(57)【要約】【課題】角形電池の安全性を改善しながら、積層される角形電池を効果的に冷却する。【解決手段】バッテリシステムは、安全弁３４を有する複数の角形電池１を積層してなる電池ブロック１０と、この電池ブロック１０を構成する角形電池１の冷却機構７とを備える。角形電池１は、外装ケース１２に電極体１１が挿入され、かつ電解液３０を充填している。角形電池１は、液面レベルＬＬを外装ケース１２の上下の中間部に配置する液量の電解液３０を充填して、液面レベルＬＬよりも上を気体充填部１Ｙ、液面レベルＬＬよりも下を電解液充填部１Ｘとして、液面レベルＬＬよりも上の外装ケース１２を電解液非接触部１２Ｙとして、液面レベルＬＬより下の外装ケース１２を電解液接触部１２Ｘとしている。冷却機構７は、角形電池１の外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを電解液非接触部１２Ｙよりも強制冷却熱量を多くする状態で強制冷却している。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
安全弁を有する複数の角形電池を積層してなる電池ブロックと、この電池ブロックを構成する角形電池の冷却機構とを備え、
前記角形電池は、密閉構造の外装ケースと、該外装ケースに挿入される、正負の電極及び絶縁層からなる電極体と、前記外装ケース内に充填され、液面レベルが前記外装ケースの上下の中間部となる液量の電解液と、前記外装ケース内に充填される不活性ガスとを有し、
前記外装ケースの内部は、静止状態において、前記不活性ガスが充填されている気体充填部と、前記電解液が充填されている電解液充填部とに、前記電解液の液面を介して区画されると共に、
前記外装ケースは、前記気体充填部と対向して、静止状態における電解液の液面レベルより上に位置する電解液非接触部と、前記電解液充填部と対向して、静止状態における電解液の液面レベルより下に位置する電解液接触部とを有し、
前記冷却機構が、角形電池の外装ケースの電解液接触部を電解液非接触部よりも強制冷却熱量を多くする状態で強制冷却すると共に、前記安全弁を気体充填部に連結して配置してなるバッテリシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリシステムであって、
前記電池ブロックは、各々の角形電池の外装ケースの少なくとも一面を同一面となるように配置すると共に、該同一面を電池ブロックの載置面とし、
前記載置面が下方向となるように前記電池ブロックを配置して、前記外装ケースの電解液接触部を該載置面に近接させていることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のバッテリシステムであって、
前記冷却機構は、前記電池ブロックを構成する各角形電池と熱結合状態に配置されて、該角形電池を冷却する冷却プレートを備え、
前記電池ブロックの載置面と前記冷却プレートが近接し、かつ平行となるように、前記冷却プレートの上に前記電池ブロックが載置されることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項４】
請求項２に記載のバッテリシステムであって、
前記電池ブロックは、前記載置面と隣接する面に、各々の角形電池の外装ケースの一面が同一面となる冷却面を有しており、
前記冷却機構は、前記電池ブロックを構成する各角形電池と熱結合状態に配置されて、該角形電池を冷却する冷却プレートを備え、
前記電池ブロックの冷却面と前記冷却プレートが近接し、かつ平行となるように、前記冷却プレートが前記電池ブロックの冷却面に対向して配置されると共に、該冷却プレートは、前記電池ブロックの冷却面において、各角形電池の外装ケースの電解液接触部を被覆するように配置されてなることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項５】
請求項２に記載のバッテリシステムであって、
前記電池ブロックは、前記載置面と隣接する面に、各々の角形電池の外装ケースの一面が同一面となる冷却面を有しており、
前記冷却機構は、前記電池ブロックを構成する各角形電池と熱結合状態に配置されて、該角形電池を冷却する冷却プレートを備え、
前記電池ブロックの載置面及び冷却面と前記冷却プレートが近接するように、前記冷却プレートが前記電池ブロックの載置面及び冷却面に対向して配置されると共に、該冷却プレートは、前記電池ブロックの冷却面において、各角形電池の外装ケースの電解液接触部を被覆するように配置されてなることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のバッテリシステムであって、
前記電池ブロックは、前記載置面と隣接して対向する２面に冷却面を有しており、
前記冷却プレートは、前記電池ブロックの対向する冷却面において、各角形電池の外装ケースの電解液接触部を被覆するように、溝形状に形成されてなることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のバッテリシステムであって、
前記冷却機構は、前記電池ブロックに熱結合状態に配置してなる冷却プレートと、この冷却プレートに熱結合されると共に、角形電池の間に配置してなる放熱プレートとを備え、
前記放熱プレートが、前記外装ケースの電解液接触部に熱結合状態に配置され、
この放熱プレートを介して冷却プレートが各々の角形電池を冷却するようにしてなるバッテリシステム。
【請求項８】
請求項１または２に記載のバッテリシステムであって、
前記冷却機構が、前記電池ブロックの電解液接触部に冷却気体を強制送風する送風機構を備え、
この送風機構で強制送風される冷却気体で各々の角形電池を冷却するようにしてなるバッテリシステム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のバッテリシステムであって、
前記電極体が、電解液を含浸してなる絶縁膜で正極と負極とを絶縁して渦巻き状に巻回されて、所定の厚さの板状にプレスしてなる巻回電極であるバッテリシステム。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載のバッテリシステムであって、
前記外装ケースが、開口部を有する外装缶と、この外装缶の開口部を気密に密閉してなる封口板からなり、封口板に安全弁を設けてなるバッテリシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバッテリシステムであって、
前記角形電池が、封口板を上面の水平面とする姿勢で積層されてなるバッテリシステム。
【請求項１２】
請求項１０に記載のバッテリシステムであって、
前記角形電池が、封口板を側面の垂直面とする姿勢で積層して、安全弁の開口部を電解液の液面レベルよりも上方に配置してなるバッテリシステム。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載のバッテリシステムであって、
前記角形電池の液面レベルが、外装ケースの高さ（Ｈ）の１０％以上で９０％以下であるバッテリシステム。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載のバッテリシステムであって、
前記角形電池が、リチウムイオン電池であるバッテリシステム。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載のバッテリシステムを備えてなる車両であって、
前記バッテリシステムと、該バッテリシステムから電力供給される走行用のモータと、前記バッテリシステム及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備えることを特徴とするバッテリシステムを備える車両。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれかに記載のバッテリシステムを備えてなる蓄電装置であって、
前記バッテリシステムへの充放電を制御する電源コントローラを備えており、
前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記電池ブロックへの充電を可能とすると共に、前記電池ブロックに対し充電を行うよう制御することを特徴とする蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の角形電池を積層してなる電池ブロックに関し、とくに、電池ブロックの角形電池を強制冷却して、各々の角形電池の温度上昇を制限するようにしてなるバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の角形電池を積層して電池ブロックとするバッテリシステムは開発されている。（特許文献１及び２参照）
この電池ブロックは、充放電されて角形電池が発熱するので、各々の角形電池を強制的に冷却している。角形電池の温度上昇が、電気特性を低下させて寿命を短くするからである。角形電池を冷却するために、角形電池の間に冷却空気を強制送風し、あるいは、角形電池の間に冷却プレートに熱結合している放熱プレートを配置して、冷却空気や冷却プレートで角形電池を冷却している。
【０００３】
さらに、互いに積層されて電池ブロックを構成する各々の角形電池は、過大な電流で充放電され、あるいは過充電されて内圧が異常に高くなることがある。内圧が異常に高くなると、密閉構造の外装ケースが破裂して危険な状態となるので、外装ケースには、設定圧力で開弁する安全弁を設けている。安全弁は、内圧が設定圧力まで上昇すると開弁して、異常な圧力上昇を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２８７５５０号公報
【特許文献２】特願２０１１−２７２８１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のバッテリシステムは、角形電池の安全弁が開弁すると、外装ケース内の電解液やガスを噴射して内圧の異常な上昇を防止して、外装ケースの破壊を阻止している。何れかひとつの角形電池の安全弁が開弁すると、その後はバッテリシステムを使用できなくなるので、角形電池の安全弁は安全性を確保できる限り開弁を少なくすることが要求される。また、安全弁が開弁すると、安全弁から異常な温度の極めて熱いガスや電解液が噴出される。安全弁から噴出される加熱状態にある多量の電解液は、周囲に種々の熱による弊害を与える。たとえば、安全弁の開口部に連結している排出ダクトを溶融したり、加熱された電解液がバッテリシステムから外部に噴射されて安全性を低下させる。
【０００６】
この弊害は、外装ケースに電解液を充満することなく、充填する電解液を少なくして、外装ケースの上部に気体充填部を設けて解消できる。気体充填部が、外装ケース内の圧力上昇を吸収して緩衝部となるからである。また、安全弁を気体充填部に設けることで、開弁する安全弁から電解液でなくガスを噴出して、圧力を低下させる特徴も実現できる。
【０００７】
しかしながら、外装ケースの内部に気体充填部を設ける角形電池は、電解液が外装ケースの内面に接触しなくなるので、電解液を介して角形電池を冷却するのが極めて難しくなる。気体充填部の気体の熱伝導が、電解液に比較して相当に低くなるからである。
【０００８】
本発明は、さらに以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、角形電池の安全性を改善しながら、積層して配置される各々の角形電池を効果的に冷却することで、各角形電池の温度上昇による電気特性の低下や劣化を有効に防止できるバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
本発明のバッテリシステムは、安全弁３４を有する複数の角形電池１を積層してなる電池ブロック１０と、この電池ブロック１０を構成する角形電池１の冷却機構７とを備えている。角形電池１は、密閉構造の外装ケース１２と、この外装ケース１２に挿入される、正負の電極及び絶縁層からなる電極体１１と、外装ケース１２に充填され、液面レベルＬＬが前記外装ケース１２の上下の中間部となる液量の電解液３０と、外装ケース１２内に充填される不活性ガスとを有している。外装ケースの内部は、静止状態において、不活性ガスが充填されている気体充填部１Ｙと、電解液３０が充填されている電解液充填部１Ｘとに、電解液３０の液面ＬＬを介して区画されている。さらに、外装ケース１２は、気体充填部１Ｙと対向して、静止状態における電解液３０の液面レベルＬＬより上に位置する電解液非接触部１２Ｙと、電解液充填部１Ｘと対向して、静止状態における電解液３０の液面レベルＬＬより下に位置する電解液接触部１２Ｘとを有している。バッテリシステムは、冷却機構７が、角形電池１の外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを電解液非接触部１２Ｙよりも強制冷却熱量を多くする状態で強制冷却すると共に、安全弁３４を気体充填部１Ｙに連結して配置している。
【００１０】
以上のバッテリシステムは、角形電池の安全性を改善しながら、積層して配置される各々の角形電池を効果的に冷却して、各角形電池の温度上昇による電気特性の低下や劣化を有効に防止できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、電解液の液面レベルを外装ケースの中間部に配置するように電解液を充填して、液面レベルよりも上に気体充填部を設けてここに安全弁を連結し、さらに、液面レベルよりも下の外装ケースを電解液接触部として、ここを効果的に冷却するからである。さらに、外装ケースの内部に気体充填部を設けている角形電池は、気体充填部が角形電池の内圧上昇を吸収する緩衝室となって、外装ケースの内圧上昇を少なくする。このため、角形電池が異常な状態で使用されて内圧上昇する状態においは、気体充填部が安全弁の開弁を防止して少なくする。
【００１１】
さらに、角形電池がより異常な状態で充放電されて、安全弁が開弁する状態においては、気体充填部に蓄えられるガスが安全弁からスムーズに排出されて、外装ケースの内圧を速やかに低下させる。それは、安全弁が電解液よりも気体状のガスをよりスムーズに排水できるからである。また、安全弁から電解液が排出されるのを防止できるので、安全弁から高温高圧の電解液が排出される弊害、たとえば、安全弁に連結している排出ダクトなどの熱による障害も防止できる。
【００１２】
さらにまた、以上のバッテリシステムは、外装ケースの電解液充填部を冷却機構で強制冷却熱量を多くするように強制冷却するので、電解液を介して各々の角形電池をより効果的に冷却できる。冷却機構が外装ケースの電解液接触部を冷却すると、電解液接触部は内面に電解液を接触させているので、冷却機構は電解液接触部を介して電解液を効果的に冷却する。冷却機構で冷却される電解液は、これに接触している電極体や集電体等を効果的に冷却する。したがって、電解液接触部を電解液非接触部よりも強制冷却熱量を多くするように強制冷却するバッテリシステムは、各々の角形電池をより効果的に冷却して、角形電池の温度上昇による劣化を少なくし、寿命を長くできる。以上のバッテリシステムは、外装ケースの電解液非接触部を、電解液接触部のようには冷却しない。電解液非接触部は、電解液に直接には接触せず、内部に充填しているガスに接触している。したがって、この電解液非接触部を強制的に冷却しても、電解液非接触部はガスを冷却する。冷却されるガスは、熱伝導率が電解液に比較して小さく、電極体や集電体を効果的には冷却できない。以上のバッテリシステムは、電解液非接触部よりも電解液接触部を強制冷却熱量を多くする状態で効果的に冷却することで、各々の角形電池をより効果的に冷却して、角形電池の温度上昇を少なくする。
【００１３】
本発明のバッテリシステムは、電池ブロック１０が、各々の角形電池１の外装ケース１２の少なくとも一面を同一面となるように配置すると共に、該同一面を電池ブロック１０の載置面１０Ａとして、載置面１０Ａが下方向となるように電池ブロック１０を配置して、外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを載置面１０Ａに近接させることができる。
以上のバッテリシステムは、電池ブロックを構成する複数の角形電池の一面を同一面に配置して載置面とし、この載置面を下方向となるように電池ブロックを配置するので、外装ケースの電解液接触部を確実に載置面に近接させることができる。とくに、複数の角形電池の外装ケースの一面が同一面に配置された載置面を下向きとして、電池ブロックを安定して載置しながら、外装ケースの電解液接触部を同一レベルに配置できる。
【００１４】
本発明のバッテリシステムは、冷却機構７が、電池ブロック１０を構成する各角形電池１と熱結合状態に配置されて、角形電池１を冷却する冷却プレート４１を備えて、電池ブロック１０の載置面１０Ａと冷却プレート４１が近接し、かつ平行となるように、冷却プレート４１の上に電池ブロック１０を載置することができる。
以上のバッテリシステムは、冷却機構が角形電池を冷却する冷却プレートを備え、この冷却プレートの上に電池ブロックを載置することで、電池ブロックの載置面を冷却プレートに近接して、平行となるように配置して、電池ブロックを構成する各角形電池に冷却プレートを熱結合させて効率よく冷却できる。
【００１５】
本発明のバッテリシステムは、電池ブロック１０が、載置面１０Ａと隣接する面に、各々の角形電池１の外装ケース１２の一面が同一面となる冷却面１０Ｂを有すると共に、冷却機構７が、電池ブロック１０を構成する各角形電池１と熱結合状態に配置されて、角形電池１を冷却する冷却プレート４１を備えることができる。さらに、バッテリシステムは、電池ブロック１０の冷却面１０Ｂと冷却プレート４１が近接し、かつ平行となるように、冷却プレート４１を電池ブロック１０の冷却面１０Ｂに対向して配置し、冷却プレート４１は、電池ブロック１０の冷却面１０Ｂにおいて、各角形電池１の外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを被覆するように配置することができる。
以上のバッテリシステムは、冷却機構が角形電池を冷却する冷却プレートを備え、この冷却プレートを電池ブロックの載置面と隣接する冷却面に近接して、平行となるように配置するので、電池ブロックを構成する各角形電池に冷却プレートを熱結合させて効率よく冷却できる。とくに、電池ブロックの冷却面においては、各角形電池の外装ケースの電解液接触部を冷却プレートで被覆することで、角形電池を効果的に冷却できる。
【００１６】
本発明のバッテリシステムは、電池ブロック１０が、載置面１０Ａと隣接する面に、各々の角形電池１の外装ケース１２の一面が同一面となる冷却面１０Ｂを有すると共に、冷却機構７が、電池ブロック１０を構成する各角形電池１と熱結合状態に配置されて、角形電池１を冷却する冷却プレート４１を備えることができる。さらに、バッテリシステムは、電池ブロック１０の載置面１０Ａ及び冷却面１０Ｂと冷却プレート４１が近接するように、冷却プレート４１を電池ブロック１０の載置面１０Ａ及び冷却面１０Ｂに対向して配置し、冷却プレート４１は、電池ブロック１０の冷却面１０Ｂにおいて、各角形電池１の外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを被覆するように配置することができる。
以上のバッテリシステムは、冷却機構が角形電池を冷却する冷却プレートを備え、この冷却プレートを電池ブロックの載置面、及びこの積載面と隣接する冷却面に近接して配置するので、電池ブロックを構成する各角形電池に冷却プレートをより広い面積で熱結合させて効率よく冷却できる。とくに、電池ブロックの冷却面においては、各角形電池の外装ケースの電解液接触部を冷却プレートで被覆することで、角形電池を効果的に冷却できる。
【００１７】
本発明のバッテリシステムは、電池ブロック１０が、載置面１０Ａと隣接して対向する２面に冷却面１０Ｂを有すると共に、冷却プレート４１が、電池ブロック１０の対向する冷却面１０Ｂにおいて、各角形電池１の外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを被覆するように、溝形状に形成することができる。
以上のバッテリシステムは、電池ブロックの載置面と、この積載面と隣接して対向する２面の冷却面に、溝形状に形成された冷却プレートを配置して、各角形電池の外装ケースの電解液接触部を冷却プレートで被覆するので、各角形電池の外装ケースの電解液接触部をより効果的に冷却できる。
【００１８】
本発明のバッテリシステムは、冷却機構７が、電池ブロック１０に熱結合状態に配置してなる冷却プレート４１と、この冷却プレート４１に熱結合されると共に、角形電池１の間に配置してなる放熱プレート４２とを備えて、放熱プレート４２が、外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘに熱結合状態に配置されて、この放熱プレート４２を介して冷却プレート４１が各々の角形電池１を冷却することができる。
以上のバッテリシステムは、冷却プレートで放熱プレートを冷却し、放熱プレートが外装ケースの電解液接触部を効果的に冷却する。電解液接触部が効果的に冷却されることで、角形電池はより効率よく冷却される。したがって、以上のバッテリシステムは、冷却プレートでもって各々の角形電池を効果的に冷却して、温度上昇を小さくできる。
【００１９】
本発明のバッテリシステムは、冷却機構５７が、電池ブロック１０の電解液接触部１２Ｘに冷却気体を強制送風する送風機構５０を備え、この送風機構５０で強制送風される冷却気体で各々の角形電池１を冷却することができる。
以上のバッテリシステムは、強制送風される冷却気体でもって、外装ケースの電解液接触部を効果的に冷却する。冷却気体で電解液接触部が効果的に冷却されることで、角形電池はより効率よく冷却される。したがって、以上のバッテリシステムは、冷却気体でもって各々の角形電池を効果的に冷却して、温度上昇を小さくできる。
【００２０】
本発明のバッテリシステムは、電極体１１を、電解液３０を含浸してなる絶縁膜１Ｃで正極１１Ａと負極１１Ｂとを絶縁して渦巻き状に巻回して、所定の厚さの板状にプレスしてなる巻回電極１１Ｍとすることができる。
以上のバッテリシステムは、巻回電極を効果的に冷却できる。それは、外装ケースの電解液接触部を効果的に冷却することで、電解液に接触している巻回電極を効果的に冷却できるからである。
【００２１】
本発明のバッテリシステムは、外装ケース１２が、開口部を有する外装缶１２ａと、この外装缶１２ａの開口部を気密に密閉してなる封口板１２ｂで構成して、封口板１２ｂに安全弁３４を設けることができる。
【００２２】
本発明のバッテリシステムは、角形電池１を、封口板１２ｂを上面の水平面とする姿勢で積層することができる。
【００２３】
本発明のバッテリシステムは、角形電池１を、封口板１２ｂを側面の垂直面とする姿勢で積層して、安全弁３４の開口部を電解液３０の液面レベルＬＬよりも上方に配置することができる。
【００２４】
本発明のバッテリシステムは、角形電池１の液面レベルＬＬを、外装ケース１２の高さ（Ｈ）の１０％以上で９０％以下とすることができる。
【００２５】
本発明のバッテリシステムは、角形電池１をリチウムイオン電池とすることができる。
以上のバッテリシステムは、角形電池をリチウムイオン電池として容積に対する充放電容量を大きくしながら、積層して配置される各々の角形電池を効果的に冷却できる。
【００２６】
本発明の車両は、上記のいずれかのバッテリシステム１００と、このバッテリシステム１００から電力供給される走行用のモータ９３と、バッテリシステム１００及びモータ９３を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明の蓄電装置によれば、上記のいずれかのバッテリシステム１００を備えると共に、バッテリシステム１００への充放電を制御する電源コントローラ８４を備えている。この電源コントローラ８４は、外部からの電力により電池ブロック８１への充電を可能とすると共に、電池ブロック８１に対し充電を行うよう制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるバッテリシステムの分解斜視図である。
【図２】図１に示すバッテリシステムの電池ブロックと冷却機構の斜視図である。
【図３】図２に示す電池ブロックと冷却機構の分解斜視図である。
【図４】図２に示す電池ブロックと冷却機構の垂直縦断面図である。
【図５】図４に示す電池ブロックと冷却機構の拡大断面図である。
【図６】角形電池の内部構造を示す概略垂直縦断面図である。
【図７】角形電池の内部構造を示す概略垂直横断面図である。
【図８】電極体の製造工程を示す分解斜視図である。
【図９】電極体の製造工程を示す斜視図である。
【図１０】角形電池の製造工程を示す分解斜視図である。
【図１１】冷却プレートの他の配置例を示す概略横断面図である。
【図１２】冷却プレートの他の配置例を示す概略横断面図である。
【図１３】電池ブロックと冷却プレートの他の配置例を示す概略横断面図である。
【図１４】電池ブロックと冷却プレートの他の配置例を示す概略横断面図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態にかかるバッテリシステムの垂直縦断面図である。
【図１６】図１５に示すバッテリシステムの冷却機構を示す概略平面図である。
【図１７】図１６に示すバッテリシステムの拡大断面図である。
【図１８】エンジンとモータで走行するハイブリッドカーにバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。
【図１９】モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。
【図２０】蓄電装置にバッテリシステムを使用する例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置を例示するものであって、本発明はバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。
【００３０】
（バッテリシステム１００）
バッテリシステム１００の外観は、図１の分解斜視図に示すように、上面を長方形状とする箱形である。このバッテリシステム１００は、箱形の外ケース４５を二分割して、内部に電池ブロック１０を収納している。外ケース４５は、下ケース４６と、上ケース４７と、これらの下ケース４６、上ケース４７の両端に連結している端面プレート４８とを備えている。上ケース４７と下ケース４６は、外側に突出する鍔部４７Ａ、４６Ａを有し、この鍔部４７Ａ、４６Ａをボルト（図示せず）とナット（図示せず）で固定している。外ケース４５は、鍔部４７Ａ、４６Ａを外ケース４５の側面に配置している。また、図１に示す例では、長手方向に２つ、横方向に２列、計４個の電池ブロック１０を外ケース４５に収納している。外ケース４５に４個の電池ブロック１０を収納しているが、バッテリシステムは、１〜３個の、あるいは５個以上の電池ブロックを外ケースに収納することもできる。各電池ブロック１０は、外ケース４５の内部の定位置に固定している。端面プレート４８は、下ケース４６と上ケース４７の両端に連結されて、外ケース４５の両端を閉塞している。
【００３１】
バッテリシステムは、図２〜図５に示すように、安全弁３４を有する複数の角形電池１を積層している電池ブロック１０と、この電池ブロック１０を構成する角形電池１の冷却機構７とを備える。図の冷却機構７は、電池ブロック１０を構成する各角形電池１と熱結合状態に配置されて、角形電池１を冷却する冷却プレート４１を備えている。図の電池ブロック１０は、ボルト４４を介して冷却プレート４１に固定されている。冷却プレート４１及びその連結構造については、詳細には後述する。
【００３２】
（電池ブロック１０）
電池ブロック１０は、角形電池１と放熱プレート４２とを交互に積層している電池積層体９と、この電池積層体９を積層方向の両端にから所定の圧力で押圧して加圧状態に固定している固定部材３とを備える。図３の電池ブロック１０は、固定部材３として、電池積層体９の両端にエンドプレート４を配置すると共に、一対のエンドプレート４を連結具５で連結して、各角形電池１を加圧状態に固定している。
【００３３】
（角形電池１）
角形電池１は、密閉構造の外装ケース１２と、この外装ケース１２に挿入される、正負の電極及び絶縁層からなる電極体１１と、外装ケース１２内に充填され、液面レベルＬＬが外装ケース１２の上下の中間部となる液量の電解液３０と、外装ケース１２内に充填される不活性ガスとを備えている。角形電池１は、充電できる電池であって、非水系電解液電池のリチウムイオン電池である。角形電池１をリチウムイオン電池とするバッテリシステムは、電池積層体９の容積と重量に対する充電容量を大きくできる。ただ、本発明は、角形電池を非水系電解液電池のリチウムイオン電池には特定せず、リチウムイオン電池でない非水系電解液電池や、ニッケル水角形電池、ニッケルカドミウム電池など充電できる全ての二次電池とすることができる。
【００３４】
図６と図７は、角形電池１のリチウムイオン電池を示している。これらの図の角形電池１は、外装缶１２ａの開口部に封口板１２ｂを溶接して、封口板１２ｂで外装缶１２ａの開口部を気密に密閉して外装ケース１２としている。外装缶１２ａは、対向する両面を四角形の幅広平面１２Ａとし、幅広平面１２Ａの両側を幅狭面１２Ｂで連結する四角形の筒状とし、筒状の底を閉塞して、上方を開口している。この形状の外装缶１２ａは、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板をプレス加工して製作される。
【００３５】
封口板１２ｂは、正負の電極端子１５を絶縁して両端部に固定している。正負の電極端子１５は、集電体１４を介して外装缶１２ａの内部に配置する電極体１１の正負の電極の芯体３１に接続される。さらに、封口板１２ｂは、内圧が設定圧力まで上昇すると開弁する安全弁３４を設けている。封口板１２ｂは、その外形を、外装缶１２ａの開口部の内形にほぼ等しくして、外装缶１２ａの開口部に挿入され、外装缶１２ａとの境界にレーザー光線を照射して、外装缶１２ａの開口部を気密に密閉する。
【００３６】
角形電池１は、密閉構造の外装ケース１２に、正負の電極を絶縁層を挟んで積層している電極体１１を収納して、電解液３０を充填している。電極体１１は、図８と図９に示すように、芯体３１の表面に活物質３２を付着している正極１１Ａと負極１１Ｂを、絶縁層である絶縁膜１１Ｃを介して積層又は巻回している巻回電極１１Ｍである。電極体１１が角形の外装缶１２ａに収納されて、外装缶１２ａの開口部は封口板１２ｂで気密に密閉される。電解液３０は、封口板１２ｂを外装缶１２ａに溶接して固定した後、封口板１２ｂに設けた注入穴３３から充填される。注入穴３３は、電解液３０を充填した後、気密に閉塞される。ただ、角形電池は、電解液を充填した後、外装缶の開口部を封口板で密閉することもできる。
【００３７】
角形電池１は、図６と図７の断面図に示すように、電解液３０の液面レベルＬＬが、外装ケース１２の上下の中間部に位置する液量の電解液３０を充填している。角形電池１は、電極体１１全体を電解液３０の液面レベルＬＬ以下に、すなわち、全体を電解液３０中に浸漬しない。液面レベルＬＬよりも上方にある電極体１１は、正極１１Ａと負極１１Ｂの間の絶縁膜１１Ｃに電解液３０が浸透される。すなわち、多孔性の物性がある絶縁膜１１Ｃの毛細管現象によって電解液３０を吸い上げる状態となって上方まで浸透する。したがって、電極体１１は、正極１１Ａと負極１１Ｂの間に電解液３０を介在させる状態となる。この外装ケース１２の内部は、静止状態において、電解液３０の液面レベルＬＬよりも上を、不活性ガスが充填されている気体充填部１Ｙとして、液面レベルＬＬよりも下を、電解液３０が充填されている電解液充填部１Ｘとする。すなわち、外装ケース１２の内部は、静止状態における電解液３０の液面レベルＬＬを境界として、気体充填部１Ｙと電解液充填部１Ｘとに区画されている。さらに、外装ケース１２は、気体充填部１Ｙと対向して、静止状態における電解液３０の液面レベルＬＬより上に位置する電解液非接触部１２Ｙと、電解液充填部１２Ｘと対向して、静止状態における電解液３０の液面レベルＬＬより下に位置する電解液接触部１２Ｘとを有している。すなわち、液面レベルＬＬよりも上の外装ケース１２は、電解液３０に接触しない電解液非接触部１２Ｙとなり、電解液３０の液面レベルＬＬより下の外装ケース１２は電解液３０に接触する電解液接触部１２Ｘとなる。
なお、本明細書において、上下の方向は、重力方向に対して規定されるものとする。つまり、角形電池１の配置される姿勢によって、電解液非接触部１２Ｙ及び電解液接触部１２Ｘの位置が変化する。また、角形電池に振動等の外力が働くと液面レベルの位置は変化するため、より詳細には、静止状態における電解液３０の液面レベルＬＬに基づいて気体充填部１Ｙと電解液充填部１Ｘとを特定し、また、電解液非接触部１２Ｙと電解液接触部１２Ｘとを特定するものとする。
【００３８】
図６と図７の角形電池１は、液面レベルＬＬを外装缶１２ａの上下の中央部としているが、液面レベルＬＬは、たとえば、外装ケース１２である外装缶１２ａの高さ（Ｈ）の１０％以上で９０％以下、好ましくは２０％以上で８０％以下、さらに好ましくは２０％以上で５０％以下とする。液面レベルＬＬが低すぎると、電極体１１の上端まで電解液が浸透せず、電池性能が低下する問題がある。反対に液面レベルＬＬが高すぎると、充填する電解液３０の量が多くなってコストが上昇すると共に、気体充填部１Ｙが小さくなって、圧力上昇を吸収する作用が低下する。したがって、液面レベルＬＬは、正極１１Ａと負極１１Ｂとの間に挟まれる絶縁膜１１Ｃの電解液浸透作用、電解液コスト、要求される圧力上昇の緩衝作用等を考慮して前述の範囲で最適値に設定される。
なお、本明細書において、液面レベルＬＬとは、外装缶１２ａ内に電解液３０を充填し、電極体１１が毛細管現象によって電解液３０を吸い上げて、液面レベルが変化しなくなった状態における液面の高さを指すものとする。また、電解液３０は一回で所定量充填させる必要はなく、複数回に分けて注液することもできる。
また、本明細書において、外装ケース１２である外装缶１２ａの高さ（Ｈ）とは、外装ケース１２の姿勢に関係なく、鉛直方向における高さを意味するものとする。たとえば、外装ケース１２を図６の姿勢から横倒しの姿勢で配置する構造においては、外装缶１２ａの横幅方向の長さが、外装ケースの高さ（Ｈ）となる。
【００３９】
電極体１１は、図８と図９に示すように、正極１１Ａと負極１１Ｂとを絶縁膜１１Ｃを挟んで渦巻き状に巻回した後、２枚のプレス板（図示せず）で挟むように加圧して、所定の厚さにプレスして対向面を平面状とする板状としている。板状にプレスされた電極体１１は、その厚さを外装缶１２ａの幅狭面１２Ｂの内幅にほぼ等しくして、外装缶１２ａの内部に挿入される。角形電池１は、板状の電極体１１を外装缶１２ａに挿入し、外装缶１２ａに封口板１２ｂを溶接して固定した後、封口板１２ｂに設けた注入穴３３から電解液３０を充填し、その後、注入穴３３を気密に密閉して製作される。また、角形電池１は、図示しないが、金属製の外装缶１２ａの内面と電極体１１との間に絶縁材を設けて、電極体１１の導電部や集電体１４が外装缶１２ａに接触しない構造としている。この絶縁材は、電極体の電極に積層している絶縁膜とし、あるいは外装缶の内面に積層された絶縁カバーとし、あるいは外装缶の内面にコーティングしている絶縁層で実現できる。
【００４０】
図８の電極体１１に使用される正極１１Ａと負極１１Ｂは、細長い帯状の芯体３１の片側に、活物質３２が塗布されない芯体露出部３１ｙを設けて、片側部を除く領域に活物質３２を塗布している。芯体３１は、導電性のある金属箔である。正極１１Ａと負極１１Ｂは、芯体露出部３１ｙを互いに反対側に配置し、かつ活物質３２を塗布している領域を対向させ、なおかつ、活物質３２の塗布している領域には、微多孔膜である絶縁膜１１Ｃを積層して、図９に示すように、渦巻き状に巻回される。巻回された電極体１１は、その後、所定の厚さの板状にプレスされて巻回電極１１Ｍとなる。この状態で製作される電極体１１は、両側部に芯体露出領域１１Ｙを設けている。電極体１１の両側の芯体露出領域１１Ｙは、一方に正極１１Ａの芯体３１を露出させて、他方に負極１１Ｂの芯体３１を露出させる。正極１１Ａの芯体露出部３１ｙは、絶縁膜１１Ｃを介することなく互いに積層されて、正極側の集電体１４に接続され、負極１１Ｂの芯体露出部３１ｙも絶縁膜１１Ｃを介することなく積層されて負極側の集電体１４に接続される。正極側の集電体１４と、負極側の集電体１４は封口板１２ｂに固定している正極の電極端子１５と負極の電極端子１５に溶接などの方法で接続される。
【００４１】
以上の電極体１１は、図１０に示すように、両側の芯体露出領域１１Ｙを外装缶１２ａの両側、すなわち、幅広平面１２Ａの両側に配置するように、外装缶１２ａに挿入される。電極体１１を外装缶１２ａに挿入して、封口板１２ｂは外装缶１２ａの開口部に配置される。封口板１２ｂが集電体１４を介して電極体１１に連結されるからである。この状態で、電極体１１は、封口板１２ｂの内面から離れて配置されるので、電極体１１と封口板１２ｂとの間には所定の隙間が設けられる。外装缶１２ａの開口部に配置された封口板１２ｂは、レーザー溶接などの方法で外装缶１２ａの開口部に溶接される。その後、封口板１２ｂの注入穴３３から外装缶１２ａに電解液３０が充填される。さらに、窒素等の不活性ガスが注入穴３３から外装缶１２ａに注入された後、注入穴３３は気密に閉塞される。
【００４２】
以上の角形電池１の外装ケース１２、すなわち外装缶１２ａは、電解液３０の液面レベルＬＬより下を、電解液３０に接触する電解液接触部１２Ｘとし、電解液３０の液面レベルＬＬよりも上を、電解液３０に接触しない電解液非接触部１２Ｙとする。外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘは、内面に直接に電解液３０が接触するので、ここを強制冷却して、内部の電解液３０と電極体１１とを効果的に冷却できる。充放電されて発熱する電極体１１や集電体１４が、電解液３０を介して外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘに小さい熱抵抗で熱結合されるからである。
【００４３】
図４と図５の電池ブロック１０は、各々の角形電池１の外装ケース１２である外装缶１２ａの少なくとも一面を同一面となるように配置して、この同一面を電池ブロック１０の載置面１０Ａとしている。図に示す電池ブロック１０は、各々の角形電池１の外装缶１２ａの底面を同一面とする状態で積層しており、この同一面である載置面１０Ａが下方向となるように水平面に配置して、電池ブロック１０の下方に外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを配置して、外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを載置面１０Ａに近接させている。この電池ブロック１０は、冷却機構７でもって、外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを電解液非接触部１２Ｙよりも強制冷却熱量を多くする状態で強制冷却して、各角形電池１を効率よく冷却できる。
【００４４】
（冷却機構７）
図２〜図５のバッテリシステムは、冷却機構７が、電池ブロック１０に熱結合状態に配置している冷却プレート４１と、この冷却プレート４１に熱結合されて、各角形電池１の間に配置している放熱プレート４２とを備える。
【００４５】
（冷却プレート４１）
冷却プレート４１は、金属製のプレートで、図示しないが、内部に循環される冷却用の冷媒で強制冷却される。図２と図３に示すバッテリシステムは、電池ブロック１０の載置面１０Ａと冷却プレート４１が近接し、かつ平行となるように、板状の冷却プレート４１Ａの上に電池ブロック１０を載置して固定している。このように、電池ブロック１０の載置面１０Ａに配置される冷却プレート４１Ａは、角形電池１を載置面１０Ａである底面から効率よく冷却できる。とくに、載置面１０Ａ側である底部に電解液３０が充填される角形電池１を載置面１０Ａである底面から効果的に冷却できる。ただ、冷却プレートは、下面に放熱フィンを設けて、放熱フィンに冷却気体を強制送風して強制冷却し、あるいは、躯体に固定して放熱することもできる。
【００４６】
図２と図３に示す冷却プレート４１Ａは、エンドプレート４を貫通するボルト４４を介して電池ブロック１０に固定している。冷却プレート４１Ａは、エンドプレート４を貫通するボルト４４をねじ込んで固定するために、ボルト４４の挿通位置に連結穴４１ｂを開口しており、この連結穴４１ｂにナット部（図示せず）を設けている。この冷却プレート４１Ａは、エンドプレート４を貫通するボルト４４の先端部を連結穴４１ｂのナット部にねじ込んでエンドプレート４に固定される。このようにナット部を内部に備える冷却プレート４１Ａは、ボルト４４の先端を冷却プレート４１Ａの下面に突出させることなく、エンドプレート４を連結できる。ただ、冷却プレートは、必ずしもナット部を内部に備える必要はなく、下面に固定することも、あるいは、冷却プレートを貫通するボルトがねじ込まれるナットを介して締結することもできる。このような連結構造は、冷却プレートにボルトの先端部を貫通させる貫通孔を開口すると共に、この貫通孔を貫通するボルトをナットにねじ込んで固定できる。
【００４７】
さらに、電池ブロックは、図示しないが、ボルトを介して冷却プレートに連結すると共に、他の連結構造を併用して冷却プレートに連結することもできる。この構造は、たとえば、電池ブロックの中央部分において、冷却プレートの下面側にコ字状に折曲してなる締結部材を配置して冷却プレートを保持すると共に、この締結部材の両端を固定部材の連結具に連結して冷却プレートの中央部分を電池積層体に連結することもできる。
【００４８】
さらに、図に示す冷却プレート４１Ａは、電池ブロック１０を外ケース４５の定位置に固定するための固定ネジ４９を挿通する固定穴４１ａを設けている。図１に示すバッテリシステムは、外ケース４５の下ケース４６を貫通する固定ネジ４９を介して、電池ブロック１０を外ケース４５に固定している。下ケース４６は、固定ネジ４９を挿通するを挿通孔４６ａを開口しており、この挿通孔４６ａに挿通される固定ネジ４９を、冷却プレート４１に設けた固定穴４１ａにねじこんで、冷却プレート４１Ａを外ケース４５に固定している。このバッテリシステムは、下ケース４６に固定される冷却プレート４１Ａを介して、電池ブロック１０を外ケース４５に固定している。ただ、電池ブロックは、直接に外ケースに固定することもできる。例えば、電池ブロックは、固定ネジを下ケースと冷却プレートに貫通させて、エンドプレートにねじ込んで固定することもできる。
【００４９】
（放熱プレート４２）
放熱プレート４２は、外装ケース１２である外装缶１２ａの電解液接触部１２Ｘに熱結合状態に配置されて、角形電池１の外装缶１２ａを冷却する。この冷却機構７は、放熱プレート４２を介して冷却プレート４１が各々の角形電池１を冷却する。放熱プレート４２は、角形電池１の幅広平面１Ａに配置されて、角形電池１を冷却する。図の放熱プレート４２は、角形電池１の幅広平面１Ａに熱結合状態に配置すると共に、下端を冷却プレート４１に熱結合している。放熱プレート４２は、角形電池１を効果的に冷却できるように、熱伝導を有する材料、たとえば、金属や熱伝導プラスチック等で製造される。放熱プレート４２は、熱伝導性を有する材料をプレート状またはシート状に加工して、角形電池１の幅広平面１Ａに熱結合状態に積層される。
【００５０】
金属製の放熱プレート４２は、金属板を使用して、簡単かつ容易に製造して、しかも優れた熱伝導製を実現できる。金属板からなる放熱プレート４２は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金で製造される。アルミニウムやアルミニウム合金からなる放熱プレート４２は、軽量かつ安価で、しかも加工しやすく、さらに、優れた熱伝導性を有する特徴がある。ただ、冷却補助部材には、アルミニウムやアルミニウム合金以外の金属も使用できる。金属板からなる放熱プレート４２は、低コストでかつ軽量にしながら、角形電池１を効率よく冷却できるように、その厚さを０．１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは、０．２ｍｍ〜３ｍｍ、さらに好ましくは０．３ｍｍ〜２ｍｍとする。
【００５１】
金属製の放熱プレート４２は、積層される角形電池１同士のショートを防止するために、表面に絶縁層（図示せず）を設けて絶縁される。金属製の放熱プレート４２は、表面を絶縁フィルムで被覆して絶縁し、あるいは、表面を絶縁樹脂で被覆して絶縁し、あるいはまた、表面に絶縁塗料を塗布して絶縁することができる。このように、表面を絶縁してなる放熱プレート４２は、外装缶を金属製とする角形電池１を絶縁状態で積層できるので、隣接する角形電池１の間に積層される絶縁セパレータとしても使用できる。ただ、表面を絶縁処理してなる角形電池、例えば、外装缶の表面に絶縁フィルムを被覆し、あるいは絶縁塗料や絶縁樹脂を塗布してなる角形電池、あるいはまた、外装缶をプラスチック等の絶縁材で製作してなる角形電池を使用する場合は、必ずしも放熱プレートの表面を絶縁する必要はない。ただ、この場合においても、放熱プレートの表面を絶縁することで、より安全性を向上できる。以上のように、金属板からなる放熱プレート４２を絶縁セパレータとして兼用させる構成の電池ブロック１０は、別途、絶縁セパレータを備える構成と比較して、隣接する角形電池１同士の間隔を狭くできるので、電池積層体９の全長を短くしてコンパクトにできる特徴がある。
【００５２】
以上の放熱プレート４２は、図３〜図５に示すように、角形電池１の外装缶１２ａの電解液接触部１２Ｘと対向する部分に接触する高さ（ｈ）としている。図に示す角形電池１は、充填する電解液３０の液面レベルＬＬを外装缶１２ａの上下の中央部としているので、外装缶１２ａに積層される放熱プレート４２の高さ（ｈ）も、外装缶１２ａの高さ（Ｈ）のほぼ１／２としている。この構造は、放熱プレート４２をコンパクトにしながら、外装缶１２ａの電解液接触部１２Ｘに積層させて、角形電池１を効率よく冷却できる。ただ、放熱プレートの高さ（ｈ）は、角形電池に充填される電解液３０の液面レベルＬＬより多少上下させることもできる。
【００５３】
さらに、放熱プレート４２の高さ（ｈ）を外装缶の高さ（Ｈ）よりも低くする構造は、放熱プレート４２の上方に空隙４３ができるが、この空隙４３には、図示しないが、絶縁性を有するスペーサ等を介在させることができる。このようなスペーサとして、好ましくは、放熱プレート４２よりも熱伝導性の低い材質、例えば、硬質のプラスチック等が使用できる。放熱プレート４２の上方の空隙に配置されるスペーサは、放熱プレートと厚さを等しくすることで、積層される角形電池１の間隔を互いに平行な姿勢で等間隔に積層できる。
【００５４】
さらに、放熱プレート４２と角形電池１との間には、熱伝導シートを介在させることもできる。この熱伝導シートは、熱伝導に優れた材質とし、さらに、ある程度の弾性を有するものが使用できる。このような材質としてはアクリル系、ウレタン系、エポキシ系、シリコーン系の樹脂等が挙げられる。このように、熱伝導シートに弾性を持たせることで、熱伝導シートの表面を弾性変形させて放熱プレートと角形電池１との接触面での熱結合状態を良好に改善できる。
【００５５】
以上のバッテリシステムは、角形電池１の間に放熱プレート４２を配置しているが、放熱プレートを配置することなく、冷却プレート４１Ａを角形電池１の外装ケース１２の底面に熱結合状態に配置して、冷却プレート４１Ａでもって、外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを強制冷却することもできる。
【００５６】
さらに、図２〜図５のバッテリシステムは、複数の角形電池１を、封口板１２ｂが上面に位置する姿勢として厚さ方向に積層している。このバッテリシステムは、安全弁３４が外装ケース１２内の気体充填部１Ｙの上面に設けられるので、これが開弁する状態では、電解液３０の排出を特に少なくできる。
【００５７】
また、図１１の横断面図に示すバッテリシステムは、電池ブロック１０の両側面に冷却プレート４１Ｂを配置している。図の電池ブロック１０は、載置面１０Ａと隣接する面を、各々の角形電池１の外装ケース１２の一面が同一面となる冷却面１０Ｂとしており、この冷却面１０Ｂと冷却プレート４１Ｂが近接し、かつ平行となるように、冷却プレート４１Ｂを電池ブロック１０の冷却面１０Ｂに対向して配置している。図の電池ブロック１０は、載置面１０Ａと隣接して対向する２面を冷却面１０Ｂとしており、電池ブロック１０の両面に冷却プレート４１Ｂを配置している。冷却プレート４１Ｂは、角形電池１の外装缶１２ａの幅狭面１２Ｂに熱結合状態に密着されて、電池ブロック１０の冷却面１０Ｂに固定されている。この冷却プレート４１Ｂは、電池ブロック１０の冷却面１０Ｂにおいて、各角形電池１の外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを被覆するように配置されている。この冷却プレート４１Ｂは、各角形電池１の外装缶１２ａの電解液接触部１２Ｘに熱結合状態に密着されて、外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを電解液非接触部１２Ｙよりも強制冷却熱量を多くする状態で強制冷却する。このバッテリシステムは、電池ブロック１０を低くしながら、角形電池１を両側の幅狭面１２Ｂから効率よく冷却できる。
【００５８】
さらに、図１２の横断面形状に示すバッテリシステムは、冷却プレート４１Ｃを電池ブロック１０の載置面１０Ａである底面と、その両側に隣接して対向する両側面に熱結合状態に固定している。図の電池ブロック１０は、載置面１０Ａと隣接して対向する２面を冷却面１０Ｂとしており、載置面１０Ａ及び冷却面１０Ｂと冷却プレート４１Ｃとが近接するように、冷却プレート４１Ｃを電池ブロック１０の載置面１０Ａ及び冷却面１０Ｂに対向して配置している。図の冷却プレート４１Ｃは、電池ブロック１０の載置面１０Ａ及び冷却面１０Ｂにおいて、各角形電池１の外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを被覆するように、溝形状に形成している。図の冷却プレート４１Ｃは、載置面１０Ａと対向する水平プレート部４１Ｃａと、両側の冷却面１０Ｂと対向する垂直プレート部４１Ｃｂとを備えており、これらを連結して全体の形状を溝形としている。この冷却プレート４１Ｃは、水平プレート部４１Ｃａが電池ブロック１０の載置面１０Ａに配置されて、角形電池１の外装缶１２ａの底面である幅狭面１２Ｃに熱結合状態に密着されると共に、垂直プレート部４１Ｃｂが電池ブロック１０の冷却面１０Ｂに配置されて、外装缶１２ａの両側面である幅狭面１２Ｂに熱結合状態に密着されている。このバッテリシステムは、載置面１０Ａである底面と、冷却面１０Ｂである側面に配置される冷却プレート４１Ｃでもって、外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを電解液非接触部１２Ｙよりも強制冷却熱量を多くする状態で強制冷却する。このバッテリシステムは、電池ブロック１０を底面と側面の両方に熱結合状態に配置している冷却プレート４１Ｃでもってより効果的に冷却できる。
【００５９】
図１３と図１４のバッテリシステムは、電池ブロック１０を、図６に示す姿勢から横倒しの姿勢として、角形電池１を横向きに、すなわち封口板１２ｂを垂直姿勢とする姿勢で積層して、外装缶１２ａの側面である幅狭面１２Ｂを下面に配置して載置面１０Ａとしている。この角形電池１は、封口板１２ｂに設けた安全弁３４が、外装ケース１２の電解液非接触部１２Ｙに配置されるように、電解液３０の液面レベルＬＬを安全弁３４よりも下方としている。このバッテリシステムは、安全弁３４が開弁されると、電解液非接触部１２Ｙのガスが排出されて、電解液３０の排出を防止する。
なお、図１３と図１４に示すように、外装ケース１２を図６の姿勢から横倒しの姿勢で配置する構造においては、前述のように、図１３と図１４において鉛直方向となる方向、すなわち、外装缶１２ａの横幅方向の長さが、外装ケース１２の高さ（Ｈ）となる。
【００６０】
さらに、図１３と図１４のバッテリシステムは、角形電池１の幅狭面１２を下面として載置面１０Ａとする姿勢の電池ブロック１０を、２列に並べて配置している。２列に配列される電池ブロック１０は、電極端子１５を設けた面が外側となる姿勢として、平行に配置されている。
【００６１】
図１３のバッテリシステムは、２列の電池ブロック１０の間に冷却プレート４１Ｄを配置している。図に示す２列の電池ブロック１０は、載置面１０Ａと隣接する一方の面を、各々の角形電池１の外装缶１２ａの底面が同一面となる冷却面１０Ｂとしており、この冷却面１０Ｂと冷却プレート４１Ｄが近接し、かつ平行となるように、冷却プレート４１Ｄを電池ブロック１０の冷却面１０Ｂに対向して配置している。冷却プレート４１Ｄは、その両面を２列の電池ブロック１０の冷却面１０Ｂに対向して配置している。冷却プレート４１Ｄは、その両面が、角形電池１の外装缶１２ａの底面である幅狭面１２Ｃに熱結合状態に密着されて、電池ブロック１０の冷却面１０Ｂに固定されている。この冷却プレート４１Ｄは、電池ブロック１０の冷却面１０Ｂにおいて、各角形電池１の外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを被覆するように配置されている。この冷却プレート４１Ｄは、角形電池１の外装ケース１２の幅狭面１２Ｃの電解液接触部１２Ｘに熱結合状態に接触されて、外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを電解液非接触部１２Ｙよりも強制冷却熱量を多くする状態で強制冷却する。このバッテリシステムは、ひとつの冷却プレート４１でもって、２列に並べた角形電池１を効果的に冷却できる。
【００６２】
さらに、図１４のバッテリシステムは、２列の電池ブロック１０の間と、下面の両方に冷却プレート４１Ｅを配置している。図の冷却プレート４１Ｅは、２列の電池ブロック１０の間に配置されて、その両面が冷却面１０Ｂと対向する垂直プレート部４１Ｅｂと、２列の電池ブロック１０の下面に配置されて、各々の載置面１０Ａと対向する水平プレート部４１Ｅａとを備えている。２列の電池ブロック１０の間に配置される垂直プレート部４１Ｅｂは、その両面を、外装ケース１２の幅狭面１２Ｃである外装缶１２ａの底面の電解液接触部１２Ｘに熱結合状態に接触させている。２列の電池ブロック１０の下面に配置される水平プレート部４１Ｅａは、その上面を角形電池１の外装缶１２ａの側面である幅狭面１２Ｂに熱結合状態に密着させている。この冷却プレート４１Ｅは、電池ブロック１０の載置面１０Ａ及び冷却面１０Ｂにおいて、各角形電池１の外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを被覆するように配置されている。このバッテリシステムは、中間と下面の冷却プレート４１でもって、外装ケース１２の電解液接触部１２Ｘを電解液非接触部１２Ｙよりも強制冷却熱量を多くする状態で強制冷却する。このバッテリシステムは、ふたつの冷却プレート４１でもって、２列に並べた角形電池１をより効果的に冷却できる。
【００６３】
（固定部材３）
複数の角形電池１とセパレータ２とを積層してなる電池積層体９は、固定部材３を介して積層方向に締結されている。図２と図３に示す固定部材３は、電池積層体９の両端面に配置されたエンドプレート４と、このエンドプレート４に端部を連結して積層状態の角形電池１を加圧状態に固定してなる連結具５とからなる。電池積層体９は、その両端面に配置される一対のエンドプレート４が連結具５で連結されて、積層状態の角形電池１を幅広平面１Ａと直交する方向に加圧して固定される。ただ、固定部材は、必ずしもエンドプレートと連結具とに特定しない。固定部材は、電池積層体を積層方向に締結できる他の全ての構造が使用できる。
【００６４】
（エンドプレート４）
エンドプレート４は、図３に示すように、電池積層体９の両端に配置されている。エンドプレート４は、角形電池１の外形とほぼ同じ形状と寸法の四角形とし、積層している電池積層体９を両端面から挟着している。エンドプレート４は、硬質のプラスチックで製作され、あるいはアルミニウムやその合金などの金属で製作される。プラスチック製のエンドプレート４は、直接に角形電池１に積層され、金属製のエンドプレートは、絶縁材を介して角形電池１に積層される。
【００６５】
（連結具５）
連結具５は、電池積層体９の両端面に配置されたエンドプレート４に固定されて、このエンドプレート４を介して電池積層体９を積層方向に締結する。図２と図３の連結具５は、電池積層体９の積層方向に延長されており、両端が一対のエンドプレート４に固定されて、電池積層体９を積層方向に締結している。図に示す連結具５は、電池積層体９の両側面に対向して配置されている。このように、連結具５を電池積層体９の両側面に配置して締結する構造は、複数の角形電池をより確実に積層方向に締結できる。ただ、連結具は、必ずしも電池積層体の両側面に配置する必要はない。連結具は、電池積層体の両側面に加えて上面や底面に配置することも、両側面に配置することなく、上面や底面にのみ配置することもできる。
【００６６】
連結具５は、所定の厚さの金属板を所定の幅に加工して製作される。連結具５は、端部をエンドプレート４に連結して、一対のエンドプレート４を連結して、その間に角形電池１を圧縮状態に保持する。連結具５は、一対のエンドプレート４を所定の寸法に固定して、その間に積層される角形電池１を所定の圧縮状態に固定する。角形電池１の膨張圧力で連結具５が伸びると、角形電池１の膨張を阻止できない。したがって、連結具５には、角形電池１の膨張圧で伸びない強度の金属板、たとえばＳＵＳ３０４等のステンレス板や鋼板等の金属板を十分な強度を有する幅と厚さに加工して製作される。さらに、連結具は、金属板を溝形に加工することもできる。この形状の連結具は、曲げ強度を強くできるので、幅を狭くしながら、積層する角形電池をしっかりと所定の圧縮状態に固定できる特長がある。連結具５は、端部に折曲部５Ａを設けて、折曲部５Ａをエンドプレート４に連結する。折曲部５Ａは、止ネジ１９の貫通孔を設けて、ここに挿入される止ネジ１９を介してエンドプレート４に固定される。
【００６７】
（他の実施形態）
さらに、図１５と図１６に示すバッテリシステムは、角形電池１とセパレータ２とを交互に積層して電池積層体５９としている。角形電池１の間に挟着されるセパレータ２は、絶縁性のプラスチックを成形して製作している。さらに、図に示すセパレータ２は、両面に積層される角形電池１との間に、複数列の冷却隙間６を設けている。このセパレータ２は、図１７に示すように、冷却機構５７である送風機構５０もって、冷却隙間６に冷却空気を強制送風して角形電池１を強制冷却することができる。図１５と図１６に示すセパレータ２は、両面に冷却隙間６を設けるために、両面に交互に複数列の冷却溝２１を設けている。このセパレータ２は、角形電池１の外装缶１２ａとの対向面に、両側縁まで延びる冷却溝２１を設けており、この冷却溝２１と外装缶１２ａとの間にできる隙間を冷却隙間６としている。
【００６８】
図１５と図１６に示すセパレータ２は、冷却隙間６に冷却気体を強制送風して電解液接触部１２Ｘを効果的に冷却できるように、外装ケース１２である外装缶１２ａの少なくとも電解液接触部１２Ｘと対向する部分に冷却溝２１を設けて、電解液接触部１２Ｘの表面に沿う冷却隙間６を形成している。この送風機構５０は、角形電池１の電解液接触部１２Ｘと対向する部分に冷却隙間６に冷却気体を強制送風して、電解液接触部１２Ｘを効果的に冷却できる。図に示すセパレータ２は、電解液非接触部１２Ｙと対向する部分においては、冷却溝を設けることなく外装缶１２ａの表面に沿う平面状としている。このセパレータ２は、強制送風される冷却気体を電解液接触部１２Ｘと対向する冷却隙間６にのみ送風して冷却する。ただ、セパレータは、電解液非接触部と対向する部分にも冷却溝を設けて、電解液非接触部の表面に沿う冷却隙間を形成することもできる。このセパレータは、好ましくは、電解液非接触部と対向する部分に設ける冷却溝の開口面積を、電解液接触部と対向する部分に設ける冷却溝の開口面積よりも小さくする。これにより、冷却機構でもって電解液接触部を電解液非接触部よりも強制冷却熱量を多くするように強制冷却することができる。
【００６９】
図１７に示す送風機構５０は、セパレータ２と電池セル１との間に設けた冷却隙間６に強制送風する送風ダクト５１を、電池積層体５９の対向位置に設けている。この送風機構５０は、送風ダクト５１から冷却隙間６に冷却気体を強制送風して、角形電池１を冷却する。さらに、送風機構は、送風ダクトから冷却隙間に加温気体を強制送風して、角形電池を加温することもできる。
【００７０】
図１７の電池ブロック６０は、左右の両側に一対の送風ダクト５１を設けている。送風ダクト５１は、流入ダクト５１Ａと排出ダクト５１Ｂからなる。流入ダクト５１Ａと排出ダクト５１Ｂは、互いに反対側に設けられて、冷却気体を流入ダクト５１Ａから冷却隙間６に、冷却隙間６から排出ダクト５１Ｂに送風して、角形電池１を冷却する。流入ダクト５１Ａと排出ダクト５１Ｂには複数の冷却隙間６１が並列に連結される。したがって、流入ダクト５１Ａに送風される冷却気体は、複数の冷却隙間６に分岐して送風され、流入ダクト５１Ａから排出ダクト５１Ｂに送風される。図の電池ブロック６０は、流入ダクト５１Ａと排出ダクト５１Ｂを両側に設けているので、冷却隙間６を水平方向に伸びるように設けている。冷却気体は、冷却隙間６に水平方向に送風されて、角形電池１を冷却する。
【００７１】
さらに、図に示す送風機構５０は、送風ダクト５１に強制送風機５２を連結している。図１７の送風機構５０は、たとえば、流入ダクト５１Ａに強制送風機５２を連結して、強制送風機５２から流入ダクト５１Ａに冷却気体を強制送風する。この送風機構５０は、強制送風機５２→流入ダクト５１Ａ→冷却隙間６→排出ダクト５１Ｂに冷却気体を送風して、角形電池１を冷却する。ただし、強制送風機は、排出ダクトに連結することもできる。強制送風機で送風される冷却気体は空気であるが、空気に代わって窒素や炭酸ガスなどの不活性ガスを送風することもできる。冷却気体を不活性ガスとする送風機構は、冷却気体を循環して、角形電池を冷却する。循環される不活性ガスは、流路の途中に配設している冷却用の熱交換器で冷却されて、流入ダクト→冷却隙間→排出ダクト→強制送風機に循環されて電池セルを冷却する。強制送風機５２は、モータで回転されるファンを備え、モータの運転は制御回路（図示せず）に制御される。制御回路は、温度センサ（図示せず）が検出する最高温度が設定温度よりも高くなると、強制送風機５２のモータを運転して、送風隙間に冷却気体を強制送風し、最高温度が設定温度よりも低くなると、モータの運転を停止する。さらに、制御回路は、温度センサの検出温度によって、モータに供給する電力をコントロールして、角形電池を所定の温度範囲に制御することもできる。
【００７２】
以上のバッテリシステムは、図１に示すように、電池ブロック１０と冷却プレート４１が外ケース４５に収納されて定位置に固定されることで、電池ブロック１０を構成する複数の角形電池１が所定の姿勢で配置され、あるいは、この電池ブロック１０が固定された外ケース４５が、車両や種々の装置等の定位置に固定されることで、複数の角形電池１が所定の姿勢で配置される。本発明のバッテリシステムは、角形電池１が所定の姿勢で配置される状態において、外装ケース１２に充填された電解液３０の静止状態における液面レベルＬＬにより、気体充填部１Ｙと電解液充填部１Ｘとを区画し、また、電解液非接触部１２Ｙと電解液接触部１２Ｘとを特定することができる。
【００７３】
ただ、バッテリシステムは、必ずしも電池ブロックを外ケースに収納する必要はなく、外ケースを介することなく、直接に車両の躯体や、装置の基台やフレーム等に固定して、複数の角形電池を所定の姿勢で配置することもできる。さらに、電池ブロックを、直接に車両の躯体や、装置の基台やフレーム等に固定する構造は、これらの躯体や基台、フレーム等を冷却プレートに兼用して、角形電池の発熱を放熱することもできる。
【００７４】
以上のバッテリシステムは、車載用の電源として利用できる。バッテリシステムを搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。
【００７５】
（ハイブリッド自動車用バッテリシステム）
図１８は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００と、バッテリシステム１００の角形電池を充電する発電機９４と、エンジン９６、モータ９３、バッテリシステム１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、エンジン９６又はモータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。バッテリシステム１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、バッテリシステム１００の角形電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、バッテリシステム１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム１００の角形電池を充電する。
【００７６】
（電気自動車用バッテリシステム）
また、図１９は、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００と、このバッテリシステム１００の角形電池を充電する発電機９４と、モータ９３、バッテリシステム１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。バッテリシステム１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、バッテリシステム１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム１００の角形電池を充電する。
【００７７】
（蓄電装置用バッテリシステム）
さらに、このバッテリシステムは、移動体用の動力源としてのみならず、定置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図２０に示す。この図に示すバッテリシステム１００は、複数の電池ブロック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池ブロック８１は、複数の角形電池１が直列及び／又は並列に接続されている。各電池ブロック８１は、電源コントローラ８４により制御される。このバッテリシステム１００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このためバッテリシステム１００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介してバッテリシステム１００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、バッテリシステム１００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰからバッテリシステム１００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、バッテリシステム１００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、バッテリシステム１００への充電を同時に行うこともできる。
【００７８】
バッテリシステム１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介してバッテリシステム１００と接続されている。バッテリシステム１００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、バッテリシステム１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、バッテリシステム１００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図２０の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。
【００７９】
各電池ブロック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、入出力端子ＤＩと、異常出力端子ＤＡと、接続端子ＤＯとを含む。入出力端子ＤＩは、他の電池ブロック８１や電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、接続端子ＤＯは他の電池ブロック８１に対して信号を入出力するための端子である。また異常出力端子ＤＡは、電池ブロック８１の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池ブロック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット８２は並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明のバッテリシステムは、大電流や充放電の繰り返しで温度上昇する角形電池を強制冷却して各々の角形電池の温度上昇を制限できることから、大電流による充放電が繰り返し行われて温度上昇が発生しやすい電動車両の走行用バッテリ、自然エネルギーや深夜電力の蓄電用バッテリなどに最適に使用される。
【符号の説明】
【００８１】
１００…バッテリシステム
１…角形電池                １Ｘ…電解液充填部
１Ｙ…気体充填部
２…セパレータ
３…固定部材
４…エンドプレート
５…連結具                  ５Ａ…折曲部
６…冷却隙間
７…冷却機構
９…電池積層体
１０…電池ブロック          １０Ａ…載置面
１０Ｂ…冷却面
１１…電極体                １１Ａ…正極
１１Ｂ…負極
１１Ｃ…絶縁膜
１１Ｍ…巻回電極
１１Ｙ…芯体露出領域
１２…外装ケース            １２ａ…外装缶
１２ｂ…封口板
１２Ａ…幅広平面
１２Ｂ…幅狭面
１２Ｃ…幅狭面
１２Ｘ…電解液接触部
１２Ｙ…電解液非接触部
１４…集電体
１５…電極端子
１６…端子ホルダ
１７…出力端子
１８…接続リード
１９…止ネジ
２１…冷却溝
３０…電解液
３１…芯体                  ３１ｙ…芯体露出部
３２…活物質
３３…注入穴
３４…安全弁
４１…冷却プレート          ４１Ａ…冷却プレート
４１Ｂ…冷却プレート
４１Ｃ…冷却プレート
４１Ｃａ…水平プレート部
４１Ｃｂ…垂直プレート部
４１Ｄ…冷却プレート
４１Ｅ…冷却プレート
４１Ｅａ…水平プレート部
４１Ｅｂ…垂直プレート部
４１ａ…固定穴
４１ｂ…連結孔
４２…放熱プレート
４３…隙間
４４…ボルト
４５…外ケース
４６…下ケース              ４６Ａ…鍔部
４６ａ…挿通孔
４７…上ケース              ４７Ａ…鍔部
４８…端面プレート
４９…固定ネジ
５０…送風機構
５１…送風ダクト            ５１Ａ…流入ダクト
５１Ｂ…排出ダクト
５２…強制送風機
５７…冷却機構
５９…電池積層体
６０…電池ブロック
８１…電池ブロック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９０…車両本体
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
ＥＶ…車両
ＨＶ…車両
ＬＤ…負荷
ＣＰ…充電用電源
ＤＳ…放電スイッチ
ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン
ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…入出力端子
ＤＡ…異常出力端子
ＤＯ…接続端子
ＬＬ…液面レベル
【図１】
2015172997.tif 000003
【図２】
2015172997.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2015172997.tif 000017
【図１６】
2015172997.tif 000018
【図１７】
2015172997.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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