(57)【要約】【課題】電池モジュール間の寿命差を小さくすること。【解決手段】電池パックは、ケースに複数の電池モジュール２１，２２が収容されている。電池モジュール２１，２２は、電池モジュール２１，２２が三個積層された第１の電池列と、電池モジュール２１が二個積層された第２の電池列に別れて設けられている。１の電池列は、鉛直方向下方から、第１の電池モジュール２１→第２の電池モジュール２２→第２の電池モジュール２２の順に積層されている。第２の電池列は、鉛直方向下方から、第１の電池モジュール２１→第１の電池モジュール２１の順に積層されている。第１の電池モジュール２１は、第１の伝熱プレート３１を有している。第２の電池モジュール２２は、第２の伝熱プレート４１を有している。第２の伝熱プレート４１の吸熱部４２は、第１の伝熱プレート３１の吸熱部３２よりも厚い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルと、前記電池セル間に設けられた伝熱プレートと、を有する電池モジュールを複数備えた電池パックであって、
複数の前記電池モジュールのうち、少なくとも一つの電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率は、他の電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率よりも高いことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記電池モジュールを収容する密閉ケースを備え、
前記電池モジュールは、鉛直方向に積層配置され、
前記密閉ケースに収容される前記電池モジュールのうち、最も鉛直方向下方に設けられる電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率は、他の電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
複数の電池セルと、前記電池セル間に設けられた伝熱プレートと、を有する電池モジュールを複数備えた電池パックであって、
複数の前記電池モジュールのうち、少なくとも一つの電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率の平均は、他の電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率の平均よりも高いことを特徴とする電池パック。
【請求項４】
前記電池モジュールを収容する密閉ケースを備え、
前記電池モジュールは、鉛直方向に積層配置され、
前記密閉ケースに収容される前記電池モジュールのうち、少なくとも最も鉛直方向上方に設けられる電池モジュールの伝熱プレートの吸熱効率の平均は、他の電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率の平均よりも高いことを特徴とする請求項３に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池モジュールを有する電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池セルを有する電池モジュールにおいては、電池セルの温度差が大きくなると、電池セル間の寿命の差が大きくなる。電池セル間の寿命の差が大きくなると、電池モジュールの寿命が短くなる。このため、特許文献１に記載の電池モジュールでは、電池セル間の温度差を小さくすることで、電池モジュールの寿命が短くなることを抑制している。
【０００３】
特許文献１に記載の電池モジュールは、複数の単電池が積層されている。電池モジュールの積層端には、第１の伝熱板が配置されている。複数の単電池を積層した単電池群同士の間には、第２の伝熱板が設けられている。第２の伝熱板は、第１の伝熱板よりも伝熱性が高い。電池モジュールにおいては、単電池の積層方向の中央に近い位置ほど、熱がこもりやすく、積層端に近い位置ほど熱がこもりにくい。このため、熱がこもりやすく、温度の高くなりやすい位置に伝熱性の高い第２の伝熱板を設けることで、電池セル間の温度差を小さくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３４１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、複数の電池モジュールを有する電池パックにおいては、電池モジュール間の寿命差が大きいと、電池パックの寿命が短くなるおそれがある。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池モジュール間の寿命差を小さくすることができる電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する電池パックは、複数の電池セルと、前記電池セル間に設けられた伝熱プレートと、を有する電池モジュールを複数備えた電池パックであって、複数の前記電池モジュールのうち、少なくとも一つの電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率は、他の電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率よりも高いことを要旨とする。
【０００７】
これによれば、電池モジュールが設けられる位置に応じて、他の電池モジュールの伝熱プレートよりも吸熱効率の高い伝熱プレートを有する電池モジュールを配置することで、電池モジュール間の温度差を小さくすることができる。このため、電池モジュール間の温度差を小さくすることで、電池モジュール間の寿命差を小さくすることができ、電池パックの寿命が短くなりにくい。なお、「吸熱効率」とは、伝熱プレートが単位時間当たりに吸収することができる熱量を示す。
【０００８】
上記電池パックについて、前記電池モジュールを収容する密閉ケースを備え、前記電池モジュールは、鉛直方向に積層配置され、前記密閉ケースに収容される前記電池モジュールのうち、最も鉛直方向下方に設けられる電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率は、他の電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率よりも低いことが好ましい。
【０００９】
熱は、鉛直方向上方に移動するため、密閉ケースの内部においては、鉛直方向上方に熱がこもりやすい。このため、最も鉛直方向上方に設けられる電池モジュールは、温度が上昇しやすく、最も鉛直方向下方に設けられる電池モジュールは温度が上昇しにくい。最も鉛直方向下方に設けられる電池モジュールの伝熱プレートの吸熱効率を、他の電池モジュールの伝熱プレートの吸熱効率よりも低くすることで、電池モジュール間の温度差を小さくすることができる。
【００１０】
上記課題を解決する電池パックは、複数の電池セルと、前記電池セル間に設けられた伝熱プレートと、を有する電池モジュールを複数備えた電池パックであって、複数の前記電池モジュールのうち、少なくとも一つの電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率の平均は、他の電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率の平均よりも高いことを要旨とする。
【００１１】
これによれば、電池モジュールが設けられる位置に応じて、他の電池モジュールの伝熱プレートよりも吸熱効率の平均が高い伝熱プレートを有する電池モジュールを配置することで、電池モジュール間の温度差を小さくすることができ、電池パックの寿命が短くなりにくい。なお、「吸熱効率の平均」とは、電池モジュールに設けられる伝熱プレートが複数の場合には、複数の伝熱プレートの吸熱効率の平均を示し、電池モジュールに設けられる伝熱プレートが単数の場合には、単数の伝熱プレートの吸熱効率を示す。
【００１２】
上記電池パックについて、前記電池モジュールを収容する密閉ケースを備え、前記電池モジュールは、鉛直方向に積層配置され、前記密閉ケースに収容される前記電池モジュールのうち、少なくとも最も鉛直方向上方に設けられる電池モジュールの伝熱プレートの吸熱効率の平均は、他の電池モジュールの前記伝熱プレートの吸熱効率の平均よりも高いことが好ましい。
【００１３】
これによれば、温度の上昇しやすい位置に設けられる電池モジュールの伝熱プレートの吸熱効率の平均を、他の電池モジュールの伝熱プレートの吸熱効率の平均よりも高くすることで、電池モジュール間の温度差を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電池モジュール間の寿命差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態における電池パックを示す正面図。
【図２】（ａ）は実施形態における第１の電池モジュールを示す断面図、（ｂ）は実施形態における第２の電池モジュールを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、電池パックの一実施形態について説明する。
図１に示すように、電池パック１０は、ケース１１に複数の電池モジュール（第１の電池モジュール２１と第２の電池モジュール２２）が収容されている。ケース１１は、底板１２と、底板１２の周縁から立設する側壁１４と、側壁１４によって囲まれる開口部を閉塞する天板１５とを有している。ケース１１は、ケース１１内の気体が外部に流出しないように構成された密閉ケースである。
【００１７】
第１の電池モジュール２１及び第２の電池モジュール２２は、鉛直方向に積層配置されている。本実施形態において、第１の電池モジュール２１、第２の電池モジュール２２は、五個設けられており、隣り合う二組の電池列Ｌ１，Ｌ２に分かれて積層されている。具体的にいえば、第１の電池列Ｌ１は、第１の電池モジュール２１、第２の電池モジュール２２が三個積層されており、第２の電池列Ｌ２は、第１の電池モジュール２１が二個積層されている。第１の電池モジュール２１及び第２の電池モジュール２２は、側壁１４に固定されている。
【００１８】
第１の電池列Ｌ１は、鉛直方向下方から、第１の電池モジュール２１→第２の電池モジュール２２（２２Ａ）→第２の電池モジュール２２（２２Ｂ）の順に積層されている。説明の便宜上、第１の電池列Ｌ１の最も鉛直方向上方に配置される第２の電池モジュール２２に符号２２Ｂを、第２の電池モジュール２２Ｂの鉛直方向下方に設けられる第２の電池モジュール２２に符号２２Ａを適宜付して説明を行う。第２の電池モジュール２２Ｂは、第１の電池列Ｌ１で最も鉛直方向上方に設けられた電池モジュールであり、ケース１１内でも最も鉛直方向上方に設けられた電池モジュールである。
【００１９】
第２の電池列Ｌ２は、鉛直方向下方から、第１の電池モジュール２１→第１の電池モジュール２１の順に積層されている。第２の電池列Ｌ２の鉛直方向上方には、各電池モジュール２１，２２を制御する制御装置５１及びリレーや配線などが収容されるジャンクションボックス５２が配置されている。
【００２０】
図２（ａ）に示すように第１の電池モジュール２１は、電池ホルダ２４に保持された電池セル２６（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素蓄電池などの二次電池）が、複数並設されるとともに、隣り合う電池セル２６の間には、第１の伝熱プレート３１が設けられている。第１の電池モジュール２１における電池セル２６の並設方向両端には、エンドプレート２７が設けられている。各エンドプレート２７には、ブラケット２８が設けられている。そして、このブラケット２８を挿通したボルト２９が側壁１４に螺合されることで、各電池モジュール２１，２２が側壁１４に固定されている。
【００２１】
第１の伝熱プレート３１は、金属板を屈曲させて形成されており、矩形平板状の吸熱部３２と、吸熱部３２の一端から直角に屈曲する矩形平板状の放熱部３４を有している。本実施形態において、複数の第１の伝熱プレート３１は、全て同一の形状となっている。吸熱部３２は、電池セル２６間に設けられ、電池セル２６と熱的に結合されている。放熱部３４は、電池ホルダ２４の外部に露出して、側壁１４と接触している。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、第２の電池モジュール２２は、第２の伝熱プレート４１を有している。第２の電池モジュール２２は、第２の伝熱プレート４１と第１の伝熱プレート３１の差異を除いて、第１の電池モジュール２１と同一の構成を有しているため、同一の部材については同一の符号を付して説明を省略する。
【００２３】
第２の伝熱プレート４１は、吸熱部４２の厚みを除いて、第１の伝熱プレート３１と同一構成となっている。具体的にいえば、第２の伝熱プレート４１は、金属板を屈曲させて形成されており、矩形平板状の吸熱部４２と、吸熱部４２の一端から直角に屈曲する矩形平板状の放熱部４４を有している。第２の伝熱プレート４１は、第１の伝熱プレート３１と同一材料の金属を用いて形成されている。第２の伝熱プレート４１の吸熱部４２は、第１の伝熱プレート３１の吸熱部３２よりも厚く、厚み以外の寸法は同一である。また、第２の伝熱プレート４１における放熱部４４の寸法は、第１の伝熱プレート３１における放熱部３４の寸法と同一である。したがって、第２の伝熱プレート４１は、第１の伝熱プレート３１よりも体積が大きい。本実施形態において、複数の第２の伝熱プレート４１の形状は、全て同一となっている。
【００２４】
次に、本実施形態の電池パック１０の作用について説明する。
本実施形態の電池パック１０は、例えば、車両に搭載されるモータを駆動するために用いられる。モータを駆動する際の電池セル２６の放電や、電池セル２６の充電に伴い、電池セル２６は発熱する。各電池モジュール２１，２２の電池セル２６が発熱すると、各電池モジュール２１，２２の電池セル２６が発した熱は、鉛直方向上方に向けて移動する。このため、ケース１１内においては、鉛直方向上方ほど熱がこもり、温度が高くなる。すなわち、最も鉛直方向上方に設けられた第２の電池モジュール２２Ｂの温度が上昇しやすく、最も鉛直方向下方に設けられた第１の電池モジュール２１の温度が上昇しにくい。
【００２５】
また、電池モジュール２１，２２が発熱することで、隣り合う電池モジュール２１，２２に熱が伝導する。このため、隣接する電池モジュール２１，２２が多いほど、電池モジュール２１，２２の温度が上昇しやすく、最も多くの電池モジュール２１，２２と隣接する第２の電池モジュール２２Ａの温度が上昇しやすい。なお、制御装置５１及びジャンクションボックス５２は、電池モジュール２１，２２よりも発熱量が少ないため、第２の電池列Ｌ２の最も鉛直方向上方に設けられた第１の電池モジュール２１は、第２の電池モジュール２２Ａに比べて、温度が上昇しにくい。
【００２６】
したがって、全ての電池モジュール２１，２２の伝熱プレート３１，４１を同一の吸熱効率とすると、最も鉛直方向上方に設けられた第２の電池モジュール２２Ｂ及び、最も多くの電池モジュール２１，２２と隣接する第２の電池モジュール２２Ａの温度が他の電池モジュール２１（第１の電池モジュール２１）に比べて上昇しやすい。
【００２７】
本実施形態では、温度の上昇しやすい電池モジュール２２における伝熱プレート４１の吸熱部４２を、他の電池モジュール２１における伝熱プレート３１の吸熱部３２に比べて厚くしている。吸熱部４２を厚くすることで、伝熱プレート４１の熱容量が増加している。第２の伝熱プレート４１の熱容量が、第１の伝熱プレート３１よりも多いことで、同じ熱量を吸収したとしても、第２の伝熱プレート４１の温度が第１の伝熱プレート３１よりも上昇しにくく、第２の伝熱プレート４１の吸熱効率が、第１の伝熱プレート３１よりも高くなっている。すなわち、第２の電池モジュール２２の伝熱プレート４１の吸熱効率が、第１の電池モジュール２１（他の電池モジュール）の伝熱プレート３１の吸熱効率よりも高い。また、第１の電池モジュール２１の伝熱プレート３１の吸熱効率が、第２の電池モジュール２２の伝熱プレート４１の吸熱効率よりも低いと換言することもできる。なお、「吸熱効率」とは、伝熱プレート３１，４１が単位時間当たりに吸収することができる熱量を示す。本実施形態では、第１の電池モジュール２１の伝熱プレート３１は全て同一の吸熱効率であり、第２の電池モジュール２２の伝熱プレート４１は全て同一の吸熱効率である。そして、第２の伝熱プレート４１の吸熱効率は、第１の伝熱プレート３１の吸熱効率よりも高いため、第２の電池モジュール２２の伝熱プレート４１の吸熱効率の平均は、第１の電池モジュール２１の伝熱プレート３１の平均よりも高い。
【００２８】
各伝熱プレート３１，４１に伝導した熱は、放熱部３４，４４から側壁１４に伝導する。第２の電池モジュール２２は、第１の電池モジュール２１よりも温度が上昇しやすいが、第２の伝熱プレート４１の吸熱効率は、第１の伝熱プレート３１の吸熱効率よりも高いため第１の電池モジュール２１よりも冷却されやすい。
【００２９】
なお、本実施形態において、電池パック１０は、電池パック１０の外部の環境が、電池モジュール２１，２２の温度に影響を与えない、あるいは、影響を与えたとしても無視できる程度の影響である位置に配置されている。
【００３０】
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第２の電池モジュール２２における第２の伝熱プレート４１の吸熱効率を、第１の電池モジュール２１における第１の伝熱プレート３１よりも高くすることで、第２の電池モジュール２２が、第１の電池モジュール２１よりも冷却されやすい。温度の高くなりやすい第２の電池モジュール２２を冷却されやすくすることで、電池モジュール２１，２２間の温度差が小さくなり、寿命の差が小さくなる。すなわち、吸熱効率の異なる伝熱プレート３１，４１を有する電池モジュール２１，２２を使用時の環境を考慮して配置することで、電池モジュール２１，２２間の温度差が小さくなる。したがって、電池パック１０の寿命が短くなりにくい。
【００３１】
（２）最も鉛直方向下方に設けられた第１の電池モジュール２１の伝熱プレート３１は、第２の電池モジュール２２（他の電池モジュール）の伝熱プレート４１に比べて吸熱効率が低い。熱は、鉛直方向上方に移動するため、ケース１１内においては、最も鉛直方向上方に配置された電池モジュール２２Ｂの温度が高くなりやすく、最も鉛直方向下方に配置された電池モジュール２１の温度が高くなりにくい。温度の高くなりにくい位置に第１の電池モジュール２１を配置することで、電池モジュール２１，２２間の温度差を小さくすることができる。
【００３２】
なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○  第１の電池モジュール２１に設けられる第１の伝熱プレート３１の寸法及び材料は全て同一としたが、異ならせてもよい。例えば、電池セル２６の並設方向の両端に近い第１の伝熱プレート３１ほど吸熱部３２を薄くしてもよい。これによれば、電池セル２６の並設方向の両端ほど熱がこもりにくいため、電池セル２６間の温度差を小さくすることができる。同様に、第２の電池モジュール２２に設けられる第２の伝熱プレート４１の寸法及び材料は、全て同一としたが、異ならせてもよい。なお、この場合、一部の第１の伝熱プレート３１の吸熱効率が、一部の第２の伝熱プレート４１の吸熱効率よりも高くなる場合があるが、第２の電池モジュール２２が有する第２の伝熱プレート４１の吸熱効率の平均が、第１の電池モジュール２１が有する第１の伝熱プレート３１の吸熱効率の平均よりも高ければよい。なお、「吸熱効率の平均」とは、電池モジュール２１，２２に設けられる伝熱プレート３１，４１が複数の場合には、複数の伝熱プレート３１，４１の吸熱効率の平均を示し、電池モジュール２１，２２に設けられる伝熱プレート３１，４１が単数の場合には、単数の伝熱プレート３１，４１の吸熱効率を示す。
【００３３】
○  第１の電池モジュール２１には複数の第１の伝熱プレート３１が設けられているが、第１の伝熱プレート３１は単数でもよい。同様に、第２の電池モジュール２２には、複数の第２の伝熱プレート４１が設けられているが、第２の伝熱プレート４１は単数でもよい。
【００３４】
○  第１の電池モジュール２１の伝熱プレート３１の数と、第２の電池モジュール２２の伝熱プレート４１の数は、異なっていてもよい。
○  第２の伝熱プレート４１を、第１の伝熱プレート３１よりも吸熱効率（放熱効率）の高い材料で形成することで、第２の伝熱プレート４１の吸熱効率を第１の伝熱プレート３１よりも高くしてもよい。この場合、第１の伝熱プレート３１と第２の伝熱プレート４１は、同一形状であってもよい。
【００３５】
○  第２の伝熱プレート４１の吸熱部４２の厚み以外の寸法を、第１の伝熱プレート３１の厚み以外の寸法よりも大きくすることで、第２の伝熱プレート４１の吸熱効率を第１の伝熱プレート３１の吸熱効率よりも高くしてもよい。
【００３６】
○  第２の伝熱プレート４１の放熱部４４の体積を第１の伝熱プレート３１の放熱部３４の体積よりも大きくすることで、第２の伝熱プレート４１の吸熱効率を第１の伝熱プレート３１の吸熱効率よりも高くしてもよい。
【００３７】
○  第２の伝熱プレート４１の放熱効率を第１の伝熱プレート３１の放熱効率よりも高くしてもよい。伝熱プレート４１の放熱効率が高くなると、吸熱部４２が吸収した熱が放熱されやすく、結果として吸熱部４２が熱を吸収しやすくなる。例えば、第２の伝熱プレート４１にフィンを設けることで、第２の伝熱プレート４１の放熱効率を高くしてもよい。
【００３８】
○  実施形態では、最も鉛直方向上方の電池モジュール２１，２２及び隣接する電池モジュール２１，２２の数が多い電池モジュール２１，２２を第２の電池モジュール２２としたが、これに限られない。例えば、電池パック１０の外部の環境によって第１の電池モジュール２１と第２の電池モジュール２２の配置位置を変更してもよい。電池パック１０が、車両に搭載される場合には、発熱量の大きいエンジンに近い電池モジュールを第２の電池モジュール２２としてもよい。また、電池パック１０の外部に冷却機構などが設けられている場合には、冷却機構に近い電池モジュールを第１の電池モジュール２１としてもよい。すなわち、全ての電池モジュールの伝熱プレートを同一の吸熱効率としたときに、少なくとも最も温度が高くなる電池モジュール２１，２２の伝熱プレートの吸熱効率を他の電池モジュールの伝熱プレートの吸熱効率よりも高めることで電池モジュール間の温度差を小さくできればよい。
【００３９】
○  発熱量が多い電池セル２６を有する電池モジュール２１，２２を第２の電池モジュール２２としてもよい。電池セル２６は、製造誤差などの要因で、抵抗値が異なる場合があり、抵抗値が大きいと、発熱量が多くなる。複数の電池モジュール２１，２２のうち、最も発熱量の大きい電池モジュールの伝熱プレートの吸熱効率を高めることで、電池モジュール間の温度差を小さくしてもよい。特に、電池モジュールが並列接続される場合には、抵抗値によって電池モジュールを流れる電流に差が生じ、これに伴い電池モジュール間の温度差も大きくなりやすいため、効果が顕著である。
【００４０】
○  電池モジュールの数は、２個以上であればよい。
○  電池モジュールは、電池セル及び伝熱プレートを有していればよく、電池ホルダに保持されていなくてもよい。
【００４１】
○  ケース１１の形状は、変更してもよい。
次に、上記実施形態及び変形例から把握することができる技術的思想について以下に追記する。
【００４２】
（イ）前記電池モジュールを収容する密閉ケースを備え、前記電池モジュールは、鉛直方向に積層配置され、積層配置された電池モジュールのうち少なくとも最も鉛直方向上方に設けられる電池モジュールの伝熱プレートの吸熱効率は、他の電池モジュールの伝熱プレートの吸熱効率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【符号の説明】
【００４３】
１０…電池パック、１１…ケース、２１…第１の電池モジュール、２２…第２の電池モジュール、２６…電池セル、３１…第１の伝熱プレート、４１…第２の伝熱プレート。
【図１】
2015056355.tif 000003
【図２】
2015056355.tif 000004