特開 2024-171023 二次電池

(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】P2024171023

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6557 20140101AFI20241204BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241204BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6557

H01M10/613

H01M10/647

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087860

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】弁理士法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】糟谷 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】角谷 良明

(72)【発明者】

【氏名】池田 健司

(72)【発明者】

【氏名】野村 卓司

(72)【発明者】

【氏名】辻村 堯史

(72)【発明者】

【氏名】神尾 佳希

(72)【発明者】

【氏名】敷田 卓祐

【テーマコード（参考）】

5H031

【Ｆターム（参考）】

5H031AA09

5H031KK08

(57)【要約】

【課題】高い冷却効果を得る。
【解決手段】二次電池は、間隔を空けて並ぶ複数のセル２１と、隣り合うセル２１の間に隙間を空けずに積層するように配置された複数の冷却プレート３１と、を備え、冷却プレート３１内に、冷媒を流動させる吸熱流路３６が形成されている。冷却プレート３１の吸熱流路３６を流れる冷媒がセル２１の熱を奪うことによって、セル２１が冷却される。冷却プレート３１とセル２１との間に隙間がないので、高い冷却効果が得られる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

間隔を空けて並ぶ複数のセルと、
隣り合う前記セルの間に隙間を空けずに積層するように配置された複数の冷却プレートと、を備え、
前記冷却プレート内に、冷媒を流動させる吸熱流路が形成されている二次電池。

【請求項2】

隣り合う前記冷却プレートの間に、リング状のスペーサが配置され、
前記スペーサの内部には、複数の前記吸熱流路と連通する給排路が設けられている請求項１に記載の二次電池。

【請求項3】

前記冷却プレートの一方の外面に取り付けた大径リング状部材と、
前記冷却プレートの他方の外面に取り付けた小径リング状部材とを備え、
前隣り合う２つの前記冷却プレートのうち一方の前記大径リング状部材内に、他方の前記冷却プレートの前記小径リング状部材を嵌合させることによって、前記スペーサが構成されている請求項２に記載の二次電池。

【請求項4】

前記大径リング状部材と前記小径リング状部材との間に、シール部材が設けられている請求項３に記載の二次電池。

【請求項5】

前記スペーサが、前記冷却プレートの冷媒の流動方向における両端部に配置され、
前記給排路が、複数の前記吸熱流路に冷媒を供給する供給路と、複数の前記吸熱流路を通過した冷媒を排出させる排出路とによって構成され、
複数の前記冷却プレートの一方の端部に配置した複数の前記スペーサによって、前記供給路が形成され、
複数の前記冷却プレートの他方の端部に配置した複数の前記スペーサによって、前記排出路が構成されている請求項２から請求項４のいずれか１稿に記載の二次電池。

【請求項6】

前記セルと前記冷却プレートの積層方向における一方の端部において、前記供給路の下流端と前記排出路の上流端が閉塞されている請求項５に記載の二次電池。

【請求項7】

前記セルは、積層電極体と、積層方向の厚さが前記積層電極体よりも薄いタブとを有しており、
前記セルのうち前記積層電極体が収容されている厚肉領域の外面と、前記冷却プレートとの間に、放熱グリスが介在している請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の二次電池。

【請求項8】

前記セルは、積層電極体と、積層方向の厚さが前記積層電極体よりも薄いタブとを有しており、
前記セルのうち前記タブが収容されている肉薄領域の外面に、放熱シートが取り付けられている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次電池に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ケース内に、隙間を空けて積層配置した複数の電池モジュールを収容し、ケース内に供給した空気を電池モジュールの隙間に流すことによって、電池モジュールを冷却する装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１１００７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

空気は熱伝達率が低いので、空気を電池モジュールの表面に接触させるだけでは、充分な冷却効果が得られない。

【0005】

本開示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、高い冷却効果を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の二次電池は、
間隔を空けて並ぶ複数のセルと、
隣り合う前記セルの間に隙間を空けずに積層するように配置された複数の冷却プレートと、を備え、
前記冷却プレート内に、冷媒を流動させる吸熱流路が形成されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示の二次電池は、冷却プレートとセルとの間に隙間がないので、高い冷却効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態１の二次電池の斜視図

【図2】セルと冷却プレートが交互に配置されている様子をあらわす分解斜視図

【図3】セルと冷却プレートの積層構造をあらわす部分拡大正面図

【図4】冷却プレートを斜め上方から見た斜視図

【図5】冷却プレートを斜め下方から見た斜視図

【図6】冷却プレートの平断面図

【図7】供給路の上流端部の構造をあらわす部分拡大断面図

【図8】供給路の下流端部の構造をあらわす部分拡大断面図

【図9】排出路の上流端部の構造をあらわす部分拡大断面図

【図10】排出路の下流端部の構造をあらわす部分拡大断面図

【図11】図７の部分拡大断面図

【発明を実施するための形態】

【0009】

ここで、本開示の望ましい形態例を示す。下記の複数の形態例を、矛盾を生じない範囲で任意に組み合わせたものも、発明を実施するための形態に含まれる。

【0010】

（１）間隔を空けて並ぶ複数のセルと、隣り合う前記セルの間に隙間を空けずに積層するように配置された複数の冷却プレートと、を備え、前記冷却プレート内に、冷媒を流動させる吸熱流路が形成されている。冷却プレートの吸熱流路を流れる冷媒がセルの熱を奪うことによって、セルが冷却される。冷却プレートとセルとの間に隙間がないので、高い冷却効果が得られる。

【0011】

（２）（１）において、隣り合う前記冷却プレートの間に、リング状のスペーサが配置され、前記スペーサの内部には、複数の前記吸熱流路と連通する給排路が設けられている。スペーサによって、セルに対する過剰な加圧を防止できる。スペーサが、冷却プレートに対する冷媒の供給と冷却プレートからの冷媒の排出を行うための給排路としての機能を兼ね備えているので、スペーサとは別に給排路を設ける場合に比べると、部品点数を削減できる。

【0012】

（３）（２）において、前記冷却プレートの一方の外面に取り付けた大径リング状部材と、前記冷却プレートの他方の外面に取り付けた小径リング状部材とを備え、前隣り合う２つの前記冷却プレートのうち一方の前記大径リング状部材内に、他方の前記冷却プレートの前記小径リング状部材を嵌合させることによって、前記スペーサが構成されている。大径リング状部材と小径リング状部材を嵌合することによって、隣り合う冷却プレート同士を位置決めすることができる。

【0013】

（４）（３）において、前記大径リング状部材と前記小径リング状部材との間に、シール部材が設けられている。シール部材によって、大径リング状部材と小径リング状部材との隙間から冷媒が漏出することを防止できる。

【0014】

（５）（２）～（４）において、前記スペーサが、前記冷却プレートの冷媒の流動方向における両端部に配置され、前記給排路が、複数の前記吸熱流路に冷媒を供給する供給路と、複数の前記吸熱流路を通過した冷媒を排出させる排出路とによって構成され、複数の前記冷却プレートの一方の端部に配置した複数の前記スペーサによって、前記供給路が形成され、複数の前記冷却プレートの他方の端部に配置した複数の前記スペーサによって、前記排出路が構成されている。吸熱流路内では、冷媒が滞流することなく一方向に流れるので、吸熱効率に優れている。

【0015】

（６）（５）において、前記セルと前記冷却プレートの積層方向における一方の端部において、前記供給路の下流端と前記排出路の上流端が閉塞されている。供給路の上流端と流出の下流端を、セルと冷却プレートの積層方向において同じ向きにレイアウトすることができる。

【0016】

（７）（１）～（６）において、前記セルは、積層電極体と、積層方向の厚さが前記積層電極体よりも薄いタブとを有しており、前記セルのうち前記積層電極体が収容されている厚肉領域の外面と、前記冷却プレートとの間に、放熱グリスが介在している。二次電池が振動を受けても、セルの外面と冷却プレートとの間に隙間が生じないので、隙間に起因する冷却効率の低下を防止できる。

【0017】

（８）（１）～（７）において、前記セルは、積層電極体と、積層方向の厚さが前記積層電極体よりも薄いタブとを有しており、前記セルのうち前記タブが収容されている肉薄領域の外面に、放熱シートが取り付けられている。セルの薄肉部は、冷却プレートとの間にデッドスペースとなる隙間を空けて配置されているが、デッドスペースを利用して薄肉領域に放熱シートを配置したので、積層方向に大型化することを回避しながら、薄肉領域を冷却することができる。

【0018】

［実施形態１］
本開示を具体化した実施形態１を、図１～図１１を参照して説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。本実施形態１において、前後の方向については、図１，２，４～６におけるＦ方向を前方と定義する。左右の方向については、図１～１１におけるＲ方向を右方と定義する。左右方向と幅方向を同義で用いる。上下の方向については、図１～５，７～１１におけるＨ方向を上方と定義する。

【0019】

本実施形態１の二次電池は、図１に示すように、フレーム１０と、積層モジュール１５とを組み付けて構成されている。フレーム１０は、底板１１と左右一対の側板１２と上板１３とを有し、前後両面が開放された箱形をなす。積層モジュール１５は、フレーム１０内に位置決めされた状態で取り付けられている。積層モジュール１５は、蓄電装置２０と、蓄電装置２０を冷却するための冷却装置３０とを組み付けて構成されている。

【0020】

蓄電装置２０は、複数のセル２１を、上下方向に離隔した位置関係で並べて構成されている。セル２１は、全体として高さ寸法が小さい偏平な形状をなす。セル２１は、外装体２２内に積層電極体２３と電解液（図示省略）を収容して構成されている。外装体２２は、アルミニウム製のシート状基材にシール材を貼り付けた一対のラミネートシートからなる。積層電極体２３は、正極板と負極板とセパレータを上下方向に積層した周知の部材である。

【0021】

図７，９に示すように、積層電極体２３の左右両側縁部には、正極板と負極板の未塗工部からなる接続部２４が形成され、この接続部２４には、前後方向に細長いタブ２５が固着されている。タブ２５の後端部は、外装体２２の外部へ突出している。タブ２５の厚さ（上下寸法）は積層電極体２３の厚さよりも薄い。セル２１は、積層電極体２３を包む厚肉領域２１Ａと、タブ２５を包む薄肉領域２１Ｂとを有する。外装体２２の上下両面のうち厚肉領域２１Ａと薄肉領域２１Ｂとの境目には、双方の領域２１Ａ，２１Ｂの厚さの差に起因する段差部が形成されている。

【0022】

冷却装置３０は、上下に並べて配置した複数の冷却プレート３１によって構成されている。冷却プレート３１は、前後方向及び左右方向の寸法に対して、高さ寸法が極端に小さい偏平な形状をなす。複数の冷却プレート３１は、セル２１の間に配置されている。複数のセル２１と複数の冷却プレート３１が上下方向に交互に積層されることによって、積層モジュール１５が構成されている。

【0023】

冷却プレート３１内には、セル２１を流動させるための冷媒流路４５が設けられている。冷媒流路４５は、給排路４６と、複数の吸熱流路３６とによって構成されている。給排路４６は、冷却プレート３１の左右方向における一方の端部（本実施形態では左端部）に形成した上下方向の供給路４７と、冷却プレート３１の左右方向における他方の端部（本実施形態では右端部）に形成した上下方向の排出路４８とによって構成されている。複数の吸熱流路３６は、複数の冷却プレート３１の内部に個別に形成されている。

【0024】

積層モジュール１５の上面には、供給路４７の上流端と排出路４８の下流端とが開口している。供給路４７の上流端と排出路４８の下流端は、筒状接続ポート４９を介して熱交換器（図示省略）に接続されている。積層モジュール１５の下端に位置する供給路４７の下流端と排出路４８の上流端は、閉塞されている。供給路４７と排出路４８は、複数の吸熱流路３６の全てと連通している。供給路４７と排出路４８は、吸熱流路３６のみを介して連通している。

【0025】

熱交換器から供給路４７の上流端へ圧送れた低温の冷媒は、供給路４７を下向きに流れながら、途中で分岐して各冷却プレート３１の吸熱流路３６内に流れ込む。冷媒は、吸熱流路３６内を水平方向に通過する過程でセル２１から熱を奪い、排出路４８内に流入する。排出路４８内に流入した冷媒は、他の吸熱流路３６を通過した冷媒と合流しながら排出路４８内を上方へ流動し、排出路４８の下流端から熱交換器へ還流する。上記の冷媒の流動が連続的に行われることによって、セル２１が冷却される。冷媒としては、冷却水、空気、炭化水素等を用いることができる。

【0026】

次に、冷却装置３０の詳細構造を説明する。複数の冷却プレート３１は、積層モジュール１５の最上端に配置された１枚の接続プレート３２（図７，図１０参照）と、積層モジュール１５の最下端に配置された閉塞プレート３３（図８，図９参照）と、セル２１の間に配置された複数の層間プレート３４（図７～図１０参照）とを含む。接続プレート３２と閉塞プレート３３と層間プレート３４は、基本形状が共通であるプレート本体３５を有する。プレート本体３５の内部には、冷媒を流動させるための吸熱流路３６が形成されている。

【0027】

接続プレート３２のプレート本体３５の左右両端部には、プレート本体３５を上下に貫通する円形の開口部３７が形成されている。吸熱流路３６は、上下両開口部３７によって接続プレート３２の上面と下面とに開放されている。プレート本体３５の下面には、一対の開口部３７と同心状に配置された円形の小径リング状部材３８が固着されている。接続プレート３２は、プレート本体３５と一対の小径リング状部材３８とを備えて構成されている。小径リング状部材３８の下端面には、シール部材３９が取り付けられている。

【0028】

閉塞プレート３３のプレート本体３５の左右両端部には、プレート本体３５の上面に開口する開口部３７が形成されている。吸熱流路３６は、開口部３７によって接続プレート３２の上面のみに開放されている。接続プレート３２の下面には、開口部３７は形成されていない。プレート本体３５の上面には、開口部３７と同心状に配置された円形の大径リング状部材４０が固着されている。閉塞プレート３３は、プレート本体３５と一対の大径リング状部材４０とを備えて構成されている。

【0029】

層間プレート３４のプレート本体３５の左右両端部には、プレート本体３５を上下に貫通する円形の開口部３７が形成されている。吸熱流路３６は、上下両開口部３７によって接続プレート３２の上面と下面とに開放されている。プレート本体３５の上面には、開口部３７と同心状に配置された円形の大径リング状部材４０が固着されている。プレート本体３５の下面には、一対の開口部３７と同心状に配置された円形の小径リング状部材３８が固着されている。小径リング状部材３８の下端面には、シール部材３９が取り付けられている。層間プレート３４は、プレート本体３５と、一対の小径リング状部材３８と、一対の大径リング状部材４０とを備えて構成されている。

【0030】

複数のセル２１と複数の冷却プレート３１を積層することによって、積層モジュール１５が構成されている。図３に示すように、セル２１のうち積層電極体２３が収容されている厚肉領域２１Ａの外装体２２の外面と、プレート本体３５の外面との間には、放熱グリス４１が介在している。放熱グリス４１は、外装体２２と冷却プレート３１との間に隙間が生じることを防止する機能と、セル２１の熱が外装体２２からプレート本体３５に伝達し易くする機能とを有する。セル２１のうちタブ２５が収容されている薄肉領域２１Ｂは、冷却プレート３１との間にデッドスペースとなる隙間を空けて配置されている。このデッドスペースを利用して、薄肉領域２１Ｂの外面には、放熱シート４２が取り付けられている。放熱シート４２は、プレート本体３５に密着しており、薄肉領域２１Ｂにおける外装体２２の外面の熱をプレート本体３５に伝達する機能を発揮する。

【0031】

図７～１１に示すように、下側に位置する冷却プレート３１の上面に配置した大径リング状部材４０内に、上側に位置する冷却プレート３１の下面に配置した小径リング状部材３８が同心状に嵌合する。嵌合した大径リング状部材４０と小径リング状部材３８とによって、円環形のスペーサ４３が構成される。スペーサ４３は、上下に隣り合う冷却プレート３１の左右両端部の間に介在し、冷却プレート３１を上下方向において位置決めする。スペーサ４３によって、セル２１の収容スペースが確保され、セル２１は上下の冷却プレート３１の間で潰されることなく配置される。積層モジュール１５の左右両端部には、複数のスペーサ４３と開口部３７とによって、上記した供給路４７と排出路４８とが形成されている。筒状接続ポート４９は、接続プレート３２の上面に固定されている。

【0032】

本実施形態１の二次電池は、間隔を空けて並ぶ複数のセル２１と、隣り合うセル２１の間に隙間を空けずに積層するように配置された複数の冷却プレート３１と、を備えている。冷却プレート３１内には、冷媒を流動させる吸熱流路３６が形成されている。冷却プレート３１の吸熱流路３６を流れる冷媒がセル２１の熱を奪うことによって、セル２１が冷却される。本実施形態１の二次電池は、冷却プレート３１とセル２１との間に隙間が空いてないので、高い冷却機能を発揮する。

【0033】

隣り合う冷却プレート３１の間には、リング状のスペーサ４３が配置されている。スペーサ４３によって、セル２１に対して冷却プレート３１が過剰に加圧することを防止できる。スペーサ４３の内部には、複数の吸熱流路３６と連通する給排路４６が設けられている。スペーサ４３が、冷却プレート３１に対する冷媒の供給と冷却プレート３１からの冷媒の排出を行うための給排路４６としての機能を兼ね備えている。これにより、スペーサ４３とは別に給排路４６を設ける場合に比べると、部品点数を削減できる。

【0034】

冷却プレート３１（閉塞プレート３３と層間プレート３４）の上下両外面のうち一方の外面（上面）には、大径リング状部材４０が取りつけられている。冷却プレート３１（接続プレート３２と層間プレート３４）の上下両外面のうち他方の外面（下面）には、小径リング状部材３８が取りつけられている。隣り合う２つの冷却プレート３１のうち一方の大径リング状部材４０内に、他方の冷却プレート３１の小径リング状部材３８を嵌合させることによって、スペーサ４３が構成されている。大径リング状部材４０と小径リング状部材３８を嵌合することによって、隣り合う冷却プレート３１同士を位置決めすることができる。

【0035】

大径リング状部材４０と小径リング状部材３８との間に、シール部材３９が設けられている。シール部材３９は、大径リング状部材４０と小径リング状部材３８との間で、セル２１と冷却プレート３１の積層方向に挟み付けられるように配置されている。シール部材３９によって、冷媒流路４５内の冷媒が、大径リング状部材４０と小径リング状部材３８との隙間から漏出することを防止できる。

【0036】

スペーサ４３は、冷却プレート３１の冷媒の流動方向（左右方向）における両端部に配置されている。給排路４６は、複数の吸熱流路３６に冷媒を供給する供給路４７と、複数の吸熱流路３６を通過した冷媒を排出させる排出路４８とによって構成されている。複数の冷却プレート３１の一方の端部に配置した複数のスペーサ４３によって、供給路４７が形成されている。複数の冷却プレート３１の他方の端部に配置した複数のスペーサ４３によって、排出路４８が構成されている。吸熱流路３６内では、冷媒が滞流することなく供給路４７側から排出路４８側に向かって一方向に流れるので、吸熱効率に優れている。

【0037】

セル２１と冷却プレート３１の積層方向における一方の端部（下端部）において、供給路４７の下流端と排出路４８の上流端が閉塞されている。これにより、供給路４７の上流端と流出の下流端を、セル２１と冷却プレート３１の積層方向において同じ向き（上向き）にレイアウトすることができる。

【0038】

セル２１は、積層電極体２３と、積層方向の厚さが積層電極体２３よりも薄いタブ２５とを有している。セル２１のうち積層電極体２３が収容されている厚肉領域２１Ａの外面と、冷却プレート３１との間に、放熱グリス４１が介在している。二次電池が振動を受けても、セル２１の外面と冷却プレート３１との間に隙間が生じないので、隙間に起因する冷却効率の低下を防止できる。セル２１のうちタブ２５が収容されている薄肉領域２１Ｂの外面に、放熱シート４２が取り付けられている。セル２１の薄肉部は、冷却プレート３１との間にデッドスペースとなる隙間を空けて配置されているが、デッドスペースを利用して薄肉領域２１Ｂに放熱シート４２を配置したので、積層方向に大型化することを回避しながら、薄肉領域２１Ｂを冷却することができる。

【0039】

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
実施形態１において、スペーサは、冷却プレートの上面又は下面のいずれか一方に固定した単一部品によって構成してもよく、冷却プレートとは別体の単一部品によって構成してもよい。
実施形態１において、供給路における流動方向と排出路における流動方向が、セルと冷却プレートの積層方向において同じ方向であってもよい。
実施形態１において、供給路の下流端と排出路の上流端を、冷却プレートの外部に配置した外部流路を介して連通させてもよい。
実施形態１において、スペーサを積層方向と平行に見た積層方向視において、スペーサの形状は、非円形であってもよい。
実施形態１において、放熱グリスを介在させず、セルの外面と冷却プレートの外面を直接、接触させてもよい。

【符号の説明】

【0040】

２１…セル
２１Ａ…厚肉領域
２１Ｂ…薄肉領域
２３…積層電極体
２５…タブ
３１…冷却プレート
３６…吸熱流路
３８…小径リング状部材
３９…シール部材
４０…大径リング状部材
４１…放熱グリス
４２…放熱シート
４３…スペーサ
４６…給排路
４７…供給路
４８…排出路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】