JP4366100B2 - 電池パック - Google Patents

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の二次電池から成る電池組立体における各二次電池の温度を所定温度に安定的にかつ均一に制御できるようにした電池パックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、複数の二次電池から成る電池組立体において、充放電に伴う発熱で二次電池温度が上昇し、電池出力や充放電効率や電池寿命が低下するのを防止するため、複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路を介して並列配置し、冷却媒体通路に向けて冷却媒体を送給する冷却媒体送給手段を設けたものは知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、電池組立体の６側面の内の４側面を断熱材で断熱し、残りの２側面を冷却するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
また、複数の二次電池を、その周面に接触して熱的に結合された状態で収容する容器を設けるとともに、容器の外周を断熱材で覆い、容器の壁面に配設されて容器に伝達された熱を外部に放出するヒートパイプを備えたものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６７８０３号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平７−１９２７７４号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開２００１−７６７７１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に開示されたような構成では、二次電池間の冷却媒体通路に冷却媒体を流通させて二次電池を冷却するようにしているので、各二次電池を比較的効率的にかつ均一に冷却することができるが、それでも周囲から日光等による輻射熱や車両の排気管からの噴射熱を受けたり、環境温度の影響を大きく受けるため、均一にかつ安定的に所定温度に維持するのが難しく、熱効率も良くないという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に開示されたような構成では、電池組立体の４側面を断熱材で覆い、２側面からのみ冷却するようにしているので、外部からの熱影響を受け難いが、冷却能力が小さくかつ均一に冷却することができず、電池温度が特に中央部で上昇し、電池寿命に悪影響を与えるという問題がある。
【００１０】
また、特許文献３に開示されたような構成では、断熱材で覆われた容器内に収容した二次電池の熱をヒートパイプによって容器の外部に放熱するようにしているので、同じく外部からの熱影響を受け難いが、全ての二次電池を効果的に冷却するだけの冷却性能をヒートパイプのみで確保しようとすると、多数のヒートパイプや多量の集熱部材が必要になって空間効率が悪くなるとともにコスト高になり、かつそれでも二次電池の各部分を均等に冷却するのは困難であるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、複数の二次電池から成る電池組立体における各二次電池の温度を所定温度に安定的にかつ均一に制御できる電池パックを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池パックは、複数の二次電池をそれらの間に熱媒体を通す熱媒体通路をあけて並列配置した電池組立体と、熱媒体通路に向けて熱媒体を送給、排出する送給通路及び排出通路を電池組立体との間にあけて電池組立体の周囲の略全面を覆う断熱材から成る断熱カバーと、送給通路に熱媒体を送給する送給手段と、熱媒体を加熱する加熱手段及び熱媒体を冷却する冷却手段を有する加熱・冷却手段とを備え、送給手段及び加熱・冷却手段を電池組立体の一側部に配置して断熱カバー内に収容し、送給手段の吐出側を送給通路に加熱・冷却手段を介して接続するか又は送給手段の吸込側を排出通路に加熱・冷却手段を介して接続し、送給通路又は排出通路と送給手段を接続するダクトの外面に水吸収シートを配設したものである。本発明によれば、二次電池間の熱媒体通路に熱媒体を流通させることで各二次電池が略全面で熱交換され、温度制御を効率的かつ均一に行うことができ、かつその電池組立体及び熱媒体通路と排出通路を断熱カバーで覆っているため、外部への熱の逃出を防止できるとともに外部からの輻射熱や環境雰囲気からの熱伝達も防止できて高い熱効率が得られ、環境条件に左右されることなく、電池組立体の全体を所定温度に効率的にかつ均一に制御することができ、温度上昇及び温度ばらつきを低減して電池寿命を向上することができる。
また、必要に応じて電池組立体を加熱または冷却することができ、電池出力を安定して得ることができるとともに、電池寿命を向上することができる。
さらに、熱媒体を閉サイクルで循環させて温度調整する温度調整機能を内蔵した電池パックが構成され、電池組立体を外部の環境条件に左右されずに一層安定的に所定温度に維持できるとともに取扱いの容易な電池パックが得られ、また電池パックの全体が断熱カバーで覆われているので、外部への騒音を低減することができる。
さらに、ダクト内に冷たい熱媒体を流通させた時にその外面に例え結露しても、その結露水が滴下して制御部などに悪影響を与えるのを防止できる。
【００１３】
また、断熱カバーの外面に金属箔からなる表皮を設けると、表皮で熱線が反射されるので、内部の熱の外部への逃出及び外部からの輻射熱や伝熱による入熱を一層防止できるので、より熱効率良く温度制御することができる。
【００１５】
また、冷却手段は、冷却媒体を流通させて熱媒体を冷却する熱交換器から成ると、車両等で用いられている冷却媒体を利用して、熱効率良く熱媒体を冷却して低温の熱媒体を得ることができる。
【００１６】
また、加熱手段は、熱媒体を加熱するＰＴＣヒータやペルチェ素子から成ると、容易に高温の熱媒体を得ることができる。
【００１７】
また、排出通路と送給通路の出入口部に、熱媒体の流動方向に開放可能に閉鎖位置に向けて常時付勢された弁部材を設けると、熱媒体が送給されている間は流量を確保でき、運転停止時には排出通路と送給通路の出入口が閉鎖されることで、温度調整された熱媒体が断熱カバーにて外部に対して断熱された状態で閉じ込められるので、電池組立体の温度が外部からの熱影響を受けて高温になったり、過冷却されるのを防止でき、電池寿命を向上できるとともに低温下での出力低下を抑制することができる。また、二次電池から流出した水素ガスやアルカリミストが排出通路と送給通路の外部に流出するのを抑制でき、周囲の機器に悪影響を与えるのを防止できる。
【００１８】
また、弁部材にて閉鎖された断熱カバー内の空間の上端部に、ガス逃がし通路を設けると、断熱カバー内の空間の水素ガスを安全に外部に排出させて水素ガス濃度が高くなるのを防止でき、上記効果を奏しながら安全性を確保できる。
【００１９】
また、二次電池の充放電制御部を電池組立体の一側部に配置し、断熱カバー内に収容すると、充放電制御部も一体的に内蔵された電池パックが構成され、安全性が高く、取扱いの容易な電池パックが得られる。
【００２０】
また、断熱カバーで囲まれた内部空間における充放電制御部近傍の上方部に上方に膨出する膨出空間を設け、この膨出空間の上端部を外部に開放する開放口を設けると、電池組立体から流出した水素ガスなどの軽いガスが膨出空間に溜まって開放口から放出されるので、充放電制御部にガスが流れて点火したり、悪影響を与えたりする恐れを無くして、安全性を確保できる。
【００２２】
また、冷却手段で発生した結露水を断熱カバー外に排出するドレン通路を設けると、結露水を円滑に外部に排出でき、熱媒体を閉サイクルで循環させる内部空間の雰囲気を良好に保つことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の電池パックの第１の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
【００２５】
図１〜図４において、１は、ハイブリッド車を含む電気自動車用の駆動電源としての電池パックで、１０〜３０個の扁平な角形の二次電池２を、その長側面間に熱媒体通路３をあけて並列配置し、並列方向の両端に配設した一対の端板４で挟持し、拘束部材（図示せず）にて一体的に固定して構成された電池組立体５を内蔵している。各二次電池２は、長側面の長手方向に複数の単電池（図示せず）を並列配置するとともに単電池同士を直列接続し、両端に外部との接続端子２ａが突設された電池モジュールとして構成され、電池組立体５はこれらの二次電池２の両端の接続端子２ａをバス・バー（図示せず）にて順次直列に接続することで所定の出力電圧を得ている。
【００２６】
電池組立体５は、二次電池２の長手方向両端部を下部ケース６にて支持した状態で、下部ケース６と上部ケース７にて覆われた収容空間８内に収容配置されている。電池組立体５の上面と上部ケース７の間には熱媒体を熱媒体通路３に送給する送給通路９が形成され、電池組立体５の下面と下部ケース６の間には熱媒体を熱媒体通路３から排出される排出通路１０が形成されている。また、下部ケース６と上部ケース７の外面にはそれぞれ、発泡合成樹脂製の断熱材から成る下部断熱カバー１１と上部断熱カバー１２が装着されている。また、これら断熱カバー１１、１２の外面にはアルミ箔などの金属箔表皮が装着されている。
【００２７】
上部ケース７及び下部ケース６は、電池組立体５の配置部の一側方に延出されており、各二次電池２に対する充放電を制御する制御部ユニット１３と熱媒体を送給する送給手段１４と熱媒体を加熱又は冷却する加熱・冷却手段１５が収容配置されている。なお、下部ケース６の一側方への延出部には、電池組立体５の下部の排出通路１０に接続された排出通路１０ａが形成され、下部ケース６の端部で上面に排出口１０ｂが開口されている。
【００２８】
送給手段１４は、ファン１４ａと、排出口１０ｂとファン１４ａの吸入側を接続する吸入ダクト１４ｂと、送給通路９とファン１４ａの吐出側を接続する送給ダクト１４ｃを備えており、加熱・冷却手段１５はファン１４ａの吐出口と送給ダクト１４ｃとの間に配設されている。
【００２９】
加熱・冷却手段１５は、図５に示すように、車両の冷却水を導入循環させて熱媒体を冷却する熱交換器１６と、結露水を捕集して排出する保護ネット１７と、ＰＴＣヒータ、ペルチェ素子などを用いた加熱手段１８にて構成されている。１６ａは熱交換器１６に対して冷却水を給排する給排管、１７ａは保護ネット１７で捕集された結露水を外部に排出するドレイン通路である。
【００３０】
また、上部ケース７には、制御部ユニット１３の近傍上方部分に上方に膨出する膨出空間１９が形成され、かつその上端部を外部に開放する比較的小さな開口面積の開放口２０が形成され、上部断熱カバー１２には膨出空間部１９が嵌入するとともに開放口２０を外部に連通させる開口１９ａが形成されている。
【００３１】
以上の構成によれば、加熱・冷却手段１５にて所定温度に温度調整した熱媒体を送給手段１４にて送給通路９を介して電池組立体５における二次電池２、２間の熱媒体通路３に流通させ、排出通路１０を介して送給手段１４に還流させて循環させると、各二次電池２の略全面で熱媒体と熱交換されるので、電池組立体５の全体をコンパクトで安価な構成にて格段に効率的に所定温度に制御できる。かくして、電池組立体５をその温度状態に応じて加熱または冷却することにより、電池出力を安定して得ることができるとともに、電池寿命を向上することができる。
【００３２】
しかも、その電池組立体５、送給通路９、及び排出通路１０を配置した収容空間８を断熱カバー１１、１２で覆っているため、収容空間８と外部との間の熱伝達を抑制でき、さらに断熱カバー１１、１２の外面に金属箔からなる表皮を設けて熱線を反射させるようにしているので、外部への熱の逃出を防止できるとともに外部からの輻射熱や環境雰囲気からの熱伝達を効果的に防止できて高い熱効率が得られる。したがって、環境条件に左右されることなく、電池組立体５の全体を所定温度に効率的にかつ均一に制御することができ、温度上昇及び温度ばらつきを低減して電池寿命を向上することができる。
【００３３】
また、加熱・冷却手段１５の冷却手段として、車両等で用いられている冷却媒体を流通させて熱媒体を冷却する熱交換器１６を適用しているので、車両等で用いられている冷却媒体を利用して、熱効率良く熱媒体を冷却して低温の熱媒体を得ることができる。
【００３４】
また、制御部ユニット１３を電池組立体５の一側部に配置し、断熱カバー１１、１２で覆われた収容空間８内に収容しているので、制御部ユニット１３の温度も所定温度に制御できてその作動安定性を確保できるとともに、制御部ユニット１３が一体的に内蔵された電池パック１が構成され、安全性が高く、取扱いの容易な電池パック１が得られる。その際に、制御部ユニット１３の近傍の上方部に上方に膨出する膨出空間１９を設け、この膨出空間１９の上端部を開放口２０にて外部に開放しているので、閉鎖された同一の収容空間８内に電池組立体５と制御部ユニット１３を配置しても、電池組立体５から流出した水素ガスなどの軽いガスは膨出空間１９に溜まって開放口２０から外部に放出されるので、制御部ユニット１３にガスが流れて点火したり、悪影響を与えたりする恐れを無くして、安全性を確保できる。
【００３５】
さらに、閉鎖された同一の収容空間８内に加熱・冷却手段１５も収容配置し、送給手段１４の吐出側を加熱・冷却手段１５を介して送給通路９に接続しているので、熱媒体を閉サイクルで循環させて温度調整する温度調整機能を内蔵した電池パック１が構成され、電池組立体５を外部の環境条件に左右されずに一層安定的に所定温度に維持できるとともに、取扱いの容易な電池パックが得られる。また、電池パック１の全体が断熱カバー１１、１２で覆われているので、外部への騒音を低減することができる。また、その際に冷却手段としての熱交換器１６で発生した結露水を保護ネット１７で捕集してドレイン通路１７ａにて収容空間８外に排出するようにしているので、結露水を円滑に外部に排出でき、熱媒体を閉サイクルで循環させる収容空間８の雰囲気を良好に保つことができる。
【００３６】
以上の説明では、送給ダクト１４ｃが合成樹脂製又は金属製のダクトから成るものを例示したが、この電池パック１を高温多湿環境に長期間放置した後作動を開始した場合、収容空間８の雰囲気がそれよりもかなり高温多湿になっているため、送給ダクト１４ｃには冷却された熱媒体が流通すると送給ダクト１４ｃの外面に結露し、その結露水が制御部ユニット１３上に滴下して悪影響を与える恐れかある。そこで、図６（ａ）に示すように、送給ダクト１４ｃの外面に高分子吸収シート２１を貼付けておくのが好適である。また、図６（ｂ）に示すように、送給ダクト１４ｃを断熱材２２にて構成しても良い。また、吸入ダクト１４ｂが制御部ユニット１３上に配設される場合には、この吸入ダクト１４ｂに同様の手段を講ずるのが好適である。
【００３７】
また、上記の説明では、送給手段の吐出側を送給通路に加熱・冷却手段を介して接続した例を示したが、送給手段の吸込側を排出通路に加熱・冷却手段を介して接続しても良い。
【００３８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の電池パックの第２の実施形態について、図７を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明では、先行する実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００３９】
上記第１の実施形態では、断熱カバー１１、１２で覆われた収容空間８内に、送給手段１４及び加熱・冷却手段１５も収容配置した例を示したが、本実施形態では下部ケース６及び上部ケース７にて形成された収容空間８内に、電池組立体５と制御部ユニット１３を配設し、送給手段１４及び加熱・冷却手段１５は外部に配設している。また、下部ケース６と電池組立体５の下面の間に送給空間９を、上部ケース７と電池組立体５の上面の間に排出空間１０を形成し、電池組立体５の熱媒体通路３を下から上に向けて熱媒体が流通するように構成している。２３は、収容空間８の下部に設けられた熱媒体の導入口であり、下部ケース６の延出部に形成された送給通路９ａを介して送給通路９に接続されている。２４は収容空間８の上部に設けられた熱交換後の熱媒体の排出口であり、排出管２５が接続されている。
【００４０】
以上の構成によれば、送給手段１４及び加熱・冷却手段１５を電池パック１の外部に配設しているので、その分コンパクトな構成となり、設置スペースの自由度が高く、また車両等に搭載されている別の送給手段や熱媒体供給手段を利用することができる。
【００４１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の電池パックの第３の実施形態について、図８を参照して説明する。
【００４２】
本実施形態では、上記第２の実施形態の導入口２３及び排出口２４を、収容空間８の電池組立体５の長手方向と平行な側面に形成している。また、収容空間８の上部に導入口２３を、下部に排出口２４を形成し、第１の実施形態と同様に電池組立体５の上部に送給通路９を、下部に排出通路１０を配設し、熱媒体通路３に上方から下方に熱媒体を流すように構成されている。
【００４３】
本実施形態の電池パック１は、電池パック１の長手方向の寸法に制限がある場合に好適に適用できる。
【００４４】
（第４の実施形態）
次に、本発明の電池パックの第４の実施形態について、図９を参照して説明する。
【００４５】
本実施形態では、下部ケース６と上部ケース７にて形成され、断熱カバー１１、１２で覆われた収容空間８内に、電池組立体５を配設し、送給通路９の入口の導入口２３と排出通路１０の出口の排出口２４に弁部材２６を配設している。この弁部材２６は、実線で示すように熱媒体を流通させると、熱媒体の流動方向に開放可能で、かつ常時は仮想線で示すように閉鎖位置に向けて付勢されるように構成されている。また、上部ケース７の上端部の適所に、上部断熱カバー１２を貫通して外部に開放される開口２７を形成するとともに、その内部に連続気泡を有するスポンジ等など、ガスを外部に逃がすことができるガス逃がし通路形成部材２８を配置している。
【００４６】
以上の構成によれば、弁部材２６を設けたことにより、熱媒体が送給されている間は流量を確保でき、運転停止時には送給通路９と排出通路１０の出入口が閉鎖されることで、温度調整された熱媒体が断熱カバー１１、１２にて外部に対して断熱された状態で閉じ込められるので、電池組立体５の温度が外部からの熱影響を受けて高温になったり、過冷却されるのを防止でき、電池寿命を向上できるとともに低温下での出力低下を抑制することができる。また、電池組立体５の任意の二次電池２から流出した水素ガスやアルカリミストが排出通路１０と送給通路９の外部に流出するのを抑制でき、周囲の機器に悪影響を与えるのを防止できる。また、ガス逃がし通路形成部材２８から収容空間８内の水素ガスが安全に外部に排出されるので、水素ガス濃度が高くなるのを防止でき、上記効果を奏しながら安全性を確保することができる。
【００４７】
なお、本実施形態の弁部材２６やガス逃がし通路形成部材２８の配置構成は、本実施形態に限らず第１〜第３の実施形態にも適用することができ、適用することで同様の作用効果を奏することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の電池パックによれば、複数の二次電池から成る電池組立体の各二次電池間の熱媒体通路に熱媒体を流通させることで各二次電池が略全面で熱交換されてその温度制御を効率的かつ均一に行うことができ、かつ電池組立体の周囲を断熱カバーで覆っているため、外部への熱の逃出を防止できるとともに外部からの輻射熱や環境雰囲気からの熱伝達も防止できて高い熱効率が得られ、環境条件に左右されることなく、電池組立体の全体を所定温度に効率的にかつ均一に制御することができ、温度上昇及び温度ばらつきを低減して電池寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池パックの第１の実施形態の縦断正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視縦断面図である。
【図３】同実施形態の断熱カバーを除去した状態の透視斜視図である。
【図４】同実施形態の分解斜視図である。
【図５】同実施形態における送給手段と加熱・冷却手段の斜視図である。
【図６】同実施形態の送給ダクトの変形例を示し、（ａ）は第１の変形例の断面図、（ｂ）は第２の変形例の断面図である。
【図７】本発明の電池パックの第２の実施形態の縦断正面図である。
【図８】本発明の電池パックの第３の実施形態の要部の斜視図である。
【図９】本発明の電池パックの第４の実施形態の縦断正面図である。
【符号の説明】
１ 電池パック
２ 二次電池
３ 熱媒体通路
５ 電池組立体
６ 下部ケース
７ 上部ケース
９ 送給通路
１０ 排出通路
１１ 下部断熱カバー
１２ 上部断熱カバー
１３ 制御部ユニット（充放電制御部）
１４ 送給手段
１４ｂ 吸入ダクト
１４ｃ 送給ダクト
１５ 加熱・冷却手段
１６ 熱交換器（冷却手段）
１７ａ ドレイン通路
１８ 加熱手段
１９ 膨出空間
２０ 開放口
２１ 高分子吸収シート
２２ 断熱材
２６ 弁部材
２８ ガス逃がし通路形成部材

Claims (9)

  1. 複数の二次電池をそれらの間に熱媒体を通す熱媒体通路をあけて並列配置した電池組立体と、熱媒体通路に向けて熱媒体を送給・排出する送給通路及び排出通路を電池組立体との間にあけて電池組立体の周囲の略全面を覆う断熱材から成る断熱カバーと、送給通路に熱媒体を送給する送給手段と、熱媒体を加熱する加熱手段及び熱媒体を冷却する冷却手段を有する加熱・冷却手段とを備え、
    送給手段及び加熱・冷却手段を電池組立体の一側部に配置して断熱カバー内に収容し、送給手段の吐出側を送給通路に加熱・冷却手段を介して接続するか又は送給手段の吸込側を排出通路に加熱・冷却手段を介して接続し、
    送給通路又は排出通路と送給手段を接続するダクトの外面に水吸収シートを配設したことを特徴とする電池パック。
  2. 断熱カバーの外面に金属箔からなる表皮を設けたことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
  3. 冷却手段は、冷却媒体を流通させて熱媒体を冷却する熱交換器から成ることを特徴とする請求項１又は２記載の電池パック。
  4. 加熱手段は、熱媒体を加熱するＰＴＣヒータやペルチェ素子から成ることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電池パック。
  5. 排出通路と送給通路の出入口部に、熱媒体の流動方向に開放可能に閉鎖位置に向けて常時付勢された弁部材を設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電池パック。
  6. 弁部材にて閉鎖された断熱カバー内の空間の上端部に、ガス逃がし通路を設けたことを特徴とする請求項５記載の電池パック。
  7. 二次電池の充放電制御部を電池組立体の一側部に配置し、断熱カバー内に収容したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の電池パック。
  8. 断熱カバーで囲まれた内部空間における充放電制御部近傍の上方部に上方に膨出する膨出空間を設け、この膨出空間の上端部を外部に開放する開放口を設けたことを特徴とする請求項７記載の電池パック。
  9. 冷却手段で発生した結露水を断熱カバー外に排出するドレン通路を設けたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の電池パック。
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