JP2012230785A - 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。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、収容部１２における冷却媒体流路１４を流れる冷却媒体の流速が二次電池１１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する形状の導入ガイド壁１７が設けられている。
【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、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、前記収容部における前記冷却媒体流路を流れる冷却媒体の流速が前記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する形状の導入ガイド壁が設けられている。ここで、「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速が最大となり、幅方向の端部側ほど小さくなる。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速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、前記導入ガイド壁は、半お椀形に形成されている。この発明では、収容部における冷却媒体の流速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ようにする導入ガイド壁を比較的容易に加工することができる。

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供給される冷却媒体の各収容部における流速が二次電池の幅方向の中央部で最大となるようにすることが、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。

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。 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平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）は別の実施形態の組電池の平面図。 （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平断面図、（ｃ）は（ｂ）の導入ガイド壁を示す概略部分斜視図。 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）に示すように、冷却媒体流路１４は断面矩形状に形成されている。また、図１（ｂ）に示すように、二次電池１１は冷却媒体流路１４の壁面に突設された固定部１４ａに二次電池１１の幅方向両側の側面が当接することにより収容部１２の所定位置に固定された状態で収容されている。二次電池１１はその外面と冷却媒体流路１４の壁面との間に、固定部１４ａと当接する箇所を除いて所定の隙間が存在するように固定されている。

図１（ｂ），（ｃ）に示すように、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、収容部１２における冷却媒体流路１４を流れる冷却媒体の流速が二次電池１１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する形状の導入ガイド壁１７が設けられている。

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各収容部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たもので、半お椀形に形成されている。詳述すると、導入ガイド壁１７は、その基端部の幅が収容部１２の幅と同じで、平面略視半楕円状を成し、かつ下側に凸となる曲面状に形成されている。また、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。また、各導入ガイド壁１７の形状は、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形成されている。

また、図１（ａ），（ｃ）に示すように、冷却媒体流入部１６の壁面には、最下段の収容部１２用の導入ガイド壁１７の先端部より下側の位置に、排出孔１６ａが形成されている。排出孔１６ａは、冷却媒体供給口１５から冷却媒体流入部１６に流入した冷却媒体のうち各導入ガイド壁１７に案内されて収容部１２に流入した残りの冷却媒体を冷却媒体流入部１６の外部に排出する。

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に流入する。冷却媒体流入部１６に流入された冷却媒体は、大部分が導入ガイド壁１７に案内されて左右に分かれ、各収容部１２に流入する。冷却媒体流入部１６に流入した冷却媒体のうち導入ガイド壁１７に案内されて収容部１２に流入しなかった残りの冷却媒体は、排出孔１６ａから排出される。

各導入ガイド壁１７は、収容部１２における冷却媒体流路１４を流れる冷却媒体の流速が二次電池１１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する形状に形成されている。そのため、図２に示すように、冷却媒体が収容部１２を通過する際には二次電池１１の幅方向の中央で流速（単位時間当たりの流量）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速が最大となるため、単位時間当たりの流量は、二次電池１１の幅方向の中央部分において最大となり、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。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、収容部１２における冷却媒体流路１４を流れる冷却媒体の流速が二次電池１１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する形状の導入ガイド壁１７が設けられている。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）導入ガイド壁１７は、半お椀形に形成されている。したがって、収容部１２における冷却媒体の流速が二次電池１１の中心部に対応する部分において最大となるようにする導入ガイド壁１７を比較的容易に加工することができる。

（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に供給される冷却媒体の各収容部１２における流速が二次電池１１の幅方向の中央部で最大となるようにすることが、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）各導入ガイド壁１７の形状は、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形成されている。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）冷却媒体流入部１６の壁面には、最下段の収容部１２用の導入ガイド壁１７の先端部より下側の位置に、冷却媒体供給口１５から冷却媒体流入部１６に流入した冷却媒体のうち、各導入ガイド壁１７に案内されて収容部１２に流入した残りの冷却媒体を冷却媒体流入部１６の外部に排出する排出孔１６ａが形成されている。したがって、導入ガイド壁１７の形状を、収容部１２における冷却媒体流路１４を流れる冷却媒体の流速が二次電池１１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、かつ各収容部１２に流入する冷却媒体の流量が同じになるように形成することが、排出孔１６ａがない場合に比べて容易になる。

（６）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の断面形状は矩形に限らず、収容部１２における冷却媒体流路１４を流れる冷却媒体の流速が二次電池１１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する導入ガイド壁１７の形状の設定に支障を来さない形状であればよい。

○ 収容部１２内に二次電池１１を固定する固定部１４ａとして、冷却媒体流路１４の壁面に凸部を設ける代わりに、固定部材を冷却媒体流路１４の壁面に取り付けてもよい。
○ 導入ガイド壁１７は、収容部１２における冷却媒体流路１４を流れる冷却媒体の流速が二次電池１１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する機能を備えていればよく、半お椀形に限定されない。

○ 導入ガイド壁１７は、収容部１２における冷却媒体流路１４を流れる冷却媒体の流速が二次電池１１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する機能を備えていればよく、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する機能はなくてもよい。この場合、各導入ガイド壁１７の形状の自由度が大きくなる。

○ 冷却媒体流入部１６に排出孔１６ａを設けずに、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してもよい。例えば、図３（ａ），（ｂ）に示すように、導入ガイド壁１７に加えて、冷却媒体供給口１５にその幅方向の両端部寄りにおける流量を抑制する抑制部材１８を設ける。

○ 冷却媒体流入部１６に排出孔１６ａを設けない構成として、冷却媒体供給口１５及び冷却媒体流入部１６の幅方向の両端部の壁面が、図３（ｃ）に示すように、ハウジング１３の内側に突出する形状にしてもよい。

○ 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），（ｃ）に示すように、ハウジング１３を、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。この場合、導入ガイド壁１９は各収容部１２に一対ずつ設けられるとともに、各導入ガイド壁１９には孔１９ａが複数形成されている。孔１９ａは、導入ガイド壁１９の先端側（収容部１２の幅方向中央側）ほど開口面積が大きくなるように形成されている。両導入ガイド壁１９の先端部の間隔及び各孔１９ａの大きさと間隔は、収容部１２に導入される冷却媒体の流量に対応して適切な値に設定される。

○ 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。この場合、排出孔１６ａは冷却媒体供給口１５から最も遠い位置に配置された収容部１２用の導入ガイド壁１７の先端部より冷却媒体供給口１５から遠い位置に形成される。

○ 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。

○ 冷却媒体を循環使用する場合は、冷却媒体流入部１６に排出孔１６ａを設けない構成の方が、冷媒循環装置の循環経路の形状が簡単になる。
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３のいずれか一項に記載の発明において、前記冷却媒体流入部の壁面には、前記冷却媒体供給口から最も遠い位置に配置された収容部用の導入ガイド壁の先端部より前記冷却媒体供給口から遠い位置に、冷却媒体供給口から冷却媒体流入部に流入した冷却媒体のうち、各導入ガイド壁に案内されて収容部に流入した残りの冷却媒体を冷却媒体流入部の外部に排出する排出孔が形成されている。

（２）請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記導入ガイド壁は各収容部に流入する冷却媒体の流量を均等にする形状に形成されている。

（３）請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１），（２）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。

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、１７，１９…導入ガイド壁。

Claims (3)

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、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、前記収容部における前記冷却媒体流路を流れる冷却媒体の流速が前記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する形状の導入ガイド壁が設けられていることを特徴とする組電池の冷却構造。
2. 前記導入ガイド壁は、半お椀形に形成されている請求項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。

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