JP2012190604A

JP2012190604A - 電池ユニット

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Publication number: JP2012190604A
Application number: JP2011051656A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kitamura; 剛北村; Ryutaro Mori; 龍太郎森; Tadashi Mori; 匡史森; Yasuaki Hiramura; 泰章平村; Masazumi Oishi; 正純大石; Hideyasu Takatsuji; 秀保高▲辻▼
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-03-09
Also published as: JP5546481B2

Abstract

【課題】電池セルを効果的に冷却する。
【解決手段】電池ユニットは、第１方向に配列された複数の電池セル８からなるセル列１５と、第１方向の周りの電池セルの側面のうちの第１側面９に接して設けられ、第１方向に延びる第１流路２８を形成するヒートシンク１０と、複数の電池セル８のうち第１方向にて互いに隣り合う第１の電池セル８Ａと第２の電池セル８Ｂとの間に配置され、第１流路２８を流れた冷媒Ｇと第１の電池セル８Ａの周囲をヒートシンク１０と接しないで第１方向に流れた冷媒Ｇとが合流して第２の電池セル８Ｂに向って流れるように、第１の電池セル８Ａと第２の電池セル８Ｂとの間に冷媒の第２流路３０を形成する流路形成部材１１と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、電池ユニットに関する。

複数の電池セルが配列された電池ユニットは、電気自動車や定置用電源装置、発電装置などの各種の電気システムに用いられている。電池ユニットは、電池セルが充放電に伴う発熱等で昇温すると、電池セルの電池性能が低下することや電池セルの劣化が加速されること等の不都合が発生する。このような不都合の発生を抑制するために、電池ユニットを構成する複数の電池セルを冷却するための各種構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の二次電池は、一体化された複数の電池セルで構成された電池ユニットが複数配列されており、複数の電池ユニットの間に冷却用部材がされた構造である。特許文献１の二次電池において、二次電池から熱を受け取った冷却用部材は、冷却用部材に沿って流れる冷媒に冷却され、結果として電池セルが冷却用部材を介して冷却されるようになっている。

特開２００３−７３５５号公報

特許文献１の二次電池は、冷却用部材に接し続けて所定の距離を流れた冷媒が冷却用部材から受け取る熱によって昇温し、冷媒の流路の下流側で冷却効果が著しく低下する可能性がある。

本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、電池セルを効果的に冷却することが可能な電池ユニットを提供することを目的とする。

本発明の電池ユニットは、第１方向に配列された複数の電池セルからなるセル列と、前記第１方向の周りの前記電池セルの側面のうちの第１側面に接して設けられ、前記第１方向に延びる第１流路を形成するヒートシンクと、前記複数の電池セルのうち前記第１方向にて互いに隣り合う第１の電池セルと第２の電池セルとの間に配置され、前記第１流路を流れた冷媒と前記第１の電池セルの周囲を前記ヒートシンクと接しないで前記第１方向に流れた冷媒とが合流して前記第２の電池セルに向って流れるように、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルとの間に冷媒の第２流路を形成する流路形成部材と、を備える。

上記の電池ユニットにおいて、第１の電池セルの熱がヒートシンクに伝わり、第１流路を流れる冷媒がヒートシンクの熱を奪うことによって、第１の電池セルが冷却される。すなわち、第１の電池セルの側方の第１流路を流れた冷媒は、第１の電池セルの周囲をヒートシンクと接しないで第１方向に流れた冷媒よりも温度が高くなる。第１流路を流れた冷媒は、ヒートシンクと接しないで第１方向に流れた冷媒と流路形成部材によって合流して第２の電池セルに向って流れるので、第２の電池セルへ供給される冷媒の温度は、第１流路を流れた冷媒の温度よりも低くなる。したがって、第２の電池セルの熱がヒートシンクを介して冷媒に効率よく奪われるようになり、第２の電池セルを効果的に冷却することができる。このように、上記の電池ユニットは、冷媒の流れ方向に配列された複数の電池セルを効果的に冷却することができる。

上記の電池ユニットにおいて、前記第１側面は、前記第１方向の周りの前記電池セルの側面のうち前記ヒートシンクが接しない第２側面よりも面積が大きく、前記流路形成部材は、前記第２側面の側方を流れた冷媒と前記第１流路を流れた冷媒を合流させてもよい。

このようにすれば、ヒートシンクが第２側面に接して設けられている場合と比較して、電池セルからヒートシンクへ伝わる熱量が多くなり、電池セルを効果的に冷却することができる。

上記の電池ユニットにおいて、前記流路形成部材は、前記第１流路を流れた冷媒と接する位置に配置され、前記第１流路を流れた冷媒の流れ方向を、前記第２側面の側方を流れた冷媒に向けて変化させてもよい。

第１流路を流れた冷媒は、電池セルの第２側面の側方を流れた冷媒と比較して、温度が高いので速度が高くなると考えられる。上記の電池ユニットは、第１流路を流れた冷媒の流れ方向を、第２側面の側方を流れた冷媒に向けて変化させるので、第１流路を流れた冷媒と第２側面の側方を流れた冷媒とが効果的に混合される。したがって、冷媒の流通経路の下流側で第１流路を流れる冷媒の温度を効果的に下げることができ、冷媒の流通経路の下流側に配置された電池セルを効果的に冷却することができる。

上記の電池ユニットにおいて、前記セル列は、前記第１方向と交差する第２方向に複数配列されており、前記第２方向に並ぶ複数の電池セルのうち前記第２方向の中央側で互いに隣り合って配置された１対の電池セルの間に配置された前記ヒートシンクの数は、前記第２方向に並ぶ複数の電池セルに対して前記第２方向の一方の外側に配置された前記ヒートシンクの数よりも多くてもよい。

また、第２方向に並ぶ複数の電池セルのうち前記第２方向の中央側で互いに隣り合って配置された１対の電池セルは、第２方向の端側に配置された電池セルよりも温度の上昇が顕著であると考えられる。上記の電池ユニットは、中央側で互いに隣り合って配置された１対の電池セルの間に配置されたヒートシンクの数が、第２の端側に配置されたヒートシンクの数より多いので、中央側に配置された電池セルが効果的に冷却されるようになり、中央側と端側とで電池セルの温度のばらつきを減らすことができる。

上記の電池ユニットにおいて、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルとの間で冷媒に接する位置に配置され、前記第２方向に並ぶ複数の電池セルを互いに電気的に接続する導電部材を備えていてもよい。
このようにすれは、導電部材が第１の電池セルと第２の電池セルとの間で冷媒に接して冷却されるので、導電部材を介して電池セルを放熱することができる。

上記の電池ユニットは、前記第２方向に配列された前記複数のセル列のうちの所定のセル列を構成する電池セルの数は、他の各セル列を構成する電池セルの数よりも少なくなっており、前記所定のセル列の前記第１方向に配置され、前記第１方向に流れる冷媒の圧力損失が前記電池セルの周囲を流れる冷媒の圧力損失よりも小さい電気部品と、前記所定のセル列及び前記電気部品の周囲を前記第１方向に流れる冷媒の圧力損失を前記他の各セル列の周囲を前記第１方向に流れる冷媒の圧力損失に近づけるように設けられ、前記第１方向に流れる冷媒の圧力損失が前記電池セルの周囲を流れる冷媒の圧力損失よりも大きい圧力損失部品と、を備えていてもよい。

このようにすれは、各セル列に供給される冷媒の量の、第２方向に配列された複数のセル列のばらつきを減らすことができ、複数のセル列の温度のばらつきを減らすことができる。

上記の電池ユニットは、前記第１方向に冷媒を流す冷媒流通装置を備えていてもよい。
このようにすれは、冷媒を安定して供給することができ、電池セルを安定して冷却することができる。

本発明によれば、電池セルを効果的に冷却することが可能な電池ユニットを提供することができる。

本実施形態の電池ユニットの外観を示す平面図である。本実施形態の電池モジュールを分解して示す斜視図である。本実施形態の電池モジュールを示す上面図である。本実施形態のセル列を示す側面図である。変形例の電池モジュールを示す上面図である。

以下、本発明の実施形態及び実施例について図面を参照しながら説明するが、本発明は下記の実施形態及び実施例に限定されない。説明に用いる図面中の構造の寸法や縮尺は、実際と異なることがある。

図１は、本実施形態の電池ユニットの外観を示す平面図である。図２は、本実施形態の電池モジュールを分解して示す斜視図である。図３は、本実施形態の電池モジュールを示す上面図である。図４は、本実施形態のセル列を示す側面図である。

図１に示す電池ユニット１は、筺体２と、２次元に配列されて筺体２に収容された複数の電池モジュール３と、筺体２の内部で第１方向（Ｚ方向）に冷媒Ｇを流すことが可能な冷媒供給装置４と、筺体２に収容された電気部品５と、筺体２に収容された圧力損失部品６と、を備える。

図２に示す電池モジュール３は、電池収容ケース７と、第１方向（Ｚ方向）に交差する第２方向（Ｘ方向）及び第３方向（Ｙ方向）に配列された複数の電池セル８と、各電池セル８の第２方向（Ｘ方向）の両端面（第１側面９）に接して配置されたヒートシンク１０と、流路形成部材１１と、複数の導電部材１２〜１４（図３に示す）とを備える。

各電池モジュール３において電池セル８が第２方向及び第３方向に配列されており、電池ユニット１において電池モジュール３が第１方向に配列されているので、電池ユニット１に含まれる複数の電池セル８は、第１ないし第３方向の３方向に配列されていることになる。以下の説明で、第１ないし第３方向の各方向に配列された複数の電池セルを総称してセル列ということがある。

例えば、図３に示すセル列１５は、Ｚ方向に並ぶ複数の電池モジュール３に含まれる電池セル８のうち、第１方向（Ｚ方向）に並ぶ複数の電池セル８によって構成されている。電池ユニット１は、セル列１５が第２方向（Ｘ方向）及び第３方向（Ｙ方向）に複数配列された構造ということもできる。

次に、図１ないし図４に示すＸＹＺ直交座標を適宜用いて、電池ユニット１の各構成要素について詳しく説明する。図１ないし図４に示すＸＹＺ直交座標系において、Ｚ方向は冷媒Ｇが流れる方向（第１方向）であり、Ｘ方向（第２方向）及びＹ方向（第３方向）は、それぞれＺ方向に直交し、かつ互いに直交する方向である。Ｘ方向及びＹ方向は、例えば水平方向に設定され、Ｚ方向は、例えば鉛直方向に設定される。

図１に示す筺体２は、Ｘ方向とＺ方向とに配列されて電池モジュール３を収容する複数の第１収容室１６と、電気部品５及び圧力損失部品６を収容する第２収容室１７とを備える。複数の第１収容室１６は、それぞれ、１つの電池モジュール３を収容している。本実施形態の第２収容室１７は、３つの第１収容室１６と置き換えられて、配置されている。各第１収容室１６又は第２収容室１７のＹ方向側には、収容室ごとに開閉可能な扉（図示略）が設けられており、この扉を閉めた状態で各第１収容室１６又は第２収容室１７からＹ方向に冷媒Ｇがほとんど漏れないようになっている。

図４に示す第１収容室１６のＹ方向の側部１８は、Ｚ方向に配列された複数の第１収容室１６で連続している。側部１８は、Ｘ方向に隣り合う第１収容室１６の間でガス（冷媒）が移動しないように設けられている。第１収容室１６の底部１９は、枠状であり、貫通孔２０を有している。底部１９は、電池収容ケース７の底部１９の外縁部を支持している。Ｚ方向に配列された複数の第１収容室１６は、貫通孔２０を介して互いに連通している。Ｚ方向に配列された複数の第１収容室１６のうち下端の第１収容室１６に供給された冷媒Ｇは、Ｘ方向にて隣り合う１対の側部１８に挟まれる空間（第１収容室１６の内部）及び貫通孔２０を通って、上端の第１収容室１６まで流れることができる。

図１に示す第２収容室１７は、第２収容室１７とＺ方向に並んで配置された第１収容室１６と連通している。第２収容室１７とＺ方向に並んで配置された第１収容室１６から第２収容室１７へ流入した冷媒Ｇは、第２収容室１７を通って冷媒供給装置４により筺体２の外部へ排出される。第２収容室１７を含みＺ方向に並ぶ収容室で構成されるグループにおける第１収容室１６の数は、第２収容室１７を含まないでＺ方向に並ぶ収容室で構成されるグループにおける第１収容室１６の数よりも少ない。すなわち、Ｚ方向に並ぶ複数の電池セルからなるセル列に着目すると、Ｘ方向に配列された複数のセル列１５のうち、Ｚ方向にて第２収容室１７と並ぶセル列（所定のセル列）を構成する電池セル８の数は、他の各セル列を構成する電池セル８の数よりも少ない。

本実施形態の冷媒供給装置４は、筺体２のうちで電池モジュール３が配置されているエリアよりも下方に配置されてＺ方向の下端の第１収容室１６にガス等の冷媒Ｇを送出可能な吸入機構２１と、筺体２のうちで電池モジュール３が配置されているエリアよりも上方に配置されてＺ方向の上端の第１収容室１６又は第２収容室１７から冷媒Ｇを排出可能な排出機構２２と、を備える。

吸入機構２１は、例えば、筺体２の外部から内部へ冷媒Ｇを通すことが可能な吸気孔と、この吸気孔を通る冷媒Ｇ中のゴミなどを除去するフィルターと、上記の吸気孔を通った冷媒Ｇを第１収容室１６へ送出するファンとを備える。排出機構２２は、例えば、第１収容室１６から冷媒Ｇを吸引するファンと、このファンにより吸引された冷媒Ｇを筺体２の内部から外部へ通すことが可能な排気孔と、この排気孔を通る冷媒Ｇ中のゴミなどを除去するフィルターと、を備える。

なお、吸入機構２１と排出機構２２の一方が省略されていてもよい。また、吸入機構２１と排出機構２２の一方のファンが省略されていてもよい。また、吸入機構２１と排出機構２２の少なくとも一方のフィルターが省略されていてもよい。また、冷媒供給装置４は、排出機構２２から排出された冷媒Ｇを冷却する冷却器を備え、冷却器によって冷却された冷媒Ｇを吸入機構２１が吸入することによって冷媒Ｇを循環させる態様でもよい。

電気部品５は、例えば、電池ユニット１内の電池セル８と電気的に接続されたブレーカー、リレー等の電力回路開閉器や、制御装置、電池ユニット１の状態等を示す各種情報を表示する表示装置、必要に応じて設けられる消火設備等である。圧力損失部品６は、例えば多孔質の板材やブロック材等である。

第２収容室１７の電気部品５による空間占有率は、第１収容室１６の電池モジュール３による空間占有率よりも低い。これにより、第２収容室１７を通る冷媒Ｇの電気部品５による圧力損失は、第２収容室１７と容積を揃えた第１収容室１６（ここでは３つの第１収容室１６）を通る冷媒Ｇの電池モジュール３による圧力損失よりも低い。圧力損失部品６は、吸入機構２１から排出機構２２までの冷媒Ｇの経路のうち第２収容室１７を含んだ経路と第２収容室１７を含まない経路とで各経路を通る冷媒Ｇの圧力損失が同程度になるように、第２収容室１７を通る冷媒Ｇの圧力損失を増加させる。

図２ないし図４に示す電池収容ケース７は、互いに対向して配置されて電池モジュール３の側面を形成する一対の押え板２３と、一対の押え板２３の間に配置されて１対の押え板２３を連結する連結部材２４と、一対の押え板２３に支持されて電池モジュール３の底部を形成する底板２５とを備える。なお、図４では、押え板２３の図示が省略されている。

一対の押え板２３は、例えば樹脂などの断熱性を有する材料を用いて形成されている。連結部材２４は、棒状であり、その両端部に雄ネジが形成されている。連結部材２４は、各端部の雄ネジが各押え板２３に形成された雌ネジと嵌めあわされて、１対の押え板２３のそれぞれと接合されている。底板２５は、一対の押え板２３の下端側にそれぞれ側部を支持されており、一対の押え板２３に取り付けられている。底板２５には、上面から下面に貫通する通気孔２６が形成されている。

図４に示すように、電池収容ケース７は、Ｚ方向から見た通気孔２６が第１収容室１６の底部１９の貫通孔２０の内周の内側に収まるように、配置されている。すなわち、本実施形態において、電池収容ケース７の底板２５の通気孔２６は、第１収容室１６の底部１９の貫通孔２０を通った冷媒Ｇの流れを妨げないように、設けられている。

電池モジュール３において、Ｘ方向に互いに接して並んだ４つの電池セル８は、１列のセル列を構成しており、２列のセル列がＹ方向に並んでいる。Ｘ方向に並ぶ複数の電池セル８は、電池収容ケース７の１対の押え板２３に挟み込まれることで、電池収容ケース７と固定されている。本実施形態において、電池セル８は、電池収容ケース７の底板２５に支持されている。

なお、電池セル８は、底板２５から上方に離れて固定されていてもよく、この場合に底板２５が省略されていてもよいし、底板２５の代わりに連結部材２４が設けられていてもよい。

電池セル８は、例えばリチウムイオン二次電池である。電池セル８は、例えば、角型の電池容器の内部に非水電解液等の電解質と正負の電極板とを収容し、正又は負の電極板と電気的に接続された正負の電極端子を電池容器に取り付けた構造である。

電池セル８は、電極端子が突出する方向がＺ方向と平行になり、電極板の積層方向がＸ方向と平行になるように配置されている。電池セル８において、Ｚ方向の周りの側面のうち電極板の積層方向（Ｘ方向）に直交する第１側面９は、積層方向と平行な第２側面２７よりも面積が大きい。

ヒートシンク１０は、Ｘ方向にて互いに隣り合う１対の電池セル８の間と、Ｘ方向に並ぶ電池セルのＸ方向の端と各押え板２３との間とに配置されている。本実施形態のヒートシンク１０は、第１側面９と同程度の面積の表面を有する板状の部材である。ヒートシンク１０は、その表裏両面の一方が電池セル８の第１側面９と接するように、配置されている。本実施形態において、ヒートシンク１０は、Ｘ方向に電池セル８を挟み込むように、電池セル８のＸ方向の第１側面９のそれぞれに設けられている。すなわち、Ｘ方向にて互いに隣り合う１対の電池セル８の間には、２つのヒートシンク１０が互いに接して配置されている。

本実施形態のヒートシンク１０は、接している電池セル８と固定されている。各ヒートシンク１０は、隣り合う１対の電池セル８に挟み込まれて、あるいは電池セル８と各押え板２３とに挟み込まれて、接している電池セル８と固定されている。ヒートシンク１０は、電池収容ケース７の底板２５との間に空隙を有するように、電池セル８と固定されている。

ヒートシンク１０は、樹脂等と比較して熱伝導率が高い材料、例えばアルミニウムや銅などの金属材料で形成されている。ヒートシンク１０は、その表裏両面に絶縁性の塗膜や金属酸化膜が設けられることがある。

ヒートシンク１０は、その内部に、表裏両面と平行な方向に延びる複数の第１流路２８を有する。ヒートシンク１０は、複数の第１流路２８がＹ方向に並び、複数の第１流路２８のそれぞれがＺ方向に延びるように、配置されている。第１流路２８は、ヒートシンク１０のＺ方向の両端面に開口２９を有している。

本実施形態のヒートシンク１０は、Ｚ方向から見た複数の第１流路２８の開口２９が電池収容ケース７の底板２５の通気孔２６の内周の内側に収まるように、配置されている。すなわち、本実施形態において、ヒートシンク１０の複数の第１流路２８の開口２９は、電池収容ケース７の底板２５の通気孔２６を通った冷媒Ｇの流れを妨げないように、設けられている。

なお、ヒートシンク１０は、治具などで電池セル８と固定されていてもよいし、電池収容ケース７の底板２５と固定されているとともに電池セル８と固定されていなくてもよい。Ｘ方向にて互いに隣り合う１対の電池セル８の間に配置された２つのヒートシンク１０の間に、断熱材が配置されていてもよい。Ｘ方向にて互いに隣り合う１対の電池セル８の間に１つのヒートシンク１０が配置されており、このヒートシンク１０が１対の電池セル８のいずれとも直接的に接触していてもよい。

また、ヒートシンク１０は、第１流路２８が断面円形状や断面多角形状になるように形成されていてもよい。ヒートシンク１０は、Ｘ方向に並ぶ複数の第１流路２８を備えていてもよい。ヒートシンク１０は、例えばＺ方向に延びる溝部（凹部）を有する波板状の部材であって、接する電池セル８との間に上記の溝部からなる第１流路２８を形成してもよい。第１流路２８は、ヒートシンク１０の内部で蛇行しながらＺ方向に延びていてもよいし、ヒートシンク１０の内部でＺ方向に対して非垂直な方向に傾斜しながらＺ方向に延びていてもよい。

複数の導電部材１２〜１４は、例えばバスバーであり、導電性を有するアルミニウムや銅等の金属材料で形成されている。複数の導電部材１２〜１４は、電池セル８の上面とほぼ平行な方向に延びる板状の部材である。複数の導電部材１２〜１４は、各電池セル８の電極端子と他の電池セル８の電極端子とに接触して、複数の電池セル８の電極端子を電気的に接続している。

第１の導電部材１２は、平面形状がＴ字型である。第１の導電部材１２は、Ｘ方向にて隣り合う１対の電池セル８の電極端子間に延びて、同じ極性の電極端子を互いに電気的に接続している。また、第１の導電部材１２は、電池セル８に対してＹ方向の側方（第２側面２７の外側）に延びて、電池モジュール３の外部（ここでは電気部品５）と電気的に接続されている。

第２の導電部材１３は、平面形状がＨ字型である。第２の導電部材１３は、Ｘ方向にて隣り合う１対の電池セル８の２組に対して、各組の１対の電池セル８で同じ極性の電極端子を電気的に接続している。一方の組の１対の電池セル８と、他方の組の１対の電池セル８は、Ｙ方向にて互いに隣り合っている。第２の導電部材１３は、２組の１対の電池セル８の間をＹ方向に延びて、一方の組の１対の電池セル８の正の電極端子と、他方の組の１対の電池セル８の負の電極端子とを互いに電気的に接続している。

第３の導電部材１４は、平面形状がＵ字型である。第３の導電部材１４は、Ｘ方向にて隣り合う１対の電池セル８の２組に対して、各組の１対の電池セル８で同じ極性の電極端子を電気的に接続している。一方の組の１対の電池セル８と、他方の組の１対の電池セル８は、Ｘ方向にて互いに隣り合っている。第３の導電部材１４は、２組の１対の電池セル８の間をＸ方向に延びて、一方の組の１対の電池セル８の正の電極端子と、他方の組の１対の電池セル８の負の電極端子とを互いに電気的に接続している。

このように、複数の導電部材１２〜１４は、Ｘ方向にて互いに隣り合う１対の電池セル８を並列接続し、４組の１対の電池セル８を直列接続している。複数の導電部材１２〜１４は、複数の電池セル８にわたされて配置されており、Ｚ方向から見た電池セル８の上面の外側に張り出して、ヒートシンク１０の第１流路２８の開口２９と重なり合っている。

本実施形態の流路形成部材１１は、板状の部材である。図４に示すように、流路形成部材１１は、第１方向（Ｚ方向）にて互いに隣り合う第１の電池セル８Ａ（電池セル８）と（電池セル８）との間に配置されている。流路形成部材１１は、第１の電池セル８Ａと第２の電池セル８Ｂとの間に冷媒Ｇの第２流路３０を形成する。本実施形態の流路形成部材１１は、各電池モジュール３の電池セル８の上方に配置されており、この電池モジュール３の１対の押え板２３に固定されている。流路形成部材１１は、複数の導電部材１２〜１４に対して、電池セル８とは反対側に配置されている。

図３に示すように、流路形成部材１１は、Ｚ方向から見てヒートシンク１０の第１流路２８の開口２９と重なる位置に配置されている。流路形成部材１１は、各電池モジュール３においてＸ方向に並ぶ複数の電池セル８で構成されるセル列ごとに設けられている。流路形成部材１１は、Ｚ方向から見てＸ方向に並ぶ４つの電池セル８の上面全体と重なっており、４つの電池セル８の上面と重なる範囲内において開口を有していない。流路形成部材１１は、２列のセル列１５のそれぞれに設けられおり、Ｙ方向に並ぶ２つの流路形成部材１１の間は空隙になっている。

冷媒供給装置４の吸入機構２１によって筺体２の内部へ供給された冷媒Ｇは、図４に示すように第１収容室１６の底部１９の貫通孔２０を通って、第１収容室１６の内部へ流入する。第１収容室１６の内部へ流入した冷媒Ｇは、ヒートシンク１０の第１流路２８と第１の電池セル８Ａの第２側面２７の側方とに分かれて、Ｚ方向へ流れる。第１の電池セル８Ａの熱は、第１側面９からヒートシンク１０へ伝わり、第１流路２８の内部の冷媒Ｇに奪われる。これにより、第１の電池セル８Ａが効果的に冷却される。

第１の電池セル８Ａの第２側面２７の側方をＺ方向へ流れた冷媒Ｇは、第２側面２７の面積が第１側面の面積よりも小さいので、第１の電池セル８Ａの側方の第１流路２８を流れた冷媒Ｇと比較して、第１の電池セル８Ａから奪う熱量が少ない。したがって、第１の電池セル８Ａの側方の第１流路２８を流れた冷媒Ｇは、第１の電池セル８Ａの第２側面２７の側方をＺ方向へ流れた冷媒Ｇよりも温度が高くなる。

第１の電池セル８Ａの側方を流れた冷媒Ｇは、流路形成部材１１が設けられていないとすると、ほぼ流れ方向が変化せずにＺ方向に流れて、第２の電池セル８Ｂの側方を流れることになる。この場合に、第１の電池セル８Ａの側方の第１流路２８を流れた冷媒Ｇは、第１の電池セル８Ａの熱を奪って昇温したまま、第２の電池セル８Ｂの側方の第１流路２８へ流入することになる。したがって、冷媒Ｇが第２の電池セル８Ｂから奪う熱量は、冷媒Ｇが第１の電池セル８Ａから奪う熱量よりも少なくなる。すなわち、冷媒Ｇの流れ方向の下流側であるほど、電池セルの冷却効果が顕著に低下してしまう。

本実施形態の電池ユニット１において、第１の電池セル８Ａの側方の第１流路２８を上方に向って流れて開口２９から流れ出した冷媒Ｇは、流路形成部材１１によって流れ方向が変化し、Ｙ方向に向って第１の電池セル８の第２側面２７の外側まで流れる。そして、第１の電池セル８Ａの側方の第１流路２８を流れた冷媒Ｇは、第１の電池セル８Ａの第２側面２７の側方をヒートシンク１０と接することなく上方へ流れた冷媒Ｇと合流して、Ｙ方向に並ぶ２つの流路形成部材１１の間もしくは筐体２の側部１８と流路形成部材１１との間を上方に向って流れる。２つの流路形成部材１１の外周の端の周囲を上方に向って流れる冷媒Ｇは、第１の電池セル８Ａの側方の第１流路２８を流れた冷媒Ｇと第２側面２７の側方を流れた冷媒Ｇとが混ざり合っていることによって、第１の電池セル８Ａの側方の第１流路２８を流れた冷媒Ｇよりも温度が低くなる。

２つの流路形成部材１１の間を上方に向って流れた冷媒Ｇは、第１の電池セル８Ａの上方の第２の電池セル８Ｂが収容された第１収容室１６へ流入し、第２の電池セル８Ｂの側方のヒートシンク１０の第２流路３０と、第２の電池セル８Ｂの第２側面２７の側方とに分かれて、Ｚ方向へ流れる。第２の電池セル８Ｂの側方の第２流路３０を流れる冷媒Ｇは、第１の電池セル８Ａの側方の第１流路２８を流れた冷媒Ｇがそのまま第２の電池セル８Ｂの側方の第２流路３０を流れる場合よりも温度が低いので、第２の電池セル８Ｂを効果的に冷却することができる。

以上のように、本実施形態の電池ユニット１は、第１方向に配列された複数の電池セル８を効果的に冷却することができる。また、ヒートシンク１０が接する電池セル８の第１側面は、ヒートシンクが接しない第２側面２７よりも面積が大きいので、ヒートシンク１０が第２側面２７に接して設けられている場合と比較して、電池セル８からヒートシンク１０へ伝わる熱量が多くなり、電池セル８を効果的に冷却することができる。

また、第１流路２８を流れた冷媒Ｇは、電池セル８の第２側面２７の側方を流れた冷媒Ｇと比較して、温度が高いので上昇速度が高くなると考えられる。流路形成部材１１は、第１流路２８を流れた冷媒Ｇの流れ方向を、電池セル８の第２側面２７の側方を流れた冷媒Ｇに向けて変化させるので、第１流路２８を流れた冷媒Ｇと電池セル８の第２側面２７の側方を流れた冷媒Ｇとが効果的に混合される。したがって、上方側の第１収容室１６へ流入する冷媒Ｇの温度を効果的に下げることができ、上方側の第１収容室１６に配置された電池セル８を効果的に冷却することができる。

また、各電池モジュール３において、Ｘ方向に並ぶ複数の電池セル８で構成されるセル列のうちＸ方向の中央側に配置された電池セル８は、Ｘ方向の端側に配置された電池セル８よりも温度の上昇が顕著であると考えられる。上記のセル列の中央側で互いに隣り合って配置された１対の電池セル８の間に配置されたヒートシンクの数（２つ）は、Ｘ方向に並ぶ複数の電池セル８に対してＸ方向の一方の外側に配置されたヒートシンクの数（１つ）よりも多くなっている。したがって、セル列の中央側に配置された電池セル８が効果的に冷却されるようになり、結果としてセル列の中央側と端側とで電池セル８の温度のばらつきを減らすことができる。

また、第１収容室１６へ流入する冷媒Ｇのヒートシンク１０の第１流路２８の開口２９への流れを妨げないように、第１収容室１６の底部１９の貫通孔２０や電池収容ケース７の底板２５の通気孔２６が構成されているので、第１流路２８に冷媒Ｇが効率よく供給され、電池セル８を効果的に冷却することができる。

また、複数の導電部材１２〜１４は、第１の電池セル８Ａと第２の電池セル８Ｂとの間で冷媒Ｇに接する位置に配置されているので効果的に冷却されることになり、複数の導電部材１２〜１４を介して電池セル８を放熱することもできる。

また、電池ユニット１は、Ｚ方向に冷媒を流す冷媒流通装置を備えているので、電池セル８を安定して冷却することができる。また、圧力損失部品６は、吸入機構２１から排出機構２２までの冷媒Ｇの経路のうち第２収容室１７を含んだ経路と第２収容室１７を含まない経路とで各経路を通る冷媒Ｇの圧力損失が同程度になるように、第２収容室１７を通る冷媒Ｇの圧力損失を増加させる。したがって、Ｚ方向に並ぶ複数の電池セル８で構成されるセル列１５について、Ｘ方向に配列された複数のセル列１５に均一な量の冷媒Ｇを供給することができ、複数のセル列１５の温度のばらつきを減らすことができる。

図５は、変形例の電池モジュールを示す上面図である。図５に示す電池モジュール３は、Ｚ方向に繰り返し配置されており、上記の実施形態で説明した電池ユニット１を構成している。この電池モジュール３は、電池セル８の第２側面２７と対向する整流板３１を備える。

整流板３１は、電池セル８に対してＹ方向の両側にそれぞれ設けられている。整流板３１のＸ方向の両端は、それぞれ、各押え板２３と接触している。整流板３１のＺ方向の寸法は、電池セル８のＺ方向の寸法とほぼ同じである。整流板３１は、電池セル８の側方の空間を仕切っており、電池セル８の第２側面２７との間に冷媒Ｇの流路を形成している。

本変形例の電池モジュール３は、電池セル８と整流板３１との間の流路に冷媒Ｇが安定的に流れるようになり、この冷媒Ｇがヒートシンク１０の第１流路２８を流れた冷媒Ｇと効果的に混ざり合うようになるので、電池セル８を効果的に冷却することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。例えば、流路形成部材１１は、電池セル８の第２側面２７の側方を流れた冷媒Ｇと接する位置に配置され、第２側面２７の側方を流れた冷媒Ｇの流れ方向を、第１流路２８を流れた冷媒Ｇに向けて変化させてもよい。

また、流路形成部材１１は、第１方向から見て電池セル８と重なる位置に、第１方向へ冷媒が通る開口を有していてもよい。ただし、この開口を通った冷媒Ｇは、電池セル８の第２側面２７の側方を流れた冷媒Ｇと混ざりにくくなるので、開口を通る冷媒Ｇの量が少ないほど、上方の第１収容室１６に配置されたヒートシンク１０の第１流路２８へ流入する冷媒Ｇの温度を下げる効果が高くなる。このような観点で、第１方向から見て電池セル８と重なる領域に占める開口の面積比（開口率）は、０．５以下であることが好ましく、０．２５以下であることがより好ましい。また、開口の径が小さくなるほど、開口内の圧力損失が大きくなり、開口を通る冷媒Ｇの量が少なくなるので、上方の第１収容室１６に配置されたヒートシンク１０の第１流路２８へ流入する冷媒Ｇの温度を下げる効果が高くなる。このような観点で、開口を有する流路形成部材として、例えばポーラスプレート等を用いてもよい。

また、上記の実施形態では、第１収容室１６へ流入する冷媒Ｇのヒートシンク１０の第１流路２８の開口２９への流れを妨げないように、第１収容室１６の底部１９の貫通孔２０や電池収容ケース７の底板２５の通気孔２６が構成されている構成例を説明したが、第１収容室１６の底部１９の貫通孔２０と電池収容ケース７の底板２５の通気孔２６との間、及び電池収容ケース７の底板２５の通気孔２６とヒートシンク１０の第１流路２８の開口２９との間の少なくとも一方で、冷媒Ｇが屈曲して流れてもよい。

また、上記の実施形態では、Ｚ方向（鉛直方向）に冷媒Ｇが流れる構成例を説明したが、冷媒ＧがＸ方向又はＹ方向（水平方向）へ流れる構成としてもよい。例えば、冷媒ＧがＸ方向へ流れる構成にするには、ヒートシンク１０の第１流路２８の開口２９がＸ方向を向くようにヒートシンク１０の向きを変更すればよい。この場合に、電池セル８の配置を維持しつつ電池セル８に対するヒートシンク１０の姿勢を変化（例えば、Ｘ方向に平行な軸周りに９０°回転）させてもよいし、ヒートシンク１０とともに電池セル８の姿勢を変化させてもよい。この場合には、Ｘ方向が第１方向となり、Ｙ方向が第２方向、Ｚ方向が第３方向になる。この場合に、１つの電池モジュールによって１つの電池ユニットが構成されているとすることもできる。このように、電池ユニットを構成する電池モジュールの数は、適宜変更可能であり、端的には１つでもよい。また、電池ユニットを構成する電池セルの数は、第１方向に少なくとも２つの電池セル８が配置されていれば、特に限定はない。

また、上記の実施形態では、３方向に電池セル８が配列されている構成例を説明したが、電池セル８は、第１方向及び第２方向の２方向のみに配列されていてもよいし、第１方向のみに配列されていてもよい。

電池モジュール３は、筺体２に収容されていなくてもよく、例えば複数の電池モジュール３を互いに接して配置することで電池ユニットが構成されていてもよい。このように、電池ユニット１において、筺体２が省略されていてもよい。また、電池ユニット１において、電気部品５及び圧力損失部品６が省略されていてもよい。

また、冷媒Ｇは、自然風として電池ユニットへ供給されてもよいし、例えば電池ユニットが自動車等の移動体に搭載されている場合等に、移動体の移動によって電池ユニットへ供給されてもよい。このように、電池ユニット１において、冷媒供給装置４が省略されていてもよい。また、冷媒Ｇが水等の液体である場合には、冷媒を流す配管やポンプ等を適宜、用いてもよい。

１・・・電池ユニット、３・・・電池モジュール、４・・・冷媒供給装置、５・・・電気部品、６・・・圧力損失部品、８・・・電池セル、８Ａ・・・第１の電池セル、８Ｂ・・・第２の電池セル、９・・・第１側面、１０・・・ヒートシンク、１１・・・流路形成部材、１２〜１４・・・導電部材、１５・・・セル列、２７・・・第２側面、２８・・・第１流路、３０・・・第２流路、Ｇ・・・冷媒

Claims

第１方向に配列された複数の電池セルからなるセル列と、
前記第１方向の周りの前記電池セルの側面のうちの第１側面に接して設けられ、前記第１方向に延びる第１流路を形成するヒートシンクと、
前記複数の電池セルのうち前記第１方向にて互いに隣り合う第１の電池セルと第２の電池セルとの間に配置され、前記第１流路を流れた冷媒と前記第１の電池セルの周囲を前記ヒートシンクと接しないで前記第１方向に流れた冷媒とが合流して前記第２の電池セルに向って流れるように、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルとの間に冷媒の第２流路を形成する流路形成部材と、を備える電池ユニット。
前記第１側面は、前記第１方向の周りの前記電池セルの側面のうち前記ヒートシンクが接しない第２側面よりも面積が大きく、
前記流路形成部材は、前記第２側面の側方を流れた冷媒と前記第１流路を流れた冷媒を合流させる請求項１に記載の電池ユニット。
前記流路形成部材は、前記第１流路を流れた冷媒と接する位置に配置され、前記第１流路を流れた冷媒の流れ方向を、前記第２側面の側方を流れた冷媒に向けて変化させる請求項２に記載の電池ユニット。
前記セル列は、前記第１方向と交差する第２方向に複数配列されており、
前記第２方向に並ぶ複数の電池セルのうち前記第２方向の中央側で互いに隣り合って配置された１対の電池セルの間に配置された前記ヒートシンクの数は、前記第２方向に並ぶ複数の電池セルに対して前記第２方向の一方の外側に配置された前記ヒートシンクの数よりも多い請求項３に記載の電池ユニット。
前記第１の電池セルと前記第２の電池セルとの間で冷媒に接する位置に配置され、前記第２方向に並ぶ複数の電池セルを互いに電気的に接続する導電部材を備える請求項４に記載の電池ユニット。
前記第２方向に配列された前記複数のセル列のうちの所定のセル列を構成する電池セルの数は、他の各セル列を構成する電池セルの数よりも少なくなっており、
前記所定のセル列の前記第１方向に配置され、前記第１方向に流れる冷媒の圧力損失が前記電池セルの周囲を流れる冷媒の圧力損失よりも小さい電気部品と、
前記所定のセル列及び前記電気部品の周囲を前記第１方向に流れる冷媒の圧力損失を前記他の各セル列の周囲を前記第１方向に流れる冷媒の圧力損失に近づけるように設けられ、前記第１方向に流れる冷媒の圧力損失が前記電池セルの周囲を流れる冷媒の圧力損失よりも大きい圧力損失部品と、を備える請求項４又は５に記載の電池ユニット。
前記第１方向に冷媒を流す冷媒流通装置を備える請求項１ないし６のいずれか一項に記載の電池ユニット。