(57)【要約】  電池モジュールは、複数の電池の集合体と、集合体に対し熱交換可能に配置される冷却部材４と、を備える。冷却部材４は、冷媒が流れるとともに、流れる冷媒を混合する混合部が設けられる。
2020027120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池の集合体と、
前記集合体に対し熱交換可能に配置される冷却部材と、を備え、
前記冷却部材には冷媒が流れるとともに、流れる冷媒を混合する混合部が設けられることを特徴とする、
電池モジュール。
【請求項２】
前記冷却部材は、冷媒が流れる中空部を有し、
前記中空部は、複数の流路で構成される分岐部と、複数の前記流路が合流する空間である前記混合部としての合流部と、を有する、
請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記集合体と前記冷却部材とが並ぶ方向から見て、前記合流部の少なくとも一部は、前記電池と重ならない位置に設けられる、
請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記集合体は、積層された複数の電池、複数の電池を挟む一対のエンドプレート、および一対のエンドプレートに係合して複数の電池を拘束する拘束部材で構成される電池群を複数含み、
前記集合体と前記冷却部材とが並ぶ方向から見て、前記合流部は、隣り合う前記電池群の隙間、前記エンドプレートまたは前記拘束部材と重なる位置に設けられる、
請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記合流部は、冷媒の流れを乱す少なくとも１つの流通阻害部を有する、
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記冷却部材は、平板状の管であり、前記集合体と面する第１板部と、前記第１板部とは反対側の第２板部と、を有し、
前記流通阻害部は、前記合流部内で一方の板部から他方の板部に向かって延びる側壁を含む、
請求項５に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記側壁は、前記合流部を流れる冷媒が当たる衝突面を有し、
前記衝突面は、前記合流部における冷媒の入口から出口へ向かう方向に対して交わる方向に広がる、
請求項６に記載の電池モジュール
【請求項８】
前記衝突面は、曲面形状を有する、
請求項７に記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記流通阻害部は、円管状または円柱状であり、
前記側壁は、前記流通阻害部の周面で構成される、
請求項７または８に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
前記合流部における冷媒の入口から出口に向かう方向と交わる方向に沿って、複数の前記流通阻害部が所定の間隔をあけて配列されている、
請求項５乃至９のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【請求項１１】
前記冷却部材は、平板状の管であり、前記集合体と面する第１板部と、前記第１板部とは反対側の第２板部と、を有し、
前記流通阻害部は、一方の板部に設けられて他方の板部に向かって突出する窪みである、
請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【請求項１２】
前記窪みは、有底筒状であって、底部が前記他方の板部に接続され、
前記冷却部材は、前記底部と前記他方の板部とを貫通する貫通孔を有する、
請求項１１に記載の電池モジュール。
【請求項１３】
前記冷却部材は、所定の隙間をあけて互いに対向する第１板部と第２板部とを有し、
前記中空部は、前記隙間に配置される、
請求項２乃至１２のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【請求項１４】
前記中空部は、冷媒流の上流側から下流側に向かって並ぶ複数の前記分岐部を有し、
前記合流部は、隣り合う２つの前記分岐部の間に介在する、
請求項２乃至１３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【請求項１５】
前記冷却部材は、
冷媒が流れる流路を有し、
前記混合部は、前記流路の途中に配置され、前記集合体と前記冷却部材とが並ぶ方向において、前記集合体に対し接近または離間する方向の冷媒流を生み出すように構成される、
請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１６】
前記混合部は、前記流路の内壁面のうち前記集合体側に位置する第１壁面に配置される突起部を有する、
請求項１５に記載の電池モジュール。
【請求項１７】
前記突起部は、前記流路と交わる方向、且つ前記第１壁面と平行な方向に長い長尺状である、
請求項１６に記載の電池モジュール。
【請求項１８】
前記冷却部材は、前記流路内に、前記流路と交わる方向に延びる帯状部材を有し、
前記帯状部材は、
前記第１壁面に接し、前記突起部を構成する複数の第１部分と、
隣り合う前記第１部分の間で前記第１壁面と対向する第２壁面に向かって突出し、先端部が前記第２壁面に当接する第２部分と、
を有する、
請求項１６または１７に記載の電池モジュール。
【請求項１９】
前記冷却部材は、前記流路の上流側から下流側に進むにつれて、前記流路と交わる方向且つ前記第１壁面と平行な方向にずれるように延びる細流路を有する、
請求項１８に記載の電池モジュール。
【請求項２０】
前記第２部分には、前記流路の上流側から下流側に進むにつれて、前記流路と交わる方向且つ前記第１壁面と平行な方向にずれるように延び、前記第１壁面側に開口する溝部が設けられ、
前記細流路は、前記溝部で構成される、
請求項１９に記載の電池モジュール。
【請求項２１】
前記第２部分は、前記第２壁面に当接する先端部と、前記第１部分と前記先端部とを連結する一対の側壁とを有し、
一対の前記側壁は、前記流路の上流側から下流側に進むにつれて、前記流路と交わる方向且つ前記第１壁面と平行な方向にずれるように延び、
前記溝部は、前記先端部および前記一対の側壁で構成される、
請求項２０に記載の電池モジュール。
【請求項２２】
前記冷却部材は、複数の前記細流路を有し、
隣り合う２つの細流路は、前記流路の上流側から下流側に進むにつれて互いに近づくように延びる、
請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【請求項２３】
前記第２部分は、前記第２壁面に当接する先端部と、前記第１部分と前記先端部とを連結する一対の側壁とを有し、
前記側壁は、前記第１壁面から前記第２壁面に向かって斜めに延びる、
請求項１８に記載の電池モジュール。
【請求項２４】
前記冷却部材は、平板状の管であり、前記集合体と面する第１板部と、前記第１板部とは反対側の第２板部と、一方の板部に設けられて前記流路内で他方の板部に向かって突出する窪みと、を有し、
前記細流路は、前記窪みより冷媒流の下流側に配置される、
請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載の電池モジュール。
【請求項２５】
前記窪みは、有底筒状であって、底部が前記他方の板部に接続され、
前記冷却部材は、前記底部と前記他方の板部とを貫通する貫通孔を有する、
請求項２４に記載の電池モジュール。
【請求項２６】
前記冷却部材は、前記突起部と、前記流路の内壁面のうち前記第１壁面と対向する第２壁面との間に隙間を有する、
請求項１６に記載の電池モジュール。
【請求項２７】
前記冷却部材は、所定の隙間をあけて互いに対向する第１板部と第２板部とを有し、
前記流路は、前記隙間に配置される、
請求項１５に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両用等の、高い出力電圧が要求される電源として、複数個の電池が直列接続された電池集合体を有する電池モジュールが知られている。このような電池モジュールに関して、特許文献１には、冷媒流路を有する冷却プレートと、冷却プレートの表面に熱伝導可能に結合される複数の電池とを備えた電池モジュールが開示されている。【０００３】
各電池の充放電量のばらつきを抑えて電池モジュールの性能を維持するためには、電池集合体の各電池を均一に冷却することが望ましい。一方で、冷却プレートでは冷媒の流れに沿って温度境界層が発達する場合があった。温度境界層は、熱交換の抵抗要素である。したがって、温度境界層が発達すると、冷媒流の表面側の冷媒が専ら熱交換に供されることになる。このため、冷媒流の下流側ほど電池の冷却効率が低下し、複数の電池を均一に冷却することが困難であった。【０００４】
これに対し、特許文献１では、冷媒流路に流路断面積が大きい部分を複数設けて、冷媒の流速を繰り返し増減させることで温度境界層の発達を抑制していた。これにより、冷媒が流れる方向での冷却効率の均一化を図り、複数の電池を均一に冷却していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１６３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の電池モジュールでは、冷媒流路に流路断面積が大きい部分を設けていたため、冷却プレートが大型化する傾向にあった。例えば、大断面積部が、隣り合う流路が並ぶ方向に広がる形状であった場合は、隣り合う流路間の距離が大きくなり、冷却プレートの面積が大きくなる。また、大断面積部が、冷却プレートと電池との積層方向に広がる形状であった場合には、冷却プレートの厚みが大きくなる。冷却プレートが大型化すると、電池モジュールが大型化してしまう。【０００７】
本開示はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池モジュールの大型化を回避しながら電池集合体の冷却の均一化を図るための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示のある態様は、電池モジュールである。当該電池モジュールは、複数の電池の集合体と、集合体に対し熱交換可能に配置される冷却部材と、を備える。冷却部材には冷媒が流れるとともに、流れる冷媒を混合する混合部が設けられる。【０００９】
以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、電池モジュールの大型化を回避しながら電池集合体の冷却の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る電池モジュールの斜視図である。
【図２】集合体の斜視図である。
【図３】電池の斜視図である。
【図４】冷却部材の構造を模式的に示す端面図である。
【図５】冷却部材の構造を模式的に示す端面図である。
【図６】電池モジュールの構造を模式的に示す平面図である。
【図７】実施の形態２に係る電池モジュールの斜視図である。
【図８】集合体の斜視図である。
【図９】電池の斜視図である。
【図１０】冷却部材の構造を模式的に示す端面図である。
【図１１】冷却部材の構造を模式的に示す端面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、冷却部材の構造を模式的に示す断面図である。図１２（Ｂ）は、細流路の作用を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、本開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも本開示の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、特に言及がない限りこの用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電池モジュールの斜視図である。図２は、集合体の斜視図である。図３は、電池の斜視図である。なお、図１では、冷却部材の一部のみを図示している。また、図２では、カバー部材の図示を省略している。電池モジュール１は、集合体２と、冷却部材４と、を備える。
【００１４】
集合体２は、複数の電池６が集合した構造を有する。本実施の形態の集合体２は、複数の扁平な電池６が積層された電池群の態様をとる。集合体２は、複数の電池６と、複数のセパレータ８と、一対のエンドプレート１０と、一対の拘束部材１２とを有する。なお、図１では１つの電池群のみを図示しているが、本実施の形態の集合体２は、電池群３を複数含む（図６参照）。
【００１５】
各電池６は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電可能な二次電池である。電池６は、いわゆる角形電池であり、扁平な直方体形状の外装缶１４を有する。外装缶１４の一面には図示しない略長方形状の開口が設けられ、この開口を介して外装缶１４に電極体や電解液等が収容される。外装缶１４の開口には、外装缶１４を封止する封口板１６が設けられる。封口板１６は、例えば矩形状の板である。
【００１６】
封口板１６には、長手方向の一端寄りに正極の出力端子１８が設けられ、他端寄りに負極の出力端子１８が設けられる。一対の出力端子１８はそれぞれ、電極体を構成する正極板、負極板と電気的に接続される。以下では適宜、正極の出力端子１８を正極端子１８ａと称し、負極の出力端子１８を負極端子１８ｂと称する。また、出力端子１８の極性を区別する必要がない場合、正極端子１８ａと負極端子１８ｂとをまとめて出力端子１８と称する。外装缶１４および封口板１６は導電体であり、例えば金属製である。例えば、外装缶１４および封口板１６は、アルミニウム、鉄、ステンレス等で構成される。封口板１６と外装缶１４の開口とは、例えばレーザーで接合される。一対の出力端子１８はそれぞれ、封口板１６に形成された貫通孔（図示せず）に挿通される。一対の出力端子１８と各貫通孔の間には、絶縁性のシール部材（図示せず）が介在する。
【００１７】
本実施の形態の説明では、便宜上、封口板１６が設けられる側の面を電池６の上面、反対側の面（外装缶１４の底面）を電池６の底面とする。また、電池６は、上面および底面をつなぐ４つの側面を有する。４つの側面のうち２つは、上面および底面の長辺と接続される一対の長側面である。この長側面は、電池６が有する６つの面のうち面積の最も大きい面である。２つの長側面を除いた残り２つの側面は、上面および底面の短辺と接続される一対の短側面である。また、集合体２において、電池６の上面側の面を集合体２の上面とし、電池６の底面側の面を集合体２の底面とし、電池６の短側面側の面を集合体２の側面とする。また、集合体２の上面側を鉛直方向上方とし、集合体２の底面側を鉛直方向下方とする。これらの方向および位置は、便宜上規定したものである。したがって、例えば、本開示において上面と規定された部分は、底面と規定された部分よりも必ず上方に位置することを意味するものではない。
【００１８】
封口板１６には、一対の出力端子１８の間に安全弁２０が設けられる。安全弁２０は、外装缶１４の内圧が所定値以上に上昇した際に開弁して、内部のガスを放出できるように構成される。各電池６の安全弁２０は、図示しないガスダクトに接続され、電池内部のガスは安全弁２０からガスダクトに排出される。なお、安全弁２０は、例えば、封口板１６の一部に設けられる、他部よりも厚さが薄い薄肉部と、この薄肉部の表面に形成される線状の溝とで構成されてもよい。この構成では、外装缶１４の内圧が上昇すると、溝を起点に薄肉部が裂けることで開弁される。
【００１９】
複数の電池６は、隣り合う電池６の長側面どうしが対向するにして所定の間隔で並設される。本実施の形態では、複数の電池６が並ぶ方向を方向Ｘとする。また、各電池６の出力端子１８は、互いに同じ方向を向くように配置される。本実施の形態では、各電池６の出力端子１８は、便宜上、鉛直方向上方を向くように配置されている。なお、各電池６の出力端子１８は、異なる方向を向くように配置されてもよい。隣接する２つの電池６は、一方の電池６の正極端子１８ａと他方の電池６の負極端子１８ｂとが隣り合うように積層される。正極端子１８ａと負極端子１８ｂとは、図示しないバスバーを介して電気的に接続される。なお、隣接する複数個の電池６における同極性の出力端子１８どうしをバスバーで並列接続して電池ブロックを形成し、電池ブロックどうしを直列接続してもよい。
【００２０】
セパレータ８は、絶縁スペーサとも呼ばれ、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。セパレータ８は、隣接する２つの電池６の間に配置されて、当該２つの電池６間を電気的に絶縁する。また、さらにセパレータ８は、電池６とエンドプレート１０との間に配置されて、電池６とエンドプレート１０との間を絶縁する。セパレータ８を構成する樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ノリル（登録商標）樹脂（変性ＰＰＥ）等の熱可塑性樹脂が例示される。
【００２１】
また、セパレータ８の一部は、方向Ｘに延在して電池６の上面を覆う。これにより、隣り合う電池６間あるいは電池６とエンドプレート１０との間の沿面距離を確保することができる。また、セパレータ８は、出力端子１８および安全弁２０に対応する位置に、それぞれが露出するように開口を有する。
【００２２】
並設された複数の電池６および複数のセパレータ８は、一対のエンドプレート１０で挟まれる。一対のエンドプレート１０は、方向Ｘにおける両端に位置する電池６と、セパレータ８を介して隣り合うように配置される。エンドプレート１０は、例えば金属板からなる。エンドプレート１０における電池６の長側面と対向する面には、ねじ２２が螺合するねじ穴（図示せず）が設けられる。
【００２３】
一対の拘束部材１２は、バインドバーとも呼ばれ、方向Ｘを長手方向とする長尺状の部材である。一対の拘束部材１２は、方向Ｘと直交し、封口板の長手方向と平行な方向Ｙにおいて、互いに向かい合うように配列される。一対の拘束部材１２の間には、複数の電池６、複数のセパレータ８および一対のエンドプレート１０が介在する。各拘束部材１２は、電池６の短側面と平行に延びる矩形状の平面部１２ａと、平面部１２ａの各端辺から電池６側に突出する４つの庇部１２ｂとを有する。方向Ｘにおいて互いに対向する２つの庇部１２ｂには、ねじ２２が挿通される貫通孔（図示せず）が設けられる。平面部１２ａには、電池６の短側面を露出させる開口部１２ｃが設けられる。
【００２４】
複数の電池６と複数のセパレータ８とが交互に配列されて一対のエンドプレート１０で方向Ｘに挟まれた状態で、これらが一対の拘束部材１２で方向Ｙに挟まれる。各拘束部材１２は、拘束部材１２の貫通孔がエンドプレート１０のねじ穴と重なるように位置合わせされる。そして、ねじ２２が貫通孔に挿通され、ねじ穴に螺合される。このように、一対の拘束部材１２が一対のエンドプレート１０に係合されることで、複数の電池６が拘束される。
【００２５】
複数の電池６は、拘束部材１２によって方向Ｘにおいて締め付けられることで、方向Ｘの位置決めがなされる。また、複数の電池６は、底面がセパレータ８を介して拘束部材１２の下側の庇部１２ｂに当接し、上面がセパレータ８を介して拘束部材１２の上側の庇部１２ｂに当接することで、上下方向の位置決めがなされる。一例として、これらの位置決めが完了した後に、各電池６の出力端子１８にバスバーが取り付けられて、各出力端子１８が電気的に接続される。
【００２６】
集合体２の上面は、カバー部材２４で覆われる。カバー部材２４により、電池６の出力端子１８、バスバー、安全弁２０等への結露水や塵埃等の接触が防止される。カバー部材２４は、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。カバー部材２４は、ネジや周知の係止機構を含む周知の固定構造（図示せず）により、集合体２の上面に固定される。
【００２７】
冷却部材４は、集合体２に対し熱交換可能に配置されて、各電池６を冷却する。本実施の形態の冷却部材４は、板状の冷却プレートであり、その長側面（あるいは主表面）に集合体２が載置される。集合体２は、底面が冷却部材４側を向くようにして、冷却部材４に載置される。このとき、電池６の底面は、拘束部材１２の庇部１２ｂを介して冷却部材４に熱的に接続される。電池６と冷却部材４との間の熱交換効率をより高めるために、電池６の底面において庇部１２ｂで覆われずに露出する部分と、冷却部材４との間に、良好な熱伝導性を有する樹脂シート等を介在させてもよい。あるいは、電池６の底面側に位置する庇部１２ｂを設けず、電池６の底面全体と冷却部材４とを上述の樹脂シートを介して当接させてもよい。この場合、冷却部材４は、電池６の底面側に位置する庇部１２ｂの機能を担う。
【００２８】
冷却部材４は、板状部２６と、板状部２６の内部に配置され、冷媒が流れる中空部２７と、を有する。中空部２７は、方向Ｘに延びるように配置される複数の流路２８を有する。また、複数の流路２８は、方向Ｙに所定の間隔をあけて配列される。方向Ｘにおける中空部２７の一端には、図示しない冷媒供給路が接続され、他端には図示しない冷媒排出路が接続される。したがって、中空部２７の一端側が冷媒流の上流となり、他端側が冷媒流の下流となる。
【００２９】
本実施の形態の冷却部材４は、平板状の管である。板状部２６は、集合体２と面する第１板部２６ａと、第１板部２６ａとは反対側の第２板部２６ｂと、を有する。第１板部２６ａと第２板部２６ｂとは、所定の隙間をあけて互いに対向する。そして、中空部２７は、第１板部２６ａと第２板部２６ｂの隙間に配置される。このような冷却部材４は、押出成形等の従来公知の方法を組み合わせて形成することができる。
【００３０】
なお、冷却部材４は、互いに別体である第１板部２６ａと第２板部２６ｂとを接合することで形成されてもよい。例えば、中空部２７の形状を有する溝が形成された板材と、溝のない板材とを、ろう接等によって接合することで、第１板部２６ａと第２板部２６ｂとの間に中空部２７を有する冷却部材４を得ることができる。この場合、中実の板材をくり貫いて中空部２７を形成する場合や、押出成形により中空部２７を形成する場合に比べて、冷却部材４を簡単に作製することができる。
【００３１】
板状部２６は、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料で構成される。板状部２６には、例えば絶縁性および熱伝導性を有する上述の樹脂シート等を介して、集合体２が載置される。各電池６は、樹脂シートおよび板状部２６を介して、流路２８を流れる水やエチレングリコール等の冷媒と熱交換する。これにより、各電池６が冷却される。板状部２６は所定位置に、ねじ等の締結部材３６が挿通される挿通部３８を有する（図５参照）。集合体２と冷却部材４とは、締結部材３６が挿通部３８に挿通されることで互いに固定される。挿通部３８は、後述する合流部３０において浮島状に配置される。なお、締結部材３６は、集合体２と冷却部材４との固定だけでなく、冷却部材４をモジュールケースに固定するために用いられてもよい。
【００３２】
続いて、冷却部材４の構造についてより詳細に説明する。図４は、冷却部材４の構造を模式的に示す端面図である。図４では、方向Ｘ且つ方向Ｙに広がる平面、つまりＸＹ平面に沿って切断した冷却部材４の端面を図示している。図５は、冷却部材４の構造を模式的に示す端面図である。図５では、方向Ｙ且つ方向Ｚ（集合体２と冷却部材４が並ぶ方向）に広がる平面、つまりＹＺ平面に沿って切断した冷却部材４の端面を図示している。なお、図４および図５では、冷却部材４の一部のみを図示している。また、図５では、集合体２の図示を簡略化している。
【００３３】
冷却部材４には冷媒が流れるとともに、流れる冷媒を混合する混合部が設けられる。より具体的には、冷却部材４の中空部２７は、複数の流路２８で構成される分岐部２９と、複数の流路２８が合流する空間である合流部３０と、を有する。各分岐部２９において、複数の流路２８は方向Ｘに延び、且つ方向Ｙに所定の間隔をあけて配列される。本実施の形態の中空部２７は、冷媒流の上流側から下流側に向かって並ぶ複数の分岐部２９を有し、合流部３０は隣り合う２つの分岐部２９の間に介在する。つまり、複数の合流部３０が、流路２８の延びる方向に所定の間隔をあけて配列されている。各合流部３０は、流路２８の延びる方向と交わる方向（本実施の形態では方向Ｙ）に延びて、各流路２８と交わっている。各流路２８から流れ込んだ冷媒は、合流部３０において混ぜ合わされる。したがって、合流部３０は、混合部として機能する。本実施の形態の冷却部材４は、方向Ｘの一端側から他端側に延びる複数の流路２８と、各流路２８の途中において隣り合う流路２８どうしをつなぐ合流部３０と、で構成されていると捉えることもできる。
【００３４】
合流部３０より上流側の各流路２８内には、流路２８の壁面側に位置して集合体２と熱交換された冷媒と、流路２８の中心側に位置して集合体２との熱交換がなされていない冷媒とが存在する。これらの冷媒は、合流部３０に到達すると、他の流路２８から流れ込んだ冷媒ともども混合される。これにより、冷媒全体の温度が均一化する。合流部３０において混合された冷媒は、合流部３０の下流側に位置する各流路２８に分流される。
【００３５】
このように合流部３０で冷媒が混合されることで、冷媒における温度境界層の発達が抑制される。温度境界層の発達を抑制することで、冷却部材４の温度偏差、特に冷媒の流れる方向での温度偏差を小さくすることができ、ひいては各電池６における温度偏差を小さくすることができる。
【００３６】
冷媒と板状部２６との接触面積は、複数の流路２８が延在する領域よりも合流部３０において小さくなる。このため、冷却部材４は、合流部３０において集合体２との間の熱交換効率が低下する。したがって、合流部３０は、流路２８の上流側では少なく、下流側では多く配置されることが好ましい。これにより、流路の断面方向（ＹＺ平面に平行な断面の拡がる方向）における冷媒温度が全体的に低く集合体２と冷媒との熱交換がスムーズに起こる上流側では、冷媒と板状部２６との接触面積の低下に起因する冷却効率の低下を抑制することができる。一方、流路の断面方向における冷媒温度が全体的に高まって当該熱交換が妨げられる傾向にある下流側では、合流部３０での冷媒の混合回数を増やすことで、流路２８の壁面側に位置していた相対的に温度の高い冷媒と流路２８の中心側に位置していた相対的に温度の低い冷媒とを積極的に混合する。これにより、流路２８の壁面側と中心側とで冷媒温度の平均化が図られ、流路２８の壁面側における冷媒の過熱が抑えられる。この結果、集合体２と冷媒との熱交換を促進することができる。
【００３７】
合流部３０は、冷媒の流れを乱す少なくとも１つの流通阻害部３２を有する。流通阻害部３２は、合流部３０内で、第１板部２６ａおよび第２板部２６ｂのうち一方の板部から他方の板部に向かって延びる側壁を含む。流通阻害部３２を構成する側壁は、合流部３０を流れる冷媒が当たる衝突面を有する。衝突面は、合流部３０における冷媒の入口３０ａから出口３０ｂへ向かう方向（本実施の形態では方向Ｘ）に対して交わる方向に広がる。衝突面は、好ましくは曲面形状を有する。また、流通阻害部３２は、円管状または円柱状であってもよく、この場合、側壁は流通阻害部３２の周面で構成される。各流路２８から合流部３０に流れ込んだ冷媒は、流通阻害部３２に当たって混合が促進される。これにより、温度境界層の発達をより一層抑制することができる。
【００３８】
本実施の形態では、一部の流通阻害部３２は、合流部３０において方向Ｚに突出し、第１板部２６ａから第２板部２６ｂにかけて延びる円柱状のボス３４で構成される。したがって、ボス３４の周面が、流通阻害部３２の側壁に相当する。また、ボス３４の周面のうち合流部３０の入口３０ａ側を向く領域が、方向Ｘと交わる方向に広がる曲面形状の衝突面に相当する。
【００３９】
また、他の一部の流通阻害部３２は、締結部材３６が挿通される、円管状の挿通部３８で構成される。挿通部３８は、第２板部２６ｂに設けられて第１板部２６ａに向かって突出する窪みである。なお、挿通部３８は、第１板部２６ａに設けられて第２板部２６ｂに向かって突出してもよい。つまり、流通阻害部３２は、一方の板部に設けられて他方の板部に向かって突出する窪みで構成することができる。この場合、挿通部３８の周面が、流通阻害部３２の側壁に相当する。また、挿通部３８の周面のうち合流部３０の入口３０ａを向く領域が、方向Ｘと交わる方向に広がる曲面形状の衝突面に相当する。
【００４０】
流通阻害部３２が曲面状の衝突面を有することで、衝突面に当たった冷媒を円滑に流通阻害部３２の下流側へ流すことができる。また、流通阻害部３２の壁面をボス３４や挿通部３８の周面で構成することで、流通阻害部３２の背面側に流れ込む冷媒流を形成することができ、冷媒をより攪拌することができる。
【００４１】
挿通部３８は、有底筒状であって、底部３８ａが他方の板部、本実施の形態では第１板部２６ａに接続されている。底部３８ａは、例えばろう接等によって他方の板部に接合される。そして、冷却部材４は、底部３８ａと他方の板部とを貫通する貫通孔４０を有する。締結部材３６は、貫通孔４０に挿通される。この構成により、冷却部材４を集合体２に固定する機能、あるいは冷却部材４をモジュールケースに固定する機能を、流通阻害部３２に持たせることができる。なお、締結部材３６の挿通部３８への締結によって集合体２を冷却部材４に固定する場合、締結部材３６は、例えばエンドプレート１０や拘束部材１２に接続される。
【００４２】
本実施の形態では、合流部３０における冷媒の入口３０ａから出口３０ｂに向かう方向と交わる方向に沿って、言い換えれば合流部３０の延びる方向に沿って、複数の流通阻害部３２が所定の間隔をあけて配列されている。これにより、各流路２８から合流部３０に流れ込む冷媒を、より均等に混合することができる。
【００４３】
流通阻害部３２は、冷媒の流れを阻害する。したがって、流通阻害部３２は、冷媒流の上流側に配置される合流部３０では少なく、下流側に配置される合流部３０では多く設けられることが好ましい。これにより、流路の断面方向における冷媒温度が全体的に低く集合体２と冷媒との熱交換がスムーズに起こる上流側では、冷媒の流れが阻害されることを抑制することができる。一方、流路の断面方向における冷媒温度が全体的に高まって当該熱交換が妨げられる傾向にある下流側では、冷媒をより混合して相対的に温度の高い冷媒と相対的に温度の低い冷媒との混合により冷媒温度を平均化し、集合体２と冷媒との熱交換を促進することができる。
【００４４】
なお、流通阻害部３２は、合流部３０内の上流側に配置されてもよいし、中流側に配置されてもよいし、下流側に配置されてもよい。また、流路２８の上流−下流方向に配列される複数の合流部３０において、流通阻害部３２は上流−下流方向と交わる方向にずれるように配置されてもよい。例えば、流通阻害部３２は、ＸＹ平面上で千鳥状に配置される。これにより、冷却部材４の全体で冷媒をより均一に混合することができる。
【００４５】
また、少なくとも一部の合流部３０は、以下のように配置される。図６は、電池モジュール１の構造を模式的に示す平面図である。図６では、電池モジュール１の一部のみを図示し、集合体２の図示を簡略化している。
【００４６】
すなわち、集合体２と冷却部材４とが並ぶ方向（本実施の形態では方向Ｚ）から見て、合流部３０の少なくとも一部は、電池６と重ならない位置に設けられる。電池６と重ならない位置、言い換えれば電池６を避けた位置としては、集合体２と冷却部材４とが並ぶ方向から見て、隣り合う電池群３の隙間Ａと重なる位置、エンドプレート１０と重なる位置、または拘束部材１２と重なる位置が挙げられる。本実施の形態では、合流部３０は主に、隣り合う電池群３の隙間Ａおよびエンドプレート１０と重なる位置に設けられている。
【００４７】
上述のように、冷却部材４は、合流部３０において集合体２との間の熱交換効率が低下する。したがって、合流部３０を主な発熱源である電池６から離間させることで、集合体２の冷却効率の低下を抑制することができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態に係る電池モジュール１は、複数の電池６の集合体２と、集合体２に対し熱交換可能に配置される冷却部材４と、を備える。冷却部材４は、冷媒が流れる中空部２７を有する。中空部２７は、複数の流路２８で構成される分岐部２９と、複数の流路が合流する空間である合流部３０と、を有する。
【００４９】
このように本実施の形態では、流路２８の途中に合流部３０を設け、合流部３０において冷媒を混合することで温度境界層の発達を抑制している。したがって、従来の電池モジュールのように流路に大流路断面積部を設ける場合と異なり、流路の寸法増大を回避することができる。このため、本実施の形態によれば、電池モジュール１の大型化を回避しながら集合体２の冷却の均一化を図ることができる。また、集合体２の均一な冷却により、電池モジュール１の性能低下を抑制することができる。また、従来のように冷媒の流速を増減させて温度境界層の発達を抑制する場合に比べて、より簡単な構造で、効率よく温度境界層の発達を抑制することができる。
【００５０】
また、集合体２と冷却部材４とが並ぶ方向から見て、合流部３０の少なくとも一部は、電池６と重ならない位置に設けられる。さらに、合流部３０は、集合体２と冷却部材４とが並ぶ方向から見て、隣り合う電池群３の隙間、エンドプレート１０または拘束部材１２と重なる位置に設けられる。これにより、合流部３０における熱交換効率の低下が電池６に与える影響を低減できるため、集合体２の冷却効率をより一層向上させることができる。
【００５１】
また、合流部３０は、冷媒の流れを乱す流通阻害部３２を有する。これにより、温度境界層の発達をより一層抑制することができるため、集合体２をより均一に冷却することができる。また、流通阻害部３２は、例えば集合体２と冷却部材４とを固定する締結部材３６の挿通部３８を含む。このように、集合体２と冷却部材４の締結構造、あるいは冷却部材４とモジュールケースとの締結構造を流通阻害部３２として機能させることで、中空部２７の外側に他の部材との締結機構を設けた冷却部材に比べて、構造を簡略化かつ小型化することができる。したがって、電池モジュール１の構造の簡略化を図ることができる。
【００５２】
また、本実施の形態の冷却部材４は、平板状の管であり、集合体２と面する第１板部２６ａと、第１板部２６ａとは反対側の第２板部２６ｂと、を有する。流通阻害部３２は、合流部３０内で一方の板部から他方の板部に向かって延びる側壁を含む。側壁は、合流部３０を流れる冷媒が当たる衝突面を有する。衝突面は、合流部３０における冷媒の入口３０ａから出口３０ｂへ向かう方向に対して交わる方向に広がる。また、衝突面は、曲面形状を有する。また、流通阻害部３２は、円管状または円柱状であり、側壁は流通阻害部３２の周面で構成される。
【００５３】
また、合流部３０における冷媒の入口３０ａから出口３０ｂに向かう方向と交わる方向に沿って、複数の流通阻害部３２が所定の間隔をあけて配列される。また、一部の流通阻害部３２は、第１板部および第２板部のうち一方の板部に設けられて他方の板部に向かって突出する窪みである。この構成によれば、内部に金属材料が充填された柱体や突起で構成される流通阻害部と比べて、流通阻害部の形成が容易になると考えられる。また、流通阻害部を軽量化でき、ひいては電池モジュール１を軽量化することができる。
【００５４】
窪みは、有底筒状であって、底部３８ａが他方の板部に接続される。冷却部材４は、底部３８ａと他方の板部とを貫通する貫通孔４０を有する。また、第１板部２６ａと第２板部２６ｂとは所定の隙間をあけて互いに対向し、中空部２７は、２つの板部の隙間に配置される。また、中空部２７は、冷媒流の上流側から下流側に向かって並ぶ複数の分岐部２９を有し、合流部３０は隣り合う２つの分岐部２９の間に介在する。
【００５５】
以上、本開示の実施の形態について詳細に説明した。前述した実施の形態は、本開示を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施の形態の内容は、本開示の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された本開示の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。設計変更が加えられた新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形それぞれの効果をあわせもつ。前述の実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「本実施の形態の」、「本実施の形態では」等の表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。以上の構成要素の任意の組み合わせも、本開示の態様として有効である。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。
【００５６】
実施の形態１では、電池６は角形電池であるが、電池６の形状は特に限定されず、円筒状等であってもよい。また、集合体２が備える電池６および電池群３の数も特に限定されない。流路２８は、方向Ｘに沿って延びているが、その方向は特に限定されない。また、集合体２と冷却部材４とは、直に当接してもよい。セパレータ８の形状やエンドプレート１０と拘束部材１２との締結構造を含む、集合体２の各部の構造は、特に限定されない。また、複数の流路２８の全てが合流部３０において合流していなくてもよい。少なくとも２つの流路２８が合流部３０で連結されていれば、この２つの流路２８において、温度境界層の発達を抑制することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２に係る電池モジュールの斜視図である。図８は、集合体の斜視図である。図９は、電池の斜視図である。なお、図７では、冷却部材の一部のみを図示している。また、図８では、カバー部材の図示を省略している。電池モジュール１は、集合体２と、冷却部材４と、を備える。
【００５８】
集合体２は、複数の電池６が集合した構造を有する。本実施の形態の集合体２は、複数の扁平な電池６が積層された電池群の態様をとる。集合体２は、複数の電池６と、複数のセパレータ８と、一対のエンドプレート１０と、一対の拘束部材１２とを有する。
【００５９】
各電池６は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電可能な二次電池である。電池６は、いわゆる角形電池であり、扁平な直方体形状の外装缶１４を有する。外装缶１４の一面には図示しない略長方形状の開口が設けられ、この開口を介して外装缶１４に電極体や電解液等が収容される。外装缶１４の開口には、外装缶１４を封止する封口板１６が設けられる。封口板１６は、例えば矩形状の板である。
【００６０】
封口板１６には、長手方向の一端寄りに正極の出力端子１８が設けられ、他端寄りに負極の出力端子１８が設けられる。一対の出力端子１８はそれぞれ、電極体を構成する正極板、負極板と電気的に接続される。以下では適宜、正極の出力端子１８を正極端子１８ａと称し、負極の出力端子１８を負極端子１８ｂと称する。また、出力端子１８の極性を区別する必要がない場合、正極端子１８ａと負極端子１８ｂとをまとめて出力端子１８と称する。外装缶１４および封口板１６は導電体であり、例えば金属製である。例えば、外装缶１４および封口板１６は、アルミニウム、鉄、ステンレス等で構成される。封口板１６と外装缶１４の開口とは、例えばレーザーで接合される。一対の出力端子１８はそれぞれ、封口板１６に形成された貫通孔（図示せず）に挿通される。一対の出力端子１８と各貫通孔の間には、絶縁性のシール部材（図示せず）が介在する。
【００６１】
本実施の形態の説明では、便宜上、封口板１６が設けられる側の面を電池６の上面、反対側の面（外装缶１４の底面）を電池６の底面とする。また、電池６は、上面および底面をつなぐ４つの側面を有する。４つの側面のうち２つは、上面および底面の長辺と接続される一対の長側面である。この長側面は、電池６が有する６つの面のうち面積の最も大きい面である。２つの長側面を除いた残り２つの側面は、上面および底面の短辺と接続される一対の短側面である。また、集合体２において、電池６の上面側の面を集合体２の上面とし、電池６の底面側の面を集合体２の底面とし、電池６の短側面側の面を集合体２の側面とする。また、集合体２の上面側を鉛直方向上方とし、集合体２の底面側を鉛直方向下方とする。これらの方向および位置は、便宜上規定したものである。したがって、例えば、本開示において上面と規定された部分は、底面と規定された部分よりも必ず上方に位置することを意味するものではない。
【００６２】
封口板１６には、一対の出力端子１８の間に安全弁２０が設けられる。安全弁２０は、外装缶１４の内圧が所定値以上に上昇した際に開弁して、内部のガスを放出できるように構成される。各電池６の安全弁２０は、図示しないガスダクトに接続され、電池内部のガスは安全弁２０からガスダクトに排出される。なお、安全弁２０は、例えば、封口板１６の一部に設けられる、他部よりも厚さが薄い薄肉部と、この薄肉部の表面に形成される線状の溝とで構成されてもよい。この構成では、外装缶１４の内圧が上昇すると、溝を起点に薄肉部が裂けることで開弁される。
【００６３】
複数の電池６は、隣り合う電池６の長側面どうしが対向するにして所定の間隔で並設される。本実施の形態では、複数の電池６が並ぶ方向を方向Ｘとする。また、各電池６の出力端子１８は、互いに同じ方向を向くように配置される。本実施の形態では、各電池６の出力端子１８は、便宜上、鉛直方向上方を向くように配置されている。なお、各電池６の出力端子１８は、異なる方向を向くように配置されてもよい。隣接する２つの電池６は、一方の電池６の正極端子１８ａと他方の電池６の負極端子１８ｂとが隣り合うように積層される。正極端子１８ａと負極端子１８ｂとは、図示しないバスバーを介して電気的に接続される。なお、隣接する複数個の電池６における同極性の出力端子１８どうしをバスバーで並列接続して電池ブロックを形成し、電池ブロックどうしを直列接続してもよい。
【００６４】
セパレータ８は、絶縁スペーサとも呼ばれ、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。セパレータ８は、隣接する２つの電池６の間に配置されて、当該２つの電池６間を電気的に絶縁する。また、さらにセパレータ８は、電池６とエンドプレート１０との間に配置されて、電池６とエンドプレート１０との間を絶縁する。セパレータ８を構成する樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ノリル（登録商標）樹脂（変性ＰＰＥ）等の熱可塑性樹脂が例示される。
【００６５】
また、セパレータ８の一部は、方向Ｘに延在して電池６の上面を覆う。これにより、隣り合う電池６間あるいは電池６とエンドプレート１０との間の沿面距離を確保することができる。また、セパレータ８は、出力端子１８および安全弁２０に対応する位置に、それぞれが露出するように開口を有する。
【００６６】
並設された複数の電池６および複数のセパレータ８は、一対のエンドプレート１０で挟まれる。一対のエンドプレート１０は、方向Ｘにおける両端に位置する電池６と、セパレータ８を介して隣り合うように配置される。エンドプレート１０は、例えば金属板からなる。エンドプレート１０における電池６の長側面と対向する面には、ねじ２２が螺合するねじ穴（図示せず）が設けられる。
【００６７】
一対の拘束部材１２は、バインドバーとも呼ばれ、方向Ｘを長手方向とする長尺状の部材である。一対の拘束部材１２は、方向Ｘと直交し、封口板の長手方向と平行な方向Ｙにおいて、互いに向かい合うように配列される。一対の拘束部材１２の間には、複数の電池６、複数のセパレータ８および一対のエンドプレート１０が介在する。各拘束部材１２は、電池６の短側面と平行に延びる矩形状の平面部１２ａと、平面部１２ａの各端辺から電池６側に突出する４つの庇部１２ｂとを有する。方向Ｘにおいて互いに対向する２つの庇部１２ｂには、ねじ２２が挿通される貫通孔（図示せず）が設けられる。平面部１２ａには、電池６の短側面を露出させる開口部１２ｃが設けられる。
【００６８】
複数の電池６と複数のセパレータ８とが交互に配列されて一対のエンドプレート１０で方向Ｘに挟まれた状態で、これらが一対の拘束部材１２で方向Ｙに挟まれる。各拘束部材１２は、拘束部材１２の貫通孔がエンドプレート１０のねじ穴と重なるように位置合わせされる。そして、ねじ２２が貫通孔に挿通され、ねじ穴に螺合される。このように、一対の拘束部材１２が一対のエンドプレート１０に係合されることで、複数の電池６が拘束される。
【００６９】
複数の電池６は、拘束部材１２によって方向Ｘにおいて締め付けられることで、方向Ｘの位置決めがなされる。また、複数の電池６は、底面がセパレータ８を介して拘束部材１２の下側の庇部１２ｂに当接し、上面がセパレータ８を介して拘束部材１２の上側の庇部１２ｂに当接することで、上下方向の位置決めがなされる。一例として、これらの位置決めが完了した後に、各電池６の出力端子１８にバスバーが取り付けられて、各出力端子１８が電気的に接続される。
【００７０】
集合体２の上面は、カバー部材２４で覆われる。カバー部材２４により、電池６の出力端子１８、バスバー、安全弁２０等への結露水や塵埃等の接触が防止される。カバー部材２４は、例えば絶縁性を有する樹脂からなる。カバー部材２４は、ネジや周知の係止機構を含む周知の固定構造（図示せず）により、集合体２の上面に固定される。
【００７１】
冷却部材４は、集合体２に対し熱交換可能に配置されて、各電池６を冷却する。本実施の形態の冷却部材４は、板状の冷却プレートであり、その長側面（あるいは主表面）に集合体２が載置される。集合体２は、底面が冷却部材４側を向くようにして、冷却部材４に載置される。このとき、電池６の底面は、拘束部材１２の庇部１２ｂを介して冷却部材４に熱的に接続される。電池６と冷却部材４との間の熱交換効率をより高めるために、電池６の底面において庇部１２ｂで覆われずに露出する部分と、冷却部材４との間に、良好な熱伝導性を有する樹脂シート等を介在させてもよい。あるいは、電池６の底面側に位置する庇部１２ｂを設けず、電池６の底面全体と冷却部材４とを上述の樹脂シートを介して当接させてもよい。この場合、冷却部材４は、電池６の底面側に位置する庇部１２ｂの機能を担う。
【００７２】
冷却部材４は、中空の板状部２６と、板状部２６の内部に配置され、冷媒が流れる流路２８と、を有する。本実施の形態では、板状部２６の内部に１つの流路２８が設けられている。流路２８は、方向Ｘに延びるように配置される。方向Ｘにおける流路２８の一端には、図示しない冷媒供給路が接続され、他端には図示しない冷媒排出路が接続される。したがって、流路２８の一端側が冷媒流の上流となり、他端側が冷媒流の下流となる。なお、冷却部材４は、複数の流路２８を有してもよい。この場合、複数の流路２８は、それぞれ方向Ｘに延びるとともに、水平方向Ｙに配列される。
【００７３】
つまり、本実施の形態の冷却部材４は、平板状の管である。板状部２６は、集合体２と面する第１板部２６ａと、第１板部２６ａとは反対側の第２板部２６ｂと、を有する。第１板部２６ａと第２板部２６ｂとは、所定の隙間をあけて互いに対向する。そして、この隙間に流路２８が配置される。このような冷却部材４は、押出成形等の従来公知の方法を組み合わせて形成することができる。
【００７４】
なお、冷却部材４は、互いに別体である第１板部２６ａと第２板部２６ｂとを接合することで形成されてもよい。例えば、方向Ｙの両端辺に立設された外壁を有する第１板材と、主表面に後述する突起部１３２が設けられた第２板材とを、ろう接等によって接合することで、第１板部２６ａと第２板部２６ｂとの間に流路２８を有する冷却部材４を得ることができる。第１板材と第２板材との接合位置は、例えば外壁の先端と第２板材の端辺とが接する位置である。この場合、中実の板材をくり貫いて流路２８を形成する場合や、押出成形する場合に比べて、冷却部材４を簡単に作製することができる。なお、外壁と突起部１３２とは、同じ板材に設けられていてもよい。
【００７５】
板状部２６は、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料で構成される。板状部２６には、例えば絶縁性および熱伝導性を有する上述の樹脂シート等を介して、集合体２が載置される。各電池６は、樹脂シートおよび板状部２６を介して、流路２８を流れる水やエチレングリコール等の冷媒と熱交換する。これにより、各電池６が冷却される。板状部２６は所定位置に、ねじ等の締結部材１４２が挿通される挿通部１４４を有する（図１２（Ａ）参照）。集合体２と冷却部材４とは、締結部材１４２が挿通部１４４に挿通されることで互いに固定される。挿通部１４４は、流路２８において浮島状に配置される。なお、締結部材１４２は、集合体２と冷却部材４との固定だけでなく、冷却部材４をモジュールケースに固定するために用いられてもよい。また、好ましくは挿通部１４４は、集合体２と冷却部材４とが並ぶ方向Ｚから見て、電池６と重ならない位置に設けられる。また、締結部材１４２の挿通部１４４への締結によって集合体２を冷却部材４に固定する場合、締結部材１４２は、例えばエンドプレート１０や拘束部材１２に接続される。
【００７６】
続いて、冷却部材４の構造についてより詳細に説明する。図１０は、冷却部材４の構造を模式的に示す端面図である。図１０では、方向Ｘ且つ方向Ｚ（電池６の上面−底面方向）に広がる平面、つまりＸＺ平面に沿って切断した冷却部材４の端面を図示している。また、冷却部材４の一部のみを図示し、集合体２の図示を簡略化している。
【００７７】
冷却部材４は、流路２８の途中に配置される混合部１３０を有する。混合部１３０は、少なくとも一部の冷媒の流れを乱して、集合体２と冷却部材４とが並ぶ方向Ｚにおいて、集合体２に対し接近または離間する方向の冷媒流を生み出す。以下では、流路２８の上流側から下流側に向かう冷媒の流れを主流Ｓとし、集合体２に対し近接／離間する方向の冷媒の流れを乱流Ｓ１とする。
【００７８】
本実施の形態の混合部１３０は、流路２８の内壁面のうち集合体２側に位置する第１壁面２８ａに配置される突起部１３２で構成される。第１壁面２８ａは、第１板部２６ａの表面のうち、流路２８を画成する表面である。突起部１３２は、第１壁面２８ａから流路２８の中心側に向かって、つまり集合体２から離間する方向に突出する。したがって、冷媒の主流Ｓが突起部１３２に当たると、その一部が集合体２から離間する方向に進む乱流Ｓ１となる。言い換えれば、冷媒の主流Ｓは、流路２８を下流に向かって進みながら、その一部の流れが突起部１３２によって上下方向に向きが変えられる。
【００７９】
これにより、第１壁面２８ａ側に位置して集合体２と熱交換された冷媒と、流路２８の中心側に位置して集合体２との熱交換がなされていない冷媒とが混合される。この結果、温度境界層の発達が抑制される。温度境界層の発達を抑制することで、冷却部材４の温度偏差、特に冷媒の流れる方向での温度偏差を小さくすることができ、ひいては各電池６における温度偏差を小さくすることができる。
【００８０】
冷却部材４は、突起部１３２と、流路２８の内壁面のうち第１壁面２８ａと対向する第２壁面２８ｂとの間に隙間を有する。つまり、第１板部２６ａから突出する突起部１３２は、第２板部２６ｂに当接していない。これにより、乱流Ｓ１を発生させつつ冷媒の流れが突起部１３２によって阻害されることを抑制することができる。第２壁面２８ｂは、第２板部２６ｂの表面のうち、流路２８を画成する表面である。
【００８１】
図１０において破線で示すように、突起部１３２は、流路２８あるいは主流Ｓの上流側を向く前面１３２ａが、突起部１３２の突出方向の先端に近づくにつれて、下流側に向かうように傾斜してもよい。これにより、乱流Ｓ１を発生させつつ冷媒の流れが阻害されることを抑制することができる。また、流路２８あるいは主流Ｓの下流側を向く後面１３２ｂが、突起部１３２の突出方向の先端に近づくにつれて、上流側に向かうように傾斜してもよい。これにより、後面１３２ｂと第１壁面２８ａとで形成される隅部に冷媒が流れやすくなる。このため、集合体２と冷媒との熱交換を促進することができる。
【００８２】
なお、突起部１３２は、第１壁面２８ａと対向する第２壁面２８ｂ、つまり集合体２とは反対側に位置する第２壁面２８ｂに設けられてもよい。この場合、主流Ｓが突起部１３２に当たると、その一部が集合体２に接近する方向に進む乱流Ｓ１となる。この場合も、第１壁面２８ａ側に位置して集合体２と熱交換された冷媒と、流路２８の中心側に位置して集合体２との熱交換がなされていない冷媒とを混合することができる。
【００８３】
突起部１３２は、若干ではあるが冷媒の流れを阻害する。したがって、突起部１３２は、主流Ｓの上流側では少なく、下流側では多く配置されることが好ましい。これにより、全体的に冷媒の温度が低いため集合体２と冷媒との熱交換がスムーズに起こる上流側では、冷媒の流れが阻害されることを抑制することができる。一方、主流Ｓの流れる方向に対して垂直な流路断面における冷媒温度が全体的に高まって当該熱交換が妨げられる傾向にある下流側では、より多くの乱流Ｓ１を発生させることにより、流路断面における冷媒温度を平均化する。これにより、第１壁面２８ａ側の冷媒の温度を下げ、集合体２と冷媒との熱交換を促進することができる。
【００８４】
本実施の形態の突起部１３２は、以下に説明する帯状部材の一部分で構成される。図１１は、冷却部材４の構造を模式的に示す端面図である。図１１では、方向Ｙ且つ方向Ｚに広がる平面、つまりＹＺ平面に沿って切断した冷却部材４の端面を図示している。また、冷却部材４の一部のみを図示し、集合体２の図示を簡略化している。
【００８５】
冷却部材４は、流路２８内に、流路２８の延びる方向と交わる方向（本実施の形態では方向Ｙ）に延びる帯状部材１３４を有する。本実施の形態では、複数の帯状部材１３４が流路２８の上下流方向に所定の間隔で配列されている。各帯状部材１３４は、複数の第１部分１３４ａと、第２部分１３４ｂと、を有する。各第１部分１３４ａは、第１壁面２８ａに接して突起部１３２を構成する。したがって、本実施の形態の突起部１３２は、流路２８と交わる方向Ｙ、且つ第１壁面２８ａと平行な方向に長い長尺状である。これにより、より多くの冷媒を攪拌することができる。
【００８６】
第２部分１３４ｂは、隣り合う第１部分１３４ａの間で、第１壁面２８ａと対向する第２壁面２８ｂに向かって突出し、先端部１３６が第２壁面２８ｂに当接する。第１部分１３４ａが第１壁面２８ａに当接し、第２部分１３４ｂの先端部１３６が第２壁面２８ｂに当接することで、帯状部材１３４が流路２８内に固定される。したがって、第２部分１３４ｂは、突起部１３２を流路２８内に固定する支持部を構成する。また、第２部分１３４ｂの先端部１３６は、第２壁面２８ｂから突出する突起部１３２としても機能する。
【００８７】
第２部分１３４ｂは、第１部分１３４ａと先端部１３６とを連結する一対の側壁１３８を有する。各側壁１３８は、第１壁面２８ａから第２壁面２８ｂに向かって斜めに延びている。つまり、側壁１３８は、第２壁面２８ｂに近づくにつれて方向Ｙにずれるように延びている。このように側壁１３８を傾斜させることで、帯状部材１３４は、第１部分１３４ａと先端部１３６とが接近／離間する方向に撓みやすくなる。これにより、帯状部材１３４の寸法公差を吸収することができ、帯状部材１３４を流路２８により確実に固定することができる。
【００８８】
また、冷却部材４は、細流路１４０を有する。図１２（Ａ）は、冷却部材４の構造を模式的に示す断面図である。図１２（Ｂ）は、細流路１４０の作用を説明するための模式図である。図１２（Ａ）では、ＹＺ平面に沿った冷却部材４の断面を図示している。図１２（Ｂ）では、方向Ｘ且つ方向Ｙに広がる平面、つまりＸＹ平面に沿った冷却部材４の断面を図示している。また、図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）では、冷却部材４の一部のみを図示している。また、図１２（Ａ）では集合体２の図示を簡略化している。
【００８９】
細流路１４０は、流路２８内に配置される。細流路１４０は、流路２８の上流側から下流側に進むにつれて、流路２８と交わる方向、つまり方向Ｘと交わる方向、且つ第１壁面２８ａと平行な方向にずれるように、斜めに延びる。本実施の形態では、細流路１４０は、方向Ｘに進むにつれて方向Ｙにずれるように斜めに延びている。
【００９０】
本実施の形態の細流路１４０は、第２部分１３４ｂに設けられる溝部１４８で構成される。溝部１４８は、流路２８の上流側から下流側に進むにつれて、流路２８と交わる方向且つ第１壁面２８ａと平行な方向にずれるように延び、第１壁面２８ａ側に開口する。具体的には、第２部分１３４ｂの先端部１３６は、一対の側壁１３８によって第１部分１３４ａに連結されている。一対の側壁１３８は、帯状部材１３４の延びる方向に配列される。また、一対の側壁１３８は、流路２８の上流側から下流側に進むにつれて、流路２８と交わる方向、且つ第１壁面２８ａと平行な方向にずれるように、斜めに延びる。つまり、側壁１３８は、方向Ｘに進むにつれて方向Ｙにずれるように延在している。そして、溝部１４８は、先端部１３６および一対の側壁１３８で構成される。溝部１４８は、第１壁面２８ａ側に開口する。この開口は、第１壁面２８ａによって塞がれる。したがって、細流路１４０は、先端部１３６、一対の側壁１３８および第１壁面２８ａで区画される。
【００９１】
細流路１４０は、集合体２の冷却部材４側を向く面２ａに対し平行な方向、つまり集合体２の底面あるいは第１壁面２８ａに沿った面方向で、冷媒流の向きを変えることができる。冷媒の主流Ｓは、流路２８を下流に向かって進みながら、細流路１４０によって左右方向に向きが変えられる。これにより、流路２８の全体で冷媒流量の均一化を図ることができる。この結果、集合体２をより均一に冷却することができる。
【００９２】
また、冷却部材４は、例えば集合体２と冷却部材４とを固定する締結部材１４２が挿通される、円管状の挿通部１４４を有する。挿通部１４４は、第２板部２６ｂに設けられて流路２８内で第１板部２６ａに向かって突出する窪みである。なお、挿通部１４４は、第１板部２６ａに設けられて第２板部２６ｂに向かって突出してもよい。挿通部１４４は、有底筒状であって、底部１４４ａが他方の板部、本実施の形態では第１板部２６ａに接続されている。底部１４４ａは、例えばろう接等によって他方の板部に接合される。そして、冷却部材４は、底部１４４ａと他方の板部とを貫通する貫通孔１４６を有する。締結部材１４２は、貫通孔１４６に挿通される。
【００９３】
少なくとも一部の第２部分１３４ｂ、言い換えれば細流路１４０は、集合体２と冷却部材４とを固定する締結部材１４２の挿通部１４４より冷媒流の下流側に配置される。流路２８を流れる冷媒は、挿通部１４４によって流れが阻害される。これに対し、冷媒の流れる方向で挿通部１４４の背後に第２部分１３４ｂを配置することで、細流路１４０によって挿通部１４４の背面側に冷媒を送ることができる。これにより、流路２８の全体で冷媒流量の均一化を図ることができる。この結果、集合体２をより均一に冷却することができる。
【００９４】
また、冷却部材４は、複数の細流路１４０を有し、隣り合う２つの細流路１４０は、流路２８の上流側から下流側に進むにつれて互いに近づくように延びる。これにより、流路２８を流れる冷媒をより攪拌することができる。また、この２つの細流路１４０の上流側で、且つこの２つの細流路１４０の間に挿通部１４４を配置することで、挿通部１４４の背面側に冷媒を送ることができる。
【００９５】
なお、流路２８の上流−下流方向に配列される複数の帯状部材１３４は、細流路１４０が上流−下流方向と交わる方向にずれるように、第２部分１３４ｂを有してもよい。例えば、細流路１４０は、ＸＹ平面上で千鳥状に配置される。これにより、流路２８の全体で冷媒流量をより均一にすることができる。
【００９６】
以上説明したように、本実施の形態に係る電池モジュール１は、複数の電池６の集合体２と、集合体２に対し熱交換可能に配置される冷却部材４と、を備える。そして、冷却部材４は、冷媒が流れる流路２８と、流路２８の途中に配置され、集合体２と冷却部材４とが並ぶ方向Ｚにおいて、集合体２に対し接近または離間する方向の冷媒流を生み出す混合部１３０と、を有する。
【００９７】
このように本実施の形態では、流路２８の途中、つまり流路２８内に混合部１３０を設け、混合部１３０によって冷媒を混合することで温度境界層の発達を抑制している。したがって、従来の電池モジュールのように流路に大流路断面積部を設ける場合と異なり、流路の寸法増大を回避することができる。このため、本実施の形態によれば、電池モジュール１の大型化を回避しながら集合体２の冷却の均一化を図ることができる。また、集合体２の均一な冷却により、電池モジュール１の性能低下を抑制することができる。
【００９８】
また、電池モジュール１では、集合体２側に位置する第１壁面２８ａを介した冷媒と集合体２との熱交換が、他の壁面を介した熱交換よりも優先的に起こる。したがって、第１壁面２８ａに沿って温度境界層が発達しやすい。これに対し本実施の形態では、混合部１３０によって、集合体２に対し接近または離間する方向の冷媒流を生み出している。これにより、第１壁面２８ａに沿った温度境界層の発達を特に抑制することができる。このため、従来のように冷媒の流速を増減させて温度境界層の発達を抑制する場合に比べて、より簡単な構造で且つ効率よく温度境界層の発達を抑制することができる。
【００９９】
また、本実施の形態の混合部１３０は、流路２８の内壁面のうち集合体２側に位置する第１壁面２８ａに配置される突起部１３２で構成される。これにより、より簡単な構造で温度境界層の発達を抑制することができる。
【０１００】
また、冷却部材４は、流路２８内に、流路２８と交わる方向に延びる帯状部材１３４を有する。そして、帯状部材１３４は、第１壁面２８ａに接して突起部１３２を構成する複数の第１部分１３４ａと、隣り合う第１部分１３４ａの間で、第１壁面２８ａと対向する第２壁面２８ｂに向かって突出し、先端部１３６が第２壁面２８ｂに当接する第２部分１３４ｂと、を有する。このように、突起部１３２としての機能と、突起部１３２を流路２８内に固定する機能とを１つの部材に持たせることで、より簡単な構造で温度境界層の発達を抑制することができる。
【０１０１】
また、突起部１３２は、流路２８と交わる方向、且つ第１壁面２８ａと平行な方向に長い長尺状である。また、冷却部材４は、流路２８の上流側から下流側に進むにつれて、流路２８と交わる方向且つ第１壁面２８ａと平行な方向にずれるように延びる細流路１４０を有する。細流路１４０によって、集合体２の冷却部材４側を向く面２ａに対し平行な方向で冷媒流の向きを変えることができる。これにより、冷却部材４の全体で冷媒流量の均一化を図ることができる。この結果、集合体２をより均一に冷却することができる。
【０１０２】
また、本実施の形態の第２部分１３４ｂには、流路２８の上流側から下流側に進むにつれて、流路２８と交わる方向且つ第１壁面２８ａと平行な方向にずれるように延び、第１壁面２８ａ側に開口する溝部１４８が設けられ、細流路１４０は溝部１４８で構成される。また、第２部分１３４ｂは、第２壁面２８ｂに当接する先端部１３６と、第１部分１３４ａと先端部１３６とを連結する一対の側壁１３８とを有する。一対の側壁１３８は、流路２８の上流側から下流側に進むにつれて、流路２８と交わる方向且つ第１壁面２８ａと平行な方向にずれるように延びる。そして、溝部１４８は、先端部１３６および一対の側壁１３８で構成される。
【０１０３】
なお、第２部分１３４ｂに設けられる細流路１４０は、上記構成に限定されない。例えば第２部分１３４ｂが中実の柱体である場合に、この柱体の外表面に、溝部１４８と同様に斜めに延びる線状の溝を設け、この溝と第１壁面２８ａとにより区画される流路、またはこの溝と第２壁面２８ｂとにより区画された流路とを、細流路１４０としてもよい。
【０１０４】
また、本実施の形態の冷却部材４は、複数の細流路１４０を有する。隣り合う２つの細流路１４０は、流路２８の上流側から下流側に進むにつれて互いに近づくように延びる。また、第２部分１３４ｂは、第２板部２６ｂに当接する先端部１３６と、第１部分１３４ａと先端部１３６とを連結する一対の側壁１３８を有し、側壁１３８は、第１壁面２８ａから第２壁面２８ｂに向かって斜めに延びる。また、冷却部材４は、平板状の管であり、集合体２と面する第１板部２６ａと、第１板部２６ａとは反対側の第２板部２６ｂと、一方の板部に設けられて流路２８内で他方の板部に向かって突出する窪みと、を有する。そして、細流路１４０は、窪みより冷媒流の下流側に配置される。これにより、冷却部材４の全体で冷媒流量の均一化を図ることができる。この結果、集合体２をより均一に冷却することができる。
【０１０５】
また、窪みは、有底筒状であって、底部１４４ａが他方の板部に接続される。そして、冷却部材４は、底部１４４ａと他方の板部とを貫通する貫通孔１４６を有する。また、冷却部材４は、突起部１３２と、流路２８の内壁面のうち第１壁面２８ａと対向する第２壁面２８ｂとの間に隙間を有する。また、冷却部材４は、所定の隙間をあけて互いに対向する第１板部２６ａと第２板部２６ｂとを有し、流路２８は、隙間に配置される。
【０１０６】
以上、本開示の実施の形態について詳細に説明した。前述した実施の形態は、本開示を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施の形態の内容は、本開示の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された本開示の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。設計変更が加えられた新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形それぞれの効果をあわせもつ。前述の実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「本実施の形態の」、「本実施の形態では」等の表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。以上の構成要素の任意の組み合わせも、本開示の態様として有効である。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。
【０１０７】
実施の形態２では、電池６は角形電池であるが、電池６の形状は特に限定されず、円筒状等であってもよい。また、集合体２が備える電池６の数も特に限定されない。流路２８は、方向Ｘに沿って延びているが、その方向は特に限定されない。また、集合体２と冷却部材４とは、直に当接してもよい。セパレータ８の形状やエンドプレート１０と拘束部材１２との締結構造を含む、集合体２の各部の構造は、特に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本開示は、電池モジュールに利用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１  電池モジュール、  ２  集合体、  ３  電池群、  ４  冷却部材、  ６  電池、  １０  エンドプレート、  １２  拘束部材、  ２８  流路、  ２８ａ  第１壁面、  ２８ｂ  第２壁面、  ３０  合流部、  ３２  流通阻害部、  ３６  締結部材、  ３８  挿通部、  １３０  混合部、  １３２  突起部、  １３４  帯状部材、  １３４ａ  第１部分、  １３４ｂ  第２部分、  １３６  先端部、  １４０  細流路、  １４２  締結部材、  １４４  挿通部。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2020027120.tif 000016
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