JP7223954B2 - 電池モジュール及び電池パック - Google Patents

Description

本開示は、電池モジュール及び電池パックに関する。

従来から、複数の電池モジュールを含む電池パックが知られている。このとき、複数の電池モジュールは、互いに独立してそれぞれで一体化されている。例えば、特許文献１には、複数の角形電池である単電池（電池セル）を、スペーサを介して並んで配置し、複数の単電池の幅方向両側に長尺なブリッジバーを配置した構成が記載されている。この構成では、電池モジュールにおいて、複数の単電池の配列方向両端に配置した２つのエンドプレートにブリッジバーの両端部を固定している。また、電池モジュールにおいて高さ方向両端に配置した接続プレートの両端部をエンドプレートに固定している。複数の電池モジュールは、高さ方向に並んで配置し、電池モジュール間に配置した中間ブラケットの両端部を、それぞれの電池モジュールのエンドプレートに固定している。

特許第５９６０２８９号公報

複数の単電池である電池セルが電気的に接続された電池モジュールを含む電池パックにおいて、電池パック内の一部の電池セルが万が一の異常により異常発熱した場合に、周辺の電池セルに熱的影響が伝播するおそれがある。このために、各電池モジュールにおいて、隣り合う電池セルの間に熱伝導率の低い断熱部材をセパレータとして設置することで、異常発熱した電池セルの熱を他の電池セルに伝達しにくくする対策が考えられる。しかしながら、この対策では、各電池セルの表面の大部分が断熱材に覆われる可能性があるので、通常の使用時の充放電による電池セル自身の発熱を外部に放出しにくい。これにより、電池セルの温度が高温になり、電池セルの電気特性を損なうおそれがある。さらに、隣り合う電池セルの間に断熱部材が配置されるので、通常使用時における電池セル間での温度ばらつきが大きくなり、電池モジュールの複数の電池セルの間で電池特性に差異を発生させる原因となる。

本開示の一態様である電池モジュールは、第１方向に並んで配置された複数の電池セルを含む電池モジュールであって、少なくとも一部の隣り合う電池セルの間に配置された第１伝熱部材及び第１熱膨張材を備え、第１熱膨張材は、第１伝熱部材より熱伝導率が低く、第１所定温度以上の温度で膨張し、第１熱膨張材の温度が第１所定温度未満で、隣り合う電池セルが、第１伝熱部材を含む第１熱伝導率の高熱伝導経路で接続され、第１熱膨張材の温度が第１所定温度以上で、隣り合う電池セルが、第１熱伝導率より低い第２熱伝導率の低熱伝導経路で接続される、電池モジュールである。

本開示の一態様である電池パックは、本開示の電池モジュールと、電池モジュールの第１方向に対し直交する第２方向の一方側に配置された冷却プレートと、冷却プレートに接触する第１部分、及び隣り合う電池セル間に配置された第２部分を有する第３伝熱部材と、電池セルと第２部分との間に配置された第４伝熱部材及び第２熱膨張材とを備え、第２熱膨張材は、第３伝熱部材及び第４伝熱部材より熱伝導率が低く、第２所定温度以上の温度で膨張し、第２熱膨張材の温度が第２所定温度未満で、電池セルと第２部分とが、第４伝熱部材を含む第３熱伝導率の高熱伝導経路で接続され、第２熱膨張材の温度が第２所定温度以上で、電池セルと第２部分とが、第３熱伝導率より低い第４熱伝導率の低熱伝導経路で接続される、電池パックである。

本開示に係る電池モジュール及び電池パックによれば、一部の電池セルが異常発熱し、第１熱膨張材の温度が第１所定温度以上となった場合には、隣り合う電池セルが低熱伝導経路で接続される。これにより、異常発熱した電池セルの熱影響の他の電池セルへの伝播を抑制できる。さらに、通常使用時において第１熱膨張材の温度が第１所定温度未満のときには、隣り合う電池セルが高熱伝導経路で接続されるので、複数の電池セル間の温度ばらつきを抑制できる。これとともに、通常使用時において、電池セルが過度に高温になることを防止できる。

さらに、本開示に係る電池パックによれば、第２熱膨張材の温度が第２所定温度以上となった場合には、電池セルと冷却プレートの第２部分とが第４熱伝導率の低熱伝導経路で接続される。これにより、隣り合う電池セルの間に冷却プレートが配置される構成において、異常発熱した電池セルの熱影響の伝播を抑制できる。さらに、通常使用時において第２熱膨張材の温度が第２所定温度未満の時には、電池セルと冷却プレートの第２部分とが第３熱伝導率の高熱伝導経路で接続される。これにより、隣り合う電池セルの間に冷却プレートが配置される構成において、通常使用時の複数の電池セル間の温度ばらつきを抑制できるとともに、冷却プレートで複数の電池セルを冷却できる。

実施形態の１例の電池モジュールを含む電池パックにおいて、一部を取り除いて示す分解斜視図である。 図１のＡ－Ａ断面を拡大して示す斜視図である。 一部を省略して示している通常使用時における図２のＢ－Ｂ断面図である。 図３に示す第１伝熱部材の斜視図である。 異常発熱時における図３に対応する図である。 実施形態の別例の電池モジュールにおいて、図５に対応する図である。 実施形態の別例の電池モジュールを構成する第１伝熱部材の斜視図である。 実施形態の別例の電池モジュールにおいて、通常使用時の状態（ａ）と異常発熱時における状態（ｂ）とを示している図３のＣ部に対応する図である。 実施形態の別例の電池モジュールにおいて、図５に対応する図である。 実施形態の別例の電池モジュールを構成する第１伝熱部材を示す図である。 図１０に示す第１伝熱部材を含む電池モジュールにおいて、通常使用時の状態（ａ）と異常発熱時における状態（ｂ）とを示している図３に対応する図である。 実施形態の別例の電池モジュールを含む電池パックにおいて、一部を省略して示している断面図である。 図１２に示す別例の電池パックを構成する第３伝熱部材の斜視図である。 実施形態の別例の電池パックにおいて、図１に対応する図である。

以下、実施形態の１例である電池モジュール及び電池パックについて詳細に説明する。実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。本明細書において「略～」との記載は、略同一を例に挙げて説明すると、完全に同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。また、「端部」の用語は対象物の端及びその近傍を意味するものとする。また、以下で説明する形状、材料、個数などは説明のための例示であって、電池モジュール及び電池パックの仕様により変更が可能である。以下では同様の構成には同一の符号を付して説明する。

図１は、電池パック１０において、一部を取り除いて示す分解斜視図である。電池パック１０には、複数の電池モジュール１２が縦方向Ｘに２組に分かれて配置される。各組の電池モジュール１２は、横方向Ｙに３つが隣り合って配置される。縦方向Ｘ及び横方向Ｙは互いに直交する。

図１では、１例として、横方向Ｙに３つの電池モジュール１２が隣り合い、縦方向Ｘに２つの電池モジュール１２が隣り合う場合を示している。図１及び後述する図２～図５、では、縦方向をＸで示し、横方向をＹで示し、Ｘ及びＹに直交する高さ方向をＺで示している。縦方向Ｘは第１方向に相当し、高さ方向Ｚは第２方向に相当する。

電池パック１０は、パックケース２０と、複数の電池モジュール１２と、複数のバネ４０とを含んで構成される。パックケース２０は、ケース本体２１と、蓋部２４とを有する。ケース本体２１は、矩形状の底板部２２の周縁部から全周にわたって外周壁部２３が立設される。ケース本体２１は上端が開口する。なお、以下では、ケース本体２１の開口側を上、ケース本体２１の底板部２２側を下として説明する。上、下は、説明の便宜上用いる用語である。

蓋部２４は、矩形の平板状である。蓋部２４がケース本体２１の上端に、上端開口を塞ぐようにボルト等により結合されることにより、パックケース２０が構成される。

ケース本体２１の内側空間において、底板部２２の上面には、仕切り部２５が配置される。仕切り部２５は、縦方向Ｘ中央に位置して横方向に伸びる第１壁部２６と、第１壁部２６の縦方向Ｘにおける両側面において横方向Ｙに分かれて２つずつ突出し縦方向Ｘに伸びる第２壁部２７とを含む。これによりケース本体２１の内側空間が略同じ大きさの６つの電池収容室２０ａに分離される。複数の電池モジュール１２は、複数の電池収容室２０ａにそれぞれ配置される。第１壁部２６の横方向Ｙ長さは、ケース本体２１の内側空間の横方向Ｙ長さに略等しい。第２壁部２７の縦方向Ｘ長さは、電池収容室２０ａの縦方向Ｘ長さに略等しい。

図２は、図１のＡ－Ａ断面を拡大して示す斜視図である。図３は、一部を省略して示している通常使用時における図２のＢ－Ｂ断面図である。図２に示すように、電池モジュール１２は、複数の単電池である電池セル１３が、後述の２つの伝熱部材と熱膨張材とを介して縦方向Ｘに並んで配置されて構成される。

図１に戻って、電池モジュール１２の縦方向Ｘにおける一端とケース本体２１の内面との間にはバネ４０が配置される。このバネ４０によって電池モジュール１２には、仕切り部２５の第１壁部２６の側面に向かう弾力が付与される。これにより、電池モジュール１２には、縦方向Ｘにおける両側から圧縮する方向の弾力が付与される。

仕切り部２５は、固定手段、例えば接着剤、締結部材等により、ケース本体２１の底板部２２に固定されることが好ましく、仕切り部２５がケース本体２１に対して相対移動不能であることが好ましい。

一方、仕切り部２５は、ケース本体２１に固定されなくてもよい。また、バネの代わりに、電池モジュール１２の縦方向Ｘにおける両端のうち、仕切り部２５の第１壁部２６とは反対側である外側端に、１つまたは複数の弾性片を有するケース側エンドプレート（図示せず）を配置してもよい。例えば、弾性片は、縦方向Ｘにおける第１壁部２６とは反対側である外側に伸びて、外側に凸となる断面円弧形の曲面状に形成される。ケース側エンドプレートは、弾性片の先端部がケース本体２１の内側壁面に押し付けられて、弾性変形するように配置される。このケース側エンドプレートによっても、電池モジュール１２に、仕切り部２５の第１壁部２６の側面に向かう弾力を付与することができ、電池モジュール１２に、縦方向Ｘにおける両側から圧縮する方向の弾力を付与することができる。

次に、電池モジュール１２を構成する電池セル１３、伝熱部材及び熱膨張材の構成を説明する。図２に示すように、電池セル１３は、充放電可能な角形の二次電池である。二次電池として、例えばリチウムイオン電池が用いられる。二次電池は、これ以外に、ニッケル水素電池等が用いられてもよい。電池セル１３は、直方体形状のセルケース１４と、セルケース１４の内側に電解質とともに収容された電極体（図示せず）とを含む。セルケース１４は、上端が開口する角形のセルケース本体１５の開口を封口板１６により塞いで構成される。電極体は、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層される。封口板１６の長手方向両端部には正極端子１７と負極端子１８とが突出する。正極端子１７は正極板に接続され、負極端子１８は負極板に接続される。

電池モジュール１２は、複数の電池セル１３が、後述の第１及び第２伝熱部材３０，３３と熱膨張材３６（図３）とを介して縦方向Ｘに並んで配置される。このとき、隣り合う電池セル１３では、正極端子１７と負極端子１８との封口板１６における長手方向の位置が逆になる。そして、隣り合う電池セル１３において縦方向Ｘに隣り合う正極端子１７と負極端子１８とがバスバー（図示せず）で接続されることにより、複数の電池セル１３が電気的に直列に接続される。

なお、複数の電池セル１３において、正極端子を封口板１６における長手方向で同じ一方側に配置し、負極端子を封口板１６における長手方向で同じ他方側に配置してもよい。このとき、縦方向Ｘに並んだ複数の正極端子及び複数の負極端子のそれぞれを異なるバスバーで接続することにより、複数の電池セル１３を電気的に並列に接続してもよい。また、複数の電池セル１３の一部を電気的に並列接続することにより電池セル群を形成し、複数の電池セル群を電気的に直列に接続してもよい。

図３に示すように、電池モジュール１２の縦方向Ｘに隣り合う電池セル１３の間には、縦方向Ｘの両側に分かれて配置された第１伝熱部材３０及び第２伝熱部材３３と、第１及び第２伝熱部材３０，３３に挟まれた熱膨張材３６とが配置される。

第１伝熱部材３０は、電池セル１３間の縦方向Ｘの一方側（図３の左側）に配置され、第２伝熱部材３３は、電池セル１３間の縦方向Ｘの他方側（図３の右側）に配置される。

図４は、第１伝熱部材３０の斜視図である。第１伝熱部材３０は、隣り合う電池セル１３の一方（図３の左側）の電池セル１３の側面に面接触する金属板部材である。具体的には、第１伝熱部材３０は、鉄またはアルミウム合金等の、金属材料等の熱伝導率が高い材料により形成された板状部材である。第１伝熱部材３０は、電池モジュール１２の組み立て状態で、横方向Ｙに長い長方形状の板状である。これにより、第１伝熱部材３０の長手方向は、横方向Ｙと一致する。

第１伝熱部材３０の電池セル１３と接触する側の厚み方向一方面（図４の左側面）は、平面状である。一方、第１伝熱部材３０の熱膨張材３６（図３）側の厚み方向他方面（図４の右側面）には、高さ方向Ｚ（図４の上下方向）に並んで配置され、それぞれ長手方向（横方向Ｙ）に伸びる複数の溝部３１が形成される。各溝部３１の横方向Ｙにおける両端は、第１伝熱部材３０の横方向Ｙ両端面に達する。溝部３１は、例えば上下に離れた互いに平行な平面状の上面及び下面と、上面及び下面に直交する平面状の底面とを含んで形成される。

第１伝熱部材３０の熱伝導率は、例えば２００Ｗ／Ｋ・ｍ以上である。第１伝熱部材３０は、電池モジュール１２における電池セル１３の縦方向Ｘ側面に接触する等により、電池セル１３に伝熱可能に接続される。

図３に戻って、第２伝熱部材３３は、隣り合う電池セル１３の他方（図３の右側）の電池セル１３の側面に面接触する金属板部材である。具体的には、第２伝熱部材３３は、第１伝熱部材３０と同じ材料により、第１伝熱部材３０と略同じ形状に形成される。これにより、第２伝熱部材３３の厚み方向他方面（図３の左側面）には、横方向Ｙに伸びる複数の溝部３４が高さ方向Ｚに分かれて形成される。

図３に示すように、第１及び第２伝熱部材３０，３３は、溝部３１，３４側の厚み方向他方面が互いに向き合うように、隣り合う電池セル１３の間に配置される。この状態で、第１及び第２伝熱部材３０，３３において、厚み方向他方面に位置し、溝部３１，３４とは高さ方向Ｚに異なる位置の先端面Ｆ１，Ｆ２が、縦方向Ｘに対し直交する平面において互いに面接触する。これにより、第１及び第２伝熱部材３０，３３において、向き合った溝部３１，３４により、複数の横方向Ｙに伸びる直線状の空間である伝熱内側室３５が形成される。なお、第２伝熱部材３３は、第１伝熱部材３０と異なる材料により形成してもよい。

複数の伝熱内側室３５のそれぞれには、熱膨張材３６が充填した状態で配置される。熱膨張材３６は、第１熱膨張材に相当する。熱膨張材３６は、例えば発砲樹脂材料により形成され、第１及び第２伝熱部材３０，３３のそれぞれより熱伝導率が低い。さらに、熱膨張材３６は、第１所定温度Ｋ１（例えば１５０℃）以上の温度で膨張し、第１所定温度Ｋ１未満の温度では膨張しない。

例えば、熱膨張材３６は、第１所定温度Ｋ１以上の温度で発泡して膨張する発泡樹脂材料により形成される。例えば、熱膨張材３６の熱伝導率は、第１及び第２伝熱部材３０，３３のそれぞれの熱伝導率より低く、かつ、パックケース２０の熱伝導率より低い。例えば、熱膨張材３６の熱伝導率は、０．２Ｗ／Ｋ・ｍ未満である。

これにより、第１伝熱部材３０は、隣り合う電池セル１３の一方（図３の左側）の電池セル１３に接触するように一方の電池セル１３側に配置される。熱膨張材３６は、第１伝熱部材３０の他方（図３の右側）の電池セル１３側である溝部側に配置される。

さらに、第２伝熱部材３３は、隣り合う電池セル１３の間で、熱膨張材３６に関して第１伝熱部材３０と反対側に配置され、隣り合う電池セル１３の他方の電池セル１３に接触する。これにより、熱膨張材３６の温度が第１所定温度Ｋ１未満のときには、熱膨張材３６が膨張しないので、第１伝熱部材３０及び第２伝熱部材３３が互いの先端面Ｆ１，Ｆ２で接触し、隣り合う電池セル１３が、第１伝熱部材３０及び第２伝熱部材３３を含んで形成される、第１熱伝導率Ｒ１の高熱伝導経路で接続される。高熱伝導経路は、熱膨張材３６を含まない。図３では、一点鎖線Ａ１により高熱伝導経路を示している。

一方、熱膨張材３６の温度が第１所定温度Ｋ１以上のときには、熱膨張材３６が縦方向Ｘに膨張することで、図５に示すように、第１伝熱部材３０及び第２伝熱部材３３が縦方向Ｘに離れて非接触となる。このとき、熱膨張材３６は、第１伝熱部材３０及び第２伝熱部材３３の先端面Ｆ１，Ｆ２の間にも入り込む。これにより、熱膨張材３６の温度が第１所定温度Ｋ１以上で、隣り合う電池セル１３が、第１熱伝導率Ｒ１より低い第２熱伝導率Ｒ２の低熱伝導経路で接続される。低熱伝導経路は、熱膨張材３６を含んでいる。図５では、一点鎖線Ａ２により低熱伝導経路を示している。

例えば、第１熱伝導率Ｒ１は、１２０Ｗ／Ｋ・ｍ以上であり、第２熱伝導率Ｒ２は、０．５Ｗ／Ｋ・ｍ未満である。

このため、後述のように、電池モジュール１２の使用時に一部の電池セル１３に異常が発生し電池セル１３が異常発熱した場合に、異常発熱した電池セル１３の熱影響の伝播を抑制できる。さらに、通常使用時において複数の電池セル１３間の温度ばらつきを抑制できるとともに、電池セル１３が過度に高温になることを防止できる。

なお、各電池モジュール１２において、第１伝熱部材３０及び第２伝熱部材３３と電池セル１３との間には絶縁シート、絶縁フィルム等の絶縁部材が配置されてもよい。また、第１及び第２伝熱部材３０、３３のそれぞれにおいて、少なくとも電池セル１３と接触する側の面には絶縁フィルムを貼り付けてもよい。

図２に示すように、パックケース２０の底板部２２は、電池モジュール１２を冷却する冷却プレートに相当する。例えば、底板部２２の複数位置には、冷媒としての空気または水を流す冷媒通路２２ａが形成される。冷媒通路２２ａは、電池パック１０の外部の冷媒流路（図示せず）に接続される。図１では、底板部２２に設ける冷媒通路の図を省略している。なお、底板部２２の冷媒通路を省略して、底板部２２を放熱性がよい形状、材料等により形成してもよい。

図１に戻って、パックケース２０のケース本体２１内には、複数の電池モジュール１２が収容される。そしてこの状態で、複数の電池モジュール１２の上側には、柔軟性のある回路基板（図示せず）が上側絶縁紙（図示せず）を介して配置される。回路基板には、ＣＰＵ、メモリ等が搭載される。回路基板は、対応する各電池セル１３の正極端子１７（図２）に接続されることにより、各電池セル１３の電圧を監視する。また、回路基板に温度計測部を接続し、その温度計測部を、正極または負極の端子、またはこの端子に接続したバスバーに接触させることにより、電池セル１３の温度を検出可能としてもよい。蓋部２４は、回路基板を上から覆うようにケース本体２１に結合される。回路基板は、パックケース２０の外側に配置されてもよい。

上記の電池モジュール１２及び電池パック１０によれば、一部の電池セル１３が異常発熱し、熱膨張材３６の温度が第１所定温度Ｋ１以上となった場合には、隣り合う電池セル１３が低熱伝導経路で接続される。これにより、異常発熱した電池セル１３の熱影響の他の電池セル１３への伝播を抑制できる。

さらに、通常使用時において熱膨張材３６の温度が第１所定温度Ｋ１未満のときには、隣り合う電池セル１３が、熱膨張材３６を含まない高熱伝導経路で接続される。これにより、隣り合う電池セル１３の間での熱移動が生じやすくなる。このため、電池セル１３が過度に高温になることを防止でき、かつ、複数の電池セル１３間の温度ばらつきを抑制できる。

さらに、第１伝熱部材３０及び第２伝熱部材３３は、隣り合う電池セル１３の側面に面接触する金属板部材である。これにより、電池セル１３の側面の面方向における温度ばらつきを抑制しやすい。

図６は、実施形態の別例の電池モジュール１２において、図５に対応する図である。図６に示す構成の場合には、図５に示す構成と比較して、熱膨張材３６は、第１所定温度Ｋ１以上の温度になったときに、熱膨張材３６が縦方向Ｘにのみ膨張し、高さ方向Ｚには膨張しない。これにより、第１伝熱部材３０及び第２伝熱部材３３の互いに向き合う面において、溝部３１，３４とは異なる位置の先端面Ｆ１，Ｆ２どうしの間には熱膨張材３６が入り込まない。このような構成でも、図１～図５に示した構成と同様の効果を得られる。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図５に示した構成と同様である。

図７は、実施形態の別例の電池モジュールを構成する第１伝熱部材３７の斜視図である。本例の構成では、第１伝熱部材３７において、第２伝熱部材（図示せず）と向き合う面（図７の左側面）に、複数の散点状に配置された複数の凹部３８が形成される。凹部３８の開口形状は、例えば円形、四角形等の多角形である。そして、第２伝熱部材（図示せず）も、第１伝熱部材３７と同一形状として、第１伝熱部材３７と向き合う面において、第１伝熱部材３０の凹部３８と対向する複数の散点状の位置に複数の凹部が形成される。そして、第１伝熱部材３０と第２伝熱部材３３との向き合う面において、凹部とは異なる部分を面接触させた状態で、互いの凹部３８を組み合わせた部分により複数の散点状の密封空間を形成し、これらの密封空間に熱膨張材が充填した状態で配置される。なお、第１及び第２伝熱部材のそれぞれにおいて、各凹部３８とは反対側面は、厚み方向に対し直交する平面状とし、この反対側面には突部が形成されないようにすることが、電池セルの側面の面方向における温度ばらつきを抑制する面から好ましい。

上記の本例の構成においても、一部の電池セルが異常発熱し、熱膨張材の温度が第１所定温度以上となった場合に、隣り合う電池セルが熱膨張材を含む低熱伝導経路で接続される。これにより、異常発熱した電池セルの熱影響の他の電池セルへの伝播を抑制できる。さらに、通常使用時において、熱膨張材の温度が第１所定温度未満のときには、隣り合う電池セルが、熱膨張材を含まない高熱伝導経路で接続される。これにより、電池セルが過度に高温になることを防止でき、かつ、複数の電池セル間の温度ばらつきを抑制できる。本例においてその他の構成及び作用は、図１～図５の構成と同様である。

図８は、実施形態の別例の電池モジュール１２ａにおいて、通常使用時の状態（ａ）と異常発熱時における状態（ｂ）とを示している図３のＣ部に対応する図である。本例の構成では、第１及び第２伝熱部材４１，４４のそれぞれにおいて、厚みを面方向で略均一にしている。具体的には、各伝熱部材４１，４４の電池セル１３に接触する側の面において、熱膨張材３６側の面に形成した溝部４２，４５と高さ方向Ｚで異なる複数の位置には、横方向Ｙに伸びる平行な溝部４３，４６が形成される。これにより、各伝熱部材４１，４４は、厚みが面方向で略均一な波形に形成される。そして、図８（ａ）に示すように、通常使用時には、第１及び第２伝熱部材４１，４４が熱膨張材側の溝部４２，４５とは異なる位置の先端面Ｆ１，Ｆ２で接触し、隣り合う電池セル１３が熱膨張材３６を含まない高熱伝導経路で接続される。一方、図８（ｂ）に示すように、異常発熱時には、熱膨張材３６が縦方向Ｘに膨張して、第１及び第２伝熱部材４１，４４が離れて非接触となることで、隣り合う電池セル１３が熱膨張材３６を含む低熱伝導経路で接続される。本例においてその他の構成及び作用は、図１～図５の構成と同様である。

図９は、実施形態の別例の電池モジュール１２ｂにおいて、図５に対応する図である。本例の構成の場合には、縦方向Ｘに隣り合う電池セル１３の間には、第２伝熱部材３３（図３）を設けず、第１伝熱部材３０ａ及び熱膨張材３６のみが配置される。第１伝熱部材３０ａの基本形状は、図３に示した第１伝熱部材３０と同様である。本例の場合には、第１伝熱部材３０ａにおいて、溝部３１とは反対側の側面が、隣り合う電池セル１３の一方（図９の左側）の電池セル１３の縦方向Ｘ側面に接触する。一方、第１伝熱部材３０ａにおいて、溝部３１側の側面のうち、溝部３１とは高さ方向Ｚに異なる位置の先端面Ｆ１は、隣り合う電池セルの他方（図９の左側）の電池セル１３の縦方向Ｘ側面に接触する。これにより、第１伝熱部材３０ａの複数の溝部３１と、他方の電池セル１３の縦方向Ｘ側面との間には、複数の横方向Ｙに伸びる直線状の空間である伝熱内側室３５が形成される。

熱膨張材３６は、複数の伝熱内側室３５のそれぞれに、充填した状態で配置される。これにより、熱膨張材３６の温度が第１所定温度Ｋ１未満のときには、熱膨張材３６が膨張しないので、第１伝熱部材３０ａの先端面Ｆ１と他方の電池セル１３の縦方向Ｘ側面とが接触し、隣り合う電池セル１３が、第１伝熱部材３０ａを含んで形成される第１熱伝導率の高熱伝導経路で接続される。

一方、熱膨張材３６の温度が第１所定温度Ｋ１以上では、熱膨張材３６が縦方向Ｘに膨張することで、第１伝熱部材３０ａの先端面Ｆ１と他方の電池セル１３の縦方向Ｘ側面とが縦方向Ｘに離れて非接触となる。このとき、熱膨張材３６は、第１伝熱部材３０ａの先端面Ｆ１と他方の電池セル１３の縦方向Ｘ側面との間に入り込んでもよい。これにより、熱膨張材３６の温度が第１所定温度Ｋ１以上で、隣り合う電池セル１３が、第１熱伝導率より低い第２熱伝導率の低熱伝導経路で接続される。このため、図１～図５の構成と同様に、電池モジュール１２の使用時に一部の電池セル１３に異常が発生し電池セル１３が異常発熱した場合に、異常発熱した電池セル１３の熱影響の伝播を抑制できる。さらに、通常使用時において複数の電池セル１３間の温度ばらつきを抑制できるとともに、電池セル１３が過度に高温になることを防止できる。本例においてその他の構成及び作用は、図１～図５の構成と同様である。

図１０は、実施形態の別例の電池モジュール１２ｃ（図１１）を構成する伝熱部材５０を示す図である。図１１は、図１０に示す伝熱部材５０を含む電池モジュール１２ｃにおいて、通常使用時の状態（ａ）と異常発熱時における状態（ｂ）とを示している図３に対応する図である。

電池モジュール１２ｃにおいて、隣り合う電池セル１３の間には伝熱部材５０と熱膨張材３６とが配置される。伝熱部材５０は、第１伝熱部材に相当する。

伝熱部材５０は、鉄またはアルミウム合金等の、金属材料等の熱伝導率が高い材料により形成され、複数の貫通穴５１を有する格子状部材である。伝熱部材５０は、矩形筒状の枠部５２と、枠部５２の内側に連結された格子部５３とを含む。格子部５３は、例えば横方向Ｙに離れて配置された複数の高さ方向Ｚに伸びる第１板部５４と、複数の第１板部５４間、第１板部５４及び枠部５２の横方向Ｙ内側面の間に横方向Ｙに連結された複数の第２板部５５とにより形成される。枠部５２、第１板部５４、及び第２板部５５の縦方向Ｘにおける長さは略同じである。これにより、伝熱部材５０には、複数の矩形筒状の貫通穴５１が形成される。

図１１に示すように、熱膨張材３６は、複数の貫通穴５１に配置される。熱膨張材３６は、複数の貫通穴５１の一部の貫通穴のみに配置されてもよい。熱膨張材３６は、伝熱部材５０より熱伝導率が低く、第１所定温度Ｋ１以上の温度で膨張するが、第１所定温度Ｋ１未満の温度では膨張しない。

電池モジュール１２ｃの組み立て状態で、隣り合う電池セル１３の間には、伝熱部材５０が、伝熱部材５０の縦方向Ｘ端が電池セル１３の側面に接触するように配置される。熱膨張材３６の温度が第１所定温度Ｋ１未満で、図１１（ａ）に示すように熱膨張材３６は膨張せず、隣り合う電池セル１３が伝熱部材５０に接触する。一方、熱膨張材３６の温度が第１所定温度Ｋ１以上で、図１１（ｂ）に示すように熱膨張材３６が縦方向Ｘに膨張するので、隣り合う電池セル１３の両方の電池セルと伝熱部材５０とが縦方向Ｘに離れて非接触となる。このとき、隣り合う電池セル１３の一方の電池セルと伝熱部材５０とだけが縦方向Ｘに離れて非接触となってもよい。

電池モジュール１２ｃの通常使用時には、隣り合う電池セル１３が熱膨張材３６を含まない高熱伝導経路で接続される。一方、異常発熱時には、伝熱部材５０と電池セル１３とが離れて非接触となることで、隣り合う電池セル１３が熱膨張材３６を含む低熱伝導経路で接続される。本例においてその他の構成及び作用は、図１～図５の構成と同様である。

図１２は、実施形態の別例の電池モジュール１２ｄを含む電池パック１０ａにおいて、一部を省略して示している断面図である。図１３は、図１２に示す別例の電池パック１０ａを構成する第３伝熱部材６０の斜視図である。

本例の電池パック１０ａは、複数の電池モジュール１２ｄを含む。そして、各電池モジュール１２ｄは、縦方向Ｘに並んで配置された複数のパウチ型の電池セル７０を含んでいる。電池セル７０のセルケース７１は、絶縁樹脂フィルムに金属シートを積層して一体化した一対のラミネートシートの周囲をシールすることにより構成される。電極体（図示せず）は、このセルケース７１の内部に配置される。

電池モジュール１２ｄにおいて、隣り合う電池セル７０の縦方向Ｘに離れた複数の間部分のうち、１つおきの間部分には、第１伝熱部材３０、熱膨張材３６及び第２伝熱部材３３が配置される。電池モジュール１２ｄにおいて、隣り合う電池セル７０の複数の間部分のうち、残りの１つおきの間部分には、第３伝熱部材６０が配置される。

図１３に示すように、第３伝熱部材６０は、高さ方向Ｚに離れて配置された２つの平行な上板部６１及び下板部６２と、上、下板部６１，６２の一端に連結され高さ方向Ｚに伸びる中間板部６３とを有し、断面略Ｕ字状に形成される。下板部６２は、第１部分に相当し、中間板部６３は、第２部分に相当する。第３伝熱部材６０は、パックケースを構成し、冷却プレートに相当する底板部２２の上面に配置され底板部２２に伝熱可能に接続される。第３伝熱部材６０は、電池セル７０を底板部２２に放熱する機能を有する。このために、第３伝熱部材６０の中間板部６３は、隣り合う電池セル７０の複数の間部分のうち、残りの間部分に配置される。この状態で、上板部６１は、縦方向Ｘに並んだ２つの電池セル７０の上側で縦方向Ｘ一方側（図１２の左側）に伸び、下板部６２は、縦方向Ｘに並んだ２つの電池セル７０の下側で縦方向Ｘ一方側に伸びる。電池モジュール１２の組み立て状態で、下側板部は、底板部の上面に面接触する。第３伝熱部材６０の熱伝導率は、例えば２００Ｗ／Ｋ・ｍ以上である。

また、電池モジュール１２ｄの縦方向Ｘ一方端（図１２の左端）に配置された電池セル７０の外側面には、端部伝熱部材８７が配置される。端部伝熱部材８７は、上板部８８及び下板部８９が、第３伝熱部材６０の上板部６１及び下板部６２より縦方向Ｘ長さが小さい形状に形成される。端部伝熱部材８７の中間板部９０の内側面が、電池モジュール１２ｄの縦方向一方端に配置された電池セル７０の外側面に接触して配置される。さらに、端部伝熱部材８７の上板部８８及び下板部８９が、第３伝熱部材６０の上板部６１及び下板部６２の内側に嵌合するように接触する。

これにより、パックケースの底板部２２は、電池モジュール１２ｄの縦方向Ｘに対し直交する高さ方向Ｚの一方側である下側に配置される。また、第３伝熱部材６０の下板部６２は、パックケースの底板部２２に接触し、第３伝熱部材６０の中間板部６３は、隣り合う電池セル７０間に配置される。

さらに、隣り合う電池セル７０と第３伝熱部材６０の中間板部６３との間には、第４伝熱部材８０、熱膨張材８６及び第５伝熱部材８３が配置される。熱膨張材８６は、第２熱膨張材に相当する。

第４伝熱部材８０及び第５伝熱部材８３の形状は、それぞれ第１伝熱部材３０及び第２伝熱部材３３の形状と同様である。第４伝熱部材８０及び第５伝熱部材８３は、互いに向き合う側の側面において、その側面に形成された溝部から高さ方向Ｚに異なる位置の先端面が互いに接触する。また、熱膨張材３６は、第４伝熱部材８０及び第５伝熱部材８３の溝部により形成される複数の伝熱内側室に充填した状態で配置される。第４伝熱部材８０及び第５伝熱部材８３の熱伝導率は、それぞれ例えば２００Ｗ／Ｋ・ｍ以上である。

第４伝熱部材８０及び第５伝熱部材８３の間の熱膨張材８６は、第３、第４、及び第５伝熱部材６０，８０，８３のそれぞれより熱伝導率が低く、第２所定温度Ｋ２以上の温度で膨張するが、第２所定温度Ｋ２未満の温度では膨張しない。熱膨張材８６の熱伝導率は、例えば０．２Ｗ／Ｋ・ｍ未満である。熱膨張材８６の温度が第２所定温度Ｋ２未満で、電池セル７０と第３伝熱部材６０の中間板部６３とが、第４、及び第５伝熱部材８０，８３を含む第３熱伝導率の高熱伝導経路で接続される。一方、熱膨張材８６の温度が第２所定温度Ｋ２以上で、熱膨張材８６が膨張して、電池セル７０と第３伝熱部材６０の中間板部６３との間で第４、及び第５伝熱部材８０，８３が離れる。これにより、電池セル７０と中間板部６３とが第３熱伝導率より低い第４熱伝導率の低熱伝導経路で接続される。

例えば、第３熱伝導率は、１２０Ｗ／Ｋ・ｍ以上であり、第４熱伝導率は、１．０Ｗ／Ｋ・ｍ未満である。

上記の本例の電池パック１０ａによれば、熱膨張材８６の温度が第２所定温度Ｋ２以上となった場合には、電池セル７０と第３伝熱部材６０の中間板部６３とが第４熱伝導率の低熱伝導経路で接続される。これにより、隣り合う電池セルの間から冷却プレートである底板部２２に放熱される構成において、異常発熱した電池セル７０の熱影響の伝播を抑制できる。さらに、通常使用時において熱膨張材８６の温度が第２所定温度Ｋ２未満の時には、電池セル７０と中間板部６３とが第３熱伝導率の高熱伝導経路で接続される。これにより、通常使用時の複数の電池セル７０間の温度ばらつきを抑制できるとともに、底板部２２で複数の電池セル７０を冷却できる。本例においてその他の構成及び作用は、図１～図５の構成と同様である。

なお、本例の構成において、電池セル７０と第３伝熱部材６０との間に配置する第４伝熱部材及び第５伝熱部材として、それぞれ第１伝熱部材３０及び第２伝熱部材３３と同一の構成を用いることもできる。また、電池セル７０と第３伝熱部材６０との間に配置する熱膨張材として、隣り合う電池セル７０の間に配置する熱膨張材３６と同一の構成を用いることもできる。このとき、電池セル７０と第３伝熱部材６０との間の熱膨張材は、隣り合う電池セルの間の熱膨張材３６が膨張する第１所定温度と同じ、第２所定温度以上の温度で膨張する。また、第３熱伝導率が第１熱伝導率と略同じとなり、第４熱伝導率が第２熱伝導率と略同じとなる。

また、本例の構成では、パックケースの底板部が冷却プレートに相当する場合を説明したが、パックケースと冷却プレートとを互いに異なる部材としてもよい。このとき、パックケースの底板部の上側に冷却プレートが配置され、冷却プレートの上側に電池モジュールが配置される。なお、本例の構成のように電池セル７０がパウチ型である場合には、電池セル７０の下端を冷却プレートに直接に接触させることが困難であるため、本例のように第３伝熱部材６０を介して電池セル７０を冷却プレートに放熱させる構造を採用することが好適である。一方、本例の構成において、電池セルとして角形電池を用いることもできる。

なお、上記の各例では、パックケースの内側で、電池モジュールに、バネまたは弾性片により縦方向に圧縮する方向の弾力が付与される場合を説明した。一方、本開示の構成は、このような構成に限定するものではなく、例えば図１４に示す別例の構成のように、バネ及び弾性片を省略することもできる。

図１４は、実施形態の別例の電池パック１０ｂにおいて、図１に対応する図である。本例の構成の場合には、パックケース２０の複数の電池収容室２０ａのそれぞれにおける縦方向Ｘ長さの最大値が、電池モジュール１２の縦方向Ｘ長さよりわずかに大きくなっている。また、複数の電池収容室２０ａのそれぞれにおける縦方向Ｘの外周壁部２３側の側面の一部には、電池モジュール１２側に突出する突部２０ｂが形成される。そして、その突部２０ｂの先端面が電池モジュール１２の縦方向Ｘ側面に接触している。このとき、複数の電池収容室２０ａのそれぞれにおける突部２０ｂの位置での縦方向Ｘ長さが、電池モジュール１２の縦方向Ｘ長さと同じになっている。これにより、各電池モジュール１２において、通常時に電池セル１３間の熱膨張材の温度が第１所定温度未満のときには、隣り合う電池セル１３が、第１伝熱部材及び第２伝熱部材を含む高熱伝導経路で接続される。このため、通常使用時において複数の電池セル間の温度ばらつきを抑制できるとともに、電池セル１３が過度に高温になることを防止できる。一方、一部の電池セル１３が温度上昇して熱膨張材の温度が第１所定温度以上となり、熱膨張材が縦方向Ｘに膨張したときには、パックケースの外周壁部の突部２０ｂと一致する部分が電池モジュール１２の縦方向Ｘ側面に押されて外側に弾性変形する。これにより、隣り合う電池セル１３の間隔が縦方向Ｘに弾性的に広がる。このため、隣り合う電池セル１３が熱膨張材３６を含む低熱伝導経路で接続されるので、異常発熱した電池セル１３の熱影響の伝播を抑制できる。

１０，１０ａ，１０ｂ 電池パック
１２，１２ａ，１２ｂ、１２ｃ，１２ｄ 電池モジュール
１３ 電池セル
１４ セルケース
１５ セルケース本体
１６ 封口板
１７ 正極端子
１８ 負極端子
２０ パックケース
２０ａ 電池収容室
２０ｂ 突部
２１ ケース本体
２２ 底板部
２２ａ 冷媒通路
２３ 外周壁部
２４ 蓋部
２５ 仕切り部
２６ 第１壁部
２７ 第２壁部
３０，３０ａ 第１伝熱部材
３１ 溝部
３３ 第２伝熱部材
３４ 溝部
３５ 伝熱内側室
３６ 熱膨張材
３７ 第１伝熱部材
３８ 凹部
４０ バネ
４１ 第１伝熱部材
４２，４３ 溝部
４４ 第２伝熱部材
４５，４６ 溝部
５０ 伝熱部材
５１ 貫通穴
５２ 枠部
５３ 格子部
５４ 第１板部
５５ 第２板部
６０ 第３伝熱部材
６１ 上板部
６２ 下板部
６３ 中間板部
７０ 電池セル
７１ セルケース
８０ 第４伝熱部材
８３ 第５伝熱部材
８６ 熱膨張材
８７ 端部伝熱部材
８８ 上板部
８９ 下板部
９０ 中間板部

Claims (4)

1. 第１方向に並んで配置された複数の電池セルを含む電池モジュールであって、
   少なくとも一部の隣り合う前記電池セルの間に配置された第１伝熱部材及び第１熱膨張材を備え、
   前記第１熱膨張材は、前記第１伝熱部材より熱伝導率が低く、第１所定温度以上の温度で膨張し、
   前記第１熱膨張材の温度が前記第１所定温度未満で、隣り合う前記電池セルが、前記第１伝熱部材を含む第１熱伝導率の高熱伝導経路で接続され、前記第１熱膨張材の温度が前記第１所定温度以上で、隣り合う前記電池セルが、前記第１熱伝導率より低い第２熱伝導率の低熱伝導経路で接続され、
   前記第１伝熱部材は、隣り合う前記電池セルの一方の前記電池セルに接触するように前記一方の電池セル側に配置され、
   前記第１熱膨張材は、前記第１伝熱部材の他方の前記電池セル側に配置され、
   さらに、隣り合う前記電池セルの間で、前記第１熱膨張材に関して前記第１伝熱部材と反対側に配置され、隣り合う前記電池セルの他方の前記電池セルに接触し、前記第１熱膨張材より熱伝導率が高い第２伝熱部材を備え、
   前記第１熱膨張材の温度が前記第１所定温度未満で、前記第１伝熱部材及び前記第２伝熱部材が接触し、前記高熱伝導経路は、前記第１伝熱部材及び前記第２伝熱部材を含んで形成され、
   前記第１熱膨張材の温度が前記第１所定温度以上で、前記第１熱膨張材が膨張することで、前記第１伝熱部材及び前記第２伝熱部材が非接触となる、
   電池モジュール。
2. 請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
   前記第１伝熱部材及び前記第２伝熱部材は、隣り合う前記電池セルの側面に面接触する金属板部材である、
   電池モジュール。
3. 第１方向に並んで配置された複数の電池セルを含む電池モジュールであって、
   少なくとも一部の隣り合う前記電池セルの間に配置された第１伝熱部材及び第１熱膨張材を備え、
   前記第１熱膨張材は、前記第１伝熱部材より熱伝導率が低く、第１所定温度以上の温度で膨張し、
   前記第１熱膨張材の温度が前記第１所定温度未満で、隣り合う前記電池セルが、前記第１伝熱部材を含む第１熱伝導率の高熱伝導経路で接続され、前記第１熱膨張材の温度が前記第１所定温度以上で、隣り合う前記電池セルが、前記第１熱伝導率より低い第２熱伝導率の低熱伝導経路で接続され、
   前記第１伝熱部材は、複数の貫通穴を有する格子状部材であり、
   前記第１熱膨張材は、前記複数の貫通穴の少なくとも１つの前記貫通穴に配置され、
   前記第１熱膨張材の温度が前記第１所定温度未満で、隣り合う前記電池セルが前記第１伝熱部材に接触し、前記第１熱膨張材の温度が前記第１所定温度以上で、隣り合う前記電池セルの少なくとも一方の前記電池セルと前記第１伝熱部材とが非接触となる、
   電池モジュール。
4. 第１方向に並んで配置された複数の電池セルを含む前記電池モジュールであって、
   少なくとも一部の隣り合う前記電池セルの間に配置された第１伝熱部材及び第１熱膨張材を含み、
   前記第１熱膨張材は、前記第１伝熱部材より熱伝導率が低く、第１所定温度以上の温度で膨張し、
   前記第１熱膨張材の温度が前記第１所定温度未満で、隣り合う前記電池セルが、前記第１伝熱部材を含む第１熱伝導率の高熱伝導経路で接続され、前記第１熱膨張材の温度が前記第１所定温度以上で、隣り合う前記電池セルが、前記第１熱伝導率より低い第２熱伝導率の低熱伝導経路で接続される、
   電池モジュールと、
   前記電池モジュールの前記第１方向に対し直交する第２方向の一方側に配置された冷却プレートと、
   前記冷却プレートに接触する第１部分、及び隣り合う前記電池セル間に配置された第２部分を有する第３伝熱部材と、
   前記電池セルと前記第２部分との間に配置された第４伝熱部材及び第２熱膨張材とを備え、
   前記第２熱膨張材は、前記第３伝熱部材及び前記第４伝熱部材より熱伝導率が低く、第２所定温度以上の温度で膨張し、
   前記第２熱膨張材の温度が前記第２所定温度未満で、前記電池セルと前記第２部分とが、前記第４伝熱部材を含む第３熱伝導率の高熱伝導経路で接続され、前記第２熱膨張材の温度が前記第２所定温度以上で、前記電池セルと前記第２部分とが、前記第３熱伝導率より低い第４熱伝導率の低熱伝導経路で接続される、
   電池パック。

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