(57)【要約】【課題】各単電池セルの冷却特性を均一とするとともに、埃の堆積や結露による漏電などの不具合を防止し、かつコンパクトで高い冷却効率を持つ組電池装置とする。【解決手段】直方体形状をなす単電池セル（１）と、熱伝導性と電気絶縁性を有する軟質材から板状に形成された熱伝導部材（２）と、が互いに密着して交互に複数個列設されてなり列設方向の両端から加圧拘束されてなる組電池部材（１０１）と、組電池部材（１０１）の一表面と接して形成され冷媒が流通するトンネル状の冷却通路（１０２）と、からなる。  冷却通路（１０２）の内部には熱伝導部材（２）の少なくとも一部が伝熱可能に表出し、冷却通路（１０２）を外部から区画する区画壁（１０３）は断熱壁からなる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体形状をなす単電池セル（１）と、熱伝導性と電気絶縁性を有する軟質材から板状に形成された熱伝導部材（２）と、が互いに密着して交互に複数個列設されてなり、該列設方向の両端から加圧拘束されてなる組電池部材（１０１）と、
前記組電池部材（１０１）の一表面と接して形成され冷媒が流通するトンネル状の冷却通路（１０２）と、からなり、
前記冷却通路（１０２）の内部には前記熱伝導部材（２）の少なくとも一部が伝熱可能に表出し、前記冷却通路（１０２）を外部から区画する区画壁（１０３）は断熱壁からなることを特徴とする組電池装置。
【請求項２】
前記熱伝導部材（２）は、マトリックス基材（２０）と、該マトリックス基材（２０）中に含まれ繊維の長さ方向の熱伝導率が１０Ｗ/ｍ・Ｋ以上の繊維部材（２１）と、からなる請求項１に記載の組電池装置。
【請求項３】
前記繊維部材（２１）を構成する繊維は、前記単電池セル（１）の最も広い表面と略平行に、かつ前記冷却通路（１０２）に向かう方向に配向している請求項２に記載の組電池装置。
【請求項４】
前記繊維部材（２１）の表面と前記熱伝導部材（２）の表面との間には、長さ方向の熱伝導率が１０Ｗ/ｍ・Ｋ以上の短繊維（２１ｃ）が前記熱伝導部材（２）の厚さ方向に配向して埋設されている請求項２から３のいずれか１項に記載の組電池装置。
【請求項５】
前記冷媒は、空気である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の組電池装置。
【請求項６】
前記冷却通路（１０２）には複数の放熱板が列設されてなるヒートシンク（４）が配置され、前記熱伝導部材（２）の一部は前記ヒートシンク（４）に密着することで伝熱可能に表出している請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の組電池装置。
【請求項７】
前記断熱壁は、熱伝導率が０．５Ｗ/ｍ・Ｋ以下の断熱材からなる請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の組電池装置。
【請求項８】
前記断熱材は、樹脂或いは樹脂発泡体である請求項７に記載の組電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直方体形状をなす単電池セルを複数個列設してなる組電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車の駆動電源として用いられるニッケル・水素二次電池、リチウムイオン二次電池などは、高いエネルギー密度が必要とされ、かつ搭載スペースは極力小さくすることが求められている。そのため単電池セルを複数個集合させた組電池とするのが一般的である。例えば直方体形状をなす数Ｖ〜十数Ｖの単電池セルを数十個直列に接続し、これを１つのパッケージに納めて組電池とされている。この組電池は、たとえば後席下部、トランクルームなどに搭載されている。
【０００３】
ところで組電池の性能や寿命は温度環境に大きく依存し、高温になると劣化が著しい。そこで、単電池セルの表面に大気と連通する冷却通路を形成し、冷却通路に車室内空気を導入したり、エアコンの風を強制的に導入することが行われている。
【０００４】
一方、ニッケル・水素二次電池などにおいては、充電時などに直方体形状をなす単電池セルが膨張し、最も広い側面が円弧状に外側へ膨らむという現象が避けられない。このようになると、直方体形状をなす単電池セルを複数個集合させた組電池では、対向する壁面どうしが小さな接触面積で接触して接触部分に大きな応力が集中する可能性がある。
【０００５】
そこで、各単電池セルの内圧を均一にして各単電池セルの充放電特性を均一にする目的で、単電池セルに所定の荷重を負荷して加圧拘束した状態で配列することが行われている。例えば特開２００１−３１３０１８号公報に紹介されている組電池装置では、複数の単電池セルを厚さ方向に配列し、厚さ方向の両端にそれぞれ一つずつの拘束板を重ねた上で、２つの拘束板を拘束ロッドにて互いに接近する方向に締め付けている。２つの拘束板を互いに接近する方向に締め付けることで、複数の単電池セルを互いに密着させ、各単電池セルに荷重を負荷することで膨張を規制することができる。
【０００６】
しかし上記組電池装置では、中央部の単電池セルは端部の単電池セルに比べて放熱しにくいという問題がある。このように各単電池セル間の冷却特性に差が生じると、各単電池セルの出力、寿命などにばらつきが生じ、結果的に組み電池装置の出力が不安定となるとともに寿命が短くなってしまう。
【０００７】
そこで特開２００７−０１２４８６号公報には、複数の単電池セルの上部を密閉構造の電池室に収納し、各単電池セルの下部が冷却室に表出した組電池装置が提案されている。この組電池装置によれば、冷却室に冷却空気などを流通させることで各単電池セルを均一に冷却することができる。
【０００８】
また特開平０７−０４５３１０号公報には、各単電池セルに近接してヒートパイプを配置し、ヒートパイプの端部を放熱板に係合することで、単電池セルの熱を外部に放熱するようにした組電池装置が提案されている。
【０００９】
しかしながら、これらの組電池装置では、構造が複雑となるために大型化し、スペース面あるいはコスト面で不具合がある。
【００１０】
そこで、図８に示すように、単電池セル ９００どうしの間にスペーサ ９０１を介在させ、隣接する単電池セル ９００の最も広い側面どうしがスペーサ ９０１を介して互いに対向するように交互に複数個列設し、両端に拘束板 ９０２を配置して拘束ロッドなどによって列設方向に拘束することが行われている（例えば特開２００６−０４８９９６号公報参照）。この組電池装置においては、スペーサ ９０１にリブ ９０３を形成することで、単電池セル ９００とスペーサ ９０１との間に高さ１〜２mmの空間 ９０４が形成される。したがって、単電池セル ９００が膨張した場合にも対向する壁面どうしの干渉を防止することができる。またこの空間 ９０４に空気などの冷却媒体を流通させることによって、単電池セル ９００を冷却することができる。これにより各単電池セル ９００間の冷却特性を均一化でき、寿命を長くすることができる。
【特許文献１】特開２００１−３１３０１８公報
【特許文献２】特開平０７−０４５３１０号公報
【特許文献３】特開２００７−０１２４８６号公報
【特許文献４】特開２００６−０４８９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが特許文献４に記載の組電池装置においては、空間 ９０４に埃などが堆積する場合があり、そうなると均一な冷却が困難となり、各単電池セルの冷却特性に差が生じる。また冷却媒体としては一般にエアコンからの風が用いられるが、外気との温度差によって空間 ９０４に結露が生じる場合があり、水滴が電極部にまで移動することで漏電する可能性が無いとは云えない。
【００１２】
そこで本願出願人は、特願２００７−２１９８１２において、シリコーンゴムなど、熱伝導性の高い軟質材からなるシートを単電池セル間に挟持した組電池装置を提案している。この電池装置によれば、列設方向の両端から加圧拘束されたときに、軟質のシートが両側の単電池セルによって圧縮され、単電池セルの最も広い表面に密着する。これにより単電池セルの熱は、シートから放熱表面に伝導され、放熱空間へ放熱される。
【００１３】
すなわち単電池セルとシートとの間には隙間が無いので、従来の空間 ９０４への埃の堆積の問題は生じない。したがって長期使用後においても各単電池セル毎の冷却条件はほとんど同一となるので、各単電池セル間の冷却特性を均一とすることができ、寿命が長くなる。
【００１４】
さらに単電池セルどうしの間に、特許文献３に記載のような冷却風が流通するための空間を形成する必要がない。したがって単電池セル間距離を縮小でき、全体がコンパクトな形状となり搭載スペースを縮小することができる。また放熱表面を電極から遠い位置に形成しておけば、結露による漏電も防止することができる。
【００１５】
ところが、単電池セルの熱は、シートから放熱表面に伝導され、放熱空間へ放出される。しかし、放熱空間は、単電池セルを収納するケーシングにより区画されており、外部環境（例えば、自動車の排気管等からの排熱を含む環境）と熱的に接続されている。このため、外部環境からの熱が放熱空間内に流入することにより、放熱空間内の温度が上昇し、放熱表面と放熱環境との間の温度差が小さく或いは不安定になりやすくなる。従って、単電池セルの放熱性（冷却効率）が低下しやすい。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、単電池セルを列設した組電池装置において、各単電池セルの冷却特性を均一とするとともに、埃の堆積や結露による漏電などの不具合を防止し、かつコンパクトで高い冷却効率を持つ組電池装置とすることを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（１）本発明の組電池装置は、直方体形状をなす単電池セル（１）と、熱伝導性と電気絶縁性を有する軟質材から板状に形成された熱伝導部材（２）と、が互いに密着して交互に複数個列設されてなり、該列設方向の両端から加圧拘束されてなる組電池部材（１０１）と、前記組電池部材（１０１）の一表面と接して形成され冷媒が流通するトンネル状の冷却通路（１０２）と、からなり、前記冷却通路（１０２）の内部には前記熱伝導部材（２）の少なくとも一部が伝熱可能に表出し、前記冷却通路（１０２）を外部から区画する区画壁（１０３）は断熱壁からなることを特徴とする。
【００１８】
本発明の組電池装置によれば、組電池部材の一表面と接して形成された冷却通路を備えることにより、単電池セルから発する熱は、有効に冷却通路を通じて外部へ放出することができる。つまり、冷却通路は、断熱壁からなる区画壁で外部と熱絶縁的に区画されているため、外部環境の熱（温度）は、冷却通路内の冷媒に影響し難くなり、冷却通路内の冷媒を常に所定の冷却温度で保つことができる。よって、組電池部材と接する一表面の温度と、冷却通路内の冷却冷媒の温度との間における温度差を大きく、かつ安定的に維持することができ、単電池セルの冷却効率が向上する。
（２）本発明の組電池装置の前記熱伝導部材（２）は、マトリックス基材（２０）と、該マトリックス基材（２０）中に含まれ繊維の長さ方向の熱伝導率が１０Ｗ/ｍ・Ｋ以上の繊維部材（２１）と、からなることが好ましい。
【００１９】
マトリックス基材は一定の変形性を持ち、繊維部材は、マトリックス基材より剛性が高い。したがって繊維部材の介在によって熱伝導部材の変形（薄肉化）を防止するでき、単電池セルの膨張を確実に規制することができる。これにより、各単電池セルの内圧を均一にして各単電池セルの充放電特性を均一にすることができる。また、繊維部材によって硬質スペーサが不要となり、単電池セル間距離を縮小できる。そのため、全体がコンパクトな形状となり搭載スペースを縮小することができる。
（３）本発明の組電池装置の前記繊維部材（２１）を構成する繊維は、前記単電池セル（１）の最も広い表面と略平行に、かつ前記冷却通路（１０２）側に向かう方向に配向していることが好ましい。
【００２０】
繊維部材を構成する繊維が単電池セルの最も広い表面と略平行に、かつ冷却通路側に向かう方向に配向していれば、単電池セルからの排熱は熱伝導部材の繊維部材を介して、冷却通路側に向かう方向に効率よく伝熱され、冷却通路から放熱されるので、放熱性がさらに向上する。
（４）本発明の組電池装置の前記繊維部材（２１）の表面と前記熱伝導部材（２）の表面との間には、長さ方向の熱伝導率が１０Ｗ/ｍ・Ｋ以上の短繊維（２１ｃ）が前記熱伝導部材（２）の厚さ方向に配向して埋設されていることが好ましい。
【００２１】
熱伝導部材の厚さ方向に短繊維を配向して埋設することにより、熱伝導部材の表面から繊維部材の表面との間に熱伝導性が向上し、よって、単電池セルの排熱が熱伝導部材の表面から繊維部材へ伝わりやすくなり、放熱が促進される。このため、単電池セルの放熱効率がさらに向上する。
（５）本発明の組電池装置の前記冷媒は、空気であることが好ましい。
（６）本発明の組電池装置の前記冷却通路（１０２）には複数の放熱板が列設されてなるヒートシンク（４）が配置され、前記熱伝導部材（２）の一部は前記ヒートシンク（４）に密着することで伝熱可能に表出していることが好ましい。
【００２２】
冷却通路内にヒートシンクを配置することにより、単電池セルからの排熱がヒートシンクを介して冷却通路内の冷媒と熱交換を行うため、単電池セルの放熱効率がさらに向上する。
（７）本発明の組電池装置の前記断熱壁は、熱伝導率が０．５Ｗ/ｍ・Ｋ以下の断熱材からなることが好ましい。
【００２３】
これにより、外部環境から冷却通路内の冷媒温度を有効に保護することができ、単電池セルの冷却効率が向上する。
（８）本発明の組電池装置の前記断熱材は、樹脂或いは樹脂発泡体であることが好ましい。
【００２４】
なお、[請求項]や[課題を解決するための手段]に用いられる符号は、本発明の構成を理解しやすくするためのものであって、実施例に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の組電池装置によれば、単電池セルから発する熱は、有効に冷却通路を通じて外部へ放出することができる。断熱壁からなる区画壁で冷却通路が外部と熱絶縁的に区画されているため、外部環境の熱（温度）は、冷却通路内の冷媒に影響し難くなり、冷却通路内の冷媒を常に所定の冷却温度で保つことができる。よって、組電池部材と接する一表面の温度と、冷却通路内部に流通する冷却冷媒の温度との間における温度差を大きく、かつ安定的に維持することができ、単電池セルの冷却効率が向上する。
【００２６】
また、単電池セルと熱伝導部材との間には隙間が無いので、従来の空間 ９０４への埃の堆積の問題は生じない。したがって長期使用後においても各単電池セル毎の冷却条件はほとんど同一となるので、各単電池セル間の冷却特性を均一とすることができ、寿命が長くなる。
【００２７】
さらに、熱伝導部材及び冷却通路を設けることによって、単電池セルの排熱が効率的に放出できるため、単電池セル間距離を縮小することできる。よって、全体がコンパクトな形状となり搭載スペースを縮小することができる。また、組電池部材の一部が伝熱可能に冷却通路に表出して設置されており、熱交換が冷却通路内にて行われるため、結露しやすい位置が単電池セルの電極から遠くなり、結露による漏電も防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の組電池装置は、電気自動車やハイブリッド車などの電源装置として好適に用いられる。
【００２９】
本発明の組電池装置は、組電池部材と、冷却通路とからなる。
【００３０】
組電池部材は、単電池セルと板状の熱伝導部材とを備え、単電池セルと熱伝導部材とが互いに密着して交互に複数個列設されてなり、列設方向の両端から加圧拘束されてなる。
【００３１】
冷却通路は、組電池部材の一表面と接してトンネル状に形成され、内部に冷媒が流通される。熱伝導部材の少なく一部が冷却通路の内部に表出しており、熱伝導部材がこの表出部位を介して、冷却通路内の冷媒と熱交換を行う。また、冷却通路を外部から区画する区画壁は断熱壁である。
【００３２】
断熱壁は、熱伝導率が０．５Ｗ/ｍ・Ｋ以下の断熱材を用いることが望ましい。断熱材のなかでも、一般的に熱伝導率が０．２Ｗ/ｍ・Ｋ以下の樹脂（例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂）、或いは熱伝率がさらに低い０．０２Ｗ/ｍ・Ｋ以下の樹脂発泡体（例えば、ポリエチレン樹脂発泡体、ポリプロピレン樹脂発泡体）などが好適に用いられる。
【００３３】
冷却通路の区画壁は断熱性を有するため、冷却通路内を流通する冷媒は、外部から熱的に保護される。よって、外部の熱源（例えば自動車の排熱）からの影響が低減される。冷却通路内の冷媒温度が管理しやすくなる。熱交換時の温度差を大きくそして、安定的に維持することができるので、単電池セルからの熱を効率的に放出することができる。
【００３４】
また、本発明の組電池装置では、冷媒として、エアコンからの冷却風（冷却空気）を使用することができる。冷却空気の他には、電気絶縁性を有する冷却オイルなども使用できる。
【００３５】
本発明の組電池装置において、単電池セルとしては一般的な所謂角型電池セルを用いることができる。樹脂製の筐体をもつもの、あるいは表面に絶縁被膜がコーティングされたものを用いてもよいが、熱伝導性が高い鉄やアルミニウムなどの金属製の筐体が表出する単電池セルを用いることが好ましい。単電池セルの上部には、一対の電極が突出形成されているのが一般的である。通常は、電極をもつ側が全て同じ側となるように、複数の単電池セルが列設される。
【００３６】
熱伝導部材は、熱伝導性と電気絶縁性とを有する軟質材からなる。
【００３７】
熱伝導部材は、マトリックス基材と、マトリックス基材中に含まれた繊維部材とからなることができる。なお、マトリックス基材が軟質材に相当する。熱伝導部材は板状に形成される。ここで熱伝導部材を構成するマトリックス基材における軟質の程度は、アスカーＣ硬度で５０以下のものが望ましい。アスカーＣ硬度で５０以下の軟質度とすることで、単電池セルの最も広い側面との密着性を十分に確保することができ、単電池セルの熱を効率よく放熱することができる。なおアスカーＣ硬度とは、日本ゴム協会標準規格SRIS ０１０１ で規定されるゴム硬度であり、JIS K ６２５３で規定されるショア硬度Ｅに相当する。またマトリックス基材は、熱伝導率が５Ｗ/ｍ・Ｋ以上の熱伝導性を備えることが望ましい。熱伝導率がこれより低いと、放熱性が低くなって好ましくない。
【００３８】
上記した特性を備えるマトリックス基材の材料としては、例えばシリコーンゴムなどの熱可塑性エラストマを用いることができる。シリコーンゴムは熱伝導性と高い電気絶縁性を兼ね備え、アスカーＣ硬度で２〜４５程度と軟質である。また一般のゴムや熱可塑性エラストマは、そのままでは熱伝導性が低すぎて使用できないが、例えばアルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、シリカなどの高熱伝導材を混合することで用いることができる可能性がある。
【００３９】
繊維部材は、繊維の長さ方向の熱伝導率が１０Ｗ/ｍ・Ｋ以上のものが望ましい。このような繊維部材の材料としては、繊維の長さ方向の熱伝導率が約６０Ｗ/ｍ・Ｋの超高分子量ポリエチレン繊維、同熱伝導率が約 ５４０Ｗ/ｍ・Ｋのカーボン繊維、同熱伝導率が約 ２４０Ｗ/ｍ・Ｋのアルミニウム繊維、同熱伝導率が約１０１５Ｗ/ｍ・Ｋのアルミナ繊維、同熱伝導率が約 ４００Ｗ/ｍ・Ｋの銅繊維、同熱伝導率が約 ３００〜 ４００Ｗ/ｍ・Ｋの窒化アルミニウム繊維、同熱伝導率が約２２Ｗ/ｍ・Ｋのチタン繊維、同熱伝導率が約 ２５０Ｗ/ｍ・Ｋの窒化ホウ素などが例示される。中でも、同熱伝導率が約６０Ｗ/ｍ・Ｋの超高分子量ポリエチレン繊維は電気絶縁性も併せ持つので、特に好ましい材料である。
【００４０】
また、繊維部材は、単繊維の集合体で構成することができる。また、単繊維の集合体の配向方向として、冷却通路側に向かう方向に沿う方向が好ましい。つまり、単繊維の熱伝導率は、繊維の長さ方向で１０Ｗ/ｍ・Ｋ以上であったとしても、繊維の径方向では１０Ｗ/ｍ・Ｋに満たない場合がある。単繊維の集合体からなる繊維部材をマトリックス基材の中に埋設した際、冷却通路側に向かう方向に沿って単繊維の集合体を配向することにより、熱伝導部材の表面から伝導してきた単電池セルの排熱は、繊維部材の配向方向に沿って伝導しやすくなっており、冷却通路側に向かう方向以外の方向における熱の伝導（流出）を抑制しながら、冷却通路側に集中して伝熱することができる。これにより、単電池セルを囲む環境の温度上昇を抑えつつ、効率的に冷却通路側に熱を移送し、そして冷却通路を介して放熱を実現している。一方、冷却通路側に向かう方向以外の方向に、単電池セルからの熱が大量に流出した場合、単電池セルの周辺環境の温度が上昇し、単電池セルの劣化に繋がる。
【００４１】
また、マトリックス基材に繊維部材を埋設することにより、熱伝導部材の面剛性が高くなり、単電池セルの膨張をより抑制することが可能となる。
【００４２】
また、繊維部材は、熱伝導部材中に２０〜８０体積％の範囲で含まれていることが望ましい。繊維部材の含有量が２０体積％より少ないと放熱性が不十分となり、８０体積％より多く含有すると熱伝導部材の軟質度が低下して単電池セルとの密着性が低下するため放熱性が低下する。
【００４３】
熱伝導部材を形成するには、繊維部材を型内に配置した状態で溶融状態にあるシリコーンゴムなどの軟質材を注入してプレス成形することで、容易に形成することができる。この場合、繊維部材を形成する際に、長さ方向の熱伝導率が１０Ｗ/ｍ・Ｋ以上の単繊維と単繊維の表面に被覆された軟質熱伝導樹脂層とからなる複合糸を用いることも好ましい。そして軟質熱伝導樹脂層としてマトリックス基材との親和性に富むものを用いれば、マトッリクス基材と繊維部材との密着性が高まり放熱性が向上する。また単繊維と単繊維の表面に被覆された軟質熱伝導樹脂層とからなる複合糸のみを型内に配置してプレス成形すれば、軟質熱伝導樹脂層をマトリックス基材とすることも可能である。
【００４４】
しかし上記したように、シリコーンゴムなどの軟質材を注入するプレス成形にて熱伝導部材を形成した場合、シリコーンゴムの熱伝導性が繊維部材より低い場合には、シリコーンゴムの表面から繊維部材への伝熱量が不足する可能性がある。
【００４５】
そこで、繊維部材の表面と熱伝導部材の表面との間（或いは、熱伝導部材の厚さ方向の両側の表面の間）には、長さ方向の熱伝導率が１０Ｗ/ｍ・Ｋ以上の短繊維の繊維長さ方向が熱伝導部材の厚さ方向に配向して埋設されていることが望ましい。このようにすれば、単電池セルから密着表面に伝えられた熱を、厚さ方向に配向した短繊維を介して効率よく繊維部材に伝熱することができ、放熱性がさらに向上する。
【００４６】
このように短繊維が配向した状態の熱伝導部材を形成するには、シリコーンゴムなどの軟質材に短繊維を混合した複合材を形成しておく。そして繊維部材を型内に配置し、溶融状態とした複合材を注入して成形する際に、熱伝導部材の厚さ方向に磁場を印加しながら成形を行う。これにより短繊維は繊維長さ方向が磁場方向と平行に配向し、熱伝導部材の厚さ方向に配向させることができる。
【００４７】
短繊維の材料は、繊維部材と同一であってもよいし、繊維部材とは異なり磁場方向に配向しやすい窒化ホウ素などの別材料を用いてもよい。また短繊維の形状は、繊維状ばかりでなく鱗片状のものを用いることもできる。厚さ方向に配向した短繊維の含有量は、熱伝導部材中に２０〜６０体積％の範囲とすることが望ましい。厚さ方向に配向した短繊維の含有量が２０体積％より少ないと上記した効果の発現が困難となり、６０体積％より多く含有しても効果が飽和するとともに熱伝導部材の剛性が高くなり過ぎて単電池セルとの密着性が低下して放熱性が低下する。
【００４８】
また熱伝導部材は、単電池セルを収納可能な袋形状に形成してもよい。このようにすれば、袋状の熱伝導部材に単電池セルを投入するだけで、単電池セルと熱伝導部材との積層体を容易に形成することができる。
【００４９】
また、熱伝導部材は、単電池セルに対向し密着する表面が単電池セルに向かって凸の球面とすることもできる。このようにすれば、加圧拘束時には球面の中心部が先ず単電池セルに当接し、圧縮されるに従って中心から外側へ向かって単電池セルと接触する面積が増大していくので、単電池セルと密着する表面との間に空気が残留するのが防止され放熱性が向上する。
【００５０】
本発明の組電池装置では、冷却通路の内部に伝熱可能に表出する熱伝導部材の一部（放熱表面）から延出するタブ部を形成し、そのタブ部を同一方向に配置して冷却通路の内部に突出させてもよい。
【００５１】
上記の場合には、単電池セルと熱伝導部材とを交互に列設して加圧拘束したものをケーシング中に収納し、上記の放熱表面（冷却通路の内部に伝熱可能に表出する熱伝導部材の一部）又はタブ部が突出する側の表面は冷却通路内の冷媒と接触し、熱交換ができる。つまり、トンネル状の冷却通路の内部空間が単電池セルの放熱空間とされており、エアコンの冷風を流通させるなどすれば、各単電池セルの熱を上記の放熱表面（熱伝導部材の冷却通路の内部に表出する一部）又はタブ部を介して均一に放熱することができる。
【００５２】
さらに、複数の放熱板が列設されてなるヒートシンクを放熱空間（冷却通路の内部空間）に配置し、ヒートシンクに熱伝導部材の放熱表面（熱伝導部材の冷却通路の内部に表出する一部）を当接させることが好ましい。ヒートシンクにエアコンの冷風を接触させるようにすれば、ヒートシンク及び熱伝導部材を介して各単電池セルの熱をより均一に放出することができる。
【００５３】
なおヒートシンクを用いる場合には、単電池セルと熱伝導部材とを交互に列設して加圧拘束したものの下方にヒートシンクを配置することが望ましい。このようにすれば、万一ヒートシンクに結露が発生した場合でも、水滴が単電池セルと接触することを防止することができ、漏電を確実に防止できる。
【００５４】
また、熱伝導部材は、板状に形成され、隣接する単電池セルどうしの間に介在させることができる。しかしこの場合は、熱伝導部材の圧縮量を規制することが困難であり、熱伝導部材の両側の単電池セルで膨張量が異なる場合が生じる可能性がある。また、（列設により）積層してなる単電池セルの集合体を整列する（位置決める）必要もある。
【００５５】
そこで、電気絶縁性を持ち、熱伝導部材を収納する空間を形成可能な硬質スペーサを持つことが好ましい。また、硬質スペーサには、整列（位置決め）できる係合部を備えることができる。硬質スペーサが介在することで、熱伝導部材の圧縮量を規制することができる。さらに、積層してなる単電池セルの集合体を整列することができ、単電池セルの組み立てまたは電極の配線等がより容易に行える。
【００５６】
また、硬質スペーサは、一対の略同形状のキャップ状の保持部材で構成することができる。保持部材は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）などの電気絶縁性樹脂から形成することができる。硬質スペーサをキャップ状の保持部材を用いることにより、直方形の単電池セルを両側から挟持して保持することができる。そして、保持部材の厚さにより隣接する単電池セルどうしの間に熱伝導部材の収容空間を形成することができる。従って、硬質スペーサの壁部の厚さにより、熱伝導部材の圧縮量を規制することができる。
【００５７】
また、キャップ状の他には、硬質スペーサを板状に形成することもできる。例えば、板状のスペーサに厚さ方向に貫通する窓部を形成し、この窓部に熱伝導部材を保持することができる。この保持方法としては、凹凸係合などにより保持してもよいし、熱伝導部材を金型内に配置してスペーサを成形するインサート成形にて保持することもできる。なお熱伝導部材の厚さは、周囲の硬質スペーサの壁部の厚さよりも ０．２mm〜２mm程度厚くし、加圧拘束時に単電池セルによって圧縮されることでスペーサと同等の厚さとなるように構成することが望ましい。
【００５８】
熱伝導部材には、隣接する単電池セルの最も広い側面どうしの近接を規制する電気絶縁性の規制手段が配置されていることが好ましい。このようにすることで単電池セルの膨張を確実に規制することができ、各単電池セルの内圧を均一にして各単電池セルの充放電特性を均一にすることができる。この規制手段は、スペーサと一体に形成してもよいし、硬質樹脂を熱伝導部材中に埋設させることで形成してもよい。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００６０】
（実施例１）
図１は、本実施例に係る組電池装置の分解斜視概念図を示す。図２は、本実施例に係る組電池装置の要部縦断面概念図を示す。図３は、図２に示すＩ−Ｉ位置の縦断面概念図を示す。
【００６１】
図に示すように、本実施例の組電池装置は、主に上方に位置する組電池部材１０１と、下方に位置し、組電池部材１０１の下部の一表面に接して形成された冷却通路１０２とからなる。また、冷却通路１０２にはヒートシンク４が設けられている。
【００６２】
（組電池部材）
組電池部材１０１は、直方体形状をなす単電池セル１と、板状に形成された熱伝導部材２とを、互いに密着して交互に複数個列設して積層体として構成される。
【００６３】
具体的には、図２に示すように、単電池セル１の短辺を構成する端部１３０（側面１３）には、ＰＰから形成される一対の保持部材６が設置されている。
【００６４】
保持部材６は、容器状（キャップ状）に形成され、キャップの開口側から単電池セル１の端部１３０を挿入して収容する収容凹部６２を備えている。即ち、キャップ状の保持部材は、単電池セル１の端部１３０を被覆するように取り付けられる。
【００６５】
収容凹部６２は単電池セル１の端部１３０と略同じ形成とされている。これにより、単電池セル１が両側から保持部材６によって挟持して保持される。
【００６６】
保持部材６は、列設される単電池セル１どうしの相対位置を決めるための第１係合部６３、第２係合部６４を備えている。また、第１係合部６３は凸形に形成され、第２係合部６４は第１係合部６３と咬合するように凹形に形成されている。これにより、保持部材６で保持された単電池セル１を列設する際、隣接する一方の保持部材６の第１係合部６３が、隣接する他方の保持部材６の第２係合部６４と係合することで、一体に並列することができる。また、保持部材６の係合関係によって列設された単電池セル１どうしの相対位置のずれを防ぐことができる。
【００６７】
また、組電池部材１０１では、保持部材６により保持された単電池セル１と、熱伝導部材２とが、隣接する単電池セル１の最も広い表面１０どうしが熱伝導部材２を介して互いに対向するように交互に数１０個（図３では３個に省略して示している）ずつ列設され、その列が二列平行に形成されている。保持部材６の側壁の厚さにより、列設方向に隣接する単電池セル１どうしの間に熱伝導部材２を収容する空間が形成される。
【００６８】
列設された組電池部材１０１の両端には、樹脂製の拘束プレート３が配置され、さらに図示しない拘束ロッドによって単電池セル１と熱伝導部材２とが互いに密着するように加圧された状態で拘束されている。その状態で、組電池部材１０１全体が図示しない電気絶縁性樹脂製のケーシングに収納されている。
【００６９】
単電池セル１では、極板、セパレータ、電解液などの電池要素がアルミニウム製の筐体内に収納されている。筐体の上部には、正極及び負極の一対の電極１２が突出している。また筐体は６個の表面をもち、最も広い表面１０どうしが互いに対向するように列設されている。
【００７０】
図４は、単電池セル１に熱伝導部材２を密着して設置された状態を示す概念図である。図４に示すように、熱伝導部材２は、マットリスク基材２０と、繊維部材２１とからなる。
【００７１】
具体的には、マトリックス基材２０は、アスカーＣ硬度が４５、熱伝導率が５Ｗ/ｍ・Ｋのシリコーンゴムからなる。
【００７２】
繊維部材２１は、単繊維２１ｂからなり、マトリックス基材２０に埋設されている。単繊維２１ｂは、超高分子量ポリエチレン繊維（「ダイニーマ」東洋紡製）から形成される。
【００７３】
具体的には、繊維部材２１を構成する単繊維２１ｂは、マットリスク基材２０の厚み方向の略中央部に埋設されている。なお、繊維部材２１は、熱伝導部材２中に５０体積％の量で埋設されている。
【００７４】
図４に示すように、繊維部材２１を含んだ熱伝導部材２は、列設方向における単電池セル１どうしの間、及び組電池部材１０１（単電池セル１）と冷却通路１０２との間に設けられる。つまり、熱伝導部材２は、水平方向に配置された第１部材２０１ａと縦方向に配置された複数枚の第２部材２０１ｂにより構成されている。第１部材２０１ａと第２部材２０１ｂは互い直交して配置されている。
【００７５】
第２部材２０１ｂは、単繊維２１ｂが単電池セル１の最も広い表面（側面１０）と略平行に、かつ前記冷却通路（１０２）に向かう方向に配向している。
【００７６】
第１部材２０１ａは、短繊維２１ｃが第１部材２０１ａの厚さ方向に沿って配置されている。
【００７７】
なお、第１部材２０１ａに、さらに単繊維（図示しない）を配合してもよい。つまり、単繊維が単電池セル１の長辺を構成する側面１１と略平行に配向して設置してもよい。具体的には、単繊維は、横糸（図示しない）と縦糸（図示しない）により形成された織布で構成され、マトリックス基材２０の厚さ方向の略中央部に埋設されていることができる。第１部材２０１ａに横糸及び縦糸を備えることにより、面方向に熱を均一に分散してヒートシンク４に伝熱することができ、放熱性がさらに向上する。
【００７８】
図５は、図３に示すII―II位置における単電池セル１どうしの間に熱伝導部材２（第１部材２０１ａ）を密着して設置された状態を示す横断面概念図である。
【００７９】
図６は、図３に示すIII−III位置における単電池セル１（組電池部材１０１）とヒートシンク４との間に熱伝導部材２（第２部材２０１ｂ）を密着して設置された状態を示す縦断面概念図である。
【００８０】
図５、図６に示すように、本実施例の組電池装置の熱伝導部材２には、マトリックス基材２０に、単繊維２１ｂと同様の超高分子量ポリエチレン繊維（「ダイニーマ」東洋紡製）からなる短繊維２１c が埋設保持されている。短繊維２１c は、その繊維長さ方向が熱伝導部材２の厚さ方向に平行に配向している。なお短繊維２１c は、熱伝導部材２中に３０〜４０体積％含有されている。
【００８１】
この熱伝導部材２（例えば第２部材２０１ｂ）を製造するには、短繊維２１c を混合した複合材を形成しておく。そして繊維部材２１を型内に配置し、溶融状態とした複合材を注入してプレス成形する際に、熱伝導部材２の厚さ方向に磁場を印加しながら成形を行う。これにより短繊維２１c は磁場方向に配向し、熱伝導部材２の厚さ方向に配向させることができる。
【００８２】
また、図４に示すように、板状をなす第２部材２０１ｂは、最も広い表面が密着表面２２を構成し、密着表面２２に直交し密着表面２２の長辺を含む表面が放熱表面２３を構成している。第２部材２０１ｂには、単繊維２１ｂが冷却通路１０２側に配向し、端面が放熱表面２３に表出している。
【００８３】
一方、第１部材２０１ａは、最も広い表面が密着表面２２を構成している。
【００８４】
図４から理解できるように、第２部材２０１ｂの放熱表面２３は、第１部材２０１ａの一方の密着表面２２に接している。そして、第１部材２０１ａの他方の密着表面２２は、冷却通路１０２側にも接している。よって、単電池セル１の最も広い表面１０から放出された熱は、第２部材２０１ｂにおいて、短繊維２１c によって効率よく単繊維２１ｂに伝熱され、単繊維２１ｂの配向に沿って第１部材２０１ａ側に伝導し、さらに第１部材２０１ａの密着表面２２からヒートシンク４へ熱伝導される。そして、ヒートシンク４を介して冷却通路１０２に伝熱される。
【００８５】
このように、熱伝導部材２に短繊維２１ｃを加えることにより、単繊維２１ｂ方向に直交する方向の熱伝導が促進される。単繊維２１ｂと短繊維２１ｃの熱的な連結より、有効に単電池セル１からの放熱を均一かつ効率的に放出することができる。
【００８６】
また、図示しない拘束ロッドにて両側から所定の荷重にて押圧した状態で加圧拘束すると、熱伝導部材２の厚みは隣接する一対の単電池セル１の最も広い側面１０によって圧縮される。第２部材２０１ｂはアスカーＣ硬度が４５と軟質であるために、圧縮によって容易に変形して単電池セル１の最も広い側面１０及び単電池セル１の底部に位置する第１部材２０１ａの密着面２２と密着するとともに厚さが薄くなる。厚さが薄くなった部分の余肉は、単電池セル１の上方の空間へさらに膨出することで吸収される。
【００８７】
そして単電池セル１が熱膨張しようとしても、熱伝導部材２及び保持部材６によって膨張が規制されているため膨張を確実に規制することができる。また単電池セル１どうしの間隔は保持部材６の側壁の厚さによって決まり、従来のリブをもつスペーサを介在させる場合に比べて単電池セル１どうしの間隔を狭くすることができる。したがって搭載スペースを縮小することが可能となる。
【００８８】
（冷却通路）
冷却通路１０２は、断熱壁からなる区画壁１０３でトンネル状に形成されている。冷却通路１０２の両端には開口部１０２２が形成されている。一方の開口部１０２２から他方の開口部１０２２へエアコンからの冷却空気（冷媒）が冷却通路１０２を流通する。このように、冷却通路１０２は、外部から熱的に保護（断熱）されている。
【００８９】
また、組電池部材１０１側に、区画壁１０３に開口部１０２１が形成されており、開口部１０２１を介して、ヒートシンク４が冷却通路１０２の内部に設置（挿入）される。
【００９０】
また、図２に示すように、単電池セル１の最も広い表面１０に直交し、最も広い表面１０の長辺を含む側面（底面）１１には、板状の熱伝導部材２（第１部材２０１ａ）を隔ててヒートシンク４が配置されている。なお、第１部材２０１ａの上面には、単電池セル１の側面１１（底面）が密着して当接され、第１部材２０１ａの下面は、ヒートシンク４の表面に密着している。
【００９１】
ヒートシンク４は、複数の放熱板が列設されてなる金属製のものであり、本実施例では第１部材２０１ａの密着表面２２がヒートシンク４に密着している。
【００９２】
このように、ヒートシンク４は、単電池部材１０１と密着しながら、外部から断熱された冷却通路１０２に挿入され、冷媒と接触している。
【００９３】
また、図１に示すように、冷却通路１０２の底部には、底部より突出し冷媒の流れ方向に直交する方向に沿ってリブ部１０２３が形成される。ヒートシンク４は、リブ部１０２３に当接して配置される。これにより、ヒートシンク４が安定に冷却通路１０２に配置されると同時に、冷却空気の流れを調整することができ、ヒートシンク４での熱交換性がさらに向上する。
【００９４】
なお、本実施例では熱伝導部材２に密着するヒートシンク４を用いているが、ヒートシンク４に代えて、熱伝導部材２の一部を冷却通路１０２に表出し、直接冷風により熱交換（放熱）をすることもできる。
【００９５】
本実施例では、区画壁１０３は、断熱性の高いポリエチレン樹脂から構成されているが、より高い断熱性の材料、例えば樹脂発泡体（ポリエチレン樹脂発泡体など）がより好ましい。
【００９６】
また、本実施例では、単電池セル１どうしの間に、特許文献４に記載のような冷却風が流通するための空間を形成する必要がなく、硬質スペーサを介在させる必要もなく、熱伝導部材２の厚さも薄くてよい。したがって単電池セル１間距離を縮小でき、全体がコンパクトな形状となるので搭載スペースを縮小することができる。
【００９７】
また、本実施例の組電池装置では、図に示すように、ヒートシンク４の位置を、単電池セル１の下方としている。このため、万一ヒートシンク４に結露が発生した場合でも、水滴が単電池セル１と接触することを防止することができ、漏電を確実に防止できる。
【００９８】
（熱伝導部材）
熱伝導部材２中に繊維部材２１を厚さ方向で、単層でも複数層（図５に示す）で積層することができる。なお、複数層積層することが好ましい。このようにすれば、放熱表面２３に表出する単繊維２１ｂ の端面の合計面積をより大きくすることができる。また密着表面２２から繊維部材２１までの距離が短くなる。したがって放熱性がさらに向上する。
【００９９】
本実施例の組電池装置によれば、マトリックス基材２０の熱伝導率は５Ｗ/ｍ・Ｋであり、繊維部材２１の繊維の長手方向の熱伝導率は６０Ｗ/ｍ・Ｋであり、繊維部材２１の繊維の短手方向の熱伝導率は３Ｗ/ｍ・Ｋである。したがって単電池セル１の熱は、先ず密着表面２２からマトリックス基材２０に伝熱され、マトリックス基材２０の内部を伝わって繊維部材２１に伝熱される。そして繊維の長手方向の熱伝導率がきわめて高いため、熱は繊維部材２１の単繊維２１ｂ から冷却通路側１０２のヒートシンク４に伝熱され、ヒートシンク４から効率よく放熱される。
【０１００】
すなわち本実施例の組電池装置によれば、それぞれの熱伝導部材２からほとんど同じ条件で放熱が行われるので、それぞれの単電池セル１はほとんど同じ条件で冷却され、各単電池セル１の放熱性を均一とすることができる。
【０１０１】
また単電池セル１と熱伝導部材２との間には隙間が無いので、従来の空間 １０４への埃の堆積の問題は生じない。したがって長期使用後においても各単電池セル１毎の放熱性はほとんど同一となるので、各単電池セル間の冷却特性を均一とすることができ、寿命が長くなる。
【０１０２】
（実施例２）
本実施例の組電池装置は、基本的に第１実施例と同様であり、以下異なる部分について説明する。
【０１０３】
図７は、本実施例の組電池装置の熱伝導部材の断面図を示す。図７に示すように、単繊維２１b のみからなる繊維部材２１をマトリックス基材２０中に埋設した熱伝導部材２を用いたこと以外は実施例１と同様である。以下、その製造方法を説明する。
【０１０４】
先ず実施例１と同様の超高分子量ポリエチレン繊維（「ダイニーマ」東洋紡製）からなる単繊維２１b の表面に、熱伝導率が５Ｗ/ｍ・Ｋのシリコーンゴムからなる被覆層５０を形成してなる複合糸５を用意した。
【０１０５】
次に、図７に示すように、この複合糸５を複数束ねて金型内に配置し、熱プレスすることで熱伝導部材２を形成した。
【０１０６】
本実施例の組電池装置によれば、単繊維２１ｂ とマトリックス基材２０との密着性がさらに高まるため、放熱性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１実施例に係る組電池装置の分解斜視概念図を示すものである。
【図２】本発明の第１実施例に係る組電池装置の要部縦断面概念図を示すものである。
【図３】本発明の第１実施例に係る組電池装置の図２に示すＩ−Ｉ位置における縦断面概念図を示すものである。
【図４】本発明の第１実施例に係る組電池装置の単電池セルに熱伝導部材を密着して設置された状態を示す概念図である。
【図５】本発明の第１実施例に係る組電池装置の図３に示すII―II位置における横断面概念図を示すものである。
【図６】本発明の第１実施例に係る組電池装置の図３に示すIII−III位置における縦断面概念図を示すものである。
【図７】本発明の第２実施例に係る組電池装置の熱伝導部材の断面概念図を示すものである。
【図８】従来の組電池装置の分解斜視概念図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１：単電池セル     ２：熱伝導部材    
２０：マトリックス        ２１：繊維部材      
１０１：組電池部材        １０２：冷却通路
１０３：区画壁
【図１】
2009301877.tif 000003
【図２】
2009301877.tif 000004
【図３】
2009301877.tif 000005
【図４】
2009301877.tif 000006
【図５】
2009301877.tif 000007
【図６】
2009301877.tif 000008
【図７】
2009301877.tif 000009
【図８】
2009301877.tif 000010