WO2014155609A1 - 電池モジュール - Google Patents

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貴支 鈴木
倫弘 木村
直樹 小島
江尻　裕城
晋祐 下田
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日立オートモティブシステムズ株式会社
本田技研工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module having a plurality of battery blocks in which a plurality of battery cells are arranged and connected.
  • a vehicle battery module including a battery block in which a large number of single cells are arranged in recent years generates a large amount of heat because of a very large charge / discharge current. Since the rise in the temperature of the unit cell decreases the performance and life of the unit cell, it needs to be cooled.
  • a method for cooling a unit cell As a method for cooling a unit cell, a method is known in which a cooling plate having a refrigerant flow path is arranged in thermal coupling with a plurality of unit cells, and the unit cell is cooled by supplying refrigerant to the cooling plate (for example, Patent Document 1).
  • the unit cell since there are connecting parts inside the battery module, there is a risk of refrigerant leaking at a position relatively close to the unit cell when an impact is applied. Depending on the type of refrigerant and the amount of leakage, the unit cell may be shorted or heated. The problem can be considered.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a battery module capable of reducing the size of the entire module and preventing leakage of refrigerant in the module. Is to provide.
  • the battery module of the present invention that solves the above problems includes a plurality of battery blocks each having an array of predetermined unit cells, each having a cooling plate arranged in thermal coupling with a plurality of unit cells on the side opposite to the electrode surface of the unit cells.
  • a cooling pipe formed endlessly from the inlet to the outlet of the refrigerant is arranged so as to be thermally coupled to the cooling plates of the plurality of battery blocks.
  • the cooling plate is provided with a groove into which the cooling pipe is fitted, and the cooling pipe is configured to be detachable from the cooling plate.
  • the present invention it is possible to reduce the interval between the plurality of battery blocks by reducing the number of parts that connect the cooling pipes, and to reduce the size of the battery module while arranging a plurality of battery blocks. Moreover, the problem that there is a risk of leakage of the refrigerant from the coupling parts inside the battery module by arranging the endless cooling pipe formed from the inlet to the outlet of the refrigerant was solved.
  • the cooling pipe is detachable from the cooling plate, it can be easily assembled even when the length of the cooling pipe is long, the shape is complicated, or the number of battery blocks that are in a heat-coupled state increases. It becomes. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
  • the perspective view of a battery block The perspective view which shows the state which decomposed
  • the fragmentary sectional view of FIG. 2 which shows the thermal coupling state of a cell and a cooling plate.
  • the perspective view seen from the cooling plate side of the battery block shown in FIG. The perspective view of a cell.
  • disassembled some battery modules shown in FIG. The perspective view seen from the cooling plate side of the battery module shown in FIG.
  • the figure which shows the state which removed the outer case of the battery module shown in FIG. The whole perspective view which shows the cooling pipe of the battery module shown in FIG.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a battery block according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state in which a part of the battery block shown in FIG. 1 is disassembled.
  • the battery block 1 has a configuration in which a plurality of single cells 2 are arranged, for example, as shown in FIG.
  • a plurality of spacers 3 individually interposed between the plurality of unit cells 2 and a bridge bar 4 extending along the arrangement direction of the plurality of unit cells 2 and engaging with the plurality of spacers 3 are provided. Have.
  • the battery block 1 is arranged at both ends in the arrangement direction of the plurality of unit cells 2 and is sandwiched from both sides in the arrangement direction, and is interposed between a pair of end plates 5 and 5 made of an aluminum alloy and in the arrangement direction of the plurality of unit cells 2.
  • a section plate 6 made of an aluminum alloy that divides the plurality of single cells 2 into one side and the other side in the arrangement direction, and is arranged along one end in the width direction of the plurality of single cells 2 to the other. It has a pair of connection plates 7 that extend over the ends and to which the pair of end plates 5, the section plate 6, and the bridge bar 4 are respectively fixed. Fixing is performed by fastening a screw.
  • the plurality of single cells 2 are arranged such that the positive electrode external terminals 2a and the negative electrode external terminals 2b are alternately arranged along the arrangement direction, and the positive electrode external terminals 2a and the negative electrode external terminals 2b of the cell 2 adjacent to each other.
  • a plurality of bus bars 10 Each bus bar 10 is connected to a connection terminal 9 a of the board unit 9.
  • the board unit 9 has a circuit for measuring the voltage of each unit cell 2, a fuse, and the like.
  • a terminal cap 11 is provided on the upper side of the unit cell 2 in the height direction of the substrate unit 9 so as to fit the insulating cover 8 and cover the terminal of each unit cell 2.
  • the battery block 1 is provided with a cooling plate 12.
  • the cooling plate 12 is positioned on the lower side of each unit cell 2 in the battery height direction, and is fixed to the end plate 5 and the section plate 6 by fastening screws. Between each unit cell 2 and the cooling plate 12, there is a heat conductive sheet 13 disposed so as to be in a heat-coupled state in which the cells are coupled so as to be capable of transferring heat.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of FIG. 2 showing a thermal coupling state between the unit cell 2 and the cooling plate 12.
  • the temperature rise of the unit cell 2 due to charging / discharging is transmitted from the lower side in the height direction of the unit cell 2 to the cooling plate 12 through the heat conductive sheet 13.
  • the heat conductive sheet 13 may be a sheet material or a heat conductive adhesive.
  • FIG. 4 is a perspective view of the block 1 as viewed from the cooling plate 12 side.
  • the cooling plate 12 is made of a metal plate member having a high thermal conductivity such as an aluminum alloy.
  • the cooling plate 12 is opposed to the bottom surface PB (see FIG. 3) of each unit cell 2 and extends in the cell arrangement direction, and has a height substantially the same as the cell width of the unit cell 2. It has a substantially rectangular flat plate shape.
  • a recessed groove 12a for mounting the cooling pipe 18 (see FIG. 8) is provided in the exposed surface exposed to the outside of the cooling plate 12.
  • the concave groove 12a has a shape in which at least a part of the cooling pipe 18 can be fitted.
  • the concave groove 12a has a U-shaped cross section in which almost the entire cooling pipe 18 can be fitted into the exposed surface, and extends in parallel with a predetermined interval in the lateral width direction of the unit cell 2. And it is provided between the pair of end plates 5 along the arrangement direction of the cells 2.
  • the exposed surface of the cooling plate 12 is provided with a recess 12b into which a cooling pipe mounting bracket 19 is fitted and screwed.
  • the recesses 12b are arranged at a predetermined interval in the length direction of the recesses 12a.
  • the recess 12b is provided with a predetermined length in a direction perpendicular to the recess 12a.
  • the cooling plate 12 is cooled by a cooling pipe 18 that is a refrigerant flow path.
  • the configuration of the cooling pipe 18 will be described later.
  • FIG. 5 is a perspective view for explaining the configuration of the unit cell 2.
  • Each of the single cells 2 is a lithium ion secondary battery having the same configuration, and as shown in FIG. 5, is a flat box-shaped square battery having a positive external terminal 2a and a negative external terminal 2b for inputting and outputting voltage. is there. Both external terminals 2a and 2b are provided with bolts for fastening the bus bar 10 so that the bus bar 10 can be fixed with nuts.
  • the unit cell 2 is assembled by housing a flat electrode group in a rectangular container 2c, sealing it with a battery lid 2d, and injecting a nonaqueous electrolyte into the rectangular container 2c from the inlet 2e of the battery lid 2d. It is done.
  • the rectangular container 2c includes a pair of electrode surfaces PU provided with external terminals 2a and 2b, a substantially rectangular bottom surface PB facing the electrode surface PU, and a pair of long sides of the bottom surface PB that are bent to face each other. It has a wide side surface PW and a pair of narrow side surfaces PN that are bent and confronted with a pair of short sides of the bottom surface PB.
  • the weight and dimensions of the entire battery block 1 can be adjusted by changing the number of the constituting cells 2, and the assembly workability of the battery block 1 and the accuracy of the components to be configured It is possible to ensure the strength.
  • FIG. 6 is an external perspective view of one embodiment of the battery module
  • FIG. 7 is a perspective view showing a state in which a part of the battery module shown in FIG. 6 is disassembled.
  • the battery module 14 is the same as the battery block 1 shown in FIG. 1, but the electrode surface PU side of the unit cell 2 is a side surface on one side in the width direction of the cell block 1, and the bottom PB side of the unit cell 2, that is, the cooling plate 12 side 1 has a structure in which a plurality of battery blocks 1, in this embodiment, two battery blocks 1A and 1B are arranged side by side in the arrangement direction of the unit cells 2.
  • the plurality of battery blocks 1 are arranged in a straight line in the arrangement direction in a posture state in which the electrode surface PU of the unit cell 2 is located on one side surface in the width direction and the cooling plate 12 is located on the other side surface in the width direction.
  • a base bracket 15 having a length extending between the two battery blocks 1A and 1B is disposed on the bottom surface of each of the battery blocks 1A and 1B. It is fixed to the end plate 5 and the section plate 6 by fastening screws.
  • An inter-block bus bar 16 (see FIG. 7) is provided between the two battery blocks 1A and 1B in order to electrically connect the battery blocks 1 to each other.
  • a battery input / output line 17 is connected to each of the battery blocks 1A, 1B.
  • a plurality of battery blocks 1A and 1B are disposed while securing the assembly workability and the accuracy and strength of components to be configured by the battery block 1.
  • the number of 2 can be increased.
  • FIG. 8 is a perspective view of the battery module 14 as viewed from the cooling plate 12 side opposite to that of FIG. 6, and
  • FIG. 9 is a perspective view of a part of the battery module shown in FIG.
  • the first battery block 1A and the second battery block 1B are arranged on the base bracket 15 so that the groove 12a of each cooling plate 12 extends continuously in a straight line. Yes. That is, the concave groove 12a extends in a straight line along the arrangement direction of the unit cells 2 between the first battery block 1A and the second battery block 1B.
  • the cooling pipe 18 is fitted in the concave groove 12a of each cooling plate 12 so as to be in a thermally coupled state with respect to each cooling plate 12 of the plurality of battery blocks 1A, 1B.
  • the cooling pipe 18 has a configuration that continues endlessly between the first battery block 1A and the second battery block 1B.
  • the cooling pipe 18 does not have a joint, which is a connecting part, between the first battery block 1A and the second battery block 1B, and is formed integrally in a continuous manner.
  • the cooling pipe 18 is not limited between the first battery block 1A and the second battery block 1B, and may be continuous endlessly between at least two battery blocks of the plurality of battery blocks. For example, when a third battery block (not shown) is arranged in succession to the second battery block 1B, the second battery block 1B is interposed between the third battery block 1 and the third battery block 1B. You may have the structure which is continuous in endless.
  • the cooling pipe 18 cools the cooling plate 12 by circulating the refrigerant by a refrigerant circulation and heat exchange device (not shown).
  • the cooling pipe 18 is fitted into a concave groove 12a provided in the cooling plate 12, and is fixed to the cooling plate 12 by fastening of a fitting 19 and a screw fitting into the concave portion 12b.
  • the cooling pipe 18 has an outer diameter in which the outer peripheral surface of the cooling pipe 18 is in contact with the bottom surface of the concave groove 12a in a semicircular arc shape in a state of being fixed in the concave groove 12a of the cooling plate 12.
  • the connection part of the cooling pipe 18 between the battery blocks 1A and 1B is eliminated, so that the space between the battery blocks 1A and 1B is reduced. It is possible to omit the space for arranging the coupling parts and the work space for the coupling work. Therefore, the interval between the battery blocks 1A and 1B can be reduced, the length in the arrangement direction of the battery modules 14 can be shortened, and the entire battery module 14 can be downsized.
  • the battery block 1 constituting the battery module 14 is arranged so that the cooling plate 12 faces the side, and an endless cooling pipe 18 is detachably provided between the battery blocks 1A and 1B. Even when the length of the pipe is increased, the shape is complicated, and the number of battery blocks 1 that are in a thermally coupled state is increased, the battery module 14 can be easily assembled, maintained, and inspected.
  • FIG. 10 is an overall perspective view for explaining an example of a battery module mounted on a vehicle
  • FIG. 11 is a view showing a state where an outer case of the battery module shown in FIG. 10 is removed.
  • arrow Fr indicates the front of the vehicle
  • arrow Re indicates the rear of the vehicle
  • arrow Vl indicates the left side in the vehicle width direction
  • arrow Vr indicates the right side in the vehicle width direction
  • arrow Vu indicates the upper side of the vehicle
  • arrow Vd indicates the lower side of the vehicle.
  • the battery unit 31 is mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the battery unit 31 includes battery modules 14-1 and 14-2 arranged in the center console of the vehicle, a battery block 41 (second battery block) arranged under the left rear seat of the vehicle, and a right rear seat.
  • the battery block 51 (second battery block) disposed below is covered with covers 32, 42, and 52, respectively.
  • the battery modules 14-1 and 14-2 are arranged such that the battery blocks 1A and 1B are stacked in two upper and lower stages in a posture state in which the cooling plate 12 side is arranged on the side surface of the left side Vl in the vehicle width direction. Both the battery module 14-1 configured by the lower battery blocks 1A and 1B and the battery module 14-2 configured by the upper battery blocks 1A and 1B are fixed by the intermediate bracket 21 provided therebetween. Yes.
  • the intermediate bracket 21 is integrally fixed to the end plate 5 of the lower battery module 14-1 and the end plate 5 of the upper battery module 14-2 by screwing.
  • the concave grooves 12a of the cooling plates 12 of the battery blocks 1A and 1B extend in a straight line
  • the upper battery module 14-2 includes the cooling plates 12 of the battery blocks 1A and 1B.
  • Each of the concave grooves 12a extends in a straight line.
  • the concave groove 12a of each battery block 1A in the lower battery module 14-1 and the upper battery module 14-2 extends in parallel and is spaced apart in the vertical direction in each cooling plate 12, and at the end on the vehicle front Fr side. Connected continuously up and down.
  • the battery blocks 41 and 51 extend along the vehicle width directions Vl and Vr on the vehicle rear Re side with respect to the battery modules 14-1 and 14-2, and are mutually greater than the lateral width of the battery modules 14-1 and 14-2.
  • the battery modules 14-1 and 14-2 are arranged to face each other with a slightly wide space therebetween, and a predetermined working space portion surrounded by three sides is formed behind the battery modules 14-1 and 14-2.
  • the battery blocks 41 and 51 are fixed to the vehicle in a posture state in which the cooling plate 12 side of the battery block 1 is disposed on the vehicle lower side Vd.
  • FIG. 12 is an overall perspective view showing a cooling pipe of the battery module shown in FIG. 10,
  • FIG. 13 is a perspective view showing a first cooling path,
  • FIG. 14 is a perspective view showing a second cooling path, and
  • FIG. It is a perspective view explaining the connection structure of a cooling pipe.
  • the cooling pipe 18 includes a cooling pipe 33 that passes through the lower battery module 14-1 and a cooling pipe 34 that passes through the upper battery module 14-2.
  • the lower battery module 14-1 is arranged such that the concave grooves 12a of the cooling plates 12 of the two battery blocks 1A and 1B extend in a straight line.
  • the cooling pipe 33 is mounted in the recessed groove 12a of each cooling plate 12 so as to be in a thermally coupled state with respect to each cooling plate 12 of the battery blocks 1A and 1B.
  • the two battery blocks 1B are continuous endlessly.
  • the cooling pipe 33 does not have a joint that is a connecting part between the first battery block 1A and the second battery block 1B, and is formed integrally in a continuous manner.
  • the cooling pipe 33 includes an upstream portion extending from the rear end portion of the second battery block 1B toward the vehicle front Fr in the concave groove 12a on the upper portion of the second battery block 1B, and the first battery block 1A. It has a downstream portion that makes a U-turn at the front end and extends in the concave groove 12a at the bottom of the second battery block 1B toward the rear of the vehicle.
  • the cooling pipe 33 is coupled to the cooling pipe 43 of the battery block 41 disposed under the left rear seat of the vehicle.
  • the battery block 41 under the left rear seat has substantially the same configuration as the battery block 1, and a concave groove (not shown) is formed on the lower surface of the cooling plate 12, and the cooling pipe 43 is attached.
  • the cooling pipe 43 has an upstream portion extending toward the left side Vl in the vehicle width direction on the front side of the vehicle, and a downstream portion extending toward the center in the vehicle width direction by making a U-turn at an outer position in the vehicle width direction. Yes.
  • the upstream part of the cooling pipe 33 is connected to a refrigerant supply pipe 65 by a joint 61 which is a coupling means.
  • the supply pipe 65 has a proximal end connected to a refrigerant supply port of a refrigerant circulation and heat exchange device (not shown) so that the supply of the refrigerant can be received.
  • the downstream portion of the cooling pipe 33 and the upstream portion of the cooling pipe 43 are coupled to each other by a joint 62 that is a coupling means, so that the coolant can flow from the cooling pipe 33 to the cooling pipe 43.
  • a downstream end of the cooling pipe 43 is connected to a refrigerant recovery port of a refrigerant circulation and heat exchange device (not shown) so that the refrigerant can be recovered.
  • the upper battery module 14-2 is arranged such that the concave grooves 12a of the cooling plates 12 of the two battery blocks 1A and 1B extend continuously in a straight line.
  • the cooling pipe 34 is mounted in the groove 12a of each cooling plate 12 so as to be in a thermally coupled state with respect to each cooling plate 12 of the battery blocks 1A and 1B, and is connected to the first battery block 1A and the first battery block 1A.
  • the two battery blocks 1B are continuous endlessly.
  • the cooling pipe 34 does not have a joint that is a coupling part between the first battery block 1A and the second battery block 1B, and is formed integrally in a continuous manner.
  • the cooling pipe 34 includes an upstream portion extending from the rear end portion of the second battery block 1B toward the vehicle front side Fr in the concave groove 12a on the upper portion of the second battery block 1B, and the first battery block 1A. It has a downstream portion that makes a U-turn at the front end and extends in the concave groove 12a at the bottom of the second battery block 1B toward the rear of the vehicle.
  • the cooling pipe 34 is coupled to the cooling pipe 53 of the battery block 51 disposed under the right rear seat of the vehicle.
  • the battery block 51 under the right rear seat has substantially the same configuration as the battery block 1, and a concave groove (not shown) is formed on the lower surface of the cooling plate 12, and the cooling pipe 53 is attached.
  • the cooling pipe 53 has an upstream portion extending toward the vehicle width direction right side Vr on the vehicle front side, and a downstream portion extending toward the vehicle width direction center by making a U-turn at the vehicle width direction outer side position. Yes.
  • the upstream portion of the cooling pipe 34 is connected to a refrigerant supply pipe 66 by a joint 63 that is a coupling means.
  • the supply pipe 66 has a proximal end connected to a refrigerant supply port of a refrigerant circulation and heat exchange device (not shown) so that the supply of the refrigerant can be received.
  • the downstream portion of the cooling pipe 34 and the upstream portion of the cooling pipe 53 are coupled to each other by a joint 64 that is a coupling means, so that the coolant can flow from the cooling pipe 34 to the cooling pipe 53.
  • the downstream end of the cooling pipe 53 is connected to a refrigerant recovery port of a refrigerant circulation and heat exchange device (not shown) so that the refrigerant can be recovered.
  • the above-described refrigerant flow is an example, and the upstream side and the downstream side may be reversed.
  • the joints 61 and 62 that are the coupling means of the cooling pipes 33 and 43 and the joints 63 and 64 that are the coupling means of the cooling pipes 34 and 53 are both arranged outside the battery modules 14-1 and 14-2.
  • the battery modules 14-1 and 14-2 and the battery blocks 41 and 42 are arranged in a predetermined work space.
  • an arrangement space for arranging the joints of the cooling pipes 33 and 34 between the first battery block 1A and the second battery block 1B of the battery modules 14-1 and 14-2 and connection work of the joints are not required. It is not necessary to provide a work space for performing the operation, the length of the battery modules 14-1 and 14-2 in the front-rear direction can be shortened, and the overall size of the battery modules 14-1 and 14-2 can be reduced. it can.
  • joint parts such as joints are not provided inside the battery modules 14-1 and 14-2, it is possible to prevent problems such as leakage of refrigerant when an impact or the like is applied, The possibility of short circuit or heat generation of the unit cell 2 due to the leaked refrigerant can be eliminated.
  • the joints 61 to 64 in a predetermined work space, a work space for performing the joint work can be secured, and the joint work can be easily performed.
  • the interval between the plurality of battery blocks 1A and 1B can be reduced by reducing the number of connecting parts for connecting the cooling pipes 33 and 34, and a plurality of battery blocks 1 are arranged.
  • the battery modules 14-1 and 14-2 can be downsized.
  • endless cooling pipes 33 and 34 from the refrigerant inlet to the outlet, there is a risk of refrigerant leakage from the coupling parts inside the battery modules 14-1 and 14-2. Can be solved.
  • the assembly of the battery unit 31 and the dimensional accuracy and strength of the parts constituting the battery blocks 1A and 1B are ensured. You can increase the number.
  • the cooling pipes 33 and 34 are configured to be detachable from the cooling plate 12, the length of the cooling pipes 33 and 34 is increased, the shape is complicated, and the number of battery blocks 1 that are in a thermally coupled state increases. In this case, the battery unit 31 can be easily assembled.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed.
  • the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described.
  • a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment.

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Abstract

　本発明の目的は、複数の電池ブロックによって単電池の数を増やしながら、冷媒の漏れを防止し、小型化を図った電池モジュールを提供することである。　本発明の電池モジュール（１４）は、単電池（２）を複数配列して連結した電池ブロック（１）を複数有する電池モジュール（１４）であって、複数の単電池（１）に熱伝達可能に結合された冷却プレート（１２）と、冷却プレート（１２）に着脱可能に取り付けられて複数の電池ブロック（１）のうちの少なくとも２つの電池ブロック（１）の間に亘って無端で連続する冷却パイプ（１８）を有することを特徴としている。

Description

電池モジュール
　本発明は、電池セルを複数個配列して連結した電池ブロックを複数有する電池モジュールに関する。
　近年の多数の単電池を配列した電池ブロックを含む車両用の電池モジュールは、充放電の電流が極めて大きいため発熱量が大きい。単電池の温度上昇は単電池の性能、寿命を低下させるため、冷却する必要がある。
　単電池を冷却する方法として、冷媒の流路を有する冷却プレートを複数の単電池と熱結合状態に配置し、冷却プレートに冷媒を供給することで単電池を冷却する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
特開2010-277863号公報
　特許文献１に記載された電池モジュールにおいて、出力電圧を高くするため電池ブロックを複数個配置すると、各電池ブロックに配置されている冷媒の流路である冷却パイプを結合する必要があり、作業スペースの確保および結合部品による電池モジュールの大型化という問題がある。
　また、電池モジュール内部に結合部品があるため、衝撃などが加わった際、単電池に比較的近い位置で冷媒が漏れ出す恐れがあり、冷媒の種類や漏れ量によっては単電池のショートや発熱等の問題が考えられる。
　本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モジュール全体の小型化を図ることができ、かつ、モジュール内における冷媒の漏れ等を防ぐことができる電池モジュールを提供することである。
　上記課題を解決する本発明の電池モジュールは、複数の単電池と熱結合状態で配置した冷却プレートを単電池の電極面と反対側に備えた、所定の単電池の配列からなる電池ブロックを複数個備え、複数の電池ブロックの冷却プレートに対して熱結合状態になるよう、冷媒の入口から出口まで無端で形成された冷却パイプを配置することを特徴とする。冷却プレートには冷却パイプが嵌る溝を設け、冷却パイプは冷却プレートに対して着脱自在に構成されている。
　本発明により、冷却パイプを結合する部品を削減することで、複数の電池ブロック間の間隔を小さくすることができ、電池ブロックを複数個配置しながら電池モジュールの小型化を図ることができる。また、冷媒の入口から出口まで無端で形成された冷却パイプを配置することにより、電池モジュール内部での結合部品からの冷媒の漏れの恐れがあるという問題を解決した。
　所定の数の配列からなる電池ブロックを複数配置することで、電池モジュールを組立作業性および電池ブロックを構成する部品の寸法精度、強度を確保しながら単電池の数を増やすことができる。
　冷却プレートに対して冷却パイプを着脱自在に構成したので、冷却パイプの長さが長くなる、形状が複雑になる、熱結合状態になる電池ブロックが多くなるという場合においても容易に組み立てることが可能となる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
電池ブロックの斜視図。 図１に示す電池ブロックの一部を分解した状態を示す斜視図。 単電池と冷却プレートの熱結合状態を示す図２の部分断面図。 図１に示す電池ブロックの冷却プレート側から見た斜視図。 単電池の斜視図。 電池モジュールの一実施形態の斜視図。 図６に示す電池モジュールの一部を分解した状態を示す斜視図。 図６に示す電池モジュールの冷却プレート側から見た斜視図。 図８に示す電池モジュールの一部を分解した斜視図。 電池モジュールの車両搭載例を説明する全体斜視図。 図１０に示す電池モジュールの外ケースを取り外した状態を示す図。 図１０に示す電池モジュールの冷却パイプを示す全体斜視図。 第１の冷却経路を示す斜視図。 第２の冷却経路を示す斜視図。 冷却パイプの接続構造を説明する斜視図。
　以下、本発明に係わる電池モジュールの一実施形態を図面に基づき説明する。
　図１は、本実施形態に係わる電池ブロックの外観斜視図、図２は、図１に示す電池ブロックの一部を分解した状態を示す斜視図である。
　電池ブロック１は、例えば図２に示すように、複数の単電池２を配列させた構成を有している。そして、これら複数の単電池２の間に個々に介在される複数のスペーサ３と、複数の単電池２の配列方向に沿って延在して複数のスペーサ３と係合するブリッジバー４とを有している。
　電池ブロック１は、複数の単電池２の配列方向両端部に配置されて配列方向両側から挟み込み、アルミニウム合金からなる一対のエンドプレート５、５と、複数の単電池２の配列方向途中位置に介在されて複数の単電池２を配列方向一方側と他方側に区画するアルミニウム合金からなるセクションプレート６と、複数の単電池２の幅方向両端部に沿って配置され配列方向の一方端部から他方端部に亘って延在して、一対のエンドプレート５とセクションプレート６およびブリッジバー４がそれぞれ固定される一対の接続プレート７を有している。固定はネジを締結することによって行われる。各単電池２の高さ方向上側には、絶縁カバー８がセクションプレート６を境に各１つ被せてあり、絶縁カバー８の上に基板ユニット９が配置されている。
　複数の単電池２には、正極外部端子２ａと負極外部端子２ｂとが配列方向に沿って交互に連続するように配置されて、互いに隣り合う単電池２の正極外部端子２ａと負極外部端子２ｂとの間が複数のバスバー１０によってそれぞれ電気的に接続されている。各バスバー１０は、基板ユニット９の接続端子９ａに接続されている。基板ユニット９は、各単電池２の電圧を測定する回路やヒューズ等を有している。そして、基板ユニット９の単電池２高さ方向上側には、絶縁カバー８に嵌合して各単電池２の端子を覆う端子キャップ１１が設けられている。
　電池ブロック１には、冷却プレート１２が設けられている。冷却プレート１２は、各単電池２の電池高さ方向下側に位置し、エンドプレート５およびセクションプレート６とネジの締結によって固定される。各単電池２と冷却プレート１２の間には、それぞれが熱伝達可能に結合された熱結合状態になるように配置された熱伝導シート１３を有する。
　図３は、単電池２と冷却プレート１２の熱結合状態を示す図２の部分断面図である。
　充放電による単電池２の温度上昇は、単電池２の高さ方向下側から熱伝導シート１３を介して冷却プレート１２に伝えられる。熱伝導シート１３は、シート材のほか、熱伝導性のある接着剤を用いてもよい。
　図４は、ブロック１を冷却プレート１２側から見た斜視図である。
　冷却プレート１２は、例えばアルミニウム合金などの熱伝導性の高い金属製の板厚部材によって構成されている。冷却プレート１２は、各単電池２の底面ＰＢ（図３を参照）に対向して電池配列方向に亘って延在し、単電池２の電池幅とほぼ同じ大きさの高さを有する平面視略矩形の平板形状を有している。
　冷却プレート１２の外部に露出される露出面には、冷却パイプ１８（図８を参照）を装着するための凹溝１２ａが凹設されている。凹溝１２ａは、冷却パイプ１８の少なくとも一部を嵌入可能な形状を有している。凹溝１２ａは、本実施の形態では、冷却パイプ１８のほぼ全部を露出面に嵌入可能な断面がＵ字形を有しており、単電池２の横幅方向に所定間隔をおいて平行に延在し、単電池２の配列方向に沿って一対のエンドプレート５の間に亘って設けられている。冷却プレート１２の露出面には、冷却パイプの取付金具１９が嵌め込まれてネジ留めされる凹部１２ｂが設けられている。凹部１２ｂは、凹溝１２ａの長さ方向に所定間隔をおいて配置されている。凹部１２ｂは、凹溝１２ａに対して直交する方向に所定長さを有して設けられている。
　冷却プレート１２は、冷媒の流路である冷却パイプ１８により冷却される。冷却パイプ１８の構成については後述する。
　図５は、単電池２の構成を説明する斜視図である。
　各単電池２は、すべて同じ構成のリチウムイオン二次電池であり、図５に示すように、電圧を入出力するための正極外部端子２ａ、負極外部端子２ｂを有する扁平箱形の角形電池である。両外部端子２ａ、２ｂには、バスバー１０締結用のボルトが突設されており、バスバー１０をナットで固定できる構造となっている。単電池２は、扁平形状の電極群を、角形容器２ｃ内に収容して電池蓋２ｄで封口し、電池蓋２ｄの注入口２ｅから角形容器２ｃ内に非水電解液を注入することによって組み立てられる。角形容器２ｃは、外部端子２ａ、２ｂが設けられた電極面ＰＵと、電極面ＰＵに対向する平面視略矩形の底面ＰＢと、底面ＰＢの一対の長辺で折曲されて対峙する一対の幅広側面ＰＷと、底面ＰＢの一対の短辺で折曲されて対峙する一対の幅狭側面ＰＮとを有する。
　上記構造を有する電池ブロック１によれば、構成する単電池２の数を変えることで電池ブロック１全体の重量、寸法を調節することができ、電池ブロック１の組立作業性および構成する部品の精度、強度の確保が可能となる。
　図６は、電池モジュールの一実施形態の外観斜視図、図７は図６に示す電池モジュールの一部を分解した状態を示す斜視図である。
　電池モジュール１４は、図１に示す電池ブロック１を、単電池２の電極面ＰＵ側が電池ブロック１の横幅方向一方側の側面になり、単電池２の底面ＰＢ側、すなわち冷却プレート１２側が電池ブロック１の横幅方向他方側の側面になるよう配置し、さらに複数の電池ブロック１、本実施の形態では２個の電池ブロック１Ａ、１Ｂを単電池２の配列方向に並べて配置した構造を有する。
　複数の電池ブロック１は、横幅方向一方側の側面に単電池２の電極面ＰＵが位置し、横幅方向他方側の側面に冷却プレート１２が位置する姿勢状態で、配列方向に一直線状に並べて配置されている
　各電池ブロック１Ａ、１Ｂの底面には、２個の電池ブロック１Ａ、１Ｂの間に亘って延在する長さのベースブラケット１５が配置されており、それぞれの電池ブロック１Ａ、１Ｂのエンドプレート５およびセクションプレート６にネジの締結によって固定されている。２個の電池ブロック１Ａ、１Ｂの間には、それぞれの電池ブロック１の間を電気的に接続するため、ブロック間バスバー１６（図７を参照）が設けられている。そして、電池モジュール１４としての電池入出力を行うために、それぞれの電池ブロック１Ａ、１Ｂには、電池入出力線１７が接続されている。
　特許文献１に記載された電池モジュールでは、出力電圧を高くするため電池ブロックを構成する単電池の数を増やすと電池ブロックの重量が大きくなり、電池モジュールを組み立てる際に作業性が悪くなる。また、電池ブロックを構成する部品が肥大化し、部品の寸法精度や強度の確保が難しくなる問題がある。
　これに対して、上記構造を有する電池モジュール１４によれば、電池ブロック１によって組立作業性および構成する部品の精度、強度を確保しながら、複数の電池ブロック１Ａ、１Ｂを配置することで単電池２の数を増やすことが可能となる。
　図８は、電池モジュール１４を図６の反対側である冷却プレート１２側から見た斜視図、図９は、図８に示す電池モジュールの一部を分解した状態を示す斜視図である。
　第１の電池ブロック１Ａと第２の電池ブロック１Ｂは、ベースブラケット１５の上に固定されることによって、各冷却プレート１２の凹溝１２ａが一直線状に連続して延在するように配置されている。すなわち、凹溝１２ａは、第１の電池ブロック１Ａと第２の電池ブロック１Ｂとの間に亘って単電池２の配列方向に沿って一直線状に延在している。
　冷却パイプ１８は、複数の電池ブロック１Ａ、１Ｂの各冷却プレート１２に対してそれぞれ熱結合状態になるように、各冷却プレート１２の凹溝１２ａ内に嵌入されている。冷却パイプ１８は、第１の電池ブロック１Ａと第２の電池ブロック１Ｂとの間に亘って無端で連続する構成を有している。冷却パイプ１８は、第１の電池ブロック１Ａと第２の電池ブロック１Ｂとの間に結合部品である継ぎ手を有しておらず、連続して一体に形成されている。なお、冷却パイプ１８は、第１の電池ブロック１Ａと第２の電池ブロック１Ｂとの間に限られず、複数の電池ブロックのうちの少なくとも２つの電池ブロックの間に亘って無端で連続していればよく、例えば第２の電池ブロック１Ｂに連続して第３の電池ブロック（図示せず）が配置されている場合には、第２の電池ブロック１Ｂと第３の電池ブロック１との間に亘って無端で連続する構成を有していてもよい。
　冷却パイプ１８は、図示していない冷媒循環および熱交換装置により、冷媒が循環されて、冷却プレート１２を冷却する。冷却パイプ１８は、冷却プレート１２に設けられた凹溝１２ａに嵌合し、凹部１２ｂに嵌合する取付金具１９およびネジの締結により冷却プレート１２に固定される。冷却パイプ１８は、冷却プレート１２の凹溝１２ａ内に固定された状態で凹溝１２ａの断面半円弧状の底面に冷却パイプ１８の外周面が接面する外径を有している。
　上記した構成を有する電池モジュール１４によれば、複数の電池ブロック１Ａ、１Ｂからなる電池モジュール１４において、電池ブロック１Ａ、１Ｂ間における冷却パイプ１８の結合部品を無くすことで、電池ブロック１Ａ、１Ｂ間における結合部品の配置スペースおよび結合作業の作業スペースを省略することができる。したがって、電池ブロック１Ａ、１Ｂ間の間隔を小さくし、電池モジュール１４の配列方向の長さを短くすることができ、電池モジュール１４全体を小型化することが可能となる。
　そして、結合部品を無くすことで、電池モジュール１４内部での結合部品からの冷媒の漏れの恐れがあるという問題を解決した。電池モジュール１４を構成する電池ブロック１を冷却プレート１２が側面を向くように配置し、複数の電池ブロック１Ａ、１Ｂの間に亘って無端の冷却パイプ１８を着脱可能に設ける構成にしたので、冷却パイプの長さが長くなる、形状が複雑になる、熱結合状態になる電池ブロック１が多くなるという場合においても、電池モジュール１４の容易な組み立て、保守、点検が可能となる。
　次に、本実施の形態における電池モジュールの具体的な使用例について図１０から図１５を用いて以下に説明する。
　図１０は、電池モジュールの車両搭載例を説明する全体斜視図、図１１は、図１０に示す電池モジュールの外ケースを取り外した状態を示す図である。なお、図中で矢印Ｆｒは車両前方、矢印Ｒｅは車両後方、矢印Ｖｌは車幅方向左側、矢印Ｖｒは車幅方向右側、矢印Ｖｕは車両上方、矢印Ｖｄは車両下方を示す。
　電池ユニット３１は、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載されている。電池ユニット３１は、車両のセンターコンソール内に配置される電池モジュール１４－１、１４－２と、車両の左後部座席下に配置される電池ブロック４１（第２の電池ブロック）と、右後部座席下に配置される電池ブロック５１（第２の電池ブロック）とからなり、それぞれカバー３２、４２、５２で覆われている。
　電池モジュール１４－１、１４－２は、電池ブロック１Ａ、１Ｂを冷却プレート１２側が車幅方向左側Ｖｌの側面に配置される姿勢状態で上下２段に積み重ねて配置されている。下段の電池ブロック１Ａ、１Ｂによって構成される電池モジュール１４－１と、上段の電池ブロック１Ａ、１Ｂによって構成される電池モジュール１４－２は、その間に設けられた中間ブラケット２１によって両方が固定されている。中間ブラケット２１は、下段の電池モジュール１４－１のエンドプレート５と、上段の電池モジュール１４－２のエンドプレート５に、それぞれネジ締結することによって一体に固定されている。
　下段の電池モジュール１４－１は、電池ブロック１Ａ、１Ｂの冷却プレート１２の各凹溝１２ａが互いに一直線状に延在し、上段の電池モジュール１４－２は、電池ブロック１Ａ、１Ｂの冷却プレート１２の各凹溝１２ａが互いに一直線状に延在している。
　下段の電池モジュール１４－１および上段の電池モジュール１４－２における各電池ブロック１Ａの凹溝１２ａは、各冷却プレート１２において上下に離間して平行に延在し、車両前方Ｆｒ側の端部で上下に連続して接続されている。
　電池ブロック４１、５１は、電池モジュール１４－１、１４－２よりも車両後方Ｒｅ側で車幅方向Ｖｌ、Ｖｒに沿って延在し、互いに電池モジュール１４－１、１４－２の横幅よりも若干広い間隔を空けて対向して配置されており、電池モジュール１４－１、１４－２の後方に三方が囲まれた所定の作業空間部が形成されている。電池ブロック４１、５１は、電池ブロック１の冷却プレート１２側が車両下側Ｖｄに配置される姿勢状態で車両に固定されている。
　図１２は、図１０に示す電池モジュールの冷却パイプを示す全体斜視図、図１３は、第１の冷却経路を示す斜視図、図１４は、第２の冷却経路を示す斜視図、図１５は、冷却パイプの接続構造を説明する斜視図である。
　冷却パイプ１８は、下段の電池モジュール１４－１を通過する冷却パイプ３３と、上段の電池モジュール１４－２を通過する冷却パイプ３４と、を有している。
　下段の電池モジュール１４－１は、２つの電池ブロック１Ａ、１Ｂの各冷却プレート１２の凹溝１２ａが互いに一直線状に連続して延在するように配置されている。冷却パイプ３３は、電池ブロック１Ａ、１Ｂの各冷却プレート１２に対してそれぞれ熱結合状態になるように、各冷却プレート１２の凹溝１２ａ内に装着されており、第１の電池ブロック１Ａと第２の電池ブロック１Ｂとの間に亘って無端で連続している。
　冷却パイプ３３は、第１の電池ブロック１Ａと第２の電池ブロック１Ｂとの間に結合部品である継ぎ手を有しておらず、連続して一体に形成されている。冷却パイプ３３は、第２の電池ブロック１Ｂの後端部から車両前方Ｆｒに向かって第２の電池ブロック１Ｂの上部の凹溝１２ａ内を延在する上流部と、第１の電池ブロック１Ａの前端部でＵターンして車両後方に向かって第２の電池ブロック１Ｂの下部の凹溝１２ａ内を延在する下流部を有している。
　冷却パイプ３３は、車両の左後部座席下に配置された電池ブロック４１の冷却パイプ４３に結合されている。左後部座席下の電池ブロック４１は、電池ブロック１とほぼ同様の構成を有しており、冷却プレート１２の下面に凹溝（図示せず）が形成されており、冷却パイプ４３が装着されている。冷却パイプ４３は、車両前方側で車幅方向左側Ｖｌに向かって延在する上流部と、車幅方向外側位置でＵターンして車幅方向中央に向かって延在する下流部を有している。
　冷却パイプ３３の上流部は、結合手段である継ぎ手６１により冷媒の供給パイプ６５に接続されている。供給パイプ６５は、図示していない冷媒循環および熱交換装置の冷媒供給口に基端が接続されており、冷媒の供給を受けることができるようになっている。
　冷却パイプ３３の下流部と冷却パイプ４３の上流部とは、結合手段である継ぎ手６２によって互いに結合されており、冷却パイプ３３から冷却パイプ４３に冷媒を流すことができるようになっている。冷却パイプ４３の下流部は、図示していない冷媒循環および熱交換装置の冷媒回収口に基端が接続されており、冷媒を回収させることができるようになっている。
　上段の電池モジュール１４－２は、２つの電池ブロック１Ａ、１Ｂの各冷却プレート１２の凹溝１２ａが互いに一直線状に連続して延在するように配置されている。冷却パイプ３４は、電池ブロック１Ａ、１Ｂの各冷却プレート１２に対してそれぞれ熱結合状態になるように、各冷却プレート１２の凹溝１２ａ内に装着されており、第１の電池ブロック１Ａと第２の電池ブロック１Ｂとの間に亘って無端で連続している。
　冷却パイプ３４は、第１の電池ブロック１Ａと第２の電池ブロック１Ｂとの間に結合部品である継ぎ手を有しておらず、連続して一体に形成されている。冷却パイプ３４は、第２の電池ブロック１Ｂの後端部から車両前方Ｆｒに向かって第２の電池ブロック１Ｂの上部の凹溝１２ａ内を延在する上流部と、第１の電池ブロック１Ａの前端部でＵターンして車両後方に向かって第２の電池ブロック１Ｂの下部の凹溝１２ａ内を延在する下流部を有している。
　冷却パイプ３４は、車両の右後部座席下に配置された電池ブロック５１の冷却パイプ５３に結合されている。右後部座席下の電池ブロック５１は、電池ブロック１とほぼ同様の構成を有しており、冷却プレート１２の下面に凹溝（図示せず）が形成されており、冷却パイプ５３が装着されている。冷却パイプ５３は、車両前方側で車幅方向右側Ｖｒに向かって延在する上流部と、車幅方向外側位置でＵターンして車幅方向中央に向かって延在する下流部を有している。
　冷却パイプ３４の上流部は、結合手段である継ぎ手６３により冷媒の供給パイプ６６に接続されている。供給パイプ６６は、図示していない冷媒循環および熱交換装置の冷媒供給口に基端が接続されており、冷媒の供給を受けることができるようになっている。
　冷却パイプ３４の下流部と冷却パイプ５３の上流部とは、結合手段である継ぎ手６４によって互いに結合されており、冷却パイプ３４から冷却パイプ５３に冷媒を流すことができるようになっている。冷却パイプ５３の下流部は、図示していない冷媒循環および熱交換装置の冷媒回収口に基端が接続されており、冷媒を回収させることができるようになっている。なお、上記した冷媒の流れは一例であり、上流側と下流側を反対に入れ替えてもよい。
　冷却パイプ３３、４３の結合手段である継ぎ手６１、６２と、冷却パイプ３４、５３の結合手段である継ぎ手６３、６４は、いずれも電池モジュール１４－１、１４－２の外側に配置されており、電池モジュール１４－１、１４－２、電池ブロック４１、４２で囲まれる所定の作業空間内に配置されている。
　したがって、電池モジュール１４－１、１４－２の第１の電池ブロック１Ａと第２の電池ブロック１Ｂとの間に冷却パイプ３３、３４の継ぎ手を配置するための配置スペースや、継ぎ手の接続作業を行うための作業スペースを設ける必要がなく、電池モジュール１４－１、１４－２の前後方向の長さを短くすることができ、電池モジュール１４－１、１４－２全体の小型化を図ることができる。
　そして、継ぎ手などの結合部品が電池モジュール１４－１、１４－２の内部に設けられていないので、衝撃などが加わった際に冷媒が漏れ出すなどの問題が発生するのを防ぐことができ、漏れ出した冷媒による単電池２のショートや発熱等の可能性を排除することができる。また、所定の作業空間内に継ぎ手６１～６４を配置することによって、継ぎ手の結合作業を行う作業スペースを確保することができ、結合作業を容易に行うことができる。
　上記した電池ユニット３１によれば、冷却パイプ３３、３４を結合する結合部品を削減することで、複数の電池ブロック１Ａ、１Ｂ間の間隔を小さくすることができ、電池ブロック１を複数個配置しながら電池モジュール１４－１、１４－２の小型化を図ることができる。また、冷媒の入口から出口まで無端で形成された冷却パイプ３３、３４を配置することにより、電池モジュール１４－１、１４－２の内部での結合部品からの冷媒の漏れの恐れがあるという問題を解決することができる。
　そして、所定の数の配列からなる電池ブロック１Ａ、１Ｂを複数配置することで、電池ユニット３１の組立作業性および電池ブロック１Ａ、１Ｂを構成する部品の寸法精度、強度を確保しながら単電池の数を増やすことができる。
　また、冷却プレート１２から冷却パイプ３３、３４を着脱自在に構成することで、冷却パイプ３３、３４の長さが長くなる、形状が複雑になる、熱結合状態になる電池ブロック１が多くなる場合においても、電池ユニット３１を容易に組み立てることが可能となる。
　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１　　電池ブロック
　２　　単電池
　３　　スペーサ
　４　　ブリッジバー
　５　　エンドプレート
　６　　セクションプレート
　７　　接続プレート
　８　　絶縁カバー
　９　　基板ユニット
　１０　バスバー
　１１　端子キャップ
　１２　冷却プレート
　１３　熱電シート
　１４　電池モジュール
　１５　ベースブラケット
　１６　ブロック間バスバー
　１７　電池入出力線
　１８　冷却パイプ
　１９　取付金具

Claims (9)

  1. 　単電池を複数配列して連結した電池ブロックを複数有する電池モジュールであって、
    　前記複数の単電池に熱伝達可能に結合された冷却プレートと、
    　該冷却プレートに着脱可能に取り付けられて前記複数の電池ブロックのうちの少なくとも２つの電池ブロックの間に亘って無端で連続する冷却パイプと、を有することを特徴とする電池モジュール。
  2. 　前記冷却プレートは、前記冷却パイプの少なくとも一部を嵌入可能な凹溝を有することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 　前記複数の電池ブロックは、横幅方向一方側の側面に前記単電池の電極面が位置し、横幅方向他方側の側面に前記冷却プレートが位置する姿勢状態で、前記単電池の配列方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
  4. 　前記凹溝は、前記冷却プレートの露出面に凹設されており、前記複数の電池ブロックの間に亘って一直線状に延在することを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 　前記複数の電池ブロックが固定されるベースブラケットを有することを特徴とする請求項４に記載の電池モジュール。
  6. 　前記複数の電池ブロックが上下に複数段積み重ねて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール。
  7. 　下段の電池ブロックと上段の電池ブロックとの間に介在されて前記下段の電池ブロックと前記上段の電池ブロックの両方が固定される中間ブラケットを有することを特徴とする請求項６に記載の電池モジュール。
  8. 　車両のセンターコンソール内に配置されることを特徴とする請求項７に記載の電池モジュール。
  9. 　前記請求項８に記載の電池モジュールと、前記車両の後部座席下に配置される第２の電池ブロックと、を有し、
    　前記電池モジュールの前記冷却パイプと、前記第２の電池ブロックが有する冷却パイプとが、前記電池モジュールと前記第２の電池ブロックとの間に形成される空間部内で結合部材により結合されていることを特徴とする電池ユニット。
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