(57)【要約】      （修正有）【課題】電池モジュールの大型化を抑制しつつ、温調部材との間の熱交換効率を向上させることにより、電池モジュールの温調性能の向上を図る。【解決手段】ウォータジャケットとの接続面となる周壁部と単電池４０との間隙に配設されて、周壁部と単電池４０とを熱的に接続する熱伝導部材５０と、を有している。この熱伝導部材５０は、単電池４０毎にこの単電池４０の端部に設けられており、単電池４０と対応する厚さに設定されていることが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱又は冷却を行う温調部材を熱的に接続可能な電池モジュールにおいて、
扁平状の単電池と、
前記単電池の扁平面と向き合う側壁部と、前記側壁部の周囲に接続されて前記単電池の厚さ方向に対応する周壁部とからなる箱形状を備えて、前記単電池を単独で又は複数積層した状態で内部に収納するとともに、前記周壁部の少なくとも一部が前記温調部材との熱的な接続面となる箱状のケースと、
前記接続面となる周壁部と前記単電池との間隙に配設され、当該周壁部と前記単電池とを熱的に接続する熱伝導部材と、を有し、
前記熱伝導部材は、前記単電池毎に当該単電池の端部に設けられており、前記単電池と対応する厚さに設定されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記単電池は、電池要素を内部に収容する一対の外装部材の周縁部を互いに溶着して構成されており、
前記熱伝導部材は、前記外装部材の周縁部を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１に記載された電池モジュール。
【請求項３】
前記単電池は、前記周縁部の外周部分を覆って当該周縁部を封止する封止部を有し、
前記熱伝導部材は、前記封止部を覆うように設けられていることを特徴とする請求項２に記載された電池モジュール。
【請求項４】
前記熱伝導部材は、弾性体により構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された電池モジュール。
【請求項５】
前記熱伝導部材は、常温硬化性の樹脂材から形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載された電池モジュール。
【請求項６】
前記単電池は、前記周縁部の内側に前記電池要素の厚さに対応して拡幅する傾斜部を備えており、
前記熱伝導部材は、前記傾斜部及び前記周縁部を含む範囲に設けられ、当該傾斜部及び前記周縁部を含む前記熱伝導部材の厚さが、前記単電池の厚さと対応していることを特徴とする請求項２又は３に記載された電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ハイブリッド自動車又は電気自動車といった電動車に搭載されるバッテリとして、複数の電池モジュールを組み合わせて構成した組電池が知られている。個々の電池モジュールは、パッケージされた単電池を単独で又は複数積層した状態でケース内に収容した構成となっており、例えば単電池としてリチウムイオン二次電池が用いられる。この類の電池モジュールでは、充放電特性を十分に発揮したり、性能劣化を抑制したりする観点から、電池モジュールの温調を行うことが一般となっている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、組電池を構成する個々の電池モジュールに対して温調を行う温調装置が開示されている。この組電池は、縦置き状態の電池モジュールを横方向に複数並べて構成されている。個々の電池モジュールには、隣り合う電池モジュールと面する側面側に伝熱フィンが配設されており、個々の伝熱フィンは、組電池の底面側に配設される伝熱基板にろうづけされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、電池モジュールの側面側に、温調部材としての伝熱フィンを設けているため、積層方向の厚さが増し、大型化を招くこととなる。特に、電池モジュールを積層した組電池では、積層数に応じて大型化が顕著となる。一方で、小型化の観点から伝熱フィンの薄肉化を行うと、熱交換効率が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池モジュールの大型化を抑制しつつ、温調部材との間の熱交換効率を向上させることにより電池モジュールの温調性能の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本発明は、加熱又は冷却を行う温調部材を熱的に接続可能な電池モジュールを提供する。電池モジュールは、温調部材との熱的な接続面となる周壁部と単電池との間隙に配設されて、周壁部と単電池とを熱的に接続する熱伝導部材を有している。この熱伝導部材は、単電池毎に単電池の端部に設けられており、単電池と対応する厚さに設定されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池モジュールの大型化を招くことがなく、かつ、温調部材との間の熱交換効率が向上して電池モジュールの温調性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電池モジュールが適用された組電池の構成を模式的に示す説明図
【図２】ウォータジャケットに接続される温調回路の説明図
【図３】電池モジュールの内部構造を模式的に示す説明図
【図４】単電池の構成を模式的に示す斜視図
【図５】単電池及び熱伝導部材を模式的に示す説明図
【図６】単電池に対する熱伝導部材の形成態様を模式的に示す説明図
【図７】単電池に対する熱伝導部材の形成態様を模式的に示す説明図
【図８】電池モジュールの内部構造を模式的に示す説明図
【図９】単電池に対する熱伝導部材の形成態様を模式的に示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施形態に係る電池モジュール１０が適用された組電池１の構成を模式的に示す説明図である。この組電池１は、例えば電動モータの動力を用いて走行する電動車両（図示せず）の電源として用いられる。組電池１は、図示しないバッテリケースに収容された状態で、電動車両の車室の床下に配置されている。
【００１１】
組電池１は、複数の電池モジュール１０を電気的に接続して構成されている。個々の電池モジュール１０は、扁平な直方体形状を有しており、縦置き状態にてその厚さ方向に積層されている。具体的には、個々の電池モジュール１０は、その長辺を車両の前後方向（Ｘ方向）に向け、車両の左右方向（Ｙ方向）に沿って積層されている。
【００１２】
複数の電池モジュール１０の積層方向の両側には、エンドプレート２が配置されている。また、各電池モジュール１０の前面側及び後面側には、電池モジュール１０の積層方向（Ｙ方向）に延在する支持プレート３が配置されている。エンドプレート２及び支持プレート３により、電池モジュール１０同士の固定がなされるとともに、電池モジュール１０群のバッテリケースへの固定がなされる。
【００１３】
また、この組電池１は、当該組電池１、具体的には、個々の電池モジュール１０を加熱又は冷却するための温調装置５を備えている。例えば、温調装置５は、周囲の環境が高温な時、又は、充放電に伴う電池モジュール１０の発熱時には、冷却した温調用媒体と組電池１との間で熱交換を行うことで、組電池１を冷却する。また、温調装置５は、寒冷地といった周囲の環境が低温な時には、加熱した温調用媒体と組電池１との間で熱交換を行うことで、組電池１を加熱する。
【００１４】
温調装置５は、熱交換用の温調用媒体（例えば水）が通流するウォータジャケット６と、このウォータジャケット６と接続される温調回路２００（図２参照）とで構成されている。
【００１５】
ウォータジャケット６は、組電池１、具体的には、個々の電池モジュール１０と熱的に接続することで、当該電池モジュール１０を加熱又は冷却する温調部材である。ウォータジャケット６と個々の電池モジュール１０との熱的な接続は、バッテリケースの底面部の内側にウォータジャケット６を配置し、そのウォータジャケット６の上に組電池１を載置することで、組電池１の底面側と直接的に接触する状態としてもよいし、バッテリケースの底面部の外側にウォータジャケット６を配置することで、当該バッテリケースを介した状態で行ってもよい。
【００１６】
ウォータジャケット６は、熱伝導性に優れるアルミニウムなどの材料から板状に形成されており、組電池１の底面側の外形形状と対応する矩形形状を有している。このウォータジャケット６の内部には、温調用冷媒が通流する内部流路が形成されており、この内部流路に温調用冷媒が流入する入口部７ａと、内部流路を流れた温調用冷媒が流出する出口部７ｂとには、温調流路２００が接続されている。
【００１７】
図２は、ウォータジャケット６に接続される温調回路２００の説明図である。温調回路
２００は、ウォータジャケット６の出口部７ｂから流出した温調用冷媒を、当該ウォータジャケット６の入口部７ａへと循環させる閉回路である。ウォータジャケット６の入口部７ａ及び出口部７ｂと、温調回路２００とは、ゴムホース等によって連結される。これにより、車両振動によってウォータジャケット６と温調回路２００との間の距離が変化しても、各部位に力が作用しないようになっている。
【００１８】
温調回路２００は、低温媒体生成器２１０と、電気ヒータ２２０と、媒体温度センサ２３０と、ポンプ２４０と、これらを接続する温調用媒体通路２５０と、制御装置２６０と、電池温度センサ２７０とで構成される。この温調回路２００は、例えば車両用空調システム３００と組み合わせられて動作する。
【００１９】
低温媒体生成器２１０は、低温媒体生成器２１０に流入する車両用空調システム３００の冷媒と低温媒体生成器２１０に流入する温調用媒体との間で熱交換を行わせ、低温の温調用媒体を生成する熱交換器である。電気ヒータ２２０は、図示しない電源から電力の供給を受けて温調用媒体通路内を流れる温調用媒体を加熱し、高温の温調用媒体を生成するヒータである。媒体温度センサ２３０は、組電池１に供給される温調用媒体の温度を検出するセンサである。ポンプ２４０は、図示しない電源から電力の供給を受けて駆動され、組電池１から排出された温調用媒体を圧送し、温調回路２００からウォータジャケット６に温調用媒体を輸送するポンプである。電池温度センサ２７０は、組電池１の内部温度を検出するセンサである。
【００２０】
車両用空調システム３００は、コンプレッサ３１０と、コンデンサ３２０と、蒸発器３３０と、流路切換えバルブ３４０と、逆止弁３５０と、これらを接続する冷媒通路３６０とで構成される回路である。
【００２１】
コンプレッサ３１０は冷媒を圧縮するコンプレッサであり、圧縮された冷媒はコンデンサ３２０に送られる。コンデンサ３２０は、圧縮されて温度が上昇した冷媒と外気との間で熱交換を行わせて冷媒の温度を下げ、冷媒を液化させる熱交換器である。コンデンサ３２０には、外気をコンデンサ３２０に送り込むためのファン３２０Ｆが隣接して設けられている。蒸発器３３０は、液化した冷媒と車内に導入される空気との間で熱交換を行わせ、低温の空気を作り出す熱交換器である。また、蒸発器３３０は、図示しない減圧機構を有している。車両用空調システム３００においては、別途ヒータ（不図示）によって作り出された高温の空気とこの低温の空気とを混合することで、所望の温度の空調用空気を作り出し、車室内に供給する。流路切換えバルブ３４０は、コンデンサ３２０で冷却・液化された冷媒を蒸発器３３０のみに送る状態、低温媒体生成器２１０のみに送る状態、蒸発器３３０及び低温媒体生成器２１０の両方に送る状態を切り換えるバルブである。逆止弁３５０は、低温媒体生成器２１０からコンプレッサ３１０への冷媒の流れのみを許容し、蒸発器３３０を通過した冷媒が低温媒体生成器２１０に流入するのを阻止するバルブである。
【００２２】
制御装置２６０には、電池温度センサ２７０から入力される信号に基づき、組電池１の冷却・加温の要否を判断する。
【００２３】
具体的には、制御部２６０は、組電池１を冷却する必要があると判断した場合は、流路切換えバルブ３４０を切り換え、冷媒が低温媒体生成器２１０（空調中は蒸発器３３０及び低温媒体生成器２１０）に供給されるようにする。これにより温調用媒体の温度が低下し、これをポンプ２４０で組電池１に供給することで組電池１を冷却する。このとき、制御装置２６０は、電気ヒータ２２０への通電は行わない。制御装置２６０は、媒体温度センサ２３０によって温調用媒体の温度を監視し、温調用媒体の温度が組電池１の冷却に適した温度に保たれるように、車両用空調システム３００の負荷をフィードバック制御する
。車両用空調システム３００の負荷は車両用空調システム３００の制御装置（不図示）を介して調整される。
【００２４】
逆に、制御装置２６０は、組電池１を加温する必要があると判断した場合は、電気ヒータ２２０への通電を行い、温調用媒体を加温する。そして、加温した温調用媒体をポンプで組電池１に供給することによって、組電池１を加温する。このとき、制御装置２６０は、冷媒が低温媒体生成器２１０に流れない状態に流路切換えバルブ３４０を切り換える。制御装置２６０は、媒体温度センサ２３０によって温調用媒体の温度を監視し、温調用媒体の温度が組電池１の加温に適した温度に保たれるように、電気ヒータ２２０への通電をフィードバック制御する。
【００２５】
図３は、電池モジュール１０の内部構造を模式的に示す説明図である。個々の電池モジュール１０は、ケース２０と、このケース２０内に収容されるセルユニット３０とを主体に構成されている。なお、ケース２０と、セルユニット３０との間には、絶縁性を確保するために、シート状の絶縁体（図示せず）が配設されている。
【００２６】
ケース２０は、互いに向き合う面が開口された箱形状を有する一対の箱体２１で構成されており、一対の箱体２１は、開口側を互いに突き合わせた状態で、その内部にセルユニット３０を収容している。ケース２０の所定箇所からは、正極及び負極に対応する出力端子２２がそれぞれ外部に望むように露出させられている。
【００２７】
一対の箱体２１からなるケース２０は、これを機能的に捉えた場合、単電池４０の扁平面と向き合う側壁部２０ａと、この側壁部２０ａの周囲に接続されて単電池４０の厚さ方向と対応する周壁部２０ｂとを有している。側壁部２０ａは対向する一対の側壁を構成し、周壁部２０ｂは四角筒形状の周壁を構成する。周壁部２０ｂのうち、車両の床面と向き合う底面側の周壁部２０ｂが、ウォータジャケット６との熱的な接続面となる。
【００２８】
セルユニット３０は、複数の単電池４０を電気的に接続して構成されている。個々の単電池４０は、扁平形状を有し、その厚さ方向に積層されている。
【００２９】
図４は、単電池４０の構成を模式的に示す斜視図である。単電池４０は、電池要素である電極積層体（図示せず）と、この電極積層体を収容する外装部材４１とを主体に構成されている。単電池４０は、例えばリチウムイオン二次電池を用いることができる。
【００３０】
電極積層体は、セパレータを介して正極板と負極板とが交互に積層されて構成されている。正極板は、シート状の正極集電体の両面又は片面に正極活物質を塗布したものであり、略四角形状に形成される。負極板は、シート状の負極集電体の両面又は片面に負極活物質を塗布したものであり、略四角形状に形成される。セパレータは、イオン透過性の絶縁層として機能するプレートであり、略四角形状に形成される。
【００３１】
外装部材４１は、一対の金属複合フィルム（例えば金属箔の両面に合成樹脂層を積層したラミネートフィルム）で構成されている。個々の金属複合フィルムは、外形が四角形状に設定されて、電極積層体よりも若干大きなサイズを有するシート状の部材であり、中央に位置する凹部４１ａと、四辺及びその周辺に対応する周縁部４１ｂとで構成されるカップ形状を有している。一対の金属複合フィルムは、周縁部４１ｂが溶着されることにより金属複合フィルムの周縁部分が全域に亘りシールされ、互いの凹部４１ａによって形成される空間内に電解質ともに電極積層体を収容する。
【００３２】
単電池４０の端部は、周縁部４１ｂと、その周縁部４１ｂの内側に位置して内容物の厚さに応じて拡幅する傾斜部４１ｃとで構成されている。当該傾斜部４１ｃは、凹部４１ａ
の一部をなす部分である。便宜上、図４においては記載を省略しているが、単電池４０には、周縁部４１ｂにおけるシール性を向上させるため、周縁部４１ｂの外周部分に封止部４８（図３参照）が設けられている。この封止部４８は、単電池４０の厚さ方向に肉厚を備えており、周縁部４１ｂの外周部分を覆うことでこれを封止する機能を担っている。
【００３３】
上記の各正極板は正極タブ４４にそれぞれ接続されており、同様に、各負極板は負極タブ４５にそれぞれ接続されている。例えば、正極タブ４４及び負極タブ４５は、外装部材４１における一方の短辺から外部へと導き出されている。
【００３４】
図５は、単電池４０及び熱伝導部材５０を模式的に示す説明図である。本実施形態の特徴の一つとして、底面（すなわち、ウォータジャケット６との熱的な接続面）となる周壁部２０ｂと単電池４０との間隙には、熱伝導部材５０が配設されている。熱伝導部材５０は、周壁部２０ｂと単電池４０とを熱的に接続する機能を担っている。
【００３５】
熱伝導部材５０は、単電池４０毎に設けられており、単電池４０の端部に対してこれを覆うように形成されている。単電池４０が備える封止部４８も、熱伝導部材５０によって覆われた状態となっている。
【００３６】
個々の熱伝導部材５０は、その厚さが、単電池４０と対応する厚さに設定されている。具体的には、単電池４０の端部には、周縁部４１ｂ及びその内側に傾斜部４１ｃが存在しているため、熱伝導部材５０は、傾斜部４１ｃから周縁部４１ｂへかけて厚さが拡大するように設定されており、周縁部４１ｂ及び傾斜部４１ｃを含む熱伝導部材５０の厚さ（厚み方向の幅）と、単電池４０の中心部の厚さ（厚み方向の幅）とが対応するように設定されている。
【００３７】
熱伝導部材５０は、所望の熱伝導性を備える材料で形成され、熱伝導性に優れるように設定されている。また、熱伝導部材５０は、熱伝導性に加え弾性を備えることが好ましく、弾性体より構成されることが好ましい。熱伝導部材５０としては、例えば樹脂材等を用いることができる。図６に示すように、熱伝導部材５０は、射出成形により所定の熱可塑性樹脂を金型に充填することで、単電池４０の端部に形成することができる。また、図７に示すように、常温硬化性の樹脂材を用いることで、単電池４０の端部に所定の厚みで熱伝導部材５０を形成することもできる。
【００３８】
また、再び図４を参照するに、熱伝導部材５０には、その表面に伝熱板５１（図３において図示を省略する）が埋設されている。伝熱板５１は、熱伝導性を備える板材で構成されており、例えばアルミニウム板を用いることができる。伝熱板５１は、例えば熱伝導部材５０の左右両側に配置されている。
【００３９】
このように本実施形態に係る電池モジュール１０は、ウォータジャケット６との接続面となる周壁部２１ｂと単電池４０との間隙に配設されて、周壁部２１ｂと単電池４０とを熱的に接続する熱伝導部材５０と、を有している。この熱伝導部材５０は、単電池４０毎にこの単電池４０の端部に設けられており、単電池４０と対応する厚さに設定されている。
【００４０】
本実施形態によれば、単電池４０の端部に設けた熱伝導部材５０が、ウォータジャケット６との接続面となる周壁部２１ｂと単電池４０との間の伝熱経路となる。これにより、ウォータジャケット６と単電池４０との熱交換を促進することができるので、電池モジュール１０の温調を適切に実現することができる。また、熱伝導部材５０が単電池４０と対応する厚さとなっているので、熱伝導部材５０が存することで単電池４０が大型化するといったこともない。そのため、電池モジュール１０の大型化を抑制しつつ、ウォータジャ
ケット６との間の熱交換効率が向上して電池モジュール１０の温調性能の向上を図ることができる。
【００４１】
また、本実施形態において、熱伝導部材５０は、外装部材４１の周縁部４１ｂを覆うように設けられている。これにより、熱伝導部材５０が伝熱経路となるのみならず、周縁部４１ｂの溶着力を補助する役割も果たすこととなる。
【００４２】
また、本実施形態において、熱伝導部材５０は、封止部４８を覆うように設けられている。この封止部４８は、周縁部４１ｂの外周部分を覆う構成であることから、単電池４０の厚さ方向に肉厚を備えている。そのため、この封止部４８を含むように熱伝導部材５０が形成されることで、封止部４８と熱伝導部材５０とが相互に係合する。これにより、単電池４０の端部に形成される熱伝導部材５０が、その製造段階などで脱落するといったことを抑制することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、熱伝導部材５０に左右側面に伝熱板５１が配設されている。封止部４８を設けた構成では、これが無い構成と比較して熱伝導部材５０の容積が減少する。そこで、この伝熱板５１を設けることで、封止部４８が存するとしても熱伝導部材５０による熱伝導効率の向上を図ることができる。
【００４４】
また、本実施形態において、熱伝導部材５０は弾性体により構成されている。かかる構成によれば、周壁部２０ｂと単電池４０との間隙に存在する熱伝導部材５０が、外部から印加される衝撃を吸収する緩衝材として機能する。これにより、車両の振動を単電池４０に伝わりに難くすることができる。
【００４５】
また、本実施形態において、熱伝導部材５０は、常温硬化性の樹脂材から形成することが好ましい。かかる構成によれば、単電池４０へと熱伝導部材５０を設ける製造工程において、単電池４０の内容物へと熱的な影響を与えるおそれがないというメリットを有している。
【００４６】
また、本実施形態において、熱伝導部材５０は、傾斜部４１ｃ及び周縁部４１ｂを含む範囲に設けられて、傾斜部４１ｃ及び周縁部４１ｂを含む熱伝導部材５０の厚さが、単電池４０の厚さと対応している。かかる構成によれば、単電池４０よりも厚みが膨らむことがないので、熱伝導部材５０が存在することで単電池４０が大型化するといったことを抑制することができる。また、伝熱板５１を設ける場合には、この伝熱板５１を含めて、単電池４０の厚さと対応していることが好ましい。
【００４７】
なお、上述した実施形態では、周縁部４１ｂの外周部分に封止部４８が設けた単電池４０を用いて説明を行った。しかしながら、図８に示すように、封止部４８が無い単電池４０に対して熱伝導部材５０を適用してよい。これにより、熱伝導部材５０が伝熱経路となるのみならず、周縁部４１ｂの溶着力を補助する役割も果たすこととなる。この場合、例えば図９に示すように、常温硬化性の樹脂材を用いることで、単電池４０の端部に所定の厚みで熱伝導部材５０を形成することができる。なお、熱伝導部材５０に左右側面に伝熱板５１を配設するようにしてもよい。
【００４８】
以上、本発明の実施形態にかかる電池モジュール及びこれらの複合体である組電池について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。電池モジュール及び組電池の適用は、電動車両に限らず、電動モータと内燃エンジンとを動力源として走行するハイブリッド車両や、燃料電池が発生する電力で駆動される電動モータを動力源として走行する燃料電池車両であってもよい。また、当該電池モジュール及び組電池は、車両以外に適用され
るものであってもよいし、セルユニットを一つの単電池で実現してもよい。また、床面に配置される電池モジュールに対して、温調部材の配置を底面側に設定しているが、これに限定されず、電池モジュールにおける他の周壁面（上面側、前面側、後面側）に配置した場合であっても、その温調部材との熱的な接続面に対応して、本発明に係る熱伝導部材を設定することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１    組電池
５    温調装置
６    ウォータジャケット
１０    電池モジュール
２０    ケース
２０ａ  側壁部
２１ｂ  周壁部
３０    セルユニット
４０    単電池
４１    外装部材
４１ａ  凹部
４１ｂ  周縁部
４１ｃ  傾斜部
４８    封止部
５０    熱伝導部材
５１    伝熱板
２００  温調回路
【図１】
2015022994.tif 000003
【図２】
2015022994.tif 000004
【図３】
2015022994.tif 000005
【図４】
2015022994.tif 000006
【図５】
2015022994.tif 000007
【図６】
2015022994.tif 000008
【図７】
2015022994.tif 000009
【図８】
2015022994.tif 000010
【図９】
2015022994.tif 000011