(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の外装ケース(１)の内部に複数本の円筒型の単電池(２)を併設して構成される組電池において、複数本の単電池(２)の外周面と外装ケース(１)の内面によって挟まれた空間に、該空間の立体形状に応じた外形を有する中空金具(３)が設置され、該中空金具(３)には、該中空金具(３)の空洞(30)に繋がる複数の窓(31)(32)が開設され、該中空金具(３)の空洞(30)に伝熱セメント(４)が充填され、該伝熱セメント(４)が前記複数の窓(31)(32)から露出して、その表面が単電池(２)の外周面と外装ケース(１)の内面に密着していることを特徴とする組電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外装ケースの内部に複数本の単電池を併設して構成される組電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図７に示す如く、外装ケース(１)の内部に、複数本の円筒型の単電池(２)を併設すると共に、これら複数本の単電池(２)が貫通する複数枚の放熱フィン(５)を配列して、これらの放熱フィン(５)を複数本の連結バー(６)によって互いに連結固定した組電池が提案されている(例えば特開2000-21456号)。
該組電池においては、大電流による充／放電によって、各単電池(２)に発熱が生じるが、複数の単電池(２)どうしが放熱フィン(５)を介して互いに連結されているので、各単電池(２)の温度が均一化されると共に、放熱フィン(５)から外装ケース(１)を経て外部へ熱が放散されることによって、過大な温度上昇が抑制される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７に示す組電池においては、単電池(２)から発生する熱が、放熱フィン(５)を経て熱伝導によって外装ケース(１)に伝わると共に、単電池(２)を取り巻く空気を経て熱伝達によって外装ケース(１)に伝わることになる。ここで、単電池(２)と放熱フィン(５)の間の接触面積は小さく、放熱フィン(５)と外装ケース(１)の間の接触面積も小さいため、単電池(２)から放熱フィン(５)を経て外装ケース(１)に伝わる熱は少量となる。特に、単電池(２)と放熱フィン(５)の間の密着性が経年劣化によって低下した場合、放熱フィン(５)を経て外装ケース(１)に伝わる熱は更に少量となる。又、空気は熱伝導率が低く、単電池(２)と空気の間、並びに空気と放熱フィン(５)の間の熱伝達率も低いため、単電池(２)の外周面から空気を経て外装ケース(１)に伝わる熱も少量である。
この結果、各単電池(２)の温度を十分に均一化することが出来ず、或いは単電池(２)から発生する熱を十分な熱伝達率で外部へ放散させることが出来ず、これによって組電池の性能が低下する問題があった。
【０００４】
そこで本発明の目的は、各単電池の温度を十分に均一化することが出来ると共に、各単電池から発生する熱を十分に高い熱伝達率で外部へ放散させることが出来る組電池を提供することである。
【０００５】
本発明に係る組電池は、金属製の外装ケース(１)の内部に複数本の円筒型の単電池(２)を併設して構成され、複数本の単電池(２)の外周面と外装ケース(１)の内面によって挟まれた空間に、該空間の立体形状に応じた外形を有する中空金具(３)が設置され、該中空金具(３)には、該中空金具(３)の空洞(30)に繋がる複数の窓(31)(32)が開設され、該中空金具(３)の空洞(30)に伝熱セメント(４)が充填され、該伝熱セメント(４)が前記複数の窓(31)(32)から露出して、その表面が単電池(２)の外周面と外装ケース(１)の内面に密着している。
【０００６】
上記本発明の組電池においては、伝熱セメント(４)が、各単電池(２)の外周面に密着すると共に、外装ケース(１)の内面に密着しているので、各単電池(２)から発生した熱は、熱伝導によって伝熱セメント(４)に伝わり、更に伝熱セメント(４)から他の単電池(２)或いは外装ケース(１)に伝わる。ここで、伝熱セメント(４)は、高い熱伝導率を有しているので、伝熱セメント(４)を経た熱伝導によって、単電池(２)どうしが十分に熱交換し、或いは単電池(２)から発生する熱が十分に外装ケース(１)に伝わって、外装ケース(１)から外部へ放散されることになる。
【０００７】
又、予め中空金具(３)に伝熱セメント(４)を充填しておき、該中空金具(３)を複数本の単電池(２)間に挟んだ状態で、これらの単電池(２)を外装ケース(１)内に収容することによって、複数本の単電池(２)の外周面と外装ケース(１)の内面とによって挟まれた空間に、伝熱セメント(４)を充填することが出来る。
これによって、中空金具(３)及び伝熱セメント(４)が、単電池(２)の外周面に接触すると共に、外装ケース(１)の内面に接触し、単電池(２)から発生する熱は、中空金具(３)及び伝熱セメント(４)を経て、外装ケース(１)に伝わることになる。
【０００８】
更に又、中空金具(３)の窓(31)(32)から空洞(30)へ伝熱セメント(４)を容易に充填することが出来る。中空金具(３)に充填された伝熱セメント(４)は窓(31)(32)から露出し、その表面が、単電池(２)の外周面や外装ケース(１)の内面に密着する。
【０００９】
【発明の効果】
本発明に係る組電池によれば、各単電池の温度を十分に均一化することが出来ると共に、各単電池から発生する熱を十分に高い熱伝達率で外部へ放散させることが出来る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る組電池は、図１及び図２に示す如く、直方体状の外装ケース(１)の内部に４本の単電池(２)(２)(２)(２)を併設したものであって、各単電池(２)は、円筒型のリチウム二次電池によって構成されている。
【００１１】
外装ケース(１)は、左右一対のコ字状ケース部材(11)(12)を組み合わせて角筒体を形成すると共に、該角筒体の両端開口部にそれぞれ蓋状ケース部材(13)(14)を嵌合させて、組み立てられている。
外装ケース(１)のコ字状ケース部材(11)(12)には、その表面にそれぞれ２つの放熱窓(18)(18)が開設されると共に、複数のねじ孔(15)が開設されている。又、一方の蓋状ケース部材(13)の前面部には、左右両端部に一対の端子窓(17)(17)が開設されると共に、複数のねじ孔(15)が開設され、他方の蓋状ケース部材(14)の前面部には、複数のねじ孔(15)が開設されている。
又、蓋状ケース部材(13)(14)の内面には、４本の単電池(２)(２)(２)(２)を互いに直列に接続するためのリード部材(図示省略)が配備されている。
【００１２】
４本の単電池(２)(２)(２)(２)の外周面と外装ケース(１)の内面の間に形成される６つの楔状の空間には、それぞれ中空金具(３)が設置されると共に、各中空金具(３)の空洞には、伝熱セメント(４)が充填されている。
伝熱セメント(４)は、例えば、黒鉛：５５〜８０％、硅酸ソーダ：２０〜４０％、コロイド状シリカ：１.５〜２.５％、酸化抑制剤０.１〜０.５％の組成を有し、９.３〜１１.６Ｗ／ｍＫの高い熱伝導率を発揮する。又、伝熱セメント(４)は、施工後の硬化によってコンクリートと同等の強度を発揮すると共に、高い接着力を発揮する。
【００１３】
中空金具(３)は、図３に示す如く、前記楔状空間の立体形状に応じた外形の枠体であって、内部に大きな空洞(30)を有し、両側面及び上面には、空洞(30)に通じる窓(31)(32)が開設されている。又、中空金具(３)の表面には、複数のねじ孔(33)が開設されている。
【００１４】
組電池の組立工程においては、先ず、中空金具(３)の窓(31)(32)から空洞(30)に、図４に示す如く伝熱セメント(４)が隙間無く充填され、側面の窓(31)から露出する伝熱セメント(４)の表面は、単電池(２)の外周面に沿う円筒面に整形されると共に、上面の窓(32)から露出する伝熱セメント(４)の表面は、平面に整形される。
【００１５】
従って、図５に示す如く、隣接する２本の単電池(２)(２)の間の楔状空間に、伝熱セメント(４)が充填された中空金具(３)を設置することによって、図６に示す如く、中空金具(３)の両側面が単電池(２)の外周面に密着すると共に、該中空金具(３)の窓(31)から露出する伝熱セメント(４)の表面が単電池(２)の外周面に密着することになる。
【００１６】
図２に示す如く、４本の単電池(２)(２)(２)(２)の間に形成される６つの楔状空間にそれぞれ、伝熱セメント(４)が充填された中空金具(３)を設置して、直方体の電池ブロックを構成する。ここで、伝熱セメント(４)はその高い接着力によって単電池(２)どうしを強く連結するので、電池ブロックは、それ自体で高い構造強度を有している。
【００１７】
その後、上記電池ブロックを挟んで、左右一対のコ字状ケース部材(11)(12)を組み合わせると共に、該ケース部材(11)(12)の両端部に２つの蓋状ケース部材(13)(14)を嵌合させて、外装ケース(１)の各ねじ孔(15)にねじ(16)をねじ込んで、電池ブロックと外装ケース(１)とを一体化する。
これによって、外装ケース(１)の内面が、各中空金具(３)の上面に密着すると共に、各中空金具(３)の窓(32)から露出する伝熱セメント(４)の表面に密着することになる。
斯くして、図１に示す本発明の組電池が得られる。
【００１８】
該組電池においては、外装ケース(１)の蓋状ケース部材(13)の２つの端子窓(17)(17)から、組電池の電力を取り出すための正極端子(21)及び負極端子(22)が露出することになる。
又、外装ケース(１)の各放熱窓(18)からは、単電池(２)の外周面の一部及び伝熱セメント(４)の表面の一部が露出することになる。
【００１９】
上記本発明の組電池においては、中空金具(３)及び伝熱セメント(４)が、各単電池(２)の外周面に密着すると共に、外装ケース(１)の内面に密着しているので、各単電池(２)から発生した熱は、熱伝導によって中空金具(３)及び伝熱セメント(４)に伝わり、更に中空金具(３)及び伝熱セメント(４)から他の単電池(２)或いは外装ケース(１)に伝わる。ここで、伝熱セメント(４)は、高い熱伝導率を有しているので、伝熱セメント(４)を経た熱伝導によって、単電池(２)どうしが十分に熱交換し、或いは単電池(２)から発生する熱が十分に外装ケース(１)に伝わって、外装ケース(１)から外部へ放散されることになる。
従って、各単電池(２)の温度を十分に均一化することが出来ると共に、各単電池(２)から発生する熱を十分に高い熱伝達率で外部へ放散させることが出来る。
【００２０】
次に、上記本発明の組電池の性能を確認するために行なった試験の内容、及びその結果について説明する。
リチウム二次電池の作製
先ず、単電池(２)となるリチウム二次電池を次の様にして作製した。
正極活物質としてコバルト酸リチウムを用いた正極板と、負極活物質として黒鉛を用いた負極板とを作製した後、正極板と負極板の間に、イオン透過性のポリオレフィン製微多孔膜を介在させて、これらを渦巻き状に巻き取り、巻き取り電極体を作製した。その後、外径４０ｍｍ、長さ１６０ｍｍの電池缶の内部に、前記巻き取り電極体を装入すると共に、支持電解液として６弗化燐酸リチウムを１ｍｏｌの濃度でエステル系有機電解液と共に注入し、５０Ｗｈ級の二次電池を得た。
【００２１】
本発明の組電池の組立
上記リチウム電池を４本用いて、図１に示す本発明の組電池を組み立てた。外装ケース(１)としては、厚さ２ｍｍのアルミニウム板を用いてコ字状ケース部材(11)(12)を作製すると共に、厚さ２ｍｍのアルミニウム板を用いて蓋状ケース部材(13)(14)を作製した。これによって形成される外装ケース(１)は、高さ４２ｍｍ、幅１５６ｍｍ、長さ１７０ｍｍとなる。
尚、外装ケース(１)の全放熱窓(18)の開口面積は、外装ケース(１)の全表面積の５０％とした。
【００２２】
比較例の組電池の組立
上記リチウム電池を４本用いて、図７に示す従来の組電池を組み立てた。４枚の放熱フィン(５)はそれぞれ、高さ４２ｍｍ、幅１８０ｍｍ、厚さ２ｍｍに形成した。又、外装ケース(１)は、高さ４６ｍｍ、幅１８４ｍｍ、長さ１７０ｍｍに形成した。
【００２３】
試験条件
上記の本発明の組電池と比較例の組電池をそれぞれ、２５℃の恒温槽に収納して、５Ａで充放電を行ない、単電池１〜４の表面温度を測定し、その最高温度を記録した。
試験結果
その結果、下記表１の測定データが得られた。
【００２４】
【表１】
0003831642.tif 000002
【００２５】
表１の結果から明らかな様に、本発明の組電池においては、単電池の表面温度が、比較例の組電池の表面温度よりも２.９〜３.４℃低く、単電池間の温度のばらつきも小さくなっている。
従って、本発明の組電池によれば、サイクル寿命特性を向上させ、高い出力特性を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る組電池の外観を示す斜視図である。
【図２】該組電池の分解斜視図である。
【図３】中空金具の斜視図である。
【図４】中空金具に伝熱セメントを充填した状態の斜視図である。
【図５】伝熱セメントが充填された中空金具を単電池間に設置した状態の斜視図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。
【図７】従来の組電池の斜視図である。
【符号の説明】
(１)  外装ケース
(11)  コ字状ケース部材
(12)  コ字状ケース部材
(13)  蓋状ケース部材
(14)  蓋状ケース部材
(18)  放熱窓
(２)  単電池
(21)  正極端子
(22)  負極端子
(３)  中空金具
(31)  窓
(32)  窓
(４)  伝熱セメント
【図１】
0003831642.tif 000003
【図２】
0003831642.tif 000004
【図３】
0003831642.tif 000005
【図４】
0003831642.tif 000006
【図５】
0003831642.tif 000007
【図６】
0003831642.tif 000008
【図７】
0003831642.tif 000009