JP2017010944A - 蓄電素子及び蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(背景技術)
従来、組電池(電池モジュール)として特開2000−348781号公報に記載のものが知られている。この電池モジュールは、複数の単電池が並べられて、電気的に接続されてなる。単電池は、ケース内に発電要素が収容されてなる。ケースには発電要素と電気的に接続された正極及び負極が形成されている。
(本明細書に開示された技術の概要)
(本明細書に開示された技術が解決しようとする課題)
(課題を解決するための手段)
(本明細書に開示された技術の効果)
続いて、本実施形態の作用、効果について説明する。本実施形態に係る単電池10においては、ケース11の底壁18と冷却部材22の上面との間には伝熱部材21が配されている。この伝熱部材21はケース11の外面と接触すると共に冷却部材22の外面とも接触している。また、伝熱部材21は、弾性変形可能であって、且つ、空気よりも熱伝導率が高い合成樹脂からなる。
次に、本明細書に開示された技術の実施形態1−2を図6ないし図8を参照しつつ説明する。本実施形態においては、ケース11の短側壁20に伝熱部材31が接触する構成とされている。伝熱部材31は略長方形状をなしており、ケース11の短側壁20よりもやや小さな形状とされている。
次に、本明細書に開示された技術の実施形態1−3を図9及び図10を参照しつつ説明する。本実施形態においては、ケース11の長側壁19に伝熱部材41が接触する構成とされている。伝熱部材41は略長方形状をなしており、ケース11の長側壁19よりもやや小さな形状とされている(図9参照)。
次に、本明細書に開示された技術の実施形態1−4を図11及び図12を参照しつつ説明する。図12に示すように、本実施形態に係る組電池(蓄電装置)56は、複数の単電池10を並べ、電気的に接続してなる。各単電池10は、直列又は並列に接続されている。複数の単電池10は、バンド等の公知の手法により、並べられた状態で固定されている。
次に、本明細書に開示された技術の実施形態1−5を、図13を参照しつつ説明する。図13に示すように、本実施形態に係る組電池66は、複数の単電池10を、その長側壁19同士を対向させた姿勢で並べて形成されている。複数の単電池10は、一対の伝熱部材61,61によって挟まれている。伝熱部材61は、各単電池10の短側壁20と接触している。
続いて、本実施形態に係る単電池の冷却効果を示す実験例について説明する。本実施形態においては、単電池として(株)リチウムエナジージャパン製、LEV50(電池容量50Ah)を用いた。
電池1Aとしては、単電池の底壁に伝熱部材を配し、伝熱部材の底面に冷却部材を配したものを使用した。伝熱部材としては、住友スリーエム(株)製、5580H(厚さ1.0mm、熱伝導率3W/m・K)を使用した。冷却部材は銅製のものを使用した。冷媒としては水を使用した。
電池1Bとしては、単電池の長側壁に伝熱部材を配し、伝熱部材のうちケースと反対側の面に冷却部材を配したものを使用した。その他の構成については電池Bと同一とした。
比較例としては、単電池に対して伝熱部材及び冷却部材の双方を配さないものを用いた。
実験は、単電池1A、単電池1B、及び比較例に対し、40℃の雰囲気温度において実施した。単電池1A、及び単電池1Bについては、冷却部材の内部に、冷媒として、温度35℃、流速2.5L/minの水を流通させた。比較例については、冷却部材による冷却は行わなかった。
本明細書に開示された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本明細書に開示された技術的範囲に含まれる。
1−(1)伝熱部材21は、ケース11の長側壁19と、ケース11の底壁18との双方に接触して配される構成としてもよい。この場合、ケース11の長側壁19に接触して配された伝熱部材21と、ケース11の底壁18に接触して配された伝熱部材21のそれぞれに対し、冷却部材22が接触して配される。
また、伝熱部材21は、ケース11の短側壁20と、ケース11の底壁18の双方に接触して配される構成としてもよい。この場合、ケース11の短側壁20に接触して配された伝熱部材21と、ケース11の底壁18に接触して配された伝熱部材21のそれぞれに対し、冷却部材22が接触して配される。
更に、伝熱部材21は、ケース11の長側壁19と、ケース11の短側壁20と、ケース11の底壁18に接触して配される構成としてもよい。この場合、上記したケース11の各壁部に接触して配された伝熱部材21のそれぞれに対し、冷却部材22が接触して配される。
1−(7)電池モジュールは車両53に搭載される構成に限られず、船舶、航空機等、必要に応じて任意の乗り物に搭載されてこれらの電源として使用してもよい。また、例えば緊急用電源等、必要に応じて任意の機器の電源として使用できる。
(背景技術)
(本明細書に開示された技術の概要)
(本明細書に開示された技術が解決しようとする課題)
(課題を解決するための手段)
(本明細書に開示された技術の効果)
本実施形態によれば、冷却部材120が電池ケース111の底壁111Dに熱伝導性材料を介して間接的に接触するように配されているので、単電池110の間隔をあけることで冷却流路を形成する場合のように、冷却効率を向上するために間隔を大きくする必要はないので省スペースである。
実施形態2−1の変形例を図21ないし図25により説明する。
変形例2−1の単電池30は、図21に示すように、電池ケース111と冷却部材120との間に熱伝導部材125を備えないという点で実施形態2−1と相違する。本変形例において、実施形態2−1と同様の構成については同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
実施形態2−2の組電池150を図26および図27によって説明する。本実施形態の組電池150は、図26に示すように、電気自動車EVの車両後部に搭載される。本実施形態では、複数の単電池140を備える点、および、複数の単電池140に対して、1個の冷却部材160と1個の熱伝導部材165とを備えるという点で実施形態2−1と相違する。実施形態2−1と同様の構成については同じ符号を付し重複する説明は省略する。
本実施形態によれば、実施形態2−1と同様に、冷却部材160が、電池ケース111の壁部のうち、膨らみにくく、短側壁111Cよりも冷却効率の高い壁部である底壁111Dに、熱伝導部材165を介して間接的に接触するように配されるので、省スペースで温度分布が均一な組電池150を提供することができる。
以下、実施例によりさらに本発明を具体的に説明する。
1.単電池の作製
図28及び図29に示すように、(株)リチウムエナジージャパン製のリチウムイオン電池(品番:LEV50、電池容量50Ah)の直方体状をなす電池ケース111の側壁のうち、面積の小さい壁部111C(短側壁111C)に、1セル用の冷却部材120を直接接触するように配置したものを単電池2A(図中、符号110A)とした。図28および図29において、実施形態2−1と同様の構成については同じ符号を付した。
図30及び図31に示すように、電池ケース111の短側壁111Cと冷却部材120との間に熱伝導部材125(アクリル系の熱伝導性ジェルシート、住友スリーエム製、品番5580H、熱伝導率3W/m・K、厚み1.0mm)を配置したこと以外は単電池2Aと同様にして比較例2−3の単電池2B(図中、符号110B)を得た。図30および図32において、実施形態2−1と同様の構成については同じ符号を付した。
電池ケース111の底壁111Dに、1セル用の冷却部材120を接触するように配置したこと以外は単電池2Aと同様にして単電池2Cを得た(図21及び図23参照)。
電池ケース111の底壁111Dと冷却部材120との間に熱伝導部材125を配置したこと以外は単電池2Cと同様にして単電池2Dを得た(図16及び図18参照)。
冷却部材120および熱伝導部材125を配置しないリチウムイオン電池[(株)リチウムエナジージャパン製のリチウムイオン電池(品番:LEV50)]を比較例2−1の単電池とした。
図32及び図33に示すように、(株)リチウムエナジージャパン製のリチウムイオン電池(品番:LEV50、電池容量50Ah)の直方体状をなす電池ケース111の側壁のうち、面積の広い壁部111B(長側壁111B)に、1セル用の冷却部材120を直接接触するように配置したものを比較例2−2の単電池1Aとした。図32および図33において、実施形態2−1と同様の構成については同じ符号を付した。
図34及び図35に示すように、電池ケース111の長側壁111Bと冷却部材120との間に熱伝導部材125(アクリル系の熱伝導性ジェルシート、住友スリーエム製、品番5580H、熱伝導率3W/m・K、厚み1.0mm)を配置したこと以外は単電池2Aと同様にして比較例2−3の単電池1Bを得た。図34および図35において、実施形態2−1と同様の構成については同じ符号を付した。
1.で作製した単電池(単電池2A〜2D、比較例2−1〜2−3の単電池)をそれぞれ40℃の雰囲気下で、以下の方法によりサイクル試験を行った。
冷却部材120の冷媒としては、35℃の水道水を用い、流速2.5リットル/分で冷却部材120の本体部21内に流通させた。
なお、電池表面温度は、電池の長側壁111Bのほぼ中央に熱電対を貼付して、1サイクル中の最高温度を測定した。
表2から明らかなように、冷却部材を、電池ケースの短側壁と直接または間接的に接触するように配した単電池2Aおよび単電池2B、ならびに、電池ケースの底壁と直接または間接的に接触するように配した単電池2Cおよび単電池2Dでは、比較例2−1〜2−3の単電池と比べて、電池表面温度の温度上昇が緩やかであった。
本明細書に開示された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本明細書に開示された技術的範囲に含まれる。
2−(1)上記実施形態2−2では、電池ケース111と冷却部材160との間に熱伝導部材165を配して、電池ケース111と冷却部材160とが間接的に接触する構成を示したが、図36に示すように、電池ケース111と冷却部材160とが直接接触するような構成であってもよい。この場合、冷却部材160は、熱伝導部材を兼ねる構成となっている。図36に示す組電池170は、熱伝導部材165がないこと以外は実施形態2−2の組電池150と、おおむね同じ構成である。
11...ケース
12...発電要素(蓄電要素)
16...電極端子
17...端子壁
18...底壁
19...長側壁
20...短側壁
21,31,41,51,61...伝熱部材
22,32,42,52,62...冷却部材
53...車両
54...ラジエータ
56,66...組電池(蓄電装置)
110,130,140...単電池(蓄電素子)
111...電池ケース(ケース)
111A...端子壁
111B...長側壁(面積が最も広い壁部)
111C...短側壁
111D...底壁
112...電極端子
113...発電要素(蓄電要素)
120,160...冷却部材
125,165...熱伝導部材(伝熱部材)
150,170...組電池(蓄電装置)
EV...電気自動車
R...ラジエータ
Claims (11)
- 並べて配置された複数の蓄電素子を備える蓄電装置であって、
各蓄電素子は、
電極端子が形成されるとともに長辺と短辺とを有する端子壁と、前記端子壁と反対側に配置されるとともに長辺と短辺とを有する底壁と、前記端子壁の短辺と前記底壁の短辺をつなぐ短側壁と、前記端子壁の長辺と前記底壁の長辺をつなぐとともに最も広い面積を有する長側壁と、を含む複数の壁を有するケースと、
前記短側壁の内面から離間した状態で前記ケース内に収容されるとともに前記電極端子に電気接続された蓄電要素と、
前記蓄電装置は、前記複数の蓄電素子の短側壁のそれぞれの外面に接触したシート形状の伝熱部材を更に備える蓄電装置。 - 前記底壁と交差しかつ前記短側壁及び前記長側壁と平行な方向における、前記底壁の内面と前記蓄電要素との間の第1の距離が、前記端子壁及び前記長側壁と平行でかつ前記短側壁と交差する方向における、前記短側壁の内面と前記蓄電要素との間の第2の距離よりも短い、請求項1に記載の蓄電装置。
- 前記伝熱部材は、0.2W/m・K〜5.0W/m・Kの熱伝導率を有する請求項1又は2に記載の蓄電装置。
- 前記伝熱部材は、電気絶縁性の合成樹脂により形成される請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 前記伝熱部材は、弾性変形可能であって、且つ空気よりも熱伝導率が高い材料からなる請求項1〜4のいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 前記合成樹脂は、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂からなる群から選択される少なくとも一つの材料である請求項4に記載の蓄電装置。
- 前記伝熱部材と接触する冷却部材を更に備える請求項1〜6のいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電要素は、正極板と、負極板とをセパレータを介して積層したスタック型の蓄電要素である請求項1〜7のいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 電極端子が形成される端子壁と、前記端子壁と反対側に配置される底壁と、前記端子壁と前記底壁をつなぐ短側壁と、前記端子壁と前記底壁をつなぐとともに、前記端子壁、前記底壁、前記短側壁のそれぞれの面積よりも広い面積を有する長側壁と、を含む複数の壁を有するケースと、
前記短側壁の内面から離間した状態で前記ケース内に収容されるとともに前記電極端子に電気接続された蓄電要素と、
前記短側壁の外面に接触したシート形状の伝熱部材と、を備える蓄電素子。 - 前記底壁と交差しかつ前記短側壁及び前記長側壁と平行な方向における、前記底壁の内面と前記蓄電要素との間の第1の距離が、前記端子壁及び前記長側壁と平行でかつ前記短側壁と交差する方向における、前記短側壁の内面と前記蓄電要素との間の第2の距離よりも短い、請求項9に記載の蓄電素子。
- 前記蓄電要素は、正極板と、負極板とをセパレータを介して積層したスタック型の蓄電要素である請求項9又は10に記載の蓄電素子。
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