JP4849848B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は、複数の二次電池を備える組電池であって、二次電池の熱暴走が他の二次電池の熱暴走を誘発しない組電池に関する。

二次電池は、内部ショートや過充電等、種々の原因で熱暴走を起こすことがある。熱暴走すると、電池の温度は急激に上昇して３００℃〜４００℃以上となることもある。とくに、多数の二次電池を内蔵している組電池は、複数の二次電池が熱暴走を起こすと熱暴走のエネルギーが極めて大きくなって、さらに危険な状態となる。このような弊害を防止するために、二次電池の熱暴走を阻止する技術が開発されている（特許文献１ないし３参照）。

二次電池の熱暴走を阻止する技術として、二次電池自体に設けて熱暴走を防止する技術（特許文献１参照）と、二次電池の外部に設けて熱暴走を防止する技術（特許文献２及び３参照）とが開発されている。

特許文献１に記載されるように、二次電池自体に熱暴走を防止する機構を設けるものは、二次電池自体の構成を変更する必要があるので、すでに製造、販売されている二次電池を使用して組電池とすることができない。このため、特別な二次電池を製造する必要があるので実用的でない。

特許文献２に記載される組電池は、電池の配列を変更する。すなわち、隣接する電池の安全弁を異なる側に配置している。この組電池は、ひとつの電池が熱暴走して安全弁から放出される気化した電解液蒸気に着火し難く、安全性を向上できる。ただ、この構造は、電解液蒸気の着火は防止できるが、電池を接近して配設する組電池において、熱暴走した電池の熱で隣の電池が熱暴走を起こすのを防止できない。

特許文献３の二次電池は、内圧が上昇して外装ケースが膨れると、この膨れでスイッチがオンになって短絡電流を流して電池を放電させて熱暴走を防止する機構を設けている。この機構は、熱暴走の状態によっては効果的に熱暴走を防止できない。たとえば、満充電に近い二次電池が内部ショートして内部から発熱する状態となり、内圧が上昇してスイッチがオンになって短絡電流を流す状態になると、内部ショートによる電流と、外部の短絡電流の両方が流れて大きな放電電流が流れる状態となる。このように外部の短絡電流で、さらに放電電流が大きくなるので、二次電池は熱暴走を起こしやすい状態となる。したがって、種々の原因で発生する熱暴走を確実に防止するのが難しい。また、二次電池の外部に外装ケースの膨れで短絡電流を流す機構を設ける必要があるので、多数の二次電池を内蔵する組電池等に採用する場合、構造が複雑で外形が大きくなる欠点がある。

複数の二次電池を内蔵する組電池は、二次電池自体が熱暴走を起こし難くすることに加えて、仮にいずれかの二次電池が熱暴走を起こしても、熱暴走が他の二次電池の熱暴走を誘発しないことが大切である。
特開２００４−３０３４４７号公報 特開２００３−３０３５８１号公報 特開２００４−３１９４６３号公報

本発明者等は、種々の実験を繰り返した結果、複数の二次電池を接近して配設する組電池においては、熱暴走で発生する輻射熱と熱伝導とをコントロールすることで、二次電池の熱暴走を起こし難くすると共に、仮にいずれかの二次電池が熱暴走を起こしても、この熱暴走が他の二次電池の熱暴走を誘発しない構造を開発した（特願２００５−１６２０３２号）。

一方、他の二次電池による熱暴走の伝搬を防止する断熱構造は、放熱を困難にするという弊害があった。使用状態において発生した熱を適切に放熱して温度上昇を少なくする構造も、二次電池を保護し適切な動作を確保するために必要である。特に樹脂製の筒状ホルダでは、樹脂を介しての冷却となるため、放熱効率が悪かった。加えて、個々の二次電池を均一な状態に保つ均熱構造も重要である。複数の二次電池を備える組電池においては、個々の二次電池の特性にばらつきが生じると、適切な制御が困難となる。

本発明は、さらにこのような観点からなされたものである。本発明の主な目的は、内蔵される二次電池の熱暴走が他の二次電池の熱暴走を誘発するのを効果的に防止できると共に、放熱効果を確保して電池温度の上昇を少なくできる組電池を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の組電池は、複数の二次電池１を平行な姿勢で隣接して外装ケース２に収納すると共に、二次電池１を冷却風で冷却する冷却風ダクト６を外装ケース２内に設けている。組電池は、隣接する二次電池１の間に、プラスチック製の熱暴走防止壁３を設けると共に、この熱暴走防止壁３を、二次電池１を挿通する筒状に成形している熱伝導筒４に一体的に成形して、熱暴走防止壁３を熱伝導筒４の一部としている。熱伝導筒４は、挿通している二次電池１の表面の一部を冷却風ダクト６に表出させる放熱領域５を有し、冷却風ダクト６に送風される冷却風でもって、放熱領域５に表出される二次電池１の一部を冷却している。これにより、熱伝導筒４で隣接する二次電池１間を断熱して熱暴走の伝搬を阻止する一方、放熱領域５を開口して発生した熱を効果的に放熱し、二次電池１の冷却を図って信頼性高く使用できる。

本発明の組電池は、熱伝導筒４に設けた放熱領域５の開口面積を、冷却風の送風方向に向かって次第に大きくすることができる。これにより、放熱領域５の開口面積を徐々に変化させて放熱量を調整し、均一な冷却を図ることができる。

本発明の組電池は、放熱領域５を、二次電池１の全表面積の１／２以下とすることができる。

本発明の組電池は、熱伝導筒４の表面に絶縁プレート１４を配設して、絶縁プレート１４と二次電池１と熱伝導筒４で囲まれる領域を冷却風ダクト６とすることができる。絶縁プレート１４は、冷却風ダクト６の通路を大きくする溝状に成形することができる。これにより、冷却風ダクト６の断面積を大きくでき、冷却空気の圧力損失を抑制して冷却能力を高めることができる。さらに、絶縁プレート１４は、冷却風ダクト６に送風される冷却風を通過させる供給ダクトを有することができる。さらにまた、絶縁プレート１４は、回路基板１２を定位置に配設する基板ホルダー１１とすることができる。

本発明の組電池は、二次電池１を上下２段に配置して、上段二次電池１の上面に上段冷却風ダクト６Ａを設けて、下段二次電池１の下面に下段冷却風ダクト６Ｂを設けることができる。

本発明の組電池は、上段冷却風ダクト６Ａと下段冷却風ダクト６Ｂとを連結ダクト９で連結して、冷却風の流入口１５に連結することができる。この構造により、熱伝導筒４を複数段に積層した組電池においても、冷却空気の取り入れ口を一に集約して、冷却空気を上段と下段に分岐して冷却でき、冷却風ダクト６の構成を簡素化できる。

本発明の組電池は、上段冷却風ダクト６Ａと下段冷却風ダクト６Ｂの一方を他方よりも流入口１５に近く配置し、流入口１５に近い冷却風ダクト６に開口する放熱領域５の面積を、流入口１５に遠い冷却風ダクト６に開口する放熱領域５よりも小さくすることができる。この構造により、冷却風の流入口１５よりも遠い、言い換えると冷却能力の劣る冷却ダクトに位置する熱伝導筒４の冷却領域５を広くして、上下の段での冷却能力の均一化を図ことができる。

本発明の組電池は、熱伝導筒４に、内面と二次電池１との間に隙間を設ける断熱空隙１７を一部に設けて、連結ダクト９の冷却風が断熱空隙１７を介して二次電池１を冷却することができる。これにより、冷却風の流入側に近い側で意図的に断熱層を形成して二次電池１の冷却能力を抑制し、もって全体の均熱化を図ることができる。

本発明の組電池は、二次電池１を、両端部が分離された一対の熱伝導筒４に挿入して、一対の熱伝導筒４の間に放熱領域５を設けることができる。

本発明の組電池は、二次電池１をリチウムイオン二次電池とすることができる。本発明の組電池は、発熱の大きいリチウムイオン二次電池を効果的に保護、放熱を図ることができる。

本発明の組電池は、熱伝導筒で隣接する二次電池間を断熱して熱暴走の伝搬を阻止する一方、二次電池の一部を冷却風ダクトに露出させるように放熱領域を設けているので、発生した熱を効果的に放熱して、電池の冷却を図って信頼性高く使用できる。また露出面積を変化させることで各二次電池の温度を均一に冷却することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための組電池を例示するものであって、本発明は組電池を以下のものに特定しない。また特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図１に示す組電池は、複数の二次電池１を平行な姿勢で隣接して外装ケース２に収納している。この図の組電池は、８本の二次電池１を収納している。本発明の組電池は、外装ケースに収納する二次電池の個数を８個には特定しない。たとえば、ハイブリッドカーの電源に使用される組電池は、１００個以上の二次電池を内蔵する。

組電池は、二次電池１を効率よく冷却することに加えて、内部ショート等で二次電池１の温度が急激に上昇して熱暴走するのを防止し、あるいは最悪の場合に、いずれかの二次電池１が熱暴走を起こしても、熱暴走した二次電池１の発熱で隣の二次電池１が熱暴走するのを防止するために独特の構成を備えている。このことを実現するために、組電池は、隣接する二次電池１間の熱移動を特定の状態に制御する構造としている。すなわち、組電池は、図２の概念図に示すように、発熱する発熱二次電池１Ａの熱が輻射熱で隣の二次電池１Ｂに移動するのを熱暴走防止壁３で遮断し、さらに、この熱暴走防止壁３でもって、特定の伝熱状態にコントロールして、熱伝導によって隣の二次電池１Ｂに熱を移動させる。

発熱する二次電池からの熱伝導量は、多すぎても少なすぎても二次電池の熱暴走を防止できない。図３は、二次電池間の熱伝導量の多い組電池において、内部ショートして熱暴走する発熱二次電池と、その隣の二次電池の温度上昇特性を示すグラフである。この組電池は、隣接する二次電池の表面を直接に接触させて、熱暴走する発熱二次電池の熱を、輻射熱と熱伝導の両方で隣の二次電池に移動させる。この図は内部ショートで熱暴走する発熱二次電池の温度上昇を曲線Ａで示し、その隣の二次電池の温度上昇を曲線Ｂで示している。この組電池は、熱暴走する発熱二次電池の温度が、３０秒後に約３００℃まで上昇し、隣の二次電池は約７０秒後に熱暴走が誘発されて温度が急激に上昇し、１００秒後には、熱暴走が誘発された二次電池の温度は５００℃にも上昇する。この組電池は、いずれかの二次電池が熱暴走すると、隣の二次電池も熱暴走が誘発されるので、複数の二次電池を内蔵する組電池においては、ひとつの二次電池の熱暴走が全ての二次電池を熱暴走させる。

さらに、図４は、二次電池間の熱伝導量の少ない組電池において、内部ショートして熱暴走する発熱二次電池と、その隣の二次電池の温度上昇特性を示すグラフである。この組電池は、隣接する二次電池を１ｍｍ離して、熱暴走する二次電池の熱を、熱伝導では移動させず、輻射熱のみで隣の二次電池に移動させる。この図は内部ショートで熱暴走する二次電池の温度上昇を曲線Ａで示し、その隣の二次電池の温度上昇を曲線Ｂで示している。この組電池は、熱暴走する二次電池の熱移動が少ないので、３０秒後の温度が約４００℃と極めて高くなり、さらに、高温の二次電池の熱が輻射熱で隣の二次電池に移動して、隣の二次電池は約１５０秒後に熱暴走が誘発されて温度が急激に上昇し、２００秒後には熱暴走が誘発されて二次電池の温度は５００℃を越えるまで上昇する。この組電池は、いずれかの二次電池が熱暴走すると、隣の二次電池も熱暴走が誘発されるので、複数の二次電池を内蔵する組電池においては、ひとつの二次電池の熱暴走が全ての二次電池を熱暴走させる。

図５は、二次電池間の熱伝導を特定の状態に制御する組電池において、内部ショートして熱暴走する発熱二次電池と、その隣の二次電池の温度上昇特性を示すグラフである。この組電池は、二次電池の間に厚さ１ｍｍ、熱伝導率を０．２Ｗ／ｍ・Ｋとする熱暴走防止壁を設けている。熱暴走防止壁を一体的に成形して設けている熱伝導筒は、上半分であって、二次電池全長の１／２の領域に放熱領域を開口している。二次電池の間に設けている熱暴走防止壁は、発熱二次電池の熱が輻射熱で隣の二次電池に移動するのを遮断し、熱伝導で隣の二次電池に特定の熱伝導量の熱を移動させる。熱伝導筒の一部に開口される放熱領域は、発熱二次電池の輻射熱を外部に照射する。この輻射熱は、発熱二次電池を冷却する。図５は、内部ショートで熱暴走する発熱二次電池の温度上昇を曲線Ａで示し、その隣の二次電池の温度上昇を曲線Ｂで示している。この組電池は、熱暴走する発熱二次電池の熱が熱伝導で熱暴走防止壁に移動されるので、熱暴走する発熱二次電池の温度上昇が緩やかになって、温度が４００℃まで上昇する時間が約８０秒近くまで延長され、さらに、隣の二次電池１の熱暴走を確実に阻止できる優れた特徴が実現される。すなわち、いずれかの二次電池が熱暴走しても、隣の二次電池の熱暴走は誘発されない。したがって、いずれかの二次電池が熱暴走しても、その二次電池のみの熱暴走に終らせることができる。

図５は、組電池の冷却風ダクトに強制的に送風して冷却しない状態で、発熱二次電池と隣の二次電池の温度を示している。この構造の組電池は、熱伝導筒に強制冷却することで、発熱二次電池と隣の二次電池の温度上昇をさらに少なくできる。また、図５の温度カーブは、熱伝導筒の上半分であって、全長の１／２に放熱領域を設けている組電池における、発熱二次電池と隣の二次電池の温度変化を示しているが、本発明の組電池は、隣接する二次電池の間に熱暴走防止壁を設けて、熱伝導筒にさらに大きな放熱領域を開口して、たとえば、二次電池の全表面積の１／２以上の放熱領域を開口して、隣の二次電池の熱暴走を防止できる。さらに、放熱領域の開口部分を、隣接する二次電池の最接近部分から離して設けることにより、二次電池全表面積の１／２以下に開口して、熱暴走を防止することもできる。とくに、本発明の組電池は、冷却風ダクトに強制送風して、放熱領域から冷却風ダクトに表出している二次電池表面を効果的に冷却できる。強制冷却する状態にあっては、放熱領域を大きくして、二次電池を効果的に冷却できる。このため、熱伝導筒に強制送風する状態においては、隣接する二次電池の間に熱暴走防止壁を設けて熱移動をコントロールするかぎり、放熱領域をさらに大きく開口して、二次電池の熱暴走を有効に防止できる。また、熱暴走防止壁は、必ずしも隣接する二次電池が最接近する部分の全体に設ける必要はなく、たとえば、隣接する二次電池が最接近する部分の５０％以上、好ましくは６０％以上、さらに好ましくは７０％以上に設けられる。

図６は、放熱領域を設けない熱伝導筒に二次電池を挿通している組電池であって、内部ショートして熱暴走する発熱二次電池と、その隣の二次電池の温度上昇特性を示すグラフである。この組電池は、二次電池の間に厚さ１ｍｍ、熱伝導率を０．２Ｗ／ｍ・Ｋとする熱暴走防止壁を設けている。熱暴走防止壁を一体的に成形して設けている熱伝導筒には放熱領域を開口しない。この組電池は、二次電池の間に設けている熱暴走防止壁で、発熱二次電池の熱が輻射熱で隣の二次電池に移動するのを遮断して、熱伝導で隣の二次電池に特定の熱伝導量の熱を移動させる。この図は、内部ショートで熱暴走する発熱二次電池の温度上昇を曲線Ａで示し、その隣の二次電池の温度上昇を曲線Ｂで示している。この組電池は、熱暴走する発熱二次電池の熱が輻射熱で隣の二次電池に伝達されず、熱暴走防止壁を介する熱伝導のみで隣の二次電池に移動される。このため、熱暴走する発熱二次電池の温度上昇は、図５に示す放熱領域を設けた組電池よりも緩やかになって、温度が４００℃まで上昇する時間は１００秒近くまで延長される。この組電池も、隣の二次電池の熱暴走を確実に阻止できる優れた特徴が実現される。したがって、この構造の組電池も、いずれかの二次電池が熱暴走しても、隣の二次電池の熱暴走は誘発されない。したがって、熱伝導筒に放熱領域を設けない組電池は、いずれかの二次電池が熱暴走しても、その二次電池のみの熱暴走に終らせることができる。このことから、放熱領域を小さくしても組電池は熱暴走することがない。

熱暴走した発熱二次電池が隣の二次電池の熱暴走を誘発しないように、図１の組電池は、隣接する二次電池１の間に熱暴走防止壁３を設けている。熱暴走防止壁３は、プラスチック製の熱伝導筒４に一体的に成形されて、熱伝導筒４の一部を構成している。熱伝導筒４は、内面の形状を二次電池１の外形にほぼ等しい筒状として、二次電池１を挿入している。さらに、熱伝導筒４は、二次電池１の熱を熱伝導によって熱暴走防止壁３に移動できるように、熱伝導筒４の内面と二次電池１の外面とのクリアランスを０．５ｍｍ以下として、二次電池１の表面を熱暴走防止壁３の内面に面接触状態で接触させている。ただし、熱伝導筒は、部分的に二次電池の表面に接触しない非接触部分を設けて、二次電池と熱伝導筒との間に空気層による断熱空隙１７を設けることができる。断熱空隙１７は、二次電池が他の部分よりも過冷却される部分に設けられて、二次電池の温度を均一化する。

さらに、熱暴走防止壁３が熱伝導する熱量をコントロールするために、熱暴走防止壁３は、熱伝導率を０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、３Ｗ／ｍ・Ｋ以下とするプラスチックで成形している。熱暴走防止壁３と熱伝導筒４を成形するプラスチックは、プラスチックの種類と充填材でコントロールできる。充填材に熱伝導に優れた粉末、たとえば金属粉末を充填して、熱伝導率を大きくできる。熱暴走防止壁の熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さいと、熱暴走防止壁の熱伝導量が少なくなって、熱暴走する発熱二次電池の温度上昇が急峻で最高温度も高くなる。このため、発熱二次電池が熱暴走する時間が短く、また熱暴走して高温になった発熱二次電池が隣の二次電池を加熱して熱暴走を誘発する。反対に、熱暴走防止壁の熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きいと、熱暴走した発熱二次電池から隣の二次電池に伝導される熱量が大きく、熱暴走した発熱二次電池が隣の二次電池を熱暴走させる。熱伝導率を０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、３Ｗ／ｍ・Ｋ以下とする熱暴走防止壁３は、熱暴走して発熱する発熱二次電池１Ａから伝導される伝導熱量が最適範囲となり、発熱二次電池１Ａを熱伝導で放熱して温度上昇を制限し、さらに、隣の二次電池１Ｂへの伝導熱量も制限して、隣接する隣の二次電池１Ｂの熱暴走を有効に防止する。

さらに、熱暴走防止壁３は、熱伝導率に加えて、厚さを０．５ｍｍ以上であって３ｍｍ以下の限られた範囲とする必要がある。二次電池間の熱暴走防止壁が０．５ｍｍよりも薄いと、熱暴走する発熱二次電池から隣の二次電池への熱伝導量が大きくなって、熱暴走した発熱二次電池が隣の二次電池を過熱して熱暴走させる。反対に熱暴走防止壁が３ｍｍよりも厚いと、熱暴走する発熱二次電池から隣の二次電池への熱伝導量が少なすぎて、熱暴走する発熱二次電池の温度が異常に高くなり、加熱された発熱二次電池が隣の二次電池を加熱して熱暴走を誘発する。

本発明の組電池は、発熱二次電池の熱移動を特定の状態にコントロールして、二次電池の熱暴走を制御する。二次電池は熱暴走で発熱して過熱されるが、二次電池はいつまでも発熱するのではない。二次電池の発熱量は、二次電池の容量で特定される。したがって、二次電池が発熱する状態で、熱の移動を特定の状態に制御して、熱暴走の誘発を防止する。熱暴走して発熱する二次電池は、放熱量を大きくして温度上昇を少なくできる。ただ、この状態は、放熱される熱が隣の二次電池を過熱して熱暴走を誘発する原因となる。反対に熱暴走する発熱二次電池の放熱量を少なくすると、放熱で隣の二次電池の熱暴走は誘発されないが、放熱されない発熱二次電池の温度が異常に上昇し、過熱された発熱二次電池が隣の二次電池の熱暴走を誘発する原因となる。ところが、熱暴走する発熱二次電池の放熱量を特定の状態にコントロールすると、熱暴走して温度が上昇する発熱二次電池の放熱で隣の二次電池が熱暴走されず、また、特定の放熱量によって熱暴走する発熱二次電池の温度上昇が制限されて最高温度が低くなる。このため、熱暴走する発熱二次電池が過熱されて隣の二次電池を熱暴走させることもない。熱暴走する発熱二次電池は、発生熱で時間とともに温度が上昇するが、放電量をコントロールして温度上昇を制限すると、一定時間経過すると発熱量が減少して温度は上昇しなくなる。したがって、熱暴走する発熱二次電池の放熱を特定の範囲にコントロールすることで、熱暴走する発熱二次電池が隣の二次電池を過熱する熱量を制限し、また最高温度も制限して、隣の二次電池の熱暴走を巧妙に阻止することができる。

図１の組電池は、二次電池１の間に設けている熱暴走防止壁３が、発熱する発熱二次電池１Ａの輻射熱を遮断する。熱暴走防止壁３は、隣接する二次電池１に接触して、発熱二次電池１Ａの熱を隣の二次電池１Ｂに熱伝導させて、発熱二次電池１Ａを放熱する。熱伝導筒４の一部に設けた放熱領域５は、発熱二次電池１Ａの熱を輻射熱で放熱して冷却し、放熱領域５から放射される輻射熱の一部で隣の二次電池１Ｂを加熱する。発熱二次電池１Ａは、熱暴走防止壁３による熱伝導と、放熱領域５による輻射熱で冷却して、異常な温度上昇を制限し、また、発熱二次電池１Ａの隣の二次電池１Ｂは、熱伝導と輻射熱で発熱二次電池１Ａからの熱移動を制限して、熱暴走が防止される。

組電池の二次電池１は、リチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は、非水系電解液を使用する。熱暴走してこの電解液が噴出されると、危険な状態となる。このため、リチウムイオン二次電池の組電池は、熱暴走をいかにして効果的に阻止できるかが大切であるから、本発明の組電池は、独特の構成で熱暴走を防止するので、リチウムイオン二次電池に適している。

熱伝導筒４は、二次電池１を挿入する円筒状に成形される。熱伝導筒４は、二次電池１の表面の一部を冷却風ダクト６に表出させる放熱領域５を一部に開口している。図１の熱伝導筒４は、上段に配列される二次電池１を挿入する熱伝導筒４は上半分に、下段に配列される二次電池１を挿入する熱伝導筒４は下半分に放熱領域５を開口している。

図の組電池は、二次電池１を円筒型電池とする。さらに、図１の組電池は、図において上段と下段に各々４本の二次電池１を隣接して平行に配設している。隣接する二次電池１の間には熱暴走防止壁３を設けて、この熱暴走防止壁３を二次電池１を挿入する熱伝導筒４に一体的に成形している。

ところで、本明細書において、二次電池１の間の熱暴走防止壁３の厚さとは、円筒型電池においては、もっとも接近する部分の厚さを意味するものとする。この部分の熱移動がもっとも大きく、二次電池１の熱暴走に影響を与えるからである。

さらに、熱暴走防止壁３は、二次電池１の表面の一部を熱伝導筒４に表出させる放熱領域５を設けている。

図７ないし図１３に示す組電池は、複数の二次電池１を平行な姿勢として、上下２段に互いに隣接して配列して電池組立１０としている。この電池組立１０は、外装ケース２に収納される。これ等の図の組電池は、外装ケース２に収納する二次電池１を冷却するための冷却風ダクト６を設けている。

これ等の図の組電池は、隣接する二次電池１の間には、プラスチック製の熱暴走防止壁３を設けている。熱暴走防止壁３は、二次電池１を挿通する筒状に成形しているプラスチック製の熱伝導筒４に一体的に成形されて、熱暴走防止壁３を熱伝導筒４の一部としている。

さらに、熱伝導筒４は、挿通している二次電池１の表面の一部を冷却風ダクト６に表出させる放熱領域５を開口して、冷却風ダクト６に送風される冷却風でもって、放熱領域５に表出される二次電池１の一部を冷却する。

電池組立１０は、二次電池１を定位置に配置するインナーケース８と、インナーケース８で上段と下段に配置している二次電池１に冷却風を分岐して送風する連結ダクト９と、インナーケースに上面に固定している基板ホルダー１１と、基板ホルダー１１に収納している回路基板１２とを備える。

インナーケース８は、二次電池１の端部を挿入して定位置に配置する。図のインナーケース８は、熱伝導筒４を軸方向の中間で２分割して、一対のケースユニット８Ａに分割している。このケースユニット８Ａは、分割された熱伝導筒４の端部にエンドプレート７を連結してなる形状にプラスチックで成形している。このインナーケース８は、熱伝導筒４の分割端である開口部から二次電池１を挿入し、一対のケースユニット８Ａを互いに連結して、複数の二次電池１をインナーケース８に収納している。

中間で分割される熱伝導筒４は、分割端側からエンドプレート７側に向かって次第に内径が小さくなるテーパー状に内面を成形している。この熱伝導筒４は、エンドプレート７側の端部の内面に突出する部分を二次電池１の表面に面接触させる。この熱伝導筒４は、多少は外径に誤差のある二次電池１を挿入して、その表面に面接触できる。この熱伝導筒４も、内面と二次電池１との間の最小のクリアランスを０．５ｍｍ以下とする。このように、熱伝導筒４を分割する構造は、プラスチックを成形する金型の設計を簡単にして、プラスチック成形を容易にできる特長がある。

図の組電池は、熱伝導筒４を軸方向の中間で２分割しているが、熱伝導筒は、３つ以上に分割することもできる。熱伝導筒を３つ以上に分割するインナーケースは、図示しないが、両端の端部ケースユニットと、中間の中間ケースユニットとに分割して、これらのケースユニットを互いに連結して、複数の二次電池を内部に収納する。

複数に分割されたケースユニット８Ａは、プラスチックで一体的に成形されたボス１３にネジ（図示せず）をねじ込んで互いに連結される。ただ、ケースユニットは、係止構造で連結し、あるいは接着して連結し、あるいはまた、これらを組み合わせて連結することもできる。

さらに、組電池は、図１１と図１２に示すように、隣接する二次電池１の間に熱暴走防止壁３を設けている。熱暴走防止壁３は、熱伝導筒４に一体的に成形されて、熱伝導筒４の一部を構成している。熱伝導筒４は、内面の形状を二次電池１の外形に等しい形状に成形している。熱伝導筒４は、二次電池１の熱を熱伝導によって熱暴走防止壁３に移動できるように、熱伝導筒４の内面と二次電池１の外面とのクリアランスを０．５ｍｍ以下として、二次電池１の表面を熱暴走防止壁３の内面に面接触状態で接触させている。さらに、熱暴走防止壁３は、熱伝導率を０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、３Ｗ／ｍ・Ｋ以下とするプラスチックで成形している。さらに、熱暴走防止壁３は、熱伝導率に加えて、厚さを０．５ｍｍ以上であって３ｍｍ以下の限られた範囲としている。二次電池１の間に設けている熱暴走防止壁３は、発熱する発熱二次電池の輻射熱を遮断して、発熱二次電池の発熱を隣の二次電池に熱伝導させて発熱二次電池を放熱し、発熱二次電池の熱暴走が隣の二次電池に伝達されるのを防止する。

図８ないし図１３に示す組電池は、熱伝導筒４の一部に放熱領域５を設けている。図の組電池は、上段の二次電池１を挿入する上段の熱伝導筒４の上部を開口し、下段の二次電池１を挿入する下段の熱伝導筒４は下部を開口して、放熱領域５を設けている。さらに、図の組電池は、上段の熱伝導筒４の放熱領域５の開口面積を、下段の熱伝導筒４の放熱領域５の開口面積よりも小さくしている。この組電池は、上段と下段の二次電池１を温度差が少なくなるように冷却できる。それは、冷却風ダクト６に送風される冷却風の温度が高くなる下段の熱伝導筒４の放熱領域５を大きくして、二次電池１を広い面積で強制冷却するからである。

図の組電池は、上方から流入される冷却風を、上段と下段の二次電池１に分岐して送風する。下段の二次電池１に送風される冷却風は、上段の二次電池１の一部を冷却しての温度が高くなる。温度が高い冷却風で冷却される下段の二次電池１は、放熱領域５の開口面積を大きくして、より効率よく冷却される。上段の二次電池１は冷たい冷却風で冷却されるので、放熱領域５を下段よりも小さくして、効率よく冷却する。

さらに、図の組電池は、熱伝導筒４に設けている放熱領域５の開口面積を、冷却風の送風方向に向かって次第に大きくしている。この組電池は、冷却風でもって二次電池１をより均一な温度に冷却できる。それは、冷却風の温度が二次電池１を冷却するにしたがって上昇するからである。温度の高くなった冷却風で冷却される二次電池１は、より効率よく冷却するために放熱領域５を大きくしている。

図の組電池は、放熱領域５を熱伝導筒４の上半分に、または下半分に設けて、二次電池１の長さ方向の全長を変更して、放熱領域５の開口面積を調整している。放熱領域の開口面積は、長さと幅の両方で調整することもできる。

組電池は、上段と下段の熱伝導筒４の中央部に沿って冷却風を送風する冷却風ダクト６を設けている。図の組電池は、上段の熱伝導筒４の中央に設ける上段冷却風ダクト６Ａを、絶縁プレート１４である基板ホルダー１１と、放熱領域５に表出される二次電池１と、熱伝導筒４とで囲まれる領域としている。すなわち、熱伝導筒４に挿入して隣接して並べている二次電池１の上面に、回路基板１２を定位置に配置するための絶縁プレート１４である基板ホルダー１１を配設して、上段冷却風ダクト６Ａを設けている。両端部を熱伝導筒４に挿入している二次電池１は、放熱領域５から上段冷却風ダクト６Ａに表出されて、ここに送風される冷却風で冷却される。

この構造の組電池は、上段冷却風ダクト６Ａを設けるために専用の部材を使用する必要がなく、簡単な構造にできる。さらに、基板ホルダー１１である絶縁プレート１４は、図１３に示すように、冷却風ダクト６の通路を大きくする溝状に成形することができる。この構造は冷却風ダクト６の断面積を大きくして、送風する冷却風の圧力損失を少なくして、冷却風をスムーズに送風して二次電池１を効率よく冷却できる。

下段冷却風ダクト６Ｂの断面構造は、図１３に示されている。この構造の組電池は、二次電池１と、熱伝導筒４と、外装ケース２で囲まれる領域を下段冷却風ダクト６Ｂとしている。両端部を熱伝導筒４に挿入している二次電池１は、放熱領域５から下段冷却風ダクト６Ｂに表出されて、ここに送風される冷却風で冷却される。

上段冷却風ダクト６Ａと下段冷却風ダクト６Ｂは、連結ダクト９で連結して、冷却風の流入口１５に連結される。連結ダクト９は、冷却風の漏れを防止するために、両側に二次電池１の凹凸に沿う側壁を設けている。連結ダクト９は上端を開口して、この開口部を、絶縁プレート１４である基板ホルダー１１に設けた供給ダクト１６に連結している。供給ダクト１６から送風される冷却風は、連結ダクト９を通過して下段冷却風ダクト６Ｂに送風される。

連結ダクト９を通過する冷却風は温度が低く、二次電池１を効果的に冷却する。図１２は、冷却ダクト６に送風される冷却風が二次電池１の局部を他の部分よりも過冷却するのを防止するために、熱伝導筒４の内面と二次電池１との間に断熱空隙１７を設けている。断熱空隙１７は、連結ダクト９を通過する冷却風で冷却される部分に設けている。この組電池は、連結ダクト９に送風される冷却風のよる二次電池１の冷却が断熱空隙１７で制限されて、この部分の過冷却が防止される。

基板ホルダー１１はプラスチックを成形している絶縁プレート１４で、回路基板１２を収納する周壁のある箱形に成形している。この基板ホルダー１１は、インナーケース８の上面に固定されて、回路基板１２を所定の位置に配置する。また、基板ホルダーは、周壁の内側に樹脂を充填して、回路基板をポッテングして保護することもできる。

回路基板１２は、二次電池１の充放電をコントロールする回路を実装する。さらに図の回路基板１２は、出力端子１９や接続端子を固定している。回路基板１２は、リード１８を介して二次電池１に接続される。回路基板１２は、実装する電圧検出回路で各々の二次電池１の電池電圧を検出して、二次電池１の充放電を制御する。回路基板１２は、内蔵する二次電池１の出力用の出力端子１９や、外部機器との接続端子を装備しており、回路基板１２の上側に固定している。

本発明の一実施例にかかる組電池の概略構成図である。 本発明の一実施例にかかる組電池の熱移動を示す概念図である。 二次電池間の熱伝導量の多い組電池における発熱二次電池と隣の二次電池の温度上昇特性を示すグラフである。 二次電池間の熱伝導量の少ない組電池における発熱二次電池と隣の二次電池の温度上昇特性を示すグラフである。 熱伝導筒に放熱領域を設ける組電池における発熱二次電池と隣の二次電池の温度上昇特性を示すグラフである。 熱伝導筒に放熱領域を設けない組電池における発熱二次電池と隣の二次電池の温度上昇特性を示すグラフである。 本発明の一実施例にかかる組電池の電池組立を示す斜視図である。 図７に示す電池組立のホルダーケースを取り除いた状態を示す斜視図である。 本発明の一実施例にかかる組電池の下側から見た断面斜視図である。 図８に示す電池組立を上下反転した状態を示す斜視図である。 本発明の一実施例にかかる組電池の縦断面図であって冷却風ダクトに送風する状態を示す図である。 本発明の一実施例にかかる組電池の縦断面図であって二次電池の端部における断面を示す図である。 本発明の一実施例にかかる組電池の横断面図である。

符号の説明

１…二次電池 １Ａ…発熱二次電池
１Ｂ…隣の二次電池
２…外装ケース
３…熱暴走防止壁
４…熱伝導筒
５…放熱領域
６…冷却風ダクト ６Ａ…上段冷却風ダクト
６Ｂ…下段冷却風ダクト
７…エンドプレート
８…インナーケース ８Ａ…ケースユニット
９…連結ダクト
１０…電池組立
１１…基板ホルダー
１２…回路基板
１３…ボス
１４…絶縁プレート
１５…流入口
１６…供給ダクト
１７…断熱空隙
１８…リード
１９…出力端子

Claims (13)

1. 複数の二次電池(1)を平行な姿勢で隣接して外装ケース(2)に収納すると共に、二次電池(1)を冷却風で冷却する冷却風ダクト(6)を外装ケース(2)内に設けている組電池であって、
   隣接する二次電池(1)の間に、プラスチック製の熱暴走防止壁(3)を設けると共に、この熱暴走防止壁(3)は、二次電池(1)を挿通する筒状に成形している熱伝導筒(4)に一体的に成形されて、熱暴走防止壁(3)を熱伝導筒(4)の一部としており、
   熱伝導筒(4)は、挿通している二次電池(1)の表面の一部を冷却風ダクト(6)に表出させる放熱領域(5)を有し、冷却風ダクト(6)に送風される冷却風でもって、放熱領域(5)に表出される二次電池(1)の一部を冷却するようにしてなる組電池。
2. 前記熱伝導筒(4)に設けた放熱領域(5)の開口面積を、冷却風の送風方向に向かって次第に大きくしている請求項１に記載される組電池。
3. 放熱領域(5)が、二次電池(1)の全表面積の１／２以下である請求項１に記載される組電池。
4. 熱伝導筒(4)の表面に絶縁プレート(14)を配設しており、絶縁プレート(14)と二次電池(1)と熱伝導筒(4)で囲まれる領域を冷却風ダクト(6)としている請求項１に記載される組電池。
5. 絶縁プレート(14)が、冷却風ダクト(6)を通路を大きくする溝状に成形している請求項４に記載される組電池。
6. 絶縁プレート(14)が、冷却風ダクト(6)に送風される冷却風を通過させる供給ダクト(16)を有する請求項４に記載される組電池。
7. 絶縁プレート(14)が、回路基板(12)を定位置に配設する基板ホルダー(11)である請求項４に記載される組電池。
8. 前記二次電池(1)を上下２段に配置して、上段二次電池(1)の上面に上段冷却風ダクト(6A)を設けて、下段二次電池(1)の下面に下段冷却風ダクト(6B)を設けている請求項１に記載される組電池。
9. 上段冷却風ダクト(6A)と下段冷却風ダクト(6B)とを連結ダクト(9)で連結して、冷却風の流入口(15)に連結している請求項８に記載される組電池。
10. 上段冷却風ダクト(6A)と下段冷却風ダクト(6B)の一方が他方よりも流入口(16)に近く、流入口(16)に近い冷却風ダクト(6)に開口する放熱領域(5)の面積を、流入口(15)に遠い冷却風ダクト(6)に開口する放熱領域(5)よりも小さくしている請求項９に記載される組電池。
11. 熱伝導筒(4)が、内面と二次電池(1)との間に隙間を設ける断熱空隙(17)を一部に設けて、連結ダクト(9)の冷却風が断熱空隙(17)を介して二次電池(1)を冷却するようにしてなる請求項９に記載される組電池。
12. 二次電池(1)が両端部を分離された一対の熱伝導筒(4)に挿入して、一対の熱伝導筒(4)の間に放熱領域(5)を設けている請求項１に記載される組電池。
13. 二次電池(1)がリチウムイオン二次電池である請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載される組電池。
    

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