組電池
【課題】放熱面積を確保して電池セルの冷却性能の向上を図る組電池を提供する。
【解決手段】放熱部材３は、流れ方向Ｆに対して垂直な断面形状が、両側の電池セルのうち、一方の電池セルの側面２ａに対面する第１の平坦部３１と、第１の平坦部３１の端部から、一方の電池セルの側面２ａに対して垂直方向に曲がる直角部３４を形成して他方の電池セルの側面２ａに向かって延びる垂直部３０と、垂直部３０の端部から、第１の平坦部３１とは反対の方向に前記他方の電池セルの側面２ａに対面するように延びる第２の平坦部３２と、第２の平坦部３２の端部から直角部３４に向かって延びて、第１の平坦部３１に隣合う別の第１の平坦部３１の端部と第２の平坦部３２の端部とを連結する傾斜部３３と、を備える直角三角形状を繰り返し形成する。さらに放熱部材３は、当該繰り返される直角三角形状が両側の電池セルにおける流れ方向Ｆの幅に亘って延びている。
【解決手段】放熱部材３は、流れ方向Ｆに対して垂直な断面形状が、両側の電池セルのうち、一方の電池セルの側面２ａに対面する第１の平坦部３１と、第１の平坦部３１の端部から、一方の電池セルの側面２ａに対して垂直方向に曲がる直角部３４を形成して他方の電池セルの側面２ａに向かって延びる垂直部３０と、垂直部３０の端部から、第１の平坦部３１とは反対の方向に前記他方の電池セルの側面２ａに対面するように延びる第２の平坦部３２と、第２の平坦部３２の端部から直角部３４に向かって延びて、第１の平坦部３１に隣合う別の第１の平坦部３１の端部と第２の平坦部３２の端部とを連結する傾斜部３３と、を備える直角三角形状を繰り返し形成する。さらに放熱部材３は、当該繰り返される直角三角形状が両側の電池セルにおける流れ方向Ｆの幅に亘って延びている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層した複数個の電池セルの集合体である組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、組電池を構成する各電池セルは、例えば、車両の制動、加速等によって大きな充放電電流が繰り返し流れるため、電池の内部抵抗によるジュール熱によって電池が発熱するようになる。
【０００３】
電池に発熱に対し、特許文献１に記載の組電池は、電気的に直列接続されるとともに積層配置された電池セルの間に放熱のためのスペーサを介在させて、電池セルとスペーサとを交互に配して一体とした一つの積層体をなしている。当該スペーサは、金属製の断面波形の板状部材であり、波形の頂部が電池セルの側面に接触し、電池セル間において空気等の冷却流体が流れる通路を形成するとともに、電池セルの熱を受熱して冷却流体へ放熱する放熱体として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２５３９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の組電池においては、電池セルの側面のスペーサとの接触部分は断面波形のスペーサの頂点部と接触する部分のみであるため、電池セルからスペーサへの接触熱抵抗が大きく、電池セルの熱がスペーサに伝達しにくいという問題がある。したがって、特許文献１の組電池では、スペーサの放熱体としての機能が十分でなく、電池の冷却性能に課題がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱面積を確保して電池セルの冷却性能の向上を図る組電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１は、積層して配置される複数個の電池セル（２）と、熱伝導性を有し、隣接する電池セル間に介在して冷却流体が流通する流体通路を形成し、両側の電池セルから圧縮力を受ける放熱部材（３）と、を一体に備えて構成される組電池（１）に係る発明であって、
放熱部材（３）は、
冷却流体の流れ方向（Ｆ）に対して垂直な断面形状が、
両側の電池セルのうち、一方の電池セルの側面（２ａ）に対面する第１の平坦部（３１）と、
第１の平坦部（３１）の端部から、一方の電池セルの側面（２ａ）に対して垂直方向に曲がる直角部（３４）を形成して他方の電池セルの側面（２ａ）に向かって延びる垂直部（３０）と、
垂直部（３０）の端部から、第１の平坦部（３１）とは反対の方向に他方の電池セルの側面（２ａ）に対面するように延びる第２の平坦部（３２）と、
第２の平坦部（３２）の端部から直角部（３４）に向かって延びて、第１の平坦部（３１）に隣合う別の第１の平坦部（３１）の端部と第２の平坦部（３２）の端部とを連結する傾斜部（３３）と、を備える直角三角形状を繰り返し形成するとともに、
当該繰り返される直角三角形状が両側の電池セルにおける冷却流体の流れ方向（Ｆ）の幅に亘って延びることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、放熱部材が備える特徴的断面形状によって放熱部材において冷却機能を果たす表面積が大きくなるため、各電池セルの冷却性能向上が図れる。さらに、垂直部によって両側の電池セルから受ける圧縮力に抗する構造であるため、放熱部材の各部が圧縮力に対して強度を有し、圧縮力に対して大きな強度を備えることになる。特に、垂直部は、その軸方向に圧縮力を受けるため、座屈し難く、放熱部材の強度確保に寄与している。したがって、放熱面積を確保して電池セルの冷却性能の向上を図る組電池を提供することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、垂直部（３０）は、冷却流体の流れ方向（Ｆ）に対して垂直な断面における長さ寸法が第１の平坦部（３１）及び第２の平坦部（３２）と同じあることを特徴とする。この発明によれば、放熱部材を所定の形状に形成するときに板材を折り曲げ加工等する場合に、等しい角度及び等しい寸法の各部を形成するため、加工性が向上し、放熱部材の製造性向上が図れる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、垂直部（３０）は、冷却流体の流れ方向（Ｆ）に対して垂直な断面における長さ寸法が第１の平坦部（３１）及び第２の平坦部（３２）よりも長いことを特徴とする。この発明によれば、放熱部材に作用する圧縮力に対して抗力を発揮する垂直部が他の部分よりも長くなるため、圧縮力に対するさらなる強度向上が図れる。また、冷却流体の流れ方向に対して垂直方向の単位長さ当たりの放熱面積を増加させることができるため、電池セルの冷却性能のさらなる向上が図れる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、電池セル（２）の外装ケース及び前記放熱部材（３）は導電性材料で形成されており、電池セルの側面（２ａ）と第１の平坦部（３１）及び第２の平坦部（３２）との互いに対面する部分のうち、第１の平坦部（３１）及び第２の平坦部（３２）の表面は、絶縁性物質（４０）で被覆されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、隣接する電池セル間で接触する部分同士が絶縁性物質の被覆部分を介して接触するようになるため、電池セル間の電気絶縁性が確保される。さらに、電気絶縁のための被覆部分は、第１の平坦部及び第２の平坦部であるため、他の部分を被覆する必要がなく、被覆面積の低減が図れる。したがって、絶縁被覆する面積を抑制できるため伝熱抵抗の低減が可能であり、電池冷却性能及び電気的安全性の確保が図れる。また、隣接する電池セル間の電位差により、導電性材料が腐食する事態を抑制できる。
【００１３】
上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用した第１実施形態の組電池の構成を説明するための斜視図である。
【図２】組電池に含まれる第１実施形態の放熱部材を示す部分拡大図である。
【図３】第１実施形態の放熱部材について、その放熱面積を説明するための概略図である。
【図４】第１実施形態の放熱部材に対する第１の比較例としての放熱部材を示す部分拡大図である。
【図５】第１の比較例の放熱部材について、その放熱面積を説明するための概略図である。
【図６】第２の比較例の放熱部材について、その放熱面積を説明するための概略図である。
【図７】第３の比較例の放熱部材について、その放熱面積を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
本発明に係る組電池は、例えば内燃機関と電池に充電された電力によって駆動されるモータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、モータを走行駆動源とする電気自動車等に用いられる。組電池を構成する電池は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池であり、筐体内に収納された状態で自動車の座席下、後部座席とトランクルームとの間の空間、運転席と助手席の間の空間などに配置される。
【００１６】
本発明の一実施形態である第１実施形態について図１〜図７を参照して説明する。図１は、本発明を適用した第１実施形態の組電池１の構成を説明するための斜視図である。図２は、組電池１に含まれる第１実施形態の放熱部材３を示す部分拡大図である。なお、図１では、多数個の電池セル２と放熱部材３とが積層されて組電池１を構成するところを、理解を容易にするため、４個の電池セル２と３個の放熱部材３のみを図示している。各図において、電池セル２が複数個積層されて並ぶ方向を積層方向Ｘとし、各電池セル２の対向する側面に沿う所定の方向を冷却流体の流れ方向Ｆ（以下、単に流れ方向Ｆともいう）とし、積層方向Ｘと冷却流体の流れ方向Ｆの両方に垂直な方向を、放熱部材３が折り曲げ加工により連続的に形成される方向Ｙ（以下、単に方向Ｙともいう）とする。
【００１７】
複数個の電池セル２の集合体である組電池１は、複数個の電池セル２の充放電または温度調節が電子部品（図示せず）によって制御される。各電池セル２は、図示しない送風部材による送風を受けて冷却される。組電池１は、電気的に直列接続された複数個の電池セル２をその側面を対向させるように並べて積層され、これらを一体化して構成されたものであり、図示しない筐体内に収納されている。上記の電子部品は、リレー、送風部材を駆動するモータ、インバータ等を制御する電子部品、各種の電子式制御装置等である。
【００１８】
当該筐体は、メンテナンスのために少なくとも一面を取り外し可能に構成されたケースであり、樹脂または鋼板等で形成されている。筐体には、車両側に筐体をボルト締め等により固定するための取付部、および機器収納ボックス（図示せず）が設けられている。
【００１９】
当該機器ボックスには、電池状態（例えば電圧、温度等）を監視する各種センサ等からの検出結果が入力される電池監視ユニット（図示せず）と、電池監視ユニットと通信可能に構成されリレーを制御するとともに、送風部材のモータの駆動を制御する制御装置と、各機器を接続するワイヤハーネス等と、が収納されている。電池監視ユニットは、各電池セル２の状態を監視する電池ＥＣＵ（電池の電子式制御ユニット）であり、組電池１と多数の配線にて接続されている。
【００２０】
組電池１は、積層方向Ｘに直交する電池セルの側面２ａ（方向Ｙ及び方向Ｆに平行な側面）が拘束装置（図示せず）によって押圧されることにより拘束力を受け（図１参照）、積層された複数の角形状の電池セル２が一体に保持して形成される電池セル集合体である。組電池１を構成する複数の電池セル２は、例えば、組電池１の積層方向Ｘの両端部に設置された拘束板（図示せず）がロッド（図示せず）等によって連結されることにより、当該両端部から内側に向かう外力による圧縮力を受けて、拘束されることになる。複数の電池セル２は、４本の棒状のロッドによって圧縮力（拘束力）を受けて一体に固定される。ロッドは、積層された複数の電池セル２を安定した力で押圧して一体化できるように、金属、硬質の樹脂等の強度に優れた材料で形成されている。
【００２１】
次に、組電池１を構成する各電池セル２について説明する。各電池セル２は、外装ケースによってその外周面を被覆された扁平状直方体である。外装ケースは、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属缶、または樹脂製ケースで形成されている。各電池セル２には、正極端子および負極端子からなる二つの電極端子が例えば冷却流体の流れ方向Ｆに離れて配置されており、当該電極端子は外装ケースから方向Ｙに突出するように露出している。
【００２２】
組電池１を構成する複数個の電池セル２は、例えば、積層方向Ｘの一方端部側に位置する電池セル２における負極端子から始まって、各電池セル２の電極端子間を接続する各バスバー（図示せず）によって、組電池１内をＦ方向に往復しながら組電池１の積層方向Ｘの他方端部側に位置する電池セル２の正極端子に至るまで通電可能に直列接続されている。このようにして積層方向Ｘに隣接する電池セル２間は電気的に接続されることになる。換言すれば、組電池１を構成するすべての電池セル２は、積層方向Ｘの一方側端部に位置する電池セル２の電極端子から積層方向Ｘの他方側端部に位置する電池セル２の電極端子に至るまで、電流がジグザク状または蛇行状に流れるようにバスバーを介して電気的に直列接続される。
【００２３】
積層方向Ｘに直交する電池セルの側面２ａ間には、当該側面のほぼ全体に亘る放熱部材３が介在している。放熱部材３は、スペーサとも呼ばれ、隣合う電池セル２の側面間ほぼ全体を占める大きさであり、空気等の冷却流体が電池セル間を流通する流体通路を形成するとともに、各電池セル２の熱を受熱して外部に放出する伝熱部材の機能を果たす。放熱部材３は、鉄、アルミニウム、銅またはその合金等の金属材料からなる板状部材を所定の形状に折り曲げ加工等により形成することにより製作される。
【００２４】
放熱部材３は、流体の流れ方向Ｆに垂直な面における断面形状が特徴的な形状を有し、この特徴的形状が流体の流れ方向Ｆに連続的に延びることにより、流体の流れ方向Ｆに延びる冷却流体の流通経路を形成している。すなわち、冷却流体は、電池セル２間を流れるときに、放熱部材３の特徴的形状部分に接触しながら流体の流れ方向Ｆにスムーズに流下し、放熱部材３から吸熱して電池セル２の外部に熱を搬送するのである。
【００２５】
以下、当該特徴的形状について、図２等を参照しながら説明する。放熱部材３は電池セル２間に介在して挟持される伝熱性のある部材である。放熱部材３は、電池セル２間を流通する冷却流体の流れ方向Ｆに対して直交する断面形状が第１の平坦部３１、垂直部３０、第２の平坦部３２、傾斜部３３、第１の平坦部３１の順に繋がって繰り返し連続される形状であり、この繰り返し形状が電池セル２間を流れ方向Ｆに垂直な方向（方向Ｙ）に延びる部材である。
【００２６】
第１の平坦部３１は、一方の電池セルの側面２ａに平行に対面する部分であり、当該対面する部分が一方の電池セルの側面２ａにおける流れ方向Ｆの幅全体に亘って延びている。第２の平坦部３２は、一方の電池セル２とともに放熱部材３を挟む他方の電池セルの側面２ａに平行に対面する部分であり、当該対面する部分が他方の電池セルの側面２ａにおける流れ方向Ｆの幅全体に亘って延びている。
【００２７】
垂直部３０は、第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２に対して垂直な部分であって、第１の平坦部３１の端部と第２の平坦部３２の端部とを連結し、電池セルの側面２ａにおける流れ方向Ｆの幅全体に亘って延びている。第１の平坦部３１と第２の平坦部３２は、図２に図示するように、垂直部３０の中点に対して点対称な位置に配されている。すなわち、第１の平坦部３１を垂直部３０の中点（垂直部３０を線分とした場合の中点）に対して１８０度回転させると、第２の平坦部３２に一致する位置関係になっている。したがって、第１の平坦部３１と第２の平坦部３２は、上記の繰り返し形状が反復される方向（方向Ｙ）に垂直部３０に対して、反対側にずれた位置にある。連続する第１の平坦部３１、垂直部３０及び第２の平坦部３２の形状は、いわゆるクランク機構の鉤の手状を呈している。
【００２８】
傾斜部３３は、図２に図示するように、電池セルの側面２ａに対して傾斜する部分であり、第２の平坦部３２における垂直部３０と接続する端部とは反対側に位置する端部と、当該垂直部３０と接続する第１の平坦部３１の隣に位置する別の第１の平坦部３１における端部と、を連結する。傾斜部３３は、第２の平坦部３２と、第２の平坦部３２に接続する垂直部３０と、によって、第２の平坦部３２と垂直部３０でなす角度を直角とする直角三角形状を呈するようになっている。また、傾斜部３３は、前述の別の第１の平坦部３１と、この第１の平坦部３１に接続する垂直部３０と、によって、第１の平坦部３１と垂直部３０でなす角度を直角とする直角三角形状を呈するようになっている。そして、これらの直角三角形形状は、方向Ｙに交互に繰り返され、かつ電池セルの側面２ａにおける流れ方向Ｆの幅全体に亘って同様の形状で延びている。
【００２９】
以上のような形態の放熱部材３は、電池セルの側面２ａにおける流れ方向Ｆの幅全体に等しい幅を有する金属製の板材を所定の折り曲げ加工することにより製作される。放熱部材３は、当該折り曲げ加工等により、図２に図示するように、流れ方向Ｆに直交する断面形状が第１の平坦部３１、垂直部３０、第２の平坦部３２、傾斜部３３、第１の平坦部３１の順に繋がって繰り返し連続される形状に形成される。そして、組電池１において、放熱部材３は、各電池セル２に作用する拘束力に対して耐えうる拘束強度を発揮する機能を有するとともに、電池セル２間に形成される流体通路を流通する冷却流体に接触することにより電池セル２の伝熱面積を拡大する部分であり、電池セル２の熱を冷却流体へ放出するための伝熱経路として機能する。
【００３０】
さらに、第１の平坦部３１と垂直部３０との接続部に相当する折り曲げ部である直角部３４と、第１の平坦部３１と傾斜部３３との接続部に相当する折り曲げ部である鋭角部３７とは、近接していることが好ましい。また、第２の平坦部３２と垂直部３０との接続部に相当する折り曲げ部である直角部３５と、第２の平坦部３２と傾斜部３３との接続部に相当する折り曲げ部である鋭角部分３６とは、近接していることが好ましい。さらに直角部３４及び鋭角部３７と、直角部３５及び鋭角部分３６とは、両方とも近接していることが好ましく、両方とも平坦部、傾斜部及び垂直部を三辺とする断面形状が直角三角形をなすことが好ましい。
【００３１】
また、垂直部３０は、流れ方向Ｆに対して垂直な断面における長さ寸法が第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２と同じあることが好ましい。この場合、垂直部３０と傾斜部３３とのなす角度は、４５度となる。また、第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２のそれぞれは、垂直部３０よりも長さが短いことが好ましい。この場合、垂直部３０と傾斜部３３とのなす角度は、４５度よりも小さい角度となる。
【００３２】
また、他の構成として、電池セル２の外装ケースが導電性材料で形成されている場合には、電池セルの側面２ａと第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２との互いに対面する部分のうち、少なくとも一方は、絶縁性物質４０で被覆されていることが好ましい。当該部分における絶縁性物質４０の被覆は、蒸着、コーティング、一体成形等によって形成することができる。例えば、折り曲げ加工等により上記の形状に形成した後の放熱部材３において、第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２における電池セルの側面２ａに対面する外表面に絶縁グリス等を塗布して絶縁性物質４０を構成するようにしてもよい。
【００３３】
図３は、放熱部材３の放熱面積を説明するための概略図であり、放熱部材３の断面形状について各部を線図によって示している。図３に示すように、本実施形態の放熱部材３について、第１の平坦部３１と垂直部３０のなす角度θ＝９０度とし、第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２の長さをともに寸法ａ、隣接する電池セルの側面間の距離を（√３／２）ａとする。この場合、傾斜部３３の寸法は、（√７／２）ａとなる。
【００３４】
したがって、図３に示す線図の合計寸法は、第１の平坦部３１、第２の平坦部３２、垂直部３０及び傾斜部３３の合計寸法を２倍した値で、（４＋√３＋√７）ａである。つまり、放熱部材３における直角三角形形状４個分当たりの放熱有効断面長さは、約８．３８ａになる。
【００３５】
これに対して、放熱部材３に対する第１の比較例としての放熱部材１０を示した部分拡大図が図４である。放熱部材１０は、電池セル２間を流通する冷却流体の流れ方向Ｆに対して直交する断面形状が第１の平坦部１００、第１の傾斜部１０２、第２の平坦部１０１、第２の傾斜部１０３、第１の平坦部１００の順に繋がって繰り返し連続される形状であり、この繰り返し形状が電池セル２間を流れ方向Ｆに垂直な方向（方向Ｙ）に延びる部材である。放熱部材１０の断面形状は、第１の平坦部１００、第１の傾斜部１０２及び第２の傾斜部１０３を三辺とする直角三角形と、第２の平坦部１０１、第１の傾斜部１０２及び第２の傾斜部１０３を三辺とする直角三角形とが交互に方向Ｙに繰り返される形態を呈している（以上、図４参照）。つまり、放熱部材１０は、対向する第１の平坦部１００及び第２の平坦部１０１が二つの傾斜部１０２と１０３によって連結され、正三角形状（後述のθ＝６０度の場合）の断面形状を呈している。
【００３６】
図５は第１の比較例である放熱部材１０の放熱面積を説明するための概略図であり、放熱部材１０の断面形状について各部を線図によって示している。図５に示すように、第１の比較例の放熱部材１０について、第１の平坦部１００と第２の傾斜部１０３のなす角度θ＝６０度とし、第１の平坦部１００及び第２の平坦部１０１の長さをともに寸法ａ、隣接する電池セルの側面間の距離を（√３／２）ａとする。この場合、第１の傾斜部１０２及び第２の傾斜部１０３の長さ寸法は、ともにａとなる。
【００３７】
したがって、図５に示す第１の比較例における線図の合計寸法は、第１の平坦部１００、第２の平坦部１０１、第１の傾斜部１０２及び第２の傾斜部１０３の合計寸法を２倍した値に、さらに第２の平坦部１０１の寸法の２倍した値を加えた８ａである。つまり、第１の比較例の放熱部材１０における正三角形形状４個分当たりの放熱有効断面長さは、８ａになる。
【００３８】
以上より、本実施形態の放熱部材３と第１の比較例の放熱部材１０とを比較すると、上記の放熱有効断面長さが放熱部材３の方が長い。このため、放熱部材３は、放熱部材全体としての放熱有効面積の向上が図れ、冷却性能の向上が見込めるのである。
【００３９】
次に、図６は第２の比較例である放熱部材１０Ａの放熱面積を説明するための概略図であり、放熱部材１０Ａの断面形状について各部を線図によって示している。図６に示すように、第２の比較例の放熱部材１０Ａについて、第１の平坦部１００と第２の傾斜部１０３Ａのなす角度θ＝３０度とし、第１の平坦部１００及び第２の平坦部１０１の長さをともに寸法ａ、隣接する電池セルの側面間の距離を（√３／２）ａとする。この場合、第２の傾斜部１０３Ａの長さ寸法は、ａよりも長くなる。また、第２の平坦部１０１と第２の傾斜部１０３Ａとが交わる頂点部は、図６のように本実施形態の放熱部材３における第２の平坦部３２と傾斜部３３との頂点部に対してａ／２だけずれる位置にある。
【００４０】
第２の比較例の場合には、両側の電池セル２から放熱部材１０Ａに対して拘束力としての圧縮力がかかった場合、当該圧縮力に対して強度を保持する必要のある第１の傾斜部１０２Ａ及び第２の傾斜部１０３Ａに、図６に白抜き矢印で図示するように、同じ方向に力が作用する。このため、第２の比較例の放熱部材１０Ａは、垂直部３０の軸方向で圧縮力を受ける放熱部材３の構造と比べて、構造的に圧縮力に耐える力が小さく、強度的に不利である。
【００４１】
また、図７は第３の比較例である放熱部材１０Ｂの放熱面積を説明するための概略図であり、放熱部材１０Ｂの断面形状について各部を線図によって示している。図７に示すように、第３の比較例の放熱部材１０Ｂについて、第１の平坦部１００と第２の傾斜部１０３Ｂのなす角度θ＝１２０度とし、第１の平坦部１００及び第２の平坦部１０１の長さをともに寸法ａ、隣接する電池セルの側面間の距離を（√３／２）ａとする。この場合、第１の傾斜部１０２Ｂの長さ寸法は、ａよりも長くなる。また、第２の平坦部１０１と第１の傾斜部１０２Ｂとが交わる頂点部は、図７のように本実施形態の放熱部材３の場合に対してａ／２だけずれる位置にある。
【００４２】
第３の比較例の場合には、両側の電池セル２から放熱部材１０Ｂに対して拘束力としての圧縮力がかかった場合、当該圧縮力に対して強度を保持する必要のある第１の傾斜部１０２Ｂ及び第２の傾斜部１０３Ｂに、図７に白抜き矢印で図示するように、同じ方向に力が作用する。このため、第３の比較例の放熱部材１０Ｂについても、垂直部３０の軸方向で圧縮力を受ける放熱部材３の構造と比べて、構造的に圧縮力に耐える力が小さく、強度的に不利である。
【００４３】
本実施形態の組電池１がもたらす作用効果について述べる。組電池１が備える放熱部材３は、流れ方向Ｆに対して垂直な断面形状が、両側の電池セルのうち、一方の電池セルの側面２ａに対面する第１の平坦部３１と、第１の平坦部３１の端部から、一方の電池セルの側面２ａに対して垂直方向に曲がる直角部３４を形成して他方の電池セルの側面２ａに向かって延びる垂直部３０と、垂直部３０の端部から、第１の平坦部３１とは反対の方向に前記他方の電池セルの側面２ａに対面するように延びる第２の平坦部３２と、第２の平坦部３２の端部から直角部３４に向かって延びて、第１の平坦部３１に隣合う別の第１の平坦部３１の端部と第２の平坦部３２の端部とを連結する傾斜部３３と、を備える直角三角形状を繰り返し形成する。さらに放熱部材３は、当該繰り返される直角三角形状が両側の電池セルにおける流れ方向Ｆの幅に亘って延びている。
【００４４】
この構成によれば、放熱部材３の特徴的断面形状によって、放熱部材３には冷却機能を果たす表面積が大きくなるため、電池セル２の冷却性能の向上が図れる。さらに、垂直部３０によって両側の電池セル２から受ける圧縮力に抗するため、放熱部材３の各部が座屈しがたく、圧縮力に対して大きな強度を備えることになる。したがって、大きな拘束力に耐えられるため、電池セル２の拘束機能と、放熱のための表面積向上による電池セル２の冷却性能向上との両方が実現できるのである。
【００４５】
また、放熱部材３は、電池セル２間を流通する冷却流体が接触し得る表面積を向上する特徴を有するので、より少ない冷却流体の流量で、より小さな流体機器の動力で、またより低い騒音で、必要な冷却性能を発揮することができる。したがって、このような作用効果を奏することにより、電池寿命の向上、電池セル数の低減、組電池１の小型化及び低コスト化が図れるのである。
【００４６】
放熱部材３において、垂直部３０は、冷却流体の流れ方向Ｆに対して垂直な断面における長さ寸法が第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２と同じあることが好ましい。この構成を採用すれば、放熱部材３を所定の形状に形成するときに板材を折り曲げ加工等する場合に、等しい角度及び等しい寸法の各部を形成することができる。このため、加工性が向上し、放熱部材３の製造性向上が図れる。
【００４７】
また、垂直部３０は、冷却流体の流れ方向Ｆに対して垂直な断面における長さ寸法が第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２よりも長いことが好ましい。この構成を採用すれば、放熱部材３に作用する圧縮力に対して抗力を発揮する垂直部３０が他の部分よりも長くなるため、圧縮力に対する放熱部材３のさらなる強度向上が図れる。また、冷却流体の流れ方向Ｆに対して垂直方向の単位長さ当たりの放熱面積を増加させることができる。このため、電池セルの冷却性能をさらなる向上させることができる。
【００４８】
また、電池セルの側面２ａ及び放熱部材３は導電性材料で形成されている。電池セルの側面２ａと第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２との互いに対面する部分のうち、第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２の表面は、絶縁性物質４０で被覆されている。
【００４９】
このような構成によれば、隣接する電池セル２の外装ケースと放熱部材３との接触部位同士が絶縁性物質の被覆部分を介して接触するようになるため、電池セル２間の電気絶縁性が確保される。さらに、電気絶縁のための被覆部分は、第１の平坦部及び第２の平坦部であるため、絶縁被覆面積の低減が図れる。絶縁被覆面積の低減により、電池冷却のための伝熱抵抗、被覆材料、被覆工数の低減にも寄与する。
【００５０】
したがって、絶縁被覆する面積を抑制できるため伝熱抵抗の低減が可能であり、電池冷却性能及び電気的安全性の確保を図ることができる。また、隣接する電池セル２間の電位差により、導電性材料部分が腐食する事態を抑制できる。
【符号の説明】
【００５１】
１…組電池
２…電池セル
２ａ…電池セルの側面
３…放熱部材
３０…垂直部
３１…第１の平坦部
３２…第２の平坦部
３３…傾斜部
３４…直角部
４０…絶縁性物質
Ｆ…冷却流体の流れ方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層した複数個の電池セルの集合体である組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、組電池を構成する各電池セルは、例えば、車両の制動、加速等によって大きな充放電電流が繰り返し流れるため、電池の内部抵抗によるジュール熱によって電池が発熱するようになる。
【０００３】
電池に発熱に対し、特許文献１に記載の組電池は、電気的に直列接続されるとともに積層配置された電池セルの間に放熱のためのスペーサを介在させて、電池セルとスペーサとを交互に配して一体とした一つの積層体をなしている。当該スペーサは、金属製の断面波形の板状部材であり、波形の頂部が電池セルの側面に接触し、電池セル間において空気等の冷却流体が流れる通路を形成するとともに、電池セルの熱を受熱して冷却流体へ放熱する放熱体として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２５３９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の組電池においては、電池セルの側面のスペーサとの接触部分は断面波形のスペーサの頂点部と接触する部分のみであるため、電池セルからスペーサへの接触熱抵抗が大きく、電池セルの熱がスペーサに伝達しにくいという問題がある。したがって、特許文献１の組電池では、スペーサの放熱体としての機能が十分でなく、電池の冷却性能に課題がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱面積を確保して電池セルの冷却性能の向上を図る組電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１は、積層して配置される複数個の電池セル（２）と、熱伝導性を有し、隣接する電池セル間に介在して冷却流体が流通する流体通路を形成し、両側の電池セルから圧縮力を受ける放熱部材（３）と、を一体に備えて構成される組電池（１）に係る発明であって、
放熱部材（３）は、
冷却流体の流れ方向（Ｆ）に対して垂直な断面形状が、
両側の電池セルのうち、一方の電池セルの側面（２ａ）に対面する第１の平坦部（３１）と、
第１の平坦部（３１）の端部から、一方の電池セルの側面（２ａ）に対して垂直方向に曲がる直角部（３４）を形成して他方の電池セルの側面（２ａ）に向かって延びる垂直部（３０）と、
垂直部（３０）の端部から、第１の平坦部（３１）とは反対の方向に他方の電池セルの側面（２ａ）に対面するように延びる第２の平坦部（３２）と、
第２の平坦部（３２）の端部から直角部（３４）に向かって延びて、第１の平坦部（３１）に隣合う別の第１の平坦部（３１）の端部と第２の平坦部（３２）の端部とを連結する傾斜部（３３）と、を備える直角三角形状を繰り返し形成するとともに、
当該繰り返される直角三角形状が両側の電池セルにおける冷却流体の流れ方向（Ｆ）の幅に亘って延びることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、放熱部材が備える特徴的断面形状によって放熱部材において冷却機能を果たす表面積が大きくなるため、各電池セルの冷却性能向上が図れる。さらに、垂直部によって両側の電池セルから受ける圧縮力に抗する構造であるため、放熱部材の各部が圧縮力に対して強度を有し、圧縮力に対して大きな強度を備えることになる。特に、垂直部は、その軸方向に圧縮力を受けるため、座屈し難く、放熱部材の強度確保に寄与している。したがって、放熱面積を確保して電池セルの冷却性能の向上を図る組電池を提供することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、垂直部（３０）は、冷却流体の流れ方向（Ｆ）に対して垂直な断面における長さ寸法が第１の平坦部（３１）及び第２の平坦部（３２）と同じあることを特徴とする。この発明によれば、放熱部材を所定の形状に形成するときに板材を折り曲げ加工等する場合に、等しい角度及び等しい寸法の各部を形成するため、加工性が向上し、放熱部材の製造性向上が図れる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、垂直部（３０）は、冷却流体の流れ方向（Ｆ）に対して垂直な断面における長さ寸法が第１の平坦部（３１）及び第２の平坦部（３２）よりも長いことを特徴とする。この発明によれば、放熱部材に作用する圧縮力に対して抗力を発揮する垂直部が他の部分よりも長くなるため、圧縮力に対するさらなる強度向上が図れる。また、冷却流体の流れ方向に対して垂直方向の単位長さ当たりの放熱面積を増加させることができるため、電池セルの冷却性能のさらなる向上が図れる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、電池セル（２）の外装ケース及び前記放熱部材（３）は導電性材料で形成されており、電池セルの側面（２ａ）と第１の平坦部（３１）及び第２の平坦部（３２）との互いに対面する部分のうち、第１の平坦部（３１）及び第２の平坦部（３２）の表面は、絶縁性物質（４０）で被覆されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、隣接する電池セル間で接触する部分同士が絶縁性物質の被覆部分を介して接触するようになるため、電池セル間の電気絶縁性が確保される。さらに、電気絶縁のための被覆部分は、第１の平坦部及び第２の平坦部であるため、他の部分を被覆する必要がなく、被覆面積の低減が図れる。したがって、絶縁被覆する面積を抑制できるため伝熱抵抗の低減が可能であり、電池冷却性能及び電気的安全性の確保が図れる。また、隣接する電池セル間の電位差により、導電性材料が腐食する事態を抑制できる。
【００１３】
上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用した第１実施形態の組電池の構成を説明するための斜視図である。
【図２】組電池に含まれる第１実施形態の放熱部材を示す部分拡大図である。
【図３】第１実施形態の放熱部材について、その放熱面積を説明するための概略図である。
【図４】第１実施形態の放熱部材に対する第１の比較例としての放熱部材を示す部分拡大図である。
【図５】第１の比較例の放熱部材について、その放熱面積を説明するための概略図である。
【図６】第２の比較例の放熱部材について、その放熱面積を説明するための概略図である。
【図７】第３の比較例の放熱部材について、その放熱面積を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
本発明に係る組電池は、例えば内燃機関と電池に充電された電力によって駆動されるモータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、モータを走行駆動源とする電気自動車等に用いられる。組電池を構成する電池は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池であり、筐体内に収納された状態で自動車の座席下、後部座席とトランクルームとの間の空間、運転席と助手席の間の空間などに配置される。
【００１６】
本発明の一実施形態である第１実施形態について図１〜図７を参照して説明する。図１は、本発明を適用した第１実施形態の組電池１の構成を説明するための斜視図である。図２は、組電池１に含まれる第１実施形態の放熱部材３を示す部分拡大図である。なお、図１では、多数個の電池セル２と放熱部材３とが積層されて組電池１を構成するところを、理解を容易にするため、４個の電池セル２と３個の放熱部材３のみを図示している。各図において、電池セル２が複数個積層されて並ぶ方向を積層方向Ｘとし、各電池セル２の対向する側面に沿う所定の方向を冷却流体の流れ方向Ｆ（以下、単に流れ方向Ｆともいう）とし、積層方向Ｘと冷却流体の流れ方向Ｆの両方に垂直な方向を、放熱部材３が折り曲げ加工により連続的に形成される方向Ｙ（以下、単に方向Ｙともいう）とする。
【００１７】
複数個の電池セル２の集合体である組電池１は、複数個の電池セル２の充放電または温度調節が電子部品（図示せず）によって制御される。各電池セル２は、図示しない送風部材による送風を受けて冷却される。組電池１は、電気的に直列接続された複数個の電池セル２をその側面を対向させるように並べて積層され、これらを一体化して構成されたものであり、図示しない筐体内に収納されている。上記の電子部品は、リレー、送風部材を駆動するモータ、インバータ等を制御する電子部品、各種の電子式制御装置等である。
【００１８】
当該筐体は、メンテナンスのために少なくとも一面を取り外し可能に構成されたケースであり、樹脂または鋼板等で形成されている。筐体には、車両側に筐体をボルト締め等により固定するための取付部、および機器収納ボックス（図示せず）が設けられている。
【００１９】
当該機器ボックスには、電池状態（例えば電圧、温度等）を監視する各種センサ等からの検出結果が入力される電池監視ユニット（図示せず）と、電池監視ユニットと通信可能に構成されリレーを制御するとともに、送風部材のモータの駆動を制御する制御装置と、各機器を接続するワイヤハーネス等と、が収納されている。電池監視ユニットは、各電池セル２の状態を監視する電池ＥＣＵ（電池の電子式制御ユニット）であり、組電池１と多数の配線にて接続されている。
【００２０】
組電池１は、積層方向Ｘに直交する電池セルの側面２ａ（方向Ｙ及び方向Ｆに平行な側面）が拘束装置（図示せず）によって押圧されることにより拘束力を受け（図１参照）、積層された複数の角形状の電池セル２が一体に保持して形成される電池セル集合体である。組電池１を構成する複数の電池セル２は、例えば、組電池１の積層方向Ｘの両端部に設置された拘束板（図示せず）がロッド（図示せず）等によって連結されることにより、当該両端部から内側に向かう外力による圧縮力を受けて、拘束されることになる。複数の電池セル２は、４本の棒状のロッドによって圧縮力（拘束力）を受けて一体に固定される。ロッドは、積層された複数の電池セル２を安定した力で押圧して一体化できるように、金属、硬質の樹脂等の強度に優れた材料で形成されている。
【００２１】
次に、組電池１を構成する各電池セル２について説明する。各電池セル２は、外装ケースによってその外周面を被覆された扁平状直方体である。外装ケースは、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属缶、または樹脂製ケースで形成されている。各電池セル２には、正極端子および負極端子からなる二つの電極端子が例えば冷却流体の流れ方向Ｆに離れて配置されており、当該電極端子は外装ケースから方向Ｙに突出するように露出している。
【００２２】
組電池１を構成する複数個の電池セル２は、例えば、積層方向Ｘの一方端部側に位置する電池セル２における負極端子から始まって、各電池セル２の電極端子間を接続する各バスバー（図示せず）によって、組電池１内をＦ方向に往復しながら組電池１の積層方向Ｘの他方端部側に位置する電池セル２の正極端子に至るまで通電可能に直列接続されている。このようにして積層方向Ｘに隣接する電池セル２間は電気的に接続されることになる。換言すれば、組電池１を構成するすべての電池セル２は、積層方向Ｘの一方側端部に位置する電池セル２の電極端子から積層方向Ｘの他方側端部に位置する電池セル２の電極端子に至るまで、電流がジグザク状または蛇行状に流れるようにバスバーを介して電気的に直列接続される。
【００２３】
積層方向Ｘに直交する電池セルの側面２ａ間には、当該側面のほぼ全体に亘る放熱部材３が介在している。放熱部材３は、スペーサとも呼ばれ、隣合う電池セル２の側面間ほぼ全体を占める大きさであり、空気等の冷却流体が電池セル間を流通する流体通路を形成するとともに、各電池セル２の熱を受熱して外部に放出する伝熱部材の機能を果たす。放熱部材３は、鉄、アルミニウム、銅またはその合金等の金属材料からなる板状部材を所定の形状に折り曲げ加工等により形成することにより製作される。
【００２４】
放熱部材３は、流体の流れ方向Ｆに垂直な面における断面形状が特徴的な形状を有し、この特徴的形状が流体の流れ方向Ｆに連続的に延びることにより、流体の流れ方向Ｆに延びる冷却流体の流通経路を形成している。すなわち、冷却流体は、電池セル２間を流れるときに、放熱部材３の特徴的形状部分に接触しながら流体の流れ方向Ｆにスムーズに流下し、放熱部材３から吸熱して電池セル２の外部に熱を搬送するのである。
【００２５】
以下、当該特徴的形状について、図２等を参照しながら説明する。放熱部材３は電池セル２間に介在して挟持される伝熱性のある部材である。放熱部材３は、電池セル２間を流通する冷却流体の流れ方向Ｆに対して直交する断面形状が第１の平坦部３１、垂直部３０、第２の平坦部３２、傾斜部３３、第１の平坦部３１の順に繋がって繰り返し連続される形状であり、この繰り返し形状が電池セル２間を流れ方向Ｆに垂直な方向（方向Ｙ）に延びる部材である。
【００２６】
第１の平坦部３１は、一方の電池セルの側面２ａに平行に対面する部分であり、当該対面する部分が一方の電池セルの側面２ａにおける流れ方向Ｆの幅全体に亘って延びている。第２の平坦部３２は、一方の電池セル２とともに放熱部材３を挟む他方の電池セルの側面２ａに平行に対面する部分であり、当該対面する部分が他方の電池セルの側面２ａにおける流れ方向Ｆの幅全体に亘って延びている。
【００２７】
垂直部３０は、第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２に対して垂直な部分であって、第１の平坦部３１の端部と第２の平坦部３２の端部とを連結し、電池セルの側面２ａにおける流れ方向Ｆの幅全体に亘って延びている。第１の平坦部３１と第２の平坦部３２は、図２に図示するように、垂直部３０の中点に対して点対称な位置に配されている。すなわち、第１の平坦部３１を垂直部３０の中点（垂直部３０を線分とした場合の中点）に対して１８０度回転させると、第２の平坦部３２に一致する位置関係になっている。したがって、第１の平坦部３１と第２の平坦部３２は、上記の繰り返し形状が反復される方向（方向Ｙ）に垂直部３０に対して、反対側にずれた位置にある。連続する第１の平坦部３１、垂直部３０及び第２の平坦部３２の形状は、いわゆるクランク機構の鉤の手状を呈している。
【００２８】
傾斜部３３は、図２に図示するように、電池セルの側面２ａに対して傾斜する部分であり、第２の平坦部３２における垂直部３０と接続する端部とは反対側に位置する端部と、当該垂直部３０と接続する第１の平坦部３１の隣に位置する別の第１の平坦部３１における端部と、を連結する。傾斜部３３は、第２の平坦部３２と、第２の平坦部３２に接続する垂直部３０と、によって、第２の平坦部３２と垂直部３０でなす角度を直角とする直角三角形状を呈するようになっている。また、傾斜部３３は、前述の別の第１の平坦部３１と、この第１の平坦部３１に接続する垂直部３０と、によって、第１の平坦部３１と垂直部３０でなす角度を直角とする直角三角形状を呈するようになっている。そして、これらの直角三角形形状は、方向Ｙに交互に繰り返され、かつ電池セルの側面２ａにおける流れ方向Ｆの幅全体に亘って同様の形状で延びている。
【００２９】
以上のような形態の放熱部材３は、電池セルの側面２ａにおける流れ方向Ｆの幅全体に等しい幅を有する金属製の板材を所定の折り曲げ加工することにより製作される。放熱部材３は、当該折り曲げ加工等により、図２に図示するように、流れ方向Ｆに直交する断面形状が第１の平坦部３１、垂直部３０、第２の平坦部３２、傾斜部３３、第１の平坦部３１の順に繋がって繰り返し連続される形状に形成される。そして、組電池１において、放熱部材３は、各電池セル２に作用する拘束力に対して耐えうる拘束強度を発揮する機能を有するとともに、電池セル２間に形成される流体通路を流通する冷却流体に接触することにより電池セル２の伝熱面積を拡大する部分であり、電池セル２の熱を冷却流体へ放出するための伝熱経路として機能する。
【００３０】
さらに、第１の平坦部３１と垂直部３０との接続部に相当する折り曲げ部である直角部３４と、第１の平坦部３１と傾斜部３３との接続部に相当する折り曲げ部である鋭角部３７とは、近接していることが好ましい。また、第２の平坦部３２と垂直部３０との接続部に相当する折り曲げ部である直角部３５と、第２の平坦部３２と傾斜部３３との接続部に相当する折り曲げ部である鋭角部分３６とは、近接していることが好ましい。さらに直角部３４及び鋭角部３７と、直角部３５及び鋭角部分３６とは、両方とも近接していることが好ましく、両方とも平坦部、傾斜部及び垂直部を三辺とする断面形状が直角三角形をなすことが好ましい。
【００３１】
また、垂直部３０は、流れ方向Ｆに対して垂直な断面における長さ寸法が第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２と同じあることが好ましい。この場合、垂直部３０と傾斜部３３とのなす角度は、４５度となる。また、第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２のそれぞれは、垂直部３０よりも長さが短いことが好ましい。この場合、垂直部３０と傾斜部３３とのなす角度は、４５度よりも小さい角度となる。
【００３２】
また、他の構成として、電池セル２の外装ケースが導電性材料で形成されている場合には、電池セルの側面２ａと第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２との互いに対面する部分のうち、少なくとも一方は、絶縁性物質４０で被覆されていることが好ましい。当該部分における絶縁性物質４０の被覆は、蒸着、コーティング、一体成形等によって形成することができる。例えば、折り曲げ加工等により上記の形状に形成した後の放熱部材３において、第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２における電池セルの側面２ａに対面する外表面に絶縁グリス等を塗布して絶縁性物質４０を構成するようにしてもよい。
【００３３】
図３は、放熱部材３の放熱面積を説明するための概略図であり、放熱部材３の断面形状について各部を線図によって示している。図３に示すように、本実施形態の放熱部材３について、第１の平坦部３１と垂直部３０のなす角度θ＝９０度とし、第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２の長さをともに寸法ａ、隣接する電池セルの側面間の距離を（√３／２）ａとする。この場合、傾斜部３３の寸法は、（√７／２）ａとなる。
【００３４】
したがって、図３に示す線図の合計寸法は、第１の平坦部３１、第２の平坦部３２、垂直部３０及び傾斜部３３の合計寸法を２倍した値で、（４＋√３＋√７）ａである。つまり、放熱部材３における直角三角形形状４個分当たりの放熱有効断面長さは、約８．３８ａになる。
【００３５】
これに対して、放熱部材３に対する第１の比較例としての放熱部材１０を示した部分拡大図が図４である。放熱部材１０は、電池セル２間を流通する冷却流体の流れ方向Ｆに対して直交する断面形状が第１の平坦部１００、第１の傾斜部１０２、第２の平坦部１０１、第２の傾斜部１０３、第１の平坦部１００の順に繋がって繰り返し連続される形状であり、この繰り返し形状が電池セル２間を流れ方向Ｆに垂直な方向（方向Ｙ）に延びる部材である。放熱部材１０の断面形状は、第１の平坦部１００、第１の傾斜部１０２及び第２の傾斜部１０３を三辺とする直角三角形と、第２の平坦部１０１、第１の傾斜部１０２及び第２の傾斜部１０３を三辺とする直角三角形とが交互に方向Ｙに繰り返される形態を呈している（以上、図４参照）。つまり、放熱部材１０は、対向する第１の平坦部１００及び第２の平坦部１０１が二つの傾斜部１０２と１０３によって連結され、正三角形状（後述のθ＝６０度の場合）の断面形状を呈している。
【００３６】
図５は第１の比較例である放熱部材１０の放熱面積を説明するための概略図であり、放熱部材１０の断面形状について各部を線図によって示している。図５に示すように、第１の比較例の放熱部材１０について、第１の平坦部１００と第２の傾斜部１０３のなす角度θ＝６０度とし、第１の平坦部１００及び第２の平坦部１０１の長さをともに寸法ａ、隣接する電池セルの側面間の距離を（√３／２）ａとする。この場合、第１の傾斜部１０２及び第２の傾斜部１０３の長さ寸法は、ともにａとなる。
【００３７】
したがって、図５に示す第１の比較例における線図の合計寸法は、第１の平坦部１００、第２の平坦部１０１、第１の傾斜部１０２及び第２の傾斜部１０３の合計寸法を２倍した値に、さらに第２の平坦部１０１の寸法の２倍した値を加えた８ａである。つまり、第１の比較例の放熱部材１０における正三角形形状４個分当たりの放熱有効断面長さは、８ａになる。
【００３８】
以上より、本実施形態の放熱部材３と第１の比較例の放熱部材１０とを比較すると、上記の放熱有効断面長さが放熱部材３の方が長い。このため、放熱部材３は、放熱部材全体としての放熱有効面積の向上が図れ、冷却性能の向上が見込めるのである。
【００３９】
次に、図６は第２の比較例である放熱部材１０Ａの放熱面積を説明するための概略図であり、放熱部材１０Ａの断面形状について各部を線図によって示している。図６に示すように、第２の比較例の放熱部材１０Ａについて、第１の平坦部１００と第２の傾斜部１０３Ａのなす角度θ＝３０度とし、第１の平坦部１００及び第２の平坦部１０１の長さをともに寸法ａ、隣接する電池セルの側面間の距離を（√３／２）ａとする。この場合、第２の傾斜部１０３Ａの長さ寸法は、ａよりも長くなる。また、第２の平坦部１０１と第２の傾斜部１０３Ａとが交わる頂点部は、図６のように本実施形態の放熱部材３における第２の平坦部３２と傾斜部３３との頂点部に対してａ／２だけずれる位置にある。
【００４０】
第２の比較例の場合には、両側の電池セル２から放熱部材１０Ａに対して拘束力としての圧縮力がかかった場合、当該圧縮力に対して強度を保持する必要のある第１の傾斜部１０２Ａ及び第２の傾斜部１０３Ａに、図６に白抜き矢印で図示するように、同じ方向に力が作用する。このため、第２の比較例の放熱部材１０Ａは、垂直部３０の軸方向で圧縮力を受ける放熱部材３の構造と比べて、構造的に圧縮力に耐える力が小さく、強度的に不利である。
【００４１】
また、図７は第３の比較例である放熱部材１０Ｂの放熱面積を説明するための概略図であり、放熱部材１０Ｂの断面形状について各部を線図によって示している。図７に示すように、第３の比較例の放熱部材１０Ｂについて、第１の平坦部１００と第２の傾斜部１０３Ｂのなす角度θ＝１２０度とし、第１の平坦部１００及び第２の平坦部１０１の長さをともに寸法ａ、隣接する電池セルの側面間の距離を（√３／２）ａとする。この場合、第１の傾斜部１０２Ｂの長さ寸法は、ａよりも長くなる。また、第２の平坦部１０１と第１の傾斜部１０２Ｂとが交わる頂点部は、図７のように本実施形態の放熱部材３の場合に対してａ／２だけずれる位置にある。
【００４２】
第３の比較例の場合には、両側の電池セル２から放熱部材１０Ｂに対して拘束力としての圧縮力がかかった場合、当該圧縮力に対して強度を保持する必要のある第１の傾斜部１０２Ｂ及び第２の傾斜部１０３Ｂに、図７に白抜き矢印で図示するように、同じ方向に力が作用する。このため、第３の比較例の放熱部材１０Ｂについても、垂直部３０の軸方向で圧縮力を受ける放熱部材３の構造と比べて、構造的に圧縮力に耐える力が小さく、強度的に不利である。
【００４３】
本実施形態の組電池１がもたらす作用効果について述べる。組電池１が備える放熱部材３は、流れ方向Ｆに対して垂直な断面形状が、両側の電池セルのうち、一方の電池セルの側面２ａに対面する第１の平坦部３１と、第１の平坦部３１の端部から、一方の電池セルの側面２ａに対して垂直方向に曲がる直角部３４を形成して他方の電池セルの側面２ａに向かって延びる垂直部３０と、垂直部３０の端部から、第１の平坦部３１とは反対の方向に前記他方の電池セルの側面２ａに対面するように延びる第２の平坦部３２と、第２の平坦部３２の端部から直角部３４に向かって延びて、第１の平坦部３１に隣合う別の第１の平坦部３１の端部と第２の平坦部３２の端部とを連結する傾斜部３３と、を備える直角三角形状を繰り返し形成する。さらに放熱部材３は、当該繰り返される直角三角形状が両側の電池セルにおける流れ方向Ｆの幅に亘って延びている。
【００４４】
この構成によれば、放熱部材３の特徴的断面形状によって、放熱部材３には冷却機能を果たす表面積が大きくなるため、電池セル２の冷却性能の向上が図れる。さらに、垂直部３０によって両側の電池セル２から受ける圧縮力に抗するため、放熱部材３の各部が座屈しがたく、圧縮力に対して大きな強度を備えることになる。したがって、大きな拘束力に耐えられるため、電池セル２の拘束機能と、放熱のための表面積向上による電池セル２の冷却性能向上との両方が実現できるのである。
【００４５】
また、放熱部材３は、電池セル２間を流通する冷却流体が接触し得る表面積を向上する特徴を有するので、より少ない冷却流体の流量で、より小さな流体機器の動力で、またより低い騒音で、必要な冷却性能を発揮することができる。したがって、このような作用効果を奏することにより、電池寿命の向上、電池セル数の低減、組電池１の小型化及び低コスト化が図れるのである。
【００４６】
放熱部材３において、垂直部３０は、冷却流体の流れ方向Ｆに対して垂直な断面における長さ寸法が第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２と同じあることが好ましい。この構成を採用すれば、放熱部材３を所定の形状に形成するときに板材を折り曲げ加工等する場合に、等しい角度及び等しい寸法の各部を形成することができる。このため、加工性が向上し、放熱部材３の製造性向上が図れる。
【００４７】
また、垂直部３０は、冷却流体の流れ方向Ｆに対して垂直な断面における長さ寸法が第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２よりも長いことが好ましい。この構成を採用すれば、放熱部材３に作用する圧縮力に対して抗力を発揮する垂直部３０が他の部分よりも長くなるため、圧縮力に対する放熱部材３のさらなる強度向上が図れる。また、冷却流体の流れ方向Ｆに対して垂直方向の単位長さ当たりの放熱面積を増加させることができる。このため、電池セルの冷却性能をさらなる向上させることができる。
【００４８】
また、電池セルの側面２ａ及び放熱部材３は導電性材料で形成されている。電池セルの側面２ａと第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２との互いに対面する部分のうち、第１の平坦部３１及び第２の平坦部３２の表面は、絶縁性物質４０で被覆されている。
【００４９】
このような構成によれば、隣接する電池セル２の外装ケースと放熱部材３との接触部位同士が絶縁性物質の被覆部分を介して接触するようになるため、電池セル２間の電気絶縁性が確保される。さらに、電気絶縁のための被覆部分は、第１の平坦部及び第２の平坦部であるため、絶縁被覆面積の低減が図れる。絶縁被覆面積の低減により、電池冷却のための伝熱抵抗、被覆材料、被覆工数の低減にも寄与する。
【００５０】
したがって、絶縁被覆する面積を抑制できるため伝熱抵抗の低減が可能であり、電池冷却性能及び電気的安全性の確保を図ることができる。また、隣接する電池セル２間の電位差により、導電性材料部分が腐食する事態を抑制できる。
【符号の説明】
【００５１】
１…組電池
２…電池セル
２ａ…電池セルの側面
３…放熱部材
３０…垂直部
３１…第１の平坦部
３２…第２の平坦部
３３…傾斜部
３４…直角部
４０…絶縁性物質
Ｆ…冷却流体の流れ方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層して配置される複数個の電池セル（２）と、
熱伝導性を有し、隣接する前記電池セル間に介在して冷却流体が流通する流体通路を形成し、両側の前記電池セルから圧縮力を受ける放熱部材（３）と、を一体に備えて構成される組電池（１）であって、
前記放熱部材（３）は、
前記冷却流体の流れ方向（Ｆ）に対して垂直な断面形状が、
前記両側の電池セルのうち、一方の電池セルの側面（２ａ）に対面する第１の平坦部（３１）と、
前記第１の平坦部（３１）の端部から、前記一方の電池セルの側面（２ａ）に対して垂直方向に曲がる直角部（３４）を形成して前記他方の電池セルの側面（２ａ）に向かって延びる垂直部（３０）と、
前記垂直部（３０）の端部から、前記第１の平坦部（３１）とは反対の方向に前記他方の電池セルの側面（２ａ）に対面するように延びる第２の平坦部（３２）と、
前記第２の平坦部（３２）の端部から前記直角部（３４）に向かって延びて、前記第１の平坦部（３１）に隣合う別の第１の平坦部（３１）の端部と前記第２の平坦部（３２）の端部とを連結する傾斜部（３３）と、を備える直角三角形状を繰り返し形成するとともに、
当該繰り返される直角三角形状が前記両側の電池セルにおける前記流れ方向（Ｆ）の幅に亘って延びることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記垂直部（３０）は、前記冷却流体の流れ方向（Ｆ）に対して垂直な断面における長さ寸法が前記第１の平坦部（３１）及び前記第２の平坦部（３２）と同じあることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記垂直部（３０）は、前記冷却流体の流れ方向（Ｆ）に対して垂直な断面における長さ寸法が前記第１の平坦部（３１）及び前記第２の平坦部（３２）よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項４】
前記電池セル（２）の外装ケース及び前記放熱部材（３）は導電性材料で形成されており、
前記電池セルの側面（２ａ）と前記第１の平坦部（３１）及び前記第２の平坦部（３２）との互いに対面する部分のうち、前記第１の平坦部（３１）及び前記第２の平坦部（３２）の表面は、絶縁性物質（４０）で被覆されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の組電池。
【請求項１】
積層して配置される複数個の電池セル（２）と、
熱伝導性を有し、隣接する前記電池セル間に介在して冷却流体が流通する流体通路を形成し、両側の前記電池セルから圧縮力を受ける放熱部材（３）と、を一体に備えて構成される組電池（１）であって、
前記放熱部材（３）は、
前記冷却流体の流れ方向（Ｆ）に対して垂直な断面形状が、
前記両側の電池セルのうち、一方の電池セルの側面（２ａ）に対面する第１の平坦部（３１）と、
前記第１の平坦部（３１）の端部から、前記一方の電池セルの側面（２ａ）に対して垂直方向に曲がる直角部（３４）を形成して前記他方の電池セルの側面（２ａ）に向かって延びる垂直部（３０）と、
前記垂直部（３０）の端部から、前記第１の平坦部（３１）とは反対の方向に前記他方の電池セルの側面（２ａ）に対面するように延びる第２の平坦部（３２）と、
前記第２の平坦部（３２）の端部から前記直角部（３４）に向かって延びて、前記第１の平坦部（３１）に隣合う別の第１の平坦部（３１）の端部と前記第２の平坦部（３２）の端部とを連結する傾斜部（３３）と、を備える直角三角形状を繰り返し形成するとともに、
当該繰り返される直角三角形状が前記両側の電池セルにおける前記流れ方向（Ｆ）の幅に亘って延びることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記垂直部（３０）は、前記冷却流体の流れ方向（Ｆ）に対して垂直な断面における長さ寸法が前記第１の平坦部（３１）及び前記第２の平坦部（３２）と同じあることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記垂直部（３０）は、前記冷却流体の流れ方向（Ｆ）に対して垂直な断面における長さ寸法が前記第１の平坦部（３１）及び前記第２の平坦部（３２）よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項４】
前記電池セル（２）の外装ケース及び前記放熱部材（３）は導電性材料で形成されており、
前記電池セルの側面（２ａ）と前記第１の平坦部（３１）及び前記第２の平坦部（３２）との互いに対面する部分のうち、前記第１の平坦部（３１）及び前記第２の平坦部（３２）の表面は、絶縁性物質（４０）で被覆されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の組電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１６９２２７（Ｐ２０１２−１６９２２７Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３１２７６（Ｐ２０１１−３１２７６）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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