JP5906921B2 - 電池モジュール及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、電池と、電池の側面に接する接触面を有する伝熱プレートと、からなる電池モジュール及び車両に関する。

近年、二次電池（電池）の大電流での充電及び放電や二次電池の大容量化が要求されるようになっている。しかし、大電流での充電及び放電は二次電池内部の大きな発熱を伴うことから二次電池の温度が上昇し、二次電池の性能の劣化を促進してしまう。また、二次電池によっては環境温度が低いと放電性能が低下する。このため、二次電池を規定温度に温度調節することが必要である。

特許文献１に記載の電池ユニットは、複数の電池モジュールからなる組電池と、電池モジュールの間に配設されるヒートシンクと、から構成されている。ヒートシンクには、電池モジュールの側面に隣接する隣接部と、組電池の外方に突出する放熱部が形成されている。放熱部には、ヒートシンクにおいて電池モジュールとの対向方向に延びる複数のフィンが形成されている。そして、冷却媒体と放熱部が接触すると、接触部が冷却され、接触部を介して隣接部が冷却される。隣接部と電池モジュールの側面は隣接しているため、隣接部の冷却に伴い電池モジュールが冷却される。

特開２０１０−１９２２１１号公報

ところで、特許文献１では、ヒートシンクに形成されるフィンの形状が複雑であり、ヒートシンクの製造に手間がかかっている。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝熱プレートの形状を簡素にすることができる電池モジュール及び車両を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、電池と、電池の側面に接する接触面を有する伝熱プレートと、からなる電池モジュールであって、前記伝熱プレートは、前記電池の一方の側面に接する第１伝熱部、前記電池の他方の側面に接する第２伝熱部、及び前記第１伝熱部と第２伝熱部とを連結する第３伝熱部を有する平面視コ字状に形成され、前記第１伝熱部の縁部のうち前記第３伝熱部とは反対側の第１の縁部、及び前記第２伝熱部の縁部のうち前記第３伝熱部とは反対側の第２の縁部に、前記接触面と面一の放熱面を有するフィンを形成し、前記フィンは、前記第１の縁部から前記第３伝熱部側に向けて凹む第１の凹部と、前記第１の凹部に隣り合う第１の凸部と、前記第２の縁部から前記第３伝熱部側に向けて凹む第２の凹部と、前記第２の凹部に隣り合う第２の凸部とを有し、前記第２の凹部は前記第１の凸部と対向する位置に形成され、前記第２の凸部は前記第１の凹部と対向する位置に形成されていることを要旨とする。

これによれば、接触面と放熱面が面一となるため、伝熱プレートは簡素な構成となる。したがって、伝熱プレートを容易に製造することができる。

また、第１の凹部及び第２の凹部によって熱媒体が流通する流路が形成されるため、フィンによって熱媒体の流通を阻害することが抑制される。

また、上記構成によれば、例えば、板状の部材を打ち抜き加工することで伝熱プレートを形成する場合に、製造工程が少なくなり、製造が容易になる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電池モジュールであって、前記接触面に、絶縁層を形成したことを要旨とする。

これによれば、電池と伝熱プレートの絶縁が適切に行われる。
請求項３に記載の発明は、車両であって、請求項１又は請求項２に記載の電池モジュールと、前記電池モジュールの温度調節を行う温度調節装置と、を搭載したことを要旨とする。

これによれば、車両に搭載される電池モジュールは、温度調節装置によって適切に加熱又は冷却される。したがって、車両は電池からの電力によって適切に走行することができる。

本発明によれば、伝熱プレートの形状を簡素にすることができる。

実施形態における電池モジュールを示す斜視図。 （ａ）は実施形態における伝熱プレートを示す正面図、（ｂ）は実施形態における伝熱プレートを示す側面図。 実施形態における伝熱プレートの作用を説明するための図。 別例における伝熱プレートを示す断面図。 別例における伝熱プレートを示す正面図。 別例における伝熱プレートを示す平面図。

図１に示すように、車両に搭載される電池モジュール１は、電池としての角形電池１０を、角形電池１０の厚み方向に複数並設するとともに、各角形電池１０の間に板状の伝熱プレート１１を配設することで構成されている。また、車両には、電池モジュール１に熱媒体を供給する供給手段（例えば、送風機）と、熱媒体を加熱又は冷却する温度調節手段（例えば、熱電変換素子）と、を備えた温度調節装置が搭載されている。電池モジュール１において角形電池１０の幅方向両側には、角形電池１０の厚み方向に延びるダクト２が設けられている。本実施形態の電池モジュール１は、ダクト２の内部に熱媒体を流通させることで、熱媒体と伝熱プレート１１とを熱交換させ、伝熱プレート１１を介して角形電池１０の温度調節が行われる電池モジュールである。

角形電池１０の厚み方向の側面（以下単に「側面」という）は、四角状をなしている。そして、伝熱プレート１１は、角形電池１０の側面と接するように配設されている。伝熱プレート１１は、アルミニウムから形成されている。

図２（ａ）に示すように、伝熱プレート１１において角形電池１０の側面と対向する面となる接触面１２は、四角状をなしている。また、伝熱プレート１１の接触面１２の面積は、角形電池１０の側面の面積と同一となっている。接触面１２において角形電池１０の幅方向に沿う方向の両側には、熱媒体と熱交換を行う第１の放熱面１３ａ及び第２の放熱面１３ｂが延設されている。接触面１２、第１の放熱面１３ａ及び第２の放熱面１３ｂは同一平面上に存在する。すなわち、面一となっている。

第１の放熱面１３ａには、角形電池１０の幅方向に沿う第１の縁部１１ａから第１の縁部１１ａに対向する第２の縁部１１ｂに向けて凹む第１の凹部１４及び第１の凹部１４に隣り合う第１の凸部１５が交互に形成されている。第１の凹部１４及び第１の凸部１５は、伝熱プレート１１において角形電池１０の高さ方向（角形電池１０の厚み方向及び幅方向に直交する方向）に沿う第３の縁部１１ｃから第３の縁部１１ｃと対向する第４の縁部１１ｄに向けて、第１の凹部１４→第１の凸部１５の順に形成されている。第１の凹部１４は、第１の凸部１５を挟むように４箇所に形成されている。第１の凸部１５は、第１の凹部１４に挟まれるように３箇所に形成されている。

第２の放熱面１３ｂには、第２の縁部１１ｂから第１の縁部１１ａに向けて凹む第２の凹部１６及び第２の凹部１６に隣り合う第２の凸部１７が交互に形成されている。第２の凹部１６及び第２の凸部１７は、第３の縁部１１ｃから第４の縁部１１ｄに向けて第２の凸部１７→第２の凹部１６の順に形成されている。第２の凸部１７は、第２の凹部１６を挟むように４箇所に形成されている。第２の凹部１６は、第２の凸部１７に挟まれるように３箇所に形成されている。したがって、第１の放熱面１３ａと第２の放熱面１３ｂとでは、凹部１４，１６及び凸部１５，１７が形成される順番が逆になっている。すなわち、第１の放熱面１３ａにおいて第１の凹部１４が形成されている部分が、第２の放熱面１３ｂにおいては第２の凸部１７が形成される部分になっている。同様に、第１の放熱面１３ａにおいて第１の凸部１５が形成される部分が、第２の放熱面１３ｂにおいては第２の凹部１６が形成される部分になっている。したがって、第２の凹部１６は、第１の凸部１５と対向する位置に形成されており、第２の凸部１７は、第１の凹部１４と対向する位置に形成されている。

凹部１４，１６及び凸部１５，１７は、その形状が四角状をなしている。第１の凹部１４及び第１の凸部１５と第２の凹部１６及び第２の凸部１７は、同一ピッチで形成されている。

図２（ｂ）に示すように、本実施形態では、伝熱プレート１１の厚みＴは、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍに設定されている。
そして、伝熱プレート１１を角形電池１０の間に配設した状態で、接触面１２は角形電池１０の側面に接する。また、凸部１５，１７は、接触面１２から、接触面１２における角形電池１０の幅方向に沿う方向に延設される。そして、角形電池１０の幅方向に対して突出した凸部１５，１７は、ダクト２の内部に突出する。

そして、温度調節手段によって加熱又は冷却された熱媒体（例えば、空気や冷却水）をダクト２の内部に流通させることで、熱媒体は、第１の放熱面１３ａ及び第２の放熱面１３ｂに形成された凸部１５，１７と熱交換を行う。したがって、凸部１５，１７がフィンとして機能している。そして、角形電池１０は、伝熱プレート１１を介して加熱又は冷却される。熱媒体は、凹部１４，１６を流通することで、ダクト２の内部を流通する。したがって、凹部１４，１６は熱媒体が流通する流路として機能している。

次に、本実施形態における電池モジュール１の作用について説明する。
図３に示すように、本実施形態における伝熱プレート１１は、１枚の板状の部材２１を打ち抜くことで形成されている。伝熱プレート１１は、接触面１２と放熱面１３ａ，１３ｂが面一に形成されているため、伝熱プレート１１を打ち抜くだけで伝熱プレート１１を形成することができる。

また、本実施形態では、第１の凹部１４と対向する位置に第２の凸部１７を形成し、第１の凸部１５と対向する位置に第２の凹部１６を形成しているため、図３に示すように第２の凹部１６及び第２の凸部１７を形成するように板状の部材２１を打ち抜くと、次に打ち抜かれる伝熱プレート１１の第１の凹部１４及び第１の凸部１５が同時に打ち抜かれる。この結果、１回の打ち抜き加工で、伝熱プレート１１の第２の凹部１６及び第２の凸部１７と、次に打ち抜かれる伝熱プレート１１の第１の凹部１４及び第１の凸部１５を同時に形成することができる。したがって、２枚の伝熱プレート１１を用意し、第１の放熱面１３ａと第２の放熱面１３ｂを合わせると、第１の凸部１５が第２の凹部１６に嵌合し、第２の凸部１７が第１の凹部１４に嵌合するようになっている。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）伝熱プレート１１には、角形電池１０の側面に接する接触面１２と、接触面１２において角形電池１０の幅方向に沿う方向に延設された放熱面１３ａ，１３ｂが形成されている。接触面１２と、放熱面１３ａ，１３ｂとは面一に形成されており、伝熱プレート１１は簡素な形状となっている。したがって、１枚の板状の部材２１を打ち抜くことで、伝熱プレート１１を製造することができ、伝熱プレート１１の製造が容易となる。

（２）第１の放熱面１３ａ及び第２の放熱面１３ｂに凹部１４，１６を形成している。このため、凹部１４，１６によって熱媒体が流通する流路が形成されるため、放熱面１３ａ，１３ｂによって熱媒体の流通が阻害されることが抑制される。

（３）第１の放熱面１３ａに形成された第１の凸部１５は、第２の放熱面１３ｂに形成された第２の凹部１６と対向する位置に形成されている。同様に、第２の放熱面１３ｂに形成された第２の凸部１７は、第１の放熱面１３ａに形成された第１の凹部１４と対向する位置に形成されている。したがって、板状の部材２１を打ち抜くことで伝熱プレート１１の第２の凹部１６及び第２の凸部１７を形成すると、次に打ち抜かれる伝熱プレート１１の第１の凹部１４及び第１の凸部１５が同時に形成される。この結果、伝熱プレート１１の製造工程が少なくなり、伝熱プレート１１の製造が容易になる。

（４）車両に搭載される電池モジュール１は、伝熱プレート１１と熱媒体との熱交換によって適切に加熱又は冷却される。このため、車両は角形電池１０からの電力によって適切に走行することができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図４に示すように、伝熱プレート１１における角形電池１０と対向する面（接触面１２）に絶縁層１８を形成してもよい。この場合、角形電池１０と伝熱プレート１１との絶縁が適切に行われる。絶縁層１８は、樹脂や、他の絶縁材料から形成されている。

○ 図５に示すように、放熱面１３ａ，１３ｂに貫通孔３１を形成してもよい。この場合、熱媒体は、貫通孔３１を流通する。
○ 図６に示すように伝熱プレート４１の形状を、平面視コ字状をなすようにしてもよい。すなわち、角形電池１０の厚み方向両面に接する伝熱部４１ａと、角形電池１０の幅方向一面に接する伝熱部４１ｂを連設してなる伝熱プレート４１を用いてもよい。この場合、角形電池１０の厚み方向両面及び角形電池１０の幅方向一面は、伝熱プレート４１と接する。そして、角形電池１０において伝熱プレート４１と接さない幅方向の面に対して伝熱プレート４１は突出し、これにより放熱面１３が形成されている。

○ 実施形態において、角形電池１０の温度調節をさほど必要としない場合には、伝熱プレート１１として、絶縁性の樹脂からなる伝熱プレート１１を用いてもよい。この場合、伝熱プレート１１の伝熱効率は低下するが、絶縁性は向上する。また、伝熱プレート１１は、銅など、伝熱効率の高い他の材料製でもよい。

○ 実施形態において、電池モジュール１をケースに収容する場合、角形電池１０とケースの壁面の間に伝熱プレート１１を配設してもよい。すなわち、伝熱プレート１１は、角形電池１０の側面と接していれば、どのような場所に配設されていてもよい。

○ 実施形態において、電池として円筒形電池や、ラミネート形状の電池を採用してもよい。この場合、電池の形状に合わせて電池の側面と伝熱プレート１１が接するように伝熱プレート１１の形状を変更する。

○ 実施形態において、第１の放熱面１３ａ及び第２の放熱面１３ｂのうちどちらか一方にのみ凹部１４，１６及び凸部１５，１７を形成してもよい。また、伝熱プレート１１において角形電池１０の高さ方向に沿う方向に放熱面を形成し、この放熱面に凹部１４，１６及び凸部１５，１７を形成してもよい。

○ 実施形態において、伝熱プレート１１の厚みＴを変更してもよい。
○ 実施形態において、第１の放熱面１３ａ及び第２の放熱面１３ｂに、凹部１４，１６及び凸部１５，１７を形成せず、放熱面１３ａ，１３ｂ全体をフィンとして機能させてもよい。この場合、熱媒体の流通を阻害しないように、角形電池１０の高さ方向から熱媒体を流通させることが好ましい。

○ 実施形態において、凹部１４，１６及び凸部１５，１７の形状は、三角形状や円弧状など、他の形状であってもよい。
○ 実施形態において、凹部１４，１６及び凸部１５，１７が形成される箇所を減らしてもよいし、増やしてもよい。

○ 実施形態において、接触面１２の形状は、正方形状、長方形状など電池の側面に合わせて変更してもよい。
上記実施形態及び変更例から導き出せる技術思想を以下に追記する。
電池と、電池の側面に接する接触面を有する伝熱プレートと、からなる電池モジュールであって、前記伝熱プレートに、前記接触面と面一の放熱面を有するフィンを形成し、前記放熱面には、貫通孔が形成されている。

１…電池モジュール、１０…角形電池、１１，４１…伝熱プレート、１１ａ…第１の縁部、１１ｂ…第２の縁部、１２…接触面、１３，１３ａ，１３ｂ…放熱面、１４，１６…凹部、１５，１７…凸部。

Claims (3)

1. 電池と、電池の側面に接する接触面を有する伝熱プレートと、からなる電池モジュールであって、
   前記伝熱プレートは、前記電池の一方の側面に接する第１伝熱部、前記電池の他方の側面に接する第２伝熱部、及び前記第１伝熱部と第２伝熱部とを連結する第３伝熱部を有する平面視コ字状に形成され、
   前記第１伝熱部の縁部のうち前記第３伝熱部とは反対側の第１の縁部、及び前記第２伝熱部の縁部のうち前記第３伝熱部とは反対側の第２の縁部に、前記接触面と面一の放熱面を有するフィンを形成し、
   前記フィンは、前記第１の縁部から前記第３伝熱部側に向けて凹む第１の凹部と、前記第１の凹部に隣り合う第１の凸部と、前記第２の縁部から前記第３伝熱部側に向けて凹む第２の凹部と、前記第２の凹部に隣り合う第２の凸部とを有し、
   前記第２の凹部は前記第１の凸部と対向する位置に形成され、前記第２の凸部は前記第１の凹部と対向する位置に形成されていることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記接触面に、絶縁層を形成したことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電池モジュールと、前記電池モジュールの温度調節を行う温度調節装置と、を搭載したことを特徴とする車両。