JP2012028228A - 電池冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの冷却時に流通する冷却流体の流通抵抗を低減し、冷却性能の向上を図る電池パックを提供する。
【解決手段】電池冷却装置１は、積層配置されるとともに通電可能に接続される複数個の電池セル２と、複数個の電池セル２を収容するケース１０と、ケース１０内の流体が上方に向けて流通するように電池セル２間に上方に延びて形成されるセル間通路２３と、を備える。電池セル２は、ケース１０内で下方に位置する下端部２ｄが、セル間通路の入口部２３１の通路断面積を拡大するように流線形状に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の積層した電池セルの集合体を有し、各電池セルを周囲に流通する冷却流体により冷却する電池冷却装置に関する。

従来の電池冷却装置は、例えば、複数の電池セルを積層して組み合わせ、電池セル間に冷媒を通すための冷媒通路を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。当該従来の電池パックを構成する各電池セルは、直方体の側面にレール状の複数の凸部と当該凸部に隣接する凹部とを備えた構造である。

電池パックには、各電池セルに形成された凸部同士が接触し、隣接する凹部によって電池セル間に延びるトンネル状の冷媒通路が形成されている。したがって、冷媒通路は、電池セル間に凸部の幅寸法と同じ寸法の間隔をあけて複数個形成されることになる（特許文献１の図３参照）。電池パックは、両端に配した板と両端の板間に架け渡したバンドとによって両端の電池セルを積層方向に拘束する構成となっている。

特開平１０−１０６６３７号公報

しかしながら、上記従来技術においては、冷媒が各電池セル間を流通するときには、電池セル積層体の周囲の広い空間から狭い冷媒通路のそれぞれに流入するため、冷媒の流通抵抗は各冷媒通路に流入する際に急激に大きくなってしまうという問題がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、電池セルの冷却時に流通する冷却流体の流通抵抗を低減し、冷却性能の向上を図る電池冷却装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１の電池冷却装置に係る発明は、積層配置されるとともに通電可能に接続される複数個の電池セル（２）と、複数個の電池セルを収容するケース（１０）と、ケース内の流体が上方に向けて流通するように電池セル間に上方に延びて形成される流体通路（２３）と、を備え、電池セルは、流体通路の入口部（２３１）の通路断面積を拡大するように、ケース内で下方に位置する上流側端部（２ｄ）が流線形状または先細り状に形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、電池セルの当該上流側端部が流線形状または先細り状に形成されていることにより、電池セルの当該形状の外表面によって流体通路の入口部が下流に向けて徐々に狭くなる。これにより、電池セルの周囲空間から電池セル間の流体通路に至る過程で通路断面積が急激に変化することを抑制できるので、流体が電池セル周囲から電池セル間の流体通路に流入する際に、流体が受ける抵抗の急激な変化を低減できる。したがって、電池セルの冷却時に流通する流体の流通抵抗を低減し、電池の冷却性能向上を図ることができる。

請求項２は、請求項１に記載の電池冷却装置において、ケースには、流体が外部から流入する流入口（１３）とケース内の流体が外部へ流出する流出口（１４）とが形成されており、流入口は電池セルの上流側端部（２ｄ）よりも低い位置で開口し、流出口は流体通路の出口部（２３２）よりも高い位置に開口していることを特徴とする。

この発明によれば、ケース内への流体の流入口が電池セルの上流側端部よりも低い位置にあるため、流体は自然対流の作用によって流体通路を上方に流動することになる。したがって、自然対流による熱伝達の促進が図れ、電池冷却の効果をさらに高めることができる。

請求項３は、請求項１に記載の電池冷却装置において、請求項２に記載の電池冷却装置において、流入口（１３）及び流出口（１４）をそれぞれ開閉する開閉装置（１５，１６）を備え、当該開閉装置は、電池セルの温度またはケース内の雰囲気温度が予め設定された設定温度以下であるときには、流入口及び流出口を閉鎖することを特徴とする。

この発明によれば、電池セルの温度が低い場合には、開閉装置の閉作動により、ケース内部に対する流体の出入りを強制的に遮断するため、流体通路を流下する流体の流れを抑制して、電池温度が低下する速度を遅くすることができ、電池性能の過度な低下を防止できる。

請求項４の電池冷却装置に係る発明は、積層配置されるとともに通電可能に接続される複数個の電池セル（２）と、複数個の電池セルを収容するケース（１０）と、ケース内の流体が上方に向けて流通するように電池セル間に上方に延びて形成される流体通路（２３Ａ）と、電池セルの下端部を覆い、電池セル間に流体通路を形成するように電池セルに組み立てられる通路形成部材（１９）と、を備え、電池セルの下端部を覆う通路形成部材の上流側端部（１９１）は、ケース内で下方に位置し、流体通路の入口部（２３１Ａ）の通路断面積を拡大するように流線形状または先細り状に形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、通路形成部材の当該上流側端部が流線形状または先細り状に形成されていることにより、通路形成部材の当該形状の外表面によって流体通路の入口部が下流に向けて徐々に狭くなる。これにより、電池セルの周囲空間から流体通路に至る過程で通路断面積が急激に変化することを抑制できるので、流体が電池セル周囲から電池セル間の流体通路に流入する際に、流体が受ける抵抗の急激な変化を低減できる。したがって、電池セルの冷却時に流通する流体の流通抵抗を低減し、電池の冷却性能向上を図ることができる。

請求項５は、請求項４に記載の電池冷却装置において、ケースには、流体が外部から流入する流入口（１３）とケース内の流体が外部へ流出する流出口（１４）とが形成されており、流入口は通路形成部材の上流側端部よりも低い位置で開口し、流出口は流体通路の出口部（２３２Ａ）よりも高い位置に開口していることを特徴とする。

この発明によれば、ケース内への流体の流入口が通路形成部材の上流側端部よりも低い位置にあるため、流体は自然対流の作用によって流体通路を上方に流動することになる。したがって、自然対流による熱伝達の促進が図れ、電池冷却の効果をさらに高めることができる。

請求項６は、請求項５に記載の電池冷却装置において、流入口（１３）及び流出口（１４）をそれぞれ開閉する開閉装置（１５，１６）を備え、開閉装置は、電池セルの温度またはケース内の雰囲気温度が予め設定された設定温度以下であるときには、流入口及び流出口を閉鎖することを特徴とする。

この発明によれば、電池セルの温度が低い場合には、開閉装置の閉作動により、ケース内部に対する流体の出入りを強制的に遮断するため、流体通路を流下する流体の流れを抑制して、電池温度が低下する速度を遅くすることができ、電池性能の過度な低下を防止できる。

上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明を適用した第１実施形態の電池冷却装置の構造を示す模式図である。 第１実施形態の電池冷却装置において、電池セルの下端部を支持する構造を示す部分斜視図である。 本発明を適用した第２実施形態の電池冷却装置の構造を示す模式図である。 図３の電池パックをＩＶ方向に見たときの部分矢視図である。 図４の電池セルをＶ方向に見た矢視図である。 本発明を適用した第３実施形態の電池冷却装置の構造を示す模式図である。 図６の電池パックをＶＩＩ方向に見たときの部分矢視図である。 図７の電池セルをＶＩＩＩ方向に見た矢視図である。 第３実施形態における通路形成部材の構造を示す斜視図である。 本発明を適用した第４実施形態の電池冷却装置の構造を示す模式図である。 図１０の電池パックをＸＩ方向に見たときの部分矢視図である。 本発明を適用した第５実施形態の電池冷却装置の構造を示す模式図である。 図１２の電池パックをＸＩＩＩ方向に見たときの部分矢視図である。 図１３の電池セルをＸＩＶ方向に見た矢視図である。 本発明を適用した第６実施形態の電池冷却装置の構造を示す模式図である。 図１５の電池パックをＸＶＩ方向に見たときの部分矢視図である。 図１６の電池セルをＸＶＩＩ方向に見た矢視図である。 第６実施形態における通路形成部材の構造を示す斜視図である。 電池セルの上流側端部の流線形状について他の形態を示した側面図である。 （ａ）〜（ｅ）は電池セルの上流側端部の形状について他の形態を示した側面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。

（第１実施形態）
本発明に係る電池冷却装置は、例えば内燃機関と電池に充電された電力によって駆動されるモータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、モータを走行駆動源とする電気自動車等に用いられ、走行用のモータに電力を供給する用途の他、太陽電池パネルによって集電された電力を貯蔵し、必要な時に電力を使用する用途などに用いられる。当該電力は、電池パックを構成する各電池セルに蓄えられ、各電池セルは、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池であり、筐体内に収納された状態で自動車の座席下、後部座席とトランクルームとの間の空間、運転席と助手席の間の空間などに配置される他、太陽電池パネルシステムの近傍などに配置される。

本発明の一実施形態である第１実施形態について図１及び図２を用いて説明する。図１は、第１実施形態の電池冷却装置１の構造を示す模式図である。図２は、電池冷却装置１において、電池セルの下端部２ｄを支持する構造を示す部分斜視図である。各図において、電池セル２が複数個積層して並ぶ方向を積層方向Ｘとし、直方体状の各電池セル２が水平方向に延びる方向を流体（空気）の流れ方向Ｆとする。

複数個の電池セル２が積層された集合体である電池パック２０は、複数個の電池セル２の充電および放電または温度調節に用いられる電子部品（図示せず）によって制御され、周囲を流通する空気によって各電池セル２が冷却される。上記の電子部品は、リレー、送風ユニットを駆動するモータ、インバータ等を制御する電子部品、各種の電子式制御装置等である。

電池パック２０は、電気的に直列にまたは直列及び並列に接続された複数個の電池セル２をその側面を対向させて所定の間隔をあけるように並べて積層し、これらを一体化して構成されたものであり、ケース１０内に収納されている。電池セルの下端部２ｄは、電池セル２間に形成されるセル間通路２３の上流側に位置する電池セル２の上流側端部であり、その外形は半円柱状に形成されている。電池セルの下端部２ｄの流体通路側は、その外表面が滑らかな湾曲面を呈し、かつ角のある形状でなく、丸みを帯びた流線形状であることが好ましい。電池セルの下端部２ｄの流体通路側が当該流線形状であることにより、電池セルの下端部２ｄの周囲を流れる空気は、その流線形状に沿って渦の生じにくい滑らかな流れを形成する。

図２に示すように、各電池セル２は、ケース１０の内部において、各電池セルの下端部２ｄにおける両端が嵌まる１組の支持部材１７によって下方から支えられている。各支持部材１７は、ケース１０の底板１１に載置される角柱状の部材であり、当該角柱における隣合う２つの面の両方が凹んでいる凹部１７ａが形成されている。凹部１７ａは、電池セルの下端部２ｄにおける端の部位が嵌まる形状である。支持部材１７には、積層配置される電池セルの個数に相当する個数の凹部１７ａが形成されている。複数個の凹部１７ａは、角柱状の支持部材１７の延びる方向に所定の間隔をあけて並んである。当該所定の間隔は、電池セル２間に形成されるセル間通路２３の通路幅寸法に等しくなっている。また、１組の支持部材１７の上部には図示しない１組の類似の支持部材が各電池セル２を保持している。セル間通路２３は、各電池セル２が支持部材１７の凹部１７ａおよび前記類似の保持部材の凹部に嵌まって支持されることによって、ケース１０内において上方に向けて延びる通路となり、特許請求の範囲の流体通路に相当する。

このように各電池セルの下端部２ｄの両端が、ケース１０内において１組の支持部材１７などによって支えられることにより、電池セルの下端部２ｄとケース１０の底板１１との間には、所定の空間が確保される。当該所定の空間は、ケース１０の内部の空気がセル間通路２３に流入するときの通り道になる。さらに、電池セルの下端部２ｄの流体通路側が丸みを帯びた流線形状であることにより、当該所定の空間からセル間通路２３へ移行する空気の通り道（セル間通路の入口部２３１）において、通路断面積の急激な変化が形成されないため、空気流れがスムーズになり、流通抵抗の低減が図れるのである。

ケース１０は、メンテナンスのために少なくとも一面を取り外し可能に構成された直方体状の筐体であり、樹脂または鋼板等で形成されている。本発明においては、ケース１０は断熱性が高い材料で構成する等、断熱性が高いものが好適である。ケース１０には、車両側にケース１０をボルト締め等により固定するための取付部、及び機器収納ボックス（図示せず）が設けられている。

当該機器ボックスには、電池状態（例えば電圧、温度等）を監視する各種センサ等からの検出結果が入力される電池監視ユニットと、電池監視ユニットと通信可能に構成されリレーを制御するとともに、送風ユニットのモータの駆動を制御する制御装置１００と、各機器を接続するワイヤハーネス等と、が収納されている。電池監視ユニットは、各電池セル２の状態を監視する電池ＥＣＵ（電池の電子式制御ユニット）であり、各電池セル２と多数の配線にて接続されている。

各電池セル２は、外装ケースによってその外周面を被覆された扁平直方体状である。各電池セルの上面２ｃには、正極端子２１及び負極端子２２からなる電極端子が上方向（流れ方向Ｆ）に外装ケースから突出するように露出している。電池セルの上面２ｃは、ケース１０の天板１２と所定の隙間を有するように配置されており、電極端子はその上端部がケース１０の天板１２と所定の隙間を有するように配置されている。このようにケース１０内全体に配されたすべての電池セル２は、その積層方向の一方端部側に位置する電池セル２における負極端子２２から始まって、各電池セル２の電極部間を接続する各バスバー（図示せず）によって、電池パック２０内を冷却流体（本実施形態では空気）の流れ方向と直角な方向に往復しながら積層方向の他方端部側に位置する電池セル２の正極端子２１に至るまで通電可能に直列接続されている。

このようにして積層方向に隣接する電池セル２間は通電可能に接続されることになる。そして、電池パック２０を構成するすべての電池セル２は、積層方向の一方側端部に位置する電池セル２の電極端子から積層方向の他方側端部に位置する電池セル２の電極端子に至るまで、電流がジグザク状または蛇行状に流れるように隣合う電池セル２間を接続するバスバー（図示せず）を介して電気的に直列接続される。バスバーには、外方に向けて突出するフィン部が設けられていてもよい。このフィン部は、伝熱面積を拡大する部分であり、空気に接触して、冷却性能の向上に寄与している。また、フィン部には、冷却性能を向上させるために、切り起こし等により複数のルーバが形成されていることが好ましい。

ケース１０には、空気が外部から流入する流入口１３とケース１０内の流体が外部へ流出する流出口１４とが形成されている。流入口１３と流出口１４は、ケース１０の内部空間に対する空気の取り入れ口と取り出し口に相当し、ケース１０の対角上に位置する側壁にそれぞれ開口している。流入口１３は電池セルの下端部２ｄよりも低い位置で開口している。流出口１４はセル間通路の出口部２３２よりも高い位置で開口している。ケース１０には、流入口１３を開閉する開閉装置である第１のドア１５が設けられ、流出口１４を開閉する開閉装置である第２のドア１６が設けられている。

第１のドア１５及び第２のドア１６の開閉は、ケース１０内に収容される複数個の電池セル２に対して、冷却または加温のための空気を流通させる場合または流通させない場合に応じて、それぞれ制御装置１００によって制御することができる。電池冷却装置１は、電池温度を電池性能を発揮できる適正温度（例えば、電池セル２の充電動作及び給電動作において能力を発揮できる適性温度）にするために、所定の条件が満たされた場合に第１のドア１５及び第２のドア１６の開動作によって流入口１３及び流出口１４を開放する。電池冷却装置１は、この制御により、ケース１０内に空気を出入りさせ、電池セル２を冷却することができる。また、ケース１０内部に収容される複数個の電池セル２に対して、冷却の必要がない場合や保温が必要な場合には、第１のドア１５及び第２のドア１６を閉じてケース１０の内部空間における空気の流通を停止する。電池温度は、各電池セルの温度を検出するための信号を制御装置１００に出力する温度センサ１８によって検出される。

図示しない送風ユニットは、例えば、ケース１０に隣接して一体的に設けられている。例えば、送風ユニットは、モータ等によって駆動される回転数制御の可能なシロッコファンと、収納されるシロッコファンの回転によって空気を吸込口から吸入し吹出口から吹き出すケーシングと、を備えて構成されている。この場合、ケーシングの吹出しダクト部は、ケース１０の流入口１３に接続されて、ケース１０の内部と送風ユニットとが繋がるようになる。

送風ユニットが動作すると、ケーシングの吹出しダクト部を介して空気がケース１０の内部に吹き出される。ケース１０の内部に吹き出された空気は、各電池セル２の上部及び側部に向かって流れ、各電池セルの下端部２ｄ側に回りこみ、各電池セルの下端部２ｄからセル間通路２３に流入して上方に向けて流動し、セル間通路の出口部２３２から電池セルの上面２ｃと天板１２との間に形成された空間に流出する。この空気は、ケース１０の内部を流れるときに、各電極端子、バスバー、フィン部、各電池セル２の外装ケース等に接触して吸熱し、各電池セル２を冷却する。このように、各電池セル２の熱は、流通する空気に吸熱されて輸送され、吸熱された熱を含んだ空気は流出口１４に集まり外部に向けて排出される。

本実施形態の電池冷却装置１がもたらす作用効果について述べる。電池冷却装置１は、積層配置されるとともに通電可能に接続される複数個の電池セル２と、複数個の電池セル２を収容するケース１０と、ケース１０内の流体が上方に向けて流通するように電池セル２間に上方に延びて形成されるセル間通路２３と、を備える。電池セル２は、ケース１０内で下方に位置する下端部２ｄが、セル間通路の入口部２３１の通路断面積を拡大するように流線形状に形成されている。

本実施形態の構成によれば、電池セルの上流側端部である電池セルの下端部２ｄが、セル間通路の入口部２３１の通路断面積を拡大する流線形状であることにより、隣合う電池セルの下端部２ｄ間に形成される空間は当該空間よりも下流のセル間通路２３よりも大きくなる。これにより、セル間通路２３は、セル間通路の入口部２３１から下流に向けて徐々に狭くなっている。このため、ケース１０内の空気が電池セル２の周囲空間からセル間通路２３に流入する過程で通路断面積が急激に変化することを抑制できる。したがって、空気がセル間通路２３に流入する際に、空気が受ける抵抗の急激な変化を低減することができ、電池セル２の冷却時に流通する空気の流通抵抗を低減し、電池の冷却性能向上を図ることができる。また、このように電池冷却用流体の流通抵抗の低減、電池の冷却性能向上により、電池パック２０の小型化、セル数の低減が図れる。さらには空気流通抵抗の低減によって、空気搬送機器の動力を小さくでき、またより低い騒音で運転できる電池冷却装置１を提供できる。

また、ケース１０に形成された流入口１３は、電池セルの下端部２ｄよりも低い位置で開口し、流出口１４はセル間通路の出口部２３２よりも高い位置に開口している。この構成によれば、ケース１０内への空気の流入口１３が電池セルの上流側端部よりも低い位置にあるため、ケース１０内に流入した空気は自然対流の作用によってセル間通路２３を上方に向けて流動する。したがって、空気の自然対流を活用した熱伝達の促進が図れるので、電池冷却効果をさらに向上させることができる。

また、制御装置１００は、温度センサ１８により検出する電池セル２の温度またはケース１０内の雰囲気温度が予め設定された設定温度以下であるときには、流入口１３及び流出口１４を閉鎖するように第１のドア１５及び第２のドア１６の動作を制御する。

これによれば、電池セル２の温度が低い場合には、第１のドア１５及び第２のドア１６の閉作動により、ケース１０内部に対する空気の出入りを強制的に遮断する。このため、セル間通路２３を流下する空気の流れが抑制されるので、電池セル２と空気との熱交換が活発に行われず、電池温度の低下速度を遅くすることができる。このように電池温度の低下を抑制することにより、電池性能の過度な低下を防止することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態の電池冷却装置１に対して他の形態である電池冷却装置１Ａについて図３〜図５を参照して説明する。図３は第２実施形態の電池冷却装置１Ａの構造を示す模式図である。図４は図３の電池パック３０をＩＶ方向に見たときの部分矢視図である。図５は図４の電池セル３をＶ方向に見た矢視図である。各図において図１及び図２と同一の符号を付した構成要素は、同一の要素であり、その作用効果も同様である。

第２実施形態の電池セル３の積層構造は、第１実施形態に対して、電池セルの側面３ａ及び電池セルの側面３ｂのそれぞれに、冷却流体の流れ方向Ｆにそれぞれ延びる複数の突条部３４、複数の突条部３５が設けられている点が相違する。第２実施形態は、この相違点以外の他の構成は第１実施形態と同様であり、同様の作用効果を奏する。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。なお、正極端子３１、負極端子３２、電池セルの上面３ｃ、電池セルの下端部３ｄ、セル間通路の入口部３３１、セル間通路の出口部３３２は、それぞれ正極端子２１、負極端子２２、電池セルの上面２ｃ、電池セルの下端部２ｄ、セル間通路の入口部２３１、セル間通路の出口部２３２に対応する。

図３〜図５に示すように、突条部３４は電池セルの側面３ａから突出しており、突条部３５は電池セルの側面３ｂから突出している。各突条部３４，３５は、冷却流体の流れ方向Ｆに延びるレール形状であり、同方向の電池セルの側面全域にわたっている。複数の突条部３４及び突条部３５は、それぞれ、冷却流体の流れ方向Ｆと直交する方向Ｙ（以下、単に方向Ｙともいう）に間隔をあけて設けられている。

電池パック３０は、支持部材１７により電池セルの下端部３ｄが支持されて一定の拘束力の下に安定的に設置されているが、例えば、支持部材１７による拘束に加え、電池セル３の積層方向に直交する電池セルの側面３ａ，３ｂが拘束装置（図示せず）によって押圧されることにより、積層された複数の角形状の電池セル３が一体に保持されるようにしてもよい。この場合、電池パック３０を構成する複数の電池セル３は、電池セル３の積層方向の両端部に設置された拘束板（図示せず）がロッド（図示せず）等によって連結されることにより、当該両端部から内側に向かう外力による圧縮力を受けて、拘束されることになる。ロッドは、積層された複数の電池セル３を安定した力で押圧して一体化できるように、金属、硬質の樹脂等の強度に優れた材料で形成されている。そして、拘束装置によって各電池セル３に積層方向Ｘの拘束力が作用した場合には、複数の突条部３４のそれぞれは、隣合う電池セル側の突条部３４と接触して隣合う電池セル３からの作用力を受け、同様に複数の突条部３５のそれぞれは、隣合う電池セル側の突条部３５と接触して隣合う電池セル３からの作用力を受ける。

また、複数の突条部３４及び複数の突条部３５は、隣合う電池セル３に設けられた突条部と接触したときに拘束力による圧縮方向の力を受ける強度を有する。さらに各突条部３４及び各突条部３５は、隣合う電池セル３との間に形成されるセル間通路３３をさらに小通路３３ａに区画するとともに、伝熱面積を拡大し得る機能を有し、放熱性能を向上する機能を発揮することもできる。

突条部３４及び突条部３５は、電池セル３の外装ケースに一体に形成されている突起である。これによれば、部品点数の低減及び生産コストの低減が図れる。また、突条部３４または突条部３５は、電池セル３の外装ケースとは別部品である別個のプレート部材に形成されている形態であってもよい。このプレート部材は、プレス加工等により、複数個の突条部３４または突条部３５が形成されており、例えば金属製であってもよい。

別個のプレート部材は、電池セルの側面３ａ，３ｂに例えばインサート成形等の一体成形により設けることができる。突条部３４及び突条部３５が一体に形成された外装ケースは、例えば、絶縁性を有するあらゆる樹脂で形成され、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、塩化ビニル、フッ素系樹脂、ＰＢＴ、ポリアミド、ポリアミドイミド（ＰＡＩ樹脂）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合合成樹脂）、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルファイド、フェノール、エポキシ、アクリル等の樹脂で形成することができる。

また、当該別個のプレート部材は、隣合う電池セル３間に挟みこまれるスペーサであってもよい。この構成によれば、電池セル３と当該スペーサとを交互に配した集合体に拘束力をかけることにより、電池セル３の冷却性能の向上と電池セル３に与える拘束強度の確保の両立が図れる。

さらに、突条部３４，３５及び電池セル３の外装ケースが導電性材料で形成されている場合には、互いに当接し合う突条部の少なくとも一方には、絶縁性物質で被覆されていることが好ましい。当該部位における絶縁性物質の被覆は、蒸着、コーティング、一体成形等によって形成することができる。このような構成によれば、隣合う電池セル３間で接触する部位同士が絶縁性物質の被覆部分を介して接触するようになるため、電池セル３間の電気絶縁性が確保され、電池性能の発揮及び電気的安全性の確保を図ることができる。また、隣合う電池セル３間の電位差により、導電性材料部分が腐食する事態を抑制し得る。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態の電池冷却装置１に対して他の形態である電池冷却装置１Ｂについて図６〜図９を参照して説明する。図６は第３実施形態の電池冷却装置１Ｂの構造を示す模式図である。図７は図６の電池パック２０ＡをＶＩＩ方向に見たときの部分矢視図である。図８は図７の電池セル２ＡをＶＩＩＩ方向に見た矢視図である。図９は第３実施形態における通路形成部材１９の構造を示す斜視図である。各図において図１及び図２と同一の符号を付した構成要素は、同一の要素であり、その作用効果も同様である。

第３実施形態は、第１実施形態に対して、各電池セル２Ａに通路形成部材１９が組み立てられ、通路形成部材１９と一体になった電池セル２Ａを積層して拘束することにより、セル間通路２３Ａを形成する点が相違する。第３実施形態は、この相違点以外の他の構成は第１実施形態と同様であり、同様の作用効果を奏する。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。セル間通路の入口部２３１Ａ、セル間通路の出口部２３２Ａは、それぞれセル間通路の入口部２３１、セル間通路の出口部２３２に対応する。

図６〜図９に示すように、通路形成部材１９は、電池セルの下端部２ｄ１を覆うとともに下方から支える底面支持部１９７と、底面支持部１９７の両端から空気の流れ方向Ｆにそれぞれ延びる１組の側面支持部１９６と、上端で１組の側面支持部１９６を橋渡しする棒状の連絡部１９５と、空気の流れ方向Ｆに延設されて両端で連絡部１９５及び底面支持部１９７に一体となり、方向Ｙに所定の間隔を設けて複数個並ぶ突条部１９２と、を備えて構成されている。

各突条部１９２は、冷却流体の流れ方向Ｆに延びるレール形状であり、同方向の通路形成部材１９全域にわたって延設されており、外方に向けて突出する頂面側で隣合う電池セルの側面２ａまたは側面２ｂと当接し、組み立てられる電池セルの側面２ａまたは側面２ｂと裏面側で当接する。突条部１９２間には開口部１９４が形成されているため、突条部１９２の裏面側で当接する電池セルの側面２ａまたは側面２ｂは、開口部１９４によって外部に露出することになる。一方、突条部１９２の裏面側に当接する側面２ａまたは側面２ｂに対して反対側に位置する電池セルの側面２ｂまたは側面２ａは、電池セル２Ａが通路形成部材１９に組み立てられた状態で、その全体が外部に露出することになる。すなわち、通路形成部材１９は、突条部１９２が設けられている側とは反対側の全体が開口しており、当該開口する側は、底面支持部１９７及び１組の側面支持部１９６により凹の字状に形成されている。

電池パック２０Ａを構成する各電池セル２Ａは、通路形成部材１９と組み立てた状態で積層方向Ｘに積層された状態で、拘束装置による拘束力によって一体に保持される。このとき、方向Ｙに複数個並ぶ突条部１９２が隣合う電池セル２Ａに当接し、側面支持部１９６の積層方向Ｘに位置する端面１９３が隣合う通路形成部材１９の側面支持部１９６に当接することにより、電池セル２Ａ間にセル間通路２３Ａを形成することができる。そして、拘束装置によって各電池セル２Ａに積層方向Ｘの拘束力が作用した場合には、複数の突条部１９２のそれぞれは、隣合う電池セルの側面と接触して隣合う電池セル２Ａからの作用力を受ける。

また、複数の突条部１９２は、隣合う電池セルの側面と接触したときに拘束力による圧縮方向の力を受ける強度を有する。さらに各突条部１９２は、隣合う電池セル２Ａとの間に形成されるセル間通路２３Ａをさらに小通路２３ａに区画するとともに、伝熱面積を拡大し得る機能を有し、放熱性能を向上する機能を発揮することもできる。また、通路形成部材１９は、隣合う電池セル２Ａ間に挟みこまれるスペーサとしても機能する。

通路形成部材の下端部１９１は、電池セル２Ａ間に形成されるセル間通路２３Ａの上流側に位置する通路形成部材１９の上流側端部であり、その外形は半円柱状に形成されている。通路形成部材の下端部１９１は、その外表面が滑らかな湾曲面を呈し、かつ角のある形状でなく、丸みを帯びた流線形状であることが好ましい。

通路形成部材の下端部１９１は、ケース１０の底板１１に直接載置されるか、あるいは底板１１から所定の距離をあけるようにして設置されるものとする。いずれの場合でも、突条部１９２によって区画された多数の小通路２３ａが通路形成部材の下端部１９１から通路形成部材の上端部に至るまで延びており、かつ通路形成部材の下端部１９１が当該流線形状であることにより、底板１１の近傍から各小通路２３ａへ移行する空気の通り道（セル間通路の入口部２３１）において、通路断面積の急激な変化が形成されない。したがって、通路形成部材の下端部１９１の周囲を流れる空気は、その流線形状に沿って渦の生じにくい滑らかな流れを形成しながら各小通路２３ａに流入して、上昇するようになり、流通抵抗の低減が図れるのである。このとき空気は、開口部１９４から露出する電池セルの側面２ａ，２ｂに接触して電池セル２Ａを冷却する。

また、通路形成部材１９は、電池セル２Ａの外装ケースが導電性材料で形成されている場合には、例えば、絶縁性を有するあらゆる樹脂で形成することができる。当該絶縁性を有する材質は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、塩化ビニル、フッ素系樹脂、ＰＢＴ、ポリアミド、ポリアミドイミド（ＰＡＩ樹脂）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合合成樹脂）、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルファイド、フェノール、エポキシ、アクリル等の樹脂を用いることができる。さらに、通路形成部材１９は、熱伝導性の良い材料で形成することにより、電池セル２Ａの冷却効果が高まり、より効果的である。

本実施形態の電池冷却装置１Ｂがもたらす作用効果について述べる。電池冷却装置１Ｂは、電池セルの下端部２ｄ１を覆い、電池セル２Ａ間にセル間通路２３Ａを形成するように電池セル２Ａに組み立てられる通路形成部材１９を備える。通路形成部材１９は、ケース１０内で下方に位置する下端部１９１が、セル間通路の入口部２３１Ａの通路断面積を拡大するように流線形状に形成されている。

この構成によれば、通路形成部材１９の上流側端部である通路形成部材の下端部１９１が、セル間通路の入口部２３１Ａの通路断面積を拡大する流線形状であることにより、隣合う通路形成部材の下端部１９１間に形成される空間は当該空間よりも下流のセル間通路２３Ａよりも大きくなる。これにより、セル間通路２３Ａは、セル間通路の入口部２３１Ａから下流に向けて徐々に狭くなっている。このため、ケース１０内の空気が電池セル２Ａの周囲空間からセル間通路２３Ａに流入する過程で通路断面積が急激に変化することを抑制できる。したがって、空気がセル間通路２３Ａに流入する際に、空気が受ける抵抗の急激な変化を低減することができ、電池セル２Ａの冷却時に流通する空気の流通抵抗を低減し、電池の冷却性能向上を図ることができる。また、このように電池冷却用流体の流通抵抗の低減、電池の冷却性能向上により、電池パック２０Ａの小型化、セル数の低減が図れる。さらには空気流通抵抗の低減によって、空気搬送機器の動力を小さくでき、またより低い騒音で運転できる電池冷却装置１Ｂを提供できる。

また、ケース１０に形成された流入口１３は、通路形成部材の下端部１９１よりも低い位置で開口し、流出口１４はセル間通路の出口部２３２Ａよりも高い位置に開口している。この構成によれば、ケース１０内への空気の流入口１３が通路形成部材の上流側端部よりも低い位置にあるため、ケース１０内に流入した空気は自然対流の作用によってセル間通路２３Ａを上方に向けて流動する。したがって、空気の自然対流を活用した熱伝達の促進が図れるので、電池冷却効果をさらに向上させることができる。

また、制御装置１００は、温度センサ１８によって検出する電池セル２Ａの温度またはケース１０内の雰囲気温度が予め設定された設定温度以下であるときには、流入口１３及び流出口１４を閉鎖するように第１のドア１５及び第２のドア１６の動作を制御する。

これによれば、電池セル２Ａの温度が低い場合には、第１のドア１５及び第２のドア１６の閉作動により、ケース１０内部に対する空気の出入りを強制的に遮断する。このため、セル間通路２３Ａを流動する空気の流れが抑制されるので、電池セル２Ａと空気との熱交換が活発に行われず、電池温度の低下速度を遅くすることができる。このように電池温度の低下を抑制することにより、電池性能の過度な低下を防止することができる。

このように、第３実施形態においては電池セル２Ａの外形形状が一般的な直方体であっても、通路形成部材１９を用いることにより、第２実施例と同様な効果を得ることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、第１実施形態の電池冷却装置１に対して他の形態である電池冷却装置１Ｃについて図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は第４実施形態の電池冷却装置１Ｃの構造を示す模式図である。図１１は図１０の電池パック２０をＸＩ方向に見たときの部分矢視図である。各図において図１及び図２と同一の符号を付した構成要素は、同一の要素であり、その作用効果も同様である。

第４実施形態は、第１実施形態に対して、ケース１０内において、電極端子（正極端子２１及び負極端子２２）が上方ではなく側方（横）に向けて突出するように各電池セル２Ｂを配置して電池パック２０を設置した点が相違する。すなわち、第４実施形態は、電池セル２が縦置きである第１実施形態に対して、各電池セル２Ｂは横置きであり、このような配置により、設置状態で下方に配置される各電池セルの側壁部２ｅの流体通路側が第１実施形態の電池セルの下端部２ｄと同様に流線形状に形成されている。したがって、支持部材１７の凹部１７ａには、電池セルの側壁部２ｅにおける端の部位が嵌まることになる。

さらに、設置状態で上方に配置される電池セルの側壁部２ｆは、電池セル２Ｂ間に形成されるセル間通路２３の下流側に位置する電池セル２Ｂの下流側端部であり、その外形は対称であるため、側壁部２ｅと同じ半円柱状に形成されている。電池セルの側壁部２ｆが側壁部２ｅと同様に当該流線形状であることにより、電池セルの下流側端部の周囲を流れる空気は、その流線形状に沿って渦の生じにくい滑らかな流れを形成する。

なお、セル間通路の入口部２３１Ｂ、セル間通路の出口部２３２Ｂは、それぞれセル間通路の入口部２３１、セル間通路の出口部２３２に対応する。

（第５実施形態）
第５実施形態では、第２実施形態の電池冷却装置１Ａに対して他の形態である電池冷却装置１Ｄについて図１２〜図１４を参照して説明する。図１２は第４実施形態の電池冷却装置１Ｄの構造を示す模式図である。図１３は図１２の電池パック３０ＡをＸＩＩＩ方向に見たときの部分矢視図である。図１４は図１３の電池セル３ＡをＸＩＶ方向に見た矢視図である。各図において図３〜図５と同一の符号を付した構成要素は、同一の要素であり、その作用効果も同様である。

第５実施形態は、第２実施形態に対して、ケース１０内において、電極端子（正極端子３１及び負極端子３２）が上方ではなく側方（横）に向けて突出するように各電池セル３Ａを配置して電池パック３０Ａを設置した点が相違する。すなわち、第５実施形態は、電池セル３が縦置きである第２実施形態に対して、各電池セル３Ａは横置きであり、このような配置により、設置状態で下方に配置される各電池セルの側壁部３ｅが第２実施形態の電池セルの下端部３ｄと同様に流線形状に形成されている。したがって、支持部材１７の凹部１７ａには、電池セルの側壁部３ｅにおける端の部位が嵌まることになる。

さらに、設置状態で上方に配置される電池セルの側壁部３ｆは、電池セル３Ａ間に形成されるセル間通路３３の下流側に位置する電池セル３Ａの下流側端部であり、その外形は対称であるため、側壁部３ｅと同じ半円柱状に形成されている。電池セルの側壁部３ｆが側壁部３ｅと同様に当該流線形状であることにより、電池セル３Ａの下流側端部の周囲を流れる空気は、その流線形状に沿って渦の生じにくい滑らかな流れを形成する。

なお、突条部３４Ａ、突条部３５Ａ、セル間通路の入口部３３１Ａ、セル間通路の出口部３３２Ａは、それぞれ突条部３４、突条部３５、セル間通路の入口部３３１、セル間通路の出口部３３２に対応する。

（第６実施形態）
第６実施形態では、第３実施形態の電池冷却装置１Ｂに対して他の形態である電池冷却装置１Ｅについて図１５〜図１８を参照して説明する。図１５は第６実施形態の電池冷却装置１Ｅの構造を示す模式図である。図１６は図１５の電池パック２０ＢをＸＶＩ方向に見たときの部分矢視図である。図１７は図１６の電池セル２ＣをＸＶＩＩ方向に見た矢視図である。図１８は第６実施形態における通路形成部材１９Ａの構造を示す斜視図である。各図において図６〜図９と同一の符号を付した構成要素は、同一の要素であり、その作用効果も同様である。

第６実施形態は、第３実施形態に対して、ケース１０内において、電極端子（正極端子２１及び負極端子２２）が上方ではなく側方（横）に向けて突出するように各電池セル２Ｃを配置して電池パック２０Ｂを設置した点が相違する。すなわち、第６実施形態は、通路形成部材１９に組み付けられた電池セル２Ａが縦置きである第３実施形態に対して、通路形成部材１９Ａに組み付けられた各電池セル２Ｃは横置きであり、このような配置により、設置状態で下方に配置される通路形成部材の上流側端部（通路形成部材の下端部１９１）が第３実施形態と同様に流線形状に形成されている。通路形成部材１９Ａにおける１組の側面支持部１９６Ａは、第３実施形態の側面支持部１９６とは異なり、電池セルの側壁部分全体を覆うように支持するのではなく、電池セル２Ｃの電極端子が設けられる面とその反対側の面についてその一部を覆うように支持するものである。

なお、ケース１０内において下方に位置する電池セルの側壁部２ｅ１は、第３実施形態の電池セルの下端部２ｄ１に対応し、通路形成部材１９Ａの底面支持部１９７によって覆われるとともに下方から支えられている。

このように、第６実施形態においては電池セル２Ａの外形形状が一般的な直方体であっても、通路形成部材１９Ａを用いることにより、第５実施例と同様な効果を得ることができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記の各実施形態における流体形状の他の形態として図１９に示す形状であってもよい。図１９に示すように、電池セル４において、電池セルの下端部４ｄ１は電池セル４の上流側端部であり、上記各実施形態で図示した電池セルの上流側端部よりも細長い流線形状を呈している。換言すれば、電池セルの下端部４ｄ１は、その断面形状が半円柱状よりも先端側が尖った卵形に近い形状である。電池セルの下端部４ｄ１の流体通路側がこのような形状であることにより、電池セルの下端部４ｄ１の周囲を流れる空気は、図の矢印にようにその流線形状に沿って渦の生じにくい滑らかな流れを形成する。

また、上記の各実施形態において、電池セルの上流側端部である、電池セルの下端部２ｄ、電池セルの下端部３ｄ、通路形成部材の下端部１９１、電池セルの側壁部２ｅ、２ｆ、及び電池セルの側壁部３ｅ、３ｆは、流線形状に形成するものとしているが、本願発明はこのような形状に限定するものではない。これらの部位は、例えば、先端側が細くなる先細り状に形成するものでもよい。これらの部位を先細り状に形成することにより、上記の各実施形態で述べた流線形状と同様の作用効果を奏することができる。先細り状の実施形態として、以下に図２０にしたがって説明する。

図２０（ａ）〜（ｄ）は電池セルの上流側端部の先細り状について他の形態を示した側面図である。図２０（ａ）に示すように、電池セル５において、電池セルの下端部５ｄ１は電池セル５の上流側端部であり、角部分が丸みを帯びた角丸状の断面形状である。電池セルの下端部５ｄ１は、その外表面において、下面が平面であり、下面から側面５ａ，５ｂに至る部分が滑らかな湾曲面を呈し、かつ角部分がない先細り状である。電池セルの下端部５ｄ１の流体通路側がこのような形状の先細り状であることにより、電池セルの下端部５ｄ１の周囲を流れる空気は、図の矢印にようにその先細り形状に沿って渦の生じにくい滑らかな流れを形成する。

図２０（ｂ）に示すように、電池セル５Ａにおいて、電池セルの下端部５ｄ２は電池セル５Ａの上流側端部であり、その外表面において、平面である下面と側面５ａ，５ｂとが斜面によって連結されており、直角の角部分がない先細り状である。電池セルの下端部５ｄ２の流体通路側がこのような形状の先細り状であることにより、電池セルの下端部５ｄ２の周囲を流れる空気は、図の矢印にようにその先細り形状に沿って渦の生じにくい滑らかな流れを形成する。

図２０（ｃ）に示すように、電池セル５Ｂにおいて、電池セルの下端部５ｄ３は電池セル５Ｂの上流側端部であり、その外表面において、平面である下面と側面５ａ，５ｂとが斜面によって連結されており、直角の角部分がない先細り状である。電池セルの下端部５ｄ３は、電池セル５Ａにおける電池セルの下端部５ｄ２よりも、下面に対する斜面の角度がより側面５ａ，５ｂに近く、斜面の長さも長くなっている。電池セルの下端部５ｄ３の流体通路側がこのような形状の先細り状であることにより、電池セルの下端部５ｄ３の周囲を流れる空気は、図の矢印にようにその先細り形状に沿って渦の生じにくい滑らかな流れを形成する。

図２０（ｄ）に示すように、電池セル５Ｃにおいて電池セルの下端部５ｄ４は、電池セル５Ｃの上流側端部であり、電池セル５Ｂに対し、電池セルの下端部５ｄ３の斜面部分に滑らかな湾曲面を有する先細り状である。電池セルの下端部５ｄ４の流体通路側がこのような形状の先細り状であることにより、電池セルの下端部５ｄ４の周囲を流れる空気は、図の矢印にようにその先細り形状に沿って渦の生じにくい滑らかな流れを形成する。

図２０（ｅ）に示すように、電池セル５Ｄにおいて、電池セルの下端部５ｄ５は電池セル５Ｄの上流側端部であり、先端側が尖った三角形状の断面形状である。さらに電池セルの下端部５ｄ５は、先端部と、先端部から延びる外表面が側面５ａ，５ｂに繋がる部分とが滑らかな湾曲面を呈した丸みを帯びている。電池セルの下端部５ｄ５の流体通路側がこのような形状の先細り状であることにより、電池セルの下端部５ｄ５の周囲を流れる空気は、図の矢印にようにその先細り形状に沿って渦の生じにくい滑らかな流れを形成する。

１，１Ａ，１Ｂ…電池冷却装置
２，２Ａ，２Ｂ，３，４，４Ａ〜４Ｃ…電池セル
２ｄ…電池セルの下端部（電池セルの上流側端部）
１０…ケース
１３…流入口
１４…流出口
１５…第１のドア（開閉装置）
１６…第２のドア（開閉装置）
１９…通路形成部材
１９１…通路形成部材の下端部（通路形成部材の上流側端部）
２３，２３Ａ…セル間通路（流体通路）
２３１，２３１Ａ…セル間通路の入口部（流体通路の入口部）
２３２，２３２Ａ…セル間通路の出口部（流体通路の出口部）

Claims (6)

1. 積層配置されるとともに通電可能に接続される複数個の電池セル（２）と、
   前記複数個の電池セルを収容するケース（１０）と、
   前記ケース内の流体が上方に向けて流通するように前記電池セル間に上方に延びて形成される流体通路（２３）と、
   を備え、
   前記電池セルは、前記流体通路の入口部（２３１）の通路断面積を拡大するように、前記ケース内で下方に位置する上流側端部（２ｄ）が流線形状または先細り状に形成されていることを特徴とする電池冷却装置。
2. 前記ケースには、前記流体が外部から流入する流入口（１３）と前記ケース内の流体が外部へ流出する流出口（１４）とが形成されており、
   前記流入口は前記電池セルの上流側端部（２ｄ）よりも低い位置で開口し、前記流出口は前記流体通路の出口部（２３２）よりも高い位置に開口していることを特徴とする請求項１に記載の電池冷却装置。
3. 前記流入口（１３）及び前記流出口（１４）をそれぞれ開閉する開閉装置（１５，１６）を備え、
   前記開閉装置は、前記電池セルの温度または前記ケース内の雰囲気温度が予め設定された設定温度以下であるときには、前記流入口及び前記流出口を閉鎖することを特徴とする請求項２に記載の電池冷却装置。
4. 積層配置されるとともに通電可能に接続される複数個の電池セル（２）と、
   前記複数個の電池セルを収容するケース（１０）と、
   前記ケース内の流体が上方に向けて流通するように前記電池セル間に上方に延びて形成される流体通路（２３Ａ）と、
   前記電池セルの下端部を覆い、前記電池セル間に前記流体通路を形成するように前記電池セルに組み立てられる通路形成部材（１９）と、
   を備え、
   前記電池セルの下端部を覆う前記通路形成部材の上流側端部（１９１）は、前記ケース内で下方に位置し、前記流体通路の入口部（２３１Ａ）の通路断面積を拡大するように流線形状または先細り状に形成されていることを特徴とする電池冷却装置。
5. 前記ケースには、前記流体が外部から流入する流入口（１３）と前記ケース内の流体が外部へ流出する流出口（１４）とが形成されており、
   前記流入口は前記通路形成部材の上流側端部よりも低い位置で開口し、前記流出口は前記流体通路の出口部（２３２Ａ）よりも高い位置に開口していることを特徴とする請求項４に記載の電池冷却装置。
6. 前記流入口（１３）及び前記流出口（１４）をそれぞれ開閉する開閉装置（１５，１６）を備え、
   前記開閉装置は、前記電池セルの温度または前記ケース内の雰囲気温度が予め設定された設定温度以下であるときには、前記流入口及び前記流出口を閉鎖することを特徴とする請求項５に記載の電池冷却装置。

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