(57)【要約】【課題】本発明が解決しようとする課題は、放熱性及び冷却性を向上さることが出来る組電池、組電池モジュールを提供することである。【解決手段】上記の課題を解決するために、本実施形態の組電池は、複数の二次電池と、前記複数の二次電池を収容する金属製筐体と、前記二次電池の開放部を覆う非導電性筐体と、前記金属製筐体の前記二次電池の挿入方向に伸びる格子状のリブと、前記金属筐体と前記非導電性筐体の少なくともいずれか一方に熱交換面を少なくとも１面以上と、を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池と、
前記複数の二次電池を収容する金属製筐体と、
前記二次電池の開放部を覆う非導電性筐体と、
前記金属製筐体の前記二次電池の挿入方向に伸びる格子状のリブと、
前記金属製筐体と前記非導電性筐体の少なくともいずれか一方に熱交換面を少なくとも１
面以上と、
を備える、組電池。
【請求項２】
ボルト締結部を前記金属製筐体に備える請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記ボルト締結部は、前記金属製筐体の対向する２面において千鳥配置状に備える、請求
項２に記載の組電池。
【請求項４】
内部液冷流路を備えた液冷プレートと、
前記液冷プレートの上に熱伝導性シートと、
前記熱伝導性シートを介して前記液冷プレートの上に配列される請求項１乃至請求項３の
いずれか一項に記載の前記組電池と、
を備える、組電池モジュール。
【請求項５】
冷却フィンを内部に備えた風洞部を有した空冷プレートと、
熱伝導性シートと、
前記熱伝導性シートを介して前記空冷プレートの上に配列される請求項１乃至請求項３の
いずれか一項に記載の前記組電池と、
を備える、組電池モジュール。
【請求項６】
前記熱交換面に複数のフィンを備えた請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の前
記組電池と、
前記風洞部と前記複数のフィンを前記風洞部に挿入するための開口部を更に有した前記
空冷プレートと、
を備える、請求項５に記載の組電池モジュール。
【請求項７】
前記熱交換面に液冷流路を備えた請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の前記組
電池と、
前記液冷流路を被覆するカバー部材と、
を備える、組電池モジュール。
【請求項８】
前記組電池はシール材を介して前記カバー部材と接続される、請求項７に記載の組電池
モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、組電池、組電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の二次電池を電気的絶縁性のある樹脂製筐体に収容する組電池がある。この
ような組電池においては、放熱性及び冷却性を向上さる事が難しい場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２１０８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、放熱性及び冷却性を向上さることが出来る組
電池、組電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本実施形態の組電池は、複数の二次電池と、前記複数の
二次電池を収容する金属製筐体と、前記二次電池の開放部を覆う非導電性筐体と、前記金
属製筐体の前記二次電池の挿入方向に伸びる格子状のリブと、前記金属筐体と前記非導電
性筐体の少なくともいずれか一方に熱交換面を少なくとも１面以上と、を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態にかかる組電池の分解図斜視図。
【図２】実施形態にかかる金属製筐体の斜視図。
【図３】実施形態にかかる金属製筐体の上面図。
【図４】実施形態にかかる組電池モジュールの分解図斜視図。
【図５】実施形態にかかる組電池の底面形状を示す斜視図
【図６】実施形態にかかる組電池モジュールの分解図斜視図。
【図７】実施形態にかかる組電池の斜視図。
【図８】実施形態にかかる組電池モジュールの分解図斜視図。
【図９】実施形態にかかる固定架台の斜視図
【図１０】実施形態にかかる組電池の斜視図。
【図１１】実施形態にかかる組電池の液冷流路形状を示す下面図。
【図１２】実施形態にかかる組電池の液冷流路形状を示す下面図。
【図１３】実施形態にかかる組電池モジュールの分解図斜視図。
【図１４】実施形態にかかる組電池モジュールの斜視図。
【図１５】実施形態にかかる組電池モジュールの液冷流路形状を示す下面図。
【図１６】実施形態にかかる組電池の分解斜視図。
【図１７】実施形態にかかる組電池モジュールの斜視図。
【図１８】実施形態にかかる組電池モジュールの分解斜視図。
【図１９】実施形態にかかる固定板を示す斜視図
【図２０】実施形態にかかる固定板の裏面側を示す斜視図
【図２１】実施形態にかかる組電池を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態を図面に基づき説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の例示的な複数の
実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には
共通の符号が付されるとともに、重複する説明を省略する。
【０００９】
実施形態の組電池１は図１に示すように金属製筐体２と、複数の二次電池３と、非導電
性筐体４と、複数のバスバー５と、電子回路基板６と、非導電性の蓋体７とを備えている
。さらに二次電池３は金属製筐体２との接触を防ぐ被覆部材８で覆われている。
【００１０】
複数の二次電池３は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池で
あり、例えば金属製の外装容器内に電極体と電解液が封入される構成となっている。
【００１１】
被覆部材８は、例えば、金属製筐体２と二次電池３との間を電気的に絶縁するために必要
とされる最小厚さを有している。被覆部材８の材料は非導電性に加えて、弾性と熱伝導性
と有することが好ましく、例えば熱伝導率が高いシート状の樹脂材料を二次電池３の筐体
形状に形成した部材を用いる。
【００１２】
また、二次電池３を金属製筐体２に挿入する方向に延びる貫通孔８ａを設け、熱伝導性の
充填材を充填する構成としても良い。充填材は例えば、流動可能な粘性を有するゲルや二
液硬化樹脂、ペーストによって構成される。
【００１３】
金属製筐体２は少なくとも１面に熱を伝導するための伝熱面２ｅ（図５参照）を備える
。伝熱面の形状は後述する組電池の冷却方法によって様々な形状を取り得る。
【００１４】
金属製筐体２は図２に示すように、複数の二次電池３が収容される収容部２ａを区分する
ための仕切り板２ｂを備えている。仕切り板２ｂは二次電池３から発生する熱を移動させ
る効果があるため、高くする方が好ましい。
【００１５】
また、金属製筐体２は、非導電性筐体４と接合するために、何らかの嵌合部２ｃを備えて
いる。例えば図２に示すスナップフィットを備えた構造とすることができる。非導電性筐
体４はスナップフィットに嵌合する透孔などを備える事より、金属製筐体２スナップフィ
ットと非導電性筐体４の透孔が嵌合し、金属製筐と非導電性筐体４とを接合することが出
来る。なお、金属製筐体２と非導電性筐体４とを接合する方法は、ねじによる締結などの
嵌合以外の手段をとることもできる。
【００１６】
さらに、組電池１は固定部２ｄを備えている。固定部２ｄに対して、例えばネジを挿通し
て組電池１を固定するものに対して締結することで、組電池１を固定することが出来る。
固定部２ｄは例えば図３に示すように、対向する辺に対して千鳥配置とすることが出来る
。このように固定部２ｄを配置することで、複数の組電池１を配列する際に隣合う組電池
１に備わる固定部２ｄ同士の干渉を避ける、若しくは干渉を低減することが出来るため、
隣り合う組電池１同士の距離を小さくすることが可能となり、組電池１を組み合わせた組
電池モジュールのエネルギー密度を高くすることができる。
【００１７】
続いて、図４に液冷プレートを用いて冷却する組電池モジュールの一例を示す。
【００１８】
冷却水が流れる内部液冷流路９ａと、組電池１を固定する固定用ネジ穴９ｂとを備えた液
冷プレート９の上に組電池１を設置する。
【００１９】
組電池１は組電池１に備わる固定部２ｄと液冷プレート９に備わるネジ穴９ｂとを利用し
て、例えばネジによって固定することが出来る。
【００２０】
また、図４では内部液冷流路が直線状である例を図示しているが、流路形状は様々な形状
を取ることができる。組電池１の伝熱面２ｅの形状は図５に示すように滑らかな平面であ
ることが好ましい。さらに、組電池１の底面と液冷プレート９間に熱伝導シート１０を挟
みこむことが好ましい。
【００２１】
このように、組電池１から発生する熱を組電池１の伝熱面２ｅを介して、液冷プレート９
に伝熱することが出来るので、組電池１の冷却が可能となる。また、伝熱面２ｅの形状が
滑らかな平面であることにより、組電池１から発生した熱を伝熱面２ｅにおいてより均一
に液冷プレート９に対して伝熱することが可能となる。さらに、熱伝導シート１０を介し
て組電池１と液冷プレート９が接触しているので、組電池１から液冷プレートへの接触熱
抵抗を低減することができ、組電池１から液冷プレート９への熱輸送が促進することが出
来る。
【００２２】
また、液冷プレート９は図６に示すように、空気が流れる風洞部１１ａを備えた空冷プレ
ート１１に置き換えることもできる。
【００２３】
空冷プレート１１は、液冷プレート９と同様に固定用ネジ穴１１ｃを備えており、ネジ締
結により組電池１を固定することができる。
【００２４】
空冷プレート１１は、空洞部１１ａに空気を流れることによって空冷される。また、風洞
部１１ａの内部にはフィン１１ｂを設けることも可能である。
【００２５】
空気はファンで強制的に流し込むか、移動体においては走行風を取り込む等して風洞部１
１ａに供給することが可能となる。
【００２６】
組電池１から発生する熱を組電池１の伝熱面２ｅを介して、空冷プレート１１に伝熱する
ことが出来るので、組電池１の冷却が可能となる。また、伝熱面２ｅの形状が滑らかな平
面であることにより、組電池１から発生した熱を伝熱面２ｅにおいてより均一に空冷プレ
ート１１に対して伝熱することが可能となる。さらに、熱伝導シート１０を介して組電池
１と空冷プレート１１が接触しているので、組電池１から空冷プレート１１への接触熱抵
抗を低減することができ、組電池１から空冷プレート１１への熱輸送が促進することが出
来る。空冷プレート１１にフィン１１ｂを備えることで、空冷プレート１１の冷却性能を
向上することができる。
【００２７】
図７は、組電池１の冷却方法の異なる変形例である。
【００２８】
組電池１は、金属製筐体２の伝熱面２ｅにおいてフィン２ｆを備える。フィン２ｆの形状
は使用条件によって様々な形を取ることができるが、図７ではその一例として、伝熱面２
ｅから短冊状に伸びるフィンを示す。また、組立性を考慮して自重や組立時に負荷される
荷重を受けるのに十分な強度を持った荷重受け用フィン２ｆ’を備えている。荷重受け用
フィン２ｆ’の位置は二次電池３の温度が比較的上がらない外周側に設けることが好まし
い。
【００２９】
このように、フィン２ｆに対して直接風を当てることで、フィン２ｆを冷却することが出
来るため、フィン２ｆから伝熱面２ｅを介して組電池１の冷却が可能となる。また、直接
組電池１の底面にも空気が接触するので、底面１を直接冷却することもできる。
【００３０】
続いて、金属製筐体２の底面にフィン２ｆを備えた組電池１を用いた組電池の一例を図８
に、フィンを備えた電池モジュールを固定する固定架台１２の一例を図９に示す。
【００３１】
固定架台１２は、組電池１の底部が挿入できる程度の開口部１２ｃと、フィン２ｆが露出
される開口部１２ｃ、固定用ネジ穴１２ｂを備える。
【００３２】
組電池１は例えばネジ締結により固定架台１２に固定することができる。また、組電池１
が固定架台１２に固定されることで、組電池１に備わるフィン２ｆは開口部１２ｃに露出
される。
【００３３】
このような構造を備えることにより、開口部１２ｃに対して空気が流れると、開口部１２
ｃに露出したフィン２ｆは空冷され、フィン２ｆから伝熱面２ｅを介して組電池１の冷却
が可能となる。また、直接組電池１の底面にも空気が接触するので、底面１を直接冷却す
ることもできる。なお、空冷プレート１１を用いる場合と同様に、空気はファンで強制的
に流し込むか、走行風を取り込む等して風洞部１２ａに供給することも可能である。
【００３４】
次に、組電池１に直接当てる冷媒を液体に代えた例を示す。図１０は金属製筐体２の底
面に液冷流路を備えた組電池１の斜視図、図１１に液冷流路形状の一例である。
【００３５】
図１１に示すように、金属製筐体２の伝熱面２ｅは複数のリブ部２ｈを備えており、リブ
部２ｈの間に流路２ｉが形成されている。継手部１３には配管（例えばホース）１６（図
１３参照）が接続され、冷却水供給装置や、他の組電池と接続される。
【００３６】
このように、金属製筐体２の伝熱面２ｅに液冷流路を備えることで、冷却水は継手部１３
に繋いだ配管（例えばホース）１６から供給され、電池モジュール底面の流入出口２ｇに
まわりこむ。そして流路２ｉを流れ、もう一方の流入出口２ｇから組電池１の外へ出て行
く。これにより、伝熱面２ｅは冷却水により冷却され、組電池１も冷却されることになる
。
【００３７】
なお、流路２ｉの形状、および流入出口２ｇの位置は図１１に示す形状に限定されるもの
ではなく、組電池１の配置によっては、図１２に示すストレートの流路形状とすることも
できる。
【００３８】
続いて、伝熱面２ｅに液冷流路を備えた組電池１を用いた組電池モジュールの一例を示
す。図１３は底面に液冷流路を備えた組電池１を用いた組電池モジュールの一例を示す分
解図、図１４は組電池モジュールの斜視図である。
【００３９】
図１３では、１つの固定板１５に対して複数の組電池１が取り付けられ、組電池モジュー
ルを構成している。固定板１５はシール材溝１５ａと固定用ネジ穴１５ｂを備えている。
【００４０】
シール材溝１５ａはつぶし代に応じた適正な逃げ代が確保された溝寸法を備えることで、
シール材１４がシール性能を向上することができる。
【００４１】
また、固定用ネジ穴１５ｂを適当なピッチ配置を備えることで、シール材１４に均等な圧
力負荷をかけることが出来、シール材１４がシール性能を向上することができる。
【００４２】
図１５に底面に液冷流路を備えた電池モジュールを用いた組電池の流路構成の一例を下面
側から示す。図１５は１２個の組電池１を１２直列に繋ぐ流路構成を例示的に示したが、
電池使用時の発熱量と温度上限や、使用するポンプの性能や冷却機の性能などによって流
路構成は様々な構成を取り得る。
【００４３】
このように、隣接する組電池１の流出口側の継手部１３と流入口側の継手部１３間を配管
１６で接続することで流路が形成される。これにより、組電池モジュールは、複数の組電
池１に対して冷却水を循環させることで、複数の組電池の冷却が可能となる。
【００４４】
続いて、図１６及び図１７を用いて、固定板１５を組電池１台に対して１つを取り付ける
例を示す。
【００４５】
図１６は組電池１つに対して１つの固定板１５を用いた組電池１の分解図、図１７は組電
池１台に対して１つの固定板１５を用いた組電池１の配置例である。
【００４６】
固定板１５は図１３と同様にシール材溝１５ａと固定用ネジ穴１５ｂを備えている。固定
板１５を１台の組電池１に対して取り付ける場合、組電池１は流路が閉じた状態で個々に
独立して移動させることができるため、組電池１を用いた組電池モジュールの構成自由度
を増すことが出来、限られたスペースであっても組電池モジュールを設置することが可能
となる。
【００４７】
さらに、組電池１間の流路を接続する配管を用いることなく、固定板内に流路を設ける例
を説明する。
【００４８】
図１８は内部に流路を備えた固定板１７を用いた組電池の一例、図１９は内部に流路を備
えた固定板１７の一例、図２０は内部に流路を備えた固定板１７の裏面側の一例である。
【００４９】
内部に流路を備えた固定板１７は固定板１５と同様にシール材溝１７ａと固定用ネジ穴１
７ｂを備えている。
【００５０】
固定用ネジ穴１７ｂに金属製筐体２の固定部２ｄをねじ締結することでシール材１４を潰
し、水密を確保する。
【００５１】
固定板１７は継手部１８と、内部液冷流路１７ｄを備える。また、内部液冷流路１７ｄは
カバー部材１９を溶接部１９ａの位置で固定板１７と溶接接合することで水密を取ること
ができる。
【００５２】
このように固定板１７を用いることで、冷却水は継手部１８から供給され、固定板１７内
部の内部液冷流路１７ｄを流れ、流入出口１７ｃから組電池１の底面へ供給される。
【００５３】
これにより、組電池１の冷却が可能となる。また、固定板１７内に流路を設けることで、
組電池１間の流路を接続する配管１６が不要になり、部品点数を削減することができる。
また、固定板１７は肉抜き部１７ｅを設けることで重量を低減することができる。
【００５４】
これまで説明してきた組電池１は２４個の二次電池３からなる構成であったが、二次電池
３の数はこの限りでは無い。条件によって様々な電池セル数、直列数、並列数とすること
ができる。二次電池３の数が多く、重量が重くなる場合は図２１に示すように、組電池１
の金属製筐体２は側面に持ち手部２ｊを備えた構造としても良い。その際、持ち手部２ｊ
の下に設けられた固定部２ｄに工具がアクセスできるように、例えば図２１に示す工具逃
げ穴２ｋを設けることも可能である。
【００５５】
それぞれの部材の適切な材料について説明する。金属製筐体２は熱伝導率の高い材料で
あることが望ましい。例えばアルミニウムや銅などが挙げられる。アルミニウムやアルミ
ニウム合金を用いる場合、鋳造で形成することで製造性を高くすることができる。
【００５６】
非電導性筐体４と蓋体７は絶縁性を有した合成樹脂材料、例えば、ＰＥや、ＰＰ、ＰＭＰ
等のオレフィン樹脂、ＰＥＴや、ＰＢＴ、ＰＥＮ等のポリエステル系樹脂、ＰＯＭ樹脂、
ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ１２等のポリアミド系樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＬＣＰ樹脂等の結晶性
樹脂およびそれらのアロイ樹脂、あるいは、ＰＳや、ＰＣ、ＰＣ／ＡＢＳ、ＡＢＳ、ＡＳ
、変性ＰＰＥ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＳＦ等の非結晶性樹脂およびそれらのアロイ樹脂を、
用いることができる。
【００５７】
またベークライトなどの熱硬化性樹脂やＦＲＰなどの繊維強化プラスチックを用いても良
い。バスバー５は電気抵抗が小さいアルミニウムや銅が用いられる。また、端子間の相対
変位を吸収し、端子に荷重が負荷されないようにするため柔らかい材料が良い。例えばＡ
１０５０−Ｏなどが適している。
【００５８】
液冷プレート９や空冷プレート１１は熱伝導率の高いアルミニウムや銅で形成されること
が好ましい。一方、固定架台１２や固定板１５、流路を内部に備えた固定板１７は強度を
重視して鉄系の材料を用いることができる。使用する冷媒は水以外のものを使用すること
ができる。例えばエチレングリコールを用いると金属製筐体２の劣化を抑制することがで
きる。
【００５９】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、複数の二次電池３を収容する金属製
筐体２を持つことにより、組電池１のエネルギー密度の低下を最小限にし、放熱性能およ
び冷却性能を向上させ、充放電の能力を向上させることができる。
【００６０】
さらに、二次電池３表面の少なくとも一部を覆う被覆部材８を持つことにより、各二次電
池３と金属製筐体２との間において電気的な絶縁性を確保することができる。そして、被
覆部材８を熱伝導率が高いシート状の樹脂材料で形成することや、被覆部材８に貫通孔を
設け熱伝導性の充填材を充填することで、二次電池３の熱を効率良く金属製筐体２に逃が
すことができる。
【００６１】
また、金属製筐体２の少なくとも一面に設けられた伝熱面２ｅの形状を変えることで熱伝
導、強制空冷、強制水冷など様々な冷却方法に対応することができる。これによって、使
用条件に合わせて適切な冷却方法を選択することができる。
【００６２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様
々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、
置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に
含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるもので
ある。
【符号の説明】
【００６３】
１…組電池
２…金属製筐体
２ａ…収容部
２ｂ…仕切り板
２ｃ…嵌合部
２ｄ…固定部
２ｅ…伝熱面；
２ｆ…フィン
２ｆ’…荷重受け用フィン
２ｇ…流入出口
２ｈ…リブ部
２ｉ…流路
２ｊ…持ち手部
２ｋ…工具逃げ穴
３…二次電池
４…非導電性筐体
５…バスバー
６…電子回路基板
７…蓋体
８…被覆部材
８ａ…貫通孔
９…液冷プレート
９ａ…内部液冷流路
９ｂ…固定用ネジ穴
１０…熱伝導シート
１１…空冷プレート+
１１ａ…風洞部
１１ｂ…フィン
１１ｃ…固定用ネジ穴；
１２…固定架台
１２ａ…風洞部
１２ｂ…固定用ネジ穴
１２ｃ…開口部  
１３…継手部  
１４…シール材  
１５…固定板  
１５ａ…シール材溝
１５ｂ…固定用ネジ穴  
１６…配管（ホース）  
１７…流路を内部に備えた固定板  
１７ａ…シール材溝
１７ｂ…固定用ネジ穴
１７ｃ…流入出口
１７ｄ…内部液冷流路
１７ｅ…肉抜き部
１８…継手部
１９…封じ板
１９ａ…溶接部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2018170211.tif 000013
【図１２】
2018170211.tif 000014
【図１３】
2018170211.tif 000015
【図１４】
2018170211.tif 000016
【図１５】
2018170211.tif 000017
【図１６】
2018170211.tif 000018
【図１７】
2018170211.tif 000019
【図１８】
2018170211.tif 000020
【図１９】
2018170211.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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