(57)【要約】【課題】温度調整能力の高い電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュール１１、２１、３１は、複数の電池セル２が積層されている電池積層体１２、２２、３２と、内部に熱媒体を流して電池積層体の温度調整を行うための熱交換器１５、２５、３５とを備えている。熱交換器は、電池セル同士の間に配置されているセル間部１７、２７、３７と、隣り合うセル間部同士を接続している折り返し部１８、２８、３８とを備えている。セル間部は、電池セルと熱的に接触しており、折り返し部は、温度調整対象物２、９１と熱的に接触している。このため、折り返し部を温度調整対象物の温度調整に利用した温度調整能力の高い電池モジュールを得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セル（２）が積層されている電池積層体（１２、２２、３２）と、
内部に熱媒体を流して前記電池積層体の温度調整を行うための熱交換器（１５、２５、３５、３１５、３２５、３３５）とを備え、
前記熱交換器は、
前記電池セル同士の間に配置されているセル間部（１７、２７、３７）と、
隣り合う前記セル間部同士を接続している折り返し部（１８、２８、３８、２１８）とを備え、
前記セル間部は、前記電池セルと熱的に接触しており、
前記折り返し部は、温度調整対象物（２、９１）と熱的に接触している電池モジュール。
【請求項２】
複数並んでいる前記電池積層体を備え、
複数の前記電池積層体のうち、隣り合う２つの前記電池積層体の一方の電池積層体に対して配置されている前記熱交換器の前記折り返し部は、他方の電池積層体を構成している前記電池セルを前記温度調整対象物としている請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記一方の電池積層体に対して配置されている前記熱交換器は、セル積層方向について一方側から他方側に熱媒体が流れ、前記他方の電池積層体に対して配置されている前記熱交換器は、セル積層方向について他方側から一方側に熱媒体が流れる請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記熱交換器は、複数の前記折り返し部を備え、
前記一方の電池積層体に対して配置されている前記熱交換器の１つの前記折り返し部は、前記他方の電池積層体における複数の前記電池セルを前記温度調整対象物としている請求項２または請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記温度調整対象物は、前記電池セルであり、
前記折り返し部と前記電池セルとの間に、前記折り返し部と前記電池セルとを熱的に接触させるための熱伝導部材（２９９）を備えている請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記熱交換器は、複数の前記折り返し部を備え、
熱媒体の流れにおいて最上流に位置している前記折り返し部と前記電池セルとの間には前記熱伝導部材を設けず、前記電池積層体のセル積層方向の中央に位置する前記折り返し部と前記電池セルとの間に前記熱伝導部材を備えている請求項５に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記温度調整対象物は、前記電池セルであり、
前記折り返し部（２１８）は、前記電池セルと直接接触している請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記温度調整対象物は、前記電池セルに流れる電流または前記電池セルの温度を制御するための制御機器（９１）である請求項１に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、複数の蓄電セルにサーペンタイン状に折り畳まれた伝熱板を接触させた蓄電モジュールを開示している。電池セルは、伝熱板における平板状のセル間部と熱的に結合しており、電池セルで発生した熱が外部に伝達されている。
【０００３】
従来技術として挙げられた先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２３９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の構成では、伝熱板におけるセル間部のみを電池セルと熱的に結合している。このため、伝熱板において電池セルなどの温度調整を行う対象物と熱的に結合していない部分が多く、伝熱板を含めた蓄電モジュール全体としてのサイズが大きくなりやすかった。また、伝熱板のサイズを小さくすることで蓄電モジュールを小型化すると、電池セルなどに対して適切な量の熱伝達が行われず、蓄電モジュールにおける電池セルやその周囲が高温になりやすかった。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電池モジュールにはさらなる改良が求められている。
【０００６】
開示される１つの目的は、温度調整能力の高い電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示された電池モジュールは、複数の電池セル（２）が積層されている電池積層体（１２、２２、３２）と、内部に熱媒体を流して電池積層体の温度調整を行うための熱交換器（１５、２５、３５、３１５、３２５、３３５）とを備え、熱交換器は、電池セル同士の間に配置されているセル間部（１７、２７、３７）と、隣り合うセル間部同士を接続している折り返し部（１８、２８、３８、２１８）とを備え、セル間部は、電池セルと熱的に接触しており、折り返し部は、温度調整対象物（２、９１）と熱的に接触している。
【０００８】
開示された電池モジュールによると、熱交換器の折り返し部は、温度調整対象物と熱的に接触している。このため、熱交換器のセル間部を用いた電池セルの温度調整だけでなく、熱交換器の折り返し部を用いて温度調整対象物の温度調整を行うことができる。したがって、熱交換器が有している多くの部分を温度調整対象物の温度調整に活用することができる。よって、熱交換器の折り返し部を温度調整に用いない構成に比べて、熱交換器による熱交換性能を高めて温度調整能力の高い電池モジュールを提供できる。
【０００９】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電池パックの内部を天壁側から示す構成図である。
【図２】電池パックの内部を側壁側から示す構成図である。
【図３】第２実施形態における電池パックの内部を天壁側から示す構成図である。
【図４】第３実施形態における電池パックの内部を天壁側から示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【００１２】
第１実施形態
電池パック１は、例えば、内燃機関と電池に充電された電力によって駆動されるモータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、モータを走行駆動源とする電気自動車等に用いられる。電池パック１に含まれる複数の電池セル２は、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池である。電池セル２は、直方体の箱型形状や円筒形状など様々な形状を採用可能である。
【００１３】
図１において、電池パック１は、複数の電池モジュール１１等から構成される組電池と、組電池を制御する制御機器９１と、組電池及び制御機器９１を収容するパックケース３とを備える。組電池は、第１電池モジュール１１と第２電池モジュール２１と第３電池モジュール３１との３つの電池モジュール１１、２１、３１を合わせて構成されている。ただし、組電池は３つの電池モジュール１１、２１、３１で構成されるものに限られない。例えば、第１電池モジュール１１のみで組電池を構成してもよい。
【００１４】
第１電池モジュール１１は、積層設置された複数の電池セル２の集合体である第１電池積層体１２と、第１電池積層体１２の温度を調整するための第１熱交換器１５とを備えている。第２電池モジュール２１は、積層設置された複数の電池セル２の集合体である第２電池積層体２２と、第２電池積層体２２の温度を調整するための第２熱交換器２５とを備えている。第３電池モジュール３１は、積層設置された複数の電池セル２の集合体である第３電池積層体３２と、第３電池積層体３２の温度を調整するための第３熱交換器３５とを備えている。すなわち、各電池モジュール１１、２１、３１は、積層設置された複数の電池セル２の集合体である電池積層体１２、２２、３２と、各電池積層体１２、２２、３２の温度を調整するための熱交換器１５、２５、３５とを備えている。
【００１５】
各電池積層体１２、２２、３２は、同数の電池セル２が同一のセル積層方向に積層設置されている。ここで、セル積層方向は、電池モジュール１１、２１、３１の長手方向に沿った方向である。各熱交換器１５、２５、３５は、内部に熱媒体が流れる熱交換部を電池セル２の間を蛇行するように形成したサーペンタイン型の熱交換装置である。熱交換器１５、２５、３５の詳細構造については、後に説明を行う。
【００１６】
３つの電池モジュール１１、２１、３１は、セル積層方向に直交する方向に複数並ぶように設置されており、この並び方向をモジュール並び方向という。したがって、組電池は、モジュール並び方向に３列をなす３つの電池モジュール１１、２１、３１によって構成されている。第１電池モジュール１１と第２電池モジュール２１とは互いに隣接している。第２電池モジュール２１と第３電池モジュール３１とは互いに隣接している。
【００１７】
パックケース３は、３つの電池モジュール１１、２１、３１と制御機器９１を収容する筐体である。パックケース３の内部に収容されている制御機器９１としては、例えば電池管理ユニットやジャンクションボックスやサービスプラグ等があげられる。ここで、電池管理ユニットは、少なくとも、電池セル２の温度、電池セル２の蓄電量を管理する機器であり、電池セル２に係る制御を行う電池制御ユニットの一例である。電池管理ユニットは、温度検知装置によって検知される電池温度情報の取得、電池温度の制御を実施する温度管理装置である。また、電池管理ユニットは、電池セル２に関する電流、電圧等を監視するとともに、電池セル２の異常状態、漏電等を管理することもできる。ジャンクションボックスは、組電池に関する電流の流れを制御する装置であるリレー装置や電流センサ等を備えている。
【００１８】
電池セル２は、外装ケースから外部に突出する正極端子及び負極端子を備えている。外装ケースから露出する電極端子であって、隣り合う電池セル２における異極の端子間は、バスバー等の導電部材によって電気的に接続されている。バスバーと電極端子との接続は、例えばネジ締めや、溶接等によって行われる。したがって、バスバー等によって電気的に接続された複数の電池セル２の両端に配された端子部は、外部から電力が供給されたり、他の電気機器へ向けて放電したりする。
【００１９】
パックケース３は、内部の空間を包囲する複数の壁面からなる箱形をなし、アルミニウムや鉄などの金属板の成型品で形成される。パックケース３は、例えば少なくとも６面（例えば、４面の側壁、天壁、底壁）を有するケースである。パックケース３は、複数のケース体を接合して組み立てることにより、内部に箱体状の空間を形成して作製することができる。
【００２０】
以下に、熱交換器１５、２５、３５の詳細構造について第１熱交換器１５を例に説明する。電池積層体１２を構成する複数の電池セル２は、パックケース３の内部空間において互いに所定の間隔をあけて設置され、隣り合う電池セル２間には、第１熱交換器１５におけるセル間部１７が配設されている。すなわち、セル間部１７は、第１熱交換器１５のうち、電池セル２同士の間に位置している部分のことである。セル間部１７は、２つの電池セル２と直接接触しており、接触している電池セル２とセル間部１７との間で熱のやり取りが可能な熱的に接触した状態である。また、電池セル２の両側に配設されているセル間部１７を繋ぐように折り返し部１８が形成されている。言い換えると、第１熱交換器１５は、連続する配管が折り曲げられて電池積層体１２に組み付けられることで、複数のセル間部１７と複数の折り返し部１８とが繰り返されて構成されている。ただし、３つの電池セル２で第１電池積層体１２を構成するなどした場合には、第１熱交換器１５は、２つのセル間部１７と１つの折り返し部１８を備えることとなる。
【００２１】
第１熱交換器１５の一方の端部には、熱媒体が流入する入口管１６が形成されている。また、入口管１６が形成されている端部とは逆側の端部には、熱媒体が流出する出口管１９が形成されている。したがって、第１熱交換器１５において、熱媒体は、入口管１６から流入してセル間部１７と折り返し部１８とを交互に流れ、出口管１９から第１熱交換器１５の外部へと流出する。
【００２２】
第１熱交換器１５は、内部に複数の熱媒体流路が形成された扁平管である。熱媒体流路は、入口管１６から出口管１９に至るまで互いに平行に設けられている。第１熱交換器１５は、例えばアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属材料が用いられている。第１熱交換器１５は、第１電池モジュール１１に外部から衝撃力が加えられた場合に、内部に形成された熱媒体流路が外力に押されて潰れることで、衝撃を吸収する。言い換えると、第１熱交換器１５は、第１熱交換器１５と接触している第１電池積層体１２に対して大きな衝撃力が加えられることを抑制する緩衝機能を有している。
【００２３】
図２において、第１熱交換器１５は、電池セル２の側面を半分以上の高さにわたって覆っている。第１熱交換器１５の高さは均一であって、第１電池積層体１２を構成する複数の電池セル２に対して一様に接触している。言い換えると、第１熱交換器１５と電池セル２との接触面積は、熱媒体の流れの上流側に位置している電池セル２と下流側に位置している電池セル２とで等しい面積である。
【００２４】
入口管１６と出口管１９とは、パックケース３の天壁を貫通してパックケース３の外部に突出している。入口管１６と出口管１９とは、熱媒体配管と接続されている。熱媒体配管は、熱媒体を循環させるポンプと熱媒体の温度を調整する熱源とを備えており、熱媒体配管と第１熱交換器１５とによって熱媒体の循環経路を構成している。
【００２５】
第１熱交換器１５を流れる熱媒体は、例えば不凍液（ＬＬＣ）等の冷却水である。電池セル２の温度調整として冷却を行う場合には、第１熱交換器１５を流出した温度の高いＬＬＣを熱源である外部冷却源によって冷却することで温度を低下させる。この温度の低下したＬＬＣを第１熱交換器１５に流入させることで、低温のＬＬＣを第１熱交換器１５の内部に循環させて電池セル２を冷却する。外部冷却源としては、例えば冷凍サイクル装置の低温冷媒とＬＬＣとを熱交換させる内部熱交換器などが利用可能である。ただし、外部冷却源としては、内部熱交換器に限られず、空冷でＬＬＣの温度を低下させるラジエータを利用してもよい。また、熱媒体として蒸発と凝縮を繰り返す作動液を用いて、第１熱交換器１５をヒートパイプとして活用してもよい。
【００２６】
電池セル２の温度調整として加熱を行う場合には、第１熱交換器１５を流出した温度の低いＬＬＣを熱源である外部加熱源によって加熱することで温度を上昇させる。この温度の上昇したＬＬＣを第１熱交換器１５に流入させることで、高温のＬＬＣを第１熱交換器１５の内部に循環させて電池セル２を加熱する。外部加熱源としては、例えばエンジンの熱を受けて高温となったエンジン冷却水とＬＬＣとを熱交換させる内部熱交換器や電気ヒータなどが利用可能である。
【００２７】
図１において、第１熱交換器１５の複数の折り返し部１８のうち、第２電池モジュール２１と対向している側の折り返し部１８は、第２電池積層体２２の電池セル２と直接接触している。折り返し部１８は、第２電池積層体２２の電池セル２の側面に対して押し付けられて、わずかに撓んで変形することで電池セル２の側面との接触面積を大きく確保している。このため、折り返し部１８を流れている熱媒体は、第２電池モジュール２１の電池セル２と熱交換することとなる。言い換えると、折り返し部１８は、第２電池モジュール２１の電池セル２の側面と熱的に接触している。ここで、熱的に接触している状態とは、折り返し部１８からの輻射に加えて、折り返し部１８と電池セル２との間での固体間の熱伝導が行われる状態であって、折り返し部１８と電池セル２との間が離間していない状態である。ただし、空気よりも熱伝導性の高い部材を介して折り返し部１８と電池セル２とが熱移動可能に設けられている場合は、熱的に接触している状態に含まれる。このため、熱的に接触している状態は、折り返し部１８と電池セル２とが離間して熱的に接触していない場合に比べて多くの熱をやり取りできる状態である。言い換えると、熱的に接触している部分は、熱的に接触していない部分に比べて熱伝導率の高い高熱伝導部である。折り返し部１８と熱的に接触している電池セル２は温度調整対象物を提供する。
【００２８】
第１熱交換器１５は、セル間部１７を用いて第１電池積層体１２と熱交換するとともに、折り返し部１８を用いて第２電池積層体２２と熱交換することとなる。言い換えると、第１熱交換器１５は、第１電池積層体１２と第２電池積層体２２との両方と熱交換を行うこととなる。よって、第１電池積層体１２と第２電池積層体２２とが第１熱交換器１５を介して熱的に結合された状態となる。
【００２９】
第２電池積層体２２を構成する電池セル２において、第１熱交換器１５の折り返し部１８と熱的に接触している側は、正極端子に近い側である。一方、第２電池積層体２２を構成する電池セル２において、第２熱交換器２５の折り返し部２８が設けられている側は、負極端子に近い側である。電池セル２の負極端子に近い側面は、第２熱交換器２５の折り返し部２８と離間しており、折り返し部２８から電池セル２に対して積極的に熱が伝わらない構成である。言い換えると、電池セル２の負極端子に近い側面と折り返し部２８とは熱的に接触していない。
【００３０】
第２熱交換器２５は、第１熱交換器１５と同様に、電池セル２同士の間に設けられたセル間部２７と、隣り合うセル間部２７同士を繋ぐ折り返し部２８を備えている。さらに、入口管２６から出口管２９までの間に複数のセル間部２７と複数の折り返し部２８とが繰り返し形成されている。
【００３１】
第２電池モジュール２１は、第１電池モジュール１１と第３電池モジュール３１との間に位置している。第２熱交換器２５の複数の折り返し部２８において、第１電池モジュール１１と対向している折り返し部２８は、第１電池積層体１２と直接接触している。すなわち、第２熱交換器２５は、第２電池モジュール２１の温度調整に加えて、第１電池モジュール１１の温度調整にも寄与している。一方、複数の折り返し部２８において、第３電池モジュール３１と対向している折り返し部２８は、第３電池積層体３２と直接接触している。すなわち、第２熱交換器２５は、第２電池モジュール２１の温度調整に加えて、第３電池モジュール３１の温度調整にも寄与している。
【００３２】
第２熱交換器２５は、入口管２６と出口管２９の位置が第１熱交換器１５とは異なる。すなわち、第２熱交換器２５において、第１熱交換器１５の入口管１６に近い側の端部には出口管２９が設けられている。一方、第２熱交換器２５において、第１熱交換器１５の出口管１９に近い側の端部には入口管２６が設けられている。したがって、第１熱交換器１５を流れる熱媒体の流れと第２熱交換器２５を流れる熱媒体の流れとは、逆方向の流れである。
【００３３】
熱交換器１５、２５、３５の内部を流れる熱媒体は、電池セル２と熱交換を行うことで電池セル２との温度差が低下する。すなわち、熱媒体は、入口管１６、２６、３６において電池セル２との温度差が最も大きく、熱交換器１５、２５、３５を流れる過程で上流から下流に向かって温度差が低下して、出口管１９、２９、３９において電池セル２との温度差が最も小さくなる。このため、第１電池モジュール１１において、熱媒体の流れにおける上流側の電池セル２の温度は目標温度に近づきやすいが、熱媒体の流れにおける下流側の電池セル２の温度は、目標温度に近づきにくい。すなわち、第１電池モジュール１１単体では、第１熱交換器１５の上流から下流にかけて温度にムラが生じやすい。しかしながら、第１電池積層体１２は、第２熱交換器２５とも熱的に接触しており、さらに、第１熱交換器１５における下流側は、第２熱交換器２５における上流側に相当している。このため、第１電池モジュール１１における下流側が第２熱交換器２５によって積極的に目標温度に近づけられることで、第１電池モジュール１１の温度分布が熱媒体の流れの上流から下流まで均一化されやすい。
【００３４】
第３熱交換器３５は、第１熱交換器１５と同様に、電池セル２同士の間に設けられたセル間部３７と、隣り合うセル間部３７同士を繋ぐ折り返し部３８を備えている。さらに、入口管３６から出口管３９までの間に複数のセル間部３７と複数の折り返し部３８とが繰り返し形成されている。
【００３５】
第３熱交換器３５の複数の折り返し部３８において、第２電池モジュール２１と対向している折り返し部３８は、第２電池積層体２２と接触している。すなわち、第３熱交換器３５は、第３電池モジュール３１の温度調整に加えて、第２電池モジュール２１の温度調整にも寄与している。
【００３６】
第１電池モジュール１１と第２電池モジュール２１と第３電池モジュール３１とは、互いに熱交換器１５、２５、３５を介して熱的に接触している。このため、第１電池モジュール１１と第２電池モジュール２１と第３電池モジュール３１とにおける温度分布が均一化されやすい。例えば、第１電池モジュール１１をなす電池セル２が劣化によって発熱量が増大して高温になりやすい場合であっても、第２熱交換器２５が第１熱交換器１５の冷却能力不足を補うとともに、第３熱交換器３５が第２熱交換器２５の冷却能力不足を補う。したがって、複数の電池モジュール１１、２１、３１のうち、第１電池モジュール１１などの特定の部品だけが異常な高温になることを抑制しやすい。
【００３７】
上述した実施形態によると、熱交換器１５、２５、３５の折り返し部１８、２８、３８は、電池セル２と熱的に接触している。このため、セル間部１７、２７、３７だけでなく折り返し部１８、２８、３８を用いて電池セル２の温度を調整することができる。したがって、電池セル２と熱交換器１５、２５、３５との効率的な熱交換が可能な面積を増やして、セル間部１７、２７、３７のみを電池セル２の温度調整に用いる場合に比べて熱交換性能を高めやすい。よって、温度調整能力の高い電池モジュール１１、２１、３１を提供できる。また、効率的に熱交換が可能な面積が大きいため、電池セル２を素早く目標温度まで温度調整することができる。特に、電池モジュール１１、２１、３１を車両に搭載している場合においては、外気温度によって電池セル２の温度が大きく変動するため、素早く目標の温度に近づけることが非常に重要である。また、従来の構成では温度調整にほとんど寄与していなかった折り返し部１８、２８、３８を温度調整に寄与させている。このため、折り返し部１８、２８、３８に熱媒体の流路を提供する機能と、電池セル２などの温度を調整する機能との複数の機能を持たせることで合理化を実現している。
【００３８】
第１電池積層体１２に備えられている折り返し部１８は、第２電池積層体２２に設けられている電池セル２を温度調整対象物として温度を調整している。このため、第２熱交換器２５のセル間部２７に加えて第１熱交換器１５の折り返し部１８を用いて第２電池積層体２２の温度を調整できる。したがって、第２電池積層体２２の温度を目標となる温度に近づけやすい。また、第２電池積層体２２に対して第１熱交換器１５と第２熱交換器２５との両方を用いて温度調整できるため、第２熱交換器２５のみを用いて第２電池積層体２２の温度調整を行う場合に比べて、第２熱交換器２５での温度調整能力を小さくできる。よって、第２熱交換器２５を小型化して、小型な第２電池モジュール２１を提供しやすい。
【００３９】
第１熱交換器１５は、セル積層方向の一方側から他方側に熱媒体が流れ、第２熱交換器２５は、セル積層方向の他方側から一方側に熱媒体が流れている。言い換えると、第１熱交換器１５の熱媒体の流れ方向と第２熱交換器２５の熱媒体の流れ方向とは逆方向である。このため、第２熱交換器２５の上流側の折り返し部２８が、第１電池積層体１２において第１熱交換器１５の下流側に位置する部分と熱的に接触することとなる。したがって、第１熱交換器１５において熱媒体と電池セル２との温度差が小さく熱交換効率が低い下流側での熱交換能力を、熱媒体と電池セル２との温度差が大きく熱交換効率が高い上流側の折り返し部２８の熱交換によって補うことができる。よって、第１熱交換器１５の熱媒体の流れ方向と第２熱交換器２５の熱媒体の流れ方向とを同じ方向にした場合に比べて、第１電池積層体１２における温度分布のばらつきを低減しやすい。
【００４０】
第１電池モジュール１１と第２電池モジュール２１とは隣接しており、第１電池積層体１２に対しては、第２熱交換器２５の折り返し部２８が接触し、第２電池積層体２２に対しては、第１熱交換器１５の折り返し部１８が接触している。このため、第１熱交換器１５の折り返し部１８と第２熱交換器２５の折り返し部２８とをセル積層方向に重なるように交互に配置することで、第１電池モジュール１１と第２電池モジュール２１とをセル積層方向にずらして配置することができる。言い換えると、第１電池モジュール１１と第２電池モジュール２１とをモジュール並び方向に並べた全体の大きさを、折り返し部１８と折り返し部２８とをセル積層方向にずらしていない場合の全体の大きさよりも小さくできる。したがって、折り返し部１８、２８を用いた電池セル２の高効率的な冷却を行いながら、第１電池モジュール１１と第２電池モジュール２１とを有する組電池のサイズを小さくできる。
【００４１】
第２電池積層体２２は、第１熱交換器１５の折り返し部１８及び第３熱交換器３５の折り返し部３８と熱的に接触している。このため、組電池をなす電池モジュール１１、２１、３１のうち、モジュール並び方向において内側に位置している第２電池モジュール２１は、外側に位置している電池モジュール１１、３１よりも熱交換器１５、２５、３５で熱交換している面積が大きい。言い換えると、モジュール並び方向において内側に位置している第２電池モジュール２１は、外側に位置している第１電池モジュール１１及び第３電池モジュール３１よりも、熱交換器１５、２５、３５での熱交換を行いやすい。したがって、電池セル２を冷却する必要がある場合に、第１電池積層体１２と第３電池積層体３２との間に位置しており、熱のこもりやすい第２電池積層体２２に対して、多くの熱媒体を用いて冷却することができる。よって、温度の上がりやすい第２電池積層体２２の過度な温度上昇を防いで、組電池全体としての温度のムラを低減しやすい。特に、熱交換器１５、２５、３５に加えて送風機を併用して電池セル２の冷却を行う場合に、空気が流れにくく空冷効果が得られにくいモジュール並び方向内側に位置する第２電池モジュール２１を積極的に冷却可能な構成は非常に有用である。
【００４２】
第２電池積層体２２を構成する電池セル２の正極端子に近い側に第１熱交換器１５の折り返し部１８が熱的に接触している。このため、負極端子よりも温度が上昇しやすい正極端子近傍での冷却能力を高めやすい。したがって、電池セル２が過度な高温状態となることを抑制しやすい。
【００４３】
折り返し部１８と電池セル２とをより効率的に熱的に接触させる目的で、折り返し部１８と電池セル２との間に高熱伝達率の伝熱部材を配してもよい。折り返し部１８と電池セル２との間に配する伝熱部材としては、熱伝導率が高く、折り返し部１８の配管形状に沿って変形可能なジェル状の部材が好ましい。これによると、折り返し部１８と電池セル２との接触面積が小さく熱伝達が行われにくい場合であっても、伝熱部材を介して折り返し部１８と電池セル２とが熱的に接触する面積を大きく確保しやすい。言い換えると、折り返し部１８と電池セル２との間での熱伝達率を高めることができる。
【００４４】
第１電池積層体１２と第２電池積層体２２と第３電池積層体３２とは、連続する１つのサーペンタイン型の熱交換装置ではなく、互いに独立した３つの熱交換器１５、２５、３５を用いて熱交換されている。このため、３つの熱交換器１５、２５、３５の例えば第１熱交換器１５のみが故障した場合には、３つの熱交換器１５、２５、３５の全てを交換する必要がなく、故障した第１熱交換器１５のみを交換することで故障に対応することができる。また、独立した３つの熱交換器１５、２５、３５を用いて温度調整をしているため、１つの熱交換装置で温度調整をする場合に比べて、熱媒体の循環流路を短くできる。よって、熱媒体が流れる際の圧力損失が大きくなり過ぎることを抑制できる。さらに、各電池積層体１２、２２、３２に対して、熱交換をする前の温度差の大きい状態の熱媒体を用いて熱交換を開始できる。このため、各電池積層体１２、２２、３２を組み合わせた組電池における温度分布の不均一を抑制しやすい。
【００４５】
第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、第１電池モジュール１１の折り返し部２１８において、凸部２１８ａ及び沿面部２１８ｂが形成されている。また、第２電池モジュール２１の折り返し部２８と第２電池積層体２２との間に熱伝導部材２９９が設けられている。
【００４６】
図３において、第１電池モジュール１１は、折り返し部２１８が熱媒体の上流側と下流側とで異なる形状である。熱媒体の流れの上流側における折り返し部２１８には、凸部２１８ａが形成されている。凸部２１８ａは、断面半円形状の折り返し部１８の中央部分を電池セル２に向けて突出させた湾曲形状であり、断面Ｍ字状に形成されている。凸部２１８ａにおいては、凸部２１８ａのうち第１電池積層体１２を構成している電池セル２と対向している部分の一部が電池セル２の側面と接触している。
【００４７】
第１熱交換器１５の熱媒体の流れの下流側における折り返し部２１８には、沿面部２１８ｂが形成されている。沿面部２１８ｂは、電池セル２の表面に沿う形状を有する部分である。沿面部２１８ｂは、隣り合うセル間部１７同士を平坦面で連結する部分である。ただし、電池セル２が円筒形状のような湾曲面である場合には、沿面部２１８ｂは、円筒形状に沿って湾曲する湾曲面でセル間部１７同士を連結することとなる。沿面部２１８ｂにおいては、沿面部２１８ｂのうち第１電池積層体１２を構成している電池セル２と対向している部分全体が電池セル２の側面と接触している。
【００４８】
第１熱交換器１５を流れる熱媒体は、上流側においては、セル間部１７と凸部２１８ａの一部とにおいて熱交換を行って電池セル２の温度を調整する。下流側においては、セル間部１７と沿面部２１８ｂとにおいて熱交換を行って電池セル２の温度を調整する。ここで、沿面部２１８ｂと電池セル２との接触面積は、凸部２１８ａと電池セル２との接触面積よりも大きい。したがって、熱媒体の流れにおける上流側に比べて、下流側の方が電池セル２と第１熱交換器１５とが熱的に接触している面積が大きい。ただし、熱媒体の流れにおける上流側に比べて、下流側の方が熱媒体と電池セル２との温度差が小さい。したがって、上流側では接触面積は小さいが、電池セル２との温度差の大きな熱媒体を用いて熱交換を行うこととなる。一方、下流側では、電池セル２と熱媒体との温度差は小さいが、大きな接触面積で熱交換を行うこととなる。よって、上流側と下流側とで、第１熱交換器１５による熱交換の性能差が大きくなりにくく、上流側から下流側までの温度を均一化しやすい。
【００４９】
第２電池モジュール２１は、折り返し部２８と電池セル２との間の半円柱状の空間に熱伝導部材２９９が配置されている。熱伝導部材２９９は、空気よりも熱伝導性の高い部材であって、例えばアルミニウムなどの熱伝導性の高い金属部材やジェル状の放熱用グリスなどが用いられる。あるいは、熱伝導性の高い液状の部材を袋に充填して熱伝導部材２９９を構成してもよい。折り返し部２８と電池セル２とは、熱伝導部材２９９を介して熱的に接触している。
【００５０】
熱伝導部材２９９は、熱媒体の流れにおいて最上流側と最下流側とを除く折り返し部２８に設けられている。言い換えると、熱伝導部材２９９は、第２電池モジュール２１の中央付近に設けられており、第２電池モジュール２１のセル積層方向の両端部近傍においては設けられていない。したがって、第２電池モジュール２１においては、セル積層方向の両端部近傍に比べて、中央付近の方が電池セル２と第２熱交換器２５との接触面積が大きい。セル積層方向の両端部近傍に位置する電池セル２には、熱伝導部材２９９が接触しておらず、第２電池モジュール２１においては、セル積層方向の両端部に位置する電池セル２が第２熱交換器２５との接触面積が最も小さい電池セル２である。
【００５１】
熱伝導部材２９９を設ける部分に関しては、上述の位置に限られない。例えば、第２電池モジュール２１のセル積層方向の両端部近傍を含めた全ての折り返し部２８に熱伝導部材２９９を設けるようにしてもよい。あるいは、折り返し部２８のうち、第１電池モジュール１１と対向しており電池セル２の熱がこもりやすい部分の折り返し部２８に熱伝導部材２９９を設け、それ以外の折り返し部２８には熱伝導部材２９９を設けない構成としてもよい。
【００５２】
熱伝導部材２９９は、第２熱交換器２５の熱を電池セル２に伝える部材であって、熱媒体の温度が電池セル２の温度よりも低い場合には、電池セル２の側面に対して冷熱を伝えて電池セル２を冷却する。一方、熱媒体の温度が電池セル２の温度よりも高い場合には、電池セル２に対して温熱を伝えて電池セル２の側面を加熱する。熱伝導部材２９９は、電池セル２の下端から上端まで高さ方向に連続して設けられている。
【００５３】
上述した実施形態によると、折り返し部２８と電池セル２とを熱的に接触させるための熱伝導部材２９９を備えている。このため、セル間部２７だけでなく折り返し部２８を用いて電池セル２の温度を調整することができる。したがって、電池セル２と第２熱交換器２５との効率的な熱交換が可能な面積を増やして、セル間部２７のみを電池セル２の温度調整に用いる場合に比べて熱交換性能を高めやすい。
【００５４】
第２電池モジュール２１のセル積層方向における両端部近傍の折り返し部２８には熱伝導部材２９９を設けず、中央部分の折り返し部２８には熱伝導部材２９９を設けている。このため、特に第２熱交換器２５を用いて電池セル２を冷却する際に、熱がこもりやすいセル積層方向の中央部分に位置している電池セル２に対して熱伝導部材２９９を介して折り返し部２８を接触させて、冷却を促進させることができる。
【００５５】
さらに、熱媒体の流れにおいて最上流に位置している折り返し部２８と電池セル２との間には、熱伝導部材２９９を設けていない。このため、最上流の折り返し部２８と電池セル２との間での熱交換によって電池セル２の温度と熱媒体の温度との温度差が小さくなることを抑制できる。したがって、最上流の折り返し部２８と電池セル２との間にも熱伝導部材２９９を設けている場合に比べて、熱がこもりやすいセル積層方向の中央部分に位置している電池セル２に対して温度の低い熱媒体を用いて熱交換を行いやすい。
【００５６】
第１熱交換器１５の折り返し部２１８において、第１電池積層体１２を構成している電池セル２と直接接触している凸部２１８ａが形成されている。このため、第１熱交換器１５と第１電池積層体１２とをセル間部１７のみで熱的に接触している場合に比べて、凸部２１８ａと電池セル２側面との接触面積分大きな接触面積で第１電池積層体１２の温度を調整できる。
【００５７】
第１熱交換器１５の折り返し部２１８において、第１電池積層体１２を構成している電池セル２と直接接触している沿面部２１８ｂが形成されている。このため、第１熱交換器１５と第１電池積層体１２とをセル間部１７のみで熱的に接触している場合に比べて、沿面部２１８ｂと電池セル２側面との接触面積分大きな接触面積で第１電池積層体１２の温度を調整できる。
【００５８】
第１電池モジュール１１において折り返し部２１８をなす凸部２１８ａ及び沿面部２１８ｂとは、第１電池積層体１２を構成している電池セル２と熱的に接触している。このため、折り返し部２１８を電池セル２との熱交換に利用していない場合に比べて、電池セル２の温度を調整しやすい。また、第１電池モジュール１１以外の部品を用いることなく、第１電池モジュール１１の電池セル２の温度を調整できる。したがって、組電池を構成する部品が第１電池モジュール１１のみの場合にも、電池セル２の温度調整をしやすい。
【００５９】
第１熱交換器１５の上流側と下流側とで折り返し部２１８の形状が異なる。このため、熱交換効率に関して折り返し部２１８が与える影響を上流側と下流側とで調整できる。特に、熱媒体と電池セル２との温度差の大きい上流側での接触面積を下流側での接触面積に比べて小さくすることで、折り返し部２１８が熱交換効率に与える影響を上流から下流まで同程度に調整しやすい。
【００６０】
第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、折り返し部１８、２８、３８が複数の電池セル２側面と熱的に接触している。また、第３熱交換器３３５の折り返し部３８が制御機器９１と熱的に接触している。
【００６１】
図４において、第１電池モジュール１１は、第１熱交換器３１５を備えている。第２電池モジュール２１は、第２熱交換器３２５を備えている。第３電池モジュール３１は、第３熱交換器３３５を備えている。第１熱交換器３１５の隣り合うセル間部１７の間には、２つの電池セル２が配置されている。電池セル２同士の間であって、セル間部１７が設けられていない部分には、伝熱部材が設けられており、２つの電池セル２が伝熱部材を介して熱的に結合されている。
【００６２】
第１熱交換器３１５の折り返し部１８のうち第２電池モジュール２１と対向している折り返し部１８は、第２電池積層体２２を構成する電池セル２と熱的に接触している。ここで、折り返し部１８は、第２熱交換器３２５のセル間部２７同士の間に位置している２つの電池セル２の両方と接触している。また、折り返し部１８は、折り返し部１８と接触している２つの電池セル２の間に設けられている伝熱部材とも接触している。このため、折り返し部１８は、折り返し部１８と電池セル２とが対向している電池セル２の側面だけでなく、電池セル２同士が対向している側面にも折り返し部１８の熱が伝導されて、電池セル２の温度が調整されることとなる。
【００６３】
制御機器９１は、第３熱交換器３３５の折り返し部３８と接触している。制御機器９１は、第３熱交換器３３５の複数の折り返し部３８のうち、熱媒体の流れにおける中間位置よりも上流側に位置している２つの折り返し部３８と接触している。したがって、制御機器９１は、接触している折り返し部３８と熱交換を行って、目標の温度となるように温度が調整される。特に、制御機器９１は、通電により発熱する発熱体であるため、適切な動作を維持するために温度を適切に制御することは非常に重要である。制御機器９１は、温度調整対象物を提供する。
【００６４】
制御機器９１は、電池パック１の内部に複数設けられていてもよい。また、第３熱交換器３３５の上流側の折り返し部３８以外を制御機器９１の温度調整に用いてもよい。例えば、第１熱交換器３１５の折り返し部１８を用いてもよく、第３熱交換器３３５の下流側の折り返し部３８を用いてもよい。また、折り返し部３８を制御機器９１に対して接触する面積を増やすために、制御機器９１の外形に沿って這わせるように配置してもよい。
【００６５】
上述した実施形態によると、第１熱交換器３１５の折り返し部１８は、第２電池積層体２２を構成する少なくとも２つの電池セル２と熱的に接触している。このため、１つの折り返し部１８を少なくとも２つの電池セル２の温度調整に寄与させることができる。したがって、電池セル２の適切な温度調整を実現しつつ、折り返し部１８の数を削減して第１熱交換器３１５の形状を簡素化しやすい。
【００６６】
第３熱交換器３３５の折り返し部３８が、制御機器９１と熱的に接触している。このため、制御機器９１の温度を調整するために専用の温度調整機構を設けることなく制御機器９１の温度を調整できる。したがって、制御機器９１のための専用の温度調整機構を設ける場合に比べて電池パック１を小型化しやすい。
【００６７】
他の実施形態
熱伝導部材２９９は、電池セル２の下端から上端まで高さ方向に連続して設けなくてもよい。例えば、電池セル２の下端から高さ方向の中央の位置までに熱伝導部材２９９を設けるなどして、電池セル２の上半分には、熱伝導部材２９９を設けず、電池セル２の下半分には、熱伝導部材２９９を設けてもよい。これによると、電池セル２に対して熱伝導部材２９９を接触させる位置を適宜設定することができる。このため、電池セル２の上半分と下半分とで放熱の大きさが異なる場合など、電池セル２の温度分布に即して熱伝導部材２９９を配することができる。
【００６８】
また、複数の折り返し部１８において、電池積層体１２のセル積層方向における中央から端部に近づくにつれて熱伝導部材２９９の接触面積を段階的に小さくするようしてもよい。例えば、電池積層体１２の中央においては、熱伝導部材２９９と電池セル２とを電池セル２の高さ方向の全体に接触させ、電池積層体１２の中央と端部の間の位置では熱伝導部材２９９と電池セル２とを電池セル２の下半分のみに接触させる。これによると、熱のこもりやすい電池積層体１２の中央付近における熱伝達率を放熱しやすい電池積層体１２の端付近における熱伝達率よりも高めやすい。したがって、電池セル２を適切に冷却しやすい。
【００６９】
熱伝導部材２９９として熱伝導率の異なる材料を複数用いて、場所によって熱伝達率を変更するようにしてもよい。これによると、電池セル２の温度分布に即して熱伝導部材２９９を配することができる。すなわち、複数の電池セル２のうち最も温度が上昇しやすい電池セル２に対して、最も熱伝導率の高い熱伝導部材２９９を接触させるなどして電池セル２の冷却を適切に実施しやすい。
【００７０】
第１熱交換器１５の折り返し部１８を第２電池積層体２２の電池セル２に接触させるとともに、その折り返し部１８と第１電池積層体１２の電池セル２との間に熱伝導部材２９９を備えてもよい。これによると、折り返し部１８が第２電池積層体２２の電池セル２と第１電池積層体１２の電池セル２との両方の電池セル２に熱的に接触することとなる。したがって、第１電池モジュール１１と第２電池モジュール２１との温度差を解消しやすい。よって、電池パック１内部の組電池の温度分布の偏りを小さくして、特定の電池セル２が異常な高温になるなどの不具合が発生することを抑制しやすい。
【００７１】
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、１つの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【符号の説明】
【００７２】
１  電池パック、  ２  電池セル（温度調整対象物）、  ３  パックケース、  １１  第１電池モジュール、  １２  第１電池積層体、  １５  第１熱交換器、  １６  入口管、  １７  セル間部、  １８  折り返し部、  １９  出口管、  ２１  第２電池モジュール、  ２２  第２電池積層体、  ２５  第２熱交換器、  ２６  入口管、  ２７  セル間部、  ２８  折り返し部、  ２９  出口管、  ３１  第３電池モジュール、  ３２  第３電池積層体、  ３５  第３熱交換器、  ３６  入口管、  ３７  セル間部、  ３８  折り返し部、  ３９  出口管、  ９１  電池制御機器（温度調整対象物）、  ２１８  折り返し部、  ２１８ａ  凸部、  ２１８ｂ  沿面部、  ２９９  熱伝導部材、  ３１５  第１熱交換器、  ３２５  第２熱交換器、  ３３５  第３熱交換器
【図１】
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【図２】
2020030970.tif 000004
【図３】
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【図４】
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