(57)【要約】      （修正有）【課題】電池モジュールの外形寸法を大きくすることなく単電池を冷却できる電池モジュールの冷却装置を提供する。【解決手段】複数の単電池２１と前記単電池の端子２２，２３を電気的に接続する熱伝導性バスバ２４とを備えた電池モジュールを冷却する冷却装置１であって、内部空間１２に冷媒１３が封入された冷媒容器１１を備え、前記バスバの一部が、前記冷媒容器の内部空間に臨むとともに前記冷媒に接触して設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池と前記単電池の端子を電気的に接続する熱伝導性バスバとを備えた電池モジュールを冷却する冷却装置であって、
内部空間に冷媒が封入された冷媒容器を備え、
前記バスバの一部が、前記冷媒容器の内部空間に臨むとともに前記冷媒に接触して設けられている電池モジュールの冷却装置。
【請求項２】
前記バスバは、前記冷媒容器の内部空間に臨む部分の一部に湾曲部を有する請求項１に記載の電池モジュールの冷却装置。
【請求項３】
前記冷媒は、フッ素系冷媒である請求項１又は２に記載の電池モジュールの冷却装置。
【請求項４】
前記単電池は、正極板及び負極板を含む発電要素を巻回して構成された円筒型単電池である請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池モジュールの冷却装置。
【請求項５】
前記冷媒容器は、主として液相の冷媒が蒸発する蒸発部と、主として気相の冷媒が凝縮する凝縮部と、前記凝縮部と前記冷媒容器の外部とを熱的に接続する放熱部と、を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池モジュールの冷却装置。
【請求項６】
前記単電池は、二次元方向に複数集積され、
前記バスバは、前記二次元方向の一方向に配置され、
前記冷媒容器には、複数のバスバが設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池モジュールの冷却装置。
【請求項７】
前記冷媒容器の内部空間が複数の空間に区画され、沸点の異なる複数の冷媒が前記複数の空間のそれぞれに封入されている請求項６に記載の電池モジュールの冷却装置。
【請求項８】
車両の運転席と助手席との間のセンターコンソール部に搭載されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の電池モジュールの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュールの冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単電池の表面に扁平ヒートパイプを接触させて取り付け、単電池を収納する電池ケースの外側に放熱フィンを取り付け、扁平ヒートパイプと放熱フィンとを熱的に結合することで、単電池を冷却する電池パックが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３７３７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、単電池の間にヒートパイプを挿入するので、複数の単電池を集積した電池モジュールの外形寸法が大きくなるという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、電池モジュールの外形寸法を大きくすることなく単電池を冷却できる電池モジュールの冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の単電池の端子を電気的に接続する熱伝導性バスバの一部を、冷媒容器の内部空間に臨ませて冷媒に接触するように設けることによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、単電池の内部で発生した熱はバスバを介して冷媒に直接的に伝わるので、冷媒の気化潜熱を利用した効率の良い電池冷却を行うことができるとともに、もともと存在するバスバ空間を利用しているので電池モジュールの外形寸法、特に単電池を積層する方向の寸法、が大きくなるのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る冷却装置を適用した電池モジュールの要部を示す斜視図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】図１の冷却装置の外観を示す斜視図である。
【図４】図１のバスバを示す拡大斜視図である。
【図５】図１の単電池の構造を説明するための分解斜視図である。
【図６】図１の冷却装置を車両に搭載した例を示す側面図である。
【図７Ａ】図１のバスバの他例を示す拡大斜視図である。
【図７Ｂ】図７ＡのVIIB-VIIB線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の一実施の形態に係る冷却装置１を電池モジュール２に適用した例を図１に示す。本例の冷却装置１が適用される電池モジュール２は、同図に示す円筒形状の単電池を複数集積したもの以外にも、角柱形状の単電池（角型単電池）を複数集積した電池モジュールや、扁平形状のラミネート単電池を複数積層した電池モジュールにも適用することができる。ただし、以下に説明する円筒型単電池２１は、電池内部で発生した熱は円筒状筐体の径方向よりも軸方向に伝わり易いので、角型単電池やラミネート単電池に比べるとさらに効率よく電池を冷却することができるという利点がある。
【００１０】
図１に示すように、本例の電池モジュール２は、複数の円筒型単電池２１を二次元方向、すなわち同図に示すＹ軸方向とＺ軸方向に集積したものであり、これらを結束バンド２５により固定し、後述する冷却装置１を組み付けたうえで図６に示す車両の運転席と助手席との間のセンターコンソール部３１などに搭載される。ここでは、６個の円筒型単電池２１を下段にＹ軸方向に沿って並べ、これら６つの単電池２１の各間の上段に５個の円筒型単電池２１をＹ軸方向に沿って並べたものである。１１個の円筒型単電池２１は同じ形状の単電池である。なお、電池モジュール２を構成する単電池の数量や集積方向などは本例にのみ限定されず、適用される電力負荷に応じて適宜変更することができる。
【００１１】
本例の円筒型単電池２１は、正極板及び負極板を含む発電要素を巻回して構成されたものである。すなわち、図５に示す下から順に、電極板の両主面に負極活物質からなる負極層が形成された負極板２１２と、セパレータ２１３と、電極板の両主面に正極活物質からなる正極層が形成された正極板２１１と、セパレータ２１３を重ね合わせたシートを巻回して円柱状にし、これを有底筒状筐体に収納して電解質を充填することで得られるものである。そして、一方の底部が正極端子２２、他方の底部が負極端子２３となる（図２参照）。図１に示す下段の単電池２１は全て負極端子２３が手前に整列するように並べられ、上段の単電池２１は全て正極端子２２が手前に整列するように並べられている。
【００１２】
なお、本例の円筒型単電池２１は、リチウムイオン二次電池のほかニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池など、電池種類には限定されず種々の二次電池に適用することができる。
【００１３】
本例の電池モジュール２は、図１に示すようにＹ−Ｚ平面に集積された１１個の単電池２１を直列に接続するためのバスバ２４を備える。本例のバスバ２４は、図１に示すように上段の単電池２１の端子と下段の単電池２１の端子とを電気的に接続するためにＺ軸方向に配置される。なお、図１においては図面の手前側の単電池２１の端子を接続するバスバ２４のみを示すが、同様のバスバ２４及び冷却装置１が図面の奥側にも設けられる。
【００１４】
また図４に拡大して示すとおり、本例のバスバ２４は、両端に単電池２１の正極端子２２又は負極端子２３に接続される接続部２４１，２４１を有し、その間は断面台形状又は断面矩形状に折り曲げられている。図７Ａ及び図７Ｂは他例のバスバ２４である。この他例に係るバスバ２４は、接続部２４１，２４１の間が断面台形状又は断面矩形状に折り曲げられ、さらにその先端に断面Ｗ字状の湾曲部２４２が形成されている。この湾曲部２４２は、エッジ形状、すなわち、断面視において頂部を挟んで９０度未満の鋭角をなしている。これにより、接続部２４１から伝導してきた熱が頂部に集中しやすくなるため、頂部において冷媒１３の沸騰が起こりやすくなり後述するような自己循環が促進される。なお、湾曲部２４２、２４２間に複数のエッジ部を設けてもよい。これにより、さらに冷媒１３の沸騰が起きやすくなる。なお本例のバスバ２４は、導電性及び熱伝導性に優れた銅、アルミニウム、ニッケル、鉄などの金属材料から構成されている。
【００１５】
次に本例の冷却装置１の構造について説明する。
本例の冷却装置１は、内部空間１２に冷媒１３が封入された冷媒容器１１を備え、バスバ２４の一部が冷媒容器１１の内部空間１２に臨むとともに冷媒１３に接触して設けられている。この様子を図２に示す。バスバ２４の中央部は、冷媒容器１１を貫通して内部空間１２に臨み、そのうちの下側は液相冷媒に接触する一方、上側は気相冷媒に接触する。
【００１６】
冷媒容器１１は、たとえば合成樹脂などの絶縁材料からなり、その内部空間１２は、主として液相の冷媒１３が蒸発する蒸発部１４と、主として気相の冷媒１３が凝縮する凝縮部１５とを含む。すなわち、内部空間１２に液相冷媒１３を充填する際には内部空間１２のうちの一部を満たすように充填される。本例の冷媒（作動液）１３は、単電池２１の発熱温度を考慮して沸点が６０℃以下であることが望ましく、たとえば沸点が６０℃以下であり且つ絶縁性を有するフッ素系冷媒を用いることが好ましい。
【００１７】
本例の冷媒容器１１には、凝縮部１５と冷媒容器１１の外部とを熱的に接続する放熱フィン１６が設けられている。これにより、凝縮部１５に存在する気相冷媒１３が放熱フィン１６によって冷却され、凝縮して蒸発部１４に滴下するという自己循環型冷却システムとなる。
【００１８】
冷媒容器１１の内部空間１２にバスバ２４の一部を望ませるには、冷媒容器１１の形状に応じたキャビティを有する成形型の所定位置にバスバ２４をセットし、このキャビティに溶融樹脂を射出するというインサート成形法により製造することができる。この際に放熱フィン１６も同時にインサート成形してもよい。また、冷媒１３は、このインサート成形が完了した状態で内部空間１２に注入し、その後に注入口を封止すればよい。
【００１９】
なお、本例の冷媒容器１１は、図１に示す手前側と奥側の２つ設けられ、一つの冷媒容器１１に複数のバスバ２４がそれぞれ設けられている。また、一つの冷媒容器１１の内部空間１２は一つの空間でもよいが、図３に示すように内部空間１２に隔壁１７を設けて複数の空間に区画してもよい。同図に示す例では、内部空間１２に２つの隔壁１７，１７を設け、内部空間１２を、両端のバスバ２４に対応する内部空間１２ａ，１２ｃと、中央のバスバ２４に対応する内部空間１２ｂと、に区画したものである。そして、単電池２１を図１に示すように集積した場合に、電池温度が相対的に高くなる中央部分の単電池２１に接続されたバスバ２４が望む内部空間１２ｂには相対的に沸点の低い冷媒１３Ｙを充填し、電池温度が相対的に低くなる両端部分の単電池２１に接続されたバスバ２４が望む内部空間１２ａ，１２ｃには相対的に沸点の高い冷媒１３Ｘを充填すれば、複数の単電池２１を均一な温度に冷却することができる。
【００２０】
以上のとおり本例の冷却装置１によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）単電池２１で発生した熱を抜熱するにあたり、従来技術のように円筒型電池の円筒側面にヒートパイプを挟むと、多数の単電池を集積した場合に電池モジュールの外形が大型化してしまう。特に車両用電池モジュールにあっては、車両の限られた空間に電池モジュールを内包したバッテリパックを搭載しなければならないため、結果的に電池モジュールの容量が制限され、電動車両の重要課題の１つである航続可能距離が短くなるという問題がある。これに対して本例の冷却装置１では、もともと存在していたバスバ２４の取付空間を活用することで、冷却装置１自体の容積をできる限り小さくし、かつ単電池２１の集積自由度を上げるべく、バスバ２４を冷媒容器１１の内部空間１２に臨ませる。これにより、単電池２１の内部で発生した熱は、バスバ２４を介して冷媒１３に直接的に伝わるので、冷媒１３の気化潜熱を利用した効率の良い電池冷却を行うことができる。また、もともと存在するバスバ空間を利用しているので、電池モジュール２の外形寸法、特に単電池２１を積層する方向Ｙ，Ｚの寸法、が大きくなるのを抑制することができる。
【００２１】
（２）また本例の冷却装置１が適用されるバスバ２４は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように湾曲部２４２が形成されているので、冷媒１３への伝熱面積が増加し、冷却能力が大きくなる。また、バスバ２４自体の温度上昇による長さ方向の寸法変化も吸収することができる。
【００２２】
（３）また本例の冷却装置１では、冷媒１３としてフッ素系冷媒を用いているので、冷媒の沸点を電池の許容温度（例えば６０℃）より低い温度（例えば５０℃）にすることができると同時に、バスバ２４に対して、絶縁性を保つことができる。
【００２３】
（４）また本例の冷却装置１は、円筒型単電池２１を集積した電池モジュール２に適用するので、単電池２１の内部で発生した熱は円筒状筐体の径方向よりも軸方向に伝わり易く、したがってさらに効率よく電池を冷却することができる。
【００２４】
（５）また本例の冷却装置１では、凝縮部１５と冷媒容器１１の外部とを熱的に接続する放熱フィン１６を設けているので、凝縮部１５に存在する気相冷媒１３が放熱フィン１６によって冷却され、凝縮して蒸発部１４に滴下するという自己循環型冷却システムとなる。
【００２５】
（６）また本例の冷却装置１では、一つの冷媒容器１１に複数のバスバ２４を望ませているので、複数のバスバ２４間で一つの冷媒容器１１と冷媒１３を共用でき、冷媒容器１１の部品コストの低減や、電池モジュール２への組み付け作業性の向上が図れる。
【００２６】
（７）また本例の冷却装置１では、一つの内部空間１２を複数の内部空間１２ａ，１２ｂ，１２ｃに区画し、沸点が異なる冷媒１３Ｘ，１３Ｙを充填するので、電池モジュール２のレイアウト（すなわち電池モジュール２の外部の空冷状態）、電池モジュール２や単電池２１の個体差等により、単電池２１の発熱量が複数の単電池間で異なるような場合でも、単電池２１を均一な温度に冷却することができる。
【００２７】
（８）また本例の冷却装置１を含む電池モジュール２は、車両３の運転席と助手席間のセンターコンソール部３１に搭載されるので、車両３の居住スペース、トランクスペースを犠牲にせずに電池モジュール２を搭載することができる。また、冷却装置１を含む電池モジュール２をフロア上に搭載した場合にあっては、エアコンの吹き出し空気により放熱フィン１６を冷却することができ、これに代えて床下に搭載した場合には、センタートンネルを流れる空気により放熱フィン１６を冷却することができる。
【００２８】
上記放熱フィン１６は本発明に係る放熱部に相当する。
【符号の説明】
【００２９】
１…冷却装置
１１…冷媒容器
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…内部空間
１３，１３Ｘ，１３Ｙ…冷媒
１４…蒸発部
１５…凝縮部
１６…放熱フィン
１７…隔壁
２…電池モジュール
２１…単電池
２１１…正極板
２１２…負極板
２１３…セパレータ
２１４…発電要素
２２…正極端子
２３…負極端子
２４…バスバ
２４１…接続部
２４２…湾曲部
２５…結束バンド
３…車両
３１…センターコンソール部
【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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【図７Ａ】
2015002105.tif 000009
【図７Ｂ】
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