JP2006278140A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】ホルダーケースに収納している複数の電池モジュールの温度差を少なくして、電池モジュールを均一に冷却する。
【解決手段】組電池は、複数の電池モジュール１をホルダーケース２に収納している。ホルダーケース２は、流入口４を開口している流入側プレート６と、排出口５を開口している排出側プレート７と、排出側プレート７及び流入側プレート６の第１の側縁を連結している第１プレート８と、第２の側縁を連結している第２プレート９とで収納室１０を構成し、この収納室１０の内部に、複数段、複数列に電池モジュール１を収納している。流入口４からホルダーケース２に流入される冷却風の風量は、第２プレート９側よりも第１プレート８側で多くし、排出口５からホルダーケース２の外部に排出される冷却風の風量は、第１プレート８側よりも第２プレート９側で多くなるようにしている。
【選択図】図６

Description

本発明は、素電池を直列もしくは並列に多数個連結した組電池に関し、とくに、主として自動車を走行させるモーターを駆動する電源装置に使用される組電池に関する。

電気自動車や、内燃機関とモーターの両方で走行されるハイブリッドカー等の電動車両は、走行用モーターに電力を供給する電源として、素電池を多数個接続した組電池を使用する。

この種の用途に使用される組電池は、大出力のモーターに電力を供給するために出力電圧を高くしている。このため、多数の素電池を直列に接続してこれをホルダーに収納している。たとえば、現在市販されているハイブリッドカーに搭載される組電池は、数百個の素電池を直列に接続して、出力電圧を数百Ｖと高くしている。この組電池は、５〜６個の素電池を直列に接続して電池モジュールとし、多数の電池モジュールをホルダーケースに収納している。

ハイブリッドカー等の電動車両に搭載される組電池は、自動車を急加速するときに大電流放電してモーターを加速し、また、減速するときや坂道を下るときには回生ブレーキによって大電流で充電される。このため、電池が相当に高温になることがある。また、夏期の暑い環境でも使用されるので、電池温度はさらに高温になる。したがって、多数の電池をホルダーケースに収納する組電池は、内蔵している各々の電池を効率よく、しかも均一に冷却することが大切である。冷却する電池に温度差ができると種々の弊害が発生する。たとえば、温度が高くなった電池は劣化して満充電できる実質充電容量が小さくなる。実質充電容量の低下した電池が直列接続して同じ電流で充放電されると、過充電となり、あるいは過放電になりやすくなる。満充電できる容量と完全に放電できる容量が小さくなっているからである。電池は過充電と過放電によって著しく特性が低下する。このため、実質充電容量の小さくなった電池は加速度的に劣化する。とくに、この電池の温度が高温になれば、電池の劣化はさらに大きくなる。このことから、多数の電池をホルダーケースに収納する組電池は、全ての電池を温度むらが発生しないように均一に冷却することが大切である。

このことを実現するために、種々の構造が開発されている。（特許文献１〜５参照）
特開平１１−３２９５１８号公報 特開平１１−１８０１６８号公報 特開２００１−１６７８０６号公報 特開２００１−２５６９４０号公報 特開２００２−１４１１１４号公報

特許文献１に記載される組電池は、複数の電池モジュールを所定の間隙を隔ててホルダーケースに多段に配列している。この組電池は、複数の電池モジュールを水平な姿勢で上下に多段に並べ、さらにこれを複数列に並べて、各列の間に冷却用の冷却風を強制送風して、電池モジュールを冷却している。この冷却構造は、下流側の電池モジュールの冷却効率が上流側よりも低くなる。この欠点を解消するために、ホルダーケースの最上流位置に、ダミーの電池ユニット等の乱流促進体を設けて、ホルダーケース内に導入する冷却風の流れを乱すことで上流位置における電池モジュールを効率よく冷却している。また、ホルダーケースに、冷却風通流路の途中に冷却風を取り込む補助冷却風の取り入れ口を設けて、下流側での電池の冷却効率を高める構造としている。

この組電池は、乱流により、あるいは途中に流入させる冷却風で下流側の電池モジュールの冷却効果を向上できる。しかしながら、この構造によっては、全ての電池モジュールを均一な温度に冷却することができない。とくに、多数の電池モジュールをホルダーケースに収納して、各々の電池モジュールの温度差を小さくすることはできない。

特許文献２と３の組電池は、複数の電池モジュールを直方体状に一体化して電池ブロックとして外ケースに収容している。電池ブロックは、外ケースの底面および上面に対して傾斜状態になるように配置されている。外ケースの内部には、電池ブロックにおける底面に近接した側部の全体に沿ってクロスフロー型の羽根車が回転可能に配置されており、羽根車の下方に設けられた吸気口から吸引された冷却風が、電池ブロックの上側の空間内に流入して、電池ブロックの各電池モジュールの間を通過して、各電池モジュールを冷却する。冷却風は、羽根車の遠方側における電池収容ケースの下部に設けられた排気口から排出される。

この組電池は、各々の電池モジュールの間に均一に冷却風を送風するために、供給側の送風ダクトは下流側になるに従って狭くし、また排出側の送風ダクトは反対に下流側で広くしている。この構造は、外ケースに電池モジュールを一段に収納して均一に冷却できても、外ケースに多段に電池モジュールを収納して、全ての電池モジュールを均一には冷却できない。また、全ての電池モジュールに均一に冷却風を強制送風するためには、長いシロッコファンを必要とする。とくに、一段に収納する電池モジュールの個数が多くなると、シロッコファンはさらに長くなる。シロッコファンは、運転音を静かにできる特徴はあるが、軸流ファンに比較して構造が複雑で製造コストが高く、また冷却風を強制送風する効率も低くなる欠点がある。このため、シロッコファンを駆動するモーターの消費電力が大きくなる欠点がある。

さらに、特許文献４と５の組電池は、本出願人が先に開発したものである。この組電池は、複数本の電池を棒状に接続した電池モジュールを平行に並べてホルダーケースに収納している。さらに、複数のホルダーケースを並べて外ケースに収納している。各々のホルダーケースは、収納している複数の電池モジュールを冷却するために通風口を開口している。通風口は、電池モジュールと平行な方向に延長して開口している。さらに、通風口は、電池モジュールの素電池を均一に冷却するために、ホルダーケースの端部で小さく、中央部で大きく開口している。この組電池は、細長い電池モジュールの素電池を均一に冷却できる。しかしながら、電池モジュールの冷却効率が低い欠点がある。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、ホルダーケースに収納している複数の電池モジュールの温度差を少なくして、電池モジュールを均一に冷却できる組電池を提供することにある。

本発明の組電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
組電池は、複数の素電池を連結している電池モジュール１と、複数の電池モジュール１を平行な姿勢に並べて収納しているホルダーケース２とを備える。ホルダーケース２は、収納している電池モジュール１に冷却風を送風して冷却するための流入口４と排出口５とを開口している。組電池は、流入口４からホルダーケース２に流入される冷却風で電池モジュール１を冷却し、電池モジュール１を冷却した冷却風を排出口５から排出する。ホルダーケース２は、流入口４を開口している流入側プレート６と、この流入側プレート６と対向する面に位置する、排出口５を開口している排出側プレート７と、この排出側プレート７及び流入側プレート６の第１の側縁に連結している第１プレート８と、排出側プレート７及び流入側プレート６の第２の側縁に連結している第２プレート９とを備えている。排出側プレート７と流入側プレート６と第１プレート８と第２プレート９とで電池モジュール１の収納室１０を構成し、この収納室１０の内部に、流入側プレート６から排出側プレート７の方向に離して複数段に電池モジュール１を収納して電池モジュール１の間に縦隙間１１を設けると共に、第１プレート８から第２プレート９の方向に離して複数列に電池モジュール１を収納して電池モジュール１の間に横隙間１２を設けている。流入口４は、第１プレート８側の開口面積を第２プレート９側の開口面積よりも大きくし、排出口５は、第２プレート９側の開口面積を第１プレート８側の開口面積よりも大きくしている。流入口４からホルダーケース２に流入される冷却風の風量は、第２プレート９側よりも第１プレート８側で多く、排出口５からホルダーケース２の外部に排出される冷却風の風量は、第１プレート８側よりも第２プレート９側で多くなるようにしている。組電池は、流入口４から流入される冷却風が、縦隙間１１と横隙間１２を通過して電池モジュール１を冷却すると共に、縦隙間１１を通過した冷却風を横隙間１２に分岐して流動させて、電池モジュール１を冷却する。

本発明の組電池は、電池モジュール１の縦隙間１１又は横隙間１２が不均一となるように、電池モジュール１をホルダーケース２に配置することができる。

本発明の組電池は、ホルダーケース２内に２列に電池モジュール１を収納して、第２プレート９側に配列している第２列の電池モジュール１を、排出側プレート７から流入側プレート６に接近するにしたがって、第２プレート９に接近して配列して、第１列の電池モジュール１と第２列の電池モジュール１との間の横隙間１２を流入側プレート６に接近するに従って広くすることができる。

さらに、本発明の組電池は、第１列の電池モジュール１を第１プレート８の内面と平行ないしほぼ平行に配列し、第２列の電池モジュール１を排出側プレート７から流入側プレート６に接近するにしたがって、第１プレート８から離れるように配列することができる。

本発明の組電池は、流入側プレート６が、中間と第１プレート８側とに流入口４を開口することができる。また、本発明の組電池は、排出側プレート７が、中間と第２プレート９側とに排出口５を開口することができる。

本発明の組電池は、流入側プレート６に接近する電池モジュール１を、排出側プレート７に接近する電池モジュール１よりも第２プレート９に接近するように配設することができる。

本発明の組電池は、流入側プレート６側の電池モジュール１の下流に発生する気流死領域を、排出側プレート７側に配設している電池モジュール１の第２プレート９側に接近するように配列することができる。

本発明の組電池は、複数のホルダーケース２を、流入側プレート６を同一平面に位置させると共に、排出側プレート７をも同一平面に位置させる姿勢で隣接して並べて外ケース３に収納することができる。この組電池は、外ケース３とホルダーケース２との間に流入側の送風ダクト１３と排出側の送風ダクト１４を設けて、流入側の送風ダクト１３は流入口４を介して各々のホルダーケース２の内部に連結し、排出側の送風ダクト１４は排出口５を介して各々のホルダーケース２の内部に連結することができる。この組電池は、流入側の送風ダクト１３の冷却風が流入口４を介してホルダーケース２の内部に流入され、ホルダーケース２内の冷却風が排出口５を介して排出側の送風ダクト１４に流出されるようにして、ホルダーケース２内の電池モジュール１を冷却する。

本発明の組電池は、ホルダーケースに収納している複数の電池モジュールの温度差を少なくして、電池モジュールを均一に冷却できる特長がある。それは、本発明の組電池が、流入口を開口している流入側プレートと、排出口を開口している排出側プレートと、この排出側プレート及び流入側プレートの第１の側縁に連結している第１プレートと、排出側プレート及び流入側プレートの第２の側縁に連結している第２プレートとで収納室を構成しているホルダーケースの内部に、複数段、複数列に電池モジュールを収納しており、流入口は第１プレート側の開口面積を第２プレート側の開口面積よりも大きくして、流入口からホルダーケースに流入される冷却風の風量を第２プレート側よりも第１プレート側で多くし、排出口は第２プレート側の開口面積を第１プレート側の開口面積よりも大きくして、排出口からホルダーケースの外部に排出される冷却風の風量を第１プレート側よりも第２プレート側で多くなるようにしているからである。この構造の組電池は、第１プレート側から多く流入されて、第２プレート側から多く排出される冷却風が、複数段に収納される電池モジュールの間に設けた縦隙間と、複数列に収納される電池モジュールの間に設けた横隙間を通過して電池モジュールを冷却するので、冷却風が電池モジュールの両側を流れ、冷却風と電池モジュールとの熱交換効率が高くなり、各々の電池モジュールを効率よく冷却できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための組電池を例示するものであって、本発明は組電池を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１ないし図３に示す組電池は、複数のホルダーケース２を直線状に連結して外ケース３に収納している。ホルダーケース２は、複数の電池モジュール１を収納している。電池モジュール１は、複数の素電池を直列に接続して直線状に連結したものである。各々のホルダーケース２に収納している複数の電池モジュール１は、互いに直列に接続している。ただ、ホルダーケース２の電池モジュール１は、直列と並列に接続することもできる。

図の組電池は、外ケース３とホルダーケース２との間に、ホルダーケース２に冷却風を供給する流入側の送風ダクト１３と、ホルダーケース２内の冷却風を排気する排出側の送風ダクト１４を設けている。この組電池は、冷却風を、流入側の送風ダクト１３→ホルダーケース２内→排出側の送風ダクト１４に流して、ホルダーケース２の内部を通過するときに電池モジュール１を冷却する。図２と図３の組電池は、ホルダーケース２の下方に流入側の送風ダクト１３を設け、ホルダーケース２の上方に排出側の送風ダクト１４を設けている。この組電池は、ホルダーケース２にスムーズに冷却風を流すことができる。それは、加熱されると軽くなって上昇する冷却風を、下から上に流すからである。すなわち、冷却風が自然に対流する方向に流動させるからである。ただし、組電池は、上から下に向かって冷却風を強制送風して電池モジュールを冷却することもできる。さらに、図の組電池は、排出側の送風ダクト１４に、電池モジュール１の充放電をコントロールする制御回路である電子回路１５を配設している。この組電池は、排出側の送風ダクト１４を通過する冷却風で電子回路１５を強制冷却する。

図１ないし図３に示すように、外ケース３に複数のホルダーケース２を並べて収納する組電池は、外ケース３に収納するホルダーケース２の個数を変更して、出力電圧をコントロールできる。外ケース３に収納するホルダーケース２の個数を多くして、直列に接続する電池数を多くして出力電圧を高くできるからである。ただ、本発明の組電池は、必ずしも複数のホルダーケースを連結して外ケースに収納する必要はなく、たとえば図４に示すように、ホルダーケース２を隔壁１６で複数の収納室１０に区画して、各々の収納室１０に複数列、複数段に電池モジュール１を収納することもできる。

図２と図３の組電池は、流入側の送風ダクト１３を、冷却風の流動方向に向かって次第に狭くし、反対に排出側の送風ダクト１４を冷却風の流動方向に向かって次第に幅広にしている。この組電池は、各々のホルダーケース２に、均一に冷却風を送風して、均一に冷却できる。

図１の組電池の外ケース３は、複数のホルダーケース２を並べて固定している下ケース３Ａと、ホルダーケース２の両端に固定されて、ホルダーケース２の電池モジュール１を直列に接続する金属板であるバスバー（図示せず）を内蔵しているエンドプレート１７と、下ケース３Ａのフレーム３ｂに連結される上ケース３Ｂとを備える。

下ケース３Ａは、ホルダーケース２を並べて固定するフレーム３ｂである。この下ケース３Ａは、両側に沿って凸条３ａを設けている。両側の凸条３ａにホルダーケース２の両端部が固定されて、ホルダーケース２と下ケース３Ａとの間に送風ダクトを設けている。下ケース３Ａは、凸条３ａの高さで送風ダクトの上下幅を調整できる。ホルダーケース２と下ケース３Ａとの間に流入側の送風ダクト１３を設ける組電池は、凸条３ａの高さを、冷却風の流れる方向に向かって次第に低くする。この下ケース３Ａは、冷却風が流れる方向に流入側の送風ダクト１３を狭くできる。

エンドプレート１７は、プラスチック等の絶縁材で成形されて、電池モジュール１の両端に設けている電極端子に固定されるバスバーを定位置に連結している。エンドプレート１７は、バスバーをネジ止して電池モジュール１に固定して、ホルダーケース２の定位置に固定される。

図の上ケース３Ｂは、ホルダーケース２の上面と両側を覆うカバーである。この上ケース３Ｂは、ホルダーケース２の上面を覆う天板３ｃの両側に、ホルダーケース２の両側面を覆う側壁３ｄを連結している。この上ケース３Ｂは、側壁３ｄの下端を下ケース３Ａのフレーム３ｂに連結して、下ケース３Ａに連結される。上ケース３Ｂは、天板３ｃとホルダーケース２との間に送風ダクトを設けている。この送風ダクトを排出側の送風ダクト１４とする組電池は、図３に示すように、天板３ｃとホルダーケース２との間隔を、冷却風の流れる方向に向かって次第に広くする。

ホルダーケース２は、図５に示すように、複数の電池モジュール１を平行な姿勢に並べて収納している。電池モジュール１は、複数の素電池を直列に直線状に連結している。電池モジュール１は、たとえば５〜６個の素電池を直線状に連結している。ただ、電池モジュールは、４個以下、あるいは７個以上の素電池を連結することもできる。素電池はニッケル水素電池である。ただ、素電池はリチウムイオン二次電池やニッケルカドミウム電池等の他の二次電池とすることもできる。図の電池モジュール１は、円筒型電池を直線状に連結して円柱状としているが、電池モジュールは、四角柱等の多角柱状とすることもできる。

図５に示すホルダーケース２の断面図を図６に示す。このホルダーケース２は、２列３段に電池モジュール１を収納して、６本の電池モジュール１を収納している。図７ないし図９のホルダーケース２は、２列２段に電池モジュール１を収納して、４本の電池モジュール１を収納している。

これ等の図に示すホルダーケース２は、収納している電池モジュール１に冷却風を送風して冷却するための流入口４と排出口５とを開口しており、流入口４からホルダーケース２に流入される冷却風で電池モジュール１を冷却し、電池モジュール１を冷却した冷却風を排出口５から排出する。

さらにホルダーケース２は、流入口４を開口している流入側プレート６と、この流入側プレート６と対向する面に位置する排出口５を開口している排出側プレート７と、この排出側プレート７及び流入側プレート６の第１の側縁に連結している第１プレート８と、排出側プレート７及び流入側プレート６の第２の側縁に連結している第２プレート９とを備えている。図のホルダーケース２は、下から上に冷却風を送風するので、流入側プレート６を底板とし、排出側プレート７を天板としている。また、冷却風の供給側に位置する側板、すなわち図において右側の側板を第１プレート８とし、冷却風の排出側に位置する側板、図において左側の側板を第２プレート９としている。このホルダーケース２は、底板の排出側プレート７と、天板の流入側プレート６と、右側の側板である第１プレート８と、左側の側板である第２プレート９とで電池モジュール１の収納室１０を構成して、収納室１０に電池モジュール１を収納している。収納室１０は、流入口４と排出口５とで外部に開口されるので、閉鎖されるが密閉されない空間である。
なお、図４に示すように、隔壁１６で複数の収納室１０に区画するホルダーケース２においては、各々の収納室１０を、底板の排出側プレート７と、天板の流入側プレート６と、左右に位置する隔壁１６、１６とで構成している。したがって、ひとつの収納室１０に着目した場合、冷却風の供給側に位置する隔壁、すなわち図において右側に位置する隔壁が第１プレートに相当し、冷却風の排出側に位置する隔壁、すなわち図において左側に位置する隔壁が第２プレートに相当する。

電池モジュール１は、ホルダーケース２の内部に、流入側プレート６から排出側プレート７の方向、図において上下方向に離して複数段に電池モジュール１を収納して電池モジュール１の間に、冷却風を通過させる縦隙間１１を設けている。図５と図６のホルダーケース２は、上下に離して３段に電池モジュール１を収納し、図７ないし図９のホルダーケース２は、上下に２段に電池モジュール１を収納して、電池モジュール１の間に縦隙間１１を設けている。さらに、ホルダーケース２は、第１プレート８から第２プレート９の方向に離して複数列に電池モジュール１を収納して、電池モジュール１の間に、冷却風を通過させる横隙間１２を設けている。これ等の図のホルダーケース２は、２列に電池モジュール１を収納して、電池モジュール１の間に横隙間１２を設けている。

ホルダーケース２は、各々の電池モジュール１を均一に冷却するために、図１０に示すように、流入側プレート６の中央部にのみ流入口４を開口したり、また排出側プレート７の中央部にのみ排出口５を開口しない。

ホルダーケース２は、図９に示すように、第１プレート８側にのみ流入口４を開口し、あるいは図６ないし図８に示すように、第１プレート８側と中央部との２カ所に流入口４を開口して、第１プレート８側の開口面積を第２プレート９側の開口面積よりも大きくしている。ところで、本明細書において、第１プレート側の開口面積とは、流入側プレートの中央よりも第１プレート側に開口された流入口のトータル開口面積を意味し、また、第２プレート側の開口面積とは、流入側プレートの中央よりも第２プレート側に開口された流入口のトータル開口面積を意味する。

以上の構造のホルダーケース２は、流入口４からホルダーケース２に流入される冷却風の風量が、第２プレート９側よりも第１プレート８側で多くなる。それは、流入口４の開口面積が大きくなると、ホルダーケース２に流入される冷却風の風量が多くなるからである。図９のホルダーケース２は、第１プレート８側の流入口４のみから冷却風を流入して、第２プレート９側からは流入しないので、ホルダーケース２に流入される風量は、第２プレート９側よりも第１プレート８側で多くなる。また、図６ないし図８のホルダーケース２は、中央部と第１プレート８側との両方から冷却風が流入されるが、第２プレート９側からは流入されないので、ホルダーケース２に流入される冷却風の風量は、第１プレート８側で多くなる。さらに、図示しないが、ホルダーケースは、流入側プレートの第２プレート側に第１プレート側よりも小さい流入口を開口して、風量を第２プレート側よりも第１プレート側で多くすることもできる。さらに、図示しないが、流入側プレートの中間にひとつ又は複数の流入口を開口して、冷却風の流量を第２プレート側よりも第１プレート側で多くすることもできる。

さらに、ホルダーケース２は、図９に示すように、第２プレート９側にのみ排出口５を開口し、あるいは図６ないし図８に示すように、第２プレート９側と中央部との２カ所に排出口５を開口して、第２プレート９側の開口面積を第１プレート８側の開口面積よりも大きくしている。ただし、本明細書において、第２プレート側の開口面積とは、排出側プレートの中央よりも第２プレート側に開口された排出口のトータル開口面積を意味し、また、第１プレート側の開口面積とは、排出側プレートの中央よりも第１プレート側に開口された排出口のトータル開口面積を意味する。

以上の構造のホルダーケース２は、排出口５からホルダーケース２外に排出される冷却風の風量が、第１プレート８側よりも第２プレート９側で多くなる。排出口５の開口面積が大きくなると、ホルダーケース２に排出される冷却風の風量が多くなるからである。図９のホルダーケース２は、第２プレート９側の排出口５のみから冷却風を排出して、第１プレート８側からは排出しないので、ホルダーケース２から排出される風量は、第１プレート８側よりも第２プレート９側で多くなる。また、図６ないし図８のホルダーケース２は、中央部と第２プレート９側との両方から冷却風が排出されるが、第１プレート８側からは排出されないので、ホルダーケース２から排出される冷却風の風量は、第２プレート９側で多くなる。さらに、図示しないが、ホルダーケースは、排出側プレートの第１プレート側に第２プレート側よりも小さい排出口を開口して、風量を第１プレート側よりも第２プレート側で多くすることもできる。さらに、図示しないが、排出側プレートの中間にひとつ又は複数の排出口を開口して、冷却風の流量を第１プレート側よりも第２プレート側で多くすることもできる。

本発明の組電池のホルダーケース２は、流入側プレート６の流入口４から流入される冷却風の風量を、第２プレート９側よりも第１プレート８側で多くし、また、排出側プレート７の排出口５から排出される冷却風の風量を、第１プレート８側よりも第２プレート９側で多くする。この状態でホルダーケース２に流入される冷却風は、図１０に示す従来のホルダーケース２のように、電池モジュール１の列間を素通りしない。電池モジュール１の列間である横隙間１２を素通りする冷却風は、図１０の鎖線で示す経路では冷却風が流れず、冷却風と電池モジュール１との熱交換効率が低く、冷却風で効率よく冷却できない。冷却風が電池モジュール１の表面の広い面積に沿って流動しないからである。本発明の組電池は、図６ないし図９に示すように、流入口４は第１プレート８側で多く、排出口５は第２プレート９側で多く冷却風を通過させるので、冷却風が電池モジュール１の両側を流れ、冷却風と電池モジュール１との熱交換効率が高くなって、各々の電池モジュール１を効率よく冷却できる。

とくに、図６ないし図８に示すホルダーケース２は、上段の第１プレート８側にある電池モジュール１と、下段の第２プレート９側にある電池モジュール１を高い熱交換効率で効率よく冷却できる。それは、流入側プレート６の中央部に開口している流入口４と、排出側プレート７の中央部に開口している排出口５でもって、電池モジュール１の両側にバランスよく冷却風を流動できるからである。すなわち、流入側プレート６の中央部の流入口４でもって、図の矢印Ａで示すように、流入側プレート６と第２プレート９とのコーナー部と電池モジュール１との間に流す冷却風の風量をコントロールでき、さらに、排出側プレート７の中央部の排出口５でもって、図の矢印Ｂで示すように、排出側プレート７と第１プレート８とのコーナー部と電池モジュール１との間に流す冷却風の風量をコントロールできるからである。

さらにまた、図６と図７のホルダーケース２は、流入側プレート６に接近する下段の電池モジュール１を、排出側プレート７に接近する上段の電池モジュール１よりも第２プレート９に接近するように配設している。このホルダーケース２は、電池モジュール１の下流にできる気流死領域である死水域１８の影響を少なくして、電池モジュール１を高い熱交換効率で、バランスよく冷却できる。「死水域」とは、熱交換効器でも使用されるように、冷却媒体を物体に衝突させるときに、その下流側に発生する、冷却媒体がスムーズに流動しないで淀みとなる領域である。冷却風が電池モジュールに交差するように流動するとき、電池モジュールの下流側には冷却風の淀みとなる死水域１８ができる。死水域１８は、冷却風がスムーズに流動しない領域であるから、電池モジュールの熱交換効率が低下して効率よく冷却できない。図６と図７のホルダーケース２は、流入側プレート６側に配置される下段の電池モジュール１を、排出側プレート７側に配置される上段の電池モジュール１よりも第２プレート９側にシフトして配置している。このホルダーケース２は、下段の電池モジュール１の下流に発生する死水域１８を、上段に配置される電池モジュール１の第２プレート９側に移動させる。このため、このホルダーケース２は、下段の電池モジュール１の死水域１８の影響で上段の電池モジュール１の熱交換効率が低下せず、全ての電池モジュール１を高い熱交換効率で効率よく、しかもバランスよく均一に冷却できる。

また、図６のホルダーケース２は、図において右側に配置する第１列の電池モジュール１を、第１プレート８とほぼ平行とし、左側に配置する第２列の電池モジュール１を流入側プレート６に向かって次第に第２プレート９に接近するように配置する。このホルダーケース２は、電池モジュール１の下流に発生する死水域１８の影響を排除して、全ての電池モジュール１を高い熱交換効率で均一にバランスよく冷却できる理想の配列となる。第１列と第２列の電池モジュール１は、縦隙間１１を流れる冷却風の条件が相違する。第２列の電池モジュール１が、左側を第２プレート９で閉塞しているのに対し、第１列の電池モジュール１は、左側に、第２列の電池モジュール１の縦隙間１１があるからである。左側に第２列の電池モジュール１の縦隙間１１がある第１列の電池モジュール１の縦隙間１１を通過する冷却風の流速は、図において横方向のベクトルが大きくなる。第１列の電池モジュール１の縦隙間１１を通過した冷却風が、第２列の電池モジュール１の縦隙間１１を通過するからである。このため、第１列の電池モジュール１の下流に発生する死水域１８は、その後端が第２列の縦隙間１１を向く傾向が強くなる。これに対して、第２列の電池モジュール１の縦隙間１１を通過した冷却風の流速は、縦隙間１１の左側を第２プレート９で閉塞しているので、横方向のベクトルが小さくなる。このため、第２列の電池モジュール１の下流に発生する死水域１８は、後端が排出側プレート７側である上方を向く傾向が強くなる。図６のホルダーケース２は、死水域１８の影響を少なくするために、第２列の電池モジュール１は、流入側プレート６側に向かって、すなわち下段の電池モジュール１を第２プレート９側に接近させる。死水域１８の後端が上方を向くからである。これに対して、第１列の電池モジュール１は、第１プレート８と平行に配置して死水域１８の影響を排除している。第１列の電池モジュール１の下流に発生する死水域１８は、第２列の電池モジュール１の死水域１８よりも横向きとなるために、第１プレート８と平行に配置して死水域１８の影響を排除できるからである。

このホルダーケース２は、図６の一点鎖線で示すように、第１列と第２列の電池モジュール１の中心を通過する中心線ａ、ｂが、互いに平行でなくて、下側の流入側プレート６側で広く、上側の排出側プレート７側で狭くなるように電池モジュール１を配置し、かつ第２プレート９側の電池モジュール１の中心線ｂの傾斜角を、第１プレート８側の電池モジュール１の中心線ａの傾斜角よりも大きく、正確には第２プレート９側の電池モジュール１の中心線ｂを、排出側プレート７から流入側プレート６に向かって第２プレート９に接近させる方向に傾斜することで、全ての電池モジュール１を、高い熱交換効率で均一に冷却できる特徴がある。ただし、本明細書において、中心線の傾斜角とは、中心線と第１プレートまたは第２プレートがなす角のことを意味するものとする。

図６のホルダーケース２は、第１プレート８側の電池モジュール１の中心線ａを、第１プレート８と平行としているが、この中心線ａは必ずしも第１プレートと平行とする必要はなく、たとえば、排出側プレートから流入側プレートに向かって第２プレートに接近するように傾斜させ、あるいはこの反対に傾斜させることもできる。ただし、第１プレート側の電池モジュールの中心線ａの傾斜角は、第２プレート側の電池モジュールの中心線ｂの傾斜角よりも小さくする。それは、前述したように、第１プレート側の電池モジュールの死水域と、第２プレート側の電池モジュールの死水域の方向が違うからである。

図のホルダーケース２は、上下に配設する電池モジュール１の縦隙間１１をほぼ同じとしているが、縦隙間を変更して、電池モジュールに流れる冷却風のバランスをコントロールすることもできる。たとえば、温度が高くなる傾向の電池モジュールの上下の縦隙間を広くして冷却風の風量を増加し、あるいは縦隙間を狭くして風速を速くして、電池モジュールの熱交換効率をコントロールすることができる。さらに、電池モジュールと、流入側プレート、排出側プレート、第１プレート、第２プレートとの間隔を調整して、電池モジュールとこれ等のプレートとの間を流れる冷却風の風量や流速をコントロールして、電池モジュールの熱交換効率を調整することもできる。

図６ないし図９に示すホルダーケース２は、図１０に示すホルダーケース２に比較して、電池モジュール１と冷却風との熱交換効率を高くできる。とくに、図６に示すホルダーケース２は、図１１に示すホルダーケース２に比較しても、さらに優れた熱交換効率を示し、全ての電池モジュール１を均一に冷却できる特徴がある。図１１に示すホルダーケース２は、図９に示すように、流入側プレート６の第１プレート８側に流入口４を、排出側プレート７の第２プレート９側に排出口５を開口し、かつ内部には図６と同じように２列、３段の電池モジュール１を、電池モジュール１の中心線ａ、ｂが第１プレート８と第２プレート９と平行になるように収納している。たとえば、図６に示すホルダーケース２は、図１１に示すホルダーケース２に比較して、電池モジュール１の温度差を特定の使用環境においては４０％と半分以下に低減できる極めて優れた特性を示す。この組電池は、８個のホルダーケース２を、図１ないし図３に示すように外ケース３に同一面に並べて、電池モジュール１を４８本とし、流入側の送風ダクト１３を図３に示すように次第に狭く、排出側の送風ダクト１４を次第に広くしたもので試験した結果である。

本発明の一実施例にかかる組電池の分解斜視図である。 本発明の一実施例にかかる組電池の概略斜視図である。 本発明の一実施例にかかる組電池の垂直縦断面図である。 本発明の他の実施例にかかる組電池の垂直縦断面図である。 図１に示す組電池のホルダーケースの一部断面斜視図である。 図５に示すホルダーケースの垂直横断面図である。 ホルダーケースの他の一例を示す垂直横断面図である。 ホルダーケースの他の一例を示す垂直横断面図である。 ホルダーケースの他の一例を示す垂直横断面図である。 従来のホルダーケースの一例を示す垂直横断面図である。 ホルダーケースの他の一例を示す垂直横断面図である。

符号の説明

１…電池モジュール
２…ホルダーケース
３…外ケース ３Ａ…下ケース ３Ｂ…上ケース
３ａ…凸条 ３ｂ…フレーム
３ｃ…天板 ３ｄ…側壁
４…流入口
５…排出口
６…流入側プレート
７…排出側プレート
８…第１プレート
９…第２プレート
１０…収納室
１１…縦隙間
１２…横隙間
１３…流入側の送風ダクト
１４…排出側の送風ダクト
１５…電子回路
１６…隔壁
１７…エンドプレート
１８…死水域

Claims (9)

1. 複数の素電池を連結している電池モジュール(1)と、複数の電池モジュール(1)を平行な姿勢に並べて収納しているホルダーケース(2)とを備え、ホルダーケース(2)は収納している電池モジュール(1)に冷却風を送風して冷却するための流入口(4)と排出口(5)とを開口しており、
   流入口(4)からホルダーケース(2)に流入される冷却風で電池モジュール(1)を冷却し、電池モジュール(1)を冷却した冷却風を排出口(5)から排出するようにしてなる組電池において、
   ホルダーケース(2)は、流入口(4)を開口している流入側プレート(6)と、この流入側プレート(6)と対向する面に位置する排出口(5)を開口している排出側プレート(7)と、この排出側プレート(7)及び流入側プレート(6)の第１の側縁に連結している第１プレート(8)と、排出側プレート(7)及び流入側プレート(6)の第２の側縁に連結している第２プレート(9)とを備えており、
   排出側プレート(7)と流入側プレート(6)と第１プレート(8)と第２プレート(9)とで電池モジュール(1)の収納室(10)を構成し、この収納室(10)の内部に、流入側プレート(6)から排出側プレート(7)の方向に離して複数段に電池モジュール(1)を収納して電池モジュール(1)の間に縦隙間(11)を設けると共に、第１プレート(8)から第２プレート(9)の方向に離して複数列に電池モジュール(1)を収納して電池モジュール(1)の間に横隙間(12)を設けており、
   流入口(4)は第１プレート(8)側の開口面積が第２プレート(9)側の開口面積よりも大きく、
   排出口(5)は第２プレート(9)側の開口面積が第１プレート(8)側の開口面積よりも大きく、
   流入口(4)からホルダーケース(2)に流入される冷却風の風量が、第２プレート(9)側よりも第１プレート(8)側で多く、排出口(5)からホルダーケース(2)の外部に排出される冷却風の風量が、第１プレート(8)側よりも第２プレート(9)側で多くなるようにして、
   流入口(4)から流入される冷却風が、縦隙間(11)と横隙間(12)を通過して電池モジュール(1)を冷却すると共に、縦隙間(11)を通過した冷却風を横隙間(12)に分岐して流動させて、電池モジュール(1)を冷却するようにしてなる組電池。
2. 電池モジュール(1)の縦隙間(11)又は横隙間(12)が不均一となるように、電池モジュール(1)をホルダーケース(2)に配置している請求項１に記載される組電池。
3. ホルダーケース(2)内に２列に電池モジュール(1)を収納しており、第２プレート(9)側に配列している第２列の電池モジュール(1)を、排出側プレート(7)から流入側プレート(6)に接近するにしたがって、第２プレート(9)に接近して配列して、第１列の電池モジュール(1)と第２列の電池モジュール(1)との間の横隙間(12)を流入側プレート(6)に接近するに従って広くしている請求項２に記載される組電池。
4. 第１列の電池モジュール(1)を第１プレート(8)の内面と平行ないしほぼ平行に配列し、第２列の電池モジュール(1)は、排出側プレート(7)から流入側プレート(6)に接近するにしたがって、第２プレート(9)から離れるように配列している請求項３に記載される組電池。
5. 流入側プレート(6)が、中間と第１プレート(8)側とに流入口(4)を開口している請求項１に記載される組電池。
6. 排出側プレート(7)が、中間と第２プレート(9)側とに排出口(5)を開口している請求項１又は５に記載される組電池。
7. 流入側プレート(6)に接近する電池モジュール(1)を、排出側プレート(7)に接近する電池モジュール(1)よりも第２プレート(9)に接近するように配設している請求項１に記載される組電池。
8. 流入側プレート(6)側の電池モジュール(1)の下流に発生する気流死領域を、排出側プレート(7)側に配設している電池モジュール(1)の第２プレート(9)側に接近するように配列している請求項１に記載される組電池。
9. 複数のホルダーケース(2)が、流入側プレート(6)を同一平面に位置させると共に、排出側プレート(7)をも同一平面に位置させる姿勢で隣接して並べられて外ケース(3)に収納され、外ケース(3)とホルダーケース(2)との間に流入側の送風ダクト(13)と排出側の送風ダクト(14)を設けており、流入側の送風ダクト(13)は流入口(4)を介して各々のホルダーケース(2)の内部に連結され、排出側の送風ダクト(14)は排出口(5)を介して各々のホルダーケース(2)の内部に連結され、流入側の送風ダクト(13)の冷却風が流入口(4)を介してホルダーケース(2)の内部に流入され、ホルダーケース(2)内の冷却風が排出口(5)を介して排出側の送風ダクト(14)に流出されるようにして、ホルダーケース(2)内の電池モジュール(1)を冷却するようにしてなる請求項１に記載される組電池。
   

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