(57)【要約】【課題】本発明は，二次電池モジュールを構成する単位電池の温度制御を効率的に行える二次電池モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】間隔をおいて，配列される複数の単位電池１１を含む二次電池モジュール１０において，単位電池１１の間に，単位電池１１で発生する熱を放熱させる放熱プレート２０が設置され，放熱プレート２０の少なくとも一側面に冷却媒体が流通する少なくとも一つ以上のクーリングチャンネル２１が形成される二次電池モジュールが提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔をおいて，配列される複数の単位電池を含む二次電池モジュールにおいて，
前記単位電池の間に，前記単位電池で発生する熱を放熱させる放熱プレートが設置され，前記放熱プレートの少なくとも一側面に冷却媒体が流通する少なくとも一つ以上のクーリングチャンネルが形成されることを特徴とする，二次電池モジュール。
【請求項２】
前記放熱プレートの前記一側面は，前記単位電池の一側面と接して，
前記放熱プレートの少なくとも一端は，前記単位電池の外側に突出することを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
【請求項３】
前記放熱プレートは，アルミニウム，アルミニウム合金，または金属複合材から選択される材質で形成されることを特徴とする，請求項１または２に記載の二次電池モジュール。
【請求項４】
前記クーリングチャンネルは，前記放熱プレートの前記一側面において，一側周縁から他側周縁に向かって延長される溝形状に形成されることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池モジュール。
【請求項５】
前記クーリングチャンネルの幅方向に沿った断面形状は，四角形，台形，または半円形から選択されるいずれか一つであることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池モジュール。
【請求項６】
前記クーリングチャンネルは，前記放熱プレートの両側面に形成されることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池モジュール。
【請求項７】
前記クーリングチャンネルは，前記放熱プレートの前記両側面において，同一方向に沿って形成されることを特徴とする，請求項６に記載の二次電池モジュール。
【請求項８】
前記クーリングチャンネルは，前記放熱プレートの前記両側面において，互いに異なる方向に沿って形成されることを特徴とする，請求項６に記載の二次電池モジュール。
【請求項９】
前記クーリングチャンネルは，前記放熱プレートの内部を貫通するように形成されることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池モジュール。
【請求項１０】
前記クーリングチャンネルは，前記放熱プレートの前記一側面において，前記一側周縁および前記他側周縁で少なくとも１回以上屈曲される構造で形成されることを特徴とする，請求項４〜８のいずれかに記載の二次電池モジュール。
【請求項１１】
前記クーリングチャンネルは，前記放熱プレートの前記一側面において，前記一側周縁および前記他側周縁で少なくとも１回以上１８０°に屈曲される構造で形成されることを特徴とする，請求項１０に記載の二次電池モジュール。
【請求項１２】
前記放熱プレートは，互いに隣接する前記単位電池の間ごとに介在されることを特徴とする，請求項１〜１１のいずれかに記載の二次電池モジュール。
【請求項１３】
前記放熱プレートは，連続して配置される少なくとも二つ以上の前記単位電池を間において配置されることを特徴とする，請求項１〜１１のいずれかに記載の二次電池モジュール。
【請求項１４】
前記放熱プレートに供給される前記冷却媒体は，空気であることを特徴とする，請求項１〜１３のいずれかに記載の二次電池モジュール。
【請求項１５】
前記放熱プレートに供給される前記冷却媒体は，冷却水であることを特徴とする，請求項１〜１３のいずれかに記載の二次電池モジュール。
【請求項１６】
前記二次電池モジュールは，モータ駆動用であることを特徴とする，請求項１〜１５のいずれかに記載の二次電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，二次電池に関し，より詳しくは，複数の単位電池を連結して構成される二次電池モジュールの冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｂａｔｔｅｒｙ）は，充電が不可能な一次電池とは異なって，充電および放電が可能な電池である。一つのセルからなる低容量二次電池は，携帯電話機やノートパソコン，キャムコーダーなどの携帯が可能な小型電子機器に使用される。複数のセルがパック形態に連結された大容量二次電池は，ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。
【０００３】
このような二次電池は，多様な形状に製造されているが，代表的な形状としては，円筒型，角型がある。そして，このような二次電池は，大きな電力を必要とする電気自動車などのモータ駆動用に使用することができるように，直列に連結して，大容量の二次電池モジュールを構成する。
【０００４】
二次電池モジュールは，通常，直列に連結される複数の二次電池（以下，明細書全体を通して，説明の便宜上，‘単位電池’とする）から構成される。各々単位電池は，正極および負極がセパレータを間において位置する電極組立体と，電極組立体が内蔵される空間部が形成されたケースと，ケースに結合されて，これを密閉するキャップ組立体と，キャップ組立体から突出して，電極組立体に形成された正極または負極と電気的に連結される正極端子および負極端子とを含む。
【０００５】
そして，単位電池は，通常の角型電池の場合，隣接する単位電池の正極端子および負極端子の間にナットを媒介に導電体を連結設置して，二次電池モジュールを構成するようになる。
【０００６】
一方，単位電池は，充電および放電を繰り返すことによって，内部で多量の熱が発生するようになる。そして，二次電池モジュールは，数個から，多くは数十個の単位電池が連結されて構成されるので，各単位電池で発生する熱を容易に放熱することができなければならない。二次電池モジュールの放熱特性は，電池の性能を左右する非常に重要な要素である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし，従来の二次電池モジュールのように，放熱がうまく行われない場合，単位電池で発生する熱は，二次電池モジュールの内部の温度上昇をもたらして，結果的に二次電池モジュールの性能を低下させる。特に，二次電池モジュールが電動掃除機，電動スクーター，または自動車用（電気自動車またはハイブリッド電気自動車）のモータ駆動用の大容量二次電池として適用される場合，二次電池モジュールは，大きな電流が充放電されるので，使用状態によって単位電池の内部反応によって熱が発生して，相当な温度まで上昇するようになる。これは，二次電池モジュールの固有の特性に影響を与えて，二次電池モジュールの固有の性能を低下させるようになる。従って，放熱は特に重要であるといえる。
【０００８】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，二次電池モジュールを構成する単位電池の温度制御を効率的に行うことができる二次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】
【０００９】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，間隔をおいて，配列される複数の単位電池を含む二次電池モジュールにおいて，単位電池の間に，単位電池で発生する熱を放熱する放熱プレートが設置され，放熱プレートの少なくとも一側面に冷却媒体が流通する少なくとも一つ以上のクーリングチャンネルが形成される二次電池モジュールが提供される。
【００１０】
本発明によれば，二次電池モジュールに含まれる複数の単位電池の間に，放熱プレートが配置され，放熱プレートの少なくとも一側面にクーリングチャンネルが形成されるので，単位電池で発生する熱を，放熱プレートと，放熱プレートのクーリングチャンネルを流通する冷却媒体とによって，効率良く冷却することができる。
【００１１】
放熱プレートは，板状の部材で形成され，放熱プレートの一側面が単位電池の一側面と接して，放熱プレートの少なくとも一端は，単位電池の外側を突出するように，所定の長さ延長されて形成されてもよい。従って，放熱プレートは，単位電池で発生する熱を外側に放熱させることができる。
【００１２】
また，放熱プレートは，単位電池で発生する熱の伝達を受けて，熱を外部に放熱させることができるように，熱伝導性の高い材質から形成されるのであれば，特に限定されず，アルミニウム，アルミニウム合金，または金属複合材から選択される材質で形成されてもよい。
【００１３】
ここで，放熱プレートの一側面に形成されるクーリングチャンネルは，所定の間隔をおいて形成されるのが好ましい。
【００１４】
また，クーリングチャンネルは，放熱プレートの一側面において，一側周縁から他側周縁に向かって延長される溝形状で形成されてもよい。クーリングチャンネルは，放熱プレートの一側面だけに形成されてもよいし，両側面に形成されてもよい。
【００１５】
クーリングチャンネルが放熱プレートの両側面に形成される場合，放熱プレートの各側面に形成されるクーリングチャンネルは，同一方向に沿って形成されてもよいし，互いに異なる方向に沿って形成されてもよい。
【００１６】
そして，クーリングチャンネルの幅方向に沿った断面形状は，四角形，台形，または半円形から選択されるいずれか一つで形成されてもよい。
【００１７】
また，クーリングチャンネルは，放熱プレートの内部を貫通する孔形状で形成されてもよい。
【００１８】
クーリングチャンネルは，放熱プレートの一側面において，一側周縁および他側周縁で少なくとも１回以上屈曲される構造で形成されてもよい。クーリングチャンネルは，放熱プレートの一側面において，一側周縁および他側周縁で少なくとも１回以上１８０°に屈曲される構造で形成されてよい。
【００１９】
一方，放熱プレートは，連続して積層される複数の単位電池において，互いに隣接する単位電池の間ごとに介在されてもよい。また，放熱プレートは，連続して配置される少なくとも二つ以上の単位電池を間において配置されてもよい。
【００２０】
ここで，放熱プレートに供給される冷却媒体は，空気であってよいし，また，冷却水であってよい。
【００２１】
また，二次電池モジュールは，ＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車），ＥＶ（電気自動車），無線掃除機，電動自転車，電動スクーターなどのようにモータを使用して作動する機器において，当該機器のモータを駆動するためのエネルギー源として使用することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば，二次電池モジュールの冷却が，放熱プレートだけでなく，放熱プレートに形成されるクーリングチャンネルを通じて，冷却媒体が流通することによっても行われるので，二次電池モジュールの放熱効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２４】
以下の説明では，二次電池モジュールの冷却方式に冷却媒体として，空気を例に挙げて説明する。もちろん，本発明の実施形態は，空気による冷却方式に限定されず，冷却媒体として，冷却水やその他の流体を使用することもできる。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は，本発明の第１実施形態に係る二次電池モジュールの構成を示す概略的な分解斜視図である。図１を参照すると，二次電池モジュール１０において，複数の単位電池１１が所定の間隔をおいて連続して配置され，互いに隣接する単位電池１１の間には，各々の単位電池１１で発生する熱を外部に放熱させるための放熱プレート２０が，放熱プレート２０の一側面を単位電池１１の全面に密着するように設置される。ここで，放熱プレート２０が密着する単位電池１１の全面とは，各々単位電池１１が対向する一側面である。図１で示すように，複数の単位電池１１は，各々一側面が対向するように連続して配置されるが，本発明の実施形態はこれに限定されない。
【００２６】
二次電池モジュール１０は，外部ケースを構成する別途のハウジング（図示せず）内に設置されることができる。この場合，ハウジングに供給される冷却用空気は，互いに隣接する単位電池１１の間に介在される放熱プレート２０を通過するようになって，この過程で，単位電池１１で発生した熱が交換される。そして，熱交換された空気がハウジングの外部に排出されることによって，最終的に単位電池１１で発生した熱を外部に放熱させることができる。
【００２７】
上記構造の二次電池モジュール１０において，本実施形態の放熱プレート２０は，少なくとも単位電池１１の全面に対応する大きさの板状の部材から構成され，互いに隣接する一対の単位電池１１の間に，一つの放熱プレート２０が設置される。
【００２８】
放熱プレート２０の一側面が，単位電池１１の一側面と接して，放熱プレート２０の少なくとも一端が単位電池１１の外側を所定の長さだけ突出するように形成される。放熱プレート２０の単位電池１１の外側に突出した部分は，冷却用空気と接して，単位電池１１から伝達される熱を放熱させる役割を果たす。
【００２９】
そして，放熱プレート２０の一側面の全体には，放熱プレート２０の一側周縁から他側周縁に向かって延長する溝形状に加工されるクーリングチャンネル２１が所定の間隔をおいて形成される。クーリングチャンネル２１は，略直線形状で放熱プレート２０の一側周縁から他側周縁まで連結されて形成される。
【００３０】
放熱プレート２０のクーリングチャンネル２１が形成される一側面が，単位電池１１の一側面と接して一つの流通路を構成し，この流通路を冷却用空気が流通するようになる。これにより，放熱プレート２０は，放熱プレート２０の放熱作用と共に，クーリングチャンネル２１を流通する冷却用空気による放熱作用によって，単位電池１１の冷却効果を高めることができる。
【００３１】
放熱プレート２０には，例えば，アルミニウム材質，アルミニウム合金，または金属複合材を使用することができ，単位電池１１で発生する熱の伝達を受けて，熱を外部に放熱させることができる熱伝導性の高い材質から構成されるのであれば，特に限定されない。
【００３２】
一方，本実施形態によれば，クーリングチャンネル２１の幅方向に沿った断面形状が，略四角形となるように形成される。しかし，これは，例示であり，本発明の実施形態は，これに限定されない。図２は，本発明の第１実施形態の変形形態となる二次電池モジュールの放熱プレートを示す側面図である。図３は，本発明の第１実施形態の他の変形形態となる二次電池モジュールの放熱プレートを示す側面図である。従って，図２に示すように，放熱プレート２３の一側面に形成されるクーリングチャンネル２４の幅方向に沿った断面形状が略台形に形成されてもよい。また，図３に示すように，放熱プレート２５の一側面に形成されるクーリングチャンネル２６の幅方向に沿った断面形状が略半円形に形成されてもよい。
【００３３】
（第２実施形態）
図４は，本発明の第２実施形態に係る二次電池モジュールの放熱プレートを示す側面図である。一方，本発明の第２実施形態によれば，図４に示すように，放熱プレート２７の内部を貫通するように，放熱プレート２７の両側端部を貫通する複数の孔２８が形成される。複数の孔２８は，クーリングチャンネルとして作用することができる。従って，冷却用空気は，孔２８を通じて流通しながら，放熱プレート２７に伝達される熱を外部に放熱させることができる。図４では，孔２８は，略四角形で形成されるが，略四角形以外にも，略多角形や略円形に形成されてもよい。ここで，放熱プレート２７の両側端部とは，放熱プレート２７の単位電池１１の一側面に密着する面に対して，両側に位置する側面となる。
【００３４】
（第３実施形態）
一方，図５は，本発明の第３実施形態に係る二次電池モジュールの放熱プレートを示す斜視図である。図６は，本発明の第３実施形態の変形形態となる二次電池モジュールの放熱プレートを示す斜視図である。図５を参照して説明すると，互いに隣接する単位電池１１の間に配置される放熱プレート３０の両側面に，複数のクーリングチャンネル３１が，所定の間隔をおいて溝形状に形成される。
【００３５】
そして，クーリングチャンネル３１は，放熱プレート３０の両側面において，同一方向に沿って形成される。例えば，クーリングチャンネル３１は，放熱プレート３０を幅方向に沿って形成される。
【００３６】
一方，図６に示すように，クーリングチャンネル３６，クーリングチャンネル３７は，放熱プレート３５の両側面において，互いに直交に交差する方向に形成されてもよい。つまり，放熱プレート３５の一側面に形成されるクーリングチャンネル３６は，放熱プレート３５を幅方向に沿って形成され，放熱プレート３５の他側面に形成されるクーリングチャンネル３７は，放熱プレート３５を長さ方向に沿って形成される。
【００３７】
従って，冷却用空気がいずれの方向に流動しても，放熱プレート３５の少なくとも一側面に形成されるクーリングチャンネル３６，クーリングチャンネル３７に冷却用空気が流通して，単位電池１１を冷却することができる。
【００３８】
（第４実施形態）
図７は，本発明の第４実施形態に係る二次電池モジュールの放熱プレートを示す斜視図である。図８は，本発明の第４実施形態の変形形態となる二次電池モジュールの放熱プレートを示す斜視図である。図７に示すように，放熱プレート４０の一側面の表面には，一側周縁および他側周縁で屈曲された構造のクーリングチャンネル４１が形成される。クーリングチャンネル４１は，放熱プレート４０の一側面において，放熱プレート４０の厚み方向に陥没した構造，つまり，凹んだ形状で，放熱プレート４０の一側周縁から他側周縁まで連続的に連結される構造で形成される。
【００３９】
クーリングチャンネル４１は，放熱プレート４０と十分な熱交換が行われるように，バンディングされて形成される。つまり，放熱プレート４０の一側周縁から他側周縁に形成されるクーリングチャンネル４１が，放熱プレート４０の他側周縁で約１８０°に屈曲される構造で形成される。そして，他側周縁で屈曲されるクーリングチャンネル４１は，再び放熱プレート４０の一側周縁まで連結されて，一側周縁で約１８０°に屈曲される。このように屈曲されるクーリングチャンネル４１は，放熱プレート４０の一側周縁から他側周縁まで連結されて形成されて，放熱プレートの両側周縁を連結する。このような構造で，クーリングチャンネル４１は，略Ｓ字形状に屈曲される構造で形成される。
【００４０】
従って，本実施形態のクーリングチャンネル４１は，少なくとも１回以上屈曲されるので，直線形状に形成されるクーリングチャンネルよりも長く形成される。このため，このクーリングチャンネル４１を流通する冷却用空気は，クーリングチャンネル４１を長時間にわたって流通することができる。従って，本実施形態のクーリングチャンネル４１は，より効率良く放熱プレート４０に伝達される熱を冷却することができる。本実施形態では，クーリングチャンネル４１は，放熱プレート４０の一側周縁および他側周縁で１回ずつ約１８０°に屈曲されるが，一側周縁および他側周縁で２回以上約１８０°に屈曲されてもよく，この場合，クーリングチャンネル４１の長さがより長くなるので，さらに効率良く放熱プレート４０に伝達される熱を冷却することができる。
【００４１】
一方，放熱プレート４０は，図７に示すように，一つの放熱プレート４０の一側面に，屈曲される一つのクーリングチャンネル４１が形成される構造で形成される。また，図８に示すように，一つの放熱プレート４５の一側面に屈曲されて形成される複数のクーリングチャンネル４６が形成されてもよい。
【００４２】
（第５実施形態）
図９は，本発明の第５実施形態に係る二次電池モジュールを示す部分側面図である。一方，放熱プレート２０の配列構造について見てみると，図９に示すように，放熱プレート２０は，二次電池モジュールを構成する全ての単位電池１１の両側面に設置されることができる。つまり，放熱プレート２０において，クーリングチャンネル２１が形成される一側面が単位電池１１の一側面に密着して，互いに隣接する単位電池１１の間には，二つの放熱プレート２０が設置される。
【００４３】
従って，互いに隣接する各々単位電池１１は，各々単位電池１１の両側面に接する各々放熱プレート２０に熱を伝達することができるようになる。従って，このように伝達される熱は，互いに隣接する単位電池１１の間に配置される各々放熱プレート２０に形成されるクーリングチャンネル２１を通じて放熱されて，速かに単位電池１１の温度を冷却させることができる。
【００４４】
（第６実施形態）
図１０は，本発明の第６実施形態に係る二次電池モジュールを示す部分側面図である。図１０によると，放熱プレート２０は，二つまたはそれ以上の単位電池１１ごとに一つずつ設置されることができる。このような構造は，少なくとも二つ以上の単位電池１１を間において配置される一対の放熱プレート２０に形成されるクーリングチャンネル２１による放熱特性をそのまま維持しながら，二次電池モジュール全体の放熱プレート２０の設置個数を減少させることができるようになるので，二次電池モジュールの体積を減少させることができるようになる。図１１は，図１に示す二次電池モジュール１０が，モータ５０と連結される状態を示す概略的なブロック図である。
【００４５】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二次電池モジュールの構成を示す概略的な分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の変形形態に係る二次電池モジュールの放熱プレートを示す側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の他の変形形態に係る二次電池モジュールの放熱プレートを示す側面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る二次電池モジュールの放熱プレートを示す側面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る二次電池モジュールの放熱プレートを示す斜視図である。
【図６】本発明の第３実施形態の変形形態に係る二次電池モジュールの放熱プレートを示す斜視図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る二次電池モジュールの放熱プレートを示す斜視図である。
【図８】本発明の第４実施形態の変形形態に係る二次電池モジュールの放熱プレートを示す斜視図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る二次電池モジュールを示す部分側面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る二次電池モジュールを示す部分側面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る二次電池モジュールがモータと連結された状態を示す概略的なブロック図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０      二次電池モジュール
１１      単位電池
２０，２３，２５，２７，３０，３５，４０，４５      放熱プレート
２１，２４，２６，３１，３６，３７，４１，４６      クーリングチャンネル
２８      孔
【図１】
2006278330.tif 000003
【図２】
2006278330.tif 000004
【図３】
2006278330.tif 000005
【図４】
2006278330.tif 000006
【図５】
2006278330.tif 000007
【図６】
2006278330.tif 000008
【図７】
2006278330.tif 000009
【図８】
2006278330.tif 000010
【図９】
2006278330.tif 000011
【図１０】
2006278330.tif 000012
【図１１】
2006278330.tif 000013