JP2010182580A

JP2010182580A - 電池パック

Info

Publication number: JP2010182580A
Application number: JP2009026319A
Authority: JP
Inventors: Makoto Mizuguchi; 真水口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-19

Abstract

【課題】電池セルの温度分布、および、冷却媒体の温度分布を考慮し、電池セル全体の温度の平滑化を図ることを可能とした冷却構造を備える電池パックを提供することにある。
【解決手段】突起３２ｐにより構成される熱交換領域を電池セル３２の側面および横面に設けることで、熱交換領域の表面面積は、電池セル３２の積層方向中央部から積層方向端部に向けて小さくなる。その結果、中央部での放熱が最も促されることとなり、電池セル３２の積層方向での温度分布の平滑化を図ることが可能となる。また、下段より上段の方が多くなるように設けることで、熱交換領域の表面面積は、冷却媒体として空気が通過する冷却流路上流側から冷却流路下流側に向けて大きくなる。その結果、冷却媒体として空気の温度分布を考慮した熱交換が行なわれるため、電池セルの上下方向での温度の平滑化を図ることが可能となる。
【選択図】図４

Description

この発明は、電池パックの構造に関する。

下記特許文献１から５に、電池パックの冷却に関する構造が開示されている。

特開２００７−０４２４５３号公報特開２００７−２００７７８号公報特開２００７−３１１１２４号公報特開２００６−２１０３５１号公報特開２００３−３３１９３２号公報

電池パックは、電池セルが積層配置されている。電池セルの放熱性は、内部よりも、外部との接触面の多い外側の方が高い。また、冷却風等の冷却媒体を流して電池セルを冷却する場合に、冷却媒体の流れの上流側と下流側とでは、高温状態にある電池セルに接することから、冷却媒体の温度は上流側よりも下流側の方が高温状態となっている。そのため、下流側領域の電池セルに対して効果的に放熱を行なうことができない。

その結果、電池セルの温度に温度分布が生じ、電池セル全体の温度の平滑化を図ることができない。上記特許文献１から５のいずれにおいても、電池の温度分布、冷却媒体の温度分布を考慮した、冷却に関する構造は採用されていない。

この発明の目的は、電池セルの温度分布、および、冷却媒体の温度分布を考慮し、電池セル全体の温度の平滑化を図ることを可能とした冷却構造を備える電池パックを提供することにある。

この発明のある局面に従った電池パックにおいては、積層配置された複数の電池セルと、上記電池セルの表面に設けられ、表面に沿って流れる冷却媒体により上記電池セルを冷却する熱交換領域とを備え、上記熱交換領域の表面面積は、上記電池セルの積層方向中央部から積層方向端部に向けて小さくなるように設けられている。

この発明の別の局面に従った電池パックにおいては、積層配置された複数の電池セルと、上記電池セルの表面に設けられ、表面に沿って流れる冷却媒体により上記電池セルを冷却する熱交換領域とを備え、上記熱交換領域の表面面積は、冷却流路上流側から冷却流路下流側に向けて大きくなるように設けられている。

この発明に基づいた電池パックによれば、電池セルの温度分布、および、冷却媒体の温度分布を考慮した熱交換が行なわれるため、電池セル全体の温度の平滑化を図ることが可能となる。

実施の形態における電池パックを示す斜視図である。図２中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。実施の形態における電池セルの積層体のみを示す斜視図である。実施の形態における電池セルの第１の形態を示す斜視図である。実施の形態における電池セルの第２の形態を示す斜視図である。実施の形態における電池セルの第３の形態を示す斜視図である。

本発明の実施の形態に係る電池パックについて、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

図１は、この発明の実施の形態における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３２が所定の方向（以降、電池セル３２の積層方向と呼ぶ）に積層配置されている。複数の電池セル３２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３２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３２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３２の両端側には、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３２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３２が一体に保持されている。

電池セル３２は、互いに反対側に面する一対の側面３２ａを有する。側面３２ａは、電池セル３２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３２は、電池セル３２の積層方向に隣り合う位置で側面３２ａが互いに向い合うように配置されている。

図２に示すように、電池パック３１には、外装をなすケース体との間に設けられた吸気チャンバ（図示省略）および排気チャンバ（図示省略）によって冷却媒体として空気が、電池パック３１の下面側から上面側に向けて流れるように、冷却機構が構成されている。

図３に示すように、電池セル３２の側面３２ａが互いに向い合う領域には、空気の流通が可能なように冷媒通路が構成されている。ここで、積層状態にある電池セル３２の放熱性は、内部よりも外部との接触面の多い外側の方が高い。その結果、図３のＣで示される中央部の領域では温度が最も高くなり、Ａで示される両端の領域では温度が最も低くなり、Ｂで示されるＣとＡとにより挟まれた領域は、中間的な温度部分となる。

そこで、本実施の形態においては、図４から図６に示すように、積層状態にある電池セル３２の温度分布を考慮して、電池セル３２の側面３２ａに設けられる冷却のための熱交換領域の表面面積が、電池セル３２の積層方向中央部から積層方向端部に向けて小さくなるように設けられている。

具体的には、図３のＣ領域（中央領域）に配置される電池セル３２の側面３２ａには、図４に示すように、ヒートシンクとしての効果を有する突起３２ｐが複数設けられ、平坦領域に比較して熱交換領域としての面積が増加する構成が採用されている。この図４に示す電池セル３２では、電池セル３２の積層方向に位置する最も大きな面積を有する側面３２ａにおいて、最上段に１１個、中段に１０個、下段に９個の突起が設けられている。

また、図３のＢ領域（中間領域）に配置される電池セル３２の表面には、電池セル３２の積層方向に位置する最も大きな面積を有する平面３２ｓにおいて、最上段に１０個、中断に９個、下段に８個の突起が設けられている。

また、図３のＡ（両端領域）に配置される電池セル３２の熱交換領域としての表面には、電池セル３２の積層方向に位置する最も大きな面積を有する平面３２ｓにおいて、最上段に９個、中段に８個、下段に７個の突起が設けられている。また、各領域の電池セル３２の横面には、上段に２個、中断に２個、下段に１個の突起が設けられている。上記した突起の大きさは、いずれも同じ大きさである。なお、立方形状の突起を設けるようにしているが、突起の形状は立方形状に限定されるものでなく、円柱形状、楕円形状等様々な形状の適用が可能である。

このような突起形状のヒートシンクにより構成される熱交換領域を電池セル３２の側面および横面に設けることで、熱交換領域の表面面積は、電池セル３２の積層方向中央部（Ｃ）から積層方向端部（Ａ）に向けて小さくなる。その結果、中央部（Ｃ）での放熱が最も促されることとなり、電池セル３２の積層方向での温度分布の平滑化を図ることが可能となる。

さらに、本実施の形態においては、上記したように電池セル３２の表面に設けた突起３２ｐの数量は、下段より上段の方が多くなるように設けている。これにより、熱交換領域の表面面積は、冷却媒体として空気が通過する冷却流路上流側から冷却流路下流側に向けて大きくなる。その結果、冷却媒体として空気の温度分布を考慮した熱交換が行なわれるため、電池セルの上下方向での温度の平滑化を図ることが可能となる。

なお、本実施の形態においては、電池セルの温度分布、および、冷却媒体の温度分布の両方を考慮した熱交換の実現を可能とするために、積層方向および上下方向において、突起３２ｐを設ける数量の調節を行なっているが、電池セルの温度分布のみを考慮する場合には、電池セル３２に設けられる突起３２ｐの数量は、上下方向に関しては、同じ数量であってもかまわない。また、冷却媒体の温度分布のみを考慮する場合には、電池セル３２に設けられる突起３２ｐの数量は、積層方向に関しては、同じ数量であってもかまわない。

また、電池セル３２に設けられる突起３２ｐは、電池セル３２を構成するケース体に一体として形成しても良いし、電池セル３２の間に別途スペーサを介在させ、そのスペーサに突起３２ｐを設けるようにしてもかまわない。

また、冷却媒体として空気を採用した場合について説明したが、熱交換可能な流体であればどのような媒体であってもかまわない。また、冷却媒体の流れ方向として、下方から上方に向かって流れる場合について説明したが、電池セル３２に対して左右方向に冷媒を流す形式、または、上方から下方に向かって流す形式であっても、熱交換領域の表面面積が、冷却流路上流側から冷却流路下流側に向けて大きくなるように設けることで、同様の作用効果を得ることが可能である。

また、熱交換領域の表面面積を増加させる手段として、突起形状のヒートシンクを採用した場合について説明したが、突起形状に限定されるものではなく、フィン構造等様々な構造の採用が可能である。

よって、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全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全ての変更が含まれることが意図される。

３１電池パック、３２電池セル、３２ａ側面、３２ｐ突起、４０，４１エンドプレート、４２拘束バンド。

Claims

積層配置された複数の電池セルと、
前記電池セルの表面に設けられ、表面に沿って流れる冷却媒体により前記電池セルを冷却する熱交換領域と、を備え、
前記熱交換領域の表面面積は、前記電池セルの積層方向中央部から積層方向端部に向けて小さくなるように設けられている、電池パック。
積層配置された複数の電池セルと、
前記電池セルの表面に設けられ、表面に沿って流れる冷却媒体により前記電池セルを冷却する熱交換領域と、を備え、
前記熱交換領域の表面面積は、冷却流路上流側から冷却流路下流側に向けて大きくなるように設けられている、電池パック。