(57)【要約】【課題】各々のバッテリーセルを充分に冷却できるバッテリー装置を提供する。【解決手段】バッテリー装置のうち、通風孔を流通する空気が接触するバッテリーセルの表面積を、全体のバッテリーセルのうち流入口側から少なくとも２個までがその他のバッテリーセルよりも小さくなるようにする。このことで、通風孔のうち空気流路の上流側を流通する空気がバッテリーセルにより過剰に暖められることが回避され、通風孔のうち空気流路の下流側を流通する空気がバッテリーセルと大きい面積で接触するために、空気流路の下流側に位置するバッテリーセルが充分に冷却される。【選択図】図３
2005340091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略箱状の形状を持ち冷気供給手段により供給された空気を箱内部に導入する流入口と該箱内部の空気を外部に排出する流出口とが設けられているケース体と、該ケース体の箱内部に該流入口側から該流出口側へ並設されている３個以上の複数個のバッテリーセルとを備え、該ケース体の箱内部には該ケース体の内面と該バッテリーセルの表面とで区画され該流入口と該流出口とを連絡する通風孔が形成されているバッテリー装置であって、
該通風孔を流通する空気が接触する該バッテリーセルの表面積は、全体の該バッテリーセルのうち該流入口側から少なくとも２個までがその他の該バッテリーセルよりも小さくなっていることを特徴とするバッテリー装置。
【請求項２】
前記通風孔を流通する空気が接触する前記バッテリーセルの表面積は、中央部が左右両端部よりも小さい請求項１記載のバッテリー装置。
【請求項３】
前記通風孔を流通する空気は、前記流入口側の前記バッテリーセルの中央部を避けて左右両端部表面と接触する請求項２記載のバッテリー装置。
【請求項４】
前記通風孔を流通する空気が接触する個々の前記バッテリーセルの表面積は、流入口側から流出口側に向かって段階的に大きくなっている請求項１記載のバッテリー装置。
【請求項５】
前記ケース体は前記通風孔を区画するスペーサを備える請求項１記載のバッテリー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数のバッテリーセルがケース体の箱内部に並設されてなるバッテリー装置に関し、詳しくは、バッテリーセルを冷却してバッテリーセルの劣化を抑制するバッテリー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次電池からなるバッテリーセルが複数個並設されるとともにケース体に収容されてなるバッテリー装置（所謂バッテリーパック）としては、例えばハイブリッドカーの駆動用電源として用いられるもの等が従来より知られている。
【０００３】
これらのバッテリー装置では、バッテリーセルが充放電する際に生じる熱で高温になり易い。そしてバッテリーセルは、高温に曝されると劣化して充放電効率が悪くなることが知られている。このため通常は、バッテリーセルの表面とケース体の内面とを離間配置し、バッテリーセルの表面とケース体との内面との間隙に空気を流通させてバッテリーセルを冷却することが為されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１に示されるバッテリー装置は、略箱状のケース体と、ケース体の箱内部に収容されている複数個のバッテリーセルとを備えるものである。ケース体には、箱内部に空気を導入するための流入口と、箱内部の空気を外部に排出するための流出口とが設けられている。また、複数個のバッテリーセルは、流入口側から流出口側へ並設されている。さらに、ケース体の箱内部には、ケース体の内面とバッテリーセルの表面とで区画され流入口と流出口とを連絡する通風孔が形成されている。
【０００５】
このバッテリー装置においては、流入口の近傍には、通風孔内に流入する空気の風向を調整するための遮蔽部材が設けられている。
【０００６】
遮蔽部材が設けられることで、通風孔内に流入した空気は空気流路の上流側に配置されているバッテリーセルに直接当接し難くなる。ここで、通風孔内に流入した空気は、空気流路の上流側に配置されているバッテリーセルから下流側に配置されているバッテリーセルへと順次当接し、バッテリーセルから熱を奪ってバッテリーセルを冷却する。従って、通風孔内に流入した空気は、空気流路下流側では上流側よりも温度が高くなり、空気流路下流側に配置されているバッテリーセルは冷却され難くなる。
【０００７】
遮蔽部材を設けて通風孔内に流入した空気を空気流路の上流側に配置されているバッテリーセルに直接当接し難くすることで、空気流路の上流側に配置されているバッテリーセルを過剰に冷却することが回避され、空気流路の下流側にまで温度の低い空気を供給することができる。
【０００８】
しかし、このようなバッテリー装置においては、遮蔽部材によって空気の乱流が生じる場合等がある。この場合には、各バッテリーセルに到達する空気の温度を所望するとおりに制御できなくなる場合があり、各々のバッテリーセルを充分に冷却できない問題があった。
【特許文献１】特開２００３−３０８８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情を考慮して為されたものであり、各々のバッテリーセルを充分に冷却できるバッテリー装置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】
【００１０】
前記課題を解決する本発明のバッテリー装置は、略箱状の形状を持ち冷気供給手段により供給された空気を箱内部に導入する流入口と箱内部の空気を外部に排出する流出口とが設けられているケース体と、ケース体の箱内部に流入口側から流出口側へ並設されている３個以上の複数個のバッテリーセルとを備え、ケース体の箱内部にはケース体の内面とバッテリーセルの表面とで区画され流入口と流出口とを連絡する通風孔が形成されているバッテリー装置であって、
通風孔を流通する空気が接触するバッテリーセルの表面積は、全体のバッテリーセルのうち流入口側から少なくとも２個までがその他のバッテリーセルよりも小さくなっていることを特徴とする。
【００１１】
上記通風孔を流通する空気が接触する上記バッテリーセルの表面積は、中央部が左右両端部よりも小さいことが好ましい。また、この場合、上記通風孔を流通する空気は、上記流入口側の上記バッテリーセルの中央部を避けて左右両端部表面と接触することが望ましい。
【００１２】
上記通風孔を流通する空気が接触する個々の上記バッテリーセルの表面積は、流入口側から流出口側に向かって段階的に大きくなっていることが好ましい。
【００１３】
上記ケース体は上記通風孔を区画するスペーサを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のバッテリー装置では、通風孔を流通する空気が接触するバッテリーセルの表面積（以下、接触面積と呼ぶ）は、全体のバッテリーセルのうち流入口側から少なくとも２個までがその他のバッテリーセルよりも小さくなっている。このため、本発明のバッテリー装置では、通風孔の流入口側、すなわち、通風孔のうち空気流路の上流側を流通する空気がバッテリーセルの熱を過剰に奪って、過剰に暖められることが回避され、空気流路の下流側にまで低温の空気が供給される。そして、その他のバッテリーセル、すなわち、通風孔の流出口側に配置されているバッテリーセルの接触面積は大きく設けられていることから、通風孔のうち空気流路の下流側を流通する空気はバッテリーセルと大きい面積で接触する。このため、空気流路の下流側に位置するバッテリーセルが充分に冷却される。
【００１５】
なお、例えば、全体のバッテリーセルのうち最流入口側に位置する１個のみの接触面積を他のバッテリーセルよりも小さくする場合には、２個目のバッテリーセルによっても空気が暖められて、空気流路の下流側まで充分に低温の空気が供給されない場合がある。しかし、本発明では全体のバッテリーセルのうち流入口側から少なくとも２個までの接触面積を小さくすることで、空気流路の下流側にまで充分に低温の空気が供給される。
【００１６】
ここで、本発明のバッテリー装置では、バッテリーセルの接触面積をバッテリーセルの配置位置に応じて調整することで、空気流路下流側にまで低温の空気を供給している。したがって、通風孔に導入された空気は通風孔の形状に沿って流通するために、上述した従来のバッテリー装置のように空気流れに乱流等が生じることはなく、各バッテリーセルに到達する空気の温度を所望するとおりに制御することが可能になる。
【００１７】
これらのことから、本発明のバッテリー装置によると、各々のバッテリーセルを充分に冷却することが可能になる。
【００１８】
また、本発明のバッテリー装置において、バッテリーセルの接触面積を中央部が左右両端部よりも小さくなるように設ける場合には、通風孔を流通する空気が、空気流路上流側においてバッテリーセルにより過剰に暖められることがより抑制される。このため、空気流路の下流側にまでより充分に低温の空気が供給され、各々のバッテリーセルがより充分に冷却される。この場合、通風孔を流通する空気が流入口側のバッテリーセルの中央部を避けて左右両端部表面と接触する構成にする場合には、通風孔を流通する空気が、空気流路上流側でバッテリーセルにより過剰に暖められることがさらに確実に回避されて、各々のバッテリーセルをさらに充分に冷却することが可能になる。
【００１９】
通風孔を流通する空気が接触する個々のバッテリーセルの表面積が、流入口側から流出口側に向かって段階的に大きくなるようにする場合には、隣接するバッテリーセル同士の温度を滑らかに変化させることができ、各々のバッテリーセルの温度を容易に制御できる利点がある。なお、ここでいう段階的とは、ある所定の位置を境にして空気流路の上流側と下流側とで極端に接触面積が異ならないようにする事を指す。例えば、上流側に位置するバッテリーセルから下流側に位置するバッテリーセルに向けてバッテリーセル毎に徐々に接触面積を大きくする場合と、併設されている複数のバッテリーセル全体の接触面積を上流側から下流側に向けて滑らかに連続して大きくする場合とは、何れも接触面積が段階的に大きくなる。
【００２０】
ケース体に通風孔を区画するスペーサを設ける場合には、簡単な構造で通風孔（空気流路）を形成でき、さらに、スペーサで通風路を区画しつつ空気流れを整流できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のバッテリー装置は、ケース体とバッテリーセルとを持つ。バッテリーセルは、例えば、ニッケル−水素２次電池やリチウムイオン２次電池、ニッケル−カドミウム２次電池等の既知の種々の構成の２次電池が電槽に収容されてなるものを用いることができる。このバッテリーセルにおいて、電槽を構成する材料は、２次電池の電槽に通常用いられる既知の材料が用いられるが、上述したようにバッテリーセルの温度が高温になると充放電効率が悪くなる等の不具合が生じるために、熱伝導率の高い金属材料を用いることが好ましい。バッテリーセルの電槽を金属製のものにする場合には、少なくとも隣接するバッテリーセルの電槽同士の間隙には、絶縁材料からなる絶縁体を介装すればよい。
【００２２】
ケース体は、例えば硬質の樹脂材料等の既知の材料から形成することができる。２次電池の充放電によりバッテリーセルの温度が上昇すると、バッテリーセルが膨張するが、この膨張を抑制するためには、ケース体はバッテリーセルの外側を固定して膨張を抑制できる程度に高い剛性を持つことが好ましい。
【００２３】
通風路はケース体の内面とバッテリーセルの表面とで区画形成される。通風路は、例えば、ケース体の内面とバッテリーセルの表面との間隙にスペーサを介装して、ケース体の内面とバッテリーセルの表面との間に形成された隙間から構成することができる。この場合、スペーサはケース体と一体に設けても良いし、別体で設けても良いが、２次電池の充放電時におけるバッテリーセルの膨張を確実に規制するためには、ケース体と一体に設けることが好ましい。
【００２４】
スペーサは通風孔が延びる方向に延設しても良いし、ケース体の内面から箱内部に向けて延びる短柱状のものをケース体内面に散在させてもよい。スペーサを通風孔が延びる方向に延設する場合には通風孔に導入された空気の流れがスペーサによって遮られることがなく、バッテリーパックの冷却を効率よくおこなうことができる。また、ケース体の内面から箱内部に向けて柱状のスペーサを散在させる場合には、ケース体によるバッテリーセルの固定をより強固におこなうことができ、上述したバッテリーセルの膨張をより確実に規制することができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明のバッテリー装置を図面を基に説明する。
【００２６】
（実施例１）
本実施例１のバッテリー装置を模式的に表す斜視図を図１に示し、本実施例１のバッテリー装置のうちケース体を模式的に表す一部切り欠き斜視図を図２に示す、本実施例１のバッテリー装置を模式的に表す上面透視図を図３に示す。
【００２７】
本実施例のバッテリー装置１は、長尺の直方体状の外形を持つ箱状のケース体２と４つのバッテリーセル３とを持つ。各々のバッテリーセル３は、図示しないが、金属からなりかまぼこ板状の外形を持つ中空の電槽と電槽の内部に収容されている２次電池とを持つ。また、各々のバッテリーセル３は樹脂製の絶縁体を介装して連結されており、さらにその表面は絶縁体で包装されて一体化されている。
【００２８】
ケース体２の側壁５内面には、図示しない導電部が設けられている。この導電部により各々のバッテリーセル３は直列に接続されている。
【００２９】
ケース体２の長尺方向の２端には箱内外を連通する開口が設けられている。この開口のうち図１中後側に位置する一方の開口が流入口６となり、図１中前側に位置する他方の開口が流出口７となる。流入口６側には、ブロアからなる冷気供給手段（図示せず）が設けられており、この冷気供給手段から流入口６内に空気が供給される。
【００３０】
ケース体２の箱内部には、４つのバッテリーセル３が並設されている。各々のバッテリーセル３のうち流入口６に面して配置されているものを第１のバッテリーセル１０と呼び、以下、流出口７側方向に、第２のバッテリーセル１１、第３のバッテリーセル１２、第４のバッテリーセル１３と呼ぶ。また、ケース体２の箱内部のうち第１のバッテリーセル１０を収容する部分を第１領域１５と呼び、第２のバッテリーセル１１を収容する部分を第２領域１６と呼び、第３のバッテリーセル１２を収容する部分を第３領域１７と呼び、第４のバッテリーセル１３を収容する部分を第４領域１８と呼ぶ。
【００３１】
ケース体２の内面のうち箱上面２０と箱下面２１とには、図２に示すようにスペーサ２５が設けられている。このスペーサ２５はケース体２の内面に一体に形成されている。このうち第１領域１５には、左右方向の略中央部に、広幅の平板状の第１スペーサ２６が設けられている。この第１スペーサ２６は、前後方向に延設されている。
【００３２】
第２領域１６には、短冊状の第２スペーサ２７と、短円柱状の第３スペーサ２８とが設けられている。第２スペーサ２７は、左右方向の略中央部に偏った略等間隔の４箇所に設けられ、前後方向に延設されている。また、第２スペーサ２７は後方の端部が前方の端部よりも狭幅になっている。第３スペーサ２８は、箱上面２０および下面のうち第２スペーサ２７が設けられていない部分に略等間隔に散在するように設けられている。
【００３３】
第３領域１７には、第２スペーサ２７よりも狭幅の短冊状の第４スペーサ３０が設けられている。第４スペーサ３０は前後方向に延設され、左右方向に均等な７箇所に設けられている。
【００３４】
第４領域１８には、第２領域１６に設けられているものと同じ第３スペーサ２８が設けられている。第４領域１８において、第３スペーサ２８は、箱上面２０と箱下面２１との全体に散在するように略等間隔に設けられている。
【００３５】
本実施例のバッテリー装置１においては、４つのバッテリーセル３のうち上面の面積の総和と下面の面積の総和とは、各々３１１９ｍｍ2である。そして、各々の領域に設けられているスペーサ２５の上端面、すなわち、各々のスペーサ２５のうちケース体と一体化されている面に背向する面の総面積は、第１領域１５では１６５８ｍｍ2、第２領域１６では９１２ｍｍ2、第３領域１７では５２６ｍｍ2、第４領域１８では１１６ｍｍ2である。なお、各々の領域における各バッテリーセル３の上面の面積（または下面の面積）に対する各スペーサ２５の上端面の総面積は第１領域１５で５３％、第２領域１６で２９％、第３領域で１７％、第４領域で４％である。
【００３６】
ケース体２の箱内部にバッテリーセル３を収容すると、各々のスペーサ２５の上端面がバッテリーセル３の上面または下面に当接する。そして、バッテリーセル３は各々のスペーサ２５を介してケース体２内部に保持される。本実施例においては、バッテリーセル３の上面と箱上面２０とで区画された空間と、バッテリーセル３の下面と箱下面２１とで区画された空間とが通風孔３５を構成する。そして、流入口６から通風孔３５内に導入された空気は、第１領域１５、第２領域１６、第３領域１７、第４領域１８の順に、各々のスペーサ２５の間隙をぬって流通し、流出口７を経て外部に排出される。
【００３７】
本実施例１のバッテリー装置１においては、各スペーサ２５のうちバッテリーセル３に当接する上端面は、面積の総和が、第１領域１５、第２領域１６、第３領域１７、第４領域１８の順で小さくなるように設けられている。従って、通風孔３５を流通する空気に接触するバッテリーセル３の表面積は、第１領域１５、第２領域１６、第３領域１７、第４領域１８の順で大きくなっている。このため、通風孔３５内に導入された空気は、空気流路の上流側においてバッテリーセル３の熱を過度に奪うことはなく、自身の温度が過度に上昇しない。したがって本実施例のバッテリー装置１によると、空気流路の下流側にまで低温の空気を供給することができ、空気流路の下流側に位置するバッテリーセル３にも充分に低温の空気が供給される。
【００３８】
また、空気流路の下流側では通風孔３５を流通する空気に接触するバッテリーセル３の表面積が大きくなっている。このため、空気流路の下流側に位置するバッテリーセル３は空気と充分に当接して冷却される。
【００３９】
これらのことから、本実施例１のバッテリー装置１では、各バッテリーセル３を充分に冷却することが可能になる。
【００４０】
（実施例２）
本実施例２のバッテリー装置は、スペーサの形状および配置位置以外は実施例１のものと同じものである。本実施例２のバッテリー装置を模式的に表す上面透視図を図４に示す。
【００４１】
本実施例のバッテリー装置１において、第３領域１７および第４領域１８に配される第３スペーサ２８および第４スペーサ３０は、実施例１のものと同形状に形成され、実施例１のものと同位置に配置されている。
【００４２】
第１領域１５に配置されている第５スペーサ３８は、実施例１の第１スペーサ２６が左右方向に４分割されたものであり、左右方向に略均等に配置されている。
【００４３】
第２領域１６には、実施例１と同じ形状の第２スペーサ２７と第３スペーサ２８とが配置されている。このうち第２スペーサ２７は、左右方向に略均等に配置されている。また、第３スペーサ２８は、箱上面および下面のうち第２スペーサ２７が設けられていない部分に略等間隔に散在するように設けられている。
【００４４】
なお、本実施例２において、通風孔３５を流通する空気に接触するバッテリーセルの表面積は、第１領域１５、第２領域１６、第３領域１７、第４領域１８の全てで実施例１と同じ面積になっている。
【００４５】
本実施例２のバッテリー装置１においては、各スペーサの形状および配置位置が実施例１のものとは異なっているが、実施例１と同様に、通風孔３５を流通する空気に接触するバッテリーセルの表面積は、第１領域１５、第２領域１６、第３領域１７、第４領域１８の順で大きくなっている。したがって、実施例１のものと同様に、空気流路の下流側にまで低温の空気を供給することができ、空気流路の下流側に位置するバッテリーセルが空気と充分に当接するために、各バッテリーセルを充分に冷却することが可能になる。
【００４６】
（比較例）
本比較例のバッテリー装置は、スペーサの形状および配置位置以外は実施例１のものと同じものである。本比較例のバッテリー装置を模式的に表す上面透視図を図５に示す。
【００４７】
本比較例のバッテリー装置４０において、第１領域１５、第２領域１６、第３領域１７、および第４領域１８には、実施例１の第４領域に設けられたものと同じ第３スペーサ２８が、実施例の第４領域と同様に配置されている。従って、本比較例のバッテリー装置４０では、通風孔３５を流通する空気に接触するバッテリーセル３の表面積は、第１領域１５、第２領域１６、第３領域１７、第４領域１８の全てが略同じ大きさになっている。したがって、本比較例のバッテリー装置４０では、空気流路の上流側に配置されるバッテリーセルほど冷却され易くなり、空気流路の下流側には比較的高温の空気が供給されるために、空気流路の下流側に配置されるバッテリーセルは冷却され難くなっている。
【００４８】
（冷却試験）
上述した実施例１、実施例２および比較例のバッテリー装置において、通風孔に空気を流通させつつ各バッテリーセルを充放電させた際の、各バッテリーセルの温度を、シミュレーションにより算出した。このシミュレーションは、各バッテリーセルが各々１．５Ｗで発熱した状態で流入口から通風孔内に２０℃の冷却空気を０．８３ｍ3／ｈで供給した際における、各バッテリーセルの表面温度を演算したものである。なお、各バッテリーセルの表面温度は各バッテリーセルの内部温度と近似するものとし、シミュレーションにはＳＣＲＹＵ／ＴＥＴＲＡ（ソフト）を用いた。
【００４９】
このシュミレーションで演算された、実施例１、実施例２および比較例のバッテリー装置における各バッテリーセルの平均表面温度を表すグラフを図６に示す。また、実施例１、実施例２および比較例のバッテリー装置における各バッテリーセルの任意の位置における表面温度を図３〜図５に示される上面透視図と同じ上面透視図にプロットした図を図７〜９に示す。
【００５０】
この冷却試験の結果、図６に示すように、実施例１および実施例２のバッテリー装置では、比較例のバッテリー装置に比べて第３のバッテリーセルおよび第４のバッテリーセルの温度が低くなっている。この結果から、本発明のバッテリー装置では、空気流路の下流側に配置されるバッテリーセルに充分に低温の空気が供給され、充分に冷却されていることがわかる。
【００５１】
また、実施例１のバッテリー装置では、比較例のバッテリー装置に比べて第３のバッテリーセルおよび第４のバッテリーセルの温度が著しく低くなっている。これは、空気流路上流側の通風孔がバッテリーセルの中央部を避けて左右両端側に偏って設けられていることによると考えられる。
【００５２】
バッテリーセルの左右両端側は外気に隣接している部分であるために外気に放熱して冷却されやすくなっている。したがって、通風孔をバッテリーセルの左右両端側、すなわちバッテリー装置の左右両端側に偏って設けることで、通風孔内を流通する空気がバッテリーセルによって加熱され難くなり、かつ、通風孔内を流通する空気もまた外気に放熱するために、より空気流路の下流側にまで低温の空気を供給できるものと考えられる。
【００５３】
このため、空気流路上流側の通風孔をバッテリーセルの左右端側に偏って設け、通風孔を流通する空気を、バッテリーセルの中央部を避けて左右両端部表面と接触させることで、各バッテリーセルをより充分に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１のバッテリー装置を模式的に表す斜視図である。
【図２】実施例１のバッテリー装置のうちケース体を模式的に表す一部切り欠き斜視図である。
【図３】実施例１のバッテリー装置を模式的に表す上面透視図である。
【図４】実施例２のバッテリー装置を模式的に表す上面透視図である。
【図５】比較例のバッテリー装置を模式的に表す上面透視図である。
【図６】冷却試験で得られた、実施例１、実施例２および比較例のバッテリー装置における各バッテリーセルの平均表面温度を表すグラフである。
【図７】実施例１のバッテリー装置を模式的に表す上面透視図に、冷却試験で得られた各バッテリーセルの表面温度をプロットした図である。
【図８】実施例２のバッテリー装置を模式的に表す上面透視図に、冷却試験で得られた各バッテリーセルの表面温度をプロットした図である。
【図９】比較例のバッテリー装置を模式的に表す上面透視図に、冷却試験で得られた各バッテリーセルの表面温度をプロットした図である。
【符号の説明】
【００５５】
１：バッテリー装置  ２：ケース体  ３：バッテリーセル  ６：流入口  ７：流出口  １０：第１のバッテリーセル  １１：第２のバッテリーセル  １２：第３のバッテリーセル  １３：第４のバッテリーセル  １５：第１領域  １６：第２領域  １７：第３領域  １８：第４領域  ２５：スペーサ  ２６：第１スペーサ  ２７：第２スペーサ  ２８：第３スペーサ  ３０：第４スペーサ  ３５：通風孔  ３８：第５スペーサ
４０：バッテリー装置
【図１】
2005340091.tif 000003
【図２】
2005340091.tif 000004
【図３】
2005340091.tif 000005
【図４】
2005340091.tif 000006
【図５】
2005340091.tif 000007
【図６】
2005340091.tif 000008
【図７】
2005340091.tif 000009
【図８】
2005340091.tif 000010
【図９】
2005340091.tif 000011