JP2003229098A - 蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のセルが一体化されたモノブロックタイ
プの蓄電池の発熱を抑制し、セル間の温度ばらつきを低
減すること。 【解決手段】 セル室間に間隙を形成し、前記間隙が電
槽の蓋上面に設けた開口部に連通していると共に、蓄電
池容積をＶ（ｃｍ^３）とし、蓄電池が外気に接する部分
の全表面積をＳ（ｃｍ^２）としたときに、 Ｓ／Ｖ≧０．３ の関係が成立していることを特徴とする。また、電槽底
面部に複数個の突起を設けたことを特徴とする。さら
に、前記電槽の蓋上面の開口部に、吸気または排気機構
を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のセルが一体
化されたモノブロックタイプの蓄電池に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車では、省エネルギーの要求の高ま
りとともに、高電圧化や電気エネルギーとガソリンとを
併用するハイブリッド化が進められている。高電圧化す
ることでワイヤーハーネスや電気部品を軽量化できる。
ハイブリッドシステムは、電気エネルギーによりガソリ
ンエンジンをアシストするため、省エネルギー、低公害
化が達成できる。

【０００３】これらの用途に用いられる蓄電池に対して
は、より小型軽量化が求められており、そのひとつの解
決手段として、高電圧化した蓄電池が検討されている。
従来の蓄電池は６セル、１２Ｖ蓄電池が主流であった
が、高電圧蓄電池として１８セル、３６Ｖ蓄電池が使用
されるようになってきた。

【０００４】蓄電池は充・放電において、反応熱および
抵抗損失に起因して発熱する。特に３６Ｖのようなセル
数の多い蓄電池の場合、１セル単位当たりの蓄電池比表
面積比が小さくなってくるため、放熱し難くなり蓄電池
内温度が上昇し易い。温度が高い状態で蓄電池が使用さ
れると、自動車用のように定電圧充電が適用されている
場合、充電過電圧が低くなり、電流が増加する。充電電
流が増加すると蓄電池の劣化の主要因である正極格子の
腐食が起こりやすくなり、蓄電池の劣化が早くなると共
に過充電による電解液の減少が促進される。

【０００５】また、多くのセルが一体化されているとセ
ル間の放熱条件が異なるためセル間の温度ばらつきが大
きくなり、それに伴ってセル間の充電電圧がばらつく。
自動車用蓄電池のように定電圧充電で充電される場合、
充電制御が困難になり、概して過充電になり易い。この
ため蓄電池の発熱を抑制しつつ、セル間の温度ばらつき
を低減することが求められている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】複数のセルが一体化さ
れたモノブロックタイプの蓄電池の発熱を抑制し、セル
間の温度ばらつきを低減することが本発明の課題であ
る。その方策の一つとしてセル間に間隙を設け、電槽セ
ルの放熱を促進させる方式が既に特開2001-332224で提
案されている。

【０００７】図１はセル間に間隙を設けた蓄電池の一例
を示す斜視図で、１は電槽、２は蓋、３ａ、３ｂは端
子、４ａ、４ｂはセル間に設けられた間隙をそれぞれ示
す。図１に示すように間隙が蓄電池側面や底面に対して
しか開口していないのでセルの放熱を促進するあるいは
冷却するための空気の循環が十分でなく、蓄電池の発熱
の抑制およびセル間の温度ばらつきの低減効果が十分に
得られない。

【０００８】本発明はこのような欠点を除去し、発熱が
抑制され、セル間の温度ばらつきが低減された蓄電池を
提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題を解
決するものであって、請求項１によれば、複数のセルが
一体化されたモノブロックタイプの蓄電池において、セ
ル室間に間隙を形成し、該間隙が前記蓄電池の蓋上面に
設けた開口部に連通していると共に、蓄電池容積をＶ
（ｃｍ^３）とし、蓄電池が外気に接する部分の全表面積
をＳ（ｃｍ^２）としたときに、 Ｓ／Ｖ≧０．３ の関係が成立していることを特徴としている。

【００１０】本発明によれば、セル間に設けた間隙が電
槽の蓋上面を設けた開口部に連通しているので、電槽の
側部あるいは下部の開口部から流入した空気が上部より
排出される自然対流によりセルの熱放散が効率的に行わ
れ、蓄電池の発熱の抑制に効果的に作用してセル間の温
度ばらつきも低減できる。

【００１１】基本的には、電槽に間隙を設けることによ
って蓄電池の表面積を大きくすれば外部空気との接触面
が増え冷却効率は向上するが、寸法や電槽強度などの制
約を受ける問題が発生する。発明者は、蓄電池容積Ｖ
（ｃｍ^３）と外気に接する部分の表面積Ｓ（ｃｍ^２）と
の関係が、Ｓ／Ｖ≧０．３になるように間隙および蓋上
面の開口部の個数および寸法を決定することによって、
効果的に蓄電池の発熱を抑制しセル間の温度ばらつきも
低減できることを見出した。

【００１２】請求項２によれば、前記間隙にセル室間を
接続するリブを配したことを特徴とするものである。

【００１３】本発明によれば、セル間がリブにより接続
されている構造なので蓄電池の冷却効果を低減させるこ
となく、蓄電池の強度を得ることが可能である。従来の
単なる間隙形状では、蓄電池自体の強度が低下し、外的
応力により破壊しやすくなり、また蓄電池の充・放電に
伴う膨張・収縮応力によって、内部変形が起こるといっ
た問題が発生し実用化が難しかったが、本発明によれば
このような問題を回避できる。

【００１４】請求項３によれば、前記蓄電池の電槽の底
面部に突起を設けたことを特徴とするものである。

【００１５】本発明によれば、この突起を設けることに
よって電槽底面部に間隙ができ、空気が電槽下部から流
入し上部に抜ける自然対流がさらに促進され、冷却効果
がより一層増す利点を有している。

【００１６】請求項４によれば、前記蓄電池の蓋上面の
開口部に、吸気または排気機構を設けたことを特徴とす
るものである。

【００１７】本発明によれば、吸気または排気機構によ
り間隙内で熱せられた空気をより効率的に排出でき、冷
却効率は飛躍的に向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態】

【実施例】実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

【００１９】図２は本発明の実施例１を示す斜視図であ
る。１は電槽、２は蓋、３ａ、３ｂは端子、４ａ、４ｂ
は長側面に形成されている間隙、４ｃは電槽短側面に形
成されている間隙、５ａ、５ｂは電槽の蓋上面に設けた
開口部をそれぞれ示す。間隙４ａ、４ｂおよび４Ｃは、
蓋上面に設けた開口部５ａ、５ｂと連通している。

【００２０】図３は本発明の実施例１を示す上面図
（ａ）、側面図（長側面）（ｂ）、下面図（ｃ）および
側面図（短側面）（ｄ）をそれぞれ示す。６はセル間を
接続するリブ、７はセル室をそれぞれ示す。他の構成部
材は図２と同じ番号を付記する。

【００２１】図４は図３で示す実施例１の間隙内の空気
の流れを模式的に示すＡ−Ａ断面図で、８はエレメン
ト、９はセル間接続部をそれぞれ示し、図内の矢印は空
気の流れを示す。他の構成部材は図２と同じ番号を付記
する。

【００２２】矢印が示すように間隙４ａ、４ｂあるいは
４ｃから浸入した空気は、セル内部の熱を奪った後、蓄
電池の蓋上面の開口部５ａおよび５ｂから排出する。こ
のような空気の流れが発生することで、蓄電池の発熱は
効率的に抑制され、セル間の温度ばらつきを低減できる
ことを具体的に示している。

【００２３】図５は、実施例２を示す（ａ）は側面図
（長側面）、（ｂ）は下面図、（ｃ）は側面図（短側
面）で、４ａ、４ｂは間隙、５ａ、５ｂは電槽の上面に
設けた開口部をそれぞれ示す。右側の開口部５ａは上面
中央に１個所穴が開いており、左側の開口部５ｂは２個
所に穴が開いている。左右の開口部で形状が異なるの
は、セル間接続部を避けるためである。これは、セル間
接続部は隣接セルと接している必要があるため、間隙を
設けることができない理由によるものである。他の構成
部材は図２と同じ番号を付記する。

【００２４】図６は電槽底面部に突起を設けた実施例３
を示す（ａ）は側面図（長側面）、（ｂ）は下面図、
（ｃ）は側面図（短側面）で、１０は電槽底面部に設け
た突起を示す。他の構成部材は図２と同じ番号を付記す
る。

【００２５】これらの図が示すように、突起により電槽
底面部が空気と接する事ができると共に電槽底面部を経
由する空気の流れも発生させることができるため、冷却
効率は一層向上する。

【００２６】図７は、蓄電池の蓋上面の開口部にファン
を取り付けた実施例４を示すもので、１１ａおよび１１
ｂはファンをそれぞれ示す。他の構成部材は図２と同じ
番号を付記する。

【００２７】図に示すように、蓄電池の蓋上面の開口部
５ａ、５ｂにファン１１ａおよび１１ｂを設けること
で、間隙内部を流れる空気の流速が向上するために、冷
却効率をさらに向上させることができる。例えば、開口
部に吸気ファンを取り付け強制的に開口部から間隙内部
の空気を吸い出すことで優れた冷却効果が得られる。

【００２８】逆にこの部分から空気を流入させても同様
の効果が得られる。

【００２９】次に、本発明の効果を具体的に示すため
に、公称電圧３６Ｖ、公称容量２０Ａｈの制御弁式（シ
ール式）鉛蓄電池について表１に示す内容の試験用蓄電
池を製作した。

【００３０】

【表１】

【００３１】Ｎｏ．１は、間隙を有していない従来の蓄
電池で、寸法は、横幅２６０ｍｍ、奥行き１７０ｍｍ、
高さ２００ｍｍで、蓄電池容積Ｖは８８４０ｃｍ^３、底
面を除いた蓄電池表面積Ｓは２１６２ｃｍ^２で、Ｓ／Ｖ
＝０．２４となる。

【００３２】Ｎｏ．２は、セル間に間隙は有しているも
のの電槽の蓋上面に開口部を有していない従来の蓄電池
である。間隙は、幅１０ｍｍ、高さ１５０ｍｍで２個所
に設けた。蓄電池寸法は、横幅２８０ｍｍ、奥行き１７
０ｍｍ、高さ２００ｍｍで、蓄電池容積Ｖは９０７０ｃ
ｍ^３、底面を除いた電池表面積Ｓは３１１６ｃｍ^２で、
Ｓ／Ｖ＝０．３４となる。

【００３３】Ｎｏ．３は、Ｎｏ．２と同様の間隙部を設
け、電槽の蓋上面に設けた開口部２個と連通させた構造
とした実施例２で示すものである。これら開口部の寸法
は、右側が８０ｍｍ×１０ｍｍ、左側は２個で４０ｍｍ
×１０ｍｍ×２である。蓄電池寸法は、横幅２８０ｍ
ｍ、奥行き１７０ｍｍ、高さ２００ｍｍで、蓄電池容積
Ｖは８９９０ｃｍ^３、底面を除いた電池表面積Ｓは３２
７６ｃｍ^２で、Ｓ／Ｖ＝０．３６となる。

【００３４】Ｎｏ．４は、Ｎｏ．３の比較用として作製
したもので長側面に設けた間隙は、Ｎｏ．３では２個所
であるがＮｏ．４では１個所である。蓄電池寸法は、横
幅２７０ｍｍ、奥行き１７０ｍｍ、高さ２００ｍｍで、
Ｓ／Ｖ＝０．２８となるＮｏ．５は、Ｎｏ．３の蓄電池
の短側面方向にも間隙を設けた実施例１で示すものであ
る。開口部は、蓄電池上面中央に８０ｍｍ×１０ｍｍの
大きさのものを２個所設けた。蓄電池寸法は、横幅２８
０ｍｍ、奥行き１８０ｍｍ、高さ２００ｍｍで、蓄電池
容積Ｖは９０３０ｃｍ^３、底面を除き、間隙部内を含め
た蓄電池表面積Ｓは３９６４ｃｍ^２で、Ｓ／Ｖ＝０．４
４となる。

【００３５】Ｎｏ．６は、Ｎｏ．５の蓄電池の底面に突
起を設けた実施例３で示すものである。突起は、直径１
０ｍｍ、高さ５ｍｍの半球形状のものを２４個所設け
た。この突起により電槽底面部が浮いた状態となり、底
面部にも空気が流通可能で、底面部からも冷却できる。
蓄電池寸法は、横幅２８０ｍｍ、奥行き１７０ｍｍ、高
さ２０５ｍｍで、蓄電池容積Ｖは９０４３ｃｍ^３、底面
を含めた蓄電池表面積Ｓは４４４９ｃｍ^２で、Ｓ／Ｖ＝
０．４９となる。

【００３６】Ｎｏ．７は、Ｎｏ．５の蓄電池の開口部に
ファンを取り付けた実施例４に示すものである。ファン
は、上方に空気を流出させるもので、流速１ｍ^３／ｍｉ
ｎである。

【００３７】これらの蓄電池について充・放電試験を実
施し、その時の発熱挙動およびセル間の温度ばらつきを
調査した。試験条件を以下に示す。 [試験条件] 放電：１００Ａ×３０秒 充電：４５Ｖ（最大電流１００Ａ）×４０秒 試験温度：２５℃恒温室内 試験期間：約２時間 蓄電池内の１８セルすべてに温度センサを取り付け、そ
の温度をモニターした。２時間経過後の蓄電池内最高温
度、最低温度、温度ばらつき（最高温度−最低温度）を
表２に示す。

【００３８】

【表２】

【００３９】最高、最低温度が低いほど、温度ばらつき
が小さいほど、蓄電池の冷却特性が優れていることを示
している。蓄電池温度による劣化特性から考慮して、蓄
電池温度は６０℃以下、温度ばらつきは１０℃以下とす
ることが望ましい。

【００４０】Ｎｏ．１の間隙を有していない蓄電池で
は、中央付近のセルが最高温度を示し、その値も９５℃
と非常に高かった。端部のセルで最低温度を示し、温度
ばらつきは２３℃と大きく、上記規準を満足しなかっ
た。

【００４１】Ｎｏ．２は上面開口部を設けない間隙を設
けた蓄電池であるが、最高温度、ばらつきともＮｏ．１
に比べて差は小さく、冷却効果はみられなかった。これ
は、間隙を設けＳ／Ｖ≧０．３を確保しても空気の対流
がないため冷却効果が得られなかったといえる。

【００４２】Ｎｏ．３は、Ｎｏ．１，２と比べると最高
温度５４℃、温度ばらつきが９℃と冷却効果が大きいこ
とがわかる。蓋上部に開口部を設けたことによる空気の
対流の効果が現れており、上記規準を満足している。

【００４３】Ｎｏ．４は、Ｎｏ．３と比べると間隙が少
ないために最高温度や温度ばらつきが大きく、規準を満
足しなかった。Ｓ／Ｖについていえば、Ｎｏ．３は０．
３６であるのに対して、Ｎｏ．４は０．２８で、Ｓ／Ｖ
を０．３以上にする必要があることが理解できる。

【００４４】Ｎｏ．５は、短側面側にも間隙を設けたこ
とで、最高温度５２℃、温度ばらつきが７℃となり、Ｎ
ｏ．３より最高温度やばらつきが低減している。

【００４５】Ｎｏ．６は、電槽底部に突起を設けて、底
面からも冷却を行っているためにＮｏ．５に比べて最高
温度を８℃低減できた。

【００４６】Ｎｏ．７は強制冷却を行ったもので、最高
温度は３４℃、ばらつきは３℃で試験品の中では最も優
れていた。

【００４７】なお、実施例では電槽の長側面あるいは短
側面に形成した間隙は、各外側面に開口した構造のもの
を示しているが、必ずしもその必要はなく、形成された
間隙が電槽の蓋上面に設けた開口部と連通すると共に、
蓄電池容積をＶ（ｃｍ^３）とし、蓄電池が外気に接する
部分の全表面積をＳ（ｃｍ^２）としたときに、 Ｓ／Ｖ≧０．３ の関係が維持されておれば同様の効果が得られる。

【００４８】以上詳述したように、本発明品のセル間に
設けた間隙を蓋上面に設けた開口部と連通させることに
より空気の対流が効率よく行われ、蓄電池の発熱抑制効
果が優れ、セル間の温度ばらつきを低減することができ
る。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように、複数のセルが一体化
されたモノブロックタイプの蓄電池において、セル室間
に間隙を形成し、前記間隙が電槽の蓋上面に設けた開口
部に連通している構造にすると共に、蓄電池容積をＶ
（ｃｍ^３）とし、蓄電池が外気に接する部分の全表面積
をＳ（ｃｍ^２）としたときに、 Ｓ／Ｖ≧０．３ の関係を維持することによって、電槽寸法や電槽強度な
どの制約を受けることなく、空気の対流による冷却が効
果的に行え、蓄電池の発熱を抑制でき、セル間の温度ば
らつきを低減することができる。さらに、前記セル室間
を複数のリブで接続した構造にすることにより電槽の強
度を低下させることなく蓄電池の発熱を抑制できセル間
の温度ばらつきも低減できる。

【００５０】また、電槽底面部に突起を設けることある
いは蓋上面に設けた開口部に吸気または排気機構を設け
ることにより、空気の対流をさらに促進させ、蓄電池の
発熱の抑制およびセル間の温度ばらつきの低減を飛躍的
に向上させることができる。

【００５１】以上のように本発明によれば、複数のセル
が一体化されたモノブロックタイプの蓄電池の発熱の抑
制およびセル間の温度ばらつきの低減を非常に効率よく
達成でき、その工業的効果が大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】セル間に間隙を設けた従来蓄電池の一例

【図２】本発明蓄電池の実施例１の斜視図

【図３】本発明蓄電池の実施例１を示す上面図（ａ）、
側面図（長側面）（ｂ）、下面図（ｃ）および（ｄ）側
面図（短側面）

【図４】本発明実施例１の空気の流れを示す模式断面図

【図５】本発明の実施例２を示す上面図（ａ）、側面図
（長側面）（ｂ）、下面図（ｃ）および（ｄ）側面図
（短側面）

【図６】電槽の底面部に突起を設けた本発明の実施例３
を示す側面図（長側面）（ａ）、下面図（ｂ）、側面図
（短側面）（ｃ）

【図７】蓄電池の蓋上面開口部にファンを取り付けた実
施例４を示す断面図

【符号の説明】

１ 電槽 ２ 蓋 ３ａ、３ｂ 端子 ４ａ，４ｂ 電槽長側面に形成された間隙、 ４ｃ は
電槽短側面に形成された間隙 ５ａ、５ｂ 電槽の蓋上面に設けた開口部 ６ セル室間を接続するリブ ７ セル室 ８ エレメント ９ セル間接続部 １０ 電槽の底面部に設けた突起 １１ａ、１１ｂ 蓄電池の蓋上面の開口部に設けたファ
ン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のセルが一体化されたモノブロック
   タイプの蓄電池において、セル室間に間隙を形成し、該
   間隙が前記蓄電池の蓋上面に設けた開口部に連通してい
   ると共に、蓄電池容積をＶ（ｃｍ^３）とし、蓄電池が外
   気に接する部分の全表面積をＳ（ｃｍ^２）としたとき
   に、 Ｓ／Ｖ≧０．３ の関係が成立していることを特徴とする蓄電池。
2. 【請求項２】 前記間隙にセル室間を接続するリブを配
   したことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池。
3. 【請求項３】 前記蓄電池の電槽の底面部に突起を設け
   たことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電池。
4. 【請求項４】 前記蓄電池の蓋上面の開口部に、吸気又
   は排気機構を設けたことを特徴とする請求項１、２又は
   ３に記載の蓄電池。