JP6130916B2

JP6130916B2 - 組電池

Info

Publication number: JP6130916B2
Application number: JP2015527222A
Authority: JP
Inventors: 季之本橋; 大塚　隆; 隆大塚; 哲佐久間; 達生川口; 下野園　均; 均下野園; 義人園生; 花田　知之; 知之花田
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: JPWO2015008563A1; US20160141735A1; CN105359331A; CN105359331B; WO2015008563A1; US10153526B2

Description

本発明は、複数の電池セルを筐体に収容して構成される組電池に関する。

単電池（電池セル）を複数組み合わせた組電池が知られている。各電池セルは充電および放電により熱を発生するが、充放電特性を維持するために、電池セルの温度を適切に制御する必要がある。

このような組電池として、ＪＰ２０１０−１９２２０７Ａ及びＪＰ２０１１−４９１３９Ａには、複数の単電池の被支持面を支持する板状の支持部材と、該支持部材を冷却するペルチェ素子等からなる冷却手段とを備えるものが開示されている。

ＪＰ２０１１−２３２９６Ａには、組電池を設置する組電池設置部と単電池との間に、シート状、ゴム弾性状、ペーストまたはゲルからなる熱伝導部材を設けたものが開示されている。

これら特許文献に記載の従来の技術では、単電池の底部側に備えられるケース等の支持部材を介して、単電池の熱が外部に伝えられるように構成されている。この熱はケースの外部から冷却するように構成されている。

ＪＰ２０１１−２３２９６Ａに記載の従来の技術のように、熱伝導効率を高める目的で、単電池とケースとの間に、弾性または可塑性を有する熱伝導部材が設けられている。

このような構成において、単電池を積層した電池ユニットをケースに固定すると、電池ユニットがケース側に押圧されることで熱伝導部材が押圧される。熱伝導部材は、電池ユニットに押圧されることにより変形する。

電池ユニットとケースとの間で熱伝導部材が変形すると、電池ユニットとケースとの間の熱伝導部材の分布に偏りが生じる場合がある。偏って分布された熱伝導部材により、電池ユニットとケースとの間の押圧力が偏り、ケースの一部に過大な力が加わる可能性がある。これにより、ケースの強度や耐久性に問題が生じる可能性がある。

電池ユニットとケースとの間の押圧力の偏りにより、熱伝導部材が所望の圧縮率を得られない可能性がある。これにより、電池ユニットとケースとの間の熱伝導効率が低下し、所望の冷却性能を得られないという問題が生じる可能性がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、ケースの強度および耐久性を確保しつつ、且つ熱伝導効率をも確保できる組電池を提供することを目的とする。

本発明のある態様によると、複数の電池セルからなる電池モジュールを積層して構成される電池ユニットと、電池ユニットを収容する有底のケースと、ケースの底部にケースの外側から固定され、電池ユニットをケースの底部を介して冷却可能な板状の冷却プレートと、可塑性を有し、ケースの底部と冷却プレートとの間に挟持される第１伝熱材と、を備える組電池に適用される。ケースの底部は、冷却プレートがケースに固定された際に、余剰となる第１伝熱材を収容する伝熱材収容部を備え、電池ユニットとケースとの間に、熱を伝導する板状の熱伝導プレートを備え、電池ユニットと熱伝導プレートとの間に第２伝熱材が挟持され、熱伝導プレートとケースとの間に第３伝熱材が挟持され、熱伝導プレートは、第２伝熱材と第３伝熱材とが、熱伝導プレートの表側と裏側とで互いに移動可能な移動孔を第２伝熱材と第３伝熱材が配置されていない箇所に備えることを特徴とする。
また、本発明の別の態様によると、複数の電池セルからなる電池モジュールを積層して構成される電池ユニットと、電池ユニットを収容する有底のケースと、ケースの底部にケースの外側から固定され、電池ユニットをケースの底部を介して冷却可能な板状の冷却プレートと、可塑性を有し、ケースの底部と冷却プレートとの間に挟持される第１伝熱材と、を備え、第１伝熱材は、冷却プレートの、ケースの底面に接する側の面に、電池ユニットにおいて積層された電池モジュールと電池モジュールとが接する位置に対応して、複数箇所に分散して配置され、ケースの底部は、冷却プレートがケースに固定された際に、余剰となる第１伝熱材を収容する伝熱材収容部を第１伝熱材が配置されていない箇所に備えることを特徴とする。

図１は、本発明の実施形態の組電池の斜視図である。図２は、本発明の実施形態の組電池の分解斜視図である。図３は、本発明の実施形態の組電池の要部の断面図である。

以下に、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態の組電池１０の斜視図である。

組電池１０は、ケース３０に電池ユニット２０が収装されて構成される。ケース３０は、底部３１と、底部３１の周辺部を囲繞して立設する側部３２とを備える。図示しないが、ケース３０の上方にはケースを上方から覆う蓋部が備えられる。

電池ユニット２０は、複数の電池モジュール２１が積層されて構成される。電池モジュール２１は、図３で後述するように、複数の電池セル２２から構成され、電池モジュール２１の周囲には電池ケース２３が備えられる。

電池セル２２は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の充放電可能な二次電池で構成される。電池モジュール２１は、複数の電池セル２２によって構成される。電池モジュール２１が直列方向に多数積層されて、電池ユニット２０が構成される。電池モジュール２１は、積層方向にボルト等によって固定される。

図２は、本発明の実施形態の組電池１０の分解斜視図である。

組電池１０は、図２に示すような無蓋のケース３０に、電池ユニット２０が積載されて構成される。ケース３０の底部３１の外側には、電池ユニット２０を冷却するための冷却プレート４０が備えられる。

冷却プレート４０は、内部に媒体が流通する構造となっており、媒体により電池ユニット２０の熱を奪うことで電池ユニット２０の温度が必要以上に上昇しないように冷却する。冷却プレート４０は、媒体により電池ユニット２０に熱を与えることで電池ユニット２０の温度が必要以上に低下しないように加温する。冷却プレート４０は、例えば金属板を折り曲げ加工して内部に媒体の流路が形成された２枚の金属板が用いられ、外周に対してろう付けを施すことにより形成される。冷却プレート４０は、媒体入口４１と媒体出口４２とを備える。

冷却プレート４０は、ケース３０の外側から電池ユニット２０の熱を制御する。電池ユニット２０とケース３０との間、および、ケース３０と冷却プレート４０との間、それぞれに空隙を発生させず、熱伝導効率を大きくするように、第１伝熱材５１、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３、熱伝導プレート５０を備える。

具体的には、電池ユニット２０とケース３０との間に、熱伝導性の高い金属材質（例えばアルミニウム）から構成される熱伝導プレート５０を配設する。熱伝導プレート５０と、電池ユニット２０との間には、第２伝熱材５２が備えられる。熱伝導プレート５０とケース３０の底部３１との間にも、第３伝熱材５３が備えられる。ケース３０の底部３１の外側と、冷却プレート４０との間には、第１伝熱材５１が備えられる。

第１伝熱材５１、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３は、ケース３０の底部３１の外側と冷却プレート４０との間、および、電池ユニット２０と熱伝導プレート５０との間、熱伝導プレート５０とケース３０との間で、これらの隙間を埋め、熱伝導率を高くする。

第１伝熱材５１、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３は、例えば、シリコーン等の弾性を有する樹脂と、熱伝導を高めるための金属等のフィラーにより構成され、対象物に密着することで空気層を排除して、素材の熱伝導率の高さにより熱伝導性を高める。

組電池１０は、電池ユニット２０と、熱伝導プレート５０とをケース３０に載置してこれらをボルト等により固定し、さらに、ケース３０の底部３１の外側に冷却プレート４０をボルト等によって固定することによって構成される。電池ユニット２０、熱伝導プレート５０、ケース３０の底部３１および冷却プレート４０のそれぞれの間に第２伝熱材５２、第３伝熱材５３および第１伝熱材５１が備えられる。このような構成によって、電池ユニット２０と冷却プレート４０との間の熱伝導効率が向上し、冷却プレート４０を流通する媒体によって、電池ユニット２０の温度を適切に制御することができる。

ところで、組電池１０をこのように構成した場合は、次のような問題が発生する。

第１伝熱材５１、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３は、電池ユニット２０、熱伝導プレート５０、ケース３０の底部３１および冷却プレート４０のそれぞれを固定する際に圧縮される。電池ユニット２０と熱伝導プレート５０との間は、押圧された第２伝熱材５２が電池モジュール２１の間の隙間に入り込む余地がある。

一方で、熱伝導プレート５０とケース３０との間の第３伝熱材５３、および、ケース３０と冷却プレート４０との間の第１伝熱材５１は、電池ユニット２０を固定する際に押圧される。このとき、余剰の第３伝熱材５３、第１伝熱材５１が偏ることにより、特にこれらの間に存在するケース３０に偏った力が加わることになる。偏った力によりケース３０が変形する可能性があり、ケース３０の変形により、ケース３０の強度や耐久性が低下する可能性がある。電池ユニット２０とケース３０との間の偏った力により、第３伝熱材５３および第１伝熱材５１が所望の圧縮率を得られない可能性があり、電池ユニット２０と冷却プレート４０との間の熱伝導効率が低下する可能性がある。

そこで、本発明の実施形態では、次のような構成によって、第２伝熱材５２、第１伝熱材５１の偏りを防止して、ケース３０の強度および耐久性が低下することを防止しつつ、且つ熱伝導効率が低下することをも防止した。

図３は、本発明の実施形態の組電池１０の要部の断面図である。図３では、電池ユニット２０と、熱伝導プレート５０と、ケースの底部３１と、冷却プレート４０と、がそれぞれ接している部分の断面図を示す。図３の白抜き矢印は熱の移動を示し、黒矢印は伝熱材５１、５２、５３の移動の様子を示す。

電池ユニット２０は、複数の電池モジュール２１が積層されて構成される。各電池モジュール２１は、複数の電池セル２２と、複数の電池セル２２を収装する電池ケース２３とから構成される。電池ケース２３は、電池セル２２の熱を外部へと伝達する機能を有する。

電池セル２２は、図示しない電極タブの電気的な接続により、電池モジュール２１に備えられる正負二つの電極端子２４に接続される。

本実施形態では、前述のようなケース３０の変形を防止するため、第１伝熱材５１、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３の配置を、電池モジュール２１の電池ケース２３と熱伝導プレート５０とが接する部分付近のみとした。すなわち、電池ユニット２０の各電池モジュール２１の熱は電池ケース２３を介して伝わるため、この電池ケース２３と熱伝導プレート５０とが接する部分、すなわち、積層される電池モジュール２１と電池モジュール２１との境界付近に、第１伝熱材５１、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３を配置する。

このような構成により、第１伝熱材５１、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３を一様に配置した場合と比較して、伝熱材が移動する余地があるので、第１伝熱材５１、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３が偏ることが抑制され、ケース３０に偏った力が加わることが防止される。

本発明の実施形態では、熱伝導プレート５０に、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３が移動可能にスリット５０ａを形成した。スリット５０ａは、熱伝導プレート５０の表側の第２伝熱材５２と裏側の第３伝熱材５３とが、相互に移動することを許容する。

このような構成により、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３が熱伝導プレート５０の表側または裏側に移動する余地があるので、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３が偏ることが抑制され、ケース３０に偏った力が加わることが防止される。特に、電池ユニット２０の構造上、熱伝導プレート５０の表側と電池ユニット２０との間には空隙が多いため、平面で接する熱伝導プレート５０の裏側とケース３０とが接する箇所の第３伝熱材５３を、表側に移動させることができる。

熱伝導プレート５０に形成されるスリット５０ａの形状は、たとえば前述のように、第１伝熱材５１、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３を電池モジュール２１と電池モジュール２１との境界付近に配置した場合に、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３が配置されていない部分に、電池ユニット２０の電池モジュール２１の積層方向と直交する方向に配置することが好適である。

本発明の実施形態では、ケース３０の底部３１に、第１伝熱材５１が移動可能にエンボス加工を施した。すなわち、底部３１に凹形状を備えることにより、第３伝熱材５３が移動することを許容する。

具体的には、ケース３０の底部３１に、冷却プレート４０から離反する側へと凹ませた凹形状を所定の高さおよび間隔で設ける。凹形状は、第１伝熱材５１が押圧されて変形または流動した場合に、余剰の第１伝熱材５１が収容される伝熱材収容部３５として機能する。

このような構成により、特にケース３０の底部３１と冷却プレート４０との間で、凹形状に加工された伝熱材収容部３５に、余剰の第１伝熱材５１が移動する余地があるので、第１伝熱材５１が偏ることが抑制され、ケース３０に偏った力が加わることが低減される。

ケース３０の底部３１に形成されるエンボスの形状は、例えば前述のように、第１伝熱材５１、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３を電池モジュール２１と電池モジュール２１とが接する境界付近に配置した場合に、第１伝熱材５１、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３が配置されない部分に、電池ユニット２０の電池モジュール２１の積層方向と直行する方向に、上方側の凸形状を配置することが望ましい。

このような構成によって、組電池１０の第１伝熱材５１、第２伝熱材５２および第３伝熱材５３の偏りが発生することを防止して、ケース３０に偏った力が加わることによるケース３０の変形を防止できる。

以上のように本発明の実施形態では、電池セル２２を複数備える電池モジュール２を積層して構成した電池ユニット２０と、電池ユニット２０を収容する有底のケース３０と、ケース３０の底部３１にケース３０の外側から固定され、電池ユニット２０を、底部３１を介して冷却可能な板状の冷却プレート４０と、可塑性を有し、ケース３０の底部３１と冷却プレート４０との間に挟持される第１伝熱材５１とを備える組電池に適用される。

ケース３０の底部３１は、冷却プレート４０がケース３０に固定された際に、余剰となる第１伝熱材５１を収容する伝熱材収容部３５を備える。

本発明の実施形態は、このように構成することにより、ケース３０の底部３１と冷却プレート４０との間に伝熱材収容部３５が備えられ、余剰の第１伝熱材５１が伝熱材収容部３５に移動する余地が備えられるので、第１伝熱材５１が偏ることが抑制され、ケース３０に偏った力が加わることが防止される。これにより、ケース３０に偏った力が加わることを抑制して、ケース３０の強度や耐久性が低下することを防止できる。

伝熱材収容部３５は、冷却プレート４０から離反する方向に凹んだ凹形状を有するので、凹形状に第１伝熱材５１が移動することにより、第１伝熱材５１が偏ることが抑制され、ケース３０に偏った力が加わることが防止される。

第１伝熱材５１は、ケース３０の底部３１と冷却プレート４０との間で複数箇所に分散して配置されるので、第１伝熱材５１が配置されていない箇所に余剰の第１伝熱材５１が移動する余地があるので、第１伝熱材５１が偏ることが抑制され、ケース３０に偏った力が加わることが防止される。

第１伝熱材５１は、電池ユニット２０において、電池モジュール２１と電池モジュール２１とが接する位置、より具体的には、電池モジュール２１の電池ケース２３同士が対峙して接する箇所に対応して電池モジュール２１の積層方向と直行する方向に分散して配置される。このように、電池ユニット２０の熱を伝達するために必要な箇所のみに第１伝熱材５１を配置したので、第１伝熱材５１が配置されていない箇所に余剰の第１伝熱材５１が移動する余地があり、第１伝熱材５１が偏ることが抑制され、ケース３０に偏った力が加わることが防止される。

電池ユニット２０とケース３０との間には、熱を伝導する板状の熱伝導プレート５０を備える。電池ユニット２０と熱伝導プレート５０との間には第２伝熱材５２が挟持され、熱伝導プレート５０とケース３０との間には第３伝熱材５３が挟持される。熱伝導プレート５０は、第２伝熱材５２と第３伝熱材５３とが、熱伝導プレート５０の表側と裏側とで互いに移動可能な移動孔としてのスリット５０ａを備える。

このような構造により、第２伝熱材５２、第３伝熱材５３が熱伝導プレート５０の表側または裏側に移動する余地があるので、第２伝熱材５２、第３伝熱材５３が偏ることが抑制され、ケース３０に偏った力が加わることが低減される。

熱伝導プレート５０のスリット５０ａは、電池モジュール２１と電池モジュール２１とが接する位置に対応して分散して配置されるので、第２伝熱材５２、第３伝熱材５３が配置されていない箇所に余剰の第３伝熱材５３、第２伝熱材５２が移動する余地があり、第２伝熱材５２、第３伝熱材５３が偏ることが抑制され、ケース３０に偏った力が加わることが防止される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、多数の電池セル２２からなる電池ユニット２０をケース３０に収装する構成を示したがこれに限られず、単一のバッテリをケースに収装したバッテリユニットにおいて冷却プレート４０を有するものにおいても同様に適用することができる。

また、熱伝導プレート５０にはスリット５０ａを形成し、ケース３０の底部３１にはエンボス加工を形成したが、ケース３０の底部にスリットを形成し、熱伝導プレート５０にエンボス加工を施して、第１伝熱材５１、第２伝熱材５２または第３伝熱材５３が移動する余地を形成するように構成してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する主旨ではない。

本願は、２０１３年７月１７日に日本国特許庁に出願された特願２０１３−１４８４１４に基づく優先権を主張する。この出願のすべての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

複数の電池セルからなる電池モジュールを積層して構成される電池ユニットと、
前記電池ユニットを収容する有底のケースと、
前記ケースの底部に前記ケースの外側から固定され、前記電池ユニットを前記ケースの底部を介して冷却可能な板状の冷却プレートと、
可塑性を有し、前記ケースの底部と前記冷却プレートとの間に挟持される第１伝熱材と、
を備え、
前記第１伝熱材は、前記冷却プレートの、前記ケースの底面に接する側の面に、前記電池ユニットにおいて積層された前記電池モジュールと前記電池モジュールとが接する位置に対応して、複数箇所に分散して配置され、
前記電池ユニットと前記ケースとの間に、熱を伝導する板状の熱伝導プレートを備え、
前記電池ユニットと前記熱伝導プレートとの間に第２伝熱材が挟持され、
前記熱伝導プレートと前記ケースとの間に第３伝熱材が挟持され、
前記熱伝導プレートは、前記第２伝熱材と前記第３伝熱材とが、前記熱伝導プレートの表側と裏側とで互いに移動可能な移動孔を前記第２伝熱材と前記第３伝熱材とが配置されていない箇所に備える組電池。
複数の電池セルからなる電池モジュールを積層して構成される電池ユニットと、
前記電池ユニットを収容する有底のケースと、
前記ケースの底部に前記ケースの外側から固定され、前記電池ユニットを前記ケースの底部を介して冷却可能な板状の冷却プレートと、
可塑性を有し、前記ケースの底部と前記冷却プレートとの間に挟持される第１伝熱材と、
を備え、
前記第１伝熱材は、前記冷却プレートの、前記ケースの底面に接する側の面に、前記電池ユニットにおいて積層された前記電池モジュールと前記電池モジュールとが接する位置に対応して、複数箇所に分散して配置され、
前記ケースの底部は、前記冷却プレートが前記ケースに固定された際に、余剰となる前記第１伝熱材を収容する伝熱材収容部を前記第１伝熱材が配置されていない箇所に備える組電池。
請求項１に記載の組電池であって、
前記第２伝熱材と、前記第３伝熱材とは、前記電池ユニットにおいて積層された前記電池モジュールと前記電池モジュールとが接する位置に対応して配置され、
前記熱伝導プレートの前記移動孔は、前記電池ユニットにおいて積層された前記電池モジュールと前記電池モジュールとが接する位置に対応していない位置に備えられる組電池。
請求項２に記載の組電池であって、
前記伝熱材収容部は、前記冷却プレートから離反する方向に凹んだ凹形状を有する組電池。
積層された電池モジュールからなる電池ユニットを収容する有底のケースと、
前記ケースの底部に前記ケースの外側から固定され、前記電池ユニットを前記ケースの底部を介して冷却可能な板状の冷却プレートと、
可塑性を有し、前記ケースの底部と前記冷却プレートとの間に挟持される第１伝熱材と、
を備え、
前記第１伝熱材は、前記冷却プレートの、前記ケースの底面に接する側の面に、前記電池ユニットにおいて積層された前記電池モジュールと前記電池モジュールとが接する位置に対応して、複数箇所に分散して配置され、
前記電池ユニットと前記ケースとの間に、熱を伝導する板状の熱伝導プレートを備え、
前記電池ユニットと前記熱伝導プレートとの間に第２伝熱材が挟持され、
前記熱伝導プレートと前記ケースとの間に第３伝熱材が挟持され、
前記熱伝導プレートは、前記第２伝熱材と前記第３伝熱材とが、前記熱伝導プレートの表側と裏側とで互いに移動可能な移動孔を前記第２伝熱材と前記第３伝熱材とが配置されていない箇所に備える電池のケース構造。
積層された電池モジュールからなる電池ユニットを収容する有底のケースと、
前記ケースの底部に前記ケースの外側から固定され、前記電池ユニットを前記ケースの底部を介して冷却可能な板状の冷却プレートと、
可塑性を有し、前記ケースの底部と前記冷却プレートとの間に挟持される第１伝熱材と、
を備え、
前記第１伝熱材は、前記冷却プレートの、前記ケースの底面に接する側の面に、前記電池ユニットにおいて積層された前記電池モジュールと前記電池モジュールとが接する位置に対応して、複数箇所に分散して配置され、
前記ケースの底部は、前記冷却プレートが前記ケースに固定された際に、余剰となる前記第１伝熱材を収容する伝熱材収容部を前記第１伝熱材が配置されていない箇所に備える電池のケース構造。
請求項５に記載の電池のケース構造であって、
前記第２伝熱材と、前記第３伝熱材とは、前記電池ユニットにおいて積層される前記電池モジュールと前記電池モジュールとが接する位置に対応して配置され、
前記熱伝導プレートの前記移動孔は、前記電池ユニットにおいて積層された前記電池モジュールと前記電池モジュールとが接する位置に対応していない位置に備えられる電池のケース構造。