JP2003308812A - 電池パック - Google Patents
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Abstract
池パックの温度上昇を抑制する。 【解決手段】 二次電池1の外表面、特に周囲を他の二
次電池1に囲まれた中央二次電池1aの外表面にセラミ
ックス層3を形成すると、セラミックス層3から熱線放
射されることにより中央二次電池1aの温度上昇が抑制
され、周囲の放熱性のよい二次電池1と温度を均等化さ
せることができる。パックケース2の外表面にセラミッ
クス層3を設けると、二次電池1の放熱によって温度上
昇するパック消す2からの熱放射が促進され、温度上昇
が抑制されると同時に二次電池1の放熱性も向上する。
Description
せるために熱線放射による放熱構造を設けて温度上昇を
抑制すると共に、複数の二次電池の温度バランスを均等
化する構造を備えた電池パックに関するものである。
る反応熱やジュール熱が発生し、電気容量が大きくなる
ほどに発生する熱量が増加して電池温度が上昇する。発
生する熱量は急速充電や高率放電などが行われたときに
更に増加する。また、二次電池を電動工具や電動車両の
駆動電源として使用したような場合にはモータの始動時
に大きな放電電流が流れ、高率放電が繰り返されるので
電池温度の上昇を加速する。
対応させるときには、複数の二次電池を直列及び/又は
並列に接続して組電池や電池パックなどの形態に構成さ
れる。このとき複数の二次電池は密集状態に配設される
ため、隣り合う二次電池間で互いに熱影響を及ぼし合
い、他の二次電池に囲まれた中央部分に位置する二次電
池は熱の放散が不充分になるため電池温度が上昇し、端
に位置する二次電池と中央部分に位置する二次電池の温
度が異なり、複数の二次電池の温度バランスが崩れた状
態になるため電池特性が異った状態となり、複数の二次
電池を使用した組電池や電池パックの性能が充分に発揮
されない。
池温度の影響を受け、高温状態になると充電効率及び放
電効率が変化し、充放電サイクル寿命を低下させる。従
って、二次電池が温度上昇する状態にある場合や、複数
の二次電池の温度バランスが崩れる状態にある場合に
は、二次電池の放熱を促進させる必要があり、二次電池
に放熱板を接触させた放熱構造や、二次電池に冷却用の
空気を流通させる冷却構造などが採用されている。
特開2001−297741号公報に開示された電池パ
ックでは、複数列に並べられた複数の二次電池の間に、
熱伝導性のよい材料によって形成された仕切板を各二次
電池の円弧外面に沿うように配設し、中央部に配設され
た二次電池の熱が仕切板を通じて外部に放散されやすく
して、複数の二次電池の温度バランスが均等化されるよ
うにしている。また、特開2001−76696号公報
に開示された電池パックでは、複数の二次電池によって
囲まれた状態になる中央部分の二次電池を集熱部で囲
み、集熱部で集熱した二次電池の熱をヒートパイプによ
って外部放出するように構成されている。また、特開平
10−270095公報に開示された電池電源の冷却装
置は、主として電動車両用の電池電源として構成された
もので、多数の二次電池を並列配置した一方側から空気
流通させて空冷するとき、空気流通の下流側に位置する
二次電池ほど空気に触れる面積が大きくなるようにして
各二次電池の温度が均等になるようにしている。
て、伝熱板を介した熱伝導により放熱を促進した構造
や、空冷状態が均等になるようにした構造においても、
複数の二次電池の温度を均等にすることは困難であり、
温度の均等化できるようにするには複雑な放熱構造を設
けることになり、電池パックとしての体積が増加する問
題点があった。また、空冷による放熱構造は空気流通さ
せるための空間を形成する必要があり、電池パックとし
て大型化してしまうため、電動車両等のように大型の装
置にしか適用できない問題点があった。
即ち伝熱を促進することにある。伝熱は伝導、対流、放
射の形態があり、前記放熱板を用いた放熱構造は熱の伝
導を利用したものであり、前記冷却空気を流通させる冷
却構造は熱の対流を利用したものである。伝導や対流を
利用した熱の移動量は、発熱体即ち二次電池と、放熱板
や空気である伝熱体との温度差の関数となる。これに対
して放射の場合は、電磁波として熱が放射され、放射さ
れた熱はそれが当たる物体に吸収されたとき、熱の移動
量は双方の温度の4乗の差の関数となるため、放射によ
る伝熱は伝導や対流より有効な手段となる。
ども通常使用では100℃を越えるものでなく、熱吸収
する物体との温度差が小さいため、熱放射によって温度
上昇が抑制される状態は得られない。二次電池から熱放
射が積極的になされる状態がないと、熱放射だけでは電
池温度を低下させることはできない。
に行わせる手段として、熱線を放射する熱線放射材料に
着目し、特に高い温度でなくても遠赤外線を放射するセ
ラミックス等の材料を二次電池の外表面に設けることに
より、二次電池の熱エネルギーを遠赤外線の熱線放射に
より外部放出させ、温度上昇を抑制する効果が得られる
ことを見出した。
の効果に着目したことに基づくもので、熱放射により二
次電池の温度上昇を抑制すると共に、複数の二次電池の
温度を均等化することを可能にした電池パックを提供す
ることにある。
の本発明は、複数の二次電池を筐体内に収容してなる電
池パックであって、所要構成要素の外表面に、遠赤外線
を放射するセラミックスス層が形成されてなることを特
徴とする。
即ち二次電池や筐体など温度上昇を抑制したい構成要素
の外表面にセラミックス層が形成される。形成されたセ
ラミックス層は遠赤外線を放射するので、遠赤外線放射
による放熱が促進されて温度上昇が抑制される。
ラミックス層を形成すると、二次電池からの放熱が促進
され、二次電池からの熱放射が促進され、電池パックと
しての温度上昇する最大要因となる二次電池の温度上昇
が抑制され、電池パック全体の温度上昇抑制に効果的で
ある。
次電池の外表面にセラミックス層を形成することによ
り、複数の二次電池の温度状態を均等化することができ
る。
が形成されていることにより、セラミックス層により二
次電池の外表面が絶縁され、筐体を金属によって形成す
ることができる。金属は熱伝導性がよく筐体内部の温度
を外部に効率よく放出することができる。
属板によって形成された放熱板を配設し、これを筐体な
どの外部放熱可能な部位に接合すると、放熱状態の悪い
位置に配設された二次電池の熱も外部に放出することが
でき、複数の二次電池の温度を均等化するのに効果的で
ある。金属製の放熱板に接する二次電池には、その外表
面にセラミックス層を形成するのがよく、遠赤外線放射
による温度上昇抑制と共に放熱板との絶縁を図ることが
できる。
クス層を形成すると、二次電池の熱により温度上昇して
セラミックス層から遠赤外線を放射して外部に放熱する
ので二次電池の温度上昇抑制に効果的である。
成すると、二次電池のセラミックス層から放射された遠
赤外線を吸収するので、二次電池の熱を筐体に効率よく
伝熱させることができる。
クス層を形成すると、二次電池の熱を内表面のセラミッ
クス層で吸収し、この熱を外表面のセラミックス層から
遠赤外線として外部に放出することができる。
状が形成された外表面にセラミックス層を形成すると、
セラミックス層による熱放射面積も増加するので、放熱
効果を増加させることができる。
材及び端子部材の外表面にセラミックス層を形成する
と、電動工具や電動車両など放電電流が大きな装置に適
用したような場合に、大きな放電電流や接触抵抗等に起
因してリード部材や端子部材の温度が特に上昇するが、
そこにセラミックス層を形成しておくと熱放射による放
熱が促進されるので、リード部材や端子部材の温度上昇
を抑制することができる。
ソーダを主成分として、結晶質のIn,Sn,Al,S
iの酸化物のうち少なくとも1種を含む混合物により形
成されたものが好適で、遠赤外線を放射する作用と共
に、断熱性、耐熱性を有して熱放射による温度上昇抑制
の効果及び熱影響の遮断の効果を得ることができる。上
記セラミックス材料は水に混合した状態でペースト状に
形成されるので、所要部位に容易に塗着させることがで
き、乾燥によりセラミックス層に形成することができ
る。
ンの厚さに形成するのが好適で、その効果を低下させる
ことなく、また徒に体積を増加させることなく熱放射に
よる温度上昇抑制の効果を得ることができる。
の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であ
って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
成された電池パックで、特に熱放射を促進させる構造を
設けることにより温度上昇を抑制した電池パックについ
て示すものである。前記二次電池はニッケル−カドミウ
ム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、鉛蓄電池などの水溶
液系二次電池や、リチウムイオン二次電池などの非水溶
液系二次電池を主たる対象とする。
10の構成を示すもので、電動工具の電池電源として構
成されたものである。円筒形のニッケル−水素蓄電池と
して構成された複数の二次電池1,1aは、図2に示す
ように俵積み状態に並列配置され、各二次電池1,1a
はリード部材7によって直並列に接続されて電池ブロッ
ク5に構成されている。この電池ブロック5は、図1に
示すように、パックケース(筐体)2内に収容され、リ
ード部材7によって直並列接続された二次電池1,1a
の正負両端は外部接続端子4に接続され、嵌合部6によ
って工具本体に電池パック10が装着されたとき、外部
接続端子4は工具本体の接続部に電気的接続される。
積みに配置したとき、複数の二次電池1に囲まれた中央
部に位置する中央二次電池1aは放熱が不充分な状態に
なるので、周囲の二次電池1に比して中央二次電池1a
は温度上昇する度合いが大きくなる。そこで、この中央
二次電池1aには、その外表面にセラミックス層3が形
成される。このセラミックス層3は、金属素材に対する
優れた接着性を有しているため、電池ケース2に強固に
接着した状態が維持され、耐熱性及び断熱性、絶縁性を
有すると共に、表面から遠赤外線を発生させる。
なされた場合に温度上昇し、その温度が過剰に上昇した
とき、充電効率や放電効率が変化するだけでなく、充放
電サイクル寿命を低下させ、劣化を促進させることにな
る。従って、電動工具や電動車両等のように高率放電が
繰り返され、モータの始動時に大きな突入電流が流れる
場合や、複数の二次電池1,1aを用いて大きな放電電
力を供給することができるように構成した場合には電池
温度の上昇は激しくなるので、二次電池1,1aの放熱
構造を設ける必要がある。中央二次電池1aはその外表
面にセラミックス層3が形成されていることにより、発
電要素から発生する熱によって温度上昇した熱はセラミ
ックス層3から遠赤外線として放射されるので、中央二
次電池1aの発熱は遠赤外線の発生により熱放射され、
中央二次電池1aの温度上昇は抑制される。
クケース2に対して伝熱するので温度上昇が抑えられ、
中央二次電池1aは遠赤外線の放射により放熱状態が改
善されるので、複数の二次電池1,1aの温度は均等化
され、電池温度が異なることによる電池性能の低下や中
央二次電池1aの寿命低下を抑制することが可能とな
る。
酸ソーダを主成分として、結晶質のSi,In,Al,
Snの酸化物や窒化物のうち少なくとも1種を副成分を
混在させ、有機物を一切含まないセラミックス材料とし
たものを水に溶かしてペースト状に生成し、このペース
ト状のセラミックス材料を塗着又は侵漬又は噴霧により
付着させ、乾燥によりセラミックス層3を5〜50ミク
ロンの厚さに固着させたものである。セラミックス層3
は金属や樹脂に対する接着性がよく、ペースト状のセラ
ミックス材料は造膜性を有しているので均等厚さの膜状
に中央二次電池1aに付着する。
ラミックス材料を任意部位に塗着させることができるの
で、各構成要素がパーツの状態においても、電池ブロッ
ク5や電池パック10に組み立てる工程上においても、
温度上昇を抑えたい構成要素やその部位に形成させるこ
とができる。例えば、二次電池1の放熱性の悪い内方側
の周面にのみセラミックス層3を形成すると、内方側の
放熱性を改善することができる。また、大きな放電電流
が流れることにより温度上昇するリード部材7や外部接
続端子4にセラミックス層3を形成すると、セラミック
ス層3からの遠赤外線放射により放熱性が得られるの
で、発熱を抑制することができる。このリード部材7が
接続される面をリード部材7を含んで全面にセラミック
ス層3を形成すると、放熱性はより向上する。
クス層3を形成すると、収容した二次電池1、1aの温
度上昇により加熱されて温度上昇したとき、セラミック
ス層3からの遠赤外線放射により放熱効果を向上させる
ことができる。パックケース2の外表面に放熱用の凹凸
形状を形成すると放熱効果が向上するが、その凹凸形成
部位にセラミックス層3を形成しておくと、セラミック
ス層3の面積が増加して更なる放熱効果の向上を図るこ
とができる。また、パックケース2は金属により形成
し、その外表面と内表面とにセラミックス層3を形成す
ると、放熱性をより向上させることができる。即ち、内
表面のセラミックス層3は二次電池1から放射される遠
赤外線を吸収して金属部分に伝熱させ、金属部分の温度
は外表面に形成されたセラミックス層3から外部放出す
ることができる。
セラミックス層3を形成すると共に、各二次電池1に接
して金属板により形成された放熱板8を配設し、放熱板
8の端部をパックケース2に接合するように構成する
と、各二次電池1の熱は放熱板8に伝熱してパックケー
ス2から外部放出されると同時に、各二次電池1に形成
されたセラミックス層3から放射された遠赤外線は放熱
板8に吸収され、熱伝導性のよい金属部分からパックケ
ース2に放熱される。このように金属性の放熱板8を二
次電池1に接触させても、二次電池1にセラミックス層
3が形成されていることにより絶縁性が得られ、二次電
池1の間の短絡等は防止できる。また、放熱板8にセラ
ミックス層3を形成すると、二次電池1にセラミックス
層3が形成されない場合でも二次電池1間の絶縁性を得
ることができる。
の構成を示すもので、ハイブリッド車など大きな駆動電
力を要求する負荷に対応させるために構成されたもの
で、6個の二次電池26それぞれの電槽を一体化した樹
脂製の一体電槽22内に6個の二次電池26が構成さ
れ、一体電槽22内で各二次電池26を直列接続し、両
短側面に設けられた外部接続端子28により外部接続の
用に供している。この集合型二次電池21はその長側面
32を対向させて複数個を連結し、リブ33によって連
結間に形成される間隙に強制的に空気送給して冷却でき
るように構成されており、一体電槽22の表面積を増加
させて冷却効果を向上させるべく長側面32には多数の
突部34が形成されている。
槽22の外表面に前述のセラミックス層4を形成する
と、空気流通による放熱に加えてセラミックス層4から
の熱放射により放熱効果を向上させることができる。一
体電槽22に形成された突部33は表面積を増加させて
いるので、セラミックス層4の表面積も増加して熱放射
面積の増加による放熱効果の向上につながる。遠赤外線
放射による熱放射は遠赤外線を効率よく吸収する吸収体
を存在させることが効果的であるため、連結する集合型
二次電池21の間に遠赤外線に対して吸収率のよい遠赤
外線吸収板を介在させると、より効果的である。一体電
槽22の外表面から放射される遠赤外線を吸収する遠赤
外線吸収板は温度上昇するが、両面を流れる空気により
冷却される。連結された集合型二次電池21は一体電槽
22の外表面から放射された遠赤外線が遠赤外線吸収板
に吸収されるため、内部から発生する熱を遠赤外線に効
率よく変換して放出することができるので、放熱効果が
向上する。
の構成を示すもので、ニッケル−水素蓄電池として構成
された角形の二次電池11をパックケース12内に複数
個収容して構成されている。図示するように複数の二次
電池11を並列配置したとき、各二次電池11のパック
ケース12に臨む面はパックケース12に対して放熱さ
れるが、二次電池11が互いに向かい合う面は互いの熱
影響が及び、放熱性も低下するので温度上昇しやすくな
る。そこで、各二次電池11の相互に対向する面にセラ
ミックス層13を形成すると、熱放射による放熱が促進
されて各二次電池11の温度上昇を抑制することができ
る。また、セラミックス層13は断熱性を有しているの
で、互いの熱影響により温度上昇することが抑制され
る。
が向かい合う間に、セラミックス層13の形成により遠
赤外線を吸収する熱伝導板14を配設し、これをパック
ケース12に接合しておくと、各二次電池11に形成し
たセラミックス層13から放射された遠赤外線は熱伝導
板14に吸収されてパックケース12に伝熱され、パッ
クケース12から外部に熱放射されて温度上昇の抑制に
より効果的である。
に凹凸形成した放熱部15を形成しておくことにより放
熱性の向上を図ることができる。また、放熱部15や任
意部位にセラミックス層13を形成すると、セラミック
ス層13からの遠赤外線放射により放熱が促進され、二
次電池11の放熱がより速やかになされる。
池1、1a、11の外表面にセラミックス層3、13す
るとき、二次電池1、1a、11の外表面を被覆する外
装体の外表面にセラミックス層3、13を形成すること
ができる。二次電池1、1a、11の外表面は二次電池
1、1a、11の一方極に構成されている場合が多いの
で、その絶縁のために樹脂フィルムや紙を用いた外装体
が設けられる。また、外装体は品番、規格、注意書き等
を表記するスペースであり、汎用の二次電池1、1a、
11には不可欠な構成要素である。
た場合、二次電池1、1a、11から発生する熱により
外装体を介してセラミックス層3、13が加熱される。
セラミックス層3、13は加熱量に応じた遠赤外線を放
射するので、遠赤外線の放射に応じて外装体を介して二
次電池1、1a、11の温度上昇が抑制される。
上昇抑制の効果を検証したグラフを示すものである。二
次電池1(SCサイズのニッケル−カドミウム蓄電池)
の電池ケース上に外装体として紙筒を被せ、紙筒の外表
面にセラミックス層3を形成した場合と、セラミックス
層3を設けない場合とについて、電池ケースの表面温度
と紙筒の表面温度とを測定したものである。グラフから
分かるように、電池ケースの表面温度及び紙筒の表面温
度共にセラミックス層3を形成した場合に方が低くなっ
ており、セラミックス層3から遠赤外線が放射されるこ
とによる温度上昇抑制の効果が明らかである。
の二次電池をパックケース内に収容して電池パックに構
成したとき、二次電池をはじめとする発熱する構成要素
の外表面にセラミックス層を形成することができ、セラ
ミックス層から熱エネルギーが遠赤外線として放散され
るので、発熱する構成要素の温度上昇を抑制することが
できる。また、複数の二次電池のうち放熱状態が悪い位
置にある二次電池にセラミックス層を形成すると、その
二次電池の放熱状態が改善されるので、複数の二次電池
の温度状態を均等化することができ、電池性能のばらつ
きによる充放電特性の低下を抑制することができる。。
断面図。
図。
視図。
断面図。
フ。
Claims (13)
- 【請求項1】 複数の二次電池を筐体内に収容してなる
電池パックであって、所要構成要素の外表面にセラミッ
クス層が形成されてなることを特徴とする電池パック。 - 【請求項2】 二次電池の外表面にセラミックス層が形
成されてなる請求項1に記載の電池パック。 - 【請求項3】 放熱状態の悪い位置に配設された二次電
池の外表面にセラミックス層が形成されてなる請求項1
又は2に記載に電池パック。 - 【請求項4】 二次電池の外表面を被覆する外装体にセ
ラミックス層が形成されてなる請求項1〜3いずれか一
項に記載の電池パック。 - 【請求項5】 筐体が金属によって形成されてなる請求
項1〜4いずれか一項に記載の電池パック。 - 【請求項6】 二次電池の間に放熱板が配設されてなる
請求項1〜5いずれか一項に記載の電池パック。 - 【請求項7】 筐体の外表面にセラミックス層が形成さ
れてなる請求項5に記載の電池パック。 - 【請求項8】 筐体の内表面にセラミックス層が形成さ
れてなる請求項5に記載の電池パック。 - 【請求項9】 筐体の外表面及び内表面にセラミックス
層が形成されてなる請求項5に記載の電池パック。 - 【請求項10】 凹凸形状が形成された外表面にセラミ
ックス層が形成されてなる請求項1〜9いずれか一項に
記載の電池パック。 - 【請求項11】 電気的接続の用に供されるリード部材
及び端子部材の外表面にセラミックス層が形成されてな
る請求項1に記載の電池パック。 - 【請求項12】 セラミックス層は、ガラス質のケイ酸
ソーダを主成分として、結晶質のIn,Sn,Al,S
iの酸化物を少なくとも1種を含む混合物により形成さ
れてなる請求項1〜11いずれか一項に記載の電池パッ
ク。 - 【請求項13】 セラミックス層は、5〜50μmの厚
さに形成されてなる請求項1〜12いずれか一項に記載
の電池パック。
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