(57)【要約】【課題】内部抵抗値に差がある複数の電池セルがパックに組み込まれた場合でも、電池セルパック全体の寿命を向上させることができる電池セルパックを提供する。【解決手段】複数の電池セルと、複数の電池セルに熱接合される放熱用部材とを、筐体に組み込んだ電池セルパックであって、放熱用部材は、筐体に供給される冷却風による放熱量が、相対的に内部抵抗値が高い電池セルよりも相対的に内部抵抗値が低い電池セルの方が多くなるように形成されている、ことを特徴とする。【選択図】図１Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルと、
前記複数の電池セルに熱接合される放熱用部材とを、
筐体に組み込んだ電池セルパックであって、
前記放熱用部材は、前記筐体に供給される冷却風による放熱量が、相対的に内部抵抗値が高い電池セルよりも相対的に内部抵抗値が低い電池セルの方が多くなるように形成されている、
電池セルパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルが筐体に組み込まれた電池セルパックの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に、複数の電池セルを組み込んだ電池セルパックにおいて、各電池セルの間を流れる冷却風量の偏りを緩和して、内部の温度分布を均一化す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２０１７−０９７９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池セルの温度（発熱量）は、内部抵抗値で定まる。このため、複数の電池セルを組み込んだ電池セルパックでは、電池セル間で内部抵抗値に差があると、電池セル間で発熱量差に起因する温度差が生じて、この温度差がさらに内部抵抗値の差を拡大させてしまうという悪循環が発生する。これにより、組み込まれた複数の電池セルの寿命に差が生じてしまい、電池セルパック全体の寿命が低下する虞があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、内部抵抗値に差がある複数の電池セルがパックに組み込まれた場合でも、電池セルパック全体の寿命を向上させることができる電池セルパック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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、複数の電池セルと、複数の電池セルに熱接合される放熱用部材とを、筐体に組み込んだ電池セルパックであって、放熱用部材は、筐体に供給される冷却風による放熱量が、相対的に内部抵抗値が高い電池セルよりも相対的に内部抵抗値が低い電池セルの方が多くなるように形成されている、ことを特徴とする。
【０００７】
この本発明の一態様では、放熱用部材を、筐体に供給される冷却風による放熱量が、相対的に内部抵抗値が高い電池セルよりも相対的に内部抵抗値が低い電池セルの方が多くなるように形成する。これにより、電池セルパックに収容されている複数の電池セル間で大きな温度差が生じることが抑えられて温度ムラが生じ難くなり、温度に起因する電池セルの劣化量のばらつきを少なくすることができる。よって、電池セル間で内部抵抗値に差があったときに電池セルの寿命に差が生じてしまうことを抑制できる。
【発明の効果】
【０００８】
上記本発明の電池セルパックによれば、内部抵抗値に差がある複数の電池セルがパックに組み込まれた場合でも、電池セルパック全体の寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る電池セルパックの概略構成図（上面図）
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る電池セルパックの概略構成図（正面図）
【図１Ｃ】本発明の第１の実施形態に係る電池セルパックの概略構成図（側面図）
【図１Ｄ】本発明の第１の実施形態に係る電池セルパックの概略構成図（Ａ−Ａ線断面図）
【図２】図１Ａに示した電池セルパックの等価回路
【図３Ａ】本発明の第２の実施形態に係る電池セルパックの概略構成図（上面図）
【図３Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る電池セルパックの概略構成図（Ｂ−Ｂ線断面図）
【図４】図３Ａに示した電池セルパックの等価回路
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［概要］
本発明の複数の電池セルが組み込まれた電池セルパックは、ヒートシンクなどの形状を工夫して、発熱量が多い電池セルの放熱効率を高くして放熱量を多くし、発熱量が少ない電池セルの放熱効率を低くして放熱量を少なくする。これにより、電池セル間の温度差を抑えることができ、電池セルの劣化量のばらつきを少なくできる。従って、電池セルの寿命に差が生じてしまうことを抑制できるので、電池セルパック全体の寿命を向上させることができる。
【００１１】
［第１の実施形態］
図１Ａ乃至図１Ｄは、本発明の第１の実施形態に係る電池セルパック１０の概略構成をそれぞれ示す図である。図１Ａは、電池セルパック１０の上面図を示し、図１Ｂは、電池セルパック１０の正面図を示し、図１Ｃは、電池セルパック１０の側面図を示し、図１Ｄは、図１Ａにおける電池セルパック１０のＡ−Ａ線断面図を示している。
【００１２】
図１Ａ乃至図１Ｄに例示した電池セルパック１０は、複数の電池セル１１と、ヒートシンク１２と、バスバー１３ａ及び１３ｂと、電池パック筐体１４と、冷却ダクト１５と、冷却ファン１６と、を備えて構成される。本実施形態の電池セルパック１０は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載することができる。
【００１３】
電池セル１１は、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、又は有機ラジカル電池などであり、略直方体の形状をした角型電池セルである。電池セル１１の上部には、正電極１１ａ及び負電極１１ｂが設けられている。この電池セル１１は、電池パック筐体１４に複数収容され、後述するヒートシンク１２、バスバー１３ａ、及びバスバー１３ｂと共に組み込まれて電池セルパック１０を形成する。図１Ａ及び図１Ｄに例示した電池セルパック１０では、３つの電池セル１１を並列に接続した例を示しているが、電池パック筐体１４に収容される電池セル１１の数は、特に限定されない。
【００１４】
図２に、図１Ａ及び図１Ｄに例示した電池セルパック１０の等価回路を示す。図２に示すように、各電池セル１１は、それぞれ数ｍΩの内部抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃを有している。電池セル１１の温度は、自らの内部抵抗値で定まり、内部抵抗値が低いほど発熱量が多くなって温度が高くなり、内部抵抗値が高いほど発熱量が少なくなって温度が低くなる。
【００１５】
電池パック筐体１４は、複数の電池セル１１を内部に収容することができる内部空間を有した、箱形状のケースである。本実施形態では、電池パック筐体１４の内部に３つの電池セル１１を収容している。また、電池パック筐体１４の上面には、内部に収容した複数の電池セル１１と電気的に接続される正極端子１４ａ及び負極端子１４ｂが設けられている。さらに、電池パック筐体１４の底面には、各電池セル１１の下面に固定されたヒートシンク１２の第１フィン１２ａ、第２フィン１２ｂ、及び第３フィン１２ｃ（後述する）を貫通させる貫通孔が設けられている。
【００１６】
ヒートシンク１２は、各電池セル１１で発生した熱を放散させるための放熱用部材である。このヒートシンク１２は、例えば、高熱伝導性に優れるアルミニウム又は鉄などの金属材料で形成されている。図示しない高熱伝導性に優れる接着剤やボルトなどの締め付け部材によって、ヒートシンク１２が各電池セル１１の下面に固定されることにより、各電池セル１１とヒートシンク１２とが熱的に接合される。
【００１７】
本実施形態におけるヒートシンク１２は、平板状の基板部の一方面から、形状の異なる複数のフィンが突出した構造をしている。図１Ｄの例では、３つの電池セル１１に対応させて第１フィン１２ａ、第２フィン１２ｂ、及び第３フィン１２ｃの３つが、ヒートシンク１２の基板部に形成されている。第２フィン１２ｂの放熱効率は、第３フィン１２ｃの放熱効率よりも高くなるように、さらに第１フィン１２ａの放熱効率は、第２フィン１２ｂの放熱効率よりも高くなるように、フィンがそれぞれ形成されている。例えば、フィンの表面積や突出させる長さなどを適宜調整することによって、各フィンの放熱効率を任意に設定することができる。
【００１８】
ここで、上述したように、電池セル１１は、内部抵抗値が低いほど発熱量が多くなり、内部抵抗値が高いほど発熱量が少なくなる。そこで、本実施形態では、相対的に内部抵抗値が高い電池セル１１の下面よりも相対的に内部抵抗値が低い電池セル１１の下面の方が、放熱効率が高いフィンが配置されるように、すなわちフィンからの放熱量が多くなるように、ヒートシンク１２が成形されかつ各電池セル１１と熱接合されるようにしている。図１Ｄにおいては、第１フィン１２ａの上部にある電池セル１１の内部抵抗値Ｒａが最も低く、第３フィン１２ｃの上部にある電池セル１１の内部抵抗値Ｒｃが最も高く、第２フィン１２ｂの上部にある電池セル１１の内部抵抗値Ｒｂがそれらの間にある値である電池セルパック１０における例を示している（Ｒａ＜Ｒｂ＜Ｒｃ）。
【００１９】
なお、各電池セル１１の内部抵抗値は、例えば、電池セル１１の製造工程などにおいて予め測定しておくことができる。また、第１フィン１２ａ、第２フィン１２ｂ、及び第３フィン１２ｃは、ヒートシンク１２と熱接合させる各電池セル１１の内部抵抗値にかかわらず所定の形状でヒートシンク１２に予め形成されていてもよいし、その内部抵抗値に応じた最適な形状を（切削加工などによって）ヒートシンク１２に形成してもよい。
【００２０】
バスバー１３ａは、電池パック筐体１４に収容されている複数の電池セル１１の正電極１１ａをそれぞれ電気的に接続する、金属などの導電性部材である。バスバー１３ｂは、電池パック筐体１４に組み込まれている複数の電池セル１１の負電極１１ｂをそれぞれ電気的に接続する、金属などの導電性部材である。各正電極１１ａに接続されたバスバー１３ａは、電池パック筐体１４に設けられた正極端子１４ａに接続され、各負電極１１ｂに接続されたバスバー１３ｂは、電池パック筐体１４に設けられた負極端子１４ｂに接続されている。
【００２１】
冷却ダクト１５は、吸気口１５ａから排気口１５ｂへ向けて、電池パック筐体１４の下面に沿うように冷却用の空気を流通させるためのダクトである。この冷却ダクト１５は、電池パック筐体１４の底面を貫通して突出するヒートシンク１２の第１フィン１２ａ、第２フィン１２ｂ、及び第３フィン１２ｃを覆うように、電池パック筐体１４の下側に設けられている。よって、冷却ダクト１５は、冷却用の空気を集めて冷却効果を上げる作用がある。
【００２２】
冷却ファン１６は、冷却ダクト１５の内部に強制的に空気を流通させることができる送風手段である。この冷却ファン１６には、モーター（図示せず）で回転駆動するシロッコファンやプロペラファンなどを用いることができる。冷却ファン１６から送り出された風は、冷却ダクト１５の吸気口１５ａから取り込まれてダクト内部に突出したヒートシンク１２の第１フィン１２ａ、第２フィン１２ｂ、及び第３フィン１２ｃに当たり、フィンの熱を奪って排気口１５ｂから排出される。なお、冷却ダクト１５の内部に流通させる媒体は、空気以外にも、例えばガスや水などを用いることができる。
【００２３】
［本実施形態における作用・効果］
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る電池セルパック１０によれば、内部抵抗値が低い電池セル１１は、発熱量が多いけれども、ヒートシンク１２において放熱効率が高いフィンが設けられた箇所に熱接合されているため、放熱量が多くなる。また、内部抵抗値が高い電池セル１１は、発熱量が少ないけれども、ヒートシンク１２において放熱効率が低いフィンが設けられた箇所に熱接合されているため、放熱量も少なくなる。
【００２４】
このような構造により、電池セルパック１０に収容されている複数の電池セル１１の間で大きな温度差が生じることが抑えられて温度ムラが生じ難くなり、温度に起因する電池セル１１の劣化量のばらつきを少なくすることができる。よって、電池セル１１間で内部抵抗値に差があったときに電池セル１１の寿命に差が生じてしまうことを抑制できる。従って、内部抵抗値に差がある複数の電池セル１１がパックに組み込まれた場合でも、ある電池セル１１だけが特異的に劣化進行する現象が生じてしまうことを抑制でき、電池セルパック１０全体の寿命を向上させることができる。
【００２５】
なお、冷却ダクト１５及び冷却ファン１６は、電池セルパック１０の構成から省いてもよい。
【００２６】
［第２の実施形態］
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る電池セルパック２０の概略構成をそれぞれ示す図である。図３Ａは、電池セルパック２０の上面図を示し、図３Ｂは、図３Ａにおける電池セルパック２０のＢ−Ｂ線断面図を示している。
【００２７】
図３Ａ及び図３Ｂに例示した電池セルパック２０は、複数の電池セル２１と、アルミブロック２２と、バスバー２３ａ及び２３ｂと、電池パック筐体２４と、冷却ファン２６と、を備えて構成される。本実施形態の電池セルパック２０は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載することができる。
【００２８】
電池セル２１は、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、又は有機ラジカル電池などであり、円柱の形状をした円筒型電池セルである。電池セル２１の上部には正電極（図示せず）が、電池セル２１の下部には負電極（図示せず）が設けられている。この電池セル２１は、電池パック筐体２４に複数収容され、後述するアルミブロック２２、バスバー２３ａ、及びバスバー２３ｂと共に組み込まれて電池セルパック２０を形成する。図３Ａ及び図３Ｂに例示した電池セルパック２０では、６つの電池セル２１を並列に接続した例を示しているが、電池パック筐体２４に収容される電池セル２１の数は、特に限定されない。
【００２９】
図４に、図３Ａ及び図３Ｂに例示した電池セルパック２０の等価回路を示す。図４に示すように、各電池セル２１は、それぞれ数ｍΩの内部抵抗Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒｃ１、Ｒｃ２を有している。上述したように、電池セル２１の温度は、自らの内部抵抗値で定まり、内部抵抗値が低いほど発熱量が多くなって温度が高くなり、内部抵抗値が高いほど発熱量が少なくなって温度が低くなる。
【００３０】
電池パック筐体２４は、複数の電池セル２１及びアルミブロック２２を、冷却風の流通経路を設けた状態で内部に収容することができる内部空間を有した、箱形状のケースである。本実施形態では、電池パック筐体２４の内部に６つの電池セル２１を収容している。また、電池パック筐体２４の第１側面には、吸気口２４ａが設けられ、第１側面と対向する第２側面には、排気口２４ｂが設けられている。
【００３１】
アルミブロック２２は、各電池セル２１で発生した熱を放散させるための放熱用部材である。このアルミブロック２２は、高熱伝導性に優れるアルミニウムの金属材料で形成されている。図示しない高熱伝導性に優れる接着剤などによって、アルミブロック２２が各電池セル２１に接着されることにより、各電池セル２１とアルミブロック２２とが熱的に接合される。
【００３２】
本実施形態におけるアルミブロック２２は、アルミニウムの塊に、円柱形状の電池セル２１を非接触で挿入することができる直径の異なる複数の貫通孔を設けた構造をしている。図３Ａ及び図３Ｂの例では、第１貫通孔２２ａ、第２貫通孔２２ｂ、及び第３貫通孔２２ｃの３つが、それぞれ２つずつ形成されている。第２貫通孔２２ｂの直径は、第１貫通孔２２ａの直径よりも大きくなるように、第３貫通孔２２ｃの直径は、第２貫通孔２２ｂの直径よりも大きくなるように、貫通孔がそれぞれ形成されている。すなわち、第１貫通孔２２ａでは、電池セル２１とアルミブロック２２との間隔が狭いため、接着剤などを介して熱が伝わりやすく放熱効率が高くなり、第３貫通孔２２ｃでは、電池セル２１とアルミブロック２２との間隔が広いため、接着剤などを介して熱が伝わり難く放熱効率が低くなる。なお、貫通孔の直径だけでなくアルミブロック２２の高さや厚みなどを適宜調整することによっても、各貫通孔の放熱効率を任意に設定することができる。
【００３３】
ここで、上述したように、電池セル２１は、内部抵抗値が低いほど発熱量が多くなり、内部抵抗値が高いほど発熱量が少なくなる。そこで、本実施形態では、相対的に内部抵抗値が高い電池セル２１よりも相対的に内部抵抗値が低い電池セル２１の方が、放熱効率が高い貫通孔に配置されるように、すなわち貫通孔を介してアルミブロック２２に伝わる放熱量が多くなるように、している。図３Ｂにおいては、第１貫通孔２２ａに格納された電池セル２１の内部抵抗値Ｒａ１（及びＲａ２）が他の電池セル２１と比べて低く、第３貫通孔２２ｃに格納された電池セル２１の内部抵抗値Ｒｃ１（及びＲｃ２）が他の電池セル２１と比べて高く、第２貫通孔２２ｂに格納された電池セル２１の内部抵抗値Ｒｂ１（及びＲｂ２）がそれらの間にある値である電池セルパック２０における例を示している（Ｒａ１（，Ｒａ２）＜Ｒｂ１（，Ｒｂ２）＜Ｒｃ１（，Ｒｃ２））。
【００３４】
なお、各電池セル２１の内部抵抗値は、例えば、電池セル２１の製造工程などにおいて予め測定しておくことができる。また、第１貫通孔２２ａ、第２貫通孔２２ｂ、及び第３貫通孔２２ｃは、アルミブロック２２と熱接合させる各電池セル２１の内部抵抗値にかかわらず所定の直径でアルミブロック２２に予め形成されていてもよいし、その内部抵抗値に応じた最適な直径をアルミブロック２２に形成してもよい。
【００３５】
バスバー２３ａは、電池パック筐体２４に収容されている複数の電池セル２１の正電極をそれぞれ電気的に接続する、金属などの導電性部材である。バスバー２３ｂは、電池パック筐体２４に組み込まれている複数の電池セル２１の負電極をそれぞれ電気的に接続する、金属などの導電性部材である。
【００３６】
冷却ファン２６は、電池パック筐体２４の内部に強制的に空気を流通させることができる送風手段である。この冷却ファン２６には、モーター（図示せず）で回転駆動するシロッコファンやプロペラファンなどを用いることができる。冷却ファン２６から送り出された風は、電池パック筐体２４の吸気口２４ａから取り込まれてアルミブロック２２に当たり、アルミブロック２２の熱を奪って排気口２４ｂから排出される。なお、アルミブロック２２の内部に流通させる媒体は、空気以外にも、例えばガスや水などを用いることができる。
【００３７】
［本実施形態における作用・効果］
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る電池セルパック２０によれば、内部抵抗値が低い電池セル２１は、発熱量が多いけれども、アルミブロック２２において放熱効率が高い貫通孔と熱接合されているため、放熱量が多くなる。また、内部抵抗値が高い電池セル２１は、発熱量が少ないけれども、アルミブロック２２において放熱効率が低い貫通孔と熱接合されているため、放熱量も少なくなる。
【００３８】
このような構造により、電池セルパック２０に収容されている複数の電池セル２１の間で大きな温度差が生じることが抑えられて温度ムラが生じ難くなり、温度に起因する電池セル２１の劣化量のばらつきを少なくすることができる。よって、電池セル２１間で内部抵抗値に差があったときに電池セル２１の寿命に差が生じてしまうことを抑制できる。従って、内部抵抗値に差がある複数の電池セル２１がパックに組み込まれた場合でも、ある電池セル２１だけが特異的に劣化進行する現象が生じてしまうことを抑制でき、電池セルパック２０全体の寿命を向上させることができる。
【００３９】
なお、冷却ファン１６は、電池セルパック２０の構成から省いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、電池セルパック全体の寿命を向上させたい場合などに利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０、２０  電池セルパック
１１、２１  電池セル
１１ａ、１１ｂ  電極
１２  ヒートシンク
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  フィン
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ  バスバー
１４、２４  電池パック筐体
１４ａ、１４ｂ  端子
１５  冷却ダクト
１５ａ、２４ａ  吸気口
１５ｂ、２４ｂ  排気口
１６、２６  冷却ファン
２２  アルミブロック
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  貫通孔
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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