JP2014203763A - 電池パックの温度調節構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルを、その周辺に沿って流れる媒体により温調するとき、媒体が、電池セルの周辺から突出した電極タブの溶接部をも確実に温調し得る構造を提供する。【解決手段】フレーム11にその両側から一対の電池セル14を嵌合すると共に、これら電池セル14の周辺に突設した電極タブ14a間を、これらに溶接したバスバ12により電気接続して構成した電池セルユニット2の場合、冷媒は矢γ,δで示すごとく、入り口11aから流入した後、電池セル14の周辺に沿って矢印方向に流れ、出口11bより外部へ出る。矢δで示す冷媒を、矢εで示すごとく、また矢γで示す冷媒も同様に、バスバ12を嵌合させたフレーム11のボックス部13内に指向させてバスバ12に向かわせるための温調媒体偏向部15をフレーム11に設け、矢εで示す冷媒によって、電極タブ14aおよびバスバ12間の溶接部を確実に冷却可能となす。【選択図】図４

Description

本発明は、電動モータのみを動力源とする電気自動車や、エンジンおよび電動モータを動力源とするハイブリッド車両のような電動車両の二次電池などに有用な電池パックの温度調節を行う装置の改良提案に関するものである。

かかる電池パックの温度調節装置としては従来、例えば特許文献1に記載のようなものが提案されている。
この提案技術は、扁平型電池セルをフレームに嵌め込んで構成した電池セルユニットを所定数順次積層して成る電池パックの冷却技術に係わり、フレームの一方側に設けた冷媒入り口からフレーム内にこの冷却媒体を供給し、この冷却媒体が電池セルの表面に沿って流れるとき、電池セルから熱交換により熱を奪って電池セルの冷却を行うよう構成し、冷却媒体をその後、フレームの他方側に設けた冷媒出口からフレーム外に排出するというものである。

特開２００５−２９４０２３号公報

ところで電池パックとして構成するには、電池セルユニットの隣り合う電池セル間を相互に電気接続する必要がある。
このため、扁平型電池セルの周辺に電極タブを突設し、隣り合う電池セルの相互に正対した電極タブ間に延在するよう配してバスバを設け、当該バスバの両端をそれぞれ対応する電池セルの電極タブに溶接し、このバスバにより隣り合う電池セル間を相互に電気接続する。

しかし、かように電池セルの周辺に突設した電極タブと、バスバとの溶接部は電気抵抗が大きくなって、電池パックに対する電力の出し入れが比較的多くなる使用条件下で発熱量も多くなるという問題を避けられない。

しかし従来の電池パック冷却技術では、電池セルの周辺に突設した電極タブとバスバとの溶接部が電池セルの周辺よりも更に外側に位置していることから、当該溶接部まで冷却媒体を行き渡らせることが困難で、上記発熱量に係わる問題を解決し得ない。
上記の溶接部で発生した熱は、電池セルの本体に至ってその劣化を早め、電池パックの耐久性を低下させることとなる。

本発明は、電池セルの周辺に突設した電極タブとバスバとの溶接部が電池セルの周辺よりも更に外側に位置していても、当該溶接部まで温調媒体が確実に達するよう改良することで、上記溶接部での発熱量に係わる問題を解消し、もって電池パックの耐久性低下を回避し、その使用寿命を延長させ得るようにした電池パックの温度調節構造を提案することを目的とする。

この目的のため、本発明による電池パックの温度調節構造は、以下のごとくにこれを構成する。
先ず、本発明の前提となる電池パックを説明するに、これは、
フレームを挟んでその両側に一対の扁平型電池セルを積層配置して構成すると共に、これら電池セルの周辺に突設した相互に対向する電極タブ間を、これら電極タブに溶接した電池セル間バスバにより電気接続して成り、且つ、前記両電池セルと前記フレームとの間にそれぞれ、両電池セルを熱交換により温度調節する温調媒体が両電池セルの周辺に沿って流れるようにするための調温媒体流路を設定した電池セルユニットを具え、該電池セルユニットを所定数、一体的に組み合わせて構成したものである。

本発明の温度調節構造は、かかる電池パックにおいて、
前記調温媒体流路を経て両電池セルの周辺に沿うよう流れる前記温調媒体を前記電池セル間バスバに指向させるための温調媒体偏向部を前記フレームに設定した構成に特徴づけられる。

かかる本発明による電池パックの温度調節構造にあっては、温調媒体偏向部が、調温媒体流路を経て両電池セルの周辺に沿うよう流れる温調媒体を電池セル間バスバに指向させるため、
電池セルの周辺に突設した電極タブとバスバとの溶接部が電池セルの周辺より更に外側に位置していても、当該溶接部まで温調媒体が達してここでの温度調節を保証し得ることとなり、当該溶接部の温度調節不良による電池セルの早期劣化、従って電池パックの寿命低下に係わる問題の解決を実現することができる。

本発明の第１実施例になる温度調節構造を具えた電池パックを、その温調システムと共に示す斜視図である。 図1における電池パックを構成する電池セルユニットのフレームを示す斜視図である。 図2におけるフレームに対して電池セル間バスバを嵌め込んで取り付ける前の状態および取り付けた後の状態をそれぞれ示す斜視図である。 図3におけるフレームの上下両側から電池セルを嵌合して取り付ける直前状態を示す斜視図である。 図4の状態から電池セルをフレームの上下両側に嵌合して取り付けた状態を示す斜視図である。 図5のVI-VI線上で断面とし、矢の方向に見て、フレームの上下両側における電池セルの電気接続部を示す詳細断面図である。 図5の電池セルユニットを、相互に重ね合わせる直前状態で示す斜視図である。 図5の電池セルユニットを、相互に重ね合わせ終えた状態で示す斜視図である。 図8のIX-IX線上で断面とし、矢の方向に見て、相互に重ね合わせた電池セルユニットの電気接続部を示す詳細断面図である。 本発明の第2実施例を示す、図3に対応するフレームおよび電池セル間バスバの斜視図である。 図10におけるフレームの上下両側から電池セルを嵌合して取り付ける直前状態を示す、図4と同様な斜視図である。 図11の位置から電池セルをフレームの上下両側に嵌合して取り付けた後に行う電池セル間の電気接続状態を示す、図6と同様な詳細断面図である。 図12のように上下の電池セルを電気接続して組み立て終えた電池セルユニットを、相互に重ね合わせた状態で示す、図8と同様な斜視図である。 図13のXIV-XIV線上で断面とし、矢の方向に見て、相互に重ね合わせた電池セルユニットの電気接続部を示す、図8と同様な詳細断面図である。 本発明の第3実施例を示す、図10に対応するフレームおよび電池セル間バスバの斜視図である。 図15におけるフレームの上下両側から電池セルを嵌合して取り付ける直前状態を示す、図11と同様な斜視図である。 図16の位置から電池セルをフレームの上下両側に嵌合して取り付けた後に行う電池セル間の電気接続状態を示す、図17と同様な詳細断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
＜第１実施例の構成＞
図１は、本発明の第１実施例になる温度調節構造を具えた電池パック1を、その温調システムと共に示すもので、本実施例では温度調節構造が電池パック1の冷却による温度調節を旨とするものとする。

電池パック1は、後で詳述する電池セルユニット2を所定数（図1では6個）、上下方向に順次重ね合わせて構成し、これら重ね合わせた6個の電池セルユニット2を上蓋3および下蓋4間に挟むと共に、これら6個の電池セルユニット2と上蓋3および下蓋4とを、四隅に貫通したボルト・ナット緊締具（図示せず）により一体化する。

かかる電池パック1の冷却（温調）システムは、送風機5、エバポレータ6、ヒータ7およびダクト8を順次に配列して具え、以下のように電池パック1の冷却（温調）を行うものとする。
送風機5からの空気は矢αで示すごとく、エバポレータ6を通過する間にこれとの熱交換により冷却され、エバポレータ6からの冷風を冷却（温調）媒体としてヒータ7により除湿した後、ダクト8を経て各電池セルユニット2の冷媒入り口11a（詳しくは後述する）からそれぞれの電池セルユニット2内に流入させる。

冷却（温調）媒体は、各電池セルユニット2内を通流する間に、その内部構成物（後述する）を熱交換により冷却して温度調節し、その後矢βで示すごとく、各電池セルユニット2からそれぞれの冷媒出口（詳しくは、11bの符号を付して後述する）を経て送風機5の吸入口に戻される。
冷却（温調）媒体は上記の循環により、各電池セルユニット2の内部構成物（後述する）を冷却して、電池パック1の温度調節を行うことができる。

＜電池セルユニット＞
電池パック1を構成する各電池セルユニット2は、図2に示すような矩形枠構造のフレーム11を具え、その一方の短辺壁に上記の冷媒入り口11aを、また他方の短辺壁に上記の冷媒出口11bをそれぞれ形成する。
これら冷媒入り口11aおよび冷媒出口11bはそれぞれ、矩形フレーム11の対角線位置に配して形成し、これにより冷媒入り口11aから冷媒出口11bに至るまでの間における電池セルユニット2内での二手に分かれた冷風（温調媒体）の流路長が等しくなるようにして、電池セルユニット2の冷却効率を高める。

矩形フレーム11の短辺壁にはそれぞれ更に、図3のような対向側壁12aおよび橋絡壁12bから成るU字断面形状の電池セル間バスバ12が同図に示すごとくに跨って取り付けられるようにするためのボックス部13を外方へ張り出させて設け、これら張り出しボックス部13は矩形フレーム11の短辺壁長手方向中央部に配置する。
これらボックス部13にはそれぞれ図３，４のごとく、これらに跨るようにして上記U字断面形状の電池セル間バスバ12を嵌め合わせる。

矩形フレーム11の上下方向両側より、図４に示す扁平型電池セル14を一対１組として、図５に示すごとく矩形フレーム11に嵌め合わせ、これにより矩形フレーム11を挟んでその両側に一対の扁平型電池セル14を積層配置する。
各扁平型電池セル14の短辺にはそれぞれ、該短辺から外方へ突出する電極タブ14aを設け、これら電極タブ14aはそれぞれ、矩形フレーム11に対する電池セル14の上記嵌合時に図5のごとく、対応する電池セル間バスバ12の対向側壁12aに乗る位置に配置する。

図６は、電池セルユニット2の組み立て状態を示す図５のVI-VI線上で断面とし、矢の方向に見て上記電極タブ14aおよび対向側壁12aの重なり具合を示す、電池セルユニット2の要部詳細断面図である。
この図６に示すごとく、扁平型電池セル14の電極タブ14aはそれぞれ、電池セル間バスバ12の対向側壁12aに乗った箇所において、×印W1で示すごとく溶接し、これにより電池セルユニット2の対をなす上下電池セル14間を相互に電気接続する。

以上により電池セルユニット2の組み立てが完了するが、この電池セルユニット2においては前記の冷却媒体が図4に矢γ,δで示すごとく、冷媒入り口11aから流入した後、電池セル14およびフレーム11間に画成された冷却（温調）媒体流路により二手に分かたれ、それぞれ電池セル14の周辺に沿って矢印方向に流れ、冷媒出口11bより送風機5（図1の矢β参照）の吸入口に戻される。
この間に冷却媒体が、各電池セル14を熱交換により冷却して温度調節し、その温度上昇を防止することができる。

ところで、扁平型電池セル14の短辺に外方へ張り出させて突設した電極タブ14aと、電池セル間バスバ12の対向側壁12aとの溶接部W1（図６参照）は電気抵抗が大きくなって、電池パック1に対する電力の出し入れが比較的多くなる使用条件下で発熱量も多くなる傾向にある。

しかし上記の溶接部W1が図６から明らかなように、電池セル14の周辺よりも更に外方に位置していることから、通常は当該溶接部W1まで冷却媒体を行き渡らせることが困難で、上記発熱量の問題を回避し得ない。
上記の溶接部W1で発生した熱は、電池セル14の本体に至ってその劣化を早め、電池パック1の耐久性を低下させる。

この問題を解決するために本実施例では、図４に矢δで示す冷却媒体をその後、矢εで示すごとく、また図４に矢γで示す冷却媒体も同様に、電池セル間バスバ12を嵌合させたボックス部13内に指向させて電池セル間バスバ12に向かわせるための温調媒体偏向部15を、図２〜４および図６に示すごとくフレーム11に設ける。

この温調媒体偏向部15は、当該溶接部W1が電池セル14の周辺よりも更に外側に位置していても、この溶接部W1まで冷却媒体を向かわせることができる。
よって、上記溶接部W1での発熱量が多くなった場合においても、その熱を問題ない程度まで冷却することができ、電池パック14の耐久性低下、ひいては電池パック1の寿命低下を回避し得る。

＜電池パック＞
上記組み立て完了後の電池セルユニット2を図１のように、所定数（図1では6個）、上下方向に順次重ね合わせて電池パック1と成すに際しては、図７〜9に示すごとく隣り合う重ね合わせた電池セルユニット2間の電気接続を以下のごとくに行う。

当該重ね合わせた電池セルユニット2の、相互に向かい合わせに対向して隣接する電池セル間バスバ12間に電池セルユニット間バスバ16を延在させる。
そして電池セルユニット間バスバ16の両端をそれぞれ、対応する電池セル間バスバ12の対向側壁間橋絡壁12bにあてがった状態で、図9に×印W2で示すごとく当該隣接する橋絡壁12bに溶接する。

かくして電池セルユニット間バスバ16は電池セル間バスバ12を介して、相互に隣り合う電池セルユニット2間を電気接続することとなり、この電気接続を、全ての相互に隣り合う電池セルユニット2に対して行う。
次いで、上記の電気接続を完了され、図１のごとくに重ね合わせた6個の電池セルユニット2を上蓋3および下蓋4間に挟むと共に、これら6個の電池セルユニット2と上蓋3および下蓋4とを、四隅に貫通したボルト・ナット緊締具（図示せず）により一体化して電池パック1を構成する。

＜第１実施例の作用・効果＞
上記した第１実施例の電池パック1は図1に示すごとく、各電池セルユニット2の冷媒入り口11aに通じるようダクト8を配し、このダクト8と同様なダクト（図示せず）を各電池セルユニット2の冷媒出口11bに通じるよう設けて実用する。

送風機5を駆動すると、これからの空気は図１に矢αで示すごとく、エバポレータ6を通過する間にこれとの熱交換により冷却され、エバポレータ6からの冷風を冷却（温調）媒体としてヒータ7により除湿した後、ダクト8を経て各電池セルユニット2の冷媒入り口11aからそれぞれの電池セルユニット2内に流入する。

冷却（温調）媒体は冷媒入り口11aから流入した後、図4に矢γ,δで示すごとく、電池セル14およびフレーム11間に画成された冷却（温調）媒体流路により二手に分かたれ、それぞれ電池セル14の周辺に沿って矢印方向に流れ、冷媒出口11bより図示せざる上記のダクトを経て図１の矢βで示すごとく送風機5の吸入口に戻される。
冷却媒体は上記の循環により、各電池セル14を熱交換により冷却して温度調節し、その温度上昇を防止することができる。

なお扁平型電池セル14の短辺に外方へ張り出させて突設した電極タブ14aと、電池セル間バスバ12の対向側壁12aとの溶接部W1（図６参照）は電気抵抗が大きくなって、電池パック1に対する電力の出し入れが比較的多くなる使用条件下で発熱量も多くなる傾向にある。
当該発熱量の問題は、バスバ12,16間の溶接部W2においても同様に生ずる。

しかし上記の溶接部W1,W2が図6,9から明らかなように、電池セル14の周辺よりも更に外側に位置していることから、通常は当該溶接部W1,W2まで冷却媒体を行き渡らせることが困難で、上記発熱量の問題を回避し得ない。
上記の溶接部W1,W2で発生した熱は、電池セル14の本体に至ってその劣化を早め、電池パック1の耐久性を低下させる。

しかるに本実施例では、図４に矢δで示す冷却媒体をその後、矢εで示すごとく、また図４に矢γで示す冷却媒体も同様に、電池セル間バスバ12を嵌合させたボックス部13内に指向させて電池セル間バスバ12に向かわせるための温調媒体偏向部15をフレーム11に設けたため、
上記の溶接部W1,W2が電池セル14の周辺よりも更に外側に位置していても、温調媒体偏向部15により冷却媒体を確実にこれら溶接部W1,W2へ向かわせることができる。
よって、上記溶接部W1,W2での発熱量が多くなった場合においても、その熱を問題ない程度まで冷却することができ、電池パック14の耐久性が低下するのを防止することができる。

＜第２実施例＞
図10〜14は本発明の第2実施例を示し、本実施例においても電池パック1およびこれを構成する電池セルユニット2、並びに電池セル14はそれぞれ、基本的に図1〜9につき前述した第1実施例と同様なものと成す。
従って図面中、第1実施例におけると同様な部分は同一符号により示し、以下では相違点のみを説明することとする。

図10は図3と同様な図面で、図11は図4と同様な図面で、図12は図6と同様な図面で、図13は図8と同様な図面で、図14は図9と同様な図面である。
本実施例においては、図10〜12のごとくU字断面形状の電池セル間バスバ12を嵌め込んで取り付けるため矩形フレーム11の短辺壁にそれぞれ設けたボックス部13を特に以下のごとくに形成する。

ボックス部13に嵌め込んで取り付けた電池セル間バスバ12は、その対向側壁間橋絡壁12bに、図13，14に示すごとく、電池セルユニット間バスバ16を溶接（W2で示す）されるが、当該溶接部W2でも前記した通り、溶接部W1につき前述したと同様な発熱の問題を生ずる。

この問題は、第１実施例によっても前記した通りに解消し得るが、この問題解決を更に確実なものにするため、本実施例ではボックス部13を画成する壁面のうち、電池セル間バスバ12の対向側壁間橋絡壁12bが接する壁面を除去して、図10,12,14に明示するごとき開口13aを設ける。

この開口13aは、温調媒体偏向部15で前記のごとくボックス部13（電池セル間バスバ12）に向け指向された冷却媒体を直接、電池セル間バスバ12の対向側壁間橋絡壁12bと電池セルユニット間バスバ16との溶接部W2に接触させる役目を果たす。

＜第２実施例の作用・効果＞
本実施例の構成によれば、第1実施例と同様な作用・効果を奏するのに加えて、以下のような作用・効果をも奏し得る。
つまり、温調媒体偏向部15によりボックス部13（電池セル間バスバ12）に向け指向された冷却媒体が、ボックス部13の開口13aによって直接、電池セル間バスバ12の対向側壁間橋絡壁12bと電池セルユニット間バスバ16との溶接部W2に接触し得ることとなり、当該溶接部W2での発熱に関する問題解決を第1実施例よりも一層確実に実現することができる。

＜第３実施例＞
図15〜17は本発明の第3実施例を示し、本実施例においても電池パック1およびこれを構成する電池セルユニット2、並びに電池セル14はそれぞれ、基本的に図1〜9につき前述した第1実施例、および図10〜14につき前述した第2実施例と同様なものと成す。
従って図面中、第1,2実施例におけると同様な部分は同一符号により示し、以下では相違点のみを説明することとする。

図15は図10と同様な図面で、図16は図11と同様な図面で、図17は図12と同様な図面である。
本実施例においては、図15〜17のごとくU字断面形状の電池セル間バスバ12を嵌め込んで取り付けるため矩形フレーム11の短辺壁にそれぞれ設けたボックス部13を特に以下のごとくに形成する。

本実施例では、前記した第2実施例と同様、ボックス部13を画成する壁面のうち、電池セル間バスバ12の対向側壁間橋絡壁12bが接する壁面を除去して、図15,16に明示するごとき開口13aを設けるのに加えて、ボックス部13を画成する壁面のうち、電池セル間バスバ12の対向側壁12aがそれぞれ接する壁面を除去して、図15,16に明示するごとき開口13bを設ける。

この開口13bは、温調媒体偏向部15で前記のごとくボックス部13（電池セル間バスバ12）に向け指向された冷却媒体を直接、電池セル間バスバ12の対向側壁12aと電池セル14の電極タブ14aとの溶接部W1に接触させる役目を果たす。

＜第３実施例の作用・効果＞
かくして本実施例の構成によれば、第1実施例および第2実施例と同様な作用・効果を奏するのに加えて、以下のような作用・効果をも奏し得る。
つまり、温調媒体偏向部15によりボックス部13（電池セル間バスバ12）に向け指向された冷却媒体が、ボックス部13の開口13bによって直接、電池セル間バスバ12の対向側壁12aと電池セル14の電極タブ14aとの溶接部W1に接触し得ることとなり、当該溶接部W1での発熱に関する問題解決を第1実施例よりも一層確実に実現することができる。

＜その他の実施例＞
なお上記した各実施例では、電池パック1を電動車両の二次電池として用いるのに有利となるよう構成した場合につき説明を展開したが、用途はこれに限られるものでなく、電池パック1を家庭用電源などに用いるのに有利となるよう構成した場合においても、本発明による電池パックの温度調節構造は適用可能であり、この場合においても同様な作用・効果を奏し得ること勿論である。

また上記各実施例では、電池セル14の電極タブ14aが電池セル14の短辺において外方へ突設されていることとしたが、電池セル14の電極タブ14aが電池セル14の長辺において外方へ突設されている場合も、本発明の前記着想は同様に適用可能であるのは言うまでもない。

更に上記各実施例では、温調媒体が冷却媒体である場合について説明したが、温調媒体が加温媒体である場合や、媒体が気体や液体のいずれである場合においても、本発明による電池パックの温度調節構造は適用可能であって、この場合においても同様な作用・効果を奏し得るのは言うまでもない。

1 電池パック
2 電池セルユニット
3 上蓋
4 下蓋
5 送風機
6 エバポレータ
7 ヒータ
8 ダクト
11 フレーム
11a 冷媒入り口
11b 冷媒出口
12 電池セル間バスバ
12a 対向側壁
12b 橋絡壁
13 ボックス部
13a,13b 開口
14 扁平型電池セル
14a 電極タブ
W1,W2 溶接部
15 温調媒体偏向部
16 電池セルユニット間バスバ

Claims (3)

1. フレームを挟んでその両側に一対の扁平型電池セルを積層配置して構成すると共に、これら電池セルの周辺に突設した相互に対向する電極タブ間を、これら電極タブに溶接した電池セル間バスバにより電気接続して成り、且つ、前記両電池セルと前記フレームとの間にそれぞれ、両電池セルを熱交換により温度調節する温調媒体が両電池セルの周辺に沿って流れるようにするための調温媒体流路を設定した電池セルユニットを具え、該電池セルユニットを所定数、一体的に組み合わせて構成した電池パックの温度調節構造において、
   前記調温媒体流路を経て両電池セルの周辺に沿うよう流れる前記温調媒体を前記電池セル間バスバに指向させるための温調媒体偏向部を前記フレームに設定したことを特徴とする電池パックの温度調節構造。
2. 前記電池セル間バスバは、前記両電池セルの相互に対向した電極タブが位置する前記フレームの外周部位に跨らせて設置したU字断面形状であり、該U字状の脚部を成す前記電池セル間バスバの相互に対向する側壁が、前記フレームの外周部位から遠い側壁面において対応する前記電池セルの電極タブと溶接されたものである、請求項1に記載された、電池パックの温度調節構造において、
   前記温調媒体偏向部で前記電池セル間バスバに向け指向された温調媒体が、前記電池セル間バスバの対向側壁と前記電池セルの電極タブとの溶接部に接するようにするための開口を前記フレームの対応箇所に設けたことを特徴とする電池パックの温度調節構造。
3. 前記電池セル間バスバは、前記両電池セルの相互に対向した電極タブが位置する前記フレームの外周部位に跨らせて設置したU字断面形状であり、該U字状の脚部を成す前記電池セル間バスバの相互に対向する側壁が、前記フレームの外周部位から遠い側壁面において対応する前記電池セルの電極タブと溶接されたものであり、
   前記電池パックは、相互に隣り合う前記電池セルユニットの隣接した前記電池セル間バスバの対向側壁間における橋絡壁にそれぞれ溶接した電池セルユニット間バスバで、該隣り合う電池セルユニット間を電気接続したものである、請求項1または2に記載された、電池パックの温度調節構造において、
   前記温調媒体偏向部で前記電池セル間バスバに向け指向された温調媒体が、前記電池セル間バスバの対向側壁間橋絡壁と電池セルユニット間バスバとの溶接部に接するようにするための開口を前記フレームの対応箇所に設けたことを特徴とする電池パックの温度調節構造。

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