JP6063342B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は、複数の二次電池が組み合されて構成される組電池に関する。

従来から、電気自動車やハイブリッド自動車等の車載用電源としては、エネルギー密度の高さからニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池が用いられている。これらの蓄電池は通常、複数の単電池を一体とする電池モジュールを複数備え、こうした複数の電池モジュールを組み合わせた組電池として構成されている。

ところで、単電池は充放電などに伴う温度上昇によりその性能が低下するため、複数の単電池を収容している電池モジュールとしても、各単電池の温度上昇に起因してその性能が低下する。そこで、単電池の温度上昇を抑制することで、電池モジュールとしての性能、ひいては組電池としての性能の維持を図るようにしている。例えば、電池モジュールを構成する単電池を冷却するための構成の一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の電池モジュール（組電池）は、表面同士が対向するように横方向に積層された複数の単電池と、単電池の積層される方向に沿って延びると共に熱伝導性を有する外装部材と、単電池間に介挿されるスペーサとを備える。スペーサは、断熱性を有する断熱部と、断熱部の両側に配置された熱伝導性を有する伝熱部と、伝熱部に連結された外側当接面部とを備える。そしてスペーサは、伝熱部が介挿される単電池間にて単電池の表面に面的に当接するとともに、外側当接面部が外装部材に面的に当接する。

ただし、特許文献１に記載の電池モジュールのように、各単電池の表面に伝熱部を当接させて単電池を冷却しようとすると、各単電池が密に重なりすぎるなど、電池モジュール（組電池）が大容量化するほど、その冷却性能にも限界が来やすくなる。

そこで近年は、蓄電池として、単電池の表面が横並びになるように複数の単電池を収納することのできる樹脂製の角形のケースにそれら複数の単電池を収容することで、いわば扁平状に単電池を一体化した電池モジュールが採用されることも多い。こうした電池モジュールは、単電池の表面が対向するケースの表面から単電池の熱を放熱するようにしているため、同ケースの表面には放熱用のスペースが確保されることが普通である。このため、複数の電池モジュールをそれらケースの表面が対向するように組み合わせて組電池を構成したとしても、隣接する電池モジュールの間に確保されるスペースを介してそれら電池モジュールの放熱が行われるようになる。

特開２０１０−２１８７１６号公報

ところで、このように構成される組電池にあっては、各電池モジュールの間に確保されるスペースに冷却用の空気などの冷媒が流されることで、それら電池モジュールの冷却が促進される。ところが、冷却用の空気を流すためには、吸気用のファンや空気を流すためのダクトなどの冷却構造が別途に必要となるなど、組電池としての体格の維持ないしは小型化にとって大きな制約になっている。結局のところ、適切な冷却能力を確保しつつ、従来、鉛蓄電池などが設置されていたような限られたスペースにこうした組電池を設置することは容易ではなかった。

なおこうした小型化に関する課題は、複数の単電池をケースに収納した電池モジュール（電池）に限られるものではなく、１つの単電池がケースに収納される電池モジュール（電池）にあっても同様である。

本発明は、このような実情に鑑みなされたものであって、その目的は、限られたスペースにおいて、好適な冷却能力を確保、維持することのできる組電池を提供することにある。

上記課題を解決する組電池は、ケース内に発電要素を有する電池が、それらケース表面同士が対向するように配列されて組み付けられる組電池であって、前記対向するケース表面には配列方向に延出する突起が形成されており、前記突起が入り込む面形状を有し、隣接して配置される電池の対向するケース表面に当接される当接部と、該当接部から延出されて前記電池の配列方向に沿って折り曲げられた延出部とを備える伝熱フィンと、前記複数の電池が組み付けられ、前記複数の電池の固定によって前記伝熱フィンの延出部が面接触される伝熱性を有するロアプレートとを備え、前記ケース表面は、前記突起を複数備え、前記伝熱フィンの前記当接部には、前記複数の突起に対応してそれら突起が入り込む複数の孔が設けられていることを要旨とする。

このような構成によれば、電池のケース表面に伝熱フィンが設けられ、その伝熱フィンが伝熱性を有するロアプレートに面接触されることにより、電池の熱が伝熱フィンを介してロアプレートに伝達されるようになる。これにより、電池の熱が、伝熱フィンとロアプレートとに分散されるようになる、換言すると、電池の熱を分散させるための熱容量が組電池全体として増加するため、伝熱フィンの温度上昇率が抑制されて、組電池としての温度上昇についても抑制されるようになる。つまり、組電池として好適な冷却性能が確保、維持されるようになる。

また、伝熱フィンの当接部を突起の入り込む面形状にしていることにより、当接部の実体積が減少するため、当接部から延出部へ熱が移動しやすくなる。複数の孔が設けられることによる当接部の実体積の減少によって当接部から延出部への熱の移動が確実になる。さらに、突起が入り込む面形状は当接部の実体積を減らして伝熱フィンの熱容量を減少させるが、延出部がロアプレートと面接触しているため組電池全体としての熱容量は確保される。

それに加え、電池のケースは、内部のガスの発生により膨張するおそれがあるが、当接部に入り込む突起と伝熱フィンとの協働により、ケースの膨張が抑えられるようになる。
また、電池のケース表面の突起が当接部に入り込むことにより、伝熱フィンの移動を規制し、組み付けを容易にすることができる。

また、ロアプレートは複数の電池モジュールの外側に設けられるため、その大きさの変更による熱容量の調節が容易であり、組電池としての好適な冷却性能の確保が好適に行えるようになる。

さらに、伝熱フィンとロアプレートとから構成される組電池の冷却構造は、必要とするスペースが、冷却ファンを必要とする空冷などに比べて少ないため、組電池としての小型化に対する制約も少ない。これにより、少ないスペースであれ電池を好適に冷却することができるようになる。

好ましい構成として、前記伝熱フィンの延出部は、弾性及び伝熱性を有する伝熱シートを介して前記ロアプレートに面接触される。
このような構成によれば、伝熱フィンとロアプレートとの間の面接触が好適に確保・維持されるようになるため、伝熱フィンからロアプレートへの熱移動が迅速になされるようになる。

なお、こうした一時的な発熱は、持続するものではないため、その後、ロアプレートなどに蓄熱された熱がそのロアプレートなどから放熱されることにより組電池の温度としても徐々に低下するようになる。

好ましい構成として、前記電池の配列方向の両端には伝熱性を有する材料からなるエンドプレートがさらに設けられ、前記エンドプレートはその伝熱性を維持しつつ前記ロアプレートに固定されている。

このような構成によれば、ロアプレートの広さを、エンドプレートを固定することのできる広さにさせることで、ロアプレート自身の熱容量を増やすことができるようになる。また、伝熱性を有する材料からなるエンドプレートによって組電池全体としての熱容量が増加するようになるとともに、放熱するときに利用される表面積を増加させることができるようにもなる。

好ましい構成として、前記電池は、前記ロアプレートを貫通する孔を介してその裏面から固定部材によって固定されるものであり、前記ロアプレートの裏面には、前記固定部材の頭部全体を収容可能な凹部が設けられてなる。

このような構成によれば、電池が固定される面の反対側であるロアプレートの裏面に、電池を接続させるためのボルトなどの固定部材の頭部が突出されないようになるため、例えば、組電池を伝熱性のある筐体等に搭載すれば、筐体等も含めて熱容量を増加させることができる。そして、ロアプレートの裏面が筐体等に広く当接し、筐体等を介してのロアプレートの放熱が行われるようにもなる。また、組電池を装置などの筐体に搭載させるときの制約が少なくなる。

好ましい構成として、前記対向するケース表面は前記突起を相対向する位置にそれぞれ備え、前記相対向する位置の突起同士は前記孔の内部で当接する。

このような構成によれば、内部のガスの発生による電池のケースの膨張が、当接部に入り込む突起と伝熱フィンとの協働によってより確実に抑えられるようになる。
つまり隣接する電池を、伝熱フィンを挟み込むとともに、突起を当接させることで、伝熱フィンと当接した突起同士とを協働させて電池のケースの膨張を抑制させるようにすることができる。

好ましい構成として、前記伝熱フィン及び前記ロアプレートの熱容量は、前記配列された電池に生じる一定時間内の最大の発熱量を少なくとも所定温度以下の状態で吸熱することのできる熱容量に設定される。

このような構成によれば、組電池は、充放電が長時間をかけて緩やかに行われるときは発熱量が少ない一方、短時間で急激に行われるときには発熱量が多くなる。そこで、伝熱フィン及びロアプレートの熱容量を、複数の電池に生じる一定時間内の最大の発熱量を少なくとも所定温度以下の状態で吸熱することのできる熱容量とすることで、組電池の温度上昇を抑制することができるようになる。また、こうした熱容量が、それら電池の温度が当該電池の使用可能な温度範囲にある所定の温度以下の状態に維持されるようになる範囲に設定されれば、組電池が温度上昇したとしてもその使用を継続することができるようにもなる。

この組電池によれば、限られたスペースにおいて、好適な冷却能力を確保、維持することができるようになる。

組電池の一実施形態について、その全体の斜視構造を示す斜視図。 同組電池の背面構造を示す背面図。 同組電池を構成する電池モジュールの斜視構造を示す斜視図。 同電池モジュールの図３の４−４線における端面構造を示す端面図。 同電池モジュールの間に挟まれる伝熱フィンの斜視構造を示す斜視図。 同伝熱フィンの正面構造を示す正面図。 同伝熱フィンの底面構造を示す底面図。 同伝熱フィンの図６の８−８線における断面構造を示す断面図。 同組電池の図１の９−９線における断面構造を示す断面図。 同組電池の図９の円で囲まれた部分を拡大した部分拡大断面図。

組電池の一実施形態について、図に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の組電池１０は、自動搬送機や荷役用の特殊自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車の動力源もしくは補助動力源となる電動モータに電力を供給する電力源（電源）として用いられる。組電池１０は、図示しない電池制御装置により当該組電池１０に対する電力の充放電が管理されている。

図１及び図２に示すように、組電池１０は、二次電池であるニッケル水素蓄電池からなる複数の電池モジュール１１（請求項１の電池に相当）が当該モジュールの長手方向に沿うケース表面３０（図３参照）を相対向させて隣接するような配列で配置される。本実施形態では、所用の電力を供給することができるように、組電池１０は９個の電池モジュール１１から構成されている。また、組電池１０は、複数の電池モジュール１１が隣接するように配置される方向（配列方向）において、複数の電池モジュール１１における両端にそれぞれエンドプレート１２，１３を備えている。つまり、複数の電池モジュール１１は、２つのエンドプレート１２，１３の間に挟まれるように配列されている。また、組電池１０は、複数の電池モジュール１１とそれらを挟む２つのエンドプレート１２，１３とを固定させるロアプレート１４を備えている。

エンドプレート１２，１３は、高い熱伝導率からなる伝熱性を有する鉄鋼などの金属材料より構成され、電池モジュール１１のケース表面３０の大きさと略同等の大きさの表面を有する板状に形成されている。エンドプレート１２，１３は、配列方向の両端に配置されるそれぞれの電池モジュール１１の表面であって、他の電池モジュール１１に隣接しない表面である外方表面に対向するように配置される。エンドプレート１２，１３は、その間に所定の押圧力を付与するように固定されることで、その間に挟まれた複数の電池モジュール１１の各ケース表面３０にも所定の押圧力を付与させる。エンドプレート１２，１３は、その間に所定の押圧力を保持するため、上端部が２つのエンドプレート１２，１３に跨る連結帯１６がボルト１７にて締結固定されるとともに、下端部がロアプレート１４に固定部材としてのボルト１５にて締結固定されている。つまり、エンドプレート１２，１３は、その間隔を伸長させることができないように上下端部がそれぞれ連結帯１６及びロアプレート１４により固定され、その間に挟まれている複数の電池モジュール１１に所定の押圧力を付与しつづけることができるようになっている。

ロアプレート１４は、高い熱伝導率からなる伝熱性を有するアルミニウムなどの金属材料からなり、板状に形成されている。ロアプレート１４は、板状に形成されることで金属材料の量が多くなり、熱容量も大きくなるようになっている。

ロアプレート１４は、板状の表面に複数の電池モジュール１１と２つのエンドプレート１２，１３とが固定されるとともに、その板状の裏面に複数の電池モジュール１１と２つのエンドプレート１２，１３を固定させるボルト１５が取り付けられるボルト取付孔１４１が形成されている。ボルト取付孔１４１は、ボルト１５の先端であるねじ部が挿通する軸孔と、軸孔よりも大径であってボルト１５の基端である頭部が収容される頭部収容凹部とを備えている。ロアプレート１４の頭部収容凹部の深さは、ボルト１５の頭部の高さよりも深くなるように形成されている。また、各エンドプレート１２，１３は、ボルト取付孔１４１に対応する位置に、ボルト１５のねじ部がねじ込まれるねじ孔が形成されている。ロアプレート１４は、ボルト取付孔１４１に取り付けられたボルト１５のねじ部が軸孔を通りエンドプレート１２，１３のねじ孔に螺合されることで、エンドプレート１２，１３が固定される。また、ロアプレート１４の裏面は、ボルト１５の頭部が頭部収容凹部に収容されるため、ボルト１５が取り付けられた状態にあっても、ボルト１５の頭部が突出しないようになっている。また、電池モジュール１１は、その長手方向の端部にある固定端１１Ａにボルト１５がねじ込まれるねじ孔を有し、ロアプレート１４は、電池モジュール１１の固定端１１Ａのねじ孔に対応する位置にボルト取付孔１４１を有している。なお、電池モジュール１１を固定させるボルト１５が取り付けられるボルト取付孔１４１は、図面の都合上、図示されていない。ロアプレート１４は、ボルト取付孔１４１に取り付けられたボルト１５のねじ部が軸孔を通り電池モジュール１１のねじ孔に螺合されることで、電池モジュール１１が固定される。なお、ボルト取付孔１４１とボルト１５との関係は、上述した関係と同様であることから、詳細な説明は割愛する。

図３及び図４に示すように、電池モジュール１１は、横長のケースに発電要素を収容して形成されており、長手方向の表面にケース表面部１１１と、長手方向の端部にケース短側面部１１２と、短手方向の上部に天面部１１３と、短手方向の下部に底面部１１４とを備えている。ケース短側面部１１２は、天面部１１３寄りに電極２０を備え、底面部１１４寄りに上述した固定端１１Ａを備えている。なお、固定端１１Ａは、電池モジュール１１の長手方向の両端又は一方の端に設けられていてもよい。天面部１１３は、測定部１１Ｂと、安全弁１１Ｃとを備えている。

電池モジュール１１は、所要の電力容量を得るべく複数、具体的には６個の単電池（図示略）を電気的に直列接続して構成される。電池モジュール１１は、６個の個別の直方体状からなる単電池を角形の最も表面積の広い面（表面）が横並びになるように一方向へ配列させた構造となっている。換言すると、電池モジュール１１は、角形に樹脂成形されるとともに、その内部に形成された隔壁（図示略）で仕切られることにより、表面を横並びさせるように配列された単電池を収容させる６個の電槽（図示略）が形成される。そして各単電池が、各電槽にそれぞれ収容されることにより電池モジュール１１が構成される。こうした電池モジュール１１は、そのケース表面部１１１が、各単電池の表面が横並びに一方向に配列された連なりに対応する。

電池モジュール１１は、そのケース表面部１１１のケース表面３０に、隣接する電池モジュール１１のケース表面３０との間に各種の突起３１〜３６が備えられている。突起３１，３２，３３は電槽の隔壁に対応する位置に設けられているものであり、突起３４，３５は隣接する電池モジュール１１との位置合わせに用いられる。突起３６は、電池モジュール１１のケース表面部１１１のケース表面３０に対して突出されているとともに、ケース表面３０に対して垂直な側面を有する円柱状に形成されている。突起３６は、電池モジュール１１の内部のガス発生によるケースの膨張をエンドプレート１２，１３からの押圧力により抑制させるようにもしている。なお、その他の突起３１，３２，３３，３４，３５についても、突起３６と同様の高さに形成されていたり、対向する突起に当接したときの長さが突起３６により確保される距離と同じ長さとなるのであれば、電池モジュール１１に生じる部分的なケースの膨張を抑制させることができる。

図５及び図６に示される、伝熱フィン４０が、本実施形態では、隣接する電池モジュール１１の間に挟み込まれている。伝熱フィン４０は、隣接する電池モジュール１１の間に確保された冷却用のスペースに配置される。

伝熱フィン４０は、高い熱伝導率からなる伝熱性を有するアルミニウムなどの金属材料より形成されている。伝熱フィン４０は、その厚みが各種の突起３１〜３６のうちの一番高い高さ、例えば突起３６の高さの略２倍の厚さに設定されている。

伝熱フィン４０は、電池モジュール１１のケース表面３０に形成された各種の突起３１〜３６が入り込む面形状に形成された当接部４０Ａと、当接部４０Ａから延出されて複数の電池モジュール１１の配列方向に沿って折り曲げられた延出部４０Ｂとを備えている。

当接部４０Ａは、その表面を電池モジュール１１のケース表面３０に当接させることができる形状に形成されている。当接部４０Ａは、電池モジュール１１のケース表面３０の各種の突起３１〜３６に対応する部分に、それら各種の突起３１〜３６が入り込む孔が形成されている。詳述すると、当接部４０Ａは、突起３１〜３３に対応する孔としての対応孔４１〜４３を備え、突起３４，３５に対応する孔としての対応孔４４，４５を備え、突起３６に対応する孔としての対応孔４６を備えている。これら対応孔４１〜４６は、打ち抜き加工などの公知の加工方法により当接部４０Ａに形成されている。なお、当接部４０Ａは、対応孔４１〜４６が形成されることでその実体積が、対応孔４１〜４６の形成されていない状態の体積（当接部４０Ａの外周によって確保される体積）に比べて少ない体積、例えば、半分の体積とされる。つまり、当接部４０Ａは、体積が少ないことに応じて熱容量も少なくなっており、当接部４０Ａの熱が、より熱容量の多いロアプレート１４へ移動しやすいようになっている。

これにより、隣接する電池モジュール１１のケース表面３０の間に挟まれた伝熱フィン４０は、それぞれ対向する電池モジュール１１のケース表面３０の各種の突起３１〜３６を対応孔４１〜４６に入り込ませる。つまり伝熱フィン４０は、電池モジュール１１のケース表面３０に対向することができる。このように伝熱フィン４０の対応孔４１〜４６に各種の突起３１〜３６が入り込むことによって、伝熱フィン４０が電池モジュール１１のケース表面３０に配置されたとき、その移動が規制されるようにもなる。

また、伝熱フィン４０の厚みは各種の突起３１〜３６のうちの一番高い高さの略２倍の厚みであることから、隣接する電池モジュール１１がそれらケース表面３０の各種の突起３１〜３６のうちの一番高いものを相互に当接させるとき、伝熱フィン４０も隣接する電池モジュール１１のケース表面３０にそれぞれ当接する。逆に言えば、伝熱フィン４０が隣接する電池モジュール１１のケース表面３０にそれぞれ当接するとき、各種の突起３１〜３６のうちの一番高い高さのものも相互に当接する。隣接する電池モジュール１１は、伝熱フィン４０を挟み込むとともに、各種の突起３１〜３６を当接させるようにすることで、伝熱フィン４０と各種の突起３１〜３６とを協働させて、電池の膨張を抑制させるようにもなる。なお、突起は、一部の突起のみが当接するようになっていてもよい。例えば、当接する突起は、膨張が生じやすい中央部分に配置されたもののみでもよいし、公差の関係等で一部のみが当接するものでもよい。

図７及び図８に示すように、延出部４０Ｂは、伝熱フィン４０のうち、隣接する電池モジュール１１の間から延出された部分である。延出部４０Ｂは、電池モジュール１１の直下で当接部４０Ａに対して、略直角に折り曲げられて構成されている。電池モジュール１１の直下で延出部４０Ｂが略直角に折り曲げられることによって電池モジュール１１と延出部４０Ｂとの間の間隔が狭くなり、必要とされるスペースが少なくもなる。なお本実施形態では、伝熱フィン４０の周りのスペースが極めて少ないため当該スペースによる冷却が困難であるが、後述するように、延出部４０Ｂがロアプレート１４に面接触することによる組電池全体として熱容量の増加する。これによって、伝熱フィン４０の熱はロアプレート１４などにも分散され、電池モジュール１１の温度上昇が抑制される（冷却される）ようになる。

延出部４０Ｂの延出されている長さ、すなわち、伝熱フィン４０の長手方向に対する幅は、電池モジュール１１の底面部１１４の長手方向に対する幅以下の長さである。よって、伝熱フィン４０が隣接する電池モジュール１１の間に配置されたとき、延出部４０Ｂは、隣接する電池モジュール１１のうちの一方の電池モジュール１１の底面部１１４に対向するように配置されるようになる。

また、本実施形態では、延出部４０Ｂの体積は、当接部４０Ａの外周形状が確保する体積（対応孔４１〜４６を有さないと仮定したときの体積）の５分の１から６分の１である。しかしながら、延出部４０Ｂの体積は、孔などが形成されていないため、当接部４０Ａの実体積と比較すれば、例えば、当接部４０Ａの実体積は半分であれば、５分の２から３分の１となる。つまり、延出部４０Ｂは、その熱容量が比較的多くなるように構成されており、当接部４０Ａの熱が移動しやすいようになっている。なお、当接部４０Ａの実体積が減ることにより伝熱フィン４０の熱容量も減少するが、後述するように、延出部４０Ｂがロアプレート１４と面接触しているため、組電池全体として必要とされる熱容量は維持される。

図９及び図１０を参照して、組電池の構成を詳細に説明する。
９個の電池モジュール１１がエンドプレート１２，１３に挟まれるように配列配置されている。各電池モジュール１１は、隣接する電池モジュール１１の間にそれぞれ伝熱フィン４０を挟み込んでいる。なお、電池モジュール１１の配列の両端に位置する電池モジュール１１は、その外側表面にエンドプレート１２，１３が当接し、伝熱フィン４０は配置されていないが、放熱はエンドプレート１２，１３を介して行われる。また、電池モジュール１１とエンドプレート１２，１３との間に伝熱フィン４０を配置させてもよい。伝熱フィン４０の当接部４０Ａは、隣接する電池モジュール１１のそれぞれのケース表面３０に当接されている。伝熱フィン４０の延出部４０Ｂは、電池モジュール１１の配列方向に対して所定の方向（図９及び図１０では左方向）に向くように配置されることで、各電池モジュール１１の底面部１１４に沿って一列に並ぶように配列される。なお、ロアプレート１４に熱を伝えることができるように配置できるのでれば、延出部４０Ｂの長さが長ければ、重なるように配置させてもよい。

電池モジュール１１は、その底面部１１４をロアプレート１４に対向させて、ロアプレート１４に固定される。なお、電池モジュール１１は、底面部１１４に延出部４０Ｂが延出されているとき、その底面部１１４を延出部４０Ｂを介してロアプレート１４に対向させる。ロアプレート１４は、延出部４０Ｂが配置される部分に伝熱シート１８が配置されている。伝熱シート１８は、電池モジュール１１がロアプレート１４に固定されたとき、電池モジュール１１から延出される延出部４０Ｂが当接する位置に配置されている。なお、本実施形態では、ロアプレート１４は、電池モジュール１１の底面部１１４から突出される延出部４０Ｂが当接する部分に凹部が形成され、その凹部に伝熱シート１８が配置されている。

伝熱シート１８は、例えばシリコーン樹脂やアクリル樹脂などの樹脂より形成され、弾性を有するとともに、伝熱性を有する。
伝熱シート１８は、その弾性により延出部４０Ｂと面接触するとともに、それらの間に密着性を確保し、その確保した密着性を維持する。面接触とその密着性を確保するために、延出部４０Ｂは伝熱シート１８に押し付けられるかたちに配置される。なお、延出部４０Ｂは伝熱シート１８から反発力を受けるが、当接部４０Ａの対応孔４１〜４６に各種の突起３１〜３６が入り込むことによる移動規制によって、その位置が保持されて、面接触とその密着性が維持される。

伝熱シート１８は、その伝熱性（熱伝導性）により延出部４０Ｂとロアプレート１４との間の効率の良い熱移動を可能にさせる。つまり、延出部４０Ｂの温度がロアプレート１４の温度よりも高いとき、延出部４０Ｂからロアプレート１４へ熱が移動して、延出部４０Ｂの温度が低下される。例えば、延出部４０Ｂの体積が当接部４０Ａの実体積の５分の２から３分の１であるとすると、ロアプレート１４の厚みが、少なくとも延出部４０Ｂ（伝熱フィン４０）の厚みの略３倍であれば、ロアプレート１４の熱容量は当接部４０Ａの熱容量以上となる。よって、当接部４０Ａからロアプレート１４への熱の移動がより好適になされることが期待される。

また、ロアプレート１４にエンドプレート１２，１３が締結固定されることで、エンドプレート１２，１３を含めての熱容量の増加が図られ、当接部４０Ａからロアプレート１４への熱の移動がより一層好適になされる。併せて、ロアプレート１４としては放熱用の表面積としてエンドプレート１２，１３の表面積が増加するため、放熱が促進され、当接部４０Ａからロアプレート１４へ移動させることのできる熱量を増加させたり、熱を移動させるサイクルをより短い間隔にしたりすることができる。

この組電池１０の作用について説明する。
組電池１０を構成する電池モジュール１１が急速充電などによって組電池１０から自然に放熱される熱量より多くの熱量を発生させたとしても、その発生された熱が当接部４０Ａから延出部４０Ｂ、伝熱シート１８を介してロアプレート１４へ移動される。このように熱が移動されることによって、電池モジュール１１の温度が使用可能な温度範囲に維持されるようになる。

例えば、組電池１０が自動搬送機に用いられた場合、自動搬送機が通常通りに走行しているとき、電池モジュール１１が発生する熱量は、組電池１０から自然に放熱される熱量に近いレベルであって、電池モジュール１１の温度が上昇し続けることはない。一方、電池モジュール１１が急速充電されるときは、短時間ながらも、電池モジュール１１から発生される熱量が組電池１０から自然に放熱される熱量よりも多くなる。このように、電池モジュール１１から短時間に多くの熱が発生されるときであっても、その発生した熱は電池モジュール１１からロアプレート１４及びロアプレート１４に接続されている筐体やエンドプレート１２，１３などに分散されるため、電池モジュール１１の温度が使用可能な温度範囲に維持されるようになる。

このようなことから、各伝熱フィン４０及びロアプレート１４の熱容量は、電池モジュール１１から短時間に発生される熱量、例えば最大の発熱量（急速充電の際の発熱量など）を少なくとも一定の温度範囲内で吸熱することのできる熱容量に設定される。さらに、電池モジュール１１から短時間（一定時間）に発生される熱量を吸熱したところで、電池モジュール１１の温度が使用可能な温度範囲に維持されるような熱容量に設定されることがより好ましい。逆に、各伝熱フィン４０及びロアプレート１４の熱容量に応じて電池モジュール１１の温度が使用可能な温度範囲に維持される短時間（一定時間）での発熱量、例えば最大の発熱量を求めることができることから、その求められた短時間での発熱量（最大の発熱量）を条件として電池モジュール１１（組電池１０）を運用することができるようになる。なお、各伝熱フィン４０及びロアプレート１４の熱容量のみではなく、ロアプレート１４に接続されるエンドプレート１２，１３や筐体の熱容量を考慮してもよい。

また、ロアプレート１４に各伝熱フィン４０が熱的に接続させることから各伝熱フィン４０の温度が均一化され、すなわち各電池モジュール１１の温度の均一化が図られ、電池温度のばらつきを要因とする電池の劣化が抑制されるようにもなる。

また、この組電池１０は、ボルト１５がボルト取付孔１４１内部に存在し、ボルト１５の頭部が突出していない。そのため、自動搬送機などの装置に載置されるとき、その装置の載置面に当接されるロアプレート１４の裏面に突起がないため、装置の載置面を平面とすることで、装置の載置面を熱の移動先及び放熱先として利用することが容易である。これにより、組電池１０として熱容量を増加させたり、迅速に放熱させたりすることが容易になる。なお装置の載置面は、伝熱性を有する材料から構成されていることが好ましい。

本実施形態によれば、限られたスペースにおいて、好適な冷却能力を確保、維持することのできる組電池を提供することができる。
以上説明したように、本実施形態の組電池によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。

（１）電池モジュール１１のケース表面３０に伝熱フィン４０が設けられ、その伝熱フィン４０が伝熱性を有するロアプレート１４に面接触されることにより、電池モジュール１１の熱が伝熱フィン４０を介してロアプレート１４に伝達される。これにより、電池モジュール１１の熱が、伝熱フィン４０とロアプレート１４とに分散されるようになる、換言すると、電池モジュール１１の熱を分散させるための熱容量が組電池全体として増加するため、伝熱フィン４０の温度上昇率が抑制されて、組電池１０としての温度上昇についても抑制されるようになる。つまり、組電池１０として好適な冷却性能が確保、維持されるようになる。このように、組電池全体として熱容量を増加させて、電池モジュール１１の熱を分散させることにより、スペース等の関係でファンを設けられない機器や、移動速度が遅いため外気による冷却が期待できない機器（自動搬送機等）などでも、好適な冷却性能が確保されるようになる。

また、伝熱フィン４０の当接部４０Ａを突起３１〜３６の入り込む面形状にしていることにより、当接部４０Ａの実体積が減少するため、延出部４０Ｂへの熱が移動しやすくなる。さらに、突起３１〜３６が入り込む面形状は当接部４０Ａの実体積を減らして伝熱フィン４０の熱容量を減少させるが、延出部４０Ｂがロアプレート１４と面接触しているため組電池全体としての熱容量は確保される。

それに加え、電池モジュール１１のケースは、内部のガスの発生により膨張するおそれがあるが、当接部４０Ａに入り込む突起３１〜３６と伝熱フィン４０との協働により、ケースの膨張が抑えられるようになる。

また、電池のケース表面３０の突起３１〜３６が当接部４０Ａに入り込むことにより、伝熱フィン４０の移動を規制し、組み付けを容易にすることができる。
また、ロアプレート１４は複数の電池モジュール１１の外側に設けられるため、その大きさの変更による熱容量の調節が容易であり、組電池１０としての好適な冷却性能の確保が好適に行えるようになる。

さらに、伝熱フィン４０とロアプレート１４とから構成される組電池１０の冷却構造は、必要とするスペースが冷却ファンを必要とする空冷などに比べて少ないため、組電池１０としての小型化に対する制約も少ない。これにより、少ないスペースであれ電池モジュール１１を好適に冷却することができるようになる。

（２）伝熱フィン４０の延出部４０Ｂが伝熱シート１８を介してロアプレート１４に面接触されるため、伝熱フィン４０とロアプレート１４との間の面接触が好適に確保・維持され、伝熱フィン４０からロアプレート１４への熱移動が迅速になされるようになる。

（３）組電池１０は、充放電が長時間をかけて緩やかに行われるときは発熱量が少ない一方、短時間で急激に行われるときには発熱量が多くなる。そこで、伝熱フィン４０及びロアプレート１４の熱容量を、複数の電池モジュール１１に生じる一定時間内の最大の発熱量を少なくとも所定の温度以下の状態で吸熱することのできる熱容量とすることで、組電池１０の温度上昇を抑制することができるようになる。また、こうした熱容量が、それら電池モジュール１１の温度が電池モジュール１１の使用可能な温度範囲にある所定の温度以下の状態に維持されるようになる範囲に設定されれば、組電池１０が温度上昇したとしてもその使用を継続することができるようにもなる。

なお、こうした一時的な発熱は、持続するものではないため、その後、ロアプレート１４などに蓄熱された熱がそのロアプレート１４などから放熱されることにより組電池１０の温度としても徐々に低下するようになる。

（４）ロアプレート１４の広さを、エンドプレート１２，１３を固定させることのできる広さにさせることで、ロアプレート１４自身の熱容量を増やすことができるようになる。また、伝熱性を有する材料からなるエンドプレート１２，１３によって組電池１０としての熱容量が増加するようになるとともに、放熱するときに利用される表面積を増加させることができるようにもなる。

（５）電池モジュール１１が固定される面の反対側であるロアプレート１４の裏面に、電池モジュール１１を接続させるためのボルト１５の頭部が突出されないため、例えば、組電池１０を伝熱性のある筐体等に搭載すれば、筐体等も含めて熱容量を増加させることができる。そして、ロアプレート１４の裏面が筐体等に広く当接し、筐体等を介してのロアプレート１４の放熱が行われるようにもなる。また、組電池１０を自動搬送機などの装置の筐体に搭載させるときの制約が少なくなる。

（６）電池モジュール１１のケース表面３０の突起３６に対応して伝熱フィン４０の対応孔４６が形成されることにより、電池モジュール１１の表面の突起に伝熱フィン４０の対応孔が入り込むことで電池モジュール１１に伝熱フィン４０が好適に位置決めされるようになる。

（７）電池モジュール１１のケース表面３０の突起（突起３６など）は、電池モジュール１１に生じるケースの膨張を抑制させる。つまり、隣接する電池モジュール１１を、伝熱フィン４０を挟み込むとともに、突起（突起３６など）を当接させることで、伝熱フィン４０と当接した突起（突起３６など）同士とを協働させて電池の膨張を抑制させるようにすることができる。

（その他の実施形態）
なお上記実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
・上記実施形態では、各種の突起３１〜３６のうちの一番高い高さの略２倍が伝熱フィン４０の厚さである場合について例示した。しかしこれに限らず、一部の各種の突起３１〜３６の高さの２倍が伝熱フィンの厚みを越えるようにしてもよい。これによっても、組電池が組み立てられるとき、対応孔内にて当接した突起がつぶれることで、伝熱フィンの電池モジュールの表面への当接が確保される。また、つぶされた方向に対する反力を有する突起は、伝熱フィンと協働して電池モジュールの膨張を抑制する。これによって、組電池の設計自由度の向上が図られるようになる。

・上記実施形態では、各種突起３１〜３６が電池モジュール１１の両方のケース表面３０に設けられている場合について例示した。しかしこれに限らず、各種突起の少なくとも一部が電池モジュールの片方のケース表面にのみ設けられていてもよい。このとき、片方のケース表面にのみ設けられた突起は、隣接する電池モジュールのケース表面に当接可能な長さに形成されてもよい。これにより、組電池の設計自由度の向上が図られる。

・上記実施形態では、突起３６は、電池モジュール１１のケース表面部１１１のケース表面３０に対して垂直な側面を有する円柱状である場合について例示した。しかしこれに限らず、突起は、電池モジュールのケース表面部のケース表面に対して傾斜した側面を持つ円柱状、例えば円錐の一部からなるような形状であってもよい。このとき、放熱フィンの対応孔は、突起の最大径の部分に応じた大きさに形成されたり、円柱の形状に合わせて形成されたりすればよい。これにより、組電池の設計自由度の向上が図られるようになる。

・上記実施形態では、ボルト１５が電池モジュール１１やエンドプレート１２，１３をロアプレート１４に固定させる場合について例示した。しかしこれに限らず、電池モジュールやエンドプレートのロアプレートへの固定には、ボルト以外の固定部材、例えば、ねじ、リベットその他公知の固定用の部材を用いることができる。これにより、組電池の設計自由度の向上が図られる。

・上記実施形態では、エンドプレート１２，１３が鉄鋼から構成されている場合について例示した。しかしこれに限らず、エンドプレートは、熱伝導性を有するものであれば、アルミニウムや、アルミニウム合金や、鉄鋼以外の金属、その他金属以外の部材から構成されていてもよい。また、エンドプレートに放熱をさせたり、熱移動をさせたりする必要がなければ、樹脂などから構成されていてもよい。これにより、組電池の構成自由度の向上が図られる。

・上記実施形態では、エンドプレート１２，１３が板状である場合について例示した。しかしこれに限らず、エンドプレートは、複数の電池モジュールに押圧力を加えることのできる剛性を備えるのであれば板状以外の構造であってもよい。例えば、エンドプレートは、凹凸や空間を有していてもよい。これにより、組電池の構成自由度の向上が図られる。

・上記実施形態では、伝熱フィン４０の厚みが各種の突起３１〜３６の一番高い高さの略２倍である場合について例示した。しかしこれに限らず、伝熱フィンの当接部が電池モジュールのケース表面に当接することができるのでれば、伝熱フィンの厚みは、各種突起の一番高い高さの略２倍よりも厚くてもよい。これによって、組電池の設計自由度の向上が図られるようになる。

・上記実施形態では、当接部４０Ａの実体積は、当接部４０Ａの外周によって確保される体積に比べて半分の体積とされる場合について例示した。しかしこれに限らず、適切な熱移動ができるのであれば、当接部の実体積は、当接部の外周によって確保される体積に比べて半分より多い体積であってもよいし、半分よりも少ない体積であってもよい。これにより、組電池の設計自由度の向上が図られるようになる。

・上記実施形態では、各対応孔４１〜４６が貫通孔である場合について例示したが、これに限らず、各種の突起を収容可能であれば、各対応孔の少なくとも一部が有底孔として形成されてもよい。これにより、組電池の設計自由度の向上が図られるようになる。

・上記実施形態では、延出部４０Ｂの体積は、当接部４０Ａの実体積の５分の１から６分の１である場合について例示した。しかしこれに限らず、適切な熱移動ができるのであれば、延出部の体積は、当接部の実体積の５分の１よりも多くてもよいし、６分の１よりも少なくてもよい。これにより、組電池の設計自由度の向上が図られるようになる。

・上記実施形態では、伝熱フィン４０の延出部４０Ｂは、電池モジュール１１の配列方向の一方向に折り曲げられている場合について例示した。しかしこれに限らず、伝熱フィンの延出部は、ロアプレートに熱を伝えることができるのであれば、配列方向の両方向に折り曲げられていてもよい。これにより、組電池の設計自由度の向上が図られるようになる。

・上記実施形態では、延出部４０Ｂの幅は、電池モジュール１１の底面部１１４の長手方向に対する幅よりも少し短い場合について例示した。しかしこれに限らず、延出部の幅は、ロアプレートに熱を伝えることができるのであれば、電池モジュールの底面部の長手方向に対する幅よりも短くても、逆に、長くてもよい。長いときは、隣接する電池モジュールの底面部に延出された他の延出部と重なってもよい。また、他の延出部と重なる場合、ロアプレートとの間に隙間が生じやすいが、弾性を有する伝熱シートにより、ロアプレートとの間の隙間を埋めるようにすればよい。これにより、組電池の設計自由度の向上が図られるようになる。

・上記実施形態では、ロアプレート１４の厚みが、伝熱フィン４０の厚みの略３倍である場合について例示した。しかしこれに限らず、適切な熱容量が確保できるのであれば、ロアプレートの厚みは、伝熱フィンの厚みの３倍よりも厚くてもよいし、伝熱フィンの厚みの略３倍よりも薄くてもよい。これにより、組電池の設計自由度の向上が図られるようになる。

・上記実施形態では、ロアプレート１４、及び、伝熱フィン４０がアルミニウムから構成されている場合について例示した。しかしこれに限らず、好適な熱伝導性を有しているのであれば、ロアプレート及び伝熱フィンの少なくとも一方が、アルミニウム合金や、アルミニウム以外の金属、その他金属以外の部材から構成されていてもよい。これにより、組電池の構成自由度の向上が図られる。

・上記実施形態では、電池モジュール１１のケース表面３０に伝熱フィン４０が直接に当接する場合について例示した。しかしこのとき、電池モジュールのケース表面と、伝熱フィンとの間に、接触性や熱伝導性を高める材料や部材、例えばグリスやシリコーン樹脂などが設けられてもよい。これにより、組電池の熱伝導性の向上が図られるようになる。

・上記実施形態では、電池モジュール１１は、複数の単電池がその表面が横並びになる態様でケースに収容されている場合について例示した。しかし、これに限らず、電池モジュールは、複数の単電池をその他の態様で配置させているものであってもよい。これにより、組電池の構成自由度の向上が図られる。

・上記実施形態では、組電池は電池モジュール１１が配列されたものである場合について例示した。しかしこれに限らず、組電池は、ケースに収納された単電池が配列されたものであってもよい。これにより、組電池の構成自由度の向上が図られる。

・上記実施形態では、電池モジュール１１はニッケル水素蓄電池により構成される場合について例示した。しかしこれに限らず、電池モジュールは、二次電池（蓄電池）であればニッケルカドミウム電池や、リチウムイオン電池などのであってもよい。これにより、組電池の適用範囲の拡大が図れるようになる。

・上記実施形態では、組電池１０は自動搬送機や自動車などの電動モータの電源に用いられる場合について例示した。しかしこれに限らず、組電池は、電源として必要とされるのであれば、自動搬送機や自動車以外の移動体や、固定設置される電源として用いられてもよい。また、電動モータ以外の電源として用いられてもよい。これにより、組電池の適用範囲の拡大が図られるようになる。

１０…組電池、１１…電池モジュール、１１Ａ…固定端、１１Ｂ…測定部、１１Ｃ…安全弁、１２，１３…エンドプレート、１４…ロアプレート、１５…ボルト、１６…連結帯、１７…ボルト、１８…伝熱シート、２０…電極、３０…ケース表面、３１〜３６…突起、４０…伝熱フィン、４０Ａ…当接部、４０Ｂ…延出部、４１〜４６…対応孔、１１１…ケース表面部、１１２…ケース短側面部、１１３…天面部、１１４…底面部、１４１…ボルト取付孔。

Claims (6)

1. ケース内に発電要素を有する電池が、それらケース表面同士が対向するように配列されて組み付けられる組電池であって、
   前記対向するケース表面には配列方向に延出する突起が形成されており、
   前記突起が入り込む面形状を有し、隣接して配置される電池の対向するケース表面に当接される当接部と、該当接部から延出されて前記電池の配列方向に沿って折り曲げられた延出部とを備える伝熱フィンと、
   前記複数の電池が組み付けられ、前記複数の電池の固定によって前記伝熱フィンの延出部が面接触される伝熱性を有するロアプレートとを備え、
   前記ケース表面は、前記突起を複数備え、
   前記伝熱フィンの前記当接部には、前記複数の突起に対応してそれら突起が入り込む複数の孔が設けられている
   ことを特徴とする組電池。
2. 前記伝熱フィンの延出部は、弾性及び伝熱性を有する伝熱シートを介して前記ロアプレートに面接触される
   請求項１に記載の組電池。
3. 前記電池の配列方向の両端には伝熱性を有する材料からなるエンドプレートがさらに設けられ、
   前記エンドプレートはその伝熱性を維持しつつ前記ロアプレートに固定されている
   請求項１又は２に記載の組電池。
4. 前記電池は、前記ロアプレートを貫通する孔を介してその裏面から固定部材によって固定されるものであり、
   前記ロアプレートの裏面には、前記固定部材の頭部全体を収容可能な凹部が設けられてなる
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の組電池。
5. 前記対向するケース表面は前記突起を相対向する位置にそれぞれ備え、
   前記相対向する位置の突起同士は前記孔の内部で当接する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の組電池。
6. 前記伝熱フィン及び前記ロアプレートの熱容量は、前記配列された電池に生じる一定時間内の最大の発熱量を少なくとも所定温度以下の状態で吸熱することのできる熱容量に設定される
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の組電池。

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