(57)【要約】      （修正有）【課題】構成するセルの温度上昇を抑制し、セルの劣化を抑制するとともに、セルの冷却に用いる吸熱材の体積を小さくすることができる電池パックを提供する。【解決手段】電池パック１００は、複数個の単電池１１０と、吸熱温度が異なる二種類以上の吸熱材と、を含む。隣り合う単電池の間には、二種類以上の吸熱材が挟み込まれている。吸熱材は、第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０の二種類であり、第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０は、それぞれ、アルミニウム箔を含む部材で包装されている。第二の相変化材料１３０は、第一の相変化材料１２０よりも吸熱温度が高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の単電池と、
吸熱温度が異なる二種類以上の吸熱材と、を含み、
隣り合う前記単電池の間には、前記二種類以上の吸熱材が挟み込まれている、電池パック。
【請求項２】
前記吸熱材は、第一の相変化材料及び第二の相変化材料の二種類であり、
前記第一の相変化材料及び前記第二の相変化材料はそれぞれ、包装されている、請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記第一の相変化材料及び前記第二の相変化材料はそれぞれ、アルミニウム箔を含む部材で包装されている、請求項２記載の電池パック。
【請求項４】
前記第二の相変化材料は、前記第一の相変化材料よりも前記吸熱温度が高い、請求項２記載の電池パック。
【請求項５】
前記第一の相変化材料及び前記第二の相変化材料は、シート状であり、
前記第一の相変化材料は、前記単電池に接するように配置され、
前記第二の相変化材料は、二枚の前記第一の相変化材料の間に挟み込まれている、請求項４記載の電池パック。
【請求項６】
前記第一の相変化材料及び前記第二の相変化材料の前記吸熱温度は、４０℃以上６０℃未満である、請求項４記載の電池パック。
【請求項７】
前記第一の相変化材料及び前記第二の相変化材料は、１つの外装体で包装されている、請求項２記載の電池パック。
【請求項８】
前記外装体は、アルミニウム箔を含む、請求項７記載の電池パック。
【請求項９】
前記第一の相変化材料及び前記第二の相変化材料の合計体積は、前記複数個の単電池の合計体積の１０％以下である、請求項４記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車載用、産業用などで複数個のセル（単電池）を組にした電池パックが知られている。
【０００３】
リチウムイオン電池などの二次電池は、高温度の状態で充放電の繰り返しや放置をすると、電池容量の低下や、電池の内部抵抗の上昇が生じ、出力の低下などの電池劣化が加速される傾向にある。また、一個のセルが異常発熱をし、他のセルに影響を及ぼす場合もある。
【０００４】
特許文献１には、単電池の異常発熱に対応する構成を有する組電池として、単電池の通常使用時の温度域よりも高く、かつ、前記単電池が熱破壊される破壊温度よりも低い融点を有する相変化物質を、互いに隣り合う単電池同士の間に配置したものが開示されている。ここで、相変化物質としては、融点６０℃〜１２０℃のものが好ましいとされ、融点１１８℃のエリスリトールなどが挙げられている。また、相変化物質のカプセル化についても説明されている。
【０００５】
特許文献２には、電極体内部の温度を正極の熱安定性限界よりも低く抑える電池パックとして、電池収容室の内周壁と外装体との間に吸熱層を設けたものが開示されている。ここで、吸熱層に用いる材料としては、潜熱の発生を伴って融解する無機化合物であって融点が７０℃以上１００℃以下であるものを主成分とするもの、例として、融点が７５℃の燐酸三ナトリウム１２水和物をゲル化した物質が挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−７３４０６号公報
【特許文献２】特開２００４−２５９６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電池パックが設置される環境は、国内の夏季における温度を考慮すると、３５℃程度になり得る。一般的なリチウムイオン電池の場合、通常使用時の温度域は、−３０℃〜６０℃程度に設定されている。よって、通常使用時の最高温度の許容値は、６０℃である。
【０００８】
リチウムイオン電池を最高温度の許容値である６０℃を超える環境で使用し続けると、リチウムイオン電池の劣化が速くなり、寿命が短くなる傾向がある。
【０００９】
特許文献１に記載の電池パックは、単電池の異常発熱に対応する構成であり、吸熱層に用いる材料として融点６０℃〜１２０℃のものを好適としている。よって、６０℃を超える状態を許容することになる。
【００１０】
特許文献２に記載の電池パックは、吸熱層に用いる材料として融点７０℃以上１００℃以下のものを好適としている。よって、６０℃を超える状態を許容することになる。
【００１１】
本発明は、電池パックを構成するセルの温度上昇を抑制し、セルの劣化を抑制するとともに、セルの冷却に用いる吸熱材の体積を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電池パックは、複数個の単電池と、吸熱温度が異なる二種類以上の吸熱材と、を含み、隣り合う単電池の間には、二種類以上の吸熱材が挟み込まれている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電池パックを構成するセルの温度上昇を抑制し、セルの劣化を抑制するとともに、セルの冷却に用いる吸熱材の体積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電池パックの例を示す概略斜視図である。
【図２】図１の電池パックを示す正面図である。
【図３】図１の電池パックを構成するセルを示す斜視図である。
【図４】本発明の電池パックの効果を示すグラフである。
【図５】本発明の変形例の相変化材料パックを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、複数個のセル（単電池）から構成される電池パックに関する。
【００１６】
電池パックは、ハイブリッドカーや電気自動車（ＥＶ）に設置され、その動力源として利用される。
【００１７】
本明細書においては、吸熱材である相変化材料を「ＰＣＭ」とも呼ぶ。ＰＣＭは、Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌの略称である。ＰＣＭは、固体から液体、液体から固体に変化する特性を持つ材料、すなわち凝固・融解を繰り返す材料である。ＰＣＭの相変化温度（融点）は、環境温度よりも高く、かつ、通常使用時の最高温度よりも低い温度に設定されることが望ましい。ここで、環境温度とは、電池パックが設置されている場所の温度をいい、国内の夏季においては３５℃程度である。
【００１８】
ＰＣＭは、相変化の際に、大きなエネルギー（融解潜熱（ｋＪ／ｋｇ））の出入りがある。このエネルギーの出入りを利用して、セルの温度上昇を特定の温度域（相変化温度近辺）で抑えることが可能である。このＰＣＭを冷却材として使用することで、冷却体積を低減できると共に、冷却のための電力やメンテナンスが不要となる。
【００１９】
電気自動車（ＥＶ）は、電池パックへの充放電として、走行と充電の２つのモードがある。一般に、走行時の充放電電力よりも、充電時の充電電力の方が数倍大きくなる。例えば、３６ｋＷｈ（３６０Ｖ，１００Ａｈ）の電池パックを有するＥＶは、電費１０ｋｍ／ｋＷｈのとき、３６０ｋｍの運行距離となる。これを平均速度６０ｋｍ／時で走行すると、６時間の運行時間となり、１時間あたり６ｋＷｈの充放電電力となる。一方、充電では、一般に１時間以下で充電できる急速充電器があり、この場合、１時間あたり３６ｋＷｈの充電電力となる。ゆえに、充電時の方が走行時よりも６倍の電力量となる。よって、一例として、電池パックの温度上昇は、走行時には１０℃程度であるのに対し、充電時には３０℃以上になることが考えられる。
【００２０】
そこで、本発明においては、走行時及び充電時の両方でセルの温度上昇を抑えるために、隣り合うセルの間に、相変化温度が異なる二種類以上のＰＣＭを配置する。すなわち、走行時の温度上昇を抑えるために環境温度よりも少し高い温度の相変化温度を持つＰＣＭと、充電時の温度上昇を抑えるためにセルの通常使用時の最高温度よりも少し低い温度の相変化温度を持つＰＣＭとを配置する。
【００２１】
これにより、電池パックにおいて想定される到達温度に対応する温度領域付近でセルの温度を維持することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の電池パックの概略を示したものである。
【００２４】
本図において、電池パック１００は、複数個のセル１１０が直列に接続されたものが並列に配置された構成を有する。隣り合うセル１１０の間には、吸熱温度（相変化温度）が異なる二種類の吸熱材である第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０が配置されている。
【００２５】
具体的には、第一の相変化材料１２０は、環境温度よりも少し高い４０℃程度で相変化するものであり、第二の相変化材料１３０は、セルの通常使用時における許容最高温度（６０℃）よりも少し低いおよそ５５℃以上６０℃未満で相変化するものである。第一の相変化材料１２０の例としては、日本ブロアー株式会社製のＰＣＭ−Ｃ４８が挙げられる。また、第二の相変化材料１３０の例としては、日本ブロアー株式会社製のＰＣＭ−Ｃ５８が挙げられる。
【００２６】
なお、図示していないが、セル１１０、第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０は、それぞれが密着するように、複数セル単位または電池パック全体を拘束バントなどで固縛されている。
【００２７】
図２は、図１の電池パック１００を正面から見た図である。
【００２８】
図２に示すように、直列に接続された複数個のセル１１０において、隣り合うセル１１０の間に第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０が挟み込まれている。第二の相変化材料１３０は、２つの第一の相変化材料１２０の間に挟み込まれている。第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０はそれぞれ、シート状に包装されている。
【００２９】
図３は、電池パックを構成する一個のセルを示したものである。
【００３０】
本図に示すセル１１０は、リチウムイオン電池であり、直方体形状をなす角形電池である。セル１１０は、上面部１１０ａ、下面部１１０ｂ、及び側壁部１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆを有する。セル１１０の寸法は、例えば、横５５ｍｍ×高さ１００ｍｍ×幅２５ｍｍ程度である。この場合、図２に示す第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０の厚さは、それぞれ１ｍｍ程度以下とすることが望ましい。なお、第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０の厚さの合計は、セル１１０の幅の１０分の１以下、すなわち２．５ｍｍ程度以下とすることが更に望ましい。
【００３１】
セル１１０の上面部１１０ａには、正極端子１１１及び負極端子１１２が設置されている。正極端子１１１及び負極端子１１２はそれぞれ、図示しない金属バスバーなどを介して、隣のセルの負極端子、正極端子に電気的に接続される。  セル１１０の最も面積が大きい側壁部１１０ｃ、１１０ｄは、第一の相変化材料１２０（図１）に接触するように配置される。
【００３２】
第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０はそれぞれ、アルミニウム箔などで形成された袋またはケースに封入されている。包装の強度の観点から、アルミニウム箔を樹脂等でラミネート加工したものを用いてもよい。第一の相変化材料１２０の相変化温度は、ハイブリッドカーや電気自動車（ＥＶ）の走行時の環境温度よりも少し高い温度（例えば４８℃）に設定する。一方、第二の相変化材料１３０の相変化温度は、電池パック１００の動作温度範囲の最高温度よりも少し低い温度（例えば５８℃）に設定する。すなわち、第一の相変化材料１２０の相変化温度よりも第二の相変化材料１３０の相変化温度の方が高い設定とする。
【００３３】
図４は、図１の電池パック１００において各セル１１０が一定量の発熱をしていると仮定した場合におけるセル１１０の温度（側壁部の温度）の経時変化を示すグラフである。実線は、セル間に相変化材料を設置した場合であって図１の電池パック１００を構成するセル１１０の温度を、一点鎖線は、セル間に相変化材料を設置していない場合におけるセルの温度を示している。
【００３４】
本図から、セル間に相変化材料を設置していない場合、温度が一定の速度で上昇していることがわかる。
【００３５】
これに対して、セル間に相変化材料を設置した場合、二種類の相変化材料の融点に対応する温度で、温度上昇が緩やかになることがわかる。言い換えると、各セルの温度は、走行時においては第一のＰＣＭの相変化温度近辺に留まり、その後の充電においては第二のＰＣＭの相変化温度近辺に留まることとなる。
【００３６】
また、第一のＰＣＭ及び第二のＰＣＭの合計体積（冷却体積）は、セル体積の１０％以下にすることが望ましい。言い換えると、第一のＰＣＭ及び前記第二のＰＣＭの合計体積は、複数個の単電池の合計体積の１０％以下であることが望ましい。強制空冷や水冷の場合における冷却体積は、一般的にはセル体積の１０％を超える。よって、本発明は、冷却体積の低減化ができると共に、冷却に要する電力やメンテナンスも不要とすることができる。
【００３７】
但し、本発明の電池パックに放熱のための放熱フィン、冷却ファン、冷却ポンプなどを用いることを妨げるものではない。本発明の電池パックに、これらの放熱フィン、冷却ファン、冷却ポンプなどを適用することにより、冷却性能を更に向上させることができる。
【００３８】
つぎに、変形例について説明する。
【００３９】
図５は、図１の電池パックに用いる二種類の相変化材料を１つのパック（相変化材料パック）としたものを示したものである。
【００４０】
本図においては、２つの第一の相変化材料１２０の間に第二の相変化材料１３０を挟んだものが、アルミニウム箔などで形成された外装体６１０（袋またはケース）により包装されている。包装の強度の観点から、アルミニウム箔を樹脂等でラミネート加工したものを用いてもよい。これらは、相変化材料パック６００（吸熱材パック）を構成している。第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０はそれぞれ、シート状に包装され、互いに混合しないように構成されている。なお、第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０は、外装体６１０により密封されていなくてもよい。すなわち、外装体６１０は、帯状のものでもよい。
【００４１】
この相変化材料パック６００を、図１の第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０と同様に、隣り合うセル１１０の間に挟み込むことにより、電池パックを作製する。
【００４２】
相変化材料パック６００において、第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０の厚さの比率は、必要に応じて増減することができる。
【００４３】
図５に示す相変化材料パック６００は、取り扱いが容易であり、第一の相変化材料１２０及び第二の相変化材料１３０をセル間に挟み込む作業を簡素化することができる。
【００４４】
また、図５に示す相変化材料パック６００の場合も、温度の経時変化に関しては、図１に示す構成と同様である。
【００４５】
なお、上記の実施形態においては、シート状の第一の相変化材料及び第二の相変化材料をセルの幅方向に配置する構成について示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、棒状の第一の相変化材料及び第二の相変化材料をセルの高さ方向に交互に積層して配置する構成としてもよい。この場合において、棒状の第一の相変化材料及び第二の相変化材料はそれぞれ、包装されていることが望ましい。
【符号の説明】
【００４６】
１００：電池パック、１１０：セル、１１１：正極端子、１１２：負極端子、１２０：第一の相変化材料、１３０：第二の相変化材料、６００：相変化材料パック、６１０：外装体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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