JP2006156382A - 二次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の単位電池の間に均一な流量の熱伝達媒体を円滑に流通させることが可能な冷却構造を備える電池モジュールを提供する。
【解決手段】電池モジュール１００は、複数の単位電池１１を所定の間隔で配列して構成される単位電池パック１３と、この単位電池パック１３が内蔵されて、上記各単位電池１１の温度を制御するための熱伝達媒体が流通するハウジング３０と、上記単位電池パック１３，２３に近接するように上記ハウジング３０に固定設置されて、上記熱伝達媒体を各単位電池１１の間に分散させる第１分散板４１と、上記第１分散板４１上をスライド可能で、かつ、上記熱伝達媒体を各単位電池１１の間に分散させる少なくとも一つの第２分散板４２とを含んで構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は，二次電池に関し，より詳しくは，複数の単位電池を連結して構成される電池モジュールの冷却構造に関する。

一般に，二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は，充電が不可能な一次電池とは異なり，充電が可能な電池である。一つのセルからなる低容量二次電池は，携帯電話やノートブックコンピュータ，カムコーダのような携帯が可能な小型電子機器に使用される。複数のセルが連結されたパック形態の大容量二次電池は，ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として広く使用される。

上記二次電池は，多様な形状に製造されており，代表的な形状としては，円筒形および角形がある。

そして，このような二次電池は，大きな電力を必要とする機器，例えば電気自動車などのモータ駆動用に使用することができるように，直列に連結されて大容量二次電池を構成する。

このように一つの大容量二次電池（以下，電池モジュールと称する）は，通常，直列に連結された複数の二次電池（以下，単位電池と称する）からなる。

上記各単位電池は，セパレータの両側に隣接する正極および負極を備える電極群と，上記電極群が内蔵されるケースと，上記ケースに結合されて，これを密閉するキャップ組立体と，上記キャップ組立体から突出して形成される，正極端子および負極端子とを含む。上記正極端子および上記負極端子はそれぞれ，上記電極群に形成された正極および負極の集電体と電気的に連結される。

通常の角形電池の場合，上記正極端子および上記負極端子がキャップ組立体の上部に突出して形成されているため，複数の単位電池を直列に連結するためには，連結する上記単位電池の上記正極端子と上記負極端子，上記負極端子と上記正極端子をそれぞれ交互に連結する必要がある。そこで，上記電池モジュールを構成する複数の単位電池は，互いに隣り合う端子が異なる種類となるように並べて配置されうる。

ここで，電池モジュールは，複数の単位電池からなるので，各単位電池で発生する熱を容易に放出することができなければならない。特に，ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に適用される電池モジュールの場合には，熱の放出は何よりも重要であるといえる。

熱の放出がうまく行われない場合には，例えば各単位電池で発生する熱が電池モジュールの温度上昇をもたらして，電池モジュールが適用された機器が誤作動することがある。

特に，自動車に使用されるＨＥＶ用電池モジュールの場合には，大量の電力が充電されて放電されるので，使用状態によっては，上記単位電池の内部反応によって過度の熱が発生して電池モジュールの性能を低下させる。

そのため，通常，複数の単位電池が内蔵される電池モジュール（特に，角形の単位電池から構成される電池モジュール）は，単位電池と単位電池との間に電池隔壁を設置し，単位電池間に熱伝逹媒体を流通するための間隔を確保する。上記単位電池をハウジングに内蔵した場合，単位電池の温度を制御するための熱伝逹媒体が電池隔壁を通じて流通されることによって，各単位電池で発生する熱が放出されうる。

ところが，このような従来の冷却方式の場合，ハウジングの形状，熱伝逹媒体が流入するハウジングの構造，電池モジュールの駆動条件，熱伝逹媒体の流量条件，または気候条件等によって，各単位電池の間に流通する冷却用熱伝逹媒体の流量が一定でないため，各単位電池の間に温度偏差が発生する。そのため，各単位電池で発生する熱が均一に放出されず，結果的に充電効率および放電効率が低下するという問題点があった。

そこで，本発明は，上記問題に鑑みてなされたものであり，本発明の目的とするところは，複数の単位電池の間に一定の流量の熱伝達媒体を円滑に流通させることが可能な，新規かつ改良された二次電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，複数の単位電池が所定の間隔で配列されて構成される単位電池パックと；上記単位電池パックを内蔵し，上記各単位電池の温度を制御するための熱伝逹媒体を流通させるハウジングと；上記ハウジング内に設置されて，上記各単位電池の間に流通される熱伝逹媒体の流量を調節する流量調節ユニットと；を備えることを特徴とする，二次電池モジュールが提供される。

上記単位電池パックは，上記各単位電池の間に，これらの単位電池を各々離隔する電池隔壁を備え，この電池隔壁に，上記熱伝逹媒体を流通させる流通路が形成されうる。

上記流量調節ユニットは，
上記熱伝逹媒体を通過させる複数の孔が形成され，この孔の大きさを調節して上記各単位電池の間の流通路に所定の流量の熱伝逹媒体を提供されうる。

また，上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，複数の単位電池が所定の間隔で配列されて構成される単位電池パックと；この単位電池パックを内蔵し，上記各単位電池の温度を制御するための熱伝逹媒体を流通させるハウジングと；上記単位電池パックに近接するように上記ハウジングに固定設置されて，上記熱伝逹媒体を各単位電池の間に分散させる第１分散板と；上記第１分散板上をスライドすることが可能な構造を有して設置されて，上記熱伝逹媒体を各単位電池の間に分散させる少なくとも一つの第２分散板と；を備えて構成されうる。

上記ハウジングは，上記熱伝逹媒体を上記単位電池パックに流入させる流入部，および上記各単位電池間を通過した熱伝逹媒体を排出させる流出部を備え，上記熱伝逹媒体の流入方向および流出方向が互いに同一となる構造であってもよい。

上記流入部は，上記単位電池パックに対して上記熱伝逹媒体の流動面積が次第に拡張される形態からなる。つまり，上記流入部を通じて流入される熱伝逹媒体の流速が上記単位電池パックの中央部から外側に向かって漸次遅くなる構造であってもよい。

上記各単位電池は角形からなり，それによって上記第１分散板および上記第２分散板は四角形からなる。この場合，上記第２分散板が上記第１分散板に重なった形態に配置されて，上記第１分散板の短手方向または長手方向に往復してスライドすることが可能な構造を有して設置されうる。

上記ハウジングは，上記第２分散板の移動をガイドするためのガイド部材を備えうる。

上記第１分散板および上記第２分散板は，上記流入部を通じて流入される熱伝逹媒体を通過させる複数のノズル孔が形成される。この場合，上記ノズル孔は，上記熱伝逹媒体の流入中心部から外側に向かってその面積が次第に大きくなる構造である。つまり，上記ノズル孔は，上記単位電池パックの中央部から外側に向かってその面積が次第に大きくなる構造であってもよい。

上記ノズル孔の口径は，上記熱伝達媒体の流入量，上記各単位電池の温度等の実際に観測されるデータを基に調整されうるが，上記流入中心部に位置するノズル孔の半径ｒを基準として，中心からの距離Ｌに位置するノズル孔の半径をＲ＝ｒ×Ｌ０．５（つまり，面積が距離Ｌに比例して増加）などと設定することも可能である。

かかる構成により，上記第１分散板と上記第２分散板にそれぞれ形成された複数の上記ノズル孔により形成される上記熱伝導媒体の流通経路は，上記第２分散板のスライドによってその断面積が変化されうる。

ここで，上記流入中心部とは，上記ハウジングを構成する上記流入部の横断面の中心部に該当しうる。より詳細には，上記流入口から流入した上記熱伝達媒体が，横断面籍が徐々に拡大する構造を有する上記流入部の壁面に向かって拡散する際，上記熱伝導媒体の拡散の中心部を成しうる。

また，上記単位電池パックの中央部とは，上記単位電池パックの上記流入部側に位置した面の中心部に該当しうる。

上記第２分散板の移動によって上記各ノズル孔の大きさが変化する構造である。つまり，上記第１分散板に形成された上記ノズル孔と上記第２分散板に形成された上記ノズル孔とにより形成される上記熱伝達媒体の流通経路の幅を上記第２分散板の移動により制御可能な構造を有してもよい。

上記各単位電池は円筒形からなることもできる。この場合には，上記単位電池パックは，上記単位電池をパッケージングする円形のパッケージ部を備える。そして，上記第１分散板および上記第２分散板は，上記パッケージ部の外周と実質的に同一の円形からなり，上記第２分散板が上記第１分散板に重なった形態で配置されて，上記第１分散板の回転方向にスライドが可能な構造を有して設置されうる。

上記単位電池をパッケージングするとは，複数の上記単位電池を所定の間隙を有するように配置し，上記各単位電池が固定されるようにその間隙を埋める上記電池隔壁等を設置して一纏めにすることに該当しうる。

上記第１分散板および上記第２分散板は，上記流入部を通じて流入される熱伝逹媒体を通過させる複数のノズル孔が形成され，上記ノズル孔は，上記単位電池パックの中央部から外側に向かってその面積が次第に大きくなる構造でありうる。

一つの板部材からなる流量調節ユニットを含み，上記板部材は，ハウジングの中央部から外側に向かってその面積が次第に大きくなるノズル孔が形成された分散部材からなっていてもよい。

以上説明したように本発明によれば，単位電池の間の流通路に流通する冷却用熱伝達媒体の流量を調節することができる流量調節ユニットを設置することによって，熱伝達媒体が流入するハウジングの構造，電池モジュールの駆動条件，熱伝達媒体の流量，または気候条件が変化しても，複数の単位電池間に設置された流通路に均一な流量の熱伝達媒体を円滑に流通させることによって，単位電池パックの全領域にかけて均一な温度分布を実現することができる。

これにより，単位電池全体の冷却効率を極大化させ，電池モジュールの充電および放電効率をより向上させる効果がある。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は本発明の第１実施形態にかかる電池モジュールの外形を示した斜視図であり，図２は本発明の第１実施形態にかかる電池モジュールの構成を概略的に示した側断面構成図である。

図１を参照すると，上記電池モジュール１００の外形を構成するハウジング３０は，上部に横断面を長方形とする熱伝達媒体の流入口３４ａを備え，横断面が長方形で，かつ，断面積が拡大するように形成された漏斗状の流入部３４を備え，さらに，上記流入部３４の下端に連接された立方体状の電池収納部と流出部３５を備えて形成されている。ただし，図１では流入口３４ａを上部として例示しているが，当該電池モジュール１００の設置方向は必ずしもこの方向を基準とするものでなくてもよい。また，上記各部は一体成形されていてもよい。

図２を参照すると，本発明の第１実施形態にかかる電池モジュール１００は，所定の間隔を置いて並べて配置される複数の単位電池１１を含む。

上記各単位電池１１は，外形が立方体の角型電池であってもよく，図２に示したように，断面が長辺を垂直方向に向けて設置されていてもよい。ただし，本実施形態にかかる電池モジュール１００を構成する単位電池１１は，必ずしも上記角型電池に限定されるものではなく，円筒型電池等であってもよい。

上記各単位電池１１は，セパレータを間に置いて，その両側に正極および負極が配置される電極群を含んで形成される。

配列された上記各単位電池１１の間，および配列の端部に位置する単位電池１１とハウジングとの間には，互いに隣り合う単位電池１１間の間隔を所定の距離に維持し，かつ，各単位電池１１の側面を支持するための電池隔壁１５が設置される。

上記各電池隔壁１５には，互いに隣り合う単位電池１１の間に熱伝達媒体を流通させるための流通路１７が形成される。

かかる構成により，本実施形態による電池モジュール１００は，上記電池隔壁１５によって複数の単位電池１１が所定の間隔で離隔して配列し，単位電池パック１３を形成する。つまり，単位電池パック１３は，上記ハウジングと連接する両端に上記電池隔壁１５が配置され，その間を上記単位電池１１と上記電池隔壁１５が交互に配列した構造を有する。

上述のように，電池モジュール１００は，単位電池１１および電池隔壁１５が装着されるハウジング３０を含む。また，ハウジング３０は，単位電池１１の間の流通路１７に熱伝達媒体を流通させて，各単位電池１１で発生する熱を冷却する，いわゆる冷却装置としての機能をする。つまり，流入口３４ａから流入した熱伝達媒体がハウジング３０の内部に拡散し，上記単位電池パック１３内の上記電池隔壁１５に形成された上記各流通路１７を流通しながら上記各単位電池の熱を吸収した後，上記流出部３５を経て排出されるため，上記ハウジング３０は，全体として冷却装置を形成している。

このハウジング３０の内部には，単位電池１１の位置を固定するために単位電池１１を底で支持する装着部３２が形成される。したがって，上記単位電池パック１３は，側壁方向に対しては上記電池隔壁１５と上記単位電池１１，および上記ハウジング３０によって支持され，図２の配置における上部方向については上記装着部３２により支持される。

上述のように，ハウジング３０は，熱伝達媒体が流通する通路としての機能をして，熱伝達媒体が流入される流入部３４および熱伝達媒体が排出される流出部３５を含む。

そして，流出部３５は，各単位電池１１の間の流通路１７を通過した熱伝達媒体が排出されるように形成された流出口３５ａを含む。

また，上記流入部３４は，熱伝達媒体が流入されるように形成された流入口３４ａを含む。

上記本実施形態にかかる電池モジュール１００が備える，熱伝達媒体の流入部３４は，必ずしも，図２に示したような流入口３４ａと流出口３５ａが対向して配置される形態である必要はなく，多様な配置が可能である。例えば，図４に示したように，流入部３４は，任意の方向へと曲がった形態に構成されうる。

上記流入部３４は，流入口３４ａからハウジング３０の内側に向かって熱伝達媒体の流動面積が次第に拡張される形態からなる。つまり，上記流入部３４の断面積は，上記単位電池パック１３が配置された位置に近づくほど大きくなる。

したがって，上記流入口３４ａを通じて流入される熱伝達媒体は，流通経路の流動面積が拡張される部分で拡張する壁面方向に拡散するため，その部分で流速が低下する。また，上記熱伝達媒体が拡散する過程で，上記熱伝達媒体の密度はハウジング３０の断面の中央部から外側に向かって低下する上，熱伝達媒体の流速についても，上記中央部と比べて外側を流通する上記熱伝達媒体の方が遅くなる。

したがって，単純に熱伝達媒体を流入部３４から単位電池パック１３に流入する場合，各流通路１７が均一に所定の断面積を有するならば，上記単位電池パック１３を構成する単位電池１１の配列の中央部から外側に向かって，各単位電池１１間に配置された流通路１７に流通する熱伝達媒体の流速が低下し，かつ，流量が減少する。

上記熱伝達媒体の流速と流量の不均一状態により，上記流通路１７を流れる上記熱伝達媒体の排熱能力は，上記単位電池パック１３に配置される上記単位電池１１の位置に依存して異なる結果となる。

したがって，上記単純な構成によっては，上記単位電池パック１３の全領域に対して均一な温度分布を維持することができないこととなる。

そこで，本実施形態にかかる電池モジュール１００には，ハウジング３０内に設置され，上記各単位電池１１の間の流通路１７に流通する熱伝達媒体の流量を調節する流量調節ユニット４０が備えられる。

上記流量調節ユニット４０は，上記熱伝達媒体が通過する複数の孔（以下，ノズル孔とよぶ）を含む。

そして，流量調節ユニット４０は，上記ノズル孔の大きさが可変な構造であり，単位電池１１の間の流通路１７に流通する熱伝達媒体の流量を変化させることができる。

本実施形態による流量調節ユニット４０をより具体的に説明すれば，流量調節ユニット４０は，流入部３４に設置される第１分散板４１と第２分散板４２を含む。

図３Ａ〜図３Ｃは図２に示した流量調節ユニットの例を示した平面図である。

図２を参照すると，第１分散板４１は，ハウジング３０の断面と実質的に同一の外形（図１および図２に示す実施形態においては四角形）をし，上記ハウジング３０の内周と結合可能な平板状の構造を有する。より詳細には，上記第１分散板４１は，上記流入部３４に一体成形されるか，または接合して固定され，上記単位電池パック１３に近接した位置に配置される。

上記第１分散板４１には，口径の異なる複数の上記第１ノズル孔４３が形成されており，上記各単位電池１１の位置によって異なる流量の熱伝達媒体を各単位電池１１の間の流通路１７に分散または配分させる，いわゆるディフューザ（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）としての機能をする。

つまり，上記第１分散板４１は，流入口３４ａを通じて流入される冷却用熱伝達媒体を分散または配分して，窮極的には上記各単位電池１１の間の各流通路１７に均一の流量の熱伝達媒体を誘導する第１熱伝達媒体誘導手段としての機能をする。

上述のように，第１分散板４１は，流入口３４ａを通じて流入される熱伝達媒体を通過させるための複数の第１ノズル孔４３が形成される。

本実施形態では，上記第１ノズル孔４３は，第１分散板４１の中心から外側に向かって孔の面積が次第に大きくなるように配置される。このとき，第１ノズル孔４３の形状は，円形，楕円形，または多角形等でもよく，可能であれば，図３Ａや図３Ｂに示すような円形が好ましい。

したがって，単位電池パック１３の中央部から外側に向かって上記第１ノズル孔４３の口径が大きくなる構造であるため，第１分散板４１を通過した上記熱伝達媒体の流量は，上記中央部から外側に向かって増加する。

ここで，上記第１ノズル孔４３は，１つの上記各流通路１７に対して，複数の上記第１ノズル孔４３を通過した上記熱伝達媒体が流入するように，所定の間隔をおいて配置されていてもよく，または不規則に配置されていてもよい。また，上記各第１ノズル孔４３を通過した上記熱伝達媒体が，それぞれ対応する上記各流通経路１７に流入するように，上記第１ノズル孔４３を形成することもできる。つまり，一つの上記第１ノズル孔４３には，単一の上記流通経路１７が対応するように形成されていてもよい。

さらに，本実施形態にかかる流量調節ユニット４０は，上記第１分散板４１に隣接する第２分散板を備える。

上記第２分散板４２は，第１分散板４１と同様に四角形のプレート形態からなり，上記第１分散板４１上をスライド可能な構造に形成される。例えば，図３Ａに示したように，上記第２分散板４２が第１分散板４１の長手方向（Ａ）にスライドする構造は好適な例である。

上記スライドを可能にするため，上記第２分散板４２は，第１分散板４１と短手方向に同一な幅を有し，かつ，第１分散板４１より短い長さで形成される。さらに，ハウジング３０の流入部３４には，図２に仮想線（図２で第２分散板４２の上に示した一点鎖線）で示したように，第２分散板４２のスライドを実質的にガイドするためのガイド部材３６が設置される。

上記ガイド部材３６は，第１分散板４１の長手方向に沿って，ハウジング３０の流入部３４の内周面に突出形成された突起の形態からなる。上記突起部は，上記流入部３４の断面を構成する長方形の２つの長辺部分に形成され，上記第１分散板４１と当該突起部により上記第２分散板４２を挟むことにより安定したスライドを可能にする。このとき，スライド方向は，図３Ａに示したＡ方向である。

つまり，第２分散板４２は，第１分散板４１の上面に接触した状態で，このガイド部材３６に周縁部分がガイドされながら第１分散板４１の長手方向（Ａ）に往復スライドすることが可能になる。

代案として，図３Ｂに示したように，上記第２分散板４２は，第１分散板４１の短手方向（Ｂ）にスライドするように形成されうる。この場合，第２分散板４２は，第１分散板４１と同一の長さを有し，第１分散板４１より狭い幅を有するように形成される。

また，図３Ａに示した実施形態と同様に，ハウジング３０の流入部３４には，第２分散板４２のスライドを実質的にガイドするためのガイド部材３６が設置される。このガイド部材３６は，第２分散板４２のスライド方向（第１分散板４１の短手方向）に沿って流入部３４に突出形成される突起の形態からなる。

つまり，上記突起部は，上記流入部３４の断面を構成する長方形の２つの短辺部分に形成され，上記第１分散板４１と当該突起部により上記第２分散板４２を挟むことにより安定したスライドを可能にする。このとき，スライド方向は，図３Ｂに示したＢ方向である。

かかる構成により，上記第２分散板４２は，第１分散板４１の上面に接触した状態で，このガイド部材３６に沿って上記第１分散板４１の幅方向（Ｂ）にスライドすることが可能になる。

図３Ａおよび図３Ｂに示した第２分散板４２は，第１分散板４１と共に，各単位電池１１の位置によって流入される量の異なるの熱伝達媒体を各単位電池１１の間の流通路１７に均一に分散させる，いわゆるディフューザとしての機能をする。

つまり，上記第２分散板４２は，流入口３４ａを通じて流入される冷却用熱伝達媒体を分散または配分して，窮極的には各単位電池１１の間の流通路１７にほぼ均一な流量の熱伝達媒体を誘導する第２熱伝達媒体誘導手段としての機能をする。

上記のような機能を有する第２分散板４２は，流入口３４ａを通じて流入される熱伝達媒体を通過させるための複数の第２ノズル孔４４が形成されている。本実施形態では，上記第２ノズル孔４４は，第２分散板４２の中心部に対応する熱伝達媒体の流入中心部から外側に向けて各孔の口径が次第に大きくなる構造である。

また，上記第２ノズル孔４４の形状は，円形，楕円形，または多角形としてもよい。

さらに説明すれば，第２分散板４２は，第２ノズル孔４４の口径が，単位電池パック１３の中央部から外側に向けて次第に大きくなる構造である。ここで，上記第２ノズル孔４４は，１つの上記各流通路１７に対して，複数の上記第２ノズル孔４４を通過した上記熱伝達媒体が流入するように，所定の間隔をおいて配置されていてもよい。また，第２ノズル孔４４は，第１分散板４１の第１ノズル孔４３に対応する大きさおよび個数からなる。

そして，第２ノズル孔４４は，所定の間隔で規則的に，または不規則に配置されていてもよい。また，各流通路１７に対応する各第２ノズル孔４４が形成されていてもよい。そして，上記第２分散板４２の外側から中央部側に向かって縮小する第２ノズル孔４４の口径は，各第２ノズル孔４４を通過する熱伝達媒体の流量が均等になるように，流体力学の連続方程式を考慮して設定されうる。具体的には，流入口３４ａを通じて流入される熱伝達媒体の流速が単位電池パック１３の中央部から外側に向けて次第に遅くなるため，該流速を増加させるために，上記中心部の流速を基準として，流速の減少に反比例するように断面積を広く設定すればよい。したがって，特定の口径が存在するというよりはむしろ，基準となる流速に対する最適な口径を設定することが可能である。

つまり，単位電池パック１３の中央部側に流入される熱伝達媒体の流速が全般的に大きいため，これに対応する第１ノズル孔４３および第２ノズル孔４４の断面積を調節し，これに対応する第１ノズル孔４３および第２ノズル孔４４の断面積を次第に大きくして，第１ノズル孔４３および第２ノズル孔４４を通過する熱伝達媒体の流速に反比例する断面積を有するようにすることができる。

こうした第１ノズル孔４３および第２ノズル孔４４の大きさの調節は，上記のような流入部３４の構造の他に，電池モジュール１００の駆動条件，冷却用熱伝達媒体の流量，または気候条件に応じて適切に行われうる。

上記の本実施形態では，上記第２分散板４２が第１分散板４１上をスライドする一つのプレートにより形成されているが，必ずしもこれに限定されず，二つ以上のプレートを含むこともできる。

ところで，図２にしたように，ハウジング３０の内部に熱伝達媒体を供給するための熱伝達媒体供給部３８は，上記ハウジング３０の流入口３４ａに接合されうる。熱伝達媒体供給部３８は，所定の回転力で熱伝達媒体を外部から吸入し，流入口３４ａを通じてハウジング３０の内部に噴出するファン（図示せず）を含む。

また，上記熱伝達媒体供給部３８は，上記熱伝達媒体の供給手段を上記ファンに限定されず，ポンプまたはブローワ等により構成されうる。

かかる構成によれば，冷却用熱伝達媒体は，熱伝達媒体供給部３８によって流入口３４ａを通じてハウジング３０の内部に流入されるようになる。

このとき，熱伝達媒体は，流入部３４が流入口３４ａから単位電池パック１３側に向かって，その断面積が次第に大きくなるダクト（ｄｕｃｔ）形態からなるので，単位電池パック１３の中央部から外側に向かって上記熱伝達媒体の流速が次第に減少する。

このように，上記熱伝達媒体は，第１分散板４１の第１ノズル孔４３および第２分散板４２の第２ノズル孔４４を通過して上記流通路１７に流通する。このとき，第２分散板４２が第１分散板４１に対してスライドできるので，第１ノズル孔４３および第２ノズル孔４４は，上記通過する熱伝達媒体の流量が最適になるように配置されうる。

そして，上記熱伝達媒体は，第１分散板４１の第１ノズル孔４３および第２分散板４２の第２ノズル孔４４が単位電池パック１３の中央部から外側に向かって，その大きさが次第に大きくなる構造であるため，上記第１ノズル孔４３および上記第２ノズル孔４４が上記熱伝達媒体の流速と断面積が反比例するよう調節された口径を有するように形成されうる。

したがって，第１ノズル孔４３および第２ノズル孔４４に対応する，各流通路１７に対して実質的に均等な流量の熱伝達媒体を通過させることができるようになる。この過程で，各単位電池１１で発生した熱が熱伝達媒体に転嫁（即ち，熱交換）されて，上記熱交換された熱伝達媒体は流通路１７から流出し，流出口３５ａを通じて排出される。

このような電池モジュール１００の駆動条件，冷却用熱伝達媒体の流量条件，または気候条件によって，上記第１ノズル孔４３および上記第２ノズル孔４４を通過する熱伝達媒体が所定量でない場合には，第２分散板４２を長方形の第１分散板４１の短手方向または長手方向にスライドさせる。

上記スライドにより，第１分散板４１の第１ノズル孔４３および第２分散板４２の第２ノズル孔４４は，その断面積が変化して，熱伝達媒体の流速変化に応じた断面積を有するように設定可能になるので，上記第１ノズル孔４３および上記第２ノズル孔４４を通じて所定量の熱伝達媒体を通過させることができるようになる。

これにより，上記第１ノズル孔４３および上記第２ノズル孔４４に対応する単位電池１１の間の流通路１７に対して，均等な流量の熱伝達媒体を通過させうる。結果として，各単位電池１１で発生する熱をほぼ均一な温度に下げることができ，単位電池パック１３の全領域に亘って適切な温度を維持できるようになる。

図５は本発明の第３実施形態にかかる電池モジュール２００の単位電池パック２３の構成を概略的に示した平面構成図である。

図５を参照すれば，本実施形態にかかる電池モジュール２００は，各単位電池２１が円筒形からなって，各単位電池２１の間の流通路２７に一定の流量の熱伝達媒体を流通させる構造である。

本発明の第３の実施形態にかかる単位電池パック２３は，円形のケースの中に，同心円上に並んだ円筒型の単位電池２１を備え，上記単位電池２１の外周に隣接して，熱伝達媒体が流通する流通路２７を備え，さらに，互いに離隔され，かつ，上記流通路２７に囲まれた上記単位電池２１間を満たすように形成されたパッケージ部２４を備える。上記単位電池２１は，図５のように上記円形のケース中に同心円状に配置されてもよいが，別の規則性を有する配置でもよく，また，不規則に配置されていてもよい。

上記パッケージ部２４は，単位電池２１を一体にパッケージングするための上記円形のケースを含み，絶縁性を有して熱伝達性が比較的良好な材質で形成される。

上記パッケージ部２４には，各単位電池２１が挿入されて，これら単位電池２１を実質的に固定するための挿入孔２４ａが形成される。そして，各単位電池２１との間には，冷却用熱伝達媒体を流通させるための上記流通路２７が形成される。

さらに，本実施形態による電池モジュールは，単位電池パック２３が内蔵される円筒形のハウジング５０により構成される。このハウジング５０の構成は，上記実施形態のハウジングの構成と実質的に同一なので，詳細な説明は省略する。ただし，ハウジング５０の断面が円形または楕円形となるように形成されていてもよい。

図６は本発明の第３実施形態による電池モジュールの流量調節ユニットを示した平面構成図である。

図６に示すように，電池モジュール２００には，各単位電池２１の間の流通路２７を通じて一定の流量の熱伝達媒体が提供されるための流量調節ユニット６０が設置される。

本実施形態によれば，このような流量調節ユニット６０は，単位電池パック２３の全体的な外形と合致する円形のプレート形態からなる第１分散板６１および第２分散板６２を備える。

上記第１分散板６１は，単位電池パック２３に近接するようにハウジング５０に固定設置される。そして，このハウジング５０の内部に流入される熱伝達媒体を単位電池パック２３側に通過させる複数の第１ノズル孔６３が形成される。上記第１ノズル孔６３は，単位電池パック２３の中央部から外側に向かってその面積が次第に大きくなるように配置される。

上記第２分散板６２は，第１分散板６１に接触した状態で，この第１分散板６１の回転方向（Ｃ）にスライドが可能な構造を有する。このとき，第２分散板６２は，ハウジング５０の内周面に突出形成されるガイド部材５６（図６中に一点鎖線と第２分散板６２の外周を示す実線との間に形成）によって周縁部分がガイドされながら，上記回転方向（Ｃ）にスライドするようになる。そして，上記第２分散板６２には，熱伝達媒体を通過させるための複数の第２ノズル孔６４が形成される。

第２ノズル孔６４は，単位電池パック２３の中央部から外側に向かってその面積が次第に大きくなるように配置されている。つまり，第１分散板６１と第２分散板６２の第１ノズル孔６３と第２ノズル孔６４は，第２分散板６２の回動によってその面積が変化する。

かかる構成により，本実施形態による電池モジュール２００は，熱伝達媒体の流速が単位電池パック２３の中央部から外側に向かって次第に遅くなっても，第１ノズル孔６３と第２ノズル孔６４の面積が単位電池パック２３の中央部から外側に向かって次第に大きくなる構造であるため，第１ノズル孔６３と第２ノズル孔６４を通じて所定の量の熱伝達媒体を単位電池２１の間の流通路２７に提供することができるようになる。

さらに，電池モジュール２００の駆動条件，冷却用熱伝達媒体の流量条件，または気候条件によって，上記第１ノズル孔６３と上記第２ノズル孔６４を通過する熱伝達媒体の量が一定でない場合には，第２分散板６２を第１分散板６１の回転方向（Ｃ）にスライドさせる。

これにより，上記第１分散板６１と第２分散板６２の第１ノズル孔６３と第２ノズル孔６４により形成される流動路は，第２分散板６２の回転によってその面積を変化させることが可能となり，単位電池パック２３の中心部から外側に向かって遅くなる熱伝達媒体の流速に応じて，その流速と反比例する面積を有するように調整できる。したがって，上記第１ノズル孔６３と第２ノズル孔６４を通じて均等な量の熱伝達媒体を通過させることができるようになる。

このような本実施形態による電池モジュール２００の作用は，上記実施形態の作用と実質的に同一なので，詳細な説明は省略する。

図７は，本発明の第４実施形態による電池モジュールの単位電池パックの構成を概略的に示した側断面構成図である。

図７を参照すれば，本実施形態による電池モジュール１００は，一つの板からなる流量調節ユニット７０を含み，それ以外の構造は第１実施形態の電池モジュールと同一である。

図８に示したように，本実施形態による流量調節ユニット７０は，単位電池パック１３の全体的な外形に合致する四角形のプレート形態からなる。

そして，流量調節ユニット７０は，ハウジング３０の内部で上記単位電池パック１３に近接するように，このハウジング３０の流入部３４に一体成形される構造，または後から結合される構造により固定設置される熱伝達媒体分散部材７１を含む。

このような熱伝達媒体分散部材７１には，流入口３４ａを通じて流入される熱伝達媒体を通過させるための複数のノズル孔７３が形成される。上記ノズル孔７３は，熱伝達媒体の流入中心部（つまり，流入部３４の断面の中心部）から外側に向かってその大きさが次第に大きくなるように形成される。

また，上記各ノズル孔７３は，円形，楕円形，またはその他の多角形であってもよく，好ましくは，図８のように円形からなるのが好ましい。

かかる構成により，流入部３４に流入された熱伝達媒体が上記流入中心部から外側にかけて均一に分散されない場合にも，分散部材７１が熱伝達媒体を強制的に分散させて，単位電池を均一に冷却することができる。

上記第４実施形態は，図３Ａおよび図３Ｂに示した第１実施形態とは異なり，熱伝達媒体の分散部材が一枚の分散板から構成されているため，上記分散板上に形成されたノズル孔の大きさを変化させることができない。したがって，流入口３４ａから供給される熱伝達媒体の流入条件等によっては，単位電池パック１３に均等に熱伝達媒体を分散させる効果を十分に発揮することができない可能性もある。しかし，上記第４実施形態の構成は第１実施形態に比べて単純で，製造が容易であるという長所がある上，熱伝達媒体供給部３８に設置されたファン等を適当に調節することにより，十分な分散効果が得られうる。

図９は，本発明の第５実施形態による電池モジュールの流量調節ユニットを示した平面構成図である。

図９を参照すれば，本実施形態による流量調節ユニット８０は，図５のような電池モジュールに適用される流量調節ユニットである。ただし，図５の流量調節ユニットとは異なり一つの板部材からなる。

本実施形態による流量調節ユニット８０は，単位電池パック２３の全体的な外形と実質的に同一な直径を有する円形のプレート形態からなる熱伝達媒体分散部材８１により構成される。このような熱伝達媒体分散部材８１は，ハウジング５０の内部に流入される熱伝達媒体を単位電池パック２３側に通過させるための複数のノズル孔８３が形成され，このノズル孔８３は，単位電池パック２３の中央部から外側に向けてその口径が次第に大きくなる構造である。

したがって，熱伝達媒体が単位電池パック２３の中心部から外側にかけて均一に分散されない場合にも，分散部材８１が熱伝達媒体を強制的に分散させて，各単位電池を均一に冷却することができる。

図１０は，図２，図５，または図７で説明した電池モジュール１００とモータ１１０が連結された状態を示した概略的なブロック図である。

ここで，上記二次電池（または電池モジュール）は，ＨＥＶ（ハイブリッド自動車），ＥＶ（電気自動車），無線掃除機，電動自転車，電動スクーターなどのようにモータを使用して作動する機器で，当該機器のモータを駆動するためのエネルギー源として使用することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，二次電池に適用可能であり，特に複数の単位電池を連結して構成される電池モジュールの冷却構造に適用可能である。

本発明の第１実施形態による電池モジュールの外形を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態による電池モジュールの構成を概略的に示した側断面構成図である。 図２に示した流量調節ユニットの一例を示した平面構成図である。 図２に示した流量調節ユニットの一例を示した平面構成図である。 図２に示した流量調節ユニットの一例を示した平面構成図である。 本発明の第２実施形態による電池モジュールの単位電池パック構成を概略的に示した側断面構成図である。 本発明の第３実施形態による電池モジュールの単位電池パック構成を概略的に示した平面構成図である。 本発明の第３実施形態による電池モジュールの流量調節ユニットを示した平面構成図である。 本発明の第４実施形態による電池モジュールの単位電池パック構成を概略的に示した側断面構成図である。 本発明の第４実施形態による電池モジュールの流量調節ユニットを示した平面構成図である。 本発明の第５実施形態による電池モジュールの流量調節ユニットを示した平面構成図である。 本発明の実施形態による電池モジュールがモータと連結された状態を示した概略的なブロック図である。

符号の説明

１００，２００ 電池モジュール
１１，２１ 単位電池
１３，２３ 単位電池パック
１５ 電池隔壁
１７，２７ 流通路
２４ パッケージ部
２４ａ 挿入孔
３０，５０ ハウジング
３４ 流入部
３４ａ 流入口
３５ 流出部
３５ａ 流出口
３６，５６ ガイド部材
３８ 熱伝達媒体供給部
４０，６０，７０，８０ 流量調節ユニット
４１，６１ 第１分散板
４２，６２ 第２分散板
４３，６３ 第１ノズル孔
４４，６４ 第２ノズル孔
７１，８１ 熱伝達媒体分散部材
７３，８３ ノズル孔

Claims (26)

1. 複数の単位電池が所定の間隔で配列されて構成される単位電池パックと；
   前記単位電池パックを内蔵し，前記各単位電池の温度を制御するための熱伝逹媒体を流通させるハウジングと；
   前記ハウジング内に設置されて，前記各単位電池の間に流通される熱伝逹媒体の流量を調節する流量調節ユニットと；
   を備えることを特徴とする，二次電池モジュール。
2. 前記単位電池パックは，前記各単位電池の間に，これらの単位電池を各々離隔する電池隔壁を備え，この電池隔壁に，前記熱伝逹媒体を流通させる流通路が形成されることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
3. 前記流量調節ユニットは，
   前記熱伝逹媒体を通過させる複数の孔が形成され，この孔の大きさを調節して前記各単位電池の間の流通路に所定の流量の熱伝逹媒体を提供することを特徴とする，請求項２に記載の二次電池モジュール。
4. 複数の単位電池が所定の間隔で配列されて構成される単位電池パックと；
   この単位電池パックを内蔵し，前記各単位電池の温度を制御するための熱伝逹媒体を流通させるハウジングと；
   前記単位電池パックに近接するように前記ハウジングに固定設置されて，前記熱伝逹媒体を各単位電池の間に分散させる第１分散板と；
   前記第１分散板上をスライドすることが可能な構造を有して設置されて，前記熱伝逹媒体を各単位電池の間に分散させる少なくとも一つの第２分散板と；
   を備えることを特徴とする，二次電池モジュール。
5. 前記ハウジングは，
   前記熱伝逹媒体を前記単位電池パックに流入させる流入部，および前記各単位電池間を通過した熱伝逹媒体を排出させる流出部を備え，
   前記熱伝逹媒体の流入方向および流出方向が互いに同一となる構造であることを特徴とする，請求項４に記載の二次電池モジュール。
6. 前記流入部は，前記単位電池パックに対して前記熱伝逹媒体の流動面積が漸次拡張される形態からなることを特徴とする，請求項５に記載の二次電池モジュール。
7. 前記流入部を通じて流入される熱伝逹媒体の流速が前記単位電池パックの中央部から外側に向かって漸次遅くなる構造であることを特徴とする，請求項５に記載の二次電池モジュール。
8. 前記各単位電池は角形からなることを特徴とする，請求項４に記載の二次電池モジュール。
9. 前記第１分散板および前記第２分散板は四角形からなることを特徴とする，請求項８に記載の二次電池モジュール。
10. 前記第２分散板が前記第１分散板に重なった形態に配置されて，前記第１分散板の短手方向または長手方向に往復してスライドすることが可能な構造を有して設置されることを特徴とする，請求項９に記載の二次電池モジュール。
11. 前記ハウジングは，前記第２分散板の移動をガイドするためのガイド部材を備えることを特徴とする，請求項４または１０に記載の二次電池モジュール。
12. 前記第１分散板および前記第２分散板は，前記流入部を通じて流入される熱伝逹媒体を通過させる複数のノズル孔が形成されることを特徴とする，請求項４または１０に記載の二次電池モジュール。
13. 前記ノズル孔は，前記熱伝逹媒体の流入中心部から外側に向かってその面積が漸次大きくなる構造であることを特徴とする，請求項１２に記載の二次電池モジュール。
14. 前記ノズル孔は，前記単位電池パックの中央部から外側に向かってその面積が漸次大きくなる構造であることを特徴とする，請求項１２に記載の二次電池モジュール。
15. 前記第２分散板の移動によって前記各ノズル孔の大きさが変化する構造であることを特徴とする，請求項１２に記載の二次電池モジュール。
16. 前記各単位電池は円筒形からなることを特徴とする，請求項４に記載の二次電池モジュール。
17. 前記単位電池パックは，前記単位電池をパッケージングする円形のパッケージ部を備えることを特徴とする，請求項１６に記載の二次電池モジュール。
18. 前記第１分散板および前記第２分散板は，前記パッケージ部の外周と実質的に同一の円形からなることを特徴とする，請求項１７に記載の二次電池モジュール。
19. 前記第２分散板が前記第１分散板に重なった形態で配置されて，前記第１分散板の回転方向にスライドが可能な構造を有して設置されることを特徴とする，請求項１８に記載の二次電池モジュール。
20. 前記第１分散板および前記第２分散板は，前記流入部を通じて流入される熱伝逹媒体を通過させる複数のノズル孔が形成され，
    前記ノズル孔は，前記単位電池パックの中央部から外側に向かってその面積が漸次大きくなる構造であることを特徴とする，請求項１９に記載の二次電池モジュール。
21. 前記第２分散板の移動によって前記ノズル孔により形成される前記熱伝達媒体の流通経路の大きさが変化する構造であることを特徴とする，請求項２０に記載の二次電池モジュール。
22. 前記流量調節ユニットは，各単位電池の位置によって互いに異なる量の熱伝逹媒体を前記各単位電池の間に分散させる分散部材を備えることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
23. 前記流入部は，前記熱伝逹媒体の流速が流入中心部から外側に向かって漸次遅くなる構造であることを特徴とする，請求項２２に記載の二次電池モジュール。
24. 前記流量調節ユニットは，前記流入部を通じて流入される熱伝逹媒体を通過させる複数のノズル孔が形成されて，前記単位電池パックに近接して前記流入部に設置される熱伝逹媒体分散部材を備え，
    前記ノズル孔は，前記熱伝逹媒体の流入中心部から外側に向かってその面積が漸次大きくなる構造であることを特徴とする，請求項２３に記載の二次電池モジュール。
25. 前記ノズル孔は，前記単位電池パックの中央部から外側に向かってその面積が漸次大きくなる構造であることを特徴とする，請求項２４に記載の二次電池モジュール。
26. 前記流量調節ユニットは，前記流入部を通じて流入される熱伝逹媒体を通過させる複数のノズル孔が形成されて，前記単位電池パックに近接するように前記流入部に設置され，前記パッケージ部の外周と実質的に同一の円形の熱伝逹媒体分散部材を備え，
    前記ノズル孔は，前記単位電池パックの中央部から外側に向かってその面積が漸次大きくなる構造であることを特徴とする，請求項２１に記載の二次電池モジュール。
    
    
    
    
    
    

Images