(57)【要約】【課題】組電池の各単電池を均一に冷却することができ、且つ組電池装置を小型化することができるとともに設計自由度が高くなる組電池装置を提供すること【解決手段】組電池２０を構成する単電池１０は、熱伝導率が空気よりも高い熱伝導性材料からなる電池外装部１２を有する。単電池１０は、隣接する単電池間で互いに電池外装部１２を接触させて並行に配列されている。冷却部５０は、冷却部５０の周囲にある単電池１０を直接的に冷却する。そして、冷却部５０からの距離が近い単電池１０ａほど隣接する単電池との総接触面積が大きくなるように密に配列され、冷却部５０からの距離が遠い単電池１０ｂほど隣接する単電池との総接触面積が小さくなるように疎に配列されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極体、及び、前記電極体を収容する、熱伝導率が空気よりも高い熱伝導性材料からなる電池外装部を有する複数の非水系二次電池の単電池を、隣接する単電池間で互いに前記電池外装部を接触させて並行に配列した組電池と、
前記組電池を冷却する冷却部と
を備え、
前記冷却部は、当該冷却部の周囲にある前記単電池を直接的に冷却するものであり、
前記複数の単電池は、前記冷却部からの距離が近い単電池ほど隣接する単電池との総接触面積が大きくなるように密に配列され、前記冷却部からの距離が遠い単電池ほど隣接する単電池との総接触面積が小さくなるように疎に配列されていることを特徴とする組電池装置。
【請求項２】
前記冷却部が、前記組電池における前記単電池の配列面に直交する方向から見て、前記組電池を挟むように一対設けられていることを特徴とする請求項１に記載の組電池装置。
【請求項３】
前記冷却部が、前記組電池における前記単電池の配列面に直交する方向から見て、前記組電池の外周を囲むように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の組電池装置。
【請求項４】
前記冷却部が、前記組電池における前記単電池の配列面に直交する方向から見て、前記組電池の中央部に設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の組電池装置。
【請求項５】
前記冷却部が、前記組電池における前記単電池の配列面に直交する方向から見て、前記組電池の中央部を通り前記組電池の一端から対向する他端に亘って設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の組電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池等の非水系二次電池を単電池として複数個接続して構成される組電池は、高出力が得られる電源として電気自動車等に用いられている。この単電池として用いられる非水系二次電池は、充放電時には化学反応に伴い発熱するため、この発熱による温度上昇により、組電池の性能や寿命が劣化する問題がある。また、組電池の各単電池間において電池温度にムラがある場合には、各単電池の性能や寿命などにバラツキが生じ、その結果、組電池の性能や寿命が劣化する虞がある。そこで、従来から、組電池の単電池の電池温度にムラが発生しないように均一に冷却する組電池装置が、種々提案されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に記載された組電池装置では、複数の単電池を互いに隙間を空けてホルダーケースに収納している。このホルダーケースには流入口と排出口とが形成されている。そして、送風ダクト等の冷却部を用いて冷却風をこの流入口から流入して、各単電池間の隙間を通過させて排出口から排出している。このようにホルダーケース内に冷却風を流動させることで、各単電池を均一に冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７８１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、各単電池間に冷却風を流動させるための隙間を設ける必要があるため、組電池装置が大型化になる問題がある。またさらには、各単電池を均一に冷却するために、単電池間の隙間を流動する冷却風の流動方向等を考慮して流入口や排出口等の形成位置を設計する必要があるため、組電池装置の設計が困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、組電池の各単電池を均一に冷却することができ、且つ組電池装置を小型化することができるとともに設計自由度が高くなる組電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明における組電池装置は、電極体、及び、前記電極体を収容する、熱伝導率が空気よりも高い熱伝導性材料からなる電池外装部を有する複数の非水系二次電池の単電池を、隣接する単電池間で互いに前記電池外装部を接触させて並行に配列した組電池と、前記組電池を冷却する冷却部とを備え、前記冷却部は、当該冷却部の周囲にある前記単電池を直接的に冷却するものであり、前記複数の単電池は、前記冷却部からの距離が近い単電池ほど隣接する単電池との総接触面積が大きくなるように密に配列され、前記冷却部からの距離が遠い単電池ほど隣接する単電池との総接触面積が小さくなるように疎に配列されていることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、隣接する単電池は互いに電池外装部に接触させて配列されているため、組電池を構成する単電池の電池温度を均一化させることができ、且つ、冷却部により直接的に冷却されない単電池に対しても、各単電池の電池外装部を介して冷却熱が伝熱されるので、間接的に冷却することができる。また、冷却部からの距離が遠く、冷却部からの冷却熱が伝わりにくい単電池においては、隣接する単電池との総接触面積が小さくなるように疎に配列されているため、隣接する単電池からの熱の影響を受けにくく、且つ、隣接する単電池と接触しない表面から多くの熱を放熱することができる。これにより、組電池を構成する単電池を効率的に均一に冷却することができる。また、従来のように、隣り合う単電池間で隙間を設ける必要がないので、組電池装置全体を小型化することができる。またさらに、従来のように、単電池を冷却する冷却風の流動方向等を考慮して組電池装置を設計する必要がないので、組電池装置の設計の自由度を高めることができる。
【０００９】
また、本発明における組電池装置において、前記冷却部が、前記組電池における前記単電池の配列面に直交する方向から見て、前記組電池を挟むように一対設けられていてもよい。
【００１０】
また、本発明の組電池装置において、前記冷却部が、前記組電池における前記単電池の配列面に直交する方向から見て、前記組電池の外周を囲むように設けられていてもよい。
【００１１】
また、本発明の組電池装置において、前記冷却部が、前記組電池における前記単電池の配列面に直交する方向から見て、前記組電池の中央部に設けられていてもよい。
【００１２】
また、本発明の組電池装置において、前記冷却部が、前記組電池における前記単電池の配列面に直交する方向から見て、前記組電池の中央部を通り前記組電池の一端から対向する他端に亘って設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
組電池の各単電池を均一に冷却することができ、且つ組電池装置を小型化することができるとともに組電池装置の設計自由度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る組電池装置の分解斜視図である。
【図２】単電池の配列面に直交する方向から見た、ホルダープレートを省いた組電池装置の正面図である。
【図３】組電池装置の、図２のＡ−Ａ線の断面状態を示す図である。
【図４】本発明の変形例を説明する、図２に対応する図ある。
【図５】本発明の変形例を説明する、図２に対応する図ある。
【図６】本発明の変形例を説明する、図２に対応する図ある。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態である組電池装置について図１〜３を参照しつつ説明する。
【００１６】
組電池装置１は、図１に示すように、複数の円筒状の単電池１０（１０ａ，１０ｂ）を電気的に直列に接続して構成される組電池２０と、各単電池１０を保持する一対のホルダープレート３０と、組電池２０を水冷により冷却する水冷式の冷却部５０とを備えている。
【００１７】
単電池１０は、リチウムイオン電池等の非水系二次電池である。また、単電池１０は、正極及び負極を有する電極体（不図示）と、電極体を収容する円筒状の電池外装部１２とを備えている。電極体の正極及び負極は、単電池外部に露出した正極端子１１ａ、及び負極端子１１ｂにそれぞれ接続されている。
【００１８】
電池外装部１２は、端子１１ａ，１１ｂとは電気的に絶縁されている。この電池外装部１２の材料としては、例えば、ポリエチレンやポリ塩化ビニール等の空気よりも熱伝導率が高い熱伝導性材料が用いられている。
【００１９】
一対のホルダープレート３０は、図３に示すように、単電池１０の軸方向に関して、組電池２０を挟むように設けられている。ホルダープレート３０それぞれには、各単電池１０の軸方向一端を保持する複数の爪（不図示）、及び後述の空気流動孔３５（３５ａ，３５ｂ）が設けられている。各単電池１０は、ホルダープレート３０の爪によって、その軸方向両端が保持されることで、隣接する単電池１０間で互いに電池外装部１２を接触させて並行に、それぞれの軸方向を一致させて配列されている。このように隣接する単電池１０間で互いに電池外装部１２を接触させているので、単電池１０間で熱伝導が生じ、その結果、組電池２０を構成する単電池１０の電池温度を均一化させることができる。
【００２０】
冷却部５０は、図２に示すように、組電池２０における単電池１０の配列面に直交する方向（単電池１０の軸方向）から見て、組電池２０を挟むように一対設けられている。各冷却部５０は、熱伝導性を有する平板状の冷却基板５１と、当該冷却基板５１内に埋設された冷却管５２とを備えている。冷却基板５１は、冷却部５０（冷却基板５１）の周囲にある単電池１０ａの電池外装部１２に接触して配置されている。また冷却管５２内には、冷媒として冷却水が流れている。これにより、冷却部５０は、冷却基板５１に接触されている複数の単電池１０ａを、冷却水の冷却熱により直接的に冷却することができる。また、上述したように、単電池１０は、隣接する単電池１０間で互いに電池外装部１２を接触させて配列されているので、冷却部５０に接触していない単電池１０に対しても、各単電池１０の電池外装部１２を介して間接的に冷却することができる。
【００２１】
この冷却部５０からの距離が近い単電池１０ａは、図２に示すように、隣接する単電池１０との総接触面積が大きくなるように密に配列されている。本実施形態においては、単電池１０ａは、配列面において最密充填で配列されている。即ち、各単電池１０ａは、配列面上で隣接する６つの単電池と互いに接触する（冷却基板５１と接触している単電池１０ａは除く）ように配列されている。このように、単電池１０ａは、隣接する単電池１０との総接触面積が大きくされているため、隣接する単電池１０ａ間において、冷却部５０からの冷却熱を効率的に伝達することができる。
【００２２】
また、冷却部５０からの距離が遠く、冷却部５０からの冷却熱が伝わりにくい単電池１０ｂは、隣接する単電池１０との総接触面積が小さくなるように疎に配列されている。本実施形態においては、単電池１０ｂは、配列面において正方充填で配列されている。即ち、各単電池１０ｂは、配列面上で隣接する４つの単電池１０ａと互いに接触するように配列されている。このように、各単電池１０ｂの隣接する単電池１０との総接触面積は、各単電池１０ａの隣接する単電池１０との総接触面積と比べて小さくされているので、各単電池１０ｂは、隣接する単電池１０からの熱の影響を受けにくく、且つ、隣接する単電池１０と接触しない電池外装部１２の表面から多くの熱を放熱することができる。これにより、冷却部５０からの冷却熱が伝わりにくい単電池１０ｂの電池温度が上昇することを抑制することができる。
【００２３】
ホルダープレート３０それぞれには、複数の単電池１０の電池外装部１２により囲まれた各空間１５（１５ａ，１５ｂ）と連通する複数の空気流動孔３５が形成されている。そして、ファン（図示せず）により、図３の点線矢印に示すように、一方のホルダープレート３０の各空気流動孔３５から空気等の冷媒が供給されて各空間１５に流入される。空間１５それぞれに流入された冷媒は、各単電池１０を冷却しながら、他方のホルダープレート３０の各空気流動孔３５から排出される。これにより、各単電池１０をより一層冷却することができる。
【００２４】
なお、単電池１０ｂにより囲まれた空間１５と連通する空気流動孔３５ｂは、単電池１０ａにより囲まれた空間１５ａと連通する空気流動孔３５ａよりも孔径が大きくされている。これにより、空間１５ｂを流動する冷媒量は、空間１５ａを流動する冷媒量よりも多くなるため、組電池２０を構成する単電池１０をより効率的に均一に冷却することができる。
【００２５】
以上、本実施形態によると、隣接する単電池１０は互いに電池外装部１２に接触させて配列されているため、組電池２０の全ての単電池１０の電池温度を均一化させることができ、且つ、冷却部５０により直接的に冷却されない単電池１０に対しても、各単電池１０の電池外装部１２を介して冷却熱が伝熱されるので、間接的に冷却することができる。また、冷却部５０からの距離が遠く、冷却部５０からの冷却熱が伝わりにくい単電池１０ｂにおいては、隣接する単電池との総接触面積が小さくなるように疎に配列されているため、隣接する単電池１０からの熱の影響を受けにくく、且つ、隣接する単電池１０と接触しない表面から多くの熱を放熱することができる。これにより、組電池２０の各単電池１０を効率的に均一に冷却することができる。また、従来のように、隣り合う単電池間で隙間を設ける必要がないので、組電池装置１全体を小型化することができる。またさらに、従来のように、単電池１０を冷却する冷却風の流動方向等を考慮して組電池装置１を設計する必要がないので、組電池装置１の設計の自由度を高めることができる。
【００２６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００２７】
例えば、上述の実施形態においては、冷却部５０は、組電池２０における単電池１０の配列面に直交する方向から見て組電池２０を挟むように一対設けられているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、冷却部１５０が、組電池２０における単電池１０の配列面に直交する方向から見て、組電池２０の外周を囲むように設けてられていてもよい。この場合、冷却部１５０（冷却基板１５１）からの距離が近い単電池１０ａ、即ち組電池２０の外周付近に配置された単電池１０ａは、隣接する単電池１０との総接触面積が大きくなるように密に配列される。また、冷却部１５０からの距離が遠い単電池１０ｂ、即ち組電池２０の中央部付近に配置された単電池１０ｂは、隣接する単電池１０との総接触面積が小さくなるように疎に配列される。このように冷却部１５０を組電池２０の外周を囲むように設けた場合、組電池２０の各単電池１０をより一層冷却することができる。
【００２８】
また、図５に示すように、冷却部２５０が、組電池２０における単電池１０の配列面に直交する方向から見て、組電池２０の中央部に設けられていてもよい。この場合、冷却部２５０（冷却基板２５１）からの距離が近い単電池１０ａ、即ち組電池２０の中央部付近に配置された単電池１０ａは、隣接する単電池１０との総接触面積が大きくなるように密に配列される。また、冷却部２５０からの距離が遠い単電池１０ｂ、即ち組電池２０の外周付近に配置された単電池１０ｂは、隣接する単電池１０との総接触面積が小さくなるように疎に配列される。また、図５に示すように、冷却部２５０の冷却基板２５１は円筒状をなしていてもよい。
【００２９】
またさらに、図６に示すように、冷却部３５０が、組電池２０における単電池１０の配列面に直交する方向（単電池１０の軸方向）から見て、組電池２０の中央部を通り組電池２０の一端から対向する他端に亘って設けられていてもよい。この場合、冷却部３５０からの距離が近い単電池１０ａは、隣接する単電池１０との総接触面積が大きくなるように密に配列される。また、冷却部３５０からの距離が遠い単電池１０ｂは、隣接する単電池１０との総接触面積が小さくなるように疎に配列される。
【００３０】
以上のように、冷却部は、当該冷却部の周囲にある単電池１０を直接的に冷却するものであれば、その配置位置、形状、個数については特に限定されるものではない。従って、例えば、冷却部を、組電池２０における単電池１０の配列面に直交する方向から見て、組電池２０の中央部に設けるとともに、組電池２０の外周を囲むように設けることも可能である。このように、冷却部の配置位置、形状、個数は制約されるものではないので、組電池装置１の設計自由度を高めることができる。
【００３１】
また、上述の実施形態においては、単電池１０は円筒状の電池であるが、特にこれに限定されるものではなく、直方体状の電池でもよい。また、隣接する単電池１０との接触面積が大きくなるように、接触箇所が研磨等により平坦な接触面にされていてもよい。これにより、単電池１０間で多くの熱伝導を生じさせることができるので、組電池２０の単電池１０をより均一化することができる。
【００３２】
また、上述の実施形態においては、冷却部５０は水冷により単電池１０を冷却するものであるが、冷却部５０の周囲にある単電池１０を直接的に冷却するものであれば、特にこれに限定されるものではなく、冷却部の周囲にある単電池に冷却風を吹き付けて冷却する空冷式のものや、熱の放散によって冷却するヒートシンク等であってもよい。
【００３３】
また、上述の実施形態においては、冷却部５０から距離が近い単電池１０ａは配列面において最密充填で配列され、冷却部５０から距離が遠い単電池１０ｂは配列面において正方充填で配列されているが、単電池１０ａが密に配列されており、単電池１０ｂが疎に配列されているのであれば、これ以外の充填構造で配列されていてもよい。また、冷却部５０からの距離に比例して、隣接する単電池１０との総接触面積が徐々に小さくなるように、単電池１０が配列されていてもよい。
【００３４】
また、単電池１０の温度を検出するセンサを設けておき、このセンサの検出結果に基づいて、冷却部５０の冷媒の温度が変化するようにされていてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  組電池装置
１０  単電池
１２  電池外装部
２０  組電池
５０  冷却部
【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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