(57)【要約】【課題】予め定められた比較的狭い温度範囲内で電池の温度を制御することも可能な、電池を冷却または加温するための構造を提供する。【解決手段】電池ユニット２００は、電池２０、および電池２０と熱交換する液状の熱交換媒体７０を収容する収容部５０と、気化された熱交換媒体を液化する冷却部６０とを備える。冷却部６０は、液化された熱交換媒体７０を、熱交換媒７０体の液面の略垂直な方向において電池２０と重ならない位置の液面に戻す媒体戻し部６４を有してもよい。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池、および前記電池と熱交換する液状の熱交換媒体を収容する収容部と、
気化された前記熱交換媒体を液化する冷却部と
を備える電池ユニット。
【請求項２】
前記冷却部は、液化された前記熱交換媒体を、前記熱交換媒体の液面の略垂直な方向において前記電池と重ならない位置の前記液面に戻す媒体戻し部を有する請求項１に記載の電池ユニット。
【請求項３】
前記媒体戻し部は、前記熱交換媒体の液面の上方に位置し、水平面に対して傾斜している面を有する請求項２に記載の電池ユニット。
【請求項４】
前記熱交換媒体は、２０℃以上、５０℃以下の沸点を有する請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電池ユニット。
【請求項５】
前記熱交換媒体を加熱する加熱部をさらに備える請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度制御される電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池などの電池は、高温下または低温下で充電または放電する場合に、電池の特性に悪影響を与える場合がある。そこで、電池は適宜冷却または加温されることが好ましい。特許文献１には、素電池の間に熱交換パイプを配設して、熱交換パイプに熱交換液を循環して素電池を冷却または加温する電源装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１  特開２００９−９８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電源装置における電池を冷却または加温する構造は、例えば予め定められた比較的狭い温度範囲内で電池の温度を制御することが困難であった。そこで、発明は、予め定められた比較的狭い温度範囲内で電池の温度を制御することも可能な、電池を冷却または加温するための構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る電池ユニットは、電池、および電池と熱交換する液状の熱交換媒体を収容する収容部と、気化された熱交換媒体を液化する冷却部とを備える。
【０００６】
上記電池ユニットの一つの態様では、冷却部は、液化された熱交換媒体を、熱交換媒体の液面の略垂直な方向において電池と重ならない位置の液面に戻す媒体戻し部を有してもよい。
【０００７】
上記電池ユニットの一つの態様では、媒体戻し部は、熱交換媒体の液面の上方に位置し、水平面に対して傾斜している面を有してもよい。
【０００８】
上記電池ユニットの一つの態様では、熱交換媒体は、２０℃以上、５０℃以下の沸点を有してもよい。
【０００９】
上記電池ユニットの一つの態様では、熱交換媒体を加熱する加熱部をさらに備えてもよい。
【００１０】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る電池ブロックの斜視図である。
【図２Ａ】本実施形態に係る電池ユニットの内部構造の模式図である。
【図２Ｂ】変形例に係る電池ユニットの内部構造の模式図である。
【図３】スリットを有する電極板の正面図である。
【図４Ａ】電極板の製造工程の一例について説明するための図である。
【図４Ｂ】電極板の製造工程の一例について説明するための図である。
【図５Ａ】電極板の製造工程の他の一例について説明するための図である。
【図５Ｂ】電極板の製造工程の他の一例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。特許請求の範囲または実施形態における「電池ユニット」および「電池」は、セル電池、複数のセル電池を有する電池ブロック、複数の電池ブロックを有する電池パックのいずれかを示す用語として用いられる。また、「電池ユニット」は、電池自体に加え、複数の電池を相互に固定または保持する部材、または電池を制御するための回路もしくは電池の状態を検出するための回路が設けられた基板を有する構造の名称としても用いられる。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る電池ブロック１００の斜視図である。電池ブロック１００は、複数の電池２０と、一対の電極板１０と、保持板３０とを備える。電極板１０は、複数の電池２０を並列に接続する電池接続部１４と、電池接続部１４を外部端子に電気的に接続する外部接続部１２とを備える。電池接続部１４は、外部接続部１２より薄い。電池接続部１４の厚さは、例えば０．２ｍｍから０．５ｍｍである。外部接続部１２の厚さは、例えば、１．５ｍｍである。外部接続部１２は、電池接続部１４より剛性が大きい。また、電池接続部１４は、外部接続部１２より幅が広い。
【００１４】
電池接続部１４と外部接続部１２とは一枚の導電板から形成されてもよい。外部接続部１２および電池接続部１４は、銅板などの一枚の導電板を圧延することにより形成されてもよい。なお、外部接続部１２は、板状以外に円柱状など外部端子と接続するための要求を満たす他の形状でもよい。
【００１５】
複数の電池２０は、円筒型電池であり、例えば１８６５０型リチウムイオン二次電池セルである。複数の電池２０は一対の電極板１０の間に千鳥状に配置されている。このように配置されることで、例えば、複数の電池２０の間に、複数の電池２０の温度を調整するための熱交換媒体が流れ易くなり、複数の電池２０の温度のばらつきを抑制しやすくなる。
【００１６】
複数の電池２０のそれぞれの電極は、例えば超音波溶接により、一対の電極板１０のそれぞれの電池接続部１４に接合され、複数の電池２０と一対の電極板１０とは電気的および機械的に接続されている。上記の通り、電池接続部１４の厚さは、例えば０．２ｍｍから０．５ｍｍであるので、超音波溶接により電池接続部１４と複数の電池２０との接合が容易にできる。
【００１７】
保持板３０は、複数の電池２０のそれぞれに対応する複数の孔を有し、複数の孔のそれぞれに複数の電池２０が挿入されることで、複数の電池２０を保持する。
【００１８】
電池ブロック１００は、次のように製造することができる。まず、保持板３０が有する複数の孔のそれぞれに複数の電池２０をそれぞれ挿入し、複数の電池２０を千鳥状に配置する。ついで、千鳥状に配置された複数の電池２０の両端の電極にそれぞれ電極板１０の電池接続部１４を超音波溶接などにより接合する。さらに、外部接続部１２を挟んで固定するスプリング端子などの外部端子に外部接続部１２を圧入することにより、外部接続部１２を外部端子に電気的に接続する。
【００１９】
図２Ａは、本実施形態に係る電池ユニット２００の内部構造の模式図である。電池ユニット２００は、電池ブロック１００Ａおよび電池ブロック１００Ｂと、収容部５０と、冷却部６０と、熱交換媒体７０と、加熱部８０とを備える。なお、電池ユニット２００は、１つの電池ブロックまたは３つ以上の電池ブロックを備えてもよい。また、電池ブロックは、複数の円筒型電池のほか平型電池、角型電池などでもよい。また、電池ブロックとして、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などを用いてもよい。
【００２０】
スプリング端子４０ａおよびスプリング端子４０ｂは、外部端子の一例であり、電極板１０の外部接続部１２を挟んで固定し、外部接続部１２と電気的に接続する。スプリング端子４０ａは、電池ブロック１００Ａの一方の外部接続部１２と、電池ブロック１００Ｂの一方の外部接続部１２とを電気的に接続し、電池ブロック１００Ａおよび電池ブロック１００Ｂを直列に接続する。スプリング端子４０ｂは、出力端子５２を有し、電池ブロック１００Ａまたは電池ブロック１００Ｂの他方の外部接続部１２と出力端子５２とを電気的に接続する。
【００２１】
スプリング端子４０ａおよびスプリング端子４０ｂは、スプリング力により外部接続部１２を挟んで固定する。したがって、外部接続部１２は、ある程度の厚みまたは剛性が必要になる。上記の通り、外部接続部１２は、電池接続部１４よりも厚く、剛性も大きいので、スプリング端子４０ａまたはスプリング端子４０ｂとの接続が可能になる。
【００２２】
収容部５０は、電池ブロック１００Ａおよび電池ブロック１００Ｂと、電池ブロック１００Ａおよび電池ブロック１００Ｂと熱交換する液状の熱交換媒体７０と、加熱部８０とを収容する。収容部５０は、電池ブロック１００Ａおよび電池ブロック１００Ｂと熱交換媒体７０とを収容する空間と外部空間とを断熱する断熱構造を有してもよい。収容部５０の底面には、熱交換媒体７０の温度を調整するための加熱部８０が配置されている。加熱部８０は、複数の電池２０の温度を例えば、２０℃から５０℃、より好ましくは２０℃から４０℃の間に保つべく、熱交換媒体７０の温度が基準温度、例えば２０℃以下の場合に熱交換媒体７０を加熱する。熱交換媒体７０は、２０℃以上５０℃以下の沸点を有し、例えば、ハイドロフルオロエーテルを使用できる。このような熱交換媒体７０を使用することにより、電池２０が発熱して例えば３４℃以上になると熱交換媒体７０は気化して、気泡となり熱交換媒体７０の液面から放出される。なお、加熱部８０は、電池ブロックごとに設けなくてもよい。また、加熱部８０は、収容部５０に収容されずに、収容部５０の外側に配置されてもよい。さらに、熱交換媒体７０の沸点を調整するために、収容部５０の内部の圧力を大気圧より小さい圧力、つまり負圧にするための圧力調整器を、収容部５０内に設けてもよい。
【００２３】
冷却部６０は、気化された熱交換媒体を液化するための冷媒が流れる流路６２を有する。なお、冷却部６０は、冷媒が流れる流路６２には限定されず、気化された熱交換媒体を空冷することにより液化させてもよい。冷却部６０は、さらに、液化された熱交換媒体７０を、熱交換媒体の液面の略垂直な方向において、電池２０と重ならない位置の液面に戻す媒体戻し部６４を有する。媒体戻し部６４は、熱交換媒体７０の液面の上方に位置し、水平面に対して傾斜している面を有する。媒体戻し部６４は、熱交換媒体７０の液面の上方の天井部を形成し、天井部を湾曲させることで、水平面に対して傾斜している面を形成してもよい。
【００２４】
電池２０の発熱により加熱されて気化した熱交換媒体７０は、気泡となり液面から放出される。放出された熱交換媒体７０は、冷却部６０により冷却され、液化される。液化された熱交換媒体７０は、媒体戻し部６４により、電池２０の表面から液面に向かって上昇してくる気泡と重ならない位置に戻される。これにより、熱交換媒体７０が効率的に循環し、複数の電池２０の温度を一定に保ち易くなる。
【００２５】
図２Ｂは、本実施形態の変形例に係る電池ユニット２００の内部構造の模式図である。変形例に係る電池ユニット２００は、媒体戻し部６４の形状が図２Ａに示す電池ユニット２００と異なり、その他の構成は図２Ａと同一である。変形例に係る媒体戻し部６４は、熱交換媒体７０の液面の上方の天井部を形成し、天井部が電池ブロック１００Ａおよび電池ブロック１００Ｂの一方の電極板１０から他方の電極板１０に向かって傾斜していることで、水平面に対して傾斜している面を形成している。
【００２６】
図３は、本実施形態の変形例に係る電極板１０の正面図である。本変形例では、電池接続部１４は、複数の電池２０のそれぞれが接続される位置の周辺にスリット１６を有する。このようにスリット１６を形成することで、例えば、超音波溶接、パルス溶接、抵抗溶接、レーザー溶接などの溶接により電池２０を接合する場合に、スリット１６で囲まれた部分を集中的に加熱できるので、溶接に必要な熱容量を少なくでき、電池２０の接合が容易にできる。なお、スリット１６の形状は、Ｕ字以外の形状でも構わない。
【００２７】
図４Ａおよび図４Ｂは、電極板１０の製造工程の一例について説明するための図である。
【００２８】
まず、電池接続部１４となる一枚の導電板１０ａの端部に、導電板１０ａより剛性が大きく、かつ導電板１０ａより厚い導電板１０ｂを配置し、導電板１０ａの端部を折り重ねて外部接続部１２となる導電板１０ｂを挟んで固定する（図４Ａ）。さらに、折り重ねられた導電板１０ａの端部をプレスすることで、形状を整える（図４Ｂ）。これにより、電極板１０を製造できる。なお、導電板１０ａと導電板１０ｂとの接合部分は、さらにスポット溶接、超音波溶接などにより溶接してもよい。
【００２９】
このように製造された電極板１０は、一枚の導電板から形成された電池接続部１４と、その一枚の導電板より剛性が大きい他の導電板である外部接続部１２とを備える。外部接続部１２は、電池接続部１４である一枚の導電板の少なくとも１つの端部を折り重ねることで挟まれて電池接続部１４に固定されている。
【００３０】
図５Ａおよび図５Ｂは、電極板１０の製造工程の他の一例について説明するための図である。
【００３１】
まず、電池接続部１４となる一枚の導電板１０ａの端部を圧延しながら、折り重ねる（図５Ａ）。さらに、折り重ねられた端部をプレスすることで、形状を整え、電池接続部１４より剛性が大きく、かつ電池接続部１４より厚い外部接続部１２を形成する。これにより、電極板１０を製造できる。
【００３２】
このように製造された電極板１０は、一枚の導電板から形成される電池接続部１４と、その一枚の導電板の少なくとも一つの端部を折り重ねることにより形成された外部接続部１２とを備える。
【００３３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１０  電極板
１２  外部接続部
１４  電池接続部
２０  電池
４０ａ，４０ｂ  スプリング端子
５０  収容部
６０  冷却部
６２  流路
６４  媒体戻し部
７０  熱交換媒体
８０  加熱部
１００  電池ブロック
２００  電池ユニット
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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