JPH10112301A

JPH10112301A - 組電池システムおよび組電池システムを搭載した電気自動車および電子機器

Info

Publication number: JPH10112301A
Application number: JP8265733A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Nishimura; 勝憲西村; Akihiro Goto; 明弘後藤; Hidetoshi Honbou; 英利本棒; Michiko Igawa; 享子井川; Hisashi Ando; 壽安藤; Tadashi Muranaka; 村中　　廉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-10-07
Filing date: 1996-10-07
Publication date: 1998-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】組電池を構成する二次電池を効率的かつ均一に
放熱させることにより、組電池の電池性能、特にサイク
ル特性を向上させ、放熱性の優れた組電池とそれを搭載
した電気自動車を提供する。【解決手段】空冷スペーサーを電池間に挿入した複数の
二次電池からなる組電池システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は二次電池からなる組
電池システムとそれを搭載した電気自動車に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウム二次電池を代表とする非水電解
液二次電池は、鉛蓄電池やニッケル・カドミニウム電池
よりも高いエネルギー密度が得られるため、近年ビデオ
カメラ，携帯用電話，ノート型パソコンなどのポータブ
ル電気機器に利用されている。将来は夜間電力貯蔵のた
めの分散型電力貯蔵システム、電気自動車用電源などの
大型リチウム二次電池の用途が見込まれている。特に電
気自動車では、組電池から安定した電力を引き出すため
に、自動車の加速時や電池の充電時での単電池の放熱対
策が重要となっている。電池の放熱に関しては、角型電
池の間に梁状スペーサーを挿入した組電池が特開平8−2
12986 号公報に記載されている。また、リチウム二次電
池は内部抵抗が高いため、大電流を取り出す電子機器、
たとえば電動工具，掃除機，大型計算機，バーチャルリ
アリティの機能を持ったゲーム機，介護用医療用移動装
置などの大電流を取り出す機器に対しては、充放電時の
発熱のためにリチウム二次電池のサイクル特性に問題が
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】非常用電源，ロードコ
ンディショナーなどの電力貯蔵用、あるいはゴルフカー
ト，電気自動車，エスカレーター，エレベーター，フォ
ークリフトなどの駆動用モーターを装備した機器システ
ムの電源には、電源容量が数十ｋＷｈ級となり、数十〜
数百個の二次電池が必要となる。通常これらの二次電池
を直列または並列に接続した組電池が外装容器内に組み
込まれる。これらの用途よりも消費電力の小さな電子機
器、たとえばパーソナルコンピューター，大型電子計算
機，ノート型パソコン，ペン入力パソコン，ノート型ワ
ープロ，携帯コピー機，液晶テレビ，ゲーム機器などの
電子機器，電動工具，掃除機，電動式自転車，医療介護
用歩行補助機，医療介護用車椅子，医療介護用移動式ベ
ッドなどの機器においても、消費電力に応じた容量の二
次電池からなる組電池が電源として使用される。

【０００４】組電池に使用されるリチウム二次電池の形
状には、円筒型と角型の二種類が一般的である。円筒型
電池は、長尺の電極を渦巻き状に捲回した形状であり、
角型電池と比較すると製造工程がより容易である。しか
し、組電池として使用するときは、円筒形状であるため
複数の電池を配列させた際に余分な空隙部分が増大し、
組電池システム全体ではエネルギー密度が小さくなる欠
点がある。他方、角型電池は短冊状の電極を積層する
か、長尺の電極を偏平の渦巻き状に捲回した方法で製造
するため、円筒型電池よりも若干構造が複雑になる。し
かしながら、複数の角型電池を組電池にすると、円筒型
電池の場合と比較して余分な空隙容積を減少させること
ができる。

【０００５】本発明の対象である二次電池の発熱の問題
は、大容量組電池を搭載する電子機器に共通であるの
で、以下では電気自動車に限って本発明で解決する課題
について述べる。電気自動車用組電池は、組電池の充電
時あるいは電気自動車の加速時に、組電池を大電流で充
放電する必要がある。ところが、リチウム二次電池に使
用される非水電解液の電気伝導度が数十ｍＳ／cmにすぎ
ないため、上記の大電流充放電をすると電池からの発熱
量が大きくなり、電池性能、特にサイクル特性の低下を
招くことが考えられる。

【０００６】上述の問題に加えて、充放電中に正極と負
極の活物質が膨張・収縮するため、角型電池内部に生じ
た応力によって電池缶が変形することがある。このとき
電極間距離の増加に伴って非水電解液の抵抗が上昇し、
電池性能の劣下が引き起こされる。電池容器の変形は、
電池からの発熱量が大きくなることで、電池内部の気相
部分が膨張したり、電解液の溶媒が気化することによっ
てさらに助長される。この問題を回避するために、電池
缶の容器を肉厚にすると、電池の重量や体積が増加し、
電池の放熱性も低下してしまう新たな問題が生じる。組
電池を電気自動車に搭載した場合、組電池を構成する二
次電池は、車体と組電池外装容器によって外界から二重
に遮閉されていることになり、外気の流通を考慮した熱
管理が必要である。

【０００７】電気自動車以外の用途で使用する場合にお
いても、急速充電するときに機器の消費電力が増大する
と、組電池を冷却する必要性が生じる。

【０００８】本発明の目的は、角型二次電池の変形を防
止すると同時に電池の放熱性を良好にし、複数の角型二
次電池からなる組電池の熱管理を容易にする方法と組電
池システム、および組電池システムを搭載した電気自動
車および電子機器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上述の技術
的課題に鋭意取り組んだ結果、凹凸加工した空冷スペー
サーを角型二次電池の間に配置させ、空冷スペーサーの
溝部分を通して外気を流通させて、各電池を冷却するこ
とを可能にした組電池システムを発明した。本発明の内
容を以下で詳細に説明する。

【００１０】図１と図２はそれぞれ、本発明の組電池シ
ステム１の内部構造を示す透視図と組電池の側面から見
た外観図である。組電池システム１の内部に８個の二次
電池３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ
がケーブル５によって接続され、充電放電は外部正極端
子８と外部負極端子９を介しておこなわれる。本発明の
一部である空冷スペーサー２を二次電池の側面に密着さ
せて、各電池の間に配置させた。空冷スペーサー２の形
状は、加工の容易さの観点から、一定方向に等間隔でサ
イン波状または半円状の波加工を施してたものが望まし
いが、波型形状の他に矩型波状または三角型波状であっ
てもよい。電池により強い面圧を均一に加えるために
は、特に矩型波の凹凸加工の空冷スペーサーが優れてい
る。空冷スペーサーは、二次電池３の間に挿入されてい
る。本発明の空冷スペーサーの表面には、凹凸加工がな
されているため、外気との接触面積が大きく、熱の放散
性が向上する。空冷スペーサーの凹凸の溝は外気の流通
路として利用することができ、さらに電池の放熱が効率
的になる。また、複数の二次電池の間に空冷スペーサー
を挿入し、電池を固定して空冷スペーサーを電池の側面
に密着させることにより、電池缶の膨れを抑制すること
が可能である。空冷スペーサーの材質は、ステンレス
鋼，ニッケルめっき鋼，アルミニウム，アルミニウム合
金などの熱伝導率の高い金属が適している。本発明は凹
凸部分の配置や形状，凹凸の間隔、および材質などの空
冷スペーサーの仕様、あるいは組電池システム内での単
電池の配置の方法などによって制限されることはなく、
空冷スペーサーと単電池の側面に形成された凹凸状の溝
部分に外気を流通させることができれば、単電池の放熱
が可能になる。本発明を適用可能な単電池の代表として
角型リチウム二次電池が挙げられるが、他の二次電池に
対しても利用可能である。

【００１１】発明者らは空冷スペーサーの形状について
検討した結果、以下に述べた仕様の空冷スペーサーが適
していることを見い出した。空冷スペーサーの一組の凹
凸の溝の間隔が狭くなると空冷スペーサーの強度が増
し、単電池に面圧を強く加えることができる。しかし、
凹凸の溝の断面積が小さくなるために、外気の流通量が
減少し熱放散性が減少し、一枚当りの空冷スペーサーの
重量が大きくなる欠点も生じる。逆に凹凸の間隔が増加
すると、熱放散性が向上し、一枚当りの空冷スペーサー
を軽量化できるが、面圧が低下してしまう。発明者らは
この問題を検討した結果、空冷スペーサーの凹凸一組当
りの間隔が２から２０mmの範囲にあるとき、強度と放熱
性を満足できることを見い出した。空冷スペーサーの凹
凸の高低差についても検討した結果、高低差が大きいほ
ど外気の流通量が増加し放熱性が向上するが、空冷スペ
ーサーの占有体積が増加して組電池のエネルギー密度が
減少する。凹凸高低差を減少させると、組電池のエネル
ギー密度が増加し、放熱性が低下する問題が生じる。目
安として、空冷スペーサーの凹凸高低差が適用する二次
電池の奥行き寸法以下であることが望ましく、それ以下
であれば組電池のエネルギー密度の低下を抑えながら、
組電池の放熱性を確保できることを見い出した。空冷ス
ペーサーの材料の肉厚は、空冷スペーサーの強度を確保
し、外気の流通断面積できるだけ大きくするために、適
当な空冷スペーサーの材料の肉厚は、０.１から２mmの
範囲が望ましい。

【００１２】リチウム二次電池に使用可能な正極活物質
は、コバルト酸リチウム（LiCoO₂），ニッケル酸リチウ
ム（ＬｉＮｉＯ₂）などの層状化合物、あるいはマンガ
ン酸リチウム（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄，ＬｉＭｎＯ₃，ＬｉＭｎ
₂Ｏ₃，ＬｉＭｎＯ₂），銅−リチウム酸化物（Ｌｉ₂Ｃ
ｕＯ₂）、あるいはＬｉＶ₃Ｏ₈，ＬｉＦｅ₃Ｏ₄，Ｖ
₂Ｏ₅、Ｃｕ₂Ｖ₂Ｏ₇などのバナジウム酸化物、あるいは
化学式ＬｉＮｉ_1-xＭ_xＯ₂（ただし、Ｍ＝Ｃｏ，Ｍｎ，
Ａｌ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｂ，Ｇａであり、ｘ＝0.01〜
０.３）で表わされるＮｉサイト置換型ニッケル酸リチ
ウム、あるいは化学式ＬｉＭｎ_2-xＭ_xＯ₂(ただし、Ｍ＝
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｔａであり、ｘ＝０.
０１〜０.１）または化学式Ｌｉ₂Ｍｎ₃ＭＯ₈(ただし、
Ｍ＝Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ）で表わされるマン
ガン複合酸リチウムまたは化学式Ｌｉの一部をアルカリ
土類金属イオンで置換したＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ジスルフィド
化合物、あるいはＦｅ₂（ＭｏＯ₄)₃などが挙げられる。
これらの正極活物質に黒鉛，メソフェーズ炭素，非晶質
炭素，アセチレンブラックなどの導電性カーボン，バイ
ンダー、および有機溶媒からなる正極合剤を混合し、ド
クターブレード法，ディッピング法などによって、正極
合剤を集電体へ付着させた後、合剤を乾燥する。

【００１３】他方、負極活物質にはリチウムと合金化可
能な金属、たとえばＡｌ，Ｓｎ，Ｓｉ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｍ
ｇ、あるいはこれらの合金などがある。これらの金属ま
たは合金はリチウムと合金化した材料を利用することも
可能である。さらに、天然黒鉛，人造黒鉛，炭素繊維，
気相成長法炭素繊維，ピッチ系炭素質材料，ニードルコ
ークス，ポリアクリロニトリル系炭素繊維，カーボンブ
ラックなどの炭素質材料、あるいは５員環または６員環
の環式炭化水素または環式含酸素有機化合物を熱分解に
よって合成した非晶質炭素材料、あるいはポリアセン，
ポリパラフェニレン，ポリアニリン，ポリアセチレンか
らなる導電性高分子材料、あるいはＳｎＯ，ＧｅＯ₂，
ＳｎＳｉＯ₃，ＳｎＳｉ_0.5Ｏ_1.5，SnSi_0.7Al_0.1B_0.3P
_0.2O_3.5，ＳｎＳｉ_0.5Ａｌ_0.3Ｂ_0.3Ｐ_0.5Ｏ_4.15などを
含む１４族または１５族元素の酸化物、あるいはインジ
ウム酸化物、あるいは亜鉛酸化物、あるいはＬｉ₃Ｆｅ
Ｎ₂、あるいはＦｅ₂Ｓｉ₃，ＦｅＳｉ，ＦｅＳｉ₂，Ｍｇ
₂Ｓｉなどのケイ化物、あるいはＡｇ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｐ
ｂ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｕと炭素と複合化した材料なども負
極活物質に使用できる。これらの負極活物質にバインダ
ーと有機溶媒を混合し、この負極合剤を集電体へ付着さ
せた後、乾燥する。このように作製した正極と負極を加
圧成型し、電極として使用する。また、本発明は上記の
電池活物質以外にも適用可能であり、負極にリチウム金
属シートを用いてもよい。角型リチウム二次電池の電極
群を製造するときは２種類の方法がある。正極と負極を
加圧成型，切断後に、両電極の間にポリプロピレンやポ
リエチレンからなるセパレーターを挟んで、それらを楕
円状に捲回する。あるいは、加圧成型した短冊形状のセ
パレーターを介して積層し、電極群を製造する。これら
の電極群を角型電池缶に収納し、電極端子を電池蓋や電
池缶に溶接する。さらに電解液を電池内部へ注入した後
に、缶と蓋を溶接することにより、角型リチウム二次電
池が完成する。固体電解質またはゲル状電解質を用いる
際には、シート状に加工した固体電解質またはゲル状電
解質を正極と負極の間に挿入して電極群を組み立ててか
ら、電極群を電池缶へ収納し、電極端子を電池蓋や電池
缶に溶接して、電池を完成させる。

【００１４】リチウム二次電池の使用可能な電解質は、
その化学式がＬｉＰＦ₆，ＬｉＢＦ₄，ＬｉＣｌＯ₄，Ｌ
ｉＣＦ₃ＳＯ₃，ＬｉＣＦ₃ＣＯ₂，ＬｉＡｓＦ₆，ＬｉＳ
ｂＦ₆，低級脂肪族カルボン酸リチウムで表記される電
解質またはそれらの混合物を用いることができる。

【００１５】リチウム二次電池の非水電解液は、上記の
リチウム塩を非水電解液用溶媒へ溶解させた溶液が使用
される。非水電解液用溶媒の例として、プロピレンカー
ボネート，エチレンカーボネート，ブチレンカーボネー
ト，ビニレンカーボネート，γ−ブチロラクトン，ジメ
チルカーボネート，ジエチルカーボネート，メチルエチ
ルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン，２−メチ
ルテトラヒドロフラン，ジメチルスルフォキシド、１，
３−ジオキソラン，ホルムアミド，ジメチルホルムアミ
ド，プロピオン酸メチル，プロピオン酸エチル，リン酸
トリエステル，トリメトキシメタン，ジオキソラン，ジ
エチルエーテル，スルホラン，３−メチル−２−オキサ
ゾリジノン，テトラヒドロフラン、１，２−ジエトキシ
エタンのうち一種類以上の溶媒からなる有機溶媒、また
は有機溶媒分子内の水素の一部をハロゲンへ置換した誘
導体、または有機溶媒分子内の水素の一部をアルキル
基，アルケン基，アルキン基，芳香族基へ置換した誘導
体が挙げられる。また、これらの混合物も使用すること
ができる。

【００１６】固体電解質を用いる場合は、上で述べたリ
チウム塩をエチレンオキシド，アクリロニトリル，フッ
化ビニリデン，メタクリル酸メチル，ヘキサフルオロプ
ロピレンの高分子に保持させて使用する。

【００１７】ゲル状電解液を用いる場合は、エチレンオ
キシド，アクリロニトリル，フッ化ビニリデン，メタク
リル酸メチル，ヘキサフルオロプロピレンの高分子内
に、上で列記した非水電解液を保持させて使用する。

【００１８】本発明の空冷スペーサーによって複数の角
型二次電池の間隔をとり、空冷スペーサーの凹凸部分に
外気を流通させることにより、電池の熱を効率的に放散
させることができる。電池の容量が大きくなると、空冷
スペーサーの凹凸の深さあるいは凹凸のピッチを増やす
ことにより、外気との接触面積を増加させ放熱効率が向
上する。組電池内部では、単電池群の内側に位置する単
電池ほど周囲の単電池によって放熱が阻害されて、電池
温度が上昇することがある。この場合、より内側に配置
された単電池になるほど、放熱効率の高い空冷スペーサ
ーを配置させることにより、組電池のすべての二次電池
を均一に冷却することができる。本発明の組電池システ
ムを電気自動車，電動式自転車，フォークリフト，ゴル
フカート，医療介護用車椅子，医療介護用移動式ベッ
ド，医療介護用歩行補助機の駆動式電子機器に搭載する
場合、組電池システムの通気口を駆動式電子機器の進行
方向に対向させると、電子機器の運転時に外気を組電池
システム内部へ導入でき、組電池の冷却に有効である。

【００１９】本発明の組電池は、パーソナルコンピュー
ター，大型電子計算機，ノート型パソコン，ペン入力パ
ソコン，ノート型ワープロ，携帯コピー機，液晶テレ
ビ，電動工具，掃除機，バーチャルリアリティの機能を
持ったゲーム機器，電動式自転車，医療介護用歩行補助
機，医療介護用車椅子，医療介護用移動式ベッド，エス
カレーター，エレベーター，フォークリフト，ゴルフカ
ート，非常用電源，ロードコンディショナー，電力貯蔵
システムなどの製品に搭載することが可能である。本発
明の組電池の放熱性が優れているため、上述の製品に限
定されることがなく、消費電力と消費電気容量の大きな
電子機器に対して有効である。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の空冷スペーサーを単電池
の間に組み込み、組電池を構成することにより、単電池
を効率的に冷却することができ、電池の容量低下を低減
することが可能になる。本発明によって、放熱性に優れ
た組電池システムとそれを搭載した電気自動車および電
子機器を提供することができる。

【００２１】以下に、本発明の内容を実施例に基づいて
詳細に説明する。

【００２２】（実施例１）本発明の正極は、以下で述べ
る方法で作製した。正極活物質としてのLiCoO₂粉末，導
電剤として天然黒鉛粉末，バインダーとしてポリフッ化
ビニリデンを、重量比８５：１０：５で混合し、有機溶
媒として１−メチル−２−ピロリドンを添加して、十分
に混練して正極スラリーを調製した。このスラリーを、
ドクターブレード法によって、厚さ２０μｍのアルミニ
ウム箔からなる正極集電体の表面に塗布した。この正極
を１８０℃で２時間乾燥して正極を作製した。

【００２３】負極は以下の手順で作製した。天然黒鉛粉
末と、図１に示した無機バインダーとを、重量比９０：
１０で混合し、有機溶媒として１−メチル−２−ピロリ
ドンを添加して、十分に混練して負極スラリーを調製し
た。このスラリーを、ドクターブレード法によって、厚
さ２０μｍの銅箔からなる負極集電体の表面に塗布し
た。この負極を１８０℃で２時間乾燥して正極を作製し
た。

【００２４】本発明に使用した電解液は、エチレンカー
ボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒に、１モル
／リットル相当のＬｉＰＦ₆を溶解させて調製した。

【００２５】上記の正極，負極、および非水電解液を使
用して、高さ１４０mm，幅１６４mm，奥行き４４mmの角
型リチウム二次電池を組み立てた。正極と負極は、上で
調製した非水電解液を含浸させたポリエチレン製の微多
孔膜を介して、偏平な渦巻き状に巻き取られた状態で、
高さ１３８mm，幅１６４mm，奥行き４４mmの角型電池缶
に収納されている。正極と負極はそれぞれ、電池蓋にあ
る外部端子へ電気的に接続している。このような構成
で、電池の電気化学的エネルギーは正極と負極の外部端
子より外部へ取り出し、再充電可能になっている。電池
の平均電圧は3.6Ｖ，放電容量は２００Ｗｈである。本
実施例で製造した組電池システムの容器外寸法は高さ１
７０mm，幅１７５mm，奥行き４５０mmである。

【００２６】図１は、本発明の組電池システムの内部構
造を示す透視図である。上で作製した２００Ｗｈ角型リ
チウム二次電池と同一仕様の電池３ａ，３ｂ，３ｃ，３
ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈを８個作製し、電池容器の
ガイド４の間に電池を挿入し電池の奥行き方向に一列に
並べた。各電池の間に高さ１３８mm，幅１６４mm，凹凸
部の高低差８mm，凹凸一組の間隔８mm，肉厚０.２mm の
空冷スペーサー２を挿入した。凹凸部分の形状は半円を
繰り返した波状であり、凹凸部の溝は組電池システムの
横幅方向になるように配置した。電池を並べた順に、電
池番号を３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，
３ｈと区別した。各電池の外部端子を配線用ケーブル５
で直列に接続し、８直列の組電池を組み立てた。組電池
に各電池電圧を検出し、充放電電流を制御するための制
御ボード６を単電池３ａの正面に設置した。制御ボード
６で電流をオン，オフさせるためのＦＥＴ素子等からの
発生する熱を放散させるために、放熱フィン７を制御ボ
ード６の背面に密着させた。組電池の電流は、制御ボー
ド６を介して正極外部端子８と負極外部端子９へ供給さ
れる。各単電池の温度を検出するために、電池の側面に
熱電対または温度センサー１０を取り付け、組電池の外
部に信号線１１を取り出し、電池温度を表示するための
温度表示器またはメーター１２に表示させた。図２は本
発明の組電池システム１の側面方向から見た外観図であ
る。組電池システム１の外装容器の側面に１６個の通気
口１３を設け、さらに反対の側面にも同じ配置で通気口
１３を対向させた。空冷スペーサーの凹凸溝の方向が水
平方向にしたため、通気口１３より外気が自然に単電池
側面を流通できる。この組電池の定格電圧は２８.８
Ｖ，放電容量１.６ｋＷｈである。実施例１で作製した
組電池システムの識別記号をＡとする。

【００２７】（実施例２）実施例１と同一仕様のＬｉＣ
ｏＯ₂正極スラリーをＡｌ箔に塗布し、正極を作製し
た。正極は短冊状であり、各電極にアルミニウム製集電
端子を溶接した。負極も実施例１と同じ方法で作製し
た。本発明に使用した電解液は、実施例１と同一仕様で
ある。ポリフッ化ビニリデンをバインダーに使用した正
極と負極、および非水電解液を用いて、実施例１と同一
形状の角型電池を組み立てた。電池の平均電圧は３.６
Ｖ、放電容量は２００Ｗｈである。

【００２８】上述の２００Ｗｈリチウム二次電池と同一
仕様の電池を８個作製し、電池容器のガイド４の間に電
池を挿入し、電池の奥行き方向に一列に並べ、各電池の
間に実施例１と同一仕様の空冷スペーサーを挿入した。
各電池の結線方法，制御ボードと放熱フィン，温度検出
回路，組電池の通気口などの仕様は、実施例１と同一で
ある。実施例２で作製した組電池システムの識別記号を
Ｂとする。

【００２９】（比較例１）実施例１と同一仕様の角型電
池８個を製造し、組電池外装容器のガイド４の間に８個
電池を挿入し、電池の奥行き方向に一列に並べた。電池
の側面に面圧を加えて、充放電時の電池缶の膨れを防止
するために、実施例１，２の空冷スペーサー２の替わり
に高さ１３８mm，幅１６４mm，厚さ８mmのアルミニウム
板２を挿入した。単電池の結線方法，制御ボードと放熱
フィン，温度検出回路，組電池の通気口などの仕様は、
実施例１と同一である。この組電池システムの定格電圧
は２８.８Ｖ、放電容量１.６ｋＷｈである。実施例３で
作製した組電池システムの識別記号をＣとする。

【００３０】上で作製した３種類の組電池システムＡ，
Ｂ，Ｃについて、温度２５℃，充電電圧３３Ｖ，充電電
流２００Ａ，充電時間３時間の条件で定電流−定電圧充
電を実施した後、放電電流４００Ａの条件で、電圧が２
４Ｖまで低下するまで電池を放電させた。ただし、組電
池の内部に強制的に外気を流通させなかった。図３に、
１０サイクル目の充放電時に測定した各電池の最高温度
を示した。図３から明らかなように、本発明の空冷スペ
ーサーを用いた組電池システムＡ，Ｂでは、組電池の末
端に位置する電池３ａ，３ｈ，３ａ，３ｈの最高温度
と、組電池の末端に中央する電池３ｄ，３ｅ，３ｄ，３
ｅの最高温度との差は、５〜６℃であった。ところが、
比較例１の組電池Ｃの場合、電池の最高温度差は１５℃
であった。この結果より、本発明によって単電池の冷却
が均一になっていることがわかった。組電池システム
Ａ，Ｂの通気口の正面にファンを設置し、組電池内部へ
外気を強制的に吹き込むと、上記の充放電試験時の電池
の最高温度差は１０℃未満となった。電力を組電池シス
テム１より供給した強制通気用ファンを組電池内部に設
置しても、各二次電池の冷却が効率的になり、同様な効
果が得られた。また、温度測定用メーター１２から強制
通気用ファンへ電池温度に応答した出力信号を送ること
によって、強制通気用ファンの運転を制御すると、組電
池の消費電力を低減することも可能である。

【００３１】組電池システムＡ，Ｂ，Ｃについて、温度
２５℃，充電電圧３３Ｖ，充電電流２００Ａ，充電時間
３時間の条件で定電流−定電圧充電を実施した後、放電
電流４００Ａの条件で、電圧が２４Ｖまで低下するまで
電池を放電させた。ただし、組電池の内部に強制的に外
気を流通させなかった。図４に、組電池の放電容量のサ
イクル変化を示す。図から明らかなように、本発明の空
冷スペーサーを用いた組電池システムＡ，Ｂでは組電池
の放電容量の低下がほとんど認められなかった。これに
対して組電池Ｃの場合、放電容量の低下が大きくなり、
組電池の冷却が不均一であるためであることが明らかに
なった。

【００３２】（実施例３）実施例１と同一仕様の角型電
池を製造し、図１に示した１２種類の組電池システムを
組み立てた。本実施例では、肉厚０.１から２mm，凹凸
の間隔２から３０mm，凹凸の高低差２から４０mmの範囲
にある１２種類の空冷スペーサーを各電池缶に挿入し
た。組電池を収納する容器の奥行き寸法は、空冷スペー
サーの厚さと枚数の積より空冷スペーサーが占める全厚
さを計算し、実施例１と比較してその値の増加分だけ変
更した。空冷スペーサーの厚さに応じて、ガイド４の位
置も変更した。空冷スペーサーの縦，横の寸法はそれぞ
れ高さ１３８mm，１６４mm，材質はステンレス鋼とし
た。単電池の結線方法，制御ボードと放熱フィン，温度
検出回路，組電池の通気口などの仕様は、実施例１と同
一である。この組電池システムの定格電圧は２８.８
Ｖ，放電容量１.６ｋＷｈである。

【００３３】上で作製した組電池システムを温度２５
℃，充電電圧３３Ｖ，充電電流２００Ａ，充電時間３時
間の条件で定電流−定電圧充電を実施した後、放電電流
４００Ａの条件で、電圧が２４Ｖまで低下するまで電池
を放電させた。ただし、組電池システムの内部に強制的
に外気を流通させなかった。１サイクル目の放電エネル
ギーに対する５００サイクル目の値の比を放電エネルギ
ー保持率と定義し、500サイクル時での放電エネルギー
保持率を測定した。結果を表１にまとめた。

【００３４】

【表１】

【００３５】表から明らかな通り、肉厚０.１から２m
m，凹凸の間隔２から２０mm，凹凸の高低差が２から４
０mm、すなわち凹凸の高低差が単電池の奥行き４４mm以
下であるとき、放電エネルギー保持率が７０％以上とな
り、サイクル特性が良好であった。この範囲からはずれ
た仕様の空冷スペーサーを用いた組電池システム（番号
４，８）では放電エネルギー保持率が７０％以下まで低
下した。

【００３６】（実施例４）実施例１で製造した組電池シ
ステムＡ，Ｂ，Ｃを１０直列２並列に接続した組電池モ
ジュール１５を、電気自動車１４へ搭載した。電気自動
車の全面には、通常走行時に外気がボンネットから車体
へ流れ込むように、通風口１６を設けた。電気自動車の
ボンネット内部に組電池モジュール１５を設置した。組
電池の外装容器側面にある通気口は、電気自動車走行方
向に対向するように配置し、走行時に外気が組電池内部
へ吹き込むようにした。使用者が制御装置２０を操作す
ることにより、変換機１９を作動させて組電池モジュー
ル１５からの出力を増減できる。変換機１９から供給さ
れる電力を利用して、モーター１７を駆動させて電気自
動車を走行させる。

【００３７】本発明の組電池システムＡ，Ｂを搭載した
２種類の電気自動車を走行させたところ、組電池を構成
する二次電池の最高と最低の温度ばらつきは１０℃以内
になったが、組電池システムＣを用いた場合温度のばら
つきは２０〜３０℃まで上昇した。この結果より本発明
の組電池システムの放熱性に優れていることが明らかに
なった。電気自動車に搭載した２０個の組電池をさらに
均一に冷却するためには、ファンを用いて外気を強制的
に流通させればよい。

【００３８】（実施例５）図６は、実施例１で製造した
組電池または組電池モジュールからなる電源２２を搭載
した医療介護用車椅子２１の一例である。医療介護用車
椅子２１には、使用者が乗車した状態でコントローラー
２３を操作して、背もたれシート２４および足掛けシー
ト２５に備えた駆動部を作動させて角度を調節できる。
この機能を利用して、使用者が乗り降りするときは足掛
けシート２５を下へ倒しておき、使用者が休む場合には
背もたれシート２４および足掛けシート２５を水平にす
る。また、医療介護用車椅子２１には移動用の車輪１８
があるので、コントローラー２３を操作して使用者が目
的位置まで移動することも可能である。医療介護用車椅
子２１で移動するために加速した際、本実施例の組電池
は放熱性が優れているため、安定した速度が得られ、移
動の途中で減速したり、停止してしまう問題を生じな
い。さらに、気温が高い場所で医療介護用車椅子２１を
長時間使用しても、電源２２に組み込まれた二次電池の
サイクル寿命を劣化させることがない。

【００３９】本発明の組電池システムは、実施例４およ
び５の電気自動車や医療介護用車椅子のみでなく、大電
力，大容量の電源を必要とする電子機器、たとえばパー
ソナルコンピューター，大型電子計算機，ノート型パソ
コン，ペン入力パソコン，ノート型ワープロ，携帯コピ
ー機，液晶テレビ，電動工具，掃除機，バーチャルリア
リティの機能を持ったゲーム機器，電動式自転車，医療
介護用歩行補助機，医療介護用移動式ベッド，エスカレ
ーター，エレベーター，フォークリフト，ゴルフカー
ト，非常用電源，ロードコンディショナー，電力貯蔵シ
ステムなどの製品に搭載することが可能で、実施例４お
よび５と同様な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】側面方向からみた本発明の組電池システムの構
成図の一例。

【図２】側面方向からみた本発明の組電池システムの外
観図の一例。

【図３】本発明の組電池システムを構成する単電池の最
高温度を示す図。

【図４】本発明の組電池システムの放電容量の充放電サ
イクル変化を示す図。

【図５】本発明の組電池システムを搭載した電気自動車
の一例。

【図６】本発明の組電池システムを搭載した医療介護用
車椅子の一例。

【符号の説明】

１…組電池システム、２…空冷スペーサー、３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ…二次電池、
４…ガイド、５…配線ケーブル、６…制御ボード、７…
放熱フィン、８…正極外部端子、９…負極外部端子、１
０…熱電対または温度センサー、１１…温度信号ケーブ
ル、１２…温度表示器、１３…通気口、１４…電気自動
車、１５…組電池モジュール、１６…通気口、１７…駆
動モーター、１８…車輪、１９…変換機、２０…制御装
置、２１…医療介護用車椅子、２２…組電池または組電
池モジュールからなる電源、２３…コントローラー、２
４…背もたれシート、２５…足掛けシート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井川享子茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者安藤壽茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者村中廉茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極活物質を含有する正極と、負極活物質
を含有する負極と、電解質を含有する非水電解液または
固体電解質またはゲル状電解液からなる角型二次電池を
複数個組合わせた組電池と、該二次電池の側面に密着した波状，矩型状、または三角
状の凹凸をもつ空冷スペーサーと、該組電池を収納する外装容器からなることを特徴とする
組電池システム。
【請求項２】請求項１記載の空冷スペーサーがステンレ
ス鋼，ニッケルめっき鋼，アルミニウム，アルミニウム
合金の中から選ばれた少なくとも１種の材料からなるこ
とを特徴とする組電池システム。
【請求項３】請求項１記載の空冷スペーサーの肉厚が
０.１mm 以上、２mm以下の範囲にあり、かつ凹凸の溝一
組当りの間隔が２mm以上、２０mm以下の範囲にあり、更
に凹凸の高低差が二次電池の奥行き寸法以下であること
を特徴とする組電池システム。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の外装容器
に通気口を設けたことを特徴とする組電池システム。
【請求項５】請求項４記載の通気口に対し前記空冷スペ
ーサーの凹凸溝方向が向いていることを特徴とする組電
池システム。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池
が１００から５００Ｗｈの容量を有する角型リチウム二
次電池であって、複数の該二次電池を直列または並列に
接続した組電池と、該二次電池の間に挿入した空冷スペ
ーサーと、該二次電池を制御するための制御ボードと、
該制御ボードに密着させかつ該制御ボードから発生する
熱を放散させる機能を有する放熱フィンが外装容器に収
納され、かつ外装容器に該組電池の電流を取り出すため
の正極外部端子と負極外部端子と、該外装容器内の空気
を流通させるための通気口を具備したことを特徴とする
組電池システム。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の外装容器
に温度検出器が設けられていることを特徴とする組電池
システム。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の外装容器
にファンが設けられていることを特徴とする組電池シス
テム。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の組電池シ
ステムを搭載したことを特徴とする電気自動車。
【請求項１０】請求項１〜８のいずれかに記載の組電池
システムを用いたことを特徴とするパーソナルコンピュ
ーター，大型電子計算機，ノート型パソコン，ペン入力
パソコン，ノート型ワープロ，携帯コピー機，液晶テレ
ビ，電動工具，掃除機，バーチャルリアリティの機能を
持ったゲーム機器，医療介護用歩行補助機，医療介護用
車椅子，医療介護用移動式ベッド，電動式自転車，エス
カレーター，エレベーター，フォークリフト，ゴルフカ
ート，非常用電源，ロードコンディショナー，電力貯蔵
システムの中から選ばれた電子機器。
【請求項１１】請求項４記載の組電池が、電気自動車，
フォークリフト，ゴルフカート，介護医療用車椅子，医
療介護用移動式ベッド，医療介護用歩行補助機のいずれ
かの駆動式電子機器に搭載されており、かつ前記組電池
システムの前記通気口が該駆動式電子機器の進行方向に
対向していることを特徴とする駆動式電子機器。