JP5343048B2 - 蓄電モジュールおよび蓄電装置 - Google Patents

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Description

この発明は、複数の電池セルを有し、電気エネルギの放出、蓄積が可能な蓄電モジュールおよび蓄電装置に関する。
ハイブリッド自動車、電気自動車等に電源装置として搭載される蓄電モジュールは、例えば、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、ニッケルカドミウム電池セル等の多数の二次電池を組み合わせて構成される。蓄電モジュールの充放電電流は大変大きく、電池セルの温度上昇も大きくなる。電池セルの上昇は、電池セルの性能を低下させ、また、電池セルの寿命を低下させる、速やかに冷却する必要がある。
電池セルを速やかに冷却する方法として、水、フロン等の冷媒を用いる方法がある。冷媒の流路を有する冷却プレートの一面に、絶縁シートを介して複数の電池セルを冷却可能に結合して配列し、冷却プレートに冷媒を供給して電池セルを冷却する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０−６２１３０号公報
特許文献１に記載された蓄電モジュールでは、冷却プレートの一面側のみに複数の電池セルを熱伝導可能に結合して配列したものである。このため、冷却効率が悪く、また、蓄電モジュールは全体の大きさが大型化する。
表面と裏面を有する所定の厚さを有し、表面及び裏面が取付面に対してほぼ垂直になるように配置され、内部を流通する冷媒により、表面および裏面を冷却面とする冷却プレートと、冷却プレートの表面と熱伝導可能に結合され、冷却プレートにより冷却される複数の角形の電池セルが、各電池セルの缶底面を冷却プレートの表面側に向けた状態で、取付面に対して垂直方向に複数段に積層され、かつ冷却プレートに沿って配列された第１の電池列と、冷却プレートの裏面と熱伝導可能に結合され、冷却プレートにより冷却される複数の角形の電池セルが、各電池セルの缶底面を冷却プレートの裏面側に向けた状態で、取付面に対して垂直方向に複数段に積層され、かつ冷却プレートに沿って配列された第２の電池列と、第１および第２の電池列の電池セルの積層方向の一方側および他方側に配置されて第１および第２の電池列を覆う一対のエンドプレートと、第１の電池列の冷却プレートとは反対側に配列された第１の端子カバーと、第２の電池列の冷却プレートとは反対側に配列された第２の端子カバーと、一対のエンドプレートを介して第１の電池列における電池セルおよび第２の電池列における電池セルを、冷却プレートと共に固定する第１の固定手段と、第１および第２の端子カバーを介して、第１の電池列における電池セルおよび第２の電池列における電池セルを、それぞれ、冷却プレートの表面および裏面に押し付ける第２の固定手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の蓄電装置は、上記の蓄電モジュールを複数個有し、各蓄電モジュールの冷却プレートが、冷媒が分岐されるように配管により相互に連結されていることを特徴とする。
冷却プレートの表面に熱伝導可能に結合された第１の電池列と、冷却プレートの裏面に熱伝導可能に結合された第２の電池列とを備えるため、冷却効率を向上し、蓄電モジュールを小型化することができる。
この発明の蓄電モジュールの実施形態１を示す分解斜視図。 図１に図示された蓄電モジュールを前方からみた正面図。 図１に図示された蓄電モジュールにおいて、電池セルを冷却プレートに押付けるためのクリップの外観斜視図。 図１に図示された蓄電モジュールにおけるブスバーの取付構造を示す拡大斜視図。 図１に図示された蓄電モジュールのカバーを外した状態の側面図。 図１に図示された蓄電モジュールの冷却構造を説明するための斜視図。 図１に図示された蓄電モジュールを構成する冷却プレートの正面図。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線切断断面図。 図１に図示された蓄電モジュールにおいて、冷却プレートと電池セルとの熱伝導可能な結合構造を示す斜視図。 図９を上方からみた平面図。 本発明の蓄電モジュールに用いられる電池セルの一例を示す外観斜視図。 図１１に図示された電池セルの分解斜視図。 図１２に図示された電池セルに用いられる発電要素群の斜視図。 本発明の蓄電装置の一実施形態を示す斜視図。 図１４に図示された蓄電装置の平面図。 図１４に図示された蓄電装置の電気的接続を示す図。 本発明の蓄電モジュールの実施形態２の正面図。 図１７に図示された蓄電モジュールにおいて、冷却プレートと電池セルとの熱伝導可能な結合構造を示す平面図。 本発明の蓄電モジュールの実施形態３を示し、冷却プレートと電池セルとの熱伝導可能な結合構造を示す斜視図。 図１９を上方からみた平面図。 図２０において、複数の電池セルが配列された状態を示す平面図。 本発明の蓄電モジュールの実施形態４を示し、冷却プレートの斜視図。 図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線切断拡大断面図。 本発明の蓄電モジュールの実施形態５を示し、冷却プレートの断面図。 本発明の蓄電モジュールの実施形態６を示し、（ａ）は冷却プレートの側面図、（ｂ）は冷却プレートの正面図。 図２５の冷却プレートの変形例１を示し、（ａ）は冷却プレートの側面図、（ｂ）は冷却プレートの正面図。 図２５の冷却プレートの変形例２を示し、（ａ）は冷却プレートの側面図、（ｂ）は冷却プレートの正面図。 本発明の蓄電モジュールの参考実施形態１を示し、冷却プレートと電池セルの取り付け構造を示す斜視図。 本発明の蓄電モジュールの参考実施形態２を示し、冷却プレートと電池セルとの熱伝導可能な結合構造を示す平面図。
--実施形態１--
以下、この発明の蓄電モジュールおよび蓄電装置の実施形態１を図面と共に説明する。
（蓄電モジュール）
図１は、本発明の蓄電モジュール１の分解斜視図であり、図２は、図１の蓄電モジュールを前方からみた正面図である。但し、図２においては、後述するカバー２８が省略されている。
蓄電モジュール１は、多数の電池セル１０を有する。図１において、図示の如く、奥行き方向をｘ方向、長さ方向をy方向、高さ方向をｚ方向とする。電池モジュール１のｘ（奥行き）方向のほぼ中央部には、冷却プレート１５が配置されている。冷却プレート１５は、その正面が、ｚ（高さ）方向がｘ（奥行き）方向より大きく、その側面が、ｙ（長さ）方向に長く延出された平板形状を有する。電池セル１０は、冷却プレート１５の一面（表面）および一面に対向する厚さ方向の他面（裏面）に沿って、図示の如く、ｙ（長さ）方向に三個、ｚ（高さ）方向に四段の３×４個配列されている。但し、電池セル１０の個数は一例であって、適宜、変えることができるものである。
各段の電池セル１０の間には、セル分割プレート２０が介装されている。最上段の電池セル１０の上部には、ｘ−ｙ面に配列された最上段の電池セル１０全体を覆うエンドプレート２１が配置されている。最下段の電池セル１０の下部には、ｘ−ｙ面に配列された最下段の電池セル１０全体を覆うエンドプレート２１が配置されている。各エンドプレート２１には、ｙ（長さ）方向に沿う両側部にｚ（高さ）方向に屈曲された屈曲部２１ａが形成されている。
三個×四段に配列された電池セル１０のｘ（奥行き）方向における外側には、全ての電池セル１０の側面（ｙ−ｚ面）を覆う端子カバー２５が配置されている。各端子カバー２５のｘ（奥行き）方向の外側にはカバー２８が配置されている。
図６は、冷却プレート１５と電池セル１０との熱伝導可能な結合構造を示す斜視図であり、図７は、冷却プレート１５を前方からみた正面図であり、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線切断断面図である。
冷却プレート１５は、冷却ブロック１５ａとパイプ１５ｂから構成されている。冷却ブロック１５ａは、アルミダイカスト、アルミニウム、マグネシウム等の金属、または熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の絶縁樹脂により形成されている。パイプ１５ｂは、内部に冷媒を流通する貫通孔を有し、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス等の金属、または熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の絶縁樹脂により形成されている。
パイプ１５ｂを冷却ブロック１５ａに固定して冷却プレート１５を形成するには、例えば、パイプ１５ｂに冷却ブロック１５ａを鋳造またはモールドして形成する。パイプ１５ｂを挿通する寸法の開口を有する冷却ブロック１５ａを予め形成しておき、冷却ブロック１５ａの開口にパイプ１５ｂを圧入または接着により固定する方法でもよい。あるいは、冷却ブロック１５ａとパイプ１５ｂを一体成型してもよい。
電池セル１０は、例えば、角形リチウムイオン二次電池である。図１１は、電池セル１０の外観斜視図であり、図１２は、図１１に示された電池セル１０の分解斜視図であり、図１３は、電池セル１０を構成する扁平型の発電要素群１２０の斜視図である。
電池セル１０は、一面が開口した直方体状の電池缶１１４内に絶縁ケース１１３を介して捲回型発電要素群１２０を収納し、電池缶１１４の開口部１１４Ａを電池蓋１０３によって封止した構造を有する。電池缶１１４と電池蓋１０３によって容器外装が構成される。電池蓋１０３には、内側から正極出力部１０８および負極出力部１０７が突設されている、正・負極出力部１０８、１０７は、容器外装の表面に設けられた正・負極外部端子である。正・負極外部端子１０８、１０７は、捲回型発電要素群１２０で発電した電力を外部に出力し、外部で発電した電力を捲回型発電要素群１２０に充電するための端子であり、後述する正・負極集電体１０６、１０５に一体的に形成されている。
電池缶１１４は金属製であり、深絞り法により開口部の短辺の寸法より深さ寸法が大きく形成されている。電池缶１１４は、有底直方体容器の面積の大きな幅広側面１１４Ｗと、面積の小さい幅狭側面１１４Ｎと、容器底面である底面（缶底面）１１４Ｂとで形成された扁平容器であり、上面に開口部１１４Ａを有する。電池蓋１０３は、レーザービーム溶接法により電池缶１１４の開口部１１４Ａに固着されている。電池蓋３には、両端部の正・負極出力部１０８、１０７が、それぞれ、挿通される開口部１０３ａ、１０３ｂが形成されている。また、電池蓋３には注液口（図示省略）が設けられ、注液口から電池缶１１４内に電解液が注入された後に、注液口はレーザービーム溶接により封止される。
図１３に示すように、捲回型発電要素群１２０は、正極箔ＡＦに正極活物質合剤１２３塗布した正極板１２２および負極箔ＣＦに負極活物質合剤１２５を塗布した負極板１２４を、セパレータ１２１を介して捲回して断面長円状に形成したものである。正極板１２２には、正極活物質合剤１２３が塗布されずに正極箔ＡＦが露出した未塗工部１２２Ａが正極接続部として形成されている。負極板１２４には、負極活物質合剤１２５が塗布されずに負極箔ＣＦが露出した未塗工部１２４Ａが負極接続部として形成されている。未塗工部１２２Ａおよび１２４Ａは、捲回型発電要素群１２０の幅方向の両端部に配置され、それぞれ、電池缶１１４の両狭側面１１４Ｎに沿って延在している。
電池セル１０がリチウムイオン電池の場合、正・負極箔ＡＦおよびＣＦとしては、それぞれ、アルミニウム、銅が用いられ、活物質合剤としては、例えば、正極としてコバルト酸リチウム、負極としてグラファイトが用いられる。そして、正・負極集電体１０６、１０５は、正・負極箔ＡＦおよびＣＦと同一材料によって形成される。
正極板１２２の未塗工部１２２Ａには、正極集電体１０６が接続されている。負極板１２４の未塗工部２４Ａには、負極集電体１０５が接続されている。正極出力部１０８は正極集電体１０６に一体的に設けられている。負極出力部１０７は負極集電体１０５に一体的に設けられている。
正・負極集電体１０６、１０５は略Ｌ字形状に形成され、電池蓋１０３に固定されている。
正・負極集電体１０６、１０５は、それぞれアルミニウム板および銅板のプレス加工によって一体的に形成されている。正・負極集電体１０６、１０５は、電池蓋１０３の内面に沿って、電池缶１１４の幅狭側面１１４Ｎ内面近傍にまで延びる装着部１６１、１５１を備えている。正・負極出力部１０８、０７は、それぞれ、装着部１６１、１５１に突設されている。平板である装着部１６１、１５１からプレス加工により形成された円筒の頂面が正・負極出力部１０８および１０７であり、円筒頂面に、後述するブスバー２６が溶接される。
正・負極集電体１０６、１０５は、装着部１６１、１５１の端部から略直角方向に電池缶１１４の幅狭側面１１４Ｎに沿って底面に延びる接続部１６２、１５２を備えている。接続部１６２、１５２は、正・負極板１２２、１２４の未塗工部１２２Ａ、１２４Ａにそれぞれ沿って延設されている。接続部１６２、１５２には、正・負極板１２２、１２４の未塗工部１２２Ａ、１２４Ａと対向配置される正・負極発電要素接続部１６３、１５３が設けられている。正・負極発電要素接続部１６３、１５３は、幅狭側面１１４Ｎに並行に延設されている接続部１６２、１５２から、幅広側面１１４Ｗに沿って容器中央部に直角に折り曲げられて形成されている。正・負極発電要素接続部１６３、１５３は未塗工部１２２Ａ、１２４Ａに超音波溶接にて接合されている。
図９は、電池セル１０と冷却プレート１５との熱伝導可能な結合構造を示す斜視図であり、図１０は、図９に示された構造を上方からみた平面図である。冷却プレート１５には、表裏面に、それぞれ、各電池セル１０が取り付けられる箇所に側面がＬ字形状の電池セル取付板１７が取り付けられている。電池セル取付板１７は各電池セル１０の底面（缶底面）１１４Ｂと幅狭側面１１４Ｎとが隣接するコーナー部に取り付けられ、１個の電池セル１０のｙ（長さ）方向の長さの間隔をおいて線対称に対設けられる。電池セル取付板１７のｚ方向の高さは、４段の電池セル１０を、各段の電池セル１０間にセル分割プレート２０を介装して保持できる寸法とされている。電池セル取付板１７は、冷却プレート１５の表面側および裏面側に三対ずつ配置され、三個×四段に配列された電池セル１０を保持する。電池セル取付板１７は、絶縁性の樹脂材料で形成され、冷却プレート１５の表面または裏面から電池セル１０の底面１１４Ｂとの間に隙間ｔ１を形成する（図１０参照）。
各電池セル取付板１７の板厚、すなわち、電池セル１０の底面１１４Ｂと冷却プレート１５の表面（または裏面）との間には、熱伝導性部材１６が介装されている。熱伝導性部材１６は、電池セル１０を取り付ける前には、図１０に二点鎖線で示すように、厚さｔ2を有している。従って、電池セル１０を取り付けた状態では、熱伝導性部材１６は、圧縮率＝（ｔ2−ｔ１）×１００／ｔ2（％）圧縮されている。これにより、各電池セル１０の底面１１４Ｂと冷却プレート１５の表面（または裏面）とは、確実に、熱伝導可能に結合され、各電池セル１０は、熱伝導により冷却プレート１５によって冷却される。熱伝導性部材１６が永久歪を生じないように圧縮率を管理する必要があるが、本実施形態によれば、熱伝導性部材１６の圧縮後の厚さｔ１は、電池セル取付板１７の板厚によって決定されるので、この管理が大変容易となる。
熱伝導部材１６としては、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の絶縁性熱伝導性シートを用いることができる。電池セル１０の底面１１４Ｂが絶縁性樹脂で覆われている場合には、熱伝導部材１６として、金属製の材料を用いることもできる。また、電池セル１０の底面１１４Ｂおよび幅狭側縁１１４Ｎが絶縁材料で覆われている場合には、冷却プレート１５の冷却ブロック１５ａを金属製の材料により形成することもできる。
電池セル１０の電池缶１１４には、正極集電体１０６または負極集電体１０５は接続されてはいない。しかし、電池缶１１４に注入されている電解液を介して正極側および負極側の電位が印加されており、各電池セル１０の電池缶１１４は、正極および負極とは異なる電位を有している。従って、電池缶１１４同士が電気的に接続されると短絡が生じる。
本発明の実施形態においては、冷却プレート１５と電池セル１０との間に、熱伝導性部材１６および電池セル取付板１７が介装されており、冷却プレート１５と電池セル１０とが直接接触していないので、冷却プレート１５に結露が発生した場合においても、電池セル１０が相互に短絡することはなく信頼性を確保することができる。
電池セル１０の幅広側面１１４Ｗが、絶縁材料で被覆されている場合、セル分割プレート２０およびエンドプレート２１の材料として、アルミニウム、アルミダイカスト、銅、鉄等の熱伝導性の高い材料を用いることができる。また、電池セル１０の幅広側面１１４Ｗが、絶縁材料で被覆されていない場合、セル分割プレート２０およびエンドプレート２１の材料として、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ＰＰＳ、ＰＰＡ、ＰＢＴ等あるいは高熱伝導性樹脂を用いることができる。
図１において、各端子カバー２５の外面側にはブスバー２６が取り付けられている。図４は、ブスバー２６の取付構造を示す拡大斜視図である。ブスバー２６は、各電池セル１０の正極出力部１０８および負極出力１０７に接触した状態で端子カバー２５にナット２７により固定される。ナット２７として、例えば、スカートナット、皿ばね付きナットを用いることができる。あるいは、ナットと皿ワッシャ等を組み合わせて用いてもよい。
図５は、ブスバー２６により、三個×四段の電池セル２６を全て直列に接続した状態を示す図である。
図５において、最上段の左端の電池セル１０の負極出力部１０７と、上から二段目の左端の電池セル１０の正極出力部１０８がブスバー２６により接続されている。上から二段目の右端の電池セル１０の負極出力部１０７と上から三段目の右端の電池セル１０の負極出力部１０８がブスバー２６により接続されている。上から三段目の左端の電池セル１０の負極出力部１０７と上から最下段の左端の電池セル１０の正極出力部１０８がブスバー２６により接続されている。それ以外の中間に位置する電池セル１０の負極出力部１０７と正極出力部１０８はブスバー２６により接続されている。これにより、三個×四段の電池セル２６は全てが直列に接続されている。従って、最上段の右端の電池セル１０の正極出力部１０８と最下段の右端の負極出力部１０７間には、１２個の電池セル１０を直列に接続した電位差が生じている。
図１において、上記の如く、端子カバー２５を介してブスバー２６により、冷却プレート１０の表面側および裏面側に配置された全ての電池セル１０を、それぞれ、直列に接続した状態で、各端子カバー２５の外側にカバー２８が配置される。カバー２８は、ブスバー２７間に導電性の異物、例えば、水、埃、油分等、あるいは複合材料等の侵入を防止するためのものであり、端子カバー２５の外側の側面全体を覆うように取り付けられる。但し、カバー２８は、必ずしも必要とされるものではない。
図２に図示されるように、ブスバー２６により電池セル１０が直列に接続された状態で、端子カバー２５は、弾性部材からなるクリップ３０により、エンドプレート２１に連結される。
図３は、クリップ３０の外観斜視図である。クリップ３０は、金属板をプレス加工することにより形成される。クリップ３０の基部３１の両側部には、外方に開放可能な可撓部３２が形成されている。各可撓部３２は基部３１側の側面がＶ字形状の支持部３２ａと、支持部３２ａから傾斜して外方に開放される嵌合部３２ｂとからなる。
（蓄電モジュールの組立て）
蓄電モジュール１を組立てるには、冷却プレート１５の表面側および裏面側に、それぞれ、三対の電池セル取付板１７を取り付ける。対となる各電池セル取付板１６の間に熱伝導性部材１６を取り付ける。対となる電池セル取付板１７の間、それぞれに、電池セル１０を四段、間にセル分割プレート２０を介装して挿入する。最上段の電池セル１０の上面および最下段の電池セル１０の下面に、それぞれ、エンドプレート２１を配置し、各エンドプレート２１の開口および各セル分割プレート２０の前部および後部に設けられた開口にスタッドボルト６を挿通し、ナット２４により固定する（図１参照）。また、図示はしないが、冷却プレート１５には、ｚ（高さ）方向に貫通する開口が形成されており、この冷却プレートの開口にスタッドボルト（図示せず）を挿通してナット２２により固定する（図２参照）。但し、ナット２２および２４による固定は仮固定である。
次に、電池セル１０およびセル分割プレート２０の側面を覆って端子カバー２５を取り付け、バスバー２６により各電池セル１０を接続する。そして、クリップ３０により、端子カバー２５をエンドプレート２１に連結する。エンドプレート２１の屈曲部２１ａおよび端子カバー２５の外方側の側面を、クリップ３０の両側部の嵌合部３２ｂ間に位置決めする。そして、クリップ３０を押し込む方向に外力を加えると、クリップ３０は嵌合部３２ｂの傾斜によって外方に開きながら押し込まれる。
クリップ３０が押し込まれると、クリップ３０の弾性力により、端子カバー２５がエンドプレート２１側に移動する。これにより、各電池セル１０の底面１１４Ｂが熱伝導性部材１６を圧縮する。このようにして、各電池セル１０の底面１１４Ｂと冷却プレート１５とが確実に熱伝導可能な状態の結合構造が形成される。
この状態で、ナット２２および２４を本締めすることにより、図２に図示される電池モジュール１が完成する。
（蓄電装置）
複数個の電池モジュール１をケース５内に収容して、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源装置としての蓄電装置が形成される。
図１４は蓄電装置１００の斜視図であり、図１５は、蓄電装置１００のレイアウトを示す図である。また、図１６は、蓄電装置１００内における各電池モジュール１の接続状態を示す図である。
図１４に図示される如く、複数（図１４においては三個）の蓄電モジュール１が、バッテリコントロールユニット２、バッテリ補機デバイス３、分解時電流遮断ユニット４に接続され、バッテリケース５に収容されている。バッテリケース５の上方から、バッテリカバー７がねじ８により固定される。バッテリカバー７は、外部から導電性異物、例えば、水、埃、化学薬品等が侵入するのを防止する。各電池モジュール１は、図１６に図示されるように、高電圧線９により直列に接続されている。
各蓄電モジュール１における冷却プレート１５のパイプ１５ｂは、図１５に図示される如く、配管５１により連結されている。
バッテリ補機デバイス３の入口側および出口側には、分岐パイプブロック５２、５３が配置されている。図示はしないが、冷却ファン、ラジエータ、コンプレッサ等を備えた冷却装置から供給される水、フロン等の冷媒は、入口側の分岐パイプブロック５２により分岐されて、各電池モジュール１の冷却プレート１５に供給される。各電池モジュール１を構成する電池セル１０を熱伝導により冷却した冷媒は、気化された状態で、出口側の分岐パイプブロック５３で集合されて冷却装置のコンプレッサに入力される。
以上の通り、本発明に実施形態１として示す蓄電モジュール１および蓄電装置１００は、冷却プレート１５の表面側および裏面側に電池セル１０をｙ（長さ）方向に配列するので、冷却効率を向上することができ、且つ、全体を小型化することができる。
電池セル１０をｚ（高さ）方向に、セル分割プレート２０を介装して複数段に積層するので、一層、冷却効率を向上する。
電池セル１０を、熱伝導部材１６を介装して冷却プレート１５に熱的に結合するので、冷却プレート１５が結露した場合でも、電池セル１０相互の短絡を防止することができる。
冷却プレート１５と各電池セル１０の底面１１４Ｂとの間に電池セル取付板１７を介装するので、熱導電部材１６の圧縮率が永久歪を生じない範囲内にする管理が容易である。
クリップ３０を、端子カバー２５とエンドプレート２１の屈曲部２１ａを跨いで押し込むだけで電池セル１０の底面１１４Ｂを熱伝導部材１６に押し付けることができるので組立が容易であると共に、電池セル１０を冷却することに対する信頼性を向上する。
なお、上記実施形態では、エンドプレート２１を直接、電池セル１０の上面に配した構造であるが、電池セル１０とエンドプレート２１との間に絶縁性のプレートを介装するようにしてもよい。このようにすれば、エンドプレート２１として、アルミニウム、アルミダイカスト、銅、鉄等の金属製材料を用いることができる。
また、端子カバー２５をエンドプレート２１側に引き寄せる弾性部材としてクリップ３０を用いた構造を採用した。しかし、クリップ３０以外の弾性部材を用いることができる。例えば、端子カバー２５とエンドプレート２１間に引っ張りばねを張架するとか、カバー２８をエンドプレート２１に固定し、カバー２８に端子カバー２５を付勢する圧縮ばね、板ばね、皿ばね等を取り付けるようにしてもよい。
また、弾性部材を用いる構造ではなく、締結部材によりエンドプレート２１側に押し付ける構造としてもよい。このような構造の一例を実施形態２として説明する。
--実施形態２--
図１７は本発明の蓄電モジュール１Ａの実施形態２を示す正面図であり、図１８は図１７に図示された蓄電モジュール１Ａにおける冷却プレート１５と電池セル１０との取付構造を示す図である。
図１７に図示される如く、実施形態２の蓄電モジュール１Ａは、実施形態１において用いられていたクリップ３０を有していない。
上・下部に配置されたエンドプレート２１Ａは、電池セル１０の先端よりも前方に延びており、両側縁部に開口部２１ｂが形成されている。
各電池セル１０の先端側には、エンドプレート２１Ａの開口部２１ｂより径の大きい貫通穴を有する押え板５５が配置されている。上・下のエンドプレート２１Ａの間には、押え板５５の貫通穴に挿通されたカラー２３が配置されている。カラー２３にはエンドプレート２１Ａの開口部２１ｂよりも大きい径の貫通孔が形成されている。また、バッテリケース５にも開口部５ａが形成されており、スタッドボルト６が、バッテリケース５の開口部５ａから、下部側のエンドプレート２１Ａの開口部穴２１ｂ、カラー２３、上部側のエンドプレート２１Ａの開口部２１ｂに挿通され、上部側のエンドプレート２１Ａの上面から突き出している。このスタッドボルト６の突出部に皿ばね付きナット２４が締結されている。
エンドプレート２１Ａの開口部２１ｂの径は、スタッドボルト６の径よりも大きく形成されており、スタッドボルト６に皿ばね付きナット２４を仮締結した後、カラー２３と共に各電池セル１０を冷却プレート１５側に変位することができる。
つまり、実施形態２においては、スタッドボルト６と皿ばね付きナット２４とにより、各電池セル１０を仮留めしておき、押え板５５を外方から押圧して、カラー２３と共に各電池セル１０を冷却プレート１５側に押し当て、皿ばね付きナット２４を本締めして組み付ける。この場合、図１８に図示されるように、各電池セル１０の底面１１４Ｂは、冷却プレート１５の表面または裏面に直接接触する。すなわち、実施形態１の如く、熱伝導性部材１６を介在していない。
このような実施形態２においても、実施形態１の場合と同様な効果を奏することができる。また、熱伝導性部材１６および電池セル取付板１７を用いない構造であるので、実施形態１の場合より、生産性が向上し、安価にすることができる。
--実施形態３--
図１９〜図２１は、本発明の蓄電モジュールの実施形態３を示す。
図１９は、冷却プレート１５Ａと電池セル１０との結合構造を示す斜視図であり、図２０は、冷却プレート１５Ａと１個の電池セル１０との結合構造を示す平面図であり、図２１は冷却プレート１５Ａと３個の電池セル１０との結合構造を示す平面図である。
実施形態３においては、冷却プレート１５Ａにおける、各電池セル１０との接触箇所に凹部１５ｃが形成されている。凹部１５ｃは、冷却プレート１５Ａの高さ全体に亘り形成されており、凹部１５ｃ内には熱伝導性部材１６が収容されている。各電池セル１０は、底面１１４Ｂが冷却プレート１５Ａの表面または裏面に直接接触した状態で、熱伝導性部材１６に接触している。
凹部１５ｃの深さは、熱伝導性部材１６に電池セル１０を接触させる前・後における熱伝導性部材１６の圧縮率が、熱伝導性部材１６に永久歪を生じさせないような寸法とする。
実施形態３においても、実施形態１の場合と同様な効果を奏する。また、電池セル取付板１７を用いない構造であるので、実施形態１の場合より生産性が向上する。
--実施形態４--
図２２および図２３は、本発明の蓄電モジュールの実施形態４を示す。
図２２は、冷却プレート１５Ｂの斜視図であり、図２３は、図２２のＸＸＩＩＩ―ＸＸＩＩＩ線で切断した部分の拡大断面図である。
図２２に図示される如く、冷却プレート１５Ｂには、それぞれが、高さ方向の全長に亘って延出された直線状の溝１５ｄが複数個形成されている。各溝１５ｄの断面形状は、図２３に図示されるように、半円形状である。
冷却プレート１５と電池セル１０とを熱伝導性部材１６を介在して熱伝導可能に結合する構造の場合、熱伝導性部材１６を冷却プレート１５に貼り付ける際、間に空気溜りができることがある。空気は熱伝導率が低く、冷却プレート１５による電池セル１０の冷却にばらつきが生じる。溝１５ｄは、熱伝導性部材１６に巻き込まれる空気を逃がす機能を有する。
溝１５ｄを有する冷却プレート１５Ｂは、熱伝導性部材１６に巻き込まれる空気を逃がすことにより電池セル１０の冷却のばらつきを低減することができる。また、冷却プレート１５Ｂに結露が発生した場合においても、溝１５ｄに結露を落とすことができる。この溝１５ｄを有する冷却プレート１５Ｂの構造は、実施形態１および３に用いられる冷却プレート１５および１５Ａに適用することが可能である。
なお、溝１５ｄの形状は、直線状でなく、波型にしたりジグザグ形状にしたり、種々、変形することが可能である。また、冷却プレート１５の全高さに亘る溝に連結される枝葉の溝を組み合わせてもよい。枝葉の溝は、延出方向を冷却プレート１５の高さ方向に交差する方向としてもよく、冷却プレート１５の端部まで延出しなくてもよい。また、溝１５ｄの断面形状は、半円形状に限られるものではなく、コーナー部に円弧部または面取り部を有する矩形形状、Ｖ字形状、台形形状等、種々、変形することができる。
--実施形態５--
図２４は、本発明の実施形態５に係り、蓄電モジュールに用いられる冷却プレートの断面図である。
実施形態５の冷却プレート１５は、冷却ブロック１５ａに設けられるパイプ１５ｂが、図１におけるｙ（長さ）方向において蛇行している。電池セル１０が冷却プレート１５の高さ方向に複数段に配列される構造では、冷媒が流通するパイブ１５ｂが配置された中央部と、高さ方向における端部とでは、温度にばらつきが生じる。パイプ１５ｂを蛇行させることにより、冷却ブロック１５の高さ方向における温度差を低減することができる。
実施形態５に示す冷却プレート１５の構造は、実施形態１〜４いずれの蓄電モジュール対しても適用が可能である。
なお、蛇行の回数は、図２４に図示された１回に限られるものではなく、複数回とすることができる。
--実施形態６--
図２５は、本発明の実施形態６に係り、図２５（ａ）は冷却プレートの側面図、図２５（ｂ）は冷却プレートの正面図である。
実施形態６に示された冷却プレート１５Ｃは、冷却タンク６１とタンクカバー６２から構成される。冷却タンク６１は、入口側および出口側に近接する両側部から、交互に、長さ方向に延出された隔壁６１ａ、６１ｂを有する。一方の側部から他方の側部に向けて延出された隔壁６１ａは、他方の側部に達する手前で終端している。他方の側部から一方の側部に向けて延出された隔壁６１ｂは、一方の側部に達する手前で終端している。隔壁６１ａと６１ｂとは、交互に延出されており、その間に、冷媒が流通する流路が形成されている。
冷却タンク６１には、流入用パイプ６１ｃと流出用パイプ６１ｄが形成されている。隔壁６１ａ、６１ｂおよび流入・流出用パイプ６１ｃ、６１ｄは、一体に成型される。タンクカバー６２は、冷却タンク６１にねじ留めされる。
実施形態６の冷却プレート１５Ｃは、冷却プレート１５Ｃの高さ全体に亘り冷媒流路が形成されているので、冷却プレート１５Ｃの温度分布をほぼ均一にすることができる。
実施形態５に示す冷却プレート１５の構造は、実施形態１〜４いずれの蓄電モジュール対しても適用が可能である。
（変形例１）
図２６に図示された冷却プレート１５Ｄは、図２５に図示された冷却プレート１５Ｃの変形例である。
冷却プレート１５Ｄは、冷却プレート１５Ｃが有する隔壁６１ａ、６１ｂに換えて、多数のピン６１ｅを有する。各ピン６１ｅの間が、冷媒が流通する流路である。その他は、図２５と同様な構成である。
変形例１に示す冷却プレート１５Ｄにおいても、冷却プレート１５Ｄの高さ全体に亘り冷媒流路が形成されているので、冷却プレート１５Ｄの温度分布をほぼ均一にすることができる。
（変形例２）
図２７に図示された冷却プレート１５Ｅは、図２５に図示された冷却プレート１５Ｃの第２の変形例である。
冷却プレート１５Ｅは、冷却プレート１５Ｃが有する隔壁６１ａ、６１ｂに換えて、多数のフィン６１ｆを有する。各フィン６１ｆの間が、冷媒が流通する流路である。その他は、図２５と同様な構成である。
変形例２に示す冷却プレート１５Ｅにおいても、冷却プレート１５Ｅの高さ全体に亘り冷媒流路が形成されているので、冷却プレート１５Ｅの温度分布をほぼ均一にすることができる。
--参考実施形態１--
図２８は、本発明の蓄電モジュールの参考実施形態１を示し、冷却プレート１５と電池セル１０との結合構造を示す斜視図である。
実施形態７においては、電池セル１０は、正極出力部１０８と負極出力部１０７とを冷却プレート１０の高さ方向に沿って配置されている。つまり、電池セル１０は、実施形態１の場合とは、９０°異なる向きに配置されている。
この配置で、複数の電池セル１０が、冷却プレート１５の長さ方向に沿って、並行して配列されている。この配列の場合、各電池セル１０のｙ（長さ）方向の寸法は小さいので、冷却プレート１５のｙ（長さ）方向の寸法を小さくすることができる。また、電池セル１０が、冷却プレート１５のｙ（長さ）方向に並列に配列されており、冷却プレート１５内を流通する冷媒の流路に対して、すべての電池セル１０が同じ位置で熱交換されるので、各電池セル１０に対して冷却のばらつきが殆ど生じない。
この参考実施形態１において、熱伝導性部材１６を用いる構造としてもよいし、熱伝導性部材１６を用いない構造としてもよい。熱伝導性部材１６を用いる場合、図１０に図示されるような電池セル取付板１７を用いる構造、または図１９〜２１に図示されるような冷却プレート１５に凹部を設ける構造のいずれも適用することができる。また、冷却プレート１５として、実施形態４〜６に記載したいずれかの構造を採用することも可能である。
--参考実施形態２--
実施形態１〜７は、電池セル１０として、角形二次電池を用いた蓄電モジュールに関するものであった。これに対し、参考実施形態２は、円筒形二次電池を用いた蓄電モジュールの構造を示す。
図２９は、円筒形電池セル１１と冷却プレート１５Ｆとの熱伝達可能な結合構造を示す平面図である。
冷却プレート１５Ｆには、表面側および裏面側に、それぞれ、複数の凹部６４が形成されている。凹部６４の深さは、円筒形電池セル１１の先端部が収容される程度であり、凹部６４の冷却プレート１５Ｆの長さ方向に沿う長さは、円筒形電池セル１１を、２個を一対として収容可能な大きさである。
各凹部６４の底面には、熱伝導性部材１６が貼り付けられている。円筒形電池セル１１は、２個を一対として正極端子と負極端子（電池缶の缶底）とが、逆向きに配置され、一方の円筒形電池セル１１の正極端子と、他方の円筒形電池セル１１の電池缶の缶底とがブスバー２６により接続されている。ブスバー２６は、このように、一方の円筒形電池セル１１の正極端子と、他方の円筒形電池セル１１の電池缶の缶底とを接続した状態で熱伝導性部材１６の外面に押付けられている。
冷却プレート１５Ｆとは反対側に位置する各円筒形電池セル１１の正極端子または電池缶の缶底は、一対となる円筒形電池セル１１の隣接するもの同士が、ブスバー２６により接続されている。このようにして、冷却プレート１５Ｆの表面側または裏面側の一方に配列された円筒形電池セル１１は、いずれも、すべてが直列に接続されている。
図２９では、円筒形電池セル１１は、１段分しか図示されていないが、実施形態１の如く、円筒形電池セル１１は、複数段に亘って配列されている。
冷却プレート１５Ｆが導電性材料で形成されている場合には、熱伝導性部材１６は絶縁性の材料により形成する必要がある。冷却プレート１５Ｆが非導電性材料で形成されている場合には、熱伝導性部材１６は、導電性の材料で形成されているものを用いることが可能である。
参考実施形態２に示す円筒形電池セル１１を用いた蓄電モジュールにおいても、冷却プレート１５Ｆの表面側および裏面側に複数の円筒形電池セル１１を配列するので、冷却効率を向上することができ、且つ、全体を小型化することができる。
円筒形電池セル１１を複数段に配列することにより、一層、冷却効率を向上する。
円筒形電池セル１１を、熱伝導部材１６を介装して冷却プレート１５Ｆに熱的に結合するので、冷却プレート１５Ｆが結露した場合でも、円筒形電池セル１１の相互の短絡を防止することができる。
なお、図示はしないが、円筒形電池セル１１を熱伝導性部材１６に押付けるため、実施形態１に示すクリップ３０を用いる構造を適用したり、実施形態２に示すスタッドボルト６とナット２４等の締結部材を用いる構造を適用したりすることができる。また、冷却プレート１５Ｆとして、実施形態４〜６に記載したいずれかの構造を適用することも可能である。
以上の通り、本発明の各実施形態に示された蓄電モジュールにおいては、冷却プレート１５の表面側および裏面側に複数の円筒形電池セル１０または１１を配列するので、冷却効率を向上することができ、且つ、全体を小型化することができるという効果を奏する。
なお、上記実施形態では、電池セル１０として、リチウムイオン二次電池を用いた場合で説明したが、この発明の蓄電モジュールおよび蓄電装置は、リチウム電池セルに限られるものではなく、ニッケル水素電池セル、ニッケルカドミウム電池セルなど、他の二次電池を用いて構成することができる。
その他、本発明の蓄電モジュールは、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、表面と裏面を有する所定の厚さを有し、表面及び裏面が取付面に対してほぼ垂直になるように配置され、内部を流通する冷媒により、表面および裏面を冷却面とする冷却プレートと、冷却プレートの表面と熱伝導可能に結合され、冷却プレートにより冷却される複数の角形の電池セルが、各電池セルの缶底面を冷却プレートの表面側に向けた状態で、取付面に対して垂直方向に複数段に積層され、かつ冷却プレートに沿って配列された第１の電池列と、冷却プレートの裏面と熱伝導可能に結合され、冷却プレートにより冷却される複数の角形の電池セルが、各電池セルの缶底面を冷却プレートの裏面側に向けた状態で、取付面に対して垂直方向に複数段に積層され、かつ冷却プレートに沿って配列された第２の電池列と、第１および第２の電池列の電池セルの積層方向の一方側および他方側に配置されて第１および第２の電池列を覆う一対のエンドプレートと、第１の電池列の冷却プレートとは反対側に配列された第１の端子カバーと、第２の電池列の冷却プレートとは反対側に配列された第２の端子カバーと、一対のエンドプレートを介して第１の電池列における電池セルおよび第２の電池列における電池セルを、冷却プレートと共に固定する第１の固定手段と、第１および第２の端子カバーを介して、第１の電池列における電池セルおよび第２の電池列における電池セルを、それぞれ、冷却プレートの表面および裏面に押し付ける第２の固定手段と、を備えるものであればよい。
また、本発明の蓄電装置は、上記の蓄電モジュールを複数個有し、各蓄電モジュールの冷却プレートが、冷媒が分岐されるように配管により相互に連結されているものであればよい。
１ 蓄電モジュール
１０ 電池セル
１１ 円筒形電池セル
１５、１５Ａ〜１５Ｆ 冷却プレート
１６ 熱伝導性部材
１７ 電池セル取付板
２０ セル分割プレート
２１ エンドプレート
２５ 端子カバー
２６ ブスバー
２８ カバー
３０ クリップ
１００ 蓄電装置

Claims (10)

  1. 表面と裏面を有する所定の厚さを有し、前記表面及び前記裏面が取付面に対してほぼ垂直になるように配置され、内部を流通する冷媒により、前記表面および前記裏面を冷却面とする冷却プレートと、
    前記冷却プレートの前記表面と熱伝導可能に結合され、前記冷却プレートにより冷却される複数の角形の電池セルが、前記各電池セルの缶底面を前記冷却プレートの前記表面側に向けた状態で、取付面に対して垂直方向に複数段に積層され、かつ前記冷却プレートに沿って配列された第１の電池列と、
    前記冷却プレートの前記裏面と熱伝導可能に結合され、前記冷却プレートにより冷却される複数の角形の電池セルが、前記各電池セルの缶底面を前記冷却プレートの前記裏面側に向けた状態で、取付面に対して垂直方向に複数段に積層され、かつ前記冷却プレートに沿って配列された第２の電池列と、
    前記第１および第２の電池列の前記電池セルの積層方向の一方側および他方側に配置されて前記第１および第２の電池列を覆う一対のエンドプレートと、
    前記第１の電池列の前記冷却プレートとは反対側に配列された第１の端子カバーと、
    前記第２の電池列の前記冷却プレートとは反対側に配列された第２の端子カバーと、

    前記一対のエンドプレートを介して前記第１の電池列における前記電池セルおよび前記第２の電池列における前記電池セルを、前記冷却プレートと共に固定する第１の固定手段と、
    前記第１および第２の端子カバーを介して、前記第１の電池列における前記電池セルおよび前記第２の電池列における前記電池セルを、それぞれ、前記冷却プレートの前記表面および前記裏面に押し付ける第２の固定手段と、を備えることを特徴とする蓄電モジュール。
  2. 請求項１に記載の蓄電モジュールにおいて、さらに、積層された前記電池セル間に配列されたセル分割プレートを有することを特徴とする蓄電モジュール。
  3. 請求項１または２に記載の蓄電モジュールにおいて、前記第１の固定手段は、締結部材を含み、前記第２の固定手段は、前記エンドプレートに前記第１および第２の端子カバーを、それぞれ、連結する弾性部材を含むことを特徴とする蓄電モジュール。
  4. 請求項１または２に記載の蓄電モジュールにおいて、前記第１の固定手段は、前記第１および第２の端子カバーを介して前記第１および第２の電池列における前記電池セルを、それぞれ、前記冷却プレートの前記表面および前記裏面に押し付ける前記第２の固定手段を兼用する締結部材を含むことを特徴とする蓄電モジュール。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の蓄電モジュールにおいて、前記電池セルの前記缶底面と反対側は、前記電池セルの正極および負極端子面であることを特徴とする蓄電モジュール。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の蓄電モジュールにおいて、前記冷却プレートの前記表面と前記各電池セルの前記缶底面との間、および、前記冷却プレートの前記裏面と前記各電池セルの前記缶底面との間に、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の伝熱媒体が介装されていることを特徴とする蓄電モジュール。
  7. 請求項６に記載の蓄電モジュールにおいて、前記伝熱媒体は熱伝導性シート、熱伝導性ゲルまたは熱伝導性接着剤のいずれかにより形成されていることを特徴とする蓄電モジュール。
  8. 請求項６または７に記載の蓄電モジュールにおいて、前記冷却プレートに前記各電池セルのコーナー部を保持する所定の厚さを有する絶縁部材が介装され、前記伝熱媒体は、前記絶縁部材の厚さに対応する厚さに圧縮された状態で前記冷却プレートと前記各電池セルの前記缶底面とに接触していることを特徴とする蓄電モジュール。
  9. 請求項６または７に記載の蓄電モジュールにおいて、前記冷却プレートの前記表面および前記裏面に前記各電池セルの前記缶底面より小さい幅の凹部が形成されており、前記伝熱媒体は、前記凹部内において、厚さ方向に圧縮された状態で前記冷却プレートと前記各電池セルの前記缶底面とに接触していることを特徴とする蓄電モジュール。
  10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載された蓄電モジュールを複数個有し、前記各蓄電モジュールの前記冷却プレートが、冷媒が分岐されるように配管により相互に連結されていることを特徴とする蓄電装置。
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