專(zhuān)利名稱(chēng)：電池組冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池組合在一起的電池組的冷卻方法。
密閉式堿性蓄電池以鎳鎘電池和鎳氫蓄電池為代表，能量密度高，可靠性出色，因而大多用作便攜器材(電視攝像機(jī)、膝面計(jì)算機(jī)、便攜電話等)的電源。這些單個(gè)電池屬于金屬制外殼、形狀為圓筒或矩形、容量為0.5～3Ah左右的小型密閉式堿性蓄電池。實(shí)際使用中，一般是將幾個(gè)至十幾個(gè)單個(gè)電池裝在樹(shù)脂殼體和筒中使用。這些小型密閉式堿性蓄電池其電池容量為0.5～3Ah左右，因而充放電時(shí)單個(gè)電池的平均發(fā)熱量很少。因而裝在樹(shù)脂殼體和筒中用時(shí)，由于適當(dāng)?shù)貙?duì)發(fā)熱和散熱進(jìn)行了平衡，因而沒(méi)有引起涉及電池溫升的明顯問(wèn)題。
堿性蓄電池電極組因反復(fù)充放電而膨脹，但殼體為金屬圓筒，因而沒(méi)有電極組膨脹造成殼體變形等明顯課題。矩形場(chǎng)合也因小型而不必對(duì)殼體等專(zhuān)門(mén)花工夫。
但最近強(qiáng)烈需求高能量密度和高可靠性的大、中型電池(中型電池定義為容量10～100Ah，大型電池定義為容量100Ah以上。使用個(gè)數(shù)都定義為幾個(gè)至幾百個(gè))，以滿足從家電產(chǎn)品至電動(dòng)汽車(chē)等的移動(dòng)電源。就大、中型電池而言，開(kāi)放式鎳鎘電池和鉛蓄電池用于能量貯存用途和UPS等用途，但使用期間注液等維護(hù)較煩瑣。因而，對(duì)于家電產(chǎn)品至電動(dòng)汽車(chē)的移動(dòng)電源來(lái)說(shuō)，需要電池免維護(hù)，也就是說(shuō)，需要電池密閉。如上所述將堿性蓄電池用作家電產(chǎn)品至電動(dòng)汽車(chē)的移動(dòng)電源的時(shí)候，需要同時(shí)完成電池的密閉和大、中型化。具體來(lái)說(shuō)，達(dá)到單個(gè)電池密閉目的的同時(shí)，需要增大單個(gè)電池的容量，以及為了增加電池電壓需要使多個(gè)單個(gè)電池串聯(lián)連接。
電池伴隨著充放電有電極反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱和焦耳熱發(fā)生。由于單個(gè)電池的容量增大和密閉所產(chǎn)生的熱量增加，向電池外部的散熱較慢，所產(chǎn)生的熱蓄積于電池內(nèi)部，結(jié)果電池內(nèi)部溫度比小型電池有所上升。此外，這種大容量單個(gè)電池串聯(lián)連接而成的單位電池和單位電池串聯(lián)連接而成的電池組相鄰配置有幾十個(gè)至幾百個(gè)單元電池，因而，怎樣向外部釋放這種熱成為問(wèn)題。為了解決這種問(wèn)題，特開(kāi)平3-291867號(hào)公報(bào)提出一種由正極、負(fù)極和電解液構(gòu)成、充電時(shí)伴有發(fā)熱的單個(gè)蓄電池多個(gè)排列而成的系統(tǒng)在各單個(gè)電池間設(shè)有空氣流通空間的蓄電池系統(tǒng)散熱裝置。
但以汽車(chē)用途為代表的移動(dòng)電池，由于車(chē)載空間較小，因而為了裝上很多電池，需要將電池分成2層堆放。簡(jiǎn)單分為2層堆放場(chǎng)合，冷卻用空氣流就從上往下或從下往上，帶有前面電池所釋放熱量的暖空氣流經(jīng)后面的電池，致使后面電池的冷卻能力下降。前面電池和后面電池其冷卻能力有差異發(fā)生的話，隨電池溫度的差異，充電效率便出現(xiàn)差異，致使電池容量存在差異。
電池容量存在差異的話，容量較小的電池在放電末期就會(huì)過(guò)放電，處于發(fā)熱量急劇增加這種危險(xiǎn)狀況。而且，可以預(yù)計(jì)這種充放電的重復(fù)造成循環(huán)壽命也變短這種問(wèn)題。
本發(fā)明正是解決這種問(wèn)題，其目的在于，提供一種可抑制這種電池間溫度差異，電池性能無(wú)差異的出色的電池組的冷卻方法。
本發(fā)明是一種將多個(gè)單位電池組合在一起的電池組，每一單位電池保持多個(gè)長(zhǎng)方體電槽，其內(nèi)部收容有電極組，僅在某一面上有正極和負(fù)極極柱，至少在與另一電槽的接觸面上具有形成致冷劑通過(guò)的空間所用的突起，其中致冷劑與非連續(xù)設(shè)有電槽凸緣的面相接觸，致冷劑從極柱所在面相對(duì)面流向極柱所在面。
按照上述構(gòu)成，可以將電池內(nèi)產(chǎn)生的熱高效率地釋放至電池外部，可以減少每一電池的溫差。因而，可以防止各個(gè)電池的容量差異，從而能夠提供循環(huán)壽命特性出色的電池組。
圖1是本發(fā)明一實(shí)施例單個(gè)電池的構(gòu)成圖。
圖2是本發(fā)明一實(shí)施例單位電池的構(gòu)成圖。
圖3是本發(fā)明一實(shí)施例電池組的構(gòu)成圖。
圖4是對(duì)比例1電池組的構(gòu)成圖。
圖5是對(duì)比例2電池組的構(gòu)成圖。
圖6是壽命試驗(yàn)結(jié)果的示意圖。
圖7是本發(fā)明一實(shí)施例電池組的構(gòu)成圖。
圖8是本發(fā)明一實(shí)施例電池組的構(gòu)成圖。
以下參照


本發(fā)明一實(shí)施例。圖1示出本發(fā)明所用的密閉式堿性蓄電池的單個(gè)電池，圖2示出單位電池的結(jié)構(gòu)。
電極組1如下制作。正極板在發(fā)泡狀鎳鎘多孔體中充填活性物質(zhì)氫氧化鎳鎘粉末，壓延和切斷為規(guī)定尺寸，制作成每一極板平均容量為10Ah的鎳鎘正極。接下來(lái)，負(fù)極板是將可電化學(xué)方式吸收釋放氫的MmNi3.6Co0.7Mn0.4Al0.4組成的氫吸收合金粉末與粘接劑一起涂覆在穿孔金屬上，壓延和切斷為規(guī)定尺寸，制作成每一極板平均容量為13Ah的氫吸收合金負(fù)極。
分別由袋狀隔離物包住這些正、負(fù)極板，為隔離物包住的10片正極板與11片負(fù)極板交替組合，制作成電極組1。另外，電極組1制作成相對(duì)于電槽2內(nèi)部尺寸具有約85～100％的厚度。將極柱即銅和鎳鎘構(gòu)成的正極端子3和負(fù)極端子4與該電極組1連接，插入聚丙烯制的電槽2。接下來(lái)，注入180cm3堿性電解液。接著，由具有安全閥5(作用壓為2～3kg/cm2)的蓋子6密閉該電槽2的開(kāi)口部，制成單個(gè)電池7。
電槽2具有外側(cè)沿上下方向設(shè)有讓致冷劑流過(guò)用的多條凸緣即凸部8和凹部9的結(jié)構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，致冷劑并非始終連續(xù)地與設(shè)有凸緣的電槽相接觸，而是由凸緣分?jǐn)喾沁B續(xù)地接觸。另外，凸部8的高度為1.5mm，單個(gè)電池7進(jìn)行初次充放電(充電＝10A×15小時(shí)，放電＝以20A放電直到1.0V為止)，由于電極組1的膨脹，電極組1的最外部與電槽2處于相接觸狀態(tài)。這種單個(gè)電池7由正極規(guī)定電池容量，電池容量為100Ah。
將10個(gè)這樣制成的單個(gè)電池7串聯(lián)連接，制成圖2所示的單位電池12。這種單位電池12形成為單個(gè)電池7的電槽2外側(cè)所設(shè)置的凸部8相互接觸，靠凹部9在單個(gè)電池7之間設(shè)有上下方向空間11的結(jié)構(gòu)。單位電池10由鋁制板12和鐵條13將兩端單個(gè)電池7沿組裝方向約束構(gòu)成。另外，電池電壓為12V。
對(duì)于用兩個(gè)這種單位電池迭成兩層時(shí)的冷卻方法，包括對(duì)比例在內(nèi)，對(duì)以下三種作比較。另外，各圖中用箭頭表示致冷劑流體方向。(本實(shí)施例)如圖3所示，使電池橫放，端子朝同一方向，致冷劑流向設(shè)有極柱的一面。(對(duì)比例1)如圖4所示，使電池仍然處于縱向狀態(tài)，致冷劑連續(xù)地冷卻單位電池。(對(duì)比例2)如圖5所示，使電槽表面的凸部方向采取橫向，制成相同的電池，電池仍然處于縱向，使致冷劑橫穿單個(gè)電池。
用兩個(gè)單位電池對(duì)本發(fā)明和對(duì)比例1、2這三種構(gòu)成進(jìn)行循環(huán)壽命試驗(yàn)。試驗(yàn)是以10A充電12小時(shí)后，放置1小時(shí)，再以20A放電，直到20V為止。單位電池放電容量的計(jì)算是用電池電壓放電至20V的放電時(shí)間計(jì)算的。充電時(shí)，由風(fēng)扇沿圖中箭頭方向?qū)挝浑姵貑蝹€(gè)電池之間和鋁板與單個(gè)電池之間各自空間部分送風(fēng)?？諝馔ㄟ^(guò)空間部分13的平均風(fēng)速為2.0m/sec。環(huán)境溫度為20℃。圖6示出試驗(yàn)結(jié)果。
由圖6可知，壽命試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)比例1單位電池容量最先下降，接下來(lái)對(duì)比例2單位電池容量下降。本發(fā)明單位電池壽命最長(zhǎng)。這首先是，對(duì)比例1單位電池是由下方來(lái)的冷卻風(fēng)使下部單位電池冷卻，再帶有其熱量通過(guò)上部單位電池中各單個(gè)電池之間的。因而，上部電池沒(méi)有怎么冷卻，因此兩組單位電池之間溫度會(huì)有差異。由于這種溫度差異，致使充電效率有差異，從而放電容量有所不同。上部單位電池進(jìn)入過(guò)放電狀態(tài)，便對(duì)負(fù)極合金進(jìn)行腐蝕，壽命變短。其次，對(duì)比例2盡管上下無(wú)溫差，單個(gè)電池間沒(méi)有差異，但左右卻產(chǎn)生溫差。因此，極板內(nèi)部的充電效率有差異發(fā)生，極板內(nèi)部的反應(yīng)不均勻，因而充電時(shí)局部過(guò)充電，放電時(shí)過(guò)放電，活性物質(zhì)變差，壽命變短。
與此不同，本發(fā)明單位電池使冷卻風(fēng)均勻通過(guò)各電池，單個(gè)電池間沒(méi)有差異。此外，冷卻風(fēng)出口一側(cè)溫度盡管上升，但通過(guò)端子來(lái)除去極板組釋放的熱，可抑制極板內(nèi)部的差異。從而達(dá)到長(zhǎng)壽命。
另外，對(duì)比例1送風(fēng)截面是對(duì)比例2的一半，因而總送風(fēng)量也是對(duì)比例2的一半。由于使對(duì)比例1與對(duì)比例2的總送風(fēng)量相同，因而可確認(rèn)，若為對(duì)比例1送風(fēng)流量2倍的話，循環(huán)壽命特性比對(duì)比例2提高。
另外，通過(guò)如圖7所示將兩組這種結(jié)構(gòu)背對(duì)著并排在一起，可均勻冷卻更多電池，可以獲得本發(fā)明效果。此外，通過(guò)如圖8所示將這樣得到的結(jié)構(gòu)再稍稍遠(yuǎn)離并排留下送風(fēng)出口，就可以均勻冷卻更多電池。
綜上所述，按照本發(fā)明，為一種將多個(gè)單位電池組合在一起的電池組，每一單位電池保持多個(gè)長(zhǎng)方體電槽，其內(nèi)部收容有電極組，僅在某一面上有正極和負(fù)極極柱，至少在與另一電槽的接觸面上具有形成致冷劑通過(guò)空間所用的突起，其中致冷劑與非連續(xù)設(shè)有電槽凸緣的面相接觸，致冷劑從極柱所在面相對(duì)面流向極柱所在面，利用這種電池組冷卻方法，可以將電池內(nèi)產(chǎn)生的熱高效率地釋放至電池外部，可以減少每一電池的溫差。因而，可以防止各個(gè)電池的容量差異，從而能夠提供循環(huán)壽命特性出色的電池組。
權(quán)利要求
1.一種電池組冷卻方法，所述電池組由多個(gè)單位電池組合而成，每一單位電池保持多個(gè)長(zhǎng)方體電槽，其內(nèi)部收容有電極組，僅在某一面上有正極和負(fù)極極柱，至少在與另一電槽的接觸面上具有形成致冷劑通過(guò)空間所用的突起，其特征在于，致冷劑從所述極柱所在面相對(duì)面流向所述極柱所在面。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組冷卻方法，其特征在于，致冷劑與設(shè)有所述突起的電槽表面非連續(xù)接觸。
3.一種電池組冷卻方法，所述電池組將多個(gè)單位電池橫向放置，每一單位電池保持多個(gè)長(zhǎng)方體電槽，其內(nèi)部收容有電極組，僅在某一面上有正極和負(fù)極極柱，至少在與另一電槽的接觸面上具有形成致冷劑通過(guò)空間所用的突起，使所述極柱所在面朝向相同方向?qū)挝浑姵氐鼘咏M合而成，其特征在于，致冷劑從所述極柱所在面相對(duì)面流向所述極柱所在面。
全文摘要
本發(fā)明涉及蓄電池組合在一起的電池組的冷卻方法,其目的在于抑制電池間的溫度差異和電池性能的差異。單位電池10是這樣一種結(jié)構(gòu),單個(gè)電池7的電槽2外側(cè)設(shè)有的凸部8互相接觸,由凹部9形成單個(gè)電池7之間上下方向的空間11,該單位電池10靠鋁制板12和鐵條13按組裝方向約束兩端單個(gè)電池7,橫向放置該單位電池,使端子同一朝向,致冷劑流向極柱所在面。
文檔編號(hào)H01M10/50GK1178398SQ9711936
公開(kāi)日1998年4月8日 申請(qǐng)日期1997年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月30日
發(fā)明者森下展安, 佐藤健治, 井上浩, 生駒宗久 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社