(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円柱状の複数の電池モジュールが軸方向を揃えて筐体内に複数段、複数列マトリクス状に配列され、前記筐体内の隣接する電池モジュールの軸方向の端部の電極端子同士が導電連結部材を介して電気的に直列に接続された電池格納ユニットであって、
前記筐体内の複数の電池モジュールの軸方向の端部に臨む領域に、冷媒を流す冷媒流路が設けられるとともに、
前記電極端子同士を電気的に直列に接続する前記導電連結部材の延出方向の略中間部に放熱領域が設けられ、
前記導電連結部材は、
前記冷媒流路内の冷媒の流れ方向に沿って隣接する電極端子同士を、冷媒の流れ方向と平行に架橋して接続する複数の第１の導電連結部材と、
隣接する２つの前記第１の導電連結部材を夫々冷媒の流れ方向に投影した位置にある隣接した電極端子同士を、冷媒の流れ方向と略直交するように架橋して接続する第２の導電連結部材と、を備え、
前記冷媒流路は、冷媒セパレータによって、前記第１の導電連結部材を流れる選別通路と、前記第２の導電連結部材を流れる選別通路と、に区画され、
前記選別通路の各一つには、前記第１の導電連結部材と前記第２の導電連結部材のいずれか一方の一つのみが配設されていることを特徴とする電池格納ユニット。
【請求項２】
前記冷媒セパレータは、前記第１の導電連結部材と第２の導電連結部材に対向する前記筐体の壁に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池格納ユニット。
【請求項３】
前記導電連結部材の放熱領域は、前記電池モジュールの軸方向外側に突出する屈曲凸部で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電池格納ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の電池モジュールが筐体内に並列に配置され、電気自動車等の電源として用いられる電池格納ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車の駆動電源として、略円柱状の複数の電池モジュールを筐体内に並列に配置するとともに、隣接する内部の電池モジュール同士を、導電連結部材を介して直列に接続した電池格納ユニットが知られている。
【０００３】
この種の電池格納ユニットにおいては、電気の充放電によって各電池モジュールが熱を発するため、電池モジュールの性能を有効利用するためには電池モジュールを効率良く冷却する必要がある。
このため、これに対処する電池格納ユニットとして、筐体に冷媒の導入口と排出口を設け、導入口から取り入れた空気等の冷媒を各電池モジュールの外周面に当て、外周面を通して電池モジュール全体を冷却するものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１３４８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この従来の電池格納ユニットは、筐体内の電池モジュールのうちの主に外周面を冷媒によって冷却するものであるため、各電池モジュールに対する冷却効率の点では未だ充分とは言えず、各電池モジュールを充分に冷却するためには、大流量の冷媒を各電池モジュールの外周面に誘導しなければならない。このため、この従来の電池格納ユニットにおいては、筐体内で隣接する電池モジュール間に充分な間隔をあけて、断面積の大きい冷媒流路を形成しなければならず、ユニット全体の大型化を避けることができない。
【０００５】
このため、現在、隣接する電池モジュールの電極端子同士を連結する導電連結部材に冷却媒体を積極的に誘導し、導電連結部材と電極端子を介して各電池モジュールを効率的に冷却することを検討している。しかし、この場合、筐体内には、複数の電池モジュールが並列に配列され、冷却媒体の流れの上流から下流に向かって複数の導電連結部材が並ぶことになる。そして、各導電連結部材の延出方向の略中央部の放熱領域（例えば、屈曲して表面積が大きくなった領域）が冷媒の流れ方向に沿って並ぶと、冷媒の流れの下流側に位置されている導電連結部材が上流側の導電連結部材の熱の影響を大きく受けることになる。したがって、これによって電池モジュール毎に冷却性能がばらついて電池格納ユニット全体の性能を最大限に発揮することが難しくなり、これを避けるために冷媒流路の断面積を大きくせざるを得なくなる。
【０００６】
そこで、この発明は、筐体内の電池モジュールの冷却効率を高め、ユニット全体の小型化を図ることのできる電池格納ユニットを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する請求項１に記載の発明は、略円柱状の複数の電池モジュール（例えば、後述の実施形態における電池モジュール３）が軸方向を揃えて筐体（例えば、後述の実施形態における筐体２）内に複数段、複数列マトリクス状に配列され、前記筐体内の隣接する電池モジュールの軸方向の端部の電極端子（例えば、後述の実施形態における電極端子５）同士が導電連結部材（例えば、後述の実施形態におけるバスバー１１）を介して電気的に直列に接続された電池格納ユニットであって、前記筐体内の複数の電池モジュールの軸方向の端部に臨む領域に、冷媒流路（例えば、後述の実施形態における冷媒流路１７）が設けられるとともに、前記電極端子同士を電気的に直列に接続する前記導電連結部材の延出方向の略中間部に放熱領域（例えば、後述の実施形態における屈曲凸部１３）が設けられ、前記導電連結部材は、前記冷媒流路内の冷媒の流れ方向に沿って隣接する電極端子同士を、冷媒の流れ方向と平行に架橋して接続する複数の第１の導電連結部材（例えば、後述の実施形態における第１のバスバー１１Ａ）と、隣接する２つの前記第１の導電連結部材を夫々冷媒の流れ方向に投影した位置にある隣接した電極端子同士を、冷媒の流れ方向と略直交するように架橋して接続する第２の導電連結部材（例えば、後述の実施形態における第２のバスバー１１Ｂ）と、を備え、前記冷媒流路は、冷媒セパレータ（例えば、後述の実施形態における仕切壁２０Ａ，２０Ｂ）によって、前記第１の導電連結部材を流れる選別通路（例えば、後述の実施形態における選別通路２１ａ）と、前記第２の導電連結部材を流れる選別通路（例えば、後述の実施形態における選別通路２１ｂ）と、に区画され、前記選別通路の各一つには、前記第１の導電連結部材と前記第２の導電連結部材のいずれか一方の一つのみが配設されていることを特徴とする。
これにより、第２の導電連結部材は、隣接した２つの第１の導電連結部材を冷媒の流れ方向に投影した位置に配置されるため、第１の導電連結部材と第２の導電連結部材の放熱領域が冷媒の流れ方向でオーバーラップすることがなくなる。
また、第１の導電連結部材と第２の導電連結部材の冷媒の通過する領域が、冷媒セパレータによって夫々専用の選別通路に区画されるようになる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電池格納ユニットにおいて、前記冷媒セパレータは、前記第１の導電連結部材と第２の導電連結部材に対向する前記筐体の壁に形成されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１まは２に記載の電池格納ユニットにおいて、前記導電連結部材の放熱領域は、前記電池モジュールの軸方向外側に突出する屈曲凸部で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、第２の導電連結部材が隣接した２つの第１の導電連結部材を冷媒の流れ方向に投影した位置に配置されて、両導電連結部材の放熱領域が冷媒の流れ方向でオーバーラップしない構造とされているため、筐体内の複数の電池モジュールを均一に、かつ効率良く冷却して、ユニット全体の小型化を図ることができる。
【００１１】
さらに、請求項１に記載の発明によれば、冷媒流路が、冷媒セパレータによって第１の導電連結部材を通過する選別通路と第２の導電連結部材を通過する選別通路に完全に区画され、かつ選別通路の各一つには、第１の導電連結部材と第２の導電連結部材のいずれか一方の一つのみが配設されているため、下流側の導電連結部材が上流側の導電連結部材の熱の影響をより受け難くすることができるうえ、冷媒セパレータによって異極同士の空間絶縁破壊距離を確保することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、冷媒セパレータを筐体の壁に形成したため、構造を簡素化して製品コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態の説明においては、同一部分に同一符号を付し、重複する部分の説明を省略するものとする。
最初に、図１〜図４に示すこの発明の第１の実施形態について説明する。
この実施形態の電池格納ユニット１は、ハイブリッド車を含む電気自動車の駆動電源として用いられるものであり、略直方体状の金属製の筐体２の内部に、複数の電池モジュール３…が並列に配列されて収容されている。電池モジュール３は、図４に示すように、モジュール本体４が円柱状に形成され、そのモジュール本体４の軸方向の両端面に正，負の電極端子５の各一方が設けられている。なお、この明細書において、電池モジュールとは、複数の単電池を直列に接続して円柱状に形成したもののほか、円柱状の単電池単体の場合も含むものとする。
【００１４】
筐体２は、図３に示すように、相反する両側の端部に開口が設けられた角筒状の筐体本体６と、筐体本体６の両側の開口を閉塞する第１カバー７および第２カバー８を備え、両カバー７，８が筐体本体６にボルト結合等によって一体に結合されている。
ここで、説明の都合上、筐体本体６の両側の開口を結ぶ方向を「開口方向」と呼ぶものとすると、筐体本体６の内壁には、開口方向に沿う複数の支持壁９…が一体に形成され、その各支持壁９によって電池モジュール３が支持されるようになっている。
【００１５】
電池モジュール３…は、各モジュール３の軸方向を筐体本体６の開口方向に沿わせるようにして筐体本体６内に並列に配列され、図２に示すように、開口方向から見たときに全体が縦横に規則正しく整列するようにマトリクス状に配置されている。この実施形態の例の場合、電池モジュール３…は４段６列に配置されている。なお、以下では電池モジュール３の配列を説明する場合、図１の図示に対応させて「上２段」，「下２段」等と上下を区別して呼ぶものとする。
そして、各段と各列の隣接する電池モジュール３，３の間には、筐体本体６の開口方向に沿う保持部材１０が介装されている。したがって、図２に示すように筐体本体６の内側には、複数の電池モジュール３…が前述した複数の支持壁９…と保持部材１０…とともに碁盤目状に配置されている。
ここで、各支持壁９と保持部材１０の電池モジュール３の外周面と接触する面は、同モジュール３の外周面に沿う円弧状に形成されており、各電池モジュール３の周囲は保持部材１０や支持壁９によって軸方向に延出する４つの空間１２に画成されている。
【００１６】
また、前述のようにして筐体本体６の内側に配置される電池モジュール３…は、隣接するもの同士の正極と負極が逆向きになるようにセットされ、隣接する電極端子５，５が導電連結部材であるバスバー１１によって適宜連結されている。このバスバー１１による電極端子５，５の連結は、筐体本体６内の上２段の総ての電池モジュール３…と、下２段の総ての電池モジュール３…が夫々直列接続されるようにして行われている。
【００１７】
バスバー１１は、導電性の金属板によって断面ハット状に形成され、中央の段差状の屈曲凸部１３を挟む両側の縁部が夫々電極端子５の端面にねじによって結合されている。なお、バスバー１１は、屈曲凸部１３を電池モジュール３の軸方向外側に突出させる向きにして各電極端子５に結合され、この屈曲凸部１３が、電極端子５の熱を最も外部に放熱する放熱領域とされている。
【００１８】
一方、第１カバー７は、筐体本体６の端面の形状に対応する天井壁と、筐体本体６の周壁に対応する側壁を有しており、第１カバー７の延出幅の短い一方の側壁と、それに対向する他方の側壁には、冷却空気（冷却媒体）の導入口１５と排出口１６が夫々形成されている。図１に示すように、導入口１５は、一方の側壁の幅方向の一側に偏って配置され、排出口１６は、他方の側壁の幅方向の他側に偏って配置されており、筐体２内のこれらの導入口１５と排出口１６の間には、冷却空気を流す冷媒流路１７が形成されている。この実施形態の場合、排出口１６には吸引ダクト（図示せず）を介して吸引ファン（図示せず）が接続され、吸引ファンの駆動により、導入口１５から流入した冷却空気が冷媒流路１７と排出口１６を通って筐体２の外部に排出されるようになっている。冷媒流路１７は、主に第１カバー７の側壁に囲まれた空間内に構成されているが、筐体本体６に保持された複数の電池モジュール３…の電極端子５とバスバー１１はこの空間部内に突出して冷媒流路１７に臨んでいる。
【００１９】
そして、第１カバー７が筐体本体６に取り付けられた状態においては、筐体２内には、図１に示すように、導入口１５からストレートに前方に延出する導入側並進通路１８と、この導入側並進通路１８と平行に、かつ排出口１６に向かってストレートに延出する排出側並進通路１９とが形成され、筐体２内に導入された冷却空気が主に導入側並進通路１８から排出側並進通路１９に向かって略直角に流れるようになっている。
【００２０】
ところで、この実施形態の場合、第１カバー７側において隣接する電池モジュール３を接続するバスバー１１…は次のようにして配置されている。
すなわち、上２段の電池モジュール３…に対応するバスバー１１…は、総て導入側並進通路１８から排出側並進通路１９に向かう冷却空気の流れに沿うように配置され、冷却空気の流れ方向に沿って隣接配置されている電池モジュール３，３同士を架橋して接続している。以下、このバスバーを「第１のバスバー１１Ａ」（第１の導電連結部材）と呼ぶものとする。また、下２段の電池モジュール３…に対応するバスバー１１は、総て上記の冷却空気の流れと直交する方向に配置され、冷却空気の流れと直交する方向に隣接配置されている電池モジュール３，３同士を架橋して接続している。以下、このバスバーを「第２のバスバー１１Ｂ」（第２の導電連結部材）と呼ぶものとする。そして、上側の段に配置される第１のバスバー１１Ａは、下側の段に配置される第２のバスバー１１Ｂに対して冷却空気の流れと直交する方向にオフセットして配置されている。
したがって、上２段の電池モジュール３…を接続する第１のバスバー１１Ａ…と、下２段の電池モジュール３…を接続する第２のバスバー１１Ｂ…は、互いの屈曲凸部１３が冷却空気の流れ方向においてオーバーラップしないようになっている。
【００２１】
また、第１カバー７の天井壁には、導入側並進通路１８から排出側並進通路１９に向かうように延出する複数の仕切壁２０Ａ…，２０Ｂ…（冷媒セパレータ）が突設されている。各仕切壁２０Ａ，２０Ｂは、第１のバスバー１１Ａの延出方向に沿う直線領域ａと、直線領域ａから屈曲して第２のバスバー１１Ｂの端部を回り込む屈曲領域ｂとを備え、隣接する仕切壁２０Ａ…，２０Ｂ…と協働して、導入側並進通路１８から入り込んだ冷却空気を一つのバスバー１１Ａまたは１１Ｂのみ通過させる選別通路２１ａ…２１ｂ…（冷媒通路）を形成するようになっている。
【００２２】
ここまでは、第１カバー７側の構造について説明したが、第２カバー８側にも第１カバーとほぼ同様の構造が採用されている。ここでは、第２カバー８側についての詳細な説明は省略するが、第２カバー８側では、隣接する電池モジュール３，３の接続の関係で上２段に第２のバスバー１１Ｂ…が配置され、下２段に第１のバスバー１１Ａ…が配置されている。
【００２３】
以上の構成において、電池格納ユニット１の使用時に吸引ファンが駆動されると、筐体２の導入口１５から導入側並進通路１８に流入した冷却空気が、導入側並進通路１８から各選別通路２１ａ…，２１ｂ…を通って排出側並進通路１９へと流れ、排出口１６を通して筐体２の外部に排出される。この間、各選別通路２１ａ，２１ｂを通過する冷却空気は対応するバスバー１１Ａ，１１Ｂの一つの屈曲凸部１３と電極端子５，５を冷却して外部に排出される。
【００２４】
この電池格納ユニット１は、冷媒流路１７を流れる冷却空気が、筐体２内において電池モジュール３…の電極端子５とバスバー１１Ａ，１１Ｂに流れるため、各電池モジュール３の発熱部に熱伝導性の高い材料を介して直結されている電極端子５とバスバー１１を冷却空気によって効率良く冷却することができる。また、冷媒流路１７に比較すれば小流量ながら、各電池モジュール３の外周面には、周囲の空間１２を通して冷却空気が流れるため、筐体２の内部に熱がこもるのを確実に防止することができる。
【００２５】
ところで、図５は、この実施形態のように電極端子５の冷却を行う場合と、電極端子５の冷却を行わない場合の電池モジュール３の中心部の温度変化の様子を調べた結果を示すものであり、同図からも明らかなように、電極端子５の冷却を行う場合には早期に電池モジュール３の中心部の温度を低下させることができる。
また、図６は、電極端子５の冷却を行う場合において、電極端子５を通過する流路（第１冷媒流路）と電池モジュール３の外周を通過する流路（第２冷媒流路）への冷媒の分配量と、冷却能力との関係を、端子締結部寸法つまり電極端子５のサイズ毎に比較した結果を示すものである。同図からも明らかなように、電極端子５の冷却を行う場合には、第２冷媒流路に対し第１冷媒流路への分配量の方が大きく、また端子締結部寸法が大きな電極端子５において冷却能力を高くすることができる。
したがって、この実施形態のように、冷媒流路１７に臨むバスバー１１Ａ，１１Ｂに屈曲凸部１３を設けてサイズを大きくすることは、電池モジュール３に対する冷却効率を高めるうえで有利となる。
【００２６】
また、この電池格納ユニット１は、第１のバスバー１１Ａが冷媒空気の流れ方向と平行に配置されるとともに、第１のバスバー１１Ａに対して下流側または上流側にある第２のバスバー１１Ｂが冷却空気の流れ方向と直角に配置され、第１のバスバー１１Ａの屈曲凸部１３と第２のバスバー１１Ｂの屈曲凸部１３が冷媒の流れ方向でオーバーラップしないようになっているため、一方のバスバー１１Ａ（１１Ｂ）の放熱が他方のバスバー１１Ｂ（１１Ａ）の冷却に悪影響を及ぼすことがない。特に、この実施形態の場合、各段の第２のバスバー１１Ｂがオフセットして配置されているため、２つの第２のバスバー１１Ｂ，１１Ｂの屈曲凸部１３が冷媒の流れ方向でオーバーラップして放熱の影響を及ぼすこともない。したがって、この電池格納ユニット１においては、筐体２内の複数の電池モジュール３…を均一に、かつ効率良く冷却することができるため、ユニット全体をより小型化することが可能である。
【００２７】
さらに、この電池格納ユニット１においては、筐体２内の冷媒流路１７が仕切壁２０Ａ…，２０Ｂ…により、一つのバスバー１１Ａ（１１Ｂ）に対して一つの通路が対応するように複数の選別通路２１ａ…，２１ｂ…に仕切られているため、筐体２内のバスバー１１Ａ…，１１Ｂ…と電極端子５…をより均一に冷却することができる。そして、この電池格納ユニット１は、冷媒流路１７が各バスバー１１Ａ，１１Ｂに対応して複数の選別通路２１ａ…，２１ｂ…に仕切られるため、異極同士の空間絶縁破壊距離を充分に確保できるという利点がある。
【００２８】
さらに、この実施形態の場合、バスバー１１Ａ…，１１Ｂ…に対面する第１，第２カバー７，８の天井壁に仕切壁２０Ａ…，２０Ｂ…を突設し、それによって選別通路２１ａ…，２１ｂ…を構成するようになっているため、構造を簡素化して製品コストを低減できるという利点がある。
【００２９】
なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の第１の実施形態は、電池モジュール３…を筐体２内に４段、６列に配列したものであるが、電池モジュール３…の配列はこれに限るものでなく、図７に示す第２の実施形態のように電池モジュール３…を３段に配列するようにしても良い。この場合、仕切壁１２０Ａ，１２０Ｂは、直線領域ａと屈曲領域ｂを有するものと、直線領域ａのみのものが用いられる。
また、上記の実施形態においては、筐体２の排出口１６に吸引ファンを接続したが、筐体２の導入口１５に冷却空気の圧送装置を接続するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す図３のＢ−Ｂ断面に対応する断面図。
【図２】同実施形態を示すカバーを取り去った電池格納ユニットの平面図。
【図３】同実施形態を示す図１のＡ−Ａ断面に対応する部分断面図。
【図４】同実施形態を示す複数の電池モジュールを配列した斜視図。
【図５】電極端子で冷却を行う場合と、行わない場合の電池モジュールの中心部での温度変化の様子を調べた特性図。
【図６】端子締結部のサイズおよび冷媒の流路と冷却能力の関係を調べた特性図。
【図７】この発明の第２の実施形態を示す図１と同様の断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１…電池格納ユニット
２…筐体
３…電池モジュール
５…電極端子
１１…バスバー（導電連結部材）
１１Ａ…第１のバスバー（第１の導電連結部材）
１１Ｂ…第２のバスバー（第２の導電連結部材）
１３…屈曲凸部（放熱領域）
１７…冷媒流路
２０Ａ，２０Ｂ，１２０Ａ，１２０Ｂ…仕切壁（冷媒セパレータ）
２１ａ，２１ｂ…選別通路（冷媒通路）
【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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