(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の二次電池の冷却構造においては、波形状の冷却用部材の空間に冷媒を通すことにより、冷却用部材及び電池セルの冷却を図っている。しかしながら、例えば電池セルの充電状態や経年変化により電池セルが膨張した場合、冷却用部材が電池セルの側面に沿わなくなることがある。その場合には、電池セルの放熱性が低下するおそれがある。
【0005】
そこで、本発明は、電池セルの膨張に起因した電池セルの放熱性の低下を抑制できる電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る電池モジュールは、所定方向に積層され、所定方向に交差する側面を含む複数の電池セルと、電池セルの側面上に配置された伝熱プレートと、電池セルと伝熱プレートとの間に介在するテープ部材と、を備え、伝熱プレートは、テープ部材の粘着力によって、電池セルの膨張に追従して変形する。
【0007】
この電池モジュールは、電池セルの側面上に配置された伝熱プレートと、電池セルと伝熱プレートとの間に介在するテープ部材と、を備えている。そして、伝熱プレートは、テープ部材の粘着力によって、電池セルの膨張に追従して変形する。従って、例えば電池セルの充電状態や経年変化により電池セルが膨張しても、伝熱プレートが電池セルの膨張に追従して変形するため、電池セルと伝熱プレートとの間の伝熱面積の減少を抑制できる。その結果、電池セルの膨張に起因した電池セルの放熱性の低下を抑制できる。
【0008】
本発明に係る電池モジュールにおいては、伝熱プレートは、電池セルの側面に沿って延在する本体部と、本体部の一端に立設された立設部と、を含み、本体部は、一端側に設けられた脆弱部を含んでもよい。この場合、本体部の一端側に脆弱部を設けることによって、本体部の一端に立設部を設けたことにより本体部が変形しづらくなることを抑制できる。その結果、伝熱プレート(本体部)を電池セルの膨張に確実に追従するように変形させることができる。
【0009】
本発明に係る電池モジュールにおいては、伝熱プレートは、互いに隣接する電池セルの間に配置され、テープ部材は、互いに隣接する電池セルのうちの一方の電池セルと伝熱プレートとの間に介在する第1テープ部材と、互いに隣接する電池セルのうちの他方の電池セルと伝熱プレートとの間に介在する第2テープ部材と、を含み、第1テープ部材の粘着力と第2テープ部材の粘着力とは、互いに異なってもよい。この場合、伝熱プレートは、第1テープ部材及び第2テープ部材のうちの相対的に粘着力の強い方の側の電池セルの膨張に追従して変形する。このように、第1テープ部材及び第2テープ部材の粘着力の強さを相対的に変えることにより、所望の電池セルに追従するように伝熱プレートを変形させることができる。
【0010】
本発明に係る電池モジュールにおいては、伝熱プレートは、互いに隣接する電池セルの間において所定方向に配列された第1伝熱プレート及び第2伝熱プレートを含み、テープ部材は、互いに隣接する電池セルのうちの第1伝熱プレート側の電池セルと第1伝熱プレートとの間に介在する第1テープ部材と、互いに隣接する電池セルのうちの第2伝熱プレート側の電池セルと第2伝熱プレートとの間に介在する第2テープ部材と、を含んでもよい。この場合、第1伝熱プレートは、第1伝熱プレート側の電池セルの膨張に追従して変形し、第2伝熱プレートは、第2伝熱プレート側の電池セルの膨張に追従して変形する。よって、電池セルの膨張に起因した電池セルの放熱性の低下を確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、電池セルの膨張に起因した電池セルの放熱性の低下を抑制できる電池モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明に係る電池モジュールの一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
[第1実施形態]
【0014】
図1は、電池モジュールの概略側面図である。
図2は、
図1に示された電池モジュールを構成する電池セルの斜視図である。
図3は、
図1に示された電池モジュールの模式的な平面図である。
図1〜
図3に示すように、本実施形態に係る電池モジュール1は、所定方向に積層された複数(例えば7個)の電池セル2を含む。
【0015】
電池セル2は、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。電池セル2は、電極組立体(不図示)と、電極組立体を収容するケース3と、電極組立体の電極(正極及び負極のそれぞれ)に電気的に接続され、ケース3から突出する一対の端子4と、を有している。電極組立体は、複数の正極及び負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータと、を含む。正極及び負極は、セパレータを介して交互に積層されている。電極組立体における電極の積層方向と、電池セル2の積層方向とは、略一致している。
【0016】
ケース3は、直方体状を呈している。ケース3は、互いに対向する一対の側面3a,3bと、互いに対向する一対の側面3c,3dと、互いに対向する上面3e及び底面3fと、を含む。側面3a,3bは、電池セル2の積層方向に交差する面である。側面3c,3dは、電池セル2の積層方向に沿った面であり、側面3aと側面3bとを接続する面である。端子4は、上面3eから突出している。
【0017】
電池セル2のそれぞれは、個別にセルホルダ5に保持されている。セルホルダ5は、互いに対向する一対の側壁部5a,5bと、互いに対向する上壁部5c及び底壁部5dと、を含む。セルホルダ5においては、側壁部5a,5bと上壁部5c及び底壁部5dとによって、電池セル2が嵌め合される直方体状の空間部が画成されている。側壁部5a,5bは、それぞれ、当該空間部に電池セル2が嵌め合されたときにケース3の側面3c,3d上に配置される。同様に、上壁部5c及び底壁部5dは、それぞれ、ケース3の上面3e及び底面3f上に配置される。なお、
図3〜6では、簡略化のためにセルホルダ5の図示を省略する。
【0018】
電池モジュール1は、電池セル2の側面(例えば側面3a,3b)上に配置された複数の伝熱プレート10を含む。伝熱プレート10は、互いに隣接する電池セル2(電池セル2A,2B)の間に配置される。伝熱プレート10は、例えば金属製とされる。伝熱プレート10は、矩形板状の本体部11と、本体部11に交差する方向に本体部11の一端11aに立設された矩形板状の立設部12とによって、L字板状に形成されている。伝熱プレート10においては、本体部11と立設部12との境界部分に略直角に折れ曲がる屈曲部14が生じる。ここでは、伝熱プレート10は、本体部11がケース3の側面3a上に位置し、且つ、立設部12が側面3c上に位置するように、ケース3に取り付けられている。伝熱プレート10の立設部12は、セルホルダ5の側壁部5aを介してケース3の側面3c上に配置される。立設部12は、電池セル2の熱を電池パックの筐体等の外部部品(不図示)に伝えるために用いられる。そのために、立設部12の表面(電池セル2と反対側の面)は、外部部品に接触させられる。
【0019】
本体部11は、本体部11の一端11a側に設けられた脆弱部13を有している。脆弱部13は、本体部11の他の部分に比べて強度を小さくした部分である。脆弱部13は、本体部11の一端11aに立設部12を設けたことにより(本体部11と立設部12との間に屈曲部14が生じたことにより)本体部11が変形しづらくなることを抑制する。ここでは、脆弱部13は、本体部11の一端11aにおいて本体部11の一対の外縁から屈曲部14(本体部11と立設部12との境界)に沿って本体部11の内側に向けて延びる一対の切込部13aである。切込部13aの寸法は特に限定されないが、例えば本体部11から立設部12への伝熱(放熱性)を考慮して設定される。
【0020】
テープ部材30は、伝熱プレート10の本体部11と電池セル2(ケース3)の側面3aとの間に配置されている。テープ部材30は、例えば絶縁性及び接着性を有する両面テープである。テープ部材30は、第1テープ部材31と、第2テープ部材32と、を含む。第1テープ部材31は、互いに隣接する電池セル2のうちの一方の電池セル2(電池セル2A)と伝熱プレート10との間に介在する。第2テープ部材32は、互いに隣接する電池セル2のうちの他方の電池セル2(電池セル2B)と伝熱プレート10との間に介在する。第1テープ部材31及び第2テープ部材32は、電池セル2の積層方向から見て電池セル2(ケース3)と伝熱プレート10とが重複する領域の全体にわたって介在する。
【0021】
第1テープ部材31は、電池セル2Aのケース3の側面3aと本体部11とを互いに固着する。第2テープ部材32は、電池セル2Bのケース3の側面3bと本体部11とを互いに固着する。このように、電池セル2A,2Bは、伝熱プレート10を介した状態で、第1テープ部材31及び第2テープ部材32により互いに固着されている。第1テープ部材31の粘着力と第2テープ部材32の粘着力とは、互いに異なっている。ここでは、第2テープ部材32の粘着力は、第1テープ部材31の粘着力よりも弱い。ここでは、粘着力が相対的に大きい第1テープ部材31と、粘着力が相対的に小さい第2テープ部材32とが、電池セル2の積層方向について交互に配置されている。
【0022】
電池モジュール1においては、以上のように、セルホルダ5に保持され、且つ、伝熱プレート10が設けられた状態の電池セル2を、テープ部材30によって互いに固着しつつ、所定の方向に沿って積層して積層体が構成されている。そして、電池モジュール1においては、電池セル2の積層方向における積層体の両側から、拘束部材によって複数の電池セル2が拘束されて一体化されている。より具体的には、積層体の両端にエンドプレート6を配置すると共にエンドプレート6同士をボルト等の締結部材7により互いに締結することによって、電池セル2の積層方向に沿って電池セル2に拘束荷重が付加され、電池セル2が一体化される。
【0023】
エンドプレート6は、矩形板状を呈しており、電池セル2(ケース3)の側面3a及び伝熱プレート10の本体部11に対向する。エンドプレート6は、電池セル2に拘束荷重を付加するために用いられる。なお、電池セル2の積層方向における積層体の一端を構成する電池セル2とエンドプレート6との間には、電池セル2が膨張したときに圧縮される弾性部材8が介在されている。
【0024】
図4は、電池セルが膨張した場合における電池モジュールの模式的な側面図である。
図4に示すように、電池セル2は、例えばその充電状態や経年変化により膨張することがある。その場合には、電池セル2は、中央部の厚みが外縁部の厚みよりも相対的に大きくなるように変形する。このような電池セル2の変形に応じて伝熱プレート10が変形しないと、伝熱プレート10が電池セル2(ケース3)の側面3aに沿わなくなる。その結果、電池セル2と伝熱プレート10との接触面積(伝熱面積)が減少する。これに対して、電池モジュール1においては、テープ部材30の粘着力によって、伝熱プレート10(本体部11)が電池セル2の膨張に追従して変形する。
【0025】
具体的には、伝熱プレート10は、第1テープ部材31によって電池セル2Aと固着されている。そのため、電池セル2Aが膨張してケース3Aが膨らむと、ケース3Aの側面3aの形状の変化に伴って本体部11が変形する。すなわち、伝熱プレート10は、第1テープ部材31の粘着力によって、電池セル2Aの膨張に追従して変形する。
【0026】
また、電池セル2の膨張前においては、伝熱プレート10は、第2テープ部材32によって電池セル2Bに固着されている。ただし、第2テープ部材32の粘着力は、第1テープ部材31の粘着力よりも弱くされている。このため、電池セル2が膨張した場合、伝熱プレート10は、第1テープ部材31側の電池セル2Aの膨張に追従して変形する。その結果、電池セル2と伝熱プレート10との接触面積(伝熱面積)が減少することを抑制できる。
【0027】
特に、本実施形態に係る電池モジュール1においては、粘着力が相対的に大きい第1テープ部材31と、粘着力が相対的に小さい第2テープ部材32とが、電池セル2の積層方向について交互に配置されている。このため、電池セル2が膨張した場合、一つの電池セル2に対して粘着力が相対的に強い第1テープ部材31側の伝熱プレート10が追従して変形することとなる。
【0028】
具体的には、ある電池セル2Aに着目すると、その膨張前においては、電池セル2Aの側面3aに一の伝熱プレート10が第1テープ部材31により固着されると共に、電池セル2Aの側面3bに他の伝熱プレート10が第2テープ部材32により固着されている。つまり、電池セル2Aの側面3a,3bの両面には、2つの伝熱プレート10がそれぞれ接触している。そして、この電池セル2Aが膨張した場合、第1テープ部材31により電池セル2Aの側面3aに固着されていた伝熱プレート10は、電池セル2Aの膨張に追従して変形する。一方、第2テープ部材32により電池セル2Aの側面3bに固着されていた他の伝熱プレート10は、電池セル2Aの側面3b側に隣接する他の電池セル2Bの膨張に追従して変形する。その結果、電池セル2Aにおいては、一の伝熱プレート10が電池セル2Aの一方の側面3aに接触している状態が維持される。つまり、上述したように、電池セル2と伝熱プレート10との接触面積(伝熱面積)が減少することを抑制できる。
【0029】
以上説明したように、本実施形態に係る電池モジュール1においては、伝熱プレート10は、テープ部材30の粘着力によって、電池セル2の膨張に追従して変形する。従って、例えば電池セル2の充電状態や経年変化により電池セル2が膨張しても、伝熱プレート10が電池セル2の膨張に追従して変形するため、電池セル2と伝熱プレート10との間の伝熱面積(接触面積)の減少を抑制できる。その結果、電池セル2の膨張に起因した電池セル2の放熱性の低下を抑制できる。
【0030】
特に、本実施形態の電池モジュール1においては、伝熱プレート10は、電池セル2(ケース3)の側面3aに沿って延在する本体部11と、本体部11の一端11aに立設された立設部12と、を含む。本体部11の一端11aに立設部12を設けたことで(すなわち屈曲部14が生じたことで)、例えば電池セル2の膨張に追従するような本体部11の変形に関する曲げ剛性が大きくなり、本体部11が変形しづらくなる。この点、本実施形態に係る電池モジュール1においては、本体部11の一端11a側に脆弱部13を設けることで、本体部11が変形しづらくなることを抑制できる。その結果、伝熱プレート10(本体部11)を電池セル2の膨張に確実に追従するように変形させることができる。
【0031】
また、本実施形態の電池モジュール1においては、伝熱プレート10は、互いに隣接する電池セル2(電池セル2A,2B)の間に配置されている。そして、テープ部材30は、電池セル2Aと伝熱プレート10との間に介在する第1テープ部材31と、電池セル2Bと伝熱プレート10との間に介在する第2テープ部材32と、を含む。第1テープ部材31の粘着力と第2テープ部材32の粘着力とは、互いに異なっている。本実施形態では、第2テープ部材32の粘着力は、第1テープ部材31の粘着力よりも弱くされている。このため、伝熱プレート10は、第1テープ部材31の粘着力により、第1テープ部材31側の電池セル2Aの膨張に追従して変形する。このように、第1テープ部材31及び第2テープ部材32の粘着力の強さを相対的に変えることにより、電池セル2A及び電池セル2Bのうちの所望の電池セルに追従するように伝熱プレート10を変形させることができる。
【0032】
特に、本実施形態に係る電池モジュール1においては、粘着力が相対的に大きい第1テープ部材31と、粘着力が相対的に小さい第2テープ部材32とが、電池セル2の積層方向について交互に配置されている。このため、電池セル2が膨張した場合、一つの電池セル2に対して粘着力が相対的に強い第1テープ部材31側の伝熱プレート10が追従して変形することとなる。その結果、特定の電池セル2に対して偏って伝熱プレート10が配されることが避けられ、電池モジュール1の温度分布の均一化を図ることができる。また、伝熱プレート10の電池セル2の一方の側面3aへの接触(片面接触)が維持され、電池セル2と伝熱プレート10との接触面積(伝熱面積)が減少することを抑制できる。
【0033】
引き続いて、本実施形態に係る電池モジュール1の変形例について説明する。上述の電池モジュール1においては、第2テープ部材32の粘着力が第1テープ部材31の粘着力よりも弱い場合を例示したが、第1テープ部材31の粘着力が第2テープ部材32の粘着力よりも弱くてもよい。また、第1テープ部材31及び第2テープ部材32は、いずれも粘着力を有するものとして説明したが、第1テープ部材31の粘着力と第2テープ部材32の粘着力とが、互いに異なればよく、第1テープ部材31及び第2テープ部材32のうちの一方が粘着力を有さなくてもよい。
【0034】
また、上述の電池モジュール1においては、脆弱部13として、本体部11の外縁に達する切込部13aを例示した。しかしながら、脆弱部13は本体部11の外縁に達しない切り欠きでもよい。また、脆弱部13は、長尺状の単一の切り込みであった。しかしながら、脆弱部13は、穴や凹部であってもよいし、それらが複数個点在して構成されてもよい。
【0035】
また、脆弱部13の形状及び材質等は任意に選択することができる。例えば、
図5に示すように、脆弱部13は、切込部13aと、切込部13aに充填された充填部材13bとから構成されてもよい。充填部材13bは、例えば、伝熱プレート10の強度よりも小さい強度の材質であって、空気よりも熱を伝えやすい材質とすることができる。この場合、切込部13aに充填された充填部材13bを介して本体部11から立設部12に熱が伝達されるため、脆弱部13としての機能を維持しつつ、伝熱プレート10の熱の伝達経路を増加させることができる。
【0036】
また、本体部11は、一端11a側に設けられた脆弱部13に加えて、あるいは脆弱部13に代えて、別の脆弱部を含んでいてもよい。例えば、
図5に示すように、本体部11は、別の脆弱部として、切欠部13c〜13eを含むことができる。切欠部13c〜13eは、それぞれ本体部11において放射状に延びて本体部11の外縁に達する。また、切欠部13c〜13eのそれぞれは、本体部11の外縁に近付くにつれて拡大するテーパ状を呈している。通常、電池セル2が膨張する際には、中央部の厚みが外縁部の厚みよりも相対的に大きくなるように(中央部が最も大きく膨らむように)3次元的に変形する。そこで、本体部11に切欠部13c〜13eを設ければ、電池セル2の膨張に伝熱プレート10Aを3次元的に追従するように変形させることができる。なお、脆弱部の個数及び位置等は任意に選択することができる。
[第2実施形態]
【0037】
引き続いて、本発明に係る電池モジュールの第2の実施形態について説明する。
図6(a)は、第2の実施形態に係る電池モジュールの模式的な側面図である。
図6(b)は、電池セルが膨張した場合における第2の実施形態に係る電池モジュールの模式的な側面図である。
図6(a)に示すように、電池モジュール1Aは、電池モジュール1と比較して、伝熱プレート10に代えて伝熱プレート10Aを備える点において、電池モジュール1と相違している。
【0038】
伝熱プレート10Aは、互いに隣接する電池セル2(電池セル2A,2B)の間において電池セル2の積層方向に配列された第1伝熱プレート20及び第2伝熱プレート25を含む。第1伝熱プレート20及び第2伝熱プレート25は、伝熱プレート10と同様に構成される。すなわち、第1伝熱プレート20は、矩形板状の本体部21と、本体部21に交差する方向に本体部21の一端に立設された矩形板状の立設部(不図示)とによって、L字板状に形成されている。第2伝熱プレート25は、矩形板状の本体部26と、本体部26に交差する方向に本体部26の一端に立設された矩形板状の立設部(不図示)とによって、L字板状に形成されている。電池セル2の膨張前においては、第1伝熱プレート20及び第2伝熱プレート25は互いに密着し、一体的に伝熱プレート10Aを構成する。
【0039】
テープ部材30は、互いに隣接する電池セル2のうちの第1伝熱プレート20側の電池セル2Aと第1伝熱プレート20との間に介在する第1テープ部材31と、互いに隣接する電池セル2のうちの第2伝熱プレート25側の電池セル2Bと第2伝熱プレート25との間に介在する第2テープ部材32と、を含む。第1テープ部材31は、第1伝熱プレート20の本体部21と電池セル2Aとを固着する。第2テープ部材32は、第2伝熱プレート25の本体部26と電池セル2Bとを固着する。ここでは、一例として、第1テープ部材31の粘着力と第2テープ部材32の粘着力とは、互いに略同等とされている。
【0040】
このように構成された電池モジュール1Aにおいては、
図6(b)に示すように、第1伝熱プレート20が第1テープ部材31の粘着力によって電池セル2Aの膨張に追従して変形すると共に、第2伝熱プレート25が第2テープ部材32の粘着力によって電池セル2Bの膨張に追従して変形する。
【0041】
以上説明したように、本実施形態に係る電池モジュール1Aによれば、第1伝熱プレート20は、第1テープ部材31の粘着力により、第1伝熱プレート20側の電池セル2Aの膨張に追従して変形し、第2伝熱プレート25は、第2テープ部材32の粘着力により、第2伝熱プレート25側の電池セル2Bの膨張に追従して変形する。このため、一つの電池セル2に着目する場合、電池セル2(ケース3)の両側面3a,3bに固着された第1伝熱プレート20及び第2伝熱プレート25の両方が当該電池セル2の膨張に追従して変形する。すなわち、第1伝熱プレート20及び第2伝熱プレート25の電池セル2の両側面3a,3bへの接触が維持される。よって、電池セル2から第1伝熱プレート20及び第2伝熱プレート25の両方へ熱を伝達することができる。その結果、電池セル2の膨張に起因した電池セル2の放熱性の低下を確実に抑制することができる。
【0042】
以上の実施形態は、本発明に係る電池モジュールの一実施形態を説明したものである。したがって、本発明に係る電池モジュールは、上述した電池モジュール1,1Aに限定されない。本発明に係る電池モジュールは、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述した電池モジュール1,1Aを任意に変形したものとすることができる。
【0043】
例えば、第2実施形態に係る電池モジュール1Aにおいては、第1伝熱プレート20及び第2伝熱プレート25は互いに別体の部材として構成される場合に限定されない。第1伝熱プレート20及び第2伝熱プレート25は、例えば本体部21及び本体部26のそれぞれの中央部付近で互いに接合された一体の部材として構成されていてもよい。
【0044】
また、第2実施形態に係る電池モジュール1Aは、第1実施形態に係る電池モジュール1と同様に、第1伝熱プレート20の本体部21及び第2伝熱プレート25の本体部26に脆弱部13及び/又は別の脆弱部(切欠部13c〜13e)が設けられていてもよい。