JP2015230843A - 電池モジュール及び電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルに対する放熱性の低下を抑制すること。
【解決手段】電池モジュール１０は、電池体１１と、電池体１１を挟持する第１のエンドプレート１２及び第２のエンドプレート１３とを有している。電池体１１は、並設された複数の電池セル２０と、電池セル２０と交互に並設された伝熱プレート３０とを有している。伝熱プレート３０は、矩形平板状の吸熱部３１と、吸熱部３１の一端から吸熱部３１の厚み方向に向けて屈曲する矩形平板状の放熱部３２とを有している。放熱部３２は、吸熱部３１から第２のエンドプレート１３に向けて延設されている。第１のエンドプレート１２と、電池体１１との間には、弾性部材５１が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の電池セルを並設した電池モジュール及び電池パックに関する。

複数の電池セルを並設した電池モジュールにおいては、電池セルと、電池セルが発する熱を放熱する伝熱プレートとを並設して、伝熱プレートによって放熱を行っている。例えば、特許文献１に記載の電池モジュールでは、一対のエンドプレート間に電池セル群が配置されている。電池セル群を構成する電池セルの間には、Ｌ字状に屈曲された伝熱プレートが配設されている。

国際公開第２０１３／１４５９１７号

ところで、電池セルは、使用に伴い膨張する。電池セルが膨張すると、伝熱プレートは電池セルから加圧されることで変形するおそれがある。伝熱プレートが変形すると、電池セルと伝熱プレートとの接触面積が小さくなり、電池セルに対する放熱性が低下するおそれがある。

本発明の目的は、電池セルに対する放熱性の低下を抑制することができる電池モジュール及び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モジュールは、並設された複数の電池セルと前記複数の電池セルのうち少なくとも一つの電池セルに並設され、前記電池セルで発生した熱を放熱する伝熱プレートとを有する電池体と、前記電池セルの並設方向の両側に設けられるとともに前記電池体を挟んでいる第１のエンドプレート及び第２のエンドプレートと、前記第１のエンドプレートと、前記電池体との間に設けられ、前記電池セルの膨張を弾性変形により吸収する弾性部材と、各エンドプレートに互いに近付く方向に荷重を加えている加圧部材と、を備え、被固定部材に固定される電池モジュールであって、前記伝熱プレートは、前記電池セルに前記並設方向に隣り合い、前記電池セルで発生した熱が伝達される吸熱部と、前記吸熱部から前記電池セルの並設方向のうち前記第２のエンドプレート側に向けて延設されるとともに前記被固定部材に接して、前記電池セルから前記吸熱部に伝達された熱を前記被固定部材に伝達する放熱部とを有する。

これによれば、放熱部の延設方向の端部（以下、「先端」という）が弾性部材とは反対側を向く。電池セルが膨張すると、隣り合う電池セル同士は互いに押し合い、電池セルの並設方向に向けた力が作用する。この力が弾性部材に加わることで、弾性部材が弾性変形する。弾性部材が弾性変形すると、電池セル及び伝熱プレートは、第１のエンドプレート（弾性部材）に向けて移動する。このとき、放熱部の先端が弾性部材を向いていないため、伝熱プレートが弾性部材に向けて移動しても放熱部の先端が被固定部材に引っ掛かりにくい。このため、放熱部の先端が被固定部材に引っ掛かることで、吸熱部に電池セルからの荷重が集中することが抑制され、伝熱プレートの吸熱部が変形することが抑制される。このため、吸熱部が変形することで、伝熱プレートの吸熱部と電池セルとの接触面積が小さくなることが抑制され、電池セルに対する放熱性が低下しにくい。

上記電池モジュールについて、前記伝熱プレートは、前記吸熱部と前記放熱部とを連結する連結部を備え、前記連結部は、前記被固定部材から離間するように湾曲していることが好ましい。

これによれば、伝熱プレートが弾性部材に向けて移動するときに、連結部が被固定部材に引っ掛かることが抑制される。
上記電池モジュールについて、前記弾性部材と前記弾性部材に隣り合う電池セルとの間には前記伝熱プレートが設けられていることが好ましい。

これによれば、弾性部材と隣り合う電池セルが弾性部材と接触することが抑制される。弾性部材は、伝熱プレートよりも熱伝導率が低いため、電池セルと弾性部材との間に伝熱プレートを設けることで、電池セルで発生した熱を放熱しやすい。

上記課題を解決する電池パックは、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電池モジュールを前記被固定部材に固定した電池パックであって、前記被固定部材は、前記電池モジュールが取り付けられる壁部材と、前記壁部材と前記放熱部との間に設けられた熱伝導部材とを含む。

これによれば、放熱部から被固定部材に熱が伝達しやすく、電池セルで発生した熱を被固定部材に放熱しやすい。

本発明によれば、電池セルに対する放熱性の低下を抑制することができる。

実施形態の電池パックを示す斜視図。 実施形態のエンドプレート、電池セル、電池ホルダ及び伝熱プレートを示す斜視図。 実施形態の電池モジュールを示す断面図。 実施形態の弾性部材が弾性変形した状態の電池モジュールを示す断面図。 実施形態の電池モジュールの一部を拡大して示す断面図。 （ａ）は比較例の電池モジュールの一部を拡大して示す断面図、（ｂ）は比較例の電池モジュールの電池セルが移動したときの伝熱プレートの状態を示す概略図。

以下、電池パック及び電池モジュールの一実施形態について説明する。
図１及び図３に示すように、電池パックＢＰは、放熱体としての筐体６４を有しており、筐体６４には電池モジュール１０が収容されている。電池モジュール１０は、電池体１１と、電池体１１を挟持する第１のエンドプレート１２及び第２のエンドプレート１３とを有している。電池体１１は、並設された複数の電池セル２０と、電池セル２０と交互に並設された伝熱プレート３０とを有している。電池セル２０は、例えば、リチウムイオン電池などの二次電池であり、角型電池である。各電池セル２０は、それぞれ個別の電池ホルダ４０に保持されている。

図２に示すように、電池セル２０は、ケース２１の内部に電極組立体２２を有している。電極組立体２２は、正負の電極の間にセパレータを介在させたものである。ケース２１は、有底矩形箱状の本体２３と、本体２３の開口部を閉塞する蓋部２４とを有している。

伝熱プレート３０は、１枚の金属製の板材をＬ字状に屈曲させたものである。伝熱プレート３０は、矩形平板状の吸熱部３１と、吸熱部３１の一端から吸熱部３１の厚み方向に向けて屈曲する矩形平板状の放熱部３２とを有している。吸熱部３１と放熱部３２とは、連結部３３によって連結されている。この連結部３３は、板材を折り曲げ加工することによって吸熱部３１と放熱部３２との間に形成される円弧状に湾曲した湾曲部である。

エンドプレート１２，１３は、板材を屈曲させたものであり、電池体１１を挟持する板状の挟持部１４と、筐体６４に電池モジュール１０を固定するための板状の固定部１５とを有している。本実施形態において、挟持部１４は矩形状であり、固定部１５は挟持部１４の長手方向の一端から挟持部１４の厚み方向に延びている。挟持部１４の短手方向の両端部には、それぞれ、挟持部１４の短手方向に向けて突出する板状の挿通部１８が設けられている。挿通部１８には、厚み方向に貫通する挿通孔１８ａが設けられている。

電池ホルダ４０は、矩形平板状の第１の被覆壁４１を有している。第１の被覆壁４１の長手方向両端には、第１の被覆壁４１の厚み方向に延びる矩形平板状の第２の被覆壁４２及び第３の被覆壁４３が設けられている。第１の被覆壁４１、第２の被覆壁４２及び第３の被覆壁４３に囲まれる領域は、電池セル２０が収容される収容部Ｓとなる。第２の被覆壁４２の長手方向第１端部４２ａ（第１の被覆壁４１が設けられる端部とは反対側の端部）と、第３の被覆壁４３の長手方向第１端部４３ａ（第１の被覆壁４１が設けられる端部とは反対側の端部）には、各被覆壁４２，４３の短手方向第１端部４２ｂ，４３ｂの間で延びる矩形平板状の第４の被覆壁４４が設けられている。第４の被覆壁４４は、厚み方向が各被覆壁４２，４３の短手方向と一致し、長手方向が第２の被覆壁４２と第３の被覆壁４３の対向方向に一致する。そして、第４の被覆壁４４の厚み方向及び長手方向に直交する方向が、第４の被覆壁４４の短手方向となる。

また、第４の被覆壁４４の長手方向両端における第４の被覆壁４４の短手方向の一端面上には、Ｕ字状をなすとともに、第４の被覆壁４４の厚み方向に開口する端子収容部４５がそれぞれ設けられており、各端子収容部４５は、第２の被覆壁４２及び第３の被覆壁４３に連設されている。

第４の被覆壁４４の短手方向の一端面上には、端子収容部４５と隣り合って四角柱状の挿通部４６が設けられている。挿通部４６の軸は、各被覆壁４２，４３の短手方向に延びている。挿通部４６には、挿通孔４６ａが挿通部４６の軸方向に貫通して設けられている。

第２の被覆壁４２の長手方向第１端部４２ａ及び第３の被覆壁４３の長手方向第１端部４３ａには、各被覆壁４２，４３と連設され、各被覆壁４２，４３の長手方向に延びる矩形平板状の突出壁４７が設けられている。

第２の被覆壁４２の長手方向第２端部４２ｃ及び第３の被覆壁４３の長手方向第２端部４３ｃには、四角柱状の挿通部４９が設けられている。挿通部４９の軸は、各被覆壁４２，４３の短手方向に延びている。挿通部４９には、挿通孔４９ａが挿通部４９の軸方向に貫通して設けられている。

図３に示すように、伝熱プレート３０の吸熱部３１は、電池セル２０と密着した状態で設けられている。伝熱プレート３０の放熱部３２は、第２の被覆壁４２の厚み方向の面のうち、収容部Ｓ側の面とは反対側の面を覆っている。伝熱プレート３０の連結部３３は第１のエンドプレート１２側に位置しており、伝熱プレート３０の放熱部３２の先端３４（放熱部３２における吸熱部３１からの延設方向の端部）は第２のエンドプレート１３側に位置している。すなわち、放熱部３２は、吸熱部３１から第２のエンドプレート１３に向けて延設されている。

電池体１１は、電池セル２０の並設方向のうち、第１のエンドプレート１２側の端に伝熱プレート３０が位置しており、第２のエンドプレート１３側の端に電池セル２０が位置している。第１のエンドプレート１２と、電池体１１との間には、弾性部材５１が設けられている。本実施形態において、電池体１１の第１のエンドプレート１２側の端には伝熱プレート３０が設けられているため、弾性部材５１と、弾性部材５１に隣り合う電池セル２０との間には伝熱プレート３０が設けられている。弾性部材５１は、板状であり、厚み方向が電池セル２０の並設方向と一致している。弾性部材５１としては、ゴムや、ゴムスポンジなどが用いられる。

そして、第２のエンドプレート１３の挿通部１８には、第１のエンドプレート１２の挿通部１８に向けてボルト６１が挿通されている。ボルト６１は、第２のエンドプレート１３の挿通孔１８ａ、電池ホルダ４０の挿通孔４６ａ，４９ａ及び第１のエンドプレート１２の挿通孔１８ａを挿通して、第１のエンドプレート１２の挿通孔１８ａを挿通した位置でナット６２に螺合されている。これにより、第１のエンドプレート１２及び第２のエンドプレート１３には、互いに近付く方向に拘束荷重が加わっている。この拘束荷重は、電池セル２０及び弾性部材５１に付与されている。したがって、ボルト６１及びナット６２が加圧部材として機能している。

上記のように構成された電池モジュール１０は、各エンドプレート１２，１３の固定部１５に挿通された固定ボルト６３が壁部材としての筐体６４の壁部６６に螺合されることで筐体６４に取り付けられている。このとき、電池モジュール１０は、放熱部３２が筐体６４の壁部６６に接するように取り付けられる。筐体６４の壁部６６と放熱部３２との間には、熱伝導部材（ＴＩＭ：thermal interface material）６５が設けられている。放熱部３２は、熱伝導部材６５と密着しており、熱伝導部材６５を介して筐体６４の壁部６６と接している。本実施形態では、筐体６４と、熱伝導部材６５によって被固定部材が構成されている。連結部３３は吸熱部３１に向けて円弧状に湾曲しているため、熱伝導部材６５から離間している。

次に、本実施形態の電池モジュール１０の作用について説明する。
電池セル２０が充放電されると、電池セル２０で発生した熱は、吸熱部３１に伝達される。吸熱部３１に伝達された熱は、放熱部３２に伝達され、放熱部３２に伝達された熱は、筐体６４に伝達される。これにより伝熱プレート３０によって電池セル２０で発生した熱が放熱される。

図４に示すように、電池セル２０の電極には、使用に伴って被膜が形成されていき、使用期間が長くなるにつれて電池セル２０が膨張していく。電池セル２０が膨張すると、隣り合う電池セル２０同士は伝熱プレート３０を介して互いに押し合う。すると、各電池セル２０には並設方向の両側に向けた力が作用する。弾性部材５１は、この力によって厚み方向（電池セル２０の並設方向）に弾性変形し、収縮する。したがって、弾性部材５１は、電池セル２０の膨張を弾性変形によって吸収している。

第１のエンドプレート１２と電池体１１との間に弾性部材５１が設けられ、第２のエンドプレート１３と電池体１１との間には弾性部材５１が設けられていないため、弾性部材５１が弾性変形することで電池セル２０及び伝熱プレート３０は、第１のエンドプレート１２（弾性部材５１）に向けて移動する。

図５に示すように、伝熱プレート３０が移動するときには、放熱部３２の先端３４が移動方向を向いていない。このため、放熱部３２の先端３４が熱伝導部材６５に引っ掛かることが抑制されている。また、連結部３３は、熱伝導部材６５から離間しているため、連結部３３が熱伝導部材６５に引っ掛かかることも抑制され、吸熱部３１に電池セル２０からの荷重が集中することが抑制されている。

図６（ａ）に示すように、伝熱プレート３０の移動方向に放熱部３２の先端３４が向いていると、伝熱プレート３０が移動したときに放熱部３２の先端３４が熱伝導部材６５に引っ掛かりやすい。すると、熱伝導部材６５が損傷するおそれがあり、放熱部３２から筐体６４への熱伝達を阻害するおそれがある。

また、図６（ｂ）に示すように、伝熱プレート３０の先端３４が熱伝導部材６５に引っ掛かった状態で伝熱プレート３０に電池セル２０からの荷重が加わると、伝熱プレート３０の移動が規制された状態で電池セル２０からの荷重が加わるため、電池セル２０からの荷重が吸熱部３１に集中する。すると、伝熱プレート３０の連結部３３を基点として吸熱部３１が屈曲する。なお、図では説明の便宜上誇張して表現したが、実際には吸熱部３１は電池セル２０と隣り合っているため、電池セル２０によって吸熱部３１の屈曲が規制されて僅かに屈曲する程度である。しかしながら、この僅かな屈曲によって電池セル２０と吸熱部３１との接触面積が小さくなり、電池セル２０と吸熱部３１との密着度が低下し、電池セル２０で発生した熱が吸熱部３１に伝達されにくくなる。

したがって、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）伝熱プレート３０の放熱部３２は、吸熱部３１から第２のエンドプレート１３に向けて延びているため、放熱部３２の先端３４は、第２のエンドプレート１３を向いている。弾性部材５１は、第１のエンドプレート１２と電池体１１との間に設けられているため、電池セル２０が膨張したときの伝熱プレート３０の移動方向は第１のエンドプレート１２側となる。このため、伝熱プレート３０が移動するときには、放熱部３２の先端３４が移動方向を向いていないため、放熱部３２の先端３４が熱伝導部材６５に引っ掛かりにくい。このため、放熱部３２の先端３４が引っ掛かることで、吸熱部３１に電池セル２０からの荷重が集中することが抑制され、伝熱プレート３０の吸熱部３１の変形を抑制することができる。このため、電池セル２０と伝熱プレート３０の吸熱部３１との接触面積が小さくなることが抑制され、電池セル２０に対する放熱性が低下しにくい。

（２）吸熱部３１と放熱部３２とは、連結部３３によって連結されている。連結部３３は、熱伝導部材６５と接触していないため、伝熱プレート３０が移動したときに連結部３３が熱伝導部材６５に引っ掛かりにくい。したがって、電池セル２０に対する放熱性が低下しにくい。

（３）放熱部３２と筐体６４との間には、熱伝導部材６５が設けられているため、電池セル２０から放熱部３２に伝達された熱が筐体６４に伝達されやすい。
（４）弾性部材５１と、弾性部材５１に隣り合う電池セル２０との間には伝熱プレート３０が設けられている。弾性部材５１は、伝熱プレート３０に比べて熱伝導率が低く、弾性部材５１が電池セル２０に接していると、電池セル２０で発生した熱が弾性部材５１に伝達されにくい。弾性部材５１と電池セル２０との間に伝熱プレート３０を設けることで、電池セル２０で発生した熱は伝熱プレート３０に伝達されるため、電池セル２０に対する放熱性が低下しにくい。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○吸熱部３１と放熱部３２とは、連結部３３を介さずに、繋がれていてもよい。例えば、板状の吸熱部３１と放熱部３２とを溶接して、吸熱部３１と放熱部３２とが直接繋がれていてもよい。

○放熱部３２は、筐体６４に直接接していてもよい。すなわち、熱伝導部材６５が設けられていなくてもよい。
○弾性部材５１と、弾性部材５１に隣り合う電池セル２０との間には伝熱プレート３０が設けられていなくてもよい。すなわち、弾性部材５１と電池セル２０とが直接接していてもよい。

○伝熱プレート３０は、電池セル複数個おきに設けられるなど、電池セル２０と交互に設けられていなくてもよい。
○伝熱プレート３０は単数であってもよい。

○伝熱プレート３０の吸熱部３１と放熱部３２とは、板状であればよく円板状や多角板状であってもよい。
○加圧部材は、第１のエンドプレート１２から第２のエンドプレート１３まで延びてそれぞれのエンドプレート１２，１３に固定される金属製のバンドであってもよい。

○壁部材は、産業車両に搭載されるカウンタウェイトなどでもよい。

ＢＰ…電池パック、１０…電池モジュール、１１…電池体、１２…第１のエンドプレート、１３…第２のエンドプレート、２０…電池セル、３０…伝熱プレート、３１…吸熱部、３２…放熱部、３３…連結部、３４…先端、４０…電池ホルダ、５１…弾性部材、６１…ボルト、６２…ナット、６４…筐体、６５…熱伝導部材、６６…壁部。

Claims (4)

1. 並設された複数の電池セルと前記複数の電池セルのうち少なくとも一つの電池セルに並設され、前記電池セルで発生した熱を放熱する伝熱プレートとを有する電池体と、
   前記電池セルの並設方向の両側に設けられるとともに前記電池体を挟んでいる第１のエンドプレート及び第２のエンドプレートと、
   前記第１のエンドプレートと、前記電池体との間に設けられ、前記電池セルの膨張を弾性変形により吸収する弾性部材と、
   各エンドプレートに互いに近付く方向に荷重を加えている加圧部材と、を備え、被固定部材に固定される電池モジュールであって、
   前記伝熱プレートは、前記電池セルに前記並設方向に隣り合い、前記電池セルで発生した熱が伝達される吸熱部と、前記吸熱部から前記電池セルの並設方向のうち前記第２のエンドプレート側に向けて延設されるとともに前記被固定部材に接して、前記電池セルから前記吸熱部に伝達された熱を前記被固定部材に伝達する放熱部とを有する電池モジュール。
2. 前記伝熱プレートは、前記吸熱部と前記放熱部とを連結する連結部を備え、
   前記連結部は、前記被固定部材から離間するように湾曲している請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記弾性部材と前記弾性部材に隣り合う電池セルとの間には前記伝熱プレートが設けられている請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。
4. 請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電池モジュールを前記被固定部材に固定した電池パックであって、
   前記被固定部材は、前記電池モジュールが取り付けられる壁部材と、前記壁部材と前記放熱部との間に設けられた熱伝導部材とを含む電池パック。