JP2012221802A - 組電池の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池を構成する扁平状の二次電池を、その幅方向における温度差の発生を抑制して冷却する。
【解決手段】複数の扁平状の二次電池１１が互いに平行に配置された組電池１０において、二次電池１１を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路１４の一部に、二次電池１１を収容する複数の収容部１２が平行に設けられている。収容部１２における冷却媒体流路１４の流路面積は、冷却媒体流路１４の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さく形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池の冷却構造に係り、詳しくは複数の扁平状の二次電池からなる組電池の冷却構造に関する。

二次電池は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。近年、二次電池の大電流充電・放電及び大容量化が要求されるようになり、複数個の二次電池からなる組電池が使用されている。大電流での充・放電は電池内部の大きな発熱を伴い、また組電池では限られたスペースに多数の電池を収納することから電池温度が上昇し、電池性能の劣化を促進してしまうという問題がある。

このような問題を解決するため、組電池における複数の二次電池を冷却する冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の冷却装置は、図５に示すように、供給チャンバ５１に供給される冷却媒体５２を、各二次電池（バッテリモジュール）５３の間に設けられた冷却媒体通路５４に送り込み、通過させることにより二次電池５３を冷却する。冷却媒体通路５４の入口端には、供給チャンバ５１内に突出形成されたガイドカラー５５が設けられ、このガイドカラー５５により供給チャンバ５１内の冷却媒体５２が冷却媒体通路５４内に誘導される。また、ガイドカラー５５において冷却媒体を受ける側のカラーピース５５ａを供給口５１ａから遠ざかるにしたがって、供給チャンバ５１内に突出させることにより、供給口５１ａからの距離に関係なく、各冷却媒体通路５４内の冷却媒体の流れを均一にすることが開示されている。

特開２０００−６７９３４号公報

組電池を構成する二次電池が円筒型電池の場合、各二次電池が収容された冷却媒体通路
内の冷却媒体の流れが均一であれば冷却は良好に行われる。しかし、組電池を構成する二次電池が扁平形状の場合は、各二次電池の冷却を良好に行うには各二次電池が収容された冷却媒体通路内の冷却媒体の流れが二次電池の幅方向で一定ではなく中央部分に冷却媒体が多く流れる（中央部分の流速が大きくなる）ことが必要になる。ところが、特許文献１には扁平形状の二次電池の中央部と周辺部との温度分布に関する考慮がない。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は組電池を構成する扁平状の二次電池を、その幅方向における温度差の発生を抑制して冷却することができる組電池の冷却構造を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数の扁平状の二次電池が互いに平行に配置された組電池において、前記二次電池を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路の一部に前記二次電池を収容する複数の収容部が平行に設けられ、前記収容部における前記冷却媒体流路の流路面積は、前記冷却媒体流路の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さく形成されている。ここで、「収容部における前記冷却媒体流路の流路面積」とは、二次電池が収容部に収容された状態において、冷却媒体流路を冷却媒体の流れる方向と直交する面で切断した場合の二次電池が占める以外の部分の断面積を意味する。また、「幅方向の中央部」とは厳密に中央を意味するのではなく、中央及び中央付近を意味する。

この発明では、冷却媒体流路内を流れる冷却媒体は、二次電池が収容された収容部を通過する際には二次電池の幅方向の中央部で流量が最大となり、中央部から外側に向かうほど小さくなる。扁平な二次電池においては、中心部分は外側部分より熱が逃げ難いため結果として熱が溜まるが、収容部においては冷却媒体の流量が二次電池の中心部に対応する部分において最大となるため、結果として二次電池は全体が均等に冷却される。したがって、組電池を構成する扁平状の二次電池を、その幅方向における温度差の発生を抑制して冷却することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記収容部における前記冷却媒体流路の壁面の一部が前記二次電池の固定部を兼ねている。この発明では、二次電池が収容部に収容された状態で二次電池が冷却媒体流路の壁面の一部に当接して固定されるため、二次電池を収容部に固定するための専用の部材を設ける必要がなく、構造の簡略化及び部品点数の削減を図ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記冷却媒体流路は、冷却媒体供給口を中心として両側へ延びるように形成されている。この発明では、同じ設置面積で二次電池の数も同じ場合、平行に設けられた複数の収容部に均等に冷却媒体を供給する構成が、冷却媒体流路が冷却媒体供給口の同じ側にのみ設けられる構成に比べて簡単になる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、複数の前記収容部の入口側に設けられた冷却媒体流入部には、平行に配置された複数の前記収容部に流入する冷却媒体の流量を均等にする導入ガイド壁が設けられている。この発明では、各二次電池が幅方向における温度差が抑制された状態で冷却されるとともに、異なる二次電池間の温度差も抑制された状態で冷却される。

本発明によれば、組電池を構成する扁平状の二次電池を、その幅方向における温度差の発生を抑制して冷却することができる組電池の冷却構造を提供することができる。

（ａ）は一実施形態の組電池の概略斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線における断面図、（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ線における断面図。 収容部における冷却媒体の流れの状態を示す模式図。 （ａ）は別の実施形態の組電池の図１（ｄ）に対応する断面図、（ｂ）は別の実施形態の組電池の図１（ｃ）に対応する断面図。 （ａ）は別の実施形態の組電池の断面図、（ｂ）は別の実施形態の組電池の断面図。 従来技術の断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、組電池１０は、複数の扁平状の二次電池１１を１個ずつ互いに平行な状態で収容する収容部１２を備えたハウジング１３を備えている。即ち、複数の扁平状の二次電池１１が互いに平行に配置されている。二次電池１１として角型電池が使用されている。

ハウジング１３には二次電池１１を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路１４が形成されている。図１（ｂ），（ｃ）に示すように、冷却媒体流路１４は、冷却媒体供給口１５に連続する冷却媒体流入部１６を中心として両側へ延びるように形成されている。冷却媒体流路１４は、冷却媒体供給口１５を中心として対称に形成され、同じ形状に形成された冷却媒体流路１４が複数段ずつ設けられている。収容部１２は各冷却媒体流路１４の一部に設けられている。

図１（ａ），（ｄ）に示すように、収容部１２における冷却媒体流路１４の流路面積は、冷却媒体流路１４の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さく形成されている。詳述すると、収容部１２は冷却媒体の流れる方向と直交する断面の形状が扁平な八角形状に形成され、幅方向中央の長さＬ１が最大で、かつ最大となる部分が所定の幅を有し、幅方向両端部の長さＬ２は二次電池１１の厚さより小さく形成されている。そして、長さが最大となる部分の両端と、幅方向両端部とが平面で連結されており、二次電池１１の角部がその平面と当接することで二次電池１１は収容部１２内に固定されている。即ち、収容部１２における冷却媒体流路１４の壁面の一部が二次電池１１の固定部を兼ねている。その結果、二次電池１１の厚さ方向の両面と収容部１２の壁面との隙間は、幅方向の中央部が広くなり、中央部を冷却媒体が多く流れるようになっている。

図１（ｂ），（ｃ）に示すように、平行に配置された複数の収容部１２の入口側には、各収容部１２に流入する冷却媒体の流量を均等にする導入ガイド壁１７が、複数の収容部１２の入口側に設けられた冷却媒体流入部１６に突出する状態で設けられている。導入ガイド壁１７は、図１（ｂ），（ｃ）において冷却媒体流入部１６に対して左右両側に配置された収容部１２のうちの最下段の収容部１２以外の収容部１２の下面から連続する状態で上方に向かって延びるように形成されている。各導入ガイド壁１７の先端の位置は収容部１２からの距離が上段側の導入ガイド壁１７ほど小さく設定されている。先端の位置は各収容部１２に流入する冷却媒体の流量が同じになるように設定されている。

次に前記のように構成された組電池１０の作用を説明する。
組電池１０の使用時、冷却媒体流路１４の冷却媒体供給口１５が図示しない配管に接続され、配管を介して図示しないファンやブロアー等の送風手段により冷却媒体としての空気が冷却媒体供給口１５から冷却媒体流入部１６に供給される。冷却媒体流入部１６に供給された冷却媒体は、図１（ｃ）に矢印で示すように、導入ガイド壁１７に案内されて左右に分かれ、各収容部１２に流入する流量が同じになる状態で各収容部１２に供給される。そして、冷却媒体は、各収容部１２を通過する間に二次電池１１を冷却し、その後、出口から排出される。

各収容部１２における冷却媒体流路１４の流路面積は、冷却媒体流路１４の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さく形成されているため、冷却媒体が収容部１２を通過する際には、図２に矢印で示すように、二次電池１１の幅方向の中央で流量が最大となり、中央から外側に向かうほど小さくなる。なお、図２において矢印の長さが流速（単位時間当たりの流量）を示している。

組電池１０が使用される場合、急速充電時や急速放電時に二次電池１１の発熱が大きくなる。そして、扁平な二次電池１１においては、幅方向の中央部分は外側部分より熱が逃げ難いため結果として熱が溜まる。しかし、収容部１２においては二次電池１１の幅方向の中央部分における冷却媒体の流量が最大となるため、冷却媒体による冷却効果が二次電池１１の幅方向の中央部分において大きくなり、二次電池１１は全体が均等に冷却される。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）複数の扁平状の二次電池１１が互いに平行に配置されて構成された組電池１０は、二次電池１１を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路１４の一部に二次電池１１を収容する複数の収容部１２が平行に設けられている。収容部１２における冷却媒体流路１４の流路面積は、冷却媒体流路１４の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さく形成されている。したがって、組電池１０を構成する扁平状の二次電池１１を、その幅方向における温度差の発生を抑制して冷却することができる。

（２）収容部１２における冷却媒体流路１４の壁面の一部が二次電池１１の固定部を兼ねている。即ち、二次電池１１は収容部１２に収容された状態で、二次電池１１が冷却媒体流路１４の壁面の一部に当接して固定される。したがって、二次電池１１を収容部１２に固定するための専用の部材を設ける必要がなく、構造の簡略化及び部品点数の削減を図ることができる。

（３）冷却媒体流路１４は、冷却媒体供給口１５を中心として両側へ延びるように形成されている。したがって、同じ設置面積で二次電池１１の数も同じ場合、平行に設けられた複数の収容部１２に均等に冷却媒体を供給する構成が、冷却媒体流路１４が冷却媒体供給口１５の同じ側にのみ設けられる構成に比べて簡単になる。

（４）複数の収容部１２の入口側に設けられた冷却媒体流入部１６には、平行に配置された複数の収容部１２に流入する冷却媒体の流量を均等にする導入ガイド壁１７が設けられている。したがって、各二次電池１１が幅方向における温度差が抑制された状態で冷却されるとともに、異なる二次電池１１間の温度差も抑制された状態で冷却される。

（５）冷却媒体として空気が使用されているため、冷却に使用された冷却媒体を廃棄しても支障はなく、循環使用する構成を設ける必要がない。また、冷却媒体流路１４を冷却媒体を循環させる冷媒循環装置の循環経路に接続する必要がないため、組電池１０を構成する各二次電池１１の端子と、組電池１０を電源とする電機機器の端子とを接続する配線の接続構成が簡単になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 二次電池１１は扁平形状であればよく、角型電池に限らず、例えば、ラミネート型電池であってもよい。

○ 収容部１２の断面形状は八角形に限らず、収容部１２における冷却媒体流路１４の流路面積が、冷却媒体流路１４の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなる形状であればよい。例えば、二次電池１１を挟んだ上壁面及び下壁面が中央部で平行になる部分を有さずに、上壁面と下壁面との距離が中央から両側に向かって次第に短くなる六角形にしたり、図３（ａ）に示すように、収容部１２の上下両壁面を湾曲面としたりしてもよい。また、流路面積が連続的に変化する形状に限らず段階的に変化する形状、例えば、収容部１２の上下両壁面の少なくとも一方が階段状に形成されてもよい。

○ 収容部１２の断面形状は、左右対称の形状であっても必ずしも上下対称である必要はない。例えば、上壁面及び下壁面の一方の形状が図１（ｄ）の形状で、他方の形状が図３（ａ）の形状であってもよい。

○ 幅方向の中央部とは厳密に中央を意味するのではなく、中央及び中央付近を意味する。例えば、収容部１２の上壁面が頂部から両側に向かって連続的に下降傾斜する形状の場合、頂部が幅方向の中央から多少ずれてもよい。ずれは、二次電池１１の幅方向中央部の冷却効果が端部側より大きな状態となる範囲であればよい。

○ 収容部１２内に二次電池１１を固定する固定部として、収容部１２の壁面に凸部を設けたり、固定部材を収容部１２の壁面に取り付けたりしてもよい。
○ 図３（ｂ）に示すように、冷却媒体流入部１６の最下段の収容部１２と対応する箇所にガイド部材１８を設けてもよい。この場合、ガイド部材１８を設けることにより、ガイド部材１８を設けない場合に比べて最下段の左右両側に配置された収容部１２により均等に冷却媒体が供給される。

○ ハウジング１３は、冷却媒体流路１４が冷却媒体供給口１５を中心として両側へ延びるように形成された構成に限らない。例えば、図４（ａ）に示すように、冷却媒体供給口１５に対して片側にのみ冷却媒体流路１４が設けられた構成としてもよい。

○ 冷却媒体供給口１５に対して片側にのみ冷却媒体流路１４が設けられた構成の場合、図４（ｂ）に示すように、ハウジング１３は、冷却媒体供給口１５から冷却媒体が冷却媒体流路１４の延びる方向と平行に流入する構成にしてもよい。

○ 冷却媒体流路１４の段数を４段以上にしてもよい。
○ ハウジング１３は、二次電池１１をその幅方向が水平方向に延びる状態で複数段に配置される構成ではなく、二次電池１１の幅方向が上下方向に延びる状態で隣り合うように配置される構成であってもよい。

○ 冷却媒体として電気的に絶縁性の液体を使用してもよい。冷却媒体として液体を使用する場合は、冷却媒体流路１４を冷却媒体を循環させる冷媒循環装置の循環経路に接続して冷却媒体を循環使用する。冷却媒体は循環経路に設けられた冷却装置で積極的に冷却するか、循環経路を流れて再び冷却媒体供給口１５から冷却媒体流路１４に流入するまでに自然冷却されて使用される。冷却媒体として液体を使用した場合は、熱容量が気体より大きいため、冷却媒体供給口１５から供給される冷却媒体の温度が同じであっても冷却効果が大きくなる。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記冷却媒体として空気が使用されている。

（２）複数の扁平状の二次電池が互いに平行に配置された組電池において、前記二次電池を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路の一部に前記二次電池を収容する複数の収容部が平行に設けられ、前記収容部における前記冷却媒体流路の形状が、前記収容部を流れる冷却媒体の流量が二次電池の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さくなるように形成されている。

１０…組電池、１１…二次電池、１２…収容部、１４…冷却媒体流路、１５…冷却媒体供給口、１６…冷却媒体流入部、１７…導入ガイド壁。

Claims (4)

1. 複数の扁平状の二次電池が互いに平行に配置された組電池において、
   前記二次電池を冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路の一部に前記二次電池を収容する複数の収容部が平行に設けられ、前記収容部における前記冷却媒体流路の流路面積は、前記冷却媒体流路の幅方向の中央部で最大で、幅方向の端部側ほど小さく形成されていることを特徴とする組電池の冷却構造。
2. 前記収容部における前記冷却媒体流路の壁面の一部が前記二次電池の固定部を兼ねている請求項１に記載の組電池の冷却構造。
3. 前記冷却媒体流路は、冷却媒体供給口を中心として両側へ延びるように形成されている請求項１又は請求項２に記載の組電池の冷却構造。
4. 複数の前記収容部の入口側に設けられた冷却媒体流入部には、平行に配置された複数の前記収容部に流入する冷却媒体の流量を均等にする導入ガイド壁が設けられている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の組電池の冷却構造。

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