JPWO2017154077A1 - 電池装置および電池システム - Google Patents

Abstract

実施形態の電池装置は、筐体と、第１モジュールと、第２モジュールとを持つ。前記筐体は、吸気口が設けられた第１壁を有する。前記第１モジュールは、前記筐体に収容され、前記第１壁との間に第１隙間を空けて配置されている。前記第２モジュールは、前記筐体に収容され、前記第１モジュールに対して前記第１壁とは反対側に位置し、前記第１モジュールとの間に第２隙間を空けて配置されている。前記第１隙間は、前記第２隙間に比べて通風断面積が小さい。

Description

本発明の実施形態は、電池装置および電池システムに関する。

複数のバッテリと、複数のバッテリを収容したケースとを備えた電池装置が知られている。
このような電池装置は、冷却性能の向上が望まれている。

日本国特開２０１２−８４４８６号公報

本発明が解決しようとする課題は、冷却性能の向上を図ることができる電池装置および電池システムを提供することである。

実施形態の電池装置は、筐体と、第１モジュールと、第２モジュールとを持つ。前記筐体は、吸気口が設けられた第１壁を有する。前記第１モジュールは、前記筐体に収容され、前記第１壁との間に第１隙間を空けて配置されている。前記第２モジュールは、前記筐体に収容され、前記第１モジュールに対して前記第１壁とは反対側に位置し、前記第１モジュールとの間に第２隙間を空けて配置されている。前記第１隙間は、前記第２隙間に比べて通風断面積が小さい。

第１の実施形態の電池装置を示す断面図。 第１の実施形態の電池モジュールを示す斜視図。 第２の実施形態の電池装置を示す断面図。 最下段流路高さ比と熱抵抗比との関係を示すグラフ。 第３の実施形態の電池装置を示す断面図。 第４の実施形態の電池装置を示す断面図。 第５の実施形態の電池装置を示す断面図。 第６の実施形態の電池システムを示す断面図。 第７の実施形態の電池システムを示す断面図。

以下、実施形態の電池装置および電池システムを、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、略同じまたは類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。

（第１の実施形態）
まず、図１および図２を参照して、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態の電池装置１を示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態の電池装置１は、多段に配置された複数の電池モジュール１３と、これら複数の電池モジュール１３を冷却する冷却構造とを備えた装置である。電池装置１は、例えば、「蓄電池装置」、「組電池装置」、「発熱体冷却装置」などと称されてもよい。電池装置１は、種々の装置や、機械、設備などに設置され、それら種々の装置、機械、設備などの電源として使用される。

図１に示すように、本実施形態の電池装置１は、筐体１１と、複数の支持部（支持棚）１２と、複数の電池モジュール（バッテリパック）１３とを備えている。

筐体１１は、例えば直方体状の箱状に形成されて、鉛直方向で多段に配置される複数の電池モジュール１３を一体に収容する。詳しく述べると、筐体１１は、上壁１１ａ、下壁（底壁）１１ｂ、および４つの側壁１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆを有する。

ここで、Ｚ方向、Ｘ方向、およびＹ方向について定義する。Ｚ方向は、複数の電池モジュール１３が並ぶ方向（多段に配置された方向）であり、例えば略鉛直方向である。Ｘ方向およびＹ方向は、Ｚ方向とは交差する（例えば略直交する）方向であり、例えば略水平方向である。Ｘ方向は、例えば各電池モジュール１３の長手方向であり、例えば後述する複数のバッテリ３１が並ぶ方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向とは交差する（例えば略直交する）方向である。

上壁１１ａは、「第１壁」の一例である。上壁１１ａは、Ｚ方向において電池装置１の一方の端部（上端部）に位置する。例えば、上壁１１ａは、Ｘ方向およびＹ方向に沿う平壁である。上壁１１ａは、吸気口２１と、排気口２２とを有する。吸気口２１は、筐体１１の外部に開口し、冷却流体（冷媒、例えば空気）を筐体１１の外部から筐体１１の内部に流入させる通風口である。一方で、排気口２２は、筐体１１の外部に開口し、筐体１１の内部を通過した冷却流体を筐体１１の外部に流出させる通風口である。吸気口２１および排気口２２は、Ｘ方向において、電池モジュール１３（例えば後述する最上段モジュール１３Ａ）の両側に分かれて配置されている。吸気口２１および排気口２２は、それぞれＺ方向で筐体１１の内部に開口している。

下壁１１ｂは、「第２壁」の一例である。下壁１１ｂは、Ｚ方向において電池装置１の他方の端部（下端部）に位置する。言い換えると、下壁１１ｂは、多段に配置された複数の電池モジュール１３に対して上壁１１ａとは反対側に位置する。例えば、下壁１１ｂは、Ｘ方向およびＹ方向に沿う平壁であり、上壁１１ａと略平行である。例えば、下壁１１ｂは、電池装置１の設置面に設置される。

４つの側壁１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆは、上壁１１ａおよび下壁１１ｂとは略直交する方向（Ｚ方向）に延びており、それぞれ上壁１１ａの縁と下壁１１ｂの縁とを繋いでいる。一対の側壁１１ｃ，１１ｄは、Ｙ方向で互いに離れるとともに、Ｘ方向に沿って互いに略平行に延びている。一対の側壁１１ｅ，１１ｆは、Ｘ方向で互いに離れるとともに、Ｙ方向に沿って互いに略平行に延びている。なお本実施形態では、下壁１１ｂおよび４つの側壁１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆは、それぞれ閉じられた壁であり、吸気口や排気口のような通風口を有しない。

複数の支持部１２は、筐体１１の一対の側壁１１ｃ，１１ｄの内面に設けられている。複数の支持部１２は、筐体１１内で複数の高さに分かれて配置されている。各支持部１２の上には、電池モジュール１３が載置される。本実施形態では、各支持部１２は、一対の支持片（支持部材）１２ａ，１２ａを有する。一対の支持片１２ａ，１２ａは、例えばＸ方向に延びた角柱部材である。一対の支持片１２ａ，１２ａは、一対の側壁１１ｃ，１１ｄの内面に分かれて取り付けられている。言い換えると、一対の支持片１２ａ，１２ａは、Ｙ方向に互いに離れて配置されている。

複数の電池モジュール１３は、それぞれ支持部１２の上に載置されることで、筐体１１内で多段に分かれて収容されている。各電池モジュール１３は、一対の支持片１２ａ，１２ａの上に亘って載せられて、一対の支持片１２ａ，１２ａによって下方から支持される。このため、電池モジュール１３の下面の中央部（後述するケース下壁３４ｂの中央部）は、一対の支持片１２ａ，１２ａの間の空間を通じて筐体１１の内部に露出している。

次に、各電池モジュール１３の構成について説明する。
図２は、本実施形態の電池モジュール１３を示す斜視図である。
図２に示すように、各電池モジュール１３は、複数のバッテリ（電池セル）３１と、複数のバスバー（図１参照）３２と、基板３３（図１参照）と、ケース３４とを有する。各バッテリ３１は、「発熱体」の一例である。また１つのケース３４に収容される複数のバッテリ３１は、「発熱体群」の一例である。

複数のバッテリ３１の各々は、例えばリチウムイオン二次電池である。これに代えて、バッテリ３１は、ニッケル水素電池や、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池など、他の二次電池であってもよい。複数のバッテリ３１は、互いに略平行に並べて配置されている。複数のバッテリ３１の各々は、バッテリ本体４１と、一対の端子４２Ａ，４２Ｂとを有する。

バッテリ本体４１は、該バッテリ本体４１の外形を形成するケースＣを有する。ケースＣの内部には、バッテリ３１の構成要素である正極、負極、絶縁フィルム、および電解質などが収容されている。ケースＣは、扁平な直方体状に形成されている。言い換えると、バッテリ３１（バッテリ本体４１）は、扁平な直方体状に形成されている。

一対の端子４２Ａ，４２Ｂは、バッテリ本体４１の一端部（上端部）に設けられている。一対の端子４２Ａ，４２Ｂは、正極端子４２Ａと、負極端子４２Ｂとを含む。正極端子４２Ａは、ケースＣ内の正極に電気的に接続されている。負極端子４２Ｂは、ケースＣ内の負極に電気的に接続されている。複数のバッテリ３１は、例えば一対の端子４２Ａ，４２Ｂを同じ方向に向けて配置されている。なお、複数のバッテリ３１は、端子４２Ａ，４２Ｂが同じ方向に向いている必要はない。複数のバッテリ３１は、端子４２Ａ，４２Ｂを互いに異なる方向（例えば反対方向）に向けて並べられてもよい。

複数のバスバー３２は、図１に示すように、複数のバッテリ３１の端子４２Ａ，４２Ｂに接続されている。複数のバスバー３２は、「電気接続部」の一例である。複数のバスバー３２は、複数のバッテリ３１の端子４２Ａ，４２Ｂ同士を電気的に接続している。例えば、バスバー３２は、あるバッテリ３１の正極端子４２Ａと、別のバッテリ３１の負極端子４２Ｂとを電気的に接続している。これにより、複数のバッテリ３１は、電気的に直列または並列に接続されている。

基板（回路基板）３３は、例えば、バッテリ３１の電圧や温度を監視する監視基板である。なお基板３３は、バッテリ３１の充放電を制御する制御基板でもよく、その他の機能を有する基板でもよい。

ケース３４は、図２に示すように、直方体状に形成されて、複数のバッテリ３１、複数のバスバー３２、および基板３３を収容している。ケース３４は、ケース上壁３４ａ、ケース下壁３４ｂ、および４つのケース側壁３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆを有する。

ケース上壁３４ａは、「第１ケース壁」の一例である。ケース上壁３４ａは、Ｚ方向において電池モジュール１３の一方の端部（上端部）に位置する。例えば、ケース上壁３４ａは、Ｘ方向およびＹ方向に沿う平壁である。ケース上壁３４ａは、複数のバスバー３２および基板３３に面する（図１参照）。ケース上壁３４ａは、複数のバスバー３２や基板３３、複数のバッテリ３１の上部が持つ熱によって温められる。
一方で、ケース下壁３４ｂは、「第２ケース壁」の一例である。ケース下壁３４ｂは、Ｚ方向において電池装置１の他方の端部（下端部）に位置する。例えば、ケース下壁３４ｂは、Ｘ方向およびＹ方向に沿う平壁である。ケース下壁３４ｂは、複数のバッテリ３１のバッテリ本体４１に面する。ケース下壁３４ｂは、例えば複数のバッテリ３１の下部が持つ熱によって温められる。
４つのケース側壁３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆは、ケース上壁３４ａおよびケース下壁３４ｂとは略直交する方向（Ｚ方向）に延びており、それぞれケース上壁３４ａの縁とケース下壁３４ｂの縁とを繋いでいる。

図２に示すように、本実施形態のケース３４は、バッテリケース５１と、端子部ケース５２とによって形成されている。バッテリケース（バッテリボックス、第１ケース）５１は、一方が開放された箱状に形成され、複数のバッテリ３１のバッテリ本体４１を一体に収容している。バッテリケース５１は、ケース下壁３４ｂの全部と、４つのケース側壁３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆのそれぞれ一部とを含む。

一方で、端子部ケース（端子ボックス、第２ケース）５２は、バッテリケース５１と組み合わされ、バッテリケース５１の内部空間（収容部）を閉じている。すなわち、端子部ケース５２は、ケース下壁３４ｂとは反対側からバッテリケース５１に取り付けられ、バッテリケース５１の内部空間を覆っている。端子部ケース５２は、ケース上壁３４ａの全部と、４つのケース側壁３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆのそれぞれ一部とを含む。

また図１に示すように、端子部ケース５２は、仕切壁（仕切板）５２ａを有する。仕切壁５２ａは、バッテリケース５１と端子部ケース５２との境界部に位置する。例えば、仕切壁５２ａは、ケース上壁３４ａと略平行な平壁である。仕切壁５２ａは、複数のバッテリ３１の端子４２Ａ，４２Ｂが通される複数の挿通穴５４を有する。複数のバッテリの端子４２Ａ，４２Ｂは、仕切壁５２ａの挿通穴５４に通されて、端子部ケース５２の内部に露出している。端子部ケース５２の内部には、複数のバスバー３２および基板３３が収容されている。複数のバッテリ３１の端子４２Ａ，４２Ｂは、端子部ケース５２に収容された複数のバスバー３２によって電気的に接続されている。

次に、複数の電池モジュール１３の配置構造について説明する。
図１に示すように、本実施形態の複数の電池モジュール１３は、最上段モジュール１３Ａと、少なくとも１つ（例えば複数）の中段モジュール１３Ｂと、最下段モジュール１３Ｃとを含む。なお図１および図３以降の図では、中段モジュール１３Ｂを１つのみ代表して示している。

最上段モジュール１３Ａは、複数の電池モジュール１３のなかで、最も高い位置に配置されたモジュールである。最上段モジュール１３Ａは、「第１モジュール」の一例である。最上段モジュール１３Ａは、複数の電池モジュール１３のなかで、筐体１１の上壁１１ａに最も近い。最上段モジュール１３Ａは、筐体１１の上壁１１ａと該最上段モジュール１３Ａとの間に第１隙間（第１通風隙間、最上段流路）δｈを空けて配置されている。第１隙間δｈは、筐体１１の上壁１１ａと最上段モジュール１３Ａのケース上壁３４ａとの間に形成されている。第１隙間δｈは、筐体１１の上壁１１ａと最上段モジュール１３Ａとの間をＸ方向に延びている。第１隙間δｈには、最上段モジュール１３Ａのケース上壁３４ａが露出している。

中段モジュール１３Ｂは、複数の電池モジュール１３のなかで、最上段モジュール１３Ａと最下段モジュール１３Ｃとの間に配置されたモジュールである。中段モジュール１３Ｂは、最上段モジュール１３Ａに対して筐体１１の上壁１１ａとは反対側に位置する。最上段モジュール１３Ａと隣り合う中段モジュール１３Ｂ（最上段モジュールの１つ下に位置した中段モジュール１３Ｂ）は、「第２モジュール」の一例である。中段モジュール１３Ｂは、最上段モジュール１３Ａと該中段モジュール１３Ｂとの間に第２隙間（第２通風隙間、中段流路）δｍを空けて配置されている。第２隙間δｍは、最上段モジュール１３Ａのケース下壁３４ｂと中段モジュール１３Ｂのケース上壁３４ａとの間に形成されている。第２隙間δｍは、最上段モジュール１３Ａと中段モジュール１３Ｂとの間をＸ方向に延びている。第２隙間δｍには、最上段モジュール１３Ａのケース下壁３４ｂと、中段モジュール１３Ｂのケース上壁３４ａとが露出している。

また、Ｚ方向に複数の中段モジュール１３Ｂが設けられる場合、複数の中段モジュール１３Ｂは、互いの間に第２隙間δｍを空けて配置されている。第２隙間δｍは、１つの中段モジュール１３Ｂのケース下壁３４ｂと別の中段モジュール１３Ｂのケース上壁３４ａとの間に形成されている。第２隙間δｍは、複数の中段モジュール１３Ｂの間をＸ方向に延びている。第２隙間δｍには、１つの中段モジュール１３Ｂのケース下壁３４ｂと別の中段モジュール１３Ｂのケース上壁３４ａとが露出している。

また、最下段モジュール１３Ｃに隣り合う中段モジュール１３Ｂ（最下段モジュール１３Ｃの１つ上に位置した中段モジュール１３Ｂ）は、最下段モジュール１３Ｃと該中段モジュール１３Ｂとの間に第２隙間δｍを空けて配置されている。第２隙間δｍは、中段モジュール１３Ｂのケース下壁３４ｂと最下段モジュール１３Ｃのケース上壁３４ａとの間に形成されている。第２隙間δｍは、中段モジュール１３Ｂと最下段モジュール１３Ｃとの間をＸ方向に延びている。第２隙間δｍには、中段モジュール１３Ｂのケース下壁３４ｂと最下段モジュール１３Ｃのケース上壁３４ａとが露出している。

最下段モジュール１３Ｃは、複数の電池モジュール１３のなかで、最も低い位置に配置されたモジュールである。最下段モジュール１３Ｃは、中段モジュール１３Ｂに対して最上段モジュール１３Ａとは反対側に位置する。最下段モジュール１３Ｃは、「第３モジュール」の一例である。なお、中段モジュール１３Ｂが１つも無い場合（Ｚ方向に２つの電池モジュール１３のみが配置された場合）、最下段モジュール１３Ｃは、「第２モジュール」の一例に該当する。最下段モジュール１３Ｃは、複数の電池モジュール１３のなかで、筐体１１の下壁１１ｂに最も近い。最下段モジュール１３Ｃは、筐体１１の下壁１１ｂと該最下段モジュール１３Ｃとの間に第３隙間（第３通風隙間、最下段流路）δｌを空けて配置されている。すなわち、第３隙間δｌは、最下段モジュール１３Ｃのケース下壁３４ｂと筐体１１の下壁１１ｂとの間に形成されている。第３隙間δｌは、最下段モジュール１３Ｃと筐体１１の下壁１１ｂとの間をＸ方向に延びている。第２隙間δｍには、最下段モジュール１３Ｃのケース下壁３４ｂが露出している。

また図１に示すように、複数の電池モジュール１３は、筐体１１の側壁１１ｅから離れて配置されている。これにより、複数の電池モジュール１３と筐体１１の側壁１１ｅとの間には、吸気口２１に通じる第１通風路（吸気側通風路）６１が形成されている。第１通風路６１は、Ｚ方向に沿って吸気口２１から電池装置１の全高に亘って延びている。すなわち、第１通風路６１は、全ての電池モジュール１３の側方（第１隙間δｈ、第２隙間δｍ、および第３隙間δｌの側方）に亘って形成されている。第１通風路６１は、Ｘ方向において、第１隙間δｈ、第２隙間δｍ、および第３隙間δｌのそれぞれに連通している。

同様に、複数の電池モジュール１３は、筐体１１の側壁１１ｆから離れて配置されている。これにより、複数の電池モジュール１３と筐体１１の側壁１１ｆとの間には、排気口２２に通じる第２通風路（排気側通風路）６２が形成されている。第２通風路６２は、Ｚ方向に沿って排気口２２から電池装置１の全高に亘って延びている。すなわち、第２通風路６２は、全ての電池モジュール１３の側方（第１隙間δｈ、第２隙間δｍ、および第３隙間δｌの側方）に亘って形成されている。第２通風路６２は、複数の電池モジュール１３に対して（第１隙間δｈ、第２隙間δｍ、および第３隙間δｌに対して）、第１通風路６１とは反対側に位置する。第２通風路６２は、第１隙間δｈ、第２隙間δｍ、および第３隙間δｌに対して第１通風路６１とは反対側から、第１隙間δｈ、第２隙間δｍ、および第３隙間δｌのそれぞれに連通している。

これにより、吸気口２１から筐体１１内に流入する冷却流体は、第１通風路６１から第１隙間δｈ、第２隙間δｍ、および第３隙間δｌに分かれて流入し、第１隙間δｈ、第２隙間δｍ、および第３隙間δｌのそれぞれをＸ方向に流れる。そして、第１隙間δｈ、第２隙間δｍ、および第３隙間δｌを通った冷却流体は、第２通風路６２で合流し、排気口２２から筐体１１の外部に流出する。

ここで図１に示すように、本実施形態では、第１隙間δｈの通風断面積は、第２隙間δｍの通風断面積よりも小さい。また本実施形態では、第１隙間δｈの通風断面積は、第３隙間δｌの通風断面積よりも小さい。なお本願で言う通風断面積とは、冷却流体の流れ方向に対して略直交する方向に沿う断面積（本実施形態ではＹ方向およびＺ方向に沿う断面積）であり、冷却流体が流れる流路断面積を意味する。なお本実施形態では、第１隙間δｈ、第２隙間δｍ、および第３隙間δｌのＹ方向の幅（図１中の紙面奥行き方向の幅）は、互いに略同じである。このため本実施形態では、第１隙間δｈの流路高さＨｈは、第２隙間δｍの流路高さＨｍよりも小さいと言える。また、第１隙間δｈの流路高さＨｈは、第３隙間δｌの流路高さＨｌよりも小さいと言える。なお本願で言う「流路高さ」とは、冷却流体の流れ方向に対して略直交する方向における流路幅（本実施形態ではＺ方向の流路幅）を意味する。

次に、電池装置１の作用について説明する。
上述のように、吸気口２１から筐体１１内に流入する冷却流体は、第１通風路６１から第１隙間δｈ、第２隙間δｍ、および第３隙間δｌに分かれて流入し、第１隙間δｈ、第２隙間δｍ、および第３隙間δｌのそれぞれをＸ方向に流れる。この過程で、最上段モジュール１３Ａのケース上壁３４ａは、第１隙間δｈを流れる冷却流体に晒されて冷却される。これにより、最上段モジュール１３Ａのバスバー３２や基板３３、バッテリ３１の上部の放熱が促進される。一方で、最上段モジュール１３Ａのケース下壁３４ｂは、第２隙間δｍを流れる冷却流体に晒されて冷却される。これにより、最上段モジュール１３Ａのバッテリ３１の下部の放熱が促進される。
同様に、中段モジュール１３Ｂのケース上壁３４ａは、第２隙間δｍを流れる冷却流体に晒されて冷却される。これにより、中段モジュール１３Ｂのバスバー３２や基板３３、バッテリ３１の上部の放熱が促進される。一方で、中段モジュール１３Ｂのケース下壁３４ｂは、別の第２隙間δｍを流れる冷却流体に晒されて冷却される。これにより、中段モジュール１３Ｂのバッテリ３１の下部の放熱が促進される。
また、最下段モジュール１３Ｃのケース上壁３４ａは、第２隙間δｍを流れる冷却流体に晒されて冷却される。これにより、最下段モジュール１３Ｃのバスバー３２や基板３３、バッテリ３１の上部の放熱が促進される。一方で、最下段モジュール１３Ｃのケース下壁３４ｂは、第３隙間δｌを流れる冷却流体に晒されて冷却される。これにより、最下段モジュール１３Ｃのバッテリ３１の下部の放熱が促進される。

このような構成によれば、電池装置１の冷却性能の向上を図ることができる。ここで比較のため、第１隙間δｈの通風断面積と、第２隙間δｍの通風断面積と、第３隙間δｌの通風断面積とが全て同じである構成について考える。この場合、複数の電池モジュール１３の近傍を流れる空気流量分布や空気温度分布は一様ではなくなる。この理由は、（ａ）吸気口２１および排気口２２に近い最上段モジュール１３Ａの近傍は空気が流れやすく、吸気口２１および排気口２２から遠い他の電池モジュール１３の近傍は空気が流れにくく、全体として不均一な流量分布となるため、（ｂ）第１隙間δｈおよび第３隙間δｌを流れる冷却流体は、それぞれ１つの電池モジュール１３のみから受熱するが、第２隙間δｍを流れる冷却流体は、上下に配置された複数の電池モジュールから受熱するため、すなわち流路によって受熱量が異なるため、そして（ｃ）冷却流体の昇温は、電池モジュール１３の表面から放出される熱量に比例し、その電池モジュール１３の近傍を流れる冷却流体の流量に反比例するため、である。

このため、第１隙間δｈを流れる冷却流体と、第２隙間δｍを流れる冷却流体と、第３隙間δｌを流れる冷却流体とで流量および温度が異なる。このため、複数の隙間δｈ，δｍ，δｌにおいて電池モジュール１３から冷却流体への熱通過率が異なる。その結果、複数の電池モジュール１３において温度のばらつきが生じ、複数の電池モジュール１３が一様に冷却される場合に比べて最大温度上昇が大きくなる。このため、冷却性能、例えば発熱体最大温度上昇を発熱量で除算することで得られる熱抵抗（単位はＫ／Ｗ）が悪くなる場合がある。

そこで本実施形態の電池装置１は、第１隙間δｈの通風断面積が第２隙間δｍの通風断面積よりも小さく設定されている。このような構成によれば、複数の隙間δｈ，δｍ，δｌのなかで吸気口２１に最も近い第１隙間δｈが相対的に狭く形成されることで、第１隙間δｈに冷却流体が流入しにくくなる。言い換えると、第２隙間δｍに流入する冷却流体の流量を増加させることができる。ここで、第２隙間δｍを流れる冷却流体は、その隙間の両側の複数の電池モジュール１３から受熱する。一方で、第１隙間δｈを流れる冷却流体は、１つの電池モジュール１３のみから受熱する。このため、第１隙間δｈに流入する冷却流体の流量が相対的に少なくなっても、第１隙間δｈを流れる冷却流体の温度上昇は、第２隙間δｍを流れる冷却流体の温度上昇に比べて大きくなりにくい。また、第１隙間δｈは、通風断面積が小さいが、流入する冷却流体の流量も少なくなる。このため、第１隙間δｈの冷却流体の平均流速と、第２隙間δｍの冷却流体の平均流速とは互いに近くなる。このため、最上段モジュール１３Ａのみが他の電池モジュール１３に比べて温度が低くなることがなく、複数の電池モジュール１３における温度ばらつきを小さくすることができる。これにより、複数の電池モジュール１３における最大温度上昇が小さくなり、抵抗が下がる。これにより、電池装置１の冷却性能を向上させることができる。

本実施形態では、最上段モジュール１３Ａのケース３４は、基板３３に面するとともに第１隙間δｈに露出したケース上壁３４ａと、複数のバッテリ３１に面するとともに第２隙間δｍに露出したケース下壁３４ｂとを有する。このような構成によれば、第１隙間δｈを流れる冷却流体と第２隙間δｍを流れる冷却流体とによって最上段モジュール１３Ａの上部および下部の放熱がそれぞれ促進される。このような構成によれば、電池装置１内で温度ばらつきがさらに生じにくくなり、冷却性能のさらなる向上を図ることができる。

本実施形態では、吸気口２１および排気口２２は、同じ壁に設けられるとともに、電池モジュール１３の両側に分かれて設けられている。このような構成によれば、電池装置１内で冷却流体の一様な流れが実現されやすい。そのため、電池装置１内で温度ばらつきがさらに生じにくくなる。

（第２の実施形態）
次に、図３および図４を参照して、第２の実施形態について説明する。本実施形態は、ファン７１が設けられた点、および第３隙間δｌの通風断面積が所定の大きさに設定される点で、第１の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態の構成と同様である。

図３は、本実施形態の電池装置１を示す断面図である。
図３に示すように、本実施形態の電池装置１は、ファン７１を備える。本実施形態では、ファン７１は、給気ファンとして、吸気口２１に設けられている。ファン７１は、吸気口２１から筐体１１内に冷却流体を流入させる。ファン７１は、第１通風路６１が延びた方向に沿って冷却空気を送る。なお、ファン７１が設けられる場所は、吸気口２１に限らず、第１通風路６１の途中でもよい。

本実施形態では、第３隙間δｌの通風断面積（流路高さＨｌ）は、第２隙間δｍの通風断面積（流路高さＨｍ）の略１／２倍以上の大きさに設定されている。さらに言えば、第３隙間δｌの通風断面積（流路高さＨｌ）は、第２隙間δｍの通風断面積（流路高さＨｍ）の略１／２倍以上、略１．０倍未満の大きさに設定されている。

ここで、図４は、本願発明者らによる実験によって得られた最下段流路高さ比と熱抵抗比との関係を示すグラフである。なお、「最下段流路高さ比」とは、第２隙間δｍの流路高さＨｍに対する第３隙間δｌの流路高さＨｌの大きさの比率（＝Ｈｌ／Ｈｍ）である。またここで言う「熱抵抗比」とは、最下段流路高さ比が種々の場合における電池装置１の熱抵抗を、最下段流路高さ比が１．０の場合における電池装置１の熱抵抗で除算されることで得られる無次元化された指標である。なお上記実験は、電池モジュール１３をＺ方向に１２段、Ｙ方向に３列で配置し、第２隙間δｍの流路高さＨｍを１３ｍｍ、第１隙間δｈの流路高さＨｈを０ｍｍ、第１通風路６１のＸ方向の流路幅Ｈｉを３３６ｍｍ、第２通風路のＸ方向の流路幅Ｈｏを４６０ｍｍとし、吸気口２１から一様な冷却流体の流入があり（例えばファン７１が設置された場合）、排気口が大気開放されたモデルに基づいて行われた。

図４に示すように、第３隙間δｌの流路高さＨｌが第２隙間δｍの流路高さＨｍの略１／２倍以上の領域では、熱抵抗比が比較的小さい。一方で、第３隙間δｌの流路高さＨｌが第２隙間δｍの流路高さＨｍの略１／２倍未満の領域では、熱抵抗比が急激に増加している。このため本実施形態では、第３隙間δｌの流路高さＨｌを第２隙間δｍの流路高さＨｍの略１／２倍以上にすることで、電池装置１の熱抵抗が低減されている。

このような構成によれば、第１実施形態と同様に、冷却性能の向上を図ることができる。また本実施形態では、吸気口２１から筐体１１内に冷却流体を流入させるファン７１が設けられている。そして、第３隙間δｌの通風断面積は、第２隙間δｍの通風断面積の略１／２倍以上の大きさに設定されている。このような構成によれば、吸気口２１から遠い第３隙間δｌには冷却流体が流れにくいという筐体１１内の流動環境においても、第３隙間δｌに十分な量の冷却流体を流すことができる。これにより、最下段モジュール１３Ｃの放熱を促進し、最下段モジュール１３Ｃを含む複数の電池モジュール１３における温度ばらつきをさらに小さくすることができる。

また、例えば、第３隙間δｌの通風断面積は、第２隙間δｍの通風断面積の略１／２倍以上、略１．０未満の大きさに設定される。このような構成によれば、冷却性能を高めつつ、電池装置１の小型化を図ることができる。具体的な一例では、第３隙間δｌの通風断面積は、第２隙間δｍの通風断面積の略０．８倍近傍に設定されてもよい。このような構成によれば、図４に示すように、電池装置１の小型化を図りつつ、最下段流路高さ比が１．０の場合（第３隙間δｌの通風断面積と第２隙間δｍの通風断面積とが同じ場合）に比べて、冷却性能を高めることができる。

（第３の実施形態）
次に、図５を参照して、第３の実施形態について説明する。本実施形態は、ヒートシンク８０が設けられた点で、第２の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第２の実施形態の構成と同様である。

図５は、本実施形態の電池装置１を示す断面図である。
図５に示すように、本実施形態の電池装置１は、複数のヒートシンク８０を備える。複数のヒートシンク８０は、第２隙間δｍと第３隙間δｌとにそれぞれ配置されている。例えば、複数のヒートシンク８０は、各段の支持部１２に設けられている。各段の電池モジュール１３は、ヒートシンク８０の上に載置され、ヒートシンク８０に熱的に接続されている。なお本願で言う「熱的に接続」とは、２つの部材が直接に接している場合や、２つの部材の間に熱接続用の部材（熱伝導シートなど）が設けられている場合などを意味する。

詳しく述べると、ヒートシンク８０は、ベース８１と、複数のフィン８２とを有する。ベース８１は、例えばＸ方向およびＹ方向に沿う平板状に形成されている。ベース８１は、一対の支持片１２ａ，１２ａの上に掛け渡されるように取り付けられている。電池モジュール１３は、ベース８１の上に載置され、ベース８１に熱的に接続されている。複数のフィン８２は、ベース８１に設けられて、ベース８１に熱的に接続されている。各フィン８２は、ベース８１からＺ方向に沿って板状に起立するとともに、Ｘ方向に延びている。複数のフィン８２は、Ｘ方向に沿って互いに略平行に延びている。冷却流体は、複数のフィン８２の間を通ってＸ方向に流れる。

このような構成によれば、第１の実施形態と同様に、冷却性能の向上を図ることができる。また本実施形態では、電池装置１は、第２隙間δｍおよび第３隙間δｌに配置されたヒートシンク８０を備える。ヒートシンク８０は、Ｘ方向に沿う複数のフィン８２を有する。このような構成によれば、電池モジュール１３からの熱を放熱する放熱面積が増加し、電池モジュール１３から冷却流体への熱通過率を大きくすることができる。これにより、複数の電池モジュール１３における最大温度上昇が小さくなり、冷却性能の向上を図ることができる。なお、ヒートシンク８０は、支持部１２に取り付けらえる代わりに、筐体１１の内面または電池モジュール１３に取り付けられてもよい。また、ヒートシンク８０は、該ヒートシンク８０の上下に位置する複数の電池モジュール１３の両方に熱的に接続されてもよい。

（第４の実施形態）
次に、図６を参照して、第４の実施形態について説明する。本実施形態は、ヒートシンク８０のフィン８２が所定以上の大きさを有する点で、第３の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第３の実施形態の構成と同様である。

図６は、本実施形態の電池装置１を示す断面図である。
図６に示すように、本実施形態では、第２隙間δｍは、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とを含む。第１領域Ａ１は、複数のフィン８２の間に位置した空間領域（いわゆるフィン間領域）である。一方で、第２領域Ａ２は、Ｚ方向で第１領域Ａ１と隣り合うとともに、複数のフィン８２の外部に位置した領域である。別の観点で見ると、第２領域Ａ２は、複数のフィン８２の外部に位置するとともに、Ｚ方向に沿って見た平面視で第１領域Ａ１と重なる領域である。例えば、第２領域Ａ２は、ヒートシンク８０の複数のフィン８２の先端部と、該ヒートシンク８０が面する電池モジュール１３のケース上壁３４ａとの間の空間領域である。

そして本実施形態では、第１領域Ａ１の通風断面積は、第２領域Ａ２の通風断面積よりも大きく設定される。なお、「第１領域の通風断面積」とは、例えば１つのヒートシンク８０に３つ以上のフィン８２が設けられている場合には、それら３つ以上のフィン８２の間に形成される複数の空間部の通風断面積の合計である。

同様に、本実施形態では、第３隙間δｌは、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とを有する。なお第３隙間δｌの第１領域Ａ１および第２領域Ａ２の定義は、第２隙間δｍの第１領域Ａ１および第２領域Ａ２の定義と同様である。そして本実施形態では、第３隙間δｌの第１領域Ａ１の通風断面積は、第３隙間δｌの第２領域Ａ２の通風断面積よりも大きく設定される。

このような構成によれば、第１の実施形態と同様に、冷却性能の向上を図ることができる。また本実施形態では、第１領域Ａ１の通風断面積は、第２領域Ａ２の通風断面積よりも大きく設定される。このような構成によれば、ヒートシンク８０の複数のフィン８２の間に多くの冷却流体を流入させることができる。すなわち、フィン８２が存在するために第２領域Ａ２に比べて第１領域Ａ１の通風抵抗が大きい場合であっても、第１領域Ａ１に多くの冷却流体を流入させ、複数のフィン８２の間を通る冷却流体の流速を増加させることができる。これにより、電池モジュール１３から冷却流体への熱通過率を大きくすることができる。これにより、複数の電池モジュール１３における最大温度上昇が小さくなり、冷却性能の向上を図ることができる。

（第５の実施形態）
次に、図７を参照して、第５の実施形態について説明する。本実施形態は、複数の電池モジュール１３が略水平方向に並べられた点で、第４の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第４の実施形態の構成と同様である。

図７は、本実施形態の電池装置１を示す断面図である。
図７に示すように、本実施形態では、複数の電池モジュール１３は、第１群Ｇ１に属する複数の電池モジュール（複数の最上段モジュール１３Ａ）、第２群Ｇ２に属する複数の電池モジュール１３（複数の中段モジュール１３Ｂ）、および第３群Ｇ３に属する複数の電池モジュール１３（複数の最下段モジュール１３Ｃ）を含む。

第１群Ｇ１に属する複数の最上段モジュール１３Ａは、Ｙ方向（例えば略水平方向）に並べて配置されている。複数の最上段モジュール１３Ａは、Ｙ方向で互いに接するように配置され、互いに熱的に接続されている。複数の最上段モジュール１３Ａの各々は、「第４モジュール」の一例である。
同様に、第２群Ｇ２に属する複数の中段モジュール１３Ｂは、Ｙ方向（例えば略水平方向）に並べて配置されている。複数の中段モジュール１３Ｂは、Ｙ方向で互いに接するように配置され、互いに熱的に接続されている。
また、第３群Ｇ３に属する複数の最下段モジュール１３Ｃは、Ｙ方向（例えば略水平方向）に並べて配置されている。複数の最下段モジュール１３Ｃは、Ｙ方向で互いに接するように配置され、互いに熱的に接続されている。

このような構成によれば、第１の実施形態と同様に、冷却性能の向上を図ることができる。また本実施形態では、複数の電池モジュール１３がＹ方向に並べて配置され互いに熱的に接続されている。このような構成によれば、各電池モジュール１３のＹ方向の側面は実質的に断熱状態（熱が移動しない状態）となり、Ｙ方向に並べられた複数の電池モジュール１３の間でバッテリ３１の温度差が小さくなる。これにより、複数の電池モジュール１３における温度ばらつきが小さくなり、冷却性能の向上を図ることができる。

（第６の実施形態）
次に、図８を参照して、第６の実施形態について説明する。本実施形態は、複数の電池装置１を備えた電池システムに関するという点で、第５の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第５の実施形態の構成と同様である。

図８は、本実施形態の電池システム９１を示す断面図である。
図８に示すように、本実施形態の電池システム９１は、複数の電池装置１を含む。電池システム９１は、「バッテリ冷却システム」、「発熱体冷却システム」などと称されてもよい。

図８に示すように、複数の電池装置１は、Ｙ方向（例えば略水平方向）に並べて配置されている。複数の電池装置１は、Ｙ方向で互いに接するように配置され、互いに熱的に接続されている。

このような構成によれば、第１の実施形態と同様に、冷却性能の向上を図ることができる。また本実施形態では、複数の電池装置１がＹ方向に並べて配置され互いに熱的に接続されている。このような構成によれば、第５の実施形態と同様に、Ｙ方向に並べられた複数の電池装置１の間でバッテリ３１の温度差が小さくなる。これにより、冷却性能の向上を図ることができる。

（第７の実施形態）
次に、図９を参照して、第７の実施形態について説明する。本実施形態は、複数の電池装置１が当該複数の電池装置１の吸気側を対向させて互いに一体に設けられた点で、第４の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第４の実施形態の構成と同様である。

図９は、本実施形態の電池システム９１を示す断面図である。
図９に示すように、電池システム９１は、複数の電池装置１を含む。複数の電池装置１は、Ｙ方向に並べて配置されている。複数の電池装置１は、当該複数の電池装置１の吸気側を対向させて互いに一体に設けられている。本実施形態では、複数の電池装置１の筐体１１および支持部１２は、一体に設けられている。また、複数の電池装置１の吸気口２１は、一体に設けられている。吸気口２１は、複数の電池装置１の境界部に設けられている。

本実施形態では、ファン７１は、排気ファンとして、排気口２２に設けられている。ファン７１は、筐体１１内の冷却流体を排気口２２から流出させる。これにより、筐体１１の内圧が下がり、吸気口２１から新しい冷却流体が筐体１１内に流入する。なお、ファン７１が設けられる場所は、排気口２２に限らず、第２通風路６２の途中でもよい。

また別の観点で見ると、本実施形態の電池システム９１は、１つの筐体１１、複数の最上段モジュール１３Ａ、複数の中段モジュール１３Ｂ、および複数の最下段モジュール１３Ｃを備えている。複数の最上段モジュール１３Ａ、複数の中段モジュール１３Ｂ、および複数の最下段モジュール１３Ｃは、筐体１１に収容されている。複数の最上段モジュール１３Ａは、Ｘ方向において、吸気口２１の両側に分かれて配置されている。同様に、複数の中段モジュール１３Ｂは、Ｘ方向において、吸気口２１の両側に分かれて配置されている。複数の最下段モジュール１３Ｃは、Ｘ方向において、吸気口２１の両側に分かれて配置されている。

このような構成によれば、第１の実施形態と同様に、冷却性能の向上を図ることができる。また本実施形態では、複数の電池装置１が当該複数の電池装置１の吸気側を対向させて互いに一体に設けられている。このような構成によれば、コンパクトで冷却性能の高い電池システム９１を実現することができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電池装置は、吸気口が設けられた第１壁を有した筐体と、前記第１壁との間に第１隙間を空けて配置された第１モジュールと、前記第１モジュールとの間に第２隙間を空けて配置された第２モジュールとを備えている。前記第１隙間は、前記第２隙間に比べて通風断面積が小さい。このような構成によれば、冷却性能の向上を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許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ものである。

１…電池装置、１１…筐体、１１ａ…上壁（第１壁）、１１ｂ…下壁（第２壁）、１３…電池モジュール、１３Ａ…最上段モジュール（第１モジュール）、１３Ｂ…中段モジュール（第２モジュール）、１３Ｃ…最下段モジュール（第３モジュール）、２１…吸気口、２２…排気口、７１…ファン、８０…ヒートシンク、８２…フィン、９１…電池システム、δｈ…第１隙間、δｍ…第２隙間、δｌ…第３隙間、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域。

Claims (9)

1. 吸気口が設けられた第１壁を有した筐体と、
   前記筐体に収容され、前記第１壁との間に第１隙間を空けて配置された第１モジュールと、
   前記筐体に収容され、前記第１モジュールに対して前記第１壁とは反対側に位置し、前記第１モジュールとの間に第２隙間を空けて配置された第２モジュールと、
   を備え、
   前記第１隙間は、前記第２隙間に比べて通風断面積が小さい、
   電池装置。
2. 前記第１モジュールは、複数のバッテリと、基板と、前記複数のバッテリおよび前記基板を収容したケースとを有し、
   前記ケースは、前記基板に面するとともに前記第１隙間に露出した第１ケース壁と、前記複数のバッテリに面するとともに前記第２隙間に露出した第２ケース壁とを有した、
   請求項１に記載の電池装置。
3. 前記第１壁は、排気口を有し、
   前記吸気口および前記排気口は、前記第１モジュールと前記第２モジュールとが並ぶ方向とは交差する方向で前記第１モジュールの両側に分かれて設けられた、
   請求項１に記載の電池装置。
4. 前記筐体に収容され、前記第２モジュールに対して前記第１モジュールとは反対側に位置した第３モジュールと、
   前記吸気口から前記筐体内に冷却流体を流入させる吸気ファンと、
   をさらに備え、
   前記筐体は、前記第１壁とは反対側に位置して前記第３モジュールとの間に第３隙間を空けた第２壁を有し、
   前記第３隙間の通風断面積は、前記第２隙間の通風断面積の略１／２倍以上の大きさである、
   請求項１に記載の電池装置。
5. 前記第２隙間に配置され、前記第１モジュールおよび前記第２モジュールの少なくとも一方に熱的に接続されたヒートシンクをさらに備え、
   前記ヒートシンクは、前記第１モジュールと前記第２モジュールとが並ぶ方向とは交差する方向に沿う複数のフィンを有した、
   請求項１に記載の電池装置。
6. 前記第２隙間は、前記複数のフィンの間に位置した第１領域と、前記第１モジュールと前記第２モジュールとが並ぶ方向で前記第１領域と隣り合うとともに前記複数のフィンの外部に位置した第２領域とを含み、
   前記第１領域は、前記第２領域に比べて通風断面積が大きい、
   請求項５に記載の電池装置。
7. 前記第１モジュールと前記第２モジュールとが並ぶ方向とは交差する方向で前記第１モジュールと並ぶ第４モジュールをさらに備え、
   前記第１モジュールと前記第４モジュールとは、互いに熱的に接続された、
   請求項１に記載の電池装置。
8. 複数の電池装置を備え、
   前記複数の電池装置の各々は、(i)吸気口が設けられた第１壁を有した筐体と、(ii)前記筐体に収容され、前記第１壁との間に第１隙間を空けて配置された第１モジュールと、(iii)前記筐体に収容され、前記第１モジュールに対して前記第１壁とは反対側に位置し、前記第１モジュールとの間に第２隙間を空けて配置された第２モジュールとを備え、前記第１隙間は、前記第２隙間に比べて通風断面積が小さく、
   前記複数の電池装置は、前記第１モジュールと前記第２モジュールとが並ぶ方向とは交差する方向に並べられて互いに熱的に接続された、
   電池システム。
9. 吸気口が設けられた第１壁を有した筐体と、
   前記筐体に収容され、前記第１壁との間に第１隙間を空けて配置された複数の第１モジュールと、
   前記筐体に収容され、前記複数の第１モジュールに対して前記第１壁とは反対側に位置し、前記複数の第１モジュールとの間に第２隙間を空けて配置された複数の第２モジュールと、
   を備え、
   前記第１隙間は、前記第２隙間に比べて通風断面積が小さく、
   前記複数の第１モジュールは、該複数の第１モジュールが並ぶ方向において、前記吸気口の両側に分かれて配置され、
   前記複数の第２モジュールは、該複数の第２モジュールが並ぶ方向において、前記吸気口の両側に分かれて配置された、
   電池システム。

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