(57)【要約】【課題】電池を空冷により効果的に冷却できる組電池を提供する。【解決手段】絶縁性を有するセパレーター７を間に挟んで複数の電池１を配列して構成され、これら電池１間には冷却風を送風して当該電池１を冷却する組電池１０において、前記電池１間への冷却風の入口部ならびに出口部に絶縁性を有するワイヤー状の入口乱流促進体１１を間隔をあけて配置した。またセパレータ７は凹凸を有してこれら凹凸に対応して電池との間に空所が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有するセパレーターを間に挟んで複数の電池を配列して構成され、これら電池間には冷却風を送風して当該電池を冷却する組電池において、前記電池間への冷却風の入口部に絶縁性を有するワイヤー状の入口乱流促進体を配置したことを特徴とする組電池。
【請求項２】
絶縁性を有するセパレーターを間に挟んで複数の電池を配列して構成され、これら電池間には冷却風を送風して当該電池を冷却する組電池において、前記セパレーターは凹、凸を有し、これら凹、凸に対応して電池との間に空所が形成され、これら空所内に突出する絶縁性を有する突起を、当該空所の奥行き方向に間隔をあけて配置したことを特徴とする組電池。
【請求項３】
前記ワイヤー状の入口乱流促進体を前記入口部に上下に間隔をあけて複数本配置したことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項４】
前記セパレーターは凹、凸を有し、これら凹、凸に対応して電池との間に空所が形成され、これら空所内に突出する絶縁性を有する突起を、当該空所の奥行き方向に間隔をあけて配置したことを特徴とする請求項１又は３に記載の組電池。
【請求項５】
前記突起が上流からの乱流が層流に変化する直前の位置に配置されていることを特徴とする請求項２又は４に記載の組電池。
【請求項６】
前記セパレーターは凹、凸を有し、これら凹、凸に対応して電池との間に空所が形成され、これら空所内に凹、凸を上下に貫通するようにワイヤー状の内部乱流促進体を、当該空所の奥行き方向に間隔をあけて複数本配置したことを特徴とする請求項１又は３に記載の組電池。
【請求項７】
前記内部乱流促進体が上流からの乱流が層流に変化する直前の位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車載用途等の組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば車載用途等の組電池であって、複数の電池を配列して構成され、これら電池間には冷却風を送風して当該電池を空冷により冷却する方式の組電池が知られている。この種のものでは、例えば一部に曲面を有する巻き電極と、巻き電極を内蔵する、熱伝導性を備える角形ケースと、を備える角形電池であって、角形ケースの内面の少なくとも一部が、巻き電極の曲面に沿う形状に形成されている組電池等が提案され（例えば、特許文献１参照。）、冷却面の表面積を拡大して、サイズを大きくすることなく角形電池を効果的に冷却する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１０８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の構成では、冷却面の表面積は拡大するが、角形電池を冷却する冷却風の流れが問題となって、効果的に冷却できない課題があった。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、電池を空冷により効果的に冷却できる組電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、絶縁性を有するセパレーターを間に挟んで複数の電池を配列して構成され、これら電池間には冷却風を送風して当該電池を冷却する組電池において、前記電池間への冷却風の入口部に絶縁性を有するワイヤー状の入口乱流促進体を配置したことを特徴とする。
この発明では、電池間への冷却風の入口部にワイヤー状の入口乱流促進体を配置したため、及び／又はセパレーターに突起を設けたため、入口乱流促進体を経た冷却風は乱流となって電池間を進行し、この乱流効果によって電池表面が冷却され、冷却効果が促進される。
また、本発明は、絶縁性を有するセパレーターを間に挟んで複数の電池を配列して構成され、これら電池間には冷却風を送風して当該電池を冷却する組電池において、前記セパレーターは凹、凸を有し、これら凹、凸に対応して電池との間に空所が形成され、これら空所内に突出する絶縁性を有する突起を、当該空所の奥行き方向に間隔をあけて配置したことを特徴とする。
【０００６】
この場合において、前記ワイヤー状の入口乱流促進体を前記入口部に上下に間隔をあけて複数本配置する構成としてもよい。
また、前記セパレーターは凹、凸を有し、これら凹、凸に対応して電池との間に空所が形成され、これら空所内に突出する突起を、当該空所の奥行き方向に間隔をあけて配置してもよい。前記突起が上流からの乱流が層流に変化する直前の位置に配置されていてもよい。前記セパレーターは凹、凸を有し、これら凹、凸に対応して電池との間に空所が形成され、これら空所内に凹、凸を上下に貫通するようにワイヤー状の内部乱流促進体を、当該空所の奥行き方向に間隔をあけて複数本配置してもよい。
また、前記内部乱流促進体が上流からの乱流が層流に変化する直前の位置に配置されていてもよい。
【０００７】
ここで、冷却風の入口部にワイヤー状の入口乱流促進体を配置する、或いはセパレーターに突起を設けると、冷却風は電池間に乱流となって進入するが、やがて層流となる。上記構成によれば、層流となる直前あたりの位置に、さらに層流を乱流にする突起や、内部乱流促進体が適宜の間隔で配置されるため、電池間には常時乱流が発生し、これによって、電池の奥行き方向に亘る冷却効果が均一に促進される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池間への冷却風の入口部にワイヤー状の入口乱流促進体を配置したため、及び／又はセパレーターに突起を設けたため、入口乱流促進体を経た冷却風は乱流となって電池間を進行し、この乱流効果によって電池表面が冷却され、冷却効果が促進される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る組電池を示す外観斜視図である。
【図２】同平面図である。
【図３】同側面図である。
【図４】セパレーターを示す斜視図である。
【図５】Ａはセパレーターの凹を模式的に示す正面図、Ｂは端面図である。
【図６】Ａは縦横比と乱流長さを示す図、Ｂは計測結果を示す図である。
【図７】突起高さと流路高さの関係を示す図である。
【図８】突起幅と流路幅の関係を示す図である。
【図９】Ａ〜Ｄは突起の配置関係を示す図である。
【図１０】流速と乱流長さの関係を示す図である。
【図１１】組電池を模式的に示す斜視図である。
【図１２】セパレーターを示す断面図である。
【図１３】別の実施の形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施の形態に係る組電池１０の斜視図、図２はその平面図である。
組電池１０は、複数の電池（セル）１を断熱プレート２上で前後に重ねて構成されている。電池（セル）１はその幅よりも薄い薄型の角形電池であり、面取りした矩形状の角形ケース３の第１の面である天面から出力端子４である正極及び負極を離間させて突出させている。図１、図２の電池１は、上面の両端部に正負の出力端子４を突出させて固定している。出力端子４を突出させる位置は、正極と負極が左右対称となる位置としている。これにより、電池１を裏返して重ねると、正極と負極とを重ね合わせることができ、直列接続を容易に行える。角形ケース３の内部には、巻き電極（図示せず）が内蔵される。この電池１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の二次電池が利用できる。特にリチウムイオン電池は単位体積当たりの出力が高く、小型化、高出力化に適しているので好ましい。なお一次電池を利用することもできる。
【００１１】
出力端子４は、それぞれ断面Ｌ字状に折曲され、さらに折曲部には連結穴を開口しており、この連結穴に連結ボルトを挿通することで互いに積層される折曲部を連結できる。特に、正負の出力端子４は、図２に示すように互いに逆方向に折曲されると共に、互いに隣接する電池１同士では、正負の出力端子４が交互に逆向きに折曲されている。これらの出力端子４は、隣接する電池１の間で、直接接続可能な大きさ及び形状に形成している。これにより、隣接する電池間で正極と負極を直接接続して、複数の電池を直列に接続している。ただ、出力端子４は、金属板のバスバーを接続して、隣接する電池１を直列に接続することもできる。
【００１２】
組電池１０の端部は制御回路（図示せず）に接続され、制御回路によって各電池１の電圧、電流、温度等を測定し、電池容量及び必要充放電量等を決定して、充放電等の制御が行われる。電池１を直列に接続する電源装置は、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、電源装置は、電池１を並列と直列に接続することもできる。なお、組電池１００の端部にエンドプレートを配置することもできる。
【００１３】
この電池１は、出力端子４の周囲を囲むように直立された端子リブが形成され、これにより外装缶内部の電解液が出力端子の周囲から漏洩しても、不用意に拡散する事態が阻止される。角形ケース３は、有底筒状の外装缶の開口部分から巻き電極（図示せず）を挿入し電解液を注入した後、封口板で開口部分を閉塞し、レーザ溶接等により封止する。この角形ケース３は、熱伝導性に優れた金属で構成される。封口板には、安全弁が設けられ、バッテリが異常な状態で充放電されると安全弁が開弁して電解液を排出する。
【００１４】
各電池１間には、絶縁性を有するセパレーター７が配置されている。このセパレーター７は、各電池１間に適宜の間隔をあけて、その間隔に冷却風を流して各電池１を空冷により冷却できるようになっている。図示は省略したが、組電池１０の一面１０Ａ側には、例えば送風機からの供給ダクトが接続されており、供給ダクトを通じて供給される冷却風が各セパレーター７により形成される間隙を通じて組電池１０の他面１０Ｂ側に流れ、他面１０Ｂ側に設けた排気ダクト（図示せず）を介して外部へ排気される。これにより組電池１０が空冷により冷却される。
【００１５】
このセパレーター７は、例えば樹脂成形により製造される樹脂成形品であり、図３に示すように、上下に矩形波状の凹７Ａ，凸７Ｂ，凹７Ａ，凸７Ｂ…を順に繰り返して構成されている。これらの凹７Ａ，凸７Ｂ，凹７Ａ，凸７Ｂ…は互いに平行に延び、これら凹７Ａ，凸７Ｂ，凹７Ａ，凸７Ｂ…に対応し、上述した電池１間には互いに平行に延びる空所８，８，８…が形成され、各空所８，８，８…は、組電池１０の一面１０Ａ側から他面１０Ｂ側に貫通している。
【００１６】
本実施の形態では、各電池１間への冷却風の入口部、すなわち組電池１０の一面１０Ａ側に、絶縁材料で形成されたワイヤー状の入口乱流促進体１１，１１，１１…が、上下に間隔をあけて複数本配置されている。入口乱流促進体１１，１１，１１…は、三角形状、四角形状等の多角形状の棒状体である。
入口乱流促進体１１，１１，１１…は、凹７Ａ，凸７Ｂ，凹７Ａ，凸７Ｂ…に対応して配置され、それぞれ空所８，８，８…の上下方向に中央を横断して配置されている。このように冷却風の入口部に入口乱流促進体１１，１１，１１…を配置すると、入口乱流促進体１１，１１，１１…を経た冷却風は乱流となって各電池１間を進行し、この乱流効果によって電池１表面の冷却が促進される。
【００１７】
この乱流は、各電池１間を他面１０Ｂ側に進行するに際し、やがて層流となる。ここでは、セパレーター７の凹７Ａ，凸７Ｂ，凹７Ａ，凸７Ｂ…の壁面に、図４に示すように、それぞれ空所８，８，８…内に突出するように、適宜の大きさの三角形状、四角形状等の多角形状の突起形状を有した、乱流促進体としての絶縁材料で形成された突起９，９，９…が一体に形成されている。突起９，９，９…は、冷却風の流れに沿って一列配置でも、二列配置でもよい。或いは千鳥状の配列であってもよい。なお、突起ではなく、乱流を形成できれば、凹形状等でもよい。各突起９，９，９…は、対応する凹７Ａ，凸７Ｂ，凹７Ａ，凸７Ｂ…の壁面に、奥行き方向に適宜の間隔Ｌをあけて複数設けられる。
【００１８】
冷却風の入口部に入口乱流促進体１１を配置すると、上述したように、冷却風は電池１間に乱流となって進入するが、やがて層流となる。上記各突起９，９，９…は、冷却風が層流となる直前あたりの位置、乱流が消失する位置等に、適宜の間隔Ｌで配置されることが望ましい。そうすれば、電池１間には常時乱流が発生し、電池１の奥行き方向に亘る冷却効果が均一に促進される。
【００１９】
図５Ａ及び図５Ｂは、突起９の配置を模式的に示す。凹７Ａの流路高さＨ、突起９の高さｈ、凹７Ａの流路幅Ｗ、突起９の幅ｗ、突起９の間隔Ｌとする。本発明者らは、図６Ａに示すように、流路高さＨ／流路幅Ｗ＝縦横比（Ｈ／Ｗ）を、Ｈ／Ｗ＝０．１３〜１の範囲で種々変化させて、突起９で発生した乱流が下流に続く長さ（乱流長さ）を計測し、図６Ｂに示す計測結果を得た。この結果から、縦横比（Ｈ／Ｗ）が０．２以下のとき、及び０．６以上のとき、乱流長さが短くなることが判明した。従って、乱流長さを長くするためには、０．２＜Ｈ／Ｗ＜０．６、に設定することが望ましく、これにより、乱流領域が増大し、伝熱促進効果が高められる。図７は、凹７Ａの流路高さＨと、突起９の高さｈとの関係を示す。突起高さｈ／流路高さＨを種々変化させて、乱流長さを計測した。この結果から、ｈ／Ｈ＝５０％以下において、乱流長さが短くなることが判明した。従って、乱流長さを長くするためには、ｈ／Ｈ＝５０％以上に設定することが望ましく、これにより、乱流領域が増大し、伝熱促進効果が高められる。
図８は、凹７Ａの流路幅Ｗと、突起９の幅ｗとの関係を示す。突起幅ｗ／流路幅Ｗを種々変化させて、凹７Ａの流路内に占める渦乱流領域の占める割合を計測した。この結果によると、突起幅ｗ／流路幅Ｗ＝０．１〜０．１５あたりで最大１８％の領域に乱流が発生することが判明した。従って、０．１＜ｗ／Ｗ＜０．１５、に設定することが望ましく、領域比が増大し、伝熱促進効果が高められる。
【００２０】
図９は、突起９の配置例を示している。図９Ａは、１つの突起９の配置例であり、図９Ｂ〜図９Ｄは、間隔を異ならせて突起９を２つ配置した例である。図９Ｂ〜図９Ｄを見ると、１つ目の突起９で生成された乱流領域内に２つ目の突起９を配置することで、流路内に効果的に乱流が生成され、いずれの場合も、図９Ａの例と比較して、乱流長さが長くなることが判明した。図１０は、縦軸に乱流長さ（ｍｍ）を示し、横軸には流速（ｍ／ｓ）を示す。乱流長さは、流速の１．３倍〜３．７倍に比例する。流路高さＨと流路幅Ｗとの関係を示す縦横比（Ｈ／Ｗ）を種々変化（０．１３〜０．５）させて、流速と乱流長さの関係を計測した結果、流速が１〜３（ｍ／ｓ）あたりでは、乱流長さが１０〜４０（ｍｍ）であることが判明した。電池１の冷却に使用する場合、空気の流速は０．５〜４（ｍ／ｓ）で十分であり、１つ目の突起９で生成された乱流領域内に２つ目の突起９を配置するとなると、乱流長さが１０〜４０（ｍｍ）の範囲で続くことから、突起９の間隔Ｌも、１０〜４０（ｍｍ）の間隔で配置することが望ましく、これにより、乱流領域が増大し、伝熱促進効果が高められる。
【００２１】
図１１は、上述した組電池１０を模式的に示している。
この構成では、組電池１０が固定ケース２０内に固定されており、上記ワイヤー状の入口乱流促進体１１，１１，１１…の両端が、一対の保持板２１に止着されており、これら保持板２１が、固定ケース２０の縦枠２０Ａ，２０Ｂ間に固定されている。このように構成すれば、上記ワイヤー状の入口乱流促進体１１，１１，１１…を設けることで、固定ケース２０が強度的に補強され、堅牢な組電池１０を構成できる。
【００２２】
つぎに、別の実施の形態を説明する。
上記実施の形態では、凹７Ａ，凸７Ｂ，凹７Ａ，凸７Ｂ…の壁面に、奥行き方向に適宜の間隔Ｌをあけて突起９，９，９…を複数設けていた。
この実施の形態では、各突起９，９，９…を省略し、図１１に示すように、ワイヤー状の内部乱流促進体３１，３１，３１…を配置している。この内部乱流促進体３１，３１，３１…は、各基端が相互の間に適宜の間隔Ｌをあけて連結板３３で連結されており、その先端３１Ａ，３１Ａ，３１Ａ…が、図１２に示すように、上記セパレーター７と同じ構成のセパレーター７の凹７Ａ，凸７Ｂ，凹７Ａ，凸７Ｂ…を上から下へと順に貫通して配置されている。これらの内部乱流促進体３１，３１，３１…は、すべてのセパレーター７に対して配置されている。
【００２３】
すべてのセパレーター７に対し配置する場合、各連結板３３は、図１１を参照し、角形ケース３の上面に接着等により固定され、このように構成すれば、内部乱流促進体３１，３１，３１…を設けることで、固定ケース２０が強度的に補強される。上記間隔Ｌは、乱流が消失する間隔であって、乱流から層流となる直前あたりを狙って定めることが望ましい。この構成によれば、上記突起９を設けた場合と比較して、図１２に示すように、内部乱流促進体３１，３１，３１…の全周囲に冷却風の通り道が形成されるため、冷却風の邪魔にならずに乱流が形成され、冷却効果を一段と期待できる。
【００２４】
図１３は、別の実施の形態を示している。
この実施の形態では、上述した入口乱流促進体１１，１１，１１…に連続させて、それぞれの空所８，８，８…内に、波形状に進入する内部乱流促進体４１，４１，４１…が配置されている。この内部乱流促進体４１，４１，４１…も、その全周囲に冷却風の通り道が形成されるため、冷却風の邪魔にならずに乱流が形成され、図１２に示す実施の形態と同様に、冷却効果を一段と期待できる。
【符号の説明】
【００２５】
１０  組電池
１  電池
２  断熱プレート
３  角形ケース
４  出力端子
７  セパレーター
７Ａ  凹
７Ｂ  凸
８，８，８…  空所
９，９，９…  突起
１０  組電池
１１，１１，１１…  入口乱流促進体
２０  固定ケース
３１，３１，３１…  内部乱流促進体
【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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【図１２】
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【図１３】
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