JP2015050057A

JP2015050057A - 電池モジュール

Info

Publication number: JP2015050057A
Application number: JP2013181377A
Authority: JP
Inventors: 加藤　崇行; Takayuki Kato; 崇行加藤; 浩生植田; Hiromi Ueda
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2015-03-16
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: JP6015600B2

Abstract

【課題】回路装置の熱を適切に放熱すること。【解決手段】電池パックは、筐体に複数の電池モジュール２１が収容されている。筐体の側壁には、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、電池体３０を有している。電池体３０は、電池セル２２と、伝熱プレート２３と、電池セル２２を保持する電池ホルダ２４とからなる。電池体３０は、エンドプレートによって挟持されている。電池モジュール２１は、電池ホルダ２４に支持される載置板４１を有している。載置板４１には、回路装置５１が搭載されている。回路装置５１は、放熱板５２を有している。放熱板５２の放熱部５６と、第１のエンドプレート３１には、平板状の金属板６１が固定されている。【選択図】図４

Description

本発明は、回路装置を有する電池モジュールに関する。

回路装置を有する電池モジュールとしては、特許文献１に記載の二次電池装置が知られている。特許文献１に記載の二次電池装置は、複数の電池積層アッセンブリを備えている。電池積層アッセンブリは、床板と、床板から立設された背面板と、床板上に固定されたベース板とを有している。ベース板上には、電池モジュールが載置されている。また、二次電池装置は、電池積層アッセンブリを制御する制御基板ユニット（回路装置）を備えている。制御基板ユニットは、ベース基板と、ベース基板に実装された複数の電子部品を備えている。

特開２０１１−５４３５３号公報

ところで、ベース基板に実装された電子部品が発した熱をベース基板を介して放熱するために、ベース基板に放熱板を設けるとともに、この放熱板を背面板に固定して、電子部品が発した熱を放熱板から背面板に放熱する場合がある。このような場合、二次電池装置に振動が加わり、電池モジュールが上下動すると、放熱板は、背面板に固定され、電池モジュールとともに上下動できないことから、放熱板に電池モジュールの荷重が加わり、放熱板が背面板から外れるおそれがある。そして、放熱板が背面板から外れると、ベース基板の熱を放熱できなくなるおそれがある。

本発明の目的は、回路装置の熱を適切に放熱することができる電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決する電池モジュールは、並設された複数の電池セルを有する電池体と、前記電池体を前記電池セルの並設方向から挟持するエンドプレートと、前記電池セルを制御する電子部品を有する回路装置と、前記電池体に直接的又は間接的に固定された固定部材と、を備え、前記固定部材によって鉛直方向に立設された立設部材に固定される電池モジュールであって、前記エンドプレートは、前記立設部材と熱的に結合され、前記回路装置は、前記エンドプレートに接合されるとともに該エンドプレートと熱的に結合されることを要旨とする。

これによれば、電子部品が発熱すると、この熱はエンドプレートから立設部材に放熱される。電池モジュールが鉛直方向に上下動すると、回路装置は、電池モジュール（エンドプレート）と一体となって上下動する。回路装置と一体となって上下動するエンドプレートと回路装置を熱的に結合することで、電池モジュールが上下動してもエンドプレートと回路装置との熱的な結合状態が維持されやすく、回路装置の熱を適切に放熱することができる。

上記課題を解決する電池モジュールは、並設された複数の電池セルと前記電池セル間に設けられる伝熱プレートとを有する電池体と、前記電池セルを制御する電子部品を有する回路装置と、前記電池体に直接的又は間接的に固定された固定部材と、を備え、前記固定部材によって鉛直方向に立設された立設部材に固定される電池モジュールであって、前記電池セルと前記立設部材とは、前記伝熱プレートを介して熱的に結合され、前記回路装置は、前記伝熱プレートに接合されるとともに当該伝熱プレートと熱的に結合されることを要旨とする。

これによれば、電子部品が発熱すると、この熱は伝熱プレートから立設部材に放熱される。回路装置をエンドプレートに接合する場合と同様に、電池モジュールが鉛直方向に上下動しても、電池モジュールと回路装置が一体となって上下動することから、伝熱プレートと回路装置との熱的な結合状態が維持されやすく、回路装置の熱を適切に放熱することができる。また、電池セルの熱を立設部材に放熱する伝熱プレートを回路装置の熱を放熱するための部材として兼用することができる。

本発明によれば、回路装置の熱を適切に放熱することができる。

実施形態の電池パックを示す斜視図。実施形態の電池パックを示す断面図。実施形態の電池モジュールを示す斜視図。実施形態の電池モジュールの一部を破断して示す断面図。

以下、電池モジュールを具体化した一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、電池パック１０は、筐体１１に複数の電池モジュール２１が収容されている。筐体１１は、有底四角筒状の本体１５と、本体１５の開口部を閉塞する天板１４とからなる。本体１５は、底板１２と、底板１２の周縁から立設する立設部材としての側壁１３とからなる。側壁１３は、鉛直方向に立設している。

図２に示すように、側壁１３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、電池体３０を有している。本実施形態において、電池体３０は、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）と、伝熱プレート２３と、電池セル２２を保持する電池ホルダ２４とからなる。電池セル２２と伝熱プレート２３は、交互に並設されている。電池体３０において、電池セル２２の並設方向の一端には、伝熱プレート２３が位置し、電池セル２２の並設方向の他端には電池セル２２が位置している。伝熱プレート２３は、筐体１１の側壁１３に接触している。

電池モジュール２１は、電池体３０における電池セル２２の並設方向の一端に設けられた伝熱プレート２３と電池セル２２の並設方向に隣り合って設けられた第１のエンドプレート３１を有している。また、電池モジュール２１は、電池体３０における電池セル２２の並設方向の他端に設けられた電池セル２２と電池セル２２の並設方向に隣り合って設けられる第２のエンドプレート３２を有している。したがって、電池体３０は、電池セル２２の並設方向からエンドプレート３１，３２に挟持されている。エンドプレート３１，３２は、側壁１３と接することで、側壁１３と熱的に結合されている。

各エンドプレート３１，３２には、固定部材としてのブラケット３３が固定されている。ブラケット３３は、板材をＬ字状に折り曲げて形成されており、エンドプレート３１，３２に固定される第１の固定部３４と、側壁１３に固定される第２の固定部３５とからなる。第１の固定部３４は、溶接やボルト締結などによってエンドプレート３１，３２に固定されている。第２の固定部３５は、溶接やボルト締結などによって側壁１３に固定されている。これにより、ブラケット３３によって、電池モジュール２１が側壁１３に固定され、エンドプレート３１，３２と側壁１３とは、ブラケット３３を介して熱的に結合されている。ブラケット３３は、エンドプレート３１，３２に固定されることで、電池体３０に間接的に固定されている。

図３に示すように、電池モジュール２１は、電池ホルダ２４に支持される載置板４１を有している。載置板４１は、電池セル２２の一面（本実施形態では、電池セル２２の接続端子が設けられた面）と対向して配置されている。

図４に示すように、載置板４１には、回路装置５１が搭載されている。回路装置５１は、載置板４１における第１のエンドプレート３１側の端部に寄って設けられている。回路装置５１は、金属製の放熱板５２を有している。放熱板５２には、回路基板５４が載置されている。回路基板５４には、電池セル２２を制御する電子部品５３（例えば、ＦＥＴリレー、抵抗、コンデンサ、半導体素子など）が実装されている。放熱板５２は、板材をＬ字状に折り曲げて形成されており、平板状の載置部５５の一辺から平板状の放熱部５６が立設されている。放熱部５６は、載置板４１における第１のエンドプレート３１側の縁から若干突出するように載置板４１に載置されている。なお、載置板４１には、図示しない他の回路装置や、電池ＥＣＵなども載置されている。

放熱板５２の放熱部５６と、第１のエンドプレート３１には、平板状の金属板６１が固定されている。この金属板６１によって、第１のエンドプレート３１と放熱板５２が熱的に結合されている。すなわち、回路装置５１が第１のエンドプレート３１に接合されるとともに第１のエンドプレート３１に熱的に結合されている。金属板６１は、溶接や、ボルト締結などによって放熱部５６及び第１のエンドプレート３１に固定される。

次に、本実施形態の電池モジュール２１の作用について説明する。
電池モジュール２１は、例えば、車両に搭載され、車両を駆動するためのモータの電力源として用いられる。電池セル２２の充放電制御を行うことで電子部品５３が発熱する。電子部品５３が発した熱は、回路基板５４から放熱板５２に伝導し、放熱板５２から金属板６１に伝導される。そして、金属板６１に伝導した熱は、第１のエンドプレート３１に伝導される。第１のエンドプレート３１に伝導した熱は、第１のエンドプレート３１から側壁１３に伝導される。また、第１のエンドプレート３１に伝導した熱は、ブラケット３３を介して側壁１３に伝導される。すなわち、ブラケット３３は、第１のエンドプレート３１に伝導した熱を側壁１３に伝導させる伝熱経路として機能している。

車両の走行に伴い、電池パック１０が振動すると、これに伴い電池モジュール２１が上下動する。電池モジュール２１が上下動すると、回路装置５１は、電池モジュール２１と一体となって上下動するため、金属板６１が第１のエンドプレート３１から外れにくい。

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）放熱板５２と、電池モジュール２１の第１のエンドプレート３１とを固定している。放熱板５２を側壁１３に固定する場合には、電池モジュール２１が上下動すると放熱板５２に電池モジュール２１の荷重が加わり、放熱板５２が側壁１３から外れやすい。放熱板５２を、電池モジュール２１の第１のエンドプレート３１に固定することで、放熱板５２は電池モジュール２１と一体に動くため、放熱板５２と第１のエンドプレート３１の熱的な結合状態が維持されやすく、回路装置５１の熱を適切に放熱することができる。

（２）第１のエンドプレート３１と回路装置５１を熱的に結合している。電池体３０においては、電池セル２２の並設方向の両端の電池セル２２を最短距離で結ぶ線分の中心に近いほど熱が篭りやすく、温度が上昇しやすい。電池体３０においては、各電池セル２２の温度差を小さくすることで、劣化を抑制することができるため、熱が篭りやすい電池セル２２と熱的に結合された伝熱プレート２３に放熱を行うと、電池体３０の劣化を促進するおそれがある。電池セル２２の並設方向の両端に設けられたエンドプレート３１，３２と回路装置５１とを熱的に結合することで、電池セル２２の温度差が大きくなることを抑制しつつ、回路装置５１の放熱を行うことができる。

（３）エンドプレート３１，３２のうち、伝熱プレート２３と隣り合う第１のエンドプレート３１と回路装置５１とを熱的に結合している。第２のエンドプレート３２に放熱を行う場合、第２のエンドプレート３２に伝導した熱が電池セル２２に伝わりやすく、電池セル２２の温度が上昇しやすい。第１のエンドプレート３１に放熱する場合には、第１のエンドプレート３１と電池セル２２との間に伝熱プレート２３が設けられているため、第２のエンドプレート３２に放熱する場合に比べて、電池セル２２への熱の影響を抑制することができる。

（４）回路装置５１は、放熱板５２を有している。放熱板５２は、金属製であり、熱伝導性に優れるため、電子部品５３の発した熱が伝導しやすい。そして、この放熱板５２を金属板６１によって第１のエンドプレート３１と熱的に結合することで、放熱効率を向上させることができる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 図４に破線で示すように、実施形態において、第１のエンドプレート３１に代えて、回路装置５１を伝熱プレート２３と熱的に結合してもよい。例えば、載置板４１に金属板６１を貫通させて伝熱プレート２３に金属板６１を接触させてもよい。この場合、伝熱プレート２３によって、電池セル２２及び回路装置５１の熱を側壁１３に放熱することができる。すなわち、伝熱プレート２３を回路装置５１の熱を放熱する部材として兼用することができる。なお、この場合、エンドプレート３１，３２は設けられていなくてもよく、例えば、電池セル２２及び伝熱プレート２３を拘束する金属のバンドで電池セル２２と伝熱プレート２３が拘束されていてもよい。また、回路装置５１を第１のエンドプレート３１と伝熱プレート２３の両方に熱的に結合してもよい。

○ 回路基板５４を第１のエンドプレート３１に熱的に結合してもよい。この場合、電子部品５３から回路基板５４に伝導した熱は、回路基板５４から第１のエンドプレート３１に伝導する。この場合、回路装置５１は、放熱板５２を有していなくてもよい。

○ 第１のエンドプレート３１上に、回路基板５４を固定してもよい。
○ 回路装置５１は、第２のエンドプレート３２、すなわち、電池セル２２と隣り合うエンドプレート３２に熱的に結合されていてもよい。

○ 電池セル２２及び伝熱プレート２３は、電池ホルダ２４に保持されていなくてもよい。すなわち、電池モジュール２１は、電池ホルダ２４を有していなくてもよい。
○ 電池体３０は、電池セル２２のみから構成されていてもよい。また、電池体３０は、電池セル２２と伝熱プレート２３とから構成されていてもよい。

○ 立設部材は、筐体１１の側壁１３以外でもよい。例えば、産業車両に搭載されるカウンタウェイトを立設部材としてもよい。
○ 第１のエンドプレート３１に伝導した熱を側壁１３に放熱させたが、ブラケット３３から側壁１３に熱を伝導させず、第１のエンドプレート３１を、熱を蓄える熱マスとして機能させてもよい。

○ 電池モジュール２１は単数であってもよい。
○ 電池モジュール２１同士の間に緩衝材が設けられていてもよいし、電池モジュール２１同士の間は隙間が形成されていてもよい。

○ 固定部材は、立設部材（側壁１３）に固定できるものであれば、どのようなものでもよい。例えば、エンドプレート３１，３２の固定部材であってもよい。また、伝熱プレート２３にボルトが螺合される螺合穴を設けて、側壁１３を貫通したボルトが、伝熱プレート２３に螺合されるようにしてもよい。この場合、ボルトが固定部材となる。

○ 固定部材（ブラケット３３）は、電池体３０に直接的に固定されていてもよい。
次に、上記実施形態及び変形例から把握することができる技術的思想について以下に追記する。

（イ）前記回路装置は、前記電子部品が実装された回路基板の熱を放熱する放熱板を有し、前記放熱板と前記エンドプレートを熱的に結合する金属板を有することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。

（ロ）前記電池セルと交互に並設される伝熱プレートを備え、前記回路装置は前記伝熱プレートと隣り合う前記エンドプレートと熱的に結合されることを特徴とする請求項１又は技術的思想（イ）に記載の電池モジュール。

１０…電池パック、１３…側壁、２１…電池モジュール、２２…電池セル、２３…伝熱プレート、３０…電池体、３１…第１のエンドプレート、３２…第２のエンドプレート、５１…回路装置、５３…電子部品、５４…回路基板。

Claims

並設された複数の電池セルを有する電池体と、
前記電池体を前記電池セルの並設方向から挟持するエンドプレートと、
前記電池セルを制御する電子部品を有する回路装置と、
前記電池体に直接的又は間接的に固定された固定部材と、を備え、
前記固定部材によって鉛直方向に立設された立設部材に固定される電池モジュールであって、
前記エンドプレートは、前記立設部材と熱的に結合され、
前記回路装置は、前記エンドプレートに接合されるとともに該エンドプレートと熱的に結合されることを特徴とする電池モジュール。
並設された複数の電池セルと前記電池セル間に設けられる伝熱プレートとを有する電池体と、
前記電池セルを制御する電子部品を有する回路装置と、
前記電池体に直接的又は間接的に固定された固定部材と、を備え、
前記固定部材によって鉛直方向に立設された立設部材に固定される電池モジュールであって、
前記電池セルと前記立設部材とは、前記伝熱プレートを介して熱的に結合され、
前記回路装置は、前記伝熱プレートに接合されるとともに当該伝熱プレートと熱的に結合されることを特徴とする電池モジュール。