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公開番号2024124045
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-12
出願番号2023031951
出願日2023-03-02
発明の名称組電池、及び電池盤
出願人株式会社東芝,東芝インフラシステムズ株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類H01M 10/6556 20140101AFI20240905BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】充放電により組電池のセルが温度上昇するときに、組電池の温度上昇を一時的に抑制し、かつ、組電池の温度を平滑化する。
【解決手段】セルを収容室に並列させて収容するケースと、セル下方に配設された金属板と、前記金属板により上面が接着封止される相変化材料充填部と、前記相変化材料充填部の下面に接着されるヒートシンクと、を備え、前記相変化材料充填部は、ケーシング内に配設された金属仕切り板によって仕切られた複数の充填空間と、複数の該充填空間に充填された相変化材料と、を備え、前記ヒートシンクは、シンク基部の下面に櫛状を形成するように複数並べて配設されたフィンを備え、複数の該フィンが、前記ケースに収容された複数の前記セルのうち温度が上昇しやすい該セルに対応するように、前記シンク基部の下面の中で該セルの高さ方向から見て十字状となるフィン群を形成する、組電池。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の角柱セルと、
前記角柱セルを収容室に並列させて複数収容する樹脂ケースと、
前記角柱セルの下方に配設された金属板と、
前記金属板により上面が接着封止される相変化材料充填部と、
前記相変化材料充填部の下面に接着され前記角柱セルを冷却するヒートシンクと、を備え、
前記相変化材料充填部は、ケーシングと、前記ケーシング内に配設された金属仕切り板によって仕切られた複数の充填空間と、複数の該充填空間に充填された相変化材料と、を備え、
前記ヒートシンクは、平板状のシンク基部と、該シンク基部の下面に櫛状を形成するように複数並べて配設されたフィンと、隣り合う該フィン同士の間に形成された通風路と、を備え、
複数の該フィンが、前記樹脂ケースに収容された複数の前記角柱セルのうち温度が上昇しやすい該角柱セルに対応するように、前記シンク基部の下面の中で、空気の流れる方向における上流側の上流中央領域と、該上流中央領域につながるとともに該上流中央領域よりも広い中流領域と、該中流領域につながるとともに該空気の流れる方向における下流側の下流中央領域と、に配設されて、該角柱セルの高さ方向から見て十字状となるフィン群を形成する、組電池。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記ヒートシンクは、前記シンク基部の下面の中で、該シンク基部の下面の面方向において前記フィン群の側方に位置する領域に櫛状を形成するように複数並べて配設された側方フィンを備え、
隣り合う該側方フィンのピッチ幅は、前記フィン群を形成する前記フィンのピッチ幅よりも大きい、請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
絶縁性能を有し前記角柱セルの一対の長側面及び底面をそれぞれ覆うように該角柱セルを把持した状態で該角柱セルと共に前記樹脂ケースに収容されるセル把持部と、
該セル把持部の下面に倣って変形可能であり、前記樹脂ケースの底板に貫通形成された枠孔に収容され、前記セル把持部の下面に密着した状態で前記金属板と該セル把持部とを接着する伝熱可塑性材料と、を備える請求項１に記載の組電池。
【請求項４】
前記充填空間は、正六角柱状であり、
前記相変化材料充填部は、複数の前記充填空間により形成されたハニカム構造を有する請求項１に記載の組電池。
【請求項５】
前記相変化材料充填部の複数の前記充填空間は、それぞれ矩形体状である請求項１に記載の組電池。
【請求項６】
前記金属板と前記相変化材料充填部との間にホットメルトフィルムが配設され、
該相変化材料充填部は、該金属板及び該ホットメルトフィルムにより上面が接着封止された請求項１に記載の組電池。
【請求項７】
前記樹脂ケースは、前記収容室の外に設けられボルトが通る第１の貫通孔を備え、
前記金属板は、前記第１の貫通孔に連通するとともに前記ボルトが通る第２の貫通孔を備え、
前記相変化材料充填部は、前記第２の貫通孔に連通するとともに前記ボルトが通る第３の貫通孔を備え、
前記ヒートシンクは、前記第３の貫通孔に連通するとともに前記ボルトが螺合するボルト穴を備え、
前記第１の貫通孔、前記第２の貫通孔、前記第３の貫通孔に通されるとともに前記ボルト穴に螺合した前記ボルトによって、前記樹脂ケース、前記金属板、前記相変化材料充填部、及び前記ヒートシンクが締結固定される請求項１に記載の組電池。
【請求項８】
複数の角柱セル、及び該角柱セルを冷却するヒートシンクを備える複数の組電池と、
複数の前記組電池を収容し、正面板及び該正面板と反対側に位置する背面板を有する筐体と、
前記筐体内で上下方向に間隔を空けて並べて複数配設され、前記組電池がそれぞれ載置される棚板と、
前記筐体の正面板に形成された複数の吸気口と、
前記筐体内に複数の前記吸気口にそれぞれ対向するように配設され、前記吸気口から該筐体外の空気を該筐体内に吸い込み、該空気を前記組電池のヒートシンクに向けて送り該ヒートシンクを通過させるファンと、
前記筐体の背面板に形成され前記ヒートシンクを通過した前記空気を該筐体外に排気する排気口と、
前記棚板と前記上下方向において段状に隣り合う別の前記棚板との間に形成された盤内通風路と、を備え、
前記棚板は、前記上下方向に貫通形成された開口部を有し、
前記組電池に取り付けられ前記棚板の上面の面方向に沿って延在し、前記組電池の前記ヒートシンクを前記開口部を通過させ前記棚板の下面から下方に位置する前記盤内通風路に露出させた状態で、前記開口部よりも前記面方向における外側に張り出し前記棚板の上面で支持される被支持板を備え、
前記ファンにより前記吸気口から吸い込まれた前記空気を、前記棚板によって前記排気口側へ流れるようにガイドしつつ前記棚板の下面から露出した前記ヒートシンクを通過させた後に前記排気口から排気する、電池盤。
【請求項９】
前記組電池は、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の組電池である請求項８に記載の電池盤。
【請求項１０】
前記正面板の内側面の前記上下方向における中間領域に上下に並べて配設された上入口偏向板と下入口偏向板とを備え、
前記上入口偏向板は、前記正面板の内側面から前記筐体の内部側の斜め下方に向かって傾斜するように延在し、前記下入口偏向板は、前記正面板の内側面から前記筐体の内部側の斜め上方に向かって傾斜するように延在し、
前記上入口偏向板は、該上入口偏向板よりも前記上下方向において上方に位置する前記ファンが前記吸気口から吸い込んだ前記空気を、前記上下方向において段状に隣り合う１つの前記ヒートシンクと別の１つの前記ヒートシンクとに分配するように偏向し、
前記下入口偏向板は、該下入口偏向板よりも前記上下方向において下方に位置する前記ファンが前記吸気口から吸い込んだ前記空気を、前記上下方向において段状に隣り合う１つの前記ヒートシンクと別の１つの前記ヒートシンクとに分配するように偏向する、請求項８に記載の電池盤。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、組電池、及び電池盤に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、組電池（電池モジュール）は、絶縁性を持たせた樹脂ケース内に複数のセル（電池）を収容し、所望の電圧電流となるように直並列にバスバー等で接続されたセル群を備えている。そして、セル群が正常な状態となっているか否かを監視する監視基板を、樹脂ケース等に収納し、該監視基板に主回路と通信ケーブル配線部とを配設する場合がある。該監視基板は、例えば、ＣｅｌｌＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＵｎｉｔ（ＣＭＵ）と呼ばれている。そして、組電池をさらに複数個直並列に配置することで、電池システム、電池盤、又は電池パックとして所望の電力、電圧、及び電流を得ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許６８９２４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非常走行用電池装置やＵＰＳ（無停電電源装置）用蓄電池盤に用いられ、充放電時において急速に温度上昇する電池システムがある。そして、電池システムのモジュール内において、他のセルよりも温度が高いセルがあると、そのセルだけ先に内部の劣化が加速する。そのため、内部抵抗が上昇し、且ジュール熱が上昇することで、セル温度が上昇して容量が減少する。例えば、リチウムイオン電池等はエネルギー密度が低いので、高密度に組電池、電池システム、電池盤、又は電池パックに複数配置することが多く、配置場所によって、セルの急速充放電により急速に温度上昇するホットスポットができやすい。そして、ホットスポットの発生は、上記電池システム等における全体の性能低下の原因となる。
【０００５】
充放電によって、組電池のセルが例えば急激に温度上昇するときに、組電池の温度上昇を一時的にパッシブに抑制し、また、組電池の温度を平滑化するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本実施形態の組電池は、複数の角柱セルと、前記角柱セルを収容室に並列させて複数収容する樹脂ケースと、前記角柱セルの下方に配設された金属板と、前記金属板により上面が接着封止される相変化材料充填部と、前記相変化材料充填部の下面に接着され前記角柱セルを冷却するヒートシンクと、を備え、前記相変化材料充填部は、ケーシングと、前記ケーシング内に配設された金属仕切り板によって仕切られた複数の充填空間と、複数の該充填空間に充填された相変化材料と、を備え、前記ヒートシンクは、平板状のシンク基部と、該シンク基部の下面に櫛状を形成するように複数並べて配設されたフィンと、隣り合う該フィン同士の間に形成された通風路と、を備え、複数の該フィンが、前記樹脂ケースに収容された複数の前記角柱セルのうち温度が上昇しやすい該角柱セルに対応するように、前記シンク基部の下面の中で、空気の流れる方向における上流側の上流中央領域と、該上流中央領域につながるとともに該上流中央領域よりも広い中流領域と、該中流領域につながるとともに該空気の流れる方向における下流側の下流中央領域と、に配設されて、該角柱セルの高さ方向から見て十字状となるフィン群を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、実施形態の組電池の各構成を説明する分解斜視図である。
図２は、組電池の角柱セルの一例を示す斜視図である。
図３は、実施形態の組電池を下側ケースの底板側から見て説明する斜視図である。
図４は、実施形態の組電池の下側ケースの収容室内を説明する斜視図である。
図５は、実施形態の組電池の概略的な断面図である。
図６は、相変化材料充填部を説明する平面図である。
図７は、実施例１のヒートシンクを下面側から見て説明する斜視図である。
図８は、実施例１のヒートシンクの十字状のフィン群を説明する下面図である。
図９は、実施例２のヒートシンクのフィン群の側方に配設された側方フィンを説明する下面図である。
図１０は、実施形態の組電池における温度上昇がしやすいセルを説明する斜視図である。
図１１は、相変化材料充填部を備える実施形態の組電池の温度と時間との関係を示すグラフ、及び相変化材料充填部を備えていない組電池の温度と時間との関係を示すグラフである。
図１２は、相変化材料充填部を備える実施形態の組電池の温度と時間との関係を示すグラフ、相変化材料充填部を備えていない組電池の温度と時間との関係を示すグラフ、及び充電率と時間との関係を示すグラフである。
図１３は、実施形態１の電池盤の構造を説明するための側面図である。
図１４は、棚板と、棚板に複数載置される組電池とを示す分解斜視図である。
図１５は、別例の棚板と、電池盤用に金属板、相変化材料充填部、及びヒートシンクのサイズが変更された組電池と、を説明する分解斜視図である。
図１６は、実施形態１の電池盤の筐体の正面板に形成された吸気口とファンとの位置関係を説明する説明図である。
図１７は、実施形態２の電池盤の構造を説明するための側面図である。
図１８は、実施形態２の電池盤の筐体の正面板に形成された吸気口とファンとの位置関係を説明する説明図である。
図１９は、実施形態２の電池盤の棚板と、棚板に複数載置される組電池とを示す分解斜視図である。
図２０は、実施形態２の電池盤の棚板と、棚板に載置された組電池とを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（組電池の実施形態）
以下、図１～図５を用いて複数の角柱セル１０（以下、セル１０とする）を備える組電池４の例示的かつ模式的な実施形態を開示する。なお、以下の説明では、便宜上、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向が規定されている。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、互いに直交している。例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向で形成される平面を水平面とし、Ｚ軸方向を鉛直方向とする。Ｘ軸方向は、組電池４の長手方向に沿う方向である。Ｙ軸方向は、組電池４の短手方向に沿う方向である。Ｚ軸方向は、組電池４の高さ方向に沿う方向である。Ｘ軸方向は、＋Ｘ方向と－Ｘ方向とを含む。Ｙ軸方向は、＋Ｙ方向と－Ｙ方向とを含む。Ｚ軸方向は、＋Ｚ方向（上方向）と－Ｚ方向（下方向）とを含む。なお、本実施形態における上下のような方向を示す表現は、便宜上の呼称であり、組電池４の位置、姿勢、及び使用態様を限定するものではない。
【０００９】
実施形態の組電池４は、種々の装置や、機械、設備等に設置され、それら種々の装置や、機械、設備の電源として使用される。組電池４は、自動車や鉄道車両等の電源等、移動型の電源としても使用される他、例えば、ＰＯＳ（ＰｏｉｎｔＯｆＳａｌｅｓ）システム用の電源等、定置型の電源としても使用されうる。また、種々の装置等には、複数の、本実施形態で示される組電池４を、直列あるいは並列に接続したセット（例えば棚状に上下に重ねたセット）として搭載することもできる。組電池４は、電池モジュールとも称される。
【００１０】
図１に示すように、組電池４は、例えば、絶縁性能を有し複数のセル１０の一対の長側面１０９及び底面１０８をそれぞれ覆うように複数のセル１０を把持するセル把持部４１を、例えば３つ備えている。また、組電池４は、セル把持部４１により把持された複数のセル１０を並列させて収容する樹脂ケース５を備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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