JP2001319697A - 組電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単電池１の列の最も手前側のものも確実に冷
却して、各単電池の温度を均一に保つことができる組電
池を提供する。 【解決手段】 導入通路５に面する側板２ｂや仕切り板
２ｃの側壁の導入口３付近に、導入通路５側に突出して
冷却風Ａの一部をガイドする風向ガイド７を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数セルの単電池
をモジュールケースに収納した組電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車には、複数セルのリチウムイ
オン二次電池をモジュールケースに収納した組電池が用
いられることがある。図６にリチウムイオン二次電池の
単電池１を３０セル用いた従来の組電池の例を示す。こ
こで用いられる単電池１は、図７に示すように、長円筒
型のリチウムイオン二次電池であり、底付きの長円筒形
容器状の電池ケース１ａの内部に長円筒形の巻回型の電
池エレメントを収納して、上端開口部を長円形の蓋板１
ｂで封口したものである。また、この単電池１には、蓋
板１ｂから上方に向けて正負の端子１ｃ，１ｄが突出し
ている。

【０００３】組電池は、図６に示すように、上記単電池
１を１０セルずつ３列に並べてモジュールケース２に収
納している。モジュールケース２は、平行四辺形の底板
２ａと、この底板２ａ上の周囲を囲むように立設された
４枚の側板２ｂと、この側板２ｂで囲まれた内部を細長
い平行四辺形状の３箇所の領域に区切る２枚の仕切り板
２ｃとを備えた合成樹脂製の筐体である。そして、各単
電池１は、このモジュールケース２の側板２ｂや仕切り
板２ｃで仕切られた３箇所の各領域にそれぞれ１０セル
ずつの列として配置される。各列の単電池１は、手前側
（図６に示す下側）と奥側（図６に示す上側）の側板２
ｂに長円筒形の側面の平坦な面が平行になるような向き
で配置され、この平坦な面に直交する方向に少しずつ間
隔を開けて真っ直ぐに並べられる。従って、これらの単
電池１の列は、側板２ｂや仕切り板２ｃで仕切られた平
行四辺形状の領域内で、図６に示す左側には、左側の側
板２ｂや仕切り板２ｃの側壁との間の空間による導入通
路５が形成されると共に、図６に示す右側には、仕切り
板２ｃや右側の側板２ｂの側壁との間の空間による排出
通路６が形成される。また、これら左右の側板２ｂや仕
切り板２ｃが奥に向かうほど右側に傾斜しているので、
各導入通路５は、側壁が奥に進むほど単電池１の列に接
近することにより通路の幅が狭くなり、各排出通路６
は、側壁が奥に進むほど単電池１の列から遠ざかること
により通路の幅が広くなる。そして、モジュールケース
２の手前側の側板２ｂには、３箇所に導入口３が開口さ
れ、それぞれ３箇所の各領域の導入通路５に通じるよう
になると共に、奥側の側板２ｂにも、３箇所に排出口４
が開口され、それぞれ３箇所の各領域の排出通路６に通
じるようになっている。

【０００４】上記モジュールケース２の側板２ｂで囲ま
れた上方は、底板２ａとほぼ同じ平行四辺形の図示しな
い天板で塞がれていて、この天板上には、図示しないカ
バーが取り付けられる。そして、各単電池１は、底部が
底板２ａに形成された凹部に嵌め込まれると共に、上部
が天板に形成された凹部に嵌め込まれることにより、そ
れぞれ上記所定の位置に位置決めされるようになってい
る。また、天板の凹部にはそれぞれ２箇所の貫通孔が形
成され、各単電池１の端子１ｃ，１ｄがこれらの貫通孔
に嵌入し、天板の上面で各単電池１間の配線が行われる
ようになっている。天板上のカバーは、この配線を覆い
隠し保護するためのものである。

【０００５】上記構成の組電池は、モジュールケース２
を図示しないバッテリボックスに収納して固定すること
により電気自動車等に搭載される。また、バッテリボッ
クスには、モジュールケース２の各導入口３と向かい合
う位置にファンが設けられ、外気をこの導入口３に冷却
風として送り込むようになっている。

【０００６】上記バッテリボックスのファンにより各導
入口３から導入された冷却風Ａは、側板２ｂや仕切り板
２ｃで仕切られた３箇所の各領域の導入通路５に流れ込
み、順次一列に並んだ各単電池１の間に分岐して通り抜
け、排出通路６で再び合流して、排出口４から出てバッ
テリボックスの外部に排出される。そして、この冷却風
Ａが各単電池１の間を流れることにより、これらの単電
池１がそれぞれ新鮮な冷却風Ａの流れを受けて空冷によ
り冷却されることになる。

【０００７】ここで、もし導入通路５の幅が一定であれ
ば、この通路上の手前側と奥側の圧力損失がほぼ等しく
なるため、冷却風Ａが手前側の各単電池１の間にはわず
かしか分岐せず、ほとんどがそのまま奥まで達して、こ
の奥側の各単電池１の間だけを通り抜けることになるの
で、奥側に比べて手前側の単電池１の冷却が不十分にな
る。しかし、図６に示す組電池では、各導入通路５の幅
が奥に進むほど狭くなる。従って、導入通路５に流れ込
んだ冷却風Ａは、奥に進むほど圧力損失が高くなるの
で、奥側の各単電池１の間だけでなく手前側の各単電池
１の間にも十分に分岐して流れるようになり、各単電池
１が均一に冷却されることになる。

【０００８】また、各単電池１の間を通り抜けた冷却風
Ａは、排出通路６で合流することになるが、この排出通
路６の幅も奥に進むほど広くなるので、合流により順次
増加する流量に応じてこの通路の幅が徐々に広がり、排
出を円滑に行うことができるようになる。しかも、この
ように排出通路６の手前側の幅が狭いと、これに隣接す
る領域の導入口３の幅の変化と逆になるので、モジュー
ルケース２内にこれらの領域をスペースの無駄なく配置
できるようになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
組電池は、使用時に列ごとの各単電池１の温度を実際に
測定してみると、ほとんどの単電池１の温度はほぼ均一
となるが、最も手前側の数セルの単電池１だけが他の単
電池１に比べて温度が十分に低下しないという問題が発
生していた。

【００１０】例えば図８に示す測定結果では、手前側か
ら３番目以降の奥側の単電池１（セル３〜セル１０）の
温度は３１〜３３°Ｃでほぼ均一であるが、一番手前側
の単電池１（セル１）は４０°Ｃ近くの高温となり、手
前側から２番目の単電池１（セル２）も、３５°Ｃを超
える高温となる。これは、導入口３から導入通路５に導
入されたばかりの冷却風Ａが、この導入通路５を直進す
る方向の風向きベクトルが強いために、導入部付近でわ
ずかに通路が狭くなるだけでは、側方にある単電池１の
間に十分に分岐して流れないからであると考えられる。

【００１１】本発明は、かかる事情に対処するためにな
されたものであり、導入通路の入り口付近に流体方向ガ
イドを設けることにより、手前側の単電池も確実に冷却
し、各単電池の温度を均一に保つことができる組電池を
提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、相互
に間隔を開けて並んだ複数セルの単電池の列の側方に、
単電池の並び方向の一端側から導入された流体がこの単
電池の列の側面に沿って流れるように形成された流体通
路であって、単電池の並び方向に沿って他端側に進むほ
ど流体の通路が狭くなる導入通路が設けられた組電池に
おいて、導入通路における流体の導入部付近に、導入さ
れた流体の一部をガイドして流れの向きを単電池の列側
に向かわせる流体方向ガイドを設けたことを特徴とす
る。

【００１３】請求項１の発明によれば、導入通路に導入
された冷却風等の流体は、一部がすぐに流体方向ガイド
にガイドされて単電池の列側に向かうことになるので、
この列の一端側の端に並んだ単電池の間にも確実に流体
が分岐して流れることになる。また、残りの流体は、従
来通り徐々に狭くなる導入通路を他端側に進み、各単電
池の間にほぼ均等に分岐して流れる。従って、列の最も
手前側の数セルの単電池の間に冷却用の流体が流れ難く
なるようなことがないので、全ての単電池を均一に冷却
することができるようになる。

【００１４】請求項２の発明は、前記単電池の列の導入
通路とは反対側の側方に、単電池の並び方向の一端側か
らこの単電池の列の側面に沿って流体が流れ他端側から
排出されるように形成された流体通路であって、単電池
の並び方向に沿って他端側に進むほど流体の通路が広く
なる排出通路が形成されたことを特徴とする。

【００１５】請求項２の発明によれば、導入通路から各
単電池の間に分岐して流れ込んだ冷却風等の流体が単電
池の列の反対側の側方に設けられた排出通路で合流して
他端側から排出される。この際、排出通路は、他端側に
進むほど幅が広くなるので、徐々に流量が増大する流体
を円滑に排出することができるようになる。また、単電
池の列を複数列配置した場合に、この排出通路を隣の列
の導入通路と仕切りを介して隣接させることにより、通
路の幅の広い部分と狭い部分が組み合わさって、スペー
スの無駄をなくすことができるようになる。

【００１６】請求項３の発明は、単電池の列の一方の側
方に、流体の導入側となる一端側から他端側にかけて、
この他端側に向かうほど単電池の列の側面に近づく側壁
が設けられることにより前記導入通路が形成され、前記
流体方向ガイドが、この側壁の一端側付近に設けられた
導入通路側への突起であることを特徴とする。

【００１７】請求項３の発明によれば、複数セルの単電
池を列状に並べて筐体等に収納するだけで、この単電池
の側方に導入通路等を形成することができ、流体の通路
を容易に形成できるようになる。しかも、この筐体等を
囲む板の内面や内部を仕切る板の面が側壁となるので、
ここに突起を設けるだけで流体方向ガイドを形成するこ
とができる。なお、導入通路や排出通路の幅を変化させ
るには、筐体を平行四辺形にしたり、単電池の並びを斜
めにずらして配置すればよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１９】図１〜図４は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図１はモジュールケースに単電池を収納し
た組電池の横断面平面図、図２は列ごとの各単電池の温
度を測定した結果を示す図、図３は風向ガイドの他の形
状を示す組電池の部分拡大横断面平面図、図４は斜めに
ずらして並べた単電池を１列だけモジュールケースに収
納した場合の組電池の横断面平面図、図５は冷却風を単
電池の列の下方から送り込む場合の組電池の縦断面側面
図である。なお、図６〜図８に示した従来例と同様の機
能を有する構成部材には同じ番号を付記する。

【００２０】本実施形態の組電池は、図７に示した従来
例と同じ長円筒型のリチウムイオン二次電池を単電池１
として用いる場合について説明する。この組電池は、図
１に示すようなモジュールケース２に３０セルの単電池
１を収納している。モジュールケース２は、図６に示し
た従来例とほぼ同様の構成であり、平行四辺形の底板２
ａと、この底板２ａ上に立設された４枚の側板２ｂ及び
２枚の仕切り板２ｃと、図示しない天板及びカバーとを
備えた合成樹脂製の筐体である。また、このモジュール
ケース２の側板２ｂ内を仕切り板２ｃで区切った３箇所
の領域には、それぞれ少しずつ間隔を開けて真っ直ぐに
一列に並べられた１０セルずつの単電池１が配置されて
いる。そして、これらの３箇所の各領域には、単電池１
の列の両側に導入通路５と排出通路６が形成され、手前
側（図１に示す下側）の側板２ｂには、外部から冷却風
Ａを導入通路５に導入するための導入口３が設けられる
と共に、奥側（図１に示す上側）の側板２ｂには、排出
通路６から冷却風Ａを排出するための排出口４が設けら
れている。

【００２１】図１に示す左側の側板２ｂと各仕切り板２
ｃにおける上記各導入通路５に面する側壁には、導入口
３付近に風向ガイド７が設けられている。風向ガイド７
は、導入口３から導入通路５に導入された冷却風Ａをガ
イドして、この冷却風Ａの風向きに単電池１の列側に向
かう方向成分を加えるようにした流体のガイドであり、
ここでは、側板２ｂや仕切り板２ｃの側壁から導入通路
５側に突出した突起として形成されている。即ち、この
風向ガイド７の突起は、側板２ｂや仕切り板２ｃの側壁
における単電池１の列の最も手前側と２番目のものの間
付近の位置に、この側壁の上下にわたって突設され、突
出部の手前側の面に、先端ほど奥側に傾斜したやや凹状
に湾曲する傾斜面を形成している。従って、導入口３か
ら導入され導入通路５を奥側に直進しようとする冷却風
Ａの一部がこの風向ガイド７の手前側の傾斜面に衝突す
ることにより、風向きを斜め右方向に向けるようにな
る。

【００２２】上記構成の組電池は、従来例の場合と同様
に、モジュールケース２を図示しないバッテリボックス
に収納して固定することにより電気自動車等に搭載され
る。また、バッテリボックスには、モジュールケース２
の各導入口３と向かい合う位置にファンが設けられ、外
気をこの導入口３に冷却風として送り込むようになって
いる。

【００２３】上記バッテリボックスのファンにより冷却
風Ａがモジュールケース２の各導入口３に送り込まれる
と、この冷却風Ａは、側板２ｂや仕切り板２ｃで仕切ら
れた３箇所の各領域の導入通路５に導入され、一列に並
んだ各単電池１の間を分岐して通り抜ける。この際、導
入口３から導入された冷却風Ａは、従来であれば導入通
路５を直進しようとする風向きが強いため、そのまま奥
に進もうとするが、本実施形態では、この導入口３付近
ですぐに一部が風向ガイド７に衝突し風向きを単電池１
の列側に向ける。しかも、このように導入通路５の入り
口付近に通路を大きく塞ぐ風向ガイド７があると、この
入り口付近の圧力損失が急激に高くなる。すると、冷却
風Ａは、導入口３を設けた下側の側板２ｂと一番手前側
の単電池１との間やこの単電池１と手前から２番目の単
電池１との間にも十分に分岐して流れるようになる。ま
た、この風向ガイド７を超えてさらに導入通路５の奥に
進んだ冷却風Ａは、従来と同様に、この導入通路５の幅
が徐々に狭くなるので、奥の単電池１の間だけでなく、
手前側の単電池１の間にも十分に分岐して流れ込む。従
って、各領域の導入通路５に導入された冷却風Ａは、こ
こに並んだ１０セルの単電池１の間にほぼ均等に分岐し
て流れるようになる。

【００２４】このようにして各単電池１の間にほぼ均等
に分岐して流れ込んだ冷却風Ａは、排出通路６で再び手
前側から順に合流し、この合流による流量の増加に伴っ
て排出通路６の幅が奥に進むほど広くなるので、この排
出通路６を円滑に流れ、一番奥の排出口４から出てバッ
テリボックスの外部に排出される。また、このように排
出通路６が奥に進むほど広くなっていると、仕切り板２
ｃを境として隣接する隣の領域の導入通路５が奥に進む
ほど狭くなるので、これらの狭い部分と広い部分とが隣
り合うことになり、モジュールケース２の内部でのスペ
ースの無駄を省くことにもなる。

【００２５】以上説明したように、本実施形態の組電池
によれば、冷却風Ａの導入通路５の入り口付近に風向ガ
イド７が設けられているので、最も手前側の数セルの単
電池１の間にも確実に冷却風Ａが分岐して流れるように
なり、また、この導入通路５の幅が奥に進むほど徐々に
狭くなるので、これより奥側の各単電池の間にもほぼ均
一に分岐して流れるようになる。このため、列状に並ん
だ全ての単電池１の間に新鮮な冷却風Ａがほぼ均一に流
れるので、これらの単電池１をムラなく冷却することが
できるようになる。実際にこの組電池の使用時における
列ごとの各単電池１の温度を測定してみると、図２の太
い実線で示すように、手前側の単電池１（セル１やセル
２等）も含めて全ての単電池１（セル１〜セル１０）の
温度が３１〜３４°Ｃの範囲内でほぼ均一となる。

【００２６】風向ガイド７は、導入通路５側への突出量
を大きくして、より多くの冷却風Ａの風向きを単電池１
の列側に向けるようにするほど、手前側の単電池１の間
を通り抜ける冷却風Ａの風量が大きくなるが、この手前
側の単電池１の間の風量を大きくしすぎると、風向ガイ
ド７よりすぐ奥側に配置された単電池１の間に流れる冷
却風Ａの風量が極端に低下するおそれがある。実際に風
向ガイド７の突出量を本実施形態よりも大きくして冷却
風Ａの大部分をガイドするようにした場合の各単電池１
の温度を測定してみると、図２の破線で示すように、手
前側から３番目や４番目の単電池１（セル３やセル４）
の温度が３５°Ｃを超える高温となる。このため、風向
ガイド７は、突出量を調整して、冷却風Ａの一部だけを
適量分だけガイドするようにしなければならない。ま
た、この風向ガイド７は、導入通路５の導入部付近であ
れば、位置は必ずしも限定しないが、本実施形態のよう
に単電池１の列の最も手前側のセルと２番目のセルの間
に設けるのが好ましい。

【００２７】上記風向ガイド７は、１箇所だけに限ら
ず、導入通路５の入り口付近の複数箇所に設けることも
できる。また、本実施形態では、手前側の面が凹状に湾
曲した横断面がほぼ直角三角形状のものを示したが、こ
の突起形状も任意であり、例えば図３に示すように、突
端に丸みを付けて、奥側の面もなだらかに形成すれば、
冷却風Ａの流れを円滑にすることができる。さらに、こ
の風向ガイド７は、冷却風Ａの風向きを単電池１の列側
に向ければよいので、側板２ｂや仕切り板２ｃの側壁か
ら突出させる構造に限定されず、例えば導入通路５の入
り口付近の中央部等に、単電池１の列に近づくほど奥側
に傾斜する傾斜面を有する風向板等を配置するだけでも
よい。また、この風向ガイド７は、必ずしも単電池１の
列に近づくほど奥側に傾斜する傾斜面を有する必要もな
い。例えば、風向ガイド７が導入通路５の進路に直交す
る平面を有する場合であっても、これによって冷却風Ａ
が遮られると、渦等の流れの乱れが発生するので、その
一部の風向きが単電池１の列側を向くことにより、手前
側の単電池１の間を通り抜ける流量を増加させることが
できるからである。

【００２８】なお、上記実施形態では、１０セルの単電
池１を一列に並べる場合について説明したが、各列の単
電池１は複数セルあれば何セルであってもよい。ただ
し、本発明は、実際には多数の単電池１を並べた場合
に、手前側の数セルへの冷却風Ａの流れが悪くなるのを
解消するためのものであるため、セル数は十分に多いこ
とが好ましい。

【００２９】また、上記実施形態では、モジュールケー
ス２内に３列の単電池１の列を収納する場合について説
明したが、この列の数も限定されず、例えば図４に示す
ように、仕切り板２ｃをなくし、側板２ｂだけで囲んだ
１箇所の細長い領域に単電池１を一列だけを収納するこ
ともできる。

【００３０】さらに、上記実施形態では、左右の側板２
ｂや仕切り板２ｃを単電池１の列に対して斜めに配置す
ることにより、導入通路５や排出通路６の幅が変化する
ようにしたが、各単電池１間を少しずつずらして一列に
並べるようにしてもよい。例えば図４の場合、長方形の
底板２ａ上の周囲を直交する４枚の側板２ｂで囲むよう
にした１箇所の矩形の領域に、各単電池１を奥のものほ
ど左側にずれるように配置することにより、導入通路５
は奥ほど狭くなり、排出通路６は奥ほど広くなるように
している。

【００３１】さらに、上記実施形態では、各単電池１の
上端部と下端部を支持して、側面に冷却風Ａを流すよう
にした場合の例を示したが、この冷却風Ａを流す方向は
特に限定されず、例えば図５に示すように、単電池１の
列の下方から冷却風Ａを導入し上方から排出させるよう
にすることもできる。この場合、単電池１の列の側方と
は、実際にはこの単電池１の列の下方となり、この側方
に設けられた側壁は、底板２ａの上面となる。そして、
モジュールケース２の底板２ａと天板２ｄを傾斜させて
配置することにより、単電池１の列の下方の導入通路５
が奥（図５の右側）ほど狭くなり、単電池１の列の上方
の排出通路６が奥ほど広くなるようにしている。

【００３２】さらに、上記実施形態では、底板２ａ上の
周囲を側板２ｂで囲み、場合によって内部を仕切り板２
ｃで仕切ったモジュールケース２を用いる場合について
説明したが、複数セルの単電池１を１列や複数列に並べ
て、その周囲に導入通路５や排出通路６を形成した構成
であれば、必ずしもこのようなモジュールケース２を用
いる必要はない。また、上記実施形態では、バッテリボ
ックスに設けたファンによって導入口３から冷却風Ａを
導入する場合について説明したが、この冷却風Ａを送り
込む手段は、他のどのような手段を用いてもよい。例え
ば、この導入口３を電気自動車の進行方向に向けておけ
ば、この電気自動車の走行時に自然に冷却風Ａが導入口
３から導入される。さらに、上記実施形態では、単電池
１の冷却のために空気の冷却風Ａを用いたが、冷却用の
流体であれば、不活性ガス等の他の気体や、水や有機溶
媒又はオイル等の液体を用いることも可能である。

【００３３】さらに、上記実施形態では、長円筒型の単
電池１について説明したが、角型や円筒型等の単電池１
を用いることも可能である。また、上記実施形態では、
リチウムイオン二次電池の単電池１を用いる場合につい
て説明したが、この単電池１の電池の種類も任意であ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の組電池によれば、導入通路に導入された冷却風等の流
体の一部が流体方向ガイドによって単電池の列側に向か
うので、この列の手前側に並んだ単電池の間にも確実に
流体が分岐して流れ、この列の全ての単電池を均一に冷
却することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、モジ
ュールケースに単電池を収納した組電池の横断面平面図
である。

【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、列ご
との各単電池の温度を測定した結果を示す図である。

【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、風向
ガイドの他の形状を示す組電池の部分拡大横断面平面図
である。

【図４】本発明の一実施形態を示すものであって、斜め
にずらして並べた単電池を１列だけモジュールケースに
収納した場合の組電池の横断面平面図である。

【図５】本発明の一実施形態を示すものであって、冷却
風を単電池の列の下方から送り込む場合の組電池の縦断
面側面図である。

【図６】従来例を示すものであって、モジュールケース
に単電池を収納した組電池の横断面平面図である。

【図７】長円筒型のリチウムイオン二次電池の単電池の
斜視図である。

【図８】従来例を示すものであって、列ごとの各単電池
の温度を測定した結果を示す図である。

【符号の説明】

１ 単電池 ２ モジュールケース ２ａ 底板 ２ｂ 側板 ２ｃ 仕切り板 ３ 導入口 ４ 排出口 ５ 導入通路 ６ 排出通路 ７ 風向ガイド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互に間隔を開けて並んだ複数セルの単
   電池の列の側方に、単電池の並び方向の一端側から導入
   された流体がこの単電池の列の側面に沿って流れるよう
   に形成された流体通路であって、単電池の並び方向に沿
   って他端側に進むほど流体の通路が狭くなる導入通路が
   設けられた組電池において、 導入通路における流体の導入部付近に、導入された流体
   の一部をガイドして流れの向きを単電池の列側に向かわ
   せる流体方向ガイドを設けたことを特徴とする組電池。
2. 【請求項２】 前記単電池の列の導入通路とは反対側の
   側方に、単電池の並び方向の一端側からこの単電池の列
   の側面に沿って流体が流れ他端側から排出されるように
   形成された流体通路であって、単電池の並び方向に沿っ
   て他端側に進むほど流体の通路が広くなる排出通路が形
   成されたことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 【請求項３】 単電池の列の一方の側方に、流体の導入
   側となる一端側から他端側にかけて、この他端側に向か
   うほど単電池の列の側面に近づく側壁が設けられること
   により前記導入通路が形成され、前記流体方向ガイド
   が、この側壁の一端側付近に設けられた導入通路側への
   突起であることを特徴とする請求項１又は２に記載の組
   電池。