JP2016039111A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れる蓄電モジュールを提供する。
【解決手段】複数の板状の蓄電素子と、蓄電素子で発生する熱を外部に放出するための複数のヒートシンクと、を交互に積層させた積層体と、積層体を内部に収容してなるケースと、を備え、ヒートシンクのうち蓄電素子と対向する面には凹部および凸部の双方または一方が複数設けられており、ケースのうち、積層体の積層方向に沿う面に、複数の放熱孔が設けられている蓄電モジュール。
【選択図】図４

Description

本明細書に開示される技術は、蓄電モジュールに関する。

内部に蓄電要素が収容されてなる蓄電素子の一例としてリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池等が知られている。リチウムイオン電池等の二次電池は、複数個を接続することにより電池モジュールを構成する。このような電池モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載されているものなどが知られている。

特開２００６−２１０３１２号公報

上記特許文献１に記載の電池モジュールのように複数個の蓄電素子を積層してなる蓄電モジュールにおいては、充放電の繰り返し等により、蓄電素子が高温になることがある。蓄電素子が高温になると、性能の低下が懸念される。

本明細書に開示される技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、放熱性に優れる蓄電モジュールを提供することを目的とする。

本明細書に開示される蓄電モジュールは、複数の板状の蓄電素子と、前記蓄電素子で発生する熱を外部に放出するための複数のヒートシンクと、を交互に積層させた積層体と、前記積層体を内部に収容してなるケースと、を備え、前記ヒートシンクのうち前記蓄電素子と対向する面には凹部および凸部の双方または一方が複数設けられており、前記ケースのうち、前記積層体の積層方向に沿う面に、複数の放熱孔が設けられていることを特徴とする。

このような蓄電モジュールによれば、ヒートシンクに設けられた凹部および凸部の双方または一方により、蓄電素子とヒートシンクとの間に隙間が形成される。また、ケースには複数の放熱孔が設けられているから、隙間にこもった熱を、放熱孔を通して外部に効率よく放熱することができる。よって、放熱性に優れる蓄電モジュールが得られる。

前記凹部および凸部は帯状に延びる溝部および陵部であり、前記溝部および陵部により前記蓄電素子と前記ヒートシンクとの間に形成される隙間が、前記複数の放熱孔間を連通していることが好ましい。

このような構成によれば、蓄電モジュールを横切るように放熱経路が確保されるから、より熱がこもり難く、放熱性が向上する。

本発明によれば、放熱性に優れる蓄電モジュールを提供することができる。

一実施形態に係る電池モジュールの分解斜視図 電池モジュールの平面図 電池モジュールの側面図 図２のＡ−Ａ断面図 最下段の電池ユニットの分解斜視図 ヒートシンクの斜視図 ヒートシンクの平面図 ヒートシンクの側面図 他の実施形態のヒートシンクの斜視図 他の実施形態のヒートシンクの斜視図 図１０の要部拡大斜視図

一実施形態の電池モジュール（蓄電モジュールの一例）を図１ないし図８によって説明する。以下の説明において、図１における左手前側を前方とし右後ろ側を後方とし、上方を上とし下方を下とする。

本実施形態の電池モジュール１０は、例えばＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＩＳＧ）用の電池モジュール１０として用いられる。

（電池モジュール１０）
電池モジュール１０は、全体として略直方体形状をなし、複数の扁平な板状の単電池２０（蓄電素子の一例）と、複数のヒートシンク４０と、これらを保持する複数の保持部材３０と、を含む積層体１１と、この積層体１１を収容する金属製のケース５０と、を備える。各単電池２０は各ヒートシンク４０上に載置されており、これらの短辺側の一対の側縁４０Ａが各保持部材３０により保持されている（図５参照）。本実施形態において、ヒートシンク４０に単電池２０を載置し、両縁部に保持部材３０を取り付けたものを、電池ユニット１２とよぶ。本実施形態における積層体１１は、電池ユニット１２を６つ積層したものである（図１参照）。

（単電池２０）
各単電池２０は、上面視略長方形状の板状をなす、ラミネート型の電池である。各単電池２０は、図示しない発電要素と、発電要素を包むとともに縁部が溶着されたラミネートフィルム２１と、発電要素に接続されるとともにラミネートフィルム２１の溶着された縁部からそれぞれ反対方向に向けて外側に突出する一対のリード端子２２と、を有する（図５参照）。

（リード端子２２）
図１において、上から１段目（最上段）に配されている単電池２０の後側縁部（右後ろ側）から突出するリード端子２２が正極端子であり、図示前側縁部（左手前側）から突出するリード端子２２が負極端子である。積層方向において隣り合う単電池２０は、相違する極性のリード端子２２が対向する位置に配されるように配置され、接続されている。

詳細には、６つの単電池２０のうち、上から１段目の単電池２０の図中前側縁部から突出する負極リード端子２２、および、上から６段目の前側縁部から突出する正極リード端子２２は、図示しない電圧検知端子を介してバスバー２５に重ねられて接続されており、バスバー接続端子２２Ａとされている。

一方、バスバー接続端子２２Ａ以外のリード端子２２は、上下方向において隣り合うリード端子２２と互いに逆方向となるように略垂直状に屈曲されるとともに、それらの端部同士が接触するように重ね合わされて、溶接により接続されている。これらのリード端子２２は、端子間接続端子２２Ｂとされている。２段目から５段目の各単電池２０において、一方の縁部から突出するリード端子２２Ｂと他方の縁部から突出するリード端子２２Ｂとは、互いに逆方向に向けて屈曲されている。

（バスバー２５）
最上段の単電池２０に接続されるバスバー２５は、電池モジュール１０の負極として機能する端子２５Ｂであり、最下段の単電池２０に接続されるバスバー２５は、電池モジュール１０の正極として機能する端子２５Ａである。各バスバー２５は、純アルミ、アルミ合金、銅または銅合金などの導電性材料からなり、後述する絶縁蓋部材７１のバスバー導出口７２から導出される先端部分が、外部機器と接続される端子部２６とされている。

（保持部材３０）
各単電池２０は、絶縁樹脂製の保持部材３０により、ヒートシンク４０の上に載置された状態で保持されている。保持部材３０は、単電池２０の前後方向の両端部に、それぞれ配されている（図５参照）。

各保持部材３０には、後述するケース５０の第１固定部材１５を挿通可能な一対の貫通孔３１が上下方向に貫通して設けられている。また、保持部材３０の上面には、リード端子２２を配置して保持する凹状に窪んだ端子配置部３２が形成されており、この端子配置部３２にリード端子２２が配置されることにより、単電池２０が位置決めされるようになっている。

また、前方側において上から１段目および６段目に配置される保持部材３０には、それぞれ、バスバー２５を保持するバスバー保持部３３が形成されている。バスバー保持部３３には、バスバー２５が嵌め込まれる凹部３３Ａと、凹部３３Ａに嵌め込まれたバスバー２５を抜け止めする抜止突部３３Ｂとが形成されている。

さらに、前方側において上から１段目、３段目、５段目、６段目に配置される保持部材３０、および、後方側において上から２段目、４段目、６段目に配置される保持部材３０には、それぞれ、電圧検知端子が保持される端子保持部３６と、電圧検知端子に接続された電線を収容する電線収容溝３７と、が設けられている。

また、積層体１１の背面側には、背面側に配されるリード端子２２の接続部とケース５０との間に配され、リード端子２２を絶縁保護する積層体保持部材３８が取り付けられるようになっている（図１参照）。

さらに、上下方向において重なりあう保持部材３０のうち、一方の保持部材３０には、他方の保持部材３０側に突出するとともに、内側方向に突出する図示しない係止爪が形成された係合突部３４が設けられ、他方の保持部材３０には、係合突部３４を受け入れる凹み形状をなすとともに、係止爪を係止する図示しない係止突部が形成された係合受け部３５が設けられている。係合突部３４と係合受け部３５は相互に係合する構造となっている。上下方向において隣り合う保持部材３０は、積層体１１の前後面、および、左右側面のそれぞれ２か所で係合している。

（ヒートシンク４０）
本実施形態においては、各単電池２０はヒートシンク４０上に載置されている。本実施形態では、ヒートシンク４０の材料として、熱伝導性に優れたアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。

ヒートシンク４０は、図６ないし図８に示すように、上面視略長方形の板状をなしており、短辺側の一対の側縁４０Ａの両端部付近には、それぞれ一対の固定片４１が前後方向に向けて延出形成されている。これら固定片４１は、ヒートシンク４０を保持部材３０に取り付けるためのものであって、その中央に、保持部材３０に設けられたヒートシンク固定部（図示せず）を係合させるための固定孔４１Ａが穿設されている。

ヒートシンク４０には、表面側に細長い帯状に突出する複数の陵部４２が、所定の間隔を隔てて設けられている。これらの複数の陵部４２は、ヒートシンク４０の短辺側の側縁４０Ａと平行に延びており、それらの長さは、ヒートシンク４０の短辺側の側縁４０Ａより短い長さとされている。また、陵部４２の上面は平坦面とされている。これらの陵部４２は、プレス成形により形成されており、裏面側は溝状に窪んでいる（図４参照）。本実施形態において、陵部４２は、合計８本設けられている。

なお、一の陵部４２と隣り合う陵部４２との間の窪んだ領域は、溝部４３とされている。

（ケース５０）
ケース５０は、図１に示すように、積層体１１を収容するケース本体５１と、蓋部６１と、絶縁蓋部材７１と、を備える。ケース本体５１は、上面および前面が開口した箱形をなし、上面の開口部に蓋部６１が被せられるとともに、前面の開口部に絶縁蓋部材７１が取り付けられる。

ケース本体５１は、略長方形状の底部５２と、底部５２の両側縁部および後側縁部から垂直に立ち上がる３つの側壁５３と、を備える。

一方蓋部６１は、略長方形状の板状部６２と、板状部６２に対してその両側縁部および後側縁部から略垂直下方に連なり、ケース本体５１の上端部に固定される固定部６３と、を備える。

底部５２および板状部６２の中央位置には、ケース５０の内側方向に突出する突出面５４、６４が形成されている。ケース本体５１の突出面５４は、最下段（下から１段目）のヒートシンク４０と接触するように設定されるとともに、蓋部６１の突出面６４は、最上段（上から１段目）の単電池２０と接触するように設定されている。これらの突出面５４、６４がヒートシンク４０あるいは単電池２０と接触することにより、単電池２０から生じる熱がケース５０に伝わって、外部に放熱されるようになっている。

底部５２および板状部６２においては、突出面５４、６４よりも外側の四隅に、蓋部６１と、積層体１１と、ケース本体５１とを固定するための第１固定部材１５が配される固定孔５５、６５が貫通して形成されている。固定孔５５、６５の孔径は、第１固定部材１５の外径よりも小さく形成されている。

また、底部５２および板状部６２においては、前端部側に長方形状の蓋係止孔５６、６６が貫通して形成されている。これらの蓋係止孔５６、６６は、前側に取り付けられる絶縁蓋部材７１を係止するためのものである。

蓋部６１の固定部６３には、蓋部６１をケース本体５１に固定するための第２固定部材（図示せず）を挿通可能な挿通孔６７が複数（３つずつ）形成されている。固定部６３はケース本体５１の一対の左右側面および後面の外側に重ねられる。

ケース本体５１の前側の開口部に取り付けられる絶縁蓋部材７１には、バスバー２５が導出される一対のバスバー導出口７２が形成されている。

絶縁蓋部材７１の下端部には、複数の電線を導出するための略方形状の切欠部７３が設けられている。この絶縁蓋部材７１は、ケース本体５１の開口部を覆うだけでなく、積層体１１の前方の端面側に配されるリード端子２２を絶縁保護する機能を有している。

絶縁蓋部材７１の上端部と下端部には、それぞれ、後方に突出する一対の突出片７４が設けられている。突出片７４先端には蓋係止孔５６，６６に係止される係止突部７４Ａが形成されている。

絶縁蓋部材７１の上端部の一対の突出片７４の間には、後方に突出する絶縁板部７５が形成されている。絶縁板部７５は板状部６２の下方に重なるように配されている。

さらにケース本体５１の一対の対向する側壁５３には、それぞれ複数（本実施形態では５つずつ）の放熱孔５７が前後方向に間隔を空けて並んで設けられている。本実施形態において、放熱孔５７の開口縁部は、円形とされている。また、複数の放熱孔５７は、互いに対向する側壁５３の同位置に形成されている。

図３に示すように、５つの放熱孔５７のうち中央の３つは、積層体１１がケース本体５１に収容された際に、ヒートシンク４０の長辺側の側縁４０Ｂを外部に露出させるようになっている。また、両端に配される放熱孔５７は、保持部材３０の少なくとも一部を露出させる位置に設けられている。

また、側壁５３のうち、上述した蓋部６１の挿通孔６７が重ねられる位置には、第２固定部材を挿通可能な挿通孔５８が設けられている。

（本実施形態の電池モジュール１０の組み立て方法）
次に本実施形態の電池モジュール１０の組み立て方法について説明する。まず、合計６枚のヒートシンク４０を用意し、それらの固定孔４１Ａにそれぞれ対応する保持部材３０のヒートシンク固定部（図示せず）を嵌め込むことにより、ヒートシンク４０に保持部材３０を取り付ける。

次に、電線収容溝３７を備える保持部材３０の端子保持部３６に、電圧検知端子を載置し、電線収容溝３７に、図示しないコネクタが接続された電線を収容する。また、バスバー保持部３３を備える保持部材３０に、バスバー２５を取り付ける。

次に、保持部材３０が取り付けられたヒートシンク４０の上に、単電池２０を載置する。具体的には、バスバー保持部３３を備える保持部材３０が取り付けられた２枚のヒートシンク４０の上には、バスバー接続端子２２Ａを備えた単電池２０を載置し、他のヒートシンク４０には、端子間接続端子２２Ｂを備えた単電池２０を載置する。

このようにして複数の（６つの）電池ユニット１２が得られる。

次に、６つの電池ユニット１２を最下段から順に積層する。具体的には、下から２段目（上から５段目）に配される保持部材３０の係合受け部３５を、最下段（上から６段目）に配される保持部材３０に形成された係合突部３４に対応するように配して、電池ユニット１２を積層する。

上側に配される保持部材３０を下方に移動させると、係合突部３４が係合受け部３５の内部に嵌り込み、係合突部３４の係止爪が係合受け部３５内の係止突部に当接すると、係合突部３４の移動が規制され係合突部３４と係合受け部３５とが相互に係合する。

同様の作業を繰り返して６つの電池ユニット１２を積層すると、上下方向において重なりあう保持部材３０の一方の係合突部３４と他方の係合受け部３５とが相互に係合して一体化され、積層体１１が得られる。

次に、上下に隣り合う保持部材３０の間に設けられた空間内に溶接用の治具を挿入して、上下方向において、隣り合う２つのリード端子２２の端部同士を接合する。２つのリード端子２２の端部を重ねた部分をリード端子２２の突出する方向に対し交差する方向に挿入した一対の治具で挟んで、レーザー光を照射することにより溶接することで、隣り合う極性の相違するリード端子２２同士を接続する。

このようにして得られた積層体１１の後方の端面側に積層体保持部材３８を取り付けて、積層体１１を保持状態とする。

次に、積層体１１の背面側から導出される電線を、ケース本体５１の後面の上端に形成した電線導出用の切欠部（図示せず）から導出させて、積層体１１をケース本体５１に収容する。この時、積層体１１の挿入方向における先端縁が放熱孔５７の開口縁部に引っ掛かってしまうことが懸念されるが、放熱孔５７の開口縁部は円形とされており、積層体１１の下端縁（先端縁）との間に角度を有するようになっているから、引っ掛かり難く、組み立て時の作業性に優れる。

次に、絶縁蓋部材７１をケース本体５１の前側の開口部に取り付ける。具体的には、絶縁蓋部材７１の切欠部７３から、積層体１１の前側から導出される電線を導出させるとともに、絶縁蓋部材７１のバスバー導出口７２からバスバー２５を導出させ、突出片７４の係止突部７４Ａをケース本体５１の蓋係止孔５６に係止させることにより、絶縁蓋部材７１をケース本体５１に取り付ける。

次に、蓋部６１をケース本体５１の上面を覆うように被せ付け、蓋部６１の蓋係止孔６６に、絶縁蓋部材７１の突出片７４の係止突部７４Ａを係止させる。

次に、積層体１１の両端部に配されている保持部材３０の貫通孔３１に、パイプ状の第１固定部材１５を貫通させた状態で、図示しない治具に蓋部６１の固定孔６５、中空の第１固定部材１５およびケース本体５１の底部５２の固定孔５５を挿入して位置合わせを行った後に、ビスまたはピン等の第２固定部材を用いて蓋部６１とケース本体５１を固定する。このようにして電池モジュール１０が完成する。

（本実施形態の作用および効果）
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。

本実施形態の電池モジュール１０によれば、ヒートシンク４０に陵部４２および溝部４３が設けられているから、陵部４２の帯状に延びた平坦な頂部が単電池２０の下面に当接し、ヒートシンク４０のうち溝部４３を含む陵部４２以外の領域と、単電池２０の下面との間に、隙間Ｓが形成される。この隙間Ｓは、電池モジュール１０を横切るように配されて、ケース本体５１の一対の側壁５３の対向する放熱孔５７間を連通させており、通気路として機能する。

すなわち、複数の単電池２０により発生し、ケース５０内にこもった熱は、ケース５０に設けられた放熱孔５７を通して外部に放熱されるのであるが、この時、通気路に流れ込む空気により、ケース５０内の熱を外部に押し出すようにして放熱させることができる。

また本実施形態によれば、積層体１１の上端部に配された単電池２０、および、積層体１１の下端部に配されたヒートシンク４０がケース５０の蓋部６１の突出面６４と接触するようになっているから、積層体１１の熱が蓋部６１に伝わり易く、放熱性がさらに向上する。

このように、本実施形態の電池モジュール１０は、高い放熱性を有する。

＜他の実施形態＞
本明細書に開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、ヒートシンク４０に帯状に延びる陵部４２を設ける構成としたが、図９ないし図１１に示すように、互いに間隔を空けて散在する凸部８０を設けたり、ヒートシンク全体を波形に形成してもよく、要は、蓄電素子とヒートシンクとの間に隙間ができる構成であれば、どのような構成としてもよい。

（２）上記実施形態では、陵部４２の裏面を溝状に凹ませる形態としたが、裏面は平坦面としてもよい。

（３）また、陵部４２の位置や数、大きさは上記実施形態に限るものではない。

（４）放熱孔５７の形状は円形に限らず、例えば楕円形状や長孔形状、多角形状とすることもできる。この時、積層体１１の挿入方向における先端側の開口縁部が積層体１１の挿入方向に対して傾斜状あるいは円弧状とすることが好ましい。

そのような構成とすることで、積層体１１をケース５０内部に収容する際に、積層体１１の挿入方向における先端縁が放熱孔５７の開口縁部に引っ掛かることを抑制することができる。

（５）上記実施形態では、ヒートシンク４０がアルミニウムまたはアルミニウム合金製である例を示したが、他の熱伝導性の材料や合成樹脂等かた構成してもよく、構成材料は特に限定されない。

（６）上記実施形態では、蓄電素子が電池である例を示したが、蓄電素子は、コンデンサなどであってもよい。

（７）上記実施形態では、ＩＳＧ用の電池モジュール１０に用いる例を示したが、他の用途の電池モジュールに用いてもよい。

１０…電池モジュール（蓄電モジュール）
１１…積層体
１２…電池ユニット
２０…単電池（蓄電素子）
２２…リード端子
３０…保持部材
４０，１４０，２４０…ヒートシンク
４２…陵部（凸部）
４３…溝部（凹部）
５０…ケース
５１…ケース本体
５３…側壁
５７…放熱孔
６１…蓋部
Ｓ…隙間

Claims (2)

1. 複数の板状の蓄電素子と、前記蓄電素子で発生する熱を外部に放出するための複数のヒートシンクと、を交互に積層させた積層体と、
   前記積層体を内部に収容してなるケースと、を備え、
   前記ヒートシンクのうち前記蓄電素子と対向する面には凹部および凸部の双方または一方が複数設けられており、
   前記ケースのうち、前記積層体の積層方向に沿う面に、複数の放熱孔が設けられている蓄電モジュール。
2. 前記凹部および凸部は帯状に延びる溝部および陵部であり、前記溝部および陵部により前記蓄電素子と前記ヒートシンクとの間に形成される隙間が、前記複数の放熱孔間を連通している請求項１に記載の蓄電モジュール。

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