(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリセル、又は、各々が２つ以上のバッテリセルを内蔵して有する複数のユニットモジュールであって、直立形式又は上下逆さの形式で重ね合わせられるようにしてバッテリパックケース内に取り付けられた前記複数のバッテリセル又は前記複数のユニットモジュールを備えるバッテリパックにおいて、
前記バッテリパックケースには、上側部分にあるクーラント入口と、前記複数のバッテリセル又は前記複数のユニットモジュールの上方で前記クーラント入口から延びる流通空間（クーラント流入部分）と、クーラント出口と、前記複数のバッテリセル又は前記複数のユニットモジュールの下方で前記クーラント出口まで延びる別の流通空間（クーラント流出部分）と、がそれぞれ設けられており、前記複数のバッテリセル又は前記複数のユニットモジュール、すなわち複数のユニットセルを冷却するためのクーラントが、前記クーラント入口、前記流通空間（クーラント流入部分）、前記別の流通空間（クーラント流出部分）、及び前記クーラント出口を通って、前記複数のユニットセルの重ね方向に対して垂直な方向に前記複数のバッテリセル又は前記複数のユニットモジュールの一方側から他方側へ流通し、
前記クーラント出口が、前記クーラント入口を通って流入される前記クーラントの流れ方向に対して９０°の角度で横方向に形成されており、
前記クーラント出口が、前記複数のバッテリセル又は前記複数のユニットモジュールの前記重ね方向における前記複数のバッテリセル又は前記複数のユニットモジュールの中間に位置しており、
前記バッテリパックケースは、前記複数のユニットセルの前記重ね方向の前記バッテリパックケースの長さが、前記複数のバッテリセル又は前記複数のユニットモジュールの前記重ね方向に対して垂直な前記複数のバッテリセル又は前記複数のユニットモジュールの各々の横方向における前記バッテリパックケースの長さよりも相対的に大きくなるように、構成されていることを特徴とする、バッテリパック。
【請求項２】
前記流通空間（クーラント流入部分）の上端の内面に、前記流通空間（クーラント流入部分）が前記クーラント入口の反対側の前記バッテリパックケースの端部から前記クーラント入口にかけて拡げられるように、前記ユニットセルのスタックの頂面に対して傾斜した傾斜面があることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
【請求項３】
前記傾斜面は、３°から８°の傾斜角度となっていることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリパック。
【請求項４】
前記クーラント入口は、前記ユニットセルのスタックの長さに対応する前記バッテリパックケースの長さの５％から２５％に相当する幅があることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
【請求項５】
前記クーラント入口の反対側の前記バッテリパックケースの前記端部は、前記ユニットセルのスタックの前記頂面から、前記ユニットセルのスタックの高さの１０％以下に相当する高さの間隔があけられていることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリパック。
【請求項６】
前記クーラント入口の反対側の前記バッテリパックケースの前記端部は、前記ユニットセルのスタックの前記頂面から、１から１０ｍｍの高さの間隔があけられていることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリパック。
【請求項７】
前記クーラント入口又は前記クーラント出口は、前記クーラントが前記複数のバッテリセル又は前記複数のユニットモジュール間を通過した後に、前記クーラント入口を通って流入された前記クーラントを前記クーラント出口まで送るために前記クーラント入口又は前記クーラント出口に取り付けられたファンを有することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
【請求項８】
前記複数のユニットモジュールの各々は、２つ以上のバッテリセルと、互いに直列に接続されている前記バッテリセルの電極端子と、前記バッテリセルの外面のうちの前記バッテリセルの前記電極端子を除いた部分を覆うための一対の結合した被覆部材と、を備える構造となるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
【請求項９】
前記複数のユニットモジュールの各々は、金属材料からなる被覆部材の中に２つのバッテリセルが取り付けられる構造となるように構成されていることを特徴とする、請求項７に記載のバッテリパック。
【請求項１０】
請求項１に記載のバッテリパックを電源として備えることを特徴とする、自動車。
【請求項１１】
前記自動車が電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はプラグイン・ハイブリッド電気自動車であることを特徴とする、請求項１０に記載の自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い冷却効率を示すバッテリパックに関し、より具体的には、バッテリパックケースの上側部分及び下側部分にそれぞれ設けられたクーラント入口及びクーラント出口と、前記バッテリパックケースに形成されたクーラント流入部分及びクーラント流出部分とを備えるバッテリパックであって、前記クーラント出口は、前記クーラント入口を通って流入されるクーラントの流れ方向に対して少なくとも３０°の角度で横方向に屈曲され、バッテリパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、充放電可能な二次バッテリが、無線携帯機器用のエネルギー源として幅広く使用されている。また、二次バッテリは、化石燃料を使用する従来のガソリン車やディーゼル車が原因である大気汚染等の問題を解決するために開発された電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、及びプラグイン・ハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ-ｉｎ  Ｈｅｖ）のための電源として大きな注目を集めている。
【０００３】
小型の携帯機器は、各機器ごとに１つ又は数個のバッテリセルを使用する。一方、自動車等の中型または大型の機器には高出力且つ大容量が必要であるので、中型または大型の機器では、互いに電気的に接続された多数のバッテリセルを有するバッテリパックを使用する。
【０００４】
中型又は大型のバッテリパックは、できる限り小型で軽量になるように製造されることが好ましい。このため、通常は、高集積度で重ね合わせられると共に重量と容量との比率が小さい角柱形のバッテリ又はパウチ形状のバッテリが、バッテリパックのバッテリセルのとして使用される。特に、被覆部材としてアルミニウム積層シートを使用したパウチ形状のバッテリは、軽量であり、そして、その製造コストが安く、しかも、その形状の変更が容易であるので、現在、このようなパウチ形状のバッテリに多くの関心が集まっている。
【０００５】
中型又は大型のバッテリモジュールに、特定の装置や機器に必要な出力及び容量を提供するために、中型又は大型のバッテリモジュールは、多数のバッテリセルが互いに直列に電気的に接続されると共に複数のバッテリセルが外力に対して安定性がある構造となるように構成する必要がある。
【０００６】
また、このような中型又は大型のバッテリモジュールを構成するバッテリセルは、充放電可能な二次バッテリである。そのため、バッテリの充放電中に高出力且つ大容量の二次バッテリから大量の熱が発生する。ユニットセルの充放電中に複数のユニットセルから発生する熱が効率的に取り除かれない場合、各ユニットセルに熱が蓄積し、その結果、複数のユニットセルの劣化が促進される。場合によっては、複数のユニットセルが発火したり破裂したりすることがある。このため、高出力且つ大容量のバッテリである自動車用のバッテリパックには、バッテリパックに内蔵された複数のバッテリセルを冷却するために、冷却システムが必要である。
【０００７】
一方、多数のバッテリセルを備える中型又は大型のバッテリパックでは、いくつかのバッテリセルの性能の低下が、バッテリパック全体の性能の低下につながる。性能の不均一を引き起こす主な要因の１つには、複数のバッテリセル間における冷却の不均一がある。このため、流路の形状を最適化する構造を提供する必要があり、それにより、クーラントが流通する間の温度偏差が最小限に抑えられる。
【０００８】
いくつかの従来の中型又は大型のバッテリパックは、クーラント入口及びクーラント出口が互いに反対側の方向を向くようにクーラント入口及びクーラント出口がバッテリパックケースの上側部分及び下側部分にそれぞれ位置すると共に、クーラント入口からバッテリモジュールまで延びる流通空間の頂部及び底部が互いに平行する構造となるように構成されたバッテリパックケースを使用する。しかしながら、この構造では、クーラント出口に隣接した流路内におけるクーラントの流量は大幅に減少しており、その結果、複数のバッテリセル間の温度偏差が大きい。
【０００９】
この場合に関連して、エアガイド板とクーラント入口との間の間隔が拡大されながらエアガイド板が複数のバッテリセルに近づくように、エアガイド板が、複数のバッテリセルに対向するバッテリパックケースの側面の方へ下向きに傾斜した構造となるように構成された中型又は大型のバッテリパックが開示されている。具体的には、エアガイド板が、複数のバッテリセルに対向するバッテリパックケースの側面に対して所定の角度で、例えば１５°から４５°の角度で傾斜していると共に、クーラント入口は平行に形成されており、それにより、クーラントがクーラント出口に隣接する流路の中に過剰に流入されるという現象の発生が抑制される。
【００１０】
しかしながら、本願の発明者は、上記した構造では所望の冷却の均一性を得ることができないことに気付き、特に、複数のバッテリセル間の温度偏差がクーラント出口の位置に応じて変わることを発見した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００５／０７４０５４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明は、上記した問題、及び、未だに解決されていない他の技術的問題を解決するために創作されたものである。
【００１３】
バッテリパックに関する大規模で徹底的な様々な研究及び実験の結果、本願の発明者は、クーラント出口が、クーラント入口を通って流入されるクーラントの流れ方向に対して特定の角度で横方向に屈曲されると、バッテリパックの冷却の均一性が高くなることを発見した。本発明は、これらの発見に基づいて完成された。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の１つの態様によれば、複数のバッテリセル、又は、各々が２つ以上のバッテリセルを内蔵して有する複数のユニットモジュールであって、直立形式又は上下逆さの形式で重ね合わせられるようにしてバッテリパックケース内に取り付けられた前記複数のバッテリセル又は前記複数のユニットモジュールを備えるバッテリパックにおいて、前記バッテリパックケースには、該バッテリパックケースの上側部分及び下側部分にクーラント入口及びクーラント出口が設けられており、前記複数のバッテリセル又は前記複数のユニットモジュール、すなわち複数のユニットセルを冷却するためのクーラントが、前記クーラント入口及びクーラント出口を通って、前記複数のユニットセルの重ね方向に対して垂直な方向に前記バッテリモジュールの一方側から他方側へ流通し、前記バッテリパックケースには、前記クーラント入口から前記バッテリモジュールまで延びる流通空間（クーラント流入部分）と、前記バッテリモジュールから前記クーラント出口まで延びる別の流通空間（クーラント流出部分）とがさらに設けられ、前記クーラント出口が、前記クーラント入口を通って流入される前記クーラントの流れ方向に対して少なくとも３０°の角度で横方向に屈曲している、バッテリパックの提供により、上記した及び他の目的が達成される。
【００１５】
従来のバッテリパックにおいて見られるようにクーラント入口及びクーラント出口が互いに反対方向を向くように、クーラント入口及びクーラント出口がそれぞれバッテリパックケースの上側部分及び下側部分に配置されている場合、クーラントは、クーラント出口に隣接する複数のバッテリセル又は複数のユニットモジュールの間に形成された流路に過剰に流入される。具体的には、吹き出しファンがクーラント入口に取り付けられている場合、クーラントは、送風機によってクーラント入口の反対側のバッテリパックケースの端面まで過剰に送られ、その結果、クーラント出口に隣接する複数のバッテリセル又は複数のユニットモジュールが過剰に冷却される。一方、吸引ファンがクーラント出口に取り付けられている場合、クーラント出口に隣接する流路内の陰圧が増大する。その結果、クーラントは、クーラント出口に隣接するクーラント流路の中に過剰に送られ、それにより、クーラント出口に隣接する複数のバッテリセル又は複数のユニットモジュールが過剰に冷却される。
【００１６】
この場合に関連して、本願の発明者は、クーラント出口がクーラント入口の反対側のバッテリパックケースの端面ではなくてバッテリパックケースの側面に位置している場合に、クーラントが各バッテリセルの間或いは各ユニットモジュールの間のクーラント流路の中を均一に流れることを発見した。
【００１７】
つまり、クーラント出口がクーラント入口の反対側のバッテリパックケースの端面ではなくて所定の角度で横方向に位置している場合、複数のバッテリセル又は複数のユニットモジュールの重ね方向に流入したクーラントは横方向に流出され、その結果、クーラント入口に隣接する複数のバッテリセル又は複数のユニットモジュールの間の流量とクーラント入口の反対側のバッテリパックケースの端面に隣接する複数のバッテリセル又は複数のユニットモジュールの間の流量との差が大幅に小さくなり、それにより、温度偏差が大幅に縮小される。
【００１８】
この場合に関連して、クーラント出口が、クーラント入口を通って流入されるクーラントの流れ方向に対して３０°未満の角度で横方向に屈曲している構造では、クーラント出口が、クーラント入口の反対側のバッテリパックケースの端面に位置する構造や、クーラント出口が、クーラント入口と同じ方向に形成されている構造に対して有意な差がないので、望ましくない。
【００１９】
好適な例では、前記クーラント出口が、前記クーラント入口を通って流入される前記クーラントの流れ方向に対して７０°から１１０°の角度で横方向に屈曲してもよい。
【００２０】
仮にクーラント出口が７０°未満の角度、或いは１１０°よりも大きい角度で屈曲されていると、クーラント出口とバッテリパックケースとのなす角度が小さい部分でのクーラント流出効率と、クーラント出口とバッテリパックケースとのなす角度が大きい部分でのクーラント流出効率とが、互いに異なる可能性がある。つまり、クーラントの流れ方向は、クーラント出口とバッテリパックケースとのなす角度が小さい部分において１１０°よりも大きい角度で屈折されると共に、クーラントの流れ方向は、クーラント出口とバッテリパックケースとのなす角度が大きい部分において７０°未満の角度で屈折される。その結果、クーラント流出効率は、互いに異なる可能性がある。これは、バッテリモジュールの対応領域における、クーラント流路を流れるクーラントの流量に影響を及ぼし、その結果、複数のバッテリセル又は複数のユニットモジュールの冷却の均一性が低下する。
【００２１】
上記の理由により、前記クーラント出口が、前記クーラント入口を通って流入される前記クーラントの流れ方向に対して９０°の角度で横方向に形成されてもよい。
【００２２】
前記クーラント流入部分の上端の内面には、前記クーラント流入部分が前記クーラント入口の反対側の前記バッテリパックケースの端部から前記クーラント入口にかけて拡げられるように、前記ユニットセルのスタックの頂面に対して傾斜した傾斜面が設けられてもよい。
【００２３】
クーラント流入部分の上端の内面がユニットセルのスタック又はユニットモジュールのスタックの頂面と平行する場合には、クーラント入口に隣接する流路内のクーラントの流量が大幅に減少し、その結果、複数のバッテリセルの間又は複数のユニットモジュールの間の温度偏差は拡大する。
【００２４】
一方、クーラント流入部分の上端の内面に傾斜面がある場合には、複数のバッテリセルの間又は複数のユニットモジュールの間の温度偏差を縮小させることができ、それにより、バッテリパックの性能の低下が防止される。
【００２５】
好適な例では、前記傾斜面は、３°から８°の傾斜角度となっていてもよい。
【００２６】
仮に傾斜した流入部分が３°未満の傾斜角度となっていると、その構造は、傾斜した流入部分が平行になっている構造と大きく相違しないので、複数のバッテリセルの間又は複数のユニットモジュールの間の温度偏差を効果的に縮小させることができない。一方、仮に傾斜した流入部分が８°よりも大きい傾斜角度となっていると、クーラント入口の幅が増大し、その結果、バッテリパックを小型に製造することができなくなる。また、クーラント入口の断面積が増大するほどクーラントの速度は低下する可能性があるため、クーラント入口に隣接する流路内のクーラントの流量は増加する可能性があり、これは望ましくない。
【００２７】
また、クーラント入口が、クーラント流入部分の上端の内面の角度よりも大きい角度で傾斜している場合、複数のバッテリセルの間又は複数のユニットモジュールの間の温度偏差をさらに縮小させることができる。クーラント入口は、２０°から８０°の傾斜角度になっていてもよい。
【００２８】
クーラント入口の幅は、クーラント流入部分の上端の内面が上記したような特別な傾斜構造となるように構成されている場合を除いて、複数のユニットセルの間の温度偏差に大きな影響を及ぼす。
【００２９】
前記クーラント入口が、前記ユニットセルのスタックの長さに対応する前記バッテリパックケースの長さの５％から２５％に相当する幅がある場合、それにより、機器の設置条件に応じて生じるクーラントの温度偏差をより効果的に縮小させることができる。クーラント入口は、ユニットセルのスタックの長さに対応するバッテリパックケースの長さの１０％から２０％に相当する幅があることが好ましい。
【００３０】
前記クーラント入口の反対側の前記バッテリパックケースの前記端部は、前記ユニットセルのスタックの前記頂面から、前記ユニットセルのスタックの高さの１０％以下に相当する高さの間隔があけられていてもよい。この構造によって、クーラント入口の反対側のバッテリパックケースの端面に到達するクーラントの量が適切に制限され、それにより、複数のユニットセルに対するクーラントの均一な分配がさらに向上される。
【００３１】
この場合、前記クーラント入口の反対側の前記バッテリパックケースの前記端部は、前記ユニットセルのスタックの前記頂面から、１から１０ｍｍの高さの間隔があけられてもよい。
【００３２】
その一方で、本発明に係るバッテリパックは、決定的な冷却効率（critical cooling efficiency）を持つ構造、すなわち、前記複数のユニットセルの前記重ね方向の前記バッテリパックケースの長さが、各ユニットセルの横方向における前記バッテリパックの長さよりも相対的に大きい構成に適用されることが好ましい。
【００３３】
前記クーラント流出部分は、前記ユニットセルのスタックの底面に対して均一な高さとなっていてもよい。つまり、ユニットセルのスタックに面するクーラント流出部分の底面がユニットセルのスタックの底面と同じ高さになっていてもよい。あるいは、クーラント流出部分の構造が、クーラントの流出効率を向上させるために部分的に変化していてもよい。
【００３４】
好適な例では、前記クーラント入口又は前記クーラント出口は、前記クーラントが前記バッテリモジュールを通過した後に、前記クーラント入口を通って流入された前記クーラントを前記クーラント出口まで送るために前記クーラント入口又は前記クーラント出口に取り付けられたファンを有していてもよい。
【００３５】
具体的には、ファンは、クーラントをバッテリモジュールに送り込むためにクーラント入口に取り付けられた吹き出しファン、又は、バッテリモジュールからクーラントを吸引するためにクーラント出口に取り付けられた吸引ファンであってもよい。吹き出しファン及び吸引ファンは一緒に使用されてもよい。
【００３６】
前記複数のユニットモジュールの各々は、２つ以上のバッテリセルと、互いに直列に接続されている前記バッテリセルの電極端子と、前記バッテリセルの外面のうちの前記バッテリセルの前記電極端子を除いた部分を覆うための一対の結合したモジュールハウジングと、を備える構造となるように構成されてもよい。
【００３７】
モジュールハウジングは、機械的強度が低いバッテリセルを保護しつつ、複数のバッテリセルの充放電中の複数のバッテリセルの反復する伸縮変形を抑制し、それにより、複数のバッテリセルの密封領域間の分離を防止する。
【００３８】
モジュールハウジングの構造は、バッテリセルがモジュールハウジングの中に取り付けられる限りにおいて特に限定されない。限定されない一例では、モジュールハウジングは、バッテリセルのスタックの外形に対応する内部構造を有してもよい。特に、一対のモジュールハウジングは、追加の締結部材を使用せずに締結するような組立式に互いに結合されてもよい。
【００３９】
好適な例では、前記複数のユニットモジュールの各々は、金属材料からなる前記モジュールハウジングの中に２つのバッテリセルが取り付けられる構造となるように構成されてもよい。
【００４０】
バッテリセルは、二次バッテリが重ね合わせられてバッテリモジュールが構築されたときに二次バッテリ全体の大きさが最小限となるような、厚さが薄く且つ比較的に幅及び長さが大きい二次バッテリである。好適な例では、各バッテリセルは、樹脂層及び金属層を含む積層シートで作られたバッテリケース内に電極アセンブリが取り付けられると共に、バッテリケースの上端及び下端から複数の電極端子が突出した構造となるように構成された二次バッテリであってもよい。具体的には、各バッテリセルは、アルミニウム製の積層シートで作られたパウチ形状のバッテリケース内に電極アセンブリが取り付けられた構造となるように構成されてもよい。上述した構成を持つ二次バッテリは、パウチ形状のバッテリセルと称することもできる。
【００４１】
パウチ形状のバッテリセルのセルケースは様々な構造を有するように構成されてもよい。例えば、パウチ形状のバッテリセルのケースは、電極アセンブリが、２つ一組の部材の上側内面若しくは下側内面又はその両方に形成された受容部分に受容されると共に、上側と下側の接触領域が密封される構造を有するように構成されてもよい。上述した構成を持つパウチ形状のバッテリセルは、本特許出願の出願人の名において出願された国際出願番号ＰＣＴ／ＫＲ２００４／００３３１２に開示されている。上記国際出願の開示は、本願で完全に明記したかのように、参照することにより本願に含まれる。
【００４２】
電極アセンブリは、複数のカソード及び複数のアノードを備えており、複数のカソード及び複数のアノードによってバッテリの充放電が可能である。電極アセンブリは、複数のカソードと複数のアノードとの間にそれぞれセパレータが配置されつつ複数のカソード及び複数のアノードが重ね合わせられた構造を有するように構成されてもよい。例えば、電極アセンブリは、ジェリーロール型の構造、スタック型の構造、又はスタック/折り畳み型の構造を有するように構成されてもよい。電極アセンブリのカソード及びアノードは、カソードの電極タブ及びアノードの電極タブがバッテリから直接外へ突出されるように構成されてもよい。あるいは、電極アセンブリのカソード及びアノードは、カソードの電極タブ及びアノードの電極タブが追加のリード線に接続され、そのリード線がバッテリから外へ突出されるように構成されてもよい。
【００４３】
１つのバッテリモジュール内において複数のバッテリセルが互いに直列に若しくは並列に、又はその両方で接続されてもよく、或いは、１つのバッテリモジュールの複数のバッテリセルが別のバッテリモジュールの複数のバッテリセルに対して直列に若しくは並列に、又はその両方で接続されてもよい。好適な例では、多数のバッテリモジュールは、複数のバッテリセルの電極端子が次々に互いに隣接するように複数のバッテリセルが長手方向に直列に配置された状態で複数のバッテリセルの電極端子を互いに結合し、複数のバッテリセルが重ね合わせられるように２つ以上のバッテリセルを屈曲させ、重ね合わせられた所定の数のバッテリセルをモジュールハウジングを使用して被覆することによって製造されてもよい。
【００４４】
複数の電極端子間の結合は、例えば溶接やはんだ付け、機械的結合等の様々な手段によって達成されてもよい。好ましくは、複数の電極端子間の結合は、溶接によって達成される。
【００４５】
バッテリセルの密封された外縁部分のうちの密封された側部は、モジュールハウジングの内側形状と概ね一致させるために、屈曲されてもよい。その結果、空間利用が向上し、それにより、小型のバッテリモジュールを製造することができる。
【００４６】
上述したように電極端子がバッテリセルの上端及び下端から外へ突出している構造では、仮に奇数の数のバッテリセルが互いに直列に接続されると、複数の電極端子が各ユニットモジュールにおいて複数のバッテリセルの両端に位置し、その結果、後続処理が容易に行われない。従って、偶数の数のバッテリセルが互いに直列に接続されることが好ましい。
【００４７】
また、モジュールハウジングは、その外縁に複数の突起部が設けられてもよく、それにより、複数のモジュールハウジングが重ね合わせられたときに流路が設けられる。複数のユニットモジュールが重ね合わせられると、複数の突起部が互いに接触した状態となり、それにより、クーラントが流通する流路が複数の突起部の間に形成される。
【００４８】
別の好適な例では、電極が外へ突出するバッテリセルの部分に対応するモジュールハウジングの部分は、モジュールハウジングのその他の部分よりも低く、それにより、電極が外へ突出するバッテリセルの部分が固定される。
【００４９】
バッテリセルは、バッテリセルが充放電可能な二次バッテリである限りにおいて特に限定されない。好ましくは、複数のバッテリセルはリチウム二次バッテリであり、複数のリチウム二次バッテリは、重量に対する出力又は容量の比率が高い。
【００５０】
本発明の別の態様によれば、設置スペースが限定されると共に頻繁な振動及び強い衝撃を受ける電源として、上述した構成を持つバッテリパックを使用する自動車が提供される。
【００５１】
好適な例では、自動車は、高出力及び大容量が求められる電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はプラグイン・ハイブリッド電気自動車であってもよい。
【００５２】
勿論、自動車の電源として使用されるバッテリパックは、要求される出力及び容量に基づいて組み合わされると共に製造されることができる。
【００５３】
この場合、自動車は、バッテリパックが自動車のトランクの下端に、又は自動車の後部座席とトランクとの間に設置される電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はプラグイン・ハイブリッド電気自動車であってもよい。
【００５４】
電源としてバッテリパックを使用する電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はプラグイン・ハイブリッド電気自動車は、本発明が属する技術分野において周知であるので、その詳細な説明については省略する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
本発明の上記又は他の目的、特徴及び他の効果は、添付図面と併せて下記の詳細な説明によって更に明確になるだろう。
【００５６】
【図１】図１は、クーラント流入部分の上端が傾斜した構造となるように構成された従来のバッテリパックを示す縦断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るバッテリパックを示す斜視図である。
【図３】図３は、クーラント流入部分が平行する構造となるように構成された従来のバッテリパックを示す典型的な透過図である。
【図４】図４は、本発明の別の実施形態に係るバッテリパックを示す典型的な透過図である。
【図５】図５は、図３及び４のバッテリパックにおける複数のユニットモジュール間の温度偏差の測定結果を示すグラフである。
【図６】図６は、クーラント流入部分の上端が傾斜した構造となるように構成された従来のバッテリパックを示す典型的な透過図である。
【図７】図７は、本発明の更なる実施形態に係るバッテリパックを示す典型的な透過図である。
【図８】図８は、図６及び７のバッテリパックにおける複数のユニットモジュール間の温度偏差の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲が例示された実施形態に限定されないことに留意すべきである。
【００５８】
図１は、クーラント流入部分の上端が傾斜した構造となるように構成された従来のバッテリパックを示す縦断面図である。
【００５９】
図１を参照すると、バッテリパック１００は、多数のユニットモジュール１３０が互いに電気的に接続されるように重ね合された構造となるように構成されたバッテリモジュール１３２と、中にバッテリモジュール１３２が取り付けられたパックケース１７０と、クーラント入口１１０からバッテリモジュール１３２まで延びる流通空間であるクーラント流入部分１４０と、バッテリモジュール１３２からクーラント出口１２０まで延びる流通空間であるクーラント流出部分１５０と、を備える。
【００６０】
クーラント入口１１０を通って流入されるクーラントは、クーラント流入部分１４０、及び、複数のユニットモジュール１３０のそれぞれの間に形成された流路１６０を通って流通する。
このとき、クーラントは、複数のユニットモジュール１３０を冷却する。その後、クーラントは、クーラント流出部分１５０を通って流通した後、クーラント出口１２０からパックケースの外へ流出される。
【００６１】
クーラント入口１１０及びクーラント出口１２０はそれぞれ、クーラントが複数のユニットモジュール１３０の重ね方向に対して垂直な方向にバッテリモジュール１３２の一方側から他方側へ流通するように、パックケース１７０の上側部分及び下側部分に互いに反対方向に形成されている。クーラント流入部分１４０の上端１４２は傾斜している。
【００６２】
上記した構成では、クーラント流入部分１４０の上端が平行である構造に比べて、クーラントの分配が改善される。しかしながら、クーラント入口１１０に隣接する複数のユニットモジュールの間の流路の中に、比較的少量のクーラントが流入されるのに対して、クーラント出口１２０に隣接する複数のユニットモジュールの間の流路の中に、比較的多量のクーラントが流入される。その結果、複数のユニットモジュール１３０は均一に冷却されず、よって、クーラント出口１２０に隣接する複数のユニットモジュールとクーラント入口１１０に隣接する複数のユニットモジュールとの間に温度偏差が生じる。
【００６３】
図２は、本発明の実施形態に係るバッテリパックを典型的に示す斜視図である。
【００６４】
図２を参照すると、バッテリパック２００は、多数のユニットモジュール（図示しない）が互いに電気的に接続されるように重ね合された構造となるように構成されたバッテリモジュール２３２と、中にバッテリモジュール２３２が取り付けられたパックケース２７０と、クーラント入口２１０からバッテリモジュール２３２まで延びる流通空間であるクーラント流入部分２４０と、バッテリモジュール２３２からクーラント出口２２０まで延びる流通空間であるクーラント流出部分２５０と、を備える。クーラント流入部分２４０の上端は傾斜している。クーラント出口２２０は、クーラント入口２１０を通って流入されるクーラントの流れ方向に対して９０°の角度で横方向に形成されている。
【００６５】
上記した構成では、クーラント出口が、ユニットモジュールの重ね方向におけるバッテリモジュール２３２の中間に位置する。したがって、パックケース２７０の複数のユニットモジュール（図示しない）のそれぞれの間に形成された流路（図示しない）の位置に応じたクーラントの流量の差を小さくすることができる。
【００６６】
特に、この現象は、バッテリモジュール２３２からクーラントを吸引するために吸引ファン（図示しない）がクーラント出口２２０に取り付けられる場合に、より有効である。
クーラントが吸引ファンによって吸引されると、複数のユニットモジュールのそれぞれの間の流路内の陰圧の偏差は上記構造においてほとんど無く、よって、複数の流路のそれぞれの流量の偏差は縮小される。
【００６７】
図３は、クーラント流入部分の上端が平行する構造となるように構成された従来のバッテリパックを典型的に示す透過図であり、図４は、本発明の別の実施形態に係るバッテリパックを典型的に示す透過図であり、図５は、バッテリパックにおける複数のユニットモジュール間の温度偏差の測定結果を示すグラフである。
【００６８】
図３を参照すると、バッテリパック３００は、クーラント入口３１０からバッテリモジュール３３２まで延びる流通空間であるクーラント流入部分３４０と、バッテリモジュール３３２からクーラント出口３２０まで延びる流通空間であるクーラント流出部分３５０と、を備える。クーラント流入部分３４０の上端は、バッテリモジュール３３２と平行している。クーラント入口３１０とクーラント出口３２０はそれぞれ、パックケースの上側部分及び下側部分に互いに反対方向に形成されている。
【００６９】
図４を参照すると、バッテリパック４００は、クーラント入口４１０からバッテリモジュール４３２まで延びる流通空間であるクーラント流入部分４４０と、バッテリモジュール４３２からクーラント出口４２０まで延びる流通空間であるクーラント流出部分４５０と、を備える。クーラント流入部分４４０の上端は、バッテリモジュール４３２と平行している。クーラント出口４２０は、クーラント入口４１０を通って流入されるクーラントの流れ方向に対して９０°の角度で横方向に形成されている。
【００７０】
図３及び４と共に図５を参照すると、図３及び４のバッテリパック３００、４００のパックケース（図示しない）の中で重ね合わせられた複数のユニットモジュールの温度の測定結果であって、クーラント入口３１０、４１０に隣接するユニットモジュールからクーラント出口３２０、４２０に隣接するユニットモジュールまでの温度の測定結果が示されている。つまり、ユニットモジュールの番号１は、各々のクーラント入口３１０、４１０に隣接するユニットモジュールを示しており、ユニットモジュールの番号２４は、各々のクーラント出口３２０、４２０に隣接するユニットモジュールを示している。
【００７１】
温度測定試験は、複数のバッテリセルに所定の負荷がかけられると共に外部温度が室温に維持された環境下で行われた。
【００７２】
試験結果によると、バッテリパック３００の複数のユニットモジュール間の温度偏差が約９℃であったことが分かった。一方、本発明の実施形態に係るバッテリパック４００の複数のユニットモジュール間の温度偏差は、約３℃であった。つまり、本発明の実施形態に係るバッテリパック４００の冷却の均一性は、従来のバッテリパック３００の冷却の均一性よりも約３倍高い。
【００７３】
図６は、クーラント流入部分の上端が傾斜した構造となるように構成された従来のバッテリパックを示す典型的な透過図であり、図７は、本発明の更なる実施形態に係るバッテリパックを示す典型的な透過図であり、図８は、バッテリパックにおける複数のユニットモジュール間の温度偏差の測定結果を示すグラフである。
【００７４】
図６を参照すると、バッテリパック５００は、クーラント入口５１０からバッテリモジュール５３２まで延びる流通空間であるクーラント流入部分５４０と、バッテリモジュール５３２からクーラント出口５２０まで延びる流通空間であるクーラント流出部分５５０と、を備える。クーラント流入部分５４０の上端は、傾斜している。クーラント入口５１０とクーラント出口５２０はそれぞれ、パックケース（図示しない）の上側部分及び下側部分に互いに反対方向に形成されている。
【００７５】
図７を参照すると、バッテリパック６００は、クーラント入口６１０からバッテリモジュール６３２まで延びる流通空間であるクーラント流入部分６４０と、バッテリモジュール６３２からクーラント出口６２０まで延びる流通空間であるクーラント流出部分６５０と、を備える。クーラント流入部分６４０の上端は、傾斜している。クーラント出口６２０は、クーラント入口６１０を通って流入されるクーラントの流れ方向に対して９０°の角度で横方向に形成されている。
【００７６】
図６及び７と共に図８を参照すると、図６及び７のバッテリパック５００、６００のパックケース（図示しない）の中で重ね合わせられた複数のユニットモジュールの温度の測定結果であって、クーラント入口５１０、６１０に隣接するユニットモジュールからクーラント出口５２０、６２０に隣接するユニットモジュールまでの温度の測定結果が示されている。つまり、ユニットモジュールの番号１は、各々のクーラント入口５１０、６１０に隣接するユニットモジュールを示しており、ユニットモジュールの番号２４は、各々のクーラント出口５２０、６２０に隣接するユニットモジュールを示している。
【００７７】
温度測定試験は、複数のバッテリセルに所定の負荷がかけられると共に外部温度が室温に維持された環境下で行われた。
【００７８】
試験結果によると、バッテリパック５００の複数のユニットモジュール間の温度偏差が約３℃であったことが分かり、これは、バッテリパック５００が図３のバッテリパック３００の冷却効率よりも高い冷却効率を示すことを表している。一方、本発明の実施形態に係るバッテリパック６００の複数のユニットモジュール間の温度偏差は、約１℃であった。つまり、本発明の実施形態に係るバッテリパック６００の冷却の均一性は、従来のバッテリパック５００の冷却の均一性よりも約３倍高い。
【００７９】
本発明の好適な実施形態は、例示目的で記載されているが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に記載されたような発明の範囲及び精神から逸脱せずに、様々な変更、追加及び置換が可能であると分かるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
上記した説明から分かるように、本発明に係るバッテリパックは、複数のバッテリセル間の冷却偏差が縮小されるという作用があり、それにより、複数のバッテリセル間の冷却の均一性が向上し、よって、バッテリパックの性能が向上する。
【符号の説明】
【００８１】
１００・・・バッテリパック
１３０・・・ユニットモジュール
１３２・・・バッテリモジュール
１７０・・・パックケース
１１０・・・クーラント入口
１４０・・・クーラント流入部分
１２０・・・クーラント出口
１５０・・・クーラント流出部分
１６０・・・流路
２００・・・バッテリパック
２３２・・・バッテリモジュール
２７０・・・パックケース
２１０・・・クーラント入口
２３２・・・バッテリモジュール
２４０・・・クーラント流入部分
２２０・・・クーラント出口
２５０・・・クーラント流出部分
３００・・・バッテリパック
３１０・・・クーラント入口
３３２・・・バッテリモジュール
３４０・・・クーラント流入部分
３２０・・・クーラント出口
３５０・・・クーラント流出部分
４００・・・バッテリパック
４１０・・・クーラント入口
４３２・・・バッテリモジュール
４４０・・・クーラント流入部分
４２０・・・クーラント出口
４５０・・・クーラント流出部分
５００・・・バッテリパック
５１０・・・クーラント入口
５３２・・・バッテリモジュール
５４０・・・クーラント流入部分
５２０・・・クーラント出口
５５０・・・クーラント流出部分
６００・・・バッテリパック
６１０・・・クーラント入口
６３２・・・バッテリモジュール
６４０・・・クーラント流入部分
６２０・・・クーラント出口
６５０・・・クーラント流出部分
【図１】
0005866373.tif 000002
【図２】
0005866373.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
0005866373.tif 000007
【図５】
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【図８】
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