特許 7759551 バッテリーパック

(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】2025-10-16

(45)【発行日】2025-10-24

(54)【発明の名称】バッテリーパック

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/204 20210101AFI20251017BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20251017BHJP

   H01M 10/6561 20140101ALI20251017BHJP

   H01M 10/6567 20140101ALI20251017BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20251017BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20251017BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20251017BHJP

   H01M 50/244 20210101ALI20251017BHJP

   H01M 50/271 20210101ALI20251017BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20251017BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20251017BHJP

【ＦＩ】

H01M50/204 401H

H01M50/209

H01M10/6561

H01M10/6567

H01M10/625

H01M10/613

H01M10/647

H01M50/244 Z

H01M50/271 S

H01M10/6556

H01M10/6554

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021201821

(22)【出願日】2021-12-13

(65)【公開番号】P2023087442

(43)【公開日】2023-06-23

【審査請求日】2024-10-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102141

【弁理士】

【氏名又は名称】的場 基憲

(74)【代理人】

【識別番号】100137316

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 宏

(72)【発明者】

【氏名】岩元 翔平

(72)【発明者】

【氏名】橿村 友晃

(72)【発明者】

【氏名】キム ミンギュ

(72)【発明者】

【氏名】ドゥンガナ スザン

【審査官】滝谷 亮一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／１９６１１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０２０－５２７８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２２－５４９７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２３－５２７９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２３－５５４４６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０４

Ｈ０１Ｍ ５０／２０９

Ｈ０１Ｍ １０／６５６１

Ｈ０１Ｍ １０／６５６７

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６４７

Ｈ０１Ｍ ５０／２４４

Ｈ０１Ｍ ５０／２７１

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

Ｈ０１Ｍ １０／６５５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールを収容したケースと、前記ケースの外側底面に接して配置されたクーリングプレートを具備したバッテリーパックであって、
前記バッテリーモジュールは、全体形状が直方体状のセルスタックと、これを前記ケースに固定する保持部材と、これらを接着する構造用接着剤を備え、
前記セルスタックは、矩形板状のセルを厚さ方向に積層して成り、かつその底面を前記ケースの内側底面に向けて配置され、
前記保持部材は、締結部材を介して前記セルスタックを前記ケースに固定しており、
前記構造用接着剤は、前記セルスタックの上面又は一方の側面と前記保持部材との間に設けられており、
前記セルスタックの底面と前記クーリングプレートとの間に熱伝導剤が設けられている
ことを特徴とするバッテリーパック。

【請求項2】

前記保持部材が、頂部、縁部、及び前記頂部と縁部を繋ぐ中間部からなるハット型断面形状を有しており、
前記セルスタックの上面側部分が、前記中間部で保持されており、
前記締結部材が、前記縁部に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリーパックに係り、さらに詳細には、セルスタックとケースとの確実な接着固定及びセルスタックとクーリングプレートとの優れた熱伝導性を実現し得るバッテリーパックに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、バッテリーパックのエネルギー密度を高めるために、ボルトなどの締結部品の使用量を削減し得るバッテリーモジュールが提案されている（特許文献１参照。）。このバッテリーモジュールにおいては、モジュールケースの熱伝導性下部板の下側に冷却媒体を流通させる冷却器、典型的にはクーリングプレートが配置されており、さらに、バッテリーセルの底面と熱伝導性下部板との間に所定の接着力及び熱伝導度を有する接着剤が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６６８１９１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のバッテリーモジュールのようにバッテリーセルとクーリングプレートとの間に接着剤、典型的には構造用接着剤を設けてしまうと、バッテリーセルからクーリングプレートまでの熱伝導性が低くなり、バッテリー性能の低下を引き起こしてしまうという問題点があった。

【0005】

そこで、本発明者らが、熱伝導剤をバッテリーセルの底面とクーリングプレートとの間に設け、さらにバッテリーセルの側面とモジュールケースの内側面との間に構造用接着剤を設けて、熱伝導性を確保しようとしたところ、バッテリーセルを固定するための接着面積が十分に確保できなくなるという新たな技術的課題を見出した。

【0006】

本発明は、このような新たな技術的課題に基づいてなされたものであって、セルスタックとケースとの確実な接着固定及びセルスタックとクーリングプレートとの優れた熱伝導性を実現し得るバッテリーパックを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、直方体状をなすセルスタックの底面とクーリングプレートとの間に熱伝導剤を設け、セルスタックの他の面と保持部材との間に構造用接着剤を設けることにより、前記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0008】

すなわち、本発明のバッテリーパックは、バッテリーモジュールと、バッテリーモジュールを収容したケースと、ケースの外側底面に接して配置されたクーリングプレートを具備したバッテリーパックである。このバッテリーモジュールは、全体形状が直方体状のセルスタックと、これをケースに固定する保持部材と、これらを接着する構造用接着剤を備える。このセルスタックは、矩形板状のセルを厚さ方向に積層して成り、かつその底面をケースの内側底面に向けて配置される。この保持部材は、締結部材を介してセルスタックをケースに固定している。この構造用接着剤は、セルスタックの上面又は一方の側面と保持部材との間に設けられている。セルスタックの底面とクーリングプレートとの間に熱伝導剤が設けられている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、直方体状をなすセルスタックの底面とクーリングプレートとの間に熱伝導剤を設け、セルスタックの他の面と保持部材との間に構造用接着剤を設けることとしたため、セルスタックとケースとの確実な接着固定及びセルスタックとクーリングプレートとの優れた熱伝導性を実現し得るバッテリーパックを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明のバッテリーパックの一実施形態においてケースの上側部分を切欠いた状態を模式的に示す斜視図である。

【図2】図１に示したバッテリーパックのＩＩ－ＩＩ線に沿って切った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明のバッテリーパックについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0012】

図１に示すように、本実施形態のバッテリーパック１は、複数のバッテリーモジュール１０，・・・，１０と、これらバッテリーモジュール１０，・・・，１０を収容したケース２０を具備している。さらに、図２に示すように、バッテリーパック１は、ケース２０の外側底面２０Ａに一体化した状態で配置されたクーリングプレート３０を具備しており、このクーリングプレート３０中を冷媒３１が流通している。
なお、図２においては、便宜上、冷媒３１を流通させる流路の一部のみを示している。また、切欠いたケースの上側部分を二点鎖線で示す。

【0013】

図２に示すように、本実施形態において、バッテリーモジュール１０は、全体形状が直方体形状のセルスタック１１と、セルスタック１１をケース２０に固定する保持部材１３と、セルスタック１１と保持部材１３とを接着する構造用接着剤１５を備えている。この保持部材１３は、頂部１３１、縁部１３３，１３３及び頂部１３１と縁部１３３，１３３を繋ぐ中間部１３５，１３５からなるハット型断面形状を有する。
このバッテリーモジュール１０において、セルスタック１１はセルスタック１１の底面１１Ａをケース２０の内側底面２０Ｂに向けており、セルスタック１１の上側部分は保持部材１３の中間部１３５，１３５で保持されている。なお、図２においては、ケース２０の上方向を矢印Ｚで示し、後述するセル１２の厚さ方向を矢印Ｘで示す。

【0014】

さらに、このセルスタック１１は、矩形板状をなす複数のセル１２，・・・，１２をセル１２の側面１２Ａをケース２０の内側底面２０Ｂに向けかつセル１２の厚さ方向に積層して構成されている。

【0015】

また、このバッテリーパック１において、保持部材１３は、縁部１３３，１３３に設けられたボルトなどの締結部材１７によってケース２０の強度部材２１に固定されている。

【0016】

さらに、このバッテリーパック１においては、構造用接着剤１５がセルスタック１１の上面１１Ｂと保持部材１３との間に設けられており、熱伝導剤１９がセルスタック１１の底面１１Ａとクーリングプレート３０との間に設けられている。

【0017】

次に、本実施形態のバッテリーパックの利点について説明する。
本実施形態のバッテリーパック１によれば、所定のセルスタック１１の上面１１Ｂと保持部材１３との間に構造用接着剤１５を設け、底面１１Ａとクーリングプレート３０との間に熱伝導剤１９を設けたので、接着固定における強度効率（接着面積）の向上と熱伝導性の維持ないし向上を同時に実現できる。これにより、バッテリーパックにおけるセルスタックの接着固定を確実にしつつ、バッテリー性能の低下を抑制ないし防止できる。

【0018】

特に、セルスタックとクーリングプレートとの間となる位置に熱伝導剤１９を設け、バッテリーモジュール１０を締結部材１７でケース２０に固定することにより、上述したバッテリーパックを簡易な操作で作製できる。

【0019】

さらに、図示しないが、中間部１３５，１３５とセルスタック前面，背面（１１Ｃ，１１Ｄ）との間に構造用接着剤１５を設けることも可能であり、これにより、接着固定における強度効率（接着面積）の更なる向上（拡大）を実現できる。

【0020】

また、本実施形態のバッテリーパック１においては、上述のようにセルスタック１１が保持部材１３の中間部１３５，１３５で保持され、締結部材（ボルト）１７が縁部１３３，１３３に設けられている。これにより、ボルト頭部が出っ張ることを防止し、ケース２０にバッテリーモジュール１０を効率良く収容しつつ、セルスタック１１とケース２０との固定強度を保つことができる。

【0021】

さらに、本実施形態のバッテリーパック１においては、クーリングプレート３０がケース２０の外側底面２０Ａに一体化した状態で配置されているので、セルスタック１１とクーリングプレート３０との間の熱伝導性の更なる向上を実現できる。

【0022】

ここで、上述した実施形態における構成要素の仕様、材質等について詳細に説明する。

【0023】

（ケース）
ケース２０としては、電気自動車などの車両の下部に搭載される従来公知のケースを適用することができる。このケースはいわゆるパックケースと言われるものである。また、このケースは、通常、高張力鋼板などの鋼板で形成されている。

【0024】

（クーリングプレート）
クーリングプレート３０としては、セル１２で発生する熱を放熱し得れば特に限定されるものではない。クーリングプレート３０の好適例としては、アルミニウムや銅、ステンレス鋼などの金属材料で形成された流路内に冷媒３１を流通させるものを挙げることができる。なお、冷媒としては、空気を適用することもできるが、水、水にエチレングリコールや防錆剤などを添加したロングライフクーラント（ＬＬＣ）を好適例として挙げることができる。但し、これらに限定されず、二酸化炭素、イソブタンなどの炭化水素を冷媒として用いることもできる。クーリングプレートの流路を形成する金属材料としては、熱伝導性が優れているという観点からは、アルミニウムや銅で形成されていることが好ましく、ケースとの一体化が容易であるという観点からは、ステンレス鋼で形成されていることが好ましい。

【0025】

（セルスタック）
セルスタック１１におけるセル１２としては、例えば、リチウムイオン二次電池など従来公知の二次電池を挙げることができる。また、セルの外装材としては、従来公知の角形金属缶やアルミニウムラミネートフィルムを挙げることができる。セルスタック１１におけるセルは図示しないエンドプレートで挟持されていてもよい。

【0026】

（保持部材）
保持部材１７としては、例えば、鋼板で形成されたいわゆるモジュールトップカバーを適用することができる。

【0027】

（構造用接着剤）
構造用接着材１５としては、例えば、エポキシ系接着材、アクリル系接着材、ウレタン系接着材、フェノール系接着材を挙げることができる。

【0028】

（熱伝導剤）
熱伝導剤１９としては、例えば、上記構造用接着材１５よりも熱伝導性が高く、接着性が低い熱伝導性接着材を好適例として挙げることができる。熱伝導剤としては、例えば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ＳＢＲ、天然ゴム、再生ゴム、ブチルゴム、ブロックゴム、ポリサルファイド、シリコーン等のゴムなどを挙げることができる。その中でも、アクリル樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂が好ましく、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂がより好ましく、ポリオレフィン系樹脂が更に好ましい。また、これらに熱伝導性を有する無機系フィラーを添加して熱伝導性を向上させたものも好適例として挙げることができる。このような無機系フィラーとしては、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ベリリウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、ダイヤモンドなどを挙げることができる。さらに、熱伝導性接着材の典型例としては、上述した構造用接着材に上述した熱伝導性を有する無機系フィラーを添加したものを挙げることができる。

【0029】

以上、本発明を一実施形態によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

【0030】

本発明においては、セルスタック１１からクーリングプレート３０への効率的な熱伝達を実現すべく、セルスタック１１の底面１１Ａとクーリングプレート３０の間に熱伝導剤１９を配置すると共に、セルスタック１１とクーリングプレート３０との間には構造用接着剤１５が介在しない構造を採用したことを骨子とする。

【0031】

よって、熱伝導剤１９のかかる配置が実現できれば、図２に示す構造とは天地逆転の他、異なる姿勢を採ることが可能である。図２に示す構造においては、セルスタックの底面及び上面がセルスタックを形成する面において最も広い面積を有している。しかしながら、これに限定されず、例えば、セルスタックの図示しない一方の側面が上面よりも広い面積を有している場合には、セルスタックの一方の側面側に配置された保持部材と一方の側面との間に構造用接着剤を設けてもよい。また、ケースの外側底面とクーリングプレートの配置は、直接接触のみならず、更に熱伝導剤を介して接触させてもよく、外側底面を共有化させてケースとクーリングプレートを一体化させてもよい。

【0032】

また、上記の実施形態のバッテリーパック１においては、セルスタック１１の一部がハット型断面形状の保持部材１３の中間部１３５，１３５で保持されており、締結部材１７が縁部１３３，１３３に設けられている。しかしながら、本発明のバッテリーパックにおいては、保持部材が、少なくとも構造用接着剤を介してセルスタックを接着し、締結部材によってケースに固定されていれば、特に限定されない。従って、例えば、保持部材１３は平板形状であってもよい。

【符号の説明】

【0033】

１ バッテリーパック
１０ バッテリーモジュール
１１ セルスタック
１１Ａ 底面
１１Ｂ 上面
１１Ｃ 前面
１１Ｄ 背面
１２ セル
１２Ａ 側面
１３ 保持部材
１３１ 頂部
１３３ 縁部
１３５ 中間部
１５ 構造用接着剤
１７ 締結部材
１９ 熱伝導剤
２０ ケース
２０Ａ 外側底面
２０Ｂ 内側底面
２１ 強度部材
３０ クーリングプレート
３１ 冷媒

【図1】

【図2】