JP2001076771A - 車両用電池パック - Google Patents

車両用電池パック

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JP2001076771A JP25046099A JP25046099A JP2001076771A JP 2001076771 A JP2001076771 A JP 2001076771A JP 25046099 A JP25046099 A JP 25046099A JP 25046099 A JP25046099 A JP 25046099A JP 2001076771 A JP2001076771 A JP 2001076771A
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battery
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wall surface
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Tsutomu Matsui
勉 松井
Tsutomu Sasaki
力 佐々木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の走行時や停車時における二次電池の温
度上昇を効果的に防止することのできるコンパクトで簡
易な構造の車両用電池パックを提供する。 【解決手段】 棒状の複数の電池モジュール１を隙間な
く並べて収納して保持すると共に、各電池モジュールの
周壁面にそれぞれ接触して各電池モジュールと熱結合す
る容器３を備え、この容器に電池モジュールから伝わる
熱を外部に放出するヒートパイプ５を配設すると共に、
該容器の外周を覆って断熱材７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の不本意
な温度上昇を効果的に抑えることのできる構造の車両用
電池パックに関する。
【０００２】
【関連する背景技術】近時、排気ガス規制等の観点か
ら、環境上クリーンなエネルギ源である二次電池を動力
源とする電動式車両が注目されている。特に最近では電
動式二輪車やペダル踏力を電動機にて補助するパワーア
シスト自転車、更には電動式の車椅子等の開発も種々進
められている。ちなみにこの種の車両の駆動源として用
いられる二次電池は、通常、大電流タイプの複数の二次
電池セルを直並列に接続した大容量の電池パックとして
提供される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで電動式二輪車
等に搭載される電池パックとしては、できる限り小型で
軽量であることが望ましい。しかも太陽光に直接晒され
たり、車両本体をなす金属部の上記直射日光による温度
上昇の影響を受け易いので、電池温度の上昇が問題とな
る虞がある。具体的には長時間に亘って駐車（停車）し
ている際、太陽光や外気温度の影響を受けて二次電池の
温度が異常に上昇し、電池性能が劣化する虞がある。
【０００４】そこで従来の電池パックにおいては、専
ら、複数の電池セルを直列に接続して棒状に一体化した
複数の電池モジュール（二次電池）を所定の隙間を隔て
て配列し、これらの電池モジュール間に冷却風を通流さ
せることで、その冷却を行うように構成している。しか
しながら複数の電池モジュール間に隙間を設けた分だけ
電池パックの全体形状が大型化すると言う不具合があ
る。ちなみに複数の電池モジュールを隙間なくコンパク
トに配列した場合、その中心部に配列された電池モジュ
ールを十分に冷却することができなくなるので、各電池
モジュールの電池温度にバラツキが生じ易いと言う問題
が発生する。
【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、車両の走行時や停車時における
二次電池の温度上昇を効果的に防止することのできるコ
ンパクトで簡易な構造の車両用電池パックを提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る車両用電池パックは、複数の電池セル
を直列接続して棒状に一体化された複数の電池モジュー
ルを隙間なく並べて収納して保持すると共に、各電池モ
ジュールの周壁面にそれぞれ接触して各電池モジュール
と熱結合する容器を備え、この容器に前記電池モジュー
ルから伝わる熱を外部に放出するヒートパイプを配設す
ると共に、該容器の外周を覆って断熱材を設けたことを
特徴としている。
【０００７】即ち、本発明は、複数の電池モジュールを
収納して保持する容器を、各電池モジュールを隙間なく
並べながら各電池モジュールの周壁面にそれぞれ接触す
るように構成することで、各電池モジュールが発生する
熱を直接受け取る放熱体として機能させ、また上記容器
にヒートパイプを埋め込むことで上記熱を外部に効率的
に放出させ、更にその周囲を断熱材にて覆うことで外部
からの熱進入を防止する構造を実現すると共に、そのコ
ンパクト化を図ったことを特徴としている。
【０００８】また本発明の好ましい態様は、請求項２に
記載するように前記容器を、棒状の複数の電池モジュー
ルを横向きにして千鳥状に積み重ねて収納して保持する
第１の容器と、この第１の容器を着脱自在に収納して該
第１の容器に熱結合される第２の容器として構成し、こ
れらの第１および第２の容器の各壁面にそれぞれヒート
パイプを埋設したことを特徴としている。
【０００９】好ましくは請求項３に記載するように第１
の容器の外壁面に複数条の溝を設け、この第１の容器と
熱結合をなして該第１の容器の外壁面を支持する第２の
容器との間に前記溝によって形成される空間部を、冷媒
（冷却風）の通流路としたことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る車両用電池パックについて説明する。図
１はこの実施形態に係る車両用電池パックの概略構成を
示す分解斜視図である。この車両用電池パックは、例え
ば円柱体からなる棒状の複数の電池モジュール１を、熱
伝導性の高いアルミニウム等からなる箱形の容器２内に
並べて収納し、これらの電池モジュール１を直並列に接
続して構成される。尚、電池モジュール１は、例えば図
２に示すように複数（例えば６個）の円筒状電池セル
（二次電池単体）１ａを軸方向に一列に並べて直列接続
し、ポリエチレン等からなる熱収縮性の絶縁チューブ１
ｂ内に挿入して被覆した後、その外周面に熱伝導性の高
いアルミニウム等を主体とする不織布１ｃを巻き付けて
棒状に一体化した構造をなす。ちなみに電池モジュール
１の両端部にそれぞれ位置付けられた２つの電池セル１
ａの外部に露出した正極および負極は、そのまま該電池
モジュール１の正極および負極として用いられる。
【００１１】さて前記容器２は、上述した棒状の複数の
電池モジュール１を横向きにして隙間なく積み重ねて収
納して電池パック本体を構成する第１の容器３と、この
第１の容器３を着脱自在に収納する第２の容器４とから
なる。第１の容器３は、例えば熱伝導の良いアルミニウ
ム製の直方体形状のブロック体からなり、電池モジュー
ル１の収納部として、例えば図３に示すように該電池モ
ジュール１の外径に相当する複数の円筒孔３ａを千鳥状
に、具体的には３角形状をなして順次隣接配置される３
個の円筒孔３ａの各周面が互いに接するように縦並びに
穿いた構造を有する。
【００１２】尚、３個の隣接する円筒孔３ａ間は、互い
に連通した空間部として形成される。従って複数の円筒
孔３ａからなる電池モジュールの収納部は、ブロック体
の内側を各円筒孔３ａの最外周に沿って大きく刳り抜い
た形状をなす。これらの各円筒孔３ａに前述した電池モ
ジュール１をそれぞれ装填することで、各電池モジュー
ル１が隣接する他の電池モジュール１とその外周面を互
いに接触させながら、その外周面をそれぞれ第１の容器
３（円筒孔３ａの内壁面）に接触させ、互いに熱結合し
た状態で支持される。
【００１３】また前記第１の容器３の外周壁には前記各
円筒孔３ａの周囲の肉厚を概略等しくするように、各円
筒孔３ａの軸方向に沿って複数の深溝３ｂが平行に形成
されている。これらの深溝３ｂは、後述するように第１
の容器３の外壁面に沿って冷媒（冷却風）を通流させる
ための樋状の空間を形成する役割を担う。またこれらの
深溝３ｂ間に位置付けられる第１の容器３の外周壁に
は、その表面積を拡げるべく複数の凹凸溝３ｃが前記深
溝３ｂに沿って平行に設けられている。
【００１４】しかして上述した円筒孔３ａ、深溝３ｂお
よび凹凸溝３ｃによって図３に示すようにその断面形状
が規定される第１の容器３の壁面には、円筒孔３ａの軸
方向に沿って複数のヒートパイプ５が埋設されている。
これらのヒートパイプ５はその外部に設けられたヒート
パイプと熱結合して、前記電池モジュール１から第１の
容器３に伝えられた熱を外部に放出する役割を担う。
【００１５】一方、第１の容器３をその内部に着脱自在
に収納して電池パック本体に対するヒートシンクとして
機能する第２の容器４は、その内壁面に前記凹凸溝３ｃ
に係合する凹凸溝４ａを備えている。そして第２の容器
４は上記凹凸溝３ｃ,４ａ間の係合により第１の容器３
を機械的に安定に、且つ強固に支持すると共に、広い面
積に亘って第１の容器３の外壁面に接触して熱結合す
る。またこの第２の容器４は、前記深溝３ｂとの対向部
位に冷媒（冷却風）を通流させるための空間を形成する
ものとなっている。この第２の容器４もまた熱伝導の良
いアルミニウム製からなり、その周壁面に複数のヒート
パイプ６を埋設して第１の容器３から伝わる熱を外部に
放出するものとなっている。更に第２の容器４の外周
は、発泡スチロール等からなる断熱材７にて覆われ、外
部からの熱進入が抑制されるようになっている。
【００１６】尚、第１の容器３に収納され、更に第２の
容器４に収納される複数の電池モジュール１は、例えば
図１に示すように蓋体８に配設された板ばね状のシャン
トワイヤ９にてその電極間が直列または並列に接続され
る。このようなシャントワイヤ９を備えた蓋体８は、前
記第１の容器３の開孔端面に、或いは第１の容器３を収
納する第２の容器４の開口端面にネジ１０を用いる等し
て取り付けられる。このネジ１０については、予め準備
された特殊な治具だけによりその着脱が可能ものを用
い、専業者だけが電池モジュール１の組み付け・交換を
行い得るように配慮することが望ましい。
【００１７】また蓋体８については、第１および第２の
容器３,４に接触して熱結合し、放熱体として機能する
ものであることが好ましい。更に蓋体８に、前記深溝３
ｂ内に冷却風を導入する開口や切欠きを設けたり、或い
は蓋体８自体を冷却風を通し得る網状体や多孔質体等と
して構成するようにしても良い。また蓋体８の一方を第
１または第２の容器３,４の一端側に固定的に設けてお
くことも勿論可能である。
【００１８】このような構造を有する車両用電池パック
は電動二輪車等に組み込まれ、例えば図４に示すように
前述したヒートパイプ５,６を、その走行時に外気が導
入されるラジエータ１１に連結して使用される。また電
動二輪車等の車両用電池パック収納部に組み込まれた強
制空冷ファン１２により、前記深溝３ｂ内に強制的に冷
却風が送り込まれてその冷却が行われる。尚、上記強制
空冷ファン１２については、車両に搭載された太陽電池
等から得られるエネルギを用いて、特に停車時において
駆動し得るように構成することが望ましい。
【００１９】かくして上述した如く構成された車両用電
池パックによれば、第１の容器３内に収納された複数の
電池モジュール１のそれぞれが第１の容器３に直接接触
しており、その内部で発生した熱を第１の容器３に直接
伝達する。すると第１の容器３は各電池モジュール１か
ら伝えられた熱をヒートパイプ５を介して外部に放出す
ると共に、その凹凸溝３ｃを介して第２の容器４に伝達
する。この際、第１の容器３と第２の容器４とは、その
凹凸溝３ｃ,４ａを介して広い面積に亘って接触してい
るので、熱伝達効率が良好である。更に第１の容器３は
深溝３ｂを介して通過する冷却風にて冷却されてその熱
を放出する。また第１の容器３から熱を受け取った第２
の容器４は、該第２の容器４に埋設したヒートパイプ６
を介して上記熱を外部に放出する。この結果、充放電動
作に伴って複数の電池モジュール１がそれぞれ発する熱
が、第１の容器３、更には第２の容器４を介して効率的
に外部に放出されることになるので、その温度上昇を効
果的に抑えることが可能となる。
【００２０】しかも各電池モジュール１は、それぞれ第
１の容器３に直接接触して熱放出することのみならず、
隣接する電池モジュール１間で相互に接触して熱結合し
ているので、これらの電池モジュール１間の温度差を抑
えることができる。従って電池温度のバラツキにより全
体的な電池特性が劣化するような不具合を招来すること
がない。
【００２１】また容器２（第２の容器４）の外周が断熱
材７にて覆われているので、仮に太陽光に晒されるよう
な場合であっても、更には外気温度が高いような場合で
あっても、容器２を介する熱の進入が抑えられるので、
外部から進入した熱によって電池モジュール１の温度が
上昇する虞が殆どない。また車両が停車しており、ラジ
エータ１１による放熱効果が殆ど期待できないような場
合であっても、太陽エネルギ等により駆動される強制空
冷ファン１２により深溝３ｂ内を強制的に通流される空
気（冷却風）によって第１および第２の容器３,４を冷
却することができるので、これによって電池モジュール
１の温度上昇を効果的に抑えることができる等の効果が
奏せられる。
【００２２】また上述した構造の車両用電池パックによ
れば、複数の電池モジュール１が隙間なく配列され、そ
の間に余分な空間を設けないので、電池モジュール１の
配列体を、ひいてはこれを収容する第１の容器３の全体
形状をコンパクト化することができる。しかも電池モジ
ュール１を隙間なく収納するので、その収納構造自体を
強固なものとすることができる等の利点がある。
【００２３】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば第１の容器３内に収容する電池
モジュール１の本数は、電池パックとしての仕様に応じ
て設定すればよい。但し、この場合においても隣接配置
される３個の電池モジュール１が互いに接触し、且つ各
電池モジュール１がそれぞれ第１の容器３の内筒壁にそ
れぞれ接触するように配置することがで必要である。具
体的には複数の電池モジュール１を３角形状に配列しな
がら順次積み上げていくような配列構成とするようにす
ればよい。また容器２に埋設するヒートパイプ５,６の
仕様や数についても電池パックの熱的仕様に応じて定め
れば良く、要はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、容
器に収納される複数の電池モジュールを、隣接配置され
る電池モジュール間で互いに接触させながら、しかも各
電池モジュールがそれぞれその外周面を容器に直接接触
して熱結合するように配列しているので、各電池モジュ
ールが発生する熱をそれぞれ効果的に放出させ、また各
電池モジュール間の温度差を効果的に抑えることができ
る。この結果、簡易な構造でありながら複数の電池モジ
ュールの電池温度を安定に保ってその電池特性を十分に
発揮させることができる等の実用上多大なる効果が奏せ
られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用電池パックの
概略構成を、その一部を切欠して示す分解斜視図。
【図２】図１に示す電池パックに用いられる電池モジュ
ールの概略構成を示す分解図。
【図３】図１に示す車両用電池パックの容器構造を示す
断面図。
【図４】図１に示す車両用電池パックの電動二輪車等へ
の搭載例を示す図。
【符号の説明】
１ 電池モジュール ３ 第１の容器 ３ａ 円筒孔（電池モジュール収納部） ３ｂ 深溝 ４ 第２の容器 ５,６ ヒートパイプ ７ 断熱材 ８ 蓋体 ９ シャントワイヤ １１ ラジエータ １２ 強制空冷ファン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H020 AA01 AS06 AS09 CC06 CC13 5H031 AA09 KK01 KK08 5H115 PG10 PI16 PI17 TR19 TU12 UI29 UI35

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の電池セルを直列接続してなる棒状
    の複数の電池モジュールと、これらの電池モジュールを
    隙間なく並べて収納して保持すると共に各電池モジュー
    ルの周壁面にそれぞれ接触して各電池モジュールと熱結
    合する容器と、この容器の壁面に配設されて前記電池モ
    ジュールから容器に伝わる熱を外部に放出するヒートパ
    イプと、前記容器の外周を覆って設けられた断熱材とを
    具備したことを特徴とする車両用電池パック。
  2. 【請求項２】 前記容器は、棒状の複数の電池モジュー
    ルを横向きにして千鳥状に積み重ねて収納して保持する
    第１の容器と、この第１の容器を着脱自在に収納して該
    第１の容器に熱結合される第２の容器とからなり、 これらの第１および第２の容器の各壁面にそれぞれヒー
    トパイプを埋設してなることを特徴とする請求項１に記
    載の車両用電池パック。
  3. 【請求項３】 前記第１の容器は、その外壁面に前記電
    池モジュールの長手方向に延びる複数条の溝を備え、 前記第２の容器は、前記第１の容器と熱結合をなして該
    第１の容器の外壁面を支持すると共に、前記溝によって
    形成される前記第１の容器の外壁面との間の空間を冷媒
    の通流路としてなることを特徴とする請求項２に記載の
    車両用電池パック。
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