JP2018185923A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池セル同士の間での冷却のムラを抑制できる電池モジュールを提供する。【解決手段】セルホルダ２０は、電池セル１０における配列方向Ｄの面を保持する隔壁２１と、隔壁２１の一縁部２１ａに設けられ、電池セル１０の一方の側面１１ｃを保持する第１側壁２６と、隔壁２１の他縁部２１ｂに第１側壁２６と対向して設けられ、電池セル１０の他方の側面１１ｃを保持する第２側壁２７と、を含んで構成される保持部２２を有し、第１側壁２６は、電池セル１０の一方の側面１１ｃの一部を露出させる第１露出部２６ｂを有し、第２側壁２７は、電池セル１０の他方の側面１１ｃの一部を露出させる第２露出部２７ｂを有し、第２露出部２７ｂから露出する電池セル１０の他方の側面１１ｃの一部には、弾性を有する伝熱部材５が配置されており、セルホルダ２０の外側には、伝熱部材５を介して電池セル１０を第１側壁２６側に押圧する放熱板３０が配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

従来の電池モジュールとして、例えば特許文献１に記載の電池モジュールがある。この従来の電池モジュールは、複数の電池セルと、電池セル同士の間に組み付けられたセパレータとによって形成される組電池を有する。組電池の冷却面には冷却プレートが当接されており、組電池は、押圧部材によってセパレータの外側から押圧されて、冷却プレートに対して圧接されている。

特開２０１１−１７１０２９号公報

しかしながら、従来の技術では、セパレータを介して電池セルが押圧される。そのため、例えばセパレータと電池セルとの間にクリアランス等がある場合には、電池セル間における互いの冷却面の位置にズレが生じ、一部の電池セルの冷却面が冷却プレートに対して十分に圧接されない虞がある。この場合、電池セル同士の間で冷却にムラが生じる虞がある。

本発明の一側面は、電池セル同士の間での冷却のムラを抑制できる電池モジュールを提供することを目的とする。

一側面の電池モジュールは、セルホルダによって保持された複数の電池セルが所定方向に配列された配列体を備える電池モジュールであって、セルホルダは、電池セルにおける配列方向の面を保持する隔壁と、隔壁の一縁部に設けられ、電池セルの一方の側面を保持する第１側壁と、隔壁の他縁部に第１側壁と対向して設けられ、電池セルの他方の側面を保持する第２側壁と、を含んで構成される保持部を有し、第１側壁は、電池セルの一方の側面の一部を露出させる第１露出部を有し、第２側壁は、電池セルの他方の側面の一部を露出させる第２露出部を有し、第２露出部から露出する電池セルの他方の側面の一部には、弾性を有する弾性部材が配置されており、セルホルダの外側には、弾性部材を介して電池セルを第１側壁側に押圧する押圧部材が配置されている。

このような電池モジュールでは、第１露出部から露出した電池セルの一方の側面を放熱面として利用することができる。電池セルがセルホルダに保持された状態において、各電池セルは押圧部材によって弾性部材を介して第１側壁側に押圧される。これにより、セルホルダに対する電池セルの相対的な位置が、セルホルダにおける第１側壁側に偏ることになる。そのため、電池セル間における互いの一方の側面の位置が揃いやすくなる。すなわち、電池セルの一方の側面によって形成される放熱面の位置にズレが生じることを抑制できる。したがって、電池セル同士の間での冷却のムラを抑制できる。

また、一実施形態においては、弾性部材は伝熱部材であり、押圧部材は金属製の放熱板であってもよい。この構成によれば、第２露出部から露出する電池セルの他方の側面を放熱面として利用することができる。

また、一実施形態においては、電池セルの一方の側面は、第１側壁の内側面に当接されていてよい。この構成によれば、電池セル間における互いの一方の側面の位置を第１側壁の内側面の位置で位置決めすることができる。

また、一実施形態においては、配列体を挟むように配置され、電池セルの配列方向に拘束荷重を付加する一対の拘束部材を更に備えてもよい。この構成によれば、電池セル同士における第１側面の位置が互いに揃った状態で、配列体が拘束される。

また、一実施形態においては、第１露出部から露出する電池セルの一方の側面の一部には、弾性を有する伝熱部材が配置されていてもよい。この構成によれば、例えば放熱板等に当該伝熱部材を接触させることによって、第１露出部から露出した電池セルの一方の側面を効率的に放熱（冷却）させることができる。

一側面の電池モジュールによれば、電池セル同士の間での冷却のムラを抑制できる。

一の実施形態に係る電池モジュールを示す断面図である。 図１の電池モジュールを構成する配列体を示す斜視図である。 セルホルダを示す斜視図である。 電池モジュールが筐体の壁部に取り付けられた状態を示す断面図である。

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。

図１は、本実施形態に係る電池モジュール１を示す断面図である。図２は、電池モジュール１を構成する配列体３の斜視図である。図２では、配列体３が部分的に分解された状態で示されている。図１及び図２に示すように、電池モジュール１は、セルホルダ２０によって保持された複数（図示例では７つ）の電池セル１０が所定方向（配列方向Ｄ）に配列された配列体３を備えている。

電池セル１０は、例えばリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。電池セル１０は、非水系の電解液が注入されたケース内に電極組立体を収容して構成されている。電極組立体は、正極、負極、及びセパレータを所定の順序で積層したものである。本実施形態では、例えば袋状のセパレータ内にシート状の正極が収容されており、正極が収容された袋状のセパレータとシート状の負極とが交互に積層されている。電池セル１０は、略直方体形状をなしており、上面１１ａと、下面１１ｂと、一対の側面１１ｃと、配列方向Ｄの一方及び他方に面する一対の面１１ｄとを有している。電池セル１０の上面１１ａからは正負一対の電極端子１３が突出している。隣り合う電池セル１０の電極端子１３は、バスバーによって互いに電気的に接続され得る。これにより、隣り合う電池セル１０は電気的に直列に接続される。

配列体３は、拘束部材４０によって保持されている。拘束部材４０は、電池セル１０の配列方向Ｄにおいて、配列体３を挟むように配置されており、電池セル１０の配列方向Ｄに拘束荷重を付加する。本実施形態では、拘束部材４０は、配列体３を配列方向Ｄから挟む一対のブラケット４１と、一対のブラケット４１同士を連結する複数の（この例では、４本）連結部材４６と、を有している。また、配列体３における配列方向Ｄの一端には、ミドルプレート２９が配置されており、一方のブラケット４１は、ミドルプレート２９よりも配列方向Ｄの外側に配置される。ミドルプレート２９は、例えば樹脂材料によって形成されており、略板状を有している。ミドルプレート２９は、配列方向Ｄから見たときに、後述するセルホルダ２０と同様の形状を有しており、四隅のそれぞれに挿通孔２９ａを有している。

ブラケット４１は、例えば金属材料からなる板状部材が折り曲げられて形成されている。ブラケット４１は、配列体３を挟持する挟持部４２と、挟持部４２の一方の折曲部４１ａから直角に折り曲げられた放熱板支持部４３と、挟持部４２の他方の折曲部４１ｂから直角に折り曲げたれた固定部４４とを有している。放熱板支持部４３と固定部４４とは互いに対向している。挟持部４２には、連結部材４６が挿通される複数の挿通孔４２ａが設けられている。連結部材４６は、例えば鉄等の金属により形成されたボルト４６ａである。各連結部材４６は、一方のブラケット４１の挿通孔４２ａ、後述する各セルホルダ２０の挿通孔２３ｂ，２４ｂ、ミドルプレート２９の挿通孔２９ａ、及び他方のブラケット４１の挿通孔４２ａに順次挿通され、一対のブラケット４１の外側でナット４６ｂにより締結されている。この締結によって配列体３に対して配列方向Ｄに拘束荷重が付加されている。放熱板支持部４３は、放熱板（押圧部材）３０に対してボルト４５によって固定される部分である。放熱板３０は、例えばアルミニウム等の金属製材料によって平板状に形成されている。固定部４４は、例えば電池パックにおける筐体５０の壁部５０ａに対してボルト４８によって固定される部分である（図４参照）。

セルホルダ２０は、各電池セル１０の配列方向Ｄの一方側に配置されて、電池セル１０を保持する。図３は、セルホルダ２０を示す斜視図である。セルホルダ２０は、樹脂材料によって形成されており、隔壁２１と、保持部２２とを有している。隔壁２１は、電池セル１０の配列方向Ｄに交差（直交）する方向に延在する矩形の平板形状を有している。隔壁２１は、電池セル１０における配列方向Ｄの面１１ｄを保持し得る。保持部２２は、隔壁２１の周縁に形成される矩形の枠状をなしており、上壁２３、下壁２４、第１側壁２６、及び第２側壁２７を有する。例えば、上壁２３、下壁２４、第１側壁２６、及び第２側壁２７はいずれも平板状を有しており、互いに同じ厚さで形成されていてよい。

上壁２３は、電池セル１０における電極端子１３が形成された上面１１ａに対向し、当該上面１１ａを保持し得る。上壁２３は、隔壁２１の上端縁から電池セル１０の配列方向Ｄに突出している。配列方向Ｄにおける上壁２３の幅は、電極端子１３と干渉しないように、例えば電池セル１０の幅の半分よりも小さくなっている。上壁２３の上部には、筒状部２３ａが設けられている。筒状部２３ａには、連結部材４６が挿通される挿通孔２３ｂが形成されている。図示例では、筒状部２３ａは、上壁２３の両端部に形成されており、上側に突出している。

下壁２４は、電池セル１０における下面１１ｂに対向し、当該下面１１ｂを保持し得る。下壁２４は、隔壁２１の下端縁から電池セル１０の配列方向Ｄに突出している。配列方向Ｄにおける下壁２４の幅は、例えば電池セル１０の幅と略同じ幅となっている。すなわち、セルホルダ２０の保持部２２の内側に電池セル１０が保持されている状態では、下壁２４によって、電池セル１０の下面１１ｂの全体が保持される。下壁２４の下部には、連結部材４６が挿通される挿通孔２４ｂが形成された筒状部２４ａが設けられている。図示例では、筒状部２４ａは、下壁２４の両端部に形成されており、下側に突出している。

第１側壁２６は、電池セル１０における一方の側面１１ｃに対向する内側面２６ａを有し、当該一方の側面１１ｃを保持し得る。第１側壁２６は、隔壁２１の一縁部２１ａに設けられている。すなわち、第１側壁２６は、隔壁２１の一縁部２１ａから配列方向Ｄに突出している。第１側壁２６は、電池セル１０における一方の側面１１ｃの一部を露出させる第１露出部２６ｂを有する。例えば、第１露出部２６ｂは、第１側壁２６の上下方向に延在する矩形の切欠状の部分によって形成されている。図示例では、配列方向Ｄにおける第１側壁２６の幅は、第１側壁２６の上端及び下端において下壁２４の幅と略同じであり、電池セル１０の幅の略同じ幅となっている。一方、第１側壁２６における第１露出部２６ｂが形成されている部分では、配列方向Ｄにおける第１側壁２６の幅が上端及び下端での幅よりも小さくなっている。図２に示すように、配列体３が形成されている状態では、セルホルダ２０の第１露出部２６ｂが窓状に開口している。開口した第１露出部２６ｂからは、電池セル１０における一方の側面１１ｃの一部が露出している。電池セル１０の一方の側面１１ｃのうち、第１露出部２６ｂから露出していない部分は、第１側壁２６の内側面２６ａに当接し得る。

第２側壁２７は、第１側壁２６に対向して設けられている。第２側壁２７は、電池セル１０における他方の側面１１ｃに対向する内側面２７ａを有し、当該他方の側面１１ｃを保持し得る。第２側壁２７は、隔壁２１の他縁部２１ｂに設けられている。すなわち、第２側壁２７は、隔壁２１の他縁部２１ｂから配列方向Ｄに突出している。第２側壁２７は、第１側壁２６と同様の形状を有している。すなわち、第２側壁２７は、電池セル１０における他方の側面１１ｃの一部を露出させる第２露出部２７ｂを有する。例えば、第２露出部２７ｂは、第２側壁２７の上下方向に延在する矩形の切欠状の部分によって形成されている。図示例では、配列方向Ｄにおける第２側壁２７の幅は、第２側壁２７の上端及び下端において下壁２４の幅と略同じであり、電池セル１０の幅の略同じ幅となっている。一方、第２側壁２７における第２露出部２７ｂが形成されている部分では、配列方向Ｄにおける第２側壁２７の幅が上端及び下端での幅よりも小さくなっている。

電池セル１０の他方の側面１１ｃのうち第２露出部２７ｂから露出する部分には、伝熱部材５としてのＴＩＭ（Thermal Interface Material）が配置されている。ＴＩＭは、弾性を備える長尺の弾性シート（弾性部材）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。無負荷の状態での伝熱部材５の厚さは、電池セル１０の一方の側面１１ｃと第１側壁２６の内側面とが当接した状態における、電池セル１０の他方の側面１１ｃから放熱板３０までの距離よりも大きい。そのため、電池モジュール１が構成されている状態では、伝熱部材５は、電池セル１０の他方の側面１１ｃと、セルホルダ２０の外側に固定されている放熱板３０とに挟持されている。この状態では、放熱板３０は、伝熱部材５を介して電池セル１０を第１側壁２６側に押圧している。

図４は、電池モジュール１が筐体５０の壁部５０ａに取り付けられた状態を示す断面図である。図４に示すように、このような電池モジュール１では、例えば、第１露出部２６ｂから露出した電池セル１０の一方の側面１１ｃを放熱面として利用することができる。例えば、第１露出部２６ｂから露出した電池セル１０の一方の側面１１ｃに放熱板等が接触することによって、電池セル１０の冷却が可能となっている。本実施形態では、上述のように電池モジュール１が筐体５０の壁部５０ａに固定されており、当該筐体５０の壁部５０ａが放熱板として機能し得る。また、第１露出部２６ｂから露出した電池セル１０の一方の側面１１ｃと、壁部５０ａとの間には、伝熱部材７としてのＴＩＭが配置されている。すなわち、第１露出部２６ｂから露出した電池セル１０の一方の側面１１ｃは、ＴＩＭを介して壁部５０ａに接触しているので、電池セル１０が効率的に冷却され得る。

本実施形態では、電池セル１０がセルホルダ２０に保持された状態において、各電池セル１０は弾性部材（伝熱部材５）を介して押圧部材（放熱板３０）によって第１側壁２６側に押圧される。これにより、セルホルダ２０に対する電池セル１０の相対的な位置が、セルホルダ２０における第１側壁２６側に偏ることになる。そのため、電池セル１０間における互いの一方の側面１１ｃの位置が揃いやすくなる。すなわち、電池セル１０の一方の側面１１ｃによって形成される放熱面の位置にズレが生じることを抑制できる（図１参照）。したがって、電池セル１０同士の間での冷却のムラを抑制できる。

特に、電池セル１０の一方の側面１１ｃが、第１側壁２６の内側面２６ａに当接されている場合、電池セル１０間における互いの一方の側面１１ｃの位置を第１側壁２６の内側面２６ａの位置で位置決めすることができる。これによって、より確実に、電池セル１０の一方の側面１１ｃによって形成される放熱面の位置にズレが生じることを抑制できる。

また、電池モジュール１は、第２露出部２７ｂから露出した他方の側面１１ｃに固定される伝熱部材５を有しており、当該伝熱部材５を押圧する金属製の放熱板３０を有している。この構成によれば、第１露出部２６ｂだけでなく、第２露出部２７ｂから露出する電池セル１０の他方の側面１１ｃも放熱面として利用することができる。また、配列された複数の電池セル１０間においては、互いの温度にばらつきが生じる場合がある。本実施形態では、電池セル１０同士は、それぞれに接触する伝熱部材５を介して共通の放熱板３０に熱的に接続している。そのため、電池セル１０間では、放熱板３０を介して互いに熱の移動が生じ得る。これにより、電池セル１０間における温度のばらつきを低減することができる。

また、電池モジュール１においては、配列体３を挟むように配置され、電池セル１０の配列方向Ｄに拘束荷重を付加する一対のブラケット４１を備えている。図４に示すように、電池モジュール１が筐体５０の壁部５０ａに固定された状態では、セルホルダ２０内の電池セル１０は、伝熱部材５を介して放熱板３０に押圧されるとともに、伝熱部材７を介して壁部５０ａに押圧される。しかしながら、配列体３は、セルホルダ２０内の電池セル１０が伝熱部材５を介して放熱板３０に押圧された状態で、一対のブラケット４１によって拘束されている。すなわち、電池セル１０同士における一方の側面１１ｃの位置が互いに揃った状態で、配列体３が拘束されている。そのため、セルホルダ２０内の電池セル１０が伝熱部材７を介して壁部５０ａによって押圧されたとしても、セルホルダ２０内における電池セル１０の位置ズレが抑制される。

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ない。

例えば、第１露出部２６ｂから露出した電池セル１０の一方の側面１１ｃと、壁部５０ａとの間に、伝熱部材７としてのＴＩＭが配置されている例を示したが、これに限定されない。例えば、電池セル１０の一方の側面１１ｃと、壁部５０ａとの間には、ＴＩＭが配置されなくてもよい。このような構成では、各電池セル１０の一方の側面１１ｃと、壁部５０ａとの間に空気の流路が形成される。そのため、電池セル１０の一方の側面１１ｃは、いわゆる空冷によって冷却され得る。この場合、電池セル１０の一方の側面１１ｃで形成される放熱面の位置にズレが生じないことによって、形成される複数の流路の大きさにばらつきが出来難い。すなわち、第１露出部２６ｂから露出する電池セル１０の一方の側面１１ｃと壁部５０ａとの間の距離は、電池セル１０間において略同じとなる。したがって、いずれの流路においても同様に冷媒が流通し得るので、電池セル１０同士の間での冷却のムラを抑制できる。

１…電池モジュール、３…配列体、５…伝熱部材（弾性部材）、１０…電池セル、２０…セルホルダ、２１…隔壁、２２…保持部、２６…第１側壁、２６ｂ…第１露出部、２７…第２側壁、２７ａ…内側面、２７ｂ…第２露出部、３０…放熱板（押圧部材）。

Claims (5)

1. セルホルダによって保持された複数の電池セルが所定方向に配列された配列体を備える電池モジュールであって、
   前記セルホルダは、
   前記電池セルにおける配列方向の面を保持する隔壁と、
   前記隔壁の一縁部に設けられ、前記電池セルの一方の側面を保持する第１側壁と、前記隔壁の他縁部に前記第１側壁と対向して設けられ、前記電池セルの他方の側面を保持する第２側壁と、を含んで構成される保持部を有し、
   前記第１側壁は、前記電池セルの前記一方の側面の一部を露出させる第１露出部を有し、
   前記第２側壁は、前記電池セルの前記他方の側面の一部を露出させる第２露出部を有し、
   前記第２露出部から露出する前記電池セルの前記他方の側面の一部には、弾性を有する弾性部材が配置されており、
   前記セルホルダの外側には、前記弾性部材を介して前記電池セルを前記第１側壁側に押圧する押圧部材が配置されている、電池モジュール。
2. 前記弾性部材は伝熱部材であり、前記押圧部材は金属製の放熱板である、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記電池セルの前記一方の側面は、前記第１側壁の内側面に当接されている、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 前記配列体を挟むように配置され、前記電池セルの配列方向に拘束荷重を付加する一対の拘束部材を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
5. 前記第１露出部から露出する前記電池セルの前記一方の側面の一部には、弾性を有する伝熱部材が配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池モジュール。

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