JP2003331932A - 集合電池および電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一な冷却を実現することができる集合電池
を提供する。 【解決手段】 モジュール集合体１１は、互いに距離を
隔てて配置された複数の電池モジュール２２ａ〜２２ｇ
を備える。複数の電池モジュール２２ａ〜２２ｇの各々
の間に複数の冷媒通路３１ａ〜３１ｆが形成されてい
る。冷媒通路３１ａ〜３１ｆの各々の幅は、モジュール
集合体１１の端部から中央部に近づくにつれて大きくな
る。モジュール集合体１１は、複数の電池モジュール２
２ａ〜２２ｇの各々を位置決めする位置決め部材、また
は隣り合う電池モジュールの間の距離を調整するスペー
サ部材をさらに備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、集合電池および
電池システムに関し、より特定的には、電気自動車など
の電動機を駆動源として用いる車両に搭載される集合電
池および電池システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電動機を駆動源とした電気自動車
や、電動機とガソリンなど複数種類の駆動源を有する、
いわゆるハイブリッドカーが実用化されてきている。こ
のような電気自動車などには、電動機などにエネルギで
ある電気を供給するための電池が搭載されている。この
電池としては、繰返し充放電が可能なニッカド電池（Ｎ
ｉ−Ｃｄ電池）やニッケル−水素電池などの二次電池が
用いられる。

【０００３】二次電池を含む集合電池は、たとえば特開
平６−１５０９６３号公報に開示されている。図９は、
上記公報に開示された従来の集合電池の模式図である。
図９を参照して、従来の集合電池では、空気供給装置１
２０内に積層電池１１９が設けられている。各々の積層
電池１１９の間に冷却風を流して各々の積層電池１１９
を冷却する。集合電池の端にいくほど積層電池間の間隔
を広くすることで、冷却風を集合電池全体に行き渡らせ
る構造が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】複数の電池を備えた集
合電池では、集合電池の端に位置する電池は、電池間の
隙間に形成された冷媒通路による冷却に加え、一番外側
の面が外気によってよく冷却されるため、相対的に温度
が低くなる。これに対し、集合電池の中央部に位置する
電池は、発熱体である電池に囲まれているため熱が放散
しにくい。そのため温度が相対的に高くなる。このよう
に、中央の電池と端部の電池とに温度のばらつきがある
と、集合電池の寿命が短くなるとともに、集合電池の出
力も低下する。

【０００５】そこで、この発明は上述のような問題点を
解決するためになされたものであり、最適な冷却がなさ
れて温度分布が小さい集合電池およびそれを用いた電池
システムを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に従った集合電
池は、複数の電池を備える。複数の電池の各々の間に冷
媒通路が形成されている。複数の冷媒通路は、第１の幅
を有する第１の冷媒通路と、第１の幅よりも大きい第２
の幅を有する第２の冷媒通路とを含む。

【０００７】このように構成された集合電池では、複数
の冷媒通路が相対的に小さい幅を有する第１の冷媒通路
と、相対的に大きい幅を有する第２の冷媒通路とを含む
ため、集合電池のうち、発熱量の小さい部分に冷却能力
の小さい第１の冷媒通路を設け、発熱量の大きい部分に
冷却能力の大きい第２の通路を設けることにより、発熱
量の大きい部分での集合電池の温度上昇を防止すること
ができる。その結果、集合電池の温度のばらつきを小さ
くすることができる。

【０００８】好ましくは、複数の冷媒通路の各々の幅
は、集合電池の端部から中央部に近づくにつれて大きく
なる。

【０００９】この場合、集合電池の周辺の外気から最も
遠い部分に位置する中央部での冷媒通路の幅が大きくな
るため、中央部の冷媒通路での冷媒の流量が大きくな
る。そのため、中央部の電池で熱がこもることなく十分
に中央部の電池を冷却することができる。そのため、複
数の電池の温度のばらつきを抑えることができる。さら
に、均等に冷却が行なえるため、冷却風を送るファンの
稼働時間を短縮でき、消費電力を低減できる。また、集
合電池の端部から中央に近づくにつれて冷媒通路の各々
の幅が大きくなるため、冷媒通路の幅は段階的に変化す
る。その結果、集合電池全体として電池温度のばらつき
を小さくすることができる。

【００１０】また好ましくは、集合電池は、複数の電池
の各々を位置決めする位置決め部材をさらに備える。

【００１１】また好ましくは、集合電池は、複数の電池
の各々の間に介在して隣り合う電池間の距離を調整する
スペーサ部材をさらに備える。

【００１２】また好ましくは、この発明に従った電池シ
ステムは、上述のいずれかに記載の集合電池を含む。

【００１３】さらに、好ましくは、電池システムは自動
車に搭載されるものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。

【００１５】なお、以下の図面において同一または相当
する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さ
ない。

【００１６】（実施の形態１）図１は、本発明による電
池システムの実施の形態を構成するバッテリパックを示
す模式斜視図である。図２は図１のバッテリパックのモ
ジュール集合体を示す斜視図である。図３は、図１に示
したバッテリパックを含む電池システムを用いた自動車
の構成を示すブロック図である。図４は、図１中のＩＶ
−ＩＶ線に沿った断面図である。図５は、図１中のＶ−
Ｖ線に沿った断面図である。図１〜図５を参照して、本
発明による電池システムの実施の形態を説明する。

【００１７】本発明による電池システムは、自動車の車
両に搭載される電池システムであって、図１で示すよう
なバッテリパック５と、このバッテリパック５に冷却風
を供給するためのファンおよび冷却風を車外へと排出す
る排気ダクト、電池システムのメンテナンスなどに用い
られる安全装置、さらには電池システムを制御するため
のバッテリコンピュータなどを備える。

【００１８】バッテリパック５はバッテリカバー６を有
する。バッテリカバー６には開口６ｍが設けられてお
り、開口６ｍを介して矢印１４で示す方向に冷媒として
の冷却風が流れる。バッテリカバー６内にはモジュール
集合体１１（図２参照）が収納されており、拘束プレー
ト１０ａとロアケース１２とがモジュール集合体１１を
取り囲む 図２で示すように、バッテリパック５内には複数個の電
池としての電池モジュール２２ａ〜２２ｇが配置され
る。電池モジュール２２ａ〜２２ｇが集合して、集合電
池としてのモジュール集合体１１を構成している。各々
の電池モジュール２２ａ〜２２ｇは、互いに距離を隔て
て配置される。各々の電池モジュール２２ａ〜２２ｇの
間には、複数の冷媒通路３１ａ〜３１ｆが形成されてい
る。複数の冷媒通路３１ａ〜３１ｆの幅は、モジュール
集合体１１の中央部に近づくにつれて大きくなる。

【００１９】各々の冷媒通路３１ａ〜３１ｆには、矢印
１４で示す方向に冷却風が流れる。これにより、電池モ
ジュール２２ａ〜２２ｇで発生した熱を除去することが
できる。

【００２０】図３に示すように、本発明による電池シス
テムを適用した自動車１は、制御部２と、本発明による
電池システムを含む電池部３と、駆動部４とを備える。
制御部２は電池部３および駆動部４を制御する。駆動部
４は、電池部３から供給される電流によって駆動するモ
ータなどの電動機を備える。なお、駆動部４は電動機以
外にガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃
機関を備えていてもよい。すなわち、自動車１としては
電池部３から供給される電流によって駆動するモータな
どの電動機のみを駆動源とする電気自動車のみではな
く、駆動源としてガソリンエンジンなど電動機以外の駆
動手段を備えた、いわゆるハイブリッドカーも含まれ
る。

【００２１】電池モジュール２２ａ〜２２ｇとして、た
とえばニッケル−水素電池を用いることができる。な
お、電池モジュール２２ａ〜２２ｇとしては充放電可能
な二次電池であれば、他の種類の電池を用いてもよい。
電池モジュール２２ａ〜２２ｇは、いわゆる角型平板状
の外形を有している。

【００２２】図４で示すように、集合電池としてのモジ
ュール集合体１１は、複数の電池としての電池モジュー
ル２２ａ〜２２ｇを備える。複数の電池モジュール２２
ａ〜２２ｇの各々の間に冷媒通路３１ａ〜３１ｆが形成
されている。複数の冷媒通路３１ａ〜３１ｆの各々の幅
は、モジュール集合体１１の端部から中央部に近づくに
つれて大きくなる。

【００２３】複数の冷媒通路３１ａ〜３１ｆは、第１の
幅Ｗ１を有する第１の冷媒通路としての冷媒通路３１ａ
および３１ｆと、第１の幅Ｗ１よりも大きい第２の幅Ｗ
３を有する第２の冷媒通路としての冷媒通路３１ｃおよ
び３１ｄとを含む。

【００２４】各々の電池モジュール２２ａ〜２２ｇは、
電槽６１と、電槽６１内に配置された複数の電池セル５
９とを有する。各々の電池セル５９に電力が蓄積され
る。１つの電槽６１内に設けられた電池セル５９は互い
に直列接続されている。そのため、たとえば図４で示す
１つの電池セル５９の起電力が１．２Ｖであるとすれ
ば、電池モジュール２２ａは６つの電池セル５９が直列
接続されて構成されているため、１つの電池モジュール
２２ａの起電力は７．２Ｖである。なお、電槽６１内の
電池セル５９の数は図４で示したものに限られず、図４
より多くしてもよく、さらに少なくしてもよい。また、
電槽６１が１つの電池セル５９を含んでいるのみでもよ
い。

【００２５】各々の電池モジュール２２ａ〜２２ｇは互
いにほぼ平行に配置される。電池モジュール２２ａ〜２
２ｇの間には、矢印１４で示す方向に冷却風を流すため
の冷媒通路３１ａ〜３１ｆが設けられている。なお、冷
媒通路３１ａ〜３１ｆに液体（たとえば水）などの冷媒
を流してもよい。バッテリパック５の側方から冷媒であ
る冷却風が流れる。冷媒通路３１ａ〜３１ｆの幅は、モ
ジュール集合体１１の中央部にいくにつれて大きくな
る。すなわち、冷媒通路３１ｃおよび３１ｄの幅Ｗ３が
最も大きく、冷媒通路３１ｂおよび３１ｅの幅Ｗ２が中
程度であり、冷媒通路３１ａおよび３１ｆの幅Ｗ１が最
も小さい。

【００２６】矢印１４で示す方向に流れる冷却風の流量
は、大きい幅を有する冷媒通路３１ｃおよび３１ｄで最
も大きく、小さな幅を有する冷媒通路３１ａおよび３１
ｆで最も小さい。

【００２７】なお、図４では、冷媒通路３１ａ〜３１ｆ
はほぼ直線状に形成されているが、冷媒通路３１ａ〜３
１ｆが湾曲していてもよい。さらに、冷媒通路３１ａ〜
３１ｆが蛇行していてもよい。また、バッテリパック５
の側方から冷媒を流したが、バッテリパック５の上方ま
たは下方から冷媒を流してもよい。

【００２８】図５で示すように、各々の電池モジュール
２２ａ〜２２ｇは、位置決め部材３１および３２により
位置決めされている。図５は、図４で示す断面に対して
直交する方向の断面である。位置決め部材３１および３
２は、位置決め孔３１ｈおよび３２ｈを有する。位置決
め孔３１ｈおよび３２ｈの各々に電池モジュール２２ａ
〜２２ｇが嵌め合わされている。この位置決め部材３１
および３２により、各々の電池モジュール２２ａ〜２２
ｇの間の距離が維持される。位置決め部材３１および３
２と、各々の電池モジュール２２ａ〜２２ｇで囲まれた
領域が冷媒通路３１ａ〜３１ｇであり、図５で示す断面
では、矢印１４で示すように、冷却風は紙面の手前側か
ら奥側に向かって流れる。

【００２９】なお、図４および５は、モジュール集合体
１１の概念図であり、冷媒通路３１ａ〜３１ｆの幅を誇
張して記載している。実際は、冷媒通路３１ａ〜３１ｆ
の幅は、電槽６１の幅よりも小さい。

【００３０】図６は、図５中の矢印ＶＩで示す方向から
見た位置決め部材の平面図である。図６を参照して、位
置決め部材３２は、複数の位置決め孔３２ｈを有する。
位置決め孔３２ｈの各々は電池モジュール２２ａ〜２２
ｇとほぼ等しい大きさを有する。位置決め孔３２ｈは、
図６ではほぼ同じ大きさに構成されるが、これに限られ
るものではなく、電池モジュール２２ａ〜２２ｇの大き
さに応じて位置決め孔３２ｈの大きさにばらつきを持た
せてもよい。

【００３１】このように構成された、この発明の実施の
形態１に従ったモジュール集合体１１では、隣り合う電
池モジュール２２ａ〜２２ｇの間に形成された冷媒通路
３１ａ〜３１ｆの幅は、モジュール集合体１１の中央部
に近づくにつれて大きくなる。そのため、中央部での冷
媒通路３１ｃおよび３１ｄでは冷媒である冷却風の流量
が大きくなる。その結果、熱がこもりやすい中央部の電
池モジュール２２ｃ、２２ｄおよび２２ｅから十分に熱
量を除去することができる。これにより、全体としてモ
ジュール集合体１１の温度を均一化することができる。

【００３２】図７は、この発明に従ったモジュール集合
体の効果を説明するためのグラフである。図７におい
て、曲線９１は、電池モジュール間の距離が均等に配置
された集合電池の温度を示す。曲線９１で示すように、
集合電池の中央部では熱がこもりやすいため、温度が高
くなる。これに対して、集合電池の端部は、外気との距
離が近くなるため、中央部に比べて温度が低くなる。

【００３３】このような電池を冷却風によって冷却する
と、曲線９３で示す温度分布となる。すなわち、曲線９
１を下方へ平行移動させたような温度分布となる。集合
電池全体としては温度が低くなるが、中央部と端部での
温度のばらつきは依然大きいままである。

【００３４】これに対して、図１〜５で示す本発明のモ
ジュール集合体１１のように、中央部の冷媒通路の幅を
大きくして冷却すれば、曲線９２で示すように、中央部
の温度が特に小さくなる。これにより、集合電池全体で
温度のばらつきが小さくなる。その結果、集合電池の寿
命が向上するとともに、出力も向上する。

【００３５】さらに、中央部に位置する温度の高い電池
モジュール２２ｃ〜２２ｅが優先的に冷却されるため、
従来よりも短時間で目的温度まで冷却することができ
る。その結果、冷却ファンを作動させるための電力を低
減できる。さらに、温度が低い端部の電池モジュール２
２ａ〜２２ｇでは、相対的に冷却風の量が少ないので、
温度が下がり過ぎることがない。その結果、冷却終了後
にモジュール集合体１１内の温度ばらつきも解消でき
る。

【００３６】（実施の形態２）図８は、この発明の実施
の形態２に従ったモジュール集合体の断面図である。図
８で示す断面は、図５で示す断面に対応する。図８を参
照して、この発明の実施の形態２に従った集合電池とし
てのモジュール集合体１１は、複数の電池としての電池
モジュール２２ａ〜２２ｇを備える。複数の電池モジュ
ール２２ａ〜２２ｇの各々の間に冷媒通路３１ａ〜３１
ｆが形成されている。冷媒通路３１ａ〜３１ｆの幅は、
モジュール集合体１１の端部から中央部に近づくにつれ
て大きくなる。

【００３７】モジュール集合体１１は、電池モジュール
２２ａ〜２２ｇの各々の間に介在して隣り合う電池モジ
ュール２２ａ〜２２ｇ間の距離を調整するスペーサ部材
６３ａおよび６３ｂをさらに備える。電池モジュール２
２ａ〜２２ｇの各々の電槽６１は突起部６１ａを有す
る。この突起部６１ａに接触するようにスペーサ部材６
３ａおよび６３ｂが設けられる。スペーサ部材６３ａお
よび６３ｂの幅を比較すると、スペーサ部材６３ｂの幅
はスペーサ部材６３ａの幅よりも大きい。

【００３８】各々の電池モジュール２２ａ〜２２ｇと、
突起部６１ａと、スペーサ部材６３ａおよび６３ｂで囲
まれた領域が冷媒通路３１ａ〜３１ｆであり、この冷媒
通路３１ａおよび３１ｆ内を矢印１４で示す方向、すな
わち紙面の手前側から奥側へ向かう方向に冷媒である冷
却風が流れる。

【００３９】このように構成された、この発明の実施の
形態２に従ったモジュール集合体１１でも、実施の形態
１に従ったモジュール集合体１１と同様の効果がある。

【００４０】以上、この発明の実施の形態について説明
したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形する
ことが可能である。まず、モジュール集合体１１を構成
する電池モジュールの数は、上述の実施の形態で示した
ものに限られない。さらに、、冷媒通路３１ａ〜３１ｆ
の幅は、中央部に近づくにつれて断続的に大きくなって
いたが、これに限られるものではなく、同じ幅の冷媒通
路を２つずつ用意してもよい。すなわち、たとえば図４
の左側から同じ幅の冷媒通路を２つ設け、その右側に
は、少し幅の広い冷媒通路を設けるようにしてもよい。

【００４１】さらに、上述の実施の形態では、モジュー
ル集合体１１の中央部に近づくにつれて冷媒通路の幅を
大きくしたが、これに限られるものではなく、たとえ
ば、モジュール集合体１１の中央部で冷媒通路の幅が狭
く、端部で冷媒通路の幅が広くてもよい。すなわち、あ
る部分で冷媒通路の幅が大きく、ある部分で冷媒通路の
幅が小さければよい。

【００４２】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００４３】

【発明の効果】この発明に従えば、最適な冷却がなさ
れ、温度分布のばらつきが小さい集合電池を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による電池システムの実施の形態を構
成するバッテリパックを示す模式斜視図である。

【図２】 図１のバッテリパックのモジュール集合体を
示す斜視図である。

【図３】 図１に示したバッテリパックを含む電池シス
テムを用いた自動車の構成を示すブロック図である。

【図４】 図１中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であ
る。

【図５】 図１中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

【図６】 図５中の矢印ＶＩで示す方向から見た位置決
め部材の平面図である。

【図７】 この発明に従ったモジュール集合体の効果を
説明するためのグラフである。

【図８】 この発明の実施の形態２に従ったモジュール
集合体の断面図である。

【図９】 従来の集合電池の断面図である。

【符号の説明】

１ 自動車、２ 制御部、３ 電池部、４ 駆動部、５
バッテリパック、６バッテリカバー、６ｍ 開口、１
０ａ 拘束プレート、１２ ロアケース、１１ モジュ
ール集合体、２２ａ〜２２ｇ 電池モジュール、３１，
３２ 位置決め部材、３１ａ〜３１ｇ 冷媒通路、３１
ｈ，３２ｈ 位置決め孔、５９ 電池セル、６１ 電
槽、６１ａ 突起部、６３ａ，６３ｂ スペーサ部材。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の電池を備えた集合電池であって、 前記複数の電池の各々の間に冷媒通路が形成されてお
   り、 前記複数の冷媒通路は、第１の幅を有する第１の冷媒通
   路と、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有する第２
   の冷媒通路とを含む、集合電池。
2. 【請求項２】 前記複数の冷媒通路の各々の幅は、前記
   集合電池の端部から中央部に近づくにつれて大きくな
   る、請求項１に記載の集合電池。
3. 【請求項３】 前記複数の電池の各々を位置決めする位
   置決め部材をさらに備えた、請求項１または２に記載の
   集合電池。
4. 【請求項４】 前記複数の電池の各々の間に介在して隣
   り合う前記電池の間の距離を調整するスペーサ部材をさ
   らに備えた、請求項１または２に記載の集合電池。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれか１項に記載の
   集合電池を含む電池システム。
6. 【請求項６】 上記電池システムは自動車に搭載される
   ものである、請求項５に記載の電池システム。