特許 7289870 熱測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-02

(45)【発行日】2023-06-12

(54)【発明の名称】熱測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/18 20060101AFI20230605BHJP

【ＦＩ】

G01N25/18 E

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021065859

(22)【出願日】2021-04-08

(65)【公開番号】P2022161220

(43)【公開日】2022-10-21

【審査請求日】2022-05-06

(73)【特許権者】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】内記 大輔

(72)【発明者】

【氏名】田鍬 幸司

(72)【発明者】

【氏名】橋本 裕之

【審査官】前田 敏行

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／２５６３１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１２８１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１２３５７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－００４５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１３１４８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０５４２２７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電装置の熱伝導率を測定する熱測定装置であって、
前記蓄電装置における第１端部上に配置された高熱部と、
前記蓄電装置における前記第１端部の反対側に位置する第２端部上に配置された低熱部と、
前記蓄電装置における前記第１端部上に設けられた第１温度センサと、
前記蓄電装置における前記第２端部上に設けられた第２温度センサと、
前記第１端部と前記第２端部との間に位置する前記蓄電装置の側面の少なくとも一部を覆うように設けられ、前記蓄電装置を保持するカバー部材とを備え、
前記カバー部材は、前記蓄電装置の前記側面と対向する内面と、前記内面から突出し前記蓄電装置の前記側面に当接するリブとを含む、熱測定装置。

【請求項2】

前記カバー部材は樹脂からなる、請求項１に記載の熱測定装置。

【請求項3】

前記蓄電装置は、電極端子と、角型の筐体とを有し、前記筐体は、電極端子が形成される上面と、前記上面に対向する底面と、前記上面および前記底面に直交する方向に延びる側面とを含み、前記側面は、前記蓄電装置の短手方向に沿う短側面と、前記蓄電装置の長手方向に沿う長側面とを含み、
前記リブは、前記長手方向に交差する方向に沿って前記長側面に当接する部分を有する、請求項１または請求項２に記載の熱測定装置。

【請求項4】

前記蓄電装置は、電極端子と、角型の筐体とを有し、前記筐体は、電極端子が形成される上面と、前記上面に対向する底面と、前記上面および前記底面に直交する方向に延びる側面とを含み、前記側面は、前記蓄電装置の短手方向に沿う短側面と、前記蓄電装置の長手方向に沿う長側面とを含み、
前記リブは、前記短手方向に沿って前記短側面に当接する部分を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱測定装置。

【請求項5】

前記カバー部材は、前記蓄電装置における前記第１端部から前記第２端部にまで達するように延びる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱測定装置。

【請求項6】

前記カバー部材は、前記蓄電装置の前記側面の全周を覆う、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の熱測定装置。

【請求項7】

前記カバー部材は、前記蓄電装置の周方向において分割された複数の部品を含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の熱測定装置。

【請求項8】

前記蓄電装置と前記カバー部材の前記内面との間に設けられた断熱材をさらに備えた、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の熱測定装置。

【請求項9】

前記カバー部材の熱伝導率は、０．４Ｗ／ｍＫ以下である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の熱測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、熱測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の熱測定装置として、たとえば特開２０１５－１０２４２０号公報（特許文献１）に記載のものが挙げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１０２４２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電池などの蓄電装置の全体としての熱伝導率を測定する場合、測定精度を向上させる観点から、電池セルなどの傾きを抑制しながら当該セルを保持する必要がある。従来の熱測定装置は、上記観点から必ずしも十分な構成を備えるものではない。

【0005】

本技術の目的は、測定精度の高い熱測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本技術に係る熱測定装置は、蓄電装置の熱伝導率を測定する熱測定装置であって、蓄電装置における第１端部上に配置された高熱部と、蓄電装置における第１端部の反対側に位置する第２端部上に配置された低熱部と、蓄電装置における第１端部上に設けられた第１温度センサと、蓄電装置における第２端部上に設けられた第２温度センサと、第１端部と第２端部との間に位置する蓄電装置の側面の少なくとも一部を覆うように設けられ、蓄電装置を保持するカバー部材とを備える。カバー部材は、蓄電装置の側面と対向する内面と、内面から突出し蓄電装置の側面に当接するリブとを含む。

【発明の効果】

【0007】

本技術によれば、測定精度の高い熱測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】電池セルを示す図である。

【図2】熱測定装置の構成を示す図である。

【図3】図２に示す熱測定装置のIII－III断面図である。

【図4】比較例に係る熱測定装置を示す図である。

【図5】図４に示す熱測定装置の使用状態を例示する図である。

【図6】カバー部材の一例を示す斜視図である。

【図7】図６に示すカバー部材の正面図である。

【図8】カバー部材の変形例を示す斜視図である。

【図9】図８に示すカバー部材の正面図である。

【図10】図８，図９に示すカバー部材の部分拡大図である。

【図11】カバー部材の他の変形例を示す斜視図である。

【図12】図１１に示すカバー部材の正面図である。

【図13】図１１，図１２に示すカバー部材の部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

【0010】

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

【0011】

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。

【0012】

また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。

【0013】

本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。

【0014】

本明細書において、「蓄電装置」、「蓄電セル」、「蓄電モジュール」、および「蓄電パック」なる用語が用いられる場合、「蓄電装置」、「蓄電セル」、「蓄電モジュール」、および「蓄電パック」は、電池、電池セル、電池モジュール、および電池パックに限定されず、キャパシタ等を含み得る。

【0015】

図１は、「蓄電装置」としての電池セル１００を示す図である。図１に示すように、電池セル１００は、平坦面状の直方体形状に形成されている。電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、角型の筐体１２０上に形成されている。筐体１２０は、電極端子１１０が形成される上面と、上面に対向する底面と、Ｘ－Ｚ平面方向に延びる長側面と、Ｙ－Ｚ平面方向に延びる短側面とを含む。筐体１２０には、電極体および電解液が収容されている。電池セル１００がＹ軸方向に積層されることにより組電池が形成される。

【0016】

図２は、熱測定装置の構成を示す図である。図３は、図２に示す熱測定装置のIII－III断面図である。熱測定装置は、電池セル１００の熱伝導率を測定する熱測定装置であって、図２，図３に示すように、電池セル１００の上面（第１端部）上に設けられた加熱用ヒータ２００（高熱部）と、電池セル１００の底面（第２端部）上に熱伝導シート３００を介して設けられた冷却用プレート４００（低熱部）と、電池セル１００の上面および底面に設けられた温度センサ５００と、電池セル１００の側面を覆うように設けられたセルカバー６００（カバー部材）とを含む。

【0017】

温度センサ５００は、電池セル１００の上面に設けられる第１センサ５１０（第１温度センサ）と、電池セル１００の底面に設けられる第２センサ５２０（第２温度センサ）とを含む。セルカバー６００は、電池セル１００を保持し、電池セル１００の位置および方向を安定させる。

【0018】

電池セル１００の熱伝導特性を評価するにあたり、電池セル１００の全体としての熱伝導率が測定される。測定された結果は、電池セル１００を含む電池モジュールの放熱特性を評価するための解析などに用いられる。この解析を行うために、３方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向）の熱伝導率の実測値が必要とされる。

【0019】

このため、図２、図３に示すように、電池セル１００を立てた状態でＺ軸方向の熱伝導率を測定する必要性が生じる。加熱用ヒータ２００は、加熱用ヒータ２００の上方に設けられた押しブロック（図示せず）と締結されることにより固定されている。Ｚ軸方向の熱伝導率を測定するとき、加熱用ヒータ２００の上方から押しブロックを介して下向き（冷却用プレート４００に向かう方向）に所定の荷重が加えられる。この荷重の大きさは、ロードセル（図示せず）を用いて管理される。

【0020】

図３に示すように、セルカバー６００の内面から突出するリブ６１０が設けられ、リブ６１０が電池セル１００に当接する。加熱用ヒータ２００とセルカバー６００とは、リブ６１０の高さ分だけ離間する。このように、加熱用ヒータ２００とセルカバー６００とが離間し、両者が空気断熱されることにより、加熱用ヒータ２００からセルカバー６００に熱が逃げることを抑制することができる。

【0021】

図４は、比較例に係る熱測定装置を示す図である。図５は、図４に示す熱測定装置の使用状態を例示する図である。図４，図５に示すように、比較例に係る熱測定装置においては、セルカバー６００が設けられていない。したがって、加熱用ヒータ２００の上方から荷重を加えたときに、図５に示すように電池セル１００がＺ軸方向に対して傾く場合がある。これにより、被測定物である電池セル１００を通過する熱流が一様にならず、熱伝導率の測定を正確に行えない場合が生じ得る。

【0022】

これに対し、本実施の形態に係る熱測定装置においては、セルカバー６００により電池セル１００を直立状態（Ｚ軸に対して平行に立つ状態）に保持した状態で熱伝導率の測定を行うことができる。この結果、被測定物である電池セル１００を通過する熱流が一様になる。またセルカバー６００を設けることにより、加熱用ヒータ２００からの熱が電池セル１００に伝わりやすい。したがって、熱伝導率の測定を正確に行うことができる。

【0023】

セルカバー６００は、たとえばポリカーボネート、より具体的にはガラス繊維ポリカーボネートなどの樹脂からなることが好ましいが、セルカバー６００の材質はこれらに限定されない。また、セルカバー６００の熱伝導率は、０．４Ｗ／ｍＫ以下程度であることが好ましく、０．２Ｗ／ｍＫ以下程度であることがさらに好ましいが、セルカバー６００の熱伝導率は上記の範囲に限定されない。

【0024】

セルカバー６００の熱伝導率を所定の範囲に設定することにより、熱伝導率の測定時における電池セル１００の側面からの放熱を抑制することができ、より正確な熱伝導率の測定を行うことが可能となる。

【0025】

空気よりも熱伝導率の低い断熱材を電池セル１００とセルカバー６００の内面との間に設けてもよい。

【0026】

セルカバー６００は、図３に示すように、Ｚ軸方向に沿って電池セル１００の上面から底面にまで達するように延びるように設けられることが好ましいが、電池セル１００のＺ軸方向の一部においてセルカバー６００が設けられてもよい。

【0027】

図６は、一例としてのセルカバー６００Ａを示す斜視図である。図７は、セルカバー６００Ａの正面図である。２つのセルカバー６００Ａを組み合わせることにより、電池セル１００の側面の全周を覆うことができる。

【0028】

図６，図７に示すように、セルカバー６００Ａは、電池セル１００の側面と対向する内面から突出し、電池セル１００の側面に当接するリブ６１０Ａ，６２０Ａを含む。リブ６１０Ａは、Ｚ軸方向に沿って電池セル１００の長側面に当接する。リブ６２０Ａは、Ｙ軸方向に沿って電池セル１００の短側面に当接する。リブ６１０Ａ，６２０Ａの配置および本数については、適宜変更が可能である。

【0029】

リブ６１０Ａ，６２０Ａは、帯状ないし線状に形成されている。このようなリブ６１０Ａ，６２０Ａを設けることにより、セルカバー６００Ａと電池セル１００との接触面積を減らしながら、電池セル１００の傾きを抑制することができる。この結果、電池セル１００からセルカバー６００Ａを介した放熱を抑制することができ、より正確な熱伝導率の測定を行うことが可能となる。

【0030】

図８は、変形例としてのセルカバー６００Ｂを示す斜視図である。図９は、セルカバー６００Ｂの正面図である。セルカバー６００Ｂは、電池セル１００の側面に当接するリブ６１０Ｂ，６２０Ｂを含む。リブ６１０Ｂ，６２０Ｂの配置および本数については、適宜変更が可能である。

【0031】

図１０は、リブ６１０Ｂ周辺の部分拡大図である。図１０に示すように、リブ６１０Ｂは円環状に形成されている。このようなリブ６１０Ｂであっても、セルカバー６００Ａと電池セル１００との接触面積を減らしながら、電池セル１００の傾きを抑制することができる。またリブ６１０Ｂを円環状として、その中央部分に空洞を設けることにより、断熱性のさらなる向上を図ることができる。

【0032】

図１１は、他の変形例としてのセルカバー６００Ｃを示す斜視図である。図１２は、セルカバー６００Ｃの正面図である。セルカバー６００Ｃは、電池セル１００の側面に当接するリブ６１０Ｃ，６２０Ｃを含む。リブ６１０Ｃ，６２０Ｃの配置および本数については、適宜変更が可能である。

【0033】

図１３は、リブ６１０Ｃ周辺の部分拡大図である。図１３に示すように、リブ６１０Ｃは曲面突起状に形成されている。このようなリブ６１０Ｃを用いることにより、セルカバー６００Ｃと電池セル１００との接触を点接触とすることができるので、セルカバー６００Ｃと電池セル１００との接触面積を減らしながら、電池セル１００の傾きを抑制することができる。

【0034】

上述の例では、分割された２つの部品を組み合わせることにより電池セル１００の側面の全周を覆うセルカバー６００が形成されているが、セルカバー６００は３つ以上に分割されていてもよいし、単一の部材から構成されてもよい。

【0035】

以上、本技術の実施の形態について説明したが、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。本技術の範囲は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。

【符号の説明】

【0036】

１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、２００ 加熱用ヒータ、３００ 熱伝導シート、４００ 冷却用プレート、５００ 温度センサ、５１０ 第１センサ、５２０ 第２センサ、６００，６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃ セルカバー、６１０，６１０Ａ，６１０Ｂ，６１０Ｃ，６２０Ａ，６２０Ｂ，６２０Ｃ リブ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】