(57)【要約】【課題】電池セルの熱暴走の誘発を有効に阻止しながら、電池セルの温度差を小さくして寿命を長くする。【解決手段】車両用のバッテリシステムは、複数の電池セル１を、冷却隙間３を設けてなるセパレータ２を介して積層してなる電池ブロック７０と、この電池ブロック７０の冷却隙間３に冷却気体を送風する送風機構９とを備える。車両用のバッテリシステムは、各々の電池セル１の外周面に熱結合してなる温度均等化プレート８を備え、この温度均等化プレート８の熱伝導率をセパレータ２よりも大きくしている。車両用のバッテリシステムは、各々の電池セル１の発熱をセパレータ２に吸収し、かつ冷却隙間３に送風する冷却気体で電池セル１を冷却し、さらに、各々の電池セル１と温度均等化プレート８との間の熱伝導で温度均等化プレート８を加温し、加温された温度均等化プレート８で低温の電池セル１を加温して電池セル１の温度を均等化している。【選択図】図６
2010272430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セル(1)の間にあって、電池セル(1)の表面に熱結合状態に接触してなるセパレータ(2)、(12)、(32)、(42)が挟着され、かつ複数の電池セル(1)が、電池セル(1)の間に冷却隙間(3)を設けてなるセパレータ(2)、(12)、(32)、(42)を介して積層するように固定してなる電池ブロック(70)、(10)、(30)、(40)、(50)、(60)と、この電池ブロック(70)、(10)、(30)、(40)、(50)、(60)の冷却隙間(3)に冷却気体を強制送風する送風機構(9)とを備える車両用のバッテリシステムであって、
各々の電池セル(1)の外周面に熱結合してなる温度均等化プレート(8)を備えており、この温度均等化プレート(8)の熱伝導率は前記セパレータ(2)、(12)、(32)、(42)よりも大きく、
各々の電池セル(1)の発熱がセパレータ(2)、(12)、(32)、(42)に吸収され、かつ冷却隙間(3)に送風される冷却気体で電池セル(1)が冷却され、さらに各々の電池セル(1)と前記温度均等化プレート(8)との間の熱伝導によって、高温の電池セル(1)によって温度均等化プレート(8)が加温され、加温された温度均等化プレート(8)が低温の電池セル(1)を加温して電池セル(1)の温度を均等化するようにしてなる車両用のバッテリシステム。
【請求項２】
前記セパレータ(2)、(12)、(32)、(42)がプラスチックで、前記温度均等化プレート(8)が金属プレートである請求項１に記載されるバッテリシステム。
【請求項３】
前記温度均等化プレート(8)が、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれかの金属プレートである請求項２に記載されるバッテリシステム。
【請求項４】
前記セパレータ(2)、(12)、(32)、(42)がプラスチックで、前記温度均等化プレート(8)が、プラスチックよりも大きな熱伝導率のフィラーを充填してなる充填プラスチックである請求項１に記載されるバッテリシステム。
【請求項５】
前記セパレータ(12)が、前記電池セル(1)の表面に接触する接触面積を、積層方向に配置されるセパレータ(12)で異なるようにしてなる請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項６】
前記セパレータ(32)自体の熱伝導率が、積層方向に配置されるセパレータ(32)で異なるようにしてなる請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項７】
前記セパレータ(42)自体の厚さが、積層方向に配置されるセパレータ(42)で異なるようにしてなる請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【請求項８】
前記電池セル(1)の表面に被覆層(7)を設けており、積層方向に配置している電池セル(1)の被覆層(7)の熱抵抗が異なるようにしている請求項１に記載される車両用のバッテリシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルをセパレータを介して積層している車両用のバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の電池セルを積層して、電池セルの間の冷却隙間に強制送風する車両用のバッテリシステムは、充放電する電流で発熱する。とくに、車両用の電源装置は、充放電の電流が極めて大きいことから発熱量も大きくなる。発熱による温度上昇は電池の電気特性を低下させる原因となる。温度上昇を少なくするために、積層する電池セルの間に冷却隙間を設けて、この冷却隙間に冷却気体を強制送風している。このバッテリシステムは、冷却気体で電池セルを冷却して温度上昇を少なくできるが、全ての電池セルの温度を均一にはできず、各々の電池セルに温度差ができる。とくに、積層する電池セルの個数が増加すると、すべての電池セルを均一な温度として、すなわち、温度差を小さくしながら冷却するのが難しくなる。
【０００３】
多数の電池セルを積層して出力電圧を高くしている車両用のバッテリシステムは、電池セルの温度差をできる限り小さくすることが極めて大切である。それは、電池セルの温度差が電池セルの電気特性をアンバランスとして残容量を不均一にし、特定の電池セルの寿命を短くするからである。電池は温度によって電気特性が変化するので、温度差のある電池セルは同じ電流で充放電しても残容量に差ができる。残容量に差ができると、残容量が小さくなる電池セルは過放電されやすく、また、残容量が大きくなる電池は過充電されやすくなる。特定の電池セルが過充電や過放電になると、劣化が加速されて、バッテリシステム全体としての寿命を短くする。とくに、車両用のバッテリシステムは、ハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいは電気自動車のように、多数の電池を積層して、大電流で充放電する用途に使用されることから、製造コストが極めて高価になるので、いかにして寿命を長くするかが大切である。とくに、多数の電池を使用する車両用のバッテリシステムになるほど製造コストが高くなるので、寿命を長くすることが要求される。ところが、多数の電池を積層するほど、車両用のバッテリシステムは温度差が大きくなって寿命が短くなる特性がある。
【０００４】
複数の電池セルを積層して、電池セルの間に冷却気体を強制送風して冷却する構造の車両用のバッテリシステムにおいて、電池セルの温度差を少なくする構造は開発されている（特許文献１参照）。
特許文献１の車両用のバッテリシステムは、図１の断面図に示すように、電池セル１０１と電池セル１０１の間に冷却隙間１０３を設けて、電池ブロック１１０の両側に供給ダクト１０６と排出ダクト１０７とを設けている。この車両用のバッテリシステムは、供給ダクト１０６から冷却隙間１０３に冷却気体を強制送風して、排出ダクト１０７から排出して、電池セル１０１を冷却する。このバッテリシステムは、供給ダクト１０６の風上側にある電池セル１０１が風下側の電池セル１０１よりも効率よく冷却される。このため、風上側の電池セル１０１の温度が低く、風下側の電池セル１０１の温度が高くなって温度差ができる。図１のバッテリシステムは、この弊害を防止するために、供給ダクト１０６の風上側に冷却風流れ変更部材１０８を配置している。冷却風流れ変更部材１０８は、供給ダクト１０６に突出するように設けられて、風上側の電池セル１０１の間の冷却隙間１０３に流入される冷却気体の流量を減少して電池セル１０１の温度低下を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５０５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１のバッテリシステムは、電池セル１０１の比較的緩やかに温度変化特性に対して電池セル１０１の温度差を少なくすることに効果がある。ただ、短時間の大きな発熱で発生する電池セルの温度差を効果的に少なくできない欠点がある。比熱の極めて小さい冷却気体を冷却隙間に送風して電池セルを冷却するからである。
【０００７】
車両用のバッテリシステムは、電池セルの発熱が連続して平均的に発生するとは限らず、短時間に発熱量が極めて大きくなることがある。とくに、車両用のバッテリシステムは、車両を急加速するときに、バッテリシステムからモータに供給する電流が大きくなり、バッテリシステムの放電電流が１００Ａ以上と極めて大きくなる。さらに、近年のハイブリッドカーは、バッテリシステムの電圧をＤＣ／ＡＣインバータで昇圧してモータへの供給電力を大きくしていることから、バッテリシステムの放電電流は、モータの消費電流よりもさらに大きくなる。たとえば、バッテリシステムの出力電圧を２８８Ｖとして、これをＤＣ／ＡＣインバータで６５０Ｖに昇圧して走行用のモータに供給する車両にあっては、モータの消費電流の数倍もの電流がバッテリシステムの放電電流となる。ただ、車両用のバッテリシステムは、１００Ａ以上の大電流で放電される時間が数秒程度と極めて短く、この状態が連続して続くことはほとんどない。また、放電電流が極めて大きくなることから、放電できる時間も極めて短く制限される。したがって、車両用のバッテリシステムは、短時間の大きな発熱によっても電池セルの温度差をいかに少なくできるかも極めて大切である。
【０００８】
本発明者は、この欠点を解消するために、各々のセパレータと電池セルとの熱抵抗を調整することで、電池セルからセパレータに熱伝導される熱エネルギをコントロールして、電池セルの温度差を少なく技術を開発している。このバッテリシステムは、たとえば、温度が高くなる電池ブロックの中央部に配置している電池セルに接触するセパレータの熱抵抗を、電池ブロックの両端部にあって温度上昇の少ない電池セルに接触しているセパレータよりも小さくする。この構造のバッテリシステムは、中央部の電池セルの発熱をより多くセパレータに熱伝導することで、中央部の電池セルの温度上昇を少なくして、全体の温度差を少なくしている。このバッテリシステムは、各々の電池セルからセパレータに熱伝導する熱エネルギを調整して、電池セルの温度差を少なくすることから、電池セルからセパレータに熱伝導される熱エネルギを大きくする必要がある。
【０００９】
ところが、バッテリシステムは、電池セルの温度差を少なくすることに加えて、電池セルの熱暴走の誘発を阻止することも大切である。セパレータに熱伝導する熱エネルギをコントロールするバッテリシステムは、セパレータに熱伝導する熱エネルギを大きくして温度差を少なくするほど、熱暴走した電池セルの誘発を確実に阻止するのが難しくなる欠点がある。それは、電池セルの熱エネルギを効率よく熱伝導させるセパレータは、熱暴走して高温になった電池セルと、この電池セルに隣合う電池セルとを確実に断熱できなくなるからである。車両用のバッテリシステムは、特定の電池セルが熱暴走すると４００℃以上の異常な高温となることがある。多数の電池セルを積層しているバッテリシステムは、高い安全性を確保するために、電池セルの熱暴走の誘発を阻止することが極めて大切である。ただ、セパレータで電池セルの温度差を少なくするバッテリシステムは、熱暴走の誘発を確実に阻止するためにセパレータの断熱特性を向上すると、セパレータによる電池温度の均等化作用が少なくなる欠点がある。
【００１０】
本発明は、さらに以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池セルの熱暴走の誘発を有効に阻止しながら、電池セルの温度差を小さくして寿命を長くできる車両用のバッテリシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１１】
本発明の車両用のバッテリシステムは、複数の電池セル１の間にあって、電池セル１の表面に熱結合状態に接触してなるセパレータ２、１２、３２、４２を挟着し、かつ複数の電池セル１を、電池セル１の間に冷却隙間３を設けてなるセパレータ２、１２、３２、４２を介して積層するように固定してなる電池ブロック７０、１０、３０、４０、５０、６０と、この電池ブロック７０、１０、３０、４０、５０、６０の冷却隙間３に冷却気体を強制送風する送風機構９とを備えている。車両用のバッテリシステムは、各々の電池セル１の外周面に熱結合してなる温度均等化プレート８を備えており、この温度均等化プレート８の熱伝導率をセパレータ２、１２、３２、４２よりも大きくしている。車両用のバッテリシステムは、各々の電池セル１の発熱をセパレータ２、１２、３２、４２に吸収し、かつ冷却隙間３に送風される冷却気体で電池セル１を冷却し、さらに、各々の電池セル１と温度均等化プレート８との間の熱伝導によって、高温の電池セル１によって温度均等化プレート８を加温し、加温された温度均等化プレート８が低温の電池セル１を加温して電池セル１の温度を均等化している。
【００１２】
以上の車両用のバッテリシステムは、電池セルの熱暴走の誘発を有効に阻止しながら、電池セルの温度差を小さくしてシステム全体としての寿命を長くできる理想的な特徴を実現する。それは、以上のバッテリシステムが、電池セルの発熱による熱エネルギの一部を冷却気体で吸収し、さらに、発熱の一部を、電池セルの間に積層しているセパレータに吸収して温度上昇を少なくすることに加えて、各々の電池セルに熱結合している温度均等化プレートでもって、高温の電池セルの熱エネルギを低温の電池セルに伝導して温度差を少なくするからである。とくに、以上のバッテリシステムは、温度均等化プレートの熱伝導率をセパレータよりも大きくしていることから、温度均等化プレートでもって、高温の電池セルから低温の電池セルへの伝導熱量を大きくして電池セルの温度差を少なくでき、しかもセパレータの熱伝導率を小さくして電池セルの温度差を小さくできるので、セパレータの断熱特性を向上して、電池セルの熱暴走の誘発を効果的に阻止できる特徴も実現する。さらに、以上のバッテリシステムは、発熱する電池セルの熱エネルギを、冷却隙間に送風される冷却気体に吸収し、またセパレータにも吸収させることから、電池セルの温度上昇を防止し、かつ熱暴走の誘発を阻止しながら、電池セルの温度差を少なくできるという理想的な特徴を実現する。
【００１３】
本発明の車両用のバッテリシステムは、セパレータ２、１２、３２、４２をプラスチックとして、温度均等化プレート８を金属プレートとすることができる。
このバッテリシステムは、温度均等化プレートの熱伝導率を大きくして、セパレータの熱伝導率を小さくできるので、電池セルの温度差を小さくして、電池セルの熱暴走の誘発を効果的に阻止できる特徴がある。
【００１４】
本発明の車両用のバッテリシステムは、温度均等化プレート８を、アルミニウムとアルミニウム合金のいずれかの金属プレートとすることができる。
このバッテリシステムは、温度均等化プレートの熱伝導率を特に大きくして、電池セルの温度差をより小さくできる特徴がある。
【００１５】
本発明の車両用のバッテリシステムは、セパレータ２、１２、３２、４２をプラスチックとして、温度均等化プレート８を、プラスチックよりも熱伝導率の大きなフィラーを充填してなる充填プラスチックとすることができる。
このバッテリシステムは、温度均等化プレートを、フィラーを充填しているプラスチック製とするので、温度均等化プレートを絶縁プレートとして、直接に電池セルに接触して配置できる。このため、電池セルと温度均等化プレートとの間に絶縁層を設ける必要がなく、電池セルと温度均等化プレートとの間で相互に効率よく熱伝導して、電池セルの温度差を少なくできる特徴がある。
【００１６】
本発明の車両用のバッテリシステムは、セパレータ１２が電池セル１の表面に接触する接触面積を、積層方向に配置されるセパレータ１２で異なるようにすることができる。
このバッテリシステムは、温度均等化プレートに加えて、積層方向に配置しているセパレータの形状を変更することでセパレータに吸収される熱エネルギをコントロールして、電池セルの温度差をさらに少なくできる。
【００１７】
本発明の車両用のバッテリシステムは、セパレータ３２自体の熱伝導率が、積層方向に配置されるセパレータ３２で異なるようにすることができる。
このバッテリシステムは、温度均等化プレートに加えて、積層方向に配置しているセパレータの材質を変更することで、セパレータに吸収される熱エネルギをコントロールして、電池セルの温度差をさらに少なくできる。
【００１８】
本発明の車両用のバッテリシステムは、セパレータ４２自体の厚さを、積層方向に配置されるセパレータ４２で異なるようにすることができる。
このバッテリシステムは、温度均等化プレートに加えて、セパレータの厚さを調整することでセパレータに吸収される熱エネルギをコントロールして、電池セルの温度差をさらに少なくできる。
【００１９】
本発明の車両用のバッテリシステムは、電池セル１の表面に被覆層７を設けて、積層方向に配置している電池セル１の被覆層７の熱抵抗を異なるようにすることができる。
このバッテリシステムは、温度均等化プレートに加えて、積層方向に配置している電池セルの被覆層を調整することでセパレータに吸収される熱エネルギをコントロールして、電池セルの温度差をさらに少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の車両用のバッテリシステムの水平断面図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる車両用のバッテリシステムの斜視図である。
【図３】図２に示す車両用のバッテリシステムの内部構造を示す斜視図である。
【図４】図２に示す車両用のバッテリシステムの水平断面図である。
【図５】図３に示す車両用のバッテリシステムの電池ブロックを示す斜視図である。
【図６】図５に示す電池ブロックの一部拡大断面図である。
【図７】図５に示す電池ブロックの電池セルとセパレータの積層構造を示す分解斜視図である。
【図８】電池ブロックの他の一例を示す斜視図である。
【図９】図８に示す電池ブロックの一部拡大断面図である。
【図１０】電池ブロックの他の一例を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す電池ブロックの一部拡大断面図である。
【図１２】電池ブロックの他の一例を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示す電池ブロックの一部拡大断面図である。
【図１４】電池ブロックの他の一例を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示す電池ブロックの一部拡大断面図である。
【図１６】電池ブロックの他の一例を示す一部拡大断面図である。
【図１７】図１４に示す電池ブロックの電池セルとセパレータの積層構造を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用のバッテリシステムを例示するものであって、本発明は車両用のバッテリシステムを以下のものに特定しない。
【００２２】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２３】
図２ないし図４は、本発明の一実施例にかかる車両用のバッテリシステムを示している。これらの図に示す車両用のバッテリシステムは、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源として使用される。
【００２４】
図２ないし図４に示す車両用のバッテリシステムは、複数の角形電池からなる電池セル１を積層している電池ブロック７０と、この電池ブロック７０の電池セル１に冷却気体を強制送風して冷却する送風機構９と、電池ブロック７０を構成する電池セル１の温度差を少なくする温度均等化プレート８とを備えている。
【００２５】
電池ブロック７０は、積層している電池セル１の間にセパレータ２を挟着している。このセパレータ２は、図５ないし図７に示すように、電池セル１との間に冷却隙間３ができる形状としている。さらに、図のセパレータ２は、両面に電池セル１を嵌着構造で連結している。電池セル１に嵌着構造で連結されるセパレータ２を介して、隣接する電池セル１の位置ずれを阻止して積層している。
【００２６】
角形電池の電池セル１は、リチウムイオン二次電池である。ただし、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の他の全ての二次電池とすることもできる。図の電池セル１は、所定の厚さを有する四角形で、上面の両端部には正負の電極端子１３を突出して設けており、上面の中央部には安全弁の開口部１４を設けている。積層される電池セル１は、隣接する正負の電極端子１３をバスバー（図示せず）で連結して互いに直列に接続している。隣接する電池セル１を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、バッテリシステムは、隣接する電池セルを並列に接続することもできる。
【００２７】
電池セル１は外装缶１Ａを金属製として、プラスチック製のセパレータ２で絶縁して積層している。ただし、電池セルは、外装缶をプラスチック等の絶縁材で製作することもできる。
【００２８】
図５と図６のバッテリシステムは、各々の電池セル１の外周面に熱結合するように温度均等化プレート８を設けている。温度均等化プレート８は、セパレータ２よりも大きな熱伝導率の金属プレートである。この温度均等化プレート８は、電池ブロック７０の底面に熱結合状態に固定されて、各々の電池セル１の外周面のひとつである底面に熱結合状態となっている。温度均等化プレート８は、各々の電池セル２の底面に熱結合するように、その外形を電池ブロック７０の底面形状としている。温度均等化プレート８は、温度の高い電池セル１の熱エネルギを吸収して、吸収した熱エネルギを温度の低い電池セル１に熱伝導して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。したがって、温度均等化プレート８は、熱伝導率の優れた金属プレート、たとえばアルミニウムやアルミニウム合金などである。
【００２９】
温度均等化プレート８は、熱抵抗を小さくして、各々の電池セル１の温度差を少なくできる。熱抵抗を小さくするために、温度均等化プレート８には厚い金属プレート、たとえば３ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上の金属プレートが使用される。金属プレートが厚すぎるとバッテリシステムが重くなるので、温度均等化プレート８は、好ましくは３０ｍｍよりも薄く、より好ましくは２０ｍｍよりも薄い金属プレートが使用される。
【００３０】
車両用のバッテリシステムは、積層状態にある電池セル１を直列に接続して出力電圧を高くしている。このバッテリシステムは、隣接する電池セル１に電位差がある。したがって、電池セル１が温度均等化プレート８に電気接続されるとショートして大きなショート電流が流れる。この弊害を防止するために、温度均等化プレート８と電池ブロック７０の間には、絶縁層１８を設けている。絶縁層１８は、電池セル１と温度均等化プレート８とを絶縁しながら、電池セル１と温度均等化プレート８との間で効率よく熱伝導させる必要がある。したがって、この絶縁層１８には、優れた絶縁特性を実現しながら、電池セル１と温度均等化プレート８との間に効率よく熱伝導する特性の材質、たとえば、マイカやシリコン樹脂シートなどが使用される。さらに、絶縁層１８と電池セル１の間に、また絶縁層１８と温度均等化プレート８との間にシリコンオイル等の熱伝導ペースト１９が塗布されて、より効率よく熱伝導される構造としている。
【００３１】
ただ、温度均等化プレートは、プラスチックよりも熱伝導率の大きなフィラーを充填してなる充填プラスチックとすることもできる。プラスチックに充填されるフィラーは、プラスチックよりも熱伝導率の大きい物質であって、たとえば金属粉末やカーボン繊維を使用する。金属粉末は、熱伝導率の大きいアルミニウムや銀等の粉末が適している。この温度均等化プレートは、プラスチックにフィラーを充填して、プラスチック製のセパレータよりも熱伝導率を大きくしている。フィラーを充填しているプラスチック製の温度均等化プレートは、絶縁プレートとすることができるので、直接に電池セルに接触させて配置して、電池セルと温度均等化プレートとのショートを防止できる。このため、電池セルと温度均等化プレートとの間に絶縁層を設ける必要がなく、電池セルと温度均等化プレートとの間で相互に効率よく熱伝導して、電池セルの温度差を少なくできる。
【００３２】
電池ブロック７０は、電池セル１の間にセパレータ２を挟着して、隣接する電池セル１の間に冷却隙間３を設けている。図６ないし図７のセパレータ２は、電池セル１との間に、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間３を設けている。図６と図７のセパレータ２は、電池セル１との対向面に、両側縁まで延びる冷却溝２Ａを設けて、電池セル１との間に冷却隙間３を設けている。図のセパレータ２は、複数の冷却溝２Ａを、互いに平行に所定の間隔で設けている。図のセパレータ２は、両面に冷却溝２Ａを設けており、互いに隣接する電池セル１とセパレータ２との間に冷却隙間３を設けている。この構造は、セパレータ２の両側に形成される冷却隙間３で、両側の電池セル１を効果的に冷却できる特長がある。ただ、セパレータは、片面にのみ冷却溝を設けて、電池セルとセパレータとの間に冷却隙間を設けることもできる。図６の冷却隙間３は、電池ブロック３の左右に開口するように水平方向に設けている。冷却隙間３に強制送風される空気は、電池セル１の外装缶１Ａを直接に効率よく冷却する。この構造は、電池セル１の熱暴走を有効に阻止しながら、電池セル１を効率よく冷却できる特徴がある。
【００３３】
本発明の車両用のバッテリシステムは、各々の電池セル１の温度差を温度均等化プレート８で少なくする。したがって、電池セル１の間に挟着するセパレータ２を同じ材質で同じ形状としながら、各々の電池セル１の温度差を少なくできる。
【００３４】
ただ、本発明の車両用のバッテリシステムは、温度均等化プレートで電池セルの温度差を少なくすることに加えて、セパレータと電池セルの表面を独特の構造とすることで、さら電池セルの温度差を少なくすることもできる。電池セルに接触しているセパレータが、電池セルの熱エネルギを吸収するからである。
以下、セパレータと電池セルの表面を独特の構造として電池セルの温度差を少なくする構造を図８ないし図１６に示す。
【００３５】
プラスチック製のセパレータ２、１２、３２、４２は、電池セル１の表面に接触する部分からの伝導によって熱伝達されて、電池セル１の熱エネルギを吸収する。ただし、電池セル１からセパレータ２、１２、３２、４２に熱伝達される熱量は、電池セル１とセパレータ２、１２、３２、４２との熱抵抗でコントロールでき、また、セパレータ１２、３２、４２自体の熱伝導率でコントロールできる。電池セル１にセパレータ２、１２、３２、４２を接触させる電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０は、電池セル１の発熱を熱伝導によってセパレータ２、１２、３２、４２に伝える。さらに、セパレータ２、１２、３２、４２は、電池セル１との対向面に、両側縁まで延びる冷却溝２Ａ、１２Ａ、３２Ａ、４２Ａを設けて、電池セル１との間に冷却隙間３を設けている。この冷却隙間３に送風される冷却気体で電池セル１とセパレータ２、１２、３２、４２の両方が冷却され、また、電池セル１が発熱してセパレータ２、１２、３２、４２が発熱しないので、電池セル１の温度はセパレータ２、１２、３２、４２よりも高くなる。したがって、電池セル１の発熱はセパレータ２、１２、３２、４２に熱伝導される。電池セル１の熱が伝導されるセパレータ２、１２、３２、４２は、温度上昇して熱エネルギを吸収する。温度上昇したセパレータ２、１２、３２、４２は、冷却隙間３に強制送風される冷却気体で冷却される。冷却隙間３に送風される冷却気体は、セパレータ２、１２、３２、４２のみでなく電池セル１も冷却する。
【００３６】
多数の電池セル１を積層している電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０は、発熱によって温度差ができる。温度差は、電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０や冷却構造によって必ずしも一定ではないが、図８ないし図１６に示すように、多数の電池セル１を積層する電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０は、中央部の電池セル１の温度が高くなる傾向がある。また、図３と図４に示すように、複数の電池ブロック７０を直列に配置する構造にあっては、風下側の電池ブロックの温度が風上側の電池ブロックよりも高くなる。
【００３７】
電池セル１からセパレータ２、１２、３２、４２に熱伝導される熱量をコントロールする構造は、電池セル１の温度差をより少なくし、あるいは冷却隙間３に強制送風される冷却気体による冷却熱量をコントロールして電池セル１の温度差を少なくすることができる。したがって、バッテリシステムは、電池セル１とセパレータ２、１２、３２、４２との間の熱抵抗、又はセパレータ１２、３２、４２自体の熱抵抗を、積層方向に配置しているセパレータ２、１２、３２、４２によって異なるようにして、熱抵抗の差で電池セル１の温度をより均等化できる。発熱によって他の電池セル１よりも高温になる電池セル１に接触しているセパレータ２、１２、３２、４２は、電池セル１との熱抵抗を小さくし、あるいはセパレータ１２、３２、４２自体の熱抵抗を小さくして、電池セル１から熱伝導される熱エネルギを大きくしている。また、電池セル１表面の熱抵抗が各々の電池セル１によって異なるようにして、熱抵抗の相違で電池セル１の温度差を少なくするバッテリシステムは、温度が高くなる電池セル１の表面に設けている被覆層７の熱抵抗を小さくして冷却気体による冷却熱量を大きくしている。
【００３８】
図８と図９の電池ブロック１０は、積層方向に配設されるセパレータ１２が電池セル１と接触する接触面積を相違するようにして、電池セル１の温度差を少なくしている。図９のセパレータ１２は、冷却溝１２Ａの間に設けている接触部１２Ｂの幅で接触面積を調整している。このセパレータ１２は、接触部１２Ｂの幅を広くして接触面積を大きくでき、接触部１２Ｂの幅を狭くして接触面積を小さくできる。このバッテリシステムは、電池セル１とセパレータ１２との接触面積を大きくして、電池セル１とセパレータ１２との熱抵抗を小さく、接触面積を小さくして熱抵抗を大きくしている。電池セル１からセパレータ１２に熱伝導される熱エネルギは、電池セル１とセパレータ１２との間の熱抵抗を小さくして大きくなり、反対に熱抵抗を大きくして小さくなる。電池セル１からセパレータ１２に熱伝導される熱エネルギは、接触面積に比例して大きくなるので、接触面積を大きくすることで、熱抵抗を小さくでき、また接触面積を小さくして熱抵抗を大きくできる。
【００３９】
図８と図９の電池ブロック１０は、中央部に配設しているセパレータ１２Ｙと電池セル１との熱抵抗を、その両端部に配設しているセパレータ１２Ｘ、１２Ｚの電池セル１との熱抵抗よりも小さくしている。このバッテリシステムは、温度が高くなる中央部の電池セル１の熱エネルギをセパレータ１２Ｙに効率よく吸収して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。このバッテリシステムは、電池ブロック１０の中央部に配設しているセパレータ１２Ｙの接触部１２Ｂの幅を広くして接触面積を大きくし、電池ブロック１０の両端部に配設しているセパレータ１２Ｘ、１２Ｚの接触部１２Ｂの幅を狭くして接触面積を小さくしている。このバッテリシステムは、中央部のセパレータ１２Ｙの熱抵抗を、両端部のセパレータ１２Ｘ、１２Ｚの熱抵抗よりも小さくして、電池セル１の温度差を少なくする。このバッテリシステムは、大きな接触面積で電池セル１に接触している中央部のセパレータ１２Ｙの吸収熱量が、小さい接触面積で電池セル１に接触している両端部のセパレータ１２Ｘ、１２Ｚよりも大きく、中央部のセパレータ１２Ｙで電池セル１の温度上昇を効果的に阻止して、電池セル１の温度差を少なくしている。
【００４０】
さらに、図１０と図１１に示す電池ブロック３０は、電池セル１の積層方向に配設されるセパレータ３２自体の熱伝導率を相違するようにして、電池セル１の温度差を少なくしている。図１１のセパレータ３２は、セパレータ３２を成形するプラスチックに充填するフィラーの充填量や種類を変更して、セパレータ３２自体の熱伝導率を変更する。セパレータ３２の熱伝導率を変更するフィラーは、プラスチックよりも熱伝導率の大きい粉末であって、たとえば金属粉末やカーボン粉末を使用する。金属粉末は、熱伝導率の大きいアルミニウムや銀等の粉末が適している。このセパレータ３２は、フィラーの充填量を多くしてセパレータ３２自体の熱伝導率を大きくできる。したがって、このセパレータ３２は、フィラーの充填量を多くしてセパレータ３２自体の熱抵抗を小さく、またフィラーの充填量を少なくし、あるいは充填しないようにして熱抵抗を大きくする。熱抵抗の小さいセパレータ３２は、電池セル１から熱伝導される熱エネルギをスムーズに伝導して効率よく放熱する。
【００４１】
図１０と図１１の電池ブロック３０は、中央部に配設しているセパレータ３２Ｙに、両端部に配設するセパレータ３２Ｘ、３２Ｚよりも多量のフィラーを充填して、中央部のセパレータ３２Ｙ自体の熱伝導率を両端部に配設しているセパレータ３２Ｘ、３２Ｚ自体の熱伝導率よりも大きくし、中央部のセパレータ３２Ｙの熱抵抗を、両端部のセパレータ３２Ｘ、３２Ｚの熱抵抗よりも小さくしている。このバッテリシステムは、電池ブロック３０の中央部のセパレータ３２Ｙの熱抵抗を小さくして、吸収する熱エネルギを効率よく伝達して放熱できるようにしているので、温度が高くなる中央部の電池セル１の熱エネルギを中央部のセパレータ３２Ｙが効率よく吸収して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。このバッテリシステムも、中央部のセパレータ３２Ｙの熱抵抗を、両端部のセパレータ３２Ｘ、３２Ｚの熱抵抗よりも小さくして、電池セル１の温度差を少なくする。このバッテリシステムは、大きい熱伝導率のフィラーを多量に充填している中央部のセパレータ３２Ｙの吸収熱量が、フィラーの充填量を少なくしている両端部のセパレータ３２Ｘ、３２Ｚよりも大きく、中央部のセパレータ３２Ｙで電池セル１の温度上昇を効果的に阻止して、電池セル１の温度差を少なくしている。
【００４２】
さらにまた、図１２、図１３に示す電池ブロック４０は、電池セル１の積層方向に配設されるセパレータ４２の厚さを相違する形状として、電池セル１の温度差を少なくする。セパレータ４２は、厚く成形して熱抵抗を小さく、薄く成形して熱抵抗を大きくできる。厚く成形しているセパレータ４２Ｙは、電池セル１から熱伝導される熱エネルギをスムーズに伝導して効率よく放熱する。図１３の電池ブロック４０は、中央部に配設しているセパレータ４２Ｙの厚さを、両端部に配設するセパレータ４２Ｘ、４２Ｚよりも厚くして、中央部のセパレータ４２Ｙの熱抵抗を、両端部のセパレータ４２Ｘ、４２Ｚの熱抵抗よりも小さくしている。このバッテリシステムは、電池ブロック４０の中央部のセパレータ４２Ｙの熱抵抗を小さくして、吸収する熱エネルギを効率よく伝達して放熱できるようにしているので、温度が高くなる中央部の電池セル１の熱エネルギを中央部のセパレータ４２Ｙが効率よく吸収して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。このバッテリシステムは、厚く成形している中央部のセパレータ４２Ｙの吸収熱量が、薄く成形している両端部のセパレータ４２Ｘ、４２Ｚよりも大きく、中央部のセパレータ４２Ｙで電池セル１の温度上昇を効果的に阻止して、電池セル１の温度差を少なくする。
【００４３】
さらにまた、図１４ないし図１６に示す電池ブロック５０、６０は、各々の電池セル１表面の熱抵抗が、積層方向に配置される電池セル１で異なるようにして、熱抵抗の差で電池セル１の温度を均等化している。このバッテリシステムは、冷却気体で冷却される冷却熱量をコントロールして、電池セル１の温度差を少なくする。電池セル１表面の熱抵抗を調整するために、図１７の斜視図に示すように、電池セル１の表面に被覆層７を設けている。電池セル１は、被覆層７を介して冷却気体で冷却される。したがって、被覆層７で電池セル１の冷却を調整して温度差を少なくできる。被覆層７は、膜厚で電池セル１表面の熱抵抗を調整し、あるいは被覆層７を熱伝導率が異なる材質として、熱抵抗を調整できる。被覆層７を厚くして熱抵抗を大きくし、また被覆層７を熱伝導率の小さい材質として熱抵抗を大きくできる。熱伝導率が異なる材質で熱抵抗を調整する被覆層７は、前述したセパレータ自体の熱伝導率をフィラーで調整するのと同じように、プラスチック製の被覆層７に熱伝導率の大きいフィラーを充填して熱伝導率を調整できる。また、プラスチックの種類を変更して熱伝導率を変更することもできる。
【００４４】
被覆層７は、塗膜又はプラスチックフィルムである。塗料は絶縁塗料であって、膜厚やフィラーの充填量で熱伝導率を変更する。プラスチックフィルムは、熱収縮フィルムが適している。プラスチックフィルムは、フィラーの充填量や膜厚、あるいはプラスチックの種類で熱伝導率を変更する。
【００４５】
図１５の電池ブロック５０は、中央部に配設している電池セル１の被覆層７Ｙの厚さを、両端部に配設する電池セル１の被覆層７Ｘ、７Ｚよりも薄くして、中央部の電池セル１表面の熱抵抗を、両端部の電池セル１表面の熱抵抗よりも小さくしている。このバッテリシステムは、電池ブロック５０の中央部に配置する電池セル１表面の熱抵抗を小さくして、冷却気体で効率よく冷却できるようにして、温度が高くなる中央部の電池セル１を冷却気体で効率よく冷却して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。このバッテリシステムは、中央部の電池セル１の被覆層７Ｙを両端部の電池セル１の被覆層７Ｘ、７Ｚよりも薄くしている。
【００４６】
また、図１６の電池ブロック６０は、中央部の電池セル１の表面に被覆層を設けないで、両端部の電池セル１の表面にのみ被覆層７を設けることで、中央部の電池セル１表面の熱抵抗を小さくして温度差を少なくしている。それは、温度が高くなる電池セル１表面の熱抵抗を、温度が低くなる電池セル１表面よりも小さくすることで温度差を少なくできるからである。
【００４７】
さらに、バッテリシステムは、被覆層の膜厚によらず、被覆層の熱伝導率の相違で各々の電池セルの温度差を少なくすることもできる。このバッテリシステムは、温度が高くなる電池セル表面には熱伝導率の大きい材質の被覆層を設け、電池温度が低くなる電池セル表面には熱伝導率の小さい材質の被覆層を設けることで、電池セルの温度差を少なくする。
【００４８】
以上のバッテリシステムは、セパレータ１２の接触面積を変更する第１の構造と、セパレータ３２自体の熱伝導率を変更する第２の構造と、セパレータ４２の厚さを変更する第３の構造と、電池セル１表面の熱抵抗を変更する第４の構造で、電池セル１とセパレータ２、１２、３２、４２との熱抵抗を最適値に調整し、また、セパレータ１２、３２、４２の熱抵抗を調整し、あるいは又は電池セル１表面の熱抵抗を調整して、各々の電池セル１の温度差を少なくする。ただし、車両用のバッテリシステムは、第１ないし第４の構造を複数組み合わせる構造として、電池セルの温度差を少なくすることもできる。たとえば、電池ブロックの中央部のセパレータは、電池セルとの接触面積を大きくすると共に、フィラーの充填量を多くしてセパレータ自体の熱伝導率を大きくし、さらにセパレータを厚く成形して熱抵抗を小さくすることで、中央部の電池セルを効率よく冷却して温度差を少なくすることもできる。
【００４９】
以上のバッテリシステムは、中央部の電池セル１の温度が高くなる電池ブロック１０、３０、４０、５０、６０において、各々の電池セル１の温度差を少なくする構造を例示したが、バッテリシステムは、必ずしも中央部の電池セル温度が高くなるとは限らない。たとえば、図３と図４に示すように、２組の電池ブロック７０を直列に配列するバッテリシステムにあっては、風下側の電池ブロックの温度が風上側の電池ブロックの温度よりも高くなる。したがって、このバッテリシステムにあっては、風下側の電池ブロックの電池セルとセパレータとの熱抵抗を風上側のものよりも小さくし、あるいはセパレータ自体の熱抵抗を風上側よりも小さくし、あるいはまた、電池セル表面の熱抵抗を風上側よりも小さくすることで、各々の電池ブロックを構成する電池セルの温度差を少なくする。したがって、以上のバッテリシステムは、電池セルの積層方向に向かってセパレータや電池セルの熱抵抗を変更して温度差を少なくするものであるが、それは、温度が高くなる領域では熱抵抗を小さく、温度が低くなる領域では熱抵抗を大きくして、各々の電池セルの温度差を少なくする。
【００５０】
電池ブロック７０は、両端にエンドプレート４を設けて、一対のエンドプレート４を連結材５で連結して、積層している電池セル１を固定している。エンドプレート４は、電池セル１の外形にほぼ等しい外形の四角形としている。連結材５は、図５に示すように、両端を内側に折曲して折曲片５Ａをエンドプレート４に止ネジ６で固定している。
【００５１】
図５のエンドプレート４は、外側に補強リブ４Ａを一体的に成形して設けて補強している。さらに、エンドプレート４の外側面には、連結材５の折曲片５Ａを連結する連結孔（図示せず）を設けている。図５のエンドプレート４は、両側の四隅部に４個の連結孔を設けている。連結孔は雌ネジ穴である。このエンドプレート４は、連結材５を貫通する止ネジ６を雌ネジ穴にねじ込んで連結材５を固定することができる。
【００５２】
図３と図４に示すように、電池ブロック７０は２列に分離して配列されて、２列の電池ブロック７０の間に、各々の冷却隙間３に連結する中間ダクト１６を設けている。さらに、２列に分離された電池ブロック７０の外側には外側ダクト１７を設けており、外側ダクト１７と中間ダクト１６との間に複数の冷却隙間３を並列に連結している。このバッテリシステムは、図３と図４の実線の矢印で示すように、送風機構９でもって中間ダクト１６から外側ダクト１７に向けて冷却気体を強制送風し、あるいは、図３と図４の鎖線の矢印で示すように、外側ダクト１７から中間ダクト１６に向けて冷却気体を強制送風する。中間ダクト１６から外側ダクト１７に強制送風される冷却気体は、中間ダクト１６から分岐されて、各々の冷却隙間３に送風されて電池セル１を冷却する。電池セル１を冷却した冷却気体は、外側ダクト１７に集合して排気される。また、外側ダクト１７から中間ダクト１６に向けて強制送風される冷却気体は、外側ダクト１７から分岐して各々の冷却隙間３に強制送風されて電池セル１を冷却する。冷却隙間３を通過して電池セル１を冷却した冷却気体は、中間ダクト１６に集合されて外部に排気される。
【００５３】
中間ダクト１６の断面積は、外側ダクト１７の２倍とする。それは、中間ダクト１６に強制送風される冷却気体を２分岐して外側ダクト１７に送風し、あるいはふたつの外側ダクト１７から強制送風される冷却気体を集合して中間ダクト１６から排気するからである。すなわち、中間ダクト１６は、両側の外側ダクト１７の２倍の冷却気体を送風するので、その断面積を２倍として圧力損失を小さくしている。断面積を大きくするために、図のバッテリシステムは、中間ダクト１６の横幅を外側ダクト１７の横幅の２倍としている。ただし、中間ダクトは、横幅と上下幅を広くして、外側ダクトの断面積の２倍とすることもできる。
【００５４】
図２ないし図４のバッテリシステムは、４組の電池ブロック７０からなり、２個の電池ブロック７０を直線状に連結して１列の電池ブロックとし、この電池ブロックを２列平行に並べて、中間に中間ダクト１６を、外側に外側ダクト１７を設けている。直線状に連結される２組の電池ブロックは、エンドプレート４を積層する状態で連結される。さらに、直線状に連結される２組の電池ブロックは、正負の電極端子１３をバスバー（図示せず）で連結して、互いに直列に接続している。
【００５５】
電池ブロック７０は、外装ケース２０に固定して、２列に配列される。図に示すバッテリシステムは、外装ケース２０を下ケース２０Ａと上ケース２０Ｂとで構成する。上ケース２０Ｂと下ケース２０Ａは、外側に突出する鍔部２１を有し、この鍔部２１をボルト２４とナット２５で固定している。図の外装ケース２０は、鍔部２１を電池ブロック７０の側面に配置している。ただ、鍔部は、電池ブロックの上部や下部、あるいはその中間に配置することもできる。この外装ケース２０は、エンドプレート４を下ケース２０Ａに止ネジ（図示せず）で固定して、電池ブロック７０を固定している。止ネジは、下ケース２０Ａを貫通してエンドプレート４のネジ孔（図示せず）にねじ込まれて、電池ブロック７０を外装ケース２０に固定する。
【００５６】
さらに、図の外装ケース２０は、両端に端面プレート２６、２７を連結している。端面プレート２６は、外装ケース２０に連結される状態で、中間ダクト１６に連結される連結ダクト２８を、プラスチックなどで一体的に成形して外側に突出するように設けている。また、端面プレート２７は、外装ケース２０に連結される状態で、外側ダクト１７に連結される連結ダクト２９を、プラスチックなどで一体的に成形して外側に突出するように設けている。この連結ダクト２８、２９は、送風機構９に連結され、あるいはバッテリシステムから冷却気体を排気する外部排気ダクト（図示せず）に連結される。これらの端面プレート２６、２７は、ネジ止めして、電池ブロックのエンドプレートに連結している。ただ、端面プレートは、ネジ止め以外の連結構造で電池ブロックに連結し、あるいは、外装ケースに固定することもできる。
【００５７】
以上のバッテリシステムは、電池ブロック７０を互いに平行に２列に配列しており、２列に配列される電池ブロック７０の間に中間ダクト１６を設けて、外側に外側ダクト１７を設けている。ただ、バッテリシステムは、１列の電池ブロックで構成することもできる。このバッテリシステムは、図示しないが、１列の電池ブロックの両側に送風ダクトを設けて、一方の送風ダクトから他方の送風ダクトに強制送風し、各々の冷却隙間に冷却気体を送風して電池セルを冷却することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１…電池セル                    １Ａ…外装缶
２…セパレータ                  ２Ａ…冷却溝
３…冷却隙間
４…エンドプレート              ４Ａ…補強リブ
５…連結材                      ５Ａ…折曲片
６…止ネジ
７…被覆層                      ７Ｘ…被覆層
７Ｙ…被覆層
７Ｚ…被覆層
８…温度均等化プレート
９…送風機構
１０…電池ブロック
１２…セパレータ                １２Ａ…冷却溝
１２Ｂ…接触部
１２Ｘ…セパレータ
１２Ｙ…セパレータ
１２Ｚ…セパレータ
１３…電極端子
１４…開口部
１６…中間ダクト
１７…外側ダクト
１８…絶縁層
１９…熱伝導ペースト
２０…外装ケース                ２０Ａ…下ケース
２０Ｂ…上ケース
２１…鍔部
２４…ボルト
２５…ナット
２６…端面プレート
２７…端面プレート
２８…連結ダクト
２９…連結ダクト
３０…電池ブロック
３２…セパレータ                ３２Ａ…冷却溝
３２Ｘ…セパレータ
３２Ｙ…セパレータ
３２Ｚ…セパレータ
４０…電池ブロック
４２…セパレータ                ４２Ａ…冷却溝
４２Ｘ…セパレータ
４２Ｙ…セパレータ
４２Ｚ…セパレータ
５０…電池ブロック
６０…電池ブロック
７０…電池ブロック
１０１…電池セル
１０３…冷却隙間
１０６…供給ダクト
１０７…排出ダクト
１０８…冷却風流れ変更部材
１１０…電池ブロック
【図１】
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【図２】
2010272430.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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