JP5914193B2 - バッテリモジュール - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車等に搭載するバッテリモジュールに関する。

従来より、電動自動車やハイブリッドカーには、動力部分の電動モータに電力を供給するバッテリセルが多数搭載されている。これらバッテリセルは、複数個をまとめて一体にすることで車両への組立や取替え等を行い易くしていて、例えば、特許文献１では、６つの円柱状バッテリセルと、上方に開口するセル収容空間が内部に形成されたセルケースとを備え、上記セル収容空間に上記各バッテリセルを並設した状態で開口から収容することにより各バッテリセルを一体にしている。

上述の如きセルケースを電動自動車やハイブリッドカーに複数搭載する際、近年では、搭載スペースの最小化、組立性の向上、コスト削減等を目的としてこれら複数のセルケースをモジュール化する傾向にあり、内部に収容空間を有するモジュールボックスに複数のセルケースを収容してバッテリモジュールとして搭載するようになってきている。

ところで、一般的に、上記モジュールボックスへの各セルケースの組み付けは、組み付け易さを考慮して、収容空間に各セルケースを収容した状態で、上記モジュールボックス内面と各セルケース外面との間に適度な隙間が形成される。

特開２００２−１８４３７４号公報（段落００１０〜００２３欄、図２）

しかし、上記モジュールボックス内面と各セルケース外面との間に隙間が形成されると、各バッテリセルから発せられる熱が上記隙間によってモジュールボックスに伝わり難く、放熱性が悪くなる。したがって、各バッテリセルが高温になり過ぎて性能低下を引き起こすおそれがある。

また、各セルケースのモジュールボックスへの固定は、接着剤による接合が一般的であるが、上述の如き隙間が形成されると、使用中の振動によりモジュールボックス内でセルケースが揺れてしまい、それに伴って接合部分に繰り返し荷重がかかって接合が外れてしまうおそれがある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、各バッテリセルの過熱を抑制でき、しかも、セルケースをモジュールボックス内で強固に固定できるバッテリモジュールを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、表裏面に多数の凸部を有する金属製のシート材をセルケースの外面とモジュールボックスの内面との間に配設したことを特徴とする。

すなわち、第１の発明では、複数個のバッテリセルと、内部に第１収容空間が形成され、該第１収容空間に上記各バッテリセルを並べて収容するセルケースと、内部に第２収容空間が形成され、該第２収容空間に上記セルケースを複数収容するモジュールボックスと、上記第２収容空間に収容された上記各セルケース外面と上記モジュールボックス内面との間に配置され、多数の凸部が両面に突設されて、一側面側の各凸部先端が上記セルケースの外面に、他側面側の各凸部先端が上記モジュールボックスの内面にそれぞれ当接するパネル状の金属製伝熱シート材とを備えていることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、上記伝熱シート材は、隣り合うセルケース間に挿入する挿入面部を有し、該挿入面部の一側面側の各凸部先端が一方のセルケースの外面に、他側面側の各凸部先端が他方のセルケースの外面にそれぞれ当接していることを特徴とする。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、上記セルケース、モジュールボックス及び伝熱シート材には、それぞれに少なくとも１つ以上の貫通孔が形成され、上記伝熱シート材の各凸部は、各シート面内で互いに２軸方向に離間していることを特徴とする。

第４の発明では、第１から第３のいずれか１つの発明において、上記モジュールボックスには、上記第２収容空間に空気を給排する空気給排手段が接続されていることを特徴とする。

第１の発明では、各バッテリセルから発せられる熱が上記伝熱シート材を介してセルケースからモジュールボックスに順次移動して当該モジュールボックスから発散するようになるので、モジュールボックスと各バッテリセルとの間に形成された隙間に熱がこもるのを防ぎ、各バッテリセルの過熱を抑制できる。また、伝熱シート材は、セルケースとモジュールボックスとの間の隙間に配置されるとともに、上記伝熱シート材の各凸部によって上記セルケース及びモジュールボックスの両方に当接するので、セルケースは、上記伝熱シート材によって第２収容空間で位置が決まって強固に固定される。

第２の発明では、各セルケース間に発生する熱が上記伝熱シート材の挿入面部を介してモジュールボックスから発散するようになるので、各セルケース間が高温になるといったことを防ぎ、偏りなく各バッテリセルの過熱を抑制できる。

第３の発明では、不具合が生じたバッテリセルからガスが発生する際、発生したガスは、各セルケースの貫通孔を通過した後、各セルケース外面と伝熱シート材との間の隙間を通過して伝熱シート材の貫通孔を通過し、その後、伝熱シート材とモジュールボックス内面との間の隙間を通過してモジュールボックスの貫通孔から当該モジュールボックスの外側に排出される。したがって、万が一バッテリセルに不具合が生じて当該バッテリセルからガスが発生しても、当該ガスを安全にモジュールボックスの外側へ排出することができる。

第４の発明では、各セルケース外面及びモジュールボックス内面の間に形成された隙間を空気が循環するようになるので、循環する空気が各バッテリセルから発せられる熱を吸収してバッテリモジュールを効率良く冷却することができる。

本発明の実施形態に係るバッテリモジュールの斜視図である。 本発明の実施形態に係るバッテリモジュールの分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１乃至図３は、本発明の実施形態に係るバッテリモジュール１を示す。該バッテリモジュール１は、図示しない電動自動車に搭載されて動力部分である電動モータに電力を供給するものであり、複数の略円柱状バッテリセル２と、略直方体形状をなす６つのアルミニウム合金製セルケース３と、略直方体形状をなす１つのアルミニウム合金製モジュールボックス４とを備えている。

尚、図２乃至図３では、図を見易くするために各バッテリセル２間の接続端子や各バッテリセル２の内部構造を省略して記載している。

上記セルケース３は、上方に開口する第１収容空間Ｓ１が内部に形成されたケース本体３ａと、該ケース本体３ａの上部開口を塞ぐ略矩形板状のケース蓋体３ｂとを備え、上記第１収容空間Ｓ１には、上記６つのバッテリセル２を正極部２ａが全て上方に向くように２列に並べた状態で収容するようになっている。

上記ケース本体３ａの内側面は、上記６つのバッテリセル２を上記第１収容空間Ｓ１に収容した状態で各バッテリセル２の側面に対応するように開口周りに全周に亘って波打っていて、６つのバッテリセル２は上記第１収容空間Ｓ１内で強固に保持されるようになっている。

また、上記ケース本体３ａの外側面は、上縁部及び下縁部を除いて、上記第１収容空間Ｓ１に収容した状態の６つのバッテリセル２の外面に対応するように全周に亘って波打っている。

さらに、上記ケース蓋体３ｂには、一対の第１貫通孔３ｃがケース長手方向に所定の間隔をあけて貫通形成されている。

上記モジュールボックス４は、上方に開口する第２収容空間Ｓ２が内部に形成されたボックス本体４ａと、該ボックス本体４ａの上部開口を塞ぐ長方形板状のボックス蓋体４ｂとを備え、上記第２収容空間Ｓ２には、水平方向に３つ並べたセルケース３を上下２段にした状態で収容するようになっている。

また、上記ボックス本体４ａの長手方向一端側面の略中央には、第２貫通孔４ｃが貫通形成されている。

さらに、上記第２貫通孔４ｃの上下には、一対の接続孔４ｄが貫通形成され、該接続孔４ｄには、上記第２収容空間Ｓ２に空気を給排する空気給排装置７（空気給排手段）が接続されている。

上記第２収容空間Ｓ２に収容された各セルケース３外面と上記モジュールボックス４内面との間には、エンボス加工により多数の凸部６が両面に突設されたパネル状のアルミニウム合金製伝熱シート材５が配置され、該伝熱シート材５は、それぞれ１枚のシート材を折り曲げて形成された上側伝熱シート材５ａ及び下側伝熱シート材５ｂで構成されている。

上記上側伝熱シート材５ａは、上記ボックス蓋体４ｂ下面に対応する長方形板状の上面部５１、該上面部５１の長辺側両端縁から下方に延びる一対の第１上側側面部５２、及び上記上面部５１の短辺側両端縁から下方に延びる一対の第２上側側面部５３を備え、該一方の第２上側側面部５３の略中央には、第３貫通孔５３ａが貫通形成されている。

上記上面部５１、両第１上側側面部５２及び両第２上側側面部５３の内面側（一側面側）の各凸部６先端が上段３つのセルケース３の上面及び側面に、外面側（他側面側）の各凸部６先端が上記モジュールボックス４の内面にそれぞれ当接している。

また、上記上側伝熱シート材５ａの上記各凸部６は、各シート面内で互いに２軸方向に離間し、これにより、上記各凸部６が第１貫通孔３ｃと第３貫通孔５３ａとの間、及び第２貫通孔４ｃと第３貫通孔５３ａとの間の隙間を遮らないようになっている。

一方、上記下側伝熱シート材５ｂは、上記ボックス本体４ａ下面に対応する長方形板状の下面部５４、該下面部５４の長辺側両端縁から上方に延びる一対の第１下側側面部５５、上記下面部５４の短辺側両端縁から上方に延びる一対の第２下側側面部５６、及び一方の第１下側側面部５５の上端縁から他方の第１下側側面部５５の上端縁に向かって水平方向に延びる挿入面部５７を備え、該挿入面部５７は、上下に隣り合うセルケース３の間に挿入されるようになっている。

また、上記一方の第２下側側面部５６の略中央には、第４貫通孔５６ａが貫通形成されている。

さらに、上記下面部５４、両第１下側側面部５５及び両第２下側側面部５６の内面側（一側面側）の各凸部６先端が下段３つのセルケース３の下面及び側面に、外面側（他側面側）の各凸部６先端が上記モジュールボックス４の内面にそれぞれ当接している。

また、上記挿入面部５７の下面側（一側面側）の各凸部６先端が下段３つのセルケース３の上面に、上面側（他側面側）の各凸部６先端が上段３つのセルケース３の下面にそれぞれ当接している。

そして、上記下側伝熱シート材５ｂの上記各凸部６は、各シート面内で互いに２軸方向に離間し、これにより、上記各凸部６が第１貫通孔３ｃと第４貫通孔５６ａとの間、及び第２貫通孔４ｃと第４貫通孔５６ａとの間の隙間を遮らないようになっている。

以上より、本発明の実施形態によると、各バッテリセル２から発せられる熱が伝熱シート材５を介して各セルケース３からモジュールボックス４に順次移動して当該モジュールボックス４から発散するようになるので、モジュールボックス４と各バッテリセル２との間に形成された隙間に熱がこもるのを防ぎ、各バッテリセル２の過熱を抑制できる。また、伝熱シート材５は、セルケース３とモジュールボックス４との間の隙間に配置されるとともに、上記伝熱シート材５の各凸部６によって上記セルケース３及びモジュールボックス４の両方に当接するので、各セルケース３は、上記伝熱シート材５によって第２収容空間Ｓ２で位置が決まって強固に固定される。

また、各セルケース３間に発生する熱が下側伝熱シート材５ｂの挿入面部５７を介してモジュールボックス４から発散するようになるので、各セルケース３間が高温になるといったことを防ぎ、偏りなく各バッテリセル２の過熱を抑制できる。

さらに、不具合が生じたバッテリセル２からガスが発生する際、発生したガスは、各セルケース３の第１貫通孔３ｃを通過した後、各セルケース３外面と伝熱シート材５との間の隙間を通過して伝熱シート材５の第３貫通孔５３ａ及び第４貫通孔５６ａを通過し、その後、伝熱シート材５とモジュールボックス４内面との間の隙間を通過してモジュールボックス４の第２貫通孔４ｃから当該モジュールボックス４の外側に排出される。したがって、万が一バッテリセルに不具合が生じて当該バッテリセル２からガスが発生しても、モジュールボックス４と各セルケース３との間の隙間を利用して、上記ガスを安全にモジュールボックス４の外側へ排出することができる。

それに加えて、各セルケース３外面及びモジュールボックス４内面の間に形成された隙間を空気が循環するようになるので、循環する空気が各バッテリセル２から発せられる熱を吸収してバッテリモジュール１を効率良く冷却することができる。

尚、本発明の実施形態では、水平方向に３つ並べたセルケース３を上下２段にした状態でモジュールボックス４の第２収容空間Ｓ２に収容する場合について述べたが、これに限らず、複数のセルケース３を並べてモジュールボックス４の第２収容空間Ｓ２に収容するのであれば本発明の構造を適用することができる。

また、本発明の実施形態では、伝熱シート材５をアルミニウム合金材で形成したが、これに限らず、銅板やメッキ鋼板で形成してもよく、熱伝導率の高い金属で形成するのが好ましい。

また、上記伝熱シート材５は、第２収容空間Ｓ２の各セルケース３外面とモジュールボックス４内面との間の全ての箇所の設ける必要はなく、一部に設けるようにしてもよい。

また、上記伝熱シート材５の挿入面部５７についても、各セルケース３の間の全ての箇所に挿入する必要はない。

また、上記第１貫通孔３ｃ、第２貫通孔４ｃ、第３貫通孔５３ａ及び第４貫通孔５６ａは、セルケース３、モジュールボックス４及び伝熱シート材５のそれぞれに少なくとも１つ以上形成していればよい。

本発明は、電気自動車等に搭載するバッテリモジュールに適している。

１ バッテリモジュール
２ バッテリセル
３ セルケース
３ｃ 第１貫通孔
４ モジュールボックス
４ｃ 第２貫通孔
５ 伝熱シート材
６ 凸部
７ 空気給排装置（空気給排手段）
５３ａ 第３貫通孔
５６ａ 第４貫通孔
５７ 挿入面部
Ｓ１ 第１収容空間
Ｓ２ 第２収容空間

Claims (4)

1. 複数個のバッテリセルと、
   内部に第１収容空間が形成され、該第１収容空間に上記各バッテリセルを並べて収容するセルケースと、
   内部に第２収容空間が形成され、該第２収容空間に上記セルケースを複数収容するモジュールボックスと、
   上記第２収容空間に収容された上記各セルケース外面と上記モジュールボックス内面との間に配置され、多数の凸部が両面に突設されて、一側面側の各凸部先端が上記セルケースの外面に、他側面側の各凸部先端が上記モジュールボックスの内面にそれぞれ当接するパネル状の金属製伝熱シート材とを備えていることを特徴とするバッテリモジュール。
2. 請求項１に記載のバッテリモジュールにおいて、
   上記伝熱シート材は、隣り合うセルケース間に挿入する挿入面部を有し、
   該挿入面部の一側面側の各凸部先端が一方のセルケースの外面に、他側面側の各凸部先端が他方のセルケースの外面にそれぞれ当接していることを特徴とするバッテリモジュール。
3. 請求項１又は２に記載のバッテリモジュールにおいて、
   上記セルケース、モジュールボックス及び伝熱シート材には、それぞれに少なくとも１つ以上の貫通孔が形成され、
   上記伝熱シート材の各凸部は、各シート面内で互いに２軸方向に離間していることを特徴とするバッテリモジュール。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のバッテリモジュールにおいて、
   上記モジュールボックスには、上記第２収容空間に空気を給排する空気給排手段が接続されていることを特徴とするバッテリモジュール。

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