JP2012199044A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の冷却風流路に平行な流路面と、この流路面に直交する面と、の温度むらを改善することができる組電池を提供する。
【解決手段】絶縁性を有するセパレーター７を間に挟んで複数の電池１を配列して構成され、これら電池１間には、冷却風を送風して当該電池１を冷却する組電池１０において、セパレーター７は、電池１の流路面１７との間に冷却風が通過する冷却風流路１８を備え、この冷却風流路１８の入口側には、電池１の入口側端面１９に対向して設けられ、冷却風流路１８に冷却風を導くガイド９を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、空冷式の組電池に関する。

従来、複数の電池を配列した組電池を備えるバッテリー装置が知られている。この種のバッテリー装置では、組電池を構成するのに際し、電池と電池の間に絶縁体からなる例えば樹脂製のセパレーターが配置される。この種のセパレーターには、冷却風を通過させるための冷却風流路が形成され、この冷却風流路に送風機などで冷却風を送風して、冷却風流路を通過する冷却風と電池との間で熱交換させて電池を冷却している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３６２８７９号公報

しかしながら、組電池を構成する電池において、冷却風流路に平行な流路面に直交し、冷却風流路に送風される冷却風の流れに対向する面の表面では、冷却風の流速が遅くなるとともに、流れによどみが生じる。これによって、流路面に直行する面の、冷却風に対する熱伝達率が低くなり、流路面よりも高温となるため、電池の冷却風流路に平行な流路面と、この流路面に直交する面との間に温度むらが生じる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電池の冷却風流路に平行な流路面と、この流路面に直交する面と、の温度むらを改善することができる組電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、絶縁性を有するセパレーターを間に挟んで複数の電池を配列して構成され、これら電池間には、冷却風を送風して当該電池を冷却する組電池において、前記セパレーターは、前記電池の流路面との間に前記冷却風が通過する冷却風流路を備え、この冷却風流路の入口側には、前記電池の入口側端面に対向して設けられ、前記冷却風流路に前記冷却風を導くガイドを備えたことを特徴とする。

この構成において、前記ガイドは、前記電池の入口側端面との間隙が前記冷却風流路の流路幅以上となるように、前記電池の上下に亘って設けられる構成としても良い。また、前記ガイドは、前記セパレーターと別体に形成され、前記電池の入口側端面を覆う覆部と、前記覆部を前記セパレーターに装着するための装着部と、を備える構成としても良い。前記セパレーターは、前記電池の奥行方向に延在する凹、凸を有し、前記冷却風流路は、これらの凹、凸に対応して前記流路面との間に形成される空所であり、前記ガイドに、前記空所に冷却風を導く複数のリブを形成した構成としても良い。また、前記ガイドと、前記電池の入口側端面との間隙は、前記冷却風流路の流路幅の２倍以下である構成としても良い。また、隣接する前記ガイド間に、前記冷却風流路の流路幅以上の間隙を設けた構成としても良い。

本発明によれば、絶縁性を有するセパレーターを間に挟んで複数の電池を配列して構成され、これら電池間には、冷却風を送風して当該電池を冷却する組電池において、前記セパレーターは、前記電池の流路面との間に前記冷却風が通過する冷却風流路を備え、この冷却風流路の入口側には、前記電池の入口側端面に対向して設けられ、前記冷却風流路に前記冷却風を導くガイドを備えたため、電池の入口側端面の表面で冷却風の流速が遅くなるのを防ぐことができ、電池の入口側端面の冷却風に対する熱伝達率の低下を抑え、電池流路面と、この入口側端面との間の温度むらを改善することができるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係る組電池を示す外観斜視図である。 同平面図である。 同側面図である。 （Ａ）はセパレーターを示す斜視図であり、（Ｂ）はガイドを示す斜視図である。 ガイドに対する冷却風の流れを示す部分拡大図である。 組電池の平面模式図である。 組電池の平面模式図である。 図２のａ―ａ断面における冷却風の流速分布図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。

図１は、本発明を適用した実施形態に係る組電池１０の斜視図、図２は、その平面図である。

組電池１０は、複数の電池（セル）１を断熱プレート２上で前後に重ねて構成されている。電池１はその幅よりも薄い薄型の角型電池であり、面取りした矩形状の角型ケース３の天面から出力端子４である正極、及び、負極を離間させて突出させている。出力端子４の突出位置は、正極と負極とが左右対称となる位置としている。これにより、電池１を交互に裏返して重ねたときに、正極と負極とが重なり合い、複数の電池１を容易に直列に接続することができる。この電池１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の二次電池が利用できる。特に、リチウムイオン電池は、単位体積当たりの出力が高く、小型化、高出力化に適しているため、好適に用いることができる。なお、二次電池に限らず、一次電池を利用することもできる。

出力端子４は、正負の出力端子４が、図２に示すように、互いに逆方向に断面Ｌ字状に折曲される。電池１を交互に裏返して重ねたときには、隣接する電池１同士で、正負の出力端子４が交互に逆向きになり、正極と負極とが積層される。また、これらの出力端子４は、隣接する電池１の間で接続可能な大きさ、及び、形状に形成される。さらに出力端子４の折曲部には、連結孔が開口しており、この連結孔に連結ボルトを挿通することで、互いに積層される折曲部を連結することができる。これにより、隣接する電池１間で、出力端子４の正極と負極とを直接接続して、複数の電池１を直列に接続している。なお、出力端子４は、金属板のバスバーを用いて、隣接する電池１を互いに直列に接続する構成であっても良い。

図示は省略したが、組電池１０の端部は制御回路に接続され、制御回路によって各電池１の電圧、電流、温度などが測定され、電池容量、及び、必要充放電量等が決定され、充放電等の制御が行われる。複数の電池１を直列に接続することで、出力電圧を高くすることなく出力を大きくできるが、組電池１０は、電池１を並列に接続して構成される構成とすることもできる。また、組電池１０は、その端部にエンドプレートを備える構成であっても良い。

また、電池１は、図示は省略したが、有底筒状に形成された外装缶である角型ケース３の開口部分から巻き電極を挿入し、電解液を注入した後、封口板で開口部分を閉塞して、レーザー溶接等により封止して形成されている。角型ケース３は、熱伝導性に優れた金属で構成される。封口板には、安全弁が設けられ、電池１が異常な状態で充放電されると安全弁が開弁して、電解液が排出されるように構成されている。また、電池１は、出力端子４の周囲を囲むように直立された端子リブを備える。これにより、角型ケース３内部に注入された電解液が出力端子４の周囲から漏洩しても、不用意に拡散する事態が阻止される。

組電池１０の各電池１間には、絶縁性を有するセパレーター７が配置されている。このセパレーター７は、各電池１間に適宜の間隔をあけて、その間隔に冷却風を流して各電池１を空冷により冷却できるように構成されている。図示は省略したが、組電池１０の一側面１０Ａ側には、送風機からの風を各セパレーター７により形成される間隔に供給するための供給ダクトが接続されると共に、組電池１０の他側面１０Ｂ側には、各セパレーター７により形成される間隔を通って流れた冷却風を外部に排気する排気ダクトが接続される。これにより、組電池１０を空冷によって冷却することができる。各セパレーター７により形成される間隔に供給する冷却風は、供給ダクト側から押し込む構成であっても良いし、或いは、排気ダクト側から引き込む構成であっても良い。

各セパレーター７により形成される間隔の冷却風の入口部、すなわち、組電池１０の一側面１０Ａ側には、ガイド９が配置されている。このガイド９は、組電池１０の一側面１０Ａ側に並設され、一側面１０Ａ側に接続された供給ダクトからの冷却風を各セパレーター７により形成される間隔に導くように構成されている。ガイド９は、セパレーター７とは、別体に形成され、平面視で、セパレーター７から組電池１０の一側面１０Ａに沿って略Ｌ字状に突出するように配設される。

セパレーター７は、例えば樹脂成形により製造される樹脂成形品であり、図３に示すように、上下に矩形波状の凹７Ａ、凸７Ｂ、凹７Ａ、凸７Ｂ・・・を順に繰り返して構成されている。図３は、組電池１０を他側面１０Ｂ側から視た側面図であり、これらの凹７Ａ、凸７Ｂ、凹７Ａ、凸７Ｂ・・・は、電池１の奥行方向に互いに平行に延びる。これらの凹７Ａ、凸７Ｂ、凹７Ａ、凸７Ｂ・・・に対応し、セパレーター７と電池１の間には、互いに平行に延びる空所８，８，８・・・が形成される。各空所８，８，８・・・は、組電池の一側面１０Ａ側から他側面１０Ｂ側に貫通している。つまり、この空所８，８，８・・・と、電池１の奥行方向の面（流路面）１７と、によって冷却風が流れる冷却風流路１８，１８，１８が形成される。

セパレーター７は、図４（Ａ）に示すように、電池１とセパレーター７とを組み合わせて組電池１０を構成した場合に、互いに隣接する電池１の間に介在する絶縁部２０と、電池１の全ての隅部を囲うように電池１を保持する保持部２１と、を備える。保持部２１は、電池１の上面を保持する上面保持部２２と、下面を保持する下面保持部２３と、側面を保持する側面保持部２４，２４とを備えている。側面保持部２４は、一対の隅部２５，２５を残して上下方向に切り欠かれて、切り欠き部２６が形成されている。この切り欠き部２６からは、冷却風流路１８，１８，１８の入口側に、組電池１０の一側面１０Ａを構成する電池１の入口側端面１９が露出するように構成されている。この構成によれば、薄型の角型電池である電池１の全ての隅部をセパレーター７の保持部２１で覆うことができ、電池１が外部から衝撃を受けた際にも、電池１の絶縁性を保つことができる。

セパレーター７は、上述したガイド９を装着可能に構成される。ガイド９は、セパレーター７と同様に、樹脂成形により製造される樹脂成形品である。ガイド９は、図４（Ｂ）に示したように、覆部２７と、覆部２７の上下端部に設けられた装着部２８とを有する。覆部２７は、電池１の入口側端面１９に対向して設けられ、電池１の入口側端面１９を覆うように配置される。装着部２８は、覆部２７をセパレーター７に装着するために設けられる。ガイド９は、覆部２７がセパレーター７の切り欠き部２６に嵌合されると共に、装着部２８，２８が、セパレーター７の側面保持部２４，２４に接着等によってセパレーター７に一体に固定される。

覆部２７の高さＨ２は、セパレーター７の切り欠き部２６の高さＨ１と略同じ高さに形成される。また、覆部２７の上下両端に設けられた装着部２８，２８の高さＨ４は、セパレーター７の側面保持部２４，２４の高さＨ３と略同じ高さに形成されている。

覆部２７は、覆部２７の側面２７Ａから直立する複数の横リブ２９と、覆部２７の高さ方向の一辺に沿って形成された縦リブ３０を備える。各横リブ２９、及び、縦リブ３０は、側面２７Ａから上端面までの高さｈ１が、装着部２８の厚さｔ２と、セパレーター７の側面保持部２４の厚さｔ３の和と等しくなるように形成されている。

また、各横リブ２９は、セパレーター７の凹７Ａ、凸７Ｂ、凹７Ａ、凸７Ｂ・・・に対応する位置に設けられ、絶縁部２０の側面２０Ａと当接するように構成される。ガイド９には、各横リブ２９、及び、縦リブ３０で形成される複数の室３１が設けられる。この各室３１は、ガイド９をセパレーター７に装着したときに、セパレーター７の各凹７Ａ、凸７Ｂ、凹７Ａ、凸７Ｂ・・・と連通するように構成される。

ガイド９が装着されたセパレーター７は、図５に示すように、隣接する電池１間に配置される。ガイド９は、電池１の入口側端面１９に略平行に設けられ、覆部２７は、セパレーター７の切り欠き部２６から露出する電池１の入口側端面１９の上下に亘って並設される。また、ガイド９の横リブ２９は、電池１の入口側端面１９と当接する。これによって、覆部２７と電池１の入口側端面１９の間には、各室３１に対応する空部３２が形成される。

電池１の入口側端面１９とガイド９の間に形成される各空部３２は、流路面１７とセパレーター７との間に形成される各空所８に連通する。これによって、冷却風は、各空部３２、各空所８の順に導かれる。電池１は、各空部３２、各空所８の順に導かれ、入口側端面１９、流路面１７に沿って流れる冷却風によって冷却される。

図６に示すように、電池１の入口側端面１９と、覆部２７との間に空部３２によって形成される冷却風の流路の幅（第一流路幅）ｄは、電池１の流路面１７と、セパレーター７と、の間に設けられる空所８によって形成される冷却風の流路の幅（第二流路幅）ａ以上で、且つ、第二流路幅ａの２倍以下となるように形成される。第一流路幅ｄが、第二流路幅ａよりも狭くなると、冷却風の流れに圧損が生じる。また、第一流路幅ｄが、第二流路幅ａの２倍より広くなると、図７に示すように、電池１の入口側端面１９に沿って流れる冷却風の流速が低下し、よどみが発生しやすくなる。

また、ガイド９は、図６に示すように、セパレーター７から直角に突出する部分のガイド長ｘが、第二流路幅ａ以上で、且つ、電池１の電池幅ｂ以下となるように形成される。ガイド長ｘは、望ましくは、電池１の電池幅ｂと略同じになるように形成される。

図中の矢印は、冷却風の流れを示し、冷却風は、隣接するガイド９間の隙間から空部３２、空所８の順に導かれ、電池１の入口側端面１９、及び、流路面１７と熱交換して、電池１を冷却する。隣接するガイド９間には、第二流路幅ａ以上の隙間が形成されるため、冷却風に圧損を生じさせることなく、空部３２から空所８に冷却風を導くことができる。

図８は、図２のａ―ａ断面における冷却風の流速分布図である。図８から分かるように、電池１の入口側端面１９の表面で冷却風の流れによどみが発生していない。これによれば、セパレーター７にガイド９を装着したため、電池１の入口側端面１９の表面で冷却風によどみが生じるのを防止することができ、電池１の入口側端面１９の熱伝達率が低下するのを防ぐことができる。そのため、電池１の入口側端面１９と流路面１７との温度差を低減することができ、電池１の温度むらを改善することができる。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、絶縁性を有するセパレーター７を間に挟んで複数の電池１を配列して構成され、これら電池１間には、冷却風を送風して当該電池１を冷却する組電池１０において、セパレーター７は、電池１の流路面１７との間に冷却風が通過する冷却風流路１８を備え、この冷却風路１８の入口側（組電池１０の一側面１０Ａ側）には、電池１の入口側端面１９に対向して設けられ、冷却風流路１８に冷却風を導くガイド９を備えた。これによって、冷却風の流速が電池１の入口側端面１９の表面で遅くなるのを防ぐごとができるとともに、冷却風の流れによどみが生じるのを防ぐことができる。そのため、電池１の入口側端面１９の冷却風に対する熱伝達率を下げることなく、電池１の入口側端面１９と、流路面１７とを一様に冷却することができるため、入口側端面１９と、流路面１７との温度差を低減することができ、電池１の温度むらを改善することができる。

また、ガイド９は、電池１の入口側端面１９との間隙が冷却風流路１８の流路幅ａ以上となるように、電池１の上下に亘って設けられるため、冷却風に圧損を生じさせることなく、電池１の入口側端面１９、流路面１７の順に電池１の表面に沿って冷却風を流す事ができる。これによって、入口側端面１９と、流路面１７とを一様に冷却することができる。

また、ガイド９は、セパレーター７と別体に形成され、電池１の入口側端面１９を覆う覆部２７と、覆部２７をセパレーター７に装着するための装着部２８と、を備えるため、樹脂成型品であるセパレーター７、及び、ガイド９を一体に形成するのに比べて成形型が複雑化するのを防ぐことができ、製造コストを抑えることができる。また、装着部２８をセパレーター７に接着等によって固定することで、ガイド９をセパレーター７に簡単に一体に固定することができるため、ガイド９をセパレーター７に一体化させて、ガイド９を備える組電池１０を効率よく組み立てることができる。

また、セパレーター７は、電池１の奥行方向に延在する凹７Ａ、凸７Ｂを有し、冷却風流路１８は、これらの凹７Ａ、凸７Ｂに対応して流路面１７との間に形成される空所８であり、ガイド９に、空所８に冷却風を導く複数の横リブ２９、及び、縦リブ３０を形成した。これによって、ガイド９を介して導かれ、電池１の入口側端面１９の表面に沿ってよどみなく流れる冷却風を、空所８に流速を低下させることなく導くことができるため、電池１の入口側端面１９と、流路面１７とを一様に冷却することができ、入口側端面１９と、流路面１７との温度差を低減し、電池１の温度むらを低減することができる。

また、ガイド９と、電池１の入口側端面１９との間隙ｄは、冷却風流路１８の流路幅ａの２倍以下であるため、電池１の入口側端面１９に沿って流れる冷却風の流速が低下するのを防ぐことができるとともに、冷却風の流れによどみが生じるのを防止することができる。これによって、冷却風を、電池１の入口側端面１９の表面に沿ってよどみなく流すことができ、電池１の入口側端面１９の熱伝達率が低下するのを防ぐことができるため、入口側端面１９と、流路面１７とを一様に冷却して、入口側端面１９と、流路面１７との温度差を低減することができ、電池１の温度むらを改善することができる。

また、隣接するガイド９間に、冷却風流路１８の流路幅以上ａの間隙を設けたため、ガイド９と電池１の入口側端面１９との間隙に導かれる冷却風の流れに圧損が生じるのを防ぐことができ、冷却風を電池１の入口側端面１９、流路面１７の順に電池１の表面に沿ってよどみなく流すことができる。これによって、電池１の入口側端面１９と、流路面１７とを一様に冷却して、入口側端面１９と、流路面１７との温度差を低減することができ、電池１の温度むらを改善することができる。

１ 電池
７ セパレーター
７Ａ 凹
７Ｂ 凸
８ 空所
９ ガイド
１０ 組電池
１７ 流路面
１８ 冷却風流路
１９ 入口側端面１９
２７ 覆部
２８ 装着部
２９ 横リブ（リブ）
ａ 第二流路幅（流路幅）
ｄ 第一流路幅

Claims (6)

1. 絶縁性を有するセパレーターを間に挟んで複数の電池を配列して構成され、これら電池間には、冷却風を送風して当該電池を冷却する組電池において、
   前記セパレーターは、前記電池の流路面との間に前記冷却風が通過する冷却風流路を備え、この冷却風流路の入口側には、前記電池の入口側端面に対向して設けられ、前記冷却風流路に前記冷却風を導くガイドを備えたことを特徴とする組電池。
2. 前記ガイドは、前記電池の入口側端面との間隙が前記冷却風流路の流路幅以上となるように、前記電池の上下に亘って設けられることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記ガイドは、前記セパレーターと別体に形成され、前記電池の入口側端面を覆う覆部と、前記覆部を前記セパレーターに装着するための装着部と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
4. 前記セパレーターは、前記電池の奥行方向に延在する凹、凸を有し、前記冷却風流路は、これらの凹、凸に対応して前記流路面との間に形成される空所であり、前記ガイドに、前記空所に冷却風を導く複数のリブを形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の組電池。
5. 前記ガイドと、前記電池の入口側端面との間隙は、前記冷却風流路の流路幅の２倍以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の組電池。
6. 隣接する前記ガイド間に、前記冷却風流路の流路幅以上の間隙を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の組電池。