JP3850688B2 - 角形電池及び組電池の冷却装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角形電池及び組電池の冷却装置に関し、特に複数の角形電池を並列配置して一体的に拘束して組電池を構成した場合に、各電池を均一かつ効果的に冷却できる角形電池及び組電池の冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の角形電池を並列配置し、一体的に拘束して構成される組電池の冷却方法としては、複数の角形電池をそれぞれの間に冷媒通路を設けた状態で拘束し、その冷媒通路に冷媒を流通することによって各角形電池を直接冷却する方法が知られているが、各冷媒通路に均等に冷媒を流通させるのが困難であるという問題がある。
【０００３】
そこで、例えば特開平８−１４８１８７号公報に開示されているように、並列配置された角形電池に接触するようにそれらの間に伝熱プレートを配置し、この伝熱プレートを熱交換器等で冷却する間接冷却方法が提案されている。
【０００４】
図５を参照して説明すると、複数個（図示例では１０個）の角形電池３２を並列配置し、第１の伝熱面３３ａとそれと直角な第２の電熱面３３ｂとを有する横断面Ｔ字状又はＬ字状の伝熱プレート３３の第１の伝熱面３３ａを各角形電池３２、３２間に挟み込み、その状態で両端に配置したエンドプレート３４と拘束バンド３５にて拘束することで組電池３１を構成し、組電池３１の一側面に伝熱プレート３３の第２の伝熱面３３ｂを臨ませ、この第２の伝熱面３３ｂを熱交換器の伝熱面に接触させたり、第２の伝熱面３３ｂに冷媒を接触させて流通させることによって、各角形電池３２を冷却するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような組電池の冷却構造では、エンドプレート３４と拘束バンド３５にて一体的に拘束している組電池３１の拘束力が、時間の経過とともに発生する各角形電池３２の電槽のクリープ変形に伴って低下し、そのために伝熱プレート３３と角形電池３２の電槽との接触が不安定になってしまう。そのため伝熱プレート３３との角形電池３２の電槽との接触不良箇所が発生し、接触不良箇所では伝熱効率が一挙に低下するため、全体として冷却能力が著しく低下するとともに、角形電池の温度のばらつきが大きくなってしまい、長期的な信頼性が十分でないという問題がある。
【０００６】
また、伝熱プレート３３の第２の伝熱面３３ｂを熱交換器の伝熱面に接触させて冷却する場合、熱交換器の反りや角形電池の配置位置や寸法のばらつきで接触が十分に確保されず、冷却性能が安定しないという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、角形電池に対して高い冷却性能が安定的に得られ、組電池の各角形電池を長期間にわたって高い信頼性をもって均等に冷却することができる角形電池及び組電池の冷却装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の角形電池は、角形電槽内に極板群と電解液を収容した角形電池において、電槽の極板と平行な側壁に、その側壁の内側と外側のいずれにも露出することなく金属板が一体的に埋設され、前記金属板の少なくとも一側辺部に電槽から突出する伝熱部が設けられ、かつ金属板に伝熱部に対して遠近方向に延びるスリットが設けられたものであり、電槽から突出している伝熱部を適当な冷却手段にて冷却すると、冷熱が金属板を伝達して電槽全体を均等に冷却することができるとともに、金属板が電槽に一体的に埋設されているのでその冷却性能の信頼性を長期間にわたって高く維持できる。
【０００９】
また、金属板に伝熱部に対して遠近方向に延びるスリットを設けているので、金属板を埋設しても電槽の側壁の剛性が高くなるのを防止でき、電池内圧変化によって電槽が膨張・収縮する際に、電槽膨張時の金属板の塑性変形によって電槽が膨れたままの状態で維持されるのを防止することができる。
【００１０】
また、金属板の伝熱部が折り曲げ成形されると、この伝熱部がばね性を有することとなり、冷却手段を押し付けるだけの簡単な構成にて、伝熱部と冷却手段を弾性的に圧接させて高い伝熱性能を確保することができる。
【００１１】
また、伝熱部に適当間隔おきにスリットを形成すると、冷却手段の寸法誤差や反りなどの変形や角形電池の配置位置や寸法のばらつきに対して伝熱部が容易に追従して全体が冷却手段に確実に接触し、高い伝熱性能を確保できる。
【００１２】
また、角形電槽を、複数の直方体状の単電池電槽をその短側面を隔壁として一体的に連接して構成し、金属板の伝熱部は単電池の連接方向と直交する方向に突出させ、かつ単電池電槽毎に伝熱部に対して遠近方向に延びるスリットを設けるとともに単電池電槽間に伝熱用接続部を設けると、伝熱用接続部を通して伝熱されるので単電池電槽間の温度ばらつきの発生を抑制することができる。
【００１３】
また、伝熱用接続部は、伝熱部に近い部分は遠い部分よりも多く設けると、伝熱部に近いほど伝熱部に向かう伝熱量が増加するのに対応して、単電池電槽間の伝熱量を伝熱部に近いほど多くでき、さらに確実に単電池電槽間の温度ばらつきの発生を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の組電池の冷却装置は、以上のような構成の角形電池を複数並列配置するとともに一体的に拘束して組電池を構成し、各角形電池の電槽から突出する伝熱部に熱交換器の熱交換面が接触するように熱交換器を配設して組電池と熱交換器を固定したものであり、伝熱部から熱交換器の熱交換面に簡単な構成で熱を伝達でき、熱交換器によって組電池を構成する各角形電池を均一にかつ効率的に冷却することができる。
【００１５】
また、角形電槽の伝熱部が突出する端面に、熱交換器の熱交換面に当接する突部を設けると、伝熱部の変形量を規制することができ熱交換器の熱交換面に反り等があっても伝熱部の過剰な変形によって適正な接触状態が阻害される恐れを無くし、伝熱部から熱交換器の熱交換面への効率的な伝熱を確保できる。
【００１６】
また、角形電池の伝熱部と熱交換器の熱交換面の接触部の周りに伝熱媒体を配置すると、伝熱部と熱交換面との間の伝熱効率を一層向上でき、冷却性能を向上することができる。
【００１７】
また、熱交換器の熱交換面を凹凸形状とすると、伝熱部と熱交換器の熱交換面の接触面を大きくすることができ、伝熱効率を高くできて冷却性能を向上することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の組電池の冷却装置について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１９】
図１において、本実施形態の組電池１は電気自動車用の駆動電源として好適に用いることができるように構成されたものであり、ニッケル・水素二次電池から成る平板状の角形電池２を複数個（図示例では８個）並列配置し、電気的に直列接続して構成されている。
【００２０】
並列配置した角形電池２の並列方向両端には、絶縁プレート３を介して補強用リブ４ａを有するエンドプレート４が配置され、これらエンドプレート４の両側端面及び上端面がそれぞれ拘束ストラップ５、６にて緊締され、また各角形電池２の両端の下端部に突出させて設けられた脚部７が取付ボルト８にて一対のマウントプレート９に締結固定されて組電池１として一体化されている。
【００２１】
各角形電池２の両端面の上端部には正極と負極の接続端子２ａ、２ｂが突設されており、組電池１においては各角形電池２が正極と負極が交互に反対向きとなるように並列配置され、組電池１の一側の接続端子２ａ、２ｂを第１の接続モジュール（図示せず）で、他側の接続端子２ａ、２ｂを第２の接続モジュール（図示せず）で接続することにより、各角形電池２が直列に接続される。
【００２２】
組電池１の下面には、冷却水などの冷却媒体が流通される熱交換器１０が配設され、その両側部が一対のマウントプレート９にて支持されている。熱交換器１０の上面には平面状の熱交換面１１が形成され、各角形電槽１３の下面に接触して各角形電池２を冷却するように構成されている。１０ａは冷媒入口、１０ｂは冷媒出口である。組電池１の上面には、各角形電池２に設けられた安全弁から排出された水素ガスを捕集するトップカバー１２が装着されている。
【００２３】
各角形電池２は、図２、図３に示すように、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する直方体状の単電池電槽１４を複数（本実施形態では６つ）、その短側面を共用して相互に一体的に連結して成る角形電槽１３が用いられている。この角形電槽１３の各単電池電槽１４内にその長側面と平行な多数の正極板と負極板をセパレータを介して短側面方向に積層してなる極板群と電解液とを収容して単電池を構成するとともにこれら６つの単電池を角形電槽１３内で直列に接続し、角形電槽１３の上面開口を安全弁を装着した蓋体（図２、図３には図示せず）にて密閉封鎖して角形電池２が構成される。図３において、１５は単電池間の接続穴、１６は接続端子２ａ、２ｂの装着穴である。
【００２４】
この角形電槽１３においては、単電池電槽１４の長側面を構成する両側壁に、アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属から成り、伝熱プレートとして機能する金属板１７がインサート成形によって一体的に埋設されている。この金属板１７の下端部は、図３（ｃ）に仮想線で示すように、角形電槽１３の下端面より長く突出されるとともに、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように内側に折り曲げ成形され、ばね性を有する伝熱部１８が構成されている。
【００２５】
金属板１７には、図２及び図４に示すように、各単電池電槽１４毎に、伝熱部１８に対して遠近方向（上下方向）に延びる複数のスリット１９が形成され、伝熱部１８にも同様に適当間隔おきにスリット２０が形成されている。また、単電池電槽１４、１４間はスリット１９を設けず、単電池電槽１４間の温度のばらつきを抑制できるように上下方向に適当間隔置きに伝熱用接続部２１にて接続している。この伝熱用接続部２１は、伝熱部１８に近い下方部分は遠い上方部分よりも配置間隔を小さくし、伝熱量を多くできるようにしている。
【００２６】
また、角形電槽１３の伝熱部１８が突出する下端面には、熱交換器１０の熱交換面１１に当接して伝熱部１８の変形量を規制する規制突部２２が、各単電池電槽１４の両側位置に設けられ、伝熱部１８には規制突部２２との干渉を避けるように切欠２３が形成されている。
【００２７】
２４、２５は、角形電槽１３の長側面を構成する側壁の外面に、長手方向の中心線に対して対称位置に設けられた位置決め突部と位置決め凹部であり、角形電池２を交互に反対向きに並列配置したときに互いに嵌合して相互に位置決めするように構成されている。
【００２８】
以上の構成の組電池１においては、各角形電池２の角形電槽１３から突出している伝熱部１８が熱交換器１０の熱交換面１１に圧接することによって、冷熱が熱伝導率の高い金属板１７を伝達し、各角形電池２の角形電槽１３の全体を均等にかつ効率的に冷却することができる。また、金属板１７が角形電槽１３に一体的に埋設されているので、その冷却性能に対する信頼性を長期間にわたって高く維持することができる。
【００２９】
また、金属板１７に伝熱部１８に対して遠近方向に延びる複数のスリット１９が各単電池電槽１４毎に設けられているので、角形電槽１３の側壁に金属板１７を埋設しても側壁の剛性が高くなるのを防止できる。従って、角形電池２の各単電池の内圧変化によって単電池電槽１４が膨張・収縮する際に、単電池電槽１４の膨張時の金属板１７の塑性変形によって単電池電槽１４が膨れたままの状態で維持されるのを防止することができる。
【００３０】
また、伝熱部１８をばね性を持つように折り曲げ成形しているので、この伝熱部１８に熱交換器１０の熱交換面１１を押し付けるだけの簡単な構成にて伝熱部１８と熱交換面１１を弾性的に圧接させ、高い冷却性能を確保することができ、さらに伝熱部１８に適当間隔おきにスリット２０を形成しているので、熱交換器１０の寸法誤差や反りなどの変形や各角形電池２の配置位置や寸法のばらつきに対して伝熱部１８が容易に追従して全体が熱交換器１０の熱交換面１１に確実に接触し、高い伝熱性能を確保できる。
【００３１】
また、角形電槽１３の単電池電槽１４、１４間に伝熱用接続部２１を設け、この伝熱用接続部２１を通して伝熱されるようにしているので、単電池電槽１４、１４間の温度ばらつきの発生を抑制することができ、さらにその伝熱用接続部２１を伝熱部１８に近い部分は遠い部分よりも多く設けているので、伝熱部１８に近いほど伝熱量が増加するのに対応して、単電池電槽１４、１４間の伝熱量も多くできるために、さらに確実に単電池電槽１４、１４間の温度ばらつきの発生を抑制することができる。
【００３２】
また、角形電槽１３の伝熱部１８が突出する下端面に、熱交換器１０の熱交換面１１に当接して伝熱部１８の変形量を規制する規制突部２２を突設しているので、熱交換器１０の熱交換面１１に反り等があっても伝熱部１８の過剰な変形によって適正な接触状態が阻害される恐れを無くすことができ、伝熱部１８から熱交換器１０の熱交換面１１への効率的な伝熱を確保し、信頼性の高い冷却性能に対する信頼性を向上できる。
【００３３】
なお、以上の実施形態の説明では、角形電池２の伝熱部１８を熱交換器１０の熱交換面１１に単純に圧接させるようにしたが、伝熱部１８と熱交換面１１との接触部の周りに、熱伝導率の高いゲル状物質などの伝熱媒体を配置すると、伝熱部１８と熱交換面１１との間の伝熱効率を一層向上でき、冷却性能を向上することができる。また、熱交換器１０の熱交換面１１を波板形などの凹凸形状とすると、伝熱部１８と熱交換面１１の接触面を大きくすることができ、伝熱効率を高くできて冷却性能を向上することができ、これらを併用するとさらに冷却性能を向上することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の角形電池によれば、以上の説明から明らかなように、電槽の極板と平行な側壁にその側壁の内側と外側のいずれにも露出することなく金属板を一体的に埋設し、かつその金属板の少なくとも一側辺部に電槽から突出する伝熱部を設けたので、電槽から突出している伝熱部を適当な冷却手段にて冷却することで電槽全体を均等に冷却することができ、かつ金属板が電槽に一体的に埋設されているのでその冷却性能の信頼性を長期間にわたって高く維持できる。
【００３５】
また、金属板に伝熱部に対して遠近方向に延びるスリットを設けているので、金属板を埋設しても電槽の側壁の剛性が高くなるのを防止でき、電槽膨張時の金属板の塑性変形によって電槽が膨れたままの状態で維持されるのを防止することができる。
【００３６】
また、金属板の伝熱部をばね性を持つように折り曲げ成形すると、この伝熱部に冷却手段を押し付けるだけの簡単な構成にて、伝熱部と冷却手段を弾性的に圧接させ、高い冷却性能を確保できる。
【００３７】
また、伝熱部に適当間隔おきにスリットを形成すると、冷却手段の寸法誤差や反りなどの変形や角形電池の配置位置や寸法のばらつきに対して伝熱部が容易に追従して全体が冷却手段に確実に接触し、高い伝熱性能を確保できる。
【００３８】
また、角形電槽を、複数の直方体状の単電池電槽をその短側面を隔壁として一体的に連接して構成し、金属板の伝熱部は単電池の連接方向と直交する方向に突出させ、かつ単電池電槽毎に伝熱部に対して遠近方向に延びるスリットを設けるとともに単電池電槽間に伝熱用接続部を設けると、伝熱用接続部を通して伝熱されるので単電池電槽間の温度ばらつきの発生を抑制することができる。
【００３９】
また、伝熱用接続部を伝熱部に近い部分は遠い部分よりも多く設けると、伝熱部に近いほど伝熱部に向かう伝熱量が増加するのに対応して、単電池電槽間の伝熱量を伝熱部に近いほど多くでき、さらに確実に単電池電槽間の温度ばらつきの発生を抑制することができる。
【００４０】
また、本発明の組電池の冷却装置によれば、以上のような構成の角形電池を複数並列配置するとともに一体的に拘束して組電池を構成し、各角形電池の電槽から突出する伝熱部に熱交換器の熱交換面が接触するように熱交換器を配設して組電池と熱交換器を固定したので、伝熱部から熱交換器の熱交換面に簡単な構成で熱を伝達でき、熱交換器によって組電池を構成する各角形電池を均一にかつ効率的に冷却することができる。
【００４１】
また、角形電槽の伝熱部が突出する端面に、熱交換器の熱交換面に当接して伝熱部の変形量を規制する規制突部を設けると、熱交換器の熱交換面に反り等があっても伝熱部の過剰な変形によって適正な接触状態が阻害される恐れを無くすことができ、伝熱部から熱交換器の熱交換面への効率的な伝熱を確保できる。
【００４２】
また、角形電池の伝熱部と熱交換器の熱交換面の接触部の周りに伝熱媒体を配置すると、伝熱部と熱交換面との間の伝熱効率を一層向上でき、冷却性能を向上することができる。
【００４３】
また、熱交換器の熱交換面を凹凸形状とすると、伝熱部と熱交換器の熱交換面の接触面を大きくすることができ、伝熱効率を高くできて冷却性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の組電池の冷却装置の分解斜視図である。
【図２】 同実施形態における角形電池の正面図である。
【図３】 同実施形態における角形電池の細部構成を示し、（ａ）は図２のＡ−Ａ矢視側面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部拡大断面図である。
【図４】 同実施形態における電槽に埋設される金属板の正面図である。
【図５】 従来例の組電池の冷却構造の分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 組電池
２ 角形電池
１０ 熱交換器
１１ 熱交換面
１３ 角形電槽
１４ 単電池電槽
１７ 金属板
１８ 伝熱部
１９ スリット
２０ スリット
２１ 伝熱用接続部
２２ 規制突部

Claims (9)

  1. 角形電槽内に極板群と電解液を収容した角形電池において、電槽の極板と平行な側壁に、その側壁の内側と外側のいずれにも露出することなく金属板が一体的に埋設され、前記金属板の少なくとも一側辺部に電槽から突出する伝熱部が設けられ、かつ金属板に伝熱部に対して遠近方向に延びるスリットが設けられたことを特徴とする角形電池。
  2. 金属板の伝熱部が折り曲げ成形されたことを特徴とする請求項１記載の角形電池。
  3. 伝熱部に適当間隔おきにスリットが形成されたことを特徴とする請求項２記載の角形電池。
  4. 角形電槽を、複数の直方体状の単電池電槽をその短側面を隔壁として一体的に連接して構成し、金属板の伝熱部は単電池の連接方向と直交する方向に突出させ、かつ単電池電槽毎に伝熱部に対して遠近方向に延びるスリットを設けるとともに単電池電槽間に伝熱用接続部を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の角形電池。
  5. 角形電槽内に極板群と電解液を収容した角形電池において、角形電槽を、複数の直方体状の単電池電槽をその短側面を隔壁として一体的に連接して構成し、電槽の極板と平行な側壁に、その側壁の内側と外側のいずれにも露出することなく金属板を一体的に埋設し、前記金属板の少なくとも一側辺部に電槽から突出する伝熱部を設けるとともに、金属板の伝熱部は単電池の連接方向と直交する方向に突出させ、かつ単電池電槽毎に伝熱部に対して遠近方向に延びるスリットを設けるとともに単電池電槽間に伝熱用接続部を設け、伝熱用接続部は、伝熱部に近い部分は遠い部分よりも多く設けたことを特徴とする角形電池。
  6. 請求項１〜５の何れかに記載の角形電池を複数並列配置するとともに一体的に拘束して組電池を構成し、各角形電池の電槽から突出する伝熱部に熱交換器の熱交換面が接触するように熱交換器を配設して組電池と熱交換器を固定したことを特徴とする組電池の冷却装置。
  7. 角形電槽の伝熱部が突出する端面に、熱交換器の熱交換面に当接する突部を設けたことを特徴とする請求項６記載の組電池の冷却装置。
  8. 角形電池の伝熱部と熱交換器の熱交換面の接触部の周りに伝熱媒体を配置したことを特徴とする請求項６又は７記載の組電池の冷却装置。
  9. 熱交換器の熱交換面を凹凸形状としたことを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の組電池の冷却装置。
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