(57)【要約】【課題】冷却効果を向上させることができる電池モジュール、電池ユニットを提供する。【解決手段】配列された複数の電池セル２１と、配列方向に隣り合う電池セル２１の対向面２１ａ同士の間の隙間を保持するスペーサ３０とを備える。スペーサ３０は、隣り合う電池セル２１，２１の対向面２１ａ，２１ａに当接するように互いに間隔をあけて複数が配されて、電池セル２１，２１の一対の側面２１ｂ，２１ｂにわたって延びるスペーサ部材３１と、電池セル２１の側面に当接し、複数のスペーサ部材３１を連結するフレーム部材３２とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列された複数の電池セルと、
配列方向に隣り合う前記電池セルの対向面同士の間の隙間を保持するスペーサと、を備え、
前記スペーサは、
隣り合う前記電池セルのうち一方の前記電池セルの前記対向面に当接するように互いに間隔をあけて複数が配されて、前記電池セルの一対の側面にわたって延びる第一部材と、
他方の前記電池セルの側面に当接し、前記複数の第一部材を連結する第二部材と、を有することを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記第二部材は、前記側面における前記配列方向の寸法内に収まるように該側面に当接してい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】
前記第一部材は、一方の前記電池セルの前記対向面に加えて他方の前記電池セルの対向面に当接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記第一部材は、一方の前記電池セルの前記対向面と他方の前記電池セルの前記対向面とに交互に当接する波状またはコルゲート状をなしていることを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記第一部材は、前記対向面に平行な面内で波状またはコルゲート状をなしていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の電池モジュールと、
該電池モジュールを収容するケースと、
該ケース内に冷媒を導入する冷媒導入部と、
前記冷媒を前記ケース外に排出する冷媒排出部とを備えることを特徴とする電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュール、電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量かつ高効率な二次電池として、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池が開発されている。このような二次電池は、電池容器の内部に、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に配列され、電解液とともに封入されている。
【０００３】
二次電池を、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載する場合、風力発電機等の蓄電池として用いる場合には、必要とされる蓄電量も多いため、複数個の二次電池（以下、個々の二次電池を電池セルと称する）がパッケージ化された電池パッケージを用いている。
電池パッケージにおいては、複数個の電池セルが、絶縁シートを介して結束バンド等によって束ねられるとともに、これら複数個の電池セルの電極がバスバーによって連結されることによって、電池モジュールが形成されている。そして、電池パッケージの外殻を構成するケースのトレー上に複数の電池モジュールが配列されることによって、電池パッケージが構成されている。
【０００４】
ところで、各電池セルは、充放電時に発熱する。電池セルの発熱によって、電池セルの効率が低下し、また電池セルの電池容器が膨張することもあるため、電池パッケージの使用時には、電池セルを冷却することが要求されている。
【０００５】
特許文献１には、一体化された複数の電池セルで構成された電池モジュールが複数配列され、複数の電池モジュールの間に冷却用部材がされた構成が開示されている。特許文献１に開示された構成において、電池モジュールから熱を受け取った冷却用部材は、冷却用部材に沿って流れる冷媒に冷却され、結果として電池セルが冷却用部材を介して冷却されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−７２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術においては、互いに隣接する電池モジュールの間を冷却用部材に接し続けながら流れた冷媒が、冷却用部材から受け取る熱によって温度が上昇してしまう。その結果、電池モジュールにおいて、冷媒の流路の下流側に位置する電池セルの冷却効果が著しく低下し、電池モジュールの効率が低下する。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、冷却効果を向上させることができる電池モジュール、電池ユニットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
即ち、本発明の電池モジュールは、配列された複数の電池セルと、配列方向に隣り合う前記電池セルの対向面同士の間の隙間を保持するスペーサと、を備え、前記スペーサは、
隣り合う前記電池セルのうち一方の前記電池セルの前記対向面に当接するように互いに間隔をあけて複数が配されて、前記電池セルの一対の側面にわたって延びる第一部材と、他方の前記電池セルの側面に当接し、前記複数の第一部材を連結する第二部材と、を有することを特徴とする。
【００１０】
このような特徴の電池モジュールによれば、隣り合う電池セルの間に複数の第一部材が介在することによってこれら電池セルの間の隙間を保持される。そして、複数の第一部材によってこれらの間に電池セルの一対の側面にわたって延びる流路が形成される。この流路を空気等の冷媒が流れることにより、電池モジュールを構成する各電池セルを確実に冷却することができる。
また、第二部材が複数の第一部材を連結することでこれら第一部材同士の間の間隔が保持されるため、上記流路を確実に形成することができる。さらに、第二部材は電池セルの側面に当接するように配されているため、該第二部材が流路を流通する冷媒の妨げとなることはない。
【００１１】
また、前記第二部材は、前記側面における前記配列方向の寸法内に収まるように該側面に当接していることが好ましい。
【００１２】
これにより、隣り合う電池セルの間に前記第一部材によって形成される流路は、一対の側面側に開放されることになる。即ち、当該流路が第二部材によって閉塞されることはないため、より効率的に流路内に冷媒を流通させることができる。
【００１３】
さらに、前記第一部材は、一方の前記電池セルの前記対向面に加えて他方の前記電池セルの対向面に当接していることが好ましい。
【００１４】
これによって、電池セルの経年劣化による膨張を拘束することで第一部材による流路を確保することができ、長期にわたって冷却効果を高く維持することが可能となる。  
【００１５】
さらに、前記第一部材は、一方の前記電池セルの前記対向面と他方の前記電池セルの前記対向面とに交互に当接する波状またはコルゲート状をなしていてもよい。
【００１６】
これにより、第一部材による電池セルの膨張を拘束しながらも、該第一部材の電池セルに対する接触面積を少なくなるため、より効果的に電池セルを冷却できる。
【００１７】
また、前記第一部材は、前記対向面に平行な面内で波状またはコルゲート状をなしていてもよい。
【００１８】
これにより、複数の第一部材によって形成される流路の経路を長く確保することができるため、冷媒による電池セルの冷却を、より効果的に行うことができる。
【００１９】
また、本発明に係る電池ユニットは、上記いずれかの電池モジュールと、該電池モジュールを収容するケースと、該ケース内に冷媒を導入する冷媒導入部と、前記冷媒を前記ケース外に排出する冷媒排出部とを備えることを特徴とする。
【００２０】
この電池ユニットによれば、冷媒導入部を介してケース内に導入される冷媒が隣り合う電池セル間に第一部材によって形成される流路を流通することで、各電池セルを冷却することができる。また、電池セルを冷却した冷媒は冷媒排出部によってケース外に排出されるため、冷却に供された冷媒が滞留することはない。したがって、効率の良い冷却を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の電池モジュール及び電池ユニットによれば、隣り合う電池セル同士の間に第一部材によって形成される流路を確保することができるため、当該流路を冷媒が流通することにより冷却効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態にかかる電池モジュールを備えた電池パッケージの構成を示す斜視図である。
【図２】電池セルおよびスペーサの分解斜視図である。
【図３】電池モジュールの側面図である。
【図４】スペーサの他の例を示す図であって、電池セルおよびスペーサの分解斜視図である。
【図５】スペーサのさらに他の例を示す図であり、電池モジュールを構成する電池セルとスペーサとを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明による電池モジュール、電池ユニットを実施するための形態を説明する。
図１に示すように、電池パッケージ１０は、直方体状をなすケース１１内に、複数個の電池モジュール２０が収容された構成をなしている。
【００２４】
各電池モジュール２０は、複数個の電池セル２１を有している。
図２に示すように、各電池セル２１は、セル容器２３内に図示しない複数枚の正極板と負極板が絶縁シートを介して交互に配列され、電解液とともに密封されている。セル容器２３の上面２３ａには、複数枚の正極板に電気的に接続された正電極２８と、複数枚の負極板に電気的に接続された負電極２９とが突出している。ここで、電池セル２１は、正電極２８と負電極２９との離間方向（以下、これを幅方向と称する）の外形寸法Ａよりも、上面２３ａに沿った面内で正電極２８と負電極２９との離間方向に直交する方向（以下、これを厚さ方向と称する）の外形寸法Ｂの方が小さい略直方体状をなしている。
【００２５】
図３に示すように、電池モジュール２０は、電池セル２１がその厚さ方向を配列方向に一致させて直列的に配列されている。また、電池モジュール２０には、配列方向において互いに隣り合う電池セル２１の間の間隙を確保すべく絶縁性材料からなるスペーサ３０を有している。これら複数の電池セル２１およびスペーサ３０は、例えばステンレス合金製のバンド２２によって一体に結束されている。
そして、各電池セル２１の正電極２８、負電極２９は、配列方向に離間した他の電池セルの正電極２８、負電極２９と、バスバー８０により電気的に接続されている。このようにして、複数の電池セル２１を束ねてなる電池モジュール２０は、これら電池セル２１の上面２３ａの全体がカバー９０によって覆われている。
【００２６】
図１に示すように、電池モジュール２０は、ケース１１の底面を構成する矩形状のトレー１２上に、複数個がマトリクス状に配列されている。より詳しくは、トレー１２は、平面視にて電池モジュール２０の配列方向を長手方向とした長方形状をなしており、、各電池モジュール２０は、電池セル２１の配列方向をトレー１２の長辺部１２ｄの延在方向、即ち、長手方向に一致させて配置されている。そして、本実施形態においては、トレー１２の長手方向に３つ、短辺部１２ｗの延在方向、即ち、短手方向に４列の計１２個の電池モジュール２０がトレー１２上に搭載されている。そして、トレー１２上において、トレー１２の長辺部１２ｄおよび短辺部１２ｗにおいてそれぞれ互いに隣接する電池モジュール２０，２０の間には、所定寸法の間隙を有した空気流路Ｌが形成されている。また、トレー１２の外周縁部１２ａに面して配置される電池モジュール２０と、トレー１２の外周縁部１２ａとの間にも、所定寸法の間隙を有した空気流路Ｌが形成されている。
【００２７】
ケース１１におけるトレー１２の長手方向一端側には、短辺部１２ｗに沿った側面を覆うエンドプレート１３が設けられている。このエンドプレートには複数の電動ファン（冷媒排出部）１４が設けられている。また、トレー１２の長手方向他端側には、短辺部１２ｗに沿った側面を覆うエンドプレート１５が設けられている。このエンドプレート１５には空気導入口（冷媒導入部）１６が形成されている。
【００２８】
このような電池パッケージ１０においては、電動ファン１４を作動させることによって、空気導入口１６からケース１１の外部の空気（冷媒）をケース１１内に吸い込む。吸い込まれた空気は、ケース１１内の複数の電池モジュール２０，２０の間に形成された空気流路Ｌを通り、各電池モジュール２０を構成する各電池セル２１を冷却し、電動ファン１４からケース１１外に排出される。
【００２９】
次にスペーサ３０について説明する。
スペーサ３０は、図２に示すように、互いに平行をなすように上下方向に間隔をあけて配置された複数本のスペーサ部材（第一部材）３１，３１，３１と、これらスペーサ部材３１，３１，３１を上下方向に連結するフレーム部材（第二部材）３２，３２とを備えている。このスペーサ３０は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）等の絶縁性樹脂から一体成形されている。
【００３０】
各スペーサ部材３１は、一方向に棒状または帯状に延びて当該延在方向に直交する方向に間隔をあけて複数が配置されたメインバー３３と、メインバー３３の延在方向両端部から、それぞれメインバー３３の延在方向及び各メインバー３３の離間方向に直交する同一方向に互いに平行に延びる一対のサイドバー３４，３４とを有している。これによってスペーサ部材は、略Ｕ字状をなしている。
また、フレーム部材３２は、メインバー３３およびサイドバー３４，３４の各延在方向に直交する方向、即ち、複数のメインバー３３の離間方向に延びる棒状または帯状で、各スペーサ部材３１のサイドバー３４，３４の先端部３４ａ，３４ａが接合されている。これによって、フレーム部材３２は、複数本のスペーサ部材３１を一体に連結している。
【００３１】
このようなスペーサ３０は、各スペーサ部材３１のメインバー３３を、各電池セル２１における配列方向を向くとともに隣り合う電池セル２１と対向する対向面２１ａに沿って配置させるとともに、サイドバー３４，３４およびフレーム部材３２，３２を、各電池セル２１において対向面２１ａの両側に隣接する一対の側面２１ｂ、２１ｂに当接させた状態で各電池セル２１に装着される。これによって、各メインバー３３は、一対の側面２１ｂ，２１ｂにわたって延在するように配されることになる。この際、複数のメインバー３３は上下方向に間隔をあけて配される。
なお、メインバー３３は、サイドバー３４，３４において互い対向する内側面３４ｂ，３４ｂの間隔が、電池セル２１の対向面２１ａの幅方向の外形寸法Ａにほぼ等しくなるように寸法が設定されている。また、サイドバー３４は、メインバー３３を電池セル２１の対向面２１ａに沿わせたときに、フレーム部材３２が、側面２１ｂにおいて電池セル２１の厚さ方向中間部に位置するようにその長さが設定されている。なお、フレーム部材３２は、電池セル２１の配列方向の寸法、即ち、厚さ方向の寸法内に収まるように配置されていればよい。
【００３２】
電池モジュール２０を構成するには、上記スペーサ３０を各電池セル２１に装着した状態で、複数の電池セル２１をバンド２２で結束する。これにより、互いに前後する電池セル２１，２１にスペーサ３０のメインバー３３の両面が当接する状態で挟み込まれた状態となる。
このようにして、電池モジュール２０には、互いに隣り合う電池セル２１，２１間における複数のメインバー３３同士の間に、これらメインバー３３に沿って電池セル２１の幅方向両側に連通する流路Ｓが形成されることとなる。
また、フレーム部材３２が電池セル２１の配列方向の寸法内に収まっていることから、該フレーム部材３２は流路Ｓからオフセットされている。これにより、流路Ｓがフレーム部材３２に閉塞されることはなく、流路Ｓの両端部は開放電池セル２１の側面側に開放されている。
【００３３】
このような電池モジュール２０を備えた電池パッケージ１０においては、空気導入口１６からケース１１内に導入された空気が空気流路Ｌを通る。すると、各電池モジュール２０において複数が配列された電池セル２１，２１の配列方向の両側（幅方向両側）の空気流路Ｌを空気が通る。これにより、電池モジュール２０を構成する複数の電池セル２１，２１間に形成された流路Ｓに空気が入り込んで通過する。
【００３４】
ここで、電池モジュール２０では、隣り合う電池セル２１，２１の間に複数のスペーサ部材３１のメインバー３３が介在することによってこれら電池セル２１，２１の間の隙間を保持される。
そして、上述したように、複数のスペーサ部材３１の各メインバー３３によってこれらの間に電池セル２１の一対の側面にわたって延びる流路Ｓが形成される。この流路Ｓを冷媒としての空気が流れることにより、電池モジュール２０を構成する各電池セル２１を確実に冷却することができる。
【００３５】
また、フレーム部材３２が複数のスペーサ部材３１を連結することでこれらスペーサ部材３１におけるメインバー３３同士の間の間隔が保持されるため、上記流路を確実に形成することができる。即ち、フレーム部材３２の存在によって、スペーサ部材３１が移動してしまうことはないため、これらスペーサのメインバー３３間の流路が潰れてしまうことを回避できる。
【００３６】
さらに、フレーム部材３２は電池セル２１の側面２１ｂ，２１ｂに当接するように配されているため、該フレーム部材３２が流路Ｓを流通する空気の妨げとなることはない。
特に本実施形態では、フレーム部材３２が電池セル２１の配列方向の寸法内に収まるように側面２１ｂ，２１ｂに当接しているため、スペーサ部材３１のメインバー３３によって形成される流路Ｓは、一対の側面側に開放されることになる。即ち、当該流路Ｓがフレーム部材３２によって閉塞されることはないため、当該流路Ｓを流通される空気の流通が阻害されることはなく、より効率的に流路内に冷媒を流通させることができる。
【００３７】
しかも、スペーサ３０のメインバー３３は、その両面が隣り合う電池セル２１，２１の対向面２１ａ，２１ａの双方に当接しているため、複数の電池セル２１を結束するバンドと相まって電池セル２１を厚さ方向に拘束することができる。これによって、電池セル２１の経年劣化による膨張を抑えることができるためスペーサ部材３１のメインバー３３による流路Ｓを確保することが、長期にわたって冷却効果を高く維持することが可能となる。  
また、スペーサ３０を絶縁性材料で形成することで、互いに隣り合う電池セル２１，２１のセル容器２３，２３間の絶縁を図ることが可能となる。
【００３８】
（その他の実施形態）
なお、本発明の電池モジュール、電池ユニットは、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、実施形態ではスペーサ３０におけるスペーサ部材３１のメインバー３３が、互いに隣り合う電池セル２１，２１の双方に当接していたが、これら電池セル２１の一方のみに当接する構成であってもよい。即ち、互いに隣り合う電池セル２１，２１の一方の電池セル２１にメインバー３３が当接し、他方の電池セル２１の側面２１ｂ，２１ｂにフレーム部材３２が当接する構成であってもよい。この場合、フレーム部材３２は側面２１ｂ，２１ｂに対して固定される。これによって、他方の電池セル２１に対してはスペーサ部材３１のメインバー３３が配列方向に間隔をあけて配置される。
【００３９】
このような構成の場合、スペーサ部材のメインバー３３と他方の電池セル２１の対向面２１ａとの間にメインバー３３の厚みにより隙間を形成することができるため、電池セル２１の対向面２１ａの冷却をより効率的に行うことができる。
【００４０】
なお、メインバー３３の断面形状はいかなるものであっても良く、隣り合う電池セル２１，２１を結ぶ方向を長辺方向とし、電池セル２１の高さ方向を短辺方向とした長方形状や、断面Ｈ字状等とすることもできる。
【００４１】
また、メインバー３３は、直線状に限らず、図４に示すように、電池セル２１の対向面２１ａに沿った面内、即ち、対向面２１ａに平行な面内で波状又はコルゲート状（ジグザグ状）としても良い。これにより、上下に位置するメインバー３３，３３間の流路Ｓ長が長くなり、冷却をより有効に行うことができる。
【００４２】
さらに、メインバー３３は、図５に示すように、電池セル２１の対向面２１ａに沿った面に直交する面内で、一方の電池セル２１と他方の電池セル２１とに交互に当接するように、波状又はコルゲート状としても良い。これにより、メインバー３３と電池セル２１との接触面積を最小限とすることができる。即ち、スペーサ部材３１による電池セル２１の膨張を拘束しながらも、該スペーサ部材３１の電池セル２１に対する接触面積を少なくなるため、より効果的に電池セル２１を冷却できる。また、フレーム部材３２とメインバー３３とを一体化させることで、電池セル２１とスペーサ３０の位置決めが容易となる。
【００４３】
また、メインバー３３の本数や材質等、スペーサ３０としての所要の機能を発揮できるのであれば、上記した以外の構成としても良い。
さらに、スペーサ３０は、メインバー３３の両端部に、サイドバー３４およびフレーム部材３２を備えるようにしたが、少なくとも組立時にその形状を維持できるだけの剛性が確保できるのであれば、例えば、サイドバー３４およびフレーム部材３２は、メインバー３３の一端側にのみ設けてもよい。
【００４４】
また、電池モジュール２０は、トレー１２上に平面的に複数個を備えるようにしたが、当該電池モジュール２０を上下方向に複数段に積層して電池パッケージ１０を構成することも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  電池パッケージ
１１  ケース
１２  トレー
１３  エンドプレート
１４  電動ファン（冷媒排出部）
１５  エンドプレート
１６  空気導入口（冷媒導入部）
２０  電池モジュール
２１  電池セル
２１ａ  対向面
２１ｂ  側面
２２  バンド
２３  セル容器
２３ａ  上面
２８  正電極
２９  負電極
３０  スペーサ
３１  スペーサ部材（第一部材）
３２  フレーム部材（第二部材）
３３  メインバー
３４  サイドバー
３４ａ  先端部
３４ｂ  内側面
８０  バスバー
９０  カバー
Ｌ  空気流路
Ｓ  流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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