JP2004273356A - 組電池の冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】組電池を構成する各二次電池をコンパクトで安価な構成にて効率的にかつ均等に冷却する。
【解決手段】複数の二次電池２をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路６を介して並列配置した組電池１において、冷却媒体通路６に向けて冷却媒体を送給する冷却媒体送給手段７を設け、二次電池２の冷却媒体の流通方向下手側部分にヒートパイプ１５の一端側を熱的に結合し、ヒートパイプ１５の他端側をそれより温度の低い部分に臨ませ、冷却媒体の流通にて効果的に冷却するとともに冷却媒体の下流側部分をヒートパイプ１５にて冷却して均等に冷却するようにした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の二次電池を冷却媒体通路をあけて並列配置して成る組電池の冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、複数の二次電池から成る組電池において、充放電に伴う発熱で電池温度が上昇し、電池出力や充放電効率や電池寿命が低下するのを防止するため、複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路を介して並列配置し、冷却媒体通路に向けて冷却媒体を送給する冷却媒体送給手段を設けたものは知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、この種の組電池として、図１０（ａ）に示すように、長方形状の長側面の長手方向に沿って複数の単電池２３を並列して内蔵した角形電池から成る複数の二次電池２２を、その長側面間に左右方向に冷却媒体を通す冷却媒体通路２４を形成した状態で並列配置して組電池２１を構成し、組電池２１の冷却媒体通路２４の一端側に冷却媒体を送給する送給フード２５を、他端側に排出フード２６を接続し、各二次電池２２、２２間の冷却媒体通路２４に矢印で示すように一端側から他端側に向けて冷却媒体を送給するようにしたものが考えられている。
【０００４】
また、複数の二次電池を収容するとともに二次電池の周壁面に接触して熱的に結合された容器を設け、この容器に二次電池から伝わる熱を外部に放出するヒートパイプを配設したものが知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６７８０３号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−７６７７１号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開２００２−１３４１７７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１０（ａ）に示したような構成の組電池２１の冷却装置では、二次電池２２、２２間の冷却媒体通路２４に矢印の如く冷却媒体を流通させた場合、冷却媒体が二次電池２２の一端側から他端側に流通する間に各単電池２３を順次冷却する間にその温度が逐次上昇して他端側では冷却性能が低下し、その結果図１０（ｂ）に示すように、二次電池２２の冷却媒体流通方向上流側の単電池２３に比して下流側の単電池２３の温度が漸次高くなり、二次電池２２における単電池２３、２３間の温度ばらつきΔＴが大きくなり、二次電池２２における単電池２３、２３間のＳＯＣのばらつきが大きくなり、また組電池２１における単電池２３の最高温度Ｔｍａｘ も高くなってしまい、その結果組電池２１の寿命に悪影響を及ぼすという問題が発生する。
【０００９】
また、上記特許文献２や特許文献３に開示されたように、容器内に収容された二次電池の熱をヒートパイプによって容器の外部に放熱する構成では、全ての二次電池を効果的に冷却するだけの冷却性能をヒートパイプのみで確保しようとすると、多数のヒートパイプや多量の集熱部材が必要になって空間効率が悪くなるとともにコスト高になり、かつそれでも二次電池の各部分を均等に冷却するのは困難であるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、組電池を構成する各二次電池をコンパクトで安価な構成にて効率的にかつ均等に冷却することができる組電池の冷却装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の組電池の冷却装置は、複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路を介して並列配置した組電池において、冷却媒体通路に向けて冷却媒体を送給する冷却媒体送給手段を設け、組電池の冷却媒体の流通方向下手側部分にヒートパイプの一端側を熱的に結合し、ヒートパイプの他端側をそれより温度の低い部分に臨ませたものであり、組電池における二次電池間の冷却媒体通路に冷却媒体を流通させて各二次電池を冷却するのでコンパクトで安価な構成にて効率的に冷却でき、かつ冷却性能の低下する冷却媒体の流通方向下手側部分についてはヒートパイプを介して冷却できるので組電池の全体を均等に冷却することができる。
【００１２】
また、二次電池が長方形状の長側面を有するとともにその長側面の長手方向に沿って複数の単電池を並列に構成した角形電池から成り、この二次電池を複数、長側面間に冷却媒体通路を形成した状態で並列配置して組電池を構成し、冷却媒体通路に対して二次電池の長側面の長手方向に沿って冷却媒体を送給する冷却媒体送給手段を設けた組電池においては、組電池の断面高さを二次電池の長側面の高さ寸法と略同一にできてコンパクトな構成とすることができるとともに冷却媒体の流通にて効果的に冷却でき、かつヒートパイプによる冷却にて二次電池の単電池間の温度ばらつきを効果的に低減でき、単電池間のＳＯＣのばらつきを抑制して二次電池の寿命を向上することができる。
【００１３】
また、組電池の冷却媒体流通方向下手側部分に伝熱部材を接触配置し、この伝熱部材にヒートパイプの一端側を固着し、ヒートパイプの他端側を冷却媒体送給手段により送給される冷却媒体の流通路内に臨ませると、組電池の冷却媒体流通方向下手側端部の熱が伝熱部材にてヒートパイプに効果的に伝熱され、ヒートパイプの他端で冷却媒体にて効率的に放熱されるので、組電池の温度の均一化を効果的に図ることができる。
【００１４】
また、組電池の冷却媒体流通方向下手側端面に伝熱部材を接触配置し、組電池の二次電池並列配置方向両端に配設された端板の外側に形成された外部冷却媒体通路内にヒートパイプの他端部を臨ませると、組電池の冷却媒体流通方向下手側端面を効果的に冷却して組電池の温度の均一化を図ることができ、かつヒートパイプの他端部を端板の外側に形成した外部冷却媒体通路で冷却するようにしているので、コンパクトな構成にて効率的に冷却することができる。
【００１５】
また、組電池の冷却媒体流通方向に沿いかつ二次電池並列配置方向両端の側面と隣接する側面における冷却媒体流通方向下手側部分に伝熱部材を接触配置するとともに、その側面の冷却媒体流通方向上手側部分に断熱材を接触配置し、組電池の二次電池並列配置方向両端に配設された端板の外側に形成された外部冷却媒体通路内にヒートパイプの他端部を臨ませると、上手側での放熱を断熱材で抑制する一方で下手側ではヒートパイプを介して外部冷却媒体通路を通る冷却媒体にて冷却することで、二次電池の単電池間の温度ばらつきを一層低減することができる。
【００１６】
また、外部冷却媒体通路を、端板の外側に装着した発泡断熱材にて構成すると、軽量安価な構成にて熱効率良くヒートパイプの他端部を冷却することができる。
【００１７】
また、組電池の冷却媒体流通方向に沿いかつ二次電池並列配置方向両端の側面と隣接する側面の略全面に伝熱部材を接触配置し、伝熱部材に冷却媒体流通方向に沿ってヒートパイプを配設して固着すると、組電池の冷却媒体流通方向上手側の冷熱にて下手側を冷却することでその間の温度分布を均等にするので、二次電池間の単電池間の温度ばらつきを一層低減することができる。
【００１８】
また、伝熱部材は、ヒートパイプを固着した金属プレートと、金属プレートと二次電池との間に介装された絶縁性伝熱シートから成ると、金属製の電槽を採用して冷却性能を高めた二次電池に上記構成を適用できることによって、非常に高い冷却性能が得られ、出力特性及び寿命特性を向上することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の組電池の冷却装置の第１の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２０】
図１、図２において、１は、ハイブリッド車を含む電気自動車用の駆動電源としての組電池で、１０〜３０個の二次電池２を並列配置し、並列方向の両端に配設した一対の端板３で挟持し、拘束部材（図示せず）にて一体的に固定して構成されている。
【００２１】
各二次電池２は、高さ寸法に対して左右方向の寸法の大きな長側面を有する扁平な角形の全体外形を呈し、その長側面の長手方向に複数（図示例では４つ）の単電池４を並列配置して一体化するとともに単電池４同士を直列接続して成る電池モジュールとして構成されている。本実施形態の単電池４は、高い冷却性能が得られる金属製の電槽内に発電要素としての極板群と電解液を収容して構成されている。
【００２２】
組電池１は、これらの二次電池２の両端の接続端子（図示せず）をバス・バー５にて順次直列に接続することで所定の出力電圧を得ている。また、これらの二次電池２の長側面間に冷却媒体通路６が設けられており、組電池１の左右方向の一端から冷却媒体通路６に向けて、車室内から取り入れた冷却風を冷却媒体として送給する冷却媒体送給手段７が設けられている。この冷却媒体送給手段７は、各冷却媒体通路６に対して冷却媒体を送給する送給フード８と、各冷却媒体通路６から流出した冷却媒体を排出する排出ダクト９を備えている。
【００２３】
組電池１の端板３の外側には、図２〜図４に示すように、発泡断熱材から成る通路形成部材１０が装着され、この通路形成部材１０に形成した凹部１０ａと端板３との間に外部冷却媒体通路１１が形成されている。この外部冷却媒体通路１１の一端開口１１ａは送給フード８内に臨み、他端開口１１ｂは排出ダクト９の手前位置で外面に開口されている。
【００２４】
組電池１の冷却媒体流通方向下手側の端面１ａには、絶縁性伝熱シート１２と金属プレート１３から成る枠状の伝熱部材１４が接触配置され、その金属プレート１３の下枠部１３ａに沿ってヒートパイプ１５の一端側１５ａが配設されて一体的に固着されるとともに熱的に結合され、ヒートパイプ１５の他端側１５ｂはＬ字状に屈曲成形されて外部冷却媒体通路１１内にその中を流通する冷却媒体にて冷却されるように配置され、一端側１５ａが吸熱部、他端側１５ｂが放熱部として作用するように構成されている。また、外部冷却媒体通路１１は、ヒートパイプ１５の他端側１５ｂ部分でその通路断面積を小さくして冷却媒体の流速が大きくなるように構成され、それによってヒートパイプ１５の熱伝達効率の向上を図っている。さらに、ヒートパイプ１５の他端側１５ｂの傾斜角も、冷却媒体との間での熱伝達効率が良くなるように設定されている。
【００２５】
絶縁性伝熱シート１２としては、シリコーン系あるいは非シリコーン系の熱伝導性レジン層をベースフィルムに担持させたもの（例えば、日東シリコーン株式会社製の「熱伝導性ＨＴシート」など）や、熱伝導性を持つセラミックスを分散させたシリコーンジェルのシート状体やこのシリコーンジェルをファイバーガラスから成る基材に担持させたものなどが好適に用いられる。
【００２６】
以上の構成によれば、冷却媒体送給手段７にて組電池１における二次電池２、２間の冷却媒体通路６に冷却媒体を流通させて各二次電池２を冷却するので、組電池１の全体をヒートパイプ１５にて冷却する場合に比してコンパクトで安価な構成にて格段に効率的に冷却でき、しかもこのように冷却媒体を流通させて冷却した場合には、冷却媒体の流通方向下手側部分で冷却性能が低下するため、その部分についてヒートパイプ１５を介して冷却するようにしたので、組電池１の全体を均等に冷却することができる。
【００２７】
特に、二次電池２が長側面の長手方向に複数の単電池４が並列配置されており、かつその長側面間に冷却媒体通路６を形成してその長手方向の一端側から他端側に向けて冷却媒体を流通させて冷却するようにしているので、組電池１の断面高さを二次電池２の長側面の高さ寸法と略同一にできてコンパクトな構成とすることができるとともに冷却媒体の流通にて効果的に冷却できる。
【００２８】
また、組電池１の冷却媒体流通方向下手側の端面１ａを伝熱部材１４を介してヒートパイプ１５の一端側１５ａに伝熱し、ヒートパイプ１５の他端側１５ｂで外部冷却媒体通路１１を流通する冷却媒体にて冷却するので、組電池１の冷却媒体流通方向下手側の端面１ａを効果的に冷却できる。また、外部冷却媒体通路１１を、端板３の外側に装着した発泡断熱材から成る通路形成部材１０にて構成しているので、軽量安価な構成にて熱効率良くヒートパイプ１５の他端側１５ｂを冷却することができる。
【００２９】
また、伝熱部材１４をヒートパイプ１５を固着した金属プレート１３と絶縁性伝熱シート１２にて構成しているので、金属製の電槽を採用して冷却性能を高めた二次電池２に適用できて、非常に高い冷却性能が得られ、出力特性及び寿命特性を向上することができる。なお、二次電池２又はその単電池４の電槽外面が絶縁性材料の場合には絶縁性伝熱シート１２を介装する必要がないことは言うまでもない。
【００３０】
かくして、図１（ｂ）に示すように、ヒートパイプ１５による冷却を行わない場合の破線で示した温度分布の状態に比して、実線で示すように、ヒートパイプ１５による冷却によって最も温度が高くなる冷却媒体流通方向の最下流の単電池４の温度を効果的に低減でき、二次電池２の単電池４、４間の温度ばらつきを、ΔＴからΔｔ１に低減することができる。また、それに伴って組電池１における単電池４の最高温度Ｔｍａｘ も低減することができる。かくして、単電池４、４間のＳＯＣのばらつきを抑制できるとともに、最高温度Ｔｍａｘ を低減できることで組電池１の寿命を向上することができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の組電池の冷却装置の第２の実施形態について、図５〜図７を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明では、先行する実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００３２】
本実施形態では、組電池１における冷却媒体流通方向に沿いかつ二次電池２の並列配置方向両端の端板３を配置した側面に隣接している側面（図示例では組電池１の下側面）１ｂの冷却媒体流通方向下手側部分に、絶縁性伝熱シート１２と金属プレート１３から成る伝熱部材１４を接触配置し、この伝熱部材１４にヒートパイプ１５の一端側１５ａを一体的に固着するとともに熱的に結合し、ヒートパイプ１５の他端側１５ｂを端板３とその外側に装着した通路形成部材１０にて形成された外部冷却媒体通路１１内に配置している。また、組電池１の下側面１ｂの冷却媒体流通方向上手側部分には断熱材１６を接触配置している。
【００３３】
なお、図示例では断熱材１６が通路形成部材１０と一体的に構成されており、かつ断熱材１６が伝熱部材１４及びヒートパイプ１５の一端側１５ａの外面及び通路形成部材１０を装着した端板３とは反対側の端板３の外面も覆っている。また、外部冷却媒体通路１１の他端開口１１ｂは排出ダクト９内に開口するように構成されている。
【００３４】
以上の構成によれば、組電池１の冷却媒体流通方向の上手側部分の放熱を断熱材１６で抑制する一方で、下手側部分では伝熱部材１４とヒートパイプ１５を介して外部冷却媒体通路１１を通る冷却媒体にて冷却することになる。
【００３５】
その結果、図５（ｂ）に示すように、二次電池２の単電池４、４間の温度ばらつきを、上記実施形態のΔｔ１よりも小さいΔｔ２に一層低減することができ、単電池４、４間のＳＯＣのばらつきを抑制でき、また上記実施形態と同様に最高温度Ｔｍａｘ も低減できることで組電池１の寿命を向上することができる。
【００３６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の組電池の冷却装置の第３の実施形態について、図８、図９を参照して説明する。
【００３７】
本実施形態では、組電池１の冷却媒体流通方向に沿いかつ二次電池並列配置方向両端の端板３を配置した側面と隣接する側面（図示例では組電池１の下側面）１ｂの略全面に、絶縁性伝熱シート１２と金属プレート１３から成る伝熱部材１４を接触配置し、金属プレート１３に冷却媒体流通方向に沿って１又は複数のヒートパイプ１５を配設して固着している。
【００３８】
以上の構成によれば、組電池１の冷却媒体流通方向上手側の冷熱にて下手側を冷却することで、冷却媒体流通方向上手側と下手側の間での温度分布を均等にすることになる。
【００３９】
その結果、図８（ｂ）に示すように、二次電池２の単電池４、４間の温度ばらつきを、第１の実施形態のΔｔ１や第２の実施形態のΔｔ２よりも小さいΔｔ３に一層低減することができ、単電池４、４間のＳＯＣのばらつきを抑制でき、また第１、第２の実施形態のようにヒートパイプ１５にて外部冷却媒体通路１１を流通する冷却媒体で追加的に冷却しないので、組電池１全体の平均温度はその分低下できないが、平均化の効果が大きいので、同様に最高温度Ｔｍａｘ も低減でき、組電池１の寿命を向上することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の組電池の冷却装置によれば、組電池における二次電池間の冷却媒体通路に冷却媒体を流通させて各二次電池を冷却することにより、コンパクトで安価な構成にて効率的に冷却でき、かつ冷却性能の低下する冷却媒体の流通方向下手側部分についてはヒートパイプを介して冷却することにより組電池の全体を均等に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における組電池の冷却装置を示し、（ａ）は概略構成を示す縦断正面図、（ｂ）は二次電池の単電池間の温度分布図である。
【図２】同実施形態の分解斜視図である。
【図３】同実施形態の外部冷却媒体通路の部分断面正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における組電池の冷却装置を示し、（ａ）は概略構成を示す縦断正面図、（ｂ）は二次電池の単電池間の温度分布図である。
【図６】同実施形態の分解斜視図である。
【図７】同実施形態の図６のＢ−Ｂ矢視線での断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における組電池の冷却装置を示し、（ａ）は概略構成を示す縦断正面図、（ｂ）は二次電池の単電池間の温度分布図である。
【図９】同実施形態の分解斜視図である。
【図１０】従来例の組電池の冷却装置を示し、（ａ）は概略構成を示す縦断正面図、（ｂ）は二次電池の単電池間の温度分布図である。
【符号の説明】
１ 組電池
２ 二次電池
３ 端板
４ 単電池
６ 冷却媒体通路
７ 冷却媒体送給手段
１０ 発泡断熱材からなる通路形成部材
１１ 外部冷却媒体通路
１２ 絶縁性伝熱シート
１３ 金属プレート
１４ 伝熱部材
１５ ヒートパイプ
１６ 断熱材

Claims (8)

  1. 複数の二次電池をそれらの間に冷却媒体を通す冷却媒体通路を介して並列配置した組電池において、冷却媒体通路に向けて冷却媒体を送給する冷却媒体送給手段を設け、組電池の冷却媒体の流通方向下手側部分にヒートパイプの一端側を熱的に結合し、ヒートパイプの他端側をそれより温度の低い部分に臨ませたことを特徴とする組電池の冷却装置。
  2. 二次電池は長方形状の長側面を有するとともにその長側面の長手方向に沿って複数の単電池を並列に構成した角形電池から成り、この二次電池を複数、長側面間に冷却媒体通路を形成した状態で並列配置して組電池を構成し、冷却媒体通路に対して二次電池の長側面の長手方向に沿って冷却媒体を送給する冷却媒体送給手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の組電池の冷却装置。
  3. 組電池の冷却媒体流通方向下手側部分に伝熱部材を接触配置し、この伝熱部材にヒートパイプの一端側を固着し、ヒートパイプの他端側を冷却媒体送給手段により送給される冷却媒体の流通路内に臨ませたことを特徴とする請求項１又は２記載の組電池の冷却装置。
  4. 組電池の冷却媒体流通方向下手側端面に伝熱部材を接触配置し、組電池の二次電池並列配置方向両端に配設された端板の外側に形成された外部冷却媒体通路内にヒートパイプの他端部を臨ませたことを特徴とする請求項３記載の組電池の冷却装置。
  5. 組電池の冷却媒体流通方向に沿いかつ二次電池並列配置方向両端の側面と隣接する側面における冷却媒体流通方向下手側部分に伝熱部材を接触配置するとともに、その側面の冷却媒体流通方向上手側部分に断熱材を接触配置し、組電池の二次電池並列配置方向両端に配設された端板の外側に形成された外部冷却媒体通路内にヒートパイプの他端部を臨ませたことを特徴とする請求項３記載の組電池の冷却装置。
  6. 外部冷却媒体通路を、端板の外側に装着した発泡断熱材にて構成したことを特徴とする請求項４又は５記載の組電池の冷却装置。
  7. 組電池の冷却媒体流通方向に沿いかつ二次電池並列配置方向両端の側面と隣接する側面の略全面に伝熱部材を接触配置し、伝熱部材に冷却媒体流通方向に沿ってヒートパイプを配設して固着したことを特徴とする請求項２記載の組電池の冷却装置。
  8. 伝熱部材は、ヒートパイプを固着した金属プレートと、金属プレートと二次電池との間に介装された絶縁性伝熱シートから成ることを特徴とする請求項３〜７の何れかに記載の組電池の冷却装置。
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