JP5888166B2 - 電池モジュール及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、並設された複数の二次電池それぞれと隣り合う温調用流路に熱媒体を流通させることで二次電池の温度調節が行われる電池モジュールに関する。

二次電池は、規定温度に保たれることにより寿命が長くなる。このため、特許文献１では、二次電池（電池モジュール）の温度調節が行われている。
図５に示すように、特許文献１に記載の組電池１０１の筐体１０２の内部には、複数の電池モジュール１０３が並設され、各電池モジュール１０３は、間隔を一定に維持された状態で、電池ホルダー１０４，１０５によって保持されている。電池ホルダー１０４，１０５は、直列接続された一群の電池モジュール１０３を外側から囲む状態で設けられている。そして、隣り合う電池モジュール１０３の間には、区画板１０７が配設され、各電池モジュール１０３に隣り合うように流路１０６が区画されている。電池ホルダー１０４，１０５の電池モジュール１０３の並設方向の一端には、電池モジュール１０３を冷却するための空気が導入される導入口１０８が形成されている。この導入口１０８には、外部の空気を電池ホルダー１０４，１０５内に導入する導入冷却通路１０９が接続されている。

そして、導入冷却通路１０９から電池ホルダー１０４，１０５内に供給されるとともに、各流路１０６に流れ込んだ空気によって、電池モジュール１０３の冷却が行われている。

特開２０１０−２４４８０２号公報

ところで、電池モジュール１０３の並設方向両端の流路１０６は、それら両端の電池モジュール１０３と、電池ホルダー１０４，１０５の側壁の間に形成されている。電池ホルダー１０４，１０５の側壁は、外気と熱交換される。このため、電池ホルダー１０４，１０５の側壁を用いて区画された流路１０６の熱媒体は、電池ホルダー１０４，１０５の側壁と熱交換されてしまう。したがって、並設方向両端の電池モジュール１０３は、熱交換後の熱媒体によって温度調節されてしまい、温度調節効率が低下する。このため、並設方向の複数の電池モジュール１０３間で温度にばらつきが生じてしまう。

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り、その目的は、複数の二次電池間での温度調節効率の偏りを抑制することができる電池モジュール及び車両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、並設された複数の二次電池と、前記二次電池それぞれと隣り合う温調用流路とを有し、前記温調用流路に熱媒体を流通させることで前記二次電池の温度調節が行われる電池モジュールであって、前記複数の二次電池のうち、並設方向の少なくとも一端に位置する二次電池よりも外側には、前記熱媒体が流通する端部流路が設けられ、前記端部流路は、流路形成部材によって前記温調用流路と外部流路とに区画され、前記外部流路は、前記流路形成部材及び該流路形成部材によって区画された前記温調用流路を挟んで、前記並設方向の少なくとも一端に位置する二次電池と隣り合っており、前記流路形成部材は、前記二次電池の長さ方向の一端から他端にわたって設けられ、前記外部流路に流通する前記熱媒体が断熱層として機能することを要旨とする。

これによれば、二次電池の並設方向の少なくとも一端に位置する二次電池と、流路形成部材と、で区画された温調用流路（以下、外側温調用流路と記載する）は、流路形成部材を隔てて外部流路に隣り合っている。このため、外部流路の熱媒体が断熱層として機能し、外側温調用流路の熱媒体が外部と直接熱交換されることが防止される。よって、外部流路がない場合と比べると、外側温調用流路を流通する熱媒体の外部との熱交換は抑制され、並設方向の少なくとも一端に位置する二次電池の温度調節効率の低下が抑えられる。したがって、二次電池間での温度調節効率の偏りを抑えることができる。
請求項２に記載の発明は、複数の二次電池からなるとともに複数並設された電池群と、前記電池群それぞれと隣り合う温調用流路とを有し、前記温調用流路に熱媒体を流通させることで前記電池群の温度調節が行われる電池モジュールであって、前記複数の電池群のうち、並設方向の少なくとも一端に位置する電池群よりも外側には、前記熱媒体が流通する端部流路が設けられ、前記端部流路は、流路形成部材によって前記温調用流路と外部流路とに区画され、前記外部流路は、前記流路形成部材及び該流路形成部材によって区画された前記温調用流路を挟んで、前記並設方向の少なくとも一端に位置する電池群と隣り合っており、前記流路形成部材は、前記二次電池の長さ方向の一端から他端にわたって設けられ、前記外部流路に流通する前記熱媒体が断熱層として機能することを要旨とする。

これによれば、請求項１と同様に、外部流路の熱媒体を断熱層として機能させることで、電池群間での温度調節効率の偏りを抑えることができる。すなわち、各電池群を構成する二次電池間での温度調節効率の偏りを抑えることができる。

また、前記温調用流路において、前記熱媒体の流通方向と直交する流路断面積は、全ての温調用流路で同じであってもよい。
これによれば、複数の温調用流路同士の間で熱媒体の流量に偏りが生じることが抑制される。したがって、二次電池間での温度調節効率の偏りを更に抑制することができる。

また、前記流路形成部材は、断熱材によって形成されていてもよい。
これによれば、流路形成部材の断熱機能によって外部流路を流通する熱媒体と、外側温調用流路を流通する熱媒体との熱交換が抑制される。このため、外側温調用流路を流通する熱媒体の温度調節効率の低下が抑制される。したがって、二次電池間での温度調節効率の偏りを更に抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、車両であって、請求項１〜請求項４のうちいずれか１項に記載の電池モジュールを搭載したことを要旨とする。
これによれば、複数の二次電池間での温度調節効率の偏りが抑制されて、車両は、二次電池からの電力により適切に走行することができる。

本発明によれば、複数の二次電池間での温度調節効率の偏りを抑制することができる。

第１の実施形態における電池モジュールを示す概略平面図。 第１の実施形態における電池モジュールを示す図１の１−１線断面図。 第２の実施形態の電池モジュールを示す断面図。 別例の電池モジュールを示す断面図。 従来技術を示す概略平面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態について図１及び図２にしたがって説明する。

図１及び図２に示すように、車両に搭載される電池モジュール１０のケース１１には、二次電池としての角型電池２１が複数収容されている。ケース１１は、矩形板状をなす底板１２と、この底板１２の対向する一対の辺から立設された第１側壁１３ａ，１３ｂと、底板１２において第１側壁１３ａ，１３ｂが立設された辺と交わる一対の辺から立設された第２側壁１４ａ，１４ｂと、底板１２と対向する天板１５と、から四角箱状に形成されている。

角型電池２１は、その厚み方向に複数並設されている。本実施形態では、角型電池２１の並設方向は、第１側壁１３ａ，１３ｂの対向方向に一致する。複数の角型電池２１は、並設方向に間隔をあけて設けられている。これにより、並設方向に隣り合う角型電池２１の間には、熱媒体が流通する第１温調用流路３１が区画されている。なお、角型電池２１は、全て同一の角型電池２１であるが、説明の便宜上、角型電池２１の並設方向において、両端に位置する角型電池２１をそれぞれ、符号２１Ａを適宜付して端用角型電池２１Ａとして説明を行う。

角型電池２１の並設方向において、端用角型電池２１Ａと、各第１側壁１３ａ，１３ｂとの間には、それぞれ、熱媒体が流通する端部流路４０が設けられている。各端部流路４０には、第２側壁１４ａ，１４ｂの対向方向に延びる流路形成部材としての区画板３３が設けられている。各区画板３３と、各区画板３３に隣り合う端用角型電池２１Ａの間には、第２温調用流路３２が区画されている。また、各区画板３３と第１側壁１３ａ，１３ｂとの間には、外部流路３４が区画されている。各端部流路４０は、区画板３３によって、外側温調用流路としての第２温調用流路３２と、外部流路３４とに区画されている。各区画板３３は、第２温調用流路３２を挟んで端用角型電池２１Ａと反対側に配設されている。したがって、外部流路３４は、第２温調用流路３２及び区画板３３を挟んで端用角型電池２１Ａと隣り合っている。各区画板３３は、断熱材（発泡スチロールや発発泡プラスチックなどの合成樹脂）から形成されている。

各第１温調用流路３１及び各第２温調用流路３２において、熱媒体の流通方向と直交する流路断面積は、全ての第１温調用流路３１及び第２温調用流路３２で同じとなっている。

各角型電池２１と、一方の第２側壁１４ａの間には、第１温調用流路３１、第２温調用流路３２及び外部流路３４の一端に連通するとともに、第１温調用流路３１、第２温調用流路３２及び外部流路３４に熱媒体を流入させる流入路３５が形成されている。また、各角型電池２１と、他方の第２側壁１４ｂの間には、第１温調用流路３１、第２温調用流路３２及び外部流路３４の他端に連通するとともに、第１温調用流路３１、第２温調用流路３２及び外部流路３４を流通した熱媒体が排出される排出路３６が形成されている。

ケース１１の第１側壁１３ａには、流入路３５に熱媒体を供給するための供給口３７が形成されている。そして、供給口３７には、流入路３５に気体状の熱媒体（例えば、空気や二酸化炭素）を供給する送風機３８が配設されている。ケース１１の第１側壁１３ｂには、排出路３６に排出された熱媒体をケース１１の外部に排出するための排出口３９が形成されている。

次に、本実施形態における電池モジュール１０の作用について説明する。
角型電池２１の温度調節を行うときには、送風機３８から流入路３５に向けて、図示しない温度調節装置（例えば、ペルチェ素子などの熱電変換モジュールや、ヒータ、冷却器）によって加熱又は冷却された熱媒体が供給される。送風機３８から流入路３５に供給された熱媒体は、流入路３５から、第１温調用流路３１、第２温調用流路３２及び外部流路３４を流通する。

外部流路３４を流通する熱媒体は、ケース１１の外部に存在する外気と熱交換された第１側壁１３ａ，１３ｂと熱交換される。一方、第２温調用流路３２を流通する熱媒体は、外部流路３４を流通する熱媒体が断熱層として機能するため、第１側壁１３ａ，１３ｂと直接熱交換されない。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）複数の角型電池２１を、第１側壁１３ａ，１３ｂの対向方向に並設し、並設方向に隣り合う角型電池２１の間に第１温調用流路３１を区画している。また、角型電池２１の並設方向両端の端用角型電池２１Ａよりも外側に設けられた端部流路４０には、区画板３３が設けられている。端部流路４０は、区画板３３によって第２温調用流路３２と外部流路３４に区画されている。したがって、外部流路３４の熱媒体が断熱層として機能し、第１側壁１３ａ，１３ｂの熱が第２温調用流路３２に直接伝わることが防止される。このため、第２温調用流路３２の熱媒体と外部流路３４の熱媒体とを比べると、第２温調用流路３２の熱媒体の方が、温度調節効率の低下が少なくなる。したがって、第２温調用流路３２を流通する熱媒体の外気との熱交換は、外部流路３４を形成しない場合と比較して抑制され、第２温調用流路３２の熱媒体による端用角型電池２１Ａの温度調節効率の低下が抑えられる結果、複数の角型電池２１間での温度調節効率の偏りを抑えることができる。

（２）各第１温調用流路３１及び各第２温調用流路３２の流路断面積は、全ての第１温調用流路３１及び第２温調用流路３２で同じとなっている。したがって、第１温調用流路３１を流通する熱媒体と第２温調用流路３２を流通する熱媒体の流量に偏りが生じることが抑制される。このため、各角型電池２１間での温度調節効率の偏りを更に抑制することができる。

（３）区画板３３は断熱材によって形成され、外部流路３４と、第２温調用流路３２とは、区画板３３を介して隣り合っている。したがって、外部流路３４を流通する熱媒体と、外部流路３４と隣り合う第２温調用流路３２を流通する熱媒体との熱交換が抑制される。このため、第２温調用流路３２を流通する熱媒体の温度調節効率の低下が抑制される。したがって、端用角型電池２１Ａに対する温度調節効率が低下することが抑制されて、複数の角型電池２１間での温度調節効率の偏りを更に抑制することができる。

（４）電池モジュール１０は、車両に搭載される。このため、複数の角型電池２１間での温度直接効率の偏りが抑制されて、車両は、角型電池２１からの電力により適切に走行することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施形態について図３にしたがって説明する。以下に説明する実施形態において、すでに説明した実施形態と同一構成については同一符号を付すなどしてその重複する説明を省略又は簡略する。

図３に示すように、電池モジュール５０の角型電池２１は、厚み方向に並設されるとともに、隣り合う角型電池２１の間には隣り合う角型電池２１の間隔を維持するためのスペーサ５３が設けられている。スペーサ５３は、角型電池２１が載置される載置部５４と、載置部５４から立設された壁部５５とからなる。これにより、角型電池２１の厚み方向一側面（図中左面）と、壁部５５との間に、第１温調用流路７１が形成されている。角型電池２１の厚み方向他側面（図中右面）は、壁部５５を介して第１温調用流路７１と隣り合っている。

角型電池２１の並設方向一端（図中左端）の端用角型電池２１Ａにおいて、スペーサ５３が設けられた端用角型電池２１Ａの厚み方向他側面（図中右面）と反対側の一側面（図中左面）には、エンドプレート５１が配設されている。角型電池２１の並設方向他端（図中右端）の端用角型電池２１Ａにおいて、スペーサ５３が設けられた端用角型電池２１Ａの厚み方向一側面（図中左面）と反対側の他側面（図中右面）には、エンドプレート５２が配設されている。そして、エンドプレート５１，５２によって全ての角型電池２１及びスペーサ５３は角型電池２１の並設方向（角型電池２１の厚み方向）に挟持されている。

角型電池２１の並設方向一端（図中左端）に設けられる端用角型電池２１Ａの厚み方向一側面と接するエンドプレート５１は、端用角型電池２１Ａが載置される載置部５６と、載置部５６から立設された二つの壁部５７，５８とから形成されている。端用角型電池２１Ａの厚み方向一側面とエンドプレート５１で端部流路７０が区画されている。そして、端用角型電池２１Ａの厚み方向一側面と隣り合う第１壁部５７と、端用角型電池２１Ａの厚み方向一側面とで、第２温調用流路５９が形成されている。そして、第１壁部５７と、第２壁部５８とで、外部流路６０が形成されている。エンドプレート５１において、端部流路７０を第２温調用流路５９と外部流路６０に区画する流路形成部材は、第１壁部５７となる。

角型電池２１の並設方向他端（図中右端）に設けられる端用角型電池２１Ａの厚み方向他側面と接するエンドプレート５２は、端用角型電池２１Ａが載置される載置部６１と、載置部６１から立設された三つの壁部６２，６３，６４とから形成されている。端用角型電池２１Ａの厚み方向他側面とエンドプレート５２で端部流路７０が区画されている。そして、端用角型電池２１Ａの厚み方向他側面と接する第１壁部６２と、第１壁部６２に隣り合う第２壁部６３とで、第２温調用流路５９が形成されている。また、第２壁部６３と、第２壁部６３を挟んで第１壁部６２と反対側の第３壁部６４とで、外部流路６０が形成されている。すなわち、エンドプレート５１，５２は、端用角型電池２１Ａの外側に二つの流路（第２温調用流路５９及び外部流路６０）が形成されるように構成されている。なお、エンドプレート５２において、端部流路７０を第２温調用流路５９と外部流路６０に区画する流路形成部材は、第１壁部６２及び第２壁部６３となる。

したがって、上記実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１），（２），（４）に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（５）エンドプレート５１，５２を用いて第２温調用流路５９及び外部流路６０を形成した。このため、第２温調用流路５９及び外部流路６０を形成するための部材を別に設ける場合と比べて、部品点数の削減が図られる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 図４に示すように、実施形態の角型電池２１（電池セル）を複数の二次電池８１からなる電池群８０に置き換えてもよい。詳細にいえば、複数の二次電池８１を組み合わせて電池群８０を構成し、この電池群８０を複数並設するとともに、複数の電池群８０のうち、並設方向の少なくとも一端に位置する電池群８０Ａよりも外側に端部流路４０を設ける。そして、端部流路４０に区画板３３を設けることで、端部流路４０を第２温調用流路３２と外部流路３４とに区画する。この場合も、実施形態の場合と同様に、外部流路３４の熱媒体が断熱層として機能し、複数の電池群８０間での温度調節効率の偏りを抑えることができる。したがって、各電池群８０を構成する二次電池８１間での温度調節効率の偏りを抑えることができる。

○ 第１の実施形態において、区画板３３は、他の断熱材から形成されていてもよい。例えば、発泡ゴムなどであってもよい。また、区画板３３は、断熱材以外の材料（例えば、金属）から形成されていてもよい。

○ 各実施形態において、熱媒体として、液状の熱媒体を用いてもよい。この場合、送風機３８に換えて、液状の熱媒体をケース１１の内部に供給するポンプが用いられる。
○ 各実施形態において、二次電池として、円筒形状の電池や、ラミネート形状の電池などを用いてもよい。

○ 各実施形態において、第１温調用流路３１，７１、第２温調用流路３２，５９及び外部流路３４，６０は、流路断面積が異なっていてもよい。
○ 第１の実施形態において、区画板３３の代わりにダクトなどを配設することで、第２温調用流路３２及び外部流路３４を形成してもよい。この場合、ダクトが流路形成部材となる。

○ 各実施形態において、電池モジュール１０，５０を車両以外に搭載してもよい。
○ 各実施形態において、並設方向の一端に設けられる端用角型電池２１Ａのうち、一方の端用角型電池２１Ａの外側にのみ端部流路４０，７０を設けてもよい。

１０，５０…電池モジュール、２１…角型電池、３１，７１…第１温調用流路、３２，５９…第２温調用流路、３３…流路形成部材としての区画板、３４，６０…外部流路、４０，７０…端部流路、８０…電池群、８１…二次電池。

Claims (5)

1. 並設された複数の二次電池と、前記二次電池それぞれと隣り合う温調用流路とを有し、前記温調用流路に熱媒体を流通させることで前記二次電池の温度調節が行われる電池モジュールであって、
   前記複数の二次電池のうち、並設方向の少なくとも一端に位置する二次電池よりも外側には、前記熱媒体が流通する端部流路が設けられ、前記端部流路は、流路形成部材によって前記温調用流路と外部流路とに区画され、
   前記外部流路は、前記流路形成部材及び該流路形成部材によって区画された前記温調用流路を挟んで、前記並設方向の少なくとも一端に位置する二次電池と隣り合っており、
   前記流路形成部材は、前記二次電池の長さ方向の一端から他端にわたって設けられ、前記外部流路に流通する前記熱媒体が断熱層として機能することを特徴とする電池モジュール。
2. 複数の二次電池からなるとともに複数並設された電池群と、前記電池群それぞれと隣り合う温調用流路とを有し、前記温調用流路に熱媒体を流通させることで前記電池群の温度調節が行われる電池モジュールであって、
   前記複数の電池群のうち、並設方向の少なくとも一端に位置する電池群よりも外側には、前記熱媒体が流通する端部流路が設けられ、前記端部流路は、流路形成部材によって前記温調用流路と外部流路とに区画され、
   前記外部流路は、前記流路形成部材及び該流路形成部材によって区画された前記温調用流路を挟んで、前記並設方向の少なくとも一端に位置する電池群と隣り合っており、
   前記流路形成部材は、前記二次電池の長さ方向の一端から他端にわたって設けられ、前記外部流路に流通する前記熱媒体が断熱層として機能することを特徴とする電池モジュール。
3. 前記温調用流路において、前記熱媒体の流通方向と直交する流路断面積は、全ての温調用流路で同じあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記流路形成部材は、断熱材によって形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電池モジュール。
5. 請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の電池モジュールを搭載したことを特徴とする車両。