(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セル、または２つ以上の電池セルが中にそれぞれ取り付けられる単位モジュールが、前記電池セルまたは前記単位モジュールが上向きまたは上下反対に積み重なるように電池パックケース内に取り付けられる電池パックであって、
前記電池パックケースには、冷媒入口及び冷媒出口がその上部および下部にそれぞれ設けられ、前記冷媒入口及び冷媒出口は、前記電池セル、または前記単位モジュールすなわち単位セルを冷却するための冷媒が電池モジュールの一方の側から他方の側へ、前記単位セルの積み重ね方向と垂直な方向に流れるように反対方向に向けられており、
前記電池パックケースには、前記冷媒入口から前記電池モジュールへと延びる流れ空間（「冷媒導入部」）と、前記電池モジュールから前記冷媒出口へと延びる別の流れ空間（「冷媒排出部」）とがさらに設けられ、
前記冷媒導入部が、
（ａ）前記冷媒入口に隣接し、単位セル積層体の最上部と平行に延びる平行導入部と、
（ｂ）前記平行導入部に接続された傾斜導入部であって、前記傾斜導入部と前記単位セル積層体の前記最上部との間の距離が徐々に減少するように前記冷媒入口から前記冷媒入口の反対側の前記電池パックケースの端部まで延びる傾斜導入部とを含み、
前記平行導入部と前記傾斜導入部とが互いに接続されるところである傾斜変曲点が、前記冷媒入口から１番目の単位セル（「第１のセル」）と前記第１のセルに面する冷媒入口側の前記電池パックケースとの間の冷媒流れチャネル（「第１の冷媒流れチャネル」）に位置し、
前記傾斜変曲点が、前記第１の冷媒流れチャネルの中心軸上に位置し、
前記傾斜導入部が３〜８度の傾斜角を有し、
前記冷媒排出部が前記単位セル積層体の最下部に対して均一な高さを有する、電池パック。
【請求項２】
前記第１の冷媒流れチャネルが前記第１のセルの幅（Ｗｂ）の１０〜１００％に等しい幅（Ｗｃ）を有する、請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記冷媒入口が、前記単位セル積層体の長さに対応する前記電池パックケースの長さの５〜２５％に等しい幅を有する、請求項１に記載の電池パック。
【請求項４】
前記冷媒入口の反対側の前記電池パックケースの端部が、前記単位セル積層体の高さの１０％以下に等しい高さだけ前記単位セル積層体の最上部から間隔をあけて配置される、請求項１に記載の電池パック。
【請求項５】
前記冷媒入口の反対側の前記電池パックケースの端部が、１〜１０ｍｍの高さだけ前記単位セル積層体の前記最上部から間隔をあけて配置される、請求項４に記載の電池パック。
【請求項６】
前記電池パックケースが、前記単位セルの積層方向の前記電池パックケースの長さが前記単位セルの前記積層方向と垂直な前記単位セルそれぞれの横方向の前記電池パックケースの長さよりも長くなるように構成される、請求項１に記載の電池パック。
【請求項７】
前記冷媒入口または前記冷媒出口は、前記冷媒入口を通して導入された冷媒を前記冷媒が前記電池モジュールを通過した後で前記冷媒出口まで移動させるために、前記冷媒入口内に、または、前記冷媒出口内に取り付けられたファンを有する、請求項１に記載の電池パック。
【請求項８】
前記単位モジュールのそれぞれが、電極端子が互いに直列に接続されている２つ以上の電池セルと、前記電池セルの前記電極端子を除いて前記電池セルの外側を取り囲むように結合された１対の外装部材とを含む構造を有するように構成される、請求項１に記載の電池パック。
【請求項９】
前記単位モジュールのそれぞれが、金属材料で作られた外装部材の中に２つの電池セルが取り付けられる構造を有するように構成される、請求項７に記載の電池パック。
【請求項１０】
請求項１に記載の電池パックを電源として備える車両。
【請求項１１】
前記車両が電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインハイブリッド電気自動車である、請求項１０に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い冷却効率を呈示する電池パックに関し、より具体的には、電池パックケースの上部および下部にそれぞれ冷媒入口および冷媒出口を備えた構造を有するように構成された電池パックであって、この電池パックケースには冷媒導入部および冷媒排出部が設けられ、冷媒導入部は平行導入部および傾斜導入部を含み、平行導入部と傾斜導入部が互いに接続されるところである傾斜変曲点が特定の領域に置かれる、電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、充放電ができる二次電池が無線移動デバイスのエネルギー源として広く使用されている。二次電池はまた、化石燃料を使用する既存のガソリン車両およびディーゼル車両によって生じる大気汚染などの問題を解決するために開発されてきた電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、およびプラグインハイブリッド電気自動車（プラグインＨＥＶ）の電源として大きな関心を引いてきた。
【０００３】
小型移動デバイスでは、１つまたは複数の電池セルをデバイスごとに使用する。一方、車両などの中型または大型デバイスでは、大電力および大容量がこれら中型または大型デバイスに必要であるので、互いに電気的に接続された複数の電池セルを有する電池パックを使用する。
【０００４】
電池パックは、サイズおよび重量が可能な限り小さくなるように製造されることが好ましい。この理由から、高集積で積み重ねることができ、容量に対する重量比が小さい角柱状電池（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ  ｂａｔｔｅｒｙ）またはパウチ形電池（ｐｏｕｃｈ−ｓｈａｐｅｄ  ｂａｔｔｅｒｙ）が、電池パックの電池セルとして通常使用される。特に、外装部材としてアルミニウム積層物を使用するこのようなパウチ形電池は、パウチ形電池が軽量であり、パウチ形電池の製造コストが低く、パウチ形電池の形状が修正しやすいので、現在多くの関心を集めている。
【０００５】
特定の装置またはデバイスで必要とされる電力および容量を中型または大型電池モジュールが提供するために、中型または大型電池モジュールは、複数の電池セルが互いに直列に電気的に接続されると共に電池セルが外部力に対して安定である構造を有するように構成される必要がある。
【０００６】
中型または大型電池モジュールを構成する電池セルはまた、充放電ができる二次電池である。したがって、大量の熱が電池の充放電中に大電力で大容量の二次電池から発生する。電池の充放電中に単位セルから発生する熱が効果的に除かれない場合、熱はそれぞれの単位セル内に蓄積し、その結果、単位セルの劣化が加速されることになる。状況によっては、単位セルが発火または破裂することがある。この理由から、大電力で大容量電池である車両用電池パックには、電池パック内に組み込まれた電池セルを冷却するための冷却システムが必要になる。
【０００７】
複数の電池セルを含む中型または大型電池パックにおいては、一方で、一部の電池セルの性能劣化が電池パック全体の性能劣化につながる。性能の不均一性をもたらす主要因の１つは、電池セル間の冷却が不均一なことである。この理由から、流れチャネルの形状を最適にする構造を実現し、それによって、冷媒が流れている間の温度偏差を最小限にする必要がある。
【０００８】
従来の中型または大型電池パックの一部では、冷媒入口および冷媒出口がそれぞれ電池パックケースの最上部および最下部に、冷媒入口と冷媒出口が反対方向に向くように置かれると共に冷媒入口から電池モジュールまで延びる流れ空間の最上部と最下部が互いに平行である構造を有するように構成された電池パックケースを使用する。しかし、この構造では、冷媒出口に隣接する流れチャネル内の冷媒流量が大幅に低減され、その結果、電池セル間の温度偏差が大きくなる。
【０００９】
この事例に関連して、空気誘導面が電池セルの反対側の電池パックケースの側面に向かって下方に傾斜しており、その結果、空気誘導面と冷媒入口の間の距離が増加するに伴って空気誘導面が電池セルに近くなる構造を有するように構成された中型または大型電池パックが開示されている。具体的には、空気誘導面は、電池セルの反対側の電池パックケースの側面に向かって所定の角度で、例えば１５〜４５度の角度で傾斜しており、冷媒入口は水平方向に形成され、それによって、冷媒出口に隣接する流れチャネルの中に冷媒が過剰に導入される現象が発生することが制限される。
【００１０】
しかしながら、本願の発明者らは、上記の構造によっては最適な冷却均一性を得ることが不可能であること、具体的には、電池セル間の温度偏差が、冷媒入口に隣接する冷媒導入部分の構造により変わることを発見した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際特許出願第ＰＣＴ／ＫＲ２００４／００３３１２号（特表２００７−５２００４３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明は、上記の問題、およびなお解決されるべき他の技術的問題を解決するために生み出された。
【００１３】
電池パックについての様々な広範囲にわたる集中的研究および実験の結果、本願の発明者らは、水平部分と傾斜導入部分が互いに接続されるところである傾斜変曲点が電池パックの特定の領域に置かれたときに電池パックの冷却均一性が高くなることを発見した。これらの発見に基づいて、本発明は完全なものになった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様によれば、上記および他の目的は、複数の電池セル、または２つ以上の電池セルが中にそれぞれ取り付けられる単位モジュールが、電池セルまたは単位モジュールが上向きまたは上下反対に積み重なるように電池パックケース内に取り付けられる電池パックを用意することによって達成され、前記電池パックケースには、冷媒入口及び冷媒出口がその上部および下部にそれぞれ設けられ、前記冷媒入口及び冷媒出口は、前記電池セル、または前記単位モジュールすなわち単位セルを冷却するための冷媒が電池モジュールの一方の側から他方の側へ、前記単位セルの積み重ね方向と垂直な方向に流れるように反対方向に向けられており、電池パックケースには、冷媒入口から電池モジュールへと延びる流れ空間（「冷媒導入部」）と、電池モジュールから冷媒出口へと延びる別の流れ空間（「冷媒排出部」）とがさらに設けられ、冷媒導入部は、（ａ）冷媒入口に隣接し、単位セル積層体の最上部と平行に延びる平行導入部と、（ｂ）平行導入部に接続された傾斜導入部であって、傾斜導入部と単位セル積層体の最上部との間の距離が徐々に減少するように冷媒入口から冷媒入口の反対側の電池パックケースの端部まで延びる傾斜導入部とを含み、平行導入部と傾斜導入部とが互いに接続されるところである傾斜変曲点が、冷媒入口から１番目の単位セル（「第１のセル」）と第１のセルに面する電池パックケースとの間の冷媒流れチャネル（「第１の冷媒流れチャネル」）に置かれる。
【００１５】
以下では、電池セルすなわち単位セルは「単位セル」と呼ばれる。
【００１６】
電池パックには、導管が冷媒入口に接続される領域が一般に必要である。流体である冷媒は、冷媒入り口を通して平行導入部に導入され、次に傾斜導入部に導入される。このとき冷媒の上方の流れは、平行導入部分と傾斜導入部分が互いに接続されるところである傾斜変曲点で傾斜導入部とぶつかり、その結果、冷媒は下方に電池モジュールへと流れる。一方、冷媒の下方の流れは、冷媒の流れ方向は変わらずに流れる。その結果、冷媒中に渦が生成される。このような渦は、冷媒の最適な流れを乱す。この理由から、単純に傾斜導入部を設けることによって望ましい冷却均一性を電池セル間で得ることは困難である。
【００１７】
この事例に関連して、本願の発明者らは、変曲点が冷媒入口から１番目の単位セル（「第１のセル」）と第１のセルに面する電池パックケースとの間の冷媒流れチャネル（「第１の冷媒流れチャネル」）に置かれる場合には、そのような渦の発生により第１の冷媒流れチャネルの中に導入される冷媒流量が増加し、その結果、電池セル間で冷却均一性が改善され、それによって電池セル間の温度偏差が低減し、またそれによって電池セル間で冷却効率が改善することを発見した。つまり、冷媒入口の反対側の電池パックケースの側面に隣接する電池セルが、冷媒入口に隣接する電池セルよりもずっと多く冷却されるという現象が大幅に低減される。
【００１８】
本発明では、「第１の冷媒流れチャネル」とは、第１の冷媒流れチャネルおよびその周辺部を含むと解釈されたい。したがって、傾斜変曲点は、第１の冷媒流れチャネルに置かれることも、第１の冷媒流れチャネルの周辺部に置かれることもある。しかし、第１の冷媒流れチャネルの周辺部は、第２の冷媒流れチャネルを含まない。これは、傾斜変曲点が第２の冷媒流れチャネルに置かれる場合、後で説明する図２および図４の比較結果から分かるように、電池セルまたは単位モジュール間の温度偏差が大きくなるからである。
【００１９】
好ましい一例では、傾斜変曲点は、第１の冷媒流れチャネルの中心軸を基準として、第１のセルの幅Ｗｂに相当する偏位範囲内に置かれることがある。
【００２０】
傾斜変曲点が、冷媒入口に向かう第１の冷媒流れチャネルの中心軸を基準として、第１のセルの幅Ｗｂに相当する偏位範囲の外に置かれる場合、導管を冷媒入口に接続するための追加の設計または修正が必要になることがあり、また導管接続のために所定の長さの平行部分が必要になることがある。この場合、突起部が電池パックに形成されることがあり、その結果、空間効率が低下することになる。
【００２１】
一方、傾斜変曲点が、冷媒入口の反対側の電池パックケースの端部に向かう第１の冷媒流れチャネルの中心軸を基準として、第１のセルの幅Ｗｂに相当する偏位範囲の外に置かれる場合、冷媒入口に隣接する電池セルの冷却効率は前述の通り低下する。
【００２２】
第１の冷媒流れチャネルは、第１のセルの幅Ｗｂの１０〜１００％に等しい幅Ｗｃを有し得る。
【００２３】
第１の冷媒流れチャネルの幅Ｗｃが第１のセルの幅Ｗｂの１０％未満である場合、冷媒流量は電池セルを十分に通過せず、その結果、所望の冷却効率が得られないことになる。一方、第１の冷媒流れチャネルの幅Ｗｃが第１のセルの幅Ｗｂの１００％を越える場合には、電池パックの体積が冷却効率よりもずっと大きく増加し、これは好ましくない。この理由から、第１の冷媒流れチャネルは、第１のセルの幅Ｗｂの２０〜７０％に等しい幅Ｗｃを有し得る。
【００２４】
傾斜変曲点は、第１の冷媒流れチャネルの中心軸に置かれることがある。
【００２５】
傾斜変曲点が第１の冷媒流れチャネルの中心軸上に置かれる場合、第１の冷媒流れチャネルの中心軸上の冷媒中に渦が発生し、その結果、第１の冷媒流れチャネルの中に導入される冷媒流量が増加し、それによって電池セル間の温度偏差がさらに低減することになる。
【００２６】
好ましい一例では、傾斜導入部は３〜８度の傾斜角を有し得る。
【００２７】
傾斜導入部が３度未満の傾斜角を有する場合には、電池セル間の温度偏差を効率的に低減することが不可能である。一方、傾斜導入部が８度を超える傾斜角を有する場合には冷媒入口の幅が増大し、その結果、小型の電池パックを製造することが不可能になる。加えて、冷媒入口の断面積が増大するにつれ冷媒の速度が減少する可能性があり、これは好ましくない。
【００２８】
冷媒入口の幅はまた、冷媒導入部の最上部が前述の特定の傾斜構造を有する場合を除き、単位セル間の温度偏差に大きな影響を及ぼす。
【００２９】
したがって、冷媒入口が、単位セル積層体の長さに対応する電池パックケースの長さの５〜２５％に等しい幅を有する場合には、デバイス取り付け状態によって生じる冷媒の温度偏差をより効率的に低減することが可能である。冷媒入口は、単位セル積層体の長さに対応する電池パックケースの長さの１０〜２０％に等しい幅を有することが好ましい。
【００３０】
冷媒入口の反対側の電池パックケースの端部は、単位セル積層体の高さの１０％以下に等しい高さだけ単位セル積層体の最上部から間隔をあけて配置されることがある。この構造により、冷媒入口の反対側の電池パックケースの端部に達する冷媒流量が適切に制限され、それによって各単位セルまでの均一な冷媒配送がさらに改善される。
【００３１】
この場合、冷媒入口の反対側の電池パックケースの端部は、１〜１０ｍｍの高さだけ単位セル積層体の最上部から間隔をあけて配置されることがある。
【００３２】
一方で、本発明による電池パックは、好ましくは、クリティカルな冷却効率を有する構造、すなわち、単位セルの積層方向の電池パックケースの長さが、単位セルそれぞれの横方向の電池パックケースの長さよりも長い構造に適用される。
【００３３】
冷媒排出口は、単位セル積層体の最下部に対して均一な高さを有し得る。つまり、単位セル積層体の最下部に面する冷媒排出口の最下部は、単位セル積層体の最下部と同じ高さを有し得る。あるいは、冷媒排出口の構造は、冷媒排出効率を改善するために部分的に変更されることもある。
【００３４】
冷媒入口または冷媒出口は、冷媒が電池モジュールを通過した後で、冷媒入口を通して導入された冷媒を冷媒出口まで移動させるために、冷媒入口内または冷媒出口内に取り付けられたファンを有することができる。
【００３５】
具体的には、ファンは、冷媒を電池モジュールに吹き付けるために冷媒入口内に取り付けられる吹き出しファン、または電池モジュールから冷媒を吸い込むために冷媒出口内に取り付けられる吸込みファンであり得る。吹き出しファン及び吸込みファンは同時に使用することができる。
【００３６】
単位モジュールのそれぞれは、電極端子が互いに直列に接続されている２つ以上の電池セルと、電池セルの電極端子を除いて電池セルの外側を取り囲むように結合された１対のモジュール筐体とを含む構造を有するように構成することができる。
【００３７】
モジュール筐体は、機械的強度が低い電池セルを保護しながら、電池セルの充放電中に電池セルが膨張および収縮の変化を繰り返すことを制限し、それによって電池セルの各封止領域間での分離を防止する。
【００３８】
モジュール筐体の構造は、電池セルがモジュール筐体内に取り付けられる限り特に制限されない。限定されない一例では、モジュール筐体は、電池セル積層体の外形に対応する内部構造を有し得る。特に、各モジュール筐体は、追加の固定部材を使用することなく、組立式固定方法で互いに結合することができる。
【００３９】
好ましい一例では、単位モジュールのそれぞれは、金属材料で作られた外装部材の中に２つの電池セルが取り付けられる構造を有するように構成することができる。
【００４０】
電池セルは二次電池であり、二次電池を積層して電池モジュールを組み立てたときに二次電池の全体のサイズが最小化されるように、厚さが薄く、幅および長さが相対的に大きくなっている。好ましい一例では、それぞれの電池セルは、樹脂層および金属層を含む積層シートで作られた電池ケース内に電極アセンブリが取り付けられ、且つ、電池ケースの上端部および下端部から電極端子が突出する構造を有するように構成されてもよい。具体的には、それぞれの電池セルはアルミニウム積層シートで作られたパウチ形電池ケース内に電極アセンブリが取り付けられる構造を有するように構成することができる。上述の構造を有する二次電池は、パウチ形電池セルと呼ばれることがある。
【００４１】
パウチ形電池セルの電池ケースは、様々な構造を有するように構成することができる。例えば、パウチ形電池セルのケースは、電極アセンブリが、２つのユニット部材の上部内面および／または下部内面に形成された収容部分に収容され、且つ上部および下部の接触領域が封止される構造を有するように構成されてもよい。上述の構造を有するパウチ形電池セルは、本特許出願の出願人の名前で出願された特許文献１に開示されている。上記の特許出願の開示は参照により、本明細書に全体が示された場合と同様に本明細書に組み込まれる。
【００４２】
電極アセンブリは陰極および陽極を含み、これらによって電池の充放電が可能になる。電極アセンブリは、複数の陰極および陽極が積層される一方、陰極と陽極との間にそれぞれセパレータが配置される構造を有するように構成することができる。例えば、電極アセンブリは、ゼリーロール型構造、積層型構造、または積層／折り畳み型構造を有するように構成することができる。電極アセンブリの陰極および陽極は、陰極の電極タブおよび陽極の電極タブが電池から外側へ直接突き出るように構成することができる。あるいは、電極アセンブリの陰極および陽極は、陰極の電極タブおよび陽極の電極タブが追加リード線に接続され、このリード線が電池から外側へ突き出るように構成することもできる。
【００４３】
電池セルは、１つの単位モジュール内で互いに直列および／または並列に接続することができ、あるいは１つの単位モジュールの電池セルを、別の単位モジュールの電池セルに直列および／または並列に接続することができる。好ましい一例では、複数の単位モジュールは、電池セルの電極端子が連続して互いに隣り合うように電池セルが長手方向に直列に配置された状態で電池セルの電極端子を互いに結合し、電池セルが積み重なるように２つ以上の電池セルを折り曲げ、モジュール筐体を使用して所定の数の積層電池セルを覆うことによって製造することができる。
【００４４】
電極端子間の結合は、溶接、ハンダ付け、および機械的結合などの様々な方法で実現することができる。好ましくは、電極端子間の結合は溶接によってなされる。
【００４５】
電池セルの外縁封止部分のうち側面封止部分は、モジュール筐体の内部形状とほぼ一致するように折り曲げることができる。その結果、空間利用が改善され、したがって小型電池モジュールを製造することが可能になる。
【００４６】
電極端子が上述のように電池セルの上端部および下端部から外側に突き出る場合、奇数個の電池セルが互いに直列に接続されると、電極端子は各単位モジュール内の電池セルの両端部に置かれ、その結果、次の処理が容易には実施されないことになる。この理由から、偶数個の電池セルを互いに直列に接続することが好ましい。
【００４７】
モジュール筐体にはまた、モジュール筐体が積み重ねられたときに流れチャネルが得られるように、その外縁部に突起が設けられることがある。単位モジュールが積み重ねられると、これらの突起は互いに接触して、冷媒が流れる流れチャネルが突起間に形成される。
【００４８】
別の好ましい一例では、電極が外側に突き出る電池セルの部分に対応するモジュール筐体の部分は、電極が外側に突き出る電池セルの部分を固定するために、モジュール筐体の他の部分よりも低いことがある。
【００４９】
電池セルが充放電可能な二次電池である限り、電池セルは特に限定されない。好ましくは、電池セルは、重量に対する大きい電力比または大きい容量比をそれぞれが有するリチウム二次電池である。
【００５０】
本発明の別の態様によれば、上述の構造を有する電池パックを電源として使用し、制限された取り付け空間を有し、頻繁な振動および強い衝撃に曝される車両が提示される。
【００５１】
好ましい一例では、この車両は、大電力および大容量を必要とする電気自動車、ハイブリッド電気自動車またはプラグインハイブリッド電気自動車である。
【００５２】
当然ながら、車両の電源として使用される電池パックは、所望の電力および容量に基づいて組み合わせ、製造することができる。
【００５３】
この場合、車両は電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインハイブリッド電気自動車であることがあり、電池パックは車両のトランクの下端部に、または、車両の後部席とトランクとの間に設置される。
【００５４】
電池パックをその電源として使用する電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインハイブリッド電気自動車は、本発明が関係する技術分野でよく知られており、したがって、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せ読めばより明確に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来の電池パックを示す垂直断面図である。
【図２】図１の電池パック内の単位モジュール間温度偏差の測定結果を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態による電池パックを示す垂直断面図である。
【図４】図３の電池パック内の単位モジュール間の温度偏差の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
次に、本発明の好ましい諸実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は図示の諸実施形態によって限定されないことに留意されたい。
【００５８】
図１は、冷媒導入部の上端部が傾斜している構造を有するように構成された従来の電池パックを典型的に示す垂直断面図である。
【００５９】
図１を参照すると、電池パック１００は、複数の単位モジュール１３０が互いに電気的に接続されるように積み重ねられる構造を有するように構成された電池モジュール１３２と、電池モジュールが中に取り付けられるパックケース１７０と、冷媒入口１１０から電池モジュール１３２まで延びる流れ空間である冷媒導入部１４０と、電池モジュール１３２から冷媒出口１２０まで延びる流れ空間である冷媒排出部１５０とを含む。
【００６０】
冷媒入口１１０を通して導入された冷媒は、冷媒導入部１４０と、それぞれの単位モジュール１３０の間に画定された流れチャネル１６０とを通って流れる。このとき冷媒は、単位モジュール１３０を冷却する。そのあと冷媒は、冷媒排出部１５０を通って流れ、次に冷媒出口１２０を通して電池パックの外に排出される。
【００６１】
冷媒導入部１４０は、冷媒入口１１０に隣接する冷媒導入部１４０の一部分に冷媒導入管（図示せず）が接続されるように、単位モジュール１３０が積み重ねられる方向と平行に形成された平行導入部１４３と、冷媒導入部１４０の最上部１４２が冷媒入口１１０の反対側の端部に向かって所定の角度で傾斜している傾斜導入部１４４とを含む。平行導入部１４３と傾斜導入部１４４が互いに接続される点は、傾斜変曲点１８０と呼ばれる。
【００６２】
従来の電池パックでは、冷媒導入管（図示せず）の接続が簡単になるように、傾斜変曲点１８０が、冷媒入口１１０側のパックケース１７０と冷媒入口１１０側の単位モジュール１３０との間の第１の冷媒流れチャネルから、冷媒入口１１０の反対側のパックケース１７０の端部の方に所定の距離だけ間隔をあけて置かれる。
【００６３】
図２は、図１の電池パック内それぞれの単位モジュール間の温度偏差の測定結果を示すグラフである。
【００６４】
図２を図１と共に参照すると、冷媒出口１２０に隣接する単位モジュールから冷媒入口１１０に隣接する単位モジュールまでの、図１のパックケース１７０内に積み重ねられた単位モジュール１３０の温度の測定結果が示されている。すなわち、単位モジュール番号１は冷媒出口１２０に隣接する単位モジュールを表し、単位モジュール番号２４は冷媒入口１１０に隣接する単位モジュールを表す。
【００６５】
温度測定実験は、所定の負荷が電池セルに印加され、外部温度が室温に維持される条件のもとで、１時間当たり１００立方センチメートル（ＣＭＨ、ｃｍ３／ｈ）の空気流量で行われた。温度測定実験はまた、傾斜導入部１４４が５度の傾斜角を有し、かつ傾斜変曲点１８０が冷媒入口から３番目と４番目の冷却流チャネルの間（４０ｍｍ）、２番目と３番目の冷却流チャネルの間（２５ｍｍ）、および２番目の冷却流チャネル（１８ｍｍ）上に置かれた条件のもとで実施された。
【００６６】
図２から分かるように、測定結果により単位モジュール番号２２から２４は、全単位モジュールの温度分布グラフから外れる高温を有することが明らかになった。これらの結果は、傾斜変曲点１８０が冷媒入口から４０ｍｍ、２５ｍｍ、および１８ｍｍのところに置かれる条件のもとで同様に得られたが、互いにわずかに異なっていた。その結果として、単位モジュール間の温度偏差が大きくなる。
【００６７】
上記の構造では、相対的に少ない冷媒流量が、冷媒入口１１０に隣接する単位モジュール間に画定された流れチャネルの中に導入され、その結果、単位モジュールが効率的に冷却されないことになり、したがって、冷媒出口１２０に隣接する単位モジュールと冷媒入口１１０に隣接する単位モジュールとの間の温度偏差が大きくなる。平行導入部では冷媒が水平方向に流れ、その結果、冷媒入口に隣接する各流れチャネル内の冷媒流量が低減することになる。したがって、この現象は、冷媒導入部１４０の最上部１４２を単に傾斜させるだけでは単位モジュール１３０間の温度偏差を効果的に低減することが不可能であることを示している。
【００６８】
図３は、本発明の一実施形態による電池パックを典型的に示す垂直断面図である。
【００６９】
図３を参照すると、パックケース２７０は、単位モジュール２３０の積み重ね方向Ｌのパックケース２７０の長さが、単位モジュール２３０それぞれの側方方向Ｗのパックケース２７０の長さを上回るように構成されている。また、冷媒入口２１０および冷媒出口２２０は、冷媒が電池モジュール２３２の一方の側から電池モジュールの他方の側へ、単位モジュール２３０の積み重ね方向Ｌと垂直な方向に流れるように、それぞれパックケース２７０の上部および下部に反対向きに配置される。
【００７０】
それぞれの単位モジュール２３０の間には、冷媒が流れる小さな流れチャネル２６０が画定される。その結果、冷媒入口２１０を通して導入された冷媒は、流れチャネル２６０を通って流れる。このとき冷媒は、単位モジュール２３０から発生した熱を奪う。そのあと冷媒は、冷媒出口２２０を通して電池パックの外に排出される。
【００７１】
電池パック２００は、傾斜変曲点２８０が第１の冷媒流れチャネル上に配置されていることを除き、冷媒排出部２５０および流れチャネル２６０に関して図１の電池パック１００と実質的に同じである。
【００７２】
この構造では、冷媒入口２１０に隣接する電池セルの冷却効率は、図１の電池パック１００よりも高い。傾斜変曲点２８０は、第１の冷媒流れチャネルの幅の中間の垂直延長線がつながる領域に配置されるので、第１の冷媒流れチャネルの中に導入される冷媒流量は、図１の電池パック１００よりも大きい。その結果、冷媒入口２１０に隣接する単位モジュールの冷却効率は、図１の電池パック１００よりも高くなる。
【００７３】
図４は、図３の電池パック内のそれぞれの単位モジュール間の温度偏差の測定結果を示すグラフである。
【００７４】
図４を図３と共に参照すると、冷媒出口２２０に隣接する単位モジュールから冷媒入口２１０に隣接する単位モジュールまでの、図３のパックケース２７０内に積み重ねられた単位モジュール２３０の温度の測定結果が、図２の実験と同じように示されている。すなわち、単位モジュール番号１は冷媒出口２２０に隣接する単位モジュールを表し、単位モジュール番号２４は冷媒入口２１０に隣接する単位モジュールを表す。
【００７５】
温度測定実験は、所定の負荷が電池セルに印加され、外部温度が室温に維持される条件のもとで、１時間当たり８０ＣＭＨ、１００ＣＭＨおよび１２０ＣＭＨの空気流量で行われた。温度測定実験はまた、傾斜導入部２４４が５度の傾斜角を有し、傾斜変曲点２８０が第１の冷媒流れチャネルから冷媒出口の方へ各単位セルの幅（１０ｍｍ）だけ間隔をあけて置かれた条件のもとで行われた。
【００７６】
図４から分かるように、測定結果により単位モジュール番号２２から２４は、全単位モジュールの温度分布グラフに追従することが明らかになった。これらの結果は、８０ＣＭＨ、１００ＣＭＨ、および１２０ＣＭＨの各条件のもとで同様に得られた。これらの結果と図２との比較により、単位モジュール間の温度偏差（単位モジュール番号１と２４との間の温度差）が図２の電池パックの単位モジュール間よりも小さいことが示される。
【００７７】
具体的には、１００ＣＨＭの条件のもとで温度測定実験が行われた図２のグラフから分かるように、全単位モジュール間の温度偏差は３℃を超えた。同じ条件のもと、すなわち１００ＣＨＭで温度測定実験が行われた図４では、全単位モジュール間の温度偏差は約２．６℃である。すなわち、電池パック内の温度偏差は低減される。
【００７８】
上記の構造では、相対的に高い冷媒流量が、冷媒入口１１０に隣接する単位モジュール間に画定された流れチャネルの中に導入され、その結果、単位モジュールが効果的に冷却され、したがって、冷媒出口１２０に隣接する単位モジュールと冷媒入口１１０に隣接する単位モジュールとの間の温度偏差が小さくなる。
【００７９】
また、傾斜変曲点が第１の冷媒流れチャネル上に置かれる場合でも、または、傾斜変曲点が第１の冷媒流れチャネルから冷媒出口の方へ各単位セルの幅だけ間隔をあけて置かれる場合でさえも、図４と同じ結果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
上記の説明から明らかなように、本発明による電池パックは、電池セル間の冷却偏差が低減される構造を有するように構成され、それによって単位モジュール間の冷却均一性が改善され、したがって電池パックの性能が改善される。
【００８１】
本発明の好ましい諸実施形態が説明を目的として開示されたが、当業者には、様々な修正、追加および置き換えが、添付の特許請求の範囲に開示された本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく可能であることが理解されよう。
【符号の説明】
【００８２】
１００  電池パック
１１０  冷媒入口
１２０  冷媒出口
１３０  単位モジュール
１３２  電池モジュール
１４０  冷媒導入部
１４２  冷媒導入部の最上部
１４３  平行導入部
１４４  傾斜導入部
１５０  冷媒排出部
１６０  流れチャネル
１７０  パックケース
１８０  傾斜変曲点
２００  電池パック
２１０  冷媒入口
２２０  冷媒出口
２３０  単位モジュール
２３２  電池モジュール
２４４  傾斜導入部
２５０  冷媒排出部
２６０  流れチャネル
２７０  パックケース
２８０  傾斜変曲点
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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