JP2010272251A - バッテリシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】極めて簡単な構造としながら、電池セルの温度差を小さくして寿命を長くする。
【解決手段】バッテリシステムは、複数の電池セル１を積層してなる電池ブロック３と、電池ブロック３の両側に配設された供給ダクト６及び排出ダクト７からなる送風ダクト５と、強制送風機構９を備える。バッテリシステムは、供給ダクト６から冷却隙間４を通過して排出ダクト７に冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却している。バッテリシステムは、電池ブロック３の供給ダクト６側の表面に温度均等化プレート１５を配置している。この温度均等化プレート１５は、風量調整開口１６を電池セル１の積層方向に伸びるように設けており、かつこの風量調整開口１６の開口面積は電池セル１の積層方向で異なり、供給ダクト６の冷却気体を、風量調整開口１６を通過させて各々の冷却隙間４に流入させて、各々の電池セル１の温度を均等化している。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の電池セルを積層してなる電池ブロックの両側に送風ダクトを設け、送風ダクトから電池ブロックの冷却隙間に強制送風して電池セルを冷却するバッテリシステムに関する。
多数の電池セルを積層して、電池セルの間の冷却隙間に強制送風するバッテリシステムは、各々の電池セルに温度差ができる。とくに、積層する電池セルの個数が増加すると、すべての電池セルを均一な温度として、すなわち温度差を小さくしながら冷却するのが難しくなる。多数の電池セルを積層するバッテリシステムは、電池セルの温度差をできる限り小さくすることが極めて大切である。それは、電池セルの温度差が各々の電池セルの残容量を不均一として、特定の電池セルの寿命を短くするからである。電池は温度によって充放電の効率が変化するので、温度差ができると各々の電池を同じ電流で充放電しても残容量に差ができる。残容量に差ができると、残容量が大きくなる電池は過充電されやすく、また残容量が小さくなる電池は過放電されやすくなり、過充電や過放電によって特定の電池セルの劣化を加速して、バッテリシステムとしての寿命を短くする原因となる。とくに、この種のバッテリシステムは、ハイブリッドカーのように、多数の電池を積層して、大電流で充放電する用途に使用されることから、製造コストが極めて高価になるので、いかにして寿命を長くするかが大切である。とくに、多数の電池を使用するバッテリシステムになるほど製造コストが高くなるので、寿命を長くすることが要求される。ところが、多数の電池を積層するほど、バッテリシステムは温度差が大きくなって寿命が短くなる特性がある。
複数の電池セルを積層して、電池セルの間に冷却気体を強制送風して冷却する構造のバッテリシステムは開発されている。（特許文献１参照）
特許文献１のバッテリシステムは、図１の断面図に示すように、電池ブロック１０３の電池セル１０１の間に冷却隙間１０４を設けて、電池ブロック１０３の両側に供給ダクト１０６と排出ダクト１０７とを設けている。このバッテリシステムは、供給ダクト１０６から冷却隙間１０４に冷却気体を強制送風して、排出ダクト１０７から排出して、電池セル１０１を冷却する。
特開２００７−２５０５１５号公報
多数の電池セルを積層するバッテリシステムは、供給ダクトの風上側にある電池セルが風下側の電池セルよりも効率よく冷却される。このため、風上側の電池セルの温度が低く、風下側の電池セルの温度が高くなって温度差ができる。図１のバッテリシステムは、この弊害を防止するために、供給ダクト１０６の風上側に冷却風流れ変更部材１１５を配置している。冷却風流れ変更部材１１５は、供給ダクト１０６に突出するように設けられて、風上側の電池セル１０１の間の冷却隙間１０４に流入される冷却気体の流量を減少して電池セル１０１の温度低下を防止する。
図１のバッテリシステムは、冷却風流れ変更部材１１５で風上側の電池セル１０１の温度を高くして、温度差を少なくできる。ただ、このバッテリシステムは、供給ダクトの風上側で電池セルの温度低下を防止するので、各々の電池セルの温度をコントロールして均一化できない。このため、多数の電池セルを積層するバッテリシステムにあっては、各々の電池セルの温度を均等化できない欠点がある。また、バッテリシステムは、電池セルの温度を検出して、冷却ダクトに強制送風する送風ファンの供給電力を制御する。このバッテリシステムは、電池セルの温度が高くなると送風ファンの供給電力を大きくして冷却気体の風量を増加させる。このバッテリシステムは、供給ダクトに強制送風される冷却空気の風速が変化する。供給ダクトの風上側に冷却風流れ変更部材を設けているバッテリシステムは、冷却気体の風量によって供給ダクトに送風される冷却気体の流動状態が変化する。たとえば、冷却風流れ変更部材は、風速によってその風下側にできる渦流領域の位置や状態が変化する。このため、供給ダクトに送風される冷却気体の流速によって、冷却を制限する電池セルの位置や状態が変化する。したがって、供給ダクトに強制送風する冷却空気の風量を変化させる状態においても、全ての電池セルの温度差を少なくするのが難しい欠点もある。
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造としながら、電池セルの温度差を小さくして寿命を長くできるバッテリシステムを提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
本発明の請求項１のバッテリシステムは、複数の電池セル１を、間に冷却隙間４を設けて積層してなる電池ブロック３、３０と、この電池ブロック３、３０の両側に配設されて、冷却隙間４に強制送風して電池セル１を冷却する供給ダクト６、５６及び排出ダクト７、５７からなる送風ダクト５、５５と、この送風ダクト５、５５に冷却気体を強制送風する強制送風機構９を備えている。バッテリシステムは、強制送風機構９で強制送風する冷却気体を、供給ダクト６、５６から冷却隙間４を通過して排出ダクト７、５７に送風して、電池セル１を冷却している。バッテリシステムは、電池ブロック３、３０の供給ダクト６、５６側の表面に温度均等化プレート１５、３５を配置している。この温度均等化プレート１５、３５は、供給ダクト６、５６の冷却気体を各々の冷却隙間４に流入させる風量調整開口１６、３６を電池セル１の積層方向に伸びるように設けており、かつこの風量調整開口１６、３６の開口面積は電池セル１の積層方向で異なり、供給ダクト６、５６の冷却気体を、風量調整開口１６、３６を通過させて各々の冷却隙間４に流入させて、各々の電池セル１の温度を均等化している。
以上のバッテリシステムは、極めて簡単な構造としながら、各々の電池セルの温度差を小さくして寿命を長くできる特徴がある。それは、電池ブロックの供給ダクト側の表面に設けている温度均等化プレートでもって、供給ダクトから各々の冷却隙間に流入する冷却気体の流量を制御できるからである。
また、以上のバッテリシステムは、各々の電池セルの温度差を少なくしながら、供給ダクトに供給される冷却気体の圧損を少なくできる特徴も実現する。それは、供給ダクトに、冷却気体をスムーズに流す温度均等化プレートを設けて電池セルの温度差を少なくするからである。
本発明の請求項２のバッテリシステムは、複数の電池セル１を、間に冷却隙間４を設けて積層してなる電池ブロック３、３０と、この電池ブロック３、３０の両側に配設されて、冷却隙間４に強制送風して電池セル１を冷却する供給ダクト６、５６及び排出ダクト７、５７からなる送風ダクト５、５５と、この送風ダクト５、５５に冷却気体を強制送風する強制送風機構９を備えている。バッテリシステムは、強制送風機構９で強制送風する冷却気体を、供給ダクト６、５６から冷却隙間４を通過して排出ダクト７、５７に送風して、電池セル１を冷却している。バッテリシステムは、電池ブロック３、３０の排出ダクト７、５７側の表面に温度均等化プレート４５、３５を配置している。この温度均等化プレート４５、３５は、各々の冷却隙間４を通過した冷却気体を排出ダクト７、５７に排出する風量調整開口４６、３６を電池セル１の積層方向に伸びるように設けており、かつこの風量調整開口４６、３６の開口面積は電池セル１の積層方向で異なり、各々の冷却隙間４を通過した冷却気体を、風量調整開口４６、３６を通過させて排出ダクト７、５７に排出して、各々の電池セル１の温度を均等化している。
以上のバッテリシステムは、極めて簡単な構造としながら、各々の電池セルの温度差を小さくして寿命を長くできる特徴がある。それは、電池ブロックの排出ダクト側の表面に設けている温度均等化プレートでもって、各々の冷却隙間から排出ダクトに排出される冷却気体の流量を制御できるからである。
とくに、本発明の請求項１と請求項２のバッテリシステムは、温度均等化プレートに設けている風量調整開口を調整して、各々の電池セルの温度差を少なくできるので、電池セルを積層する数を変更しても、風量調整開口を調整することで極めて簡単に各々の電池セルの温度差を少なくできる特徴がある。
また、電池セルの温度差を少なくするために調整するのが、温度均等化プレートの風量調整開口の形状のみであるから、極めて簡単な設計変更で電池セルの温度差をより少なくできる特徴がある。このため、電池ブロックの形状や構造を変更しても、風量調整開口を変更することで、各々の電池セルの温度差を少なくできる特徴がある。このことは、車種によって電池セルの積層数を変更する必要があるバッテリシステムにおいて特に有効である。それは、電池セルの積層数を変更しても、温度均等化プレートの風量調整開口のみを変更して、各々の電池セルの温度差を少なくできるからである。
本発明のバッテリシステムは、電池ブロック３、３０を、複数の電池セル１を積層してなる電池積層体８と、この電池積層体８の両端部に配設してなる一対のエンドプレート１０と、一対のエンドプレート１０を連結してエンドプレート１０でもって電池積層体８を両端面から挟着して電池セル１を積層状態に固定してなるバインドバー１１、３１とで構成することができる。
本発明のバッテリシステムは、温度均等化プレート１５、４５を、バインドバー１１に積層して固定することができる。
このバッテリシステムは、バインドバーに積層するように温度均等化プレートを配置する極めて簡単な構造で、各々の電池セルの温度差を少なくできる特徴がある。
本発明のバッテリシステムは、温度均等化プレート３５を、バインドバー３１と一体構造とすることができる。
このバッテリシステムは、バインドバーの形状を変更して、温度均等化プレートを設けるので、バインドバーでもって、電池セルの温度差を少なくできる。このため、極めて簡単な構造とし、また温度均等化プレートを固定する手間を必要とせずに、電池セルの温度差を少なくできる。さらに、電池ブロックに強固に固定されるバインドバーで温度均等化プレートを構成するので、温度均等化プレートの位置がずれることがなく、長期間にわたって各々の電池セルの温度差を少なくできる。
本発明のバッテリシステムは、温度均等化プレート１５、４５、３５が、風量調整開口１６、４６、３６の風上側の開口面積を風下側よりも小さくすることができる。
このバッテリシステムは、簡単な形状の温度均等化プレートで電池セルの温度差を少なくできる。
本発明のバッテリシステムは、温度均等化プレート１５、４５、３５が、風量調整開口１６、４６、３６の風上側の上下幅を風下側よりも狭くして開口面積を小さくすることができる。
このバッテリシステムは、簡単な形状の温度均等化プレートでもって、風上側の電池セルの冷却隙間に流入する冷却気体の流量を制限して、各々の電池セルの温度差を少なくできる。
本発明のバッテリシステムは、バインドバー１１、３１を、電池積層体８の上下に配設することができる。
このバッテリシステムは、バインドバーを電池積層体の両側に配置しながら、冷却隙間にスムーズに冷却気体を送風して効率よく冷却できる。
本発明のバッテリシステムは、バインドバー１１、３１が、電池積層体８の上下に配設してなる上バー１１Ａ、３１Ａと下バー１１Ｂ、３１Ｂとを両端部で互いに連結して、連結部１１Ｃ、３１Ｃをエンドプレート１０に固定することができる。
このバッテリシステムは、上下のバーを連結するので、バインドバーを簡単にエンドプレートに固定できる。とくに、バインドバーをエンドプレートに止ネジで固定する構造にあっては、止ネジを回転するときにバインドバーが一緒に回転するのを防止して、簡単かつ確実に固定できる特徴がある。
従来のバッテリシステムの水平断面図である。 本発明の第１の実施例にかかるバッテリシステムの斜視図である。 図２に示すバッテリシステムの内部構造を示す断面斜視図である。 図２に示すバッテリシステムの内部構造を示す斜視図である。 図４に示すバッテリシステムの前列の電池ブロックを取り除いた斜視図である。 図２に示すバッテリシステムの水平断面図である。 図２に示すバッテリシステムの垂直横断面図であって、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面に相当する図である。 図２に示すバッテリシステムの垂直横断面図であって、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面に相当する図である。 図５に示すバッテリシステムの電池ブロックの分解斜視図である。 電池セルとスペーサの積層構造を示す分解斜視図である。 図９に示す電池ブロックのバインドバーの斜視図である。 図９に示す電池ブロックの温度均等化プレートの斜視図である。 電池ブロックの他の一例を示す分解斜視図である。 図１３に示す電池ブロックのバインドバーの斜視図である。 本発明の第２の実施例にかかるバッテリシステムの断面斜視図である。 図１５に示すバッテリシステムの内部構造を示す斜視図である。 図１５に示すバッテリシステムの水平断面図である。 図１７に示すバッテリシステムのＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図である。 本発明の第３の実施例にかかるバッテリシステムの断面斜視図である。 図１９に示すバッテリシステムの内部構造を示す斜視図である。 図１９に示すバッテリシステムの水平断面図である。 本発明の第４の実施例にかかるバッテリシステムの断面斜視図である。 図２２に示すバッテリシステムの内部構造を示す斜視図である。 図２２に示すバッテリシステムの水平断面図である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステムを例示するものであって、本発明はバッテリシステムを以下のものに特定しない。
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
図２ないし図８は、本発明の第１の実施例を示し、図１５ないし図１８は、本発明の第２の実施例を示し、図１９ないし図２１は、本発明の第３の実施例を、図２２ないし図２４は、本発明の第４の実施例を示している。これらの実施例に示すバッテリシステムは、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。ただし、本発明のバッテリシステムは、電動車両以外の大出力が要求される用途にも使用できる。
以下の実施例に示すバッテリシステムは、複数の電池セル１を冷却隙間４ができる状態で積層している電池ブロック３と、この電池ブロック３の電池セル１に冷却気体を強制送風して冷却する強制送風機構９とを備える。電池ブロック３は、図９に示すように、積層している電池セル１の間にスペーサ２を挟着している。このスペーサ２は、図１０に示すように、電池セル１との間に冷却隙間４ができる形状としている。さらに、図のスペーサ２は、両面に電池セル１を嵌着構造で連結している。電池セル１に嵌着構造で連結されるスペーサ２を介して、隣接する電池セル１の位置ずれを阻止して積層している。
電池セル１は、リチウムイオン二次電池の角形電池である。ただし、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。角形電池からなる図の電池セル１は、所定の厚さを有する四角形で、上面の両端部には正負の電極端子１３を突出して設けており、上面の中央部には安全弁の開口部１Ａを設けている。積層される電池セル１は、隣接する正負の電極端子１３をバスバー１７で連結して互いに直列に接続している。隣接する電池セル１を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、バッテリシステムは、隣接する電池セルを並列に接続することもできる。
電池セル１は、金属製の外装缶で製作している。この電池セル１は、隣接する電池セル１の外装缶のショートを防止するために絶縁材のスペーサ２を挟着している。電池セルは、外装缶をプラスチックなどの絶縁材で製作することもできる。この電池セルは、外装缶を絶縁して積層する必要がないので、スペーサを金属製とすることもできる。
スペーサ２は、プラスチック等の絶縁材で製作して、隣接する電池セル１を絶縁している。スペーサ２は、図９に示すように、電池セル１を冷却するために、電池セル１との間に、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間４を設けている。図１０のスペーサ２は、電池セル１との対向面に、両側縁まで延びる溝２Ａを設けて、電池セル１との間に冷却隙間４を設けている。図のスペーサ２は、複数の溝２Ａを、互いに平行に所定の間隔で設けている。図１０のスペーサ２は、両面に溝２Ａを設けており、互いに隣接する電池セル１とスペーサ２との間に冷却隙間４を設けている。この構造は、スペーサ２の両側に形成される冷却隙間４で、両側の電池セル１を効果的に冷却できる特長がある。ただ、スペーサは、片面にのみ溝を設けて、電池セルとスペーサとの間に冷却隙間を設けることもできる。図の冷却隙間４は、電池ブロック３の左右に開口するように水平方向に設けている。さらに、図１０のスペーサ２は、両側に切欠部２Ｂを設けている。このスペーサ２は、両側に設けた切欠部２Ｂにおいて、隣接する電池セル１の対向面の間隔を広くして、冷却気体の通過抵抗を少なくできる。このため、冷却気体を切欠部２Ｂからスペーサ２と電池セル１との間の冷却隙間４にスムーズに送風して、電池セル１を効果的に冷却できる。以上のように、冷却隙間４に強制送風される空気は、電池セル１の外装缶を直接に効率よく冷却する。この構造は、電池セル１の熱暴走を有効に阻止しながら、電池セル１を効率よく冷却できる特徴がある。
電池ブロック３は、電池セル１を積層している電池積層体８の両端部に一対のエンドプレート１０を配置して、エンドプレート１０をバインドバー１１で連結して、電池積層体８を固定している。エンドプレート１０は、電池セル１の外形にほぼ等しい外形の四角形としている。
バインドバー１１は、図９に示すように、電池積層体８の両側面に配設されて、その両端部を内側に折曲して折曲部１１Ｄをエンドプレート１０に止ネジ１２で固定している。図示しないが、バインドバーは、エンドプレートの外側面に止ネジで固定することもできる。このエンドプレートは、外側面に雌ねじ孔を設けて、バインドバーを貫通する止ネジをねじ込んで固定する。エンドプレートの外側面に固定されるバインドバーは、折曲部を設けることなく、直線状としてエンドプレートに固定される。
図９のエンドプレート１０は、本体部１０Ａの外側に金属プレート１０Ｂを積層して補強している。エンドプレート１０の本体部１０Ａは、プラスチックや金属で製作される。ただし、エンドプレートは、全体を金属で製作し、あるいはプラスチックで製作することもできる。図のエンドプレート１０は、金属プレート１０Ｂの外側表面の四隅部に４個のねじ穴１０ａを設けている。バインドバー１１は、折曲部１１Ｄを貫通する止ネジ１２をねじ穴１０ａにねじ込んで、エンドプレート１０に固定される。止ネジ１２は、金属プレート１０Ｂの内面、又は本体部の内面に固定しているナット（図示せず）にねじ込まれて、バインドバー１１をエンドプレート１０に固定している。図示しないが、全体を金属プレートとするエンドプレートは、これに雌ネジ孔のねじ穴を設けて、ここに止ネジをねじ込んでバインドバーを固定することができる。
バインドバー１１は、電池積層体８の両側面の上下に配設されて、その両端をエンドプレート１０に固定している。図９と図１１に示すバインドバー１１は、電池積層体８の上縁に配設される上バー１１Ａと、電池積層体８の下縁に配設される下バー１１Ｂとをその両端部で互いに連結して、連結部１１Ｃをエンドプレート１０に固定している。バインドバー１１の連結部１１Ｃは、エンドプレート１０の外周面から表面に沿うように内側に折曲されて、折曲部１１Ｄをエンドプレート１０に固定している。このバインドバー１１は、鉄や鉄合金の金属板を切断し、プレス加工して製作される。さらに、図のバインドバー１１は、上バー１１Ａと下バー１１Ｂの横断面形状をＬ字状として、垂直リブ１１ａに水平リブ１１ｂを連結する形状としている。このバインドバー１１は、垂直リブ１１ａを電池積層体８の側面と平行に配置して、水平リブ１１ｂで垂直リブ１１ａを補強できる。さらに、図のバインドバー１１は、上バー１１Ａの上縁に設けた水平リブ１１ｂに、上面プレート１９（図７及び図８参照）に固定する連結穴１１ｃを設けている。
電池積層体８の両側面の上下にバインドバー１１を配置している電池ブロック３は、電池セル１の間に設けている冷却隙間４の開口部１４の上下の一部をバインドバー１１で閉塞する状態となる。すなわち、バインドバー１１で閉塞される冷却隙間４は、開口部１４から冷却気体が流入されない。したがって、電池セル１の両側に開口している冷却隙間４の開口部１４は、このバインドバー１１で閉塞される上下に位置する閉塞部１４Ａと、バインドバー１１で開口部１４が閉塞されない露出部１４Ｂとに区画される。露出部１４Ｂは、上下の閉塞部１４Ａの間にあって送風ダクト５に連結される。この露出部１４Ｂは、供給ダクト６に連結されて、供給ダクト６から冷却気体が強制送風される。電池ブロック３は、その両側面の上下にバインドバー１１を配置しているので、両側に開口する冷却隙間４は、バインドバー１１によって上下の閉塞部１４Ａと、露出部１４Ｂとに区画される。一方の露出部１４Ｂは、供給ダクト６に連結され、他方の露出部１４Ｂは排出ダクト７に連結されて、冷却隙間４に送風される冷却気体で電池セル１は冷却される。
図３、図５、及び図６のバッテリシステムは、電池ブロック３の供給ダクト６側の表面に温度均等化プレート１５を固定して各々の電池セル１の温度差を少なくしている。温度均等化プレート１５は、金属板や耐熱性のあるプラスチック板で、両面に貫通するように風量調整開口１６を設けている。図５ないし図８のバッテリシステムは、図９に示すように、バインドバー１１の外側に積層して温度均等化プレート１５を固定している。この温度均等化プレート１５は、バインドバー１１の表面に接着して固定される。ただ、温度均等化プレートは、図示しないが、嵌合構造で、あるいはネジ止めしてバインドバーの表面に固定することもできる。さらに、バッテリシステムは、バインドバーと電池積層体との間に温度均等化プレートを挟着して固定することもできる。
さらに、図１３と図１４に示すように、温度均等化プレート３５を金属プレートのバインドバー３１と一体構造とすることもできる。このバインドバー３１も、電池積層体８の上縁に配設される上バー３１Ａと、電池積層体８の下縁に配設される下バー３１Ｂとを、その両端部において連結部３１Ｃで互いに連結しており、連結部３１Ｃに設けた折曲部３１Ｄをエンドプレート１０に固定している。この温度均等化プレート３５は、上バー３１Ａと下バー３１Ｂとの間に、電池セル１の積層方向の開口幅の異なる風量調整開口３６を設けている。この温度均等化プレート３５は、バインドバー３１を切削加工する工程で、風量調整開口３６を設けている。この電池ブロック３０は、強固に固定されるバインドバー３１で温度均等化プレート３５を構成するので、温度均等化プレート３５の位置ずれを確実に防止して、長期間にわたって各々の電池セル１の温度差を少なくできる。
温度均等化プレート１５、３５は、供給ダクト６の冷却気体を風量調整開口１６、３６に通過させて各々の冷却隙間４に流入させる。冷却隙間４の開口部１４が、風量調整開口１６、３６を介して供給ダクト６に開口されるからである。風量調整開口１６、３６は、各々の冷却隙間４に冷却気体を流入できるように、電池セル１の積層方向に伸びる形状としている。図９、及び図１２ないし図１４の温度均等化プレート１５、３５は、全ての冷却隙間４に冷却気体を流入できるように風量調整開口１６、３６を開口している。ただし、本発明のバッテリシステムは、電池温度が相当に低くなる電池セルであって、冷却気体による冷却を必要としない構造にあっては、冷却を必要としない電池セルに接する冷却隙間を風量調整開口を介して供給ダクトに開口する必要はない。したがって、風量調整開口は、必ずしも全ての冷却隙間を供給ダクトに開口する必要はない。温度均等化プレート１５、３５は、風量調整開口１６、３６の開口面積でもって、冷却隙間４の開口部１４を供給ダクト６に開口する面積を調整して、各々の冷却隙間４に流入する冷却気体の風量をコントロールする。
多数の電池セル１を積層している電池ブロック３は、全ての冷却隙間４の開口面積を同じにすると、供給ダクト６の風上側に配置している電池セル１の温度が風下側の電池セル１よりも低くなる。供給ダクト６に強制送風される冷却気体が、風上側の冷却隙間４により多く流入され、風下側の冷却隙間４に少なく流入されるからである。図５の温度均等化プレート１５は、風上側の電池セル１の冷却を制限して、風下側の電池セル１を効率よく冷却するために、風量調整開口１６の開口面積を風下側に向かって大きくしている。
図９と図１２の温度均等化プレート１５は、上下の中間に電池セル１の積層方向に伸びるように風量調整開口１６を設けている。この温度均等化プレート１５は、上下に閉塞バー１５Ａを設けて、上下の閉塞バー１５Ａの間に風量調整開口１６を設け、さらに上下の閉塞バー１５Ａの両端を連結バー１５Ｂで連結している。図の温度均等化プレート１５は、上バー１１Ａと下バー１１Ｂとを連結しているバインドバー１１に固定される外形としている。正確には、温度均等化プレート１５は、その上下幅を、バインドバー１１の上バー１１Ａの水平リブ１１ｂと下バー１１Ｂの水平リブ１１ｂとの間に固定される幅とし、長さをバインドバー１１の両端を連結している連結部１１Ｃの外側面に固定できるようにしている。この温度均等化プレート１５は、上下の閉塞バー１５Ａを、バインドバー１１の上バー１１Ａと下バー１１Ｂの表面に配設して、閉塞バー１５Ａをバインドバー１１の閉塞部に配置できる。この構造によると、温度均等化プレート１５の上下に閉塞バー１５Ａを設けながら、温度が高くなる電池セル１に隣接する冷却隙間４にあっては、閉塞バー１５Ａが冷却気体の冷却隙間４への流入を阻害しない構造を実現できる。また、温度均等化プレート１５の全周をバインドバー１１に接着や止ネジ、あるいは嵌合構造で固定して、強固に固定できる。
外周を四角形として、その内側に風量調整開口１６を設けている温度均等化プレート１５は、金属板やプラスチック板を裁断して簡単に製造できる。
図３と図５の温度均等化プレート１５は、風量調整開口１６の風上側の開口面積を風下側よりも小さくして、風上側の電池セル１の冷却を制限して、各々の電池セル１の温度差を少なくしている。温度均等化プレート１５の風量調整開口１６は、冷却隙間４を供給ダクト６に開口する面積を調整して、各々の冷却隙間４に流入される冷却気体の流量をコントロールするものであるから、必ずしも図に示す形状とする必要はなく、たとえば、温度均等化プレートに多数の貫通孔を設け、この貫通孔の密度や大きさを調整し、あるいは多数のスリットを設けて、電池セルの積層方向に開口面積を変更することもできる。
以上の電池ブロック３は、図３ないし図８に示すように、２列に分離して配列されて、２列の電池ブロック３の間と外側に送風ダクト５が設けられる。図３、図４、及び図６のバッテリシステムは、４組の電池ブロック３からなり、２個の電池ブロック３を直線状に連結して１列の電池ブロックとし、この電池ブロックを２列平行に並べている。直線状に連結される２組の電池ブロック３は、エンドプレート１０を積層する状態で連結される。さらに、直線状に連結される２組の電池ブロック３は、正負の電極端子１３をバスバー１８で連結して、互いに直列に接続している。図のバッテリシステムは、２列の電池ブロック３の間に、各々の冷却隙間４に連結する供給ダクト６を設けている。さらに、２列に分離された電池ブロック３の外側には排出ダクト７を設けて、排出ダクト７と供給ダクト６との間に複数の冷却隙間４を並列に連結している。
このバッテリシステムは、図３、及び図５ないし図８に示すように、２列に配列される電池ブロック３の供給ダクト６側の表面に、すなわち、２列に配列される電池ブロック３の内側の側面に対向して温度均等化プレート１５を固定している。このバッテリシステムは、図３と図６の矢印で示すように、強制送風機構９でもって供給ダクト６から排出ダクト７に向けて冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却する。供給ダクト６から排出ダクト７に強制送風される冷却気体は、図７と図８に示すように、供給ダクト６から温度均等化プレート１５の風量調整開口１６を通過して分岐されて、各々の冷却隙間４に送風されて電池セル１を冷却する。電池セル１を冷却した冷却気体は、排出ダクト７に集合して排気される。
以上のバッテリシステムは、２列の電池ブロック３の間に供給ダクト６を設けて、外側に排出ダクト７を設けているが、本発明のバッテリシステムは、供給ダクトと排出ダクトとを反対に配置することもできる。図１５ないし図１８に示すバッテリシステムは、２列の電池ブロック３の外側に供給ダクト５６を設けると共に、２列の電池ブロック３の間に排出ダクト５７を設けて、供給ダクト５６と排出ダクト５７の間に複数の冷却隙間４を並列に連結している。図のバッテリシステムは、電池ブロック３の供給ダクト５６側の表面に、すなわち、２列に配列される電池ブロック３の外側の側面に対向して温度均等化プレート１５を固定している。この温度均等化プレート１５も、風量調整開口１６の風上側の開口面積を風下側よりも小さくして、風上側の電池セル１の冷却を制限して、各々の電池セル１の温度差を少なくしている。このバッテリシステムは、図１５ないし図１７の矢印で示すように、強制送風機構９でもって、外側の供給ダクト５６から中間の排出ダクト５７に向けて冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却する。外側の供給ダクト５６から内側の排出ダクト５７に強制送風される冷却気体は、図１８に示すように、供給ダクト５６から温度均等化プレート１５の風量調整開口１６を通過して分岐されて、各々の冷却隙間４に送風されて電池セル１を冷却する。電池セル１を冷却した冷却気体は、中間の排出ダクト５７に集合して排気される。
互いに平行に配列される２列の電池ブロック３の間に設けられる送風ダクト５、５５の面積は、２列の電池ブロック３の外側に設けられる送風ダクト５、５５の面積の２倍とする。それは、図２ないし図８に示すバッテリシステムにおいては、２個の電池ブロック３の中間に設けた供給ダクト６に強制送風される冷却気体を２分岐して、両側に設けた排出ダクト７に送風して排気し、図１５ないし図１８に示すバッテリシステムにおいては、両側に設けたふたつの供給ダクト５６に強制送風される冷却気体を、中間に設けた排出ダクト５７に送風して排気するからである。すなわち、図２ないし図８に示すバッテリシステムにおいて、供給ダクト６は、両側の排出ダクト７の２倍の冷却気体を送風するので、その断面積を２倍として圧力損失を小さくする。図７と図８のバッテリシステムは、中間の送風ダクト５である供給ダクト６の断面積を大きくするために、供給ダクト６の横幅を排出ダクト７の横幅の２倍としている。また、図１５ないし図１８に示すバッテリシステムにおいて、中間の排出供給ダクト５７は、両側の供給ダクト５６の２倍の冷却気体を送風するので、その断面積を２倍として圧力損失を小さくする。図１８のバッテリシステムは、中間の送風ダクト５５である排出ダクト５７の断面積を大きくするために、排出ダクト５７の横幅を供給ダクト５６の横幅の２倍としている。
以上のバッテリシステムは、電池ブロック３の供給ダクト６、５６側の表面に温度均等化プレート１５を固定している。このバッテリシステムは、供給ダクト６、５６から電池ブロック３の冷却隙間４に流入する冷却気体の流量を、温度均等化プレート１５の風量調整開口１６で部分的に制限して、各々の電池セル１の温度差を少なくしている。ただ、本発明のバッテリシステムは、電池ブロックの排出ダクト側の表面に温度均等化プレートを設けることも、電池ブロックの供給ダクト側の表面と排出ダクト側の表面の両方に温度均等化プレートを設けることもできる。
図１９ないし図２１に示すバッテリシステムは、電池ブロックを２列に分離して配列して、２列の電池ブロック３の間に供給ダクト６を設けて、２列の電池ブロック３の外側に排出ダクト７を設けている。さらに、図のバッテリシステムは、電池ブロック３の排出ダクト７側の表面に、すなわち、２列に配列される電池ブロック３の外側の側面に対向して温度均等化プレート４５を固定している。この温度均等化プレート４５も、電池セル１の積層方向に伸びるように風量調整開口４６を設けている。風量調整開口４６は、図の風上側の開口面積を風下側よりも小さくして、風上側の電池セル１の冷却を制限して、各々の電池セル１の温度差を少なくしている。このバッテリシステムは、図の矢印で示すように、強制送風機構９でもって、中間の供給ダクト６から外側の排出ダクト７に向けて冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却する。中間の供給ダクト６から外側の排出ダクト７に強制送風される冷却気体は、供給ダクト６から分岐されて各々の冷却隙間４に送風され、冷却隙間４を通過した冷却気体が、排出ダクト７側に設けた温度均等化プレート４５の風量調整開口４６を通過して排出ダクト７に排出される。このバッテリシステムは、排出ダクト７側に設けた温度均等化プレート４５が、電池ブロック３の冷却隙間４を通過して排出ダクト７へ排出される冷却気体の流量を制限して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。
さらに、図２２ないし図２４に示すバッテリシステムは、電池ブロックを２列に分離して配列して、２列の電池ブロック３の外側に供給ダクト５６を設けて、２列の電池ブロック３の間に排出ダクト５７を設けている。さらに、図のバッテリシステムは、電池ブロック３の排出ダクト５７側の表面に、すなわち、２列に配列される電池ブロック３の内側の側面に対向して温度均等化プレート４５を固定している。この温度均等化プレート４５も、電池セル１の積層方向に伸びるように風量調整開口４６を設けている。図の風量調整開口４６は、風上側の開口面積を風下側よりも小さくして、風上側の電池セル１の冷却を制限して、各々の電池セル１の温度差を少なくしている。このバッテリシステムは、図の矢印で示すように、強制送風機構９でもって、外側の供給ダクト５６から中間の排出ダクト７に５向けて冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却する。外側の供給ダクト５６から中間の排出ダクト５７に強制送風される冷却気体は、供給ダクト５６から分岐されて各々の冷却隙間４に送風され、冷却隙間４を通過した冷却気体が、排出ダクト５７側に設けた温度均等化プレート４５の風量調整開口４６を通過して排出ダクト５７に排出される。このバッテリシステムも、排出ダクト５７側に設けた温度均等化プレート４５が、電池ブロック３の冷却隙間４を通過して排出ダクト５７へ排出される冷却気体の流量を制限して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。
以上のバッテリシステムは、電池ブロック３を外装ケース２０に固定して２列に配置している。図に示すバッテリシステムは、外装ケース２０を下ケース２０Ａと上ケース２０Ｂとで構成する。上ケース２０Ｂと下ケース２０Ａは、外側に突出する鍔部２１を有し、この鍔部２１をボルト２４とナット２５で固定している。図の外装ケース２０は、鍔部２１を電池ブロック３の側面に配置している。ただ、鍔部は、電池ブロックの上部や下部、あるいはその中間に配置することもできる。この外装ケース２０は、エンドプレート１０を下ケース２０Ａに止ネジ（図示せず）で固定して、電池ブロック３を固定している。止ネジは、下ケース２０Ａを貫通してエンドプレート１０のネジ孔（図示せず）にねじ込まれて、電池ブロック３を外装ケース２０に固定する。止ネジは、頭部を下ケース２０Ａから突出させている。
さらに、外装ケース２０は、両端に端面プレート２６、２７を連結している。端面プレート２６、２７は、外装ケース２０に連結される状態で、供給ダクト６、５６と排出ダクト７、５７からなる送風ダクト５、５５に連結される連結ダクト２８、２９を、プラスチックなどで一体的に成形して外側に突出するように設けている。この連結ダクト２８、２９は、強制送風機構９に連結され、あるいはバッテリシステムから冷却気体を排気する外部排気ダクト（図示せず）に連結される。これらの端面プレート２６、２７は、ネジ止めして、電池ブロックのエンドプレートに連結している。ただ、端面プレートは、ネジ止め以外の連結構造で電池ブロックに連結し、あるいは、外装ケースに固定することもできる。
以上のバッテリシステムは、電池ブロック３を互いに平行に２列に配列しており、２列に配列される電池ブロック３の中間と外側に送風ダクト５、５５を設けている。ただ、バッテリシステムは、１列の電池ブロックで構成することもできる。このバッテリシステムは、図示しないが、１列の電池ブロックの両側に送風ダクトを設けて、一方の送風ダクトを供給ダクトとし、他方の送風ダクトを排出ダクトとすることができる。このバッテリシステムは、１列に配列される電池ブロックの供給ダクト側の表面と排出ダクト側の表面のいずれか一方に、または両方に温度均等化プレートを固定することができる。この温度均等化プレートも、風量調整開口の風上側の開口面積を風下側よりも小さくして、風上側の電池セルの冷却を制限して、各々の電池セルの温度差を少なくできる。このバッテリシステムは、強制送風機構でもって、供給ダクトから排出ダクトに向けて冷却気体を強制送風して電池セルを冷却する。このバッテリシステムは、供給ダクトと排出ダクトに送風される冷却気体の流量が等しくなるので、電池ブロックの両側に設けられる供給ダクトと排出ダクトの断面積を等しく、すなわち、供給ダクトの横幅と排出ダクトの横幅とを等しくできる。
１…電池セル １Ａ…開口部
２…スペーサ ２Ａ…溝
２Ｂ…切欠部
３…電池ブロック
４…冷却隙間
５…送風ダクト
６…供給ダクト
７…排出ダクト
８…電池積層体
９…強制送風機構
１０…エンドプレート １０Ａ…本体部
１０Ｂ…金属プレート
１０ａ…ねじ穴
１１…バインドバー １１Ａ…上バー
１１Ｂ…下バー
１１Ｃ…連結部
１１Ｄ…折曲部
１１ａ…垂直リブ
１１ｂ…水平リブ
１１ｃ…連結穴
１２…止ネジ
１３…電極端子
１４…開口部 １４Ａ…閉塞部
１４Ｂ…露出部
１５…温度均等化プレート １５Ａ…閉塞バー
１５Ｂ…連結バー
１６…風量調整開口
１７…バスバー
１８…バスバー
１９…上面プレート
２０…外装ケース ２０Ａ…下ケース
２０Ｂ…上ケース
２１…鍔部
２４…ボルト
２５…ナット
２６…端面プレート
２７…端面プレート
２８…連結ダクト
２９…連結ダクト
３０…電池ブロック
３１…バインドバー ３１Ａ…上バー
３１Ｂ…下バー
３１Ｃ…連結部
３１Ｄ…折曲部
３５…温度均等化プレート
３６…風量調整開口
４５…温度均等化プレート
４６…風量調整開口
５５…送風ダクト
５６…供給ダクト
５７…排出ダクト
１０１…電池セル
１０３…電池ブロック
１０４…冷却隙間
１０６…供給ダクト
１０７…排出ダクト
１１５…冷却風流れ変更部材

Claims (9)

  1. 複数の電池セル(1)を、間に冷却隙間(4)を設けて積層してなる電池ブロック(3)、(30)と、この電池ブロック(3)、(30)の両側に配設されて、冷却隙間(4)に強制送風して電池セル(1)を冷却する供給ダクト(6)、(56)及び排出ダクト(7)、(57)からなる送風ダクト(5)、(55)と、この送風ダクト(5)、(55)に冷却気体を強制送風する強制送風機構(9)を備え、
    前記強制送風機構(9)で強制送風される冷却気体が、前記供給ダクト(6)、(56)から前記冷却隙間(4)を通過して排出ダクト(7)、(57)に送風されて、電池セル(1)を冷却するようにしてなるバッテリシステムであって、
    前記電池ブロック(3)、(30)の供給ダクト(6)、(56)側の表面に温度均等化プレート(15)、(35)を配置しており、この温度均等化プレート(15)、(35)は、供給ダクト(6)、(56)の冷却気体を各々の冷却隙間(4)に流入させる風量調整開口(16)、(36)を電池セル(1)の積層方向に伸びるように設けており、かつこの風量調整開口(16)、(36)の開口面積は電池セル(1)の積層方向で異なり、前記供給ダクト(6)、(56)の冷却気体が風量調整開口(16)、(36)を通過して各々の冷却隙間(4)に流入されて、各々の電池セル(1)の温度を均等化するようにしてなることを特徴とするバッテリシステム。
  2. 複数の電池セル(1)を、間に冷却隙間(4)を設けて積層してなる電池ブロック(3)、(30)と、この電池ブロック(3)、(30)の両側に配設されて、冷却隙間(4)に強制送風して電池セル(1)を冷却する供給ダクト(6)、(56)及び排出ダクト(7)、(57)からなる送風ダクト(5)、(55)と、この送風ダクト(5)、(55)に冷却気体を強制送風する強制送風機構(9)を備え、
    前記強制送風機構(9)で強制送風される冷却気体が、前記供給ダクト(6)、(56)から前記冷却隙間(4)を通過して排出ダクト(7)、(57)に送風されて、電池セル(1)を冷却するようにしてなるバッテリシステムであって、
    前記電池ブロック(3)、(30)の排出ダクト(7)、(57)側の表面に温度均等化プレート(45)、(35)を配置しており、この温度均等化プレート(45)、(35)は、各々の冷却隙間(4)を通過した冷却気体を排出ダクト(7)、(57)に排出する風量調整開口(46)、(36)を電池セルの積層方向に伸びるように設けており、かつこの風量調整開口(46)、(36)の開口面積は電池セル(1)の積層方向で異なり、各々の冷却隙間(4)を通過した冷却気体が風量調整開口(46)、(36)を通過して前記排出ダクト(7)、(57)に排出されて、各々の電池セル(1)の温度を均等化するようにしてなることを特徴とするバッテリシステム。
  3. 前記電池ブロック(3)、(30)は、複数の電池セル(1)を積層してなる電池積層体(8)と、この電池積層体(8)の両端部に配設してなる一対のエンドプレート(10)と、一対のエンドプレート(10)を連結してエンドプレート(10)でもって電池積層体(8)を両端面から挟着して電池セル(1)を積層状態に固定してなるバインドバー(11)、(31)とを備えてなる請求項１または２に記載されるバッテリシステム。
  4. 前記バインドバー(11)が電池積層体(8)の両側面に配設されると共に、前記温度均等化プレート(15)、(45)が、前記バインドバー(11)に積層して固定されてなる請求項３に記載されるバッテリシステム。
  5. 前記バインドバー(31)が電池積層体(8)の両側面に配設されると共に、前記温度均等化プレート(35)が、前記バインドバー(31)と一体構造である請求項３に記載されるバッテリシステム。
  6. 前記温度均等化プレート(15)、(45)、(35)が、風量調整開口(16)、(46)、(36)の風上側の開口面積を風下側よりも小さくしてなる請求項１または２に記載されるバッテリシステム。
  7. 前記温度均等化プレート(15)、(45)、(35)が、風量調整開口(16)、(46)、(36)の風上側の上下幅を風下側よりも狭くして開口面積を小さくしてなる請求項６に記載されるバッテリシステム。
  8. 前記バインドバー(11)、(31)が、前記電池積層体(8)の上下に配設されてなる請求項３に記載されるバッテリシステム。
  9. 前記バインドバー(11)、(31)が、前記電池積層体(8)の上下に配設してなる上バー(11A)、(31A)と下バー(11B)、(31B)とを両端部で互いに連結して、連結部(11C)、(31C)がエンドプレート(10)に固定されてなる請求項３に記載されるバッテリシステム。
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