JP6609989B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

複数の電池セルが電気的に接続された電池モジュールからなる電池パックが知られている。従来、このような電池モジュールは、電池セルから発生する熱を電池パックの筐体に伝熱することにより放熱することが行われている。例えば、特許文献１では、電池セル同士の間に伝熱プレートを配置し、当該伝熱プレートの一端側を筐体に接触させている。これにより、電池セルにおいて発生した熱を筐体の外側に逃がしている。

特表平８−５０６２０５号公報

しかしながら、上記従来の電池モジュールは、電池セルの間ごとに伝熱プレートを配置するので部品点数が多くなり、電池モジュールの組み付け性に劣る。また、組み付け後に筐体から反力を受けたりすることにより、筐体に対して電池セルの位置がずれる場合がある。このような場合、上記従来の電池モジュールでは、伝熱プレートの筐体への接触を十分に維持することができず、放熱性が悪化する。

そこで、本発明の目的は、放熱性及び筐体への組み付け性を向上させることができる電池モジュールを提供することにある。

本発明の電池モジュールは、電池セルを保持したセルホルダが一方向に配列されてなる電池モジュールであって、セルホルダを一方向に配列させた配列体には、電池セルにおいて電極端子が配置された第１面に直交する方向と前記セルホルダの配列方向とに交差する方向に直交する一対の側面のうち一方を露出させる開口部が一方向に沿って形成されており、開口部には、一方向に延在する板状部材であり、複数のセルホルダに跨って配置される伝熱プレートが複数の電池セルに接触するように嵌め込まれている。

この構成の電池モジュールでは、配列体としての一対の側面のうち一方の側面において一方向に沿って形成される開口部に、一方向に延在する板状部材である伝熱プレートが嵌め込まれているので、配列体の剛性を高めることができる。これにより、組み付け後に電池セル間の位置ずれにより放熱性が悪化することを抑制できるので、放熱性を向上させることができる。また、筐体に電池モジュールを組み付ける際に、複数の電池セルに跨って１枚の板状の伝熱プレートを固定するので、電池セルごとに可撓性の伝熱プレート設けることと比べて組み付け性を向上させることができる。

本発明の電池モジュールは、配列体を挟む一対のエンドプレートと、一対のエンドプレート同士を連結する連結部材と、を更に備え、伝熱プレートは、一方向における両端部がエンドプレートに固定されていてもよい。

この構成の電池モジュールでは、配列体を挟む一対のエンドプレートと一体的に伝熱プレートが固定されるので、配列体の剛性をより高めることができる。

本発明の電池モジュールでは、エンドプレートは、電池モジュールが固定される筐体に固定するための固定部と、固定部に形成された第１孔部と、を有し、伝熱プレートは、両端部の少なくとも一方に形成された第２孔部を有し、伝熱プレートは、第１孔部及び第２孔部に挿通される締結部によってエンドプレートに固定されていてもよい。

この構成の電池モジュールでは、エンドプレートに対し容易に伝熱プレートを固定することができる。

本発明の電池モジュールでは、伝熱プレートと電池セルとは、伝熱プレートと電池セルとを互いに接着する接着部を介して互いに接触していてもよい。

この構成の電池モジュールでは、振動などを受けた場合であっても、伝熱プレートと電池セルとの接触を維持することができる。これにより、放熱性を維持することができる。

本発明の電池モジュールでは、伝熱プレートは、一方向に延在する本体部と、一方向に延在すると共に本体部から突出する凸部と、を有し、凸部は、電池セルに接触するように開口部に嵌め込まれていてもよい。

この構成の電池モジュールでは、突出部が形成されていない本体部がセルホルダに接触することにより、配列体としての側面に直交する方向への位置決めを容易に行える。

本発明の電池モジュールでは、本体部において凸部が設けられている側の非突出面とセルホルダとは、非突出面とセルホルダとを互いに接着する接着部を介して接触していてもよい。

この構成の電池モジュールでは、振動などを受けた場合であっても、伝熱プレートとセルホルダとの接触を維持することができる。これにより、伝熱プレートとセルホルダとの接触を維持することができるようになるので放熱性を維持することができる。

本発明の電池モジュールでは、凸部の本体部からの突出量は、セルホルダにおける凸部の突出方向における厚みよりも大きくなるように形成されていてもよい。

この構成の電池モジュールでは、電池セルと伝熱プレートとをより確実に接触させることができる。

本発明によれば、放熱性及び筐体への組み付け性を向上させることができる。

本実施形態に係る電池モジュールを示す斜視図である。 電池セルを保持した状態のセルホルダを示す斜視図及びセルホルダを示す斜視図である。 図１の電池モジュールにおいて、伝熱プレートを取りつける前の状態の斜視図である。 図１の電池モジュールを配列方向から見た断面図である。 図１の電池モジュールを筐体の壁部に取り付けた際の平面図である。

以下、図面を参照して一実施形態に係る電池モジュール１について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。また、説明中、「上」、「下」などの方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。

図１に示されるように、電池モジュール１は、電池セル１１がセルホルダ２１に保持された状態で複数配列されてなる配列体１５と、配列体１５の配列方向（図１のＸ軸方向）の一方側に配置された弾性部材３１（図５参照）と、配列体１５及び弾性部材３１に対して配列方向の両側に配置された一対のブラケット（エンドプレート）４１，４１と、一対のブラケット４１，４１同士を連結する複数のボルト（連結部材）５１と、配列体１５と弾性部材３１との間に配置されたミドルプレート６１（図５参照）と、伝熱プレート７０と、を備えている。

電池セル１１は、矩形箱状のケース１１ａの内部に電極組立体を収容してなる電池であり、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。電池セル１１は、この例では、７つ配列されている。電池セル１１は、セルホルダ２１に保持された状態で配列されている。隣り合う電池セル１１の電極端子１３は、バスバー１４によって互いに電気的に接続されており、これにより、隣り合う電池セル１１が電気的に直列に接続されている。これら電池セル１１、セルホルダ２１及びバスバー１４によって配列体１５が構成されている。

セルホルダ２１は、樹脂により形成されている。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、セルホルダ２１は、枠体部２２と、仕切部２３と、を有している。

枠体部２２は、底板２４と、底板２４の一端から起立する側板２５ａと、仕切部２３から起立する上側側板２５ｂと、底板２４の他端から起立する下側側板２５ｃと、を含んで構成されている。底板２４の両端部の各々には、底板２４の厚み方向に突出する突出部２４ａが設けられており、突出部２４ａの各々には、配列方向に貫通する挿通孔２４ｂが設けられている。これらの挿通孔２４ｂのそれぞれに、ボルト５１（図１参照）が挿通される。

側板２５ａは、電池セル１１において電極端子１３が配置された上面（第１面）１１ｂに直交するＺ軸方向とセルホルダ２１の配列方向（Ｘ軸方向）とに直交（交差）するＹ軸方向に直交する一対の面である側面１１ｃ，１１ｃの一方を覆っている。上側側板２５ｂと下側側板２５ｃとは、Ｚ軸方向において所定の間隔Ｇをあけて配置されている。

上側側板２５ｂと下側側板２５ｃとの間に設けられた間隔Ｇは、図３に示されるように、セルホルダ２１をＸ軸方向に配列させた配列体１５において、電池セル１１の一対の側面１１ｃ，１１ｃのうち一方の側面１１ｃを露出させる開口部３０を形成する。開口部３０は、Ｘ軸方向（一方向）に延在する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、仕切部２３は、側板２５ａと上側側板２５ｂとを接続している。仕切部２３上には、一対の端子収容部２６，２６が設けられている。端子収容部２６は、電極端子１３を囲う円形の内壁を有している。さらに、仕切部２３上には、端子収容部２６に接続された四角柱状の一対の柱部２７，２７が設けられている。柱部２７には、配列方向に貫通する挿通孔２７ａが設けられている。挿通孔２７ａの径は、例えば挿通孔２４ｂの径と同一となっている。これらの挿通孔２７ａのそれぞれに、ボルト５１（図１参照）が挿通される。

セルホルダ２１では、枠体部２２及び仕切部２３によって収容空間Ｓが形成されている。図２（ａ）に示されるように、この収容空間Ｓに電池セル１１が収容されることにより、セルホルダ２１に電池セル１１が保持されている。

弾性部材３１は、例えばゴムにより平板状に形成されている。図５に示されるように、弾性部材３１は、ミドルプレート６１とブラケット４１との間に配置されている。弾性部材３１の配列方向から見た平面形状は、例えば長方形状（矩形状）をなしており、ミドルプレート６１の外形よりも小さくなっている。

一対のブラケット４１，４１は、配列体１５と弾性部材３１とを配列方向の両側から挟んでおり、配列体１５及び弾性部材３１に拘束荷重を付加すると共に、電池パックの筐体の壁部３に対して電池モジュール１を固定する。

ブラケット４１は、金属材料からなる板状部材が折り曲げられて形成されている。ブラケット４１は、折曲部４１ａを挟んで挟持部４２と固定部４３とが形成されている。挟持部４２は、弾性部材３１及びミドルプレート６１を介して配列体１５を挟み込む部分である。挟持部４２には、強度を高めるためのリブ４４が形成されている。挟持部４２には、ボルト５１を挿通するための複数（この例では、４つ）の挿通孔４２ａが設けられている。固定部４３は、後述する伝熱プレート７０を介して筐体の壁部３に固定される部分である。固定部４３には、第１孔部４３ａが形成されている。固定部４３は、例えば、ボルト５５によって筐体の壁部３に固定される。

ボルト５１は、例えば比較的強度が高い鉄系の金属により形成されている。ボルト５１は、複数（この例では、４本）設けられ、配列方向に延在して一対のブラケット４１，４１同士を連結している。複数のボルト５１のそれぞれは、一対のブラケット４１，４１の挿通孔４２ａに挿通されると共に、セルホルダ２１の挿通孔２４ｂ又は挿通孔２７ａに挿通されている。そして、一方のブラケット４１の外側でナット（連結部材）５３により締結されている。この締結によって配列体１５及び弾性部材３１に拘束荷重が付加されている。

図５に示されるように、ミドルプレート６１は、配列体１５と弾性部材３１との間に介在している。これにより、弾性部材３１から配列体１５にかかる荷重のばらつきが抑制されている。また、ボルト５１は、ミドルプレート６１の挿通孔にも挿通されている。

電池モジュール１に備わる配列体１５、弾性部材３１、一対のブラケット４１，４１、ボルト５１、ミドルプレート６１及び伝熱プレート７０のうち、伝熱プレート７０を除いた構成の電池モジュール１が図３に示される。図３に示されるように、電池セル１１が保持されたセルホルダ２１をＸ軸方向に配列させた配列体１５には、電池セル１１の一対の側面１１ｃ，１１ｃのうち一方の側面１１ｃを露出させる開口部３０がＸ軸方向（一方向）に沿って形成されている。

図１及び図４（ａ）に示されるように、開口部３０には、Ｘ軸方向（一方向）に延在する板状部材であり、複数のセルホルダ２１に跨って配置される伝熱プレート７０が複数の電池セル１１に接触するように嵌め込まれている。

図４（ｂ）に示されるように、伝熱プレート７０は、Ｘ軸方向に延在する本体部７３と、Ｘ軸方向に延在すると共に本体部７３から突出する凸部７１と、を有している。凸部７１の本体部７３からの突出量Ｔ２は、セルホルダ２１における上側側板２５ｂ及び下側側板２５ｃの厚みＴ１（図４（ａ）参照）よりも大きくなるように形成されている。図４（ａ）に示されるように、凸部７１は、電池セル１１に接触するように開口部３０に嵌め込まれている。凸部７１のＸ軸方向における寸法は、配列体１５のＸ軸方向における寸法と同じである。言い換えれば、伝熱プレート７０における凸部７１は、Ｙ軸方向から見た場合に、ブラケット４１とは重ならない。

図１に示されるように、伝熱プレート７０は、Ｘ軸方向における両端部に第２孔部７９が形成されている。第２孔部７９は、Ｚ軸方向に複数（例えば、４個）形成されている。伝熱プレート７０は、ブラケット４１の第１孔部４３ａ及び伝熱プレート７０の第２孔部７９に挿通されるボルト（締結部）５５によってブラケット４１に固定されている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、伝熱プレート７０と電池セル１１とは、耐熱性の接着テープ（接着部）８１を介して互いに接触している。また、伝熱プレート７０の本体部７３において凸部７１が設けられている側の一対の非突出面７３ａ，７３ａとセルホルダ２１とは耐熱性の接着テープ（接着部）８３を介して接触している。

次に、電池モジュール１の組み付けについて説明する。電池モジュール１を電池パックとして組み付ける時には、図５に示されるように、電池セル１１を保持させたセルホルダ２１をＸ軸方向に沿って配設して配列体１５を構成する。次に、配列体１５の一方の側に弾性部材３１を配置し、その弾性部材３１に隣接してミドルプレート６１を配置する。そして、配列体１５、弾性部材３１及びミドルプレート６１を、一対のブラケット４１，４１によって配列方向の両側から挟みこみ、拘束荷重を付加する。

次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、伝熱プレート７０の凸部７１における電池セル１１との接触面７１ａに接着テープ８１を貼付し、本体部７３における一対の非突出面７３ａ，７３ａに接着テープ８３，８３をそれぞれ貼付する。次に、開口部３０に伝熱プレート７０における凸部７１を嵌合させ、凸部７１における接触面７１ａに電池セル１１を接触させ、本体部７３における一対の非突出面７３ａ，７３ａに上側側板２５ｂ及び下側側板２５ｃをそれぞれ接触させる。

次に、図５に示されるように、一対のブラケット４１，４１の第１孔部４３ａと伝熱プレート７０の第２孔部７９との位置を合わせ、ブラケット４１，４１側からそれぞれボルト５５を挿通させて、筐体の壁部３に固定させる。これにより電池モジュール１を電池パックとしての筐体の壁部３に組み付けることができる。

続いて、以上説明した電池モジュール１の作用効果を説明する。上記実施形態の電池モジュール１では、図３に示される、配列体１５としての一対の側面１５ａ，１５ａのうち、一方の側面１５ａにおいてＸ軸方向に沿って形成される開口部３０に、図１に示される、Ｘ軸方向に延在する板状部材である伝熱プレート７０が嵌め込まれているので、配列体１５の剛性を高めることができる。これにより、組み付け後に電池セル１１間の位置ずれにより放熱性が悪化することを抑制できるので、放熱性を向上させることができる。また、筐体の壁部３に電池モジュール１を組み付ける際に、複数の電池セル１１に跨って１枚の板状の伝熱プレート７０を設けるので、電池セル１１ごとに可撓性の伝熱プレート設けることと比べて組み付け性を向上させることができる。

また、上記実施形態の電池モジュール１では、配列体１５を挟む一対のブラケット４１，４１と一体的に伝熱プレート７０が固定されるので、配列体１５の剛性をより高めることができる。

また、上記実施形態の電池モジュール１では、伝熱プレート７０と電池セル１１とは、接着テープを介して互いに接触されている。これにより、振動などを受けた場合であっても、伝熱プレート７０と電池セル１１との接触を維持することができる。この結果、放熱性を維持することができる。

また、上記実施形態の電池モジュール１では、伝熱プレート７０は、本体部７３と凸部７１とを有し、凸部７１は、電池セル１１に接触するように開口部３０に嵌め込まれている。これにより、本体部７３の非突出面７３ａがセルホルダ２１に接触することにより、配列体１５としての側面１５ａに直交する方向への位置決めを容易に行える。

また、上記実施形態の電池モジュール１では、本体部７３における非突出面７３ａとセルホルダ２１とは接着テープ８３を介して接触されているので、振動などを受けた場合であっても、伝熱プレート７０とセルホルダ２１との接触を維持することができる。この結果、伝熱プレート７０とセルホルダ２１との接触を維持することができるようになるので放熱性を維持することができる。

また、上記実施形態の電池モジュール１では、凸部７１の本体部７３からの突出量Ｔ２は、セルホルダ２１における上側側板２５ｂ（下側側板２５ｃ）の厚みＴ１よりも大きくなるように形成されている。更に詳細には、凸部７１の本体部７３からの突出量Ｔ２は、セルホルダ２１における上側側板２５ｂ（下側側板２５ｃ）の厚みＴ１と、接着テープ８３の厚みとの和よりも大きくなるように形成されている。これにより、電池セル１１と伝熱プレート７０とをより確実に接触させることができる。

以上、一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記実施形態の電池モジュール１では、凸部７１を有する伝熱プレート７０が開口部３０に嵌め込まれている例を挙げて説明したが、伝熱プレートは、凸部を有しない板状部材であってもよい。この場合、伝熱プレートのＹ軸方向に直交する面の面積と、開口部３０の軸方向に直交する開口面の面積とは略同一とし、伝熱プレートにおけるＹ軸方向における長さ（厚み）は、開口部３０におけるＹ軸方向における長さ（深さ）よりも、少し大きくなるように形成する。また、伝熱プレート７０における凸部７１のＸ軸方向における長さは、配列体１５のＸ軸方向における寸法、すなわち、開口部３０のＸ軸方向における寸法よりも大きくしてもよい。この場合には、ブラケット４１に、開口部３０からＸ軸方向に連続する切り欠き部（開口部）を設け、当該切り欠き部に伝熱プレートが嵌め込まれる構成とするのがよい。

上記実施形態の電池モジュール１では、伝熱プレート７０と電池セル１１とは接着テープ８１を介して接触されている例を挙げて説明したが、接着テープ８１に代えて耐熱性の接着剤を用いて互いに接触させてもよい。本体部７３における非突出面７３ａとセルホルダ２１との接触についても同様である。

上記実施形態の電池モジュール１では、一つの電池モジュール１を筐体の壁部３に組み付ける例を挙げて説明したが、複数の電池モジュール１を筐体の壁部３に組み付けてもよい。この場合には、例えば、隣接する電池モジュール１の伝熱プレート７０の第２孔部７９同士を重ね合わせ、一のブラケット４１に固定してもよい。この場合には、部品を共通化できると共に、組み付け性をより向上させることができる。

上記実施形態の電池モジュール１では、開口部３０がＸ軸方向に沿って一つ形成されている例を挙げて説明したが、例えば、Ｚ軸方向に沿って２つ設けてもよい。この場合には、２つの開口部に伝熱プレートが嵌め込まれる。

１…電池モジュール、１１…電池セル、１１ｂ…上面（第１面）、１１ｃ…側面（電池セルにおける側面）、１３…電極端子、１５…配列体、１５ａ…側面（配列体としての側面）、２１…セルホルダ、２５ａ…側板、２５ｂ…上側側板、２５ｃ…下側側板、３０…開口部、４１…ブラケット（エンドプレート）、４３…固定部、４３ａ…第１孔部、５１…ボルト（連結部材）、５３…ナット（連結部材）、５５…ボルト（締結部）、７０…伝熱プレート、７１…凸部、７３…本体部、７９…第２孔部、８１…接着テープ（接着部）、８３…接着テープ（接着部）。

Claims (6)

1. 電極端子が配置された第１面と、第１方向において前記第１面と対向して配置される第２面と、前記第１面と前記第２面とを接続すると共に前記第１方向に直交する第２方向において互いに対向して配置される一対の側面とを有する電池セルを保持したセルホルダが、前記第１方向及び前記第２方向の両方向に直交する第３方向に配列されてなる電池モジュールであって、
   前記電池セルを保持した前記セルホルダを前記第３方向に配列させた配列体を挟む一対のエンドプレートと、
   前記一対のエンドプレート同士を連結する連結部材と、
   前記第３方向における両端部が前記エンドプレートに固定されている伝熱プレートと、を備え、
   前記エンドプレートは、前記電池モジュールが固定される筐体に固定するための固定部と、前記固定部に形成された第１孔部と、を有し、
   前記伝熱プレートは、前記両端部の少なくとも一方に形成された第２孔部を有し、
   前記伝熱プレートは、前記第１孔部及び第２孔部に挿通される締結部によって前記エンドプレートに固定されており、
   前記配列体には、前記電池セルの前記一対の側面のうち一方の側面の一部を露出させる開口部が前記第３方向に沿って形成されており、
   前記開口部には、前記第３方向に延在する板状部材であり、複数の前記セルホルダに跨って配置される前記伝熱プレートが複数の前記電池セルの前記一方の側面に接触するように嵌め込まれている、電池モジュール。
2. 前記伝熱プレートは、前記第３方向に延在する本体部と、前記第３方向に延在すると共に前記本体部から突出する凸部と、を有し、
   前記凸部は、前記電池セルに接触するように前記開口部に嵌め込まれている、請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記本体部において前記凸部が設けられている側の非突出面と前記セルホルダとは、前記非突出面と前記セルホルダとを互いに接着する接着部を介して接触している、請求項２記載の電池モジュール。
4. 電極端子が配置された第１面と、第１方向において前記第１面と対向して配置される第２面と、前記第１面と前記第２面とを接続すると共に前記第１方向に直交する第２方向において互いに対向して配置される一対の側面とを有する電池セルを保持したセルホルダが、前記第１方向及び前記第２方向の両方向に直交する第３方向に配列されてなる電池モジュールであって、
   前記電池セルを保持した前記セルホルダを前記第３方向に配列させた配列体には、前記電池セルの前記一対の側面のうち一方の側面の一部を露出させる開口部が前記第３方向に沿って形成されており、
   前記開口部には、前記第３方向に延在する板状部材であり、複数の前記セルホルダに跨って配置される伝熱プレートが複数の前記電池セルの前記一方の側面に接触するように嵌め込まれており、
   前記伝熱プレートは、前記第３方向に延在する本体部と、前記第３方向に延在すると共に前記本体部から突出する凸部と、を有し、
   前記凸部は、前記電池セルに接触するように前記開口部に嵌め込まれており、
   前記本体部において前記凸部が設けられている側の非突出面と前記セルホルダとは、前記非突出面と前記セルホルダとを互いに接着する接着部を介して接触している、電池モジュール。
5. 前記凸部の前記本体部からの突出量は、前記セルホルダにおける前記凸部の突出方向における厚みよりも大きくなるように形成されている、請求項３又は４記載の電池モジュール。
6. 前記伝熱プレートと前記電池セルとは、前記伝熱プレートと前記電池セルとを互いに接着する接着部を介して互いに接触している、請求項１〜５の何れか一項記載の電池モジュール。