(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】6609989
(24)【登録日】2019年11月8日
(45)【発行日】2019年11月27日
(54)【発明の名称】電池モジュール
(51)【国際特許分類】
H01M 2/10 20060101AFI20191118BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20191118BHJP
H01M 10/647 20140101ALI20191118BHJP
H01M 10/6554 20140101ALI20191118BHJP
H01M 10/651 20140101ALI20191118BHJP
【FI】
H01M2/10 S
H01M10/613
H01M10/647
H01M10/6554
H01M10/651
【請求項の数】6
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2015-102790(P2015-102790)
(22)【出願日】2015年5月20日
(65)【公開番号】特開2016-219243(P2016-219243A)
(43)【公開日】2016年12月22日
【審査請求日】2018年2月6日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124062
【弁理士】
【氏名又は名称】三上 敬史
(74)【代理人】
【識別番号】100148013
【弁理士】
【氏名又は名称】中山 浩光
(74)【代理人】
【識別番号】100180851
【弁理士】
【氏名又は名称】▲高▼口 誠
(72)【発明者】
【氏名】山田 正博
(72)【発明者】
【氏名】植田 浩生
(72)【発明者】
【氏名】加藤 崇行
【審査官】
小森 重樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開2011−171029(JP,A)
【文献】
特開2013−246990(JP,A)
【文献】
特開2011−034775(JP,A)
【文献】
国際公開第2012/118015(WO,A1)
【文献】
国際公開第2013/161654(WO,A1)
【文献】
特開2014−238928(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 2/10
H01M 10/613
H01M 10/647
H01M 10/651
H01M 10/6554
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極端子が配置された第1面と、第1方向において前記第1面と対向して配置される第2面と、前記第1面と前記第2面とを接続すると共に前記第1方向に直交する第2方向において互いに対向して配置される一対の側面とを有する電池セルを保持したセルホルダが、前記第1方向及び前記第2方向の両方向に直交する第3方向に配列されてなる電池モジュールであって、
前記電池セルを保持した前記セルホルダを前記第3方向に配列させた配列体を挟む一対のエンドプレートと、
前記一対のエンドプレート同士を連結する連結部材と、
前記第3方向における両端部が前記エンドプレートに固定されている伝熱プレートと、を備え、
前記エンドプレートは、前記電池モジュールが固定される筐体に固定するための固定部と、前記固定部に形成された第1孔部と、を有し、
前記伝熱プレートは、前記両端部の少なくとも一方に形成された第2孔部を有し、
前記伝熱プレートは、前記第1孔部及び第2孔部に挿通される締結部によって前記エンドプレートに固定されており、
前記配列体には、前記電池セルの前記一対の側面のうち一方の側面の一部を露出させる開口部が前記第3方向に沿って形成されており、
前記開口部には、前記第3方向に延在する板状部材であり、複数の前記セルホルダに跨って配置される前記伝熱プレートが複数の前記電池セルの前記一方の側面に接触するように嵌め込まれている、電池モジュール。
【請求項2】
前記伝熱プレートは、前記第3方向に延在する本体部と、前記第3方向に延在すると共に前記本体部から突出する凸部と、を有し、
前記凸部は、前記電池セルに接触するように前記開口部に嵌め込まれている、請求項1記載の電池モジュール。
【請求項3】
前記本体部において前記凸部が設けられている側の非突出面と前記セルホルダとは、前記非突出面と前記セルホルダとを互いに接着する接着部を介して接触している、請求項2記載の電池モジュール。
【請求項4】
電極端子が配置された第1面と、第1方向において前記第1面と対向して配置される第2面と、前記第1面と前記第2面とを接続すると共に前記第1方向に直交する第2方向において互いに対向して配置される一対の側面とを有する電池セルを保持したセルホルダが、前記第1方向及び前記第2方向の両方向に直交する第3方向に配列されてなる電池モジュールであって、
前記電池セルを保持した前記セルホルダを前記第3方向に配列させた配列体には、前記電池セルの前記一対の側面のうち一方の側面の一部を露出させる開口部が前記第3方向に沿って形成されており、
前記開口部には、前記第3方向に延在する板状部材であり、複数の前記セルホルダに跨って配置される伝熱プレートが複数の前記電池セルの前記一方の側面に接触するように嵌め込まれており、
前記伝熱プレートは、前記第3方向に延在する本体部と、前記第3方向に延在すると共に前記本体部から突出する凸部と、を有し、
前記凸部は、前記電池セルに接触するように前記開口部に嵌め込まれており、
前記本体部において前記凸部が設けられている側の非突出面と前記セルホルダとは、前記非突出面と前記セルホルダとを互いに接着する接着部を介して接触している、電池モジュール。
【請求項5】
前記凸部の前記本体部からの突出量は、前記セルホルダにおける前記凸部の突出方向における厚みよりも大きくなるように形成されている、請求項3又は4記載の電池モジュール。
【請求項6】
前記伝熱プレートと前記電池セルとは、前記伝熱プレートと前記電池セルとを互いに接着する接着部を介して互いに接触している、請求項1〜5の何れか一項記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
複数の電池セルが電気的に接続された電池モジュールからなる電池パックが知られている。従来、このような電池モジュールは、電池セルから発生する熱を電池パックの筐体に伝熱することにより放熱することが行われている。例えば、特許文献1では、電池セル同士の間に伝熱プレートを配置し、当該伝熱プレートの一端側を筐体に接触させている。これにより、電池セルにおいて発生した熱を筐体の外側に逃がしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表平8−506205号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記従来の電池モジュールは、電池セルの間ごとに伝熱プレートを配置するので部品点数が多くなり、電池モジュールの組み付け性に劣る。また、組み付け後に筐体から反力を受けたりすることにより、筐体に対して電池セルの位置がずれる場合がある。このような場合、上記従来の電池モジュールでは、伝熱プレートの筐体への接触を十分に維持することができず、放熱性が悪化する。
【0005】
そこで、本発明の目的は、放熱性及び筐体への組み付け性を向上させることができる電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の電池モジュールは、電池セルを保持したセルホルダが一方向に配列されてなる電池モジュールであって、セルホルダを一方向に配列させた配列体には、電池セルにおいて電極端子が配置された第1面に直交する方向と前記セルホルダの配列方向とに交差する方向に直交する一対の側面のうち一方を露出させる開口部が一方向に沿って形成されており、開口部には、一方向に延在する板状部材であり、複数のセルホルダに跨って配置される伝熱プレートが複数の電池セルに接触するように嵌め込まれている。
【0007】
この構成の電池モジュールでは、配列体としての一対の側面のうち一方の側面において一方向に沿って形成される開口部に、一方向に延在する板状部材である伝熱プレートが嵌め込まれているので、配列体の剛性を高めることができる。これにより、組み付け後に電池セル間の位置ずれにより放熱性が悪化することを抑制できるので、放熱性を向上させることができる。また、筐体に電池モジュールを組み付ける際に、複数の電池セルに跨って1枚の板状の伝熱プレートを固定するので、電池セルごとに可撓性の伝熱プレート設けることと比べて組み付け性を向上させることができる。
【0008】
本発明の電池モジュールは、配列体を挟む一対のエンドプレートと、一対のエンドプレート同士を連結する連結部材と、を更に備え、伝熱プレートは、一方向における両端部がエンドプレートに固定されていてもよい。
【0009】
この構成の電池モジュールでは、配列体を挟む一対のエンドプレートと一体的に伝熱プレートが固定されるので、配列体の剛性をより高めることができる。
【0010】
本発明の電池モジュールでは、エンドプレートは、電池モジュールが固定される筐体に固定するための固定部と、固定部に形成された第1孔部と、を有し、伝熱プレートは、両端部の少なくとも一方に形成された第2孔部を有し、伝熱プレートは、第1孔部及び第2孔部に挿通される締結部によってエンドプレートに固定されていてもよい。
【0011】
この構成の電池モジュールでは、エンドプレートに対し容易に伝熱プレートを固定することができる。
【0012】
本発明の電池モジュールでは、伝熱プレートと電池セルとは、伝熱プレートと電池セルとを互いに接着する接着部を介して互いに接触していてもよい。
【0013】
この構成の電池モジュールでは、振動などを受けた場合であっても、伝熱プレートと電池セルとの接触を維持することができる。これにより、放熱性を維持することができる。
【0014】
本発明の電池モジュールでは、伝熱プレートは、一方向に延在する本体部と、一方向に延在すると共に本体部から突出する凸部と、を有し、凸部は、電池セルに接触するように開口部に嵌め込まれていてもよい。
【0015】
この構成の電池モジュールでは、突出部が形成されていない本体部がセルホルダに接触することにより、配列体としての側面に直交する方向への位置決めを容易に行える。
【0016】
本発明の電池モジュールでは、本体部において凸部が設けられている側の非突出面とセルホルダとは、非突出面とセルホルダとを互いに接着する接着部を介して接触していてもよい。
【0017】
この構成の電池モジュールでは、振動などを受けた場合であっても、伝熱プレートとセルホルダとの接触を維持することができる。これにより、伝熱プレートとセルホルダとの接触を維持することができるようになるので放熱性を維持することができる。
【0018】
本発明の電池モジュールでは、凸部の本体部からの突出量は、セルホルダにおける凸部の突出方向における厚みよりも大きくなるように形成されていてもよい。
【0019】
この構成の電池モジュールでは、電池セルと伝熱プレートとをより確実に接触させることができる。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、放熱性及び筐体への組み付け性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【
図1】本実施形態に係る電池モジュールを示す斜視図である。
【
図2】電池セルを保持した状態のセルホルダを示す斜視図及びセルホルダを示す斜視図である。
【
図3】
図1の電池モジュールにおいて、伝熱プレートを取りつける前の状態の斜視図である。
【
図4】
図1の電池モジュールを配列方向から見た断面図である。
【
図5】
図1の電池モジュールを筐体の壁部に取り付けた際の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、図面を参照して一実施形態に係る電池モジュール1について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。また、説明中、「上」、「下」などの方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。
【0023】
図1に示されるように、電池モジュール1は、電池セル11がセルホルダ21に保持された状態で複数配列されてなる配列体15と、配列体15の配列方向(
図1のX軸方向)の一方側に配置された弾性部材31(
図5参照)と、配列体15及び弾性部材31に対して配列方向の両側に配置された一対のブラケット(エンドプレート)41,41と、一対のブラケット41,41同士を連結する複数のボルト(連結部材)51と、配列体15と弾性部材31との間に配置されたミドルプレート61(
図5参照)と、伝熱プレート70と、を備えている。
【0024】
電池セル11は、矩形箱状のケース11aの内部に電極組立体を収容してなる電池であり、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11は、この例では、7つ配列されている。電池セル11は、セルホルダ21に保持された状態で配列されている。隣り合う電池セル11の電極端子13は、バスバー14によって互いに電気的に接続されており、これにより、隣り合う電池セル11が電気的に直列に接続されている。これら電池セル11、セルホルダ21及びバスバー14によって配列体15が構成されている。
【0025】
セルホルダ21は、樹脂により形成されている。
図2(a)及び
図2(b)に示されるように、セルホルダ21は、枠体部22と、仕切部23と、を有している。
【0026】
枠体部22は、底板24と、底板24の一端から起立する側板25aと、仕切部23から起立する上側側板25bと、底板24の他端から起立する下側側板25cと、を含んで構成されている。底板24の両端部の各々には、底板24の厚み方向に突出する突出部24aが設けられており、突出部24aの各々には、配列方向に貫通する挿通孔24bが設けられている。これらの挿通孔24bのそれぞれに、ボルト51(
図1参照)が挿通される。
【0027】
側板25aは、電池セル11において電極端子13が配置された上面(第1面)11bに直交するZ軸方向とセルホルダ21の配列方向(X軸方向)とに直交(交差)するY軸方向に直交する一対の面である側面11c,11cの一方を覆っている。上側側板25bと下側側板25cとは、Z軸方向において所定の間隔Gをあけて配置されている。
【0028】
上側側板25bと下側側板25cとの間に設けられた間隔Gは、
図3に示されるように、セルホルダ21をX軸方向に配列させた配列体15において、電池セル11の一対の側面11c,11cのうち一方の側面11cを露出させる開口部30を形成する。開口部30は、X軸方向(一方向)に延在する。
【0029】
図2(a)及び
図2(b)に示されるように、仕切部23は、側板25aと上側側板25bとを接続している。仕切部23上には、一対の端子収容部26,26が設けられている。端子収容部26は、電極端子13を囲う円形の内壁を有している。さらに、仕切部23上には、端子収容部26に接続された四角柱状の一対の柱部27,27が設けられている。柱部27には、配列方向に貫通する挿通孔27aが設けられている。挿通孔27aの径は、例えば挿通孔24bの径と同一となっている。これらの挿通孔27aのそれぞれに、ボルト51(
図1参照)が挿通される。
【0030】
セルホルダ21では、枠体部22及び仕切部23によって収容空間Sが形成されている。
図2(a)に示されるように、この収容空間Sに電池セル11が収容されることにより、セルホルダ21に電池セル11が保持されている。
【0031】
弾性部材31は、例えばゴムにより平板状に形成されている。
図5に示されるように、弾性部材31は、ミドルプレート61とブラケット41との間に配置されている。弾性部材31の配列方向から見た平面形状は、例えば長方形状(矩形状)をなしており、ミドルプレート61の外形よりも小さくなっている。
【0032】
一対のブラケット41,41は、配列体15と弾性部材31とを配列方向の両側から挟んでおり、配列体15及び弾性部材31に拘束荷重を付加すると共に、電池パックの筐体の壁部3に対して電池モジュール1を固定する。
【0033】
ブラケット41は、金属材料からなる板状部材が折り曲げられて形成されている。ブラケット41は、折曲部41aを挟んで挟持部42と固定部43とが形成されている。挟持部42は、弾性部材31及びミドルプレート61を介して配列体15を挟み込む部分である。挟持部42には、強度を高めるためのリブ44が形成されている。挟持部42には、ボルト51を挿通するための複数(この例では、4つ)の挿通孔42aが設けられている。固定部43は、後述する伝熱プレート70を介して筐体の壁部3に固定される部分である。固定部43には、第1孔部43aが形成されている。固定部43は、例えば、ボルト55によって筐体の壁部3に固定される。
【0034】
ボルト51は、例えば比較的強度が高い鉄系の金属により形成されている。ボルト51は、複数(この例では、4本)設けられ、配列方向に延在して一対のブラケット41,41同士を連結している。複数のボルト51のそれぞれは、一対のブラケット41,41の挿通孔42aに挿通されると共に、セルホルダ21の挿通孔24b又は挿通孔27aに挿通されている。そして、一方のブラケット41の外側でナット(連結部材)53により締結されている。この締結によって配列体15及び弾性部材31に拘束荷重が付加されている。
【0035】
図5に示されるように、ミドルプレート61は、配列体15と弾性部材31との間に介在している。これにより、弾性部材31から配列体15にかかる荷重のばらつきが抑制されている。また、ボルト51は、ミドルプレート61の挿通孔にも挿通されている。
【0036】
電池モジュール1に備わる配列体15、弾性部材31、一対のブラケット41,41、ボルト51、ミドルプレート61及び伝熱プレート70のうち、伝熱プレート70を除いた構成の電池モジュール1が
図3に示される。
図3に示されるように、電池セル11が保持されたセルホルダ21をX軸方向に配列させた配列体15には、電池セル11の一対の側面11c,11cのうち一方の側面11cを露出させる開口部30がX軸方向(一方向)に沿って形成されている。
【0037】
図1及び
図4(a)に示されるように、開口部30には、X軸方向(一方向)に延在する板状部材であり、複数のセルホルダ21に跨って配置される伝熱プレート70が複数の電池セル11に接触するように嵌め込まれている。
【0038】
図4(b)に示されるように、伝熱プレート70は、X軸方向に延在する本体部73と、X軸方向に延在すると共に本体部73から突出する凸部71と、を有している。凸部71の本体部73からの突出量T2は、セルホルダ21における上側側板25b及び下側側板25cの厚みT1(
図4(a)参照)よりも大きくなるように形成されている。
図4(a)に示されるように、凸部71は、電池セル11に接触するように開口部30に嵌め込まれている。凸部71のX軸方向における寸法は、配列体15のX軸方向における寸法と同じである。言い換えれば、伝熱プレート70における凸部71は、Y軸方向から見た場合に、ブラケット41とは重ならない。
【0039】
図1に示されるように、伝熱プレート70は、X軸方向における両端部に第2孔部79が形成されている。第2孔部79は、Z軸方向に複数(例えば、4個)形成されている。伝熱プレート70は、ブラケット41の第1孔部43a及び伝熱プレート70の第2孔部79に挿通されるボルト(締結部)55によってブラケット41に固定されている。
【0040】
図4(a)及び
図4(b)に示されるように、伝熱プレート70と電池セル11とは、耐熱性の接着テープ(接着部)81を介して互いに接触している。また、伝熱プレート70の本体部73において凸部71が設けられている側の一対の非突出面73a,73aとセルホルダ21とは耐熱性の接着テープ(接着部)83を介して接触している。
【0041】
次に、電池モジュール1の組み付けについて説明する。電池モジュール1を電池パックとして組み付ける時には、
図5に示されるように、電池セル11を保持させたセルホルダ21をX軸方向に沿って配設して配列体15を構成する。次に、配列体15の一方の側に弾性部材31を配置し、その弾性部材31に隣接してミドルプレート61を配置する。そして、配列体15、弾性部材31及びミドルプレート61を、一対のブラケット41,41によって配列方向の両側から挟みこみ、拘束荷重を付加する。
【0042】
次に、
図4(a)及び
図4(b)に示されるように、伝熱プレート70の凸部71における電池セル11との接触面71aに接着テープ81を貼付し、本体部73における一対の非突出面73a,73aに接着テープ83,83をそれぞれ貼付する。次に、開口部30に伝熱プレート70における凸部71を嵌合させ、凸部71における接触面71aに電池セル11を接触させ、本体部73における一対の非突出面73a,73aに上側側板25b及び下側側板25cをそれぞれ接触させる。
【0043】
次に、
図5に示されるように、一対のブラケット41,41の第1孔部43aと伝熱プレート70の第2孔部79との位置を合わせ、ブラケット41,41側からそれぞれボルト55を挿通させて、筐体の壁部3に固定させる。これにより電池モジュール1を電池パックとしての筐体の壁部3に組み付けることができる。
【0044】
続いて、以上説明した電池モジュール1の作用効果を説明する。上記実施形態の電池モジュール1では、
図3に示される、配列体15としての一対の側面15a,15aのうち、一方の側面15aにおいてX軸方向に沿って形成される開口部30に、
図1に示される、X軸方向に延在する板状部材である伝熱プレート70が嵌め込まれているので、配列体15の剛性を高めることができる。これにより、組み付け後に電池セル11間の位置ずれにより放熱性が悪化することを抑制できるので、放熱性を向上させることができる。また、筐体の壁部3に電池モジュール1を組み付ける際に、複数の電池セル11に跨って1枚の板状の伝熱プレート70を設けるので、電池セル11ごとに可撓性の伝熱プレート設けることと比べて組み付け性を向上させることができる。
【0045】
また、上記実施形態の電池モジュール1では、配列体15を挟む一対のブラケット41,41と一体的に伝熱プレート70が固定されるので、配列体15の剛性をより高めることができる。
【0046】
また、上記実施形態の電池モジュール1では、伝熱プレート70と電池セル11とは、接着テープを介して互いに接触されている。これにより、振動などを受けた場合であっても、伝熱プレート70と電池セル11との接触を維持することができる。この結果、放熱性を維持することができる。
【0047】
また、上記実施形態の電池モジュール1では、伝熱プレート70は、本体部73と凸部71とを有し、凸部71は、電池セル11に接触するように開口部30に嵌め込まれている。これにより、本体部73の非突出面73aがセルホルダ21に接触することにより、配列体15としての側面15aに直交する方向への位置決めを容易に行える。
【0048】
また、上記実施形態の電池モジュール1では、本体部73における非突出面73aとセルホルダ21とは接着テープ83を介して接触されているので、振動などを受けた場合であっても、伝熱プレート70とセルホルダ21との接触を維持することができる。この結果、伝熱プレート70とセルホルダ21との接触を維持することができるようになるので放熱性を維持することができる。
【0049】
また、上記実施形態の電池モジュール1では、凸部71の本体部73からの突出量T2は、セルホルダ21における上側側板25b(下側側板25c)の厚みT1よりも大きくなるように形成されている。更に詳細には、凸部71の本体部73からの突出量T2は、セルホルダ21における上側側板25b(下側側板25c)の厚みT1と、接着テープ83の厚みとの和よりも大きくなるように形成されている。これにより、電池セル11と伝熱プレート70とをより確実に接触させることができる。
【0050】
以上、一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【0051】
上記実施形態の電池モジュール1では、凸部71を有する伝熱プレート70が開口部30に嵌め込まれている例を挙げて説明したが、伝熱プレートは、凸部を有しない板状部材であってもよい。この場合、伝熱プレートのY軸方向に直交する面の面積と、開口部30の軸方向に直交する開口面の面積とは略同一とし、伝熱プレートにおけるY軸方向における長さ(厚み)は、開口部30におけるY軸方向における長さ(深さ)よりも、少し大きくなるように形成する。また、伝熱プレート70における凸部71のX軸方向における長さは、配列体15のX軸方向における寸法、すなわち、開口部30のX軸方向における寸法よりも大きくしてもよい。この場合には、ブラケット41に、開口部30からX軸方向に連続する切り欠き部(開口部)を設け、当該切り欠き部に伝熱プレートが嵌め込まれる構成とするのがよい。
【0052】
上記実施形態の電池モジュール1では、伝熱プレート70と電池セル11とは接着テープ81を介して接触されている例を挙げて説明したが、接着テープ81に代えて耐熱性の接着剤を用いて互いに接触させてもよい。本体部73における非突出面73aとセルホルダ21との接触についても同様である。
【0053】
上記実施形態の電池モジュール1では、一つの電池モジュール1を筐体の壁部3に組み付ける例を挙げて説明したが、複数の電池モジュール1を筐体の壁部3に組み付けてもよい。この場合には、例えば、隣接する電池モジュール1の伝熱プレート70の第2孔部79同士を重ね合わせ、一のブラケット41に固定してもよい。この場合には、部品を共通化できると共に、組み付け性をより向上させることができる。
【0054】
上記実施形態の電池モジュール1では、開口部30がX軸方向に沿って一つ形成されている例を挙げて説明したが、例えば、Z軸方向に沿って2つ設けてもよい。この場合には、2つの開口部に伝熱プレートが嵌め込まれる。
【符号の説明】
【0055】
1…電池モジュール、11…電池セル、11b…上面(第1面)、11c…側面(電池セルにおける側面)、13…電極端子、15…配列体、15a…側面(配列体としての側面)、21…セルホルダ、25a…側板、25b…上側側板、25c…下側側板、30…開口部、41…ブラケット(エンドプレート)、43…固定部、43a…第1孔部、51…ボルト(連結部材)、53…ナット(連結部材)、55…ボルト(締結部)、70…伝熱プレート、71…凸部、73…本体部、79…第2孔部、81…接着テープ(接着部)、83…接着テープ(接着部)。