JP2022108155A - battery unit - Google Patents

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浩二 中西
Koji Nakanishi
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Abstract

To provide a battery unit which can ensure cooling efficiency of a battery cell by preventing formation of a gap between a heat dissipation sheet and the battery cell, due to expansion and contraction of the battery cell.SOLUTION: A battery unit 1 comprises: a heat dissipation sheet 30; and an insulation frame 40 which houses the heat dissipation sheet 30 in a state making contact with a cooler 20. The insulation frame 40 has: a bottom 41 having an opening 41a; and a pair of walls 42, 42 which are erected along the thickness direction from the edge of the bottom 41. The heat dissipation sheet 30 is disposed in a compressively deformed state in a housing space S, defined by the bottom 41 and the pair of walls 42, 42, in such a manner that it comes into contact with the bottom 41 and the pair of walls 42, 42 while making contact with the cooler 20 via the opening 41a. A distance D between inner wall surfaces 42a, 42a which the pair of walls 42, 42 face is smaller than a width W of a battery cell 11 perpendicular to the thickness direction.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、複数の電池セルと、これを冷却する冷却器と、を備えた電池ユニットに関する。 The present invention relates to a battery unit including a plurality of battery cells and a cooler for cooling them.

上記電池ユニットとして、特許文献1には、複数の電池セルと、これらを冷却する冷却器と、複数の電池セルと冷却器との間に配置された放熱構造体とを備えた電池ユニットが提案されている。この放熱構造体は、熱伝導シートを備えており、冷却器側の各電池セルの面と、電池セル側の冷却器の面とに接触している。 As the battery unit, Patent Document 1 proposes a battery unit including a plurality of battery cells, a cooler for cooling them, and a heat dissipation structure disposed between the plurality of battery cells and the cooler. It is The heat dissipating structure includes a heat-conducting sheet and is in contact with the surface of each battery cell on the cooler side and the surface of the cooler on the battery cell side.

特開2020-47507号公報JP 2020-47507 A

しかしながら、電池セルは、その発熱および冷却に起因して、膨張および収縮し易い。そのため、特許文献1に記載の熱伝導シート(放熱シート)を電池セルと冷却器との間に配置すると、各電池セルがその幅方向に膨張した際に、この膨張に追従して、放熱シートが電池セルの幅方向に伸びることがある。また、各電池セルが幅方向に収縮すると、この収縮に追従して、放熱シートが電池セルの幅方向に縮むことがある。このように、電池セルの膨張および収縮が繰り返されると、電池セルに接触している放熱シートは、電池セルの膨張および収縮に追従できずに変形する。この結果、放熱シートと、これに接触する電池セルとの間に隙間が発生するおそれがある。 However, battery cells tend to expand and contract due to heat generation and cooling. Therefore, when the heat conductive sheet (heat radiation sheet) described in Patent Document 1 is arranged between the battery cell and the cooler, when each battery cell expands in its width direction, the heat radiation sheet follows this expansion. may extend in the width direction of the battery cell. Moreover, when each battery cell shrinks in the width direction, the heat dissipation sheet may shrink in the width direction of the battery cell following this shrinkage. When the expansion and contraction of the battery cells are repeated in this way, the heat dissipation sheet in contact with the battery cells deforms, unable to follow the expansion and contraction of the battery cells. As a result, gaps may occur between the heat dissipation sheet and the battery cells in contact therewith.

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明として、電池セルの膨張および収縮に起因して、放熱シートと電池セルとの間に、隙間が形成されることを抑制して、電池セルの冷却効率を確保する電池ユニットを提供する。 The present invention has been made in view of such points, and as the present invention, it is possible to suppress the formation of gaps between the heat dissipation sheet and the battery cells due to the expansion and contraction of the battery cells. As a result, a battery unit is provided that ensures the cooling efficiency of the battery cells.

前記課題を鑑みて、本発明に係る電池ユニットは、複数の電池セルと、前記複数の電池セルに対向するように配置され、前記複数の電池セルを冷却する冷却器と、を備えた電池ユニットであって、前記電池ユニットは、前記複数の電池セルと前記冷却器との間に配置され、粘着性を有しかつ圧縮変形自在となる放熱シートと、前記冷却器に接触した状態で、前記放熱シートを収容する絶縁枠と、をさらに備えており、前記複数の電池セルは、前記電池セルの厚さ方向に並設されており、前記絶縁枠は、開口部を有する底部と、前記底部の端縁部から、前記厚さ方向に沿って立ち上がった一対の壁部と、を有し、前記放熱シートは、圧縮変形した状態で、前記開口部を介して、前記冷却器に接触するとともに、前記底部と前記一対の壁部とに接触するように、前記底部と前記一対の壁部とで形成された収容空間に配置されており、前記一対の壁部の対向する内壁面間の距離は、前記厚さ方向と直交する前記電池セルの幅よりも小さいことを特徴とする。 In view of the above problems, a battery unit according to the present invention includes a plurality of battery cells, and a cooler arranged to face the plurality of battery cells and cooling the plurality of battery cells. The battery unit is arranged between the plurality of battery cells and the cooler, and includes a heat dissipating sheet having adhesiveness and being compressively deformable, and the heat dissipating sheet in contact with the cooler. and an insulating frame that accommodates a heat dissipation sheet, the plurality of battery cells are arranged in parallel in the thickness direction of the battery cells, and the insulating frame includes a bottom portion having an opening, and the bottom portion. and a pair of walls rising along the thickness direction from the edge of the heat dissipation sheet, and the heat dissipation sheet contacts the cooler through the opening in a state of being compressed and deformed. , the housing space formed by the bottom portion and the pair of wall portions so as to be in contact with the bottom portion and the pair of wall portions, and the distance between the inner wall surfaces of the pair of wall portions facing each other is smaller than the width of the battery cell perpendicular to the thickness direction.

本発明によれば、複数の電池セルの発熱に起因して、各電池セルが、電池セルの幅方向に膨張する際、この膨張に追従して、各電池セルに粘着した放熱シートが、電池セルの幅方向に伸びようとする。しかし、放熱シートは、一対の壁部の内壁面に接触しているため、この壁部により、電池セルに追従する放熱シートの伸びを制限することができる。 According to the present invention, when each battery cell expands in the width direction of the battery cell due to heat generation of a plurality of battery cells, the heat dissipation sheet adhered to each battery cell follows this expansion, and the heat dissipation sheet adheres to the battery cell. Tries to stretch across the width of the cell. However, since the heat-dissipating sheet is in contact with the inner wall surfaces of the pair of walls, the wall can limit the extension of the heat-dissipating sheet following the battery cells.

また、複数の電池セルの冷却に起因して、各電池セルがその幅方向に収縮する際、この収縮に追従して、各電池セルに粘着した放熱シートが、電池セルの幅方向に縮もうとする。本発明では、一対の壁部の内壁面間の距離が電池セルの幅よりも小さい。このため、本発明では、一対の壁部の内壁面間の距離が電池セルの幅以上の場合に比べて、放熱シートの収縮量が少ない。そのため、放熱シートが変形して伸びた状態から電池セルの収縮に追従する際、放熱シートの過剰な収縮を抑えることができる。 Also, when each battery cell shrinks in its width direction due to cooling of the plurality of battery cells, the heat dissipation sheet adhered to each battery cell follows this shrinkage and shrinks in the width direction of the battery cell. and In the present invention, the distance between the inner wall surfaces of the pair of wall portions is smaller than the width of the battery cell. Therefore, in the present invention, the amount of shrinkage of the heat dissipation sheet is smaller than when the distance between the inner wall surfaces of the pair of wall portions is equal to or greater than the width of the battery cell. Therefore, when following the shrinkage of the battery cells from the deformed and extended state of the heat dissipation sheet, excessive shrinkage of the heat dissipation sheet can be suppressed.

このように、本発明では、電池セルに追従して放熱シートが伸びることを、絶縁枠により制限し、電池セルに追従して放熱シートが縮むことを、一対の壁部の内壁面間の距離を電池セルの幅よりも狭くすることにより、抑制することができる。このような結果、電池セルの膨張および収縮に起因して、放熱シートと電池セルとの間に、隙間が形成されることを抑制することができ、電池セルの冷却効率を確保することができる。 Thus, in the present invention, the insulating frame restricts the extension of the heat dissipation sheet to follow the battery cells, and the contraction of the heat dissipation sheet to follow the battery cells is controlled by the distance between the inner wall surfaces of the pair of walls. can be suppressed by making the width narrower than the width of the battery cell. As a result, it is possible to suppress the formation of gaps between the heat dissipation sheet and the battery cells due to the expansion and contraction of the battery cells, thereby ensuring the cooling efficiency of the battery cells. .

本発明の実施形態に係る電池ユニットの模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a battery unit according to an embodiment of the invention; FIG. 図1のA-A線に沿った電池ユニットの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the battery unit taken along line AA of FIG. 1; 図1に示す電池ユニットの絶縁枠の模式的斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view of an insulating frame of the battery unit shown in FIG. 1; 時間経過に伴う放熱シートの反発力の変化の一例を説明するためのグラフである。7 is a graph for explaining an example of change in repulsive force of a heat dissipation sheet over time; (a)図2に示す電池ユニットにおいて、放熱シートの伸びを絶縁枠が制限している状態を説明する図であり、(b)は、図2に示す電池ユニットにおいて、放熱シートが、電池セルに追従して縮む状態を説明する図である。3(a) is a diagram for explaining a state in which an insulating frame restricts the elongation of a heat dissipation sheet in the battery unit shown in FIG. It is a figure explaining the state which tracks and shrinks. 図2に示す電池ユニットの組み立て方法を説明する模式的概念図である。FIG. 3 is a schematic conceptual diagram illustrating a method of assembling the battery unit shown in FIG. 2; 図2に対応する電池ユニットの変形例に係る断面図である。3 is a cross-sectional view according to a modification of the battery unit corresponding to FIG. 2; FIG.

以下に、図1~図7を参照しながら本発明に係る実施形態およびその変形例について説明する。 An embodiment and modifications thereof according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 7. FIG.

本実施形態の電池ユニット1は、ハイブリッド自動車および電気自動車等の車両に搭載されるものである。図1および図2に示すように、本実施形態の電池ユニット1は、電池モジュール10と、冷却器20と、放熱シート30と、絶縁枠40とを備えている。 The battery unit 1 of this embodiment is mounted in a vehicle such as a hybrid vehicle and an electric vehicle. As shown in FIGS. 1 and 2, the battery unit 1 of this embodiment includes a battery module 10, a cooler 20, a heat dissipation sheet 30, and an insulating frame 40. As shown in FIGS.

図2に示すように、電池モジュール10は、複数の電池セル11、11…を備えており、各電池セル11は、直方体状である。複数の電池セル11、11、…は、電池セル11の厚さ方向Hに並設されている。図1に示す態様では、7個の電池セル11が厚さ方向Hに並設されているが、電池セル11の数は、これに限定されるものではない。隣合う電池セル11、11は連結されており、複数の電池セル11、11…のうち両端の電池セル11、11は一対のエンドプレート(図示せず)で、挟持されていてもよい。 As shown in FIG. 2, the battery module 10 includes a plurality of battery cells 11, 11, . . . , and each battery cell 11 has a rectangular solid shape. are arranged side by side in the thickness direction H of the battery cell 11 . In the embodiment shown in FIG. 1, seven battery cells 11 are arranged side by side in the thickness direction H, but the number of battery cells 11 is not limited to this. Adjacent battery cells 11, 11 are connected, and battery cells 11, 11 at both ends of the plurality of battery cells 11, 11 . . . may be sandwiched between a pair of end plates (not shown).

電池セル11は、直方体ケースに、負極材料、正極材料、セパレータ等を収容して構成された二次電池である。二次電池の例としては、リチウムイオン電池を挙げることができる。電池セル11の上部には、正極および負極の端子12、12が設けられており、複数の電池セル11、11…は、バスバ(不図示)により、電気的に接続されている。 The battery cell 11 is a secondary battery configured by accommodating a negative electrode material, a positive electrode material, a separator, and the like in a rectangular parallelepiped case. Examples of secondary batteries include lithium ion batteries. Positive and negative terminals 12, 12 are provided on the upper part of the battery cell 11, and the plurality of battery cells 11, 11, . . . are electrically connected by a bus bar (not shown).

冷却器20は、複数の電池セル11、11…に対向するように配置され、複数の電池セル11、11…を冷却するものである。冷却器20は、ブロック状であり、アルミニウム等の金属からなる。冷却器20の内部には、複数の電池セル11、11…と熱交換する冷却溶媒Rが流れる冷媒通路21が形成されており、所定の温度に冷却された冷却溶媒R(たとえば、車載用エアコンの冷却溶媒)が冷媒通路21を流れる。本実施形態では、電池セル11側の冷却器20の表面が、放熱シート30を介して電池セル11を冷却する冷却面20aとなる。 The cooler 20 is arranged to face the plurality of battery cells 11, 11 . . . and cools the plurality of battery cells 11, 11 . The cooler 20 is block-shaped and made of metal such as aluminum. Inside the cooler 20, a refrigerant passage 21 is formed through which a cooling solvent R that exchanges heat with the plurality of battery cells 11, 11 . . . cooling solvent) flows through the coolant passage 21 . In the present embodiment, the surface of the cooler 20 on the battery cell 11 side serves as a cooling surface 20a for cooling the battery cell 11 via the heat radiation sheet 30 .

放熱シート30は、複数の電池セル11、11…の底面11a、11a、…と、冷却器20の冷却面20aとの間に配置されている。本実施形態では、放熱シート30は、複数の電池セル11、11…(電池モジュール10)と、冷却器20との間で、放熱シート30の厚さ方向に圧縮変形した状態で配置されている。 The heat dissipation sheet 30 is arranged between the bottom surfaces 11a, 11a, . . . of the plurality of battery cells 11, 11 . In this embodiment, the heat dissipation sheet 30 is arranged in a state of being compressed and deformed in the thickness direction of the heat dissipation sheet 30 between the plurality of battery cells 11, 11 (battery modules 10) and the cooler 20. .

具体的には、放熱シート30は、電池セル11からの荷重により、放熱シート30の厚さ方向に圧縮変形した状態で、絶縁枠40の開口部41aを介して、冷却器20の冷却面20aに接触している。本実施形態では、放熱シート30は、圧縮変形自在である。放熱シート30は、後述するように、電池セル11からの荷重により、放熱シート30の圧縮変形した状態で、各電池セル11の底面11aと、絶縁枠40の底部41と、一対の壁部42、42の内壁面42a、42aとに接触するように、底部41と一対の壁部42、42とで形成された絶縁枠40の収容空間Sに配置されている。 Specifically, the heat-dissipating sheet 30 is compressed and deformed in the thickness direction of the heat-dissipating sheet 30 by the load from the battery cells 11 , and the cooling surface 20 a of the cooler 20 is pushed through the opening 41 a of the insulating frame 40 . are in contact with In this embodiment, the heat dissipation sheet 30 is compressively deformable. As will be described later, the heat-dissipating sheet 30 is compressed and deformed by the load from the battery cells 11 so that the bottom surface 11 a of each battery cell 11 , the bottom portion 41 of the insulating frame 40 , and the pair of wall portions 42 are arranged. , 42 in a housing space S of an insulating frame 40 formed by a bottom portion 41 and a pair of wall portions 42 , 42 .

放熱シート30は、電池セル11の熱を冷却器20に効率よく放熱するために必要な熱伝導性を有している。放熱シート30の熱伝導率はホットディスク法で測定して、0.8W/m・K以上が好ましい。また、放熱シート30は、柔軟性を有し、圧縮により自在に変形する材料からなる。放熱シート30の硬さは、デュロメータ(アスカーC)で測定して、0以上が好ましい。さらに、放熱シート30は、粘着性を有している。放熱シート30の粘着性は、放熱シート30が電池セル11の底面11aに貼り付くことが可能であればよく、特に限定されるものではない。 The heat dissipation sheet 30 has thermal conductivity necessary for efficiently dissipating the heat of the battery cells 11 to the cooler 20 . The thermal conductivity of the heat dissipation sheet 30 is preferably 0.8 W/m·K or more as measured by the hot disk method. Moreover, the heat dissipation sheet 30 is made of a material that has flexibility and can be freely deformed by compression. The hardness of the heat dissipation sheet 30 is preferably 0 or more as measured by a durometer (Asker C). Furthermore, the heat dissipation sheet 30 has adhesiveness. The adhesiveness of the heat dissipation sheet 30 is not particularly limited as long as the heat dissipation sheet 30 can stick to the bottom surface 11a of the battery cell 11 .

放熱シート30の材料として、放熱シート30の表面に粘着性を有し、圧縮荷重により変形する(圧縮変形する)ことができるものであれば、特に限定されるものではなく、たとえば、加熱硬化型、常温硬化型、湿気硬化型、または、紫外線硬化型の熱硬化性樹脂などを挙げることができる。放熱シート30の材料として、また、1液タイプまたは2液混合タイプの熱硬化性樹脂を用いてもよい。このような熱硬化性樹脂として、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、またはウレタン樹脂を挙げることができる。さらに、放熱シート30は、熱伝導性を向上させるために、フィラーを含有していてもよく、フィラーとしては、絶縁性の無機化合物を用いてよい。 The material of the heat-dissipating sheet 30 is not particularly limited as long as it has adhesiveness on the surface of the heat-dissipating sheet 30 and can be deformed (compressively deformed) by a compressive load. , room-temperature-curing, moisture-curing, or ultraviolet-curing thermosetting resins. As the material of the heat dissipation sheet 30, a one-liquid type or two-liquid mixed type thermosetting resin may be used. Examples of such thermosetting resins include silicone resins, epoxy resins, and urethane resins. Furthermore, the heat dissipation sheet 30 may contain a filler in order to improve thermal conductivity, and an insulating inorganic compound may be used as the filler.

放熱シート30は、単一構造に限定されるものではなく、放熱シート本体の表面に熱伝導性を有する粘着層が形成されたものであってもよい。粘着層は、放熱シート本体の両面に形成されていてもよく、いずれか一方の面に形成されていてもよい。放熱シート本体のいずれか一方の面に粘着層が形成されている場合には、粘着層が形成された面を電池セル11の底面11aに粘着させることが好ましい。 The heat-dissipating sheet 30 is not limited to a single structure, and may be formed by forming a thermally conductive adhesive layer on the surface of the main body of the heat-dissipating sheet. The adhesive layer may be formed on both sides of the heat-dissipating sheet main body, or may be formed on either side. When an adhesive layer is formed on one of the surfaces of the heat dissipation sheet main body, it is preferable to adhere the surface on which the adhesive layer is formed to the bottom surface 11 a of the battery cell 11 .

本実施形態では、放熱シート30に、市販品のものを用いてもよく、たとえば、放熱シリコーンゴムシート(信越化学工業:TC―200CAT―20)、またはクールプロバイド(登録商標)(北川工業:CPVP)などを挙げることができる。 In the present embodiment, a commercially available product may be used for the heat dissipation sheet 30. For example, a heat dissipation silicone rubber sheet (Shin-Etsu Chemical Co.: TC-200CAT-20) or Cool Provided (registered trademark) (Kitagawa Industries: CPVP ) and the like.

絶縁枠40は、放熱シート30と冷却器20との間に設けられている。図3に示すように、絶縁枠40は、開口部41aを有する底部41と、厚さ方向Hに沿って、底部41の端縁部から立ち上がった一対の壁部42、42とを有している。絶縁枠40は、底部41と一対の壁部42、42により、放熱シート30の一部を収容する収容空間Sが形成されている。絶縁枠40の底部41は、冷却器20に接触しているとともに、収容空間Sに、圧縮変形した状態で収容された放熱シート30は、開口部41aを介して冷却器20の冷却面20aに接触している。 The insulating frame 40 is provided between the heat dissipation sheet 30 and the cooler 20 . As shown in FIG. 3, the insulating frame 40 has a bottom portion 41 having an opening 41a and a pair of wall portions 42, 42 rising from the edge portions of the bottom portion 41 along the thickness direction H. there is The insulating frame 40 has a bottom portion 41 and a pair of wall portions 42 , 42 forming an accommodation space S that accommodates part of the heat dissipation sheet 30 . The bottom portion 41 of the insulating frame 40 is in contact with the cooler 20, and the heat radiation sheet 30 accommodated in the accommodation space S in a state of being compressed and deformed touches the cooling surface 20a of the cooler 20 through the opening 41a. in contact.

また、絶縁枠40では、図2に示すように、一対の壁部42、42の対向する内壁面42a、42a間の距離Dが、電池セル11(の底面11a)の幅Wよりも小さい。なお、電池セル11の底面11aの幅Wは、厚さ方向Hと直交する方向の長さである。 In the insulating frame 40, as shown in FIG. 2, the distance D between the inner wall surfaces 42a, 42a of the pair of wall portions 42, 42 facing each other is smaller than the width W of (the bottom surface 11a of) the battery cell 11. As shown in FIG. The width W of the bottom surface 11a of the battery cell 11 is the length in the direction orthogonal to the thickness direction H. As shown in FIG.

絶縁枠40の材料として、絶縁性を有する熱可塑性樹脂を用いてよい。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、または、ポリフェニレンサルファイド樹脂等を挙げることができる。絶縁枠40は、射出成形により成形されることが好ましい。 As the material of the insulating frame 40, a thermoplastic resin having insulating properties may be used. Examples of thermoplastic resins include polypropylene resins, polybutylene terephthalate resins, polyamide resins, polyphenylene sulfide resins, and the like. The insulating frame 40 is preferably molded by injection molding.

電池ユニット1によれば、複数の電池セル11、11…の充放電時に発する熱は、放熱シート30が密着している各電池セル11の底面11aから放熱シート30を介して、放熱シート30が密着している冷却器の冷却面20aに伝導される。冷却面20aに伝導された熱は、冷却器20内を流れる冷却溶媒Rに吸熱される。この結果、複数の電池セル11、11…を冷却することができる。 According to the battery unit 1, the heat generated during charging and discharging of the plurality of battery cells 11, 11 . . . It is conducted to the cooling surface 20a of the cooler in close contact. The heat conducted to the cooling surface 20 a is absorbed by the cooling solvent R flowing inside the cooler 20 . As a result, the plurality of battery cells 11, 11... can be cooled.

ところで、電池セル11が発熱すると、電池セル11は膨張し、膨張した電池セル11が冷却される(放冷される)と、電池セル11は収縮する。この電池セル11の膨張および収縮に起因して、放熱シート30と電池セル11の底面11aとの間に、隙間が形成されることがある。そこで、本実施形態では、絶縁枠40を設けることにより、この隙間の形成を抑制する。以下に詳述する。 By the way, when the battery cell 11 generates heat, the battery cell 11 expands, and when the expanded battery cell 11 is cooled (is allowed to cool), the battery cell 11 contracts. Due to the expansion and contraction of the battery cell 11 , a gap may be formed between the heat dissipation sheet 30 and the bottom surface 11 a of the battery cell 11 . Therefore, in this embodiment, the insulating frame 40 is provided to suppress the formation of this gap. Details are given below.

図4は、時間経過に伴う放熱シートの反発力の変化の一例を説明するためのグラフである。図4に示す実線L1は、本実施形態の電池ユニットにおいて、絶縁枠40に収容した放熱シート30に対して、一定の荷重を作用させたときの時間経過に伴う反発力の波形である。図4に示す破線L2は、絶縁枠40に放熱シート30を収容せずに、放熱シート30に対して、一定の荷重を作用させたときの時間経過に伴う反発力の波形である。なお、放熱シート30に作用させる一定荷重は、電池モジュール10の底面から作用させた荷重である。図4に示す期間Aは、放熱シート30を圧縮しながら、電池モジュール10、放熱シート30、絶縁枠40、および冷却器20を組み立てている期間に相当し、期間Bは、電池ユニット1が市場に流通している期間に相当する。 FIG. 4 is a graph for explaining an example of changes in the repulsive force of the heat dissipation sheet over time. A solid line L1 shown in FIG. 4 is the waveform of the repulsive force over time when a constant load is applied to the heat dissipation sheet 30 accommodated in the insulating frame 40 in the battery unit of this embodiment. A dashed line L2 shown in FIG. 4 is the waveform of the repulsive force over time when a constant load is applied to the heat dissipation sheet 30 without the heat dissipation sheet 30 being accommodated in the insulating frame 40 . The constant load applied to the heat dissipation sheet 30 is the load applied from the bottom surface of the battery module 10 . A period A shown in FIG. 4 corresponds to a period during which the battery module 10, the heat dissipation sheet 30, the insulating frame 40, and the cooler 20 are assembled while the heat dissipation sheet 30 is compressed. equivalent to the period during which the

破線L2からも明らかなように、絶縁枠40を用いない場合、電池セル11により、放熱シート30がその厚さ方向に圧縮されると、放熱シート30は、電池セル11の幅方向に徐々に伸びていく。電池セル11の膨張および収縮が繰り返されると、このような変形が繰り返されることになり、放熱シート30にヘタリ(クリープ変形)が発生しやすい。ヘタリが発生した放熱シート30は、組み立て時の放熱シート30よりも、厚さが減少し、電池セルの底面11aの幅方向に伸び拡がっている。 As is clear from the dashed line L2, when the insulating frame 40 is not used and the heat dissipation sheet 30 is compressed in the thickness direction by the battery cell 11, the heat dissipation sheet 30 gradually expands in the width direction of the battery cell 11. growing. When the expansion and contraction of the battery cells 11 are repeated, such deformation is repeated, and the heat dissipation sheet 30 is likely to suffer from settling (creep deformation). The sagging heat dissipation sheet 30 has a smaller thickness than the heat dissipation sheet 30 at the time of assembly, and extends in the width direction of the bottom surface 11a of the battery cell.

この結果、破線L2に示すように、絶縁枠40に放熱シート30を収容しない(電池ユニット1に絶縁枠40を設けない)場合には、期間Bでは、時間の経過とともに、反発力(復元力)が低下する。したがって、反発力が低下すると、電池セル11が膨張しても、放熱シート30の収縮は追従し難く、この結果、放熱シート30と電池セル11の底面11aとの間に隙間が発生することがあり、放熱シート30を介した熱の伝導が低下する。 As a result, as shown by the dashed line L2, when the heat dissipation sheet 30 is not accommodated in the insulating frame 40 (the insulating frame 40 is not provided in the battery unit 1), the repulsive force (restoring force ) decreases. Therefore, when the repulsive force is reduced, even if the battery cell 11 expands, the contraction of the heat dissipation sheet 30 is difficult to follow. Therefore, heat conduction through the heat dissipation sheet 30 is reduced.

一方、本実施形態のように、絶縁枠40に放熱シート30を収容した場合には、放熱シート30は、絶縁枠40の一対の壁部42、42の内壁面42a、42aに接触している。これにより、上述の如く、放熱シート30が圧縮されても、放熱シート30が電池セル11の幅方向へ伸びることを防止することができる。そのため、放熱シート30の圧縮および収縮が繰り返されても、放熱シート30のヘタリが発生し難い。 On the other hand, when the heat dissipation sheet 30 is accommodated in the insulating frame 40 as in the present embodiment, the heat dissipation sheet 30 is in contact with the inner wall surfaces 42a, 42a of the pair of wall portions 42, 42 of the insulating frame 40. . Accordingly, as described above, even if the heat dissipation sheet 30 is compressed, it is possible to prevent the heat dissipation sheet 30 from extending in the width direction of the battery cell 11 . Therefore, even if the heat-dissipating sheet 30 is repeatedly compressed and contracted, the heat-dissipating sheet 30 is unlikely to become permanent.

この結果、実線L1に示すように、絶縁枠40に放熱シート30を収容した場合には、期間Bでは、時間の経過とともに、放熱シート30の反発力が低下し難い。したがって、電池セル11が膨張した後に収縮する際においても、放熱シート30の反発力は安定的に保持されるため、放熱シート30と電池セル11の底面11aとの間に、隙間が形成されることを抑制することができ、電池セル11の冷却効率を確保することができる。 As a result, as indicated by the solid line L1, when the heat dissipation sheet 30 is accommodated in the insulating frame 40, the repulsive force of the heat dissipation sheet 30 is less likely to decrease over time during the period B. Therefore, even when the battery cell 11 expands and then contracts, the repulsive force of the heat-dissipating sheet 30 is stably maintained, so that a gap is formed between the heat-dissipating sheet 30 and the bottom surface 11a of the battery cell 11. can be suppressed, and the cooling efficiency of the battery cells 11 can be ensured.

次に、図5(a)、図5(b)を参照して、本実施形態に係る電池ユニット1の作用を説明する。図5(a)は、図2に示す電池ユニット1において、放熱シート30の伸びを絶縁枠40が制限している状態を説明する図であり、図5(b)は、図2示す電池ユニット1において、放熱シート30が、電池セル11に追従して縮む状態を説明する図である。 Next, operation of the battery unit 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5(a) and 5(b). FIG. 5(a) is a diagram for explaining a state in which the insulating frame 40 restricts the expansion of the heat dissipation sheet 30 in the battery unit 1 shown in FIG. 2, and FIG. 1 is a diagram illustrating a state in which the heat dissipation sheet 30 shrinks following the battery cell 11 in FIG.

図5(a)に示すように、電池セル11がその幅方向に膨張する際、この膨張に追従して、電池セル11の底面11aに粘着した放熱シート30が、電池セル11の幅方向に伸びようとする。しかし、放熱シート30は、一対の壁部42、42の内壁面42a、42aに接触しているため、一対の壁部42、42により、電池セル11に追従する放熱シート30の伸びを制限することができる。 As shown in FIG. 5( a ), when the battery cell 11 expands in its width direction, the heat dissipation sheet 30 adhered to the bottom surface 11 a of the battery cell 11 follows this expansion and moves in the width direction of the battery cell 11 . try to grow. However, since the heat dissipation sheet 30 is in contact with the inner wall surfaces 42a, 42a of the pair of wall portions 42, 42, the pair of wall portions 42, 42 restricts the expansion of the heat dissipation sheet 30 following the battery cells 11. be able to.

また、図5(b)に示すように、電池セル11がその幅方向に収縮する際、この収縮に追従して、電池セル11の底面11aに粘着した放熱シート30が、電池セル11の幅方向に縮もうとする。本実施形態では、一対の壁部42、42の内壁面間の距離Dが電池セル11の底面11aの幅Wよりも小さい。このため、一対の壁部42、42の内壁面間の距離Dが電池セル11の幅W以上の場合に比べて、本実施形態の放熱シート30の収縮量が少ない。そのため、放熱シート30が変形して伸びた状態から電池セルの収縮に追従する際、放熱シート30の過剰な収縮(図5(b)に示す破線矢印参照)を抑えることができる。 Further, as shown in FIG. 5B, when the battery cell 11 shrinks in its width direction, the heat dissipation sheet 30 adhered to the bottom surface 11a of the battery cell 11 follows this shrinkage and spreads across the width of the battery cell 11. to shrink in the direction In this embodiment, the distance D between the inner wall surfaces of the pair of wall portions 42 , 42 is smaller than the width W of the bottom surface 11 a of the battery cell 11 . Therefore, compared to the case where the distance D between the inner wall surfaces of the pair of wall portions 42 and 42 is equal to or greater than the width W of the battery cell 11, the heat dissipation sheet 30 of this embodiment shrinks less. Therefore, when following the contraction of the battery cell from the deformed and extended state of the heat dissipation sheet 30, excessive contraction of the heat dissipation sheet 30 (see the dashed arrow in FIG. 5B) can be suppressed.

このように、電池セル11に追従して放熱シート30が伸びることを、絶縁枠40で制限し、電池セル11に追従して放熱シート30が縮むことを、一対の壁部42、42の内壁面間の距離Dを電池セル11の幅Wよりも狭くすることにより、抑制することができる。このような結果、電池セル11の幅方向の膨張および収縮に起因して、放熱シート30と電池セル11の底面11aとの間に、隙間が形成されることを抑制することができ、電池セル11の冷却効率を確保することができる。 In this manner, the insulating frame 40 restricts the expansion of the heat dissipation sheet 30 to follow the battery cells 11 , and the contraction of the heat dissipation sheet 30 to follow the battery cells 11 is controlled by the pair of wall portions 42 , 42 . This can be suppressed by making the distance D between the wall surfaces narrower than the width W of the battery cell 11 . As a result, it is possible to suppress the formation of gaps between the heat dissipation sheet 30 and the bottom surface 11a of the battery cell 11 due to the expansion and contraction of the battery cell 11 in the width direction. 11 cooling efficiency can be ensured.

図6を参照して、本実施形態の電池ユニット1の組み立て方法を説明する。まず、電池モジュール10、放熱シート30、絶縁枠40、および冷却器20を準備する。準備した電池モジュール10には、複数の電池セル11が厚さ方向Hに並設されている(図1参照)。放熱シート30のサイズは、後述する電池モジュール10で押圧する際の荷重によって、放熱シート30が、圧縮変形するとともに、電池セル11の幅方向に拡がるように変形して、絶縁枠40の一対の内壁面42a、42aに接触することができるサイズである。さらに、組み付けの際に、一対の壁部42、42が電池セル11の底面11aに接触しないように、準備した絶縁枠40の壁部42の高さhは、準備した放熱シート30(組み付け前の放熱シート30)の厚さtの50%以下とすることが好ましい。 A method for assembling the battery unit 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. First, the battery module 10, the heat dissipation sheet 30, the insulating frame 40, and the cooler 20 are prepared. A plurality of battery cells 11 are arranged side by side in the thickness direction H in the prepared battery module 10 (see FIG. 1). The size of the heat dissipation sheet 30 is such that the heat dissipation sheet 30 is compressed and deformed by a load applied by the battery module 10 (to be described later), and is deformed so as to expand in the width direction of the battery cell 11 . It has a size that allows contact with the inner wall surfaces 42a, 42a. Further, the height h of the wall portion 42 of the prepared insulating frame 40 is adjusted so that the pair of wall portions 42, 42 do not come into contact with the bottom surface 11a of the battery cell 11 during assembly. 50% or less of the thickness t of the heat radiation sheet 30).

次に、準備した電池モジュール10、放熱シート30、絶縁枠40、および冷却器20を組み付ける。具体的には、冷却器20の冷却面20a上の所定の位置に、絶縁枠40を配置した後、絶縁枠40の底部41の表面に、開口部41aを覆うように、放熱シート30を配置する。次いで、電池モジュール10を放熱シート30に接触させて、電池モジュール10で放熱シート30を押圧して、放熱シート30の厚み方向に放熱シート30を圧縮する。 Next, the prepared battery module 10, heat dissipation sheet 30, insulating frame 40, and cooler 20 are assembled. Specifically, after the insulating frame 40 is arranged at a predetermined position on the cooling surface 20a of the cooler 20, the heat dissipation sheet 30 is arranged on the surface of the bottom portion 41 of the insulating frame 40 so as to cover the opening 41a. do. Next, the battery module 10 is brought into contact with the heat dissipation sheet 30 , and the heat dissipation sheet 30 is pressed by the battery module 10 to compress the heat dissipation sheet 30 in the thickness direction of the heat dissipation sheet 30 .

これにより、準備した放熱シート30は、一対の壁部42、42に向かって、伸び拡がって変形し、変形した放熱シート30は、各電池セル11の底面11a、各内壁面42a、底部41の表面に接触するとともに、開口部41aを介して、冷却器20の冷却面20aに接触することができる(図1、2を参照)。また、絶縁枠40は、圧縮変形した状態の放熱シート30と冷却器20とに挟まれることにより、冷却器20の冷却面20a上に固定される。 As a result, the prepared heat dissipation sheet 30 is stretched and deformed toward the pair of wall portions 42 , 42 , and the deformed heat dissipation sheet 30 is applied to the bottom surface 11 a of each battery cell 11 , each inner wall surface 42 a , and the bottom portion 41 . As well as contacting the surface, it is possible to contact the cooling surface 20a of the cooler 20 via the opening 41a (see FIGS. 1 and 2). Moreover, the insulating frame 40 is fixed on the cooling surface 20 a of the cooler 20 by being sandwiched between the heat radiating sheet 30 and the cooler 20 in a state of being compressed and deformed.

次に、放熱シート30が圧縮された状態で、電池モジュール10の固定部(不図示)と冷却器20の固定部(不図示)とを、ボルトおよびナット(不図示)を用いて、締結する。これにより、放熱シート30の一部が絶縁枠40に収容され、各電池セル11の底面11aと放熱シート30とが密着し、かつ、冷却器20の冷却面20aと放熱シート30とが密着した状態の電池ユニット1を製造することができる。 Next, with the heat dissipation sheet 30 being compressed, the fixing portion (not shown) of the battery module 10 and the fixing portion (not shown) of the cooler 20 are fastened together using bolts and nuts (not shown). . As a result, part of the heat-dissipating sheet 30 is housed in the insulating frame 40, the bottom surface 11a of each battery cell 11 and the heat-dissipating sheet 30 are in close contact, and the cooling surface 20a of the cooler 20 and the heat-dissipating sheet 30 are in close contact. The battery unit 1 in the state can be manufactured.

<本実施形態の変形例>
図7を参照して、本実施形態の変形例について説明する。図7は、図2に示す電池ユニット1の変形例に係る断面図である。図7に示すように、本変形例が上述した実施形態と異なる点は、絶縁枠40の底部41に凸部43が形成され、冷却器20の冷却面20aに凸部43が挿入される凹部22が形成されている点である。よって、以下に相違点について説明し、上述した実施形態と同じ部材および部分に関しては、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
<Modified example of the present embodiment>
A modification of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view according to a modification of the battery unit 1 shown in FIG. As shown in FIG. 7, this modification differs from the above-described embodiment in that a convex portion 43 is formed on the bottom portion 41 of the insulating frame 40, and a concave portion into which the convex portion 43 is inserted into the cooling surface 20a of the cooler 20. 22 is formed. Therefore, the differences will be described below, and the same reference numerals will be given to the same members and parts as in the above-described embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

本変形例では、絶縁枠40の底部41には、開口部41aを挟んで、一対の凸部43、43が形成されている。各凸部43は、冷却器20の冷却面20aに向かって突出している。絶縁枠40を冷却器20の冷却面20aに接触させた状態で、凸部43は、冷却器20の冷却面20aに形成された凹部22に係合している。 In this modification, a pair of projections 43, 43 are formed on the bottom portion 41 of the insulating frame 40 with an opening 41a interposed therebetween. Each projection 43 protrudes toward the cooling surface 20 a of the cooler 20 . With the insulating frame 40 in contact with the cooling surface 20 a of the cooler 20 , the projections 43 are engaged with the recesses 22 formed on the cooling surface 20 a of the cooler 20 .

凸部43は、電池セル11の厚さ方向Hに沿って延在した凸条であってもよく、その場合には、凹部22は、凹溝となる。凸部43と凹部22は、厚さ方向Hに沿って、連続的に形成されていてもよく、断続的に形成されていてもよい。 The convex portion 43 may be a convex strip extending along the thickness direction H of the battery cell 11, in which case the concave portion 22 becomes a concave groove. The convex portion 43 and the concave portion 22 may be formed continuously along the thickness direction H, or may be formed intermittently.

本変形例では、絶縁枠40の開口部41aを挟んだ両側に、凸部43を設け、凸部43を冷却器20の凹部22に嵌合することにより、絶縁枠40の幅方向(電池セル11の幅方向)の変形を抑え、放熱シート30を、絶縁枠40で拘束することができる。本変形例の電池ユニット1の組み立て方法では、冷却器の冷却面20aに絶縁枠40を配置する際、凹部22に凸部43を嵌合させるため、絶縁枠40の位置合わせが容易となる。 In this modified example, protrusions 43 are provided on both sides of the insulating frame 40 across the opening 41a. 11 width direction), and the heat dissipation sheet 30 can be constrained by the insulating frame 40 . In the method for assembling the battery unit 1 of this modified example, when the insulating frame 40 is arranged on the cooling surface 20a of the cooler, the convex portion 43 is fitted into the concave portion 22, so that the insulating frame 40 can be easily aligned.

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 An embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention described in the scope of claims. Design changes can be made.

1:電池ユニット、11:電池セル、20:冷却器、30:放熱シート、40:絶縁枠、41:底部、41a:開口部、42:壁部、42a:内壁面、D:内壁面間の距離、H:厚さ方向、S:収容空間、W:電池セルの幅
1: battery unit, 11: battery cell, 20: cooler, 30: heat dissipation sheet, 40: insulating frame, 41: bottom, 41a: opening, 42: wall, 42a: inner wall surface, D: between inner wall surfaces Distance, H: thickness direction, S: storage space, W: width of battery cell

Claims (1)

複数の電池セルと、
前記複数の電池セルに対向するように配置され、前記複数の電池セルを冷却する冷却器と、を備えた電池ユニットであって、
前記電池ユニットは、前記複数の電池セルと前記冷却器との間に配置され、粘着性を有しかつ圧縮変形自在となる放熱シートと、
前記冷却器に接触した状態で、前記放熱シートを収容する絶縁枠と、をさらに備えており、
前記複数の電池セルは、前記電池セルの厚さ方向に並設されており、
前記絶縁枠は、開口部を有する底部と、前記底部の端縁部から、前記厚さ方向に沿って立ち上がった一対の壁部と、を有し、
前記放熱シートは、圧縮変形した状態で、前記開口部を介して、前記冷却器に接触するとともに、前記底部と前記一対の壁部とに接触するように、前記底部と前記一対の壁部とで形成された収容空間に配置されており、
前記一対の壁部の対向する内壁面間の距離は、前記厚さ方向と直交する前記電池セルの幅よりも小さいことを特徴とする電池ユニット。

a plurality of battery cells;
A battery unit comprising: a cooler arranged to face the plurality of battery cells and cooling the plurality of battery cells,
The battery unit is arranged between the plurality of battery cells and the cooler, and has adhesiveness and a heat dissipation sheet that is compressively deformable;
an insulating frame that accommodates the heat dissipation sheet in contact with the cooler,
The plurality of battery cells are arranged side by side in the thickness direction of the battery cells,
The insulating frame has a bottom portion having an opening and a pair of wall portions rising along the thickness direction from the edge portion of the bottom portion,
The heat dissipation sheet, in a state of being compressed and deformed, contacts the cooler through the opening, and also contacts the bottom and the pair of walls so as to contact the bottom and the pair of walls. It is placed in a storage space formed by
A battery unit, wherein a distance between opposing inner wall surfaces of the pair of wall portions is smaller than a width of the battery cell perpendicular to the thickness direction.

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