特許 6597519 蓄電モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6597519

(24)【登録日】2019年10月11日

(45)【発行日】2019年10月30日

(54)【発明の名称】蓄電モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6557 20140101AFI20191021BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20191021BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20191021BHJP

   H01M 10/617 20140101ALI20191021BHJP

   H01M 10/6555 20140101ALI20191021BHJP

   H01M 10/6569 20140101ALI20191021BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20191021BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20191021BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/6557

   H01M2/10 E

   H01M10/613

   H01M10/617

   H01M10/6555

   H01M10/6569

   H01M10/625

   H01M10/647

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-159720(P2016-159720)

(22)【出願日】2016年8月16日

(65)【公開番号】特開2018-29000(P2018-29000A)

(43)【公開日】2018年2月22日

【審査請求日】2018年11月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】395011665

【氏名又は名称】株式会社オートネットワーク技術研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000183406

【氏名又は名称】住友電装株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】特許業務法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】久保木 秀幸

(72)【発明者】

【氏名】平井 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】東小薗 誠

(72)【発明者】

【氏名】細江 晃久

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 義幸

(72)【発明者】

【氏名】永渕 昭弘

(72)【発明者】

【氏名】竹山 知陽

(72)【発明者】

【氏名】小林 英一

【審査官】 永井 啓司

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／０８３５６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−２１６３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−５６６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１４０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０４１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２９２７５１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ２／１０

１０／５２−１０／６６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の蓄電素子と、
冷媒と前記冷媒を密閉状態で封入する封入体とを有し、前記蓄電素子に重ねられるとともに前記蓄電素子に重ならない領域に延出された延出部において前記冷媒の蒸発により前記封入体が変形した膨出部を形成可能とされた複数の冷却部材と、
前記複数の冷却部材の隣り合う前記延出部の間に配され、前記膨出部に当接可能なスペーサ部を有する伝熱部材と、を備える、蓄電モジュール。

【請求項2】

前記伝熱部材は、複数の前記スペーサ部が並んで設けられており、
隣り合う前記スペーサ部の間に前記膨出部が配される請求項１に記載の蓄電モジュール。

【請求項3】

前記複数のスペーサ部のうち、並び方向の端部の前記スペーサ部の外面には、外方に張り出す張出部が設けられている請求項２に記載の蓄電モジュール。

【請求項4】

前記伝熱部材は、前記複数のスペーサ部を連結する連結部を備え、前記連結部の面は、外部の放熱部材の面に接触する請求項２又は請求項３に記載の蓄電モジュール。

【請求項5】

前記蓄電素子に対して前記冷却部材を挟んで重ねられる均熱板を備え、
前記均熱板は、前記蓄電素子に重ならない領域で前記伝熱部材側に延設された均熱延設部を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書では、蓄電素子の放熱を行う技術を開示する。

【背景技術】

【0002】

従来、蓄電素子の放熱を行う技術が知られている。特許文献１は、電池モジュールがパックケースに収容されており、複数の単電池の正極端子と負極端子とがバスバーで電気的に接続されている。パックケースの下部に充填された冷媒が蒸発し、パックケースの上部で凝縮することにより、電池の熱が外部に放熱される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２１１９６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１では、パックケース内で冷媒の蒸発、凝縮を行う必要があるため、パックケースの全体を密閉する必要になり、蓄電モジュールの構成を簡素化することが容易ではないという問題がある。

【0005】

本明細書に開示された技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、蓄電モジュールの構成を簡素化することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書に記載された蓄電モジュールは、複数の蓄電素子と、冷媒と前記冷媒を密閉状態で封入する封入体とを有し、前記蓄電素子に重ねられるとともに前記蓄電素子に重ならない領域に延出された延出部において前記冷媒の蒸発により前記封入体が変形した膨出部を形成可能とされた複数の冷却部材と、前記複数の冷却部材の隣り合う前記延出部の間に配され、前記膨出部に当接可能なスペーサ部を有する伝熱部材と、を備える。

【0007】

上記の構成によれば、蓄電素子の熱を、冷媒が封入体に密閉された冷却部材、伝熱部材を介して放熱することが可能になり、例えば蓄電素子が収容されたケース内に冷媒を充填する構成と比較して、必ずしもケースを密閉する必要がないため、蓄電モジュールの構成を簡素化することが可能になる。ここで、冷却部材の封入体が膨出変形した膨出部が熱伝導性の低い空間内（空気中）に配されていると、膨出部の放熱性が良くないという問題がある。
本構成によれば、複数の冷却部材の隣り合う延出部の間に配されるスペーサ部が膨出部に当接することにより、蓄電素子の熱が冷却部材から伝熱部材に伝わるため、伝熱部材を介して外部に放熱させることが可能になり、放熱性を向上させることができる。

【0008】

本明細書に記載された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記伝熱部材は、複数の前記スペーサ部が並んで設けられており、隣り合う前記スペーサ部の間に前記膨出部が配される。
このようにすれば、膨出部がスペーサ部に密着しやすくなるため、冷却部材と伝熱部材との間の熱伝導性を向上させることができる。

【0009】

前記複数のスペーサ部のうち、並び方向の端部の前記スペーサ部の外面には、外方に張り出す張出部が設けられている。
このようにすれば、伝熱部材の張出部を介して放熱することができるため、放熱性を向上させることができる。

【0010】

前記伝熱部材は、前記複数のスペーサ部を連結する連結部を備え、前記連結部の面は、外部の放熱部材の面に接触する。
このようにすれば、伝熱部材から放熱部材への熱伝導性を向上させることができるため、放熱性を向上させることができる。

【0011】

前記蓄電素子に対して前記冷却部材を挟んで重ねられる均熱板を備え、前記均熱板は、前記蓄電素子に重ならない領域で前記伝熱部材側に延設された均熱延設部を備える。
このようにすれば、均熱板の均熱延設部により、伝熱部材への熱伝導性を向上させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本明細書に記載された技術によれば、蓄電モジュールの構成を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態１の蓄電モジュールを示す斜視図

【図2】蓄電モジュールを示す平面図

【図3】蓄電モジュールを示す正面図

【図4】図２のＡ−Ａ断面図

【図5】図４の一部を拡大した断面図

【図6】図５に対して封入体が膨出変形していない状態の断面図

【図7】伝熱部材を示す平面図

【図8】伝熱部材を示す正面図

【図9】伝熱部材を示す左側面図

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜実施形態１＞
実施形態１について図１から図９を参照しつつ説明する。本実施形態の蓄電モジュール１０は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されてモータ等の負荷に電力を供給する。蓄電モジュール１０は任意の向きで配置可能であるが、以下では、Ｘ方向を左方、Ｙ方向を前方、Ｚ方向を上方として説明する。

【0015】

（蓄電モジュール１０）
蓄電モジュール１０は、図４に示すように、複数（本実施形態では６個）の蓄電素子１１と、各蓄電素子１１に重ねられて蓄電素子１１を冷却する複数の冷却部材２０（本実施形態では６個）と、各冷却部材２０と各蓄電素子１１との間に重ねられて冷却部材２０及び蓄電素子１１の熱を受ける複数（本実施形態では６個）の均熱板３０と、冷却部材２０と外部の放熱部材５０との間に配され、冷却部材２０の熱を外部の放熱部材５０に中継する伝熱部材４０と、を備える。

【0016】

（蓄電素子１１）
蓄電素子１１は、一対の電池用ラミネートシートの間に図示しない蓄電要素を挟んで、電池用ラミネートシートの側縁を、熱溶着等の公知の手法により液密に接合してなる。蓄電素子１１の前端縁からは、図１に示すように、金属箔状をなす正極の電極端子１２Ａと負極の電極端子１２Ｂとが、電池用ラミネートシートの内面と液密状態で、電池用ラミネートシートの内側から外側へと突出している。各蓄電素子１１の電極端子１２Ａと電極端子１２Ｂとは、間隔を開けて配され、内部の蓄電要素と電気的に接続されている。

【0017】

複数の蓄電素子１１は、上下方向に並べて配されており、隣り合う蓄電素子１１は、一の電極端子１２Ａの隣に他の電極端子１２Ｂが位置するように配されている。隣り合う電極端子１２Ａと電極端子１２Ｂとは、Ｕ字状の複数（本実施形態では５個）の接続部材１３を介して電気的に接続される。各電極端子１２Ａ，１２Ｂと接続部材１３とは例えばレーザー溶接、超音波用溶接、ロウ付け等の公知の手法により接続されている。隣り合う電極端子１２Ａ，１２Ｂ間が各接続部材１３で接続されることにより、複数の蓄電素子１１が直列に接続されている。

【0018】

本実施形態においては、蓄電素子１１として、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の二次電池を用いてもよく、また、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタを用いてもよく、必要に応じて任意の種類を適宜に選択できる。

【0019】

（冷却部材２０）
冷却部材２０は、図６に示すように、液体と気体とに状態が変化する冷媒２１と、冷媒２１を吸収する吸収部材２２と、冷媒２１及び吸収部材２２を密閉状態で封入する封入体２５とを備える。冷媒２１は、例えば、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロケトン、フッ素不活性液体、水、メタノール、エタノール等のアルコールからなる群から選ばれる１つ、又は複数を用いることができる。冷媒２１は、絶縁性を有していてもよく、また、導電性を有していてもよい。封入体２５内に封入される冷媒２１の量は、必要に応じて適宜に選択できる。

【0020】

吸収部材２２は略長方形のシート状をなしている。吸収部材２２は、冷媒２１を吸収可能な材料により形成されている。この吸収部材２２は、冷媒２１を吸収可能な材料を繊維状に加工したものを織物としたものであってもよく、また、不織布としたものであってもよい。不織布の形態としては、繊維シート、ウェブ（繊維だけで構成された薄い膜状のシート）、又はバット（毛布状の繊維）であってもよい。吸収部材２２を構成する材料としては、天然繊維でもよく、また、合成樹脂からなる合成繊維であってもよく、また、天然繊維と合成繊維の双方を用いたものであってもよい。

【0021】

吸収部材２２は、蓄電素子１１が重なる領域に対して広い領域に配されているため、封入体２５内における吸収部材２２は、蓄電素子１１が重なる領域から蓄電素子１１が重ならない領域に延設された吸収延設部２３を備えている。

【0022】

封入体２５は、例えば略長方形状をなす２つのシート部材を、接着、溶着、溶接等の公知の手法により液密に接合して形成することができる。各シート部材は、金属製シートの両面に合成樹脂製のフィルムが積層されてなる。金属製シートを構成する金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等、必要に応じて任意の金属を適宜に選択できる。合成樹脂製のフィルムを構成する合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド等、必要に応じて任意の合成樹脂を適宜に選択できる。本実施形態に係る封入体２５は、両シート部材における合成樹脂製のフィルムが積層された面同士を重ね合わせて熱融着されてなる。

【0023】

封入体２５は、図６に示すように、吸収部材２２の上側を覆う第１シート部２６Ａと、吸収部材２２の下側を覆う第２シート部２６Ｂとを有する。第１シート部２６Ａの上面は、蓄電素子１１の下面に接触し、第２シート部２６Ｂの下面は、均熱板３０の上面に接触する。ここで、冷却部材２０は、蓄電素子１１に重ならない領域に延出された延出部２０Ａを有し、この延出部２０Ａにおける第１シート部２６Ａは、図５に示すように、封入体２５内の冷媒２１の蒸発により膨出変形可能な膨出部２８とされている。膨出部２８は、冷却部材２０のうち、延出部２０Ａにおいて冷媒２１の蒸発により内圧が上昇して封入体２５が膨らむように変形して形成される。なお、封入体２５のうち、膨出部２８以外の部分については、封入体２５内の冷媒２１の蒸発により内圧が上昇するが、蓄電素子１１と均熱板３０に挟まれて膨張が規制されているため、封入体２５は膨出変形しない。

【0024】

（均熱板３０）
均熱板３０は、長方形の平板状であって、蓄電素子１１に対して冷却部材２０を挟んで重ねられており、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅、銅合金等の熱伝導性が高い部材が用いられている。この均熱板３０は、蓄電素子１１及び第２シート部２６Ｂに接触して蓄電素子１１の熱を受ける接触部３１と、接触部３１の右方において蓄電素子１１に重ならない領域に延びる均熱延設部３２とを有する。本実施形態では、均熱延設部３２の右端部と右方の伝熱部材４０の後述するスペーサ部４１との間には隙間が形成されているが、これに限られず、均熱延設部３２の端部と伝熱部材４０との間を接触させるようにしてもよい。

【0025】

（伝熱部材４０）
伝熱部材４０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅、銅合金等の熱伝導性が高い金属からなり、前後方向について冷却部材２０の長さよりも長く形成されており、図８，図９に示すように、一列に並んで設けられた複数（本実施形態では６個）のスペーサ部４１と、隣り合うスペーサ部４１を連結する複数（本実施形態では５個）の連結部４２と、並び方向の端部のスペーサ部４１の外面から張り出す一対の張出部４３とを備える。スペーサ部４１は、略Ｕ字状であって、前後方向について、冷却部材２０の全長に当接する長さで形成されており、平行な一対の側壁部４１Ａ，４１Ｂと、一対の側壁部４１Ａ，４１Ｂ間を連ねる先端壁４１Ｃとを備える。この伝熱部材４０は、図５，図６に示すように、複数の冷却部材２０の隣り合う複数の延出部２０Ａの間に各スペーサ部４１が配され、スペーサ部４１の一方の側壁部４１Ａは、第２シート部２６Ｂに当接し、冷媒２１の蒸発により第１シート部２６Ａが膨出変形して膨出部２８が形成されるときには、膨出部２８が側壁部４１Ｂ及び連結部４２に密着する形状に変形する。

【0026】

（放熱部材５０）
蓄電モジュール１０の側方には、均熱板３０に伝達された熱を外部に放熱する放熱部材５０が配されている。放熱部材５０は、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属からなり、図示しない冷却材の導入口と導出口が開口している。冷却材として冷却液が下側の導入口から導入され、上方の導出口から導出され、図示しない放熱経路を通って冷却液が循環することで、冷却液に伝わった熱が外部に放熱される。なお、放熱部材５０は、内部に冷却液が通るパイプ（図示しない）が複数回折り返しつつ内部の全体に亘って延びるようにしてもよい。本実施形態では、冷却液として水が用いられているが、これに限られず、油等の液体を用いてもよい。また、冷却液として不凍液を用いてもよい。また、液体に限られず、気体を冷却材として用いてもよい。

【0027】

本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
蓄電モジュール１０は、複数の蓄電素子１１と、冷媒２１と冷媒２１を密閉状態で封入する封入体２５とを有し、蓄電素子１１に重ねられるとともに蓄電素子１１に重ならない領域に延出された延出部２０Ａにおいて冷媒２１の蒸発により封入体２５が変形した膨出部２８を形成可能とされた複数の冷却部材２０と、複数の冷却部材２０の隣り合う延出部２０Ａの間に配され、膨出部２８に当接可能なスペーサ部４１を有する伝熱部材４０と、を備える。

【0028】

本実施形態によれば、蓄電素子１１の熱を、冷媒２１が封入体２５に密閉された冷却部材２０、伝熱部材４０を介して放熱することが可能になり、例えば蓄電素子１１が収容されたケース内に冷媒２１を充填する構成と比較して、必ずしもケースを密閉する必要がないため、蓄電モジュール１０の構成を簡素化することが可能になる。ここで、冷却部材２０の封入体２５が膨出変形した膨出部２８が熱伝導性の低い空間内（空気中）に配されていると、膨出部２８の放熱性が良くないという問題がある。
また、本実施形態によれば、複数の冷却部材２０の隣り合う延出部２０Ａの間に配されるスペーサ部４１が膨出部２８に当接することにより、蓄電素子１１の熱が冷却部材２０から伝熱部材４０に伝わるため、伝熱部材４０を介して外部に放熱させることが可能になり、放熱性を向上させることができる。

【0029】

また、伝熱部材４０は、複数のスペーサ部４１が並んで設けられており、隣り合うスペーサ部４１の間に膨出部２８が配される。
このようにすれば、膨出部２８がスペーサ部４１に密着しやすくなるため、冷却部材２０と伝熱部材４０との間の熱伝導性を向上させることができる。

【0030】

また、複数のスペーサ部４１のうち、並び方向の端部のスペーサ部４１の外面には、外方に張り出す張出部４３が設けられている。
このようにすれば、伝熱部材４０の張出部４３から放熱することができるため、放熱性を向上させることができる。

【0031】

また、伝熱部材４０は、複数のスペーサ部４１を連結する連結部４２を備え、連結部４２の面は、外部の放熱部材５０の面に接触可能とされている。
このようにすれば、伝熱部材４０から放熱部材への熱伝導性を向上させることができるため、放熱性を向上させることができる。

【0032】

また、蓄電素子１１に対して冷却部材２０を挟んで重ねられる均熱板３０を備え、均熱板３０は、蓄電素子１１に重ならず、冷却部材２０に重なる領域で、伝熱部材４０側に延設された均熱延設部３２を備える。
このようにすれば、均熱板３０の均熱延設部３２により、伝熱部材４０への熱伝導性を向上させることができる。

【0033】

＜他の実施形態＞
本明細書に記載された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書に記載された技術の技術的範囲に含まれる。
（１）伝熱部材４０は、張出部４３を備える構成としたが、張出部４３を備えない構成としてもよい。

【0034】

（２）膨出部２８は、ほぼ全体に亘って側面部４１Ａ及び本体２１の左面に接触（密着）する構成としたが、これに限られない。膨出部２８の少なくとも一部が側面部４１Ａ及び本体２１の少なくとも一方に当接する構成としてもよい。

【0035】

（３）膨出部２８は第１シート部２６Ａに形成される構成としたが、第１シート部２６Ａと第２シート部２６Ｂの双方に形成されるようにしてもよく、この場合、スペーサ部４１の両側壁部４１Ａ，４１Ｂに各膨出部２８が当接するようにしてもよい。

【0036】

（４）蓄電素子１１、冷却部材２０、均熱板３０の数は、上記実施形態の数に限られず、適宜変更することができる。また、伝熱部材４０のスペーサ部４１や連結部４２の数も冷却部材２０等の数に応じて適宜変更することができる。

【0037】

（５）放熱部材５０を備えない構成としてもよい。例えば蓄電モジュール１０が図示しない金属製や合成樹脂製のケースで覆われるようにし、放熱部材５０によらずケースを介して蓄電モジュール１０の熱を外部に放熱するようにしてもよい。また、例えば、放熱部材５０をケースの一部としたり、放熱部材５０を含めた蓄電モジュール１０の全体を覆うケースを設けるようにしてもよい。この場合、例えばケースにより、蓄電モジュール１０の上下から挟んで蓄電モジュール１０を保持する構成としてもよい。

【符号の説明】

【0038】

１０： 蓄電モジュール
１１： 蓄電素子
２０： 冷却部材
２０Ａ： 延出部
２１： 冷媒
２２： 吸収部材
２５： 封入体
２８： 膨出部
３０： 均熱板
４０： 伝熱部材
４１： スペーサ部
４３： 張出部
５０： 放熱部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】