JP2013038001A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が少なく、効率よく電池温調可能な電池温調装置を有する電池モジュールの提供。
【解決手段】二次電池である電池モジュール１において、電池素子を有する電池セル２０は、電池温調装置１０のフィン１２に設けられている。電池素子は、薄い絶縁膜を介してフィン１２に貼り付けて設けられている。フィン１２は、電池温調装置１０のベース部材１１に立設されている。ベース部材１１は、内部に開口１５、１６を繋ぐ熱媒体流路を備えている。熱媒体流路には熱媒体供給源により熱媒体が流される。電池素子から発生した熱は、絶縁膜からフィン１２へと伝わり、フィン１２から空気中へ放熱される。また、フィン１２からベース部材１１へも熱が伝わり、熱媒体流路を介して放熱される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電池温調装置を有した電池モジュールに関する。

近年、携帯電話や多くの家電製品に小型で高出力の二次電池が用いられている。また、電気自動車やハイブリッド車などでは、二次電池のセルを複数個繋げて、より高出力で容量の大きい電池モジュールが用いられている。二次電池では、充放電の際に発生する熱を冷却するためにさまざまな冷却構造が採用されている。例えば、特許文献１に開示されたバッテリーでは、ガルバニ単一セルの金属の筐体に延長部および延長部に設けられるはめ込みピースを形成し、延長部冷却パネルとしての温度調節装置の凹所に埋め込んでいる。また、２つの隣接する単一セルの少なくとも１つの筐体板は、貫流チャンネルの形成のために複数のスペーサを備えている。これにより、ガルバニ単一セルで発生した熱を液体または空気へ伝熱して冷却している。

特表２０１０−５３６１２７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたバッテリーは部品点数が多いという問題がある。ガルバニ単一セルは、筐体に延長部およびはめ込みピースを設けて、シール剤を充填した凹所に埋め込んでいる。また、ガルバニ単一セルは、複数個を並列に隣接させる際に単一セル間の間隔を確保するため筐体にスペーサを設けている。このように、特許文献１に開示されたバッテリーでは、部品点数が増加するという問題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、部品点数が少なく、かつ、効率よく電池温調可能な電池温調装置を有する電池モジュールの提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、ベース部材とベース部材に互いに間隔をおいて立設される複数の板状のフィンとを備える電池温調装置と、正極と負極と正極と負極の間に設けられるセパレータとを備え、フィンに設けられる電池素子とを有することを特徴とする。本発明の電池モジュールによれば、ベース部材に立設された板状のフィンに電池素子を設けて電池温調することにより、部品点数が少なく、かつ、効率よく電池温調可能な電池温調装置を有する電池モジュールを提供することができる。

また、本発明の電池温調装置は、ベース部材の内部に熱媒体が流通する熱媒体流路を有することを特徴とする。これにより、電池温調装置は電池素子をより効率的に温調することができる。

また、本発明のフィンは金属板であり、電池素子は、絶縁膜を介してフィンに固着されることを特徴とする。これにより、電池素子とフィンを絶縁しつつ電池素子の熱を絶縁膜から金属板へと伝えて電池温調装置から温調することができる。

また、本発明の電池素子は、第一のフィンと第一のフィンに隣接する第二のフィンとの間に設けられるとともに、第一のフィンおよび第二のフィンに固着されることを特徴とする。これにより、電池素子は第一のフィンおよび第二のフィンの両方のフィンで温調することができる。

本発明により、部品点数が少なく、かつ、効率よく電池温調可能な電池温調装置を有する電池モジュールを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電池モジュールを示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る電池モジュールを示す側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電池モジュールを示す側面図である。 本発明の変更例に係る電池モジュールを示す側面図である。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る電池モジュール１について図１、図２に基づき説明する。
電池モジュール１は、電池温調装置１０と電池セル２０から構成される。電池温調装置１０は、金属製であり、本実施形態ではアルミニウムが使用されている。電池温調装置１０は、土台となる直方体形状のベース部材１１と板状のフィン１２から構成される。本実施形態では、６個のフィン１２が、ベース部材１１の一方面にそれぞれ一定間隔で平行に並んで立設されている。詳述すると、フィン１２は、各フィン１２の一方面に設けられる電池セル２０と、隣接するフィン１２とが接触しない間隔で立設されている。
ベース部材１１には、一側面に２つの開口１５、１６が設けられている。ベース部材１１の内部には、図２に示すように、開口１５と開口１６を連通し熱媒体を流すための熱媒体流路１７が設けられている。本実施形態における熱媒体流路１７は、管路であり、開口１５からベース部材１１の長手方向に延び、ベース部材１１を貫通することなく反対方向へ向きを変え開口１６に繋がるよう設けられている。
開口１５には、開口１５に熱媒体を供給する図示しない熱媒体供給源が接続される。開口１６には、開口１６から排出された熱媒体を熱媒体供給源に供給する図示しない循環機構が接続されている。

電池セル２０は、薄型のラミネート型電池セルである。電池セル２０は、各フィン１２の一方面全体を覆うように設けられている。本実施形態では、フィン１２における開口１５、１６側の面に電池セル２０が設けられている。
図２に示すように、電池セル２０は薄板状の絶縁膜２１、負極２２、セパレータ２３、正極２４、ラミネートシート２５、正極端子２６、負極端子２７から構成されている。なお、負極２２、セパレータ２３、正極２４により本発明の電池素子が構成されている。
絶縁膜２１は、フィン１２によりも一回り小さい大きさであり、フィン１２に直接貼り付けられている。そして、電池素子は絶縁膜２１を介してフィン１２に固着されている。したがって、電池素子は、絶縁膜２１によりフィン１２と絶縁されている。
電池素子は、負極２２、セパレータ２３、正極２４が順に積層されて形成されている。
負極２２、セパレータ２３、正極２４は、それぞれ薄板状であり、同じ大きさである。
なお、電池素子は、絶縁膜２１より一回り小さい大きさである。

セパレータ２３は、負極２２と正極２４を隔離しつつイオン伝導性を確保するものである。
ラミネートシート２５は、フィン１２に絶縁膜２１、電池素子が固着された状態で、電池素子および絶縁膜２１が密閉されるように形成されている。
ラミネートシート２５は樹脂であり、電池セル２０の表面を形成している。正極端子２６は、正極２４と電気的に接続されている。負極端子２７は、負極２２と電気的に接続されている。

次に本実施形態の電池モジュール１の冷却作用について説明する。
電池モジュール１の各電池セル２０の充放電を行うと、電池セル２０で熱が発生する。電池セル２０から発生した熱は、電池セル２０の表面から空気中に放熱されるとともに、フィン１２へと伝熱される。
フィン１２に伝熱された熱は、フィン１２周辺の空気中に放熱されるとともにベース部材１１へと伝導される。ベース部材１１は、ベース部材１１内を流れる熱媒体と熱交換を行って冷却される。

次に本実施形態の電池モジュール１の加熱作用について説明する。
電池モジュール１が極低温などの使用環境で用いられる場合には、フィン１２および電池セル２０の周辺に温められた空気が供給される。さらに、熱媒体流路１７に温水を流がして温水との熱交換によりベース部材１１を温める。
電池セル２０は、周辺の温められた空気から直接熱を受けて温められるとともに、温水によって温められたベース部材１１の熱および温められた空気からの熱がフィン１２を介して伝えられ温められる。電池セル２０は、適切な作動温度域まで加熱するよう温調される。

本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）電池モジュール１は、電池温調装置１０のフィン１２に電池セル２０を直接設けたので、電池セル２０をフィン１２を介して温調することができる。
（２）フィン１２は、各フィン１２の一方面に設けられる電池セル２０と隣接するフィン１２とが接触しない間隔で立設されている。したがって、スペーサを設けることなく、電池セル２０の表面およびフィン１２から空気中へ放熱もしくは吸熱することができる。
（３）電池モジュール１の電池素子は、薄板状の絶縁膜２１のみを介して直接フィン１２に貼り付けるように設けられているので、電池セル２０の熱を効率良くフィン１２に伝えることができ温調効率が向上する。
（４）開口１５、１６を介して熱媒体流路１７に熱媒体を循環させることでベース部材１１、フィン１２、電池セル２０を確実に温調することができる。

（５）電池セル２０は、フィン１２により温調されるので、ラミネートシート２５は放熱性の低い材質を用いることもでき、材質の選択肢を増やすことができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図３に基づき以下に説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態における電池温調装置１０に設ける電池セル２０を変更したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成については、その説明を省略し、変更した箇所のみ説明を行う。
第１の実施形態と同一の構成のものは説明を省略する。
電池セル３０は、薄型のラミネート型電池セルである。

電池セル３０は、２枚の絶縁膜３１、負極３２、セパレータ３３、正極３４、ラミネートシート３５から構成されており、２枚の絶縁膜３１の間に負極３２、セパレータ３３、正極３４が、負極３２、セパレータ３３、正極３４、セパレータ３３、負極３２、セパレータ３３、正極３４、セパレータ３３・・・の順に積層されている。
２枚の絶縁膜３１は、負極３２、セパレータ３３、正極３４が積層される面と反対側の面がフィン１２に固着されている。
ラミネートシート３５は、２枚の絶縁膜３１、負極３２、セパレータ３３、正極３４がフィン１２の間に設けられた状態で２枚の絶縁膜３１、負極３２、セパレータ３３、正極３４が密閉されるように形成される。
つまり、本実施形態では、隣接するフィン１２間を埋めるように電池セル３０が設けられている。
なお、負極３２、セパレータ３３、正極３４により電池素子が構成される。

次に本実施形態の電池モジュール１の冷却作用について説明する。
電池モジュール１の各電池セル３０の充放電を行うと、電池セル３０に熱が発生する。電池セル３０から発生した熱は、電池セル３０の表面から空気中に放熱されるとともに、フィン１２へと伝熱される。
フィン１２に伝熱された熱は、フィン１２周辺の空気中に放熱されるとともにベース部材１１へと伝熱される。ベース部材１１は、ベース部材１１内を流れる熱媒体と熱交換を行って冷却される。

次に本実施形態の電池モジュール１の加熱作用について説明する。
電池モジュール１が極低温などの使用環境で用いられる場合には、フィン１２および電池セル３０の周辺に温められた空気を供給してフィン１２を暖める。さらに、熱媒体流路１７に温水を流がして温水との熱交換によりベース部材１１を温める。
電池セル３０は、周辺の温められた空気から直接熱を受けて暖められるとともに、暖められたベース部材１１からフィン１２へと伝熱された熱を受けて加熱される。電池セル３０は、適切な作動温度域まで加熱するよう温調される。

本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
（６）隣接するフィン１２間を埋めるように電池セル３０が設けられている。したがって、電池セル３０からの熱を２つのフィン１２に伝えることができ、温調効率を向上させることができる。つまり、フィン１２を用いて電池セル３０を両側から効率的に温調することができる。
（７）各フィン１２は、各電池セル３０を介して設けられているため、スペーサなどを設けて支持しなくてもフィン１２の位置を保つことができる。
（８）電池セル３０は、隣接するフィン１２の間を埋めるように設けるため、電池素子を大きくすることができ、１個の電池セル３０の容量を大きくすることができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に本発明の変更例について説明する。

○ベース部材１１の熱媒体流路１７はＵ字型に限らない。熱媒体流路１７の表面積が大きくなるような形状にすれば、ベース部材１１をより効率的に温調することができる。また、熱媒体流路１７は１つに限らず、複数設けても良い。さらに、熱媒体流路１７は、フィン１２の内部に延長されても良い。
○電池温調装置１０は金属製に限らない。熱伝導性の良い材質であれば良く、樹脂でも良い。また、ベース部材１１は金属とし、フィン１２を樹脂として構成しても良い。

○フィン１２および電池セル２０、３０の数は、実施形態に限らない。電池セル２０、３０を１つのみの構成としても良い。フィン１２の数は適宜設定可能である。さらに、電池セル２０、３０は、各フィン１２に設ける必要は無く、電池セル２０、３０を設けるフィン１２、電池セル２０、３０を設けないフィン１２が混在していても良い。
○外部機器を設置し、この外部機器からフィン１２に向けて送風することでフィン１２からの放熱もしくは吸熱を促して更に温調効率を高めても良い。

○ラミネートシート２５、３５は、実施形態の形状に限らない。電池素子および絶縁膜２１、３１がフィン１２などに接触して短絡しないように覆っていれば良い。
○電池素子のサイズは実施形態の大きさに限らない。フィン１２と同じ大きさとしても良い。また、図４に示すように、ベース部材１１におけるフィン１２の根元に電池セル４０の厚さを有する溝１８を設けて、電池セル４０を埋め込むように設けても良い。電池素子を大きくして電池容量を増やすことができるとともに、電池セル４０が熱媒体流路１７と近くなるため温調効率を向上させることができる。

○フィン１２の厚みは適宜変更可能である。さらに、フィン１２は曲面板でも良い。電池モジュール１を設置するスペースなどに合わせてフィン１２の形状は変更可能である。
○それぞれのフィン１２の間隔は、一定間隔に限らない。

○電池セル２０、３０、４０の電池素子は、負極２２、３１、セパレータ２３、３３、正極２４、３４の組を何層に重ねても良い。複数のフィン１２の間隔に合わせて適宜選択可能であり、電池セルの要求出力を考慮し設計することが好ましい。
○本実施形態における絶縁膜２１は、絶縁板や絶縁紙などを用いても良い。ただし、電池セル２０、３０、４０からの熱をフィン１２に伝えるために熱伝道性の良い薄い部材を用いることが好ましい。

○絶縁膜２１は設けず、フィン１２と電池素子とを直接固着しても良い。ただし、フィン１２と電池素子とを絶縁する必要があるため、例えばフィン１２を絶縁部材で形成する必要がある。
○電池セル２０は、フィン１２と対向する面でフィン１２と固着される必要はなく、フィン１２と対向していない面でフィン１２と固着されても良い。
○電池セル２０は、ラミネート型に限らず、例えば、円筒型、角型でも良い。

１ 電池モジュール
１０ 放熱体
１１ ベース部材
１２ フィン
１５、１６ 開口
１７ 冷媒流路
１８ 溝
２０ 電池セル
２１ 絶縁膜
２２ 負極
２３ セパレータ
２４ 正極
２５ ラミネートシート
２６ 負極タブ
２７ 正極タブ

Claims (4)

1. ベース部材と前記ベース部材に互いに間隔をおいて立設される複数の板状のフィンとを備える電池温調装置と、
   正極と負極と前記正極と前記負極の間に設けられるセパレータとを備え、前記フィンに設けられる電池素子とを有することを特徴とする電池モジュール。
2. 前記電池温調装置は、前記ベース部材の内部に熱媒体が流通する熱媒体流路を有することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記フィンは金属板であり、
   前記電池素子は、絶縁膜を介して前記フィンに固着されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記電池素子は、第一のフィンと前記第一のフィンに隣接する第二のフィンとの間に設けられるとともに、前記第一のフィンおよび前記第二のフィンに固着されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電池モジュール。

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