(57)【要約】【課題】複数の電池セルの温度勾配を低減することができる電池モジュールを提供する。【解決手段】複数の電池セル１０ａ〜１０ｆと、一方面側に電池セル１０ａ〜１０ｆが載置されるヒートシンク２０と、ヒートシンク２０に取り付けられ、冷却水が流通する流路部材３０と、を備え、ヒートシンク２０は、水平方向に接合されて熱伝導性を有する低熱伝導部２１及び高熱伝導部２２を備え、流路部材３０に対して相対的に近くに配置された低熱伝導部２１は、流路部材３０に対して相対的に遠くに配置された高熱伝導部２２よりも、熱伝導率が低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルと、
一方面側に前記電池セルが載置される熱伝導部材と、
前記熱伝導部材に取り付けられ、熱媒体が流通する流路部材と、を備え、
前記熱伝導部材は、水平方向に接合されて熱伝導性を有する複数の部材を備え、
前記流路部材に対して相対的に近くに配置された前記部材は、前記流路部材に対して相対的に遠くに配置された他の前記部材よりも、熱伝導率が低い
ことを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
複数の前記部材のそれぞれには、同じ数の前記電池セルが載置されている
ことを特徴とする電池モジュール。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電池モジュールにおいて、
前記熱伝導部材は、前記流路部材に相対的に近い低熱伝導部と、前記流路部材から相対的に遠い高熱伝導部とを備え、
前記低熱伝導部は、アルミニウムからなり、
前記高熱伝導部は、銅からなる
ことを特徴とする電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルの温度を均一化するための構造を有する電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車は、モータの電源となる電池モジュールを複数備えた電池パックを搭載している。電気自動車に搭載される電池モジュールは、走行に応じて電池セルの充放電が繰り返されて温度が上昇するため、冷却装置により冷却されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような電池モジュールは、電池ケース内に配置したヒートシンクに電池セルを載置し、ヒートシンクに冷却配管を取り付けた構造を有している。冷却配管に冷却水を流通させることで、ヒートシンクを介して電池セルが冷却される。
【０００４】
上記構成の電池モジュールの各電池セルは、冷却配管に近いほど温度が下がりやすいため、複数の電池セルに温度勾配が生じてしまう。このような温度勾配が生じると、冷却配管から遠い電池セルは十分に冷却されず、冷却配管から近い電池セルに比べて劣化が早く進む。電池モジュールに充電された電力で航続可能な距離は、最も劣化が進んだ電池セルの状態に依存するため、複数の電池セルの温度を均一にすることが望まれている。なお、冷却の場合のみならず電池を加熱する場合についても同様の問題が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４９９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複数の電池セルの温度勾配を低減することができる電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、複数の電池セルと、一方面側に前記電池セルが載置される熱伝導部材と、前記熱伝導部材に取り付けられ、熱媒体が流通する流路部材と、を備え、前記熱伝導部材は、水平方向に接合されて熱伝導性を有する複数の部材を備え、前記流路部材に対して相対的に近くに配置された前記部材は、前記流路部材に対して相対的に遠くに配置された他の前記部材よりも、熱伝導率が低いことを特徴とする電池モジュールにある。
【０００８】
第１の態様では、相対的に流路部材に近い方に低い熱伝導率の部材、相対的に流路部材から遠い方に高い熱伝導率の部材を備えた熱伝導部材を用いる。これにより、各部材に載置された電池セルの温度勾配を低減することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の電池モジュールにおいて、複数の前記部材のそれぞれには、同じ数の前記電池セルが載置されていることを特徴とする電池モジュールにある。
【００１０】
第２の態様では、各部材に載置された電池セルの温度勾配をより一層低減することができる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載の電池モジュールにおいて、前記熱伝導部材は、前記流路部材に相対的に近い低熱伝導部と、前記流路部材から相対的に遠い高熱伝導部とを備え、前記低熱伝導部は、アルミニウムからなり、前記高熱伝導部は、銅からなることを特徴とする電池モジュールにある。
【００１２】
第３の態様では、各部材に載置された電池セルの温度勾配をより一層低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の電池セルの温度勾配を低減することができる電池モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係る電池モジュールの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る電池モジュールの側面図である。
【図３】従来の電池セルの温度分布を示す図である。
【図４】実施形態１に係る電池セルの温度分布を示す図である。
【図５】実施形態２に係る電池モジュールの側面図である。
【図６】実施形態２に係る電池セルの温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
【００１６】
〈実施形態１〉
図１は電池モジュールの分解斜視図であり、図２は電池モジュールの側面図である。本実施形態に係る電池モジュール１は、複数の電池セル１０と、熱伝導部材の一例であるヒートシンク２０と、流路部材３０とを備えている。通常、複数個の電池モジュール１がケース（図示せず）に収容されて電池パックを構成し、電池パックは電動自動車やハイブリッド自動車に搭載される。
【００１７】
電池セル１０は、一方向（Ｘ方向）に沿って複数個（本実施形態では６個）並設されている。各電池セルには、流路部材３０に近い方から順に符号として１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆを付す。複数の電池セル１０ａ〜１０ｆを区別しない場合は、電池セル１０と称する。
【００１８】
電池セル１０としては、特に限定はないが、例えば、ニッケル−水素バッテリ、リチウムイオンバッテリなどの二次電池を用いることができる。また、電池セル１０には、上部に端子１１が設けられており、図示しないバスバーにより並列又は直列接続されており、電池モジュールを構成している。
【００１９】
ヒートシンク２０は、一方面側（図２のＺ方向の上側）に電池セル１０が載置され、電池セル１０の熱を放熱及び吸熱する部材である。本実施形態では、ヒートシンク２０は矩形状の平板部材からなる。なお、本発明は、電池セル１０がヒートシンク２０に直接的に載置される構成の他に、電池セル１０が他の部材を介してヒートシンク２０に間接的に載置される構成も含む。後者の構成においては、間に介在する部材は熱伝導率が高いもの（例えば、ヒートシンク２０の熱伝導率と同等以上）とすることが好ましい。
【００２０】
ヒートシンク２０は、水平方向に接合された複数の部材よりなる。本実施形態では、複数の部材として、低熱伝導部２１と、高熱伝導部２２とを備える。低熱伝導部２１及び高熱伝導部２２は、矩形状の平板部材からなり、低熱伝導部２１には電池セル１０ａ〜１０ｃが載置され、高熱伝導部２２には電池セル１０ｄ〜１０ｆが載置されている。
【００２１】
低熱伝導部２１は、流路部材３０に対して相対的に近くに配置され、高熱伝導部２２は、流路部材３０に対して相対的に遠くに配置されている。換言すれば、低熱伝導部２１は、他の部材である高熱伝導部２２よりも流路部材３０の近くに配置されている。これらの低熱伝導部２１と、高熱伝導部２２とは、水平方向に接合されて一体的な平板状のヒートシンク２０を形成している。図２に示すように、低熱伝導部２１と高熱伝導部２２とは、ほぼ同じ厚さとしてあり、ヒートシンク２０全体の厚さは、ほぼ均一となっている。
【００２２】
相対的に流路部材３０の近くに配置された低熱伝導部２１は、相対的に流路部材３０から遠くに配置された高熱伝導部２２よりも熱伝導率が低い。本実施形態では、低熱伝導部２１はアルミニウムからなり、高熱伝導部２２は銅からなる。
【００２３】
本実施形態のヒートシンク２０は、アルミニウムからなる低熱伝導部２１及び銅からなる高熱伝導部２２からなるが、もちろん、異なる材料から構成されていてもよい。少なくとも、流路部材３０に近い低熱伝導部２１の熱伝導率が流路部材３０から遠い高熱伝導部２２の熱伝導率よりも低い材料から構成されていればよい。これらの低熱伝導部２１、及び高熱伝導部２２の材料としては、アルミニウム、銅の他に、銀、ニッケル、鉄、ステンレスなどの金属材料を用いることができる。
【００２４】
このような低熱伝導部２１と高熱伝導部２２との接合方法については、公知の方法を適用できるので詳細は省略する。一例としては、平板状のアルミニウムと銅とを溶接により接合することでヒートシンク２０を形成できる。また、ボルトやリベットなどの締結手段により複数の部材を接合してもよい。
【００２５】
流路部材３０は、熱媒体として冷却水が流通する管状部材であり、流路部材３０の全体としては、複数の電池モジュール１に亘って環状に設けられている。換言すれば、環状の流路部材３０の一部に、各電池モジュール１のヒートシンク２０が取り付けられている。また、ヒートシンク２０が取り付けられる流路部材３０の一部は、電池セル１０が並設された方向（Ｘ方向）とは直交するＹ方向に沿って配置されている。
【００２６】
また、特に図示しないが、流路部材３０には、ラジエータやポンプなどの装置が設けられている。このような構成により、ラジエータで冷却された冷却水は、流路部材３０を流通し、再びラジエータで冷却するように循環している。なお、上記ラジエータやポンプ等は、電池モジュールのケースに収容されている。
【００２７】
上述した構成の電池モジュール１では、各電池セル１０で生じた熱は、ヒートシンク２０を介して流路部材３０の冷却水により放熱及び吸熱される。ここで、ヒートシンク２０は、相対的に流路部材３０に近い低熱伝導部２１は、相対的に流路部材３０に遠い高熱伝導部２２よりも熱伝導率が低い。このようなヒートシンク２０により、電池セル１０間での温度差（温度勾配）を低減することが可能となっている。
【００２８】
図３及び図４を用いて、電池セル１０の温度勾配を低減することができる機序について説明する。図３は従来の電池セルの温度分布を示す図であり、図４は本実施形態の電池セルの温度分布を示す図である。何れの図も、横軸は各電池セル１０ａ〜１０ｆの流路部材からの距離を表し、縦軸は各電池セル１０ａ〜１０ｆの温度を表す。
【００２９】
まず、図３を用いて、熱伝導性を有する一つの部材からなるヒートシンクにおける温度勾配について説明する。このような従来のヒートシンクは熱伝導率が一様である。このようなヒートシンクを用いた場合では、流路部材３０に近い電池セル１０ほど温度が下がりやすく、流路部材３０から遠い電池セル１０ほど温度が下がりにくい。すなわち、流路部材３０に近い電池セル１０と、流路部材３０から遠い電池セル１０とで温度差が大きくなる傾向にある。
【００３０】
従来の一つの部材からなるヒートシンクを用いた場合において、電池セル１０ａ〜１０ｆの温度をそれぞれＴａ’〜Ｔｆ’とする。最も低い電池セル１０ａの温度Ｔａと、最も高い電池セル１０ｆの温度Ｔｆとの温度差を温度勾配ＴΔ’とする。
【００３１】
一方、図４に示すように、本発明は、流路部材３０に相対的に近い方に低い熱伝導率の低熱伝導部２１、流路部材３０から相対的に遠い方に高い熱伝導率の高熱伝導部２２を配置したヒートシンク２０を用いる。このようなヒートシンク２０においては、低熱伝導部２１に載置された電池セル１０ａ〜１０ｃは、高熱伝導部２２に載置された電池セル１０ｄ〜１０ｆに比較して吸熱及び放熱されにくくなる。したがって、流路部材３０に近い電池セル１０ａ〜１０ｃと、流路部材３０から遠い電池セル１０ｄ〜１０ｆとで温度差が大きくなりにくい。
【００３２】
本発明の低熱伝導部２１及び高熱伝導部２２とからなるヒートシンク２０を用いた場合において、電池セル１０ａ〜１０ｆの温度をそれぞれＴａ〜Ｔｆとする。最も低い電池セル１０ａの温度Ｔａと、最も高い電池セル１０ｆの温度Ｔｆとの温度差を温度勾配ＴΔとする。
【００３３】
本実施形態の電池モジュール１は、上述したように、相対的に流路部材３０に近い方に低い熱伝導率の低熱伝導部２１、相対的に流路部材３０から遠い方に高い熱伝導率の高熱伝導部２２を備えたヒートシンク２０を用いる。これにより、各低熱伝導部２１に載置された電池セル１０ａ〜１０ｃと、高熱伝導部２２に載置された電池セル１０ｄ〜１０ｆとの温度勾配を低減することができる。すなわち、電池セル１０間の温度勾配ＴΔを、従来のヒートシンクを用いた場合における電池セル１０間の温度勾配ＴΔ’よりも低減することができる。
【００３４】
また、本実施形態の電池モジュール１は、二つの低熱伝導部２１、高熱伝導部２２のそれぞれに同じ数（３台ずつ）の電池セル１０が載置されている。このような構成とすることで、低熱伝導部２１における３台の電池セル１０の温度勾配と、高熱伝導部２２における３台の電池セル１０の温度勾配と、をほぼ同程度にすることができる。これにより、６台の電池セル１０全体としても温度勾配をより低減することができる。
【００３５】
なお、仮に、低熱伝導部２１に４台の電池セル１０を載置し、高熱伝導部２２に２台の電池セル１０を載置したとする。この場合、低熱伝導部２１の４台の電池セル１０の温度勾配が、高熱伝導部２２の２台の電池セル１０の温度勾配よりも大きくなる。この結果、６台の電池セル１０全体としても温度勾配が図１のような構成の電池モジュール１よりも大きくなってしまう。
【００３６】
また、本実施形態の電池モジュール１は、アルミニウムからなる低熱伝導部２１及び銅からなる高熱伝導部２２を備えるヒートシンク２０を用いている。このような低熱伝導部２１と高熱伝導部２２とは、接合強度も強く、十分な熱伝導率の差を有するので、電池セル１０の温度勾配をより一層低減することができるヒートシンクとして好適である。
【００３７】
〈実施形態２〉
実施形態１に係る電池モジュール１は、二つの部材からなるヒートシンク２０を用いたが、このような構造に限定されない。ヒートシンクは３以上の複数の部材から形成されていてもよい。図５は本実施形態に係る電池モジュールの側面図であり、図６は電池セルの温度分布を示す図である。
【００３８】
同図に示すように、本実施形態の電池モジュール１Ａのヒートシンク２０は、水平方向（Ｘ方向）に接続された、熱伝導性を有する３つの部材からなる。ここでは、流路部材３０に近い部材から順に（同図の左から右に）、第１部材２５、第２部材２６、第３部材２７と称する。
【００３９】
第１部材２５には、電池セル１０ａ、１０ｂが載置され、第２部材２６には、電池セル１０ｃ、１０ｄが載置され、第３部材２７には、電池セル１０ｅ、１０ｆが載置されている。また、第１部材２５が最も熱伝導率が低く、第２部材２６は次に熱伝導率が低く、第３部材２７は最も熱伝導率が高い。また、流路部材３０は第１部材２５に取り付けられている。
【００４０】
本実施形態に係る電池モジュール１Ａは、流路部材３０に近いほど熱伝導率が低くなるように第１部材２５、第２部材２６及び第３部材２７が接合されたヒートシンク２０を備えている。これにより、第１部材２５に載置された電池セル１０ａ〜１０ｂと、第２部材２６に載置された電池セル１０ｃ〜１０ｄと、第３部材２７に載置された電池セル１０ｅ〜１０ｆとの温度勾配を低減することができる。すなわち、図６に示すように、電池セル１０間の温度勾配ＴΔを、従来のヒートシンクを用いた場合における電池セル１０間の温度勾配ＴΔ’（図３参照）よりも低減することができる。
【００４１】
なお、３以上の部材を接合してなるヒートシンクについては、流路部材３０を複数取り付けてもよい。例えば、図５に示した例では、水平方向（Ｘ方向）においてヒートシンク２０の両側、すなわち第１部材２５と第３部材２７とに流路部材３０を設けてもよい。この場合、流路部材３０に近い第１部材２５と第３部材２７の熱伝導率が、第２部材２６の熱伝導率よりも低くなるようにする。このような構成によれば、より一層、電池セル１０の温度勾配を低減することができる。
【００４２】
〈他の実施形態〉
なお、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
【００４３】
上記各実施形態では、流路部材３０に冷却水を流通させる構成であったが、これに限定されない。熱媒体としては流体であればよく、水の他に空気を用いてもよい。また、上記各実施形態では、電池セル１０から吸熱及び放熱するために冷却水を用いたが、電池セル１０を加熱するための熱媒体を流路部材３０に流通させてもよい。このような熱媒体により電池セル１０を加熱して所定温度に保つためにも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１、１Ａ…電池モジュール、１０、１０ａ〜１０ｆ…電池セル、２０…ヒートシンク（熱伝導部材）、２１…低熱伝導部、２２…高熱伝導部、２５…第１部材、２６…第２部材、２７…第３部材、３０…流路部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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