(57)【要約】【課題】冷却効果を高めた電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュール１０は、略柱状の電池２０を複数含み、複数の電池２０が軸方向を略平行として並設されて構成された電池サブモジュール３０を複数有する。一方の電池サブモジュール３０ａ，３０ｂに含まれる電池の軸方向である第１の方向ｚと、一方の電池サブモジュール３０ａ，３０ｂに隣接する他方の電池サブモジュール３０’に含まれる電池２０の軸方向である第２の方向ｙとが略直交するように、複数の電池サブモジュール３０ａ，３０’，３０ｂが交互に積層されている。一方の電池サブモジュール３０ａ，３０ｂと他方の電池サブモジュール３０との間には、第１の方向ｚに沿った第１の通気経路Ｚと、第２の方向ｙに沿った第２の通気経路Ｙとが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略柱状の電池を複数含み、当該複数の電池が軸方向を略平行として並設されて構成された電池サブモジュールを複数有し、
一方の電池サブモジュールに含まれる電池の軸方向である第１の方向と、前記一方の電池サブモジュールに隣接する他方の電池サブモジュールに含まれる電池の軸方向である第２の方向とが略直交するように、前記複数の電池サブモジュールが交互に積層され、
前記一方の電池サブモジュールと前記他方の電池サブモジュールとの間には、前記第１の方向に沿った第１の通気経路と、前記第２の方向に沿った第２の通気経路とが形成されている電池モジュール。
【請求項２】
前記電池サブモジュールのそれぞれに含まれる電池の個数は、電池の軸方向の長さを当該軸方向に直交する幅方向の長さで割った場合の商に相当する個数である請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記電池サブモジュールの個数は、電池の軸方向の長さを前記軸方向および前記幅方向に直交する奥行き方向の長さで割った場合の商に相当する個数である請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記複数の電池は、略円柱状である請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記電池を収容する筺体をさらに有し、
前記筺体は、複数の通気孔が形成され、前記電池が収容された場合に、前記第１の通気経路の端部近傍および前記第２の通気経路の端部近傍のそれぞれに、前記複数の通気孔のうちの少なくとも１つが隣接する請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池モジュールがブロック状に組立てられて構成された電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池を含む電池モジュールおよび複数の電池モジュールを含む電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電池は、充放電に伴い発熱する。しかし、電池モジュールや、複数の電池モジュールを含む電池システムを安定して稼働させるためには、電池の温度が上昇しすぎないことが好ましい。そのため、電池を効率的に冷却する機構が求められてきた。これに対し、たとえば、特許文献１には、電池セル間に冷却機構を備える技術が開示されている。また、特許文献２には、組電池を冷却風で冷却するダクトを、外装ケース内に設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１?２３１７９
【特許文献２】特開２００７?６６７７３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１および２の技術を含む従来の電池モジュールや電池システムでは、電池を冷却する機構が一方向のみに設けられていた。この点に関し、発明者らは電池の冷却効果をさらに高める余地を見出した。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池モジュールの冷却効果を高める技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、電池モジュールである。当該電池モジュールは、略柱状の電池を複数含み、複数の電池が軸方向を略平行として並設されて構成された電池サブモジュールを複数有する。一方の電池サブモジュールに含まれる電池の軸方向である第１の方向と、一方の電池サブモジュールに隣接する他方の電池サブモジュールに含まれる電池の軸方向である第２の方向とが略直交するように、複数の電池サブモジュールが交互に積層されている。一方の電池サブモジュールと他方の電池サブモジュールとの間には、第１の方向に沿った第１の通気経路と、第２の方向に沿った第２の通気経路とが形成されていることを特徴とする。
【０００７】
この電池モジュールによれば、電池モジュールに冷却用の通気孔が複数方向に設けられているため、電池モジュールの冷却効果を簡易に高めることができる。特に、四方が他の電池と密着している電池であっても、発生した熱を複数方向に放熱することができるため、電池の温度が過度に上昇することを効率的に防止することができる。また、ファンなどの冷却装置をさらに設ける場合には、冷却装置の設置位置の自由度を高めることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池モジュールの冷却効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る電池モジュールを示す斜視図である。図１（Ａ）は、筐体に収容されていない状態の電池モジュールを示す斜視図である。図１（Ｂ）は、筐体を示す斜視図である。
【図２】複数の電池モジュールを含む電池システムを示す斜視図である。
【図３】変形例に係る電池モジュールを示す斜視図である。図３（Ａ）は、筐体に収容されていない状態の電池モジュールを示す斜視図である。図３（Ｂ）は、筐体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
図１は、実施の形態に係る電池モジュールを示す斜視図である。図１（Ａ）は、筐体に収容されていない状態の電池モジュールを示す斜視図である。図１（Ｂ）は、筐体を示す斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、電池モジュール１０は、略柱状の電池２０を複数含む。電池２０は、凸状に形成された正極２２と、正極２２とは反対の側にある負極２４とを有する。本実施の形態の電池２０はリチウムイオン二次電池であるが、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などであってもよい。電池モジュール１０には、複数の電池２０が軸方向を略平行として並設されて構成された電池サブモジュール３０が複数含まれる。一方の電池サブモジュール３０に含まれる電池の軸方向である第１の方向ｚと、一方の電池サブモジュール３０に隣接する他方の電池サブモジュール３０’に含まれる電池２０の軸方向である第２の方向ｙとが略直交するように、複数の電池サブモジュール３０，３０’が交互に積層されている。ここでは、電池サブモジュールを、軸方向が第１の方向ｚである電池サブモジュール３０と軸方向が第２の方向ｙである電池サブモジュール３０’とに区別して説明する。一方の電池サブモジュール３０と他方の電池サブモジュール３０’との間には、第１の方向ｚに沿った第１の通気経路Ｚと、第２の方向ｙに沿った第２の通気経路Ｙとが形成されている。図１（Ａ）に示す電池モジュール１０は、３個の電池２０により構成された電池サブモジュール３０を３組有する（以下、電池サブモジュール３０ａ，３０’，３０ｂとする）。これにより、電池モジュール１０には第１の通気経路Ｚと第２の通気経路Ｙがそれぞれ４つずつ形成されている。
【００１３】
電池サブモジュール３０ａ，３０’，３０ｂ内の各電池２０は、サブモジュール内配線３２によって並列に接続されている（電池サブモジュール３０’の図示しない正極２２同士を含む）。電池サブモジュール３０ａと３０’、電池サブモジュール３０’と３０ｂは、それぞれサブモジュール間配線３４によって直列に接続されている。なお、各電池２０の配線はこれには限られない。たとえば、各電池２０をすべて並列に接続することもできる。
【００１４】
電池サブモジュール３０，３０’のそれぞれに含まれる電池２０の個数は、電池２０の軸方向ｚの長さｌ１を当該軸方向ｚに直交する幅方向ｙの長さｌ２で割った場合の商に相当する個数の電池であることが好ましい。さらに、電池モジュール１０に含まれる電池サブモジュール３０，３０’の個数は、電池２０の軸方向ｚの長さｌ１を軸方向ｚおよび幅方向ｙに直交する奥行き方向ｘの長さｌ３で割った場合の商に相当する個数であることが好ましい。
【００１５】
本実施の形態では、電池２０は略円柱状であって、ｌ１：ｌ２：ｌ３≒３：１：１である。そのため、３個の電池２０が電池２０の幅方向（電池サブモジュール３０の場合、第２の方向ｙ）に並設されることにより、電池サブモジュール３０，３０’が構成されている。また、３個の電池サブモジュール３０ａ，３０’，３０ｂが奥行き方向ｘに交互に積層されることにより、電池モジュール１０が構成されている。つまり、電池２０の軸方向ｚの長さｌ１が幅方向の長さｌ２および奥行き方向ｘの長さｌ３のそれぞれおよそ整数倍であるため、幅方向および奥行き方向ｘにこれらの整数値の個数だけ電池２０を並設してｌ１≒Ｌ２（＝３ｌ２）≒Ｌ３（＝３ｌ３）としている。これによって、電池モジュール１０の外形が略立方体状に形成されている。
【００１６】
電池モジュール１０に使用される電池２０は、４個以上であれば特に限定されない。たとえば４個の電池２０を用いる場合には、ｌ１：ｌ２：ｌ３≒２：１：１とする。この場合には、第１の通気経路Ｚと第２の通気経路Ｙがそれぞれ１つずつ形成される。なお、電池２０の軸方向ｚの長さｌ１が幅方向の長さｌ２および奥行き方向ｘの長さｌ３のそれぞれおよそ整数倍ではない場合には、電池２０の間にスペーサーなどを挟んで電池モジュール１０の外形を略立方体状に形成してもよい。
【００１７】
複数の電池２０は、図１（Ａ）のように略円柱状であることが好ましい。ただし、電池２０を略円柱状以外の形状とすることもできる。電池２０は、たとえば略正多角柱状、略楕円柱状、または断面が陸上競技のトラックのように直線部と曲線部とを有する柱状であってもよい。また、複数の電池２０は、いずれも略同一形状であることが好ましいが、電池モジュール１０の外形を略直方体、特に略立方体状にできるのであれば、互いの形状が異なっていてもよい。
【００１８】
電池モジュール１０は、電池２０を収容する筺体４０を有することが好ましい。図１（Ｂ）に示すように、筺体４０には複数の通気孔４２，４４が形成されている。また、筺体４０の内形は、電池モジュール１０を安定的に収容できるように形成されている。なお、ここでは上面（ｚ軸の正方向の面）が省略されている。実際には、筺体４０は上面として図示しない蓋体を含む。蓋体には、底面４６に設けられた通気孔４４とｘ座標が略同一の位置にて通気孔が設けられている。
【００１９】
筺体４０は、電池２０が収容された場合に、第１の通気経路Ｚの端部近傍および第２の通気経路Ｙの端部近傍のそれぞれに、複数の通気孔４２，４４のうちの少なくとも１つが隣接する。つまり、図１（Ａ）の電池モジュール１０を図１（Ｂ）の筺体４０に収容した場合に、第１の通気経路Ｙの端部近傍には通気孔４２が位置し、第２の通気経路Ｚの端部近傍には通気孔４４が位置する。電池モジュール１０の外形を略立方体状に形成する場合には、筺体４０の外形および内形も略立方体状に形成することが好ましい。
【００２０】
図２は、複数の電池モジュールを含む電池システムを示す斜視図である。
【００２１】
電池システム５０は、筺体４０を有する複数の電池モジュール１０がブロック状に組立てられて構成されている。各筺体４０の内部に含まれる各電池２０は、図１（Ａ）に示したようにサブモジュール内配線３２およびサブモジュール間配線３４によって接続されている。正極５２および負極５４は、サブモジュール内配線３２と接続されることにより、電池モジュール１０の内部から外部に電流を取り出す。バスバー５６は、隣接する電池モジュール１０を電気的に接続する。図２には、一方の電池モジュール１０の正極５２と他方の電池モジュール１０の負極５４とがバスバー５６により直列に接続された場合を示す。これにより、複数の電池モジュール１０から生じた電流が取り出される。バスバー５６は、隣接する電池モジュール１０を並列に接続してもよい。筺体４０には、たとえば絶縁性を有するポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂や絶縁加工をした伝熱性にすぐれた金属、たとえばアルミニウム、マグネシウム、鉄などを好適に使用することができる。
【００２２】
以上説明した電池モジュール１０によれば、電池モジュール１０に冷却用の通気孔が複数方向に設けられているため、電池モジュール１０の冷却効果を簡易に高めることができる。特に、四方が他の電池２０と密着している電池２０であっても、発生した熱を複数方向に放熱することができるため、電池２０の温度が過度に上昇することを効率的に防止することができる。また、ファンなどの冷却装置をさらに設ける場合には、冷却装置の設置位置の自由度を高めることができる。
【００２３】
また、電池モジュール１０の外形を略立方体状に形成することにより、複数の電池モジュール１０を容易にブロック状に組立てることができる。また、複数の電池２０を略円柱状とすることにより、電池モジュール１０の組立てならびに第１の通気経路Ｙおよび第２の通気経路Ｚの形成を容易にすることができる。また、第１の通気経路Ｙの端部近傍および第２の通気経路Ｚの端部近傍のそれぞれに、筺体４０に設けられた複数の通気孔を隣接させることによって、電池モジュール１０が筺体４０を有する場合にも、電池モジュール１０を効率的に冷却することができる。
【００２４】
また、本実施の形態の電池モジュール１０をブロック状に組立てて構成した電池システム５０によると、電池システム５０を高出力としつつも、各電池２０の冷却効果を効率的に高めることができる。
【００２５】
本実施の形態では、通気孔４２，４４が設けられていない面を密接させて複数の電池モジュール１０を組み立てる場合を示した。複数の電池モジュール１０は、通気孔４２，４４が設けられた面を密接させて組み立てられてもよい。複数の電池モジュール１０をｙ軸方向に組み立てる場合には、隣接する通気孔４２同士が近接するため、複数の電池モジュール１０を通る１つの第２の通気経路Ｙが形成される。同様に、複数の電池モジュール１０をｚ軸方向に組み立てる場合には、隣接する通気孔４４同士が近接するため、複数の電池モジュール１０を通る１つの第１の通気経路Ｚが形成される。
【００２６】
また、図１（Ｂ）で通気孔４２，４４が設けられていない面にも通気孔を設けて、図２に示す電池システム５０を構成してもよい。隣接する筺体４０の対向する面にそれぞれ通気孔を設けて筺体４０同士を密接させた場合、複数の筺体４０を通る通気経路が形成される。これにより、より効率的に電池システム５０を冷却することができる。
【００２７】
なお、複数の電池モジュール１０をｚ軸方向に組み立てる場合には、筺体４０の上面において、正極５２および負極５４が設けられていない２つの角にも正極５２および負極５４と略同一形状の凸部を設けてもよい。この場合、筺体４０の底面４６にこれらの凸部や正極５２、負極５４に対応する凹部を設ける。これによって、複数の電池モジュール１０をより安定的にブロック状に組み立てることができる。
【００２８】
（変形例）
図３は、変形例に係る電池モジュールを示す斜視図である。図３（Ａ）は、筐体に収容されていない状態の電池モジュールを示す斜視図である。図３（Ｂ）は、筐体を示す斜視図である。
【００２９】
本変形例では、電池モジュール１０に含まれる電池サブモジュール３０，３０’の個数が、電池２０の軸方向ｚの長さを軸方向ｚおよび幅方向ｙに直交する奥行き方向ｘの長さで割った場合の商に相当する個数ではない点が、実施の形態の電池モジュール１０とは異なる。つまり、本変形例では、６個の電池サブモジュール３０ａ，３０’ａ，３０ｂ，３０’ｂ，３０ｃ，３０’ｃが奥行き方向ｘに交互に積層されることにより、電池モジュール１０が構成されている。この場合、ｌ１：Ｌ２：Ｌ３≒３：３：６であるため、電池モジュール１０の外形は２つの対向する面を略正方形とする略直方体状に形成されている。また、電池モジュール１０には第１の通気経路Ｚと第２の通気経路Ｙがそれぞれ１０個ずつ形成されている（図３（Ａ））。筺体４０には、これらの通気経路に対応するように、通気孔４２がｙ軸に略垂直な面に、通気孔４４がｚ軸に略垂直な面に、それぞれ５つずつ設けられている（１つの通気孔がそれぞれ２つの通気経路の端部近傍に位置する）（図３（Ｂ））。なお、Ｌ３をｌ１のおよそ整数倍とした上で、本変形例の筺体４０の外形を、実施の形態の筺体４０を複数接続した外形と略同一とすることが好ましい。
【００３０】
本変形例によっても、複数の電池モジュール１０を容易にブロック状に組立てることができる。
【００３１】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００３２】
なお、上述の各実施の形態に係る発明は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。
（項目１）
略柱状の電池を複数含み、当該複数の電池が軸方向を略平行として並設されて構成された電池サブモジュールを複数有し、一方の電池サブモジュールに含まれる電池の軸方向である第１の方向と、前記一方の電池サブモジュールに隣接する他方の電池サブモジュールに含まれる電池の軸方向である第２の方向とが略直交するように、前記複数の電池サブモジュールが交互に積層され、前記一方の電池サブモジュールと前記他方の電池サブモジュールとの間には、前記第１の方向に沿った第１の通気経路と、前記第２の方向に沿った第２の通気経路とが形成されている電池モジュール。
（項目２）
前記電池サブモジュールのそれぞれに含まれる電池の個数は、電池の軸方向の長さを当該軸方向に直交する幅方向の長さで割った場合の商に相当する個数である項目１に記載の電池モジュール。
（項目３）
前記電池サブモジュールの個数は、電池の軸方向の長さを前記軸方向および前記幅方向に直交する奥行き方向の長さで割った場合の商に相当する個数である項目２に記載の電池モジュール。
（項目４）
前記複数の電池は、略円柱状である項目１〜３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
（項目５）
前記電池を収容する筺体をさらに有し、前記筺体は、複数の通気孔が形成され、前記電池が収容された場合に、前記第１の通気経路の端部近傍および前記第２の通気経路の端部近傍のそれぞれに、前記複数の通気孔のうちの少なくとも１つが隣接する項目１〜４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
（項目６）
項目１〜５のいずれか１項に記載の電池モジュールがブロック状に組立てられて構成された電池システム。
【符号の説明】
【００３３】
１０  電池モジュール、２０  電池、３０  電池サブモジュール、４０  筺体、４２、４４  通気孔、５０  電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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