電池モジュールおよび電源装置
【課題】冷却プレートの流れ方向の温度分布の均一化を促進し、冷却プレートに熱的に接触している複数の電池セルの温度を均一にして、各電池セルの充放電量や寿命のバラツキを低減する。
【解決手段】内部に冷媒を流通する冷媒流路１４を有する冷却プレート１５０と、冷却プレート１５０の表面に熱伝導可能に結合される複数の電池セルとを備え、冷媒流路１４は、冷媒を減速する大径管２０１Ａおよび冷媒を増速する小径管２０２Ａが複数形成され、大径管２０１Ａの流路断面積は大径管２０１Ａの流入側に配置される小径管２０２Ａの流路断面積に比べて大きく、小径管２０２Ａの流路断面積は小径管２０２Ａの流入側に配置される大径管２０１Ａの冷媒流路断面積に比べて小さいことを特徴とする。
【解決手段】内部に冷媒を流通する冷媒流路１４を有する冷却プレート１５０と、冷却プレート１５０の表面に熱伝導可能に結合される複数の電池セルとを備え、冷媒流路１４は、冷媒を減速する大径管２０１Ａおよび冷媒を増速する小径管２０２Ａが複数形成され、大径管２０１Ａの流路断面積は大径管２０１Ａの流入側に配置される小径管２０２Ａの流路断面積に比べて大きく、小径管２０２Ａの流路断面積は小径管２０２Ａの流入側に配置される大径管２０１Ａの冷媒流路断面積に比べて小さいことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の充放電可能な電池セルを接続して構成される電池モジュールに関するものであり、特に電池モジュールの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車、電気自動車等に搭載される電池モジュールは、たとえば、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、ニッケルカドミウム電池セル等の多数の二次電池を組み合わせて構成される。電池モジュールの充放電電流は一般的に大きく、電池セルの発熱量も大きくなり、その結果電池セル自体の温度上昇も大きくなる。電池セルの温度上昇は電池寿命の観点からできるだけ小さくし、速やかに冷却する必要がある。
【０００３】
電池セルを速やかに冷却する方法として、冷媒を用いる方法がある。冷媒の流路を有する冷却プレートの一面に絶縁シートを介して複数の電池セルを冷却可能に結合して配列し、冷却プレートに冷媒を供給して電池セルを冷却する方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０-６２１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されている冷媒流路では冷媒の流れが一様であるため、冷媒の流れに沿って温度境界層が発達する。温度境界層は、熱伝達に対して抵抗要素となるため、下流側ほど冷媒と伝熱管との間の熱伝達が阻害される。したがって、特許文献１に記載されている冷却プレートの表面温度は、冷媒の流れ方向に沿って下流側ほど高くなり、冷却プレートの表面に配置される複数の電池セルのそれぞれを均一に冷却することができるものではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、内部に冷媒を流通する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セルとを備え、冷媒流路は、冷媒を減速する減速部および冷媒を増速する増速部が複数形成され、減速部の流路断面積は減速部の流入側の冷媒流路断面積に比べて大きく、増速部の流路断面積は増速部の流入側の冷媒流路断面積に比べて小さいことを特徴とする電池モジュールである。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電池モジュールにおいて、減速部の流路断面積は増速部の流路断面積に比べて大きく、減速部と増速部は冷媒の流れ方向に沿って交互に設けられていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の電池モジュールにおいて、冷媒流路は、冷却プレートに内蔵される伝熱管により形成されていることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、減速部と増速部との間において、減速部から冷媒の流れ方向に向かって、流路断面積が徐々に小さくなる断面積縮小部が設けられ、増速部と減速部との間において、増速部から冷媒の流れ方向に向かって、流路断面積が徐々に大きくなる断面積拡大部が設けられていることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、冷媒流路が複数設けられ、複数の冷媒流路は相互に平行に配置されていることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、冷媒流路の断面形状は円形とされていることを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、冷媒流路の断面形状は多角形とされていることを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、増速部は、伝熱管を外方から機械的に押し潰すことにより形成されていることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、複数の電池セルは、冷媒の流れ方向に沿って配列されていることを特徴とする。
請求項１０に係る発明は、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電池モジュールを複数個有し、冷媒を冷却する冷却システムを備え、冷却システムによって冷却した冷媒を分岐して各電池モジュールの冷却プレートの冷媒流路に供給し、各電池モジュールの冷却プレートの冷媒流路から排出される冷媒を合流して冷却システムに回収することを特徴とする電源装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、伝熱管内の冷媒を繰り返し増速・減速させることで、温度境界層が発達することを抑制できる。これにより、冷却プレートの流れ方向の温度分布の均一化を促進し、冷却プレートに熱的に接触している複数の電池セルの温度を均一にすることができるため、各電池セルの充放電量や寿命のバラツキを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電池モジュールを示す分解斜視図。
【図２】図１に図示された電池モジュールの正面図。
【図３】図１に図示された電池モジュールの冷却構造を説明するための斜視図。
【図４】図１に図示された電池モジュールを構成する冷却プレートの正面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線切断断面図。
【図６】本発明の電池モジュールに用いられる電池セルの一例を示す外観斜視図。
【図７】図６に図示された電池セルの分解斜視図。
【図８】図７に図示された電池セルに用いられる捲回型充放電要素群の斜視図。
【図９】図１に図示された電池モジュールにおいて、冷却プレートと電池セルとの熱伝導可能な結合構造を示す斜視図。
【図１０】図９に図示された電池モジュールの平面図。
【図１１】図１に図示された電池モジュールにおけるバスバーの取付構造を示す拡大斜視図。
【図１２】図１に図示された電池モジュールのカバーを外した状態の側面図。
【図１３】図１に図示された電池モジュールにおいて、電池セルを冷却プレートに押付けるためのクリップの外観斜視図。
【図１４】本発明の電源装置の一実施形態を示す斜視図。
【図１５】図１４に図示された電源装置の電気的な接続状態を示す図。
【図１６】図１４に図示された電源装置の内部のレイアウトを示す平面図。
【図１７】従来例に係る冷却プレートの断面図。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る冷却プレートの断面図。
【図１９】本発明の第１および第２の実施の形態および従来例に係る冷却プレートの温度バラツキに関する解析結果を示す図。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る冷却プレートの断面図。
【図２１】本発明の第４の実施の形態に係る冷却プレートの断面図。
【図２２】本発明の第５の実施の形態に係る伝熱管の増速部の断面図。
【図２３】本発明の第６の実施の形態に係る伝熱管の増速部の断面図。
【図２４】本発明の第１の変形例に係る冷却プレートの断面図。
【図２５】本発明の第２の変形例に係る冷却プレートの断面図。
【図２６】本発明の第３の変形例に係る電池モジュールの冷却構造を示す図。
【図２７】本発明の第４の変形例に係る冷却プレートの断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
−第１の実施の形態−
以下、図面を参照して本発明による電池モジュールおよび電源装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電池モジュール１の分解斜視図であり、図２は、図１の電池モジュールを前方からみた正面図である。ただし、図２においては、後述するカバー２８が省略されている。
【００１０】
電池モジュール１は、多数の電池セル１０を有する。図示するように奥行き方向をｘ方向、長さ方向をy方向、高さ方向をｚ方向とする。電池モジュール１のｘ（奥行き）方向のほぼ中央部には、冷却プレート１５Ａが配置されている。冷却プレート１５Ａは、その正面が、ｚ（高さ）方向がｘ（奥行き）方向より大きく、その側面が、ｙ（長さ）方向に長く延出された平板形状を有する。電池セル１０は、冷却プレート１５Ａの一面（表面）および一面に対向する厚さ方向の他面（裏面）に沿って、図示するように、ｙ（長さ）方向に３個、ｚ（高さ）方向に４段で配列されている。
【００１１】
各段の電池セル１０の間には、セル分割プレート２０が介装されている。最上段の電池セル１０の上部には、ｘ−ｙ面に配列された最上段の電池セル１０全体を覆うエンドプレート２１が配置されている。最下段の電池セル１０の下部には、ｘ−ｙ面に配列された最下段の電池セル１０全体を覆うエンドプレート２１が配置されている。各エンドプレート２１のｙ（長さ）方向に沿う両側部には、ｚ（高さ）方向に屈曲された屈曲部２１ａが形成されている。
【００１２】
３個×４段に配列された電池セル１０のｘ（奥行き）方向における外側には、全ての電池セル１０の側面（ｙ−ｚ面）を覆う端子カバー２５が配置されている。各端子カバー２５のｘ（奥行き）方向の外側にはカバー２８が配置されている。
【００１３】
図３は電池モジュールの冷却構造を説明するための斜視図であり、図４は冷却プレート１５Ａを前方からみた正面図であり、図５は図４のＶ−Ｖ線切断断面図である。
図３〜図５に示すように、冷却プレート１５Ａは、冷却ブロック１５０と伝熱管２００Ａとから構成されている。冷却ブロック１５０は、アルミダイキャスト、アルミニウム、マグネシウム等の金属、または熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の絶縁樹脂により形成されている。伝熱管２００Ａは、内部にエチレングリコール水溶液などの冷媒を流通する円形断面の冷媒流路を形成している。伝熱管２００Ａは、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス等の金属、または熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の絶縁樹脂により形成されている。
【００１４】
伝熱管２００Ａを冷却ブロック１５０に固定して冷却プレート１５Ａを形成するには、たとえば、伝熱管２００Ａに冷却ブロック１５０を鋳造またはモールドして形成する。本実施の形態に係る伝熱管２００Ａは、管内を通過する冷媒に減速と増速とを繰り返し行わせる構成とされる。伝熱管２００Ａの具体的な構成については後述する。
【００１５】
電池セル１０は、たとえば、角形リチウムイオン二次電池である。図６は電池セル１０の外観斜視図であり、図７は図６に示された電池セル１０の分解斜視図であり、図８は電池セル１０を構成する捲回型充放電要素群１２０の斜視図である。
電池セル１０は、一面が開口した有底直方体状の電池缶１１４内に絶縁ケース１１３を介して扁平状の捲回型充放電要素群１２０を収納し、電池缶１１４の開口部１１４Ａを電池蓋１０３によって封止した構造を有する。電池缶１１４と電池蓋１０３によって容器外装が構成される。電池蓋１０３には、内側から正極出力部１０８および負極出力部１０７が突設されている。正極出力部１０８および負極出力部１０７は、容器外装の表面に設けられた正・負極外部端子である。正極出力部１０８および負極出力部１０７は、捲回型充放電要素群１２０で発電した電力を外部に出力し、外部で発電した電力を捲回型充放電要素群１２０に充電するための端子であり、後述する正極集電体１０６および負極集電体１０５のそれぞれに一体的に形成されている。
【００１６】
電池缶１１４は金属製であり、深絞り法により開口部の短辺の寸法より深さ寸法が大きく形成されている。電池缶１１４は、面積の大きな幅広側面１１４Ｗと、面積の小さい幅狭側面１１４Ｎと、容器底面である底面（缶底面）１１４Ｂとで形成された扁平容器であり、上面に開口部１１４Ａを有する。電池蓋１０３は、レーザービーム溶接法により電池缶１１４の開口部１１４Ａに固着されている。電池蓋１０３には、両端部の正極出力部１０８および負極出力部１０７のそれぞれが挿通される開口部１０３ａ，１０３ｂが形成されている。電池蓋１０３には注液口（図示省略）が設けられ、注液口から電池缶１１４内に電解液が注入された後に、注液口はレーザービーム溶接により封止される。
【００１７】
図８に示すように、捲回型充放電要素群１２０は、正極箔ＡＦに正極活物質合剤１２３を塗布した正極板１２２および負極箔ＣＦに負極活物質合剤１２５を塗布した負極板１２４を、セパレータ１２１を介して捲回して断面長円状に形成したものである。正極板１２２には、正極活物質合剤１２３が塗布されずに正極箔ＡＦが露出した未塗工部１２２Ａが正極接続部として形成されている。負極板１２４には、負極活物質合剤１２５が塗布されずに負極箔ＣＦが露出した未塗工部１２４Ａが負極接続部として形成されている。未塗工部１２２Ａ，１２４Ａは、捲回型充放電要素群１２０の幅方向の両端部に配置され、それぞれ、電池缶１１４の両幅狭側面１１４Ｎに沿って延在している。
【００１８】
電池セル１０がリチウムイオン電池の場合、正極箔ＡＦおよび負極箔ＣＦとしては、それぞれ、アルミニウム、銅が用いられ、活物質合剤としては、たとえば、正極としてコバルト酸リチウム、負極としてグラファイトが用いられる。正極集電体１０６および負極集電体１０５は、正極箔ＡＦおよび負極箔ＣＦと同一材料によって形成される。
【００１９】
正極板１２２の未塗工部１２２Ａには、正極集電体１０６が接続されている。負極板１２４の未塗工部１２４Ａには、負極集電体１０５が接続されている。正極出力部１０８は正極集電体１０６に一体的に設けられている。負極出力部１０７は負極集電体１０５に一体的に設けられている。
正極集電体１０６および負極集電体１０５は、それぞれ略Ｌ字形状に形成され、電池蓋１０３に固定されている。
【００２０】
正極集電体１０６および負極集電体１０５は、それぞれアルミニウム板および銅板のプレス加工によって一体的に形成されている。正極集電体１０６および負極集電体１０５は、電池蓋１０３の内面に沿って、電池缶１１４の幅狭側面１１４Ｎ内面近傍にまで延びる平板状の装着部１６１，１５１を備えている。正極出力部１０８および負極出力部１０７は、円柱形状の部材であって、それぞれ装着部１６１，１５１にかしめ固定されている。正極出力部１０８および負極出力部１０７には、それぞれおねじが形成されており、後述するバスバー２６がナットにより接続される。
【００２１】
正極集電体１０６および負極集電体１０５は、装着部１６１，１５１の端部から略直角方向に電池缶１１４の幅狭側面１１４Ｎに沿って底面に延びる接続部１６２，１５２を備えている。接続部１６２，１５２は、正極板１２２および負極板１２４の未塗工部１２２Ａ，１２４Ａにそれぞれ沿って延設されている。接続部１６２，１５２には、正極板１２２および負極板１２４の未塗工部１２２Ａ，１２４Ａと対向配置される正・負極充放電要素接続部１６３，１５３が設けられている。正・負極充放電要素接続部１６３，１５３は、幅狭側面１１４Ｎに平行に延設されている接続部１６２，１５２から、幅広側面１１４Ｗに沿って直角に折り曲げられて形成されている。正・負極充放電要素接続部１６３，１５３は未塗工部１２２Ａ，１２４Ａに超音波溶接にて接合されている。
【００２２】
図９は冷却プレート１５Ａと電池セル１０との熱伝導可能な結合構造を示す斜視図であり、図１０は図９に示された構造を上方からみた平面図である。冷却プレート１５Ａの表裏面のそれぞれにおける各電池セル１０が取り付けられる箇所には、側面がＬ字形状の電池セル取付板１７が取り付けられている。電池セル取付板１７は各電池セル１０の底面（缶底面）１１４Ｂと幅狭側面１１４Ｎとが隣接するコーナー部に取り付けられ、１個の電池セル１０のｙ方向の長さの間隔をおいて線対称に設けられている。電池セル取付板１７のｚ方向の高さは、４段の電池セル１０を、各段の電池セル１０間にセル分割プレート２０を介装して保持できる寸法とされている。電池セル取付板１７は、冷却プレート１５Ａの表面側および裏面側に三対ずつ配置され、３個×４段に配列された電池セル１０を保持する。電池セル取付板１７は、絶縁性の樹脂材料で形成され、冷却プレート１５Ａの表面または裏面から電池セル１０の底面１１４Ｂとの間に隙間ｔ１を形成する（図１０参照）。
【００２３】
各電池セル取付板１７の板厚分の隙間、すなわち、電池セル１０の底面１１４Ｂと冷却プレート１５Ａの表面（または裏面）との間には、熱伝導性部材１６が介装されている。熱伝導性部材１６は、電池セル１０を取り付ける前には、図１０に二点鎖線で示すように、厚さｔ２を有している。したがって、電池セル１０を取り付けた状態では、熱伝導性部材１６は、圧縮率＝（ｔ２−ｔ１）×１００／ｔ２（％）圧縮されている。これにより、各電池セル１０の底面１１４Ｂと冷却プレート１５Ａの表面（または裏面）とは、確実に、熱伝導可能に結合され、各電池セル１０は、熱伝導により冷却プレート１５Ａによって冷却される。熱伝導性部材１６が永久歪を生じないように圧縮率を管理する必要があるが、本実施形態によれば、熱伝導性部材１６の圧縮後の厚さｔ１は、電池セル取付板１７の板厚によって決定されるので、この管理が大変容易となる。
【００２４】
熱伝導性部材１６としては、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の絶縁性熱伝導性シートを用いることができる。電池セル１０の底面１１４Ｂが絶縁性樹脂で覆われている場合には、熱伝導性部材１６として、金属製の材料を用いることもできる。
【００２５】
電池セル１０の電池缶１１４には、正極集電体１０６または負極集電体１０５は接続されてはいない。しかし、電池缶１１４に注入されている電解液を介して正極側および負極側の電位が印加されており、各電池セル１０の電池缶１１４は、正極および負極とは異なる電位を有している。したがって、電池缶１１４同士が電気的に接続されると短絡が生じる。
本実施の形態においては、冷却プレート１５Ａと電池セル１０との間に、熱伝導性部材１６および電池セル取付板１７が介装されており、冷却プレート１５Ａと電池セル１０とが直接接触していないので、冷却プレート１５Ａに結露が発生した場合においても、電池セル１０が相互に短絡することはなく信頼性を確保することができる。
【００２６】
電池セル１０の幅広側面１１４Ｗが、絶縁材料で被覆されている場合、セル分割プレート２０およびエンドプレート２１の材料として、アルミニウム、アルミダイカスト、銅、鉄等の熱伝導性の高い材料を用いることができる。電池セル１０の幅広側面１１４Ｗが絶縁材料で被覆されていない場合、セル分割プレート２０およびエンドプレート２１の材料として、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ＰＰＳ、ＰＰＡ、ＰＢＴ等あるいは高熱伝導性樹脂を用いることができる。
【００２７】
図１において、各端子カバー２５の外面側にはバスバー２６が取り付けられている。図１１は、バスバー２６の取付構造を示す拡大斜視図である。バスバー２６は、各電池セル１０の正極出力部１０８および負極出力部１０７に接触した状態で端子カバー２５にナット２７により固定される。ナット２７として、たとえば、スカートナット、皿ばね付きナットを用いることができる。あるいは、ナットと皿ワッシャ等を組み合わせて用いてもよい。
図１２は、電池モジュール１のカバー２８を外した状態の側面図であって、バスバー２６により、３個×４段の電池セル１０を全て直列に接続した状態を示す図である。
【００２８】
図１２において、最上段の左端の電池セル１０の負極出力部１０７と、上から二段目の左端の電池セル１０の正極出力部１０８がバスバー２６により接続されている。上から二段目の右端の電池セル１０の負極出力部１０７と上から三段目の右端の電池セル１０の正極出力部１０８がバスバー２６により接続されている。上から三段目の左端の電池セル１０の負極出力部１０７と最下段の左端の電池セル１０の正極出力部１０８がバスバー２６により接続されている。それ以外の中間に位置する電池セル１０の負極出力部１０７と正極出力部１０８はバスバー２６により接続されている。これにより、３個×４段の電池セル１０は全てが直列に接続されている。したがって、最上段の右端の電池セル１０の正極出力部１０８と最下段の右端の負極出力部１０７間には、１２個の電池セル１０を直列に接続した電位差が生じている。
【００２９】
カバー２８は、図１に示すように、冷却プレート１５Ａの表面側および裏面側に配置された全ての電池セル１０をバスバー２６により直列に接続した状態で、各端子カバー２５の外側に配置される。カバー２８は、導電性の異物、たとえば、水、埃、油分等、あるいは複合材料等の侵入を防止するためのものであり、端子カバー２５の外側の側面全体を覆うように取り付けられる。ただし、カバー２８は、必ずしも必要とされるものではない。
【００３０】
図２に図示されるように、バスバー２６により電池セル１０が直列に接続された状態で、端子カバー２５は、弾性部材からなるクリップ３０により、エンドプレート２１に連結される。
図１３は、クリップ３０の外観斜視図である。クリップ３０は、金属板をプレス加工することにより形成される。クリップ３０の基部３１の両側部には、外方に開放可能な可撓部３２が形成されている。各可撓部３２は基部３１側の側面がＶ字形状の支持部３２ａと、支持部３２ａから傾斜して外方に開放される嵌合部３２ｂとからなる。
【００３１】
電池モジュール１を組立てるには、冷却プレート１５Ａの表面側および裏面側に、それぞれ、三対の電池セル取付板１７を取り付ける。対となる各電池セル取付板１７の間に熱伝導性部材１６を取り付け、さらに電池セル１０を取り付ける。電池セル１０間にはセル分割プレート２０を介装する。最上段の電池セル１０の上面および最下段の電池セル１０の下面に、それぞれ、エンドプレート２１を配置し、各エンドプレート２１の開口および各セル分割プレート２０の前部および後部に設けられた開口にボルト６を挿通し、ナット２４により固定する（図１参照）。図示はしないが、冷却プレート１５Ａの上面および下面には、ｚ（高さ）方向に平行なボルト取付穴が形成されており、エンドプレート２１にはボルト挿通開口が設けられている。ボルト６およびナット２４によりエンドプレート２１を取り付けた後、エンドプレート２１のボルト挿通開口にボルト２２を挿通して、冷却プレートのボルト取付穴にボルト２２を固定する（図２参照）。ただし、ボルト２２およびナット２４による固定は仮固定である。
【００３２】
電池セル１０およびセル分割プレート２０の側面を覆って端子カバー２５を取り付け、バスバー２６により各電池セル１０を接続する。クリップ３０により、端子カバー２５をエンドプレート２１に連結する。エンドプレート２１の屈曲部２１ａおよび端子カバー２５の外方側の側面を、クリップ３０の両側部の嵌合部３２ｂ間に位置決めする。クリップ３０を押し込む方向に外力を加えると、クリップ３０は嵌合部３２ｂの傾斜によって外方に開きながら押し込まれる。
【００３３】
クリップ３０が押し込まれると、クリップ３０の弾性力により、端子カバー２５がエンドプレート２１側に移動する。これにより、各電池セル１０の底面１１４Ｂが熱伝導性部材１６を圧縮する。このようにして、各電池セル１０の底面１１４Ｂと冷却プレート１５Ａとが確実に熱伝導可能な状態の結合構造が形成される。
この状態で、ボルト２２およびナット２４を本締めすることにより、図２に図示される電池モジュール１が完成する。
【００３４】
図１４は電源装置１００の斜視図であり、図１５は電源装置１００内における各電池モジュール１の電気的な接続状態を示す図である。図１６は電源装置１００の内部のレイアウトを示す平面図である。
【００３５】
図１４に示すように、電源装置１００は複数（図１４においては３個）の電池モジュール１が、バッテリコントロールユニット２、バッテリ補機デバイス３および分解時電流遮断ユニット４に接続された状態でバッテリケース５に収容されている。バッテリケース５の上方から、バッテリカバー７がねじ８により固定される。バッテリカバー７は、外部から導電性異物、たとえば、水、埃、化学薬品等が侵入するのを防止する。各電池モジュール１は、図１５に図示されるように、高電圧線９により直列に接続されている。
【００３６】
図１６に示すように、バッテリケース５の一方の側板には冷媒入口パイプ５４が配設され、バッテリケース５の他方の側板には冷媒出口パイプ５５が配設されている。冷媒入口パイプ５４は、バッテリケース５内に設けられる分岐パイプブロック５２に接続され、冷媒出口パイプ５５は、バッテリケース５内に設けられる合流パイプブロック５３に接続されている。
【００３７】
各電池モジュール１の冷却プレート１５Ａに内蔵されている伝熱管２００Ａは、冷却プレート１５Ａから外方に向かって突出する冷媒入口部４０Ａおよび冷媒出口部５０Ａを有し、冷媒入口部４０Ａおよび冷媒出口部５０Ａのそれぞれにはゴム製の連結パイプ５１ａ，５１ｂが接続されている。
【００３８】
３つの電池モジュール１の冷媒入口部４０Ａに接続された連結パイプ５１ａは、それぞれ分岐パイプブロック５２に接続され、３つの電池モジュール１の冷媒出口部５０Ａに接続された連結パイプ５１ｂは、それぞれ合流パイプブロック５３に接続されている。
【００３９】
図示はしないが、冷却ファン、ラジエータ、コンプレッサ等を備えた冷却システムから供給される冷媒は、入口側の分岐パイプブロック５２により分岐され、各連結パイプ５１ａに均等に配分されて、各電池モジュール１の冷却プレート１５Ａの冷媒入口部４０Ａから冷媒流路１４に供給される。各電池モジュール１を構成する複数の電池セル１０を冷却し、冷媒出口部５０Ａから排出された冷媒は、出口側の合流パイプブロック５３で合流され、冷却システムに回収され、冷却システムによって冷却される。
【００４０】
本実施の形態に係る冷却プレート１５Ａに内蔵される伝熱管２００Ａの構成について詳しく説明する。図５に示すように、冷却プレート１５Ａに内蔵される伝熱管２００Ａは、円管であって、管内径ｄ２の大径管２０１Ａおよび管内径ｄ１の小径管２０２Ａを複数有している（管内径：ｄ２＞ｄ１）。大径管２０１Ａと小径管２０２Ａは冷媒の流れ方向に沿って交互に設けられている。
【００４１】
小径管２０２Ａと大径管２０１Ａとの間には、小径管２０２Ａから冷媒の流れ方向に向かって、内径が徐々に大きくなる、すなわち流路断面積が徐々に大きくなる広がり管２０３が設けられている。大径管２０１Ａと小径管２０２Ａとの間には、大径管２０１Ａから冷媒の流れ方向に向かって、内径が徐々に小さくなる、すなわち流路断面積が徐々に小さくなる狭まり管２０４が設けられている。
【００４２】
伝熱管２００Ａは、大径管２０１Ａ、小径管２０２Ａ、広がり管２０３および狭まり管２０４を別々に製作し、各管を溶接により接合することで形成されている。なお、小径管２０２Ａはスウェージング加工で形成し、大径管２０１Ａはバルジ加工により膨らませることで形成してもよい。
【００４３】
図５を参照して、伝熱管２００Ａ内の冷媒の流れを説明する。
冷媒入口部４０Ａに供給された冷媒は、小径管２０２Ａ内を流れ、広がり管２０３を介して大径管２０１Ａに流入する。大径管２０１Ａの流路断面積は、大径管２０１Ａの流入側に配置される小径管２０２Ａの流路断面積に比べて大きい。したがって、大径管２０１Ａ内を流れる冷媒は、小径管２０２Ａ内を流れる冷媒に比べて流速が遅い。つまり、小径管２０２Ａから大径管２０１Ａに向かって流れる冷媒は、大径管２０１Ａで流速が減速する。
【００４４】
大径管２０１Ａ内を流れた冷媒は、狭まり管２０４を介して小径管２０２Ａに流入する。小径管２０２Ａの流路断面積は、小径管２０２Ａの流入側に配置される大径管２０１Ａの流路断面積に比べて小さいため、小径管２０２Ａ内を流れる冷媒は、大径管２０１Ａ内を流れる冷媒に比べて流速が速い。つまり、大径管２０１Ａから小径管２０２Ａに向かって流れる冷媒は、小径管２０２Ａで流速が増速する。
【００４５】
したがって、複数の小径管２０２Ａと大径管２０１Ａとが交互に配置されてなる伝熱管２００Ａを流れる冷媒は、減速および増速を交互に繰り返しながら流れ、冷却プレート１５Ａ全体を冷却し、冷媒出口部５０Ａから排出される。
【００４６】
このように、伝熱管２００Ａ内を流れる冷媒は、減速と増速とが交互に繰り返し行われるため、温度境界層の発達が抑制される。これに対して、図１７に示すように、従来の伝熱管２００Ｐは、冷媒入口部から冷媒出口部にかけて同一の内径ｄ１とされていたため、温度境界層が流れに沿って発達する。温度境界層は、熱伝達に対して抵抗要素となるため、下流側ほど冷媒と伝熱管２００Ｐとの間の熱伝達が阻害される。したがって、従来の冷却プレート１５Ｐの表面温度は、冷媒の流れ方向に沿って下流側ほど高く、冷却プレート１５Ｐに並置される複数の電池セル（不図示）のそれぞれを均一に冷却できない。
【００４７】
本実施の形態では、図５に示すように、大径管２０１Ａ内を通過した冷媒は、小径管２０２Ａに流入することで増速するため、小径管２０２Ａ内での熱伝達が向上する。逆に、大径管２０１Ａでは流速が減速するので、大径管２０１Ａ内での熱伝達が悪くなるおそれがあるが、大径管２０１Ａの外径を適当な大きさにする、すなわち伝熱面積を大きくすることで、その課題を補うことができる。大径管２０１Ａの伝熱面積を大きくすることで、小径管２０２Ａを介して冷媒に伝わる熱量と、大径管２０１Ａを介して冷媒に伝わる熱量とをほぼ等しくすることができるため、冷却プレート１５Ａを流れ方向に沿って均一に冷却できる。
【００４８】
以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）伝熱管２００Ａにより形成される冷媒流路１４を流れる冷媒を減速させる大径管２０１Ａと、大径管２０１Ａにより減速された冷媒を増速させる小径管２０２Ａとを交互に設けた。これにより、冷媒の流れに沿って温度境界層が発達することを抑制し、冷媒と冷却プレート１５Ａとの間の熱伝達を向上することができる。
【００４９】
（２）（１）により、冷却プレート１５Ａの流れ方向の温度分布の均一化が促進されるため、冷却プレート１５Ａに熱的に接触している複数の電池セル１０のそれぞれを均等に冷却して、各電池セル１０の温度を均一にすることができる。その結果、各電池セル１０の充放電量や寿命のバラツキが低減された信頼性の高い電池モジュール１を提供できる。
【００５０】
（３）（１）により、冷却性能が向上するため、電池セル１０を密に配設することができ、電池モジュール１のコンパクト化を図ることができる。
【００５１】
（４）大径管２０１Ａと小径管２０２Ａとの間に、広がり管２０３および狭まり管２０４を設けているため、伝熱管内壁で流れがはく離することを防止して、効率的に冷却プレート１５Ａを冷却することができる。さらに、圧力損失の低減を図ることもできる。
【００５２】
（５）本実施の形態では、冷却プレート１５Ａの表面側および裏面側に電池セル１０を冷媒の流れ方向であるｙ（長さ）方向に沿って３個配列し、電池セル１０をｚ（高さ）方向にセル分割プレート２０を介装して４段に積層した。複数の電池セル１０を冷媒の流れ方向に沿って配列することで、冷媒の流れ方向に沿って配列される各電池セル１０の温度の均一化を図るとともに、電池モジュール全体の小型化を図ることができる。
【００５３】
（６）電池セル１０を、絶縁性を有する熱伝導性部材１６を介装して冷却プレート１５Ａに熱的に結合するので、電池セル１０相互の短絡を防止することができる。
【００５４】
（７）冷却システムにより冷却した冷媒を分岐パイプブロック５２により３つの電池モジュール１に均等に分配し、各電池モジュール１からの冷媒を合流パイプブロック５３により合流して冷却システムに回収する構成としたため、複数の電池モジュール１を効率よく冷却できる電源装置１００を提供することができる。
【００５５】
−第２の実施の形態−
本発明の第２の実施の形態を図１８を参照して説明する。図１８は、本発明の第２の実施の形態に係る冷却プレート１５Ｂの断面図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号にＢを付し、相違点を主に説明する。第２の実施の形態に係る伝熱管２００Ｂは、第１の実施の形態と同様に大径管２０１Ｂおよび小径管２０２Ｂが交互に配列されている。しかしながら、第２の実施の形態に係る伝熱管２００Ｂは、大径管２０１Ｂと小径管２０２Ｂとの間に広がり管や狭まり管が介装されていない。
【００５６】
小径管２０２Ｂの長さＬ１と大径管２０１Ｂの長さＬ２とは、圧力損失や熱伝達の観点から、あるいは製作上の観点から適宜設定される。たとえば、バルジ加工などの拡管を実施するときに、製作上、大径管２０１Ｂの長さＬ２を十分に確保できない場合には、大径管２０１Ｂの長さＬ２は、小径管２０２Ｂの長さＬ１よりも短く設定される（Ｌ２＜Ｌ１）。伝熱管２００Ｂ内の圧力損失の低減を図る場合には、大径管２０１Ｂの長さＬ２を小径管２０２Ｂの長さＬ１と同じか、それ以上に設定される（Ｌ２≧Ｌ１）。
【００５７】
第２の実施の形態によれば、小径管２０２Ｂから大径管２０１Ｂに冷媒が流入するときに、流れが管内壁から剥離して噴流となって、速度の小さい大径管２０１Ｂ内の流れに衝突し、うずを形成する。さらに、大径管２０１Ｂから小径管２０２Ｂに流入した冷媒は、小径管２０２Ｂの入口端部（角部）より流れがはく離する。したがって、小径管２０２Ｂと大径管２０１Ｂとの接続部では熱伝達が若干悪くなる。しかしながら、第２の実施の形態によれば、図１７に示したような従来の単純形状の円管の伝熱管２００Ｐに比べて、温度境界層の発達を十分に防ぐ効果がある。
【００５８】
−解析例−
汎用の熱流体解析ソフトを用いて行った解析例を図１９に基づいて説明する。
解析は、第１および第２の実施の形態に係る電池モジュール、および、比較例として冷媒入口部から冷媒出口部まで流路断面積が変化しない従来例に係る冷却プレート１５Ｐ（図１７参照）を備えた電池モジュールに対して適当な充放電パターンで実施した３次元熱解析の結果である。
【００５９】
主な解析条件として、小径管２０２Ａ，２０２Ｂの内径ｄ１＝６ｍｍ、大径管２０１Ａ，２０１Ｂの内径ｄ２＝８ｍｍ、冷媒はエチレングリコール５０％水溶液、冷媒の流量は２Ｌ／ｍｉｎ、冷媒の入口温度は２５℃に設定した。電池モジュールの構成は、図３に示したように冷却プレートの片面に角形の電池セルが３個×４段のレイアウトで配列され、両面で合計４８個設置されているものとした。冷却プレートはアルミダイキャスト製とし、電池セル１個の発熱量は５Ｗ、冷却プレートのｘ方向の厚みは１２ｍｍ、ｚ方向の高さは５０ｍｍ、ｙ方向の長さは３６０ｍｍに設定した。
【００６０】
図１９は、解析結果であり、縦軸は冷却プレートの温度バラツキとした。ここで、冷却プレートの温度バラツキとは、電池セルと熱的に接触する冷却プレートの表面部分の冷媒入口近傍と冷媒出口近傍の温度差を示している。
【００６１】
解析の結果、第１および第２の実施の形態のいずれも従来例と比較して冷却プレートの温度バラツキの低減効果が確認できた。これは、第１および第２の実施の形態によれば、温度境界層の発達を十分に防ぐ効果があり、管内の熱伝達が向上するとともに、冷却プレートの流れ方向の温度分布の均一化が促進されたためである。特に、第１の実施の形態における冷却プレートの温度バラツキが抑えられているのは、広がり管や狭まり管により流れのはく離が防止され、円滑に冷媒が減速と増速とを繰り返しているためである。
【００６２】
以上のとおり、解析の結果、第１および第２の実施の形態のいずれもが、冷却プレートに熱的に接触している複数の電池セルの温度の均一化を促進することができ、各電池セル１０の充放電量・電池寿命のバラツキを低減できる冷却構造を備えた電池モジュールであるということが示された。
【００６３】
−第３の実施の形態−
本発明の第３の実施の形態を図２０を参照して説明する。図２０は、本発明の第３の実施の形態に係る冷却プレート１５Ｃの断面図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号にＣを付し、相違点を主に説明する。
【００６４】
第３の実施の形態では、大径管２０１Ｃと小径管２０２Ｃとを交互に配設してなる伝熱管２００Ｃが冷却プレート１５Ｃのｚ（高さ）方向に３本並べて設置されている。各伝熱管２００Ｃは相互に平行に配置されている。これにより、冷却プレート１５Ｃのｚ（高さ）方向の温度バラツキも低減することができる。なお、伝熱管２００Ｃの本数は、電池セル１０のレイアウト等に応じて適宜設定される。
【００６５】
したがって、第３の実施の形態によれば、冷却プレート１５Ｃの冷媒の流れ方向であるｙ（長さ）方向の温度バラツキを低減する効果に加えて、冷却プレート１５Ｃのｚ（高さ）方向の温度バラツキを低減し、冷却プレート１５Ｃ表面の温度分布を全体的に均一にできる効果がある。
【００６６】
これにより、電池セル１０の配列レイアウトにおいて段数が多い場合であっても、段数に応じて伝熱管２００Ｃの本数を増加させることで、各電池セル１０の温度の均一化を促進することができるため、各電池セル１０の充放電量・電池寿命のバラツキを低減することができる。
【００６７】
−第４の実施の形態−
本発明の第４の実施の形態を図２１を参照して説明する。図２１は、本発明の第４の実施の形態に係る冷却プレート１５Ｄの断面図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号にＤを付し、相違点を主に説明する。
【００６８】
第４の実施の形態では、第３の実施の形態と同様に３本の伝熱管２００Ｄ１，２００Ｄ２を冷却プレート１５Ｄのｚ（高さ）方向に並べて設置しているが、伝熱管２００Ｄ１と伝熱管２００Ｄ２とで半ピッチだけｙ（長さ）方向にずれた状態で配置されている。換言すれば、符号９０で示す領域のように小径管２０２Ｄと大径管２０１Ｄの位相がｚ（高さ）方向にずれて配置されている。
【００６９】
第４の実施の形態では、伝熱管を複数本設置するとともに、冷媒の流速が増速して管内の熱伝達が良好になる場所をずらした構造を採用した。これにより、冷却プレート１５Ｄの冷媒の流れ方向であるｙ（長さ）方向の温度バラツキを低減する効果に加えて、冷却プレート１５Ｄのｚ（高さ）方向の温度バラツキをより低減し、冷却プレート１５Ｄの温度分布を全体的により均一にできる。
【００７０】
なお、図２１に示すように、中央の伝熱管２００Ｄ２は、大径管２０１Ｄが冷却プレート１５Ｄの外方に突出するように延在しており、一方の端部から外方に突出する部分が冷媒入口部４０Ｄとされ、他方の端部から外方に突出する部分が冷媒出口部５０Ｄとされている。
【００７１】
−第５の実施の形態−
本発明の第５の実施の形態を図２２を参照して説明する。図２２は、本発明の第５の実施の形態に係る伝熱管２００Ｅの増速部２０２Ｅの断面図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号にＥを付し、相違点を主に説明する。第５の実施の形態では、小径管に代えて、楕円断面を有する増速部２０２Ｅが設けられている。増速部２０２Ｅは、単一径を有する一本の伝熱管２００Ｅを適当な間隔で外方から径方向内側に向かって、上下から挟むようにして、一定外力で機械的に押し潰すことにより扁平状に形成される。なお、押し潰されていない部分は、増速部２０２Ｅの流路断面積よりも大きい流路断面積を有する減速部（不図示）とされる。
【００７２】
このようにして、増速部２０２Ｅと減速部とを冷媒流れ方向に沿って交互に形成することで、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。さらに、第５の実施の形態によれば、スウェージング加工などにより小径管を形成する場合に比べて、製作に手間がかからずコストを低減できる。
【００７３】
−第６の実施の形態−
本発明の第６の実施の形態を図２３を参照して説明する。図２３は、本発明の第６の実施の形態に係る伝熱管２００Ｆの増速部２０２Ｆの断面図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号にＦを付し、相違点を主に説明する。
【００７４】
第６の実施の形態では、伝熱管２００Ｆの断面は四隅が丸みを帯びた四角形とされている。第６の実施の形態では、単一断面積を有する一本の伝熱管を適当な間隔で外方から挟むようにして押し潰すことで増速部２０２Ｆが形成され、押し潰されていない部分は減速部（不図示）とされる。
【００７５】
このように、流路断面が略四角形であっても、上記した第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００７６】
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を前述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）上述の実施の形態では、伝熱管を直線上に配置する構成としたが、本発明はこれに限定されない。図２４に示すように、冷媒を１回あるいは複数回Ｕターンさせるように折り返し部５９を設けた伝熱管２００Ｇを冷却プレート１５Ｇに内蔵してもよい。このような構成であっても、冷媒の流れに沿って大径管２０１Ｇと小径管２０２Ｇとが交互に設けられているため、温度境界層の発達を抑制できる。
【００７７】
（２）上述の実施の形態では、伝熱管を冷却プレートに内蔵する構成としたが本発明はこれに限定されない。図２５に示すように、伝熱管を設けずに、鋳造などにより冷却プレート１５Ｈの内部に流路断面積の大きい減速部２０１Ｈと流路断面積の小さい増速部２０２Ｈとを設けることとしてもよい。なお、冷媒入口部４０Ｈおよび冷媒出口部５０Ｈは、冷却プレート１５Ｈの外方に突出することなく冷却プレート１５Ｈの内部に形成されている。この場合、連結パイプの接続部が冷媒入口部４０Ｈや冷媒出口部５０Ｈに嵌入固定される。
【００７８】
（３）冷却プレートに対する電池セル１０の配置レイアウトは、上述の実施の形態（図３参照）に限定されない。たとえば、図２６に示すように、複数の電池セル１０は、冷却プレート１５Ｊのｙ（長さ）方向に沿って１列に配置してもよい。なお、図２６では、各電池セル１０は、上述の実施の形態（図３参照）の場合とは、９０°異なる向きに配置されている。つまり、上述の実施の形態では、冷却プレートに角形の電池セルを３個×４段で配設したが、本発明はこのような構造に限定されることなく、冷却プレートを介して角形の電池セルあるいは円筒形の電池セル等を種々のレイアウトで配列することができる。
【００７９】
（４）上述の実施の形態では、大径管と小径管とを交互に設けることとしたが、本発明はこれに限定されない。図２７に示すように、冷却プレート１５Ｋに小径管２０２Ｋの内径ｄ１よりも大きく、かつ、大径管２０１Ｋの内径ｄ２よりも小さい内径ｄ３を有する中径管２０３Ｋをさらに設けることとしてもよい。これにより、小径管２０２Ｋ、中径管２０３Ｋ、大径管２０１Ｋを適宜組み合わせて、増速と減速を繰り返し行わせてもよい。ここで、小径管２０２Ｋから中径管２０３Ｋに冷媒が流入する場合、中径管２０３Ｋにおいて冷媒は減速するため、中径管２０３Ｋは減速部として機能し、大径管２０１Ｋから中径管２０３Ｋに冷媒が流入する場合、中径管２０３Ｋにおいて冷媒は増速するため、中径管２０３Ｋは増速部として機能する。さらに、３種類の管だけでなく、４種類以上の管を組み合わせて、冷媒を増速あるいは減速させることもできる。
【００８０】
（５）上述の実施の形態では、冷却プレートの冷媒入口部および冷媒出口部は減速部あるいは増速部の断面形状と同一にしたが、本発明はこれに限定されない。冷媒入口部および冷媒出口部は減速部や増速部とは異なる断面形状とすることができる。
【００８１】
（６）本発明は、伝熱管の断面形状を円形や四角形とする場合に限定されない。伝熱管の断面は、三角形や五角形以上の多角形、ならびに、円形や楕円を除く曲線断面など種々の形状とすることができる。
【００８２】
（７）上述の実施の形態では、電池セルとしてリチウムイオン二次電池を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、電池セルとしてニッケル水素電池セル、ニッケルカドミウム電池セルなど、他の二次電池を用いることができる。
【００８３】
（８）冷媒はエチレングリコール水溶液に限定されない。水やエタノールなど、種々の冷媒を採用できる。冷却プレートおよび伝熱管の材質、形状は冷媒の性質に応じて設計される。
【００８４】
（９）上述の実施の形態では、端子カバー２５をエンドプレート２１側に引き寄せる弾性部材としてクリップ３０を用いた構造を採用したが本発明はこれに限定されない。クリップ３０以外の弾性部材を用いることができる。たとえば、端子カバー２５とエンドプレート２１間に引っ張りばねを張架してもよいし、カバー２８をエンドプレート２１に固定し、カバー２８に端子カバー２５を付勢する圧縮ばね、板ばね、皿ばね等を取り付けるようにしてもよい。
弾性部材を用いる構造ではなく、締結部材により端子カバー２５をエンドプレート２１側に押し付ける構造としてもよい。
【００８５】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００８６】
１ 電池モジュール、１０ 電池セル、１４ 冷媒流路、１５Ａ 冷却プレート，１５Ｂ 冷却プレート，１５Ｃ 冷却プレート，１５Ｄ 冷却プレート，１５Ｇ 冷却プレート，１５Ｈ 冷却プレート，１５Ｊ 冷却プレート，１５Ｋ 冷却プレート、１６ 熱伝導性部材、２６ バスバー、４０Ａ 冷媒入口部，４０Ｄ 冷媒入口部，４０Ｈ 冷媒入口部、５０Ａ 冷媒出口部，５０Ｄ 冷媒出口部，５０Ｈ 冷媒出口部、５１ａ 連結パイプ，５１ｂ 連結パイプ、５２ 分岐パイプブロック、５３ 合流パイプブロック、５４ 冷媒入口パイプ、５５ 冷媒出口パイプ、５９ 折り返し部、１００ 電源装置、２００Ａ 伝熱管，２００Ｂ 伝熱管，２００Ｃ 伝熱管，２００Ｄ１ 伝熱管，２００Ｄ２ 伝熱管，２００Ｅ 伝熱管，２００Ｆ 伝熱管，２００Ｇ 伝熱管，２００Ｐ 伝熱管、２０１Ａ 大径管，２０１Ｂ 大径管，２０１Ｃ 大径管，２０１Ｄ 大径管，２０１Ｇ 大径管，２０１Ｋ 大径管、２０１Ｈ 減速部、２０２Ａ 小径管，２０２Ｂ 小径管，２０２Ｃ 小径管，２０２Ｄ 小径管，２０２Ｇ 小径管，２０２Ｋ 小径管、２０２Ｅ 増速部，２０２Ｆ 増速部，２０２Ｈ 増速部、２０３Ｋ 中径管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の充放電可能な電池セルを接続して構成される電池モジュールに関するものであり、特に電池モジュールの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車、電気自動車等に搭載される電池モジュールは、たとえば、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、ニッケルカドミウム電池セル等の多数の二次電池を組み合わせて構成される。電池モジュールの充放電電流は一般的に大きく、電池セルの発熱量も大きくなり、その結果電池セル自体の温度上昇も大きくなる。電池セルの温度上昇は電池寿命の観点からできるだけ小さくし、速やかに冷却する必要がある。
【０００３】
電池セルを速やかに冷却する方法として、冷媒を用いる方法がある。冷媒の流路を有する冷却プレートの一面に絶縁シートを介して複数の電池セルを冷却可能に結合して配列し、冷却プレートに冷媒を供給して電池セルを冷却する方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０-６２１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されている冷媒流路では冷媒の流れが一様であるため、冷媒の流れに沿って温度境界層が発達する。温度境界層は、熱伝達に対して抵抗要素となるため、下流側ほど冷媒と伝熱管との間の熱伝達が阻害される。したがって、特許文献１に記載されている冷却プレートの表面温度は、冷媒の流れ方向に沿って下流側ほど高くなり、冷却プレートの表面に配置される複数の電池セルのそれぞれを均一に冷却することができるものではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、内部に冷媒を流通する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セルとを備え、冷媒流路は、冷媒を減速する減速部および冷媒を増速する増速部が複数形成され、減速部の流路断面積は減速部の流入側の冷媒流路断面積に比べて大きく、増速部の流路断面積は増速部の流入側の冷媒流路断面積に比べて小さいことを特徴とする電池モジュールである。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電池モジュールにおいて、減速部の流路断面積は増速部の流路断面積に比べて大きく、減速部と増速部は冷媒の流れ方向に沿って交互に設けられていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の電池モジュールにおいて、冷媒流路は、冷却プレートに内蔵される伝熱管により形成されていることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、減速部と増速部との間において、減速部から冷媒の流れ方向に向かって、流路断面積が徐々に小さくなる断面積縮小部が設けられ、増速部と減速部との間において、増速部から冷媒の流れ方向に向かって、流路断面積が徐々に大きくなる断面積拡大部が設けられていることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、冷媒流路が複数設けられ、複数の冷媒流路は相互に平行に配置されていることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、冷媒流路の断面形状は円形とされていることを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、冷媒流路の断面形状は多角形とされていることを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、増速部は、伝熱管を外方から機械的に押し潰すことにより形成されていることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、複数の電池セルは、冷媒の流れ方向に沿って配列されていることを特徴とする。
請求項１０に係る発明は、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電池モジュールを複数個有し、冷媒を冷却する冷却システムを備え、冷却システムによって冷却した冷媒を分岐して各電池モジュールの冷却プレートの冷媒流路に供給し、各電池モジュールの冷却プレートの冷媒流路から排出される冷媒を合流して冷却システムに回収することを特徴とする電源装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、伝熱管内の冷媒を繰り返し増速・減速させることで、温度境界層が発達することを抑制できる。これにより、冷却プレートの流れ方向の温度分布の均一化を促進し、冷却プレートに熱的に接触している複数の電池セルの温度を均一にすることができるため、各電池セルの充放電量や寿命のバラツキを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電池モジュールを示す分解斜視図。
【図２】図１に図示された電池モジュールの正面図。
【図３】図１に図示された電池モジュールの冷却構造を説明するための斜視図。
【図４】図１に図示された電池モジュールを構成する冷却プレートの正面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線切断断面図。
【図６】本発明の電池モジュールに用いられる電池セルの一例を示す外観斜視図。
【図７】図６に図示された電池セルの分解斜視図。
【図８】図７に図示された電池セルに用いられる捲回型充放電要素群の斜視図。
【図９】図１に図示された電池モジュールにおいて、冷却プレートと電池セルとの熱伝導可能な結合構造を示す斜視図。
【図１０】図９に図示された電池モジュールの平面図。
【図１１】図１に図示された電池モジュールにおけるバスバーの取付構造を示す拡大斜視図。
【図１２】図１に図示された電池モジュールのカバーを外した状態の側面図。
【図１３】図１に図示された電池モジュールにおいて、電池セルを冷却プレートに押付けるためのクリップの外観斜視図。
【図１４】本発明の電源装置の一実施形態を示す斜視図。
【図１５】図１４に図示された電源装置の電気的な接続状態を示す図。
【図１６】図１４に図示された電源装置の内部のレイアウトを示す平面図。
【図１７】従来例に係る冷却プレートの断面図。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る冷却プレートの断面図。
【図１９】本発明の第１および第２の実施の形態および従来例に係る冷却プレートの温度バラツキに関する解析結果を示す図。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る冷却プレートの断面図。
【図２１】本発明の第４の実施の形態に係る冷却プレートの断面図。
【図２２】本発明の第５の実施の形態に係る伝熱管の増速部の断面図。
【図２３】本発明の第６の実施の形態に係る伝熱管の増速部の断面図。
【図２４】本発明の第１の変形例に係る冷却プレートの断面図。
【図２５】本発明の第２の変形例に係る冷却プレートの断面図。
【図２６】本発明の第３の変形例に係る電池モジュールの冷却構造を示す図。
【図２７】本発明の第４の変形例に係る冷却プレートの断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
−第１の実施の形態−
以下、図面を参照して本発明による電池モジュールおよび電源装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電池モジュール１の分解斜視図であり、図２は、図１の電池モジュールを前方からみた正面図である。ただし、図２においては、後述するカバー２８が省略されている。
【００１０】
電池モジュール１は、多数の電池セル１０を有する。図示するように奥行き方向をｘ方向、長さ方向をy方向、高さ方向をｚ方向とする。電池モジュール１のｘ（奥行き）方向のほぼ中央部には、冷却プレート１５Ａが配置されている。冷却プレート１５Ａは、その正面が、ｚ（高さ）方向がｘ（奥行き）方向より大きく、その側面が、ｙ（長さ）方向に長く延出された平板形状を有する。電池セル１０は、冷却プレート１５Ａの一面（表面）および一面に対向する厚さ方向の他面（裏面）に沿って、図示するように、ｙ（長さ）方向に３個、ｚ（高さ）方向に４段で配列されている。
【００１１】
各段の電池セル１０の間には、セル分割プレート２０が介装されている。最上段の電池セル１０の上部には、ｘ−ｙ面に配列された最上段の電池セル１０全体を覆うエンドプレート２１が配置されている。最下段の電池セル１０の下部には、ｘ−ｙ面に配列された最下段の電池セル１０全体を覆うエンドプレート２１が配置されている。各エンドプレート２１のｙ（長さ）方向に沿う両側部には、ｚ（高さ）方向に屈曲された屈曲部２１ａが形成されている。
【００１２】
３個×４段に配列された電池セル１０のｘ（奥行き）方向における外側には、全ての電池セル１０の側面（ｙ−ｚ面）を覆う端子カバー２５が配置されている。各端子カバー２５のｘ（奥行き）方向の外側にはカバー２８が配置されている。
【００１３】
図３は電池モジュールの冷却構造を説明するための斜視図であり、図４は冷却プレート１５Ａを前方からみた正面図であり、図５は図４のＶ−Ｖ線切断断面図である。
図３〜図５に示すように、冷却プレート１５Ａは、冷却ブロック１５０と伝熱管２００Ａとから構成されている。冷却ブロック１５０は、アルミダイキャスト、アルミニウム、マグネシウム等の金属、または熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の絶縁樹脂により形成されている。伝熱管２００Ａは、内部にエチレングリコール水溶液などの冷媒を流通する円形断面の冷媒流路を形成している。伝熱管２００Ａは、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス等の金属、または熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の絶縁樹脂により形成されている。
【００１４】
伝熱管２００Ａを冷却ブロック１５０に固定して冷却プレート１５Ａを形成するには、たとえば、伝熱管２００Ａに冷却ブロック１５０を鋳造またはモールドして形成する。本実施の形態に係る伝熱管２００Ａは、管内を通過する冷媒に減速と増速とを繰り返し行わせる構成とされる。伝熱管２００Ａの具体的な構成については後述する。
【００１５】
電池セル１０は、たとえば、角形リチウムイオン二次電池である。図６は電池セル１０の外観斜視図であり、図７は図６に示された電池セル１０の分解斜視図であり、図８は電池セル１０を構成する捲回型充放電要素群１２０の斜視図である。
電池セル１０は、一面が開口した有底直方体状の電池缶１１４内に絶縁ケース１１３を介して扁平状の捲回型充放電要素群１２０を収納し、電池缶１１４の開口部１１４Ａを電池蓋１０３によって封止した構造を有する。電池缶１１４と電池蓋１０３によって容器外装が構成される。電池蓋１０３には、内側から正極出力部１０８および負極出力部１０７が突設されている。正極出力部１０８および負極出力部１０７は、容器外装の表面に設けられた正・負極外部端子である。正極出力部１０８および負極出力部１０７は、捲回型充放電要素群１２０で発電した電力を外部に出力し、外部で発電した電力を捲回型充放電要素群１２０に充電するための端子であり、後述する正極集電体１０６および負極集電体１０５のそれぞれに一体的に形成されている。
【００１６】
電池缶１１４は金属製であり、深絞り法により開口部の短辺の寸法より深さ寸法が大きく形成されている。電池缶１１４は、面積の大きな幅広側面１１４Ｗと、面積の小さい幅狭側面１１４Ｎと、容器底面である底面（缶底面）１１４Ｂとで形成された扁平容器であり、上面に開口部１１４Ａを有する。電池蓋１０３は、レーザービーム溶接法により電池缶１１４の開口部１１４Ａに固着されている。電池蓋１０３には、両端部の正極出力部１０８および負極出力部１０７のそれぞれが挿通される開口部１０３ａ，１０３ｂが形成されている。電池蓋１０３には注液口（図示省略）が設けられ、注液口から電池缶１１４内に電解液が注入された後に、注液口はレーザービーム溶接により封止される。
【００１７】
図８に示すように、捲回型充放電要素群１２０は、正極箔ＡＦに正極活物質合剤１２３を塗布した正極板１２２および負極箔ＣＦに負極活物質合剤１２５を塗布した負極板１２４を、セパレータ１２１を介して捲回して断面長円状に形成したものである。正極板１２２には、正極活物質合剤１２３が塗布されずに正極箔ＡＦが露出した未塗工部１２２Ａが正極接続部として形成されている。負極板１２４には、負極活物質合剤１２５が塗布されずに負極箔ＣＦが露出した未塗工部１２４Ａが負極接続部として形成されている。未塗工部１２２Ａ，１２４Ａは、捲回型充放電要素群１２０の幅方向の両端部に配置され、それぞれ、電池缶１１４の両幅狭側面１１４Ｎに沿って延在している。
【００１８】
電池セル１０がリチウムイオン電池の場合、正極箔ＡＦおよび負極箔ＣＦとしては、それぞれ、アルミニウム、銅が用いられ、活物質合剤としては、たとえば、正極としてコバルト酸リチウム、負極としてグラファイトが用いられる。正極集電体１０６および負極集電体１０５は、正極箔ＡＦおよび負極箔ＣＦと同一材料によって形成される。
【００１９】
正極板１２２の未塗工部１２２Ａには、正極集電体１０６が接続されている。負極板１２４の未塗工部１２４Ａには、負極集電体１０５が接続されている。正極出力部１０８は正極集電体１０６に一体的に設けられている。負極出力部１０７は負極集電体１０５に一体的に設けられている。
正極集電体１０６および負極集電体１０５は、それぞれ略Ｌ字形状に形成され、電池蓋１０３に固定されている。
【００２０】
正極集電体１０６および負極集電体１０５は、それぞれアルミニウム板および銅板のプレス加工によって一体的に形成されている。正極集電体１０６および負極集電体１０５は、電池蓋１０３の内面に沿って、電池缶１１４の幅狭側面１１４Ｎ内面近傍にまで延びる平板状の装着部１６１，１５１を備えている。正極出力部１０８および負極出力部１０７は、円柱形状の部材であって、それぞれ装着部１６１，１５１にかしめ固定されている。正極出力部１０８および負極出力部１０７には、それぞれおねじが形成されており、後述するバスバー２６がナットにより接続される。
【００２１】
正極集電体１０６および負極集電体１０５は、装着部１６１，１５１の端部から略直角方向に電池缶１１４の幅狭側面１１４Ｎに沿って底面に延びる接続部１６２，１５２を備えている。接続部１６２，１５２は、正極板１２２および負極板１２４の未塗工部１２２Ａ，１２４Ａにそれぞれ沿って延設されている。接続部１６２，１５２には、正極板１２２および負極板１２４の未塗工部１２２Ａ，１２４Ａと対向配置される正・負極充放電要素接続部１６３，１５３が設けられている。正・負極充放電要素接続部１６３，１５３は、幅狭側面１１４Ｎに平行に延設されている接続部１６２，１５２から、幅広側面１１４Ｗに沿って直角に折り曲げられて形成されている。正・負極充放電要素接続部１６３，１５３は未塗工部１２２Ａ，１２４Ａに超音波溶接にて接合されている。
【００２２】
図９は冷却プレート１５Ａと電池セル１０との熱伝導可能な結合構造を示す斜視図であり、図１０は図９に示された構造を上方からみた平面図である。冷却プレート１５Ａの表裏面のそれぞれにおける各電池セル１０が取り付けられる箇所には、側面がＬ字形状の電池セル取付板１７が取り付けられている。電池セル取付板１７は各電池セル１０の底面（缶底面）１１４Ｂと幅狭側面１１４Ｎとが隣接するコーナー部に取り付けられ、１個の電池セル１０のｙ方向の長さの間隔をおいて線対称に設けられている。電池セル取付板１７のｚ方向の高さは、４段の電池セル１０を、各段の電池セル１０間にセル分割プレート２０を介装して保持できる寸法とされている。電池セル取付板１７は、冷却プレート１５Ａの表面側および裏面側に三対ずつ配置され、３個×４段に配列された電池セル１０を保持する。電池セル取付板１７は、絶縁性の樹脂材料で形成され、冷却プレート１５Ａの表面または裏面から電池セル１０の底面１１４Ｂとの間に隙間ｔ１を形成する（図１０参照）。
【００２３】
各電池セル取付板１７の板厚分の隙間、すなわち、電池セル１０の底面１１４Ｂと冷却プレート１５Ａの表面（または裏面）との間には、熱伝導性部材１６が介装されている。熱伝導性部材１６は、電池セル１０を取り付ける前には、図１０に二点鎖線で示すように、厚さｔ２を有している。したがって、電池セル１０を取り付けた状態では、熱伝導性部材１６は、圧縮率＝（ｔ２−ｔ１）×１００／ｔ２（％）圧縮されている。これにより、各電池セル１０の底面１１４Ｂと冷却プレート１５Ａの表面（または裏面）とは、確実に、熱伝導可能に結合され、各電池セル１０は、熱伝導により冷却プレート１５Ａによって冷却される。熱伝導性部材１６が永久歪を生じないように圧縮率を管理する必要があるが、本実施形態によれば、熱伝導性部材１６の圧縮後の厚さｔ１は、電池セル取付板１７の板厚によって決定されるので、この管理が大変容易となる。
【００２４】
熱伝導性部材１６としては、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の絶縁性熱伝導性シートを用いることができる。電池セル１０の底面１１４Ｂが絶縁性樹脂で覆われている場合には、熱伝導性部材１６として、金属製の材料を用いることもできる。
【００２５】
電池セル１０の電池缶１１４には、正極集電体１０６または負極集電体１０５は接続されてはいない。しかし、電池缶１１４に注入されている電解液を介して正極側および負極側の電位が印加されており、各電池セル１０の電池缶１１４は、正極および負極とは異なる電位を有している。したがって、電池缶１１４同士が電気的に接続されると短絡が生じる。
本実施の形態においては、冷却プレート１５Ａと電池セル１０との間に、熱伝導性部材１６および電池セル取付板１７が介装されており、冷却プレート１５Ａと電池セル１０とが直接接触していないので、冷却プレート１５Ａに結露が発生した場合においても、電池セル１０が相互に短絡することはなく信頼性を確保することができる。
【００２６】
電池セル１０の幅広側面１１４Ｗが、絶縁材料で被覆されている場合、セル分割プレート２０およびエンドプレート２１の材料として、アルミニウム、アルミダイカスト、銅、鉄等の熱伝導性の高い材料を用いることができる。電池セル１０の幅広側面１１４Ｗが絶縁材料で被覆されていない場合、セル分割プレート２０およびエンドプレート２１の材料として、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ＰＰＳ、ＰＰＡ、ＰＢＴ等あるいは高熱伝導性樹脂を用いることができる。
【００２７】
図１において、各端子カバー２５の外面側にはバスバー２６が取り付けられている。図１１は、バスバー２６の取付構造を示す拡大斜視図である。バスバー２６は、各電池セル１０の正極出力部１０８および負極出力部１０７に接触した状態で端子カバー２５にナット２７により固定される。ナット２７として、たとえば、スカートナット、皿ばね付きナットを用いることができる。あるいは、ナットと皿ワッシャ等を組み合わせて用いてもよい。
図１２は、電池モジュール１のカバー２８を外した状態の側面図であって、バスバー２６により、３個×４段の電池セル１０を全て直列に接続した状態を示す図である。
【００２８】
図１２において、最上段の左端の電池セル１０の負極出力部１０７と、上から二段目の左端の電池セル１０の正極出力部１０８がバスバー２６により接続されている。上から二段目の右端の電池セル１０の負極出力部１０７と上から三段目の右端の電池セル１０の正極出力部１０８がバスバー２６により接続されている。上から三段目の左端の電池セル１０の負極出力部１０７と最下段の左端の電池セル１０の正極出力部１０８がバスバー２６により接続されている。それ以外の中間に位置する電池セル１０の負極出力部１０７と正極出力部１０８はバスバー２６により接続されている。これにより、３個×４段の電池セル１０は全てが直列に接続されている。したがって、最上段の右端の電池セル１０の正極出力部１０８と最下段の右端の負極出力部１０７間には、１２個の電池セル１０を直列に接続した電位差が生じている。
【００２９】
カバー２８は、図１に示すように、冷却プレート１５Ａの表面側および裏面側に配置された全ての電池セル１０をバスバー２６により直列に接続した状態で、各端子カバー２５の外側に配置される。カバー２８は、導電性の異物、たとえば、水、埃、油分等、あるいは複合材料等の侵入を防止するためのものであり、端子カバー２５の外側の側面全体を覆うように取り付けられる。ただし、カバー２８は、必ずしも必要とされるものではない。
【００３０】
図２に図示されるように、バスバー２６により電池セル１０が直列に接続された状態で、端子カバー２５は、弾性部材からなるクリップ３０により、エンドプレート２１に連結される。
図１３は、クリップ３０の外観斜視図である。クリップ３０は、金属板をプレス加工することにより形成される。クリップ３０の基部３１の両側部には、外方に開放可能な可撓部３２が形成されている。各可撓部３２は基部３１側の側面がＶ字形状の支持部３２ａと、支持部３２ａから傾斜して外方に開放される嵌合部３２ｂとからなる。
【００３１】
電池モジュール１を組立てるには、冷却プレート１５Ａの表面側および裏面側に、それぞれ、三対の電池セル取付板１７を取り付ける。対となる各電池セル取付板１７の間に熱伝導性部材１６を取り付け、さらに電池セル１０を取り付ける。電池セル１０間にはセル分割プレート２０を介装する。最上段の電池セル１０の上面および最下段の電池セル１０の下面に、それぞれ、エンドプレート２１を配置し、各エンドプレート２１の開口および各セル分割プレート２０の前部および後部に設けられた開口にボルト６を挿通し、ナット２４により固定する（図１参照）。図示はしないが、冷却プレート１５Ａの上面および下面には、ｚ（高さ）方向に平行なボルト取付穴が形成されており、エンドプレート２１にはボルト挿通開口が設けられている。ボルト６およびナット２４によりエンドプレート２１を取り付けた後、エンドプレート２１のボルト挿通開口にボルト２２を挿通して、冷却プレートのボルト取付穴にボルト２２を固定する（図２参照）。ただし、ボルト２２およびナット２４による固定は仮固定である。
【００３２】
電池セル１０およびセル分割プレート２０の側面を覆って端子カバー２５を取り付け、バスバー２６により各電池セル１０を接続する。クリップ３０により、端子カバー２５をエンドプレート２１に連結する。エンドプレート２１の屈曲部２１ａおよび端子カバー２５の外方側の側面を、クリップ３０の両側部の嵌合部３２ｂ間に位置決めする。クリップ３０を押し込む方向に外力を加えると、クリップ３０は嵌合部３２ｂの傾斜によって外方に開きながら押し込まれる。
【００３３】
クリップ３０が押し込まれると、クリップ３０の弾性力により、端子カバー２５がエンドプレート２１側に移動する。これにより、各電池セル１０の底面１１４Ｂが熱伝導性部材１６を圧縮する。このようにして、各電池セル１０の底面１１４Ｂと冷却プレート１５Ａとが確実に熱伝導可能な状態の結合構造が形成される。
この状態で、ボルト２２およびナット２４を本締めすることにより、図２に図示される電池モジュール１が完成する。
【００３４】
図１４は電源装置１００の斜視図であり、図１５は電源装置１００内における各電池モジュール１の電気的な接続状態を示す図である。図１６は電源装置１００の内部のレイアウトを示す平面図である。
【００３５】
図１４に示すように、電源装置１００は複数（図１４においては３個）の電池モジュール１が、バッテリコントロールユニット２、バッテリ補機デバイス３および分解時電流遮断ユニット４に接続された状態でバッテリケース５に収容されている。バッテリケース５の上方から、バッテリカバー７がねじ８により固定される。バッテリカバー７は、外部から導電性異物、たとえば、水、埃、化学薬品等が侵入するのを防止する。各電池モジュール１は、図１５に図示されるように、高電圧線９により直列に接続されている。
【００３６】
図１６に示すように、バッテリケース５の一方の側板には冷媒入口パイプ５４が配設され、バッテリケース５の他方の側板には冷媒出口パイプ５５が配設されている。冷媒入口パイプ５４は、バッテリケース５内に設けられる分岐パイプブロック５２に接続され、冷媒出口パイプ５５は、バッテリケース５内に設けられる合流パイプブロック５３に接続されている。
【００３７】
各電池モジュール１の冷却プレート１５Ａに内蔵されている伝熱管２００Ａは、冷却プレート１５Ａから外方に向かって突出する冷媒入口部４０Ａおよび冷媒出口部５０Ａを有し、冷媒入口部４０Ａおよび冷媒出口部５０Ａのそれぞれにはゴム製の連結パイプ５１ａ，５１ｂが接続されている。
【００３８】
３つの電池モジュール１の冷媒入口部４０Ａに接続された連結パイプ５１ａは、それぞれ分岐パイプブロック５２に接続され、３つの電池モジュール１の冷媒出口部５０Ａに接続された連結パイプ５１ｂは、それぞれ合流パイプブロック５３に接続されている。
【００３９】
図示はしないが、冷却ファン、ラジエータ、コンプレッサ等を備えた冷却システムから供給される冷媒は、入口側の分岐パイプブロック５２により分岐され、各連結パイプ５１ａに均等に配分されて、各電池モジュール１の冷却プレート１５Ａの冷媒入口部４０Ａから冷媒流路１４に供給される。各電池モジュール１を構成する複数の電池セル１０を冷却し、冷媒出口部５０Ａから排出された冷媒は、出口側の合流パイプブロック５３で合流され、冷却システムに回収され、冷却システムによって冷却される。
【００４０】
本実施の形態に係る冷却プレート１５Ａに内蔵される伝熱管２００Ａの構成について詳しく説明する。図５に示すように、冷却プレート１５Ａに内蔵される伝熱管２００Ａは、円管であって、管内径ｄ２の大径管２０１Ａおよび管内径ｄ１の小径管２０２Ａを複数有している（管内径：ｄ２＞ｄ１）。大径管２０１Ａと小径管２０２Ａは冷媒の流れ方向に沿って交互に設けられている。
【００４１】
小径管２０２Ａと大径管２０１Ａとの間には、小径管２０２Ａから冷媒の流れ方向に向かって、内径が徐々に大きくなる、すなわち流路断面積が徐々に大きくなる広がり管２０３が設けられている。大径管２０１Ａと小径管２０２Ａとの間には、大径管２０１Ａから冷媒の流れ方向に向かって、内径が徐々に小さくなる、すなわち流路断面積が徐々に小さくなる狭まり管２０４が設けられている。
【００４２】
伝熱管２００Ａは、大径管２０１Ａ、小径管２０２Ａ、広がり管２０３および狭まり管２０４を別々に製作し、各管を溶接により接合することで形成されている。なお、小径管２０２Ａはスウェージング加工で形成し、大径管２０１Ａはバルジ加工により膨らませることで形成してもよい。
【００４３】
図５を参照して、伝熱管２００Ａ内の冷媒の流れを説明する。
冷媒入口部４０Ａに供給された冷媒は、小径管２０２Ａ内を流れ、広がり管２０３を介して大径管２０１Ａに流入する。大径管２０１Ａの流路断面積は、大径管２０１Ａの流入側に配置される小径管２０２Ａの流路断面積に比べて大きい。したがって、大径管２０１Ａ内を流れる冷媒は、小径管２０２Ａ内を流れる冷媒に比べて流速が遅い。つまり、小径管２０２Ａから大径管２０１Ａに向かって流れる冷媒は、大径管２０１Ａで流速が減速する。
【００４４】
大径管２０１Ａ内を流れた冷媒は、狭まり管２０４を介して小径管２０２Ａに流入する。小径管２０２Ａの流路断面積は、小径管２０２Ａの流入側に配置される大径管２０１Ａの流路断面積に比べて小さいため、小径管２０２Ａ内を流れる冷媒は、大径管２０１Ａ内を流れる冷媒に比べて流速が速い。つまり、大径管２０１Ａから小径管２０２Ａに向かって流れる冷媒は、小径管２０２Ａで流速が増速する。
【００４５】
したがって、複数の小径管２０２Ａと大径管２０１Ａとが交互に配置されてなる伝熱管２００Ａを流れる冷媒は、減速および増速を交互に繰り返しながら流れ、冷却プレート１５Ａ全体を冷却し、冷媒出口部５０Ａから排出される。
【００４６】
このように、伝熱管２００Ａ内を流れる冷媒は、減速と増速とが交互に繰り返し行われるため、温度境界層の発達が抑制される。これに対して、図１７に示すように、従来の伝熱管２００Ｐは、冷媒入口部から冷媒出口部にかけて同一の内径ｄ１とされていたため、温度境界層が流れに沿って発達する。温度境界層は、熱伝達に対して抵抗要素となるため、下流側ほど冷媒と伝熱管２００Ｐとの間の熱伝達が阻害される。したがって、従来の冷却プレート１５Ｐの表面温度は、冷媒の流れ方向に沿って下流側ほど高く、冷却プレート１５Ｐに並置される複数の電池セル（不図示）のそれぞれを均一に冷却できない。
【００４７】
本実施の形態では、図５に示すように、大径管２０１Ａ内を通過した冷媒は、小径管２０２Ａに流入することで増速するため、小径管２０２Ａ内での熱伝達が向上する。逆に、大径管２０１Ａでは流速が減速するので、大径管２０１Ａ内での熱伝達が悪くなるおそれがあるが、大径管２０１Ａの外径を適当な大きさにする、すなわち伝熱面積を大きくすることで、その課題を補うことができる。大径管２０１Ａの伝熱面積を大きくすることで、小径管２０２Ａを介して冷媒に伝わる熱量と、大径管２０１Ａを介して冷媒に伝わる熱量とをほぼ等しくすることができるため、冷却プレート１５Ａを流れ方向に沿って均一に冷却できる。
【００４８】
以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）伝熱管２００Ａにより形成される冷媒流路１４を流れる冷媒を減速させる大径管２０１Ａと、大径管２０１Ａにより減速された冷媒を増速させる小径管２０２Ａとを交互に設けた。これにより、冷媒の流れに沿って温度境界層が発達することを抑制し、冷媒と冷却プレート１５Ａとの間の熱伝達を向上することができる。
【００４９】
（２）（１）により、冷却プレート１５Ａの流れ方向の温度分布の均一化が促進されるため、冷却プレート１５Ａに熱的に接触している複数の電池セル１０のそれぞれを均等に冷却して、各電池セル１０の温度を均一にすることができる。その結果、各電池セル１０の充放電量や寿命のバラツキが低減された信頼性の高い電池モジュール１を提供できる。
【００５０】
（３）（１）により、冷却性能が向上するため、電池セル１０を密に配設することができ、電池モジュール１のコンパクト化を図ることができる。
【００５１】
（４）大径管２０１Ａと小径管２０２Ａとの間に、広がり管２０３および狭まり管２０４を設けているため、伝熱管内壁で流れがはく離することを防止して、効率的に冷却プレート１５Ａを冷却することができる。さらに、圧力損失の低減を図ることもできる。
【００５２】
（５）本実施の形態では、冷却プレート１５Ａの表面側および裏面側に電池セル１０を冷媒の流れ方向であるｙ（長さ）方向に沿って３個配列し、電池セル１０をｚ（高さ）方向にセル分割プレート２０を介装して４段に積層した。複数の電池セル１０を冷媒の流れ方向に沿って配列することで、冷媒の流れ方向に沿って配列される各電池セル１０の温度の均一化を図るとともに、電池モジュール全体の小型化を図ることができる。
【００５３】
（６）電池セル１０を、絶縁性を有する熱伝導性部材１６を介装して冷却プレート１５Ａに熱的に結合するので、電池セル１０相互の短絡を防止することができる。
【００５４】
（７）冷却システムにより冷却した冷媒を分岐パイプブロック５２により３つの電池モジュール１に均等に分配し、各電池モジュール１からの冷媒を合流パイプブロック５３により合流して冷却システムに回収する構成としたため、複数の電池モジュール１を効率よく冷却できる電源装置１００を提供することができる。
【００５５】
−第２の実施の形態−
本発明の第２の実施の形態を図１８を参照して説明する。図１８は、本発明の第２の実施の形態に係る冷却プレート１５Ｂの断面図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号にＢを付し、相違点を主に説明する。第２の実施の形態に係る伝熱管２００Ｂは、第１の実施の形態と同様に大径管２０１Ｂおよび小径管２０２Ｂが交互に配列されている。しかしながら、第２の実施の形態に係る伝熱管２００Ｂは、大径管２０１Ｂと小径管２０２Ｂとの間に広がり管や狭まり管が介装されていない。
【００５６】
小径管２０２Ｂの長さＬ１と大径管２０１Ｂの長さＬ２とは、圧力損失や熱伝達の観点から、あるいは製作上の観点から適宜設定される。たとえば、バルジ加工などの拡管を実施するときに、製作上、大径管２０１Ｂの長さＬ２を十分に確保できない場合には、大径管２０１Ｂの長さＬ２は、小径管２０２Ｂの長さＬ１よりも短く設定される（Ｌ２＜Ｌ１）。伝熱管２００Ｂ内の圧力損失の低減を図る場合には、大径管２０１Ｂの長さＬ２を小径管２０２Ｂの長さＬ１と同じか、それ以上に設定される（Ｌ２≧Ｌ１）。
【００５７】
第２の実施の形態によれば、小径管２０２Ｂから大径管２０１Ｂに冷媒が流入するときに、流れが管内壁から剥離して噴流となって、速度の小さい大径管２０１Ｂ内の流れに衝突し、うずを形成する。さらに、大径管２０１Ｂから小径管２０２Ｂに流入した冷媒は、小径管２０２Ｂの入口端部（角部）より流れがはく離する。したがって、小径管２０２Ｂと大径管２０１Ｂとの接続部では熱伝達が若干悪くなる。しかしながら、第２の実施の形態によれば、図１７に示したような従来の単純形状の円管の伝熱管２００Ｐに比べて、温度境界層の発達を十分に防ぐ効果がある。
【００５８】
−解析例−
汎用の熱流体解析ソフトを用いて行った解析例を図１９に基づいて説明する。
解析は、第１および第２の実施の形態に係る電池モジュール、および、比較例として冷媒入口部から冷媒出口部まで流路断面積が変化しない従来例に係る冷却プレート１５Ｐ（図１７参照）を備えた電池モジュールに対して適当な充放電パターンで実施した３次元熱解析の結果である。
【００５９】
主な解析条件として、小径管２０２Ａ，２０２Ｂの内径ｄ１＝６ｍｍ、大径管２０１Ａ，２０１Ｂの内径ｄ２＝８ｍｍ、冷媒はエチレングリコール５０％水溶液、冷媒の流量は２Ｌ／ｍｉｎ、冷媒の入口温度は２５℃に設定した。電池モジュールの構成は、図３に示したように冷却プレートの片面に角形の電池セルが３個×４段のレイアウトで配列され、両面で合計４８個設置されているものとした。冷却プレートはアルミダイキャスト製とし、電池セル１個の発熱量は５Ｗ、冷却プレートのｘ方向の厚みは１２ｍｍ、ｚ方向の高さは５０ｍｍ、ｙ方向の長さは３６０ｍｍに設定した。
【００６０】
図１９は、解析結果であり、縦軸は冷却プレートの温度バラツキとした。ここで、冷却プレートの温度バラツキとは、電池セルと熱的に接触する冷却プレートの表面部分の冷媒入口近傍と冷媒出口近傍の温度差を示している。
【００６１】
解析の結果、第１および第２の実施の形態のいずれも従来例と比較して冷却プレートの温度バラツキの低減効果が確認できた。これは、第１および第２の実施の形態によれば、温度境界層の発達を十分に防ぐ効果があり、管内の熱伝達が向上するとともに、冷却プレートの流れ方向の温度分布の均一化が促進されたためである。特に、第１の実施の形態における冷却プレートの温度バラツキが抑えられているのは、広がり管や狭まり管により流れのはく離が防止され、円滑に冷媒が減速と増速とを繰り返しているためである。
【００６２】
以上のとおり、解析の結果、第１および第２の実施の形態のいずれもが、冷却プレートに熱的に接触している複数の電池セルの温度の均一化を促進することができ、各電池セル１０の充放電量・電池寿命のバラツキを低減できる冷却構造を備えた電池モジュールであるということが示された。
【００６３】
−第３の実施の形態−
本発明の第３の実施の形態を図２０を参照して説明する。図２０は、本発明の第３の実施の形態に係る冷却プレート１５Ｃの断面図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号にＣを付し、相違点を主に説明する。
【００６４】
第３の実施の形態では、大径管２０１Ｃと小径管２０２Ｃとを交互に配設してなる伝熱管２００Ｃが冷却プレート１５Ｃのｚ（高さ）方向に３本並べて設置されている。各伝熱管２００Ｃは相互に平行に配置されている。これにより、冷却プレート１５Ｃのｚ（高さ）方向の温度バラツキも低減することができる。なお、伝熱管２００Ｃの本数は、電池セル１０のレイアウト等に応じて適宜設定される。
【００６５】
したがって、第３の実施の形態によれば、冷却プレート１５Ｃの冷媒の流れ方向であるｙ（長さ）方向の温度バラツキを低減する効果に加えて、冷却プレート１５Ｃのｚ（高さ）方向の温度バラツキを低減し、冷却プレート１５Ｃ表面の温度分布を全体的に均一にできる効果がある。
【００６６】
これにより、電池セル１０の配列レイアウトにおいて段数が多い場合であっても、段数に応じて伝熱管２００Ｃの本数を増加させることで、各電池セル１０の温度の均一化を促進することができるため、各電池セル１０の充放電量・電池寿命のバラツキを低減することができる。
【００６７】
−第４の実施の形態−
本発明の第４の実施の形態を図２１を参照して説明する。図２１は、本発明の第４の実施の形態に係る冷却プレート１５Ｄの断面図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号にＤを付し、相違点を主に説明する。
【００６８】
第４の実施の形態では、第３の実施の形態と同様に３本の伝熱管２００Ｄ１，２００Ｄ２を冷却プレート１５Ｄのｚ（高さ）方向に並べて設置しているが、伝熱管２００Ｄ１と伝熱管２００Ｄ２とで半ピッチだけｙ（長さ）方向にずれた状態で配置されている。換言すれば、符号９０で示す領域のように小径管２０２Ｄと大径管２０１Ｄの位相がｚ（高さ）方向にずれて配置されている。
【００６９】
第４の実施の形態では、伝熱管を複数本設置するとともに、冷媒の流速が増速して管内の熱伝達が良好になる場所をずらした構造を採用した。これにより、冷却プレート１５Ｄの冷媒の流れ方向であるｙ（長さ）方向の温度バラツキを低減する効果に加えて、冷却プレート１５Ｄのｚ（高さ）方向の温度バラツキをより低減し、冷却プレート１５Ｄの温度分布を全体的により均一にできる。
【００７０】
なお、図２１に示すように、中央の伝熱管２００Ｄ２は、大径管２０１Ｄが冷却プレート１５Ｄの外方に突出するように延在しており、一方の端部から外方に突出する部分が冷媒入口部４０Ｄとされ、他方の端部から外方に突出する部分が冷媒出口部５０Ｄとされている。
【００７１】
−第５の実施の形態−
本発明の第５の実施の形態を図２２を参照して説明する。図２２は、本発明の第５の実施の形態に係る伝熱管２００Ｅの増速部２０２Ｅの断面図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号にＥを付し、相違点を主に説明する。第５の実施の形態では、小径管に代えて、楕円断面を有する増速部２０２Ｅが設けられている。増速部２０２Ｅは、単一径を有する一本の伝熱管２００Ｅを適当な間隔で外方から径方向内側に向かって、上下から挟むようにして、一定外力で機械的に押し潰すことにより扁平状に形成される。なお、押し潰されていない部分は、増速部２０２Ｅの流路断面積よりも大きい流路断面積を有する減速部（不図示）とされる。
【００７２】
このようにして、増速部２０２Ｅと減速部とを冷媒流れ方向に沿って交互に形成することで、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。さらに、第５の実施の形態によれば、スウェージング加工などにより小径管を形成する場合に比べて、製作に手間がかからずコストを低減できる。
【００７３】
−第６の実施の形態−
本発明の第６の実施の形態を図２３を参照して説明する。図２３は、本発明の第６の実施の形態に係る伝熱管２００Ｆの増速部２０２Ｆの断面図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号にＦを付し、相違点を主に説明する。
【００７４】
第６の実施の形態では、伝熱管２００Ｆの断面は四隅が丸みを帯びた四角形とされている。第６の実施の形態では、単一断面積を有する一本の伝熱管を適当な間隔で外方から挟むようにして押し潰すことで増速部２０２Ｆが形成され、押し潰されていない部分は減速部（不図示）とされる。
【００７５】
このように、流路断面が略四角形であっても、上記した第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００７６】
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を前述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）上述の実施の形態では、伝熱管を直線上に配置する構成としたが、本発明はこれに限定されない。図２４に示すように、冷媒を１回あるいは複数回Ｕターンさせるように折り返し部５９を設けた伝熱管２００Ｇを冷却プレート１５Ｇに内蔵してもよい。このような構成であっても、冷媒の流れに沿って大径管２０１Ｇと小径管２０２Ｇとが交互に設けられているため、温度境界層の発達を抑制できる。
【００７７】
（２）上述の実施の形態では、伝熱管を冷却プレートに内蔵する構成としたが本発明はこれに限定されない。図２５に示すように、伝熱管を設けずに、鋳造などにより冷却プレート１５Ｈの内部に流路断面積の大きい減速部２０１Ｈと流路断面積の小さい増速部２０２Ｈとを設けることとしてもよい。なお、冷媒入口部４０Ｈおよび冷媒出口部５０Ｈは、冷却プレート１５Ｈの外方に突出することなく冷却プレート１５Ｈの内部に形成されている。この場合、連結パイプの接続部が冷媒入口部４０Ｈや冷媒出口部５０Ｈに嵌入固定される。
【００７８】
（３）冷却プレートに対する電池セル１０の配置レイアウトは、上述の実施の形態（図３参照）に限定されない。たとえば、図２６に示すように、複数の電池セル１０は、冷却プレート１５Ｊのｙ（長さ）方向に沿って１列に配置してもよい。なお、図２６では、各電池セル１０は、上述の実施の形態（図３参照）の場合とは、９０°異なる向きに配置されている。つまり、上述の実施の形態では、冷却プレートに角形の電池セルを３個×４段で配設したが、本発明はこのような構造に限定されることなく、冷却プレートを介して角形の電池セルあるいは円筒形の電池セル等を種々のレイアウトで配列することができる。
【００７９】
（４）上述の実施の形態では、大径管と小径管とを交互に設けることとしたが、本発明はこれに限定されない。図２７に示すように、冷却プレート１５Ｋに小径管２０２Ｋの内径ｄ１よりも大きく、かつ、大径管２０１Ｋの内径ｄ２よりも小さい内径ｄ３を有する中径管２０３Ｋをさらに設けることとしてもよい。これにより、小径管２０２Ｋ、中径管２０３Ｋ、大径管２０１Ｋを適宜組み合わせて、増速と減速を繰り返し行わせてもよい。ここで、小径管２０２Ｋから中径管２０３Ｋに冷媒が流入する場合、中径管２０３Ｋにおいて冷媒は減速するため、中径管２０３Ｋは減速部として機能し、大径管２０１Ｋから中径管２０３Ｋに冷媒が流入する場合、中径管２０３Ｋにおいて冷媒は増速するため、中径管２０３Ｋは増速部として機能する。さらに、３種類の管だけでなく、４種類以上の管を組み合わせて、冷媒を増速あるいは減速させることもできる。
【００８０】
（５）上述の実施の形態では、冷却プレートの冷媒入口部および冷媒出口部は減速部あるいは増速部の断面形状と同一にしたが、本発明はこれに限定されない。冷媒入口部および冷媒出口部は減速部や増速部とは異なる断面形状とすることができる。
【００８１】
（６）本発明は、伝熱管の断面形状を円形や四角形とする場合に限定されない。伝熱管の断面は、三角形や五角形以上の多角形、ならびに、円形や楕円を除く曲線断面など種々の形状とすることができる。
【００８２】
（７）上述の実施の形態では、電池セルとしてリチウムイオン二次電池を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、電池セルとしてニッケル水素電池セル、ニッケルカドミウム電池セルなど、他の二次電池を用いることができる。
【００８３】
（８）冷媒はエチレングリコール水溶液に限定されない。水やエタノールなど、種々の冷媒を採用できる。冷却プレートおよび伝熱管の材質、形状は冷媒の性質に応じて設計される。
【００８４】
（９）上述の実施の形態では、端子カバー２５をエンドプレート２１側に引き寄せる弾性部材としてクリップ３０を用いた構造を採用したが本発明はこれに限定されない。クリップ３０以外の弾性部材を用いることができる。たとえば、端子カバー２５とエンドプレート２１間に引っ張りばねを張架してもよいし、カバー２８をエンドプレート２１に固定し、カバー２８に端子カバー２５を付勢する圧縮ばね、板ばね、皿ばね等を取り付けるようにしてもよい。
弾性部材を用いる構造ではなく、締結部材により端子カバー２５をエンドプレート２１側に押し付ける構造としてもよい。
【００８５】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００８６】
１ 電池モジュール、１０ 電池セル、１４ 冷媒流路、１５Ａ 冷却プレート，１５Ｂ 冷却プレート，１５Ｃ 冷却プレート，１５Ｄ 冷却プレート，１５Ｇ 冷却プレート，１５Ｈ 冷却プレート，１５Ｊ 冷却プレート，１５Ｋ 冷却プレート、１６ 熱伝導性部材、２６ バスバー、４０Ａ 冷媒入口部，４０Ｄ 冷媒入口部，４０Ｈ 冷媒入口部、５０Ａ 冷媒出口部，５０Ｄ 冷媒出口部，５０Ｈ 冷媒出口部、５１ａ 連結パイプ，５１ｂ 連結パイプ、５２ 分岐パイプブロック、５３ 合流パイプブロック、５４ 冷媒入口パイプ、５５ 冷媒出口パイプ、５９ 折り返し部、１００ 電源装置、２００Ａ 伝熱管，２００Ｂ 伝熱管，２００Ｃ 伝熱管，２００Ｄ１ 伝熱管，２００Ｄ２ 伝熱管，２００Ｅ 伝熱管，２００Ｆ 伝熱管，２００Ｇ 伝熱管，２００Ｐ 伝熱管、２０１Ａ 大径管，２０１Ｂ 大径管，２０１Ｃ 大径管，２０１Ｄ 大径管，２０１Ｇ 大径管，２０１Ｋ 大径管、２０１Ｈ 減速部、２０２Ａ 小径管，２０２Ｂ 小径管，２０２Ｃ 小径管，２０２Ｄ 小径管，２０２Ｇ 小径管，２０２Ｋ 小径管、２０２Ｅ 増速部，２０２Ｆ 増速部，２０２Ｈ 増速部、２０３Ｋ 中径管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒を流通する冷媒流路を有する冷却プレートと、
前記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セルとを備え、
前記冷媒流路は、前記冷媒を減速する減速部および前記冷媒を増速する増速部が複数形成され、
前記減速部の流路断面積は前記減速部の流入側の冷媒流路断面積に比べて大きく、前記増速部の流路断面積は前記増速部の流入側の冷媒流路断面積に比べて小さいことを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
前記減速部の流路断面積は前記増速部の流路断面積に比べて大きく、前記減速部と前記増速部は冷媒の流れ方向に沿って交互に設けられていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電池モジュールにおいて、
前記冷媒流路は、前記冷却プレートに内蔵される伝熱管により形成されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
前記減速部と前記増速部との間において、前記減速部から冷媒の流れ方向に向かって、流路断面積が徐々に小さくなる断面積縮小部が設けられ、
前記増速部と前記減速部との間において、前記増速部から冷媒の流れ方向に向かって、流路断面積が徐々に大きくなる断面積拡大部が設けられていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
前記冷媒流路が複数設けられ、前記複数の冷媒流路は相互に平行に配置されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
前記冷媒流路の断面形状は円形とされていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
前記冷媒流路の断面形状は多角形とされていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
前記増速部は、前記伝熱管を外方から機械的に押し潰すことにより形成されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
前記複数の電池セルは、前記冷媒の流れ方向に沿って配列されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電池モジュールを複数個有し、
前記冷媒を冷却する冷却システムを備え、
前記冷却システムによって冷却した冷媒を分岐して前記各電池モジュールの冷却プレートの冷媒流路に供給し、
前記各電池モジュールの冷却プレートの冷媒流路から排出される冷媒を合流して前記冷却システムに回収することを特徴とする電源装置。
【請求項１】
内部に冷媒を流通する冷媒流路を有する冷却プレートと、
前記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セルとを備え、
前記冷媒流路は、前記冷媒を減速する減速部および前記冷媒を増速する増速部が複数形成され、
前記減速部の流路断面積は前記減速部の流入側の冷媒流路断面積に比べて大きく、前記増速部の流路断面積は前記増速部の流入側の冷媒流路断面積に比べて小さいことを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
前記減速部の流路断面積は前記増速部の流路断面積に比べて大きく、前記減速部と前記増速部は冷媒の流れ方向に沿って交互に設けられていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電池モジュールにおいて、
前記冷媒流路は、前記冷却プレートに内蔵される伝熱管により形成されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
前記減速部と前記増速部との間において、前記減速部から冷媒の流れ方向に向かって、流路断面積が徐々に小さくなる断面積縮小部が設けられ、
前記増速部と前記減速部との間において、前記増速部から冷媒の流れ方向に向かって、流路断面積が徐々に大きくなる断面積拡大部が設けられていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
前記冷媒流路が複数設けられ、前記複数の冷媒流路は相互に平行に配置されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
前記冷媒流路の断面形状は円形とされていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
前記冷媒流路の断面形状は多角形とされていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
前記増速部は、前記伝熱管を外方から機械的に押し潰すことにより形成されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電池モジュールにおいて、
前記複数の電池セルは、前記冷媒の流れ方向に沿って配列されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電池モジュールを複数個有し、
前記冷媒を冷却する冷却システムを備え、
前記冷却システムによって冷却した冷媒を分岐して前記各電池モジュールの冷却プレートの冷媒流路に供給し、
前記各電池モジュールの冷却プレートの冷媒流路から排出される冷媒を合流して前記冷却システムに回収することを特徴とする電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１３−１６３５１（Ｐ２０１３−１６３５１Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８２８０（Ｐ２０１１−１４８２８０）
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（５０５０８３９９９）日立ビークルエナジー株式会社 (438)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（５０５０８３９９９）日立ビークルエナジー株式会社 (438)
【Ｆターム（参考）】
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