JP2013502688A - 新規な冷却構造を有しているバッテリパック - Google Patents

Abstract

本発明は、充電及び放電可能な複数のバッテリセル又はユニットモジュール（‘ユニットセル’）を有しているバッテリパックであって、パックケースに取り付けられているバッテリパックにおいて、ユニットセルが、冷却剤を流通させるための間隙距離がバッテリモジュールを構成するためのユニットセル同士の間に設けられた状態において、ユニットセルが基準面に対して並列して連続的にスタックされている方向（Ｚ方向）にスタックされており、複数のバッテリモジュールが、バッテリモジュール同士の間における冷却剤の流れがバッテリモジュール群を構成するために制限されている状態において、冷却剤が冷却剤入口ポートを通じて導入される冷却剤導入方向に関する平面上において水平方向（Ｘ方向）に配置されており、パックケースが、冷却剤入口ポートからバッテリモジュール群に至るまで延在している一方の流れ空間（‘冷却剤導入部分’）と、バッテリモジュール群から冷却剤出口ポートに至るまで延在している他方の流れ空間（‘冷却剤排出部分’）とを備えており、冷却剤導入部分と冷却剤排出部分との間に形成されている冷却剤流通チャネルが、冷却剤導入部分を通じて導入される冷却剤が、平面上において垂直方向（Ｙ方向）にバッテリモジュールを通過する際にバッテリモジュールを冷却し、冷却剤排出部分を通じて排出される構造を有しているように構成されていることを特徴とするバッテリパックに関する。

Description

本発明は、充電及び放電可能な複数のバッテリセル又はユニットモジュール（‘ユニットセル’）を有しているバッテリパックであって、パックケースに取り付けられているバッテリパックにおいて、ユニットセルが、冷却剤を流通させるための間隙距離がバッテリモジュールを構成するためのユニットセル同士の間に設けられた状態において、ユニットセルが基準面に対して並列して連続的にスタックされている方向（Ｚ方向）にスタックされており、複数のバッテリモジュールが、バッテリモジュール同士の間における冷却剤の流れがバッテリモジュール群を構成するために制限されている状態において、冷却剤が冷却剤入口ポートを通じて導入される冷却剤導入方向に関する平面上において水平方向（Ｘ方向）に配置されており、パックケースが、冷却剤入口ポートからバッテリモジュール群に至るまで延在している一方の流れ空間（‘冷却剤導入部分’）と、バッテリモジュール群から冷却剤出口ポートに至るまで延在している他方の流れ空間（‘冷却剤排出部分’）とを備えており、冷却剤導入部分と冷却剤排出部分との間に形成されている冷却剤流通チャネルが、冷却剤導入部分を通じて導入される冷却剤が、平面上において垂直方向（Ｙ方向）にバッテリモジュールを通過する際にバッテリモジュールを冷却し、冷却剤排出部分を通じて排出される構造を有しているように構成されているバッテリパックに関する。

近年、充電及び放電可能な二次バッテリは、無線式モバイル装置のためのエネルギ源として広く利用されている。また、二次バッテリは、化石燃料を利用しているガソリン車両及びディーゼル車両が発生させる、例えば空気汚染のような問題を解決するために開発されている電気車両（ＥＶ）及びハイブリッド式電気車両（ＨＥＶ）のための電源として顕著に注目を浴びている。

小型のモバイル装置は、モバイル装置それぞれのための１つ又は幾つかのバッテリセルを利用する。一方、例えば車両のような中型又は大型の装置は、互いに対して電気的に接続されている複数のバッテリセルを有している中型又は大型のモジュールを利用する。中型又は大型の装置のためには、高電圧大容量であることが必要とされるからである。

中型又は大型のバッテリモジュールは、可能な限り小型且つ軽量となるように製造されることが望ましい。このために、高集積度を以ってスタックされていると共に単位容量当たりの重量が小さい、プリズムバッテリやポーチ状バッテリが、通常、中型又は大型のバッテリモジュールとして利用されている。特に、現在、アルミニウム製ラミネートシートをシース部材として利用するポーチ状バッテリには多大な関心が寄せられている。ポーチ状バッテリが軽量であり、ポーチ状バッテリの製造コストが低く、ポーチ状バッテリの形状は容易に変更可能であるからである。

中型又は大型のバッテリモジュールが、所定の器具又は装置に必要な電力及び容量を提供するために、中型又は大型のバッテリモジュールが、複数のバッテリセルが互いに直列に電気的に接続されていると共にバッテリセルが外力に対して安定している、構造を有しているように構成されている必要がある。

また、中型又は大型のバッテリモジュールを構成しているバッテリセルは、充電及び放電可能な二次バッテリである。結論として、二次バッテリを充電及び放電している際には、大量の熱が、高出力大容量の二次バッテリから発生する。ユニットセルを充電及び放電している際にユニットセルから発生する熱が効率的に除去されないと、熱がユニットセルそれぞれに蓄積され、その結果として、ユニットセルの劣化が加速する。環境次第では、ユニットセルが発火又は爆発する場合がある。このために、高出力大容量のバッテリである車両のためのバッテリパックには、冷却システムがバッテリパック内に取り付けられたバッテリセルを冷却するために必要とされる。

一方、従来技術に基づくバッテリパックは、複数のバッテリセルが所定の方向すなわち横方向にスタックされていることによって、バッテリセルがスタックされた方向に配置されている構造を有しているように構成されている。バッテリパックは、略直方体状に形成されており、これにより車両のトランク内に又は車両のシート下方の空間内に適切に据付可能とされる。

しかしながら、従来技術に基づくバッテリパックの構造が略直方体状に形成されているので、バッテリパックが車両の下側部分に据え付けられる場合には、そのようなバッテリパックの据付は困難である。

従って、バッテリパックを据え付けるための空間が車両の下側部分に位置する場合であっても容易に据付可能なバッテリパックであって、バッテリパックの内部温度を一様に維持するための冷却構造を有しているバッテリパックに対するニーズは大きい。

従って、本発明は、上述の課題、及び未解決の他の課題を解決するものである。

中型又は大型のバッテリパックケースについて様々な広範囲に亘る及び集中的な研究の成果として、本発明では、バッテリパックが略直方体状の構造を有しているように形成されている場合には、バッテリパックを車両の下側部分に据付可能であるので、据付の利便性が向上すると共に車両の内部空間を大きくすることができる。

また、本発明では、冷却剤導入部分と冷却剤排出部分との間に形成されている冷却剤流通チャネルが、冷却剤導入部分を通じて導入された冷却剤が、垂直方向（Ｙ方向）において平面上でバッテリモジュールを通過する際にバッテリモジュールを冷却する構造であって、冷却剤が冷却剤排出部分を通じて排出される構造を有しているように構成されている場合には、バッテリセル同士の間に形成されている冷却剤流通チャネル内を流れている冷却剤を一様に分布させることができる。これにより、バッテリセル同士の間に蓄積した熱を効率的に除去することができ、バッテリセルの性能及び耐用寿命を著しく向上させることができる。本発明は、上述の事項に基づいて構成されている。

ＫＲ１０−２００５−００７０７２７Ａ ＫＲ１０−２００５−０００７６４８Ａ ＫＲ１０−０４５６３４９Ｂ１ ＫＲ１０−２００１−００５９１２３Ａ

本発明の一の実施態様において、上述の目的及び他の目的が、充電及び放電可能な複数のバッテリセル又はユニットモジュール（‘ユニットセル’）を有しているバッテリパックであって、パックケースに取り付けられているバッテリパックにおいて、ユニットセルが、冷却剤を流通させるための間隙距離がバッテリモジュールを構成するためのユニットセル同士の間に設けられた状態において、ユニットセルが基準面に対して並列して連続的にスタックされている方向（Ｚ方向）にスタックされており、複数のバッテリモジュールが、バッテリモジュール同士の間における冷却剤の流れがバッテリモジュール群を構成するために制限されている状態において、冷却剤が冷却剤入口ポートを通じて導入される冷却剤導入方向に関する平面上において水平方向（Ｘ方向）に配置されており、パックケースが、冷却剤入口ポートからバッテリモジュール群に至るまで延在している一方の流れ空間（‘冷却剤導入部分’）と、バッテリモジュール群から冷却剤出口ポートに至るまで延在している他方の流れ空間（‘冷却剤排出部分’）とを備えており、冷却剤導入部分と冷却剤排出部分との間に形成されている冷却剤流通チャネルが、冷却剤導入部分を通じて導入される冷却剤が、平面上において垂直方向（Ｙ方向）にバッテリモジュールを通過する際にバッテリモジュールを冷却し、冷却剤排出部分を通じて排出される構造を有しているように構成されているバッテリパックによって達成される。

すなわち、本発明におけるバッテリパックでは、従来技術に基づくバッテリパックの構造とは異なり、ユニットセルが、冷却剤を流通させるための間隙距離がバッテリモジュールを構成するためのユニットセル同士の間に設けられた状態において、ユニットセルが基準面に対して並列して連続的にスタックされている方向（Ｚ方向）にスタックされている。冷却剤が、冷却剤導入部分の最も外側の部分に一様に導入されないが、ユニットセルの温度偏差は比較的低い。

また、複数のバッテリモジュールが、バッテリモジュール同士の間における冷却剤の流れがバッテリモジュール群を構成するために制限されている状態において、冷却剤が冷却剤入口ポートを通じて導入される冷却剤導入方向に関する平面上において水平方向（Ｘ方向）に配置されている。結果として、板状構造を有しているバッテリパックを構成することができるので、車両の下側部分にバッテリパックを据え付け可能となり、これにより車両の内部空間を大きくすることができる。

さらに、冷却剤導入部分と冷却剤排出部分との間に形成されている冷却剤流通チャネルが、冷却剤導入部分を通じて導入される冷却剤が、平面上において垂直方向（Ｙ方向）にバッテリモジュールを通過する際にバッテリモジュールを冷却し、冷却剤排出部分を通じて排出される構造を有しているように構成されている。結果として、バッテリセル（バッテリセル又はユニットモジュール）同士の間に形成されている冷却剤流通チャネル内において流れる冷却剤を一様に分配することができる。結果として、冷却剤が一様に流通することによって、バッテリセルの充電及び放電の際に発生する熱を効率的に除去することができるので、ユニットセルの冷却効率を向上させ、ユニットセルの性能を向上させることができる。

本明細書に記載されている方向は、冷却剤が冷却剤入口ポートを通じて導入される冷却剤導入方向に基づいて規定されていることに留意すべきである。例えば、平面上における水平方向はＸ方向であり、平面上における垂直方向はＹ方向であると解釈される。また、バッテリセルが基準面に対して並列して連続的にスタックされている方向はＺ方向であると解釈される。

本発明におけるバッテリパックを構成しているバッテリモジュールそれぞれが、複数の高密度のユニットセルをスタックすることによって製造される。バッテリモジュールそれぞれが、ユニットセルの充電及び放電の際に発生する熱を除去するために隣り合うユニットセルが互いから所定距離で離隔している状態において、ユニットセルが基準面に対して並列して連続的にスタックされている方向（Ｚ方向）においてスタックされている構造を有しているように構成されている。例えば、バッテリセルは、バッテリセルが付加的な部材を利用することなく互いから所定距離で離隔しているように連続的にスタックされている。一方、機械的強度が低いバッテリセルについては、１つ以上のバッテリセルが、所定の取付部材に取り付けられており、複数の取付部材が、バッテリモジュールを構成するようにスタックされている。本発明では、バッテリモジュールを‘ユニットモジュール’と呼称している。

複数のユニットモジュールがバッテリモジュールを構成するようにスタックされている場合には、冷却剤流通チャネルが、スタックされているバッテリセル同士の間に蓄積している熱を効率的に除去するために、バッテリセル同士の間に、及び／又はユニットモジュール同士の間に形成されている。

本明細書で利用されている‘バッテリモジュール（battery module）’との用語は、高出力及び大容量を実現するために複数の充電及び放電可能なバッテリセル又はユニットセルが互いに対して機械的に結合されていると共に電気的に接続されている構造を有しているように構成されているバッテリシステムを意味する。従って、バッテリモジュール自体が装置全体又は大型装置の一部分を構成している。例えば、多数の小型バッテリモジュールが、大型バッテリモジュールを構成するために互いに対して接続されているか、又はそれぞれが少数の小型バッテリモジュールを含んでいる複数のユニットモジュールが、互いに対して接続されている場合がある。

上記において、ユニットセル同士の間に形成されている、冷却剤を流通させるための間隙距離が、例えば各ユニットセルの大きさ、冷却剤の単位時間当たりの流量、及び冷却剤導入部分の大きさのような、様々な要因に基づいて設定される。間隙距離は、例えば各ユニットセルの厚さの０．１倍〜１倍である。

また、ユニットモジュールそれぞれが、様々な構造を有しているように構成されている。好ましい実施例については、本明細書において以下に説明する。

ユニットモジュールそれぞれが、それぞれ自身の上側端部及び下側端部に形成されている電極端子を有している板状のバッテリセルが互いに対して直列に接続されている、構造を有しているように構成されている。ユニットモジュールそれぞれが、複数のバッテリセルと、バッテリセルがスタックされるように屈曲されているバッテリセルの電極端子に接続している接続部分と、高強度を有しているセルカバーであって、電極端子を除いてバッテリセルそれぞれの外側を覆うために互いに対して結合されるように構成されているセルカバーとを含んでいる。

板状のバッテリセルそれぞれが、小さな厚さと比較的大きな幅及び長さを有しているので、バッテリセルがバッテリモジュールを構成するためにスタックされる場合に、バッテリモジュール全体の大きさを最小限度に抑えることができる。好ましい実施例では、バッテリセルそれぞれが、電極端子組立体が、樹脂層及び金属層を含む積層シートから形成された、バッテリケース内に取り付けられている構造を有しているように構成されている二次電池である。電極端子は、バッテリケースの上側端部及び下側端部から突出している。具体的には、電極端子組立体は、アルミニウム製積層シートから形成されたポーチ状のケース内に取り付けられている。上述の構成を有している二次電池は、ポーチ状バッテリセルと呼称される場合がある。

複数のバッテリセルが、ユニットモジュールを構成するために、合成樹脂又は金属材料から作られた高強度のセルカバーによって覆われている場合がある。高強度のセルカバーは、バッテリセルの密封された部分同士の分離を防止するために、機械的強度が低いバッテリセルを保護し、バッテリセルの充填及び放電の際における膨張及び収縮による振動を制限する。結果として、安全性が高い中型又は大型のバッテリモジュールを製造することができる。

バッテリセルは、各ユニットモジュールにおいて、又は隣り合うユニットモジュールにおいて、互いに対して直列及び／又は並列に接続されている。好ましい実施例では、バッテリセルが、バッテリセルの電極端子が互いに隣り合って連続しているように、長手方向において直列に配置されており、バッテリセルの隣り合う電極端子が、互いに対して結合されており、複数のバッテリセルが、互いに重なり合っており、所定数量の重なり合ったバッテリセルが、複数のユニットモジュールを製造するために、セルカバーによって覆われている。

様々な方法、例えば溶着、半田付けや機械式固定を利用することによって、電極端子同士は結合可能とされる。好ましくは、溶着によって電極端子同士が結合されている。

バッテリパックが、バッテリパックの幅（垂直方向の幅）がバッテリパックの高さの２倍以上である構造を有しているように構成されている。結果として、板状の構造を有しているバッテリパックを製造することができるので、バッテリパックを小さな高さ及び比較的大きな幅を有している空間内に、例えば車両の下側の空間内に容易に据え付けることができる。

冷却剤入口ポート及び冷却剤出口ポートは、バッテリセルの充電及び放電それぞれの際にバッテリセルから発生する熱を効率的に除去するための冷却剤が導入及び排出される場合に通過する部分である。好ましい実施例では、冷却剤入口ポート及び冷却剤出口ポートは、パックケースの同一側面又は互いに反対側の側面に配置されている。すなわち、冷却剤入口ポート及び冷却剤出口ポートは、バッテリパックが据え付けられている車両の据付空間に基づいて、パックケースの同一側面又は互いに反対側の側面に配置されている。

他の好ましい実施例では、冷却剤入口ポート及び冷却剤出口ポートは、車両の据付空間に基づいて、平面上において水平方向（Ｘ方向）に対称又は非対称に形成されている。

好ましくは、バッテリモジュール群の一方の側面に面している冷却剤導入部分の一方の側面の内側が、冷却剤導入部分の一方の側面の内側とバッテリモジュール群の一方の側面との間の距離が冷却剤入口ポートの反対側の端部に向かうに従って小さくなっている構造を有しているように構成されている。

冷却剤導入部分の一方の側面の内側が、冷却剤導入部分の一方の側面の内側とバッテリモジュール群の一方の側面との間の距離が冷却剤入口ポートの反対側の端部に向かうに従って連続的に又は非連続的に小さくなっている構造を有しているように構成されている。ここで、‘非連続的に小さくなっている（the discontinuous decrease）’との表現は、略０°の傾斜を有している領域がバッテリモジュール群の一方の側面に隣り合っている冷却剤導入部分の一方の側面の内側の所定領域に形成されていることを意味する。例えば、バッテリモジュール群の一方の側面に対して０°の傾斜を有している領域は、冷却剤導入部分の一方の側面の内側とバッテリモジュール群の一方の側面との間に部分的に形成されている。

冷却剤導入部分の一方の側面の内側とバッテリモジュール群の一方の側面との間の距離が冷却剤入口ポートの反対側の端部に向かうに従って連続的に又は非連続的に小さくなっている構造は、様々に変更される場合がある。

好ましい実施例では、冷却剤導入部分の一方の側面の内側が、冷却剤導入部分の一方の側面の内側とバッテリモジュール群の一方の側面との間の距離が冷却剤入口ポートの反対側の端部に向かうに従ってステップ状に小さくなっているように構成されている。このような構成では、例えば電子部品のような構成部品が、冷却剤流通チャネルが貫通していないバッテリパックの内部空間内に効率的に据付可能とされる。

他の好ましい実施例では、冷却剤導入部分の一方の側面の内側が、複数の連続する傾斜面を備えている構造を有しているように構成されている。

具体的には、冷却剤導入部分の一方の側面の内側の傾斜面が、冷却剤入口ポートの反対側の端部を始端とする第１の傾斜面と、第１の傾斜面と冷却剤入口ポートとの間に設けられた第２の傾斜面とを備えており、第２の傾斜面の傾斜が、第１の傾斜面の傾斜より大きい。

状況次第ではあるが、バッテリモジュール群が、平面上において冷却剤導入部分から両側に配置されている（左側バッテリモジュール群と右側バッテリモジュール群とから成る）バッテリモジュール群であり、冷却剤流通チャネルが、冷却剤が左側バッテリモジュール群及び右側バッテリモジュール群の内部に導入されるように、平面上において水平方向Ｗ（Ｘ方向）に分岐している。

また、バッテリパックは、複数のバッテリモジュールが、バッテリパックの所望の容量に基づいて、平面上において垂直方向（Ｙ方向）に配置されているように構成されている。

上述の構造の一例では、バッテリモジュールそれぞれに対応する冷却剤流通チャネルが互いに連通している状態において、バッテリモジュールが連続的に配置されている。結論として、冷却剤が冷却剤流通チャネルを貫通して流通する方向は湾曲していないので、冷却剤はバッテリモジュールを効率的に冷却することができる。

冷却剤導入部分の構造は、冷却剤導入部分がバッテリモジュールの冷却効率を改善する限り特に制限されない。例えば、複数の冷却剤導入部分が平面上において垂直方向（Ｙ方向）に形成されている。結論として、冷却効率が、単一の冷却剤導入部分を有している冷却構造と比較してさらに改善可能とされる。

上述の構造では、冷却剤導入部分の冷却剤流通チャネルが、冷却剤入口ポートから分岐している。結論として、冷却導入部分それぞれを通じてバッテリモジュールを一様に冷却することができる。

他の実施例では、冷却剤導入部分が、平面上において垂直方向（Ｙ方向）に配置されているバッテリモジュールそれぞれに形成されている。結論として、バッテリモジュールの冷却効率を最大限に高めることができる。

状況次第ではあるが、電子部品が、冷却剤導入部分の一方の側面の内側の傾斜している構造体によって形成されているパックケースの内部空間内に据え付けられている。結論として、パックケースの内部空間を最大限に利用することができる。

バッテリセルそれぞれは、バッテリセルそれぞれが充電及び放電可能である限り特に制限されない。例えば、バッテリセルは、正極と負極と隔離板と密封された容器内に収容されている電解質とを有している二次電池とされ、これにより二次電池が充電及び放電可能とされる場合がある。本発明では、好ましい単位電池は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池、又はニッケル水素二次電池である。

上述のように、バッテリセルは互いから離隔しているので、冷却剤はバッテリセル同士の間に形成された間隙を通じて流通している。状況次第ではあるが、単位電池は、冷却剤が効率的に流通可能な間隔又は配置を有しているように構成されている。冷却剤は、バッテリセルから発生した熱を除去するために、このような間隔が空いている部分（間隙）を通じて流通する。

本発明では、冷却剤は、冷却剤がバッテリセルを冷却可能な液体である限り特に制限されない。冷却剤が空気又は水とされる場合がある。好ましくは、冷却剤が例えばファンのような付加的な装置によって供給され、本発明におけるバッテリパックの冷却剤入口ポート内に導入される。しかしながら、冷却剤を流通させるための手段は、ファンに限定される訳ではない。

本発明における他の実施態様では、上述の構造を有しているバッテリパックを電源として含んでいる車両が提供される。

車両は、高出力及び大容量を実現するために複数のバッテリセルを含んでいる電気車両、ハイブリッド式電気車両、又はプラグイン方式ハイブリッド式電気車両とされるので、バッテリセルの充電及び放電の際に発生する高温の熱が深刻な安全注意事項となる。

本発明のさらなる実施態様では、上述の構造を有しているバッテリパックが取り付けられている車両が提供される。

具体的には、車両は、以下の構造を有しているバッテリパックを電源として含んでいる。バッテリパックは、複数の六面体状のバッテリモジュールの数量が、車両内におけるバッテリパックを据え付けるための空間の所定領域に対応しており、バッテリモジュールが、冷却剤流通チャネルがバッテリモジュール同士の間に形成されているようにバッテリモジュール同士が互いから離隔している状態において、平面上において水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）に配置されており、パックケースが、車両内におけるバッテリパックを据え付けるための空間に対応している形状に形成されており、バッテリモジュールが、パックケースの内部空間に対応するように配置されており、バッテリモジュールから発生する熱を除去するための冷却剤が、パックケースの少なくとも一方の側面を通じて導入され、平面上において垂直方向（Ｙ方向）にバッテリモジュールを通過し、平面上において水平方向（Ｘ方向）に流れ、パックケースの他方の側面を通じて排出される、構造を有しているように構成されている。

結論として、冷却効率が高いバッテリパックを車両の下側部分に取り付け可能となるので、車両の内部空間を最大限に利用することができ、高い安全性を確保することができる。

本発明における上述の及び他の目的及び特徴、並びに他の利点は、添付図面を参照しつつ、以下の説明から明確に理解することができる。

本発明の一の実施例におけるバッテリパックの平面図である。 図１に表わすバッテリパックの前面図である。 図１に表わすバッテリモジュール群の斜視図である。 本発明における実施例に基づくバッテリパックの平面図である。 本発明における実施例に基づくバッテリパックの平面図である。 本発明における実施例に基づくバッテリパックの平面図である。 本発明における実施例に基づくバッテリパックの平面図である。 本発明における実施例に基づくバッテリパックの平面図である。 図８に表わすバッテリパックの斜視図である。

本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して詳述する。しかしながら、本発明の技術的範囲が図示の実施例に限定される訳ではないことに留意すべきである。

図１は、本発明に基づく一の実施例におけるバッテリパックの平面図である。図２は、図１に表わすバッテリモジュールの前面図である。図３は、図１に表わすバッテリモジュール群の斜視図である。図３では、理解を容易にするために、バッテリモジュール群が基準面（ground）に対して直立している。

図１〜図３を参照すると、バッテリパック１００は、バッテリモジュール群３０，４０とパックケース７０とを含んでいる。バッテリモジュール群３０，４０は、水平方向Ｗ（Ｘ方向）において、冷却剤が冷却剤入口ポート２０を通じて導入される冷却剤導入方向に関連する平面上に配置されている。バックパックケース７０は、一方の流れ空間（flow space）、すなわち冷却剤入口ポート２０からバッテリモジュール群３０，４０に至るまで延在している冷却剤導入部分５０と、他方の流れ空間、すなわちバッテリモジュール群３０，４０から冷却剤出口ポート２２に至るまで延在している冷却剤排出部分６０と、を有している。

具体的には、１６個のバッテリモジュール１０は、冷却剤の流れが制限された状態において、水平方向Ｗ（Ｘ方向）に関して冷却剤導入部分５０の両側に且つ平面上に、左側バッテリモジュール群３０及び右側バッテリモジュール群４０を構成している。冷却剤流通チャネルは、平面上において冷却剤導入部分５０から水平方向Ｗ（Ｘ方向）に分岐しているので、冷却剤が、左側バッテリモジュール群３０及び右側バッテリモジュール群４０に導入される。

また、左側バッテリモジュール群３０及び右側バッテリモジュール群４０それぞれが、冷却剤流通チャネル同士が互いに連通している状態において、バッテリモジュール１０が垂直方向Ｌ（Ｙ方向）において対になって平面上に連続的に配置されているように構成されている。

結論として、バッテリパック１００が、バッテリパック１００の幅Ｌがバッテリパック１００の高さＨの２倍以上であるように概略的に構成されている。

冷却剤導入部分５０と冷却剤排出部分６０との間に配設された冷却剤流通チャネルは、冷却剤導入部分５０を通じて導入される冷却剤が、平面上において垂直方向Ｌ（Ｙ方向）にバッテリモジュール１０を通じて流れている際にバッテリモジュール１０を冷却し、冷却剤排出部分６０を通じて排出される構造を有しているように構成されている。冷却剤導入部分５０の冷却剤流通チャネルが、冷却剤入口ポート２０から分岐しているので、冷却剤導入部分５０は、平面上において垂直方向Ｌ（Ｙ方向）に配置されているバッテリモジュール１０に関連して形成されている。

冷却剤入口ポート２０と冷却剤出口ポート２２とが、パックケース７０の互いに対して反対側に配置されている。冷却剤入口ポート２０と冷却剤出口ポート２２とが、平面上において水平方向Ｗ（Ｘ方向）に対称に形成されている。

冷却剤導入部分５０の一方の側面の内側が、左側バッテリモジュール群３０及び右側バッテリモジュール群４０それぞれの一方の側面に面しており、冷却剤導入部分５０の一方の側面の内側と左側バッテリモジュール群３０及び右側バッテリモジュール群４０それぞれの一方の側面との間の距離ｄが冷却剤入口ポート２０の反対側の端部に向かうに従って小さくなっている構造を有しているように構成されている。

バッテリモジュール１０それぞれが、ユニットセル１２が方向Ｈ（Ｚ方向）にスタックされた構造を有しているように構成されている。方向Ｈ（Ｚ方向）では、冷却剤を流通させるための間隔距離Ｄがユニットセル１２同士の間に存在する状態において、ユニットセル１２が基準面に対して並列に且つ連続的にスタックされている。

すなわち、ユニットセル１２同士の間の間隔距離は、冷却剤流通チャネルが延在している方向に対して平行である。冷却剤が、平面上且つ水平方向Ｗ（Ｘ方向）において最も外側のバッテリモジュール１１に一様に導入されないが、少なくとも１つのバッテリモジュール１０内のユニットセル１２では、温度偏差が一様である。

図４〜図８は、本発明の様々な実施例におけるバッテリパックを表わす平面図である。

図４では、バッテリパック１０１が、２つの冷却剤導入部分５２，５３が平面上において垂直方向Ｌ（Ｙ方向）に形成されている構造を有しているように構成されている。冷却剤は、冷却剤導入部分５２，５３から、冷却剤導入部分５２，５３の両側（左側及び右側）に配置されているバッテリモジュール群内部に導入される。

一般に、冷却剤導入部分５２，５３は、平面上において垂直方向Ｌ（Ｙ方向）にバッテリモジュール１０に関連して形成されており、バッテリパックの中央領域に配置されている冷却剤排出部分が、互いに隣り合っている。

図５に表わすバッテリパック１０２では、冷却剤導入部分５４の一方の側面の内側が、２つの連続する傾斜面を含んでいる。冷却剤導入部分の一方の側面の内側における傾斜面は、冷却剤入口ポート２１の反対側の端部を始端とする第１の傾斜面５６ａと、第１の傾斜面５６ａと冷却剤入口ポート２１との間に形成された第２の傾斜面５６ｂとを含んでおり、第２の傾斜面５６ｂの傾斜が、第１の傾斜面５６ａの傾斜より大きい。

また、電子部品８０が、冷却剤導入部分５４の一方の側面の内側における傾斜した構造体によって形成された、パックケース７２の内部空間に据え付けられている。結果として、バッテリパックが占有する空間を小さくすることができる。

図６に表わすバッテリパック１０３では、冷却剤導入部分５５の一方の側面の内側が、冷却剤導入部分５５の一方の側面の内側とバッテリモジュール群３２の一方の側面との間の距離が冷却剤入口ポート２２の反対側の端部に向かうに従って階段状パターン３４で小さくなっているように構成されている。バッテリパック１０３は、上述の構造を除けば、図４に表わすバッテリパック１０１と同一である。

図７に表わすバッテリパック１０４では、冷却剤入口ポート２３と冷却剤出口ポート２４とが、平面上において水平方向Ｗ（Ｘ方向）に非対称に形成されている。すなわち、冷却剤導入ポート５７は、冷却剤が冷却剤導入部分５７を通じて特定のバッテリモジュール群のみに供給されるように分岐されていない。

図８は、本発明のさらなる実施例におけるバッテリパックの平面図である。図９は、図８に表わすバッテリパックの斜視図である。

図８及び図９では、冷却剤入口ポート２５と冷却剤出口ポート２６とが、パックケース７４の同一側面に配置されている。すなわち、冷却剤排出部分６８内において冷却剤が流れる方向は、冷却剤導入部分５８内において冷却剤が流れる方向の反対方向であるので、冷却剤導入部分５８から導入される冷却剤がバッテリモジュール１００を通過し、矢印が示す方向に移動することができる。

従って、上述のように、本発明におけるバッテリパックは、バッテリモジュールが碁盤目状に配置されていると共に、バッテリモジュールが冷却剤流通チャネルを形成するように各配置に沿って対になって接続されているので、バッテリパックの大きさに基づいてバッテリモジュールの数量を多様に変更可能な構造を有しているように構成されている。若しくは、バッテリモジュールから成る列が、別個に且つ容易に冷却剤流通チャネルを形成するように構成されている。

本発明の好ましい実施例を図解するために開示しているが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲及び技術的思想から逸脱することなく、様々な改良、追加、及び置換が可能であることを理解することができる。

上述の説明から明らかなように、本発明におけるバッテリパックは、バッテリパックの幅がバッテリパックの高さより大きい板状構造体を有しているように構成されている。従って、車両の低い部分にバッテリパックを据え付けることができる。結論として、車両の内部空間が大きくなるので、バッテリパックを車両内に据え付ける際における利便性が向上する。

また、冷却剤導入部分と冷却剤排出部分との間に配設された冷却剤流通チャネルが、冷却剤導入部分から導入された冷却剤が、平面上において垂直方向（Ｙ方向）にバッテリモジュールを通過する際に当該バッテリモジュールを冷却し、冷却剤排出部分を通じて排出されるように構成されている。結論として、バッテリセル同士の間に形成された冷却剤流通チャネル内を流れている冷却剤を一様に分布させることができるので、バッテリセル同士の間に蓄積している熱を効率的に除去し、バッテリセルの性能及び耐用寿命を著しく向上させることができる。

１０ バッテリモジュール
１２ ユニットセル
２０ 冷却剤入口ポート
２１ 冷却剤入口ポート
２２ 冷却剤出口ポート
２３ 冷却剤入口ポート
２４ 冷却剤出口ポート
２５ 冷却剤入口ポート
２６ 冷却剤出口ポート
３０ 左側バッテリモジュール群
３２ バッテリモジュール群
３４ 階段状パターン
４０ 右側バッテリモジュール群
５０ 冷却剤導入部分
５２ 冷却剤導入部分
５３ 冷却剤導入部分
５４ 冷却剤導入部分
５５ 冷却剤導入部分
５６ａ 第１の傾斜面
５６ｂ 第２の傾斜面
５７ 冷却剤導入部分
５８ 冷却剤導入部分
６０ 冷却剤排出部分
７０ バックケース
７２ パックケース
７４ パックケース
８０ 電子部品
１００ バッテリパック
１０１ バッテリパック
１０２ バッテリパック
１０３ バッテリパック
１０４ バッテリパック
Ｗ 水平方向（Ｘ方向）
Ｌ 垂直方向（Ｙ方向）
Ｈ スタックされている方向（Ｚ方向）

Claims (20)

1. 充電及び放電可能な複数のバッテリセル又はユニットモジュール（‘ユニットセル’）を有しているバッテリパックであって、パックケースに取り付けられている前記バッテリパックにおいて、
   前記ユニットセルが、冷却剤を流通させるための間隙距離がバッテリモジュールを構成するための前記ユニットセル同士の間に設けられた状態において、前記ユニットセルが基準面に対して並列して連続的にスタックされている方向（Ｚ方向）にスタックされており、
   複数の前記バッテリモジュールが、バッテリモジュール同士の間における冷却剤の流れがバッテリモジュール群を構成するために制限されている状態において、冷却剤が冷却剤入口ポートを通じて導入される冷却剤導入方向に関する平面上において水平方向（Ｘ方向）に配置されており、
   前記パックケースが、前記冷却剤入口ポートから前記バッテリモジュール群に至るまで延在している一方の流れ空間（‘冷却剤導入部分’）と、前記バッテリモジュール群から冷却剤出口ポートに至るまで延在している他方の流れ空間（‘冷却剤排出部分’）とを備えており、
   前記冷却剤導入部分と前記冷却剤排出部分との間に形成されている冷却剤流通チャネルが、前記冷却剤導入部分を通じて導入される冷却剤が、平面上において垂直方向（Ｙ方向）に前記バッテリモジュールを通過する際に前記バッテリモジュールを冷却し、前記冷却剤排出部分を通じて排出される構造を有しているように構成されていることを特徴とするバッテリパック。
2. 前記バッテリパックが、前記バッテリパックの幅（垂直方向の幅）が前記バッテリパックの高さの２倍以上である構造を有しているように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
3. 前記冷却剤入口ポートと前記冷却剤出口ポートとが、前記パックケースの同一側面又は互いに反対側の側面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
4. 前記冷却剤入口ポートと前記冷却剤出口ポートとが、平面上において前記水平方向（Ｘ方向）に対称又は非対称に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
5. 前記バッテリモジュール群の一方の側面に面している前記冷却剤導入部分の一方の側面の内側が、前記冷却剤導入部分の一方の側面の内側と前記バッテリモジュール群の一方の側面との間の距離が前記冷却剤入口ポートの反対側の端部に向かうに従って小さくなっている構造を有しているように構成されている請求項１に記載のバッテリパック。
6. 前記冷却剤導入部分の一方の側面の内側が、前記冷却剤導入部分の一方の側面の内側と前記バッテリモジュール群の一方の側面との間の距離が前記冷却剤入口ポートの反対側の端部に向かうに従って階段状に小さくなっている構造を有しているように構成されている請求項５に記載のバッテリパック。
7. 前記冷却剤導入部分の一方の側面の内側が、複数の連続する傾斜面を備えている構造を有しているように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のバッテリパック。
8. 前記冷却剤導入部分の一方の側面の内側の傾斜面が、前記冷却剤入口ポートの反対側の端部を始端とする第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面と前記冷却剤入口ポートとの間に設けられた第２の傾斜面とを備えており、
   前記第２の傾斜面の傾斜が、前記第１の傾斜面の傾斜より大きいことを特徴とする請求項７に記載のバッテリパック。
9. 前記バッテリモジュール群が、平面上において前記冷却剤導入部分から両側に配置されている（左側バッテリモジュール群と右側バッテリモジュール群とから成る）バッテリモジュール群であり、
   前記冷却剤流通チャネルが、冷却剤が前記左側バッテリモジュール群及び前記右側バッテリモジュール群の内部に導入されるように、平面上において前記水平方向Ｗ（前記Ｘ方向）に分岐していることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
10. 複数の前記バッテリモジュールが、平面上において垂直方向（Ｙ方向）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
11. 前記バッテリモジュールが、前記バッテリモジュールそれぞれに対応する前記冷却剤流通チャネルが互いに連通している状態において、連続的に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリパック。
12. 複数の前記冷却剤導入部分が、平面上において垂直方向（Ｙ方向）に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリパック。
13. 前記冷却剤導入部分の前記冷却剤流通チャネルが、前記冷却剤入口ポートから分岐していることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリパック。
14. 前記冷却剤導入部分が、平面上において前記垂直方向（前記Ｙ方向）に配置されている前記バッテリモジュールそれぞれに形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリパック。
15. 電子部品が、前記冷却剤導入部分の一方の側面の内側の傾斜している構造体によって形成されている前記パックケースの内部空間内に据え付けられていることを特徴とする請求項５に記載のバッテリパック。
16. 前記バッテリセルそれぞれが、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池、又はニッケル水素二次電池であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
17. 前記冷却剤が空気であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載のバッテリパックを電源として備えていることを特徴とする車両。
19. 前記車両が、電気車両、ハイブリッド式電気車両、又はプラグイン方式ハイブリッド式電気車両であることを特徴とする請求項１８に記載の車両。
20. バッテリパックを電源として備えている車両において、
    前記バッテリパックが、
    複数の六面体状のバッテリモジュールの数量が、前記車両内における前記バッテリパックを据え付けるための空間の所定領域に対応しており、前記バッテリモジュールが、冷却剤流通チャネルが前記バッテリモジュール同士の間に形成されているように前記バッテリモジュール同士が互いから離隔している状態において、平面上において水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）に配置されており、
    パックケースが、前記車両内における前記バッテリパックを据え付けるための空間に対応している形状に形成されており、前記バッテリモジュールが、前記パックケースの内部空間に対応するように配置されており、
    前記バッテリモジュールから発生する熱を除去するための冷却剤が、前記パックケースの少なくとも一方の側面を通じて導入され、平面上において前記垂直方向（前記Ｙ方向）に前記バッテリモジュールを通過し、平面上において前記水平方向（前記Ｘ方向）に流れ、前記パックケースの他方の側面を通じて排出される、構造を有しているように構成されていることを特徴とする車両。

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