(57)【要約】【課題】電池セルの積層方向の熱伝導は、積層方向に直交する電池セルの電極面方向の熱伝導に比較して小さいので電池セルの積層方向の温度分布が不均一になってしまう。積層された電池セル内部で温度分布が不均一になると、高温に晒される電池セル部分と低温な電池セル部分では電池セルの充電あるいは放電に伴う劣化度合いが異なり電池セルの充放電性能を低下させる。【解決手段】電池セルを積層した積層方向に直交する方向の面(言い換えれば積層方向に平行な面)に吸熱機能を備える吸熱手段を配置して複数の電池セルと吸熱手段を熱的に接続した。吸熱手段と各電池セルの夫々が実質的に同じ条件で熱的に接続されるので、夫々の電池セルで発生した熱が同じ程度の割合で吸熱手段に吸熱されるようになって各電池セルの温度分布の不均一化を抑制することができる。【選択図】図１
2013222603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の正極板及び負極板の間にセパレータを介在させてなる単位電池セルを複数積層して構成される電極群と、前記電極群を収容する電池容器と、前記電極群と電気的に接続され、前記電池容器の外側に少なくとも露出して外部と電気的に接続可能な正極端子及び負極端子を備えた二次電池であって、
前記電極群を構成する単位電池セルの延伸方向の端部に対向した前記電池容器の内面壁の外側に吸熱手段を配置して前記電極群で発生した熱を吸熱するようにしたことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
板状の正極板及び負極板の間にセパレータを介在させてなる単位電池セルを複数積層して構成される電極群と、前記電極群を収容する電池容器と、前記電極群と電気的に接続され、前記電池容器の外側に少なくとも露出して、外部と電気的に接続可能な正極端子及び負極端子を備えた二次電池であって、
前記電極群を構成する単位電池セルの積層方向と直交する前記単位電池セルの延伸方向に対向した前記電池容器の内面壁の外側に吸熱手段を配置して前記電極群で発生した熱を吸熱するようにしたことを特徴とする二次電池。
【請求項３】
請求項２に記載の二次電池において、
前記電池容器は一端が開口した底面壁部と２対の側面壁部を有する略直方体の缶と前記開口を封止する蓋とを有し、前記蓋に前記正極端子及び前記負極端子を取り付けると共に、前記電極群は前記缶の形状に沿うように前記単位電池セルを複数積層して前記缶の中に収納され、前記単位電池セルの積層方向と直交する前記単位電池セルの延伸方向に位置する少なくとも１つの側面壁部に前記吸熱手段が熱的に接続されるように設けられていることを特徴とする二次電池。
【請求項４】
請求項２に記載の二次電池において、
前記電池容器は一端が開口した底面壁部と２対の側面壁部を有する略直方体の缶と前記開口を封止する蓋とを有し、前記蓋に前記正極端子及び前記負極端子を取り付けると共に、前記電極群は前記缶の形状に沿うように前記単位電池セルを複数積層して前記缶の中に収納され、前記単位電池セルの積層方向と直交する前記単位電池セルの延伸方向に位置する底面壁部に前記吸熱手段が熱的に接続されるように設けられていることを特徴とする二次電池。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の二次電池において、
前記吸熱手段は、特定温度において相変化を伴う熱反応を生じる材料を含む混合剤であることを特徴とする二次電池。
【請求項６】
請求項３乃至請求項４のいずれかに記載の二次電池において、
前記電極群は積層方向で少なくとも２つに分割され、その分割部分に熱伝導性が良い材料で作られた内部熱伝導部材が配置され、前記内部熱伝導部材は前記単位電池セルの延伸方向に位置する少なくとも１つの側面壁部付近まで伸びて前記電極群で生じた熱を前記吸熱手段に流すことを特徴とする二次電池。
【請求項７】
請求項３に記載の二次電池において、
前記吸熱手段は前記吸熱手段の伸縮に伴う変位を吸収可能な吸熱手段保持部材によって前記電池容器の外側に保持されていることを特徴とする二次電池。
【請求項８】
請求項３に記載の二次電池において、
前記吸熱手段には放熱促進手段が熱的に接続されていることを特徴とする二次電池。
【請求項９】
請求項８に記載の二次電池において、
前記放熱促進手段は拡大伝熱面であることを特徴とする二次電池。
【請求項１０】
一端が開口した底面壁部と２対の側面壁部を有する略直方体の缶と前記開口を封止する正極端子及び負極端子を取り付けた蓋とを有する電池容器を複数直列に並べて配置すると共に前記複数の電池容器の正極端子及び負極端子を直列接続し、
前記缶の形状に沿うように単位電池セルを複数積層して前記缶の中に収納された電極群を前記電池容器の正極端子及び負極端子と接続し、
前記電極群を構成する前記単位電池セルの積層方向と直交する前記単位電池セルの延伸方向に位置する前記缶の少なくとも１つの前記側面壁部、或いは前記底面壁部に吸熱手段が熱的に接続されていることを特徴とする二次電池モジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載の二次電池モジュールにおいて、
前記直列に並べて配置された前記電池容器同士の互いに対向する１対の側面壁部とは異なる他方の一対の側面壁部に前記吸熱手段が熱的に接続されて配置されていることを特徴とする二次電池モジュール。
【請求項１２】
複数の二次電池モジュールを載置でき、且つ高さ方向に複数設けられた棚、及び前記棚に空気を流す冷却ファンを備えた筺体と、
前記複数の棚に載置され、一端が開口した底面壁部と２対の側面壁部を有する略直方体の缶と前記開口を封止する正極端子及び負極端子を取り付けた蓋とを有する電池容器を複数直列に並べて配置すると共に前記複数の電池容器の正極端子及び負極端子を直列接続し、前記缶の形状に沿うように単位電池セルを複数積層して前記缶の中に収納された電極群を前記電池容器の正極端子及び負極端子と接続し、前記電極群を構成する前記単位電池セルの積層方向と直交する前記単位電池セルの延伸方向に位置する前記缶の少なくとも１つの前記側面壁部、或いは前記底面壁部に吸熱手段が熱的に接続された二次電池モジュールと、
複数の前記二次電池モジュールを電気的に接続するバスバー、及び前記筺体に設けられ、所定の電力を外部に供給するための前記複数の二次電池モジュールの電力制御をおこなう組電池コントローラと
よりなることを特徴とする組電池システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の組電池システムにおいて、
前記冷却ファンは前記棚の方向に沿って空気を流すように前記筺体に取り付けられていることを特徴とする組電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池、二次電池を組み込んだ二次電池モジュール、及び二次電池モジュールを組み込んだ組電池システムに係り、特に冷却性能を向上した二次電池、二次電池を組み込んだ二次電池モジュール、及び二次電池モジュールを組み込んだ組電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータシステムや工場、事務所等のバックアップ電源装置、或いは商用電源とは別に太陽光発電や風力発電の蓄電電源装置として用いられる二次電池においては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池が知られている。
【０００３】
これらの二次電池はその充電と放電の際に発熱して二次電池内の温度が上昇する現象があり、この温度上昇に伴い二次電池の充放電性能が低下するため効率的に二次電池を冷却する必要がある。
【０００４】
この二次電池の冷却に関しては種々の技術が提案されており、典型的には冷却水を用いた水冷方式や流動する空気を用いた空冷方式等が良く知られている。しかしながら、多くの二次電池を使用した電源装置を採用する場合は更に冷却性能を向上することが重要である。
【０００５】
このような冷却性能を向上する要請に対して、例えば特表２０１１−５０３７９４号公報(特許文献１)には、連続的に積み重ねられた複数の板形状電池セルより構成された二次電池の冷却構造が開示されている。
【０００６】
この二次電池は電池セルの夫々がカソード/セパレータ/アノード構造の電極群を有し、これらの電池セルが樹脂層および金属層を含むラミネートシートから形成されたバッテリーケース内に取り付けられている。
【０００７】
そして、電池セルの充電及び放電の際に電池セルから発生した熱を除去するために複数の熱交換板が各電池セル間に挿入、配置され、熱交換板が接続されているフレームを含む熱交換部材が電池セルの片側に取り付けられる構造の二次電池が開示されている。
【０００８】
このような二次電池では、電池セルの電極群から発生した熱は熱交換板を介して熱交換部材により吸収され、次いで吸収された熱が二次電池の外に排出されて二次電池が冷却される構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２０１１−５０３７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に記載の二次電池では複数の熱交換板および熱交換部材を電池セルが積み重さねられた構造の片側に取り付けるように構成されているため、各々の電池セル間に空間を必要とせずに電池を冷却することができる。
【００１１】
特許文献１に記載の二次電池では、電極群で発生した熱は、ラミネートシートから形成された電池ケースあるいは積み重さねられた電池セル間に挿入された熱交換板を経由して放熱されるものである。
【００１２】
しかしながら、大規模な電池システムを構築するために電池セルを積層してなる二次電池に多くの電池セルを用いる場合では、電池セルが多くなるため積層された電池セル内部において熱が籠りやすく、積み重さねられた電池セル間に挿入された熱交換板から放熱する構成を採用しても電池セル内部で大きな温度の不均衡状態が発生してしまう。つまり、積み重さねられた電池セルの積層方向に異なった温度領域が生じて温度分布が均一にならなくなる課題がある。
【００１３】
多くの電池セルを積層した大容量の二次電池では、一般的に電池セルの積層方向の熱伝導は、積層方向に直交する電池セルの電極面方向の熱伝導に比較して著しく小さい。このため、電池セルの積層方向の温度分布が不均一になってしまう。具体的には電池セルの積層方向の中央で温度が高く、積層方向の両端に向かうに従い温度が低くなる傾向を有している。
【００１４】
このように、積層された電池セル内部で温度分布が不均一になると、高温に晒される電池セル部分と比較的低温な電池セル部分では電池セルの充電あるいは放電に伴う劣化度合いが異なってしまい、長期間稼働すると積層された電池セル内部で充放電特性に不均衡が生じて電池セルの充放電性能を著しく低下させてしまう恐れがある。
【００１５】
また、積層された電池セルよりなる二次電池を多数備えた大規模な組電池システムを構築する場合では、それらの二次電池間の温度分布の不均一化を小さくすることが必要である。すなわち組電池システムの一部の二次電池が高温に晒されると、その二次電池の劣化度合いが他の二次電池に比べて異なってしまい、長期間稼働するとシステム全体として充放電性能を著しく悪化させてしまう恐れがある。
【００１６】
特許文献１に記載の二次電池では、電池セルを多数積み重ねることにより大型化を達成できるが、多数の二次電池間の温度分布の不均一化を低減するためには、二次電池間で冷却風量や風温あるいは冷却水温や水量を二次電池間で同程度に維持するする必要があり、冷却機構が複雑化してしまう。
【００１７】
本発明の目的は、電池セル間の温度分布の不均一化を抑制する新規な冷却方式を採用した二次電池、二次電池を組み込んだ二次電池モジュール、及び二次電池モジュールを組み込んだ組電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の特徴は、電池セルを積層した積層方向に直交する方向にある面(言い換えれば積層方向に平行な面)に吸熱機能を備える吸熱手段を配置して複数の電池セルと吸熱手段を熱的に接続した、ところにある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、吸熱手段と各電池セルの夫々が実質的に同じ条件で熱的に接続されるので、夫々の電池セルで発生した熱が同じ程度の割合で吸熱手段に吸熱されるようになって、各電池セルの温度分布が不均一になるのを抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例になる複数の電池セルを備えた二次電池を組み合わせた二次電池モジュールの斜視図である。
【図２】本発明の一実施例になる複数の二次電池モジュールを備えた組電池システムの正面図である。
【図３】図２に示した組電池システムの側面図である。
【図４】図１に示した二次電池モジュールを判り易く分解した分解斜視図である。
【図５】図１に示した二次電池を一部切り欠いた二次電池の部分破断斜視図である。
【図６】図５に示した二次電池の内部構造を示す斜視図である。
【図７】図５に示した二次電池内の電池セルの電極群の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の他の実施例である二次電池の内部構造を示す斜視図である。
【図９】図８に示した内部熱伝導部材の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施例になる複数の電池セルを備えた二次電池を組み合わせた二次電池モジュールの斜視図である。
【図１１】図１０に示した二次電池モジュールの断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例になる複数の二次電池モジュールを備えた組電池システムの正面図である。
【図１３】図１２に示した組電池システムの側面図である。
【図１４】二次電池の他の実施例を示すもので、二次電池の部分破断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の一実施例になる二次電池、及び二次電池を用いた組電池システムについて図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
以下に説明する実施例は電池セルを積層した角形リチウムイオン二次電池、及びこの角形リチウムイオン二次電池を複数組み合わせた定置式の組電池システムである。しかしながら、本発明はこの実施例のような二次電池や組電池システムに限定されるものではなく、種々応用が可能である。
【００２３】
尚、本発明においては複数の実施例を提案しているが、同一の参照番号は同一の構成要素、或いは類似の機能を備えた構成要素を示している。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る二次電池およびこの二次電池を複数備えた二次電池モジュール１６０の構成図である。図２は二次電池モジュール１６０を複数備えた組電池システム１６１を前面からみた正面図、図３は組電池システム１６１を側面から見た側面図である。
【００２５】
図２、図３に示すように、組電池システム１６１は概略直方体形状の筺体であって、複数の二次電池モジュール１６０を所定の位置に複数設置し、且つ高さ方向に複数設けられた棚１６２、筺体内部に冷却用の空気を取り込むための吸気部１６３、筺体内部から空気を排出するための冷却ファン１６４、複数の二次電池モジュール１６０を制御して所定の電力を取り出すための組電池コントローラ１６６を備えている。
【００２６】
図２、図３において二次電池モジュール１６０は所定の電圧、電流を得るために図示していない電気配線あるいは金属製の導電部材であるバスバーにより電気的に直列または並列で、別の二次電池モジュール１６０あるいは組電池コントローラ１６６に接続されている。
【００２７】
組電池コントローラ１６６は、電力取り出し端子１６８を介して所定の電力を外部に供給するために、複数の二次電池モジュール１６０の制御をおこなうものである。
【００２８】
組電池システム１６１は、外部への電力供給が必要な時には、二次電池モジュール１６０内に充電されている電力を外部へ供給する。また、二次電池モジュール１６０に充電が必要な場合には、外部より供給される電力により二次電池モジュール１６０に充電が行われる。この二次電池モジュール１６０の放電は、例えばコンピュータシステムが停電でシステムダウンした場合にバックアップ電源として使用される。また、バックアップ電源として機能させるため商用電源から充電される
充電あるいは放電の際には冷却ファン１６４が作動し、冷却ファン１６４によって開口部１６３より筺体内部に取り込まれた空気は、棚あるいは筺体の天井と筺体の側面によって構成される概略ダクト状の空間を流れ、棚１６２上に配置された二次電池モジュール１６０の周辺を流れることによって二次電池モジュール１６０を冷却する。
【００２９】
図１に示すように、二次電池モジュール１６０は直列に並べて配置された複数の二次電池１００Ａ〜１００Ｄを有し、二次電池１００Ａ〜１００Ｄはそれぞれ略直方体形状であって、それぞれ上面部、二対の側面部、及び底面部で構成されている。
【００３０】
上面部には正極端子１４１、負極端子１５１が設けられ、一方の一対の側面部は夫々の二次電池１００Ａ〜１００Ｄの対向面となり、他方の一対の側面部は熱を吸熱する吸熱手段１３５が取り付けられ、更に底面部は筺体に載置されるようになっている。尚、吸熱手段１３５については後程詳細に説明する。
【００３１】
二次電池１００Ａ、１００Ｃにおいては、正極端子１４１が図面上で下側、負極端子１５１が図面上で上側に配され、二次電池１００Ｂ、１００Ｄにおいては、負極端子１５１が図面上で下側、正極端子１４１が図面上で上側に配されている。すなわち、並置された複数の二次電池１００Ａ〜１００Ｄは、各二次電池１００Ａ〜１００Ｄのそれぞれに取り付けられた正極端子１４１および負極端子１５１の位置が逆転するように、向きが反転して配置されている。
【００３２】
図１に示すように、二次電池１００Ａの図面上で下側の正極端子１４１と二次電池１００Ｄの図面上で下側の負極端子１５１とを除いて、隣り合う各二次電池１００Ａ〜１００Ｄの正極端子１４１と負極端子１５１とは金属製の平板状導電部材であるバスバー１０９によって電気的に接続されている。
【００３３】
正極端子１４１および負極端子１５１において、電池容器の外に露出している部分にはそれぞれおねじが形成されており、二次電池同士を電気的に接続するバスバー１０９が、図示しないナットにより正極端子１４１および負極端子１５１に固定接続されている。尚、バスバー１０９はレーザ溶接や電子ビーム溶接などにより、正極端子１４１および負極端子１５１に接続してもよい。
【００３４】
図１に示す二次電池１００Ａの図面上で下側の正極端子１４１と、二次電池１００Ｄの図面上で下側の負極端子１５１は、他の電池モジュール１６０に電気的に直列または並列に図示しない電気配線あるいはバスバーにより接続されるか、図２に示す電力コントローラ１６に図示しない電気配線あるいはバスバーにより接続される。
【００３５】
また、二次電池モジュール１６０は二次電池１００Ａ〜１００Ｄを底面部で保持するための電池底部保持部材１２２、側面より保持するための電池側面保持部材１２４、二次電池１００Ａ、１００Ｄを外側から保持するためのモジュール端部保持部材１２３、及び二次電池１００Ａ〜１００Ｄ間を所定の間隔に保つためのスペーサ１２１を備え、二次電池１００Ａ〜１００Ｄは電池モジュール１６０において所定の位置に保持される。
【００３６】
二次電池モジュールコントローラ１２０は、二次電池１００Ａ〜１００Ｄの動作状態を監視し、必要に応じて二次電池モジュール１６０の充放電を制御する、あるいは制御するための信号を組電池コントローラ１６６に送信する機能を有している。
【００３７】
また、二次電池モジュール１６０は、二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面に吸熱手段１３５、放熱促進手段１３７、およびそれらを側面に保持するための吸熱手段保持部材１３６を備えている。
【００３８】
図４は図１に示す吸熱手段１３５、放熱促進手段１３７、吸熱手段保持部材１３６の位置関係をわかりやすく説明するために、放熱促進手段１３７、吸熱手段保持部材１３６を引き離して分解した図面である。
【００３９】
吸熱手段１３５は二次電池１００Ａ〜１００Ｄのそれぞれが対向する側面とは異なる一対の側面部１０１ｂの両側に固定されている。この固定方法は例えば熱的に抵抗が少ない、伝熱性が良好な材料によって貼り付ける方法が採用されている。貼り付ける構成要素としては、できるだけ薄くて熱伝導性の良好なものが好ましく、このような条件を満たすものとしては熱伝導性の高い両面テープやシートが挙げられるが特に限定されない。ただ、これまでの使用実績等からシリコン系の樹脂シートや、絶縁性を有する伝熱性セラミック（金属酸化物）粉を含む伝熱シート等を用いることが望ましい。
【００４０】
尚、後述する吸熱手段保持部材１３６によって保持が可能であれば貼り付け手段は無くてもよいが、二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂと吸熱手段１３５の間の伝熱を空気を介さずに行うのには柔軟性を有する伝熱シートを介在させるのがより現実的である。
【００４１】
また吸熱手段１３５の外側には放熱促進手段１３７が取り付け固定されている。取り付けるための構成要素としては吸熱手段１３５と二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂの間の固定方法を用いても良く、例えば熱的に抵抗が少ない、伝熱性が良好な材料によって貼り付ける方法が採用されている。貼り付ける構成要素としては、できるだけ薄くて熱伝導性の良好なものが好ましく、このような条件を満たすものとしては熱伝導性の高い両面テープやシートが挙げられるが特に限定されない。ただ、これまでの使用実績等からシリコン系の樹脂シートや、絶縁性を有する伝熱性セラミック（金属酸化物）粉を含む伝熱シート等を用いることが望ましい。
【００４２】
したがって、二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂと吸熱手段１３５、放熱促進手段１３７は熱的に接続されている。
【００４３】
放熱促進手段１３７はさらにその外側から、弾発部材１３８を介して吸熱手段保持部材１３６によって二次電池の側面部１０１ｂに向かって押さえ付けられている。
【００４４】
弾発部材１３８はそれ自身で伸長、収縮化可能な特性を有しており、放熱促進手段１３７を側面部１０１ｂに押し付ける機能の他に吸熱手段１３５の膨張、収縮の動きを吸収する機能を備えている。
【００４５】
つまり、弾発部材１３８は吸熱手段１３５が膨張あるいは収縮した際にも吸熱手段１３５と二次電池の側面部１０１ｂとの接触状態を良好に維持するために押し付け方向に伸縮可能となっている。
【００４６】
例えば、吸熱手段１３５を構成する吸熱剤は組成にもよるが後述するパラフィンを主材料とする吸熱剤を使用した場合１０％程度の体積変化が生じる。
【００４７】
このような条件を満たすものとしてはゴム材料があり、また、押し付け方向に変形可能なばねを用いてもよい。すなわち弾発部材１３８が吸熱手段１３５、二次電池の側面部１０１ｂ、放熱促進手段１３７の間の接触状態を良好に維持することで、吸熱手段１３５が膨張、収縮してもこれらの間の熱的な接続状態を良好に維持する事が出来る。
【００４８】
また、主に膨張、収縮するのは吸熱手段１３５であるため、吸熱手段保持部材１３６と弾発部材１３８によって吸熱手段１３５を直接保持しても良いし、あるいは放熱促進手段１３７が設けられていない場合でも吸熱手段保持部材１３６と弾発部材１３８によって吸熱手段１３５を直接保持すれば良いものである。
【００４９】
吸熱手段１３５は二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂのほぼ全面にわたって熱を吸収する働きを行うものである。つまり、二次電池１００Ａ〜１００Ｄの内部で積層された電池セルによって生じる熱を吸収して外部に放熱する機能を有している。
【００５０】
吸熱手段１３５は、例えば剛性を有するアルミニウム製の枠体に収納されたアルミシート製の収容体に吸熱剤である吸熱ゲルを封入して構成されており、二次電池１００Ａ〜１００Ｄの内部の熱が熱伝導性の高いアルミニウム材料を通して吸熱ゲルに吸収され、吸熱ゲル全体に拡散すると同時に放熱するように機能するものである。
【００５１】
尚、収容体を比較的剛性を高く設計できれば枠体を省略することができるので、その二次電池１００Ａ〜１００Ｄの設計指針によって種々の変更、応用は可能である。
【００５２】
このように、吸熱手段１３５によって二次電池の側面部１０１ｂのほぼ全体にわたって温度が低下し、結果的に電池セルが積層された二次電池の筺体内部で側面部１０１ｂに対応した内部側面でほぼ均一に各電池セルとの間に温度勾配を作ることができるようになっている。これについては後で更に詳細に説明する。
【００５３】
吸熱手段１３５を構成する吸熱剤は電池セルで発生した熱を吸収することが要請されるので、そのためには吸収可能な熱量を高くすることが重要であり、できるだけ高い比熱を備えた材料であることが望ましい。したがって少なくとも電池セルの実質的な比熱、すなわち電池セルの熱容量を電池セル重量で除した値よりも高い比熱を備えたものである必要がある。
【００５４】
吸熱手段１３５の吸熱剤としてさらに望ましい材料は、熱を吸収する際に溶融ないし気化し、その相変化時の潜熱によって熱を吸収する相変化吸熱機能を備えている材料である。
【００５５】
相変化吸熱機能を備えている材料は電池セルが充放電の際に発生した熱によって上昇する温度よりも低い温度で相変化し、かつ充放電を行わない状態で電池モジュールないし組電池システムが晒されている雰囲気温度では相変化していない事が必要である。
【００５６】
すなわち、雰囲気温度が例えば２５℃とすると、３０℃から４０℃程度で相変化する材料であることが望ましい。また、積層された電池セルの側面を所定の温度に保って熱を均一に吸収するためには相変化が生じる温度範囲はできるだけ小さいことが望ましい。
【００５７】
また、吸熱手段１３５を構成する吸熱剤は熱伝導率が高いことが望ましい。熱伝導率が低い場合は電池セルの側面から熱を吸収してもその熱が吸熱剤の中を伝わりにくくなり、吸熱剤が有効に吸熱に利用されないようになる。また、吸熱剤に吸収された熱が放熱伝熱面に伝わりにくくなり、放熱伝熱面からの放熱効率が低下する。このため熱伝導率としては２Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。
【００５８】
上記の条件を満たす吸熱手段の吸熱剤に用いられる材料として、高い潜熱を持つパラフィンを主材料とし相変化温度を調整するための添加剤、熱伝導率を高めるためのグラファイトや酸化金属粒子等のフィラー、相変化後の形状保持性を高めるための高分子樹脂やゴム材を添加した混合材が挙げられる。
【００５９】
また、パラフィン以外にも塩化カルシウム水和物、硫酸ナトリウム水和物を主材料として用いてもよい。また、これらの混合材をガス透過性の低いアルミフィルムでラミネートあるいは被覆して吸熱手段１３５を形成することで、扱いが簡単で組み立て性の良好な吸熱手段１３５となるものである。
【００６０】
吸熱手段１３５の吸熱剤の量あるいは厚さは特に限定されるものではなく、組電池システムの用途によって異なってくる。例えば組電池システムが、多数のコンピューターを配置したデータセンターの停電時非常用バックアップ電源装置として使用される場合では、コンピューターが安全に停止できるまでの時間、例えば１０分間程度の放電が求められる。この時間は例えばデータの転送、メモリへの記憶やバックアップデータの転送、記憶等の時間に当てられるものである。
【００６１】
このような用途では電池セルの１０分間の発熱を吸収できれば良いが、１０分の短時間では電池セル内部にこもったまま電池セルの外部に出てこない熱もある。すなわち電池セル自身の内部の熱容量によって温度上昇が抑制される分がある。このため、おおよそ１０分間の発熱総量の５分の１程度ないしそれ以上の熱を吸収できれば十分な温度低減効果が得られる。
【００６２】
そして、吸熱剤として相変化吸熱機能を備える材料を用いた場合、１０００００Ｊ／ｋｇ程度の潜熱量が容易に達成できる。
【００６３】
吸熱剤の密度を８００ｋｇ/ｍ３、潜熱量を１０００００Ｊ／ｋｇとして、例えば多数の二次電池（高さ０．１５ｍ、奥行き０．０８ｍ、幅０．１５ｍ）で構成される組電池システムで、１０分間の放電時間の間に二次電池１個に２００Ｗの発熱があると仮定する。
【００６４】
この時に１個の二次電池が１０分間に発生する熱量は１２００００Ｊである。この５分の１を吸熱剤で吸収するとすれば、必要な吸熱剤の重量は１２００００／１０００００／５＝０．２４ｋｇである。
【００６５】
更に、二次電池の側面部の寸法が０．１５ｍ×０．０８ｍであるので、この側面部に吸熱剤(収容体に封入されたもの)を貼り付けるとすると、必要な吸熱剤の厚さは０．２４／（８００×０．１５×０．０８）＝０．０２５ｍ（＝２.５ｃｍ）である。二次電池の側面部の両側に吸熱剤を設けるので、それぞれの吸熱剤に必要な厚みは０．０１２５ｍ（＝１.２５ｃｍ）となり、二次電池の寸法に比較して十分小さい寸法の吸熱剤で熱を吸収できる。
【００６６】
放熱促進手段１３７は吸熱手段１３５に一時的に吸収された熱を最終的に周囲の空気に放熱する機能を備えている。そのため、放熱促進手段１３７は吸熱手段１３５の一面と熱的に接続されており、更に図１乃至図３に示すように吸熱手段１３５に接していない部分にフィン状の凹凸を設けた拡大伝熱面を有している。
【００６７】
二次電池モジュール１６０外部の空気に接する面に凹凸を有する拡大伝熱面を設けることで放熱面積を拡大することで放熱を促進することができる。また、この際、拡大伝熱面は、放熱効率を高めるために熱伝導性の高い材料であることが望ましく、このような材料は例えば銅、アルミニウムあるいはアルミニウム合金である。
【００６８】
次に、二次電池モジュール１６０を構成する二次電池１００Ａ〜１００Ｄについて説明するが、二次電池１００Ａ〜１００Ｄはそれぞれ同じ構造であるため、以下、代表して二次電池１００Ａについて説明する。
【００６９】
図５は二次電池１００Ａを示す部分破断斜視図であり、缶１０１と蓋１０２の一部を破断して示している。図６は電池セル１００Ａの内部構造を示す斜視図である。図７は電極群１７０の構成を示す斜視図である。
【００７０】
図５に示すように、二次電池１００Ａは、所定の厚さを有する板材からなる缶１０１と蓋１０２から構成された電池容器を備えている。缶１０１および蓋１０２の材質は、ステンレスやアルミニウム、アルミニウム合金などである。缶１０１には図６に示される正極集電体１８０および負極集電体１９０に接続された電極群１７０が収容されている。
【００７１】
図５に示されているように、缶１０１は上面が開口された矩形箱状（略直方体形状）に形成され、一対の側面壁部１０１aと一対の側面壁部１０１ｂと底面壁部を有しており、この一対の側面壁部１０１ｂに吸熱手段１３５が熱的に接続可能に取り付けられる。ここで、一対の側面壁部１０１aは二次電池１００Ａ〜１００Ｄのそれぞれの対向面を形成する。（以下では側面壁部は側面部、底面壁部は底面部と表記する。）
缶１０１には、電極群１７０が缶１０１の形状に沿うような形状に構成されて収容されており、本実施の形態では、電極群１７０は第１分割電極群１７０aと第２分割電極群１７０ｂとに等分割されている。
【００７２】
図５および図６に示すように、第１分割電極群１７０ａおよび第２分割電極群１７０ｂは、それぞれ、絶縁フィルム１０８に覆われた状態で缶１０１に収容されている。絶縁フィルム１０８は、ポリプロピレン等の絶縁性を有する厚さ１００μｍ程度の樹脂フィルムであり、図示しないが電極群１７０の底面も絶縁フィルムにより覆われている。これにより、缶１０１と電極群１７０は電気的に絶縁されている。
【００７３】
図５に示すように、蓋１０２は、矩形平板状であって、缶１０１の開口を塞ぐように溶接されている。つまり、蓋１０２は缶１０１を封止している。
【００７４】
蓋１０２には、電極群１７０の正極板１７４と電気的に接続された正極端子１４１、並びに電極群１７０の負極板１７５と電気的に接続された負極端子１５１が設けられている。正極端子１４１および負極端子１５１は、それぞれ電池容器の同一設置面に設けられている。
【００７５】
正極端子１４１が電極群１７０の正極板１７４に電気的に接続され、負極端子１５１が電極群１７０の負極板１７５に電気的に接続されているため、正極端子１４１および負極端子１５１を介して外部に電力が供給され、あるいは、正極端子１４１および負極端子１５１を介して外部発電電力が電極群１７０に供給されて充電される。
【００７６】
図５に示すように、蓋１０２には注液部１０６が設けられている。注液部１０６には、電池容器内に電解液を注入するための注液孔が穿設されている。注液孔は、電解液注入後に注液栓によって封止される。電解液としては、たとえば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を用いることができる。
【００７７】
蓋１０２には、ガス排出弁１０３も設けられている。ガス排出弁１０３は、プレス加工によって蓋１０２を部分的に薄肉化することで形成されている。ガス排出弁１０３は、二次電池１００Ａが過充電等の異常により発熱してガスが発生し、電池容器内の圧力が上昇して所定圧力に達したときに開裂して、内部からガスを排出することで電池容器内の圧力を低減させる。尚、蓋１０２にガス排出弁用の開口を設け、蓋１０２よりも薄い厚みのガス排出弁をガス排出弁用開口に溶接で取り付けることとしても良い。
【００７８】
次に、図７を参照して蓄電要素である電極群１７０の構成について説明する。本実施の形態の電極群１７０は上記したように第１分割電極群１７０ａと第２分割電極群１７０ｂとに分割されている。第１分割電極群１７０ａと第２分割電極群１７０ｂとは同じ構造であるため、以下、代表して第１分割電極群１７０ａについて説明する。
【００７９】
図７は、第１分割電極群１７０ａの積層構造を説明するための概念図であり、図７には第１分割電極群１７０ａを構成する複数枚の正極板１７４及び複数枚の負極板１７５と、正負極板１７４と負極板１７５の間に介在される複数枚のセパレータ１７３とが模式的に示されている。これらによって積層された電池セルが構成されている。つまり、１枚の正極板１７４と１枚の負極板１７５及びこの間に介在されたセパレータ１７３によって単位電池セルが構成されているものである。
【００８０】
このように第１分割電極群１７０ａは図７に示すように、正極板１７４及び負極板１７５の間にセパレータ１７３を介在させて単位電池セルを交互に積層していくことで作製される。
【００８１】
正極板１７４は、正極箔１７１と、正極活物質に結着材（バインダ）が配合された正極活物質合剤が正極箔１７１の両面に塗布されて形成された正極電極層１７６とを有する。
【００８２】
負極板１７５は、負極箔１７２と、負極活物質に結着材（バインダ）が配合された負極活物質合剤が負極箔１７２の両面に塗布されて形成された負極電極層１７７とを有する。正極活物質と負極活物質との間では、充放電が行われる。
【００８３】
正極箔１７１は、厚さ２０〜３０μｍ程度のアルミニウム箔であり、負極箔１７２は、厚さ１５〜２０μｍ程度の銅箔であり、セパレータ１７３の素材は多孔質のポリエチレン樹脂である。
【００８４】
正極板１７４は、正極箔１７１の両面に正極電極層１７６が形成された矩形状の活性物質合剤を塗布した塗工部と、この塗工部の上部の一端（図示左側）から上方に延出した未塗工部とを備えている。正極板１７４の未塗工部は、正極電極層１７６が形成されずに正極箔１７１が露出した正極集電部であり、以下、この正極集電部を正極タブ１７８と称する。
【００８５】
負極板１７５は、負極箔１７２の両面に負極電極層１７７が形成された矩形状の活性物質合剤を塗布した塗工部と、この塗工部の上部の一端（図示右側）から上方に延出した未塗工部とを備えている。負極板１７５の未塗工部は、負極電極層１７７が形成されずに負極箔１７２が露出した負極集電部であり、以下、この負極集電部を負極タブ１７９と称する。
【００８６】
図７に示すように、正負極端子１４１、１５１はそれぞれ円柱状部材であり、それぞれシール材１４２を介して蓋１０２の正負極端子取付用の開口に挿着される。シール材の材質は、ポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂である。これにより、蓋１０２と正負極端子１４１、１５１との間が封止され、正負極端子１４１、１５１と蓋１０２とは電気的に絶縁される。
【００８７】
正極集電体１８０、負極集電体１９０は、概略直方体形状の部材であり、夫々、正極端子１４１、負極端子１５１と電気的に接続されている。また、正極集電体１８０、負極集電体はそれぞれ、正極タブ１７８、負極タブ１７９と電気的に接続されている。
【００８８】
そして、このような正極板１７４と負極板１７５及びセパレータ１７３よりなる単位電池セルを積層して二次電池とした場合は、各電池セルで発生した熱は積層方向に向かって流れるが、その過程で電池セル自身（特に熱伝導率の低いセパレータや活物質）が積層方向の熱移動を妨げるようになる。したがって、多数の電池セルを積層した場合ではその積層方向において温度分布が不均一になって上記したような課題を惹起するようになる。
【００８９】
したがって、この積層された電池セルの放熱をより素早く、しかも温度分布が不均衡になるのを抑制する放熱構造が重要となり、その構造を以下に説明する。
【００９０】
図５に戻って、各電極群１７０は積層された板状の単位電池セルからなり、その積層方向は側面部１０１ｂと同方向である。つまり、電極群１７０の電池セルの横方向である延伸方向と側面部１０１ｂの関係は直交する関係となっている。
【００９１】
一方、各電極群１７０の積層方向には他方の一対の側面部１０１aがあり、電極群１７０の電池セルの延伸方向と側面部１０１aの関係は平行の関係となっている。この一対の側面部１０１aは隣り合う二次電池の側面部１０１aと対向するようになる。
【００９２】
一対の側面部１０１ｂのほぼ全面に図１や図４に示したように吸熱手段１３５が取り付けられるようになっており、この側面部１０１ｂはこれによってほぼ均一に吸熱手段１３５が有する温度に近くなっている。
【００９３】
したがって、缶１０１の側面部１０１ｂの内側である内部側面もほぼ均一に吸熱手段１３５が有する温度に近くなっている。このため、電極群１７０を構成する板状の各電池セルの延伸方向はほぼ同じ条件で側面部１０１ｂの内部側面と向き合うことになる。
【００９４】
この結果、板状の各電池セルと側面部１０１ｂの内部側面とはほぼ同様の温度勾配を有するようになって、各電池セルで発生した熱は主に正極板１７４と負極板１７５を介して同程度の割合で側面部１０１ｂに流れ、更に吸熱手段１３５に向かって流れるようになる。つまり、正極板１７４、負極板１７５はアルミニウム箔、銅箔を含む材料で構成されているので伝熱性能は優れている。
【００９５】
このため、従来では電池セルの積層方向で見て積層された電池セルの中央付近で熱が籠りやすかったのに対し、本実施例の場合は各電池セルで発生した熱は夫々同様の割合で側面部１０１ｂから吸熱手段１３５に流れるため積層された電池セルの温度分布をほぼ均一にすることができる。尚、吸熱手段１３５は二次電池の一対の側面部１０１ｂの内の少なくとも１つの側面部１０１ｂに配置されていれば良いものである。
【００９６】
次に、本実施の形態を総括すると以下のような作用、効果を奏することができる。
【００９７】
（１）二次電池１００Ａ〜１００Ｄが放電あるいは充電を行うと、電極群１７０の内部で熱が発生する。この熱の一部は蓋１０２、端子１４１、１５１から外部に放出される、残りは絶縁フィルム１０８を介して缶１０１に伝えられる。
【００９８】
側面部１０１ｂには吸熱手段１３５が配置されており、熱が吸熱手段１３５に吸収されるため側面部１０１ｂは吸熱手段１３５が無い場合に比較して低い温度に維持される。したがって、吸熱手段１３５がない場合に比較して電極群１７０で発生した熱は側面部１０１aよりも側面部１０１ｂから二次電池外部に放出されやすくなる。
【００９９】
ここで、電極群１７０は、正極板１７４および負極板１７５をセパレータ１７３を介在させて交互に積層することで作製され、側面部１０１aと並行に配置されている。正極板、負極板はアルミニウム箔、銅箔を含む部材で構成されているため、電極群の熱伝導率は積層方向と垂直な面内では大きい。これに対して積層方向に対しては活物質、セパレータといった熱伝導率が低い部材を熱が通過しなければならないため、積層方向の熱伝導率は非常に小さい。
【０１００】
このため、例えば側面部１０１ｂよりも側面部１０１aを低い温度に保つように電池セルを冷却すると、熱は電極群の積層方向に移動し、電極群内部で積層方向に大きな温度分布の不均一化が発生してしまう。
【０１０１】
これに対し、本実施の形態のように側面部１０１ｂに吸熱手段１３５を配置して、側面部１０１ｂから熱を吸収した場合には、各電池セルの熱は電極群の積層方向と垂直な面方向に同程度の割合で移動するため、電極群内部の温度分布の不均一化を抑制して電池セルを素早く冷却することができる。
【０１０２】
吸熱手段１３５は熱を吸収するものであるが、その吸収量は吸熱手段１３５の特性と量によって決まり、無限に熱を吸収できるものではない。しかしながら、発熱が問題となるのは大電力で放電あるいは充電を行う充放電速度が高い場合である。電池はその容量に制限があり、大電力で放電あるいは充電を行うのは限られた時間である。したがって、吸熱手段によって一時的に熱を吸収することで電池セルの冷却が実現できる。
【０１０３】
（２）多数のコンピューターが配置されたデータセンターのように、停電発生時に一時的電源として用いられる場合に、吸熱手段１３５を二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂに配置した効果として以下のようなものがある。
【０１０４】
このような用途では、日常的には電池システムは待機状態となっており、停電時に１０分間程度の短時間（例えばシステムが安全にシャットダウンできるまでの時間）、高い放電速度で可能な全容量が放電される。そして、停電が復旧した後は、ほとんどの場合すぐに組電池システムが稼働することはないため、次の停電に備えて時間をかけて充電を行えばよい。
【０１０５】
したがって、このような用途では、吸熱手段１３５を側面１０１ｂに配置することで、吸熱手段１３５によって一時的に熱を吸収することで電極群内部の温度分布の不均一化を抑制できる。また電池セルの冷却が実現できるだけでなく、吸熱手段１３５で吸収された熱は放電終了後の待機時に時間をかけて外部に放熱すればよいので放熱手段を簡素化することができる。
【０１０６】
（３）吸熱手段として特に、特定温度域で相変化し潜熱として熱を吸収する相変化吸熱手段を用いる事で、二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂの温度をより一定に保つ事が出来る。
【０１０７】
すなわち、吸熱手段１３５を用いずに二次電池モジュール１６０を構成し、外部から空気を通風して冷却する場合、冷却空気は通風の上流側では低い温度に維持されていても、発生した熱を空気が吸収することで下流側の風温は上昇し、下流ほど冷却効率が低下して二次電池モジュール１６０内の各二次電池１００Ａ〜１００Ｄ間で冷却効率に不均一化が生じ、その結果、二次電池モジュール１６０内の二次電池間で温度分布に不均一化が生じてしまう。
【０１０８】
また、同様に、多数の電池モジュール１６０からなる組電池システム１６１を構成した場合には、風量や風温等の冷却条件をすべての二次電池モジュール１６０で均一に保つことは困難であり、このため二次電池モジュール１６０間で温度分布の不均一化が生じてしまう。
【０１０９】
また、上記した説明は冷却空気の通風を想定したが、水等の冷却冷媒を通水して放熱する場合においても、同じように水温上昇や水量の不均一化が発生し、二次電池モジュール１６０内の二次電池１００Ａ〜１００Ｄ間や、組電池システム１６１内の二次電池モジュール１６０間で温度分布の不均一化が発生してしまう。
【０１１０】
これに対し、本実施の形態のように相変化吸熱手段を側面部１０１ｂに配置した場合は、側面部１０１ｂの温度を吸熱手段の相変化温度近傍で比較的一定に維持することができる。したがって、二次電池モジュール１６０内の二次電池１００Ａ〜１００Ｄ間や、組電池システム１６１内の二次電池モジュール１６０間における温度分布の不均一化を抑制することができる。
【０１１１】
（４）また、吸熱手段１３５と熱的に接続した放熱促進手段１３７を設けることで、吸熱手段１３５に吸収された熱を速やかに外部に放出することができ、吸熱手段１３５が電池セルから吸収可能な熱量を増加させることができる。これにより同じ冷却効果を得るための吸熱手段１３５の使用量を低減することができる。また、電池セル側面から熱をより吸収できるようになるため、電極群内部の温度分布の不均一化をさらに改善できる。
（５）吸熱手段１３５と熱的に接続した放熱促進手段１３７を設けることで、吸熱手段に吸収された熱を速やかに外部に放出することができ、充放電を頻繁に繰り返すような発熱が短時間に繰り返される用途においても、電極群内部の温度分布の不均一化を抑制でき、各電池セルを効率よく冷却することができる。
（６）また、吸熱手段保持部材と弾発部材によって吸熱手段を側面に保持することで、吸熱手段が膨張してもこれらの間の熱的な接続状態を維持する事が出来、冷却性能を安定化することができる。
【実施例２】
【０１１２】
次に図８、図９を参照して本発明の第２の実施の形態に係る二次電池１００Ａ〜１００Ｄ、およびそれを用いた二次電池モジュール１６０を説明する。尚、第２の実施の形態においては、二次電池１００Ａ〜１００Ｄの内部に熱伝導部材が追加された点以外は第１の実施の形態と同様の構成である。
【０１１３】
図８は第２の実施形態の電池セルの内部を示すために、缶１０１及び蓋１０２を取り除いたものである。本実施の形態においては、第１分割電極群１７０a、第２分割電極群の間に内部熱伝導部材２０１が設けられている点を除いて、第１の実施の形態と同じである。
【０１１４】
図９に示すように、内部熱伝導部材２０１は「Ｈ」形の形状に構成されており、第１分割電極群１７０a、第２分割電極群１７０ｂの間の位置、すなわち電極群の積層方向の中心位置に広がる中央面部２０２と二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂに並行な側面部２０３を有している。
【０１１５】
中央面部２０２は第１分割電極群１７０a、第２分割電極群１７０ｂの内側側面と密着して接触しており、また、側面部２０３は第１分割電極群１７０a、第２分割電極群１７０ｂの外側側面と密着して接触している。
これにより、内部熱伝導部材２０１は第１分割電極群１７０a、第２分割電極群１７０ｂの内部と、二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂを熱的に接続している。また、側面部２０３の角部は組み立て時に電極群あるいは絶縁シートを破損しないように面取りされている。
【０１１６】
内部熱伝導部材２０１は、第１分割電極群１７０a、第２分割電極群１７０ｂ内部の熱を二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂに伝える機能を有している。このため内部熱伝導部材２０１は高熱伝導材料で構成されていることが望ましい。このような材料は例えばアルミニウム、銅、アルミ合金等が使用できる。
【０１１７】
また、中央面部２０２と側面部２０３は別部材で構成されていてもよいが、中央面部２０２と側面部２０３は熱的に接続されている必要がある。
【０１１８】
また、図８、図９に示した実施の形態では、電極群は第１分割電極群１７０a、第２分割電極群１７０ｂの２個に分割されているが、この分割数が多い場合は、中心位置に広がる中央面部２０２を複数設け、各々が、二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂに平行な側面部２０３に熱的に接続されるような構成としてもよい。
【０１１９】
更に、図８、図９に示した実施の形態では、電極内部と二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂを熱的に接続しているが、電極内部と二次電池１００Ａ〜１００Ｄの底面部を熱的に接続する形状であっても良い。この場合、側面部２０３は二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂではなく、二次電池１００Ａ〜１００Ｄの底面に広がる底面部と平行に構成される。但しこの場合は、後述する第３の実施形態のように二次電池１００Ａ〜１００Ｄの底面側に吸熱手段１３５を配置しなければいけない。
【０１２０】
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態に加えて以下のような作用効果を奏することができる。
【０１２１】
（７）電極群の積層方向の内部に広がる中央面部２０２と二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂ、あるいは底面部に並行な側面部２０３を有する内部熱伝導部材２０１を設けることにより、電極群で温度が高くなる電極群内部から二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂ、あるいは底面部に向かう熱の移動が促進される。これを二次電池１００Ａ〜１００Ｄの側面部１０１ｂ、あるいは底面部に設けられた吸熱手段１35で吸収することによって電極群の最大温度を低下させることができ、更にその結果、二次電池１００Ａ〜１００Ｄ内部の温度分布の不均一化を抑制することができる。
【実施例３】
【０１２２】
次に図１０、図１１、図１２、及び図１３ｂを参照して本発明の第３の実施の形態に係る二次電池モジュール１６０、及び複数の二次電池モジュール１６０を備えた組電池システムを説明する。尚、本実施の形態においては第１の実施の形態と同様の箇所には１００番台に代えて３００番台の参照番号を付し、下２桁を同一番号として、第１の実施の形態との相違点について主に説明する。
【０１２３】
図１０は本発明の第３の実施の形態に係る複数の二次電池を備えた二次電池モジュール３６０の構成を示す斜視図である。また、図１１は図１０における二次電池モジュールをＡ−Ａで断面した時の概略断面図である。また、図１２は組電池システム３６１を前面からみた正面図、図１３は図１２に示した組電池システム３６１を側面から見た側面図である。
【０１２４】
図１２、図１３に示すように、組電池システム３６１は概略直方体形状の筺体であって、複数の二次電池モジュール３６０を所定の位置に設置するための棚３６２、筺体内部に冷却用の空気と取り込むための吸気部３６３、筺体内部から空気を排出するための冷却ファン３６４、複数の電池モジュール３６０を制御し所定の電力をとりだすための組電池コントローラ３６６を備えている。
【０１２５】
図１２、図１３において二次電池モジュール３６０は第1の実施の形態と同様に、二次電池モジュール３６０同士、あるいは組電池コントローラ３６６と電気的に接続されており、充電された電力の外部への供給あるいは、外部より二次電池モジュール３６０への充電が行われる。
【０１２６】
充電或いは放電の際には、冷却ファン３６４が作動すると、冷却ファン３６４によって開口部１３より筺体内部に取り込まれた空気は、棚あるいは筺体の天井と筺体の側面によって構成される概略ダクト状の空間を流れ、棚３６２上に配置された二次電池モジュール３６０の周辺を流れることによって、二次電池モジュール３６０を冷却する。ここで棚３６２は二次電池モジュール３６０の底部に相当する部分が開口されている。したがって二次電池モジュール３６０の底面は、二次電池モジュール３６０が配置されている棚の一段下で形成される概略ダクト状の空間に直接面している。このため、二次電池モジュール３６０の底面も冷却ファンによって取り込まれた空気によって直接冷却されるようになっている。
【０１２７】
図１０に示すように、二次電池モジュール３６０は、二次電池３００Ａ〜３００Ｃを有している。二次電池３００Ａ〜３００Ｃは内部構造を含め第1の実施形態と同一である。二次電池３００Ａ〜３００Ｃは、それぞれ概略直方体形状であって、第1の実施形態における側面部（図４における側面部１０１ｂ）が対向するように並べて配置されている。以降においてそれぞれ第1の実施形態における側面部１０１a、側面部１０１ｂと同一面である。
【０１２８】
二次電池３００Ａ〜３００Ｃには、それぞれ正極端子３４１、負極端子３５１が設けられており、バスバー３０９によって電気的に接続されている。また、バスバー３０９が接続されていない正極端子３４１、負極端子３５１は、第1の実施の形態と同様に電力コントローラ３６６、或いは他の二次電池モジュールに電気的に接続されている。
【０１２９】
二次電池モジュール３６０は二次電池３００Ａ〜３００Ｃを底部より保持するためのモジュール底部保持部材３２２、二次電池３００Ａ〜３００Ｃの開放面である側面部１０１a側より保持するためのモジュール側面保持部材３２４、二次電池３００Ａ、３００Ｃを外側から保持するためのモジュール端部保持部材３２３、および二次電池３００Ａ〜３００Ｃの間を所定の間隔に保つためのスペーサ３２１を備え、二次電池３００Ａ〜３００Ｃは二次電池モジュール３６０において所定の位置に保持される。
【０１３０】
二次電池コントローラ３２０は二次電池の状態を監視し、必要に応じて二次電池モジュールの充放電を制御するあるいは制御するための信号をより組電池コントローラ３６６に送信する。
【０１３１】
また、図１０、図１１に示すように、二次電池モジュール３６０は、二次電池３００Ａ〜３００Ｃの側面に側面側吸熱手段３３５a、二次電池モジュール３６０の底部保持部材３２２の下面側に底面側吸熱手段３３５ｂを備えている。
【０１３２】
更に、二次電池モジュール３６０は吸熱手段３３５a同士の間、あるいは吸熱手段３３５aとモジュール端部保持部材３２３との間に弾発部材３３８を備え、吸熱手段３３５ｂの更に下面側に吸熱手段３３５ｂを下面側から保持するための吸熱手段保持部材３３６aを備える。
【０１３３】
吸熱手段３３５aあるいは３３５ｂは、第一の実施形態と同様にそれぞれ二次電池３００Ａ〜３００Ｃの側面部１０１ｂ、及び底部保持部材３３２の下面側と熱的に接続されている。尚、吸熱手段３３５ｂは本実施例では底部保持部材３３２の下面側と熱的に接続されているが、底部保持部材３３２を枠状に形成して図１１に示す二次電池３００Ａ〜３００Ｃの底面部１０１ｃに直接的に吸熱手段３３５ｂが接触するように構成することも可能である。
【０１３４】
そして、図１１において電極群１７０は紙面に対して直角に方向に伸びるように積層される形となるので、正極板１７４と負極板１７５及びセパレータ１７３よりなる単位電池セルが積層された電極群１７０においては、板状の各電池セルの延伸方向は二次電池３００Ａ〜３００Ｃの側面部１０１ｂと底面部１０１ｃの面に対して直交するようになる。
【０１３５】
したがって、側面部１０１ｂ、及び底面部１０１ｃのほぼ全面に吸熱手段３３５a、３３５ｂが熱的に接続されるように取り付けられているので、この側面部１０１ｂ、底面部１０１ｃもこれによってほぼ均一に吸熱手段３３５a、３３５ｂが有する温度に近くなっている。
【０１３６】
このため、二次電池３００Ａ〜３００Ｃの側面部１０１ｂ、底面部１０１ｃの内側である内部面もほぼ均一に吸熱手段３３５a、３３５ｂが有する温度に近くなっている。このため、電極群１７０を構成する板状の各電池セルの延伸方向はほぼ同じ条件で側面部１０１ｂ、底面部１０１ｃの内部面と向き合うことになる。
【０１３７】
この結果、板状の各電池セルと側面部１０１ｂ、底面部１０１ｃの内部面とはほぼ同様の温度勾配を有するようになって、各電池セルで発生した熱は同程度の割合で側面部１０１ｂ、底面部１０１ｃの内部面に流れ、更に吸熱手段１３５に向かって流れるようになる。
【０１３８】
このため、従来では電池セルの積層方向で見て積層された電池セルの中央付近で熱が籠りやすかったのに対し、本実施例の場合は各電池セルで発生した熱は夫々同様の割合で側面部１０１ｂ、底面部１０１ｃの内部面から吸熱手段３３５a、３３５ｂに流れるため積層された電池セルの温度分布をほぼ均一にすることができる。
【０１３９】
弾発部材３３８は、第１の実施形態の弾発部材１３８と同様に、吸熱手段３３５aが膨張収縮した際にも吸熱手段３３５aと二次電池３００Ａ〜３００Ｃの側面部１０１ｂとの接触状態を維持するために、二次電池の側面部１０１に対して垂直な方向に伸縮可能となっている。
【０１４０】
次に、吸熱手段保持部材３３６aは、端部に伸縮可能なばね構造３３６ｂを備え、吸熱手段３３５ｂを底部保持部材３３２に対して押し付けるように保持している。すなわち、吸熱手段保持部材３３６aは、第一の実施形態における弾発部材１３８と吸熱手段保持部材１３６の両方の機能を備えた部材となっている。
【０１４１】
底部保持部材３３２は二次電池３００Ａ〜３００Ｃを底面側から保持すると同時に、吸熱手段３３５ｂが二次電池３００Ａ〜３００Ｃで発生した熱を効果的に吸収できるように、比較的強度が高く熱伝導性の良好な材料であることが望ましい。このような材料は、例えば鉄あるいはアルミニウム、アルミニウム合金が使用できる。
【０１４２】
また、吸熱手段保持部材３３６aは吸熱手段３３５ｂの膨張収縮に対応して伸縮可能であると同時に、吸熱手段３３５ｂで吸収された熱を二次電池モジュール３６０の底面側から効果的に放熱するために、熱伝導性の良好な材料であることが望ましい。このような材料として、例えば鉄あるいはアルミニウム、アルミニウム合金が使用できる。
【０１４３】
吸熱手段３３５a、３３５ｂの機能および望ましい条件は第1の実施形態と同様である。また、二次電池モジュール３６０を構成する二次電池３００Ａ〜３００Ｃは第1の実施形態における二次電池と同様の構成である。
【０１４４】
上述した本実施の形態によれば、第1の実施形態における効果（１）、（２）、及び（３）に加えて以下のような作用効果を奏することができる。
【０１４５】
（８）放電或いは充電を行うと、電極群１７０の内部で熱が発生するが、この熱の一部は蓋１０２、端子１４１、１５１から外部に放出され、残りは絶縁フィルム１０８を介して缶１０１に伝えられる。そして、二次電池３００Ａ〜３００Ｃの底面部１０１ｃには底部保持部材３３２を介して吸熱手段３３５ｂが熱的に接続されるように配置されており、電池セルで発生した熱が吸熱手段３３５ｂに吸収されるため二次電池３００Ａ〜３００Ｃ底面部１０１ｃは吸熱手段３３５ｂが無い場合に比較して低い温度に維持される。したがって、吸熱手段３３５ｂがない場合に比較して電極群１７０で発生した熱は側面部１０１aよりも底面部１０１ｃから二次電池３００Ａ〜３００Ｃの外部に放出されやすくなる。
【０１４６】
したがって、第1の実施形態の効果（１）で二次電池３００Ａ〜３００Ｃの側面部１０１ｂに吸熱手段３３５aを配置した場合と同様に電極群１７０の内部温度分布の不均一化を抑制しながら電極群の温度を低下することができる。もちろん、側面部１０１ｂと底面部１０１ｃの両方から吸熱するようにすれば、更に電極群１７０の内部温度分布の不均一化を抑制しながら電極群の温度を低下することができる。
【０１４７】
（９）二次電池３００Ａ〜３００Ｃの底面部１０１ｃに吸熱手段３３５ｂを配置して、さらに組電池システム３６１において棚３６２において二次電池３６０の底面部１０１ｃに相当する部分が開口されていることにより、吸熱手段３３５ｂに吸収された熱を速やかに外部に放出することができ、吸熱手段３３５ｂが二次電池３００Ａ〜３００Ｃから吸収可能な熱量を増加させることができる。これにより同じ冷却効果を得るための吸熱手段３３５ｂの使用量を低減することができる。また、二次電池３６０の底面部１０１ｃから熱をより吸収できるようになるため、電極群内部の温度分布の不均一化を更に抑制できる。
【０１４８】
（１０）二次電池３００Ａ〜３００Ｃの底面部１０１ｃに吸熱手段３３５ｂを配置して、さらに組電池システム３６１において棚３６２において二次電池の底面部１０１ｃに相当する部分が開口されていることにより、吸熱手段３３５ｂに吸収された熱を速やかに外部に放出することができ、充放電を頻繁に繰り返すような発熱が短時間に繰り返される用途においても、電極群内部の温度分布の不均一化を拡大することなく二次電池３００Ａ〜３００Ｃを冷却することができる。
【０１４９】
尚、本実施の形態においては第１の実施形態と異なり、二次電池３００Ａ〜３００Ｃの側面部１０１ｂに設けられた吸熱手段３３５aには放熱促進手段１３７が設けられていない。したがって本実施形態においては二次電池３００Ａ〜３００Ｃの側面部１０１ｂに設けられた吸熱手段３３５a
で吸収された熱は、最終的には主に二次電池３００Ａ〜３００Ｃの開放面である側面部１０１aから放熱されることになる。
【０１５０】
しかしながら二次電池３００Ａ〜３００Ｃの側面部１０１ｂに吸熱手段があることによって、電極群１７０の内部で発生した熱は電極群の積層方向に向かって流れる開放面である側面部１０１aに向かうよりも、電極群１７０の板状の電池セルの延伸方向に向かって流れて二次電池３００Ａ〜３００Ｃの側面部１０１ｂ至り、その後に吸熱手段３３５aを経由して開放面である側面部１０１aに流れるようになる。
【０１５１】
したがって、最終的な放熱面が開放面である側面部１０１aであっても、二次電池３００Ａ〜３００Ｃの側面部１０１ｂに吸熱手段３３５aを設けることで、二次電池３００Ａ〜３００Ｃ内部の熱の通過経路が変わり、電極群内部の温度分布の不均一化をさらに抑制できる。すなわち、第1の実施形態と同様に、作用、効果（１）、（２）が得られるものである。
【０１５２】
尚、次のような変形も本発明の範囲内であり、この変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
【０１５３】
上述した実施例１乃至実施例３では、電極群１７０は図７に示すように、正極板１７４及び負極板１７５にセパレータ１７３を介在させて交互に概略並行に積層することで作製されている。これに対し図１４で示すように、正極板、負極板、セパレータを楕円形もしくは円形に捲きつけるように電極群４７０を作成することもでき、以下これを捲回電極群という。
【０１５４】
次にこの捲回電極群の構成について図１４を用いて説明する。ここで、第１の実施の形態と同様の機能を有する箇所には１００番台に代えて４００番台の参照番号を付し、下２桁を同一番号としている。したがって第１の実施の形態と同様の機能の構成要素はその説明を省略する。
【０１５５】
図１２に示す二次電池４００においては、捲回電極群４７０は一組の正極板、負極板、セパレータを概略楕円状ないしは円形に捲きつけて電極群が構成され、その端部に正極タブ４７８、負極タブ４７９が形成されている。
【０１５６】
また、正極タブ３７８は正極集電体４８０および正極端子４４１と電気的に接続されている。また、不図示であるが、正極集電体４８０と対向する側に負極集電体が設けられており、負極タブ４７９は負極集電体および負極端子４５１と電気的に接続されている。
【０１５７】
このような捲回式電極群を有する二次電池４００においても、側面４０１ｂに吸熱手段を設けることで、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、図１４にあるように捲回式電極群４７０においても単位電池セルの延伸方向は側面部４０１ｂに向かって延びている。この側面部４０１ｂには図示はしていないが吸熱手段１３５が熱的に接続されるように取り付けられる構成となる。
【０１５８】
したがって、捲回式電極群４７０の正極板と負極板及びセパレータよりなる単位電池セルにおいては、板状の各電池セルの延伸方向は二次電池４００の側面部４０１ｂの面に対して直交するようになる。側面部４０１ｂのほぼ全面に吸熱手段が熱的に接続されるように取り付けられているので、この側面部４０１ｂもこれによってほぼ均一に吸熱手段が有する温度に近くなっている。
【０１５９】
このため、二次電池４００の側面部４０１ｂの内側である内部側面もほぼ均一に吸熱手段が有する温度に近くなっている。このため、電極群４７０を構成する板状の各電池セルの延伸方向はほぼ同じ条件で側面部４０１ｂの内部側面と向き合うことになる。
【０１６０】
この結果、板状の各電池セルと側面部１０１ｂ、底面部１０１ｃの内部面とはほぼ同様の温度勾配を有するようになって、各電池セルで発生した熱は同程度の割合で側面部１０１ｂ、底面部１０１ｃの内部面に流れ、更に吸熱手段１３５に向かって流れるようになる。
【０１６１】
このため、従来では電池セルの積層方向で見て積層された電池セルの中央付近で熱が籠りやすかったのに対し、本実施例の場合は各電池セルで発生した熱は夫々同様の割合で側面部４０１ｂの内部側面から吸熱手段に流れるため積層された電池セルの温度分布をほぼ均一にすることができる。
【０１６２】
但し、捲回式電極群４７０を構成する単位電池セルでは、実施例１乃至実施例３のような電極群１７０を有する単位電池セルに比較して、側面部４０１ｂと電極群４７０の間に正極集電体４８０あるいは不図示の負極集電体が介在するため、これが熱抵抗となって吸熱手段を側面部４０１ｂに配置した効果が低減される恐れがある。したがって、電池セルは正極板、負極板、及びセパレータを概略並行に積層した電極群である方が望ましい。
【０１６３】
また、実施例1に示す実施形態において、二次電池１００Ａ〜１００Ｄはそれぞれ個別の吸熱手段１３５、放熱促進手段１３７を備えているが、４個の吸熱手段１３５を一体化しても良く、これに合わせて放熱促進手段１３７も一体化しても良い。この場合は部品数が低減される。
【０１６４】
更に、実施例1に示す実施形態において、放熱促進手段１３７は凹凸を有する拡大伝熱面であるが、放熱促進手段１３７は水等の冷却冷媒を循環させる、いわゆる水冷を用いても良い。この場合は吸熱手段１３５に吸収された熱がさらに効率的に放熱されるため、実施例1に示す実施形態における作用効果（４）に示したように吸熱手段１３５の使用量を低減することができる。また、同じく実施例1に示す実施形態における作用効果（５）に示したように、充放電を頻繁に繰り返すような発熱が短時間に繰り返される用途においても、より効果的に冷却することができる。
【０１６５】
最後に本発明の実施例においては、吸熱手段は二次電池あるいは二次電池モジュールに保持されている。しかしながら二次電池モジュールを複数組み合わせた大規模な組電池システムにおいては、二次電池、吸熱手段および拡大伝熱面の間で熱的に接続されている限りにおいては、例えば二次電池モジュールの可搬性を高めるために、吸熱手段あるいは拡大伝熱面を二次電池モジュールから切り離して別の構成部材として組電池システムの筺体上に固定することもできる。
【０１６６】
尚、本発明は上述した各種の実施形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。
【符号の説明】
【０１６７】
１００Ａ〜１００Ｄ…二次電池、１０１…缶、１０１a…側面部、１０１ｂ…側面部、１０１ｃ…底面部、１０２…蓋、１０３…ガス排出弁、１０６…注液部、１０８…絶縁フィルム、１０９…バスバー、１２０…電池セルコントローラ、１２１…スペーサ、１２２…モジュール底部保持部材、１２３…モジュール端部保持部材、１２４…モジュール側面保持部材、１３５…吸熱手段、１３６…吸熱手段保持部材、１３７…放熱促進手段、１３８…弾発部材、１４１…正極端子、１４２…シール材、１５１…負極端子、１６０…二次電池モジュール、１６１…組電池システム、１６２…棚、１６３…吸気部、１６４…冷却ファン、１６６…組電池コントローラ、１６８…電力取り出し端子、１７０…電極群、１７０a…第１分割電極群、１７０ｂ…第２電極分割群、１７１…正極箔、１７２…負極箔、１７３…セパレータ、１７４…正極板、１７５…負極板、１７６…正極電極層、１７７…負極電極層、１７８…正極タブ、１７９…負極タブ、１８０…正極集電体、１９０…負極集電体、２０１…内部熱伝導部材、３００Ａ〜３００Ｃ…二次電池、３０９…バスバー、３２０…電池セルコントローラ、３２１…スペーサ、３２２…モジュール底部保持部材、３２３…端部保持部材、…３２４…モジュール側面保持部材、３３５a…吸熱手段、３３５b…吸熱手段、３３６a…吸熱手段保持部材、３３６ｂ…ばね構造、３３８…弾発部材、３４１…正極端子、３５１…負極端子、３６０…二次電池モジュール、３６１…組電池システム、３６２…棚、３６３…吸気部、３６４…冷却ファン、３６６…組電池コントローラ、３６８…電力取り出し端子。
【図１】
2013222603.tif 000003
【図２】
2013222603.tif 000004
【図３】
2013222603.tif 000005
【図４】
2013222603.tif 000006
【図５】
2013222603.tif 000007
【図６】
2013222603.tif 000008
【図７】
2013222603.tif 000009
【図８】
2013222603.tif 000010
【図９】
2013222603.tif 000011
【図１０】
2013222603.tif 000012
【図１１】
2013222603.tif 000013
【図１２】
2013222603.tif 000014
【図１３】
2013222603.tif 000015
【図１４】
2013222603.tif 000016