JP2005108750A - 電池モジュール、および、組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 電池収納ケース内に収納された複数個の単電池を好適に冷却することにより、熱による劣化が特定の単電池に偏ることを防止し、性能の低下を防止し得る電池モジュール、および、組電池を提供する。
【解決手段】 電池モジュール６０は、単電池としてのラミネート外装電池１１を複数個電気的に直列に接続して構成される電池集合体１２と、電池集合体１２を内部に収納するとともに外部を流下する冷却風Ｃによって冷却される空冷式の電池収納ケース６１と、を有している。複数個のラミネート外装電池１１は、冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘに配列されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電池モジュール、および、組電池に関するものである。

近年、電気を動力源とする電気自動車（ＥＶ）や、エンジンとモータとを組み合わせたハイブリッドカー（ＨＥＶ）の動力源の二次電池として、軽量化などの観点から、ラミネートフィルムによって被覆された電池すなわちラミネート外装電池が注目されている。

ラミネート外装電池は、一般的に、可撓性を有するラミネートフィルムを備え、発電要素は、ラミネートフィルムの外周縁部を熱融着することにより密封されている。発電要素に一端が電気的に接続された電極リードの他端は、ラミネートフィルムの外部に突出している（特許文献１参照）。

ところで、二次電池は、充電放電を行うと内部抵抗によるジュール発熱によって温度が上昇して内部抵抗が増加し、劣化が進行する。劣化を抑えるために、二次電池を冷却する必要がある。また、二次電池をＥＶやＨＥＶの動力源に適用する場合には、電圧を高くするために、複数個の単電池を直列に接続した電池集合体が用いられる。さらに、単電池としてラミネート外装電池を使用する場合にあっては、電池の長寿命化のために、ラミネートフィルムの腐食を長期間にわたって防止する必要がある。このため、複数個のラミネート外装電池を直列に接続して電池収納ケース内に密閉状態で収納して電池モジュールを構成し、各ラミネート外装電池を水分からシールする必要がある。かかる構成の電池モジュールを使用する際には、電池収納ケースの外部を流下する冷却風によって当該ケースを冷却し、収納されている各ラミネート外装電池を冷却する必要がある。

ここで、複数個のラミネート外装電池のうち特定のラミネート外装電池の冷却が不十分であると、当該特定のラミネート外装電池に、熱による劣化が偏って生じることになる。複数個のラミネート外装電池を直列に接続した電池集合体にあっては、一のラミネート外装電池に偏った劣化が生じると、電池集合体全体としての性能、例えば、放電可能出力が著しく低下してしまう。

このため、複数個の単電池を直列に接続した電池集合体を電池収納ケース内に収納してなる電池モジュールにあっては、熱による劣化が特定の単電池に偏ることがないように、すべてのラミネート外装電池を好適に冷却することが要請される。
特開２００１−３４５０８１号公報

本発明は、上記の要請に応えるべくなされたものであり、電池収納ケース内に収納された複数個の単電池を好適に冷却することにより、熱による劣化が特定の単電池に偏ることを防止し、性能の低下を防止し得る電池モジュール、および、組電池を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、複数個の単電池を電気的に直列に接続して構成される電池集合体と、
前記電池集合体を内部に収納するとともに外部を流下する冷却風によって冷却される空冷式の電池収納ケースと、を有し、
前記複数個の単電池は、前記冷却風の流下方向に対して直交する方向に配列されてなる電池モジュールである。

本発明によれば、熱による劣化が特定の単電池に偏ることがなく、電池モジュール全体としての性能の低下を防止することが可能となるという効果を奏する。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。

なお、本明細書においては、「単電池」、「電池モジュール」および「組電池」は、それぞれ、以下のように定義される。「単電池」とは、１個の電池を指称し、例えば、ラミネートフィルムによって発電要素が密封された電池、いわゆるラミネート外装電池の個々それぞれの電池をいう。「電池モジュール」とは、複数個の単電池を電気的に接続して構成される電池集合体を電池収納ケース内に収納した電池をいう。「組電池」とは、複数個の電池モジュールを含む電池をいう。「単電池」はもちろんのこと、「電池モジュール」および「組電池」のそれぞれも電池として用いられる。「単電池」、「電池モジュール」および「組電池」のそれぞれの名称は、電池の大きさの違いを理解し易くするために用いられる。また、組電池における複数個の電池モジュールは、電気的に相互に接続されて使用される場合のほか、電気的に接続されないで個々独立して使用される場合もある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電池モジュール６０を示す正面図である。図２は、ラミネート外装電池１１の一例を示す斜視図、図３（Ａ）は、同ラミネート外装電池１１を示す平面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、図１に示される電池収納ケース６１を示す正面図、上面図および側面図である。なお、図１の矢印ＸおよびＹは、それぞれ、冷却風Ｃの流下方向に対して直交する方向、および、冷却風Ｃの流下方向を表している。

図１を参照して、電池モジュール６０は、概説すれば、複数個の単電池１１を電気的に直列に接続して構成される電池集合体１２と、当該電池集合体１２を内部に収納するとともに外部を流下する冷却風Ｃによって冷却される空冷式の電池収納ケース６１と、を有している。そして、複数個のラミネート外装電池１１は、冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘに配列してある。また、単電池１１および電池収納ケース６１は長方形形状を有し、単電池１１の長手方向および電池収納ケース６１の短手方向が、冷却風Ｃの流下方向Ｙと平行となっている。さらに、単電池１１としては、ラミネートフィルムによって発電要素が密封されたラミネート外装電池が用いられている。ラミネート外装電池１１を任意の個数直列に接続することによって、所望の電圧に対応できる電池モジュール６０を提供することができる。電池収納ケース６１を、以下、単に、「ケース６１」とも称する。

詳述すると、図示する電池モジュール６０では、ラミネート外装電池１１を前後方向（図１の紙面に直交する方向）に２枚、幅方向（図１の左右方向）に４枚並べた計８枚を直列に接続して電池集合体１２を構成し、この電池集合体１２をケース６１に収納してある。なお、図示省略するが、ケース６１内でラミネート外装電池１１を直列に接続する際には、スペーサやバスバーのような適当な接続部材が用いられている。

ケース６１の両側面には、電池モジュール６０の正極端子６３および負極端子６４が設けられている。正極端子６３は、図示しないリード線を介して、電池集合体１２の先頭のラミネート外装電池１１の正極電極端子４１に電気的に接続されている。負極端子６４は、図示しないリード線を介して、電池集合体１２の末尾のラミネート外装電池１１の負極電極端子４２に電気的に接続されている。

ケース６１内の上部空間および下部空間には、絶縁性のポッティング材、例えば、ウレタン系の低温熱硬化型ポッティング材が充填されている。ポッティング材を充填して接続回路を絶縁封止および固定することにより、各ラミネート外装電池１１のガタが抑えられ、電極端子４１、４２自体が破損したり、スペーサやバスバーなどを用いた電気的な接続回路が断線したりすることが防止される。

図２および図３を参照して、ラミネート外装電池１１は、可撓性を有する一対のラミネートフィルム２１、２２と、ラミネートフィルム２１、２２の外周縁部２３を熱融着することにより密封される発電要素３１と、発電要素３１に一端が電気的に接続された正負の電極端子４１、４２と、を有している。電極端子４１、４２のそれぞれは、発電要素３１の対向する端面に接続されている。各電極端子４１、４２の他端は、ラミネートフィルム２１、２２の外周縁辺から外部に突出している。

図示するラミネート外装電池１１は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した積層型の発電要素３１がラミネートフィルム２１、２２により密封されている。積層型の発電要素３１を備えるラミネート外装電池１１にあっては、電極板間の距離を均一に保って電池性能の維持を図るために、発電要素３１に圧力を掛けて押さえる必要がある。このため、ラミネート外装電池１１は、発電要素３１が押さえつけられるようにケース６１に収納されている。

前記ラミネートフィルム２１、２２は、一般的に、２層以上のシートからなる複合シートであり、内方から表面にかけて順に、熱融着されるシール層２４と、アルミラミネートフィルムなどの金属層２５と、外装を形成する樹脂層２６とを有している。シール層２４は、熱融着性の樹脂から形成されている。熱融着性の樹脂材料としては、たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などの熱可塑性樹脂材料が適用される。

各ラミネートフィルム２１、２２は、略矩形状を有し、発電要素３１を挟み込むように被覆している。一対のラミネートフィルム２１、２２は、発電要素３１の外側からフィルム端部にかけて、シール層２４同士が熱融着によって接合されている。電極端子４１、４２が突出する部分においては、電極端子４１、４２をなすアルミ板とシール層２４とが熱融着によって直接接合されている。外周縁部２３の４辺２３ａ〜２３ｄのうち電極端子４１、４２が突出する２つの辺２３ａ、２３ｃは、電極端子４１、４２を介して振動が伝達されて微小隙間が発生し易い箇所である。このため、一般的に、電極端子４１、４２が突出する辺２３ａ、２３ｃにおける引裂き強度は、他の２つの辺２３ｂ、２３ｄにおける引裂き強度に比べて高めてある。辺２３ａ、２３ｃにおける引裂き強度は、例えば、電極端子４１、４２に表面処理を施したり、シール層２４の材質を調整したり、熱融着の手法や条件を変えたりすることによって、辺２３ｂ、２３ｄよりも高められている。熱融着された外周縁部２３をシール部２３ともいう。

過充電などの異常により電池内部でガスが発生した場合において、ガスの圧力が所定の圧力よりも高くなると、シール部２３の４辺２３ａ〜２３ｄのうち引裂き強度が弱い側の辺２３ｂまたは２３ｄの熱融着状態が開裂し、ここからガスが外部に放出されることになる。これにより、ラミネート外装電池１１の破裂などの事態が防止され、異常時の信頼性が向上する。辺２３ｂまたは２３ｄが熱融着状態を開裂する所定の圧力は、シール部２３の幅や熱融着条件などを変えることで適宜設定可能であるが、例えば、約１ｋｇｆ／ｃｍ２である。

図４を参照して、ケース６１は、ラミネート外装電池１１を密閉状態で収納するための略扁平形状を呈するケーシング７０と、ラミネート外装電池１１から異常時にケーシング７０内に放出されたガスが所定の圧力に達したときにケーシング７０内に充満したガスを外部に放出する開裂弁（図示せず）と、を有している。

前記ケーシング７０は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、突き合わされて内部に電池収納空間を形成する第１と第２のケーシング７１、７２を含んでいる。第１と第２のケーシング７１、７２は、扁平な矩形形状を有し（図４（Ａ）参照）、上端部および下端部は円弧形状に形成されている（図４（Ｃ）参照）。ケーシング７０の寸法は適宜選択できる。図示例のケーシング７０は、ラミネート外装電池１１を前後方向に２枚、幅方向に４枚並べた計８枚を収納するための寸法を備えている。第１と第２のケーシング７１、７２の材質は、金属材料や樹脂材料など適宜の材料を選択し得るが、冷却性および強度の観点からは、アルミやステンレスなどの金属材料から形成するのが好ましい。第１と第２のケーシング７１、７２は、図示しない締結ねじにより相互に締結され、電池収納空間を密閉状態とし、水分からシールしている。第１と第２のケーシング７１、７２の突き合わせ面に、シール材を塗布したり、パッキンなどのシール部材を介装したりして、水密性を高めてもよい。突き合わせた第１と第２のケーシング７１、７２の両側面には、円形状の通孔７３が形成される。この通孔７３に、電池モジュール６０の正極端子６３および負極端子６４が配置される（図１参照）。

前記開裂弁は、１個または複数個、ケーシング７０に設けられている。開裂弁は、適宜の構成を採用し得るが、例えば、ケーシング７０に開口したガス放出孔と、ガス放出孔を封止するとともにケーシング７０の内圧が所定の圧力に達したときにガス放出孔を開放する封止板と、を有している。封止板は、シール材、金属材料または樹脂材料など適宜の材料から形成され、ガス放出孔を封止するように、接着剤や熱融着などの接合手段によって取り付けられている。ラミネート外装電池１１から異常時にケーシング７０内に放出されたガスが所定の圧力に達したときには、封止板が開裂あるいは破裂し、ケーシング７０内に充満したガスをガス放出孔から外部に放出する。これにより、ケース６１の異常膨張や破損などが防止される。開裂弁が作動する所定の圧力は、封止板の材質や肉厚、使用する接着剤の種類、熱融着条件などを変えることにより適宜設定可能であるが、ラミネート外装電池１１のシール部２３が開裂する圧力と同じ圧力、例えば、約１ｋｇｆ／ｃｍ２である。

前述したように、本実施形態の電池モジュール６０にあっては、直列接続した複数個のラミネート外装電池１１を冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘに配列してある。二次電池をこのように配列する理由を以下に説明する。

図５は、二次電池が置かれる温度と内部抵抗増加率との関係を示す図、図６（Ａ）（Ｂ）は、直列接続した複数個の二次電池１３の配列の説明に供する図であり、図６（Ａ）は、直列接続した４個の二次電池１３を、冷却風Ｃの流下方向Ｙに沿って一列に配列した状態を示し、図６（Ｂ）は、直列接続した４個の二次電池１３を、２個ずつ冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘに配列するとともに、冷却風Ｃの流下方向Ｙに沿って上流側と下流側とに２列に分けて配列した状態を示している。また、図７は、図６（Ａ）（Ｂ）に示される状態に配列した場合の、各二次電池１３の温度上昇を示す図、図８は、図６（Ａ）（Ｂ）に示される状態に配列した場合の、各二次電池１３の内部抵抗増加率を示す図、図９は、図６（Ａ）（Ｂ）に示される状態に配列した場合の、各電池集合体１２の放電可能出力を示す図である。図７〜図９においては、図６（Ａ）に示される状態に配列した場合が「配列−１」で、図６（Ｂ）に示される状態に配列した場合が「配列−２」で表される。

二次電池１３の劣化は、二次電池１３が置かれる温度つまり雰囲気温度によって決まる。二次電池１３が劣化すると電池の内部抵抗が大きくなり、出力がでなくなる。図５に示すように、二次電池１３が置かれる温度が高いほど、内部抵抗は増加する。内部抵抗の増加は、温度に対して直線的に上がるのではなく、それ以上に増加する。図５は、二次電池１３が置かれた時間が５年間の場合を示しており、３ケ月間置いた実験結果を５年間に換算したものである。

二次電池１３は、充電放電を行うと内部抵抗によるジュール発熱によって温度が上昇して内部抵抗が増加し、劣化が進行する。劣化を抑えるために、二次電池１３を冷却する必要がある。二次電池１３を自動車などに適用する場合には、電圧を高くするために、複数個の二次電池１３を直列に接続した電池集合体１２が用いられる。したがって、この場合にあっては、電池集合体１２を冷却することになる。

ここで、二次電池１３の配列形態には、冷却風Ｃの流下方向Ｙとの関係において、２通りある。第１の配列形態は、直列接続した二次電池１３を冷却風Ｃの流下方向Ｙに沿って配列したもの、第２の配列形態は、直列接続した二次電池１３を冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘに配列したものである。図６（Ａ）には、第１の配列形態が示されている。図６（Ｂ）には、第１の配列形態と第２の配列形態との組み合わせが示され、直列接続した４個の二次電池１３を、２個ずつ冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘに配列（第２の配列形態）するとともに、冷却風Ｃの流下方向Ｙに沿って上流側と下流側とに２列に分けて配列（第１の配列形態）してある。なお、説明の便宜上、図６（Ａ）においては、各二次電池１３つまり各セルの番号を、冷却風Ｃの流下方向Ｙの上流側から下流側に向けて、順に、「１、２、３、４」とする。また、図６（Ｂ）においては、各セルの番号を、冷却風Ｃの流下方向Ｙに沿って上流側の２個のセルの番号を「１、２」とし、下流側の２個のセルの番号を「３、４」とする。図６（Ｂ）においては、セル番号「１と２」およびセル番号「３と４」の二次電池１３が第２の配列形態で配列され、セル番号「１と３」およびセル番号「２と４」の二次電池１３が第１の配列形態で配列されている。

図６（Ａ）に示される第１の配列形態の場合には、冷却風Ｃの温度は、流下するにつれて、二次電池１３の熱との間で熱交換を順次行って、徐々に上昇する。したがって、二次電池１３と冷却風Ｃとの温度差は冷却風Ｃが流下するにつれて徐々に小さくなり、その結果、図７の「配列−１」に示すように、二次電池１３の温度は、セル番号「１、２、３、４」の順に上昇する。

一方、図６（Ｂ）に示される第２の配列形態の場合には、各二次電池１３は等しい温度の冷却風Ｃによって冷却される。したがって、図７の「配列−２」に示すように、セル番号「１と２」およびセル番号「３と４」の二次電池１３の温度は同じように上昇する。セル番号「１と３」およびセル番号「２と４」の二次電池１３の配列は第１の配列形態となるので、二次電池１３の温度は、セル番号「１、２」よりもセル番号「３、４」の方が上昇している。

図６（Ａ）（Ｂ）に示される二次電池１３は長方形形状を有し、図６（Ａ）では、二次電池１３の長手方向が冷却風Ｃに向き合い、図６（Ｂ）では、二次電池１３の短手方向が冷却風Ｃに向き合っている。このため、１個の二次電池１３に着目した場合、冷却風Ｃの条件（流速など）が同じであれば、通過する冷却風量は、実質的に、図６（Ａ）に示される形態の方が多い。したがって、図７に示されるように、セル番号「１」の二次電池１３の温度上昇は、配列−１（図６（Ａ））の方が、配列−２（図６（Ｂ））よりも小さくなる。しかしながら、電池集合体１２の全体でみれば、配列−２の温度上昇分布は、配列−１の温度上昇分布に比べて、滑らかなものとなる。

各二次電池１３の温度上昇による、内部抵抗の増加は図８に示すとおりである。電池集合体１２の全体でみれば、温度上昇分布と同様に（図７参照）、配列−２は、配列−１に比べて、内部抵抗増加率が滑らかなものとなる。

各二次電池１３の内部抵抗増加による、電池集合体１２の放電可能出力は図９に示すとおりである。二次電池１３を直列に接続した電池集合体１２にあっては、内部抵抗が最も大きい二次電池１３の性能で、電池集合体１２全体としての性能が決まる。つまり、配列−１では、セル番号「４」の二次電池１３の性能で電池集合体１２全体としての性能が決まり、配列−２では、セル番号「３または４」の二次電池１３の性能で電池集合体１２全体としての性能が決まる。そして、配列−２は配列−１に比べて内部抵抗増加率が小さいので（図８参照）、配列−２は、配列−１に比べて、放電可能出力が低下しない結果となる。

よって、配列−２は、配列−１に比べて、劣化による出力低下が小さく、直列接続した複数個の二次電池１３を冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘに配列するのが好ましいことがわかった。

図６（Ｂ）は第１の配列形態と第２の配列形態とを組み合わせた配列であるが、次のような配列形態とすることもできる。

図１０（Ａ）（Ｂ）は、直列接続した複数個の二次電池１３の他の配列の説明に供する図である。

図１０（Ａ）を参照して、第２の配列形態のみ、つまり、直列接続した複数個の二次電池１３を冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘに一列に配列してもよい。このようにすれば、セル番号「１〜４」のすべての二次電池１３の温度は同じように上昇し、かつ、上昇時の温度は配列−２におけるセル番号「１と２」の温度となるので、配列−２に比べて内部抵抗増加率がさらに小さくなる。よって、配列−２に比べて、劣化による出力低下がさらに小さくなる。

図１０（Ｂ）を参照して、直列接続した複数個の二次電池１３を冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘに一列に配列し、かつ、二次電池１３の長手方向が冷却風Ｃに向き合うように配列してもよい。このようにすれば、図１０（Ａ）の場合に比べて、各二次電池１３を通過する冷却風量が実質的に増加し、上昇時の温度は配列−１におけるセル番号「１」の温度となるので、図１０（Ａ）の場合に比べて内部抵抗増加率がより一層小さくなる。よって、図１０（Ａ）の場合に比べて、劣化による出力低下がより一層小さくなる。

第１の実施形態の電池モジュール６０では、前述したように、複数個のラミネート外装電池１１を直列接続した電池集合体１２をケース６１に収容する際、複数個のラミネート外装電池１１を当該ケース６１に対する冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘに一列に配列してある（図１参照）。このため、ケース６１の外部を流下する冷却風Ｃは、複数個のラミネート外装電池１１のそれぞれに均等に作用し、すべてのラミネート外装電池１１を均等に冷却することになる。しかも、一のラミネート外装電池１１を冷却した後の冷却風Ｃは、同一の電池モジュール６０内に収納されている他のラミネート外装電池１１を冷却することがない。

したがって、直列接続した複数個のラミネート外装電池１１を冷却風Ｃの流下方向Ｙに沿って配列した場合に比べて（図６（Ａ）を参照）、熱による劣化が特定のラミネート外装電池１１に偏ることがなく、すべてのラミネート外装電池１１にわたって熱による劣化が均一となる。よって、電池モジュール６０全体としての性能が、偏って劣化した特定のラミネート外装電池１１によって決まることがなくなり、著しい性能低下（例えば、劣化による出力低下）を防止することが可能となる。

また、単電池１１および電池収納ケース６１は長方形形状を有し、単電池１１の長手方向および電池収納ケース６１の短手方向が、冷却風Ｃの流下方向Ｙと平行となっている。このように配置すれば、単電池１１の短手方向を冷却風Ｃの流下方向Ｙと平行にする場合に比べると、電池モジュール６０を配置するために許容された範囲内に、多数の単電池１１を配列することができ、所望の電圧に対応できる電池モジュール６０を容易に提供することができる。

以上説明したように、第１の実施形態の電池モジュール６０は、複数個の単電池１１を電気的に直列に接続して構成される電池集合体１２と、電池集合体１２を内部に収納するとともに外部を流下する冷却風Ｃによって冷却される空冷式の電池収納ケース６１と、を有し、複数個の単電池１１は、冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘに配列されているので、熱による劣化が特定の単電池１１に偏ることがなく、電池モジュール６０全体としての性能の低下を防止することが可能となる。

また、単電池１１および電池収納ケース６１は長方形形状を有し、単電池１１の長手方向および電池収納ケース６１の短手方向が、冷却風Ｃの流下方向Ｙと平行であるので、単電池１１の短手方向を冷却風Ｃの流下方向Ｙと平行にする場合に比べると、電池モジュール６０を配置するために許容された範囲内に、多数の単電池１１を配列することができ、所望の電圧に対応できる電池モジュール６０を容易に提供することができる。

また、単電池１１は、ラミネートフィルムによって発電要素が密封されたラミネート外装電池１１であるので、軽量化を図った電池モジュール６０を提供することができる。

なお、電池モジュール６０は、実施形態で説明したものに制限されるべきものではなく、従来公知のものを適宜採用することができる。電池モジュール６０には、使用用途に応じて、各種計測機器や制御機器類、例えば、電池電圧を監視するために電圧計測用コネクタを設けてもよい。さらに、ラミネート外装電池１１同士を連結するためには、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接または電子ビーム溶接により、または、リベットを用いて、またはカシメの手法を用いて、連結してもよい。

また、正負の電極端子４１、４２のそれぞれが発電要素３１の対向する端面に接続されている形態のラミネート外装電池１１を示したが、正負の電極端子４１、４２の両者が発電要素３１の一の端面に接続されている形態のラミネート外装電池を収納する場合にも本発明は適用可能である。

（第２の実施形態）
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る組電池９０を示す斜視図、図１２は、組電池９０が搭載された車両１００を模式的に表す図である。

第３の実施形態は、第１の実施形態の電池モジュール６０を、冷却風Ｃを流下させるための隙間９７を介して複数個積み重ねて組電池９０を構成したものである。前記隙間９７の寸法は適宜の寸法を採用できるが、限られた収納スペース内で可及的に多段に積み重ね、かつ、冷却風Ｃの好適な流れを実現する観点からは、例えば、２ｍｍ〜４ｍｍの範囲が例示できる。さらに、電池モジュール６０は、冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘの両端部のそれぞれを支持部９８として積み重ねられている。

組電池における複数個の電池モジュール６０は、電気的に接続しないで個々独立して使用することもできるが、図示例では、電気的に相互に並列接続して構成した組電池９０を示してある。組電池９０とすることで、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに専用の電池モジュール６０を作製することなく、比較的安価に対応することが可能になる。

図１１に示したように、電池モジュール６０を６組並列に接続して組電池９０とするには、各電池モジュール６０の正極端子６３および負極端子６４を、外部正極端子部９１ａ、外部負極端子部９２ａを有する正極端子連結板９１、負極端子連結板９２を用いてそれぞれ電気的に接続する。また、各ケース６１の両側面に設けられた各ネジ孔部（図示せず）に、該ネジ孔部に対応する開口部を有する連結板９３を固定ネジ９４で固定し、各電池モジュール６０同士を連結する。各電池モジュール６０の正極端子６３および負極端子６４は、それぞれ正極および負極絶縁カバー９５、９６により保護され、適当な色、例えば、赤色と青色に色分けすることで識別されている。上位の電池モジュール６０と下位の電池モジュール６０との間には、冷却風Ｃを通過させるための隙間９７が設けられている。

このように、電池モジュール６０を複数直並列接続されてなる組電池９０は、一部の電池１１や電池モジュール６０が故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能である。

組電池９０では、冷却風Ｃは、電池モジュール６０の間の隙間９７を通って流下する。また、ケース６１は両端部のそれぞれを支持部９８として積み重ねられているので、冷却風Ｃの流下方向Ｙには、冷却風Ｃの流れを妨げる部材が存在しない。したがって、ケース６１の外部を流下する冷却風Ｃは、第１の実施形態と同様に、複数個のラミネート外装電池１１のそれぞれに均等に作用し、すべてのラミネート外装電池１１を均等に冷却する。しかも、一のラミネート外装電池１１を冷却した後の冷却風Ｃは、同一の電池モジュール６０内に収納されている他のラミネート外装電池１１を冷却することがない。したがって、電池モジュール６０全体としての性能、引いては、組電池９０全体としての性能が、偏って劣化した特定のラミネート外装電池１１によって決まることがなく、性能低下を防止することが可能となる。

組電池９０を、電気自動車（ＥＶ）に搭載するには、図１２に示すように、電気自動車１００の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、電池を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよい。ＥＶやＦＣＶ（燃料電池自動車）のようにエンジンを搭載しない車両であれば、エンジンが一般的に搭載される車両前方に設置することもできる。

さらに、ラミネート外装電池１１は金属製の外装缶を用いる電池と比較して軽量であるため、組電池９０の軽量化、引いては車両１００全体の軽量化を通して、ＥＶ車などの走行距離の向上に寄与することができる。

以上説明したように、第２の実施形態の組電池９０は、電池モジュール６０を、冷却風Ｃを流下させるための隙間９７を介して複数個積み重ねて構成されるので、その組電池９０は、基本となる電池モジュール６０の数や接続方法を変えるだけで、種々の容量や電圧の組電池９０を得ることができる。

また、電池モジュール６０は、冷却風Ｃの流下方向Ｙに対して直交する方向Ｘの両端部のそれぞれを支持部９８として積み重ねられているので、冷却風Ｃの流下方向Ｙには冷却風Ｃの流れを妨げる部材が存在せず、熱による劣化が特定の単電池に偏ることがなく、電池モジュール６０全体としての性能、引いては、組電池９０全体としての性能の低下を防止することが可能となる。

さらに、電池モジュール６０または組電池９０を搭載することによって、車両１００の重量を極度に増加させることがなくなり、また、車両１００の有効スペースを極端に狭めることがなくなり、燃費、走行性能に優れた車両１００が提供できる。

なお、複数個の電池モジュール６０を上下方向に積み重ねた組電池９０を例示したが、積み重ねる方向は上下方向に限られるものではない。例えば、上下方向に立てた電池モジュール６０を左右方向に複数個積み重ねた組電池としてもよい。

また、組電池９０をＥＶなどに搭載するだけでなく、使用用途によっては、電池モジュール６０を搭載したり、組電池９０と電池モジュール６０とを組み合わせて搭載したり、電池モジュール６０のみを搭載したりしてもよい。本発明の電池モジュール６０または組電池９０を搭載することのできる車両１００としては、ＥＶ、ＦＣＶ、ハイブリッドカー（ＨＥＶ）が好ましいが、これらに制限されるものではない。

（第３の実施形態）
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る組電池１１０を示す斜視図である。

第３の実施形態は、単電池がＬｉＭｎ系単電池１１１である第１の電池モジュール１１２と、単電池がＬｉＮｉ系単電池１１３である第２の電池モジュール１１４と、を有する組電池１１０であって、単電池がＬｉＮｉ系単電池１１３である第２の電池モジュール１１４を、単電池がＬｉＭｎ系単電池１１１である第１の電池モジュール１１２に対して、冷却風Ｃの流下方向Ｙに沿う上流側に配置して組電池１１０を構成したものである。第１と第２の電池モジュール１１２、１１４は、単電池の種類が異なる他は、第１の実施形態の電池モジュール６０と同様に構成されている。

ＬｉＭｎ系単電池１１１およびＬｉＮｉ系単電池１１３は、正極材料として、それぞれ、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）およびニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）を用いたものである。ＬｉＭｎ系単電池１１１は、比較的高出力で、発熱が比較的少ない電池であり、ＬｉＮｉ系単電池１１３は、比較的高容量で、発熱が比較的多い電池である。

したがって、第１の電池モジュール１１２と、第２の電池モジュー１１４と、を有する組電池とすることにより、出力および容量の両者のバランスがとれた組電池とすることができる。さらに、発熱が比較的多い第２の電池モジュール１１４を、発熱が比較的少ない第１の電池モジュール１１２に対して、冷却風Ｃの流下方向Ｙに沿う上流側に配置してあるため、第２の電池モジュール１１４は、第１の電池モジュール１１２よりも先に冷却風Ｃによって冷却されることになる。このため、発熱が比較的多いＬｉＮｉ系単電池１１３が効率的に冷却されるため、熱による第２の電池モジュール１１４の劣化を抑えて、組電池１１０全体としての性能の低下を防止することが可能となる。

以上説明したように、第３の実施形態の組電池１１０は、単電池がＬｉＭｎ系単電池１１１である電池モジュール１１１と、単電池がＬｉＮｉ系単電池１１３である電池モジュール１１４と、を有し、単電池がＬｉＮｉ系単電池１１３である電池モジュール１１４を、単電池がＬｉＭｎ系単電池１１１である電池モジュール１１２に対して、冷却風Ｃの流下方向Ｙに沿う上流側に配置して構成されるので、出力および容量の両者のバランスがとれた組電池を得ることができ、さらに、発熱が比較的多いＬｉＮｉ系単電池１１３を収納した電池モジュール１１４の劣化を抑えて、組電池１１０全体としての性能の低下を防止することが可能となる。

なお、第２の実施形態のように、単電池がＬｉＭｎ系単電池１１１である電池モジュール１１２を、冷却風Ｃを流下させるための隙間９７を介して複数個積み重ねて第１の組電池とし、単電池がＬｉＮｉ系単電池１１３である電池モジュール１１４を、冷却風Ｃを流下させるための隙間９７を介して複数個積み重ねて第２の組電池とし、これら第１と第２の組電池からさらなる組電池を構成してもよい。

本発明は、電池モジュールおよび組電池を好適に冷却することにより性能の低下を防止する用途に適用できる。

本発明の第１の実施形態に係る電池モジュールを示す正面図である。 ラミネート外装電池の一例を示す斜視図である。 図３（Ａ）は、同ラミネート外装電池を示す平面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。 図４（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、図１に示される電池収納ケースを示す正面図、上面図および側面図である。 二次電池が置かれる温度と内部抵抗増加率との関係を示す図である。 図６（Ａ）（Ｂ）は、直列接続した複数個の二次電池の配列の説明に供する図であり、図６（Ａ）は、直列接続した４個の二次電池を、冷却風の流下方向に沿って一列に配列した状態を示し、図６（Ｂ）は、直列接続した４個の二次電池を、２個ずつ冷却風の流下方向に対して直交する方向に配列するとともに、冷却風Ｃの流下方向に沿って上流側と下流側とに２列に分けて配列した状態を示している。 図６（Ａ）（Ｂ）に示される状態に配列した場合の、各二次電池の温度上昇を示す図である。 図６（Ａ）（Ｂ）に示される状態に配列した場合の、各二次電池の内部抵抗増加率を示す図である。 図６（Ａ）（Ｂ）に示される状態に配列した場合の、各電池集合体の放電可能出力を示す図である。 図１０（Ａ）（Ｂ）は、直列接続した複数個の二次電池の他の配列の説明に供する図である。 本発明の第２の実施形態に係る組電池を示す斜視図である。 組電池が搭載された車両を模式的に表す図である。 本発明の第３の実施形態に係る組電池を示す斜視図である。

符号の説明

１１ ラミネート外装電池（単電池）、
１２ 電池集合体、
２１、２２ ラミネートフィルム、
２３ 外周縁部、
３１ 発電要素、
６０ 電池モジュール、
６１ 電池収納ケース、
７０ ケーシング、
９０ 組電池、
９７ 隙間、
９８ 支持部、
１００ 車両、
１１０ 組電池、
１１１ ＬｉＭｎ系単電池、
１１２ 第１の電池モジュール （単電池がＬｉＭｎ系単電池である電池モジュール）、
１１３ ＬｉＮｉ系単電池、
１１４ 第２の電池モジュール （単電池がＬｉＮｉ系単電池である電池モジュール）、
Ｃ 冷却風、
Ｘ 冷却風の流下方向に対して直交する方向、
Ｙ 冷却風の流下方向。

Claims (6)

1. 複数個の単電池を電気的に直列に接続して構成される電池集合体と、
   前記電池集合体を内部に収納するとともに外部を流下する冷却風によって冷却される空冷式の電池収納ケースと、を有し、
   前記複数個の単電池は、前記冷却風の流下方向に対して直交する方向に配列されてなる電池モジュール。
2. 前記単電池および前記電池収納ケースは長方形形状を有し、前記単電池の長手方向および前記電池収納ケースの短手方向が、前記冷却風の流下方向と平行であることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記単電池は、ラミネートフィルムによって発電要素が密封されたラミネート外装電池であることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の電池モジュールを、前記冷却風を流下させるための隙間を介して複数個積み重ねて構成されることを特徴とする組電池。
5. 前記電池モジュールは、前記冷却風の流下方向に対して直交する方向の両端部のそれぞれを支持部として積み重ねられていることを特徴とする請求項４に記載の組電池。
6. 前記単電池がＬｉＭｎ系単電池である請求項１〜３のいずれかに記載の電池モジュールと、
   前記単電池がＬｉＮｉ系単電池である請求項１〜３のいずれかに記載の電池モジュールと、を有する組電池であって、
   前記単電池がＬｉＮｉ系単電池である電池モジュールを、前記単電池がＬｉＭｎ系単電池である電池モジュールに対して、前記冷却風の流下方向に沿う上流側に配置して構成されることを特徴とする組電池。

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