JP7055404B2 - バッテリモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、主として電気自動車の動力源となるバッテリの積層構造体であるバッテリモジュールに関する。
充電および放電が可能な二次バッテリ（以下「バッテリ」）は、電気機器や電子機器、電気自動車等の様々な商品の動力源として広く利用されている。ノートパソコンやスマートホンなど携帯できる機器については小型のバッテリで対応できるが、電気自動車のように高出力、大容量が必要な場合には、一のバッテリ単位となるバッテリセル単独では足りず、複数のバッテリセルを組み合わせたバッテリモジュール、そして、そのバッテリモジュールを複数組み合わせたバッテリパックが用いられている。こうしたバッテリセルの組合せ構造は、例えば特表２００８－５３７２９９号公報（特許文献１）に記載されている。
特表２００８－５３７２９９号公報
しかしながら、複数のバッテリセルを組み込んだ従来のバッテリモジュールやバッテリパックは、バッテリセルを確実に保持し積層するため、バッテリセル同士を繋ぎ止める枠組み構造が骨太で頑丈なものとされ、軽量化が求められる電気自動車用バッテリとしては好ましいものではなかった。また、そうした一方でバッテリ出力の向上によりバッテリからの発熱も大きくなる傾向にあり、その放熱対策もますます重要になってきた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、比較的簡易な枠組みにも対応し、放熱対策をも可能としたバッテリの格納構造を提供することを目的とする。
上記目的を達成すべく本発明は、以下のバッテリモジュールおよびバッテリパックを提供する。
即ち本発明は、複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルを格納するモジュール筐体と、前記モジュール筐体の内部に入る間隙材とを備えるバッテリモジュールであって、前記各バッテリセルは、可撓性フィルム袋の内部に電池要素を収納した偏平体であり、前記間隙材は、熱伝導性充填材を含有するシリコーン弾性体からなり、その硬度はＥ硬度で８０以上またはＡ硬度で６０以上であり、偏平面どうしを対向して配置する前記複数のバッテリセルの配列方向に対して交差する方向の一方側で、前記バッテリセル相互間および前記バッテリセルと前記モジュール筐体間に前記間隙材が充てんされており、前記間隙材は前記バッテリセルに密着し、前記バッテリセル相互間の離間状態を保持するとともに前記バッテリセルの発熱を前記モジュール筐体に伝えるバッテリモジュールを提供する。
前記各バッテリセルが可撓性フィルム袋の内部に電池要素を収納した偏平体であるため、製造時にその大きさを容易に変更でき、バッテリの出力や容量の異なる種々の種類のバッテリセルを製造することができる。また、重量が軽く、コンパクトである。
前記間隙材は、熱伝導性充填材を含有するシリコーン弾性体からなるものとしたため、硬化前には液状とすることができ、バッテリモジュールの筐体内にこの間隙材をディスペンサー等で注入できる。したがって、充てんが容易で、取扱い性に優れている。
前記間隙材はＥ硬度で８０以上またはＡ硬度で６０以上であるため、エポキシ系やウレタン系の材料を用いた場合に比べて低硬度である。そのため、柔軟性があり衝撃に対する追随性があり、バッテリセル間、およびバッテリセルとモジュール筐体とを密着させることができ、衝撃に対する安定性が良い。なお、Ｅ硬度やＡ硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３規定によるものである。また、Ｅ硬度で８０以上またはＡ硬度で６０以上であるが、その上限が無限ということではなく、Ｅ硬度やＡ硬度で適切に表せる範囲内の硬度にあるという意味であり、適切に測定できる最大硬度は、Ａ硬度で９０前後までである。
前記間隙材は前記バッテリセル相互間および前記バッテリセルと前記モジュール筐体間に充てんされているため、前記間隙材がバッテリセルに密着してバッテリセルを固定することができ、バッテリセル相互間の離間状態を保持することができる。そして、離間状態を保持しているため、バッテリセルどうしが接触してその表面が傷つき内部の電池要素が滲出するといった不都合を回避することができる。また、間隙材には熱伝導性充填材を含むため、バッテリセルの発熱をモジュール筐体に伝えることができる。
間隙材はまた、偏平面どうしを対向して配置する前記複数のバッテリセルの配列方向に対して交差する方向の一方側に充てんしているため、製造時にはモジュール筐体の一方側から間隙材を注入すれば良く、バッテリセルの表面全体に間隙材を行きわたらせる必要がない。また、偏平体であるバッテリセルは、その端部よりは中央部の厚さが厚くなり易いが、そのバッテリセルの中央部まで間隙材が達すると、バッテリセルの厚み方向で一番盛り上がっている部分に間隙材が入り込むので、間隙材によってバッテリセルの配列を押し広げてしまい、結果的にバッテリモジュール筐体を内側から圧迫する可能性がある。したがって、バッテリセルの配列方向に対して交差する方向の一方側に充てんすれば、こうした厚み増加を阻止することができ、余分な重量増加も阻止することができる。加えて、バッテリセルが可撓性フィルム袋の内部に電池要素を収納した偏平体であることから、充放電の繰り返しによりその厚みの変化が生じることも考えられ、間隙材で満たされていない空隙を設けておくことはバッテリセルの大きさ変化に対する許容性を高めることができる。
前記シリコーン弾性体中の熱伝導性充填材は、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムの何れかから選択することができる。前記シリコーン弾性体中の熱伝導性充填材を酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムの何れかから選択することとしたため、高い熱伝導性を得ることができる。
アルミ板とラミネートフィルムとの間に挟んだ前記シリコーン弾性体の引張強さが０．３８ＭＰａ以上であるバッテリモジュールとすることができる。アルミ板とラミネートフィルムとの間に挟んだシリコーン弾性体の引張強さを０．３８ＭＰａ以上としたため、間隙材とバッテリモジュールの筐体とバッテリセルとの密着性に優れ、バッテリモジュール内でバッテリセルを安定的に配置することができる。
前記バッテリセルの列の端に位置する前記バッテリセルの前記偏平面と前記モジュール筐体の内壁との間に前記間隙材が充てんされているものとすることができる。前記バッテリセルの列の端に位置する前記バッテリセルの前記偏平面と前記モジュール筐体の内壁との間に前記間隙材が充てんされているため、バッテリセルがバッテリモジュールの内壁と接触して、バッテリセルが損傷するのを防止することができる。また、バッテリセルの偏平面に対向するモジュール筐体の内壁に放熱することができ、放熱効果を上げることができる。
鉄板とラミネートフィルムとの間に挟んだ前記シリコーン弾性体の引張強さが０．４０ＭＰａ以上であるバッテリモジュールとすることができる。
鉄板とラミネートフィルムとの間に挟んだシリコーン弾性体の引張強さを０．４０ＭＰａ以上としたため、バッテリモジュール筐体の強度補強のために、内壁の一部に鉄板を用いたような場合でも、その鉄板部分と間隙材が密着するため、バッテリセルがバッテリモジュール内壁と接触して、バッテリセルが損傷するのを防止することができる。また、バッテリセルの偏平面に対応するモジュール筐体の内壁に放熱することができ、放熱効果を上げることができる。
前記シリコーン弾性体の熱伝導率が３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるバッテリモジュールとすることができる。前記シリコーン弾性体の熱伝導率を３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上としたため、バッテリセルから発生する熱を外部に伝え易くすることができる。
前記シリコーン弾性体を構成するシリコーンは、付加反応硬化型シリコーンとすることができる。前記シリコーン弾性体を構成するシリコーンを付加反応硬化型シリコーンとしたため、硬化前の液状シリコーンは主剤と硬化剤に分けられており、これらを混合するまでは反応が開始しないことから長期保存安定性に優れている。また、硬化前は液状であることから、モジュール筐体内に塗布もしくは充てんする際の取扱い性に優れている。さらに、加熱することによって、付加反応を促進させることができるので、硬化させるタイミングを調整することができる。
前記シリコーン弾性体はその硬化前の２５℃における粘度が１０～５００Ｐａ・ｓの液状シリコーン組成物とすることができる。２５℃における粘度が１０～５００Ｐａ・ｓの液状シリコーン組成物を硬化したシリコーン弾性体としたため、作業時に液状シリコーン組成物をディスペンサーで塗布することができ、バッテリモジュール内に浸入させ易く、作業性に優れている。
前記一方側は、前記バッテリセルの表面から突出した電極を有する側とすることができる。前記シリコーン弾性体が充てんされる前記一方側を、バッテリセルの表面から突出した電極を有する側としたため、電極を間隙材で覆うことができる。よって、バッテリセルの中でも発熱量が大きくなる電極からの放熱を効果的に行うことができる。
前記バッテリセルの表面がラミネートフィルムからなるバッテリモジュールとすることができる。前記バッテリセルの表面をラミネートフィルムで形成したため、封入する電池要素をラミネートすることで簡単に封止することができる。また、ラミネートフィルム自体が薄く軽いため、バッテリセル自体の厚みを薄く軽くすることができる。さらに、間隙材である熱伝導性充填材を含有するシリコーン弾性体との密着性が良好である。
前記モジュール筐体がアルミニウム板からなるバッテリモジュールとすることができる。前記モジュール筐体をアルミニウム板で形成したため、間隙材である熱伝導性充填材を含有するシリコーン弾性体との密着性が良好であり、間隙材を介してバッテリセルとモジュール筐体とを強く結びつけることができる。
本発明はまた、前記何れか記載の複数の前記バッテリモジュールと、前記複数のバッテリモジュールを格納するパック筐体と、前記パック筐体の内部に入る被挟持材とを備えるバッテリパックであって、前記被挟持材は前記熱伝導性充填材を含有するシリコーン弾性体であり、前記被挟持材が前記バッテリモジュールと前記パック筐体とに密着し、前記バッテリモジュールの発熱を前記パック筐体に伝えるバッテリパックを提供する。
前記何れかの複数の前記バッテリモジュールと、前記複数のバッテリモジュールを格納するパック筐体と、前記パック筐体の内部に入る被挟持材とを備え、前記被挟持材が前記バッテリモジュールと前記パック筐体とに密着するため、前記バッテリモジュールの発熱を前記パック筐体に伝えることができる。
前記被挟持材は、熱伝導性充填材を含有するシリコーン弾性体からなるものとしたため、硬化前には液状とすることができ、バッテリパックの筐体内にこの間隙材をディスペンサー等で注入できる。したがって、充てんが容易で、取扱い性に優れている。
また、被挟持材はＥ硬度が８０以上またはＡ硬度が６０以上と柔軟性、衝撃に対する追随性があるため、モジュール筐体とパック筐体を密着させることができ、衝撃に対する安定性が良い。
アルミ板どうしの間に挟んだ前記シリコーン弾性体の引張強さは０．８０ＭＰａ以上とすることができる。アルミ板どうしの間に挟んだ前記シリコーン弾性体の引張強さを０．８０ＭＰａ以上としたため、アルミ板と間隙材との密着性を高めることができる。したがって、間隙材とバッテリパックの筐体とバッテリモジュールの筐体との密着性に優れ、バッテリパック内でバッテリモジュールを安定的に配置することができる。
前記被挟持材は複数の前記バッテリモジュール相互間に充てんされており、前記被挟持材が前記バッテリモジュールに密着し、前記バッテリモジュール相互間の離間状態を保持するとともに当該間隙に入った被挟持材を通じて当該被挟持材に隣接する一方のバッテリモジュールの発熱を他方のバッテリモジュールに伝えるバッテリパックとすることができる。
前記被挟持材は前記バッテリモジュール相互間に充てんされており、前記被挟持材が前記バッテリモジュールに密着してバッテリモジュール相互間の離間状態を保持することができるため、バッテリモジュールどうしが接触してバッテリモジュールが傷つくことを防止できる。また、当該間隙に入った被挟持材を通じて当該被挟持材に隣接する一方のバッテリモジュールの発熱を他方のバッテリモジュールに伝えることができるため、複数のバッテリモジュールの中の一つが異常に高温になったとしても、隣接するバッテリモジュールに熱を逃がすことができる。
そして前記被挟持材は、前記バッテリモジュール相互間および前記バッテリモジュールと前記パック筐体間に充てんされているため、バッテリセルの発熱をバッテリモジュールに伝えることができ、このバッテリモジュールに伝わった熱をパック筐体に伝えることができる。
前記パック筐体がアルミニウム板からなるバッテリパックとすることができる。
前記パック筐体をアルミニウム板で形成したため、被挟持材である熱伝導性充填材を含有するシリコーン弾性体との密着性が良好であり、被挟持材を介してバッテリモジュールとパック筐体とを強く結びつけることができる。
本発明のバッテリモジュールによれば、複数のバッテリセルを内部に安定的に保持し、バッテリセルからの発熱の放熱性に優れる。
また、本発明のバッテリパックによれば、複数のバッテリモジュールを安定的に保持し、バッテリモジュールからの発熱の放熱性に優れる。
バッテリモジュールの説明図である。 バッテリセルの斜視図である。 バッテリセルと仕切り板の組み立て状態を説明する説明図である。 バッテリモジュールをバッテリパックへ組み立てる状態を説明する説明図である。 バッテリパックの別の形態を示す説明図である。 バッテリパックのまた別の形態を示す説明図である。
本発明のバッテリモジュールおよびバッテリパックについて図面を参照しつつ説明する。なお、各実施形態において同一の材質、組成、製法、作用、効果等については重複説明を省略する。
バッテリモジュール：
バッテリモジュール１０は、図１の概略説明図で示すように、複数のバッテリセル１１と、このバッテリセル１１を格納するバッテリモジュールの筐体（以下「モジュール筐体」）１２と、このモジュール筐体１２の内部に入る間隙材１３とを備えている。以下、これらの構成部材について説明する。
バッテリセル１１は、リチウムイオン電池などの二次電池となる構成単位であり、板状の正極板と負極板を、仕切り板の間に挟んで交互に複数枚重ねた電池要素を、電解液とともに可撓性の外装フィルム内にラミネートして封入したものであり、全体的な形状は、高さや幅の大きさに比べて厚さが薄い偏平体である。こうしたバッテリセル１１は、図２で示すように、正極１１ａと負極１１ｂが外部に表れ、偏平面の中央部１１ｃは圧着された端部１１ｄよりも肉厚に形成されている。
外装フィルムには、ポリプロピレンなどの熱融着層とＰＥＴなどの保護層との間にアルミ箔やアルミ蒸着膜等の金属層を中間層として積層したラミネートフィルムを用いることができ、高いガスバリア性や、遮光性、紫外線否透過性等の性質を有するため、内部に封入する電池要素に悪影響を及ぼし難い。また、絶縁性があり外部からの電気的影響を受け難い。
このバッテリセル１１を格納するモジュール筐体１２は、複数のバッテリセル１１をまとめて外部から覆う部材である。複数のバッテリセル１１を支持できる強度があり、バッテリセル１１から発生する熱で変形しない材質が用いられ、強度や重量、耐熱性等のバランスを考慮してアルミニウムを用いることが好ましい。モジュール筐体１２の表面は、エポキシ系コーティング材でコーティングするなどして絶縁性を持たせれば、外部からの電気的影響を受けないようにできるため好ましい。
間隙材１３は、熱伝導性充填材を含有するシリコーン弾性体からなり、このシリコーン弾性体は、硬化前の液状シリコーンに熱伝導性充填材を混合した混合物（液状シリコーン組成物）を硬化させたものである。
液状シリコーンには、主剤であるアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンに対して、硬化剤であるケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと白金触媒を反応させる付加反応タイプや、有機過酸化物によるラジカル硬化反応タイプ、縮合反応タイプ、紫外線や電子線による硬化タイプなどが挙げられる。
熱伝導性充填材は、シリコーン弾性体に熱伝導性を付与する物質であり、電気絶縁性に優れ、かつ熱伝導性が良好なものを用いることができる。例えば、酸化アルミニウムや窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムなどは、電気絶縁性や熱伝導性に優れる点で好ましい。これらの粒子は、球状、繊維状、針状、鱗片状などの形状であってよい。これらのうちでは、酸化アルミニウムと水酸化アルミニウムがより好ましい。水酸化アルミニウムは、熱伝導性充填材を含有するシリコーン弾性体の比重を低くすることができ、液状シリコーンと熱伝導性充填材の分離を抑制することができる。また、酸化アルミニウムは、熱伝導性が高く、大粒径の粒子を用いることでき効果的に熱伝導率を高めることができる。
酸化アルミニウムの形状は球状が好ましい。球状とすれば比表面積を小さくし易いからである。また、水酸化アルミニウムと酸化アルミニウムを合わせた熱伝導性充填材を用いるとした場合に、比表面積が小さければ、大粒径の酸化アルミニウムの割合を増やしても液状シリコーン組成物の流動性が低下しにくく、バッテリモジュールやバッテリパックへの充填に際し取扱い性に優れた液状シリコーン組成物とすることができる。
熱伝導性充填材の液状シリコーンに対する含有量は、液状シリコーン１００重量部に対して、１００～１５００重量部とすることができる。熱伝導性充填材の含有量が１００重量部よりも少ないと、熱伝導性が不十分になるおそれがあり、１５００重量部を越えると、液状シリコーン組成物の粘度が上がり取扱い性が悪化するおそれがある。
液状シリコーン組成物の２５℃のおける粘度は、主剤と硬化剤を混合した直後の粘度であり、１０～５００Ｐａ・ｓが好ましい。１０Ｐａ・ｓ未満だと熱伝導性フィラーの充填量が少なく、十分な熱伝導率が得られない可能性がある。また、５００Ｐａ・ｓを超えると、粘度が高くなることで、ディスペンスできず目詰まりを起こす可能性がある。また、所望の熱伝導率を満たすこととディスペンスする際の吐出安定性とのバランスを良くする観点から見ると１００～３５０Ｐａ・ｓがより好ましい。
液状シリコーン組成物には、種々の添加剤を含ませることができる。例えば、分散剤、難燃剤、カップリング剤、可塑剤、硬化遅延剤、酸化防止剤、着色剤、触媒などが挙げられる。
図１で示すように、バッテリモジュール１０の内部では、複数のバッテリセル１１を、その偏平面どうしが対向するように配置している。
間隙材１３は、バッテリセルの配列方向（図１におけるＸ軸方向）に対して交差する方向（図１ではＺ軸方向）の一方側、即ち、図１の下側に充てんされており、また、バッテリセル１１相互間およびバッテリセル１１とモジュール筐体１２間に充てんされている。したがって、間隙材１３は、バッテリセル１１の全体を覆うようには充てんされておらず、図１の上側は空隙となっている。
こうしたバッテリモジュール１０内で、複数のバッテリセル１１を整列配置する仕組みについて、図３を参照して補足説明を行う。
この図３で示すように、バッテリセル１１どうしを均等に安定して対向配置させるためには、隣接するバッテリセル１１どうしの間に仕切り板１４，１５を設けることが好ましい。本実施形態で示す仕切り板１４は、両端には肉厚で一方側に突出し他方側に凹んだ係合部１４ａ，１４ａを有しており、中央は肉薄の収容部１４ｂとなっている。
バッテリセル１１を配列するには、その端部１１ｄを仕切り板１４の収容部１４ｂに収めつつ、隣り合う仕切り板１４の係合部１４ａどうしを係合させる。仕切り板１５も同様とすることができ、バッテリセル１１の上端と下端で仕切り板１４，１５の収容部１４ｂ等に挟むことで複数のバッテリセル１１を容易に整列配置させることができる。ここで、収容部１４ｂとバッテリセル１１の端部１１ｄとの間にあそびを設ければ仕切り板１４，１５の枠内にバッテリセル１１を配置しつつ、完全には固定させずにおくことができ、シリコーン弾性体１３を充てんした後、完全に固定するようにすることができる。仕切り板１４，１５は樹脂材やゴム材で形成することができる。なお、図１および図３におけるバッテリセル１１の電極１１ａ，１１ｂや図１における仕切り板１４，１５の記載は省略している。
バッテリモジュール１０内へのシリコーン弾性体の形成は、一般的なディスペンサーを用いて、液状シリコーン組成物を塗布した後、その液状シリコーンを硬化させることで行うことができる。
主剤と硬化剤の２液を混合して硬化させるオルガノポリシロキサンによる付加反応タイプは、保管が容易であるとともに、使用直前に混合すればディスペンサーで塗布する作業時には硬化し難く、塗布後は速やかに硬化させることができる。加えて、硬化後の硬度を硬化剤の種類や混合量を適宜調整することで調整することができる点で好ましい。
また、ディスペンサーでの塗布は、バッテリモジュール１０の筐体１２内の比較的奥深くまで液状シリコーン組成物を充てんさせることができる点で好ましい。
液状シリコーン組成物を硬化させるには、液状シリコーンの材質に応じた硬化手段を採用すれば良く、例えば、常温で放置するだけで経時で硬化する場合や、熱硬化させる場合、紫外線を照射して硬化させる場合がある。
こうして塗布され、バッテリモジュール１０の内部で硬化した状態で存在するシリコーン弾性体は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＥの硬度計によって測定される値（以下「Ｅ硬度」）で８０以上、またはＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＡの硬度計によって測定される値（以下「Ａ硬度」）で６０以上とすることができ、Ｅ硬度で８２以上またはＡ硬度で６１以上とすることが好ましい。Ｅ硬度が８０以上またはＡ硬度で６０以上であれば、バッテリモジュール１０内に複数のバッテリセル１１を配置し、そのバッテリセル１１の一方側に間隙材１３を充てんさせたときに、好適にバッテリセル１１から発生する熱を放熱し、バッテリモジュール１０が振動を受けても、バッテリセル１１と間隙材１３とが密着しバッテリセル１１が安定的に保持されるからである。また、Ｅ硬度が８０以上またはＡ硬度で６０以上であれば、引張強さも高くなる。一方、Ｅ硬度が６２以下またはＡ硬度で３５以下であると、振動に対してバッテリセルから間隙材が剥離しバッテリセルを保持する安定性がなく、引張強さも低くなる。
シリコーン弾性体の引張強さは、バッテリモジュール１０内のバッテリセル１１間への間隙材１３の充てんを考慮して、アルミ板とラミネートフィルム間に間隙材１３を挟んだときの引張強さで０．３８ＭＰａ以上であることが好ましい。０．３８ＭＰａ以上あれば間隙材１３とアルミ板との間、および間隙材１３とラミネートフィルムとの間の密着性に優れ、バッテリモジュール１０内でバッテリセル１１を安定的に保持することができ、振動に対してもバッテリセル１１と間隙材１３との密着性に優れ、バッテリセル１１の全体を間隙材１３で覆うことなくバッテリセル１１を安定的に保持することができるからである。したがって、自動車走行時の上下振動や、自動車が曲がる時の左右方向の力（遠心力）、あるいはまた自動車の発進時や停止時の前後方向の力がかかっても、バッテリセルの固定位置のずれを抑えることができる。また、より好ましくは０．４０ＭＰａであり、さらに好ましくは０．４５ＭＰａである。一方、０．２ＭＰａより小さいと振動に対してバッテリセル１１と間隙材１３との密着性が悪く安定保持性が劣る。
また、シリコーン弾性体の引張強さは、鉄板とラミネートフィルム間に間隙材１３を挟んだときの引張強さで０．４０ＭＰａ以上であることが好ましく、０．４３ＭＰａであることがより好ましく、０．５０ＭＰａであることが更に好ましい。バッテリモジュール１０の筐体の一部が鉄板であっても、鉄板に対する間隙材の密着性に優れるからである。
シリコーン弾性体の熱伝導率は３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが好ましい。３．０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、バッテリセル１１から発生する熱を外部に放熱する効率性が悪化する。一方、３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば、バッテリセル１１から発生する熱をシリコーン弾性体を介してモジュール筐体１２に効率的に伝えることができ、必要以上のバッテリセル１１の劣化を抑えることができる。
バッテリセル１１を覆う間隙材１３は、バッテリセル１１の一方側の２０～４０％覆うことが好ましい。２０％より少ないと、バッテリセル１１を安定的に保持することが難しい。また、発熱量が大きいバッテリセルの電極部分を十分に覆うことができず、放熱効率が低下する可能性がある。そうした一方で、４０％より多くても、バッテリセル１１から発生する熱の放熱量をそれほど多くすることができず、それ以上に、重量増大や、作業性の悪化が問題になる。また、バッテリセル１１の電極１１ａ，１１ｂがある側を間隙材１３で覆うことが好ましく、電極１１ａ，１１ｂの全体を間隙材１３で覆うことが好ましい。
以上のとおり、上記バッテリモジュール１０は、バッテリセル１１から発生した熱をモジュール筐体１２に逃がすことができる。また、間隙材１３にシリコーン系の材料を用いているので、バッテリセル１１の表面材であるラミネートフィルムやモジュール筐体１２であるアルミニウム板、モジュール筐体１２へのエポキシ系コーティング材との接着性に優れる。また、シリコーン系の材料はエポキシ系やウレタン系材料に比べて硬度が比較的低い。こうした理由から、間隙材１３に柔軟性があり、自動車の発進や停止、走行時に振動や衝撃を受けても、ある程度の振動や衝撃を緩和することができ、バッテリセル１１やモジュール筐体１２から間隙材１３が剥離し難い。よって、耐衝撃性に優れ、また密着性が高いことから熱伝導性を好適に維持することができる。そして、バッテリモジュール１０内でバッテリセル１１がガタついて、バッテリセル１１とモジュール筐体１２の内壁、およびバッテリセル１１どうしが接触するのを防止することができる。更に、間隙材１３はバッテリモジュール１０空間内の一部を満たす程度の充てん量で良いため、バッテリモジュール１０が高重量化するのを抑えることができる。
バッテリパック：
バッテリパック１６は、図４の概略説明図で示すように、複数のバッテリモジュール１０と、このバッテリモジュール１０を格納するバッテリパックの筐体（以下「パック筐体」）１７と、パック筐体１７の内部に入る被挟持材１８とを備えている。以下、これらの構成部材について説明する。
バッテリモジュール１０は前述のバッテリモジュール１０であって、バッテリセル１１の組合せ体である。パック筐体１７は、複数のバッテリモジュール１０を収容するものであり、モジュール筐体１２と同様の材質で形成することができる。被挟持体１８も前述の間隙材１３である熱伝導性充填材を含有するシリコーン弾性体を用いることができる。
バッテリパック１６は、図４で示すように、例えばアルミフレームからなるパック筐体１７上に、熱伝導性充填材を含有するシリコーン弾性体を介して、複数のバッテリモジュール１０を密着固定している。
バッテリパック１６では、バッテリモジュール１０から発生する熱を、被挟持材１８を介してより大きなパック筐体１７に逃がすことができる。こうして個々のバッテリセル１１から発生した熱は、間隙材１３、モジュール筐体１２、被挟持材１８、そしてパック筐体１７へと伝わることで外部への放熱を効率的に行うことができる。
また、間隙材１３や被挟持材１８は、放熱作用を発揮するだけでなく、表面が樹脂コートされたモジュール筐体１２やパック筐体１７に対して密着性が高く、加えて柔軟性もあるため、自動車の走行振動や衝撃でガタつかないように密着固定することができる。
このように、バッテリパック１６では、バッテリセル１１から発生した熱をより大きなバッテリパック１６へ熱を逃がす構造とすることができ、効率的な放熱が可能である。また、間隙材１３と被挟持材１８を同じシリコーン弾性体で形成することができ、バッテリパック１６の放熱設計が容易であるとともに、製造現場での製造も容易である。
シリコーン弾性体の引張強さは、バッテリパック１６間への間隙材１３の充てんを考慮すると、アルミ板とアルミ板間に間隙材１３を挟んだときの引張強さで０．８０ＭＰａ以上であることが好ましい。０．８０ＭＰａ以上あれば間隙材１３をアルミ板間に挟んだときの密着性に優れ、バッテリパック１６どうしを安定的に配置することができるからである。
図５には、先に示したバッテリパック１６とは別の態様であるバッテリパック１６ａを示す。本実施形態で示すバッテリパック１６ａはバッテリモジュール１０を積み上げた構造とするもので、被挟持材１８が積み上げられた複数のバッテリモジュール１０どうしの間隙に入っており、また図面下側に位置するバッテリモジュール１０はその周囲全体を被挟持体１８で覆われている。図６には、さらに別の態様であるバッテリパック１６ｂを示す。本実施形態で示すバッテリパック１６ｂは、向きの異なるバッテリモジュール１０を組み合わせて配置したものである。
上記のように、積層するバッテリモジュール１０を密着固定したり、隣接するバッテリモジュール１０の隣接空間を密着固定したりすれば、被挟持材１８がバッテリモジュール１０に密着し、バッテリモジュール１０相互間の離間状態を保持するとともにバッテリモジュール１０どうしの間隙に入った被挟持材１８を通じて隣接する一方のバッテリモジュールの発熱を他方のバッテリモジュールに伝えることができる。したがって、仮に複数のバッテリモジュール１０の中の一つが異常に高温になった場合でも、隣接する他のバッテリモジュール１０のモジュール筐体１２を通じて熱を逃がすことができる。従ってバッテリパック１６ａ，１６ｂ内の局所的な温度上昇によるバッテリモジュール１０自身の変形や出力異常等の不具合を回避し易い。
熱伝導性充填材を含有するシリコーン弾性体の製造：
次に説明する方法により、シリコーン弾性体となる液状シリコーン組成物を製造した。バインダーとして、ビニル末端オルガノポリシロキサンを用いた主剤と、Ｓｉ－Ｈ官能基の数が異なるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを用いた２種類の硬化剤とを混合する汎用の付加反応硬化型シリコーンを準備し、この主剤と２種類の硬化剤とを適宜合計して１００重量部となるバインダーに対して、不定形で平均粒径１μｍの水酸化アルミニウム粉末１４０重量部と、平均粒径３μｍの球状アルミナ２００重量部と、平均粒径７０μｍの球状アルミナ６００重量部とを熱伝導性充填材として加えて混合し、試料１～試料６の液状シリコーン組成物を製造した。次に、この試料１～試料６の液状シリコーン組成物を硬化させて、硬化後のＥ硬度またはＡ硬度がそれぞれ異なる試料１～試料６のシリコーン弾性体を製造した。次の表１には試料１～試料６のシリコーン弾性体のＥ硬度とＡ硬度を示す。
Figure 0007055404000001
粘度：
液状シリコーン組成物をモジュール筐体内へ塗布もしくは充てんする際の取扱い性の観点から、試料１～６の液状シリコーン組成物の粘度の測定を行った。粘度測定のタイミングは、バインダーの主剤と硬化剤を混合した直後であり、粘度計（ＢＲＯＯＫＦＩＥＬＤ回転粘度系ＤＶ－Ｅ）のスピンドルＳＣ－１４の回転子を用い、回転速度１０ｒｐｍ、温度２５℃で測定した結果を表１に示す。
熱伝導性：
試料１～６のシリコーン弾性体を厚さ２０ｍｍの板状に切り出し、ＡＳＴＭ Ｄ５４７０に基づいて熱伝導率を測定した。その結果も表１に示す。
引張強さ：
試料１～６のシリコーン弾性体の引張強さを以下に示す各種材質の間に挟んで試験した。
（１）アルミ板ｖｓアルミ板での引張強さ試験
縦１００ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミ板を２枚準備し、互いのアルミ板の先端が縦横２５ｍｍ×２５ｍｍの長さで重なる状態に位置し、その間に厚さが１．５ｍｍとなるように上記液状シリコーン組成物を塗布して、６０℃の恒温槽で２４時間常置して硬化させた試験片を試料１～６のそれぞれについて作製した。また、この時のアルミ板の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準拠してキーエンス社製ＶＫ－Ｘ１００シリーズを用いて測定した。表面粗さの測定は、液状シリコーン組成物が塗布される範囲の中で任意の５箇所を選択して測定し、その平均値を測定値とした。その結果を表１に示す。そして、引張試験機（東洋精機製作所 STROGRAFH VE50）を用いて、室温２５℃、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎの条件で引張試験を行った。この試験結果も表１に示す。
（２）アルミ板ｖｓラミネートフィルムでの引張強さ試験
上記アルミ板（縦１００ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ２ｍｍ）と液状シリコーン組成物の塗布表面がＰＥＴフィルムからなるラミネートフィルム（アルミパウチ（１００ｍｍ×１０ｍｍ×０．１ｍｍ））をそれぞれ準備し、互いの先端が縦横１０ｍｍ×１０ｍｍの長さで重なる状態に位置し、その間に厚さが０．７ｍｍとなるように上記液状シリコーン組成物を塗布して、６０℃の恒温槽で２４時間常置して硬化させた試験片を試料１～６のそれぞれについて作製した。また、この時のラミネートフィルムの表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準拠してキーエンス社製ＶＫ－Ｘ１００シリーズを用いて測定した。表面粗さの測定方法は上記アルミ板の測定と同様とした。その結果を表１に示す。そして、上記引張試験機を用いて、室温２５℃、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎの条件で引張試験を行った。この試験結果も表１に示す。
（３）ラミネートフィルムｖｓ鉄板での引張強さ試験
上記ラミネートフィルム（１００ｍｍ×１０ｍｍ×０．１ｍｍ）と鉄板（１００ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ）をそれぞれ準備した。そして、アルミ板ｖｓラミネートフィルムでの引張強さ試験と同様にして試料１～６のそれぞれについての試験片を作製した。また、この時の鉄板の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準拠してキーエンス社製ＶＫ－Ｘ１００シリーズを用いて測定した。表面粗さの測定方法は上記アルミ板の測定と同様とした。その結果を表１に示す。試験方法もアルミ板ｖｓラミネートフィルムでの引張強さ試験と同様に行った。この試験結果も表１に示す。
シリコーン弾性体は、上記何れの材質を用いて引張試験を行ってもそのＥ硬度またはＡ硬度の高い方が引張強さの高い値となった。また、Ｅ硬度が６２である試料３までは、引張強さも０．２１ＭＰａであったが、Ｅ硬度が８２の試料４についてはその引張強さが０．８０ＭＰaと急激に上昇していた。そして、Ａ硬度が８８である試料６ではその引張強さが１．１５まで上昇していた（アルミ板ｖｓアルミ板での引張試験）。
アルミ板は、表面粗さＲａが２．２で、ＰＥＴラミネートフィルムの表面粗さＲａが０．７であったのと比較すると表面の凹凸が大きい。従って、シリコーンバインダーが、アルミ板の表面のより深くまで入り込むために表面の凹凸によく絡みつき、アルミ板ｖｓアルミ板同士での引張強度は高くなり、結果として密着力が高くなっているのではないかと考えられる。
ＰＥＴラミネートフィルムでは、表面粗さＲａが、０．７と、アルミ板と比べると表面の凹凸は浅い。従って、シリコーンバインダーがフィルムの表面に入り込むのが浅くなるため表面凹凸との絡み込みが弱くなり、アルミ板ｖｓＰＥＴラミネートフィルムの引張強度は、アルミ板ｖｓアルミ板の引張硬度よりは弱くなるものと考えられる。
鉄板の表面粗さＲａは２．０となり、アルミ板の表面粗さＲａ２．２と近い値を示している。従って、鉄板ｖｓＰＥＴラミネートフィルムの引張強度は、アルミ板ｖｓＰＥＴラミネートフィルムの引張強度の値と近いのではないかと推測される。
上記引張試験で用いたラミネートフィルム製袋内に電解液を充てんしバッテリセルを模した疑似バッテリセルを複数個準備し、上面が開口したアルミ製箱内に疑似バッテリセルの偏平面どうしが対向するように入れ、疑似バッテリセルの高さの下から３０％の高さまで上記試料１～６の液状シリコーン組成物を充てんし固化させて試料１～６の疑似バッテリモジュールを作製した。このとき液状シリコーン組成物の固化後の状態で、アルミ製箱の底と疑似バッテリセルの下端との間隔が１ｃｍ、アルミ製箱の側壁とバッテリセルとの間隔も１ｃｍ、対向する疑似バッテリセル間の間隔も１ｃｍとなるように各疑似バッテリセルを配置した。
こうして作製した疑似バッテリモジュールを乗用車のトランクに載せて２４時間の運転を行ったところ、試料１～３の液状シリコーン組成物を固化した疑似バッテリモジュールでは疑似バッテリセルと間隙材との間や、アルミ製箱と間隙材との間に隙間が生じていた。一方試料４～６の液状シリコーン組成物を固化した疑似バッテリモジュールでは変化がなかった。
上記実施形態や実施例で示した形態は本発明の例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施形態や実施例の変更または公知技術の付加や、組合せ、適用等を行い得るものであり、それらの技術も本発明の範囲に含まれるものである。
例えば、バッテリモジュール１０に組み込まれる仕切り板１４，１５の形状、構造、取付け方等はこれに限定されるものではなく、バッテリセル１１の四隅を囲む枠状としても良いし、係合部１４ａを設けずに貫通孔とし、バッテリセル１１の端部１１ｄを貫通させるビスを通してバッテリセル１１を固定しても良い。また、仕切り板１５の収容部はバッテリセル１１から突出する電極１１ａ，１１ｂに対応する形状とするなど、仕切り板１４と同一形状にする必要はない。
パック筐体１７は開口部がある形状として示したが、その形状は限定されず、箱状や筒状としても良い。
バッテリセル１１間の電極１１ａ，１１ｂを接続する配線や、バッテリモジュール１０間を接続する配線等は記載を省略したが、バッテリセル１１の構造やバッテリモジュール１０の配置等により適宜配線することができる。
１０ バッテリモジュール
１１ バッテリセル
１１ａ 正極（電極）
１１ｂ 負極（電極）
１１ｃ バッテリセルの中央部
１１ｄ バッテリセルの端部
１２ バッテリモジュールの筐体（モジュール筐体）
１３ 間隙材
１４，１５ 仕切り板
１４ａ 係合部
１４ｂ 収容部
１６ バッテリパック
１７ バッテリパックの筐体（パック筐体）
１８ 被挟持材

Claims (15)

  1. 複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルを格納するモジュール筐体と、前記モジュール筐体の内部に入る間隙材とを備え、バッテリパックのパック筐体の内部に被挟持材を介して格納されるバッテリモジュールであって、
    前記各バッテリセルは、可撓性フィルム袋の内部に電池要素を収納した偏平体であり、
    偏平面どうしを対向して配置する前記複数のバッテリセルの配列方向に対して交差する方向の一方側で、前記バッテリセル相互間および前記バッテリセルと前記モジュール筐体間に前記間隙材が充てんされており、
    前記間隙材は、前記バッテリセルに密着し、前記バッテリセルの前記一方側からの高さの２０～４０％を覆いながら、前記バッテリセル相互間の離間状態を保持するとともに前記バッテリセルの発熱を前記モジュール筐体に伝えるものであり、
    前記モジュール筐体内の前記間隙材で満たされていない部分に空隙を有するバッテリモジュール。
  2. 前記間隙材は、前記被挟持材と同じシリコーン弾性体で形成されている請求項１記載のバッテリモジュール。
  3. 複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルを格納するモジュール筐体と、前記モジュール筐体の内部に入る間隙材と、前記モジュール筐体の外面に密着する被挟持材とを備え、バッテリパックのパック筐体の内部に前記被挟持材を介して格納される複数のバッテリモジュールであって、
    前記各バッテリセルは、可撓性フィルム袋の内部に電池要素を収納した偏平体であり、
    偏平面どうしを対向して配置する前記複数のバッテリセルの配列方向に対して交差する方向の一方側で、前記バッテリセル相互間および前記バッテリセルと前記モジュール筐体間に前記間隙材が充てんされており、
    前記間隙材は、前記バッテリセルに密着し、前記一方側の一部を覆いながら、前記バッテリセル相互間の離間状態を保持するとともに前記バッテリセルの発熱を前記モジュール筐体に伝え、かつ、前記モジュール筐体内の前記間隙材と前記モジュール筐体の外面に密着する前記被挟持材とは、共にシリコーン弾性体で形成されており、
    前記被挟持材は、隣接する前記バッテリモジュール間に配置されて、少なくとも前記パック筐体、前記モジュール筐体の底面及び前記モジュール筐体の底面側の側面の一部と直接接しているバッテリモジュール。
  4. 前記間隙材は、前記バッテリセルの前記一方側からの高さの２０～４０％を覆う請求項３記載のバッテリモジュール。
  5. 前記一方側は、前記バッテリセルの表面から突出した電極を有する側である請求項２～請求項４の何れか１項記載のバッテリモジュール。
  6. 前記間隙材を構成する前記シリコーン弾性体は、熱伝導性充填材を含有し、その硬度はＥ硬度で８０以上またはＡ硬度で６０以上である請求項２～請求項５何れか１項記載のバッテリモジュール。
  7. 前記熱伝導性充填材は、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムのうちの少なくとも何れかから選択される請求項６記載のバッテリモジュール。
  8. 前記バッテリセルの列の端に位置する前記バッテリセルの前記偏平面と前記モジュール筐体の内壁との間に前記間隙材が充てんされている請求項２～請求項７何れか１項記載のバッテリモジュール。
  9. 前記シリコーン弾性体の熱伝導率が３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項２～請求項８何れか１項記載のバッテリモジュール。
  10. 前記シリコーン弾性体を構成するシリコーンは、付加反応硬化型シリコーンである請求項２～請求項９何れか１項記載のバッテリモジュール。
  11. 前記シリコーン弾性体は、その硬化前の２５℃における粘度が１０～５００Ｐａ・ｓの液状シリコーン組成物である請求項２～請求項１０何れか１項記載のバッテリモジュール。
  12. 前記バッテリセルの表面がラミネートフィルムからなる請求項２～請求項１１何れか１項記載のバッテリモジュール。
  13. 前記モジュール筐体を構成する鉄板と前記ラミネートフィルムとの間に挟んだ前記間隙材を構成する前記シリコーン弾性体の引張強さが０．４０ＭＰａ以上である請求項１２記載のバッテリモジュール。
  14. 前記モジュール筐体がアルミニウム板からなる請求項２～請求項１３何れか１項記載のバッテリモジュール。
  15. 前記アルミニウム板と前記バッテリセルの表面を構成するラミネートフィルムとの間に挟んだ、前記間隙材を構成する前記シリコーン弾性体の引張強さが、０．３８ＭＰａ以上である請求項１４記載のバッテリモジュール。
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