(57)【要約】【課題】電池モジュールにおける防滴性・防塵性を確保しつつ、各電池セルの電極の冷却を効率よく行う。【解決手段】電池モジュールは、上面２１ａにそれぞれ電極２８，２９が突出形成された複数の電池セル２１と、互いに隣り合う電池セル２１，２１の電極２８，２９同士を接続するバスバー８０と、複数の前記電池セル２１の上部を覆い、内周面が電極２８，２９およびバスバー８０の少なくとも一部に接触して設けられる絶縁材料からなるカバー９０と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面にそれぞれ電極が突出形成された複数の電池セルと、
互いに隣り合う前記電池セルの前記電極同士を接続するバスバーと、
複数の前記電池セルの上部を覆い、内周面が前記電極および前記バスバーの少なくとも一部に接触して設けられる絶縁材料からなるカバーと、
を備えることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記カバーと、前記電極および前記バスバーとの間に、絶縁性を有し、かつ空気よりも高い熱伝導率を有した粘性体が介在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】
前記電池セルに固定され、前記カバーと該カバーの内周面が前記バスバーに接触した部分の外周面との間に、隙間を形成して配置される隙間形成部材をさらに備える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】
前記隙間形成部材は、その一部が前記カバーに接触して設けられ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】
前記カバーは、弾性変形領域内で引張応力が与えられた状態で複数の前記電池セルに装着され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】
前記カバーは、シリコンゴムからなることを特徴とする請求項５に記載の電池モジュール。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の電池モジュールと、
前記電池モジュールを収容するケースと、
前記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、
を備えてい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。
【０００４】
電池パッケージは、複数個の電池セルからなる電池モジュールが、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配列されることによって形成されている。
それぞれの電池モジュールは、特許文献１に示すように、複数個の電池セルが固定部材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形成されている。
【０００５】
このような電池パッケージを構成する電池モジュールにおいては、その上面に、各電池セルの電極、およびバスバーが露出する。これら電極やバスバーは、水や埃等がかからないようにするのが好ましい。
それには、図６に示すように、電池モジュール１を構成する複数の電池セル２の上方にカバー３を設けることによって、各電池セル２の電極４，５や、バスバー６を覆えば良い。
このとき、防滴性・防塵性を高めるために、カバー３の外周部３ａを、電池セル２の外周面に密着させて、側方や下方から水滴や塵がカバー３内に入り込まないようにするのが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２５０４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記したような電池モジュール１においては、使用時に特に電極４，５で発熱が生じる。
しかしながら、図６に示したように、カバー３を設けると、カバー３内の空気が密閉状態となる。カバー３内の空気が流動すれば、この空気を介した放熱が行われるが、上記構成ではカバー３内での空気が流れないために、カバー３内の空気が、いわば断熱層として機能してしまう。その結果、カバー３内における熱伝導率が悪く、電池モジュール１を構成する各電池セル２の電極４，５の冷却を効率よく行うことができず、ひいては電池モジュール１の効率を低下させてしまう可能性もある。
そこでなされた本発明の目的は、電池モジュールにおける防滴性・防塵性を確保しつつ、各電池セルの電極の冷却を効率よく行うことのできる電池モジュール、電池ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
すなわち、本発明は、上面にそれぞれ電極が突出形成された複数の電池セルと、互いに隣り合う前記電池セルの前記電極同士を接続するバスバーと、複数の前記電池セルの上部を覆い、内周面が前記電極および前記バスバーの少なくとも一部に接触して設けられる絶縁材料からなるカバーと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
複数の電池セルの上部を覆うカバーが、電極およびバスバーの少なくとも一部に接触して設けられることで、電極およびバスバーの熱が、カバーを介して外部に放出される。
【００１０】
前記カバーと、前記電極および前記バスバーとの間に、絶縁性を有し、かつ空気よりも高い熱伝導率を有した粘性体が介在しているのが好ましい。
【００１１】
カバーと、電極およびバスバーとが接触する部分においては、カバーの内周面や、電極およびバスバーの外周面に粘性体を塗布しておくことで、電極およびバスバーとカバーとの間に粘性体を介在させて、密着性および熱伝導性を高めることができる。
また、カバーと、電極およびバスバーとが非接触となり、双方の間に空隙が形成されている部分においては、この空隙に粘性体を充填することで、電極およびバスバーとカバーとの間の熱伝導性を高めることができる。
このような粘性体としては、グリスの他、シリコン充填剤、ゴム系充填剤や接着剤等がある。メンテナンス等のためにカバーを脱着することを考えると、粘性体として、硬化しないグリスを用いるのが好ましい。
この粘性体は、カバーと電極およびバスバーとの間から流出しない程度の粘性を有しているのが好ましい。
【００１２】
また、本発明の電池モジュールは、前記電池セルに固定され、前記カバーと該カバーの内周面が前記バスバーに接触した部分の外周面との間に、隙間を形成して配置される隙間形成部材をさらに備えるようにしてもよい。
【００１３】
隙間形成部材と、カバーの外周面との間の隙間に、空気等の冷媒を流すことで、カバーを介した電極およびバスバーの放熱を促進させることができる。
【００１４】
さらに、前記隙間形成部材は、その一部が前記カバーに接触して設けられているのが好ましい。これにより、隙間形成部材によって、カバーを抑えることができる。
【００１５】
また、前記カバーは、弾性変形領域内で引張応力が与えられた状態で複数の前記電池セルに装着されているのが好ましい。
これにより、カバーの内周面が電極およびバスバーの少なくとも一部に密着し、熱伝導性が高まる。
【００１６】
前記カバーは、シリコンゴムからなることを特徴とする。
シリコンゴムは、絶縁性、柔軟性、伸縮性等を有しており、上記したようなカバーの材料として好適である。
【００１７】
また、本発明の電池ユニットは、上記したような電池モジュールと、前記電池モジュールを収容するケースと、前記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、を備えていることを特徴とする。
【００１８】
この電池ユニットによれば、ケース内に導入された冷媒がカバーの外周面に沿って流れることで、電極やバスバーを冷却することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電池モジュールにおける防滴性・防塵性を確保しつつ、各電池セルの電極の冷却を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る電池モジュールを備えて構成された電池パッケージの外観を示す斜視図である。
【図２】複数配列された電池セルに装着するカバーを示す斜視図である。
【図３】カバーを装着した電池セルの断面図である。
【図４】カバーを下方から見た斜視図である。
【図５】カバーの他の例を示す斜視図である。
【図６】従来のカバーを示す電池セルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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（電池ユニット）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。
【００２２】
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、図３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、図２に示すように、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。
【００２３】
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。図１に示したように、これら複数の電池セル２１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、図２、図３に示すように、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２１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。
【００２４】
バスバー８０は、その両端部に正電極２８または負電極２９が挿入される貫通孔８１，８１が形成されている。このバスバー８０は、貫通孔８１，８１に、配列方向において互いに隣り合う二つの電池セル２１，２１の正電極２８，負電極２９が、その先端部２８ａ，２９ａを上方に突出させた状態で挿入される。
【００２５】
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２１ａの全体がカバー９０によって覆われている。
図２〜図４に示すように、カバー９０は、絶縁材料からなり、電池モジュール２０の上方を覆う平面視長方形状の上面カバー部９１と、上面カバー部９１の四辺から垂下し、電池モジュール２０を構成する各電池セル２１の側面２１ｂに沿う垂下壁部９２と、を有している。
【００２６】
上面カバー部９１には、カバー９０を電池モジュール２０に装着した状態で上方に向けて突出し、バスバー８０およびこのバスバー８０に接続された正電極２８，負電極２９を収容する収容凹部９３が形成されている。
【００２７】
収容凹部９３は、その内周面９３ａが、少なくとも、バスバー８０の外側面８０ａと、正電極２８，負電極２９の天端面２８ｂ，２９ｂに密着するよう形成されている。すなわち、収容凹部９３は、直方体状で、上面カバー部９１に直交した４つの壁面９３ｂと、これら４つの壁面９３ｂに直交する天面部９３ｃとを有している。この収容凹部９３内にバスバー８０および正電極２８，負電極２９を収容すると、バスバー８０の周囲の外側面８０ａが４つの壁面９３ｂに突き当たり、正電極２８，負電極２９の天端面２８ｂ，２９ｂが天面部９３ｃに突き当たる。この状態で、バスバー８０の上面８０ｂと、正電極２８，負電極２９の外周面２８ｃ，２９ｃと、収容凹部９３の壁面９３ｂと、天面部９３ｃとに囲まれて、空隙１００が形成される。
【００２８】
このようなカバー９０は、絶縁性と、空気よりも高い熱伝導率を有した材料で形成するのが好ましい。カバー９０の好ましい材料としては、樹脂系材料、ゴム系材料があり、特に好ましいのはシリコンゴムである。
カバー９０は、収容凹部９３の４つの壁面９３ｂにバスバー８０の周囲の外側面８０ａが突き当たり、天面部９３ｃに正電極２８，負電極２９の天端面２８ｂ，２９ｂが突き当たる。このようにして、カバー９０を、バスバー８０、正電極２８，負電極２９の少なくとも一部に密着させることによって、バスバー８０、正電極２８，負電極２９において生じる熱をカバー９０に伝導させ、外部に放熱させる。
このため、カバー９０は、なるべく薄く形成するのが好ましく、例えば数ｍｍの厚さでその全体を形成するのが好ましい。
【００２９】
また、カバー９０は、垂下壁部９２を各電池セル２１の側面２１ｂに密着させるのが好ましい。これによって、カバー９０の外周部からカバー９０内に埃や水が入り込みにくくする。
【００３０】
カバー９０は、収容凹部９３の内周面９３ａをバスバー８０、正電極２８，負電極２９の少なくとも一部に密着させるとともに、垂下壁部９２を各電池セル２１の側面２１ｂに密着させるため、各部を、収容凹部９３の内周面９３ａをバスバー８０、正電極２８，負電極２９、電池セル２１の側面２１ｂの外形寸法、あるいはそれよりも小さな寸法で形成するのが好ましい。そして、カバー９０を外周側に引っ張りながら電池モジュール２０を構成する電池セル２１に装着し、弾性変形領域内で引張応力が与えられた状態とするのが好ましい。
このように、カバー９０を引っ張りながら装着し、装着後には、弾性変形領域内で引張応力が与えられた状態とする点からして、カバー９０は、高い柔軟性、伸縮性、靭性を有する材料で形成するのが好ましく、この点からしても、カバー９０は、シリコンゴムで形成するのが特に好ましい。
【００３１】
また、カバー９０の収容凹部９３の内周面９３ａと、少なくとも、バスバー８０の外側面８０ａ、正電極２８，負電極２９の天端面２８ｂ，２９ｂとが接触する部分においては、双方の間に、絶縁性と、空気よりも高い熱伝導率とを有した粘性体９５が介在しているのが好ましい。粘性体９５は、バスバー８０の外側面８０ａ、正電極２８，負電極２９の天端面２８ｂ，２９ｂとの間から流出しない程度の高い粘性を有しているのが好ましい。
このような粘性体９５としては、例えば、グリス、シリコン系充填剤、ゴム系充填剤や接着剤等を用いることができる。
これにより、カバー９０と、バスバー８０および正電極２８，負電極２９との間の熱伝導性が高まる。また、カバー９０の収容凹部９３の内周面９３ａと、バスバー８０および正電極２８，負電極２９との間に空隙１００が存在する場合、この空隙１００にも粘性体９５を充填するのが好ましい。
【００３２】
図３に示すように、このようなカバー９０上には、整流プレート（隙間形成部材）７０が装着されている。
整流プレート７０は、カバー９０の収容凹部９３の外周側天端面９３ｇと同じ高さに配置されるカバープレート７１と、カバープレート７１から直交する方向に延びるリブプレート７２とを有した、例えば断面Ｔ字状とされている。整流プレート７０は、電池セル２１の幅方向において、互いに隣り合う収容凹部９３，９３の間、および収容凹部９３，９３の両外側の３か所に、それぞれ、電池モジュール２０の長手方向（電池セル２１の配列方向）に同一断面形状を有して延びるよう、設けられている。整流プレート７０は、リブプレート７２の先端部７２ａをカバー９０の上面カバー部９１に突き当てた状態で、電池モジュール２０の適宜箇所に嵌合、ボルト留め等の適宜手段によって固定される。
これにより、整流プレート７０のカバープレート７１およびリブプレート７２と、カバー９０の上面カバー部９１および収容凹部９３の外周面９３ｈ（カバー９０の内周面９３ａがバスバー８０に接触した部分の外周面）との間の空隙によって、冷却流路１１０が形成される。この冷却流路１１０に、外部から空気が導入されることで、収容凹部９３の外周面９３ｈを介してバスバー８０を効率よく冷却できる。
なお、この整流プレート７０は、カバー９０を押さえて固定する機能をも有している。
【００３３】
図１に示すように、上記したような電池モジュール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り合う電池モジュール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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
上述したようにして、カバー９０の収容凹部９３の内周面９３ａをバスバー８０、正電極２８，負電極２９の少なくとも一部に密着させることによって、発熱の大きな正電極２８，負電極２９およびバスバー８０の熱を、カバー９０を介して外部に効率よく放出することができる。
また、カバー９０は、高い柔軟性、伸縮性、靭性を有する材料からなり、引っ張りながら電池モジュール２０に装着することによって、装着を容易に行いつつ、装着後には、
バスバー８０の外側面８０ａ、正電極２８，負電極２９の天端面２８ｂ，２９ｂに確実に密着させることができる。
このようにして、カバー９０を、電池モジュール２０に容易かつ確実に装着し、電池モジュール２０の防滴性・防塵性を確保しつつ、正電極２８，負電極２９の冷却を効率良く行うことができる。
【００３７】
また、カバー９０の収容凹部９３の内周面９３ａと、少なくとも、バスバー８０の外側面８０ａ、正電極２８，負電極２９の天端面２８ｂ，２９ｂとの間に、粘性体９５を介在させることによって、カバー９０と、バスバー８０および正電極２８，負電極２９との間の密着性が高まるとともに、熱伝導性が高まる。これによって、上記作用効果は一層顕著なものとなる。
しかも、このような粘性体９５は、カバー９０の装着時に、収容凹部９３の内周面９３ａや、バスバー８０および正電極２８，負電極２９の外周面に塗布したり、収容凹部９３の内周面９３ａ内に充填しておけば良く、特に手間が掛ることもなく、作業性に優れる。
【００３８】
さらに、カバー９０と整流プレート７０との隙間に、冷却流路１１０が形成されるため、を、正電極２８，負電極２９の冷却をさらに効率良く行うことができる。
【００３９】
（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、収容凹部９３は、バスバー８０の外側面８０ａと、正電極２８，負電極２９の天端面２８ｂ，２９ｂに加え、バスバー８０の上面、正電極２８，負電極２９の外周面に密着するように形成してもよい。これには、図５に示すように、収容凹部９３を、バスバー８０の外側面８０ａに沿う４つの壁面９３ｄと、これら壁面９３ｄに直交し、バスバー８０の上面に沿う平面９３ｅと、平面９３ｅに直交し、バスバー８０の上面８０ｄから突出する正電極２８，負電極２９を収容する円柱状の柱状凹部９３ｆと、を有するものとする。
また、収容凹部９３は、バスバー８０ごとに形成するのではなく、図２、図３、図５に示したような断面形状が、複数の電池セル２１の配列方向に連続するよう形成してもよい。
【００４０】
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、さらに、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。
また、電池モジュール２０を冷却するための構成は、上記したものに限らず、適宜他の構成を採用することが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０    電池パッケージ（電池ユニット）
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  上面
２１ｂ  側面
２２    バンド
２３    セル容器
２３ａ  上面
２８    正電極
２８ａ，２９ａ  先端部
２８ｂ，２９ｂ  天端面
２８ｃ，２９ｃ  外周面
２９    負電極
３０    スペーサ
７０    整流プレート（隙間形成部材）
７１    カバープレート
７２    リブプレート
７２ａ  先端部
８０    バスバー
８０ａ  外側面
８０ｂ  上面
８０ｃ  上端部
８０ｄ  上面
８１    貫通孔
９０    カバー
９１    上面カバー部
９２    垂下壁部
９３    収容凹部
９３ａ  内周面
９３ｂ  壁面
９３ｃ  天面部
９３ｄ  壁面
９３ｅ  平面
９３ｆ  柱状凹部
９３ｇ  外周側天端面
９３ｈ  外周面
９５    粘性体
１００  空隙
１１０  冷却流路
【図１】
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【図２】
2014130779.tif 000004
【図３】
2014130779.tif 000005
【図４】
2014130779.tif 000006
【図５】
2014130779.tif 000007
【図６】
2014130779.tif 000008