(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単電池を直列接続して形成された複数本の電池ブロックをホルダーケース内に並列配置して集積電池を構成し、前記ホルダーケース内の電池ブロックの並列方向に媒体を強制的に流通させて各電池ブロックの温度を調節する集積電池の温度管理方法において、
前記媒体の流通方向の上流側に位置する電池ブロックにフィルム筒を被せ、このフィルム筒と電池ブロックの表面との間隔が熱交換条件のよい位置にある電池ブロックほど大きくなるようにして媒体を流通させるようにしたことを特徴とする集積電池の温度管理方法。
【請求項２】
単電池を直列接続して形成された複数本の電池ブロックをホルダーケース内に並列配置して集積電池を構成し、前記ホルダーケース内の電池ブロックの並列方向に媒体を強制的に流通させて各電池ブロックの温度を調節する集積電池の温度管理装置において、
前記媒体の流通方向の上流側に位置する電池ブロックに、その表面との間隔を調整できるようにしてフィルム筒を被せ、前記電池ブロック表面との間隔を熱交換条件のよい位置にある電池ブロックほど大きくなるように設定したことを特徴とする集積電池の温度管理装置。
【請求項３】
電池ブロックの表面の一部分に所定厚さのスペーサを配し、このスペーサ上にフィルム筒を配して、電池ブロックの表面をフィルム筒で覆うようにした請求項２記載の集積電池の温度管理装置。
【請求項４】
フィルム筒が、筒形状に形成された樹脂フィルムである請求項２記載の集積電池の温度管理装置。
【請求項５】
フィルム筒が、円筒形電池ブロックをその表面と所定間隔を設けて覆う円周長より長い幅に形成された樹脂フィルムを所定直径の円筒形に巻いたオーバーラップ部分で接合して形成されてなる請求項２記載の集積電池の温度管理装置。
【請求項６】
フィルム筒が、円筒形電池ブロックをその表面と所定間隔を設けて覆う最大間隔時の円周より長い幅に形成された樹脂フィルムを、電池ブロックに装着する直径の円筒形に巻回して形成されてなる請求項２または５記載の集積電池の温度管理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単電池を直列接続して形成された電池ブロックを複数本集積して所要出力電力の集積電池を構成したとき、各電池ブロックの温度を均等化するための集積電池の温度管理方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り素電池の起電力は１〜４Ｖ程度の小さな電圧でしかないため、大きな出力電力が必要な場合では、素電池によって形成された単電池を直列接続して電池ブロックを構成し、更に、この電池ブロックを直列接続して所望の出力電圧を得ることになる。従って、大きな出力電力の電池電源を構成するときには、複数の電池ブロックをホルダーケース内に縦横に配列し、集積電池として構成することになる。このように多数の単電池を集積して構成される電池電源は、二次電池を用いて充放電制御を行い、常に所要電力が取り出せるように維持される。
【０００３】
二次電池は充放電に伴う発熱により温度上昇し、多数の単電池が集積されていると発熱量も大きく、温度上昇を抑えるために冷却する必要がある。逆に、寒冷地での使用においては、電池温度が適正温度以下に低下すると電池性能の低下をまねくので、電池を加温する必要が生じることもある。また、電池はその温度により電池特性に変化が生じるので、集積された全ての単電池を均等な温度に維持する必要がある。
【０００４】
集積電池の温度管理を行うために、図８に示すように、電池ブロック９をホルダーケース１０内に縦横に配列して集積電池３０を構成した場合に、ホルダーケース１０の下方側から送風して各電池ブロック９間に強制的に空気流通させることにより、各電池ブロックを冷却する構成が一般的に採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成になる集積電池の冷却構造では、空気の温度Ｔa は、図８（ｂ）に破線で示すように、電池ブロック９間を通過して上段方向に向かうに従って各電池ブロック９の熱を奪って温度上昇することになるため、温度の低い空気と熱交換する最下段の電池ブロック９は効率よく冷却されるが、上段に位置する電池ブロック９ほど下段の電池ブロック９と熱交換して空気の温度が高くなっているので冷却され難くなり、図８（ｂ）に二点鎖線で示すように、電池温度ＴB は最下段の電池ブロック９の温度ＴB １と他の電池ブロック９の温度との間で大きな温度差が生じることになり、各電池ブロック９の温度が均等な温度に冷却されないことになる。
【０００６】
本発明の目的とするところは、複数の電池ブロックを集積した集積電池を構成する各電池ブロックの温度を均等な温度に維持することができる集積電池の温度管理方法及びその装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願の第１発明に係る温度管理方法は、単電池を直列接続して形成された複数本の電池ブロックをホルダーケース内に並列配置して集積電池を構成し、前記ホルダーケース内の電池ブロックの並列方向に媒体を強制的に流通させて各電池ブロックの温度を調節する集積電池の温度管理方法において、前記媒体の流通方向の上流側に位置する電池ブロックにフィルム筒を被せ、このフィルム筒と電池ブロックの表面との間隔が熱交換条件のよい位置にある電池ブロックほど大きくなるようにして媒体を流通させるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
この温度管理方法によれば、媒体の流通方向の上流側に位置する電池ブロックはフィルム筒で被覆されるので熱交換効率が低下する。更に、フィルム筒と電池ブロックの表面との間隔を熱交換条件のよい位置にある電池ブロックほど大きくなるように設定することにより、間隔を大きくした電池ブロックほど熱交換効率は低下する。従って、媒体の温度に対応させてフィルム筒と電池ブロックの表面との間隔を調整して上流側に位置する電池ブロックにフィルム筒を被せることにより、各電池ブロックの温度は均一化され、温度により変化する電池特性を均等化して性能のよい集積電池を構成することができる。
【０００９】
更に、本願の第２発明に係る温度管理装置は、単電池を直列接続して形成された複数本の電池ブロックをホルダーケース内に並列配置して集積電池を構成し、前記ホルダーケース内の電池ブロックの並列方向に媒体を強制的に流通させることにより各電池ブロックを冷却する集積電池の温度管理装置において、前記媒体の流通方向の上流側に位置する電池ブロックに、その表面との間隔を調整できるようにしてフィルム筒を被せ、前記電池ブロック表面との間隔を熱交換条件のよい位置にある電池ブロックほど大きくなるように設定したことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、フィルム筒により被覆された電池ブロックは、フィルム筒との間に空気層が形成されて媒体による熱交換効率が低下する。媒体の流通方向上流側ほど熱交換効率が低くなるように設定することにより、集積された各電池ブロックの温度差を少なくすることができる。
【００１１】
上記構成において、電池ブロックの表面の一部分に所定厚さのスペーサを配し、このスペーサ上にフィルム筒を配して、電池ブロックの表面をフィルム筒で覆うように構成することにより、スペーサの厚さを変えることによってフィルム筒と電池ブロックの表面との間隔を調整することができ、間隔内の空気層の厚さによる熱交換効率の調節を行うことができる。
【００１２】
また、フィルム筒は、筒形状に形成された樹脂フィルムとして構成でき、直径の異なるフィルム筒により空気層の厚さを変えて熱交換効率を調節することができる。
【００１３】
また、フィルム筒は、円筒形電池ブロックをその表面と所定間隔を設けて覆う円周より長い幅に形成された樹脂フィルムを所定直径の円筒形に巻いたオーバーラップ部分で接合して形成することができ、筒形状のフィルム筒を製造する場合に比してコストの低減を図ることができるだけでなく、在庫や運搬時の占有スペースを少なくすることができる。
【００１４】
また、フィルム筒は、円筒形電池ブロックをその表面と所定間隔を設けて覆う最大間隔時の円周より長い幅に形成された樹脂フィルムを、電池ブロックに装着する直径の円筒形に巻回して形成することにより、１種類のサイズの樹脂フィルムにより必要とする複数種類の直径のフィルム筒を形成することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る集積電池の構成を示すもので、電動機と内燃機関とを駆動源として併用するハイブリッド自動車の電池電源に適用した実施形態を示すものである。この集積電池は、ニッケル水素二次電池として構成された単電池を６本直列接続して電池モジュール９を形成し、この電池モジュール９をホルダーケース１０内に横３列、縦７段に配列し、各電池モジュール９を直列接続して構成されている。
【００１７】
このように複数の電池モジュール９を収容したホルダーケース１０は、図２に示すように、外装ケース４内に固定されて電池電源装置１として構成される。この電池電源装置１は、動作中においては送風機５から送風して、ホルダーケース１０内に下部方向から空気（媒体）を送り込み、各電池モジュール９を強制冷却する。このとき、送風方向最上流側の電池モジュール９ａに比べて下流側の電池モジュール９になるほど、上流側の電池モジュール９と熱交換して温度上昇した空気により冷却されることになるため、最上流側の電池モジュール９ａの温度との間に温度差が生じる。電池はその温度により電池容量や充電効率等の電池特性が変化するので、この電池電源装置１のように多数の単電池７を集積して構成した場合に、各単電池７の温度は均等な状態であることが要求される。しかし、送風される空気に最初に触れる最上流側の電池モジュール９ａは冷却効果が最も高くなるため、他の電池モジュール９より温度が低い状態となり、電池温度の均等化がなされない状態となる。そこで、図示するように、送風方向の最上流側に位置する電池モジュール９ａ、９ａ、９ａをＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムにより形成されたフィルム筒２により被覆すると、この電池モジュール９ａは送風される空気に直接触れることがなく、フィルム筒２との間に空気層が形成されるため、送風空気による冷却効果が低下する。最上流側の電池モジュール９ａにフィルム筒２を被せない状態においては、図４に破線で示すように、他の電池モジュール９との間の温度差が大きくなるが、最上流側の電池モジュール９ａにフィルム筒２を被せると、図４に示すように、電池モジュール９ａの温度が上昇すると共に、この電池モジュール９ａによって送風空気の温度上昇が抑えられることもあって他の電池モジュール９の温度上昇は抑制され、温度差が少ない状態となる。
【００１８】
前記電池モジュール９は、図３に示すように、６本の単電池７を接続リング５０を介したスポット溶接により機械的に連結すると同時に電気的に直列接続して構成されている。この電池モジュール９上に前記接続リング５０の直径を内径とする前記フィルム筒２を被せると、図示するように、フィルム筒２は最も直径が大きくなっている前記接続リング５０の部分で支持され、各単電池７の表面との間に約０．５ｍｍの間隔を設けて電池モジュール９を被覆した状態となる。
【００１９】
上記構成によれば、送風方向の最上流側の電池モジュール９ａの温度が他の位置にある電池モジュール９の温度より極端に低くなることが抑制されるが、全ての電池モジュール９の温度を均等化した状態にはならない。そこで、各電池モジュール９が均等の温度となるように構成した実施形態について次に説明する。
【００２０】
図５に示すように、送風方向の上流側にある電池モジュール９にフィルム筒２ａ〜２ｅを被せ、各フィルム筒２ａ〜２ｅの直径が異なるように設定し、送風方向の上流側にある電池モジュール９になるほど直径の大きなフィルム筒２で被覆されるようにする。直径の大きなフィルム筒２で被覆されるほど電池モジュール９を囲む空気層の厚さが大きくなるため、送風空気による冷却効果が低下する。
【００２１】
従って、上流側から下流側に向けて徐々に冷却効率が大きくなる構造となり、送風空気が下流側に行くほどに温度上昇することによる冷却効果の低下が打ち消されるため、送風方向の上流側から下流側に至る全ての電池モジュール９の温度はほぼ均等な状態となる。
【００２２】
上記構成において、電池モジュール９に直径の異なるフィルム筒２ａ〜２ｅを被せるには、図６に示すように、単電池７、７間を連結する接続リング５０上にスペーサ３を取り付け、このスペーサ３の厚さをフィルム筒２の直径に対応して変更することにより、電池モジュール９の表面と所定の間隔を設けてフィルム筒２を被せることができる。
【００２３】
前記フィルム筒２は、上記構成による場合、それぞれに直径が異なるフィルム筒２ａ〜２ｅとして用意する必要があり、その製造や在庫、運搬等における占有スペースが大きく、また、電池モジュール９の配設位置毎に区別する製造上でも管理が煩雑になり、現実的なものとはいえない。そこで、各直径サイズ毎のフィルム筒２ａ〜２ｅを共通サイズの樹脂フィルムから製作できるようにすると、製造コストや管理の手間を低減させることができる。
【００２４】
図７（ａ）に示すように、一辺の長さが最大直径のフィルム筒２ａの円周長より長いサイズに形成されたフィルム１２を円筒状にカールさせ、大きな直径のフィルム筒２ａとして使用するときには、図７（ｂ）に示すように、電池モジュール９上に取り付けられた直径サイズの大きなスペーサ３ａ上に被せると、所定の直径で電池モジュール９を覆うと共に、端辺でオーバーラップする部分ができるので、このオーバーラップ部分で接合することによりフィルム筒２ａとすることができる。また、小さな直径のフィルム筒２ｅとして使用するときには、図７（ｃ）に示すように、電池モジュール９上に取り付けられた直径サイズの小さいスペーサ３ｅ上に被せると、所定の直径で電池モジュール９を覆うと共に、端辺でオーバーラップする部分が大きくなるので、このオーバーラップ部分で接合することによりフィルム筒２ｅとすることができる。尚、フィルム１２は、その一辺が各フィルム筒２ａ〜２ｅを形成する円周長に一定長のオーバーラップ分を加えた長さになるようにして複数種類に容易し、直径の異なる円筒に形成するようにしてもよい。
【００２５】
以上説明した構成では、送風方向の各段毎の電池モジュール９に所定の間隔を設けてフィルム筒２を被せるように構成しているが、各段の並列方向での温度条件の良し悪しによってフィルム筒２の直径を変化させ、電池モジュール９の温度が均等になるように調整することもできる。
【００２６】
また、以上説明した構成は、電池を冷却することによる温度管理を目的として示したが、寒冷地等における電池電源装置の使用においては、逆に電池を加温することを要する場合があり、そのときには、温風を媒体として同様に温度管理を行うことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、複数の電池を集積したその並列方向に媒体を流通させて電池の温度を調節するとき、媒体の流通方向の上流側にある電池にフィルム筒を被せることにより、上流側にある電池の媒体との熱交換効率が低下して、他の位置にある電池より温度が低くなることが抑制され、複数の電池の温度に極端な差が生じることを防止することができる。また、媒体の流通方向の上流側に位置する電池ほど電池との間の間隔を大きくなるようにしてフィルム筒で覆うことにより、フィルム筒と電池との間に形成される空気層の厚さが異なることによる熱交換効率の差によって複数の電池の温度を均等な状態にすることができる。従って、その温度により特性に変化が生じる電池を集積した組電池の性能を良好な状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る組電池の構成を示す斜視図。
【図２】第１の実施形態による電池の冷却構造を示す断面図。
【図３】電池モジュールの構成を示す側面図。
【図４】第１の実施形態による電池温度の均等化を示すグラフ。
【図５】第２の実施形態による電池の冷却構造を示す側面図。
【図６】電池モジュールに対するフィルム筒の装着構造を示す（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図。
【図７】（ａ）はフィルム筒を形成する樹脂フィルムの斜視図、（ｂ）は直径大に（ｃ）は直径小に形成して装着した状態を示す断面図。
【図８】電池温度の均等化構造を設けていない場合の（ａ）は組電池の構成図と、（ｂ）はその電池温度の分布グラフ。
【符号の説明】
２  フィルム筒
３  スペーサ
５  送風機
７  単電池
９、９ａ  電池モジュール
１０  ホルダーケース
【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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【図８】
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