JP5948860B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電池パックに関するものである。

従来、電池パックとして、複数の電池モジュールを並設し、各電池モジュールに収容される電池セルの積層方向に直交する方向（電池モジュールの並設方向）に冷却風を流動させることにより、電池セルを冷却するようにしたものが公知である（特許文献１）。

しかしながら、前記従来の電池パックでは、電池モジュールの間にバスバー等の必要な部材を配置せざるを得ない場合や、補強部材をモジュール間に設ける場合には、冷却風の流れが妨げられ、電池セルの冷却が不十分となる恐れがある。

特開２００９−２５２４７３号公報

本発明は、電池モジュールの並設方向に熱交換媒体を流動させる場合、電池モジュールの間に熱交換媒体の流れを妨げる部材が配置されたとしても、電池セルを効果的に冷却することができる電池パックを提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
電池パックを、
電池パックケースと、
前記電池パックケース内に、間隙を有して第１の方向に並設した状態で収容される、複数の電池セルを備えた第１の電池モジュールと、
前記電池パックケース内に、間隙を有して前記第１の方向に直交する第２の方向に並設した状態で収容される、複数の電池セルを備えた第２の電池モジュールと、
前記電池パックケース内で、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向に延び、前記第１の電池モジュールの各電池セルの間に形成される第１の流路、前記第１の電池モジュールから前記第２の電池モジュールに向かう第２の流路、及び、前記第３の方向に延び、前記第２の電池モジュールの各電池セルの間に形成される第３の流路で構成される熱交換媒体案内構造と、
を備えた構成としたものである。

この構成により、熱交換媒体を隣接する電池モジュールの間に流動させる際、順次、第１の方向又は第２の方向の上流側に位置する隙間から順に流動させることができる。電池セル同士の対向面は、電池セルのうち、最も表面積の大きな面である。したがって、各電池モジュールを構成する各電池セルを効果的に冷却することが可能となる。

前記熱交換媒体案内構造は、前記第１の電池モジュールと前記第２の電池モジュールとを仕切る仕切部を備えるようにすればよい。

前記仕切部は、前記電池パックケース、前記第１の電池モジュール又は前記第２の電池モジュールに一体的に形成すれば、部品点数が増大せず、安価に製作できる。

前記第１の電池モジュール又は前記第２の電池モジュールを構成する電子セルの端子同士を接続する接続部材を備えるようにしてもよい。

すなわち、電池モジュールの間に位置する接続部材を備えるような態様であっても、この接続部材によって流れを妨げられることのない第３の方向に熱交換媒体を流動させているので、圧力損失が生じにくく、電池セルを効果的に冷却することができる。

前記第１の電池モジュール又は前記第２の電池モジュールは、直方体形状であり、一の面の長辺が前記第３の方向に沿うと共に、前記一の面の両端部から端子をそれぞれ突出させるのが好ましい。

この構成により、接続部材を設けて各電池モジュールを電気接続しても、熱交換媒体案内構造によって第３の方向の熱交換媒体の流れを得ることができるため、接続部材が熱交換媒体の流れを妨げることがない。

前記第３の方向は、前記電池パックの使用状態で、鉛直方向と合致しているのが好ましい。

この構成により、電池パックの水平方向の占有スペースを低減することができる。また、鉛直方向に多段で複数の電池モジュールを配置する場合のように、上段側の電池モジュールを支持する強度の高い構造も不要である。

前記第１の電池モジュール又は前記第２の電池モジュールの間に補強部材を設けるのが好ましい。

この構成により、補強部材を設けて電池パックの剛性を高めたとしても、熱交換媒体案内構造によって冷却風を第３の方向に流動させることができるので、補強部材が冷却風の流れを妨げることがない。

前記第２の通路は、前記第１の電池モジュールが並設される第１の方向、及び、前記第２の電池モジュールが並設される第２の方向に直交して、前記第１の電池モジュール及び前記第２の電池モジュールの両側にそれぞれ形成され、
前記熱交換媒体案内構造は、前記２つの第２の流路の少なくともいずれか一方の途中に設けられ、熱交換媒体を、前記第３の方向に流動可能とする案内部で構成するのが好ましい。

この構成により、流路の途中に案内部を設けただけの簡単な構成で、熱交換媒体の流動方向を第３の方向へと変換することができる。

本発明によれば、流動を妨げるもののない第３の方向に熱交換媒体を流動させるようにしているので、熱交換媒体を、圧力損失を抑えつつ、電池セル同士の隙間にも十分に流動させることができる。したがって、電池セルの冷却を効果的に行わせることが可能となる。また、仕切部を電池パックケース又は電池モジュールの一部で構成しているので、部品点数が増大せず、安価に製作できる。

本実施形態に係る電池パックの一部を削除した状態を示す概略分解斜視図である。 図１の熱交換媒体案内構造を示す部分拡大斜視図である。 本実施形態に係る電池パックケース内での平面視での空気の流れを示す図である。 図１の熱交換媒体案内構造の一例を示す概略断面面である。 図１の熱交換媒体案内構造の他の例を示す概略断面図である。 他の実施形態に係る電池パックケース内での平面視での空気の流れを示す図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「側」、「端」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本実施形態に係る電池パックの概略を示す分解斜視図である。この電池パックは、大略、電池パックケース１内に複数の電池モジュール２を収容し、電池パックカバー３にて閉鎖した構成である。以下、便宜上、図１中、電池パックケース１の長手方向をＸ軸方向、短手方向をＹ軸方向、高さ方向をＺ軸方向として説明する（ここでは、Ｚ軸方向が、電池パックの使用状態での鉛直方向と合致している。）。

電池パックケース１は、上面が開口する平面視矩形状の箱体形状で、底面には複数の第１仕切壁４が形成されている。各第１仕切壁４は、電池パックケース１の両側面からＹ軸方向に延び、内側の所定位置で終端している。各第１仕切壁４の終端位置は一致しており、そこには電池パックケース１の両端面を接続するようにＸ軸方向に延びる第２仕切壁５が形成されている。また、各第１仕切壁は、両側面間ではＸ軸方向に１ピッチずつずれた位置に形成されている。

第２仕切壁５の上方部分には、隣接する電池モジュール２の間を仕切る仕切部の一例である補強壁６が設けられている。補強壁６は所定間隔で配置した一対の板材の間を複数の補助板７で連結したものである。図示しないが、補助板７で仕切られた空間には各電池モジュール２と電気接続するための配線（ハーネス）が配置されるようになっている。補強壁６は、合成樹脂材料等の絶縁性を有する材料で構成することができる。

電池パックケース１内は、第１仕切壁５と補強壁６によって第１列部８と第２列部９に２分割されている。そして、２分割された第１列部８と第２列部９には、熱交換媒体案内構造により、収容する各電池セル１１を冷却することのできる熱交換媒体（ここでは空気）の流れを形成することができるようになっている。

熱交換媒体案内構造は、図２に示すように、第２仕切壁５と補強壁６によって第１列部の第１電池モジュール２ａの各電池セル１１の隙間を上方に向かう空気流れを発生させる第１空気流路と、後述する電池パックカバー３の凹所１４に設けた第３仕切壁１５によって形成され、第２電池モジュール２ｂに向かって水平方向に向かう空気流れを発生させる第２空気流路と、第２電池モジュール２ｂの各電池セル１１の隙間を下方に向かう空気流れを発生させる第３空気流路とで構成されている。

電池モジュール２は、電池モジュールケース１０内に複数の電池セル１１を、その幅方向に空気が流動可能な所定の間隙を有して並設させた状態で収容したものである。図示しないが、電池モジュールケース１０は、格子状、網目状等の複数の開口を有する箱体形状で、これら開口を介して収容する各電池セル１１間に空気を流動させることができるようになっている。

各電池セル１１は、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池であり、図示しないが、例えば、電池容器内に発電要素を収容し、蓋体で封止した構成となっている。各電池セル１１は略直方体形状で、その一の面からは、一対の電極１２が長手方向に所定間隔でそれぞれ突出している。そして、電池モジュールケース１０内に並設した状態で収容され、各電池セル１１の電極１２同士は、接続部材の一例であるバスバー１３（図１では一方のみ図示）によって互いに電気接続されるようになっている。

電池モジュール２は、電池パックケース１内には、電極１２が突出する面が側方に向かい、第１列部８と第２列部９とで電池セル１１の並設方向が直交するように収容される。第１列部８に収容される電池モジュール２では電池セル１１の並設方向はＸ軸方向となっている。また、第２列部９に収容される電池モジュール２では電池セル１１の並設方向はＹ軸方向となっている。このため、第１列部８では、電池セル１１によってＸ軸方向には空気を流動させることができない。また、第２列部９でも、電極１２間がバスバー１３で接続されているため、Ｘ軸方向に空気を流すのは困難である。

電池パックカバー３は、平面視矩形状の平板状で、その４辺が電池パックケース１側に延設されることにより凹所１４が形成されている。また、凹所１４内には、Ｙ軸方向に沿って延びる第３仕切壁１５がＸ軸方向に並設されている。第３仕切壁１５は、前記第２仕切壁５に対応する位置に設けられている。そして、電池パックカバー３は、電池パックケース１の上方開口部を閉鎖した状態で、電池パックケース１内に収容した電池モジュール２の上方部分に第３仕切壁１５によって仕切られた空気流路を形成する。

次に、前記構成からなる電池パックに於ける各電池セルの冷却方法について説明する。

すなわち、図１に示すように、図示しないファンを駆動して電池パックケース１の一端部に形成した吸気口（図示せず）を介して内部に空気を吸引すると、吸引された空気は、まず、第１列部８の最初の第２仕切壁５に衝突してＺ軸方向へと方向変換され、第１電池モジュール２ａの各電池セル１１の隙間を介して上方側へと流動する。これにより、第１電池モジュール２ａの各電池セル１１に沿って空気を流動させることができ、第１電池モジュール２ａの各電池セル１１を効果的に冷却することができる。

第１電池モジュール２ａを通過した空気は、電池パックケース１の上方側に電池パックカバー３の凹所１４内に第３仕切壁１５によって形成された空気流路３ａを介して第１列部８から第２列部９へと流動する。そして、第１電池モジュールとは各電池セル１１の並設方向が直交する第２電池モジュール２ｂの各電池セル１１間を下方側へと流動する。これにより、前記第１電池モジュール２ａと同様に、第２電池モジュール２ｂの各電池セル１１に沿って空気を流動させることができ、第２電池モジュール２ｂの各電池セル１１を効果的に冷却することができる。

そして、第２電池モジュールを通過した空気は、さらに第３電池モジュール、第４電池モジュール…の順で、Ｕターンし、かつ、図３に示すように、平面視で各電池モジュール２を蛇行しながら下流側へと流動する。

このように、電池モジュール２を、収容する各電池セル１１がＸ軸方向又はＹ軸方向に並設された状態で電池パックケース１内に収容するようにしたものであっても、前述のように、上下方向へとＵターンする空気流れを形成するようにしたので、各電池セル１１間に空気を流動させることができる。また、電池モジュール２は、電池セル１１の長手方向が上下方向に向かうように配置することにより、電池パックケース１内での占有面積を抑えることができる。したがって、電池パックの占有面積を小さくすることが可能となる。

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、電池パックカバー側に形成される電池パックケース１の上方側の空間を介して空気をＵターンさせるようにしたが（図４参照）、図５に示すように、第３仕切壁１５を上方側に設けることにより、電池パックケース１の下方側の空間を介して空気をＵターンさせるようにしてもよい。

また、前記実施形態では、第１列部８から第２列部９へとＵターンする空気の流れを形成することにより、各電池セル１１を冷却可能な構成を提供するようにしたが、第３列部、第４列部等、さらに列が増えた場合であっても同様にＵターンする空気の流れを形成することにより簡単に対応することができる。

また、前記実施形態では、空気をＵターンさせながら蛇行するようにして下流側へと流動させるようにしたが、第２仕切壁５及び第３仕切壁１５を除去あるいは部分的に除去することにより、図６に示すように、第１列部８の各電池モジュール側から第２列部９の各電池モジュール側へと同時にＵターンする空気の流れを形成するようにしてもよい。この場合、第１列部８で、吸気口側から下流側に向かうに従って徐々に空気が受ける流動抵抗が大きくなるように構成するのが好ましい。例えば、第２仕切壁５及び第３仕切壁１５の残存領域が下流側に向かうに従って徐々に大きくなるようにすればよい。これによれば、第１列部８の各電池モジュール２を下方側から上方側に向かって流動する空気量をほぼ均一にすることができ、各電池セル１１をムラ無く冷却することが可能となる。

また、前記実施形態では、本発明に係る仕切部としての補強壁６を、電池パックケース１及び電池パックカバー３とは別体として、後に、いずれかの部材に固定するようにしたが、いずれかの部材又は両方の部材に一体的に形成するようにしてもよいし、電池モジュール２に一体的に形成するようにしてもよい。この場合、補強壁６のような構成ではなく、単なる板状の構造としてもよい。また、一体的な構造は、成形加工により簡単に得ることができ、加工コストを低減することも可能である。

また、本発明に係る仕切部は、補強壁６や板状構造に限らず、電池モジュール２間を接続するバスバー１３等の接続部材で構成することも可能である。要するに、前記Ｚ軸方向の空気の流れを形成することができるものであれば、いずれの構造のものであっても本発明に係る仕切部に含まれる。

本発明に係る電池パックには、リチウムイオン電池のほか、鉛蓄電池等、種々の電池を採用することができる。

１…電池パックケース
２…電池モジュール
３…電池パックカバー
４…第１仕切壁
５…第２仕切壁
６…補強壁（仕切部）
７…補助板
８…第１列部
９…第２列部
１０…電池モジュールケース
１１…電池セル
１２…電極
１３…バスバー
１４…凹所
１５…第３仕切壁

Claims (7)

1. 電池パックケースと、
   前記電池パックケース内に、間隙を有して第１の方向に並設した状態で収容される、複数の電池セルを備えた第１の電池モジュールと、
   前記電池パックケース内に、間隙を有して前記第１の方向に直交する第２の方向に並設した状態で収容される、複数の電池セルを備えた第２の電池モジュールと、
   前記電池パックケース内で、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向に延び、前記第１の電池モジュールの各電池セルの間に形成される第１の流路、前記第１の電池モジュールから前記第２の電池モジュールに向かう第２の流路、及び、前記第３の方向に延び、前記第２の電池モジュールの各電池セルの間に形成される第３の流路で構成される熱交換媒体案内構造と、
   を備えたことを特徴とする電池パック。
2. 前記熱交換媒体案内構造は、前記第１の電池モジュールと前記第２の電池モジュールとを仕切る仕切部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記仕切部は、前記電池パックケース、前記第１の電池モジュール又は前記第２の電池モジュールに一体的に形成したことを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
4. 前記第１の電池モジュール又は前記第２の電池モジュールを構成する電子セルの端子同士を接続する接続部材を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電池パック。
5. 前記第１の電池モジュール又は前記第２の電池モジュールは、直方体形状であり、一の面の長辺が前記第３の方向に沿うと共に、前記一の面の両端部から端子をそれぞれ突出させたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電池パック。
6. 前記第３の方向は、前記電池パックの使用状態で、鉛直方向と合致していることを特徴とする請求項５に記載の電池パック。
7. 前記第１の電池モジュール又は前記第２の電池モジュールの間に補強部材を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電池パック。