WO2012173269A1 - 組電池 - Google Patents

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WO2012173269A1
WO2012173269A1 PCT/JP2012/065490 JP2012065490W WO2012173269A1 WO 2012173269 A1 WO2012173269 A1 WO 2012173269A1 JP 2012065490 W JP2012065490 W JP 2012065490W WO 2012173269 A1 WO2012173269 A1 WO 2012173269A1
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spacer
cooling
straight portion
unit cell
assembled battery
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俊樹 吉岡
喜弘 増田
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株式会社リチウムエナジージャパン
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an assembled battery in which a plurality of unit cells are combined, and more particularly to a structure of a spacer disposed between each unit cell.
  • a spacer is provided between each unit cell of the assembled battery in order to form a cooling channel through which the cooling medium passes, and the unit that generates heat by repeated charging and discharging by the cooling medium that passes through the cooling channel.
  • a structure for cooling a battery is known.
  • Patent Document 1 discloses a spacer disposed between battery modules. Of the two adjacent battery modules, the spacer is alternately provided with a first contact portion that contacts the first battery module and a second contact portion that contacts the second battery module.
  • the cooling flow path in which the first battery module and the cooling medium are in contact with each other and the cooling flow path in which the second battery module and the cooling medium are in contact with each other are alternately formed.
  • the spacer includes a wall that prevents the cooling channel from being narrowed when the battery module expands between the first contact portion and the second contact portion.
  • Patent Document 2 discloses a structure in which a corrugated spacer is disposed between battery modules, and a cooling flow path is formed by a gap between the spacer and the battery module.
  • Patent Document 3 proposes that a spacer formed with a cooling channel is disposed between secondary batteries, and a corrugated sheet material is interposed between the secondary batteries.
  • Patent Document 3 discloses a spacer that forms two types of cooling flow paths that are alternately arranged in a structure in which a horizontal rail and a vertical wall are combined.
  • Patent Document 4 discloses a cell holder (spacer) in which concave portions and convex portions extending in a straight line are alternately arranged in parallel on a surface facing a power storage cell, and a cooling channel is formed in a space between the concave portion and the power storage cell. ing.
  • Patent Document 5 discloses a battery holder (spacer) in which grooves are provided on both surfaces of a base wall, and a cooling channel is formed from a slit of a support frame at one end of the base wall to a slit of a support frame at the other end. It is disclosed.
  • Patent Document 6 discloses a spacer that allows a cooling medium to pass through a groove as an uneven shape in which ridges and grooves are alternately arranged.
  • the spacers described in any of the prior art documents are easy to extend in the direction perpendicular to the direction of the cooling flow path due to the uneven shape formed in the spacer, and when the adjacent unit cells expand, between the adjacent unit cells. The distance narrows. By reducing the distance between adjacent unit cells, the cross-sectional area of the cooling channel is reduced, and the cooling efficiency is lowered.
  • Japanese Patent Laying-Open No. 2006-077341 paragraphs 0025-0027, FIG. 2
  • Japanese Patent Laying-Open No. 2004-031364 paragraph 0056, FIG. 5
  • Japanese Patent Laying-Open No. 2004-047426 paragraphs 0035-0041, FIG. 7
  • JP 2010-186681 A paragraph 0017-0018, FIG. 2
  • JP 2010-015949 A paragraph 0022
  • An object of the present invention is to provide an assembled battery provided with a spacer capable of preventing an extension in a direction perpendicular to the direction of the cooling flow path.
  • the present invention provides a spacer for providing a cooling channel for passing a cooling medium, which is disposed between the first and second unit cells arranged adjacent to each other, and the first and second unit cells.
  • the spacer protrudes from the center in the thickness direction toward the first unit cell, and forms a gap that functions as the cooling channel between the first unit cell and the second unit cell.
  • a second protrusion that protrudes from the center in the thickness direction toward the second unit cell and forms a gap that functions as the cooling channel with the first unit cell.
  • an assembled battery comprising a meandering portion provided alternately and continuously in a direction perpendicular to the cooling flow path, and a straight portion (connecting portion) extending in a direction intersecting the cooling flow path. .
  • the cooling medium flows through the gap between the first protrusion of the meandering part and the second unit cell and the gap between the second protrusion of the meandering part and the first unit cell, and these gaps are Functions as a cooling channel. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the spacer while ensuring a gap with a cross-sectional area necessary for functioning as a cooling channel between the first and second cells.
  • the rigidity in the direction perpendicular to the direction of the cooling flow path of the meandering part can be reinforced. Even if the spacer receives a compressive force from the first and second unit cells due to the expansion of the unit cell, the spacer prevents the meandering portion from extending in the direction perpendicular to the direction of the cooling flow path, thereby the first and second units. It can prevent that the space
  • the first protrusion is in contact with the first unit cell
  • the second protrusion is in contact with the second unit cell.
  • a slit extending in a direction intersecting the cooling flow path is formed in the meandering portion, and the straight portion connects one end edge and the other end edge of the slit.
  • the cooling medium that has passed through the gap between the first projecting portion of the meandering portion and the second unit cell flows into the slit.
  • the cooling medium that has passed through the gap between the second projecting portion of the meandering portion and the first unit cell flows into the slit. While passing through the slit, the cooling medium contacts both the first and second cells, thereby improving the cooling efficiency.
  • the spacer further includes a first beam portion at one end of the meandering portion in a direction perpendicular to the cooling flow path and a second beam portion at the other end, and the straight portion includes the first beam portion and the second beam portion. May be connected.
  • This configuration can further increase the rigidity of the spacer.
  • the straight portion may be unevenly distributed in any one of the thickness directions with respect to the center of the spacer in the thickness direction.
  • the straight portion may be positioned in the middle of the gap in the thickness direction of the spacer.
  • the flow of the cooling medium flowing into the slit is divided into the first unit cell side and the second unit cell side by the straight part, and merges when passing through the straight part. Therefore, the cooling medium flowing on the first unit cell side and the cooling medium flowing on the first unit cell side are interchanged, and the cooling efficiency is improved.
  • the thickness of the straight portion is smaller than the dimension of the gap in the thickness direction of the spacer because the flow of the cooling medium is not hindered by the straight portion.
  • At least one of the upstream end and the downstream end of the cooling channel of the straight portion is chamfered at a corner.
  • the straight part may be made of metal.
  • the strength of the straight part itself is improved compared to the case where it is made of resin, thereby more effectively reinforcing the rigidity in the direction perpendicular to the direction of the cooling flow path of the meandering part. it can.
  • fever of a cell can be suppressed remarkably by using metal.
  • the meandering portion of the spacer provided in the assembled battery of the present invention includes first and second protrusions that are provided alternately and continuously in a direction perpendicular to the direction of the cooling flow path, and the first and second protrusions.
  • a gap that functions as a cooling flow path is formed between the unit and the unit cell.
  • the perspective view of the assembled battery which concerns on this invention.
  • the perspective view of the spacer of the assembled battery of FIG. The front view of the spacer of the assembled battery of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the spacer in FIG. 2.
  • the perspective view which shows the flow of the cooling medium of the assembled battery of FIG. (A) is a sectional view taken along the line VIa-VIa of the spacer of FIG. 2, and (b) is a sectional view taken along the line VIb-VIb.
  • Sectional drawing which shows the modification of the spacer of FIG. Sectional drawing which shows the other modification of the spacer of FIG.
  • the perspective view which shows the other modification of the spacer of FIG. The perspective view which shows other embodiment of a spacer.
  • the X and Y axes orthogonal to each other in the horizontal plane and the Z axis in the vertical plane orthogonal to these X and Y axes are set.
  • the directions parallel to the X, Y, and Z axes are referred to as the X direction, the Y direction, and the Z direction, respectively.
  • FIG. 1 shows an assembled battery 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the assembled battery 1 is configured by arranging a plurality of single cells 3 in a stack case 2 and arranging spacers 4 between the single cells 3.
  • the stack case 2 is manufactured from a steel plate.
  • the stack case 2 includes a rectangular bottom plate 5 extending in the X direction and the Y direction, and a left wall portion 6a and a right wall portion 6b that rise in the Z direction at both ends of the bottom plate 5 in the X direction. Both ends in the Y direction and the upper end in the Z direction of the stack case 2 are open.
  • the bottom plate 5 has a battery mounting portion 7 whose central portion is formed slightly higher than both end portions in the X direction.
  • the left wall portion 6 a and the right wall portion 6 b are composed of an outer wall 8 and an inner wall 9.
  • the lower end of the outer wall 8 is formed integrally with the bottom plate 5 so as to be continuous with the end portion of the bottom plate 5 in the X direction.
  • the lower end of the inner wall 9 is joined to the bottom plate 5.
  • the outer wall 8 and the upper end 10 of the inner wall 9 are bent and joined in an L shape in a direction approaching each other.
  • the space between the outer wall 8 and the inner wall 9 of the left wall portion 6 a forms a first refrigerant passage 11.
  • the space between the outer wall 8 and the inner wall 9 of the right wall portion 6b also forms the second refrigerant passage 12.
  • a plurality of first openings 13 communicating with the first refrigerant passage 11 are formed in the inner wall 9 of the left wall portion 6a at a constant interval that is the same as the arrangement interval of the spacers 4 in the Y direction.
  • a second opening 14 similar to the first opening 13 of the left wall 6a is also formed in the inner wall 9 of the right wall 6b.
  • a nut 15 for fixing a lid (not shown) is fixed to the upper end portions 10, 10 of the wall portions 6a, 6b.
  • the cell 3 is a non-aqueous secondary battery such as a lithium ion battery.
  • the unit cell 3 has a width in the X direction, a depth in the Y direction, and a height in the Z direction that can be accommodated between the left wall portion 6 a and the right wall portion 6 b of the stack case 2.
  • the unit cell 3 has positive and negative electrodes 21 and 22 on the upper surface.
  • the electrodes 21 and 22 of the unit cells 3 adjacent in the Y direction are connected by a bus bar (not shown).
  • the single battery 3 may literally be a single battery, or may be composed of a plurality of small battery units arranged in the X direction.
  • the spacer 4 is molded from a synthetic resin.
  • the spacer 4 has an upper beam 23 and a lower beam 24 extending in the X direction, and a meandering portion 25 is formed between the upper beam 23 and the lower beam 24.
  • slits 26 extending in the Z direction from the upper rail 23 to the lower rail 24 are formed at three locations in the center portion and both end portions in the X direction.
  • a straight portion (connecting portion) 27 that connects the upper edge of the slit 26, that is, the upper beam 23, and the lower edge, that is, the lower beam 24, is formed so as to extend straight in the Z direction.
  • the slit 26 and the straight portion 27 are not limited to the Z direction, and may be extended in a direction intersecting with cooling channels 30 and 31 described later.
  • the size of the spacer 4 is such that the width in the X direction is approximately the same as or smaller than the width of the unit cell 3, and the height in the Z direction is also approximately the same as or greater than or smaller than the height of the unit cell 3.
  • the dimension in the Y direction that is, the thickness of the spacer 4 determines the interval in the Y direction between the adjacent unit cells 3.
  • the dimension in the Z direction that is, the height of the upper rail 23 and the lower rail 24 of the spacer 4 is preferably as small as possible in order to make the meandering portion 25 as wide as possible and secure cooling channels 30 and 31 to be described later.
  • the meandering portion 25 of the spacer 4 is provided with first protrusions 41 and second protrusions 42 that are alternately and repeatedly provided in the Z direction (direction perpendicular to cooling channels 30 and 31 described later). Yes.
  • the first protrusion 41 protrudes toward the left unit cell 3 as viewed from the X direction with respect to the center C (see FIG. 4) of the spacer 4 in the thickness direction.
  • a gap between the first protrusion 41 and the right unit cell 3 as viewed from the X direction functions as the cooling flow path 31.
  • the second protrusion 42 protrudes toward the right unit cell 3 when viewed from the X direction with respect to the center C in the thickness direction of the spacer 4.
  • a gap between the second protrusion 42 and the left unit cell 3 as viewed from the X direction functions as the cooling flow path 30.
  • the meandering portion 25 is provided with the first and second projecting portions 41, 42 being alternately and repeatedly provided. It has a meandering shape. 4 shows that there is a gap between the unit cell 3 and the spacer 4 for the sake of convenience, the first protrusion 41 actually contacts the unit cell 3 on the left side, The protrusion 42 is in contact with the right cell 3 (the same applies to FIGS. 6 to 8 described later).
  • the meandering portion 25 in which the first and second projecting portions 41 and 42 are alternately provided continuously has the following shape when attention is paid to one surface.
  • the meandering portion 25 concave portions 28 and convex portions 29 extending in the X direction are alternately formed in the Z direction on the first surface (left side in FIG. 4) as viewed from the Y direction, and the second surface on the back side of the first surface ( Also on the right side in FIG. 4, concave portions 28 and convex portions 29 extending in the X direction are alternately formed in the Z direction.
  • the meandering portion 25 has a shape in which the flat concave portion 28 and the convex portion 29 are continuous via the inclined portion 28a, but the flat concave portion and the convex portion are continuous via the horizontal portion. The shape may be sufficient, and the shape where the recessed part and the convex part continue in the waveform may be sufficient.
  • At least one of the upstream end and the downstream end of the cooling channels 30 and 31 of the meandering portion 25 is chamfered 32 with a sloped corner, but may be rounded. Thereby, the pressure loss of the flow of a cooling medium becomes small, and the flow of the cooling medium in the cooling flow paths 30 and 31 becomes smooth.
  • the concave portion 28 on the first surface and the convex portion 29 on the second surface are complementary to each other, that is, the concave portion 28 on the first surface forms the convex portion 29 on the second surface.
  • the convex portion 29 on the first surface and the concave portion 28 on the second surface have shapes complementary to each other, that is, the convex portion 29 on the first surface forms the concave portion 28 on the second surface.
  • the concave portion 28 on the first surface forms a cooling flow path 30 of the single cell 3 facing the first surface, and the convex portion 29 on the first surface is in contact with the single cell 3 facing the second surface.
  • the concave portion 28 on the second surface forms a cooling channel 31 of the unit cell 3 facing the second surface, and the convex portion 29 on the second surface is in contact with the unit cell 3 facing the first surface.
  • the meandering portion 25 of the spacer 4 is separated into first, second, third, and fourth meandering portions 25a, 25b, 25c, and 25d in the X direction by the slit 26.
  • the concave portions 28 and the convex portions 29 of the first, second, third, and fourth meandering portions 25a, 25b, 25c, and 25d have the same phase, and the concave portions of the meandering portions 25a, 25b, 25c, and 25d 28 is on the same line in the X direction, and the convex portion 29 is also on the same line in the X direction.
  • the width W in the X direction of the slit 26 of the spacer 4 is preferably as small as possible in order to maintain the rigidity of the spacer 4 as shown in FIG.
  • the number of the slits 26 is preferably three as in the embodiment, but may be more than that, or may be one in the center or two at both ends.
  • the straight portion (connecting portion) 27 of the spacer 4 has a rectangular cross section in the embodiment, but may be a circular cross section or an elliptic cross section.
  • the straight portion 27 is unevenly distributed from the center of the thickness of the spacer 4 to one of the thickness directions. In this embodiment, it is unevenly distributed on the second surface side, but may be unevenly distributed on the first surface side.
  • the width S (see FIG. 3) of the straight portion 27 of the spacer 4 only needs to be smaller than the width W of the slit 26, and may be determined in consideration of the tensile strength against the elongation in the Z direction and the overall rigidity.
  • the thickness T of the straight portion 27 is preferably smaller than the depth of the recess 28, more preferably meandering, in order to reduce the flow resistance of the cooling flow paths 30 and 31. It is preferable that the thickness of the portion 25 is equal to or thinner than the thickness in the Y direction.
  • At least one of the upstream end and the downstream end of the cooling channels 30 and 31 of the straight portion 27 of the spacer 4 is chamfered 32 with a sloped corner, but may be rounded. Thereby, the pressure loss of the flow of a cooling medium becomes small, and the flow of the cooling medium in the cooling flow paths 30 and 31 becomes smooth.
  • the number of straight portions 27 is preferably three as in the embodiment, but it may be more than that, or may be one at the center or two at both ends. If there is one straight portion 27, the ends of the meandering portion 25 on both sides of the straight portion 27 are likely to be extended, and accordingly, the unit cell 3 may swell due to its expansion. For this reason, it is preferable that there are a plurality of straight portions 27 from the viewpoint of preventing swelling due to expansion of the unit cell 3.
  • the thickness t1 of the spacer 4 corresponds to the sum of the depth d of the cooling channels 30 and 31 and the thickness th of the spacer 4. That is, by adopting the meandering portion 25 in which the first and second projecting portions 41 and 42 are continuously and alternately repeated in the direction perpendicular to the cooling flow paths 30 and 31, the unit cell 3 can be interposed between them.
  • the spacer 4 can be thinned while ensuring a clearance of a cross-sectional area necessary for functioning as the cooling flow paths 30 and 31.
  • the refrigerant introduced into the first refrigerant passage 11 of the left wall portion 6 a of the stack case 2 passes through the first opening 13 of the inner wall 9 and the recess 28 (second second) of the first surface of the spacer 4. Between the first protrusion 41 and the left unit cell 3) and the recess 28 on the second surface (the gap between the first protrusion 41 and the right unit cell 3).
  • the refrigerant that has flowed into the recess 28 on the first surface of the spacer 4 from the first opening 13 flows in the X direction along the cooling flow path 30 formed by the recess 28, and cools the unit cell 3 that faces the first surface. To do.
  • the refrigerant that has passed through the cooling passages 30 and 31 of the first to fourth meandering portions 25a to 25d of the spacer 4 passes through the second opening 14 of the right wall portion 6b of the stack case 2 from the concave portion 28 and passes through the second opening 14. It flows out into the refrigerant passage 12.
  • the rigidity of the meandering portion 25 in the Z direction is reinforced by providing the straight portion 27.
  • the straight portion 27 When the cell 3 expands due to repeated charging and discharging, the adjacent cells 3 and 3 press the spacer 4. Thereby, the meandering portion 25 of the spacer 4 is crushed and tends to extend in the Z direction, but the straight portion 27 is stretched to prevent this. Since the extension of the meandering portion 25 of the spacer 4 is prevented, the distance between the adjacent unit cells 3 is kept constant, the distance between the adjacent assembled batteries 3 is not reduced, and functions as a cooling channel. Thus, the necessary clearance of the cross-sectional area can be secured and the cooling efficiency can be maintained.
  • the cooling medium flows through the cooling flow path 30 (the gap between the second protrusion 42 and the left unit cell 3) formed by the recess 28 on the first surface of the spacer 4.
  • the cooling flow path 30 the gap between the second protrusion 42 and the left unit cell 3 formed by the recess 28 on the first surface of the spacer 4.
  • the cooling channel 31 (the gap between the first projecting portion 41 and the right unit cell 3) formed by the recess 28 on the second surface of the spacer 4 is used as a coolant.
  • the flow is disturbed by the collision with the straight portion 27 and the bending to the first surface side, and the unit cell 3 facing the first surface is also cooled. Cooling efficiency is improved.
  • the embodiment can be variously changed.
  • the position of the straight portion 27 of the spacer 4 in the Y direction is located on the opening side of the concave portion 28 of the second surface of the spacer 4, but as shown in FIG. It may be located on the opening side of the recess 28.
  • chamfering 32 in which the upstream end portion and the downstream end portion are inclined with respect to the cooling flow path 30 of the straight portion 27 and the recessed portion 28 is made.
  • the straight portion 27 can be positioned in the middle of the depth of the recess 28.
  • the flow of the refrigerant that has flowed out of the recess 28 is divided into one side and the other side of the adjacent unit cells 3 when flowing into the straight portion 27, and merges when flowing out from the straight portion 27.
  • the refrigerant flowing near the bottom of the recess 28 and the refrigerant flowing near the unit cell 3 on the opening side of the recess 28 are interchanged, and this also improves the cooling efficiency.
  • rounded chamfers 33 are formed at the upstream end portion and the downstream end portion with respect to the cooling flow path 30 of the straight portion 27 and the recessed portion 28.
  • At least a part of the straight portion 27 in the X direction may be joined to the edge of the slit 26, that is, the edge of the concave portion 28 or the convex portion 29.
  • the straight portion 27 without providing the slit 26 as in the above embodiment. That is, as shown in FIG. 10, two meandering portions 25 adjacent to each other in the direction of the cooling flow paths 30 and 31 on the first surface, for example, the concavity 28 of the second meandering portion 25b and the concavity 28 of the third meandering portion 25c (in other words, In this case, the straight portion 27 is provided so as to be flush with the convex portion 29 of the second meandering portion 25b and the convex portion 29 of the third meandering portion 25c on the second surface. In this way, there is an advantage that the rigidity of the spacer 4 is increased and the flow resistance of the refrigerant flowing through the cooling flow paths 30 and 31 is reduced as long as there is no slit.
  • the straight part 27 may be made of metal.
  • the strength of the straight portion 27 itself is improved as compared with the case where the straight portion 27 is made of resin, whereby the rigidity in the Z direction of the meandering portion 25 can be more effectively reinforced.
  • fever of a cell can be suppressed remarkably by using metal.
  • the straight portion 27 of the embodiment is a rod shape having a substantially straight cross-sectional rectangle, the straight portion may be bent to some extent or may have partial unevenness. More preferably, the effect of reinforcing the rigidity of the meandering portion 25 in the Z direction is substantially straight like the straight portion 27 of the embodiment.
  • the protruding portions 41 and 42 of the meandering portions 25 of the spacer 4 are in direct contact with or in contact with the unit cell 3.
  • an inclusion may be disposed between the spacer 4 and the unit cells 3 disposed on both sides thereof, and the inclusion may be positioned between the projecting portions 41 and 42 and the unit cell 3. That is, the protrusions 41 and 42 may contact or contact the unit cell indirectly through inclusions.
  • Such an inclusion includes, for example, an insulating sheet material, but is not limited thereto.

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Abstract

　第１及び第２の単電池３間に配置されたスペーサ４は、蛇行部２５を備える。蛇行部２５は縦方向に連続して交互に繰り返して設けられた第１の突出部４１と第２の突出部４２を備える。第１の突出部４１は、厚さ方向の中心Ｃから第１の単電池３に向けて突出して第２の単電池３との間に冷却流路３１として機能する隙間を形成する。第２の突出部４２は、厚さ方向の中心Ｃから第２の単電池３に向けて突出して第１の単電池３との間に冷却流路３０として機能する隙間を形成する。スペーサ４は冷却流路３０，３１に交差する方向に延びるストレート部２７を備える。ストレート部２７により冷却流路３０，３１に直交する方向の蛇行部２５の伸びが防止される。

Description

組電池
　本発明は、複数の単電池が組み合わされた組電池、詳しくは各単電池間に配設されるスペーサの構造に関する。
　従来、組電池の各単電池の間に、冷却媒体を通過させる冷却流路を形成するためにスペーサを配設し、この冷却流路を通過する冷却媒体によって、充放電の繰り返しにより発熱する単電池を冷却する構造が知られている。
　特許文献１には、電池モジュール間に配設されたスペーサが開示されている。このスペーサには、隣接する２つの電池モジュールのうち第１の電池モジュールと当接する第１当接部と第２の電池モジュールと当接する第２当接部とが交互に設けられ、それによって第１の電池モジュールと冷却媒体が接触する冷却流路と、第２の電池モジュールと冷却媒体が接触する冷却流路とが交互に形成されている。また、このスペーサは、該第１当接部と第２当接部の間に電池モジュールが膨張したときの冷却流路の狭小化を防止する壁を備える。
　特許文献２には、電池モジュールの間に波板状のスペーサを配設し、このスペーサと電池モジュールの隙間により冷却流路を形成したものが開示されている。
　特許文献３には、冷却流路を形成されたスペーサを二次電池間に配設することと、二次電池間に波板材を介装することが提案されている。特に、特許文献３には、横桟と縦壁を組み合わせた構造で、交互に配置された２種類の冷却流路を形成するスペーサが開示されている。
　特許文献４には、蓄電セルと対向する面に直線状に延びる凹部と凸部を交互に並設し、凹部と蓄電セルの間の空間に冷却流路を形成したセルホルダ（スペーサ）が開示されている。
　特許文献５には、ベース壁の両面に溝部を設け、ベース壁の一端の支持枠のスリットから溝部を通って他端の支持枠のスリットに至る冷却流路を形成した電池ホルダー（スペーサ）が開示されている。
　特許文献６には、凸条と溝とが交互に並ぶ凹凸状として、溝に冷却媒体を通すスペーサが開示されている。
　しかし、いずれの先行技術文献に記載のスペーサも、スペーサに形成された凹凸形状により、冷却流路の方向に直角な方向に伸び易く、隣接する単電池が膨張したときに隣接する単電池間の距離が狭まる。隣接する単電池間の距離の縮小により冷却流路の流路断面積が減少し、冷却効率が低下する。
特開２００６－０７３４６１号公報（段落0025-0027，図２） 特開２００４－０３１３６４号公報（段落0056，図５） 特開２００４－０４７４２６号公報（段落0035-0041，図７） 特開２０１０－１８６６８１号公報（段落0017-0018，図２） 特開２０１０－０１５９４９号公報（段落0022）
　本発明は、冷却流路の方向に直角な方向の伸びを防止することができるスペーサを備えた組電池を提供することを課題とする。
　本発明は、互いに隣接して配置された第１及び第２の単電池と、前記第１及び第２の単電池の間に配置された、冷却媒体を通過させる冷却流路を設けるためのスペーサとを備え、前記スペーサは、厚さ方向の中心から前記第１の単電池に向けて突出して前記第２の単電池との間に前記冷却流路として機能する隙間を形成する第１の突出部と、前記厚さ方向の中心から前記第２の単電池に向けて突出して前記第１の単電池との間に前記冷却流路として機能する隙間を形成する第２の突出部とを、前記冷却流路に直角な方向に連続して交互に繰り返し設けた蛇行部と、前記冷却流路に交差する方向に延びるストレート部（連結部）とを備えることを特徴とする組電池を提供する。
　蛇行部の第１の突出部と第２の単電池との間の隙間と、蛇行部の第２の突出部と第１の単電池との間の隙間を冷却媒体が流れ、これらの隙間が冷却流路として機能する。そのため、第１及び第２の単電池との間に冷却流路として機能する上で必要な断面積の隙間を確保しつつ、スペーサを薄型化できる。
　ストレート部を設けることで、蛇行部の冷却流路の方向に直角な方向の剛性を補強できる。単電池の膨張により、スペーサが第１及び第２の単電池から圧縮力を受けても、蛇行部の冷却流路の方向に直角な方向の伸びを防止し、それによって第１及び第２の単電池間の間隔が狭まるのを防止できる。第１及び第２の単電池間の間隔を維持することで、冷却流路の流路断面積を確保し、冷却効率を維持できる。
　具体的には、前記第１の突出部は前記第１の単電池に当接し、前記第２の突出部は前記第２の単電池に当接している。
　好ましくは、前記蛇行部に前記冷却流路に交差する方向に延びるスリットを形成し、前記ストレート部は前記スリットの一端縁と他端縁を連結する。
　蛇行部の第１の突出部と第２の単電池との間の隙間を通過した冷却媒体（第２の単電池と接触した冷却媒体）がスリットに流入する。また、蛇行部の第２の突出部と第１の単電池との間の隙間を通過した冷却媒体（第１の単電池と接触した冷却媒体）がスリットに流入する。スリットを通過する間、冷却媒体は第１及び第２の単電池の両方に接触し、それによって冷却効率が向上する。
　前記スペーサは、前記蛇行部の前記冷却流路に直角な方向の一端に第１桟部、他端に第２桟部をさらに備え、前記ストレート部は前記第１桟部と前記第２桟部を連結してもよい。
　この構成によりスペーサの剛性をさらに高めることができる。
　前記ストレート部は、前記スペーサの前記厚さ方向の中心に対して厚さ方向のいずれか一方に偏在していてもよい。
　前記ストレート部は、前記隙間の前記スペーサの厚さ方向の寸法の中間に位置してもよい。
　スリットに流入した冷却媒体の流れは、ストレート部により第１の単電池側と第２の単電池側に分流され、ストレート部を通過した際に合流する。そのため、第１の単電池側を流れていた冷却媒体と第１の単電池側を流れていた冷却媒体の流れの入れ替えが生じ、冷却効率が向上する。
　前記ストレート部の厚さは前記隙間の前記スペーサの厚さ方向の寸法より小さいことが、冷却媒体の流れがストレート部で妨げられることがないので好ましい。
　前記ストレート部の前記冷却流路の上流側端部と下流側端部の少なくともいずれか一方は、角部が面取りされていることが好ましい。この構成により、冷却媒体を圧損なく円滑にストレート部を通過させることができる。
　前記ストレート部は金属製であってもよい。ストレート部を金属製とすることで、樹脂製とした場合と比較してストレート部自体の強度が向上し、それによって蛇行部の冷却流路の方向に直角な方向の剛性をより効果的に補強できる。また、金属製とすることで、単電池の発熱に起因するストレート部の強度低下を著しく抑制できる。
　本発明の組電池が備えるスペーサの蛇行部は冷却流路の方向に直角な方向に連続して交互に繰り返して設けられた第１及び第２の突出部を備え、第１及び第２の突出部と単電池との間に冷却流路として機能する隙間が形成される。この構成により、単電池との間に冷却流路として機能する上で必要な断面積の隙間を確保しつつ、スペーサを薄型化できる。また、スペーサにストレート部を設けたことで、蛇行部の冷却流路の方向に直角な方向の剛性を補強し、単電池の膨張に対して単電池間の間隔を維持することで、冷却効率を維持できる。
本発明に係る組電池の斜視図。 図１の組電池のスペーサの斜視図。 図１の組電池のスペーサの正面図。 図２のスペーサのIV－IV線断面図。 図１の組電池の冷却媒体の流れを示す斜視図。 （ａ）は図２のスペーサのVIａ－VIａ線断面図、（ｂ）はVIｂ－VIｂ線断面図。 図２のスペーサの変形例を示す断面図。 図２のスペーサの他の変形例を示す断面図。 図２のスペーサのさらに他の変形例を示す斜視図。 スペーサの他の実施形態を示す斜視図。
　以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。本明細書では、説明の便宜上、図１に示すように、水平面内で互い直交するＸ，Ｙ軸と、これらのＸ，Ｙ軸に直交する鉛直面内のＺ軸とを設定する。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に平行な方向をそれぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向という。
　図１は、本発明の実施の形態に係る組電池１を示す。この組電池１は、スタックケース２に複数の単電池３を並設し、各単電池３の間にスペーサ４を配設して構成されている。
　スタックケース２は鋼板から製造されている。スタックケース２は、Ｘ方向及びＹ方向に延びる矩形の底板５と、底板５のＸ方向の両端にＺ方向に立ち上がる左壁部６ａ，右壁部６ｂとから構成されている。スタックケース２のＹ方向の両端及びＺ方向の上端は開放されている。
　底板５は、中央部がＸ方向の両端部よりも僅かに高く形成された電池載置部７を有している。
　左壁部６ａ及び右壁部６ｂは、外壁８と内壁９からなっている。外壁８の下端は、底板５のＸ方向の端部と連続するように、底板５と一体に形成されている。内壁９の下端は底板５に接合されている。外壁８と内壁９の上端部１０は互いに接近する方向にＬ字形に屈曲して接合されている。
　左壁部６ａの外壁８と内壁９の間の空間は、第１冷媒通路１１を形成している。右壁部６ｂの外壁８と内壁９の間の空間も、同様に、第２冷媒通路１２を形成している。
　左壁部６ａの内壁９には第１冷媒通路１１に連通する複数の第１開口部１３がＹ方向にスペーサ４の配列間隔と同じ一定間隔で形成されている。右壁部６ｂの内壁９にも、左壁部６ａの第１開口部１３と同様な第２開口部１４が形成されている。
　壁部６ａ，６ｂの上端部１０，１０には、図示しない蓋を固定するためのナット１５が固着されている。
　単電池３は、リチウムイオン電池などの非水二次電池からなっている。単電池３は、前記スタックケース２の左壁部６ａと右壁部６ｂの間に収容可能なＸ方向の幅と、Ｙ方向の奥行きと、Ｚ方向の高さとを有している。単電池３は、上面に正と負の電極２１，２２を有している。Ｙ方向に隣接する単電池３の電極２１，２２は図示しないバスバーにより連結される。単電池３は、文字通り単一の電池であってもよいし、Ｘ方向に列設して複数の小電池のユニットで構成されていてもよい。
　スペーサ４は、合成樹脂から成型されている。スペーサ４は、Ｘ方向に延びる上桟２３と下桟２４を有し、これらの上桟２３と下桟２４の間に蛇行部２５が形成されている。蛇行部２５には、上桟２３から下桟２４までＺ方向に延びるスリット２６がＸ方向の中央部と両端部の３箇所に形成されている。各スリット２６の内部には、スリット２６の上縁すなわち上桟２３と下縁すなわち下桟２４とを連結するストレート部（連結部）２７がＺ方向に真直に延びるように形成されている。前記スリット２６及びストレート部２７は、Ｚ方向に限らず、後述する冷却流路３０，３１に交差する方向に延びていればよい。
　スペーサ４の大きさは、Ｘ方向の幅が単電池３の幅とほぼ同じかそれよりも小さく、Ｚ方向の高さも、単電池３の高さとほぼ同じかそれよりも大きく或いは小さくなるように、決定されている。スペーサ４のＹ方向の寸法すなわち厚さは、隣接する単電池３間のＹ方向の間隔を決定する。スペーサ４の上桟２３と下桟２４のＺ方向の寸法すなわち高さは、蛇行部２５をできるだけ広くして後述する冷却流路３０，３１を確保するために、出来るだけ小さい方が好ましい。
　スペーサ４の蛇行部２５には、第１の突出部４１と第２の突出部４２がＺ方向（後述する冷却流路３０，３１に直角な方向）に連続して交互に繰り返して設けられている。第１の突出部４１はスペーサ４の厚さ方向の中心Ｃ（図４参照）に対してＸ方向から見て左側の単電池３に向けて突出している。第１の突出部４１とＸ方向から見て右側の単電池３との隙間が冷却流路３１として機能する。第２の突出部４２はスペーサ４の厚さ方向の中心Ｃに対してＸ方向から見て右側の単電池３に向けて突出している。第２の突出部４２とＸ方向から見て左側の単電池３との隙間が冷却流路３０として機能する。図４に最も明瞭に表れているように、Ｘ方向から見ると、蛇行部２５は第１及び第２の突出部４１，４２が連続して交互に繰り返し設けられていることで、ジグザグ状ないし蛇行した形状を呈している。なお、図４は、便宜上、単電池３とスペーサ４の間に隙間があるように記載されているが、実際には第１の突出部４１は左側の単電池３に接触し、第２の突出部４２は右側の単電池３に接触している（後述する図６～８も同様）。
　第１及び第２の突出部４１，４２を連続して交互に設けた蛇行部２５は、片方の面に着目すると以下の形状を有する。
　蛇行部２５は、Ｙ方向から見た第１面（図４において左側）に、Ｘ方向に延びる凹部２８と凸部２９がＺ方向に交互に形成され、第１面の裏側の第２面（図４において右側）にも、Ｘ方向に延びる凹部２８と凸部２９がＺ方向に交互に形成されている。蛇行部２５は、本実施形態では、平坦な凹部２８と凸部２９が傾斜部２８ａを介して連続している形状であるが、平坦な凹部と凸部が水平部を介して連続している形状であってもよいし、凹部と凸部が波形に連続している形状であってもよい。
　蛇行部２５の冷却流路３０，３１の上流側端部または下流側端部の少なくともいずれか一方は、角部が斜面の面取り３２がなされているが、丸みの面取りでもよい。これにより、冷却媒体の流れの圧損が小さくなり、冷却流路３０，３１における冷却媒体の流れが円滑になる。
　第１面の凹部２８と第２面の凸部２９は、互いに相補する形状であり、すなわち、第１面の凹部２８が第２面の凸部２９を形成している。同様に、第１面の凸部２９と第２面の凹部２８は、互いに相補する形状であり、すなわち、第１面の凸部２９が第２面の凹部２８を形成している。第１面の凹部２８は第１面と対向する単電池３の冷却流路３０を形成し、第１面の凸部２９は第２面と対向する単電池３と接触している。同様に、第２面の凹部２８は第２面と対向する単電池３の冷却流路３１を形成し、第２面の凸部２９は第１面と対向する単電池３と接触している。
　スペーサ４の蛇行部２５は、スリット２６によって、Ｘ方向に、第１、第２、第３、第４の４つ蛇行部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに分離されている。第１、第２、第３、第４の蛇行部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの凹部２８と凸部２９は、いずれも位相が同じであり、各蛇行部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの凹部２８はＸ方向の同一線上にあり、凸部２９もＸ方向の同一線上にある。
　スペーサ４のスリット２６のＸ方向の幅Ｗは、図３に示すように、スペーサ４の剛性を保つために、出来るだけ小さい方が好ましい。また、スリット２６の数は、実施例のように３カ所が好ましいが、それ以上であってもよいし、中央に１カ所、又は両端に２カ所でもよい。
　スペーサ４のストレート部（連結部）２７は、実施例では矩形の断面を有しているが、円形の断面、楕円形の断面でもよい。ストレート部２７は、スペーサ４の厚さの中心から厚さ方向のいずれか一方に偏在している。本実施例では、第２面の側に偏在しているが、第１面の側に偏在していてもよい。
　スペーサ４のストレート部２７のＸ方向の幅Ｓ（図３参照）は、スリット２６の幅Ｗより小さければよく、Ｚ方向の伸びに対する引張強度と、全体の剛性を考慮して決定すればよい。ストレート部２７のＹ方向の肉厚Ｔは、図４に示すように、冷却流路３０，３１の流路抵抗を小さくするために、好ましくは凹部２８の深さよりも小さく、さらに好ましくは、蛇行部２５のＹ方向の肉厚と同じかそれよりも薄いことが好ましい。
　スペーサ４のストレート部２７の冷却流路３０，３１の上流側端部または下流側端部の少なくともいずれか一方は、角部が斜面の面取り３２がなされているが、丸みの面取りでもよい。これにより、冷却媒体の流れの圧損が小さくなり、冷却流路３０，３１における冷却媒体の流れが円滑になる。
　ストレート部２７の数は、実施例のように３カ所が好ましいが、それ以上であってもよいし、中央に１カ所、又は両端に２カ所でもよい。ストレート部２７が１つであれば、そのストレート部２７の両側の蛇行部２５の端が伸びやすくなり、これに伴って単電池３がその膨張によって膨れる虞がある。このため、単電池３の膨張による膨れを防止する観点からはストレート部２７は複数あるほうが好ましい。
　図４を参照すると、スペーサ４の厚さｔ１は冷却流路３０，３１の深さｄとスペーサ４の肉厚ｔｈの和に相当する。つまり、第１及び第２の突出部４１，４２を冷却流路３０，３１に直角な方向に連続して交互に繰り返して設けた蛇行部２５を採用することで、単電池３との間に冷却流路３０，３１として機能する上で必要な断面積の隙間を確保しつつ、スペーサ４を薄型化できる。
　次に、以上の構成からなる組電池１の特にスペーサ４の作用について説明する。
　図５に示すように、スタックケース２の左壁部６ａの第１冷媒通路１１に導入された冷媒は、それぞれ内壁９の第１開口部１３からスペーサ４の第１面の凹部２８（第２の突出部４２と左側の単電池３との間の隙間）と第２面の凹部２８（第１の突出部４１と右側の単電池３との間の隙間）に流入する。第１開口部１３からスペーサ４の第１面の凹部２８に流入した冷媒は、当該凹部２８が形成する冷却流路３０に沿ってＸ方向に流れ、第１面と対向する単電池３を冷却する。同様に、第１開口部１３からスペーサ４の第２面の凹部２８に流入した冷媒は、当該凹部２８が形成する冷却流路３１に沿ってＸ方向に流れ、第２面と対向する単電池３を冷却する。スペーサ４の第１から第４の蛇行部２５ａ～２５ｄの冷却流路３０，３１を通過した冷媒は、凹部２８からスタックケース２の右壁部６ｂの第２開口部１４を通って、第２冷媒通路１２に流出する。
　ストレート部２７を設けることで、蛇行部２５のＺ方向の剛性が補強されている。充放電の繰り返しにより、単電池３が膨張すると、隣接する単電池３，３はスペーサ４を押圧する。これにより、スペーサ４の蛇行部２５は押し潰されてＺ方向に伸びようとするが、ストレート部２７が突っ張ってこれを防止する。スペーサ４の蛇行部２５の伸びが防止されるため、隣接する単電池３の間の間隔が一定に保たれ、隣接する組電池３間の距離が狭まることがなくなり、冷却流路として機能する上で必要な断面積の隙間を確保し、冷却効率を維持することができる。
　図６（ａ）に示すように、スペーサ４の第１面の凹部２８が形成する冷却流路３０（第２の突出部４２と左側の単電池３との間の隙間）を冷却媒体が流れてスリット２６を通過するときには、スリット２６とストレート部２７の間に入り込むことよって流れが乱されるとともに、第２面と対向する単電池３をも冷却するので、冷却効率が向上する。
　同様に、図６（ｂ）に示すように、スペーサ４の第２面の凹部２８が形成する冷却流路３１（第１の突出部４１と右側の単電池３との間の隙間）を冷媒が流れてスリット２６を通過するときには、ストレート部２７との衝突と、これにより第１面側への曲がりによって流れが乱されるとともに、第１面と対向する単電池３をも冷却するので、冷却効率が向上する。
　前記実施形態は、種々変更することができる。
　例えば、スペーサ４のストレート部２７のＹ方向の位置は、本実施形態では、スペーサ４の第２面の凹部２８の開口部側に位置しているが、図７に示すように、第１面の凹部２８の開口部側に位置していてもよい。なお、図７では、ストレート部２７と凹部２８の冷却流路３０に対して上流側端部と下流側端部が傾斜した面取り３２がなされている。
　さらに、図８に示すように、ストレート部２７は凹部２８の深さの中間に位置することができる。この場合、凹部２８を流出した冷媒の流れがストレート部２７に流入する際に隣接する単電池３の一方の側と他方の側に分流され、ストレート部２７から流出する際に合流する。そのため、凹部２８の底側を流れていた冷媒と凹部２８の開口側の単電池３に近接して流れていた冷媒の流れの入れ替えが生じ、これによっても冷却効率が向上する。なお、図８では、ストレート部２７と凹部２８の冷却流路３０に対して上流側端部と下流側端部に丸みの面取り３３がなされている。
　また、図９に示すように、ストレート部２７のＸ方向の少なくとも一部は、スリット２６の縁、すなわち、凹部２８又は凸部２９の端縁と接合されていてもよい。
　前記実施形態のようなスリット２６を設けることなく、ストレート部２７を形成することもできる。すなわち、図１０に示すように、第１面において冷却流路３０，３１の方向に隣接する２つの蛇行部２５、例えば第２蛇行部２５ｂの凹部２８と第３蛇行部２５ｃの凹部２８（換言すれば、第２面において第２蛇行部２５ｂの凸部２９と第３蛇行部２５ｃの凸部２９）に面一になるようにストレート部２７を設ける。このようにすれば、スリットがないだけ、スペーサ４の剛性が高まるとともに、冷却流路３０，３１を流れる冷媒の流動抵抗が少なくなるという利点がある。
　上桟２３と下桟２４を設けないことも可能であるが、これらを設けたほうが、スペーサ４としての剛性が高まる。
　ストレート部２７は金属製であってもよい。ストレート部２７を金属製とすることで、樹脂製とした場合と比較してストレート部２７自体の強度が向上し、それによって蛇行部２５のＺ方向の剛性をより効果的に補強できる。また、金属製とすることで、単電池の発熱に起因するストレート部２７の強度低下を著しく抑制できる。実施形態のストレート部２７は実質的に真直な断面矩形のロッド状であるが、ストレート部はある程度屈曲していてもよいし、部分的な凹凸を有していてもよい。蛇行部２５のＺ方向の剛性を補強する効果は、実施形態のストレート部２７のように実質的に真直であることがより好ましい。
　実施形態では、スペーサ４の各蛇行部２５の突出部４１，４２は、それぞれ単電池３に直接的に当接ないし接触している。しかし、スペーサ４とその両側に配置された単電池３の間に介在物を配置し、この介在物が突出部４１，４２と単電池３との間に位置してもよい。つまり、突出部４１，４２は介在物を介して単電池と間接的に当接ないし接触してもよい。このような介在物は例えば絶縁性を有するシート材があるが、これに限定されるものではない。
　　１　組電池
　　２　単電池
　　４　スペーサ
　２５　蛇行部
　２６　スリット
　２７　ストレート部
　２８　凹部
　２９　凸部
　３０　冷却流路
　３１　冷却流路
　３２　面取り
　３３　面取り
　４１　第１の突出部
　４２　第２の突出部

Claims (10)

  1. 　互いに隣接して配置された第１及び第２の単電池と、
    　前記第１及び第２の単電池の間に配置された、冷却媒体を通過させる冷却流路を設けるためのスペーサと
    　を備え、
    　前記スペーサは、
    　厚さ方向の中心から前記第１の単電池に向けて突出して前記第２の単電池との間に前記冷却流路として機能する隙間を形成する第１の突出部と、前記厚さ方向の中心から前記第２の単電池に向けて突出して前記第１の単電池との間に前記冷却流路として機能する隙間を形成する第２の突出部とを、前記冷却流路に直角な方向に連続して交互に繰り返し設けた蛇行部と、
    　前記冷却流路に交差する方向に延びるストレート部と
    　を備えることを特徴とする組電池。
  2. 　前記第１の突出部は前記第１の単電池に当接し、前記第２の突出部は前記第２の単電池に当接していることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
  3. 　前記蛇行部に前記冷却流路に交差する方向に延びるスリットを形成し、
    　前記ストレート部は前記スリットの一端縁と他端縁を連結していることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
  4. 　前記スペーサは、前記蛇行部の前記冷却流路に直角な方向の一端に第１桟部、他端に第２桟部をさらに備え、
    　前記ストレート部は前記第１桟部と前記第２桟部を連結することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の組電池。
  5. 　前記ストレート部は、前記スペーサの前記厚さ方向の中心に対して厚さ方向のいずれか一方に偏在していることを特徴とする請求項３に記載の組電池。
  6. 　前記ストレート部は、前記隙間の前記スペーサの厚さ方向の寸法の中間に位置していることを特徴とする請求項３に記載の組電池。
  7. 　前記ストレート部の厚さは前記隙間の前記スペーサの厚さ方向の寸法より小さいことを特徴とする請求項３に記載の組電池。
  8. 　前記ストレート部の前記冷却流路の上流側端部は、角部が面取りされていることを特徴とする請求項３に記載の組電池。
  9. 　前記ストレート部の前記冷却流路の下流側端部は、角部が面取りされていることを特徴とする請求項３に記載の組電池。
  10. 　前記ストレート部は金属製であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の組電池。
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