JP6820558B2 - 蓄電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の直方体形状をした蓄電池セルと複数の蓄電池セルホルダとを交互に積層した構造の蓄電池モジュールに関するものである。

蓄電池モジュールを構成する蓄電池セルは、充放電時に発熱することからファンなどを使用して冷却媒体流路に冷却媒体を流し冷却する必要がある。この時、冷却媒体流路からの冷却媒体の漏れや冷却媒体よりも高温な雰囲気から冷却流路へ気体等の流れ込みが発生すると蓄電池セルの冷却効率が低下する。その結果、蓄電池セルの温度上昇をきたし、蓄電池セルの寿命低下に繋がるという課題がある。

冷却媒体流路からの冷却媒体の漏れを防止する従来の蓄電池モジュールとしては、蓄電池セルホルダから突出するように設けられたシール部材を、蓄電池セルに押し当てて撓ませることにより蓄電池セルと蓄電池セルホルダとの隙間を減らして冷却媒体の漏れを低減しているものが知られる（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来の蓄電池モジュールを示す図である。蓄電池セル１は、蓄電池セルホルダ２によって保持されており、蓄電池セル１と蓄電池セルホルダの間には冷却媒体を流すための空間である冷却媒体流路２１が形成されている。図中、冷却媒体流路２１の上端と下端にあたる部分には、蓄電池セルホルダ２の平面部から突出する薄肉のシール部２２ａ，２２ｂが設けられている。

シール部２２ａ，２２ｂは蓄電池モジュールを組み立てる際、蓄電池セル１に押し当てられて撓むことで冷却媒体流路２１からの冷却媒体の漏れを防止する。

また、別の従来の蓄電池モジュールとして、蓄電池セルホルダの少なくとも上部または下部の一方に山状に屈曲する面から構成されたシール部を冷却媒体の流動方向に沿って設けているものも知られる（例えば、特許文献２参照）。

図７は、特許文献２に記載された従来の蓄電池モジュールを示す図である。蓄電池セル１は、蓄電池セルホルダ２によって保持されており、蓄電池セル１と蓄電池セルホルダ２の間には冷却媒体を流すための空間である冷却媒体流路２１が形成されている。蓄電池セル１の表面は弾性を有するシート４で被覆されている。蓄電池セルホルダ２の上部または下部の少なくとも一方には、冷却媒体流路２１の流れ方向に伸びるシール部２３が山状に突出しており、蓄電池セル１の表面を被覆するシート４に圧接されることで冷却媒体流路２１から冷却媒体が漏れることを防止する。

特開２００９−２７７４７１号公報 特開２０１４−０３５９６９号公報

上記従来の構造では、直方体形状をした蓄電池セル１の表面のうち、冷却媒体流路２１が形成された蓄電池セルの積層方向に垂直な平面部からの冷却媒体の漏れを有効に抑制することが可能である。しかしながら、直方体形状をした蓄電池セルの角部周辺からの冷却媒体の漏れを抑制することが難しいという課題を有している。

直方体形状をした蓄電池セルの角部は、使用時に角部に力が集中しないよう微小な曲面形状となっている。更にこの蓄電池セルの角部の形状はセル製造上のばらつきや蓄電池セル使用時の充放電にともなう膨張・収縮にともない変形することがあるなど形状のばらつきが大きい。

蓄電池セルホルダと複数の蓄電池セルは交互に積層配置され、その積層方向に加圧されることで蓄電池セルホルダは蓄電池セルをがたつかせることなく保持している。加圧された状態でも冷却媒体流路がつぶれないように蓄電池セルホルダには剛性が必要である。また蓄電池セル同士の電気的な絶縁性を保つために蓄電池セルホルダ自身は電気的な絶縁性をもつ必要性がある。このことから蓄電池セルホルダにはＰＰ樹脂、ＰＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＢＴ樹脂など絶縁性とともに剛性をもつ樹脂材料が用いられる。その弾性率は０．８〜８ＧＰａ程度のものが使用されることが多い。

上述の従来の蓄電池モジュールのように、蓄電池セルホルダの一部の形状を薄くすることや山状に形成することでは、その部分を形状のばらつきがある蓄電池セル角部の曲面に沿わせることは困難である。すなわち、蓄電池セル角部周辺で蓄電池セルホルダとの間に隙間が開いてしまい冷却媒体の漏れを防ぐことができないという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するものであり、蓄電池セルの平坦面からの冷却媒体の漏れのみならず、蓄電池セルの角部からの冷却媒体の漏れも低減し、蓄電池セルを効率的に冷却可能な蓄電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の蓄電池モジュールは、蓄電池セルと、蓄電池セルに積層され、蓄電池セルと組み合わされて蓄電池セルとの間に冷却媒体を流す冷却媒体流路を形成しているセルホルダと、セルホルダの積層方向、および、冷却媒体流路の延在方向に垂直な方向における蓄電池セルの端部に周回して設けられ、セルホルダと蓄電池セルとの間の隙間をシールするシール部材と、を備える。

本発明によれば、蓄電池セルの平坦面からの冷却媒体の漏れのみならず、蓄電池セルの角部からの冷却媒体の漏れも低減し、蓄電池セルを効率的に冷却することができる。

本発明の実施の形態１における蓄電池モジュールの一例を示す斜視図 本発明の実施の形態１における蓄電池モジュールの一例を示す分解斜視図 本発明の実施の形態１における蓄電池モジュールの一部の一例を示す水平断面図 本発明の実施の形態２における蓄電池モジュールの一例を示す分解斜視図 本発明の実施の形態２における蓄電池モジュールの一部の一例を示す分解斜視図 特許文献１に記載された従来の蓄電池モジュールを示す断面図 特許文献２に記載された従来の蓄電池モジュールを示す断面図 従来技術における蓄電池モジュールの一部を示す水平断面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における蓄電池モジュールの一例を示す斜視図である。図１において直方体形状をした蓄電池セル１は、蓄電池セルホルダ２と交互に組み合わされ積層されている。

本図では簡単のため蓄電池セル１を２個、蓄電池セルホルダ２を３個のみ記したが、求められる蓄電池の容量に合わせ、積層される個数は変わりうる。また、積層して形成された蓄電池モジュールの終端部には、図示されていない終端部専用の蓄電池セルホルダと、終端部を固定するエンドプレートが設けられ、積層された蓄電池セル１と蓄電池セルホルダ２に対して積層方向に圧力をかけた状態で蓄電池モジュールが一体に組み立てられる。蓄電池セル１の上面には一対の電極１１が延出しており、図示を省略したバスバーにより隣接する蓄電池セル１を電気的に接続することで蓄電池モジュールは組電池として機能する。

蓄電池セル１の積層方向に垂直な面と対向する蓄電池セルホルダ２の面は波型に形成されている。そして、蓄電池セル１の積層方向に垂直な面と蓄電池セルホルダ２の波型の部分により形成される空間部分が、冷却媒体を流すための冷却媒体流路２１として機能する。

蓄電池セル１から電力を取り出す際や蓄電池セル１を充電する際、内部抵抗により蓄電池セル１は発熱する。発熱により蓄電池セル１の温度が上昇すると電池の劣化が進行し寿命が低下してしまう。これを防ぐため、蓄電池セル１と蓄電池セルホルダ２の間に形成された冷却媒体流路２１にファンなどを用いて冷却媒体を流すことで蓄電池セル１を冷却する。

図２は、蓄電池セル１と蓄電池セルホルダ２を積層方向に分離した状態を示す図である。本発明の蓄電池セル１は、概略直方体形状をしている。ここで、積層方向に垂直な最も面積の大きい面を蓄電池セル１の主面１２とする。電極１１が延出している面を蓄電池セル１の天面１３とする。天面１３の反対面を底面１４とする。主面１２と天面１３、底面１４に垂直な面を側面１５とする。主面１２と側面１５の間の角部には微小な曲面が設けられており、これをセル角部１６と呼ぶことにする。

蓄電池セル１の主面１２はおおむね平坦面として構成されているが、製造上のばらつきや組み立て時の荷重により撓みが発生する。蓄電池セル１の積層方向に垂直な面と対向する蓄電池セルホルダ２も反りや組み立て時の荷重による撓みが発生する。冷却媒体流路２１の上下端に位置する蓄電池セル１の外周部分には、柔軟性を持つシール部材３ａ，３ｂが設けられている。シール部材３ａ，３ｂは、主面１２と蓄電池セルホルダ２の形状の撓みによる隙間の発生を防止し、主面１２から冷却媒体が漏れないようにすることができる。

また、蓄電池セル１のセル角部１６は使用時に力が集中しないよう微小な曲面形状となっている。更に、セル角部１６の形状は、蓄電池セル１の製造上のばらつきや充放電にともなう蓄電池セル１自身の膨張・収縮にともない変形するため形状のばらつきが大きい。そのため、対向する蓄電池セルホルダ２の形状をセル角部１６に合わせることは困難である。仮に、蓄電池セルホルダ２の形状をセル角部１６の形状に合わせようとすると、セル角部１６において局所的な当たりが発生する可能性が高まり、蓄電池モジュールの組み立てが困難になることや、蓄電池セル１が損傷してしまうことが懸念される。

そのため、図２に示すように、本発明では蓄電池セル１の上部および下部に、主面１２、セル角部１６、及び、側面１５を周回するように柔軟性を持つシール部材３ａ，３ｂを設けている。シール部材３ａ，３ｂは蓄電池セルホルダ２の材質よりも柔軟な部材であればよく、好ましくは、弾性率０．００５〜０．５ＧＰａ程度の材料であると良い。

シール部材３ａ，３ｂは、蓄電池セル１を周回するように構成されているため、主面１２からの冷却媒体の漏れに留まらず、セル角部１６からの冷却媒体の漏れや、側面１５からの冷却媒体の漏れも防止することができる。

図８は、従来技術における蓄電池モジュールの水平断面の一部を示す図である。この蓄電池モジュールでは、蓄電池セル１と蓄電池セルホルダ２とは主面１２のみで接しており、蓄電池セル１のセル角部１６や側面１５と蓄電池セルホルダ２との間から冷却媒体が漏れてしまう。

図３は、本発明の実施の形態１におけるシール部材３ａの設置位置における蓄電池モジュールの水平断面の一部を示す図である。シール部材３ａは蓄電池セルホルダ２の積層方向、および、冷却媒体流路２１の延在方向に垂直な方向における蓄電池セル１の端部に周回して設けられており、シール部材３ａを柔軟性のある材料とすることで、蓄電池セル１と蓄電池セルホルダ２との間の隙間をシールすることができる。そのため、蓄電池セル１のセル角部１６や側面１５と蓄電池セルホルダ２との隙間から冷却媒体が漏れることを防止することができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２の蓄電池モジュールを積層方向に分離した状態を示す図である。図４では、図１〜図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図４において、シール部材３ａは主面１２から天面１３をまたぎ反対側の主面１２につながる保持部３１ａ有している。また、シール部材３ｂは主面１２から底面１４をまたぎ反対側の主面１２につながる保持部３１ｂを有している。シール部材３ａは蓄電池セル１の天面１３に近い位置で主面１２、セル角部１６、及び、側面１５を周回するように設けられる。シール部材３ａの蓄電池セル１に対する上下方向の位置がずれると冷却媒体流路２１の面積が変動し冷却性能に影響を与えることが考えられる。

本実施の形態でのシール部材３ａは保持部３１ａを設けることにより、シール部材３ａが蓄電池セル１の上下方向にずれることを防止している。同様にシール部材３ｂは蓄電池セル１の底面１４に近い位置で蓄電池セル１の主面１２、セル角部１６、及び、側面１５を周回するように設けられ、保持部３１ｂによりシール部材３ｂが蓄電池セル１の上下方向にずれることを防止している。

本実施の形態での蓄電池セル１とシール部材３ａ，３ｂ、蓄電池セルホルダ２の構成をより分かりやすくするために、さらに図５を用いて説明する。図５は、１つの蓄電池セル１と、蓄電池セル１に取り付けられたシール部材３１ａ、３１ｂと、１つの蓄電池セルホルダ２を蓄電池モジュールから抽出し、それぞれを分離させた状態の一例を示す図である。

図５に示すように、柔軟性を有するシール部材３ａは蓄電池セル１の上部から、同じくシール部材３ｂは蓄電池セル１の下部から蓄電池セル１に嵌め込まれる。この際、保持部３１ａ、３１ｂがあるため、蓄電池セル１の上下方向に対してシール部材３ａ，３ｂの高さが位置決めされる。

そして、シール部材３ａ，３ｂを取り付けた蓄電池セル１と蓄電池セルホルダ２とが積層され組み立てられる。

蓄電池セルホルダ２のシール部材３ａ，３ｂに対向する箇所にはシール部材３ａ，３ｂが嵌り込み、シール部材３ａ，３ｂの厚さより浅いシール部材規制溝２４ａ，２４ｂを設けておくことが望ましい。これによりシール部材の高さをより正確に位置決めすることができると共に、シール部材３ａ，３ｂに圧縮力を付与することができ、冷却媒体の漏れをより確実に防止することができる。

また、シール部材３ａ，３ｂの保持部３１ａ，３１ｂに対向する蓄電池セルホルダ２の位置には保持部３１ａ，３１ｂが嵌り込み、保持部３１ａ，３１ｂの厚さより浅いシール部材保持部規制溝を２５ａ，２５ｂ設けることが望ましい。これにより保持部３１ａ，３１ｂの水平方向の位置が固定され、シール部材３ａ，３ｂの伸びや捩れの発生を防止することが可能となり、冷却媒体の漏れをより確実に防止することができる。

以上のように本実施の形態の構成によれば、蓄電池セル１と蓄電池セルホルダ２を積層して組み立てる際に、シール部材３ａ，３ｂの位置がずれることや捩れが発生することを防止することが可能となり、より確実に冷却媒体流路２１からの冷却媒体の漏れを防止することが可能となる。

また、本実施の形態における蓄電池モジュールは、蓄電池セル１の平坦面からの冷却媒体の漏れを防止するに留まらず、蓄電池セル１のセル角部１６からの冷却媒体の漏れも防止することができ、冷却効率を向上させることができる。

本発明は、ハイブリッド車や電気自動車などの車載用途の蓄電池に利用することができるとともに産業用や家庭用の蓄電池などにも利用することができる。

１ 蓄電池セル
１１ 電極
１２ 主面
１３ 天面
１４ 底面
１５ 側面
１６ セル角部
２ 蓄電池セルホルダ
２１ 冷却媒体流路
２２ａ，２２ｂ，２３ シール部
２４ａ シール部材規制溝
２４ｂ シール部材規制溝
２５ａ シール部材保持部規制溝
２５ｂ シール部材保持部規制溝
３ａ シール部材
３ｂ シール部材
３１ａ 保持部
３１ｂ 保持部
４ シート

Claims (3)

1. 蓄電池セルと、
   前記蓄電池セルに積層され、前記蓄電池セルと組み合わされて該蓄電池セルとの間に冷却媒体を流す冷却媒体流路を形成しているセルホルダと、
   前記セルホルダの積層方向、および、前記冷却媒体流路の延在方向に垂直な方向における前記蓄電池セルの端部に周回して設けられ、前記セルホルダと前記蓄電池セルとの間をシールするシール部材と、
   を備える蓄電池モジュール。
2. 前記蓄電池セルは、直方体形状である請求項１に記載の蓄電池モジュール。
3. 前記シール部材には前記蓄電池セルの天面または底面をまたぐ保持部が形成されている請求項１又は２に記載の蓄電池モジュール。