JPH09266016A

JPH09266016A - 円筒型電池の冷却方法

Info

Publication number: JPH09266016A
Application number: JP7244596A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Kinoshita; 恭一木下
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】円筒型電池を効率よく冷却する方法を提供す
る。【解決手段】ケース２０内に円筒型電池を収容する。
ケース２０の内部に冷却水を流入する。ケース２０の内
部には、冷却水が流れる経路を案内するためのスペーサ
２１および２２を設ける。スペーサ２１は、ケース２０
の側部の内壁から各円筒型電池どうしの間に突出し、か
つケース２０の上面および底面から各円筒型電池どうし
の間に突出するように形成する。これらのスペーサ２１
は、上面から突出するものと底面から突出するものとを
交互に設ける。スペーサ２２は、冷却水が円筒型電池ど
うしの間を直線的に通過するのを遮るように形成する。
冷却水は、各円筒型電池に直接触れながら各円筒型電池
から発せられる熱を吸収し、ケース２０の外部へ排出さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒型電池を冷却
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】充電することによって繰り返し利用でき
る蓄電池（２次電池）は、様々な分野で広く使用されて
いる。最近では、携帯端末や音響機器などに使用される
小型の蓄電池だけでなく、たとえば、電気自動車用バッ
テリなどのような大型の蓄電池の需要も増加している。

【０００３】１つの蓄電池（電池セル）からは、１〜４
Ｖ程度（たとえば、ニッケル水素系は、１．２Ｖ）の電
圧を取り出すことができる。蓄電池を利用して高電圧を
得る場合には、通常、多数の電池セルを直列に接続す
る。一般に、所定個数（たとえば、１０個）の電池セル
を直列に接続して組み込んだユニットは電池パックある
いは電池モジュールと呼ばれている。電気自動車などで
は、通常、複数の電池モジュールを搭載し、それら複数
の電池モジュールを直列に接続して高電圧を得るように
している。

【０００４】蓄電池を充電・放電（特に、充電時）する
と、熱が発生する。特に、電気自動車用バッテリのよう
な大型の蓄電池は、蓄積する電荷量が多く、また、多数
の電池セルを接続した構成では、各電池セルにおける発
熱に加えて電池セル間の接続抵抗によるジュール熱も発
生するので、その発熱量はかなり大きくなる。

【０００５】蓄電池の温度が上昇すると、充電受入れ性
の低下、およびサイクル寿命の悪化といった問題が発生
する。充電受入れ性は、蓄電池に充電した電気量とその
蓄電池から放電できる電気量との比率で定義され、効率
を表す。たとえば、蓄電池に１０５Ａｈ充電したときに
その蓄電池から１００Ａｈだけ放電できたとすると、効
率（充電受入れ性）は９５パーセントである。蓄電池と
してニッケル水素系を想定した場合、温度が上昇する
と、正極側で水素ガスが発生しやすくなる。すなわち、
蓄電池の温度が上昇すると、外部から充電されるエネル
ギーのうち電解液の分解およびガス発生のために使われ
る割合が大きくなり、放電可能な電気量として蓄積され
る量が減少する。

【０００６】また、蓄電池を充放電すると、電池セル内
で充放電反応以外の反応も起こる。この反応では、充放
電反応に関与する物質から酸化物や水酸化物などが生成
される。これらの酸化物や水酸化物は、充放電反応には
寄与せず、また、元の充放電反応に関与する物質には戻
りにくい。このため、充放電サイクルを繰り返すと、充
放電反応に関与する物質は減少してゆき、やがて充電で
きなくなる。上記反応は、アレニウスの法則として知ら
れているように、温度が高いほど進行が速い。すなわ
ち、蓄電池の温度が上昇すると、充放電反応に関与する
物質が速く減少してしまい、その蓄電池のサイクル寿命
が短くなる。したがって、上述のような問題を防ぐため
には、蓄電池を冷却する必要がある。

【０００７】ところで、電池の形状としては、角型と円
筒型が知られている。角型電池は、通常、直方体形状の
１つの面に正極用端子および負極用端子が設けられてお
り、特に大型の角型電池の場合は、それらの端子が上方
に位置するようにして使用される。このため、角型電池
を使用する場合は、それを搭載するために、電池の高さ
よりも高いスペースが必要となる。

【０００８】一方、円筒型電池は、通常、円筒形状の両
端にそれぞれ正極用端子および負極用端子が設けられて
おり、電池自体を縦に立てた状態で使用してもよいし、
横に寝かせた状態で使用してもよい。このため、円筒型
電池は、搭載側により規制された狭いスペースを有効に
利用して搭載することができる。このように、円筒型電
池は、その搭載方法に制限が少ないので、「ポジション
フリー」と呼ばれることがある。ところが、円筒型電池
を使用する場合は、転がらないように所定の位置に保持
するための構成が必要になる。特に、高電圧を得るため
に多数の電池を搭載する場合には、複数の円筒型電池を
箱（ケース）等に入れて保持することが多い。箱の形状
は、角型電池との互換性を考慮するのであれば、角型電
池を所定数並べたときの形状と同じにする。

【０００９】上述したように、蓄電池は、充電受入れ性
やサイクル寿命を向上させるためには冷却する必要があ
るが、このことは、角型であっても円筒型であっても同
じである。ただし、円筒型電池の場合は、それを保持す
るためのケースに入れた状態で冷却することになる。

【００１０】円筒型電池を冷却する従来の方法として
は、特に小型電池の場合は、電池パックをそのまま自然
冷却している。また、特に大型電池の場合は、上述した
ように発熱量も多いので、図６に示すように、送風ファ
ンなどを用いて電池モジュールに冷却風を当てるように
して温度上昇を防いでいた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のよう
な空冷方式では、固体−気体（電池−空気）間の伝熱が
良好ではなく、また、空気（冷却風）はその熱容量が小
さいので、蓄電池を十分に冷却することができない。特
に、電池全体をケースで覆い電池自身の発熱を自然冷却
する方式では、電池の大型化に伴い、大電流通電などに
よって発熱量が大きくなり、温度上昇を抑えることがで
きない。

【００１２】また、各電池セルはケース内に収容されて
いるので、送風ファンを用いて冷却風を流す方式であっ
ても、各電池セルに冷却風が直接当たることはなく、ま
た、各電池モジュールを均等に冷却することができず、
効率が悪い。

【００１３】このように、従来の円筒型電池は、特に大
型の電池の場合、十分に冷却することが困難であった。
本発明の課題は、円筒型電池を効率よく冷却する方法を
提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の冷却方法は、円
筒型電池をケース内に保持し、そのケースの内部に熱容
量の大きい液体を流入することによって円筒型電池を冷
却する。

【００１５】請求項１に記載の方法は、円筒型電池の外
周面と面接触するケースを用いてその円筒型電池を保持
し、上記ケースの内部を通過するように設けられた通路
に冷却用液体を流すことによって円筒型電池を冷却す
る。この方法によれば、円筒型電池とケースとの接触面
積が大きいので、円筒型電池からケースへ熱が効率良く
伝わる。そして、このケースの内部に設けられた通路に
冷却用液体流すので、円筒型電池からケースへ伝えられ
た熱は冷却用液体に効率良く吸収される。

【００１６】請求項２〜４に記載の方法は、複数の円筒
型電池を収納するケースを用い、各円筒型電池どうしの
間および各円筒型電池と上記ケースの内壁との間に冷却
用液体を流すことによって上記複数の円筒型電池を冷却
する。この方法によれば、冷却用液体が直接各円筒型電
池に触れるように流れるので、各円筒型電池で生成され
る熱は、効率良く冷却用液体に吸収され、温度上昇は小
さい。また、ケースの内側にスペーサを設けて上記冷却
用液体が各円筒型電池に均等に触れるように流路を案内
すれば、ケース内部においての温度が局所的に上昇する
ことはなく、冷却用液体より冷却能力が高くなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図面を
参照しながら説明する。以下では、複数の円筒型電池を
組み込んだ電池モジュールを採り上げて説明する。適用
例としては、たとえば、電気自動車の駆動用電源として
搭載されるバッテリであり、大型の蓄電池を想定する。

【００１８】図１は、本発明の冷却方法の一実施形態の
構成を示す図である。図１に示す電池モジュールは、１
０個の円筒型電池を直列に接続しながら組み込んだ構成
である。

【００１９】ケース１０は、たとえば、樹脂で形成され
ており、その内部に１０個の円筒型電池を収容する。ま
た、ケース１０は、その内部に冷却水（請求項１〜４に
記載の冷却用液体に対応する）を流入させるための入口
である流入口１１を有する。流入口１１から流入される
冷却水は、ケース１０の内部を通過して、不図示の排出
口から排出される。

【００２０】図２は、図１に示すケース１０を面Ａで切
断したときの断面を示す斜視図である。電池収容部１２
は、ケース１０の内部を円筒形状に中空にするようにし
て設けられたスペースであり、そこに円筒型電池を保持
する。電池収容部１２の直径（内径）は、円筒型電池の
直径と同じである。したがって、電池収容部１２に円筒
型電池を収容すると、円筒型電池の外周面が電池収容部
１２の内壁に密着するように面接触する。

【００２１】冷却水用通路１３（請求項１に記載の通路
に対応する）は、図１に示す流入口１１から流入される
冷却水を不図示の排出口へ導くための通路である。図３
は、図１に示すケース１０の内部構造を説明する図であ
る。図３(a) は、ケース１０を上方から見たときの内部
構造を示す図であり、図３(b) および図３(c) は、それ
ぞれケース１０を図３(a) に示す一点鎖線ＢＢおよびＣ
Ｃで切断したときの断面図である。また、ケース１０と
その内部に収容される円筒型電池との位置関係を示すた
めに、図３(a) では、各円筒型電池の電極端子を示し、
図３(b) では、円筒型電池とその接続端子を破線で示
し、図３(c) では、接続端子部を示している。

【００２２】図３(b) に示すように、排出口１４は、冷
却水用通路１３を通過して流れる冷却水をケース１０の
外部へ排出するための出口である。排出口１４は、流入
口１１に対して対角位置に設けられている。

【００２３】上記構成の電池モジュールに収容された各
円筒型電池を冷却するときは、流入口１１からケース１
０の内部に冷却水を流入させる。この冷却水は、図３
(b) に示すように、ケース１０内の上部を左方向に流れ
るとともに、各冷却用通路１３を下方に向かって流れて
排出口１４から排出される。ここで、各円筒型電池の外
周面は電池収容部１２の内壁に密着するように面接触し
ている。このため、各円筒型電池によって発生される熱
は、効率良くケース１０に伝る。そして、冷却水を流す
ことによってケース１０に伝わった熱を吸収するが、水
は熱容量が大きいので、各円筒型電池に対する冷却能力
は高い。

【００２４】なお、排出口１４から排出された冷却水
は、たとえば、不図示の恒温装置を介して流入口１１へ
循環するようにしてもよい。この場合、恒温装置は、排
出口１４から送られてきた冷却水をたとえば２０度程度
に安定させる。また、排出口１４から流入口１１へ冷却
水を循環させるときは、たとえばポンプを使用するが、
排出口１４から恒温装置へ送られてくる冷却水の温度が
所定温度よりも高いときにのみポンプを駆動するように
してもよい。なお、ポンプが駆動していないときであっ
ても、各円筒型電池の発熱に伴う対流により冷却水は循
環するので、流入口１１からケース１０内に流入された
冷却水は排出口１４から排出される。あるいは、他の実
施形態として、冷却水を常に循環させておき、上記同
様、冷却水を所定の温度に保つように冷却してもよい。
さらに、温度センサを電池モジュールの近傍に設け、そ
の温度センサによって検出される温度が所定の温度を越
えたときに電池モジュールを冷却するための動作を開始
するようにしてもよい。

【００２５】ところで、円筒型電池は、一般に、円筒型
の金属筒を電槽として用い、その電槽の中に電解液およ
び電極板を封止する構成である。そして、一方の端部に
正極端子を設け、他方の端部を負極端子を設けている。
また、電槽（金属筒）は、絶縁被覆されている。上記構
成の円筒型電池は、完全な密閉構成である。したがっ
て、円筒型電池は、電極端子部分を除けば、冷却水など
に直接触れても問題はない。以下に示す本発明の他の実
施形態は、ケースの中に複数の円筒型電池を収容し、各
円筒型電池に直接冷却用液体が触れるようにして円筒型
電池を冷却する構成である。

【００２６】図４は、本発明の他の実施形態の構成を説
明する模式的な図である。図４は、ケース２０の内部を
模式的に示しており、同図(a) は上方から見た図であ
り、同図(b) は、横から見た図である。なお、図４にお
いては、図面を見やすくするために、各円筒型電池をケ
ース２０内の所定位置に保持するためのスペーサを省略
している。

【００２７】ケース２０の内部には、冷却水が流れる経
路を案内するためのスペーサ２１および２２が設けられ
ている。スペーサ２１は、図４(a) に示すように、ケー
ス２０の側部の内壁から各円筒型電池どうしの間に突出
するように形成されている。また、スペーサ２１は、図
４(b) に示すように、ケース２０の上面および底面から
各円筒型電池どうしの間に突出するように形成されてい
る。これらのスペーサ２１は、上面から突出するものと
底面から突出するものとを交互に設ける。

【００２８】スペーサ２２は、図４(a) に示すように、
冷却水が円筒型電池どうしの間を直線的に通過するのを
遮るように形成されている。上記構成の電池モジュール
の各円筒型電池を冷却するときには、ケース２０内に冷
却水を流入する。ケース２０内において、冷却水は、ス
ペーサ２１が設けられているためにケース２０の側部の
内壁に沿って流れることが妨げられ、また、スペーサ２
２が設けられているために円筒型電池どうしの間を直線
的に通過することが妨げられる。このため、冷却水は、
図４(a) に示すように、各円筒型電池を包みこむように
その外周面の円周に沿って流れる。また、冷却水は、図
４(b)に示すように、スペーサ２１によって流路が案内
され、各円筒型電池の外周面に沿ってその長手方向にも
流れる。

【００２９】このように、図４に示す方式では、発熱体
である各円筒型電池に直接冷却水が触れるので、各円筒
型電池で生成される熱は、効率良く冷却水に吸収され、
冷却能力は高い。また、ケース２０内にスペーサ２１お
よび２２を設けて冷却水を案内することにより、ケース
２０の内部のすべての領域に冷却水を流すことができ
る。ここで、「流す」とは「淀まない」という意味であ
る。このため、冷却水の温度が局所的に上昇することは
なく、すべての円筒型電池を均等に冷却することができ
る。なお、スペーサ２１および２２は、図４に示す形状
または位置に限定されるものではなく、冷却水がケース
２０内で淀むことなくすべての領域を流れるように設け
ればよい。

【００３０】なお、ケース内に冷却水を案内するための
スペーサを設けなくても、円筒型電池の発熱量に対して
十分な冷却能力が得られる場合には、必ずしもスペーサ
を設ける必要はない。ただし、ケース内にスペーサを設
ければよりいっそう冷却能力の向上するので好ましい。

【００３１】図５は、円筒型電池の電極端子部をシーリ
ングする構成を示す図である。上述したように、円筒型
電池は、密閉構造であるが、電極端子部分は錆などを防
ぐために冷却水に触れないようにすることが望ましい。

【００３２】図５(a) に示す構成では、円筒型電池の電
極端子および円筒型電池どうしを接続する接続端子３１
を熱収縮チューブでシーリングする。図中、網掛けして
ある領域が熱収縮チューブで被覆される。

【００３３】図５(b) に示す構成は、たとえば、各円筒
型電池の電極端子がケース２０の外部に露出している構
成に適用される。すなわち、各円筒型電池の電極端子お
よびその周辺部をケース２０の外部に突出させ、円筒型
電池とケース２０の外装との間をコーキング剤、シーラ
ント等でシーリングしたり、あるいは、かしめることに
よってシーリングする。図中、シーリング位置を斜線で
示している。

【００３４】なお、上記実施例では、電池モジュールと
して、複数（実施例では、１０個）の円筒型電池を直列
に接続する構成を示したが、複数の円筒型電池を並列
に、あるいは並列と直列を組み合わせて接続する構成に
適用することもできる。

【００３５】また、冷却水を用いて円筒型電池を冷却す
る構成を示したが、冷却水の代わりに比熱の大きい流体
を用いてもよい。ケース内に流す流体としては、絶縁性
の液体が望ましく、純水、シリコンオイル、不凍液、ク
ーラントなどを用いることができる。

【００３６】

【発明の効果】熱容量の大きい液体を用いて円筒型電池
を冷却するので、円筒型電池に対する冷却能力が高く、
その温度上昇が小さくなる。円筒型電池を保持するため
のケースに円筒型電池の外周面を面接触させ、そのケー
スの内部に冷却用液体を流す構成では、円筒型電池から
ケースへ熱が効率良く伝わるので、冷却能力が高い。ま
た、ケース内に円筒型電池を収納し、そのケース内で各
円筒型電池に直接触れるように冷却用液体を流す構成で
は、各円筒型電池で生成される熱は、効率良く冷却用液
体に吸収され、冷却能力は高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却方法の一実施形態の構成を示す図
である。

【図２】図１に示すケースを面Ａで切断したときの断面
を示す斜視図である。

【図３】図１に示すケースの内部構造を説明する図であ
る。

【図４】本発明の他の実施形態の構成を模式的に示す図
である。

【図５】円筒型電池の電極端子部をシーリングする構成
を示す図である。

【図６】従来の冷却方法の一例を示す図である。

【符号の説明】

１０、２０ケース１１流入口１２電池収容部１３冷却水用通路１４排出口２１、２２スペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒型電池の外周面と面接触するケース
を用いてその円筒型電池を保持し、上記ケースの内部を
通過するように設けられた通路に冷却用液体を流すこと
によって上記円筒型電池を冷却する円筒型電池の冷却方
法。
【請求項２】複数の円筒型電池を収納するケースを用
い、各円筒型電池どうしの間および各円筒型電池と上記
ケースの内壁との間に冷却用液体を流すことによって上
記複数の円筒型電池を冷却する円筒型電池の冷却方法。
【請求項３】上記ケースの内側にスペーサを設けて上
記冷却用液体が流れる経路を案内する請求項２に記載の
円筒型電池の冷却方法。
【請求項４】上記各円筒型電池の電極端子が上記冷却
用液体に触れないようにシーリングする請求項２に記載
の円筒型電池の冷却方法。