(57)【要約】【課題】電池モジュールの省スペース化を図りつつ、冷却効率の向上を図る。【解決手段】電池モジュール１０は、互いに電気的に接続された複数の電池３０が並べられてなる電池スタック２０と、電池３０同士を電気的に接続するバスバー４０と、バスバー４０と電池３０との間に設けられた冷却体１００とを備える。【選択図】図１
2012216360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部端子をそれぞれ有し、互いに配列された複数の電池と、
異なる電池の外部端子同士を電気的に接続する端子接続部材と、
前記複数の電池と前記端子接続部材との間に配設され、前記複数の電池および前記端子接続部材と熱的に接続された冷却体と、
を備えることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記冷却体が、前記端子接続部材と接する絶縁性の第１の伝熱部材と、前記複数の電池と接する第２の伝熱部材と、前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材の間に設けられた冷却部材とを有する請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記冷却部材が金属板である請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記冷却体の中に外部との熱の授受を行う熱媒体が流通する流路が形成されている請求項２または３に記載の電池モジュール
【請求項５】
前記冷却体の上に外部との熱の授受を行う熱媒体が流通する熱媒体配管が設けられている請求項２または３に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記熱媒体配管は、前記電池とは反対側の前記端子接続部材の主表面を境界とする、前記電池側の領域に収まっている請求項５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、複数個の電池が接続された電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電池（単セル）の起電力は低く、起電力が高いといわれるリチウムイオン電池においても４Ｖ程度である。そのため、より高い電圧が必要な場合には、複数個の電池を直列接続してモジュール化することが行われている（特許文献１参照）。ここで用いられる電池は通常、扁平な角形電池であり、これらの電池がバスバーとよばれる端子接続部材によって互いに直列接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３０１８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電池モジュールでは、電気化学反応に起因して電池の温度が上昇することに加えて、電池からの熱伝導によりバスバーの温度が上昇する。バスバーの温度が上昇すると、電気抵抗の増加を招く。このため、複数の電池の底面側に電池を冷却するための冷却部材を設置するとともに、バスバーを冷却するために別の冷却部材を設ける必要があり、電池モジュールの省スペース化の妨げとなっていた。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池モジュールの省スペース化を図りつつ、冷却効率の向上を図ることができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、電池モジュールである。当該電池モジュールは、外部端子をそれぞれ有し、互いに配列された複数の電池と、異なる電池の外部端子同士を電気的に接続する端子接続部材と、複数の電池と端子接続部材との間に配設され、複数の電池および端子接続部材と熱的に接続された冷却体と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この態様の電池モジュールによれば、冷却体によって、端子接続部材、電池の両方を効率的に冷却することができ、端子接続部材と電池にそれぞれ個別に冷却部材を設ける必要がないため、端子接続部材と電池の冷却のために必要なスペースを低減することができ、ひいては、電池モジュールのコンパクト化を図ることができる。
【０００８】
上記態様の電池モジュールにおいて、冷却体が、端子接続部材と接する絶縁性の第１の伝熱部材と、複数の電池と接する第２の伝熱部材と、第１の伝熱部材と第２の伝熱部材の間に設けられた冷却部材とを有してもよい。冷却部材が金属板であってもよい。冷却体の中に外部との熱の授受を行う熱媒体が流通する流路が形成されていてもよい。冷却体の上に外部との熱の授受を行う熱媒体が流通する熱媒体配管が設けられていてもよい。熱媒体配管は、電池とは反対側の端子接続部材の主表面を境界とする、電池側の領域に収まっていてもよい。
【０００９】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電池モジュールの省スペース化を図りつつ、冷却効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る電池モジュールの概略構造を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】電池の概略構造を示す断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、電池の端子形成面の配置を示す平面図である。図４（Ｂ）は、冷却板に設けられた貫通孔の配置を示す平面図である。
【図５】実施の形態１に係る電池モジュールの製造方法を示す工程図である。
【図６】実施形態２に係る電池モジュールの概略構造を示す断面図である。
【図７】実施形態３に係る電池モジュールの概略構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１３】
図１は、実施形態１に係る電池モジュールの概略構造を示す斜視図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。なお、図２では、電池の筐体内部の図示を省略する。
【００１４】
電池スタック２０は、複数の電池３０がバスバー４０（端子接続部材）によって互いに電気的に接続され、かつ、複数の電池３０とバスバー４０との間に冷却体１００が設けられた構造を有する。本実施形態では、計４個の電池３０が直列に接続されて電池スタック２０が形成されている。
【００１５】
４個の電池３０は、それぞれ扁平な角形電池であり、平面視で（図１中の矢印Ｚ方向から見て）電池３０の長手方向の辺が対向して略平行となるように所定の間隔で並べられている。各電池３０は、端子形成面３３ａが上方を向くように配置されている。端子形成面３３ａには、長手方向の一端寄りに正極端子５０が設けられ、他端寄りに負極端子６０が設けられている。以下では適宜、正極端子５０および負極端子６０をあわせて外部端子と称する。隣接する電池３０の正極端子５０および負極端子６０は、互いに反対側になるように配列されている。
【００１６】
隣接する２つの電池３０の一方の負極端子６０と他方の正極端子５０とがバスバー４０によって互いに接続されて、４個の電池３０が直列接続されている。バスバー４０は、帯状の金属板である。バスバー４０は、外部端子上に載置されており、バスバー４０に設けられた貫通孔４１に外部端子が挿通された状態でバスバー４０と外部端子との境界部分がレーザー溶接等の溶接方法によって溶接されることで、外部端子に固定されている。なお、バスバー４０と外部端子との接続は、ねじ止め固定等であってもよい。
【００１７】
電池３０の直列接続の一方の終端となる正極端子５０’および他方の終端となる負極端子６０’は、電池モジュール１０の外部に引き回される配線を介して外部負荷（ともに図示せず）と接続可能になっている。なお、電池３０の数は特に限定されない。また、複数の電池は、互いに並列接続されていてもよく、あるいは直列および並列に接続されていてもよい。複数の電池３０は、絶縁性を有する板状のセパレータ２２を挟んで並べられている。
【００１８】
図３は、電池の概略構造を示す断面図である。図３に示すように、電池３０は、外装缶（筐体）３１内に、正負極が渦巻状に巻回されてなる電極体３２が外装缶３１の缶軸方向に対し横向きに収納されている。外装缶３１の開口は、筐体の一部を構成する封口板３３により封口されている。封口板３３には、接続部５０ａ，６０ａと当該接続部５０ａ，６０ａの一方の主表面から突出する突起部５０ｂ，６０ｂとをそれぞれ有する正極端子５０および負極端子６０が設けられている。また、封口板３３には、ガス排出弁（図示せず）が形成されている。封口板３３は、端子形成面３３ａを構成し、外装缶３１の端子形成面３３ａに対向する面は、電池３０の底面３１ａを構成する。
【００１９】
本実施の形態の接続部５０ａ，６０ａは、封口板３３から突出する円柱形状をなすが、接続部５０ａ，６０ａは、円柱形状に限られず、角柱状であってもよい。
【００２０】
正極端子５０の突起部５０ｂは、側面にガスケット３４が当接した状態で、封口板３３の正極用開口３３ｂに嵌め込まれている。また、突起部５０ｂは、封口板３３の電池内側において正極タブ部材５３と接続している。なお、突起部５０ｂの先端には、正極用開口３３ｂに沿って側壁が形成されるような凹部５１が設けられている。凹部５１の縁部分が広がるようにかしめることで、正極端子５０が正極タブ部材５３に対して固定されている。
【００２１】
正極タブ部材５３と封口板３３の電池内側面との間には、絶縁板３５が設けられている。正極用開口３３ｂにおいて、絶縁板３５とガスケット３４とが当接している。これにより、正極タブ部材５３および正極端子５０が封口板３３から絶縁されている。正極タブ部材５３は、電極体３２の一方の端面から突出した正極集電板群３２ａに接続されている。なお、正極集電板群３２ａは、電極体３２の一方の端面から突出した複数の正極集電板を束ねたものである。
【００２２】
負極端子６０の突起部６０ｂは、側面にガスケット３４が当接した状態で、封口板３３の負極用開口３３ｃに嵌め込まれている。また、突起部６０ｂは、封口板３３の電池内側において負極タブ部材６２と接続している。なお、突起部６０ｂの先端には、負極用開口３３ｃに沿って側壁が形成されるような凹部６１が設けられている。凹部６１の縁部分が広がるようにかしめることで、負極端子６０が負極タブ部材６２に対して固定されている。
【００２３】
負極タブ部材６２と封口板３３の電池内側面との間には、絶縁板３５が設けられている。負極用開口３３ｃにおいて、絶縁板３５とガスケット３４とが当接している。これにより、負極タブ部材６２および負極端子６０が封口板３３から絶縁されている。負極タブ部材６２は、電極体３２の他方の端面から突出した負極集電板群３２ｂに接続されている。なお、負極集電板群３２ｂは、電極体３２の他方の端面から突出した複数の負極集電板を束ねたものである。
【００２４】
図１、２に戻り、冷却体１００は、複数の電池３０とバスバー４０との間に配設され、複数の電池３０およびバスバー４０と熱的に接続されている。より具体的には、本実施の形態の冷却体１００は、第１の伝熱層１０２、冷却板１０４、第２の伝熱層１０６がこの順で積層された積層体で形成されている。
【００２５】
第１の伝熱層１０２は、冷却板１０４と電池３０との間を電気的に絶縁すると共に、冷却板１０４と電池３０とを熱的に接続する機能を担う。また、第２の伝熱層１０６は、冷却板１０４とバスバー４０との間を電気的に絶縁すると共に、冷却板１０４とバスバー４０とを熱的に接続する機能を担う。このような機能を担う第１の伝熱層１０２および第２の伝熱層１０６に適した材料として、アルミナが挙げられる。
【００２６】
冷却板１０４は、第１の伝熱層１０２を介して電池３０から伝導した熱を電池モジュールの外部に放熱する機能を担う。このような冷却板１０４に適した材料として、熱伝導性が高いＡｌ、Ｃｕなどの金属が挙げられる。
【００２７】
冷却体１００には、第１の伝熱層１０２、冷却板１０４および第２の伝熱層１０６を貫通する貫通孔１０８が設けられている（図４（Ａ）および図４（Ｂ）参照）。貫通孔１０８には、電池３０の外部端子が挿通される。なお、貫通孔１０８において、冷却体１００に設けられた貫通孔１０８の側壁に絶縁体１０５が形成されており、冷却板１０４と外部端子とが電気的に絶縁されている。なお、冷却体１００には電池３０に設けられたガス排出弁の設置位置に対応した貫通孔が形成されていてもよい。このような貫通孔を設けることにより、ガス排出弁からガスが排出されたときに、電池モジュール１０の外部にガスを確実に排出することができる。
【００２８】
以上説明した電池モジュールによれば、冷却体１００によって、バスバー４０、電池３０の両方を効率的に冷却することができ、バスバー４０と電池３０にそれぞれ個別に冷却部材を設ける必要がないため、バスバー４０と電池３０の冷却のために必要なスペースを低減することができ、ひいては、電池モジュール１０のコンパクト化を図ることができる。
【００２９】
（電池モジュールの製造方法）
図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）は、実施の形態１に係る電池モジュール１０の製造方法を示す工程図である。図５（Ａ）に示すように、電池３０およびセパレータ２２の上面が面一になるように整列させる。具体的には、各電池３０の外部端子を収めることができる凹部３０２が設けられた台座３００を用意し、端子形成面を下に向け、外部端子を対応する凹部３０２に収まるように、台座３００の上に電池３０を載置する。このとき、台座３００の上面と各電池３０の端子形成面が接することにより、各電池３０の端子形成面が面一に整列する。
【００３０】
次に、図５（Ｂ）に示すように、あらかじめ第１の伝熱層１０２、冷却板１０４および第２の伝熱層１０６をこの順で積層しておいた冷却体１００を電池３０およびセパレータ２２の上面に積層する。冷却板１０４に設けられた貫通孔１０８の側壁は絶縁体１０５で被覆されており、冷却板１０４とこの貫通孔１０８に挿通される外部端子との電気的な絶縁が保たれている。この状態において、電池３０およびセパレータ２２の上面が面一になるように整列済みであるため、第１の伝熱層１０２、冷却板１０４、第２の伝熱層１０６の各厚みを面方向で均一とすることにより、第２の伝熱層１０６の上面を平坦な面とすることができる。電池３０およびセパレータ２２の上面に冷却体１００を積層したときに、貫通孔１０８に挿通された外部端子の先端部分が冷却体１００の上面に対して上方に突出するように外部端子の突出長さを予め設計しておく。また、冷却体１００の上面から突出する部分の外部端子の長さは、後述するバスバー４０の厚さと同等となるように設計される。
【００３１】
第１の伝熱層１０２自体および第２の伝熱層１０６自体に接着性を持たせることにより、第２の伝熱層１０６の上面を平坦な面とした状態で、電池３０およびセパレータ２２の上面に冷却体１００を固定することができる。なお、第１の伝熱層１０２と電池３０とを接着剤を用いて固定してもよい。また、第１の伝熱層１０２と冷却板１０４とを接着剤を用いて固定してもよい。
【００３２】
次に、図５（Ｃ）に示すように、第２の伝熱層１０６の上面にバスバー４０を配置し、バスバー４０の貫通孔に外部端子の先端部分を挿通する。この状態で、バスバー４０と外部端子との境界部分をレーザ照射し、バスバー４０と外部端子とを溶接する。
【００３３】
以上の工程により、実施の形態１に係る電池モジュール１０を製造することができる。
【００３４】
バスバーと電池の端子を溶接する形態において、バスバーの上面と電池の底面にそれぞれ冷却部材を設けた場合、各電池が電池冷却用の冷却部材に接するように、各電池の底面を面一に整列し、かつ、バスバーと各電池の外部端子を溶接するために、電池の上面を面一にする必要がある。ところが、上述した電池モジュールの製造方法では、冷却体１００の設置およびバスバー４０と各電池３０の外部端子との溶接に際し、電池３０の上面を面一にするだけでよく、各電池３０の底面を面一にすることを要しない。このため、電池モジュール１０の製造に要する手間を低減し、電池モジュール１０の製造時間や製造コストを低減することができる。
【００３５】
（実施の形態２）
図６は、実施形態２に係る電池モジュールの概略構造を示す断面図である。上述した実施の形態１では、冷却板１０４としてＡｌなどの金属が例示されているが、本実施の形態では、冷却板１０４の内部に、外部との熱の授受を行う熱媒体が流通する流路１１０が形成されている。熱媒体としては、水などの液体、空気などの気体が挙げられる。
【００３６】
本実施の形態によれば、流路１１０を流通する熱媒体により、電池３０およびバスバー４０の熱をより効率的に奪い、奪った熱を外部に速やかに放熱することができる。
【００３７】
（実施の形態３）
図７は、実施形態３に係る電池モジュールの概略構造を示す断面図である。本実施の形態では、冷却体１００の上に外部との熱の授受を行う熱媒体が流通する熱媒体配管１１２が設けられている。より詳しくは、熱媒体配管１１２は、冷却板１０４と接するように配置されている。これによれば、冷却板１０４から熱媒体配管１１２を流通する熱媒体への熱伝導性を向上させることができる。熱媒体配管１１２は、熱伝導性が良好な材料であればよく、このような材料としてはＡｌなどの金属や、ポリイミドなどの絶縁樹脂が挙げられる。熱媒体配管１１２を金属で形成した場合には、熱媒体配管１１２と冷却板１０４とをはんだを用いたろう付けにより固定することができる。熱媒体配管１１２を絶縁樹脂で形成した場合には、熱媒体配管１１２と冷却板１０４とを接着剤を用いて固定することができる。
【００３８】
本実施の形態によれば、熱媒体配管１１２を冷却板１０４の上部に設けることにより、熱媒体配管１１２を流通する熱媒体による放熱効果を得つつ、冷却板１０４の厚さを実施の形態２の冷却板１０４の厚さに比べて薄型化することができる。これにより、電池モジュール１０のさらなるコンパクト化、あるいは低背化を図ることができる。たとえば、実施の形態２では、径が０．５ｃｍの流路１１０を冷却板１０４に内蔵するためには、冷却板の厚さが１ｃｍ程度必要となるが、本実施の形態では、冷却板１０４の内部に流路１１０のスペースを確保する必要がないため、冷却板１０４の厚さを３ｍｍ程度まで薄型化することが可能となる。
【００３９】
熱媒体配管１１２は、バスバー４０の配置を阻害しない領域であれば特に限定されないが、本実施の形態では、電池３０とは反対側のバスバー４０の主表面を境界とする、電池３０側の領域に熱媒体配管１１２が収まっている。これによれば、熱媒体配管１１２がバスバー４０の上方に突出する場合に必要なスペースを確保しなくてよいため、電池モジュール１０のより一層のコンパクト化、あるいは低背化を図ることができる。
【００４０】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００４１】
上述した各実施の形態では、冷却体１００が積層体で形成されているが、冷却体１００は、バスバー４０と電池３０との間の絶縁、および異なる電池３０間の絶縁を保ちつつ、バスバー４０および電池３０の冷却機能を担う部材であればよく、たとえば、冷却体１００は、ＡｌＮなどの高伝熱性を有する単層の絶縁材料で形成されてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０  電池モジュール、２０  電池スタック、３０  電池、４０  バスバー、５０，５０’  正極端子、６０，６０’  負極端子、１００  冷却体、１０２  第１の伝熱層、１０４  冷却板、１０６  第２の伝熱層、１０８  貫通孔、１１０  流路、１１２  熱媒体配管
【図１】
2012216360.tif 000003
【図２】
2012216360.tif 000004
【図３】
2012216360.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2012216360.tif 000008
【図７】
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