(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素電池が収納される電池収納部を複数有し、更に、これら複数の電池収納部が３以上の列をなして配置されている電池ホルダを備える電池モジュールにおいて、
前記電池ホルダの領域は、外側の列に配置された電池収納部を有する外側の領域と、中央側の列に配置された電池収納部を有する中央側の領域とを有しており、
各領域における電池ホルダの熱容量を、該領域に配置された電池収納部の個数で割った電池収納部当たり熱容量は、外側の領域よりも中央側の領域が大きく、
前記電池ホルダは、アルミニウム又はアルミニウム合金を有して形成されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記電池ホルダに設けられた複数の電池収納部は、千鳥状に配列されており、
外側の領域における各電池収納部の外側の端部間を結ぶ接線と電池ホルダ端部との間の最短距離は、中央側の領域における各電池収納部の外側の端部間を結ぶ接線と前記外側の領域における各電池収納部の中央側の端部間を結ぶ接線との間の最短距離よりも小さい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】
前記中央側の領域における各々の電池収納部間の距離は、外側の領域における電池収納部間の距離よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
外側の領域における電池収納部の個数は、中央側の領域における電池収納部の個数よりも多いことを特徴とする請求項２又は３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記電池ホルダに設けられた複数の電池収納部は、千鳥状に配列されている代わりに格子状に配列されていることを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記電池ホルダの外側周辺部は、前記電池収納部の形状に沿って構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか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、電池ホルダ内に収納されている複数の素電池の充放電時における温度差の不均一性を解消した電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車等に使用される多数の素電池を内蔵している電池モジュールは、充放電時における温度差が大きいと特定の素電池を急激に劣化させて電池モジュールの寿命を短くする可能性があるため、各々の素電池を効率よく均一に冷却して充放電時における温度差の不均一性を解消させる必要がある。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２には、電池ホルダ内に収納している複数の素電池を効率よく均一に冷却するために、電池ホルダの材質をアルミニウムとし、また、その形状を素電池の表面に沿うものとする電池モジュールが記載されている。
【０００４】
しかし、多数の素電池を連結した電池モジュールの場合、冷却媒体と接触可能な外側に配置されている素電池はその冷却媒体と熱交換し易いため効率よく冷却されるが、内側に配列されている素電池は冷却媒体と熱交換しにくいので冷却効率が悪くなるため、各々の素電池の温度差が不均一になる可能性がある。
【０００５】
特許文献３には、複数の素電池を直線状に連結している複数の電池モジュールの間にセパレータを挟んで複数列２段に並べて外装ケースに収納すると共に、外装ケースを金属製として対向面を電池モジュールの表面に沿う湾曲形状として電池モジュールの表面に接触し、更に、回路基板をセパレータの片側に配置し、この回路基板には、電池モジュールの両端を接続するメインリード板と、複数の素電池の接続部を接続するサブリード板とで各々の素電池を接続し、メインリード板とサブリード板とで全ての素電池の電極を回路基板に接続している電池モジュールが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３０７７８４号公報
【特許文献２】特開２００２−２１６７２６号公報
【特許文献３】特開２０１０−２２５３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の構成の電池モジュールでは、外装ケースが素電池の温度差を解消することができない構成であるため、素電池に接続しているリード板の熱伝導にて各々の素電池の温度差を解消しており、そのため構成が複雑である。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な構造により、電池ホルダ内に収納されている複数の素電池の充放電時における温度差の不均一性を解消し、長寿命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、素電池が収納される電池収納部を複数有し、更に、これら複数の電池収納部が３以上の列をなして配置されている電池ホルダを備える電池モジュールにおいて、前記電池ホルダの領域は、外側の列に配置された電池収納部を有する外側の領域と、中央側の列に配置された電池収納部を有する中央の領域とを有しており、各領域における電池ホルダの熱容量を、該領域に配置された電池収納部の個数で割った電池収納部当たり熱容量は、外側の領域よりも中央側の領域が大きく、前記電池ホルダは、アルミニウム又はアルミニウム合金を有して形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の構成によれば、中央側の領域における電池収納部当たり熱容量が大きいので、この領域における素電池の熱は早急に電池ホルダに熱伝導して外部へ放出される。また、外側の領域における電池収納部当たり熱容量は小さいが、この領域は外部と隣接しているため、素電池の熱は電池ホルダから外部へ放熱されやすい。
【００１１】
また、前記電池ホルダに設けられた複数の電池収納部は、千鳥状に配列されており、外側の領域における各電池収納部の外側の端部間を結ぶ接線と電池ホルダ端部との間の最短距離は、中央側の領域における各電池収納部の外側の端部間を結ぶ接線と前記外側の領域における各電池収納部の中央側の端部間を結ぶ接線との間の最短距離よりも小さいことが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、外側の領域における電池収納部の外側の端部と電池ホルダ端部との間を薄肉にし、中央側の領域における電池収納部と外側の領域における電池収納部との間を厚肉にするため、中央側の領域における素電池の熱は早急に電池ホルダに熱伝導して放熱され、一方、外側の領域における素電池の熱は電池ホルダから外部へ放熱しやすい。
【００１３】
また、前記中央側の領域における各々の電池収納部間の距離は、外側の領域における電池収納部間の距離よりも大きいことが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、中央側の領域において、各々の電池収納部の周囲を厚肉にすることができるので、各々の電池収納部における素電池の熱を電池ホルダに確実に熱伝導させることができる。
【００１５】
また、外側の領域における電池収納部の個数は、中央側の領域における電池収納部の個数よりも多いことが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、電池ホルダの各コーナー部付近に電池収納部を設けることができるので、外側の領域における電池収納部当たり熱容量を小さく構成することができる。
【００１７】
また、前記電池ホルダに設けられた複数の電池収納部は、千鳥状に配列されている代わりに格子状に配列されていることも可能である。
【００１８】
この構成によっても、外側の領域における電池収納部の外側の端部と電池ホルダ端部との間を薄肉にし、中央側の領域における電池収納部と外側の領域における電池収納部との間を厚肉にできるため、中央側の領域における素電池の熱は早急に電池ホルダに熱伝導して放熱され、一方、外側の領域における素電池の熱は電池ホルダから外部へ放熱しやすい。
【００１９】
また、前記電池ホルダの外側周辺部は、前記電池収納部の形状に沿って構成されていることが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、外側の領域における電池収納部当たり熱容量を小さく構成することができると共に、電池ホルダの形状を小さく構成できるため電池モジュールの省スペース化が達成できる。
【００２１】
また、前記電池ホルダは、アルミニウム又はアルミニウム合金を有して形成されていることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、アルミニウム及びアルミニウム合金は高い熱伝導性を有しているため、電池ホルダ内に収納されている素電池の熱を外部へ熱伝導させやすく、しかもアルミニウム及びアルミニウム合金は軽量であるため、電池モジュールの軽量化を達成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、電池ホルダの中央側に配列されている電池収納部当たり熱容量を大きくし、電池ホルダの外側に配列されている電池収納部当たり熱容量を小さくするため、簡易な構造にて、高温になりがちな中央側に配列されている素電池の熱を的確に外部へ放出し、電池ホルダ内の複数の素電池の充放電時における温度差の不均一性を解消して、長寿命な電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】素電池が収納される電池ホルダの斜視図である。
【図２】複数の素電池が収納された電池ホルダを有する電池モジュールを説明する図である。
【図３】素電池の構成を模式的に示した断面図である。
【図４】素電池の筐体への配置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明するが、当該実施形態は本発明の原理の理解を容易にするためのものであり、本発明の範囲は、下記の実施形態に限られるものではなく、当業者が以下の実施形態の構成を適宜置換した他の実施形態も、本発明の範囲に含まれる。
【００２６】
図１は、素電池１００が収納される電池ホルダ３００の斜視図である。本実施形態に係る電池モジュール９００は、図１に示されるように、素電池１００が収納される電池収納部２００を複数有する電池ホルダ３００を有して構成される。電池収納部２００は、例えば円筒形状の素電池１００を収納できるように、例えば断面が円形の円筒型空洞である。
【００２７】
図２は、複数の素電池１００が収納された電池ホルダ３００を有する電池モジュール９００を説明する図である。図２に示されるように、電池収納部２００は、例えば、第１の列、第２の列、第３の列をなして配列している。そのため、電池ホルダ３００には、例えば、第１の列をなして配列している電池収納部２００を含む領域Ｓ１と、第２の列をなして配列している電池収納部２００を含む領域Ｓ２と、第３の列をなして配列している電池収納部２００を含む領域Ｓ３と、が形成されている。
【００２８】
また、電池収納部２００は、千鳥状に配列されている。ここで、千鳥状とは、第１の列、第２の列、第３の列において電池収納部２００が等間隔に配置され、隣接する列どうしで互いに電池収納部２００が例えばその半分ずつの距離だけずらされている状態をいう。千鳥状に電池収納部２００を配列することにより、電池ホルダ３００内部の領域を有効に用いることが可能となる。
【００２９】
また、領域Ｓ１及び領域Ｓ３における電池収納部２００は例えば５個であり、領域Ｓ２における電池収納部２００は例えば４個である。このように、外側の領域Ｓ１及び領域Ｓ３における電池収納部２００の個数を、領域Ｓ２における電池収納部２００の個数よりも多くすることにより、電池ホルダ３００の各コーナー部付近を薄肉にすることができ、領域Ｓ１及び領域Ｓ３における電池収納部２００当たり熱容量を小さくできる。
【００３０】
電池ホルダ３００は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金を有して形成されている。アルミニウム合金としては、軽量且つ良好な熱伝導性を有している限り特に限定されるものではなく、例えばAl-Mg系合金、Al-Mg-Si系合金、Al-Zn-Mg系合金、Al-Zn-Mg-Cu系合金等を使用することができる。
【００３１】
電池ホルダ３００の外側周辺部は、前記電池収納部２００の形状に沿って構成されており、そのため領域Ｓ２において一方の端部側及び他方の端部側は内側に曲面凹部状に形成されている。なお、図示は省略しているが、領域Ｓ１及び領域Ｓ３において外側周辺部を各電池収納部２００の形状に沿って滑らかな波状に形成することがより好ましい。
【００３２】
次に、電池収納部２００に収納される素電池１００について説明する。図３は、素電池１００の構成を模式的に示した断面図である。素電池１００は、例えば、図３に示すような、円筒形のリチウムイオン二次電池を採用することができる。このリチウムイオン二次電池は、内部短絡等の異常発生により電池内の圧力が上昇したとき、ガスを電池外に放出する安全弁機構を備えている。
【００３３】
素電池１００においては、正極１０１と負極１０２とがセパレータ１０３を介して捲回された電極群１０４が、非水電解液とともに、電池ケース１０７に収容されている。電極群１０４の上下には、絶縁板１０９、１１０が配され、正極１０１は、正極リード１０５を介してフィルタ１１２に接合され、負極１０２は、負極リード１０６を介して負極端子を兼ねる電池ケース１０７の底部に接合されている。
【００３４】
正極及び負極の表面には、それぞれ、正極活物質及び負極活物質を含むペーストが塗布されている。正極活物質としては、例えばＳｉＭｎ２Ｏ４、ＳｉＣｏＯ２、ＳｉＮｉＯ３等、リチウムイオン電池に用いられる正極活物質の１種又は２種以上を特に限定することなく使用できる。負極活物質としては、例えばアモルファスカーボン、グラファイトカーボン等、リチウムイオン電池に用いられる負極活物質の１種又は２種以上を特に限定することなく使用できる。非水電解液としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等を使用することができる。
【００３５】
フィルタ１１２は、インナーキャップ１１３に接続され、インナーキャップ１１３の突起部は、金属製の弁板１１４に接合されている。更に、弁板１１４は、正極端子を兼ねる端子板１０８に接続されている。そして、端子板１０８、弁板１１４、インナーキャップ１１３、及びフィルタ１１２が一体となって、ガスケット１１１を介して、電池ケース１０７の開口部を封口している。
【００３６】
素電池１００に内部短絡等の異常が発生して、素電池１００内の圧力が上昇すると、弁体１１４が端子板１０８に向かって膨れ、インナーキャップ１１３と弁体１１４との接合がはずれると、電流経路が遮断される。更に素電池１００内の圧力が上昇すると、弁体１１４が破断する。これによって、素電池１００内に発生したガスは、フィルタ１１２の貫通孔１１２ａ、インナーキャップ１１３の貫通孔１１３ａ、弁体１１４の裂け目、そして、端子板１０８の開放部１０８ａを介して、外部へ排出される。
【００３７】
次に、電池ホルダ３００に収納された素電池１００の筐体への配置について説明する。図４は、素電池１００の筐体への配置を説明する図である。
【００３８】
図４に示すように、電池モジュール９００では、複数の素電池１００，１００，…はケース内に収容されている。電池ホルダ３００は図面を見易くするために省略されている。ケースは、蓋体３２３及び筐体３２５と仕切り板３２７とを有している。蓋体３２３と筐体３２５とは、仕切り板３２７を挟んでいる。このようなケースでは、筐体３２５と仕切り板３２７とで形成される空間が電池室３３１であり、蓋体３２３と仕切り板３２７とで形成される空間が、ガスを外部へ排出する排気室３３３である。
【００３９】
電池室３３１では、複数の素電池１００，１００，…は、開放部１０８ａを上にして筐体３２５に収容されており、ケースの長手方向に配列されている。仕切り板３２７には、貫通孔がその長手方向に間隔を開けて形成されており、貫通孔の各々からは、素電池１００の開放部１０８ａが露出している。
【００４０】
排気室３３３には、排気口部３２９が形成されている。具体的には、蓋体３２３の長手方向の一端面に切欠部が形成されており、これにより、ケースの長手方向一端では蓋体３２３と筐体３２５との間に隙間が存在する。この隙間が排気口部３２９である。
【００４１】
次に、図２に戻り、本実施形態においては、領域Ｓ２における各々の電池収納部２００の上方向の端部間を結ぶ直線Ｌｃと領域Ｓ１における電池収納部２００の下方向の端部間を結ぶ直線Ｌｂとの間の最短距離ｄ２は、領域Ｓ１における各電池収納部２００の上側の端部間を結ぶ直線Ｌａと電池ホルダ端部との間の最短距離ｄ１よりも大きい。また、領域Ｓ２における電池収納部２００間の距離ｄ４は、領域Ｓ１における電池収納部２００間の距離ｄ３よりも大きい。
【００４２】
そのため、領域Ｓ１における電池収納部２００の周囲は薄肉に形成され、一方、領域Ｓ２における電池収納部２００の周囲は厚肉に形成され、領域Ｓ２における電池収納部２００当たり熱容量は、領域Ｓ１における電池収納部２００当たり熱容量よりも大きく設定されている。同様に、領域Ｓ２における電池収納部２００当たり熱容量は、領域Ｓ３における電池収納部２００当たり熱容量よりも大きい。
【００４３】
これにより、領域Ｓ２における素電池１００の熱は早急に電池ホルダ３００に熱伝導して外部へ放出され、一方、領域Ｓ１及びＳ３における素電池１００は外部と隣接しているのでその熱は電池ホルダ３００から放熱され易い。従って、電池ホルダ３００内に収納されている複数の素電池１００の充放電時における温度差の不均一性を解消し、電池モジュール９００の長寿命化が達成できる。
【００４４】
《その他の実施形態》
上述の実施形態においては、電池ホルダ３００に設けられた電池収納部２００は千鳥状に配列されたが、本発明の範囲はこのような実施形態に限定されるものではなく、電池収納部２００は、複数個の行及び複数個の列を有するように配列（格子状に配列）されることも可能である。
【００４５】
また、上述の実施形態においては、領域Ｓ１及びＳ３における電池収納部２００の周囲は薄肉に形成され、一方、領域Ｓ２における電池収納部２００の周囲は厚肉に形成されたが、本発明の範囲はこのような実施形態に限定されるものではなく、例えば、領域Ｓ１及びＳ３における材質を領域Ｓ２における材質よりも熱容量が小さい材質にて構成することも可能である。
【００４６】
また、上述の実施形態においては、素電池１００には、異常発生により電池内の圧力が上昇したとき、ガスを電池外に放出する安全弁機構が備えられていたが、本発明の範囲はこのような実施形態に限定されるものではない。素電池１００にはガスを電池外に放出する安全弁機構が設けられておらず、筐体に配置された場合には排気室３３３が設けられていないものでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る電池モジュールは、高寿命であるので、携帯型電子機器、移動体通信機器、又は車両の電源等に有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１００：素電池
１０１：正極
１０２：負極
１０３：セパレータ
１０４：電極群
１０５：正極リード
１０６：負極リード
１０７：電池ケース
１０８：端子板
１０９，１１０：絶縁板
１１１：ガスケット
１１２：フィルタ
１１３：インナーキャップ
１１４：弁体
２００：電池収納部
３００：電池ホルダ
３２３：蓋体
３２５：筐体
３２７：仕切り板
３３３：排気室
９００：電池モジュール
【図１】
0005651444.tif 000002
【図２】
0005651444.tif 000003
【図３】
0005651444.tif 000004
【図４】
0005651444.tif 000005