特許 7527225 電池モジュール

(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】

(24)【登録日】2024-07-25

(45)【発行日】2024-08-02

(54)【発明の名称】電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6555 20140101AFI20240726BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240726BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20240726BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240726BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALI20240726BHJP

   H01M 10/6569 20140101ALI20240726BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20240726BHJP

   H01M 50/20 20210101ALI20240726BHJP

   H01M 10/652 20140101ALI20240726BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6555

H01M10/613

H01M10/6556

H01M10/625

H01M10/6568

H01M10/6569

H01M10/647

H01M50/20

H01M10/652

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021030027

(22)【出願日】2021-02-26

(65)【公開番号】P2022131205

(43)【公開日】2022-09-07

【審査請求日】2023-10-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114292

【弁理士】

【氏名又は名称】来間 清志

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(72)【発明者】

【氏名】田中 賢吾

【審査官】新田 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－２９０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２９００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２９００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２２６０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６５５５

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６５６８

Ｈ０１Ｍ １０／６５６９

Ｈ０１Ｍ １０／６４７

Ｈ０１Ｍ ５０／２０

Ｈ０１Ｍ １０／６５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つ以上のバッテリセルと、
前記バッテリセルの厚さ方向に積層され、前記バッテリセルの外面に沿って延びるとともに、前記バッテリセルの外周側の端部よりも外側に延出する延出部を有し、前記バッテリセルから放出される熱が伝達される少なくとも１つ以上の伝熱部材と、
前記延出部の厚さ方向の両外側に設けられ、前記バッテリセルから放出されて前記伝熱部材に伝わる熱を吸収する吸熱部と、
前記延出部の厚さ方向の一方側に位置する前記吸熱部と前記延出部との間に挿入され、前記延出部の厚さ方向の他方側に位置する前記吸熱部に前記延出部を当接させる方向に前記延出部を押圧する押圧部材と、を備える
電池モジュール。

【請求項2】

前記伝熱部材は、内部を作動液が移動可能な中空に形成され、前記作動液が前記バッテリセルから放出される熱を吸収して蒸発し、蒸発した前記作動液が前記延出部において放熱して凝縮することによって、前記バッテリセルから放出される熱を前記吸熱部に伝達する
請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記押圧部材は、前記延出部と前記吸熱部との間に挿入される端部に向かって徐々に厚さ寸法が小さくなるように形成され、
前記延出部の厚さ方向の両側に位置する前記吸熱部は、前記押圧部材が挿入される側の端部に向かって間隔が徐々に大きくなるように形成される
請求項１または２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記押圧部材は、前記延出部の厚さ方向の一方側に位置する前記吸熱部と前記延出部との間に挿入された状態で、前記延出部の厚さ方向の他方側に位置する前記吸熱部側に向かう方向に前記延出部を付勢するばね構造を有する
請求項１または２に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記押圧部材は、熱伝導性を有する部材によって形成される
請求項１乃至４のいずれか１項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、バッテリセルから放出される熱を伝える伝熱部材を有する電池モジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の電池モジュールは、板状のバッテリセルと、バッテリセルの厚さ方向に積層され、バッテリセルの外面に沿って延びるように構成され、バッテリセルから放出される熱が伝達される板状の伝熱部材と、バッテリセルから放出されて伝熱部材に伝わる熱を吸収する吸熱部と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

従来の電池モジュールは、複数のバッテリセルおよび複数の伝熱部材が交互に積層され、交互に積層された複数のバッテリおよび複数の伝熱部材の側面側を吸熱部がバッテリセルおよび伝熱部材の積層方向に延びるように配置されている。

【0004】

伝熱部材は、バッテリセルから放出されて伝熱部材に伝わる熱を吸熱部に吸収させるために、吸熱部の外側面に当接する当接部を有している。当接部は、伝熱部材の吸熱部側の端部からバッテリセルおよび伝熱部材の積層方向に延びるように形成されている。従来の電池モジュールは、当接部を介して伝熱部材から吸熱部に熱が伝わることになるため、超急速充電時等、バッテリセルからの放熱量の増加に対して冷却性能を維持するために、当接部と吸熱部との接触面積を大きくする必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６７７２６５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、当接部と吸熱部との接触面積を大きくする場合、当接部は、バッテリセルおよび伝熱部材の積層方向の寸法が大きくなることになり、電池モジュールが大型化するおそれがある。

【0007】

本発明の目的とするところは、装置の大型化を抑制するとともに、バッテリセルから確実に放熱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】

【0008】

本発明に係る電池モジュールは、少なくとも１つ以上のバッテリセルと、前記バッテリセルの厚さ方向に積層され、前記バッテリセルの外面に沿って延びるとともに、前記バッテリセルの外周側の端部よりも外側に延出する延出部を有し、前記バッテリセルから放出される熱が伝達される少なくとも１つ以上の伝熱部材と、前記延出部の厚さ方向の両外側に設けられ、前記バッテリセルから放出されて前記伝熱部材に伝わる熱を吸収する吸熱部と、前記延出部の厚さ方向の一方側に位置する前記吸熱部と前記延出部との間に挿入され、前記延出部の厚さ方向の他方側に位置する前記吸熱部に前記延出部を当接させる方向に前記延出部を押圧する前記押圧部材と、を備える。

【0009】

また、本発明に係る電池モジュールは、前記伝熱部材が、内部を作動液が移動可能な中空に形成され、前記作動液が前記バッテリセルから放出される熱を吸収して蒸発し、蒸発した前記作動液が前記延出部において放熱して凝縮することによって、前記バッテリセルから放出される熱を前記吸熱部に伝達する。

【0010】

また、本発明に係る電池モジュールは、前記押圧部材が、前記延出部と前記吸熱部との間に挿入される端部に向かって徐々に厚さ寸法が小さくなるように形成され、前記延出部の厚さ方向の両側に位置する前記吸熱部は、前記押圧部材が挿入される側の端部に向かって間隔が徐々に大きくなるように形成される。

【0011】

また、本発明に係る電池モジュールは、前記押圧部材が、前記延出部の厚さ方向の一方側に位置する前記吸熱部と前記延出部との間に挿入された状態で、前記延出部の厚さ方向の他方側に位置する前記吸熱部側に向かう方向に前記延出部を付勢するばね構造を有する。

【0012】

また、本発明に係る電池モジュールは、前記押圧部材が、熱伝導性を有する部材によって形成される。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ベーパーチャンバと吸熱部との間で熱交換するために必要な接触面積を確保するために、ベーパーチャンバの積層方向に大型化する必要がなく、吸熱部における必要な吸熱量を確保することが可能となるので、装置の大型化を抑制するとともに、バッテリセルから確実に放熱させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る電池モジュールの分解斜視図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る電池モジュールの要部断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る押圧部材を組み付ける方法を説明する電池モジュールの要部断面図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る電池モジュールの要部断面図である。

【図6】本発明の第２実施形態に係る押圧部材の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜第１実施形態＞
図１乃至図４は、本発明の第１実施形態を示すものである。図１は電池モジュールの斜視図であり、図２は電池モジュールの分解斜視図であり、図３は電池モジュールの要部断面図であり、図４は押圧部材を組み付ける方法を説明する電池モジュールの要部断面図である。本実施形態では、図１におけるＸ方向を右方、Ｙ方向を前方、Ｚ方向を上方として説明する。

【0016】

本実施形態の電池モジュール１は、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両に適用されるものであり、動力源としての電動モータに電力を供給するためのものである。

【0017】

電池モジュール１は、図１および図２に示すように、厚さ方向（図１中のＹ方向）に並べて配置される複数のバッテリセル１０と、各バッテリセル１０に対して積層され、バッテリセル１０から放出される熱が伝達される複数の伝熱部材としてのベーパーチャンバ２０と、ベーパーチャンバ２０から放出される熱を吸収するための一対の冷却ジャケット３０と、ベーパーチャンバ２０と冷却ジャケット３０の後述する吸熱部とを互いに当接させる方向にベーパーチャンバ２０の後述する延出部を押圧するための押圧部材４０と、を備えている。

【0018】

複数のバッテリセル１０は、それぞれ、例えば、リチウムイオン二次電池である。複数のバッテリセル１０は、それぞれ、電極および電解質等の材料をラミネートフィルムによって覆うことによって矩形の板状に形成されている。バッテリセル１０は、厚さ方向の大きさが、例えば、３ｍｍ～５ｍｍに形成されている。本実施形態では、複数のバッテリセル１０を示しているが、これに限られるものではなく、少なくとも１つ以上のバッテリセルを有する電池モジュールであれば本発明を適用可能である。

【0019】

複数のベーパーチャンバ２０は、それぞれ、例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼、銅合金等の金属からなる矩形の板状に形成された中空の部材の内部に水等の作動液を封入することによって構成されている。複数のベーパーチャンバ２０は、それぞれ、幅方向の中央部側に設けられ、隣接するバッテリセル１０に接触する接触部２０ａと、接触部２０ａの幅方向の端部から幅方向外側に延出する延出部２０ｂと、を有している。複数のベーパーチャンバ２０は、それぞれ、接触部２０ａにおいてバッテリセル１０から放出される熱を吸収し、延出部２０ｂにおいて冷却ジャケット３０に向けて熱を放出する。詳細に説明すると、ベーパーチャンバ２０は、接触部２０ａにおいて熱を吸収して作動液を蒸発させて延出部２０ｂ側に流通させ、延出部２０ｂにおいて熱を放出させて作動液を凝縮して接触部２０ａ側に流通させることにより、バッテリセル１０から放出される熱を冷却ジャケット３０に伝えるようになっている。本実施形態では、複数のベーパーチャンバ２０を示しているが、これに限られるものではなく、少なくとも１つ以上のベーパーチャンバを有する電池モジュールであれば本発明を適用可能である。

【0020】

一対の冷却ジャケット３０は、それぞれ、例えば、アルミニウム合金等の金属製の部材からなる。一対の冷却ジャケット３０は、それぞれ、ベーパーチャンバ２０の延出部２０ｂの下方を複数のベーパーチャンバ２０が並ぶ方向に延びる流入側ヘッダ３１と、ベーパーチャンバ２０の延出部２０ｂの上方を複数のベーパーチャンバ２０が並ぶ方向に延びる流出側ヘッダ３２と、それぞれ上下方向に延びるように設けられ、流入側ヘッダ３１と流出側ヘッダ３２とを連通する複数の吸熱部３３と、を有している。一対の冷却ジャケット３０には、図示しないポンプ等の機器によって圧送された冷却水が流通する。一対の冷却ジャケット３０を流通する冷却水は、例えば、ラジエータにおいて放熱した後の冷却水である。冷却水は、水、または、エチレングリコール等のクーラントである。

【0021】

流入側ヘッダ３１は、ベーパーチャンバ２０が並ぶ方向に延びる円筒状に形成され、例えば、ラジエータの冷却水流出口側に接続されている。

【0022】

流出側ヘッダ３２は、ベーパーチャンバ２０が並ぶ方向に延びる円筒状に形成され、例えば、ラジエータの冷却水流入口側に接続されている。

【0023】

複数の吸熱部３３は、それぞれ、直線状に延びる扁平形状の管部材であり、厚さ方向をベーパーチャンバ２０が並ぶ方向に向けられた姿勢で、一端部が流入側ヘッダ３１に接続され、他端部が流出側ヘッダ３２に接続されている。また、複数の吸熱部３３は、それぞれ、幅方向外側に向かって徐々に厚さ方向の寸法が小さくなるように形成されている。複数の吸熱部３３は、それぞれ、隣接する吸熱部３３と間隔をおいて流入側ヘッダ３１および流出側ヘッダ３２に接続されており、流入側ヘッダ３１、流出側ヘッダ３２、互いに隣り合う吸熱部３３に囲まれて形成される貫通孔３０ａにベーパーチャンバ２０の延出部２０ｂが挿入される。また、互いに隣接する吸熱部３３は、幅方向外側に向かって間隔が徐々に大きくなるように形成される。

【0024】

複数の押圧部材４０は、それぞれ、例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼、銅合金等の熱伝導性を有する部材を、薄板状に形成した部材である。複数の押圧部材４０は、図３および図４に示すように、それぞれ、断面形状が、幅方向一端部から他端部に向かって徐々に厚さ方向の寸法が小さくなるように形成されている。複数の押圧部材４０は、それぞれ、幅方向の一端部を電池モジュール１の幅方向外側に向けた姿勢で、他端部を幅方向外側から貫通孔３０ａに挿入されるようになっている。

【0025】

電池モジュール１は、複数のバッテリセル１０および複数のベーパーチャンバ２０を交互に積層した状態で、複数のベーパーチャンバ２０のそれぞれの幅方向両側に位置する延出部２０ｂを冷却ジャケット３０の貫通孔３０ａに挿入し、複数の押圧部材４０を、貫通孔３０ａの幅方向外側から挿入することによって、組付けられる。

【0026】

このとき、押圧部材４０は、貫通孔３０ａの内側においてベーパーチャンバ２０の延出部２０ｂを押圧し、延出部２０ｂと冷却ジャケット３０の吸熱部３３とを当接させる。

【0027】

以上のように構成された電池モジュール１において、バッテリセル１０から放出された熱は、ベーパーチャンバ２０の接触部２０ａに伝達される。ベーパーチャンバ２０の接触部２０ａに伝達された熱は、作動液を蒸発させる。蒸発した作動液は、ベーパーチャンバ２０の幅方向外側に流通し、延出部２０ｂにおいて冷却ジャケット３０の吸熱部３３に対して熱を放出して凝縮し、ベーパーチャンバ２０の幅方向中央部側に向かって流通する。ベーパーチャンバ２０の延出部２０ｂから放出された熱は、冷却ジャケット３０の吸熱部３３において冷却水に吸収される。熱を吸収した冷却水は、冷却ジャケット３０から流出した後、例えば、ラジエータを流通することにより、熱を空気中に放出する。

【0028】

このように、本実施形態の電池モジュール１によれば、少なくとも１つ以上のバッテリセル１０と、バッテリセル１０の厚さ方向に積層され、バッテリセル１０の外面に沿って延びるとともに、バッテリセル１０の外周側の端部よりも外側に延出する延出部２０ｂを有し、バッテリセル１０から放出される熱が伝達される少なくとも１つ以上のベーパーチャンバ２０と、延出部２０ｂの厚さ方向の両外側に設けられ、バッテリセル１０から放出されてベーパーチャンバ２０に伝わる熱を吸収する吸熱部３３と、延出部２０ｂの厚さ方向の一方側に位置する吸熱部３３と延出部２０ｂとの間に挿入され、延出部２０ｂの厚さ方向の他方側に位置する吸熱部３３に延出部２０ｂを当接させる方向に延出部２０ｂを押圧する押圧部材４０と、を備える。

【0029】

これにより、ベーパーチャンバ２０と吸熱部３３との間で熱交換するために必要な接触面積を確保するために、ベーパーチャンバ２０の積層方向に大型化する必要がなく、吸熱部３３における必要な吸熱量を確保することが可能となるので、装置の大型化を抑制するとともに、バッテリセル１０から確実に放熱させることが可能となる。

【0030】

また、伝熱部材は、内部を作動液が移動可能な中空に形成され、作動液がバッテリセル１０から放出される熱を吸収して蒸発し、蒸発した作動液が延出部２０ｂにおいて放熱して凝縮することによって、バッテリセル１０から放出される熱を吸熱部３３に伝達するベーパーチャンバ２０である、ことが好ましい。

【0031】

これにより、ベーパーチャンバ２０によって、バッテリセル１０から放出される熱を効率的に吸熱部３３に伝達することが可能となるため、バッテリセル１０からより効率的に放熱させることが可能となる。

【0032】

また、押圧部材４０は、延出部２０ｂと吸熱部３３との間に挿入される端部に向かって徐々に厚さ寸法が小さくなるように形成され、延出部２０ｂの厚さ方向の両側に位置する吸熱部３３は、押圧部材４０が挿入される側の端部に向かって間隔が徐々に大きくなるように形成される、ことが好ましい。

【0033】

これにより、隣接する吸熱部３３の間において、押圧部材４０を挿入することによって、隙間なく延出部２０ｂを吸熱部３３に当接させることが可能となるので、延出部２０ｂと吸熱部３３との間の伝熱効率を向上させることが可能となる。また、複数のバッテリセル１０それぞれの厚さ方向の寸法がばらつきを有することによって、延出部２０ｂと吸熱部３３との間隔にばらつきが生じる場合には、延出部２０ｂと吸熱部３３との間に対する押圧部材４０の挿入量を調整することで、延出部２０ｂと吸熱部３３とを確実に当接させることが可能となる。これにより、厚さ方向の寸法がばらつきを有する複数のバッテリセル１０を積層する場合に生じる延出部２０ｂと吸熱部３３との間隔の誤差を、押圧部材４０によって吸収し、延出部２０ｂと吸熱部３３とを確実に当接させることができるので、バッテリセル１０からより確実に放熱させることができる。

【0034】

また、押圧部材４０は、熱伝導性を有する部材によって形成される、ことが好ましい。

【0035】

これにより、押圧部材４０を介して延出部２０ｂに対向する吸熱部３３に延出部２０ｂから放出される熱を伝達することが可能となるので、バッテリセル１０からより効率的に放熱させることが可能となる。

【0036】

また、押圧部材４０と延出部２０ｂとの間に、熱伝導グリス等の潤滑剤を介在させることで、延出部２０ｂと吸熱部３３との間への押圧部材４０の挿入を容易とすることができるとともに、押圧部材４０と延出部２０ｂとの間の熱抵抗を低減することが可能となり、バッテリセル１０からより効率的に放熱させることが可能となる。

【0037】

＜第２実施形態＞
図５および図６は、本発明の第２実施形態を示すものである。図５は電池モジュールの要部断面図であり、図６は押圧部材の斜視図である。尚、前記実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。

【0038】

本実施形態の電池モジュール１の複数の押圧部材４１は、それぞれ、例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼、銅合金等の熱伝導性を有すると共に弾性を有する部材からなる。複数の押圧部材４１には、図６に示すように、それぞれ、板状の部材の複数個所を切り起こすことによってベーパーチャンバ２０の延出部２０ｂまたは冷却ジャケット３０の吸熱部３３に当接する複数の押圧片４１ａが形成されている。押圧片４１ａは、押圧部材４１の厚さ方向の力に対して弾性変形する。押圧部材４１は、延出部２０ｂの厚さ方向の一方側に位置する吸熱部３３と延出部２０ｂとの間に挿入された状態で、延出部２０ｂの厚さ方向の他方側に位置する吸熱部３３側に向かう方向に延出部２０ｂを付勢するばね構造を有する。

【0039】

以上のように構成された電池モジュール１において、押圧部材４１は、押圧片４１ａを弾性変形させながら貫通孔３０ａに挿入することによって、貫通孔３０ａの内側の延出部２０ｂと吸熱部３３との間に取り付けられる。押圧部材４１は、図５に示すように、押圧片４１ａの弾性力によって、貫通孔３０ａの内側においてベーパーチャンバ２０の延出部２０ｂを冷却ジャケット３０の吸熱部３３側に付勢し、延出部２０ｂと吸熱部３３とを当接させる。

【0040】

このように、本実施形態の電池モジュール１によれば、第１実施形態と同様に、ベーパーチャンバ２０と吸熱部３３との間で熱交換するために必要な接触面積を確保するために、ベーパーチャンバ２０の積層方向に大型化する必要がなく、吸熱部３３における必要な吸熱量を確保することが可能となるので、装置の大型化を抑制するとともに、バッテリセル１０から確実に放熱させることが可能となる。

【0041】

また、押圧部材４１は、延出部２０ｂの厚さ方向の一方側に位置する吸熱部３３と延出部２０ｂとの間に挿入された状態で、延出部２０ｂの厚さ方向の他方側に位置する吸熱部３３側に向かう方向に延出部２０ｂを付勢するばね構造を有する、ことが好ましい。

【0042】

これにより、隣接する吸熱部３３の間において、押圧部材４１を挿入することによって、押圧部材４１の付勢力によって延出部２０ｂを吸熱部３３に当接させることが可能となるので、延出部２０ｂと吸熱部３３との間の伝熱効率を向上させることが可能となる。

【0043】

尚、前記実施形態では、ベーパーチャンバ２０の幅方向の両側に熱を放出する延出部２０ｂを設け、幅方向両側の延出部２０ｂのそれぞれに当接する吸熱部３３を有する幅方向一対の冷却ジャケット３０を示したが、これに限られるものではない。例えば、ベーパーチャンバの一端側に延出部を設け、ベーパーチャンバの一端側の延出部に当接する吸熱部を有する１つの冷却ジャケットを構成してもよい。

【0044】

また、前記第２実施形態では、板状の部材の複数個所に押圧片４１ａを形成することによって、押圧部材４１にばね構造を構成したもの示したが、これに限られるものではない。ばね構造を有する押圧部材としては、延出部２０ｂの厚さ方向の一方側に位置する吸熱部３３と延出部２０ｂとの間に挿入された状態で、延出部２０ｂの厚さ方向の他方側に位置する吸熱部３３側に向かう方向に延出部２０ｂを付勢するものであれば、例えば、弾性を有する板状部材を屈曲した状態で、延出部２０ｂの厚さ方向の一方側に位置する吸熱部３３と延出部２０ｂとの間に挿入してもよい。

【符号の説明】

【0045】

１ 電池モジュール
１０ バッテリセル
２０ ベーパーチャンバ（伝熱部材）
２０ｂ 延出部
３０ 冷却ジャケット
３３ 吸熱部
４０ 押圧部材
４１ 押圧部材
４１ａ 押圧片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】