(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池が集合されてなる組み電池であって、
前記組み電池を充電時に冷却するための冷却装置を備え、
前記冷却装置に対して、前記組み電池内において端部に配置された単電池から電力を供給することを特徴とする、組み電池。
【請求項２】
前記冷却装置により、前記組み電池内において中央部に配置された単電池を冷却することを特徴とする、請求項１に記載の組み電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、組み電池に関するものであり、特に、ニッケル−水素蓄電池やニッケル−カドミウム蓄電池等の２次電池が複数個集合されてなる組み電池の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルカリ蓄電池に用いられる水酸化ニッケル正極は、高温になるほど充電効率が低下し、特に大電流で充電を行なう場合には高温になるため、この結果、電池容量が低下するという問題があった。
【０００３】
そこで、このような問題を解決するために、外部電力によるファン等の冷却装置によって、組み電池全体を冷却する方法が検討されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように外部電力による冷却装置を用いた場合、組み電池全体の温度を低下させる効果はあるが、十分なものではなかった。特に、複数の単電池が集合されてなる組み電池の場合、各単電池間の温度分布を均一にすることは困難であった。
【０００５】
すなわち、組み電池内において中央部に配置された単電池は、熱放散効率が悪いために特に高温になりやすく、一方、組み電池内において端部に配置された単電池は、熱放散効率がよくなる。したがって、組み電池内における配置により、各単電池間に特性のばらつきが生じることとなる。その結果、端部に配置された単電池の充電深度が深くなり、ガスリークが起こることにより、サイクル寿命が短くなってしまうという問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、上述の問題点を解決し、高温中もしくは大電流で充電を行なう場合にも高い放電容量を有し、かつ、各単電池間の温度分布を均一にすることにより、サイクル寿命を伸長させることができる組み電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明による組み電池は、複数の単電池が集合されてなる組み電池であって、組み電池を充電時に冷却するための冷却装置を備え、冷却装置に対して組み電池本体から電力を供給することを特徴としている。
【０００８】
従来、組み電池に冷却装置を組合せる場合には、冷却装置に対して外部から電力を供給するのが当然と考えられていた。
【０００９】
しかしながら、この発明によれば、冷却装置に対して、組み電池本体から電力が供給される。そのため、構造がコンパクトになり、移動の際にも便利さが向上するという種々の利点が得られる。なお、本願発明においては、冷却装置に供給される電力量は、組み電池本体に充電される電力量に比較して十分に小さいものである。
【００１０】
また、冷却装置に対して組み電池本体から電力を供給する際には、組み電池内において熱放散効率のよい場所に配置された単電池から電力を供給するようにすることが好ましい。
【００１１】
このように、組み電池内において熱放散効率のよい場所としては、たとえば、組み電池の端部が挙げられる。このような組み電池の端部に配置された単電池から冷却装置へ電力を供給することにより、端部の単電池の充電深度が深くなるという従来の問題を解決することができる。
【００１２】
また、冷却装置により組み電池を冷却する際には、組み電池内において熱放散効率の悪い場所に配置された単電池を冷却するようにすることが好ましい。
【００１３】
このように組み電池内において熱放散効率の悪い場所としては、たとえば、組み電池の中央部が挙げられる。このような組み電池の中央部に配置された単電池を冷却することにより、中央部の単電池が高温になるために電池容量が低下するという、従来の問題を解決することができる。
【００１４】
さらに、これらを組合せて、組み電池内において熱放散効率のよい場所に配置された単電池から冷却装置へ電力を供給するととともに、組み電池内において熱放散効率の悪い場所に配置された単電池を冷却するようにすれば、組み電池内において各単電池間の温度分布が均一になる。その結果、大電流で充電を行なう場合にも高い放電容量を有し、かつ、各単電池間の温度分布を均一にすることにより、サイクル寿命を伸長させることができる組み電池が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による組み電池の一例の構造を示す斜視図である。
【００１６】
図１を参照して、この組み電池１０は、１６個の円筒型の単電池Ｃ１〜Ｃ１６が４個ずつ４列に集合され、直列に接続されて構成されている。
【００１７】
このような構造の組み電池においては、組み電池１０内において中央部に配置された単電池Ｃ６、Ｃ７、Ｃ１０、Ｃ１１は、熱放散効率が悪い。一方、組み電池１０内において端部に配置された単電池Ｃ１、Ｃ４、Ｃ１３、Ｃ１６は、熱放散効率がよい。
【００１８】
そこで、この組み電池１０においては、中央部に配置された単電池Ｃ６、Ｃ７、Ｃ１０、Ｃ１１を冷却するためのファン１が取付けられている。また、このファン１に対しては、端部に配置された単電池Ｃ１、Ｃ４、Ｃ１３、Ｃ１６から電力を供給するように構成されている。
【００１９】
図２は、本発明による組み電池の他の例の構造を示す斜視図である。
図２を参照して、この組み電池２０は、１０個の角型の単電池Ｃ１〜Ｃ１０が５個ずつ２列に集合され、直列に接続されて構成されている。
【００２０】
このような構造の組み電池においては、組み電池２０内において中央部に配置された単電池Ｃ３、Ｃ８は、熱放散効率が悪い。一方、組み電池２０内において端部に配置された単電池Ｃ１、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ１０は、熱放散効率がよい。
【００２１】
そこで、この組み電池２０においては、中央部に配置された単電池Ｃ３、Ｃ８を冷却するためのファン１が取付けられている。また、このファン１に対しては、端部に配置された単電池Ｃ１、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ１０から電力を供給するように構成されている。
【００２２】
図３は、本発明による組み電池のさらに他の例の構造を示す斜視図である。
図３を参照して、この組み電池３０は、１５個の角型の単電池Ｃ１〜Ｃ１５が５個ずつ３列に集合され、直列に接続されて構成されている。
【００２３】
このような構造の組み電池においては、組み電池３０内において中央部に配置された単電池Ｃ８は、熱放散効率が悪い。一方、組み電池３０内において端部に配置された単電池Ｃ１、Ｃ５、Ｃ１１、Ｃ１５は、熱放散効率がよい。
【００２４】
そこで、この組み電池３０においては、中央部に配置された単電池Ｃ８を冷却するためのファン１が取付けられている。また、このファン１に対しては、端部に配置された単電池Ｃ１、Ｃ５、Ｃ１１、Ｃ１５から電力を供給するように構成されている。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
▲１▼  単電池の作製
公知の焼結式ニッケル板のパンチングメタルに、活物質として水素吸蔵合金（ＭｍＮｉ３．１  Ｃｏ０．９  Ａｌ０．２  Ｍｎ０．５  、ここでＭｍはミッシュメタルを表わす）を結着剤で被着させた負極と、公知の焼結式ニッケル正極とを、セパレータを介して電極体とし、この電極体を平板角型のステンレス鋼製の電槽内に収納した後、封口して単電池を作製した。電解液は、電槽上面に設けられている安全弁を取外し、その際にできた孔を注液孔として注液した。なお、この単電池の理論容量は１５０Ａｈであった。
【００２６】
▲２▼  組み電池の作製
次に、作製した単電池を用いて、組み電池を作製した。
【００２７】
図４は、作製された組み電池を示す斜視図である。
図４を参照して、この組み電池４０は、１０個の単電池Ｃ１〜Ｃ１０と、金属板とプラスチック板を貼り合わせてなる放熱板４とが交互に積層され、直列に接続された後、アルミニウム合金製の支持部材２内に収納されて構成されている。なお、単電池Ｃ１〜Ｃ１０は、それぞれ注液孔３を有している。
【００２８】
▲３▼  ファンの取付け
次に、作製した組み電池にファンを取付けて、本発明に係る積層型組み電池Ａを作製した。
【００２９】
図５は、組み電池Ａを示す平面図である。
図５を参照して、組み電池４０には、４つのファン１が取付けられている。
【００３０】
また、図６は、組み電池Ａの構成を示す回路図である。
図６を参照して、この組み電池Ａにおいては、ファン１を駆動する電力は、１０個の単電池Ｃ１〜Ｃ１０全体から供給するように接続されている。さらに、組み電池内の中央部に配置された単電池Ｃ５、Ｃ６付近には温度センサ５が取付けられるとともに、ファン１にはサーモスタット６が取付けられ、温度センサ５により検出される温度が４５℃以上になると、ファン１が作動するように設定されている。
【００３１】
なお、ファン１としては、４個合わせて合計３０Ｗのものを使用している。したがって、この実施例１においてファンの使用時に必要な電流は、１０個の単電池を合わせたときの電圧が１４〜１５Ｖとなることから、約２．１〜２Ａ（約０．０１３Ｃ〜０．０１４Ｃ）となる。
【００３２】
（実施例２）
ファンを駆動する電力を４個の単電池Ｃ１、Ｃ２、Ｃ９、Ｃ１０から供給するように接続した以外は、実施例１と全く同様にして、本発明に係る積層型組み電池Ｂを作製した。
【００３３】
図７は、組み電池Ｂの構成を示す回路図である。
図７を参照して、この組み電池Ｂにおいては、４個のファン１のうちの２個分のファン１Ａを駆動する電力は、組み電池内において端部に配置された２個の単電池Ｃ１、Ｃ２から供給するように接続され、残りの２個分のファン１Ｂを駆動する電力は、組み電池内において端部に配置された２個の単電池Ｃ９、Ｃ１０から供給するように接続されている。さらに、組み電池内の中央部に配置された単電池Ｃ５、Ｃ６付近には温度センサ５が取付けられるとともに、ファン１Ａ、１Ｂにはサーモスタット６Ａ、６Ｂがそれぞれ取付けられ、温度センサ５により検出される温度が４５℃以上になると、ファン１Ａ、１Ｂがそれぞれ作動するように設定されている。
【００３４】
なお、他の構成については実施例１と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００３５】
また、この実施例２では、４個の単電池（充電時電圧５．６〜７．５Ｖ）から電力を供給するため、ファン駆動時に必要な電流は、約５．４〜４Ａ（０．０３６Ｃ〜０．０２７Ｃ）となる。
【００３６】
（比較例１）
ファンを駆動する電力を外部電源から供給するように接続した以外は、実施例１と全く同様にして、比較のための積層型組み電池Ｘを作製した。
【００３７】
なお、他の構成については実施例１と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００３８】
（比較例２）
ファンを取付けなかったこと以外は、実施例１と全く同様にして、比較のための積層型組み電池Ｙを作製した。
【００３９】
なお、他の構成については実施例１と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００４０】
（充放電サイクル試験１）
以上のようにして作製した４種の組み電池Ａ、Ｂ、Ｘ、Ｙを用い、１５Ａの電流値で１２時間充電を行ない、さらに、１５Ａの電流値で組み電池電圧が１０Ｖに達するまで放電を行ない、充電容量および充電終了時の電池温度を測定した。次に、１５０Ａの電流値で１．２時間充電を行ない、さらに、１５Ａの電流値で組み電池電圧が１０Ｖに達するまで放電を行ない、同様に放電容量および充電終了時の電池温度を測定した。なお、環境温度は２５℃であった。これらの試験結果を、表１に示す。
【００４１】
【表１】
0003573892.tif 000002
【００４２】
また、図８は、１５Ａ充電時の単電池間の温度分布を示す図であり、図９は、１５０Ａ充電時の単電池間の温度分布を示す図である。
【００４３】
図８および図９において、横軸は電池番号（図４または図５における単電池Ｃ１〜Ｃ１０の電池番号をそれぞれ１〜１０とする。）を示し、縦軸は充電終了時の温度（℃）を示している。
【００４４】
表１および図８を参照して、１５Ａでの充電時には、いずれの組み電池においても同様の特性を示すことがわかる。一方、表１および図９を参照して、１５０Ａで充電を行なった場合、ファンを取付けていない比較例２の組み電池Ｙでは、温度上昇が大きく、電池容量が著しく低下することがわかる。
【００４５】
（充放電サイクル試験２）
次に、４種の組み電池Ａ、Ｂ、Ｘ、Ｙを用い、１５０Ａの電流値で１．２時間充電を行ない、さらに、１５０Ａの電流値で放電を行なうというサイクル試験を行なった。この試験により得られた各組み電池のサイクル寿命を、表２に示す。なお、サイクル寿命は、電池容量が１００Ａｈに達したときとした。
【００４６】
【表２】
0003573892.tif 000003
【００４７】
また、図１０は、１００サイクル目の放電終了時の単電池間の電圧分布を示す図である。図１０において、横軸は電池番号を示し、縦軸は放電終了時の電圧（Ｖ）を示している。なお、この図１０は、単電池間の電圧のばらつきを示す指標となる。
【００４８】
表２および図１０を参照して、本発明例の組み電池Ａ、Ｂと比較例の組み電池Ｘは、比較例の組み電池Ｙよりサイクル寿命が長いことがわかる。これは、図１０からもわかるように、単電池間の特性のばらつきが小さいためである。特に、実施例２の組み電池Ｂは、ファン駆動のための電力を端部の単電池Ｃ１、Ｃ２、Ｃ９、Ｃ１０より供給しているため、単電池間のばらつきが特に小さく、サイクル寿命が他のものと比べて大きくなっている。また、比較例１の組み電池Ｘは、実施例２の組み電池Ａと近い特性を示すものの、外部の電源が別途必要であり、これに対して本発明の組み電池Ａはこれが不要であるという利点がある。
【００４９】
なお、以上の実施例は、ニッケル−水素蓄電池に関するものであるが、本願発明は、ニッケル−水素蓄電池に限定されるものではなく、ニッケル−カドミウム蓄電池やリチウムイオン電池等の他の２次電池についても広く適用することができる。ただし、充電時に組み電池内において中央部に配置された単電池の温度が高くなりやすいので、ニッケル正極を用いた蓄電池とした場合には、特に本願発明の効果が有効に発揮されると考えられる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、高温中もしくは大電流で充電を行なう場合にも高い放電容量を有し、かつ、各単電池間の温度分布を均一にすることにより、サイクル寿命を伸長させることができる組み電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組み電池の一例の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明による組み電池の他の例の構造を示す斜視図である。
【図３】本発明による組み電池のさらに他の例の構造を示す斜視図である。
【図４】実施例において作製された組み電池を示す斜視図である。
【図５】実施例１の組み電池Ａを示す平面図である。
【図６】組み電池Ａの構成を示す回路図である。
【図７】実施例２の組み電池Ｂの構成を示す回路図である。
【図８】充放電サイクル試験１において１５Ａ充電時の単電池間の温度分布を示す図である。
【図９】充放電サイクル試験１において１５０Ａ充電時の単電池間の温度分布を示す図である。
【図１０】充放電サイクル試験２において１００サイクル目の放電終了時の単電池間の電圧分布を示す図である。
【符号の説明】
１  ファン
１０、２０、３０、４０  組み電池
Ｃ１〜Ｃ１６  単電池
なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003573892.tif 000009
【図７】
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【図８】
0003573892.tif 000011
【図９】
0003573892.tif 000012
【図１０】
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