JP4437009B2

JP4437009B2 - 二次電池ユニット

Info

Publication number: JP4437009B2
Application number: JP2003061384A
Authority: JP
Inventors: 宏紀安武
Original assignee: NEC Corp; Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp; NEC Corp
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP2004273237A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車用の二次電池ユニットは、複数の二次電池（セルまたはモジュール）をケース内に縦横に並べて構成されている。従来、このようなケース内の電池ユニットを冷却するために、例えば、ケースの前面に冷却ファンからの風を採り入れる冷気導入口を形成するとともに、ケース内の各電池セルまたはモジュール相互間には風の流路が形成されるようにして、二次電池を配置し、冷却ファンからの風が各二次電池の側方を横向きに流して各電池セルまたはモジュールを冷却する構成が一般に知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２９４３０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷却風が各二次電池を風上側に位置する電池から風下側に位置する電池へと順に冷却していく構成では、各二次電池を冷却しながらケース内を流れる冷却風の温度は風下に向かうにつれ温度が上昇してしまうことで、風下側に配置された電池の冷却が不十分となるだけでなく、冷却風が各二次電池にうまく当たらないことで二次電池の冷却が不十分となる場合もあった。これを避けるために冷却ファンの出力を増大させると装置全体の大型化を招いてしまう場合があった。
【０００５】
そこで本発明は、ケース内に収納した二次電池セルまたはモジュールの冷却を効率的に行うことができる二次電池ユニットを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の二次電池ユニットは、冷却風を導入する導入口および冷却風を排出する排出口が形成されたケース内に複数の二次電池を収納する二次電池ユニットにおいて、前記各二次電池が配列され、かつ、配列された前記各二次電池の本体内部から外部へと延びた導電性の伝熱部材が互いに接合されることで壁面の一部が形成された、前記導入口および前記排出口に連通している主流路と、連通部が形成された少なくとも１枚の仕切り板と前記ケースの壁面との間に形成され、前記導入口および前記排出口に連通した、少なくとも１つの副流路とを有し、前記主流路と前記副流路とが前記連通部によって連通していることを特徴とする。
【０００７】
上記の通り構成された本発明の二次電池ユニットは、配列された各二次電池の本体内部から外部へと延びた導電性の伝熱部材が互いに接合されることで主流路の壁面の一部を構成している。例えば、伝熱部材が電池の電極端子である場合、電極端子に伝熱された電池内部で発生した熱、および電極端子自身で生じるジュール熱を除去するために電極端子に冷却風を当てることとなるが、本発明の場合、これら各電極端子の電気的な接合を行うことで主流路の壁面の一部を構成することができるため、電極端子に冷却風を当てるための別部品等を必要としない。また、本発明の二次電池ユニットは、導入口および排出口に連通し、連通部が形成された仕切り板によって形成された副流路を有しており、仕切り板に形成された連通部によって主流路と副流路とが連通していることで、副流路側から主流路側へと連通部を介して冷却風を導入することができるため、導入口側から排出口側へと流れるにつれ温度の上昇する主流路内の冷却風の温度上昇を抑制することができる。これにより、上流側と下流側とにおける電池冷却の不均衡を抑制することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の二次電池ユニットは、仕切り板が、仕切り板上に各二次電池を載置し、ケースの底面との間に第１の副流路を形成する二重底仕切り板であってもよく、この二重底仕切り板の連通部は、二重底仕切り板に形成された複数の孔であってもよいし、あるいは、二重底仕切り板が、例えば、樹脂製メッシュ、ワイヤメッシュや、パンチングメタル等の網状の部材からなるものであってもよい。
【０００９】
また、本発明の二次電池ユニットは、連通部が、副流路を流れる冷却風の流速よりも流速の高められた分流を、主流路を流れる冷却風に対して交差する方向に発生させ、分流を、互いに接合されることで各伝熱部材の間に形成された隙間へと供給するとともに各伝熱部材に当てることで伝熱部材を冷却するものであってもよい。
【００１０】
また、本発明の二次電池ユニットは、仕切り板が、ケースの上面との間に第２の副流路を形成する、制御回路を備えた制御回路基盤であってもよく、この場合、制御回路基盤の連通部は、ケースの側面と制御回路基盤との間に形成された隙間であってもよい。
【００１１】
また、本発明の二次電池ユニットは、主流路と各副流路とは合流してから排出口に連通し、合流する領域に、バスバー、ケーブル、ヒューズ、リレー、または、これらを組み合わせた構成部品が配置されているものであってもよい。
【００１２】
さらに、本発明の二次電池ユニットにおいては、伝熱部材が二次電池の電極端子であってもよい。
【００１３】
また、本発明の二次電池ユニットは、仕切り板の枚数をｎとしたとき、ｎ＋１個の、冷却風の流路を有するものであってもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態における電池とは、電池セル、あるいは電池モジュールを指すものである。
（第１の実施形態）
本実施形態の、電気自動車あるいはハイブリッド自動車に搭載された状態の二次電池ユニットの模式的な側断面図を図１に、二次電池ユニットの模式的な上面断面図を図２（ａ）、（ｂ）に示す。また、図３に本実施形態の二次電池ユニットに搭載されるラミネート型電池の模式的な斜視図を示す。
【００１５】
二次電池ユニット１は、車室内から冷却風が導入されるインレット４ａと冷却風が排出されるアウトレット４ｂとが形成された箱型のケース本体４内に、ケース本体４の底面４ｃに対して二重底となるように配置された複数の孔９が形成された二重底仕切板３と、二重底仕切板３上に設けられた支柱１４で支持された制御回路基盤２とを有し、二重底仕切板３上に複数の電池（セルまたはモジュール）８を一列に配列して収納可能な構成となっている。また、ケース本体４内のアウトレット４ｂ近傍には、バスバー、ケーブル、ヒューズ、リレー等からなるバスバーケーブル類１３が配置されている。
【００１６】
ケース本体４のインレット４ａはダクトインレット１５に接続されており、ダクトインレット１５を介して電気自動車の車室内に連通している。一方、アウトレット４ｂは、ダクトアウトレット５に接続されており、排気ブロワ６より排気される冷却風より少なくとも常時低圧でかつ脈動圧力が少ない場所、例えば、車外部に連通する部分、あるいはトランクルーム部に連通している。
【００１７】
ダクトアウトレット５には、冷却風を排気する排気ブロワ６が接続されており、この排気ブロワ６の吸引により、冷却風は車室内からケース本体４に導入され、トランクあるいは外部へと排出される。
【００１８】
電池８は、その内部に正極側活電極と負極側活電極からなる積層電極を有し、積層電極に電気的に接続された電極端子であるタブ７が延出するように、アルミニウムなどの金属フィルムと熱融着性の樹脂フィルムとを重ね合わせて形成したラミネートシート１６で密封された構造となっている。二重底仕切板３上に一列に配列された各電池８の両側から延出したタブ７は、隣接する他の電池８のタブ７に電気的に接続されている。順次タブ７が接続されて壁面状となることで、ケース本体４の左右の側面４ｄとの間に冷却風１０ａを流すための主流路１０の一部が形成されている。また、タブ７同士を接続することで、各タブ７間に冷却風をケース本体４の縦方向、すなわち、二重底仕切板３側から制御回路基盤２側に向けて冷却風を流すことができるタブ隙間７ａが形成されている。なお、本実施形態における主流路１０とは、接合されたタブ７によって形成された壁面とケース本体４の左右の側面４ｄとの間の領域を含む、二重底仕切板３と制御回路基盤２との間に挟まれた領域であり、各電池８の本体およびタブ７を直接的に冷却する冷却風１０ａが流れる流路を指す。また、図１においては、各電池８は互いに電池本体部分が密着して配列されたように示しているが、各電池間に冷却風が流れるように隙間が形成されて配列されている。
【００１９】
二重底仕切板３は、底面４ｃと間を空けて二重底を形成するように設けられており、これにより、冷却風１１ａが流れる第１の副流路１１が形成されている。また、上述したように、二重底仕切板３には複数の孔９が形成されているので冷却風１１ａの一部を分流１１ｂとしてタブ隙間７ａに流れ込ませる、さらには分流１１ｂを主流路１０を流れる冷却風１０ａに合流させることができる。
【００２０】
二重底仕切板３に形成された複数の孔９の大きさは、例えば、電池８の長さＬ、厚さｔに対して、幅ａ＝Ｌ／５、長さｂ＝１．２ｔ〜２．８ｔ程度とすることで流速が高められた分流１１ｂを発生させることができる。また、孔９の形状は、図２（ａ）には隅Ｒ加工された矩形形状のものを一例として示しているが、これに限定されるものではなく、φ０．５ｔ程度の円形のものであってもよいし、この他、楕円形状等であってもよい。また、複数の孔９の開口面積は全て同じである必要はなく、形成された場所によって異なるものであってよい。例えば、孔９の開口面積がケース本体４の長手方向、すなわち、冷却風１２ａの下流側に向けて徐々に大きくしていくものであってもよいし、あるいはその逆でもよい。あるいは、孔９の開口面積がケース本体４の幅方向で異なるものであってもよい。
【００２１】
また、本実施形態では、複数の孔９は、図２（ａ）に示すように二重底仕切板３にマトリックス状に形成されているが、これに限定されたものではなく、例えば、千鳥配置となっているものでもよい。すなわち、二重底仕切板３に形成される孔９の形状、配置、この他、開口断面形状、開口数等は、電池８の発熱量、電池８の配列数等によって適宜選択可能である。
【００２２】
制御回路基盤２は、制御回路基盤２とケース本体４の上面４ｅとの間に冷却風を流すための第２の副流路１２を形成するために上面４ｅと間を空けて設けられている。この制御回路基盤２は、図２（ｂ）に示すように、第２の副流路１２を形成可能なように、すなわち、冷却風１２ａがインレット４ａ側からアウトレット４ｂ側まで制御回路基盤２に沿って流れ出るようにするため、制御回路基盤２上における制御回路２ａの占有する面積が小さいものであってもインレット４ａ側からアウトレット４ｂ側への基盤の長さを大きくとることで、第２の副流路１２が形成される形状としている。また、制御回路基盤２の幅は、ケース本体４の側面４ｄ間の距離よりも狭いため、制御回路基盤２と側面４ｄとの間に隙間２ｂが形成されている。これにより、後述するように、主流路１０を流れる冷却風１０ａの分流１０ｂ、あるいは第１の副流路１１を流れる冷却風１１ａの分流１１ｂとが合わさった場合も含み、制御回路基盤２の下面側から上面側に向けて回り込んで第２の副流路１２の冷却風１２ａと合流可能となっている。なお、制御回路基盤２は、分流１０ｂおよび分流１１ｂを冷却風１２ａに合流させるため、制御回路基盤２の制御回路２ａが設けられていない領域に、主流路１０と第２の副流路１２とを連通させる孔が形成された構造であってもよい。
【００２３】
以上のように、本実施形態の二次電池ユニット１内には、大きく分けて、壁面状となったタブ７とケース本体４の側面４ｄとの間の領域を含む、二重底仕切板３と制御回路基盤２との間に挟まれた領域である主流路１０と、二重底仕切板３とケース本体４の底面４ｃとの間の第１の副流路１１と、制御回路基盤２とケース本体４の上面４ｅとの間の第２の副流路１２の３つの流路が形成されている。
【００２４】
次に、二次電池ユニット１内の冷却風の流れ方について説明する。なお、以下の説明において、分流１１ｂとは、第１の副流路１１を流れる冷却風１１ａが二重底仕切板３に形成された孔９により分岐された冷却風の流れを指し、分流１０ａとは、主流路１０を流れる冷却風１０ａのうち、主に、制御回路基盤２や、第２の副流路１２に向けて流れる冷却風の流れを指すものとする。
【００２５】
まず、排気ブロワ６で吸引されることにより、車室内の空気が冷却風として電気自動車の車室内に連通したダクトインレット１５からインレット４ａへと流れ込む。
【００２６】
次いで、インレット４ａへと流れ込んだ冷却風は、インレット４ａ側で、タブ７とケース本体４の左右の側面４ｄとの間に形成された主流路１０を流れる冷却風１０ａと、二重底仕切板３により形成された第１の副流路１１を流れる冷却風１１ａ、および制御回路基盤２により形成された第２の副流路１２を流れる冷却風１２ａの３つに大きく分けられる。すなわち、本実施形態の二次電池ユニット１は、二重底仕切板３および制御回路基盤２からなる２枚の仕切り板に対して３つの流路が形成されている。
【００２７】
以下、冷却風１１ａ、冷却風１０ａ、冷却風１２ａと、二次電池ユニット１の下方側の流れから順に説明する。
【００２８】
第１の副流路１１を流れる冷却風１１ａは、第１の副流路１１を流れながら二重底仕切板３に形成された孔９を通って、各電池８間の隙間やタブ隙間７ａへ流入する、あるいは冷却風１０ａへと合流する分流１１ｂに分岐されながら、アウトレット４ｂに配置されたバスバーケーブル類１３を冷却してアウトレット４ｂより排出される。電池８間の隙間およびタブ隙間７ａを上方に向けて流れる分流１１ｂは、電池８の本体、およびタブ７に接触しつつ流れ、電池８内部で発生して電池８の表面に伝熱された熱およびタブ７に伝熱された熱を除去しながら上方に流れて冷却風１２ａに合流する。タブ隙間７ａを上方に向けて流れる分流１１ｂは、上方に向かうほど温度が上昇するが、タブ７の外側、すなわち、主流路１０を冷却風１０ａが流れているため、温度上昇が抑制され、効率的に電池８を冷却することができる。また、分流１１ｂは孔９でその流れが絞られることで流速が上げられているので熱の除去効率も高められている。
【００２９】
主流路１０を流れる冷却風１０ａは、タブ７の外側面を冷却しながらインレット４ａからアウトレット４ｂに向けて流れる。冷却風１０ａは熱を上流側から順次除去していくため下流に向かうにつれてその温度が上昇することとなるが、電池等の発熱体に接触していないことで温度が上昇していない、第１の副流路１１を流れる冷却風１１ａの分流１１ｂが二重底仕切板３の孔９から流入することにより下流側での温度上昇が抑制される。これにより、下流側に配置された電池８も上流側と同程度に冷却することができる。主流路１０を流れてきた冷却風１０ａも、バスバーケーブル類１３を冷却してアウトレット４ｂより排出される。
【００３０】
第２の副流路１２を流れる冷却風１２ａは、制御回路基盤２の上面側を冷却しながら下流へと流れる。制御回路基盤２の下面側は、主流１０ａの分流１０ｂおよび冷却風１１ａの分流１１ｂにより冷却される。これら分流１０ｂ、１１ｂは制御回路基盤２とケース本体４との間に形成された隙間２ｂから制御回路基盤２の上面側に向けて回り込んで第２の副流路１２の冷却風１２ａと合流する。分流１０ｂ、１１ｂが合流した冷却風１２ａはバスバーケーブル類１３を冷却してアウトレット４ｂより排出される。
【００３１】
以上のように、制御回路基盤２および二重底仕切板３からなる２枚の仕切り板と、一列に配列された複数の電池８のタブ７によって形成された壁面により冷却風１０ａ、１１ａ、１２ａの３つに分かれ、電池８本体、電池８のタブ７、制御回路基盤２およびバスバーケーブル類１３を冷却した冷却風は、アウトレット４ｂで１つにまとまり、ケース本体４外へと排出される。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態の二次電池ユニット１は、制御回路基盤２および孔９の形成された二重底仕切板３からなる２枚の仕切り板と、電池８のタブ７を用い、冷却風を３つに分けたことで、以下の効果を得ることができる。
【００３３】
まず、本実施形態の二次電池ユニット１においては、電池８の電極端子であるタブ７に流路壁としての機能を持たせたことで専用の整流板等が不要であり、二次電池ユニット１の構成部品点数を少なくすることができる。
【００３４】
また、本実施形態の二次電池ユニット１は、二重底仕切板３に形成された複数の孔９から供給される分流１１ｂにより、電池８のタブ７に沿って流れることで下流方向に向けて温度が上昇することとなる冷却風１０ａの温度上昇を抑制することができるので、下流側に配置された電池８の冷却が不十分となることがない。
【００３５】
また、本実施形態の二次電池ユニット１は、制御回路基盤２を流路壁としても機能する大きさとしているので専用の整流板等が不要であり、二次電池ユニット１の構成部品点数を少なくすることができる。
【００３６】
なお、本実施形態の二次電池ユニット１は、電気自動車に搭載された状態について説明したが、言うまでもなく、電気自動車あるいはハイブリッド車以外の車輌、車輌以外の乗物、その他、任意の場所に設置して使用可能である。
【００３７】
また、本実施形態では、制御回路基盤２および二重底仕切板３からなる２枚の仕切り板に対して、冷却風が流れる流路が３つとなる例を示したが、仕切り板の枚数は２枚に限定されるものではなく、仕切り板の枚数ｎに対して流路の数がｎ＋１となる構成であればよい。
（第２の実施形態）
図４に本実施形態の二次電池ユニットの上面断面図を示す。
【００３８】
本実施形態の二次電池ユニット５１は、第１の実施形態で示した複数の孔９が形成された二重底仕切板３の代わりに網状部材を二重底仕切板５３として用いた構成となっている。なお、これ以外の構成および効果は基本的に第１の実施形態で説明した二次電池ユニット１と同様であるため、詳細の説明は省略する。
【００３９】
本実施形態も、第１の実施形態の二次電池ユニット１と同様に、下流側に配置された電池５８の冷却が上流側に配置された電池５８に対して不十分となることがない。また、本実施形態の場合、二重底仕切板５３として、樹脂製メッシュ、ワイヤーメッシュ、あるいはパンチングメタル等の既存の材料を用いることができるため、製作が容易となる。なお、ワイヤーメッシュ、あるいはパンチングメタルの場合、絶縁性を持たせるため、絶縁剤の塗布、絶縁性の樹脂コーティング、絶縁ゴムの焼き付け等の処理を行ったものを使用すると好適である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、配列された各二次電池の本体内部から外部へと延びた導電性の伝熱部材がお互いに接合されることで主流路の壁面の一部を構成しているため、伝熱部材に冷却風を効率良く当てることが可能となり、かつこの伝熱部材間に形成された隙間を二重底仕切り板の孔から供給された冷却風が伝熱部材下方から上方へと速い速度で流れるため、二次電池を効果的に冷却することができる。これにより二次電池の温度上昇による二次電池の機能低下、機能変動を抑制でき、二次電池ユニットの機能安定化、長寿命化を図ることができる。
【００４１】
また、本発明の二次電池ユニットは、仕切り板に形成された連通部によって主流路と副流路とが連通していることで、副流路側から主流路側へと連通部を介して冷却風を導入することができるため、導入口側から排出口側へと流れるにつれ温度の上昇する主流路内の冷却風の温度上昇を抑制することができる。これにより、上流側と下流側とにおける電池冷却の不均衡を抑制することが可能となる。
【００４２】
さらに、上記効果を得ることができる本発明は、伝熱部材に冷却風を当てるための別部品を必要としない等、実現する上で比較的簡単な構造で済むため、製造も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における二次電池ユニットの模式的な側断面図である。
【図２】図１に示した二次電池ユニットの模式的な上面断面図である。
【図３】本発明の二次電池ユニットに搭載されるラミネート型電池の模式的な斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における二次電池ユニットの模式的な上面断面図である。
【符号の説明】
１、５１二次電池ユニット
２制御回路基盤
２ａ制御回路
２ｂ隙間
３、５３二重底仕切板
４ケース本体
４ａインレット
４ｂアウトレット
４ｃ底面
４ｄ側面
４ｅ上面
５ダクトアウトレット
６排気ブロワ
７タブ
７ａタブ隙間
８、５８電池
９孔
１０主流路
１０ａ、１１ａ、１２ａ冷却風
１０ｂ、１１ｂ分流
１１第１の副流路
１２第２の副流路
１３バスバーケーブル類
１４支柱
１５ダクトインレット
１６ラミネートシート

Claims

冷却風を導入する導入口および冷却風を排出する排出口が形成されたケース内に複数の二次電池を収納する二次電池ユニットにおいて、
前記各二次電池が配列され、かつ、配列された前記各二次電池の本体内部から外部へと延びた導電性の伝熱部材が互いに接合されることで壁面の一部が形成された、前記導入口および前記排出口に連通している主流路と、
連通部が形成された少なくとも１枚の仕切り板と前記ケースの壁面との間に形成され、前記導入口および前記排出口に連通した、少なくとも１つの副流路とを有し、前記主流路と前記副流路とが前記連通部によって連通していることを特徴とする二次電池ユニット。
前記仕切り板は、前記仕切り板上に前記各二次電池を載置し、前記ケースの底面との間に第１の副流路を形成する二重底仕切り板である、請求項１に記載の二次電池ユニット。
前記二重底仕切り板の連通部は、二重底仕切り板に形成された複数の孔である、請求項２に記載の二次電池ユニット。
前記二重底仕切り板が網状の部材からなる、請求項２に記載の二次電池ユニット。
前記連通部が、前記副流路を流れる冷却風の流速よりも流速の高められた分流を、前記主流路を流れる冷却風に対して交差する方向に発生させ、前記分流を、前記互いに接合されることで前記各伝熱部材の間に形成された隙間へと供給するとともに前記各伝熱部材に当てることで前記伝熱部材を冷却する、請求項１から４のいずれか１項に記載の二次電池ユニット。
前記仕切り板が、前記ケースの上面との間に第２の副流路を形成する、制御回路を備えた制御回路基盤である、請求項１から５のいずれか１項に記載の二次電池ユニット。
前記制御回路基盤の連通部は、前記ケースの側面と前記制御回路基盤との間に形成された隙間である、請求項６に記載の二次電池ユニット。
前記主流路と前記各副流路とは合流してから前記排出口に連通し、前記合流する領域に、バスバー、ケーブル、ヒューズ、リレー、または、これらを組み合わせた構成部品が配置されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の二次電池ユニット。
前記伝熱部材は、前記二次電池の電極端子である、請求項１から８のいずれか１項に記載の二次電池ユニット。
前記仕切り板の枚数をｎとしたとき、ｎ＋１個の、冷却風の流路を有する、請求項１から９のいずれか１項に記載の二次電池ユニット。