(57)【要約】【課題】強制的な冷却構造や冷却冷媒流路をさらに小型化乃至省略しつつ電池モジュールを冷却可能な電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュールは、各々が端子を含む少なくとも一つの電池セルと、前記少なくとも一つの電池セルを収容する筐体と、前記端子と前記筐体との間に介在する絶縁層と、前記筐体内に収容された前記電池セルの前記端子から前記筐体に向かう熱伝導経路を形成するように、前記少なくとも一つの電池セルに押圧力を付与する押し付け部材と、を備えている。【選択図】図１
2020198175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が端子を含む少なくとも一つの電池セルと、
前記少なくとも一つの電池セルを収容する筐体と、
前記端子と前記筐体との間に介在する絶縁層と、
前記筐体内に収容された前記電池セルの前記端子から前記筐体に向かう熱伝導経路を形成するように、前記少なくとも一つの電池セルに押圧力を付与する押し付け部材と、
を備えた電池モジュール。
【請求項２】
前記筐体は、前記端子を側方に向けて前記電池セルを横置きに収容するように構成されている
請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記少なくとも一つの電池セルは、複数の電池セルを含み、
前記筐体は、前記複数の電池セル各々を厚さ方向に間隔を隔てて収容するための支持棚を含む
請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記電池モジュールは、前記端子と前記筐体との間に、前記複数の電池セルのうち一の電池セルの前記端子と他の電池セルの前記端子とを電気接続するバスバーをさらに備え、
前記端子から前記バスバー及び前記絶縁層を介して前記筐体へと前記熱伝導経路が形成されている
請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記バスバーは、Ｃｕ又はＡｌを含む金属を含む
請求項４に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記端子が設けられた前記電池セルの一端面と前記筐体の内壁面との間に、冷却冷媒が流通可能な冷媒流路が形成されており、
前記端子は前記冷媒流路に囲まれている
請求項１〜５の何れか一項に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記押し付け部材、又は前記押し付け部材と前記筐体との間に前記冷媒流路と連通する出口開口部が形成されている
請求項６に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記押し付け部材は、締結部材、又は弾性部材を含む
請求項１〜７の何れか一項に記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記絶縁層は、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導性樹脂を含む
請求項１〜８の何れか一項に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
前記端子は、正極端子及び負極端子を含み、
前記絶縁層は、前記正極端子及び前記負極端子と接するように構成されている
請求項１〜９の何れか一項に記載の電池モジュール。
【請求項１１】
前記絶縁層は、前記バスバーの表面を覆うようにして設けられている
請求項４又は５に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、繰り返し充放電可能な二次電池の利用を促進するべく、電池セルを密に並べてモジュール単位で用いることにより、高密度化及び設置面積の低減を図った電池モジュールが種々開発されている。例えば特許文献１には、このような電池モジュールに関する構成例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、二次電池は通常、充放電の際に発熱を伴うため、適切な冷却手段を必要とする。冷却手段としては、例えば空気や水などの冷却冷媒を循環させて、充放電の際における電池セルの温度上昇を抑制し、かつ均一に冷却することが行われる。ここで、電池モジュールのさらなる高密度化を考えた場合、強制的な冷却構造や冷却冷媒流路をさらに小型化乃至省略することができれば、設置スペースをより小さくすることが可能になる。
【０００５】
この点、特許文献１には、強制的な冷却構造や冷却冷媒流路をさらに小型化乃至省略しつつ電池モジュールを冷却することに関する知見について何ら開示されていない。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、強制的な冷却構造や冷却冷媒流路をさらに小型化乃至省略しつつ電池モジュールを冷却可能な電池モジュール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】
（１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係る電池モジュールは、
各々が端子を含む少なくとも一つの電池セルと、
前記少なくとも一つの電池セルを収容する筐体と、
前記端子と前記筐体との間に介在する絶縁層と、
前記筐体内に収容された前記電池セルの前記端子から前記筐体に向かう熱伝導経路を形成するように、前記少なくとも一つの電池セルに押圧力を付与する押し付け部材と、
を備えている。
【０００８】
上記（１）の構成によれば、押し付け部材により、電池セルを筐体に押し付けることで、端子が筐体に向けて押し付けられ、端子から筐体に向かう熱伝導経路が形成される。これにより、充放電の際に電池セルで生じた熱を、熱伝導経路を介して電池モジュールの筐体の外に放出することができる。よって、例えば強制冷却のための構成を筐体内に組み込めない場合、或いは省略した場合であっても、電池モジュールを効率的に冷却することができる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記筐体は、前記端子を側方に向けて前記電池セルを横置きに収容するように構成されていてもよい。
【００１０】
上記（２）の構成によれば、端子を側方に向けて電池セルを筐体内に横置きに収容した電池モジュールにおいて、上記（１）で述べた効果を享受することができる。
【００１１】
（３）いくつかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記少なくとも一つの電池セルは、複数の電池セルを含み、
前記筐体は、前記複数の電池セル各々を厚さ方向に間隔を隔てて収容するための支持棚を含んでいてもよい。
【００１２】
上記（３）の構成によれば、支持棚により、複数の電池セルがそれぞれ厚さ方向に間隔を隔てて配置されるから、筐体内に複数の電池セルを収容した場合であっても一つの電池セルに対して複数の電池セルの荷重が加わることがない。よって、横置きの電池セルを筐体内に複数収容しつつ、各電池セルに荷重による負荷を生じない電池モジュールを提供することができる。さらに、支持棚をスペーサとして各々の電池セル間に隙間を確保することができるから、当該隙間を例えば冷媒流路として用いることが可能となる。
【００１３】
（４）いくつかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記電池モジュールは、前記端子と前記筐体との間に、前記複数の電池セルのうち一の電池セルの前記端子と他の電池セルの前記端子とを電気接続するバスバーをさらに備え、
前記端子から前記バスバー及び前記絶縁層を介して前記筐体へと前記熱伝導経路が形成されていてもよい。
【００１４】
上記（４）の構成によれば、端子からバスバーを介して筐体に向かう熱伝導経路が形成される。そして、充放電の際に生じた熱を、端子及びバスバーを経由して筐体の外側に効率良く放出することができる。
【００１５】
（５）いくつかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記バスバーは、Ｃｕ又はＡｌを含む金属を含んでもよい。
【００１６】
上記（５）の構成によれば、Ｃｕ又はＡｌを含む金属を含むバスバーを備えた電池モジュールにおいて、上記（４）で述べた効果を享受することができる。
【００１７】
（６）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（５）の何れか一つの構成において、
前記端子が設けられた前記電池セルの一端面と前記筐体の内壁面との間に、冷却冷媒が流通可能な冷媒流路が形成されており、
前記端子は前記冷媒流路に囲まれていてもよい。
【００１８】
上記（６）の構成によれば、端子から筐体に向かう熱伝導経路に加えて、端子が設けられた電池セルの一端面と筐体の内壁面との間に形成された冷媒流路を流れる冷却冷媒により、充放電の際に生じた熱をより一層効率的に除去することができる。
【００１９】
（７）いくつかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記押し付け部材、又は前記押し付け部材と前記筐体との間に前記冷媒流路と連通する出口開口部が形成されていてもよい。
【００２０】
上記（７）の構成によれば、押し付け部材、又は押し付け部材と筐体との間に筐体内の冷媒流路と連通する出口開口部を設けたことにより、充放電の際に生じた熱を、端子から筐体に向かう熱伝導経路に加え、出口開口部から流出する冷却冷媒を介して筐体の外側に放出することができる。
【００２１】
（８）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（７）の何れか一つの構成において、
前記押し付け部材は、締結部材、又は弾性部材を含んでもよい。
【００２２】
上記（８）の構成によれば、締結部材又は弾性部材を含む押し付け部材により、電池セルに押圧力が付与される。よって、例えば締結部材による締結力や、弾性部材による付勢力を適切に調整することで、電池セルに付与する押圧力、延いては、筐体に対する端子の押し付け力を適切に調整することができる。
【００２３】
（９）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（８）の何れか一つの構成において、
前記絶縁層は、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導性樹脂を含んでもよい。
【００２４】
上記（９）の構成によれば、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導性樹脂を絶縁層が含むことにより、端子と筐体との間の絶縁を確保しながら、該端子から筐体に効率的に熱を伝達可能な熱伝導経路を確保することができるから、端子と筐体との間の絶縁性の確保と導電性の確保とを両立することができる。
【００２５】
（１０）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（９）の何れか一つの構成において、
前記端子は、正極端子及び負極端子を含み、
前記絶縁層は、前記正極端子及び前記負極端子と接するように構成されていてもよい。
【００２６】
上記（１０）の構成によれば、電池セルの正極端子及び負極端子の両方が絶縁層と接するから、正極端子と負極端子との間における電気的な短絡の発生を抑制することができる。
【００２７】
（１１）いくつかの実施形態では、上記（４）又は（５）の何れか一つの構成において、
前記絶縁層は、前記バスバーの表面を覆うようにして設けられていてもよい。
【００２８】
上記（１１）の構成によれば、バスバーの表面を覆うようにして設けられた絶縁層により、端子と筐体との間の電気的な絶縁を確保することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、強制的な冷却構造や冷却冷媒流路をさらに小型化乃至省略しつつ電池モジュールを冷却可能な電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本開示の一実施形態に係る電池モジュールの構成例を示す平面図である。
【図２】一実施形態に係る電池モジュールを示す側断面図である。
【図３】他の実施形態に係る電池モジュールの構成を示す平面図である。
【図４】他の実施形態における押さえ部材の構成例を示す平面図である。
【図５】他の実施形態における押さえ部材の構成例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、数、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００３２】
先ず、本開示の一実施形態に係る電池モジュールの概略構成について説明する。
図１は本開示の一実施形態に係る電池モジュールの構成例を示す平面図である。図２は一実施形態に係る電池モジュールを示す側断面図である。
電池モジュール１は、例えば電気自動車、バッテリ式フォークリフトなどの産業用車両、或いは電力によって作動する電動機械などの産業機械などに搭載され得る。
かかる電池モジュール１は、例えば図１及び図２に非限定的に例示するように、各々が端子３を含む少なくとも一つの電池セル２と、少なくとも一つの電池セル２を収容する筐体５と、端子３と筐体５との間に介在する絶縁層６と、筐体５内に収容された電池セル２の端子３から筐体５に向かう熱伝導経路８を形成するように、少なくとも一つの電池セル２に押圧力を付与する押し付け部材１０と、を備えている。
【００３３】
電池セル２は、特に限定されないが、例えばリチウムイオン電池等のエネルギー密度の高い二次電池セルを含み得る。二次電池として構成された電池セル２は、端子３に外部電源（例えば商用１００Ｖａｃ等の外部交流電源）を接続することにより充電可能であり、端子３に負荷を接続することにより給電可能に構成されている。つまり、電池セル２は、繰り返し充放電（充電又は放電）が可能に構成されており、上記充電又は放電の際に熱が生成される。
このような電池セル２は、所謂角型電池セルを含んで構成されていてもよい。
端子３は、電池セル２の一端に配置されている。一実施形態では、例えば正極端子３Ａ及び負極端子３Ｂを含む複数の端子３が電池セル２の一端面２Ａ（図２において電池セル２の左側の端面）に配置されている。なお、端子３は、電池セル２を横置きに配置した際に側方を向く上記角型電池セルの一端面２Ａから、側方（或いは水平方向）に向けて凸設されていてもよい。
【００３４】
筐体５は、その内部に一つ以上の電池セル２を収容可能に構成されている。なお、筐体５が複数の電池セル２を高密度に集積することにより、電池モジュール１が二次電池集積体として構成される。
【００３５】
絶縁層６は、端子３と筐体５とが直接接触することを防止して端子３と筐体５との間を電気的に絶縁しつつ、上記端子３と筐体５との間における熱の伝達が可能に構成されている。つまり、この絶縁層６を挟んで、端子３、絶縁層６及び筐体５に向かう熱伝導経路８が形成される。このような絶縁層６を構成する材料は、特に限定されない。
【００３６】
押し付け部材１０は、筐体５と同程度の幅を有しており、例えば当該幅方向の一端及び他端において筐体５に接続されて固定される。そして、一実施形態における押し付け部材１０は、その端部（例えば両端）が締結部材等を介して筐体５に締結されることにより、電池セル２に押圧力を付与するように構成されている。幾つかの実施形態では、例えば押し付け部材１０が電池セル２の他端面に押圧力を付与することで電池セル２の端子３が筐体５の内壁面に向けて押圧されるように構成してもよい。
【００３７】
上記のように、押し付け部材１０により、電池セル２を筐体５に押し付けることで、端子３を筐体５に向けて押し付け、端子３から筐体５に向かう熱伝導経路８を形成する構成によれば、充放電の際に電池セル２の端子３で生じた熱を、熱伝導経路８を介して電池モジュール１の筐体５の外に放出することができる。よって、例えば筐体５内における電池セル２の高密度化などによるスペースの制約や、その他の様々な事情により強制冷却のための構成を筐体５内に組み込めない場合、或いは省略した場合であっても、熱伝導経路８を介して電池モジュール１を効率的に冷却することができるのである。
【００３８】
幾つかの実施形態では、上述した構成において、例えば図１及び図２に例示するように、筐体５は、端子３を側方に向けて電池セル２を横置きに収容するように構成されていてもよい。例えば筐体５は、電池セル２としての角型電池セルにおける最短の辺が鉛直方向に沿うようにして角型電池セルを横置きに収容するように構成されていてもよい。或いは、筐体５は、電池セル２の表面のうち最も面積が広い面が横向き（例えば水平）に配置されるようにして、電池セル２を収容してもよい。なお、このように電池セル２を筐体５内に横置きに収容する場合、筐体５内における当該筐体５と電池セル２との位置関係が図１及び図２に例示するような関係であればよく、筐体５自体の配置又は配向は特に限定されない。すなわち、筐体５は、例えば電池セル２としての角型電池セルにおける最短の辺が鉛直方向以外の方向に沿うように配置されていてもよい。例えば、電池セル２及び筐体５は、前後の何れか一端が他端よりも高くなるように傾斜していたり、或いは、左右の何れか一端が他端よりも高くなるように傾斜したりして配置されてもよい。
【００３９】
上記のように電池セル２を筐体５内に横置きに収容する構成によれば、端子３を側方に向けて電池セル２を筐体５内に横置きに収容した電池モジュール１において、本開示の上記実施形態で述べた効果を享受することができる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、上記のように電池セル２を横置きに配置した構成において、例えば図２に例示するように、少なくとも一つの電池セル２は、複数の電池セル２を含んでいてもよい。この場合、筐体５は、複数の電池セル２各々を厚さ方向（或いは上下方向）に間隔を隔てて収容するための支持棚３０を含んでいてもよい。
例えば支持棚３０は、筐体５の内壁面に形成されたラックであってもよい。このような支持棚３０は、筐体５に挿入される電池セル２の移動方向（例えば図１及び２では紙面左右方向）に沿って延在していてもよい。幾つかの実施形態では、筐体５の内壁部において対向する一部（例えば図２では紙面手前側と紙面奥側）においてのみ電池セル２を支持するように構成されていてもよい。なお、支持棚３０は、筐体５の内部において上方に配置された一の電池セル２と、当該一の電池セル２の下方（直下）に配置された他の電池セル２との間に隙間を確保するスペーサとしての機能を有していてもよい。
【００４１】
このように筐体５が支持棚３０を含む構成によれば、支持棚３０により、複数の電池セル２がそれぞれ厚さ方向に間隔を隔てて配置されるから、筐体５内に複数の電池セル２を収容した場合であっても一つの電池セル２に対して複数の電池セル２の荷重が加わることがない。よって、横置きの電池セル２を筐体５内に複数収容しつつ、各電池セル２に荷重による負荷を生じない電池モジュール１を提供することができる。さらに、支持棚３０をスペーサとして各々の電池セル２間に隙間を確保することができるから、当該隙間を例えば冷媒流路４０（後述）として用いることが可能となる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、上記のように筐体５が支持棚３０を含む構成において、例えば図１及び図２に非限定的に例示するように、電池モジュール１は、端子３と筐体５との間に、複数の電池セル２のうち一の電池セル２の端子３と他の電池セル２の端子３とを電気接続するバスバー２０をさらに備え、端子３からバスバー２０及び絶縁層６を介して筐体５へと熱伝導経路８が形成されていてもよい。
バスバー２０は、組電池を作製する際の電池同士をつなぐ金属部材である。
複数の電池セル２を直列接続して電池モジュール１を構成する場合、一の電池セル２の正極端子３Ａ又は負極端子３Ｂの何れか一方と、当該一の電池セル２の隣に配置される他の電池セル２の正極端子３Ａ又は負極端子３Ｂの何れか他方とを電気接続するように配置される。例えば一の電池セル２の正極端子３Ａと、当該一の電池セル２の隣に配置される他の電池セル２の負極端子３Ｂとを電気接続するように配置される（直列接続）。一方、他の実施形態では、複数の電池セル２が並列に接続されるようにして各端子３がバスバー２０で接続されてもよい。
【００４３】
上記のようにバスバー２０を備えた構成によれば、端子３からバスバー２０を介して筐体５に向かう熱伝導経路８が形成される。そして、充放電の際に端子３で生じた熱を、バスバー２０を経由して筐体５の外側に効率良く放出することができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、上記のようにバスバー２０を備えた構成において、上記バスバー２０は、Ｃｕ又はＡｌを含む金属を含んでいてもよい。
【００４５】
このようにすれば、Ｃｕ又はＡｌを含む金属を含むバスバー２０を備えた電池モジュール１において、本開示の上述した実施形態で述べた効果を享受することができる。
【００４６】
いくつかの実施形態では、上述した何れか一つの実施形態において、例えば図３に例示するように、端子３が設けられた電池セル２の一端面２Ａと筐体５の内壁面５Ａとの間に、冷却冷媒が流通可能な冷媒流路４０が形成されていてもよい。この場合、端子３は冷媒流路４０に囲まれていてもよい。
【００４７】
このように冷媒流路４０を有する構成によれば、端子３から筐体５に向かう熱伝導経路８に加えて、端子３が設けられた電池セル２の一端面２Ａと筐体５の内壁面５Ａとの間に形成された冷媒流路４０を流れる冷却冷媒により、充放電の際に端子３で生じた熱をより効率的に除去することができる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、上述した冷媒流路４０を有する構成において、例えば図３に例示するように、押し付け部材１０、又は押し付け部材１０と筐体５との間に冷媒流路４０と連通する出口開口部４４が形成されていてもよい。すなわち、出口開口部４４は、押し付け部材１０を厚さ方向に貫通するように形成された貫通孔であってもよい。
【００４９】
このように押し付け部材１０、又は押し付け部材１０と筐体５との間に筐体５内の冷媒流路４０と連通する出口開口部４４を設けた構成によれば、充放電の際に端子３で生じた熱を、端子３から筐体５に向かう熱伝導経路８に加え、出口開口部４４から流出する冷却冷媒を介して筐体５の外側に放出することができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、上記何れか一つの実施形態において、例えば図１及び図３〜図５に例示するように、押し付け部材１０は、締結部材１１、又は弾性部材１２を含んでもよい。
【００５１】
このように、締結部材１１又は弾性部材１２を含む押し付け部材１０により、電池セル２に押圧力が付与される構成によれば、例えば締結部材１１による締結力や、弾性部材１２による付勢力を適切に調整することで、電池セル２に付与する押圧力、延いては、筐体５に対する端子３の押し付け力を適切に調整することができる。
【００５２】
いくつかの実施形態では、上記何れかの実施形態において、絶縁層６は、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導性樹脂を含んでもよい。
【００５３】
このように、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導性樹脂を絶縁層６が含む構成によれば、端子３と筐体５との間の絶縁を確保しながら、該端子３から筐体５に効率的に熱を伝達可能な熱伝導経路８を確保することができるから、端子３と筐体５との間の絶縁性と導電性の確保とを両立することができる。
【００５４】
いくつかの実施形態では、上記何れかの実施形態において、例えば図１及び図３〜５に例示するように、端子３は、正極端子３Ａ及び負極端子３Ｂを含んでいてもよい。この場合、絶縁層６は、正極端子３Ａ及び負極端子３Ｂと接するように構成されていてもよい。
【００５５】
このように、電池セル２の正極端子３Ａ及び負極端子３Ｂの両方が絶縁層６と接する構成によれば、正極端子３Ａと負極端子３Ｂとの間における電気的な短絡の発生を抑制する
ことができる。
なお、絶縁層６は、複数の電池セル２に渡って各々の正極端子３Ａ及び負極端子３Ｂと接するように構成されていてもよい。このようにすれば、一つの電池モジュール１における正極端子３Ａ及び負極端子３Ｂ間における短絡の発生を一つの絶縁層６で抑制することができるから、部品点数の低減を図ることができる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、上記のように正極端子３Ａと負極端子３Ｂとを含む構成において、絶縁層６は、バスバー２０の表面を覆うようにして設けられていてもよい。
例えば、絶縁層６は、Ａｌを含んで形成されたバスバー２０の表面に陽極酸化被膜として形成されたアルマイトを含んでいてもよい。
【００５７】
このように、バスバー２０の表面を覆うようにして絶縁層６を設けた構成によれば、端子３と筐体５との間の電気的な絶縁を確保することができる。
【００５８】
本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、強制的な冷却構造や冷却冷媒流路４０をさらに小型化乃至省略しつつ電池モジュール１を冷却可能な電池モジュール１を提供することができる。
【００５９】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００６０】
１  電池モジュール
２  電池セル
２Ａ  一端面
３  端子
３Ａ  正極端子
３Ｂ  負極端子
５  筐体
５Ａ  内壁面
６  絶縁層
８  熱伝導経路
１０  押し付け部材
１１  締結部材
１２  弾性部材
２０  バスバー
３０  支持棚
４０  冷媒流路
４４  出口開口部
【図１】
2020198175.tif 000003
【図２】
2020198175.tif 000004
【図３】
2020198175.tif 000005
【図４】
2020198175.tif 000006
【図５】
2020198175.tif 000007