JP2020129526A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池セルを積層させて構成した電池モジュールにおいて、電池モジュールが高温となる部分の発生を抑制して、寿命を向上させることができる電池モジュールを提供する。【解決手段】複数の電池セル１０が積層されて構成された電池モジュール１００であって、電池セル１０の１つの面である電極配置面１０ｄに正極１０ｂ及び負極１０ｃが配置されており、電池セル１０は、電極配置面１０ｄと電極配置面１０ｄと反対側の面である電極非配置面１０ｅとが積層方向に交互に並ぶように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明では、電池モジュールに関する。

特許文献１に示されるように、複数の電池セルを積層させて構成した電池モジュールがある。このような電池モジュールでは、電池セルの同一面に正極と負極が配置されている。そして、隣接する電池セルの正極と負極とがバスバーによって接続されている。

特許６１４７３４６号公報

電池セルの正極や負極の周囲は電流が集中し発熱する。このため、電池モジュールの正極及び負極が配置されている面が高温となってしまう。この結果、電池セルの劣化が助長され、電池セルの寿命が短くなってしまい、ひいては、電池モジュールの寿命が短くなってしまう。

本発明は、複数の電池セルを積層させて構成した電池モジュールにおいて、電池モジュールが高温となる部分の発生を抑制して、寿命を向上させることができる電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の電池モジュールは、複数の電池セル（１０）が積層されて構成された電池モジュールであって、
電池セルの１つの面である電極配置面（１０ｄ）に正極（１０ｂ）及び負極（１０ｃ）が配置されており、電池セルは、電極配置面と電極配置面と異なる側の面である電極非配置面（１０ｅ）とが積層方向に交互に並ぶように配置されている。

これによれば、複数の正極及び負極が、電池モジュールの一面のみに配置されず、電池モジュールの一面と電池モジュールの一面と異なる面に分散されて配置される。このため、電池モジュールの一面が高温とならず、電池モジュールの温度分布の均一化を図ることができ、電池モジュールが高温となる部分の発生を抑制することができる。この結果、寿命を向上させることができる電池モジュールを提供することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

電池モジュールの断面図であり、図３のＩ−Ｉ断面図である。 電池モジュールの断面図であり、図３のＩＩ−ＩＩ断面図である。 電池モジュールの断面図であり、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 電池モジュールの断面図であり、図１のＩＶ−ＩＶ断面図である。

以下、図面を用いて、本発明に係る１実施形態の電池モジュール１００について説明する。電池モジュール１００は、複数の電池セル１０を積層して構成したものである。本実施形態の電池モジュール１００は、モータによって駆動される電気自動車やハイブリッド自動車に用いられる。電池モジュール１００は、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池である。

以下の説明において、図１及び図２の紙面上下方向を積層方向、図１及び図２の上方を始端側、図１及び図２の紙面下方を終端側とする。また、図１及び図２の紙面左右方向を幅方向とする。また、図３の紙面左右方向を幅方向、紙面上下方向を上下方向或いは第１方向とする。また、図３の紙面上側を上側、図３の紙面下側を下側とする。

図１及び図２に示すように、電池モジュール１００は、複数の電池セル１０、複数の伝熱プレート１１、複数のバスバー１２、及び筐体１３から構成されている。

電池セル１０は、扁平な直方体形状である。電池セル１０は、正極シート、負極シート、セパレータ（いずれも不図示）、ケース１０ａ、正極１０ｂ、及び負極１０ｃを有している。

正極シートと負極シートは、互いに対向して離間している。セパレータは、正極シートと負極シートとの間に配置されている。

ケース１０ａは、扁平な直方体形状の箱であり、絶縁材料（例えば、合成樹脂）で構成されている。ケース１０ａは、正極シート、負極シート、及びセパレータを収納している。ケース１０ａ内には、電解液が満たされている。

正極１０ｂ及び負極１０ｃは、ケース１０ａの電極配置面１０ｄに設けられている。つまり、正極１０ｂ及び負極１０ｃは、ケース１０ａの同一の面に設けられ、同じ方向に突出している。正極１０ｂ及び負極１０ｃは、導電材料（例えば、銅、ステンレス、アルミニウム）で構成されている。正極１０ｂは、正極シートに接続されている。負極１０ｃは、負極シートに接続されている。

以下の説明において、ケース１０ａの電極配置面１０ｄと反対側の面を電極非配置面１０ｅとする。図１及び図２に示すように、複数の電池セル１０が、電極配置面１０ｄと電極非配置面１０ｅとが積層方向に交互に並ぶように配置されている。

本実施形態では、図１に示すように、電池モジュール１００の上面側は、始端側から終端側に向かって、電極配置面１０ｄ、電極非配置面１０ｅ、電極配置面１０ｄ、…、電極配置面１０ｄの順に配置されている。

また、図２に示すように、電池モジュール１００の下面側は、始端側から終端側に向かって、電極非配置面１０ｅ、電極配置面１０ｄ、電極非配置面１０ｅ…、電極非配置面１０ｅの順に配置されている。

伝熱プレート１１は、隣接する電池セル１０間の伝熱を促進するための部材であり、熱伝導率の高い金属等の材料（例えば、アルミニウム、銅）で構成されている。伝熱プレート１１は、隣接する電池セル１０の間に配置されている。伝熱プレート１１は、電池セル１０のケース１０ａの側面に伝熱促進材を介して密着している。伝熱促進材は、熱伝導率が高く、柔軟性が高い材料であり、熱伝導グリースや熱伝導シートである。

図３に示すように、伝熱プレート１１には、幅方向に沿って形成された複数のスリット１１ａが上下方向に並んで形成されている。このスリット１１ａは、電極配置面１０ｄと電極非配置面１０ｅとを結ぶ方向である第１方向への熱の伝達を阻害する伝熱阻害部である。本実施形態では、伝熱プレート１１には、２つのスリットが、第１方向（上下方向）に並んで形成されている。

バスバー１２は、導電材料（例えば、銅、ステンレス、アルミニウム）で構成されている。図１や図２に示すように、バスバー１２は、電池セル１０の正極１０ｂ及び負極１０ｃの一方と、この電池セル１０に隣接する電池セル１０の更に隣にある電池セル１０の正極１０ｂ及び負極１０ｃの他方とを接続している。なお、最も終端側の電池セル１０の正極１０ｂ及び負極１０ｃの一方は、バスバー１２によって上記電池セル１０よりも始端側に隣接する電池セル１０の正極１０ｂ及び負極１０ｃの他方と接続している。

最も始端側の電池セル１０の正極１０ｂ及び負極１０ｃの一方、及び最も始端側の電池セル１０よりも終端側に隣接する電池セル１０の正極１０ｂ及び負極１０ｃの他方は、配線９９が接続している。この配線９９は、電池モジュール１００が電力を供給する電気機器に接続している。

筐体１３は、直方体形状の箱形であり、絶縁材料（例えば、合成樹脂）で構成されている。筐体１３は、複数の電池セル１０、複数の伝熱プレート１１、及び複数のバスバー１２を収納している。

筐体１３の周囲には、空気、冷却水、冷媒等の冷却媒体が流通する図示しない流路が形成されている。このような構成によって、筐体１３が冷却され、電池セル１０が冷却される。

上記説明から明らかなように、電池セル１０は、電池セル１０の１つの面である電極配置面１０ｄに正極１０ｂ及び負極１０ｃが配置されており、電極配置面１０ｄと電極配置面１０ｄと異なる側の面である電極非配置面１０ｅとが積層方向に交互に並ぶように配置されている。

これによれば、複数の正極１０ｂ及び負極１０ｃが、電池モジュール１００の一面のみに配置されず、電池モジュール１００の一面と電池モジュール１００の一面と異なる面に分散されて配置される。このため、電池モジュール１００の一面が高温とならず、電池モジュール１００の温度分布の均一化を図ることができ、電池モジュール１００が高温となる部分の発生を抑制することができる。この結果、電池モジュール１００の寿命を向上させることができる。

また、電極非配置面１０ｅは、電極配置面１０ｄと反対側の面である。

これによれば、電極配置面１０ｄが電極非配置面１０ｅから離れることにより、１つの電池セル１０において、電極非配置面１０ｅが電極配置面１０ｄからの伝熱により高温とならない。このため、隣接する電池セル１０間において、電極配置面１０ｄと電極非配置面１０ｅとの温度差が維持され、隣接する電池セル１０間において、電極配置面１０ｄから電極非配置面１０ｅに確実に伝熱させることができる。この結果、電極配置面１０ｄが高温となることをより抑制することができ、電池モジュール１００が高温となる部分の発生をより抑制することができる。よって、電池モジュール１００の寿命をより向上させることができる。

また、隣接する電池セル１０の間に、電池セル１０と接している伝熱プレート１１を配置している。

これによれば、図４に示すように、電池セル１０の電極配置面１０ｄの周囲の高温部から、上記電池セル１０に隣接する電池セル１０の電極非配置面１０ｅの周囲の低温部への熱伝達が促進される。このため、電池セル１０の電極配置面１０ｄの周囲が高温となることが抑制される。この結果、電池モジュール１００の寿命をより向上させることができる。

また、図３に示すように、伝熱プレート１１には、電極配置面１０ｄと電極非配置面１０ｅとを結ぶ方向である第１方向への熱の伝達を阻害する伝熱阻害部であるスリット１１ａが形成されている。

これによれば、伝熱プレート１１において、第１方向への熱の伝達が阻害される。このため、高温部と接触する伝熱プレート１１と低温部と接触する伝熱プレート１１との温度差が維持される。この結果、電池セル１０の高温部から、この電池セル１０と隣接する電池セル１０の低温部に確実に熱が伝達される。よって、電池セル１０が高温となる部分の発生をより一層抑制することができ、電池モジュール１００の寿命をより一層向上させることができる。

また、図３に示すように、第１方向への熱の伝達を阻害する伝熱阻害部は、第１方向と交わる方向である幅方向に沿って形成されたスリット１１ａである。

これによれば、伝熱プレート１１における第１方向への熱の伝達を確実に阻害させることができる。また、伝熱プレート１１に容易に伝熱阻害部を形成することができる。また、本実施形態の伝熱プレート１１は、一体に構成されているので、第１方向に複数の部材に分離させて第１方向への熱の伝達を阻害させた伝熱プレート１１と比較して、電池モジュール１００を製造する際の作業性を向上させることができる。

図３に示すように、伝熱プレート１１には、複数のスリット１１ａが、第１方向に並んで形成されている。

これによれば、伝熱プレート１１における第１方向への熱の伝達をより一層確実に阻害させることができる。

（他の実施形態）
上記説明した実施形態では、電極非配置面１０ｅは電極配置面１０ｄと反対側の面である。電極配置面１０ｄが電池セル１０の上面や下面にある場合に、電極非配置面１０ｅが、電池セル１０の側面に有る実施形態であってもよい。つまり、電極非配置面１０ｅが電極配置面１０ｄと異なる側の面であればよい。

この実施形態であっても、複数の正極１０ｂ及び負極１０ｃが、電池モジュール１００の一面のみに配置されず、電池モジュール１００の一面と電池モジュール１００の一面と異なる面に分散されて配置される。このため、電池モジュール１００の一面が高温とならず、電池モジュール１００の温度分布の均一化を図ることができ、電池モジュール１００が高温となる部分の発生を抑制することができる。この結果、電池モジュール１００の寿命を向上させることができる。

第１方向に複数の部材に分離した伝熱プレート１１であってもよい。また、第１方向に複数の部材に分離した伝熱プレート１１を合成樹脂等の伝熱阻害部で接合した実施形態であってもよい。

積層方向の中心側の伝熱プレート１１の厚みを、積層方向の両端側の伝熱プレート１１の厚みよりも厚くした実施形態であってもよい。この実施形態では、積層方向の中心側の伝熱プレート１１の熱容量が、積層方向の両端側の伝熱プレート１１よりも大きい。このため、放熱され難い積層方向の中心側の電池セル１０が発生する熱が伝熱プレート１１に吸熱される。この結果、積層方向の中心側の電池セル１０が高温となることが抑制される。よって、電池モジュール１００の寿命をより向上させることができる。

１０ 電池セル
１０ｂ 正極
１０ｃ 負極
１０ｄ 電極配置面
１０ｅ 電極非配置面
１１ 伝熱プレート
１１ａ スリット（伝熱阻害部）

Claims (6)

1. 複数の電池セル（１０）が積層されて構成された電池モジュールであって、
   前記電池セルの１つの面である電極配置面（１０ｄ）に正極（１０ｂ）及び負極（１０ｃ）が配置されており、
   前記電池セルは、前記電極配置面と前記電極配置面と異なる側の面である電極非配置面（１０ｅ）とが積層方向に交互に並ぶように配置されている電池モジュール。
2. 前記電極非配置面は、前記電極配置面と反対側の面である請求項１に記載の電池モジュール。
3. 隣接する前記電池セルの間には前記電池セルと接している伝熱プレート（１１）が配置されている請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記伝熱プレートには、前記電極配置面と前記電極非配置面とを結ぶ方向である第１方向への熱の伝達を阻害する伝熱阻害部（１１ａ）が形成されている請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記伝熱阻害部は、前記第１方向と交わる方向に沿って形成されたスリット（１１ａ）である請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記伝熱プレートには、複数の前記スリットが、前記第１方向に並んで形成されている請求項５に記載の電池モジュール。

Images