(57)【要約】【課題】安定した冷却性能を得ることができる組電池装置の提供。【解決手段】実施形態の組電池装置は、バッテリモジュール、筐体、吸気口、排気口及び通気路を備えている。バッテリモジュールは、複数のバッテリセルを互いに積層するように配置している。前記筐体は、前記バッテリモジュールを内部に収容した状態で設置されている。前記吸気口は、前記筐体に設けられ前記筐体内へ外気を取り込む。前記排気口は、前記筐体に設けられ前記吸気口の位置よりも上方に配置され、前記筐体内から排気を行う。前記通気路は、前記吸気口から上方の前記排気口へ向けて前記筐体内を水平方向に対して傾斜する方向に延びている。【選択図】図３
2012113874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリセルを互いに積層するように配置したバッテリモジュールと、
前記バッテリモジュールを内部に収容した状態で設置された筐体と、
前記筐体に設けられ前記筐体内へ外気を取り込む吸気口と、
前記筐体に設けられ前記吸気口の位置よりも上方に配置され、前記筐体内から排気を行う排気口と、
前記吸気口から上方の前記排気口へ向けて前記筐体内を水平方向に対して傾斜する方向に延びる通気路と、
を具備することを特徴とする組電池装置。
【請求項２】
前記通気路は、前記筐体内に収容された前記バッテリモジュールの少なくとも上面または底面とそれぞれ接する位置に形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の組電池装置。
【請求項３】
前記筐体内には、鉛直方向に沿って複数の前記バッテリモジュールが並んだ状態で収容されている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の組電池装置。
【請求項４】
前記筐体内には、水平方向に沿って複数の前記バッテリモジュールが並んだ状態で収容されている、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の組電池装置。
【請求項５】
前記複数のバッテリセルには、それらの端面から各々突出する一対の端子が設けられており、
さらに、前記バッテリモジュールは、各バッテリセル上の前記一対の端子を結ぶ直線方向を鉛直方向に向けた状態で前記筐体内に収容されている、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の組電池装置。
【請求項６】
前記複数のバッテリセルには、それらの端面から各々突出する一対の端子が設けられており、
さらに、前記バッテリモジュールは、各バッテリセルの前記一対の端子の突出している方向を鉛直方向に向けた状態で前記筐体内に収容されている、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の組電池装置。
【請求項７】
前記バッテリモジュールにおける前記バッテリセルどうしの間に隙間を空けて構成した第２の通気路、
をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の組電池装置。
【請求項８】
一又は複数の前記バッテリモジュールは、前記バッテリセルどうしの積層方向を水平方向に対して傾斜させた状態で前記筐体内に収容されている、
ことを特徴とする請求項１ないし４及び７のうちのいずれか１項に記載の組電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、組電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
略直方体形状の複数のバッテリセルどうしが絶縁体などを介して互いの厚さ方向に積層された形態のバッテリモジュールを、バッテリ格納用の筐体内に格納したバッテリパックが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３２０７９４号公報
【特許文献２】特開平８−３２１３２９号公報
【特許文献３】米国特許第７，６６２，５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種のバッテリパックは、エネルギ密度（バッテリパック単位体積当りの出力）の向上を要求されることが多く、その結果、各種部品を密に配置するなど部品レイアウト上の制約を受けるため、バッテリ冷却用の通風路を狭くすることや、また、冷却ファンなどをあえて設けないこともある。したがって、このような構造のバッテリパックでは、冷却性能の安定化などが絶えず求められている。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、安定した冷却性能を得ることができる組電池装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の組電池装置は、バッテリモジュール、筐体、吸気口、排気口及び通気路を備えている。バッテリモジュールは、複数のバッテリセルを互いに積層するように配置している。前記筐体は、前記バッテリモジュールを内部に収容した状態で設置されている。前記吸気口は、前記筐体に設けられ前記筐体内へ外気を取り込む。前記排気口は、前記筐体に設けられ前記吸気口の位置よりも上方に配置され、前記筐体内から排気を行う。前記通気路は、前記吸気口から上方の前記排気口へ向けて前記筐体内を水平方向に対して傾斜する方向に延びている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る組電池装置を模式的に示す斜視図。
【図２】図１の組電池装置を吸気口側からみた図。
【図３】図２中の組電池装置のＡ−Ａ断面図。
【図４】図１の組電池装置が備えたバッテリセルを示す斜視図。
【図５】図１の組電池装置と構造が異なる他の組電池装置を吸気口側からみた図。
【図６】比較例の組電池装置を吸気口側からみた図。
【図７】図６中の組電池装置のＢ−Ｂ断面図。
【図８】第２の実施形態に係る組電池装置を吸気口側からみた図。
【図９】図８中の組電池装置のＣ−Ｃ断面図。
【図１０】第３の実施形態に係る組電池装置の構造を示す断面図。
【図１１】図１０中の組電池装置をＤ方向から矢視した矢視図。
【図１２】図１０の組電池装置と構造が異なる他の組電池装置を吸気口側からみた図。
【図１３】第４の実施形態に係る組電池装置を吸気口側からみた図。
【図１４】図１３中の組電池装置のＥ−Ｅ断面図。
【図１５】第５の実施形態に係る組電池装置の構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
［第１の実施の形態］
図１〜図３に示すように、この実施形態に係る組電池装置１は、一般の住宅や工場などで使用される定置型のバッテリパック装置である。すなわち、組電池装置１は、筐体２、バッテリモジュール３、吸気口５、排気口６、通気路（通風路）７、上端固定具８、下端固定具９、ステイ１０、及び制御部品格納部１２、１４を備えている。
【０００９】
バッテリモジュール３は、図１〜図３に示すように、複数のバッテリセル１５どうしを互いに積層するようにして配置している。バッテリセル１５は、図４に示すように、略直方体状（薄型の矩形箱状）に形成されており、バッテリセル本体１５ａの端面１５ｂから各々突出する一対の端子１５ｃ、１５ｄが配列されている。このようなバッテリセル１５は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池である。
【００１０】
図３に示すように、上端固定具８及び下端固定具９は、各バッテリセル１５どうしを機械的に接続する。具体的には、上端固定具８及び下端固定具９は、各バッテリセル１５の間またはバッテリセル１５の周囲に絶縁紙などを介在させた状態で、積層配置されたこれら複数のバッテリセル１５を、例えばボルト及びナットを用いて一体化して固定する。
【００１１】
これらのバッテリセル１５の一対の端子１５ｃ、１５ｄをブスバーなどを介してバッテリセル１５どうしを直列（又は並列）に接続する。そして、互いに、機械的に固定されるとともに電気的にも接続された複数のバッテリセル１５は、その外側から、例えばポリプロピレン（ＰＰ）などの絶縁樹脂によって覆われている。
【００１２】
図１〜図３に示すように、筐体２は、このような構造のバッテリモジュール３を内部に収容した状態で固定的に設置されている。筐体２は、矩形の箱状に構成されており、バッテリモジュール３を正面、背面、上面、底面、左側面、右側面の、六面で包囲している。制御部品格納部１２、１４は、筐体２の上側筐体部分２ａ及び下側筐体部分２ｂの内側に設けられている。制御部品格納部１２、１４には、ブレーカ、プラグ、充放電の状況を計測するセンサ、メータ、制御基板など、各種の電子部品が内蔵されている。図２、図３に示すように、ステイ１０は、筐体２の下側筐体部分２ｂ上にバッテリモジュール３を支持する。
【００１３】
ここで、本実施形態の組電池装置１が有する冷却機能について詳述する。吸気口５は、図１〜図３に示すように、筐体２の一方の側面の二個所にスリット状に形成されている。これら二つの吸気口５は、筐体２内へ外気を取り込む。また、排気口６は、二つの吸気口５とそれぞれ対応するように設けられており、筐体２の他方の側面の二個所にスリット状に形成されている。これら二つの排気口６は、筐体２上において、対応する吸気口５の位置よりもそれぞれ上方に配置されており、吸気口５で取り込んだ外気を筐体２内から排気を行う。スリット状の吸気口５、排気口６は、スリットの長手方向が水平方向（矢印Ｙ方向）に向くように形成されている。
【００１４】
さらに、図１〜図３に示すように、通気路７は、個々の吸気口５から、対応する上方の排気口６へ向けて筐体２内を水平方向に対して傾斜する方向に延びている。つまり、通気路７は、吸気口５から取り込んだ外気を、筐体２内で発熱するバッテリモジュール３と接触させ、これにより加熱された空気を排気口６より外部へ排気する。ここで、図２、図３に示すように、バッテリモジュール３は、各バッテリセル１５上の一対の端子１５ｃ、１５ｄの配列方向（バッテリセルの幅方向）、すなわち、一対の端子１５ｃおよび１５ｄを結ぶ直線が鉛直方向（矢印Ｚ方向）に向いた状態で筐体２内に収容されている。
【００１５】
また、図３に示すように、バッテリモジュール３は、各バッテリセル１５が、吸気口５側から排気口６側に向けて積層配置されており、吸気口５側から排気口６側に向かうにつれて、各バッテリセル１５上の鉛直方向の位置が段階的に上方に位置するように配置されている。つまり、上端固定具８及び下端固定具９それぞれは、複数の段差部を有する形状に形成されている。
【００１６】
一方、筐体２の上側筐体部分２ａの底面及び下側筐体部分２ｂの上面には、水平方向（矢印Ｘ方向）に対してそれぞれα°の傾斜角度をなす傾斜面２ｃ、２ｄが形成されている。すなわち、図１、図３に示すように、通気路７は、主に、バッテリモジュール３の上面及び底面と、筐体２の傾斜面２ｃ、２ｄとの間に挟まれる空間によって構成されている。したがって、通気路７は、筐体２内に収容されたバッテリモジュール３の少なくとも上面及び底面とそれぞれ接する位置に形成されていることになる。
【００１７】
このような組電池装置１に代えて、図５に示すように、水平方向（バッテリセルの高さ方向である矢印Ｙ方向）に沿って、複数のバッテリモジュール３が、並んだ状態で筐体２２内に収容された組電池装置１１を構成することもできる。この組電池装置１１においても、組電池装置１と同様の冷却性能を得ることができる。
【００１８】
次に、本実施形態の組電池装置１及び組電池装置１１の比較例となる組電池装置２１を図６、図７に例示する。比較例の組電池装置２１では、通気路２７が吸気口２５から排気口２６に向かって傾斜しておらず、平坦（フラット）であることから、空気は、図７中の吸気口２５側から排気口２６側へ流れ難く、吸気口２５及び排気口２６の双方の入口近傍領域のみ空気が出入りすることが十分に考えられる。このため、バッテリモジュール２３を冷却する性能が不安定になることが想定され、特に中央付近は冷却されない可能性もある。
【００１９】
これに対して、本実施形態の組電池装置１（及び１１）では、図３に示すように、筐体２内のバッテリモジュール３の発熱で加熱された空気が、通気路７上の低い側から高い側に流れることになるため、吸気口５から取り込まれた外気が、筐体２内でバッテリモジュール３の表面と接触した後、排気口６より外部へスムーズに排気される。これにより、バッテリモジュール３に対する安定した冷却を実現できる。
【００２０】
ここで、図３に示す筐体２の傾斜面２ｃ、２ｄの傾斜角度αは、４°以上１０°以下であることが望ましく、５°であれば最適である。傾斜角度αが４°未満である場合、加温された空気が、吸気口５側から排気口６側へ流れる過程で滞留が生じるようになる。一方、傾斜角度αが１０°を超えると、空気の流れが滞留することはないものの、各種部品の密な配置が困難となり、これにより、組電池装置のエネルギ密度を向上させることが難しくなる。また、組電池装置１、１１では、図３に示したように、バッテリモジュール３の上面及び底面が複数の段差を有するように構成されていることから、バッテリモジュール３の表面が外気と接触する面積が実質的に増え、これにより、高い冷却効果を得ることができる。
【００２１】
なお、本実施形態において、吸気口５および排気口６がバッテリモジュール３の上面側および下面側の両方にある場合を説明したが、外気温やバッテリモジュール３の発熱状態によっては、上面側もしくは下面側いずれか一方であってもよい。以下、いずれの実施形態においても同様である。
【００２２】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施形態を図８、図９に基づき説明する。なお、図８、図９中において、図１〜図３に示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態に変更を加えて構成されるものであり、変更を加えた構成についてのみ説明する。また、図８、図９では、図２、図３に示したステイ１０の図示を省略している。
【００２３】
すなわち、図８、図９に示すように、組電池装置３１は、鉛直方向（バッテリセルの幅方向であるＺ方向）に沿って、複数のバッテリモジュール３が並んだ状態で筐体内に収容されている。また、組電池装置３１では、筐体内のバッテリモジュール３どうしの間にも、通気路７が設けられている。したがって、組電池装置３１においても、安定した冷却効果を期待できる。
【００２４】
［第３の実施の形態］
続いて、第３の実施形態を図１０〜図１２に基づき説明する。なお、図１０〜図１２において、図１〜図３、及び図８、図９に示した第１、第２の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。なお、図１０及び図１２では、図２、図３に示したステイ１０の図示を省略している。
【００２５】
図１０、図１１に示すように、組電池装置４１は、第１の実施形態に係る組電池装置１の構成に加え、さらに、バッテリモジュール４３におけるバッテリセル１５どうしの間にスリット状の隙間を空けて構成した複数の通気路（第２の通気路）４７を備えている。これらの通気路４７は、筐体２内の鉛直方向（バッテリセルの幅方向であるＺ方向）に沿って、バッテリセル１５どうしの間を通る空気の流れをつくる。ここで、図１２に示すように、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って、複数のバッテリモジュール４３が、並んだ状態で筐体内に収容された組電池装置５１を構成することも可能である。
【００２６】
したがって、本実施形態の組電池装置４１、５１では、通気路７に加え、複数の通気路４７によって、バッテリセル１５単体の冷却効果を高めることができ、結果として、バッテリモジュール４３に対する冷却性能のさらなる安定化を図ることができる。
【００２７】
［第４の実施の形態］
第４の実施形態を図１３、図１４に基づき説明する。なお、図１３、図１４において、図１〜図３及び図８〜図１１に示した第１〜第３の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。
【００２８】
図１３、図１４に示すように、この実施形態の組電池装置６１では、バッテリモジュール６３は、各バッテリセル１５の一対の端子１５ｃ、１５ｄがそれぞれ突出している方向を鉛直方向（Ｚ方向）に向けた状態で筐体２内に収容されている。この組電池装置６１においても、バッテリモジュール６３に対する安定した冷却性能を得ることができる。
【００２９】
各バッテリセル１５をこのような向きで配置する場合でも、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って、複数のバッテリモジュール６３が並んだ状態の組電池装置を構成することや、また、水平方向（この実施形態のバッテリセルの幅方向となるＹ方向）に沿って、複数のバッテリモジュール６３が並んだ状態の組電池装置を構成することも可能である。
【００３０】
［第５の実施の形態］
第５の実施形態を図１５に基づいて説明する。なお、図１５において、図１〜図３、図８〜図１１、図１３及び図１４に示した第１〜第４の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。
【００３１】
図１５に示すように、本実施形態の組電池装置７１では、（単一又は複数の）バッテリモジュール７３は、バッテリセル１５どうしの積層方向を水平方向（矢印Ｘ方向）に対して傾斜させた状態で筐体７２内に収容されている。
【００３２】
つまり、この組電池装置７１では、バッテリモジュール７３の上面及び底面を、図３に示した段差などがない、平坦な面で構成できるため、通気路７７を通る空気の滞留などがより生じにくくなり、これにより、バッテリモジュール７３に対する良好な除熱効果を期待できる。
【００３３】
また、上述したように、バッテリモジュール７３の上面及び底面を平坦な面で構成できることから、上端固定具７８及び下端固定具７９の形状の簡素化を図ることができるので、組電池装置の生産性を高めることができる。
【００３４】
なお、バッテリセル１５どうしの積層方向を水平方向（矢印Ｘ方向）に対して傾斜させた状態のバッテリモジュール７３を適用する場合でも、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って、複数のバッテリモジュール７３が並んだ状態の組電池装置を構成することや、また、水平方向（この実施形態のバッテリセルの高さ方向であるＹ方向）に沿って、複数のバッテリモジュール７３が並んだ状態の組電池装置を構成することができる。
【００３５】
以上、第１〜第５の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は例示であり、その形態に限定されるものではなく適宜変更を加えてもよい。つまり、第１〜第５の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を構成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１，１１，３１，４１，５１，６１，７１…組電池装置、２，２２，７２…筐体、２ａ…上側筐体部分、２ｂ…下側筐体部分、２ｃ，２ｄ…傾斜面、３，４３，６３，７３…バッテリモジュール、５…吸気口、６…排気口、７，７７…通気路、１５…バッテリセル、１５ａ…バッテリセル本体、１５ｂ…バッテリセル本体の端面、１５ｃ，１５ｄ…端子、４７…（第２の）通気路、α…傾斜角度。
【図１】
2012113874.tif 000003
【図２】
2012113874.tif 000004
【図３】
2012113874.tif 000005
【図４】
2012113874.tif 000006
【図５】
2012113874.tif 000007
【図６】
2012113874.tif 000008
【図７】
2012113874.tif 000009
【図８】
2012113874.tif 000010
【図９】
2012113874.tif 000011
【図１０】
2012113874.tif 000012
【図１１】
2012113874.tif 000013
【図１２】
2012113874.tif 000014
【図１３】
2012113874.tif 000015
【図１４】
2012113874.tif 000016
【図１５】
2012113874.tif 000017