(57)【要約】【課題】電池モジュールに関し、冷却性能及び形状安定性を向上させる。【解決手段】ケーシング１の内部に流路２を形成し、冷媒を加圧状態で流通させる。発電要素がラミネートフィルムでパッキングされたラミネートセル３を、流路２内に収容する。ラミネートセル３よりも上流側に逆止弁４を配置し、ケーシング１の外部から内部に流入する冷媒の逆流を防止する。ラミネートセル３よりも下流側に圧力制御弁５を介装し、冷媒の圧力が所定圧力以上となった場合に開放させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内部に形成され、冷媒が加圧状態で流通する流路と、
発電要素がラミネートフィルムでパッキングされ、前記流路内に収容されたラミネートセルと、
前記ラミネートセルよりも前記流路の上流側に配置され、前記ケーシングの外部から内部に流入する前記冷媒の逆流を防止する逆止弁と、
前記ラミネートセルよりも前記流路の下流側に介装され、前記冷媒の圧力が所定圧力以上となった場合に開放される圧力制御弁と、
を備えることを特徴とする、電池モジュール。
【請求項２】
前記流路に介装され、前記冷媒を前記ケーシングの外部から内部に供給する供給装置をさらに備える
ことを特徴とする、請求項１記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記ラミネートセルが、規定圧以上の内圧で前記ラミネートフィルムの内部を外部に開放するベント弁を有し、
前記所定圧力が、前記規定圧よりも低圧である
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記流路の出口に介装され、前記ケーシングの内部から外部へと流出する前記冷媒の流量を制限する流量制御弁をさらに備える
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【請求項５】
複数の前記ラミネートセルが、前記冷媒の流通方向に沿って離間配置される
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラミネートセルを収容した電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載される電池モジュールにおいて、冷媒を用いて二次電池のセルを積極的に冷却する冷却システムが知られている。冷媒としては、例えば代替フロン，水，エンジンクーラントなどが用いられる。あるいは、電池モジュールの内部に冷却風の通路を設け、セルを空冷する冷却システムも知られている（特許文献１，２参照）。セルの冷却性能を向上させることで、電池性能の劣化が抑制されうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2013-062207号公報
【特許文献２】特開2015-153689号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、二次電池のセル形状には、円筒型や角型だけでなくラミネートタイプのものが存在する。ラミネートタイプとは、発電要素（正極，負極，セパレータ，電解液など）をラミネートフィルムで挟んで封止（パッキング）したものである。ラミネートタイプのセルは、円筒型や角型のセルよりもサイズを小さくしやすく、重量面やレイアウト自由度の面で有利な二次電池であるといえる。
【０００５】
しかしながら、ラミネートタイプのセルは円筒型，角型のセルと比較して形状安定性に乏しく、変形しやすいという欠点を持つ。そのため、車体振動や衝撃による液漏れや短絡が発生する可能性があり、製品の信頼性を向上させにくいという課題がある。一方、ラミネート型のセルを金属製のケースに内蔵させれば、形状安定性を高めることが可能である。しかしこの場合、電池モジュール全体の重量が増大するとともに、セルの放熱性が低下し、冷却性能が低下しうる。
【０００６】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、ラミネートタイプのセルの冷却性能及び形状安定性を向上させた電池モジュールを提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）開示の電池モジュールは、ケーシングの内部に形成され、冷媒が加圧状態で流通する流路を備える。また、発電要素がラミネートフィルムでパッキングされ、前記流路内に収容されたラミネートセルを備える。また、前記ラミネートセルよりも前記流路の上流側に配置され、前記ケーシングの外部から内部に流入する前記冷媒の逆流を防止する逆止弁を備える。さらに、前記ラミネートセルよりも前記流路の下流側に介装され、前記冷媒の圧力が所定圧力以上となった場合に開放される圧力制御弁を備える。
【０００８】
（２）前記流路に介装され、前記冷媒を前記ケーシングの外部から内部に供給する供給装置をさらに備えることが好ましい。
（３）前記ラミネートセルが、規定圧以上の内圧で前記ラミネートフィルムの内部を外部に開放するベント弁を有することが好ましい。この場合、前記所定圧力が、前記規定圧よりも低圧であることが好ましい。
【０００９】
（４）前記流路の出口に介装され、前記ケーシングの内部から外部へと流出する前記冷媒の流量を制限する流量制御弁をさらに備えることが好ましい。
（５）複数の前記ラミネートセルが、前記冷媒の流通方向に沿って離間配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
ラミネートセルの冷却性能及び形状安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電池モジュールの構成を説明するための模式図である。
【図２】ラミネートセルの取り付け状態を示す斜視図である。
【図３】ラミネートセルの構造を示す分解斜視図である。
【図４】冷媒の圧力分布を示すグラフである。
【図５】冷却システムの変形例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して、車両に搭載される電池モジュールについて説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１３】
［１．構成］
図１は、複数のラミネートセル３を内蔵する電池モジュール１０の空冷構造を説明するための模式図（上面視）である。ラミネートセル３は、発電要素がラミネート状の外装フィルム（ラミネートフィルム）で封止（パッキング）された平板状の二次電池である。ラミネートセル３の外装フィルムは、例えば合成樹脂やプラスティック，金属箔などを積層して形成される。
【００１４】
これらのラミネートセル３は、電池モジュール１０のケーシング１の内部に形成された流路２内（冷媒が流通する通路内）に収容される。ケーシング１は、合成樹脂やプラスティック，金属で製造された容器（あるいは包袋）である。ここでいう冷媒には、例えば代替フロン，水，エンジンクーラント，空気（外気，車室内空気，空調風）などの流体が含まれ、好ましくは空気，代替フロン，イソブタンなどの気体（圧縮性流体）である。図１は、空気を冷媒とした空冷式の電池モジュール１０であり、図中の黒矢印は冷媒の流通方向を示す。
【００１５】
本実施形態のラミネートセル３は、冷媒の流通方向に沿って互いに離間するように配置される。すなわち、平板状に形成されたラミネートセル３の表面が冷媒の流通方向に沿った向きとなるように、各々のラミネートセル３が配置される。また、隣接するラミネートセル３との隙間があらかじめ設定された所定寸法以上となるように、各々のラミネートセル３が並置される。本実施形態では、図２に示すように、ケーシング１に固定された溝状のサポート部材１９にラミネートセル３の下辺が差し込まれて取り付けられる。
【００１６】
図３に示すように、個々のラミネートセル３は、一対の外装フィルム１１の間に発電要素が重畳された構造を持つ。外装フィルム１１の外周部１８（図３中にハッチングで示す）は圧着，溶着により貼り合わされ、その内側に発電要素が封入される。発電要素には、正極１２，負極１３，セパレータ１４が含まれ、これらの間に電解液（電解質）が充填（あるいはセパレータ１４に含浸）される。
【００１７】
正極１２の一端には正極端子として機能する正極タブ１５が接続され、ラミネートセル３の端辺からはみ出た状態で固定される。同様に、負極１３の一端には負極タブ１６が接続される。タブ１５，１６の表面にはベント溝１７が形成される。ベント溝１７は、ラミネートセル３のベント弁（安全弁）として機能する圧抜き用の部位である。ベント溝１７が形成されたタブ１５，１６の表面には、外装フィルム１１の外周部１８が溶着固定される。ラミネートセル３の内部圧力が規定圧P1以上まで上昇すると、外装フィルム１１とタブ１５，１６の表面との間に僅かな隙間が生成され、ベント溝１７を介してラミネートセル３の内外が導通状態となり、過剰な内部圧力が開放される。
【００１８】
冷媒は、加圧状態でケーシング１の内部を流通するように供給される。ケーシング１の内部での冷媒圧力は、少なくとも数十〜数百[Pa]以上は外気圧よりも高圧とし、好ましくは大気圧よりも数十〜数百[kPa]程度は高い圧力（例えば1.1気圧〜数気圧程度）とする。加圧された冷媒は、ラミネートセル３を冷却しながらその形状を安定的に保持するように作用する。冷媒でラミネートセル３を加圧するための要素として、電池モジュール１０には、逆止弁４，圧力制御弁５，流量制御弁６，ファン７（供給装置）が設けられる。
【００１９】
逆止弁４及びファン７は、冷媒の流通方向を基準として、ラミネートセル３よりも上流側に配置される。本実施形態の逆止弁４は、冷媒がケーシング１の外部から内部へと流入する入口部分に設けられる。逆止弁４は、ケーシング１の外部から内部へ向かう方向への冷媒の流通を許容しつつ、その逆流を防止する機能を持つ。具体的な逆止弁４の内部構造としては、公知のチェックバルブ構造を適用することができる。なお、ファン７はケーシング１の内部に冷媒を供給するための送風装置であり、例えば軸流ファンや遠心ファンなどである。
【００２０】
圧力制御弁５及び流量制御弁６は、冷媒の流通方向を基準として、ラミネートセル３よりも下流側に配置される。本実施形態の圧力制御弁５は、冷媒がケーシング１の内部から外部へと流出する出口部分に設けられる。圧力制御弁５は、ケーシング１の内部の冷媒圧力が所定圧力P2未満であるときには閉鎖状態を保ち、冷媒圧力が所定圧力P2以上となった場合に開放される機能を持つ。ここでいう所定圧力P2が、ケーシング１の内部での冷媒圧力に相当する。
【００２１】
ただし、所定圧力P2は上述の規定圧P1（ベント溝１７が開放される圧力の閾値）よりも低い圧力であるものとする。これにより、ラミネートセル３のベント機能を確保しつつ、ラミネートセル３の形状を加圧状態で拘束することが可能となる。なお、具体的な圧力制御弁５の内部構造には、公知のリリーフバルブ構造を適用することができる。また、流量制御弁６は、圧力制御弁５が開放されたときの冷媒流量を小さく絞る機能を持つ。具体的な流量制御弁６の内部構造には、公知の絞り弁構造を適用することができる。
【００２２】
冷媒の流通経路上における圧力分布を図４に例示する。ファン７よりも上流側の圧力は大気圧である。冷媒の圧力はファン７の下流側で上昇し、加圧された冷媒が逆止弁４を介してケーシング１の内部に供給される。入口部分の逆止弁４は、冷媒の逆流を阻止するように機能する。一方、出口部分の圧力制御弁５は、冷媒の圧力が所定圧力P2に達するまでは開弁しない。これにより、ケーシング１の内部における冷媒の圧力が所定圧力P2となり、ラミネートセル３が冷媒によって加圧された状態で冷却される。なお、圧力制御弁５よりも下流側の圧力は大気圧である。
【００２３】
［２．作用，効果］
（１）上記の電池モジュール１０では、加圧された冷媒によってラミネートセル３が拘束された状態で冷却される。このように、冷媒を常圧よりも高くすることで、ラミネートセル３を冷却しつつその変形を抑制することができ、冷却性能及び形状安定性を向上させることができる。また、例えば車体振動や衝撃によってラミネートセル３の液漏れや短絡が発生しにくくなるため、電池モジュール１０の安全性，信頼性を高めることができる。
【００２４】
（２）冷媒をケーシング１の内部に供給するためのファン７を設けることで、ケーシング１の内部を通過する冷媒の流量や流速の制御が容易となり、ラミネートセル３の冷却性能を高めることができる。また、逆止弁４の上流圧を上昇させることが可能となり、冷媒がケーシング１に流入しやすい状況を創り出すことができる。つまり、簡素な構成で冷媒によるラミネートセル３の加圧状態をより容易に実現することができる。
【００２５】
（３）圧力制御弁５が開放される圧力閾値である所定圧力P2は、ラミネートセル３のベント溝１７が開放される規定圧P1よりも低圧（P2＜P1）に設定される。これにより、ベント溝１７によるベント機能を維持しながら、ラミネートセル３の形状を加圧状態で拘束することが可能となる。したがって、電池モジュール１０の安全性，信頼性をさらに高めることができる。
【００２６】
（４）また、ケーシング１の出口部分に流量制御弁６を設けることで、圧力制御弁５が開放されたときの冷媒流量を減少させることができ、ケーシング１の内部の圧力を低下しにくくする（圧力低下速度を減少させる）ことができる。これにより、ラミネートセル３の形状安定性が高い状態を長時間維持することができ、電池モジュール１０の安全性，信頼性を高めることができる。
【００２７】
（５）図１に示すように、ラミネートセル３を冷媒の流通方向に沿って離間配置することで、それぞれのラミネートセル３の冷却性能を高めることができる。また、ラミネートセル３のほぼ全表面に対して同一圧力を作用させることができる。したがって、ラミネートセル３の拘束状態を安定化することができ、電池モジュール１０の安全性，信頼性をさらに高めることができる。
【００２８】
［３．変形例］
図５は、上記の空冷構造を水冷構造に置き換えた場合の電池モジュール１０を示す模式図（上面図）である。この構造では、水，エンジンクーラントなどの液体が冷媒として使用され、冷媒の流路２が環状に循環する経路として形成される。循環経路上には、ポンプ８（供給装置）と熱交換器９とが設けられる。ポンプ８はケーシング１の内部に冷媒を供給するための圧送装置であり、熱交換器９は冷媒を外気で冷却するラジエータである。このような構造の電池モジュール１０においても、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。
【００２９】
なお、図１や図５に示すような冷却システムにおいて、加圧された冷媒の温度を低下させるためのインタークーラを流路２上に介装させてもよい。この場合、インタークーラは、逆止弁４よりも上流側に配置してもよいし、ケーシング１の内部に配置してもよい。少なくとも加圧された冷媒の温度を低下させることで、ラミネートセル３の冷却効率や冷却性能をさらに向上させることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  ケーシング
２  流路
３  ラミネートセル
４  逆止弁
５  圧力制御弁
６  流量制御弁
７  ファン（供給装置）
８  ポンプ（供給装置）
９  熱交換器
１０  電池モジュール
１１  外装フィルム（ラミネートフィルム）
１２  正極
１３  負極
１４  セパレータ
１５  正極タブ
１６  負極タブ
１７  ベント溝（ベント弁）
１８  外周部
１９  サポート部材
P1 規定圧
P2 所定圧力
【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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