JP5535520B2 - 車両用のバッテリシステム - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルをセパレータを介して積層している車両用のバッテリシステムに関する。

多数の電池セルを積層して、電池セルの間の冷却隙間に強制送風する車両用のバッテリシステムは、各々の電池セルに温度差ができる。とくに、積層する電池セルの個数が増加すると、すべての電池セルを均一な温度として、すなわち温度差を小さくしながら冷却するのが難しくなる。多数の電池セルを積層する車両用のバッテリシステムは、電池セルの温度差をできる限り小さくすることが極めて大切である。それは、電池セルの温度差が各々の電池セルの残容量を不均一として、特定の電池セルの寿命を短くするからである。電池は温度によって充放電の効率が変化するので、温度差ができると各々の電池を同じ電流で充放電しても残容量に差ができる。残容量に差ができると、残容量が大きくなる電池は過充電されやすく、また残容量が小さくなる電池は過放電されやすくなり、過充電や過放電によって特定の電池セルの劣化を加速して、車両用のバッテリシステムとしての寿命を短くする原因となる。とくに、車両用のバッテリシステムは、ハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいは電気自動車のように、多数の電池を積層して、大電流で充放電する用途に使用されることから、製造コストが極めて高価になるので、いかにして寿命を長くするかが大切である。とくに、多数の電池を使用する車両用のバッテリシステムになるほど製造コストが高くなるので、寿命を長くすることが要求される。ところが、多数の電池を積層するほど、車両用のバッテリシステムは温度差が大きくなって寿命が短くなる特性がある。

複数の電池セルを積層して、電池セルの間に冷却気体を強制送風して冷却する構造の車両用のバッテリシステムは開発されている。（特許文献１参照）
特許文献１の車両用のバッテリシステムは、図１の断面図に示すように、電池ブロック１１０の電池セル１０１の間に冷却隙間１０３を設けて、電池ブロック１１０の両側に供給ダクト１０６と排出ダクト１０７とを設けている。この車両用のバッテリシステムは、供給ダクト１０６から冷却隙間１０３に冷却気体を強制送風して、排出ダクト１０７から排出して、電池セル１０１を冷却する。

特開２００７−２５０５１５号公報

図１のバッテリシステムは、電池セル１０１の比較的緩やかな温度変化特性に対して電池セル１０１の温度差を少なくすることに効果がある。ただ、短時間の発熱で発生する電池セルの温度差を効果的に少なくできない欠点がある。比熱の極めて小さい冷却気体を冷却隙間に送風して電池セルを冷却するからである。

車両用のバッテリシステムは、電池セルの発熱が連続して平均的に発生するとは限らず、短時間に発熱量が極めて大きくなることがある。車両を急加速するときに、バッテリシステムからモータに供給する電流が大きくなり、バッテリシステムの放電電流が１００Ａ以上と極めて大きくなるからである。とくに、近年のハイブリッドカーは、バッテリシステムの電圧をＤＣ／ＡＣインバータで昇圧してモータへの供給電力を大きくしていることから、バッテリシステムの放電電流は、モータの消費電流よりもさらに大きくなる。たとえば、出力電圧の２８８ＶをＤＣ／ＡＣインバータで６５０Ｖに昇圧して走行用のモータに供給しているバッテリシステムは、モータの消費電流の数倍もの電流が流れることから、バッテリシステムの放電電流は極めて大きくなる。ただ、車両用のバッテリシステムは、１００Ａ以上もの過大な電流で放電される時間が数秒程度と極めて短く、この状態が連続して続くことはほとんどない。また、放電電流と電池の容量とから、放電できる時間も極めて短く制限される。したがって、車両用のバッテリシステムは、短時間の大きな発熱によっても電池セルの温度差をいかに少なくできるかが極めて大切である。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造としながら、電池セルの温度差を小さくして寿命を長くできる車両用のバッテリシステムを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の請求項１の車両用のバッテリシステムは、複数の電池セル１の間に、電池セル１の表面に熱結合状態に接触してなるセパレータ１２、３２、４２を挟着し、かつ複数の電池セル１を、電池セル１の間に冷却隙間３を設けてなるセパレータ１２、３２、４２を介して積層するように固定してなる電池ブロック１０、３０、４０と、この電池ブロック１０、３０、４０の冷却隙間３に冷却気体を強制送風する送風機構９とを備えている。車両用のバッテリシステムは、電池セル１とセパレータ１２、３２、４２との間の熱抵抗、又はセパレータ１２、３２、４２自体の熱抵抗が積層方向に配置されるセパレータ１２、３２、４２で異なり、熱抵抗の差で電池セル１の温度を均等化している。

以上の車両用のバッテリシステムは、極めて簡単な構造としながら、各々の電池セルの温度差を小さくして寿命を長くできる特徴がある。それは、電池セルの間に熱結合状態で配置しているセパレータに熱伝導される熱エネルギをコントロールして、電池セルの温度差を少なくするからである。電池セルに熱結合状態に接触しているセパレータは、電池セルの熱を熱伝導によって速やかに伝えることができる。とくに、電池セルに直接に接触しているセパレータの熱容量は空気とは比較にならないほど大きく、電池セルの熱エネルギを速やかに吸収して電池セルの温度を低下させる。さらに、本発明のバッテリシステムは、電池セルからセパレータに熱伝導される熱エネルギをコントロールして温度差を小さくするために、電池セルとセパレータとの熱抵抗を調整し、あるいはセパレータ自体の熱抵抗を調整している。発熱によって温度が上昇する傾向にある電池セル、たとえば中央部に積層している電池セルに接触しているセパレータは、電池セルとの間の熱抵抗を小さくして熱を効率よく吸収できるようにし、あるいはまた、セパレータ自体の熱抵抗を小さくして吸収した熱エネルギを効率よく放熱できる構造として、電池セルをより効率よく冷却できる。また、以上のバッテリシステムは、電池セルの熱をセパレータに熱伝導して温度差を少なくしながら、さらに電池セルとセパレータを冷却気体で冷却することで電池セルを効率よく冷却できる。

本発明の請求項２の車両用のバッテリシステムは、複数の電池セル１の間に、電池セル１の表面に熱結合状態に接触してなるセパレータ２を挟着し、かつ複数の電池セル１を、電池セル１の間に冷却隙間３を設けてなるセパレータ２を介して積層するように固定してなる電池ブロック５０、６０と、この電池ブロック５０、６０の冷却隙間３に冷却気体を強制送風する送風機構９とを備えている。車両用のバッテリシステムは、各々の電池セル１表面の熱抵抗が積層方向に配置される電池セル１で異なり、熱抵抗の差で電池セル１の温度を均等化している。

以上の車両用のバッテリシステムも、極めて簡単な構造としながら、各々の電池セルの温度差を小さくして寿命を長くできる特徴がある。それは、電池セル表面の熱抵抗を相違させることで、各々の電池セルの冷却気体による冷却熱量をコントロールして、電池セルの温度差を少なくするからである。電池セルの表面は冷却隙間に送風される冷却気体で冷却される。以上のバッテリシステムは、電池セル表面を冷却する冷却熱量をコントロールして温度差を小さくするために、電池セル表面の熱抵抗を調整している。発熱によって温度が上昇する傾向にある電池セル、たとえば中央部に積層している電池セル表面は熱抵抗を小さくして冷却気体で効率よく冷却できるようにして、電池セルをより効率よく冷却できる。

本発明の車両用のバッテリシステムは、セパレータ１２が電池セル１の表面に接触する接触面積の違いで、電池セル１とセパレータ１２との熱抵抗を、積層方向に配置されるセパレータ１２で異なるようにすることができる。
以上の構造は、セパレータの形状を変更して、電池セルの温度差を少なくできる。

本発明の車両用のバッテリシステムは、セパレータ３２自体の熱伝導率の違いで、セパレータ３２自体の熱抵抗を、積層方向に配置されるセパレータ３２で異なるようにすることができる。
以上の構造は、セパレータを熱伝導率の異なる材質で製作して、電池セルの温度差を少なくできる。

本発明の車両用のバッテリシステムは、電池セル１の表面に被覆層７を設けて、電池セル１表面と冷却気体との間の熱抵抗を異なるようにすることができる。
以上のバッテリシステムは、電池セルの表面に設ける被覆層の膜厚や使用する材料の熱伝導率で電池セル表面の熱抵抗を調整して、電池セルの温度差を少なくできる。

従来の車両用のバッテリシステムの水平断面図である。 本発明の一実施例にかかる車両用のバッテリシステムの斜視図である。 図２に示す車両用のバッテリシステムの内部構造を示す斜視図である。 図２に示す車両用のバッテリシステムの水平断面図である。 電池ブロックの一例を示す斜視図である。 図５に示す電池ブロックの一部拡大断面図である。 電池ブロックの他の一例を示す斜視図である。 図７に示す電池ブロックの一部拡大断面図である。 電池ブロックの他の一例を示す斜視図である。 図９に示す電池ブロックの一部拡大断面図である。 電池ブロックの他の一例を示す斜視図である。 図１１に示す電池ブロックの一部拡大断面図である。 電池ブロックの他の一例を示す一部拡大断面図である。 図５に示す電池ブロックの電池セルとセパレータの積層構造を示す分解斜視図である。 図１１に示す電池ブロックの電池セルとセパレータの積層構造を示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用のバッテリシステムを例示するものであって、本発明は車両用のバッテリシステムを以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図２ないし図４は、本発明の一実施例にかかる車両用のバッテリシステムを示している。これらの図に示す車両用のバッテリシステムは、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源として使用される。

図２ないし図４に示す車両用のバッテリシステムは、図５ないし図１３に示すように、複数の角形電池からなる電池セル１を積層している電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０と、この電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０の電池セル１に冷却気体を強制送風して冷却する送風機構９とを備える。電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０は、積層している電池セル１の間にセパレータ２、１２、３２、４２を挟着している。このセパレータ２、１２、３２、４２は、図１４と図１５に示すように、電池セル１との間に冷却隙間３ができる形状としている。さらに、図のセパレータ２、１２、３２、４２は、両面に電池セル１を嵌着構造で連結している。電池セル１に嵌着構造で連結されるセパレータ２、１２、３２、４２を介して、隣接する電池セル１の位置ずれを阻止して積層している。

角形電池の電池セル１は、リチウムイオン二次電池である。ただし、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の他の全ての二次電池とすることもできる。図の電池セル１は、所定の厚さを有する四角形で、上面の両端部には正負の電極端子１３を突出して設けており、上面の中央部には安全弁の開口部１４を設けている。積層される電池セル１は、隣接する正負の電極端子１３をバスバー（図示せず）で連結して互いに直列に接続している。隣接する電池セル１を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、バッテリシステムは、隣接する電池セルを並列に接続することもできる。

電池セル１は、外装缶１Ａをプラスチック等の絶縁材で製作している。この電池セル１は、隣接する電池セル１の外装缶１Ａのショートを防止できるので、電池セルの間に挟着するセパレータを金属製とすることもできる。ただ、電池セルは、外装缶を金属製とすることもできる。この電池セルは、プラスチック等の絶縁材からなるセパレータを介して絶縁状態で積層できる。

セパレータ２、１２、３２、４２はプラスチック製で、電池セル１の表面に熱結合状態で接触している。セパレータ２、１２、３２、４２は、電池セル１の間に挟着されて電池セル１の発熱を吸収する。ただし、電池セル１からセパレータ２、１２、３２、４２に熱伝導される熱量は、電池セル１とセパレータ２、１２、３２、４２との熱抵抗で最適値にコントロールされ、あるいはセパレータ１２、３２、４２自体の熱伝導率でコントロールされる。電池セル１に熱結合状態でセパレータ２、１２、３２、４２を接触させる電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０は、電池セル１の発熱を熱伝導によってセパレータ２、１２、３２、４２に伝える。電池セル１が発熱してセパレータ２、１２、３２、４２が発熱しないので、電池セル１の温度はセパレータ２、１２、３２、４２よりも高くなる。したがって、電池セル１の発熱は、セパレータ２、１２、３２、４２に熱伝導される。電池セル１の熱が伝導されるセパレータ２、１２、３２、４２は、温度上昇して熱エネルギを吸収する。温度上昇したセパレータ２、１２、３２、４２は、冷却隙間３に強制送風される冷却気体で冷却される。冷却隙間３に送風される冷却気体は、セパレータ２、１２、３２、４２のみでなく電池セル１も冷却する。

多数の電池セル１を積層している電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０は、発熱によって温度差ができる。温度差は、電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０や冷却構造によって必ずしも一定ではないが、図５ないし図１３に示すように、多数の電池セル１を積層する電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０は、中央部の電池セル１の温度が高くなる傾向がある。また、図３と図４に示すように、複数の電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０を直列に配置する構造にあっては、風下側の電池ブロックの温度が風上側の電池ブロックよりも高くなる。

バッテリシステムは、電池セル１からセパレータ２、１２、３２、４２に熱伝導される熱量をコントロールして、電池セル１の温度差を少なくし、あるいは冷却隙間３に強制送風される冷却気体による冷却熱量をコントロールして電池セル１の温度差を少なくする。したがって、バッテリシステムは、電池セル１とセパレータ２、１２、３２、４２との間の熱抵抗、又はセパレータ１２、３２、４２自体の熱抵抗を、積層方向に配置している電池セル１及びセパレータ２、１２、３２、４２によって異なるようにして、熱抵抗の差で電池セル１の温度を均等化する。発熱によって他の電池セルよりも高温になる電池セルに接触しているセパレータ２、１２、３２、４２は、電池セル１との熱抵抗を小さくし、あるいはセパレータ１２、３２、４２自体の熱抵抗を小さくして、電池セル１から熱伝導される熱エネルギを大きくしている。また、電池セル表面の熱抵抗が各々の電池セルによって異なるようにして、熱抵抗の相違で電池セルの温度差を少なくするバッテリシステムは、温度が高くなる電池セルの表面に設けている被覆層７の熱抵抗を小さくして冷却気体による冷却熱量を大きくしている。

図５と図６の電池ブロック１０は、電池セル１の積層方向に配設されるセパレータ１２が電池セル１と接触する接触面積を相違するようにして、電池セル１の温度差を少なくしている。図６のセパレータ１２は、溝１２Ａの間に設けている接触部１２Ｂの幅で接触面積を調整している。このセパレータ１２は、接触部１２Ｂの幅を広くして接触面積を大きくでき、接触部１２Ｂの幅を狭くして接触面積を小さくできる。このバッテリシステムは、電池セル１とセパレータ１２との接触面積を大きくして、電池セル１とセパレータ１２との熱抵抗を小さく、接触面積を小さくして熱抵抗を大きくしている。電池セル１からセパレータ１２に熱伝導される熱エネルギは、電池セル１とセパレータ１２との間の熱抵抗を小さくして大きくなり、反対に熱抵抗を大きくして小さくなる。電池セル１からセパレータ１２に熱伝導される熱エネルギは、接触面積に比例して大きくなるので、接触面積を大きくすることで、熱抵抗を小さくでき、また接触面積を小さくして熱抵抗を大きくできる。

図５と図６の電池ブロック１０は、中央部に配設しているセパレータ１２Ｙと電池セル１との熱抵抗を、その両端部に配設しているセパレータ１２Ｘ、１２Ｚの電池セル１との熱抵抗よりも小さくしている。このバッテリシステムは、温度が高くなる中央部の電池セル１の熱エネルギをセパレータ１２Ｙに効率よく吸収して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。このバッテリシステムは、電池ブロック１０の中央部に配設しているセパレータ１２Ｙの接触部１２Ｂの幅を広くして接触面積を大きくし、電池ブロック１０の両端部に配設しているセパレータ１２Ｘ、１２Ｚの接触部１２Ｂの幅を狭くして接触面積を小さくしている。このバッテリシステムは、中央部のセパレータ１２Ｙの熱抵抗を、両端部のセパレータ１２Ｘ、１２Ｚの熱抵抗よりも小さくして、電池セル１の温度差を少なくする。このバッテリシステムは、大きな接触面積で電池セル１に接触している中央部のセパレータ１２Ｙの吸収熱量が、小さい接触面積で電池セル１に接触している両端部のセパレータ１２Ｘ、１２Ｚよりも大きく、中央部のセパレータ１２Ｙで電池セル１の温度上昇を効果的に阻止して、電池セル１の温度差を少なくしている。

さらに、図７と図８に示す電池ブロック３０は、電池セル１の積層方向に配設されるセパレータ３２自体の熱伝導率を相違するようにして、電池セル１の温度差を少なくしている。図８のセパレータ３２は、セパレータ３２を成形するプラスチックに充填するフィラーの充填量や種類を変更して、セパレータ３２自体の熱伝導率を変更する。セパレータ３２の熱伝導率を変更するフィラーは、プラスチックよりも熱伝導率の大きい物質であって、たとえば金属粉末やカーボン繊維を使用する。金属粉末は、熱伝導率の大きいアルミニウムや銅等の粉末が適している。このセパレータ３２は、フィラーの充填量を多くしてセパレータ３２自体の熱伝導率を大きくできる。したがって、このセパレータ３２は、フィラーの充填量を多くしてセパレータ３２自体の熱抵抗を小さく、またフィラーの充填量を少なくし、あるいは充填しないようにして熱抵抗を大きくする。熱抵抗の小さいセパレータ３２は、電池セル１から熱伝導される熱エネルギをスムーズに伝導して効率よく放熱する。

図７と図８の電池ブロック３０は、中央部に配設しているセパレータ３２Ｙに、両端部に配設するセパレータ３２Ｘ、３２Ｚよりも多量のフィラーを充填して、中央部のセパレータ３２Ｙ自体の熱伝導率を両端部に配設しているセパレータ３２Ｘ、３２Ｚ自体の熱伝導率よりも大きくし、中央部のセパレータ３２Ｙの熱抵抗を、両端部のセパレータ３２Ｘ、３２Ｚの熱抵抗よりも小さくしている。このバッテリシステムは、電池ブロック３０の中央部のセパレータ３２Ｙの熱抵抗を小さくして、吸収する熱エネルギを効率よく伝達して放熱できるようにしているので、温度が高くなる中央部の電池セル１の熱エネルギを中央部のセパレータ３２Ｙが効率よく吸収して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。このバッテリシステムも、中央部のセパレータ３２Ｙの熱抵抗を、両端部のセパレータ３２Ｘ、３２Ｚの熱抵抗よりも小さくして、電池セル１の温度差を少なくする。このバッテリシステムは、大きい熱伝導率のフィラーを多量に充填している中央部のセパレータ３２Ｙの吸収熱量が、フィラーの充填量を少なくしている両端部のセパレータ３２Ｘ、３２Ｚよりも大きく、中央部のセパレータ３２Ｙで電池セル１の温度上昇を効果的に阻止して、電池セル１の温度差を少なくしている。

さらにまた、図９と図１０に示す電池ブロック４０は、電池セル１の積層方向に配設されるセパレータ４２の厚さを相違する形状として、電池セル１の温度差を少なくする。セパレータ４２は、厚く成形して熱抵抗を小さく、薄く成形して熱抵抗を大きくできる。厚く成形しているセパレータ４２Ｙは、電池セル１から熱伝導される熱エネルギをスムーズに伝導して効率よく放熱する。図１０の電池ブロック４０は、中央部に配設しているセパレータ４２Ｙの厚さを、両端部に配設するセパレータ４２Ｘ、４２Ｚよりも厚くして、中央部のセパレータ４２Ｙの熱抵抗を、両端部のセパレータ４２Ｘ、４２Ｚの熱抵抗よりも小さくしている。このバッテリシステムは、電池ブロック４０の中央部のセパレータ４２Ｙの熱抵抗を小さくして、吸収する熱エネルギを効率よく伝達して放熱できるようにしているので、温度が高くなる中央部の電池セル１の熱エネルギを中央部のセパレータ４２Ｙが効率よく吸収して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。このバッテリシステムは、厚く成形している中央部のセパレータ４２Ｙの吸収熱量が、薄く成形している両端部のセパレータ４２Ｘ、４２Ｚよりも大きく、中央部のセパレータ４２Ｙで電池セル１の温度上昇を効果的に阻止して、電池セル１の温度差を少なくする。

さらにまた、図１１ないし図１３に示す電池ブロック５０、６０は、各々の電池セル１表面の熱抵抗が、積層方向に配置される電池セル１で異なるようにして、熱抵抗の差で電池セル１の温度を均等化している。このバッテリシステムは、冷却気体で冷却される冷却熱量をコントロールして、電池セル１の温度差を少なくする。電池セル１表面の熱抵抗を調整するために、図１５の斜視図に示すように、電池セル１の表面に被覆層７を設けている。電池セル１は、被覆層７を介して冷却気体で冷却される。したがって、被覆層７で電池セル１の冷却を調整して温度差を少なくできる。被覆層７は、膜厚で電池セル１表面の熱抵抗を調整し、あるいは被覆層７を熱伝導率が異なる材質として、熱抵抗を調整できる。被覆層７を厚くして熱抵抗を大きくし、また被覆層７を熱伝導率の小さい材質として熱抵抗を大きくできる。熱伝導率が異なる材質で熱抵抗を調整する被覆層７は、前述したセパレータ自体の熱伝導率をフィラーで調整するのと同じように、プラスチック製の被覆層７に熱伝導率の大きいフィラーを充填して熱伝導率を調整できる。また、プラスチックの種類を変更して熱伝導率を変更することもできる。

被覆層７は、塗膜又はプラスチックフィルムである。塗料は絶縁塗料であって、膜厚やフィラーの充填量で熱伝導率を変更する。プラスチックフィルムは、熱収縮フィルムが適している。プラスチックフィルムは、フィラーの充填量や膜厚、あるいはプラスチックの種類で熱伝導率を変更する。

図１２の電池ブロック５０は、中央部に配設している電池セル１の被覆層７Ｙの厚さを、両端部に配設する電池セル１の被覆層７Ｘ、７Ｚよりも薄くして、中央部の電池セル１表面の熱抵抗を、両端部の電池セル１表面の熱抵抗よりも小さくしている。このバッテリシステムは、電池ブロック５０の中央部に配置する電池セル１表面の熱抵抗を小さくして、冷却気体で効率よく冷却できるようにして、温度が高くなる中央部の電池セル１を冷却気体で効率よく冷却して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。このバッテリシステムは、中央部の電池セル１の被覆層７Ｙを両端部の電池セル１の被覆層７Ｘ、７Ｚよりも薄くしている。

また、図１３の電池ブロック６０は、中央部の電池セル１の表面に被覆層を設けないで、両端部の電池セル１の表面にのみ被覆層７を設けることで、中央部の電池セル１表面の熱抵抗を小さくして温度差を少なくしている。それは、温度が高くなる電池セル１表面の熱抵抗を、温度が低くなる電池セル１表面よりも小さくすることで温度差を少なくできるからである。

さらに、バッテリシステムは、被覆層の膜厚によらず、被覆層の熱伝導率の相違で各々の電池セルの温度差を少なくすることもできる。このバッテリシステムは、温度が高くなる電池セル表面には熱伝導率の大きい材質の被覆層を設け、電池温度が低くなる電池セル表面には熱伝導率の小さい材質の被覆層を設けることで、電池セルの温度差を少なくする。

以上のバッテリシステムは、セパレータ１２の接触面積を変更する第１の構造と、セパレータ３２自体の熱伝導率を変更する第２の構造と、セパレータ４２の厚さを変更する第３の構造と、電池セル１表面の熱抵抗を変更する第４の構造で、電池セル１とセパレータ２、１２、３２、４２との熱抵抗を最適値に調整し、また、セパレータ１２、３２、４２の熱抵抗を調整し、あるいは又は電池セル１表面の熱抵抗を調整して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。ただし、本発明のバッテリシステムは、第１ないし第４の構造を複数組み合わせる構造として、電池セルの温度差を少なくすることもできる。たとえば、電池ブロックの中央部のセパレータは、電池セルとの接触面積を大きくすると共に、フィラーの充填量を多くしてセパレータ自体の熱伝導率を大きくし、さらに、セパレータを厚く成形して熱抵抗を小さくすることで、中央部の電池セルを効率よく冷却して温度差を少なくすることもできる。

以上のバッテリシステムは、中央部の電池セル１の温度が高くなる電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０において、各々の電池セル１の温度差を少なくする構造を例示したが、バッテリシステムは、必ずしも中央部の電池セル温度が高くなるとは限らない。たとえば、図３と図４に示すように、２組の電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０を直列に配列するバッテリシステムにあっては、風下側の電池ブロックの温度が風上側の電池ブロックの温度よりも高くなる。したがって、このバッテリシステムにあっては、風下側の電池ブロックの電池セルとセパレータとの熱抵抗を風上側のものよりも小さくし、あるいはセパレータ自体の熱抵抗を風上側よりも小さくし、あるいは又電池セル表面の熱抵抗を風上側よりも小さくすることで、各々の電池ブロックを構成する電池セルの温度差を少なくする。したがって、本発明のバッテリシステムは、電池セルの積層方向に向かってセパレータや電池セルの熱抵抗を変更して温度差を少なくするものであるが、それは、温度が高くなる領域では熱抵抗を小さく、温度が低くなる領域では熱抵抗を大きくして、各々の電池セルの温度差を少なくする。

図５ないし図１５のセパレータ２、１２、３２、４２は、冷却気体でセパレータ２、１２、３２、４２と電池セル１を冷却するために、電池セル１との間に、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間３を設けている。図のセパレータ２、１２、３２、４２は、電池セル１との対向面に、両側縁まで延びる溝２Ａ、１２Ａ、３２Ａ、４２Ａを設けて、電池セル１との間に冷却隙間３を設けている。図のセパレータ２、１２、３２、４２は、複数の溝２Ａ、１２Ａ、３２Ａ、４２Ａを、互いに平行に所定の間隔で設けている。図のセパレータ２、１２、３２、４２は、両面に溝２Ａ、１２Ａ、３２Ａ、４２Ａを設けており、互いに隣接する電池セル１とセパレータ２、１２、３２、４２との間に冷却隙間３を設けている。この構造は、セパレータ２、１２、３２、４２の両側に形成される冷却隙間３で、両側の電池セル１を効果的に冷却できる特長がある。ただ、セパレータは、片面にのみ溝を設けて、電池セルとセパレータとの間に冷却隙間を設けることもできる。図の冷却隙間３は、電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０の左右に開口するように水平方向に設けている。冷却隙間３に強制送風される空気は、電池セル１の外装缶１Ａを効率よく冷却する。この構造は、電池セル１の熱暴走を有効に阻止しながら、電池セル１を効率よく冷却できる特徴がある。

電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０は、両端にエンドプレート４を設けて、一対のエンドプレート４を連結材５で連結して、積層している電池セル１を固定している。エンドプレート４は、電池セル１の外形にほぼ等しい外形の四角形としている。連結材５は、図５ないし図１３に示すように、両端を内側に折曲して折曲片５Ａをエンドプレート４に止ネジ６で固定している。

図５ないし図１３のエンドプレート４は、外側に補強リブ４Ａを一体的に成形して設けて補強している。さらに、エンドプレート４の外側面には、連結材５の折曲片５Ａを連結する連結孔（図示せず）を設けている。図のエンドプレート４は、両側の四隅部に４個の連結孔を設けている。連結孔は雌ネジ穴である。このエンドプレート４は、連結材５を貫通する止ネジ６を雌ネジ穴にねじ込んで連結材５を固定することができる。

図３と図４に示すように、電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０は２列に分離して配列されて、２列の電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０の間に、各々の冷却隙間３に連結する中間ダクト１６を設けている。さらに、２列に分離された電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０の外側には外側ダクト１７を設けており、外側ダクト１７と中間ダクト１６との間に複数の冷却隙間３を並列に連結している。このバッテリシステムは、図３と図４の実線の矢印で示すように、送風機構９でもって中間ダクト１６から外側ダクト１７に向けて冷却気体を強制送風し、あるいは、図３と図４の鎖線の矢印で示すように、外側ダクト１７から中間ダクト１６に向けて冷却気体を強制送風する。中間ダクト１６から外側ダクト１７に強制送風される冷却気体は、中間ダクト１６から分岐されて、各々の冷却隙間３に送風されて電池セル１を冷却する。電池セル１を冷却した冷却気体は、外側ダクト１７に集合して排気される。また、外側ダクト１７から中間ダクト１６に向けて強制送風される冷却気体は、外側ダクト１７から分岐して各々の冷却隙間３に強制送風されて電池セル１を冷却する。冷却隙間３を通過して電池セル１を冷却した冷却気体は、中間ダクト１６に集合されて外部に排気される。

中間ダクト１６の断面積は、外側ダクト１７の２倍とする。それは、中間ダクト１６に強制送風される冷却気体を２分岐して外側ダクト１７に送風し、あるいはふたつの外側ダクト１７から強制送風される冷却気体を集合して中間ダクト１６から排気するからである。すなわち、中間ダクト１６は、両側の外側ダクト１７の２倍の冷却気体を送風するので、その断面積を２倍として圧力損失を小さくしている。断面積を大きくするために、図のバッテリシステムは、中間ダクト１６の横幅を外側ダクト１７の横幅の２倍としている。ただし、中間ダクトは、横幅と上下幅を広くして、外側ダクトの断面積の２倍とすることもできる。

図２ないし図４のバッテリシステムは、４組の電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０からなり、２個の電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０を直線状に連結して１列の電池ブロックとし、この電池ブロックを２列平行に並べて、中間に中間ダクト１６を、外側に外側ダクト１７を設けている。直線状に連結される２組の電池ブロックは、エンドプレート４を積層する状態で連結される。さらに、直線状に連結される２組の電池ブロックは、正負の電極端子１３をバスバー（図示せず）で連結して、互いに直列に接続している。

電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０は、外装ケース２０に固定して、２列に配列される。図に示すバッテリシステムは、外装ケース２０を下ケース２０Ａと上ケース２０Ｂとで構成する。上ケース２０Ｂと下ケース２０Ａは、外側に突出する鍔部２１を有し、この鍔部２１をボルト２４とナット２５で固定している。図の外装ケース２０は、鍔部２１を電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０の側面に配置している。ただ、鍔部は、電池ブロックの上部や下部、あるいはその中間に配置することもできる。
この外装ケース２０は、エンドプレート４を下ケース２０Ａに止ネジ（図示せず）で固定して、電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０を固定している。止ネジは、下ケース２０Ａを貫通してエンドプレート４のネジ孔（図示せず）にねじ込まれて、電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０を外装ケース２０に固定する。

さらに、図の外装ケース２０は、両端に端面プレート２６、２７を連結している。端面プレート２６は、外装ケース２０に連結される状態で、中間ダクト１６に連結される連結ダクト２８を、プラスチックなどで一体的に成形して外側に突出するように設けている。また、端面プレート２７は、外装ケース２０に連結される状態で、外側ダクト１７に連結される連結ダクト２９を、プラスチックなどで一体的に成形して外側に突出するように設けている。この連結ダクト２８、２９は、送風機構９に連結され、あるいはバッテリシステムから冷却気体を排気する外部排気ダクト（図示せず）に連結される。これらの端面プレート２６、２７は、ネジ止めして、電池ブロックのエンドプレートに連結している。ただ、端面プレートは、ネジ止め以外の連結構造で電池ブロックに連結し、あるいは、外装ケースに固定することもできる。

以上のバッテリシステムは、電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０を互いに平行に２列に配列しており、２列に配列される電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０の間に中間ダクト１６を設けて、外側に外側ダクト１７を設けている。ただ、バッテリシステムは、１列の電池ブロックで構成することもできる。このバッテリシステムは、図示しないが、１列の電池ブロックの両側に送風ダクトを設けて、一方の送風ダクトから他方の送風ダクトに強制送風し、各々の冷却隙間に冷却気体を送風して電池セルを冷却することができる。

１…電池セル １Ａ…外装缶
２…セパレータ ２Ａ…溝
３…冷却隙間
４…エンドプレート ４Ａ…補強リブ
５…連結材 ５Ａ…折曲片
６…止ネジ
７…被覆層 ７Ｘ…被覆層
７Ｙ…被覆層
７Ｚ…被覆層
９…送風機構
１０…電池ブロック
１２…セパレータ １２Ａ…溝
１２Ｂ…接触部
１２Ｘ…セパレータ
１２Ｙ…セパレータ
１２Ｚ…セパレータ
１３…電極端子
１４…開口部
１６…中間ダクト
１７…外側ダクト
２０…外装ケース ２０Ａ…下ケース
２０Ｂ…上ケース
２１…鍔部
２４…ボルト
２５…ナット
２６…端面プレート
２７…端面プレート
２８…連結ダクト
２９…連結ダクト
３０…電池ブロック
３２…セパレータ ３２Ａ…溝
３２Ｘ…セパレータ
３２Ｙ…セパレータ
３２Ｚ…セパレータ
４０…電池ブロック
４２…セパレータ ４２Ａ…溝
４２Ｘ…セパレータ
４２Ｙ…セパレータ
４２Ｚ…セパレータ
５０…電池ブロック
６０…電池ブロック
１０１…電池セル
１０３…冷却隙間
１０６…供給ダクト
１０７…排出ダクト
１１０…電池ブロック

Claims (5)

1. 一方向に積層される複数の電池セルと、
   一方向に積層されている各電池セルの間に配置され、前記電池セルの表面に熱結合状態に接触すると共に、前記電池セルの間に冷却隙間を設けてなる複数のセパレータと、
   前記冷却隙間に冷却気体を強制送風する送風機構とを備え、
   前記複数のセパレータは、第１のセパレータと第２のセパレータとを含み、
   前記第１のセパレータ及び前記第２のセパレータは、前記電池セルの積層方向の厚さが等しく形成されると共に、前記電池セルとの接触面積が異なっていることを特徴とする車両用のバッテリシステム。
2. 請求項１に記載の車両用のバッテリシステムであって、
   前記第１のセパレータ及び前記第２のセパレータは、互いに熱伝導率の異なる材料で形成されることを特徴とする車両用のバッテリシステム。
3. 請求項１に記載の車両用のバッテリシステムであって、
   前記複数の電池セルは、外装缶と、外装缶の表面を覆う被覆層を有する第１の電池セルと第２の電池セルを含み、
   前記第１の電池セル及び前記第２の電池セルは、互いに被覆層の熱伝導率が異なることを特徴とする車両用のバッテリシステム。
4. 請求項１または請求項２に記載の車両用のバッテリシステムであって、
   前記第１のセパレータは、前記第２のセパレータよりも熱抵抗が低く、前記送風機構から強制送風される冷却気体に対して風上側に位置することを特徴とする車両用のバッテリシステム。
5. 請求項３に記載の車両用のバッテリシステムであって、
   前記第１の電池セルは、前記第２の電池セルよりも前記被覆層の熱抵抗が低く、前記送風機構から強制送風される冷却気体に対して風上側に位置することを特徴とする車両用のバッテリシステム。
   

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