JP7259721B2 - 電池モジュール - Google Patents
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Description
本開示は、電池モジュールに関する。
例えば、特開２０１１－１０３２４９号公報には、複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子を収容する電池ケースと、を備える二次電池が開示されている。電池ケースは、底面、側面及び上蓋からなる。底面は、平坦に形成されている。蓄電素子は、弾性部材の付勢によって側面及び上蓋の少なくとも一方に押圧されている。
特開２０１１－１０３２４９号公報に記載される二次電池を冷却器によって冷却する場合、例えば、ケースの底面及び冷却器間に熱伝導部材を設けることにより、ケースを冷却することが考えられる。特開２０１１－１０３２４９号公報に記載される電池ケースの底面は、平坦であるため、ケースと熱伝導部材との接触面積が確保され、放熱性に優れる。
しかしながら、高温下における劣化や振動等に起因してケースの底面が変形した場合、あるいは、振動等に起因してケースが冷却器に対して変位した場合、熱伝導部材がケース及び冷却器の少なくとも一方から剥離し、冷却性能が低下する懸念がある。
本開示の目的は、ケースの変形の抑制と冷却性能の低下の抑制との双方を達成可能な電池モジュールを提供することである。
本開示の一局面に従った電池モジュールは、少なくとも一つの二次電池と、前記少なくとも一つの二次電池を冷却するための冷却器と、前記少なくとも一つの二次電池と前記冷却器とが互いに熱的に接するように前記少なくとも一つの二次電池と前記冷却器との間に配置された熱伝導部材と、を備え、前記少なくとも一つの二次電池は、少なくとも一つの電極体と、前記少なくとも一つの電極体を収容するケースと、を有し、前記ケースは、前記冷却器と対向する対向壁を有し、前記対向壁には、前記ケースの内側に向かって窪む形状を有する凹溝が形成されており、前記熱伝導部材は、前記凹溝内を含む前記対向壁及び前記冷却器間を満たしている。
この電池モジュールでは、ケースの対向壁に凹溝が形成されており、熱伝導部材は、その凹溝内を含む対向壁及び冷却器間を満たしている。このため、対向壁の全域が平坦に形成されている場合に比べ、対向壁の剛性が高くなっており、さらに、熱伝導部材と対向壁との接触面積が大きく確保されている。よって、この電池モジュールでは、ケースの変形の抑制と冷却性能の低下の抑制との双方が達成される。
また、前記熱伝導部材は、前記冷却器に接触する冷却器側接触面と、前記凹溝を含む前記対向壁に接する対向壁側接触面と、を有することが好ましい。
また、前記ケースは、前記少なくとも一つの電極体の下方に形成された底壁と、前記底壁の縁部から起立するとともに、前記少なくとも一つの電極体の周囲を取り囲む形状を有する周壁と、前記少なくとも一つの電極体の上方に形成されており、前記周壁の上端部に接続された上壁と、を有し、前記底壁は、前記対向壁を構成していてもよい。
また、前記少なくとも一つの電極体は、第１方向に沿って並ぶように配置された複数の電極体を有していてもよい。
この場合において、前記凹溝は、前記対向壁のうち前記第１方向に互いに隣接する電極体間の隙間と前記対向壁の厚み方向に重なる位置に形成されており、かつ、前記第１方向及び前記対向壁の厚み方向の双方と直交する第２方向に延びる形状を有していてもよい。
この態様では、エネルギー密度の低下を抑制しながら、ケースの変形の抑制と冷却性能の低下の抑制との双方を達成することが可能となる。
あるいは、前記第１方向における前記対向壁の長さは、前記第１方向及び前記対向壁の厚み方向の双方と直交する第２方向における前記対向壁の長さよりも短く、前記凹溝は、前記第１方向と平行な方向に延びる形状を有していてもよい。
この態様では、対向壁が外向きに膨出するような変形に対する当該対向壁の剛性が高まるため、ケースの変形がより確実に抑制される。
また、前記少なくとも一つの二次電池は、複数の二次電池を含み、前記熱伝導部材は、前記複数の二次電池のうち互いに隣接する前記二次電池間の領域と前記冷却器との間にも配置されていることが好ましい。
以上に説明したように、本開示によれば、ケースの変形の抑制と冷却性能の低下の抑制との双方を達成可能な電池モジュールを提供することができる。
本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態の電池モジュールの構成を概略的に示す正面図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図である。この電池モジュール１は、例えば、車両に搭載される。図１及び図２に示されるように、電池モジュール１は、少なくとも一つの二次電池１０と、スペーサ２０と、冷却器３０と、熱伝導部材４０と、を備えている。本実施形態では、電池モジュール１は、複数の二次電池１０を備えている。
図１は、本開示の第１実施形態の電池モジュールの構成を概略的に示す正面図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図である。この電池モジュール１は、例えば、車両に搭載される。図１及び図２に示されるように、電池モジュール１は、少なくとも一つの二次電池１０と、スペーサ２０と、冷却器３０と、熱伝導部材４０と、を備えている。本実施形態では、電池モジュール１は、複数の二次電池１０を備えている。
複数の二次電池１０は、図１における紙面奥行き方向に沿って並ぶように配置されている。各二次電池１０は、少なくとも一つの電極体１１０と、ケース１２０と、一対の外部端子１３０と、を有している。本実施形態では、少なくとも一つの電極体１１０は、第１方向（図２における左右方向）に沿って並ぶように配置された２つの電極体１１０を有している。
各電極体１１０は、正極、負極及びセパレータを含む蓄電素子を有している。電極体１１０として、蓄電素子が積層された形式や、蓄電素子が巻回された形式等が挙げられる。図２に示されるように、各電極体１１０の下部は、下向きに凸となるように湾曲する形状を有している。
ケース１２０は、少なくとも一つの電極体１１０を収容している。ケース１２０は、直方体形状に形成されている。ケース１２０は、底壁１２２と、周壁１２６と、上壁１２８と、を有している。
底壁１２２は、各電極体１１０の下方に形成されている。底壁１２２の外形は、長方形に形成されている。具体的に、第１方向における底壁１２２の長さは、第１方向及び底壁１２２の厚み方向の双方と直交する第２方向（図１における左右方向）における底壁１２２の長さよりも短い。
図２及び図４に示されるように、底壁１２２は、平坦に形成された平坦部１２３と、凹溝１２４と、を有している。
凹溝１２４は、平坦部１２３からケース１２０の内側に向かって窪む形状を有している。凹溝１２４は、底壁１２２のうち第１方向に互いに隣接する電極体１１０間の隙間と底壁１２２の厚み方向に重なる位置に形成されている。より詳細には、凹溝１２４は、各電極体１１０の下部と第１方向に重なり、かつ、第１方向に隣接する一対の電極体１１０と底壁１２２の厚み方向に重なっている。図４に示されるように、凹溝１２４は、第２方向に延びる形状を有している。
図３に示されるように、凹溝１２４は、一対の傾斜部１２４ａと、連結部１２４ｂと、を有している。
一対の傾斜部１２４ａは、平坦部１２３から上方に向かうにしたがって互いに近づくように傾斜する形状を有している。各傾斜部１２４ａは、平坦に形成されている。
連結部１２４ｂは、一対の傾斜部１２４ａの上端部同士を連結している。連結部１２４ｂは、平坦に形成されている。
凹溝１２４の高さ（平坦部１２３と連結部１２４ｂとの距離）は、周壁１２６の高さの１％～１０％程度に設定されることが好ましい。また、底壁１２２全体の表面積に対する凹溝１２４の表面積の割合は、５％～５０％程度に設定されることが好ましい。
周壁１２６は、底壁１２２の縁部から起立するとともに、少なくとも一つの電極体１１０の周囲を取り囲む形状を有している。周壁１２６は、四角筒状に形成されている。
上壁１２８は、少なくとも一つの電極体１１０の上方に形成されている。上壁１２８は、周壁１２６の上端部に接続されている。
一対の外部端子１３０は、上壁１２８に設けられている。一対の外部端子１３０の一方は、正極端子であり、他方は、負極端子である。一対の外部端子１３０は、第２方向に互いに離間した位置に配置されている。一対の外部端子１３０は、上壁１２８から上方に向かって突出する形状を有している。複数の二次電池１０は、バスバー（図示略）によって電気的に直列に接続されている。
スペーサ２０は、互いに隣接する二次電池１０間に配置されている。具体的に、スペーサ２０は、第１方向に互いに隣接する一対の周壁１２６間に配置されている。スペーサ２０は、絶縁性を有する樹脂等からなる。
冷却器３０は、少なくとも一つの二次電池１０を冷却する機器である。冷却器３０は、各二次電池１０の下方に配置されている。つまり、本実施形態では、底壁１２２は、冷却器３０と対向する「対向壁」を構成している。なお、例えば、冷却器３０が各二次電池１０の側方に配置され、周壁１２６が対向壁を構成してもよい。
図２に示されるように、冷却器３０は、複数の二次電池１０が並ぶ方向に沿って延びる形状を有している。冷却器３０は、アルミニウム等からなり、筒状に形成されている。この冷却器３０内を冷媒が流れるように構成されている。
熱伝導部材４０は、少なくとも一つの二次電池１０と冷却器３０とが互いに熱的に接するように少なくとも一つの二次電池１０と冷却器３０との間に配置されている。本実施形態では、熱伝導部材４０は、対向壁を構成する底壁１２２と冷却器３０との間に配置されている。熱伝導部材４０として、放熱用接着剤等が挙げられる。
熱伝導部材４０は、凹溝１２４内を含む底壁１２２及び冷却器３０間を満たしている。つまり、熱伝導部材４０は、凹溝１２４内に配置された凸部４２を有している。熱伝導部材４０は、冷却器３０に接触する冷却器側接触面Ｓ１と、凹溝１２４を含む底壁１２２に接する対向壁側接触面Ｓ２と、を有している。対向壁側接触面Ｓ２は、平坦部１２３の下面と凹溝１２４の下面とに接触している。本実施形態では、熱伝導部材４０は、スペーサ２０が配置されている領域（互いに隣接する二次電池１０間の領域）と冷却器３０との間にも配置されている。
以上に説明した電池モジュール１は、次のようにして製造される。すなわち、冷却器３０の上面に流動性を有する熱伝導部材４０が供給され、その上に各二次電池１０が載置される。これにより、流動性を有する熱伝導部材４０が底壁１２２の凹溝１２４内に入り込み、その状態で硬化する。
以上に説明したように、本実施形態の電池モジュール１では、対向壁を構成する底壁１２２に凹溝１２４が形成されており、熱伝導部材４０は、その凹溝１２４内を含む底壁１２２及び冷却器３０間を満たしている。このため、底壁１２２の全域が平坦に形成されている場合に比べ、底壁１２２の剛性が高くなっており、さらに、熱伝導部材４０と底壁１２２との接触面積が大きく確保されている。よって、この電池モジュール１では、ケース１２０の変形の抑制と冷却性能の低下の抑制との双方が達成される。
また、本実施形態では、凹溝１２４は、底壁１２２のうち第１方向に互いに隣接する電極体１１０間の隙間と底壁１２２の厚み方向に重なる位置に形成されており、かつ、第２方向に延びる形状を有している。このため、エネルギー密度の低下を抑制しながら、ケース１２０の変形の抑制と冷却性能の低下の抑制との双方を達成することが可能となる。
（第２実施形態）
次に、図５を参照しながら、本開示の第２実施形態の電池モジュール１について説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
次に、図５を参照しながら、本開示の第２実施形態の電池モジュール１について説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
本実施形態では、凹溝１２４は、底壁１２２の厚み方向（図５における上下方向）に各電極体１１０と重なる位置に形成されている。
なお、図６に示されるように、各二次電池１０は、単一の電極体１１０を有するように構成され、凹溝１２４は、底壁１２２の厚み方向に電極体１１０と重なる位置に形成されてもよい。
（第３実施形態）
次に、図７～図９を参照しながら、本開示の第３実施形態の電池モジュール１について説明する。なお、第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
次に、図７～図９を参照しながら、本開示の第３実施形態の電池モジュール１について説明する。なお、第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
本実施形態では、底壁１２２に複数の凹溝１２４が形成されている。図９に示されるように、複数の凹溝１２４は、第２方向（図９における左右方向）に間隔を置いて形成されている。図８に示されるように、各凹溝１２４は、第１方向（図８における左右方向）と平行な方向に延びる形状を有している。また、本実施形態では、ケース１２０内に４つの電極体１１０が配置されている。ただし、電極体１１０の数は、これに限られない。
この態様では、底壁１２２が外向き（下向き）に膨出するような変形に対する当該底壁１２２の剛性が高まるため、ケース１２０の変形がより確実に抑制される。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、図１０に示されるように、凹溝１２４は、ケース１２０の内側に向かって凸となるように湾曲する形状に形成されてもよい。
１ 電池モジュール、１０ 二次電池、２０ スペーサ、３０ 冷却器、４０ 熱伝導部材、４２ 凸部、１１０ 電極体、１２０ ケース、１２２ 底壁（対向壁）、１２３ 平坦部、１２４ 凹溝、１２４ａ 傾斜部、１２４ｂ 連結部、１２６ 周壁、１２８ 上壁、１３０ 外部端子、Ｓ１ 冷却器側接触面、Ｓ２ 対向壁側接触面。
Claims (6)
- 少なくとも一つの二次電池と、
前記少なくとも一つの二次電池を冷却するための冷却器と、
前記少なくとも一つの二次電池と前記冷却器とが互いに熱的に接するように前記少なくとも一つの二次電池と前記冷却器との間に配置された熱伝導部材と、を備え、
前記少なくとも一つの二次電池は、
少なくとも一つの電極体と、
前記少なくとも一つの電極体を収容するケースと、を有し、
前記ケースは、
前記冷却器と対向する対向壁と、
前記対向壁の縁部から起立するとともに、前記少なくとも一つの電極体の周囲を取り囲む形状を有する周壁と、を有し、
前記対向壁は、
前記周壁の下端部につながっており平坦に形成された平坦部と、
前記平坦部から前記ケースの内側に向かって窪む形状を有する凹溝と、を有し、
前記凹溝は、前記周壁の下端部と前記平坦部との境界部から離間した位置に形成されており、前記冷却器から離間する向きに凸となる形状を有し、
前記熱伝導部材は、前記凹溝内を含む前記対向壁及び前記冷却器間を満たしている、電池モジュール。 - 前記熱伝導部材は、
前記冷却器に接触する冷却器側接触面と、
前記凹溝を含む前記対向壁に接する対向壁側接触面と、を有する、請求項１に記載の電池モジュール。 - 前記ケースは、前記少なくとも一つの電極体の上方に形成されており、前記周壁の上端部に接続された上壁をさらに有する、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
- 前記少なくとも一つの電極体は、複数の電極体であって、第１方向に沿って並ぶように配置されており、
前記凹溝は、前記対向壁のうち前記第１方向に互いに隣接する電極体間の隙間と前記対向壁の厚み方向に重なる位置に形成されており、かつ、前記第１方向及び前記対向壁の厚み方向の双方と直交する第２方向に延びる形状を有する、請求項１から３のいずれかに記載の電池モジュール。 - 前記少なくとも一つの電極体は、複数の電極体であって、第１方向に沿って並ぶように配置されており、
前記第１方向における前記対向壁の長さは、前記第１方向及び前記対向壁の厚み方向の双方と直交する第２方向における前記対向壁の長さよりも短く、
前記凹溝は、前記第１方向と平行な方向に延びる形状を有する、請求項１から３のいずれかに記載の電池モジュール。 - 前記少なくとも一つの二次電池は、複数の二次電池であり、
前記熱伝導部材は、前記複数の二次電池のうち互いに隣接する前記二次電池間の領域と前記冷却器との間にも配置されている、請求項１から５のいずれかに記載の電池モジュール。
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| JP2019218299A JP7259721B2 (ja) | 2019-12-02 | 2019-12-02 | 電池モジュール |
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