(57)【要約】【課題】セルの膨れスペースの確保と、温調性能の向上との両立が可能な電池モジュールの伝熱構造の提供を図る。【解決手段】セルユニット２１の端面とモジュールケース２３の側面の中央部分を絶縁体２４を介して当接させ、その周囲を面相互が離間した空隙δとすることにより、セル２１の積層方向の膨れスペースを確保する。熱伝導盤６に近い下側の空隙δにこれを埋めて伝熱シート２５を介装することにより、セルユニット２１から熱伝導盤６に至る熱伝達経路を短くして温調性能の向上を図っている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の扁平状のセルを積層したセルユニットと、該セルユニットを収納したモジュールケースとを備えた電池モジュールと、
前記モジュールケースをその周側部から加熱または冷却する温調手段と、を備え、
前記セルユニットのセル積層方向の端面と、これに対応した前記モジュールケースの側面とは、それらの中央部分が絶縁体を介して当接して、その周囲を面相互が離間した空隙として形成し、
少なくとも、前記温調手段に近い側の前記空隙を埋めて熱伝導材を介装したことを特徴とする電池モジュールの伝熱構造。
【請求項２】
前記熱伝導材は、前記空隙で圧縮変形可能な柔軟性を備え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伝熱構造。
【請求項３】
前記絶縁体は、前記熱伝導材の配設領域に対応する部分を切除してあり、前記熱伝導材はこの絶縁体を切除した部分の絶縁性能を補填可能な電気的特性を備えてい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の伝熱構造。
【請求項４】
前記熱伝導材は、前記セルユニットから前記温調手段に至る熱伝達経路において、所定値以下のモジュール熱抵抗が得られる熱伝導率に設定したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の電池モジュールの伝熱構造。
【請求項５】
前記絶縁体を多孔体としたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の電池モジュールの伝熱構造。
【請求項６】
前記絶縁体と前記セルユニットの端面との間にシートを介装したことを特徴とする請求項５に記載の電池モジュールの伝熱構造。
【請求項７】
前記シートは、熱伝導率の大きな材料で構成したことと特徴とする請求項６に記載の電池モジュールの伝熱構造。
【請求項８】
前記絶縁体の前記シートを配設した側と反対側の側面にフィルムを貼着して多孔体の開孔を閉塞したことを特徴とする請求項５〜７の何れか１つに記載の電池モジュールの伝熱構造。
【請求項９】
前記熱伝導材を、前記温調手段から遠い側の前記空隙にも充填配設したことを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載の電池モジュールの伝熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車に搭載される組電池を構成する電池モジュールの伝熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の電池モジュールを縦置きに積層配置して構成した組電池の下側に、温調手段として伝熱基板を配設して該組電池を冷却または加熱可能としたものが示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、電池モジュールを複数の扁平状のセルを積層したセルユニットと、該セルユニットを収納したモジュールケースとで構成した構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３７０３号公報
【特許文献２】特開２００６−３４４５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セルは発熱により厚み方向に膨張するため、その積層体のセルユニットの端面とモジュールケースの側面との間に、セルの膨れスペースを確保する必要がある。
【０００６】
その手段の１つとして、セルユニットのセル積層方向の端面と、これに対応したモジュールケースの側面とを、それらの中央部分が絶縁体を介して当接して、その周囲を面相互が離間した空隙として形成し、この空隙をセルの膨れスペースとすることが行われている。
【０００７】
ところが、この構造の電池モジュールを特許文献１の開示技術のように複数を縦置きに積層配置して、その下側に温調手段を配設した場合、セルユニットの端面とモジュールケースの側面との間の熱伝達がそれらが当接した中央部分に制約されてしまう。
【０００８】
このため、セルユニットから温調手段に至る熱伝達経路が長くなって、温調性能が劣るという問題が生じる。
【０００９】
そこで、本発明はセルの膨れスペースの確保と、温調性能の向上との両立を図ることができる電池モジュールの伝熱構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電池モジュールの伝達構造は、複数の扁平状のセルを積層したセルユニットと、該セルユニットを収納したモジュールケースとを備えた電池モジュールと、前記電池モジュールをその周側部から加熱または冷却する温調手段と、を備えている。
【００１１】
前記セルユニットのセル積層方向の端面と、これに対応した前記モジュールケースの側面とは、それらの中央部分が絶縁体を介して当接して、その周囲を面相互が離間した空隙として形成している。
【００１２】
そして、少なくとも、前記温調手段に近い側の前記空隙を埋めて熱伝導材を介装したこ
とを主要な特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱伝導材の存在によりセルから温調手段に至る熱伝達経路が短縮されるので、温調性能を向上することができる。
【００１４】
一方、セルユニット端面の周囲には対応するモジュールケースの側面との間に空隙が存在し、セルが積層方向に膨張した場合にこの空隙をセルの膨れスペースとすることができる。
【００１５】
これにより、セルの膨れスペースの確保と、温調性能の向上との両立を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の対象とする組電池と温調手段とを分解して示す斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態における電池モジュール単体と温調手段との配置関係を示す断面説明図。
【図３】第１実施形態におけるセル膨張状態を示す断面説明図。
【図４】本発明の第２実施形態を示す図２と同様の断面説明図。
【図５】本発明の第３実施形態を示す図２と同様の断面説明図。
【図６】図５のＡ範囲部の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００１８】
図１は、本発明の対象とする組電池１と温調手段６との関係を示している。
【００１９】
組電池１は、複数の薄型方形状の電池モジュール２を縦置きに積層し、これを積層方向の両側に配置した一対の保持板３と、積層方向と直角方向の両側に配置した一対の結束帯板４とによって一体的に結束固定して構成している。
【００２０】
そして、この組電池１を、アルミ，アルミ合金等の軽量で熱伝導性の良好な金属からなるバッテリケース５に収容している。
【００２１】
温調手段６は、方形の熱伝導盤として構成して、上述のバッテリケース５の底壁下面に配設してある。
【００２２】
熱伝導盤６は、アルミ，アルミ合金，セラミック等の熱伝導性の良好な材料で構成している。
【００２３】
この熱伝導盤６は熱媒体の入口６ａと出口６ｂとを介して、汎用の冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルに接続されて、内部に液状の熱媒体を導入することによってバッテリケース５，組電池１を積極的に冷却あるいは加温するようにしている。
【００２４】
即ち、組電池１が充電時や放電時に発熱したときには、冷凍サイクルから熱媒体を導入することにより該組電池１を冷却し、寒冷地等における冷間始動時には、ヒートポンプサイクルからの熱媒体を導入することにより組電池１を加温する。
【００２５】
図２は、上述の組電池１における電池モジュール２の単体と、バッテリケース５および熱伝導盤６との配置状況を示している。
【００２６】
電池モジュール２の下面とバッテリケース５の底壁内面とは、熱的に均一に接触することが肝要で、このため、これら電池モジュール２の下面とバッテリケース５の底壁内面との間には、接着性を有する適宜のゲル状の熱伝導材７を所要の厚さで介装してある。
【００２７】
また、バッテリケース５の底壁下面（外面）と熱伝導盤６の上面も、同様に熱的に均一に接触することが肝要で、これら両者間にも上述と同様の熱伝導材７を所要の厚さで介装してある。
【００２８】
電池モジュール２は、複数枚の扁平状のセル２２を縦置きに積層して構成したセルユニット２１を、アルミ，アルミ合金等の軽量で熱伝導性の良好な金属からなる薄肉のモジュールケース２３に収納して構成している。
【００２９】
モジュールケース２３は、複数枚のセル２２を積層して結束するためにその積層方向に密接するように構成する。そのため、セル２２の積層最外側の側面、即ち、セルユニット２１のセル積層方向の端面と、これに対応したモジュールケース２３の側面との間には、ほぼ全域に亘って絶縁体２４を介装して両者間を所要の誘電率に設定している。
【００３０】
ここで、セルユニット２１を構成する複数枚のセル２２は、それぞれ発熱によって厚み方向に膨張するため、上述のセルユニット２１の端面と、これに対応するモジュールケース２３の側面との間に、セル２２の膨れスペースを確保する必要がある。
【００３１】
そこで、これらセルユニット２１の端面と、これに対応したモジュールケース２３の側面とは、それらの中央部分が絶縁体２４を介して当接して、その周囲を面相互が離間した空隙δとして形成している。
【００３２】
これは、例えばモジュールケース２３を、セルユニット２１のセル積層方向の寸法よりも幅広に形成し、セルユニット２１をケース内に収容した状態でケース中央部を内側に向けて加圧成形することによって、上述のように中央部分の面相互が当接し、その周囲に所要寸法の空隙δを備えた構成とすることができる。
【００３３】
そして、この空隙δのうち上述の熱伝導盤６に近い側の空隙δ、即ち、本実施形態では図２に示す電池モジュール２の下側の空隙δを埋めて熱伝導体としての伝熱シート２５を介装してある。
【００３４】
図２に示す例では、絶縁体２４の下端部を所要の長さで切除して、この切欠部分に伝熱シート２５を介装し、該伝熱シート２５を直接セルユニット２１の端面となる積層最外側のセル２２の側面と、モジュールケース２３の側面に直接接触させて両面間の伝熱性能を高めるようにしている。
【００３５】
この伝熱シート２５は、空隙δで圧縮変形可能な柔軟性を有する材料で形成され、セル２２が膨張した際にはその膨張圧で圧縮変形することによって、セル２２の膨れスペースを確保可能としている。
【００３６】
また、伝熱シート２５は、上述の絶縁体２４を切除した部分の絶縁性能を補填可能な電気的特性を備えた材料で形成している。即ち、絶縁体２４の切除部分でも良好な絶縁性能が求められるため、伝熱シート２５としては上述の柔軟性と絶縁性とを有する材料が選択的に用いられるが、この切除部分でも上述の誘電率が得られる比誘電率の材料が選択使用される。
【００３７】
更に、伝熱シート２５は、このような柔軟性，絶縁性と併せて、セルユニット２１から熱伝導盤６に至る熱伝達経路において、所定値以下のモジュール熱抵抗が得られる熱伝導率の材料が選択使用される。
【００３８】
この第１実施形態の構造によれば、伝熱シート２５の存在によりセルユニット２１から熱伝導盤６に至る熱伝達経路が短縮されるので、電池モジュール２、延いては組電池１の温調性能を向上することができる。
【００３９】
一方、セルユニット２１の端面では、その中央部分でモジュールケース２３の側面と当接した部分の周囲には、該モジュールケース２３の側面との間に空隙δが存在しているため、図３に示すようにセル２２が積層方向に膨張した場合に、この空隙δをセル２２の膨れスペースとすることができる。
【００４０】
これにより、セル２２の膨れスペースの確保と、温調性能の向上との両立を実現することができる。
【００４１】
特に、本実施形態では伝熱シート２５は空隙δで圧縮変形可能な所要の柔軟性を備えているため、該伝熱シート２５を充填した下側の空隙δにあっても、この伝熱シート２５が圧縮変形することでセル２２の膨れスペースを確保できて、保安性を高く維持することができる。
【００４２】
また、伝熱シート２５は、絶縁体２４の下端部を切除した部分でも所要の誘電率が得られる比誘電率の材料を用いて形成していて、この絶縁体２４の下端部の切除部分の絶縁性能を補填可能な電気的特性としているため、絶縁性能が些かも低下することがなく、品質感および信頼性を高めることができる。
【００４３】
しかも、伝熱シート２５はセルユニット２１から熱伝導盤６に至る熱伝達経路において、所定値以下のモジュール熱抵抗が得られる熱伝導率に設定してあるため、伝熱シート２５の介装部分にあっても、この熱伝達経路の温度差を小さくして、電池モジュール２の冷却または加温を良好に行わせることができる。
【００４４】
図４は本発明の第２実施形態を示すもので、本実施形態では前記第１実施形態における絶縁体２４として、パンチング加工により多数の穿孔を設けた多孔体２４Ａを用いている。
【００４５】
この第２実施形態の構造によれば、前記第１実施形態の効果に加えて、絶縁体２４を多孔体２４Ａにすることにより、穿孔部分で空気層を保有することから見掛けの比誘電率を小さくすることができて、同じ誘電率を得る場合に絶縁材料の選択肢を広げることができる。
【００４６】
また、多孔体２４Ａとすることにより圧縮性能の低下を最低限にとどめて、絶縁性能とのマッチングを良好とすることができる。
【００４７】
図５，図６は本発明の第３実施形態を示すもので、本実施形態にあっては前記第２実施形態における多孔体２４Ａとセルユニット２１の端面との間にシート２６を介装してある。
【００４８】
シート２６として、アルミシートやグラファイトシート等、面方向の熱伝導率の大きなシートが用いられる。このシート２６は伝熱シート２５の配設部分にまで延出している。
【００４９】
また、本実施形態では多孔体２４Ａの前記シート２６を配設した側と反対側の側面に、フィルム２７を貼着して多孔体２４Ａの開孔を閉塞している。
【００５０】
この第３実施形態の構造によれば、前記第２実施形態の効果に加えて、多孔体２４Ａは圧縮には強いが曲げに弱い性質があるが、シート２６の介装によって多孔体２４Ａの曲げ方向の剛性を確保できると共に、セル２２の表面のラミネート層の損傷を防止することができて品質を高めることができる。
【００５１】
また、シート２６を伝熱シート２５の配設部分を覆って延出しているため、該伝熱シート２５の下端のエッジ当りによるセル２２の表面のラミネート層の損傷を回避することができる。
【００５２】
しかも、シート２６を熱伝導率の大きな材料で構成しているため、シート２６の熱拡散効果により電池モジュール２の温調性能を高めることができる。
【００５３】
ここで、多孔体２４Ａのシート２６を配設した側と反対側が開孔したままであると、開孔内が結露して腐蝕の原因となるが、フィルム２７によりこの開孔を閉塞するため結露に起因する不具合を誘発するのを回避することができる。
【００５４】
前記各実施形態では、熱伝導盤６に近い電池モジュール２の下側の空隙δに伝熱シート２５を配設しているが、熱伝導盤６から遠い上側の空隙δにも伝熱シート２５を配設してもよい。
【００５５】
この場合、電池モジュール２の上端側では空気放熱作用が高められるので、電池モジュール２を冷却する場合の冷却性能を高めることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１…組電池
２…電池モジュール
５…バッテリケース
６…熱伝導盤（温調手段）
２１…セルユニット
２２…セル
２３…モジュールケース
２４…絶縁体
２４Ａ…多孔体
２５…伝熱シート（熱伝導体）
２６…シート
２７…フィルム
δ…空隙
【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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【図６】
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