WO2017163332A1 - 蓄電池モジュール - Google Patents

Abstract

蓄電池モジュール（１）は、複数のバッテリセル（５１）、第１の部材（１０）、および基板（３０）を介して第１の部材（１０）に対向する第２の部材（２０）を備える。第１の部材（１０）は、隣接する端子（５２）の間を塞ぎ、バッテリセル（５１）の端子（５２）を露出させた状態で筐体（４０）の開口面（４２）を覆う。第１の部材（１０）は、熱抵抗が第１の閾値以上である材料で形成される。第１の部材（１０）を挟んでバッテリセル（５１）と対向する基板（３０）には、端子（５２）が挿通される孔（３１）、および孔（３１）に挿通される端子（５２）を電気的に接続する導体が形成される。基板（３０）を挟んで第１の部材（１０）と対向する第２の部材（２０）は、孔（３１）から突出する端子（５２）のそれぞれを取り囲み、該端子（５２）を露出させた状態で基板（３０）を覆う。第２の部材（２０）は、熱抵抗が第２の閾値以上である材料で形成される。

Description

蓄電池モジュール

　この発明は、複数のバッテリセルを有する蓄電池モジュールに関する。

　複数のバッテリセルを有する蓄電池モジュールにおいては、複数のバッテリセルの配置方向の中心に位置するバッテリセルの温度が、配置方向の端部に位置するバッテリセルの温度に比べて高くなり、バッテリセルの固有抵抗値にばらつきが生じる。固有抵抗値のばらつきにより、バッテリセル間の電圧のばらつきが生じ、バッテリセルの寿命にばらつきが生じるため、蓄電池モジュールの寿命が短くなるという課題がある。

　特許文献１に開示されるバッテリシステムにおいては、電池セルは、冷却気体が通過する空間である冷却隙間をあけて設けられている。冷却隙間に空気を強制送風することで、電池セルを効率よく冷却することが可能である。

特許第５３４０６７６号公報

　特許文献１に開示されるバッテリシステムのように、バッテリセル間に冷却風を送風する場合に、バッテリセルで生じる熱が、冷却風があたらないバッテリセルの端子部分から蓄電池モジュールの周囲に放出されることがある。冷却風によらない放熱により、蓄電池モジュールが格納される筐体の内部の温度が上昇し、他の電気機器に影響を及ぼす可能性がある。また回路基板が設けられる空間は完全に密閉されておらず、冷却風が通過する空間から、隙間を通って回路基板が設けられる空間に冷却風が流入し、冷却風が回路基板に接触する。冷却風として、ダストを含む屋外空気を用いる場合、回路基板表面にダストが付着し、付着したダストによって回路基板の腐食および短絡が生じる可能性がある。回路基板表面にダストが付着するのを防ぐためには、冷却風からダストを除去するためのダスト除去システムを設ける必要があるため、構造が複雑化し、製造コストが増大する。

　本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、基板へのダストの付着を抑制しながら、蓄電池モジュールから冷却風に伝達される熱量を増大させることを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の蓄電池モジュールは、複数のバッテリセル、第１の部材、基板、および第２の部材を備える。複数のバッテリセルは、筐体の内部に、筐体に形成された通風口から流入する冷却風が通過する空間をあけて並べられる。バッテリセルの端子が設けられる面は、筐体の開口面に対向する。第１の部材は、隣接する端子の間を塞ぎ、端子を露出させた状態で開口面を覆う。第１の部材は、熱抵抗が第１の閾値以上の絶縁部材である。基板は、第１の部材を挟んでバッテリセルと対向し、端子が挿通される孔が形成され、孔に挿通された端子を電気的に接続する導体が形成される。第２の部材は、基板を挟んで第１の部材と対向し、基板の孔から突出する端子のそれぞれを取り囲み、該端子を露出させた状態で基板を覆う。第２の部材は、熱抵抗が第２の閾値以上の絶縁部材である。

　本発明によれば、隣接するバッテリセルの端子の間を塞ぎ、端子を露出させた状態で開口面を覆う第１の部材、および、基板を挟んで第１の部材と対向し、基板から突出するバッテリセルの端子のそれぞれを取り囲み、該端子を露出させた状態で基板を覆う第２の部材を設けることで、基板へのダストの付着を抑制しながら、蓄電池モジュールから冷却風に伝達される熱量を増大させることが可能である。

本発明の実施の形態１に係る蓄電池モジュールの斜視図である。 実施の形態１に係る基板の平面図である。 実施の形態１に係る蓄電池モジュールの平面図である。 実施の形態１に係る蓄電池モジュールの断面図である。 実施の形態１に係る蓄電池モジュールの断面図である。 本発明の実施の形態２に係る蓄電池モジュールの斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る蓄電池モジュールの斜視図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る蓄電池モジュールの斜視図である。蓄電池モジュール１は、筐体４０に格納された複数のバッテリセル５１、隣接する端子５２の間を塞ぎ、端子５２を露出させた状態で筐体４０の開口面４２を覆う第１の部材１０、端子５２が挿通される孔３１および孔３１に挿通された端子５２を電気的に接続する導体が形成される基板３０、ならびに、基板３０を挟んで第１の部材１０と対向し、基板３０の孔から突出する端子５２のそれぞれを取り囲み、該端子５２を露出させた状態で基板３０を覆う第２の部材２０を備える。図１の例では、蓄電池モジュール１は６つのバッテリセル５１を有するが、バッテリセル５１の数は２以上の任意の数である。

　筐体４０には通風口４１が形成される。筐体４０の内部に、複数のバッテリセル５１が、通風口４１から筐体４０の内部に流入する冷却風が通過する空間をあけて並べられる。筐体４０の内部に流入した冷却風はバッテリセル５１の間を通過して、図示しない排出孔から筐体４０の外部に流出する。冷却風がバッテリセル５１の間を通過することで、バッテリセル５１が冷却される。第１の部材１０の孔１１からバッテリセル５１の端子５２が露出する。

　基板３０は、第１の部材１０を挟んでバッテリセル５１と対向する。基板３０には、端子５２が挿通される孔３１が形成される。実施の形態１においては、第２の部材２０の、基板３０の主面３２に対向する方向の厚みは、基板３０の孔３１から突出する端子５２の長さ以上である。第２の部材２０には、端子５２が挿入される孔２１が形成される。第１の部材１０および第２の部材２０によって、隣接する端子５２の間は塞がれており、作業者が意図せずに工具を隣接する端子５２に接触させてしまうことによる短絡を回避することが可能である。図１の例では、孔２１は貫通孔であるが、孔２１は、端子５２が挿入された状態で第２の部材２０と基板３０が接するような深さがあれば、貫通孔でなくてもよい。

　第１の部材１０は、熱抵抗が第１の閾値以上である絶縁部材で形成される。第２の部材２０は、熱抵抗が第２の閾値以上である絶縁部材で形成される。第１の閾値および第２の閾値は同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。第１の閾値および第２の閾値は、バッテリセル５１および基板３０において生じる熱量、ならびに冷却風によらず蓄電池モジュール１の外部に放出される熱量の許容範囲に応じて定めることができる。実施の形態１では、第１の部材１０および第２の部材２０は、絶縁性を有する充填剤であり、それぞれ基板３０に付着している。第１の部材１０および第２の部材２０として、樹脂のような絶縁部材を用いることができる。基板３０の端子５２の接続部が露出するように、基板３０に対して充填剤を充填して第１の部材１０および第２の部材２０を形成し、開口面４２を第１の部材１０で覆うように充填剤の形状を調節する。

　第１の部材１０および第２の部材２０を設けることで、バッテリセル５１および基板３０から冷却風に伝達される熱量を増大させることが可能である。これにより、蓄電池モジュール１から冷却風に伝達される熱量を増大させ、冷却風によらない蓄電池モジュール１から周囲への熱の放出、例えば蓄電池モジュール１のバッテリセル５１の開口面４２から周囲への熱の放出を抑制することが可能である。

　図２は、実施の形態１に係る基板の平面図である。実施の形態１では、基板３０に銅板３３が埋め込まれている。銅板３３には、端子５２が挿通される孔３１が形成される。導体である銅板３３によって、孔３１に挿通された端子５２が電気的に接続される。銅板３３は互いに絶縁される。基板３０に設けられる制御回路３４は、電圧計測パターン３５によって、銅板３３のそれぞれと接続されている。制御回路３４は、電圧計測パターン３５を介して取得した銅板３３の電位を計測し、計測した電位に基づいて、バッテリセル５１の電圧を等しくする制御を行う。制御回路３４は、セルバランス制御に加えて、銅板３３のそれぞれの温度検出を行ってもよい。上述のように、端子５２を露出させた状態で基板３０を第１の部材１０および第２の部材２０で覆うため、制御回路３４にダストが付着することを抑制できる。

　図３は、実施の形態１に係る蓄電池モジュールの平面図である。図３において、銅板３３における電流の流れを実線の矢印で示し、バッテリセル５１内の電流の流れを破線の矢印で示す。端子５２が銅板３３に形成される孔３１に挿入されることで、バッテリセル５１を直列に接続する回路が形成される。蓄電池モジュール１の正極端子から銅板３３および端子５２を介して、図３において右端に位置するバッテリセル５１に電流が流れる。バッテリセル５１内を流れた電流は、端子５２および銅板３３を介して、隣接するバッテリセル５１に流入する。このようにして、図３において右端に位置するバッテリセル５１から左端に位置するバッテリセル５１まで電流が流れる。図３において左端に位置するバッテリセル５１の端子５２から銅板３３を介して、蓄電池モジュール１の負極端子に電流が流れる。上述のように電流が流れることにより、バッテリセル５１および銅板３３において熱が生じる。

　図４は、実施の形態１に係る蓄電池モジュールの断面図である。図４は、図１のＡ－Ａ線における断面図である。筐体４０の内部において、スペーサ５３は、バッテリセル５１に接して設けられる。対向するスペーサ５３が形成する空間である冷却隙間５４を、通風口４１から筐体４０の内部に流入する空気が通過する。上述のように、第１の部材１０は、端子５２を露出した状態で、開口面４２を覆う。基板３０は、第１の部材１０を挟んでバッテリセル５１と対向する。第１の部材１０によって、冷却隙間５４を通過する空気に含まれるダストが基板３０に付着することを抑制することが可能である。上述するように、第２の部材２０は、基板３０の孔３１から突出する端子５２を露出させた状態で、基板３０を覆う。第２の部材２０によって、ダストが基板３０に付着することを抑制することが可能である。

　基板３０は熱抵抗が第１の閾値以上である第１の部材１０と熱抵抗が第２の閾値以上である第２の部材２０とで挟まれているため、基板３０の銅板３３において生じる熱は、端子５２およびバッテリセル５１を介して、冷却隙間５４に放出される。開口面４１は第１の部材１０で覆われるため、バッテリセル５１において生じる熱は、冷却隙間５４に放出される。

　図５は、実施の形態１に係る蓄電池モジュールの断面図である。図５に示す蓄電池モジュール１は、図４の構成に加え、図示しないボルトとナットによって筐体４０または基板３０に固定されるカバー６０を備える。カバー６０を設けることで、作業者が意図せずに工具を端子５２に接触させてしまうことによる短絡を回避することが可能である。またカバー６０を設けることで、端子５２からの放熱および基板３０へのダストの付着を抑制することが可能である。

　以上説明したとおり、実施の形態１に係る蓄電池モジュール１によれば、基板３０にダストが付着することを抑制しながら、蓄電池モジュール１から冷却風に伝達される熱量を増大させることが可能である。

　（実施の形態２）
　図６は、本発明の実施の形態２に係る蓄電池モジュールの斜視図である。実施の形態２において、第１の部材１０および第２の部材２０は、絶縁体で形成される。基板３０の構造は実施の形態１と同様であり、基板３０には、孔３１が形成され、孔３１に挿通される端子５２を電気的に接続する銅板３３が埋め込まれ、銅板３３と電圧計測パターン３５によって接続される制御回路３４が設けられる。第１の部材１０は、端子５２を露出させる切り欠き１２が形成される絶縁板である。切り欠き１２が形成されることで、第１の部材１０は、隣接するバッテリセル５１の端子５２の間を塞ぎ、端子５２を露出させる。第２の部材２０は、端子５２が挿入される孔２１が形成される絶縁板である。孔２１が形成されることで、第２の部材２０は、孔３１から突出する端子５２のそれぞれを取り囲み、該端子５２を露出させた状態で基板３０を覆う。また基板３０に設けられる制御回路３４と対向する、第２の部材２０の一部の厚みは、制御回路３４の構造に応じて、他の部分の厚みより薄く形成される。絶縁板である第１の部材１０および第２の部材２０で基板３０を挟むことで、基板３０へのダストの付着を抑制することが可能であり、バッテリセル５１および銅板３３から冷却風に伝達される熱量を増大させることが可能である。

　以上説明したとおり、実施の形態２に係る蓄電池モジュール１によれば、基板３０にダストが付着することを抑制しながら、蓄電池モジュール１から冷却風に伝達される熱量を増大させることが可能である。切り欠き１２を有する第１の部材１０および孔２１を有する第２の部材２０で基板３０を挟みこむ処理は、充填剤を充填する処理と比べて容易であり、製造コストを低減することが可能である。

　（実施の形態３）
　図７は、本発明の実施の形態３に係る蓄電池モジュールの斜視図である。第１の部材１０および第２の部材２０の構造は実施の形態２と同様である。実施の形態３において、基板３０は、孔３７が形成される基板３６および孔３９が形成される銅板３８で構成される。基板３６には、実施の形態１と同様に制御回路３４が設けられる。基板３６において制御回路３４に接続される基板パターンと銅板３８は、端子５２に共締めされてもよいし、別の箇所において電気的に接続されてもよい。絶縁板である第１の部材１０および第２の部材２０で基板３０を挟むことで、基板３０へのダストの付着を抑制することが可能であり、バッテリセル５１および銅板３８から冷却風に伝達される熱量を増大させることが可能である。

　以上説明したとおり、実施の形態３に係る蓄電池モジュール１によれば、基板３０にダストが付着することを抑制しながら、蓄電池モジュール１から冷却風に伝達される熱量を増大させることが可能である。銅板を基板に埋め込む処理が必要ないため、製造コストを低減することが可能である。

　本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。基板３０は、銅板３３が埋め込まれる構造に限られず、プリント基板であってもよい。その場合、プリント基板のパターン層の数は、バッテリセル５１間の電流に応じて任意に設定することができる。

　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

　１　蓄電池モジュール、１０　第１の部材、１１，２１，３１，３７，３９　孔、１２　切り欠き、２０　第２の部材、３０，３６　基板、３２　主面、３３，３８　銅板、３４　制御回路、３５　電圧計測パターン、４０　筐体、４１　通風口、４２　開口面、５１　バッテリセル、５２　端子、５３　スペーサ、５４　冷却隙間、６０　カバー。

Claims (4)

1. 　筐体の内部に、前記筐体に形成された通風口から流入する冷却風が通過する空間をあけて並べられ、端子が設けられる面が前記筐体の開口面に対向する複数のバッテリセルと、
   　隣接する前記端子の間を塞ぎ、前記端子を露出させた状態で前記開口面を覆う、熱抵抗が第１の閾値以上の絶縁部材である第１の部材と、
   　前記第１の部材を挟んで前記バッテリセルと対向し、前記端子が挿通される孔および前記孔に挿通された前記端子を電気的に接続する導体が形成される基板と、
   　前記基板を挟んで前記第１の部材と対向し、前記基板の前記孔から突出する前記端子のそれぞれを取り囲み、該端子を露出させた状態で前記基板を覆う、熱抵抗が第２の閾値以上の絶縁部材である第２の部材と、
   　を備える蓄電池モジュール。
2. 　前記第１の部材は、前記端子を露出させるように前記基板の上に充填される絶縁部材であり、
   　前記第２の部材は、前記基板の前記孔から突出する前記端子のそれぞれを露出させるように前記基板に充填される絶縁部材である、
   　請求項１に記載の蓄電池モジュール。
3. 　前記第１の部材は、前記端子のそれぞれを露出させる切り欠きが形成され、前記開口面を覆う絶縁板であり、
   　前記第２の部材は、前記基板の前記孔から突出する前記端子が挿入される孔が形成され、前記基板を覆う絶縁板である、
   　請求項１に記載の蓄電池モジュール。
4. 　前記第２の部材を挟んで前記基板と対向し、前記第２の部材を覆うカバーをさらに備える請求項１に記載の蓄電池モジュール。

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