WO2014024409A1

WO2014024409A1 - 組電池

Info

Publication number: WO2014024409A1
Application number: PCT/JP2013/004548
Authority: WO
Inventors: 大輔岸井; 一広藤井
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-02-13
Also published as: JP2014032932A; JP6157813B2

Abstract

　角形電池が膨張しても、角形電池を均一に冷却することのできる冷却構造を備えた組電池を提供する。　複数の角形電池（１０）からなる組電池（１００）であって、複数の角形電池（１０）は、樹脂からなる板状のスペーサ（２０）を介して、角形電池（１０）の長側面が互いに対向して配列されており、スペーサ（２０）の表面には、角形電池（１０）の配列方向と垂直な方向に、複数のリブ（２１）が平行して形成され、複数のリブ（２１）は、角形電池（１０）の長側面に当接しており、隣接する角形電池（１０）間には、隣接するリブ（２１）間で区画された複数の冷媒通路（２２）が、リブ（２１）の長手方向に添って形成されており、複数の冷媒通路（２２）の横断面積は、角形電池（１０）の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に小さくなっている。

Description

組電池

　本発明は、複数の角形電池が集合した組電池の冷却構造に関する。

　自動車の電源等に使用される組電池は、複数の電池がケース内に収容された電池モジュールを複数個並べて、高出力を得ている。従って、電池モジュールは、内部に収容された多数の電池の充放電によって、電池モジュールの温度が上昇する。そのため、電池モジュール間に冷媒通路を設けて、高温になった電池モジュールを冷却する冷却構造を設けている。

　しかしながら、電池モジュールが並べられた組電池において、中央に配置された電池モジュールは、端部に配置された電池モジュールよりも、効率よく冷却することが難しい。そのため、電池モジュールを均一に冷却できず、高温になった電池モジュール内の電池の性能劣化が進む。

　そこで、電池モジュールを均一に冷却するために、冷却通路において、冷却能力の異なる領域に応じて、冷却通路の断面積等を調整することによって、電池モジュールを均一に冷却する冷却構造を備えた組電池が、特許文献１、２等に記載されている。

　また、組電池を、複数の電池モジュールの代わりに、複数の角形電池を並べて構成した場合でも、電池の温度が上昇するのを防止するために、電池間に冷媒通路を設けて、電池を均一に冷却する冷却構造が設けられている。

　一方、リチウムイオン二次電池などの角形電池は、充放電に伴う極板の膨張や、内圧の上昇によって、電池ケースが膨らむという問題がある。

　そこで、特許文献３には、角形電池の長側面を互いに対向させて配列させた組電池において、長側面の両端にリブを設けて、長側面間に冷媒通路を形成するとともに、リブ間に、長側面の長手方向に沿って、複数の突条部を設けることによって、角形電池の膨張を抑えて、冷媒通路の間隔が狭まるのを防止する冷却構造を備えた組電池が記載されている。

特開２００１－１４１１１４号公報特開２００３－３１７８１２号公報特開２００４－４７４２６号公報

　特許文献３に記載された組電池では、長側面の長手方向に沿って複数の突条部を設けることによって、角形電池の膨張を抑えることはできるが、突条部が樹脂で構成されている場合、角形電池の膨張によって樹脂が変形すると、冷媒通路の間隔が狭くなる。そのため、角形電池の冷却が不均一になり、電池の性能劣化を引き起こすおそれがある。

　本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、複数の角形電池からなる組電池において、角形電池が膨張しても、角形電池を均一に冷却することのできる冷却構造を備えた組電池を提供することにある。

　本発明に係る組電池は、複数の角形電池からなる組電池であって、複数の角形電池は、樹脂からなる板状のスペーサを介して、角形電池の長側面が互いに対向して配列されており、スペーサの表面には、角形電池の配列方向と垂直な方向に、複数のリブが平行して形成され、複数のリブは、角形電池の長側面に当接しており、隣接する角形電池間には、隣接するリブ間で区画された複数の冷媒通路が、リブの長手方向に添って形成されており、複数の冷媒通路の横断面積は、角形電池の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に小さくなっていることを特徴とする。

　また、本発明に係る組電池は、角形電池の充放電により角形電池の長側面が膨張したとき、各冷媒通路の横断面積が略同じ大きさになるように設定されている。

　本発明によれば、複数の角形電池からなる組電池において、角形電池が膨張しても、角形電池を均一に冷却することのできる冷却構造を備えた組電池を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における組電池の構成を模式的に示した斜視図である。隣接する２つの角形電池を拡大して示した側面図で、（ａ）は、角形電池が膨張する前の状態、（ｂ）は、角形電池が膨張した後の状態を示した図である。本発明の第１の実施形態における組電池の一部を示した側面図である。本発明の第２の実施形態における組電池の一部を示した側面図である。本発明の第３の実施形態における組電池の一部を示した側面図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。

　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態における組電池１００の構成を模式的に示した斜視図である。

　図１に示すように、組電池１００は、複数の角形電池１０が、樹脂からなる板状のスペーサ２０を介して、角形電池１０の長側面が互いに対向して矢印Ａの方向に配列されている。このスペーサ２０の表面には、角形電池１０の配列方向Ａと垂直な方向Ｂに、複数のリブ２１が平行して形成されている。そして、複数のリブ２１は、角形電池１０の長側面に当接しており、隣接する角形電池１０間には、隣接するリブ２１間で区画された複数の冷媒通路２２が、リブ２１の長手方向Ｂに沿って形成されている。

　ここで、角形電池１０は、発電要素が電池ケース内に収容されており、その上面には、電極端子１１ａ、１１ｂ、及び安全弁１３が設けられている。隣接する角形電池１０の電極端子１１ａ、１１ｂ同士は、バスバー１２によって電気的に接続されている。本実施形態では、正極端子と負極端子とを接続することによって、角形電池１０同士を直列接続しているが、並列接続してもよい。

　配列方向Ａに配列された角形電池１０の両端には、拘束プレート１４が配設され、拘束プレート１４の四隅を、４つの拘束パイプ１５によって、複数の角形電池１０を固定している。

　なお、本実施形態において、角形電池１０の種類は問わない。例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等を使用できる。

　次に、図２（ａ）、（ｂ）を参照ながら、角形電池１０が膨張したときの冷媒通路２２の状態を説明する。ここで、図２（ａ）、（ｂ）は、隣接する２つの角形電池１０を拡大して示した側面図で、図２（ａ）は、角形電池１０が膨張する前の状態、図２（ｂ）は、角形電池１０が膨張した後の状態を示した図である。なお、スペーサ２０には、複数のリブ２１が等間隔に形成されている。

　図２（ａ）に示すように、全ての冷媒通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃの横断面積は同じ大きさになっている。従って、各冷媒通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃに流れる冷媒の量は同じとなり、角形電池１０は均一に冷却される。

　次に、図２（ｂ）に示すように、角形電池１０が膨張すると、スペーサ２０は弾性を有する樹脂で構成されているため、両方の角形電池１０に挟まれたスペーサ２０は、矢印で示すように、膨張した角形電池１０の長側面から押されて、リブ２１が変形する。

　通常、角形電池１０では、長側面が強度的に最も弱いため、長側面の中央部が最も大きく膨張する。そのため、図２（ｂ）に示すように、長側面の中央部側に形成された冷媒通路２２ａを区画するリブ２１が最も変形し、長側面の端部側にいくに従い、リブ２１の変形量は小さくなる。その結果、長側面の中央部側に形成された冷媒通路２２ａの横断面積が最も小さくなり、長側面の端部側にいくに従い、冷媒通路２２ｂ、２２ｃの横断面積は徐々に大きくなる。そのため、冷媒通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃに流れる冷媒の量が変わるため、角形電池１０を均一に冷却できなくなる。

　特に、角形電池１０が高容量化、大型化されると、角形電池１０の長側面の中央部の膨張がより大きくなるため、長側面の中央部側に形成された冷媒通路２２ａの横断面積と、長側面の端部側に形成された冷媒通路２２ｃの横断面積との差はより顕著になる。

　本発明は、角形電池１０の膨張に伴う冷却能力のバラツキを考慮して、角形電池１０の均一な冷却が可能な組電池の冷却構造を提案するものである。

　図３は、本実施形態における組電池１００の一部を示した側面図である。

　図３に示すように、隣接する角形電池１０は、樹脂からなる板状のスペーサ２０を介して、角形電池１０の長側面が互いに対向して配列されている。そして、隣接する角形電池１０間には、隣接するリブ２１間で区画された複数の冷媒通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃが形成されている。

　ここで、複数のリブ２１は、等間隔に形成されており、冷媒通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃを区画するリブ２１間にあるスペーサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの厚みは、角形電池１０の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に大きくなっている。すなわち、角形電池１０の長側面の中央部に形成された冷媒通路２２ａに対応するスペーサ２０ａの厚みが最も小さく、角形電池１０の長側面の端部に形成された冷媒通路２２ｃに対応するスペーサ２０ｃの厚みが最も大きくなっている。これにより、複数の冷媒通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃの横断面積は、角形電池１０の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に小さくなっている。

本実施形態では、スペーサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの厚みは、角形電池１０の充放電により角形電池１０の長側面が膨張したとき、各冷媒通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃの横断面積が略同じ大きさになるように設定されている。具体的には、角形電池１０の膨張量や、リブ２１を構成する樹脂の弾性係数等を考慮して、スペーサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの厚みを決めればよい。

　このように、複数の冷媒通路２２を、その横断面積が、角形電池１０の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に小さくなるように形成しておき、角形電池１０の長側面が膨張したとき、各冷媒通路２２の横断面積が略同じ大きさになるように設定しておくことによって、角形電池１０が膨張しても、角形電池１０を均一に冷却することができる。

　なお、本明細書において、「冷媒通路の横断面積が徐々に小さくなる」は、全ての冷媒通路２２の横断面積が、角形電池１０の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に小さくなっていることを意味するものではない。例えば、角形電池１０の長側面の中央部が最も膨張量が大ききことを考慮して、角形電池１０の長側面の中央部に形成された冷媒通路２２ａの横断面積を、それよりも端部側に形成された冷媒通路２２ｂ、２２ｃの横断面積よりも大きくし、冷媒通路２２ｂ、２２ｃの横断面積を同じ大きさにしてもよい。

　本実施形態において、リブ２１の個数や、リブ２１の形状等は特に制限されない。

　また、本実施形態において、スペーサ２０の材料は特に制限されないが、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等を使用することができる。

　（第２の実施形態）
　図４は、本発明の第２の実施形態における組電池１１０の一部を示した側面図である。

　本実施形態におけるスペーサ２０は、図４に示すように、冷媒通路２２を区画するリブ２１間の間隔が、角形電池１０の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に小さくなっている。これにより、冷媒通路２２は、角形電池１０の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に大きくなっている。図４に示した例では、角形電池１０の長側面の中央部に形成された冷媒通路２２ａの横断面積は、その端部側に形成された冷媒通路２２ｂの横断面積よりも大きくなっており、冷媒通路２２ｂの横断面積は、その端部側に形成された冷媒通路２２ｃの横断面積よりも大きくなっている。

　本実施形態におけるリブ２１間の間隔は、角形電池１０の充放電により角形電池１０の長側面が膨張したとき、各冷媒通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃの横断面積が略同じ大きさになるように、角形電池１０の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に小さく設定されている。これにより、角形電池１０が膨張しても、角形電池１０を均一に冷却することができる。

　なお、本明細書において、「リブ間の間隔が徐々に小さくなる」は、全てのリブ間の間隔が、角形電池１０の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に小さくなっていることを意味するものではない。例えば、角形電池１０の長側面の中央部が最も膨張量が大ききことを考慮して、角形電池１０の長側面の中央部に形成されたリブ２１間の間隔を、それよりも端部側に形成されたリブ間の間隔よりも大きくし、端部側に形成された各リブ間を等間隔にしてもよい。

　（第３の実施形態）
　図５は、本発明の第３の実施形態における組電池１２０の一部を示した側面図である。

本実施形態におけるスペーサ２０は、図５に示すように、冷媒通路２２を区画するリブ２１間の間隔は、角形電池１０の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に大きくなっており、かつ、冷媒通路２２を区画するリブ２１間にあるスペーサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの厚みは、角形電池１０の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に大きくなっている。

　本実施形態におけるリブ２１間の間隔、及び、冷媒通路２２を区画するリブ２１間にあるスペーサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの厚みは、角形電池１０の充放電により角形電池１０の長側面が膨張したとき、各冷媒通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃの横断面積が略同じ大きさになるように、それぞれ設定されている。

　これにより、角形電池１０が膨張しても、角形電池１０を均一に冷却することができる。さらに、角形電池１０の長側面の中央部側のリブ２１間の間隔が、端部側のリブ２１間の間隔よりも小さくなっているため、最も膨張量の大きい角形電池１０の長側面の中央部における膨張を、より効果的に押さえることができる。

　以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

　例えば、上記実施形態においては、角形電池１０の充放電により角形電池１０の長側面が膨張したとき、各冷媒通路２２の横断面積が略同じ大きさになるように設定したが、複数の冷媒通路２２の横断面積を、角形電池１０の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に小さくなるように設定してもよい。角形電池１０は、充放電時に発熱するが、角形電池１０の長側面の中央部は端部よりも放熱性が低いため、中央部が最も温度が上昇する。そのため、中央部における冷却能力を、端部における冷却能力よりも高めに設定することによって、角形電池１０を、より均一に冷却することができる。特に、角形電池１０が、大型化、高容量化すると、中央部と端部との温度差がより顕著になるため、より効果を発揮する。

　また、上記実施形態では、図１に示したように、複数のリブ２１を、角形電池１０の配列方向Ａと垂直な方向Ｂに形成したが、角形電池１０の配列方向Ａと垂直な方向Ｃに形成してもよい。

　本発明は、自動車等の電源に用いる組電池に有用である。

　１０　　　角形電池
　１１ａ、１１ｂ　電極端子
　１２　　　バスバー
　１３　　　安全弁
　１４　　　拘束プレート
　１５　　　拘束パイプ
　２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ　　　スペーサ
　２１　　　リブ
　２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ　　　冷媒通路
　１００、１１０、１２０　　　組電池

Claims

　複数の角形電池からなる組電池であって、
　前記複数の角形電池は、樹脂からなる板状のスペーサを介して、前記角形電池の長側面が互いに対向して配列されており、
　前記スペーサの表面には、前記角形電池の配列方向と垂直な方向に、複数のリブが平行して形成され、該複数のリブは、前記角形電池の長側面に当接しており、
　隣接する前記角形電池間には、隣接する前記リブ間で区画された複数の冷媒通路が、前記リブの長手方向に添って形成されており、
　前記複数の冷媒通路の横断面積は、前記角形電池の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に小さくなっている、組電池。
　前記角形電池の充放電により該角形電池の長側面が膨張したとき、各冷媒通路の横断面積が略同じ大きさになるように設定されている、請求項１に記載の組電池。
　前記複数のリブは、等間隔に形成されており、
　前記冷媒通路を区画するリブ間にある前記スペーサの厚みは、前記角形電池の充放電により該角形電池の長側面が膨張したとき、各冷媒通路の横断面積が略同じ大きさになるように、前記角形電池の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に大きく設定されている、請求項２に記載の組電池。
　前記冷媒通路を区画するリブ間の間隔は、前記角形電池の充放電により該角形電池の長側面が膨張したとき、各冷媒通路の横断面積が略同じ大きさになるように、前記角形電池の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に小さく設定されている、請求項２に記載の組電池。
　前記冷媒通路を区画するリブ間の間隔は、前記角形電池の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に大きくなっており、かつ、前記冷媒通路を区画するリブ間にある前記スペーサの厚みは、前記角形電池の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に大きくなっている、請求項１または２に記載の組電池。
　前記角形電池の充放電により該角形電池の長側面が膨張したとき、前記複数の冷媒通路の横断面積は、前記角形電池の長側面の中央部側から端部側にかけて、徐々に小さくなるように設定されている、請求項１に記載の組電池。