JPH11329514A - 液冷式円筒型電池、液冷式組み電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電池中央部の冷却性に優れ、安全性や容量や大
電流充放電性能や寿命の向上が可能な液冷式円筒型電池
及び液冷式組み電池を提供すること。 【解決手段】円筒型電池１００、１０１の中央部に軸方
向に形成される空芯部を貫通して冷却液通路を設ける。
また、各電池１００〜１０９の各冷却液通路が連通する
ように直列に接続し、その両端部を外部冷却配管１５、
１６を通じて放熱手段１８及び送液手段１７に接続す
る。このようにすれば、多数の円筒型電池１０１〜１０
９を高密度に集積、連結して構成され、冷却が一層困難
な大電力組み電池においても、電池の中心部を良好に冷
却することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液冷式円筒型電池
及び液冷式組み電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車やハイブリッド車に搭載され
る電池においては、電池が高温になると寿命が低下した
り、所定の出力が取り出せないなどの問題があるため、
電池に冷却風を強制送風するなどしてその温度を下げる
などの工夫がなされてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電池の外表面
を冷却する方法では、電池中央部の冷却が容易ではな
く、このため、電池を大型化することが困難となり、現
状では小型の電池を多数用いて必要容量を確保する必要
があり、コスト増大を招いた。また、電池中央部の冷却
困難性により、高温環境での大電流での充放電特性やサ
イクル寿命の向上が制限されるという問題があった。

【０００４】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、電池中央部の冷却性に優れ、安全性や容量や大電
流充放電性能や寿命の向上が可能な液冷式円筒型電池及
び液冷式組み電池を提供することをその目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の液冷式円
筒型電池では、円筒型電池の中央部に軸方向に形成され
る空芯部を貫通して冷却液通路を設ける。このようにす
れば、従来もっとも困難であった電池の中心部で生じた
熱を良好に外部に放熱することができるので、電池中央
部の温度すなわち電池の最高温度を従来より格段に低下
させることが可能となり、その結果として、円筒型電池
の安全性や容量や大電流充放電性能や寿命の向上を実現
することができる。

【０００６】また、この冷却液通路は、円筒型電池の空
きスペースである電極アセンブリの空芯部に設けられる
ので、電池体格を増大することがなく、体格増加を抑止
しつつ電池中心部の温度低下を実現するという効果も奏
することができる。請求項２記載の構成によれば、空芯
部を貫通して冷却液通路を設け複数の円筒型電池を、こ
れら冷却液通路が連通するように直列に接続し、その両
端部を外部冷却配管を通じて放熱手段及び送液手段に接
続する。

【０００７】このようにすれば、多数の円筒型電池を高
密度に集積、連結して構成され、冷却が一層困難な大電
力組み電池においても、各円筒型電池、とりわけ組み電
池の中心部に配置される円筒型電池の中心部を良好に冷
却することができるので、電池中央部の温度すなわち電
池の最高温度を従来より格段に低下させることが可能と
なり、その結果として、組み電池の安全性や容量や大電
流充放電性能や寿命の向上を実現することができる。

【０００８】また、この冷却液通路は、円筒型電池の空
きスペースである電極アセンブリの空芯部に設けられる
ので、電池体格を増大することがなく、組み電池の体格
増加を抑止しつつ電池中心部の温度低下を実現するとい
う効果も奏することができる。更に、各円筒型電池の温
度ばらつきを減らすことができるので、組み電池を構成
する各円筒型電池の電池性能のばらつきを低減でき、最
悪の条件の円筒型電池により組み電池全体の電池性能が
制限されてしまうという問題も改善することができる。

【０００９】請求項３記載の構成によれば請求項２記載
の液冷式組み電池において更に、電極アセンブリの空芯
部には、ケ−ス内を密閉する内側隔壁が設けられ、冷却
液通路はこの内側隔壁の内側に設けられる。このように
すれば、電池内部の電解液と冷却液との分離を完全に確
保することがでできる他、この内側隔壁も電流通路又は
放熱通路として用いることができるので、電気抵抗損失
の低減や放熱性の向上を果たすことができるという効果
も奏することができる。

【００１０】請求項４記載の構成によれば請求項３記載
の液冷式組み電池において更に、金属管からなる内側隔
壁の外周面に電極アセンブリの最内周側の極板が密着さ
れる。このようにすれば、電極アセンブリの最内周側の
極板と内側隔壁とを絶縁分離する必要がないので、電極
アセンブリから内側隔壁への放熱性を向上することがで
き、かつ、構造を簡素化し、短絡に対する安全性も向上
することができる。

【００１１】請求項５記載の構成によれば請求項３又は
４記載の液冷式組み電池において更に、各円筒型電池の
内側隔壁内に共通の冷却用貫通管が貫設され、この冷却
用貫通管の両端に外部冷却配管が連結される。このよう
にすれば、個別に作製された各円筒型電池間の冷却通路
をいちいち液シールしつつ連結することなしに、冷却液
漏れがない液冷式組み電池を実現することができ、構造
及び作業工程を簡素化することができる。

【００１２】また、各円筒型電池を貫通する冷却用貫通
管は各円筒型電池の相対変位を防止することができるの
で、更なる構造、費用の追加なしに耐振性及び機械的安
定性を向上し、安全性に優れた組み電池を実現すること
ができる。請求項６記載の液冷式組み電池によれば請求
項５記載の液冷式組み電池において更に、冷却用貫通管
は内側隔壁の内周面に電気絶縁されつつ密着される。

【００１３】このようにすれば、冷却用貫通管を金属製
とすることができるので、安価な金属素材で熱伝導性に
優れた冷却用貫通管を実現することができる。請求項７
記載の構成によれば請求項６記載の液冷式組み電池にお
いて更に、内側隔壁及び冷却用貫通管の一方、更に好ま
しくは両方は、熱伝導性に優れた金属管とされ、更に、
内側隔壁の内周面又は冷却用貫通管の外周面は樹脂層に
より絶縁被覆される。なお、樹脂層としてはできるだけ
熱伝導性に優れた素材が選択される。

【００１４】このようにすれば、電気絶縁を確保しつ
つ、熱伝導性を向上することができる。請求項８記載の
構成によれば請求項５乃至７のいずれか記載の液冷式組
み電池において更に、内側隔壁の内周面は冷却用貫通管
の外周面に螺合される。このようにすれば、接触面積の
増大及び密着性の向上によりこれら両者間の伝熱抵抗を
低減するとともに、各円筒型電池の結合を強固にするこ
とができる。

【００１５】請求項９記載の構成によれば請求項５乃至
８のいずれか記載の液冷式組み電池において更に、内側
隔壁と冷却用貫通管は、熱伝導性グリスを通じて密着さ
れる。このようにすれば、伝熱抵抗の増大を抑止しつ
つ、構造及び製造工程を簡素化することができる。

【００１６】請求項１０記載の構成によれば請求項５乃
至８のいずれか記載の液冷式組み電池において更に、内
側隔壁を円筒型電池の一方の電極端子に電気的に接続す
る。このようにすれば、電極アセンブリや電極端子など
と内側隔壁との電気絶縁構造を簡素化することができ
る。請求項１１記載の構成によれば請求項１０記載の液
冷式組み電池において更に、円筒型電池の他方の電極端
子は、内側隔壁に絶縁材を介して嵌着される。このよう
にすれば、円筒型電池の構造を複雑化することなく、構
造の堅牢化を図ることができる。

【００１７】請求項１２記載の液冷式組み電池の製造方
法によれば、電極アセンブリは金属からなる円筒状の内
側隔壁を芯材としてその外周面に巻装される。そして、
各内側隔壁内に冷却用貫通管を挿通し冷却液を循環させ
る。このようにすれば、製造工程が簡素となり、かつ、
電極アセンブリからの放熱抵抗も低減できるので、優れ
た放熱性能をもつ組み電池を実現することができる。

【００１８】

【発明を実施するための態様】本発明の液冷式円筒型電
池及び液冷式組み電池及びその製造方法の好適な態様を
以下の実施例を参照して説明する。

【００１９】

【実施例】本発明の液冷式組み電池の一実施例を図１を
参照して以下に説明する。図１はこの液冷式組み電池の
要部縦断面を示す。ただし、図１では、直列接続された
高電位側の液冷式円筒型電池１００の下端部及び低電位
側の液冷式円筒型電池１０１の上端部が示されている。

【００２０】この液冷式組み電池は、電気自動車の走行
モータ駆動用の電池であって、両端開口の金属円筒缶形
状のケ−ス１内には、図略のセパレータを挟んで図略の
正、負の極板を巻装してなる電極アセンブリ２が収容さ
れており、ケ−ス１の正極側の開口端縁は、樹脂セパレ
ータ３を介して円盤状の蓋板４の周縁部にかしめ固定さ
れており、同様に、ケ−ス１の負極側の開口端縁は、樹
脂セパレータ５を介して円盤状の蓋板６の周縁部にかし
め固定され、これによりケ−ス１の内部が密閉されてい
る。なお、有底のケ−ス１を用いることにより負極側の
蓋板６を省略することもできるのはもちろんである。

【００２１】図示はしないが両蓋板には安全弁が設けら
れており、ケ−ス１の内圧が増大した場合には、この安
全弁が作動して内圧低下が図られる。電極アセンブリ２
の最内周は負極板となっており、この最内周の負極板の
内周面は金属円筒からなる内側隔壁７の外周面に密着さ
れている。具体的には、内側隔壁７を芯材として上記セ
パレータ、正極板、セパレータ、負極板が重ねて巻装さ
れて電極アセンブリ２が作製されている。

【００２２】電極アセンブリ２の正極側の端面から正極
用のリード８が伸びており、リード８の先端は正の電極
端子９に溶接されている。更に詳しく説明すれば、正の
電極端子９はフランジ形状を有しており、いわゆる集電
板をなすその鍔部９ａの一端面にリード８の先端が溶接
されている。正の電極端子９の筒部９ｂは外部接続用の
いわゆる正極ターミナルを構成している。

【００２３】同様に、電極アセンブリ２の負極側の端面
から負極用のリード１０が伸びており、リード１０の先
端は負の電極端子１１に溶接されている。更に詳しく説
明すれば、負の電極端子１１はいわゆる集電板をなすそ
の輪板部１１ａの一端面にリード１０の先端が溶接され
ている。負の電極端子１１の筒部１１ｂは外部接続用の
いわゆる負極ターミナルを構成している。

【００２４】負の電極端子１１の輪板部１１ａの内周面
は内側隔壁７の負極側の先端部外周面に溶接されてお
り、輪板部１１ａの外周面は樹脂セパレータ５を介して
ケ−ス１の内周面に密着されている。同様に、正の電極
端子９の鍔部９ａの内周面は樹脂製の絶縁筒１２を介し
て内側隔壁７の正極側の先端部外周面に接合されてお
り、鍔部９ａの外周面は樹脂セパレータ３を介してケ−
ス１の内周面に密着されている。

【００２５】上記構成をもつ、液冷式円筒型電池１０
０、１０１は、電極アセンブリ２を作製後、あらかじめ
蓋板4、６がかしめ固定された正の電極端子９及び負の
電極端子１１を内側隔壁７に嵌めて電極アセンブリ２か
ら伸びるリード8、１０に溶接し、一方の蓋板４に樹脂
セパレータ３を介してケ−ス１をかしめ、電解液を注入
して、他方の蓋板６に樹脂セパレータ５を介してケ−ス
１をかしめて作製する。

【００２６】次に、液冷式円筒型電池１００の負極ター
ミナル１１ｂと、液冷式円筒型電池１０１の正極ターミ
ナル９ｂとを接合して両電池の電気的接続が完成する。
この実施例では、負極ターミナル１１ｂの内周面に雌螺
子面が形成され、正極ターミナル９ｂの外周面に雄螺子
面が形成され、両者を螺合させて機械的、電気的結合を
完成している。もちろん、上記とは逆に、負極ターミナ
ル１１ｂの外周面に雄螺子面を、正極ターミナル９ｂの
内周面に雌螺子面を形成して、両者を螺合させてもよ
い。なお、上記螺合以外の接続方法の採用も可能であ
る。

【００２７】更に、両液冷式円筒型電池１００、１０１
の内側隔壁７を貫通して樹脂被覆銅管からなる冷却用貫
通管１３を挿通させて、この液冷式組み電池の電池部を
完成する。なお、この実施例では、冷却用貫通管１３と
内側隔壁７とは、冷却用貫通管１３の表面を被覆する樹
脂膜により電気絶縁されるが、内側隔壁７側を樹脂被覆
してもよく、両者の間に別の樹脂筒を設けてもよい。

【００２８】また、冷却用貫通管１３と内側隔壁７との
間の伝熱抵抗を低減するために、冷却用貫通管１３の表
面に熱伝導性グリスを塗布することが好ましいが、冷却
用貫通管１３の外周面に雄螺子面を設け、内側隔壁７の
内周面に雌螺子面を設けて両者を螺合させてもよい。こ
の螺合結合によれば、放熱面積の増加と密着性の改善の
ために放熱性を改善することができる。

【００２９】更に、絶縁筒１２と鍔部９ａと内側隔壁７
とは絶縁筒１２を構成する樹脂の超音波溶着などにより
内部気密可能に接合されているが、リード１０の溶接時
の熱によりそれらを同時に溶着させてもよい。また、上
記溶着の代わりに、かしめなどの方法で圧着してもよ
い。 （変形態様）上記実施例では、一本の冷却用貫通管１３
により液冷式円筒型電池１００、１０１を貫通したが、
冷却用貫通管１３を省略し、各液冷式円筒型電池１０
０、１０１の内側隔壁７同士を電気絶縁性のリングで連
結しても本発明でいう冷却液通路を形成できることはも
ちろんである。

【００３０】上記実施例の構成によれば、構造を複雑化
したり、製造工程を煩雑とすることなく、更に必要スペ
ースを増大することなく、冷却用貫通管１３により一対
の液冷式円筒型電池１００、１０１を強固に接続するこ
とができ、また優れた冷却能力を実現することができ
る。上記説明した電池モジュールを用いた液冷式組み電
池を図２に示すブロック図を参照して説明する。

【００３１】１０個の液冷式円筒型電池１００〜１０９
を冷却用貫通管１３に嵌着して１電池モジュールが形成
され、冷却用貫通管１３の両端は冷却液ヘッダ１５、１
６にそれぞれ連結されている。同様に、１０個の液冷式
円筒型電池１１０〜１１９を冷却用貫通管１４に嵌着し
て１電池モジュールが形成され、冷却用貫通管１４の両
端は冷却液ヘッダ１５、１６にそれぞれ連結されてい
る。

【００３２】このようにして合計３００個の液冷式円筒
型電池が３０個の電池モジュールを構成し、各電池モジ
ュールが電気的に直列接続されて高圧電気自動車用組み
電池が完成される。そして、冷却液ヘッダ１５には、冷
却液ヘッダ１６から流入する冷却液をポンプ１７で加圧
し、ラジエータ１８で冷却して低温となった冷却液が送
り込まれ、この冷却液が各液冷式円筒型電池を良好に冷
却する。

【００３３】なお、１３０は冷却用貫通管１３内の冷却
液通路である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の液冷式組み電池の電池部の要部を示
す部分縦断面図である。

【図２】 図１に示す電池部を用いた液冷式組み電池の
ブロック図である。

【符号の説明】

１はケ−ス、２は電極アセンブリ、７は内側隔壁、９は
負の電極端子、１１は正の電極端子、１２は絶縁筒（絶
縁材）、１３は冷却用貫通管、１５、１６はヘッダ（外
部冷却配管）、１７はポンプ（送液手段）、１８はラジ
エータ（放熱手段）、１００、１０１は液冷式円筒型電
池、１３０は冷却液通路

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正、負の極板をセパレータを挟んで巻装し
   て形成され、径方向中央部に空芯部を有する電極アセン
   ブリと、前記電極アセンブリを密閉収容するケ−スと、
   前記空芯部を貫通して冷却液が流れる冷却液通路とを備
   えることを特徴とする液冷式円筒型電池。
2. 【請求項２】正、負の極板をセパレータを挟んで巻装し
   て形成され、径方向中央部に空芯部を有する電極アセン
   ブリをケ−スに収容してなる複数の円筒型電池と、 各前記円筒型電池の前記空芯部を直列に貫通する冷却液
   通路と、 前記冷却液通路の両端に接続される外部冷却配管と、 前記外部冷却配管に接続される放熱手段及び送液手段
   と、 を備えることを特徴とする液冷式組み電池。
3. 【請求項３】請求項２記載の液冷式組み電池において、 前記円筒型電池は、前記電極アセンブリの空芯部に設け
   られて前記ケ−ス内を密閉し、内部に前記冷却液通路が
   形成される内側隔壁を有することを特徴とする液冷式組
   み電池。
4. 【請求項４】請求項３記載の液冷式組み電池において、 前記内側隔壁の外周面は、金属からなり、前記電極アセ
   ンブリの最内周側の極板の内周面に密着されることを特
   徴とする液冷式組み電池。
5. 【請求項５】請求項３又は４記載の液冷式組み電池にお
   いて、 前記冷却液通路は、前記各円筒型電池の前記内側隔壁に
   貫設されて、両端が前記外部冷却配管に連結される冷却
   用貫通管により形成されることを特徴とする液冷式組み
   電池。
6. 【請求項６】請求項５記載の液冷式組み電池において、 前記冷却用貫通管は、前記内側隔壁の内周面に電気絶縁
   されつつ密着されることを特徴とする液冷式組み電池。
7. 【請求項７】請求項６記載の液冷式組み電池において、 前記内側隔壁又は前記冷却用貫通管は、絶縁被覆された
   薄肉金属管からなることを特徴とする液冷式組み電池。
8. 【請求項８】請求項５乃至７のいずれか記載の液冷式組
   み電池において、 前記内側隔壁の内周面と前記冷却用貫通管の外周面は螺
   合することを特徴とする液冷式組み電池。
9. 【請求項９】請求項５乃至８のいずれか記載の液冷式組
   み電池において、 前記内側隔壁と前記冷却用貫通管は、熱伝導性グリスを
   通じて密着されることを特徴とする液冷式組み電池。
10. 【請求項１０】請求項５乃至９のいずれか記載の液冷式
    組み電池において、 前記内側隔壁は、前記円筒型電池の一方の電極端子に電
    気的に接続されることを特徴とする液冷式組み電池。
11. 【請求項１１】請求項１０記載の液冷式組み電池におい
    て、 前記円筒型電池の他方の電極端子は、前記内側隔壁に絶
    縁材を介して嵌着されることを特徴とする液冷式組み電
    池。
12. 【請求項１２】金属からなる円筒状の内側隔壁の外周面
    に正、負の極板をセパレータを挟んで巻装して電極アセ
    ンブリとし、前記内側隔壁の両端部を円盤状の端壁部に
    固定して複数の円筒型電池を作製し、 各前記円筒型電池の前記内側隔壁内に冷却用貫通管を挿
    通し、 前記冷却用貫通管に冷却液を循環させることを特徴とす
    る液冷式組み電池の製造方法。