JP2018018630A - 電池モジュール及び電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の伝熱プレートの互いの位置にずれが生じた場合であっても、伝熱プレートの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モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】電池モジュールの製造方法は、電池モジュール２１が取り付けられる筐体１１の取付面を仮想面Ｆとしたときに、仮想面Ｆからそれぞれの伝熱プレート４１の延在部４３の対向面４３ａまでの距離Ｌを計測する計測ステップと、計測ステップによって計測された距離Ｌの大きさに応じて、それぞれの伝熱プレート４１の延在部４３に配置される放熱シート４５の数を導出する導出ステップと、導出ステップによって導出された数の放熱シート４５をそれぞれの伝熱プレート４１の延在部４３に配置する配置ステップと、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、電池モジュール及び電池モジュールの製造方法に関する。

従来、筐体に取り付けられる電池モジュールが知られている。例えば、特許文献１に記載された電池モジュールは、各々が電池ホルダに保持された複数の電池セルと、複数の電池セルにおける並設方向の両端に配置される一対のエンドプレートとを有している。この電池モジュールでは、各電池ホルダに形成された収容部に伝熱プレートが設けられている。伝熱プレートは、収容部に配置される本体と、筐体に対面するように電池ホルダの外面を覆う屈曲部とを有している。そして、電池モジュールには、伝熱プレートの屈曲部を覆う放熱シート（ＴＩＭ：Thermal Interface Material）が設けられている。

特開２０１５−１０９２００号公報

一般に、放熱シートは、筐体に対面する複数の伝熱プレートの全体を覆うように、配置されている。すなわち、一枚の放熱シートによって全ての伝熱プレートが覆われており、当該放熱シートが筐体に接触することによって、伝熱プレートの放熱性が高められている。しかしながら、例えば製造上の誤差等によって、複数の伝熱プレートの互いの位置にずれが生じ、一部の伝熱プレートが、他の伝熱プレートに比べて筐体から離れる場合がある。この場合、当該一部の伝熱プレートの位置において、放熱シートが伝熱プレート又は筐体に接触せず、伝熱プレートの放熱性が低下する虞がある。

本発明の一側面は、複数の伝熱プレートの互いの位置にずれが生じた場合であっても、伝熱プレートの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モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

一形態の電池モジュールの製造方法は、第１の方向に沿った第１の面、及び、第１の方向に交差する第２の方向に沿った第２の面を含み、第１の方向に沿って互いに積層された複数の電池セルと、第２の面上に配置される本体部、及び、本体部から第１の方向に沿って延びて第１の面上に配置される延在部を含み、それぞれの電池セルに固定された複数の伝熱プレートと、伝熱プレートの延在部に配置される１以上の放熱シートと、を備え、筐体に取り付けられる電池モジュールの製造方法であって、電池モジュールが取り付けられる筐体の取付面を仮想面としたときに、仮想面からそれぞれの伝熱プレートの延在部の表面までの距離を計測する計測ステップと、計測ステップによって計測された距離の大きさに応じて、それぞれの伝熱プレートの延在部に配置される放熱シートの数を導出する導出ステップと、導出ステップによって導出された数の放熱シートをそれぞれの伝熱プレートの延在部に配置する配置ステップと、を含む。

上記の電池モジュールの製造方法では、伝熱プレートの延在部に配置される放熱シートの数が、仮想面から延在部までの距離に応じて導出される。すなわち、仮想面から延在部までの距離が小さければ、当該延在部に配置される放熱シートの数は少なくなり、仮想面から延在部までの距離が大きければ、当該延在部に配置される放熱シートの数は多くなる。つまり、一部の伝熱プレートが、他の伝熱プレートに比べて筐体から離れている場合には、当該一部の伝熱プレートの延在部により多くの放熱シートが配置される。これによって、当該一部の伝熱プレートに配置された放熱シートが筐体に接触しやすくなり、伝熱プレートにおける放熱性の低下を抑制することができる。

また、一形態の製造方法において、導出ステップでは、計測ステップによって計測された距離よりも、延在部に配置される１以上の放熱シートの合計の厚さが大きくなるように、それぞれの伝熱プレートの延在部に配置される放熱シートの数が導出されてもよい。この構成によれば、電池モジュールが筐体に取り付けられた際に、伝熱プレートと筐体とによって放熱シートが挟持される。したがって、放熱シートを伝熱プレート及び筐体に確実に接触させることができる。

また、一形態の電池モジュールは、筐体に取り付けられる電池モジュールであって、第１の方向に沿った第１の面、及び、第１の方向に交差する第２の方向に沿った第２の面を含み、第１の方向に沿って互いに積層された複数の電池セルと、第２の面上に配置される本体部、及び、本体部から第１の方向に沿って延びて第１の面上に配置される延在部を含み、それぞれの電池セルに固定された伝熱プレートと、伝熱プレートの延在部に配置される１以上の放熱シートと、積層された複数の電池セルを第１の方向の両端から挟持する挟持部、及び、筐体に対して固定される固定面を有する一対のブラケットと、を備え、固定面を含む平面を仮想面としたときに、仮想面からの距離が小さい延在部に配置される放熱シートの数に比べて、仮想面からの距離が大きい延在部に配置される放熱シートの数が多い。

上記の電池モジュールでは、仮想面から延在部までの距離が小さければ、当該延在部に配置される放熱シートの数は少なくなっており、仮想面から延在部までの距離が大きければ、当該延在部に配置される放熱シートの数は多くなっている。つまり、一部の伝熱プレートが、他の伝熱プレートに比べて筐体から離れている場合には、当該一部の伝熱プレートの延在部により多くの放熱シートが配置されている。これによって、当該一部の伝熱プレートに配置された放熱シートが筐体に接触しやすくなり、伝熱プレートにおける放熱性の低下を抑制することができる。

また、一形態の電池モジュールでは、それぞれの伝熱プレートにおいて、延在部に配置された１以上の放熱シートの合計の厚さは、当該延在部の表面から仮想面までの距離よりも大きくてもよい。この構成によれば、電池モジュールが筐体に取り付けられた際に、伝熱プレートと筐体とによって放熱シートが挟持される。したがって、放熱シートを伝熱プレート及び筐体に確実に接触させることができる。

一形態の電池モジュールによれば、複数の伝熱プレートの互いの位置にずれが生じた場合であっても、伝熱プレートの放熱性の低下を抑制することができる。

一実施形態に係る電池パックを示す斜視図である。 一実施形態に係る電池モジュールを示す斜視図である。 一実施形態に係る電池ホルダ、電池セル、及び伝熱プレートを示す分解斜視図である。 一実施形態に係る電池モジュールの断面図である。 一実施形態における電池モジュールの製造方法の一例を示すフローチャートである。 電池モジュールの製造方法を説明するための図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、各図面の寸法比率は、必ずしも実際の寸法比率とは一致していない。

図１に示されるように、電池パック１０は、筐体１１を有している。筐体１１には複数の電池モジュール２１が収容されている。筐体１１は、四角箱状をなしており、矩形平板状の底板１２と、底板１２の周縁から立設する矩形平板状の側壁１３と、側壁１３によって囲まれる開口部を閉塞する矩形平板状の天板１４と、を有している。

図２に示されるように、電池モジュール２１は、複数（ここでは７つ）の電池セル２３と、一対のブラケット２５，２５と、伝熱プレート４１と、放熱シート４５（図４参照）と、連結部材であるボルトＢ及びナットＮと、を有している。

電池セル２３は、例えば、リチウムイオン二次電池及びニッケル水素蓄電池などの二次電池である。電池セル２３は、第１の方向Ｄ１に沿った一対の側面（第１の面）２３ａと、第１の方向Ｄ１に交差（直交）する第２の方向Ｄ２に沿った一対の側面（第２の面）２３ｂと、を有している（図３参照）。電池セル２３は、電池ホルダ２２に保持された状態で、第１の方向Ｄ１に沿って互いに積層されている。

図３に示されるように、電池ホルダ２２は、底壁部３１と、側壁部３２と、側壁部３３と、背面部３４と、を有している。

底壁部３１は、矩形平板状に形成され、電池セル２３の底部を覆う部分である。側壁部３２及び側壁部３３は、底壁部３１の長手方向両端から立設する部分である。側壁部３２及び側壁部３３は、矩形平板状に形成され、電池セル２３の側面を覆う。背面部３４は、矩形平板状に形成され、電池セル２３の一方の主面（厚み方向に直交する面）の一部を覆う部分である。背面部３４は、側壁部３２，３３の長手方向における第１端部３２ａ，３３ａ（底壁部３１が設けられる端部とは反対側の端部）に接続されている。背面部３４は、その厚み方向が電池セル２３の並設方向と一致し、長手方向が側壁部３２及び側壁部３３の対向方向と一致するように配置されている。底壁部３１、側壁部３２、側壁部３３に囲まれる領域は、電池セル２３が収容される収容部Ｓとなる。

側壁部３２及び側壁部３３の長手方向における第１端部３２ａ，３３ａには、各側壁部３２，３３と連設され、各側壁部３２，３３の長手方向に延びる矩形平板状の突出部３５が設けられている。また、側壁部３２及び側壁部３３の長手方向における第二端部３２ｃ、３３ｃ（底壁部３１が設けられる端部）には、四角柱状の脚部３６が設けられている。

図２に示されるように、一対のブラケット２５，２５は、第１の方向Ｄ１に並設された電池セル２３の並設方向両端に配置されている。ブラケット２５は、挟持部２５ａと、固定部２５ｂと、を有している。挟持部２５ａは、積層された複数の電池セル２３を第１の方向Ｄ１の両端から挟持する。固定部２５ｂには、挿通孔２５ｃが形成されている。また、固定部２５ｂには、筐体１１に対向する固定面２５ｅが形成されている。固定面２５ｅは、第１の方向Ｄ１に沿って延在している。電池モジュール２１は、ブラケット２５における固定部２５ｂの固定面２５ｅが側壁１３に接触した状態で固定されることによって、筐体１１に固定される（図４参照）。具体的には、挿通孔２５ｃに挿通されるボルト２５ｄが側壁１３にねじ込まれることにより、ブラケット２５が筐体１１に固定される。

連結部材であるボルトＢ及びナットＮは、一対のブラケット２５，２５同士を連結する。両ブラケット２５には、ボルトＢが挿通されている。ボルトＢは、一方のブラケット２５から、他方のブラケット２５に向けて挿通されると共に、他方のブラケット２５を挿通した位置でナットＮに螺合されている。

図３に示されるように、伝熱プレート４１は、矩形板状の本体部４２と、矩形板状の延在部４３と、を含む。伝熱プレート４１は、本体部４２と延在部４３とによってＬ字板状に形成されている。本体部４２は、電池セル２３の側面２３ｂ上に配置される。延在部４３は、本体部４２から第１の方向Ｄ１に沿って延び、電池セル２３の側面２３ａ上に配置される。特に、延在部４３は、電池ホルダ２２の側壁部３３を介して側面２３ａ上に配置される。すなわち、延在部４３は、側壁部３３の一部を覆っている。

伝熱プレート４１の本体部４２の一方の主面４２ａには、接着テープ（粘着性材料）４４が貼付されている。伝熱プレート４１の本体部４２には、接着テープ４４を介して電池セル２３が固定されている。接着テープ４４の例は、シリコーン系粘着剤を含んだ両面テープである。これにより、伝熱プレート４１と電池セル２３とが強固に固定される。

図４に示されるように、各伝熱プレート４１には、延在部４３における筐体１１に対向する表面である対向面４３ａに、１つ以上の放熱シート４５が配置されている。放熱シート４５は、例えば弾性を備える弾性シートであり、一例としてシリコンゴム、アクリルゴム等から構成される。放熱シート４５は、延在部４３と同様に矩形板状をなしている。そのため、一の伝熱プレート４１に対して複数の放熱シート４５が配置される場合には、放熱シート４５は積層された状態となる。

また、固定面２５ｅを含む平面を後述する仮想面Ｆ（図６参照）としたときに、仮想面Ｆからの距離が小さい延在部４３に配置される放熱シート４５の数に比べて、仮想面Ｆからの距離が大きい延在部４３に配置される放熱シート４５の数が多くなっている。図示例では、仮想面Ｆからの距離が最も小さい延在部４３に１つの放熱シート４５が配置されている。また、仮想面Ｆからの距離が最も大きい延在部４３に３つの放熱シート４５が配置されている。１つ又は複数の放熱シート４５は、延在部４３と筐体１１とによって挟持されている。

次に、本実施形態の電池モジュール２１の製造方法の一例について説明する。図５は、製造方法を示すフローチャートである。また、図６は、製造方法を説明するための図であり、放熱シート４５が配置されていない状態の電池モジュールを示す。

本実施形態の電池モジュール２１の製造方法では、まず、電池モジュール本体２０として、放熱シート４５が配置されていない状態の電池モジュールが組み立てられる（ステップＳ１：モジュール本体組立工程）。この工程では、電池セル２３、電池ホルダ２２及び伝熱プレート４１を準備する。次に、電池ホルダ２２に電池セル２３を収容し、接着テープ４４が貼付された伝熱プレート４１を電池セル２３に接触させる。この作業を７回繰り返し、電池セル２３、電池ホルダ２２及び伝熱プレート４１からなる配列体を形成する。次に、一対のブラケット２５，２５によって上記配列体を挟み、一対のブラケット２５，２５同士を連結部材によって連結する。具体的には、一方のブラケット２５から、他方のブラケット２５に向けてボルトＢが挿通され、他方のブラケット２５を挿通した位置でナットＮによって螺合される。これにより、図６に示されるような電池モジュール本体２０が組み立てられる。

続いて、電池モジュール２１が取り付けられる筐体１１の側壁（取付面）１３を仮想面Ｆとして、仮想面Ｆから各伝熱プレート４１における延在部４３の対向面４３ａまでの距離Ｌを測定する（ステップＳ２：伝熱プレート測定ステップ）。この測定は、各伝熱プレート４１において少なくとも１回行われる。本実施形態では、ブラケット２５の固定面２５ｅが側壁１３に接触した状態で電池モジュール２１が筐体１１に固定される。そのため、側壁１３の壁面を仮想面Ｆとした場合には、固定面２５ｅを含む平面もまた仮想面Ｆとなる。製造上の誤差等によって、複数の伝熱プレート４１の互いの位置にずれが生じている場合には、それぞれの伝熱プレート４１における測定結果に差異が生じることになる。

続いて、ステップＳ２によって計測された仮想面Ｆから対向面４３ａまでの距離Ｌの大きさに応じて、それぞれの伝熱プレート４１の延在部４３に配置される放熱シート４５の数を導出する（ステップＳ３：配置枚数導出ステップ）。このステップＳ３では、ステップＳ２によって計測された距離Ｌよりも、延在部４３に配置される１以上の放熱シート４５の合計の厚さが大きくなるように、それぞれの伝熱プレート４１の延在部４３に配置される放熱シート４５の数が導出される。例えば、ステップＳ２で計測された距離Ｌを放熱シート４５の一枚あたりの厚さで除した商の整数部に、一定の数を足したものを配置枚数としてもよい。また、ステップＳ２で計測された距離Ｌに一定の値を加えてから放熱シート４５の厚さで除した商の整数部を配置枚数としてもよい。

続いて、ステップＳ３によって導出された数の放熱シート４５をそれぞれの伝熱プレート４１の延在部４３に配置する（ステップＳ４：放熱シート配置ステップ）。例えば、複数の放熱シート４５を延在部４３に配置する場合には、放熱シート４５を一枚ずつ順番に配置することができる。複数の放熱シート４５は、第１の方向Ｄ１に互いにずれることなく積層される。ただし、製造上の誤差等によって放熱シート４５がずれてしまうことが想定される場合には、例えば、第１の方向Ｄ１において、対向面４３ａの幅よりも放熱シート４５の幅を大きく形成してもよい。この場合、積層される放熱シート４５同士が互いに第１の方向Ｄ１にずれたとしても、放熱シート４５同士が互いに重なり合う面積を十分に確保することができる。

以上、ステップＳ１〜Ｓ４の工程によって、電池モジュール本体２０に放熱シート４５が配置された電池モジュール２１が構成される。電池モジュール２１の各伝熱プレート４１では、延在部４３に配置された放熱シート４５の合計の厚さが、その延在部４３の対向面４３ａから仮想面Ｆまでの距離Ｌよりも大きくなっている。電池モジュール２１が筐体１１の側壁１３に固定されることによって、電池パック１０が形成される。

以上説明した本実施形態では、伝熱プレート４１の延在部４３に配置される放熱シート４５の数が、仮想面Ｆから延在部４３までの距離Ｌに応じて導出される。すなわち、仮想面Ｆから延在部４３までの距離Ｌが小さければ、当該延在部４３に配置される放熱シート４５の数は少なくなり、仮想面Ｆから延在部４３までの距離Ｌが大きければ、当該延在部４３に配置される放熱シート４５の数は多くなる。つまり、一部の伝熱プレート４１が、他の伝熱プレート４１に比べて筐体１１から離れている場合には、当該一部の伝熱プレート４１の延在部４３により多くの放熱シート４５が配置される。これによって、当該一部の伝熱プレート４１に配置された放熱シート４５が筐体１１に接触しやすくなり、伝熱プレート４１における放熱性の低下を抑制することができる。

また、ステップＳ３では、ステップＳ２によって計測された距離Ｌよりも、延在部４３に配置される１以上の放熱シート４５の合計の厚さが大きくなるように、それぞれの伝熱プレート４１の延在部４３に配置される放熱シート４５の数が導出される。そのため、電池モジュール２１が筐体１１に固定された状態では、対向面４３ａと筐体１１の側壁１３とによって放熱シート４５が挟持されることになる（図４参照）。したがって、放熱シート４５を伝熱プレート４１及び筐体１１に確実に接触させることができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。

例えば、図示された延在部４３に対する放熱シート４５の配置の形態は、一例であり、これに限定されない。使用される放熱シートの数、形状、寸法等は、適宜変更することができる。例えば、図示例では、各伝熱プレートに対して１〜３枚の放熱シートが配置されているが、配置される放熱シートは４枚以上であってもよい。

また、放熱シート４５がシリコンゴム、アクリルゴム等から構成される弾性シートである例を示したが、これに限定されない。例えば放熱シートは、グラファイトシート等であってもよい。

また、例えば、ステップＳ２において、それぞれの伝熱プレート４１において、複数回の測定が行われてもよい。この場合、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とに交差（直交）する方向に測定位置をずらしながら複数回の測定を行い、これらの測定の平均値を距離Ｌとしてもよい。

１１…筐体、１３…側壁（取付面）、２１…電池モジュール、２３…電池セル、２５…ブラケット、２５ａ…挟持部、２５ｅ…固定面、４１…伝熱プレート、４２…本体部、４３…延在部、４３ａ…対向面（表面）、４５…放熱シート、Ｆ…仮想面。

Claims (4)

1. 第１の方向に沿った第１の面、及び、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿った第２の面を含み、前記第１の方向に沿って互いに積層された複数の電池セルと、
   前記第２の面上に配置される本体部、及び、前記本体部から前記第１の方向に沿って延びて前記第１の面上に配置される延在部を含み、それぞれの前記電池セルに固定された複数の伝熱プレートと、
   前記伝熱プレートの前記延在部に配置される１以上の放熱シートと、を備え、筐体に取り付けられる電池モジュールの製造方法であって、
   前記電池モジュールが取り付けられる前記筐体の取付面を仮想面としたときに、前記仮想面からそれぞれの伝熱プレートの延在部の表面までの距離を計測する計測ステップと、
   前記計測ステップによって計測された前記距離の大きさに応じて、それぞれの伝熱プレートの前記延在部に配置される前記放熱シートの数を導出する導出ステップと、
   前記導出ステップによって導出された数の放熱シートをそれぞれの伝熱プレートの延在部に配置する配置ステップと、を含む、電池モジュールの製造方法。
2. 前記導出ステップでは、前記計測ステップによって計測された前記距離よりも、前記延在部に配置される前記１以上の放熱シートの合計の厚さが大きくなるように、それぞれの伝熱プレートの延在部に配置される前記放熱シートの数が導出される、請求項１に記載の電池モジュールの製造方法。
3. 筐体に取り付けられる電池モジュールであって、
   第１の方向に沿った第１の面、及び、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿った第２の面を含み、前記第１の方向に沿って互いに積層された複数の電池セルと、
   前記第２の面上に配置される本体部、及び、前記本体部から前記第１の方向に沿って延びて前記第１の面上に配置される延在部を含み、それぞれの前記電池セルに固定された伝熱プレートと、
   前記伝熱プレートの前記延在部に配置される１以上の放熱シートと、
   積層された前記複数の電池セルを第１の方向の両端から挟持する挟持部、及び、前記筐体に対して固定される固定面を有する一対のブラケットと、を備え、
   前記固定面を含む平面を仮想面としたときに、前記仮想面からの距離が小さい前記延在部に配置される前記放熱シートの数に比べて、前記仮想面からの距離が大きい前記延在部に配置される前記放熱シートの数が多い、電池モジュール。
4. それぞれの伝熱プレートにおいて、前記延在部に配置された１以上の前記放熱シートの合計の厚さは、当該延在部の表面から前記仮想面までの距離よりも大きい、請求項３に記載の電池モジュール。
   

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