(57)【要約】【課題】放熱部材のサイズの制限を受けることなく、電池モジュールと放熱部材との間の密着性を確保できる電池パック、及びこのような電池パックの製造方法を提供する。【解決手段】電池パック１は、ブラケット７を介して電池モジュール３を筐体２に固定してなり、電池モジュール３及びブラケット７と筐体２との間に配置された弾性を有する薄板２１と、薄板２１に密着するように電池モジュール３の一面側に配置された熱伝導シート９と、を備え、薄板２１は、ブラケット７を筐体２に固定する固定ボルト１３の締結力によって筐体２側に付勢されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラケットを介して電池モジュールを筐体に固定してなる電池パックであって、
前記電池モジュール及び前記ブラケットと前記筐体との間に配置された弾性を有する薄板と、
前記薄板に密着するように前記電池モジュールの一面側に配置された熱伝導シートと、を備え、
前記薄板は、前記ブラケットを前記筐体に固定する固定ボルトの締結力によって前記筐体側に付勢されている、電池パック。
【請求項２】
前記熱伝導シートは、液状のＴＩＭの硬化物である、請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
ブラケットを介して電池モジュールを筐体に固定してなる電池パックの製造方法であって、
一面側に熱伝導シートが配置された前記電池モジュールと前記筐体との間に弾性を有する薄板を配置する薄板配置工程と、
前記薄板を介在させた状態で前記電池モジュールに設けられた前記ブラケットを固定ボルトによって前記筐体に固定するブラケット固定工程と、を備え、
前記薄板配置工程において、前記熱伝導シートとの対向面に対して前記ブラケットによる固定面が前記筐体側に傾斜する傾斜面となるように前記薄板を配置し、
前記ブラケット固定工程において、前記傾斜面が前記対向面と面一となるように前記固定ボルトを締結する、電池パックの製造方法。
【請求項４】
前記熱伝導シートとして、液状のＴＩＭの硬化物を用いる、請求項３記載の電池パックの製造方法。
【請求項５】
前記薄板配置工程において、前記対向面と前記傾斜面と境界部分が前記熱伝導シートと対向するように前記薄板を配置する、請求項３又は４記載の電池パックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パック及び電池パックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載の電源システムがある。この従来の電源システムは、複数の電池を含む電池モジュールと、電池モジュールを冷却する冷却装置と、冷却装置に電池モジュールを固定する固定部材とを備えている。冷却装置は、電池モジュールの一端面側に宛がわれ、固定部材は、冷却装置を挟み込むように電池モジュールに係合され、電池モジュールの一端面側に冷却装置を付勢している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２３２９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池モジュールと放熱部材との間に空気層などが存在すると、空気層によって放熱性が阻害されてしまうおそれがある。したがって、電池モジュールの放熱性を確保する観点から、電池モジュールと放熱部材との間の密着性が重要となる。上述した従来の構成では、固定部材で冷却装置を付製することで電池モジュールに対する冷却装置の密着性の確保が図られている。しかしながら、冷却装置を挟み込むように固定部材を電池モジュールに係合させる構成では、冷却装置のサイズと電池モジュールの一端面のサイズとをある程度一致させる必要がある。このような制限により、例えば電池モジュールを取り付ける筐体自体を放熱部材として用いるような場合には、上述した従来の構成を適用することは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、放熱部材のサイズの制限を受けることなく、電池モジュールと放熱部材との間の密着性を確保できる電池パック、及びこのような電池パックの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る電池パックは、ブラケットを介して電池モジュールを筐体に固定してなる電池パックであって、電池モジュール及びブラケットと筐体との間に配置された弾性を有する薄板と、薄板に密着するように電池モジュールの一面側に配置された熱伝導シートと、を備え、薄板は、ブラケットを筐体に固定する固定ボルトの締結力によって筐体側に付勢されている。
【０００７】
この電池パックでは、弾性を有する薄板に固定ボルトの締結力を作用させ、薄板自体の弾性力によって薄板が筐体側に付勢されている。これにより、放熱部材としての筐体に対して薄板を密着させることが可能となる。また、電池モジュールの一面側に熱伝導シートが配置されているため、薄板が筐体側に付勢されている状態であっても、薄板の形状に熱伝導シートが追従し、電池モジュールと薄板との密着性も十分に確保される。したがって、この電池パックでは、電池モジュールで発生した熱を筐体に対して良好に放熱させることができる。この構成は、筐体のサイズによらずに適用可能である。
【０００８】
また、熱伝導シートは、液状のＴＩＭの硬化物であってもよい。このような熱伝導シートを用いることにより、薄板に対する熱伝導シートの追従性を十分に高めることができる。したがって、電池モジュールと薄板との密着性を一層十分に確保できる。
【０００９】
本発明の一側面に係る電池パックの製造方法は、ブラケットを介して電池モジュールを筐体に固定してなる電池パックの製造方法であって、一面側に熱伝導シートが配置された電池モジュールと筐体との間に弾性を有する薄板を配置する薄板配置工程と、薄板を介在させた状態で電池モジュールに設けられたブラケットを固定ボルトによって筐体に固定するブラケット固定工程と、を備え、薄板配置工程において、熱伝導シートとの対向面に対してブラケットによる固定面が筐体側に傾斜する傾斜面となるように薄板を配置し、ブラケット固定工程において、傾斜面が対向面と面一となるように固定ボルトを締結する。
【００１０】
この電池パックの製造方法では、ブラケットを筐体に固定する際に、薄板の傾斜面が対向面と面一になるように固定ボルトを締結する。これにより、弾性を有する薄板に固定ボルトの締結力が作用し、薄板自体の弾性力によって薄板が筐体側に付勢される。したがって、放熱部材としての筐体に対して薄板を密着させることが可能となる。また、電池モジュールの一面側に熱伝導シートが配置されているため、薄板が筐体側に付勢されている状態であっても、薄板の形状に熱伝導シートが追従し、電池モジュールと薄板との密着性も十分に確保される。したがって、この製造方法で得られた電池パックでは、電池モジュールで発生した熱を筐体に対して良好に放熱させることができる。この手法は、筐体のサイズによらずに適用可能である。
【００１１】
また、熱伝導シートとして、液状のＴＩＭの硬化物を用いてもよい。このような熱伝導シートを用いることにより、薄板に対する熱伝導シートの追従性を十分に高めることができる。したがって、電池モジュールと薄板との密着性を一層十分に確保できる。
【００１２】
また、薄板配置工程において、対向面と傾斜面との境界部分が熱伝導シートと対向するように薄板を配置してもよい。固定ボルトの締結力によって傾斜面を対向面と面一にする場合、傾斜面と対向面との境界部分で塑性変形が生じることがある。したがって、対向面と傾斜面との境界部分が熱伝導シートと対向するように薄板を配置することにより、塑性変形が生じた箇所に熱伝導シートを追従させて電池モジュールと薄板との密着性を十分に確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、放熱部材のサイズの制限を受けることなく、電池モジュールと放熱部材との間の密着性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電池パックの一実施形態を示す概略図である。
【図２】図１に示した電池パックの製造工程を示す概略図である。
【図３】図２の後続の工程を示す概略図である。
【図４】薄板の弾性変形の様子を示す図である。
【図５】図１に示した電池パックの要部拡大概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る電池パック及び電池パックの製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、電池パックの一実施形態を示す概略図である。電池パック１は、例えばフォークリフトなどの産業車両のバッテリとして用いられるものである。電池パック１は、図１に示すように、ブラケット７を介して電池モジュール３を筐体２に固定することによって構成されている。
【００１７】
筐体２は、例えば略直方体の箱状をなしている。電池パック１がフォークリフトに搭載される場合、筐体２の外側面にウエイト部材を設けることにより、フォークリフトのカウンタウエイトとしての機能が付加される場合もある。筐体２を形成する材料は、例えば鉄などの金属材料であり、これにより、筐体２は、電池モジュール３で発生した熱を外部に放出する放熱部材としても機能する。
【００１８】
電池モジュール３は、複数の電池セル４を含む配列体５と、配列体５における配列方向の一方端に配置された弾性体６と、配列体５及び弾性体６を配列方向に挟むように配置された一対のブラケット７，７と、配列体５及び弾性体６を配列方向に拘束する拘束部材８とを備えて構成されている。
【００１９】
電池セル４は、例えばリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。電池セル４は、非水系の電解液が注入されたケース内に電極組立体を収容して構成されている。電極組立体は、正極、負極、及びセパレータを所定の順序で積層したものである。本実施形態では、袋状のセパレータ内にシート状の正極が収容されており、正極が収容された袋状のセパレータとシート状の負極とが交互に積層されている。
【００２０】
なお、各電池セル４は、枠状のセルホルダによって保持されていてもよい。各電池セル４には、伝熱プレートが設けられていてもよい。配列体５と弾性体６との間には、ミドルプレートが配置されていてもよい。
【００２１】
配列体５の一面側には、熱伝導シート９が設けられている。熱伝導シート９は、液状のＴＩＭ（Thermal Interface Material）の硬化物であり、一定の弾性を有している。ＴＩＭは、例えばポリウレタンなどの熱伝導材料を含み、例えば１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を有している。ＴＩＭの熱伝導率は、２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがより好ましく、３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが更に好ましい。熱伝導シート９は、接着性を有していてもよい。
【００２２】
弾性体６は、電池セル４に膨張が生じた場合に、拘束荷重による電池セル４、ブラケット７、及び拘束部材８の破損を防止する目的で用いられる部材である。弾性体６は、例えばウレタン製のゴムスポンジによって矩形の板状に形成されている。弾性体６の他の形成材料としては、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、シリコンゴム等が挙げられる。また、弾性体６は、ゴムに限られず、バネ材などであってもよい。
【００２３】
ブラケット７は、例えば金属製の板状部材である。ブラケット７は、互いに直交する２つの平板部分７Ａ，７Ｂを有し、全体として略Ｌ字状をなしている。平板部分７Ａは、電池セル４及び弾性体６を配列方向から見た平面形状と同等若しくは一回り大きい寸法の矩形状をなし、配列体５及び弾性体６に対するエンドプレートとして機能する。一方、平板部分７Ｂは、平板部分７Ａの一縁部から矩形状に張り出し、電池モジュール３を筐体２に固定するための固定片として機能する。
【００２４】
一方のブラケット７は、平板部分７Ａが配列体５の一方の配列端に当接し、かつ平板部分７Ｂが配列体５の一面（熱伝導シート９が設けられた面）と同じ方向を向くように配置されている。また、他方のブラケット７は、平板部分７Ａが弾性体６に当接し、かつ平板部分７Ｂが電池モジュール３の一面（熱伝導シート９が設けられた面）と同じ方向を向くように配置されている。電池モジュール３は、平板部分７Ｂに設けられた挿通孔１０を通して筐体２側のボルト孔１２に固定ボルト１３を螺合することにより、筐体２に対して強固に固定されている。
【００２５】
拘束部材８は、本実施形態では、拘束ボルト１４及びナット１５によって構成されている。拘束ボルト１４は、例えば一方のブラケット７の平板部分７Ａから他方のブラケット７の平板部分７Ａに向かって通されている。他方のブラケット７の平板部分７Ａから突出する拘束ボルト１４の先端部分には、ナット１５が螺合されている。これにより、各電池セル４及び弾性体６が挟持されてユニット化されると共に、ナット１５の締結力によって各電池セル４及び弾性体６に所定の拘束荷重が付加される。
【００２６】
電池モジュール３を筐体２に固定するにあたり、電池モジュール３と筐体２との間には、弾性を有する薄板２１が配置されている。薄板２１は、例えば冷間圧延などによって強度を高めたバネ用ステンレス鋼などによって、電池モジュール３の一面側の平面形状に応じた矩形状に形成されている。筐体２の壁部の厚さは、薄板２１の変形の影響を受けない程度の十分な剛性を有していることが好ましい。例えば筐体２の壁部の厚さが１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度である場合、薄板２１の厚さは、０．６ｍｍ〜３．２ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２７】
薄板２１は、配列体５の一面側に設けられた熱伝導シート９と対向する対向面２１Ａと、ブラケット７の平板部分７Ｂと対向して固定ボルト１３で固定される固定面２１Ｂとを有している。固定面２１Ｂには、固定ボルト１３を挿通させる挿通孔２２が設けられている。薄板２１は、挿通孔１０及び挿通孔２２を通る固定ボルト１３によってブラケット７の平板部分７Ｂと共に筐体２に対して共締めされている。
【００２８】
固定ボルト１３を締結した状態において、固定面２１Ｂは、後述する傾斜面２１Ｃ（図２参照）が固定ボルト１３の締結時に弾性変形することによって形成され、対向面２１Ａと面一になっている。傾斜面２１Ｃの弾性変形によって固定面２１Ｂを対向面２１Ａと面一にすることにより、対向面２１Ａは、薄板２１自体の弾性力によって筐体２側に付勢されている。この付勢力により、対向面２１Ａの一面側は、筐体２に密着している。また、対向面２１Ａの他面側には、一定の弾性を有する熱伝導シート９が密着している。これにより、各電池セル４から熱伝導シート９及び薄板２１を介して筐体２に至る放熱経路が確立されている。
【００２９】
上述した電池パック１を製造する場合、まず、図２に示すように、一面側に熱伝導シート９が配置された電池モジュール３及びブラケット７と筐体２との間に弾性を有する薄板２１を配置する（薄板配置工程）。熱伝導シート９の形成方法には、特に制限はないが、例えばドクターブレード法を用いて電池モジュール３の一面側に液状のＴＩＭを塗布し、これを大気中で半日から１日程度放置して乾燥させることで平坦な熱伝導シート９を得ることができる。また、熱伝導シート９は、板状のＴＩＭを接着等によって電池モジュール３の一面側に固定した物であってもよい。
【００３０】
薄板配置工程における初期状態の薄板２１では、ブラケット７による固定面２１Ｂとなる部分が熱伝導シート９との対向面２１Ａに対して鈍角で傾斜する傾斜面２１Ｃとなっている。対向面２１Ａに対する傾斜面２１Ｃの傾斜角度θは、例えば５°〜４５°程度となっている。薄板配置工程では、傾斜面２１Ｃが筐体２側に傾斜する向きに薄板２１を配置し、電池モジュール３と筐体２とで薄板２１を挟み込む。
【００３１】
次に、図３に示すように、薄板２１を介在させた状態で電池モジュール３に設けられたブラケット７を固定ボルト１３によって筐体２に固定する（ブラケット固定工程）。ブラケット固定工程では、ブラケット７の平板部分７Ｂに設けられた挿通孔１０と、薄板２１の傾斜面２１Ｃに設けられた挿通孔２２とに固定ボルト１３の軸部を通した後、当該軸部を筐体２のボルト孔１２に螺合する。
【００３２】
固定ボルト１３の締結により、薄板２１の傾斜面２１Ｃは、ブラケット７の平板部分７Ｂと筐体２とで挟み込まれて弾性変形する。このとき、ブラケット７と筐体２とで挟み込まれた傾斜面２１Ｃは、対向面２１Ａと面一になるように変形し、固定面２１Ｂとなる。傾斜面２１Ｃが変形して固定面２１Ｂになる際、薄板２１自体の弾性力は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、傾斜面２１Ｃと対向面２１Ａとの傾斜角度θを維持するように作用する。
【００３３】
このため、傾斜面２１Ｃが対向面２１Ａと面一になるように変形すると、対向面２１Ａには、変形前に傾斜面２１Ｃが傾斜していた方向に弾性力が作用する。したがって、固定ボルト１３の締結後、電池モジュール３及びブラケット７と筐体２との間で薄板２１の固定面２１Ｂと対向面２１Ａとが面一になるが、対向面２１Ａは、固定ボルト１３の締結力によって筐体２側に付勢された状態となる（図３参照）。これにより、薄板２１の一面側が筐体２に密着すると共に、薄板２１の他面側には熱伝導シート９が密着し、各電池セル４から熱伝導シート９及び薄板２１を介して筐体２に至る放熱経路が確立される。
【００３４】
以上説明したように、この電池パック１の製造方法では、ブラケット７を筐体２に固定する際に、薄板２１の傾斜面２１Ｃが対向面２１Ａと面一になるように固定ボルト１３を締結する。これにより、弾性を有する薄板２１に固定ボルト１３の締結力が作用し、薄板２１自体の弾性力によって薄板２１が筐体２側に付勢される。したがって、放熱部材としての筐体２に対して薄板２１を密着させることが可能となる。
【００３５】
また、電池モジュール３の一面側に熱伝導シート９が配置されているため、薄板２１が筐体２側に付勢されている状態であっても、薄板２１の形状に熱伝導シート９が追従し、電池モジュール３と薄板２１との密着性も十分に確保される。したがって、この製造方法で得られた電池パック１では、電池モジュール３で発生した熱を筐体２に対して良好に放熱させることができる。この手法は、筐体２のサイズによらずに適用できる。
【００３６】
また、本実施形態では、熱伝導シート９として、液状のＴＩＭの硬化物が用いられている。このような熱伝導シート９を用いることにより、薄板２１に対する熱伝導シート９の追従性を十分に高めることができる。したがって、電池モジュール３と薄板２１との密着性を一層十分に確保できる。
【００３７】
なお、上述したように、固定ボルト１３の締結によって対向面２１Ａと面一になるように傾斜面２１Ｃを弾性変形させる場合、対向面２１Ａと固定面２１Ｂとの境界部分で塑性変形が生じることがある。塑性変形が生じると、対向面２１Ａと固定面２１Ｂとの境界部分に凸状の歪みが生じるおそれがある。このような場合には、上述した薄板配置工程において、対向面２１Ａと傾斜面２１Ｃとの境界部分Ｐが熱伝導シート９と対向するように薄板２１を配置することが好適である。この場合、図５に示すように、塑性変形が生じた境界部分Ｐに一定の弾性を有する熱伝導シート９が追従し、電池モジュール３と薄板２１との密着性を十分に確保できる。
【符号の説明】
【００３８】
１…電池パック、２…筐体、３…電池モジュール、７…ブラケット、９…熱伝導シート、１３…固定ボルト、２１…薄板、２１Ａ…対向面、２１Ｂ…固定面、２１Ｃ…傾斜面、Ｐ…境界部分。
【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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