JP2007200778A - ２次電池の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの温度のばらつきを小さく抑える２次電池の冷却構造を提供する。
【解決手段】２次電池の冷却構造は、隣り合う位置で側面３３ａが向い合うように積層された複数の電池セル３３と、複数の電池セル３３間に配置され、側面３３ａに沿って冷却風が流れる冷却風通路２６を形成するスペーサ２１とを備える。スペーサ２１は、複数のリブ２２と複数のボス２３とを有する。複数のリブ２２は、冷却風通路２６内の冷却風流れの上流側に配置されている。複数のボス２３は、冷却風通路２６内の冷却風流れの下流側に配置されている。スペーサ２１は、複数のリブ２２間および複数のボス２３間に冷却風通路２６を形成する。単位面積当たりの側面３３ａ上に形成された冷却風通路２６の面積は、複数のリブ２２間に形成される冷却風通路２６ｐよりも複数のボス２３間に形成される冷却風通路２６ｑの方が大きい。
【選択図】図３

Description

この発明は、一般的には、２次電池の冷却構造に関し、より特定的には、駆動力を得るための電源として車両に搭載された２次電池の冷却構造に関する。

従来の２次電池の冷却構造に関して、たとえば、特開２００４−４７４２６号公報には、冷却装置を含めた組電池の高さ寸法を抑制し、個々の２次電池を効率的かつ均一に冷却することを目的とした組電池の冷却装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１では、冷却媒体通路の上手側から下手側に向けて、単電池の表面の冷却媒体通路に臨む面積が順次大きくなるように組電池の冷却装置が構成されている。

また、特開２０００−１３３２２５号公報には、筐体内の全ての２次電池について均一な冷却効率を得ることを目的とした組電池が開示されている（特許文献２）。特許文献２では、冷却用空気流れの下流側に配置された流路規制部材が、上流側に配置された流路規制部材よりも、２次電池の長手方向に直交する断面における断面積が拡大するように設けられている。

また、特開２００５−７１９１７号公報には、占有スペースを大きくすることなく断熱効果および排気通路を有することを目的とした電池カバーが開示されている（特許文献３）。また、特開２００３−７３５５号公報には、充放電効率を上昇させるために冷却効率の向上を図ることを目的とした２次電池の冷却構造が開示されている（特許文献４）。
特開２００４−４７４２６号公報 特開２０００−１３３２２５号公報 特開２００５−７１９１７号公報 特開２００３−７３５５号公報

冷却媒体の流れ方向に複数の電池セルが並んで設けられている場合、冷却媒体流れの下流側に配置された電池セルは、冷却媒体流れの上流側に配置された電池セルを冷却した後の温度上昇した冷却媒体によって冷却されるため、冷却媒体流れの上流側と下流側との間で冷却効率に差が生じる。

これに対して、上述の特許文献１では、２次電池の各単電池を均等に冷却するため、冷却媒体の温度が低い上手側では単電池の表面の冷却媒体通路に臨む面積が小さくなり、冷却媒体の温度が高い下手側では単電池の表面の冷却媒体通路に臨む面積が大きくなるように冷却媒体通路が構成されている。しかしながら、このような構成では、冷却媒体流れの上流側と下流側との間で生じる冷却効率の差を十分に解消できず、電池セル間に温度差が生じるおそれがある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、電池セルの温度のばらつきを小さく抑える２次電池の冷却構造を提供することである。

この発明に従った２次電池の冷却構造は、表面を有し、隣り合う位置で表面が向い合うように積層された複数の電池セルと、複数の電池セル間に配置され、表面に沿って冷却媒体が流れる通路を形成するスペーサとを備える。スペーサは、複数のリブと複数のボスとを有する。複数のリブは、通路内の冷却媒体流れの上流側に配置され、互いに間隔を隔てて表面に平行に延びる。複数のボスは、通路内の冷却媒体流れの下流側に配置され、表面上でドット状に配設されている。スペーサは、複数のリブ間および複数のボス間に通路を形成する。単位面積当たりの表面上に形成される通路の面積は、複数のリブ間に形成される通路よりも複数のボス間に形成される通路の方が大きい。

このように構成された２次電池の冷却構造によれば、冷却媒体流れの上流側と下流側とにそれぞれ、複数のリブ間に形成される通路および複数のボス間に形成される通路を設けることにより、冷却媒体流れの上流側よりも下流側で積極的に冷却媒体流れに乱流を発生させることができる。加えて、単位面積当たりの表面上に形成される通路の面積は、複数のリブ間に形成される通路よりも複数のボス間に形成される通路の方が大きいため、冷却媒体流れの上流側よりも下流側で、通路に流れる冷却媒体と電池セルの表面とが対向する面積が大きくなる。これらの理由から、冷却媒体流れの上流側よりも下流側で冷却媒体による電池セルの冷却を促進させ、冷却媒体流れの上流側および下流側の冷却効率を互いに近づけることができる。これにより、電池セルの温度のばらつきを小さく抑えることができる。

また好ましくは、複数のリブは、互いに等間隔に配設され、複数のボスは、互いに等間隔に配設されている。このように構成された２次電池の冷却構造によれば、冷却媒体流れの上流側および下流側のそれぞれにおいて、冷却媒体による電池セルの冷却効率に差が生じることを抑制できる。

また好ましくは、複数のボスは、複数のリブ間に形成された通路の延長線上に配設されている。このように構成された２次電池の冷却構造によれば、複数のリブ間に形成された通路から流出した冷却媒体の正面に、複数のボスが配置される。このため、冷却媒体流れの下流側で、より積極的に冷却媒体流れに乱流を発生させることができる。

また好ましくは、複数のボスは、複数のリブ間に形成された通路から流出する冷却媒体の流れ方向に沿って千鳥状に配設されている。このように構成された２次電池の冷却構造によれば、冷却媒体を効率良く複数のボスに衝突させることができる。これにより、冷却媒体流れの下流側で、より積極的に冷却媒体流れに乱流を発生させることができる。

また好ましくは、スペーサは突起部をさらに有する。突起部は、通路内の冷却媒体流れの下流側に隣接して複数のリブに設けられ、複数のリブ間に形成された通路に向かって突出する。このように構成された２次電池の冷却構造によれば、冷却媒体は、複数のリブ間に形成された通路から流出する位置で突起部に衝突する。このため、冷却媒体流れの下流側で、より積極的に冷却媒体流れに乱流を発生させることができる。

以上説明したように、この発明に従えば、電池セルの温度のばらつきを小さく抑える２次電池の冷却構造を提供することができる。

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。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における２次電池の冷却構造が適用された電池パックを示す斜視図である。図中では、電池パックの外装をなすケース体が透視して描かれている。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った電池パックの断面図である。

図１および図２を参照して、電池パック３１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池とを動力源とするハイブリッド車両に搭載されている。

電池パック３１には、複数の電池セル３３から構成された２次電池３２が収容されている。複数の電池セル３３は、電池セル３３ｍおよび３３ｎを含む。並列に並べられた電池セル３３ｍおよび３３ｎの組が、所定の方向（以降、電池セル３３の積層方向と呼ぶ）に積層されている。複数の電池セル３３は、図示しないバスバーにより、互いに電気的に直列に接続されている。電池セル３３は、リチウムイオン電池から形成されている。なお、電池セル３３は、充放電可能な２次電池であれば特に限定されず、たとえばニッケル水素電池であっても良い。

積層された電池セル３３ｍおよび３３ｎの組の両側には、エンドプレート４０および４１が配置されている。エンドプレート４０とエンドプレート４１とは、複数の電池セル３３を挟み込んだ状態で拘束バンド４２によって互いに結合されている。このような構成により、複数の電池セル３３が一体に保持されている。

電池セル３３は、互いに反対側に面する一対の側面３３ａを有する。側面３３ａは、電池セル３３が有する複数の表面のうち最も大きい面積を有する表面である。複数の電池セル３３は、電池セル３３の積層方向に隣り合う位置で側面３３ａが互いに向い合うように配置されている。

電池パック３１には、吸気チャンバ３４および排気チャンバ３５が設けられている。吸気チャンバ３４および排気チャンバ３５は、電池セル３３の積層方向に直交する方向において２次電池３２の両側に設けられている。吸気チャンバ３４は、積層された複数の電池セル３３ｍと隣り合って設けられており、排気チャンバ３５は、積層された複数の電池セル３３ｎに隣り合って設けられている。吸気チャンバ３４および排気チャンバ３５は、２次電池３２を挟んで水平方向に並んでいる。電池パック３１では、高さを低く抑えるため、冷却風が水平方向に流通する横流し方式が採られている。

積層方向に隣り合う電池セル３３の間には、スペーサ２１が配設されている。スペーサ２１は、互いに向い合う側面３３ａによって挟持されている。スペーサ２１は、ポリプロピレン（polypropylene）やポリプロピレンの重合体等の樹脂材料から形成されている。スペーサ２１は、積層方向に隣り合う電池セル３３の間に冷却風通路２６を形成している。冷却風通路２６は、２次電池３２の両側で吸気チャンバ３４および排気チャンバ３５に連通している。

車両室内から電池パック３１に導入された冷却風は、吸気チャンバ３４から冷却風通路２６に流れ込む。冷却風通路２６に流れ込んだ冷却風は、側面３３ａに沿って流れ、この間、まず電池セル３３ｍを冷却し、その後、電池セル３３ｎを冷却する。すなわち、電池セル３３ｍは、冷却風通路２６に流れる冷却風流れの上流側に配置され、電池セル３３ｎは、冷却風通路２６に流れる冷却風流れの下流側に配置されている。電池セル３３との熱交換によって温度上昇した冷却風は、冷却風通路２６から排気チャンバ３５に排出される。

図３は、図１中のスペーサを示す斜視図である。図３を参照して、スペーサ２１は、ベース部２４と、ベース部２４に設けられた複数のリブ２２および複数のボス２３とを有する。ベース部２４は、互いに反対側に面する表面２４ａおよび２４ｂを有する板形状に形成されている。表面２４ａおよび２４ｂは、側面３３ａに平行に延在している。スペーサ２１は、表面２４ｂがスペーサ２１の一方の側に配置された電池セル３３に接触するように設けられている。複数のリブ２２および複数のボス２３は、表面２４ａに設けられている。スペーサ２１は、複数のリブ２２および複数のボス２３がスペーサ２１の他方の側に配置された電池セル３３に接触するように設けられている。

なお、表面２４ａおよび２４ｂの双方に、複数のリブ２２および複数のボス２３が設けられても良い。

複数のリブ２２は、電池セル３３ｍに対向する位置に設けられている。複数のリブ２２は、電池セル３３ｍの側面３３ａ上に投影される。複数のリブ２２は、互いに間隔を隔てて側面３３ａに平行に延びている。複数のリブ２２は、表面２４ａから突出し、吸気チャンバ３４から排気チャンバ３５に向かって直線上に延びている。複数のリブ２２は、水平方向に延びている。互いに隣り合う複数のリブ２２の間には、冷却風通路２６ｐが形成されている。冷却数通路２６ｐを形成する複数のリブ２２の側壁は、平滑面に形成されている。

複数のボス２３は、電池セル３３ｎに対向する位置に設けられている。複数のボス２３は、電池セル３３ｎの側面３３ａ上に投影される。複数のリブ２２と複数のボス２３とは、水平方向に隣り合って設けられている。複数のボス２３は、側面３３ａ上でドット状に配設されている。複数のボス２３は、表面２４ａ上から円柱状に突出している。複数のボス２３の間には、冷却風通路２６ｑが形成されている。

冷却風通路２６は、冷却風流れの上流側に配置され、複数のリブ２２の間に形成された冷却風通路２６ｐと、冷却風流れの下流側に配置され、複数のボス２３の間に形成された冷却風通路２６ｑとから構成されている。

複数のリブ２２は、互いに等間隔に設けられている。複数のボス２３は、互いに等間隔に設けられている。複数のボス２３は、複数のリブ２２の延長線上に並んで配設されている。複数のボス２３は、冷却風通路２６ｐから冷却風通路２６ｑに流入する冷却風の流れ方向に沿って千鳥状に並ぶように配設されている。

複数のリブ２２および複数のボス２３は、単位面積当たりの側面３３ａ上に形成される冷却風通路２６ｑの面積が、単位面積当たりの側面３３ａ上に形成される冷却風通路２６ｐの面積よりも大きくなるように設けられている。言い換えれば、単位面積当たりの側面３３ａ上に配設される複数のボス２３の面積は、単位面積当たりの側面３３ａ上に配設される複数のリブ２２の面積よりも小さい。

このような構成により、冷却風通路２６ｐでは、冷却風が複数のリブ２２に案内されながら円滑に流れるのに対して、冷却風通路２６ｑでは、冷却風が複数のボス２３と衝突を繰り返しながら流れる。このため、冷却風通路２６ｑで冷却風流れに積極的に乱流が形成される。また、単位面積当たりの側面３３ａ上に形成される冷却風通路２６ｑの面積が、単位面積当たりの側面３３ａ上に形成される冷却風通路２６ｐよりも大きい。これらの理由から、冷却風と電池セル３３ｎとの間の熱交換が促進される。

この発明の実施の形態１における２次電池の冷却構造は、側面３３ａを有し、隣り合う位置で側面３３ａが向い合うように積層された複数の電池セル３３と、複数の電池セル３３間に配置され、側面３３ａに沿って冷却媒体としての冷却風が流れる通路としての冷却風通路２６を形成するスペーサ２１とを備える。スペーサ２１は、複数のリブ２２と複数のボス２３とを有する。複数のリブ２２は、冷却風通路２６内の冷却風流れの上流側に配置され、互いに間隔を隔てて側面３３ａに平行に延びる。複数のボス２３は、冷却風通路２６内の冷却風流れの下流側に配置され、側面３３ａ上でドット状に配設されている。スペーサ２１は、複数のリブ２２間および複数のボス２３間に冷却風通路２６を形成する。単位面積当たりの側面３３ａ上に形成された冷却風通路２６の面積は、複数のリブ２２間に形成される冷却風通路２６ｐよりも複数のボス２３間に形成される冷却風通路２６ｑの方が大きい。

このように構成された、この発明の実施の形態１における２次電池の冷却構造によれば、冷却風流れの上流側および下流側にそれぞれ複数のリブ２２および複数のボス２３を配設する構成と、単位面積当たりの側面３３ａ上に形成される冷却風通路２６ｑの面積が冷却風通路２６ｐの面積よりも大きくなる構成との相乗効果により、電池セル３３ｍと電池セル３３ｎとの間に温度差が生じることを効果的に抑制できる。これにより、２次電池３２の電池性能を十分に発揮させるとともに、２次電池３２が早期に劣化することを防止できる。

なお、電池パックの構造は、図１中に示す形態に限定されない。図１中に示す電池パック３１では、冷却風が水平方向に流通する横流し方式が採られているが、冷却風が上下方向に流通する縦流し方式が採られても良い。また、複数の電池セル３３を積層する形態は、図１中に示す形態に限定されない。図１中に示す電池パック３１では、冷却風の流れ方向に複数の電池セルが存在するが、１つの電池セルのみが存在しても良い。この場合であっても、１つの電池セル内で温度差が規定の値以上に開かないように温度を制御することができる。また、たとえば、冷却風の流れ方向に３以上の電池セル３３が並べられても良い。

また、本発明を、燃料電池と２次電池とを駆動源とする燃料電池ハイブリッド車両（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド車両では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド車両では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、２次電池の使用に関しては、両方のハイブリッド車両で基本的に変わらない。

続いて、図３中のスペーサの変形例について説明を行なう。図４は、図３中のスペーサの第１の変形例を示す斜視図である。図４を参照して、本変形例では、複数のボス２３の側壁２３ｃが凹凸形状に形成されている。このような構成により、冷却風通路２６ｑで冷却風流れにより積極的に乱流を形成するとともに、冷却風通路２６ｑに流れる冷却風と複数のボス２３との接触面積を増大させることができる。これにより、冷却風と電池セル３３ｎとの間の熱交換をさらに促進させることができる。

図５は、図３中のスペーサの第２の変形例を示す側面図である。図５を参照して、本変形例では、複数のリブ２２間に形成される冷却風通路２６ｐの延長線上に複数のボス２３が形成されている。複数のボス２３は、格子状に配設されている。このように構成により、冷却風通路２６ｐから冷却風通路２６ｑに流入した冷却風の進行方向の正面に複数のボス２３が配置される。これにより、冷却風通路２６ｑで冷却風流れにより積極的に乱流を形成することができる。

図６は、図３中のスペーサの第３の変形例を示す側面図である。図６を参照して、本変形例では、図５中に示す構成において、複数のボス２３が、冷却風通路２６ｐから冷却風通路２６ｑに流入する冷却風の流れ方向に沿って千鳥状に並ぶように配設されている。このような構成により、冷却風通路２６ｑで冷却風流れにさらに積極的に乱流を形成することができる。

図７は、図３中のスペーサの第４の変形例を示す側面図である。図７を参照して、本変形例では、複数のリブ２２に突起部５１が形成されている。突起部５１は、複数のボス２３が形成された冷却風流れの下流側に隣接して設けられている。突起部５１は、冷却風通路２６ｐを形成する複数のリブ２２の側壁から冷却風通路２６ｐ内に突出するように形成されている。このような構成により、冷却風通路２６ｐから冷却風通路２６ｑに流入しようとする冷却風流れに、積極的に乱流を形成することができる。

以上に説明した変形例によっても、図３中の構成によって得られる上述の効果を同様に得ることができる。

（実施の形態２）
図８は、この発明の実施の形態２における２次電池の冷却構造を示す断面図である。図８（Ａ）中には、図２中のＡ−Ａ線上に沿った位置に相当する電池パックの断面形状が示されており、図８（Ｂ）中には、図２中のＢ−Ｂ線上に沿った位置に相当する電池パックの断面形状が示されている。本実施の形態における２次電池の冷却構造は、実施の形態１のおける２次電池の冷却構造と比較して、スペーサの形状のみが異なる。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

図８を参照して、本実施の形態では、電池セル３３ｍに対向する冷却風流れの上流側にスペーサ６１が設けられ、電池セル３３ｎに対向する冷却風流れの下流側にスペーサ６６が設けられている。スペーサ６１は、互いに隣り合う電池セル３３ｍの間で、側面３３ａに沿って千鳥状に延びる断面形状を有する。スペーサ６６は、互いに隣り合う電池セル３３ｍの一方から他方に向けて櫛の歯状に延びる断面形状を有する。

スペーサ６１によって、冷却風通路２６ｐが形成されている。冷却風通路２６ｐは、互いに隣り合う電池セル３３ｍの一方と他方とに交互に隣接するように設けられている。スペーサ６６によって、冷却風通路２６ｑが形成されている。冷却風通路２６ｑは、互いに隣り合う電池セル３３ｍの双方に隣接するように設けられている。

図９は、図８中の２次電池の冷却構造の変形例を示す断面図である。図９を参照して、本変形例では、電池セル３３ｍに対向する冷却風流れの上流側にスペーサ７１が設けられ、電池セル３３ｎに対向する冷却風流れの下流側にスペーサ７６が設けられている。スペーサ７１は、隔壁７１ｅを有する点が図８中のスペーサ６１の形状と異なる。隔壁７１ｅは、互いに隣り合う電池セル３３ｍの双方から距離を隔てた位置で側面３３ａに平行に延びている。スペーサ７６は、図８中のスペーサ６６と同様の形状を有する。

スペーサ７１によって、冷却風通路２６ｐと空気溜り層７３とが形成されている。冷却風通路２６ｐと空気溜り層７３とは、隔壁７１ｅによって隔てられている。冷却風通路２６ｐは、互いに隣り合う電池セル３３ｍの一方に隣接するように設けられている。空気溜り層７３は、互いに隣り合う電池セル３３ｍの他方に隣接するように設けられている。スペーサ７６によって、冷却風通路２６ｑが形成されている。冷却風通路２６ｑは、互いに隣り合う電池セル３３ｍの双方に隣接するように設けられている。

このように構成された、この発明の実施の形態２における２次電池の冷却構造によれば、電池セル３３ｍと電池セル３３ｎとの間に温度差が生じることを抑制できる。

（実施の形態３）
図１０は、この発明の実施の形態３における２次電池の冷却構造を示す側面図である。本実施の形態における２次電池の冷却構造は、実施の形態１における２次電池の冷却構造と比較して、スペーサの形状のみが異なる。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。

図１０を参照して、本実施の形態では、図３中の複数のリブ２２および複数のボス２３に替えて、複数のリブ８１が設けられている。複数のリブ８１は、電池セル３３ｍおよび３３ｎの双方に対向するように形成されている。複数のリブ８１は、図２中の吸気チャンバ３４から排気チャンバ３５にまで達する。互いに隣り合う複数のリブ８１の間には、冷却風通路８３が形成されている。

複数のリブ８１は、電池セル３３ｍに対向する位置と電池セル３３ｎに対向する位置との境界に突起部８２を有する。突起部８２は、冷却風通路８３を形成する複数のリブ８１の側壁から冷却風通路８３内に突出するように設けられている。

このように構成された、この発明の実施の形態３における２次電池の冷却構造によれば、電池セル３３ｍと電池セル３３ｎとの間に温度差が生じることを抑制できる。

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。

この発明の実施の形態１における２次電池の冷却構造が適用された電池パックを示す斜視図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った電池パックの断面図である。 図１中のスペーサを示す斜視図である。 図３中のスペーサの第１の変形例を示す斜視図である。 図３中のスペーサの第２の変形例を示す側面図である。 図３中のスペーサの第３の変形例を示す側面図である。 図３中のスペーサの第４の変形例を示す側面図である。 この発明の実施の形態２における２次電池の冷却構造を示す断面図である。 図８中の２次電池の冷却構造の変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態３における２次電池の冷却構造を示す側面図である。

符号の説明

２１ スペーサ、２２ リブ、２３ ボス、２６，２６ｐ，２６ｑ 冷却風通路、３３ 電池セル、３３ａ 側面、５１ 突起部。

Claims (5)

1. 表面を有し、隣り合う位置で前記表面が向い合うように積層された複数の電池セルと、
   前記複数の電池セル間に配置され、前記表面に沿って冷却媒体が流れる通路を形成するスペーサとを備え、
   前記スペーサは、前記通路内の冷却媒体流れの上流側に配置され、互いに間隔を隔てて前記表面に平行に延びる複数のリブと、前記通路内の冷却媒体流れの下流側に配置され、前記表面上でドット状に配設された複数のボスとを有し、前記複数のリブ間および前記複数のボス間に前記通路を形成し、
   単位面積当たりの前記表面上に形成される前記通路の面積は、前記複数のリブ間に形成される前記通路よりも前記複数のボス間に形成される前記通路の方が大きい、２次電池の冷却構造。
2. 前記複数のリブは、互いに等間隔に配設され、前記複数のボスは、互いに等間隔に配設されている、請求項１に記載の２次電池の冷却構造。
3. 前記複数のボスは、前記複数のリブ間に形成された前記通路の延長線上に配設されている、請求項１または２に記載の２次電池の冷却構造。
4. 前記複数のボスは、前記複数のリブ間に形成された前記通路から流出する冷却媒体の流れ方向に沿って千鳥状に配設されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の２次電池の冷却構造。
5. 前記スペーサは、前記通路内の冷却媒体流れの下流側に隣接して前記複数のリブに設けられ、前記複数のリブ間に形成された前記通路に向かって突出する突起部をさらに有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の２次電池の冷却構造。

Images