JP2013118153A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池間での温度の偏りを小さくすることができる電池モジュールを提供すること。
【解決手段】電池モジュール１は、複数並設された二次電池としての角型電池２０と、角型電池２０同士の間に配設され、角型電池２０間の間隔を維持するとともに角型電池２０同士の間に流体の流通路１５〜１８を形成するため並設された電池用スペーサ１１〜１４とから構成されている。流通路１５〜１８の通路断面積は、流体の流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに向けて小さくなるように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数並設された二次電池と、二次電池同士の間に配設され、二次電池間の間隔を維持するとともに流体の流通路を形成するために並設された電池用スペーサと、を備える電池モジュールに関する。
に関する。

この種の電池モジュールは、二次電池の間の流通路に温度制御用空気を流通させて、二次電池の温調を行っている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１では、対向配置された二次電池の間に電池隔壁を設置し、この電池隔壁によって二次電池の間の間隔を一定に維持している。そして、電池隔壁に温度制御用空気を流通させるための流通路を形成し、流通路に温度制御用空気を流通させることによって各々の二次電池を温調している。

特開２００６−１２８１２３号公報

ところで、特許文献１において、流通路は、流入口から流出口に至るまで均一な通路断面積を有する。このため、流通路を流通する温度制御用空気は、流入口から流出口に向かうにつれ空気と二次電池の温度差が小さくなっていく。したがって、特許文献１の電池モジュールにおいては、流入口から流出口に向かうに従い温度制御用空気による二次電池の温調効率が低下してしまい、流入口側と流出口側で、二次電池に温度の偏りが生じてしまう。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、二次電池間での温度の偏りを小さくすることができる電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、複数並設された二次電池と、該二次電池同士の間に配設され、前記二次電池間の間隔を維持するとともに流体の流通路を形成する電池用スペーサと、を備える電池モジュールであって、前記流通路の通路断面積が、前記流通路における流体の流入口から流出口に向けて小さくなるように形成されていることを要旨とする。

これによれば、流通路を流通する流体は、その流入口から流出口に向かうにつれ、流速が速くなる。流速が速くなると、流体による単位面積あたりの熱交換効率が高くなる。よって、流通路の流出口側では流体と二次電池との温度差は小さくなるが、流速を速めることで熱交換効率の低下を抑えることができる。この結果、流体による二次電池の温調性能は、流通路の通路断面積を均一にした場合と異なり、流入口から流出口までの間で熱交換効率の差が小さくなる。したがって、流通路においては、流入口から流出口までの間で、流体による二次電池の温調性能の差が小さくなり、二次電池での温度の偏りを小さくすることができる。

また、前記流入口における前記二次電池の並設方向に沿った開口幅が前記流出口における前記二次電池の並設方向に沿った開口幅よりも大きくなるように形成されるとともに、前記流入口における前記並設方向に直交する方向に沿った開口幅と前記流出口における前記並設方向に直交する方向に沿った開口幅とが同じとなるように形成されていてもよい。

これによれば、流入口における二次電池の並設方向に直交する方向の開口幅を流出口に向けて小さくする場合と比べると、二次電池と流体の接触可能な面積が大きくなる。この結果、二次電池において流体により温度調節される部分が多くなり、二次電池における温度差を少なくすることができる。

また、前記電池用スペーサは複数並設され、前記複数の電池用スペーサの各流通路の流入口には、前記流体を導入口から内部に導入し、前記各流通路に前記流体を供給する導入路が接続され、前記複数の電池用スペーサの内、前記導入口から最も近い位置に設けられた前記電池用スペーサの流通路の流入口の面積は、前記導入口から最も遠い位置に設けられた前記電池用スペーサの流通路の流入口の面積よりも大きくなっていてもよい。

これによれば、導入口から最も近い流通路に供給される流体の流量と、導入口から最も遠い流通路に供給される流体の流量の差を小さくすることができる。流通路の流入口の面積が同一の場合、導入口に近い流通路ほど流体が供給されにくい。このため、導入口に最も近い流通路の流入口の面積を導入口から最も遠い流通路の流入口の面積よりも大きくすることで、導入口に最も近い流通路に供給される流体の流量が増加する。

本発明によれば、二次電池間での温度の偏りを小さくすることができる。

実施形態における電池モジュールの斜視図。 電池モジュールを示す図１のＡ１−Ａ１線断面図。 電池モジュールを示す図１のＡ２−Ａ２線断面図。 別例の電池モジュールの電池用スペーサを示す斜視図。

以下、本発明の電池モジュールを具体化した一実施形態について図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、電池モジュール１は、複数並設された二次電池としての角型電池２０と、角型電池２０同士の間に配設される電池用スペーサ１１〜１４と、電池用スペーサ１１〜１４の流通路１５〜１８（図２参照）に流体を供給する導入路３１と、流通路１５〜１８から導出された流体が流れる導出路３２とから構成されている。角型電池２０は矩形状をなすとともに、複数の角型電池２０は、その厚み方向に複数並設されている。なお、角型電池２０の厚み方向を矢印Ｘ１で示し、角型電池２０の幅方向（角形電池２０の厚み方向に直交し、かつ、導入路３１と導出路３２の間に延びる方向）を矢印Ｘ２で示す。また、矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２に直交する方向を矢印Ｘ３で示し、角型電池２０の高さ方向とする。

図１及び図３に示すように、各電池用スペーサ１１〜１４は、導入路３１越しに視ると、Ｌ字状をなしている。具体的には、各電池用スペーサ１１〜１４は、角型電池２０が載置される矩形状の載置部１１ｂ〜１４ｂと、この載置部１１ｂ〜１４ｂの長辺方向に延びる一側から立設された壁部１１ａ〜１４ａとからなる。なお、電池用スペーサ１１〜１４において載置部１１ｂ〜１４ｂの長辺方向を電池用スペーサ１１〜１４の幅方向（図１中矢印Ｗ２）とし、電池用スペーサ１１〜１４において載置部１１ｂ〜１４ｂの短辺方向を電池用スペーサ１１〜１４の厚み方向（図１中矢印Ｗ１）とする。角型電池２０に挟まれることにより角型電池２０間の間隔を維持する壁部１１ａ〜１４ａにおいて、載置部１１ｂ〜１４ｂに載置された角型電池２０と対向する面には、流通路形成凹部Ｏ１〜Ｏ４が電池用スペーサ１１〜１４の厚み方向の全体にわたって凹むように形成されている。

また、流通路形成凹部Ｏ１〜Ｏ４の深さは、電池用スペーサ１１〜１４の幅方向に沿った一端から他端に向かうにしたがい徐々に浅くなるように形成されている。また、電池用スペーサ１１〜１４はそれぞれ厚み方向の長さが異なっている。そして、電池用スペーサ１１〜１４では、厚みに応じて流通路形成凹部Ｏ１〜Ｏ４の深さも異なっており、電池用スペーサ１１の流通路形成凹部Ｏ１の深さが最も深い。そして、電池用スペーサ１２、電池用スペーサ１３、電池用スペーサ１４の順に流通路形成凹部Ｏ２〜Ｏ４の深さが浅くなっていく。

載置部１１ｂ〜１４ｂに角型電池２０が載置された状態で、壁部１１ａ〜１４ａに対向する角型電池２０の側面と、壁部１１ａ〜１４ａの流通路形成凹部Ｏ１〜Ｏ４により対向する角型電池２０同士の間に流通路１５〜１８が形成される。すなわち、電池用スペーサ１１〜１４は、角型電池２０の間隔を維持するとともに角型電池２０同士の間に流体の流通路１５〜１８を形成するために並設されている。

図２に示すように流通路１５〜１８は、角型電池２０の並設方向に沿った開口幅ｄ１〜ｄ４（以下、第１開口幅ｄ１〜ｄ４とする）が流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに向けて小さくなるように形成されている。これにより、各流通路１５〜１８の通路断面積は、流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに向けて小さくなるように形成されている。したがって、各流通路１５〜１８の流入口１５ａ〜１８ａは、流出口１５ｂ〜１８ｂに比べて大きくなるように形成されている。流通路１５〜１８は、流入口１５ａ〜１８ａにおける第１開口幅ｄ１〜ｄ４が、流出口１５ｂ〜１８ｂにおける第１開口幅ｄ１〜ｄ４よりも大きくなるように形成されている。また、図３に示すように、流入口１５ａ〜１８ａにおける角型電池２０の並設方向に直交する方向（角型電池２０の高さ方向）に沿った開口幅ｄ５〜ｄ８（以下、第２開口幅ｄ５〜ｄ８とする）と、流出口１５ｂ〜１８ｂにおける第２開口幅ｄ５〜ｄ８とが同じとなるように形成されている。

図２に示すように、電池用スペーサ１１〜１４及び角型電池２０の幅方向一端には、扁平管よりなる供給配管Ｈ１が配置されるとともに、この供給配管Ｈ１内には導入路３１が形成されている。導入路３１の一端には導入口３１ａが形成されるとともに、導入路３１には流入口１５ａ〜１８ａが接続されている。そして、複数の流入口１５ａ〜１８ａの通路断面積は、導入口３１ａからの流体の流通方向（矢印Ｙ２で示す）に沿って徐々に小さくなっている。本実施形態では、流通路１５〜１８の流入口１５ａ〜１８ａは、流入口１８ａ、流入口１７ａ、流入口１６ａ、流入口１５ａの順に小さくなるように形成されている。したがって、電池用スペーサ１１〜１４のうち、導入口３１ａから最も近い位置に設けられた電池用スペーサ１１の流通路１５の流入口１５ａの面積は、導入口３１ａから最も遠い位置に設けられた電池用スペーサ１４の流通路１８の流入口１８ａの面積よりも大きくなっている。

また、電池用スペーサ１１〜１４及び角型電池２０の幅方向他端には、扁平管よりなる排出配管Ｈ２が配置されるとともに、この排出配管Ｈ２内には導出路３２が形成されている。導出路３２の一端には導出口３２ａが形成されるとともに、導出路３２には、流出口１５ｂ〜１８ｂが接続されている。そして、複数の流出口１５ｂ〜１８ｂの面積は導出口３２ａへの流体の流通方向（矢印Ｙ３で示す）に沿って徐々に大きくなっている。

次に、本実施形態における電池モジュール１の作用について説明する。
角型電池２０の温度調節を行うときには、導入口３１ａから導入路３１に、温調装置（図示せず）により加熱又は冷却された流体が供給される。導入口３１ａから導入路３１に供給された流体は、導入路３１を流通する。そして、その流体は、導入路３１から各流通路１５〜１８に供給され、流体が流通路１５〜１８を流通することで、角型電池２０の温度調節がなされる。この際、流通路１５〜１８を流通する流体は、流通路１５〜１８における流体の流通方向（矢印Ｙ１に示す方向）の上流側（流入口１５ａ〜１８ａ）から下流側（流出口１５ｂ〜１８ｂ）に流通することで、角型電池２０と熱交換される。

ここで、流通路１５〜１８を流通する流体は、流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに流通するにつれ、流速が早くなる。
したがって、上記実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）電池モジュール１において各流通路１５〜１８は通路断面積が流体の流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに向けて小さくなるように形成されている。このため、流通路１５〜１８を流通する流体は、その流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに向かうにつれ、流速が速くなる。流速が速くなると、流体による単位面積あたりの熱交換効率が高くなる。よって、流通路１５〜１８の流出口１５ｂ〜１８ｂ側で流速を速めることで、熱交換効率の低下を抑えることができる。この結果、流体による角型電池２０の温調性能は、流通路１５〜１８の通路断面積を均一にした場合と異なり、流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに至るまで熱交換効率の差が小さくなる。したがって、流通路１５〜１８においては、流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに至るまで、流体による角型電池２０の温調性能の差が小さくなり、角型電池２０間の温度の偏りを小さくすることができる。

（２）また、流通路１５〜１８は、流入口１５ａ〜１８ａにおける第１開口幅ｄ１〜ｄ４が流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに向けて小さくなるように形成されている。このため、流入口１５ａ〜１８ａにおける第２開口幅ｄ５〜ｄ８を流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに向けて小さくなるように形成する場合に比べて、角型電池２０と流体との接触可能な面積が大きくなる。このため、角型電池２０における高さ方向の温度ばらつきが少なくなる。

（３）流通路１５〜１８の流入口１５ａ〜１８ａの面積は、導入口３１ａからの流体の流通方向に沿って小さくなっている。流通路１５〜１８の流入口１５ａ〜１８ａの面積が同一の場合、導入口３１ａから導入される流体は、導入口３１ａに近い位置に設けられた電池用スペーサ１１〜１４の流通路１５〜１８ほど供給されにくい。本実施形態にように、導入口３１ａに近い流通路１５〜１８の流入口１５ａ〜１８ａほど面積を大きくすることにより、導入口３１ａに近い流通路１５〜１８にも流体が供給されやすくなり、流通路１５〜１８に供給される流体の流量差が小さくなる。このため、各角型電池２０間の温度の偏りを小さくすることができる。

（４）電池用スペーサ１１〜１４に流通路形成凹部Ｏ１〜Ｏ４を形成し、その流通路形成凹部Ｏ１〜Ｏ４の深さを調節して流通路１５〜１８の通路断面積を流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに至るまで小さくなるようにした。このため、角型電池２０間の間隔を維持する部材を用いて通路断面積を小さくすることにより、別部材を用いて流通路１５〜１８の通路断面積を小さくする場合と比べて部品点数を少なくすることができる。

なお、上記各実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 図４に示すように、電池用スペーサ１１の流入口１５ａに、その高さ方向に複数の流通路形成凹部Ｏ２１を形成し、角型電池２０間に複数の流通路１５を形成する。そして、各流通路形成凹部Ｏ２１において電池用スペーサ１１の高さ方向に沿った開口幅Ｔを、電池用スペーサ１１の幅方向に沿って一端から他端に向かうにしたがい徐々に狭くして、流通路１５の通路断面積を流入口１５ａから流出口１５ｂに至るまで小さくしてもよい。この場合、流通路形成凹部Ｏ１〜Ｏ４の間に複数リブが立設される。このため、複数のリブにより角型電池２０間の圧縮応力に対する強度が維持される。

○ 流通路１５〜１８の通路断面積は流体の流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに至るまで段階的に小さくなるように形成されていてもよい。この場合であっても、流通路１５〜１８を流通する流体は、流入口１５ａ〜１８ａから流出口１５ｂ〜１８ｂに向かうにつれ、流速が速くなり、角型電池２０間の温度の偏りを小さくすることができる。

○ 電池用スペーサ１１〜１４は、角型電池２０の間隔を維持できるものであれば、どのような形状のものであってもよい。
○ 電池モジュール１は、２個の角型電池２０と、該角型電池２０に挟まれる単数の電池用スペーサ１１から構成されていてもよい。

○実施形態において、流入口１５ａ〜１８ａにおける第１開口幅ｄ１〜ｄ４及び流入口第２開口幅ｄ５〜ｄ８の両方を小さくして流通路１５〜１８の通路断面積を小さくしてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、以下に追記する。
（イ）二次電池同士の間に配設され、前記二次電池間の間隔を維持するとともに流体の流通路を形成するために並設された電池用スペーサであって、前記流通路の通路断面積が、前記流通路における流体の流入口から流出口に至るまで小さくなるように形成されていることを特徴とする電池用スペーサ。

（ロ）前記電池用スペーサにおいて前記二次電池の側面と対向する面には、流通路形成凹部が凹むように形成されるとともに、前記二次電池の側面と、前記電池用スペーサにおいて前記二次電池の側面と対向する面とから流通路が形成されることを特徴とする技術的思想（イ）に記載の電池用スペーサ。

１…電池モジュール、１１〜１４…電池用スペーサ、１５〜１８…流通路、１５ａ〜１８ａ…流入口、１５ａ〜１８ｂ…流出口、２０…二次電池としての角型電池、３１…導入路、３１ａ…導入口。

Claims (3)

1. 複数並設された二次電池と、
   該二次電池同士の間に配設され、前記二次電池間の間隔を維持するとともに流体の流通路を形成する電池用スペーサと、を備える電池モジュールであって、
   前記流通路の通路断面積が、前記流通路における流体の流入口から流出口に向けて小さくなるように形成されていることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記流入口における前記二次電池の並設方向に沿った開口幅が、前記流出口における前記二次電池の並設方向に沿った開口幅よりも大きくなるように形成されるとともに、前記流入口における前記並設方向に直交する方向に沿った開口幅と前記流出口における前記並設方向に直交する方向に沿った開口幅とが同じとなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記電池用スペーサは複数並設され、前記複数の電池用スペーサの各流通路の流入口には、前記流体を導入口から内部に導入し、前記各流通路に前記流体を供給する導入路が接続され、前記複数の電池用スペーサのうち、前記導入口から最も近い位置に設けられた前記電池用スペーサの流通路の流入口の面積は、前記導入口から最も遠い位置に設けられた前記電池用スペーサの流通路の流入口の面積よりも大きくなっていること特徴とする請求項１又は２に記載の電池モジュール。