電池系統的製作方法

2023-12-11 13:54:22

專利名稱：電池系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電池系統，其以層疊的方式連結多個由方形電池構成的電池單 元，並通過鼓風通道向電池單元間強制鼓風而進行冷卻。
背景技術：
開發出層疊多個方形電池的電池系統(參照專利文獻1及2)。專利文獻1的電池系統中，為了形成冷卻間隙，將多個方形電池夾著間隔件進行 層疊而形成電池塊。由間隔件設置的冷卻間隙用來輸送空氣等冷卻介質。該電池系統中， 通過向冷卻間隙輸送的空氣等冷卻介質對層疊的多個方形電池進行冷卻。另外，專利文獻2 的電池系統中，在方形電池間夾著散熱板而形成電池塊。該電池系統通過散熱板對層疊的 多個方形電池進行冷卻。專利文獻1 日本特開2001-23702號公報專利文獻2 日本特開8-32129號公報以上公報中記載的電池系統存在如下缺點當層疊的方形電池的個數增加時，很 難使所有的電池形成均勻的溫度、即很難在縮小溫度差的同時進行冷卻。層疊有多個方形 電池的電池系統中，儘可能縮小方形電池的溫度差尤為重要。這是由於，若電池中形成溫度 差，則剩餘容量變得不均勻，該種情況使電池的壽命縮短。由於電池在不同的溫度下充放電 的效率發生變化，因此若產生溫度差，則即使以相同的電流對各個電池進行充放電，在剩餘 容量上也產生差異。若剩餘容量產生差異，則剩餘容量變大的電池容易產生過充電，並且剩 餘容量變小的電池容易產生過放電，成為縮短電池系統的壽命的原因。尤其是，由於該種電 池系統被使用於混合動力車那樣層疊多個電池且以大電流進行充放電的用途，因此製造成 本變得極其高，如何延長壽命尤為重要。尤其是，由于越是使用多個電池的電池系統，製造 成本就越高，因此需要延長壽命。但是，越層疊有多個電池，電池系統的溫度差就變得越大， 從而存在壽命縮短的特性。

發明內容
本發明是以解決現有的層疊方形電池的電池系統所具有的以上的缺點為目的而 開發出的電池系統。本發明的重要目的在於提供一種形成極其簡單的結構，且能夠通過縮 小電池單元的溫度差來延長壽命的電池系統。本發明的電池系統具備在相互之間設置使冷卻氣體通過的冷卻間隙4而將多個 由方形電池構成的電池單元1層疊而成的電池塊3 ；配設在該電池塊3的兩側、向冷卻間隙 4強制鼓風來冷卻電池單元1的由供給通道6、56、76和排出通道7、57、77構成的鼓風通道 5、55、75 ；以及向鼓風通道5、55、75強制輸送冷卻氣體的強制鼓風機構9。電池系統將由強 制鼓風機構9強制輸送的冷卻氣體從供給通道6、56、76通過冷卻間隙4向排出通道7、57、 77輸送，使電池單元1冷卻。並且，電池系統在供給通道6、56、76配置有溫度均勻化壁8、 58、78，該溫度均勻化壁8、58、78形成為鼓風方向的全長比橫向寬度大的細長的形狀，且上
4風側的端部朝向前端逐漸變細。上述電池系統的特徵在於，形成極其簡單的結構的同時能夠通過縮小各個電池單 元的溫度差來延長壽命。這是由於在排出通道設置簡單形狀的溫度均勻化壁，使各個電池 單元的溫度差變小的緣故。例如，將由18個鋰離子電池構成的方形電池的電池塊配置成兩列，在其間設置供 給通道，若從該供給通道向構成電池塊的電池單元之間的冷卻間隙強制輸送冷卻氣體來冷 卻電池單元，則電池單元的最低溫度為23°C，最高溫度為33°C，溫度差為10°C。與此相對， 本發明的電池系統在供給通道配置溫度均勻化壁，從而若由相同的強制鼓風機構進行強制 鼓風，則方形電池的最低溫度為23°C，最高溫度變成28°C，溫度差降低到5°C。因此，本發明 的電池系統中，通過將電池塊形成相同的結構及配置，並且在供給通道配置溫度均勻化壁， 能夠使溫度差由10°C減半到5°C。本發明的電池系統可以在供給通道6、56、76的上下的對置位置配設溫度均勻化 壁 8、58、78。上述電池系統的特徵在於，通過在供給通道的上下位置配置溫度均勻化壁，能夠 減少各個電池單元自身的局部的溫度差，並且也能夠減少各個電池單元的溫度差。本發明的電池系統中，可以使溫度均勻化壁8、58、78的下風側的端部朝向前端逐 漸變細。該電池系統的特徵在於，由於使上風側及下風側這兩方的端部逐漸變細，因此能 夠防止沿溫度均勻化壁流動的冷卻氣體產生紊流。因此，能夠進一步減少向供給通道輸送 的冷卻氣體的壓力損失。本發明的電池系統中，可以將溫度均勻化壁8、58、78的上風側的端部形成為以朝 向前端上下寬度變窄的方式傾斜的形狀。該電池系統能夠在溫度均勻化壁的上風側順利地輸送冷卻氣體而防止紊流。因 此，能夠減少冷卻氣體的壓力損失，並且能夠有效地冷卻電池單元。本發明的電池系統中，可以將溫度均勻化壁8、58、78的下風側的端部形成為以朝 向前端上下寬度變窄的方式傾斜的形狀。該電池系統能夠在溫度均勻化壁的下風側順利地輸送冷卻氣體而防止紊流。因 此，能夠減少冷卻氣體的壓力損失，並且能夠有效地冷卻電池單元。本發明的電池系統中，可以使溫度均勻化壁8、58、78的寬度朝向壁的頂上緣而變窄。該電池系統中，通過在成為最高溫度的電池單元的附近配置溫度均勻化壁的頂上 緣，能夠減少該電池單元的溫度上升，從而減少電池單元的溫度差。本發明的電池系統中，電池塊3具備在層疊而成的電池單元1的兩端面配置的一 對端板10和連結一對端板10的連結件11，該連結件11形成為具有規定的上下寬度的連接 杆1IX，將該連接杆IlX配設於電池單元1的兩側的上下位置。並且，通過形成為連接杆IlX 的連結件11將在電池單元1的兩側開口的冷卻間隙4的開口部14劃分成由連接杆IlX密 封的位於上下位置的封閉部14A和處於上下的封閉部14A之間且與鼓風通道5、55、75連結 的露出部14B，將在供給通道6、56、76配置的溫度均勻化壁8、58、78配置在封閉部14A和露 出部14B的外側。
上述電池系統中，由於在封閉部和露出部配置溫度均勻化壁，因此在封閉部配置 的溫度均勻化壁能夠將向供給通道強制輸送的冷卻氣體有效地利用於電池單元的冷卻，從 而將溫度變高的電池單元有效地冷卻。通過在封閉部配置的溫度均勻化壁能夠使向供給通 道強制輸送的冷卻氣體有效地從露出部向冷卻間隙流入來冷卻電池單元。本發明的電池系統中，溫度均勻化壁8、58、78具備接近連接杆IlX配置的寬幅部 8B、58B、78B和在露出部14B的外側朝向頂上緣與電池單元的側面的間隔變寬而成的錐部 8A、58A、78A。該電池系統中，通過在溫度變高的電池單元附近配置溫度均勻化壁的錐部，能夠 有效地冷卻成為高溫的電池單元。這是由於，通過錐部使冷卻氣體的流速在成為高溫的電 池單元附近加快，能夠從冷卻間隙強制輸送大量的冷卻氣體。本發明的電池系統中，將電池塊3排列成兩列，在相鄰的電池塊3之間設置供給通 道6，在該供給通道6的上下的對置位置或沿著上緣或下緣配設溫度均勻化壁8。該電池系統通過在配置成兩列的電池塊之間的供給通道設置溫度均勻化壁，能夠 減少配置在電池系統的兩側的構成各個電池塊的電池單元的溫度差。本發明的電池系統中，可以將電池塊3排列成兩列，在相鄰的電池塊3之間設置供 給通道6，在該供給通道6的上下的對置位置配設溫度均勻化壁8。在該溫度均勻化壁8中， 可以將其寬幅部8B配置在兩列相鄰的電池塊3的連接杆IlX之間，將錐部8A配置在露出 部14B之間。上述電池系統的特徵在於，通過向供給通道輸送的冷卻氣體，能夠將兩列電池塊 有效地冷卻，並且能夠減少構成電池塊的電池單元的溫度差。本發明的電池系統中，可以將在供給通道6的上下對置位置配置的溫度均勻化壁 8的寬幅部8B配設在配置成兩列的電池塊3的連接杆IlX之間，將錐部8A配設在電池塊3 的露出部14B之間，使互相對置的頂上部的寬度朝向頂上緣逐漸變窄。該電池系統通過在兩列電池塊的溫度變高的電池單元的附近配置錐部，能夠有效 地冷卻成為高溫的電池單元而減少溫度差。


圖1是本發明的一實施例的電池系統的立體圖。圖2是示出圖1所示的電池系統的內部結構的立體圖。圖3是本發明的一實施例的電池系統的簡要立體圖。圖4是圖3所示的電池系統的簡要水平剖面圖。圖5是圖4所示的電池系統的局部放大V-V線剖面圖。圖6是圖4所示的電池系統的VI-VI線剖面圖。圖7是示出圖3所示的電池系統的內部結構的局部放大簡要立體圖。圖8是圖2所示的電池系統的電池塊的分解立體圖。圖9是示出電池單元與隔板的層疊結構的分解立體圖。圖10是本發明的另一實施例的電池系統的簡要立體圖。圖11是圖10所示的電池系統的簡要水平剖面圖。圖12是圖11所示的電池系統的局部放大XII-XII線剖面圖。
圖13是示出圖10所示的電池系統的內部結構的局部放大簡要立體圖。圖14是本發明的另一實施例的電池系統的簡要立體圖。圖15是圖14所示的電池系統的簡要水平剖面圖。圖16是圖15所示的電池系統的局部放大XVI-XVI線剖面圖。圖17是示出圖14所示的電池系統的內部結構的局部放大簡要立體圖。符號說明
1電池單元IA 開口部2間隔件2A 槽2B 切口部3電池塊4冷卻間隙5鼓風通道6供給通道7排出通道8溫度均勻化壁8A 錐部8B寬幅部9強制鼓風機構10 端板IOA加強肋IOa連結孔11連結件IlA彎曲片IlX連接杆12止動螺釘13電極端子14 開口部14A封閉部14B露出部19中間隔斷壁20外裝箱20A 下箱20B 上箱21凸緣部22 側壁24 螺栓25 螺母
30端面板
31連結通道
55鼓風通道
56供給通道
57排出通道
58溫度均勻化
58A錐部
58B寬幅部
75鼓風通道
76供給通道
77排出通道
78溫度均勻化
78A錐部
78B寬幅部
具體實施例方式以下，基於附圖對本發明的實施例進行說明。但是，以下所示的實施例例示出用於 將本發明的技術思想具體化的電池系統，本發明的電池系統並不局限於下述電池系統。並且，本說明書中，為了容易理解權利要求書，對「權利要求書」及「發明內容」所 示的構件附註與實施例所示的構件對應的符號。但是，權利要求書所示的構件並非限定於 實施例的構件。圖1至圖9示出本發明的第一實施例的電池系統，圖10至圖13示出本發明的第 二實施例的電池系統，圖14至圖17示出本發明的第三實施例的電池系統。上述實施例所 示的電池系統主要適合於通過發動機及電動機這兩方驅動而行駛的混合動力車或僅通過 電動機驅動而行駛的電動機動車等電動車輛的電源。但是，也可以使用於混合動力車或電 動機動車以外的車輛或電動車輛以外的要求有大輸出的用途。以下的實施例所示的電池系統具備將多個由方形電池構成的電池單元1在形成 有冷卻間隙4的狀態下層疊而成的電池塊3 ；向該電池塊3的電池單元1強制輸送冷卻氣 體而進行冷卻的強制鼓風機構9。電池塊3在層疊的電池單元1之間夾著間隔件2。如圖 9所示，該間隔件2形成為在間隔件2與電池單元1之間形成有冷卻間隙4的形狀。並且， 通過嵌合結構將電池單元1連結於圖中的間隔件2的兩面。通過以嵌合結構與電池單元1 連結的間隔件2，阻止相鄰的電池單元1的位置錯動而進行層疊。方形電池的電池單元1為鋰離子二次電池。但是，電池單元也可以為鎳氫電池或 鎳鎘電池等二次電池。圖中的電池單元1為具有規定厚度的四方形，在上表面的兩端部突 出設置有正負的電極端子13，在上表面的中央部設置有安全閥的開口部1A。層疊的電池單 元1利用連結工具(未圖示)連結相鄰的電極端子13而互相串聯連接。電池系統以層疊 狀態連結相鄰的電池單元1的正負的電極端子13而互相串聯連接。電池單元1可以利用 母線(未圖示)連結正負的電極端子13而互相串聯連接。將相鄰的電池單元1互相串聯 連接的電池系統可以提高輸出電壓變高來增大輸出。但是，電池系統也可以將相鄰的電池單元並聯連接。電池單元1由金屬制的外裝罐製作。該電池單元1夾著絕緣材料的間隔件 2，以防止相鄰的電池單元1的外裝罐的短路。電池單元中，也可以由塑料等絕緣材料製作 外裝罐。該電池單元由於不必將外裝罐絕緣層疊，因此間隔件也可以為金屬制。間隔件2由塑料等絕緣材料製作，使相鄰的電池單元1絕緣。如圖6所示，在間隔 件2與電池單元1之間設置有使空氣等冷卻氣體通過的冷卻間隙4，以使電池單元1冷卻。 圖9的間隔件2在與電池單元1的對置面設置有延伸到兩側緣的槽2A，在間隔件2與電池 單元1之間設置有冷卻間隙4。在圖中的間隔件2中，將多個槽2A以規定的間隔互相平行 地設置。在圖9的間隔件2的兩面設置有槽2A，在互相相鄰的電池單元1與間隔件2之間 設置有冷卻間隙4。該結構的優點在於，能夠通過在間隔件2的兩側形成的冷卻間隙4有效 地冷卻兩側的電池單元1。但是，也可以僅在間隔件的單面設置槽，在電池單元與間隔件之 間設置冷卻間隙。以向電池塊3的左右開口的方式沿水平方向設置圖中的冷卻間隙4。並 且，在圖9的間隔件2的兩側設置切口部2B。在設置於該間隔件2的兩側的切口部2B，相 鄰的電池單元1的對置面的間隔變寬，從而能夠減少冷卻氣體的通過阻力。因此，能夠從切 口部2B向間隔件2與電池單元1之間的冷卻間隙4順利地輸送冷卻氣體，能夠有效地冷卻 電池單元1。如上所述，向冷卻間隙4強制輸送的空氣直接有效地冷卻電池單元1的外裝 罐。該結構的特徵在於，能夠有效地阻止電池單元1的熱逸潰，並且能夠有效地冷卻電池單 元1。在電池塊3的兩端設置端板10，通過連結件11連結一對端板10，將一對端板10在 夾著層疊的電池單元1與間隔件2的狀態下進行固定。端板10形成為與電池單元1的外 形大致相等的外形的四方形。如圖8所示，將連結件11的兩端向內側折彎形成彎曲片11A， 並通過止動螺釘12將彎曲片IlA固定於端板10。雖然未圖示，但是也可以將連結件通過止 動螺釘固定於端板的外側面。在該端板的外側面設置內螺紋孔，通過擰入貫通連結件的止 動螺釘進行固定。在端板的外側面固定的連結件也可以不設置彎曲片，而直線狀地固定於 端板。圖8的端板10為將加強肋IOA —體成形地設置在外側而進行加強的塑料或金屬 制。並且，在端板10的外側的表面設置有連結連結件11的彎曲片IlA的連結孔10a。在圖 8的端板10的外側表面的四個角部設置有四個連結孔10a。連結孔IOa為內螺紋孔。該端 板10可以通過將貫通連結件11的止動螺釘12擰入螺紋孔IOa來固定連結件11。連結件11形成為具有規定的上下寬度的連接杆11X。形成為連接杆IlX的連結 件11是具有規定寬度的金屬板。兩端固定於端板10的四個角部的作為連結件11的連接 杆11配置在電池單元1的兩側的上下位置。在兩側的上下位置配置有連接杆Iix的電池 塊3通過連接杆IlX密封在電池單元1之間設置的冷卻間隙4的上下的一部分。即，冷卻 氣體不會從由連接杆Iix封閉的冷卻間隙4的開口部14流入。因此，向電池單元1的兩側 開口的冷卻間隙4的開口部14被劃分成由該連接杆IlX封閉的位於上下位置的封閉部14A 和開口部14不被連接杆IlX封閉的露出部14B。露出部14B位於上下的封閉部14A之間並 與鼓風通道5連結。該露出部14B與供給通道6連結，從而從供給通道6強制輸送冷卻氣 體。由於在電池塊3的兩側面的上下位置配置有形成為連接杆IlX的連結件11，因此向兩 側開口的冷卻間隙4由連接杆IlX劃分成上下的封閉部14A和露出部14B。一方的露出部 14B與供給通道6連結，另一方的露出部14B與排出通道7連結，通過向冷卻間隙4輸送的冷卻氣體來冷卻電池單元1。如圖2、圖4、圖5及圖7所示，以上的電池塊3分離排列成兩列，且在兩列電池塊 3之間和外側設置鼓風通道5。圖中的電池系統在兩列電池塊3之間設置有與各個冷卻間 隙4連結的供給通道6。並且，在分離成兩列的電池塊3的外側設置有排出通道7，在排出 通道7與供給通道6之間並列連結有多個冷卻間隙4。如圖1與圖4的箭頭所示，該電池系 統通過強制鼓風機構9從供給通道6向排出通道7強制輸送冷卻氣體來冷卻電池單元1。 從供給通道6向排出通道7強制輸送的冷卻氣體從供給通道6分支而被向各個冷卻間隙4 輸送，對電池單元1進行冷卻。冷卻電池單元1後的冷卻氣體聚集於排出通道7而被排出。圖中的電池系統在兩列電池塊3之間設置有供給通道6，在外側設置有排出通道 7，但是本發明的電池系統也可以將供給通道與排出通道相反配置。圖10至圖13所示的電 池系統在兩列電池塊3的外側設置有供給通道56，在兩列電池塊3之間設置有與各個冷卻 間隙4連結的排出通道57。如圖10和圖11的箭頭所示，通過強制鼓風機構9從外側的供 給通道56向中間的排出通道57強制輸送冷卻氣體來冷卻電池單元1。從外側的供給通道 56強制輸送的冷卻氣體被向各個冷卻間隙4輸送，對電池單元1進行冷卻。冷卻電池單元 1後的冷卻氣體聚集於中間的排出通道57而被排出。圖1至圖5及圖10至圖13的電池系統由四組電池塊3構成，將上述四個電池塊3 排列成兩行兩列。構成各行的兩個電池塊3平行排列成兩列，在中間和外側設置有鼓風通 道5、55。並且，在圖示的電池系統中，將互相平行排列的每兩個電池塊3分離配置成兩行。 即，在構成互相相鄰的行的每兩個電池塊3之間配置有中間隔斷壁19，將在各行的電池塊3 的中間和外側設置的鼓風通道5、55彼此隔斷。因此，如圖4和圖11所示，該電池系統從各 自的供給通道6、56向各行的電池塊3供給冷卻氣體，將向冷卻間隙4強制輸送的冷卻氣體 從各自的排出通道7、57排出。圖中的電池系統向供給通道6、56和排出通道7、57逆向強 制輸送冷卻氣體來對電池單元1進行冷卻。以上的電池系統中，將並列配置成兩列的兩個電池塊3分離成兩行，電池系統整 體配置成兩行兩列，但是電池系統也可以僅由並列配置成兩列的兩個電池塊構成、即配置 成一行兩列。該電池系統既可以向供給通道和排出通道逆向強制輸送冷卻氣體來冷卻電池 單元，也可以同向強制輸送冷卻氣體來冷卻電池單元。並且，配置成兩行兩列的四個電池塊 也可以在各行的電池塊之間和鼓風通道之間不配置中間隔斷壁，而將在列向上相鄰的兩個 電池塊直線狀地連結，並且將上述的電池塊平行地排列成兩列，在中間和外側設置鼓風通 道。該電池系統可以將在配置成兩行兩列的電池塊的中間設置的鼓風通道和在外側設置的 鼓風通道中的任一方作為供給通道，將另一方作為排出通道，將從供給通道供給的冷卻氣 體向冷卻間隙4強制輸送並從排出通道排出。該電池系統也可以向供給通道和排出通道逆 向強制輸送冷卻氣體來冷卻電池單元，也可以同向強制輸送冷卻氣體來冷卻電池單元。在互相平行排列的兩列電池塊3之間設置的鼓風通道5的面積為在兩列電池塊3 的外側設置的鼓風通道5的面積的兩倍。這是由於，在圖1至圖5的電池系統中，將向設置 在兩個電池塊3中間的供給通道6強制輸送的冷卻氣體分成兩支，並向設置在兩側的排出 通道7輸送而排出，在圖10至圖13所示的電池系統中，將向設置在兩側的兩個供給通道56 強制輸送的冷卻氣體向設置在中間的排出通道57輸送而排出。即，在圖1至圖5所示的電 池系統中，由於供給通道6輸送兩側的排出通道7兩倍的冷卻氣體，因此將其截面積設為排
10出通道7的兩倍來降低壓力損失。圖5的電池系統中，為了增大作為中間的鼓風通道5的 供給通道6的截面積，將供給通道6的橫向寬度設為排出通道7的橫向寬度的兩倍。另外， 在圖10至圖13所示的電池系統中，由於中間的排出通道57輸送兩側的供給通道56兩倍 的冷卻氣體，因此將其截面積設為供給通道56的兩倍來降低壓力損失。圖12的電池系統 中，為了增大作為中間的鼓風通道55的排出通道57的截面積，將排出通道57的橫向寬度 設為供給通道56的橫向寬度的兩倍。在以上的電池系統中，將電池塊3互相平行地排列成兩列，在排列成兩列的電池 塊3的中間和外側設置鼓風通道5、55。但是，電池系統也可以由一列電池塊構成。在圖14 至圖17的電池系統中，在一列的電池塊3的兩側設置鼓風通道75，將一方的鼓風通道75作 為供給通道76，將另一方的鼓風通道75作為排出通道77。如圖14和圖15的箭頭所示，該 電池系統通過強制鼓風機構9從供給通道76向排出通道77強制輸送冷卻氣體來冷卻電池 單元1。從供給通道76強制輸送的冷卻氣體被向各個冷卻間隙4輸送，對電池單元1進行 冷卻。冷卻電池單元1後的冷卻氣體聚集於排出通道77而被排出。在該電池系統中，由於 向供給通道76及排出通道77輸送的冷卻氣體的流量相等，因此使在電池塊3的兩側設置 的供給通道76與排出通道77的截面積相等，即、使供給通道76的橫向寬度與排出通道77 的橫向寬度相等。在供給通道6、56、76配置有溫度均勻化壁8、58、78，從而縮小電池單元1的溫度 差。溫度均勻化壁8、58、78形成為在冷卻氣體輸送方向上的全長比橫向寬度大的細長的形 狀，且上風側的端部朝向前端逐漸變細。圖7、圖13及圖17的溫度均勻化壁8、58、78的下 風側的端部也朝向前端逐漸變細，從而能夠減少下風側的冷卻氣體的紊流而順利地輸送。 供給通道6、56、76內的紊流成為使壓力損失增加的原因。因此，使溫度均勻化壁8、58、78 的上風側和下風側這兩側朝向前端逐漸變細的結構能夠減少紊流引起的壓力損失。進而，將圖中的溫度均勻化壁8、58、78的上風側和下風側的端部形成為以朝向前 端上下寬度變窄的方式傾斜的形狀，整體的形狀形成為中間部高的山形。由於圖7、圖13及 圖17的電池系統在供給通道6、56、76的上下的對置位置配設有溫度均勻化壁8、58、78，因 此在供給通道6、56、76的下側配設的溫度均勻化壁8、58、78形成為朝向前端下降而傾斜成 坡的形狀，在上側配設的溫度均勻化壁8、58、78形成為朝向前端上升而傾斜成坡的形狀， 整體形成為山形。在供給通道6、56、76的上下位置配置溫度均勻化壁8、58、78的結構中， 使溫度均勻化壁8、58、78低，即設置上下寬度窄的溫度均勻化壁，從而能夠減少電池單元1 的溫度差，因此能夠進一步減少壓力損失，還能夠減少電池單元1的溫度差。但是，本發明 的電池系統不必在供給通道的上下位置配置溫度均勻化壁，例如，雖然未圖示，但是也可以 僅在供給通道的上側或下側配置溫度均勻化壁。進而，圖5、圖12及圖16的溫度均勻化壁8、58、78中設置有橫向寬度朝向頂上緣 逐漸變窄的錐部8A、58A、78A，使溫度均勻化壁8、58、78與電池塊3的對置面的間隔朝向頂 上緣逐漸變寬。下側的溫度均勻化壁8、58、78的錐部8A、58A、78A的橫向寬度朝向上方逐 漸變窄，與電池塊3的對置面的間隔逐漸變寬。上側的溫度均勻化壁8、58、78的錐部8A、 58A、78A的橫向寬度朝向下側逐漸變窄，與電池塊3的對置面的間隔逐漸變寬。圖5、圖7、 圖12、圖13、圖16、及圖17的溫度均勻化壁8、58、78沒有整體形成為錐部8A、58A、78A，在上 下方向分開而設置有錐部8A、58A、78A和寬幅部8B、58B、78B。下側的溫度均勻化壁8、58、78中，在下方設置寬幅部8B、58B、78B，在上方設置錐部8A、58A、78A，上側的溫度均勻化壁 8、58、78中，在上方設置寬幅部8B、58B、78B，在下方設置錐部8A、58A、78A。寬幅部8B、58B、 78B形成為橫向寬度不變化的形狀，或在上下方向上橫向寬度變化的比例比錐部8A、58A、 78A小而將兩側面形成垂直面或接近垂直面的狀態。圖5和圖7的電池系統中，在兩列電池塊3之間設置供給通道6，在供給通道6中 配置溫度均勻化壁8，因此將溫度均勻化壁8的錐部8A的兩面的傾斜角(α)設為相同的角 度，而使溫度均勻化壁8的錐部8Α與在兩面配設的電池塊3的對置面的間隔相同。這是為 了均勻地冷卻兩側的電池塊3的電池單元1。另外，圖12和圖13的電池系統中，在兩列電 池塊3的外側設置供給通道56，在供給通道56配置溫度均勻化壁58，因此在溫度均勻化壁 58的錐部58Α中，將作為電池塊3的對置面的內側面形成為傾斜面，將外側面形成為垂直 面。將在設置於兩列電池塊3的兩外側的供給通道56中對置配置的溫度均勻化壁58的傾 斜角(α)設為相同的角度，使溫度均勻化壁58與電池塊3的對置面的間隔左右對稱。這 是為了均勻地冷卻兩列電池塊3的電池單元1。另外，在圖16和圖17的電池系統中，由於 在一列電池塊3的兩側對置設置供給通道76和排出通道77，因此在一方的作為鼓風通道 75的供給通道76配置溫度均勻化壁78。該溫度均勻化壁78的錐部78Α中，將作為電池塊 3的對置面的內側面形成為傾斜面，將外側面形成為垂直面。錐部8Α、58Α、78Α相對於水平面的傾斜角(α )由寬幅部8Β、58Β、78Β的橫向寬度 和錐部8Α、58Α、78Α的高度確定。使錐部的傾斜角(α )變大且使寬幅部的橫向寬度變寬， 從而使錐部變高，使傾斜角(α)變小且使寬幅部的橫向寬度變窄，從而使錐部變低。以上的溫度均勻化壁8、58、78中，將錐部8Α、58Α、78Α的鼓風方向的長度和高度設 定為使電池單元1的溫度差成為最低的值。圖4、圖11及圖15所示的電池系統中，在鼓風 方向上配置在下風側的電池單元1的溫度比上風側的電池單元1的溫度高。圖4、圖11、及 圖15的電池系統中，為了降低下風側的電池單元的溫度，減少電池單元1的溫度差，在供給 通道6、56、76的下風側配置溫度均勻化壁8、58、78。確定該溫度均勻化壁8、58、78的鼓風 方向的長度和錐部8Α、58Α、78Α的高度，從而進一步減少在下風側的中央位置配置的電池 單元1的溫度差。未設置溫度均勻化壁的電池系統中，在配置於電池塊的上風側的整體的1/2的電 池單元即九個電池單元、與配置於下風側的1/2的電池單元即九個電池單元上產生溫度 差。尤其是，在下風側配置的九個電池單元的溫度變高，溫度差也變大。在供給通道6、56、 76的流入側和排出側配置的電池單元1由兩側的端板10冷卻而溫度變低。另外，由於從流 入側流入冷卻的氣體，因此在下風側配置的電池單元的溫度最高。在下風側配置的九個電 池單元中，在其中央配置的第14個電池單元的溫度最高。與在下風側的中央配置的電池單 元相比，隨著成為上風側或下風側，電池單元的溫度變低。例如，在下風側的中央配置的電 池單元的溫度上升至約34°C時，在下風側的兩端部配置的電池單元、即第10個和第18個電 池單元的溫度為30°C以下。在該狀態下，上風側最低溫的電池單元的溫度約為23°C。圖中的電池系統中，為了進一步有效地冷卻在供給通道6、56、76的下風側配置的 電池單元1，在供給通道6、56、76的下風側配置溫度均勻化壁8、58、78。確定該溫度均勻化 壁8、58、78的鼓風方向的長度和錐部8A、58A、78A的高度，以使在下風側配置的各個電池單 元1的溫度降低，並減少溫度差。溫度均勻化壁8、58、78在供給通道6、56、76內使強制輸送的冷卻氣體更加有效地流入冷卻間隙4，來降低溫度變高的電池單元1的溫度。圖5至圖7、圖12、圖13、圖16及圖17的電池系統中，將溫度均勻化壁8、58、78的 寬幅部8B、58B、78B配置在與電池塊3的連接杆IlX對置的位置，將溫度均勻化壁8、58、78 的錐部8A、58A、78A配置在與電池塊3的露出部14B對置的位置。即，將寬幅部8B、58B、78B 配置在電池塊3的封閉部14A的外側，將錐部8A、58A、78A配置在露出部14B的外側。在圖 5的電池系統中，將溫度均勻化壁8的寬幅部8B配置在配置成兩列的電池塊3的連接杆IlX 之間，將溫度均勻化壁8的錐部8A配置在兩列電池塊3的露出部14B之間。在此，由連接杆IlX封閉開口部14，因此即使向封閉部14A的外側輸送冷卻氣體， 冷卻氣體也不會流入冷卻間隙4。在圖5、圖11及圖16的剖面圖所示的電池系統中，將在 其下風側配設的溫度均勻化壁8、58、78的寬幅部8B、58B、78B以與作為連結件11的連接杆 IlX之間不形成間隙的方式配置或與連接杆接近配置。該結構的電池系統在電池塊3的下 風側，不向由連接杆IlX封閉的封閉部14A的外側輸送冷卻氣體，而將輸送的所有的冷卻氣 體向電池塊3的露出部14B輸送，從露出部14B順利有效地流入冷卻間隙4而有效地冷卻 電池單元1。並且，錐部8A、58A、78A向露出部14B突出，在電池溫度變高的區域上下寬度變寬， 在與露出部14B的對置面配置錐部8A、58A、78A。因此，在供給通道6、56、76中輸送的冷卻 氣體在錐部8A、58A、78A與露出部14B之間流動，通過錐部8A、58A、78A使流速變快，並且， 通過錐部8A、58A、78A使冷卻氣體順利地流入冷卻間隙4，從而有效地冷卻電池單元1。因 此，在溫度均勻化壁8、58、78中，通過將錐部8A、58A、78A的上下寬度最寬的區域配置在電 池單元1的溫度最高的區域，與其它電池單元相比，能夠將溫度變高的電池單元有效地冷 卻，能夠降低電池溫度。因此，溫度均勻化壁8、58、78能夠通過錐部8A、58A、78A的上下寬 度確定變成高溫的電池單元的冷卻效率，通過錐部8A、58A、78A的鼓風方向的長度確定使 溫度降低的電池單元。圖4至圖7、圖11至圖13及圖15至圖17的電池系統中，為了更加 有效地冷卻下風側的電池單元，在供給通道6、56、76的下風側配置溫度均勻化壁8、58、78， 並且在下風側溫度變高的電池單元的區域中使錐部8A、58A、78A變高。如上所述，由於溫度 均勻化壁8、58、78能夠通過其長度控制冷卻的電池單元的個數，還能夠通過上下寬度確定 變成高溫的電池單元的冷卻效率，因此在不設置溫度均勻化壁8、58、78的狀態下，在溫度 變高的電池單元的區域設置錐部8A、58A、78A，並利用使溫度成為最高溫的電池單元的最高 溫度降低的溫度來確定錐部8A、58A、78A的高度，從而能夠使電池系統的溫度差變成最小。以上的電池系統中，將電池塊3固定於外裝箱20而定位配置。圖1和圖2所示的 電池系統中，由下箱20A和上箱20B構成外裝箱20。上箱20B和下箱20A具有向外側突出 的凸緣部21，將該凸緣部21通過螺栓24和螺母25固定。圖中的外裝箱20在電池塊3的 側面配置凸緣部21。但是，凸緣部也可以在電池塊的上部、下部或中間配置。該外裝箱20 中，通過止動螺釘(未圖示)將端板10固定於下箱20A，從而固定電池塊3。止動螺釘貫通 下箱20A而被擰入端板10的螺紋孔(未圖示)，從而將電池塊3固定於外裝箱20。使止動 螺釘的頭部從下箱20A突出。並且，在圖1和圖2的外裝箱20的內部固定電池塊3，在電池 塊3的外側面與外裝箱20的側壁22的內表面之間設置鼓風通道5。並且，在外裝箱20的兩端連接端面板30。在端面板30被連結到電池塊3的狀態 下，通過塑料等將連結通道31與端面板30 —體地成形而將連結通道31設置成向外側突出，其中連結通道31與由供給通道6和排出通道7構成的鼓風通道5連結。該連結通道31 與強制鼓風機構9連結，或與將冷卻氣體從電池系統排出的外部排氣通道(未圖示)連結。 該端面板30通過未圖示的卡止結構與電池塊的端板連結。但是，端面板也可以通過卡止結 構以外的連結結構與電池塊連結或固定於外裝箱。
權利要求
一種電池系統，其具備在相互之間設置使冷卻氣體通過的冷卻間隙(4)而將多個由方形電池構成的電池單元(1)層疊而成的電池塊(3)；配設在該電池塊(3)的兩側、向冷卻間隙(4)強制鼓風來冷卻電池單元(1)的由供給通道(6)、(56)、(76)和排出通道(7)、(57)、(77)構成的鼓風通道(5)、(55)、(75)；向鼓風通道(5)、(55)、(75)強制輸送冷卻氣體的強制鼓風機構(9)，由所述強制鼓風機構(9)強制輸送的冷卻氣體從所述供給通道(6)、(56)、(76)通過所述冷卻間隙(4)而被向排出通道(7)、(57)、(77)輸送，使電池單元(1)冷卻，所述電池系統的特徵在於，在所述供給通道(6)、(56)、(76)配置溫度均勻化壁(8)、(58)、(78)，該溫度均勻化壁(8)、(58)、(78)形成為鼓風方向的全長比橫向寬度大的細長的形狀，且上風側的端部朝向前端逐漸變細。
2.根據權利要求1所述的電池系統，其特徵在於，在所述供給通道(6)、(56)、(76)的上下的對置位置配設溫度均勻化壁(8)、(58)、 (78)。
3.根據權利要求1或2所述的電池系統，其特徵在於，所述溫度均勻化壁(8)、(58)、(78)的下風側的端部朝向前端逐漸變細。
4.根據權利要求1或2所述的電池系統，其特徵在於，所述溫度均勻化壁(8)、(58)、(78)的上風側的端部形成為以朝向前端上下寬度變窄 的方式傾斜的形狀。
5.根據權利要求1或2所述的電池系統，其特徵在於，所述溫度均勻化壁(8)、(58)、(78)的下風側的端部形成為以朝向前端上下寬度變窄 的方式傾斜的形狀。
6.根據權利要求1或2所述的電池系統，其特徵在於，所述溫度均勻化壁(8)、(58)、(78)的橫向寬度朝向壁的頂上緣而變窄。
7.根據權利要求1所述的電池系統，其特徵在於所述電池塊(3)具備在層疊而成的電池單元(1)的兩端面配置的一對端板(10)和連 結一對端板(10)的連結件(11)，所述連結件(11)形成為具有規定的上下寬度的連接杆(IlX)，該連接杆(IlX)配設於 電池單元(1)的兩側的上下位置，通過形成為該連接杆(Iix)的所述連結件(11)將在所述 電池單元(1)的兩側開口的冷卻間隙⑷的開口部(14)劃分成由連接杆(IlX)密封的位 於上下位置的封閉部(14A)和處於上下的封閉部(14A)之間且與鼓風通道(5)、(55)、(75) 連結的露出部(14B)，在所述供給通道(6)、(56)、(76)配置的溫度均勻化壁(8)、(58)、(78)配置在封閉部 (14A)和露出部(14B)的外側。
8.根據權利要求7所述的電池系統，其特徵在於，所述溫度均勻化壁(8)、(58)、(78)具備接近連接杆(IlX)配置的寬幅部(8B)、(58B)、 (78B)和在露出部(14B)的外側朝向頂上緣與電池單元(1)的側面的間隔變寬的錐部 (8A)、(58A)、(78A)。
9.根據權利要求1所述的電池系統，其特徵在於，所述電池塊(3)排列成兩列，在相鄰的電池塊(3)之間設置供給通道(6)，在該供給通 道(6)的上下的對置位置或沿著上緣或下緣配設溫度均勻化壁(8)。
10.根據權利要求8所述的電池系統，其特徵在於，所述電池塊(3)排列成兩列，在相鄰的電池塊(3)之間設置供給通道(6)，在該供給通 道(6)的上下的對置位置配設溫度均勻化壁(8)，在該溫度均勻化壁(8)中，其寬幅部(8B)配置在兩列相鄰的電池塊(3)的連接杆 (IlX)之間，錐部(8A)配置在露出部(14B)之間。
11.根據權利要求10所述的電池系統，其特徵在於，在所述供給通道(6)的上下對置位置配置的溫度均勻化壁(8)中，其寬幅部(8B)配設 在配置成兩列的電池塊⑶的連接杆(IlX)之間，錐部(M)在電池塊⑶的露出部(14B) 之間，互相對置的頂上部的寬度朝向頂上緣逐漸變窄。
全文摘要
本發明提供一種形成極其簡單的結構且能夠通過縮小電池單元的溫度差來延長壽命的電池系統。所述電池系統具備在相互之間設置使冷卻氣體通過的冷卻間隙而將多個由方形電池構成的電池單元層疊而成的電池塊；配設在該電池塊的兩側、向冷卻間隙強制鼓風來冷卻電池單元的由供給通道和排出通道構成的鼓風通道；以及向鼓風通道強制輸送冷卻氣體的強制鼓風機構。電池系統將由強制鼓風機構強制輸送的冷卻氣體從供給通道通過冷卻間隙向排出通道輸送，使電池單元冷卻。並且，電池系統在供給通道配置有溫度均勻化壁，該溫度均勻化壁形成為鼓風方向的全長比橫向寬度大的細長的形狀，且上風側的端部朝向前端逐漸變細。
文檔編號H01M10/50GK101882691SQ20101017403
公開日2010年11月10日 申請日期2010年5月6日 優先權日2009年5月8日
發明者中村真祐, 橫谷和展, 西藤正雄 申請人:三洋電機株式會社