JPH08111244A - 積層型バッテリ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数枚の板状バッテリセルを積層して大容量
化を図った積層型バッテリ装置を提供する。 【構成】 積層型バッテリ装置は、板状に形成された複
数のバッテリセル１１と、内部に細管ヒートパイプが形
成され、複数のバッテリセル１１の間に面接触するよう
に介在されて、バッテリセル１１からの熱を吸収して外
部へ放熱する板状の複数の熱輸送装置１２とを具備す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄い板状に形成された
複数のバッテリセルを備える積層型バッテリ装置に関す
る。

【０００２】

【背景技術とその問題点】セパレータを２枚の電極で挟
んでなる板状のリチウムイオンバッテリが知られてい
る。このリチウムイオンバッテリを複数枚積層して大容
量（たとえば、１４Ｖ×２４＝３３６Ｖボルト）の積層
型バッテリ装置を構成する場合、リチウムイオンバッテ
リで発生する熱を効率よく放熱する必要がある。

【０００３】たとえば、相対向する２枚のリチウムイオ
ンバッテリの間にスペーサを介在させてリチウムイオン
バッテリの間隔をあけるとともに、それらの面が大気に
露出するようにし、この間隙に冷却空気を流通させるこ
とが考えられる。

【０００４】しかしながら、リチウムイオンバッテリは
セパレータの間隔を規定してセパレータの内圧を所望の
値に制御する必要があり、板状リチウムイオンバッテリ
の側面に部分的に接触するスペーサを介在させるとセパ
レータの内圧が部分的に異なってしまい、バッテリ性能
に悪影響を与える。

【０００５】本発明の目的は、複数枚の板状バッテリセ
ルを積層して大容量化を図り、かつ効率よく冷却できる
積層型バッテリ装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１およ
び図２に対応づけて説明すると、本発明による積層型バ
ッテリ装置は、板状に形成された複数のバッテリセル１
１と、内部に細管ヒートパイプ１２３が形成され、複数
のバッテリセル１１の間に面接触するように介在され
て、バッテリセル１１からの熱を吸収して外部へ放熱す
る板状の熱輸送装置１２とを具備することにより上記目
的を達成する。請求項２の積層型バッテリ装置は、請求
項１の細管ヒートパイプはループ状の細管気密コンテナ
１２３として形成し、このコンテナ１２３に、受熱部と
放熱部との間で循環するとともに、受熱部で発生する核
沸騰により細管軸方向に振動する作動流体を充填したも
のである。請求項３の積層型バッテリ装置は、図５に示
すように、請求項１の細管ヒートパイプは非ループ状の
細管気密コンテナ１２３Ａとして形成し、このコンテナ
１２３Ａに、受熱部で発生する核沸騰により細管軸方向
に振動する作動流体を充填したものである。請求項４の
積層型バッテリ装置は、請求項２または３において、熱
輸送装置１２を、無酸素銅からなり内部に細管気密コン
テナ１２３が形成された板状の本体１２１，１２２と、
この本体を覆う絶縁被覆材とで構成したものである。請
求項５の積層型バッテリ装置は、請求項３または４にお
いて、熱輸送装置１２を、絶縁材料からなり内部に細管
気密コンテナ１２３が形成された板状の本体を備えるも
のである。請求項６の積層型バッテリ装置は、請求項１
〜５において、熱輸送装置１２の間に、バッテリセル１
１の圧力が所定値になるように間隙を規定するスペーサ
１３１ａ（２１）を設けるようにしたものである。請求
項７の積層型バッテリ装置は、請求項１〜６において、
複数のバッテリセル１１を所定の間隔で収容するために
熱輸送装置１２の間隔を規定するスペーサ部１３１ａ
と、熱輸送装置１２と接触してその熱輸送装置１２から
の熱を放熱する放熱部１３１とを備えたバッテリケース
１３を具備するものである。

【０００７】

【作用】複数のバッテリセル１１の発熱は熱輸送装置１
２に伝達される。ループ型あるいは非ループ型の細管ヒ
ートパイプによる熱輸送装置１２は、受熱部から放熱部
への作動流体の循環により、あるいは受熱部で発生する
核沸騰により管軸方向に振動する作動流体により熱を放
熱部に輸送する。したがって、バッテリセル１１は効率
よく面状に均一に冷却される。請求項４および５の積層
型バッテリ装置では、熱輸送装置１２そのものが絶縁さ
れ、バッテリセルを絶縁する必要がない。請求項６の積
層型バッテリ装置では、スペーサ１３１ａ（２１）によ
り熱輸送装置１２の間隙が規定され、バッテリセル１１
の圧力が不所望に高くなることがなく、所望のバッテリ
性能を発揮できる。請求項７の積層型バッテリ装置で
は、バッテリケース１３に複数のバッテリセル１１と熱
輸送装置１２が所定の間隔で収容されるとともに、バッ
テリケース１３の放熱部１３１から放熱される。

【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【０００９】

【実施例】

−第１の実施例− 図１〜図３は本発明を電気自動車用積層型バッテリ装置
に適用した第１の実施例を示している。積層型バッテリ
装置１０は、薄い板状に形成された複数の（たとえば７
４枚）バッテリセル１１と、これら複数のバッテリセル
１１の間に面接触するように介在され、内部に細管ヒー
トパイプが形成されてバッテリセル１１からの熱を吸収
する薄い板状の複数の熱輸送装置１２と、バッテリセル
１１の内圧を所定値に抑えつつバッテリセル１１と熱輸
送装置１２を積層して収容するバッテリケース１３とを
備える。

【００１０】バッテリセル１１として、たとえば、陽極
電極と陰極電極との間にセパレータを介在させ、周面を
絶縁性ポリエステルフィルムで覆ったリチウムイオンバ
ッテリが使用できる。この場合、１枚のリチウムイオン
バッテリの大きさは、たとえば、幅３７０mm、高さ１５
０mmおよび厚さは２５mm程度である。熱輸送装置１２と
しては、たとえば特開平４−２６０７９１号公報に開示
されているような金属ブロック型熱輸送装置の原理を利
用したものを使用できる。以下、この熱輸送装置１２に
ついてさらに詳細に説明する。

【００１１】図２は熱輸送装置１２の一実施例を示すも
ので、この熱輸送装置１２は、無酸素銅からなる２枚の
板１２１，１２２を有し、一方の板１２１の内側の面に
はエッチングやプレスによりループ型の細管気密コンテ
ナ１２３が形成されている。

【００１２】２枚の板１２１，１２２は互いに積層さ
れ、その接合面を圧接して接合されるが、細管気密コン
テナ１２３内には適宜の方法で二相凝縮性作動流体が充
填される。作動流体としては純水やフレオンが使用でき
る。接合した２枚の板１２１，１２２の厚さは０．６〜
２．０mm程度が好ましく、また細管気密コンテナ１２３
の直径はおおよそ幅０．３mm〜１．０mmが好ましい。な
お、板１２１，１２２の幅および高さは、リチウムイオ
ンバッテリの大きさに依存するがおおよそ幅３７０mm，
高さ１５０mm程度である。

【００１３】なお、後述するように、熱輸送装置１２の
左右両端部がバッテリケース１３の放熱部１３１と接触
して放熱部となる本実施例の場合には、図３に示すよう
に、中央部が受熱部ＲＰとなり、細管気密コンテナ１２
３の左右折り返し端がそれぞれ放熱部ＣＰとなるように
その蛇行方向は図示のようにする。

【００１４】このような熱輸送装置１２による伝熱原理
を図３も参照して説明する。熱輸送装置１２の一部に熱
が伝達されると、その受熱部ＲＰの細管気密コンテナ１
２３では作動流体の核沸騰が発生する。この核沸騰によ
り圧力波が発生し、同時に蒸気泡群が発生する。細管気
密コンテナ１２３の中央部の複数の箇所が受熱部ＲＰと
なり、これらの受熱部での核沸騰の相互作用により、作
動流体はループ型細管気密コンテナ１２３をその軸方向
（矢印ａ）に振動しながら、抵抗の少ない方向（たとえ
ば矢印ｂ方向）に向って緩やかに循環する。管軸方向の
作動流体の振動に際して、管壁内表面に発生する流動境
界層とコンテナ内壁を熱媒体として流体内に激しい均熱
化作用を発生する。したがって、受熱した熱量を高温部
から低温部に向って効率よく輸送する。このような原理
は、特開平４−１９００９０号公報や特公平２−３５２
３９号公報に詳しく開示されており既知の原理であるか
ら、ここでの詳細説明は省略する。

【００１５】バッテリケース１３は、不図示の底板と、
底板に適宜の手段で立設されバッテリセル１１の間隔を
規定するスペーサ突部１３１ａが設けられた側板１３１
と、スペーサ突部１３１ａ，バッテリセル１１および熱
輸送装置１２を積層して一体化する押え板１３２と、押
え板１３２，スペーサ突部１３１ａおよび熱輸送装置１
２を貫通してこれらを一体的に締結するボルト１３３お
よびナット１３４とを備える。スペーサ突部１３１ａの
厚みは、バッテリセル１１に所定以上の圧力が作用しな
いように決定され、これにより、複数の板状リチウムイ
オンバッテリ１１を積層締結しても所望の電池性能が発
揮される。なお、図示は省略したが、バッテリケース１
３は正極端子と負極端子が突設されたバッテリカバーを
備え、複数のバッテリセル１１はそれぞれ並列あるいは
直列に正極端子および負極端子に接続される。

【００１６】側板１３１のスペーサ突部１３１ａの両側
面は熱輸送装置１２の端部両側面と面接触し、熱輸送装
置１２からの熱はスペーサ突部１３１ａから側板１３１
に伝熱され、側板１３１から熱輸送装置１２の熱を放熱
する。すなわち、熱輸送装置１２の側板１３１と接触す
る部分が放熱部ＣＰ（図３）として機能する。したがっ
て、この積層型バッテリ装置を自動車や電気機器に使用
する際、側板１３１が効率よく空冷されるようにバッテ
リ装置の配置を決定する必要がある。また、バッテリケ
ース１３の底板を熱伝達率の良好な部分、たとえば自動
車のボディに面接触するように設置するのが望ましい。

【００１７】このような積層型バッテリ装置では、それ
ぞれのバッテリセル１１から発熱した熱量は面接触する
熱輸送装置１２の対応箇所で受熱される。熱輸送装置１
２の内部には二相凝縮作動流体が充填された細管気密コ
ンテナ１２３が設けられており、その受熱部ＲＰで上述
したとおり作動流体の核沸騰が発生する。受熱部は細管
気密コンテナ１２３の複数の箇所に現れ、複数の箇所で
核沸騰が発生し、受熱部ＲＰと受熱部ＲＰとの間の作動
流体に管の軸方向の振動が発生し、この振動が受熱部Ｒ
Ｐから放熱部ＣＰに熱量を移動させる。作動流体の循環
による熱輸送の効率は、管内圧力損失の増加により、管
径が小さくなるにつれて悪化するが、軸方向振動による
熱輸送の効率は、振動を与えられるべき流体の質量減少
により振動発生が容易となることに起因して、管が細く
なるにつれて良好になる。

【００１８】したがって、このような熱輸送装置を使用
すれば小型で大きな冷却容量の冷却装置を得ることがで
きるので、複数枚のリチウムイオンバッテリの間に介在
させる様にしても、バッテリ装置の大きさもさほど大き
くならず、小型で大容量のバッテリを提供できる。

【００１９】−第２の実施例− 図４は本発明による積層型バッテリ装置の第２の実施例
を示す斜視図である。図４において図１および図２と同
様な箇所には同一の符号を付して説明を相違点を主に説
明する。

【００２０】この第２の実施例では、バッテリケースを
使用せず、熱輸送装置１２の間に円筒状スペーサ２１を
介在させ、熱輸送装置１２を強度部材として、バッテリ
セル１１と熱輸送装置１２の積層体をボルト１３３によ
りたとえば車両ボディＢＤに緊締する。熱輸送装置１２
の熱は、ボディＢＤと接触する部分から放熱されるとと
もに、円筒状スペーサ２１からボルト１３３を介して車
両ボディＢＤにも伝達され、さらに、熱輸送装置１２の
左右上部周面から周辺の大気にも放熱される。

【００２１】このような第２の実施例でも、熱輸送装置
１２としてループ型細管ヒートパイプを使用しているか
ら、緩やかな作動流体のループ内循環による熱輸送と、
作動流体の管軸方向振動による熱輸送とを利用した高効
率な冷却が可能となり、小型で大容量の積層型バッテリ
装置を提供できる。

【００２２】−変形例− 熱輸送装置の内部に形成した細管気密コンテナを作動
流体が循環するようなループ型としたが、特開平４−２
５１１８９号公報に開示されている図５に示すような、
細管コンテナの両端を閉鎖した非ループ型細管気密コン
テナ１２３Ａを使用した熱輸送装置でも同様な効果を奏
する。 リチウムイオンバッテリ１１を絶縁性ポリエステルフ
ィルムで覆って絶縁したが、熱輸送装置１２をセラミッ
クスなどの絶縁材料で製造して絶縁し、リチウムイオン
バッテリ１１の外被材を非絶縁材料で形成してもよい。 リチウムイオンバッテリ以外の板状バッテリセルを用
いてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
る積層型バッテリ装置によれば、細管ヒートパイプ式熱
輸送装置を板状バッテリセル間に介在させて積層するよ
うにしたので、小型の熱輸送装置でバッテリセルの冷却
を高率よく行なうことができ、小型で大容量の積層型バ
ッテリ装置を提供できる。また、細管気密コンテナ内に
細管気密コンテナ内を循環しあるいは管軸方向に振動し
て熱輸送作用を行なう作動流体を充填した熱輸送装置を
使用すればさらに効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による積層型バッテリ装置の第１の実施
例を示す斜視図。

【図２】図１に示す積層型バッテリ装置の熱輸送装置の
分解斜視図。

【図３】ループ型細管気密コンテナを形成した熱輸送装
置の説明図。

【図４】本発明による積層型バッテリ装置の第２の実施
例の斜視図。

【図５】非ループ型細管気密コンテナを形成した熱輸送
装置の説明図。

【符号の説明】

１０ 積層型バッテリ装置 １１ バッテリセル １２ 熱輸送装置 １３ バッテリケース ２１ スペーサ １２１，１２２ 板 １２３，１２３Ａ 細管気密コンテナ １３１ 側板 １３１ａ スペーサ突部 １３２ 押え板 １３３ ボルト １３４ ナット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状に形成された複数のバッテリセル
   と、 内部に細管ヒートパイプが形成され、前記複数のバッテ
   リセルの間に面接触するように介在されて、前記バッテ
   リセルからの熱を吸収して外部へ放熱する板状の複数の
   熱輸送装置とを具備することを特徴とする積層型バッテ
   リ装置。
2. 【請求項２】 請求項１の積層型バッテリ装置におい
   て、前記細管ヒートパイプはループ状の細管気密コンテ
   ナとして形成され、このコンテナには、受熱部と放熱部
   との間で循環するとともに、前記受熱部で発生する核沸
   騰により細管軸方向に振動する作動流体が充填されてい
   ることを特徴とする積層型バッテリ装置。
3. 【請求項３】 請求項１の積層型バッテリ装置におい
   て、前記細管ヒートパイプは非ループ状の細管気密コン
   テナとして形成され、このコンテナには、受熱部で発生
   する核沸騰により細管軸方向に振動する作動流体が充填
   されていることを特徴とする積層型バッテリ装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３の積層型バッテリ装置
   において、前記熱輸送装置は、無酸素銅からなり内部に
   前記細管気密コンテナが形成された板状の本体と、この
   本体を覆う絶縁被覆材とで構成されることを特徴とする
   積層型バッテリ装置。
5. 【請求項５】 請求項２または３の積層型バッテリ装置
   において、前記熱輸送装置は、絶縁材料からなり内部に
   前記細管気密コンテナが形成された板状の本体を備える
   ことを特徴とする積層型バッテリ装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかの項に記載の積
   層型バッテリ装置において、前記複数の熱輸送装置の各
   々の間には、前記バッテリセルの圧力が所定値になるよ
   うに間隙を規定するスペーサが設けられていることを特
   徴とする積層型バッテリ装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかの項に記載の積
   層型バッテリ装置において、複数の前記バッテリセルを
   所定の間隔で収容するために前記熱輸送装置の間隔を規
   定する複数のスペーサ部と、前記熱輸送装置と接触して
   その熱輸送装置からの熱を放熱する放熱部とを備えたバ
   ッテリケースを具備することを特徴とする積層型バッテ
   リ装置。