JP5353961B2

JP5353961B2 - 電池用温調機構

Info

Publication number: JP5353961B2
Application number: JP2011148339A
Authority: JP
Inventors: 慶大片桐
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2031-07-04
Also published as: JP2013016355A; EP2544294A1; US20130011712A1

Description

本発明は、電池用温調機構に関する。

従来から、複数の電池セルからなる組電池と組電池の温調（温度調節）を行うための温調機構を組み合わせて構成した電池モジュールが知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１では、複数の電池セルを一方向に並べて配設することにより組電池を構成している。また、温調機構は、各電池セルの間に配設された熱交換器と、熱交換器に熱媒体を供給する供給部及び熱交換器から熱媒体を排出する排出部から構成されている。詳細には、供給部及び排出部は、電池セルの配設方向と直交する方向において組電池を挟む位置にそれぞれ設けられている。このような構成により、特許文献１の電池モジュールでは、熱交換器に熱媒体を流通させることができ、熱交換器を挟むように配置される電池セルの温調が行われる。

特開２００８−３０５５７５号公報

ところで、特許文献１の電池モジュールでは、供給部及び排出部は電池セルの配設方向と直交する方向に設けられていることから、電池モジュールは電池セルの配設方向と直交する方向に大型化している。

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、電池モジュールを小型化できる電池用温調機構を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、正極となる端子及び負極となる端子が同一面から同一方向に突出されている電池セルを、熱交換器に熱媒体を供給する供給部又は熱交換器から熱媒体を排出する排出部の延設方向に複数配設してなる組電池に設けられ、前記熱交換器を流通する熱媒体により前記電池セルの温度調節を行う電池用温調機構において、前記熱交換器は、複数の前記電池セルのうち配設方向に互いに隣接する前記電池セルである第１電池セルと第２電池セルの間に設けられ、前記組電池は、電池セルの配設方向と直交する方向に複数配設され、前記供給部は、同一の組電池を形成する電池セルにおける端子の間に設けられ、前記排出部は、前記供給部が設けられる組電池とは異なる組電池を形成する電池セルにおける端子の間に設けられることを要旨とする。

これによれば、供給部及び排出部は、電池セルの端子間に設けられる。端子間は通常、空き領域となっているため、端子間の領域を利用することにより、組電池に電池用温調機構を設けてモジュール化しても電池モジュールが大型化されない。このため、電池モジュールは、従来品に比べ小型化される。

加えて、供給部と排出部は、それぞれ異なる組電池を形成する電池セルの端子間に設けられる。このため、組電池を電池セルの配設方向と直交する方向に複数配設した場合に、供給部及び排出部を離間して設けることができる。したがって、熱交換器内を流通する熱媒体は、攪拌されやすく、電池セルに対する熱交換効率が向上される。

本発明によれば、電池モジュールを小型化できる。

実施形態における電池モジュールの斜視図。実施形態における熱交換器の断面図。別例の電池モジュールを示す断面図。

以下、本発明の電池用温調機構を具体化した一実施形態について図１及び図２にしたがって説明する。
図１に示すように、電池モジュール１０の組電池１は、角型電池１１，１２を角型電池１１，１２の厚み方向（図１中Ｙ軸方向）に複数（本実施形態では８個）配設して形成されている。したがって、角型電池１１，１２の配設方向は、角型電池１１，１２の厚み方向と同一方向となる。なお、角型電池１１，１２は同一の角型電池であるが、説明の便宜上、別の符号を付して説明を行う。また、複数配設された角型電池１１、１２のうち、角型電池１１，１２の配設方向に互いに隣接する２つの角型電池１１，１２を１組の電池群１３と示す。そして、電池群１３を構成する角型電池１１が第１電池セル、角型電池１２が第２電池セルとされている。本実施形態では、組電池１は、電池群１３を４組配設することにより形成されている。すなわち、組電池１は、４組の電池群１３の集合体とされている。

組電池１を形成する各角型電池１１，１２の正極端子１４及び負極端子１５は、角型電池１１，１２の高さ方向（図１中Ｚ軸方向）一面から同一方向（高さ方向）に向かって突出している。正極端子１４と負極端子１５は、角型電池１１，１２の幅方向（図１中Ｘ軸方向）に離間して設けられている。角型電池１１，１２は、正極端子１４及び負極端子１５を介して放電可能に構成されている。

本実施形態では、組電池１は、角型電池１１，１２の幅方向に３組整列配置されるとともに、隣接する組電池１同士が接した状態とされている。なお、説明の便宜上３組の組電池にそれぞれ１〜３の符号を付して説明を行う。

組電池１〜３には、電池用温調機構としての温調機構２０を構成する熱交換器２１、供給部２２、排出部２３が設けられる。以下、詳しく説明を行う。
温調機構２０の熱交換器２１は矩形の平板状をなす。そして、角型電池１１，１２の幅方向に隣り合う電池群１３を形成する各角型電池１１、１２は、共通の熱交換器２１を挟持している。すなわち、第１電池セルと第２電池セルの間には、熱交換器２１が配設されている。本実施形態では、組電池１〜３はそれぞれ、４組の電池群１３から形成されていることから、熱交換器２１は４箇所に配設されている。

熱交換器２１は、高さ方向の長さが角型電池１１，１２の高さ方向の長さと略同一とされているとともに、幅方向の長さが角型電池１１，１２の幅方向の長さの略３倍とされている。すなわち、熱交換器２１の幅方向の長さは、組電池１〜３の数に対応して設定されている。このような構成により、角型電池１１，１２の幅方向に隣り合う電池群１３は、共通の熱交換器２１を挟持できるようにされている。

そして、熱交換器２１には、外部供給される熱媒体（例えば水、空気、又は有機溶媒など）を熱交換器２１に対して搬送する管状の供給部２２と、熱交換器２１から排出される熱媒体を外部に搬送する管状の排出部２３が設けられている。

詳細には、熱交換器２１の高さ方向一面には、高さ方向に向かって突出するとともに、供給部２２及び排出部２３を支持する一対の支持部２５，２６が形成されている。一対の支持部２５，２６は供給部２２，排出部２３を支持できるように円環状に形成されている。

支持部２５は、組電池１を形成する各角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間に対応して形成されているとともに、支持部２６は、組電池３を形成する各角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間に対応して形成されている。

支持部２５は供給部２２を支持するとともに、支持部２６は排出部２３を支持している。したがって、支持部２５に支持される供給部２２は組電池１を形成する各角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間に配設されるとともに、支持部２６に支持される排出部２３は、組電池３を形成する各角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間に配設されることになる。

供給部２２は支持部２５に支持された状態で熱交換器２１に接合されるとともに、排出部２３は支持部２６に支持された状態で熱交換器２１に接合される。これにより、供給部２２及び排出部２３は、熱交換器２１の一部を構成している。

前記したように、組電池１を形成している各角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間には、角型電池１１，１２の厚み方向に延びる供給部２２が設けられているとともに、組電池３を形成している各角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間には、角型電池１１，１２の厚み方向に延びる排出部２３が設けられている。換言すれば、組電池１を形成している各角型電池１１，１２は、供給部２２の延設方向に複数配設されているとともに、組電池３を形成している各角型電池１１，１２は、排出部２３の延設方向に複数配設されていることになる。なお、ここでいう延設方向とは、厳密な意味での延設方向を示すものではなく、角型電池１１，１２が供給部２２又は排出部２３の延設方向に対して、角型電池１１，１２の幅方向に多少ずれて配置されたものも含むものとする。

組電池１と組電池３は、角型電池１１，１２の幅方向に対する最外方に配設されている。すなわち、供給部２２と排出部２３は最も離間して配置される組電池に設けられることになる。そして、供給部２２は、熱交換器２１における組電池１を形成する角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間に対応する位置に接続されるとともに、排出部２３は、熱交換器２１における組電池３を形成する角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間に対応する位置に接続されている。

図２に示すように、供給部２２には熱交換器２１に対応して熱交換器２１の内部領域と供給部２２の内部領域を連通させる貫通孔２２ａが形成されるとともに、排出部２３には、熱交換器２１に対応して熱交換器２１の内部領域と排出部２３の内部領域を連通させる貫通孔２３ａが形成されている。

熱交換器２１には、貫通孔２２ａに対応して貫通孔２１ａが形成されるとともに、貫通孔２３ａに対応して貫通孔２１ｂが形成されている。そして、貫通孔２２ａと貫通孔２１ａによって熱交換器２１の内部領域と供給部２２の内部領域が連通されるとともに、貫通孔２３ａと貫通孔２１ｂによって、熱交換器２１の内部領域と排出部２３の内部領域が連通されている。

そして、供給部２２には図示しない熱媒体供給源が接続されるとともに、排出部２３には排出された熱媒体を熱媒体供給源に供給する図示しない循環機構が接続されている。
次に、上記の温調機構２０の作用について説明する。

温調機構２０の供給部２２及び排出部２３は、角型電池１１，１２の高さ方向に設けられている。このため、温調機構２０を構成する熱交換器２１、供給部２２、排出部２３を組電池１〜３に設けてモジュール化しても、電池モジュール１０は角型電池１１，１２の厚み方向に大型化しない。また、供給部２２は組電池１を形成する各角型電池１１，１２の高さ方向に突出している正極端子１４と負極端子１５の間に設けられている。また、排出部２３は、組電池３を形成している各角型電池１１，１２の高さ方向に突出している正極端子１４と負極端子１５の間に設けられている。正極端子１４と負極端子１５の間の領域は、本来であれば空き領域となっている。したがって、電池モジュール１０は、この領域に供給部２２及び排出部２３を設けることにより高さ方向にも大型化しない。これにより、電池モジュール１０は、角型電池１１，１２の幅方向、高さ方向のいずれにも大型化せず、従来品に対して電池モジュール１０の小型化が図られている。

また、供給部２２は、組電池１を形成する各角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間に設けられるとともに、排出部２３は、組電池３を形成する各角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間に設けられている。すなわち、供給部２２と排出部２３は、離間して設けられている。これにより、熱媒体は、熱交換器２１の内部領域を満遍なく流通することができる。したがって、熱交換器２１内の熱媒体は、攪拌が促進され、各熱交換器２１に接している各角型電池１１，１２に対する熱交換効率の向上が図られている。

更に、熱交換器２１は、組電池１〜３の各電池群１３を形成する角型電池１１，１２の間に設けられている。これにより、組電池１〜３を形成する各角型電池１１，１２は、厚み方向のいずれか１面が熱交換器２１と接した状態とされている。このため、熱交換器２１を流通する熱媒体により、熱交換されない角型電池１１，１２（熱交換器２１と接しない角型電池１１，１２）がなく、全ての角型電池１１，１２の温度調節を行うことができる。

したがって、本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）角型電池１１，１２の正極端子１４及び負極端子１５は、高さ方向一面から同一方向に向かって突出している。そして、組電池１を形成する各角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間には、供給部２２が設けられるとともに、組電池３を形成する各角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間には、排出部２３が設けられている。正極端子１４と負極端子１５の間の領域は、本来空き領域となっている。このため、電池モジュール１０は、本来空き領域となっている正極端子１４と負極端子１５の間に供給部２２及び排出部２３を設けることにより、角型電池１１，１２の高さ方向に大型化しない。また、供給部２２及び排出部２３は、角型電池１１，１２の高さ方向に設けられているため、電池モジュール１０は、厚み方向にも大型化しない。したがって、従来品に比べて電池モジュール１０の小型化が図られている。

（２）また、組電池１と組電池３は、離間して配設されている。このため、供給部２２と排出部２３は、離間して設けられることになる。そして、熱媒体は、熱交換器２１内を満遍なく流通する。したがって、熱交換器２１内の熱媒体は、攪拌が促進され、熱交換器２１に接している各角型電池１１，１２に対する熱交換効率が向上する。

（３）熱交換器２１は組電池１〜３を形成する各電池群１３を形成する角型電池１１，１２の間に設けられている。このため、組電池１〜３を形成する全ての角型電池１１，１２は熱交換器２１と接することになり、適切に角型電池１１，１２の温度調節を行える。

（４）角型電池１１，１２の幅方向に隣り合う電池群１３は、共通の熱交換器２１を挟持している。このため、組電池１〜３を形成する各電池群１３に一つずつ熱交換器２１を配設する場合に比べて、必要とする熱交換器２１、供給部２２及び排出部２３の数が低減されている。したがって、電池モジュール１０の製造費用の削減が図れる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図３に示すように、単一の組電池１に本発明の温調機構２０を設けてもよい。この場合、供給部２２及び排出部２３は、ともに単一の角型電池１１，１２に設けられる正極端子１４と負極端子１５の間に設けられることになる。また、このように単一の組電池１に温調機構２０を設ける場合には、熱交換器２１の内部領域における熱媒体の移動距離が短くなる。このため、熱媒体の攪拌が適切に行われず、熱交換効率の低減した熱媒体は熱交換器２１内に滞留する虞がある。このため、図３に示すように、熱交換器２１内の内部領域を区画する区画壁２４を設けることにより、熱媒体の攪拌を促進し、適切な熱交換が行われるように構成することが好ましい。

○ 実施形態において、供給部２２と排出部２３のいずれか一方が角型電池１１，１２における正極端子１４と負極端子１５の間に設けられていればよい。例えば、組電池１を形成する角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５の間に、供給部２２（又は排出部２３）を配設するとともに、組電池３を形成する各角型電池１１，１２の幅方向一面（側面）に排出部２３（又は供給部２２）を配設することにより、電池モジュール１０を構成してもよい。

○ 実施形態において、角型電池１１，１２と熱交換器２１の間に樹脂などからなるスペーサなどを介在させてもよい。
○ 実施形態において、組電池１〜３を構成する角型電池１１，１２の正極端子１４と負極端子１５は、それぞれの位置が逆とされていてもよい。例えば、組電池１〜３は、その接続方法（直列接続や並列接続）によって一部の角型電池１１，１２のみ正極端子１４と負極端子１５の位置を入れ替えた構成などにしてもよい。したがって、供給部２２及び排出部２３は、正極端子１４同士の間や、負極端子１５同士の間に配設されることもある。

○ 実施形態において、各組電池１〜３を構成する各角型電池１１，１２の数を変更してもよい。
○ 実施形態において、組電池１〜３の数を変更してもよい。

○ 実施形態において、熱交換器２１は、少なくとも一組の電池群１３を形成する角型電池１１，１２の間に配設されていればよく、その数を減らしてもよいし、増やしてもよい。また、角型電池１１，１２の厚み方向に隣接する電池群１３同士の間に熱交換器２１を配設してもよい。すなわち、熱交換器２１は、全ての角型電池１１、１２の間に配設されていてもよい。

○ 実施形態において、各組電池１〜３の各々に別々の温調機構２０を設けてもよい。
○ 実施形態において、供給部２２及び排出部２３が設けられる位置は、正極端子１４と負極端子１５の間であれば変更してもよい。例えば、供給部２２は、組電池１を形成する角型電池１１，１２の負極端子１５と、組電池２を形成する角型電池１１，１２の正極端子１４の間に設けられるとともに、排出部２３は、組電池２を形成する角型電池１１，１２の負極端子１５と、組電池３を形成する角型電池１１，１２の正極端子１４の間に設けられるようにしてもよい。

○ 実施形態において、供給部２２及び排出部２３は、一対の支持部２５，２６に支持されることにより熱交換器２１の一部を構成しているが、熱交換器２１、供給部２２、排出部２３を一体形成してもよい。

１１，１２…角型電池、１４…正極端子、１５…負極端子、２０…温調機構、２１…熱交換器、２２…供給部、２３…排出部。

Claims

正極となる端子及び負極となる端子が同一面から同一方向に突出されている電池セルを、熱交換器に熱媒体を供給する供給部又は熱交換器から熱媒体を排出する排出部の延設方向に複数配設してなる組電池に設けられ、前記熱交換器を流通する熱媒体により前記電池セルの温度調節を行う電池用温調機構であって、
前記熱交換器は、複数の前記電池セルのうち配設方向に互いに隣接する前記電池セルである第１電池セルと第２電池セルの間に設けられ、
前記組電池は、電池セルの配設方向と直交する方向に複数配設され、
前記供給部は、同一の組電池を形成する電池セルにおける端子の間に設けられ、
前記排出部は、前記供給部が設けられる組電池とは異なる組電池を形成する電池セルにおける端子の間に設けられることを特徴とする電池用温調機構。