特開 2022-35425 電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022035425

(43)【公開日】2022-03-04

(54)【発明の名称】電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6556 20140101AFI20220225BHJP

   H01M 50/20 20210101ALI20220225BHJP

   H01M 10/617 20140101ALI20220225BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20220225BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20220225BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20220225BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20220225BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6556

H01M2/10 E

H01M2/10 S

H01M10/617

H01M10/647

H01M10/613

H01M10/615

H01M10/6554

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020139743

(22)【出願日】2020-08-21

(71)【出願人】

【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】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大西 徹

【テーマコード（参考）】

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H031AA09

5H031KK08

5H040AA03

5H040AA27

5H040AA28

5H040AA29

5H040AA37

5H040AT02

5H040AT06

5H040AY05

5H040AY06

5H040CC16

5H040CC23

5H040CC32

5H040CC38

5H040NN03

(57)【要約】

【課題】外部から衝撃のエネルギが電池に伝わることを抑制しつつ、電池と温調部材との間の伝熱特性の均一化を図るとともに伝熱特性の低下の防止を図ることができる電池システムを提供する。
【解決手段】の電池システム１は、電池積層体１０、温調部材３０、支持部材４０を備える。電池積層体１０は、複数の電池１０ａが積層されてなる。温調部材３０は、電池積層体１０に熱的に接して電池積層体１０を温調する。支持部材４０は複数備えられ、温調部材３０を支持する。そして、温調部材３０は、電池１０ａの積層方向に延在するとともに、複数の支持部材４０に亘って支持されている。複数の支持部材４０は互いに異なる電池１０ａに接続されており、支持部材４０はそれぞれ、支持部材４０が接続された電池１０ａに温調部材３０を押圧している。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池が積層されてなる電池積層体と、
上記電池積層体に熱的に接して上記電池積層体を温調する温調部材と、
上記温調部材を支持する複数の支持部材と、
を備え、
上記温調部材は、上記電池の積層方向に延在するとともに、複数の上記支持部材に亘って支持されており、
上記複数の支持部材は互いに異なる上記電池に接続されており、上記支持部材はそれぞれ、上記支持部材が接続された上記電池に上記温調部材を押圧している、電池システム。

【請求項2】

上記支持部材は、上記電池の側面又は隣り合う他の電池に対向する上記電池の背面に接して上記電池に接続される電池接続部と、上記電池の下面に対向する位置において凹状に形成されて上記温調部材が配置される支持凹部と、を有する、請求項１に記載の電池システム。

【請求項3】

上記支持部材は、上記電池の側面又は隣り合う他の電池に対向する上記電池の背面に接続される電池接続部と、上記電池の下面に対向する位置において上記電池と反対側に突出して上記温調部材を幅方向に挟み込んで係止する複数の係止爪とを有する、請求項１に記載の電池システム。

【請求項4】

上記支持部材は、上記複数の電池の半数以上に設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

複数の電池を積層してなる電池積層体と電池の温調のための温調部材とが筐体に収容されてなる電池システムが広く使用されている。例えば、特許文献１には、電池積層体の底面に温調部材をあてがうとともに、温調部材と筐体底部との間に設けた板バネにより温調部材を電池積層体の底面に押圧する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５５２３５３０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、特許文献１に開示の構成では、板バネが温調部材と筐体底部との間に設けられているため、筐体底部が外部から衝撃を受けると衝撃のエネルギが板バネ及び温調部材を介して電池に伝わり、電池にダメージを与えるおそれがある。また、電池積層体の底面は、積層される電池の大きさのバラツキにより平面となっておらず、電池ごとに段差が生じている。そのため、各電池への温調部材の押し付け力にバラツキが生じることとなり、電池と温調部材との間の伝熱特性が均一とならず、熱効率が低下する。また、電池積層体の底面と温調部材との間に設けた伝熱部材により、電池積層体の底面における上記段差を解消することも考えられるが、当該段差を解消するには伝熱部材の厚さが厚くなりすぎ、電池と温調部材との間の伝熱特性が低下して熱効率が低下する。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、外部から衝撃のエネルギが電池に伝わることを抑制しつつ、電池と温調部材との間の伝熱特性の均一化を図るとともに伝熱特性の低下の防止を図ることができる電池システムを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、複数の電池が積層されてなる電池積層体と、
上記電池積層体に熱的に接して上記電池積層体を温調する温調部材と、
上記温調部材を支持する複数の支持部材と、
を備え、
上記温調部材は、上記電池の積層方向に延在するとともに、複数の上記支持部材に亘って支持されており、
上記複数の支持部材は互いに異なる上記電池に接続されており、上記支持部材はそれぞれ、上記支持部材が接続された上記電池に上記温調部材を押圧している、電池システムにある。

【発明の効果】

【0007】

上記電池システムにおいては、温調部材は電池積層体を構成する電池に接続された支持部材により支持されており、温調部材及び電池積層体を電池システムの外形を形成する筐体底部と分離することができる。これにより、筐体底部に外部から加わった衝撃のエネルギが電池に伝わることが抑制される。また、温調部材を支持する複数の支持部材は、電池積層体を構成する複数の電池のうち互いに異なる電池に接続されている。そして、支持部材はそれぞれの支持部材が接続された電池に温調部材を押圧している。そのため、電池の大きさのバラツキに起因して電池積層体の底面に段差が生じていたとしても、温調部材は支持部材の押圧により当該段差に追従して変形することができる。その結果、電池と温調部材との間の伝熱特性の均一化を図ることができる。また、温調部材が電池積層体の底面の段差に追従して変形するため、温調部材と電池との距離を小さいまま維持することができ電池と温調部材との間の伝熱特性の低下の防止を図ることができる。

【0008】

以上のごとく、上記態様によれば、外部から衝撃のエネルギが電池に伝わることを抑制しつつ、電池と温調部材との間の伝熱特性の均一化を図るとともに伝熱特性の低下の防止を図ることができる電池システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態１における、電池システムの斜視図。

【図2】実施形態１における、電池、温調部材及び支持部材の組付け後の斜視図。

【図3】図１における、III-III線位置断面図。

【図4】実施形態１における、電池、温調部材及び支持部材の組付け前の斜視図。

【図5】図３における、V-V線位置断面図。

【図6】実施形態２における、電池、温調部材及び支持部材の組付け後の斜視図。

【図7】実施形態２における、図１のIII-III線位置断面図。

【図8】実施形態２における、電池、温調部材及び支持部材の組付け前の斜視図。

【図9】実施形態２における、温調部材の組付け態様を説明する概念図。

【図10】（ａ）変形形態１における支持部材の底面図、（ｂ）変形形態１における支持部材の一部拡大斜視図。

【図11】（ａ）変形形態２における支持部材の底面図、（ｂ）変形形態３における支持部材の底面図。

【図12】（ａ）変形形態４における支持部材の一部拡大断面図、（ｂ）変形形態４における支持部材の一部拡大斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

上記支持部材は、上記電池の側面又は隣り合う他の電池に対向する上記電池の背面に接して上記電池に接続される電池接続部と、上記電池の下面に対向する位置において凹状に形成されて上記温調部材が配置される支持凹部と、を有することとすることができる。この場合には、温調部材を上記支持凹部により確実に支持して電池に押圧することができるため、電池と温調部材との間の伝熱特性を一層均一化することができる。

【0011】

上記支持部材は、上記電池の側面又は隣り合う他の電池に対向する上記電池の背面に接続される電池接続部と、上記電池の下面に対向する位置において上記電池と反対側に突出して上記温調部材を係止する一対の係止爪とを有することとすることができる。この場合には、電池接続部を介して支持部材を電池に取り付けて、電池積層体を形成した後に、係止爪を介して温調部材を取り付けることができる。そのため、組付の作業性が向上するとともに、電池接続部を広く確保しやすくなるため、支持部材の強度を高めることができる。

【0012】

上記支持部材は、上記複数の電池の半数以上に設けられていることが好ましい。この場合は、支持部材の押圧により、電池積層体の下面の段差に追従して温調部材を変形させやすくなるため、電池と温調部材との間の伝熱特性を一層均一化することができる。

【0013】

（実施形態１）
上記電池システムの実施形態について、図１～図５を用いて説明する。
本実施形態の電池システム１は、電池積層体１０、温調部材３０、支持部材４０を備える。
電池積層体１０は、複数の電池１０ａが積層されてなる。
温調部材３０は、電池積層体１０に熱的に接して電池積層体１０を温調する。
支持部材４０は複数備えられ、温調部材３０を支持する。
そして、図５に示すように、温調部材３０は、電池１０ａの積層方向Ｙに延在するとともに、複数の支持部材４０に亘って支持されている。
複数の支持部材４０は互いに異なる電池１０ａに接続されており、支持部材４０はそれぞれ、支持部材４０が接続された電池１０ａに温調部材３０を押圧している。

【0014】

以下、本実施形態の電池システム１について、詳述する。
図１に示すように、電池１０ａは、複数備えられてＹ方向に積層されている。電池１０ａの数は特に限定されないが、本実施形態１では２０個の電池１０ａを備える。電池１０ａの種類は限定されず、充放電可能な二次電池とすることができる。当該複数の電池１０ａが積層されることにより、電池積層体１０が形成される。本実施形態１では、電池１０ａは上面１１に端子１１ａが設けられており、電池１０ａの下面１２は平面となっている。電池積層体１０において各電池１０ａは端子１１ａが同じ側に位置するように形を揃えて積層されている。なお、電池積層体１０において隣り合う電池１０ａ同士の間に図示しないスペーサが介在していてもよい。

【0015】

図１に示すように、電池積層体１０の積層方向Ｙの両端側には、それぞれ一対のエンドプレート１５が設けられている。本実施形態１では、エンドプレート１５の外形は平面視において電池１０ａよりも若干大きくなっている。エンドプレート１５は、剛性の高い金属製とすることができる。

【0016】

図１に示すように、電池積層体１０は拘束プレート２０により、積層方向Ｙに拘束されている。拘束プレート２０は、電池積層体１０の両端に位置するエンドプレート１５にそれぞれ接続されて、エンドプレート１５によって電池積層体１０を挟持させる。拘束プレート２０は金属製の長板からなる。本実施形態１では、拘束プレート２０はエンドプレート１５の高さ方向Ｚにおける上面と下面のそれぞれ２箇所に取り付けられて、合計４つ設けられている。拘束プレート２０は、ボルト２１によりエンドプレート１５に締結されている。電池積層体１０は、拘束プレート２０を介して一対のエンドプレート１５によって挟持されて積層方向Ｙに拘束されることにより、積層状態に維持されるとともに電池１０ａが積層方向Ｙに膨張することが抑制されている。

【0017】

図２、図３に示すように、電池積層体１０の下方Ｚ２には、電池１０ａを冷却又は加熱して温調する温調部材３０が設けられている。温調部材３０は、積層方向Ｙに延在しており、本実施形態１では、図４に示すように、内部に熱媒体が流通可能な流路３１を備える。なお、図示しないが、温調部材３０には、熱媒体を温調部材３０に導入するための熱媒体導入部と、熱媒体を温調部材３０から導出するための熱媒体導出部が備えられている。

【0018】

本実施形態１では、図３、図５に示すように、温調部材３０と電池積層体１０との間には、伝熱部材３５が介在している。伝熱部材３５は、高い熱伝導度を有する材料からなり、温調部材３０と電池積層体１０との両方に密着した状態となっている。

【0019】

図２に示すように、支持部材４０は、温調部材３０を支持している。本実施形態１では、支持部材４０は樹脂製であって図４に示すように、電池１０ａに接続される電池接続部４１と温調部材３０が配置される支持凹部４２とを有する。電池接続部４１は電池１０ａの側面１３に沿って立設されている。本実施形態１では、電池接続部４１は符号４１ａで示すように、隣り合う他の電池に対向する電池１０ａの背面１４に回り込んでいる。ただし、電池１０ａの背面１４に対向する位置において、積層方向Ｙから見て後述の支持凹部４２の上側の領域には電池接続部４１は形成されずに開放しており開放部４３が形成されている。電池接続部４１を介して支持部材４０は電池１０ａに接続されている。なお、電池接続部４１における接続態様は限定されない。

【0020】

図４に示すように、支持凹部４２は、電池１０ａの下面１２に対向する位置において凹状に形成されている。支持凹部４２の積層方向Ｙは両側とも開放されており、図３に示すように積層方向Ｙに延在する温調部材３０が支持凹部４２に入り込んで配置できるように構成されている。本実施形態１では、支持凹部４２の深さは、温調部材３０の厚さと伝熱部材３５の厚さの合計よりも若干小さく設定されている。そして、本実施形態１では、図４に示すように、電池接続部４１を電池１０ａに接続する前に、高さ方向Ｚにおいて温調部材３０を開放部４３を介して支持凹部４２に配置した後、図２に示すように、電池１０ａを電池接続部４１に嵌め込んで接続する。その後、図１に示すように、エンドプレート１５と拘束プレート２０で電池積層体１０を拘束する。これにより、図５に示すように、温調部材３０は複数の支持部材４０に亘って支持されるとともに、支持凹部４２により電池１０ａの下面１２に向けて押圧される。そして、支持部材４０は電池システム１の筐体２に直接固定されず、支持部材４０と筐体２とは離間した状態となっている。

【0021】

支持部材４０を設ける数は特に限定されず、電池積層体１０を構成する複数の電池１０ａのすべてに設けてもよいし、複数の電池１０ａの一部に設けてもよく、複数の電池１０ａの半数以上に設けることが好ましい。本実施形態１ではすべての電池１０ａに支持部材４０を設けている。支持部材４０を一部の電池１０ａに設ける場合、支持部材４０が設けられていない電池１０ａにおいても近傍の電池１０ａに設けられた支持部材４０において温調部材３０が電池１０ａに押し付けられることにより、温調部材３０の電池１０ａへの押し付け力が生じることとなる。そして、支持部材４０を一部の電池１０ａに設ける場合は、積層方向Ｙにおいて、支持部材４０が所定間隔に配置されるように支持部材４０を設ける電池１０ａを選択することが好ましい。これにより、温調部材３０の電池１０ａへの押し付け力を均等化しやすくなる。

【0022】

次に、本実施形態の電池システム１における作用効果について、詳述する。
本実施形態の電池システム１では、温調部材３０は電池積層体１０を構成する電池１０ａに接続された支持部材４０により支持されており、温調部材３０及び電池積層体１０を電池システム１の外形を形成する筐体２の底部と分離することができる。これにより、筐体２の底部に外部から加わった衝撃のエネルギが電池１０ａに伝わることが抑制される。また、温調部材３０を支持する複数の支持部材４０は、電池積層体１０を構成する複数の電池１０ａのうち互いに異なる電池１０ａに接続されている。そして、支持部材４０は、図５に示すように、それぞれの支持部材４０が接続された電池１０ａに温調部材３０を押圧している。そのため、電池１０ａの大きさのバラツキに起因して電池積層体１０の底面に段差が生じていたとしても、温調部材３０は支持部材４０の押圧により当該段差に追従して変形することができる。その結果、電池１０ａと温調部材３０との間の伝熱特性の均一化を図ることができる。また、温調部材３０が電池積層体１０の底面の段差に追従して変形するため、温調部材３０と電池１０ａとの距離を小さいまま維持することができ、電池１０ａと温調部材３０との間の伝熱特性の低下の防止を図ることができる。

【0023】

本実施形態１では、電池１０ａと温調部材３０との間に伝熱部材３５が設けられている。そして、上述の通り、温調部材３０は支持部材４０の押圧により当該段差に追従して変形することができる。そのため、支持部材４０の単品の公差と温調部材３０の厚さ公差のみが伝熱部材３５の厚さばらつきとなり公差縮小でき、伝熱材厚さの呼び値も小さくできる。その結果、電池１０ａと温調部材３０との間の伝熱特性の向上を図ることができる。

【0024】

また、本実施形態１では、支持部材４０は、電池１０ａの側面１３に接して電池１０ａに接続される電池接続部４１と、電池１０ａの下面１２に対向する位置において凹状に形成されて温調部材３０が配置される支持凹部４２とを有する。これにより、温調部材３０を支持凹部４２により確実に支持して電池１０ａに押圧することができるため、電池１０ａと温調部材３０との間の伝熱特性を一層均一化することができる。

【0025】

また、本実施形態１では、支持部材４０は、複数の電池１０ａの半数以上に設けられている。これにより、支持部材４０の押圧により、温調部材３０を電池積層体１０の下面の段差に追従して変形させやすくなるため、電池１０ａと温調部材３０との間の伝熱特性を一層均一化することができる。

【0026】

以上のごとく、上記態様によれば、外部から衝撃のエネルギが電池１０ａに伝わることを抑制しつつ、電池１０ａと温調部材３０との間の伝熱特性の均一化を図るとともに伝熱特性の低下の防止を図ることができる電池システム１を提供することができる。

【0027】

（実施形態２）
上述の実施形態１では、図４に示すように、支持部材４０は凹状の支持凹部４２を備えることとしたが、これに替えて、本実施形態２の電池システム１では、図７、図８に示すように、支持部材４０は、電池１０ａの下面１２に対向する位置に、電池１０ａと反対側に突出して温調部材３０を幅方向Ｘに挟み込んで係止する複数の係止爪４２１を有する。

【0028】

さらに、実施形態１では支持部材４０は、電池１０ａの背面１４に対向する位置に開放部４３が形成されていたが、本実施形態２では、図８において符号４１ａで示すように、電池接続部４１は電池１０ａの背面１４全体に回り込んでおり、電池１０ａの背面１４に対向する位置に開放部４３が形成されない構成となっている。一方、本実施形態２では、支持部材４０は、下方Ｚ２に向けて開放した開放部４４を有しており、電池１０ａの積層方向Ｙ及び高さ方向Ｚに直交する幅方向Ｘにおいて、開放部４４の両端にそれぞれ係止爪４２１が一つ設けられている。すなわち、幅方向Ｘに互いに対向する一対の係止爪４２１の間の領域は下方Ｚ２に向けて開放した開放部４４となっている。

【0029】

そして、温調部材３０を組み付ける際には、まず、電池１０ａに支持部材４０を取り付けて、エンドプレート１５と拘束プレート２０で電池積層体１０を拘束した後、図９に示すように、伝熱部材３５を重ねた温調部材３０を支持部材４０の一対の係止爪４２１の間に押し込む。これにより、一対の係止爪４２１を幅方向Ｘに若干押し広げて、温調部材３０及び伝熱部材３５が一対の係止爪４２１を乗り越えるようにする。本実施形態２では、一対の係止爪４２１の先端４２２を傾斜させて、温調部材３０及び伝熱部材３５が一対の係止爪４２１を乗り越えやすくしている。

【0030】

そして、図７に示すように、温調部材３０及び伝熱部材３５を電池１０ａの下面１２に当接させるとともに、一対の係止爪４２１により温調部材３０を係止する。これにより、本実施形態２において、図５に示す実施形態１の場合と同様に、温調部材３０は複数の支持部材４０に亘って支持され、電池１０ａの下面１２に押圧される。そして、支持部材４０は電池システム１の筐体２に直接固定されず、支持部材４０と筐体２とは離間した状態となっている。本実施形態２におけるその他の構成要素は実施形態１の場合と同様であり、本実施形態２においても実施形態１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。

【0031】

本実施形態２の電池システム１では、上述のとおり、支持部材４０は、電池１０ａの側面１３に接続される電池接続部４１と、電池１０ａの下面１２に対向する位置において電池１０ａと反対側に突出して温調部材３０を幅方向に挟み込んで係止する複数の係止爪４２１とを有する。これにより、電池接続部４１を介して支持部材４０を電池１０ａに取り付けて電池積層体１０を形成した後に、複数の係止爪４２１を介して温調部材３０を取り付けることができる。そのため、組付の作業性が向上するとともに、実施形態１のように電池１０ａの背面１４に対向する位置に開放部４３を設ける必要がなく、電池接続部４１を広く確保しやすくなるため、支持部材４０の強度を高めることができる。なお、本実施形態２においても、実施形態１における支持凹部４２による作用効果を除いて、実施形態１の場合と同様の作用効果を奏する。

【0032】

本実施形態２では、複数の係止爪４２１として、開放部４４の幅方向Ｘの一端側と他端側に一つずつ設けられた一対の係止爪４２１を備えることとしたが、これに限定されず、例えば、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示す変形形態１のように、係止爪４２１を開放部４４の幅方向Ｘの一端側及び他端側に３つずつ設け、隣り合う係止爪４２１の間にスリット４２３を形成することとしてもよい。これにより、個々の係止爪４２１のＹ方向の長さは、図８に示す実施形態２の場合よりも十分小さくなるため、係止爪４２１の弾性変形が容易となり、温調部材３０の組付作業性を向上させることができる。

【0033】

また、開放部４４の幅方向Ｘの一端側及び他端側に設ける係止爪４２１の数は限定されず、図１１（ａ）に示す変形形態２のように、開放部４４の幅方向Ｘの一端側及び他端側に２つずつ設けてもよい。また、図１１（ｂ）に示す変形形態３のように、開放部４４の幅方向Ｘの一端側に係止爪４２１を３つ設けるとともに、他端側に係止爪４２１を２つ設けることとしてもよい。

【0034】

また、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示す変形形態４のように、係止爪４２１の基部４２１ａに凹部４２４を設けて、係止爪４２１の基部４２１ａを薄肉としてもよい。変形形態４では係止爪４２１は基部４２１ａにおいて弾性変形が容易となり、温調部材３０の組付作業性を向上させることができる。

【0035】

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

【符号の説明】

【0036】

１ 電池システム
１０ 電池積層体
１０ａ 電池
３０ 温調部材
３５ 伝熱部材
４０ 支持部材
４１ 電池接続部
４２ 支持凹部
４３、４４ 開放部
４２１ 係止爪

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】