JP7053524B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本開示は、複数の電池セルを備えた電池パックに関する。

従来から電池を冷却する電池冷却装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された発明は、流体流れ方向に並ぶ複数の単電池について電池温度のばらつきを抑制し、かつ装置の小型化を図る電池冷却装置を提供することを目的としている（同文献、第０００７段落等を参照）。この目的を達成するための技術的手段として、上記従来の発明は、以下の電池冷却装置を採用している。

電池冷却装置は、電池スタックと、電池収容部材と、放熱部と、流体通路と、流体駆動装置と、通路形成部材と、を備える。前記電池スタックは、複数の単電池の集合体で構成される。前記電池収容部材は、前記電池スタックが収容される内部空間を形成する。前記放熱部は、前記電池スタックにおける通電部分とは絶縁され、かつ前記電池スタックの発熱が伝達する。

前記流体通路は、前記電池スタックの通電部分が存在する前記内部空間とは遮断されるとともに、前記放熱部が設けられる通路であって、前記放熱部を冷却する流体が流れる。前記流体駆動装置は、前記流体通路に前記流体を流通させる。前記通路形成部材は、前記流体通路を形成するとともに、前記流体が外部から流入する少なくとも２つの流入部と前記流体が流出する流出部とが設けられる。この従来の電池冷却装置は、前記少なくとも２つの流入部が、前記流出部よりも前記流体流れの上流にあって、前記流体通路を流れる前記流体の上流側と下流側とに離間して設けられることを特徴とする（同文献、第０００９段落および請求項１等を参照）。

この構成によれば、放熱部を冷却しながら流下する流体に対して、流体通路の途中で、下流側に位置する流入部から取り込まれた低温の流体が混合する。これにより、この混合流体は、混合前に電池スタックを冷却した後の空気よりも低温になるので、これ以降に放熱部を冷却するときの冷却能力を改善することができる。したがって、混合後の電池スタックを冷却する前に、まだ放熱部から吸熱していない低温の流体が混ざることにより、これ以降の放熱部からの吸熱能力を高めることができる。したがって、この発明によれば、流体流れ方向に並ぶ複数の単電池について電池温度のばらつきを抑制するとともに、冷却能力の改善効果により小型化が図れる電池冷却装置を提供できる（同文献、第００１０段落等を参照）。

特開２０１４－２０３６２２号公報

前記従来の電池冷却装置では、依然として各々の単電池の間に温度差が生じる。そのため、複数の単電池の温度分布を適切な範囲に維持するために、個々の単電池の温度を測定する多数の温度測定素子が必要になるおそれがある。

本開示は、温度測定素子の設置数を削減しつつ、複数の電池セルの温度分布を適切な範囲に維持することが可能な電池パックを提供する。

本開示の一態様は、複数の電池セルを備えた電池パックであって、前記複数の電池セルから伝導された熱を冷媒に伝達する放熱部材を備え、前記放熱部材は、前記冷媒の流れ方向に沿って延びる放熱面と、該放熱面の中央部に設けられ前記流れ方向に交差する阻流板と、前記放熱面において前記阻流板を挟んで前記流れ方向に対向する位置に設けられた一対の高低温領域とを、前記流れ方向に交差する平面に面対称に備え、前記放熱部材の前記一対の高低温領域の上に位置する前記電池セルに温度検出素子が設けられていることを特徴とする電池パックである。

本開示の上記一態様によれば、温度測定素子の設置数を削減しつつ、複数の電池セルの温度分布を適切な範囲に維持することが可能な電池パックを提供することができる。

本開示の一実施形態に係る電池パックの分解斜視図。 図１に示す電池パックの一部を下方側から見た斜視図。 図２に示す電池パックの放熱部材の平面図。 図１に示す電池パックの温度測定素子の設置位置を示す平面図。 図４に示す電池パックの複数の電池セルの温度分布図。 図４に示す電池パックの複数の電池セルの温度分布図。 比較形態の電池パックの複数の電池セルの温度分布図。 比較形態の電池パックの複数の電池セルの温度分布図。 比較形態の電池パックにおける温度測定素子の設置位置を示す平面図。

以下、図面を参照して本開示に係る電池パックの一実施形態を説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係る電池パック１００の分解斜視図である。図２は、図１に示す電池パック１００の一部を下方側から見た斜視図である。なお、図１では、本実施形態の電池パック１００の特徴部分の理解を容易にするために、外部端子、補機類、制御基板、および温度検出素子等を含む、電池パック１００の一部の構成の図示を省略している。

本実施形態の電池パック１００は、たとえば、ほぼ直方体形状の筐体１０を備えている。以下の説明では、筐体１０の幅方向に平行なＸ軸、筐体１０の奥行方向に平行なＹ軸、筐体１０の高さ方向に平行なＺ軸からなる三次元の直交座標系を用いて電池パック１００の各部を説明する場合がある。詳細については後述するが、本実施形態の電池パック１００は、次の構成を特徴としている。

電池パック１００は、複数の電池セル１と、これら複数の電池セル１から伝導された熱を冷媒に伝達する放熱部材３０を備えている。放熱部材３０は、放熱面３１と、阻流板３２と、高低温領域３３とを、冷媒の流れ方向Ｆ（Ｘ方向）に交差する平面ＳＰに面対称に備えている。放熱面３１は、冷媒の流れ方向Ｆに沿って延びている。阻流板３２は、放熱面３１の中央部に設けられて冷媒の流れ方向Ｆに交差している。一対の高低温領域３３は、放熱面３１において阻流板３２を挟んで冷媒の流れ方向Ｆに対向する位置に設けられている。電池パック１００は、放熱部材３０の一対の高低温領域３３の上に位置する電池セル１に温度検出素子４０（図４参照）が設けられている。

以下、本実施形態の電池パック１００の構成を詳細に説明する。本実施形態の電池パック１００は、たとえば、電気自動車（ＥＶ）や、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両に搭載され、車載用蓄電装置として使用される。電池パック１００は、たとえば、筐体１０と、筐体１０に収容された電池モジュール２０と、筐体１０の外面に設けられた放熱部材３０と、温度検出素子４０とを備えている。

筐体１０は、複数の電池セル１を収容する矩形箱形の容器である。筐体１０は、たとえば、上部が開放された矩形箱形の本体部１１と、その本体部１１の上部の開口を閉鎖する蓋状のカバー１２とを有している。本体部１１の素材は、たとえば、電気亜鉛めっき鋼鈑などの金属材料であり、カバー１２の素材は、たとえば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの樹脂材料である。なお、図示を省略するが、たとえば、本体部１１には、電池パック１００を車両の構造体に固定するための固定部が設けられる。

図１に示すように、本体部１１は、奥行方向の奥側（＋Ｙ側）に電池モジュール２０を収容し、奥行方向の手前側（－Ｙ側）のスペースに、図示を省略する電装品ホルダを収容する。カバー１２は、たとえば、幅方向（Ｘ方向）の両端部における奥行方向（Ｙ方向）の手前側の角部に凹部が形成され、その凹部に図示を省略する開口部が形成されている。電池パック１００は、カバー１２の開口部に、図示を省略する外部端子である一対の高電圧端子を露出させている。電池パック１００は、高電圧端子を介して外部の機器から電力が供給され、高電圧端子を介して外部の機器へ電力を供給する。

また、カバー１２は、たとえば、高電圧端子が配置された角部の幅方向（Ｘ方向）の内側に凹部を有し、この凹部に図示を省略する開口部が形成され、この開口部に図示を省略する信号コネクタを露出させている。電池パック１００は、信号コネクタを介して、たとえば、車両に搭載された電子制御ユニット（ＥＣＵ）に接続される。信号コネクタは、たとえば、電池パック１００の制御信号用のコネクタであり、情報の入出力や電力の受給を行う。

電池モジュール２０は、筐体１０の本体部１１の内部に収容され、たとえば、ボルトなどの締結部材によって本体部１１に固定されている。電池モジュール２０は、たとえば、図１に示すように、扁平角形の複数の電池セル１と、各々の電池セル１を厚さ方向（Ｙ方向）の両側から保持して複数の電池セル１を厚さ方向に積層させる複数のセルホルダ（図示省略）とを備えている。セルホルダは、たとえば、電気絶縁性を有する樹脂材料によって構成される。

また、電池モジュール２０は、複数の電池セル１を接続するバスバー（図示省略）と、セルホルダを介して複数の電池セル１の積層方向（Ｙ方向）の両端に配置される一対のエンドプレート２１と、これら一対のエンドプレート２１を連結する複数の連結部２２とを備えている。さらに、電池モジュール２０は、たとえば、複数の電池セル１の電池蓋１ａに対向して配置されるバスバーケース（図示省略）を備えている。

複数の電池セル１は、おおむね直方体の扁平な角形の形状を有し、厚さ方向（Ｙ方向）に積層されて筐体１０に収容されている。電池セル１は、たとえば、角形リチウムイオン二次電池である。電池セル１は、扁平角形の電池缶（図示省略）と、その電池缶の開口部を閉塞する電池蓋１ａと、電池缶に収容された電極群および電解液（図示省略）と、その電極群に接続されて電池蓋１ａに取り付けられた一対の外部端子１ｐ，１ｎと、を備えている。

電池セル１の積層方向（Ｙ方向）に隣り合う二つの電池セル１は、たとえば、極性の異なる外部端子１ｐ，１ｎが積層方向に隣り合うように、交互に１８０［°］反転させて積層されている。そして、隣接する電池セル１の極性の異なる外部端子１ｐ，１ｎを、積層方向に順次バスバーによって接続していくことで、積層された複数の電池セル１を直列に接続することができる。なお、複数の電池セル１は、並列に接続することも可能である。

複数の電池セル１は、複数の扁平角形の電池セル１が積層された複数の電池列１Ｌを含んでいる。複数の電池列１Ｌは、冷媒の流れ方向Ｆに並んで配置され、たとえば、平面ＳＰに面対称に配置されている。電池列１Ｌの列数は、特に限定されないが、たとえば二列である。複数の電池セル１は、たとえば、放熱シート２３を介して筐体１０に接している。放熱シート２３の素材は、たとえば弾性および電気絶縁性に優れた素材である。なお、電池セル１の表面が電気絶縁層によって覆われている場合には、複数の電池セル１は、たとえば、筐体１０に接していてもよい。いずれの場合にも、電池セル１と筐体１０との間は電気的に絶縁され、熱的に接続されている。

図３は、図２に示す電池パック１００の放熱部材３０の平面図である。放熱部材３０の素材は、たとえば、熱伝導性に優れた金属等である。放熱部材３０は、たとえば、筐体１０の外面に設けられ、筐体１０の高さ方向（Ｚ方向）に複数の電池セル１と重なる位置に配置されている。より具体的には、放熱部材３０は、筐体１０の底壁１０ｂの外面に固定され、筐体１０の底壁１０ｂや放熱シート２３などを介して複数の電池セル１に熱的に接続されている。

放熱部材３０は、前述のように、放熱面３１と、阻流板３２と、高低温領域３３とを、冷媒の流れ方向Ｆ（Ｘ方向）に交差する平面ＳＰに面対称に備えている。すなわち、平面ＳＰは、面対称の構成を備えた放熱部材３０の仮想的な対称面である。本実施形態において、平面ＳＰは、たとえば、電池パック１００の幅方向（Ｘ方向）に直交し、電池パック１００の奥行方向（Ｙ方向）および高さ方向（Ｚ方向）に平行で、放熱部材３０の中心を通る平面である。また、本実施形態において、放熱面３１は、たとえば、冷媒の流れ方向Ｆに沿って延びる複数のフィン３４を有している。また、本実施形態において、放熱部材３０は、たとえば、冷媒分配領域３５と、熱伝達部３６とを有している。

放熱面３１は、冷媒に臨む放熱部材３０の表面であり、冷媒の流れ方向Ｆに延びている。本実施形態において、冷媒の流れ方向Ｆは、筐体１０の幅方向（Ｘ方向）であり、電池セル１の幅方向である。また、冷媒の流れ方向Ｆは、たとえば、筐体１０および電池セル１の幅方向に沿う一方向（＋Ｘ方向）と、その反対方向（－Ｘ方向）の二方向である。冷媒の流れ方向Ｆを横断する放熱面３１の幅は、たとえば、冷媒の流れ方向Ｆに沿う放熱面３１の長さよりも狭い。なお、放熱面３１には、必ずしもフィン３４が設けられていなくてもよい。

阻流板３２は、前述のように、放熱面３１の中央部に設けられて冷媒の流れ方向Ｆに交差している。より具体的には、阻流板３２は、放熱面３１の長さ方向および幅方向の中央部に設けられた板状の部材である。阻流板３２は、たとえば、平面ＳＰに平行に設けられ、一対の高低温領域３３の中間に位置している。なお、阻流板３２は、冷媒の圧力損失を低減するために、複数の孔や複数の溝またはスリットを有してもよい。

また、阻流板３２は、たとえば、冷媒分配領域３５の幅方向（Ｘ方向）の中央に配置され、冷媒の流れ方向Ｆを横断する方向にいくつかのフィン３４を跨ぐように延びている。阻流板３２は、高低温領域３３に対して冷媒の流れ方向Ｆに隣接するいくつかのフィン３４から冷媒の流れ方向Ｆに延びる仮想的な延長線に交差する位置に設けられている。阻流板３２は、さらに、それらのフィン３４に隣接する他のいくつかのフィン３４を跨ぐように、放熱面３１の幅方向（Ｙ方向）に延びている。

なお、阻流板３２において、放熱面３１の幅方向（Ｙ方向）に沿う長さや、電池パック１００の高さ方向（Ｚ方向）に沿う高さなどを含む寸法は、たとえば、冷媒の流れ方向Ｆの下流側に位置する高低温領域３３の過冷却を抑制可能な寸法に調整される。より具体的には、阻流板３２の寸法および形状は、たとえば、冷媒の流れ方向Ｆの下流側に位置する高低温領域３３の上に配置された電池セル１の過冷却を抑制可能な範囲に調整される。これにより、冷媒の流れ方向Ｆの下流側に位置する高低温領域３３の上の電池セル１を最高温度の電池セル１にすることができる。

一対の高低温領域３３は、前述のように、阻流板３２を挟んで冷媒の流れ方向Ｆにおける放熱部材３０の両端部に設けられている。一対の高低温領域３３は、たとえば、冷媒の流れ方向Ｆである放熱面３１の長さ方向、すなわち電池パック１００の幅方向（Ｘ方向）に平行な一直線上に配置されている。一対の高低温領域３３は、たとえば、放熱面３１の幅方向（Ｙ方向）の中央部に配置されている。ここで、放熱面３１の幅方向の中央部は、放熱面３１の幅方向の中心を含み、その両側に一定の幅を有する部分である。

複数のフィン３４は、放熱面３１に設けられ、たとえば、冷媒の流れ方向Ｆに沿って延びる板状の部材である。各々のフィン３４は、筐体１０の底壁１０ｂの外面（ＸＹ平面）におおむね平行な放熱面３１から、筐体１０の高さ方向（Ｚ方向）に突出する板状に設けられている。各々のフィン３４の厚さ方向を向く面は、たとえば、筐体１０の幅方向（Ｘ方向）および高さ方向（Ｚ方向）に平行である。

複数のフィン３４は、たとえば、一対の高低温領域３３と、冷媒分配領域３５と、熱伝達部３６が設けられた部分とを除いて、放熱面３１の全域に設けることができる。なお、放熱部材３０が熱伝達部３６を有しない場合、複数のフィン３４は、たとえば、一対の高低温領域３３および冷媒分配領域３５を除いて、放熱面３１の全域に設けることができる。

すなわち、複数のフィン３４は、冷媒の流れ方向Ｆにおける中央部で冷媒分配領域３５によって分断されている。また、複数のフィン３４のうち、放熱面３１を横断する方向（Ｙ方向）の中央部に配置された一部のフィン３４は、高低温領域３３が設けられることで、冷媒の流れ方向Ｆにおける放熱部材３０の外縁側の端部が、他のフィン３４の端部よりも放熱部材３０の中央側に位置している。

換言すると、複数のフィン３４のうちの一部のフィン３４の冷媒の流れ方向Ｆに沿う長さが短縮されている。これにより、冷媒の流れ方向Ｆにおける放熱面３１の両端部において、放熱面３１を横断する方向（Ｙ方向）に並んだ複数のフィン３４の端部の中央部が、冷媒の流れ方向Ｆに凹状に窪んでいる。この複数のフィン３４の複数の端部の中央部において冷媒の流れ方向Ｆに窪んでおり、フィン３４が設けられていない領域が、高低温領域３３である。

また、図２および図３に示す例において、隣り合うフィン３４の間隔は、等間隔である。なお、隣り合うフィン３４の間隔は、等間隔でなくてもよい。たとえば、放熱部材３０が熱伝達部３６を有しない場合、フィン３４の間隔を、放熱部材３０の幅方向（Ｙ方向）における中央から外側へ向けて次第に広くなるように、等比級数的に増加させてもよい。この場合、中央側のフィン３４の間隔と、その外側のフィン３４の間隔との比は、たとえば、１．１倍程度にすることができる。

冷媒分配領域３５は、放熱面３１の中央部に放熱面３１を横断するように設けられ、阻流板３２が配置された領域である。冷媒分配領域３５は、たとえば、冷媒の流れ方向Ｆに所定の幅を有し、冷媒の流れ方向Ｆを横断する方向に放熱面３１の一端から他端まで延びている。すなわち、冷媒分配領域３５は、たとえば、冷媒の流れ方向Ｆにおける放熱部材３０の中央部において放熱面３１を横断し、冷媒の流れ方向Ｆに沿って延びる複数のフィン３４および熱伝達部３６を分断している。冷媒分配領域３５にはフィン３４等が設けられておらず、冷媒分配領域３５では筐体１０の底壁１０ｂの外面におおむね平行な放熱面３１が露出している。

熱伝達部３６は、たとえば、放熱面３１の幅方向両端部に設けられ、冷媒の流れ方向Ｆに沿って延びている。より具体的には、熱伝達部３６は、放熱面３１の幅方向（Ｙ方向）における両端縁に沿って設けられ、冷媒の流れ方向Ｆにおける放熱面３１の一端から他端まで延びている。より詳細には、熱伝達部３６は、放熱面３１の一端から冷媒の流れ方向Ｆに沿って冷媒分配領域３５まで延び、さらに冷媒分配領域３５から放熱面３１の他端まで冷媒の流れ方向Ｆに沿って延びている。すなわち、熱伝達部３６は、冷媒の流れ方向Ｆにおける中央部で冷媒分配領域３５によって分断されている。

熱伝達部３６は、たとえば、フィン３４よりも幅が広く高さが低い。より詳細には、放熱面３１の幅方向（Ｙ方向）に沿う熱伝達部３６の幅は、同方向に沿うフィン３４の幅すなわち厚さよりも大きい。また、筐体１０の高さ方向（Ｚ方向）に沿う熱伝達部３６の高さは、同方向に沿うフィン３４の高さよりも低い。なお、フィン３４および熱伝達部３６の高さは、筐体１０の底壁１０ｂの外壁におおむね平行な放熱面３１からフィン３４および熱伝達部３６の先端までの寸法である。これにより、図２に示すように、熱伝達部３６の突出方向における先端面と、フィン３４の突出方向における先端との間には、段差が形成されている。

熱伝達部３６は、たとえば、中実の柱状または塊状に設けられている。熱伝達部３６は、たとえば、放熱面３１の幅方向（Ｙ方向）に沿う断面積が、同方向に沿う各々のフィン３４の断面積よりも大きい。また、熱伝達部３６は、各々のフィン３４よりも体積が大きく、各々のフィン３４よりも熱容量が大きい。

なお、熱伝達部３６は、たとえば、中空の柱状または管状に設けてもよい。この場合、たとえば、熱伝達部３６の両端部を閉鎖して、熱伝達部３６の内部に冷媒が流入しないようにする。また、熱伝達部３６は、筐体１０の底壁１０ｂの外壁におおむね平行な放熱面３１に高さを有しなくてもよい。すなわち、放熱面３１の幅方向の両端部に、フィン３４が設けられておらず、放熱面３１が露出した領域を設け、その領域を熱伝達部３６としてもよい。

図４は、図１に示す電池パック１００の温度検出素子４０の設置位置を示す平面図である。温度検出素子４０は、たとえば、電池セル１の電池蓋１ａに取り付けられ、電池セル１の温度を測定する。温度検出素子４０は、たとえば、サーミスタ、温度検出回路、端子、および配線などによって構成された温度センサである。温度検出素子４０は、たとえば、図示を省略する電池パック１００の信号コネクタを介して、電池セル１の温度に応じた信号をＥＣＵ等の制御部に送信するように構成されている。

以下、本実施形態の電池パック１００の作用を、比較形態の電池パックと対比しつつ説明する。

本実施形態の電池パック１００は、たとえば前述のように、ＥＶやＨＥＶなどの車両に搭載され、車載用蓄電装置として使用される。電池パック１００は、たとえば、図示を省略する外部端子がケーブルなどを介して車両の電気機器に接続され、図示を省略する信号コネクタおよび配線を介して車両のＥＣＵに接続される。電池パック１００は、たとえばＥＣＵによって制御され、車両の電気機器から外部端子に電力の供給を受けて複数の電池セル１が充電される。また、電池パック１００は、たとえばＥＣＵの制御の下、充電された複数の電池セル１から外部端子を介して車両の電気機器へ電力を供給する。

電池パック１００の複数の電池セル１は、たとえば充放電にともなって発熱する。電池セル１で発生した熱は、たとえば、電池セル１と筐体１０との直接的な接触による熱伝導、または放熱シート２３を介した間接的な熱伝導によって、電池セル１から筐体１０の底壁１０ｂへ移動する。筐体１０の底壁１０ｂへ移動した熱は、筐体１０の底壁１０ｂの外面に設けられた放熱部材３０へ熱伝導によって移動する。

放熱部材３０は、たとえば、図示を省略するカバーまたはダクトによって覆われて、冷媒が流れる流路に配置される。放熱部材３０は、放熱面３１に沿って流れる冷媒に熱伝達によって放熱する。このように、熱伝導によって放熱部材３０へ移動した電池セル１の熱が、熱伝達によって放熱部材３０から冷媒へ放熱されることで、放熱部材３０および筐体１０等を介して電池セル１が冷却され、電池セル１の温度上昇が抑制される。

ここで、本開示に係る電池パックに含まれない比較形態の電池パックについて説明する。比較形態の電池パックの放熱部材は、たとえば、本実施形態の電池パック１００と同様に、複数の電池セル１と、その複数の電池セル１を収容する筐体１０と、筐体１０の外面に設けられた放熱部材とを備えている。比較形態の電池パックの放熱部材は、本実施形態の電池パック１００の放熱部材３０と同様に、冷媒が流れる放熱面３１を有し、放熱面３１は、冷媒の流れ方向Ｆに沿って延びる複数のフィン３４を有している。

しかし、比較形態の電池パックの放熱部材は、図２および図３に示す阻流板３２、高低温領域３３、冷媒分配領域３５、および熱伝達部３６を有しない。すなわち、比較形態の電池パックの放熱部材は、たとえば、冷媒に臨む放熱面３１の全体に、冷媒の流れ方向Ｆに延びる互いに平行な複数のフィン３４が、等間隔に配置されて冷媒の流れ方向Ｆにおける放熱部材の一端から他端まで連続的に延びている。このような構成の比較形態の電池パックは、冷媒の流れ方向Ｆにおいて放熱部材に温度分布が生じ、複数の電池セル１にも温度分布が生じる。

図７および図８は、比較形態の電池パックの複数の電池セル１の温度分布図である。図９は、比較形態の電池パック９００において、温度検出素子４０が設置された電池セル１の位置を示す平面図である。

なお、図７において、冷媒の流れ方向Ｆは電池セル１の幅方向に沿う一方向（＋Ｘ方向）であり、図８において、冷媒の流れ方向Ｆは、図７における冷媒の流れ方向Ｆと反対方向（－Ｘ方向）である。また、図７および図８は、電池セル１の温度をグレースケールで示す等値線図であり、濃色すなわち暗色であるほど低温であり、淡色すなわち明色であるほど高温であることを示している。なお、電池セル１の温度は、冷媒の流れ方向Ｆに沿って連続的に変化している。

図７および図８に示すように、比較形態の電池パック９００は、冷媒の流れ方向Ｆの上流側で電池セル１の温度が低くなり、冷媒の流れ方向Ｆの下流側で電池セル１の温度が高くなる傾向がある。また、複数の電池セル１の配置によっても複数の電池セル１に温度分布が生じる。より具体的には、複数の電池セル１が積層されて配置されている場合、積層方向における端部側の電池セル１の温度が低くなり、積層方向における中央側の電池セル１の温度が高くなる傾向がある。

電池パック９００は、すべての電池セル１の温度を適切な温度範囲に維持するために、複数の電池セル１における最高温度と最低温度を、温度検出素子４０によって測定する必要がある。しかし、すべての電池セル１に温度検出素子４０を設置すると、構成の複雑化や部品点数の増加などにより、電池パック９００の生産性が低下し、製造コストが増大するおそれがある。そのため、最高温度になる電池セル１と、最低温度になる電池セル１のみに温度検出素子４０を設けることで、温度検出素子４０の設置数を削減することが可能になる。

しかし、車載用の電池パック９００は、右ハンドル車と左ハンドル車に搭載される場合など、電池パック９００の周囲の車両を構成する部材の配置変更によって、放熱部材３０を冷却する冷媒の流れ方向Ｆが反転することがある。図７および図８に示すように、冷媒の流れ方向Ｆが反転すると、電池パック９００において、最高温度の電池セル１の位置と、最低温度の電池セル１の位置とが変化する。そのため、図９に示すように、両方向の冷媒の流れ方向Ｆに対応して、温度検出素子４０を設ける必要がある。

より詳細には、比較形態の電池パック９００の放熱部材は、前述のように、図２および図３に示す阻流板３２、高低温領域３３、冷媒分配領域３５、および熱伝達部３６を有しない。そのため、冷媒に臨む放熱面３１の全域に、冷媒の流れ方向Ｆに延びる互いに平行な複数のフィン３４が、等間隔に配置されて冷媒の流れ方向Ｆにおける放熱部材の一端から他端まで連続的に延びている。

この場合、図７に示すように、電池セル１の幅方向に沿う一方向（＋Ｘ方向）に冷媒が流れると、冷媒の上流側（－Ｘ側）の電池列１Ｌでは、電池セル１の積層方向（Ｙ方向）の両端に最低温度の電池セル１が位置する。また、冷媒の下流側（＋Ｘ側）の電池列１Ｌでは、電池セル１の積層方向の中央部に最高温度の電池セル１が位置する。

一方、図８に示すように、図７と反対方向（－Ｘ方向）に冷媒が流れると、冷媒の上流側（＋Ｘ側）の電池列１Ｌでは、電池セル１の積層方向（Ｙ方向）の両端に最低温度の電池セル１が位置する。また、冷媒の下流側（－Ｘ側）の電池列１Ｌでは、電池セル１の積層方向の中央部に最高温度の電池セル１が位置する。

このように、比較形態の電池パック９００では、放熱部材に沿って流れる冷媒の流れ方向Ｆの反転により、最高温度の電池セル１の位置と、最低温度の電池セル１の位置とが、冷媒の流れ方向Ｆに交差する放熱部材の幅方向（Ｙ方向）に変化する。そのため、図７および図８に示す二方向の冷媒の流れ方向Ｆに対応して、図９に示すように、各々の電池列１Ｌにおいて、電池セル１の積層方向における一端に位置する電池セル１と、電池セル１の積層方向における中央部に位置する電池セル１とに温度検出素子４０を設置する必要がある。したがって、比較形態の電池パック９００では、互いに反対の二方向の冷媒の流れ方向Ｆに対応して、最低温度の電池セル１と最高温度の電池セル１の温度を測定するために、最低でも４つの温度検出素子４０を設ける必要がある。

これに対し、本実施形態の電池パック１００は、前述のように、複数の電池セル１と、その複数の電池セル１から伝導された熱を冷媒に伝達する放熱部材３０とを備えている。放熱部材３０は、冷媒の流れ方向Ｆに沿って延びる放熱面３１と、その放熱面３１の中央部に設けられて冷媒の流れ方向Ｆに交差する阻流板３２と、その阻流板３２を挟んで冷媒の流れ方向Ｆにおける両端部に設けられた一対の高低温領域３３とを、冷媒の流れ方向Ｆに交差する平面ＳＰに面対称に備えている。放熱部材３０の一対の高低温領域３３の上に位置する電池セル１に温度検出素子４０が設けられている。

図５および図６は、本実施形態の電池セル１の複数の電池セル１の温度分布図である。図４は、本実施形態の電池パック１００において、温度検出素子４０が設置された電池セル１の位置を示す平面図である。なお、図５において、冷媒の流れ方向Ｆは電池セル１の幅方向に沿う一方向（＋Ｘ方向）であり、図６において、冷媒の流れ方向Ｆは、図５における冷媒の流れ方向Ｆと反対方向（－Ｘ方向）である。また、図５および図６は、電池セル１の温度をグレースケールで示す等値線図であり、濃色すなわち暗色であるほど低温であり、淡色すなわち明色であるほど高温であることを示している。なお、電池セル１の温度は、冷媒の流れ方向Ｆに沿って連続的に変化している。

本実施形態の電池パック１００は、放熱部材３０が、放熱面３１と、阻流板３２と、一対の高低温領域３３とを、冷媒の流れ方向Ｆに交差する平面ＳＰに面対称に備えている。この構成により、たとえば電池セル１の幅方向に沿う一方向（＋Ｘ方向）に流れ、放熱部材３０の放熱面３１に沿って流れる冷媒は、放熱部材３０から熱を奪いながら下流側（＋Ｘ側）へ流れ、放熱部材３０の中央部に設けられた阻流板３２によって一部が遮られる。

これにより、冷媒の流れは、流れ方向Ｆの上流側（－Ｘ側）の高低温領域３３から、流れ方向Ｆの下流側（＋Ｘ側）の高低温領域３３へ直線的には流れず、流れ方向Ｆの下流側（＋Ｘ側）の高低温領域３３を回避するように方向を変える。これにより、図５に示すように、冷媒の流れ方向Ｆの上流側（－Ｘ側）の電池列１Ｌでは、電池セル１の積層方向（Ｙ方向）の中央部に最低温度の電池セル１が位置するようになる。また、冷媒の流れ方向Ｆの下流側（＋Ｘ側）の電池列１Ｌでも、電池セル１の積層方向（Ｙ方向）の中央部に最高温度の電池セル１が位置するようになる。

また、本実施形態の電池パック１００において、冷媒の流れ方向Ｆが反転すると、図６に示すように、冷媒は、図５に示す流れ方向Ｆと逆方向（－Ｘ方向）に、放熱部材３０の放熱面３１に沿って流れる。冷媒は、放熱部材３０から熱を奪いながら下流側（－Ｘ側）へ流れ、放熱部材３０の中央部に設けられた阻流板３２によって一部が遮られる。

これにより、冷媒の流れは、流れ方向Ｆの上流側（＋Ｘ側）の高低温領域３３から、流れ方向Ｆの下流側（－Ｘ側）の高低温領域３３へ直線的には流れず、流れ方向Ｆの下流側（－Ｘ側）の高低温領域３３を回避するように方向を変える。これにより、図６に示すように、冷媒の流れ方向Ｆの上流側（＋Ｘ側）の電池列１Ｌでは、電池セル１の積層方向（Ｙ方向）の中央部に最低温度の電池セル１が位置するようになる。また、冷媒の流れ方向Ｆの下流側（－Ｘ側）の電池列１Ｌでも、電池セル１の積層方向（Ｙ方向）の中央部に最低温度の電池セル１が位置するようになる。

このように、本実施形態の電池パック１００では、冷媒の流れ方向Ｆが逆転しても、最高温度の電池セル１と最低温度の電池セル１は、常に電池セル１の積層方向における中央部、すなわち冷媒の流れ方向Ｆを横断する方向（Ｙ方向）の中央部に位置する。そのため、図４に示すように、各々の電池列１Ｌにおいて、電池セル１の積層方向における中央部に位置する電池セル１に温度検出素子４０を設置すれば、両方向の冷媒の流れ方向Ｆに対応することができる。

そのため、本実施形態の電池パック１００では、互いに反対の二方向の冷媒の流れ方向Ｆに対応して、最低温度の電池セル１と最高温度の電池セル１の温度を測定するために、温度検出素子４０を二つ設ければよい。したがって、本実施形態によれば、比較形態の電池パックや前記従来の電池冷却装置よりも温度検出素子４０の設置数を削減しつつ、複数の電池セル１の温度分布を適切な範囲に維持することが可能な電池パック１００を提供することができる。

また、本実施形態の電池パック１００において、放熱面３１は、冷媒の流れ方向Ｆに沿って延びる複数のフィン３４を有している。この構成により、放熱部材３０の表面積を増加させ、放熱部材３０から冷媒への熱伝達を促進することができ、電池セル１をより効率よく冷却することができる。

また、本実施形態の電池パック１００において、放熱部材３０は、放熱面３１の中央部に阻流板３２が配置された冷媒分配領域３５を有している。複数のフィン３４は、たとえば、一対の高低温領域３３および冷媒分配領域３５を除いて、放熱面３１の全域に設けられている。

この構成により、放熱部材３０の放熱面３１は、フィン３４を有しない高低温領域３３および冷媒分配領域３５において冷媒に作用する抵抗力が相対的に小さく、それ以外のフィン３４を有する部分において冷媒に作用する抵抗力が相対的に大きくなる。そのため、流れ方向Ｆの上流側から放熱部材３０の放熱面３１に臨む領域に流入する冷媒は、流れ方向Ｆの上流側に位置する放熱面３１の高低温領域３３へ流入しやすくなる。これにより、冷媒の流れ方向Ｆの上流側に位置する高低温領域３３を効率よく冷却することができ、その上に配置された電池セル１の温度を最低温度にすることができる。

また、放熱部材３０の放熱面３１に沿って流れて阻流板３２に遮られた冷媒の流れは、フィン３４が設けられていない冷媒分配領域３５において阻流板３２に沿って放熱面３１を横断する方向へ流れ、放熱面３１の幅方向の両端部のフィン３４の間へ流入する。これにより、冷媒の流れ方向Ｆの下流側の高低温領域３３を流れる冷媒の流量が減少し、冷媒の流れ方向Ｆの下流側の高低温領域３３の過冷却が防止される。さらに、冷媒の流れ方向Ｆの下流側の高低温領域３３は、フィン３４が設けられていないため、より冷却されにくくなる。これにより、冷媒の流れ方向Ｆの下流側の高低温領域３３の冷却を抑制し、その上に配置された電池セル１の温度を最高温度にすることができる。

また、本実施形態の電池パック１００において、放熱部材３０は、放熱面３１の幅方向両端部に冷媒の流れ方向Ｆに沿って延びる熱伝達部３６を有している。熱伝達部３６は、フィン３４よりも幅が広く高さが低い。

この構成により、熱伝達部３６が設けられた放熱部材３０の放熱面３１の幅方向両端部において、複数のフィン３４が設けられた幅方向の中央部よりも冷媒との間の熱伝達効率を低下させることができる。したがって、放熱面３１において低温になりやすい幅方向両端部の冷却を抑制し、冷媒の流れ方向Ｆの上流側において幅方向中央部の高低温領域３３の上の電池セル１の温度を最低温度にすることができる

また、本実施形態の電池パック１００において、複数の電池セル１は、複数の扁平角形の電池セル１が積層された複数の電池列１Ｌを含んでいる。複数の電池列１Ｌは、冷媒の流れ方向Ｆに並んで平面ＳＰに面対称に配置されている。

この構成により、平面ＳＰに交差する冷媒の流れ方向Ｆが反転しても、流れ方向Ｆの上流側の電池列１Ｌと下流側の電池列１Ｌの双方において、電池セル１の積層方向の中央部に最高温度と最低温度の電池セル１を位置させることができる。

また、本実施形態の電池パック１００において、複数の電池セル１を収容する筐体１０を備えている。放熱部材３０は、筐体１０の外面に設けられている。

この構成により、電池セル１に発生した熱は、熱伝導によって筐体１０へ移動し、さらに熱伝導によって筐体１０から放熱部材３０へ移動する。これにより、電池セル１に発生した熱を、放熱部材３０から冷媒へ放熱するだけでなく、筐体１０にも放熱することができる。したがって、電池セル１の温度上昇をより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態の電池パック１００において、複数の電池セル１は、たとえば、筐体１０に接している。この構成により、電池セル１に発生した熱を、電池セル１と筐体１０との界面を介した熱伝導によって筐体１０へ移動させることができる。

また、本実施形態の電池パック１００において、複数の電池セル１は、たとえば、放熱シートを介して筐体１０に接している。この構成により、電池セル１に発生した熱は、電池セル１と放熱シートとの界面を介した熱伝導により放熱シートへ移動し、さらに放熱シートと筐体１０との界面を介した熱伝導により筐体１０へ移動する。一般に、電池セル１から放熱シートへの熱伝導の効率と、放熱シートから筐体１０への熱伝導の効率は、電池セル１から筐体１０への熱伝導の効率よりも高い。これにより、電池セル１の熱をより筐体１０へ伝導させやすくすることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、温度検出素子４０の設置数を削減しつつ、複数の電池セル１の温度分布を適切な範囲に維持することが可能な電池パック１００を提供することができる。

以上、図面を用いて本開示に係る電池パックの実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

１ 電池セル
１Ｌ 電池列
１０ 筐体
３０ 放熱部材
３１ 放熱面
３２ 阻流板
３３ 高低温領域
３４ フィン
３５ 冷媒分配領域
３６ 熱伝達部
４０ 温度検出素子
１００ 電池パック
Ｆ 流れ方向
ＳＰ 平面

Claims (8)

1. 複数の電池セルを備えた電池パックであって、
   前記複数の電池セルから伝導された熱を冷媒に伝達する放熱部材を備え、
   前記放熱部材は、前記冷媒の流れ方向に沿って延びる放熱面と、該放熱面の中央部に設けられ前記流れ方向に交差する阻流板と、前記放熱面において前記阻流板を挟んで前記流れ方向に対向する位置に設けられた一対の高低温領域とを、前記流れ方向に交差する平面に面対称に備え、
   前記放熱部材の前記一対の高低温領域の上に位置する前記電池セルに温度検出素子が設けられていることを特徴とする電池パック。
2. 前記放熱面は、前記流れ方向に沿って延びる複数のフィンを有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記放熱部材は、前記放熱面の前記中央部に前記阻流板が配置された冷媒分配領域を有し、
   前記複数のフィンは、前記一対の高低温領域および前記冷媒分配領域を除いて、前記放熱面の全域に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
4. 前記放熱部材は、前記放熱面の幅方向両端部に前記流れ方向に沿って延びる熱伝達部を有し、
   前記熱伝達部は、前記フィンよりも幅が広く高さが低いことを特徴とする請求項３に記載の電池パック。
5. 前記複数の電池セルは、複数の扁平角形の前記電池セルが積層された複数の電池列を含み、
   前記複数の電池列は、前記流れ方向に並んで前記平面に面対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
6. 前記複数の電池セルを収容する筐体を備え、
   前記放熱部材は、前記筐体の外面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の電池パック。
7. 前記複数の電池セルは、前記筐体に接していることを特徴とする請求項６に記載の電池パック。
8. 前記複数の電池セルは、放熱シートを介して前記筐体に接していることを特徴とする請求項６に記載の電池パック。

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