JP2014135173A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】鉛直方向に配置される電池モジュール間の温度差を小さくすること。
【解決手段】電池パック１０は、ケース１１を備えている。ケース１１の側壁１５の一つには、電池モジュール２１，２２，２３が固定されている。第１の電池モジュール２１は、最も鉛直方向下方に配置されている。第３の電池モジュール２３は、最も鉛直方向上方に配置されている。第２の電池モジュール２２は、第１の電池モジュール２１と第３の電池モジュール２３の間に配置されている。第３の電池モジュール２３は、充放電時の発熱量が最も少ない。第１の電池モジュール２１は、充放電時の発熱量が最も多い。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉛直方向に積層配置された電池モジュールを有する電池パックに関する。

鉛直方向に積層配置された電池モジュールを有する電池パックとしては、例えば、特許文献１に記載の二次電池装置が挙げられる。特許文献１に記載の二次電池装置は、複数の電池積層アッセンブリを備えている。電池積層アッセンブリは、床板と、床板状に固定されたベース板と、を有し、このベース板上に、５個の電池モジュールが載置されている。隣り合う電池モジュール間には、側面板が設けられている。各電池モジュール上には、パッキンが載置され、更に、側面板、パッキン及び電池モジュールに重ねて、次段のベース板が積層され、このベース板に電池モジュールが載置されている。これにより、電池モジュールは、積層配置されている。

特開２０１１−５４３５３号公報

ところで、電池モジュール（二次電池）が発熱すると、この熱は、鉛直方向上方に向けて熱移動する。このため、積層された電池モジュールでは、下側の電池モジュールに比べて、上側の電池モジュールの温度が高くなりやすく、上側の電池モジュールと下側の電池モジュールで温度差が生じてしまう。電池モジュール間に温度差が生じると、電池パックの寿命が短くなるおそれがある。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉛直方向に配置される電池モジュール間の温度差を小さくすることができる電池パックを提供することにある。

上記課題を解決する電池パックは、複数の電池セルを有する電池モジュールが鉛直方向に積層配置された電池パックであって、最も鉛直方向上方に配置される前記電池モジュールは、最も鉛直方向下方に配置される前記電池モジュールに比べて、充放電時の発熱量が少ないことを要旨とする。

これによれば、電池モジュールが発熱すると、この熱は、鉛直方向上方に向けて熱移動する。最も鉛直方向上方に配置される電池モジュールよりも鉛直方向下方に配置された電池モジュールが発した熱は、最も鉛直方向上方に配置された電池モジュールを加熱する。最も鉛直方向上方に配置された電池モジュールは、発熱量が少ないため、自身の発熱による温度の上昇が小さく、最も鉛直方向下方に配置される電池モジュールと最も鉛直方向上方に配置される電池モジュールの温度差を小さくすることができる。

上記電池パックについて、前記最も鉛直方向上方に配置される前記電池モジュールは、製造時の状態で、前記最も鉛直方向下方に配置される前記電池モジュールに比べて、充放電時の発熱量が少ないことが好ましい。

上記電池パックについて、前記電池モジュールは、密閉されたケースに収容されることが好ましい。
これによれば、ケースが密閉されているため、電池モジュールが発した熱は、ケースの内部に篭りやすく、特に、ケースの内部における鉛直方向上方の領域に篭りやすい。このように、鉛直方向上方に配置される電池モジュールの温度が上昇しやすい場合に、最も鉛直方向上方に発熱量の少ない電池モジュールを配置することで、特にその効果が発揮される。

本発明によれば、鉛直方向に配置される電池モジュール間の温度差を小さくすることができる。

実施形態の電池パックを示す斜視図。 実施形態の電池パックを示す図１の２−２線断面図。 実施形態の電池モジュールを示す断面図。

以下、電池パックの一実施形態について説明する。
図１に示すように、電池パック１０は、ケース１１に複数の電池モジュール２１，２２，２３が収容されている。

図２に示すように、ケース１１は、有底四角筒状のケース本体１２と、ケース本体１２の開口部を閉塞する蓋部材１３とからなる。ケース本体１２は、矩形平板状をなす底板１４と、底板１４の外周縁から立設された側壁１５とからなる。本実施形態のケース１１は、密閉式のケースとなっている。ケース１１は、底板１４が鉛直方向下方に位置するように配置される。

図１及び図２に示すように、側壁１５の一つには、電池モジュール２１，２２，２３が固定されている。本実施形態では、鉛直方向上方に向かって第１の電池モジュール２１、第２の電池モジュール２２、第３の電池モジュール２３の順に並べられた電池列が、水平方向（側壁１５の厚み方向、鉛直方向それぞれと直交する方向）に二組並んで設けられている。第１の電池モジュール２１は、最も鉛直方向下方に配置されている。第３の電池モジュール２３は、最も鉛直方向上方に配置されている。第２の電池モジュール２２は、第１の電池モジュール２１と第３の電池モジュール２３の間に配置されている。

図３に示すように、それぞれの電池モジュール２１，２２，２３は、電池セル（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素蓄電池などの二次電池）としての角型電池２４が、電池ホルダ２５に保持された状態で並設されるとともに、隣り合う角型電池２４の間に伝熱プレート２６が介装されている。電池モジュール２１，２２，２３において、角型電池２４の並設方向両端にはブラケット２７が設けられている。そして、このブラケット２７を挿通したボルトＢが側壁１５に螺合されることで、電池モジュール２１，２２，２３は、側壁１５に固定されている。なお、本実施形態において、各電池モジュール２１，２２，２３の角型電池２４は、全て同一種類のものを使用している。

それぞれの電池モジュール２１，２２，２３は、放電時及び充電時に発熱する。それぞれの電池モジュール２１，２２，２３を一定時間放電又は充電させたときの発熱量は、第１の電池モジュール２１の発熱量が最も多く、第２の電池モジュール２２の発熱量は第１の電池モジュール２１の次に多い。第３の電池モジュール２３の発熱量は、最も少ない。

それぞれの電池モジュール２１，２２，２３の発熱量は、それぞれの電池モジュール２１，２２，２３が有する角型電池２４の発熱量によって異なる。角型電池２４の発熱量は、角型電池２４の内部抵抗及び電気容量（電池容量）によって変動する。角型電池２４の内部抵抗が高ければ高いほど角型電池２４の発熱量も多くなる。角型電池２４の電気容量が多ければ多いほど、角型電池２４の発熱量も多くなる。

角型電池２４を製造する場合、製造上の誤差により、角型電池２４の内部抵抗及び電気容量に差が生じる。このため、同一の種類の角型電池２４であっても、発熱量が異なる。それぞれの電池モジュール２１，２２，２３を製造するときには、角型電池２４の内部抵抗及び電気容量から、角型電池２４の発熱量を求める。そして、第１の電池モジュール２１は、第２の電池モジュール２２の角型電池２４よりも発熱量の多い角型電池２４を組み付けて製造され、第２の電池モジュール２２は、第３の電池モジュール２３の角型電池２４よりも発熱量の多い角型電池２４を組み付けて製造される。

なお、角型電池２４や、電池モジュール２１，２２，２３の製造時には、それぞれの部材が定められた規格を満たしているか否かの検査が行われる。この検査によって角型電池２４や電池モジュール２１，２２，２３の発熱量を判断することができる。このため、角型電池２４や電池モジュール２１，２２，２３の発熱量を調べるために、製造上の工程が増えることはない。

本実施形態において、製造時の状態では、第３の電池モジュール２３の発熱量が、第１の電池モジュール２１の発熱量よりも少ない。しかしながら、電池モジュール２１，２２，２３は、使用に伴い、角型電池２４の劣化などによって発熱量が変化していく。このため、電池モジュール２１，２２，２３の放電及び充電を繰り返すことで、電池モジュール２１，２２，２３各々の発熱量が変化し、例えば、第１の電池モジュール２１の発熱量が第３の電池モジュール２３の発熱量より小さくなる場合があるが、少なくとも製造時に電池モジュール２１，２２，２３を本発明のように配置することで電池モジュール２１，２２，２３の温度差が大きくなるタイミングを遅らせることができる。なお、「製造時の状態」とは、電池パック１０を製造した段階から、検査などの充放電を除いて電池モジュール２１，２２，２３を充放電していない状態を示す。

次に、電池パック１０の作用について説明する。
図２に示すように、電池モジュール２１，２２，２３の放電又は充電に伴い、電池モジュール２１，２２，２３が発熱すると、電池モジュール２１，２２，２３の周囲の熱媒体（空気）が加熱される。加熱された熱媒体は、鉛直方向上方に移動する。このため、ケース１１の内部では、鉛直方向上方の領域の雰囲気温度ほど高温となる。

発熱量の最も多い電池モジュールが偶発的に最も鉛直方向上方に配置されている場合には、最も鉛直方向上方に配置されている電池モジュール自身の発熱量が多いことに加え、雰囲気温度が高いことで周囲の熱媒体への放熱効率も低下するため、当該電池モジュールの温度が上昇しやすい。最も鉛直方向下方に配置されている電池モジュールは、自身の発熱量が少なく、更に、加熱された熱媒体が鉛直方向上方へ移動することで、鉛直方向下方の領域の雰囲気温度が低くなり、温度が上昇しにくい。この結果、最も鉛直方向下方に配置される電池モジュールと、最も鉛直方向上方に配置される電池モジュールとで、温度差が大きくなる。

本実施形態の電池パック１０においては、発熱量の少ない第３の電池モジュール２３を、最も鉛直方向上方に配置しているため、第３の電池モジュール２３自身の発熱量が少ない。このため、周囲の雰囲気温度が高いことで放熱効率が低下しても、第３の電池モジュール２３の温度が上昇しにくい。この結果、第１の電池モジュール２１と、第３の電池モジュール２３の温度差が小さくなる。また、第２の電池モジュール２２の発熱量は、第１の電池モジュール２１の発熱量よりも少なく、第３の電池モジュール２３の発熱量よりも多い。また、第２の電池モジュール２２の周囲の雰囲気温度は鉛直方向下方の領域よりも高く、鉛直方向上方の領域よりも低い。このため、第２の電池モジュール２２と、第１の電池モジュール２１及び第３の電池モジュール２３の温度差も小さくなる。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）最も鉛直方向上方に配置される第３の電池モジュール２３の発熱量は、最も鉛直方向下方に配置される第１の電池モジュール２１の発熱量よりも少ない。それぞれの電池モジュール２１，２２，２３が発熱したときに、最も雰囲気温度が高くなる鉛直方向上方に、発熱量の少ない第３の電池モジュール２３を配置することで、各電池モジュール２１，２２，２３の温度差を小さくすることができる。このため、電池パック１０の長寿命化が図られる。

（２）電池モジュール２１，２２，２３は密閉されたケース１１に収容されている。ケース１１の内部では、熱が篭りやすく、特に、ケース１１の内部における鉛直方向上方の領域には、熱が篭りやすい。このため、このような構成の場合に、最も鉛直方向上方に、発熱量の少ない第３の電池モジュール２３を配置することで電池モジュール２１，２２，２３間の温度差を適切に小さくすることができる。

（３）第１の電池モジュール２１、第２の電池モジュール２２及び第３の電池モジュール２３の温度を調節する温度調節装置（例えば、送風機や、冷却器など）を用いて各電池モジュール２１，２２，２３の温度差を小さくすることも考えられる。しかしながら、温度調節装置を設ける場合には、製造コストが上昇する。本実施形態の電池パック１０のように、発熱量によって各電池モジュール２１，２２，２３の配置位置を決めることで、温度調節装置を設けなくても、各電池モジュール２１，２２，２３の温度差を小さくすることができる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、角型電池２４の発熱量を求めて、角型電池２４の発熱量に応じて電池モジュール２１，２２，２３を構成したが、これに限られない。例えば、角型電池２４を不規則に組み付けて電池モジュール２１，２２，２３を構成した後に、それぞれの電池モジュール２１，２２，２３の発熱量を求めて、発熱量が最も多い電池モジュール２１，２２，２３を最も鉛直方向下方に配置し、発熱量が最も少ない電池モジュール２１，２２，２３を最も鉛直方向上方に配置してもよい。すなわち、各電池モジュール２１，２２，２３の角型電池２４は、発熱量の多い角型電池２４と発熱量の少ない角型電池２４が混在してもよく、電池モジュール２１，２２，２３単位での発熱量によりその位置関係が定まっていればよい。

○ 角型電池２４の発熱量が、内部抵抗や電気容量以外に起因して変化する場合には、これらを含めて角型電池２４の発熱量を求めてもよい。
○ 実施形態において、それぞれの電池モジュール２１，２２，２３の角型電池２４は、全て同一の種類としたがこれに限られない。例えば、第１の電池モジュール２１を構成する角型電池２４、第２の電池モジュール２２を構成する角型電池２４、第３の電池モジュール２３を構成する角型電池２４をそれぞれ異なる種類の角型電池２４にしてもよい。

○ 実施形態において、電池セルとして、円筒型電池や、ラミネート型の電池などを用いてもよい。
○ 実施形態において、電池モジュール２１，２２，２３はケース１１の内部に収容されていなくてもよい。この場合であっても、鉛直方向上方に向けた熱移動により、最も鉛直方向上方に配置される電池モジュール２１，２２，２３の温度が上昇しやすい。

○ 実施形態において、積層配置される電池モジュール２１，２２，２３の数は、２個以上であれば適宜変更してもよい。

１０…電池パック、１１…ケース、２１，２２，２３…電池モジュール、２４…角型電池。

Claims (3)

1. 複数の電池セルを有する電池モジュールが鉛直方向に積層配置された電池パックであって、
   最も鉛直方向上方に配置される前記電池モジュールは、最も鉛直方向下方に配置される前記電池モジュールに比べて、充放電時の発熱量が少ないことを特徴とする電池パック。
2. 前記最も鉛直方向上方に配置される前記電池モジュールは、製造時の状態で、前記最も鉛直方向下方に配置される前記電池モジュールに比べて、充放電時の発熱量が少ないことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記電池モジュールは、密閉されたケースに収容されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池パック。