JP2002373710A - 電池モジュール - Google Patents
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Abstract
ができる電池モジュールを提供する。 【解決手段】 冷却空気の導入側41に配置された導入
側組電池28は、電気絶縁性薄膜29により単電池の横
方向1列目から2列目の略中央まで覆われており、電気
絶縁性薄膜29には単電池縦方向2列目の中央部に相当
する位置に冷却空気の通風を許容する通風開口30が形
成されている。電池部上蓋31及び下蓋32に形成され
た複数の整流リブ及び断面略十字形状の垂直リブ6及び
水平リブ7により冷却空気は導入側41から隙間12、
通風開口30を略水平方向に流通して単電池との熱交換
を経て排出側43へ排出される。単電池の温度が一定と
なる。
Description
り、特に、円柱状単電池が縦2列横2列に配列された組
電池を横方向に複数個並置した電池モジュールであっ
て、組電池を冷却するための冷却空気を略水平方向に送
風可能な電池モジュールに関する。
ウム酸化物等を主要構成材料とした高性能、高容量のバ
ッテリセルが複数個用いられている。このようなバッテ
リセルは、一般に、電極が正極、負極共に活物質が金属
箔に塗着された帯状であり、正極、負極が直接接触しな
いようにセパレータを挟んで断面が渦巻状に捲回された
捲回式の柱状構造が採られている。電気自動車用のバッ
テリセルは、充放電時の発熱量が比較的大きく、かつ、
バッテリ性能の温度依存性もあるため、バッテリセルの
所定性能を確保するために冷却性能を高める必要があ
る。
例えば特開平第7−47892号公報には、バッテリセ
ルを円柱状に形成し、このバッテリセルを熱伝導率の高
い材料からなる2枚のプレートで上下方向から挟み込
み、該プレートを介して車体に固定することによって上
下プレート間に通風路を形成した技術が開示されてい
る。この技術によれば、バッテリの中空部とプレートと
の間の通風路に空気が流通し得るので、バッテリセルの
冷却を行うことができる。
報の技術では、上下2枚のプレート間に通風路を形成し
ているので、通風路が狭いことから熱がこもり易く、ま
た、前後にバッテリセルを配置した場合にはそれぞれの
バッテリセルに冷却ムラを生じてしまう、という問題が
ある。
間で軸方向にずれ易く、これを防止するために緩衝材
(防振材)を介して挟んでいるので、通風路が更に狭く
なり、冷却性が悪化してしまう、という問題がある。更
に、緩衝材を挟み込み固定しているので、組立作業性が
悪く、取り扱いが困難であった。
組立作業性を向上させることができる電池モジュールを
提供することを課題とする。
に、本発明は、円柱状単電池が縦2列横2列に配列され
た組電池を横方向に複数個並置した電池モジュールであ
って、前記組電池を冷却するための冷却空気を略水平方
向に送風可能な電池モジュールにおいて、前記冷却空気
の導入側に配置された組電池は電気絶縁性薄膜により前
記単電池の横方向1列目から2列目の略中央まで覆われ
ると共に、前記電気絶縁性薄膜には前記導入側に配置さ
れた組電池の単電池縦方向2列の中央部に相当する位置
に前記冷却空気の通風を許容する通風開口が形成されて
いる。
気の導入側に配置された組電池の横方向1列目の単電池
が覆われているので、組電池を冷却するための冷却空気
を略水平方向に送風可能な電池モジュールにおいて、冷
却空気の導入側の単電池に最も低温の冷却空気が接触す
ることを防止し、当該単電池の冷え過ぎによる冷却ムラ
を防ぐことができると共に、電気絶縁性薄膜には導入側
に配置された組電池の単電池縦方向2列の中央部に相当
する位置に冷却空気の通風を許容する通風開口が形成さ
れているので、この通風開口により組電池の横方向1列
目以降の単電池への冷却空気の通風(流通)が確保さ
れ、更に、冷却空気の導入側に配置された組電池の単電
池は電気絶縁性薄膜により横方向2列目の略中央まで覆
われているので、当該横方向2列目の単電池以降は冷却
空気に接触することができるため、単電池全体として熱
交換バランスを安定に保つことができる。更に、本発明
では、円柱状単電池を縦2列横2列に配列した組電池
を、電池モジュールにおける最小単位として取り扱うこ
とができるので、各単電池の管理が簡素化し、組電池の
組立作業と電池モジュールの組立作業とが分離できるこ
とから、組立作業性を向上させることができる。
列した中央部に、冷却空気の送風に対して垂直方向の長
さが水平方向の長さより短い断面略十字状のリブを有す
れば、この断面略十字状のリブが組電池中央部を流通す
る冷却空気を上下に分配し、組電池を構成する各単電池
外周に回り込むような流れを形成して単電池を冷却する
ので、単電池間の冷却ムラの発生を防止することができ
る。また、組電池を、上蓋と下蓋とを備える電気絶縁樹
脂製外装ケース内に収容すれば、組電池と上蓋及び下蓋
との間に冷却空気の通風経路が形成され単電池外周を冷
却空気が回り込むので、各単電池は冷却空気の回り込み
により冷却されるが、この冷却空気の回り込みは不安定
なため、上蓋に、導入側から横方向2個目以降の組電池
の単電池間と3個目以降の組電池間とに断面略三角状の
第1の整流リブを形成すると共に、冷却空気の排出側に
配設された組電池の横方向2列目の単電池に対して接近
する断面略三角状の第2の整流リブを形成し、下蓋に、
冷却空気の導入側から横方向3個目以降の組電池間、冷
却空気の排出側に配設された組電池の単電池間及び第2
の整流リブに対応する位置に断面略三角状の第3の整流
リブを形成することにより、冷却空気の流通通路を意図
的に絞って水平方向に冷却空気が流通するに従って流速
を上げ、最も高温の冷却空気と接触する排出側に配設さ
れた組電池の横方向2列目の単電池に対して熱交換効率
が高くなるように冷却空気の流速を大きくすることで、
各単電池間の温度バラツキを抑制することができると共
に、上蓋及び下蓋で構成される外装ケース自体に第1乃
至第3の整流リブを形成することによって作業工数と部
品数を減らすことができる。
ハイブリッド電気自動車用の電池モジュールに適用した
実施の形態について説明する。
電池モジュール50は、電池モジュール50の下部外装
ケースを構成し電気絶縁性を有する樹脂製の下蓋32、
後述する組電池が収容される電池収容部を覆い電気絶縁
性を有する樹脂製の電池部上蓋31、及び、電池部上蓋
31と共に上蓋を構成し、制御回路等が収容される制御
回路収容部を覆い電気絶縁性を有する樹脂製の制御部上
蓋37を備えている。電池部上蓋31及び制御部上蓋3
7と下蓋32とは、図示しないEDPM製パッキンを介
して複数箇所でネジ止めされている。
気を電池モジュール50内に導入するための導入口33
が形成されており、導入口33と対向する長手方向他側
端部には、冷却空気を電池モジュール50内から排出す
るための排出口34が形成されている。排出口34の開
口は、後述するように排出側の冷却空気の流速が大きく
なることから、導入口33の開口より大きく形成されて
いる。
3と反対側の端部近傍には、制御部上蓋37から上方に
突出する外部出力端子35が配設されている。外部出力
端子35から最も離れた対角位置には、外部出力端子3
5への電源供給を強制的に停止させるための強電スイッ
チを内蔵したスイッチボックス38が下蓋32にネジ固
定されている。また、制御部上蓋37の電池部上蓋31
寄り略中央部からは、複数個の電池モジュール50を制
御する図示しない上位制御システムとの通信を行うため
の外部接続コネクタ36が導出されている。
収容する電池収容部44と、回路基板上に実装された図
示しない制御回路、リレー、ヒューズ等の回路素子、外
部出力端子35等を収容する制御回路収容部45との2
領域に画定されている。電池収容部44内には、導入口
33寄りに配置された2個の導入側組電池28をはじめ
合計10個の組電池が収容されている。
熱伝導性の高いケーシングで被覆された高性能の4個の
単電池2と、単電池2の下側に配置され電気絶縁性を有
する樹脂製で単電池当接部が円形窪み状に成形された下
部ホルダ3と、単電池2の上側に配置され電気絶縁性を
有する樹脂製で単電池当接部が円形窪み状に成形された
上部ホルダ4と、を有している。単電池2は、円筒状で
負極側となる電池缶内にマンガン酸リチウム等を主要構
成材料とした正極と炭素材を主要構成材料とした負極と
をセパレータを介して捲回した捲回群が挿入されてお
り、円柱状の外形形状を有している。
とで、4個の単電池2を隣接する単電池2間で上下逆方
向に挟み込むように縦2列横2列の正方直交状に構成さ
れており、これら4個の単電池2は下部ホルダ3及び上
部ホルダ4にインサート成形によって埋設固定された単
電池間接続ブスバ9により電気的に直列に接続されてい
る。
子となる組電池出力ブスバ10がインサート成形によっ
て埋設固定されている。更に、上部ホルダ4の上には、
各単電池2の端子間検出電圧を集結するためのコネクタ
付きフレクシブル配線シート8が固定されている。フレ
クシブル配線シート8のコネクタは上述した図示しない
制御回路に接続されており、図示しない制御回路のCP
U又は上述した上位制御システムのCPUにより単電池
間で電圧差が小さくなるように監視・制御されている。
ホルダ4と大差はないが、大きな違いは下部ホルダ3と
上部ホルダ4とを固定するためのホルダ間部材として支
柱5が下部ホルダ3の中央部から上部ホルダ4の中央部
に向けて垂直方向に立設されていることである。支柱5
には単電池2を区画するように4方向に伸びる2種のリ
ブが形成されており、支柱5の断面形状は十字状とされ
ている。この2種のリブは、組電池1を横置き状態とし
たときに、垂直方向へ伸びる垂直リブ6と、水平方向へ
伸びる水平リブ7とで構成されており、垂直リブ6の長
さは、水平リブ7の長さより短い寸法とされている。支
柱5の上端部は水平リブ7により回り止め防止用のキー
形状を有しており、上部ホルダ4にはこのキー形状に嵌
合する図示しないキー溝が形成されている。なお、支柱
5の頂点には上部ホルダ4との固定用のタッピングネジ
用通し穴が形成されている。
4は、下蓋32の長手方向に直交する方向の断面形状が
略W字状とされており、組電池1を収容可能な収容部
と、この収容部を2分割すると共に、収容部に収容され
た組電池1の組電池出力ブスバ10同士を直列接続する
ための基部となり上部方向へ断面略コ字状に突出した凸
部と、を有している。組電池1は、この収容部に2並列
に各5個ずつ横置き状態で略水平に凸部に対して組電池
出力ブスバ10が向き合うように配設されている。従っ
て、電池収容部44には、単電池2としては40個が収
容される。各組電池は、組電池出力ブスバ10間を電気
的に直列に接続する導電性の組電池間接続ブスバを介し
て下蓋32の凸部にボルト・ナットで固定されている。
部の底面両側には、単電池2の下部ホルダ3、上部ホル
ダ4の側面を支持するレール状の突起が形成されてお
り、収容部底面と組電池1との間には隙間12が形成さ
れている。また、電池部上蓋31にも下蓋32の収容部
の底面両側と同様に、単電池2の下部ホルダ3、上部ホ
ルダ4の側面を上側から固定するレール状の突起が形成
されており、電池部上蓋31の背面と組電池1との間に
は隙間12が形成されている。これら下蓋32と組電池
1との間、電池部上蓋31と組電池1との間に形成され
た隙間12により、各単電池2を冷却するための冷却空
気が流通するバイパス経路が形成されている。更に、組
電池1を構成する縦方向2列の単電池2間にも隙間が形
成されており、この隙間を介しても単電池2を冷却する
冷却空気のバイパス経路が形成されている。
32とには、隙間12に沿って、電池収容部44に収容
された40個の単電池2を冷却空気でほぼ均等温度に冷
却するための複数の断面略三角形状の整流リブ(整流ル
ーバー)が形成されている。
の導入側41から数えて横方向に2個目以降の組電池の
単電池間と3個目以降の組電池間に整流ルーバーとして
下方向に鋭角を有する断面三角形状の整流リブ(第1の
整流リブ)が形成されており、冷却空気の排出側43の
近傍にあたる組電池5個目の末端には、単電池2に接近
する位置に下方向に鋭角を有する断面三角形状の整流リ
ブ(第2の整流リブ)が形成されている。従って、電池
部上蓋31は、組電池2個目13の単電池2間にある整
流リブA14、組電池3個目15の単電池2間にある整
流リブB16、組電池3個目15と組電池4個目17と
の間にある整流リブC18、組電池4個目17の単電池
2間にある整流リブD19、組電池4個目17と組電池
5個目20の間にある整流リブE21、組電池5個目2
0の単電池2間にある整流リブF22、組電池5個目2
0の末端で単電池2の近傍にある整流リブG23の7本
の整流リブを電池部上蓋31の長手方向に直交する方向
に有している。
1から数えて横方向に3個目以降の組電池間、5個目の
単電池間、電池部上蓋31の末端部に対応する位置(整
流リブG23に対応する位置)に上方向に鋭角を有する
断面三角形状の整流リブ(第2の整流リブ)が形成され
ている。従って、下蓋32は、組電池3個目15と組電
池4個目17の間にある整流リブH24、組電池4個目
17と組電池5個目20の間にある整流リブI25、組
電池5個目20単電池2間にある整流リブJ26、組電
池5個目20末端で整流リブG23に対応する位置にあ
る整流リブK27の4本の整流リブを下蓋32の長手方
向に直交する方向に有している。
4、C18、E21は同高さであり、整流リブB16、
D19、F22は同高さで、それらの整流リブよりも高
い、換言すれば、単電池2により接近したリブ形状を有
している。また、これらは、単電池2間又は組電池1間
の中間に配置されている。整流リブG23の高さは、B
16、D19、F22と同高さで、リブ先端部が上述し
たように組電池5個目20の末端の単電池2に接近する
位置に配置されている。一方、下蓋32に配置された整
流リブH24、I25、J26、K27は同高さであ
り、整流リブH24、I25、J26は単電池2間又は
組電池1の中間に配置され、整流リブK27は整流リブ
G23に対応する位置に配置されている。
入側41に配置される導入側組電池28は、横方向1列
目の単電池2から2列目の単電池2の中央部まで、樹脂
フィルム等の電気絶縁性薄膜29に覆われている。ま
た、電気絶縁性薄膜29には、導入側組電池28の横方
向1列目の単電池2の縦方向2列の中央部に、導入側4
1から導入された冷却空気の通風を許容する矩形状の通
風開口30が形成されている。電気絶縁性薄膜29でこ
のような被覆を行うには、例えば、導入側組電池28の
作製後に、単電池2の外周頂部間を直線状に覆い、2列
目の単電池2に当接する樹脂フィルムの端部が破断しな
いように溶融等の熱処理行って樹脂フィルム端部を両面
テープや粘着剤で2列目の単電池2の頂部に固定し、矩
形形状を有するヒータで樹脂フィルムを溶融させること
により通風開口30を形成することができる。
ール50の作用等について説明する。
示すように、冷却空気は、導入口33から導入され、電
池収容部44に収容された組電池(40個の単電池2)
を冷却した後、排出口34から排出される。図5に示す
ように、電池収容部44では、組電池1と電池部上蓋3
1の背面との間、及び、組電池1と下蓋32の底面との
間に隙間12を形成して、各単電池2を冷却するための
冷却空気が流通するバイパス経路とすることで、各単電
池2を冷却空気で冷却することができる。しかしなが
ら、隙間12を形成しただけでは、冷却空気の導入側4
1近傍の単電池2と排出側43近傍の単電池2とでは、
熱交換によって冷却空気の温度が異なり、単電池2間の
温度バラツキが大きくなってしまう。単電池2間の温度
バラツキは、単に温度が相違するだけに止まらず、特
に、リチウム二次電池等の温度依存性を有する電池等で
は、容量、電圧、内部抵抗等の電池特性や寿命等にも大
きく影響を与える。そこで、図6に示すように、電池部
上蓋31及び下蓋32に上述した整流リブを形成するこ
とによって、各単電池2への冷却空気の回り込みを可能
にし夫々の熱バランスを安定させた。すなわち、冷却空
気の導入側41から数えて横方向に2個目以降の組電池
の単電池間と3個目以降の組電池間位置に電池部上蓋3
1に形成された断面三角形状の整流リブと、5個目組電
池の単電池間と3個目以降の組電池間位置に下蓋32に
形成された整流リブが、横方向に並置されている各組電
池及び該組電池内各単電池への冷却空気の向きを制御
し、かつ、流量を制限している。更に、電池部上蓋3
1、下蓋32共に、冷却空気排出近傍にあたる5個目組
電池末端には、より単電池に接近する位置に整流リブが
形成されているが、該5個目組電池に到達する冷却空気
は、1個目組電池に供給される冷却空気より高温である
ことから、整流リブにより、冷却空気の通路を絞り、流
速を上げ、熱交換が高められている。
に冷却空気を流通させるようにした電池モジュールで
は、冷却空気に最初に接触する導入側組電池の単電池が
最も熱交換が高く、冷え過ぎてしまう。これに対処する
ために、例えば、導入側組電池を覆うカバー等を配置す
ると2列目の単電池が冷却されなくなってしまう。この
ため、電池モジュール50では、導入側組電池28の2
列目の単電池中央部までを被覆する電気絶縁性薄膜29
で覆い、かつ、先端の単電池縦列中央部に矩形状の通風
開口30を形成し、導入側組電池28の中央部を通る冷
却通路を確保することで、冷却空気に最初に接触する導
入側組電池28の単電池2への冷却空気の接触を制限し
つつ、熱交換バランスを安定させるようにした。
すように、組電池2の中央部に垂直リブ6及び水平リブ
7を支柱5に形成することにより、本来、縦2列、横2
列の正方直交状に配列した場合に組電池1内に生じるデ
ッドスペースを無くすと共に、横方向に配設されたとき
に流通する冷却空気を上下に分配し垂直リブ6及び水平
リブ7で構成される断面十字形状のリブを、冷却空気の
水平方向の流通に対して垂直方向の長さが水平方向の長
さより短くして、図6に示すように、冷却空気を上下に
分配して単電池2外周に回り込むような流れとしたの
で、組電池1を構成する単電池2全体が冷却され、冷却
ムラが生じにくい。また、冷却空気の水平方向への流通
に対して垂直方向の長さを短くしたので、冷却空気の流
通の抵抗となる部分が少なくなり、圧力損失が抑えら
れ、冷却空気を送り込むファンの出力を低減させると共
に小型化が可能となる。
部44内に収容される単電池2の全体の熱交換バランス
が安定し、各単電池2の温度バラツキが減少して、温度
依存性の低いモジュール構造とすることができる。ま
た、電池モジュール50では、縦2列、横2列の正方直
交状に配列した組電池1を電池モジュール50における
単電池の最小単位として取り扱うことによって、各単電
池の管理が簡素化し、組電池の組立作業と電池モジュー
ルの組立作業が分離できるので、電池モジュールの組立
作業性を向上させることが可能となる。
水平リブ7は、冷却空気の整流機能のみならず支柱5の
補強機能も備えている。更に、電池部上蓋31及び下蓋
32に形成された複数の整流リブもこれらの蓋の補強機
能を有すると共に、電池部上蓋31及び下蓋32自体に
これらの整流リブを形成することによって組立作業工数
や部品数の低減を図ることができる。
2並列に並置した例を示したが、1列や3並列以上の配
列としたり、6個以上の組電池を並置してもよいことは
論を待たない。また、本実施形態では、組電池1を1段
で並置した例を示したが、2段以上を重ねて並置するよ
うにしてもよい。この場合には、段間に別の整流リブを
配置することが好ましい。このような整流リブは、例え
ば、図6に示すような垂直リブ及び水平リブを支柱に形
成し、その支柱を電池収容部の隔壁間に指し渡すことに
より形成することができる。
9により導入側組電池28の縦横方向1列目及び2列目
単電池2に直線状に覆う例を示したが、これらを巻き付
けるように覆うようにしてもよく、また、電気絶縁性薄
膜29を1枚とした例を示したが、冷却空気の温度との
関係や送風圧との関係で複数枚とするようにしてもよ
い。
電気絶縁性薄膜により冷却空気の導入側に配置された組
電池の横方向1列目の単電池が覆われているので、組電
池を冷却するための冷却空気を略水平方向に送風可能な
電池モジュールにおいて、冷却空気の導入側の単電池に
最も低温の冷却空気が接触することを防止し、当該単電
池の冷え過ぎによる冷却ムラを防ぐことができると共
に、電気絶縁性薄膜には導入側に配置された組電池の単
電池縦方向2列の中央部に相当する位置に冷却空気の通
風を許容する通風開口が形成されているので、この通風
開口により組電池の横方向1列目以降の単電池への冷却
空気の通風が確保され、更に、冷却空気の導入側に配置
された組電池の単電池は電気絶縁性薄膜により横方向2
列目の略中央まで覆われているので、当該横方向2列目
の単電池以降は冷却空気に接触することができるため、
単電池全体として熱交換バランスを安定に保つことがで
きる、という効果を得ることができる。
の外観斜視図である。
池を収容したときの外観斜視図である。
の外観斜視図である。
の分解斜視図である。
方向に直交する方向の断面図である。
方向の断面図である。
の整流リブ) 23 整流リブ(第2の整流リブ) 24、25、26、27 整流リブ(第3の整流リブ) 29 電気絶縁性薄膜 30 通風開口 31 電池部上蓋(上蓋) 32 下蓋 41 導入側 43 排出側 50 電池モジュール
Claims (3)
- 【請求項1】 円柱状単電池が縦2列横2列に配列され
た組電池を横方向に複数個並置した電池モジュールであ
って、前記組電池を冷却するための冷却空気を略水平方
向に送風可能な電池モジュールにおいて、前記冷却空気
の導入側に配置された組電池は電気絶縁性薄膜により前
記単電池の横方向1列目から2列目の略中央まで覆われ
ると共に、前記電気絶縁性薄膜には前記導入側に配置さ
れた組電池の単電池縦方向2列の中央部に相当する位置
に前記冷却空気の通風を許容する通風開口が形成されて
いることを特徴とする電池モジュール。 - 【請求項2】 前記組電池は、前記単電池を配列した中
央部に、前記冷却空気の送風に対して垂直方向の長さが
水平方向の長さより短い断面略十字状のリブを有するこ
とを特徴とする請求項1に記載の電池モジュール。 - 【請求項3】 前記組電池は、前記導入側から横方向2
個目以降の組電池の単電池間と3個目以降の組電池間と
に断面略三角状の第1の整流リブを有すると共に、前記
冷却空気の排出側に配設された組電池の横方向2列目の
単電池に対して接近する断面略三角状の第2の整流リブ
を有する上蓋と、前記冷却空気の導入側から横方向3個
目以降の組電池間、前記冷却空気の排出側に配設された
組電池の単電池間及び前記第2の整流リブに対応する位
置に断面略三角状の第3の整流リブを有する下蓋と、を
備える電気絶縁樹脂製外装ケース内に収容されたことを
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。
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