組電池及びこれを装備する電動車両
【課題】電池セルを熱収縮チューブで被覆することなく、セパレータで理想的な状態で絶縁して積層状態に固定する。隣接する電池セルの結露水による短絡を有効に防止する。
【解決手段】組電池は、複数の電池セル１を絶縁材のセパレータ２を介して積層している。セパレータ２は、隣接する電池セル１の間に挟着されて隣接する電池セル１を絶縁状態に積層する絶縁プレート部２１の外周部に、電池セル１の底面１Ａと、両側側面１Ｂと、上面１Ｃの外側に配置される外周壁２２を設けて、絶縁プレート部２１と外周壁２２の内側に、電池セル１を定位置にセットする箱形凹部２３を設けている。さらに、電池セル１の底面１Ａに配置している底外周壁２２Ａは、下方に突出する凸部２４を有すると共に、電池セル１の厚さ（ｔ）以上の幅（Ｗ）を有している。組電池は、電池セル１をセパレータ２の箱形凹部２３に配置して、セパレータ２の定位置に連結している。
【解決手段】組電池は、複数の電池セル１を絶縁材のセパレータ２を介して積層している。セパレータ２は、隣接する電池セル１の間に挟着されて隣接する電池セル１を絶縁状態に積層する絶縁プレート部２１の外周部に、電池セル１の底面１Ａと、両側側面１Ｂと、上面１Ｃの外側に配置される外周壁２２を設けて、絶縁プレート部２１と外周壁２２の内側に、電池セル１を定位置にセットする箱形凹部２３を設けている。さらに、電池セル１の底面１Ａに配置している底外周壁２２Ａは、下方に突出する凸部２４を有すると共に、電池セル１の厚さ（ｔ）以上の幅（Ｗ）を有している。組電池は、電池セル１をセパレータ２の箱形凹部２３に配置して、セパレータ２の定位置に連結している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、ハイブリッド自動車や電気自動車等の自動車を駆動するモータの電源用等に使用される大電流用の組電及びこれを装備する電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータで走行する電気自動車、あるいはモータとエンジンの両方で走行するハイブリッド自動車等の電動車両は、多数の電池セルを備える組電池を電源として搭載している。この組電池は、モータで自動車を走行させるための出力を得るために、図１８と図１９に示すように、多数の電池セル８１を積層して接続し、出力を大きくしている。多数の電池セル８１を備える組電池は、角形の電池セル８１を積層して、外形を小さくしながら出力を大きくできる。
【０００３】
積層される電池セルとして使用されるリチウムイオン電池は、金属製の外装缶を正負の電極には接続しないが中間の電位となる。外装缶を電極に接続する電池セルは、外装缶の電位が接続している電極の電位となる。金属製の外装缶を特定の電位とする電池セルを積層して直列に接続すると、互いに隣接する電池セルの外装缶同士の間に電位差が発生する。電位差のある外装缶が電気的に接続されるとショート電流が流れるので、積層される電池セルは互いに絶縁状態で積層する必要がある。このことを実現するために、電池セル８１は、図２０に示すように、外装缶８１Ａを絶縁シートである熱収縮チューブ８５で被覆すると共に、図１９に示すように、電池セル８１の間にセパレータ８２を挟んで絶縁状態に積層している。
【０００４】
電池セル８１は、図２０に示すように、上部に電極端子８３を露出させているので、熱収縮チューブ８５は、電池セル８１の上部の電極端子８３を露出させる状態で電池セル８１を被覆する。熱収縮チューブ８５は、図２０に示すように、底を閉塞する袋状として電池セル８１の天面８１Ｂを残して被覆している。具体的には、熱収縮チューブ８５は、上端を開口して、下端を閉塞する袋状として、ここに電池セル８１を挿入して、電池セル８１を被覆する。熱収縮チューブ８５は、下端を所定の幅で重ね合わせて、ラップ部分を熱溶着して下端を閉塞している。この袋状の熱収縮チューブ８５に、図２１に示すように、開口端から電池セル８１を挿入し、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように熱収縮チューブ８５を熱収縮させて、図２０に示すように外装缶８１Ａの表面に密着させる。この構造の熱収縮チューブ８５は、外装缶の上面を除く全表面を被覆して絶縁する。
【０００５】
以上の構造は、熱収縮チューブ内に電池セルを挿入して熱溶着する作業が極めて煩雑で、製造に手間がかかる。さらに絶縁特性と熱収縮特性に優れた、特定な物性のプラスチックフィルムからなる熱収縮チューブを使用するので製造コストも高くなる。また一方で、この構造は、図２０（ｃ）の断面図に示すように電池セル８１の底面８１Ｃにおけるラップ溶着部８５Ｘの信頼性が問題となる。例えば、溶着部分にピンホールなどが発生すると、ピンホールから熱収縮チューブの内部に空気が侵入して結露が発生し、さらに、ピンホール部分が水に接触すると、この部分から内部に侵入して、電池セルに腐食などを生じる可能性がある。とくに、組電池は、電池セルを冷却するために、電池セルを積層している電池ブロックに冷却空気を強制送風し、あるいは、電池セルの底面を強制冷却する冷却プレートに熱結合させることから、電池セルに結露が発生することがある。電池セルの結露水は、流れ落ちて底部に溜まり、また底部を熱結合している冷却プレートの表面に結露することから、電池セル底部を被覆する熱収縮チューブのピンホールは、ここから結露水を内部に侵入させる原因となる。
【０００６】
さらにまた、電池セルの表面を熱収縮チューブで被覆して、電池セルの間にセパレータを配置する組電池は、隣接するセパレータでもって、熱収縮チューブを重ね合わせて溶着しているラップ溶着部を挟んで損傷させる原因ともなる。ラップ溶着部が損傷されると、ここから水や空気が侵入するのを防止できなくなる。ラップ溶着部の損傷を防止するために、図２３に示すように、セパレータ８２の底部に、ラップ溶着部８５Ｘを案内する隙間８６を設けると、電池セル８１の底面をセパレータ８２で好ましい絶縁状態に被覆できなくなる弊害がある。電池セルを積層している電池ブロックは、その底面に金属製の冷却プレートやケースの底板が配置されるので、電池セルの底面を充分な強度で絶縁し、また充分な絶縁距離を保持することが大切である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−４８９９６号公報
【特許文献２】特開２００８−１６６１９１号公報
【特許文献３】特開２００９−１８７７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、電池セルを熱収縮チューブで被覆することなく、セパレータでもって電池セルを保護しながら理想的な状態に絶縁して積層状態に固定でき、かつ電池セルとセパレータとを定位置に連結しながら積層できる組電池とこれを装備する電動車両を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、電池セルを熱収縮チューブで被覆することなく、隣接する電池セルの結露水による短絡を有効に防止できる組電池とこれを装備する電動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
本発明の組電池は、外装缶１１を金属ケースとする複数の電池セル１を絶縁材のセパレータ２、３２、４２、５２を介して積層している。セパレータ２、３２、４２、５２は、隣接する電池セル１の間に挟着されて隣接する電池セル１を絶縁状態に積層する絶縁プレート部２１の外周部に、電池セル１の底面１Ａと、両側側面１Ｂと、上面１Ｃの外側に配置される外周壁２２を設けて、絶縁プレート部２１と外周壁２２の内側に、電池セル１を定位置にセットする箱形凹部２３を設けている。さらに、電池セル１の底面１Ａに配置している底外周壁２２Ａは、下方に突出する凸部２４を有すると共に、電池セル１の厚さ（ｔ）以上の幅（Ｗ）を有している。組電池は、電池セル１をセパレータ２、３２、４２、５２の箱形凹部２３に配置して、セパレータ２、３２、４２、５２の定位置に連結している。
【００１０】
以上の組電池は、絶縁プレート部の外周に外周壁を設けているセパレータの箱形凹部に電池セルを配置して、セパレータでもって電池セルを保護しながら絶縁して積層できる。したがって、従来のように電池セルを個別に熱収縮チューブ等で被覆して絶縁することなく、セパレータを介して理想的な状態に絶縁して積層状態に固定できる特徴がある。また、以上の組電池は、セパレータの箱形凹部に電池セルをセットして定位置に配置するので、電池セルとセパレータとを定位置に連結しながら積層できる特徴も実現する。さらにまた、セパレータの底外周壁に凸部を設けているので、電池セルを熱収縮チューブで被覆することなく、隣接する電池セルの結露水による短絡を防止できる特徴がある。それは、セパレータの底外周壁に設けている凸部が、箱形凹部に配置している電池セルの底面を浮かせる状態として絶縁するからである。
【００１１】
本発明の組電池は、セパレータ２、４２が、絶縁プレート部２１の外側面１Ｂに複数の放熱リブ２５を設けることができる。
以上の組電池は、放熱リブによって絶縁プレート部の放熱面積を大きくして電池セルを効率よく放熱できる特徴がある。
【００１２】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２、４２、５２の底外周壁２２Ａが、電池セル１の底面１Ａの全面をカバーすることができる。
以上の組電池は、電池セルの底面の全面を底外周壁でカバーするので、電池セルの底面をより確実に絶縁しながら保護できる特徴がある。
【００１３】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２、４２、５２が、電池セル１の両側面１Ｂの外側に位置する両側外周壁２２Ｂで、電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーすることができる。
以上の組電池は、電池セルの両側面の全面を両側外周壁でカバーするので、電池セルの両側面をより確実に絶縁しながら保護できる特徴がある。
【００１４】
本発明の組電池は、電池セル１を、セパレータ２、３２、４２、５２の箱形凹部２３の内面に、接着剤１７を介して密着させることができる。
以上の組電池は、電池セルとセパレータとを隙間なく密着できるので、電池セルとセパレータとの間の結露を有効に防止できる特徴がある。それは、電池セルとセパレータとの間への空気の侵入を阻止して、空気中の水分の結露を阻止できるからである。
【００１５】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２、４２、５２の底外周壁２２Ａで電池セル１の底面１Ａの全面をカバーし、かつセパレータ２、３２、４２、５２の両側外周壁２２Ｂで電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーし、さらに、底外周壁２２Ａと両側外周壁２２Ｂとの開口部に被覆シート１８を接着して、この被覆シート１８を、電池セル１の表面に接着させることができる。
以上の組電池は、電池セルの表面を被覆シートで被覆することで、この面の結露を防止できる特徴がある。さらに、この被覆シートに絶縁シートを使用することで、積層する電池セルをより確実に絶縁状態で積層できる特徴も実現する。
【００１６】
本発明の組電池は、セパレータ４２が、絶縁プレート部２１に放熱開口２６を設けることができる。
以上の組電池は、絶縁プレート部に放熱開口を設けているので、この放熱開口から電池セルの発熱を放熱することで、電池セルをより効果的に放熱できる特徴がある。
【００１７】
本発明の組電池は、セパレータ４２の絶縁プレート部２１の内面と電池セル１との間に絶縁シート１９を接着することができる。
以上の組電池は、放熱開口を絶縁シートで閉塞するので、絶縁シートでもって電池セルを効果的に絶縁しながら、絶縁シートを介して電池セルを放熱させることで、電池セルの放熱もよくできる。
【００１８】
本発明の組電池は、セパレータ４２、５２が、絶縁プレート部２１の内面に複数の溝状凹部２７を備えることができる。
以上の組電池は、絶縁プレート部の内面に設けた溝状凹部によって、絶縁プレート部の内側の表面積を広くして電池セルを効果的に放熱できる。
【００１９】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２、４２、５２が、絶縁プレート部２１の内面に沿って、絶縁プレート部２１よりも優れた熱伝導率の放熱プレート５７を備えることができる。
以上の組電池は、絶縁プレート部と電池セルとの間に設けている放熱プレートによって、電池セルをより効率よく放熱できる。とくに、溝状凹部のある絶縁プレート部の内面に沿って放熱プレートを固定することで、放熱プレートの面積を大きくして効率よく放熱できる。
【００２０】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２、４２、５２が、絶縁プレート部２１の内面と電池セル１との間に、絶縁プレート部２１よりも優れた熱伝導率の熱伝導ペースト５８を充填することができる。
以上の組電池は、熱伝導ペーストによって電池セルをより効率よく放熱できる。
【００２１】
本発明の電動車両は、車両を走行させるモータに電力を供給する電源として、上記の組電池を装備することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例にかかる組電池の平面図である。
【図２】図１に示す組電池の側面図である。
【図３】図２に示す組電池の拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施例にかかる組電池の垂直縦断面図である。
【図５】図１に示す組電池のセパレータと電池セルを示す分解斜視図である。
【図６】図５に示すセパレータと電池セルを下側から見た背面斜視図である。
【図７】本発明の他の実施例にかかる組電池の拡大断面図である。
【図８】図７に示す組電池のセパレータと電池セルの斜視図である。
【図９】本発明の他の実施例にかかる組電池の拡大断面図である。
【図１０】図９に示す組電池のセパレータの斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施例にかかる組電池の拡大断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例にかかる組電池の拡大断面図である。
【図１３】図１２に示す組電池のセパレータの斜視図である。
【図１４】本発明の他の実施例にかかる組電池の拡大断面図である。
【図１５】本発明の他の実施例にかかる組電池の拡大断面図である。
【図１６】本発明の一実施例にかかる電動車両であってエンジンとモータで走行するハイブリッドカーを示すブロック図である。
【図１７】本発明の他の実施例にかかる電動車両であってモータのみで走行する電気
【図１８】従来の組電池の平面図である。
【図１９】図１８に示す組電池の垂直縦断面図である。
【図２０】電池セルを熱収縮チューブで被覆した状態を示す三面図である。
【図２１】図２０の電池セルを熱収縮チューブで被覆する様子を示す斜視図である。
【図２２】図２１の状態から熱収縮チューブを熱収縮させる様子を示す斜視図である。
【図２３】図１９に示す組電池のセパレータの底部に隙間を設けた状態を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための組電池とこれを装備する電動車両を例示するものであって、本発明は組電池と電動車両を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２４】
図１ないし図４に示す組電池は、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。ただし、ハイブリッドカーや電気自動車等の電動車両以外の用途であって、大出力が要求される用途にも使用される。
【００２５】
図１ないし図４に示す組電池１００、２００は、外形を角形とする複数の電池セル１をセパレータ２、３２を挟んで積層して電池ブロック１０、３０としている。電池ブロック１０、３０の両端面には、エンドプレート３を配置して、一対のエンドプレート３を連結固定具４で固定して、積層しているセパレータ２、３２と電池セル１とを所定の圧力で押圧する状態に固定している。エンドプレート３は、電池セル１の外形とほぼ同じ形状と寸法の四角形として、電池ブロック１０、３０を両端面から挟着して固定している。
【００２６】
組電池１００は、図１ないし図３に示すように、電池セル１とセパレータ２との間に送風隙間１６を設けて、この送風隙間１６に冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却し、あるいは、図４に示すように、電池セル１を冷却プレート３３に熱結合して冷却する。送風隙間１６に強制送風して冷却する組電池１００は、図１に示すように、送風隙間１６に連結する送風ダクト６を対向位置に設けている。この組電池１００は、送風ダクト６を介して送風隙間１６に冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却する。さらに、組電池は、送風ダクト６から送風隙間１６に加温気体を強制送風して電池セル１を加温することもできる。冷却プレート３３で電池セル１を冷却する組電池２００は、図４に示すように、冷却プレート３３の内部に冷媒通路３４を設け、この冷媒通路３４に液化された冷媒を供給し、供給される冷媒を冷媒通路３４で気化させて、冷媒の気化熱で強制的に冷却して、電池セル１を冷却する。
【００２７】
（電池セル１）
電池セル１は、幅よりも厚さが薄い外形を四角形とする薄型の角形電池で、互いに平行な姿勢として絶縁材のセパレータ２を間に挟んでセパレータ２でもって絶縁状態に積層している。電池セル１は、図５に示すように、上面１Ｃの両端部に正負の電極端子１３を突出させて固定している。電極端子１３を突出させる位置は、正極と負極が左右対称となる位置としている。これにより、電池セル１を裏返して重ねて積層し、隣接して接近する正極と負極の電極端子１３を金属板のバスバー（図示せず）で接続し、あるいは直接に接続して、直列に接続できる。電池セル１を直列に接続している組電池１００は、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、組電池は、電池セルを並列に接続して電流容量を大きくすることもできる。
【００２８】
電池セル１はリチウムイオン二次電池である。ただし、電池セル１はリチウムイオン二次電池には特定されず、充電できる全ての電池、たとえばニッケル水素電池なども使用できる。電池セル１は、正負の電極板を積層している電極体を外装缶１１に収納して電解液を充填して気密に密閉したものである。外装缶１１は、図５と図６に示すように、底を閉塞する四角い筒状に金属板をプレス加工したもので、上方の開口部を金属板の封口板１２で気密に閉塞している。外装缶１１は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工して製作される。金属板を深絞り加工している外装缶１１は、開口部に向かって内形を大きくするテーパー状としている。深絞り加工の金型を型抜きするためである。したがって、外装缶１１は、開口部となる上端の外形を底面の外形よりもわずかに大きくしている。封口板１２は、外装缶１１と同じように、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。この封口板１２は、正負の電極端子１３を両端部に、端子ホルダ１４を介して固定している。封口板１２は、外装缶１１の開口部に挿入され、封口板１２の外周と外装缶１１の内周との境界にレーザービームを照射して、封口板１２は外装缶１１にレーザー溶接して気密に固定されている。
【００２９】
（端子ホルダ１４）
端子ホルダ１４は、傾斜面を有する三角形状に形成されており、電池セル１の上面１Ｃで電極端子１３の突出部分を除く周囲を絶縁している。この端子ホルダ１４は、プラスチックなどの絶縁性部材で構成される。端子ホルダ１４の傾斜面には電極端子１３を配置しており、電極端子１３を傾斜姿勢で突出させた状態で、電池セル１の両端部の定位置に配置している。一方、正負の電極端子１３は、内蔵する正負の電極板（図示せず）に接続されている。
【００３０】
（セパレータ２）
セパレータ２は、互いに隣接する電池セル１の間に挟着されて、隣接する電池セル１を一定の間隔に保持して絶縁する。このため、セパレータ２は、絶縁材で構成され、隣接する電池セル１の外装缶１１を絶縁しながら保護する。このセパレータ２は、プラスチック等の絶縁材を成形して製作される。
【００３１】
セパレータ２は、全体を絶縁材のプラスチックで一体的に成形している。このセパレータ２は、隣接する電池セル１の間に挟着されて、隣接する電池セル１を絶縁状態に積層する絶縁プレート部２１の外周部に、電池セル１の底面１Ａと、両側側面１Ｂと、上面１Ｃの外側に配置される外周壁２２を設けて、絶縁プレート部２１と外周壁２２の内側に、電池セル１を定位置にセットする箱形凹部２３を設けている。セパレータ２は、箱形凹部２３の内形を電池セル１の外形にほぼ等しくして、外周壁２２の内側に電池セル１を入れて、電池セル１を定位置に配置している。
【００３２】
外周壁２２は、電池セル１の底面１Ａの外側に配置している底外周壁２２Ａと、電池セル１の両側面１Ｂの外側に位置する両側外周壁２２Ｂと、電池セル１の上面１Ｃの外側に位置する上外周壁２２Ｃとからなる。外周壁２２は、電池セル１を箱形凹部２３の内部に収納できるように、電池セル１の厚さ（ｔ）以上の幅（Ｗ）を有する。このセパレータ２は、外周壁２２を接触させる状態で、箱形凹部２３の内部に電池セル１を収納して保護できる特徴がある。ただし、外周壁は、必ずしも底外周壁と両側外周壁と上外周壁の全ての幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）以上とする必要はなく、底外周壁のみの幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）以上とし、あるいは底外周壁と両側外周壁を電池セルの厚さ（ｔ）以上として上外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）よりも小さくし、あるいはまた、底外周壁と上外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）以上として両側外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）よりも小さくすることもできる。
【００３３】
底外周壁２２Ａは、その幅（Ｗ）を電池セル１の厚さ（ｔ）以上とすることに加えて、図３と図４の断面図に示すように、下方に突出する凸部２４を設けている。凸部２４は、組電池の下方に配設されるケースの底板８（図３参照）や冷却プレート３３（図４参照）等のプレートから電池セル１を離して配置する。凸部２４は、高くすることで、下方に配設されるプレートからの距離を大きくして、より好ましい絶縁状態を実現する。したがって、凸部２４の高さ（Ｈ）は、好ましくは、３ｍｍよりも高く、さらに好ましくは４ｍｍよりも高く、最適には５ｍｍよりも高くする。ただ、凸部が高すぎると組電池の全高が高くなるので、凸部２４の高さ（Ｈ）は、好ましくは２０ｍｍよりも低く、さらに好ましくは１５ｍｍよりも低くする。凸部２４のある底外周壁２２Ａは、凸部２４でもって下面に配設されるプレートから持ち上げられて離された状態に配置される。このセパレータ２は、電池ブロック１０の結露水がプレートに流れ落ちる状態となり、またプレートに結露水が付着し、あるいは他の原因でプレートに水が付着しても、この水から電池セル１を離して、絶縁状態に配置できる。
【００３４】
図５と図６のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの先端縁に沿って凸部２４を設けているが、凸部は、底外周壁の中間に設けることも、あるいは、底外周壁の絶縁プレート部側の下面に設けることもできる。図のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの長手方向に沿って、その全体に凸部２４を設けている。この構造は、凸部２４を長くできるので、底外周壁２２Ａの上に載せる電池セル１の耐荷重を大きくできる。ただ、凸部は、底外周壁を、下方に配設されるプレートから離すために設けるので、必ずしも底外周壁の全長に沿って設ける必要はなく、底外周壁に部分的に設けることもできる。
【００３５】
さらに、図５のセパレータ２は、電池セル１の底面１Ａの全面をカバーする長さ（Ｌ１）の底外周壁２２Ａを設けている。このセパレータ２は、電池セル１の底面１Ａの全面をカバーすることで、熱収縮チューブで被覆されない電池セル１の底面１Ａを、より確実に絶縁しながら保護できる特徴を実現する。
【００３６】
さらに、図５に示すセパレータ２は、両側外周壁２２Ｂを、電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーする長さ（Ｌ２）としている。このセパレータ２は、両側外周壁２２Ｂで電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーすることで、電池セル１の両側面１Ｂをより確実に絶縁しながら保護できる特徴がある。また、セパレータ２は、底外周壁２２Ａ及び両側外周壁２２Ｂの幅（Ｗ）を電池セル１の厚さ（ｔ）に等しく、あるいはこれより大きくすることで、電池セル１を挟着する状態で、電池セル１の底面１Ａの両側縁部の前面をカバーして、理想的な状態で電池セル１を保護し、かつ絶縁状態に配置できる。
【００３７】
上外周壁２２Ｃは、電池セル１の上面１Ｃの両端部をカバーする位置に設けられる。電池セル１は上面１Ｃに電極端子１３や安全弁の吐出口１５を設けているので、この領域を上外周壁２２Ｃでカバーしない。図５のセパレータ２は、上外周壁２２Ｃを両側外周壁２２Ｂに連続する形状として、電池セル１の上面１Ｃの両端部のコーナー部を外周壁２２でカバーしている。このセパレータ２は、両側外周壁２２Ｂの上端を上外周壁２２Ｃに直角に連結する形状とし、かつ両側外周壁２２Ｂの下端を底外周壁２２Ａに直角に連結する形状としている。
【００３８】
図３と図６のセパレータ２は、電池セル１の間に挟まれる絶縁プレート部２１に、電池セル１を効率よく冷却するために、外側面に複数の放熱リブ２５を設けている。図に示すセパレータ２は、絶縁プレート部２１の外側面から突出して、電池セル１の幅方向に延びる複数列の放熱リブ２５を互いに平行に設けている。このセパレータ２は、複数列の放熱リブ２５を設けることで、互いに隣接する放熱リブ２５の間に、冷却用の気体を強制送風する送風隙間１６を設けている。放熱リブ２５は、絶縁プレート部２１の放熱面積を大きくして電池セル１を効率よく放熱し、さらに、放熱リブ２５の間に冷却空気などの冷却気体を強制送風して、電池セル１をより効率よく放熱する。このように、放熱リブ２５を備えるセパレータ２は、放熱リブ２５の数を多くすることで、外側面の表面積を広くして放熱面積を大きくできる。また、隣接する放熱リブ２５の間隔を広くすることで、冷却用の気体を強制送風する送風隙間１６を広くして、効率よく冷却気体を送風できる。したがって、放熱リブ２５を備えるセパレータ２は、以上のことを考慮して、外側面に設ける複数の放熱リブ２５の個数と間隔を適宜変更する。
【００３９】
図３のセパレータ２は、絶縁プレート部２１に冷却空気を強制送風する送風隙間１６を設けている。送風隙間１６のあるセパレータ２は、ここに空気などの冷却用の気体を強制送風して電池セル１を強制冷却する。ただし、セパレータは、必ずしも放熱リブや送風隙間を設ける必要はない。それは、図４に示すように、組電池２００の底面を、冷媒などで強制冷却される冷却プレート３３に熱結合して強制的に冷却することができるからである。図４に示すセパレータ３２は、絶縁プレート部２１の外側面に複数の放熱リブを設けることなく、絶縁プレート部２１の外側面を平面状として、隣接する電池セル１に対向して積層している。
【００４０】
さらに、図３の組電池は、電池セル１をセパレータ２の箱形凹部２３の内面に接着剤１７を介して密着している。接着剤１７は、絶縁プレート部２１と電池セル１との間に、さらに、絶縁プレート部２１と電池セル１との間に加えて、外周壁２２と電池セル１との間にもあって、電池セル１を箱形凹部２３の内面に隙間なく密着する。この組電池は、電池セル１とセパレータ２とを隙間なく密着して、この間に空気が侵入しない構造にできる。このため、電池セル１とセパレータ２との間の結露を有効に防止できる。
【００４１】
さらに、図７の組電池は、図８に示すように、セパレータ２の底外周壁２２Ａで電池セル１の底面１Ａの全面をカバーすると共に、セパレータ２の両側外周壁２２Ｂで電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーし、底外周壁２２Ａと両側外周壁２２Ｂとの開口部に被覆シート１８を接着している。さらに、被覆シート１８は、電池セル１の表面にも接着されて、電池セル１の表面を被覆シート１８で被覆している。この組電池は、被覆シート１８でもって、電池セル１の結露を有効に阻止できる。また、被覆シート１８を絶縁シートとすることで、積層する電池セル１を、被覆シート１８と、セパレータ２の絶縁プレート部２１の両方で絶縁して、より確実に絶縁状態に積層する。
【００４２】
さらに、図９の組電池は、セパレータ４２の絶縁プレート部２１に放熱開口２６を設けている。図９と図１０に示すセパレータ４２は、絶縁プレート部２１にスリット状の放熱開口２６を複数列に開口している。複数列の放熱開口２６は、絶縁プレート部２１の外側面に突出する複数列の放熱リブ２５の間に位置して、互いに平行に開口している。このように、絶縁プレート部２１に放部熱開口２６を備えるセパレータ４２は、この放熱開口２６から電池セル１の発熱を効率よく放熱できる。とくに、スリット状の放熱開口２６を放熱リブ２５の間に位置して開口する構造は、放熱リブ２５の間に形成される送風隙間１６を通過する冷却気体を細長い放熱開口２６に沿って通過させて、電池セル１をより効果的に冷却できる。
【００４３】
さらに、図１１に示す組電池は、セパレータ４２の絶縁プレート部２１の内面と電池セル１との間に絶縁シート１９を接着している。図のセパレータ４２は、絶縁プレート部２１の内面に絶縁シート１９を接着して、絶縁プレート部２１に開口された複数列の放熱開口２６を閉塞している。このセパレータ４２は、絶縁シート１９で放熱開口２６を閉塞するので、水や異物等が放熱開口２６を通過して箱形凹部２３の内部に侵入するのを確実に阻止できる。さらに、絶縁シート１９で電池セル１を効果的に絶縁しながら、この絶縁シート１９を介して電池セル１を放熱させることで、電池セル１を効率よく放熱できる。さらにまた、電池セル１の外装缶１１が放熱開口２６から外部に表出するのを防止して、電池セル１の結露を有効に阻止できる。
【００４４】
さらに、図１２の組電池は、セパレータ５２の絶縁プレート部２１の内面に溝状凹部２７を設けている。図１２と図１３に示すセパレータ５２は、電池セル１の幅方向に延びる複数列の溝状凹部２７を互いに平行に設けている。さらに、図に示すセパレータ５２は、絶縁プレート部２１の内面に溝状凹部２７を設けることで、絶縁プレート部２１の外側面に、放熱凸部２８を形成して設けている。いいかえると、このセパレータ５２は、絶縁プレート部２１の外側面に複数列の放熱凸部２８を平行に設けて、これらの放熱凸部２８の内部に溝状凹部２７を設けている。このセパレータ５２は、図１２に示すように、放熱凸部２８の内部に溝状凹部２７を設けることで、絶縁プレート部２１の断面形状を矩形波状としている。このセパレータ５２は、放熱凸部２８の先端面を隣接する電池セル１に対向させると共に、互いに隣接する放熱凸部２８の間に、冷却用の気体を強制送風する送風隙間１６を設けている。このセパレータ５２は、絶縁プレート部２１の内側面の表面積を広くして電池セル１の熱を効率よく絶縁プレート部２１に伝導しながら、絶縁プレート部２１の外側面に突出する放熱凸部２８から外部に放熱して、送風隙間１６を通過する冷却気体で効果的に冷却される。放熱凸部２８を有するセパレータ５２は、放熱凸部２８の数を多くすることで、内部に設ける溝状凹部２７を多くしながら、外側面の放熱面積を大きくできる。また、隣接する放熱凸部２８の間隔を広くすることで、冷却用の気体を強制送風する送風隙間１６を広くして、効率よく冷却気体を送風できる。したがって、放熱凸部２８を備えるセパレータ５２は、以上のことを考慮して、外側面に設ける放熱凸部２８の個数と間隔を適宜変更する。
【００４５】
さらに、図１４の組電池は、絶縁プレート部２１の内面に沿って、絶縁プレート部２１よりも優れた熱伝導率の放熱プレート５７を配設している。この放熱プレート５７として、絶縁プレート部２１よりも熱伝導に優れたラミネート板または金属板が使用できる。図に示すセパレータ５２は、絶縁プレート部２１の内面に複数の溝状凹部２７を設けているので、放熱プレート５７を絶縁プレート部２１の内面に沿う形状に折曲加工している。放熱プレート５７は、図１４に示すように、溝状凹部２７に嵌入される凸状折曲部５７Ａを折曲加工して設けており、全体の形状を矩形波状とすることで放熱プレート５７全体の面積を大きくして放熱特性を向上している。放熱プレート５７は、凸状折曲部５７Ａを溝状凹部２７に挿入して、広い面積で絶縁プレート部２１に面接触させながら、内側面を電池セル１の表面に密着させる状態で、絶縁プレート部２１と電池セル１の間に挟着されている。この構造は、放熱プレート５７を介して電池セル１の熱を効率よく絶縁プレート部２１に伝導して、より効果的に放熱できる。ただ、放熱プレートは、図示しないが、溝状凹部を設けていない絶縁プレート部の内面に沿って配設することもできる。この構造も、絶縁プレート部よりも優れた熱伝導率の放熱プレートを介して、電池セルの熱を効率よく絶縁プレート部に伝導できる。
【００４６】
さらに、図１５に示す組電池は、セパレータ５２の絶縁プレート部２１の内面と電池セル１との間に、絶縁プレート部２１よりも優れた熱伝導率の熱伝導ペースト５８を充填している。図に示すセパレータ５２は、絶縁プレート部２１の内面に設けた溝状凹部２７の内部に熱伝導ペースト５８を充填している。この構造は、熱伝導ペースト５８によって、電池セル１の熱を効率よく絶縁プレート部２１に伝導して、電池セル１をより効率よく放熱できる。さらに、熱伝導ペーストは、溝状凹部の内部に加えて、絶縁プレート部の内面全体に充填して、電池セルの熱をより効率よく絶縁プレート部に伝導することもできる。以上のように、溝状凹部２７に熱伝導ペースト５８を充填する構造は、溝状凹部２７の内部に空気が侵入するのを防止して、溝状凹部２７の空気が冷却されることによる結露水の発生を確実に防止できる特徴もある。さらに、熱伝導ペーストは、図示しないが、溝状凹部を設けていない絶縁プレート部の内面と電池セルとの間に充填することもできる。この構造も、絶縁プレート部よりも優れた熱伝導率の熱伝導ペーストを介して、電池セルの熱を効率よく絶縁プレート部に伝導できる。
【００４７】
（エンドプレート）
電池セル１をセパレータ２、３２の箱形凹部２３に収納し、電池セル１が定位置に配置されたセパレータ２、３２を複数積層した電池ブロック１０、３０は、図１、図２、及び図４に示すように、両端にセパレータ２、３２を配置する状態で、両端のエンドプレート３で押圧する状態に固定される。エンドプレート３は、アルミニウムやその合金などの金属で製作され、あるいは硬質のプラスチックで製作される。エンドプレート３は、広い面積で電池セル１を挟着するために、その外形を角形の電池セル１と同じ四角形としている。四角形のエンドプレート３は、角形の電池セル１と同じ大きさに、あるいは角形の電池セル１よりもわずかに大きくしている。プラスチック製のエンドプレート３は、直接に電池セル１に積層され、金属製のエンドプレートは、絶縁材を介して電池セルに積層される。
【００４８】
エンドプレート３には、連結固定具４の端部が連結される。連結固定具４は、止ネジ５を介してエンドプレート３に連結している。図１、図２、及び図４の連結固定具４は、止ネジ５でエンドプレート３に固定しているが、連結固定具の端部を内側に折曲してエンドプレートに連結し、あるいはまた、端部をかしめてエンドプレートに連結することもできる。
【００４９】
（送風ダクト６）
図１の組電池１００は、左右の両側に一対の送風ダクト６を設けている。送風ダクト６は、流入ダクト６Ａと排出ダクト６Ｂからなる。流入ダクト６Ａと排出ダクト６Ｂは、互いに反対側に設けられて、冷却気体を流入ダクト６Ａから送風隙間１６に、送風隙間１６から排出ダクト６Ｂに送風して、電池セル１を冷却する。流入ダクト６Ａと排出ダクト６Ｂには複数の送風隙間１６が並列に連結される。したがって、流入ダクト６Ａに送風される冷却気体は、複数の送風隙間１６に分岐して送風され、流入ダクト６Ａから排出ダクト６Ｂに送風される。図の組電池１００は、流入ダクト６Ａと排出ダクト６Ｂを両側に設けているので、送風隙間１６を水平方向に伸びるように設けている。冷却気体は、送風隙間１６に水平方向に送風されて、電池セル１を冷却する。ただし、組電池は、送風隙間を上下方向に伸びるように設けて、一対の送風ダクトを組電池の上下の対向面に設けることもできる。
【００５０】
以上の組電池１００を備える電源装置は、図示しないが、電池セル１の温度を検出する複数の温度センサと、この温度センサで検出される電池セル１の温度で、送風ダクト６を介して各々の送風隙間１６に分岐して冷却気体を送風する強制送風機７と、温度センサで検出される電池セル１の温度で電池の電流を制御する制御回路とを備える。
【００５１】
（強制送風機７）
強制送風機７は、送風ダクト６に連結される。電源装置は、たとえば、流入ダクト６Ａに強制送風機７を連結して、強制送風機７から流入ダクト６Ａに冷却気体を強制送風する。この電源装置は、強制送風機７→流入ダクト６Ａ→送風隙間１６→排出ダクト６Ｂに冷却気体を送風して、電池セル１を冷却する。ただし、強制送風機は、排出ダクトに連結することもできる。この強制送風機は、排出ダクトから冷却気体を強制的に吸入して排気する。したがって、この電源装置は、冷却気体を、流入ダクト→送風隙間→排出ダクト→強制送風機に送風して、電池セル１を冷却する。送風される冷却気体は空気であるが、空気に代わって窒素や炭酸ガスなどの不活性ガスを送風することもできる。冷却気体を不活性ガスとする電源装置は、冷却気体を循環して、電池セルを冷却する。循環される不活性ガスは、流路の途中に配設している冷却用の熱交換器で冷却されて、流入ダクト→送風隙間→排出ダクト→強制送風機に循環されて、電池セルを冷却する。
【００５２】
強制送風機７は、モータで回転されるファン７Ａを備え、モータの運転は制御回路に制御される。制御回路は、温度センサの信号で強制送風機７のモータの運転を制御する。制御回路は、温度センサが検出する最高温度が設定温度よりも高くなると、強制送風機７のモータを運転して、送風隙間１６に冷却気体を強制送風する。最高温度が設定温度よりも低くなると、モータの運転を停止する。さらに、制御回路は、温度センサの検出温度によって、モータに供給する電力をコントロールして、電池セル１を所定の温度範囲に制御することもできる。たとえば、温度センサの検出温度が高くなるとモータに供給する電力を次第に大きくして、強制送風機７が送風する風量を多くし、検出温度が低くなるとモータの供給電力を小さくして、設定された温度範囲に制御することもできる。
【００５３】
（冷却プレート３３）
さらに、図４に示す組電池２００は、底面に冷却プレート３３を設けている。この冷却プレート３３は、図に示すように、内部に冷媒通路３４を設け、この冷媒通路３４に液化された冷媒を供給し、冷媒を冷媒通路３４で気化させて、冷媒の気化熱で強制的に冷却して、セパレータ３２を介して電池セル１を冷却する。図の組電池２００は、セパレータ３２の下方に突出する凸部２４の下面を冷却プレートの上面に密着させると共に、セパレータ３２の底外周壁２２の下面と冷却プレート３３との間には、熱伝導剤３９を充填して、効率よく熱伝導できるようにしている。この熱伝導剤３９には、熱伝導ペーストや熱伝導に優れた接着剤または樹脂等が使用できる。
【００５４】
冷却プレート３３の冷媒通路３４には、冷媒を供給する冷却機構３５を連結している。この冷却機構３５は、気体の状態にある冷媒を加圧するコンプレッサ３６と、このコンプレッサ３６で加圧された気体を冷却して液化させる凝縮器３７と、この凝縮器３７で液化された冷媒を冷却プレート３３の冷媒通路３４に供給する膨張弁３８とを備えている。この冷却機構３５は、膨張弁３８を介して液化された冷媒を冷却プレート３３に供給し、供給された冷媒を冷却プレート３３の内部で気化させて気化熱で冷却プレート３３を冷媒する。気化された冷媒は、コンプレッサ３６で加圧されて凝縮器３７に供給され、凝縮器３７で液化され、膨張弁３８を介して冷却プレート３３の冷媒通路３４に循環されて、冷却プレート３３を冷媒する。この組電池２００を備える電源装置は、図示しないが、電池セル１の温度を検出する複数の温度センサと、この温度センサで検出される電池セル１の温度で電池の電流と冷却機構３５を制御する制御回路とを備える。
【００５５】
冷却プレートは、必ずしも冷媒の気化熱で冷却する必要はなく、たとえば、冷却された液体を内部に循環して冷却することができる。また、冷却プレートは、内部に冷却気体の通路を設けて、この通路に冷却された気体を強制送風して冷却することもできる。
【００５６】
以上の組電池１００、２００は、車両に搭載されて車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置として使用される。図１６に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーに電源装置９０を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する組電池を備える電源装置９０と、組電池１００、２００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置９０は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置９０の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置９０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置９０の電池を充電する。
【００５７】
また、図１７に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置９０を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する組電池１００、２００を備える電源装置９０と、この電源装置９０の電池を充電する発電機９４とを備えている。モータ９３は、電源装置９０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置９０の電池を充電する。
【符号の説明】
【００５８】
１…電池セル １Ａ…底面
１Ｂ…側面
１Ｃ…上面
２…セパレータ
３…エンドプレート
４…連結固定具
５…止ネジ
６…送風ダクト ６Ａ…流入ダクト
６Ｂ…排出ダクト
７…強制送風機 ７Ａ…ファン
８…底板
１０…電池ブロック
１１…外装缶
１２…封口板
１３…電極端子
１４…端子ホルダ
１５…吐出口
１６…送風隙間
１７…接着剤
１８…被覆シート
１９…絶縁シート
２１…絶縁プレート部
２２…外周壁 ２２Ａ…底外周壁
２２Ｂ…両側外周壁
２２Ｃ…上外周壁
２３…箱形凹部
２４…凸部
２５…放熱リブ
２６…放熱開口
２７…溝状凹部
２８…放熱凸部
３０…電池ブロック
３２…セパレータ
３３…冷却プレート
３４…冷媒通路
３５…冷却機構
３６…コンプレッサ
３７…凝縮器
３８…膨張弁
３９…熱伝導剤
４２…セパレータ
５２…セパレータ
５７…放熱プレート ５７Ａ…凸状折曲部
５８…熱伝導ペースト
８１…電池セル ８１Ａ…外装缶
８１Ｂ…天面
８１Ｃ…底面
８２…セパレータ
８３…電極端子
８５…熱収縮チューブ ８５Ｘ…ラップ溶着部
８６…隙間
９０…電源装置
９３…モータ
９４…発電機
９５…インバータ
９６…エンジン
１００…組電池
２００…組電池
ＨＶ…車両
ＥＶ…車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、ハイブリッド自動車や電気自動車等の自動車を駆動するモータの電源用等に使用される大電流用の組電及びこれを装備する電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータで走行する電気自動車、あるいはモータとエンジンの両方で走行するハイブリッド自動車等の電動車両は、多数の電池セルを備える組電池を電源として搭載している。この組電池は、モータで自動車を走行させるための出力を得るために、図１８と図１９に示すように、多数の電池セル８１を積層して接続し、出力を大きくしている。多数の電池セル８１を備える組電池は、角形の電池セル８１を積層して、外形を小さくしながら出力を大きくできる。
【０００３】
積層される電池セルとして使用されるリチウムイオン電池は、金属製の外装缶を正負の電極には接続しないが中間の電位となる。外装缶を電極に接続する電池セルは、外装缶の電位が接続している電極の電位となる。金属製の外装缶を特定の電位とする電池セルを積層して直列に接続すると、互いに隣接する電池セルの外装缶同士の間に電位差が発生する。電位差のある外装缶が電気的に接続されるとショート電流が流れるので、積層される電池セルは互いに絶縁状態で積層する必要がある。このことを実現するために、電池セル８１は、図２０に示すように、外装缶８１Ａを絶縁シートである熱収縮チューブ８５で被覆すると共に、図１９に示すように、電池セル８１の間にセパレータ８２を挟んで絶縁状態に積層している。
【０００４】
電池セル８１は、図２０に示すように、上部に電極端子８３を露出させているので、熱収縮チューブ８５は、電池セル８１の上部の電極端子８３を露出させる状態で電池セル８１を被覆する。熱収縮チューブ８５は、図２０に示すように、底を閉塞する袋状として電池セル８１の天面８１Ｂを残して被覆している。具体的には、熱収縮チューブ８５は、上端を開口して、下端を閉塞する袋状として、ここに電池セル８１を挿入して、電池セル８１を被覆する。熱収縮チューブ８５は、下端を所定の幅で重ね合わせて、ラップ部分を熱溶着して下端を閉塞している。この袋状の熱収縮チューブ８５に、図２１に示すように、開口端から電池セル８１を挿入し、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように熱収縮チューブ８５を熱収縮させて、図２０に示すように外装缶８１Ａの表面に密着させる。この構造の熱収縮チューブ８５は、外装缶の上面を除く全表面を被覆して絶縁する。
【０００５】
以上の構造は、熱収縮チューブ内に電池セルを挿入して熱溶着する作業が極めて煩雑で、製造に手間がかかる。さらに絶縁特性と熱収縮特性に優れた、特定な物性のプラスチックフィルムからなる熱収縮チューブを使用するので製造コストも高くなる。また一方で、この構造は、図２０（ｃ）の断面図に示すように電池セル８１の底面８１Ｃにおけるラップ溶着部８５Ｘの信頼性が問題となる。例えば、溶着部分にピンホールなどが発生すると、ピンホールから熱収縮チューブの内部に空気が侵入して結露が発生し、さらに、ピンホール部分が水に接触すると、この部分から内部に侵入して、電池セルに腐食などを生じる可能性がある。とくに、組電池は、電池セルを冷却するために、電池セルを積層している電池ブロックに冷却空気を強制送風し、あるいは、電池セルの底面を強制冷却する冷却プレートに熱結合させることから、電池セルに結露が発生することがある。電池セルの結露水は、流れ落ちて底部に溜まり、また底部を熱結合している冷却プレートの表面に結露することから、電池セル底部を被覆する熱収縮チューブのピンホールは、ここから結露水を内部に侵入させる原因となる。
【０００６】
さらにまた、電池セルの表面を熱収縮チューブで被覆して、電池セルの間にセパレータを配置する組電池は、隣接するセパレータでもって、熱収縮チューブを重ね合わせて溶着しているラップ溶着部を挟んで損傷させる原因ともなる。ラップ溶着部が損傷されると、ここから水や空気が侵入するのを防止できなくなる。ラップ溶着部の損傷を防止するために、図２３に示すように、セパレータ８２の底部に、ラップ溶着部８５Ｘを案内する隙間８６を設けると、電池セル８１の底面をセパレータ８２で好ましい絶縁状態に被覆できなくなる弊害がある。電池セルを積層している電池ブロックは、その底面に金属製の冷却プレートやケースの底板が配置されるので、電池セルの底面を充分な強度で絶縁し、また充分な絶縁距離を保持することが大切である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−４８９９６号公報
【特許文献２】特開２００８−１６６１９１号公報
【特許文献３】特開２００９−１８７７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、電池セルを熱収縮チューブで被覆することなく、セパレータでもって電池セルを保護しながら理想的な状態に絶縁して積層状態に固定でき、かつ電池セルとセパレータとを定位置に連結しながら積層できる組電池とこれを装備する電動車両を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、電池セルを熱収縮チューブで被覆することなく、隣接する電池セルの結露水による短絡を有効に防止できる組電池とこれを装備する電動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
本発明の組電池は、外装缶１１を金属ケースとする複数の電池セル１を絶縁材のセパレータ２、３２、４２、５２を介して積層している。セパレータ２、３２、４２、５２は、隣接する電池セル１の間に挟着されて隣接する電池セル１を絶縁状態に積層する絶縁プレート部２１の外周部に、電池セル１の底面１Ａと、両側側面１Ｂと、上面１Ｃの外側に配置される外周壁２２を設けて、絶縁プレート部２１と外周壁２２の内側に、電池セル１を定位置にセットする箱形凹部２３を設けている。さらに、電池セル１の底面１Ａに配置している底外周壁２２Ａは、下方に突出する凸部２４を有すると共に、電池セル１の厚さ（ｔ）以上の幅（Ｗ）を有している。組電池は、電池セル１をセパレータ２、３２、４２、５２の箱形凹部２３に配置して、セパレータ２、３２、４２、５２の定位置に連結している。
【００１０】
以上の組電池は、絶縁プレート部の外周に外周壁を設けているセパレータの箱形凹部に電池セルを配置して、セパレータでもって電池セルを保護しながら絶縁して積層できる。したがって、従来のように電池セルを個別に熱収縮チューブ等で被覆して絶縁することなく、セパレータを介して理想的な状態に絶縁して積層状態に固定できる特徴がある。また、以上の組電池は、セパレータの箱形凹部に電池セルをセットして定位置に配置するので、電池セルとセパレータとを定位置に連結しながら積層できる特徴も実現する。さらにまた、セパレータの底外周壁に凸部を設けているので、電池セルを熱収縮チューブで被覆することなく、隣接する電池セルの結露水による短絡を防止できる特徴がある。それは、セパレータの底外周壁に設けている凸部が、箱形凹部に配置している電池セルの底面を浮かせる状態として絶縁するからである。
【００１１】
本発明の組電池は、セパレータ２、４２が、絶縁プレート部２１の外側面１Ｂに複数の放熱リブ２５を設けることができる。
以上の組電池は、放熱リブによって絶縁プレート部の放熱面積を大きくして電池セルを効率よく放熱できる特徴がある。
【００１２】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２、４２、５２の底外周壁２２Ａが、電池セル１の底面１Ａの全面をカバーすることができる。
以上の組電池は、電池セルの底面の全面を底外周壁でカバーするので、電池セルの底面をより確実に絶縁しながら保護できる特徴がある。
【００１３】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２、４２、５２が、電池セル１の両側面１Ｂの外側に位置する両側外周壁２２Ｂで、電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーすることができる。
以上の組電池は、電池セルの両側面の全面を両側外周壁でカバーするので、電池セルの両側面をより確実に絶縁しながら保護できる特徴がある。
【００１４】
本発明の組電池は、電池セル１を、セパレータ２、３２、４２、５２の箱形凹部２３の内面に、接着剤１７を介して密着させることができる。
以上の組電池は、電池セルとセパレータとを隙間なく密着できるので、電池セルとセパレータとの間の結露を有効に防止できる特徴がある。それは、電池セルとセパレータとの間への空気の侵入を阻止して、空気中の水分の結露を阻止できるからである。
【００１５】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２、４２、５２の底外周壁２２Ａで電池セル１の底面１Ａの全面をカバーし、かつセパレータ２、３２、４２、５２の両側外周壁２２Ｂで電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーし、さらに、底外周壁２２Ａと両側外周壁２２Ｂとの開口部に被覆シート１８を接着して、この被覆シート１８を、電池セル１の表面に接着させることができる。
以上の組電池は、電池セルの表面を被覆シートで被覆することで、この面の結露を防止できる特徴がある。さらに、この被覆シートに絶縁シートを使用することで、積層する電池セルをより確実に絶縁状態で積層できる特徴も実現する。
【００１６】
本発明の組電池は、セパレータ４２が、絶縁プレート部２１に放熱開口２６を設けることができる。
以上の組電池は、絶縁プレート部に放熱開口を設けているので、この放熱開口から電池セルの発熱を放熱することで、電池セルをより効果的に放熱できる特徴がある。
【００１７】
本発明の組電池は、セパレータ４２の絶縁プレート部２１の内面と電池セル１との間に絶縁シート１９を接着することができる。
以上の組電池は、放熱開口を絶縁シートで閉塞するので、絶縁シートでもって電池セルを効果的に絶縁しながら、絶縁シートを介して電池セルを放熱させることで、電池セルの放熱もよくできる。
【００１８】
本発明の組電池は、セパレータ４２、５２が、絶縁プレート部２１の内面に複数の溝状凹部２７を備えることができる。
以上の組電池は、絶縁プレート部の内面に設けた溝状凹部によって、絶縁プレート部の内側の表面積を広くして電池セルを効果的に放熱できる。
【００１９】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２、４２、５２が、絶縁プレート部２１の内面に沿って、絶縁プレート部２１よりも優れた熱伝導率の放熱プレート５７を備えることができる。
以上の組電池は、絶縁プレート部と電池セルとの間に設けている放熱プレートによって、電池セルをより効率よく放熱できる。とくに、溝状凹部のある絶縁プレート部の内面に沿って放熱プレートを固定することで、放熱プレートの面積を大きくして効率よく放熱できる。
【００２０】
本発明の組電池は、セパレータ２、３２、４２、５２が、絶縁プレート部２１の内面と電池セル１との間に、絶縁プレート部２１よりも優れた熱伝導率の熱伝導ペースト５８を充填することができる。
以上の組電池は、熱伝導ペーストによって電池セルをより効率よく放熱できる。
【００２１】
本発明の電動車両は、車両を走行させるモータに電力を供給する電源として、上記の組電池を装備することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例にかかる組電池の平面図である。
【図２】図１に示す組電池の側面図である。
【図３】図２に示す組電池の拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施例にかかる組電池の垂直縦断面図である。
【図５】図１に示す組電池のセパレータと電池セルを示す分解斜視図である。
【図６】図５に示すセパレータと電池セルを下側から見た背面斜視図である。
【図７】本発明の他の実施例にかかる組電池の拡大断面図である。
【図８】図７に示す組電池のセパレータと電池セルの斜視図である。
【図９】本発明の他の実施例にかかる組電池の拡大断面図である。
【図１０】図９に示す組電池のセパレータの斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施例にかかる組電池の拡大断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例にかかる組電池の拡大断面図である。
【図１３】図１２に示す組電池のセパレータの斜視図である。
【図１４】本発明の他の実施例にかかる組電池の拡大断面図である。
【図１５】本発明の他の実施例にかかる組電池の拡大断面図である。
【図１６】本発明の一実施例にかかる電動車両であってエンジンとモータで走行するハイブリッドカーを示すブロック図である。
【図１７】本発明の他の実施例にかかる電動車両であってモータのみで走行する電気
【図１８】従来の組電池の平面図である。
【図１９】図１８に示す組電池の垂直縦断面図である。
【図２０】電池セルを熱収縮チューブで被覆した状態を示す三面図である。
【図２１】図２０の電池セルを熱収縮チューブで被覆する様子を示す斜視図である。
【図２２】図２１の状態から熱収縮チューブを熱収縮させる様子を示す斜視図である。
【図２３】図１９に示す組電池のセパレータの底部に隙間を設けた状態を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための組電池とこれを装備する電動車両を例示するものであって、本発明は組電池と電動車両を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２４】
図１ないし図４に示す組電池は、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。ただし、ハイブリッドカーや電気自動車等の電動車両以外の用途であって、大出力が要求される用途にも使用される。
【００２５】
図１ないし図４に示す組電池１００、２００は、外形を角形とする複数の電池セル１をセパレータ２、３２を挟んで積層して電池ブロック１０、３０としている。電池ブロック１０、３０の両端面には、エンドプレート３を配置して、一対のエンドプレート３を連結固定具４で固定して、積層しているセパレータ２、３２と電池セル１とを所定の圧力で押圧する状態に固定している。エンドプレート３は、電池セル１の外形とほぼ同じ形状と寸法の四角形として、電池ブロック１０、３０を両端面から挟着して固定している。
【００２６】
組電池１００は、図１ないし図３に示すように、電池セル１とセパレータ２との間に送風隙間１６を設けて、この送風隙間１６に冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却し、あるいは、図４に示すように、電池セル１を冷却プレート３３に熱結合して冷却する。送風隙間１６に強制送風して冷却する組電池１００は、図１に示すように、送風隙間１６に連結する送風ダクト６を対向位置に設けている。この組電池１００は、送風ダクト６を介して送風隙間１６に冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却する。さらに、組電池は、送風ダクト６から送風隙間１６に加温気体を強制送風して電池セル１を加温することもできる。冷却プレート３３で電池セル１を冷却する組電池２００は、図４に示すように、冷却プレート３３の内部に冷媒通路３４を設け、この冷媒通路３４に液化された冷媒を供給し、供給される冷媒を冷媒通路３４で気化させて、冷媒の気化熱で強制的に冷却して、電池セル１を冷却する。
【００２７】
（電池セル１）
電池セル１は、幅よりも厚さが薄い外形を四角形とする薄型の角形電池で、互いに平行な姿勢として絶縁材のセパレータ２を間に挟んでセパレータ２でもって絶縁状態に積層している。電池セル１は、図５に示すように、上面１Ｃの両端部に正負の電極端子１３を突出させて固定している。電極端子１３を突出させる位置は、正極と負極が左右対称となる位置としている。これにより、電池セル１を裏返して重ねて積層し、隣接して接近する正極と負極の電極端子１３を金属板のバスバー（図示せず）で接続し、あるいは直接に接続して、直列に接続できる。電池セル１を直列に接続している組電池１００は、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、組電池は、電池セルを並列に接続して電流容量を大きくすることもできる。
【００２８】
電池セル１はリチウムイオン二次電池である。ただし、電池セル１はリチウムイオン二次電池には特定されず、充電できる全ての電池、たとえばニッケル水素電池なども使用できる。電池セル１は、正負の電極板を積層している電極体を外装缶１１に収納して電解液を充填して気密に密閉したものである。外装缶１１は、図５と図６に示すように、底を閉塞する四角い筒状に金属板をプレス加工したもので、上方の開口部を金属板の封口板１２で気密に閉塞している。外装缶１１は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工して製作される。金属板を深絞り加工している外装缶１１は、開口部に向かって内形を大きくするテーパー状としている。深絞り加工の金型を型抜きするためである。したがって、外装缶１１は、開口部となる上端の外形を底面の外形よりもわずかに大きくしている。封口板１２は、外装缶１１と同じように、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。この封口板１２は、正負の電極端子１３を両端部に、端子ホルダ１４を介して固定している。封口板１２は、外装缶１１の開口部に挿入され、封口板１２の外周と外装缶１１の内周との境界にレーザービームを照射して、封口板１２は外装缶１１にレーザー溶接して気密に固定されている。
【００２９】
（端子ホルダ１４）
端子ホルダ１４は、傾斜面を有する三角形状に形成されており、電池セル１の上面１Ｃで電極端子１３の突出部分を除く周囲を絶縁している。この端子ホルダ１４は、プラスチックなどの絶縁性部材で構成される。端子ホルダ１４の傾斜面には電極端子１３を配置しており、電極端子１３を傾斜姿勢で突出させた状態で、電池セル１の両端部の定位置に配置している。一方、正負の電極端子１３は、内蔵する正負の電極板（図示せず）に接続されている。
【００３０】
（セパレータ２）
セパレータ２は、互いに隣接する電池セル１の間に挟着されて、隣接する電池セル１を一定の間隔に保持して絶縁する。このため、セパレータ２は、絶縁材で構成され、隣接する電池セル１の外装缶１１を絶縁しながら保護する。このセパレータ２は、プラスチック等の絶縁材を成形して製作される。
【００３１】
セパレータ２は、全体を絶縁材のプラスチックで一体的に成形している。このセパレータ２は、隣接する電池セル１の間に挟着されて、隣接する電池セル１を絶縁状態に積層する絶縁プレート部２１の外周部に、電池セル１の底面１Ａと、両側側面１Ｂと、上面１Ｃの外側に配置される外周壁２２を設けて、絶縁プレート部２１と外周壁２２の内側に、電池セル１を定位置にセットする箱形凹部２３を設けている。セパレータ２は、箱形凹部２３の内形を電池セル１の外形にほぼ等しくして、外周壁２２の内側に電池セル１を入れて、電池セル１を定位置に配置している。
【００３２】
外周壁２２は、電池セル１の底面１Ａの外側に配置している底外周壁２２Ａと、電池セル１の両側面１Ｂの外側に位置する両側外周壁２２Ｂと、電池セル１の上面１Ｃの外側に位置する上外周壁２２Ｃとからなる。外周壁２２は、電池セル１を箱形凹部２３の内部に収納できるように、電池セル１の厚さ（ｔ）以上の幅（Ｗ）を有する。このセパレータ２は、外周壁２２を接触させる状態で、箱形凹部２３の内部に電池セル１を収納して保護できる特徴がある。ただし、外周壁は、必ずしも底外周壁と両側外周壁と上外周壁の全ての幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）以上とする必要はなく、底外周壁のみの幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）以上とし、あるいは底外周壁と両側外周壁を電池セルの厚さ（ｔ）以上として上外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）よりも小さくし、あるいはまた、底外周壁と上外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）以上として両側外周壁の幅（Ｗ）を電池セルの厚さ（ｔ）よりも小さくすることもできる。
【００３３】
底外周壁２２Ａは、その幅（Ｗ）を電池セル１の厚さ（ｔ）以上とすることに加えて、図３と図４の断面図に示すように、下方に突出する凸部２４を設けている。凸部２４は、組電池の下方に配設されるケースの底板８（図３参照）や冷却プレート３３（図４参照）等のプレートから電池セル１を離して配置する。凸部２４は、高くすることで、下方に配設されるプレートからの距離を大きくして、より好ましい絶縁状態を実現する。したがって、凸部２４の高さ（Ｈ）は、好ましくは、３ｍｍよりも高く、さらに好ましくは４ｍｍよりも高く、最適には５ｍｍよりも高くする。ただ、凸部が高すぎると組電池の全高が高くなるので、凸部２４の高さ（Ｈ）は、好ましくは２０ｍｍよりも低く、さらに好ましくは１５ｍｍよりも低くする。凸部２４のある底外周壁２２Ａは、凸部２４でもって下面に配設されるプレートから持ち上げられて離された状態に配置される。このセパレータ２は、電池ブロック１０の結露水がプレートに流れ落ちる状態となり、またプレートに結露水が付着し、あるいは他の原因でプレートに水が付着しても、この水から電池セル１を離して、絶縁状態に配置できる。
【００３４】
図５と図６のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの先端縁に沿って凸部２４を設けているが、凸部は、底外周壁の中間に設けることも、あるいは、底外周壁の絶縁プレート部側の下面に設けることもできる。図のセパレータ２は、底外周壁２２Ａの長手方向に沿って、その全体に凸部２４を設けている。この構造は、凸部２４を長くできるので、底外周壁２２Ａの上に載せる電池セル１の耐荷重を大きくできる。ただ、凸部は、底外周壁を、下方に配設されるプレートから離すために設けるので、必ずしも底外周壁の全長に沿って設ける必要はなく、底外周壁に部分的に設けることもできる。
【００３５】
さらに、図５のセパレータ２は、電池セル１の底面１Ａの全面をカバーする長さ（Ｌ１）の底外周壁２２Ａを設けている。このセパレータ２は、電池セル１の底面１Ａの全面をカバーすることで、熱収縮チューブで被覆されない電池セル１の底面１Ａを、より確実に絶縁しながら保護できる特徴を実現する。
【００３６】
さらに、図５に示すセパレータ２は、両側外周壁２２Ｂを、電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーする長さ（Ｌ２）としている。このセパレータ２は、両側外周壁２２Ｂで電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーすることで、電池セル１の両側面１Ｂをより確実に絶縁しながら保護できる特徴がある。また、セパレータ２は、底外周壁２２Ａ及び両側外周壁２２Ｂの幅（Ｗ）を電池セル１の厚さ（ｔ）に等しく、あるいはこれより大きくすることで、電池セル１を挟着する状態で、電池セル１の底面１Ａの両側縁部の前面をカバーして、理想的な状態で電池セル１を保護し、かつ絶縁状態に配置できる。
【００３７】
上外周壁２２Ｃは、電池セル１の上面１Ｃの両端部をカバーする位置に設けられる。電池セル１は上面１Ｃに電極端子１３や安全弁の吐出口１５を設けているので、この領域を上外周壁２２Ｃでカバーしない。図５のセパレータ２は、上外周壁２２Ｃを両側外周壁２２Ｂに連続する形状として、電池セル１の上面１Ｃの両端部のコーナー部を外周壁２２でカバーしている。このセパレータ２は、両側外周壁２２Ｂの上端を上外周壁２２Ｃに直角に連結する形状とし、かつ両側外周壁２２Ｂの下端を底外周壁２２Ａに直角に連結する形状としている。
【００３８】
図３と図６のセパレータ２は、電池セル１の間に挟まれる絶縁プレート部２１に、電池セル１を効率よく冷却するために、外側面に複数の放熱リブ２５を設けている。図に示すセパレータ２は、絶縁プレート部２１の外側面から突出して、電池セル１の幅方向に延びる複数列の放熱リブ２５を互いに平行に設けている。このセパレータ２は、複数列の放熱リブ２５を設けることで、互いに隣接する放熱リブ２５の間に、冷却用の気体を強制送風する送風隙間１６を設けている。放熱リブ２５は、絶縁プレート部２１の放熱面積を大きくして電池セル１を効率よく放熱し、さらに、放熱リブ２５の間に冷却空気などの冷却気体を強制送風して、電池セル１をより効率よく放熱する。このように、放熱リブ２５を備えるセパレータ２は、放熱リブ２５の数を多くすることで、外側面の表面積を広くして放熱面積を大きくできる。また、隣接する放熱リブ２５の間隔を広くすることで、冷却用の気体を強制送風する送風隙間１６を広くして、効率よく冷却気体を送風できる。したがって、放熱リブ２５を備えるセパレータ２は、以上のことを考慮して、外側面に設ける複数の放熱リブ２５の個数と間隔を適宜変更する。
【００３９】
図３のセパレータ２は、絶縁プレート部２１に冷却空気を強制送風する送風隙間１６を設けている。送風隙間１６のあるセパレータ２は、ここに空気などの冷却用の気体を強制送風して電池セル１を強制冷却する。ただし、セパレータは、必ずしも放熱リブや送風隙間を設ける必要はない。それは、図４に示すように、組電池２００の底面を、冷媒などで強制冷却される冷却プレート３３に熱結合して強制的に冷却することができるからである。図４に示すセパレータ３２は、絶縁プレート部２１の外側面に複数の放熱リブを設けることなく、絶縁プレート部２１の外側面を平面状として、隣接する電池セル１に対向して積層している。
【００４０】
さらに、図３の組電池は、電池セル１をセパレータ２の箱形凹部２３の内面に接着剤１７を介して密着している。接着剤１７は、絶縁プレート部２１と電池セル１との間に、さらに、絶縁プレート部２１と電池セル１との間に加えて、外周壁２２と電池セル１との間にもあって、電池セル１を箱形凹部２３の内面に隙間なく密着する。この組電池は、電池セル１とセパレータ２とを隙間なく密着して、この間に空気が侵入しない構造にできる。このため、電池セル１とセパレータ２との間の結露を有効に防止できる。
【００４１】
さらに、図７の組電池は、図８に示すように、セパレータ２の底外周壁２２Ａで電池セル１の底面１Ａの全面をカバーすると共に、セパレータ２の両側外周壁２２Ｂで電池セル１の両側面１Ｂの全面をカバーし、底外周壁２２Ａと両側外周壁２２Ｂとの開口部に被覆シート１８を接着している。さらに、被覆シート１８は、電池セル１の表面にも接着されて、電池セル１の表面を被覆シート１８で被覆している。この組電池は、被覆シート１８でもって、電池セル１の結露を有効に阻止できる。また、被覆シート１８を絶縁シートとすることで、積層する電池セル１を、被覆シート１８と、セパレータ２の絶縁プレート部２１の両方で絶縁して、より確実に絶縁状態に積層する。
【００４２】
さらに、図９の組電池は、セパレータ４２の絶縁プレート部２１に放熱開口２６を設けている。図９と図１０に示すセパレータ４２は、絶縁プレート部２１にスリット状の放熱開口２６を複数列に開口している。複数列の放熱開口２６は、絶縁プレート部２１の外側面に突出する複数列の放熱リブ２５の間に位置して、互いに平行に開口している。このように、絶縁プレート部２１に放部熱開口２６を備えるセパレータ４２は、この放熱開口２６から電池セル１の発熱を効率よく放熱できる。とくに、スリット状の放熱開口２６を放熱リブ２５の間に位置して開口する構造は、放熱リブ２５の間に形成される送風隙間１６を通過する冷却気体を細長い放熱開口２６に沿って通過させて、電池セル１をより効果的に冷却できる。
【００４３】
さらに、図１１に示す組電池は、セパレータ４２の絶縁プレート部２１の内面と電池セル１との間に絶縁シート１９を接着している。図のセパレータ４２は、絶縁プレート部２１の内面に絶縁シート１９を接着して、絶縁プレート部２１に開口された複数列の放熱開口２６を閉塞している。このセパレータ４２は、絶縁シート１９で放熱開口２６を閉塞するので、水や異物等が放熱開口２６を通過して箱形凹部２３の内部に侵入するのを確実に阻止できる。さらに、絶縁シート１９で電池セル１を効果的に絶縁しながら、この絶縁シート１９を介して電池セル１を放熱させることで、電池セル１を効率よく放熱できる。さらにまた、電池セル１の外装缶１１が放熱開口２６から外部に表出するのを防止して、電池セル１の結露を有効に阻止できる。
【００４４】
さらに、図１２の組電池は、セパレータ５２の絶縁プレート部２１の内面に溝状凹部２７を設けている。図１２と図１３に示すセパレータ５２は、電池セル１の幅方向に延びる複数列の溝状凹部２７を互いに平行に設けている。さらに、図に示すセパレータ５２は、絶縁プレート部２１の内面に溝状凹部２７を設けることで、絶縁プレート部２１の外側面に、放熱凸部２８を形成して設けている。いいかえると、このセパレータ５２は、絶縁プレート部２１の外側面に複数列の放熱凸部２８を平行に設けて、これらの放熱凸部２８の内部に溝状凹部２７を設けている。このセパレータ５２は、図１２に示すように、放熱凸部２８の内部に溝状凹部２７を設けることで、絶縁プレート部２１の断面形状を矩形波状としている。このセパレータ５２は、放熱凸部２８の先端面を隣接する電池セル１に対向させると共に、互いに隣接する放熱凸部２８の間に、冷却用の気体を強制送風する送風隙間１６を設けている。このセパレータ５２は、絶縁プレート部２１の内側面の表面積を広くして電池セル１の熱を効率よく絶縁プレート部２１に伝導しながら、絶縁プレート部２１の外側面に突出する放熱凸部２８から外部に放熱して、送風隙間１６を通過する冷却気体で効果的に冷却される。放熱凸部２８を有するセパレータ５２は、放熱凸部２８の数を多くすることで、内部に設ける溝状凹部２７を多くしながら、外側面の放熱面積を大きくできる。また、隣接する放熱凸部２８の間隔を広くすることで、冷却用の気体を強制送風する送風隙間１６を広くして、効率よく冷却気体を送風できる。したがって、放熱凸部２８を備えるセパレータ５２は、以上のことを考慮して、外側面に設ける放熱凸部２８の個数と間隔を適宜変更する。
【００４５】
さらに、図１４の組電池は、絶縁プレート部２１の内面に沿って、絶縁プレート部２１よりも優れた熱伝導率の放熱プレート５７を配設している。この放熱プレート５７として、絶縁プレート部２１よりも熱伝導に優れたラミネート板または金属板が使用できる。図に示すセパレータ５２は、絶縁プレート部２１の内面に複数の溝状凹部２７を設けているので、放熱プレート５７を絶縁プレート部２１の内面に沿う形状に折曲加工している。放熱プレート５７は、図１４に示すように、溝状凹部２７に嵌入される凸状折曲部５７Ａを折曲加工して設けており、全体の形状を矩形波状とすることで放熱プレート５７全体の面積を大きくして放熱特性を向上している。放熱プレート５７は、凸状折曲部５７Ａを溝状凹部２７に挿入して、広い面積で絶縁プレート部２１に面接触させながら、内側面を電池セル１の表面に密着させる状態で、絶縁プレート部２１と電池セル１の間に挟着されている。この構造は、放熱プレート５７を介して電池セル１の熱を効率よく絶縁プレート部２１に伝導して、より効果的に放熱できる。ただ、放熱プレートは、図示しないが、溝状凹部を設けていない絶縁プレート部の内面に沿って配設することもできる。この構造も、絶縁プレート部よりも優れた熱伝導率の放熱プレートを介して、電池セルの熱を効率よく絶縁プレート部に伝導できる。
【００４６】
さらに、図１５に示す組電池は、セパレータ５２の絶縁プレート部２１の内面と電池セル１との間に、絶縁プレート部２１よりも優れた熱伝導率の熱伝導ペースト５８を充填している。図に示すセパレータ５２は、絶縁プレート部２１の内面に設けた溝状凹部２７の内部に熱伝導ペースト５８を充填している。この構造は、熱伝導ペースト５８によって、電池セル１の熱を効率よく絶縁プレート部２１に伝導して、電池セル１をより効率よく放熱できる。さらに、熱伝導ペーストは、溝状凹部の内部に加えて、絶縁プレート部の内面全体に充填して、電池セルの熱をより効率よく絶縁プレート部に伝導することもできる。以上のように、溝状凹部２７に熱伝導ペースト５８を充填する構造は、溝状凹部２７の内部に空気が侵入するのを防止して、溝状凹部２７の空気が冷却されることによる結露水の発生を確実に防止できる特徴もある。さらに、熱伝導ペーストは、図示しないが、溝状凹部を設けていない絶縁プレート部の内面と電池セルとの間に充填することもできる。この構造も、絶縁プレート部よりも優れた熱伝導率の熱伝導ペーストを介して、電池セルの熱を効率よく絶縁プレート部に伝導できる。
【００４７】
（エンドプレート）
電池セル１をセパレータ２、３２の箱形凹部２３に収納し、電池セル１が定位置に配置されたセパレータ２、３２を複数積層した電池ブロック１０、３０は、図１、図２、及び図４に示すように、両端にセパレータ２、３２を配置する状態で、両端のエンドプレート３で押圧する状態に固定される。エンドプレート３は、アルミニウムやその合金などの金属で製作され、あるいは硬質のプラスチックで製作される。エンドプレート３は、広い面積で電池セル１を挟着するために、その外形を角形の電池セル１と同じ四角形としている。四角形のエンドプレート３は、角形の電池セル１と同じ大きさに、あるいは角形の電池セル１よりもわずかに大きくしている。プラスチック製のエンドプレート３は、直接に電池セル１に積層され、金属製のエンドプレートは、絶縁材を介して電池セルに積層される。
【００４８】
エンドプレート３には、連結固定具４の端部が連結される。連結固定具４は、止ネジ５を介してエンドプレート３に連結している。図１、図２、及び図４の連結固定具４は、止ネジ５でエンドプレート３に固定しているが、連結固定具の端部を内側に折曲してエンドプレートに連結し、あるいはまた、端部をかしめてエンドプレートに連結することもできる。
【００４９】
（送風ダクト６）
図１の組電池１００は、左右の両側に一対の送風ダクト６を設けている。送風ダクト６は、流入ダクト６Ａと排出ダクト６Ｂからなる。流入ダクト６Ａと排出ダクト６Ｂは、互いに反対側に設けられて、冷却気体を流入ダクト６Ａから送風隙間１６に、送風隙間１６から排出ダクト６Ｂに送風して、電池セル１を冷却する。流入ダクト６Ａと排出ダクト６Ｂには複数の送風隙間１６が並列に連結される。したがって、流入ダクト６Ａに送風される冷却気体は、複数の送風隙間１６に分岐して送風され、流入ダクト６Ａから排出ダクト６Ｂに送風される。図の組電池１００は、流入ダクト６Ａと排出ダクト６Ｂを両側に設けているので、送風隙間１６を水平方向に伸びるように設けている。冷却気体は、送風隙間１６に水平方向に送風されて、電池セル１を冷却する。ただし、組電池は、送風隙間を上下方向に伸びるように設けて、一対の送風ダクトを組電池の上下の対向面に設けることもできる。
【００５０】
以上の組電池１００を備える電源装置は、図示しないが、電池セル１の温度を検出する複数の温度センサと、この温度センサで検出される電池セル１の温度で、送風ダクト６を介して各々の送風隙間１６に分岐して冷却気体を送風する強制送風機７と、温度センサで検出される電池セル１の温度で電池の電流を制御する制御回路とを備える。
【００５１】
（強制送風機７）
強制送風機７は、送風ダクト６に連結される。電源装置は、たとえば、流入ダクト６Ａに強制送風機７を連結して、強制送風機７から流入ダクト６Ａに冷却気体を強制送風する。この電源装置は、強制送風機７→流入ダクト６Ａ→送風隙間１６→排出ダクト６Ｂに冷却気体を送風して、電池セル１を冷却する。ただし、強制送風機は、排出ダクトに連結することもできる。この強制送風機は、排出ダクトから冷却気体を強制的に吸入して排気する。したがって、この電源装置は、冷却気体を、流入ダクト→送風隙間→排出ダクト→強制送風機に送風して、電池セル１を冷却する。送風される冷却気体は空気であるが、空気に代わって窒素や炭酸ガスなどの不活性ガスを送風することもできる。冷却気体を不活性ガスとする電源装置は、冷却気体を循環して、電池セルを冷却する。循環される不活性ガスは、流路の途中に配設している冷却用の熱交換器で冷却されて、流入ダクト→送風隙間→排出ダクト→強制送風機に循環されて、電池セルを冷却する。
【００５２】
強制送風機７は、モータで回転されるファン７Ａを備え、モータの運転は制御回路に制御される。制御回路は、温度センサの信号で強制送風機７のモータの運転を制御する。制御回路は、温度センサが検出する最高温度が設定温度よりも高くなると、強制送風機７のモータを運転して、送風隙間１６に冷却気体を強制送風する。最高温度が設定温度よりも低くなると、モータの運転を停止する。さらに、制御回路は、温度センサの検出温度によって、モータに供給する電力をコントロールして、電池セル１を所定の温度範囲に制御することもできる。たとえば、温度センサの検出温度が高くなるとモータに供給する電力を次第に大きくして、強制送風機７が送風する風量を多くし、検出温度が低くなるとモータの供給電力を小さくして、設定された温度範囲に制御することもできる。
【００５３】
（冷却プレート３３）
さらに、図４に示す組電池２００は、底面に冷却プレート３３を設けている。この冷却プレート３３は、図に示すように、内部に冷媒通路３４を設け、この冷媒通路３４に液化された冷媒を供給し、冷媒を冷媒通路３４で気化させて、冷媒の気化熱で強制的に冷却して、セパレータ３２を介して電池セル１を冷却する。図の組電池２００は、セパレータ３２の下方に突出する凸部２４の下面を冷却プレートの上面に密着させると共に、セパレータ３２の底外周壁２２の下面と冷却プレート３３との間には、熱伝導剤３９を充填して、効率よく熱伝導できるようにしている。この熱伝導剤３９には、熱伝導ペーストや熱伝導に優れた接着剤または樹脂等が使用できる。
【００５４】
冷却プレート３３の冷媒通路３４には、冷媒を供給する冷却機構３５を連結している。この冷却機構３５は、気体の状態にある冷媒を加圧するコンプレッサ３６と、このコンプレッサ３６で加圧された気体を冷却して液化させる凝縮器３７と、この凝縮器３７で液化された冷媒を冷却プレート３３の冷媒通路３４に供給する膨張弁３８とを備えている。この冷却機構３５は、膨張弁３８を介して液化された冷媒を冷却プレート３３に供給し、供給された冷媒を冷却プレート３３の内部で気化させて気化熱で冷却プレート３３を冷媒する。気化された冷媒は、コンプレッサ３６で加圧されて凝縮器３７に供給され、凝縮器３７で液化され、膨張弁３８を介して冷却プレート３３の冷媒通路３４に循環されて、冷却プレート３３を冷媒する。この組電池２００を備える電源装置は、図示しないが、電池セル１の温度を検出する複数の温度センサと、この温度センサで検出される電池セル１の温度で電池の電流と冷却機構３５を制御する制御回路とを備える。
【００５５】
冷却プレートは、必ずしも冷媒の気化熱で冷却する必要はなく、たとえば、冷却された液体を内部に循環して冷却することができる。また、冷却プレートは、内部に冷却気体の通路を設けて、この通路に冷却された気体を強制送風して冷却することもできる。
【００５６】
以上の組電池１００、２００は、車両に搭載されて車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置として使用される。図１６に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーに電源装置９０を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する組電池を備える電源装置９０と、組電池１００、２００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置９０は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置９０の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置９０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置９０の電池を充電する。
【００５７】
また、図１７に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置９０を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する組電池１００、２００を備える電源装置９０と、この電源装置９０の電池を充電する発電機９４とを備えている。モータ９３は、電源装置９０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置９０の電池を充電する。
【符号の説明】
【００５８】
１…電池セル １Ａ…底面
１Ｂ…側面
１Ｃ…上面
２…セパレータ
３…エンドプレート
４…連結固定具
５…止ネジ
６…送風ダクト ６Ａ…流入ダクト
６Ｂ…排出ダクト
７…強制送風機 ７Ａ…ファン
８…底板
１０…電池ブロック
１１…外装缶
１２…封口板
１３…電極端子
１４…端子ホルダ
１５…吐出口
１６…送風隙間
１７…接着剤
１８…被覆シート
１９…絶縁シート
２１…絶縁プレート部
２２…外周壁 ２２Ａ…底外周壁
２２Ｂ…両側外周壁
２２Ｃ…上外周壁
２３…箱形凹部
２４…凸部
２５…放熱リブ
２６…放熱開口
２７…溝状凹部
２８…放熱凸部
３０…電池ブロック
３２…セパレータ
３３…冷却プレート
３４…冷媒通路
３５…冷却機構
３６…コンプレッサ
３７…凝縮器
３８…膨張弁
３９…熱伝導剤
４２…セパレータ
５２…セパレータ
５７…放熱プレート ５７Ａ…凸状折曲部
５８…熱伝導ペースト
８１…電池セル ８１Ａ…外装缶
８１Ｂ…天面
８１Ｃ…底面
８２…セパレータ
８３…電極端子
８５…熱収縮チューブ ８５Ｘ…ラップ溶着部
８６…隙間
９０…電源装置
９３…モータ
９４…発電機
９５…インバータ
９６…エンジン
１００…組電池
２００…組電池
ＨＶ…車両
ＥＶ…車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装缶を金属ケースとする複数の電池セルを絶縁材のセパレータを介して積層してなる組電池であって、
前記セパレータが、隣接する電池セルの間に挟着されて隣接する電池セルを絶縁状態に積層する絶縁プレート部の外周部に、前記電池セルの底面と、両側側面と、上面の外側に配置される外周壁を設けて、絶縁プレート部と外周壁の内側に、電池セルを定位置にセットする箱形凹部を設けており、
さらに、前記電池セルの底面に配置している底外周壁は、下方に突出する凸部を有すると共に、前記電池セルの厚さ（ｔ）以上の幅（Ｗ）を有し、
前記電池セルが、セパレータの箱形凹部に配置されて、セパレータの定位置に連結されてなる組電池。
【請求項２】
前記セパレータが、絶縁プレート部の外側面に複数の放熱リブを設けてなる請求項１に記載される組電池。
【請求項３】
前記セパレータの底外周壁が、前記電池セルの底面の全面をカバーする請求項１又は２に記載される組電池。
【請求項４】
前記セパレータが、前記電池セルの両側面の外側に位置する両側外周壁で、前記電池セルの両側面の全面をカバーする請求項１ないし３のいずれかに記載される組電池。
【請求項５】
前記電池セルが、セパレータの箱形凹部の内面に接着剤を介して密着されてなる請求項１ないし４のいずれかに記載される組電池。
【請求項６】
前記セパレータの底外周壁が前記電池セルの底面の全面をカバーし、
かつ前記セパレータの両側外周壁が、前記電池セルの両側面の全面をカバーし、
さらに、底外周壁と両側外周壁との開口部に被覆シートが接着されて、この被覆シートが、前記電池セルの表面に接着されてなる請求項１ないし５のいずれかに記載される組電池。
【請求項７】
前記セパレータが、絶縁プレート部に放熱開口を設けてなる請求項１ないし６のいずれかに記載される組電池。
【請求項８】
前記セパレータが、絶縁プレート部の内面と電池セルとの間に絶縁シートを接着してなる請求項７に記載される組電池。
【請求項９】
前記セパレータが、絶縁プレート部の内面に複数の溝状凹部を設けている請求項１ないし８のいずれかに記載される組電池。
【請求項１０】
前記セパレータが、絶縁プレート部の内面に沿って、絶縁プレート部よりも優れた熱伝導率の放熱プレートを備える請求項１ないし９のいずれかに記載される組電池。
【請求項１１】
前記セパレータが、絶縁プレート部の内面と電池セルとの間に、絶縁プレート部よりも優れた熱伝導率の熱伝導ペーストを充填してなる請求項１ないし１０のいずれかに記載される組電池。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の組電池を装備する電動車両。
【請求項１】
外装缶を金属ケースとする複数の電池セルを絶縁材のセパレータを介して積層してなる組電池であって、
前記セパレータが、隣接する電池セルの間に挟着されて隣接する電池セルを絶縁状態に積層する絶縁プレート部の外周部に、前記電池セルの底面と、両側側面と、上面の外側に配置される外周壁を設けて、絶縁プレート部と外周壁の内側に、電池セルを定位置にセットする箱形凹部を設けており、
さらに、前記電池セルの底面に配置している底外周壁は、下方に突出する凸部を有すると共に、前記電池セルの厚さ（ｔ）以上の幅（Ｗ）を有し、
前記電池セルが、セパレータの箱形凹部に配置されて、セパレータの定位置に連結されてなる組電池。
【請求項２】
前記セパレータが、絶縁プレート部の外側面に複数の放熱リブを設けてなる請求項１に記載される組電池。
【請求項３】
前記セパレータの底外周壁が、前記電池セルの底面の全面をカバーする請求項１又は２に記載される組電池。
【請求項４】
前記セパレータが、前記電池セルの両側面の外側に位置する両側外周壁で、前記電池セルの両側面の全面をカバーする請求項１ないし３のいずれかに記載される組電池。
【請求項５】
前記電池セルが、セパレータの箱形凹部の内面に接着剤を介して密着されてなる請求項１ないし４のいずれかに記載される組電池。
【請求項６】
前記セパレータの底外周壁が前記電池セルの底面の全面をカバーし、
かつ前記セパレータの両側外周壁が、前記電池セルの両側面の全面をカバーし、
さらに、底外周壁と両側外周壁との開口部に被覆シートが接着されて、この被覆シートが、前記電池セルの表面に接着されてなる請求項１ないし５のいずれかに記載される組電池。
【請求項７】
前記セパレータが、絶縁プレート部に放熱開口を設けてなる請求項１ないし６のいずれかに記載される組電池。
【請求項８】
前記セパレータが、絶縁プレート部の内面と電池セルとの間に絶縁シートを接着してなる請求項７に記載される組電池。
【請求項９】
前記セパレータが、絶縁プレート部の内面に複数の溝状凹部を設けている請求項１ないし８のいずれかに記載される組電池。
【請求項１０】
前記セパレータが、絶縁プレート部の内面に沿って、絶縁プレート部よりも優れた熱伝導率の放熱プレートを備える請求項１ないし９のいずれかに記載される組電池。
【請求項１１】
前記セパレータが、絶縁プレート部の内面と電池セルとの間に、絶縁プレート部よりも優れた熱伝導率の熱伝導ペーストを充填してなる請求項１ないし１０のいずれかに記載される組電池。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の組電池を装備する電動車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−１１９１５６（Ｐ２０１２−１１９１５６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６７７４１（Ｐ２０１０−２６７７４１）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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