JPWO2013084937A1 - バッテリの固定構造 - Google Patents

Abstract

冷却プレート（１２）にバッテリ（１３）を支持する際に、圧力により変形可能な伝熱シート（２１）をバッテリ（１３）の冷却面（１４ａ）と冷却プレート（１２）との間に挟持することで、バッテリ（１３）の熱を冷却面（１４ａ）から伝熱シート（２１）を介して冷却プレート（１２）に効率的に伝達してバッテリ（１３）の冷却効果を高めることができる。伝熱シート（２１）は多数の貫通孔（２１ａ）を備えるので、伝熱シート（２１）が貫通孔（２１ａ）を備えない場合に比べて、圧縮変形した伝熱シート（２１）が元の形状に復元しようとする反力が減少することで、バッテリ（１３）を冷却プレート（１２）に固定する取付フランジ（１７ａ）に作用する荷重を低減して取付フランジ（１７ａ）の破損を未然に防止することができる。

Description

本発明は、バッテリの冷却面と冷却プレートとの間に圧力により変形可能な伝熱シートを挟持した状態で、前記バッテリに設けた連結部材を前記冷却プレートに固定するバッテリの固定構造に関する。

内部を冷媒が流れる中空の冷却プレートにバッテリモジュールの冷却面を支持し、バッテリモジュールの熱を冷却面から冷却プレートに伝達して冷却を行う場合、何れも剛体であるバッテリモジュールの冷却面と冷却プレートとの間に微小な隙間が発生することが避けられないため、その隙間によって冷却面と冷却プレートとの間の熱伝導が妨げられてバッテリモジュールの冷却性能が低下する問題がある。

この問題を解決するために．バッテリモジュールの冷却面と冷却プレートとの間に熱伝導性に優れた変形可能な伝熱シートを挟持し、伝熱シートの変形によってバッテリモジュールの冷却面と冷却プレートとの間の隙間を消滅させ、冷却面から冷却プレートへの熱伝達を促進することでバッテリモジュールの冷却性能を高めるものが、下記特許文献１により公知である。

日本特開２０１１−３４７７５号公報

ところで、バッテリモジュールに設けた連結部材を冷却プレートにボルト等を用いて固定する場合、バッテリモジュールの冷却面と伝熱シートとの間に挟持した伝熱シートが一定の厚さを有する中実な板材で構成されていると、圧縮された伝熱シートから受ける大きな反力でバッテリモジュールが上向き（冷却プレートから離反する方向）に付勢されてしまい、バッテリモジュールに設けた連結部材に大きな荷重が加わって破損する可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、バッテリの冷却面と冷却プレートとの間に挟持された伝熱シートの反力を低減してバッテリを固定する連結部材に加わる荷重を低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、バッテリの冷却面と冷却プレートとの間に圧力により変形可能な伝熱シートを挟持した状態で、前記バッテリに設けた連結部材を前記冷却プレートに固定するバッテリの固定構造において、前記伝熱シートは表面の少なくとも一部に凹部を備えることを第１の特徴とするバッテリの固定構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記凹部の外周は閉じた形状であることを第２の特徴とするバッテリの固定構造が提案される。

また本発明によれば、前記第２の特徴に加えて、前記凹部は前記伝熱シートを貫通する貫通孔からなり、前記伝熱シートと前記冷却プレートとの間に絶縁シートが挟持されることを第３の特徴とするバッテリの固定構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記凹部は前記伝熱シートを貫通する貫通孔からなり、前記冷却プレートは中空であり、前記伝熱シートは長辺および短辺を有する矩形状であり、前記長辺に沿って配置される複数の前記貫通孔の間隔は、前記短辺に沿って配置される複数の前記貫通孔の間隔よりも大きいことを第４の特徴とするバッテリの固定構造が提案される。

また本発明によれば、前記第４の特徴に加えて、前記複数の貫通孔は千鳥状に配置されることを第５の特徴とするバッテリの固定構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記凹部は前記伝熱シートの一端側から他端側へと連通するエア抜き溝を構成することを第６の特徴とするバッテリの固定構造が提案される。

また本発明によれば、前記第６の特徴に加えて、前記バッテリは複数のバッテリセルをホルダを挟んで積層したバッテリモジュールからなり、前記ホルダは前記冷却面から前記伝熱シート側に突出する突出部を備えるとともに、前記伝熱シートは前記突出部が嵌合する位置決め凹部を備えることを第７の特徴とするバッテリの固定構造が提案される。

また本発明によれば、前記第７の特徴に加えて、前記エア抜き溝は、前記冷却面に対向する第１エア抜き溝と、前記冷却プレートに対向する第２エア抜き溝とからなり、前記第１エア抜き溝の幅は前記第２エア抜き溝の幅よりも小さいことを第８の特徴とするバッテリの固定構造が提案される。

また本発明によれば、前記第６〜第８の何れか１つの特徴に加えて、前記バッテリは前記冷却面の周囲を囲んで前記冷却プレート側に突出する突壁部を備えることを第９の特徴とするバッテリの固定構造が提案される。

尚、実施の形態のバッテリモジュール１３は本発明のバッテリに対応し、実施の形態の中間ホルダ１５は本発明のホルダに対応し、実施の形態の取付フランジ１７ａは本発明の連結部材に対応し、実施の形態の貫通孔２１ａは本発明の凹部に対応し、実施の形態の位置決め溝２１ｂは本発明の位置決め凹部に対応し、実施の形態の第１、第２エア抜き溝２１ｃ，２１ｄは本発明の凹部あるいはエア抜き溝に対応する。

本発明の第１の特徴によれば、冷却プレートにバッテリを固定する際に、圧力により変形可能な伝熱シートをバッテリの冷却面と冷却プレートとの間に挟持するので、伝熱シートを変形させてバッテリの冷却面と冷却プレートとの間に隙間が発生するのを防止し、バッテリの熱を冷却面から伝熱シートを介して冷却プレートに効率的に伝達してバッテリの冷却効果を高めることができる。伝熱シートは表面の少なくとも一部に凹部を備えるので、伝熱シートが凹部を備えない場合に比べて、圧縮変形した伝熱シートが元の形状に復元しようとする反力が減少することで、バッテリを冷却プレートに固定する連結部材に作用する荷重を低減して連結部材の破損を未然に防止することができる。

また本発明の第２の特徴によれば、伝熱シートの凹部は閉じた形状であるので、結露水が各凹部に保持されて隣接する凹部に保持された結露水から隔絶されることで、結露水が連続的に連なって地絡が発生するのを防止することができる。

また本発明の第３の特徴によれば、伝熱シートを貫通する貫通孔で凹部を構成すると、結露水が貫通孔を通って冷却プレートに達することで地絡が発生する可能性があるが、伝熱シートと冷却プレートとの間に絶縁シートを挟持したので、結露水を絶縁シートで遮って地絡の発生を防止することができる。

また本発明の第４の特徴によれば、伝熱シートの凹部を貫通孔で構成し、矩形状の伝熱シートの長辺に沿って配置される複数の貫通孔の間隔を、短辺に沿って配置される複数の貫通孔の間隔よりも大きくしたので、中空の冷却プレートがバッテリの重量で下向きに撓むときに伝熱シートが長辺に沿って強く引き伸ばされても、複数の貫通孔の配置間隔が大きく設定された伝熱シートの長辺方向の強度を高めることで、伝熱シートの破断を防止することができる。

また本発明の第５の特徴によれば、複数の貫通孔を千鳥状に配置したので、伝熱シートの強度を低下させることなく貫通孔の数を増加させ、伝熱シートの反力を減少させることができる。

また本発明の第６の特徴によれば、伝熱シートの凹部はその一端側から他端側へと連通するエア抜き溝を構成するので、バッテリの冷却面あるいは冷却プレートに伝熱シートを重ね合わせるときに、両者間に閉じ込められたエアを伝熱シートのエア抜き溝を介して排出し、伝熱シートをバッテリの冷却面あるいは冷却プレートに伝熱シートに密着させて熱伝導性を高めることができる。

また本発明の第７の特徴によれば、バッテリは複数のバッテリセルをホルダを挟んで積層したバッテリモジュールからなり、隣接するバッテリセル間に挟まれたホルダはバッテリの冷却面から伝熱シート側に突出する突出部を備える。伝熱シートはホルダの突出部が嵌合する位置決め凹部を備えるので、バッテリモジュールの冷却面に対して伝熱シートを位置決めする際に、突出部および凹部の嵌合により位置決め精度を高めることができる。

また本発明の第８の特徴によれば、伝熱シートとバッテリの冷却面との接触面積は、伝熱シートと冷却プレートとの接触面積に比べて、伝熱シートに接触するホルダの面積分だけ小さくなるが、伝熱シートの第１、第２エア抜き溝のうち、バッテリの冷却面に対向する第１エア抜き溝の幅は、冷却プレートに対向する第２エア抜き溝の幅よりも小さいので、第１、第２エア抜き溝の幅の差で前記接触面積の差を補償し、バッテリの冷却面から伝熱シートへの熱伝達量と伝熱シートから冷却プレートへの熱伝達量とを均一化してバッテリの冷却効果を高めることができる。

また本発明の第９の特徴によれば、バッテリは冷却面の周囲を囲んで冷却プレート側に突出する突壁部を備えるので、バッテリの冷却面および冷却プレート間に挟持された伝熱シートが変形して外側に広がっても、伝熱シートが冷却面から外側にはみだすのを突壁部で阻止することができるだけでなく、伝熱シートを内側に向けて積極的に変形させることでエア抜き溝を潰し、伝熱シートがバッテリの冷却面あるいは冷却プレートに接触する面積を増加させて熱伝導性を更に高めることができる。

図１はバッテリモジュールの斜視図である。（第１の実施の形態） 図２はバッテリモジュールの分解斜視図である。（第１の実施の形態） 図３は上下反転したバッテリモジュールの斜視図である。（第１の実施の形態） 図４は図３の４部拡大図である。（第１の実施の形態） 図５は図４の５−５線断面図である。（第１の実施の形態） 図６は図３の６方向矢視図である。（第１の実施の形態） 図７は図６に対応する図である。（第２の実施の形態） 図８は図６に対応する図である。（第３の実施の形態） 図９はバッテリモジュールの斜視図である。（第４の実施の形態） 図１０はバッテリモジュールの分解斜視図である。（第４の実施の形態） 図１１は上下反転したバッテリモジュールの斜視図である。（第４の実施の形態） 図１２は図１１の１２部拡大図である。（第４の実施の形態） 図１３は図１２の１３−１３線断面図である。（第４の実施の形態） 図１４は図１２の１４−１４線断面図である。（第４の実施の形態） 図１５は伝熱シートの形状を示す図である。（第４の実施の形態） 図１６は図１０の１６方向矢視図である。（第４の実施の形態） 図１７は図１３に対応する作用説明図である。（第４の実施の形態） 図１８は図１４に対応する作用説明図である。（第４の実施の形態） 図１９は位置決め孔の他の実施の形態を示す図である。（第５〜第７の実施の形態）

１２ 冷却プレート
１３ バッテリモジュール（バッテリ）
１４ バッテリセル
１４ａ 冷却面
１５ 中間ホルダ（ホルダ）
１５ｃ 下部フランジ（突出部）
１５ｄ 突壁部
１６ｃ 突壁部
１７ａ 取付フランジ（連結部材）
２１ 伝熱シート
２１ａ 貫通孔（凹部）
２１ｂ 位置決め溝（位置決め凹部）
２１ｃ 第１エア抜き溝（凹部、エア抜き溝）
２１ｄ 第２エア抜き溝（凹部、エア抜き溝）
２２ 絶縁シート

本発明の形態について添付図面を参照しながら説明する。

第１の実施の形態

先ず、図１〜図６に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１および図２に示すように、電気自動車に搭載されるバッテリパック１１は、冷却プレート１２上に複数のバッテリモジュール１３…を支持して構成されるもので、図１および図２には冷却プレート１２の一部と、２個のバッテリモジュール１３，１３とが示されている。本実施の形態では２個のバッテリモジュール１３，１３が一体化されているが、各々のバッテリモジュール１３の構造は実質的に同一である。

バッテリモジュール１３は、各々が直方体をなす複数個（実施の形態では１２個）のバッテリセル１４…を合成樹脂製の中間ホルダ１５…を挟んで積層するとともに、積層方向両端に位置する２個のバッテリセル１４，１４の外側にそれぞれ合成樹脂製の端部ホルダ１６，１６を積層して構成される。

水平断面がＨ字状に形成された中間ホルダ１５は、隣接する２個のバッテリセル１４，１４に挟持される板状のホルダ本体部１５ａと、ホルダ本体部１５ａの左右両側縁から積層方向両側に張り出す一対の側部フランジ１５ｂ，１５ｂとを備えており、隣接する中間ホルダ１５…の側部フランジ１５ｂ…どうしが噛み合うことで、それらの中間ホルダ１５…の相互の位置関係が規制され、結果的に複数のバッテリセル１４…の相互の位置関係が規制される。

水平断面がコ字状に形成された端部ホルダ１６は、積層方向外端に位置するバッテリセル１４の外面に当接する板状のホルダ本体部１６ａと、ホルダ本体部１６ａの左右両側縁から積層方向内側に張り出す一対の側部フランジ１６ｂ，１６ｂとを備えており、それらの側部フランジ１６ｂ，１６ｂが隣接する中間ホルダ１５の側部フランジ１５ｂ，１５ｂと噛み合うことで、全ての中間ホルダ１５…および端部ホルダ１６，１６の位置関係が規制される。

各バッテリモジュール１３の一対の端部ホルダ１６，１６の積層方向外面に一対のエンドプレート１７，１７が重ね合わされ、それら一対のエンドプレート１７，１７を締結バンド１８で締結することで、１２個のバッテリセル１４…、１１個の中間ホルダ１５…および２個の端部ホルダ１６，１６が強固に一体化される。尚、２個のバッテリモジュール１３，１３に対して２本の締結バンド１８，１８が共有される。またバッテリセル１４…、中間ホルダ１５…および端部ホルダ１６，１６の当接面は接着剤により固定される。

バッテリモジュール１３の上面には図示しない複数のバスバーを保持したバスバープレート１９が固定されており、このバスバープレート１９によって各バッテリセル１４…の端子どうしが電気的に接続される。そして並置された２個のバッテリモジュール１３，１３の上面が共通の合成樹脂製のカバー２０で覆われる。

バッテリモジュール１３を構成する１２個のバッテリセル１４…の下面は、即ちバッテリモジュール１３…の下面は、冷却プレート１２の上面に対向する冷却面１４ａ…（図３〜図５参照）を構成しており、これらの冷却面１４ａ…と冷却プレート１２の上面との間に１枚の矩形状の伝熱シート２１が挟持される。伝熱シート２１の材質は熱伝導性に優れた合成樹脂（例えば、シリコーンゴム）であり、圧力が加わると押し潰されて変形可能である。

伝熱シート２１の下面と冷却プレート１２の上面との間には絶縁シート２２が配置される。絶縁シート２２は、非導電性および撥水性を有するＰＰ（ポリプロピレン）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の合成樹脂製であって、底壁部２２ａとそこから立ち上がる側壁部２２ｂ…とを有する浅いトレー状に構成されており、その内部にバッテリモジュール１３の下部が嵌合する。従って、伝熱シート２１の上面はバッテリセル１４…の冷却面１４…に当接し、伝熱シート２１の下面は絶縁シート２２の上面に当接することになる。絶縁シート２２の肉厚は極めて薄いため、殆ど熱伝達の妨げになることはない。

冷却プレート１２は熱電導性に優れた金属製の中空部材であって、上壁部１２ａおよび下壁部１２ｂ間に冷媒（例えば、冷却空気）が流れる冷媒通路１２ｃが区画される。冷却プレート１２の冷媒通路１２ｃには図示せぬ冷却ファンにより吸い込まれた冷却空気が流れており、バッテリセル１４…の冷却面１４ａ…から伝熱シート２１および絶縁シート２２を介して上壁部１２ａに伝達された熱が冷却空気との間で熱交換することで、バッテリセル１４…の冷却が図られる。

図３および図６に示すように、伝熱シート２１はバッテリセル１４…の積層方向に長辺を有し、それと直交する方向に短辺を有する基本的に一定の厚さｔ１（例えば、３ｍｍ）の矩形状のシートであり、そこに多数の円形の凹部である貫通孔２１ａ…が千鳥状に形成される。また伝熱シート２１の長辺に沿う貫通孔２１ａ…の配列ピッチはａであり、短辺に沿う貫通孔２１ａ…の配列ピッチはａよりも小さいｂである。伝熱シート２１の全体の面積に対する貫通孔２１ａ…の面積の割合は、例えば３８パーセントである。

図１および図２に示すように、一体化された２個のバッテリモジュール１３，１３の組み立てが完了した後に、各々のバッテリモジュール１３のバッテリセル１４…の冷却面１４ａ…に伝熱シート２１を装着し、その上にトレー状の絶縁シート２２を被せる。そしてバッテリモジュール１３，１３を冷却プレート１２の上壁部１２ａに載置し、エンドプレート１７…の取付フランジ１７ａ…を貫通するボルト２３…で冷却プレート１２の取付ボス１２ｄ…に締結することで、一体化された２個のバッテリモジュール１３，１３を冷却プレート１２上に固定する。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

バッテリモジュール１３を冷却プレート１２に固定した状態では、バッテリモジュール１３の複数のバッテリセル１４…の冷却面１４ａ…と冷却プレート１２の上壁部１２ａとの間に、伝熱シート２１および絶縁シート２２が挟持される。このとき、伝熱シート２１にバッテリモジュール１３の重量が加わることで、伝熱シート２１が上下方向に圧縮されて押し潰され、伝熱シート２１の上面およびバッテリモジュール１３の冷却面１４ａ…間の隙間と、伝熱シート２１の下面および冷却プレート１２の上壁部１２ａ間の隙間とが消滅し、バッテリモジュール１３から冷却プレート１２への熱伝達が効率良く行われることで、バッテリモジュール１３の冷却性能が向上する。

尚、伝熱シート２１の下面と冷却プレート１２の上壁部１２ａとの間には絶縁シート２２の底壁部２２ａが介在するが、絶縁シート２２は極めて薄い合成樹脂製であって容易に変形可能であるため、絶縁シート２２が介在することで熱伝達を妨げる隙間が発生することはない。

ところで、バッテリモジュール１３を冷却プレート１２に固定して伝熱シート２１を圧縮した状態では、圧縮された伝熱シート２１が元の形状に復元しようとする反力でバッテリモジュール１３が冷却プレート１２から離反する方向に付勢される。その結果、バッテリモジュール１３のエンドプレート１７…の取付フランジ１７ａ…に大きな荷重が作用し、車体の振動等によって取付フランジ１７ａ…が破損する可能性がある。

しかしながら本実施の形態によれば、伝熱シート２１が多数の貫通孔２１ａ…を備えているために容易に圧縮可能となり、それが元の形状に復元しようとする反力が減少することでエンドプレート１７…の取付フランジ１７ａ…に作用する荷重も減少し、取付フランジ１７ａ…の破損が未然に防止される。

またバッテリセル１４…は充電や放電によって温度上昇し、充電や放電の停止により温度低下するが、温度低下に伴って空気中に水分が結露してバッテリモジュール１３の表面に付着する。この結露水が重力で下方に流れて冷却プレート１２に達すると、バッテリセル１４…の電極が冷却プレート１２に電気的に導通する地絡が発生する虞がある。

しかしながら本実施の形態によれば、バッテリモジュール１３の下方に配置された伝熱シート２１の各貫通孔２１ａは外周が閉じた円形形状であるため、結露水は各貫通孔２１ａの内部に独立して存在して隣接する貫通孔２１ａ…の結露水と連通することが防止され、バッテリセル１４…と冷却プレート１２との地絡を確実に阻止することができる。

しかも伝熱シート２１の下方に配置された絶縁シート２２は、底壁部２２ａの外周から起立する側壁部２２ｂ…を備えてトレー状に形成されるため、その内部に結露水を保持して冷却プレート１２への流出を阻止し、地絡の発生を一層確実に阻止することができる。また絶縁シート２２は撥水性の素材で構成されているため、その表面に付着した結露水が独立した水滴状になることで、バッテリモジュール１３と冷却プレート１２とが電気的に導通するのを更に効果的に防止することができる。

ところで、冷却プレート１２は内部に冷媒通路１２ｃが区画された中空の部材であるため、バッテリモジュール１３の重量が加わると上壁部１２ａが下向きの弧状に撓むように変形し、伝熱シート２１が冷却プレート１２の変形に伴って引き伸ばされるように変形する。このとき、矩形状の伝熱シート２１の長辺に沿う変形量は短辺に沿う変形量よりも大きくなるため、伝熱シート２１が長辺側のエッジから破断し易くなる問題がある。

しかしながら本実施の形態によれば、伝熱シート２１の長辺に沿う貫通孔２１ａ…の配列ピッチａは短辺に沿う貫通孔２１ａ…の配列ピッチｂよりも大きいため、伝熱シート２１の長辺に沿う強度が短辺に沿う強度よりも大きくなることで、伝熱シート２１の長辺側のエッジのからの破断を効果的に防止することができる。

また伝熱シート２１の貫通孔２１ａ…は千鳥状に配置されているので、それを碁盤目状に配置する場合に比べて、隣接する貫通孔２１ａ，２１ａ間に挟まれた部分の最大幅を大きく確保して伝熱シート２１の強度を保ちながら、貫通孔２１ａ…を密に配置して伝熱シート２１の反力を更に低減することができる。

第２の実施の形態

次に、図７に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態の伝熱シート２１は、絶縁シート２２に接触する下面が平坦に形成され、バッテリセル１４…の冷却面１４ａ…に接触する上面に多数の凹部２１ａ…が市松模様状に配置される。伝熱シート２１の厚さは基本的にｔ１であるが、凹部２１ａ…の部分での厚さはｔ１よりも小さいｔ２である。

この実施の形態によっても、伝熱シート２１が多数の凹部２１ａ…を備えているため、圧縮された伝熱シート２１が元の形状に復元しようとする反力が減少することでエンドプレート１７…の取付フランジ１７ａ…に作用する荷重が減少し、取付フランジ１７ａ…の破損が未然に防止される。

また伝熱シート２１の各凹部２１ａは外周が閉じた形状であって各々が独立しており、かつ各凹部２１ａの底部は容器状に閉じているため、結露水は各凹部２１ａの内部に独立して存在して隣接する凹部２１ａ…の結露水と連通することが防止されることで、バッテリセル１４…と冷却プレート１２との地絡を確実に阻止することができる。

第３の実施の形態

次に、図８に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第３の実施の形態の伝熱シート２１は、絶縁シート２２に接触する下面に複数の帯状の凹部２１ａ…が平行に形成され、バッテリセル１４…の冷却面１４ａ…に接触する上面にも、下面の凹部２１ａ…に対してずれた位置に複数の帯状の凹部２１ａ…が平行に形成される。伝熱シート２１の上面および下面間の最大厚さはｔ１であるが、その実質的な厚さは凹部２１ａ…を形成したことで、ｔ１よりも小さいｔ２に減少する。

この実施の形態によっても、伝熱シート２１が多数の凹部２１ａ…を備えているため、圧縮された伝熱シート２１が元の形状に復元しようとする反力が減少することでエンドプレート１７…の取付フランジ１７ａ…に作用する荷重が減少し、取付フランジ１７ａ…の破損が未然に防止される。

第４の実施の形態

次に、図９〜図１８に基づいて本発明の第４の実施の形態を説明する。

図９および図１０に示すように、本実施の形態のバッテリパック１１は、第１の実施の形態のバッテリパック１１（図１および図２参照）と比較して、中間ホルダ１５、伝熱シート２１および絶縁シート２２の構造が異なっている。また本実施の形態の伝熱シート２１は表面がベタつく特性（粘着性）を有している。

図１１〜図１４に示すように、水平断面がＨ字状に形成された中間ホルダ１５は、隣接する２個のバッテリセル１４，１４に挟持される板状のホルダ本体部１５ａと、ホルダ本体部１５ａの左右両側縁から積層方向両側に張り出す一対の側部フランジ１５ｂ，１５ｂと、ホルダ本体部１５ａの下縁から積層方向両側に張り出す下部フランジ１５ｃとを備えており、隣接する中間ホルダ１５…の側部フランジ１５ｂ…どうしが噛み合うことで、それらの中間ホルダ１５…の相互の位置関係が規制され、結果的に複数のバッテリセル１４…の相互の位置関係が規制される。下部フランジ１５ｃの幅は側部フランジ１５ｂ，１５ｂの幅よりも小さく、隣接する中間ホルダ１５…の側部フランジ１５ｂ…どうしが噛み合った状態でも、下部フランジ１５ｃ…どうしは噛み合わず、その間にバッテリセル１４…の下面（後述する冷却面１４ａ）が露出する。

図１５に示すように、伝熱シート２１はバッテリセル１４…の積層方向に長辺を有し、それと直交する方向に短辺を有する矩形状のシートであり、その厚さは短辺に沿って一定であるが、長辺に沿って変化している。即ち、伝熱シート２１は長辺方向中央部の厚さＴ１が大きく（例えば、４．１ｍｍ）、長辺方向両端部の厚さＴ２が小さく（例えば、３．１ｍｍ）、その間で連続的に変化している。

また伝熱シート２１には、合計２２個の位置決め孔２１ｅ…が長辺方向に沿って２列に形成される。隣接する一対のバッテリセル１４，１４に挟まれた中間ホルダ１５の下部フランジ１５ｃの下面に、それぞれ２個の位置決め孔２１ｅ，２１ｅが対向する。位置決め孔２１ｅの形状は正方形状であるが、その角部は丸みが持たされている。下部フランジ１５ｃの幅は位置決め孔２１ｅ，２１ｅの幅よりも小さく、従って位置決め孔２１ｅ，２１ｅを通して下部フランジ１５ｃの両側縁を目視することができる。

伝熱シート２１の上面、つまりバッテリセル１４…の冷却面１４ａ…に対向する面には、短辺と平行に延びる合計１１本の位置決め溝２１ｂ…が形成される。本実施の形態では、各位置決め溝２１ｂの上にそれぞれ２個の位置決め孔２１ｅ，２１ｅが重なっている。中間ホルダ１５…の下部フランジ１５ｃ…はバッテリセル１４…の冷却面１４ａ…から下方に突出しており、これらの下部フランジ１５ｃ…が位置決め溝２１ｂ…に嵌合する。１１本の位置決め溝２１ｂ…は、伝熱シート２１の厚さが大きい部分（長辺方向中央部）で幅Ｗ１が小さく、伝熱シート２１の厚さが小さい部分（長辺方向両端部）で幅Ｗ２が大きくなるように、段階的に差が持たされている。

伝熱シート２１の上面には、バッテリセル１４…の冷却面１４ａ…の中央部に沿って合計１２本の第１エア抜き溝２１ｃ…が形成される。従って、１１本の位置決め溝２１ｂ…と１２本の第１エア抜き溝２１ｃ…とは、相互に平行に、かつ交互に形成されることになる。また伝熱シート２１の下面には、位置決め溝２１ｂ…および第１エア抜き溝２１ｃ…の中間位置に沿うように、各２本の第２エア抜き溝２１ｄ…が合計２４本形成される。１個のバッテリセル１４の冷却面１４ａには２本の第２エア抜き溝２１ｄ，２１ｄが対向しており、かつ第２エア抜き溝２１ｄ…の位置は、位置決め溝２１ｂ…の位置および第１エア抜き溝２１ｃ…の位置と重ならないように長辺方向にずれている。第２エア抜き溝２１ｄ…の断面積は、第１エア抜き溝２１ｃ…の断面積よりも大きく設定されている。

位置決め溝２１ｂ…、第１エア抜き溝２１ｃ…および第２エア抜き溝２１ｄ…の両端部は、伝熱シート２１の一対の長辺に達して開口している。

中間ホルダ１５…および端部ホルダ１６，１６の下端には、バッテリセル１４…の冷却面１４ａ…から下方に延び、かつ冷却面１４ａ…側に回り込むように突出する突壁部１５ｄ…，１６ｃ，１６ｃが全周に亙って形成される。これらの突壁部１５ｄ…，１６ｃ，１６ｃは伝熱シート２１の外周を若干の隙間α（図１２〜図１４参照）を存して囲むように形成され、その冷却面１４ａ…からの下向きの突出高さは伝熱シート２１の厚さよりも小さく設定される。

図１１および図１６に示すように、絶縁シート２２の一対の長辺に対応する側壁部２２ｂ，２２ｂの上縁には各３個の係止部２２ｃ…が突設されており、中央の２個の係止部２２ｃ，２２ｃには長辺方向の長さが短い係止孔２２ｄ，２２ｄが形成され、両端の４個の係止部２２ｃ…には長辺方向の長さが長い係止孔２２ｅ…２２ｅが形成される。一方、前記係止部２２ｃ…の位置に対応する３個の中間ホルダ１５…の両側面には、絶縁シート２２の係止孔２２ｄ，２２ｄ，２２ｅ…に係合可能な係止突起１５ｅ…が突設される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図１１に示すように、一体化された２個のバッテリモジュール１３，１３の組み立てが完了した後に、各々のバッテリモジュール１３のバッテリセル１４…の冷却面１４ａ…に伝熱シート２１を位置決めし、その粘着性を利用して冷却面１４ａ…に貼り付ける。このとき、伝熱シート２１を貼り付ける位置を誤ってしまうと、それを引き剥がす際に柔軟な伝熱シート２１が破損する可能性があるため、伝熱シート２１を一度で正しい位置に貼り付ける必要がある。

そのために、作業者は伝熱シート２１の位置決め孔２１ｅ…を通してバッテリセル１４…の冷却面１４ａ…、つまりバッテリモジュール１３の冷却面１４ａ…に露出する中間ホルダ１５…の下部フランジ１５ｃ…を目視しながら、それらの下部フランジ１５ｃ…が位置決め孔２１ｅ…の中央部に位置するように、伝熱シート２１を冷却面１４ａ…に位置決めして貼り付ける（図１２参照）。位置決め孔２１ｅ…は複数個設けられており、かつ冷却面１４ａ…の全体に分布しているため、伝熱シート２１の位置決め精度は極めて高いものとなる。このとき、下部フランジ１５ｃの幅は位置決め孔２１ｅ，２１ｅの幅よりも小さいため、位置決め孔２１ｅ，２１ｅを通して下部フランジ１５ｃの両側縁を目視することができ、これにより伝熱シート２１の位置決め精度が更に高められる。

図１２〜図１４から明らかなように、伝熱シート２１を貼り付けるとき、バッテリモジュール１３の冷却面１４ａ…に突出する中間ホルダ１５…の下部フランジ１５ｃ…が邪魔になるが、伝熱シート２１の上面に形成した位置決め溝２１ｂ…に下部フランジ１５ｃ…を嵌合させることで、伝熱シート２１の貼り付けを支障なく行うことができる。このとき、位置決め溝２１ｂ…および下部フランジ１５ｃ…を嵌合させることで、伝熱シート２１が物理的に位置決めされるため、位置決め精度が更に向上する。また伝熱シート２１を貼り付けた状態で、その伝熱シート２１の外周とバッテリモジュール１３の中間ホルダ１５…および端部ホルダ１６，１６の突壁部１５ｄ…，１６ｃ，１６ｃとの間に隙間αが形成されるため、伝熱シート２１の貼り付け位置が僅かにずれたような場合でも、伝熱シート２１が突壁部１５ｄ…，１６ｃ，１６ｃと干渉することはない。

また位置決め孔２１ｅ…の角部には丸みが付けられているため、万一伝熱シート２１の貼り付け位置がずれて貼り直しを行う場合でも、位置決め孔２１ｅ…の角部に応力が集中して伝熱シート２１が破れるといった事態を回避することができる。

伝熱シート２１をバッテリモジュール１３の冷却面１４ａ…に貼り付けるとき、伝熱シート２１の上面とバッテリモジュール１３の冷却面１４ａ…との間にエアが閉じ込められると、そのエアの部分で伝熱シート２１が冷却面１４ａ…に密着できなくなり、エアが断熱層になって熱伝導性が低下する可能性があるが、伝熱シート２１の上面には複数の第１エア抜き溝２１ｃ…が設けられているため、閉じ込められたエアを第１エア抜き溝２１ｃ…を介して外部に排出することで、伝熱シート２１を冷却面１４ａ…に密着させて熱伝導性を高めることができる。このとき、位置決め溝２１ｂ…もエア抜き溝として機能することは言うまでもない。

また伝熱シート２１が多数の第１エア抜き溝２１ｃ…および第２エア抜き溝２１ｄ…を備えているために容易に圧縮可能となり、それが元の形状に復元しようとする反力が減少することでエンドプレート１７…の取付フランジ１７ａ…に作用する荷重も減少し、取付フランジ１７ａ…の破損が未然に防止される。

上述のようにしてバッテリモジュール１３の冷却面１４ａに伝熱シート２１が貼り付けられると、図９、図１１および図１２に示すように、バッテリモジュール１３の下部をトレー状の絶縁シート２２に嵌合し、絶縁シート２２の６個の係止部２２ｃ…の係止孔２２ｄ，２２ｄ，２２ｅ…を、３個の中間ホルダ１５…の側部フランジ１５ｂ…の６個の係止突起１５ｅ…に係止することで、絶縁シート２２がバッテリモジュール１３から落下しないように一体化する。係止孔２２ｄ，２２ｄ，２２ｅ…を係止突起１５ｅ…に係合する作業は、絶縁シート２２が薄肉で自由に変形可能であるために容易である。

バッテリモジュール１３は１２個のバッテリセル１４…を積層して構成されるため、公差の累積によって中間ホルダ１５…の側面の６個の係止突起１５ｅ…の間隔Ｄ（図１１および図１６参照）にバラツキが発生することが避けられない。しかしながら、絶縁シート２２の長辺方向中央の２個の係止孔２２ｄ，２２ｄをバッテリモジュール１３の長辺方向中央の２個の係止突起１５ｅ，１５ｅに係合した後に、絶縁シート２２の長辺方向両端の４個の係止孔２２ｅ…をバッテリモジュール１３の長辺方向両端の４個の係止突起１５ｅ…に係合するときに、その長辺方向両端の４個の係止孔２２ｅ…の幅は対応する４個の係止突起１５ｅ…の幅よりも大きく設定されているので、前記係止突起１５ｅ…の間隔にバラツキ存在しても、係止孔２２ｄ，２２ｄ，２２ｅ…および係止突起１５ｅ…の係合作業をスムーズに行うことができる。

本実施の形態では、長辺方向中央の２個の係止孔２２ｄ，２２ｄを基準として絶縁シート２２を位置決めすることで、バッテリセル１４…の厚さ公差の累積を二つの方向に分散させ、長辺方向両端の４個の係止孔２２ｅ…と対応する４個の係止突起１５ｅ…との位置ずれを最小限に抑えることができる。仮に、長辺方向一端の２個の係止孔２２ｅ，２２ｅを基準として絶縁シート２２を位置決めすると、長辺方向他端の２個の係止孔２２ｅ，２２ｅと対応する２個の係止突起１５ｅ，１５ｅとの位置ずれは、実施の形態の２倍に拡大することになる。

上述のようにしてバッテリモジュール１３に絶縁シート２２が装着されると、図９に示すように、バッテリモジュール１３を冷却プレート１２の上壁部１２ａに載置し、エンドプレート１７…の取付フランジ１７ａ…を貫通するボルト２３…で冷却プレート１２の取付ボス１２ｄ…に固定する。その結果、図１７および図１８に示すように、伝熱シート２１にバッテリモジュール１３の重量が加わることで、伝熱シート２１が上下方向に圧縮されて押し潰され、伝熱シート２１の上面およびバッテリモジュール１３の冷却面１４ａ…間の隙間と、伝熱シート２１の下面および冷却プレート１２の上壁部１２ａ間の隙間とが消滅し、バッテリモジュール１３から冷却プレート１２への熱伝達が効率良く行われることで、バッテリモジュール１３の冷却性能が向上する。

尚、伝熱シート２１の下面と冷却プレート１２の上壁部１２ａとの間には絶縁シート２２の底壁部２２ａが介在するが、絶縁シート２２は極めて薄い合成樹脂製であって容易に変形可能であるため、絶縁シート２２が介在することで熱伝達を妨げる隙間が発生することはない。

また伝熱シート２１の下面と冷却プレート１２の上壁部１２ａとの間、厳密には伝熱シート２１の下面と絶縁シート２２の上面との間にエアが閉じ込められると、そのエアによって伝熱シート２１が冷却プレート１２の上壁部１２ａに密着できなくなり、エアが断熱層になって熱伝導性が低下する可能性があるが、伝熱シート２１の下面には複数の第２エア抜き溝２１ｄ…が設けられているため、挟み込まれたエアを第２エア抜き溝２１ｄ…を介して外部に排出することで、伝熱シート２１を冷却プレート１２の上壁部１２ａに密着させて熱伝導性を高めることができる。

伝熱シート２１が上下方向に圧縮されて押し潰されると、伝熱シート２１の外周は外側に向かって広がろうとするが、伝熱シート２１の外周には隙間αを介して中間ホルダ１５…および端部ホルダ１６，１６の突壁部１５ｄ…，１６ｃ，１６ｃが対向するため、突壁部１５ｄ…，１６ｃ，１６ｃに塞き止められて伝熱シート２１の外周がバッテリモジュール１３の外周から外側にはみだすことが防止される。突壁部１５ｄ…，１６ｃ，１６ｃによって外側への広がりが阻止された伝熱シート２１は位置決め孔２１ｅ…を押し縮めるように内側に広がり、位置決め孔２１ｅ…の開口面積を縮小する。

元々、位置決め孔２１ｅ…は冷却面１４ａ…からの熱伝達を阻害しないように中間ホルダ１５…の下部フランジ１５ｃ…に対応する位置に設けられているが、上述のようにして位置決め孔２１ｅ…の開口面積が縮小し、中間ホルダ１５…の下部フランジ１５ｃ…の両側に露出する冷却面１４ａ…が伝熱シート２１により覆われることで、位置決め孔２１ｅ…を設けたことによる熱伝導性の低下を最小限に抑えることができる。

位置決め孔２１ｅ…と同様に、位置決め溝２１ｂ…、第１エア抜き溝２１ｃ…および第２エア抜き溝２１ｄ…も押し潰されて消滅し、あるいは断面積が縮小するため、位置決め溝２１ｂ…、第１エア抜き溝２１ｃ…および第２エア抜き溝２１ｄ…を設けたことによる熱伝導性の低下を最小限に抑えることができる。

また伝熱シート２１の下面は全域で冷却プレート１２の上壁部１２ａに当接するが、伝熱シート２１の上面は中間ホルダ１５…の下部フランジ１５ｃ…の部分が冷却面１４ａ…に当接しないため、上面の熱伝達面積は下面の熱伝達面積よりも小さくなって熱伝導性が低下する問題がある。しかしながら本実施の形態によれば、伝熱シート２１の上面の第１エア抜き溝２１ｃ…は断面積が小さいために潰れ変形によって完全に消滅する反面、伝熱シート２１の下面の第２エア抜き溝２１ｄ…は断面積が小さいために潰れ変形によって完全に消滅することはなく、残留した第２エア抜き溝２１ｄ…の分だけ下面の熱伝達面積が小さくなる。その結果、伝熱シート２１の上面の熱伝達面積と下面の熱伝達面積とを均一化して熱伝導性の低下を防止することができる。

また伝熱シート２１の上面の位置決め溝２１ｂ…および第１エア抜き溝２１ｃ…と、伝熱シート２１の下面の第２エア抜き溝２１ｄ…とは平面視で交差しないように平行に配置され、かつ上下方向に重ならないようにオフセットして配置されるので、それらが交差したり上下方向に重なったりして伝熱シート２１の肉厚が局部的に小さくなるのを防止することができる。

また伝熱シート２１が押し潰されたとき、伝熱シート２１の位置決め溝２１ｂ…と中間ホルダ１５…の下部フランジ１５ｃ…との間の空間は消滅するが、そこに空間が残存していても良い。なぜならば、この空間は下部フランジ１５ｃ…に対向するために伝熱シート２１の熱伝導性に影響を与えることはなく、しかも前記空間によって伝熱シート２１の上面と冷却面１４ａ…との間の面圧を増加させ、その部分に隙間が発生するのを防止できるからである。

ところで、冷却プレート１２は内部に冷媒通路１２ｃが区画された中空の部材であるため、バッテリモジュール１３の重量が加わると上壁部１２ａが下向きの弧状に撓んでしまい、バッテリモジュール１３の冷却面１４ａ…の長辺方向両端部と上壁部１２ａとの距離に対して、バッテリモジュール１３の冷却面１４ａ…の長辺方向中央部と上壁部１２ａとの距離が大きくなってしまう。その結果、仮に伝熱シート２１の厚さが均一であるとすると、伝熱シート２１の長辺方向中央部の面圧が低くなって充分に潰れ変形できなくなり、その部分に隙間が発生して熱伝導性が低下する虞がある。

しかしながら本実施の形態によれば、図１５に示すように、伝熱シート２１の厚さを長辺方向中央部で大きくし、長辺方向両端部で小さくしたので、冷却プレート１２の上壁部１２ａが下向きの弧状に撓んでも、伝熱シート２１の全域に均等な面圧を作用させて長辺方向中央部を長辺方向両端部と同様に押し潰すことで、隙間の発生を防止して熱伝導性の低下を回避することができる。

また冷却プレート１２の上壁部１２ａが下向きの弧状に撓むと、その上壁部１２ａに支持されたバッテリモジュール１３も長辺方向中央部が下向きの弧状に撓もうとするが、伝熱シート２１の長辺方向中央部の厚さを大きくしたことで、バッテリモジュール１３の長辺方向中央部を上向きに押し上げる反力荷重を増加させ、バッテリモジュール１３の撓みを抑制することができる。それに加えて、図１５に示すように、伝熱シート２１の上面に設けられた複数の位置決め溝２１ｂ…は、長辺方向中央部寄りのものほど溝幅が小さく形成されているため、伝熱シート２１の長辺方向中央部が潰れ難くなって上向きの反力荷重が増加することで、バッテリモジュール１３の撓みを一層確実に抑制することができる。

さて、バッテリセル１４…は充電や放電によって温度上昇し、充電や放電の停止により温度低下するが、温度低下に伴って空気中に水分が結露してバッテリモジュール１３の表面に付着する。この結露水が重力で下方に流れて冷却プレート１２に達すると、バッテリセル１４…の電極が冷却プレート１２に電気的に導通する地絡が発生する虞がある。

しかしながら本実施の形態によれば、伝熱シート２１の下方に配置された絶縁シート２２は、底壁部２２ａの外周から起立する側壁部２２ｂ…を備えてトレー状に形成されるため、その内部に結露水を保持して冷却プレート１２への流出を阻止し、地絡の発生を確実に阻止することができる。また絶縁シート２２は撥水性の素材で構成されているため、その表面に付着した結露水が独立した水滴状になることで、バッテリモジュール１３と冷却プレート１２とが電気的に導通するのを更に効果的に防止することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、伝熱シート２１の貫通孔２１ａあるいは凹部２１ａの形状や配列は実施の形態に限定されず、適宜変更可能である。

また実施の形態では伝熱シート２１の上面に第１エア抜き溝２１ｃを備え、伝熱シート２１の下面に第２エア抜き溝２１ｄを備えているが、第１エア抜き溝２１ｃおよび第２エア抜き溝２１ｄの何れか一方だけを設けることが可能である。

また本発明の突出部は実施の形態の中間ホルダ１５の下部フランジ１５ｃに限定されず、任意の突出部であれば良い。

また本発明の位置決め凹部は実施の形態の位置決め溝２１ｂに限定されず、必ずしも溝形状である必要はない。

また位置決め孔２１ｅの形状は実施の形態に限定されず、図１９に第５〜第７の実施の形態として示すように、種々の形状を採用することができる。何れの場合にも、位置決め孔２１ｅは応力が集中しないように角部に丸みを持たせることが望ましい。

Claims (9)

1. バッテリ（１３）の冷却面（１４ａ）と冷却プレート（１２）との間に圧力により変形可能な伝熱シート（２１）を挟持した状態で、前記バッテリ（１３）に設けた連結部材（１７ａ）を前記冷却プレート（１２）に固定するバッテリの固定構造において、
   前記伝熱シート（２１）は表面の少なくとも一部に凹部（２１ａ，２１ｃ，２１ｄ）を備えることを特徴とするバッテリの固定構造。
2. 前記凹部（２１ａ）の外周は閉じた形状であることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリの固定構造。
3. 前記凹部は前記伝熱シート（２１）を貫通する貫通孔（２１ａ）からなり、前記伝熱シート（２１）と前記冷却プレート（１２）との間に絶縁シート（２２）が挟持されることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリの固定構造。
4. 前記凹部は前記伝熱シート（２１）を貫通する貫通孔（２１ａ）からなり、前記冷却プレート（１２）は中空であり、前記伝熱シート（２１）は長辺および短辺を有する矩形状であり、前記長辺に沿って配置される複数の前記貫通孔（２１ａ）の間隔は、前記短辺に沿って配置される複数の前記貫通孔（２１ａ）の間隔よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリの固定構造。
5. 前記複数の貫通孔（２１ａ）は千鳥状に配置されることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリの固定構造。
6. 前記凹部は前記伝熱シート（２１）の一端側から他端側へと連通するエア抜き溝（２１ｃ，２１ｄ）を構成することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリの固定構造。
7. 前記バッテリは複数のバッテリセル（１４）をホルダ（１５）を挟んで積層したバッテリモジュール（１３）からなり、前記ホルダ（１５）は前記冷却面（１４ａ）から前記伝熱シート（２１）側に突出する突出部（１５ｃ）を備えるとともに、前記伝熱シート（２１）は前記突出部（１５ｃ）が嵌合する位置決め凹部（２１ｂ）を備えることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリの固定構造。
8. 前記エア抜き溝（２１ｃ，２１ｄ）は、前記冷却面（１４ａ）に対向する第１エア抜き溝（２１ｃ）と、前記冷却プレート（１２）に対向する第２エア抜き溝（２１ｄ）とからなり、前記第１エア抜き溝（２１ｃ）の幅は前記第２エア抜き溝（２１ｄ）の幅よりも小さいことを特徴とする、請求項７に記載のバッテリの固定構造。
9. 前記バッテリ（１３）は前記冷却面（１４ａ）の周囲を囲んで前記冷却プレート（１２）側に突出する突壁部（１５ｄ，１６ｃ）を備えることを特徴とする、請求項６〜請求項８の何れか１項に記載のバッテリの固定構造。

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