(57)【要約】【課題】小型化を図りながらその内部を冷却可能な組電池、および、その組電池を備える車両を提供する。【解決手段】自動車の動力源に用いられる組電池１００において、負極集電板２１および正極集電板２３は、複数のバイポーラ２次電池のうち積層方向に隣り合う２つのバイポーラ２次電池ごとに配置される。負極集電板２１（および正極集電板２３）は、その内部に冷却媒体が流れることにより放熱部材としても機能する。組電池１００の冷却を行なうために正極集電板２３（あるいは負極集電板２１）に冷却用タブを接続しなくてもよいため、組電池１００では正極集電板２３（あるいは負極集電板２１）からはみ出る部分が存在しない。よって組電池１００の小型化を図りながら、組電池１００の内部を冷却できる。【選択図】図１
2007305425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の２次電池を備え、
前記複数の２次電池の各々は、
前記複数の２次電池の積層方向と同一方向に積層された複数のバイポーラ電極を含み、
前記複数のバイポーラ電極の各々の第１の主表面には、正極が形成され、
前記複数のバイポーラ電極の各々の第２の主表面には、負極が形成され、
前記複数のバイポーラ電極のうち隣り合う２つのバイポーラ電極ごとに設けられ、前記隣り合う２つのバイポーラ電極の一方の前記正極と、前記隣り合う２つのバイポーラ電極の他方の前記負極との間に配置される複数の電解質をさらに含み、
前記複数の２次電池の間に冷却媒体を流す複数の冷却通路をさらに備える、組電池。
【請求項２】
前記複数の冷却通路は、前記複数の２次電池のうち隣り合う２つの２次電池ごとにそれぞれ設けられ、
前記隣り合う２つの２次電池の前記正極同士、または、前記隣り合う２つの２次電池の前記負極同士は、前記複数の冷却通路のうち前記隣り合う２つの２次電池に対応する冷却通路によって電気的に接続される、請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記複数の冷却通路には、冷却装置から送られる前記冷却媒体が流れ、
前記冷却装置は、
前記複数の冷却通路のうちの少なくとも１つの冷却通路に対しては、前記冷却媒体を第１の向きに流し、前記複数の冷却通路のうちの他の冷却通路に対しては、前記第１の向きとは逆の第２の向きに前記冷却媒体を流す、請求項１または２に記載の組電池。
【請求項４】
前記冷却装置は、
前記複数の冷却通路のうち隣り合う２つの冷却通路に対して前記第１の向きおよび前記第２の向きに冷却媒体をそれぞれ流す、請求項３に記載の組電池。
【請求項５】
前記複数の２次電池および前記複数の冷却通路を内部に収容する筐体をさらに備え、
前記筐体の外壁には、複数の放熱フィンが設けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項６】
前記複数の電解質は、固体電解質またはゲル状電解質である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項７】
２次電池を備え、
前記２次電池は、
積層された複数のバイポーラ電極を含み、
前記複数のバイポーラ電極の各々の第１の主表面には、正極が形成され、
前記複数のバイポーラ電極の各々の第２の主表面には、負極が形成され、
前記複数のバイポーラ電極のうち隣り合う２つのバイポーラ電極ごとに設けられ、前記隣り合う２つのバイポーラ電極の一方の前記正極と、前記隣り合う２つのバイポーラ電極の他方の前記負極との間に配置される複数の電解質をさらに含み、
前記複数のバイポーラ電極のうち、前記積層方向における一方端に配置されるバイポーラ電極に沿って設けられ、冷却媒体を流す冷却通路をさらに備える、組電池。
【請求項８】
前記２次電池と前記冷却通路との間には、絶縁部材が配置され、
前記２次電池と前記冷却通路と前記絶縁部材とは、所定の軸を中心に渦巻状に形成される、請求項７に記載の組電池。
【請求項９】
前記冷却通路は、予め渦巻状に成型される、請求項８に記載の組電池。
【請求項１０】
前記組電池は、
前記複数のバイポーラ電極のうち、前記積層方向における他方端に配置されるバイポーラ電極に沿って設けられる他の冷却通路と、
前記他の冷却通路に対して、前記他方端に配置されるバイポーラ電極と反対側に配置される絶縁部材とをさらに備え、
前記２次電池と、前記冷却通路と、前記他の冷却通路と、前記絶縁部材とは、所定の軸を中心に渦巻状に形成される、請求項７に記載の組電池。
【請求項１１】
車室内部に配置された分割シートと、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の組電池とを備え、
前記組電池は、前記分割シートの下に配置される、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池、およびその組電池を備える車両に関し、特に複数のバイポーラ２次電池を積層することにより構成される組電池と、その組電池を備える車両とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の２次電池の冷却構造に関し、たとえば特開２００５−７１７８４号公報（特許文献１）は、複数の単電池を直列に積層した積層型電池において複数の集電体に冷却用タブが取り付けられた構造を開示する。複数の単電池の各々は、片面に正極活物質層を、その裏面に負極活物質層を有する集電体に別の集電体をポリマー電解質層を介して直列に接続することにより構成される。この積層型電池では、積層時の厚みの中心にある冷却用タブの放熱効果が最大となり、厚さ方向の両端側に向かって冷却用タブの放熱効果が漸減するように、たとえば冷却用タブの表面積あるいは厚み等が調整される。
【特許文献１】特開２００５−７１７８４号公報
【特許文献２】特開２００５−３０２６９８号公報
【特許文献３】特開２０００−１９５４８０号公報
【特許文献４】特開平１０−１０６５２１号公報
【特許文献５】特開２００４−１２７５５９号公報
【特許文献６】特開平１１−１４４７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の積層型電池では冷却用タブが集電体からはみ出る。つまり、上述の積層型電池では冷却用タブを設けることによって電池の幅方向の長さが必然的に大きくなる。しかしながら特開２００５−７１７８４号公報（特許文献１）は、このような問題に対する具体的な解決方法を開示していない。
【０００４】
本発明の目的は、小型化を図りながらその内部を冷却可能な組電池、および、その組電池を備える車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は要約すれば、組電池であって、積層された複数の２次電池を備える。複数の２次電池の各々は、複数の２次電池の積層方向と同一方向に積層された複数のバイポーラ電極を含む。複数のバイポーラ電極の各々の第１の主表面には、正極が形成される。複数のバイポーラ電極の各々の第２の主表面には、負極が形成される。複数の２次電池の各々は、複数のバイポーラ電極のうち隣り合う２つのバイポーラ電極ごとに設けられ、隣り合う２つのバイポーラ電極の一方の正極と、隣り合う２つのバイポーラ電極の他方の負極との間に配置される複数の電解質をさらに含む。組電池は、複数の２次電池の間に冷却媒体を流す複数の冷却通路をさらに備える。
【０００６】
好ましくは、複数の冷却通路は、複数の２次電池のうち隣り合う２つの２次電池ごとにそれぞれ設けられる。隣り合う２つの２次電池の正極同士、または、隣り合う２つの２次電池の負極同士は、複数の冷却通路のうち隣り合う２つの２次電池に対応する冷却通路によって電気的に接続される。
【０００７】
より好ましくは、複数の冷却通路には、冷却装置から送られる冷却媒体が流れる。冷却装置は、複数の冷却通路のうちの少なくとも１つの冷却通路に対しては、冷却媒体を第１の向きに流し、複数の冷却通路のうちの他の冷却通路に対しては、第１の向きとは逆の第２の向きに冷却媒体を流す。
【０００８】
さらに好ましくは、冷却装置は、複数の冷却通路のうち隣り合う２つの冷却通路に対して第１の向きおよび第２の向きに冷却媒体をそれぞれ流す。
【０００９】
さらに好ましくは、組電池は、複数の２次電池および複数の冷却通路を内部に収容する筐体をさらに備える。筐体の外壁には、複数の放熱フィンが設けられる。
【００１０】
さらに好ましくは、複数の電解質は、固体電解質またはゲル状電解質である。
本発明の他の局面に従うと、組電池であって、２次電池を備える。２次電池は、積層された複数のバイポーラ電極を含む。複数のバイポーラ電極の各々の第１の主表面には、正極が形成される。複数のバイポーラ電極の各々の第２の主表面には、負極が形成される。２次電池は、複数のバイポーラ電極のうち隣り合う２つのバイポーラ電極ごとに設けられ、隣り合う２つのバイポーラ電極の一方の正極と、隣り合う２つのバイポーラ電極の他方の負極との間に配置される複数の電解質をさらに含む。組電池は、複数のバイポーラ電極のうち、積層方向における一方端に配置されるバイポーラ電極に沿って設けられ、冷却媒体を流す冷却通路をさらに備える。
【００１１】
好ましくは、２次電池と冷却通路との間には、絶縁部材が配置される。２次電池と冷却通路と絶縁部材とは、所定の軸を中心に渦巻状に形成される。
【００１２】
より好ましくは、冷却通路は、予め渦巻状に成型される。
さらに好ましくは、組電池は、複数のバイポーラ電極のうち、積層方向における他方端に配置されるバイポーラ電極に沿って設けられる他の冷却通路と、他の冷却通路に対して、他方端に配置されるバイポーラ電極と反対側に配置される絶縁部材とをさらに備える。２次電池と、冷却通路と、他の冷却通路と、絶縁部材とは、所定の軸を中心に渦巻状に形成される。
【００１３】
本発明のさらに他の局面に従うと、車両であって、車室内部に配置された分割シートと、上述のいずれかに記載の組電池とを備える。組電池は、分割シートの下に配置される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、組電池の小型化を図りながら組電池内部の冷却を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１６】
［実施の形態１］
図１は、本発明の組電池を示す斜視図である。
【００１７】
図１を参照して、組電池１００は、積層された複数のバイポーラ２次電池４を備える。詳細は後述するが、複数のバイポーラ２次電池４の各々は、複数のバイポーラ電極と、複数の電解質とを含む。複数のバイポーラ電極は、複数のバイポーラ２次電池４の積層方向と同一方向に積層される。複数のバイポーラ電極の各々の第１の主表面には、正極が形成される。複数のバイポーラ電極の各々の第２の主表面には、負極が形成される。つまり、各バイポーラ電極の両面には正極および負極がそれぞれ形成される。
【００１８】
複数の電解質は、複数のバイポーラ電極のうち隣り合う２つのバイポーラ電極ごとに設けられる。各電解質は、隣り合う２つのバイポーラ電極の一方の正極と、隣り合う２つのバイポーラ電極の他方の負極との間に配置される。
【００１９】
組電池１００は、さらに、複数の負極集電板２１と、複数の正極集電板２３とを備える。図１に示すように複数のバイポーラ２次電池４、複数の負極集電板２１、および複数の正極集電板２３は、組電池１００の下側から上側に向かって正極集電板２３、バイポーラ２次電池４、負極集電板２１、バイポーラ２次電池４の順に積層される。
【００２０】
１つの負極集電板２１の上下に配置される２つのバイポーラ２次電池４の各々の負極は、その負極集電板２１によって電気的に接続される。１つの正極集電板２３の上下に配置される２つのバイポーラ２次電池４の各々の正極は、その正極集電板２３によって電気的に接続される。これにより複数のバイポーラ２次電池４は電気的に並列接続される。これにより本実施の形態によれば組電池１００の容量を高くすることができる。
【００２１】
バイポーラ２次電池４において、複数のバイポーラ電極の積層方向の長さ（バイポーラ２次電池４の厚み）は、積層方向に直交する平面の長さおよび幅に比較して大幅に短い。一例を示すと、各バイポーラ２次電池４において複数の電極シートの積層方向の長さを１とした場合、上述の平面の幅および長さは１０〜１５程度となる。各バイポーラ２次電池４に含まれる複数のバイポーラ電極の積層方向と同一方向に複数のバイポーラ２次電池４を積層することで、電池の容量を高めながら組電池のサイズが大きくなることを防ぐことができる。
【００２２】
複数の負極集電板２１および複数の正極集電板２３の各々には複数の貫通孔２Ａが形成される。複数の貫通孔２Ａに冷却媒体（たとえば冷却風や冷却水等）を流すことによって複数のバイポーラ２次電池を冷却することができる。
【００２３】
要するに組電池１００において、負極集電板２１および正極集電板２３は、複数のバイポーラ２次電池のうち積層方向に隣り合う２つのバイポーラ２次電池ごとに配置される。負極集電板２１（および正極集電板２３）は、その内部に冷却媒体が流れることにより放熱部材としても機能する。
【００２４】
よって本実施の形態においては、組電池１００の冷却を行なうために正極集電板２３（あるいは負極集電板２１）に冷却用タブを接続しなくてもよい。つまり組電池１００では正極集電板２３（あるいは負極集電板２１）からはみ出る部分が存在しない。これにより本実施の形態によれば、組電池１００の小型化を図りながら、組電池１００の内部を冷却できる。
【００２５】
冷却通路に冷却媒体を流した場合には冷却通路と冷却媒体との間で熱交換が行なわれる。よって冷却通路の排出口側の温度が冷却通路の導入口側の温度よりも高くなる。複数の負極集電板２１および複数の正極集電板２３（以下、「複数の冷却通路」とも称する）の間で冷却媒体の流れる向きを同一とした場合（たとえば図１に示す組電池１００の前面から背面に冷却媒体を流す場合）には、複数のバイポーラ２次電池４の間で温度のばらつきが生じやすくなる。
【００２６】
本実施の形態では、複数の冷却通路のうちの少なくとも１つの冷却通路に対しては、他の冷却通路に冷却媒体が流れる向き（第１の向き）とは逆の向き（第２の向き）に冷却媒体が流れる。これにより複数のバイポーラ２次電池４の間での温度のばらつきを低減することができる。ここで第１の向きを組電池１００の前面から背面への向きとした場合には第２の向きは組電池１００の背面から前面への向きとなる。
【００２７】
特に図１に示すように、複数の冷却通路同士の間で冷却媒体の流れる向きが第１の向きと第２の向きとで交互になることが好ましい。このように冷却媒体を複数の冷却通路に流すことで複数のバイポーラ２次電池４の間の温度ばらつきをより低減できる。これにより複数のバイポーラ２次電池４の間で温度に依存する特性（たとえばＳＯＣ（State of Charge）など）を均一にすることができる。
【００２８】
図２は、図１の組電池１００の一部を取り出して示す図である。
図２において、組電池は３つのバイポーラ２次電池４を含む。各バイポーラ２次電池４から出力される電圧は、たとえば約２００Ｖである。
【００２９】
図２では２つの負極集電板２１と２つの正極集電板２３とを示す。負極集電板２１および正極集電板２３はバイポーラ２次電池４の負極および正極にそれぞれ電気的に接続される。２つの負極集電板２１は端子Ｔ１に接続される。また２つの正極集電板２３は端子Ｔ２に接続される。これにより組電池の放電時には端子Ｔ１，Ｔ２間に２００Ｖの電圧が出力される。
【００３０】
なお組電池の充電時には端子Ｔ１，Ｔ２間に所定の電圧（たとえば約２００Ｖ）を印加することにより、各バイポーラ２次電池４が充電される。
【００３１】
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に従う組電池の断面図である。
図３を参照して、複数のバイポーラ２次電池４の各々は、積層された複数の電極シート２５を含む。複数の電極シート２５の積層方向は複数のバイポーラ２次電池４の積層方向と同じである。
【００３２】
電極シート２５は、正極をなす正極活物質層２８と、負極をなす負極活物質層２６と、正極活物質層２８と負極活物質層２６との間に介在する電解質層２７とから構成されている。電解質層２７は、イオン伝導性を示す材料から形成される層である。電解質層２７は、固体電解質であっても良いし、ゲル状電解質であっても良い。電解質層２７を介在させることによって、正極活物質層２８および負極活物質層２６間のイオン伝導がスムーズになり、バイポーラ２次電池４の出力を向上させることができる。
【００３３】
複数の電極シート２５は、積層方向に隣り合う位置で正極活物質層２８と負極活物質層２６とが対向するように積層されている。複数の電極シート２５間には、それぞれシート状の集電箔２９が設けられている。集電箔２９の一方の面２９ｂに正極活物質層２８が形成され、集電箔２９の他方の面２９ａに負極活物質層２６が形成されている。正極活物質層２８および負極活物質層２６は、たとえばスパッタリングにより集電箔２９の表面上に形成されている。
【００３４】
電極シート２５の積層方向に隣り合う電解質層２７間に配置された、正極活物質層２８、集電箔２９および負極活物質層２６の組が、バイポーラ電極３０を構成している。バイポーラ２次電池４では、１つのバイポーラ電極３０に、正極をなす正極活物質層２８と負極をなす負極活物質層２６との双方が形成されている。
【００３５】
複数の電極シート２５は、負極集電板２１に最も近い側に配置される電極シート２５ｍと、正極集電板２３に最も近い側に配置される電極シート２５ｎとを含む。電極シート２５ｍは、負極集電板２１側の端に負極活物質層２６が配置されるように設けられている。電極シート２５ｎは、正極集電板２３側の端に正極活物質層２８が配置されるように設けられている。これにより電極シート２５ｍの負極活物質層２６に負極集電板２１が接触され、電極シート２５ｎの正極活物質層２８に接触するように正極集電板２３が積層される。
【００３６】
負極集電板２１および正極集電板２３には冷却媒体を通すための複数の貫通孔２Ａが形成される。
【００３７】
バイポーラ２次電池４の充放電時には複数のバイポーラ電極３０の積層方向に電流が流れる。これによりバイポーラ２次電池４の内部において熱が発生する。一方、複数のバイポーラ電極３０の積層方向の両端に冷却通路（正極集電板２３および負極集電板２１）が設けられる。これらの冷却通路に冷却媒体を流すことで冷却通路の温度が低下する。
【００３８】
上述のように、複数のバイポーラ電極の積層方向の長さ（バイポーラ２次電池４の厚み）は、積層方向に直交する平面の長さおよび幅に比較して大幅に短い。よって、バイポーラ２次電池４の内部で発生した熱は複数のバイポーラ電極３０の積層方向の両端の冷却通路にスムーズに移動する。よってバイポーラ２次電池４を効率よく冷却することができる。
【００３９】
続いて、図３中のバイポーラ２次電池４を構成する各部材について詳細な説明を行なう。集電箔２９は、たとえばアルミニウムから形成されている。この場合、集電箔２９の表面に設けられる活物質層が固体高分子電解質を含んでも、集電箔２９の機械的強度を十分に確保することができる。集電箔２９は、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）もしくはこれらの合金等、アルミニウム以外の金属の表面にアルミニウムを被膜することによって形成されても良い。
【００４０】
正極活物質層２８は、正極活物質および固体高分子電解質を含む。正極活物質層２８は、イオン伝導性を高めるための支持塩（リチウム塩）、電子伝導性を高めるための導電助剤、スラリー粘度の調整溶媒としてのＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、重合開始剤としてのＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）等を含んでも良い。
【００４１】
正極活物質としては、リチウムイオン２次電池で一般的に用いられる、リチウムと遷移金属との複合酸化物を使用することができる。正極活物質として、たとえば、ＬｉＣｏＯ２等のＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２等のＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４等のＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２等のＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。その他、ＬｉＦｅＰＯ４等の遷移金属とリチウムとのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３等の遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨ等が挙げられる。
【００４２】
固体高分子電解質は、イオン伝導性を示す高分子であれば、特に限定されず、たとえば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体などが挙げられる。このようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２等のリチウム塩を容易に溶解する。固体高分子電解質は、正極活物質層２８および負極活物質層２６の少なくとも一方に含まれる。より好ましくは、固体高分子電解質は、正極活物質層２８および負極活物質層２６の双方に含まれる。
【００４３】
支持塩としては、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、もしくはこれらの混合物等を使用することができる。導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等を使用することができる。
【００４４】
負極活物質層２６は、負極活物質および固体高分子電解質を含む。負極活物質層は、イオン伝導性を高めるための支持塩（リチウム塩）、電子伝導性を高めるための導電助剤、スラリー粘度の調整溶媒としてのＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、重合開始剤としてのＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）等を含んでも良い。
【００４５】
負極活物質としては、リチウムイオン２次電池で一般的に用いられる材料を使用することができる。但し、固体電解質を使用する場合、負極活物質として、カーボンもしくはリチウムと金属酸化物もしくは金属との複合酸化物を用いることが好ましい。より好ましくは、負極活物質は、カーボンもしくはリチウムと遷移金属との複合酸化物である。さらに好ましくは、遷移金属はチタンである。つまり、負極活物質は、チタン酸化物もしくはチタンとリチウムとの複合酸化物であることがさらに好ましい。
【００４６】
電解質層２７を形成する固体電解質としては、たとえば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体等、固体高分子電解質を使用することができる。固体電解質は、イオン伝導性を確保するための支持塩（リチウム塩）を含む。支持塩としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、もしくはこれらの混合物等を使用することができる。
【００４７】
さらに、正極活物質層２８、負極活物質層２６および電解質層２７を形成する材料の具体例を表１から表３に示す。表１は、電解質層２７が有機系固体電解質である場合の具体例を示し、表２は、電解質層２７が無機系固体電解質である場合の具体例を示し、表３は、電解質層２７がゲル状電解質である場合の具体例を示す。
【００４８】
【表１】
2007305425.tif 000003
【００４９】
【表２】
2007305425.tif 000004
【００５０】
【表３】
2007305425.tif 000005
【００５１】
多くの場合、２次電池に用いられる電解質は液体である。たとえば鉛蓄電池の場合には電解液に稀硫酸が用いられる。このような２次電池では電解質、正極、負極は密閉された袋あるいはケース等に収納されるので、２次電池の内部に生じた熱は一旦容器に伝達され、容器から外部に放出される。つまり、このような２次電池では電解質（電解液）を収納する容器が存在するために、２次電池の内部における冷却を効率的に行なうことは容易ではない。
【００５２】
これに対し、本実施の形態ではバイポーラ２次電池４の電解質は固体またはゲル状であるので、電解質を収納するための容器は存在しない。よって、２次電池の内部の内部に生じた熱は冷却通路（つまり負極集電板２１および正極集電板２３）にスムーズに伝達される。よって本実施の形態によれば組電池の内部を効率的に冷却することが可能になる。
【００５３】
また、正極集電板２３および負極集電板２１はある程度の強度を有する。本実施の形態では複数のバイポーラ２次電池４の各々は正極集電板２３および負極集電板２１により挟まれる。正極集電板２３および負極集電板２１をバイポーラ２次電池４に挟んだときに正極集電板２３とバイポーラ２次電池４との隙間、あるいは負極集電板２１とバイポーラ２次電池４との隙間をなくすことができる。これによって組電池１００の強度を確保することができる。
【００５４】
続いて、図１〜図３に示す組電池の適用例、および、組電池の冷却方法の具体例について説明する。
【００５５】
図４は、本発明による組電池を搭載した自動車の実施の形態を示す断面模式図である。
図５は、図４に示した自動車の平面透視模式図である。
【００５６】
図４および図５を参照して、本発明による自動車１はたとえば充放電可能な電源を動力源とする電気自動車、あるいは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な電源とを動力源とするハイブリッド車両等である。図１〜図３に示す組電池１００はこれらの自動車に電源として搭載されている。
【００５７】
自動車１はその搭乗空間（車室）５０内において、フロントシート１２ａ，１２ｂ（図５参照）とリアシート６とが配置されている。搭乗空間５０内において、フロントシート１２ａ下に、図１〜図３に示す組電池１００および冷却機構を含む電池パック１２０が配置されている。電池パック１２０は、フロントシート１２ａ，１２ｂ下に配置されたカバー５および床面２００により囲まれた状態となっている。フロントシート１２ａ，１２ｂは本発明の車両が備える「分割シート」に対応する。
【００５８】
なお電池パック１２０はフロントシート１２ｂ下に配置されていてもよい。フロントシート１２ａ，１２ｂの下は自動車１の他の部分に比較して電池パック１２０を収納する空間を確保しやすい。また多くの場合、車体は、衝突時につぶれる部分と、つぶれずに乗員を保護する部分から構成されている。つまりフロントシート１２ａ（あるいはフロントシート１２ｂ）の下に電池パック１２０を配置することにより車体が強い衝撃を受けた場合にも組電池を衝撃から保護できる。
【００５９】
なお図４における矢印ＵＰＲで示す方向は自動車１の天井方向（上方）を示し、矢印ＦＲで示した方向は自動車１の前方方向（進行方向）を示す。また、図５における矢印ＬＨで示す方向は、自動車１の車両左側の方向（左側側面方向）を示す。
【００６０】
図６は、図４および図５の電池パック１２０の構成を模式的に示す上面図である。
図７は、図６の電池パック１２０の構成を模式的に示す側面図である。
【００６１】
図６および図７を参照して、電池パック１２０は、組電池１００と、吸気ダクト３１Ａ，３２Ａと、排気ダクト３１Ｂ，３２Ｂと、吸気ファン３３Ａ，３３Ｂとを含む。なお図が煩雑になるのを防ぐため図７では排気ダクト３１Ｂ，３２Ｂは示していない。
【００６２】
吸気ファン３３Ａ，３３Ｂは、吸気ダクト３１Ａ，３２Ａにそれぞれ接続される。吸気ファン３３Ａが動作すると、吸気ダクト３１Ａを介して冷却風が貫通孔２Ａに導入され、排気ダクト３１Ｂから冷却風が排出される。吸気ファン３３Ｂが動作すると、吸気ダクト３２Ａを介して冷却風が貫通孔２Ａに導入され、排気ダクト３２Ｂから冷却風が排出される。
【００６３】
ここで図７に示すように、負極集電板２１に対しては吸気ファン３３Ａから吸気ダクト３１Ａを介して冷却風が導入される。一方、正極集電板２３の内部の冷却通路に対しては吸気ファン３３Ｂから吸気ダクト３２Ａを介して冷却風が導入される。負極集電板２１および正極集電板２３は複数のバイポーラ２次電池４の積層方向に沿って交互に配置される。よって複数のバイポーラ２次電池４の積層方向に沿って隣り合う冷却通路間で冷却風の流れる方向を互いに逆向きとすることができる。なお、吸気ファン３３Ａ，３３Ｂに代えて１台の吸気ファンから冷却風が負極集電板２１および正極集電板２３に送られるように構成されていてもよい。
【００６４】
以上のように実施の形態１によれば、組電池の小型化を図りながら組電池の内部の冷却を可能にする。
【００６５】
［実施の形態２］
図８は、実施の形態２の組電池を示す図である。
【００６６】
図８を参照して、組電池１００は筐体１０１と積層型電池１１０とを備える。積層型電池１１０は筐体１０１の内部に収容される。なお、図８に示す積層型電池１１０は実施の形態１における組電池１００と同様の構成を有し、複数のバイポーラ２次電池および複数の冷却通路を備える。よって図８に示す積層型電池１１０の構成に関する以後の説明は繰返さない。実施の形態２によれば積層型電池１１０を筐体１０１に収納することによって実施の形態１の組電池よりも剛性を強化することができる。
【００６７】
筐体１０１の外壁には複数の放熱フィン１０２が設けられる。これにより実施の形態２によれば積層型電池１１０の内部を冷却できるだけでなく、積層型電池１１０の外部も冷却できるので、組電池１００の冷却性能を全体的に高めることができる。
【００６８】
積層型電池１１０は複数のバイポーラ２次電池の積層方向に沿って加圧された状態で筐体１０１の内部に収納され、積層型電池１１０に対して上下に位置する筐体１０１の２つの内壁により挟まれる。これにより積層型電池１１０を拘束することが可能になる。なお、図８には示さないが積層型電池１１０の表面は絶縁フィルムで覆われる。
【００６９】
積層型電池１１０の充放電時には、バイポーラ２次電池の内部で電子・イオンの移動が行なわれる。充電時にはバイポーラ２次電池は複数のバイポーラ電極の積層方向に膨張する（膨張したバイポーラ２次電池は放電時に元の状態に戻る）。充放電を繰り返し行なうと、電極間に隙間が生じ、内部抵抗が変化することによって、電池性能が劣化するおそれがある。
【００７０】
実施の形態２では、筐体１０１が積層型電池１１０の拘束部材となる。これにより、電極に生じる寸法変化のばらつきを小さく抑え、電池性能の劣化を抑制できる。また、実施の形態２によれば、たとえば拘束プレートや拘束バンド等の部材を用いずに電池を拘束できる。
【００７１】
［実施の形態３］
図９は、実施の形態３の組電池の全体を示す斜視図である。
【００７２】
図９を参照して、組電池１００Ａは、バイポーラ２次電池４Ａと、絶縁フィルム２４と、冷却通路２Ｂとを備える。絶縁フィルム２４はバイポーラ２次電池４と冷却通路２Ｂとの間に設けられる。冷却通路２Ｂの内部には冷却媒体を流すための複数の貫通孔２Ａが形成される。放熱性をよくするために冷却通路２Ｂは金属で形成されていることが好ましい。
【００７３】
組電池１００Ａの形状は中心軸４１に沿って延びる円柱である。組電池１００Ａは中心軸４１に直交する平面で切断した場合の断面形状が円形となるように形成されている。ただし組電池１００Ａは、その断面形状が長円または楕円になるように形成されていてもよい。
【００７４】
また、組電池１００Ａの冷却は、たとえば冷却ファン（図９には示さず）から送られる冷却風を冷却通路２Ｂの貫通孔２Ａに通すことによって行なわれる。
【００７５】
図１０は、図９に示す組電池１００Ａの製造方法の一例を示す斜視図である。
図１０を参照して、バイポーラ２次電池４Ａおよび絶縁フィルム２４は複数回、巻回される。バイポーラ２次電池４Ａおよび絶縁フィルム２４は略矩形の薄膜形状を有する。一方、冷却通路２Ｂは、金型等によって図９に示す形状（中心軸４１に対して渦巻き状）に予め形成されている。この冷却通路２Ｂに巻回されたバイポーラ２次電池４および絶縁フィルム２４を挿入することによって組電池１００Ａが作製される。
【００７６】
なお、冷却通路２Ｂをバイポーラ２次電池４Ａおよび絶縁フィルム２４とともに巻くことによって組電池１００Ａが作製されてもよい。ただし組電池１００Ａの強度を高くするためには、予め渦巻き状に形成された冷却通路を用いるほうが好ましい。
【００７７】
図１１は、図１０中の２点鎖線ＸＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。
図１１および図３を参照して、バイポーラ２次電池４Ａは負極集電板２１と正極集電板２３とをさらに備える点でバイポーラ２次電池４と異なる。なおバイポーラ２次電池４Ａの他の部分の構成はバイポーラ２次電池４の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。
【００７８】
複数の電極シート２５は、複数の電極シート２５が巻回された場合に、最も内周側に配置される電極シート２５ｍと、最も外周側に配置される電極シート２５ｎとを含む。電極シート２５ｍは、その内周側の端に負極活物質層２６が配置されるように設けられている。電極シート２５ｎは、その外周側の端に正極活物質層２８が配置されるように設けられている。電極シート２５ｍの負極活物質層２６に接触するように負極集電板２１が積層されている。電極シート２５ｎの正極活物質層２８に接触するように正極集電板２３が積層される。
【００７９】
絶縁フィルム２４は正極集電板２３に接触するように設けられる（図１１では絶縁フィルム２４は正極集電板２３に接触した状態を示す）。なお、絶縁フィルム２４の外側には冷却通路２Ｂが設けられる。つまり、実施の形態３においては複数のバイポーラ電極３０のうち、複数のバイポーラ電極の積層方向における一方端に配置されるバイポーラ電極３０に沿って冷却通路２Ｂが設けられる。
【００８０】
また、図９に示すように組電池を作製した際に、絶縁フィルム２４によって、正極集電板２３と負極集電板２１との短絡、すなわち正極集電板２３と負極集電板２１とが冷却通路２Ｂによって電気的に接続されることが防止される。
【００８１】
なお負極集電板２１および正極集電板２３はバイポーラ２次電池４Ａに含まれていなくてもよい。
【００８２】
上述のようにバイポーラ２次電池４Ａは薄膜状である。薄膜の長さを長くするほど電池の容量を大きくすることができる。実施の形態３によれば、薄膜を巻くことによって小型でありながら容量が大きい電池を実現できる。また、実施の形態１におけるバイポーラ２次電池を製造するには、図１０に示す薄膜を所定の大きさに切断して積層することが必要になるが、実施の形態３の組電池は実施の形態１の組電池に比較して製造が容易になる。
【００８３】
また組電池１００Ａにおいて中心軸４１に近い部分においても、冷却通路２Ｂに冷却媒体を流すことで放熱が促進される。すなわち実施の形態３によればバイポーラ２次電池を巻回することによって構成された組電池に対して適切な冷却を行なうことができる。
【００８４】
このように実施の形態３によれば組電池を小型化しながら組電池内部の冷却を適切に行なうことができる。
【００８５】
［実施の形態４］
図１２は、実施の形態４の組電池の全体を示す斜視図である。
【００８６】
図１２および図９を参照して、組電池１００Ｂと組電池１００Ａとの相違点を説明する。まず組電池１００Ｂは冷却通路２Ｃをさらに備える。さらに組電池１００Ｂにおいて冷却通路２Ｂと冷却通路２Ｃとの間には絶縁フィルム２４が設けられる。これらの点で組電池１００Ｂは組電池１００Ａと異なる。組電池１００Ｂの他の部分については組電池１００Ａの対応する部分と同様であるので以後の説明は繰返さない。
【００８７】
また、バイポーラ２次電池４Ａの断面の構造は図１１に示す構造と同様であるので以後の説明は繰返さない。実施の形態４においては、図１１に示すバイポーラ２次電池４の正極集電板２３の外側に冷却通路２Ｂが設けられ、負極集電板２１の外側に冷却通路２Ｃが設けられる。
【００８８】
つまり、実施の形態４においては複数のバイポーラ電極３０のうち、複数のバイポーラ電極の積層方向における一方端に配置されるバイポーラ電極３０に沿って冷却通路２Ｂが設けられ、他方端に配置されるバイポーラ電極３０に沿って冷却通路２Ｃが設けられる。
【００８９】
なお、組電池１００Ｂの冷却は、たとえば冷却ファン（図１２には示さず）から送られる冷却風を冷却通路２Ｂ，２Ｃに通すことによって行なわれる。
【００９０】
また、組電池１００Ｂの製造方法は図１０に示す組電池の製造方法と同様である。予め冷却通路２Ｂ，２Ｃおよび絶縁フィルム２４を一体化して渦巻状に形成する。次に薄膜状のバイポーラ２次電池４Ａが複数回、巻回される。そして図１２に示す冷却通路２Ｂ，２Ｃの隙間にバイポーラ２次電池４Ａを挿入することで組電池１００Ｂが作製される。なお、冷却通路２Ｂ，２Ｃ、絶縁フィルム２４、およびバイポーラ２次電池４Ａを重ねて巻くことにより組電池１００Ｂを作製してもよい。
【００９１】
実施の形態４において正極集電板２３は冷却通路２Ｂに直接接する。一方、実施の形態３においては正極集電板２３と冷却通路２Ｂとの間には絶縁フィルム２４が設けられる。つまり実施の形態４では集電板と冷却通路との間に絶縁フィルムが存在しないため実施の形態３よりも組電池の放熱性を高めることができる。なお、実施の形態３、実施の形態４ともに負極集電板２１は冷却通路（実施の形態３の場合には冷却通路２Ｂであり、実施の形態４の場合には冷却通路２Ｃである）に接する。
【００９２】
以上のように実施の形態４によれば実施の形態３よりも組電池の放熱性を高めることができる。
【００９３】
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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の組電池を示す斜視図である。
【図２】図１の組電池１００の一部を取り出して示す図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に従う組電池の断面図である。
【図４】本発明による組電池を搭載した自動車の実施の形態を示す断面模式図である。
【図５】図４に示した自動車の平面透視模式図である。
【図６】図４および図５の電池パック１２０の構成を模式的に示す上面図である。
【図７】図６の電池パック１２０の構成を模式的に示す側面図である。
【図８】実施の形態２の組電池を示す図である。
【図９】実施の形態３の組電池の全体を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す組電池１００Ａの製造方法の一例を示す斜視図である。
【図１１】図１０中の２点鎖線ＸＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。
【図１２】実施の形態４の組電池の全体を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  自動車、２Ａ  貫通孔、２Ｂ，２Ｃ  冷却通路、４，４Ａ  バイポーラ２次電池、５  カバー、６  リアシート、１２ａ，１２ｂ  フロントシート、２１  負極集電板、２３  正極集電板、２４  絶縁フィルム、２５，２５ｍ，２５ｎ  電極シート、２６  負極活物質層、２７  電解質層、２８  正極活物質層、２９  集電箔、２９ａ，２９ｂ  面、３０  バイポーラ電極、３１Ａ，３２Ａ  吸気ダクト、３１Ｂ，３２Ｂ  排気ダクト、３３Ａ，３３Ｂ  吸気ファン、４１  中心軸、５０  搭乗空間、１００，１００Ａ，１００Ｂ  組電池、１０１  筐体、１０２  放熱フィン、１１０  積層型電池、１２０  電池パック、２００  床面、Ｔ１，Ｔ２  端子。
【図１】
2007305425.tif 000006
【図２】
2007305425.tif 000007
【図３】
2007305425.tif 000008
【図４】
2007305425.tif 000009
【図５】
2007305425.tif 000010
【図６】
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【図７】
2007305425.tif 000012
【図８】
2007305425.tif 000013
【図９】
2007305425.tif 000014
【図１０】
2007305425.tif 000015
【図１１】
2007305425.tif 000016
【図１２】
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