JP2013161720A

JP2013161720A - 電池パックの冷却装置

Info

Publication number: JP2013161720A
Application number: JP2012024345A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Miyano; 竜一宮野
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】本発明は、電池パックにおいて、並列方向の並びに沿いつつ単一方向に熱媒体の流体を流す場合に、並んだ組電池間の偏差をなくし、電池パック全体を均一に温度管理することを目的とする。また、熱媒体の流体を流す為の通路をできる限り省スペース化、構造簡素化を図り、電池パック全体をコンパクトに形成することを目的としている。
【解決手段】このため、直列に並べた複数の単位電池を組み合わせて電池パックを形成し、電池パックの各単位電池間に冷却風を流す電池パックの冷却装置において、複数の単位電池の各単位電池間に断熱性を有するスペーサを設け、スペーサに単位電池の直列方向に対して直交し所定の方向に熱媒体を流す通路を形成し、通路は第一の通路と第二の通路を備え、スペーサは、複数のスペーサを通路の所定の方向に沿って並べつつ、互いに異なる向きに並べた際に第一の通路と第二の通路が互いに連通するように構成した。
【選択図】図１

Description

この発明は電池パックの冷却装置に係り、特に単位電池（「電池セル」とも換言できる。）の状態管理機能に関わる構造に関する。
追記すれば、間隔を空けて並べて設けられる単位電池の間に介在するように設けられるスペーサ構造であって、単位電池を所望の温度に保つ為の熱媒体となる流体を流す電池パックの冷却装置に関するものである。

ハイブリッド車や電気自動車においては駆動用電池への電力の入出力によって単位電池が加熱してしまい、そのまま単位電池を使用すると寿命が短くなる。さらに、温度が上昇すると、単位電池が故障してしまうという不具合がある。
そのため、単位電池を所望の温度に保つために冷却する必要がある。
多くの場合、単位電池の冷却には空冷が用いられているが、例えば複数搭載した単位電池の一部だけ冷却できずに温度差が生じてしまうと、それだけで単位電池の性能を十分に引き出せなくなってしまう。
また、冷却の不備によって単位電池の劣化速度に差が生じてしまうので、単位電池を使用した制御が難しくなってしまうという欠点がある。
そのため、単位電池を均一に冷却する必要がある。

特許第４３６１２２９号公報特開２００７−４２６３７号公報特開２００９−８７５８３号公報特開２００９−２５９４５５号公報

ところで、従来の電池パックの冷却装置においては、図６に示す如く、角型の電池からなる複数の単位電池を組み合わせて電池パック１０１を形成し、この電池パック１０１を冷却風の流れで冷却する場合に、電池パック１０１のＡ列およびＢ列において単位電池１０２、１０３間には冷却風路となる間隙（図示せず）を設けている。
つまり、Ａ列およびＢ列において、例えば８個の第１〜第８単位電池１０２ａ〜１０２ｈ、１０３ａ〜１０３ｈを整列させて前記電池パック１０１を形成した際に、ファン１０４のダクト１０５を利用して流入口１０６からＡ列の第１〜第８単位電池１０２ａ〜１０２ｈ側に冷却風を送り込む。
そして、冷却風をＡ列の第１〜第８単位電池１０２ａ〜１０２ｈ間に形成した隙間（図示せず）を通過させ、このＡ列の第１〜第８単位電池１０２ａ〜１０２ｈの冷却を行う。
その後、Ａ列の第１〜第８単位電池１０２ａ〜１０２ｈ間に形成される隙間を通過した冷却風は、Ｂ列に至り、このＢ列の第１〜第８単位電池１０３ａ〜１０３ｈ間に形成される隙間（図示せず）を通過しつつ、Ｂ列の第１〜第８単位電池１０３ａ〜１０３ｈの冷却を行い、前記電池パック１０１の流出口１０７から排出される。
しかし、従来の電池パックにおいては、冷却風がＡ列を冷却した後にＢ列に入るため、Ｂ列の冷却効率が下がってしまう。
この結果、Ｂ列の単位電池の方がＡ列の単位電池よりも温度が高くなるという不都合がある。
なお、均一冷却の方策としては、上記特許文献２に開示されるようにＡ列とＢ列との間から冷却風を導入し、Ａ列とＢ列との両サイドに冷却風を分割する方策がある。
しかし、この特許文献２に開示される手法では、電池パックのＡ列とＢ列との間に冷却風が流入するためのスペースが必要になってしまうという不都合がある。

この発明は、単位電池（電池セル）を直列に並べた組電池を直列方向と直交する方向に平行となるように複数並ベて（並列にして）設けて電池パックを構成する電池パックにおいて、並列方向の並びに沿いつつ単一方向に熱媒体としての流体（いわゆる冷却風など）を流す場合に、並列に並んだ組電池間の偏差をなくし、電池パック全体を均一に温度管理することを目的とする。
また、熱媒体としての流体（いわゆる冷却風など）を流す為の通路をできる限り省スペース化、構造簡素化を図り、電池パック全体をコンパクトに形成できるようにすることを目的とする。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、直列に並べた複数の単位電池を組み合わせて電池パックを形成し、この電池パックの各単位電池間に冷却風を流す電池パックの冷却装置において、前記複数の単位電池の各単位電池間に断熱性を有する材料製のスペーサを設け、このスペーサに単位電池の直列方向に対して直交し所定の方向に熱媒体を流す通路を形成し、この通路は、前記単位電池の側面に臨む開口面を有する第一の通路と、前記単位電池の側面に対して閉塞する第二の通路とを備え、前記スペーサは、複数のスペーサを通路の所定の方向に沿って並べつつ、互いに異なる向きに並べた際に第一の通路と第二の通路が互いに連通するように構成したことを特徴とする。

この発明によれば、断熱性を有するスペーサどうしを第一の通路と第二の通路とが互いに連通するようにすることで、組電池の列の並びが連結通路に対して上流側、下流側の順があっても、並列に並んだ組電池のいずれか一方の列の単位電池と熱交換を行った流体がいずれか他方の列の単位電池と熱交換を行わないように連結通路を形成することにできるので、即ち、連結通路に沿って流体を単位電池に対して部分断熱したり部分熱交換したりすることにできるので、組電池の列の並び方向による列どうしの熱影響を受けないようにでき、電池パック全体の均質的な熱管理が可能となる。
また、組電池どうしの密着配置が可能となる。
これにより、組電池の面（単位電池の直列方向に沿う面）の流体の流れにおける上流側と下流側の両面に必要であった集合部となる容積空間の片方を省略できるので、電池パック全体をコンパクトにできる。

図１はこの発明の電池パックの一部を示し、（ａ）は図６のＡ列部分の拡大断面図、（ｂ）は図６のＢ列部分の拡大断面図である。（実施例）図２は電池パックの単位電池間にスペーサを挿入する状態を示す概略斜視図である。（実施例）図３はスペーサの概略斜視図である。（実施例）図４はこの発明のその他の実施例を示し、（ａ）はその他の第１実施例を示す図６のＡ列部分の拡大断面図、（ｂ）はその他の第２実施例を示す図６のＢ列部分の拡大断面図である。（実施例）図５はこの発明の実施例のその他の第２例を示す図である。（実施例）図６はこの発明の従来技術を示す電池パックの概略斜視図である。

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図３はこの発明の実施例を示すものである。
図２及び図３において、１は電池パック、２はこの電池パック１を形成するために直列に並べた複数の単位電池、例えば図６におけるＡ列の単位電池、３は前記電池パック１を形成するために直列に並べた複数の単位電池、例えば図６におけるＢ列の単位電池、４はスペーサである。
前記電池パック１（図６においては符号１０１参照。）は、図６から明らかなように、角型の電池からなる複数の単位電池を組み合わせて形成している。
このとき、正確には、前記電池パック１のＡ列およびＢ列において、複数の単位電池、つまりＡ列の単位電池２とＢ列の単位電池３とを夫々整列させて形成している。
この実施例においては、Ａ列の単位電池２及びＢ列の単位電池３を説明する際に、構成を簡略として理解を容易とするために、例えばＡ列とＢ列との単位電池２、３の個数を夫々２個とし、第１、第２単位電池２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂによって説明する。

Ａ列の前記単位電池２及びＢ列の前記単位電池３において、前記第１単位電池２ａ、２ｂと第２単位電池３ａ、３ｂとの間に断熱性を有する材料製の前記スペーサ４を設ける。
そして、このスペーサ４に前記単位電池２及び前記単位電池３の直列方向に対して直交し所定の方向に熱媒体を流す通路５を形成する。
このとき、この通路５は、前記単位電池２、３の側面２ｓ、３ｓに臨む開口面６を有する第一の通路７と、前記単位電池２、３の側面２ｓ、３ｓに対して閉塞する第二の通路８とを備えている。
また、前記スペーサ４は、複数のスペーサを通路５の所定の方向に沿って並べつつ、互いに異なる向きに並べた際に第一の通路７と第二の通路８が互いに連通するように構成する。
つまり、Ａ列の前記単位電池２及びＢ列の前記単位電池３において、前記第１単位電池２ａ、２ｂと第２単位電池３ａ、３ｂとの間に形成される隙間９に断熱性を有する前記スペーサ４を設け、このスペーサ４どうしを第一の通路７と第二の通路８とが互いに連通するようにすることで、前記電池パック１の組電池である前記単位電池２の列の並びが連結通路に対して上流側、下流側の順があっても、
並列に並んだ単位電池２のいずれか一方の列の単位電池と熱交換を行った流体がいずれか他方の列の単位電池と熱交換を行わないように連結通路を形成することにできるので、即ち、連結通路に沿って流体を単位電池２に対して部分断熱したり部分熱交換したりすることにできるので、単位電池２の列の並び方向による列どうしの熱影響を受けないようにでき、電池パック１全体の均質的な熱管理が可能となる。
また、組電池である前記単位電池２どうしの密着配置が可能となる。
つまり、単位電池２の面（単位電池の直列方向に沿う面）の流体の流れにおける上流側と下流側の両面に必要であった集合部となる容積空間の片方を省略できるので、電池パック全体をコンパクトにできる。

詳述すれば、前記スペーサ４は、前記第１単位電池２ａ、２ｂと第２単位電池３ａ、３ｂとの間の隙間幅方向に延びる壁部１０を有し、この壁部１０によって前記第一の通路７と前記第二の通路８とを互いに隔離可能な構成とする。
そして、前記スペーサ４には前記第一の通路７と前記第二の通路８とを規則性を有する順に並べて設ける。
つまり、前記スペーサ４の壁部１０は、図３に示す如く、例えば断面四角形状に形成した複数個の第１部材１１と、複数個の第１部材１１の中央部位を順次接続する第２部材１２とからなる。
また、この第２部材１２の両側の前記通路５を、前記単位電池２、３の側面２ｓ、３ｓに臨む開口面６を有する前記第一の通路７とし、前記第１部材１１の内部空間の前記通路５を、前記単位電池２、３の側面２ｓ、３ｓに対して閉塞する前記第二の通路８とする。
追記すれば、前記スペーサ４において、前記通路５の第一の通路７及び第二の通路８は交互に複数箇所に形成される。
このとき、第一の通路７と第二の通路８との個数を合致させ、前記スペーサ４を上下反転させて配置した際に、第一の通路７と第二の通路８との形成位置が変化するように形成する。
なお、前記第一の通路７は、前記単位電池２、３の側面２ｓ、３ｓに臨む開口面６を有していることにより、通過する冷却風によって単位電池２、３が冷却される。
前記第二の通路８は、前記単位電池２、３の側面２ｓ、３ｓに対して閉塞していることにより、通過する冷却風によって単位電池２、３が冷却されることはなく、冷却風の温度が上昇することはない。
更に、複数の前記スペーサ４を前記通路５の所定の方向に沿って並べた際に対向する前記壁部１０が連続するとともに、互いに所定の方向軸に沿って反転させて対照的に並べた際に前記第一の通路７と前記第二の通路８とが互いに連通する構成とする。
つまり、Ａ列の前記単位電池２の第１、第２単位電池２ａ、２ｂ間及びＢ列の前記単位電池３の第１、第２単位電池３ａ、３ｂ間に前記スペーサ４を設ける際に、Ａ列用のスペーサ４Ａに対して、Ｂ列用のスペーサ４Ｂを上下反転させて配置する。
そして、Ａ列用のスペーサ４Ａ及びＢ列用のスペーサ４Ｂを互いに所定の方向軸に沿って反転させて対照的に並べた際に、前記第一の通路７と前記第二の通路８とを互いに連通、つまり、Ａ列用のスペーサ４Ａの第一の通路７とＢ列用のスペーサ４Ｂの第二の通路８、及び、Ａ列用のスペーサ４Ａの第二の通路８とＢ列用のスペーサ４Ｂの第一の通路７とを夫々連通させるものである。
従って、前記壁部１０によって前記第一の通路７と前記第二の通路８のそれぞれの熱媒体を互いに隔離すれば、列の並び方向での上流側、下流側の位置関係に依存する熱影響を排除できる。

また、前記スペーサ４に前記壁部１０を形成する際に、上述した実施例では、前記第一の通路７と前記第二の通路８とを規則性を有する順に並べ、壁部１０を断面四角形に形成した複数個の第１部材１１と複数個の第１部材１１の中央部位を順次接続する第２部材１２とにより形成した。
しかし、以下の変形例とすることも可能である。
例えば、Ａ列の前記単位電池２の第１、第２単位電池２ａ、２ｂ間及びＢ列の前記単位電池３の第１、第２単位電池３ａ、３ｂ間の前記スペーサ２１Ａ、２１Ｂに前記壁部２２を形成する際に、図４に示す如く、前記第一の通路２３と前記第二の通路２４との断面をともに三角形として所定方向に一様に形成する第１の変形例や、Ａ列の前記単位電池２の第１、第２単位電池２ａ、２ｂ間及びＢ列の前記単位電池３の第１、第２単位電池３ａ、３ｂ間の前記スペーサ３１Ａ、３１Ｂに前記壁部３２を形成する際に、図５に示す如く、前記第一の通路３３と前記第二の通路３４との断面をともに四角形として所定方向に一様に形成する第２の変形例とする。
つまり、前記スペーサ２１Ａ、２１Ｂに前記壁部２２を形成する際には、図４に示す如く、板状部材とこの板状部材の一側に取り付けた波板状部材とによって断面三角形状の前記第一の通路２３及び前記第二の通路２４を形成する。
また、前記スペーサ３１Ａ、３１Ｂに前記壁部３２を形成する際には、図５に示す如く、板状部材とこの板状部材の一側に所定間隔毎に取り付けた断面コ字状部材とによって断面四角形状の前記第一の通路３３及び前記第二の通路３４を形成する。
このとき、前記第一の通路２３と前記第二の通路２４とを合わせて偶数個の通路とするとともに、前記第一の通路３３と前記第二の通路３４とを合わせて偶数個の通路とする。
さすれば、前記スペーサ３１に前記壁部３２を形成する際に、成型が容易である。
また、成型が容易となることによって、生産性を良好とすることができる。

なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。

例えば、この発明の実施例において、通路構造によって熱媒体が単位電池の側面に接する面積が減ることに応じて単位時間当りの流量を増加する特別構成とすれば、充分な熱交換容量を確保することができるものである。

１電池パック
２Ａ列の単位電池
２ａ、２ｂＡ列の第１、第２単位電池
３Ｂ列の単位電池
３ａ、３ｂＢ列の第１、第２単位電池
４スペーサ
４ＡＡ列用のスペーサ
４ＢＢ列用のスペーサ
５通路
６開口面
７第一の通路
８第二の通路
９隙間
１０壁部
１１第１部材
１２第２部材

Claims

直列に並べた複数の単位電池を組み合わせて電池パックを形成し、この電池パックの各単位電池間に冷却風を流す電池パックの冷却装置において、前記複数の単位電池の各単位電池間に断熱性を有する材料製のスペーサを設け、このスペーサに単位電池の直列方向に対して直交し所定の方向に熱媒体を流す通路を形成し、この通路は、前記単位電池の側面に臨む開口面を有する第一の通路と、前記単位電池の側面に対して閉塞する第二の通路とを備え、前記スペーサは、複数のスペーサを通路の所定の方向に沿って並べつつ、互いに異なる向きに並べた際に第一の通路と第二の通路が互いに連通するように構成したことを特徴とする電池パックの冷却装置。
前記スペーサは、前記単位電池間の隙間幅方向に延びる壁部を有し、この壁部によって前記第一の通路と前記第二の通路とを互いに隔離可能な構成とし、前記スペーサは、複数のスペーサを前記通路の所定の方向に沿って並べた際に対向する前記壁部が連続するとともに、互いに所定の方向軸に沿って反転させて対照的に並べた際に前記第一の通路と前記第二の通路とが互いに連通する構成とし、前記スペーサに前記第一の通路と前記第二の通路とを規則性を有する順に並べて設けたことを特徴とする請求項１に記載の電池パックの冷却装置。
前記第一の通路と前記第二の通路との断面をともに三角形またはともに四角形として所定方向に一様に形成し、前記第一の通路と前記第二の通路とを合わせて偶数個の通路とすることを特徴とする請求項１または２に記載の電池パックの冷却装置。