JP7313388B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

Description

本技術は、蓄電モジュールに関する。

電池モジュールの構成を開示した先行文献として、特開２０１９－４６７０７号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された電池モジュールは、複数の電池セルと、バスバーと、熱交換器と、熱接続部とを備える。複数の電池セルは、バスバーにより互いに電気的に接続されている。バスバーおよび熱交換器は、熱接続部により互いに熱的に接続されている。熱交換器は、熱接続部を介してバスバーから熱伝達されることにより電池セルを冷却している。

特開２０１９－４６７０７号公報

蓄電セルを冷却する流路部とバスバーとが別々の部材に設けられている場合、バスバーと流路部とを接続する部材を別途設ける必要がある。

本技術は、上記の課題を解決するためになされたものであって、バスバーと流路部とを接続する部材を別途設けることなく蓄電セルを冷却することができる、蓄電モジュールを提供することを目的とする。

本技術に基づく蓄電モジュールは、積層体と、樹脂プレートと、バスバーと、流路部とを備える。積層体は、複数の蓄電セルが積層されている。樹脂プレートは、積層体の表面に配置されている。バスバーは、樹脂プレートに一体形成されており、複数の蓄電セルと電気的に接続されている。流路部は、樹脂プレートに形成され、バスバーの少なくとも一部を覆いつつ内部を冷却水が流れる。

本技術によれば、バスバーと流路部とを接続する部材を別途設けることなく蓄電セルを冷却することができる。

本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュールが備える積層体の構成を示す斜視図である。 本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュールが備える蓄電セルの構成を示す斜視図である。 本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュールの構成を示す斜視図である。 図３の蓄電モジュールをＩＶ－ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。 本技術の実施の形態１の変形例に係る蓄電モジュールの構成を示す断面図である。 本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュールの構成を示す斜視図である。 本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュールが備える樹脂プレートの一部が折り曲げられる前の状態を示す斜視図である。 本技術の実施の形態２の変形例に係る蓄電モジュールの構成を示す斜視図である。 本技術の実施の形態３に係る蓄電モジュールの構成を示す斜視図である。

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。

本明細書において、「蓄電セル」ないし「蓄電モジュール」は、電池セルないし電池モジュールに限定されず、キャパシタセルないしキャパシタモジュールを含み得る。

(実施の形態１)
図１は、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュールが備える積層体の構成を示す斜視図である。図１に示すように、組電池としての積層体１０は、蓄電セル１００と、エンドプレート２００と、拘束部材３００とを備える。

積層体１０は、複数の蓄電セル１００がＹ軸方向（配列方向）に並ぶように積層されている。複数の蓄電セル１００の各々における後述する電極端子は、Ｚ軸の上方向（蓄電セル１００を縦向きにした状態）に向けてＹ軸方向に並ぶように積層している。複数の蓄電セル１００の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の蓄電セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。

エンドプレート２００は、Ｙ軸方向において積層体１０の両端に配置されている。エンドプレート２００は、積層体１０を収納するケースなどの基台に固定される。拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。拘束部材３００は、ボルト締結などの公知の締結方法によってエンドプレート２００と締結されている。

積層された複数の蓄電セル１００およびエンドプレート２００に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００をエンドプレート２００に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。

図２は、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュールが備える蓄電セルの構成を示す斜視図である。図２に示すように、蓄電セル１００は、電極端子１１０と、筐体１２０と、ガス排出弁１３０とを含む。

電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、筐体１２０上に形成されている。筐体１２０は、略直方体形状に形成されている。筐体１２０には、図示しない電極体および電解液が収容されている。ガス排出弁１３０は、筐体１２０内の圧力が所定値以上となった際に破断する。これにより、筐体１２０内のガスが筐体１２０外に排出される。

図３は、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュールの構成を示す斜視図である。図４は、図３の蓄電モジュールをＩＶ－ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。図３および図４に示すように、蓄電モジュール１は、積層体１０と、樹脂プレート４００と、バスバー４１０と、流路部４２０とを備える。

樹脂プレート４００は、積層体１０の表面に配置されている。本実施の形態における樹脂プレート４００は、蓄電セル１００の電極端子１１０側に配置されている。樹脂プレート４００は、絶縁性および耐熱性を有している。樹脂プレート４００には、樹脂プレート４００の厚み方向(Ｚ軸方向)に貫通した複数の開口部４１１が設けられている。複数の開口部４１１の各々から、互いに隣接する蓄電セル１００の正極端子１１１および負極端子１１２が露出している。

バスバー４１０は、導電性を有する金属の板状部材である。バスバー４１０は、樹脂プレート４００に一体形成されている。具体的には、バスバー４１０の一部が樹脂プレート４００の内部に埋設されており、バスバー４１０の残部が開口部４１１の内側に延出している。なお、一体形成とは、部材同士が一体であることを意味し、製造時に一体に成形される意味に限定されない。

バスバー４１０は、複数の蓄電セル１００と電気的に接続されている。具体的には、バスバー４１０は、複数の蓄電セル１００のうちの隣り合う蓄電セル１００の正極端子１１１と負極端子１１２とを接続している。バスバー４１０は、たとえば、レーザー溶接により正極端子１１１および負極端子１１２の各々に接続されている。

流路部４２０は、樹脂プレート４００に形成されている。流路部４２０は、バスバー４１０の少なくとも一部を覆っている。図４に示すように、流路部４２０の内部には、冷却水２０が流れている。冷却水２０によってバスバー４１０が冷却され、バスバー４１０を介して蓄電セル１００が冷却される。

流路部４２０は、樹脂プレート４００に形成された貫通孔４３０により構成されている。貫通孔４３０は、樹脂プレート４００の成形時に形成されてもよいし、中実の樹脂プレート４００を成形した後に貫通孔４３０を穿孔して形成されてもよい。

流路部４２０は、樹脂プレート４００の幅方向(Ｘ軸方向)の中央部かつ厚み方向(Ｚ軸方向)の上部において、蓄電セル１００の積層方向(Ｙ軸方向)に沿って延在している。蓄電セル１００の積層数に合わせた長さに樹脂プレート４００を切断することによって、蓄電セル１００の任意の積層数に対応した樹脂プレート４００を形成することができる。これにより、蓄電セル１００の積層数毎に樹脂プレート４００の成型用金型を製作する必要がない。

本実施の形態に係る蓄電モジュール１においては、流路部４２０が形成された樹脂プレート４００にバスバー４１０が一体形成されることによって、バスバー４１０と流路部４２０とを接続する部材を別途設けることなく、冷却水２０が流れる流路部４２０によってバスバー４１０を介して蓄電セル１００を冷却することができる。

本実施の形態に係る蓄電モジュール１においては、流路部４２０が蓄電セル１００の積層方向(Ｙ軸方向)に沿って延在していることによって、蓄電セル１００の積層数に対応した樹脂プレート４００を容易に形成することができる。

本実施の形態に係る蓄電モジュール１においては、流路部４２０が樹脂プレート４００に形成された貫通孔４３０により構成されていることにより、流路部４２０の構成を簡易にすることができる。

以下、本技術の実施の形態１の変形例に係る蓄電モジュールについて説明する。本技術の実施の形態１の変形例に係る蓄電モジュール１Ａは、流路部の構成が本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール１と異なるため、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール１と同様である構成については説明を繰り返さない。

図５は、本技術の実施の形態１の変形例に係る蓄電モジュールの構成を示す断面図である。図５に示すように、本技術の実施の形態１の変形例に係る蓄電モジュール１Ａは、金属管４３０Ａをさらに備える。

流路部４２０Ａは、樹脂プレート４００Ａに一体形成された金属管４３０Ａにより構成されている。金属管４３０Ａは、たとえば、アルミニウムにより構成されている。なお、流路部４２０Ａは、樹脂プレート４００Ａと金属管４３０Ａとが一体成形される場合に限定されず、金属管４３０Ａが挿入可能な貫通孔を樹脂プレート４００Ａに設けた後に、当該貫通孔に金属管４３０Ａを挿入することにより形成されていてもよい。

本実施の形態の変形例に係る蓄電モジュール１Ａにおいては、流路部４２０Ａが金属管４３０Ａにより構成されていることによって、流路部４２０Ａの熱伝導率を高めて冷却効率を向上させつつ、樹脂プレート４００Ａにバスバー４１０が一体形成されることによって、バスバー４１０と流路部４２０Ａとを接続する部材を別途設けることなく、冷却水２０が流れる流路部４２０Ａによってバスバー４１０を介して蓄電セル１００を冷却することができる。

(実施の形態２)
以下、本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュールについて説明する。本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュール１Ｂは、樹脂プレートおよび流路部の構成が本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール１と異なるため、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール１と同様である構成については説明を繰り返さない。

図６は、本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュールの構成を示す斜視図である。図７は、本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュールが備える樹脂プレートの一部が折り曲げられる前の状態を示す斜視図である。

図６および図７に示すように、本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュール１Ｂが備える樹脂プレート４００Ｂは、中央突出部４４０と、被冷却面部４５０と、接続片部４６０とをさらに備える。

中央突出部４４０は、樹脂プレート４００Ｂの幅方向(Ｘ軸方向)の中央に位置しており、蓄電セル１００の積層方向(Ｙ軸方向)に沿って延在しつつ樹脂プレート４００の厚み方向(Ｚ軸方向)において被冷却面部４５０より上方に突出している。被冷却面部４５０は、Ｘ軸方向において、中央突出部４４０の両側に配置されている。被冷却面部４５０において、複数の開口部４１１の各々が開口している。

接続片部４６０は、樹脂プレート４００Ｂの一部である。接続片部４６０は、中央突出部４４０の上端におけるＸ軸方向の両端に、折り曲げ可能に設けられている。接続片部４６０は、折り曲げ可能な薄い厚みを有している。

流路部４２０Ｂは、蓄電セル１００の積層方向(Ｙ軸方向)に沿って２列設けられている。具体的には、一方の流路部４２０Ｂは、中央突出部４４０の上端におけるＸ軸方向の一端に、一方の接続片部４６０によって接続されている。他方の流路部４２０Ｂは、中央突出部４４０の上端におけるＸ軸方向の他端に、他方の接続片部４６０によって接続されている。

図７に示すように、樹脂プレート４００Ｂの一部である接続片部４６０が折り曲げられる前の流路部４２０Ｂは、中央突出部４４０上に位置している。樹脂プレート４００Ｂの一部である接続片部４６０を折り曲げることによって、流路部４２０Ｂは、図７中の矢印方向に回動し、図６に示すように被冷却面部４５０上に載置される。その結果、流路部４２０Ｂは、バスバー４１０に接近してバスバー４１０の一部を覆う。このように、本実施の形態に係る蓄電モジュール１Ｂにおいては、樹脂プレート４００Ｂの一部である接続片部４６０が折り曲げられていることによって、流路部４２０Ｂがバスバー４１０に接近してバスバー４１０の少なくとも一部を覆っている。

本実施の形態に係る蓄電モジュール１Ｂにおいては、蓄電モジュール１Ｂを組み立てる際にバスバー４１０を正極端子１１１および負極端子１１２の各々と溶接する時には、バスバー４１０と流路部４２０Ｂとを離間させておき、蓄電モジュール１Ｂの組立後に、バスバー４１０と流路部４２０Ｂとを接近させて配置することができる。よって、バスバー４１０と流路部４２０Ｂとを接続する部材を別途設けることなく、冷却水２０が流れる流路部４２０Ｂによってバスバー４１０を介して蓄電セル１００を冷却することができる。なお、流路部４２０Ｂを回動した時に、流路部４２０Ｂとバスバー４１０との間に伝熱シートまたはゲルなどの伝熱材を配置してもよい。

以下、本技術の実施の形態２の変形例に係る蓄電モジュールについて説明する。本技術の実施の形態２の変形例に係る蓄電モジュール１Ｃは、接続片部の配置が本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュール１Ｂと異なるため、本技術の実施の形態２に係る蓄電モジュール１Ｂと同様である構成については説明を繰り返さない。

図８は、本技術の実施の形態２の変形例に係る蓄電モジュールの構成を示す斜視図である。図８に示すように、本技術の実施の形態２の変形例に係る蓄電モジュール１Ｃが備える樹脂プレート４００Ｃは、接続片部４６０Ａを含んでいる。

接続片部４６０Ａは、被冷却面部４５０のＸ軸方向の中央突出部４４０側とは反対側の端部に設けられている。樹脂プレート４００Ｃの一部である接続片部４６０Ａを折り曲げることによって、流路部４２０Ｂは、図８中の矢印方向に回動し、被冷却面部４５０上に載置される。その結果、流路部４２０Ｂは、バスバー４１０に接近してバスバー４１０の一部を覆う。このように、本実施の形態に係る蓄電モジュール１Ｃにおいては、樹脂プレート４００Ｃの一部である接続片部４６０Ａが折り曲げられていることによって、流路部４２０Ｂがバスバー４１０に接近してバスバー４１０の少なくとも一部を覆っている。

本実施の形態に係る蓄電モジュール１Ｃにおいても、蓄電モジュール１Ｃを組み立てる際にバスバー４１０を正極端子１１１および負極端子１１２の各々と溶接する時には、バスバー４１０と流路部４２０Ｂとを離間させておき、蓄電モジュール１Ｃの組立後に、バスバー４１０と流路部４２０Ｂとを接近させて配置することができる。よって、バスバー４１０と流路部４２０Ｂとを接続する部材を別途設けることなく、冷却水２０が流れる流路部４２０Ｂによってバスバー４１０を介して蓄電セル１００を冷却することができる。

(実施の形態３)
以下、本技術の実施の形態３に係る蓄電モジュールについて説明する。本技術の実施の形態３に係る蓄電モジュール１Ｄは、樹脂プレートおよび流路部の構成が本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール１と異なるため、本技術の実施の形態１に係る蓄電モジュール１と同様である構成については説明を繰り返さない。

図９は、本技術の実施の形態３に係る蓄電モジュールの構成を示す斜視図である。図９に示すように、本実施の形態に係る蓄電モジュール１Ｄが備える樹脂プレート４００Ｄは、複数の流路部４２０Ｃを備える。

複数の流路部４２０Ｃの各々は、蓄電セル１００の積層方向に直交する方向(Ｘ軸方向)に沿って延在している。本実施の形態における複数の流路部４２０Ｃは、Ｙ軸方向に互いに間隔をあけて並んで配置されている。複数の流路部４２０Ｃの各々は、図示しないヘッダー管に接続されることにより分流された冷却水が供給される。

本実施の形態に係る蓄電モジュール１Ｄにおいては、複数の流路部４２０Ｃの各々が蓄電セル１００の積層方向に直交する方向(Ｘ軸方向)に沿って延在していることによって、各蓄電セル１００に対応して流路部４２０Ｃを配置することができるため、複数の蓄電セル１００の冷却のばらつきを抑制することができる。

なお、上記のいずれかの実施形態において、蓄電セル１００の電極端子１１０をＸ方向（蓄電セル１００を横向きにした状態）に向けて積層した場合、あるいは電極端子１１０をＺ軸の下方向（蓄電セル１００を下向きにした状態）に向けて積層した場合、樹脂プレート４００を蓄電セル１００の電極端子１１０側の面、すなわち積層体１０の側面または下面に配置することができる。さらに、蓄電セル１００に電気的に接続される回路基板が樹脂プレート４００上に設けられる場合は、蓄電セル１００および回路基板の両方を効果的に冷却することができる。

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 蓄電モジュール、１０ 積層体、２０ 冷却水、１００ 蓄電セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、１３０ ガス排出弁、２００ エンドプレート、３００ 拘束部材、４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ 樹脂プレート、４１０ バスバー、４２０，４２０Ａ，４２０Ｂ，４２０Ｃ 流路部、４３０ 貫通孔、４３０Ａ 金属管、４４０ 中央突出部、４５０ 被冷却面部、４６０，４６０Ａ 接続片部。

Claims (6)

1. 複数の蓄電セルを積層した積層体と、
   前記積層体の表面に配置された樹脂プレートと、
   前記樹脂プレートに一体形成されており、前記複数の蓄電セルと電気的に接続されたバスバーと、
   前記樹脂プレートに形成され、前記バスバーの少なくとも一部を覆いつつ内部を冷却水が流れる流路部とを備え、
   前記複数の蓄電セルの各々は、前記バスバーに接続された電極端子を含み、
   前記樹脂プレートには、前記バスバーと前記電極端子との接続箇所を露出させることが可能な複数の開口部が設けられており、
   前記樹脂プレートの一部が折り曲げられていることによって、前記流路部が折り曲げ方向に回動可能であり、かつ、前記流路部が前記バスバーに接近して前記バスバーの前記少なくとも一部を覆っている、蓄電モジュール。
2. 前記流路部は、前記蓄電セルの積層方向に沿って延在している、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記流路部は、前記蓄電セルの積層方向に直交する方向に沿って延在している、請求項１に記載の蓄電モジュール。
4. 前記流路部は、前記樹脂プレートに一体形成された金属管により構成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
5. 前記流路部は、前記樹脂プレートに形成された貫通孔により構成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
6. 前記バスバーと前記流路部との間には、伝熱材が設けられている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。

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