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JP7480110B2 - 電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、電池モジュールに関する。
特許文献1は、円筒状の電池セルを複数個有する電池モジュールを開示する。この電池モジュールは、ケース半体に設けられた凹状の電池収納部に電池セルを個別に格納する。
特開2004-171856号公報
特許文献1に記載の電池モジュールのように、ケース半体に設けられた凹状の電池収納部に電池セルを個別に格納する電池モジュールでは、電池セルで生じた熱がこもり易く、電池セルの保持構造としても強度が低いという課題があった。
本発明における電池モジュールは、筐体と、それぞれが略円柱形である複数の電池セルと、を備えた電池モジュールにおいて、前記電池セルの軸方向に沿って配置され、前記軸方向の長さが前記電池セルの前記軸方向の長さよりも長く、両端を前記筐体に接続される複数の支柱部材を備え、前記支柱部材は、空洞を備え、前記支柱部材の外部と前記空洞を連通する連通孔を前記電池セルに対向するように前記支柱部材の側面に備え、前記支柱部材は、複数の前記電池セルの間に配置されるとともに、前記空洞に充填され前記連通孔から前記支柱部材の外部に流出した接着剤によって前記電池セルと接着される。
本発明によれば、冷却性能及び強度を向上した電池モジュールを提供できる。
実施の形態1に係る電池モジュールの正面断面図。 実施の形態1に係る電池セルの平面断面図。 実施の形態1に係る支柱部材の斜視図。 実施の形態2に係る電池モジュールの正面断面図。 実施の形態2に係る電池セルの平面断面図。 実施の形態2に係る支柱部材の斜視図。
[実施の形態1]
以下、図1から図3を参照しながら、実施の形態1に係る電池モジュール1について説明する。なお、説明の都合上、それぞれ文章中の前方、上方、左方に対応するFR、UP、LHの符号を付与した矢印を、各図に記載する。
図1は、電池モジュール1の正面断面図である。電池モジュール1は、図示しない入出力端子を介して、外部に電力を供給可能であり、さらに、外部からの電力を蓄電可能なモジュールである。
電池モジュール1は、筐体30の内部に、多数の電池セル10及び支柱部材20を交互に配置した状態で保持する。
電池セル10は、例えば略円筒形のリチウムイオン電池であり、電池セル10の軸方向の端部にはそれぞれ正極10pと負極10mとを備える。多数の電池セル10は、正極10pが上方に面し、負極10mが下方に面するように、軸方向を上下方向として配置される。また、電池セル10は、支柱部材20に固定され、筐体30の上面30a及び底面30bとはそれぞれ間隔を開けて配置される。
本実施の形態において、電池モジュール1に設けられた多数の電池セル10は、互いに正極10p同士を正極リード線33によって接続され、負極10m同士を負極リード線35によって接続されることで、電気的に並列に接続される。
支柱部材20は中空の円筒形状の部材であり、支柱部材20の軸方向の長さは、電池セル10の軸方向の長さよりも長い。また、支柱部材20は、下部おいて周方向に突出した保持部25を備える。
支柱部材20は、その軸方向が鉛直となるように配置され、電池セル10を保持部25で支えるとともに、後述する接着剤で接着されることで、電池セル10を固定する。
筐体30は、例えば樹脂によって形成された箱状の容器である。筐体30の上面30a及び底面30bは、それぞれ支柱部材20の軸方向の両端と接続される。
また、筐体30は、図示しない入出力端子を備える。入出力端子は、正極リード線33及び負極リード線35と電気的に接続される。
図2は、図1におけるII-II断面を矢印の方向に見た平面断面図である。
図2に示すように、電池モジュール1は、平面視において、多数の電池セル10の間に多数の支柱部材20を配列した構造を有する。1つの電池セル10の周囲には、6つの支柱部材20が隣接して配置されており、電池セル10同士は互いに接触しない。ここで、各電池セル10同士の距離は、各電池セル10の正極10p同士、もしくは負極10m同士で電気的に絶縁が可能な程度離れている。
本実施の形態においては、支柱部材20の側面20aは、隣接する3つの電池セル10の周面に当接している。
図2に示すように、支柱部材20は、平面視で中央に位置する空洞23を備える。支柱部材20の側面20aにおいて、電池セル10に当接する位置には、連通孔21が形成されている。支柱部材20の空洞23は、側面20aに開口する連通孔21により、支柱部材20の外部と連通する。
支柱部材20の空洞23には接着剤が充填されており、電池セル10と支柱部材20とは、連通孔21から流出する接着剤を介して接着される。接着剤は、たとえば、任意の樹脂等である。
図3は、支柱部材20の斜視図である。なお、説明の都合上、支柱部材20に接着される3つの電池セル10を離間させた状態で図示する。本実施の形態において、1つの支柱部材20は6つの連通孔21を備える。連通孔21は、支柱部材20及び電池セル10の軸方向を長手方向とする略長方形の開口である。
図3に示すように、連通孔21は、支柱部材20の外周方向において、それぞれ異なる3つの方向D1、D2、D3に開口する。
また、軸方向における領域R1内において、3つの連通孔21が、それぞれ方向D1、D2、D3に開口している。すなわち、異なる方向D1、D2、D3に開口する3つの連通孔21が、互いに軸方向において重なる位置に形成されている。これにより、軸方向において重なる位置で、1つの支柱部材20と3つの電池セル10が接着される。
また、軸方向において領域R1とは重ならない領域R2においても、連通孔21が設けられる。すなわち、連通孔21は、軸方向において異なる2つの位置に形成されている。
さらに、軸方向における領域R1、R2には、共に、方向D1に向けて開口する連通孔21が設けられる。すなわち、同一の方向D1に、2つの連通孔21が開口する。これにより、軸方向において2つの位置で、1つの支柱部材20と1つの電池セル10とが接着される。
以上のように構成された電池モジュール1について、その動作、作用を説明する。
電池モジュール1は、入出力端子をモーターなどの外部の装置と接続されることで、電池セル10から、正極リード線33及び負極リード線35を介し、外部の装置に電力を供給する。また、電池モジュール1は、入出力端子を発電機などの外部の電源と接続されることで、電池セル10に電力を蓄える。
この時、それぞれの電池セル10は、蓄電及び電力の供給に伴って発熱する。これにより、電池セル10の温度が上昇する。
電池セル10の温度が上昇すると、電池セル10は、支柱部材20、空洞23に充填された接着剤、及び、連通孔21から流出した接着剤よりも高温となる。
これにより、電池セル10は、連通孔21から流出した接着剤に熱を伝導して冷却される。連通孔21から流出した接着剤に伝導された熱は、空洞23に充填された接着剤を介し、筐体30の上面30a及び底面30bに伝導される。
また、電池セル10は、隣接する支柱部材20に対しても同様に熱を伝導して冷却される。支柱部材20に伝導された熱は、筐体30の上面30a及び底面30bに伝導される。
以上説明したように、本実施の形態に係る電池モジュール1は、筐体30と、それぞれが略円柱形である複数の電池セル10と、を備えた電池モジュールにおいて、電池セル10の軸方向に沿って配置され、軸方向の両端を筐体30に接続される複数の支柱部材20を備え、支柱部材20は、空洞23を備え、支柱部材20の外部と空洞23を連通する連通孔21を支柱部材20の側面20aに備え、支柱部材20は、複数の電池セル10の間に配置されるとともに、空洞23に充填され連通孔21から支柱部材20の外部に流出した接着剤によって電池セル10と接着される。
この構成によれば、高い強度及び剛性の電池モジュール1が実現できる。また、電池セル10が発熱した場合には、接着剤及び支柱部材20に熱を伝導して電池セル10を効果的に冷却できる。従って、電池モジュール1の冷却性能が向上する。
また、連通孔21は、それぞれの支柱部材20に複数設けられ、それぞれの支柱部材20に設けられる複数の連通孔21は、支柱部材20の外周方向において複数の方向に開口する。
この構成によれば1つの支柱部材20に対して、複数の電池セル10を接着しやすくなる。従って、高い強度及び剛性の電池モジュール1が実現できる。
また、それぞれの支柱部材20に設けられる複数の連通孔21は、軸方向において複数の位置に設けられる。
この構成によれば、支柱部材20と電池セル10との間での接着の強度を向上できる。従って、高い強度及び剛性の電池モジュール1が実現できる。また、支柱部材20と電池セル10との間で接着される面積が大きくなる。従って、電池セル10から接着剤に熱を伝導しやすくなり、電池モジュール1の冷却性能が向上する。
また、それぞれの支柱部材20に設けられる少なくとも2つの連通孔21は、軸方向において互いに異なる位置に設けられるとともに、1つの電池セル10に向けて開口する。
この構成によれば、同一方向に開口する複数の連通孔21の内、1つの連通孔21に充分な接着剤が存在していない場合でも、他の連通孔21から流出した接着剤により、支柱部材20と電池セル10とを接着できる。これにより、支柱部材20と電池セル10との間での接着の安定性を向上できる。従って、高い強度及び剛性の電池モジュール1が実現できる。
また、それぞれの支柱部材20に設けられる少なくとも2つの連通孔21は、軸方向において互いに重なる位置に設けられるとともに、互いに異なる電池セル10に向けて開口する。
この構成によれば、支柱部材20とその周囲にある電池セル10との接着の強度が向上する。従って、高い強度及び剛性の電池モジュール1が実現できる。
また、連通孔21は、軸方向が長手方向となる形状に開口している。
この構成によれば、軸方向に広い範囲において支柱部材20と電池セル10とが接着される。従って、高い強度及び剛性の電池モジュール1が実現できる。また、電池セル10から接着剤に熱を伝導しやすくなり、電池モジュール1の冷却性能が向上する。
[実施の形態2]
以下、図4から図6を参照しながら、実施の形態2に係る電池モジュール101について説明する。なお、実施の形態1の説明と重複する事項の説明は、省略する。
図4は、実施の形態2に係る電池モジュール101の断面図である。
電池モジュール101において、筐体30の内部には、正極10pが筐体30の上面30aに面する電池セル10と、負極10mが筐体30の底面30bに面する電池セル10と、が交互に並べて配置されている。また、多数の電池セル10は、正極10pと、隣り合う別の電池セル10の負極10mと、がリード線133によって接続されることで、直列に接続される。リード線133は、図示しない入出力端子に接続され、入出力端子と各電池セル10とは、電気的に接続される。
各電池セル10は、支柱部材120に隣接して配置される。支柱部材120は、保持部125で電池セル10を支えるとともに、後述の様に電池セル10に接着される。
また、本実施の形態において、支柱部材120の下端に孔部129が形成される。孔部129は、後述の空洞123と支柱部材120の外部とを連通する孔であり、電池セル10とは軸方向で重ならない。本実施の形態においては、接着剤が空洞123に充填される。空洞123に充填された接着剤は、孔部129から流出し、電池セル10と筐体30との下方の隙間Aを埋めている。
図5は、図4のV-V断面を矢印の方向に見た平面断面図である。
図5に示すように、本実施の形態において、1つの電池セル10の周囲には、4つの支柱部材120が隣接して配置され、電池セル10同士は互いに接触しない。
本実施の形態において、支柱部材120は、正方形を底面とする四角柱であり、4つの側面120aは、それぞれが電池セル10と当接している。
また、支柱部材120は、内部に空洞123を備える。支柱部材120の側面120aにおいて、電池セル10と当接する位置には、連通孔121が形成されている。連通孔121は、空洞123と支柱部材120の外部とを連通する。
そのため、空洞123に充填された接着剤は、連通孔121から流出し、支柱部材120と電池セル10とを接着する。
また、それぞれの支柱部材120の空洞123には、それぞれ円柱形状の金属棒127が挿入されている。金属棒127は、例えばアルミニウムや銅、鉄などの任意の金属で構成され、の軸方向の長さは支柱部材120の長さ以下である。金属棒127は、空洞123に充填された接着剤によって支柱部材120に固定される。
図6は、支柱部材120の斜視図である。本実施の形態において、連通孔121は、支柱部材120及び電池セル10の軸方向を長手方向とする略長方形に開口する。
図6に示す通り、本実施の形態において、1つの支柱部材120は、5つの連通孔121を備える。5つの連通孔121はそれぞれ、軸方向において重ならない複数の領域R11からR15に、一つずつ設けられる。従って、1つの支柱部材120に設けられる5つの連通孔121は、それぞれ軸方向に重ならない位置に設けられる。
また、5つの連通孔121は、支柱部材20の外周方向において、4つの方向D11~D14に開口する。なお、領域R11に設けられた連通孔121と、領域R15に設けられた連通孔121とは、同じ方向D11に開口する位置に設けられる。
以上のように構成された実施の形態2に係る電池モジュール101について、その動作、作用を以下に述べる。
実施の形態1と同様、電池モジュール101の入出力端子が外部の装置又は電源に接続されることで、電池セル10は電力の供給又は蓄電を行う。この時、電池セル10は、それぞれ発熱し、電池セル10の温度が上昇する。
電池セル10の温度が支柱部材120、空洞123に充填された接着剤、及び、連通孔121から流出した接着剤よりも高温となると、電池セル10は、連通孔121から流出した接着剤に熱を伝導して冷却される。連通孔121から流出した接着剤に伝導された熱は、空洞123に充填された接着剤に伝導される。
本実施の形態においては、連通孔121は、支柱部材120の軸方向において互いに重ならない位置に設けられている。従って、連通孔121から流出した接着剤に伝導された熱は、空洞123に充填された接着剤の広い範囲に分散して伝導される。
また、空洞123には、支柱部材120の軸方向に渡って金属棒127が配置される。従って、空洞123に充填された接着剤から、金属棒127に熱が伝導されることで、熱が支柱部材120の軸方向に伝導されやすくなる。
さらに、孔部129から流出した接着剤により、電池セル10と筐体30との隙間Aが埋められている。そのため、隙間Aに充填された接着剤を介して、熱が筐体30に伝導されやすくなる。
以上説明したように、本実施の形態に係る電池モジュール101において、それぞれの支柱部材120に設けられる複数の連通孔121は、軸方向において互いに重ならない位置に設けられる。
これにより、発熱した電池セル10から、空洞123に充填された接着剤の広い範囲に分散して伝導される。従って、電池モジュール101の冷却性能が向上する。
また、空洞123の内部には、金属棒127が設けられる。
この構成によれば、空洞123に充填された接着剤に伝導された熱は、金属棒127を介して支柱部材120の軸方向に伝達されやすくなる。従って、電池セル10から効率よく熱を伝達でき、電池モジュール101の冷却性能が向上する。
また、支柱部材120は、軸方向において電池セル10と重ならない位置に孔部129を備え、空洞123に充填され孔部129から流出した接着剤は、電池セル10と筐体30との隙間Aを埋める。
この構成によれば、隙間Aに充填された接着剤を介して、電池セル10の熱が筐体30に伝導されやすくなる。従って、電池モジュール101の冷却性能が向上する。
[他の実施の形態]
上述した実施の形態は、本発明の一様態を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。また、実施の形態1と実施の形態2を任意に組み合わせて新たな実施の形態とすることも可能である。
なお、実施の形態1及び2において、連通孔21、121は、略長方形であると説明した。連通孔21、連通孔121の形状は、略長方形の物に限られず、例えば、円形や他の多角形であってもよい。
また、実施の形態1及び2において、支柱部材20、120は、円筒形又は底面が正方形の四角柱であると説明した。支柱部材20、120の形状は、これに限られず、例えば、断面が正三角形の三角柱でもよい。この場合、例えば、支柱部材20、120は、正三角形の面で電池セル10と接するように構成することで、連通孔21、121と電池セル10との位置を合わせることが容易になる。
また、実施の形態2では、正方形を底面とする形状の支柱部材120を説明したが、例えば、底面の正方形の各辺に相当する側面120aが曲面であり、電池セル10の円柱形状に沿って窪む形状でもよい。この場合、電池セル10と支柱部材120とが密着しやすくなり、より強度の高い電池モジュール101が実現できる。
また、実施の形態2において、各支柱部材120が空洞123に金属棒127を備えると説明した。しかし、金属棒127は、全ての支柱部材120の空洞123に設けられる必要はなく、例えば、半数程度の支柱部材120の空洞123に設けられていてもよい。この場合、電池モジュール101の重量やコストを抑えつつ、冷却性能を向上できる。
また、実施の形態2において、接着剤が筐体30と電池セル10との下方の隙間Aを埋めると説明した。しかし、接着剤は、筐体30と電池セル10との上方の隙間を埋めるように充填されていてもよく、筐体30と電池セル10との上方及び下方の両方の隙間を埋めるように充填されていてもよい。
[上記実施の形態によりサポートされる構成]
上記実施の形態は、以下の構成をサポートする。
(構成1)筐体と、それぞれが略円柱形である複数の電池セルと、を備えた電池モジュールにおいて、前記電池セルの軸方向に沿って配置され、前記軸方向の両端を前記筐体に接続される複数の支柱部材を備え、前記支柱部材は、空洞を備え、前記支柱部材の外部と前記空洞を連通する連通孔を前記支柱部材の側面に備え、前記支柱部材は、複数の前記電池セルの間に配置されるとともに、前記空洞に充填され前記連通孔から前記支柱部材の外部に流出した接着剤によって前記電池セルと接着されることを特徴とする電池モジュール。
この構成によれば、高い強度及び剛性の電池モジュールを提供できる。また、電池セルで生じた熱を、支柱部材及び接着剤を介して効率的に筐体に伝導できる。従って、電池モジュールの冷却性能が向上する。
(構成2)前記連通孔は、それぞれの前記支柱部材に複数設けられ、それぞれの前記支柱部材に設けられる複数の前記連通孔は、前記支柱部材の外周方向において複数の方向に開口することを特徴とする構成1に記載の電池モジュール。
この構成によれば、1つの支柱部材に対して複数の電池セルを接着しやすくなる。従って、高い強度及び剛性の電池モジュールを提供できる。
(構成3)前記連通孔は、それぞれの前記支柱部材に複数設けられ、それぞれの前記支柱部材に設けられる複数の前記連通孔は、前記軸方向において複数の位置に設けられることを特徴とする構成1または2に記載の電池モジュール。
この構成によれば、支柱部材と電池セルとの間での接着の強度が向上する。従って、従って、高い強度及び剛性の電池モジュールを提供できる。
(構成4)それぞれの前記支柱部材に設けられる少なくとも2つの前記連通孔は、前記軸方向において互いに異なる位置に設けられるとともに、1つの前記電池セルに向けて開口することを特徴とする構成3に記載の電池モジュール。
この構成によれば、支柱部材と電池セルとの間での接着の安定性が向上する。従って、高い強度及び剛性の電池モジュールを提供できる。
(構成5)それぞれの前記支柱部材に設けられる少なくとも2つの前記連通孔は、前記軸方向において互いに重なる位置に設けられるとともに、互いに異なる前記電池セルに向けて開口することを特徴とする構成2に記載の電池モジュール。
この構成によれば、支柱部材とその周囲の電池セルとの間での接着の強度が向上する。従って、高い強度及び剛性の電池モジュールを提供できる。
(構成6)それぞれの前記支柱部材に設けられる複数の前記連通孔は、前記軸方向において互いに重ならない位置に設けられることを特徴とする構成2乃至4の何れかに記載の電池モジュール。
この構成によれば、電池セルにおいて生じた熱が、支柱部材の空洞に充填された接着剤の広範囲に分散して伝導される。従って、電池モジュールの冷却性能が向上する。
(構成7)前記連通孔は、前記軸方向が長手方向となる形状に開口していることを特徴とする構成1乃至6の何れかに記載の電池モジュール。
この構成によれば、連通孔から流出した接着剤が電池セルに接触する面積を大きくできる。従って、高い強度及び剛性の電池モジュールを提供できる。また、電池セルから接着剤に熱を伝導しやすくなり、電池モジュールの冷却性能が向上する。
(構成8)前記空洞の内部には、金属棒が設けられることを特徴とする構成1乃至7の何れか1つに記載の電池モジュール。
この構成によれば、金属棒を介して電池セルから熱を伝導しやすくなる。従って、電池モジュールの冷却性能が向上する。
(構成9)前記支柱部材は、前記軸方向において前記電池セルと重ならない位置に孔部を備え、前記空洞に充填され前記孔部から流出した接着剤は、前記電池セルと前記筐体との隙間を埋めることを特徴とする構成1乃至8の何れかに記載の電池モジュール。
この構成によれば、熱が接着剤によって効率的に伝導される。従って、電池モジュールの冷却性能が向上する。
1 電池モジュール
10 電池セル
20 支柱部材
20a 側面
21 連通孔
23 空洞
30 筐体
101 電池モジュール
120 支柱部材
120a 側面
121 連通孔
123 空洞
125 保持部
127 金属棒
129 孔部
A 隙間

Claims (10)

  1. 筐体と、
    それぞれが略円柱形である複数の電池セルと、を備えた電池モジュールにおいて、
    前記電池セルの軸方向に沿って配置され、前記軸方向の長さが前記電池セルの前記軸方向の長さよりも長く、両端を前記筐体に接続される複数の支柱部材を備え、
    前記支柱部材は、空洞を備え、前記支柱部材の外部と前記空洞を連通する連通孔を前記電池セルに対向するように前記支柱部材の側面に備え、
    前記支柱部材は、複数の前記電池セルの間に配置されるとともに、前記空洞に充填され前記連通孔から前記支柱部材の外部に流出した接着剤によって前記電池セルと接着される
    ことを特徴とする電池モジュール。
  2. 前記連通孔は、それぞれの前記支柱部材に複数設けられ、
    それぞれの前記支柱部材に設けられる複数の前記連通孔は、前記支柱部材の外周方向において複数の方向に開口する
    ことを特徴とする請求項1に記載の電池モジュール。
  3. 前記連通孔は、それぞれの前記支柱部材に複数設けられ、
    それぞれの前記支柱部材に設けられる複数の前記連通孔は、前記軸方向において複数の位置に設けられる
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の電池モジュール。
  4. それぞれの前記支柱部材に設けられる少なくとも2つの前記連通孔は、前記軸方向において互いに異なる位置に設けられるとともに、1つの前記電池セルに向けて開口する
    ことを特徴とする請求項3に記載の電池モジュール。
  5. それぞれの前記支柱部材に設けられる少なくとも2つの前記連通孔は、前記軸方向において互いに重なる位置に設けられるとともに、互いに異なる前記電池セルに向けて開口する
    ことを特徴とする請求項2に記載の電池モジュール。
  6. それぞれの前記支柱部材に設けられる複数の前記連通孔は、前記軸方向において互いに重ならない位置に設けられる
    ことを特徴とする請求項2乃至4の何れか一項に記載の電池モジュール。
  7. 前記連通孔は、前記軸方向が長手方向となる形状に開口している
    ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の電池モジュール。
  8. 前記空洞の内部には、金属棒が設けられる
    ことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の電池モジュール。
  9. 前記支柱部材は、前記軸方向において前記電池セルと重ならない位置に孔部を備え、
    前記空洞に充填され前記孔部から流出した接着剤は、前記電池セルと前記筐体との隙間を埋める
    ことを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の電池モジュール。
  10. 前記筐体と前記電池セルの間に、前記電池セルの電極を接続するリード線が設けられる
    ことを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の電池モジュール。
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