JP2017162601A - モジュール電池 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセルが収容される空間の温度の均一性を維持したままモジュール電池の実質的な効率を向上する。【解決手段】モジュール電池においては、断熱容器に形成された空間に複数のセル、ヒーターおよび均熱板が収容される。複数のセルは、底面と平行に二次元配列される。複数のセルの各々は、ナトリウム−硫黄電池である。ヒーターは、底面に沿って配置され、側面に沿う周辺部にあり発熱する発熱部を備え、周辺部に囲まれる中央部において発熱しない。均熱板は、ヒーターに沿って配置され、周辺部と中央部とに跨る。【選択図】図１

Description

本発明は、モジュール電池に関する。

ナトリウム−硫黄電池は、高温作動型の二次電池であり、約３００℃に加熱された状態で充電され放電させられる。このため、ナトリウム−硫黄電池のモジュール電池においては、複数のセルが、断熱容器に形成された空間に収容され、底面と平行に二次元配列される。また、底面に沿うヒーターおよび側面に沿うヒーターが、空間に収容され、複数のセルを加熱する。底面に沿うヒーターおよび側面に沿うヒーターの両方が存在することは、複数のセルが収容される空間の温度を均一にすることに寄与する。特許文献１に記載された技術は、その一例である。

特開２００７−２７３２９７号公報

底面に沿うヒーターおよび側面に沿うヒーターは、電力を消費して動作する。このため、底面に沿うヒーターおよび側面に沿うヒーターの両方が存在することは、ナトリウム−硫黄電池のモジュール電池の実質的な充放電効率を低下させる。この問題は、ナトリウム−硫黄電池がナトリウム−硫黄電池以外の高温作動型の二次電池に置き換えられた場合も生じる。

本発明は、この問題を解決するためになされる。本発明が解決しようとする課題は、複数のセルが収容される空間の温度の均一性を維持したまま高温作動型の二次電池のモジュール電池の実質的な効率を向上することである。

モジュール電池においては、断熱容器に形成された空間に複数のセル、ヒーターおよび均熱板が収容される。空間は、断熱容器が有する底面、天面および側面に定義され、側面に沿う周辺部および周辺部に囲まれる中央部を有する。

複数のセルは、底面と平行に二次元配列される。複数のセルの各々は、高温作動型の二次電池である。

ヒーターは、底面に沿って配置され、周辺部にあり発熱する発熱部を備え、中央部において発熱しない。

均熱板は、ヒーターに沿って配置され、周辺部と中央部とに跨る。

周辺部から中央部への伝熱が起こり、周辺部の温度と中央部の温度との差が小さくなる。複数のセルが収容される空間の温度の均一性が維持される。

側面に沿うヒーターが不要になり、ヒーターにより消費される電力が減少する。モジュール電池の実質的な充放電効率が向上する。

これらのおよびこれら以外の発明の目的、特徴、局面および利点は、下記の発明の詳細な説明を図面とともに考慮することより、より明白になる。

モジュール電池を示す水平断面図である。 モジュール電池を示す鉛直断面図である。 ヒーターを示す平面図である。 芯を示す断面図である。

１ モジュール電池
図１および２の各々は、この実施形態のモジュール電池を示す模式図である。図１は、図２の切断線Ａ−Ａに示される位置における水平断面図である。図２は、図１の切断線Ｂ−Ｂに示される位置における鉛直断面図である。

図１および２の各々に示されるモジュール電池１０００は、断熱容器１０１２、複数のセル１０１４、配線１０１６、緩衝シート１０１８、ヒーター１０２０、均熱板１０２２および１０２４、絶縁シート１０２６ならびに砂１０２８を備える。モジュール電池１０００がこれらの構成物以外の構成物を備えてもよい。均熱板１０２２および１０２４の片方が省略されてもよい。緩衝シート１０１８、絶縁シート１０２６および砂１０２８の全部または一部が省略されてもよい。

断熱容器１０１２は、容器本体１０４２および蓋１０４４を備える。容器本体１０４２は、側壁１０６２および底壁１０６４を備える。蓋１０４４は、天壁１０８２および庇１０８４を備える。天壁１０８２は、側壁１０６２の上端１１２２に載せられる。これにより、容器本体１０４２が有する開口１１０２は、蓋１０４４により塞がれる。容器本体１０４２に形成される空間１１４２は、側壁１０６２が有する側面１１６２、底壁１０６４が有する底面１１６４および天壁１０８２が有する天面１１６８に定義され、側面１１６２、底面１１６４および天面１１６８に囲まれる。

容器本体１０４２は、真空断熱構造を有する。蓋１０４４は、真空断熱構造を有する。容器本体１０４２が真空断熱構造以外の断熱構造を有する容器本体に置き換えられてもよく、蓋１０４４が真空断熱構造以外の断熱構造を有する蓋に置き換えられてもよい。断熱容器１０１２が一時的に放熱を行うことができる構造を有してもよい。

断熱容器１０１２は、直方体状の立体形状を有する。このため、側面１１６２は、面１１８２，１１８４，１１８６および１１８８を有し、面１１８４は空間１１４２を挟んで面１１８２と対向し、面１１８８は空間１１４２を挟んで面１１８６と対向する。断熱容器１０１２が、直方体状以外の立体形状を有する容器に置き換えられてもよい。

複数のセル１０１４は、空間１１４２に収容され、底面１１６４と平行に二次元配列される。

複数のセル１０１４の各々は、円筒型のナトリウム−硫黄電池であり、鉛直に立てられる。円筒型のナトリウム−硫黄電池が円筒型でないナトリウム−硫黄電池に置き換えられてもよい。ナトリウム−硫黄電池が、ナトリウム−硫黄電池以外の高温作動型の二次電池に置き換えられてもよい。

配線１０１６は、複数のセル１０１４を電気的に接続し、側壁１０６２を貫通し、空間１１４２から断熱容器１０１２の外部に至る。配線１０１６により、２個以上のブロックが直列に接続され、２個以上のブロックの各々において２個以上のストリングが並列に接続され、２個以上のストリングの各々において２個以上のセルが直列に接続される。

モジュール電池１０００が充電される場合は、配線１０１６に充電電流が流され、複数のセル１０１４の各々が充電される。モジュール電池１０００が放電させられる場合は、複数のセル１０１４の各々が放電させられ、配線１０１６に放電電流が流れる。

緩衝シート１０１８は、空間１１４２に収容され、底面１１６４に敷かれる。緩衝シート１０１８は、ガラス繊維の集合体である。緩衝シート１０１８は、底壁１０６４に衝撃が加わった場合に、複数のセル１０１４に衝撃が伝わることを抑制する。

ヒーター１０２０ならびに均熱板１０２２および１０２４が重ね合わされた重ね合わせ体１２０２は、空間１１４２に収容され、緩衝シート１０１８の主面１２２２に載せられる。これにより、ヒーター１０２０ならびに均熱板１０２２および１０２４の各々は、底面１１６４に沿って配置され、底面１１６４に近接し、底面１１６４に対向する。

ヒーター１０２０は、板状であり、発熱部１２４２よび非発熱部１２４４を備える。発熱部１２４２は、空間１１４２が有する周辺部１２６２にあり、発熱する。非発熱部１２４４は、空間１１４２が有する中央部１２６４にあり、発熱しない。これにより、ヒーター１０２０は、側面１１６２に沿う周辺部１２６２において発熱し、周辺部１２６２に囲まれる中央部１２６４において発熱しない。

均熱板１０２２および１０２４は、それぞれヒーター１０２０が有する一方の主面１２８２および他方の主面１２８４に沿って配置される。

均熱板１０２２および１０２４は、それぞれ主面１２８２および１２８４の全体を覆う。このため、均熱板１０２２および１０２４の各々は、底面１１６４と垂直をなす方向から見た場合に側面１１６２に沿う周辺部１２６２と底面１１６４と垂直をなす方向から見た場合に周辺部１２６２に囲まれる中央部１２６４とに跨り、周辺部１２６２から中央部１２６４まで連続する。

均熱板１０２２および１０２４の各々は、良好な熱伝導性を有する材料からなり、望ましくは金属または合金からなり、さらに望ましくは銅またはアルミニウムからなる。

均熱板１０２２および１０２４により、周辺部１２６２から中央部１２６４への伝熱が起こり、発熱部１２４２が周辺部１２６２において発した熱が中央部１２６４に伝えられる。

周辺部１２６２においては断熱容器１０１２の外部への放熱量が大きくなるが、周辺部１２６２には発熱部１２４２がある。このため、周辺部１２６２は、十分に加熱される。中央部１２６４には発熱部１２４２がないが、中央部１２６４には均熱板１０２２および１０２４により周辺部１２６２から熱が伝えられ、中央部１２６４においては断熱容器１０１２の外部への放熱量が小さくなる。このため、中央部１２６４は、十分に加熱される。これらにより、周辺部１２６２の温度と中央部１２６４の温度との差が小さくなり、空間１１４２の温度が均一になる。

均熱板１０２２および１０２４ならびにヒーター１０２０は、側面１１６２に沿うヒーターを不要にする。これにより、ヒーターにより消費される電力が減少し、モジュール電池の実質的な充放電効率が向上する。

絶縁シート１０２６は、空間１１４２に収容され、重ね合わせ体１２０２の主面１２７２に載せられる。絶縁シート１０２６は、良好な絶縁性を有する材料からなり、望ましくはマイカからなる。絶縁シート１０２６は、複数のセル１０１４が重ね合わせ体１２０２と導通することを抑制する。

砂１０２８は、空間１１４２に収容され、セルの隙間に充填される。

２ ヒーター
図３は、ヒーターを示す模式図である。図３は、平面図である。

図３に示されるように、ヒーター１０２０は、芯１３０２およびヒーター線１３０４を備える。

芯１３０２は、板状であり、良好な絶縁性を有する材料からなり、望ましくはマイカからなる。

芯１３０２は、板状の構造１３２２および１３２４を備える。芯１３０２には、スリット１３４２および１３４４が形成される。

板状の構造１３２２は、四角環状の平面形状を有し、周辺部１２６２にある。板状の構造１３２４は、矩形状の平面形状を有し、中央部１２６４にある。ヒーター線１３０４は、板状の構造１３２２に巻かれるが、板状の構造１３２４には巻かれない。板状の構造１３２２およびヒーター線１３０４により発熱部１２４２が構成される。板状の構造１３２４により非発熱部１２４４が構成される。

発熱部１２４２は、低発熱部１４４２よび高発熱部１４４４を備える。高発熱部１４４４は、低発熱部１４４２が有する発熱密度より大きい発熱密度を有する。

空間１１４２は、図１に示されるように、底面１１６４と垂直をなす方向から見た場合に四隅１４６２を有する。低発熱部１４４２は、四隅１４６２以外に配置される。高発熱部１４４４は、四隅１４６２に配置される。これにより、断熱容器１０１２の外部への放熱量が大きくなる四隅１４６２における発熱が、断熱容器１０１２の外部への放熱量が小さくなる四隅１４６２以外における発熱より大きくなり、空間１１４２の温度がより均一になる。四隅１４６２以外の特定の場所において断熱容器１０１２の外部への放熱量が大きくなる場合は、当該特定の場所に高発熱部が配置されてもよい。例えば、配線１０１６が側壁１０６２を貫通する場所において放熱量が大きくなる場合は、当該場所に高発熱部が配置されてもよい。

板状の構造１３２４は、板状の構造１３２２につながっている。したがって、板状の構造１３２２および１３２４は、板状の一体物を構成する。これにより、板状の構造１３２２および１３２４を一体的に取り扱うことが容易になり、ヒーター１０２０の組み立てが容易になる。ただし、板状の構造１３２４が板状の構造１３２２から分離されてもよい。

図４は、ヒーターに備えられる芯を示す模式図である。図４は、切断線Ｃ−Ｃに示される位置における断面図である。

板状の構造１３２４は、図４に示されるように、板状の構造１３２２が有する厚さと同じ厚さを有する。このため、板状の構造１３２４が有する一方の主面１３８２および他方の主面１３８４は、それぞれ板状の構造１３２２が有する一方の主面１３６２および他方の主面１３６４と同一平面を構成する。これにより、ヒーター１０２０の中央に凹部が形成されず、複数のセル１０１４が容易に規則的に配列される。しかし、板状の構造１３２４が板状の構造１３２２が有する厚さと異なる厚さを有してもよく、板状の構造１３２４が省略されてもよい。板状の構造１３２４が省略された場合は、孔により非発熱部１２４４が構成される。

板状の構造１３２２は、図３に示されるように、部分１４０２、１４０４、１４０６および１４０８を備える。部分１４０２、１４０４、１４０６および１４０８は、一体化され、それぞれ面１１８２，１１８４，１１８６および１１８８に沿って配置される。部分１４０２および１４０４は、それぞれスリット１３４２および１３４４を挟んで板状の構造１３２４から離される。部分１４０６および１４０８の各々は、板状の構造１３２４につながっている。ヒーター線１３０４に備えられる区間１４２２、１４２４、１４２６および１４２８は、それぞれ部分１４０２、１４０４、１４０６および１４０８に巻かれるが、区間１４２２および１４２４は、それぞれスリット１３４２および１３４４を貫通する。

均熱板１０２２が電気伝導性を有する場合は、芯１３０２およびヒーター線１３０４からなる複合体１３８０の一方の主面に絶縁性を有する薄いシートが貼り付けられる。これにより、ヒーター線１３０４が均熱板１０２２と導通することが抑制される。

均熱板１０２４が電気伝導性を有する場合は、複合体１３８２の他方の主面に絶縁性を有する薄いシートが貼り付けられる。これにより、ヒーター線１３０４が均熱板１０２４と導通することが抑制される。

上記の発明の詳細な説明は、全ての局面において例示であって限定的ではない。したがって、本発明の範囲からはずれることなく無数の修正および変形が案出されうる。

１０００ モジュール電池
１０１２ 断熱容器
１０１４ 複数のセル
１０２０ ヒーター
１０２２，１０２４ 均熱板
１２４２ 発熱部
１２４４ 非発熱部
１２６２ 周辺部
１２６４ 中央部
１３０２ 芯
１３０４ ヒーター線
１３２２，１３２４ 板状の構造
１３４２，１３４４ スリット
１４４２ 低発熱部
１４４４ 高発熱部
１４６２ 四隅

Claims (6)

1. 底面、天面および側面を有し、前記底面、前記天面および前記側面に定義される空間が形成され、前記空間が周辺部および中央部を有し、前記周辺部が前記側面に沿い、前記中央部が前記周辺部に囲まれる断熱容器と、
   各々が高温作動型の二次電池であり、前記空間に収容され、前記底面と平行に二次元配列される複数のセルと、
   前記空間に収容され、前記底面に沿って配置され、前記周辺部にあり発熱する発熱部を備え、前記中央部において発熱しないヒーターと、
   前記空間に収容され、前記ヒーターに沿って配置され、前記周辺部と前記中央部とに跨る均熱板と、
   を備えるモジュール電池。
2. 前記発熱部は、
   第１の板状の構造と、
   前記第１の板状の構造に巻かれるヒーター線と、
   を備え、
   前記ヒーターは、
   前記中央部にあり発熱しない非発熱部
   をさらに備え、
   前記非発熱部は、
   前記第１の板状の構造につながっており、前記ヒーター線が巻かれない第２の板状の構造
   を備える
   請求項１のモジュール電池。
3. 前記第１の板状の構造は、第１の主面および第２の主面を有し、
   前記第２の板状の構造は、前記第１の主面と同一平面を構成する第３の主面および前記第２の主面と同一平面を構成する第４の主面を有する
   請求項２のモジュール電池。
4. 前記側面が、第１の面、第２の面、第３の面および第４の面を有し、
   前記第２の面が前記第１の面に対向し、
   前記第４の面が前記第３の面に対向し、
   前記ヒーターは、
   前記第１の板状の構造および前記第２の板状の構造を備え、第１のスリットおよび第２のスリットが形成された芯
   を備え、
   前記第１の板状の構造は、
   前記第１の面に沿って配置され、前記第１のスリットを挟んで前記第２の板状の構造から離される第１の部分と、
   前記第２の面に沿って配置され、前記第２のスリットを挟んで前記第２の板状の構造から離される第２の部分と、
   前記第３の面に沿って配置され、前記第２の板状の構造につながっている第３の部分と、
   前記第４の面に沿って配置され、前記第２の板状の構造につながっている第４の部分と、
   を備え、
   前記ヒーター線は、
   前記第１の部分に巻かれ、前記第１のスリットを通過する第１の区間と、
   前記第２の部分に巻かれ、前記第２のスリットを通過する第２の区間と、
   前記第３の部分に巻かれる第３の区間と、
   前記第４の部分に巻かれる第４の区間と、
   を備える
   請求項２または３のモジュール電池。
5. 前記ヒーターが一方の主面および他方の主面を有し、
   前記均熱板は、第１の均熱板であり、前記一方の主面に沿って配置され、
   前記空間に収容され、前記他方の主面に沿って配置され、前記周辺部と前記中央部とに跨る第２の均熱板
   をさらに備える
   請求項１から４までのいずれかのモジュール電池。
6. 前記空間は、四隅を有し、
   前記発熱部は、
   前記四隅以外に配置され第１の発熱密度を有する第１の発熱部と、
   前記四隅に配置され前記第１の発熱密度より大きい第２の発熱密度を有する第２の発熱部と、
   を備える
   請求項１から５までのいずれかのモジュール電池。

Images