(57)【要約】【課題】筐体に収納された複数の電池セルの温度を簡易な構成で冷却可能な電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明に係る電池モジュール（１）は、筐体（２）内に、導電部材（６）によって端子（５）間を電気的に接続された複数の電池セル（３）を収容しており、導電部材と前記筐体の内表面との間に設けられ、前記導電部材を前記筐体に熱的に接触させる伝熱部材（１０）を備えることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に、導電部材によって端子間を電気的に接続された複数の電池セルを収容する電池モジュールであって、
前記導電部材と及び前記筐体の内表面との間に設けられ、前記導電部材を前記筐体に熱的に接触させる伝熱部材を備えることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記伝熱部材は、前記筐体の内表面に沿って延在するシート形状を有することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記導電部材は、
前記端子に接続される複数の接続部と、
該複数の接続部間に形成された導電部と
を備え、
前記導電部は、前記複数の接続部が前記端子に接続された際に、前記接続部に比べて前記筐体の内表面に近づくように形成された凸部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記端子は、前記複数の接続部に形成された貫通孔に挿入されると共に、その先端を前記筐体の内表面側からナットで固定されることによって前記導電部材に接続され、
前記凸部は、該接続された端子の先端と同じ高さになるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記導電部材は、板形状を有し、
前記筐体は、前記導電部材が前記端子間に接続された際に、前記導電部材に対向する内表面上に、前記導電部材に向って突出するように形成された凸部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記導電部材は、
前記端子が挿入される貫通孔と、
該貫通孔に挿入された端子が前記筐体の内表面側からナットで固定された際に、前記ナットを収容するために前記筐体の内表面に対向する側に形成された凹部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記凹部は、前記端子の先端形状に対応するテーパ形状を有していることを特徴とする請求項６に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記複数の電池セルは、前記筐体に連結された固定部材によって、前記端子が設けられている側から固定されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一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、電気的に接続された複数の電池セルが筐体に収納されてなる電池モジュールの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
負荷に対して直流電力を供給するための電池モジュールとして、筐体内に直流電力を蓄積した複数の電池セルを収納したものが知られている。筐体内に収納された複数の電池セルは、例えばバスバーと呼ばれる導電部材によって互いに電気的に接続されることによって、要求される仕様に応じた電力が出力可能に構成されている。
【０００３】
一般的に電池セルを運用するにあたり、温度管理は電池セルの寿命に大きな影響を与えるため重要である。電池セルは内部抵抗が存在することに加えて、上述のように導電部材によって端子間が電気的に接続される場合には、該端子近傍において少なからず接触抵抗が存在することとなる。そのため、電池モジュールでは電流が流れる際に、このような電池セルが有する各種抵抗に起因した発熱が生じる。
【０００４】
このような電池モジュール内部で生じる発熱に対して、従来の電池モジュールでは、電池セルが配置された筐体内に外気を循環供給することによって冷却を行う、いわゆる空冷方式が広く行われている。しかしながら、粉塵や水分に曝される環境下において使用される電池モジュールでは、防塵性や防水性が求められるため、密閉構造を有する筐体に電池セルを収納する必要がある。この場合、筐体が密閉構成を有しているため、外気を循環させる空冷方式を採用することができず、新たな冷却方式を採用する必要がある。
【０００５】
密閉構造を有する筐体に電池セルを収納してなる電池モジュールにおける冷却方式に関する技術として、例えば特許文献１がある。特許文献１では、筐体に収納された複数の電池セル間を電気的に接続する導電部材（バスパー）を、絶縁性に優れた伝熱材料で形成されたケースに収容し、該ケースを電池セルの本体に接触させることで、電池セルの端子近傍で接触抵抗によって生じた発熱を、ケースを介して電池セルの本体に放熱して冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−８０６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、伝熱材料からなるケースを介した電池セル本体への放熱によって冷却を行っている。しかしながら、このような冷却構造では、電池セル本体の温度が上昇してしまうという問題点がある。特に、電池セルの取り扱いを容易にするために電池セルを低電圧出力仕様に設計した場合、所定電力を出力する際に端子を流れる電流値が増大する。発熱量は電流値の２乗に比例するため（ジュールの法則）、このような場合には、端子近傍における発熱量が増大して、電池セルの温度上昇がより顕著となってしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、筐体に収納された複数の電池セルの温度を簡易な構成で冷却可能な電池モジュール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】
【０００９】
本発明に係る電池モジュールは上記課題を解決するために、筐体内に、導電部材によって端子間を電気的に接続された複数の電池セルを収容する電池モジュールであって、前記導電部材と前記筐体の内表面との間に設けられ、前記導電部材を前記筐体に熱的に接触させる伝熱部材を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一の実施形態によれば、電池セルの端子間を電気的に接続する導電部材を、伝熱部材を介して、筐体の内表面に熱的に接触させる。これにより、電池セルの発熱、特に端子近傍で接触抵抗に起因する発熱及び導電部材自身の抵抗に起因する発熱を、筐体に放熱して冷却することができる。このような冷却方式は、空冷方式の採用が困難な密閉構造を有する筐体を有する電池モジュールにおいても良好な冷却効果を得ることができる。
【００１１】
他の実施形態では、前記伝熱部材は、前記筐体の内表面に沿って延在するシート形状を有してもよい。
この実施形態によれば、伝熱部材をシート形状とすることで、発熱側の導電部材と放熱側の筐体の内表面との間の距離を短くすることができる。これにより、導電部材から筐体への放熱効率が向上し、より効果的な放熱効果を得ることができる。
【００１２】
他の実施形態では、前記導電部材は、前記端子に接続される複数の接続部と、該複数の接続部間に形成された導電部とを備え、前記導電部は、前記複数の接続部が前記端子に接続された際に、前記接続部に比べて前記筐体の内表面に近づくように形成された凸部を有してもよい。
この実施形態によれば、導電部材に凸部を設けることによって、発熱側の導電部材と放熱側の筐体の内表面との距離が短くすることができる。これにより、導電部材から筐体への放熱効率が向上し、より効果的な放熱効果を得ることができる。
【００１３】
この場合、前記端子は、前記複数の接続部に形成された貫通孔に挿入されると共に、その先端を前記筐体の内表面側からナットで固定されることによって前記導電部材に接続され、前記凸部は、該接続された端子の先端と同じ高さになるように形成されていてもよい。
この実施形態によれば、導電部材を電池セルの端子間に接続した際に、伝熱部材に対して、発熱側である導電部材及び端子を、広い面積に亘って密着できる。これにより、伝熱部材を介した筐体への放熱を促進することができ、より効果的な放熱効果を得ることができる。
【００１４】
また他の実施形態では、前記導電部材は、板形状を有し、前記筐体は、前記導電部材が前記端子間に接続された際に、前記導電部材に対向する内表面上に、前記導電部材に向って突出するように形成された凸部を有してもよい。
この実施形態によれば、導電部材はシンプルな板形状を有するため、容易に製造することができ、コスト面に優れている。一方、筐体に凸部を設けることによって、発熱側の導電部材と放熱側の筐体の内表面との間の距離を短くすることができる。これにより、導電部材から筐体への放熱効率が向上し、より効果的な放熱効果を得ることができる。
【００１５】
他の実施形態では、前記導電部材は、前記端子が挿入される貫通孔と、該貫通孔に挿入された端子が前記筐体の内表面側からナットで固定された際に、前記ナットを収容するために前記筐体の内表面に対向する側に形成された凹部を有してもよい。
この実施形態によれば、電池セルの端子を導電部材に形成された貫通孔に挿入し、ナットで締め付け固定した場合に、該ナットを凹部に収容することで、電池セルの端子間に接続された導電部材の筐体の内表面側の凹凸を軽減できる。これにより、伝熱部材に対する導電部材の密着度を向上できるので、導電部材から筐体への放熱効率が向上し、より効果的な放熱効果を得ることができる。
【００１６】
この場合、前記凹部は、前記端子の先端形状に対応するテーパ形状を有してもよい。
この実施形態によれば、凹部を端子の先端形状に対応するテーパ形状とすることで、端子と導電部材との密着性が向上し、より効果的な放熱効果を得ることができる。
【００１７】
他の実施形態では、前記複数の電池セルは、前記筐体に連結された固定部材によって、前記端子が設けられている側から固定されていてもよい。
この実施形態によれば、固定部材によって電池セルを筐体に固定することで、電池モジュールに対して振動等が加えられた場合であっても、電池セルの姿勢を安定的に維持できる。これにより、上記作用に加えて更に耐震性を兼ね備えた電池モジュールを実現することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一の実施形態によれば、電池セルの端子間を電気的に接続する導電部材を、伝熱部材を介して、筐体の内表面に熱的に接触させる。これにより、電池セルの発熱、特に端子近傍で接触抵抗に起因する発熱及び導電部材自身の抵抗に起因する発熱を、筐体に放熱して冷却することができる。このような冷却方式は、空冷方式の採用が困難な密閉構造を有する筐体を有する電池モジュールにおいても良好な冷却効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施例に係る電池モジュールの構成を示す分解斜視図である。
【図２】単体の電池セルを示す斜視図である。
【図３】複数の電池セルの接続状態を端子側から模式的に示したものである。
【図４】図１に示す電池セルの端子近傍をA方向から示す側面図である。
【図５】図１に示す電池セルの端子近傍をB方向から示す側面図である。
【図６】導電部材を単体で示す斜視図である。
【図７】伝熱部材の他の設置例を模式的に示す平面図である。
【図８】第２実施例に係る電池モジュールの断面図である。
【図９】第３実施例に係る電池モジュールの断面図である。
【図１０】第４実施例に係る電池モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２１】
（第１実施例）
図１は第１実施例に係る電池モジュール１の構成を示す分解斜視図である。
電池モジュール１は、不図示の出力端子から外部負荷に対して直流電力を供給するための電源装置であり、筐体２内に複数の電池セル３を収納してなる。複数の電池セル３は、直列又は並列に電気的に接続されることにより、要求仕様に応じて所定電力が出力可能なように組み合わされている。
【００２２】
筐体２は、内部に収納される複数の電池セル３等を外部要因から保護可能な程度の剛性を有する材料から形成されており、好ましくは金属材料（例えば、軽量且つ強度に優れたアルミニウムなど）から形成される。本実施例では特に、筐体２は複数のアルミニウム金属板材を接合することにより、略直方体形状の密閉構造を有することにより、外部からの粉塵や水分などの浸入から、電池セル３等の内部構成を保護する機能を有している。
尚、図１では電池モジュール２の内部構成をわかりやすく示すために、略直方体形状を有する筐体２の一部を構成する金属板材２a、２ｂのみを代表的に示している。
【００２３】
筐体２に収納される電池セル３の単体構成について図２を参照して説明する。図２は単体の電池セル３を示す斜視図である。
電池セル３は、略直方体形状の電池缶４内に、電極が収納されており（不図示）、電池缶４の外表面の一面に、該電極に電気的に接続された正極・負極に対応した１対の端子５が設けられている（以下、一対の端子５を区別して述べる場合には、それぞれ符号５a、５ｂで示すこととする）。端子５は、筐体２の外表面から突出するボルトとして形成されており、該ボルト上に設けられたネジ溝に対応するナットによって、後述する導電部材６に対して締め付け固定できるように構成されている。
【００２４】
図１に示すように、このような構成を有する電池セル３は、筐体２内において、導電部材６によって互いに電気的に接続された状態で収納されている。
図３は複数の電池セル３の接続状態を端子５側から模式的に示したものである。筐体２には５つの電池セル３a−３eが収納されており、それぞれ端子５が設けられた面が揃うように配列されている。また複数の電池セル３は、隣り合う電池セル３の端子５a、５ｂが交互に入れ替わるように配置されており、隣り合う電池セル３のうち一方の端子５aと他方の端子５ｂとが導電部材６によって電気的に接続されることにより、互いに直列接続されている。
尚、電池モジュール１に要求される仕様に応じて、電池セルの種類、個数及びレイアウトは適宜設計変更可能であることは言うまでもない。
【００２５】
続いて図４及び図５を参照して、電池モジュール１の内部構造について詳述する。図４及び図５は、電池モジュール１に収納された電池セル３の端子近傍をA方向及びB方向から示す側面図である。
尚、図４及び図５では、５つの電池セル３aー３eのうち３a及び３ｂのみを代表的に示しているが、他の電池セルについても同様である。
【００２６】
電池セル３a及び３ｂは、端子５が設けられた面が筐体２の一の内表面（すなわち、図１の金属板材２a）に対向するように配置されており、端子間５が導電部材６によって接続されている。図４に示すように、導電部材６と筐体２の内表面との間には、伝熱部材１０が設けられることにより、導電部材６は筐体２の内表面に対して熱的に接触されている。
【００２７】
伝熱部材１０は絶縁性を有すると共に高い熱伝導率を有する材料であり、本実施例では特に、柔軟性にも優れたシリコンシート部材を使用している。伝熱部材１０は、導電部材６と筐体２との間に介在することによって、電池セル２で生じた発熱を、導電部材６から受け取ると共に、筐体２に放熱することにより、電池セル２の冷却を行う。
尚、伝熱部材１０であるシリコンシートは絶縁性を有しているため、上記放熱作用に加えて、導電部材６によって接続された電池セル３を筐体２から電気的に絶縁する機能を兼ねている。
【００２８】
ここで、端子５及び導電部材６は共に導電性に優れた材料から形成されるが、これらを接続した場合、少なからず接触抵抗が存在する。また、導電部材６自体にも抵抗が存在する。そのため、電池セル３から充放電電流が流れると、それら抵抗に起因した発熱が端子５及び導電部材６の近傍に生じる。本実施例では筐体２が密閉構造を有しているため、電池セル３を空冷することが困難であるが、上述したように電池セル３側で発生した発熱を、電池セル３を介さずに、導電部材６から伝熱部材１０を介して筐体２に放熱することで、密閉構造を有する筐体２内においても、電池セル３に対する良好な冷却作用が得られる。
【００２９】
特に伝熱部材１０を、筐体２の内表面に沿って延在するシート形状を有するように形成することによって、発熱側である導電部材６と放熱側である筐体２の内表面との間の距離を短くすることができる。これにより、導電部材６から筐体２への放熱効率が向上し、より効果的な放熱効果を得ることができる。また端子５と導電部材６とが形成する発熱側と筐体との間に形成される隙間に柔軟に入り込むことによって高い密着性が得られ、冷却性能を向上することができる。
【００３０】
図６は導電部材６を単体で示す斜視図である。導電部材６は、端子５に接続される複数の接続部６aと、該複数の接続部６a間に形成された導電部６ｂとを備えている。接続部６aにはボルト状の端子５が挿入可能な貫通孔７が設けられており、該貫通孔７に端子５を挿入し、その先端をナット８で締め付け固定することによって、電池セル３の端子５に導電部材６を接続できるようになっている。
【００３１】
導電部６ｂは、複数の接続部６aが端子５に接続された際に、接続部６aに比べて筐体２の内表面に近づくように形成された凸部６ｃを有している。図４に示すように、導電部材６に凸部６ｃを設けることによって、発熱側である導電部材６と放熱側である筐体２の内表面との距離が短くすることができる。これにより、導電部材６から筐体２への放熱効率が向上し、より効果的な放熱効果を得ることができる。
【００３２】
このような凸部６ｃは、導電部材６が端子５に接続された際に、該接続された端子５の先端と同じ高さになるように形成されることにより、発熱側である導電部材６及び端子５を、伝熱部材１０に対して広い面積に亘って密着できる。これにより、伝熱部材１０を介した筐体２への放熱を促進することができ、より効果的な放熱効果を得ることができる。
【００３３】
伝熱部材１０は、図１に示されるように、導電部材６に対向する筐体２の内表面に沿って、複数の電池セル３に亘るように広く設けられている。このように複数の電池セル３に亘るように伝熱部材１０を設けることによって、導電部材６ごとに伝熱部材１０を設ける場合に比べて部材数を少なくでき、簡易な構成で良好な冷却効果を得ることができる。
【００３４】
ここで図７を参照して、伝熱部材１０の他の設置例について説明する。図７（a）は電池セル３を接続する導電部材６と伝熱部材１０との位置関係を透過的に示したものであり、電池セル３の配列方向に沿って並ぶ複数の導電部材６に亘って、２本の帯状に成型された伝熱部材１０が設けられている。このような伝熱部材１０は図７（ｂ）に示されるように、予め筐体２の一部を構成する金属板材の内表面に取り付けておき、筐体２の他の部位に電池セル３等を収納した後に組み合わせることによって、伝熱部材１０が導電部材６に接触するように構成することで、組み立て性に優れた電池モジュール１を実現することができる。
【００３５】
尚、本実施例では図１及び図５に示すように、筐体２の他の面（金属板材２ｂ）においても同様の伝熱部材１０が設けられており、筐体２に収納された複数の電池セル３の側面及び底面からも筐体２に対して放熱可能に構成されている。これにより、密閉構造を有する筐体２に収納された電池セル２全体を効率的に冷却することができるようになっている。
【００３６】
導電部材６によって互いに接続された複数の電池セル３は、図１に示されるように、固定部材１１によって筐体２に対して固定されている。固定部材１１は、強度に優れ、絶縁性のある材料によって形成されている。固定部材１１は棒状に成型されており、その両端が筐体２に固定された支持部材１２に連結されることにより、電池セル３を端子５側から固定している。このように電池セル３を固定部材１１によって筐体２に対して固定することによって、電池モジュール１に振動が加えられた場合であっても筐体２の内部構造を安定的に保持可能になっており、良好な耐震性を得ることができる。
【００３７】
尚、電池モジュール１の耐震性に関しては、電池セル３間を互いに接続する導電部材６も少なからず貢献すると考えられるが、このように導電部材６とは別に、耐震性向上を目的とした固定部材１１を設けることによって、良好な耐震性が得られる。
【００３８】
以上説明したように、本実施例によれば、電池セル３の端子５間を電気的に接続する導電部材６を、伝熱部材１０を介して、筐体２の内表面に熱的に接触させる。これにより、電池セル３の発熱、特に端子５近傍で接触抵抗に起因する発熱を、筐体２に放熱して冷却することができる。このような冷却方式は、空冷方式の採用が困難な密閉構造を有する筐体２を有する電池モジュール１においても良好な冷却効果を得ることができる。
【００３９】
（第２実施例）
図８は第２実施例に係る電池モジュール１の断面図であり、上記第１実施例の図４に相当するものである。尚、本実施例では上記説明と重複する箇所には共通の符号を用いることとし、重複する説明は適宜省略する。
【００４０】
第２実施例では、導電部材６はシンプルな板形状に形成されており、おり、容易に製造することができ、コスト面にも優れている。一方、導電部材６がフラットな板形状を有しているため、貫通孔７にボルト状の端子５を挿入してナット８で固定した際に、ナット８と導電部材６の表面によって形成される凹領域１３が存在する。本実施例では、このような凹領域１３に対応するように、導電部材６に対向する筐体２の内表面上に、該導電部材６に向って突出するように凸部１４が形成されている。これにより、発熱側の導電部材６と放熱側の筐体２の内表面との間の距離を短くすることができる。これにより、導電部材６から筐体２への放熱効率が向上し、より効果的な放熱効果を得ることができる。
【００４１】
尚、図８に示すように、導電部材６側の凹領域１３と、筐体２上の凸部１４との間には隙間が形成されるが、上述のように伝熱部材１０は柔軟性を有するシリコンシートであるため、当該隙間を埋めるように密着し、良好な放熱作用が得られるようになっている。
【００４２】
第２実施例ではこのような構成によって、シンプルな板形状の導電部材６を用いた場合であっても、良好な冷却効果が得られる。
【００４３】
（第３実施例）
図９は第３実施例に係る電池モジュール１の断面図であり、上記第１実施例の図４に相当するものである。尚、本実施例では上記説明と重複する箇所には共通の符号を用いることとし、重複する説明は適宜省略する。
【００４４】
第３実施例では、導電部材６は、貫通孔７に挿入された電池セル３の端子５が筐体２の内表面側からナット８で固定された際に、該ナット８を収容するための凹部１５が、筐体２の内表面に対向する側に設けられている。このようにナット８を凹部１５に収容することで、電池セル３の端子５間に接続された導電部材６の筐体２の内表面側の凹凸を軽減できる。その結果、伝熱部材１０に対する導電部材６の密着度を向上できるので、導電部材６から筐体２への放熱効率が向上し、より効果的な放熱効果を得ることができる。
尚、より好ましくは、凹部１５の深さは、当該凹部１５にナット８を収容した際に、筐体２の内表面側においてナット８の表面と、導電部材６のその他の表面とが面一になるように設定することで、凹凸を略ゼロにするとよい。
【００４５】
（第４実施例）
図１０は第４実施例に係る電池モジュール１の断面図であり、上記第１実施例の図４に相当するものである。尚、本実施例では上記説明と重複する箇所には共通の符号を用いることとし、重複する説明は適宜省略する。
【００４６】
第４実施例は、第３実施例に比べて、導電部材６に接続される端子５の先端がテーパ形状（皿ネジ状）になっている点で異なっている。この場合、導電部材６の筐体２の内表面側に設けられた凹部１５の形状を、端子５の先端形状に対応するテーパ形状となるように形成している。これにより、端子５と導電部材６との密着性が向上するので、凹部１５で端子５の先端を安定的に固定することによって接触抵抗を軽減でき、良好な冷却効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、電気的に接続された複数の電池セルが筐体に収納されてなる電池モジュールに利用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  電池モジュール
２  筐体
３  電池セル
４  電池缶
５  端子
６  導電部材
７  貫通孔
８  ナット
１０  伝熱部材
１１  固定部材
１２  支持部材
【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】
2015050164.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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