JP2006278328A - ２次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数個の単位電池で構成された電池モジュールにおける冷却効率を極大化させることができる２次電池のモジュールを提供すること。
【解決手段】本発明は複数個の単位電池１１で構成された電池モジュール１０において，冷却効率を極大化することができるように，複数の単位電池１１と，単位電池１１が内蔵されて相互電気的に連結され，内部に温度制御用冷却媒体が流通されるハウジング１２とを含む電池モジュールであって，単位電池１１が冷却媒体の流入方向に対して角度をおいて傾いて配置された２次電池モジュールを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は，２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２次電池モジュールの冷却構造に関する。

２次電池は，充電が不可能な一次電池とは異なって，充電及び放電が可能な電池である。一つのセルからなる低容量２次電池の場合，携帯電話機やノートパソコン及びキャムコーダーのような携帯が可能な小型電子機器に使用される。複数個のセルがパック形態に連結された大容量２次電池は，ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。

このような２次電池は様々な形状に製造されており，代表的な形状としては円筒形，角形がある。

また，このような２次電池は，大電力を必要とする電気自動車などのモータ駆動に使用できるように，直列に連結して大容量の２次電池モジュールを構成する。

２次電池モジュールは，通常直列に連結される複数の２次電池（以下，‘単位電池’と言う）で構成される。

２次電池モジュールは，複数の単位電池からなることから，各単位電池で発生する熱を容易に放出しなければならず，さらにＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に適用される単位電池の場合には熱放出が何より重要であると言える。

熱放出が十分に行われない場合，各単位電池間に温度偏差が発生して充電及び放電効率が低下する。

そして，単位電池で発生する熱によって電池内部の温度が上昇すれば，単位電池が過熱されて爆発する危険性がある。

特に，車両用として使用されるＨＥＶ用電池モジュールの場合，大電流で充電且つ放電されるので，使用状態に応じて２次電池の内部反応によって熱が発生し，電池の性能を低下させる。

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，複数個の単位電池で構成された電池モジュールにおける冷却効率を極大化させることが可能な，新規かつ改良された２次電池の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，複数の単位電池と，単位電池が内蔵され，内部に温度制御用冷却媒体が流通されるハウジングと，を含む電池モジュールにおいて，単位電池が，冷却媒体の流入方向に対して角度をおいて傾いて配置されることを特徴とする，２次電池モジュールが提供される。

また，単位電池は，複数個が間隔をおいて配列されて電池列を構成し，単位電池は，電池列内で前記冷却媒体の流入方向に対して斜め方向に配置されてもよい。

また，単位電池は，冷却媒体の流入方向に対して１５度〜４５度傾いて配置されてもよい。

また，ハウジングは，内側表面に複数個の突起が形成されてもよい。

また，突起は，一定の間隔をおいて規則的に形成されてもよい。

また，突起は，間隔をおいて不規則的に形成されてもよい。

また，突起は，単位電池が配列されて構成する電池列の延長線上に形成されてもよい。

また，突起は，半球形状からなるものであってもよい。

また，突起は，円柱形状または多角柱形状からなるものであってもよい。

また，突起の形状は，円錐台，円錐，及び多角錘からなる群より選択されるいずれか一つで構成されてもよい。

また，ハウジングは，内壁に板状の凹凸部が形成された構造であってもよい。

また，凹凸部は，その断面形状が円弧，三角形，及び四角形からなる群より選択されるいずれか一つで構成されてもよい。

また，ハウジングの内側面に補助プレートが付着し，補助プレートの表面には複数個の突起が形成されてもよい。

また，突起は，円柱形状からなるものであってもよい。

また，ハウジングの内側面に補助プレートが付着し，補助プレートには板状の凹凸部が連続して形成されてもよい。

また，凹凸部は，その断面形状が円弧或いは多角形であってもよい。

また，単位電池は，複数個が間隔をおいて配列されて複数の電池列を構成し，電池列の間には凹凸部が形成された補助プレートが設けられてもよい。

また，補助プレートは，表面に貫通孔が形成されてもよい。

また，単位電池は，複数個が間隔をおいて配列されて複数の電池列を構成し，電池列の間には，表面に突起が形成された補助プレートが設けられてもよい。

また，２次電池モジュールは，モータ駆動用であってもよい。

以上説明したように本発明によれば，複数個の単位電池で構成された電池モジュールにおける冷却効率を極大化させることができる。

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，本明細書及び図面において，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。

（第１の実施形態）
まず，本発明の第１の実施形態にかかる電池モジュールについて説明する。

以下の説明では，電池モジュールの冷却方式で空気を利用した場合を例として説明する。もちろん，本発明が空気による冷却方式に限定されるわけではなく，冷却媒体として冷却水やその他の流体を使用することもできる。

図１は本発明の第１実施例による２次電池モジュールの構成を示した概略的な平断面図である。

図１を参照してまず２次電池モジュール１０を説明すると，セパレータを間において正極と負極が位置する電極組立体を備えて電力を生産する複数の単位電池１１と，単位電池１１が設けられ，内部に冷却媒体の空気が流通されるハウジング１２とを含む。

本実施例では，単位電池１１として角形の２次電池が使用される場合を例として説明する。

角形の単位電池１１は，ハウジング１２内部で一定の間隔をおいて配列され，電池列１５を構成する。そして，電池列１５は，ハウジング１２内に複数配置され，各電池列１５内の単位電池１１は，ハウジング１２に流入される冷却用空気の流入方向に対して所定の角度（θ）傾けられて配置された構造になっている。

もちろん，このような構造の他に，単位電池１１が一定間隔で配置された電池列１５を，冷却用空気の流入方向に対して所定角度傾けて配置することによって，電池列１５の各単位電池１１を冷却用空気の流入方向に対して傾けて配置することもできる。

したがって，ハウジング１２に流入された冷却用空気は，冷却用空気の進行方向に対して傾けられて配置された各単位電池１１に沿って移動しながら，流れがかく乱されて乱流を発生させる。このように発生した乱流によって，空気が単位電池１１の全ての面を取り囲みながら通って単位電池１１の冷却効率を極大化させることができる。

ハウジング１２は，一側面に単位電池１１の温度を制御するための温度制御用空気が流入される流入口１８が形成され，反対側の側面には単位電池１１を通過した空気が排出される排出口１９が形成される構造になっている。

ここで，ハウジング１２の構造と流入口１８及び排出口１９の位置については，ハウジング１２内部における単位電池１１の配列構造が，冷却用空気の流入方向に対して角度をおいて配列されるという構造である限り，特に限定されない。

本実施例で冷却用空気の流入方向に対する単位電池１１の配置角度（θ）は特に限定されず，１５度〜４５度の間であるのが好ましい。

ハウジング１２の流入口１８に入ってきた冷却用空気は，ハウジング１２と単位電池１１との間及び単位電池１１と単位電池１１との間を通過しながら，排出口１９側に流通する。そしてこの過程で，単位電池１１で発生した熱は冷却用空気に伝達され，熱交換された空気は，ハウジング１２の排出口１９を通じて排出される。

また，本実施例によるハウジング１２の内側表面には，複数の突起１７が一定の間隔をおいて一方向に突出形成される。

そのため，ハウジング１２の内部に入ってきた冷却用空気は，ハウジング１２の内壁と単位電池１１との間を通過する過程で，ハウジング１２内壁に形成された突起１７に衝突し，冷却用空気の流れに流動と乱流が発生し，空気の流入方向に対して傾いて配置された単位電池１１と単位電池１１との間の空間に，均等に浸透して入ることができる。

したがって，冷却用空気が各単位電池１１に均等に伝達され，電池モジュール１０全体において局部的な熱不均衡を解消することができる。

ここで，突起１７が形成される面は，ハウジング１２の側面，底面及び上面の，すべての面に該当する。つまり，ハウジング１２に流入された冷却用空気と接する面には全て突起１７を形成させることが好ましい。

また，本実施例によれば，図１に示すように，突起１７は，角形単位電池の配列状態に対応した位置に突出形成されている。

つまり，突起１７は，ハウジング１２内部に進行する空気の進行方向に対して，一定の角度で傾いて配置された各単位電池１１がなす電池列１５の延長線１６に対応する位置にのみ，単位電池１１と間隔をおいて形成された構造になっている。

このような構造は，単位電池１１と突起１７との間に流入された冷却用空気に乱流を形成させると共に，冷却用空気を単位電池１１の間に円滑に進行させる作用をする。

図２は本発明の第２実施例による２次電池モジュールを示した平断面図である。

図２を参照して説明すれば，本実施例による２次電池モジュール２０は，ハウジング２２の内側に複数個の単位電池２１が平行に配列されて複数の電池列２３を構成する。そして，ハウジング２２の一つの面には，冷却用空気が流入される流入口２２ａが形成され，対向する面には，冷却用空気が排出される排出口２２ｂが形成される。

そして，ハウジング２２の内壁には単位電池２１の配列構造に関係なく，突起２４が一定間隔をおいて形成される。

図３〜図８は，本発明の第２実施例とその変形例による２次電池モジュールのハウジング内壁を示した部分斜視図である。

まず，図３に示すように，本実施例による突起２４は，その形状が円筒形状であり，底部から上端までの高さは，ハウジング２２と単位電池２１との間の間隔によって変化し，２次電池モジュール２０の設計によって適した高さに形成される。

一方，ハウジング２２に形成された突起は，円柱形状だけでなく，図４〜図８に示されるように，半球形状の突起２５，四角柱の突起２６，円錐台の突起２７，円錐の突起２８または四角錘の突起２９であってもよい。

図９〜図１１は，本発明の第３実施例とその変形例によるハウジングを示した部分斜視図である。

まず，図９に示しているように，単位電池が内蔵されるハウジング３２は，内壁に板状の凹凸部３７が連続的に形成された構造になっている。つまり，ハウジング３２を構成する壁面に，断面が円弧形状の凹凸部３３が連続的に形成された構造である。

その結果，ハウジング３２の内部に入ってきた冷却用空気は，ハウジング３２の内壁に形成された凹凸部３３にぶつかってその流れがかく乱され，乱流が発生し，単位電池１１と単位電池１１との間の空間に均等に浸透して入ることができる。

凹凸部３３の形成方向は，冷却用空気の流れる方向に対応させることが好ましい。これは冷却用空気が凹凸部３３にぶつかるようにするためである。

そして凹凸部３３は，その形成個数が限定されず，凹凸部３３を構成する凹凸の分布が必ずしも規則的である必要はなく，不規則的に分布形成されてもよい。

一方，ハウジング３２の形状は，図９で例示した形状に限定されず，図１０に示したハウジング３４のように，断面が三角形の凹凸部３５が壁面に形成された構造からなることができ，図１１に示したハウジング３６のように，断面が四角形の凹凸部３７が壁面に形成された構造からなることができる。

図１２は，本発明の第４実施例による２次電池モジュールを示した平断面図である。

図１２に示すように，電池モジュール４０は，正極と負極が隔離板を間において位置する電極組立体を備えて電力を生産する単位電池４１と，単位電池４１が配列されて付着されるハウジング４２を含み，ハウジング４２の内側面には補助プレート４７が付着され，補助プレート４７の表面には複数個の突起４６が一定間隔をおいて一方向に突出形成された構造になっている。

補助プレート４７は，ハウジング４２と同一な材質で形成されることが好ましく，ハウジング４２の内部側面や底面または上面すべてに設置することができ，好ましくはハウジング４２に流入された冷却用空気と接する全ての面に設置することができる。

図１３は，本発明の第４実施例による突起４６が形成された補助プレート４７を例示しているが，図１３によれば，本実施例による突起４６はその形状が円筒形状である。そして突起４６の底部から上端までの高さは，補助プレート４７と単位電池４１との間の間隔によって変化し，２次電池モジュールの設計によって適した高さに形成される。

一方，突起４６は，前述した形状の他に半球形状，六面体，円錐や多角錘であってもよく，その形状が特に限られない。

図１４及び図１５は，本発明の第４実施例の変形例による補助プレートを示した斜視図である。

まず，図１４を参照して説明すると，本実施例による補助プレート６０は，突起の代わりに板状の凹凸部６１が連続して形成された構造になっている。つまり，板状の補助プレート６０の全面に一方向に円弧形状の凹凸部６１が連続的に折曲されて形成された構造になっている。

その結果，ハウジング４２の内部に入ってきた冷却用空気は，ハウジング４２内壁と単位電池４１との間を通る過程で，ハウジング４２内壁に設けられた補助プレート６０表面の凹凸部６１にぶつかり，その流れに流動と乱流が発生されて単位電池４１と単位電池４１との間の空間に均等に浸透して入ることができる。

一方，図１５に示されているように，補助プレート７０は，三角形からなる凹凸部７１が表面に形成された構造になることができる。もちろん，凹凸部６１，７１が構造に限定されたわけではなく，四角形などの多角形も適用することができ，特にその形状に限られない。

また，凹凸部６１，７１は，その形成個数においても限定されず，凹凸部６１，７１を構成する凹凸の分布が必ずしも規則的である必要はなく，不規則的に分布形成されてもよい。

図１６は，本発明の第５実施例による２次電池モジュールを示した平断面図であり，図１７は，本発明の第５実施例による２次電池モジュールの補助プレートを示した斜視図である。

図１６によれば，電池モジュール８０は，単位電池８１と，単位電池８１が配列され装着されるハウジング８２とを含み，単位電池８１は，複数個が平行に配列されて電池列８５を形成する。電池列８５は複数個形成され，ハウジング８２には冷却用空気が流入される流入口８８と冷却用空気が排出される排出口８９とが形成される。

そして，電池列８５の間には，凹凸部８４が形成された補助プレート８３が設けられる。補助プレート８３は，円弧形状の凹凸部８４が連続的につながって形成された構造になる。ただし，凹凸部８４の形状は円弧形状に限定されるわけではなく，三角形，四角形など多様な形態であってもよい。

このように本実施例によれば，電池列８５の間に補助プレート８３が設置され，ハウジング８２に流入された冷却用空気は補助プレート８４にぶつかり，冷却用空気の流れに乱流が発生して単位電池８１と単位電池８１との間の空間に均等に浸透して入ることができる。

そして，補助プレート８３の表面には，冷却用空気が通過できるように複数個の貫通孔８７が形成される。その結果，貫通孔８７を通じて冷却用空気は電池列８５の間を自由に流動できる。

一方，図１８は本発明の第５実施例の変形例による２次電池モジュールを示した平断面図である。図１８によれば，電池列８５の間に設けられた補助プレート８６は表面に複数の突起８６ａが形成された構造からなる。この時，突起８６ａは補助プレート８６の両面に形成され，突起８６ａの大きさ及び形状は特に限定されない。

図１９は図１，図２，図１２または図１６に言及された電池モジュール１０，２０，４０，８０がモータ９０と連結された状態を示した概略的なブロック図である。

以上説明したように本発明によれば，ハウジング内部に配置される単位電池の配列角度を異なる角度にすることによって，冷却媒体が単位電池によって分散されて乱流化し，単位電池の冷却効率を高めることができる。

また，ハウジングの内壁構造を改善して，電池モジュールを通過する冷却媒体の流れの状態を変化させることによって，より効率的な単位電池冷却効果を得ることができる。

また，冷却媒体が単位電池の間に均等に流通されるので，電池モジュール全体において局部的な熱不均衡を解消することができる。

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，本発明は係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。

本発明の第１実施例による２次電池モジュールの構成を示した概略的な平断面図である。 本発明の第２実施例による２次電池モジュールの構成を示した概略的な平断面図である。 本発明の第２実施例による２次電池モジュールのハウジング内壁を示した部分斜視図である。 本発明の第２実施例の変形例による２次電池モジュールのハウジング内壁を示した部分斜視図である。 本発明の第２実施例の変形例による２次電池モジュールのハウジング内壁を示した部分斜視図である。 本発明の第２実施例の変形例による２次電池モジュールのハウジング内壁を示した部分斜視図である。 本発明の第２実施例の変形例による２次電池モジュールのハウジング内壁を示した部分斜視図である。 本発明の第２実施例の変形例による２次電池モジュールのハウジング内壁を示した部分斜視図である。 本発明の第３実施例による２次電池モジュールのハウジング内壁を示した部分斜視図である。 本発明の第３実施例の変形例による２次電池モジュールのハウジング内壁を示した部分斜視図である。 本発明の第３実施例の変形例による２次電池モジュールのハウジング内壁を示した部分斜視図である。 本発明の第４実施例による２次電池モジュールを示した平断面図である。 本発明の第４実施例による２次電池モジュールのハウジング内壁に設けられた補助プレートを示した斜視図である。 本発明の第４実施例の変形例による２次電池モジュールのハウジング内壁に設けられた補助プレートを示した斜視図である。 本発明の第４実施例の変形例による２次電池モジュールのハウジング内壁に設けられた補助プレートを示した斜視図である。 本発明の第５実施例による２次電池モジュールを示した平断面図である。 本発明の第５実施例による２次電池モジュールに設けられた補助プレートを示した斜視図である。 本発明の第５実施例の変形例による２次電池モジュールを示した平断面図である。 本発明の一実施例による２次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

１０，２０，４０，８０ ２次電池モジュール
１１，２１，４１，８１ 単位電池
１２，２２，３２，３６，４２，８２ ハウジング
１５，２３，８５ 電池列
１７，２４，４６，８６ａ 突起
１８，２２ａ，８８ 流入口
１９，２２ｂ，８９ 排出口
２５ 半球形の突起
２６ 四角柱の突起
２７ 円錐台の突起
２８ 円錐の突起
２９ 四角錘の突起
３３ 断面形状が円弧の凹凸部
３５ 断面形状が三角形の凸凹部
３７ 断面形状が四角形の凸凹部
４７，６０，８３，８６ 補助プレート
６１，７１，８４ 凸凹部
８７ 貫通孔
９０ モータ

Claims (20)

1. 複数の単位電池と，
   前記単位電池が内蔵され，内部に温度制御用冷却媒体が流通されるハウジングと，
   を含む電池モジュールにおいて：
   前記単位電池が，前記冷却媒体の流入方向に対して角度をおいて傾いて配置されることを特徴とする，２次電池モジュール。
2. 前記単位電池は，複数個が間隔をおいて配列されて電池列を構成し，前記単位電池は，前記電池列内で前記冷却媒体の流入方向に対して斜め方向に配置されることを特徴とする，請求項１に記載の２次電池モジュール。
3. 前記単位電池は，前記冷却媒体の流入方向に対して１５度〜４５度傾いて配置されることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載の２次電池モジュール。
4. 前記ハウジングは，内側表面に複数個の突起が形成されることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の２次電池モジュール。
5. 前記突起は，一定の間隔をおいて規則的に形成されることを特徴とする，請求項４に記載の２次電池モジュール。
6. 前記突起は，一定の間隔をおいて不規則的に形成されることを特徴とする，請求項４に記載の２次電池モジュール。
7. 前記突起は，前記単位電池が配列されて構成する前記電池列の延長線上に形成されることを特徴とする，請求項４に記載の２次電池モジュール。
8. 前記突起は，半球形状からなることを特徴とする，請求項４〜７のいずれかに記載の２次電池モジュール。
9. 前記突起は，円柱形状または多角柱形状からなることを特徴とする，請求項４〜７のいずれかに記載の２次電池モジュール。
10. 前記突起の形状は，円錐台，円錐，及び多角錘からなる群より選択されるいずれか一つで構成されることを特徴とする，請求項４〜７のいずれかに記載の２次電池モジュール。
11. 前記ハウジングは，内壁に板状の凹凸部が形成された構造であることを特徴とする，請求項１〜１０のいずれかに記載の２次電池モジュール。
12. 前記凹凸部は，その断面形状が円弧，三角形，及び四角形からなる群より選択されるいずれか一つで構成されることを特徴とする，請求項１１に記載の２次電池モジュール。
13. 前記ハウジングの内側面に補助プレートが付着し，前記補助プレートの表面には複数個の突起が形成されることを特徴とする，請求項１〜１２のいずれかに記載の２次電池モジュール。
14. 前記突起は，円柱形状からなることを特徴とする，請求項１３に記載の２次電池モジュール。
15. 前記ハウジングの内側面に補助プレートが付着し，前記補助プレートには板状の凹凸部が連続して形成されることを特徴とする，請求項１〜１４のいずれかに記載の２次電池モジュール。
16. 前記凹凸部は，その断面形状が円弧或いは多角形であることを特徴とする，請求項１５に記載の２次電池モジュール。
17. 前記単位電池は，複数個が間隔をおいて配列されて複数の電池列を構成し，前記電池列の間には凹凸部が形成された補助プレートが設けられることを特徴とする，請求項１〜１６のいずれかに記載の２次電池モジュール。
18. 前記補助プレートは，表面に貫通孔が形成されることを特徴とする，請求項１７に記載の２次電池モジュール。
19. 前記単位電池は，複数個が間隔をおいて配列されて複数の電池列を構成し，前記電池列の間には，表面に突起が形成された補助プレートが設けられることを特徴とする，請求項１〜１８のいずれかに記載の２次電池モジュール。
20. 前記２次電池モジュールは，モータ駆動用であることを特徴とする，請求項１〜１９のいずれかに記載の２次電池モジュール。
    

Images