JP6400853B2 - 電池装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、電池装置に関する。
従来、第一の方向に隙間をあけて並べられた複数の電池セルと、当該複数の電池セルを収容する筐体と、を備え、筐体の壁部に、隙間に臨む貫通孔が設けられた電池装置が、知られている。
特開2014−022166号公報
この種の電池装置では、例えば、場所による温度のばらつきがより小さい電池装置が得られれば、好ましい。
実施形態の電池装置は、例えば、複数の電池セルと、筐体と、を備える。複数の電池セルは、第一の方向に第一の隙間をあけて並べられる。筐体は、第一の方向に沿って延びるとともに第一の方向と交差した第二の方向に沿って延び第一の隙間に臨む貫通孔が設けられた第一の壁部と、複数の電池セルの第一の壁部とは反対側で第一の方向および第二の方向に沿って延び第一の隙間の第一の壁部とは反対側を閉じた第二の壁部と、を有し、複数の電池セルを収容する。第一の壁部の第二の方向における第一の端部よりも第一の壁部の第二の方向における中央位置に近い第一の壁部の内側領域における貫通孔の第一の開口率が、中央位置よりも第一の端部に近い第一の壁部の外側領域における貫通孔の第二の開口率よりも大きい。
図1は、第1実施形態の電池装置の例示的な斜視図である。 図2は、図1のII−II断面図である。 図3は、図2のIII−III断面図である。 図4は、図2のIV−IV断面図である。 図5は、第2実施形態の電池装置の例示的な断面図である。 図6は、図5のVI−VI断面図である。 図7は、第3実施形態の電池装置の例示的な断面図である。 図8は、図7のVIII−VIII断面図である。 図9は、第4実施形態の電池装置の例示的な断面図である。 図10は、図9のX−X断面図である。 図11は、第5実施形態の電池装置の例示的な断面図である。
以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果(効果)は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果(派生的な効果も含む)のうち少なくとも一つが得られうる。
また、以下に開示される複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれる。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される。
<第1実施形態>
図1に示されるように、電池装置1(蓄電池装置、組電池装置)は、例えば、複数の電池セル2と、筐体3と、第一のダクト4と、第二のダクト5,6と、を備える。電池装置1は、種々の装置や、機械、設備等に設置され、それら種々の装置や、機械、設備の電源として使用される。例えば、電池装置1は、自動車の電源等、移動型の電源としても使用される他、例えば、POS(Point Of Sales)システム用の電源等、定置型の電源としても使用されうる。なお、電池装置1に含まれる電池セル2の数や配置等は、本実施形態で開示されるものには限定されない。また、電池装置1には、複数の電池セル2を電気的に接続するための導電部材(バスバー)や、電池セル2の電圧や温度を監視するための監視基板、電池制御のための制御基板等が含まれうる。
図1に示されるように、筐体3は、水平方向(横方向、左右方向、X方向またはY方向)に長い直方体状に構成されている。筐体3は、複数の壁部3a〜3fを有する。筐体3は、複数の壁部3a〜3fのうち少なくともいずれか一つの壁部、例えば、壁部3eが平面に沿った姿勢で、設置されうる。壁部3eは、第一の壁部の一例であり、筐体3は、第一の筐体の一例である。なお、以下では、便宜上、壁部3eが平面に沿った姿勢を基準として、方向を規定する。X方向は、筐体3の短手方向であり、電池セル2の厚さ方向である。また、Y方向は、筐体3の長手方向であり、電池セル2の幅方向である。また、Z方向は、筐体3の高さ方向であり、電池セル2の高さ方向である。X方向、Y方向、およびZ方向は、互いに直交している。本実施形態では、X方向は、第一の方向の一例であり、Y方向は、第二の方向の一例であり、Z方向は、第三の方向の一例である。
電池セル2は、例えば、リチウムイオン二次電池等で構成されうる。なお、電池セル2は、ニッケル水素電池や、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等、他の二次電池であってもよい。リチウムイオン二次電池は、非水電解質二次電池の一種であり、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う。正極材料としては、例えば、リチウムマンガン複合酸化物や、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物等が用いられ、負極材料としては、例えば、チタン酸リチウム(LTO)等の酸化物系材料や、ニオブ複合酸化物等の酸化物材料等が用いられる。また、電解質(例えば、電解液)としては、フッ素系錯塩(例えばLiBF4、LiPF6)等のリチウム塩が配合された、例えば、炭酸エチレンや、炭酸プロピレン、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル等の有機溶媒等が単独であるいは複数混合されて用いられる。
また、電池セル2は、筐体20を有する。筐体20は、例えば、X方向に薄い扁平な直方体状に構成されている。図1に示される筐体20の上面20a(天面)には、不図示の電極部等が設けられうる。複数の電池セル2は、それぞれの上面20aが同じ方向(上方向)を向いた姿勢で、X方向に沿って並べられている。また、本実施形態では、複数(例えば、四つ)の電池セル2がX方向に並んだ列L1と、列L1のY方向の一方側、すなわち図1,2の右側で複数(例えば、四つ)の電池セル2がX方向に並んだ列L2と、列L2のY方向の一方側で複数(例えば、四つ)の電池セル2がX方向に並んだ列L3と、が設けられている。列L1は、第一の列の一例であり、列L2は、第二の列の一例であり、列L3は、第三の列の一例である。また、筐体20は、第二の筐体の一例である。
図1〜4に示されるように、筐体3の壁部3aおよび壁部3cは、いずれも、Y方向と交差する方向または直交する方向、すなわちX方向およびZ方向に沿っており、Y方向に間隔をあけて互いに平行に設けられている。また、壁部3bおよび壁部3dは、いずれも、X方向と交差する方向または直交する方向、すなわちY方向およびZ方向に沿っており、X方向に間隔をあけて互いに平行に設けられている。壁部3a〜3dは、側壁部等と称されうる。また、壁部3eおよび壁部3fは、いずれも、Z方向と交差する方向または直交する方向、すなわちX方向およびY方向に沿っており、Z方向に間隔をあけて互いに平行に設けられている。壁部3eは、下壁部や、底壁部等と称されうる。また、壁部3fは、上壁部や、天壁部等と称されうる。
また、図3,4に示されるように、筐体3は、例えば、壁部3e,3fに沿った壁部3gを有する。壁部3gは、壁部3eと壁部3fとの間に位置され、壁部3aと壁部3cとの間、および壁部3bと壁部3dとの間に架け渡されている。壁部3gには、電池セル2の電極部が貫通する開口部等が設けられうる。また、壁部3gと壁部3fとの間の空間部には、電池セル2の電極部を接続する導電部材や、基板等が収容されうる。壁部3gは、隔壁部や、仕切壁等とも称されうる。
図2に示されるように、複数の電池セル2は、互いにX方向に隙間S1をあけた状態で、筐体3に支持されている。隙間S1は、電池セル2の側面に沿って、すなわちY方向およびZ方向に沿って、広がっている。また、列L1〜L3の、X方向の一方側の端部、すなわち図2で最も上側の電池セル2と壁部3dとの間、およびX方向の他方側の端部、すなわち図2で最も下側の電池セル2と壁部3bとの間には、隙間S2が設けられている。隙間S2は、電池セル2の側面および壁部3a,3bに沿って、すなわちY方向およびZ方向に沿って、広がっている。図2,4に示されるように、本実施形態では、隙間S1のX方向に沿った幅と、隙間S2のX方向に沿った幅とは、略同じである。隙間S1は、第一の隙間の一例であり、隙間S2は、第二の隙間の一例である。なお、本実施形態では、壁部3eや壁部3g等の隙間S1,S2と対向する部分には、Z方向の内側(中央部側)に向かって僅かに突出する突出部等が設けられている。この突出部によって、隙間S1,S2を保持した状態で、複数の電池セル2を支持することができる。
また、図2〜4に示されるように、筐体3の壁部3eには、複数の貫通孔3sが設けられている。貫通孔3sは、隙間S1,S2に臨んでおり、貫通孔3sと隙間S1,S2とは、Z方向に並んでいる。複数の貫通孔3sは、X方向およびY方向に互いに間隔をあけて並んでいる。なお、図4に示されるように、本実施形態では、壁部3eの電池セル2の底面と対向する部分には、貫通孔3sは設けられていない。すなわち、電池セル2の底面は、壁部3eで覆われている。
また、図2に示されるように、筐体3の壁部3a,3cには、複数の貫通孔3tが設けられている。貫通孔3tは、隙間S1,S2に臨んでおり、貫通孔3tと隙間S1,S2とは、Y方向に並んでいる。複数の貫通孔3tは、X方向に互いに間隔をあけて並んでいる。貫通孔3tは、例えば、Z方向に沿って細長く延びるスリット状に構成されうる。なお、本実施形態では、壁部3a,3cの電池セル2の側面と対向する部分には、貫通孔3tは設けられていない。すなわち、電池セル2の側面は、壁部3a,3cで覆われている。
よって、隙間S1,S2には、図3に示されるように、貫通孔3sが設けられたZ方向の他方側(下側)の壁部3eと、開口部が設けられない閉じられたZ方向の一方側(上側)の壁部3gとが臨んでおり、隙間S1,S2のY方向の両側は開放されている。したがって、空気流は、第一のダクト4内から貫通孔3sを介して隙間S1,S2内に流れ、隙間S1,S2内でZ方向からY方向の両側に向けて曲がり、隙間S1,S2内から貫通孔3t(図2参照)を介して第二のダクト5,6内に流れる。
また、筐体3は、複数の部品(分割体)が組み合わせられて構成されている。具体的には、筐体3は、例えば、第一筐体部材31(第一ケース、下ケース)と、第二筐体部材32(第二ケース、上ケース)と、第三筐体部材33(第三ケース、蓋)と、を有する。図1,4に示されるように、第一筐体部材31は、少なくとも、壁部3eと、壁部3a〜3dの一部(下側部分)と、を有する。また、第二筐体部材32は、少なくとも、壁部3gと、壁部3a〜3dの一部(上側部分)と、を有する。また、第三筐体部材33は、少なくとも、壁部3fを有する。第二筐体部材32は、第一筐体部材31の収容部を塞ぎ、第一筐体部材31と一体化される。また、第三筐体部材33は、第二筐体部材32の収容部を塞ぎ、第二筐体部材32と一体化される。第一筐体部材31、第二筐体部材32、および第三筐体部材33は、例えば、結合具や、接着剤等によって互いに結合されうる。
図1に示されるように、第一のダクト4は、例えば、筐体3の壁部3eに沿って延びており、Z方向に薄くX方向およびY方向に広がっている。第一のダクト4のX方向の他方側の端部には、開口部4aが設けられている。また、図4に示されるように、第一のダクト4の壁部4b(上壁部)には、開口部4cが設けられている。開口部4cは、隙間S1,S2および貫通孔3sとZ方向に並んでいる。すなわち、開口部4cは、壁部4bの、隙間S1,S2および貫通孔3sと対向する部分に設けられている。第一のダクト4の開口部4a,4c以外の部分は閉じられている。よって、開口部4aを介して第一のダクト4内に導入された空気(冷却風)は、第一のダクト4を経由して、開口部4cおよび貫通孔3sを介して筐体3の隙間S1,S2内に流れ出ることができる。第一のダクト4は、吸気ダクトの一例である。
また、図1に示されるように、第二のダクト5,6は、例えば、筐体3の壁部3a,3cに沿っており、Y方向に薄くX方向およびZ方向に広がっている。第二のダクト5,6のX方向の一方側の端部には、開口部5a,6aが設けられている。また、図2に示されるように、第二のダクト5,6の壁部5b,6b(側壁部)には、開口部5c,6cが設けられている。開口部5c,6cは、隙間S1,S2および貫通孔3tとY方向に並んでいる。すなわち、開口部5c,6cは、壁部5bの、隙間S1,S2および貫通孔3tと対向する部分に設けられている。第二のダクト5,6の開口部5a,6a,5c,6c以外の部分は閉じられている。よって、開口部5c,6cを介して筐体3内の隙間S1,S2から第二のダクト5,6内に導入された空気は、第二のダクト5,6を経由して、開口部5a,6aを介して第二のダクト5,6外に流れ出ることができる。第二のダクト5,6は、排気ダクトの一例である。
ここで、図3に示されるように、本実施形態では、貫通孔3sのY方向に沿った幅Wは、図3に示される視線で、電池セル2とZ方向に対向した範囲において、略同じに設定されている。また、貫通孔3sのY方向に沿った幅Wと、二つの貫通孔3sの間の壁部3eのY方向に沿った幅Wとが、略同じに設定されている。そして、電池セル2とZ方向に対向した範囲において、貫通孔3sは奇数(例えば3個)設けられ、当該範囲のY方向の両端部には、貫通孔3sが設けられている。よって、本実施形態では、Y方向に隣接した二つの電池セル2の境界部分とZ方向に対向する位置で、二つの貫通孔3sが繋がっている。このような構成により、本実施形態では、壁部3eのY方向の中央位置C(中央線、図2参照)側の内側領域T1における貫通孔3sの第一の開口率が、壁部3eのY方向の端部E側の外側領域T2における貫通孔3sの第二の開口率よりも大きくなる。ここで、開口率とは、壁部3eの面積に対する貫通孔3s(開口部)の面積の比率である。すなわち、第一の開口率は、内側領域T1の長さに対する当該内側領域T1に設けられた全ての貫通孔3sのY方向に沿った幅Wの合計値の比率に略等しく、第二の開口率は、外側領域T2の長さに対する当該外側領域T2に設けられた全ての貫通孔3sのY方向に沿った幅Wの合計値の比率に略等しい。また、内側領域T1は、壁部3eのY方向の端部EよりもY方向の中央位置Cに近い領域であって、壁部3eをY方向に等間隔で四等分した領域のうちの内側の二つの領域である。また、外側領域T2は、壁部3eのY方向の中央位置CよりもY方向の端部Eに近い領域であって、壁部3eをY方向に等間隔で四等分した領域のうちの外側の二つの領域である。端部Eは、第一の端部の一例である。
上述した構成により、図3に示されるように、隙間S1,S2のうちY方向の中央位置Cに近い領域での空気流量が、隙間S1,S2のうちY方向の端部Eに近い領域での空気流量よりも多くなる。したがって、本実施形態によれば、外側領域T2よりも電池セル2の温度が高くなりやすい内側領域T1において、空気流による電池セル2の冷却性、すなわち電池セル2からの放熱性が、高まりやすい。
なお、本実施形態では、複数の電池セル2が、4行3列で配置された場合が例示されたが、これには限られず、例えば、1〜3行でも5行以上でもよいし、1〜2列でも4列以上でもよい。
以上のように、本実施形態では、例えば、壁部3eのY方向における端部E(第一の端部)よりも壁部3eのY方向における中央位置Cに近い壁部3eの内側領域T1における貫通孔3sの第一の開口率が、中央位置Cよりも端部Eに近い壁部3eの外側領域T2における貫通孔3sの第二の開口率よりも大きい。よって、本実施形態によれば、例えば、隙間S1,S2のうちY方向の中央位置Cに近い領域での空気流量が、隙間S1,S2のうちY方向の端部Eに近い領域での空気流量よりも多くなる。したがって、本実施形態によれば、外側領域T2よりも電池セル2の温度が高くなりやすい内側領域T1において、空気流による電池セル2の冷却性、すなわち電池セル2からの放熱性が、高まりやすい。よって、例えば、場所による電池セル2の温度のばらつきが抑制されやすく、ひいては、電池装置1の寿命が長くなりうる。
また、本実施形態では、例えば、X方向(第一の方向)に並べられた複数の電池セル2を含む列L1(第一の列)と、列L1のY方向(第二の方向)に位置されX方向(第一の方向)に並べられた複数の電池セル2を含む列L2(第二の列)と、を備える。よって、本実施形態によれば、例えば、電池セル2の列L1,L2が、Y方向に複数設けられた構成によって、内側領域T1の放熱性が高まりやすい電池装置1が実現されうる。
<第2実施形態>
図5,6に示される実施形態の電池装置1Aは、上記第1実施形態の電池装置1と同様の構成を備えている。よって、本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の構成に基づく同様の結果(効果)が得られる。
ただし、本実施形態では、例えば、図5,6に示されるように、壁部3eの内側領域T1には、幅Wに対して、二倍の幅W2を有した貫通孔3sと、半分の幅W1を有した貫通孔3sと、が設けられている。幅W2の貫通孔3sは、列L2の電池セル2において、中央位置C側の隙間S1,S2に臨むように設けられ、幅W1の貫通孔3sは、列L2の電池セル2において、端部E側の隙間S1,S2に臨むように設けられている。このような構成により、本実施形態によっても、壁部3eのY方向の中央位置C(中央線)側の内側領域T1における貫通孔3sの第一の開口率が、壁部3eのY方向の端部E側の外側領域T2における貫通孔3sの第二の開口率よりも大きくなる。よって、図6に示されるように、隙間S1,S2のうちY方向の中央位置Cに近い領域での空気流量が、隙間S1,S2のうちY方向の端部Eに近い領域での空気流量よりも多くなる。したがって、本実施形態によっても、外側領域T2よりも電池セル2の温度が高くなりやすい内側領域T1において、空気流による電池セル2の冷却性、すなわち電池セル2からの放熱性が、高まりやすい。
<第3実施形態>
図7,8に示される実施形態の電池装置1Bは、上記第1実施形態の電池装置1と同様の構成を備えている。よって、本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の構成に基づく同様の結果(効果)が得られる。
ただし、本実施形態では、例えば、図7,8に示されるように、壁部3eの内側領域T1には、当該内側領域T1の長さと略同じ幅の貫通孔3sが設けられている。このような構成により、本実施形態によっても、壁部3eのY方向の中央位置C(中央線)側の内側領域T1における貫通孔3sの第一の開口率が、壁部3eのY方向の端部E側の外側領域T2における貫通孔3sの第二の開口率よりも大きくなる。よって、本実施形態によれば、図8に示されるように、隙間S1,S2のうちY方向の中央位置Cに近い領域での空気流量が、隙間S1,S2のうちY方向の端部Eに近い領域での空気流量よりもより多くなりやすい。よって、例えば、外側領域T2よりも電池セル2の温度が高くなりやすい内側領域T1において、空気流による電池セル2の冷却性、すなわち電池セル2からの放熱性が、より一層高まりやすい。
<第4実施形態>
図9,10に示される実施形態の電池装置1Cは、上記第3実施形態の電池装置1Bと同様の構成を備えている。よって、本実施形態によっても、上記第3実施形態と同様の構成に基づく同様の結果(効果)が得られる。
ただし、本実施形態では、例えば、図9,10に示されるように、壁部3eの外側領域T2には、幅Wに対して、三倍の幅W3を有した壁部3eが設けられている。このような構成により、本実施形態によっても、壁部3eのY方向の中央位置C(中央線)側の内側領域T1における貫通孔3sの第一の開口率が、壁部3eのY方向の端部E側の外側領域T2における貫通孔3sの第二の開口率よりも大きくなる。よって、図10に示されるように、隙間S1,S2のうちY方向の中央位置Cに近い領域での空気流量が、隙間S1,S2のうちY方向の端部Eに近い領域での空気流量よりもより多くなりやすい。したがって、本実施形態によれば、外側領域T2よりも電池セル2の温度が高くなりやすい内側領域T1において、空気流による電池セル2の冷却性、すなわち電池セル2からの放熱性が、より一層高まりやすい。
<第5実施形態>
図11に示される実施形態の電池装置1Dは、上記第4実施形態の電池装置1Cと同様の構成を備えている。よって、本実施形態によっても、上記第4実施形態と同様の構成に基づく同様の結果(効果)が得られる。
ただし、本実施形態では、例えば、図11に示されるように、隙間S2のX方向に沿った幅が、隙間S1のX方向に沿った幅よりも狭い。筐体3内に、複数の電池セル2の列L1〜L3が設けられている場合、壁部3b,3dと電池セル2との間の隙間S2(通路)に比べて、隣接した二つの電池セル2の間の隙間S1(通路)に、より多くの熱が放出されやすくなる。本実施形態によれば、上述したように、隙間S2が隙間S1よりも狭いため、例えば、隙間S1の空気流量が、隙間S2の空気流量よりも多くなる。したがって、本実施形態によれば、列L1〜L3のX方向の端部側よりも電池セル2の温度が高くなりやすいX方向の中央部側において、空気流による電池セル2の冷却性、すなわち電池セル2からの放熱性が、高まりやすい。よって、例えば、場所による電池セル2の温度のばらつきが抑制されやすく、ひいては、電池装置1Dの寿命が長くなりうる。
以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。上記実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。本発明は、上記実施形態に開示される構成以外によっても実現可能であるとともに、基本的な構成(技術的特徴)によって得られる種々の効果(派生的な効果も含む)を得ることが可能である。また、各構成要素のスペック(構造や、種類、方向、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等)は、適宜に変更して実施することができる。

Claims (7)

  1. 第一の方向に第一の隙間をあけて並べられた複数の電池セルと、
    前記第一の方向に沿って延びるとともに前記第一の方向と交差した第二の方向に沿って延び前記第一の隙間に臨む貫通孔が設けられた第一の壁部と、前記複数の電池セルの前記第一の壁部とは反対側で前記第一の方向および前記第二の方向に沿って延び前記第一の隙間の前記第一の壁部とは反対側を閉じた第二の壁部と、を有し、前記複数の電池セルを収容した筐体と、
    を備え、
    前記第一の壁部の前記第二の方向における第一の端部よりも前記第一の壁部の前記第二の方向における中央位置に近い前記第一の壁部の内側領域における前記貫通孔の第一の開口率が、前記中央位置よりも前記第一の端部に近い前記第一の壁部の外側領域における前記貫通孔の第二の開口率よりも大きい、電池装置。
  2. 前記第一の方向に並べられた前記複数の電池セルを含む第一の列と、
    前記第一の列の前記第二の方向に位置され前記第一の方向に並べられた前記複数の電池セルを含む第二の列と、
    を備えた、請求項1に記載の電池装置。
  3. 前記筐体は、前記複数の電池セルを含む列の前記第一の方向に第二の隙間をあけて位置された第三の壁部を有し、
    前記第二の隙間は、前記第一の隙間よりも狭い、請求項1または2に記載の電池装置。
  4. 前記第二の壁部の前記第一の隙間とは反対側に基板が設けられた、請求項1〜3のうちいずれか一つに記載の電池装置。
  5. 前記貫通孔と連通する開口部が設けられ、前記第一の壁部を前記複数の電池セルとは反対側から覆った第一のダクト、を備えた、請求項1〜4のうちいずれか一つに記載の電池装置。
  6. 前記筐体は、前記第一の方向に沿って延びるとともに前記第一の方向および前記第二の方向と交差した第三の方向に沿って延び前記第一の隙間に臨む貫通孔が設けられた第四の壁部、を有した、請求項1〜5のうちいずれか一つに記載の電池装置。
  7. 前記貫通孔と連通する開口部が設けられ、前記第四の壁部を前記複数の電池セルとは反対側から覆った第二のダクト、を備えた、請求項6に記載の電池装置。
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