特開 2024-111959 電池モジュール

(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】P2024111959

(43)【公開日】2024-08-20

(54)【発明の名称】電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/633 20140101AFI20240813BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240813BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALI20240813BHJP

   H01M 10/6561 20140101ALI20240813BHJP

【ＦＩ】

H01M10/633

H01M10/613

H01M10/6568

H01M10/6561

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023016734

(22)【出願日】2023-02-07

(71)【出願人】

【識別番号】000237721

【氏名又は名称】ＦＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】寺岡 宏敏

(72)【発明者】

【氏名】福田 祐之介

(72)【発明者】

【氏名】古田 武男

【テーマコード（参考）】

5H031

【Ｆターム（参考）】

5H031CC09

5H031KK08

(57)【要約】

【課題】異常発熱時に隣接する電池への伝熱を抑制すること。
【解決手段】電池モジュールは、複数の電池と、電池同士の間に介在し、内部に冷却液を流通させることにより、当該電池を冷却する冷却部と、冷却液に代えて、内部を気体で満たし封入する封入部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池と、
前記電池同士の間に介在し、内部に冷却液を流通させることにより、当該電池を冷却する冷却部と、
前記冷却液に代えて、前記内部を気体で満たし封入する封入部と、
を備える電池モジュール。

【請求項2】

前記封入部は、
前記内部への供給口を、前記冷却液を供給する第１供給管との接続、前記気体を供給する第２供給管との接続及び閉鎖のいずれか１つに切り替える第１切替部と、
前記内部からの排出口を、前記冷却液を排出する第１排出管との接続、前記気体を排出する第２排出管との接続及び閉鎖のいずれか１つに切り替える第２切替部と、
を有し、
前記内部を前記気体で満たした後、前記供給口及び前記排出口を前記第１切替部及び前記第２切替部で閉鎖することにより、前記内部に前記気体を封入する、
請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記第１切替部及び前記第２切替部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記供給口を前記第１供給管に接続し、且つ、前記排出口を前記第１排出管に接続している状態から、前記供給口を前記第２供給管に接続し、且つ、前記排出口を前記第２排出管に接続している状態へ切り替え、前記内部から前記冷却液を排出し、
前記内部を前記気体で満たし、前記排出口を閉鎖した後、前記供給口を閉鎖するよう、
前記第１切替部及び前記第２切替部を制御する、
請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記電池の温度を検知する検知部を備え、
前記制御部は、検知された前記温度を異常と判定する場合、前記第１切替部及び前記第２切替部を制御して、前記冷却液に代えて、前記内部を前記気体で満たし封入する、
請求項３に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】

複数の電池を搭載する電池モジュールにおいて、電池間に冷却部を挟んで、電池を冷却するユニットが知られている。例えば、特許文献１では、冷媒を流通させる冷却流路を電池間に設けて、電池を冷却するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１２８３３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電池は、使用していると、個体差が生じ、異常発熱する可能性がある。特定の電池が異常発熱し、上述した冷却部で熱を冷却しきれなかった場合、当該冷却部を介して、熱が隣接する電池に伝わり、複数の電池に連鎖的に異常発熱が引き起こされるという問題があった。

【0005】

本発明の目的は、異常発熱時に隣接する電池への伝熱を抑制可能な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】

本発明に係る電池モジュールは、
複数の電池と、
前記電池同士の間に介在し、内部に冷却液を流通させることにより、当該電池を冷却する冷却部と、
前記冷却液に代えて、前記内部を気体で満たし封入する封入部と、
を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、異常発熱時に隣接する電池への伝熱を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施の形態に係る電池モジュールの一例を示す斜視図である。

【図2A】図１に示した電池モジュールにおける冷却部及び封入部を示す斜視図であって、冷却液による冷却状態を説明する図である。

【図2B】図１に示した電池モジュールにおける冷却部及び封入部を示す斜視図であって、冷却状態から断熱状態への切り替えを説明する図である。

【図2C】図１に示した電池モジュールにおける冷却部及び封入部を示す斜視図であって、封入した気体による断熱状態を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0010】

図１は、本実施の形態に係る電池モジュールの一例である電池モジュール１０を示す斜視図である。図１及び後述する図２Ａ～２Ｃにおいては、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いて説明を行う。

【0011】

電池モジュール１０は、電池２０を冷却可能に構成されたものであり、電池２０と、冷却部３０と、供給部４０と、排出部５０と、制御部６０とを有する。

【0012】

［電池］
電池２０は、例えば、一次電池、二次電池、燃料電池等であり、電池モジュール１０は、電池２０を複数有する。複数の電池２０は、Ｙ方向に沿って並ぶように配置され、隣接する電池２０同士の間に冷却部３０がそれぞれ配置される。

【0013】

それぞれの電池２０は、正極端子２１及び負極端子２２を有し、例えば、図１において、電池２０の上面に配置されている。図示は省略するが、電池モジュール１０においては、正極端子２１及び負極端子２２を用いて、複数の電池２０同士が電気的に接続されており、例えば、複数の電池２０同士が直列接続や並列接続となるように接続される。

【0014】

また、それぞれの電池２０は、図示は省略するが、その電池電圧や電池温度等を検知する検知部を有しており、後述の制御部６０は、検知部から取得した検知結果に基づいて、充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を算出したり、電池２０を制御したりする。

【0015】

電池２０は、一例として、直方体形状であり、この形状に対応して、冷却部３０も、直方体形状であり、冷却部３０は、隣接する電池２０同士の間に介在するよう配置される。

【0016】

［冷却部］
冷却部３０について、図２Ａも参照して説明を行う。図２Ａは、図１に示した電池モジュール１０における冷却部３０及び封入部を示す斜視図であって、冷却液による冷却状態を説明する図である。なお、図２Ａでは、冷却部３０の内部に形成されている内部空間３３を図示している。

【0017】

冷却部３０は、冷却液Ｃを流通させることにより、電池２０を冷却するよう構成されたものであり、供給口３１と、排出口３２と、内部空間３３と、仕切板３４とを有する。

【0018】

供給口３１は、内部空間３３と連通する開口部であり、供給部４０が接続される。排出口３２は、内部空間３３と連通する開口部であり、排出部５０が接続される。

【0019】

図２Ａにおいて、Ｚ方向を鉛直方向とすると、供給口３１は、排出口３２より鉛直方向上方側に配置される。この配置では、供給口３１及び排出口３２を逆に配置する場合と比較して、供給部４０から供給された冷却液Ｃが、後述する流路３５を通過して、供給口３１から排出口３２へスムーズに流れる。

【0020】

また、後述の図２Ｂで説明するように、内部空間３３内の冷却液Ｃを排出して、内部空間３３内を空気Ａに入れ替える場合、内部空間３３内からの冷却液Ｃの排出もスムーズに行うことができる。

【0021】

内部空間３３は、複数の仕切板３４により仕切られており、複数の仕切板３４により、供給口３１から排出口３２へ連通する１つの流路３５が形成されている。図２Ａに示す例では、複数の仕切板３４により、Ｘ方向に蛇行しながら、Ｚ方向上方から下方へ向かうように、流路３５が形成されている。このような流路３５を形成することにより、内部空間３３内の全域に冷却液Ｃを流通させることができ、冷却部３０に接する電池２０を冷却することができる。

【0022】

また、後述の図２Ｃで説明するように、内部空間３３内から冷却液Ｃを排出し、内部空間３３内を空気Ａに入れ替えて、内部空間３３に空気Ａを封入した場合、内部空間３３内の空気Ａは、冷却部３０に接する電池２０からの熱を断熱する断熱層として機能する。

【0023】

特許文献１に開示された発明では、複数の管状の冷却流路を用いて電池を冷却している。これに対し、冷却部３０では、例えば、１枚の板材を切削加工して溝を形成しており、これにより、上述した仕切板３４及び流路３５を形成している。このような仕切板３４及び流路３５を形成することにより、上述したように、内部空間３３内の全域に冷却液Ｃを流通させることができ、管状の冷却流路より、冷却性を向上させることができる。これは、内部空間３３内の空気Ａを断熱層として機能させる場合でも同様であり、断熱性を向上させることができる。

【0024】

また、内部空間３３は、そのＸ方向及びＺ方向における長さが、冷却部３０と接する電池２０の領域のＸ方向及びＺ方向における長さ以上の長さとなるように形成されている。そのため、冷却部３０は、図１に示すように、Ｘ方向及びＺ方向において、電池２０より大きく形成されている。このように、Ｘ方向及びＺ方向において、内部空間３３は電池２０の長さ以上の長さを有するので、冷却部３０と接する電池２０の領域全域を冷却することができ、また、当該領域全域に対して断熱することができる。

【0025】

［供給部］
供給部４０は、冷却液供給管４１と、空気供給管４２と、分岐管４３、４４と、接続管４５、４６と、切替弁４７とを有する。

【0026】

冷却液供給管４１（本発明における第１供給管）は、図示省略した冷却液供給装置に接続され、冷却液供給装置から供給された冷却液Ｃを複数の冷却部３０に供給する。冷却液供給管４１は、分岐管４３で分岐され、接続管４５を介して、切替弁４７に接続される。

【0027】

空気供給管４２（本発明における第２供給管）は、図示省略した空気供給装置に接続され、空気供給装置から供給された空気Ａを断熱対象の冷却部３０に供給する。空気供給管４２は、分岐管４４で分岐され、接続管４６を介して、切替弁４７に接続される。

【0028】

なお、接続管４５は、逆止弁を有していてもよく、逆止弁により、内部空間３３側から冷却液供給管４１側への冷却液Ｃや空気Ａの逆流を防止することができる。また、接続管４６も、逆止弁を有していてもよく、逆止弁により、内部空間３３側から空気供給管４２側への冷却液Ｃや空気Ａの逆流を防止することができる。

【0029】

切替弁４７（本発明における第１切替部）は、後述の制御部６０により制御され、供給口３１を、接続管４５側の冷却液供給管４１との接続、接続管４６側の空気供給管４２との接続及び閉鎖のいずれか１つに切り替える。

【0030】

切替弁４７により、供給口３１を冷却液供給管４１と接続すると、内部空間３３へ冷却液Ｃが供給される。同様に、切替弁４７により、供給口３１を空気供給管４２と接続すると、内部空間３３へ空気Ａが供給される。そして、切替弁４７により、供給口３１を閉鎖すると、内部空間３３へは冷却液Ｃも空気Ａも供給されない状態となる。

【0031】

［排出部］
排出部５０は、冷却液排出管５１と、空気排出管５２と、分岐管５３、５４と、接続管５５、５６と、切替弁５７とを有する。

【0032】

冷却液排出管５１（本発明における第１排出管）は、図示省略した冷却液供給装置に接続され、複数の冷却部３０の内部空間３３から排出された冷却液Ｃを冷却液供給装置へ環流する。冷却液排出管５１は、分岐管５３で分岐され、接続管５５を介して、切替弁５７に接続される。

【0033】

空気排出管５２（本発明における第２排出管）は、断熱対象の冷却部３０の内部空間３３から排出された冷却液Ｃや空気Ａを排出する。空気排出管５２は、分岐管５４で分岐され、接続管５６を介して、切替弁５７に接続される。

【0034】

なお、接続管５５は、逆止弁を有していてもよく、逆止弁により、内部空間３３側から冷却液排出管５１側への冷却液Ｃや空気Ａの逆流を防止することができる。また、接続管５６も、逆止弁を有していてもよく、逆止弁により、内部空間３３側から空気排出管５２側への冷却液Ｃや空気Ａの逆流を防止することができる。

【0035】

切替弁５７（本発明における第２切替部）は、後述の制御部６０により制御され、排出口３２を、接続管５５側の冷却液排出管５１との接続、接続管５６側の空気排出管５２との接続及び閉鎖のいずれか１つに切り替える。

【0036】

切替弁５７により、排出口３２を冷却液排出管５１と接続すると、内部空間３３から冷却液Ｃが排出される。同様に、切替弁５７により、排出口３２を空気排出管５２と接続すると、内部空間３３から空気Ａが排出される。そして、切替弁５７により、排出口３２を閉鎖すると、内部空間３３からは冷却液Ｃも空気Ａも排出されない状態となる。

【0037】

そして、切替弁４７により、供給口３１を閉鎖し、切替弁５７により、排出口３２を閉鎖することにより、内部空間３３を閉鎖した状態、例えば、内部空間３３内を空気Ａで満たした場合には、内部空間３３内に空気Ａを封入した状態となる。切替弁４７及び切替弁５７は、本発明における封入部に該当する。

【0038】

［制御部］
制御部６０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等を有する公知のマイコン制御回路や制御ＩＣ（Integrated Circuit）等である。制御部６０は、例えば、それぞれの電池２０の検知部と接続され、それぞれの電池２０の充電状態や電池温度等を取得し、電池２０の充電や放電を制御する。

【0039】

また、制御部６０は、それぞれの供給部４０の切替弁４７及びそれぞれの排出部５０の切替弁５７と接続され、それぞれの電池２０の電池温度に基づいて、それぞれの電池２０に隣接する冷却部３０に対応する切替弁４７及び切替弁５７を切り替える。

【0040】

［冷却状態から断熱状態へ切り替える制御］
冷却部３０を冷却状態から断熱状態へ切り替える制御について、図２Ａと共に、図２Ｂ及び図２Ｃも参照して説明を行う。

【0041】

ここで、図２Ｂは、図１に示した電池モジュール１０における冷却部３０及び封入部を示す斜視図であって、冷却状態から断熱状態への切り替えを説明する図である。図２Ｃは、図１に示した電池モジュール１０における冷却部３０及び封入部を示す斜視図であって、封入した気体による断熱状態を説明する図である。なお、図２Ｂ及び図２Ｃでも、冷却部３０の内部に形成されている内部空間３３を図示している。

【0042】

電池モジュール１０において、電池２０に異常発熱が発生していない場合には、それぞれの電池２０を冷却するため、電池２０同士の間に配置された冷却部３０の内部空間３３内に冷却液Ｃを流通させている。

【0043】

具体的には、制御部６０は、供給口３１を冷却液供給管４１側と接続し、排出口３２を冷却液排出管５１側と接続するよう、切替弁４７及び切替弁５７を切り替える。これにより、図２Ａに示すように、冷却液供給管４１を流れる冷却液Ｃは、分岐管４３、接続管４５、切替弁４７及び供給口３１を経由して、内部空間３３内に供給される。

【0044】

内部空間３３内に供給された冷却液Ｃは、流路３５を流通することにより、電池２０を冷却し、図２Ａに示すように、排出口３２、切替弁５７、接続管５５及び分岐管５３を経由して、冷却液排出管５１へ排出される。

【0045】

このようにして、電池モジュール１０は、電池２０を冷却部３０で冷却している。この冷却状態において、制御部６０は、電池２０の電池温度を監視している。そして、制御部６０は、電池温度が異常と判定される場合には、例えば、冷却液Ｃで冷却できない程の異常発熱と判定される場合には、以下に説明するように、切替弁４７及び切替弁５７を切り替えることにより、冷却部３０を断熱状態にする。

【0046】

具体的には、制御部６０は、供給口３１を空気供給管４２と接続し、排出口３２を空気排出管５２と接続するよう、切替弁４７及び切替弁５７を切り替える。これにより、図２Ｂに示すように、空気供給管４２を流れる空気Ａは、分岐管４４、接続管４６、切替弁４７及び供給口３１を経由して、内部空間３３内に供給される。

【0047】

内部空間３３内に供給された空気Ａは、その圧力で、内部空間３３内に残存する冷却液Ｃを排出口３２側へ押し出すことになる。これにより、図２Ｂに示すように、冷却液Ｃは、排出口３２、切替弁５７、接続管５６及び分岐管５４を経由して、空気排出管５２へ排出される。

【0048】

なお、供給口３１を空気供給管４２と接続し、排出口３２を空気排出管５２と接続するよう、切替弁４７及び切替弁５７を切り替える場合、制御部６０は、空気Ａが冷却液排出管５１へ排出されないようにすることが望ましい。例えば、制御部６０は、排出口３２を空気排出管５２と接続するよう、切替弁５７を切り替え、その後、供給口３１を空気供給管４２と接続するよう、切替弁４７を切り替える。

【0049】

内部空間３３内に残存する冷却液Ｃが排出口３２から排出されると、図２Ｃに示すように、内部空間３３内は空気Ａで満たされることになる。内部空間３３内が空気Ａで満たされると、制御部６０は、供給口３１及び排出口３２を閉鎖するよう、切替弁４７及び切替弁５７を切り替える。

【0050】

このとき、制御部６０は、排出口３２を閉鎖するよう、切替弁５７を切り替え、その後、供給口３１を閉鎖するよう、切替弁４７を切り替える。これにより、内部空間３３内に空気Ａが封入されることになり、内部空間３３内に滞留した（流路３５を流れない）空気Ａにより断熱層を形成して、冷却部３０を断熱状態とすることになる。

【0051】

冷却液Ｃを、例えば、主成分がエチレングリコールの冷却液とすると、空気の熱伝導率は、エチレングリコールより約１０倍低く、内部空間３３内に主成分エチレングリコールの冷却液が封入される場合と比較して、高い断熱効果を得ることができる。

【0052】

なお、供給口３１及び排出口３２を閉鎖するよう、切替弁４７及び切替弁５７を切り替える場合、例えば、内部空間３３内から冷却液Ｃが排出される排出時間を予め取得し、制御部６０は、排出時間に基づいて、切替弁４７及び切替弁５７を切り替えればよい。また、例えば、内部空間３３内から冷却液Ｃが排出されたことを検知するセンサーを空気排出管５２等に設け、制御部６０は、当該センサーの検知結果に基づいて、切替弁４７及び切替弁５７を切り替えてもよい。

【0053】

以上のようにして、冷却部３０において、冷却液Ｃに代えて、内部空間３３内を空気Ａで満たし、内部空間３３内に空気Ａを封入することにより、内部空間３３内に滞留した空気Ａにより、高い断熱効果を有する断熱層を形成して、冷却部３０を断熱状態とする。冷却部３０を断熱状態とすることにより、異常発熱が発生した電池２０から、隣接する電池への伝熱を抑制することができる。

【0054】

例えば、図１において、矢印Ｔｂ１で示す電池２０、即ち、電池モジュール１０の端部の電池２０で異常発熱が発生したとする。この場合、矢印Ｔｂ１で示す電池２０は、矢印Ｔｂ２で示す電池２０と隣接するので、矢印Ｔｃ１で示す冷却部３０を断熱状態とすれば、矢印Ｔｂ１で示す電池２０から他の電池２０への伝熱を抑制することができる。

【0055】

また、図１において、矢印Ｔｂ２で示す電池２０で異常発熱が発生したとする。この場合、矢印Ｔｂ２で示す電池２０は、矢印Ｔｂ１及び矢印Ｔｂ３で示す電池２０と隣接するので、矢印Ｔｃ１及び矢印Ｔｃ２で示す冷却部３０を断熱状態とすれば、矢印Ｔｂ２で示す電池２０から他の電池２０への伝熱を抑制することができる。

【0056】

このように、制御部６０は、異常発熱が発生した電池２０の片側のみに冷却部３０がある場合には、当該片側の冷却部３０を断熱状態とし、異常発熱が発生した電池２０の両側に冷却部３０がある場合には、当該両側の冷却部３０を断熱状態とする。

【0057】

以上説明したように、冷却部３０は、供給部４０及び排出部５０により、電池２０の状況（電池温度）に応じて、冷却状態と断熱状態とを変更可能に構成されている。そして、電池２０に異常発熱が発生したときには、冷却部３０を断熱状態とすることにより、異常発熱が発生した電池２０に隣接する他の電池２０への伝熱を抑制することができる。その結果、異常発熱が発生した電池２０に隣接する他の電池２０において、異常発熱が連鎖的に発生することを防止することが可能となる。

【0058】

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は、本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

【0059】

例えば、本実施の形態では、冷却部３０の内部空間３３内に空気Ａを封入するようにしているが、冷却液Ｃより熱伝導率が低い気体であれば、空気Ａに限らず、他の気体でもよい。また、内部空間３３内に封入した空気Ａや他の気体を、例えば、大気圧より減圧してもよく、空気Ａや他の気体を減圧することにより、空気Ａや他の気体の熱伝導率を大気圧の場合より低くすることができる。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明に係る電池モジュールは、複数の電池を並べて配置する電池モジュールとして有用なものである。

【符号の説明】

【0061】

１０ 電池モジュール
２０ 電池
３０ 冷却部
３１ 供給口
３２ 排出口
３３ 内部空間
４０ 供給部
４１ 冷却液供給管
４２ 空気供給管
４３、４４ 分岐管
４５、４６ 接続管
４７ 切替弁
５０ 排出部
５１ 冷却液排出管
５２ 空気排出管
５３、５４ 分岐管
５５、５６ 接続管
５７ 切替弁
６０ 制御部

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】