JP3224790U - 蓄電池及び蓄電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率をさらに高めることができる蓄電池及び蓄電池システムを提供する。【解決手段】蓄電池は、複数の電池モジュール１０と、板状の第１のヒートパイプ１１と、板状の第２のヒートパイプ１２と、を備える。電池モジュール１０は、一方向（ｘ軸方向）に配列された複数の電池セル２０より構成される。第１のヒートパイプ１１は、電池セル２０間に挿入されている。板状の第２のヒートパイプ１２は、第１のヒートパイプ１１と熱的に結合されており、複数の電池セル２０の配列（電池モジュール１０）の外方側面に取り付けられている。【選択図】図３

Description

本考案は、蓄電池及び蓄電池システムに関する。

リチウムイオン電池の熱管理は、電池の寿命だけでなく、電池の安全性にとっても重要である。そこで、空冷方式によりリチウムイオン電池を冷却する組電池が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８−９８０７４号公報

しかしながら、空冷方式によるリチウムイオン電池の冷却には、その冷却効率に限界がある。

本考案は、冷却効率をさらに高めることができる蓄電池及び蓄電池システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本考案の第１の観点に係る蓄電池は、
一方向に配列された複数の電池セルより成る電池モジュールと、
前記電池セル間に挿入された板状の第１のヒートパイプと、
前記第１のヒートパイプと熱的に結合され、前記電池モジュールの外方側面に配置された板状の第２のヒートパイプと、
を備える。

この場合、前記第２のヒートパイプから伝達される熱を放出する放熱部を備える、
こととしてもよい。

また、前記電池モジュール、前記第１のヒートパイプ及び前記第２のヒートパイプを収納するハウジングと、
前記電池セルの正極と電気的に接続され、前記ハウジングから張り出して外部ケーブルと接続される正極端子と、
前記電池セルの負極と電気的に接続され、前記ハウジングから張り出して外部ケーブルと接続される負極端子と、
を備え、
前記正極端子及び前記負極端子は、導電部分が凹部に設けられている、
こととしてもよい。

前記電池モジュールを加熱する加熱膜が設けられ、
前記第２のヒートパイプは、前記加熱膜を介して前記電池モジュールに取り付けられている、
こととしてもよい。

本考案の第２の観点に係る蓄電池システムは、
複数の蓄電池と、
前記蓄電池各々の正極と負極とを、直列又は並列に接続する入力端子と、前記入力端子に入力された直流電圧を出力する出力端子と、を備えるコントローラと、
を備える。

本考案の構成によれば、電池モジュールが一方向に配列された複数の電池セルより構成されており、電池セルの間に第１のヒートパイプが挿入され、電池モジュールの外方側面に第１のヒートパイプと熱的に結合された第２のヒートパイプが設けられている。これにより、第１のヒートパイプを用いて、熱がこもりやすい電池セルの間から熱を排出し、第２のヒートパイプを用いて、電池モジュールから発する熱と、第１のヒートパイプから排出された熱とを、外部に排出し易くすることができる。このようにすれば、空冷方式で冷却するよりも冷却効率をさらに高めることができる。

本考案の実施の形態に係る蓄電池の外観を示す斜視図である。 図１の蓄電池の蓄電池本体から外部筐体を取り除いた状態を示す図である。 図２の蓄電池本体の分解図である。 正極端子の内部構成を示す模式図である。 図１の電池モジュールから熱が放出される様子を示す模式図である。 本考案の実施の形態に係る蓄電池システムにおいて、蓄電池を直接につないだ構成を示す模式図である。 図６の蓄電池システムにおいて、蓄電池を並列につないだ構成を示す模式図である。 （Ａ）は、第１のヒートパイプの別の例を示す図であり、（Ｂ）は、第２のヒートパイプの別の例を示す図である。

以下、本考案の実施の形態に係る蓄電池及び蓄電池システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、図中、同一又は同等の部分には同一の符号を付す。本実施の形態では、水平面をｘｙ面とし、上下方向をｚ軸方向として説明を行う。

（蓄電池）
図１に示すように、蓄電池１は、直方体状のハウジングとしての外部筐体２を有している。外部筐体２の外部には、正極端子３と負極端子４とが張り出している。この正極端子３及び負極端子４が、不図示の外部ケーブルと接続され、外部ケーブルを介して蓄電池１に対する蓄電及び放電が行われる。

外部筐体２には、監視用コネクタ６と、温度制御用コネクタ７とが設けられている。監視用コネクタ６は、電池モジュール１０から出力される電圧情報及び電池セル２０の温度情報を外部に出力するためのコネクタである。温度制御用コネクタ７は、加熱膜１４によって加熱される電池セル２０の温度を制御するためのコネクタである。

さらに、外部筐体２には、４つの連結部８が設けられている。連結部８には、接続片９が取付可能となっている。これらの機能については後述する。

図２に示すように、外部筐体２は、外部筐体（上）２ａと、外部筐体（下）２ｂとを備える。外部筐体２は、外部筐体（上）２ａと外部筐体（下）２ｂとが組み合わさることにより構成され、内部に蓄電池本体５を収容する。

蓄電池本体５の上部には、正極５ａと、負極５ｂとが設けられている。蓄電池本体５は、正極５ａ及び負極５ｂを介して、蓄電及び放電を行う。正極５ａには、正極片５ｃが取り付けられており、負極５ｂには、負極片５ｄが取り付けられている。正極端子３は、正極片５ｃを介して正極５ａと電気的に接続されており、負極端子４は、負極片５ｄを介して、負極５ｂと電気的に接続されている。

図３に示すように、蓄電池本体５は、電池モジュール１０と、第１のヒートパイプ１１と、第２のヒートパイプ１２と、を備える。電池モジュール１０は、複数の電池セル２０から構成される。複数の電池セル２０は、一方向に配列されている。電池セル２０は、第１のヒートパイプ１１の厚み分、間隔を空けて配置されている。

電池セル２０は、リチウムイオン電池である。電池セル２０は、正極５ａ及び負極５ｂにそれぞれ直列に接続されている。したがって、蓄電池１では、電池セル２０の出力電圧の合計となる電圧が出力される。

第１のヒートパイプ１１は、板状のヒートパイプである。第１のヒートパイプ１１は、電池セル２０間の隙間に挿入されている。

第２のヒートパイプ１２は、板状のヒートパイプである。第２のヒートパイプ１２は、複数の電池セル２０、すなわち電池モジュール１０の外方側面に取り付けられている。第２のヒートパイプ１２は、第１のヒートパイプ１１と熱的に結合されている。

第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１２は、熱伝導性の高い金属、例えばアルミニウム等で構成されている。第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１２の内部には、複数の空間が設けられており、その空間に冷媒が封入されている。第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプに熱が加えられると、その熱を伝えられた冷媒は液体から気体の状態に変化して空間内を比較的低温な領域へ移動する。低温領域に移動した冷媒は、周囲に熱を奪われて気体から液体の状態に変化する。第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１２は、この冷媒の移動により、伝達された熱を低温部分に伝導する。

蓄電池１は、絶縁板１３をさらに備える。絶縁板１３は、電池セル２０と側板１６との間を電気的に絶縁する。

蓄電池１は、第２のヒートパイプ１２から伝達される熱を外部に放熱する加熱膜１４を備える。電池セル２０は、使用される環境温度が低温であると、十分な放電ができなくなるおそれがある。加熱膜１４は、そのような状況を防ぐため、低温である場合に電池セル２０に熱を与える。

蓄電池１は、保護蓋板１５と、側板１６と、端板１７と、を備える。保護蓋板１５は、電池モジュール１０の上部に置かれる。保護蓋板１５は、内部に加熱膜１４を加熱するための電気回路と、電池セル２０を直列につなぐ電気回路とが設けられている。さらに、保護蓋板１５には、電池モジュール１０の正極５ａ及び負極５ｂが設けられている。

側板１６は、電池セル２０の配列方向（ｘ軸方向）に沿って、加熱膜１４及び第２のヒートパイプ１２を介して設置されている。図３では、側板１６、加熱膜１４及び第２のヒートパイプ１２が一方側しか示されていないが、実際には、側板１６、加熱膜１４及び第２のヒートパイプ１２は、反対側にも設けられている。

端板１７は、電池セル２０の配列方向の両端に設けられている。端板１７と側板１６とは連結されて、蓄電池本体５の筐体となる。側板１６及び端板１７は、第２のヒートパイプ１２から伝達される熱を放熱する放熱部として作用する。

なお、図４に示すように、正極端子３及び負極端子４は、その電極、すなわち導電部分３ｂが凹部３ａに設けられており、外部ケーブル（不図示）との接続作業を行う作業者の感電が防止されている。

次に、蓄電池１における放熱動作について説明する。この放熱動作は、主として、第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１２によって行われる。

図５に示すように、蓄電及び放電により、電池セル２０には熱が発生する。電池セル２０において発生した熱は、第１のヒートパイプ１１に伝わる。第１のヒートパイプ１１内では、冷媒の移動により、熱を第２のヒートパイプ１２の外側に向かって伝える。第２のヒートパイプ１２は、第１のヒートパイプ１１及び電池セル２０から伝えられる熱を外部に放出する。

このように、本実施の形態に係る蓄電池１では、電池セル２０の放熱の効率を上げることができる。これにより、蓄電池１の寿命を延ばすことができるうえ、安全性を高めることができる。さらに、電池セル２０の数を増やし、高い電圧を扱うことができるようにすることができる。

（蓄電池システム）
さらに、図６に示すように、蓄電池１を複数備えることにより、蓄電池システム５０を構成することができる。この蓄電池システム５０では、蓄電池１は、接続片９を介して連結部８同士が連結されている。また、この蓄電池システム５０では、各蓄電池１（Ａ〜Ｄ）の正極端子３と負極端子４とは、直列に接続されている。

この蓄電池システム５０は、ＢＭＳ（Battery Management System）コントローラ３０をさらに備えている。ＢＭＳコントローラ３０は、入力端子（ＤＣ入力）に各蓄電池１（Ａ〜Ｄ）の正極端子３と負極端子４とが直列に接続されており、蓄電池１から出力される直流電圧を入力する。また、ＢＭＳコントローラ３０は、入力された直流電圧を出力端子（ＤＣ）から出力する。

また、ＢＭＳコントローラ３０が、直流電圧を並列に入力するタイプのものである場合には、蓄電池１（Ａ〜Ｄ）は、並列に接続されるようにしてもよい。例えば、図７に示すように、蓄電池１（Ａ、Ｃ）と蓄電池１（Ｂ、Ｄ）とが並列にＢＭＳコントローラ３０に接続することができる。

このように、蓄電池１を複数用いれば、大電圧の蓄電及び放電が可能になる。これにより、例えば、太陽電池にこの蓄電池システム５０をつないで、日中は、太陽電池から蓄電池システム５０への蓄電を行い、夜中は、蓄電池システム５０から電力負荷へ電力が供給されるようにすることができる。

なお、蓄電池１の数は４台には限られない。２、３台であってもよいし、５台以上であってもよい。

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、電池モジュール１０が一方向（ｘ軸方向）に配列された複数の電池セル２０より構成されており、電池セル２０の間に、第１のヒートパイプ１１が挿入され、電池モジュール１０の外方側面に第１のヒートパイプ１１と熱的に結合された第２のヒートパイプ１２が設けられている。これにより、第１のヒートパイプ１１を用いて、熱がこもりやすい電池セル２０の間から熱を排出し、第２のヒートパイプ１２を用いて、電池モジュール１０から発する熱と、第１のヒートパイプ１１から排出された熱とを、外部に排出し易くすることができる。このようにすれば、空冷方式で冷却するよりも冷却効率をさらに高めることができる。

さらに、図８（Ａ）に示すように、第１のヒートパイプ１１として、ｚ軸方向に２枚以上配列されたものを用いてもよい。また、図８（Ｂ）に示すように、第２のヒートパイプ１２として、ｚ軸方向に２枚以上配列されたものを用いるようにしてもよい。

また、蓄電池１が寒冷地で用いられない場合には、加熱膜１４はなくてもよい。

なお、本実施の形態に係る蓄電池１では、電池モジュール１０が８個の電池セル２０を備えるものとした。しかしながら、本考案はこれには限られない。例えば、電池セル２０の数は、７個以下であってもよいし、９個以上であってもよい。

なお、本実施の形態に係る蓄電池１では、第２のヒートパイプ１２から伝えられた熱を外部へ放熱する放熱部として、放熱フィン又は放熱ファンをさらに設けるようにしてもよい。

この考案は、この考案の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この考案を説明するためのものであり、この考案の範囲を限定するものではない。すなわち、この考案の範囲は、実施の形態ではなく、実用新案登録請求の範囲によって示される。そして、実用新案登録請求の範囲内及びそれと同等の考案の意義の範囲内で施される様々な変形が、この考案の範囲内とみなされる。

１ 蓄電池、２ 外部筐体、２ａ 外部筐体（上）、２ｂ 外部筐体（下）、３ 正極端子、３ａ 凹部、３ｂ 導電部分、４ 負極端子、５ 蓄電池本体、５ａ 正極、５ｂ 負極、５ｃ 正極片、５ｄ 負極片、６ 監視用コネクタ、７ 温度制御用コネクタ、８ 連結部、９ 接続片、１０ 電池モジュール、１１ 第１のヒートパイプ、１２ 第２のヒートパイプ、１３ 絶縁板、１４ 加熱膜、１５ 保護蓋板、１６ 側板、１７ 端板、２０ 電池セル、３０ ＢＭＳコントローラ、５０ 蓄電池システム

本考案の第２の観点に係る蓄電池システムは、
本考案の第１の観点に係る複数の蓄電池と、
前記蓄電池各々の正極と負極とを、直列又は並列に接続する入力端子と、前記入力端子に入力された直流電圧を出力する出力端子と、を備えるコントローラと、
を備える。

Claims (5)

1. 一方向に配列された複数の電池セルより成る電池モジュールと、
   前記電池セル間に挿入された板状の第１のヒートパイプと、
   前記第１のヒートパイプと熱的に結合され、前記電池モジュールの外方側面に配置された板状の第２のヒートパイプと、
   を備える蓄電池。
2. 前記第２のヒートパイプから伝達される熱を放出する放熱部を備える、
   請求項１に記載の蓄電池。
3. 前記電池モジュール、前記第１のヒートパイプ及び前記第２のヒートパイプを収納するハウジングと、
   前記電池セルの正極と電気的に接続され、前記ハウジングから張り出して外部ケーブルと接続される正極端子と、
   前記電池セルの負極と電気的に接続され、前記ハウジングから張り出して外部ケーブルと接続される負極端子と、
   を備え、
   前記正極端子及び前記負極端子は、導電部分が凹部に設けられている、
   請求項１又は２に記載の蓄電池。
4. 前記電池モジュールを加熱する加熱膜が設けられ、
   前記第２のヒートパイプは、前記加熱膜を介して前記電池モジュールに取り付けられている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の蓄電池。
5. 複数の蓄電池と、
   前記蓄電池各々の正極と負極とを、直列又は並列に接続する入力端子と、前記入力端子に入力された直流電圧を出力する出力端子と、を備えるコントローラと、
   を備える蓄電池システム。