく、弾性を有する樹脂等の他の素材で構成されたものでもよい。また、図１および２に示す形状の第２ブラケット５２と、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）または図４（Ｄ）に示す形状の第２のブラケット５２とを、それぞれ組み合わせて用いてもよい。

１０ 組電池
２０ 電池ユニット
２１ 電池セル
３０ ケース
３１ 正極端子
３２ 負極端子
３３ 固定ブラケット
４０ 冷却プレート
５１ 第１ブラケット
５２ 第２ブラケット
６０ 伝熱シート
５１１ 立設部
５１２ 固定部
５２１ 底部
５２２ 腕部
５２３ 固定部

Claims (6)

1. 電池セルを積層した電池ユニットと、
   前記電池ユニットを収装するケースと、
   前記ケースに収装された電池ユニットを前記ケースの底面側から支持すると共に前記電池ユニットを冷却可能な板状の冷却プレートと、
   前記ケースに連結されることで前記冷却プレートを前記ケースに固定する第１ブラケットと、
   前記ケースに連結されることで、前記冷却プレートを、前記冷却プレートの底面側から前記ケース側に押圧する第２ブラケットと、
   を備え、
   前記第２ブラケットの押圧力は、前記冷却プレートの周辺部分よりも中央部分が大きいことを特徴とする組電池。
2. 前記ケースは直方体形状を有し、
   前記冷却プレートは、前記ケースの底面形状に適った形状を有し、
   前記第２ブラケットは、前記冷却プレートを底面側から支持する底部と、前記ケースの両側面に沿って前記底部の両端部分にそれぞれ立設する腕部と、を備え、前記腕部の上端部が前記ケースに連結され、
   前記第２ブラケットは、前記ケースの長手方向に整列して複数配置されると共に、前記ケースの長手方向の中心側に配置される腕部の長さが、前記ケースの長手方向の端部側に配置される前記腕部の長さよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記第２ブラケットの前記底部は、前記冷却プレートを、前記冷却プレートの中央部分の底面側から前記ケース側に押圧するバネ形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の組電池。
4. 前記第２ブラケットの前記底部は、板バネ形状を備えることを特徴とする請求項３に記載の組電池。
5. 前記第２ブラケットの前記腕部は、前記底部を前記ケース側に付勢する弾性を有するバネ形状を有し、前記腕部によって、前記底部が前記冷却プレートを、前記冷却プレートの中央部分を底面側から前記ケース側に押圧されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の組電池。
6. 前記第２ブラケットの前記腕部は、前記ケースの側面よりも外側で、折り返し形状を有するバネ形状を備えることを特徴とする請求項５に記載の組電池。

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