電池の冷却構造
【課題】 電池の出力および持続力の低下を抑制する。
【解決手段】 電池セル２００は、正極端子２０２および負極端子２０４にそれぞれ接続される極板と、極板に接触する電解液とを含む。負極端子２０４には、冷却媒体と接触する部分の表面積を減少させるように部材２０６が設けられる。
【解決手段】 電池セル２００は、正極端子２０２および負極端子２０４にそれぞれ接続される極板と、極板に接触する電解液とを含む。負極端子２０４には、冷却媒体と接触する部分の表面積を減少させるように部材２０６が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の冷却構造に関し、特に、電池の出力および持続力の低下を抑制する冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題対策の１つとして、モータからの駆動力により走行するハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車などが注目されている。このような車両に搭載される電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池など、繰返し充放電可能な二次電池が用いられている。二次電池は、モータの高出力化に対応して高電圧化されており、一般に、複数の電池セルが直列に接続された電池モジュールがさらに複数直列に接続された電池パックとして構成されている。
【０００３】
このような二次電池においては、充放電時の発熱に対して電池性能を維持するために、電池を冷却する必要がある。たとえば、特開２００１−６０４６５号公報（特許文献１）は、冷却液によって正極端子や負極端子を直接冷却することにより、温度上昇を効率よく抑制する電池の冷却装置を開示する。この電池の冷却装置は、電池ケースの内部を、発電要素を収納する発電要素収納部と冷却部とに分離し、発電要素の電極に接続された端子をこの発電要素収納部から冷却部を通して電池ケースの外部に突出させると共に、この電池ケースの冷却部に冷媒を送り込み、排出させる。
【０００４】
特許文献１に開示された電池の冷却装置によると、冷却装置から送り込まれた冷媒が電池ケース内部の冷却部を流れるので、この冷却部を貫通する端子を効率よく冷却することができる。電池の端子は、充放電電流が流れることにより発熱量が大きくなるが、熱伝導率の高い金属が用いられると共に、電池容量が大きくなるほど断面積も大きくなるので、この端子を直接冷却することにより、電池の発熱を効率よく放熱させることができる。しかも、熱伝導率の高い冷媒を用いて冷却を行うことができるので、空冷に比べてさらに放熱効率がよくなる。
【特許文献１】特開２００１−６０４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される冷却装置のように、電池の端子を冷却する場合、両端子が同様に冷却されると、両端子からの放熱量が同じ程度になる可能性がある。両端子の放熱量が同じ程度になると、端子に接続される電池内部の極板間における温度差が同じ程度になる。そのため、極板に接触する電解液の液体内の温度分布が一様となるため、温度差に起因する電解液内部における流動はない。このとき、それぞれの極板付近においては、電池の充放電に対応する反応により電解液に含まれる反応関与物質の濃度が希薄になる。そのため、極板付近において反応関与物質が供給不足となり、電池の出力あるいは持続力が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る電池の冷却構造は、電池に設けられる正極端子と負極端子とに冷却媒体を接触させるようにして冷却する電池の冷却構造である。電池は、正極端子および負極端子にそれぞれ接続される極板と、極板に接触する電解液とを含む。正極端子および負極端子は、冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される。
【０００８】
第１の発明によると、正極端子および負極端子は、冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成されているため、正極端子と負極端子とでは、冷却媒体と端子との間で熱交換される熱量に差が生じる。そのため、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差が生じる。すなわち、それぞれの極板と接触する電解液の内部において温度差が生じる。電解液の内部に温度差が生じると、熱対流に基づく液体の流動が発生する。液体の流動が発生すると、極板付近における電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下を抑制することができる。そのため、極板と電解液との間における充放電に対応する反応の低下を抑制することができるため、電池の出力および持続力を維持することができる。したがって、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することができる。
【０００９】
第２の発明に係る電池の冷却構造によると、第１の発明の構成に加えて、正極端子と負極端子とのうちのいずれか一方に、冷却媒体と接触する部分の表面積を減少させるような部材が設けられることにより、冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される。
【００１０】
第２の発明によると、正極端子と負極端子とのうちのいずれか一方に、部材を設けて、冷却媒体と接触する部分の表面積を減少させるようにすることにより、正極端子と負極端子との間で熱交換される熱量に差が生じる。したがって、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差を生じさせることができる。
【００１１】
第３の発明に係る電池の冷却構造によると、第２の発明の構成に加えて、部材は、極板と電解液とにおける反応熱の大きい方の端子に設けられる。
【００１２】
第３の発明によると、部材は、極板と電解液とにおける反応熱の大きい方の端子に設けられる。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が大きい方の端子の方が発熱量は大きい。したがって、発熱量が大きい方の端子に冷却媒体と接触する部分の表面積を減少させる部材を設けることにより、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００１３】
第４の発明に係る電池の冷却構造によると、第１の発明の構成に加えて、正極端子と負極端子とのうちのいずれか一方に、冷却媒体と接触する部分の表面積を増加させるような部材が設けられることにより、冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される。
【００１４】
第４の発明によると、正極端子と負極端子とのうちのいずれか一方に、部材（たとえば、ヒートシンク）を設けて、冷却媒体と接触する部分の表面積を増加させるようにすることにより、正極端子と負極端子との間で冷却媒体と熱交換される熱量に差が生じる。したがって、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差を生じさせることができる。
【００１５】
第５の発明に係る電池の冷却構造によると、第４の発明の構成に加えて、部材は、極板と電解液とにおける反応熱の小さい方の端子に設けられる。
【００１６】
第５の発明によると、部材は、極板と電解液とにおける反応熱の小さい方の端子に設けられる。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が小さい方の端子の方が発熱量は小さい。したがって、発熱量が小さい方の端子に冷却媒体と接触する部分の表面積を増加させる部材を設けることにより、正極端子および負極端子にそれぞれ接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００１７】
第６の発明に係る電池の冷却構造によると、第１の発明の構成に加えて、正極端子と負極端子とは、冷却媒体に露出する部分の体積が互いに異なるように形成されることにより、冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される。
【００１８】
第６の発明によると、正極端子と負極端子とは、冷却媒体に露出する部分の体積が互いに異なるように形成される。露出する部分の体積が異なるように形成することにより、正極端子と負極端子とにおいて、冷却媒体に接触する部分の表面積を異なるように形成させることができる。そのため、正極端子と負極端子とでは、冷却媒体と端子との間で熱交換される熱量に差が生じる。正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差を生じさせることができる。
【００１９】
第７の発明に係る電池の冷却構造によると、第６の発明の構成に加えて、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の体積が他方の端子よりも小さくなるように形成される。
【００２０】
第７の発明によると、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の体積を他方の端子よりも小さくなるように形成する。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が大きい方の端子の方が発熱量は大きい。したがって、反応熱の大きい一方の端子の体積を他方の端子の体積よりも小さくなるように形成させることにより、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００２１】
第８の発明に係る電池の冷却構造は、電池に設けられる正極端子と負極端子とに冷却媒体を接触させるようにして冷却する電池の冷却構造である。電池は、端子に接続される極板と、極板に接触する電解液とを含む。正極端子と負極端子は、熱伝導率が互いに異なる材質で形成される。
【００２２】
第８の発明によると、正極端子と負極端子とは、熱伝導率が互いに異なる材質で形成される。正極端子と負極端子との間で熱伝導率が異なると、冷却媒体と端子との間で熱交換される熱量に差が生じる。そのため、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差が生じる。すなわち、それぞれの極板と接触する電解液の内部において温度差が生じる。電解液の内部に温度差が生じると、熱対流に基づく液体の流動が発生する。液体の流動が発生すると、極板付近における電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下を抑制することができる。そのため、極板と電解液との間における電池の充放電に対応する反応の低下を抑制することができるため、電池の出力および持続力を維持することができる。したがって、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することができる。
【００２３】
第９の発明に係る電池の冷却構造においては、第８の発明の構成に加えて、正極端子と負極端子とのうちの、極板と電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の材質は、他方の端子の材質よりも熱伝導率が低い材質で形成される。
【００２４】
第９の発明によると、正極端子と負極端子とのうちの、極板と電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の材質は、他方の端子の材質よりも熱伝導率が低い材質で形成される。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が大きい方の端子の方が発熱量は大きい。したがって、反応熱の大きい一方の端子の材質を他方の端子の材質よりも熱伝導率が低い材質で形成させることにより、正極端子および負極端子のぞれぞれに接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００２５】
第１０の発明に係る電池の冷却構造は、電池に設けられる正極端子と負極端子とに冷却媒体を接触させるようにして冷却する電池の冷却構造である。電池は、端子に接続される極板と、極板に接触する電解液とを含む。冷却構造は、冷却媒体を供給するための供給手段を含む。正極端子および負極端子は、供給される冷却媒体が流れる方向と平行な方向に沿って設けられる。供給手段は、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおいて反応熱の小さい一方の端子から他方の端子への方向に冷却媒体が供給されるように設けられる。
【００２６】
第１０の発明によると、正極端子および負極端子は、供給手段により供給される冷却媒体が流れる方向と平行な方向に沿って設けられる。供給手段は、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおいて反応熱の小さい一方の端子から他方の端子への方向に冷却媒体が供給されるように設けられる。これにより、冷却媒体は反応熱の小さい方の端子に接触して温度が上昇した後、他方の端子に接触する。そのため、反応熱の大きい方の端子においては冷却効率が低下する。その結果、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差が生じる。すなわち、それぞれの極板と接触する電解液の内部において温度差が生じる。電解液の内部に温度差が生じると、熱対流に基づく液体の流動が発生する。液体の流動が発生すると、極板付近における電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下を抑制することができる。そのため、極板と電解液との間における電池の充放電に対応する反応の低下を抑制することができるため、電池の出力および持続力を維持することができる。したがって、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る電池の冷却構造について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２８】
＜第１の実施の形態＞
以下において、ハイブリッド車両に搭載される走行用二次電池である電池パックを冷却する冷却構造について説明する。ただし、本実施の形態に係る冷却構造は、走行用二次電池に対して限定して適用されるものではない。
【００２９】
図１に示すように、電池パック１００の内部には、車両の側面側から冷却媒体が導入される。電池パック１００の内部には、複数の電池セル２００を多数直列に接続された二次電池が設けられる。なお、本実施の形態において、内部に極板と、極板に接触する電解液とを含む電池であれば、特に二次電池に限定されるものではないが、たとえば、電池は、リチウムイオン電池でもよいし、ニッケルカドミウム電池でもよいし、ニッケル水素電池でもよいし、鉛蓄電池でもよい。
【００３０】
また、本実施の形態において、電池パック１００の内部に導入される冷却媒体は、冷却風（気体）であるが、特にこれに限定されるものではない。たとえば、冷却媒体は、液体であってもよい。また、冷却風を電池パック１００の内部に供給する供給装置は、特に限定されるものではないが、たとえば、外気あるいは乗員室内から吸気した冷却風を電池パックに導くダクト（図示せず）とダクト内に冷却風の流れを形成する送風ファン（図示せず）とにより構成される。
【００３１】
電池パック１００の幅方向の側面上部から導入された冷却風は、電池パック１００の内部の複数の電池セル２００の上部を車両の幅方向に流通する。冷却風は、複数の電池セル２００の上部から下部へと流通した後、冷却風が導入された電池パック１００の同じ側面の下部へと排出される経路で流通する。
【００３２】
図２および図３に示すように、電池パック１００は、電池セル２００が車両の幅方向に複数個配置されて構成される。電池セル２００は、直方体の形状を有するが、特に限定されるものではなく、楕円形状あるいは円筒形状を有していてもよい。
【００３３】
電池セル２００には、正極端子２０２と負極端子２０４とが設けられる。本実施の形態において、正極端子２０２および負極端子２０４は、それぞれ同じ円筒形状を有するが、特に正極端子２０２および負極端子２０４の形状については特に限定されるものではない。
【００３４】
電池セル２００の内部には、正極端子２０２に接続された極板と、負極端子２０４に接続された極板とが設けられる。また、電池セル２００の内部には、それぞれの極板に接触するように電解液が充填されている。極板の形状は、特に限定されるものではなく、たとえば、棒状の形状を有していてもよいし、正極端子２０２側の極板と負極端子２０４側の極板とがセパレータ（仕切り板）を介して積層されて形成される積層体が巻回された形状を有していてもよい。それぞれの極板付近において、電解液に含まれる反応関与物質が電子を放出したり吸収したりして、電池セル２００が充電されたり放電されたりする。
【００３５】
本実施の形態においては、正極端子２０２および負極端子２０４のうちいずれか一方に、冷却風と接触する部分の表面積を減少させる部材が設けられる点に特徴を有する。具体的には、図２および図３に示すように、円筒形の端子の半周面を覆うように部材２０６が負極端子２０４側に設けられる。部材２０６は、負極端子２０４と冷却風とが接触する部分の表面積を、正極端子２０２と冷却風とが接触する部分の表面積と異なるように形成されれば、特に形状は限定されるものではない。部材２０６は、熱伝導率の低い材質であれば特に限定されるものではないが、たとえば、樹脂等により形成されてもよい。
【００３６】
以上のような構造に基づいて、本実施の形態に係る電池の冷却構造の作用について説明する。
【００３７】
電池パック１００における車両の幅方向の側面上部から供給装置により冷却風が導入されると、冷却風は、車両の幅方向に流通し、電池セル２００の正極端子２０２および負極端子２０４に接触する。
【００３８】
一方、電池パック１００においては、車両の走行状態に応じて、充電あるいは放電が行なわれる。すなわち、極板付近において、電解液に含まれる反応関与物質の反応が進行して、電力が出力されたり、蓄えられたりする。そのため、充放電時においては、極板付近における反応熱により極板が発熱する。双方の極板において発生した熱は、正極端子２０２および負極端子２０４にそれぞれ伝熱する。発熱した正極端子２０２および負極端子２０４のそれぞれにおいて、接触した冷却風と熱交換が行なわれて、端子の温度が低下する。このとき、部材２０６が負極端子２０４に設けられているため、冷却風と負極端子２０４とが接触する表面積が少ないため、冷却風と端子との間で交換される熱量は負極端子２０４側の方が少なくなる。そのため、正極端子２０２と負極端子２０４との間において、温度差が生じる。正極端子２０２と負極端子２０４との間において、温度差が生じると、双方の極板間においても温度差を有するようになる。そのため、電解液の内部において、熱対流に基づく流動が発生する。このとき、電解液の内部において、温度の高い部分は上部へ移動し、温度の低い部分は下部へ移動する。そのため、極板付近における、電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下は電解液の流動により抑制される。
【００３９】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池の冷却構造によると、正極端子および負極端子は、冷却風と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成されているため、正極端子と負極端子とでは、冷却風と端子との間で熱交換される熱量に差が生じる。そのため、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差が生じる。すなわち、それぞれの極板と接触する電解液の内部において温度差が生じる。電解液の内部に温度差が生じると、熱対流に基づく液体の流動が発生する。液体の流動が発生すると、極板付近における電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下を抑制することができる。そのため、極板と電解液との間における充放電に対応する反応の低下を抑制することができるため、電池の出力および持続力を維持することができる。したがって、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することができる。
【００４０】
なお、部材は、正極端子および負極端子のうちいずれに設けられてもよいが、好ましくは、充放電時における反応熱が高い方の端子に設けられることが望ましい。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が大きい方の端子の方が発熱量は大きい。したがって、発熱量が大きい方の端子に冷却風と接触する部分の表面積を減少させる部材を設けることにより、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００４１】
また、本実施の形態において、冷却風と接触する部分の表面積を減少させる部材を負極端子側に設けたが、たとえば、負極端子に塗料を付着させるなどして、表面積を減少させるようにしてもよい。
【００４２】
そして、本実施の形態において、正極端子と負極端子のうちいずれか一方に、冷却風と接触する表面積を減少させる部材を設けるようにしたが、正極端子と負極端子のうちいずれか一方に、冷却風と接触する表面積を増加させる放熱部材（たとえば、熱伝導率の高い材質で形成されるヒートシンク）を設けるようにしてもよい。
【００４３】
このようにしても、正極端子と負極端子とにおいて、冷却風と接触する表面積が異なるようにすることができる。そのため、正極端子と負極端子との間で冷却媒体と熱交換される熱量に差が生じる。したがって、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差を生じさせることができる。
【００４４】
好ましくは、放熱部材は、正極端子と負極端子の充放電時における反応熱が低い方の端子に設けられることが望ましい。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が小さい方の端子の方が発熱量は小さい。したがって、発熱量が小さい方の端子に冷却風と接触する部分の表面積を増加させる放熱部材を設けることにより、正極端子および負極端子にそれぞれ接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００４５】
＜第２の実施の形態＞
以下、第２の実施の形態に係る電池の冷却構造について説明する。本実施の形態において、電池パック１００が上述の第１の実施の形態における電池セル２００に代えて電池セル３００を含む点以外は、同じ構成である。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００４６】
図４に示すように、電池セル３００には、正極端子３０２と負極端子３０４とが設けられる。本実施の形態において、正極端子３０２および負極端子３０４は、円筒形状を有するが、特に限定されるものではない。また、電池セル３００の内部構造については、上述の第１の実施の形態における電池セル２００の構造と同じである。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００４７】
本実施の形態においては、正極端子３０２と負極端子３０４とは、冷却風に露出する部分の体積が互いに異なるように形成される点に特徴を有する。本実施の形態において、正極端子３０２を形成する円筒形状の径の方が負極端子３０４を形成する円筒形状の径よりも大きい。なお、正極端子３０２の円筒の高さを負極端子３０４の高さよりも大きくなるようにしてもよい。なお、負極端子３０４を形成する円筒形状の径を、正極端子３０２を形成する円筒形状の径よりも大きくしてもよい。
【００４８】
以上のような構造に基づいて、本実施の形態に係る電池の冷却構造の作用について説明する。
【００４９】
電池パック１００における車両の幅方向の側面上部から供給装置により冷却風が導入されると、冷却風は、車両の幅方向に流通し、電池セル３００の正極端子３０２および負極端子３０４に接触する。
【００５０】
一方、電池パック１００においては、車両の走行状態に応じて、充電あるいは放電が行なわれる。すなわち、極板付近において、電解液に含まれる反応関与物質の反応が進行して、電力が出力されたり、蓄えられたりする。そのため、充放電時においては、極板付近における反応熱により極板が発熱する。双方の極板において発生した熱は、正極端子３０２および負極端子３０４にそれぞれ伝熱する。発熱した正極端子３０２および負極端子３０４のそれぞれにおいて、接触した冷却風と熱交換が行なわれて、端子の温度が低下する。このとき、正極端子３０２の冷却風に露出する部分の体積を、負極端子３０４の冷却風に露出する部分の体積よりも大きくすることにより、正極端子３０２の冷却風に接触する部分の表面積が増加する。そのため、冷却風と端子との間で交換される熱量は負極端子３０４の方が少なくなる。そのため、正極端子３０２と負極端子３０４との間において、温度差が生じる。正極端子３０２と負極端子３０４との間において、温度差が生じると、双方の極板間においても温度差を有するようになる。そのため、電解液の内部において、熱対流に基づく流動が発生する。このとき、電解液の内部において、温度の高い部分は上部へ移動し、温度の低い部分は下部へ移動する。そのため、極板付近における、電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下は電解液の流動により抑制される。
【００５１】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池の冷却構造によると、露出する部分の体積が異なるように形成することにより、正極端子と負極端子とにおいて、冷却媒体に接触する部分の表面積を異なるように形成させることができる。そのため、上述の第１の実施の形態における効果と同様の効果を有する。
【００５２】
なお、好ましくは、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の体積が他方の端子よりも小さくなるように形成されることが望ましい。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が大きい方の端子の方が発熱量は大きい。したがって、反応熱の大きい一方の端子の体積を他方の端子の体積よりも小さくなるように形成させることにより、正極端子およに負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００５３】
＜第３の実施の形態＞
以下、第３の実施の形態に係る電池の冷却構造について説明する。本実施の形態において、電池パック１００が上述の第１の実施の形態における電池セル２００に代えて電池セル４００を含む点以外は、同じ構成である。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００５４】
図５に示すように、電池セル４００には、正極端子４０２と負極端子４０４とが設けられる。本実施の形態において、正極端子４０２および負極端子４０４は、それぞれ同じ円筒形状を有するが、特に限定されるものではない。また、電池セル４００の内部構造については、上述の第１の実施の形態における電池セル２００の構造と同じである。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００５５】
本実施の形態においては、正極端子４０２と負極端子４０４とにおいては、互いに熱伝導率が異なる材質で形成される点に特徴を有する。本実施の形態において、負極端子４０４の方が正極端子４０２よりも熱伝導率の低い材質で形成される。なお、正極端子４０２よりも負極端子４０４の方が熱伝導率の低い材質で形成されてもよい。
【００５６】
以上のような構造に基づいて、本実施の形態に係る電池の冷却構造の作用について説明する。
【００５７】
電池パック１００における車両の幅方向の側面上部から供給装置により冷却風が導入されると、冷却風は、車両の幅方向に流通し、電池セル４００の正極端子４０２および負極端子４０４に接触する。
【００５８】
一方、電池パック１００においては、車両の走行状態に応じて、充電あるいは放電が行なわれる。すなわち、極板付近において、電解液に含まれる反応関与物質の反応が進行して、電力が出力されたり、蓄えられたりする。そのため、充放電時においては、極板付近における反応熱により極板が発熱する。双方の極板において発生した熱は、正極端子４０２および負極端子４０４にそれぞれ伝熱する。発熱した正極端子４０２および負極端子４０４のそれぞれにおいて、接触した冷却風と熱交換が行なわれて、端子の温度が低下する。このとき、負極端子４０４を正極端子４０２よりも熱伝導率が低い材質で形成することにより、負極端子４０４における冷却効率が正極端子４０２よりも低下する。そのため、冷却風と端子との間で交換される熱量は負極端子４０４側の方が少なくなる。そのため、正極端子４０２と負極端子４０４との間において、温度差が生じる。正極端子４０２と負極端子４０４との間において、温度差が生じると、双方の極板間においても温度差を有するようになる。そのため、電解液の内部において、熱対流に基づく流動が発生する。このとき、電解液の内部において、温度の高い部分は上部へ移動し、温度の低い部分は下部へ移動する。そのため、極板付近において、電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下は電解液の流動により抑制される。
【００５９】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池の冷却構造によると、正極端子と負極端子とは、熱伝導率が互いに異なる材質で形成される。正極端子と負極端子との間で熱伝導率が異なると、冷却風と端子との間で熱交換される熱量に差が生じる。そのため、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差が生じる。すなわち、それぞれの極板と接触する電解液の内部において温度差が生じる。電解液の内部に温度差が生じると、熱対流に基づく液体の流動が発生する。液体の流動が発生すると、極板付近における電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下を抑制することができる。そのため、極板と電解液との間における電池の充放電に対応する反応の低下を抑制することができるため、電池の出力および持続力を維持することができる。したがって、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することができる。
【００６０】
なお、好ましくは、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の材質は、他方の端子の材質よりも熱伝導率が低い材質で形成されることが望ましい。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が大きい方の端子の方が発熱量は大きい。したがって、反応熱の大きい一方の端子の材質を他方の端子の材質よりも熱伝導率が低い材質で形成させることにより、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００６１】
＜第４の実施の形態＞
以下、第４の実施の形態に係る電池の冷却構造について説明する。本実施の形態において、電池パック１００が上述の第１の実施の形態における電池セル２００に代えて電池セル５００を含む点以外は、第１の実施の形態に係る電池の冷却構造と同じ構成である。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００６２】
図６に示すように、電池セル５００には、正極端子５０２と負極端子５０４とが設けられる。本実施の形態において、正極端子５０２および負極端子５０４は、それぞれ同じ円筒形状を有するが、特に限定されるものではない。また、電池セル５００の内部構造については、上述の第１の実施の形態における電池セル２００の構成と同じである。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００６３】
本実施の形態において、正極端子５０２および負極端子５０４は、供給される冷却風が流れる方向と平行な方向に沿って設けられる点を特徴とする。そして、供給装置は、正極端子５０２と負極端子５０４とのうち、極板と電解液とにおいて反応熱の小さい一方の端子から他方の端子への方向に冷却風を供給するように設けられる。本実施の形態においては、図６に示すように、正極端子５０２から負極端子５０４への方向に冷却風が供給されるように、電池セル５００が配置される。
【００６４】
以上のような構造に基づいて、本実施の形態に係る電池の冷却構造の作用について説明する。
【００６５】
電池パック１００における車両の幅方向の側面上部から供給装置により冷却風が導入されると、冷却風は、車両の幅方向に流通し、電池セル５００の正極端子５０２に接触した後、負極端子５０４に接触する。
【００６６】
一方、電池パック１００においては、車両の走行状態に応じて、充電あるいは放電が行なわれる。すなわち、極板付近において、電解液に含まれる反応関与物質の反応が進行して、電力が出力されたり、蓄えられたりする。そのため、充放電時においては、極板付近における反応熱により極板が発熱する。双方の極板において発生した熱は、正極端子５０２および負極端子５０４にそれぞれ伝熱する。発熱した正極端子５０２および負極端子５０４のそれぞれにおいて、接触した冷却風と熱交換が行なわれて、端子の温度が低下する。このとき、冷却風は反応熱の小さい方の端子に接触して温度が上昇した後、他方の端子に接触する。そのため、反応熱の大きい方の端子において、冷却効率が低下する。すなわち、正極端子５０２と負極端子５０４との間において、温度差が生じる。正極端子５０２と負極端子５０４との間において、温度差が生じると、双方の極板間においても温度差を有するようになる。そのため、電解液の内部において、熱対流に基づく流動が発生する。このとき、電解液の内部において、温度の高い部分は上部へ移動し、温度の低い部分は下部へ移動する。そのため、極板付近における、電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下は電解液の流動により抑制される。
【００６７】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池の冷却構造によると、正極端子および負極端子は、供給装置により供給される冷却風が流れる方向と平行な方向に沿って設けられる。供給装置は、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおいて反応熱の小さい一方の端子から他方の端子への方向に冷却風を供給するように設けられる。これにより、冷却風は反応熱の小さい方の端子に接触して温度が上昇した後、他方の端子に接触する。その結果、反応熱の大きい方の端子においては冷却効率が低下する。そのため、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差が生じる。すなわち、それぞれの極板と接触する電解液の内部において温度差が生じる。電解液の内部に温度差が生じると、熱対流に基づく液体の流動が発生する。液体の流動が発生すると、極板付近における電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下を抑制することができる。そのため、極板と電解液との間における電池の充放電に対応する反応の低下を抑制することができるため、電池の出力および持続力を維持することができる。したがって、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することができる。
【００６８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１の実施の形態に係る電池の冷却構造が適用される電池パックの外観を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電池の冷却構造を有する電池セルの斜視図である。
【図３】図２の矢視Ａを示す図である。
【図４】第２の実施の形態に係る電池の冷却構造を有する電池セルの斜視図である。
【図５】第３の実施の形態に係る電池の冷却構造を有する電池セルの斜視図である。
【図６】第４の実施の形態に係る電池の冷却構造を有する電池セルの斜視図である。
【符号の説明】
【００７０】
１００ 電池パック、１０２ 複数の電池セル、２００，３００，４００，５００ 電池セル、２０２，３０２，４０２，５０２ 正極端子、２０４，３０４，４０４，５０４ 負極端子、２０６ 部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の冷却構造に関し、特に、電池の出力および持続力の低下を抑制する冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題対策の１つとして、モータからの駆動力により走行するハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車などが注目されている。このような車両に搭載される電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池など、繰返し充放電可能な二次電池が用いられている。二次電池は、モータの高出力化に対応して高電圧化されており、一般に、複数の電池セルが直列に接続された電池モジュールがさらに複数直列に接続された電池パックとして構成されている。
【０００３】
このような二次電池においては、充放電時の発熱に対して電池性能を維持するために、電池を冷却する必要がある。たとえば、特開２００１−６０４６５号公報（特許文献１）は、冷却液によって正極端子や負極端子を直接冷却することにより、温度上昇を効率よく抑制する電池の冷却装置を開示する。この電池の冷却装置は、電池ケースの内部を、発電要素を収納する発電要素収納部と冷却部とに分離し、発電要素の電極に接続された端子をこの発電要素収納部から冷却部を通して電池ケースの外部に突出させると共に、この電池ケースの冷却部に冷媒を送り込み、排出させる。
【０００４】
特許文献１に開示された電池の冷却装置によると、冷却装置から送り込まれた冷媒が電池ケース内部の冷却部を流れるので、この冷却部を貫通する端子を効率よく冷却することができる。電池の端子は、充放電電流が流れることにより発熱量が大きくなるが、熱伝導率の高い金属が用いられると共に、電池容量が大きくなるほど断面積も大きくなるので、この端子を直接冷却することにより、電池の発熱を効率よく放熱させることができる。しかも、熱伝導率の高い冷媒を用いて冷却を行うことができるので、空冷に比べてさらに放熱効率がよくなる。
【特許文献１】特開２００１−６０４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される冷却装置のように、電池の端子を冷却する場合、両端子が同様に冷却されると、両端子からの放熱量が同じ程度になる可能性がある。両端子の放熱量が同じ程度になると、端子に接続される電池内部の極板間における温度差が同じ程度になる。そのため、極板に接触する電解液の液体内の温度分布が一様となるため、温度差に起因する電解液内部における流動はない。このとき、それぞれの極板付近においては、電池の充放電に対応する反応により電解液に含まれる反応関与物質の濃度が希薄になる。そのため、極板付近において反応関与物質が供給不足となり、電池の出力あるいは持続力が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る電池の冷却構造は、電池に設けられる正極端子と負極端子とに冷却媒体を接触させるようにして冷却する電池の冷却構造である。電池は、正極端子および負極端子にそれぞれ接続される極板と、極板に接触する電解液とを含む。正極端子および負極端子は、冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される。
【０００８】
第１の発明によると、正極端子および負極端子は、冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成されているため、正極端子と負極端子とでは、冷却媒体と端子との間で熱交換される熱量に差が生じる。そのため、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差が生じる。すなわち、それぞれの極板と接触する電解液の内部において温度差が生じる。電解液の内部に温度差が生じると、熱対流に基づく液体の流動が発生する。液体の流動が発生すると、極板付近における電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下を抑制することができる。そのため、極板と電解液との間における充放電に対応する反応の低下を抑制することができるため、電池の出力および持続力を維持することができる。したがって、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することができる。
【０００９】
第２の発明に係る電池の冷却構造によると、第１の発明の構成に加えて、正極端子と負極端子とのうちのいずれか一方に、冷却媒体と接触する部分の表面積を減少させるような部材が設けられることにより、冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される。
【００１０】
第２の発明によると、正極端子と負極端子とのうちのいずれか一方に、部材を設けて、冷却媒体と接触する部分の表面積を減少させるようにすることにより、正極端子と負極端子との間で熱交換される熱量に差が生じる。したがって、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差を生じさせることができる。
【００１１】
第３の発明に係る電池の冷却構造によると、第２の発明の構成に加えて、部材は、極板と電解液とにおける反応熱の大きい方の端子に設けられる。
【００１２】
第３の発明によると、部材は、極板と電解液とにおける反応熱の大きい方の端子に設けられる。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が大きい方の端子の方が発熱量は大きい。したがって、発熱量が大きい方の端子に冷却媒体と接触する部分の表面積を減少させる部材を設けることにより、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００１３】
第４の発明に係る電池の冷却構造によると、第１の発明の構成に加えて、正極端子と負極端子とのうちのいずれか一方に、冷却媒体と接触する部分の表面積を増加させるような部材が設けられることにより、冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される。
【００１４】
第４の発明によると、正極端子と負極端子とのうちのいずれか一方に、部材（たとえば、ヒートシンク）を設けて、冷却媒体と接触する部分の表面積を増加させるようにすることにより、正極端子と負極端子との間で冷却媒体と熱交換される熱量に差が生じる。したがって、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差を生じさせることができる。
【００１５】
第５の発明に係る電池の冷却構造によると、第４の発明の構成に加えて、部材は、極板と電解液とにおける反応熱の小さい方の端子に設けられる。
【００１６】
第５の発明によると、部材は、極板と電解液とにおける反応熱の小さい方の端子に設けられる。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が小さい方の端子の方が発熱量は小さい。したがって、発熱量が小さい方の端子に冷却媒体と接触する部分の表面積を増加させる部材を設けることにより、正極端子および負極端子にそれぞれ接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００１７】
第６の発明に係る電池の冷却構造によると、第１の発明の構成に加えて、正極端子と負極端子とは、冷却媒体に露出する部分の体積が互いに異なるように形成されることにより、冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される。
【００１８】
第６の発明によると、正極端子と負極端子とは、冷却媒体に露出する部分の体積が互いに異なるように形成される。露出する部分の体積が異なるように形成することにより、正極端子と負極端子とにおいて、冷却媒体に接触する部分の表面積を異なるように形成させることができる。そのため、正極端子と負極端子とでは、冷却媒体と端子との間で熱交換される熱量に差が生じる。正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差を生じさせることができる。
【００１９】
第７の発明に係る電池の冷却構造によると、第６の発明の構成に加えて、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の体積が他方の端子よりも小さくなるように形成される。
【００２０】
第７の発明によると、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の体積を他方の端子よりも小さくなるように形成する。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が大きい方の端子の方が発熱量は大きい。したがって、反応熱の大きい一方の端子の体積を他方の端子の体積よりも小さくなるように形成させることにより、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００２１】
第８の発明に係る電池の冷却構造は、電池に設けられる正極端子と負極端子とに冷却媒体を接触させるようにして冷却する電池の冷却構造である。電池は、端子に接続される極板と、極板に接触する電解液とを含む。正極端子と負極端子は、熱伝導率が互いに異なる材質で形成される。
【００２２】
第８の発明によると、正極端子と負極端子とは、熱伝導率が互いに異なる材質で形成される。正極端子と負極端子との間で熱伝導率が異なると、冷却媒体と端子との間で熱交換される熱量に差が生じる。そのため、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差が生じる。すなわち、それぞれの極板と接触する電解液の内部において温度差が生じる。電解液の内部に温度差が生じると、熱対流に基づく液体の流動が発生する。液体の流動が発生すると、極板付近における電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下を抑制することができる。そのため、極板と電解液との間における電池の充放電に対応する反応の低下を抑制することができるため、電池の出力および持続力を維持することができる。したがって、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することができる。
【００２３】
第９の発明に係る電池の冷却構造においては、第８の発明の構成に加えて、正極端子と負極端子とのうちの、極板と電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の材質は、他方の端子の材質よりも熱伝導率が低い材質で形成される。
【００２４】
第９の発明によると、正極端子と負極端子とのうちの、極板と電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の材質は、他方の端子の材質よりも熱伝導率が低い材質で形成される。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が大きい方の端子の方が発熱量は大きい。したがって、反応熱の大きい一方の端子の材質を他方の端子の材質よりも熱伝導率が低い材質で形成させることにより、正極端子および負極端子のぞれぞれに接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００２５】
第１０の発明に係る電池の冷却構造は、電池に設けられる正極端子と負極端子とに冷却媒体を接触させるようにして冷却する電池の冷却構造である。電池は、端子に接続される極板と、極板に接触する電解液とを含む。冷却構造は、冷却媒体を供給するための供給手段を含む。正極端子および負極端子は、供給される冷却媒体が流れる方向と平行な方向に沿って設けられる。供給手段は、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおいて反応熱の小さい一方の端子から他方の端子への方向に冷却媒体が供給されるように設けられる。
【００２６】
第１０の発明によると、正極端子および負極端子は、供給手段により供給される冷却媒体が流れる方向と平行な方向に沿って設けられる。供給手段は、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおいて反応熱の小さい一方の端子から他方の端子への方向に冷却媒体が供給されるように設けられる。これにより、冷却媒体は反応熱の小さい方の端子に接触して温度が上昇した後、他方の端子に接触する。そのため、反応熱の大きい方の端子においては冷却効率が低下する。その結果、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差が生じる。すなわち、それぞれの極板と接触する電解液の内部において温度差が生じる。電解液の内部に温度差が生じると、熱対流に基づく液体の流動が発生する。液体の流動が発生すると、極板付近における電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下を抑制することができる。そのため、極板と電解液との間における電池の充放電に対応する反応の低下を抑制することができるため、電池の出力および持続力を維持することができる。したがって、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る電池の冷却構造について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２８】
＜第１の実施の形態＞
以下において、ハイブリッド車両に搭載される走行用二次電池である電池パックを冷却する冷却構造について説明する。ただし、本実施の形態に係る冷却構造は、走行用二次電池に対して限定して適用されるものではない。
【００２９】
図１に示すように、電池パック１００の内部には、車両の側面側から冷却媒体が導入される。電池パック１００の内部には、複数の電池セル２００を多数直列に接続された二次電池が設けられる。なお、本実施の形態において、内部に極板と、極板に接触する電解液とを含む電池であれば、特に二次電池に限定されるものではないが、たとえば、電池は、リチウムイオン電池でもよいし、ニッケルカドミウム電池でもよいし、ニッケル水素電池でもよいし、鉛蓄電池でもよい。
【００３０】
また、本実施の形態において、電池パック１００の内部に導入される冷却媒体は、冷却風（気体）であるが、特にこれに限定されるものではない。たとえば、冷却媒体は、液体であってもよい。また、冷却風を電池パック１００の内部に供給する供給装置は、特に限定されるものではないが、たとえば、外気あるいは乗員室内から吸気した冷却風を電池パックに導くダクト（図示せず）とダクト内に冷却風の流れを形成する送風ファン（図示せず）とにより構成される。
【００３１】
電池パック１００の幅方向の側面上部から導入された冷却風は、電池パック１００の内部の複数の電池セル２００の上部を車両の幅方向に流通する。冷却風は、複数の電池セル２００の上部から下部へと流通した後、冷却風が導入された電池パック１００の同じ側面の下部へと排出される経路で流通する。
【００３２】
図２および図３に示すように、電池パック１００は、電池セル２００が車両の幅方向に複数個配置されて構成される。電池セル２００は、直方体の形状を有するが、特に限定されるものではなく、楕円形状あるいは円筒形状を有していてもよい。
【００３３】
電池セル２００には、正極端子２０２と負極端子２０４とが設けられる。本実施の形態において、正極端子２０２および負極端子２０４は、それぞれ同じ円筒形状を有するが、特に正極端子２０２および負極端子２０４の形状については特に限定されるものではない。
【００３４】
電池セル２００の内部には、正極端子２０２に接続された極板と、負極端子２０４に接続された極板とが設けられる。また、電池セル２００の内部には、それぞれの極板に接触するように電解液が充填されている。極板の形状は、特に限定されるものではなく、たとえば、棒状の形状を有していてもよいし、正極端子２０２側の極板と負極端子２０４側の極板とがセパレータ（仕切り板）を介して積層されて形成される積層体が巻回された形状を有していてもよい。それぞれの極板付近において、電解液に含まれる反応関与物質が電子を放出したり吸収したりして、電池セル２００が充電されたり放電されたりする。
【００３５】
本実施の形態においては、正極端子２０２および負極端子２０４のうちいずれか一方に、冷却風と接触する部分の表面積を減少させる部材が設けられる点に特徴を有する。具体的には、図２および図３に示すように、円筒形の端子の半周面を覆うように部材２０６が負極端子２０４側に設けられる。部材２０６は、負極端子２０４と冷却風とが接触する部分の表面積を、正極端子２０２と冷却風とが接触する部分の表面積と異なるように形成されれば、特に形状は限定されるものではない。部材２０６は、熱伝導率の低い材質であれば特に限定されるものではないが、たとえば、樹脂等により形成されてもよい。
【００３６】
以上のような構造に基づいて、本実施の形態に係る電池の冷却構造の作用について説明する。
【００３７】
電池パック１００における車両の幅方向の側面上部から供給装置により冷却風が導入されると、冷却風は、車両の幅方向に流通し、電池セル２００の正極端子２０２および負極端子２０４に接触する。
【００３８】
一方、電池パック１００においては、車両の走行状態に応じて、充電あるいは放電が行なわれる。すなわち、極板付近において、電解液に含まれる反応関与物質の反応が進行して、電力が出力されたり、蓄えられたりする。そのため、充放電時においては、極板付近における反応熱により極板が発熱する。双方の極板において発生した熱は、正極端子２０２および負極端子２０４にそれぞれ伝熱する。発熱した正極端子２０２および負極端子２０４のそれぞれにおいて、接触した冷却風と熱交換が行なわれて、端子の温度が低下する。このとき、部材２０６が負極端子２０４に設けられているため、冷却風と負極端子２０４とが接触する表面積が少ないため、冷却風と端子との間で交換される熱量は負極端子２０４側の方が少なくなる。そのため、正極端子２０２と負極端子２０４との間において、温度差が生じる。正極端子２０２と負極端子２０４との間において、温度差が生じると、双方の極板間においても温度差を有するようになる。そのため、電解液の内部において、熱対流に基づく流動が発生する。このとき、電解液の内部において、温度の高い部分は上部へ移動し、温度の低い部分は下部へ移動する。そのため、極板付近における、電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下は電解液の流動により抑制される。
【００３９】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池の冷却構造によると、正極端子および負極端子は、冷却風と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成されているため、正極端子と負極端子とでは、冷却風と端子との間で熱交換される熱量に差が生じる。そのため、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差が生じる。すなわち、それぞれの極板と接触する電解液の内部において温度差が生じる。電解液の内部に温度差が生じると、熱対流に基づく液体の流動が発生する。液体の流動が発生すると、極板付近における電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下を抑制することができる。そのため、極板と電解液との間における充放電に対応する反応の低下を抑制することができるため、電池の出力および持続力を維持することができる。したがって、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することができる。
【００４０】
なお、部材は、正極端子および負極端子のうちいずれに設けられてもよいが、好ましくは、充放電時における反応熱が高い方の端子に設けられることが望ましい。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が大きい方の端子の方が発熱量は大きい。したがって、発熱量が大きい方の端子に冷却風と接触する部分の表面積を減少させる部材を設けることにより、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００４１】
また、本実施の形態において、冷却風と接触する部分の表面積を減少させる部材を負極端子側に設けたが、たとえば、負極端子に塗料を付着させるなどして、表面積を減少させるようにしてもよい。
【００４２】
そして、本実施の形態において、正極端子と負極端子のうちいずれか一方に、冷却風と接触する表面積を減少させる部材を設けるようにしたが、正極端子と負極端子のうちいずれか一方に、冷却風と接触する表面積を増加させる放熱部材（たとえば、熱伝導率の高い材質で形成されるヒートシンク）を設けるようにしてもよい。
【００４３】
このようにしても、正極端子と負極端子とにおいて、冷却風と接触する表面積が異なるようにすることができる。そのため、正極端子と負極端子との間で冷却媒体と熱交換される熱量に差が生じる。したがって、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差を生じさせることができる。
【００４４】
好ましくは、放熱部材は、正極端子と負極端子の充放電時における反応熱が低い方の端子に設けられることが望ましい。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が小さい方の端子の方が発熱量は小さい。したがって、発熱量が小さい方の端子に冷却風と接触する部分の表面積を増加させる放熱部材を設けることにより、正極端子および負極端子にそれぞれ接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００４５】
＜第２の実施の形態＞
以下、第２の実施の形態に係る電池の冷却構造について説明する。本実施の形態において、電池パック１００が上述の第１の実施の形態における電池セル２００に代えて電池セル３００を含む点以外は、同じ構成である。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００４６】
図４に示すように、電池セル３００には、正極端子３０２と負極端子３０４とが設けられる。本実施の形態において、正極端子３０２および負極端子３０４は、円筒形状を有するが、特に限定されるものではない。また、電池セル３００の内部構造については、上述の第１の実施の形態における電池セル２００の構造と同じである。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００４７】
本実施の形態においては、正極端子３０２と負極端子３０４とは、冷却風に露出する部分の体積が互いに異なるように形成される点に特徴を有する。本実施の形態において、正極端子３０２を形成する円筒形状の径の方が負極端子３０４を形成する円筒形状の径よりも大きい。なお、正極端子３０２の円筒の高さを負極端子３０４の高さよりも大きくなるようにしてもよい。なお、負極端子３０４を形成する円筒形状の径を、正極端子３０２を形成する円筒形状の径よりも大きくしてもよい。
【００４８】
以上のような構造に基づいて、本実施の形態に係る電池の冷却構造の作用について説明する。
【００４９】
電池パック１００における車両の幅方向の側面上部から供給装置により冷却風が導入されると、冷却風は、車両の幅方向に流通し、電池セル３００の正極端子３０２および負極端子３０４に接触する。
【００５０】
一方、電池パック１００においては、車両の走行状態に応じて、充電あるいは放電が行なわれる。すなわち、極板付近において、電解液に含まれる反応関与物質の反応が進行して、電力が出力されたり、蓄えられたりする。そのため、充放電時においては、極板付近における反応熱により極板が発熱する。双方の極板において発生した熱は、正極端子３０２および負極端子３０４にそれぞれ伝熱する。発熱した正極端子３０２および負極端子３０４のそれぞれにおいて、接触した冷却風と熱交換が行なわれて、端子の温度が低下する。このとき、正極端子３０２の冷却風に露出する部分の体積を、負極端子３０４の冷却風に露出する部分の体積よりも大きくすることにより、正極端子３０２の冷却風に接触する部分の表面積が増加する。そのため、冷却風と端子との間で交換される熱量は負極端子３０４の方が少なくなる。そのため、正極端子３０２と負極端子３０４との間において、温度差が生じる。正極端子３０２と負極端子３０４との間において、温度差が生じると、双方の極板間においても温度差を有するようになる。そのため、電解液の内部において、熱対流に基づく流動が発生する。このとき、電解液の内部において、温度の高い部分は上部へ移動し、温度の低い部分は下部へ移動する。そのため、極板付近における、電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下は電解液の流動により抑制される。
【００５１】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池の冷却構造によると、露出する部分の体積が異なるように形成することにより、正極端子と負極端子とにおいて、冷却媒体に接触する部分の表面積を異なるように形成させることができる。そのため、上述の第１の実施の形態における効果と同様の効果を有する。
【００５２】
なお、好ましくは、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の体積が他方の端子よりも小さくなるように形成されることが望ましい。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が大きい方の端子の方が発熱量は大きい。したがって、反応熱の大きい一方の端子の体積を他方の端子の体積よりも小さくなるように形成させることにより、正極端子およに負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００５３】
＜第３の実施の形態＞
以下、第３の実施の形態に係る電池の冷却構造について説明する。本実施の形態において、電池パック１００が上述の第１の実施の形態における電池セル２００に代えて電池セル４００を含む点以外は、同じ構成である。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００５４】
図５に示すように、電池セル４００には、正極端子４０２と負極端子４０４とが設けられる。本実施の形態において、正極端子４０２および負極端子４０４は、それぞれ同じ円筒形状を有するが、特に限定されるものではない。また、電池セル４００の内部構造については、上述の第１の実施の形態における電池セル２００の構造と同じである。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００５５】
本実施の形態においては、正極端子４０２と負極端子４０４とにおいては、互いに熱伝導率が異なる材質で形成される点に特徴を有する。本実施の形態において、負極端子４０４の方が正極端子４０２よりも熱伝導率の低い材質で形成される。なお、正極端子４０２よりも負極端子４０４の方が熱伝導率の低い材質で形成されてもよい。
【００５６】
以上のような構造に基づいて、本実施の形態に係る電池の冷却構造の作用について説明する。
【００５７】
電池パック１００における車両の幅方向の側面上部から供給装置により冷却風が導入されると、冷却風は、車両の幅方向に流通し、電池セル４００の正極端子４０２および負極端子４０４に接触する。
【００５８】
一方、電池パック１００においては、車両の走行状態に応じて、充電あるいは放電が行なわれる。すなわち、極板付近において、電解液に含まれる反応関与物質の反応が進行して、電力が出力されたり、蓄えられたりする。そのため、充放電時においては、極板付近における反応熱により極板が発熱する。双方の極板において発生した熱は、正極端子４０２および負極端子４０４にそれぞれ伝熱する。発熱した正極端子４０２および負極端子４０４のそれぞれにおいて、接触した冷却風と熱交換が行なわれて、端子の温度が低下する。このとき、負極端子４０４を正極端子４０２よりも熱伝導率が低い材質で形成することにより、負極端子４０４における冷却効率が正極端子４０２よりも低下する。そのため、冷却風と端子との間で交換される熱量は負極端子４０４側の方が少なくなる。そのため、正極端子４０２と負極端子４０４との間において、温度差が生じる。正極端子４０２と負極端子４０４との間において、温度差が生じると、双方の極板間においても温度差を有するようになる。そのため、電解液の内部において、熱対流に基づく流動が発生する。このとき、電解液の内部において、温度の高い部分は上部へ移動し、温度の低い部分は下部へ移動する。そのため、極板付近において、電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下は電解液の流動により抑制される。
【００５９】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池の冷却構造によると、正極端子と負極端子とは、熱伝導率が互いに異なる材質で形成される。正極端子と負極端子との間で熱伝導率が異なると、冷却風と端子との間で熱交換される熱量に差が生じる。そのため、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差が生じる。すなわち、それぞれの極板と接触する電解液の内部において温度差が生じる。電解液の内部に温度差が生じると、熱対流に基づく液体の流動が発生する。液体の流動が発生すると、極板付近における電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下を抑制することができる。そのため、極板と電解液との間における電池の充放電に対応する反応の低下を抑制することができるため、電池の出力および持続力を維持することができる。したがって、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することができる。
【００６０】
なお、好ましくは、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の材質は、他方の端子の材質よりも熱伝導率が低い材質で形成されることが望ましい。正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液との間において反応熱が大きい方の端子の方が発熱量は大きい。したがって、反応熱の大きい一方の端子の材質を他方の端子の材質よりも熱伝導率が低い材質で形成させることにより、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差をより拡大させることができる。そのため、電解液の内部に流動を発生させることができる。
【００６１】
＜第４の実施の形態＞
以下、第４の実施の形態に係る電池の冷却構造について説明する。本実施の形態において、電池パック１００が上述の第１の実施の形態における電池セル２００に代えて電池セル５００を含む点以外は、第１の実施の形態に係る電池の冷却構造と同じ構成である。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００６２】
図６に示すように、電池セル５００には、正極端子５０２と負極端子５０４とが設けられる。本実施の形態において、正極端子５０２および負極端子５０４は、それぞれ同じ円筒形状を有するが、特に限定されるものではない。また、電池セル５００の内部構造については、上述の第１の実施の形態における電池セル２００の構成と同じである。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００６３】
本実施の形態において、正極端子５０２および負極端子５０４は、供給される冷却風が流れる方向と平行な方向に沿って設けられる点を特徴とする。そして、供給装置は、正極端子５０２と負極端子５０４とのうち、極板と電解液とにおいて反応熱の小さい一方の端子から他方の端子への方向に冷却風を供給するように設けられる。本実施の形態においては、図６に示すように、正極端子５０２から負極端子５０４への方向に冷却風が供給されるように、電池セル５００が配置される。
【００６４】
以上のような構造に基づいて、本実施の形態に係る電池の冷却構造の作用について説明する。
【００６５】
電池パック１００における車両の幅方向の側面上部から供給装置により冷却風が導入されると、冷却風は、車両の幅方向に流通し、電池セル５００の正極端子５０２に接触した後、負極端子５０４に接触する。
【００６６】
一方、電池パック１００においては、車両の走行状態に応じて、充電あるいは放電が行なわれる。すなわち、極板付近において、電解液に含まれる反応関与物質の反応が進行して、電力が出力されたり、蓄えられたりする。そのため、充放電時においては、極板付近における反応熱により極板が発熱する。双方の極板において発生した熱は、正極端子５０２および負極端子５０４にそれぞれ伝熱する。発熱した正極端子５０２および負極端子５０４のそれぞれにおいて、接触した冷却風と熱交換が行なわれて、端子の温度が低下する。このとき、冷却風は反応熱の小さい方の端子に接触して温度が上昇した後、他方の端子に接触する。そのため、反応熱の大きい方の端子において、冷却効率が低下する。すなわち、正極端子５０２と負極端子５０４との間において、温度差が生じる。正極端子５０２と負極端子５０４との間において、温度差が生じると、双方の極板間においても温度差を有するようになる。そのため、電解液の内部において、熱対流に基づく流動が発生する。このとき、電解液の内部において、温度の高い部分は上部へ移動し、温度の低い部分は下部へ移動する。そのため、極板付近における、電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下は電解液の流動により抑制される。
【００６７】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池の冷却構造によると、正極端子および負極端子は、供給装置により供給される冷却風が流れる方向と平行な方向に沿って設けられる。供給装置は、正極端子と負極端子とのうち、極板と電解液とにおいて反応熱の小さい一方の端子から他方の端子への方向に冷却風を供給するように設けられる。これにより、冷却風は反応熱の小さい方の端子に接触して温度が上昇した後、他方の端子に接触する。その結果、反応熱の大きい方の端子においては冷却効率が低下する。そのため、正極端子および負極端子のそれぞれに接続される極板間において温度差が生じる。すなわち、それぞれの極板と接触する電解液の内部において温度差が生じる。電解液の内部に温度差が生じると、熱対流に基づく液体の流動が発生する。液体の流動が発生すると、極板付近における電解液に含まれる反応関与物質の濃度の低下を抑制することができる。そのため、極板と電解液との間における電池の充放電に対応する反応の低下を抑制することができるため、電池の出力および持続力を維持することができる。したがって、電池の出力および持続力の低下を抑制する電池の冷却構造を提供することができる。
【００６８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１の実施の形態に係る電池の冷却構造が適用される電池パックの外観を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電池の冷却構造を有する電池セルの斜視図である。
【図３】図２の矢視Ａを示す図である。
【図４】第２の実施の形態に係る電池の冷却構造を有する電池セルの斜視図である。
【図５】第３の実施の形態に係る電池の冷却構造を有する電池セルの斜視図である。
【図６】第４の実施の形態に係る電池の冷却構造を有する電池セルの斜視図である。
【符号の説明】
【００７０】
１００ 電池パック、１０２ 複数の電池セル、２００，３００，４００，５００ 電池セル、２０２，３０２，４０２，５０２ 正極端子、２０４，３０４，４０４，５０４ 負極端子、２０６ 部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池に設けられる正極端子と負極端子とに冷却媒体を接触させるようにして冷却する電池の冷却構造であって、前記電池は、前記正極端子および前記負極端子にそれぞれ接続される極板と、前記極板に接触する電解液とを含み、
前記正極端子および前記負極端子は、前記冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される、電池の冷却構造。
【請求項２】
前記正極端子と前記負極端子とのうちのいずれか一方に、冷却媒体と接触する部分の表面積を減少させるような部材が設けられることにより、前記冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される、請求項１に記載の電池の冷却構造。
【請求項３】
前記部材は、前記極板と前記電解液とにおける反応熱の大きい方の端子に設けられる、請求項２に記載の電池の冷却構造。
【請求項４】
前記正極端子と前記負極端子とのうちのいずれか一方に、冷却媒体と接触する部分の表面積を増加させるような部材が設けられることにより、前記冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される、請求項１に記載の電池の冷却構造。
【請求項５】
前記部材は、前記極板と前記電解液とにおける反応熱の小さい方の端子に設けられる、請求項４に記載の電池の冷却構造。
【請求項６】
前記正極端子と前記負極端子とは、前記冷却媒体に露出する部分の体積が互いに異なるように形成されることにより、前記冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される、請求項１に記載の電池の冷却構造。
【請求項７】
前記正極端子と前記負極端子とのうち、前記極板と前記電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の前記体積が他方の端子よりも小さくなるように形成される、請求項６に記載の電池の冷却構造。
【請求項８】
電池に設けられる正極端子と負極端子とに冷却媒体を接触させるようにして冷却する電池の冷却構造であって、前記電池は、前記端子に接続される極板と、前記極板に接触する電解液とを含み、
前記正極端子と前記負極端子は、熱伝導率が互いに異なる材質で形成される、電池の冷却構造。
【請求項９】
前記正極端子と前記負極端子とのうちの、前記極板と前記電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の材質は、他方の端子の材質よりも熱伝導率が低い材質で形成される、請求項８に記載の電池の冷却構造。
【請求項１０】
電池に設けられる正極端子と負極端子とに冷却媒体を接触させるようにして冷却する電池の冷却構造であって、前記電池は、前記端子に接続される極板と、前記極板に接触する電解液とを含み、
前記冷却媒体を供給するための供給手段を含み、
前記正極端子および前記負極端子は、供給される前記冷却媒体が流れる方向と平行な方向に沿って設けられ、
前記供給手段は、前記正極端子と前記負極端子とのうち、前記極板と前記電解液とにおいて反応熱の小さい一方の端子から他方の端子への方向に前記冷却媒体が供給されるように設けられる、電池の冷却構造。
【請求項１】
電池に設けられる正極端子と負極端子とに冷却媒体を接触させるようにして冷却する電池の冷却構造であって、前記電池は、前記正極端子および前記負極端子にそれぞれ接続される極板と、前記極板に接触する電解液とを含み、
前記正極端子および前記負極端子は、前記冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される、電池の冷却構造。
【請求項２】
前記正極端子と前記負極端子とのうちのいずれか一方に、冷却媒体と接触する部分の表面積を減少させるような部材が設けられることにより、前記冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される、請求項１に記載の電池の冷却構造。
【請求項３】
前記部材は、前記極板と前記電解液とにおける反応熱の大きい方の端子に設けられる、請求項２に記載の電池の冷却構造。
【請求項４】
前記正極端子と前記負極端子とのうちのいずれか一方に、冷却媒体と接触する部分の表面積を増加させるような部材が設けられることにより、前記冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される、請求項１に記載の電池の冷却構造。
【請求項５】
前記部材は、前記極板と前記電解液とにおける反応熱の小さい方の端子に設けられる、請求項４に記載の電池の冷却構造。
【請求項６】
前記正極端子と前記負極端子とは、前記冷却媒体に露出する部分の体積が互いに異なるように形成されることにより、前記冷却媒体と接触する部分の表面積が互いに異なるように形成される、請求項１に記載の電池の冷却構造。
【請求項７】
前記正極端子と前記負極端子とのうち、前記極板と前記電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の前記体積が他方の端子よりも小さくなるように形成される、請求項６に記載の電池の冷却構造。
【請求項８】
電池に設けられる正極端子と負極端子とに冷却媒体を接触させるようにして冷却する電池の冷却構造であって、前記電池は、前記端子に接続される極板と、前記極板に接触する電解液とを含み、
前記正極端子と前記負極端子は、熱伝導率が互いに異なる材質で形成される、電池の冷却構造。
【請求項９】
前記正極端子と前記負極端子とのうちの、前記極板と前記電解液とにおける反応熱の大きい一方の端子の材質は、他方の端子の材質よりも熱伝導率が低い材質で形成される、請求項８に記載の電池の冷却構造。
【請求項１０】
電池に設けられる正極端子と負極端子とに冷却媒体を接触させるようにして冷却する電池の冷却構造であって、前記電池は、前記端子に接続される極板と、前記極板に接触する電解液とを含み、
前記冷却媒体を供給するための供給手段を含み、
前記正極端子および前記負極端子は、供給される前記冷却媒体が流れる方向と平行な方向に沿って設けられ、
前記供給手段は、前記正極端子と前記負極端子とのうち、前記極板と前記電解液とにおいて反応熱の小さい一方の端子から他方の端子への方向に前記冷却媒体が供給されるように設けられる、電池の冷却構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１２７９０２（Ｐ２００６−１２７９０２Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１４２９４（Ｐ２００４−３１４２９４）
【出願日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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