JP6314747B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを並設した電池モジュールに関する。

複数の電池セルを並設した電池モジュールにおいては、電池セルの充放電を制御するための電子部品が設けられている。例えば、特許文献１に記載の電池ボックスは、複数の電池セルを電気的に接続した電池ブロック（電池モジュール）と、各電池セルの充放電を制御するための電池制御部（電子部品）を内部に備えている。電池制御部は、高電圧回路と低電圧回路とに分けられている。

特開２０１０−１７６９９９号公報

ところで、各電圧回路（電池制御部）に実装された素子が発熱すると、素子の寿命が短くなったり、電池セルに熱が伝導することで電池セルの寿命が短くなったりするおそれがある。このため、電池制御部で発した熱を効率良く放熱することが望まれている。

本発明の目的は、電子部品が発した熱を放熱しやすい電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決する電池モジュールは、並設された複数の電池セルと、前記複数の電池セルを並設方向の両側から挟持する第１のエンドプレート及び第２のエンドプレートと、各エンドプレートに互いに近付く方向に荷重を加えている加圧部材と、前記第１のエンドプレートと前記第２のエンドプレートとの間に位置し、前記複数の電池セルの並設方向に延在して、前記複数の電池セルを覆うカバーと、前記カバーに載置される放熱板と、前記放熱板に載置された電子部品と、を備え、前記電子部品が発した熱を、前記放熱板を介して放熱体に伝導させる電池モジュールであって、前記放熱板は、前記放熱体に固定される固定部を有している。

これによれば、放熱板が放熱体に固定されるため、電子部品が発した熱は放熱板を介して放熱体に伝導する。このため、電子部品が放熱されやすい。
上記電池モジュールについて、前記第１のエンドプレートと前記電池セルとの間には、前記電池セルの膨張を弾性変形により吸収する弾性部材が設けられており、前記固定部は、前記電池セルの並設方向のうち前記第２のエンドプレート側から突出していることが好ましい。
放熱板の固定部と、弾性部材とは、電池セルの並設方向において反対側に設けられている。電池セルが膨張すると、隣り合う電池セル同士が互いに押し合い、電池セルには並設方向に向けた力が作用する。この力は、弾性部材にも加わり、これにより弾性部材が弾性変形する。弾性部材が弾性変形することで、電池セルは弾性部材（第１のエンドプレート）に向けて移動する。このとき、電池セルが移動することで放熱板も電池セルの移動方向に移動しようとするが、弾性部材が設けられていない第２のエンドプレート側は、電池セルの移動量が少ないため放熱板に荷重が加わりにくく、放熱板が破損することが抑制される。

上記電池モジュールについて、前記カバーは、前記電池セルの並設方向に並んで設けられている複数のカバー部材を有し、前記電池セルと前記弾性部材との間には、前記電池セルの膨張に伴い、前記電池セルの並設方向に移動する固定プレートを有し、前記複数のカバー部材は、前記固定プレートに固定された第１のカバー部材と、前記固定プレートに固定されていない第２のカバー部材とを含み、前記第２のカバー部材に前記放熱板が載置されていることが好ましい。

これによれば、電池セルが膨張すると、第１のカバー部材は電池セルの並設方向に向けて移動する。一方、第２のカバー部材は、電池セルの並設方向に移動しにくい。放熱板は、電池セルが膨張しても移動しにくい第２のカバー部材に載置されているため、電池セルが膨張しても、第２のカバー部材が移動しにくく、第２のカバー部材の移動に伴い放熱板が破損することが抑制される。
上記電池モジュールについて、前記カバーは、前記電池セルを覆う本体と、前記本体から立設し、前記本体と前記電池セルとの対向方向のうち前記電池セルから離間する方向に立設した立設部と、を備え、前記放熱板は、前記電子部品が載置された吸熱部と、前記吸熱部が吸熱した熱を放熱する放熱部と、を備え、前記放熱部は、前記立設部に沿って前記第２のエンドプレートに向けて延びていることが好ましい。
上記電池モジュールについて、前記第１のカバー部材と、前記第２のカバー部材とは、互いが固定されていないことが好ましい。
上記電池モジュールについて、前記放熱体は、産業車両に搭載されているカウンタウェイトであることが好ましい。

本発明によれば、電子部品が発した熱を放熱しやすい。

実施形態の電池モジュールが筐体に収容された状態を示す斜視図。 実施形態の電池モジュールを示す断面図。 実施形態のエンドプレート、固定プレート、電池セル及び電池ホルダを示す斜視図。 実施形態の第１のカバー部材及び第２のカバー部材を示す斜視図。 実施形態の固定プレートの取付態様を示す電池モジュールの分解斜視図。 実施形態の電池セルが膨張したときの電池モジュールを示す断面図。

以下、電池モジュールの一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、電池モジュール１０は、放熱体としての筐体８１に収容されている。電池モジュール１０は、並設された複数の電池セル１１と、電池セル１１を並設方向の両側から挟持する第１のエンドプレート４１と、第２のエンドプレート４２とを有している。各電池セル１１は、それぞれ個別の電池ホルダ２０に保持されている。電池セル１１は、例えば、リチウムイオン電池などの二次電池であり、角型電池である。以下の説明において、第１のエンドプレート４１に隣り合う電池セル１１Ａを第１の電池セル１１Ａ、第２のエンドプレート４２に隣り合う電池セル１１Ｂを第２の電池セル１１Ｂとして説明を行う。

図２に示すように、第１のエンドプレート４１と、第１の電池セル１１Ａとの間には、板状の固定プレート３０及び板状の弾性部材５１が設けられている。固定プレート３０は、電池セル１１側に設けられ、弾性部材５１は第１のエンドプレート４１側に設けられている。弾性部材５１は、ゴムや、樹脂系のスポンジなどである。

図３に示すように、電池ホルダ２０は、矩形平板状の第１の被覆壁２１を有している。第１の被覆壁２１の長手方向両端には、第１の被覆壁２１の厚み方向に延びる矩形平板状の第２の被覆壁２２及び第３の被覆壁２３が設けられている。第１の被覆壁２１、第２の被覆壁２２及び第３の被覆壁２３に囲まれる領域は、電池セル１１が収容される収容部Ｓとなる。

また、第２の被覆壁２２と、第３の被覆壁２３の互いに対向する面には、Ｕ字状をなすとともに、各被覆壁２２，２３の短手方向に開口する端子収容部２５がそれぞれ設けられている。

また、端子収容部２５には、四角柱状の柱部２６が連設されている。柱部２６は、第２の被覆壁２２と、第３の被覆壁２３との対向方向に端子収容部２５と並んで設けられている。柱部２６の軸は、被覆壁２２，２３の短手方向に延びている。柱部２６には、挿通孔２６ａが柱部２６の軸方向に貫通して設けられている。

第２の被覆壁２２及び第３の被覆壁２３の長手方向第１端部２２ａ，２３ａには、各被覆壁２２，２３と連設され、各被覆壁２２，２３の長手方向に延びる矩形平板状の突出壁２７が設けられている。突出壁２７の互いに対向する面には、係止片２９が設けられている。また、第２の被覆壁２２及び第３の被覆壁２３の長手方向第２端部２２ｂ，２３ｂには、四角柱状の脚部２８が設けられている。脚部２８の軸は、被覆壁２２，２３の短手方向に延びている。脚部２８には、挿通孔２８ａが脚部２８の軸方向に貫通して設けられている。

電池セル１１は、ケース１２を有し、ケース１２には正負の電極を有する電極組立体１３が収容されている。ケース１２は、有底四角筒状のケース本体１４の開口部を蓋部材１５で閉塞することで構成されている。蓋部材１５からは、端子１６が突出している。

固定プレート３０は、矩形平板状の基部３１を有している。基部３１には、基部３１の厚み方向の面に沿う方向に突出する突出部３２，３３が設けられている。具体的にいえば、基部３１の短手方向の両端部の一方に二つの第１の突出部３２が設けられ、他方に二つの第２の突出部３３が設けられている。

第１の突出部３２は、短手方向の端部の中央に寄って設けられており、基部３１の長手方向に間隔を空けて設けられている。各第１の突出部３２には、厚み方向に貫通する第１の貫通孔３４と、第２の貫通孔３５が設けられている。第１の貫通孔３４同士の間隔は、電池ホルダ２０の柱部２６の挿通孔２６ａ同士の間隔と同一間隔となっている。

第２の突出部３３は、基部３１の長手方向の両端部に寄って設けられている。各第２の突出部３３には、第３の貫通孔３６が設けられている。第３の貫通孔３６同士の間隔は、電池ホルダ２０の脚部２８の挿通孔２８ａ同士の間隔と同一間隔となっている。

第２のエンドプレート４２は、矩形平板状のプレート基部４３を有している。プレート基部４３の短手方向の両端部からは、それぞれ、二つの第１のプレート突出部４４と、二つの第２のプレート突出部４５とが突出している。

各第１のプレート突出部４４には、第１のプレート貫通孔４６が設けられている。第１のプレート貫通孔４６同士の間隔は、電池ホルダ２０の柱部２６の挿通孔２６ａの間隔と同一間隔となっている。また、各第１のプレート突出部４４には、第２のプレート貫通孔４８が設けられている。第２のプレート貫通孔４８同士の間隔は、固定プレート３０の第２の貫通孔３５同士の間隔と同一となっている。各第２のプレート突出部４５には、第３のプレート貫通孔４７が設けられている。第３のプレート貫通孔４７同士の間隔は、電池ホルダ２０の脚部２８の挿通孔２８ａ同士の間隔と同一間隔となっている。

図５に示すように、第１のエンドプレート４１は、第２のプレート貫通孔４８を有していない点を除いて、第２のエンドプレート４２と同一形状である。このため、同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。

図２に示すように、電池セル１１、固定プレート３０及び弾性部材５１は、第１のエンドプレート４１と、第２のエンドプレート４２によって挟持されることで、一体化されている。第１のエンドプレート４１の第１のプレート貫通孔４６及び第３のプレート貫通孔４７、電池ホルダ２０の各挿通孔２６ａ，２８ａ、固定プレート３０の第１の貫通孔３４及び第３の貫通孔３６、及び第２のエンドプレート４２の第１のプレート貫通孔４６及び第３のプレート貫通孔４７にはボルトＢが挿通されている。ボルトＢは、第１のエンドプレート４１の各プレート貫通孔４６，４７を貫通した位置でナットＮに螺合されている。これにより、第１のエンドプレート４１及び第２のエンドプレート４２には、互いに近付く方向に荷重が作用し、これにより各部材が拘束されている。したがって、ボルトＢ及びナットＮが加圧部材として機能している。

図１及び図２に示すように、電池モジュール１０は、カバー６０を有している。カバー６０は、電池セル１１の端子１６が設けられた面（蓋部材１５）と対向しており、第１のエンドプレート４１と第２のエンドプレート４２との間に配設されている。カバー６０は、複数の電池セル１１の蓋部材１５を覆っている。カバー６０は、第１のカバー部材６１と、第２のカバー部材６２とを有している。第１のカバー部材６１と、第２のカバー部材６２とは、電池セル１１の並設方向に並んで設けられており、第１のカバー部材６１が第１のエンドプレート４１側に位置し、第２のカバー部材６２が第２のエンドプレート４２側に位置している。したがって、カバー６０は、電池セル１１の並設方向に延在している。

図４に示すように、本実施形態の第１のカバー部材６１と、第２のカバー部材６２とは、同一形状である。第１のカバー部材６１及び第２のカバー部材６２は、矩形平板状の本体６３を有している。本体６３の長手方向の両端部には、本体６３の厚み方向に立設する立設部６４が設けられている。本体６３の厚み方向の面のうち、立設部６４が設けられた面とは反対側の面には、四角柱状の取付部６５が設けられている。取付部６５は、短手方向の端部のうちの一方に二つ設けられている。各取付部６５同士の間隔は、固定プレート３０の第２の貫通孔３５同士の間隔、及び第２のエンドプレート４２の第２のプレート貫通孔４８同士の間隔と同一である。

取付部６５は、本体６３の長手方向に間隔を空けて設けられている。取付部６５は、互いに対向する面とは反対側の面間の距離が、電池ホルダ２０の柱部２６の互いに対向する面間の距離よりも短い。取付部６５には、インサート成形などによってナット６６が埋設されている。

図１及び図２に示すように、第１のカバー部材６１と第２のカバー部材６２とは、本体６３の短手方向の端部のうち取付部６５が設けられていない端部が隣り合うように設けられている。第１のカバー部材６１及び第２のカバー部材６２の立設部６４は、それぞれ、電池ホルダ２０の突出壁２７に沿って設けられている。また、電池ホルダ２０の突出壁２７に設けられた係止片２９に立設部６４の先端が係合されることで、立設部６４は電池ホルダ２０に保持される。第１のカバー部材６１及び第２のカバー部材６２とは、電池ホルダ２０の係止片２９に対して電池セル１１の並設方向にスライド可能に設置されている。第１のカバー部材６１と、第２のカバー部材６２とは、互いが固定されていないため、独立して移動可能となっている。

図５に示すように、第１のカバー部材６１の取付部６５は、電池ホルダ２０の柱部２６の間に位置している。そして、固定プレート３０の第２の貫通孔３５を貫通したネジ５２が取付部６５に埋設されたナット６６に螺合されることで、固定プレート３０と、第１のカバー部材６１が固定されている。一方、第２のカバー部材６２は、固定プレート３０に固定されていない。

図１及び図２に示すように、第２のカバー部材６２の取付部６５には、第２のエンドプレート４２の第２のプレート貫通孔４８を挿通したネジ６７が螺合されている。これにより、第２のカバー部材６２は、第２のエンドプレート４２に固定されている。

図１に示すように、第１のカバー部材６１には、電池セル１１の監視を行う監視ＥＣＵ８２が載置されている。第２のカバー部材６２には、放熱板７１が載置されている。放熱板７１は、例えば、アルミニウムなどの金属製である。放熱板７１は、板状の吸熱部７２と、吸熱部７２から立設する板状の放熱部７３とを有している。吸熱部７２は、第２のカバー部材６２に載置されている。放熱部７３は、立設部６４に沿って第２のエンドプレート４２に向けて延びている。そして、放熱部７３において第２のエンドプレート４２から突出した固定部７４は、筐体８１の壁面に固定されている。本実施形態では、固定部７４に挿通された固定ボルト８３が筐体８１に螺合されることで、固定部７４は筐体８１に固定されている。

吸熱部７２には、電池セル１１を制御する電子部品７６が載置されている。電子部品７６は、回路基板７７を有しており、回路基板７７には、複数の素子７８が実装されている。複数の素子７８は、例えば、ＦＥＴ（電解効果トランジスタ）リレーなどであり、電池セル１１の放電と遮断を切り替える。監視ＥＣＵ８２は、電池セル１１に異常などが生じた場合に放電の遮断などを行う。

次に、本実施形態の電池モジュール１０の作用について説明する。
回路基板７７に実装された素子７８は、通電に伴って発熱する。素子７８が発した熱は、吸熱部７２から放熱部７３に伝導し、放熱部７３から筐体８１に伝導する。

電池セル１１の電極には、使用に伴って被膜が形成されていき、使用期間が長くなるにつれて電池セル１１が膨張していく。電池セル１１が膨張すると、隣り合う電池セル１１同士は互いに押し合う。すると、各電池セル１１には並設方向の両側に向けた力が作用する。

図６に示すように、弾性部材５１は、電池セル１１からの荷重によって厚み方向（電池セル１１の並設方向）に弾性変形して、収縮する。この弾性変形によって電池セル１１の膨張が吸収され、電池セル１１の膨張に伴う各エンドプレート４１，４２への荷重の増加が抑制されている。弾性部材５１が弾性変形すると、電池セル１１は弾性部材５１（第１のエンドプレート４１）に向けて移動する。これに伴い、固定プレート３０も弾性部材５１（第１のエンドプレート４１）に向けて移動し、固定プレート３０に固定された第１のカバー部材６１も固定プレート３０と一体となって移動する。

それぞれの電池セル１１は膨張しているため、各電池セル１１の移動量は均等とはならず、弾性部材５１の近くに位置している電池セル１１ほど移動量が多くなる。このため、第１の電池セル１１Ａの移動量が最も多く、第２の電池セル１１Ｂの移動量が最も少ない。このため、第２の電池セル１１Ｂの移動に伴い、第２のカバー部材６２が移動したとしても、第２のカバー部材６２の移動量は第１のカバー部材６１の移動量に比べて少ない。本実施形態において、第２のカバー部材６２は、第２のエンドプレート４２に固定されているため、電池セル１１の膨張によって第２のカバー部材６２は移動しない。

放熱板７１が第１のカバー部材６１に載置され、固定部７４が第１のエンドプレート４１から突出している場合、第１のカバー部材６１の移動に伴い固定部７４に加わる荷重が大きくなる。また、電池ホルダ２０が電池セル１１とともに移動する場合には、第１のエンドプレート４１側に固定部７４が突出していると、固定部７４が電池ホルダ２０によって押されて、固定部７４に荷重が集中するおそれもある。

本実施形態では、第２のエンドプレート４２側、すなわち、電池セル１１の並設方向において、弾性部材５１とは反対側に固定部７４を突出させることで、放熱板７１の移動量が少なく、固定部７４に荷重が加わることが抑制されている。

したがって、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電子部品７６の熱が伝導する放熱板７１を設けて、放熱板７１の固定部７４を筐体８１に固定している。このため、電子部品７６からの熱を放熱板７１を介して筐体８１に伝導させることができ、電子部品７６が発した熱を筐体８１に放熱しやすい。

（２）第１のエンドプレート４１と、第１の電池セル１１Ａとの間に弾性部材５１を設けて、放熱板７１の固定部７４を第２のエンドプレート４２側から突出させている。電池セル１１の膨張に伴う移動量は、第１の電池セル１１Ａに比べて第２の電池セル１１Ｂの方が少ない。このため、電池セル１１の移動に伴い放熱板７１に荷重が加わりにくく、放熱板７１が破損しにくい。

（３）固定プレート３０に固定されていない第２のカバー部材６２に放熱板７１が載置されている。第１のカバー部材６１は、固定プレート３０に固定されているため、電池セル１１の膨張に伴い固定プレート３０と一体となって移動するが、第２のカバー部材６２は、電池セル１１が移動しても移動しにくい。このため、第２のカバー部材６２の移動に伴い放熱板７１に荷重が加わることが抑制される。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○固定プレート３０は設けられていなくてもよい。この場合であっても、第１の電池セル１１Ａの移動量が第２の電池セル１１Ｂの移動量よりも多いため、電池セル１１とともに電池ホルダ２０が移動する場合には、第１の電池セル１１Ａを保持する電池ホルダ２０の移動量が最も多くなる。このため、第１のエンドプレート４１側に放熱板７１の固定部７４が突出していると、電池ホルダ２０によって放熱板７１に荷重が加わりやすいため、第２のエンドプレート４２側に放熱板７１の固定部７４を突出させることで、放熱板７１の破損を抑制することができる。

○カバー部材は、単数であってもよいし、３個以上設けられていてもよい。
○放熱体は、産業車両に搭載されるカウンタウェイトなどでもよい。
○第２のカバー部材６２は、第２のエンドプレート４２に固定されていなくてもよい。この場合であっても、第２の電池セル１１Ｂ側に設けられた第２のエンドプレート４２は、電池セル１１の膨張に伴い移動しにくいため、放熱板７１に荷重が加わりにくい。

○第１のカバー部材６１と第２のカバー部材６２の形状は、異なっていてもよい。

Ｂ…ボルト、Ｎ…ナット、１０…電池モジュール、１１…電池セル、３０…固定プレート、４１…第１のエンドプレート、４２…第２のエンドプレート、５１…弾性部材、６０…カバー、６１…第１のカバー部材、６２…第２のカバー部材、７１…放熱板、７２…吸熱部、７４…固定部、７６…電子部品、７７…回路基板、８１…筐体。

Claims (6)

1. 並設された複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを並設方向の両側から挟持する第１のエンドプレート及び第２のエンドプレートと、
   各エンドプレートに互いに近付く方向に荷重を加えている加圧部材と、
   前記第１のエンドプレートと前記第２のエンドプレートとの間に位置し、前記複数の電池セルの並設方向に延在して、前記複数の電池セルを覆うカバーと、
   前記カバーに載置される放熱板と、
   前記放熱板に載置された電子部品と、を備え、前記電子部品が発した熱を、前記放熱板を介して放熱体に伝導させる電池モジュールであって、
   前記放熱板は、前記放熱体に固定される固定部を有している電池モジュール。
2. 前記第１のエンドプレートと前記電池セルとの間には、前記電池セルの膨張を弾性変形により吸収する弾性部材が設けられており、
   前記固定部は、前記電池セルの並設方向のうち前記第２のエンドプレート側から突出している請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記カバーは、
   前記電池セルを覆う本体と、
   前記本体から立設し、前記本体と前記電池セルとの対向方向のうち前記電池セルから離間する方向に立設した立設部と、を備え、
   前記放熱板は、
   前記電子部品が載置された吸熱部と、
   前記吸熱部が吸熱した熱を放熱する放熱部と、を備え、
   前記放熱部は、前記立設部に沿って前記第２のエンドプレートに向けて延びている請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記カバーは、前記電池セルの並設方向に並んで設けられている複数のカバー部材を有し、
   前記電池セルと前記弾性部材との間には、前記電池セルの膨張に伴い、前記電池セルの並設方向に移動する固定プレートを有し、
   前記複数のカバー部材は、前記固定プレートに固定された第１のカバー部材と、前記固定プレートに固定されていない第２のカバー部材とを含み、
   前記第２のカバー部材に前記放熱板が載置されている請求項２又は請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記第１のカバー部材と、前記第２のカバー部材とは、互いが固定されていない請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記放熱体は、産業車両に搭載されているカウンタウェイトである請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の電池モジュール。