JP2022118614A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板の冷却性が向上した電池モジュールを提供する。【解決手段】電池セル２０と、電池セルに接している放熱板３０と、回路基板４０と、電池セル、放熱板及び回路基板を収容する電池ケース１０を備え、電池ケースに、電池ケースの内外を連通する開口２が設けられており、放熱板に、開口から回路基板に向けて空気の流れを案内する案内部３６が設けられている、電池モジュール１００。電池モジュールにおいて、一対の電極タブ２２が電池セルの外装の端部から第１方向Ｘに伸びており、回路基板が一対の電極タブの間に配置されていても良い。【選択図】図３

Description

本明細書は、電池モジュールに関する技術を開示する。

特許文献１に、電池ケース内に電池セルと変形防止板が収容された電池モジュールが開示されている。特許文献１では、複数の電池セルが積層されて電池ケース内に収容されており、各電池セル間に放熱性を有する変形防止板が配置されている（特許文献１：図２等）。また、特許文献１には、電池ケース内に回路基板（電池保護回路）を配置した例も開示されている（特許文献１：図９）。

ＷＯ２００７／０４３３９２Ａ１号公報

特許文献１の電池モジュールでは、電池セルで生じた熱は、放熱板（変形防止板）によって放熱される。しかしながら、回路基板で生じた熱は、十分に放熱することができない。特に、電池セル、放熱板及び回路基板を共通の電池ケースに収容した場合、電池セル及び放熱板によって電池ケース内の空気の循環が妨げられ、回路基板の放熱性（冷却性）が低下する。本明細書は、回路基板の冷却性が向上した電池モジュールを実現する技術を提供する。

本明細書で開示する第１技術は、電池モジュールである。電池モジュールは、電池セルと、電池セルに接している放熱板と、回路基板と、電池セル、放熱板及び回路基板を収容する電池ケースを備えていてよい。この電池モジュールでは、電池ケースに、電池ケースの内外を連通する開口が設けられており、放熱板に、上記開口から回路基板に向けて空気の流れを案内する案内部が設けられていてよい。

本明細書で開示する第２技術は、上記第１技術の電池モジュールであって、一対の電極タブが、電池セルの外装の端部から第１方向に伸びており、回路基板が、一対の電極タブの間に配置されていてよい。

本明細書で開示する第３技術は、上記第２技術の電池モジュールであって、電池ケースに設けられている開口が、第１方向に交差する第２方向に設けられており、案内部が、放熱板の第１方向の端面と第２方向の端面を結ぶ直線状に形成されていてよい。

本明細書で開示する第４技術は、上記第１から第３技術のいずれかの電池モジュールであって、電池ケースに設けられている開口が、電池ケースの対向する両面に一対に設けられており、放熱板は、一対の上記開口の各々に対し、上記開口から回路基板に向けて空気の流れを案内する案内部を有していてよい。

本明細書で開示する第５技術は、上記第４技術の電池モジュールであって、電池モジュールは、移動体に電力を供給するために用いられるとともに、一対の上記開口が移動体の進行方向の前方及び後方に位置するように配置されてよい。

本明細書で開示する第６技術は、上記第１から５技術のいずれかの電池モジュールであって、電池セルの端面のうちの回路基板と対向する端面とは反対側の端面が、放熱板の端面のうちの回路基板と対向する端面とは反対側の端面と同一平面に含まれていてよい。

本明細書で開示する第７技術は、上記第１から第６技術のいずれかの電池モジュールであって、電池ケース内に、複数の電池セルが積層して配置されており、各電池セルの間に放熱板が配置されており、全ての放熱板に案内部が設けられていてよい。

第１技術によると、開口を通じて電池ケース外から電池ケース内に流入した空気を、回路基板に向けて効率よく移動させることができる。その結果、回路基板の冷却効率が向上し、電池ケース内の温度上昇を抑制することができる。

第２技術によると、一対の電極タブ間のスペース（典型的に、デッドスペースとなる）を有効に活用することができる。すなわち、回路基板を配置するためだけのスペースを電池ケース内に確保する必要がなく、電池ケースのサイズ（電池モジュールのサイズ）を小さくすることができる。

第３技術によると、電池セルの角部に対応する位置に案内部を設けることができる。換言すると、発熱量が高い電池セルの中央部は放熱板に接触させ、発熱量が比較的低い電池セルの角部は放熱板に接触させない（案内部を設ける）ことにより、電池セルの放熱を確保しつつ回路基板を効率的に冷却することができる。

第４技術によると、電池ケース内に流入した空気を回路基板に案内することができるとともに、回路基板の周囲の空気を電池ケース外に案内することができる。回路基板によって暖められた空気が効率的に電池ケース外に排出されるので、電池ケース内の温度上昇をさらに抑制することができる。

第５技術によると、移動体の移動に伴い、電池ケース外の空気を電池ケース内に導入し、電池ケース内の空気を電池ケース外に排出することができる。電池ケース内に空気を送り込む（あるいは、電池ケース外に空気を排出する）ための機器を用いることなく、回路基板を冷却することができる。

第６技術によると、電池セルと放熱板が一方向で位置決めされるため、電池モジュールを製造する際、電池セルと放熱板が位置ずれすることを防止することができる。

第７技術によると、空気の流路面積が大きく確保され、回路基板に多量の空気を送り込むことができ、回路基板を効率的に冷却することができる。

電池モジュールの外観の斜視図を示す。 電池モジュールの内部構造の斜視図を示す。 電池モジュールの内部構造を説明するための平面図を示す。 電池モジュールの内部構造を説明するための平面図を示す。

（電池モジュール）
図１を参照し、電池モジュール１００について説明する。電池モジュール１００は、有人航空機，無人航空機（ドローン）等の飛行体、自動車，オートバイ等の車両等、移動体（図示省略）に搭載される。電池モジュール１００は、移動体に搭載されているモータ、電子機器等に電力を供給する。電池モジュール１００は、電池ケース１０と、電池ケース１０内に収容された複数の電池セル２０と、電池ケース１０内に収容された複数の放熱板３０を備えている。なお、詳細は後述するが、電池ケース１０内には、電池モジュール１００に異常が生じた際に電池セル２０の通電を遮断するための回路基板４０（図２を参照）も収容されている。

電池ケース１０は、電池セル２０が配置される収容部８と、収容部８の上部（＋Ｚ方向）の開口を塞ぐ蓋部６を備えている。収容部８の前後方向（Ｙ方向）の両面に、一対の開口２が設けられている。一対の開口２は、電池ケース１０（収容部８）の内外を連通している。電池ケース１０内に配置されている電池セル２０の一部及び放熱板３０の一部は、開口２によって外部に露出している（外部から視認することができる）。なお、電池ケース１０（収容部８）には、外部機器（モータ，電子機器等）の配線が接続されるコネクタ（図示省略）が設けられている。以下の説明では、Ｚ方向を上下方向、Ｙ方向を前後方向、Ｘ方向を左右方向と称することがある。なお、電池モジュール１００は、前後方向が移動体の進行方向の前方及び後方に位置するように、移動体に搭載される。

図２を参照し、電池モジュール１００の内部構造について説明する。図２は、電池ケース１０の蓋部６及び収容部８の側部を外した図を示している。図２に示すように、電池セル２０と放熱板３０は、上下方向に交互に配置されている。換言すると、上下方向で隣り合う電池セル２０の間には、放熱板３０が配置されている。放熱板３０は、電池セル２０の表面に接しており、電池セル２０で生じた熱を放熱する。なお、電池セル２０の形状（外装形状）は、略矩形である。一方、放熱板３０の形状は、矩形の角部（四隅）を切り取った八角形である。そのため、電池セル２０の角部では、上下方向で隣り合う電池セル２０間に放熱板３０が存在せず、隙間が設けられている。放熱板３０の詳細については後述する。

各電池セル２０は、一対の電極タブ２２を備えている。一対の電極タブ２２は、電池セル２０の外装から同一方向（＋Ｘ方向）に伸びている。一対の電極タブ２２は、一対の開口２を結ぶ方向（Ｙ方向）に交差（直交）するように伸びている。換言すると、一対の開口２は、一対の電極タブ２２が伸びる方向（＋Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に設けられている。Ｘ方向は第１方向の一例であり、Ｙ方向は第２方向の一例である。なお、一対の電極タブ２２は、コネクタが設けられている方向に向けて伸びている。また、各電池セル２０において、一対の電極タブ２２は、Ｙ方向（前後方向）に間隔をあけて設けられている。上述したように、電池ケース１０内（収容部８）には、回路基板４０が収容されている。回路基板４０は、一対の電極タブ２２間に配置されている。そのため、電池モジュール１００をＹ方向から観察すると、回路基板４０の一部は、一対の電極タブ２２と重複している。回路基板４０は、配線（図示省略）によって一対の電極タブ２２と接続されており、電池セル２０に異常が生じたときに通電を遮断する保護回路である。

図３及び図４を参照し、放熱板３０の特徴を説明する。図３は電池セル２０が最上面に現れている状態を示し、図４は放熱板３０が最上面に現れている状態を示している。電池セル２０は略矩形であり、放熱板３０は略八角形である。放熱板３０は、略矩形の四隅を切りとった形状と捉えることもできる。放熱板３０の左右方向（Ｘ方向）の端面のうち、回路基板４０と対向する端面３３（＋Ｘ方向の端面）の長さは、電池セル２０の回路基板４０と対向する端面２３の長さより短い。放熱板３０の端面３３と反対側の端面３５（－Ｘ方向の端面）の長さは、電池セル２０の端面２３と反対側の端面２５の長さより短い。放熱板３０の前後方向（Ｙ方向）の両端面３４の長さは、電池セル２０の前後方向の両端面２４の長さより短い。また、放熱板３０の左右方向の長さ（端面３３，３５間の距離）は、電池セル２０の左右方向の長さ（端面２３，２５間の距離）より短い。放熱板３０の前後方向の長さ（端面３４，３４間の距離）は、電池セル２０の前後方向の長さ（端面２４，２４間の距離）より長い。

電池モジュール１００では、放熱板３０及び電池セル２０の前後・左右方向の端面のうち、－Ｘ方向の端面（端面２５，３５）が、同一平面に含まれるように位置合わせされている。すなわち、端面２５は端面３５に対して－Ｘ方向に突出しておらず、端面３５は端面２５に対して－Ｘ方向に突出していない。上記したように、端面３３，３５間の距離は、端面２３，２５間の距離より短い。そのため、＋Ｘ方向では、電池セル２０の端面２３が、放熱板３０の端面３３に対して突出している。電池セル２０の端面２５と放熱板３０の端面３５を同一平面に含まれるように位置合わせすることにより、電池モジュール１００を組み立てる際に、電池セル２０と放熱板３０を容易に位置決めすることができる。なお、前後方向では、放熱板３０の両端面３４が、電池セル２０の両端面２４に対して突出している。

放熱板３０は、端面３３と端面３４を結ぶ直線状の第１傾斜部３６と、端面３４と端面３５を結ぶ直線状の第２傾斜部３８を備えている。第１傾斜部３６は、案内部の一例である。第１傾斜部３６及び第２傾斜部３８は、放熱板３０の前後方向両側に設けられている。また、第１傾斜部３６及び第２傾斜部３８は、全ての放熱板３０に設けられている（図２も参照）。傾斜部３６，３８よりも外側（電池セル２０の四隅）では、上下方向に隣り合う電池セル２０，２０間に放熱板３０が存在しない。すなわち、電池セル２０の四隅では、上下方向に隣り合う電池セル２０，２０間に隙間が設けられている。

上述したように、電池モジュール１００は、前後方向（Ｙ方向）が移動体の進行方向の前方及び後方に位置するように、移動体に搭載される。すなわち、電池モジュール１００は、一対の開口２が移動体の進行方向の前方及び後方に位置するように、移動体に搭載される。そのため、移動体が移動すると、一方の開口２から電池ケース１０内に空気が流入し、他方の開口２から電池ケース１０外に空気が排出される。なお、開口２のうち、放熱板３０の端面３４に対向する開口部分２ｂでは、電池ケース１０外から電池ケース１０内に空気がほとんど流入しない。開口部分２ｂは、電池セル２０，２０間に放熱板３０が存在するからである。空気の電池ケース１０内外への移動は、開口２のうち、第１傾斜部３６に対向する開口部分２ａで行われる。

開口２（開口部分２ａ）から電池ケース１０内に流入した空気は、第１傾斜部３６に沿って電池セル２０，２０の隙間を移動し、回路基板４０に移動する。第１傾斜部３６は、開口２から回路基板４０に向けて空気の流れを案内する案内部として機能する。上述したように、第１傾斜部３６は、放熱板３０の前後方向両側に設けられている。すなわち、放熱板３０は、一対の開口２の各々に対し、開口２から回路基板４０に向けて空気の流れを案内する案内部（あるいは、回路基板４０から開口２に向けて空気の流れを案内する案内部）を有している。そのため、第１傾斜部３６の一方は空気を開口２から回路基板４０に空気を案内し、他方は回路基板４０から開口２に空気を案内する。

（電池モジュール１００の利点）
電池モジュール１００は、放熱板３０に第１傾斜部３６（案内部）が設けられているので、電池ケース１０外から回路基板４０に向けて、及び、回路基板４０から電池ケース１０外に向けて、空気の流れを案内することができる。その結果、回路基板４０を効率よく冷却することができる。なお、放熱板３０の前後方向両側に第１傾斜部３６を設けることにより、回路基板４０で生じた熱が電池ケース１０外に効率よく排出され、電池ケース１０内の温度上昇が抑制される。電池ケース１０内の温度上昇を抑制することにより、電池セル２０に異常が生じることが抑制される。

第１傾斜部３６は、電池セル２０の角部に対応する位置に設けられている。すなわち、電池セル２０の角部は、放熱板３０による放熱が行われない。電池セル２０が発熱する場合、発熱温度は、電池セル２０の角部よりも中央部の方が高い。電池モジュール１００は、電池セル２０の発熱が大きい部分では放熱板３０による放熱を確保し、電池セル２０の発熱が小さい部分では放熱板３０による放熱を省略することにより、電池セル２０で生じた熱を効率よく放熱することができる。また、電池モジュール１００では、全ての放熱板３０に第１傾斜部３６が設けられている。すなわち、上下方向で隣り合う電池セル２０，２０間の全ての角部に隙間が形成される。空気の流路面積を大きく確保することができ、回路基板４０の冷却効率を高くすることができる。

電池モジュール１００では、一対の電極タブ２２が電池セル２０の外装から同一方向（＋Ｘ方向）に伸びており、回路基板４０が、一対の電極タブ２２間に配置されている。これにより、電池ケース１０内の部品（電池セル２０、放熱板３０及び回路基板４０）が効率的に配置され、電池ケース１０内の空間を有効に活用することができる。その結果、電池モジュール１００のサイズを小さくすることができる。

電池モジュール１００では、一対の開口２が設けられている面（前後方向の面）が、移動体の進行方向の前方及び後方に位置するように、移動体に搭載される。そのため、移動体の移動に伴い、一方の開口２から電池ケース１０内に空気が流入し、他方の開口２から電池ケース１０外に空気が排出される。電池ケース１０内に空気を送り込む機器（ファン等）を設けることなく、電池ケース１０内に空気を導入することができる。

（他の実施形態）
本明細書で開示する技術の要旨は、電池ケースに電池ケースの内外を連通する開口を設け、放熱板に開口から回路基板に向けて空気の流れを案内する案内部を設けることである。そのため、上記実施例で説明した電池モジュールの特徴のうち、上記要旨以外の特徴は、必ずしも必須ではない。例えば、回路基板を配置する位置は、一対の電極タブの間でなくてもよい。また、一対の電極タブは、電池セルの外装の端部から互いに異なる方向に伸びていてもよい。回路基板を配置する位置、電極タブが伸びる方向（電池タブを設ける位置）は、電池モジュールが配置されるスペースの形状（すなわち、電池モジュールの外形）に応じて適宜変更することができる。同様に、電池ケースに開口を設ける位置、放熱板に案内部を設ける位置及び案内部の形状等も、必要に応じて適宜変更することができる。

電池ケースの一方の面のみに開口を設け、放熱板に案内部を１個のみ形成してもよい。この場合であっても、案内部を設けることにより、電池モジュール外の空気を回路基板に効率的に供給することができる。また、上下方向に積層された放熱板のうち、一部の放熱板に案内部を設け、他の放熱板に案内部を設けなくてもよい。例えば、回路基板の厚み（上下方向の距離）が電池セルと放熱板の積層体の厚みと比較して薄い場合、回路基板の厚みに対応する部分の放熱板のみに案内部を設け、回路基板の厚みに対応しない部分の放熱板には案内部を設けなくてもよい。

また、移動体に対する電池モジュールの配置方向も任意に変更することができる。すなわち、電池ケースの開口は、移動体の進行方向の前方及び後方に位置していなくてもよい。例えば、移動体内に進行方向とは異なる方向に流れる空気流路が形成されている場合、あるいは、移動体内に空気を流通させるファン等が設けられている場合、空気流路に合わせて電池ケースの開口の向きを調整してもよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電池ケースの開口
１０：電池ケース
２０：電池セル
３０：放熱板
３６：案内部
４０：回路基板
１００：電池モジュール

Claims (7)

1. 電池セルと、
   電池セルに接している放熱板と、
   回路基板と、
   電池セル、放熱板及び回路基板を収容する電池ケースと、を備え、
   電池ケースに、電池ケースの内外を連通する開口が設けられており、
   放熱板に、前記開口から回路基板に向けて空気の流れを案内する案内部が設けられている、電池モジュール。
2. 請求項１に記載の電池モジュールであって、
   一対の電極タブが、電池セルの外装の端部から第１方向に伸びており、
   回路基板が、一対の電極タブの間に配置されている、電池モジュール。
3. 請求項２に記載の電池モジュールであって、
   前記開口が、第１方向に交差する第２方向に設けられており、
   案内部が、放熱板の第１方向の端面と第２方向の端面を結ぶ直線状に形成されている、電池モジュール。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の電池モジュールであって、
   前記開口が、電池ケースの対向する両面に一対に設けられており、
   放熱板は、一対の前記開口の各々に対し、前記開口から回路基板に向けて空気の流れを案内する案内部を有している、電池モジュール。
5. 請求項４に記載の電池モジュールであって、
   電池モジュールは、移動体に電力を供給するために用いられるとともに、一対の前記開口が移動体の進行方向の前方及び後方に位置するように配置される、電池モジュール。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の電池モジュールであって、
   電池セルの端面のうちの回路基板と対向する端面とは反対側の端面が、放熱板の端面のうちの回路基板と対向する端面とは反対側の端面と同一平面に含まれている、電池モジュール。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の電池モジュールであって、
   電池ケース内に、複数の電池セルが積層して配置されており、
   各電池セルの間に放熱板が配置されており、
   全ての放熱板に案内部が設けられている、電池モジュール。
   

Images