WO2012111231A1 - 電池ケースおよび電池ケースの取付け構造 - Google Patents

電池ケースおよび電池ケースの取付け構造 Download PDF

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Abstract

【課題】使用(発電)時の放熱性能を確保しつつ、未使用(非発電)時の受熱性を低減することにより、電池温度を低く維持し、熱劣化による電池の容量低下を抑制し得る電池ケースおよび電池ケースの取付け構造を、提供する。 【解決手段】少なくとも1つの電池182を有する電池モジュール180を収容する密閉構造の電池ケース100であって、電池モジュール180を支持し、電池モジュール外面とケース内面との間に空間Sを形成する支持手段140と、電池モジュール外面のふく射率より大きいふく射率を有し、電池モジュール外面に配置される第1被覆層184と、ケース内面のふく射率より大きいふく射率を有し、ケース内面に配置される第2被覆層124と、を有し、第1被覆層184と第2被覆層124とは、空間Sを介して少なくとも一部が相対している。

Description

電池ケースおよび電池ケースの取付け構造
 本発明は、電池ケースおよび電池ケースの取付け構造に関する。
 水没時の絶縁特性確保のため、密閉構造の電池ケースが提案されているが、内部に含包される電池の熱劣化による容量低下(電池寿命の低減)を抑制することが課題となっており、筐体外部にフィン構造を設けたり(例えば、特許文献1参照。)、筐体の金属板に熱を伝導させたり(例えば、特許文献2参照。)、筐体外表面を高ふく射化したり(例えば、特許文献3参照。)することによって、発電の際の発熱によって高温となる電池の放熱性能を向上させている。
特開2004-304881号公報 特開平10-333782号公報 特開2008-130729号公報
 しかし、使用(発電)時の放熱性能を確保しても、電池ケースは、電池の未使用(非発電)時において、外気温度が高い日中において受熱し、電池温度が上昇することで電池の熱劣化が生じる。つまり、未使用時の電池の温度より外気温度が高い場合、外気からの受熱性を抑制することが困難であり、使用しなくても電池の容量低下が生じる問題を有している。
 本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、使用(発電)時の放熱性能を確保しつつ、未使用(非発電)時の受熱性を低減することにより、電池温度を低く維持し、熱劣化による電池の容量低下を抑制し得る電池ケースおよび電池ケースの取付け構造を、提供することを目的とする。
 上記目的を達成するための本発明の一様相は、少なくとも1つの電池を有する電池モジュールを収容する密閉構造の電池ケースである。当該電池ケースは、前記電池モジュールを支持し、前記電池モジュールの外面とケース内面との間に空間を形成する支持手段と、前記電池モジュールの外面のふく射率より大きいふく射率を有し、前記電池モジュールの外面に配置される第1被覆層と、前記ケース内面のふく射率より大きいふく射率を有し、前記ケース内面に配置される第2被覆層と、を有する。前記第1被覆層と前記第2被覆層とは、前記空間を介して少なくとも一部が相対している。
 上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、少なくとも1つの電池を有する電池モジュールを収容する密閉構造の電池ケースの取付け構造であり、前記電池ケースは、前記電池モジュールを支持し、前記電池モジュールの外面とケース内面との間に空間を形成する支持手段と、前記電池モジュールの外面のふく射率より大きいふく射率を有し、前記電池モジュールの外面に配置される第1被覆層と、前記ケース内面のふく射率より大きいふく射率を有し、前記ケース内面に配置される第2被覆層と、を有し、前記第1被覆層と前記第2被覆層とは、前記空間を介して少なくとも一部が相対している。また、前記電池モジュールは、相対している1対の対向面部と、前記1対の対向面部を連結する壁面部とを有し、前記第1被覆層は、前記1対の対向面部の少なくとも一方に配置され、前記支持手段は、前記壁面部に配置されている。そして、重力方向に関し、前記1対の対向面部の一方が、上方に位置し、前記1対の対向面部の他方が、下方に位置するように、前記電池ケースが取付けられている。
 上記目的を達成するための本発明のさらに別の一様相は、少なくとも1つの電池を有する電池モジュールを収容する密閉構造の電池ケースの取付け構造であり、前記電池ケースは、前記電池モジュールを支持し、前記電池モジュールの外面とケース内面との間に空間を形成する支持手段と、前記電池モジュールの外面のふく射率より大きいふく射率を有し、前記電池モジュールの外面に配置される第1被覆層と、前記ケース内面のふく射率より大きいふく射率を有し、前記ケース内面に配置される第2被覆層と、を有し、前記第1被覆層と前記第2被覆層とは、前記空間を介して少なくとも一部が相対している。また、前記電池モジュールは、相対している1対の対向面部と、前記1対の対向面部を連結する壁面部とを有し、前記第1被覆層は、前記1対の対向面部の一方に配置されている。そして、重力方向に関し、前記第1被覆層が配置された前記1対の対向面部の一方が、上方に位置し、前記1対の対向面部の他方が、下方に位置するように、前記電池ケースが取付けられている。
 本発明によれば、電池モジュールの外面とケース内面とには、それぞれの基材のふく射率より大きいふく射率を有する被覆層を有するため、高温時での放熱性が向上しており、発電の際の発熱によって高温となる電池の放熱性能が確保される。また、電池モジュールの外面とケース内面との間に空間が形成され、受熱性が低減されているため、非発電時の電池の温度より外気温度が高い日中における受熱による電池温度の上昇が妨げられ、電池の熱劣化が抑制される。したがって、使用(発電)時の放熱性能を確保しつつ、未使用(非発電)時の受熱性を低減することにより、電池温度を低く維持し、熱劣化による電池の容量低下を抑制し得る電池ケースおよび電池ケースの取付け構造を提供することができる。
 本発明のさらに他の目的、特徴および特質は、以後の説明および添付図面に例示される好ましい実施の形態を参照することによって、明らかになるであろう。
本発明の実施の形態に係る電池ケースを説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係るふく射伝熱を説明するための概念図である。 図1に示される第1被覆層の配置を説明するための斜視図である。 実施例1~4、比較例1および2の外気受熱時における熱透過率の測定値を示している図表である。 実施例1~4、比較例1および2の高出力時における熱透過率の測定値を示している図表である。 実施例1~4、比較例1および2の高出力時における温度の測定値を示している図表である。 実施例1~4、比較例1および2の放熱特性を説明するための図表である。 ダミー電池モジュールを説明するための断面図である。 比較例1を説明するための断面図である。 比較例2を説明するための断面図である。
 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
 図1は、本発明の実施の形態に係る電池ケースを説明するための断面図、図2は、本発明の実施の形態に係るふく射伝熱を説明するための概念図である。
 本発明の実施の形態に係る電池ケース100は、略矩形状であり、図1に示されるように、電池モジュール180が収容される凹部形状のケース本体120と、電池モジュール180の支持手段であるブラケット140と、密閉構造を形成するための蓋部160と、を有し、例えば、車両190に取付けられて電源として使用される。
 電池モジュール180は、略矩形状であり、複数の電池182が収容された容器が複数並置されて構成されており、電池182を直列化および/又は並列化することで、所望の電流、電圧、容量に対応した組電池を形成することが可能である。電池182は、例えば、扁平型のリチウムイオン二次電池である。
 ブラケット140は、間接固定構造により、電池モジュール外面とケース内面との間に空間Sを形成しており、電池モジュール外面(外気)からの熱に対する電池ケース内面(電池)の受熱性を低減している。したがって、非発電時の電池の温度(例えば20℃)より外気温度が高い日中(例えば30℃)における受熱による電池温度の上昇が妨げられ、未使用(非発電)時における電池182の熱劣化が抑制される。
 電池モジュール外面には、電池モジュール外面のふく射率より大きいふく射率を有する第1被覆層184が配置され、ケース内面には、ケース内面のふく射率より大きいふく射率を有する第2被覆層124が配置されている。第1被覆層184と第2被覆層124とは、空間Sを介して相対している。
 電池モジュール180は、上記のように、ブラケット140によって支持(間接固定)されているため、電池ケース100と電池モジュール180との間の伝熱は、対流伝熱およびふく射伝熱が支配的である。
 対流伝熱による単位面積当たりの伝熱量qは、図2の式1に示されるように、電池モジュール外面の絶対温度(表面)Tから空間Sの絶対温度T空間を減じた値に熱伝達率αを乗じて算出される。熱伝達率αは、グラスホフ数Grとプラントル数Prとの積の1/4乗に空間Sの熱伝導率λおよび0.54を乗じた値を、電池モジュール180の伝熱面の代表長さLで除することによって算出される。つまり、対流伝熱による単位面積当たりの伝熱量qは、絶対温度の差に線形に比例し、温度依存性が相対的に小さい。
 一方、ふく射伝熱による単位面積当たりの伝熱量qは、図2の式2に示されるように、電池モジュール外面の絶対温度(表面)Tの4乗から電池ケース内面の絶対温度(表面)Tの4乗を減じた後でステファン・ボルツマン定数を乗じた値に、電池モジュール外面のふく射率εの逆数と電池ケース内面のふく射率εの逆数との和から1を減じた値によって除することによって算出される。つまり、ふく射伝熱による単位面積当たりの伝熱量qは、絶対温度の4乗差によって算出されるため、温度依存性が大きい。
 本実施の形態においては、第1および第2被覆層184,124の存在により、それぞれの基材に比較し、ふく射率が大きくなっているため、ふく射伝熱による高温時での放熱性は、大幅に向上することになる。つまり、発電の際の発熱によって高温となる電池の高温時での放熱性が向上しており、使用(発電)時の放熱性能が確保される。例えば、発電の際の発熱によって電池の温度が、外気温度(例えば、30℃)を越えて上昇し、外気温度との温度差が拡大するに従って、電池ケース内面(電池)から電池モジュール外面(外気)に対するふく射伝熱による伝熱量が増加し(絶対温度の4乗差)、使用時の温度(例えば、60℃)においては、十分な伝熱量を達成することが可能となる。
 したがって、電池ケース100は、上記のように、使用(発電)時の放熱性能を確保しつつ、未使用(非発電)時の受熱性を低減することにより、電池温度を低く維持し、熱劣化による電池182の容量低下を抑制し得る電池ケース100を提供することができる。
 図3は、図1に示される第1被覆層の配置を説明するための斜視図である。
 電池モジュール180において第1被覆層の配置が配置される部位として、面A~Fが想定される。面Aおよび面Bは、相対している1対の対向面部であり、面Aは、重力方向に関して最も上方に位置する上面であり、面Bは、重力方向に関して最も下方に位置する底面である。面C~面Fは、面Aと面Bとを連結する側壁部であり、面Cおよび面Dは、ブラケット140が取付けられかつ相対している一対の支持側面、面Eおよび面Fは、ブラケット140が取付けられておらずかつ相対している一対の非支持側面である。
 したがって、面A~Fの全て(電池モジュールの外面の全面)に第1被覆層を配置し、かつ、電池ケース100の内面の全面に渡って第2被覆層を配置する場合、電池モジュールの外面の全面およびケースの内面の全面に渡って、ふく射率が向上しているため、高温使用時での放熱性を最大化することが可能である。
 また、電池モジュールにおける壁面部に第1被覆層を配置し、重力方向に関し、対向面部の一方が上方に位置し、対向面部の他方が下方に位置するように、電池ケースが取付けられる場合、つまり、電池モジュールの支持側面である面C,Dや非支持側面である面E,Fに第1被覆層が位置する場合、面C~Fは、低温時の熱抵抗に対する高温時の熱抵抗変化が最大となる部位のため、処理面当たりの効果が最も高くなる。また、非支持側面である面E,Fに第1被覆層を配置する場合、ブラケット140の存在による放熱性能への干渉が抑制されるため好ましい。
 また、電池モジュールにおける1対の対向面部の一方に第1被覆層を配置し、重力方向に関し、第1被覆層が配置された対向面部の一方が上方に位置し、対向面部の他方が下方に位置するように、電池ケースが取付けられる場合、つまり、電池モジュールの上面である面Aに第1被覆層が位置する場合、面Aは、最も温度が高くなる部位となるため、平均温度を低下させかつ部位(面)毎の温度ばらつきを低減でき、第1および第2被覆層の面あたりの効果が最も高くなる。
 なお、第1被覆層184と第2被覆層124とは、配置形状が一致している形態に限定されず、例えば、空間Sを介して少なくとも一部が相対している形態を適用することも可能である。また、電池ケース100および電池モジュール180は、略矩形状に限定されない。
 第1および第2被覆層184,124は、高ふく射材料を含有する塗料を塗布し、焼付け処理を実施することによって形成される。高ふく射材料は、例えば、SiOやアルミナ(Al)に代表される酸化物や、カオリン等の粘土鉱物である。第1および第2被覆層184,124は、塗装により形成される形態に限定されず、例えば、電池モジュール外面およびケース内面の基材がアルミニウムの場合、表面を陽極酸化や化成処理によって、高ふく射皮膜を形成することも可能である。また、第1被覆層184と第2被覆層124とを、異なる組成から構成したり、異なるプロセスによって形成することも可能である。
 ブラケット140は、対流伝熱およびふく射伝熱が支配的である電池ケース100と電池モジュール180との間の伝熱に影響を及ぼさなければ(ブラケット140を介した熱伝導が支配的とならなければ)、取付け形態は特に限定されず、例えば、各側面に配置したり、上面や底面に配置することも可能である。
 リチウムイオン二次電池は、発電要素、発電要素を封止するための外装材および外装材から外部に導出されるタブ(電極端子)を有する。発電要素は、正極板、負極板およびセパレータを順に積層して形成される。正極板は、例えば、LiMn等のリチウム-遷移金属複合酸化物からなる正極活物質層を有する。負極板は、例えば、カーボンおよびリチウム-遷移金属複合酸化物からなる負極活物質層を有する。セパレータは、例えば、電解質を浸透し得る通気性を有するポーラス状のPE(ポリエチレン)から形成される。
 外装材は、軽量化および熱伝導性の観点から、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属(合金を含む)をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子-金属複合ラミネートフィルムなどのシート材からなり、その外周部の一部または全部が、熱融着により接合されている。ただし外装材は、前記ラミネートフィルムなどのシート材に限定されず、金属ケースなどでもかまわない。
 次に、本発明の実施の形態に係る電池ケース100の放熱特性の測定結果を説明する。
 図4、図5、図6および図7は、実施例1~4、比較例1および2の外気受熱時における熱透過率の測定値、高出力時における熱透過率の測定値、高出力時における温度の測定値および放熱特性を説明するための図表、図8は、ダミー電池モジュールを説明するための断面図、図9および図10は、比較例1および比較例2を説明するための断面図である。
 測定項目は、ダミー電池モジュールを有する実施例1~4、比較例1および2に係る電池ケースを、室内の机上に設置した柱上の断熱材の上に設置し、ダミー電池モジュールの出力を調整し、一定時間放置し、温度が安定した時点における各面A~Fの温度であり、当該温度から算出される熱通過率に基づいて、放熱特性を評価した。熱通過率(W/(m・k))は、出力密度(W/m)を、ダミー電池モジュール温度(k)から外気温(k)を減じた値によって除することによって算出される(図4の式3参照)。出力密度(W/m)は、出力(W)を面積(m)で除して算出される(図4の式5参照)。
 ダミー電池モジュール180Aは、電池モジュール180の代替であり、図8に示されるように、アルミニウム製の箱からなり、内部にラバーヒータ182Aおよび断熱材186が配置されている。ラバーヒータ182Aは、スライダックを使用して電圧を制御することで、電池の発熱状態を模擬した。電池ケース100の外面の流速は、電池モジュール-外気間の熱抵抗が最も大きくなる車両停止状態を想定し、自然対流状態とした。断熱材186は、ラバーヒータ182Aで発生させた熱がダミー電池モジュール180Aの外面以外に伝達されるのを妨げるために配置されている。
 設定温度は、低温域(~外気温度)である外気受熱時を想定する40℃と、高温域(70~80℃)である高出力時を想定する70℃を、狙った。温度変更は、ラバーヒータ182Aの出力は各面で同一の値とし、出力値を変更することで、制御した。温度が安定した時点は、ダミー電池モジュール180Aの上面(重力方向に関して最も上方に位置する面A)の温度と外気温度の差分が定常値となる点とした。これは、平衡状態に達するまで、ラバーヒータ182Aが発生させる熱量の一部が、ダミー電池モジュール180Aを構成する部材の温度上昇を引き起こすため、ラバーヒータ182Aの発熱量(出力)における放熱の比率を、実験毎に合わせるためである。
 温度測定は、ダミー電池モジュール外面、電池ケース内面および電池ケース外面の面A~Fに、熱電対を取付けて実行し、また、別途、外気温度を測定した。
 次に、放熱特性の測定に使用した実施例1~4、比較例1および2の構成を説明する。
 実施例1~4は、第1および第2被覆層が配置されている面が異なることを除けば、略同一であり、第1および第2被覆層は、オキツモ株式会社製の放熱用コーティング剤クールテックCT100を約30μm塗布し、焼付け処理を実施することによって形成している。なお、第1被覆層は、実施例1においては支持側面である面C、実施例2においては全ての面A~F、実施例3においては非支持側面である面Eおよび面F、実施例4においては上面である面Aに配置され、第2被覆層は、第1被覆層と相対するように配置した。
 比較例1は、図9に示されるように、第1および第2被覆層が配置されていないことを除けば、実施例1~4と略同一である。比較例2は、図10に示されるように、底面である面Bが、電池ケースの内側底面と密接するように固定されており、熱伝導での放熱が支配的である。
 次に、放熱特性の評価結果を説明する。
 放熱特性の評価は、図7に示されるように、高出力時/低出力時熱通過率変化値およびその向上値、熱通過率の向上率、温度差max-minΔT値およびその向上値によって行った。
 高出力時/低出力時熱通過率変化値は、高出力時の全体熱通過率を低出力時の全体熱通過率によって除して、1を減じた後で100を乗じた値である(図7の式6参照)。全体熱通過率は、面A~Fの熱通過率の総和である(図4の式4参照)。高出力時/低出力時熱通過率変化値の向上値は、高出力時/低出力時熱通過率変化値に関し、各実施例の値から比較例1の値を減じた値である(図7の式7参照)。
 熱通過率の向上率は、各実施例の高出力時の全体熱通過率から比較例1の高出力時の全体熱通過率を減じた後で、各実施例の配置面数によって除した値である(図7の式8参照)。配置面数は、第1被覆層が配置されている面の数である。
 温度差max-minΔT値は、高出力時の面A~Fの温度差に関し、max値からmin値を減じた値である(図7の式9参照)。温度差max-minΔT値の向上値は、温度差max-minΔT値に関し、比較例1の値から各実施例の値を減じた後で、配置面数によって除した値である(図7の式10参照)。
 図7に示されるように、実施例1(支持側面である面Cに第1被覆層)によれば、高出力時/低出力時熱通過率変化値は、比較例1より良好であり、その向上値は、約3ポイントの差である。これは、ふく射伝熱による単位面積当たりの伝熱量qが、絶対温度の4乗差に比例するため、熱通過率の温度依存性を示していると考えられる。
 つまり、電池モジュールがブラケットによって支持されており、電池ケースと電池モジュールとの間の伝熱において、対流伝熱およびふく射伝熱が支配的である場合、当該伝熱は、対流伝熱(図2の式1)とふく射伝熱(図2の式2)の和によって決定される。したがって、外気受熱時(外気から受熱する温度域)では、ふく射伝熱効果が小さいため、比較例1の場合と同レベルの熱通過率(熱抵抗)を示し、一方、高出力時(高温使用時)では、ふく射伝熱効果が大きくなるため、比較例1より熱通過率が増加していると考えられる。
 実施例2(全ての面A~Fに第1被覆層)によれば、高出力時/低出力時熱通過率変化値の向上値は、約15ポイントの差があり、実施例1~4における最大値を示している。これは、電池モジュールの外面の全面およびケースの内面の全面に渡って、ふく射率が向上しているため、高温使用時での放熱性が最大化しているためと考えられる。
 実施例3(非支持側面である面Eおよび面Fに第1被覆層)によれば、熱通過率の向上率は、1.35ポイントであり、実施例1~4における最大値を示している。これは、面Eおよび面Fは、高温使用時(高出力時)の熱通過率が大きい面であり、低温時の熱抵抗に対する高温時の熱抵抗変化が最大となる部位のため、面積当たりの熱通過率の向上代が最も大きいためである。なお、面Eおよび面Fの高温使用時(高出力時)の熱通過率が大きいのは、ふく射伝熱に加えて、熱の上昇(対流伝熱)の効果も大きいためと考えられる。
 実施例4(上面である面Aに第1被覆層)によれば、温度差max-minΔT値の向上値は、約5℃であり、実施例1~4における最大値を示している。これは、面Aが高温使用時(高出力時)の熱通過率が小さい面であり、熱の上昇(対流伝熱)の効果によって高温になる面であると考えられ、各面間の温度ばらつきの向上代が最も大きいためである。
 以上のように、本実施の形態においては、電池モジュールの外面とケース内面とには、それぞれの基材のふく射率より大きいふく射率を有する被覆層を有するため、高温時での放熱性が向上しており、発電の際の発熱によって高温となる電池の放熱性能が確保される。また、電池モジュールの外面とケース内面との間に空間が形成され、受熱性が低減されているため、非発電時の電池の温度より外気温度が高い日中における受熱による電池温度の上昇が妨げられ、電池の熱劣化が抑制される。したがって、使用(発電)時の放熱性能を確保しつつ、未使用(非発電)時の受熱性を低減することにより、電池温度を低く維持し、熱劣化による電池の容量低下を抑制し得る電池ケースおよび電池ケースの取付け構造を提供することができる。
 また、第1被覆層および第2被覆層が、電池モジュールの外面の全面およびケースの内面の全面に渡って、それぞれ配置されている場合、電池モジュールの外面の全面およびケースの内面の全面に渡って、ふく射率が向上しているため、高温使用時での放熱性を最大化することが可能である。
 電池モジュールにおける壁面部に第1被覆層を配置し、重力方向に関し、対向面部の一方が上方に位置し、対向面部の他方が下方に位置するように、電池ケースが取付けられる場合、第1被覆層は配置された壁面部は、低温時の熱抵抗に対する高温時の熱抵抗変化が最大となる部位のため、処理面当たりの効果が最も高くなる。また、第1被覆層を、壁面部における非支持側面である面に配置する場合、ブラケットの存在による放熱性能への干渉が抑制されるため好ましい。
 電池モジュールにおける1対の対向面部の一方に第1被覆層を配置し、重力方向に関し、第1被覆層が配置された対向面部の一方が上方に位置し、対向面部の他方が下方に位置するように、電池ケースが取付けられる場合、前記1対の対向面部の一方は、最も温度が高くなる部位となるため、平均温度を低下させかつ部位(面)毎の温度ばらつきを低減でき、第1および第2被覆層の面積あたりの効果が最も高くなる。
 電池モジュールを、複数の電池が収容された容器を複数並置して構成する場合、電池を直列化および/又は並列化することで、所望の電流、電圧、容量に対応した組電池を形成することが可能である。
 本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。例えば、電池モジュールは、複数の電池が収容された容器が複数並置されて構成される形態に限定されず、容器に収容されていない電池を有する形態に適用することが可能であり、この場合、例えば、電池の外装材に第1被覆層が配置される。また、電池ケースは、車両に取付けられる形態に限定されない。さらに、電池は、リチウムイオン二次電池に限定されず、例えば、ニッケル水素二次電池に適用することも可能である。
 本出願は、2011年2月16日に出願された日本特許出願番号2011-031005号に基づいており、それらの開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
100 電池ケース、
120 ケース本体、
124 第2被覆層、
140 ブラケット(支持手段)、
160 蓋部、
180 電池モジュール、
180A ダミー電池モジュール、
182 電池、
182A ラバーヒータ、
184 第1被覆層、
186 断熱材、
190 車両、
A 面(上面:1対の対向面部の一方)、
B 面(底面:対向面部の他方、
C 面(壁面部:1対の支持側面の一方)、
D 面(壁面部:1対の支持側面の他方)、
E 面(壁面部:1対の非支持側面の一方)、
F 面(壁面部:1対の非支持側面の他方)、
S 空間。

Claims (10)

  1.  少なくとも1つの電池を有する電池モジュールを収容する密閉構造の電池ケースであって、
     前記電池モジュールを支持し、前記電池モジュールの外面とケース内面との間に空間を形成する支持手段と、
     前記電池モジュールの外面のふく射率より大きいふく射率を有し、前記電池モジュールの外面に配置される第1被覆層と、
     前記ケース内面のふく射率より大きいふく射率を有し、前記ケース内面に配置される第2被覆層と、を有し、
     前記第1被覆層と前記第2被覆層とは、前記空間を介して少なくとも一部が相対している電池ケース。
  2.  前記第1被覆層および前記第2被覆層は、前記電池モジュールの外面の全面および前記ケースの内面の全面に渡って、それぞれ配置されている請求項1に記載の電池ケース。
  3.  前記電池モジュールは、相対している1対の対向面部と、前記1対の対向面部を連結する壁面部とを有し、
     前記第1被覆層は、前記壁面部に配置されている
     請求項1に記載の電池ケース。
  4.  前記壁面部は、前記支持手段が配置された支持側面と、前記第1被覆層が配置された非支持側面とを有する請求項3に記載の電池ケース。
  5.  前記電池モジュールは、相対している1対の対向面部と、前記1対の対向面部を連結する壁面部とを有し、
     前記第1被覆層は、前記1対の対向面部の一方に配置される
     請求項1に記載の電池ケース。
  6.  前記電池モジュールは、複数の電池が収容された容器が複数並置されて構成されている請求項1~5のいずれか1項に記載の電池ケース。
  7.  少なくとも1つの電池を有する電池モジュールを収容する密閉構造の電池ケースの取付け構造であって、
     前記電池ケースは、前記電池モジュールを支持し、前記電池モジュールの外面とケース内面との間に空間を形成する支持手段と、
     前記電池モジュールの外面のふく射率より大きいふく射率を有し、前記電池モジュールの外面に配置される第1被覆層と、
     前記ケース内面のふく射率より大きいふく射率を有し、前記ケース内面に配置される第2被覆層と、を有し、
     前記第1被覆層と前記第2被覆層とは、前記空間を介して少なくとも一部が相対し、
     前記電池モジュールは、相対している1対の対向面部と、前記1対の対向面部を連結する壁面部とを有し、
     前記第1被覆層は、前記壁面部に配置されており、
     重力方向に関し、前記1対の対向面部の一方が、上方に位置し、前記1対の対向面部の他方が、下方に位置するように、前記電池ケースが取付けられている
     電池ケースの取付け構造。
  8.  前記壁面部は、前記支持手段が配置された支持側面と、前記第1被覆層が配置された非支持側面とを有する請求項7に記載の電池ケースの取付け構造。
  9.  少なくとも1つの電池を有する電池モジュールを収容する密閉構造の電池ケースの取付け構造であって、
     前記電池ケースは、前記電池モジュールを支持し、前記電池モジュールの外面とケース内面との間に空間を形成する支持手段と、
     前記電池モジュールの外面のふく射率より大きいふく射率を有し、前記電池モジュールの外面に配置される第1被覆層と、
     前記ケース内面のふく射率より大きいふく射率を有し、前記ケース内面に配置される第2被覆層と、を有し、
     前記第1被覆層と前記第2被覆層とは、前記空間を介して少なくとも一部が相対し、
     前記電池モジュールは、相対している1対の対向面部と、前記1対の対向面部を連結する壁面部とを有し、
     前記第1被覆層は、前記対向面部の一方に配置されており、
     重力方向に関し、前記第1被覆層が配置された前記1対の対向面部の一方が、上方に位置し、前記1対の対向面部の他方が、下方に位置するように、前記電池ケースが取付けられている
     電池ケースの取付け構造。
  10.  前記電池モジュールは、複数の電池が収容された容器が複数並置されて構成されている請求項7~9のいずれか1項に記載の電池ケースの取付け構造。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5672461B2 (ja) * 2013-02-15 2015-02-18 三菱自動車工業株式会社 車両用電池パック
JP6057093B2 (ja) * 2014-10-29 2017-01-11 三菱自動車工業株式会社 車両用電池パック
US9662997B2 (en) * 2015-02-11 2017-05-30 Ford Global Technologies, Llc Method and apparatus for attaching a crushable carbon fiber reinforced polymer structure to the outer surface of a battery enclosure
US10873111B2 (en) 2016-08-09 2020-12-22 Wisk Aero Llc Battery with compression and prevention of thermal runaway propagation features
JP6817129B2 (ja) * 2017-03-30 2021-01-20 ビークルエナジージャパン株式会社 電池パック
US10756398B2 (en) 2018-06-22 2020-08-25 Wisk Aero Llc Capacitance reducing battery submodule with thermal runaway propagation prevention and containment features
US10593920B2 (en) 2018-08-13 2020-03-17 Wisk Aero Llc Capacitance reduction in battery systems
DE102018219433A1 (de) * 2018-11-14 2020-05-14 Robert Bosch Gmbh Elektrische Energiespeicherzelle, elektrischer Energiespeicher und Vorrichtung
DE102020123720A1 (de) 2020-09-11 2022-03-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63175355A (ja) * 1987-01-14 1988-07-19 Kawasaki Heavy Ind Ltd ナトリウム−イオウ電池
JPH10333782A (ja) 1997-06-02 1998-12-18 Sony Corp 電子機器の放熱装置
JP2003308812A (ja) * 2002-04-16 2003-10-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池パック
JP2004304881A (ja) 2003-03-28 2004-10-28 Yuasa Corp 密閉型蓄電池用充電器
JP2007134308A (ja) * 2005-10-14 2007-05-31 Sony Corp 電池
JP2008130729A (ja) 2006-11-20 2008-06-05 Casio Comput Co Ltd 携帯電子機器
JP2008300088A (ja) * 2007-05-30 2008-12-11 Toyota Motor Corp 放熱機構
JP2009259748A (ja) * 2008-04-21 2009-11-05 Toyota Motor Corp 電池、組電池、車両及び電池搭載機器
JP2009295381A (ja) * 2008-06-04 2009-12-17 Toshiba Corp 電池セル及び電池パック
JP2011210619A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Sanyo Electric Co Ltd 組電池

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3830663A (en) * 1973-03-05 1974-08-20 Us Navy Battery holder for satellite and method
JPH04312761A (ja) * 1991-04-11 1992-11-04 Japan Storage Battery Co Ltd 鉛蓄電池
US5603656A (en) * 1995-09-11 1997-02-18 Zomeworks Corporation Passive ventilation device and method
RU2086052C1 (ru) * 1996-01-17 1997-07-27 Акционерное общество закрытого типа "Подольский аккумуляторный завод" Аккумуляторная батарея (вариант)
RU33831U1 (ru) * 2002-06-10 2003-11-10 Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" Устройство для охлаждения многоэлементной аккумуляторной батареи
WO2003107457A1 (ja) * 2002-06-13 2003-12-24 株式会社ユアサコーポレーション 電池
TWI275194B (en) * 2004-10-08 2007-03-01 Lg Chemical Ltd Secondary battery having an improved safety
JP4652416B2 (ja) * 2004-12-24 2011-03-16 エルジー・ケム・リミテッド 二次電池モジュール
JP5177947B2 (ja) * 2005-08-11 2013-04-10 新日鐵住金株式会社 放熱性に優れた組電池および組電池ケース
JP2007207553A (ja) * 2006-02-01 2007-08-16 Taiheiyo Seiko Kk 電池缶及び電池缶の製造方法
US20070292751A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-20 Jing-Yih Cherng Battery Apparatus with Heat Absorbing Body
JP4525695B2 (ja) * 2007-03-30 2010-08-18 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置
KR101001320B1 (ko) * 2007-11-09 2010-12-14 주식회사 엘지화학 향상된 열 안정성의 전지셀 및 이를 포함하는 중대형전지모듈
JP2009266402A (ja) * 2008-04-22 2009-11-12 Panasonic Corp 電池パック
WO2010058587A1 (ja) * 2008-11-21 2010-05-27 パナソニック株式会社 電池パック
US8623537B2 (en) * 2009-08-18 2014-01-07 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery and battery module

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63175355A (ja) * 1987-01-14 1988-07-19 Kawasaki Heavy Ind Ltd ナトリウム−イオウ電池
JPH10333782A (ja) 1997-06-02 1998-12-18 Sony Corp 電子機器の放熱装置
JP2003308812A (ja) * 2002-04-16 2003-10-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池パック
JP2004304881A (ja) 2003-03-28 2004-10-28 Yuasa Corp 密閉型蓄電池用充電器
JP2007134308A (ja) * 2005-10-14 2007-05-31 Sony Corp 電池
JP2008130729A (ja) 2006-11-20 2008-06-05 Casio Comput Co Ltd 携帯電子機器
JP2008300088A (ja) * 2007-05-30 2008-12-11 Toyota Motor Corp 放熱機構
JP2009259748A (ja) * 2008-04-21 2009-11-05 Toyota Motor Corp 電池、組電池、車両及び電池搭載機器
JP2009295381A (ja) * 2008-06-04 2009-12-17 Toshiba Corp 電池セル及び電池パック
JP2011210619A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Sanyo Electric Co Ltd 組電池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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