JP6003838B2 - 電池モジュールおよび電池モジュールを備えた電池パック - Google Patents
電池モジュールおよび電池モジュールを備えた電池パック Download PDFInfo
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Description
この発明は電池モジュールおよび電池モジュールを備えた電池パックに関し、特に、複数の電池セルと、複数の電池セルを一体化する拘束具を備えた電池モジュールおよび電池モジュールを備えた電池パックに関する。
複数の電池セルを拘束具によって拘束し、単一の電池モジュールとする構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
ところで、電池モジュールの近傍に、電池セルの状態を監視する電池監視ＥＣＵ（electronic control unit）又は、電池監視ＥＣＵに制御されるスイッチング素子を備えたスイッチング素子ユニットを設ける場合がある。
この場合、電池監視ＥＣＵ、スイッチング素子ユニットは作動時に発熱するため、電池監視ＥＣＵ、スイッチング素子ユニットからの熱が電池モジュールに悪影響を及ぼすおそれがある。
特に、電池監視ＥＣＵ、スイッチング素子ユニットが電池モジュールに取り付けられる場合、電池モジュールに悪影響を及ぼす可能性が高くなる。
この場合、電池監視ＥＣＵ、スイッチング素子ユニットは作動時に発熱するため、電池監視ＥＣＵ、スイッチング素子ユニットからの熱が電池モジュールに悪影響を及ぼすおそれがある。
特に、電池監視ＥＣＵ、スイッチング素子ユニットが電池モジュールに取り付けられる場合、電池モジュールに悪影響を及ぼす可能性が高くなる。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、電池モジュール近傍に電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方を配置する場合であっても、電池モジュールが電池監視ＥＣＵ、スイッチング素子ユニットから受ける熱の影響を低減することができる電池モジュールの提供にある。
上記の課題を解決するために、本発明は、並設された複数の電池セルと、前記複数の電池セルを一体化する拘束具と、を有する電池モジュールであって、前記複数の電池セルの状態を監視する電池監視ＥＣＵおよび該電池監視ＥＣＵにより制御されるスイッチング素子を備えたスイッチング素子ユニットの少なくとも一方は、前記拘束具に熱的に接合されることを特徴とする。
本発明では、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方が発熱しても、生じた熱は拘束具に放熱されるから、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方の放熱がスムーズに行われる。
したがって、電池モジュールが電池監視ＥＣＵ、スイッチング素子ユニットから受ける熱の影響を低減することができる。また、拘束具は、電池セルを拘束するだけでなく、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方の放熱のための部材として有効活用される。
本発明によれば、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方を放熱するための部材を別途設けることなく、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方の放熱を確実に図ることができる。
したがって、電池モジュールが電池監視ＥＣＵ、スイッチング素子ユニットから受ける熱の影響を低減することができる。また、拘束具は、電池セルを拘束するだけでなく、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方の放熱のための部材として有効活用される。
本発明によれば、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方を放熱するための部材を別途設けることなく、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方の放熱を確実に図ることができる。
また、上記の電池モジュールにおいて、前記複数の電池セルにおける並設方向両端に設けられる一対の板部材を有し、前記拘束具は、前記一対の板部材に接合される構成としてもよい。
拘束具が一対の板部材に接続され、一対の板部材および拘束具により構成される電池モジュールの場合でも、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方の放熱がスムーズに行われる。
拘束具が一対の板部材に接続され、一対の板部材および拘束具により構成される電池モジュールの場合でも、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方の放熱がスムーズに行われる。
また、本発明は、上記の電池モジュールと、該電池モジュールが収容されるケースとを有する電池パックであって、前記電池モジュールを前記ケースに固定するとともに前記拘束具と前記ケースとを熱的に接合させる固定部材を有することを特徴とする。
本発明では、拘束具の熱は、固定部材を通じてケースへ放熱される。
従って、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方の放熱をより促進することができる。
本発明では、拘束具の熱は、固定部材を通じてケースへ放熱される。
従って、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方の放熱をより促進することができる。
本発明によれば、電池モジュール近傍に電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方を配置する場合であっても、電池モジュールが電池監視ＥＣＵ、スイッチング素子ユニットから受ける熱の影響を低減す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。
以下、本発明の実施形態に係る電池パックについて図面を参照して説明する。
図１に示すように、電池パック１は、複数の電池セル１１を有する電池モジュール１０と、複数の電池セル１１の状態を監視する電池監視ＥＣＵ１４と、電池監視ＥＣＵ１４により制御されるスイッチング素子を備えたスイッチング素子ユニット１５と、電池モジュール１０、電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５を収容するケース１６とを備える。
電池モジュール１０は、並設された複数の電池セル１１と、複数の電池セル１１の並設方向両端にそれぞれ設けた一対の板部材１２と、複数の電池セル１１一体化する拘束具１３と、を備えている。
図１に示すように、電池パック１は、複数の電池セル１１を有する電池モジュール１０と、複数の電池セル１１の状態を監視する電池監視ＥＣＵ１４と、電池監視ＥＣＵ１４により制御されるスイッチング素子を備えたスイッチング素子ユニット１５と、電池モジュール１０、電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５を収容するケース１６とを備える。
電池モジュール１０は、並設された複数の電池セル１１と、複数の電池セル１１の並設方向両端にそれぞれ設けた一対の板部材１２と、複数の電池セル１１一体化する拘束具１３と、を備えている。
本実施形態の電池セル１１は、角型のリチウム電池であり、電池セル１１に備えられた電極１８が鉛直方向上側に突出するようにケース１６内に並設されている。
複数の電池セル１１の並設方向両端には、板部材１２がそれぞれ設けられている。
板部材１２には、螺子孔（図示せず）が形成されている。
複数の電池セル１１の並設方向両端には、板部材１２がそれぞれ設けられている。
板部材１２には、螺子孔（図示せず）が形成されている。
拘束具１３は、複数の電池セル１１を一体化するものである。
拘束具１３は、鉄系材料により形成されており、熱マスとして機能するための十分な熱容量を有している。
本実施形態の拘束具１３は、長尺状の板材であり、図２に示すように、矩形状の本体部２０と、本体部２０の長手方向両端付近から本体部２０の厚さ方向に延設する連結部２１を備えている。
拘束具１３の本体部２０および連結部２１には、ボルト挿通孔（図示せず）がそれぞれ形成されている。
拘束具１３の連結部２１は、連結部２１のボルト挿通孔が板部材１２の螺子孔と連通可能なように、一対の板部材１２における電池セル１１が設けられる面と反対側の面と当接して設けられる。
拘束具１３のボルト挿通孔および板部材１２の螺子孔には、ボルト１９が挿通され、ボルト１９はネジ止めされる。これにより、拘束具１３の連結部２１から板部材１２の電池セル１１が設けられる面とは反対側の面に対し加圧力が加えられることで複数の電池セル１１は一体化され、複数の電池セル１１、一対の板部材１２および拘束具１３により構成される電池モジュール１０が完成する。
なお、本実施形態では、４個の拘束具１３が配設されている。
拘束具１３は、鉄系材料により形成されており、熱マスとして機能するための十分な熱容量を有している。
本実施形態の拘束具１３は、長尺状の板材であり、図２に示すように、矩形状の本体部２０と、本体部２０の長手方向両端付近から本体部２０の厚さ方向に延設する連結部２１を備えている。
拘束具１３の本体部２０および連結部２１には、ボルト挿通孔（図示せず）がそれぞれ形成されている。
拘束具１３の連結部２１は、連結部２１のボルト挿通孔が板部材１２の螺子孔と連通可能なように、一対の板部材１２における電池セル１１が設けられる面と反対側の面と当接して設けられる。
拘束具１３のボルト挿通孔および板部材１２の螺子孔には、ボルト１９が挿通され、ボルト１９はネジ止めされる。これにより、拘束具１３の連結部２１から板部材１２の電池セル１１が設けられる面とは反対側の面に対し加圧力が加えられることで複数の電池セル１１は一体化され、複数の電池セル１１、一対の板部材１２および拘束具１３により構成される電池モジュール１０が完成する。
なお、本実施形態では、４個の拘束具１３が配設されている。
電池モジュール１０は、箱型のケース１６に収容されている。
本実施形態のケース１６は箱型であるが、図１〜図３では、説明の便宜上、ケース１６の底板２３のみを実線にて示し、底板２３以外の部位を二点鎖線により示す。
電池モジュール１０は、固定部材１７によりケース１６に固定されている。
固定部材１７は、強度と熱伝導性に優れた鉄系材料により形成されている。
本実施形態の固定部材１７は、ケース１６の底板２３側の端部が屈曲された略Ｌ字上の板材であり、ボルト２２により拘束具１３の本体部２０および底板２３と連結されている。
本実施形態では、４個の固定部材１７により、電池モジュール１０を底板２３に固定している。
拘束具１３と固定部材１７は熱的に接合されており、また、ケース１６と固定部材１７は熱的に接合されている。
従って、拘束具１３、固定部材１７およびケース１６との間では、互いに熱移動が可能である。
本実施形態のケース１６は箱型であるが、図１〜図３では、説明の便宜上、ケース１６の底板２３のみを実線にて示し、底板２３以外の部位を二点鎖線により示す。
電池モジュール１０は、固定部材１７によりケース１６に固定されている。
固定部材１７は、強度と熱伝導性に優れた鉄系材料により形成されている。
本実施形態の固定部材１７は、ケース１６の底板２３側の端部が屈曲された略Ｌ字上の板材であり、ボルト２２により拘束具１３の本体部２０および底板２３と連結されている。
本実施形態では、４個の固定部材１７により、電池モジュール１０を底板２３に固定している。
拘束具１３と固定部材１７は熱的に接合されており、また、ケース１６と固定部材１７は熱的に接合されている。
従って、拘束具１３、固定部材１７およびケース１６との間では、互いに熱移動が可能である。
電池監視ＥＣＵ１４は、電池セル１１の状態を監視するための電子部品（図示せず）および電子部品を固定する基板（図示）等を備えている。
電池監視ＥＣＵ１４は、複数の電池セル１１の状態を監視するとともに、スイッチング素子ユニット１５が備えるスイッチング素子（図示せず）を制御する。
スイッチング素子ユニット１５は、電池監視ＥＣＵ１４により制御される複数のスイッチング素子を備えている。本実施形態のスイッチング素子はＭＯＳＦＥＴである。
電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５は、拘束具１３に並んで固定されている。
電池監視ＥＣＵ１４とスイッチング素子ユニット１５は拘束具１３に対して熱的に接合されている。電池監視ＥＣＵ１４と拘束具１３との接合面は、電池監視ＥＣＵ１４からの熱を拘束具１３へ放熱しやすいように可能な限り大きな面積に設定されている。
同様に、スイッチング素子ユニット１５と拘束具１３との接合面も、スイッチング素子ユニット１５からの熱を拘束具１３へ放熱しやすいように可能な限り大きな面積に設定されている。
電池監視ＥＣＵ１４は、複数の電池セル１１の状態を監視するとともに、スイッチング素子ユニット１５が備えるスイッチング素子（図示せず）を制御する。
スイッチング素子ユニット１５は、電池監視ＥＣＵ１４により制御される複数のスイッチング素子を備えている。本実施形態のスイッチング素子はＭＯＳＦＥＴである。
電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５は、拘束具１３に並んで固定されている。
電池監視ＥＣＵ１４とスイッチング素子ユニット１５は拘束具１３に対して熱的に接合されている。電池監視ＥＣＵ１４と拘束具１３との接合面は、電池監視ＥＣＵ１４からの熱を拘束具１３へ放熱しやすいように可能な限り大きな面積に設定されている。
同様に、スイッチング素子ユニット１５と拘束具１３との接合面も、スイッチング素子ユニット１５からの熱を拘束具１３へ放熱しやすいように可能な限り大きな面積に設定されている。
次に、本実施形態に係る電池モジュール１０における電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５の放熱について説明する。
電池モジュール１０の充放電時には、電池監視ＥＣＵ１４が複数の電池セル１１の状態を監視するとともに、電池セル１１の状態に応じてスイッチング素子ユニット１５のスイッチング素子を制御する。
スイッチング素子ユニット１５のスイッチング素子は、電池監視ＥＣＵ１４により制御され、ＯＮ・ＯＦＦのスイッチング動作を行う。
電池モジュール１０の充放電時には、電池監視ＥＣＵ１４が複数の電池セル１１の状態を監視するとともに、電池セル１１の状態に応じてスイッチング素子ユニット１５のスイッチング素子を制御する。
スイッチング素子ユニット１５のスイッチング素子は、電池監視ＥＣＵ１４により制御され、ＯＮ・ＯＦＦのスイッチング動作を行う。
電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５は作動により発熱するが、電池監視ＥＣＵ１４から発せられた熱は、拘束具１３へ放熱される。
同様に、スイッチング素子ユニット１５から発せられた熱も、拘束具１３へ放熱される。
拘束具１３への放熱により電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５は過度に温度上昇することはない。
さらに、拘束具１３の熱は、周囲の空気に放熱されるとともに、固定部材１７を介してケース１６に放熱され、拘束具１３の放熱が促される。
同様に、スイッチング素子ユニット１５から発せられた熱も、拘束具１３へ放熱される。
拘束具１３への放熱により電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５は過度に温度上昇することはない。
さらに、拘束具１３の熱は、周囲の空気に放熱されるとともに、固定部材１７を介してケース１６に放熱され、拘束具１３の放熱が促される。
本実施形態に係る電池モジュール１０は以下の作用効果を奏する。
（１）電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５が発熱しても、生じた熱は拘束具１３に放熱されるから、電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５の放熱がスムーズに行われる。従って、電池モジュール１０が電池監視ＥＣＵ１４、スイッチング素子ユニット１５から受ける熱の影響を低減することができる。また、拘束具１３は、複数の電池セル１１を拘束するだけでなく、電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５の放熱のための部材として有効活用される。従って、電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５を放熱するための部材を別途設けることなく、電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５の放熱を確実に図ることができる。
（１）電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５が発熱しても、生じた熱は拘束具１３に放熱されるから、電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５の放熱がスムーズに行われる。従って、電池モジュール１０が電池監視ＥＣＵ１４、スイッチング素子ユニット１５から受ける熱の影響を低減することができる。また、拘束具１３は、複数の電池セル１１を拘束するだけでなく、電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５の放熱のための部材として有効活用される。従って、電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５を放熱するための部材を別途設けることなく、電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５の放熱を確実に図ることができる。
（２）拘束具１３の熱は、固定部材１７を通じてケース１６へ放熱される。従って、電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５の放熱をより促進することができる。
（３）固定部材１７は、拘束された複数の電池セル１１をケース１６に固定するだけでなく、ケース１６を電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５の放熱のための部材として有効活用させることができる。
（３）固定部材１７は、拘束された複数の電池セル１１をケース１６に固定するだけでなく、ケース１６を電池監視ＥＣＵ１４およびスイッチング素子ユニット１５の放熱のための部材として有効活用させることができる。
上記の実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○ 上記の実施形態の複数の電池セル１１は、拘束具１３の連結部２１から板部材１２の電池セル１１が設けられる面とは反対側の面に対し加圧力が加えられ、一体化されているが、これに限らず、例えば、板部材１２を省略し、複数の電池セルからなる電池セル群の周囲を覆う筒状の拘束具によって一体化されてもよい。
○ 上記の実施形態では、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの両方が拘束具に固定される電池モジュールを例示したが、本発明では、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方が拘束具に熱的に接合されていればよい。特に、電池監視ＥＣＵと比較して発熱が大きいスイッチング素子ユニットを優先的に拘束具に熱的に接合させることが好ましい。
○ 上記の実施形態では、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの両方が、同じ拘束具に固定されたが、この限りではない。例えば、異なる拘束具に電池監視ＥＣＵ、スイッチング素子ユニットそれぞれを固定するようにしてもよい。また、拘束具の数や形状は特に限定されない。さらに、拘束具の材料は鉄系材料以外の金属材料でもよく、あるいは、強度および熱容量の面において条件を満たす材料であれば樹脂材料等の金属材料以外でもよい。
○ 拘束具を配設する位置を、電池セルの底面や上面（電極が設けられる面）に配設するようにしてもよい。上記の実施形態では電極が鉛直方向上方に突出するように電池セルをケース内に収容したが、電池セルの収容向きは自由であり制限されない。
○ 上記の実施形態では、拘束具の熱が固定部材を介してケースへ放熱される構成としたが、拘束具の熱が固定部材を介してケースへ放熱されることは必須の要件ではない。例えば、拘束具と拘束具の周囲の空気との熱交換により放熱するようにしてもよい。さらに、拘束具にフィン（図示せず）を設けるようにしてもよく、拘束具にフィンを設けることにより、フィンを通じて拘束具の放熱を促進させることができる。
○ 上記の実施形態では、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの両方が拘束具に固定される電池モジュールを例示したが、本発明では、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの少なくとも一方が拘束具に熱的に接合されていればよい。特に、電池監視ＥＣＵと比較して発熱が大きいスイッチング素子ユニットを優先的に拘束具に熱的に接合させることが好ましい。
○ 上記の実施形態では、電池監視ＥＣＵおよびスイッチング素子ユニットの両方が、同じ拘束具に固定されたが、この限りではない。例えば、異なる拘束具に電池監視ＥＣＵ、スイッチング素子ユニットそれぞれを固定するようにしてもよい。また、拘束具の数や形状は特に限定されない。さらに、拘束具の材料は鉄系材料以外の金属材料でもよく、あるいは、強度および熱容量の面において条件を満たす材料であれば樹脂材料等の金属材料以外でもよい。
○ 拘束具を配設する位置を、電池セルの底面や上面（電極が設けられる面）に配設するようにしてもよい。上記の実施形態では電極が鉛直方向上方に突出するように電池セルをケース内に収容したが、電池セルの収容向きは自由であり制限されない。
○ 上記の実施形態では、拘束具の熱が固定部材を介してケースへ放熱される構成としたが、拘束具の熱が固定部材を介してケースへ放熱されることは必須の要件ではない。例えば、拘束具と拘束具の周囲の空気との熱交換により放熱するようにしてもよい。さらに、拘束具にフィン（図示せず）を設けるようにしてもよく、拘束具にフィンを設けることにより、フィンを通じて拘束具の放熱を促進させることができる。
１ 電池パック
１０ 電池モジュール
１１ 電池セル
１２ 板部材
１３ 拘束具
１４ 電池監視ＥＣＵ
１５ スイッチング素子ユニット
１６ ケース
１７ 固定部材
１８ 電極
１９、２２ ボルト
２０ 本体部
２１ 連結部
２３ 底板
１０ 電池モジュール
１１ 電池セル
１２ 板部材
１３ 拘束具
１４ 電池監視ＥＣＵ
１５ スイッチング素子ユニット
１６ ケース
１７ 固定部材
１８ 電極
１９、２２ ボルト
２０ 本体部
２１ 連結部
２３ 底板
Claims (3)
- 並設された複数の電池セルと、
前記複数の電池セルを一体化する拘束具と、を有する電池モジュールであって、
前記複数の電池セルの状態を監視する電池監視ＥＣＵおよび該電池監視ＥＣＵにより制御されるスイッチング素子を備えたスイッチング素子ユニットの少なくとも一方は、前記拘束具に熱的に接合されることを特徴とする電池モジュール。 - 前記複数の電池セルにおける並設方向両端に設けられる一対の板部材を有し、
前記拘束具は、前記一対の板部材に接合されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。 - 請求項１又は請求項２に記載された電池モジュールと、該電池モジュールが収容されるケースとを有する電池パックであって、
前記電池モジュールを前記ケースに固定するとともに前記拘束具と前記ケースとを熱的に接合させる固定部材を有することを特徴とする電池パック。
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