JP2012226954A

JP2012226954A - 電池ユニット

Info

Publication number: JP2012226954A
Application number: JP2011093214A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Koike; 哲夫小池
Original assignee: DENDO SHARYO GIJUTSU KAIHATSU KK
Current assignee: DENDO SHARYO GIJUTSU KAIHATSU KK
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2012-11-15

Abstract

【課題】冷却または加温の効率を向上させた構造を提供する。
【解決手段】電池ユニット２００は、電池１２、および電池１２と熱交換する液状の熱交換媒体１５０を収容する収容部１１０と、収容部１１０の下面側に配置され、熱交換媒体１５０を加熱する加熱部１３０と、収容部１１０の上面側に配置され、熱交換媒体１５０を冷却する冷却部１２０とを備える。加熱部１３０は、電池１２より下方に配置されている。冷却部１２０は、電池１２より上方に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池ユニットの冷却または加温の構造に関する。

リチウムイオン二次電池などの電池は、高温下または低温下で充電または放電する場合に、電池の特性に悪影響を与える場合がある。そこで、電池は適宜冷却または加温されることが好ましい。特許文献１には、絶縁オイル中にバッテリを配置し、冷媒の気化熱で冷却されたエバポレータにより絶縁オイルを介してバッテリを冷却し、冷媒の凝縮熱で発熱したエバポレータにより絶縁オイルを介してバッテリを加温する電源装置が開示されている。
特許文献１特開２００９−３７９３４号公報
特許文献２特開２００９−２８９６６８号公報
特許文献３特開２００６−３３１９５６号公報

従来の電源装置における電池を冷却または加温する構造は、冷却または加熱の効率が不十分であった。そこで、本発明は、冷却または加温の効率を向上させた構造を提供する。

本発明に係る電池ユニットの１つの態様において、電池ユニットは、電池、および電池と熱交換する液状の熱交換媒体を収容する収容部と、収容部の下面側に配置され、熱交換媒体を加熱する加熱部と、収容部の上面側に配置され、熱交換媒体を冷却する冷却部とを備える。

収容部は、加熱部および冷却部を収容してもよい。また、加熱部は、電池より下方に配置されもよい。さらに、冷却部は、電池より上方に配置されてもよい。

上記電池ユニットは、複数の電池を備え、冷却部は、複数の電池の間に配置されてもよい。また、加熱部は、電池の真下に配置されてもよい。上記電池ユニットは、電池の上方で、かつ冷却部の間に回路基板をさらに備えてもよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。本実施形態に係る電池ユニットの斜視図である。図２に示す電池ユニットのＸＺ平面の断面図である。図２に示す電池ユニットのＹＺ平面の断面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。特許請求の範囲または実施形態における「電池ユニット」および「電池」は、セル電池、複数のセル電池を有する電池ブロック、複数の電池ブロックを有する電池モジュールのいずれかを示す用語として用いられる。また、「電池ユニット」は、電池自体に加え、複数の電池を相互に固定または保持する部材、または電池を制御するための回路もしくは電池の状態を検出するための回路が設けられた基板を有する構造の名称としても用いられる。

図１は、本実施形態に係る電池モジュール１００の斜視図である。電池モジュール１００は、複数の電池ブロック１０および回路基板２０を有する。複数の電池ブロック１０は、それぞれ直列に接続されている。電池ブロック１０は、複数の電池１２、一対の支持板１４、および一対の電極板１６を含む。

複数の電池１２は、円筒型電池であり、例えば１８６５０型リチウムイオン二次電池セルである。複数の電池１２は同一方向（Ｘ方向）に沿って略平行に配置されている。また、複数の電池１２は、Ｘ方向に略垂直な面において千鳥状に配置されている。１つの電池ブロック１０に含まれる電池１２は、一対の電極板１６を介して並列に接続されている。また、複数の電池ブロック１０は、Ｘ方向と略垂直な方向（Ｙ方向）に沿って一列に配列されており、直列に接続されている。

一対の支持板１４は、千鳥状に配置された複数の貫通孔を含み、複数の貫通孔に複数の電池１２がそれぞれ挿入されることにより、複数の電池１２を支持している。一対の電極板１６のそれぞれは、複数の電池１２のそれぞれの一方の電極と電気的に接続されている。複数の電池１２のそれぞれの電極は、例えば、超音波溶接、パルス溶接などの溶接によりそれぞれの電極板１６に接合されている。電極板１６は、直列接続の対象となる隣接した電池ブロック側の周縁部に、複数の電池１２側とは反対側に向かって屈曲した屈曲部１６ａを有する。屈曲部１６ａは、直列接続の対象となる電池ブロック１０の電極板１６が有する屈曲部１６ａと面接触している。これにより、隣接した電池ブロック１０同士が直列に接続される。

回路基板２０は、一列に配置された複数の電池ブロック１０の上方に配置され、複数の電池ブロック１０を制御する制御回路を有する。

図２は、本実施形態に係る電池ユニット２００の斜視図である。図３は、図２に示す電池ユニットのＸＺ平面の断面図である。図４は、図２に示す電池ユニットのＹＺ平面の断面図である。

電池ユニット２００は、複数の電池モジュール１００、冷却部１２０、加熱部１３０、収容部１１０、および外部出力端子１０２を備える。収容部１１０は、複数の電池モジュール１００、冷却部１２０、および加熱部１３０を収容する。収容部１１０は、さらに、複数の電池モジュール１００と熱交換する液状の熱交換媒体１５０を収容する。なお、収容部１１０は、外部との熱を遮断する断熱構造を有する。

収容部１１０内には、熱交換媒体１５０が充満されおり、複数の電池モジュール１００、冷却部１２０、および加熱部１３０は、熱交換媒体１５０に漬かっている。収容部１１０内には、さらに、複数の電池モジュール１００の間に仕切板１１２が配置されている。

冷却部１２０および加熱部１３０により、熱交換媒体１５０が温度調整されることで、複数の電池モジュール１００の温度が予め定められた温度範囲に調整される。なお、熱交換媒体１５０は、電気的に絶縁性の液状の媒体であり、例えばシリコンオイルまたはハイドロフルオロエーテルである。

複数の電池モジュール１００は、直列に接続されており、両端の電池モジュールの一方の電極は、それぞれ外部出力端子１０２に接続されている。

冷却部１２０は、収容部１１０の上面側の複数の電池モジュール１００の上方に配置され、熱交換媒体１５０を冷却し、熱交換媒体１５０を介して電池モジュール１００を冷却する。冷却部１２０は、冷媒の入口３００および出口３１０を有する一本の配管を含む。冷却部１２０は、波状に折り曲げられ、複数の電池モジュール１００の間に配置されている。回路基板２０は、折り曲げられた冷却部１２０の間に配置されている。なお、冷却部１２０は、収容部１１０の外に配置されてもよい。

冷却部１２０は、いわゆるヒートパイプの一部でもよい。ここで、ヒートパイプは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、および環状配管を備える。圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器は、それぞれ環状配管を介して接続されている。環状配管内には、冷媒が充填されている。圧縮機は、過熱蒸気の冷媒を圧縮して高温および高圧の過熱蒸気にする。凝縮器は、圧縮機により高温および高圧の過熱蒸気となった冷媒から高熱源へと放熱させ、冷媒を過冷却液にする。膨張弁は、凝縮器により過冷却液となった冷媒を膨張させ湿り蒸気にする。蒸発器は、膨張弁により湿り蒸気となった冷媒に低熱源から吸熱させ、その冷媒を過熱蒸気にする。このようなヒートパイプが備える蒸発器を冷却部１２０として機能させてもよい。冷却部１２０は、膨張弁により湿り蒸気となった冷媒に液状の熱交換媒体１５０から吸熱させ、その冷媒を過熱蒸気にすることにより、熱交換媒体１５０を冷却する。

加熱部１３０は、図３および図４に示すように、収容部１１０の下面側の電池モジュール１００より下方に配置されている。加熱部１３０は、例えばヒータであり、熱交換媒体１５０を加熱し、熱交換媒体１５０を介して電池モジュール１００を加熱する。加熱部１３０は、電池モジュール１００を構成する電池１２の直下に配置されてもよい。加熱部１３０は、収容部１１０の外に配置されてもよい。

上記の通り、冷却部１２０が電池モジュール１００の上方に配置され、加熱部１３０が電池モジュール１００の下方に配置されている。熱交換媒体１５０は、比較的低温の場合には、下方に移動しやすく、比較的高温の場合には、上方に移動しやすい。よって、冷却部１２０により冷却された熱交換媒体１５０は、収容部１１０の下方に移動しやすい。また、加熱部１３０により加熱された熱交換媒体１５０は、収容部１１０の上方に移動しやすい。したがって、冷却部１２０および加熱部１３０を上記のように配置することで、熱交換媒体１５０は、収容部１１０内を循環しやすい。よって、本実施形態に係る電池ユニット２００によれば、冷却または加温の効率を向上させられる。また、熱交換媒体１５０の温度を一定に保ち易くなるので、電池モジュール１００の温度を一定に保ち易くなる。

さらに、複数の電池モジュール１００の間に仕切板１１２を設けることで、それぞれの電池モジュール１００の周辺の熱交換媒体１５０の温度が、他の電池ブロック１０の周辺の熱交換媒体１５０の温度に影響を受けにくい。したがって、仕切板１１２を設けることで、電池モジュール１００の温度の調整をそれぞれ個別に制御しやすくなる。なお、収容部１１０内には熱交換媒体１５０の温度を検出する温度センサが設けられている。さらに、回路基板２０は、温度センサから熱交換媒体１５０の温度を示す温度データを取得し、取得した温度データに基づいて冷却部１２０および加熱部１３０を制御する制御回路を有してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０電池ブロック
１２電池
１４支持板
１６電極板
２０回路基板
１００電池モジュール
１０２外部出力端子
１１０収容部
１１２仕切板
１２０冷却部
１３０加熱部
１５０熱交換媒体
２００電池ユニット

Claims

電池、および前記電池と熱交換する液状の熱交換媒体を収容する収容部と、
前記収容部の下面側に配置され、前記熱交換媒体を加熱する加熱部と、
前記収容部の上面側に配置され、前記熱交換媒体を冷却する冷却部と
を備える電池ユニット。
前記収容部は、前記加熱部および前記冷却部を収容する請求項１に記載の電池ユニット。
前記加熱部は、前記電池より下方に配置されている請求項１または請求項２に記載の電池ユニット。
前記冷却部は、前記電池より上方に配置されている請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電池ユニット。
複数の前記電池を備え、
前記冷却部は、前記複数の電池の間に配置されている請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の電池ユニット。
前記加熱部は、前記電池の真下に配置されている請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の電池ユニット。
前記電池の上方で、かつ前記冷却部の間に回路基板をさらに備える請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の電池ユニット。