(57)【要約】【課題】モジュールの機械的強度を保ちながらセルの高精度の温度検出が可能な電池モジュールを提供する。【解決手段】積層された複数のセル１１０と、複数のセルを収容したケース１３０と、一の部分１００ａがセルと接するとともに、他の部分１００ｂがケースに固定された熱伝導性を有する支持板１００と、支持板の温度を検出する温度検出手段１２０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数のセルと、
前記複数のセルを収容したケースと、
一の部分が前記セルと接するとともに、他の部分が前記ケースに固定された熱伝導性を有する支持板と、
前記支持板の温度を検出する温度検出手段と、
を有することを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記支持板の前記一の部分は、前記セルの間に介装して前記セルと接することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記支持板の前記他の部分は、前記ケースの内壁と当接する当接面を有し、前記当接面で前記ケースに固定されたことを特徴とする請求項１または２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記当接面には前記ケースの内壁と当接しない凹部が設けられ、前記温度検出手段は、前記凹部に設けられたことを特徴とする請求項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し、詳細には、セルの温度検出が可能な電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。
【０００３】
一般的に、モータ駆動用二次電池としては、直列接続した複数の扁平型のセルを積層してケースに収容した電池モジュールを用いる。
【０００４】
電池モジュール内部の各セルは、充放電を繰り返すことで発熱する。そのため、セルがある温度以上になることで、寿命および性能が劣化することがある。
【０００５】
そこで、従来は、積層されたセル間に熱伝導シートを介在させ、該シートの一部をケースの外まで延伸させて、該一部の温度を検出することで積層されたセルの温度を検出していた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２５０７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した従来技術は、電池モジュールの構成要素として熱伝導シートを追加しているにもかかわらず、ケースの強度の補強が検討されていない。したがって、二次電池セルの積層数はケースの剛性で制限されるため、従来技術では、二次電池セルの積層数にさらに制限がかかる可能性がある。
【０００８】
また、従来技術は、温度検出精度を得るために、熱伝導シートをケースの外まで延伸する。そのため、ケースの形状が複雑となり、部品組付け時に作業性が低下するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る電池モジュールは、積層された複数のセルと、ケースと、支持板と、温度検出手段と、を有する。ケースは、複数のセルを収容する。支持板は、熱伝導性を有し、一の部分がセルと接するとともに、他の部分がケースに固定される。温度検出手段は、支持板の温度を検出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る電池モジュールによれば、支持板の一の部分をセルに当接させ他の部分をケースに固定することにより、モジュールの機械的強度を保ち、セルの積層数の制限をなくすことができる。
【００１１】
また、電池モジュール内の支持板の温度を検出することで、発熱源に近い箇所の温度を検出できるため、精度よくセルの温度を検出することができる。
【００１２】
また、導電体をケースの外まで延伸させる必要をなくすことでケースの複雑化を回避し、部品組付け作業性の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る電池モジュールを分解して示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電池モジュールを分解して示す正面図である。
【図３】セルを示す斜視図である。
【図４】支持板とロアケースとを固定した部分の断面図である。
【図５】サーミスタを支持板に当接させ、ロアケースに固定した部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る電池モジュールについて実施形態により詳細に説明する。以下、電池モジュールの例として双極型のリチウムイオン二次電池（以下、「積層型電池」と称する）の電池モジュールに関して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下参照する図面では、電池モジュールの各要素の形状、厚さ等を誇張しているが、これは発明の理解を容易にするためである。
【００１５】
図１および図２に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１０は、セル（単電池）１１０、支持板１００、サーミスタ１２０、ケース１３０を有して構成される。なお、図１および図２には、電池モジュール１０のその他の構成要素（部品等）も図示しているが、これらの構成要素についての説明は省略する。
【００１６】
セル１１０は、その電極同士の間にスペーサ（絶縁材）を挿入して積層し、直列に接続することでセルユニットをなす。セルユニットは、ロアケース１３１とアッパーケース１３２とからなるケース１３０に収納する。このとき、セル１１０はスリーブによって位置合わせされる。スリーブは、電池モジュール１０の補強部材として機能する。図１および図２においては４枚のセル１１０を収納しているが、セルの枚数は限定されない。
【００１７】
図３に示すように、積層型電池のセル１１０は、たとえば、長方形状の扁平な形状を有し、その両側部からそれぞれ電力を取り出すための正極タブ３１０Ａおよび負極タブ３１０Ｂが引き出される。発電要素３２０は、外装材（たとえば、ラミネートフィルム）３３０によって包まれ、その周囲は熱融着されており、正極タブ３１０Ａおよび負極タブ３１０Ｂを引き出した状態で密封される。
【００１８】
支持板１００は、図１および図２に示すように、底面部１００ａと、短側面部１００ｂと、長側面部１００ｃと、で構成する。支持板１００の長側面部１００ｃは凸部１０１ｃと凹部１０２ｃとからなる凸凹形状を有する。ただし、これに限定されず、支持板１００は長側面部１００ｃに凸部１０１ｃおよび凹部１０２ｃを有しなくてもよい。支持板１００は、熱伝導性を有する。支持板１００は、より熱抵抗が低い材料からなることが望ましい。例えば、アルミや銅からなることができる。
【００１９】
支持板１００の底面部１００ａは、セル１１０のいずれかの積層面間に挿入させる。これにより、支持板１００の底面部１００ａをセル１１０と接触させる。電池モジュール１０内でより高温となる箇所は、発熱源となるセル１１０の積層面間である。支持板１００の底面部１００ａをセル１１０の積層面間に挿入し、支持板１００の温度を検出することで、より高温となるセル１１０間の温度を検出することができる。すなわち、セル１１０の温度の検出精度を向上させることができる。
【００２０】
支持板１００の枚数は限定されない。すなわち、支持板１００の枚数は、セル１１０の積層数や、必要とされる電池モジュール１０の機械的強度に応じて適宜選択しうる。また、支持板１００の底面部１００ａを挿入させるセル１１０の積層面間の位置も限定されない。例えば、電池モジュール１０の機械的強度を最も向上させる位置としてもよいし、セル１１０が発生する熱の放熱性が最も良好な位置としてもよい。
【００２１】
後述するように、支持板１００をロアケース１３１と当接させるので、電池モジュール１０内でより高温となるセル１１０間の熱を、新たな放熱ルートとなる支持板１００を介してロアケース１３１から効率的に放熱させることができる。これにより、電池モジュール１０の放熱性を向上させることができる。
【００２２】
支持板１００は、セル１１０の積層面間に挿入したときに、短側面部１００ｂおよび長側面部１００ｃの凸部１０１ｃがロアケース１３１と当接する大きさとする。ただし、支持板１００の大きさは、図１に示す支持板１００の大きさより小さくてもよく、例えば、図１に示す支持板１００の大きさの半分であってもよい。支持板１００の外周を折り曲げて短側面部１００ｂおよび長側面部１００ｃを設け、支持板１００とロアケース１３１の内側とを面で当接させることで、支持板１００の伝熱特性を有効利用しセル１１０の放熱を促進することができる。これにより、高温によるセルの劣化、すなわちセルの容量低下を抑制することができる。このことは、容量低下に対するマージンの削減を可能とするため、電池モジュールの体積縮小を実現することができる。
【００２３】
ここで、支持板１００の短側面部１００ｂとロアケース２２０とを当接させた状態に固定する。該固定は、ねじ止めにより行ってもよい。さらに、支持板１００の長側面部１００ｃの凸部１０１ｃ（凸部１０１ｃを設けない場合は長側面部１００ｃのいずれかの位置）とロアケース２２０とをねじ止めして該長側面部１００ｃとロアケース２２０とを当接させた状態に固定することが望ましい。これにより、モジュールの機械的強度（例えば、剛性）を保ち、セルの積層数の制限をなくすことができる。
【００２４】
サーミスタ１２０は、電池モジュール１０が組立てられたときに支持板１００の凹部１０２ｃ（凸部１０１ｃを設けない場合は長側面部１００ｃのいずれかの位置）と当接するように、ロアケース１３１に固定する。該固定は、後述するように、クリップの先端にサーミスタ１２０を固定し、該クリップをロアケース１３１に設けた穴１３１ａを利用してロアケース１３１に固定することで行ってもよい。
【００２５】
支持板１００の長側面部１００ｃに設けた凹部１０２ｃにサーミスタ１２０を配置することで、サーミスタ１２０を電池モジュール１０の内部に設置することができる。サーミスタ１２０を電池モジュール１０外部に設ける必要がないため、支持板１００をケースの外まで延伸する必要がない。そのため、ケースの形状が複雑になることがなく、部品組付け作業性の低下を防止できる。
【００２６】
支持板１００の長側面部１００ｃに凹部１０２ｃを設けない場合は、例えばロアケース１３１に設けた穴にサーミスタ１２０を配置することで、サーミスタ１２０を支持板１００の長側面部１００ｃと当接してもよい。また、サーミスタ１２０をロアケース１３１に当接し、ロアケース１３１を介して支持板１００の温度を検知してもよい。
【００２７】
支持板には複数の凹部１０２ｃを設けることが望ましい。これにより、サーミスタ１２０の設定位置の自由度が増すため、複数の冷却手段を用いる場合にも対応できるとともに、様々な冷媒の流れ方向に容易に対応できる。
【００２８】
図４は、支持板１００とロアケース１３１とを固定した部分の断面図である。図４においては、簡単のため、セル１１０の内部等電池モジュールの詳細な部分の図示を省略している。
【００２９】
図４に示すように、支持板の凸部１０１ｃとロアケース１３１とにねじ穴を開け、ボルト４００とナット４１０とで支持板の凸部１０１ｃとロアケース１３１とを固定する。支持板１００の凸部１０１ｃとロアケース１３１とを固定することで、セル１１０の積層数が増加してもモジュールの強度を保つことができる。
【００３０】
セル１１０で発生した熱は、セル１１０と接している支持板１００の底面部１００ａから、支持板１００を介してロアケース１２０と当接した支持板１００の短側面部１００ｂおよび長側面部１００ｃへと伝わる。そして、支持板１００の短側面部１００ｂおよび長側面部１００ｃと当接したロアケース２２０から放熱される。
【００３１】
このように、支持板１００をロアケース１３１と当接させるため、電池モジュール１０内でより高温になるセル１１０間の熱を、新たな放熱ルートとなる支持板１００を介して効率的に放熱させることができる。これにより、電池モジュール１０の放熱性を向上させることができる。
【００３２】
また、支持板１００の外周を折り曲げて短側面部１００ｂおよび長側面部１００ｃを設け、支持板１００とロアケース１３１の内側とを面で当接させることで、支持板１００の伝熱特性を有効利用しセル１１０の放熱を促進することができる。
【００３３】
このように、本実施形態は、底面部をセル１１０と当接させ短側面部１００ｂおよび長側面部１００ｃの凸部１０１ｃをロアケース１２０と当接させて放熱させる。そのため、セル１１０間に挿入した伝熱体をケースの外まで延伸させて放熱させる必要がない。したがって、伝熱体をケースの外まで延伸させることに伴うケースの複雑化を回避し、部品組付け作業性の低下を防止することができる。
【００３４】
図５は、サーミスタ１２０を支持板１００に当接させ、ロアケース１３１に固定した部分の断面図である。図５においては、簡単のため、セル１１０の内部等電池モジュールの詳細な部分の図示を省略している。
【００３５】
図５に示すように、電池モジュール１０が組立てられたときにサーミスタ１２０が支持板１００に設けた凹部１０２ｃと当接するように、サーミスタ１２０を、ロアケース１３１に固定する。サーミスタ１２０をクリップ５００の先端に固定し、クリップ５００をロアケース１３１に設けた穴１３１ａを利用して固定することで、サーミスタ１２０をロアケース１３１に固定してもよい。
【００３６】
支持板１００の長側面部１００ｃに設けた凹部１０２ｃにサーミスタ１２０を配置することで、サーミスタ１２０を電池モジュール１０の内部に設置することができる。サーミスタ１２０を電池モジュール１０の外部に設ける必要がないため、支持板１００をケースの外まで延伸する必要がない。そのため、ケースの形状が複雑になることがなく、部品組付け作業性の低下を防止できる。
【００３７】
また、本実施形態は、支持板１００の底面部１００ａを、電池モジュール１０内部でより高温となるセル１１０間に介装させ、支持板１００の長側面部１００ｃに当接させたサーミスタ１２０で支持板１００の温度を検出する。これにより、サーミスタ１２０で、電池モジュール１０内部のより高温となる箇所の温度を検出するため、温度検出精度を向上させることができる。また、温度検出精度が向上することで、電池モジュールの温度を制御する際の温度マージンを削減することができる。
【００３８】
また、サーミスタ１２０を電池モジュール１０内部に設置するため、サーモスタ１２０を設置することによる電池モジュール１０の体積増加を抑制することができる。
【００３９】
次に、本実施形態に係る電池モジュールの温度検出精度を検証するために、シミュレーションによる実験結果を示す。
【００４０】
＜実験結果＞
１．方法
電池モジュールの形状、部品素材の物性、セルからの発熱量、外部環境（風速）の各データに基づき、計算機により電池モジュールの温度分布のシミュレーションを行った。
２．条件
セル当たりの発熱量を５Ｗ、風速を０．５ｍ／ｓとして、電池モジュール内の最高温度とサーミスタ配置部の温度との差（以下、「温度検出精度」と称する）をシミュレーションした。
３．対象
Ａ．比較例（従来例）
支持板を用いず、サーミスタを電池モジュールの外に配置（ロアケースの外面に当接）した従来の電池モジュール。
Ｂ．本発明の実施例１
支持板の底面をセル間に介装させ、短側面部をロアケースに固定し、サーミスタを電池モジュールの長側面部の凸部に当接した電池モジュール。
Ｃ．本発明の実施例２
支持板の底面をセル間に介装させ、短側面部をロアケースに固定し、サーミスタを電池モジュールの長側面部の凹部に当接した電池モジュール。
４．結果
比較例の温度検出精度は５．６３℃となった。これに対し、本発明の実施例１の温度検出精度は２．７６℃、本発明の実施例２の温度検出精度は１．１２℃となった。
【００４１】
本実験により、本実施形態による温度検出精度向上の効果が実証された。また、本発明の実施例１の結果から、長側面部に凹部を設けない支持板を用いて支持板の温度を検出しても十分な温度検出精度向上の効果があることが実証された。さらに、本発明の実施例２の結果から、長側面部に凹部を設けた支持板を用いて該凹部の温度を検出することで、さらに温度検出精度向上の効果があることが実証された。
【００４２】
以上、本実施形態に係る電池モジュールについて説明したが、本実施形態の底面部は、本発明の一の部分に相当する。短側面部は、他の部分および当接面に、長側面部は、他の部分および当接面に相当する。凸部は、他の部分および当接面に相当する。サーミスタは、温度検出手段に相当する。
【００４３】
以下に、本発明の実施形態に係る電池モジュールの効果を示す。
・支持板の一の部分をセルに当接させ他の部分をケースに固定することにより、モジュールの機械的強度を保ち、セルの積層数の制限をなくすことができる。
・電池モジュール内の支持板の温度を検出することで、発熱源に近い箇所の温度を検出できるため、精度よくセルの温度を検出することができる。
・導電体をケースの外まで延伸させる必要をなくすことでケースの複雑化を回避し、部品組付け作業性の低下を防止することができる。
・セル間に支持板を挿入し支持板の温度を検出することで、モジュール内のより高温となっている部分の温度を検出することができるため、温度検出精度を向上させることができる。
・底面部をセルと当接させた支持板の側面部とロアケースの内側とを面で当接させることで、支持板の伝熱特性を有効利用しセルの放熱を促進することができる。これにより、電池容量低下に対するマージン削減が可能となるため、電池モジュールの体積縮小を実現することができる。
・支持板のロアケースとの当接面に設けた凹部にサーミスタを配置することで、サーミスタを電池モジュール外に設置する必要なないため、サーミスタ設置による電池モジュールの体積増加を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０    電池モジュール、
１００    支持板、
１００ａ    底面部（一の部分）、
１００ｂ    短側面部（他の部分、当接面）、
１００ｃ    長側面部（他の部分、当接面）、
１０１ｃ    凸部（他の部分、当接面）、
１０２ｃ    凹部、
１１０    セル、
１２０    サーミスタ（温度検出手段）、
１３０    ケース、
１３１    ロアケース、
１３２    アッパーケース、
５００    クリップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010211952.tif 000006
【図５】
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