(57)【要約】【課題】電池モジュールにおいて、簡単な構造で複数の電池ブロックの全体の形態を維持しながら放熱性を改善することである。【解決手段】電池モジュール１は、複数段に並べて配置される複数の電池ブロック２の外周を絶縁体である絶縁性シート３で包んだ電池ブロック集合体４と、絶縁ケース５を介して電池ブロック集合体４を支持する放熱支持台６と、電池ブロック集合体４を構成する各段部のそれぞれと放熱支持台６とを結び、互いに分離された複数の熱伝導部材７とを備える。複数の熱伝導部材７は、電池ブロック集合体４の所定の段部にのみ接触し、他の段部とは接触しないように迂回する折れ曲がり形状を有する。絶縁性シート３は、柔軟性のある電気的絶縁性シートである。【選択図】図１
2014170687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段に並べて配置される複数の電池ブロックの外周を絶縁体で包んだ電池ブロック集合体と、
前記電池ブロック集合体を支持する放熱支持台と、
前記電池ブロック集合体を構成する各段部のそれぞれと前記放熱支持台とを結び、互いに分離された複数の熱伝導部材と、
を備える、電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
前記複数の熱伝導部材は、
前記電池ブロック集合体の所定の前記段部にのみ接触し、他の前記段部とは接触しないように迂回する折れ曲がり形状を有する、電池モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の電池モジュールにおいて、
前記複数の熱伝導部材は、
前記電池ブロック集合体の前記所定の段部の外周に沿って配置される、電池モジュール。
【請求項４】
請求項２に記載の電池モジュールにおいて、
前記複数の熱伝導部材は、
前記電池ブロック集合体の前記所定の段部と接着材で固定される、電池モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
前記複数の熱伝導部材は、ヒートパイプである、電池モジュール。
【請求項６】
請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
前記放熱支持台は、
前記電池ブロック集合体の底部を保持する絶縁ケースを介して前記電池ブロック集合体を支持する、電池モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の電池モジュールにおいて、
前記絶縁体と前記絶縁ケースとが留め具で固定される、電池モジュール。
【請求項８】
請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
前記絶縁体は、柔軟性のある電気的絶縁性シートまたは熱硬化性樹脂シートまたは熱収縮性樹脂シートである、電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池ブロックを並べて配置される電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
所望の電圧と電流を得るために、複数の電池を接続して構成される電池ブロックが用いられ、さらに複数の電池ブロックを接続して構成される電池モジュールが用いられる。
【０００３】
特許文献１には、５個以上の円筒形素電池を集合させて形成される円陣の中心に電気絶縁性の棒状芯部材を配置し、その円陣を成す素電池集合体の外側を収縮性樹脂包材で緊縛包装することが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８３８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電池モジュールにおいて、簡単な構造で複数の電池ブロックの全体の形態を維持しながら放熱性を改善することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電池モジュールは、複数段に並べて配置される複数の電池ブロックの外周を絶縁体で包んだ電池ブロック集合体と、電池ブロック集合体を支持する放熱支持台と、電池ブロック集合体を構成する各段部のそれぞれと放熱支持台とを結び、互いに分離された複数の熱伝導部材と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電池モジュールにおいて、簡単な構造で複数の電池ブロックの全体の形態を維持しながら放熱性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る実施の形態の一例における電池モジュールと電池ブロックを示す斜視図である。図１（ａ）は電池モジュール、（ｂ）は電池ブロックを示す。
【図２】本発明に係る実施の形態の一例における電池モジュールの絶縁体の成形を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の一例における電池モジュールの絶縁体を固定する留め具を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の一例における電池モジュールの熱伝導部材に用いられるヒートパイプを示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の一例における電池モジュールの熱伝導部材について他の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる材質、寸法、形状、電池の数、電池ブロックの数等は説明のための例示であって、電池ブロック、電池モジュールの仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１０】
図１は、電池モジュール１と、電池モジュール１を構成する電池ブロック２を示す斜視図である。図１（ａ）は電池モジュール１を示し、（ｂ）は１つの電池ブロック２を示す。
【００１１】
電池モジュール１は、複数段に並べて配置される複数の電池ブロック２の外周を絶縁体である絶縁性シート３で包んだ電池ブロック集合体４と、絶縁ケース５を介して電池ブロック集合体４を支持する放熱支持台６と、電池ブロック集合体を構成する各段部のそれぞれと放熱支持台６とを結び、互いに分離された複数の熱伝導部材７を含んで構成される。
【００１２】
電池ブロック２は、電池８をその長手方向に揃えて長手方向に直交する行方向と列方向とにそれぞれ所定の個数を配置し、電池ケース９に収納したものである。図１では、１１個の電池８で１つの電池ブロック２が構成される。
【００１３】
電池８は、充放電可能な二次電池である。二次電池としては、リチウムイオン電池が用いられる。これ以外に、ニッケル水素電池、アルカリ電池等を用いてもよい。１１個の電池８は、隣接する電池８の間の隙間を最小にする千鳥型の配置関係とされる。なお、これ以外の配置関係で複数の電池８を配置してもよい。
【００１４】
電池８の長手方向の両端部のうち一方端が正極端子１０、他方端が負極端子１１として用いられる。図１（ｂ）では、図面の手前側に電池８の正極端子１０が揃えられている。負極端子１１は、図１（ｂ）では電池８の向こう側となる。電池８は、円筒形の外形を有する。円筒形の電池８の一例を挙げると、直径が１８ｍｍ、高さが６５ｍｍ、端子間電圧が３．６Ｖ、容量が２．５Ａｈのリチウムイオン電池である。これは説明のための例示であって、これ以外の寸法、特性値であってもよい。また、外径は円筒形でなくてもよく、例えば、角型であってもよい。
【００１５】
電池ケース９は、１１個の電池８を所定の配置関係で整列配置して保持する保持容器である。電池ケース９は、両端側がそれぞれ開口する１１個の電池収納部が設けられる枠体で、それぞれの電池８は、電池収納部の１つに収納配置される。かかる電池ケース９としては、アルミニウムを材料として、押出成形によって所定の形状としたものを用いることができる。
【００１６】
電池ブロック集合体４は、４つの電池ブロック２を２行２列に配置して１段分として、これを４段積み重ね、直方体とし、その積み重ねた直方体の形態を維持できるように、絶縁性シート３で全体の外周を包んだものである。図１では、底部から数えて１段目である１段部１２、２段目である２段部１３、３段目である３段部１４、４段目である４段部１５がそれぞれ示される。各段部は、それぞれ２行２列に配置された電池ブロック２で構成される。
【００１７】
絶縁性シート３は、絶縁性で柔軟性のあるシートである。電池ブロック集合体４は、同じ外形形状を有する電池ブロック２を３次元的配置し、全体として直方体等の形状を有し、シートで包みやすい形態となっている。したがって、柔軟性のあるシートであっても、直方体の外形に沿ってきちんと包み、ほどけないように適当な固定を行うことで、電池ブロック集合体４の形態を衝撃や振動等から保持できる。
【００１８】
このように、柔軟性のある絶縁性シート３を用いることで、外部から電気的に絶縁された電池ブロック集合体４の小型、軽量化を図ることができる。そのためには、電池ブロック集合体４は、突き出る形状等を有する異形でないことが好ましい。例えば、電池ブロック集合体４の全体の外形が、図１のような直方体、正方立方体であることが好ましい。
【００１９】
かかる絶縁性シート３としては、耐熱性と電気絶縁性を備えたプラスチック材料をシート状としたものを用いることができる。プラスチック材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネイト、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート等を用いることができる。絶縁性シート３の厚さは、電池ブロック集合体４に要求される耐圧で定めることができる。
【００２０】
絶縁性シート３として、柔軟性のあるもの以外に、熱硬化性樹脂シートまたは熱収縮性樹脂シートを用い、加熱によって電池ブロック集合体４の外形に合わせて成形してもよい。図２は、電池ブロック集合体４の全体の外形が直方体、正方立方体でない異形形状の場合に、熱硬化性樹脂シートまたは熱収縮性樹脂シートを用いて、電池ブロック２を異形に積み重ねたものの外形を固定することを示す図である。図２（ａ）は、加熱前の熱硬化性樹脂シート３３の形状を示す図であり、図２（ｂ）は、３個の直方体の電池ブロック２を２段に積み重ねた積層体３４を示す図である。積層体３４は、直方体、正方立方体でない異形形状を有する。図２（ａ）の加熱前の熱硬化性樹脂シート３３の内側形状は、異形の積層体３４の外形よりも大きめに設定される。
【００２１】
図２（ｃ）は、積層体３４に加熱前の熱硬化性樹脂シート３３を被せ、加熱によって流動化した後硬化させた様子を示す図である。加熱後の熱硬化性樹脂シート３５は、異形の積層体３４の外形に沿った形状に成形される。これによって、異形の電池ブロック集合体３６の外形が熱硬化性樹脂シート３５によって固定される。熱収縮性樹脂シートを用いても、異形の電池ブロック集合体３６の外形を同様に固定できる。
【００２２】
再び図１に戻り、絶縁ケース５は、上部が開口した皿状の保持ケースで、電池ブロック集合体４の底部を保持する。絶縁ケース５の材質は、絶縁性シート３と同じものを用いることができる。絶縁性シート３で包まれた電池ブロック集合体４をさらに絶縁ケース５で保持するのは、放熱支持台６が金属製であるので、放熱支持台６と電池ブロック集合体４との間の電気的絶縁性を確実にするためである。また、仮に、電池ブロック２を構成する電池８に液漏れ等が生じたとしても、皿状の内部に留めて、外部に流出しないようにするためである。また、逆に、外部からの水に対し皿状の縁によって電池ブロック集合体４の内部に侵入しないように防ぐためである。
【００２３】
留め具３０は、絶縁性シート３を絶縁ケース５に固定する固定具である。図３に、留め具３０が絶縁性シート３を絶縁ケース５に固定することを示す断面図である。留め具３０は、弾力のある絶縁性の材料で形成され、軸方向に沿って複数の割り形状が設けられ、割り形状の先端径が割り形状の外径よりも大きな寸法となっている部材である。絶縁ケース５と絶縁性シート３に穴を設け、その穴に留め具３０の先端径を割り形状の弾性を利用して小径化しながら押し込み、穴を通した後に元の大きな寸法の先端径に戻す。これによって、単に留め具３０を押し込む動作のみで、絶縁性シート３を絶縁ケース５に固定することができる。かかる留め具３０として、プッシュファスナと呼ばれる日用品を利用することができる。
【００２４】
再び図１に戻り、放熱支持台６は、発熱する電池ブロック集合体４の熱を外部に放熱するための金属板である。電池モジュール１は、電池パックとして用いられるので、電池パック取付基板を放熱支持台６として利用できる。例えば、車両に電池パックとして電池ブロック集合体４を搭載するときに、車両に設けられる電池パック取付基板を放熱支持台６として利用できる。放熱支持台６を構成する金属板としては、銅板、アルミニウム板、鉄板等を用いることができる。放熱支持台６は平板であってもよいが、フィン等の放熱形状を有することが好ましい。放熱支持台６は、絶縁ケース５を介して電池ブロック集合体４を支持するので、絶縁ケース５と放熱支持台６は相互にしっかり固定される。
【００２５】
熱伝導部材７は、電池ブロック集合体４を構成する各段部のそれぞれと放熱支持台６とを結ぶ細長い金属板である。図１では、電池ブロック集合体４の２段部１３、３段部１４、４段部１５と放熱支持台６との間にそれぞれ設けられる２段部伝熱材１６、３段部伝熱材１７、４段部伝熱材１８が示される。１段部１２はその底部が絶縁ケース５を介して放熱支持台６に支持されるので、他の２段部１３等と比較して放熱性が確保できるので、熱伝導部材７が設けられない。
【００２６】
２段部伝熱材１６、３段部伝熱材１７、４段部伝熱材１８のそれぞれは、電池ブロック集合体４の所定の段部にのみ接触し、他の段部とは接触しないように迂回する折れ曲がり形状を有する。
【００２７】
２段部伝熱材１６は、一方端１９が電池ブロック集合体４の２段部１３に接触し、他方端２０が放熱支持台６に熱的に接続される。一方端１９と他方端２０の間は、電池ブロック集合体４の１段部１２に接触しないように折れ曲がり形状を有する。同様に、３段部伝熱材１７は、一方端２１が電池ブロック集合体４の３段部１４に接触し、他方端２２が放熱支持台６に熱的に接続される。一方端２１と他方端２２の間は、電池ブロック集合体４の１段部１２及び２段部１３に接触しないように折れ曲がり形状を有する。４段部伝熱材１８は、一方端２３が電池ブロック集合体４の４段部１５に接触し、他方端２４が放熱支持台６に熱的に接続される。一方端２３と他方端２４の間は、電池ブロック集合体４の１段部１２、２段部１３、３段部１４に接触しないように折れ曲がり形状を有する。
【００２８】
接着材３１は、２段部伝熱材１６、３段部伝熱材１７、４段部伝熱材１８のそれぞれの一方端１９，２１，２３を、それぞれ２段部１３、３段部１４、４段部１５に固定する固定材である。接着材３１としては、電気的絶縁性を有しながら熱伝導性がよい材料を選択することが好ましい。
【００２９】
ボルト３２は、２段部伝熱材１６、３段部伝熱材１７、４段部伝熱材１８のそれぞれの他方端２０，２２，２４をそれぞれ放熱支持台６に機械的に、かつ熱的に接続する締結部材である。
【００３０】
上記では熱伝導部材７が金属板であるとして説明したが、熱伝導部材７をヒートパイプで構成することができる。図４は、絶縁性シート３で覆われた電池ブロック２を発熱部とし、放熱支持台６を放熱部として、その間にヒートパイプ４０を設け、これを熱伝導部材７として用いることを示す図である。
【００３１】
ヒートパイプ４０は、内管４１と外管４２で構成され、その内部に加熱によって気化し、冷却によって液化する作動流体４３が封入されたものである。内管４１には、気体を通すキャビティが設けられ、外管４２には液体を吸い上げる毛細管材が設けられる。
【００３２】
図４に作動流体４３の流れを矢印で示した。発熱部である電池ブロック２に接触する部分では、外管４２にある液体の作動流体は気化して気体の作動流体４４となってキャビティを通って内管４１に入る。内管４１に入った気体の作動流体４４は、内管４１を放熱部である放熱支持台６に向かう作動流体４５として流れる。放熱部である放熱支持台６に接触する部分では、内管４１にある気体の作動流体４６はキャビティを通って外管４２に出て液化する。外管４２に出た液体の作動流体４７は、毛細管材によって吸い上げられて、発熱部である電池ブロック２に向かう作動流体４７として流れる。このように、ヒートパイプ４０を用いると、作動流体４７の循環によって、発熱部である電池ブロック２の熱が放熱部である放熱支持台６に運ばれて放熱される。
【００３３】
上記では、熱伝導部材７として、長手方向に折れ曲がり形状を有する細長い金属板を用い、一方端が所定の段部の表面に接触または接着で固定されるものとした。ここで、一方端を電池ブロック集合体４の所定の段部の外周に沿って配置するものとできる。図５は、熱伝導部材５０として、２段部伝熱材５１、３段部伝熱材５２、４段部伝熱材５３のそれぞれの一方端が環状部を有する構成を示す図である。すなわち、２段部伝熱材５１は２段部１３の外周に沿った環状部５４を有し、３段部伝熱材５２は３段部１４の外周に沿った環状部５５を有し、４段部伝熱材５３は４段部１５の外周に沿った環状部５６を有する。環状部５４，５５，５６は、各段部の外周を一周する完全環状のものであってもよく、各段部の外周の一部に沿った部分環状のものであってもよい。このように、熱伝導部材５０について、各段部の外周に沿った部分を設けることで、放熱性を向上させることができる。
【００３４】
上記構成によって、電池モジュール１において、簡単な構造で複数の電池ブロック２の全体の形態を維持しながら放熱性を改善することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  電池モジュール、２  電池ブロック、３  絶縁性シート、４，３６  電池ブロック集合体、５  絶縁ケース、６  放熱支持台、７，５０  熱伝導部材、８  電池、９  電池ケース、１０  正極端子、１１  負極端子、１２  １段部、１３  ２段部、１４  ３段部、１５  ４段部、１６，５１  ２段部伝熱材、１７，５２  ３段部伝熱材、１８，５３  ４段部伝熱材、１９，２１，２３  一方端、２０，２２，２４  他方端、３０  留め具、３１  接着材、３２  ボルト、３３  （加熱前の）熱硬化性樹脂シート、３４  積層体、３５  （加熱後の）熱硬化性樹脂シート、４０  ヒートパイプ、４１  内管、４２  外管、４３，４４，４５，４６，４７  作動流体、５４，５５，５６  環状部。
【図１】
2014170687.tif 000003
【図２】
2014170687.tif 000004
【図３】
2014170687.tif 000005
【図４】
2014170687.tif 000006
【図５】
2014170687.tif 000007