(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の円柱状単電池が複数段の格子積みで前記単電池間に所定間隔を保持するための枠体内に配設されケースに収容された組電池において、最下段に配設された単電池の一側下方に冷却風導入口を有するとともに、最上段に配設された単電池の他側に冷却風排出口を有し、前記最上段における前記冷却風導入口付近および／または前記冷却風排出口付近に単電池を設けないことにより、前記最上段に配設された単電池の個数が他の段に配設された単電池の個数より少ないことを特徴する組電池。
【請求項２】
前記枠体は、底部に冷却風を枠体内に流入させるためのルーバーを有し、該ルーバー上に前記単電池の長さ間隔を隔てて仕切られたブロック枠が立設されているとともに、前記単電池は前記ブロック枠の間に複数段の格子積みで配設されており、前記ルーバーと前記最下段に配設された単電池との間に冷却風による単電池の冷却を制限する冷却制限カバーを配したことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記冷却風導入口近傍の前記ルーバーの端部に前記枠体内への冷却風の流入を促進するためのフィンを設けたことを特徴とする請求項２に記載の組電池。
【請求項４】
前記枠体内には各段に配設された単電池間に所定間隔を保持するためのブロック枠が配されており、前記最上段に配設された単電池の上には、該単電池を上部側から押さえる押え枠が配されているとともに、前記押え枠の上部と前記ケースの上部との間には冷却風を前記冷却風排出口に案内するための経路が形成されたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は組電池に係り、特に、複数の円柱状単電池が複数段の格子積みで単電池間に所定間隔を保持するための枠体内に配設されケースに収容された組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車（以下、電気自動車という。）等に使用される組電池は、高電圧が要求されることから、数十本の単電池が直列に接続されて組電池が構成され、さらに必要に応じて、複数個の組電池が直並列で使用される。また、電気自動車に使用される組電池は、車内の空間を有効利用する観点から、コンパクトな設計が強く求められている。
【０００３】
一方、電気自動車に用いられる組電池は走行中にパルス的な大電流の充放電が継続して要求され、これに伴う発熱を生じることから、組電池を構成する単電池の配設箇所により温度のバラツキを生じることになり、それはコンパクトな設計であるほど顕著となる傾向にある。この温度バラツキは単電池の寿命バラツキの原因となることから、組電池全体の長寿命化を図るためには、冷却システムにより各単電池温度の均一化を図ることが必須となる。
【０００４】
このような試みとして、円柱状単電池を所定の間隔を保持して格子積みあるいは千鳥積みし、一方方向から冷却風を流すことにより、各単電池の温度を均一化しようとする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、各角型電池を長さ方向に積層して単電池間に所定の空間を保持し、この空間に冷却風を流すことにより、各単電池の温度を均一化しようとする技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２５５８５９号公報
【特許文献２】特開２００１−２３６９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、円柱状単電池の場合には、冷却風の導入口から排出口に向かって単電池間を冷却風が流れるうちに冷却風の温度が上がり、排出口ほど冷却が困難となり、位置により単電池間に温度分布を形成することになる。一方、角型電池の場合にも同様に、導入口から排出口に向かって単電池間を冷却風が流れるうちに冷却風の温度が上がり、排出口ほど冷却が困難となり、位置により１つの単電池内に温度分布を形成することになる。
【０００７】
本発明は上記事案に鑑み、円柱型電池を用いてコンパクトな組電池を構成する場合に、単電池間の温度バラツキを抑制可能で長寿命の組電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の円柱状単電池が複数段の格子積みで前記単電池間に所定間隔を保持するための枠体内に配設されケースに収容された組電池において、最下段に配設された単電池の一側下方に冷却風導入口を有するとともに、最上段に配設された単電池の他側に冷却風排出口を有し、前記最上段における前記冷却風導入口付近および／または前記冷却風排出口付近に単電池を設けないことにより、前記最上段に配設された単電池の個数が他の段に配設された単電池の個数より少ないことを特徴する。
【０００９】
本発明において、枠体は、底部に冷却風を枠体内に流入させるためのルーバーを有し、該ルーバー上に単電池の長さ間隔を隔てて仕切られたブロック枠が立設されているとともに、単電池はブロック枠の間に複数段の格子積みで配設されており、ルーバーと最下段に配設された単電池との間に冷却風による単電池の冷却を制限する冷却制限カバーを配することが好ましい。また、冷却風導入口近傍のルーバーの端部に枠体内への冷却風の流入を促進するためのフィンを設けることがより好ましい。さらに、枠体内には各段に配設された単電池間に所定間隔を保持するためのブロック枠が配されており、最上段に配設された単電池の上には、該単電池を上部側から押さえる押え枠が配されているとともに、押え枠の上部とケースの上部との間には冷却風を冷却風排出口に案内するための経路が形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、最下段に配設された単電池の一側下方に冷却風導入口を有するとともに、最上段に配設された単電池の他側に冷却風排出口を有し、最上段における冷却風導入口付近および／または冷却風排出口付近に単電池を設けないことにより、最上段に配設された単電池の個数が他の段に配設された単電池の個数より少なくしたので、単電池間の温度バラツキを抑制でき長寿命の組電池を得ることができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明を、ハイブリッド自動車用の組電池に適用した実施の形態について説明する。
【００１２】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の組電池２０は、４０本の円柱型単電池２を電気絶縁性ケース１内に収容したものである。本実施形態では、最上段に１２本、中段に１４本、最下段に１４本の単電池２を格子状に三段積みの収容態様を採っている。
【００１３】
単電池２には、例えば、リチウムイオン二次電池等の二次電池を用いることができる。本実施形態では、リチウムマンガン複酸化物を正極活物質とした正極板と、非晶質炭素を負極活物質とした負極板とをセパレータを介して捲回することで作製した捲回群を、円筒状の有底電池缶内に固定し、例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびジエチルカーボネートの混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を加えた非水電解液に浸潤させ、電池缶の開口部を、ガスケットを介して金属製キャップで封口した二次電池を用いている。単電池２の側周面は熱収縮性の絶縁フィルムで被覆されており、金属製キャップおよび電池缶底が単電池２の出力端子となる。
【００１４】
各単電池２は、樹脂製の枠体内で固定され、車載された場合の遊動が防止されている。図２に示すように、枠体は、組電池２０を構成する単電池２の正面および背面に立設された２つの立設ブロック枠８、一段目に配設された単電池２と二段目に配設された単電池２との間に配置された第１ブロック枠９、二段目に配設された単電池２と三段目に配設された単電池２との間に配置された第２ブロック枠１０、三段目に配設された単電池２の上部に配置された第３ブロック枠１１で構成されている。
【００１５】
単電池２は、直列接続を確保するために、隣り合う単電池２の極性と反対となるように正負極が交互に配設されている。立設ブロック枠８には隣り合う単電池２の正負極間を接続するためのバスバーが埋設されており、単電池２の正負極はこのバスバーにスポット溶接され電気的、機械的に接続されることで、組電池２０を構成する単電池２全体の直列接続が確保されている。２つの立設ブロック枠８間の下部には、最下段に配設された単電池２の一側（図１の右側）下方に形成された冷却風導入口３から導入された冷却風を上方に案内するために、板状で矩形状の開口が形成されたルーバー部材４（以下、ルーバー部材４の個々の部分をルーバーという。）が配置されており、このルーバー部材４によって２つの立設ブロック枠８間の間隔が単電池２の長さに画定されている。なお、図１に示すように、冷却風導入口３近傍のルーバーの一側端部には、導入された冷却風を上方に強制分岐する（冷却風の流入を促進する）ためのフィン６が一体形成されている。
【００１６】
また、図２に示すように、立設ブロック枠８、第１ブロック枠９、第２ブロック枠１０および第３ブロック枠１１は、単電池２の端部側周面に沿う形状の円弧部を有しており、この円弧部に接着剤を塗布し乾燥させることで単電池２を固定している。第３ブロック枠１１は四隅に脚部を有しており、これらの脚部は第２ブロック枠１０の四隅の脚部に接着剤で固定されている。なお、接着剤の固化前に第３ブロック枠１１で最上段に配設された単電池２を押圧するためにスナップフィットで暫定的に固定され、接着剤の固化により第３ブロック枠１１と第２ブロック枠１０とは固定される。
【００１７】
最下段に配設された単電池２の下部には、樹脂製で、断面が弧状であって側周面に沿って各単電池２に夫々接着され、最下段に配設された単電池２の冷却風による温度低下（温度バラツキ）を制限するための冷却制限カバー７が、ルーバーに近接して配置されている。
【００１８】
従って、ルーバー部材４で単電池２間の長さ方向の間隔が画定された立設ブロック枠８間には、下側から順に、冷却制限カバー７、最下段の単電池２（１４本）、第１ブロック枠９、中段の単電池２（１４本）、第２ブロック枠１０、最上段の単電池２（１２本）、第３ブロック枠１１が積層されており、第１ブロック枠９および第２ブロック枠１０により各段に配設された単電池２間に冷却風が流通可能な所定間隔が画定されている（図１も参照）。
【００１９】
図２に示すように、上述したケース１は、樹脂製で立設ブロック枠８の側部を覆う２枚の絶縁板１２、第３ブロック枠１１と所定間隔を画して配置され冷却風を最上段の単電池２の上側を冷却風排出口５に案内するための経路を形成する樹脂製の上部絶縁板１３、樹脂製で右側面側（図２の右側）および左側面側（図２の左側）を覆う絶縁板（不図示）、樹脂製で底面に配置された底板（図１も参照）で構成されている。なお、上部絶縁カバー１３には、冷却風導入口３から導入された冷却風を排出するための冷却風排出口５が形成されている（図１も参照）。
【００２０】
従って、本実施形態の組電池２は、枠体により４０本の単電池２が格子積みで単電池２間に冷却風の流通が可能な所定の間隔を保持して配置され、ケースに収容されたコンパクトな構造を有している。
（作用等）
【００２１】
次に、本実施形態の組電池２の作用、効果等について、組電池２を構成する単電池２の温度バラツキを中心に説明する。
【００２２】
図１に示すように、冷却風導入口３から導入された冷却風は、ルーバー間の開口から最下段の単電池２の側周面と熱交換をしながら上方に移動する。第１ブロック枠９、第２ブロック枠１０および第３ブロック枠１１は、長手方向と交差する方向に整流部材を有しており、この整流部材により冷却風は単電池２の側周面との熱交換が促進される。最上段の単電池２を冷却した冷却風は、第３ブロック枠１１と上部絶縁板１３との間の経路を介して冷却風排出口５に案内される。
【００２３】
単電池２を単に三段の格子積みで配設した場合には、冷却風導入口３近傍から上部への分岐が困難であり、温度バラツキを増大する原因となる。本実施形態では、より望ましい対策として冷却風導入口３近傍のルーバーに冷却風を上方に強制分岐するフィン６を設けているが、それでも三段積みの最上部への冷却風の分配は難しい。図３に冷却風導入口３付近に配置された単電池２の温度分布解析を示す。通常の三段積みでは冷却風導入口３付近の最上段の単電池２の温度上昇が激しいことがわかる（図３（Ａ）参照）。本実施形態の組電池２０では、最上段の単電池２の個数をより下段に配置された単電池２の個数より少なくすることにより、温度バラツキを低減させることができる（図３（Ｂ）参照）。一方、組電池２０では、下方から上方へ冷却風が流れる構成を採っているため、最下段の単電池２に冷却が集中するため温度バラツキを増大させる原因となる。このため、最下段の単電池２の下面に冷却制限カバー７を設けることで、最下段の単電池２の冷却を抑制し、温度バラツキをより低減させることができる（図３（Ｃ）参照）。
【００２４】
従って、本実施形態の組電池２０は、コンパクトな構成にも拘わらず、各単電池２の温度の均一化を図ることができるので、組電池２０全体の長寿命化を図ることができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、単電池２の三段積みの例を示したが、本発明はこれに限らず、二段または三段以上の単電池２の積層にも適用可能である。しかし、各単電池２間の温度バラツキの抑制には三段以下とすることが望ましい。
【００２６】
また、本実施形態では、単電池２にリチウムイオン二次電池を例示したが、本発明はこれに制限されないことは論を待たない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、円柱型電池を用いてコンパクトな組電池を構成する場合に、単電池間の温度バラツキを抑制可能で長寿命の組電池を提供するものであるため、組電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の組電池の断面および冷却風の流れを模式的に示す説明図である。
【図２】実施形態の組電池の分解斜視図である。
【図３】組電池の熱分布を示す説明図であり、（Ａ）は最上段の単電池数がより下段の単電池数と同じ従来例の場合、（Ｂ）は最上段の電池数がより下段の電池数より少ない場合、（Ｃ）は（Ｂ）に加え冷却風制限カバーを設けた場合を示す。
【符号の説明】
【００２９】
２  単電池
３  冷却風導入口
４  ルーバー部材
５  冷却風排出口
６  フィン
７  冷却制限カバー
８  立設ブロック枠（枠体の一部）
９  第１ブロック枠（枠体の一部）
１０  第２ブロック枠（枠体の一部）
１１  第３ブロック枠（枠体の一部、押え枠）
２０  組電池
【図１】
0005242220.tif 000002
【図２】
0005242220.tif 000003
【図３】
0005242220.tif 000004