JP5533187B2

JP5533187B2 - 組電池

Info

Publication number: JP5533187B2
Application number: JP2010097681A
Authority: JP
Inventors: ゆかり田所; 香留樹浜田; 忠庄子
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-04-21
Also published as: JP2010272518A

Description

本発明は組電池に関し、さらに詳しくは、自動車の一例である電気自動車などに搭載される組電池の構造に関する。

従来から、電池モジュールを複数組み合わせて組電池を構成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特に、電気自動車においては、前記組電池を電気自動車に搭載してモータの駆動源としている。

特開２００６−１０７７６４号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載した組電池においては、送風装置で強制的に送風することによって電池を冷却する。このように、冷却のために別途の冷却装置を設けると、組電池の容積が大きくなると共にコストが上昇するという問題がある。

そこで、本発明は、別途の装置を用いることなく効率的に冷却することができる組電池を提供するものである。

本発明に係る組電池は、端子を有する電池を１または２以上配列して電池モジュールを構成すると共に、前記端子が前記電池モジュールの側面に配置された状態で複数の前記電池モジュールを上下に所定の間隙を設けた状態で積重し、前記電池の端子側を空気が流通することによって前記端子が冷却される組電池であって、前記複数の電池モジュールの各々について、前記端子を、前記電池モジュールの側面から側方に向けて所定間隔をおいて配設される端子カバーで覆うと共に、前記端子の上下に、前記電池の配列方向に沿って延びる一対のスタックメンバーを前記電池モジュールの側面から側方に向けて所定距離をおいて配置し、前記端子カバーと電池の側面との間、および、上下のスタックメンバーと電池の側面との間を空気が流通するようにし、その空気の流通速度が前記電池モジュールの下方から上方に向けて増大するように、前記端子カバーおよび前記スタックメンバーを配置したことを主要な特徴としている。

なお、本発明における電池モジュールは、複数の電池から構成されるもののみならず、単体の電池から構成されるものも含むこととする。

本発明によれば、電池の側面を空気が流通する際の流速が流れの下流に向かうにつれて増大するように構成したため、電池の側面に設けた端子を、別途の装置を用いることなく効率的に冷却することができる。

本発明の実施形態にかかる組電池を示す斜視図である。図１の電池モジュールを示す斜視図である。組電池を側方から見た概略図である。組電池中における空気の流れを示した概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。なお、以下においては、電池を厚さ方向に複数配列した電池モジュールを上下に積重させた組電池について説明するが、単体の電池からなる電池モジュールを上下に積重させた組電池にも本発明は適用可能である。

図１は、本発明の実施形態にかかる組電池を示す斜視図である。

本実施形態による組電池１は、上下方向に積層された３段の電池モジュール３，５，７と、これらの電池モジュール３，５，７の側部に取り付けられた補機類とから構成されており、車両搭載状態では、前方側、後方側および車幅方向の向きは図１の矢印に示すように配置されている。前記電池モジュールは、最も上段に配置された上側電池モジュール３と、高さ方向中央側に配置された中央側電池モジュール５と、最も下段に配置された下側電池モジュール７と、から３段に構成されており、これらの電池モジュール３，５，７同士は、上下方向に延びる長尺状の支持プレート１１を介して連結されている。また、電池モジュール３，５，７はそれぞれ、板状の電池９を車幅方向（板厚方向）に複数に並列させて連結している。さらに、前述した補機類は、具体的には、バッテリーコントローラや配線コード（図示せず）である。このバッテリーコントローラは、組電池１の充放電の制御および監視を行うものである。

図２は、図１の電池モジュールを示す斜視図である。

板状の電池９を厚さ方向（横方向）に複数に配列させて連結することにより、電池モジュール３を形成している。該電池モジュール３の上面（車両搭載状態では車両後方側）の両端部に、電池９の配列方向（車幅方向）に沿って延びる一対のスタックメンバー２１，２５を所定間隔をおいて配設している。具体的には、ボルト４５を介して、長尺状のスタックメンバー２１，２５を電池モジュール３の上面に締結している。また、これらのスタックメンバー２１，２５の間における電池モジュール３の上面には、端子３９（図３および図４参照）が複数配列されている。そして、電池モジュール３の車幅方向の両端には、エンドプレート３５，３５が配設されており、該エンドプレート３５には、補強部材３７が接合されている。

図３は、組電池を側方から見た概略図である。

図３に示すように、電池９の側面９ａからは、側方に向けて第１のスタックメンバー２５および第２のスタックメンバー２１が突出している。第１のスタックメンバー２５は、側面９ａから距離Ｌ１だけ突出し、第２のスタックメンバー２１は、側面９ａから距離Ｌ２だけ突出しており、距離Ｌ１とＬ２とを比較した場合に、Ｌ１の方がＬ２よりも大きく設定されている。第１のスタックメンバー２５には、円筒状のスペーサ２９が配設されており、該スペーサ２９によって第１のスタックメンバー２５は側面９ａから距離Ｌ１だけ側方に向けて突出している。また、第２のスタックメンバー２１には、円筒状のスペーサ２７が配設されており、該スペーサ２７によって第２のスタックメンバー２１は側面９ａから側方に向けて距離Ｌ２だけ突出している。このように、スペーサ２９の長さをスペーサ２７よりも長く設定することによって、スタックメンバー２５，２１の側方に向けた突出長さを可変させている。また、電池９の側面９ａには、側方に向けて突出する端子３９が設けられている。

また、端子３９の上（側方）には、端子カバー２３が設けられており、該端子カバー２３と側面９ａとの側方に向けた距離は、Ｌ３に設定されている。これらの距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、Ｌ１＞Ｌ３＞Ｌ２の大小関係に設定されている。そして、側面９ａと第１のスタックメンバー２５との間、側面９ａと第２のスタックメンバー２１との間、および、側面９ａと端子カバー２３との間は、空気対流によって空気が流れる流路に形成されている。従って、本実施形態における流路の断面積は、それぞれの電池モジュール３，５，７について、下側の方が上側よりも広い断面積に設定されており、下方から上方に向けて空気が流れる。このように、それぞれの電池モジュール３，５，７の側面では、下方から上方に向けて流路断面積が徐々に狭まる。

また、電池モジュール７と電池モジュール５との上下方向の間には、第１の間隙Ｇ１が形成され、電池モジュール５と電池モジュール３との上下方向の間には、第２の間隙Ｇ２が形成されている。なお、本実施形態では、第２の間隙Ｇ２の方が第１の間隙Ｇ１よりも大きく形成されている。

図４は、組電池中における空気の流れを示した概略図である。

最も下側に配置された電池モジュール７においては、第１のスタックメンバー２５から端子カバー２３を介して第２のスタックメンバー２１に向けて流れる空気流Ａ１を構成している。また、第１の間隙Ｇ１も空気流の流路を構成しており、この流路を流れる空気流Ａ２が形成されている。これらの空気流Ａ１およびＡ２が合流して、空気流Ａ３を構成し、同様に、空気流Ａ４とＡ３が合流して空気流Ａ５を構成している。

以下に、本実施形態による作用効果を説明する。

（１）端子３９を有する電池９を少なくとも１つ配列して電池モジュール３，５，７を構成し、前記端子３９が電池モジュール３，５，７の側面に配置された状態で複数の電池モジュール３，５，７を上下に所定の間隙をもって積重し、前記電池９の端子側を空気が流通することで端子３９が冷却される組電池１であって、前記電池モジュール３，５，７の各々について、前記端子３９を、電池モジュール３，５，７の側面から側方に向けて所定間隔をおいて配設される端子カバー２３で覆うと共に、前記端子３９の上下に、前記電池９の配列方向に沿って延びる一対のスタックメンバー２１，２５を電池９の側面９ａから側方に向けて所定間隔をおいた位置に配設し、前記端子カバー２３と電池９の側面９ａとの間、および、上下のスタックメンバー２１，２５と電池９の側面９ａとの間を空気が流通するように、かつ、その流速が電池モジュール３，５，７の下方（上流側）から上方（下流側）に向けて増大するように構成されている。従って、別途の装置を用いることなく、端子３９を自然対流によって効率的に冷却することができる。

（２）また、前記空気が流通する流路における流路断面積は、高さ方向（上下方向）で異なるように設定されている。特に、本実施形態では、空気流れの上流側である下側のスタックメンバー２５と電池９の側面９ａとの側方に向けた距離をＬ１、下流側である上側のスタックメンバー２１と電池９の側面９ａとの側方に向けた距離をＬ２、および、端子カバー２３と電池９の側面９ａとの側方に向けた距離をＬ３としたときに、Ｌ１＞Ｌ３＞Ｌ２の長さ関係に設定されており、下側の流路断面積を上側の流路断面積よりも大きく設定している。

なお、Ｌ１とＬ３とが等しく、かつ、Ｌ１とＬ３よりもＬ２が小さくても良い。即ち、Ｌ１≧Ｌ３＞Ｌ２でも良い。また、Ｌ３とＬ２とが等しく、かつ、Ｌ３とＬ２よりもＬ１が大きくても良い。即ち、Ｌ１＞Ｌ３≧Ｌ２でも良い。

従って、電池モジュール３，５，７の側面を下方（上流側）から上方（下流側）に向けて、対流によって空気が流通する際に、流路断面積が上方（下流）に向かうにつれて徐々に狭くなるため、流速が速くなる。よって、別途の装置を用いることなく、端子３９を自然対流によって更に効率的に冷却することができる。

具体的には、図３，４に示すように、間隙Ｇ１，Ｇ２の入口における空気の温度は、外気温（例えば、２０℃）であるため低くなっており、間隙Ｇ１，Ｇ２の出口における空気の温度は、間隙Ｇ１，Ｇ２を空気が流通する際に暖まって上昇するため、外気温よりも高い、例えば３０℃になる。即ち、電池９は、充電または放電によって発熱するため、外気温よりも高い温度になる。従って、間隙Ｇ１，Ｇ２を空気が流通すると、空気と電池９との間で熱交換が行われ、空気の温度が上昇する。

このように、間隙Ｇ１，Ｇ２の出口における空気の温度は外気温よりも高くなるため、出口における空気は自然対流によって上方に移動する。一方、端子３９は、非常に高温（例えば、５０℃）になり、出口における空気の温度よりも高いため、間隙Ｇ１，Ｇ２を通過した空気と端子３９との間で熱交換され、端子３９は十分に冷却される。

さらに、上下方向に積重した電池モジュール３，５，７の間には、上下間に所定の間隙Ｇ１およびＧ２が設けられているため、これらの間隙Ｇ１およびＧ２を空気が流れたのち、電池モジュール３，５，７の側面を流れる空気流と合流することによって、更に端子３９を効率的に冷却することができる。

（３）前記スタックメンバー２５，２１と電池９の側面９ａとの側方に向けた距離を、スペーサ２７，２９を介して可変させるように構成されている。

従って、空気が流通する流路断面積を容易に可変させることができる。

Ｇ１…第１の間隙（間隙）
Ｇ２…第２の間隙（間隙）
１…組電池
３，５，７…電池モジュール
９…電池
２１…第２のスタックメンバー（スタックメンバー）
２３…端子カバー
２５…第１のスタックメンバー（スタックメンバー）
２７，２９…スペーサ
３９…端子

Claims

端子を有する電池を少なくとも１つ配列して電池モジュールを構成すると共に、前記端子が前記電池モジュールの側面に配置された状態で複数の前記電池モジュールを上下に所定の間隙をもって積重し、前記電池の端子側を空気が流通することで前記端子が冷却される組電池であって、
前記複数の電池モジュールの各々について、前記端子を、前記電池モジュールの側面から側方に向けて所定間隔をおいて配設される端子カバーで覆うと共に、前記端子の上下に、前記電池の配列方向に沿って延びる一対のスタックメンバーを前記電池モジュールの側面から側方に向けて所定間隔をおいて配設し、
前記端子カバーと電池の側面との間、および、上下のスタックメンバーと電池の側面との間を空気が流通するように、かつ、その流速が前記電池モジュールの下方から上方に向けて増大するように、前記端子カバーおよび前記スタックメンバーの配置を設定したことを特徴とする組電池。
前記一対のスタックメンバーのうち、下側のスタックメンバーと電池の側面との距離をＬ１、上側のスタックメンバーと電池の側面との距離をＬ２、および、端子カバーと電池の側面との距離をＬ３としたときに、Ｌ１＞Ｌ３＞Ｌ２の長さ関係に設定したことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
前記スタックメンバーと電池の側面との距離を、スペーサを介して可変させるように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の組電池。