JP7127341B2 - 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。

電池モジュールとしては、例えば特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に記載の電池モジュールは、一方向に並んで配された複数の電池スタックと、複数の電池スタックの下側に配された放熱部材とを有する。そして、特許文献１に記載された電池モジュールは、複数の電池スタックと放熱部材との間の熱伝導性を向上させるべく、これらの間に弾性変形可能かつ熱伝導性を有する介在層を介在させている。かかる電池モジュールを製造するにあたっては、例えば、放熱部材の上面に介在層を配置し、その介在層の上面に複数の電池スタックを押し付けることにより複数の電池スタックを介在層に埋め込ませる。

国際公開ＷＯ２０１２／１１７６８１号

しかしながら、特許文献１に記載の電池モジュールにおいては、複数の電池スタックを介在層に押し付ける際、比較的面積の大きい複数の電池スタックの下面全体が最初に介在層へ押し付けられる。そのため、押し付けられた介在層は、上下方向に直交する面方向に広がりやすく、比較的弱い力でも複数の電池スタックが介在層へ大きく埋め込まれるため、電池スタックの底面が放熱部材に衝突しやすくなるおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、組み付け時における電池と放熱部材との衝突を防止しやすい電池モジュールを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、放熱部材（２）と、
前記放熱部材の上面（２０）側に配されるとともに、前記放熱部材に熱的に接触する複数の電池（４）と、
前記放熱部材の上面と複数の前記電池の下面（４１１）との間に介在するよう形成された熱伝導性を有する介在層（３）と、
前記介在層内に埋設される複数の埋設板部（５）と、を有し、
前記各埋設板部は、上下方向（Ｚ）に直交する面方向に対して交差する方向に延在するとともに、前記各電池の厚みよりも厚みが小さく、
前記埋設板部は、下側に向かうほど厚みが小さくなるテーパ状に形成されており、
前記複数の電池は前記埋設板部とともに前記介在層に押し付けられて設けられている、電池モジュール（１）にある。

本態様の電池モジュールにおいては、前述の複数の埋設板部を有する。それゆえ、複数の電池を介在層へ押し付ける際に要求される力が、ダンパー効果により増大する。すなわち、複数の電池を介在層へ押し付けたときの介在層の広がりが複数の埋設板部によって抑えられるため、複数の電池を介在層へ埋め込ませるために要する力が増大する。それゆえ、比較的弱い力で複数の電池が介在層へ大きく埋め込まれることを防止することができる。これにより、電池が放熱部材へ衝突することを防止しやすい。

以上のごとく、前記態様によれば、組み付け時における電池と放熱部材との衝突を防止しやすい電池モジュールを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、電池モジュールの斜視図。 実施形態１における、電池モジュールの側面図。 実施形態１における、電池モジュールの正面図。 実施形態１における、複数の電池を、放熱部材に配置した介在層に押し付ける前の状態を示す図。 実施形態１における、複数の電池を、介在層に押し付ける途中の状態を示す図。 実施形態１の変形形態を示す、電池モジュールの側面図。 実施形態２における、電池モジュールの側面図。 実施形態３における、電池モジュールの側面図。 実施形態４における、電池モジュールの側面図。 図９の、Ａ－Ａ線矢視断面図。

（実施形態１）
電池モジュールの実施形態につき、図１～図３を用いて説明する。
本実施形態の電池モジュール１は、図１～図３に示すごとく、放熱部材２と複数の電池４と介在層３と複数の埋設板部５とを有する。図１、図２に示すごとく、複数の電池４は、放熱部材２の上面２０側に配される。また、複数の電池４は、放熱部材２に熱的に接触する。介在層３は、放熱部材２の上面２０と複数の電池４の下面４０との間に介在するよう形成されている。また、介在層３は、熱伝導性を有する。複数の埋設板部５は、介在層３内に埋設されている。各埋設板部５は、上下方向Ｚに直交する面方向に対して交差する方向に延在する。各埋設板部５は、各電池４の厚みよりも厚みが小さい。
以後、本実施形態につき詳説する。

本明細書において、上下方向Ｚとは、放熱部材２と介在層３と複数の電池４との並び方向である。本実施形態において、上下方向Ｚは鉛直方向であるが、これに限られない。また、上下方向Ｚにおける放熱部材２に対する複数の電池４側を上側、その反対側を下側という。また、各図において、便宜上、介在層３にハッチングを施している。

電池モジュール１は、電気自動車、ハイブリッド自動車等の床下に配置されている。電池モジュール１は、車両内の装置の電力源として用いられる。例えば、内燃機関用の回転電気を駆動させるための動力源とすることができる。

電池４は、例えばリチウムイオン二次電池である。電池４は、外装が鉄やアルミニウム等の金属からなる、いわゆる缶型の電池である。電池４は、電池本体４１と、電池本体４１から上側に突出した一対の端子４２を有する。

電池４は、上下方向Ｚに直交する横方向Ｘに厚みを有する扁平な直方体形状を呈している。各電池４の下面４１１は、上下方向Ｚと横方向Ｘとの双方に直交する縦方向Ｙに長尺であり、横方向Ｘに短尺な矩形板状を呈している。本実施形態において、複数の電池４は、互いに略同等の形状を有する。

図１、図２に示すごとく、複数の電池４は、各電池４の厚み方向（すなわち横方向Ｘ）に積層されて電池積層体１０を構成している。複数の電池４は、端子４２が存在する上端の位置を互いに揃えるように配されている。これに伴い、複数の電池４は、下面の位置も互いに揃っている。なお、図６に示すごとく、複数の電池４は、複数の電池４の組付公差、各電池４の寸法公差等により、各電池４の下面４１１の位置が揃っていなくてもよい。

図１、図２に示すごとく、電池モジュール１は、電気的絶縁性を有する複数の絶縁部７をさらに有する。電池４は、電気的絶縁性を有する絶縁部７と交互に積層されて電池積層体１０を構成している。絶縁部７は、各電池４の横方向Ｘの両面に配されている。絶縁部７は、横方向Ｘに隣り合う電池４同士が電気的に接触することを防止する。絶縁部７は、横方向Ｘに厚みを有する矩形板状に形成されている。図１に示すごとく、絶縁部７の縦方向Ｙの寸法は、電池本体４１の縦方向Ｙの寸法と同等である。また、絶縁部７の上下方向Ｚの寸法は、電池本体４１の上下方向Ｚの寸法よりも長い。絶縁部７の上端位置は、電池本体４１の上端位置に揃えられている。絶縁部７は、ＰＰ（すなわちポリプロピレン樹脂）、ＰＥ（ポリエチレン樹脂）、等からなる。

図１、図２に示すごとく、各絶縁部７の下端部は、介在層３に埋設されている。すなわち、本実施形態においては、各絶縁部７の下端部が埋設板部５を構成している。つまり、埋設板部５は、絶縁部７の一部である。図２に示すごとく、絶縁部７の埋設板部５は、その絶縁部７に対して横方向Ｘ両側に隣接する一対の電池４のそれぞれの下端位置よりも下側に突出している。埋設板部５は、横方向Ｘに直交するとともに縦方向Ｙに長尺な板状に形成されている。横方向Ｘに隣り合う埋設板部５は、互いに横方向Ｘに対向している。各埋設板部５の最大厚みは、各電池４の最大厚みよりも小さい。埋設板部５は、横方向Ｘにおける隣り合う電池４の間の領域に位置している。つまり、埋設板部５は、電池４の下側の領域に対してずれた領域に配されている。

図１～図３に示すごとく、複数の電池４は、拘束部材６によって横方向Ｘに拘束されている。拘束部材６は、電池積層体１０の横方向Ｘの両側に配された一対のエンドプレート６１と、一対のエンドプレート６１を接続する接続部材６２とを有する。

図１に示すごとく、各エンドプレート６１は、横方向Ｘに厚みを有する板状に形成されている。接続部材６２は、各エンドプレート６１に固定される固定部６２１と、固定部６２１同士を連結するとともに横方向Ｘに延在する連結部６２２とを有する。図１に示すごとく、接続部材６２は、帯状の金属の両端をその厚み方向に折り曲げたような形状を有し、その両端部を固定部６２１とし、両固定部６２１間を連結部６２２としている。図３に示すごとく、接続部材６２は、電池積層体１０及びエンドプレート６１の、縦方向Ｙの両側にそれぞれ配されている。また、接続部材６２は、電池積層体１０及びエンドプレート６１の縦方向Ｙの両側のそれぞれにおいて上下方向Ｚの２か所（上下）に配されている。

図１、図２に示すごとく、拘束部材６によって拘束された電池積層体１０は、放熱部材２の上面２０に配された介在層３の上面に押し込まれている。

放熱部材２は、介在層３よりも熱伝導が高い材料からなる。放熱部材２は、例えば上下方向Ｚに厚みを有するアルミニウム等の金属板とすることができる。放熱部材２の上面２０は、上下方向Ｚに直交する平面である。上下方向Ｚから見たとき、放熱部材２は、電池積層体１０が内側に収まる程度の大きさに形成されている。放熱部材２は、複数の絶縁部７の埋設板部５の下端部よりも下側に離れるよう配されている。なお、放熱部材２は、例えば内部に冷媒流路を有するものとすることもできる。

図１、図２に示すごとく、上下方向Ｚにおける放熱部材２と電池積層体１０との間の領域を埋めるように上下方向Ｚに直交する面方向に連続的に介在層３が形成されている。これにより、放熱部材２と複数の電池４とは、介在層３を介して熱的に接触している。なお、放熱部材２と複数の電池４とが熱的に接触してれば、放熱部材２と複数の電池４との間に別部材が介在していてもよい。例えば、放熱部材２の上面２０と介在層３との間に、熱伝導性及び電気的絶縁性を有する絶縁シートを配置することや、電池４の下面４０と介在層３との間に、同様な絶縁シートを配置することが考えられる。

図２に示すごとく、介在層３は、縦方向Ｙから見たとき、電池４の下側の領域が上側に突出したような凹凸形状を有する。介在層３における埋設板部５の下側の領域である板部下領域３１、及び介在層３における電池４の下側の領域である電池下領域３２は、それぞれ縦方向Ｙに長尺な直方体形状を呈している。各板部下領域３１は、各電池下領域３２よりも、上下方向Ｚの寸法、及び横方向Ｘの寸法が小さい。また、各板部下領域３１は、各電池下領域３２よりも体積が小さい。横方向Ｘにおいて、介在層３は、電池積層体１０の両端の位置と同じ位置、或いはそれよりも外側の位置まで形成される。

介在層３は、弾性変形可能な材料からなる。また、介在層３は、電気的絶縁性を有することが好ましい。介在層３は、例えばシリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂とすることができる。介在層３は、電池積層体１０と放熱部材２との双方に接着している。

次に、図２、図４、図５を用いて、拘束部材６によって拘束された電池積層体１０と、介在層３と、放熱部材２とを組み付ける方法の一例につき説明する。

図４に示すごとく、放熱部材２の上面２０に介在層３を配置する。次いで、図４、図５に示すごとく、拘束部材６によって拘束した電池積層体１０を、介在層３に上下方向Ｚに近付ける。そして、図５、図２に示すごとく、電池積層体１０を介在層３に押し付ける。このとき、比較的厚みの小さい絶縁部７の下端部（すなわち埋設板部５）が、まず介在層３に埋め込まれ、次いで、比較的厚みの大きい電池４が介在層３を下側に押し付けることとなる。比較的厚みの大きい電池４が介在層３を押し付けることにより、介在層３は大きく上下方向Ｚに直交する面方向へ広がろうとする。しかし、電池４が介在層３を押し付ける前に埋設板部５が介在層３中に埋設されているため、電池４が介在層３を押し付けた際の介在層３の横方向Ｘの広がりは埋設板部５によって抑えられる（オリフィス効果）。これにより、電池積層体１０の介在層３への埋め込みに要する力が増大するダンパー効果が働く。それゆえ、電池積層体１０が勢いよく放熱部材２に衝突することが防止される。

そして、図２に示すごとく、電池積層体１０と放熱部材２との間の長さが所定長さとなるまで電池積層体１０を介在層３に埋め込ませる。以上により、介在層３が電池積層体１０と放熱部材２との双方に密着し、電池モジュール１が組み付けられる。

なお、介在層３は、電池モジュール１の組み付け時、すなわち本実施形態においては放熱部材２の上面２０に配置した介在層３の上側から電池積層体１０を介在層３に押し付ける時、において弾性変形可能に構成されている。つまり、介在層３は、電池モジュール１の組み付け時に弾性変形可能であれば、電池モジュール１の組み付け後に硬化するような接着剤等とすることも可能である。

また、埋設板部５は、電池モジュール１の少なくとも組み付け時における介在層３、すなわち弾性変形可能な状態の介在層３よりも、高い剛性を有する。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
態様の電池モジュール１においては、上下方向Ｚに直交する面方向に対して交差する方向に延在するとともに、各電池４の厚みよりも厚みが小さい複数の埋設板部５を有する。それゆえ、複数の電池４を介在層３へ押し付ける際に要求される力が、ダンパー効果により増大する。すなわち、複数の電池４を介在層３へ押し付けたときの介在層３の広がりが複数の埋設板部５によって抑えられるため、複数の電池４を介在層３へ埋め込ませるために要する力が増大する。それゆえ、比較的弱い力で複数の電池４が介在層３へ大きく埋め込まれることを防止することができる。これにより、電池４が放熱部材２へ衝突することを防止しやすい。

また、絶縁部７の下端部が、埋設板部５を構成している。それゆえ、隣り合う電池４間の電気的絶縁を図るための絶縁部７の一部を埋設板部５として用いることができるため、部品点数の削減、生産性の向上、コスト低減を図りやすい。

また、埋設板部５は、電池４の下側の領域に対してずれた領域に配されている。これにより、介在層３は、電池４の下面４１１全体に密着することができる。これにより、電池４の放熱面積を確保することができ、電池４の放熱性を向上させることができる。さらに、電池積層体１０を放熱部材２の上面２０に配した介在層３に押し込む際において、万一埋設板部５が放熱部材２に当接したとしても、その衝撃が電池４に伝わりにくく、かつ埋設部材５が放熱部材２に当接することで電池４が放熱部材２に衝突することを防止できる。

以上のごとく、本実施形態によれば、組み付け時における電池と放熱部材との衝突を防止しやすい電池モジュールを提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態は、図７に示すごとく、実施形態１に対して、埋設板部５の形状を変更した実施形態である。具体的には、埋設板部５は、下側に向かうほど厚みが小さくなるテーパ状に形成されている。埋設板部５は、縦方向Ｙに直交する断面が、下側にとがる三角形状を呈している。これに伴い、介在層３における、横方向Ｘに隣接する埋設板部５の間の部材間領域３３は、下側に向かうほど横方向Ｘに広がり、縦方向Ｙに直交する断面が台形状である。

その他は、実施形態１と同様である。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本実施形態においては、部材間領域３３の体積を大きくすることができる。これにより、複数の電池４を介在層３へ埋め込ませるために要する力を増大させることができる。その結果、比較的弱い力で複数の電池が介在層へ大きく埋め込まれることを一層防止することができ、電池が放熱部材へ衝突することを一層防止しやすい。また、介在層３における部材間領域３３の体積を稼ぐことができるため、介在層３を介した電池４から放熱部材２への放熱を促進させやすい。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態３）
本実施形態も、図８に示すごとく、実施形態１に対して、埋設板部５の形状を変更した実施形態である。具体的には、埋設板部５は、上下方向Ｚに弾性変形可能な板バネである。

本実施形態において、埋設板部５は、絶縁部７の下端に接合されている。埋設板部５の下端位置は、隣接する電池４の最も下端位置と同等の位置である。

埋設板部５は、横方向Ｘに厚みを有するとともに縦方向Ｙに長尺な板を、上下方向Ｚに複数交互に屈曲させたような形状を有する。なお、これに限られず、埋設板部５は、上下方向Ｚに弾性変形可能であり、かつ、介在層３の広がり方向に交差する方向に延在するよう形成されていればよい。
その他は、実施形態１と同様である。

本実施形態においては、電池積層体１０を放熱部材２の上面２０に配した介在層３に押し込む際において、万一埋設板部５が放熱部材２に当接したとき、埋設板部５のバネ力（反発力）が電池積層体１０に作用する。そのため、万一埋設板部５が放熱部材２に当接したとしても、それ以上電池積層体１０を放熱部材２側へ押し込むことが難しくなる。それゆえ、電池４が放熱部材２に衝突することを一層防止しやすい。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態４）
本実施形態は、図９、図１０に示すごとく、埋設板部５を、拘束部材６に固定した固定部材８の一部とした実施形態である。

固定部材８は、縦方向Ｙに延在する縦部８１と、第一部位の両端から上方に延設された一対の上下部８２とを有する。縦部８１は、縦方向Ｙに長尺で、横方向Ｘに厚みを有する板状に形成されている。縦部８１は、少なくとも一部が介在層３内に埋設されている。すなわち、縦部８１の一部が埋設板部５を構成している。縦部８１は、横方向Ｘにおける各電池４の中央の位置にそれぞれ配されている。縦部８１の上端は、電池４の下面４１１に当接している。なお、固定部材８は、介在層３よりも熱伝導率の高い材料からなり、電池４は、固定部材８の埋設板部５を介して放熱部材２に放熱することができる。

上下部８２は、縦方向Ｙの外側面が内側に凹む凹部８３を有する。そして、当該凹部８３に、拘束部材６の接続部材６２の連結部６２２が配されており、上下部８２が連結部６２２に固定されている。上下部８２は、上下の接続部材６２のうちの下側の接続部材６２に固定されている。
その他は、実施形態１と同様である。

本実施形態においては、電池積層体１０及び放熱部材２とは別体の固定部材８の一部を埋設板部５としているため、既存の電池積層体１０や放熱部材２を使用することができる。それゆえ、生産性が高く、かつ低コストで本実施形態の電池モジュール１を得ることができる。

また、固定部材８は介在層３よりも熱伝導性の高い材料からなるとともに、固定部材８の一部である埋設板部５は電池４の下側に配されている。それゆえ、電池４の熱を、埋設板部５を介して放熱部材２に効率的に放熱することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態１、実施形態２等において、埋設板部５は絶縁部７の一部としたが、これらを別体で構成し、これらを接合する構成等とすることも可能である。また、前記各実施形態においては、電池４における端子４２が突出した側と反対側を介在層３に密着させる構造としたが、これに限られず、例えば電池４の厚み方向及び端子４２の突出方向の双方に直交する方向の面を介在層３に密着させる構造を採用することも可能である。

１ 電池モジュール
２ 放熱部材
２０ 放熱部材の上面
３ 介在層
４ 電池
４１１ 電池の下面
５ 埋設板部
Ｚ 上下方向

Claims (4)

1. 放熱部材（２）と、
   前記放熱部材の上面（２０）側に配されるとともに、前記放熱部材に熱的に接触する複数の電池（４）と、
   前記放熱部材の上面と複数の前記電池の下面（４１１）との間に介在するよう形成された熱伝導性を有する介在層（３）と、
   前記介在層内に埋設される複数の埋設板部（５）と、を有し、
   前記各埋設板部は、上下方向（Ｚ）に直交する面方向に対して交差する方向に延在するとともに、前記各電池の厚みよりも厚みが小さく、
   前記埋設板部は、下側に向かうほど厚みが小さくなるテーパ状に形成されており、
   前記複数の電池は前記埋設板部とともに前記介在層に押し付けられて設けられている、電池モジュール（１）。
2. 電気的絶縁性を有する複数の絶縁部（７）をさらに有し、前記電池は、前記絶縁部と交互に積層されており、少なくとも１つの前記絶縁部の下端部が、前記埋設板部を構成している、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 複数の前記電池を拘束する拘束部材（６）をさらに有し、前記埋設板部は、前記拘束部材に固定された固定部材（８）の一部によって構成されている、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 前記埋設板部は、前記電池の下側の領域に対してずれた領域に配されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュール。

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