(57)【要約】【課題】下流域における電池の冷却効率を向上させて電池を略均一に冷却することができ、電池寿命の低下を防止することができる組電池を提供する。【解決手段】正極板と負極板が積層された発電要素を外層部材内部に封止し、前記発電要素に接続された電極端子を前記外層部材外部に導出した、外形扁平型の扁平型電池を複数積層してなる組電池１０であって、扁平型電池の所定枚数毎に、冷却風が流入する冷却風流路５１としての隙間と、当該隙間を、冷却風流通方向上流域で冷却風流路幅方向中央側の電池内方５３ｂと当該電池内方よりも冷却風流路幅方向外側の電池側方５２ａとに分流すると共に、冷却風流通方向下流域で前記電池側方を流通した冷却風を前記電池内方へ案内する整流板３０と、を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板が積層された発電要素を外層部材内部に封止し、前記発電要素に接続された電極端子を前記外層部材外部に導出した、外形扁平型の扁平型電池を複数積層してなる組電池であって、
前記扁平型電池の所定枚数毎に、冷却風が流入する冷却風流路としての隙間と、
当該隙間を、冷却風流通方向上流域で冷却風流路幅方向中央側の電池内方と当該電池内方よりも冷却風流路幅方向外側の電池側方とに分流すると共に、冷却風流通方向下流域で前記電池側方を流通した冷却風を前記電池内方へ案内する整流板と、を備えることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記整流板は、前記隙間を、冷却風流通方向上流域で冷却風流路幅方向中央側の電池内方と当該電池内方よりも冷却風流路幅方向外側の電池側方とに分流させる分流板と、冷却風流通方向下領域において前記冷却風流通方向上領域で電池内方を流通した冷却風を前記電池側方を流通した冷却風と合流させる案内板と、を有することを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記扁平型電池は、前記所定枚数毎にケースに収納されると共に、当該ケースに収納された状態で積層され、前記隙間は、積層方向に隣接するケース間に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電池。
【請求項４】
前記隙間は、前記積層方向に隣接するケース間に設けられたスペーサによって形成され、前記整流板は前記スペーサと一体に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池を任意の個数直列および／または並列に接続した組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
シート状の外装部材内に発電要素を封止し、発電要素に接続された板状の電極タブ（電極端子）を外装部材の外部に導出した扁平型電池（以下、「電池」という。）を複数積層して形成された電池モジュールが知られている（たとえば、特許文献１参照）。このような電池モジュールを複数配列するとともに各電池モジュールを電気的に直列および／または並列に接続することにより、高出力および高容量の組電池とすることが一般的に行われている（たとえば、特許文献２参照）。なお、電池モジュールは組電池を組み立てる単位ユニットという意味で電池であり、電気的に接続された複数枚の扁平型電池を含むので組電池の一種でもある。
【０００３】
このような組電池においては、充放電時の電池の発熱によって組電池の温度が上昇し、電池の寿命が低下する。したがって、組電池の組立においては、電池間（もしくは電池モジュール間）に隙間を隔てて配列し、その隙間により形成された冷却風流路に冷却風を流すことによって電池を冷却している。
【特許文献１】特開２００１−２５６９３４号
【特許文献２】特開２００５−３０２６９８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の組電池では、冷却風流路の上流域では電池を効率良く冷却することが可能であるが、下流域には上流域を通過して暖められた冷却風がそのまま供給されるので電池の冷却効率が悪くなる。その結果、電池を均一に冷却することができず、電池寿命が低下する虞がある。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、下流域における電池の冷却効率を向上させて電池を略均一に冷却することができ、電池寿命の低下を防止することができる組電池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】
上記目的を達成するための本発明に係る組電池は、正極板と負極板が積層された発電要素を外層部材内部に封止し、前記発電要素に接続された電極端子を前記外層部材外部に導出した、外形扁平型の扁平型電池を複数積層してなる組電池であって、前記扁平型電池の所定枚数毎に、冷却風が流入する冷却風流路としての隙間と、当該隙間を、冷却風流通方向上流域で冷却風流路幅方向中央側の電池内方と当該電池内方よりも冷却風流路幅方向外側の電池側方とに分流すると共に、冷却風流通方向下流域で前記電池側方を流通した冷却風を前記電池内方へ案内する整流板と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る組電池によれば、冷却風流路に整流板を配設することにより、冷却風流路の上流域において電池側方を通過してきて温度上昇していない冷却風が下流域において電池内方へと案内されるので、下流域における電池の冷却効率を向上させて電池を略均一に冷却することができ、電池寿命の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１において、（Ａ）は本実施の形態に係る組電池１０の一例を前面側から見て示す斜視図、（Ｂ）は同組電池１０を背面側から見て示す斜視図である。図２は、電池モジュール５０の配列後バスバー接続前の組電池１０を示す斜視図である。図３は電池モジュール５０の配列状態を示す模式図である。図４は、組電池１０を組み立てる際の単位ユニットである電池モジュール５０の一例を示す斜視図である。図５は、図４に示される電池モジュール５０を上下反転し、さらに分解して示す斜視図である。図６は扁平型電池１００の一例を示す斜視図である。図７は冷却風流路５１に第１例の整流板３０を配設した状態示す平面図である。図８は冷却風流路５１に第２例の整流板３０を配設した状態示す平面図である。図９は電池モジュール５０上に第２例の整流板３０を配設した状態示す斜視図である。図１０は第２例の整流板３０を示す斜視図である。図１１は冷却風流路５１に第３例の整流板３０を配設した状態示す平面図である。図１２は従来の電池モジュール５０の温度ばらつきを示す説明図である。なお、図４に示されるＸ軸方向を電池モジュール５０の長手方向といい、Ｙ軸方向を短手方向という。また、図２において、出力端子１４０，１５０が位置する面を前面と、これに対向する反対側の面を背面とする。
【００１０】
図１および図２を参照して、本実施の形態の組電池１０は、自動車や電車などの車両に搭載される車載電池であり、組電池用ケース１１内に、複数個の電池モジュール５０が隙間を隔てて配列されている。組電池用ケース１１は、アッパーケース１２とロアケース１３とを有し、アッパーケース１２の前面に冷却風を導入するための入口ダクト１４が接続され、アッパーケース１２の背面に冷却風を導出するための出口ダクト１５が接続されている。入口ダクト１４は送風装置に接続され、送風装置から供給された冷却風は入口ダクト１４を通って組電池用ケース１１内に導かれる。
【００１１】
電池モジュール５０を任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池１０となる。図２において組電池１０は、たとえば、１２個の電池モジュール５０を含んでいる。１２個の電池モジュール５０は、上下方向に３個積層された電池モジュール群５０ａを、左右方向に４列に配列している。電池モジュール５０の正負の出力端子１４０、１５０は、すべて同じ面（前面）に設けられている。
【００１２】
電池モジュール５０は空冷式であり、電池モジュール５０間の隙間は、各電池モジュール５０を冷却するための冷却風が流れる冷却風流路５１として利用される。冷却風は、電池モジュール５０の正負の出力端子１４０、１５０が設けられた前面側から背面側へと冷却風流路５１内を流れる。冷却風を流して各電池モジュール５０を冷却することにより、電池温度を下げ、充電効率などの特性が低下することを抑制する。上下の電池モジュール５０間の隙間Ｓ、つまり冷却風流路５１の高さは、積層時に電池モジュール５０同士の間に配置されるスペーサ２０の高さによって規定される。スペーサ２０には、たとえば、円筒体状のワッシャが採用され、後述するボルト孔７３にボルト固定されるようになっている（図４および図５参照）。このスペーサ２０により規定される隙間Ｓは、車両に搭載する際のレイアウトや、冷却風流路５１として機能させるために必要な寸法などを考慮して定められるが、数ｍｍ程度である。
【００１３】
図３、図７から図１１を参照して、本実施の形態の組電池１０では、冷却風流路５１となる電池モジュール５０間の隙間Ｓに冷却風の風向きを制御する整流板３０が配設されており、この整流板３０は、冷却風流路５１の上流域５２において電池側方５２ａを通過した冷却風を、下流域５３において電池内方５３ｂへと案内するように形成されている。なお、本発明において、冷却風流路５１の上流域５２とは電池（電池モジュール５０）の長手方向長さの前半部分における領域をいい、下流域５３とは電池（電池モジュール５０）の長手方向長さの後半部分における領域をいう。
【００１４】
図７に示す第１例の整流板３０は、冷却風流路５１の上流域５２を冷却風流路幅方向において外側の電池側方５２ａと中央側の電池内方５２ｂとに隔て、冷却風を分流する（分離する）分離板３１と、上流域５２において電池側方５２ａを通過した冷却風を、下流域５３において電池内方５３ｂへと合流させる案内板３２と、から構成されている。分離板３１は、冷却風流路５１の上流域５２において、電池モジュール５０上の左右方向の両側部に配設されている。この分離板３１は上記スペーサ２０と同等の高さを有する直状の板であって、電池モジュール５０の長手方向に沿って起立している。また、案内板３２は、冷却風流路５１の上流域５２と下流域５３との境界部の近傍において、上記分離板３１と間隔を隔てて、下流域５３における電池側方５３ａを斜めに横断して風向きを変更するように配設されている。この案内板３２は上記スペーサ２０と同等の高さを有する直状の板であって、冷却風流路５１の上流域５２と下流域５３との境界部の近傍から電池モジュール５０の長手方向後方の中央部（下流域５３における電池内方５３ｂの中央部）へ向けて斜めに起立している。これらの分離板３１と案内板３２との間の板の途切れた部分は、上流域５２の電池側方５２ａを通過した冷却風を下流域５３において電池内方５３ｂへと合流させる導入流路５１ａとなる。
【００１５】
図７に示す第１例の整流板３０によれば、分離板３１によって上流域５２の冷却風を電池側方５２ａの流れと電池内方５２ｂの流れとに分離し、案内板３２によって上流域５２の電池側方５２ａを通過してきて温度上昇していない冷却風の風向きを変えて、下流域５３の電池内方５３ｂへと合流させることにより、下流域５３の冷却風温度を下げて冷却効率を向上させている。下流域５３の冷却効率が向上するので、電池内部５２ｂ，５３ｂの温度ばらつきを低減して電池モジュール５０を略均一に冷却することができ、各電池モジュール５０の寿命の低下を防止することができる。本願発明においては後述するように、扁平型電池１００をモジュールケース７０内に収納して電池モジュール５０を形成している。このような扁平型電池１００においては通常、充放電に伴って発熱した場合、平面視（電池厚み方向から見て）電池外側から電池中央に向うに従って温度が高くなる。従って、このような扁平型電池を用いた電池モジュール５０の表面に冷却風を流した場合には、電池内方５２ｂ（冷却風流路幅方向において中央方向）を通過した冷却風は温度が高く、電池側方５３ｂ（冷却風流路幅方向において外側方向）を通過した冷却風の温度は電池内方５２ｂを通過した冷却風の温度よりも低くなる。本実施形態においては、上述の様に冷却風流通方向上流域の電池側方５３ｂを通過した冷却風と電池内方５２ｂを通過した冷却風とを、冷却風流通方向下流域で合流させることにより、冷却風流通方向上流域を流れる冷却風の温度と冷却風流通方向下領域を流れる冷却風の温度との温度差を低減して、電池モジュール５０を極力均一に冷却することを可能としている。
【００１６】
なお、分離板３１および案内板３２は、たとえば、後述するモジュールケース７０と同材質の薄肉の鋼板やアルミニウム板等の金属板により作製することができ、これらの金属板は電池モジュール５０の放熱板としても機能する。
【００１７】
図８および図９に示す第２例の整流板３０では、冷却風流路５１の上流域５２を電池側方５２ａと電池内方５２ｂとに隔てる湾曲した分離板３３と、上流域５２において電池側方５２ａを通過した冷却風を、下流域５３において電池内方５３ｂへと合流させる湾曲した案内板３４と、から構成されている。これらの分離板３３および案内板３４は上記スペーサ２０と同等の高さを有しており、後述するように、電池モジュール５０間に隙間Ｓを形成するスペーサ２０と一体的に形成することが好ましい。分離板３３は、冷却風流路５１の上流域５２において、電池モジュール５０上の左右方向の両側部に該電池モジュール５０の長手方向に沿って配設され、その延出端３３ａ側が電池モジュール５０の内方へ湾曲するように起立している。また、案内板３４は、冷却風流路５１の上流域５２と下流域５３との境界部の近傍において、上記分離板３３と間隔を隔てて、下流域５３における電池側方５３ａを斜めに湾曲横断するように配設され、冷却風流路５１の上流域５２と下流域５３との境界部の近傍の基端部３４ａから後方の延出端側へ向けて徐々に電池モジュール５０の内方へ湾曲するように起立している。これらの湾曲した分離板３３の延出端３３ａ側と、湾曲した案内板３４の基端側３４ａとによって区画された空間は、上流域５２の電池側方５２ａを通過した冷却風を下流域５３において電池内方５３ｂへと合流させる導入流路５１ａとなる。
【００１８】
図１０（Ａ）は、スペーサ２０と湾曲分離板３３または湾曲案内板３４とを別体に形成した例である。図１０（Ｂ）は、スペーサ２０と湾曲分離板３３または湾曲案内板３４とを一体的に形成し、スペーサ２０の円周部の一側に板材の一端が接触固定されている例である。たとえば、図８および図９の案内板３４の構造に相当する。図１０（Ｃ）は、スペーサ２０と湾曲分離板３３または湾曲案内板３４とを一体的に形成し、スペーサ２０の円周部の径方向両側にＹ字状の板材の二股端が接触固定されている例である。たとえば、図８および図９の分離板３３の構造に相当する。
【００１９】
図８および図９に示す第２例の整流板３０によれば、分離板３３および案内板３４が湾曲板であるので、分離板３３の延出端３３ａ側と案内板３４の基端部３４ａとに区画された導入流路５１ａを通して、上流域５２の電池側方５２ａを通過してきて温度上昇していない冷却風を下流域５３の電池内方５３ｂへと円滑に導入することができる。特に、整流板３０（湾曲分離板３３および湾曲案内板３４）と、隙間調整用のスペーサ２０とを一体的に形成することにより、部品点数や新たに整流板の固定構造を追加する必要が無く、コストを増加させること無く、また、整流板３０の組立工数を増加させることなく、整流板３０を追加することができる。
【００２０】
図１１に示す第３例では、前方左側のスペーサ２０ａから後方右側のスペーサ２０ｄへ向けてＳ字状に湾曲させて整流板３０Ａを配設すると共に、前方右側のスペーサ２０ｂから右側に隣接する電池モジュール５０の後方左側のスペーサ２０ｃへ向けてＳ字状に湾曲させて整流板３０Ｂを配設している。この構成とは左右対称に、前方右側のスペーサ２０ｂから後方左側のスペーサ２０ｃへ向けてＳ字状に湾曲させて整流板３０Ａを配設すると共に、前方左側のスペーサ２０ａから左側に隣接する電池モジュール５０の後方右側のスペーサ２０ｄへ向けてＳ字状に湾曲させて整流板３０Ｂを配設しても良い。すなわち、整流板３０Ａは電池モジュール５０上に配設され、整流板３０Ｂは左右の相隣接する電池モジュール５０間に跨るように配設されており、この場合には、左右の相隣接する電池モジュール５０間の空間は第１例および第２例よりも広い間隔となる。各整流板３０の両端は、隙間調整用のスペーサ２０と一体的に形成することが好ましい。
【００２１】
図１１に示す第３例の整流板３０によれば、冷却風流路５１の上流域５２において電池内方５２ｂを通過してきて温度上昇した冷却風は、湾曲した整流板３０Ａと整流板３０Ｂとに区画された空間を案内されて、下流域５３において電池側方５３ａへと逃される。一方、冷却風流路５１の上流域５２において電池側方５２ａを通過してきて温度上昇していない冷却風は、湾曲した整流板３０Ｂと整流板３０Ａとに区画された空間に導入されて、下流域５３において電池内方５３ｂへと案内される。
【００２２】
図１２を参照して、従来の組電池では、冷却風流路５１となる上下の電池モジュール５０間の隙間Ｓにスペーサ２０のみが設けられるので、冷却風流路５１の上流域５２の電池内方５２ｂを通過してきて温度上昇した冷却風が、そのまま下流域５３の電池内方５３ｂへと流れるので、電池モジュール５０の下流域５３においてさらに温度上昇して高温になり、電池内部５２ｂ，５３ｂの温度にばらつきが生じる。
【００２３】
これに対し第１例から第３例の整流板３０によれば、冷却風流路５１となる電池モジュール５０間の隙間Ｓに整流板３０を配設することにより、冷却風流路５１の上流域５２において電池側方５２ａを通過してきて温度上昇していない低温の冷却風を、下流域５３において電池内方５３ｂへと積極的に案内することができ、下流域５３の冷却風温度を下げて高温になるのを防止して冷却効率を向上させることができる。したがって、電池内部５２ｂ，５３ｂの温度ばらつきを低減して電池モジュール５０を略均一に冷却することができ、各電池モジュール５０の寿命の低下を防止することができるものである。
【００２４】
図４および図５を参照して、電池モジュール５０は、組電池１０を組み立てる単位ユニットをなし、電気的に接続された複数枚（図示例では８枚）の扁平型電池１００（１０１〜１０８の総称）を含むセルユニット６０がモジュールケース７０内に収納されている。なお、電池モジュール５０は、電気的に接続された複数の扁平型電池（単電池）を備える点において組電池の一種であるが、本明細書においては、「組電池」を組み立てる際の単位ユニットである点で本発明の電池でもあり、複数の単電池をモジュールケース内に収納してなるユニットを「電池モジュール」と称することとする。
【００２５】
モジュールケース７０は、開口部７１ａが形成された箱形状をなす第１ケース７１と、開口部７１ａを閉じる蓋体をなす第２ケース７２と、を含んでいる。第２ケース７２の縁部７２ａは、カシメ加工によって、第１ケース７１の周壁７１ｂの縁部７１ｃに巻き締められている（図４の部分拡大図参照）。第１ケース７１および第２ケース７２は、比較的薄肉の鋼板またはアルミニウム板から形成され、プレス加工によって所定形状が付与されている。
【００２６】
セルユニット６０は、８枚の扁平型電池１００を積層するとともに各扁平型電池１００を直列に接続してなるセルユニット本体８０と、セルユニット本体８０の前面および背面に着脱自在に取り付けられる絶縁カバー９１、９２と、を含んでいる。セルユニット本体８０は、複数のスペーサ１１０によって各電極タブ１００ｔが挟持され、また、正負の出力端子１４０、１５０が接続されている。
【００２７】
絶縁カバー９１、９２は、セルユニット本体８０の前面側および背面側を覆うために用いられる。絶縁カバー９１、９２の中央位置には、コネクタ（図示せず）を差し込む差込口９１ａが形成されている。電圧の検出は、電池モジュール５０の充放電管理のために行われる。
【００２８】
正負の出力端子１４０、１５０は、第１ケース７１の周壁７１ｂの一部に形成した切り欠き部７１ｄ、７１ｅを通してモジュールケース７０から外部に導出される。絶縁カバー９１、９２の差込口９１ａも、周壁７１ｂの一部に形成した切り欠き部７１ｆを通してモジュールケース７０の外部に露出される。出力端子１４０、１５０の前面には、ボルト（図示せず）がねじ込まれるねじ孔１４１、１５１が形成されている。
【００２９】
モジュールケース７０の隅部の４箇所に通しボルト（図示せず）を挿通するために、第１ケース７１および第２ケース７２の隅部の４箇所にボルト孔７３が形成され、各スペーサ１１０の２箇所にボルト孔１１１が形成されている。図４の符号９３は、スペーサ１１０のボルト孔１１１に挿入されるスリーブを示し、符号９４は、セルユニット６０と第２ケース７２との間に設けられる緩衝材を示している。
【００３０】
図６を参照して、扁平型電池１００は、例えば、扁平なリチウムイオン二次電池であり、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した積層型の発電要素（図示せず）がラミネートフィルムなどで形成された袋状外装部材１００ａによって封止されている。電池１００は、発電要素に一端が電気的に接続されるとともに板状をなす電極タブ（電極端子）１００ｔ（プラス側電極タブ１００ｐおよびマイナス側電極タブ１００ｍの総称）が外装材１００ａから外部に導出されている。タブ１００ｔは、電池１００の長手方向の両側に延びている。
【００３１】
上述した実施形態においては、８枚の扁平型電池１００を積層したセルユニット６０をモジュールケース７０に収納して電池モジュール５０を形成しているが、セルユニットを形成する扁平型電池１００の枚数はこれに限定されず、例えば一枚でもよい。また、セルユニット６０は必ずしもモジュールケース７０に収納されている必要は無く、単に扁平型電池１００を積層して形成された組電池１０の所定枚数または１枚毎に隙間を設けて冷却風流路とし、この冷却風流路に上記の第１例から第３例の整流板３０を同様の構成で配設することも可能である。これにより、冷却風流路の上流域において電池１００の側方を通過してきて温度上昇していない低温の冷却風を、下流域において電池１００の内方へと案内することができ、下流域の冷却風温度を下げて高温になるのを防止して冷却効率を向上させることができる。よって、電池１００の内部の温度ばらつきを低減して電池１００を略均一に冷却することができ、各電池１００の寿命の低下を防止することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（Ａ）は本実施の形態に係る組電池の一例を前面側から見て示す斜視図、（Ｂ）は同組電池を背面側から見て示す斜視図である。
【図２】電池モジュールの配列後バスバー接続前の組電池を示す斜視図である。
【図３】電池モジュールの配列状態を示す模式図である。
【図４】組電池を組み立てる際の単位ユニットである電池モジュールの一例を示す斜視図である。
【図５】図４に示される電池モジュールを上下反転し、さらに分解して示す斜視図である。
【図６】扁平型電池の一例を示す斜視図である。
【図７】冷却風流路に第１例の整流板を配設した状態示す平面図である。
【図８】冷却風流路に第２例の整流板を配設した状態示す平面図である。
【図９】電池モジュール上に第２例の整流板を配設した状態示す斜視図である。
【図１０】第２例の整流板を示す斜視図である。
【図１１】冷却風流路に第３例の整流板を配設した状態示す平面図である。
【図１２】従来の電池モジュールの温度ばらつきを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０    組電池、
２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）    スペーサ、
３０（３０Ａ、３０Ｂ）    整流板、
３１、３３    分離板、
３２、３４    案内板、
５０    電池モジュール（電池）、
５１    冷却風流路、
５１ａ    導入流路、
５２    上流域、
５２ａ    上流域の電池側方、
５２ｂ    上流域の電池内方、
５３    下流域、
５３ａ    下流域の電池側方、
５３ｂ    下流域の電池内方、
１００  扁平型電池。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３】
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【図７】
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【図９】
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