(57)【要約】【課題】単位電池を支持するフレームの構造を改善して、単位電池を均一に、効率的に冷却することが可能な電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明による電池モジュールは、単位電池１２０を効率的に冷却することができるように、複数の単位電池１２０と、単位電池１２０を支持し、単位電池１２０が挿入されるホール１１２が形成されたフレームと、ホール１１２と単位電池１２０との間に設けられ、単位電池１２０を支持するサポーター１１５とを備える。これにより、単位電池１２０の冷却効率を向上させることができ、単位電池１２０間の温度偏差を最少化できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位電池と、
前記単位電池を支持し、前記単位電池が挿入されるホールが形成されたフレームと、
前記ホールと前記単位電池との間に設けられ、前記単位電池を支持するサポーターと、
を備えることを特徴とする、電池モジュール。
【請求項２】
前記サポーターは、前記ホールの一端から他端まで延設されることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記フレームには、前記ホール以外の空間は形成されないことを特徴とする、請求項１または２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記ホールは、前記単位電池と略同一長さに形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記ホールの半径をＲ２、前記単位電池の半径をＲ１とするとき、０．０３≦（Ｒ２−Ｒ１）／Ｒ１≦０．１８を満たすことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記ホールの半径をＲ２、前記単位電池の半径をＲ１、前記単位電池の長さをＬ１とするとき、０．００１≦（Ｒ２−Ｒ１）／Ｌ１≦０．０２５を満たすことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記単位電池は、略円筒形であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記単位電池の長さ方向は、前記単位電池と接する冷却媒体の流動方向と略平行であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の電池モジュール。
【請求項９】
冷却媒体が流入する流入口と冷却媒体が排出される流出口とが形成されたハウジングを備え、
前記ハウジング内に前記フレームが設けられることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
前記流出口は、前記流入口が形成された面と対向する面に形成されることを特徴とする、請求項９に記載の電池モジュール。
【請求項１１】
前記流入口が形成された面と当該面と交差する側面とが交わる角部には、傾斜面が形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の電池モジュール。
【請求項１２】
前記単位電池と前記ホールとの間の間隔は、前記流入口に隣接した部分の方が前記流出口に隣接した部分よりも大きいことを特徴とする、請求項１０に記載の電池モジュール。
【請求項１３】
前記単位電池と前記ホールとの間の間隔は、前記流入口側から前記流出口側に向かうにつれて小さくなることを特徴とする、請求項１０に記載の電池モジュール。
【請求項１４】
前記流出口は、前記流入口が形成された面と同一平面に形成されることを特徴とする、請求項９に記載の電池モジュール。
【請求項１５】
前記単位電池と前記ホールとの間の間隔は、前記流入口および前記流出口が形成された面側に向かうほど狭くなることを特徴とする、請求項１４に記載の電池モジュール。
【請求項１６】
前記ホールと前記サポーターとの間には、熱伝導性素材からなるガイド管が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数個の単位電池を連結して構成される電池モジュールに関し、より詳しくは、単位電池を冷却する構造を備える電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
２次電池は、充電が不可能な１次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池である。一個のセルからなる低容量の２次電池の場合、携帯電話機やノートパソコン、およびキャムコーダーのような携帯が可能な小型電子機器に主に使用される。複数個のセルがパック形態に連結された大容量２次電池はハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。
【０００３】
このような２次電池は様々な形状に製造されているが、例えば円筒形、角型に形成される。また、２次電池は、大電力を必要とする例えばハイブリッド電気自動車などのモータ駆動に利用可能なように、直列に連結して大容量の電池モジュールを構成することもできる。
【０００４】
電池モジュールは、通常直列に連結される複数個の２次電池からなる。ここで、１対の端子を持つ２次電池を「単位電池」としたとき、それぞれの単位電池は、正極と負極とがセパレータを間において位置する電極群と、電極群が内蔵される空間を備えるケースと、ケースに結合されてこれを密閉して電極群と電気的に連結される電極端子とを具備するギャップ組立体を含む。それぞれの単位電池は、通常ハウジング内に一定の間隔をおいて配列されて各単位電池の端子を連結して、電池モジュールを構成するようにされる。電池モジュールは、安定性のため、複数個の単位電池を一個のモジュールとして締結する構造を有するように構成される。
【０００５】
ところで、電池モジュールは、数個から多くて数十個の単位電池を連結させて、一個の電池モジュールを構成することにより各単位電池で発生する熱を容易に放出できなければならない。電池モジュールの熱放出特性は、単位電池はもちろん電池モジュールを採用する機器自身の性能を左右する、大変重要な特性である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、熱放出がうまく行われない場合、各単位電池の間に温度偏差が発生して、電池モジュールがモータ駆動に必要な電力を望む程度で出力できなくなる。また、単位電池で発生される熱によって電池内部の温度が上昇すると、内部に異常反応が起こって単位電池の充放電性能等の性能が低下する。特に、電池モジュールが例えば電動掃除機、電動スクーターや自動車用（電気自動車またはハイブリッド電気自動車）のモータ駆動用大容量２次電池として適用される場合、単位電池が大電流に充放電されるので、使用状態によって単位電池内部の温度が相当な水準まで上昇してしまう。このため、単位電池から発生される熱を円滑に放出させることが要求されている。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、単位電池を支持するフレームの構造を改善して、単位電池を均一に、効率的に冷却することが可能な、新規かつ改良された電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の単位電池と、単位電池を支持し、単位電池が挿入されるホールが形成されたフレームと、ホールと単位電池との間に設けられ、単位電池を支持するサポーターとを備える電池モジュールが提供される。
【０００９】
ここで、サポーターは、ホールの一端から他端まで延設されるように形成される。サポーターは、ホールへの挿入方向に対して直交する方向に突出する突起状に形成することもできる。
【００１０】
また、フレームは、ホール以外の空間が形成されないように形成することもできる。すなわち、フレームは、ホールとホールとの間が塞がっている構造に形成してもよい。さらに、ホールは、単位電池と略同一長さとなるように形成してもよい。
【００１１】
また、本発明の電池モジュールは、ホールの半径をＲ２、単位電池の幅方向半径をＲ１とするとき、０．０３≦（Ｒ２−Ｒ１）／Ｒ１≦０．１８を満たすように構成してもよい。さらに、本発明の電池モジュールは、単位電池の長さをＬ１とするとき、０．００１≦（Ｒ２−Ｒ１）／Ｌ１≦０．０２５を満たすように構成することもできる。
【００１２】
単位電池は、例えば略円筒形に形成することもできる。そして、単位電池の長さ方向が単位電池と接する冷却媒体の流動方向と略平行となるように、単位電池を配置するようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明の電池モジュールは、冷却媒体が流入する流入口と冷却媒体が排出される流出口とが形成されたハウジングを備えることもできる。このとき、ハウジング内にフレームを設けることもできる。流出口は、流入口が形成された面と対向する面に形成するようにしてもよい。さらに、流入口が形成された面と当該面と交差する側面とが交わる角部に、傾斜面を形成することもできる。このとき、単位電池とホールとの間の間隔は、流入口に隣接した部分の方が流出口に隣接した部分よりも大きくなるようにしてもよい。また、単位電池とホールとの間の間隔を、流入口側から流出口側に向かうにつれて小さくなるようにすることもできる。
【００１４】
また、流出口は、流入口が形成された面と同一平面に形成してもよい。このとき、単位電池とホールとの間の間隔は、流入口および流出口が形成された面側に向かうほど狭くなるようにしてもよい。
【００１５】
さらに、ホールとサポーターとの間には、熱伝導性素材からなるガイド管を設けることもできる。
【００１６】
本発明によれば、単位電池とホールとの間に冷却媒体を安定的に供給して、単位電池の冷却効率を向上させることができる。また、冷却媒体の流入口と流出口の構造により単位電池と冷却媒体との間の間隔を調節して、単位電池間の温度偏差を最少化できる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、単位電池を支持するフレームの構造を改善して、単位電池を均一に、効率的に冷却することが可能な電池モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
（第１の実施形態）
まず、図１および図２に基づいて、本発明の第１の実施形態にかかる電池モジュールについて説明する。なお、図１は、本実施形態にかかる電池モジュールを示す斜視図である。図２は本実施形態にかかる電池モジュールを示す部分斜視図である。
【００２０】
本実施形態にかかる電池モジュールは、図１に示すように、電池モジュールが嵌合されるホール１１２が形成されたフレーム１００と、フレーム１００に挿入される単位電池１２０と、ホール１１２に形成されて単位電池１２０を支持するサポーター１１５とからなる。
【００２１】
単位電池１２０は、例えば円筒形に形成される。ただし、本発明はかかる例に限定されず、単位電池１２０は、例えば円筒形または角型およびその以外の形状に形成することもできる。フレーム１００には、単位電池１２０が挿入されるホール１１２が形成される。ホール１１２は、フレーム１００に複数の列と行を有する行列状に配列されて形成される。
【００２２】
ホール１１２は、図２に示すように、両端が開放された略円柱状の空洞部である。各ホール１１２には、単位電池１２０を支持するサポーター１１５が４個ずつ設けられる。サポーター１１５は、例えば略四角柱形状の突起としてホール１１２の内面に形成され、単位電池１２０とホール１１２内面の間を離隔させる役割として設けられる。サポーター１１５は、例えば、ホール１１２の円周方向に略等間隔に配置される。なお、本実施形態では、一つのホール１１２に４個のサポーター１１５を設置しているが、本発明はかかる例に限定されず、サポーター１１５の数は、単位電池１２０の大きさおよび形状に応じて多様に選択することができる。
【００２３】
このとき、単位電池１２０の外周面とホール１１２の内面の間に冷却媒体が流入される。冷却媒体の量は、単位電池１２０とホール１１２内面との間の間隔により決定される。単位電池１２０の半径をＲ１とし、ホール１１２の内径をＲ２とすると、０．０３≦（Ｒ２−Ｒ１）／Ｒ１≦０．１８の関係を満たすように構成されることが好ましい。これは、（Ｒ１−Ｒ２）／Ｒ１が０．１８より大きい場合には、冷却媒体の流動速度が遅く、冷却効率が低下するという問題があり、一方、（Ｒ２−Ｒ１）／Ｒ１が０．０３より小さい場合には、ホール１１２に流入される冷却媒体の量が少なく、冷却効率が低下するという問題があるためである。
【００２４】
また、本実施形態では単位電池１２０とホール１１２の長さは略同一に形成される。このとき、単位電池１２０の長さをＬ１とすると、０．００１≦（Ｒ２−Ｒ１）／Ｌ１≦０．０２５の関係を満たすように構成されることが好ましい。これは、（Ｒ２−Ｒ１）／Ｌ１が０．００１より小さい場合には、単位電池１２０およびホール１１２の長さに比べて冷却媒体の流入量が少なく、冷却効率が低下する問題があり、一方、（Ｒ２−Ｒ１）／Ｌ１が０．０２５より小さい場合には、単位電池１２０およびホール１１２の長さに比べて冷却媒体の流入速度が小さく、冷却効率が低下するという問題があるためである。
【００２５】
また、フレーム１００は、ホール１１２以外の空間は形成されないように構成される。これにより、冷却媒体はホール１１２の内部のみ流動することができ、フレーム１００の前面に流入された冷却媒体は全てホール１１２に流入する。したがって、ホール１１２に流入される冷却媒体の量を増加させて、冷却効率を極大化することができる。
【００２６】
一方、サポーター１１５は、上述したように、例えば略四角柱形状に形成され、ホール１１２の内部を均等に分割するように設けられる。つまり、サポーター１１５は、ホール１１２の入口と出口を繋ぐように設置されるところ、ホール１１２と単位電池１２０の間に存在する内部空間を分割するように機能する。このように、ホール１１２と単位電池１２０の間の内部空間がサポーター１１５によって分割されることにより、各空間に流入される冷却媒体が互いに混ざらずそれぞれの経路を流動するので、流動速度が増加してより効率的な冷却を行うことができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
次に、図３および図４に基づいて、本発明の第２の実施形態にかかる電池モジュールについて説明する。なお、図３は、本実施形態にかかる電池モジュールを示す斜視図である。図４は、本実施形態にかかるフレームとこれに設けられた単位電池を示す正面図である。
【００２８】
本実施形態にかかる電池モジュールは、図３に示すように、外形を構成するハウジング２００と、ハウジング２００内に設置され、ホール２３２が形成されたフレーム２３０と、フレーム２３０に挿入される単位電池２３６とからなる。
【００２９】
ハウジング２００には、冷却媒体が流入される流入口２１０と、冷却媒体が排出される二つの流出口２２０とが形成される。流入口２１０は、ハウジング２００の一側面の略中央部分に形成されている。また、二つの流出口２２０は、ハウジング２００の、流入口２１０が形成された一側面と対向する面側の両端部分に形成されている。ハウジング２００の中央には、流入口２１０からｙ軸方向に延びる、流入口２１０に流入した冷却媒体が流通する通路（中央通路）が形成される。ハウジング２００の両側には、流出口２２０からｙ軸方向に延びる、ホール２３２を通過した冷却媒体が排出される通路（外側通路）が形成される。これにより、流入口２１０に流入した冷却媒体は、中央通路に沿って移動しながら単位電池２３６の間を通過して、外側通路を介して流出口２２０から排出される。
【００３０】
ハウジング２００の、流入口２１０が形成された一側面と外側通路の側面（図３において、ｘ軸に対して垂直であり、かつｙ軸に対して平行な面）とが交差する角部には、外側通路の側面と一側面を繋ぐ傾斜面２４０が形成される。傾斜面２４０は、流入口２１０に近い前方に位置した単位電池２３６を冷却して外側通路に移動した冷却媒体が流出口２２０に迅速に移動できるようにする役割を果たす。
【００３１】
本実施形態のように、流入口２１０と流出口２２０とが対向する面に形成された場合には、流出口２２０に近い側に多量の冷却媒体が流動する。このため、流入口２１０に近い側に位置した単位電池２３６は相対的に冷却されにくいという問題がある。しかしながら、本実施形態のように流入口２１０に隣接した角部に傾斜面２４０を形成することにより、流入口２１０に隣接した単位電池２３６の間を通過した冷却媒体が傾斜面２４０の案内によって流出口２２０に迅速に排出される。これにより、単位電池２３６の温度差を解消することができる。
【００３２】
一方、本実施形態において、単位電池２３６は、単位電池２３６を通過する冷却媒体の進行方向と略平行となるように並んで設けられる。つまり、冷却媒体は流入口２１０から中央に流入された後、フレーム２３０に形成されたホール２３２に沿って両外側方向（図３でｘ軸方向）に移動するが、単位電池２３６の長手方向もｘ軸方向と略平行に設けられる。これにより、単位電池２３６と冷却媒体とが接触する時間が増加し、単位電池２３６をさらによく冷却することができる。
【００３３】
また、フレーム２３０には、図４に示すように、単位電池２３６が挿入される複数のホール２３２が形成されている。ホール２３２には、単位電池２３６を支持するサポーター２３４が形成されている。単位電池２３６の外周面とホール２３２内面との間の間隔は、ホール２３２の内径とサポーター２３４の高さによって決定されるが、本実施形態にかかるサポーター２３４は、流入口２１０側から流出口２２０側に向かうほど、すなわちｙ軸正方向に向かうほどその高さが低くなる。これにより、流入口２１０の側に位置した単位電池２３６に多量の空気が流入するので、流入口２１０側に位置した単位電池２３６の温度と流出口２２０側に位置した単位電池２３６の温度差を解消することができる。
【００３４】
（第３の実施形態）
次に、図５および図６に基づいて、本発明の第３の実施形態にかかる２次電池モジュールについて説明する。なお、図５は、本実施形態にかかる電池モジュールを示す斜視図である。図６は、本実施形態にかかるフレームとこれに設けられた単位電池を示す正面図である。
【００３５】
本実施形態にかかる電池モジュールは、図５に示すように、外形を構成するハウジング３００と、ハウジング３００内に設置され、単位電池２３６が挿入されるホール２３２が形成されたフレーム３４０と、ホール３４２に挿入される単位電池３４６とを備える。
【００３６】
本実施形態にかかるハウジング３００は、冷却媒体が流入される流入口３１０と、冷却媒体が排出される二つの流出口３２０とが形成されている。流入口３１０は、ハウジング３００の一側面の略中央部分に形成されている。また、二つの流出口３２０は、ハウジング３００の、流入口３１０が形成された一側面と同一面側の両端部分に形成されている。ハウジング３００の中央には、流入口３１０からｙ軸方向に延びる、流入口３１０に流入した空気が単位電池３４６の間に流入できるように流動する通路（中央通路）が形成されている。また、ハウジング３００の両側には、単位電池３４６を通過した冷却媒体が流出口３２０に排出できるように、流出口３２０からｙ軸方向に延びる、冷却媒体が流通するための通路（外側通路）が形成されている。
【００３７】
本実施形態において、流入口３１０と流出口３２０とは同一平面に形成されている。これにより、流入口３１０に流入した冷却媒体は単位電池３４６を冷却させた後、周縁に形成された通路を通して流出口３２０に排出される。
【００３８】
図６に示すように、本実施形態にかかるフレーム３４０は、ホール３４２に単位電池を支持するサポーター３４５を備える。サポーター３４５は、単位電池３４６とホール３４２の内面の間を離隔させる役割を果たし、冷却媒体は単位電池３４６とホール３４２内面との間の空間を流通しながら単位電池３４６を冷却させる。
【００３９】
本実施形態では、流入口３１０と隣接するように配置された単位電池３４６とホール３４２との間の間隔が、流入口３１０の反対側に配置された単位電池３４６とホール３４２の間の間隔より狭く形成される。つまり、ホール３４２の内径は、流入口３１０および流出口３２０が形成された面側に向かうほど、すなわちｙ軸負方向側に向かうほど次第に小さくなる。
【００４０】
本実施形態のように流入口３１０と流出口３２０とが同一平面に形成された場合には、流入口３１０に流入した冷却媒体は、流入口３１０に隣接した単位電池３４６に多く流れるようになる。これは、流出口３２０が形成された側の圧力が反対側の圧力より相対的に低いためである。このように、冷却媒体が流入口３１０に隣接した単位電池３４６に多く流れるようになれば、単位電池３４６の間の温度偏差が大きくなるという問題が発生する。しかしながら、本実施形態のように流入口３１０に隣接した単位電池３４６とホール３４２との間の間隔より反対側に配置された単位電池３４６とホール３４２との間の間隔を広く形成すれば、間隔が同一な場合と比較して流通空間が広い流入口３１０の反対側に多量の空気が流通するので、温度偏差を減少させることができる。
【００４１】
（第４の実施形態）
次に、図７に基づいて、本発明の第４の実施形態にかかる電池モジュールについて説明する。なお、図７は、本実施形態にかかる電池モジュールの一部を示した切開斜視図である。
【００４２】
本実施形態による電池モジュールは、図７に示すように、ホール４４０が形成されたフレーム４００と、ホール４４０に挿入されるガイド管４２０と、ガイド管４２０に挿入される単位電池（図示せず）と、ガイド管４２０と単位電池の間に設置されて、単位電池を支持するサポーター４３０とからなる。本実施形態の電池モジュールは、ガイド管４２０を除いては第１の実施形態と同一の構造である。このため、第１の実施形態と同一構造についての説明は省略する。
【００４３】
本実施形態にかかるガイド管４２０は、両端が開放された筒状部材であり、単位電池と略同一長さを有するように形成される。また、サポーター４３０も、ガイド管４２０の長さと略同一長さを有するように、細長い棒形状に形成される。このようなガイド管４２０に単位電池が挿入されると、サポーター４３０は単位電池とガイド管４２０との間を離隔しながら単位電池とガイド管４２０との間の空間を分離する。
【００４４】
本実施形態にかかるガイド管４２０およびサポーター４３０は、熱伝導性素材から形成される。これにより、単位電池から発生した熱がサポーター４３０を通じてガイド管４２０に伝達され、ガイド管４２０およびサポーター４３０は冷却媒体によって冷却される。このような構造により、単位電池は冷却媒体によって直接冷却されるだけでなく、サポーター４３０とガイド管４２０を通じて間接的に冷却されるので、冷却効率をさらに高めることができる。
【００４５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる電池モジュールを示す斜視図である。
【図２】同実施形態にかかる電池モジュールを示す部分斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかる電池モジュールを示す斜視図である。
【図４】同実施形態にかかるフレームと単位電池を示す正面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかる電池モジュールを示す斜視図である。
【図６】同実施形態にかかるフレームと単位電池を示す正面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態にかかる電池モジュールの一部を示す切開斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００、２３０、３４０、４００  フレーム
１１２、２３２、３４２、４４０  ホール
１１５、３２４、３４５、４３０  サポーター
１２０、２３６、３４６          単位電池
２００、３００                  ハウジング
２１０、３１０                  流入口
２２０、３２０                  流出口
２４０                          傾斜面
４２０                          ガイド管
【図１】
2008277243.tif 000003
【図２】
2008277243.tif 000004
【図３】
2008277243.tif 000005
【図４】
2008277243.tif 000006
【図５】
2008277243.tif 000007
【図６】
2008277243.tif 000008
【図７】
2008277243.tif 000009