(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のニッケル−水素電池である単電池をそれぞれ直列配置し且つ直列接続した少なくとも一対の電池モジュールを有しており、電気的に並列に接続された一対の電池モジュールが、冷却条件が冷媒の流通方向とは直交する幅方向に対し対称的に変化しているケース内において、該冷却条件の変化の対称軸に対して左右対称となり、且つ前記単電池の配置方向が該幅方向と一致するように、それぞれ配置されていることを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を動力源の少なくとも一部として使用するＨＥＶ、ＰＥＶ等の電気自動車に好適に用いられる電池パックに関し、特に、複数の単電池をそれぞれ直列に接続した一対の電池モジュールが並列に接続されている電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＥＶ、ＰＥＶ等の電気自動車は、その電動機を駆動するために高電圧電池を搭載している。この高電圧電池は、高電圧を得るために、通常、複数個の単電池を直列に接続した複数の電池モジュールを直列または並列に接続した電池パックとして構成されている。
【０００３】
このような電池パックを構成する場合、電池モジュール同士を接続する高電圧ワイヤーが効率よく配置されるように各電池モジュールを配置するのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電池モジュールを並列に接続した電池パックにおいては、並列に接続された各電池モジュールに流れる充電電流は、単電池の充電条件、温度等によって決まる各電池モジュールの電圧のみによって決まるという特性を有している。
【０００５】
この特性により生ずる問題点について、図５〜図７に基づいて説明する。
【０００６】
図５は、各電池モジュールを並列に接続した電池パックの等価回路図である。図５において、電池パック全体に流れる充電電流Ｉは、各電池モジュール２1〜２nの電圧（Ｖ1〜Ｖn）が等しくなるように分流し、各電池モジュール２1〜２nに、電池電流（Ｉ1〜Ｉn）として与えられる。各電池モジュール２1〜２nの起電力（Ｅ1〜Ｅn）と内部抵抗（Ｒ1〜Ｒn）とは、各電池モジュール２1〜２nにおける単電池の温度、充電状態（以下、ＳＯＣという）等の電池条件によって決まる。ＮｉＭＨ（ニッケル−水素）電池の場合、充電時の電池電圧は、通常、図６に示すように、ＳＯＣが満充電領域に達するまでは、徐々に増加するが、ＳＯＣが満充電に達すると、以降は、徐々に低下するという特性を有している。
【０００７】
この場合、並列接続された各電池モジュールに容量差が存在すると、いずれかの電池モジュールのＳＯＣが満充電領域に達すると、その電池モジュールの電池電圧が低下するために、その電池モジュールに対して充電電流が流れ込むことになる。例えば、図７（Ａ）に示すように、並列接続された一対の電池モジュール２1および２2において、一方の電池モジュール２1が満充電になり、電池電圧Ｖ1が低下すると、この電池電圧Ｖ1を、他の電池モジュール２2の電池電圧Ｖ2に等しくなるように電池モジュール２1に充電電流が流れる。また、このように、一方の電池モジュール２1が満充電になると、外部からの充電電流が存在しない場合でも、図７（Ｂ）に示すように、ＳＯＣが満充電の状態になっていない他方の電池モジュール２2の電流が、満充電状態の電池モジュール２1に流れ込み、電池モジュール２1の過充電が進行することになる。このため、ＳＯＣが満充電領域に達している電池モジュールは、過充電がさらに進行することになり、満充電状態の電池モジュールにおいて、特定の単電池の劣化が進行し、各単電池の容量ばらつきに起因する不具合の発生が懸念される。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、各電池モジュール間の温度差を小さくして、並列接続された電池モジュール間の充電状態に差が生じないようにした電池パックを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の電池パックは、複数のニッケル−水素電池である単電池をそれぞれ直列配置し且つ直列接続した少なくとも一対の電池モジュールを有しており、電気的に並列に接続された一対の電池モジュールが、冷却条件が冷媒の流通方向とは直交する幅方向に対し対称的に変化しているケース内において、該冷却条件の変化の対称軸に対して左右対称となり、且つ前記単電池の配置方向が該幅方向と一致するように、それぞれ配置されていることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態１を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態１の電池パック１の要部を示す概略構成図である。この電池パック１は、複数の単電池２をそれぞれ直列に接続した一対の電池モジュール３および４と、複数の単電池２をそれぞれ直列に接続した一対の電池モジュール５および６とを有している。そして、一対の電池モジュール３および４同士が相互に並列に接続されており、他の一対の電池モジュール５および６同士も相互に並列に接続されている。
【００１５】
並列に接続された一対の電池モジュール３および４同士は、互いに近接して配置されており、また、並列に接続された他の一対の電池モジュール５および６も、同様に、互いに近接して配置されている。
【００１６】
このように、並列接続された一対の電池モジュール３および４同士を相互に近接して配置することにより、一対の電池モジュール３および４間の距離が短くなり、各電池モジュール３および４間において、各電池モジュール３および４による輻射熱の移動が容易になる。その結果、各電池モジュール３および４間の温度差が低減される。
【００１７】
このように、並列接続された一対の電池モジュール３および４間の温度差が低減されることにより、電池モジュール３および４それぞれにおいて、各単電池２の容量のばらつきを抑制することができ、従って、各単電池２が劣化することが抑制される。
【００１８】
同様に、並列接続された一対の電池モジュール５および６も、相互に近接して配置さていることにより、各電池モジュール５および６間において、各電池モジュール５および６による輻射熱の移動が容易になり、各電池モジュール５および６間の温度差が低減される。従って、各電池モジュール５および６それぞれにおいて、各単電池２の容量のばらつきを抑制することができ、各単電池２の充電状態を均一化することができる。その結果、各単電池２の劣化が抑制される。
【００１９】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２の電池パック１の要部を示す概略構成図である。電池パック１は、複数の単電池２をそれぞれ直列に接続した一対の電池モジュール７および８を有しており、各電池モジュール７および８が並列に接続されている。
【００２０】
電池モジュール７および８の中央部同士は、アルミニウム板等によって形成された高熱伝導部材９が、各電池モジュール７および８間にわたって架設状態で設けられている。
【００２１】
このように、高熱伝導部材９が、各電池モジュール７および８間にわたって架設状態で設けられているために、各電池モジュール７および８間において、熱の導通が良好になり、各電池モジュール７および８間の温度差が低減される。従って、各電池モジュール７および８それぞれにおいて、各単電池２の容量のばらつきを抑制することができ、各単電池２の充電状態を均一化することができる。その結果、各単電池２の劣化が抑制される。
【００２２】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３の電池パック１の要部を示す概略構成図である。電池パック１は、複数の単電池２をそれぞれ直列に接続した一対の電池モジュール１０および１１を有しており、一対の電池モジュール１０および１１が、並列に接続された状態で、ケース３１内に配置されている。また、複数の単電池２をそれぞれ直列に接続した一対の電池モジュール１２および１３も、並列に接続された状態でケース３１内に配置されている。
【００２３】
並列に接続された一対の電池モジュール１０および１１は、ケース３１内において、冷却条件が等しい領域内に配置されており、また、並列に接続された他の一対の電池モジュール１２および１３も、ケース３１内において、冷却条件が等しい領域内に配置されている。
【００２４】
例えば、ケース３１内において、図３に示すように等温線Ａが分布している場合、相互に並列に接続された各電池モジュール１０および１１は、等温線Ａにて分割されたいずれか一方の領域内に、それぞれが位置するように配置される。並列に接続された他の一対の電池モジュール１２および１３も、等温線Ａにて分割されたいずれか一方の領域内にそれぞれが位置するように配置される。
【００２５】
この場合、一方の一対の電池モジュール１０および１１と、他方の一対の電池モジュール１２および１３とは、図３に示すように、等温線Ａにて分割された異なる領域内にそれぞれ配置するようにしてもよいが、等温線Ａにて分割された領域の一方にそれぞれ配置するようにしてもよい。
【００２６】
このように、相互に並列に接続された一対の電池モジュール１０および１１、１２および１３は、それぞれ、ケース３１内にて等温線Ａにて分割された冷却条件の等しい領域内に配置され、図３に破線で示すように、等温線Ａにて分割された冷却条件の異なる領域に跨って配置されない。
【００２７】
ケース３１内の等温線Ａの分布は、ケース３１の形状等に基づく冷却条件等に基づいて、予め調べておけばよい。
【００２８】
このように、相互に並列に接続された各電池モジュール１０と１１同士、１２および１３同士が、それぞれ、ケース３１内における冷却条件の等しい領域に配置されるために、並列接続された一対の電池モジュール１０および１１同士、一対の電池モジュール１２および１３同士の温度差が低減され、各電池モジュールを構成する単電池２の容量のばらつきが抑制され、各単電池２の充電状態を均一化することができる。
【００２９】
このように、ケース３１内にて冷却条件の等しい領域内に、相互に並列に接続された一対の電池モジュール同士をそれぞれ配置する構成は、限られたスペース内に電池パックを搭載する必要があるためにケース３１の形状がより複雑となる電気自動車の電池パックとして特に好適である。
【００３０】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４の電池パック１の要部を示す概略構成図である。この電池パック１は、複数の単電池２をそれぞれ直列に接続した複数の電池モジュール１４〜１７を有している。一対の電池モジュール１４および１５は、相互に並列に接続されており、他の一対の電池モジュール１６および１７も相互に並列に接続されている。
【００３１】
各電池モジュール１４〜１７を収容するケース３１は、一方の端部から幅方向の全体にわたって冷却風が流入して、ケース３１内を直線状に流れるようになっており、相互に並列接続された一対の電池モジュール１４および１５は、それぞれ、ケース３１内における冷却風の通流方向とは直交する幅方向の各側部に、冷却風の通流方向に対して同じ位置において、冷却風の通流方向とは直交する幅方向に沿った同様の姿勢でそれぞれ配置されている。相互に並列接続された他の一対の電池モジュール１６および１７も、それぞれ、ケース３１内における冷却風の通流方向とは直交する幅方向の各側部に、冷却風の通流方向に対して同じ位置において、冷却風の通流方向とは直交する幅方向に沿った同様の姿勢でそれぞれ配置されている。
【００３２】
ケース３１内を冷却風が直線状に通流する場合には、冷却風は、通流方向とは直交する幅方向においては、その幅方向の中央に対して左右対称的に分布していると考えられ、従って、ケース３１内での冷却条件は、冷却風の通流方向とは直交する幅方向においては、その幅方向中央に対して左右対称的に変化していると考えられる。そして、相互に並列に配置された一対の電池モジュール１４および１５は、冷却条件が対称的に変化しているケース３１の内部おいて、それぞれが同様の冷却条件となるように配置されているために、各電池モジュール１４および１５は、それぞれ同様に冷却され、それぞれの温度差が低減される。
【００３３】
同様に、他の一対の電池モジュール１６および１７も、冷却条件が対称的に変化しているケース３１の内部おいて、それぞれが同様の冷却条件となるように配置されているために、各電池モジュール１６および１７は、それぞれ同様に冷却され、それぞれの温度差が低減される。その結果、各電池モジュール１４〜１７を構成する各単電池２の温度のバラツキが抑制されて、各単電池２の容量のばらつきが低減される。その結果、各単電池２の充電状態を均一化することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したことからも明らかなように、本発明の電池パックは、並列に接続された各電池モジュール間に生ずる温度差が低減するように構成されているために、並列接続された各電池モジュールのそれぞれの単電池が過充電になることを防止することができ、この過充電に伴う危険等も防止することができる。その結果、電池パックの信頼性が著しく向上するとともに、長寿命化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の電池パックの要部を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２の電池パックの要部を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態３の電池パックの要部を示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施の形態４の電池パックの要部を示す概略構成図である。
【図５】並列接続された複数の電池モジュールの等価回路図である。
【図６】充電時の電池電圧とＳＯＣとの関係を示すグラフである。
【図７】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、並列接続された一対の電池モジュールの一方が満充電になった場合の状況を説明するための等価回路図である。
【符号の説明】
１  電池パック
２  単電池
３  電池モジュール
４  電池モジュール
５  電池モジュール
６  電池モジュール
【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７】
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