JP2008198453A - 電池構造 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギ密度を向上させることが可能な電池構造を提供する。
【解決手段】電池パック１０００は上面、側面、正面の少なくともいずれかが平行四辺形である電池モジュール１３０を備える。複数の電池モジュール１３０は所定の方向に互いに距離を隔てて配置される。電池モジュール１３０は、その第一辺１３１ａと第二辺１３１ｂとが鋭角θ２をなすように配置される。複数の電池モジュール１３０の間に冷却風が流される。
【選択図】図１

Description

この発明は、電池構造に関し、特に複数の電池モジュールを有する電池構造に関するものである。

従来、電池構造は、たとえば特開２００６−１５６４０５号公報（特許文献１）および特開２００６−６２５４８号公報（特許文献２）に開示されている。
特開２００６−１５６４０５号公報 特開２００６−６２５４８号公報

特許文献１では、斜めに配置された電池を複数積層してなる電池パックが開示されている。冷媒が各電池間を流れる。

特許文献２では、電池パック筐体の形状を平行四辺形とした技術が開示されている。
従来の方法では、立方体の電池モジュールを斜めに配置すると外側にはみ出しが生じ、幅方向のスペースが大きくなっていた。また反対側にはデッドスペースが形成されるという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解消するためになされたものであり、高密度で配置することができる電池モジュールを有する電池構造を提供することを目的とする。

この発明に従った電池構造は、上面、側面および正面の少なくともいずれかが平行四辺形である複数の電池モジュールを備え、電池モジュールは、互いに鋭角をなして交差することで平行四辺形を形成する第一および第二辺を有し、隣り合う電池モジュールの第一辺が互いに向かい合い、複数の電池モジュールは第二辺方向に互いに距離を隔てて配置され、複数の電池モジュールの間に第一辺に沿って冷媒が流される。

このように構成された電池構造では、複数の電池モジュールを配列方向に対して斜めに位置決めした場合であっても、電池モジュールの一部分が外側へ飛び出すことを防止でき、高密度で配置することができる。

好ましくは、冷媒は電池モジュールが配置された第二辺方向の流れから、第一辺方向の流れと分岐するように流れる。この場合、流れを分岐させることで、第一辺および第二辺を同時に冷却させることができる。

好ましくは、第二辺方向の流れから一辺方向の流れへ分岐する部分には電池モジュールの鋭角部分が位置している。この場合、鋭角部分により流れを確実に分岐することができる。また、分岐時に流れの圧力損失を減らすことができる。

この発明に従えば、はみ出し部分の発生を抑制することができる電池構造を提供することができる。

以下、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、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照番号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った電池構造の上面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従った電池構造としての電池パック１０００はガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関と充放電可能な二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１０００は、複数の電池モジュール１３０から構成された組電池を備える。複数の電池モジュール１３０は矢印９で示す位置方向（電池モジュール１３０の配置方向とも呼ぶ）に並べられている。各々の電池モジュール１３０は、電池モジュール１３０の配置方向に対して交差する方向に並べられた電池セルを含んでいてもよい。すなわち、１つの電池モジュール１３０が複数の電池セルを有していてもよく、１つの電池セルを有していてもよい。複数の電池モジュール１３０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。

なお、複数の電池モジュール１３０は直列に接続されている場合だけでなく、一部が並列に接続されていてもよい。

電池モジュール１３０は、リチウムイオン電池から形成されている。なお、電池モジュール１３０は、充放電可能な二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よい。

積層された電池モジュール１３０の両側は、枠体１１１，１１２，１２１，１２２が配置されている。各々の枠体１１１，１１２，１２１，１２２は複数の電池モジュール１３０を挟み込んだ状態で拘束バンドなどによって互いに結合されている。このような構成により、複数の電池モジュール１３０が一体的に保持されている。

図２は、図１中の電池モジュールの斜視図である。電池モジュール１３０は、図２で示すように、上面１３１、側面１３２および正面１３３を有する。上面１３１の反対側の面が底面であり、上面１３１と底面とは同じ形状である。側面１３２の裏側に同一形状の側面が設けられる。正面１３３の反対側の面が背面であり、正面１３３と同じ形状とされる。上面１３１は第一辺１３１ａと第二辺１３１ｂとを有し、第一辺１３１ａと第二辺１３１ｂとは鋭角θ２をなしている。鋭角θ２と異なる角が鈍角θ１である。なお、上面１３１、側面１３２および正面１３３の面積の関係は特に限定されるものではなく、どの面が一番大きな面であってもよい。またこの実施の形態では上面１３１が平行四辺形であり、側面１３２と正面１３３とは長方形であるが、これに限定されるものではなく、上面１３１、側面１３２および正面１３３の少なくともいずれか１つが平行四辺形であればよい。他の面は長方形または正方形であればよい。また、平行四辺形でない面は、必ずしも長方形または正方形でなく台形であってもよい。

電池構造は、図示しない吸気チャンバおよび排気チャンバを備え、吸気チャンバの冷媒である空気が電池モジュール１３０周辺を流れ排気チャンバへ送られる。空気を流すための送風機構が吸気チャンバまたは排気チャンバのいずれか一方に設けられている。電池モジュール１３０が使用中に発熱するため、この熱を冷媒である空気（冷却風）で除去する。電池モジュール１３０周囲には冷媒通路１００，１０１，１０２が設けられており、冷媒通路１００，１０１，１０２内を矢印で示す方向に冷却風が通過する。この実施の形態において、冷却風が流れる方向は水平方向であるが、冷却風が流れる方向が垂直方向であってもよい。また、冷却風が流れる方向が水平方向および垂直方向のいずれでもなく、水平面に対して傾斜した方向に冷却風が流れていてもよい。

積層方向に隣り合う電池モジュール１３０の間には、スペーサとしての枠体１１１，１１２，１２１，１２２が設けられている。枠体１１１，１１２，１２１，１２２はポリプロピレンやポリプロピレンの重合体等の樹脂材料から構成されている。なお、枠体１１１，１１２，１２１，１２２は、樹脂材料のような無機材料で構成される場合だけでなく、金属やセラミックスなどの無機材料で構成されていてもよい。各々の枠体１１１，１１２，１２１，１２２には、電池モジュール１３０との間の隙間を確保するためのボスやリブを設けてもよい。このような隙間を構成することで、枠体１１１，１１２，１２１，１２２と電池モジュール１３０との間に隙間を形成して、この隙間に冷却風を導くことが可能となる。

矢印１で示す方向が、車両の前後方向、車両の左右方向および車両の上下方向のいずれであってもよい。矢印８で示す方向は、電池モジュール１３０の延びる方向であり、この方向に沿って冷媒通路１０２が設けられている。冷却風の流れについて説明すると、第一吸気口２０１から導入された冷却風は矢印１０３で示す方向に冷媒通路１００内を流れる。そして、電池モジュール１３０の鋭角部分１３８近傍で二手に分かれる。これにより一方は冷媒通路１００内を通過し、他方は冷媒通路１００に対して傾斜した別の冷媒通路１０２内を流れる。すなわち、一方の冷却風は第一辺１３１ａに沿って傾斜して流れ、他方の冷却風は第二辺１３１ｂに沿って流れる。そして二手に分かれた冷却風が再度合流して排気口２０５から排出される。

図３は、比較例に従った電池モジュールの上面図である。図３を参照して、上面が長方形の電池モジュール１３０を用いた場合これを幅方向に対して傾斜させるとはみ出し部分１３０ａおよびデッドスペース１３０ｂが生じる。

図４は、本発明に従った電池モジュールの上面図である。図４を参照して、本発明に従った平行四辺形の上面を持つ電池モジュール１３０では図３で示すようなはみ出し部分１３０ａやデッドスペース１３０ｂがなくなるため無駄なスペースを排除することができる。

すなわち、実施の形態１に従った電池構造としての電池パック１０００は、上面１３１、側面１３２、正面１３３の少なくともいずれかが平行四辺形である複数の電池モジュール１３０を備える。複数の電池モジュール１３０は所定の方向（矢印９）の方向に互いに距離を隔てて配置される。複数の電池モジュール１３０は、その第一辺１３１ａが矢印９で示す配置方向と鋭角θ２をなすように配置される。複数の電池モジュール１３０間に冷却風が流される。

冷却風は、電池モジュール１３０が配置された矢印９で示す方向から第二辺１３１ｂに交差する第一辺１３１ａの流れと分岐するように流れる。その分岐部分には電池モジュール１３０の鋭角部分１３８が位置している。

電池モジュール１３０は、互いに鋭角θ２をなして交差することで平行四辺形を形成する第一および第二辺１３１ａ，１３１ｂを有し、隣り合う電池モジュール１３０の第一辺１３１ａが互いに向かい合い、複数の電池モジュール１３０は第二辺１３１ｂ方向に互いに距離を隔てて配置され、複数の電池モジュール１３０の間に第一辺１３１ａに沿って冷媒が流される。

本発明では、平行四辺形の形状を採用することにより、角型の電池モジュールよりも電池パックの体積エネルギ密度を向上させる。これにより従来よりも幅の短い電池パックを得ることができる。さらに、冷却風を導入する際に冷却風の圧損を減らすことが可能となる。

（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に従った電池構造の上面図である。図５を参照して、実施の形態２では、電池モジュール１３０が２列に並んでいる点で、実施の形態１に従った電池構造と異なる。具体的には、第一吸気口２０１側と第二吸気口２０２側から冷却風が取り入れられ、この冷却風がすべて内側に向かって集められる。集められた冷却風は冷却ファン３０１により放出される。各々の電池モジュール１３０は中央の冷媒通路１０７に対して線対称に配置される。なお、必ずしも各々の電池モジュール１３０が中心の冷媒通路１０７に対して線対称に配置される必要はなく、さまざまな配置が可能である。電池パック１０００の内壁１８１，１８２で囲まれた領域に電池モジュール１３０が配列される。電池モジュール１３０は、第一吸気口２０１側では枠体１１１，１１２，１２１，１２２で挟持される。第二吸気口２０２側では電池モジュール１３０は枠体２１１，２１２，２２１，２２２で保持される。

このように構成された実施の形態２に従った電池パック１０００でも、実施の形態１に従った電池パック１０００と同様の効果がある。

以上、この発明について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。

まず、本発明はハイブリッド自動車に用いることができるが、このハイブリッド車両として燃料電池と二次電池とを駆動源とする燃料電池ハイブリッド車両または電気自動車に適用することもできる。また、この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、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、二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。

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に従った電池構造の上面図である。 図１中の電池モジュールの斜視図である。 比較例に従った電池モジュールの上面図である。 本発明に従った電池モジュールの上面図である。 この発明の実施の形態２に従った電池構造の上面図である。

符号の説明

１，８，９ 矢印、１００，１０１，１０２ 冷媒通路、１１１，１１２，１２１，１２２ 枠体、１３０ 電池モジュール、１３１ 上面、１３１ａ 第一辺、１３１ｂ 第二辺、１３２ 側面、１３３ 正面、１３８ 鋭角部分、１３９ 鈍角部分。

Claims (3)

1. 上面、側面および正面の少なくともいずれかが平行四辺形である複数の電池モジュールを備え、
   前記電池モジュールは、互いに鋭角をなして交差することで平行四辺形を形成する第一および第二辺を有し、
   隣り合う前記電池モジュールの前記第一辺が互いに向かい合い、複数の前記電池モジュールは前記第二辺方向に互いに距離を隔てて配置され、
   前記複数の電池モジュールの間に前記第一辺に沿って冷媒が流される、電池構造。
2. 前記冷媒は前記電池モジュールが配置された第二辺方向の流れから、前記第一辺方向の流れと分岐するように流れる、請求項１に記載の電池構造。
3. 前記第二辺方向の流れから前記第一辺方向の流れへ分岐する部分には前記電池モジュールの鋭角部分が位置している、請求項２に記載の電池構造。

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