JP4701471B2

JP4701471B2 - 組電池

Info

Publication number: JP4701471B2
Application number: JP2000107780A
Authority: JP
Inventors: 英樹増田
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2020-04-10
Also published as: JP2001291533A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数個の単電池をモジュールケース内に収納した組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車の動力電源に用いられるリチウムイオン二次電池の組電池の従来の構成例を説明する。この組電池は、図面を簡単にするために、６セルの単電池をモジュールケースに収納する場合について示すが、実際にはもっと多数の単電池を組み合わせるのが一般的である。
【０００３】
単電池１は、図５に示すように、底付きの長円筒形の電池ケースの内部に長円筒形の巻回型の電池エレメントを収納して、開口部を長円形の蓋板で封口したリチウムイオン二次電池である。また、この蓋板からは、正負極の端子が突出している。このような構造の単電池１は、長円筒形の電池ケースに収納されているので、側面は、両側の半円形に湾曲した半円筒形部１ａと、これらの半円筒形部１ａの間を繋ぐ上下の平面部１ｂとで構成される。そして、６セルの単電池１は、両端を揃え、この半円筒形部１ａ同士を隣り合わせて３セルを横並びにし、これをさらに上下２段に配置している。また、各単電池１の間は、それぞれ適当な間隔を開けている。
【０００４】
上記６セルの単電池１は、図６に示すような２枚の前挟持板２１及び後挟持板２２と４枚のケース板２３〜２６とによって構成されるモジュールケース２内に収納される。前挟持板２１は、６セルの単電池１の蓋板部がそれぞれ嵌まり込むような凹部２１ａが６箇所に形成されたケース板であり、各凹部２１ａには、ここに蓋板部が嵌まり込んだ単電池１の正負極の端子がそれぞれ嵌入する端子孔２１ｂが２箇所ずつ形成されている。また、この前挟持板２１には、隣り合う４箇所の凹部２１ａの間、隣り合う２箇所の凹部２１ａとこの前挟持板２１の外周辺との間、及び、この前挟持板２１の四隅の角部に、それぞれ止めネジを通すための貫通孔２１ｃが形成されている。後挟持板２２は、これら６セルの単電池１の底部がそれぞれ嵌まり込むような凹部２２ａが６箇所に形成されたケース板であり、各凹部２２ａには、１箇所ずつガス抜き孔２２ｂが形成され、単電池１の底面に形成された図示しない安全弁が開いた場合に、ここからガスを外部に放出できるようになっている。また、この後挟持板２２にも、前挟持板２１の各貫通孔２１ｃと同様の位置に、それぞれ止めネジを通すための貫通孔２２ｃが形成されている。従って、３セルずつ上下２段に間隙を開けて配置された合計６セルの単電池１は、これら前挟持板２１と後挟持板２２によって前後方向から挟み込まれて挟持されることになる。
【０００５】
４枚のケース板２３〜２６は、上ケース板２３と下ケース板２４と右ケース板２５と左ケース板２６とからなる。上ケース板２３は、上記上段の３セルの単電池１の上に間隙を開けて配置されるケース板であり、前後方向に長い４本の支持柱２７が下面に等間隔に固定されている。下ケース板２４は、上記下段の３セルの単電池１の下に間隙を開けて配置されるケース板であり、前後方向に長い４本の支持柱２７が上面に等間隔に固定されている。右ケース板２５と左ケース板２６は、上下２段に配置された単電池１の両側部に間隙を開けて配置されるケース板であり、前後方向に長い１本の支持柱２７が向かい合う内側面の中央部に固定されている。
【０００６】
上記６セルの単電池１の半円筒形部１ａが四方で隣り合う２箇所の間隙には、それぞれ前後方向に長い支持柱２８が挿入される。支持柱２８は、４セルの単電池１の各半円筒形部１ａが四方に隣り合って形成される間隙にほとんど隙間なく挿入される、断面がほぼ十字形の棒材であり、両端面にそれぞれネジ穴２８ｃが形成されている。そして、前挟持板２１と後挟持板２２の貫通孔２１ｃ，２２ｃに外側から止めネジを通し、これらの支持柱２７の両端面のネジ穴２８ｃに螺着することにより、６セルの単電池１を挟持した状態で前挟持板２１と後挟持板２２とを固定する。
【０００７】
上記ケース板２３〜２６に固定された支持柱２７も、前挟持板２１と後挟持板２２の間に挟持された２セル又は１セルの単電池１の半円筒形部１ａとケース板２３〜２６との間に形成される間隙にほとんど隙間なく嵌合する、断面がほぼＴ字形又はＬ字形の棒材であり、両端面にそれぞれネジ穴２７ｃが形成されている。そして、前挟持板２１と後挟持板２２の貫通孔２１ｃ，２２ｃに外側から止めネジを通し、これらの支持柱２７の両端面のネジ穴２７ｃに螺着することにより、各ケース板２３〜２６と前挟持板２１や後挟持板２２とを固定する。前挟持板２１と後挟持板２２やケース板２３〜２６は、絶縁性を有する合成樹脂製の板材であるため、重い６セルの単電池１の周りを囲んで固定するだけでは、その重量を支持することができないので、同じ合成樹脂製のこのような支持柱２７，２８を用いて各単電池１を個別に確実に支持できるようにしている。
【０００８】
ところで、電気自動車の動力電源に用いられるようなリチウムイオン二次電池の単電池１は、充放電時の発熱が極めて大きいので、上記組電池は、モジュールケース２内の各単電池１の間に冷却風を流して冷却を行っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記組電池の場合、各単電池１の半円筒形部１ａの周囲は支持柱２７，２８によって塞がれるので、上下段の単電池１の平面部１ｂの間や各単電池１の平面部１ｂと上ケース板２３や下ケース板２４との間にしか通気路となる空間がない。そこで、これらの空間に満遍なく外部から冷却風を流し込むには、前挟持板２１と後挟持板２２のこれらの空間に対応する位置に細長い通気孔や多数の通気孔をそれぞれ形成しなければならないが、このような通気孔を多数設けると、前挟持板２１や後挟持板２２が単電池１を支持するための十分な強度を得ることができないようになるという問題が発生する。
【００１０】
また、例えば２本の支持柱２８を取り外して、これらの支持柱２８がネジ止めされていた前挟持板２１と後挟持板２２の貫通孔２１ｃ，２２ｃの位置に開口孔を設けたとしても、一方の開口孔から流入した冷却風は、４セルの単電池１の半円筒形部１ａが隣り合う最も断面積の広い間隙を直線的に通り抜けて他方の開口孔から直ちに排出されるので、各単電池１の側面で最も広い平面部１ｂから十分に放熱させることができないという問題が生じる。
【００１１】
さらに、ケース板２３〜２６側に開口孔を形成して、モジュールケース２の内部を冷却風が通り抜けるようにするためには、この冷却風の通気路のためのスペースを新たに設けなければならず、モジュールケース２のサイズが大きくなるという問題が生じる。しかも、この場合には、冷却風の流れる方向が左右方向や上下方向でなければならないので、この冷却風を前後方向、即ち前挟持板２１と後挟持板２２の間の支持柱２７，２８に沿った方向に流すような組電池の配置を採用することができないという問題も生じる。
【００１２】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、モジュールケースのケース板に形成した開口孔から流入する流体の通路を遮蔽体によって遮ることにより、この流体の流れを迂回拡散させて各単電池を効率よく冷却することができる組電池を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本出願の第１の発明は、両端を揃え互いに間隔を開けて並べた複数個の単電池の両端部を２枚の挟持板で挟持すると共に、これらの挟持板の間の周囲をケース板で囲んだ組電池において、２枚の挟持板における、単電池間の間隙又はこの単電池とケース板との間の間隙に形成される流体通路の両端となる位置に、それぞれ開口孔を設けると共に、これらの開口孔の間の流体通路上に、流体の直線的な流れを阻止する遮蔽体を配置したことを特徴とする。
【００１４】
上記の発明によれば、一方の挟持板の開口孔から流入した流体は、流体通路の途中にある遮蔽体を回避するために、単電池間の間隙やこの単電池とケース板との間の間隙の他の部分を迂回してから他方の挟持板の開口孔に向かうことになる。従って、この流体は、双方の開口孔の間を直線的に最短距離を流れるのではなく、単電池間等の間隙に広く拡散して流れることになるので、この単電池の側面の広い面積から効率よく熱を吸収するようになり、流体による冷却効果を高めることができる。
【００１５】
なお、２枚の挟持板の間には、通常は幾通りもの流体通路が形成され得るが、ここではそのうち１又は２以上の適当な流体通路を選択することになる。
【００１６】
本出願の請求項１の発明は、両端を揃え互いに間隔を開けて並べた複数個の単電池の両端部を２枚の挟持板で挟持すると共に、これらの挟持板の間の周囲をケース板で囲んだ組電池において、２枚の挟持板における、単電池間の間隙又は単電池とケース板との間の間隙に形成される流体通路の両端となる位置に、それぞれ開口孔が設けられており、前記流体通路が、２枚の挟持板の間に配置された支持柱の両端から長手方向の中央部に向けて穿設された流通孔又は流通溝であって、この流通孔又は流通溝の両端をそれぞれ挟持板の開口孔に通じさせたものであり、これらの支持柱の両端から穿設された流通孔又は流通溝をそれぞれ途中で終端させ、流通孔の場合にはそれぞれ側面に向けて開口させることにより遮蔽体を形成したことを特徴とする。
【００１７】
上記の発明によれば、一方の挟持板の開口孔から流入した流体は、支持柱に設けられた一端側の流通孔や流通溝からなる流体通路に導入され、この流通孔や流通溝が途中で終端することにより支持柱の側面から側方に流出する。そして、この流体は、単電池間の間隙やこの単電池とケース板との間の間隙の他の部分を迂回してから、再び支持柱の他端側の流通孔や流通溝に流れ込み、他方の挟持板の開口孔から排出される。従って、この流体は、双方の開口孔の間を直線的に最短距離を流れるのではなく、単電池間等の間隙に広く拡散して流れることになるので、この単電池の側面の広い面積から効率よく熱を吸収するようになり、流体による冷却効果を高めることができる。しかも、挟持板やケース板を支持する支持柱に、流体の導入と排出を行う流体通路が設けられるので、スペースの無駄をなくすこともできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１〜図４は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は単電池間に挿入する支持柱の斜視図、図２は下ケース板に固定する支持柱の斜視図、図３は単電池を前挟持板と後挟持板で挟持した状態を示す斜視図、図４は単電池をモジュールケースに収納した組電池の斜視図である。なお、図５〜図６に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００２０】
本実施形態は、従来例と同様に、電気自動車の動力電源に用いられるリチウムイオン二次電池の組電池について説明する。この組電池は、図５に示したものと同じ６セルの単電池１を使用する。また、これらの単電池１を収納するモジュールケース２も、図６に示したものとほぼ同様の構成である。ただし、支持柱２８は、図１に示すように、両端面の中央にそれぞれ通気孔２８ａが開口され、前挟持板２１や後挟持板２２に固定するためのネジ穴２８ｃは、この通気孔２８ａの周囲４箇所にそれぞれ形成される。通気孔２８ａは、支持柱２８の長手方向に沿って形成された孔であり、この支持柱２８の剛性が弱くなりすぎない範囲でできるだけ径を大きくするようにしている。もっとも、支持柱２８の両端面に開口された通気孔２８ａは、中央部で互いに貫通はせず、それぞれ長手方向の途中で終端し、この終端部から支持柱２８の左右方向の両側面に向けて折れ曲がり、開口部２８ｂによってそれぞれ開口するようになっている。このような形状の支持柱２８は、実際には平坦な面に溝を形成した２つの部品を樹脂成形し、これらを上下に重ねて溶着することにより、複雑な孔形状の通気孔２８ａを設けるようにしている。
【００２１】
また、下ケース板２４に固定された支持柱２７も、図２に示すように、両端面の中央にそれぞれ通気孔２７ａが開口され、前挟持板２１や後挟持板２２に固定するためのネジ穴２７ｃは、この通気孔２７ａの周囲の２〜３箇所にそれぞれ形成されている。これらの通気孔２７ａも、上記通気孔２８ａと同様に、支持柱２７の長手方向に沿って形成されたできるだけ大きな孔であり、それぞれ長手方向の途中で支持柱２７の左右方向の両側面に開口部２７ｂによって開口するようになっている。そして、図示はしていないが、上ケース板２３と右ケース板２５と左ケース板２６に固定された各支持柱２７にも、同様の通気孔２７ａが形成されている。これらの支持柱２７は、実際には樹脂成形により溝を形成したものである。しかし、これをケース板２３〜２６に固定して溝に蓋をした状態とすることにより通気孔２７ａを孔状にしている。
【００２２】
さらに、図３に示すように、前挟持板２１と後挟持板２２には、図６に示した貫通孔２１ｃ，２２ｃの位置に、より大径の開口孔２１ｄ，２２ｄが形成され、これら開口孔２１ｄ，２２ｄの周囲の２〜４箇所に小径の貫通孔２１ｃ，２２ｃが形成されている。
【００２３】
上記のように構成されたモジュールケース２は、まず図５に示した６セルの単電池１における４セルの単電池１の半円筒形部１ａが互いに隣り合う間の２箇所の間隙に図１に示した２本の支持柱２８を挿入し、次に、図３に示すように、これらの単電池１の蓋板部と底部にそれぞれ前挟持板２１と後挟持板２２の凹部２１ａ，２２ａを嵌め込む。そして、図４に示すように、前挟持板２１と後挟持板２２の間の周囲にケース板２３〜２６を嵌め付ける。すると、前挟持板２１と後挟持板２２の各開口孔２１ｄは、支持柱２７又は支持柱２８の端面に開口する通気孔２７ａ，２８ａに通じるようになる。また、支持柱２８の開口部２８ｂは、上下２段に配置された３セルずつの単電池１の間の間隙に向けてそれぞれ開口し、支持柱２７の開口部２７ｂは、上段に配置された３セルの単電池１と上ケース板２３との間の間隙、又は、下段に配置された３セルの単電池１と下ケース板２４との間の間隙に向けてそれぞれ開口することになる。このようにして組み立てられた前挟持板２１と後挟持板２２の各貫通孔２１ｃ，２２ｃに止めネジ３を挿入し、支持柱２７，２８の端面のネジ穴２７ｃ，２８ｃに螺着することによりモジュールケース２が固定される。そして、前挟持板２１の端子孔２１ｂに嵌入した単電池１の端子に止めネジ３で接続バー４を接続固定することにより、各単電池１を直列に接続する。従って、この組電池は、直列に接続された両端の単電池１の正負極の端子から外部に電源を供給することができる。
【００２４】
上記組電池は、送風ファン等によって、前挟持板２１の開口孔２１ｄからモジュールケース２の内部に冷却風を送り込むことにより、各単電池１の冷却を行う。即ち、前挟持板２１の開口孔２１ｄから送り込まれた冷却風は、モジュールケース２の内部の支持柱２７又は支持柱２８の手前側の通気孔２７ａ，２８ａに入り込む。しかし、これら手前側の通気孔２７ａ，２８ａは、奥側の通気孔２７ａ，２８ａには貫通せずに、これらが途中で終端することによって、これらの間の支持柱２７，２８本体が遮蔽部（遮蔽体）となるので、ここに入り込んだ冷却風は、図１及び図２の矢印に示すように、直ちに支持柱２７，２８の側面に開口する開口部２７ｂから流れ出し、単電池１間の間隙やこの単電池１と上ケース板２３又は下ケース板２４との間の間隙に送られることになる。そして、この冷却風は、支持柱２７，２８の奥側の開口部２７ｂ，２８ｂから奥側の通気孔２７ａ，２８ａに入り込んで、後挟持板２２の開口孔２２ｄを介して外部に排出される。
【００２５】
従って、前挟持板２１の開口孔２１ｄから支持柱２７又は支持柱２８の手前側の通気孔２７ａ，２８ａに送り込まれた冷却風は、この支持柱２７又は支持柱２８の内部を直線的に流れて奥側の通気孔２７ａ，２８ａに達するのではなく、一旦単電池１間の間隙やこの単電池１と上ケース板２３又は下ケース板２４との間の間隙を流れることになる。しかも、手前側の通気孔２７ａ，２８ａに送り込まれた冷却風は、この通気孔２７ａ，２８ａの終端の遮蔽部に行く手を遮られて様々な流れベクトルを持って単電池１間等の間隙に流れ出すので、この間隙の隅にまで広く拡散して流れることになる。このため、各単電池１は、側面の広い平面部１ｂから冷却風によって効率よく熱が吸収されるので、充放電によって発生した熱を効果的に放熱することができるようになる。
【００２６】
なお、上記実施形態では、前挟持板２１と後挟持板２２にそれぞれ凹部２１ａ，２２ａを形成し、ここに単電池１の蓋板部と底部を嵌め込んで挟持する場合について説明したが、単電池の両端部を２枚の挟持板で挟持する構造であれば、必ずしもこのような凹部２１ａ，２２ａに嵌め込む必要はない。
【００２７】
また、上記実施形態では、各支持柱２７，２８の通気孔２７ａ，２８ａは、少なくとも両端部では、支持柱２８自体に囲まれた孔状、又は、支持柱２７と上ケース板２３又は下ケース板２４に囲まれた孔状である場合について説明したが、支持柱２７，２８の側面の両端部に形成された通気溝としてもよい。この場合、通気溝は、支持柱２７，２８の両端から中央部に至る途中で終端するように形成されることになり、これら終端部の間が遮蔽部（遮蔽体）となる。
【００２８】
さらに、上記実施形態では、モジュールケース２を固定するための支持柱２７，２８に形成した通気孔２７ａ，２８ａや通気溝を冷却風の導入通路や排出通路にする場合について説明したが、モジュールケース２が２枚の挟持板と周囲を囲むケース板だけで構成し得る場合には、単電池１間の間隙やこの単電池１とケース板との間の間隙のうちの一部をそのまま冷却風の導入排出通路とすることもできる。そして、この場合には、冷却風の導入排出通路上に例えばブロック状の遮蔽体を設置すれば、この冷却風が単電池１間等の間隙の他の部分に広く拡散して流れるようになる。
【００２９】
さらに、上記実施形態では、長円筒型の単電池１を用いる場合について説明したが、円筒型の単電池を用いても同様に実施可能である。ただし、円筒型の単電池の場合には、側面がすべて円筒形部となるので、隣り合う単電池１の円筒形部の間を支持柱ですべて塞ぐのではなく、その一部だけに支持柱を配置したり、支持柱を用いない構成とする必要がある。また、本発明は、これら長円筒型や円筒型に限らず、角型も含む任意の形状の単電池を用いることも可能である。例えば角型の単電池の場合であっても、角部に大きな面取りやアールが形成されている場合には、長円筒型の単電池１の場合と同様に、これら面取りやアールが隣り合う部分に冷却風の導入排出通路を形成することができる。しかし、面取りやアールのない角型の単電池の場合には、各単電池間の間隙を等しくすると、冷却風の導入排出通路の広さを十分に確保できないことがあるので、例えば角型の端電池の短辺側が隣り合う間隙を特に広くする等して、ここに冷却風の導入排出通路を設けることが好ましい。
【００３０】
さらに、上記実施形態では、単電池の冷却のために空気の冷却風を用いる場合について説明したが、冷却用の流体であれば、不活性ガス等の他の気体や、水や有機溶媒又はオイル等の液体を用いることも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の組電池によれば、モジュールケースのケース板の一方の開口孔から流体通路に流入した流体が途中の遮蔽体によって周囲を迂回することになるので、単電池間やこれとケース板との間の間隙のより広い部分に拡散してから他方の開口孔に向かうことになり、各単電池の冷却効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、単電池間に挿入する支持柱の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、下ケース板に固定する支持柱の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、単電池を前挟持板と後挟持板で挟持した状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すものであって、単電池をモジュールケースに収納した組電池の斜視図である。
【図５】組電池に用いる６セルの単電池の配置を示す斜視図である。
【図６】従来例を示すものであって、モジュールケースの組み立て斜視図である。
【符号の説明】
１単電池
２モジュールケース
２１前挟持板
２１ａ凹部
２１ｄ開口孔
２２後挟持板
２２ｄ開口孔
２３上ケース板
２４下ケース板
２５右ケース板
２６左ケース板
２７支持柱
２７ａ通気孔
２７ｂ開口部
２８支持柱
２８ａ通気孔
２８ｂ開口部

Claims

両端を揃え互いに間隔を開けて並べた複数個の単電池の両端部を２枚の挟持板で挟持すると共に、これらの挟持板の間の周囲をケース板で囲んだ組電池において、
２枚の挟持板における、単電池間の間隙又は単電池とケース板との間の間隙に形成される流体通路の両端となる位置に、それぞれ開口孔が設けられており、
前記流体通路が、２枚の挟持板の間に配置された支持柱の両端から長手方向の中央部に向けて穿設された流通孔又は流通溝であって、この流通孔又は流通溝の両端をそれぞれ挟持板の開口孔に通じさせたものであり、これらの支持柱の両端から穿設された流通孔又は流通溝をそれぞれ途中で終端させ、流通孔の場合にはそれぞれ側面に向けて開口させることにより遮蔽体を形成したことを特徴とする組電池。