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WO2021182138A1 - 電池パック - Google Patents

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Publication number
WO2021182138A1
WO2021182138A1 PCT/JP2021/007434 JP2021007434W WO2021182138A1 WO 2021182138 A1 WO2021182138 A1 WO 2021182138A1 JP 2021007434 W JP2021007434 W JP 2021007434W WO 2021182138 A1 WO2021182138 A1 WO 2021182138A1
Authority
WO
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Prior art keywords
heat transfer
transfer plate
cylindrical
battery pack
cylindrical batteries
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/007434
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
教文 小宅
将紀 石垣
知育 原田
誠 日下部
幸助 草場
怜史 吉田
康平 藤井
Original Assignee
豊田合成株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 豊田合成株式会社 filed Critical 豊田合成株式会社
Priority to CN202180019811.4A priority Critical patent/CN115244764A/zh
Priority to US17/908,281 priority patent/US20230087721A1/en
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    • H01M50/509—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the type of connection, e.g. mixed connections
    • H01M50/512—Connection only in parallel
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to the structure of a battery pack composed of a combination of a plurality of batteries.
  • a battery pack that combines a large number of batteries is used.
  • Battery packs are required to be miniaturized due to their mountability, but when they are miniaturized to increase the density of batteries, heat dissipation from the batteries becomes a problem. Further, when the battery pack is used in a low temperature environment, it may be heated from the outside, and the warm-up time becomes a problem.
  • U.S. Patent Application Publication No. 2011/0212356 describes a technique for cooling a cylindrical battery by flowing a fluid through a flow path extending in a wavy manner between the cylindrical batteries.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-60594 discloses a technique for improving heat transfer performance by devising the arrangement of cylindrical batteries.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-178066 discloses a technique for cooling a cylindrical battery by blowing air between the cylindrical batteries.
  • a partial structure of a battery pack is provided.
  • the partial structure of this battery pack is a group of batteries formed by stacking a plurality of layers in which cylindrical batteries are arranged in parallel in a plane, and the cylindrical batteries belonging to adjacent layers are arranged with their arrangement pitches shifted by half pitch from each other.
  • a heat transfer plate made of a heat-transmitting corrugated plate material that is in contact with the battery group and the side surfaces of the cylindrical battery arranged on the front and back surfaces, and is in the layer in a plane orthogonal to the central axis of the cylindrical battery.
  • Each of the cylindrical batteries is in contact with at least two heat transfer plates, including a heat plate and a radiator arranged on the side of the battery group and to which the edge of the heat transfer plate is connected. There is.
  • the arrangement density of the cylindrical batteries is increased by arranging the cylindrical batteries in a staggered manner, and the battery pack can be miniaturized.
  • the heat transfer plate made of the conductive corrugated plate material can improve the heat dissipation by a simple configuration corresponding to the staggered arrangement of the cylindrical batteries. Further, by using the heat transfer plate, the heat capacity of the battery pack can be reduced and the heat responsiveness can be improved as compared with the case where the space between the cylindrical batteries is filled with the heat transfer material.
  • the battery group has a first side and a second side in the direction in which the layers are stacked, and the number of cylindrical batteries belonging to each layer is changed from the first side to the second side.
  • the heat radiating body is arranged at least on the second side, and the heat transfer plate is in the second crossing direction with the first direction heat transfer plate extending in the first crossing direction.
  • Heat transfer plates including an extending second-direction heat transfer plate, are added across each of the layers as the number of cylindrical batteries increases, and each heat transfer plate connects to the radiator on the second side. You may.
  • the heat transfer plate can be arranged even in an arrangement in which the number of cylindrical batteries increases from the first side to the second side.
  • the added heat transfer plate does not have to be connected to another heat transfer plate at the edge facing the first side.
  • the added heat transfer plate may have an edge facing the first side connected to another heat transfer plate.
  • the heat radiating body is arranged on the first side in addition to the second side, and a heat transfer plate that crosses the layer closest to the first side is arranged on the first side. It may be connected to the radiator.
  • a battery pack in which cylindrical batteries are arranged in parallel to form a hexagon, and a plurality of cylindrical batteries arranged in the hexagon are arranged concentrically.
  • the battery pack has a partial structure of the battery pack according to any one of the first embodiments in a portion corresponding to each side of the hexagon.
  • a battery pack having a hexagonal combination of battery pack modules in which cylindrical batteries belonging to the layer of the cylindrical battery are increased by one from the first side to the second side. Is provided.
  • FIG. 1 It is a figure which shows typically the cross section orthogonal to the cylindrical battery of the battery pack of this embodiment. It is an exploded perspective view which shows typically the structure of a part of a battery pack. It is sectional drawing which shows typically an example of the structure of a part of a battery pack. It is sectional drawing which shows the other example of the structure of a part of a battery pack schematically. It is sectional drawing which shows typically the structure of a part of another battery pack.
  • FIG. 1 is a diagram showing a battery pack 10 of the present embodiment, and is a diagram schematically showing a cross section orthogonal to the central axis of a so-called cylindrical battery 12 having a cylindrical outer shape.
  • FIG. 2 is a view showing a part of the battery pack 10, and is a perspective view showing the parts in an exploded manner.
  • a plurality of cylindrical batteries 12 are arranged in an annular space between two concentrically arranged cylindrical inner heat radiating bodies 14 and outer heat radiating bodies 16.
  • the cylindrical batteries 12 have the same shape, and are arranged so that the central axes of the cylinders are parallel to each other.
  • the inner cylindrical battery 12 is arranged in a hexagonal shape, and the cylindrical battery 12 is arranged in a hexagonal shape on the outer side so as to surround the cylindrical battery 12.
  • the cylindrical batteries arranged in a hexagonal shape adjacent to each other are arranged with the arrangement pitch shifted by half a pitch. Further, cylindrical batteries 12 are similarly arranged on the outside, and in this battery pack 10, four hexagons are formed in total.
  • Cylindrical batteries 12 are further arranged on the outside, and these cylindrical batteries 12 are arranged without the apex of the hexagon. By arranging the cylindrical batteries 12 in a staggered arrangement with the arrangement pitch shifted by half a pitch, the other cylindrical batteries 12 enter the valley portion formed by the outer shapes of the two cylindrical batteries 12, and the arrangement density of the cylindrical batteries 12 is increased. ..
  • a wave-shaped heat transfer plate 18 extending from the inside to the outside so as to sew a gap between the cylindrical batteries 12 is arranged.
  • the heat transfer plate 18 is made of a heat transfer material formed in a corrugated plate shape, and heat is transferred by the material itself.
  • the heat transfer plate 18 can be formed of, for example, a metal plate, particularly an aluminum plate.
  • the dimensions of the cylindrical battery 12 and the heat transfer plate 18 are substantially the same in the direction of the central axis of the cylindrical battery 12.
  • the heat transfer plate 18 has a portion curved along the side surface of the cylindrical battery 12.
  • the heat transfer plate 18 is in contact with a part of the side surface of the cylindrical battery 12 in the circumferential direction and in a band-shaped region extending in the longitudinal direction of the cylindrical battery 12.
  • the heat transfer plate 18 may be in direct contact with the cylindrical battery 12 or may be in contact with an adhesive or the like. Such contact improves the thermal transfer efficiency as compared with the case of contact with air.
  • the inner edge is connected to the inner heat radiating body 14
  • the outer edge is connected to the outer heat radiating body 16
  • the remaining heat transfer plate 18 is connected only to the outer heat radiating body 16. doing.
  • the heat generated by the cylindrical battery 12 is transmitted through the heat transfer plate 18 and flows to the inner heat radiating body 14 and the outer heat radiating body 16 to which the heat transfer plate 18 is connected.
  • the inner heat radiating body 14 and the outer heat radiating body 16 are made of a heat transfer material such as metal, particularly aluminum, and dissipate heat transferred from the heat transfer plate 18 from a surface opposite to the surface facing the cylindrical battery 12. .. Further, fins may be provided on one or both surfaces of the inner heat radiating body 14 and the outer heat radiating body 16 to promote heat dissipation. Further, a flow path may be formed inside one or both of the inner heat radiating body 14 and the outer heat radiating body 16, and a fluid may flow through the flow path to dissipate heat to the fluid.
  • End face plates 20 and 22 are arranged at both ends of the space between the inner heat radiating body 14 and the outer heat radiating body 16, and the space in which the cylindrical battery 12 is arranged is a closed space.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing the configuration of a portion corresponding to one side of the hexagon in which the cylindrical battery 12 is arranged, for example, a portion surrounded by the alternate long and short dash line in FIG.
  • the four cylindrical batteries 12 close to the inner radiator 14 are arranged in one plane, and are arranged in the left-right direction in FIG. 3 so that the central axes are parallel to each other.
  • One layer is formed by these four cylindrical batteries 12. This layer is referred to as the first array layer 24A, and when it is necessary to distinguish the cylindrical batteries belonging to the first array layer 24A, it is referred to as the cylindrical battery 12A.
  • the second array layer 24B is formed by five cylindrical batteries 12 adjacent to the first array layer 24A. When it is necessary to distinguish the cylindrical battery belonging to the second array layer 24B, it is referred to as the cylindrical battery 12B.
  • the cylindrical batteries 12B are arranged in one plane and arranged in the left-right direction in FIG. 3 so that the central axes are parallel to each other.
  • the arrangement pitches of the cylindrical battery 12A and the cylindrical battery 12B are deviated by half a pitch from each other, and they enter the valley portion formed on the side surface of the adjacent cylindrical battery of the array layer on the opposite side.
  • the third array layer 24C is formed by the six cylindrical batteries 12 adjacent to the second array layer 24B, and the fourth array layer 24D is further formed by the seven cylindrical batteries 12 adjacent to the third array layer 24C. ..
  • the cylindrical battery belonging to the third array layer 24C is referred to as a cylindrical battery 12C, and the cylindrical battery belonging to the fourth array layer 24D is referred to as a cylindrical battery 12D.
  • the cylindrical batteries 12C and 12D belonging to the third array layer 24C and the fourth array layer 24D also have a half pitch deviation from the cylindrical batteries of the adjacent array layers. Is arranged.
  • the sequence layer 24 When it is not necessary to distinguish the first to fourth sequence layers 24A to 24D, or when they are generically referred to, they are referred to as the sequence layer 24.
  • the partial structure of the battery pack 10 including the battery group 26 composed of the first to fourth array layers 24A to 24D will be described.
  • the partial structure includes an inner radiator 14 arranged on the first side (lower side in FIG. 3) of the battery group 26 in the direction in which the array layers 24 are stacked (vertical direction in FIG. 3), and the first one.
  • the outer radiator 16 is included on the second side (upper side in FIG. 3) opposite to the side.
  • the first side and the second side are inside and outside of the cylindrical battery pack 10, respectively, and in the following description, the first side will be referred to as the inside and the second side will be referred to as the outside.
  • the number of cylindrical batteries 12 belonging to the array layer 24 is increased by one from the inner first array layer 24A to the outer fourth array layer 24D. While the cylindrical batteries 12 are aligned in a plane defining each of the array layers 24, they are also aligned in one plane along two directions intersecting the array layers 24.
  • the direction in which the cylindrical batteries 12 are arranged in each arrangement layer 24 is referred to as the battery arrangement direction U.
  • the cylindrical batteries 12 are aligned even in the two directions intersecting the battery arrangement direction U at 60 °, and these directions are referred to as the first intersection direction V and the second intersection direction W.
  • the gap between the cylindrical batteries 12 extends along these directions U, V, and W.
  • heat transfer plates 18 related to the battery group 26 which are indicated by reference numerals 18A, 18B, 18C, 18D, 18E, and 18F.
  • a heat transfer plate 18G related to the cylindrical battery 12 indicated by the alternate long and short dash line located further outside the fourth array layer 24D is provided.
  • Each cylindrical battery 12 is in contact with at least two heat transfer plates 18.
  • the cylindrical battery 12 is in contact with the front and back surfaces of each heat transfer plate 18. Further, the heat transfer plates 18 do not come into contact with each other and do not intersect with each other.
  • the cylindrical battery 12 located at the end of each array layer 24 is shown in FIG. 3 to be in contact with only one heat transfer plate 18, but as shown in FIG. 1, it has an adjacent partial structure.
  • the heat transfer plates 18 belonging to the above are in contact with each other, and are actually in contact with the two heat transfer plates 18.
  • the heat transfer plates 18A to 18C cross the first to fourth array layers 24A to 24D, and the inner edge is connected to the inner heat radiating body 14 and the outer edge is connected to the outer heat radiating body 16.
  • the heat transfer plate 18A and the heat transfer plate 18C are first-direction heat transfer plates extending in the first intersection direction V, and the heat transfer plate 18B is a second-direction heat transfer plate extending in the second intersection direction W.
  • the heat transfer plates 18A to 18C each enter the three gaps formed between the adjacent cylindrical batteries 12A of the first array layer 24A and cross the first array layer 24A.
  • the heat transfer plate 18D has been added to fill this increase.
  • the heat transfer plate 18D crosses the second array layer 24B, extends outward along the second crossing direction W, and is connected to the outer heat radiating body 16.
  • the heat transfer plate 18D is a second-direction heat transfer plate extending along the second crossing direction W.
  • the heat transfer plate 18D crosses the third and fourth array layers 24C and 24D in addition to the second array layer 24B.
  • the fact that the heat transfer plate 18 crosses the array layer 24 means that the heat transfer plate 18 crosses the closest portion of the adjacent cylindrical batteries 12 and is arranged so as to be in contact with the cylindrical batteries 12 on both sides. That is, it is not necessary to disperse the array layer 24 over the entire thickness direction.
  • the number of cylindrical batteries 12C belonging to the third array layer 24C is six, and the gaps between adjacent cylindrical batteries 12C are five, which is one more than that of the second array layer 24B.
  • a heat transfer plate 18E is added to fill this increase.
  • the heat transfer plate 18E crosses the third array layer 24C, extends outward along the first crossing direction V, and is connected to the outer heat radiating body 16.
  • the heat transfer plate 18E is a first-direction heat transfer plate extending along the first crossing direction V.
  • the heat transfer plate 18E crosses the fourth array layer in addition to the third array layer 24C.
  • the number of cylindrical batteries 12D belonging to the fourth array layer 24D is seven, and the gaps between adjacent cylindrical batteries 12D are six, which is one more than that of the third array layer 24C.
  • a heat transfer plate 18F is added to fill this increased portion.
  • the heat transfer plate 18F crosses the fourth array layer 24D, extends outward along the second crossing direction W, and is connected to the outer heat radiating body 16.
  • the heat transfer plate 18F is a second-direction heat transfer plate extending along the second crossing direction W.
  • the added heat transfer plates 18D to 18F alternate in extending directions from those having the inner edge on the inner side, but the order is not limited to this.
  • all of the added heat transfer plates may extend in the first crossing direction or the second crossing direction.
  • the heat generated by the cylindrical battery 12 flows through the heat transfer plate 18 to the inner heat radiating body 14 and the outer heat radiating body 16. Further, when one cylindrical battery 12 generates abnormal heat, the temperature rise of the cylindrical battery 12 located across the heat transfer plate 18 can be suppressed because the heat is diffused by the heat transfer plate 18. Further, the cylindrical battery 12 that has abnormally generated heat does not pass through the heat transfer plate 18, that is, the cylindrical battery 12 that directly opposes the cylindrical battery 12, and the temperature rises by providing a gap between the cylindrical batteries 12 and providing an air layer. Can be suppressed.
  • FIG. 4 is a diagram showing another aspect of the partial structure of the battery pack.
  • the structure of the heat transfer plate is different from the partial structure shown in FIG. 3, and the other configurations are the same. Therefore, the same reference numerals are given and the description thereof will be omitted.
  • the heat transfer plates 28A to 28F of the partial structure of the battery pack shown in FIG. 4 correspond to the above-mentioned heat transfer plates 18A to 18F, respectively.
  • a to F are abbreviated as heat transfer plates 28.
  • the heat transfer plate 28G related to the cylindrical battery 12 arranged outside the fourth array layer 24D corresponds to the above-mentioned heat transfer plate 18G.
  • the heat transfer plates 28A to 28C are the same as the heat transfer plates 18A to 18C described above.
  • the heat transfer plate 28D extends inward from the above-mentioned heat transfer plate 18D until it reaches the heat transfer plate 28C, and is connected to the heat transfer plate 28C.
  • the heat transfer plate 28E extends inward from the above-mentioned heat transfer plate 18E until it reaches the heat transfer plate 28D, and is connected to the heat transfer plate 28D.
  • the heat transfer plate 28F extends inward from the above-mentioned heat transfer plate 18F until it reaches the heat transfer plate 28E, and is connected to the heat transfer plate 28E.
  • the heat transfer plate 28G extends inward from the above-mentioned heat transfer plate 18G until it reaches the heat transfer plate 28F, and is connected to the heat transfer plate 28F.
  • the heat transfer plates 28D to 28G are the above-mentioned heat transfer plates 18D to 18G extended until they reach the other heat transfer plates 28.
  • the added heat transfer plates 28D-28G are stabilized by connecting the inner edge to the other heat transfer plate 28 and supporting the inner and outer edges.
  • the heat transfer plates 28 do not intersect each other. Even in this structure, each cylindrical battery 12 is in contact with at least two heat transfer plates.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a battery pack or a partial structure 30 thereof, and is a schematic view showing a cross section orthogonal to the central axis of a so-called cylindrical battery 12 having a cylindrical outer shape.
  • the cylindrical batteries 12 are arranged in parallel in one plane to form one layer. This layer is referred to as an array layer 32.
  • an array layer 32 In FIG. 5, a configuration having four array layers 32A to 32D is illustrated. When it is not necessary to distinguish between the four sequence layers 32A to 32D, or when they are generically referred to, A to D are omitted and simply referred to as sequence layer 32.
  • the direction in which the cylindrical batteries 12 are arranged in one arrangement layer 32 is referred to as a battery arrangement direction. In FIG. 5, the battery arrangement direction is the left-right direction.
  • the array layers 32A to 32D are each composed of the same number of cylindrical batteries 12.
  • FIG. 5 illustrates an array layer 32 composed of four cylindrical batteries 12. Further, the array layer composed of n cylindrical batteries 12 and the array layer composed of n + 1 cylindrical batteries 12 may be alternately stacked.
  • the cylindrical batteries 12 belonging to the adjacent array layer 32 are arranged so that the arrangement pitches are offset by half a pitch from each other, and enter the valley portion formed by the side surfaces of the two adjacent cylindrical batteries 12 belonging to the other array layer 32. There is. As a result, a battery group 34 in which the cylindrical batteries 12 are arranged so as to be offset by half a pitch from each other is formed between the adjacent array layers 32.
  • a wave-shaped heat transfer plate 36 extending so as to sew a gap between the array layers 32 is arranged.
  • the extending direction of the heat transfer plate 36 is the battery arrangement direction.
  • the heat transfer plate 36 is made of a heat transfer material formed in a corrugated plate shape, and heat is transferred by the material itself.
  • the heat transfer plate 36 can be formed of, for example, a metal plate, particularly an aluminum plate. In the direction of the central axis of the cylindrical battery 12, the dimensions of the cylindrical battery 12 and the heat transfer plate 36 are substantially the same.
  • the heat transfer plate 36 has a portion curved along the side surface of the cylindrical battery 12.
  • the heat transfer plate 36 is in contact with a part of the side surface of the cylindrical battery 12 in the circumferential direction and in a band-shaped region extending in the longitudinal direction of the cylindrical battery 12.
  • the heat transfer plate 36 may be in direct contact with the cylindrical battery 12 or may be in contact with an adhesive or the like. Such contact improves the thermal transfer efficiency as compared with the case of contact with air.
  • heat radiating bodies 38 and 40 are arranged on both sides of the battery group 34, and the edges on both sides of each heat transfer plate 36 are connected to the heat radiating bodies 38 and 40.
  • the heat generated by the cylindrical battery 12 is transmitted through the heat transfer plate 36 and flows to the radiator bodies 38 and 40.
  • the heat radiating bodies 38 and 40 are made of a heat transfer material such as metal, particularly aluminum, and dissipate heat transferred from the heat transfer plate 36 from a surface opposite to the surface facing the cylindrical battery 12.
  • fins may be provided on one or both surfaces of the two heat radiating bodies 38 and 40 to promote heat radiating.
  • a flow path may be formed inside one or both of the radiator bodies 38 and 40, a fluid may flow through the flow path, and heat may be dissipated to this fluid. Only one of the heat radiating bodies 38 and 40 may be provided.
  • the wave shape of the heat transfer plates 18 and 36 has a curved portion along the side surface of the cylindrical battery 12, but the wave shape is not limited to this and may be a triangular wave shape in which flat plates are arranged in a zigzag pattern.
  • the battery pack 10 is configured by combining six partial structures shown in FIGS. 3 or 4, but the battery pack may be configured alone or in any number of combinations.
  • the battery pack may be configured by combining three batteries so that the cross section becomes a semicircle as a whole.

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Abstract

電池パックの部分構造は、円筒電池を平面内に並列配置した層を複数重ねて形成された電池群であって、隣接する層に属する円筒電池は層間で互いに配列ピッチが半ピッチずらして配置されている、電池群と、表裏に配置される前記円筒電池の側面に接触し、伝熱性波板材からなる伝熱板であって、前記円筒電池の中心軸線に直交する平面内における前記層内の円筒電池の配列方向、または前記配列方向に交差する第１交差方向、または前記配列方向と前記第１交差方向に交差する第２交差方向に沿って前記円筒電池間の隙間を通って延びる伝熱板と、前記電池群の側方に配置され、前記伝熱板の端縁が接続している放熱体と、を含み、前記円筒電池のそれぞれは、少なくとも２枚の伝熱板に接している。

Description

電池パック 関連出願の相互参照
　本願は、２０２０年３月１０日に出願された出願番号２０２０－４１１６９の日本特許出願に基づく優先権を主張し、その開示の全てが参照によって本願に組み込まれる。
　本開示は、複数の電池を組み合わせて構成された電池パックの構造に関する。
　電気自動車等の電源など、高電圧、大容量が要求される場合、多数の電池を組み合わせた電池パックが使用される。電池パックは、搭載性から小形化が要求される一方、小形化して電池の密度を高めると、電池から発生した熱の放熱が問題となる。また、電池パックは、低温環境下で使用されるに際し、外部から加熱する場合があり、暖機の時間が問題となる。
　米国特許出願公開第２０１１／０２１２３５６号明細書には、円筒電池の間を波状に延びる流路に流体を流して円筒電池を冷却する技術が示されている。特開２０１８－６０５９４号公報には、円筒電池の配置の工夫により伝熱性能を向上する技術が示されている。特開２０１６－１７８０６６号公報には、円筒電池間に風を送って円筒電池を冷却する技術が示されている。
　小形かつ簡易な構造で、放熱性が良好であり、また熱応答性が良好な電池パックの構造が求められている。
　本開示の第１の形態によれば、電池パックの部分構造が提供される。この電池パックの部分構造は、円筒電池を平面内に並列配置した層を複数重ねて形成された電池群であって、隣接する層に属する円筒電池は層間で互いに配列ピッチが半ピッチずらして配置されている、電池群と、表裏に配置される前記円筒電池の側面に接触し、伝熱性波板材からなる伝熱板であって、前記円筒電池の中心軸線に直交する平面内における前記層内の円筒電池の配列方向、または前記配列方向に交差する第１交差方向、または前記配列方向と前記第１交差方向に交差する第２交差方向に沿って前記円筒電池間の隙間を通って延びる伝熱板と、前記電池群の側方に配置され、前記伝熱板の端縁が接続している放熱体と、を含み、前記円筒電池のそれぞれは、少なくとも２枚の伝熱板に接している。
　上記形態によれば、円筒電池を千鳥配置したことにより円筒電池の配置密度が高まり、電池パックを小型化することができる。また、導電性波板材からなる伝熱板により、円筒電池の千鳥配置に対応した簡易な構成により放熱性を向上することができる。また、伝熱板を用いることにより、円筒電池間を伝熱材料で埋める場合に比べて電池パックの熱容量を小さくすることができ、熱応答性を向上させることができる。
　上記形態において、前記電池群は、前記層を重ねた方向において第１の側と第２の側を有し、各層に属する円筒電池の数が、前記第１の側から前記第２の側に向けて１個ずつ増加し、前記放熱体は、少なくとも前記第２の側に配置され、前記伝熱板は、前記第１交差方向に延びる第１方向伝熱板と、前記第２交差方向に延びる第２方向伝熱板を含み、前記層のそれぞれを横切る伝熱板が前記円筒電池の個数の増加に合わせて追加され、各伝熱板が前記第２の側で前記放熱体に接続してもよい。
　上記形態によれば、第１の側から第２の側向けて円筒電池の数が増加する配列においても、伝熱板を配置することができる。
　上記形態において、追加された前記伝熱板は、前記第１の側に向いた端縁が他の伝熱板と接続していなくてもよい。
　上記形態によれば、追加された前記伝熱板は、前記第１の側に向いた端縁が他の伝熱板と接続していてもよい。
　上記形態において、前記放熱体は、前記第２の側に加え前記第１の側にも配置され、前記第１の側に最も近い層を横切る伝熱板が前記第１の側に配置された前記放熱体に接続されてもよい。
　本開示の第２の形態によれば、円筒電池を並列配置して六角形を形成し、六角形に配列された円筒電池を同心状に複数配置した電池パックが提供される。この電池パックは、前記六角形の各辺に対応する部分に、前記第１の形態のいずれかの電池パックの部分構造を有する。
　本開示の他の形態によれば、円筒電池の層に属する円筒電池が第１の側から第２の側に向けて１個ずつ増加する電池パックモジュールを六角形に組み合わせた構成を有する電池パックが提供される。
本実施形態の電池パックの円筒電池に直交する断面を模式的に示す図である。 電池パックの一部分の構造を模式的に示す分解斜視図である。 電池パックの一部分の構造の一例を模式的に示す断面図である。 電池パックの一部分の構造の他の例を模式的に示す断面図である。 他の電池パックの一部分の構造を模式的に示す断面図である。
　以下、本開示に係る実施の形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の電池パック１０を示す図であり、外形が円柱形状のいわゆる円筒電池１２の中心軸線に直交する断面を模式的に示す図である。図２は、電池パック１０の一部を示す図であり、部品を分解して示した斜視図である。
　円筒電池１２は、同心配置された２つの円筒形状の内側放熱体１４と外側放熱体１６の間の円環状の空間に複数配置されている。円筒電池１２は、いずれも同形状であり、円筒の中心軸線が平行になるように配置されている。内側の円筒電池１２は、六角形に配置され、これらの円筒電池１２を囲むように外側に、円筒電池１２が六角形に配置される。互いに隣接する六角形に配置された円筒電池は、配列ピッチが半ピッチずれて配列されている。さらに、外側に円筒電池１２が同様に配列され、この電池パック１０では、全体で４つの六角形が形成されている。更に外側に円筒電池１２が配置されるが、これらの円筒電池１２は、六角形の頂点を欠いた配置となっている。円筒電池１２の配列ピッチを半ピッチずらした千鳥配置とすることにより、２つの円筒電池１２の外形が形成する谷間部分に他の円筒電池１２が入り込み、円筒電池１２の配置密度が高められている。
　内側から外側に向けて円筒電池１２の隙間を縫うように延びる波形状の伝熱板１８が配置されている。伝熱板１８は、波板状に形成された伝熱材料からなり、材料自体によって熱が伝えられる。伝熱板１８は、例えば金属板、特にアルミニウム板により形成することができる。円筒電池１２の中心軸線方向において、円筒電池１２と伝熱板１８の寸法はほぼ等しい。伝熱板１８は、円筒電池１２の側面に沿うように湾曲した部分を有する。伝熱板１８は、円筒電池１２の側面の周方向において一部、かつ円筒電池１２の長手方向に延びる帯状の領域で接する。伝熱板１８は、円筒電池１２と直接接触しても、また接着剤等を介して接触してもよい。このような接触により、空気と接触する場合よりも伝熱効率が向上する。
　いくつかの伝熱板１８は、内側の端縁が内側放熱体１４に、外側の端縁が外側放熱体１６に接続しており、残余の伝熱板１８は、外側放熱体１６のみに接続している。円筒電池１２で発生した熱は、伝熱板１８を伝って、その伝熱板１８が接続している内側放熱体１４および外側放熱体１６に流れる。
　内側放熱体１４および外側放熱体１６は、例えば金属、特にアルミニウムなどの伝熱材料からなり、円筒電池１２に対向する面とは反対側の面から、伝熱板１８から伝わった熱を放熱する。また、内側放熱体１４と外側放熱体１６の一方または両方の表面にフィンを設けて、放熱を促進してもよい。また、内側放熱体１４と外側放熱体１６の一方または両方の内部に流路を形成し、この流路に流体を流し、この流体に放熱するようにしてもよい。
　内側放熱体１４と外側放熱体１６の間の空間の両端には、端面板２０，２２が配置され、円筒電池１２が配置される空間を閉鎖空間としている。
　図３は、円筒電池１２が配置された六角形の１辺に相当する部分、例えば図１の一点鎖線で囲まれた部分の構成を拡大して示す図である。
　内側放熱体１４に近い４個の円筒電池１２は１平面内に配置され、中心軸線が平行になるように図３において左右方向に配列されている。これら４個の円筒電池１２で１層が形成される。この層を第１配列層２４Ａと記し、この第１配列層２４Ａに属する円筒電池を区別する必要があるときには円筒電池１２Ａと記す。第１配列層２４Ａに隣接する５個の円筒電池１２で第２配列層２４Ｂが形成される。この第２配列層２４Ｂに属する円筒電池を区別する必要があるときには円筒電池１２Ｂと記す。円筒電池１２Ｂは、１平面内に配置され、中心軸線が平行となるように図３において左右方向に配列されている。円筒電池１２Ａと円筒電池１２Ｂは、配列ピッチが互いに半ピッチずれており、互いに、相手側の配列層の隣接する円筒電池の側面で形成される谷部分に入り込んでいる。第２配列層２４Ｂに隣接する６個の円筒電池１２で第３配列層２４Ｃが形成され、更に第３配列層２４Ｃに隣接する７個の円筒電池１２で第４配列層２４Ｄが形成されている。第３配列層２４Ｃに属する円筒電池を円筒電池１２Ｃと記し、第４配列層２４Ｄに属する円筒電池を円筒電池１２Ｄと記す。第３配列層２４Ｃおよび第４配列層２４Ｄに属する円筒電池１２Ｃ，１２Ｄも第１，第２配列層２４Ａ，２４Ｂに属する円筒電池１２Ａ，１２Ｂと同様、隣接する配列層の円筒電池と半ピッチずれて配置されている。第１～第４配列層２４Ａ～２４Ｄを区別する必要がない場合、また総称する場合、配列層２４と記す。
　第１～第４配列層２４Ａ～２４Ｄで構成される電池群２６を含む電池パック１０の部分構造について説明する。当該部分構造は、各配列層２４を重ねた方向（図３において上下方向）において、電池群２６の第１の側（図３において下側）に配置された内側放熱体１４と、第１の側と反対側の第２の側（図３において上側）に配置された外側放熱体１６を含む。第１の側と第２の側は、それぞれ円筒形の電池パック１０において内側、外側であり、以降の説明において、第１の側を内側、第２の側を外側と記す。
　電池群２６を構成する各配列層２４は、内側の第１配列層２４Ａから外側の第４配列層２４Ｄへと、その配列層２４に属する円筒電池１２が１個ずつ増加している。円筒電池１２は、各配列層２４を規定する平面内に整列する一方、この配列層２４に交差する２方向に沿ってもそれぞれ１平面内に整列されている。各配列層２４内において円筒電池１２が配列された方向を電池配列方向Ｕと記す。電池配列方向Ｕに対し６０°で交差する２つの方向においても、円筒電池１２は整列しており、この方向を第１交差方向Ｖ、第２交差方向Ｗと記す。これらの方向Ｕ，Ｖ，Ｗに沿って円筒電池１２間の隙間が延びている。
　電池群２６に関連する伝熱板１８は６枚であり、符号１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ，１８Ｅ，１８Ｆで示す。なお、第４配列層２４Ｄの更に外側に位置する一点鎖線で示した円筒電池１２に関連する伝熱板１８Ｇが設けられている。各円筒電池１２は、少なくとも２枚の伝熱板１８に接触している。各伝熱板１８の表裏に円筒電池１２が接触している。また、伝熱板１８同士は、接触せず、また交差していない。各配列層２４の端に位置する円筒電池１２は、図３においては、１枚の伝熱板１８にしか接していないように示されているが、図１に示すように、隣接する部分構造に属する伝熱板１８が接しており、実際には、２枚の伝熱板１８に接触している。
　伝熱板１８Ａ～１８Ｃは、第１～第４配列層２４Ａ～２４Ｄを横切り、内側の端縁が内側放熱体１４に、外側の端縁が外側放熱体１６に接続している。伝熱板１８Ａと伝熱板１８Ｃは、第１交差方向Ｖに延びる第１方向伝熱板であり、伝熱板１８Ｂは第２交差方向Ｗに延びる第２方向伝熱板である。伝熱板１８Ａ～１８Ｃは、第１配列層２４Ａの、隣接する円筒電池１２Ａ間に形成される３箇所の隙間に、それぞれ進入し、第１配列層２４Ａを横切っている。
　第２配列層２４Ｂに属する円筒電池１２Ｂは５個であり、隣接する円筒電池１２Ｂ間の隙間は４箇所となり、第１配列層２４Ａに比べて１箇所増加している。この増加部分を埋めるように、伝熱板１８Ｄが追加されている。伝熱板１８Ｄは、第２配列層２４Ｂを横切り、第２交差方向Ｗに沿って外側に向けて延びて外側放熱体１６に接続している。伝熱板１８Ｄは第２交差方向Ｗに沿って延びる第２方向伝熱板である。伝熱板１８Ｄは、第２配列層２４Ｂに加え、第３および第４配列層２４Ｃ，２４Ｄも横切っている。なお、伝熱板１８が配列層２４を横切るとは、ここでは、隣接する円筒電池１２の最も接近している部分を横切り、ここで両側の円筒電池１２に接するように配置されていることを言い、配列層２４の厚さ方向全体にわたって配置されることを要さない。
　第３配列層２４Ｃに属する円筒電池１２Ｃは６個であり、隣接する円筒電池１２Ｃ間の隙間は５箇所となり、第２配列層２４Ｂに比べて１箇所増加している。この増加部分を埋めるように、伝熱板１８Ｅが追加されている。伝熱板１８Ｅは、第３配列層２４Ｃを横切り、第１交差方向Ｖに沿って外側に向けて延びて外側放熱体１６に接続している。伝熱板１８Ｅは第１交差方向Ｖに沿って延びる第１方向伝熱板である。伝熱板１８Ｅは、第３配列層２４Ｃに加え、第４配列層も横切っている。
　第４配列層２４Ｄに属する円筒電池１２Ｄは７個であり、隣接する円筒電池１２Ｄ間の隙間は６箇所となり、第３配列層２４Ｃに比べて１箇所増加している。この増加部分を埋めるように、伝熱板１８Ｆが追加されている。伝熱板１８Ｆは、第４配列層２４Ｄを横切り、第２交差方向Ｗに沿って外側に向けて延びて外側放熱体１６に接続している。伝熱板１８Ｆは第２交差方向Ｗに沿って延びる第２方向伝熱板である。
　追加された伝熱板１８Ｄ～１８Ｆは、内側端縁がより内側にあるものから、延びる方向が交互となっているが、順序はこれに限られない。例えば、追加された伝熱板の全てが第１交差方向または第２交差方向に延びていてもよい。
　円筒電池１２で発生した熱は、伝熱板１８を伝って内側放熱体１４および外側放熱体１６に流れる。また、１つの円筒電池１２が異常発熱した際、伝熱板１８を挟んで位置する円筒電池１２は、伝熱板１８により熱が拡散されるために温度上昇を抑制することができる。また、異常発熱した円筒電池１２に、伝熱板１８を介さずに、つまり直接対向する円筒電池１２は、これらの円筒電池１２の間に隙間を設け、空気の層を設けることにより、温度上昇を抑制することができる。
　図４は、電池パックの部分構造の他の態様を示す図である。この態様は、図３に示した部分構造に対して、伝熱板の構造が相違し、他の構成については同一であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。
　図４に示す電池パックの部分構造の伝熱板２８Ａ～２８Ｆは、それぞれ前述の伝熱板１８Ａ～１８Ｆに対応している。伝熱板２８Ａ～２８Ｆについて、これらを区別する必要がない場合、または総称する場合、Ａ～Ｆを省略して伝熱板２８と記す。なお、第４配列層２４Ｄの外側に配列された円筒電池１２に関連する伝熱板２８Ｇは、前述の伝熱板１８Ｇに対応する。
　伝熱板２８Ａから２８Ｃは、前述の伝熱板１８Ａ～１８Ｃと同一である。伝熱板２８Ｄは、前述の伝熱板１８Ｄより内側に、伝熱板２８Ｃに達するまで延び、伝熱板２８Ｃに接続している。伝熱板２８Ｅは、前述の伝熱板１８Ｅより内側に、伝熱板２８Ｄに達するまで延び、伝熱板２８Ｄに接続している。伝熱板２８Ｆは、前述の伝熱板１８Ｆより内側に、伝熱板２８Ｅに達するまで内側に向けて延び、伝熱板２８Ｅに接続している。伝熱板２８Ｇは、前述の伝熱板１８Ｇより内側に、伝熱板２８Ｆに達するまで延び、伝熱板２８Ｆに接続している。以上のように、伝熱板２８Ｄ～２８Ｇは、前述の伝熱板１８Ｄ～１８Ｇを、他の伝熱板２８に達するまで延ばしたものである。追加された伝熱板２８Ｄ～２８Ｇは、内側の端縁が他の伝熱板２８に接続され、内側および外側の端縁が支持されることによって安定する。各伝熱板２８は、互いに交差はしていない。この構造においても、各円筒電池１２は、少なくとも２枚の伝熱板に接している。
　図５は、電池パック、またはその部分構造３０の一例を示す図であり、外形が円筒形のいわゆる円筒電池１２の中心軸線に直交する断面を示す模式図である。円筒電池１２は、１つの平面内に並列配置されて１つの層を形成している。この層を配列層３２と記す。図５において、４つの配列層３２Ａ～３２Ｄを有する構成が例示されている。４つの配列層３２Ａ～３２Ｄを区別する必要がないとき、または総称するときにはＡ～Ｄを省略して単に配列層３２と記す。また、１つの配列層３２内で円筒電池１２が配列されている方向を電池配列方向と記す。図５において、電池配列方向は左右方向である。
　配列層３２Ａ～３２Ｄは、それぞれ同数の円筒電池１２から構成される。図５では、４個の円筒電池１２から構成される配列層３２が例示されている。また、ｎ個の円筒電池１２から構成される配列層と、ｎ＋１個の円筒電池１２から構成される配列層が交互に重ねられてもよい。隣接する配列層３２に属する円筒電池１２は、配列ピッチが互いに半ピッチずれて配置され、相手方の配列層３２に属する隣接する２個の円筒電池１２の側面により形成された谷間の部分に入り込んでいる。これにより、隣接する配列層３２間で円筒電池１２が互いに半ピッチずらして配置された電池群３４が形成される。
　配列層３２の間の隙間を縫うように延びる波形状の伝熱板３６が配置されている。伝熱板３６の延びる方向は電池配列方向である。伝熱板３６は、波板状に形成された伝熱材料からなり、材料自体によって熱が伝えられる。伝熱板３６は、例えば金属板、特にアルミニウム板により形成することができる。円筒電池１２の中心軸線方向において、円筒電池１２と伝熱板３６の寸法はほぼ等しい。伝熱板３６は、円筒電池１２の側面に沿うように湾曲した部分を有する。伝熱板３６は、円筒電池１２の側面の周方向において一部、かつ円筒電池１２の長手方向に延びる帯状の領域で接する。伝熱板３６は、円筒電池１２と直接接触しても、また接着剤等を介して接触してもよい。このような接触により、空気と接触する場合よりも伝熱効率が向上する。
　電池配列方向において電池群３４の両側には、放熱体３８，４０が配置され、各伝熱板３６の両側の端縁が放熱体３８，４０に接続している。円筒電池１２で発生した熱は、伝熱板３６を伝って、放熱体３８，４０に流れる。放熱体３８，４０は、例えば金属、特にアルミニウムなどの伝熱材料からなり、円筒電池１２に対向する面とは反対側の面から、伝熱板３６から伝わった熱を放熱する。また、２つの放熱体３８，４０の一方または両方の表面にフィンを設けて、放熱を促進してもよい。また、放熱体３８，４０の一方または両方の内部に流路を形成し、この流路に流体を流し、この流体に放熱するようにしてもよい。放熱体３８，４０は、一方のみ設けるようにしてもよい。
　伝熱板１８，３６の波形状は、円筒電池１２の側面に沿うように湾曲した部分を有するが、これに限らず平板がジグザグに配置された三角波形状であってもよい。
　電池パック１０は、図３または図４に示された部分構造を６個組み合わせて構成されるが、単独で、または任意の個数を組み合わせて電池パックを構成してもよい。例えば、３個を組み合わせて全体として断面が半円弧となるように電池パックを構成してもよい。

Claims (6)

  1. 　円筒電池を平面内に並列配置した層を複数重ねて形成された電池群であって、隣接する層に属する円筒電池は層間で互いに配列ピッチが半ピッチずらして配置されている、電池群と、
    　表裏に配置される前記円筒電池の側面に接触し、伝熱性波板材からなる伝熱板であって、前記円筒電池の中心軸線に直交する平面内における前記層内の円筒電池の配列方向、または前記配列方向に交差する第１交差方向、または前記配列方向と前記第１交差方向に交差する第２交差方向に沿って前記円筒電池間の隙間を通って延びる伝熱板と、
    　前記電池群の側方に配置され、前記伝熱板の端縁が接続している放熱体と、
    を含み、
    　前記円筒電池のそれぞれは、少なくとも２枚の伝熱板に接している、
    電池パックの部分構造。
  2. 　請求項１に記載の電池パックの部分構造であって、
    　前記電池群は、前記層を重ねた方向において第１の側と第２の側を有し、各層に属する円筒電池の数が、前記第１の側から前記第２の側に向けて１個ずつ増加し、
    　前記放熱体は、少なくとも前記第２の側に配置され、
    　前記伝熱板は、前記第１交差方向に延びる第１方向伝熱板と、前記第２交差方向に延びる第２方向伝熱板を含み、前記層のそれぞれを横切る伝熱板が前記円筒電池の個数の増加に合わせて追加され、各伝熱板が前記第２の側で前記放熱体に接続している、
    電池パックの部分構造。
  3. 　請求項２に記載の電池パックの部分構造であって、
    　追加された前記伝熱板は、前記第１の側に向いた端縁が他の伝熱板と接続していない、電池パックの部分構造。
  4. 　請求項２に記載の電池パックの部分構造であって、
    　追加された前記伝熱板は、前記第１の側に向いた端縁が他の伝熱板と接続している、電池パックの部分構造。
  5. 　請求項２から４のいずれか１項に記載の電池パックの部分構造であって、
    　前記放熱体は、前記第２の側に加え前記第１の側にも配置され、前記第１の側に最も近い層を横切る伝熱板が前記第１の側に配置された前記放熱体に接続されている、電池パックの部分構造。
  6. 　円筒電池を並列配置して六角形を形成し、六角形に配列された円筒電池を同心状に複数配置した電池パックであって、前記六角形の各辺に対応する部分に、請求項２から５のいずれか１項に記載の電池パックの部分構造を有する、電池パック。
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