(57)【要約】【課題】簡単な構成で各電池セルの温度差を小さくして長寿命化を図った組電池を提供すること。【解決手段】扁平状の電池セル５０、５０・・を複数積層して形成された組電池４２において、電池セル５０、５０間に、それぞれ電池セル５０に接触して当該電池セル５０で発生した熱が伝達されるスペーサ５１Ａ〜５１Ｃを配置し、これらスペーサ５１Ａ〜５１Ｃと電池セル５０、５０とを略同一の大きさとするとともに、これらスペーサ５１Ａ〜５１Ｃのうち、熱が集中する積層方向の略中央部に配置されるスペーサ５１Ｃを端部のスペーサ５１Ａに比べて厚く形成した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平状の電池セルを複数積層して形成された組電池において、
前記電池セル間に、それぞれ電池セルに面接触して当該電池セルで発生した熱が伝達されるスペーサを配置し、これらスペーサと前記電池セルとを略同一の大きさとするとともに、これらスペーサのうち、前記熱が集中する部分に配置されるスペーサを他のスペーサに比べて厚く形成したことを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記熱が集中する部分は積層方向の略中央部であり、この略中央部に配置されたスペーサを、当該積層方向の端部に配置されるスペーサよりも厚く形成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】
各スペーサの厚みは、前記積層方向の略中央部から端部に向けて段階的に薄く形成されていることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
【請求項４】
最も厚いスペーサの厚みを最も薄いスペーサの厚みの２倍以上としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の組電池。
【請求項５】
前記スペーサは、前記電池セルよりも熱伝導性の低い材質で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを積層した組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機を駆動源とした電動車両には、電動機駆動用の高電圧のバッテリー装置が搭載されている。この種のバッテリー装置では、複数の電池セルを積層して形成された組電池を備え、各電池セル間に金属製のスペーサを挟むとともに、このスペーサの側面にペルチェ素子を配置して当該電池セルを冷却するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−４７３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数の電池セルを積層した組電池では、例えば、略中央部に位置する電池セルほど放熱がされにくく、熱が集中するため、積層方向の端部に位置する電池セルよりも温度が高くなる傾向にある。各電池セル間に温度差が生じると、電池セルの電気特性の変化により当該電池セルの残容量に差が生じ、特定の電池セルが過充電または過放電されやすくなるため、当該電池セルが劣化して組電池の寿命が短縮することが想定される。
【０００５】
従来の構成では、各電池セルの温度差を抑制するために、各電池セル間に挟まれた金属製のスペーサの側面にペルチェ素子を配置していたため、装置構成が煩雑になり組電池の大型化、高コスト化を招くといった問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、簡単な構成で各電池セルの温度差を小さくして長寿命化を図った組電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、扁平状の電池セルを複数積層して形成された組電池において、前記電池セル間に、それぞれ電池セルに面接触して当該電池セルで発生した熱が伝達されるスペーサを配置し、これらスペーサと前記電池セルとを略同一の大きさとするとともに、これらスペーサのうち、前記熱が集中する部分に配置されるスペーサを他のスペーサに比べて厚く形成したことを特徴とする。
【０００８】
この構成において、前記熱が集中する部分は積層方向の略中央部であり、この略中央部に配置されたスペーサを、当該積層方向の端部に配置されるスペーサよりも厚く形成しても良い。また、各スペーサの厚みは、前記積層方向の略中央部から端部に向けて段階的に薄く形成されていても良い。
【０００９】
また、最も厚いスペーサの厚みを最も薄いスペーサの厚みの２倍以上とするのが良い。また、前記スペーサは前記電池セルよりも熱伝導性の低い材質で形成されても良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電池セル間に、それぞれ電池セルに面接触して当該電池セルで発生した熱が伝達されるスペーサを配置し、これらスペーサと前記電池セルとを略同一の大きさとしたため、電池セル同士が直接接触することを防止できるとともに、電池セルと熱交換する接触面を増大させることができ、当該電池セルから発せられた熱を効果的に吸収することができる。さらに、これらスペーサのうち、熱が集中する部分に配置されるスペーサを他のスペーサに比べて厚く形成したため、この厚く形成したスペーサにより多くの熱が吸収されることにより、当該スペーサに面接触する電池セルの温度上昇が抑えられるため、簡単な構成で各電池セル間の温度差を抑制することができ、ひいては、組電池の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態にかかるバッテリー装置を搭載した電動車両の一例を示す右側面図である。
【図２】バッテリー装置の外観斜視図である。
【図３】組電池の外観斜視図である。
【図４】バッテリー装置を正面側から見た概略側面図である。
【図５】本構成の組電池にかかる電池セル間の温度差を従来のものと比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態にかかるバッテリー装置４０を搭載した電動車両１の一例を示す右側面図である。電動車両１は、図１に示すように、前輪２、及び後輪３を備えた自動二輪車である。電動車両１は、メインフレーム４、及びスイングアーム５が主たる骨組みとして構成されている。
【００１４】
メインフレーム４は、前端部が上方に向かって屈曲しており、その前端部で前輪２及びハンドル６を操舵可能に支持している。メインフレーム４の後端側であって、電動車両１の前後方向の略中央部には、使用者が腰を掛けるシート７と、バッテリー収容部８とが備えられている。バッテリー収容部８は、シート７の下方に設けられ、内部にバッテリー装置４０が収容されている。シート７は、バッテリー収容部８の蓋の役目も果たし、バッテリー収容部８に対して開閉可能にして取り付けられている。メインフレーム４のシート７の後方であって、後輪３の上方の箇所には、荷物台９が備えられている。
【００１５】
スイングアーム５は、メインフレーム４後部の、シート７及びバッテリー収容部８の箇所の下方から後方に向かって延びている。後輪３は、図１に示すように、スイングアーム５の後端に支持されている。なお、スイングアーム５は、後輪３の左側のみに設けられ、片持ち状態で後輪３を支持している。また、後輪３は、駆動輪であり、スイングアーム５との間にモータ駆動装置２０を備えている。スイングアーム５は、その後端がモータ駆動装置２０の前端部に接続され、モータ駆動装置２０を介して後輪３を支持する支持部材である。モータ駆動装置２０の左側には、サスペンションケース１０が備えられている。サスペンションケース１０から上方の荷物台９に向かって、後輪３のサスペンションユニット１１が延びている。
【００１６】
次に、バッテリー装置４０について説明する。
【００１７】
図２は、バッテリー装置４０の外観斜視図であり、図３は、バッテリー装置４０を構成する組電池の外観斜視図である。なお、図２では、外装ケースの前面パネルを開放した状態を示す。
【００１８】
バッテリー装置４０は、図２に示すように、外装ケース４１と、この外装ケース４１内に収納される組電池４２とを備える。外装ケース４１は、組電池４２を水や塵挨から保護するものであり、前面側に開口４１Ａが形成された角箱状のケース本体４５と、この開口４１Ａに配置される前面パネル（図示略）とを備える。この前面パネルを取り外すと、開口４１Ａを通じて組電池４２が露出し、当該開口４１Ａを通じて、組電池４２を外部に引く出すことができる。本実施形態では、ケース本体４５の内側の高さは、組電池４２の高さと略同一に形成され、組電池４２の底面及び天面がケース本体４５の底板４５Ａ及び天板４５Ｂの内面にそれぞれ接触している。また、ケース本体４５の内幅は、組電池４２の横幅よりも広く形成され、この組電池４２とケース本体４５の各側板４５Ｃ，４５Ｄとの間には、空気が滞留する空間４３が形成される。このため、組電池４２から発生した熱は、ケース本体４５と直接接触している底板４５Ａ及び天板４５Ｂから放出されるとともに、上記空間４３内の空気を介してケース本体４５の各側板４５Ｃ，４５Ｄに伝達されて放出される。
【００１９】
組電池４２は、図３に示すように、鉛直方向に積層された複数（本実施形態では７つ）の電池セル５０と、これら電池セル５０，５０間にそれぞれ配置されるスペーサ５１と、当該積層された電池セル５０の上下端に配置される樹脂性のエンドプレート５２，５２と、これらエンドプレート５２，５２間に架け渡されて当該電池セル５０を一体化する複数の締結バンド５３とを備える。
【００２０】
また、図示は省略したが、組電池４２は、外装ケース４１の上端部に制御回路を備え、この制御回路によって各電池セル５０の電圧、電流、温度などが測定され、電池容量、及び、必要充放電量等が決定され、充放電等の制御が行われる。
【００２１】
電池セル５０は、その幅よりも薄い扁平状の角型電池であり、図示は省略したが、有底筒状に形成された外装缶である角形ケース５５の開口部分から巻き電極を挿入し、電解液を注入した後、封口板で開口部分を閉塞して、レーザー溶接等により封止して形成されている。角形ケース５５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、電池セル５０が異常な状態で充放電されると安全弁が開弁して、電解液が排出されるように構成されている。
【００２２】
また、電池セル５０は、角形ケース５５の一側面５５Ａに正極タブ５０Ａ及び負極タブ５０Ｂがお互いに離間して設けられている。これら正極タブ５０Ａ及び負極タブ５０Ｂは、角形ケース５５の左右対称となる位置に設けられ、電池セル５０を交互に裏返して積層したときに、正極タブ５０Ａと負極タブ５０Ｂとが上下に重なり合い、金属製のバスバー５４を用いて複数の電池セル５０を容易に直列に接続することができる。
【００２３】
この電池セル５０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ため、好適に用いることができる。
【００２４】
エンドプレート５２は、電池セル５０と略同一の大きさに形成された板材であり、各電池セル５０を狭持して一体化するため、ある程度の剛性を有する厚みに形成される。また、エンドプレート５２は、電池セル５０で発生した熱を外装ケース４１に伝達する機能を有するため、熱伝導率が高い材料で形成されることが望ましい。
【００２５】
ところで、複数の電池セル５０を積層した組電池４２では、積層方向の略中央部に位置する電池セル５０ほど放熱がされにくく、熱が集中するため、積層方向の端部に位置する電池セル５０よりも温度が高くなる傾向にある。各電池セル間に温度差が生じると、電池セルの電気特性の変化により当該電池セルの残容量に差が生じ、特定の電池セルが過充電または過放電されやすくなるため、当該電池セルが劣化して組電池の寿命が短縮することが想定される。
【００２６】
このため、本構成では、電池セル５０、５０間に配置されるスペーサ５１の厚みを変更することにより電池セル５０間の温度差を抑制している。スペーサ５１は、電池セル５０，５０間に配置され、充放電時に、一の電池セル５０から発せられた熱が隣接する電池セル５０に伝達されるのを抑えるとともに、当該熱をスペーサ５１内に吸収し、当該電池セル５０の温度上昇を抑える機能を有する。
【００２７】
図４は、バッテリー装置を正面側から見た概略側面図である。
【００２８】
本実施形態では、組電池４２は、厚みの異なる３種類のスペーサ５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃを備え、温度が高くなる傾向にある積層方向の略中央部に、最も厚いスペーサ５１Ｃ、５１Ｃを配置し、上記略中央部に比べて温度が低くなる傾向にある積層方向の端部に、最も薄いスペーサ５１Ａ、５１Ａを配置し、その中間に中間の厚みのスペーサ５１Ｂ，５１Ｂを配置している。これらスペーサ５１Ａ〜５１Ｃは、電池セル５０と略同じ大きさに形成されるとともに、当該電池セル５０よりも熱伝導性が低い（または断熱性を有する）材料で形成されるのが望ましく、本実施形態ではクロロプレンゴムが用いられている。このクロロプレンゴムは、耐熱性、難燃性に優れた材料であるため、例えば、ある電池セル５０に内部短絡等の異常が生じたとしても、この異常に伴う発熱が隣接する電池セル５０に伝達されることが防止される。
【００２９】
各スペーサ５１Ａ〜５１Ｃは、電池セル５０に比べて極めて薄いシート状に形成されたものであり、スペーサ５１Ａの厚みＬ１が０．３ｍｍ、スペーサ５１Ｂの厚みＬ２が０．５ｍｍ、スペーサ５１Ｃの厚みＬ３が０．７ｍｍに設定され、積層方向の略中央部から端部に向けて段階的に薄くしている。スペーサの厚みを厚くすることにより、このスペーサの体積が増大するため、当該スペーサの熱容量が増大して吸収できる熱量を増やすことができる。
【００３０】
また、本実施形態では、組電池４２の高さは外装ケース４１の内側の高さの規制を受けるため、組電池４２の高さは従来の組電池と同じ高さに設定されている。この場合、組電池４２に使用される電池セル５０、エンドプレート５２は、従来と同じものを使用しているため、スペーサ５１Ａ〜５１Ｃの全体の厚みは、従来のものと同じに設定されている。なお、従来の構成では、スペーサの厚みは、すべて上記したスペーサ５１Ｂと同じ０．５ｍｍに設定されていた。
【００３１】
図５は、組電池４２にかかる電池セル５０間の温度差を従来のものと比較したグラフである。
【００３２】
従来の構成では、スペーサとして上記した厚みが０．５ｍｍのものを使用し、他の構成は本実施形態にかかる電池セル５０、エンドプレート５２、締結バンド５３を使用している。この図５では、組電池を構成する１〜７までの電池セル５０の充放電時の温度を計測し、これら各電池セル５０の最高温度と最低温度との温度差を比較した。この図５において、下方に位置する７番目の電池セル５０の温度が低くなっているのは、バッテリー装置４０が載置される載置台６０（図４）に熱が放出されるためである。
【００３３】
この図５に示す結果によると、従来の構成にかかる組電池では、温度差Ｔ１が３．３６℃であったのに対し、本実施形態にかかる組電池４２では、温度差Ｔ２が２．８７℃となり、温度差が約０．５℃小さくなっている。
【００３４】
この結果によれば、充放電時における組電池４２の温度差を抑制できるため、この組電池４２の長寿命化を図ることができる。
【００３５】
また、本実施形態では、積層方向の端部に配置されるスペーサ５１Ａの厚みＬ１を従来のものよりも薄くしているため、図５に示すように、１番目の電池セル及び７番目の電池セルの温度は若干上昇しているが、これにより組電池全体としての温度差は抑えられ、各電池セルの温度分布をより直線に近づけることができる。
【００３６】
以上、本実施形態によれば、扁平状の電池セル５０を複数積層して形成された組電池４２において、電池セル５０、５０間に、それぞれ電池セル５０に面接触して当該電池セル５０で発生した熱が伝達されるスペーサ５１Ａ〜５１Ｃを配置し、これらスペーサ５１Ａ〜５１Ｃと電池セル５０，５０とを略同一の大きさとしたため、電池セル５０，５０同士が直接接触することを防止できるとともに、電池セル５０と熱交換する接触面を増大させることができ、当該電池セル５０から発せられた熱を効果的に吸収することができる。
【００３７】
さらに、本実施形態によれば、これらスペーサ５１Ａ〜５１Ｃのうち、熱が集中する積層方向の略中央部に配置されるスペーサ５１Ｃを積層方向の端部に配置されるスペーサ５１Ａに比べて厚く形成したため、この厚く形成されたスペーサ５１Ｃの熱容量を増大させることができる。このため、上記厚く形成したスペーサ５１Ｃにより多くの熱が吸収されることにより、当該スペーサ５１Ｃに面接触する電池セル５０の温度上昇が抑えられるため、簡単な構成で各電池セル５０，５０間の温度差を抑制することができ、ひいては、組電池４２の長寿命化を図ることができる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、各スペーサ５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの厚みＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、積層方向の略中央部から端部に向けて段階的に薄く形成されているため、隣接する電池セル５０間の温度差を小さくすることができ、各電池セル５０の温度分布をより直線に近づけることができる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、最も厚いスペーサ５１Ｃの厚みＬ３を最も薄いスペーサ５１Ａの厚みＬ１の２倍以上としたため、最も厚いスペーサ５１Ｃが配置される略中央部の電池セル５０の温度を低下させることができ、各電池セル５０，５０間の温度差を抑制できる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、スペーサ５１Ａ〜５１Ｃは電池セル５０よりも熱伝導性の低い材質で形成されているため、電池セル５０から発せられた熱を隣接する電池セル５０に伝達しにくくすることができ、隣接する電池セル５０に基づく温度上昇を抑制できる。
【００４１】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態では、熱か集中する部分として積層方向の略中央部を説明したが、例えば、外装ケース４１の天板４５Ｂ上に冷却ユニット（不図示）が配置された構成では、組電池の積層方向の上端部ほど冷却され、中央部よりも下端部側に移動した部分に熱が集中する。このため、他の冷却手段を設けた場合には、それに伴って、スペーサの厚みを厚くする部分は適宜調整される。
【００４２】
また、本実施形態では、スペーサ５１の厚みを積層方向の略中央部から端部に向けて段階的に薄くしたものとして説明したが、これに限るものではなく、積層方向の略中央部のみを厚く形成し、その他を均一の厚みとしても良い。
【００４３】
また、本実施形態では、電池セル５０を７段に積層した構成について説明したが、これに限るものでないことは明らかである。
【符号の説明】
【００４４】
１  電動車両
８  バッテリー収容部
４０  バッテリー装置
４１  外装ケース
４１Ａ  開口
４２  組電池
４３  空間
４５  ケース本体
４５Ａ  底板
４５Ｂ  天板
４５Ｃ、４５Ｄ  側板
５０  電池セル
５０Ａ  正極タブ
５０Ｂ  負極タブ
５１、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ  スペーサ
５２  エンドプレート
５３  締結バンド
５４  バスバー
５５  角形ケース
５５Ａ  一側面
６０  載置台
Ｔ２  温度差
【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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