(57)【要約】【課題】電池体積を大きくせず、効果的に放熱することのできる電池の提供。【解決手段】金属等の伝熱体からなる巻芯１１に、正極板１２ａ及び負極板１２ｂを、セパレータを介して積層巻回してなる電極巻回体１２を備える電池１０において、巻芯１１のうち、電極巻回体１２が設けられる領域の一部に、巻芯１１よりも比熱の大きなエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂、尿素系樹脂等の有機系の接着剤からなる熱吸収部１３を設ける。【選択図】図１
2007311274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱体からなる巻芯に、正極板及び負極板を、セパレータを介して積層巻回してなる電極巻回体を備える電池において、
前記巻芯のうち、前記電極巻回体が設けられる領域の一部に、前記巻芯よりも比熱の大きな熱吸収部を設けたことを特徴とする電池。
【請求項２】
請求項１に記載する電池において、
前記熱吸収部は、絶縁性の物質で構成され、
前記巻芯は、前記熱吸収部によって軸方向に少なくとも第１巻芯と第２巻芯とに分割されてなることを特徴とする電池。
【請求項３】
請求項２に記載する電池において、
前記第１巻芯は、一端が前記熱吸収部と接触し、他端が前記正極板と導通した第１放熱体と接触してなり、
前記第２巻芯は、一端が前記熱吸収部と接触し、他端が前記負極板と導通した第２放熱体と接触してなることを特徴とする電池。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載する電池において、
前記熱吸収部は、前記第１巻芯と前記第２巻芯を接着する接着剤よりなることを特徴とする電池。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載する電池において、
前記第２放熱体は、前記電極巻回体を覆うように設けられた缶体であり、
前記缶体に形成された凹部に、前記第２巻芯が嵌め込まれてなることを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の巻芯、及び缶体の構造によって放熱効果を高めることにより、充放電中の温度上昇を抑え、電池寿命を長くする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車に搭載される電池は、電池を充電、放電する際に、内部の抵抗によって発熱することが知られている。
特に、自動車に搭載される電池は、加速や減速によって充放電が目まぐるしく切り替わる上に、駆動用のモータに電気を供給するため高電圧で利用されるため発熱しやすい。また、自動車の一般的な連続使用時間は数時間単位となるため、連続的に数時間の充放電に耐える必要がある。
しかし、このように電池が発熱し高温状態が続くことで、寿命が低下したり、所定の出力が取り出せなくなったりするなどの問題があった。
さらに、電池を自動車に搭載可能なペースは限られており、また、自動車ユーザーからはメンテナンスフリーであることが求められる。そのため、自動車に搭載するような電池は、小型で長寿命な電池が理想とされる。
そこで、このような問題を解決するために、後述する特許文献１乃至特許文献３に挙げるような、様々な方法を用いて温度を下げる工夫がなされてきた。
【０００３】
特許文献１では、円筒型電池の中心部に軸方向に貫設された巻芯の一端を、直接又は薄い電気絶縁層を介して缶体の底面に当接させることで、巻芯を通って電池の外部を覆う缶体に熱が伝達され、電池が発生する熱を外部に放熱している。
この際、巻芯に熱伝達率の高い、例えば金属のような物質を使用することで、円筒型電池の中心部から巻芯を通して熱を外部に放熱することが可能となり、中心部に熱が溜まりにくくなる。
【０００４】
特許文献２では、円筒型電池の中央部にこれを貫通する空芯部を形成しており、この空芯部に冷却液を流すことで、電池が発生する熱を放熱している。
このように、空芯部を冷却水路として冷却液を循環させるため、熱放出を助ける結果となり、高い冷却効果を得ることができる。
【０００５】
特許文献３では、円筒型電池の中央部に軸方向に貫設された巻芯の一端を缶体から突出させ、その先にフィンを取り付け、電池が発生する熱を放熱している。このように、巻芯の先端にフィンを設けることで、熱放出性が高くなる。
また、巻芯にＭＭＣ（metal matrix composite）を用い、フィラーに高熱伝導カーボンファイバー等のマトリックスよりも高い熱伝導性を有する部材を用いることで、巻芯自体の熱伝導率を上げ、放熱効果を高めている。
【特許文献１】特開平５−２３４６１６号公報
【特許文献２】特開平１１−３２９５１４号公報
【特許文献３】特開２０００−３０９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術では以下のような問題点があった。
（１）特許文献１に示されるように、熱伝導性の高い巻芯の一端を缶体に接触させ放熱部材とする方式の場合、正負極間の絶縁を確保するために、巻芯と電極巻回体の間、及び巻芯と正極の間に電気絶縁層を必要とする。そして、場合によっては、巻芯と負極の間にも電気絶縁層を設けなければならない。
しかし、この電気絶縁層は、自動車に搭載する電池の場合には高電圧の電気を絶縁するために厚くする必要がある。この結果、この電気絶縁層によって、熱の伝達を阻害されてしまい、効果的に放熱を行えない虞がある。
【０００７】
（２）特許文献２に示されるように、円筒型電池の中央部にこれを貫通する空芯部を形成し、冷却液を循環させる場合は、冷却効果は高められるものの、このような電池は小型であり、必然的に空芯部は細くなるため、圧力損失が大きく、冷却液を強制的に循環させるユニットを必要とする。
この結果、電池の体積が大きくなるという問題がある。
（３）特許文献３に示されるように、円筒型電池の巻芯にＭＭＣを用い、延長して、その先端にフィンを付ける場合は、冷却効果は高められるものの、円筒型電池ごとにフィンが必要となるため、電池を配置する位置が制限される上、電池体積が大きくなるという問題がある。
【０００８】
このように、特許文献１乃至特許文献３の技術では、（１）乃至（３）に挙げたような、電池の放熱が効果的に行えない、あるいは放熱効果を高めるために電池体積が大きくなってしまうという問題があった。電池を自動車に搭載する場合には、限られたスペースに搭載する上に、電池の搭載位置を自由に変更することは難しい。よって、電池体積が大きくなり、取り付け位置が制限されることは大きな制約となる。
また、このような電池の放熱が効果的に行えないという問題のために、自動車に特許文献１乃至特許文献３の電池を搭載した場合には、数時間の連続運転によって電池の内部温度が電池を構成する材質を劣化させるほど上昇し電池の寿命を短くしたり、電池体積が大きくなってしまうために自動車のエンジンルームのスペースを占有してしまいそのために熱が籠もり易くなったりする等の問題も挙げられる。
【０００９】
そこで、本発明は、このような課題を解決するために、電池体積を大きくせず、効果的に放熱することのできる電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明による電池は以下のような特徴を有する。
（１）伝熱体からなる巻芯に、正極板及び負極板を、セパレータを介して積層巻回してなる電極巻回体を備える電池において、前記巻芯のうち、前記電極巻回体が設けられる領域の一部に、前記巻芯よりも比熱の大きな熱吸収部を設けたことを特徴とする。
（２）（１）に記載する電池において、前記熱吸収部は、絶縁性の物質で構成され、前記巻芯は、前記熱吸収部によって軸方向に少なくとも第１巻芯と第２巻芯とに分割されてなることを特徴とする。
【００１１】
（３）（２）に記載する電池において、前記第１巻芯は、一端が前記熱吸収部と接触し、他端が前記正極板と導通した第１放熱体と接触してなり、前記第２巻芯は、一端が前記熱吸収部と接触し、他端が前記負極板と導通した第２放熱体と接触してなることを特徴とする。
（４）（２）又は（３）に記載する電池において、前記熱吸収部は、前記第１巻芯と前記第２巻芯を接着する接着剤よりなることを特徴とする。
【００１２】
（５）（３）又は（４）に記載する電池において、前記第２放熱体は、前記電極巻回体を覆うように設けられた缶体であり、前記缶体に形成された凹部に、前記第２巻芯が嵌め込まれてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
このような特徴を有する本発明による電池により、以下のような作用、効果が得られる。
（１）伝熱体からなる巻芯に、正極板及び負極板を、セパレータを介して積層巻回してなる電極巻回体を備える電池において、巻芯のうち、電極巻回体が設けられる領域の一部に、巻芯よりも比熱の大きな熱吸収部を設けたことを特徴とするので、電池が発熱した際に熱吸収部と巻芯の両方から熱を回収し、放熱することが可能となる。
本発明の電池は、巻芯を伝熱体で構成し、電極巻回体が設けられる領域の少なくとも一部に熱吸収部を備えている。
電池の充放電が行われ、電極巻回体から発熱し始めると、巻芯と熱吸収部に熱が伝達される。巻芯は伝熱体で構成されているため、熱が伝達されて徐々に温度が上昇する。
一方、熱吸収部は、巻芯よりも比熱が大きいため巻芯よりも暖まりにくく冷めにくい。このため、発熱開始時点からしばらくは、熱吸収部は巻芯よりも温度が低く、巻芯からも熱を吸収し、蓄熱することになる。
【００１４】
発熱開始後しばらくすると、巻芯は同様に放熱を続けるが、熱吸収部は熱を蓄えることで巻芯よりも温度が高くなり、今度は熱吸収部から巻芯へ放熱を行うようになる。
このとき、電極巻回体から巻芯が受け取る熱量は、巻芯と電極巻回体との接触部分の面積による。そして、電極巻解体からも熱吸収部との接触部分からも熱を巻芯に伝達可能となり、外部へ放熱できるようになるので、結果的に電池全体からの放熱量が増大することになる。
言い換えれば、本発明の電池は、巻芯の表面積を増やし、熱吸収部の働きによって巻芯の中心部に放熱できるようにすることで、放熱性を高めているのである。
したがって、巻芯の電極巻回体が巻回される領域の一部に、巻芯よりも比熱の大きな熱吸収部を設ける構成とすることで、発熱する部分である電極巻回体と巻芯の接触面積を擬似的に増やすことが可能であり、その結果、一定時間以降の電池の温度上昇を抑える効果がある。
そして、巻芯の一部に熱吸収部を設ける構成とするので、電池体積を大きくせずに温度上昇を抑える効果が得られる。その結果、電池の性能を劣化させず寿命を延ばすことに貢献する。
【００１５】
（２）（１）に記載する電池において、熱吸収部は、絶縁性の物質で構成され、巻芯は、熱吸収部によって軸方向に少なくとも第１巻芯と第２巻芯とに分割されてなることを特徴とする。
電池の巻芯等に設けられる電気を絶縁するための絶縁部は、巻芯によって熱だけを排出するために必ず必要となる。これは、電池の構成上、巻芯が正負極間を短絡してしまうと電池として成り立たないからである。
しかし、絶縁材料は比熱が高く熱伝達率の低いものが多いので、絶縁部が放熱の阻害要因となることが多い。
そこで、巻芯を第１巻芯と第２巻芯に分割し、第１巻芯と第２巻芯の間に絶縁性を持った熱吸収部を挟み込むことで、熱吸収部に絶縁部を兼ねることとした。こうすることで、別途絶縁部を設ける必要がなくなる。
そして、（１）の温度上昇を抑える効果を備えるとともに、電池体積のコンパクト化を図ることができる。
【００１６】
（３）（２）に記載する電池において、第１巻芯は、一端が熱吸収部と接触し、他端が正極板と導通した第１放熱体と接触してなり、第２巻芯は、一端が熱吸収部と接触し、他端が負極板と導通した第２放熱体と接触してなることを特徴とする。
ここで、第１放熱体と接触する第１巻芯と、第２放熱体と接触する第２巻芯は、絶縁機能を持つ熱吸収部を介しているので、（２）に記載した通り、短絡することがない。
故に、第１放熱体と第１巻芯、第２放熱体と第２巻芯を、それぞれ導通するように直接接触させることが可能となる。
前述した通り、絶縁層は薄くても断熱作用があるため、熱伝達を阻害して電池内に熱を蓄積する要因となる。これを、第１放熱体と第１巻芯、第２放熱体と第２巻芯の間に設けずに済むことで、それぞれの部分で熱伝達が良好となり、放熱性を高めることが出来る。
例えば、第１放熱体を正極端子と導通する金具とし、第２放熱体を負極として働く缶体とすれば、正極端子と缶体は直接外気に触れているので、巻芯から正極端子と導通する金具及び缶体に伝えられた熱を、効率的に電池外部に放熱することが可能である。
さらに、第１巻芯と第２巻芯は、片端は熱吸収部に接し、片端は正極端子と導通する金具及び缶体に接することが出来るので、巻芯の両側から熱を効率的に正極端子と導通する金具及び缶体に伝達することが出来て、それらから効率的に放熱することが可能となる。
【００１７】
またこのように、第１巻芯と第２巻芯をそれぞれ第１放熱体及び第２放熱体に接触させ、効果的に放熱することができるので、特許文献２や特許文献３のように、外部に冷却液を循環させるための設備や、フィンなどの電池体積を大きくする設備を設ける必要がない。このため、電池体積を大きくせずに冷却効率を高めることが可能である。
【００１８】
（４）（２）又は（３）に記載する電池において、熱吸収部は、第１巻芯と第２巻芯を接着する接着剤よりなることを特徴とするので、第１巻芯と第２巻芯が熱吸収部によって一体的に接着された後、電極巻回体を巻芯に巻回することとなる。その際に、接着されているために第１巻芯と第２巻芯が分かれてしまうことが無く、（２）又は（３）の効果を得ながらも、加工工程において不良を出しにくい構造とすることができる。
また、熱吸収部が第１巻芯と第２巻芯とを接着する接着剤より成るため、それぞれの接着面に隙間ができにくい。さらに、密着度が高いことで、熱伝達効率を損なわない。その結果、熱吸収部から第１巻芯及び第２巻芯への放熱効果を高めることが可能となる。
【００１９】
（５）（３）又は（４）に記載する電池において、第２放熱体は、電極巻回体を覆うように設けられた缶体であり、缶体に形成された凹部に、第２巻芯が嵌め込まれてなることを特徴とするので、缶体に電極巻回体が巻回された第１巻芯、第２巻芯、及び熱吸収部からなる巻芯をセットする際に、缶体に対して巻芯の第２巻芯側が位置ズレせず、缶体から巻芯が外れて落ちるようなことが無くなる。この結果、電池の製造工程における施工性を向上させることができる。
また、第２巻芯と缶体の接触面積を増やすことができるので、電池体積を殆ど大きくせずに放熱性を高める効果を奏する。
第２巻芯が回収した熱は、缶体に接触していることで缶体から外部に放出することができる。缶体は金属製であることが多く熱伝達率も高いため、外部をファンなどで冷やされていればより効果的に放熱が可能となる。
そして、熱の移動は温度差によって左右されるため、缶体の温度を下げてやることで、第２巻芯と缶体の温度差を広げ、より早く巻芯から放熱することが可能となり、すなわち巻芯の温度を下げ、電極巻回体が発生する熱を早く外部に放熱することに繋がる。
このようにして、電池の放熱を行うことで、電池の性能の低下を防ぎ寿命を延ばすことに貢献することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１実施例）
次に、本発明の第１実施例について、図面を参照しつつ説明する。
図１に、第１実施例の電池の断面図を示す。
電池１０は、巻芯１１に電極巻回体１２が巻回され、缶体１６の中に納められ、正極端子１５が取り付けられている。
巻芯１１は、第１巻芯１１ａ、第２巻芯１１ｂ、及び熱吸収部１３で構成され、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂは熱吸収部１３によって接合されている。
第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂは放熱棒としての働きを持たせるために、熱伝導性の高い金属、例えば銅やアルミニウム等で作られている。もちろん、その他の金属や、熱伝導性の良い物質を用いても良い。
【００２１】
また、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂは、図１に示すように細長く楕円柱形状をしている。
これは、電池１０自体が板状の電池であるため、巻芯１１に電極巻回体１２を巻回した状態で平たくなるように、巻芯１１もそれに合わせて楕円柱形状である必要があり、必然的に第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂも同様の形状となる。なお、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂの長さは、熱吸収部１３の位置が電極巻回体１２の巻回される領域のほぼ中央に来るのが望ましい。
熱吸収部１３は、樹脂系の接着剤であり、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコン樹脂、及び尿素樹脂等の有機系の接着剤で、ある程度の耐熱性が確保されるものが好ましい。これらの樹脂は、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂに用いられる銅やアルミニウム等の金属よりも比熱が高い。例えば、熱吸収部１３に用いられるエポキシ樹脂と、巻芯１１に用いられる銅とでは、比熱は３．５倍強の差がある。
なお、電池は充電又は放電する際に発熱する。この温度が８０℃以上になることもあるため、その程度の温度で過熱変形しないことが必要である。もちろん、この温度は電池１０の設計によっても異なるため、電池１０に必要とされるだけの耐熱性を備えている必要がある。
このような第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂを、熱吸収部１３で接合することで、巻芯１１は１本の細長い楕円柱形状に形成される。なお、第１巻芯１１ａと第２巻芯１１ｂの長さは、ほぼ同じであり、熱吸収部１３の厚みは数ｍｍ程度である。
【００２２】
なお、熱吸収部１３は、巻芯１１を切断する位置に配設したり、単純に第１巻芯１１ａと第２巻芯１１ｂを分ける位置に配設するだけでなく、熱吸収部１３に凹部を設け、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂにそれぞれ凸部を付けて嵌合させることで、更に熱吸収部１３と巻芯１１の接触面積を増やし放熱性を高めたりすることも有効だと考えられる。
また、熱吸収部１３を巻芯１１の外周部に部分的に配設することも考えられる。例えば、細い棒状に形成された熱吸収部１３を巻芯１１の外周部に一定の間隔を空けて埋め込むような状態で設けることで、熱吸収部１３と巻芯１１の接触面積を増やしても良い。
【００２３】
電極巻回体１２は、正極板１２ａ及び負極板１２ｂを、図示しないセパレータを介して積層巻回してなっている。そして、一般的なものと同様に、正極板１２ａは薄い集電基板の両面に正極活物質を塗工することによって制作され、負極板１２ｂも薄い集電基板の両面に負極活物質を塗工することによって制作される。
セパレータは、例えばマイクロポアを有するＬｉイオン透過性のポリエチレンフィルムを、多孔性のＬｉイオン透過性のポリプロピレンフィルムで挟んだ三層構造としたようなものが好適に用いられる。
このような正極板１２ａ、負極板１２ｂ、及びセパレータを巻芯１１に巻回し、楕円形に電極巻回体１２が形成されている。
【００２４】
電極巻回体１２が巻回された巻芯１１は、缶体１６に設けられた凸部１６ａの嵌合穴１６ｂに嵌め込まれる。このとき巻芯１１の外周部であって嵌合穴１６ｂに嵌め込まれる負極板１２ｂは、缶体１６に直接接する。なお、缶体１６と巻芯１１を直接接触せず、接着剤等で組み立てられても良いが、その場合は接着剤が硬化した段階で、缶体１６と巻芯１１の熱伝導が阻害されない必要がある。
そして、電極巻回体１２の組み付けられた缶体１６には、正極端子１５がカバー１７で留められ、カバー１７の下部には通電金具１８が備えられる。
通電金具１８は正極端子１５に通電可能に備えられ、通電金具１８に接触するタブ１９は正極板１２ａに通電可能に接している。
また、缶体１６には、負極板１２ｂに繋がれるタブ１９が通電可能に接している。
【００２５】
第１実施例の電池は上記のように構成され、この作用、効果を調査するために以下のような実験を行い考察した。
図２は、第１実施例の構成の電池１０における放熱性について調査したグラフである。
縦軸に電池の表面温度（℃）、横軸に経過時間（ｓ）を示し、又、調査は３種類の電池１０について行い、第１条件５１、第２条件５２、第３条件５３として図２に示している。
第１条件５１には、第１実施例の電池１０をモデル化したものを使用している。この電池１０は直径１８ｍｍで、長さが６５ｍｍの円筒形状をしており、その断面は第１実施例の電池１０と同様に、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂが熱吸収部１３にて接合された巻芯１１を使用している。巻芯１１の太さは直径５ｍｍとし、熱吸収部１３の幅は５ｍｍとした。このような電池１０の表面の中央部に熱電対を取り付け、電池１０に電流を流し続けた場合の表面温度を記録した。
また、第２条件５２には、特許文献１に示される構成と同様の電池１０を、第１条件５１と同じ大きさで作り、同様に電池１０の表面温度を熱電対によって測定し、記録している。第１条件５１との差異は巻芯１１の構成であり、巻芯１１の絶縁部を正極端子１５に設けており、放熱棒は分割されていない。
また、第３条件５３には、特許文献２に示される構成と同様の電池１０を、第１条件５１と同じ大きさで作り、同様に電池１０の表面温度を熱電対によって測定し、記録している。第１条件５１との差異は巻芯１１が筒状の中空パイプで作られている点であり、熱吸収部１３も設けられていない。
【００２６】
これら第１条件５１、第２条件５２、及び第３条件５３の電池１０に一定電流を連続して通電し、電池１０の表面温度を測定して比較した。
この実験は、特許文献１に係る技術に対応した第２条件５２と、特許文献２に係る技術に対応した第３条件５３と比較して、本発明の電池１０に係る第１条件５１で、どの程度の効果が現れるかを調査する目的で行われた。
そのため、連続運転時間を１時間と設定し、充放電の繰り返しを再現するために一定電流を流し続けて、電池１０の表面温度を測定するという方法を採った。
実際に自動車に電池１０を搭載する場合には、複数の電池１０が並べて使われるため、電池１０を単独で用いた場合に比べて温度は上昇しやすくなるが、ファン等を設けることによって周囲の空気を強制排気させると考えられるため、温度条件的にはあまり変わらないと考えられる。
【００２７】
その結果、図２に示すように１２００秒（２０分）経過した段階では第１条件５１と第２条件５２は同じ変化を示しており、電池１０の表面温度は５０℃程度まで上昇している。一方、第３条件５３は僅かに温度が低く、電池１０の表面温度は４７℃程度であった。しかし、２４００秒（４０分）経過した段階では、第１条件５１の温度上昇率が低くなっており、第２条件５２及び第３条件５３に比べて電池１０の表面温度は低い。そして、３６００秒（１時間）経過した段階では、第１条件５１の温度上昇は緩やかになっており、電池１０の表面温度は５７℃程度であるのに対し、第２条件５２と第３条件５３の電池１０の表面温度は、ほぼ同じ温度である６７℃程度にまでなっていることが分かる。
【００２８】
すなわち、第１実施例の電池１０をモデル化した第１条件５１が、３６００秒（１時間）経過した段階では最も電池１０の表面温度が低く保たれており、放熱効果が高かったと考えられる。
実験条件から、電池１０に通電した電流は一定であり、発熱要因は電極巻回体１２等の電気抵抗によるものであるので、同条件で実験した第１条件５１乃至第３条件５３の発熱量は同一であると考えられる。したがって、３６００秒（１時間）経過後に電池１０の表面温度が最も低かった第１条件５１は、最も放熱量が多かったと考えるのが妥当である。
【００２９】
このような実験結果となった理由については、以下のように考えられる。
第１条件５１について更に詳しく見ると、図２に示されるように、その温度上昇率は３つの段階に分かれるように思われる。すなわち、開始から１０００秒が経過する辺りまでの、第２条件５２と温度上昇率がほぼ同じである領域（以下、第１領域とする）と、そこから２０００秒が経過する辺りの、第３条件５３の曲線と交わるまでに温度上昇率が徐々に緩やかになる領域（以下、第２領域とする）と、それ以降の温度上昇がほとんど無い領域（以下、第３領域とする）である。
このように分けて考えてみると、第１条件５１の電池１０は、第１領域では１５分程度で１０℃近くの温度変化があるが、第２領域では２０分程度で７℃程度の温度変化である。特に第２領域の前半では４〜５℃の温度変化があるが、第２領域の後半では２〜３℃の変化しかないことが図２に示されており、温度変化率が大きく変わっていることが分かる。さらに、第３領域では２５分程度で２〜３℃の温度変化しかない。
第２条件５２及び第３条件５３の温度変化率は、全域にわたって大きく変化しないのに対して、第１条件５１はこのように温度変化率が変化し、３６００秒（１時間）経過時点で第２条件５２及び第３条件５３とは１０℃近い差が付いている。
【００３０】
詳しく見るためにまず、第１条件５１と第２条件５２の電池１０の構成を比較すると、第１条件５１と第２条件５２の電池１０の発熱量は、前述の通り同一であり、また巻芯１１の太さや電池１０の表面積も変わらない。異なる点は、巻芯１１が両端付けか片端付けかという点と、熱吸収部１３を備えている点の２点である。
この巻芯１１が両端付けか片端付けかという違いで何が違うかという点を第１相違点とし、熱吸収部１３を備えている点を第２相違点とすると、出願人は、後述する理由により、特に第２相違点である熱吸収部１３の存在がこのような結果をもたらしている原因であると考えている。以下にその検討内容を説明する。
【００３１】
まず、第１相違点について検討する。
第１条件５１と第２条件５２との電池１０の構成のうち、巻芯１１が缶体１６及び通電金具１８とどのように接しているかを比較すると、前述したように、第１条件５１の電池１０は、第１巻芯１１ａの片端が缶体１６に接触し、第２巻芯１１ｂの片端が正極端子１５側の通電金具１８に接触し、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂの他端は熱吸収部１３にそれぞれ接合されている。それに対して、第２条件５２の電池１０は、巻芯１１の片端が缶体１６に接触し、他端が絶縁層を介して通電金具１８に接触している。
つまり、第１条件５１と第２条件５２では、巻芯１１から外部に熱を排出する部位が１カ所か２カ所かという差があることになる。
第２条件５２においても、巻芯１１は絶縁層を介して通電金具１８に接続しているため、熱の排出に寄与しないわけではないが、絶縁層は例えばシリコン樹脂膜等が用いられるので、その物性上断熱作用もある。よって、その放熱効率は第１条件５１に比べて劣っている。
【００３２】
第１条件５１及び第２条件５２の電池１０の放熱のメカニズムを考えると、巻芯１１から缶体１６及び通電金具１８に伝えられる熱量が電極巻回体１２から発生する熱量に対して小さいことで、放熱できなかった熱が電池１０の内部に蓄積する。この結果、第１条件５１よりも通電金具１８との伝熱効率が低い第２条件５２は、徐々に内部に放熱できない熱を溜め込むこととなり、最終的に電池１０の表面の温度差が出ると考えられる。
したがって、第１条件５１の電池１０の第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂの長さは、熱吸収部１３の位置が電極巻回体１２の巻回される領域のほぼ中央に来ることで、放熱のバランスがとれ、効果的に缶体１６及び通電金具１８への熱伝達が行え、放熱効果を高めることができると期待できる。
なお、厳密に言えば、缶体１６及び通電金具１８の接する正極端子１５の放熱能力によって、熱吸収部１３の位置、すなわち第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂの長さが決定されれば、より高い効果を期待できるだろう。
【００３３】
ただし、これだけの作用では、第１領域において第１条件５１と第２条件５２の温度上昇率が同じであることの説明がつかないと思われる。
巻芯１１から缶体１６及び通電金具１８への伝熱効率の差だけで実験結果が変わったのであれば、伝熱効率の差は実験中に変化することはないので、実験開始直後から第２条件５２と第１条件５１の温度上昇率が異なり、第１領域においても第１条件５１の温度上昇率は第２条件５２の温度上昇率よりも低くなると考えられるからである。
【００３４】
次に、第２相違点について検討する。
第２相違点は熱吸収部１３の存在の有無についてであるが、熱吸収部１３は巻芯１１に比べて比熱が高いため、温度が上昇しにくいという特性を持っている。したがって、図３（ａ）に示すような熱の流れが出来ると考えられる。
図３（ａ）は、第１実施例の電池が備える巻芯における第１領域の熱の流れを示した模式断面図である。
第１条件５１の電池１０に備える第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂにおける熱の流れは、図３（ａ）に示されるように、第１領域では、第１巻芯１１ａ、第２巻芯１１ｂ及び熱吸収部１３は電極巻回体１２から熱を吸収する。
第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂが吸収した熱は、第１巻芯１１ａが接触する缶体１６及び第２巻芯１１ｂが接触する通電金具１８に放熱される。
一方、熱吸収部１３は第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂよりも比熱が高いので、同じエネルギーを与えられても第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂよりも温度が上がりにくく、その結果、熱吸収部１３にも第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂが吸収した熱が伝達される。
そして、熱吸収部１３が吸収した熱は、熱吸収部１３が周囲よりも温度が低いために、そのまま熱吸収部１３の内部に蓄えられることになる。
【００３５】
しかし、熱吸収部１３に十分に熱が蓄えられると、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂと熱吸収部１３との温度差がなくなり、図３（ａ）の熱の流れは起こりにくくなる。そこで、図３（ｂ）のような熱の流れに変わるのではないかと考えられる。
図３（ｂ）は、第１実施例の電池が備える巻芯における第２領域及び第３領域の熱の流れを示した模式断面図である。
この図３（ｂ）に示されるように、第２領域になると、熱吸収部１３から第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂに熱を放熱するようになると考えられる。これは、熱吸収部１３に電極巻回体１２で発生した熱が十分蓄熱され、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂよりも部分的に熱くなったために熱の流れが変化すると考えられるからである。
第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂの材料に用いられている銅やアルミニウムなどの金属よりも、熱吸収部１３に用いられている樹脂系接着剤は、比熱が高く熱伝導率が低い。その結果、熱しにくく冷めにくい特性を示す。図３（ａ）で説明した通り、熱吸収部１３は第１領域では全体的に暖められると考えられ、徐々に蓄熱を行う。一方、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂは外周面で熱を受け取り、缶体１６及び通電金具１８との接触部から放熱を行う。そのため、外周面は熱くなりやすく、中心部は温度が上昇しにくい温度勾配ができているものと考えられる。
【００３６】
そのバランスが、第２領域で変わることで図３（ｂ）のような流れに変化し、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂは放熱を続けるが、熱吸収部１３は熱吸収の作用と熱放出を同時に行い、熱吸収部１３の熱は第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂを介して缶体１６及び通電金具１８に放熱することになる。そして、熱吸収部１３の外周面に対して、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂとの接触面の面積は少ないため、熱吸収量に対して、放熱量は少なく、以降図３（ｂ）のような熱の流れが続くと考えられる。
最終的には、熱吸収部１３よりも第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂの中心部の温度勾配が大きくなると考えられ、第３領域に入り、第１条件５１に係る電池１０の表面温度の変化はほとんど無くなる。
第１相違点の作用である、巻芯１１から缶体１６及び通電金具１８へ熱伝達可能な面積が増加する点と合わせて、このような作用があることにより、第２領域では、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂから放熱する他、熱吸収部１３からも放熱するため、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂの熱を受け取る面積が事実上、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂの外周部の他、熱吸収部１３の外周部と、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂと熱吸収部１３の接触面となり、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂと熱吸収部１３の接触面の面積だけ受熱面積が広がることとなり、放熱効果を高めると考えられる。
【００３７】
このように考えれば、第１領域では第１条件５１と第２条件５２の巻芯１１は、受熱面積が同一であるが、第２領域及び第３領域では、第１条件５１の巻芯１１は熱吸収部１３の存在によって受熱面積が広くなったものと同じこととなり、その結果、図２に示すような差となって現れることにも説明が付く。
特に、第１条件５１及び第２条件５２の何れも、巻芯１１の外周面は電極巻回体１２に温度が近くなるため、巻芯１１の外周面からの熱吸収量は少なくなるものと考えられる。このため、第１条件５１の電池１０は第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂと熱吸収部１３の接触面からの放熱が効果的に作用するのだと考えられる。
また、第３領域に遷移し、第１条件５１の電池１０における、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂの中心部の温度と熱吸収部１３との温度勾配が大きくなれば、熱吸収部１３を備えない第２条件５２の電池１０に比べ、放熱効率の差は顕著に表れることとなると考えられる。
【００３８】
次に、第３条件５３についても検討してみる。
前述した通り、第３条件５３は巻芯１１が筒状の中空パイプで作られており、巻芯１１の内部に空気が流通する点と、熱吸収部１３を備えない点で第１条件５１とはその構成が異なる。
そして、図２の結果から、第３条件５３については、第２条件５２の３６００秒（１時間）経過時点の電池１０の表面温度はほぼ同じとなっているが、温度変化の仕方が第２条件５２よりも直線的である。
これは、第３条件５３の電池１０に使用する巻芯１１が中空であることに起因すると考えられ、巻芯１１が内部に備える中空部に熱を排出することで、中空部内の空気が対流を起こして熱を排気するため、放熱初期には効率的に熱を放出することができる。
しかし、中空部の内部温度が高くなるにつれ、熱伝達効率の悪い空気は内部に熱を溜め込み、自然対流だけでは熱の放出が追いつかなくなってくる。その結果、第２領域の終盤では第１条件５１よりも放熱効率が悪くなり、第３領域の終盤には第２条件５２とほぼ同じ温度になってしまうと考えられる。
【００３９】
以上に検討したように第１条件５１乃至第３条件５３では、それぞれの構成の違いによって熱放出のメカニズムが異なり、第１条件５１の電池１０のように巻芯１１に熱吸収部１３を設けることで、熱放出効率が高くなることがわかる。
第１条件５１では、電池１０の表面温度は３６００秒（１時間）経過した段階でも６０℃を超えていない。さらに、第３領域以降は殆ど温度上昇が見られず、このまま電池１０を使用し続けたとしても、第２条件５２や第３条件５３に比べて低い温度を維持し続けることが可能であると考えられる。
電池１０は内部温度が高温になると、電池１０が劣化して性能が落ちたり寿命が短くなったりするという問題が起こり易くなるが、６０℃以下を維持できれば、そのような問題は起こりにくくなる。
第１条件５１の電池１０においても、第３領域で温度上昇の傾きが０になっているわけではないので、その後も徐々に温度は上昇していく。しかし、自動車の連続使用時間は１時間程度が目安であり、一般の使用者はあまり長時間の連続使用を行わないと考えられるので、自動車に電池１０を使用した場合でも６０℃以下を維持可能だと考えられ、電池１０の性能維持及び長寿命化に十分貢献できると考えられる。また、電池１０の体積も殆ど増えていないため省スペースで電池１０の長寿命化を図ることが出来る。
【００４０】
上述した電池１０に備える巻芯１１が熱吸収部１３を中央に設けることで缶体１６や通電金具１８と直接接触させることが可能となって放熱効率を上げる他、熱吸収部１３の存在により巻芯１１の表面積を広くできることから、電池１０の性能維持や長寿命化に貢献出来る他に、第１実施例の電池１０では以下のような作用、効果も得られる。
第１実施例の発明の構成のうち、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂの間に熱吸収部１３を設けてあり、この熱吸収部１３が絶縁性を有するので、他に絶縁部を設けなくても、正極側と負極側を巻芯１１によって短絡させるようなことがない。
これによって、電池１０の体積の増大を抑えている。
また、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂを熱吸収部１３によって接着していることによって、熱伝達性を向上させると共に組み立て性の維持に貢献している。
第１巻芯１１ａと第２巻芯１１ｂを熱吸収部１３で接着することで、一体の巻芯１１としているが、第１巻芯１１ａと熱吸収部１３の接合面、及び第２巻芯１１ｂと熱吸収部１３の接合面に於いて、熱伝達率が悪いと、上述した熱吸収部１３の効果が発揮されにくくなる。すなわち、第１巻芯１１ａと熱吸収部１３及び第２巻芯１１ｂと熱吸収部１３を単に接触させているだけで、その表面に凹凸があると、その間に空気層が出来てしまって断熱効果が働いてしまう虞がある。
第１巻芯１１ａと熱吸収部１３及び第２巻芯１１ｂと熱吸収部１３の間に空気層が出来てしまっては、熱吸収部１３から第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂへの熱伝達が十分に行えず、図３（ａ）で示した巻芯１１から熱吸収部１３への熱伝達による蓄熱も、図３（ｂ）で示した、熱吸収部１３から第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂへの放熱も、行われにくくなるからである。
【００４１】
しかし、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂと熱吸収部１３が接着されていることによって、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂと、熱吸収部１３の接合面の密着度は高くすることが可能であり、これによって、前述のような空気層を作らず、熱伝達を十分に行うことが可能になる。
その結果、巻芯１１に温度を溜めにくくなり、電極巻回体１２で発生した熱を効果的に電池１０の外に排出することで、電池１０の内部温度の上昇を抑えることが可能となる。すなわち、性能低下を起こしにくい、長寿妙な電池１０を実現することが可能である。
また、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂと熱吸収部１３が接着されることによって一体的な巻芯１１となれば、正極板１２ａ、負極板１２ｂ及び図示しないセパレータを巻回しやすくなり、組み立て性を維持することが可能となる。
例えば、第１巻芯１１ａと第２巻芯１１ｂが接着されずに熱吸収部１３を単純に挟んでいるだけのような状態であれば、正極板１２ａ及び負極板１２ｂを、セパレータを介して積層巻回する際に、分離してしまう虞があり、更に、缶体１６に巻芯１１を組み付ける時点でも、落下したり、位置決めに問題が出たりと組み立て性を阻害する要因となりかねないが、熱吸収部１３によって第１巻芯１１ａおよび第２巻芯１１ｂが一体的に接着され、巻芯１１を構成することで、その様な問題も解決できる。
【００４２】
また、第１実施例の発明の構成のうち、缶体１６に凸部１６ａ及び嵌合穴１６ｂを設け、嵌合穴１６ｂに第１巻芯１１ａを嵌め込むように構成することで、組み立て性を向上に貢献している。
巻芯１１には、正極板１２ａ、負極板１２ｂ及びセパレータを巻回して電極巻回体１２を形成する。この電極巻回体１２を缶体１６に挿入して電池１０を形成する際には、電極巻回体１２に備えるタブ１９が缶体１６に確実に接触するようにしなければならない。
この場合に於いて、缶体１６に嵌合穴１６ｂが形成された巻芯１１を嵌め込むだけで良くなれば、電池１０の組み立て性が向上すると共に、缶体１６に対する巻芯１１の位置決め精度が高くなる。
そして、嵌合穴１６ｂの公差を巻芯１１の外径に対して厳しくすれば、巻芯１１と缶体１６の接触面積を広げることに繋がるので、放熱性の向上に貢献する。
【００４３】
また、電池１０は巻芯１１に熱吸収部１３を設け、缶体１６に数ｍｍ程度突出する凸部１６ａを設けることで、放熱性を向上させることができるので、放熱性向上のためにフィンを付けたり、冷却パイプを通すことで、冷却パイプの内部を循環させる冷却水を循環させるためのポンプを必要とすることもなく、電池１０を必要以上に大きくする必要が無いので、電池１０の体積は大きくならずコンパクトになる。
これによって、自動車への取り付けを容易にし、電池１０自体の製造コストを上げずに電池１０の寿命を延ばすことができる。
【００４４】
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について、図面を参照しつつ説明する。
第２実施例の電池１０は、第１実施例の電池１０とほぼ構成は同じであるが、缶体１６に設けられた凸部１６ａが、第１実施例のように缶体１６に一体的に形成されるのではなく、電池１０組み付け後にシリコン樹脂で形成する部分が異なる。
図４に、第２実施例の電池の構成を示す断面図を示す。
なお、凸部１６ａはシリコン樹脂でなくとも、８０℃程度の熱に耐えうる樹脂で耐薬品性が高いものであっても良い。
このように電池１０を構成することで、缶体１６に設けられる凸部１６ａを冷却パン２０に冷却液２１等で満たした中に漬けて冷却するなどの方法を採り、更に冷却効率を高めることが可能である。
【００４５】
電池１０の備える電極巻回体１２から巻芯１１は熱を吸収し、缶体１６及び通電金具１８に熱を伝達して放熱する。
しかし、缶体１６の厚みはそれ程厚くないので、熱を伝達する断面積も広くはなく、缶体１６の全体を使って放熱するというわけではなく、巻芯１１から伝達された熱は缶体１６の端面で主に放熱していると考えられる。
したがって、巻芯１１の外周部にシリコン樹脂製の凸部１６ａを設け、冷却液２１で直接冷却してやることによって、より放熱効率を高めてやることが可能となる。
このことによって、第１実施例の効果を更に大きくすることが可能となり、効果的に放熱を行えることで、電池１０の内部温度を更に低く保ち、性能低下を防ぎ長寿命化に貢献することが出来る。また、凸部１６ａはシリコン樹脂製なので、冷却液２１に漬けたとしても錆びることもない。
【００４６】
（第３実施例）
次に、本発明の第３実施例について、図面を参照しつつ説明する。
第３実施例の電池１０は、第１実施例の電池１０とほぼ同じ構成であるが、第１巻芯１１ａ、第２巻芯１１ｂ、及び熱吸収部１３の形状が違う点が第１実施例とは異なる。
図５に、第３実施例の電池の構成を示す断面図を示す。
第３実施例に用いる第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂは、図５に示すように熱吸収部１３と接する部分で細くなっており、第１実施例同様に樹脂系の接着剤であり、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコン樹脂、及び尿素樹脂等の有機系の接着剤からなる熱吸収部１３で接着されている。なお、熱吸収部１３は最初から第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂの細くなった部分がはまる形状に成形され、その後、第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂを接着して、一体的な巻芯１１を構成しても良い。
【００４７】
このように熱吸収部１３と第１巻芯１１ａ及び第２巻芯１１ｂの接触面積が広くなることで、放熱効率が良くなることが期待できる。また、熱吸収部１３の電極巻回体１２との接触面積が広くなることにより、電極巻回体１２から吸収する熱量が多くなり、熱吸収部１３自体の温度上昇が早くなって、図２に示したような第１条件５１よりも、早く効果が出ることが期待できる。
すなわち、第１実施例の図２に示す第１条件５１のグラフの第１領域が、第３実施例に係る発明によれば短縮することが出来ると考えられ、もっと早い時点で第２領域に遷移して温度上昇率の緩和を実現することが期待できる。
【００４８】
以上において、本発明を第１実施例乃至第３実施例に即して説明したが、本発明は上記第１実施例乃至第３実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、熱吸収部１３の形状や大きさは、第１実施例乃至第３実施例の形状に限定されず、設計の範囲内で変更が可能である。熱吸収部１３の形状や大きさは、電極巻回体１２からの吸熱と巻芯１１への放熱のバランスによって決定されるものであり、熱吸収部１３の表面積を大きくしたり、熱吸収部１３の体積を大きくしたりすることで、その効果は変化する。したがって、電池の設計に合わせてこの形状を変更することを妨げない。
また、第１実施例乃至第３実施例では、渦巻き型の電池について説明しているが、同様の効果は積層型の電池等にも効果があると考えられるため、他の形態の電池に用いることを妨げない。
また、巻芯１１に備える熱吸収部１３は、巻芯１１に用いる材質よりも比熱が高いものであれば良く、樹脂よりも比熱が高く熱容量も大きくなるセラミックスなどを用いることを妨げない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１実施例の、電池の断面図を示している。
【図２】第１実施例の、電池における放熱性について調査したグラフを示している。
【図３】（ａ）第１実施例の、電池が備える巻芯における１２００秒経過前の熱の流れを示した模式断面図を示している。（ｂ）第１実施例の、電池が備える巻芯における１２００秒経過後の熱の流れを示した模式断面図を示している。
【図４】第２実施例の、電池の構成を示す断面図を示している。
【図５】第３実施例の、電池の構成を示す断面図を示している。
【符号の説明】
【００５０】
１０      電池
１１      巻芯
１１ａ      第１巻芯
１１ｂ      第２巻芯
１２      電極巻回体
１２ａ      正極板
１２ｂ      負極板
１３      熱吸収部
１５      正極端子
１６      缶体
１６ａ      凸部
１６ｂ      嵌合穴
１７      カバー
１８      通電金具
１９      タブ
５１      第１条件
５２      第２条件
５３      第３条件
【図１】
2007311274.tif 000003
【図２】
2007311274.tif 000004
【図３】
2007311274.tif 000005
【図４】
2007311274.tif 000006
【図５】
2007311274.tif 000007