JP2014082170A - 電池ブロック及びそれを有する電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で複数の電池セル温度を均一化でき、小型化、軽量化を達成できる電池ブロック１と、この電池ブロック１を用いた電池モジュール４０、５０を得ること。
【解決手段】本発明の電池ブロック１は、複数の電池セル２の配列方向両端部に一対のエンドプレート５を配置し、複数の電池セル２の間に第１スペーサ３を介在させ、電池セル２とエンドプレート５との間に第２スペーサを介在させた構造を有している。第１スペーサ３は、冷却気体を流す空間を有しており、第２スペーサは、電池セル２とエンドプレート５との間の冷却気体の流れを遮断しかつ電池セル２とエンドプレート５との間の熱伝達を抑制する断熱性を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池セルを複数個配列して連結した電池ブロック及びそれを有する電池モジュールに関する。

近年の多数の電池セルを配列して固定した電池ブロックは、各電池セルの間にスペーサを介在させて、端面をエンドプレートで被覆して固定している。エンドプレートは、端面で露出する電池セルを被覆できる大きさに形成されており、これら多数の電池セルを一体的に配列方向両側から挟み込むことによって固定している。電池セルを冷却する気体は各々の電池セルの間、電池セルとエンドプレートの間に形成された隙間を通り電池セルの熱を吸収し、電池セルを冷却している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１８６７２５号公報

しかしながら、特許文献１に示される技術では、エンドプレートに隣接して配置された電池セルは、エンドプレートとの間の隙間と、エンドプレートと反対側に配置された電池セルとの間の隙間を通る冷却気体の吸熱だけでなく、エンドプレートへの伝熱による吸熱も加わり、他の電池セルと比べて温度が低くなり、同じ電池ブロック内の電池セルの温度が均一にならないことが懸念される。

また、電池セルは蓄電容量を確保したり、電圧を上げる目的で多数配置する場合、その体積が大きくなるという課題があり、空気通路を可能な限り少なくする必要がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単な構成で複数の電池セルの温度を均一化し、また小型化できる電池ブロックと、この電池ブロックを用いた電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決する本発明の電池ブロックは、複数の電池セルが配列された電池ブロックであって、前記複数の電池セルの配列方向両端部に配置される一対のエンドプレートと、前記複数の電池セルの間にそれぞれ介在され、冷却気体を流す空間を有した複数の第１スペーサと、前記電池セルと前記エンドプレートとの間に介在され、前記電池セルと前記エンドプレートとの間の熱伝達を抑制する断熱性を有する第２スペーサを有することを特徴としている。

本発明の電池ブロックによれば、エンドプレートに隣り合う電池セルと他の電池セルとの温度差が大きくなるのを防ぎ、複数の電池セルの温度を均一化し、電池ブロックの小型化を図ることができる。

本実施の形態に係わる電池モジュールが有する電池ブロックの外観斜視図。 図１に示す電池ブロックの一部を分解した状態を示す斜視図。 複数の電池セルに第１スペーサと第２スペーサを装着した状態を示す斜視図。 電池セルの斜視図。 第１スペーサと電池セルの構成を説明する斜視図。 図５に示す第１スペーサと電池セルの分解斜視図。 エンドプレートと電池セルとの間に第２スペーサを介在させた状態を示す分解斜視図。 図７に示す状態を他の角度から示す分解斜視図。 電池ブロックの他の実施例を示す斜視図。 図９の電池ブロックを用いた電池モジュールの実施例を示す斜視図。 従来の電池ブロックの電池モジュール内における温度分布を示す図。 図１の電池ブロックを用いた電池モジュールの他の実施例を示す斜視図。 図１２の実施例の電池ブロックのブロック配置図。 図１２の実施例の冷却空気流れ図。

以下、本発明に係る電池モジュールの一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係わる電池ブロックの外観斜視図、図２は、図１に示す電池ブロックの一部を分解した状態を示す斜視図である。

電池ブロック１は、例えば図２に示すように、複数の電池セル２を配列させた構成を有している。そして、これら複数の電池セル２の間に個々に介在される複数のスペーサ３と、複数の電池セル２の配列方向に沿って延在して複数のスペーサ３と係合するブリッジバー４とを有している。

さらに、電池ブロック１は、複数の電池セル２の配列方向両端部に配置されて配列方向両側から挟み込み、アルミニウム合金からなる一対のエンドプレート５、５と、複数の電池セル２の配列方向途中位置に介在されて複数の電池セル２を配列方向一方側と他方側に区画するアルミニウム合金からなるセクションプレート６と、複数の電池セル２のセル幅方向両端部に沿って配置されて配列方向一方端部から他方端部に亘って延在して、一対のエンドプレート５、５とセクションプレート６、及び、ブリッジバー４がそれぞれ固定される一対の接続プレート７を有している。各電池セル２のセル高さ方向上側には、シールシート８及び絶縁カバー９がセクションプレート６を境に各１つ被せてあり、絶縁カバー９の上に基板ユニット１０が配置されている。なお、セクションプレート６は、一対のエンドプレート５、５の間に所定間隔をおいて複数枚設けてもよい。

複数の電池セル２は、正極外部端子２ａと負極外部端子２ｂとが配列方向に沿って交互に連続するように配置されて、互いに隣り合う電池セル２の正極外部端子２ａと負極外部端子２ｂとの間が複数のバスバー１１によってそれぞれ接続されている。各バスバー１１は、基板ユニット１０の接続端子１０ａに接続されている。基板ユニット１０は、各電池セル２の電圧を測定する回路やヒューズ等を有している。そして、基板ユニット１０のセル高さ方向上側には、絶縁カバー９に嵌合して各電池セル２の端子をカバーする端子キャップ１２が設けられている。

図３は、複数の電池セルの間にスペーサを介在させた状態を示す斜視図、図４は、電池セルの斜視図、図５は、スペーサと電池セルの構成を説明する斜視図、図６は、図５に示すスペーサと電池セルの分解斜視図である。

電池セル２は、すべて同じ構成のリチウムイオン二次電池であり、図４に示すように、電力を入出力するための正極外部端子２ａ、負極外部端子２ｂを有する扁平箱形の角形電池である。

電池セル２は、詳細には説明しないが、アルミニウム等の金属箔から構成される正極金属箔とこの正極金属箔の表裏面に塗布された正極合剤層とから構成される正極と、銅等の金属薄膜から構成される負極金属箔とこの負極金属箔の表裏面に塗布された負極合剤層とから構成される負極とを、多孔質で絶縁性を有するセパレータを挟んで樹脂製の板状の芯の周囲に扁平に捲回することによって構成された電極群を有している。

そして、正極から突出する正極タブを正極集電板に超音波溶接し、正極集電板を正極外部端子２ａに接続し、負極から突出する負極タブを負極集電板に超音波溶接し、負極集電板を負極外部端子２ｂに接続している。両外部端子２ａ，２ｂには、バスバー締結用のボルトが突設されており、バスバー１１をナットで固定できる構成となっている。また、電池セル２は、前記の正極外部端子２ａと負極外部端子２ｂとを備える電極群を扁平な角形容器２ｃ内に収容し、電池蓋２ｄで封口している。電池蓋２ｄには注液口２ｅが形成され、注液口２ｅから非水電解液を角形容器２ｃ内に注入している。角形容器２ｃは、平面視略矩形の底面ＰＢと、底面ＰＢの一対の長辺で折曲されて対峙する一対の幅広側面ＰＷと、底面ＰＢの一対の短辺で折曲されて対峙する一対の幅狭側面ＰＮとを有する。

このように構成された電池セル２が高温の環境下に晒されたり、電極やセパレータの劣化、外部短絡、電池形状の変化等による内部短絡、外部電源による強制的な過大電流充電による急激な温度上昇、過大電圧による過充電がなされた場合、電解液が分解あるいは気化してガスが発生し、このガスが角形容器２ｃ内に充満することで電池内圧力が上昇するため、電池蓋２ｄには角形容器２ｃ内の内圧が所定値以上となったときに内部ガスを放出するガス放出弁２ｆが形成されている。

このガス放出弁２ｆは、内圧上昇時に破断しやすいように３方向に薄肉部が形成されている。このように、１つの電池セル２は、角形容器２ｃの上部開口を電池蓋２ｄで塞ぎ、電池蓋２ｄは、正極外部端子２ａと負極外部端子２ｂとを有すると共に、電池蓋２ｄの中央部には注液口２ｅとガス放出弁２ｆとが形成されている。

スペーサ３は、複数の電池セル２の間に個々に介在される複数の第１スペーサ３Ａと、電池セル２とエンドプレート５との間に介在される第２スペーサ３Ｂと、電池セル２とセクションプレート６との間に介在される第３スペーサ３Ｃを有している。

第１スペーサ３Ａは、冷却空気を流す空間となる切り欠き部２４を有している。第２スペーサ３Ｂは、電池セル２とエンドプレート５との間の熱伝達を抑制する断熱性を有している。第３スペーサ３Ｃは、電池セル２とセクションプレート６との間の熱伝達を抑制する断熱性を有している。

まず、第１スペーサ３Ａの構造について説明する。
第１スペーサ３Ａは、二つを組み合わせることによって電池セル２を保持する構成を有している。第１スペーサ３Ａは、二つの電池セル２の間に介在されている。

第１スペーサ３Ａは、図５及び図６に示すように、電池セル２の幅広側面ＰＷに対向する対向壁部（第１対向壁部）２１と、対向壁部２１のセル幅方向両端部で対峙する一対の側壁部２２と、これら一対の側壁部２２の下端部間を連結する底壁部２３を有している。

対向壁部２１は、電池セル２の幅広側面ＰＷ全面に亘って対向する大きさを有しており、セル幅方向に亘って一定の高さ幅で切り欠かれて開口する切り欠き部２４が複数設けられている。切り欠き部２４は、一対の側壁部２２の開口部２２ａに連通しており、冷却気体を流すための空間を形成する。

一対の側壁部２２は、対向壁部２１のセル幅方向両端部から配列方向一方側と他方側に向かって突出して一定幅でセル高さ方向に亘って延在し、対向壁部２１を間に介して配列方向一方側と他方側に配置される各電池セル２の幅狭側面ＰＮにそれぞれ対向する大きさを有する。

底壁部２３は、対向壁部２１のセル高さ方向下端部から配列方向一方側と他方側に向かって突出して一定幅でセル幅方向に亘って延在し、対向壁部２１を間に介して配列方向一方側と他方側に配置される各電池セル２の底面ＰＢにそれぞれ対向する大きさを有する。

一対の側壁部２２及び底壁部２３は、複数のスペーサ３を配列させた場合に、配列方向一方側と他方側の端部が、互いに隣り合うスペーサ３の配列方向一方側と他方側の端部に対向して当接し、スペーサ３同士で配列方向に連続するようになっている。そして、一対の側壁部２２及び底壁部２３の配列方向一方側と他方側の端部には、互いに隣り合うスペーサ３の配列方向一方側と他方側の端部と嵌合してシールする嵌合部２５、２６が設けられている。

一対の側壁部２２には、ブリッジバー４と係合する凸部２７が設けられている。凸部２７は、側壁部２２の上端部と下端部において、配列方向一方側と他方側の端部にそれぞれ設けられている。そして、図５に示すように、二つのスペーサ３を配列方向に連結させた場合に、一方のスペーサ３の配列方向一方側の凸部２７と、他方のスペーサ３の配列方向他方側の凸部２７とが重なり合って一体化された一つの凸部２８を形成する。

また、一対の側壁部２２には、対向壁部２１の各切り欠き部２４にそれぞれ連通する複数の開口部２２ａが設けられており、冷却気体をセル幅方向一方側の側壁部２２の開口部２２ａから対向壁部２１の切り欠き部２４内に流入させて、切り欠き部２４内を通過した冷却気体をセル幅方向他方側の側壁部２２の開口部２２ａから流出させることができるようになっている。

次に、第２スペーサ３Ｂ及び第３スペーサ３Ｃの構成について説明する。
図７は、エンドプレートと電池セルとの間に第２スペーサを介在させた状態を示す分解斜視図、図８は、図７に示す状態を他の角度から示す分解斜視図である。なお、第１スペーサ３Ａと同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

第２スペーサ３Ｂは、断熱性の高い材料によって構成されており、本実施の形態では、全体が発泡部材により構成されている。第２スペーサ３Ｂは、電池セル２とエンドプレート５との間の熱伝達を抑制できる断熱性を有するものであればよく、例えば電池セル２に対向する面に発泡部材からなる断熱シートを貼るなど、少なくとも一部が発泡部材により構成されていてもよい。

第２スペーサ３Ｂは、電池セル２とセクションプレート６との間の冷却気体の流れを遮断する構成を有している。第２スペーサ３Ｂは、大まかに第１スペーサ３Ａを配列方向中央位置で配列方向一方側と他方側に半分に分割した外形状を有しており、切り欠き部２４と開口部２２ａが設けられていない点で第１スペーサ３Ａと異なっている。

第２スペーサ３Ｂは、電池セル２の幅広側面ＰＷに全面に亘って対向する対向壁部（第２対向壁部）２１’と、対向壁部２１’のセル幅方向両端部で対峙する一対の側壁部２２’と、これら一対の側壁部２２’の下端部間を連結する底壁部２３’を有している。

対向壁部２１’には、特に図８に示すように、電池セル２の幅広側面ＰＷに対向する面側に凹部２９が凹設されている。凹部２９は、第１スペーサ３Ａの切り欠き部２４に対向する高さ位置でかつ切り欠き部２４と同じ高さ幅で電池セル２のセル幅方向に亘って延在するように設けられている。

したがって、第２スペーサ３Ｂと第１スペーサ３Ａとの間に介在される電池セル２は、第２スペーサ３Ｂの対向壁部２１と第１スペーサ３Ａの対向壁部２１’によって同じ高さ位置でかつ同じ高さ幅でセル幅方向に亘って配列方向両側から挟まれた状態とされる。

したがって、電池セル２が膨張した場合に、電池セル２の一対の幅広側面ＰＷに対して、第２スペーサ３Ｂの対向壁部２１と第１スペーサ３Ａの対向壁部２１’を、配列方向両側から同じ高さ位置でかつ同じ高さ幅で当接させることができ、電池セル２を配列方向両側から均一に押さえて、電池セル２の変形を均一化することができる。

一対の側壁部２２’は、対向壁部２１’のセル幅方向両端部から配列方向に突出して一定幅でセル高さ方向に亘って延在し、電池セル２の幅狭側面ＰＮに対向して幅狭側面ＰＮの配列方向片側領域を覆う大きさを有している。

底壁部２３’は、対向壁部２１’のセル高さ方向下端部から配列方向に突出して一定幅でセル幅方向に亘って延在し、電池セル２の底面ＰＢに対向して底面ＰＢの配列方向片側領域を覆う大きさを有している。

一対の側壁部２２’及び底壁部２３’は、配列方向に突出した端部が、第１スペーサ３Ａの端部に対向して当接し、スペーサ３同士で配列方向に連続するようになっている。そして、一対の側壁部２２’及び底壁部２３’の配列方向の端部には、第１スペーサ３Ａの配列方向の端部と嵌合してシールする嵌合部２５’が設けられている。

第２スペーサ３Ｂの側壁部２２’には、開口部２２ａが設けられていないので、凹部２９には冷却気体は流れない。したがって、第２スペーサ３Ｂは、電池セル２とエンドプレート５との間の冷却気体の流れを遮断することができる。

第３スペーサ３Ｃは、電池セル２とセクションプレート６との間に介在される以外は、第２スペーサ３Ｂと同様の構成を有している。したがって、第３スペーサ３Ｃについてはその説明を省略する。

ブリッジバー４は、複数のスペーサ３の下端部に対向して取り付けられる一対の下ブリッジバー４Ｌ、４Ｌと、複数のスペーサ３の上端部に対向して取り付けられる一対の上ブリッジバー４Ｕ、４Ｕを有している。

下ブリッジバー４Ｌと上ブリッジバー４Ｕは、エンドプレート５とセクションプレート６との間に亘って延在する長さを有している。下ブリッジバー４Ｌと上ブリッジバー４Ｕには、互いに隣り合うスペーサ３によって形成された凸部２８と係合する凹部３１が設けられている。本実施の形態では、配列方向に所定間隔をおいて８個の凸部２８が形成されているので、下ブリッジバー４Ｌと上ブリッジバー４Ｕには、合計で８個の凹部３１がそれぞれ対応する位置に設けられている。下ブリッジバー４Ｌと上ブリッジバー４Ｕは、例えば図７に示すように、スペーサ３の側壁部２２に沿って取り付けることにより、凹部３１に凸部２８が嵌合されて係合する。したがって、各スペーサ３の配列方向の間隔を規制して、配列方向に位置決めすることができる。

下ブリッジバー４Ｌは、断面が矩形の角柱部材からなり、スペーサ３の側壁部２２の下端部に沿って取り付けられる。下ブリッジバー４Ｌは、スペーサ３の側壁部２２に対向する対向面に凹部３１が凹設されている。凹部３１は、下ブリッジバー４Ｌの長手方向に沿って所定間隔をおいて８個が設けられている。

上ブリッジバー４Ｕは、断面がＬ字形状を有した棒状部材からなり、スペーサ３の側壁部２２の上端部に沿って取り付けられる。上ブリッジバー４Ｕは、一片がスペーサ３の側壁部２２に対向し、他片が電池セル２の電池蓋２ｄに対向する。上ブリッジバー４Ｕの一片には、凹部３１が凹設されている。凹部３１は、上ブリッジバー４Ｕの長手方向に沿って所定間隔をおいて８個が設けられている。

次に、図１に示す電池ブロック１を組み立てる方法について説明する。
まず、７個の第１スペーサ３Ａを８個の電池セル２の間に介在させて配列させ、配列方向両側に第２スペーサ３Ｂと第３スペーサ３Ｃをそれぞれ取り付ける。そして、各スペーサ３の一対の側壁部２２の下端部に下ブリッジバー４Ｌをそれぞれ取り付けて、側壁部２２の下端部に設けられている凸部２８を、下ブリッジバー４Ｌの凹部３１に係合させる。

それから、シールシート８、絶縁カバー９を間に挟み込むように、各電池セル２のセル高さ方向上側に一対の上ブリッジバー４Ｕをそれぞれ取り付けて、側壁部２２の上端部に設けられている凸部２８を、上ブリッジバー４Ｕの凹部３１に係合させる。これにより、８個の電池セル２は、スペーサ３に保持された状態で一体に拘束された状態とされ、配列方向に分解されるのを防ぐことができる。その後、互いに隣り合う電池セル２の外部端子の間をバスバー１１で接続し、基板ユニット１０を取り付けて、端子キャップ１２を被せることで一つの組電池とする。

この組電池を二組作り、間にセクションプレート６を挟んで配列方向に並べ、配列方向両側にそれぞれエンドプレート５を配置する。エンドプレート５と電池セル２との間には第２スペーサ３Ｂが配置され、セクションプレート６と電池セル２との間には第３スペーサ３Ｃが配置されている。そして、一対の接続プレート７をセル幅方向両側から接近させて、エンドプレート５とセクションプレート６を固定し、かつ、下ブリッジバー４Ｌ及び上ブリッジバー４Ｕを固定する。固定は、ネジを締結することによって行われる。

上記構成を有する電池ブロック１によれば、下ブリッジバー４Ｌ及び上ブリッジバー４Ｕを取り付けることによって、複数のスペーサ３をそれぞれ配列方向に位置決めして配置することができる。したがって、充放電により各電池セル２が膨張した場合に、各電池セル２の膨張度合いの相違によって各電池セル２の配列方向における相対的な位置が変化するのを防ぐことができ、複数の電池セル２を配列方向に相対的に位置決めすることができる。したがって、各電池セル２の間を連結するバスバー１１等の寸法を精度良く決定することができ、電池ブロック１の組立作業の容易化を図ることができる。

図９は、電池ブロックの他の実施例を示す斜視図、図１０は、図９に示す電池ブロックを用いた電池モジュールの一実施例を示す斜視図である。

図９に示す電池ブロック１は、４個の組電池を直列に配列して、電池セル２の総数量を３２個としたものである。８個の電池セル２ごとにセクションプレート６を配置して、合計で３枚のセクションプレート６を用いて構成されている。

図１０は、図９に示す電池ブロックを用いた電池モジュールの一実施例を示す斜視図であり、一部内部が見えるように切り欠いて示している。

電池モジュール４０は、電池セル２の外部端子２ａ、２ｂ側が側面となるように電池ブロック１を横向きに配置し、筐体４１に収容したものである。筐体４１は、ベース４２及びカバー４４を有し、ベース４２は電池ブロック１の下側に接触し、エンドプレート５、５とセクションプレート６に固定され、カバー４４は電池ブロック１の上部に接触し、エンドプレート５、５とセクションプレート６に固定されている。

また、カバー４４は、ベース４２の外周部に固定され、筺体４１全体を密閉している。この構成でカバー４４と電池ブロック１の上部の間に冷却気体を流すように設けた空間と、ベース４２と電池ブロック１の下部の間で冷却気体を流すように設けた空間は、複数の電池セル２の間の隙間を通じて連通している。

図１０に示す電池モジュール４０は、図９に示す電池ブロック１を３個並列に並べて筐体４１内に配置した構成を有する。筐体４１は、略矩形の底面部と底面部の一対の長辺部でそれぞれ上方に向かって折曲されて対峙する一対の側面部とを有する断面コ字状のベース４２と、ベース４２の長辺方向一方側の端部間と、長辺方向他方側の端部間をそれぞれ閉塞するサイドプレート４３、４３と、ベース４２とサイドプレート４３により形成された上部開口を閉塞するカバー４４とを有する。

電池ブロック１は、筐体４１内において、エンドプレート５及びセクションプレート６のセル幅方向一方側の端部がベース４２に締結され、かつ、セル幅方向他方側の端部がカバー４４に締結されて固定されている。

筐体４１の内部には、図示していないバッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）が収容されており、筐体４１の側面には、そのバッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）に接続するための通信コネクタ１７が設けられている。また、筐体４１内の電池セル２の入出力を行うための電池入出力線１６が筐体４１の側面から突出している。

筐体４１の下面でかつ長手方向一方端部には、冷却気体である冷却空気を筐体４１内に導入するための冷却空気入口が開口形成されており、冷却空気を供給するダクト４５が接続されている。筐体４１の上面でかつ長手方向他方端部には、冷却空気を筐体４１から導出するための冷却空気出口４６が開口形成されている。

電池モジュール４０は、ダクト４５を介して冷却空気を電池ブロック１のセル幅方向一方側（図中では下側）から電池ブロック１内に流入させることができる。そして、冷却空気を各電池セル２の間にセル幅方向に沿って通過させて各電池セル２を冷却し、冷却後の空気を電池ブロック１のセル幅方向他方側（図中では上側）から流出させて、筐体４１内の上部を通過させ、冷却空気出口４６から排出させることができる。

図１１は、第２スペーサと第３スペーサの代わりに、エンドプレートとの間、及びセクションプレートとの間に、冷却気体の通路を有するスペーサを設けた電池ブロックの電池モジュール内における温度分布を示す図である。

例えば、図９に示す電池ブロック１において、第２スペーサ３Ｂと第３スペーサ３Ｃの代わりに、エンドプレート５との間、及びセクションプレート６との間に、冷却気体の通路を有するスペーサ、すなわち、切り欠き部２４を有するスペーサを設けた場合、エンドプレート５が設けられている配列方向の両端部と、セクションプレート６が設けられている配列方向中間の３箇所の位置においても、冷却空気が通過する。

したがって、エンドプレート５に隣り合う電池セル２に隣接して配置された電池セル２は、エンドプレート５との間に配置されたスペーサの通路を通る冷却気体による吸熱と、エンドプレート５と反対側に配置されたスペーサの通路を通る冷却気体による吸熱が行われ、さらに、エンドプレート５への伝熱による吸熱も加わる。同様に、セクションプレート６に隣り合う電池セル２に隣接して配置された電池セル２は、セクションプレート６との間に配置されたスペーサの通路を通る冷却気体による吸熱と、セクションプレート６と反対側に配置されたスペーサの通路を通る冷却気体による吸熱が行われ、さらに、セクションプレート６への伝熱による吸熱も加わる。

したがって、冷却気体の吸熱だけで冷却される電池セル２同士が隣接する他の電池セル２と比較して温度が低くなり、図１１に示すように、エンドプレート５とセクションプレート６に近い位置の電池セル２は温度が低く、エンドプレート５とセクションプレート６から離れた位置の電池セル２は温度が高くなり、同じ電池ブロック１内における電池セル２間の温度差が大きく、温度分布が不均一となっている。

特に、電池ブロック１の剛性を高めるために、エンドプレート５、セクションプレート６を、アルミニウム合金などの金属材料により構成されている場合、金属材料は熱伝導性が高いので、より多くの熱を吸収するおそれがあり、電池セル２缶の温度差がより大きくなり、温度分布の不均一の度合いが顕著となる。

これに対して、本発明の電池ブロック１は、電池セル２とエンドプレート５との間に、熱伝達を抑制する断熱性の第２スペーサ３Ｂを設け、また、電池セル２とセクションプレート６との間に、熱伝達を抑制する断熱性の第３スペーサ３Ｃを設けているので、エンドプレート５及びセクションプレート６に隣接する電池セル２と、電池セル２同士が隣接する他の電池セル２との温度差を小さくすることができ、温度分布が不均一になるのを抑制することができる。特に、第２スペーサ３Ｂと第３スペーサ３Ｃは、電池セル２とエンドプレート５との間の冷却気体の流れを遮断する構成も有しているので、上記温度差をさらに小さくできる。したがって、各電池セル２の劣化度合いを均一化することができ、電池性能の安定化と、電池寿命の増大を図ることができる。

また、第２スペーサ３Ｂと第３スペーサ３Ｃにより、エンドプレート５と電池セル２との間、及びセクションプレート６と電池セル２との間が断熱されているので、エンドプレート５及びセクションプレート６を金属材料により構成することができ、電池ブロック１の高い剛性を確保することができる。また、第２スペーサ３Ｂと第３スペーサ３Ｃは、冷却気体を流す空間を有していないので、第１スペーサ３Ａよりも大きさを小さくすることができ、電池ブロックの小型化を図ることができる。

図１２は、電池モジュールの他の実施例を示す斜視図、図１３は、図１２に示す電池モジュールの分解斜視図、図１４は、図１２に示す電池モジュール内における冷却気体の流路を説明する図である。

図１２に示す電池モジュール５０は、図１に示す電池ブロック１を並列に３個並べて、さらに配列方向に２つに分かれて配置した構成を有しており、合計で６個の電池ブロック１を有している。電池ブロック１は、電池セル２の端子２ａ、２ｂと反対側の面同士を対向させて背中合わせとしたものが２対と、パーティション板５８を挟んでパーティション板５８側と反対側に電池セル２の端子２ａ、２ｂが位置するように２個が配置されている。 各電池ブロック１は、エンドプレート５及びセクションプレート６を筐体５１のベース５２とカバー５３に締結することによって筐体５１内に固定される。

筐体５１は、図１２及び図１３に示すように、断面コ字形を有して互いに最中合わせされるベース５２及びカバー５３と、長辺方向両端部を閉塞するサイドプレート５４、５４とを有する。筐体５１内の長辺方向中央位置には、バッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）５５と、ジャンクションボックス５６と、切断スイッチ５７が収容されており、その長辺方向両側に分かれて電池ブロック１が配置されている。バッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）５５とジャンクションボックス５６は、ベース５２の底面に直接締結固定され、切断スイッチ５７はベース５２に形成されたステップの上に締結固定されている。ベース５２の側面には、コネクタが設けられている。

ベース５２の底面略中央位置には、冷却空気入口５２ｂが開口形成されている。そして、ベース５２の底面には、各電池ブロック１のセル幅方向一方側の側面との間に空間を形成する凹溝５２ａが電池セル２の配列方向に沿って設けられている。各電池ブロック１とベース５２との接触部分には、冷却空気が他の部分に漏れないようにシールが介在されている。

カバー５３の長辺方向両端部には、冷却空気出口５３ａが開口形成されている。そして、カバー５３の上面には、各電池ブロック１のセル幅方向他方側の側面との間に空間を形成する凹溝５３ｂが電池セル２の配列方向に沿って設けられている。各電池ブロック１とカバー５３との接触部分には、冷却空気が他の部分に漏れないようにシールが介在されている。

ベース５２の凹溝５２ａ及びカバー５３の凹溝５３ａによってベース５２と電池ブロック１５との間、及び、カバー５３と電池ブロック１５との間に形成される空間は、電池セル２の温度調整のための流体通路である。

図１４に示すように、冷却空気入口５２ｂから筐体５１内に冷却空気を導入し、ベース５２の凹溝５２ａを通過させて、電池ブロック１のセル幅方向一方側から各電池セル２の間に流入させることができる。そして、各電池セル２の間から電池ブロック１のセル幅方向他方側に流出させて、凹溝５３ａに通過させ、冷却空気出口５３ａから筐体５１の外部に排出できるようになっている。冷却空気が各電池セル２の間に設けた隙間を通る際に、電池セル２と冷却空気の温度差により熱交換され電池セル２の温度が調節される。

各電池セル２のガス放出弁２ｆが開弁した場合、ガス放出弁２ｆから噴出したガスは、カバー５３の側面もしくはパーティション板５８に吹き付けられて、筐体５１内に溜まり、図示していないガス排出口から筐体５１の外部に排出される。

ベース５２と電池ブロック１５との間、及び、カバー５３と電池ブロック１５との間にはシールが設けられており、凹溝５２ａ、５３ａにより形成される空間は、筐体５１内において隔離されているので、筐体５１内に噴出したガスが流体通路に流れ込むのを防ぐことができ、冷却空気の流体通路と電池セル２から放出されたガスとを分離して別々に排出することができる。

上記構成を有する電池モジュール５０によれば、エンドプレート５とセクションプレート６を筐体５１のベース５２とカバー５３に直接固定しているので、構造を単純化しながら、各電池セル２を強固に固定でき、全体を小型軽量化できる。また、電池セル２の数や、電池ブロック１の数を増減して電圧や容量等の要求に対して迅速かつ容易に答えることができる。

なお、上述の実施の形態では、複数の電池セルとしてリチウムイオン二次電池の例を示したが、これに限られるものでなく、ニッケル水素電池等の他の電池や二次電池の電池セルを複数個配列して構成したものでもよいことは勿論である。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記下実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 電池ブロック
２ 電池セル
３ スペーサ
３Ａ 第１スペーサ
３Ｂ 第２スペーサ
３Ｃ 第３スペーサ
４ ブリッジバー
５ エンドプレート
６ セクションプレート
７ 接続プレート
２１ 対向壁部（第１対向壁部）
２１’ 対向壁部（第２対向壁部）
２４ 切り欠き部
２９ 凹部
４０、５０ 電池モジュール
４１、５１ 筐体

Claims (11)

1. 複数の電池セルが配列された電池ブロックであって、
   前記複数の電池セルの配列方向両端部に配置される一対のエンドプレートと、
   前記複数の電池セルの間にそれぞれ介在され、冷却気体を流す空間を有した複数の第１スペーサと、
   前記電池セルと前記エンドプレートとの間に介在され、前記電池セルと前記エンドプレートとの間の熱伝達を抑制する断熱性を有する第２スペーサと、
   を有することを特徴とする電池ブロック。
2. 前記第２スペーサは、前記電池セルと前記エンドプレートとの間の冷却気体の流れを遮断する構造を有することを特徴とする請求項１に記載の電池ブロック。
3. 前記電池セルは、一対の幅広側面を有する扁平角形の電池缶を有し、
   前記第１スペーサは、前記電池缶の幅広側面に対向する第１対向壁部と、該第１対向壁部に開口して前記電池セルのセル幅方向に亘って一定の高さ幅で延在して前記冷却気体が流される切り欠き部と、を有し、
   前記第２スペーサは、前記電池缶の幅広側面に対向する第２対向壁部と、該第２対向壁部に凹設されて前記第１スペーサの前記切り欠き部に対向する高さ位置でかつ前記切り欠き部と同じ高さ幅で前記電池セルのセル幅方向に亘って延在する凹部と、を有することを特徴とする請求項２に記載の電池ブロック。
4. 前記第２スペーサは、少なくとも一部が発泡部材により構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池ブロック。
5. 前記エンドプレートが金属材料からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電池ブロック。
6. 前記複数の電池セルの配列方向途中位置に介在されて前記複数の電池セルを配列方向一方側と他方側に区画する少なくとも一つのセクションプレートと、
   前記電池セルと前記セクションプレートの間に介在され、前記電池セルと前記セクションプレートとの間の熱伝達を抑制する断熱性を有する第３スペーサと、
   を有することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の電池ブロック。
7. 前記第３スペーサは、前記電池セルと前記セクションプレートとの間の冷却気体の流れを遮断する構造を有することを特徴とする請求項６に記載の電池ブロック。
8. 前記第３スペーサは、前記電池缶の幅広側面に対向する第３対向壁部と、該第３対向壁部に凹設されて前記第１スペーサの前記切り欠き部に対向する高さ位置でかつ前記切り欠き部と同じ高さ幅で前記電池セルのセル幅方向に亘って延在する凹部と、を有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の電池ブロック。
9. 前記第３スペーサは、少なくとも一部が発泡部材により構成されていることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の電池ブロック。
10. 前記セクションプレートが金属材料からなることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の電池ブロック。
11. 前記請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の電池ブロックを用いた電池モジュール。

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