JP2014220087A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べてロアケースの強度・剛性を向上させることができること、従来に比べて小型化を図ることができること、のいずれかを満足できる電池パックの提供。
【解決手段】角型の電池２１を複数積層してなる積層体２０と、積層体２０を収容するケース３０と、を有する電池パック１０であって、ケース３０は、積層体２０を固定支持するロアケース４０と、ロアケース４０に取付けられるアッパケース５０と、を備えており、ロアケース４０がヒートパイプで構成されている、電池パック１０。
【選択図】 図３

Description

本発明は、角型電池を複数積層してなる積層体とこの積層体を収容するケースとを有する電池パックに関する。

特開２００１−３５４０３９号公報は、図４、図５に示すように、角型電池２ａの積層体２と、積層体２を収容するためのロアケース３ａおよびアッパケース３ｂからなるケース３と、を有する電池パック１を開示している。積層体２を冷却するための空気が電池パック１の外部からロアケース３ａと積層体２との間に形成される気体流入室４に供給されると、該空気は、隣り合う２つの電池２ａ、２ａ間に上下方向に貫通して設けられる隙間Ｓを通り、アッパケース３ｂと積層体２との間に形成される気体排出室５を通って電池パック１の外部に排出される。

しかし、従来の電池パック１には、つぎの問題点がある。
（ａ）重量物である積層体２を支持するロアケース３ａが、一枚の金属板材で構成されている。そのため、ロアケース３ａの強度・剛性を向上する点において改善の余地がある。
（ｂ）隣り合う２つの電池２ａ、２ａ間に空気（風）を通すことで各電池２ａの冷却を行なうため、積層体２の積層方向で、積層体２の小型化を図り電池パック１の小型化を図ることが困難である。また、積層体２の上下に気体流入室４と気体排出室５が設けられているため（冷却風のためのチャンバが上下に設けられているため）、上下方向で、電池パック１の小型化を図ることが困難である。

特開２００１−３５４０３９号公報 特開２０１２−８４３６３号公報

本発明の目的は、従来に比べてロアケースの強度・剛性を向上させることができる電池パックを提供することにある。
本発明の第２の目的は、従来に比べて小型化を図ることができる電池パックを提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） 角型の電池を複数積層してなる積層体と、
前記積層体を収容するケースと、
を有する電池パックであって、
前記ケースは、前記積層体を固定支持するロアケースと、該ロアケースに取付けられるアッパケースと、を備えており、
前記ロアケースがヒートパイプで構成されている、電池パック。
（２） 前記ロアケースは、前記積層体の各電池の下面に接触する入熱部と、前記積層体から離れた位置に設けられる放熱部と、を備えており、
前記ロアケースの入熱部の上面は、前記積層体の各電池の下面と面接触する平面状の平面状部を備える、（１）記載の電池パック。

上記（１）の電池パックによれば、つぎの効果を得ることができる。
（ａ）ロアケースがヒートパイプで構成されているため、ロアケースが密閉容器化されており閉断面形状を有する。そのため、ロアケースが一枚の金属板材（板金）で構成されている場合（従来）に比べて、ロアケースの強度・剛性を向上させることができる。
（ｂ）（ｉ）ロアケースがヒートパイプで構成されているため、各電池の下面で各電池を冷却することができる。そのため、隣り合う２つの電池間に冷却風を通すための隙間は不要になり、該隙間を要する場合に比べて隣り合う２つの電池間を詰めることができる。よって、従来に比べて、積層体の積層方向で、積層体の小型化を図ることができ、その結果、電池パックの小型化を図ることができる。（ｉｉ）また、ロアケースがヒートパイプで構成されているため、積層体の上側の冷却風用チャンバ（従来要していた冷却風のためのチャンバ、気体排出室）は不要である。そのため、上下方向で、従来に比べて電池パックの小型化を図ることができる。

上記（２）の電池パックによれば、ヒートパイプで構成されるロアケースの入熱部の上面が、積層体の各電池の下面と面接触する平面状の平面状部を備えるため、ロアケースの入熱部の上面が平面状部を備えていない場合に比べて、積層体からの熱を効率良くロアケースに伝えることができ、積層体の冷却性能上で有利である。

本発明実施例の電池パックの、アッパケースを省略した状態の概略斜視図である。 図１の断面図である。 図１の、図２とは異なる切断面で切断したときの断面図である。 従来の電池パックの分解斜視図である。 従来の電池パックの断面図である。

以下に、本発明実施例の電池パックを、図面を参照して説明する。なお、図中、ＵＰは上方を示す。
本発明実施例の電池パック１０は、たとえばハイブリッド自動車、電気自動車等に搭載される。電池パック１０は、図２に示すように、積層体２０と、ケース３０と、を有する。

積層体２０は、図１に示すように、角型の電池２１を複数積層してなる。以下、電池２１の積層される方向を電池積層方向Ｄという。各電池２１は、二次電池であり、たとえばリチウムイオン電池である。各電池２１は、幅の狭い一対の短側面２１ａと、幅の広い一対の長側面２１ｂと、一対の短側面２１ａと一対の長側面２１ｂとをつなぐ上面２１ｃと、一対の短側面２１ａと一対の長側面２１ｂとをつなぎ上面２１ｃと対向する位置ある下面２１ｄと、を有する略直方体状である。上面２１ｃには、図示略のプラスとマイナスの端子が設けられている。積層体２０は、各電池２１の長側面２１ｂ同士が対向するようにして積層されたものである。各電池２１の電槽（ケース）は、金属製であり、たとえばアルミニウム製である。積層体２０の電池積層方向Ｄの両外側に図示略のエンドプレートが配置され、積層体２０に電池積層方向Ｄの拘束荷重をかける図示略の拘束バンドが両側のエンドプレートに結合されることで、電池スタックとなる。

ケース３０は、図２に示すように、積層体２０を収容するケースである。ケース３０は、積層体２０を固定支持するロアケース４０と、ロアケース４０の上側に配置されてロアケース４０に固定して取付けられるアッパケース５０と、を備える。

ロアケース４０は金属製であり、金属は、たとえば、熱伝導率が比較的高い銅やアルミニウムである。ロアケース４０上には、積層体２０が配置されている。ロアケース４０は、積層体２０を固定するとともに支持（保持）している。すなわち、積層体２０は、ロアケース４０に固定されて支持される。ロアケース４０は、それぞれ別体に作製されて互いに固定（接合）されるロア板金アッパ４１とロア板金ロア４２とを備える。

ロア板金アッパ４１とロア板金ロア４２は、それぞれ、複数部品構成であってもよいが、部品点数削減のため一部品構成であることが望ましい。ロア板金アッパ４１とロア板金ロア４２は同じ材料で構成されている。ロア板金アッパ４１とロア板金ロア４２との固定は、ロア板金アッパ４１に設けられるフランジ部４１ａと、ロア板金ロア４２に設けられるにフランジ部４２ａとの、溶接やろう付け等により行なわれる。

ロア板金アッパ４１とロア板金ロア４２とが互いに固定されると、ロアケース４０は、密閉（密閉容器化）されており、任意の断面視で閉断面形状を有する。また、ロアケース４０の内部空間４０ａは、減圧されており図示略の作動液（揮発性流体）が少量封入されている。よって、ロアケース４０はヒートパイプ化されている（ロアケース４０がヒートパイプで構成されている）。

ヒートパイプ化されたロアケース４０は、図３に示すように、積層体２０の各電池２１の下面２１ｄに接触する部分を有する入熱部４３と、積層体２０から離れた位置に設けられる放熱部４４と、を備える。ヒートパイプ化されたロアケース４０は、さらに、入熱部４３と放熱部４４との間で延びる断熱部４５を備えていてもよい。

入熱部４３の上面は、積層体２０の各電池２１の下面２１ｄの全体（略全体を含む）と面接触する平面状（略平面状を含む）の平面状部４３ａを備えている。
放熱部４４は、液体状態にある図示略の作動液が自重で放熱部４４から入熱部３３側に移動できるように、入熱部４３より上方に配置されていることが望ましい。放熱部４４には、図示略の専用のブロアを設け該ブロアからの風が当てられるようになっていてもよいが、ＨＶＡＣ（暖房換気空調、Heating, Ventilation, and Air Conditioning）等からの風が当てられるようになっていることが望ましい。これは、専用のブロアを廃止することができるからである。なお、同じ理由により、放熱部４４には、車両走行時の走行風が当てられるようになっていてもよい。放熱部４４には、少なくとも１つの放熱フィン４４ａが固定して取付けられていることが望ましい。放熱部４４の表面積を大にして放熱部４４での放熱性能を高めることができるからである。放熱フィン４４ａは、金属製であり、たとえば、平板等を放熱部４４に溶接することで設けられる。
断熱部４５が設けられている場合、入熱部４３の位置がＨＶＡＣ等から離れている場合であっても、断熱部４５により、放熱部４４の位置をＨＶＡＣ等からの風が当てられる位置（適当な位置）に配置することができる。

ここで、積層体２０の各電池２１の冷却について説明する。
積層体２０の各電池２１で熱が発生すると、その熱は、各電池２１の下面２１ｄとロアケース４０の入熱部４３とが面接触しているため、各電池２１からロアケース４０の入熱部４３に伝わる。入熱部４３に伝わった熱によりロアケース４０内に封入されている作動液（揮発性流体）が蒸発し、その蒸気が入熱部４３から断熱部４５を通って放熱部４４に移動する。放熱部４４に移動した作動液の蒸気は、放熱部４４にて熱を放出し液体に戻り、自重またはロアケース４０の内壁面に形成される図示略の溝形状による毛細管現象で、放熱部４４から入熱部４３に移動する。
この一連の相変化が連続的に生じ、熱が素早く移動する。

つぎに、本発明実施例の作用、効果を説明する。
（Ａ）ロアケース４０がヒートパイプで構成されているため、ロアケース４０が密閉容器化されており閉断面形状を有する。そのため、ロアケース４０が一枚の金属板材（板金）で構成されている場合（従来）に比べて、ロアケース４０の強度・剛性を向上させることができる。

（Ｂ）（ｉ）ロアケース４０がヒートパイプで構成されているため、各電池２１の下面２１ｄで各電池２１を冷却することができる。そのため、隣り合う２つの電池２１，２１間に冷却風を通すための隙間は不要になり、該隙間を要する場合に比べて隣り合う２つの電池２１，２１間を詰めることができる。よって、従来に比べて、積層体２０の積層方向で、積層体２０の小型化を図ることができ、その結果、電池パック１０の小型化を図ることができる。（ｉｉ）また、ロアケース４０がヒートパイプで構成されているため、積層体２０の上側の冷却風用チャンバ（従来要していた冷却風のためのチャンバ、気体排出室）は不要である。そのため、上下方向で、従来に比べて電池パック１０の小型化を図ることができる。

（Ｃ）ロアケース４０入熱部４３の上面が積層体２０の各電池２１の下面２１ｄと面接触する平面状の平面状部４３ａを備えるため、ロアケース４０の入熱部４３の上面が平面状部４３ａを備えていない場合に比べて、積層体２０からの熱を効率良くロアケース４０に伝えることができ、積層体２０の冷却性能上で有利である。

（Ｄ）ロアケース４０がヒートパイプで構成されているため、従来に比べて、各電池２１の高い均熱化効果が得られる。そのため、従来に比べて、電池２１の温度ばらつきを低減できる。

（Ｅ）放熱部４４にＨＶＡＣからの風が当てられるようになっている場合、ＨＶＡＣ活用で温風を放熱部４４に当てることが可能になり、寒冷時のスタート時の電池昇温を促進することで車の実用燃費向上の効果を得ることができる。

１０ 電池パック
２０ 積層体
２１ 電池
２１ａ 短側面
２１ｂ 長側面
２１ｃ 上面
２１ｄ 下面
３０ ケース
４０ ロアケース
４０ａ ロアケースの内部空間
４１ ロア板金アッパ
４２ ロア板金ロア
４３ 入熱部
４３ａ 平面状部
４４ 放熱部
４４ａ 放熱フィン
４５ 断熱部
５０ アッパケース
Ｄ 電池積層方向

Claims (2)

1. 角型の電池を複数積層してなる積層体と、
   前記積層体を収容するケースと、
   を有する電池パックであって、
   前記ケースは、前記積層体を固定支持するロアケースと、該ロアケースに取付けられるアッパケースと、を備えており、
   前記ロアケースがヒートパイプで構成されている、電池パック。
2. 前記ロアケースは、前記積層体の各電池の下面に接触する入熱部と、前記積層体から離れた位置に設けられる放熱部と、を備えており、
   前記ロアケースの入熱部の上面は、前記積層体の各電池の下面と面接触する平面状の平面状部を備える、請求項１記載の電池パック。
   

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