JP4170714B2 - 組電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の単電池を直列接続して一体化して成る複数の電池モジュールを並列配置してなる組電池に関し、また各電池モジュールをコンパクトな構成で冷却するようにした組電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電力容量の大きな組電池として、直方体状の単電池や、複数の単電池を直列接続した状態で一体化して成る電池モジュールを複数並列配置するとともに、その配列方向の両端にエンドプレートを配設し、エンドプレート間を拘束ロッドや拘束バンドで緊締し、電池内圧によって単電池や電池モジュールの側面が膨張するのを防止し、これら単電池や電池モジュールを直列接続したものが知られている。
【０００３】
また、例えば特開２００１−１６７８０３号公報などに開示されているように、充放電に伴う発熱で電池温度が上昇し、電池出力や充放電効率や電池寿命が低下するのを防止するため、組電池における各単電池間や電池モジュール間に、下方から上方に向けて冷却風を送風して冷却するように構成したものが知られている。
【０００４】
この種の組電池の一例を、図７、図８を参照して詳しく説明する。図７において、４１は、ハイブリッド車を含む電気自動車用の駆動電源としての組電池で、１０〜３０個の電池モジュール４２を、各電池モジュール４２、４２間に上下方向の通風空間４４をあけた状態で並列配置し、並列方向の両端に配設した一対の端板４５と拘束バンド４６で挟持し、一体的に固定して構成されている。
【０００５】
各電池モジュール４２は、図８に示すように、電槽内に極板群と電解液を収容して構成された単電池４３を複数個並列配置して一体化するとともに内部で直列接続して構成されており、その電池モジュール４２の両端に突出された接続端子４７を順次直列に接続し、組電池４１の所定の出力電圧を得ている。また、電池モジュール４２の両側壁４８には、各単電池４３、４３間と両端の位置に上下方向の縦リブ４９が突設され、電池モジュール４２をその両側壁４８を対向させて並列配置した時に、縦リブ４９、４９同士が当接して、両側壁４８、４８間に縦リブ４９にて区画された通風空間４４が形成されるように構成されている。
【０００６】
この組電池４１は、各通風空間４４に連通する送風空間５０を有する下部チャンバ５１上に設置され、各電池モジュール４２の下面両端部が取付ボルト５９にてこの下部チャンバ５１に締結固定されている。組電池４１の上部には、排風空間５２を有する上部チャンバ５３が配設されている。下部チャンバ５１の一端に設けられた送風口５４に送風ファン５５から延出された送風ダクト５６が接続され、上部チャンバ５３の一端に設けられた排風口５７に排風ダクト５８が接続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構成の組電池４１の構成では、各電池モジュール４２を下部チャンバ５１に取付ボルト５９にて締結固定しているため、組み付け工数及び部品点数が多く、コスト高になるという問題がある。また、並列配置した複数の電池モジュール４２の両端にエンドプレート４５を配設する必要があるので、組電池４１の設置スペースが大きくなるとともにコスト高になるという問題がある。
【０００８】
また、各電池モジュール４２を冷却するため、車室内の空気を送風ファン５５にて組電池４１の下部の送風空間５０に送給し、電池モジュール４２、４２間の通風空間４４を下部から上部に向けて冷却風を流して上部の排風空間５２に排出し、各電池モジュール４２をその両側壁４８から効果的にかつ各単電池４３を均一に冷却するようにしているので、組電池４１の下部と上部に送風空間５０や排風空間５２を形成するためのスペースが必要となる。そのため、組電池４１の搭載スペースとして上下方向に大きなスペースを確保する必要があり、自動車用駆動電源として利用する場合に、搭載場所に制限を受けるという問題がある。
【０００９】
そこで、自動車用駆動電源の搭載スペースを無理なく容易に確保し、レイアウトの自由度を拡大するため、冷却装置を含めた組電池４１の高さ寸法を抑制することが強く要請されることがある。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、組み付け工数の低減、設置スペースのコンパクト化及びコスト低減を図ることができ、また高さ寸法を抑制しつつ個々の電池モジュールを効率的に冷却することができる組電池を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の組電池は、内圧による側面の膨張が自己抑制された複数の密閉型二次電池を一列状に配置して直列接続しかつ相互に一体的に連結して成る電池モジュールを複数、相互間に冷却空間をあけて並列配置し、各電池モジュールの両端部をそれぞれ嵌入させて支持する環状突出壁を有する支持ブラケットを設け、並列配置された複数の電池モジュールの周囲を取り囲む筒状カバーを設けるとともに、その両端部を支持ブラケットの前記環状突出壁に外嵌し、支持ブラケットには各電池モジュール間の冷却空間に対応する位置にスリットを設け、少なくとも一方の支持ブラケットの外面側にファンを装着したものである。この構成によると、電池モジュールを構成している密閉型二次電池の側面の膨張が自己抑制されているので、この電池モジュールを単純に並列配置してその両端を並列方向と直交する方向に対して支持するだけで組電池を構成でき、電池モジュールをその配列方向に対して強固に締結固定する必要がないため、組み付け工数及び部品コストを低減でき、また電池モジュール群を拘束するエンドプレート等を配設する必要がないため、設置スペースのコンパクト化及びコスト低下を図ることができる。
【００１２】
また、電池モジュールを相互間に冷却空間をあけて配置するとともに、その周囲を取り囲む筒状カバーを設けているので、組電池を構成している電池モジュール群の周囲に筒状カバーで覆われた冷却媒体通路が形成され、この冷却媒体通路に冷却媒体を送給することで各電池モジュール間の冷却空間を冷却媒体が流通し、すべての電池モジュールがその両側から効果的に冷却され、また組電池の上下方向の寸法が電池モジュールの高さ寸法より若干大きくなるだけであり、かつ組電池の上下に冷却媒体送給手段を配設しなくても良いため、冷却装置を含めた組電池の高さ寸法を抑制でき、その結果例えば組電池を自動車用駆動電源として搭載する場合に、その搭載スペースを無理なく容易に確保することができる。
【００１３】
また、各電池モジュールの端部を嵌入させて支持するように支持ブラケットに設けられた環状突出壁に、筒状カバーの両端部を外嵌し、支持ブラケットには各電池モジュール間の冷却媒体通路に対応する位置にスリットを設け、少なくとも一方の支持ブラケットの外面側にファンを装着しているので、電池モジュールを支持する支持ブラケットが、筒状カバーととともに電池モジュール間の冷却空間に効果的に冷却媒体を送給する冷却媒体通路を構成するとともにファンの取付機構を兼用するので、冷却装置を含む組電池を一層シンプルかつ低コストでコンパクトな構成とすることができる。
【００１４】
また、電池モジュール間の冷却空間に臨む密閉型二次電池の側面に、断熱シートを貼り付けるとともに、冷却流体の流入側から流出側の向けて密閉型二次電池に貼り付ける断熱シートの大きさを順次小さく設定した構成とし、あるいは電池モジュール間の冷却空間に臨む密閉型二次電池の側面に、熱伝達係数の高い冷却促進部材を設けるとともに、冷却流体の流入側から流出側の向けて密閉型二次電池に設ける冷却促進部材の大きさを順次大きく設定した構成とすると、電池モジュールの一端から他端に向けて冷却媒体を流通させるようにしても各電池モジュールを構成している密閉型二次電池を均等に冷却することができ、温度ばらつきによって一部の密閉型二次電池の寿命が低下して組電池の全体の寿命が低下してしまうというような事態の発生を防止できる。
【００１５】
また、ファンを、所定時間間隔若しくは電池モジュールの両端での検出温度差等に応じてその送風方向を交互に切り換え可能に構成しても、各電池モジュールを構成している密閉型二次電池を均等に冷却することができ、組電池の全体の寿命を向上することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る冷却装置を含めた組電池の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１７】
図１において、１は、燃料電池を動力源とする電気自動車やハイブリッド車等を含む電気自動車用の駆動電源としての組電池で、１０〜３０個（図示例では１５個）の電池モジュール２を並列配置し、これらの電池モジュール２の両端部を支持ブラケット３、４にて電池モジュール２の並列方向に対して直交する上下方向及び電池モジュール２の長手方向に対して支持して構成されている。
【００１８】
電池モジュール２は、内圧による側面の膨張が自己抑制された複数個（図１の例では４個）の密閉型二次電池５を一列状に配置して直列接続しかつ相互に一体的に連結して構成されており、各電池モジュール２は相互間に１〜５ｍｍ程度の冷却空間６をあけて並列配置された状態で、その両端部が支持ブラケット３、４に設けられた環状突出壁７内に嵌入係合されて支持されている。即ち、環状突出壁７は、並列配置された状態の電池モジュール２群の断面外形に沿った形状に突出形成されている。
【００１９】
また、上記のように並列配置された電池モジュール２群の周囲は、電池モジュール２とほぼ同じ長さの筒状カバー８によって取り囲まれるとともに、この筒状カバー８はその両端部が環状突出壁７に外嵌されて支持されている。また、支持ブラケット３、４には、各電池モジュール２、２間の冷却空間６に対応する位置にスリット９が設けられている。かくして、筒状カバー８と支持ブラケット３、４にて電池モジュール２、２間の冷却空間６に効果的に冷却媒体を送給する冷却媒体通路１０が構成されている。
【００２０】
一方の支持ブラケット３の外面側には、シロッコファンなどのタンジェンシャルファンから成り、コンパクトな構成で広範囲に均一な冷却媒体流を形成できるファン１１が装着板１２にて装着され、冷却媒体通路１０の一端から他端に向けて一方向に冷却媒体を送給するように構成されている。本実施形態では、支持ブラケット４のスリット９から冷却空気を吸入し、支持ブラケット４のスリット９からファン１１にて外部に排出するように構成されている。
【００２１】
また、各電池モジュール２において、所定の密閉型二次電池５の冷却空間６に臨む側面に断熱シート１３を貼付けられるとともに、その断熱シート１３の大きさが冷却媒体の流入側から流出側の密閉型二次電池５に向けて順次小さく設定され、冷却媒体の流入側と流出側の間で密閉型二次電池５に対する冷却性能が均等になるように構成されている。
【００２２】
また、支持ブラケット３、４には、電池モジュール２の両端中央部に突設された接続端子１４が貫通する端子穴１５が形成されるとともに、支持ブラケット３、４の外側面に隣接する電池モジュール２、２の接続端子１４、１４同士を接続するバスバー１６の保持凹部１７が形成されている。そして、接続端子１４とバスバー１６を締結ナット１８にて締結固定することで隣接する電池モジュール２、２の逆極性の接続端子１４、１４同士が接続されている。１９は支持ブラケット４のバスバー１６の配設部分をカバーするバスバーカバーであり、支持ブラケット３のバスバー１６の配設部分は装着板１２にその機能を持たせている。
【００２３】
次に、上記のように内圧による側面の膨張が自己抑制された密閉型二次電池５を直列接続しかつ相互に一体的に連結してなる電池モジュール２の具体構成例について、図２〜図６を参照して説明する。
【００２４】
図２において、電池モジュール２は、複数個（図２の例では６個）の密閉型二次電池５を一列状に配置して直列接続しかつ相互に一体的に連結して構成されている。各密閉型二次電池５は、横断面形状が隅丸長方形ないし長方形の略直方体状の金属製のケース２１と、その一端開口を封口する金属製の封口板２２を有している。ケース２１及び封口板２２は、ニッケル水素電池の場合、耐電解液性を確保するためニッケルメッキを施した鋼板にて構成される。
【００２５】
電池モジュール２の一端の密閉型二次電池５の封口板２２に突出形成された一対の接続突部２３ａ、２３ｂ間に一方の極性の接続端子１４を中央部に設けた接続板２４が架設されて溶接固着され、他端の密閉型二次電池５のケース２１の底面２１ａの中央部に他方の極性の接続端子１４が溶接固着されている。
【００２６】
各密閉型二次電池５は、図３〜図６に示すように、ケース２１内に、その断面長軸方向の両端部に空間２５を設けた状態で、極板群２６を電解液とともに収容して構成されている。空間２５は、電解液を極板群２６の全体に均等に浸透保持させるための電解液の供給通路として機能するものである。
【００２７】
極板群２６は、複数枚の正極板２７と負極板２８をセパレータ２９を介して積層するとともに正極板２７と負極板２８の芯材２７ａ、２８ａを互いに反対側部に突出させて構成され、それらの芯材２７ａ、２８ａの突出した側端縁にて極板群２６の両端に正極端面３０と負極端面３１が形成されている。なお、極板群２６は、帯状の正極板２７と負極板２８の間にセパレータ２９を介装した状態で巻芯に巻回し、巻回完了後巻芯を抜き取って圧縮することによって構成してもよい。
【００２８】
この極板群２６の正極端面３０と負極端面３１は、封口板２２とケース２１の底面２１ａに後述のように直接接続され、かつ封口板２２とケース２１との間には絶縁性のガスケット３２が介装されている。封口板２２とケース２１の開口部の接合構成は、封口板２２の外周縁に接合鍔３３を立ち上げ形成するとともに、その接合鍔３３の端面及び内外側面を覆うように断面Ｕ字状のガスケット３２を装着し、この封口板２２をケース２１の開口部内に挿入配置し、ケース２１の開口部を接合鍔３３を覆うように内側に曲げ加工することでケース２１が封口されている。
【００２９】
ケース２１の底面２１ａには、封口板２２に設けた接続突部２３ａ、２３ｂに対応するように適当な間隔をあけて一対の矩形状の接続突部３４ａ、３４ｂが突出形成されている。また、封口板２２の中央部に電解液を注入する注液口３５が形成され、注液後、この注液口３５を密閉するゴム弁３６ａを有する安全弁３６が装着されている。
【００３０】
ケース２１の横断面長軸方向に沿う両側面には、底面２１ａと開口との間にわたって連続する断面台形状の突条部３７が複数本（図示例では４本）、適当間隔おきにかつ互いに対向する位置に突出形成されている。そして、両側面の突条部３７、３７間にわたって極板群２６の正極端面３０と封口板２２及びケース２１の底面２１ａと負極端面３１が、それぞれレーザビーム溶接や電子ビーム溶接等による溶接部３８にて溶接されている。なお、封口板２２の接合鍔３３も、突条部３７に対応して外側に突出する突出部が形成されており、それによって溶接部３８を正極端面３０及び負極端面３１の全幅にわたって確実に形成でき、全ての正極板２７と負極板２８が封口板２２とケース２１の底面２１ａに確実に接続されている。
【００３１】
また、突条部３７は、所定の内圧の作用下で、ケース２１の両側面が所定以上の撓み量を発生しない強度と剛性を持つような断面形状とピッチ間隔で形成されている。
【００３２】
そして、図２に示す電池モジュール２を構成する場合には、図４〜図６に仮想線で示すように、封口板２２の接続突部２３ａ、２３ｂと、ケース２１の底面２１ａの接続突部３４ａ、３４ｂを当接させ、封口板２２とケース２１の底面２１ａとの間の隙間から接続突部２３ａ、３４ａ、及び２３ｂ、３４ｂの先端側部にレーザビームや電子ビームを照射し、これらレーザビーム溶接や電子ビーム溶接等による溶接部３９にて機械的及び電気的に一体接合されている。
【００３３】
以上のような電池モジュール２によれば、各密閉型二次電池５が横断面形状が長円形ないし長方形で扁平な形状であるため、電池断面の全体に対して高い冷却性能が得られ、さらにケース２１が金属製であるため熱伝達率が高く、しかもケース２１の側面に形成した突条部３７にて伝熱表面積が増加することで、効率的に冷却でき、電池温度の上昇を効果的に防止でき、出力特性及び寿命が向上する。また、ケース２１が金属製であることで、樹脂製のケースの場合のようにガス透過防止処理を施す必要もなく、少ない工数にて安価に製造することができる。
【００３４】
また、極板群２６の両端の正極端面３０と負極端面３１を封口板２２とケース２１の底面２１ａとに複数箇所の溶接部３８にてそれぞれ接続し、ケース２１と封口板２２とをガスケット３２にて絶縁しているので、封口板２２に設けた接続突部２３ａ、２３ｂとケース２１の底面２１ａに設けた接続突部３４ａ、３４ｂが外部接続端子となり、これらの外部接続端子と極板群２６間の接続経路が短くなりかつ複数箇所の溶接部３８で接続していることで、接続箇所及び接続面積を大きくでき、接続抵抗を小さくできるとともに、極板群２６内の電流分布を均一にできて極板全面の活物質を均等に反応させることができるため、密閉型二次電池５の内部抵抗を小さくでき、高い出力特性と大電流放電特性が得られ、高出力化と長寿命化を図ることができる。
【００３５】
また、ケース２１の両側面に、底面２１ａと開口部間にわたって連続する突条部３７を複数設け、かつその突条部３７を所定の内圧の作用下で、ケース２１の両側面が所定以上の撓み量を発生しない強度と剛性を持つような断面形状とピッチ間隔で形成しているので、電池内圧によってケース２１の両側面が膨張することがない。
【００３６】
以上の構成の組電池１によれば、電池モジュール２を構成している密閉型二次電池５の側面の膨張が自己抑制されているので、この電池モジュール２を単純に並列配置してその両端を支持ブラケット３、４にて、電池モジュール２の並列方向と直交する方向に対して支持するだけで組電池１を構成でき、各電池モジュール２を並列方向に強固に固定支持する必要がないので、組み付け工数及び部品コストを低減でき、また電池モジュール２群を拘束するエンドプレート等を配設する必要がないため、組電池１の設置スペースのコンパクト化及びコスト低減を図ることができる。
【００３７】
また、複数の電池モジュール２を相互間に冷却空間６をあけて配置し、その電池モジュール２群の周囲を筒状カバー８にて取り囲んでいるので、簡単かつコンパクトに電池モジュール２群の周囲に冷却媒体通路１０を形成でき、その一端から他端に向けてファン１１にて冷却媒体を送給することで、各電池モジュール２、２間の冷却空間６を冷却媒体が流通し、すべての電池モジュール２がその両側から効果的に冷却される。また、電池モジュール２群の周囲を筒状カバー８にて取り囲んでいるだけであるため、組電池１の上下方向の寸法は電池モジュール２の高さ寸法より若干大きくなるだけであり、かつ組電池１の上下に冷却媒体送給手段を配設しなくても良いため、冷却装置を含めた組電池１の高さ寸法を抑制できる。従って、組電池１を例えば自動車用駆動電源として搭載する場合に、その搭載スペースを無理なく容易に確保することができる。
【００３８】
また、各電池モジュール２の端部の支持構成として、支持ブラケット３、４に電池モジュール２の端部を嵌入させて支持する環状突出壁７を設け、その環状突出壁７に筒状カバー８の両端部を外嵌し、支持ブラケット３、４に各電池モジュール２、２間の冷却空間６に対応する位置にスリット９を設けているので、電池モジュール２を支持する支持ブラケット３、４が筒状カバー８ととともに電池モジュール２、２間の冷却空間６に効果的に冷却媒体を送給する冷却媒体通路１０を構成し、また支持ブラケット３にファン１１を装着しているので、冷却装置を含む組電池１を一層シンプルかつ低コストでコンパクトな構成とすることができる。
【００３９】
また、電池モジュール２、２間の冷却空間６に臨む密閉型二次電池５の側面に、適宜に断熱シート１３を配設して、冷却流体の流入側と流出側の間で密閉型二次電池５に対する冷却性能を均等にしているので、各電池モジュール２を構成している密閉型二次電池５の温度ばらつきによって一部の密閉型二次電池５の寿命が低下して組電池１の全体の寿命が低下してしまうというような事態の発生を防止できる。なお、断熱シート１３のような冷却を抑制する部材ではなく、逆に熱伝達係数の高い材料からなるフィンのような冷却を促進する部材を、冷却媒体の流入側から流出側に向けて順次大きな面積範囲に配設してもよい。
【００４０】
以上の実施形態の説明では、冷却媒体通路１０の一端から他端に向けて一方向に冷却媒体を送給するようにしながら、電池モジュール２を構成している各密閉型二次電池５を均等に冷却するため、密閉型二次電池５の側面に適宜に冷却抑制若しくは冷却促進用の部材を配設した例を示したが、ファン１１を、所定時間間隔若しくは電池モジュール２の両端での検出温度差等に応じてその送風方向を交互に切り換えるように構成してもよい。こうしても、各電池モジュール２を構成している密閉型二次電池５を均等に冷却することができ、組電池１の全体の寿命を向上することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の組電池によれば、内圧による側面の膨張が自己抑制された複数の密閉型二次電池を一列状に配置して直列接続しかつ相互に一体的に連結して成る電池モジュールを複数、相互間に冷却空間をあけて並列配置し、各電池モジュールの両端部をそれぞれ嵌入させて支持する環状突出壁を有する支持ブラケットを設け、並列配置された複数の電池モジュールの周囲を取り囲む筒状カバーを設けるとともに、その両端部を支持ブラケットの前記環状突出壁に外嵌し、支持ブラケットには各電池モジュール間の冷却空間に対応する位置にスリットを設け、少なくとも一方の支持ブラケットの外面側にファンを装着したので、電池モジュールを単純に並列配置してその両端を支持ブラケットにて支持するだけで組電池が構成され、組み付け工数及び部品コストを低減でき、また電池モジュール群を拘束するエンドプレート等を配設する必要がないため、設置スペースのコンパクト化及びコスト低下を図ることができる。
【００４２】
また、組電池を構成している電池モジュール群の周囲に筒状カバーで覆われた冷却媒体通路が形成され、この冷却媒体通路に冷却媒体を送給することで各電池モジュール間の冷却空間を冷却媒体が流通し、すべての電池モジュールがその両側から効果的に冷却され、また組電池の上下方向の寸法が電池モジュールの高さ寸法より若干大きくなるだけであり、かつ組電池の上下に冷却媒体送給手段を配設しなくても良いため、冷却装置を含めた組電池の高さ寸法を抑制でき、その結果例えば組電池を自動車用駆動電源として搭載する場合に、その搭載スペースを無理なく容易に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の組電池の分解斜視図である。
【図２】同実施形態の電池モジュールの外観斜視図である。
【図３】同実施形態の電池モジュールを封口板側から見た側面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】図３のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図７】従来例の組電池の分解斜視図である。
【図８】同従来例の電池モジュールの外観斜視図である。
【符号の説明】
１ 組電池
２ 電池モジュール
３、４ 支持ブラケット
５ 密閉型二次電池
６ 冷却空間
７ 環状突出壁
８ 筒状カバー
９ スリット
１１ ファン（冷却媒体送給手段）
１３ 断熱シート（冷却抑制部材）
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の単電池を直列接続して一体化して成る複数の電池モジュールを並列配置してなる組電池に関し、また各電池モジュールをコンパクトな構成で冷却するようにした組電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電力容量の大きな組電池として、直方体状の単電池や、複数の単電池を直列接続した状態で一体化して成る電池モジュールを複数並列配置するとともに、その配列方向の両端にエンドプレートを配設し、エンドプレート間を拘束ロッドや拘束バンドで緊締し、電池内圧によって単電池や電池モジュールの側面が膨張するのを防止し、これら単電池や電池モジュールを直列接続したものが知られている。
【０００３】
また、例えば特開２００１−１６７８０３号公報などに開示されているように、充放電に伴う発熱で電池温度が上昇し、電池出力や充放電効率や電池寿命が低下するのを防止するため、組電池における各単電池間や電池モジュール間に、下方から上方に向けて冷却風を送風して冷却するように構成したものが知られている。
【０００４】
この種の組電池の一例を、図７、図８を参照して詳しく説明する。図７において、４１は、ハイブリッド車を含む電気自動車用の駆動電源としての組電池で、１０〜３０個の電池モジュール４２を、各電池モジュール４２、４２間に上下方向の通風空間４４をあけた状態で並列配置し、並列方向の両端に配設した一対の端板４５と拘束バンド４６で挟持し、一体的に固定して構成されている。
【０００５】
各電池モジュール４２は、図８に示すように、電槽内に極板群と電解液を収容して構成された単電池４３を複数個並列配置して一体化するとともに内部で直列接続して構成されており、その電池モジュール４２の両端に突出された接続端子４７を順次直列に接続し、組電池４１の所定の出力電圧を得ている。また、電池モジュール４２の両側壁４８には、各単電池４３、４３間と両端の位置に上下方向の縦リブ４９が突設され、電池モジュール４２をその両側壁４８を対向させて並列配置した時に、縦リブ４９、４９同士が当接して、両側壁４８、４８間に縦リブ４９にて区画された通風空間４４が形成されるように構成されている。
【０００６】
この組電池４１は、各通風空間４４に連通する送風空間５０を有する下部チャンバ５１上に設置され、各電池モジュール４２の下面両端部が取付ボルト５９にてこの下部チャンバ５１に締結固定されている。組電池４１の上部には、排風空間５２を有する上部チャンバ５３が配設されている。下部チャンバ５１の一端に設けられた送風口５４に送風ファン５５から延出された送風ダクト５６が接続され、上部チャンバ５３の一端に設けられた排風口５７に排風ダクト５８が接続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構成の組電池４１の構成では、各電池モジュール４２を下部チャンバ５１に取付ボルト５９にて締結固定しているため、組み付け工数及び部品点数が多く、コスト高になるという問題がある。また、並列配置した複数の電池モジュール４２の両端にエンドプレート４５を配設する必要があるので、組電池４１の設置スペースが大きくなるとともにコスト高になるという問題がある。
【０００８】
また、各電池モジュール４２を冷却するため、車室内の空気を送風ファン５５にて組電池４１の下部の送風空間５０に送給し、電池モジュール４２、４２間の通風空間４４を下部から上部に向けて冷却風を流して上部の排風空間５２に排出し、各電池モジュール４２をその両側壁４８から効果的にかつ各単電池４３を均一に冷却するようにしているので、組電池４１の下部と上部に送風空間５０や排風空間５２を形成するためのスペースが必要となる。そのため、組電池４１の搭載スペースとして上下方向に大きなスペースを確保する必要があり、自動車用駆動電源として利用する場合に、搭載場所に制限を受けるという問題がある。
【０００９】
そこで、自動車用駆動電源の搭載スペースを無理なく容易に確保し、レイアウトの自由度を拡大するため、冷却装置を含めた組電池４１の高さ寸法を抑制することが強く要請されることがある。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、組み付け工数の低減、設置スペースのコンパクト化及びコスト低減を図ることができ、また高さ寸法を抑制しつつ個々の電池モジュールを効率的に冷却することができる組電池を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の組電池は、内圧による側面の膨張が自己抑制された複数の密閉型二次電池を一列状に配置して直列接続しかつ相互に一体的に連結して成る電池モジュールを複数、相互間に冷却空間をあけて並列配置し、各電池モジュールの両端部をそれぞれ嵌入させて支持する環状突出壁を有する支持ブラケットを設け、並列配置された複数の電池モジュールの周囲を取り囲む筒状カバーを設けるとともに、その両端部を支持ブラケットの前記環状突出壁に外嵌し、支持ブラケットには各電池モジュール間の冷却空間に対応する位置にスリットを設け、少なくとも一方の支持ブラケットの外面側にファンを装着したものである。この構成によると、電池モジュールを構成している密閉型二次電池の側面の膨張が自己抑制されているので、この電池モジュールを単純に並列配置してその両端を並列方向と直交する方向に対して支持するだけで組電池を構成でき、電池モジュールをその配列方向に対して強固に締結固定する必要がないため、組み付け工数及び部品コストを低減でき、また電池モジュール群を拘束するエンドプレート等を配設する必要がないため、設置スペースのコンパクト化及びコスト低下を図ることができる。
【００１２】
また、電池モジュールを相互間に冷却空間をあけて配置するとともに、その周囲を取り囲む筒状カバーを設けているので、組電池を構成している電池モジュール群の周囲に筒状カバーで覆われた冷却媒体通路が形成され、この冷却媒体通路に冷却媒体を送給することで各電池モジュール間の冷却空間を冷却媒体が流通し、すべての電池モジュールがその両側から効果的に冷却され、また組電池の上下方向の寸法が電池モジュールの高さ寸法より若干大きくなるだけであり、かつ組電池の上下に冷却媒体送給手段を配設しなくても良いため、冷却装置を含めた組電池の高さ寸法を抑制でき、その結果例えば組電池を自動車用駆動電源として搭載する場合に、その搭載スペースを無理なく容易に確保することができる。
【００１３】
また、各電池モジュールの端部を嵌入させて支持するように支持ブラケットに設けられた環状突出壁に、筒状カバーの両端部を外嵌し、支持ブラケットには各電池モジュール間の冷却媒体通路に対応する位置にスリットを設け、少なくとも一方の支持ブラケットの外面側にファンを装着しているので、電池モジュールを支持する支持ブラケットが、筒状カバーととともに電池モジュール間の冷却空間に効果的に冷却媒体を送給する冷却媒体通路を構成するとともにファンの取付機構を兼用するので、冷却装置を含む組電池を一層シンプルかつ低コストでコンパクトな構成とすることができる。
【００１４】
また、電池モジュール間の冷却空間に臨む密閉型二次電池の側面に、断熱シートを貼り付けるとともに、冷却流体の流入側から流出側の向けて密閉型二次電池に貼り付ける断熱シートの大きさを順次小さく設定した構成とし、あるいは電池モジュール間の冷却空間に臨む密閉型二次電池の側面に、熱伝達係数の高い冷却促進部材を設けるとともに、冷却流体の流入側から流出側の向けて密閉型二次電池に設ける冷却促進部材の大きさを順次大きく設定した構成とすると、電池モジュールの一端から他端に向けて冷却媒体を流通させるようにしても各電池モジュールを構成している密閉型二次電池を均等に冷却することができ、温度ばらつきによって一部の密閉型二次電池の寿命が低下して組電池の全体の寿命が低下してしまうというような事態の発生を防止できる。
【００１５】
また、ファンを、所定時間間隔若しくは電池モジュールの両端での検出温度差等に応じてその送風方向を交互に切り換え可能に構成しても、各電池モジュールを構成している密閉型二次電池を均等に冷却することができ、組電池の全体の寿命を向上することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る冷却装置を含めた組電池の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１７】
図１において、１は、燃料電池を動力源とする電気自動車やハイブリッド車等を含む電気自動車用の駆動電源としての組電池で、１０〜３０個（図示例では１５個）の電池モジュール２を並列配置し、これらの電池モジュール２の両端部を支持ブラケット３、４にて電池モジュール２の並列方向に対して直交する上下方向及び電池モジュール２の長手方向に対して支持して構成されている。
【００１８】
電池モジュール２は、内圧による側面の膨張が自己抑制された複数個（図１の例では４個）の密閉型二次電池５を一列状に配置して直列接続しかつ相互に一体的に連結して構成されており、各電池モジュール２は相互間に１〜５ｍｍ程度の冷却空間６をあけて並列配置された状態で、その両端部が支持ブラケット３、４に設けられた環状突出壁７内に嵌入係合されて支持されている。即ち、環状突出壁７は、並列配置された状態の電池モジュール２群の断面外形に沿った形状に突出形成されている。
【００１９】
また、上記のように並列配置された電池モジュール２群の周囲は、電池モジュール２とほぼ同じ長さの筒状カバー８によって取り囲まれるとともに、この筒状カバー８はその両端部が環状突出壁７に外嵌されて支持されている。また、支持ブラケット３、４には、各電池モジュール２、２間の冷却空間６に対応する位置にスリット９が設けられている。かくして、筒状カバー８と支持ブラケット３、４にて電池モジュール２、２間の冷却空間６に効果的に冷却媒体を送給する冷却媒体通路１０が構成されている。
【００２０】
一方の支持ブラケット３の外面側には、シロッコファンなどのタンジェンシャルファンから成り、コンパクトな構成で広範囲に均一な冷却媒体流を形成できるファン１１が装着板１２にて装着され、冷却媒体通路１０の一端から他端に向けて一方向に冷却媒体を送給するように構成されている。本実施形態では、支持ブラケット４のスリット９から冷却空気を吸入し、支持ブラケット４のスリット９からファン１１にて外部に排出するように構成されている。
【００２１】
また、各電池モジュール２において、所定の密閉型二次電池５の冷却空間６に臨む側面に断熱シート１３を貼付けられるとともに、その断熱シート１３の大きさが冷却媒体の流入側から流出側の密閉型二次電池５に向けて順次小さく設定され、冷却媒体の流入側と流出側の間で密閉型二次電池５に対する冷却性能が均等になるように構成されている。
【００２２】
また、支持ブラケット３、４には、電池モジュール２の両端中央部に突設された接続端子１４が貫通する端子穴１５が形成されるとともに、支持ブラケット３、４の外側面に隣接する電池モジュール２、２の接続端子１４、１４同士を接続するバスバー１６の保持凹部１７が形成されている。そして、接続端子１４とバスバー１６を締結ナット１８にて締結固定することで隣接する電池モジュール２、２の逆極性の接続端子１４、１４同士が接続されている。１９は支持ブラケット４のバスバー１６の配設部分をカバーするバスバーカバーであり、支持ブラケット３のバスバー１６の配設部分は装着板１２にその機能を持たせている。
【００２３】
次に、上記のように内圧による側面の膨張が自己抑制された密閉型二次電池５を直列接続しかつ相互に一体的に連結してなる電池モジュール２の具体構成例について、図２〜図６を参照して説明する。
【００２４】
図２において、電池モジュール２は、複数個（図２の例では６個）の密閉型二次電池５を一列状に配置して直列接続しかつ相互に一体的に連結して構成されている。各密閉型二次電池５は、横断面形状が隅丸長方形ないし長方形の略直方体状の金属製のケース２１と、その一端開口を封口する金属製の封口板２２を有している。ケース２１及び封口板２２は、ニッケル水素電池の場合、耐電解液性を確保するためニッケルメッキを施した鋼板にて構成される。
【００２５】
電池モジュール２の一端の密閉型二次電池５の封口板２２に突出形成された一対の接続突部２３ａ、２３ｂ間に一方の極性の接続端子１４を中央部に設けた接続板２４が架設されて溶接固着され、他端の密閉型二次電池５のケース２１の底面２１ａの中央部に他方の極性の接続端子１４が溶接固着されている。
【００２６】
各密閉型二次電池５は、図３〜図６に示すように、ケース２１内に、その断面長軸方向の両端部に空間２５を設けた状態で、極板群２６を電解液とともに収容して構成されている。空間２５は、電解液を極板群２６の全体に均等に浸透保持させるための電解液の供給通路として機能するものである。
【００２７】
極板群２６は、複数枚の正極板２７と負極板２８をセパレータ２９を介して積層するとともに正極板２７と負極板２８の芯材２７ａ、２８ａを互いに反対側部に突出させて構成され、それらの芯材２７ａ、２８ａの突出した側端縁にて極板群２６の両端に正極端面３０と負極端面３１が形成されている。なお、極板群２６は、帯状の正極板２７と負極板２８の間にセパレータ２９を介装した状態で巻芯に巻回し、巻回完了後巻芯を抜き取って圧縮することによって構成してもよい。
【００２８】
この極板群２６の正極端面３０と負極端面３１は、封口板２２とケース２１の底面２１ａに後述のように直接接続され、かつ封口板２２とケース２１との間には絶縁性のガスケット３２が介装されている。封口板２２とケース２１の開口部の接合構成は、封口板２２の外周縁に接合鍔３３を立ち上げ形成するとともに、その接合鍔３３の端面及び内外側面を覆うように断面Ｕ字状のガスケット３２を装着し、この封口板２２をケース２１の開口部内に挿入配置し、ケース２１の開口部を接合鍔３３を覆うように内側に曲げ加工することでケース２１が封口されている。
【００２９】
ケース２１の底面２１ａには、封口板２２に設けた接続突部２３ａ、２３ｂに対応するように適当な間隔をあけて一対の矩形状の接続突部３４ａ、３４ｂが突出形成されている。また、封口板２２の中央部に電解液を注入する注液口３５が形成され、注液後、この注液口３５を密閉するゴム弁３６ａを有する安全弁３６が装着されている。
【００３０】
ケース２１の横断面長軸方向に沿う両側面には、底面２１ａと開口との間にわたって連続する断面台形状の突条部３７が複数本（図示例では４本）、適当間隔おきにかつ互いに対向する位置に突出形成されている。そして、両側面の突条部３７、３７間にわたって極板群２６の正極端面３０と封口板２２及びケース２１の底面２１ａと負極端面３１が、それぞれレーザビーム溶接や電子ビーム溶接等による溶接部３８にて溶接されている。なお、封口板２２の接合鍔３３も、突条部３７に対応して外側に突出する突出部が形成されており、それによって溶接部３８を正極端面３０及び負極端面３１の全幅にわたって確実に形成でき、全ての正極板２７と負極板２８が封口板２２とケース２１の底面２１ａに確実に接続されている。
【００３１】
また、突条部３７は、所定の内圧の作用下で、ケース２１の両側面が所定以上の撓み量を発生しない強度と剛性を持つような断面形状とピッチ間隔で形成されている。
【００３２】
そして、図２に示す電池モジュール２を構成する場合には、図４〜図６に仮想線で示すように、封口板２２の接続突部２３ａ、２３ｂと、ケース２１の底面２１ａの接続突部３４ａ、３４ｂを当接させ、封口板２２とケース２１の底面２１ａとの間の隙間から接続突部２３ａ、３４ａ、及び２３ｂ、３４ｂの先端側部にレーザビームや電子ビームを照射し、これらレーザビーム溶接や電子ビーム溶接等による溶接部３９にて機械的及び電気的に一体接合されている。
【００３３】
以上のような電池モジュール２によれば、各密閉型二次電池５が横断面形状が長円形ないし長方形で扁平な形状であるため、電池断面の全体に対して高い冷却性能が得られ、さらにケース２１が金属製であるため熱伝達率が高く、しかもケース２１の側面に形成した突条部３７にて伝熱表面積が増加することで、効率的に冷却でき、電池温度の上昇を効果的に防止でき、出力特性及び寿命が向上する。また、ケース２１が金属製であることで、樹脂製のケースの場合のようにガス透過防止処理を施す必要もなく、少ない工数にて安価に製造することができる。
【００３４】
また、極板群２６の両端の正極端面３０と負極端面３１を封口板２２とケース２１の底面２１ａとに複数箇所の溶接部３８にてそれぞれ接続し、ケース２１と封口板２２とをガスケット３２にて絶縁しているので、封口板２２に設けた接続突部２３ａ、２３ｂとケース２１の底面２１ａに設けた接続突部３４ａ、３４ｂが外部接続端子となり、これらの外部接続端子と極板群２６間の接続経路が短くなりかつ複数箇所の溶接部３８で接続していることで、接続箇所及び接続面積を大きくでき、接続抵抗を小さくできるとともに、極板群２６内の電流分布を均一にできて極板全面の活物質を均等に反応させることができるため、密閉型二次電池５の内部抵抗を小さくでき、高い出力特性と大電流放電特性が得られ、高出力化と長寿命化を図ることができる。
【００３５】
また、ケース２１の両側面に、底面２１ａと開口部間にわたって連続する突条部３７を複数設け、かつその突条部３７を所定の内圧の作用下で、ケース２１の両側面が所定以上の撓み量を発生しない強度と剛性を持つような断面形状とピッチ間隔で形成しているので、電池内圧によってケース２１の両側面が膨張することがない。
【００３６】
以上の構成の組電池１によれば、電池モジュール２を構成している密閉型二次電池５の側面の膨張が自己抑制されているので、この電池モジュール２を単純に並列配置してその両端を支持ブラケット３、４にて、電池モジュール２の並列方向と直交する方向に対して支持するだけで組電池１を構成でき、各電池モジュール２を並列方向に強固に固定支持する必要がないので、組み付け工数及び部品コストを低減でき、また電池モジュール２群を拘束するエンドプレート等を配設する必要がないため、組電池１の設置スペースのコンパクト化及びコスト低減を図ることができる。
【００３７】
また、複数の電池モジュール２を相互間に冷却空間６をあけて配置し、その電池モジュール２群の周囲を筒状カバー８にて取り囲んでいるので、簡単かつコンパクトに電池モジュール２群の周囲に冷却媒体通路１０を形成でき、その一端から他端に向けてファン１１にて冷却媒体を送給することで、各電池モジュール２、２間の冷却空間６を冷却媒体が流通し、すべての電池モジュール２がその両側から効果的に冷却される。また、電池モジュール２群の周囲を筒状カバー８にて取り囲んでいるだけであるため、組電池１の上下方向の寸法は電池モジュール２の高さ寸法より若干大きくなるだけであり、かつ組電池１の上下に冷却媒体送給手段を配設しなくても良いため、冷却装置を含めた組電池１の高さ寸法を抑制できる。従って、組電池１を例えば自動車用駆動電源として搭載する場合に、その搭載スペースを無理なく容易に確保することができる。
【００３８】
また、各電池モジュール２の端部の支持構成として、支持ブラケット３、４に電池モジュール２の端部を嵌入させて支持する環状突出壁７を設け、その環状突出壁７に筒状カバー８の両端部を外嵌し、支持ブラケット３、４に各電池モジュール２、２間の冷却空間６に対応する位置にスリット９を設けているので、電池モジュール２を支持する支持ブラケット３、４が筒状カバー８ととともに電池モジュール２、２間の冷却空間６に効果的に冷却媒体を送給する冷却媒体通路１０を構成し、また支持ブラケット３にファン１１を装着しているので、冷却装置を含む組電池１を一層シンプルかつ低コストでコンパクトな構成とすることができる。
【００３９】
また、電池モジュール２、２間の冷却空間６に臨む密閉型二次電池５の側面に、適宜に断熱シート１３を配設して、冷却流体の流入側と流出側の間で密閉型二次電池５に対する冷却性能を均等にしているので、各電池モジュール２を構成している密閉型二次電池５の温度ばらつきによって一部の密閉型二次電池５の寿命が低下して組電池１の全体の寿命が低下してしまうというような事態の発生を防止できる。なお、断熱シート１３のような冷却を抑制する部材ではなく、逆に熱伝達係数の高い材料からなるフィンのような冷却を促進する部材を、冷却媒体の流入側から流出側に向けて順次大きな面積範囲に配設してもよい。
【００４０】
以上の実施形態の説明では、冷却媒体通路１０の一端から他端に向けて一方向に冷却媒体を送給するようにしながら、電池モジュール２を構成している各密閉型二次電池５を均等に冷却するため、密閉型二次電池５の側面に適宜に冷却抑制若しくは冷却促進用の部材を配設した例を示したが、ファン１１を、所定時間間隔若しくは電池モジュール２の両端での検出温度差等に応じてその送風方向を交互に切り換えるように構成してもよい。こうしても、各電池モジュール２を構成している密閉型二次電池５を均等に冷却することができ、組電池１の全体の寿命を向上することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の組電池によれば、内圧による側面の膨張が自己抑制された複数の密閉型二次電池を一列状に配置して直列接続しかつ相互に一体的に連結して成る電池モジュールを複数、相互間に冷却空間をあけて並列配置し、各電池モジュールの両端部をそれぞれ嵌入させて支持する環状突出壁を有する支持ブラケットを設け、並列配置された複数の電池モジュールの周囲を取り囲む筒状カバーを設けるとともに、その両端部を支持ブラケットの前記環状突出壁に外嵌し、支持ブラケットには各電池モジュール間の冷却空間に対応する位置にスリットを設け、少なくとも一方の支持ブラケットの外面側にファンを装着したので、電池モジュールを単純に並列配置してその両端を支持ブラケットにて支持するだけで組電池が構成され、組み付け工数及び部品コストを低減でき、また電池モジュール群を拘束するエンドプレート等を配設する必要がないため、設置スペースのコンパクト化及びコスト低下を図ることができる。
【００４２】
また、組電池を構成している電池モジュール群の周囲に筒状カバーで覆われた冷却媒体通路が形成され、この冷却媒体通路に冷却媒体を送給することで各電池モジュール間の冷却空間を冷却媒体が流通し、すべての電池モジュールがその両側から効果的に冷却され、また組電池の上下方向の寸法が電池モジュールの高さ寸法より若干大きくなるだけであり、かつ組電池の上下に冷却媒体送給手段を配設しなくても良いため、冷却装置を含めた組電池の高さ寸法を抑制でき、その結果例えば組電池を自動車用駆動電源として搭載する場合に、その搭載スペースを無理なく容易に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の組電池の分解斜視図である。
【図２】同実施形態の電池モジュールの外観斜視図である。
【図３】同実施形態の電池モジュールを封口板側から見た側面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】図３のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図７】従来例の組電池の分解斜視図である。
【図８】同従来例の電池モジュールの外観斜視図である。
【符号の説明】
１ 組電池
２ 電池モジュール
３、４ 支持ブラケット
５ 密閉型二次電池
６ 冷却空間
７ 環状突出壁
８ 筒状カバー
９ スリット
１１ ファン（冷却媒体送給手段）
１３ 断熱シート（冷却抑制部材）
Claims (4)
- 内圧による側面の膨張が自己抑制された複数の密閉型二次電池を一列状に配置して直列接続しかつ相互に一体的に連結して成る電池モジュールを複数、相互間に冷却空間をあけて並列配置し、
各電池モジュールの両端部をそれぞれ嵌入させて支持する環状突出壁を有する支持ブラケットを設け、
並列配置された複数の電池モジュールの周囲を取り囲む筒状カバーを設けるとともに、その両端部を支持ブラケットの前記環状突出壁に外嵌し、
支持ブラケットには各電池モジュール間の冷却空間に対応する位置にスリットを設け、 少なくとも一方の支持ブラケットの外面側にファンを装着した
ことを特徴とする組電池。 - 電池モジュール間の冷却空間に臨む密閉型二次電池の側面に、断熱シートを貼り付けるとともに、冷却流体の流入側から流出側の向けて密閉型二次電池に貼り付ける断熱シートの大きさを順次小さく設定したことを特徴とする請求項１記載の組電池。
- 電池モジュール間の冷却空間に臨む密閉型二次電池の側面に、熱伝達係数の高い冷却促進部材を設けるとともに、冷却流体の流入側から流出側の向けて密閉型二次電池に設ける冷却促進部材の大きさを順次大きく設定したことを特徴とする請求項１記載の組電池。
- ファンは、その送風方向を交互に切り換え可能に構成したことを特徴とする請求項１記載の組電池。
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