(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底矩形筒形状の電槽内に発電要素を収容してその開口部を封止して成る単電池を複数個直列配置した集合型密閉二次電池において、冷却媒体通路を各単電池の電槽間と単電池の配置方向に対してその両側とにこれらを連通させて形成し、単電池の配置方向に対してその両側及び／または単電池の配置方向の両端に、冷却ジャケット部材を接合し、 各単電池の電槽の互いに対向する対向壁面の少なくとも一方に突設した突部を設け、対向壁面間に冷却媒体通路を形成し、前記突部のうち各単電池間で互いに当接している突部同士を溶着して各単電池が一体電槽として一体接合されたことを特徴とする集合型密閉二次電池。
【請求項２】
冷却媒体通路が、集合型密閉二次電池の両端の単電池の外側にも設けられたことを特徴とする請求項１記載の集合型密閉二次電池。
【請求項３】
冷却媒体が単電池配列方向両側の冷却媒体通路の全面を通って流動するようにその冷却媒体通路に整流突条を設けたことを特徴とする請求項１に記載の集合型密閉二次電池。
【請求項４】
各単電池を相互に一体接合するとともに開口部を一体型の蓋体にて封止したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の集合型密閉二次電池。
【請求項５】
単電池の電槽及び蓋体が合成樹脂製で溶着にて相互に接合されて一体化されていることを特徴とする請求項４記載の集合型密閉二次電池。
【請求項６】
単電池の電槽、蓋体及び冷却ジャケット部材が合成樹脂製で溶着にて相互に接合されて一体化されていることを特徴とする請求項４記載の集合型密閉二次電池。
【請求項７】
単電池配列方向両側の冷却媒体通路に対して冷却媒体を供給、排出する冷却媒体の入口オリフィスと出口オリフィスを単電池配置方向の両端に配設するとともに分配ヘッダを介して両側の冷却媒体通路に接続したことを特徴とする請求項１または２に記載の集合型密閉二次電池。
【請求項８】
２つの単電池の電槽ごとにそれらの間に冷却媒体通路を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の集合型密閉二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単電池を複数個直列配置して一体電槽としてなる集合型密閉二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の集合型密閉二次電池としては、特開平７−８５８４７号公報に開示されたものが知られている。その集合型密閉二次電池６１は、図１１に示すように、有底矩形筒形状に形成された電槽６３内に発電要素を収容し、電槽６３の開口部を蓋体６４により封止してなる単電池６２を複数個直列配置し、これら単電池６２の電槽６３を端板６５及び拘束バンド６６にて緊締状態で連結し、また各単電池６２の正極端子６７及び負極端子６８を蓋体６４を貫通させて上方に突出させ、これら端子６７、６８を電気接続バー６９で順次直列に接続した構造となっている。
【０００３】
また、特開平６−２１５８０４号公報には、プラスチック製の電槽と蓋体を熱溶着したモノブロック蓄電池において、その電槽の２つの対向する側壁の外面にそれぞれ内側に凹入空間を形成した側板を熱溶着して電槽の側壁と側板との間に冷却ジャケット部を構成し、側板の両端部の上部に冷却液体の入口オリフィスと出口オリフィスを設けたものが開示されている。
【０００４】
また、特開昭６１−４５５７１号公報には、モノブロック電槽のセル間の隔壁に上下に貫通する冷却通路を設けるとともにその上下に冷却媒体を流入・排出用のヘッダを設け、各セル毎に分離された蓋体を設けたものが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−８５８４７号公報の集合型密閉二次電池では、各単電池が密接配置されて緊締されているので、周囲温度が高い場合や大電流で充放電した場合に各単電池からの放熱が十分に行われず、電池温度が上昇して電池寿命が低下するという問題がある。
【０００６】
これに対して、特開平６−２１５８０４号公報の蓄電池では、電槽の両側面が水冷ジャケット部で冷却されるため、ある程度温度上昇を抑制できるが、図１１のように単電池を集合した二次電池では、特に単電池間を冷却できないために、単電池の温度上昇を十分に抑制できないという問題がある。
【０００７】
一方、特開昭６１−４５５７１号公報の蓄電池では、モノブロック電槽におけるセル間の隔壁における上下の冷却通路を形成した部分は強制冷却されるが、各セルの外側面の全体を強制冷却するものでないために冷却効果が十分でなく、また電槽の構造が複雑であるために製造コストが高くなり、またセル毎に蓋体を設ける必要があって、組立工数が多くなってコスト高になる等の問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、安価な構成で各単電池を効果的に冷却できる集合型密閉二次電池を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の集合型密閉二次電池は、有底矩形筒形状の電槽内に発電要素を収容してその開口部を封止して成る単電池を複数個直列配置した集合型密閉二次電池において、冷却媒体通路を各単電池の電槽間と単電池の配置方向に対してその両側とにこれらを連通させて形成したものであり、これら冷却媒体通路を通る冷却媒体にて単電池間を含めて単電池のすべての側面を冷却媒体にて強制冷却できるため、すべての単電池を効果的に冷却することができる。
【００１０】
また、冷却媒体通路を、集合型密閉二次電池の両端の単電池の外側にも設けると、両端の単電池の外側面も強制冷却できる。
【００１１】
また、集合型密閉二次電池の単電池の配置方向に対してその両側及び／または単電池の配置方向の両端に、冷却ジャケット部材を接合すると、上記冷却媒体通路をコンパクトな冷却ジャケット部材にて容易にかつ軽量に構成できる。
【００１２】
また、各単電池の電槽の互いに対向する対向壁面の少なくとも一方に突設した突部を設け、対向壁面間に冷却媒体通路を形成すると、各単電池の電槽の対向壁面に突部を形成するだけで、単電池の対向壁面間の略全面にわたる冷却媒体通路を簡単かつ安価に形成することができる。
【００１３】
また、冷却媒体が単電池配列方向両側の冷却媒体通路の全面を通って流動するようにその冷却媒体通路に整流突条を設けると、全体を確実かつ均等に冷却することができ、高い冷却性能を確保できる。
【００１４】
また、各単電池を相互に一体接合するとともに開口部を一体型の蓋体にて封止すると、少ない部品数と組立工数にて一体電槽とした集合型密閉二次電池を得ることができる。
【００１５】
また、単電池の電槽及び蓋体が、又は単電池の電槽、蓋体及び冷却ジャケット部材が、それぞれ合成樹脂製で溶着にて相互に接合されて一体化されていると、単電池を集合した二次電池を容易に一体電槽としたものを得ることができる。
【００１６】
また、単電池配列方向両側の冷却媒体通路に対して冷却媒体を供給、排出する冷却媒体の入口オリフィスと出口オリフィスを単電池配置方向の両端に配設するとともに分配ヘッダを介して両側の冷却媒体通路に接続すると、単一の入口オリフィスと出口オリフィスから冷却媒体を供給、排出することができ、二次電池の冷却用配管を簡略にできる。
【００１７】
また、２つの単電池の電槽ごとにそれらの間に冷却媒体通路を形成すると、同じ全長で１つの冷却媒体通路の流路断面積を大きくできて、冷却媒体通路における圧力損失を小さくすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の集合型密閉二次電池の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
【００１９】
本実施形態の集合型密閉二次電池１は、電気自動車用の駆動電源として好適に用いることができるニッケル・水素二次電池であり、図１〜図３に示すように、単電池２を複数個直列配置して相互に接合して一体電槽とし、単電池列の両端に端板６を接合し、単電池２及び端板６の配列方向に対してその両側に内側に扁平な空間を凹入形成した板状の冷却ジャケット部材３を接合し、その上に単一体の蓋体５を接合して各単電池２及び端板６を密閉し、端板６、６間を拘束バンド７にて緊締して構成されている。８は一端と他端の単電池２から上方に突出された正極端子や負極端子が貫通するように蓋体５に形成された端子装着穴、９は各単電池２に対応して蓋体５に貫通形成された安全弁装着穴である。１０、１１は冷却媒体の入口オリフィスと出口オリフィスであり、蓋体５の両端部に一体的に装着される。上記単電池２、冷却ジャケット部材３、蓋体５、端板６、入口オリフィス１０、出口オリフィス１１等は、ＰＰ／ＰＰＥアロイなどの合成樹脂にて構成され、溶着によって相互に一体接合されている。また、隣接する単電池２、２は、図２、図３に示すように、接続体１２にて電気的に接続されている。
【００２０】
以下、詳細に説明すると、単電池２は、図２、図３に示すように、有底矩形筒形状の電槽１４内に発電要素１５を収容して成り、各単電池２を直列に配列した状態で互いに対向する電槽１４の対向壁面１６に、相互に当接する多数の突部１７がマトリックス状に突設され、これら突部１７にて両対向壁面１６、１６間に形成された空間にて冷却媒体通路１８が構成されている。なお、単電池列の両端の単電池２の外側の対向壁面１６には端板６が当てられて接合され、その端板６と対向壁面１６との間にも冷却媒体通路１８が形成されている。この端板６は冷却ジャケット部材にて構成してもよい。また、適当箇所の複数（図示例では４箇所）の突部１７は大径に形成され、その端面に互いに嵌入係合する係合突起１９ａと係合凹部１９ｂが形成されて電槽１４相互の位置決めがなされている。また、電槽１４の上端から適当距離下方位置と下端縁部には互いに当接する接合縁部２０が突設されている。そして、単電池２を直列に配列した状態で互いに当接している突部１７及び接合縁部２０を相互に溶着することによって各単電池２が一体電槽として一体接合されている。
【００２１】
この単電池２の配列方向に対してその両側における単電池２と冷却ジャケット部材３の内側面との間に形成された空間にて、両側の冷却媒体通路２１が構成されている。また、上記端板６の上縁には両側の冷却媒体通路２１に連通して冷却媒体（水）を分配する分配ヘッダ形成樋２２が形成されている。
【００２２】
一体電槽とされた各単電池２の電槽１４における上方の接合縁部２０より上部の上部枠２６には、図２、図３及び図４に示すように、隣接する単電池２を電気的に接続する接続体１２を配置する略三角形状の切欠１３が千鳥状に形成されており、接続体１２は切欠１３に配置された状態で電槽１４及び蓋体５に密封状態で一体接合されている。
【００２３】
接続体１２は、図２、図３及び図５に示すように、金属（ニッケル等）製の接続軸２７と合成樹脂製の支持体２８にて構成され、接続軸２７が支持体２８の保持筒部２９に圧入状態で貫通されるとともに、接続軸２７の鍔部２７ａと保持筒部２９内周との間に介装したＯリング３１にて完全に密封されている。また、支持体２８には保持筒部２９から一対の三角形状の翼部３０が突設され、この接続体１２を切欠１３に配置したときそれぞれ個別枠２６に接合されるように構成されている。
【００２４】
蓋体５は、図２、図３及び図６に示すように、内面に各電槽１４の上部枠２６に対応するように個別枠３２が形成されるとともに、外周部に断面倒立Ｌ字状に外周枠３３が垂下され、長手方向両端部には分配ヘッダ形成樋２２の上端に接合されて分配ヘッダ３５を密閉形成する密封突条３４が突設されている。
【００２５】
また、蓋体５の両端部の一側部には端子装着穴８が形成され、他側部には入口オリフィス１０と出口オリフィス１１を接合する接合突条３６が突設されている。これらオリフィス１０、１１は、平面形状が略Ｊ字状で下面開放のＪ字ボックス片３７の短辺の先端から接続口３８を突出させて構成されている。また、蓋体５のＪ字ボックス片３７の長辺先端部に対向する部分に分配ヘッダ３５に連通する連通開口３９が形成されている。
【００２６】
また、冷却ジャケット部材３の内側面には、図７（ａ）に示すように、冷却媒体通路２１の全面を冷却媒体が均等に流れるように、上下に蛇行する蛇行流通路４０を形成する整流突条４１が突設されている。この整流突条４１に代えて、図７（ｂ）に示すように、上下方向に適当間隔置きに上部で短く、下部で長い水平方向の複数の整流突条４２を設けてもよい。なお、図７（ｃ）に示すように、これら整流突条４１、４２は必ずしも設けなくてもよいが、その場合冷却媒体通路２１の両側下部に冷却媒体の滞留域４３が発生して配列方向両端部の単電池２の下部の冷却が十分行われない恐れがあるため、整流突条４１、４２を設けることが望ましい。なお、これら整流突条４１、４２は単電池２の電槽１４側に設けてもよい。
【００２７】
以上の構成の集合型密閉二次電池１においては、入口オリフィス１０から冷却媒体を供給すると、分配ヘッダ３５を通って両側の冷却媒体通路２１に流入し、この冷却媒体通路２１内を下流側に向かって流れるとともに、単電池２間の冷却媒体通路１８を通って両側の冷却媒体通路２１、２１間でも流通し、単電池２の電槽１４の対向壁面１６を含めてすべての側面が冷却媒体にて強制冷却され、冷却媒体はその後出口オリフィス１１から排出される。したがって、すべての単電池２の四周側面が冷却媒体にて効果的に冷却される。
【００２８】
また、各単電池２を溶着して相互に一体接合して一体電槽とするとともにその開口部に一体型の蓋体５を溶着して封止しているので、少ない部品数と組立工数にて一体電槽とした集合型密閉二次電池１を得ることができ、また各単電池２の電槽１４の対向壁面１６に突部１７を形成して突部１７を当接させて相互に溶着しているので簡単かつ安価に対向壁面１６、１６間の略全面にわたる冷却媒体通路１８を形成することができる。
【００２９】
また、単電池列の両側にコンパクトな板状の冷却ジャケット部材３を接合して両側の冷却媒体通路２１を構成しているので軽量に構成することができる。
【００３０】
また、両側の冷却媒体通路２１に対して冷却媒体を供給、排出する冷却媒体の入口オリフィス１０と出口オリフィス１１を単電池配置方向の両端に配設するとともに分配ヘッダ３５を介して両側の冷却媒体通路２１に接続しているので、単一の冷却媒体経路にて上記構成と相まってすべての単電池２の全周を効果的に冷却することができる。
【００３１】
なお、以上の実施形態の説明では、図８（ａ）に示すように、各単電池２、２間に冷却媒体通路１８を配設した例を示したが、図８（ｂ）に示すように、２つの単電池２毎にそれらの間に冷却媒体通路１８を形成するようにしても良く、そうすると二次電池１の全長Ｌは同じにしたままで、冷却媒体通路１８の幅をｔから２ｔにでき、流路断面積を大きくすることができるため、この冷却媒体通路１８における圧力損失を小さくすることができる。
【００３２】
また、以上の実施形態の説明では、入口オリフィス１０と出口オリフィス１１を単電池２の配設方向と直交する方向の一側に配設した例を示したが、図９に示すように、入口オリフィス１０と出口オリフィス１１を対角位置に配設して冷却媒体を単電池２、２間の冷却媒体通路１８に流すようにしてもよい。図９（ａ）の例では、両側の冷却媒体通路２１と単電池間の冷却媒体通路１８にて蛇行状の通路を形成している。また、図９（ｂ）の例では一側の冷却媒体通路２１の一端に入口オリフィス１０を他側の冷却媒体通路２１の他端に出口オリフィス１１を設けることによって各冷却媒体通路１８に冷却媒体を流すようにしている。
【００３３】
また、上記実施形態では蓋体５が端板６上に被さり、入口オリフィス１０及び出口オリフィス１１が蓋体５に設けられた例を示したが、図１０に示すように、蓋体５は単電池２群上のみを覆い、両端の端板６の上端部に分配ヘッダ部５２を一体的に設け、その上面に入口オリフィス１０や出口オリフィス１１を突設し、冷却ジャケット部材３の両端の上端部に内部の冷却媒体通路２１を分配ヘッダ部５２の両端に対して接続する接続部５３を屈曲形成してもよい。なお、図１０中で斜線で示した部分は、単電池２の集合体と冷却ジャケット部材３の溶着部５４である。
【００３４】
本実施形態においても基本的に上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００３５】
また、上記実施形態では各構成部材を溶着によって一体接合する例を示したが、接着材にて一体接合してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の集合型密閉二次電池によれば、以上の説明から明らかなように、冷却媒体通路を各単電池の電槽間と単電池の配置方向に対してその両側とにこれらを連通させて形成したものであり、これら冷却媒体通路を通る冷却媒体にて単電池間を含めて単電池のすべての側面を冷却媒体にて強制冷却できるため、すべての単電池を効果的に冷却することができる。
【００３７】
また、冷却媒体通路を、集合型密閉二次電池の両端の単電池の外側にも設けると、両端の単電池の外側面も強制冷却できる。
【００３８】
また、集合型密閉二次電池の単電池の配置方向に対してその両側及び／または単電池の配置方向の両端に、冷却ジャケット部材を接合すると、上記冷却媒体通路を冷却ジャケット部材にて容易かつ軽量に形成できる。
【００３９】
また、各単電池の電槽の互いに対向する両壁面の少なくとも一方に突設した突部を設け、両壁面間に冷却媒体通路を形成すると、各単電池の電槽の対向壁面に突部を形成するだけで、単電池の対向壁面間の略全面にわたる冷却媒体通路を簡単かつ安価に形成することができる。
【００４０】
また、冷却媒体が両側の冷却媒体通路の全面を通って流動するようにその冷却媒体通路に整流用突条を設けると、全体を確実かつ均等に冷却することができ、高い冷却性能を確保できる。
【００４１】
また、各単電池を相互に一体接合するとともに開口部を一体型の蓋体にて封止すると、少ない部品数と組立工数にて一体電槽とした集合型密閉二次電池を得ることができる。
【００４２】
また、単電池の電槽及び蓋体が、又は単電池の電槽、蓋体及び冷却ジャケット部材が、それぞれ合成樹脂製で溶着にて交互に接合されて一体化されていると、単電池を集合した二次電池を容易に一体電槽としたものを得ることができる。
【００４３】
また、両側の冷却媒体通路に対して冷却媒体を供給、排出する冷却媒体の入口オリフィスと出口オリフィスを単電池配置方向の両端に配設するとともに分配ヘッダを介して両側の冷却媒体通路に接続すると、単一の入口オリフィスと出口オリフィスから冷却媒体を供給、排出することができ、二次電池の冷却用配管を簡略にできる。
【００４４】
また、２つの単電池の電槽ごとにそれらの間に冷却媒体通路を形成すると、同じ全長で１つの冷却媒体通路の流路断面積を大きくできて、冷却媒体通路における圧力損失を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の集合型密閉二次電池の一実施形態の外観斜視図である。
【図２】同実施形態の縦断側面図である。
【図３】同実施形態の部分縦断正面図である。
【図４】同実施形態の中間蓋の部分斜視図である。
【図５】同実施形態の電気接続体の斜視図である。
【図６】同実施形態の蓋体の斜視図である。
【図７】同実施形態の両側の冷却媒体通路内の各種構成例を示す縦断面図である。
【図８】同実施形態における冷却媒体通路の配設状態とその変形例を示す概略横断平面図である。
【図９】同実施形態における他の冷却媒体の流れを形成する流路構成例の概略横断平面図である。
【図１０】本発明の集合型密閉二次電池の他の実施形態の分解斜視図である。
【図１１】従来例の集合型密閉二次電池の正面図である。
【符号の説明】
１  集合型密閉二次電池
２  単電池
３  冷却ジャケット部材
５  蓋体
１０  入口オリフィス
１１  出口オリフィス
１４  電槽
１５  発電要素
１６  対向壁面
１７  突部
１８  冷却媒体通路
２１  両側の冷却媒体通路
３５  分配ヘッダ
４１  整流突条
４２  整流突条
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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