以下に、図面を参照しながら本開示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形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(第1実施形態)
第1実施形態の電池パック1について、図1〜図5を参照して説明する。各図において、T1は複数の電池セル30のセル積層方向であり、W1はセル幅方向または電池通路70における冷却用流体の流れ方向であり、H1はセル高さ方向である。セル積層方向T1は、直方体状の電池セル30のセル厚さ方向でもある。セル幅方向W1は、セル積層方向T1とセル高さ方向H1の両方に垂直な方向である。電池パック1では、設置例の一つとして、セル高さ方向H1を鉛直方向に設定している。冷却用流体としては、例えば、空気、各種のガス、水、冷媒を用いることができる。
電池パック1は、複数の電池セル30を搭載する各種の電気機器に適用することができる。各種の電気機器は、例えば、蓄電池を有する装置、コンピュータ、車両等である。第1実施形態では、その一例として、電池パック1を、内燃機関と電池駆動の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、電池駆動のモータによって走行する電気自動車等の車両に用いる場合について説明する。
電池パック1は、少なくとも、筐体5と、複数の電池ケース4と、各電池ケース4の内部に収容された複数の電池セル30と、バスバを支持する支持部材としてのバスバケース2と、バスバケース2または電池ケース4に装着可能なカバー部材7と、を備える。筐体5は、4個の電池集合体3A,3B,3C,3D、及び流体駆動装置の一例である送風装置8を収容するパックケースである。電池集合体3A〜3Dのそれぞれは、複数の電池モジュール3がセル積層方向T1に並んで一体に設置されることで形成されている。電池モジュール3は、電池ケース4の内部に所定個数の電池セル30がセル積層方向T1に並んで設置されて構成される単位である。
各電池集合体3A〜3Dは、所定個数の電池モジュール3がセル積層方向T1に並んで一体となることで形成されている。電池集合体3Aと電池集合体3Bは、セル幅方向W1に所定間隔をあけて設けられている。電池集合体3Cと電池集合体3Dは、セル幅方向W1に所定間隔をあけて設けられている。電池集合体3Aと電池集合体3Cは、セル高さ方向H1に所定間隔をあけて設けられている。電池集合体3Bと電池集合体3Dは、セル高さ方向H1に所定間隔をあけて設けられている。したがって、電池集合体3Aと電池集合体3Cは複数段に積まれた複数の電池集合体であり、電池集合体3Bと電池集合体3Dは複数段に積まれた複数の電池集合体である。各電池集合体3A〜3Dは、構成するすべての電池セル30が直列に結線されることにより、通電可能に接続されている。すべての電池集合体3A〜3Dは、通電可能に接続されることにより、電池パック1の組電池として機能する。
セル積層方向T1に隣り合う電池ケース4と電池ケース4は、一方の電池ケース4と他方の電池ケースとが爪部と孔部との係合によっても連結された一体品として一固まりとなっている。爪部と孔部は、電池ケース4またはバスバケース2に設けられている。
複数の電池集合体の両端部には、電池パック1としての総正極側端子、総負極側端子をそれぞれ内蔵するコネクタが設置されている。電池パック1全体の総正極側端子、総負極側端子として両端に配されたバスバとバスバは、電力の供給および放出を行うために、例えば、リレー等を用いた電流の制御回路に接続されている。電池セル30は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン電池、有機ラジカル電池である。電池パック1は、筐体5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ている。
電池セル30は、単電池でもあり、例えばアルミ缶等の外殻を構成する外装ケースを有し、直方体状の外装ケースの一端面から上方に突出する、正極端子と負極端子とを有する。電池モジュール3は、隣り合う電池セル30と電池セル30とを直列に結線するように正極端子と負極端子とを接続する所定個数のバスバを備える。バスバは、導電性を有する材料で構成されている導電部材の一例である。バスバは、プレス加工により、2つの平板状部、2つの平板状部を連結するベント部、伝熱面積を増大するフィン部等を有する形状となるように製造することができる。以下、正極端子と負極端子とを総称して電極端子と記載することがある。
各電池セル30における外装ケースには、安全弁が設けられている。各安全弁は、正極端子と負極端子の間に位置し、電池セル30の内部圧力が異常な圧力になるときに破断するように設定されている。安全弁は、例えば、電池セル30の外装ケースの端面に開口した孔に薄い金属膜を貼り付けて塞いで構成されている。この場合には、電池セル30の内部圧力が異常な圧力になったときに、当該金属膜が破断して外装ケースの孔が開放されて、電池セル30の内部のガスが外装ケースの外部に放出されることにより、セル内圧が低下し、電池自身の破裂を防止することができる。
電池ケース4は、その内部に所定個数の電池セル30を収容可能な深い箱状の部材である。電池ケース4は、それぞれ電池セル30を収容する収容室を、収容する電池セル30と同数個備える。複数の収容室は、セル積層方向T1に並ぶように設けられている。セル積層方向T1に隣接する収容室は、仕切り壁によって仕切られている。電池ケース4は、所定間隔に設けられた仕切り壁によって電池セル30の外装ケースを支持して各電池セル30を保持する。電池ケース4は、例えばポリプロピレン、フィラーやタルクを含有するポリプロピレン等の合成樹脂で形成されている。電池ケース4は、底部と、底部から立設する4辺を囲む4つの側板部とを有して形成されている。
電池ケース4は、一端に4つの側板部によって囲まれた開口部を有している。各電池セル30は正極端子および負極端子が突出する端面とは反対側に位置する端面を先頭にして上端の開口部から電池ケース4内に挿入されて、仕切り壁と仕切り壁の間の所定の位置に設置される。一対の側板部は、電池セル30のセル高さ方向H1の両側に位置している。他の一対の側板部は、層状に設置された複数の電池セル30のセル積層方向T1、すなわち厚さ方向の両端に位置している。
電池ケース4の一端側に位置する開口部には、所定の位置にバスバを収容するバスバケース2を、開口部を覆うように設置することができる。この開口部には、各収容室に設置された電池セル30の電極端子が露出するように配置されている。バスバケース2は、電気絶縁性を有した材料によって形成されて、バスバと電池セル30の外装ケースとを絶縁する。バスバケース2は、例えば安全弁および各電極端子を除く外装ケースの端面部分を覆うように設けられる。
バスバケース2は、安全弁から噴出したガスを所定の箇所に誘導するための排煙通路250を形成するダクト部25を有している。ダクト部25は、各電池セル30の安全弁が設けられている部位と内部の排煙通路250とが連通し、排煙通路250がシール構造によって外部と遮断されるように各電池セル30の端面との間に押さえる。ダクト部25と電池セル30の端面との間には、ゴムなどのシール部材を配置するようにしてもよい。例えば、ダクト部25において電池セル30の端面を押さえる部分には、エラストマ等の軟性の高い樹脂を二色食成形等により設けるようにしてもよい。ダクト部25は、セル積層方向T1に沿うように延びている。ダクト部25は、耐熱性を有し、電池セル30の内部が異常な高圧状態になって、内部のガスが安全弁の破断によって噴き出しても、排煙通路250を形成する部分が溶けないで破損しない耐熱能力を有する。バスバケース2は、電気絶縁性を有する材料、例えばポリプロピレン、フィラーやタルクを含有するポリプロピレン等の合成樹脂で形成されている。
バスバケース2は、ダクト部25に対してセル高さ方向H1の両側のそれぞれに、セル積層方向T1に隣り合う電池セル30と電池セル30とを電気的に接続するバスバを収容している。電池セル30の端面は、バスバケース2に接触することにより、電池ケース4に対する電極端子のセル幅方向W1の位置が規定されることになる。バスバは、隣接する電池セル30に関して異極電極である電極端子同士を電気的に接続する。バスバと電極端子との電気的な接続は、例えば、超音波溶接、レーザー溶接、アーク溶接等の接続手段によって提供される。バスバと電池セル30は、平板状部と電極端子との接合によって電気的に接続されている。
電極端子同士をバスバによって接続する工程を実施する場合には、まず、各電池セル30を、電極端子が設けられている端面とは反対側の端面を先頭にした姿勢で、電池ケース4の開口部から各収容室に適正に収容して保持する。次に、電池ケース4と複数の電池セル30とを一体にした組み立て品に対してバスバケース2を組み付け、電池ケース4の組付部を貫通した穴部とバスバケース2の組付部を貫通した穴部とにボルトを挿通し、ナットで締め付ける。電池ケース4とバスバケース2との組み立て品に対して、バスバケース2のベース部に形成された開口部から露出する電極端子に対応するバスバを所定位置に設置する。これにより、バスバは、平板状部と電極端子とが接触する状態でバスバケース2によって支持されている。この状態で、各バスバについて、平板状部と電極端子とが接触している接触部に前述の溶接を行い、バスバと電極端子とを電気的に接合する。
電池パック1は、所定の電池セル30と所定の電池セル30との間または、各電池セル30における電圧信号を送信するために配線される所定個数の電圧検出線を備える。電圧検出線は、電池情報に関係する電気信号を検出するためにバスバに対して接続されている検出用部材の一例である。電圧検出線は、電池パック1に関わる各種の電池情報を検出するための電気信号検出用の線であり、バスバの所定の部位と電池監視ユニット等の制御装置とを接続する。電圧検出線等の検出用部材は、バスバに接続されている一端からコネクタ端子に接続されている他端にかけて、バスバケース2の内部に内蔵されている形態でもよい。例えば、検出用部材は、バスバケース2に外表面に沿うように配線される形態であってもよい。
電圧検出線は、一端が接続されているバスバとの接続部から延びて、電池側コネクタに内蔵されるコネクタ端子に他端が接続されている。電圧検出線は、バスバとの接続部から電池側コネクタのコネクタ端子まで延びる通信線である。電圧検出線の他端と出力用コネクタ端子とは、例えば、かしめ加工または前述した溶接によって結合されている。電池側コネクタは、制御装置に接続されている入力用信号線の一端部である入力用コネクタ端子を内蔵する制御装置側のコネクタに接続されている。電圧検出線は、組電池において所定の電位差を電気信号として検出し、出力用コネクタ端子が入力用コネクタ端子に導通可能に接続されることで、電池管理ユニット等を構成する制御装置に出力する。
電池管理ユニット(Battery Management Unit)は、少なくとも組電池の蓄電量を管理する機器であり、電池パック1に係る制御を行う電池制御ユニットの一例である。また、電池管理ユニットは、組電池に関する電流、電圧、温度を監視するとともに、電池セル30の異常、漏電異常等を管理する機器であってもよい。電池管理ユニットは、車両に搭載された各種の電子制御装置と通信可能に構成されている。電池管理ユニットには、電流センサによって検出された電流値に係る信号が入力されてもよいし、メインリレーやプリチャージリレーの作動を制御する制御装置であってもよい。電池管理ユニットは、電池セル30等の発熱体を冷却するために、冷却用流体を駆動する送風装置8のモータの作動を制御する機器として機能してもよい。また、電池管理ユニットは、車両に搭載された各種の電子制御装置(例えば車両EUCU)と通信可能に構成されている。
電池セル30は、例えば、放電して電流が取り出される出力時および充電される入力時に自己発熱する。電池管理ユニットは、電池セル30の温度を常時モニターし、電池セル30の温度に基づいて送風装置8の運転を制御する。例えば、電池管理ユニットは、送風装置8のモータに、最大電圧に対して0%〜100%に含まれる任意の値のデューティ比に制御した電圧を印加して、各ファンの回転数を可変させることができる。電池パック1では、このデューティ制御によってファンの回転数を変化させることにより、送風装置8による風量を多段階または無段階的に調節することができる。
図2及び図3に示すように、筐体5の内部には、送風装置8によって強制的に流れる冷却用流体の循環経路をなす循環通路9が形成されている。循環通路9は、送風装置8によって吹出し部81から流出した流体が各電池セル30と熱交換した後、送風装置8の吸込み部80に吸い込まれる一連の流体の主流経路をなす。すなわち、筐体5の内部において、流体が送風装置8から流出する箇所は一箇所であり、流体が送風装置8に流入する箇所も一箇所である。したがって、筐体5の内部の流体は、必ず送風装置8を経由して循環通路9を循環することになる。
筐体5は、内部の空間を包囲する複数の壁面からなる箱形を呈し、アルミニウム板、鉄板または樹脂製の成型品で形成されている。筐体5は、例えば少なくとも6面、例えば、側壁52、側壁53、側壁54、側壁55、天壁51、底壁50を有するケースである。側壁52と側壁55はセル積層方向T1の両端において互いに向かい合う位置関係にある壁であり、側壁53と側壁54はセル幅方向W1の両端において互いに向かい合う位置関係であって側壁52及び側壁53に直交する壁である。
筐体5は、複数のケース体を接合して組み立てることにより、内部に箱体状の空間を形成して作製することができる。筐体5の複数の壁のうち、所定の壁の表面には、放熱面積を大きくするために複数の凸部または凹部を設けるようにしてもよい。循環通路9は、流入通路94、吹出し通路95、天壁側通路90、側壁側通路91、底壁側通路92、電池通路70、電池間通路及び集合通路93を含む経路によって構成されている。電池間通路は、電池ケース4の一方側の側板に設けられた通気口から電池ケース4内に流入した流体が、隣り合う電池セル30と電池セルとの間を流通した後、電池ケース4の他方側の側板に設けられた通気口から流出する通路である。
集合ダクト6は、各電池通路70の通路出口部16及び電池間通路の通路出口部と、ファンケーシング8aにおける吸入用ダクト部内の流入通路94と、を繋ぐダクトである。さらに集合ダクト6は、複数の電池集合体3A〜3Dにおける各電池通路70及び各電池間通路を流出した流体が合流する集合通路93への流体流れを形成する。集合ダクト6は、複数の電池集合体3A〜3Dを冷却した後の流体のすべてを吸込み部80に導く通路を提供する。集合通路93は、各電池通路70の通路出口部16と各電池間通路の通路出口部から、吸込み部80または流入通路94までにわたって天壁51や底壁50に対して平行に延びる通路であり、送風装置8に連通している。
電池パック1は、間隔をあけて積まれた2個の電池集合体を、2組少なくとも有する。この2個の電池集合体は、間隔をあけて積まれた電池集合体3Aと電池集合体3Cであり、間隔をあけて積まれた電池集合体3Bと電池集合体3Dである。したがって、電池パック1は、1組の電池集合体3A,3Cと、1組の電池集合体3B,3Dと、を少なくとも有する。この2組の電池集合体は、積まれた方向(図のセル高さ方向H1)に対して直交する方向(図のセル幅方向W1)にさらに間隔をあけて設置されている。集合通路93は、図2に図示するように、対角線上に設けられた電池集合体3Aと電池集合体3Dとの間に設けられた通路であるとともに、対角線上に設けられた電池集合体3Bと電池集合体3Cとの間に設けられた通路である。つまり、集合通路93は、2組の電池集合体において対角線上に設けられた2個の電池集合体の間に設けられた通路である。
図5に示すように、集合ダクト6は、集合通路93よりも上流の通路を形成する第1上流通路部材61及び第2上流通路部材62と、吸込み部80の反対側で外部から集合通路93を閉塞する蓋部60と、を備えている。蓋部60は、外形が十字状の平板状の部材である。蓋部60の外周縁に相当する端面には、電池集合体3A〜3Dの端面に接触して、弾性変形するゴム材やパッキンからなるシール部が設けられている。
セル高さ方向H1に並ぶ電池集合体3Bと電池集合体3Dとの間には、第1上流通路部材61が設置されている。第1上流通路部材61は、長手方向に延びる側壁部613と、短手方向に延びる側壁部610と、電池集合体Bに接触する枠部614と、電池集合体3Dと接触する枠部612と、集合通路93に面する連通開口部611と、を備えて形成されている。
側壁部613は、外側部においてセル積層方向T1の幅全体に渡って電池集合体3Bと電池集合体3Dとの間を閉塞している。側壁部610は、送風装置8に隣接する、セル積層方向T1の端部においてセル幅方向W1の幅全体に渡って電池集合体3Bと電池集合体3Dとの間を閉塞している。枠部612は、第1上流通路部材61において電池集合体3Dに通じる開口を形成する。枠部614は、第1上流通路部材61において電池集合体3Bに通じる開口を形成する。連通開口部611は、第1上流通路部材61において集合通路93に面する位置に設けられた枠部の内側に、セル積層方向T1の幅全体であって電池集合体3Bと電池集合体3Dとの間の全体に渡って形成された矩形状の開口である。したがって、第1上流通路部材61と蓋部60は、セル積層方向T1の両端部とセル幅方向W1の一端部において電池集合体3Bと電池集合体3Dとの間を閉塞し、セル幅方向W1の他端部において集合通路93に連通する通路を構成する。
セル高さ方向H1に並ぶ電池集合体3Aと電池集合体3Cとの間には、第2上流通路部材62が設置されている。第2上流通路部材62は、長手方向に延びる側壁部623と、短手方向に延びる側壁部620と、電池集合体3Aに接触する枠部624と、電池集合体Cに接触する枠部622と、集合通路93に面する連通開口部621と、を備えて形成されている。
側壁部623は、外側部においてセル積層方向T1の幅全体に渡って電池集合体3Aと電池集合体3Cとの間を閉塞している。側壁部620は、送風装置8に隣接する、セル積層方向T1の端部においてセル幅方向W1の幅全体に渡って電池集合体3Aと電池集合体3Cとの間を閉塞している。枠部624は、第2上流通路部材62において電池集合体3Aに通じる開口を形成する。枠部622は、第2上流通路部材62において電池集合体3Cに通じる開口を形成する。連通開口部621は、第2上流通路部材62において集合通路93に面する位置に設けられた枠部の内側に、セル積層方向T1の幅全体であって電池集合体3Aと電池集合体3Cとの間の全体に渡って形成された矩形状の開口である。したがって、第2上流通路部材62と蓋部60は、セル積層方向T1の両端部とセル幅方向W1の他端部において電池集合体3Aと電池集合体3Cとの間を閉塞し、セル幅方向W1の一端部において集合通路93に連通する通路を構成する。
電池集合体3Bには、電池集合体3Dに対面する端面の外周縁にシール部材6100が設けられている。電池集合体3Dには、電池集合体3Bに対面する端面の外周縁にシール部材6120が設けられている。電池集合体3Aには、電池集合体3Cに対面する端面の外周縁にシール部材6200が設けられている。電池集合体3Cには、電池集合体3Aに対面する端面の外周縁にシール部材6220が設けられている。
第1上流通路部材61が電池集合体3Bと電池集合体3Dとの間の適正な位置に設置すると、シール部材6100及びシール部材6120は第1上流通路部材61の各枠部に接触して弾性変形し、流体漏れ防止機能を発揮する。第2上流通路部材62が電池集合体3Aと電池集合体3Cとの間の適正な位置に設置すると、シール部材6200及びシール部材6220は第2上流通路部材62の各枠部に接触して弾性変形し、流体漏れ防止機能を発揮する。
天壁側通路90は、天壁51と電池集合体との間に形成される天壁51に平行に延びる通路である。底壁側通路92は、底壁50と電池集合体との間に形成される底壁50に平行に延びる通路である。側壁側通路91は、天壁51及び底壁50の両方に直交する側壁55に対して平行に延び、電池集合体と側壁55との間に形成される通路である。側壁55は、セル積層方向T1に対向する二つの側壁のうち、送風装置8から離れた反対側にある側壁である。
送風装置8は、筐体5内の流体を循環通路9に循環させる流体駆動装置の一例である。循環通路9には、送風装置8によって、気体の一例である空気が流れて筐体5の内部を循環する。送風装置8は、モータと、モータにより回転されるシロッコファンと、シロッコファンを内蔵するファンケーシング8aとを備える。このファンケーシング8aは、内部にシロッコファンの吸込み口に通じる吸込み部80と流入通路94とを備える。送風装置8は、ファンの回転軸を天壁51や底壁50に沿う方向に配して、回転軸に沿う方向に流体を吸入し、遠心方向に吹き出すように設置されている。送風装置8は、筐体5の側壁52にモータ側、すなわち、吸込み部80とは反対側である背面側を向けて設置されている。
ファンケーシング8aの吹出し部81には、循環通路9の一部である吹出し通路95に向けて開口している。吹出し部81は、ファンの遠心方向であって、天壁51に向かって延びる通路によって形成されている。送風装置8によって吹出し通路95に吹き出される流体は、天壁51付近に至ってから天壁側通路90を沿うように側壁55に向かって進み、一部が送風装置8の吸引力によって天壁側通路90から、電池集合体3Aや電池集合体3Bの電池通路70及び電池間通路に流入する。天壁側通路90から電池通路70及び電池間通路に流入した流体を除く残部は、送風装置8の吸引力によって側壁側通路91に回り込んで電池集合体3Cや電池集合体3Dの電池通路70及び電池間通路に向けて流下して底壁側通路92を流れ、電池通路70及び電池間通路に流入する。各電池通路70を流下した流体は、バスバ等に沿うように流れて電池セル30を冷却する。各電池間通路を流下した流体は、電池セル30の表面に沿うように流れて電池セル30を冷却する。流体は各通路出口部から集合通路93に合流し、さらに吸込み部80、流入通路94を経て、送風装置8にすべて戻ってくる。したがって、送風装置8から流出した流体は、天壁51及び底壁50に沿うように流れてから送風装置8の流体吸引力によって各電池通路70及び各電池間通路を流下し、各通路出口部から集合通路93に流入して送風装置8に必ず戻り、循環通路9を循環し続ける。
以上のように、電池パック1は、前述した、送風装置8の吸込み部、吹出し部、電池通路70、電池間通路、集合通路93等の構成、配置によって、筐体5の内部において偏りがないバランスのとれた流体循環の流れを形成することができる。換言すれば、筐体5の内部に形成される流体循環の流れは、電池集合体の並び方向について対称になるように形成されている。電池パック1は、図2や図3に図示するように、セル幅方向W1に並ぶ電池集合体やセル高さ方向H1に並ぶ電池集合体において、電池通路70や電池間通路に均等に流入する循環流体の流れを提供できる。これにより、各電池集合体において、同様のセル温度分布を実現することができ、電池集合体間で冷却能力に大きな差が生じない電池パック1を提供できる。
各電池集合体3A〜3Dは、循環通路9の一部であり、冷却用流体が流通する電池通路70を備える。すなわち、電池通路70は、セル高さ方向H1に延びる通路であり、側壁52側及び側壁55側が閉じられて、通路入口部12が天壁側通路90または底壁側通路92に通じ、通路出口部16が集合通路93に通じている。電池集合体3A及び電池集合体3Bに係る各電池通路70は、天壁51側で通路入口部12を備え、底壁33側で集合通路73に集まる流体の出口部を備える。
各電池集合体3A〜3Dは、循環通路9の一部であり、冷却用流体が流通する電池貫通路を備える。すなわち、電池間通路は、セル高さ方向H1に延びる通路であり、側壁52側及び側壁55側が閉じられて、通路入口部が天壁側通路90または底壁側通路92に通じ、通路出口部が集合通路93に通じている。電池集合体3A及び電池集合体3Bに係る各電池通路70は、天壁51側で通路入口部を備え、底壁33側で集合通路73に集まる通路出口部を備える。
カバー部材7は、バスバに接触させる冷却用流体が流通する電池通路70をバスバとの間に形成するように設置されている。カバー部材7は、電気絶縁性を有する材料、例えばポリプロピレン、フィラーやタルクを含有するポリプロピレン等の合成樹脂で形成されている。電池通路70は、冷却用流体がバスバの表面上を流れるように設けられた通路である。電池通路70は、セル高さ方向両端において、バスバケース2の枠壁部を貫通して形成された開口部のうち、一方側を通路入口部12とし他方側を通路出口部16とする。
カバー部材7は、バスバが設置されている電池モジュール3の面全体を覆う形状である。図2に図示するように、カバー部材7は、通路入口部12に近い側のバスバに対向する上流側屋根部7aと、通路出口部16に近い側のバスバに対向する下流側屋根部7cと、上流側屋根部7aと下流側屋根部7cとをつなぐ中間屋根部7bと、を有して形成されている。
上流側屋根部7aは、電池モジュール3のバスバ設置面との間に、電池通路70の上流側に相当する扁平直方体状の通路を形成する平板状部である。下流側屋根部7cは、電池モジュール3のバスバ設置面との間に、電池通路70の下流側に相当する扁平直方体状の通路を形成する平板状部である。中間屋根部7bは、セル積層方向T1に延びる半筒状であり、半筒状の側面の端部において上流側屋根部7aおよび下流側屋根部7cのそれぞれに一体に繋がっている。中間屋根部7bは、ダクト部25との間に、電池通路70の一部が断面半ドーナツ状で電池モジュール3のセル積層方向長さ全体に延びるように、ダクト部25の外表面を覆っている。電池通路70は、上流側屋根部7aの内側でバスバ設置面に沿うように延びた後、中間屋根部7bの内側で電池モジュール3から離れるように立ち上がり電池モジュール3に近づくようにUターンし下流側屋根部7cの内側でバスバ設置面に沿うように延びる通路である。
セル幅方向W1に隣り合う電池集合体3Aと電池集合体3Bは、カバー部材7における中間屋根部7b同士がシール部材71を介して接触している。セル幅方向W1に隣り合う電池集合体3Cと電池集合体3Dは、カバー部材7における中間屋根部7b同士がシール部材71を介して接触している。この構成によれば、各電池通路70の通路出口部16から集合通路93に流出した流体を、天壁側通路90や底壁側通路92に逆流させることなく、流入通路94に確実に流下させることに寄与する。
次に、第1実施形態の電池パック1によって得られる効果について説明する。電池パック1は、複数の電池集合体3A〜3Dと、送風装置8と、複数の電池集合体3A〜3D及び送風装置8を収容する筐体5と、筐体5の内部に形成される流体の循環通路9と、を備える。循環通路9は、送風装置8から流出した流体が複数の電池集合体3A〜3Dのそれぞれと熱交換する際に流れる熱交換通路を流出した後、送風装置8に吸い込まれる流体の流通経路をなす。複数の電池集合体3A〜3Dは、熱交換通路に連通する集合通路93として機能する間隔を設けて、複数段に積み上げられた状態で設置されている。電池パック1は、集合通路93と送風装置8の吸込み部80とを連絡する集合ダクト6をさらに備える。
この構成によれば、各電池集合体における熱交換通路が集合通路93に合流するように熱交換通路と集合通路93を接続し、さらに集合通路93を集合ダクト6によって吸込み部80とを連絡する通路構成を、循環通路9の一部とする電池パック1を提供できる。これにより、各電池集合体の熱交換通路を、送風装置8による吸引力が作用する集合通路93に連通することができるので、熱交換通路や熱交換通路よりも上流側に通路に比べて、負圧状態となる集合通路93を構築することができる。この作用により、各熱交換通路に確実に流体を流通させることができるので、複数段を構成する電池集合体3A〜3Dにおける各電池セル30に対して流体を行き渡らせることができ、各電池セル30を冷却できる循環流を形成できる。したがって、複数段に積まれた複数の電池集合体に対する電池冷却性能の向上を図る電池パック1を提供できる。
集合通路93は、上下及び左右に間隔をあけて設置された少なくとも4個の電池集合体において、電池集合体と電池集合体との間に設けられた通路である。この構成によれば、少なくとも4個の電池集合体について、各熱交換通路に確実に流体を流通させることができるので、各電池セル30に対して流体を行き渡らせることができる。
電池パック1が備える複数の電池集合体は、間隔をあけて積まれた2個の電池集合体を、2組少なくとも含む。この2組の電池集合体は、積まれた方向に対して直交する方向にさらに間隔をあけて設置されている。集合通路93は、2組の電池集合体において対角線上に設けられた2個の電池集合体の間に設けられた通路である。この構成によれば、4個の電池集合体のうち、どの電池集合体の熱交換通路に対しても同様の距離や位置関係となる集合通路93を設定することができる。したがって、2組の電池集合体について、熱交換通路に作用する送風装置8の吸引力に大きな差のない電池パック1を提供できるので、各電池集合体に対する冷却性能を確保することができる。
電池パック1において集合通路93の通路横断面積は、電池通路70及び電池間通路の通路横断面積の合計値よりも小さくなるように設定されていることが好ましい。これによれば、送風装置8の吸引力を確保しつつも、組電池が占める体積を抑えることができ、電池パック1の体格を抑制することに寄与する。
集合ダクト6は、複数の電池集合体における電池集合体と電池集合体との間に設けられた通路の全体を囲んでいる形状である。この構成によれば、電池集合体と電池集合体との間に形成されたスペースを流体が流通可能な通路とすることができる。したがって、熱交換通路として機能できる通路断面積を大きく設定することができるので、広範囲に渡って電池セルと流体をと熱交換可能とする循環通路9を形成できる。
隣り合う電池集合体と電池集合体とは、それぞれのカバー部材同士が嵌合する嵌合部を形成することで、集合通路93を外部の通路とを遮断している。この構成によれば、当該嵌合部がシール機能を奏するので、別個のシール部材を不用にすることができる。
(第2実施形態)
第2実施形態では、第1実施形態の他の形態である集合ダクト106について図6を参照して説明する。図6において、第1実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。集合ダクト106は、集合ダクト6と同様の作用効果を奏する。以下、第1実施形態と相違する内容について説明する。
第2実施形態は、第1実施形態に対して、集合ダクト106が相違する。集合ダクト106は、集合ダクト6における蓋部60、第1上流通路部材61及び第2上流通路部材62が一体となって一つの部材で構成されている。集合ダクト106の蓋部600は、集合ダクト6の蓋部60に相当する構成要素である。
(第3実施形態)
第3実施形態では、第1実施形態の他の形態であるカバー部材について図7を参照して説明する。第3実施形態は、以下に説明する内容以外は第1実施形態と同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。第3実施形態のカバー部材107A、カバー部材107Bは、第1実施形態のカバー部材7と同様の作用効果を奏する。
第3実施形態は、第1実施形態に対して、セル幅方向W1に隣り合う電池集合体におけるカバー部材107Aとカバー部材107Bとが嵌合部を有することにより、第1実施形態のシール部材71と同様の機能を発揮する点が相違する。カバー部材107A及びカバー部材107Bは、電池パック1において、電池集合体3A及び電池集合体3Bに設けられており、さらに電池集合体3C及び電池集合体3Dに設けられている。
図7に示すように、カバー部材107Aは外方に突出する突出部1070aを備えている。カバー部材107Bは突出部1070aが嵌まり込む大きさである凹部1070bを備えている。突出部1070aと凹部1070bは、カバー部材においてセル積層方向長さの全体に渡って延びるように設けられていることが好ましい。電池パック1において、セル幅方向W1に隣り合う電池集合体と電池集合体とを適正な位置に設置すると、突出部1070aが凹部1070bに嵌まり込み、カバー部材107Aとカバー部材107Bとを一体に結合することができる。この状態では、突出部1070aと凹部1070bは、その表面同士が密着するように嵌合している。これによれば、突出部1070aと凹部1070bとの嵌合部は集合通路93と外部の通路とを遮断するシール機能を奏し、第1実施形態のシール部材71を不用にすることができる。
(第4実施形態)
第4実施形態では、第2実施形態の他の形態であるカバー部材について図8を参照して説明する。第4実施形態は、以下に説明する内容以外は第1実施形態と同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。第4実施形態のカバー部材207A、カバー部材207Bは、第3実施形態のカバー部材107A、カバー部材107Bと同様の作用効果を奏する。
第4実施形態のカバー部材207A及びカバー部材207Bは、互いに側面同士が面接触する突片部2070a及び突片部2070aを備えている。カバー部材207Aとカバー部材207Bは、電池パック1において、電池集合体3Aと電池集合体3Bに設けられており、さらに電池集合体3Cと電池集合体3Dに設けられている。
突片部2070aと突片部2070bは、カバー部材においてセル積層方向長さの全体に渡って延びるように設けられていることが好ましい。電池パック1において、セル幅方向W1に隣り合う電池集合体と電池集合体とを適正な位置に設置すると、突片部2070aと突片部2070bとが互いに面接触して、カバー部材207Aとカバー部材207Bとを一体に結合することができる。これによれば、突片部2070aと突片部2070bとの嵌合部は集合通路93と外部の通路とを遮断するシール機能を奏し、第1実施形態のシール部材71を不用にすることができる。
(第5実施形態)
第5実施形態では、第1実施形態の電池パック1の他の形態である電池パック101について図9を参照して説明する。図9において、第1実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。以下、第1実施形態と相違する内容について説明する。
図9に示すように、電池パック101は、前述した電池集合体3A〜3Dの横に間隔をあけて、さらに2段積みの電池集合体3Eと電池集合体3Fを備えている。この2段積みの電池集合体3Eと電池集合体3Fは、セル高さ方向H1に間隔をあけて2段に積まれており、この電池集合体3Eと電池集合体3Fとの間隔に相当するスペースは、隣接する電池集合体3A〜3Dとの間に形成される集合通路93に連通している。このように、4個の電池集合体3A〜3Dにおいて形成されている集合通路93と2段積みの電池集合体3E,3F間の通路とは、連通しており、2段積みの電池集合体3E,3F間の通路は、送風装置8の吸込み部80に接続されている。電池パック101は、すべての電池集合体における電池通路70や電池間通路と通じるチャンバを内部に有するチャンバ部材206を備えている。チャンバ部材206は、4個の電池集合体3A〜3Dにおいて形成されている集合通路93と連通する電池側開口部と、吸込み部80と連通する送風装置側開口部と、を少なくとも有する。
電池パック101によれば、すべての電池集合体を冷却した後の流体が流入するチャンバを有し、送風装置8の吸込み部80に連通するチャンバ部材206を備える。チャンバ部材206は、各集合通路と吸込み部80とを連絡する集合ダクトでもある。この構成によれば、複数段に積まれた複数の電池集合体について、電池通路70等に比べてチャンバを負圧状態にできるので、電池セル30を冷却した後の流体を確実にチャンバに合流させて送風装置8に吸い込むことができる。したがって、複数段に積まれた複数の電池集合体に対する電池冷却性能を向上できる電池パック101が得られる。
(第6実施形態)
第6実施形態では、第1実施形態の電池パック1の他の形態である電池パック201について図10を参照して説明する。図10において、第1実施形態の図面中と同一符号を付した構成要素は、同様の構成要素であり、同様の作用効果を奏するものである。以下、第1実施形態と相違する内容について説明する。
図10に示すように、電池パック201は、前述した電池集合体3A〜3Dの横に間隔をあけて、さらに同様の構成の電池集合体3A〜3Dを備えている。セル幅方向W1に並ぶ電池集合体3A〜3Dと電池集合体3A〜3Dとの間に形成される通路は、2組の電池集合体3A〜3Dのそれぞれにおいて形成されている集合通路93に連通するとともに、送風装置8の吸込み部80に接続されている。電池パック201は、すべての電池集合体における電池通路70や電池間通路と通じるチャンバを内部に有するチャンバ部材306を備えている。チャンバ部材306は、2組の電池集合体3A〜3Dにおいて形成されている各集合通路93と連通する電池側開口部と、吸込み部80と連通する送風装置側開口部と、を少なくとも有する。
電池パック201によれば、すべての電池集合体を冷却した後の流体が流入するチャンバを有し、送風装置8の吸込み部80に連通するチャンバ部材306を備える。チャンバ部材306は、各集合通路と吸込み部80とを連絡する集合ダクトでもある。この構成によれば、複数段に積まれた複数の電池集合体について、電池通路70等に比べてチャンバを負圧状態にできるので、電池セル30を冷却した後の流体を確実にチャンバに合流させて送風装置8に吸い込むことができる。したがって、複数段に積まれた複数の電池集合体に対する電池冷却性能を向上できる電池パック201が得られる。
(他の実施形態)
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
前述の実施形態における電池パック1は、冷却用流体が電池通路70をセル高さ方向H1、あるいは上下方向に流下するように設置されているが、電池集合体の設置例はこのような姿勢に限定されない。例えば、電池パック1は、冷却用流体が電池通路70をセル幅方向W1あるいは横方向に流下するように設置されている構成でもよい。
前述の実施形態における電池パック1は、セル高さ方向H1に2段に積まれた電池集合体であるが、この明細書で開示する電池パックは、この積み段数に限定されるものではない。
前述の実施形態において、電池パック1は、冷却用流体が電池通路70と電池間通路との両方を流通する形態であるが、このような流体経路に限定されない。例えば、冷却用流体は、電池通路70、電池間通路のいずれかを流通する形態でもよい。したがって、電池通路70及び電池間通路の少なくとも一方は、送風装置8から流出した流体が複数の電池集合体と熱交換する際に流れる熱交換通路を構成する。
前述の実施形態において電池集合体を構成する電池セルは、例えば、外装ケースが薄い平板状の形態をなし、外装ケースはラミネートシートで形成されている形態でもよい。ラミネートシートは、絶縁性の高い素材で構成されている。電池セルは、例えば、二つ折りにされたラミネートシートの端部同士を熱融着することにより当該端部同士を封止して密閉された扁平状容器の内部空間を有する。この内部空間には、電極集合体、電解質、端子接続部、正極端子部の一部、および負極端子部の一部を含む電池本体部が内蔵されている。したがって、複数の電池セルは、扁平状容器の周縁部が封止されることにより、扁平状容器の内部に、電池本体部が密封状態で収容されている。各電池セルは、扁平状容器から外方へ引き出された一対の電極端子を有する。
前述の実施形態において電池集合体を構成する電池セルとして、例えば、円柱状の外形形状である単電池を用いてもよい。
前述の実施形態において、電池パック1に含まれる電池集合体は4個であるが、電池集合体の個数は、この個数に限定するものではなく、電池パック1に含まれる電池集合体は複数段に積み上げ可能な個数であればよい。
前述の実施形態において、電池集合体を構成する複数の電池セル30は、電池ケース4の収容空間で、隣接する電池セル間に隙間を設けずに接触させた状態で設置される形態でもよいし、電池セル間に所定の隙間をあけて設置するようにしてもよい。