(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に間隔を開けて並んだ複数セルの単電池の列の側方に、単電池の並び方向の一端側から導入された流体がこの単電池の列の側面に沿って流れるように形成された流体通路であって、単電池の並び方向に沿って他端側に進むほど流体の通路が狭くなる導入通路が設けられた組電池において、
導入通路における流体の導入部付近に、導入された流体の一部をガイドして流れの向きを単電池の列側に向かわせる流体方向ガイドを設けたことを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記単電池の列の導入通路とは反対側の側方に、単電池の並び方向の一端側からこの単電池の列の側面に沿って流体が流れ他端側から排出されるように形成された流体通路であって、単電池の並び方向に沿って他端側に進むほど流体の通路が広くなる排出通路が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
単電池の列の一方の側方に、流体の導入側となる一端側から他端側にかけて、この他端側に向かうほど単電池の列の側面に近づく側壁が設けられることにより前記導入通路が形成され、前記流体方向ガイドが、この側壁の一端側付近に設けられた導入通路側への突起であることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数セルの単電池をモジュールケースに収納した組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車には、複数セルのリチウムイオン二次電池をモジュールケースに収納した組電池が用いられることがある。図６にリチウムイオン二次電池の単電池１を３０セル用いた従来の組電池の例を示す。ここで用いられる単電池１は、図７に示すように、長円筒型のリチウムイオン二次電池であり、底付きの長円筒形容器状の電池ケース１ａの内部に長円筒形の巻回型の電池エレメントを収納して、上端開口部を長円形の蓋板１ｂで封口したものである。また、この単電池１には、蓋板１ｂから上方に向けて正負の端子１ｃ，１ｄが突出している。
【０００３】
組電池は、図６に示すように、上記単電池１を１０セルずつ３列に並べてモジュールケース２に収納している。モジュールケース２は、平行四辺形の底板２ａと、この底板２ａ上の周囲を囲むように立設された４枚の側板２ｂと、この側板２ｂで囲まれた内部を細長い平行四辺形状の３箇所の領域に区切る２枚の仕切り板２ｃとを備えた合成樹脂製の筐体である。そして、各単電池１は、このモジュールケース２の側板２ｂや仕切り板２ｃで仕切られた３箇所の各領域にそれぞれ１０セルずつの列として配置される。各列の単電池１は、手前側（図６に示す下側）と奥側（図６に示す上側）の側板２ｂに長円筒形の側面の平坦な面が平行になるような向きで配置され、この平坦な面に直交する方向に少しずつ間隔を開けて真っ直ぐに並べられる。従って、これらの単電池１の列は、側板２ｂや仕切り板２ｃで仕切られた平行四辺形状の領域内で、図６に示す左側には、左側の側板２ｂや仕切り板２ｃの側壁との間の空間による導入通路５が形成されると共に、図６に示す右側には、仕切り板２ｃや右側の側板２ｂの側壁との間の空間による排出通路６が形成される。また、これら左右の側板２ｂや仕切り板２ｃが奥に向かうほど右側に傾斜しているので、各導入通路５は、側壁が奥に進むほど単電池１の列に接近することにより通路の幅が狭くなり、各排出通路６は、側壁が奥に進むほど単電池１の列から遠ざかることにより通路の幅が広くなる。そして、モジュールケース２の手前側の側板２ｂには、３箇所に導入口３が開口され、それぞれ３箇所の各領域の導入通路５に通じるようになると共に、奥側の側板２ｂにも、３箇所に排出口４が開口され、それぞれ３箇所の各領域の排出通路６に通じるようになっている。
【０００４】
上記モジュールケース２の側板２ｂで囲まれた上方は、底板２ａとほぼ同じ平行四辺形の図示しない天板で塞がれていて、この天板上には、図示しないカバーが取り付けられる。そして、各単電池１は、底部が底板２ａに形成された凹部に嵌め込まれると共に、上部が天板に形成された凹部に嵌め込まれることにより、それぞれ上記所定の位置に位置決めされるようになっている。また、天板の凹部にはそれぞれ２箇所の貫通孔が形成され、各単電池１の端子１ｃ，１ｄがこれらの貫通孔に嵌入し、天板の上面で各単電池１間の配線が行われるようになっている。天板上のカバーは、この配線を覆い隠し保護するためのものである。
【０００５】
上記構成の組電池は、モジュールケース２を図示しないバッテリボックスに収納して固定することにより電気自動車等に搭載される。また、バッテリボックスには、モジュールケース２の各導入口３と向かい合う位置にファンが設けられ、外気をこの導入口３に冷却風として送り込むようになっている。
【０００６】
上記バッテリボックスのファンにより各導入口３から導入された冷却風Ａは、側板２ｂや仕切り板２ｃで仕切られた３箇所の各領域の導入通路５に流れ込み、順次一列に並んだ各単電池１の間に分岐して通り抜け、排出通路６で再び合流して、排出口４から出てバッテリボックスの外部に排出される。そして、この冷却風Ａが各単電池１の間を流れることにより、これらの単電池１がそれぞれ新鮮な冷却風Ａの流れを受けて空冷により冷却されることになる。
【０００７】
ここで、もし導入通路５の幅が一定であれば、この通路上の手前側と奥側の圧力損失がほぼ等しくなるため、冷却風Ａが手前側の各単電池１の間にはわずかしか分岐せず、ほとんどがそのまま奥まで達して、この奥側の各単電池１の間だけを通り抜けることになるので、奥側に比べて手前側の単電池１の冷却が不十分になる。しかし、図６に示す組電池では、各導入通路５の幅が奥に進むほど狭くなる。従って、導入通路５に流れ込んだ冷却風Ａは、奥に進むほど圧力損失が高くなるので、奥側の各単電池１の間だけでなく手前側の各単電池１の間にも十分に分岐して流れるようになり、各単電池１が均一に冷却されることになる。
【０００８】
また、各単電池１の間を通り抜けた冷却風Ａは、排出通路６で合流することになるが、この排出通路６の幅も奥に進むほど広くなるので、合流により順次増加する流量に応じてこの通路の幅が徐々に広がり、排出を円滑に行うことができるようになる。しかも、このように排出通路６の手前側の幅が狭いと、これに隣接する領域の導入口３の幅の変化と逆になるので、モジュールケース２内にこれらの領域をスペースの無駄なく配置できるようになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の組電池は、使用時に列ごとの各単電池１の温度を実際に測定してみると、ほとんどの単電池１の温度はほぼ均一となるが、最も手前側の数セルの単電池１だけが他の単電池１に比べて温度が十分に低下しないという問題が発生していた。
【００１０】
例えば図８に示す測定結果では、手前側から３番目以降の奥側の単電池１（セル３〜セル１０）の温度は３１〜３３°Ｃでほぼ均一であるが、一番手前側の単電池１（セル１）は４０°Ｃ近くの高温となり、手前側から２番目の単電池１（セル２）も、３５°Ｃを超える高温となる。これは、導入口３から導入通路５に導入されたばかりの冷却風Ａが、この導入通路５を直進する方向の風向きベクトルが強いために、導入部付近でわずかに通路が狭くなるだけでは、側方にある単電池１の間に十分に分岐して流れないからであると考えられる。
【００１１】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、導入通路の入り口付近に流体方向ガイドを設けることにより、手前側の単電池も確実に冷却し、各単電池の温度を均一に保つことができる組電池を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、相互に間隔を開けて並んだ複数セルの単電池の列の側方に、単電池の並び方向の一端側から導入された流体がこの単電池の列の側面に沿って流れるように形成された流体通路であって、単電池の並び方向に沿って他端側に進むほど流体の通路が狭くなる導入通路が設けられた組電池において、導入通路における流体の導入部付近に、導入された流体の一部をガイドして流れの向きを単電池の列側に向かわせる流体方向ガイドを設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明によれば、導入通路に導入された冷却風等の流体は、一部がすぐに流体方向ガイドにガイドされて単電池の列側に向かうことになるので、この列の一端側の端に並んだ単電池の間にも確実に流体が分岐して流れることになる。また、残りの流体は、従来通り徐々に狭くなる導入通路を他端側に進み、各単電池の間にほぼ均等に分岐して流れる。従って、列の最も手前側の数セルの単電池の間に冷却用の流体が流れ難くなるようなことがないので、全ての単電池を均一に冷却することができるようになる。
【００１４】
請求項２の発明は、前記単電池の列の導入通路とは反対側の側方に、単電池の並び方向の一端側からこの単電池の列の側面に沿って流体が流れ他端側から排出されるように形成された流体通路であって、単電池の並び方向に沿って他端側に進むほど流体の通路が広くなる排出通路が形成されたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によれば、導入通路から各単電池の間に分岐して流れ込んだ冷却風等の流体が単電池の列の反対側の側方に設けられた排出通路で合流して他端側から排出される。この際、排出通路は、他端側に進むほど幅が広くなるので、徐々に流量が増大する流体を円滑に排出することができるようになる。また、単電池の列を複数列配置した場合に、この排出通路を隣の列の導入通路と仕切りを介して隣接させることにより、通路の幅の広い部分と狭い部分が組み合わさって、スペースの無駄をなくすことができるようになる。
【００１６】
請求項３の発明は、単電池の列の一方の側方に、流体の導入側となる一端側から他端側にかけて、この他端側に向かうほど単電池の列の側面に近づく側壁が設けられることにより前記導入通路が形成され、前記流体方向ガイドが、この側壁の一端側付近に設けられた導入通路側への突起であることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明によれば、複数セルの単電池を列状に並べて筐体等に収納するだけで、この単電池の側方に導入通路等を形成することができ、流体の通路を容易に形成できるようになる。しかも、この筐体等を囲む板の内面や内部を仕切る板の面が側壁となるので、ここに突起を設けるだけで流体方向ガイドを形成することができる。なお、導入通路や排出通路の幅を変化させるには、筐体を平行四辺形にしたり、単電池の並びを斜めにずらして配置すればよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１〜図４は本発明の一実施形態を示すものであって、図１はモジュールケースに単電池を収納した組電池の横断面平面図、図２は列ごとの各単電池の温度を測定した結果を示す図、図３は風向ガイドの他の形状を示す組電池の部分拡大横断面平面図、図４は斜めにずらして並べた単電池を１列だけモジュールケースに収納した場合の組電池の横断面平面図、図５は冷却風を単電池の列の下方から送り込む場合の組電池の縦断面側面図である。なお、図６〜図８に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００２０】
本実施形態の組電池は、図７に示した従来例と同じ長円筒型のリチウムイオン二次電池を単電池１として用いる場合について説明する。この組電池は、図１に示すようなモジュールケース２に３０セルの単電池１を収納している。モジュールケース２は、図６に示した従来例とほぼ同様の構成であり、平行四辺形の底板２ａと、この底板２ａ上に立設された４枚の側板２ｂ及び２枚の仕切り板２ｃと、図示しない天板及びカバーとを備えた合成樹脂製の筐体である。また、このモジュールケース２の側板２ｂ内を仕切り板２ｃで区切った３箇所の領域には、それぞれ少しずつ間隔を開けて真っ直ぐに一列に並べられた１０セルずつの単電池１が配置されている。そして、これらの３箇所の各領域には、単電池１の列の両側に導入通路５と排出通路６が形成され、手前側（図１に示す下側）の側板２ｂには、外部から冷却風Ａを導入通路５に導入するための導入口３が設けられると共に、奥側（図１に示す上側）の側板２ｂには、排出通路６から冷却風Ａを排出するための排出口４が設けられている。
【００２１】
図１に示す左側の側板２ｂと各仕切り板２ｃにおける上記各導入通路５に面する側壁には、導入口３付近に風向ガイド７が設けられている。風向ガイド７は、導入口３から導入通路５に導入された冷却風Ａをガイドして、この冷却風Ａの風向きに単電池１の列側に向かう方向成分を加えるようにした流体のガイドであり、ここでは、側板２ｂや仕切り板２ｃの側壁から導入通路５側に突出した突起として形成されている。即ち、この風向ガイド７の突起は、側板２ｂや仕切り板２ｃの側壁における単電池１の列の最も手前側と２番目のものの間付近の位置に、この側壁の上下にわたって突設され、突出部の手前側の面に、先端ほど奥側に傾斜したやや凹状に湾曲する傾斜面を形成している。従って、導入口３から導入され導入通路５を奥側に直進しようとする冷却風Ａの一部がこの風向ガイド７の手前側の傾斜面に衝突することにより、風向きを斜め右方向に向けるようになる。
【００２２】
上記構成の組電池は、従来例の場合と同様に、モジュールケース２を図示しないバッテリボックスに収納して固定することにより電気自動車等に搭載される。また、バッテリボックスには、モジュールケース２の各導入口３と向かい合う位置にファンが設けられ、外気をこの導入口３に冷却風として送り込むようになっている。
【００２３】
上記バッテリボックスのファンにより冷却風Ａがモジュールケース２の各導入口３に送り込まれると、この冷却風Ａは、側板２ｂや仕切り板２ｃで仕切られた３箇所の各領域の導入通路５に導入され、一列に並んだ各単電池１の間を分岐して通り抜ける。この際、導入口３から導入された冷却風Ａは、従来であれば導入通路５を直進しようとする風向きが強いため、そのまま奥に進もうとするが、本実施形態では、この導入口３付近ですぐに一部が風向ガイド７に衝突し風向きを単電池１の列側に向ける。しかも、このように導入通路５の入り口付近に通路を大きく塞ぐ風向ガイド７があると、この入り口付近の圧力損失が急激に高くなる。すると、冷却風Ａは、導入口３を設けた下側の側板２ｂと一番手前側の単電池１との間やこの単電池１と手前から２番目の単電池１との間にも十分に分岐して流れるようになる。また、この風向ガイド７を超えてさらに導入通路５の奥に進んだ冷却風Ａは、従来と同様に、この導入通路５の幅が徐々に狭くなるので、奥の単電池１の間だけでなく、手前側の単電池１の間にも十分に分岐して流れ込む。従って、各領域の導入通路５に導入された冷却風Ａは、ここに並んだ１０セルの単電池１の間にほぼ均等に分岐して流れるようになる。
【００２４】
このようにして各単電池１の間にほぼ均等に分岐して流れ込んだ冷却風Ａは、排出通路６で再び手前側から順に合流し、この合流による流量の増加に伴って排出通路６の幅が奥に進むほど広くなるので、この排出通路６を円滑に流れ、一番奥の排出口４から出てバッテリボックスの外部に排出される。また、このように排出通路６が奥に進むほど広くなっていると、仕切り板２ｃを境として隣接する隣の領域の導入通路５が奥に進むほど狭くなるので、これらの狭い部分と広い部分とが隣り合うことになり、モジュールケース２の内部でのスペースの無駄を省くことにもなる。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態の組電池によれば、冷却風Ａの導入通路５の入り口付近に風向ガイド７が設けられているので、最も手前側の数セルの単電池１の間にも確実に冷却風Ａが分岐して流れるようになり、また、この導入通路５の幅が奥に進むほど徐々に狭くなるので、これより奥側の各単電池の間にもほぼ均一に分岐して流れるようになる。このため、列状に並んだ全ての単電池１の間に新鮮な冷却風Ａがほぼ均一に流れるので、これらの単電池１をムラなく冷却することができるようになる。実際にこの組電池の使用時における列ごとの各単電池１の温度を測定してみると、図２の太い実線で示すように、手前側の単電池１（セル１やセル２等）も含めて全ての単電池１（セル１〜セル１０）の温度が３１〜３４°Ｃの範囲内でほぼ均一となる。
【００２６】
風向ガイド７は、導入通路５側への突出量を大きくして、より多くの冷却風Ａの風向きを単電池１の列側に向けるようにするほど、手前側の単電池１の間を通り抜ける冷却風Ａの風量が大きくなるが、この手前側の単電池１の間の風量を大きくしすぎると、風向ガイド７よりすぐ奥側に配置された単電池１の間に流れる冷却風Ａの風量が極端に低下するおそれがある。実際に風向ガイド７の突出量を本実施形態よりも大きくして冷却風Ａの大部分をガイドするようにした場合の各単電池１の温度を測定してみると、図２の破線で示すように、手前側から３番目や４番目の単電池１（セル３やセル４）の温度が３５°Ｃを超える高温となる。このため、風向ガイド７は、突出量を調整して、冷却風Ａの一部だけを適量分だけガイドするようにしなければならない。また、この風向ガイド７は、導入通路５の導入部付近であれば、位置は必ずしも限定しないが、本実施形態のように単電池１の列の最も手前側のセルと２番目のセルの間に設けるのが好ましい。
【００２７】
上記風向ガイド７は、１箇所だけに限らず、導入通路５の入り口付近の複数箇所に設けることもできる。また、本実施形態では、手前側の面が凹状に湾曲した横断面がほぼ直角三角形状のものを示したが、この突起形状も任意であり、例えば図３に示すように、突端に丸みを付けて、奥側の面もなだらかに形成すれば、冷却風Ａの流れを円滑にすることができる。さらに、この風向ガイド７は、冷却風Ａの風向きを単電池１の列側に向ければよいので、側板２ｂや仕切り板２ｃの側壁から突出させる構造に限定されず、例えば導入通路５の入り口付近の中央部等に、単電池１の列に近づくほど奥側に傾斜する傾斜面を有する風向板等を配置するだけでもよい。また、この風向ガイド７は、必ずしも単電池１の列に近づくほど奥側に傾斜する傾斜面を有する必要もない。例えば、風向ガイド７が導入通路５の進路に直交する平面を有する場合であっても、これによって冷却風Ａが遮られると、渦等の流れの乱れが発生するので、その一部の風向きが単電池１の列側を向くことにより、手前側の単電池１の間を通り抜ける流量を増加させることができるからである。
【００２８】
なお、上記実施形態では、１０セルの単電池１を一列に並べる場合について説明したが、各列の単電池１は複数セルあれば何セルであってもよい。ただし、本発明は、実際には多数の単電池１を並べた場合に、手前側の数セルへの冷却風Ａの流れが悪くなるのを解消するためのものであるため、セル数は十分に多いことが好ましい。
【００２９】
また、上記実施形態では、モジュールケース２内に３列の単電池１の列を収納する場合について説明したが、この列の数も限定されず、例えば図４に示すように、仕切り板２ｃをなくし、側板２ｂだけで囲んだ１箇所の細長い領域に単電池１を一列だけを収納することもできる。
【００３０】
さらに、上記実施形態では、左右の側板２ｂや仕切り板２ｃを単電池１の列に対して斜めに配置することにより、導入通路５や排出通路６の幅が変化するようにしたが、各単電池１間を少しずつずらして一列に並べるようにしてもよい。例えば図４の場合、長方形の底板２ａ上の周囲を直交する４枚の側板２ｂで囲むようにした１箇所の矩形の領域に、各単電池１を奥のものほど左側にずれるように配置することにより、導入通路５は奥ほど狭くなり、排出通路６は奥ほど広くなるようにしている。
【００３１】
さらに、上記実施形態では、各単電池１の上端部と下端部を支持して、側面に冷却風Ａを流すようにした場合の例を示したが、この冷却風Ａを流す方向は特に限定されず、例えば図５に示すように、単電池１の列の下方から冷却風Ａを導入し上方から排出させるようにすることもできる。この場合、単電池１の列の側方とは、実際にはこの単電池１の列の下方となり、この側方に設けられた側壁は、底板２ａの上面となる。そして、モジュールケース２の底板２ａと天板２ｄを傾斜させて配置することにより、単電池１の列の下方の導入通路５が奥（図５の右側）ほど狭くなり、単電池１の列の上方の排出通路６が奥ほど広くなるようにしている。
【００３２】
さらに、上記実施形態では、底板２ａ上の周囲を側板２ｂで囲み、場合によって内部を仕切り板２ｃで仕切ったモジュールケース２を用いる場合について説明したが、複数セルの単電池１を１列や複数列に並べて、その周囲に導入通路５や排出通路６を形成した構成であれば、必ずしもこのようなモジュールケース２を用いる必要はない。また、上記実施形態では、バッテリボックスに設けたファンによって導入口３から冷却風Ａを導入する場合について説明したが、この冷却風Ａを送り込む手段は、他のどのような手段を用いてもよい。例えば、この導入口３を電気自動車の進行方向に向けておけば、この電気自動車の走行時に自然に冷却風Ａが導入口３から導入される。さらに、上記実施形態では、単電池１の冷却のために空気の冷却風Ａを用いたが、冷却用の流体であれば、不活性ガス等の他の気体や、水や有機溶媒又はオイル等の液体を用いることも可能である。
【００３３】
さらに、上記実施形態では、長円筒型の単電池１について説明したが、角型や円筒型等の単電池１を用いることも可能である。また、上記実施形態では、リチウムイオン二次電池の単電池１を用いる場合について説明したが、この単電池１の電池の種類も任意である。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の組電池によれば、導入通路に導入された冷却風等の流体の一部が流体方向ガイドによって単電池の列側に向かうので、この列の手前側に並んだ単電池の間にも確実に流体が分岐して流れ、この列の全ての単電池を均一に冷却することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、モジュールケースに単電池を収納した組電池の横断面平面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、列ごとの各単電池の温度を測定した結果を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、風向ガイドの他の形状を示す組電池の部分拡大横断面平面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すものであって、斜めにずらして並べた単電池を１列だけモジュールケースに収納した場合の組電池の横断面平面図である。
【図５】本発明の一実施形態を示すものであって、冷却風を単電池の列の下方から送り込む場合の組電池の縦断面側面図である。
【図６】従来例を示すものであって、モジュールケースに単電池を収納した組電池の横断面平面図である。
【図７】長円筒型のリチウムイオン二次電池の単電池の斜視図である。
【図８】従来例を示すものであって、列ごとの各単電池の温度を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
１    単電池
２    モジュールケース
２ａ  底板
２ｂ  側板
２ｃ  仕切り板
３    導入口
４    排出口
５    導入通路
６    排出通路
７    風向ガイド
【図１】
0004665289.tif 000002
【図２】
0004665289.tif 000003
【図３】
0004665289.tif 000004
【図４】
0004665289.tif 000005
【図５】
0004665289.tif 000006
【図６】
0004665289.tif 000007
【図７】
0004665289.tif 000008
【図８】
0004665289.tif 000009