JP5704098B2

JP5704098B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP5704098B2
Application number: JP2012062843A
Authority: JP
Inventors: 木村　健治; 健治木村; 伸得藤原; 知隼轟; 幸助草場
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: JP2013196907A

Description

本発明は、二次電池等の蓄電装置に関し、より詳細には、複数の二次電池を並列接続した蓄電装置に関する。

例えば、円筒型の単電池を縦横に複数配列して１つの電池パックを構成することができる。特許文献１では、各単電池の冷却効率が均一となるように、単電池の長さ方向に直交する方向から冷却風を当てて冷却している。

特許文献１では、横方向に並んで配置される複数の単電池を、縦方向において冷却風の流通経路の上流側から下流側に向かって複数列配置するとともに、縦方向に複数列配置される単電池間を並列接続している。

特開２００３−２５７３９４号公報特開２００９−１２３３７１号公報特開２００９−０１６２０５号公報特開２００９−０９９４５２号公報特開２０１０−２２５４１２号公報特開２００９−２５２４６０号公報

図１０は、横方向に複数配置される円筒型の単電池を、縦方向に複数列配置した組電池において、縦方向に配列される単電池間を並列に接続した従来例を示す図である。図１０に示すように、冷却風の上流側の第１列の単電池と第２列の下流側の単電池を並列接続して複数の電池ユニットを構成すると、並列接続される単電池群の各単電池間で冷却効率が異なり、温度バラツキが生じる。

つまり、冷却風は、単電池との間で熱交換を行いながら下流側に流動するため、上流側の第１列の単電池によって温められた冷却風が、下流側の第２例の単電池と接触する。このため、並列接続される上流側の第１列の単電池と下流側の第２列の単電池との間で温度にバラツキが生じ、並列接続される単電池群内で、各単電池それぞれの温度が異なってしまう。

並列接続される単電池群の各単電池間で温度バラツキが生じると、例えば、温度が低い単電池よりも温度の高い単電池に多くの電流が流れる。特定の単電池に多くの電流が流れることで、他の単電池よりも電池温度がさらに上昇したり、電池劣化が促進されてしまうため、複数の単電池それぞれが均一に冷却されるようにして、並列接続される単電池群の各単電池間での温度バラツキを抑制する必要がある。

本願第１の発明である蓄電装置は、円筒型の蓄電素子を複数備えた蓄電素子群と、蓄電素子群を収容するケースと、を備え、蓄電素子群は、蓄電素子の長さ方向がケースの上下方向となるようにケースに収容されている。そして、蓄電素子群は、ケースの左右方向に流通する冷却経路に対して略垂直でかつ上下方向及び左右方向に直交する方向に複数並んで配置される蓄電素子の列毎に、蓄電素子が並列に接続されている。

本願第１の発明によれば、蓄電素子の長さ方向がケースの上下方向となるように蓄電素子群をケースに収容しつつ、ケースの左右方向に流通する冷却媒体に対して略垂直でかつ上下方向及び左右方向に直交する方向に複数並んで配置される蓄電素子の列毎に、蓄電素子が並列に接続されているので、冷却媒体の進行方向に対して蓄電素子それぞれが、垂直に一列に並んで配置される。このため、並列接続される蓄電素子それぞれが均一に冷却でき、かつ蓄電素子の長さ方向がケースの上下方向となることで並列接続された隣り合う蓄電素子間で他方の蓄電素子の温度の影響を抑制することができる。したがって、並列接続される蓄電素子間での温度バラツキを抑制することができる。

蓄電素子群は、蓄電素子の列毎に複数の蓄電素子が並列接続された蓄電ユニットそれぞれを、左右方向に隣り合う蓄電ユニットと互いに直列に接続することで形成でき、蓄電ユニットの各蓄電素子の正極端子又は負極端子の向きが、上下方向におけるケースの上面側又は下面側で同じ向きとなるように構成することができる。

複数の蓄電ユニットは、隣り合う蓄電ユニットのケースの上面側又は下面側に同じ向きに配置された各蓄電素子の正極端子群と負極端子群が、左右方向において交互に配置されるように、ケースに収容することができる。

蓄電装置は、蓄電ユニットの正極端子群を互いに接続する正極バスバーと、蓄電ユニットの負極端子群を互いに接続する負極バスバーと、を備えることができる。また、蓄電素子群は、ケースの上面側又は下面側の一方の側において、各蓄電素子の正極端子群が位置する第１蓄電ユニットと、各蓄電素子の負極端子群が位置する第２蓄電ユニットとが左右方向に並んで配置され、第１蓄電ユニット及び第２蓄電ユニットを直列に接続した蓄電ブロックとして形成することができ、この場合、蓄電ブロックのケースの上面側又は下面側の一方の側において正極端子群に接続される正極バスバーと負極端子群に接続される負極バスバーとを１つのバスバーで形成することができる。

蓄電素子の正極端子又は負極端子が形成される長さ方向端部に、蓄電素子内部で発生した気体を蓄電素子外部に排出する排出部を設けることができる。

ケースは、左右方向の第１側面に設けられる冷却媒体の吸気口と、吸気口と反対側の第２側面に設けられる排気口と、を備えることができ、吸気口から左右方向に流通する冷却媒体の進行方向上流側の蓄電ユニットに対し、進行方向下流側の蓄電ユニットが、上下方向及び左右方向に直交する方向に所定間隔ずらして配置することができる。

電池パックの一例を示す図である。組電池を構成する電池ブロックの一例を示す図である。図２の電池ブロックの上面図である。図２の電池ブロックの下面図である。電池パックを構成する組電池１０を側面から見た図である。電池パックに収容される組電池１０の温度分布を示す一例である。並列接続される単電池群（電池ユニット）の上下方向及び単電池間の温度の関係を説明するための図である。（ａ）は、単電池に設けられる排出部の一例を示す図であり、（ｂ）は、排出部を介した排出経路と冷却経路の関係を示した図である。電池パック１を搭載した電池システムの構成を示す図である。複数の単電池を並列に接続した組電池の従来例を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１である電池パックについて、図１を用いて説明する。図１は、電池パックの構成を示す図である。

図１に示すように、本実施例の電池パック１は、電池ケース２内に組電池１０を備えている。電池ケース２のＸ方向における両側面には、吸気口３及び排気口４がそれぞれ形成されており、電池ケース２内に収容される組電池１０は、吸気口３から取り込まれる冷却媒体（例えば、冷却風）によって冷却される。

吸気口３から電池パック１の内部に取り込まれる冷却風は、単電池１３間の間隙を流動して排気口４から電池パック１の外部に排気される。吸気口３及び排気口４には、ダクト等を設けることができ、ダクトを介してファン等の送風機から送り込まれる冷却風が電池パック１内に流入する。なお、吸気口３及び排気口４の形状は任意であり、例えば、複数の吸気孔から構成される吸気口３を設けることもできる。

図１等に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸である。本実施例では、吸気口３及び排気口４が形成される電池ケース２の左右方向（冷却媒体の進行方向）をＸ方向、Ｘ方向に直交する電池パック１の電池ケース２の上下方向をＹ方向、上下方向及び左右方向のそれぞれに直交する方向をＺ方向としている。

図２は、組電池１０を構成する電池ブロック１１を示す図である。組電池１０は、複数の単電池１３の電池群からなり、所定数の単電池１３群で１つの電池ブロック１１を形成して電池ブロック１１を複数直列に接続することで形成することができる。

電池ブロック１１（蓄電ブロックに相当する）は、複数の単電池１３（蓄電素子に相当する）を並列に接続した電池ユニット１２（蓄電ユニットに相当する）を有している。電池ブロック１１は、複数の電池ユニット１１を直列に接続することで形成することができる。。

組電池１０を構成する電池ブロック１１の数、電池ブロック１１を構成する電池ユニット１２の数、及び電池ユニット１２を構成する単電池１３の数は、それぞれ適宜設定することができる。例えば、組電池１０に要求される出力電圧を確保するように、適宜設定することができる。また、本実施例では、複数の単電池１３を並列に接続することにより、組電池１０の満充電容量を増やすことができる。

複数の電池ブロック１１は、直列に接続されているため、各電池ブロック１１には、等しい電流が流れるとともに、電池ブロック１１を構成する各電池ユニット１２も直列に接続されているため、各電池ユニット１２にも等しい電流が流れる。一方、各電池ユニット１２を構成する各単電池１３は並列に接続されているため、各単電池１３に流れる電流値は、電池ユニット１２に流れる電流値を、電池ユニット１２を構成する単電池１３の数（総数）で除算した電流値となる。

単電池１３としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。例えば、単電池１３としては、１８６５０型の電池を用いることができる。１８６５０型の電池は、いわゆる円筒型の電池であり、直径が１８［ｍｍ］であり、長さが６５．０［ｍｍ］である。円筒型の電池とは、ケースが円筒状に形成されており、ケースの内部には充放電を行う発電要素が収容されている。

単電池１３は、発電要素を有する。発電要素は、充放電を行う要素であり、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されるセパレータとを有する。正極板は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有する。負極板は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有する。正極活物質層は、正極活物質や導電剤などを含んでおり、負極活物質層は、負極活物質や導電剤などを含んでいる。

単電池１３としてリチウムイオン二次電池を用いるときには、例えば、正極板の集電板をアルミニウムで形成し、負極板の集電板を銅で形成することができる。また、正極活物質としては、例えば、LiCo₁/3Ni₁/3Mn₁/3O₂を用い、負極活物質としては、例えば、カーボンを用いることができる。セパレータ、正極活物質層および負極活物質層には、電解液がしみ込んでいる。電解液を用いる代わりに、正極板および負極板の間に、固体電解質層を配置することもできる。

次に、電池ブロック１１及び電池ユニット１２について詳細に説明する。図２に示すように、電池ブロック１１を構成する電池ユニット１２は、複数の単電池１３が一定の方向（Ｚ方向）に並んで配置されるとともに、正負極が同じ方向を向いて配置されている。一列に並んで配置された複数の単電池１３がバスバー１４で並列に接続されることで、電池ユニット１２が構成される。

電池ユニット１２の各単電池１３は、電池ケース２の上下方向（Ｙ方向）と単電池１３の長さ方向とが略平行となるようにＺ方向に並んで配置されている。つまり、長尺状に形成されている単電池１３の長さ方向を上下方向とし、その長さ方向がＸ−Ｚ平面と直交する方向（Ｙ方向）となるようにＺ方向に並んで配置されている。

単電池１３の長さ方向の端部それぞれには、正極端子及び負極端子が設けられている。Ｚ方向において隣り合う単電池１３間は、一定の間隔で離間しているとともに、正負極が同じ方向、例えば、電池ケース２の上下方向における上面側には正極端子、下面側には負極端子が同じ向きで位置するように、各単電池１３の正負極が上面側又は下面側で同じ向きになるように配置されている。

図３は、電池ブロック１１の上面図であり、図４は、電池ブロック１１の下面図である。本実施例の電池ブロック１１は、２つの電池ユニット１２が直列に接続されて構成されている。

Ｘ方向に並んで配置される電池ユニット１２ａと電池ユニット１２ｂの上面に位置する各正負極の端子は、互いに異なっており、図３において、電池ケース２の上面側において電池ユニット１２ａの正極端子が位置し、Ｘ方向に隣り合う電池ユニット１２ｂの負極端子が位置している。つまり、Ｙ方向上面側において電池ユニット１２ａを構成する各単電池１３の正極端子群がＺ方向に並んで位置するとともに、電池ユニット１２ａの正極端子群に対してＸ方向にずれて配置される電池ユニット１２ｂを構成する各単電池１３の負極端子群がＺ方向に並んで位置している。

そして、電池ユニット１２ａ、１２ｂのＹ方向上面側において、各端子群を接続するバスバー１４ａが設けられる。バスバー１４ａは、Ｘ方向に並んで配置される２つの電池ユニット１２のＹ方向上面に露出する各端子を電気的に接続部材であり、電池ユニット１２を構成するＺ方向に複数並んで配置される単電池１３を並列に接続するとともに、Ｘ方向に隣接する電池ユニット１２間を直列に接続する。

図３に示すように、バスバー１４ａは、電池ユニット１２ａの各単電池１３の正極端子群及び電池ユニット１２ａに対してＸ方向にずれて位置する電池ユニット１２ｂの各単電池１３の負極端子群を電気的に接続する一枚の板状部材として形成されている。バスバー１４ａは、Ｘ方向に並んで配置される２つの電池ユニット１２ａ，１２ｂのＸ方向の幅に対応し、かつＺ方向に並んで配置される複数の単電池１３の配置長さに応じた形状に形成されている。バスバー１４ａには、電池ユニット１２のＺ方向に並んで配置される各単電池１３の正負極の端子群に対応する端子接続部１４ｄがＺ方向に所定の間隔で設けられている。バスバー１４ａは、電池ユニット１２ａ，１２ｂそれぞれにおいて各単電池１３を並列に接続するとともに、電池ユニット１２ａ、１２ｂ間を直列に接続する。

図４に示すように、バスバー１４ａが設けられた他端側、すなわちＹ方向下面側の各電池ユニット１２ａ、１２ｂには、バスバー１４ｂとバスバー１４ｃとが設けられる。バスバー１４ｂ、１４ｃは互いに電気的に接続されておらず、電池ユニット１２ａ，１２ｂそれぞれに個別に設けられる。バスバー１４ｂ、１４ｃは、バスバー１４ａと対となって電池ユニット１２を構成する各単電池１３を電気的に並列に接続する接続部材である。

バスバー１４ｂ，１４ｃそれぞれは、各電池ユニット１２ａ，１２ｂにＸ方向の幅に対応し、かつＺ方向に並んで配置される複数の単電池１３の配置長さに応じた形状に形成されている。バスバー１４ａと同様に、電池ユニット１２のＺ方向に並んで配置される各単電池１３の端子群に対応する端子接続部１４ｄがＺ方向に所定の間隔で設けられている。バスバー１４ｃには、自身の電池ユニット１２が他の電池ユニット１２（電池ブロック１１）と直列に接続するための接続端子１４ｅが、Ｘ方向に突出するように設けられている。

本実施例のバスバー１４は、バスバー１４ａ、１４ｂ及び１４ｃを含んで構成され、バスバー１４ｂは、電池ユニット１２ａのＹ方向下面側に位置する負極端子群を互いに接続する負極バスバーであり、バスバー１４ｃは、電池ユニット１２ｂのＹ方向下面側に位置する正協端子群を互いに接続する正極バスバーであり、バスバー１４ａは、Ｙ方向上面側の電池ユニット１２ａ，１２ｂそれぞれの正極バスバー及び負極バスバーである。

なお、本実施例のバスバー１４ａは、正極バスバー及び負極バスバーが一体的に１つのバスバーで形成されているが、これに限るものではない。例えば、バスバー１４ａの代わりにバスバー１４ｂをそれぞれ電池ユニット１２ａ，１２ｂのＹ方向上面に設けて、両者を電気的に接続することで、電池ユニット１２ａ，１２ｂそれぞれにおいて各単電池１３を並列に接続するとともに、電池ユニット１２ａ、１２ｂ間を直列に接続することができる。

このように本実施例の電池ブロック１１は、電池ケース２の上面側又は下面側の一方の側において、各単電池１３の正極端子群が位置する電池ユニット１２ａと、各単電池１３の負極端子群が位置する電池ユニット１２ｂとがＸ方向に並んで配置され、電池ユニット１２ａ，１２ｂを直列に接続することで形成されている。そして、並列接続される単電池１３が複数Ｚ方向に並ぶ状態で、電池ブロック１１をＸ方向に並んで複数配置することで、電池ブロック１１間が接続端子１４ｅを介して電気的に接続され、単電池１３の電池群である組電池１０が形成される。

したがって、本実施例の組電池１０は、長さ方向がＹ方向となるように単電池１３がＮ個Ｚ方向に並んで配置され、Ｚ方向にＮ個並んで配置される互いに並列接続された単電池１３群を１つのユニット（電池ユニット１２）とし、Ｘ方向に各ユニットが隣り合うようにＺ方向と平行にＭ列配置され、Ｍ列の各ユニットが互いに直列に接続されている。

そして、電池ユニット１２の各単電池１３の正極端子又は負極端子の向きが、１つの電池ユニット１２において電池ケース２の上面側又は下面側で同じ向きとなっており（図２、図５参照）、複数の電池ユニット１２のＭ個の列は、隣り合う電池ユニット１２の電池ケース２の上面側又は下面側に同じ向きに配置された各単電池１３の正極端子群と負極端子群が、Ｘ方向において交互に配置されように、電池ケース２に収容されている（図５参照）。このとき、電池ケース２の上面側又は下面側に同じ向きに配置された各単電池１３の正極端子群と負極端子群がＸ方向において交互に配置されているので、正極バスバー及び負極バスバーが、電池ケース２の上面側や下面側において、Ｘ方向において交互に設けられることになる。

なお、本実施例では、２つの電池ユニット１２ａ、１２ｂで構成した電池ブロック１１を複数直列に接続することで組電池１０を構成する一例を示したが、例えば、電池ブロック１１を構成せずに、複数の電池ユニット１２を直列に接続するようにし、長さ方向がＹ方向となるように単電池１３がＮ個Ｚ方向に並んで配置される各電池ユニット１２がＸ方向で隣り合うようにＺ方向と平行にＭ列配置して組電池１０を形成することもできる。

また、電池ブロック１１が２つの電池ユニットで構成される一例を示したが、３つ以上の任意の数の電池ユニット１２で電池ブロック１１を構成することもできる。さらに、例えば、電池ユニット１２ａの単電池１３の数を７つ、電池ユニット１２ｂの単電池１３の数を８つにして、電池ユニット１２間で並列接続される単電池１３の数を異なるように構成することもできる。

また、図２、図３で示したように、Ｘ方向に並んで配置される電池ユニット１２ａ、１２ｂは、Ｚ方向において互いにずれて配置されている。つまり、電池ユニット１２ａの単電池１３間に電池ユニット１２ｂの単電池１３が位置するように、Ｘ方向において隣り合う各電池ユニット１２は、その単電池１３の位置がＺ方向において互いに所定間隔ずれて配置されている。また、電池ユニット１２間は、Ｘ方向において所定の間隔離間しており、吸気口３から送り込まれる冷却風が単電池１３間をＸ方向に移動できる隙間が形成されるように配置されている。

次に、図５から図８を参照して、本実施例の組電池１０の冷却構造について説明する。図５は、図１に示した電池パック１のＸ−Ｙ平面における側面図であり、電池パック１内に設けられた組電池１０と冷却経路との関係を示している。

図５に示すように、電池パック１は、Ｘ方向の両側面に吸気口３及び排気口４がそれぞれ設けられ、冷却風が吸気口３（上流側）から排気口４（下流側）に向かってＸ方向に流通する冷却経路を備えている。

本実施例の組電池１０を構成する単電池１３は、長さ方向がＹ方向であり、長さ方向端部側面に形成される正極端子又は負極端子が、組電池１０のＹ方向上面に位置するように、吸気口３の開口面に対して配置されている。Ｙ方向に長さ方向が位置する単電池１３がＺ方向に並んで複数並んで配置されているので、冷却風は、単電池１３の長さ方向に対して直交する方向（Ｘ方向）から各単電池１３に接触する。

言い換えれば、単電池１３の長さ方向が電池ケース２の上下方向となるように電池ケース２に収容される単電池１３の電池群は、電池ケース２の左右方向に流通する冷却風に対して略垂直でかつ電池ケース２の上下方向及び左右方向に直交する方向（Ｚ方向）に複数並んで配置される単電池１３の列（電池ユニット１２）毎に、各単電池１３が並列に接続されているので、並列接続される単電池１３それぞれが同じＹ−Ｚ平面で垂直に冷却風と接触する。

そして、単電池１３それぞれが冷却風の進行方向に対して垂直に一列に並んで並列接続される電池ユニット１２は、冷却風の上流側から下流側に複数並んで電池ケース２に収容されており、各電池ユニット１２の並列接続される単電池１３の電池群は、Ｘ方向における各位置での同じＹ−Ｚ平面で垂直に冷却風と接触する。

図６は、本実施例の電池パック１を構成する組電池１０の温度分布を説明するための図である。本実施例では、吸気口３から排気口４の電池ケース２のＸ方向に延びる冷却経路に対して複数の電池ブロック１１（電池ユニット１２）が、隣り合うように配置されている。冷却経路の上流側、すなわち吸気口３側の位置する一列目（Ｌ１列）の電池ユニット１２は、吸気口３から流入する温度Ｔ０の冷却風と接触し、一列目の電池ユニット１２と接触した冷却風は、一列目の電池ユニット１２の下流側に位置する二列目（Ｌ２列）の電池ユニット１２と接触し、上流側から下流側に順番に各電池ユニットのＺ方向に延びる単電池１３列と接触する。

２列目の電池ユニット１２に接触する冷却風は、一列目の電池ユニット１２と接触した後の冷却風なので、温度Ｔ０よりも高い温度状態の冷却風が接触することになる。このように、上流側から下流側にかけて冷却風の温度は上昇するため、上流側に位置する一列目の電池ユニット１２の温度Ｔ１よりも下流側に位置する二列目の電池ユニット１２の温度Ｔ２は高くなる。下流側に位置するＬ（ｎ）番目の温度Ｔｎが一番高く、Ｘ方向に複数列配置される各電池ユニット１２の温度は、図６の右側に示すように上流側から下流側に高くなる。なお、各電池ユニット１２において充放電によって生じる発熱量は、一定である。

このように、上流側の冷却風は、下流側の冷却風よりも温度が高く、２列目の電池ユニット１２と冷却風との間の熱交換は、一列目の電池ユニット１２と冷却風との間の熱交換の効率よりも低くなり、冷却風の上流側及び下流側に配置される各電池ユニット間で温度差（冷却効率の差異）が生じる。

一方、図６の左側に示すように、本実施例の組電池１０は、単電池１３が並列に接続されている電池ユニット１２において、並列接続される単電池１３それぞれが同じＹ−Ｚ平面で垂直に冷却風と接触する。このため、一列目の電池ユニット１２の各単電池１３（１３（１），１３（２），・・・，１３（７））それぞれに対して冷却風は同じ温度で接触し、Ｚ方向に隣り合う単電池１３間は、同じ温度Ｔ１となる。二列目の電池ユニット１２では、各単電池１３それぞれに対して一列目の電池ユニット１２よりも温度が高い冷却風が接触するものの、２列目の電池ユニット１２の各単電池１３それぞれに対して冷却風は同じ温度で接触し、Ｚ方向に隣り合う単電池１３間は、同じ温度Ｔ２となる。同様に下流側に位置するＬ（ｎ）番目の電池ユニット１２のＺ方向に隣り合う単電池１３間も、同じ温度Ｔｎとなる。

すなわち、冷却風の上流側と下流側で電池ユニット１２間の温度が違うものの、電池ユニット１２のＺ方向に並んで並列接続される単電池１３の電池群それぞれに接触する冷却風の温度が同じであり、冷却効率は一定となる。このため、並列接続される単電池１３の電池群内での温度バラツキを抑制することができ、例えば、並列接続される電池群の所定の単電池１３の温度が高くなることで、他の単電池１３よりも多くの電流が流れたり、電池劣化が促進してしまうことを抑制することができる。

少なくとも１つの単電池１３が他の単電池１３によりも劣化が進行すると、並列接続される電池群の電池性能は、劣化が進行した単電池１３に依存するが、本実施例では、Ｚ方向に並んで並列接続の電池群それぞれに接触する冷却風の温度が同じであり、並列接続の電池群内の単電池１３間で冷却効率を均一にできる。

図７は、並列接続される単電池１３群の上下方向及び単電池１３間の温度の関係を説明するための図である。図７に示すように、本実施例では、単電池１３の長さ方向がＹ方向となるように各単電池１３をＺ方向に複数配置して並列接続の電池ユニット１２を構成しているので、単電池１３の上下方向における任意の位置でのＺ方向に隣り合う単電池１３間の温度は、同じになる。

温められた単電池１３周囲の空気は、電池ケース２の上面側に移動するので、電池ケース２の上面側は、下面側よりも温度が高くなる。このため、電池ケース２の上下方向に単電池１３が積み重なるように配置されると、電池ケース２の上下方向下段の単電池１３の温度が上下方向上段の単電池１３に伝達されてしまう。これに対して本実施例では、冷却風の進行方向に対して上下方向に単電池１３が積み重なって配置されておらず、単電池１３の長さ方向が電池ケース２の上下方向に位置した状態で、Ｚ方向に並列接続される単電池１３が複数配置されるので、複数の単電池１３間で隣接する他方の単電池１３の温度の影響を受け難く、図７に示すように、単電池１３の上下方向における任意の位置でのＺ方向に隣り合う単電池１３間の温度のバラツキが抑制される。

本実施例の組電池１０は、単電池１３の長さ方向が電池ケース２の上下方向（Ｙ方向）となるように単電池１３群をケースに収容しつつ、電池ケース２の左右方向（Ｘ方向）に流通する冷却風に対して略垂直でかつ上下方向及び左右方向に直交する方向に複数並んで配置される単電池１３の列毎に、並列接続されているので、冷却媒体の進行方向に対して単電池１３それぞれが、垂直に一列に並んで配置される。このため、並列接続される単電池１３それぞれを均一に冷却でき、かつ電池ケース２の上下方向が長さ方向に配置される並列接続される単電池１３の隣り合う単電池１３間で他方の単電池１３の温度の影響を抑制することができる。したがって、並列接続される単電池１３間での温度バラツキを抑制することができる。

図８（ａ）は、本実施例の単電池１３の一例を示す図である。図８において、単電池１３は、単電池１３内部で発生した気体（ガス等）を単電池１３外部に排出する排出部１３ｂを備えている。

排出部１３ｂは、単電池１３の正極端子が形成される長さ方向の端部側面に形成され、例えば、単電池１３内部で発生した気体によって上昇する圧力に応じて開閉する排気弁である。単電池１３の温度が上昇すると、発電要素１３ａを構成する電解液や固体電解質が分解されてガスが発生することがあり、排出部１３ｂは、発生したガスによる内部の圧力上昇を抑制するために動作する。

本実施例では、電池ケース２に収容されるＺ方向において隣り合う単電池１３の電池ユニット１２は、各単電池１３の正負極が上面側又は下側側で同じ向きになるように配置されている。このため、例えば、排出部１３ｂを正極端子が設けられる長さ方向の端部側面に設けた場合、図８（ｂ）に示すように、１つの電池ユニット１２において、排出部１３ｂが電池ケース２の上面側又は下面側の一方に集約されるとともに、冷却風の進行方向と直交する電池ケース２の上下方向に排気される。

このため、電池ケース２の左右方向における組電池１０の冷却経路と排出部１３ｂから電池ケース２の上下方向に排気される気体の排気経路とをそれぞれ分離しつつ、電池ケース２の上面側及び下面側に集約された排出部１３ｂから適切に排気できる。例えば、車室内に設けられ電池パック１は、車室内の空気を冷却風として用い、排気口４から排気される冷却風を車室内に戻す冷却循環が形成される。このとき、本実施例では、冷却経路と排気経路とがそれぞれ分離しているので、冷却風とともにガス等の気体が車室内に流れ込むことを防止でき、さらに排出部１３ｂが電池ケース２の上面側及び下面側に集約されているので、電池ケース２の上面側及び下面側に排出部１３ｂから排気されるガス等の排気ダクト等を設けることで、容易に車外等に排気することができる。

図８の例では、電池ケース２のＹ方向において単電池１３の上面と電池ケース２の上部との間の空間及び単電池１３の下面と電池ケース２の下部との間の空間をそれぞれ排気経路として構成し、排気経路と電池ケース２の左右方向における組電池１０の冷却経路とを仕切る仕切り部材６を設けている。

仕切り部材６は、吸気口３から電池ケース２内に流入する冷却風が、単電池１３の上面と電池ケース２の上部との間の空間及び単電池１３の下面と電池ケース２の下部との間の空間に流れないように吸気口３から組電池１０（組電池１０から排気口４）にＸ方向に延びる板状の部材である。仕切り部材６によって形成された各排気経路に挿通する排出口５を電池ケース２の上部及び下部にそれぞれ設け、排気経路を流通したガス等の気体を組電池１０の冷却経路と分離しながら、排出口５から電池ケース２外に排気することができ、排出口５に設けられる冷却経路と独立した排気ダクト等から車外等に排気できる。なお、図示していないが、Ｘ方向に並んで配置される単電池１３間にも仕切り部材６に相当する部材を設けることができ、また、複数の単電池１３それぞれを保持する保持部材（不図示）を用いて仕切り部材６を構成するようにしてもよい。

なお、上述した組電池１０では、複数の電池ユニット１２のＭ個の列は、隣り合う電池ユニット１２の電池ケース２の上面側又は下面側に同じ向きに配置された各単電池１３の正極端子群と負極端子群が、Ｘ方向において交互に配置されように、電池ケース２に収容されているが、例えば、電池ケース２の上面側又は下面側の一方に複数の電池ユニット１２の正極端子群のみが配置されるように構成することもできる。

具体的には、電池ユニット１２ａの電池ケース２の上面側に設けられるバスバーと電池ユニット１２ｂの下面側に設けられるバスバーとを電気的に接続することで、電池ケース２の上面側には電池ユニット１２ａ，１２ｂそれぞれの正極端子群が位置し、電池ケース２に収納される組電池１０の上面側には正極端子群のみが、下面側に負極端子群のみが配置されるように構成することができる。

したがって、電池ケース２の上面側又は下面側の一方のみに排出部１３ｂを集約することができ、排気経路が電池ケース２の上下方向の一方向のみとなるので、冷却経路と排気経路とをそれぞれ分離しつつ、一方向のみに集約された排気経路から容易に車外等に排気することができる。

本実施例の組電池１０（電池パック１）は、例えば、車両に搭載される電池システムを構成する電源装置として適用することができる。図９は、電池システムの構成を示す図である。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させる動力源として、上述した組電池１０に加えて、エンジン又は燃料電池を備えている。電気自動車は、車両を走行させる動力源として、組電池１０だけを備えている。

図９に示すように、組電池１０の正極端子と接続された正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂは、コントローラ４０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。組電池１０の負極端子と接続された負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｇは、コントローラ４０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。

システムメインリレーＳＭＲ−Ｇには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよび電流制限抵抗Ｒが並列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよび電流制限抵抗Ｒは、直列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐは、コントローラ４０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。電流制限抵抗Ｒは、組電池１０を負荷（具体的には、後述する昇圧回路３２）と接続するときに、突入電流が流れるのを抑制するために用いられる。

組電池１０を負荷と接続するとき、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐをオフからオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗Ｒに電流を流すことができ、突入電流が流れるのを抑制することができる。

コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０および負荷の接続が完了し、図９に示す電池システムは、起動状態（Ready-On）となる。一方、組電池１０および負荷の接続を遮断するとき、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。これにより、図９に示す電池システムの動作は停止する。

昇圧回路３２は、組電池１０の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ３３に出力する。また、昇圧回路３２は、インバータ３３の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池１０に出力することができる。昇圧回路３２は、コントローラ４０からの制御信号を受けて動作する。本実施例の電池システムでは、昇圧回路３２を用いているが、昇圧回路３２を省略することもできる。

インバータ３３は、昇圧回路３２から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ３４に出力する。また、インバータ３３は、モータ・ジェネレータ３４が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を昇圧回路３２に出力する。モータ・ジェネレータ３４としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。

モータ・ジェネレータ３４は、インバータ３３からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。組電池１０の出力電力を用いて車両を走行させるとき、モータ・ジェネレータ３４によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ３４は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ３３は、モータ・ジェネレータ３４が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を昇圧回路３２に出力する。昇圧回路３２は、インバータ３３からの電力を組電池１０に出力する。これにより、回生電力を組電池１０に蓄えることができる。

１：電池パック
１０：組電池
１１：電池ブロック
１２：電池ユニット
１３：単電池
１４：バスバー
３２：昇圧回路
３３：インバータ
３４：モータ・ジェネレータ
４０：コントローラ

Claims

円筒型の蓄電素子を複数備えた蓄電素子群と、
前記蓄電素子群を収容するケースと、を備え、
前記蓄電素子群は、
前記蓄電素子の長さ方向が前記ケースの上下方向となるように前記ケースに収容されるとともに、前記ケースの左右方向に流通する冷却媒体に対して略垂直でかつ前記上下方向及び左右方向に直交する方向に複数並んで配置される前記蓄電素子の列毎に、前記蓄電素子が並列に接続されていることを特徴とする蓄電装置。
前記蓄電素子群は、前記蓄電素子の列毎に複数の前記蓄電素子が並列接続された蓄電ユニットそれぞれが、前記左右方向に隣り合う前記蓄電ユニットと互いに直列に接続して形成されており、
前記蓄電ユニットの各蓄電素子の正極端子又は負極端子の向きが、前記上下方向における前記ケースの上面側又は下面側で同じ向きであることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
複数の前記蓄電ユニットは、隣り合う前記蓄電ユニットの前記ケースの上面側又は下面側に同じ向きに配置された各蓄電素子の正極端子群と負極端子群が、前記左右方向において交互に配置されるように、前記ケースに収容されていることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。
前記蓄電ユニットの正極端子群を互いに接続する正極バスバーと、
前記蓄電ユニットの負極端子群を互いに接続する負極バスバーと、をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の蓄電装置。
前記蓄電素子群は、前記ケースの上面側又は下面側の一方の側において、各蓄電素子の正極端子群が位置する第１蓄電ユニットと、各蓄電素子の負極端子群が位置する第２蓄電ユニットとが前記左右方向に並んで配置され、前記第１蓄電ユニット及び第２蓄電ユニットを直列に接続した蓄電ブロックを含んで形成され、
前記蓄電ブロックの前記ケースの上面側又は下面側の一方の側において正極端子群に接続される前記正極バスバーと負極端子群に接続される前記負極バスバーとが、１つのバスバーで形成されていること特徴とする請求項４に記載の蓄電装置。
前記蓄電素子の正極端子又は負極端子が形成される長さ方向端部に、前記蓄電素子内部で発生した気体を前記蓄電素子外部に排出する排出部が設けられていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１つに記載の蓄電装置。
前記左右方向の前記ケースの第１側面に設けられる前記冷却媒体の吸気口と、
前記吸気口と反対側の前記ケースの第２側面に設けられる排気口と、を備え、
前記吸気口から前記左右方向に流通する前記冷却媒体の進行方向上流側の前記蓄電ユニットに対し、前記進行方向下流側の前記蓄電ユニットが、前記上下方向及び左右方向に直交する方向に所定間隔ずれて配置されていることを特徴とする請求項２から６のいずれか１つに記載の蓄電装置。