JPH08321329A

JPH08321329A - 組電池

Info

Publication number: JPH08321329A
Application number: JP12809695A
Authority: JP
Inventors: Hideki Okajima; 英樹岡島; Yoshiki Fujiwara; 孝樹藤原; Tadashi Furukawa; 忠司古川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構造で、単電池と放熱板を理想的な状
態に密着させて放熱し、単電池の電池性能の低下を効果
的に防止する。【構成】組電池は、外形を角形とする複数の単電池
１、単電池１の間に挟着される放熱板２、複数の単電池
１を挟着する挟着プレート３、及び、挟着プレート３を
連結する連結部品４を備える。連結部品４で連結される
挟着プレート３は、放熱板２を介して積層される複数の
単電池１を、両外側から挟着している。放熱板２は、単
電池１の積層方向に突出する弾性変形凸部２Ａを有し、
隣接する単電池１の間に放熱路５を形成している。弾性
変形凸部２Ａを有する放熱板２は、挟着プレート３が締
め付けられると単電池１に挟着されて変形し、放熱板２
を単電池１のケース６の側面に押圧する部材に併用され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、角型をしている複数の
単電池を積層状態に連結している組電池に関し、特に、
単電池の間に放熱板を挟着している組電池の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】複数の角形単電池を積層した組電池は、
内部の単電池を有効に放熱できない。両側の単電池は、
側面から放熱されるが、内部の単電池は両側面が隣接す
る単電池に密着しているからである。有効に放熱できな
い単電池は、充放電するときに温度が上昇して電池性能
が低下する。図１は、図２に示すように、１０個の角型
ニッケル−水素電池を密着に積層した状態で、各単電池
ごとに個別に充放電を行ったときの、各電池の温度の上
昇と、電池容量の減少を示すグラフである。この図にお
いて、曲線Ａは充電末期の電池温度を示し、曲線Ｂは各
単電池の公称容量に対する実際に測定された電池容量の
割合を示している。ただし、電池容量は、単電池１を直
列に接続して、０．２Ｃで満充電した後、１／３Ｃで放
電する充放電サイクルを１００サイクル繰り返した後
の、それぞれの単電池の容量を個別に測定した数値であ
る。この図から明らかなように、中間に挟着される単電
池１は温度が高くなって、容量が著しく減少する。この
ように容量にバラツキがある単電池を複数個直列接続し
て使用すると、容量の小さい単電池が容量の大きい単電
池に比べて過充電や過放電を受けやすく、容量の小さい
電池が早く劣化を招いてしまう。たとえ容量の大きい電
池が正常でも容量の小さい電池が劣化すれば、結局は直
列接続した組電池全体として使用できなくなるという問
題がある。

【０００３】この弊害を防止するために、角形の単電池
を積層している組電池で、内部の電池を有効に放熱する
ための組電池が下記の公報に記載されている。実開昭５０−１４５４２７号公報（図３）実開平２−１３８８５８号公報（図４）実開平２−１２８３６８号公報

【０００４】の公報には、単電池の間にスペーサーを
挟着して、放熱路を設けている組電池が記載される。の公報には、単電池の間に、上下に放熱路のある放熱
板を挟着した組電池が記載される。の公報には、単電池の間に高熱伝導シートを挟着した
組電池が記載される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上の公報に記載され
る組電池は、単電池の間に挟着した放熱板で、単電池の
ケース側面から放熱できる。このため、組電池の内部で
発生する熱を放熱板で放熱して、内部の単電池の温度上
昇を少なくできる。しかしながら、これ等の公報に記載
される組電池は、単電池の間から理想的な状態で放熱さ
せることが極めて難しい。

【０００６】たとえば、に記載される組電池は、図３
に示すように、単電池１の間に空隙を設けて放熱するの
で、空隙を充分に換気する必要があり、換気量が少なく
なると、中間に位置する単電池から有効に放熱できなく
なる。さらに、この構造の組電池は、中間に位置する単
電池１から放射される輻射熱を有効に放熱することがで
きない。単電池１のケースから放射される輻射熱が、隣
接する単電池の側面を照射して加熱するからである。

【０００７】に記載される組電池は、図４に示すよう
に、単電池１の間に放熱板２を挟着している。放熱板２
は、２枚のプレートの間に空気を対流させる放熱路を設
けている。プレートは、単電池１から熱が伝導される。
伝導された熱は、反対面を対流する空気に放熱される。
この構造の組電池は、放熱板で内部の単電池を冷却す
る。ただ、この組電池は、単電池を放熱板で効率よく冷
却するのが難しい。それは、単電池の熱がプレートを介
して放熱路に伝達されて、放熱路中で冷却されるからで
ある。単電池の熱をプレートから放熱路に有効に放熱さ
せるためには、プレートを単電池の表面に広い面積で密
着させることが大切である。プレートが単電池の表面に
直接に密着すると、単電池の熱がプレートと電池ケース
との間の空気層を介することなく、直接にプレートに有
効に伝導されるからである。ただ、角形の単電池の側面
を広い面積で均一に放熱板に密着させることは、実際に
は非常に難しい。それは、単電池と放熱板の両方の表面
を、完全な平面にできないからである。単電池と放熱板
に少しでも凹凸があると、単電池と放熱板とは広い面積
で密着されなくなってしまう。このため、単電池から放
熱板に効率よく熱伝導できなくなる欠点がある。

【０００８】さらに、の公報に記載される組電池は、
単電池の間に高熱伝導シートを挟着するので、この構造
も、薄い高熱伝導シートを単電池の表面に広い面積で密
着させるのが難しい。このため、単電池と高熱伝導シー
トとの熱伝導を理想に近い状態で実現できない欠点があ
る。

【０００９】電池は、製造するときに、ケース表面を完
全な平面に加工することが難しい。さらに、製造後に繰
り返し充放電させると、極板の膨張力によって、ケース
の表面が平面状でなくなるのを皆無にすることが極めて
難しい。このため、放熱板と角形単電池の表面を、理想
的な状態に密着させて、単電池から放熱板に有効に熱伝
導させるのが難しい。

【００１０】隣接する単電池をより完全に密着させるた
めに、単電池を両側で挟着する挟着プレートに、加圧バ
ネを設けた組電池も開発されている（特開平６−３８８
３０４号公報）。加圧バネは単電池を積層方向に押圧し
て単電池を密着させる。挟着プレートに加圧バネを設け
る構造を利用して、単電池を放熱板に押圧することはで
きる。しかしながら、この構造によっても、単電池と放
熱板との接触面積を広くするのは難しい。それは、単電
池と放熱板の表面を、完全な平面状にできないからであ
る。単電池と放熱板の表面を完全な平面状にできるな
ら、挟着プレートの加圧バネで単電池を放熱板に押圧し
て両者を密着できる。ただ、単電池と放熱板の両方を完
全な平滑面にできないので、これを強く押圧しても、接
触面積をそれほど広くできない。

【００１１】本発明は、単電池と放熱板とを理想的な状
態に密着させることを目的に開発されたもので、本発明
の重要な目的は、放熱板でもって内部の単電池からの熱
を有効に放熱し、内部の単電池の電池性能の低下を効果
的に防止できる組電池を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の組電池は、外形
を角形とする複数の単電池１と、単電池１の間に挟着さ
れて単電池１の熱を放熱させる放熱板２と、複数の単電
池１を並べて両外側を挟着する挟着プレート３と、両側
の挟着プレート３を連結して、複数の単電池１を放熱板
２を介して積層して一体に連結する連結部品４とを備え
る。

【００１３】さらに、本発明の組電池は、弾性変形凸部
２Ａのある放熱板２を単電池１の間に挟着している。弾
性変形凸部２Ａは、隣接する単電池１の間に放熱路５を
形成している。さらに、弾性変形凸部２Ａは、単電池１
の積層方向に突出しており、挟着される単電池１に押圧
されて変形する可撓性を有する。弾性変形凸部２Ａは、
連結部品４で挟着プレート３が締め付けられると、単電
池１に挟着されて変形する。変形する弾性変形凸部２Ａ
は、単電池１と放熱板２表面の平面度の狂いを吸収し、
放熱板２を単電池１の側面に密着させる。弾性変形凸部
２Ａのある放熱板２は、単電池１の間から放熱させると
共に、放熱板２を広い面積で単電池１のケース６の側面
に押圧する部材に併用される。

【００１４】

【作用】本発明の組電池は、単電池１の間に挟着される
放熱板２に、単電池１に挟まれて変形する弾性変形凸部
２Ａを設けている。弾性変形凸部２Ａは、連結部品４で
挟着プレート３を締め付けるとき、両側の単電池１に押
し潰されて、放熱板２を単電池１の表面に密着させる。
弾性変形凸部２Ａは、単電池１に強く押圧される部分
が、弱く押圧される部分よりも薄く押し潰される。弾性
変形凸部２Ａを強く押圧する部分は、単電池１と放熱板
２が接触する部分である。この部分が薄く押し潰される
ことによって、単電池１と放熱板２とはより広い面積で
密着されるようになる。このため、本発明の組電池は、
連結部品４を締め付けることにより、単電池１と放熱板
２を広い面積で密着でき、単電池１の発生熱は効率よく
放熱板２に伝導される。放熱板２は、単電池１から伝導
される熱を放熱路５から効率よく放熱する。

【００１５】本発明の組電池は、弾性変形凸部２Ａが押
し潰されて、放熱板２を単電池１の表面に密着させるの
で、単電池１のケース６と放熱板２の表面を、高い精度
に平面状に製造する必要がない。このことは、単電池１
のケース６に、薄い金属板を使用し、あるいは変形しや
すいプラスチック製とするときに極めて都合がよく、単
電池１を安価に多量生産できる。

【００１６】さらに、弾性変形凸部２Ａは、組電池を製
造するときに、単電池１の表面を放熱板２に密着させる
ことに加えて、組電池を繰り返し充放電する状態にあっ
ても、単電池１を放熱板２に確実に密着させる。それ
は、組電池を繰り返し充放電して、単電池１の極板が膨
張し、これによってケース６が変形しても、ケース６の
変形が弾性変形凸部２Ａに吸収されるからである。角形
の単電池１は、極板が膨張するとケース６の中央部分が
膨れるように変形する。ケース６が変形してケース表面
の局部が突出すると、突出部に位置する弾性変形凸部２
Ａが押し潰される。薄く押し潰された弾性変形凸部２Ａ
は、ケース６の表面を押圧状態に保持して、ケース６の
膨れを防止する状態で、放熱板２を単電池１の表面に密
着させる。この状態にある組電池は、極板の膨張が抑制
される状態で、しかも、単電池１の表面が放熱板２に広
い面積で密着する。このため、極板に無理な内部応力が
作用せず、しかも放熱板２を広い面積で単電池１の表面
に密着して、効率よく放熱できる。

【００１７】

【実施例】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を例示するものであって、本
発明は組電池を下記のものに特定しない。

【００１８】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、「作用の欄」、および
「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付
記している。ただ、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。

【００１９】図５の斜視図と、図６の分解斜視図に示す
組電池は、複数の単電池１と、単電池１の間に挟着され
て単電池１の熱を放熱させる放熱板２と、複数の単電池
１を並べて両外側を挟着する挟着プレート３と、両側の
挟着プレート３を連結して、複数の単電池１を放熱板２
を介して積層して一体に連結する連結部品４とを備え
る。

【００２０】単電池１は、たとえば、ニッケル−水素電
池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池等の二次
電池である。単電池１は、角形のケース６に電極を挿入
して密閉したものである。角形のケース６は、プラスチ
ック製、あるいは金属製である。図６の分解図に示す単
電池１のケース６は、積層に便利なように、比較的薄い
角型をしている。

【００２１】挟着プレート３は、金属板、あるいは硬質
のプラスチック板で、単電池１よりも幅の広い方形状と
して、挟着する単電池１から横に突出する部分に、連結
部品４を挿通する貫通孔３Ａを設けている。この構造の
組電池は、４本の連結部品４で挟着するものにあって
は、連結部品４を挿通する貫通孔３Ａを、両側に２個、
全体で４個設ける。挟着プレート３は、両側に挿通され
る連結部品４を締め付けて単電池１を挟着しても、変形
しない強度と厚さに設計されている。図５に示すように
挟着プレート３は、連結部品４を締め付けて単電池１を
挟着した後、基台プレート７に連結することもできる。
挟着プレート３を基台プレート７に固定するには、たと
えば、基台プレート７を貫通するスリットを設け、この
スリットに止ネジを挿通し、止ネジの先端を挟着プレー
ト３の下面に設けたネジ孔に挿入して固定できる。スリ
ットは、連結部品４の方向に延長されており、挟着プレ
ート３が連結部品４の方向に移動しても、止ネジを挿通
できる位置に開口されている。挟着プレート３を基台プ
レート７に連結する構造は、たとえば、挟着プレート３
の下端を基台プレート７に接着し、あるいは、図示しな
いがＬ金具を介して連結することもできる。

【００２２】連結部品４は、両側の挟着プレート３を連
結するシャフトであり、その両端には雄ネジを設けてあ
る。連結部品４で連結される挟着プレート３の貫通孔３
Ａは、連結部品４の外径よりも大きいバカ孔となってい
る。この構造の挟着プレート３は、バカ孔である貫通孔
３Ａに連結部品４を挿入し、シャフトの両先端にナット
１０をねじ込んで連結させる。ただ、図示しないが、連
結部品をネジ棒とし、挟着プレートの一方の貫通孔をネ
ジ棒をねじ込みできるネジ孔にすると、ネジ棒の先端を
ネジ孔に挿入し、連結部品を回転させて挟着プレートを
連結することもできる。この構造の連結部品は、ナット
を使用しないで両方の挟着プレートを連結できる。さら
に、連結部品をネジ棒とせず、図７に示すように、挟着
プレート３の間に配設する中間ロッド８の両端にネジ孔
を設け、中間ロッド８のネジ孔に、挟着プレート３を貫
通して止ネジ９をねじ込んで、挟着プレート３を連結す
ることもできる。この構造の連結部品は、両側の挟着プ
レート３を同じ間隔に連結できる特長がある。

【００２３】放熱板２は弾性変形凸部２Ａを有する。弾
性変形凸部２Ａは、単電池１の積層方向に突出してお
り、隣接する単電池１の間に放熱路５を形成している。
さらに、弾性変形凸部２Ａは、連結部品４で挟着プレー
ト３が締め付けられたときに、挟着される単電池１に押
圧されて変形する可撓性を有する。変形する弾性変形凸
部２Ａが、単電池１と放熱板２表面の平面度の狂いを吸
収し、放熱板２を単電池１の側面に密着させるためであ
る。

【００２４】図６に示す放熱板２は、弾性変形凸部２Ａ
を波板２ａで形成し、波板２ａの一方の表面に平板２ｂ
を積層している。波板２ａは、単電池１に挟着されると
薄く押し潰される可撓性を有する。平板２ｂは、波板２
ａに押圧されて単電池１の表面に沿う形状に変形できる
可撓性を有する。この図に示す放熱板２は、片面におい
ては波板２ａを単電池１に、他の面は平板２ｂを他方の
単電池１の表面に密着させている。この図の放熱板２
は、波板２ａの片側に１枚の平板２ｂを配設している
が、波板２ａの両側に平板２ｂを配設することもでき
る。波板２ａに平板２ｂを積層した放熱板２は、平板２
ｂを広い面積で単電池１の表面に密着できる。

【００２５】本発明の組電池は、放熱板２の構造を、平
板２ｂと波板２ａの組合せに特定しない。図８に示す放
熱板２は、平面板をプレスして、多数の弾性変形凸部２
Ａを突出して設けている。弾性変形凸部２Ａは、図９に
示すように、先端を平面状に成形して、単電池１の表面
に広い面積で接触するように成形している。弾性変形凸
部２Ａは、単電池１に挟着されると押し潰される可撓性
がある。

【００２６】放熱板２は、好ましくは、アルミニウム、
銅、鉄等の金属板で製造される。金属製の放熱板は熱伝
導がよく、単電池の熱を有効に放熱できる特長がある。
弾性変形凸部２Ａは、単電池１に挟着されたときに、押
し潰されて変形する可撓性を有する。金属製の放熱板２
は、弾性変形凸部２Ａの肉厚を調節して変形する強度を
調整できる。弾性変形凸部２Ａを薄くすると、弱い挟着
力で変形するようになる。弾性変形凸部２Ａは、同じ材
質と肉厚であっても、変形しやすい形状と、変形し難い
形状がある。波板２ａで構成される弾性変形凸部２Ａは
変形しやすいが、図８に示すように局部的な突起で構成
される弾性変形凸部２Ａは変形し難い。変形しやすい弾
性変形凸部は、厚くしても変形できるが、変形し難い弾
性変形凸部は薄くして変形しやすくする。

【００２７】金属製の弾性変形凸部２Ａは、変形させる
とクッションバックで元の形状に復元しようとする性質
がある。このため、金属製の弾性変形凸部２Ａは、押し
潰された状態で、単電池１に弾性的に押圧されて密着状
態に保持される特長がある。

【００２８】図５に示す組電池は、底面に基台プレート
を設けている。ただ、本発明の組電池は、必ずしも基台
プレートを設ける必要はない。基台プレートのない組電
池は、放熱板の平板を、図６や図８に示すようにＬ字状
に折曲する。Ｌ字状の折曲部は、組電池を装着する機器
や装置に広い面積で接触させる。この構造は、放熱板の
平板で、組電池の熱を有効に外部に放熱させる。これに
より、一層放熱効果を高めることができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の組電池は、極めて簡単な構造
で、単電池の間に挟着されている放熱板により、組電池
内部の熱を有効に放熱できる特長がある。それは、本発
明の組電池が、放熱板に、単電池に挟着されると押し潰
されて変形する弾性変形凸部を設け、この弾性変形凸部
で放熱板に放熱路を設けると共に、弾性変形凸部を緩衝
材に併用して、放熱板を単電池の表面に押圧して密着さ
せるからである。内部の単電池から効率よく放熱できる
本発明の組電池は、過大な電流で充放電して、内部の単
電池の電池性能の低下を有効に防止できる特長がある。
全ての単電池を効率よく放熱できるからである。とく
に、本発明の組電池は、製造直後は言うにおよばず、何
回も繰り返し充放電を繰り返した状態においても、放熱
板は内部の単電池から有効に放熱して、温度上昇を少な
くできる特長がある。それは、繰り返し使用して、単電
池のケースが局部的に膨れても、ケースの変形を押し潰
される弾性変形凸部が吸収して、放熱板を単電池の表面
に広い面積で密着させるからである。

【００３０】内部の単電池から有効に放熱できる本発明
の組電池は、内部の単電池の容量が減少するのを少なく
できる特長がある。図１の曲線Ｃは、図５に示す本発明
の組電池を用いた場合の各単電池の充電末期の温度上昇
を示すグラフ、曲線Ｄは同じく各単電池の公称容量に対
する実際に測定された電池容量の割合を示すグラフであ
る。ただし、単電池はニッケル−水素電池である。曲線
Ｄに示す電池容量は、曲線Ｂで示す従来の組電池と同じ
ように、単電池を直列に接続して、０．２Ｃで満充電し
た後、１／３Ｃで放電する充放電サイクルを１００サイ
クル繰り返した後の、それぞれの単電池の容量を個別に
測定した数値である。このグラフが示すように、本発明
の組電池は、図２に示す従来の組電池に比較して、中央
に挟着されている単電池の容量が減少するのを有効に防
止できる特長がある。さらに、図１０は図５に示す本発
明の組電池と、従来の組電池のサイクル寿命を示すグラ
フである。このグラフも、単電池をニッケル−水素電池
とするものである。このグラフの曲線Ｅに示すように、
従来の組電池は、約３００回の充放電を繰り返した後
は、電池容量が次第に低下したが、本発明の組電池は、
曲線Ｆで示すように５００回使用後も電池容量が低下し
ない。

【００３１】さらに、本発明の組電池は、連結部品の締
め付け力を多少強くしても、単電池に過大な押圧力が作
用しない特長もある。それは、本発明の組電池では、連
結部品を締め付けて、単電池で放熱板を挟着すると、弾
性変形凸部が押し潰されるからである。連結部品を強く
締め付けるほど、放熱板の弾性変形凸部は薄く押し潰さ
れて、弾性変形凸部に吸収される。このため、本発明の
組電池は、連結部品を多少強く締め付けても、単電池に
無理な挟着力が作用することがなく、放熱板を単電池に
より完全に密着できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】組電池における積層した各単電池の温度分布と
電池容量の関係を示すグラフ

【図２】従来の組電池の一例を示す斜視図

【図３】従来の組電池の一例を示す斜視図

【図４】従来の組電池の一例を示す斜視図

【図５】本発明の実施例の組電池の斜視図

【図６】本発明の実施例の組電池の分解斜視図

【図７】本発明の実施例に係る連結部品の他の具体例を
示す断面図

【図８】本発明の実施例に係る放熱板の他の具体例を示
す斜視図

【図９】図９に示す放熱板の断面図

【図１０】組電池のサイクル寿命を示すグラフ

【符号の説明】

１…単電池２…放熱板２Ａ…弾性変形凸部２ａ…波板２ｂ…平板３…挟着プレート３Ａ…貫通孔４…連結部品５…放熱路６…ケース７…基台プレート８…中間ロッド９…止ネジ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外形を角形とする複数の単電池(1)と、
単電池(1)の間に挟着されて単電池(1)の熱を放熱させる
放熱板(2)と、複数の単電池(1)を並べて両外側を挟着す
る挟着プレート(3)と、両側の挟着プレート(3)を連結し
て、複数の単電池(1)を放熱板(2)を介して積層して一体
に連結する連結部品(4)とを備える組電池において、放熱板(2)が、単電池(1)の積層方向に突出して隣接する
単電池(1)の間に放熱路(5)を形成し、かつ、挟着される
単電池(1)に押圧されて変形する弾性変形凸部(2A)を有
し、さらに、この弾性変形凸部(2A)は、連結部品(4)で
挟着プレート(3)が締め付けられた状態で単電池(1)に挟
着されて変形し、変形する弾性変形凸部(2A)によって、
放熱板(2)を単電池(1)のケース(6)の側面に押圧する部
材に併用されるように構成されてなることを特徴とする
組電池。