JP2017098117A - 車載用電池 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、放熱性に優れ、省スペース且つ軽量な車載用電池を提供することを課題とする。【解決手段】車載用電池１５は、複数の電池セル１と、前記電池セル１を保持する保持部材であるケース２０と、前記電池セル１を冷却する冷却用空気１１が流れる車載用電池１５において、電池セル１およびケース２０のうちの少なくとも一方に接触する放熱部材が配置される。放熱部材は、グラファイトシート５０およびグラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方を有し、電池セル１及びケース２０と接触していない放熱箇所を持つ。放熱箇所は、冷却用空気１１の流路に配置され、グラファイトシート５０およびグラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方が主な部材である。【選択図】図６

Description

本発明は、グラファイトシートおよびグラファイトシート積層体を用い、優れた放熱性を有する車載用電池を提供する。

近年、低燃費性と環境負荷の少ないハイブリッド車や電気自動車の普及が加速している。このため、高出力でエネルギー容量の大きい電池が求められることから、複数の電池セルを連結した電池モジュールおよび電池パックが必要とされている。一方で、このように複数の電池パックを連結した場合、電池セルから発生する熱がこもり易くなるため、発熱問題が顕在化する。発熱が大きくなると電池の寿命が短くなるだけではなく、発火にもつながるため、放熱することが求められる。このような課題を克服するため、多くの電池で、電池セルの間に隙間を設け、冷却風を通す構造が採用されている。

例えば特許文献１では、バッテリパック（電池パック）を構成する箱型のバッテリトレイの内部に、多数のバッテリセル（電池セル）を並べるとともに、自動車の車両側方に電池セルと並ぶように冷却ファンを配置して、電池セル間に冷却風を流している。

特開２００２−２７４１９２号公報

しかし、特許文献１のように電池セル間に隙間を設けた場合、電池パックの体積が大きくなってしまうという課題がある。特に、高エネルギー容量を必要とする電気自動車の場合、より多くの電池セルを並べる必要があるため、中心付近の電池セルの温度が上がりやすく、電池セルの寿命が短くなってしまうという課題がある。また、各電池セルを水冷による冷却する方法では、冷却は十分であるが、重量増加や冷却水の漏洩といった信頼性への懸念がある。

本発明は、放熱性に優れ、省スペース且つ軽量な車載用電池を提供することを課題とする。

本発明は、以下の発明を包含する。

（１）複数の電池セルと、前記電池セルを保持する保持部材と、前記電池セルを冷却する冷却用空気が流れる車載用電池において、前記電池セルおよび前記保持部材のうちの少なくとも一方に接触する放熱部材が配置され、前記放熱部材は、グラファイトシートおよびグラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方を有し、前記電池セル及び前記保持部材と接触していない放熱箇所を持ち、前記放熱箇所は、前記冷却用空気の流路に配置され、前記グラファイトシートおよび前記グラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方が主な部材である車載用電池。

（２）前記電池セル同士の間が接している（１）に記載の車載用電池。

（３）前記複数の電池セルのうち、少なくとも中央に配置された前記電池セル同士の間に前記グラファイトシートまたはグラファイトシート積層体が配置されている（１）に記載の車載用電池。

（４）前記全ての電池セル同士の間に前記グラファイトシートまたはグラファイトシート積層体が配置されている（１）に記載の車載用電池。

本発明によれば、放熱性に優れ、省スペース且つ軽量な車載用電池を提供することができる。

本発明の実施例に係る電池セルの正面図である。 本発明の実施例に係る電池セルの側面図である。 本発明の比較例１に係る車載用電池の側面図である 本発明の比較例１に係る車載用電池の上面図である。 本発明の実施例１に係る車載用電池の側面図である。 本発明の実施例１に係る車載用電池の上面図である。 本発明の比較例１に係る車載用電池の側面図である 本発明の比較例１に係る車載用電池の上面図である。 本発明の比較例２に係る車載用電池の側面図である。 本発明の比較例２に係る車載用電池の上面図である。

本発明は、複数の電池セルと、電池セルを保持する保持部材と、電池セルを冷却する冷却用空気が流れる車載用電池である。この車載用電池では、電池セルまたは保持部材の少なくとも一方に接触して、グラファイトシートまたはグラファイトシート積層体を有する放熱部材が配置される。

電池の長寿命化や発火を防止するためには、高温にならないことが重要である。それぞれの電池セルにおいても局所的に発熱しているため、電池セルのパッケージをアルミなどで作製し、均熱化することでも効果は得られる。しかし、車載用電池においては、複数の電池セルが連結された構造を持つため、電池セル自体を均熱化しても電池セル間で熱がこもってしまう。そのため、本発明のように、電池セルもしくは電池セルを保持する保持部材から高い熱伝導性を有するグラファイトシートもしくはグラファイトシート積層体を用いて冷却用空気に効率的に熱を輸送することで高い放熱性を発現することができる。

（放熱部材）
放熱部材は、グラファイトシートおよびグラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方を有する。さらに放熱部材は、排熱箇所と放熱箇所の両方を持つ。排熱箇所は、電池セルおよび保持部材のうちの少なくとも一方に接触している部分である。放熱箇所は、電池セルおよび保持部材に接触していない部分である。

本発明の一例として、図５および図６の車載用電池の放熱部材について説明する。車載用電池１５は、複数連結された電池セル１と、電池セル１間に配置された放熱部材であるグラファイトシート５０と、電池セル１とグラファイトシート５０が収納される保持部材であるケース２０とを備える。図６の上面図に示すように、電池セル１とケース２０の側壁の間には隙間１０が設けられ、ケース２０の一方の側壁の上部にはファン４０、ケース２０の他方の側壁の下部には排気口４１が設けられている。また図６の上面図に示すように、ケース２０の上壁と電池セル１との間には空間であるダクト３０と、ケース２０の下壁と電池セル１との間には空間である排気ダクト３１が設けられている。ダクト３０と排気ダクト３１は、隙間１０を介して繋がっている。ファン４０から車載用電池１５内に流入した冷却用空気１１（図中矢印で表示）は、ダクト３０、隙間１０、排気ダクト３１、排気口４１の順に通って車載用電池１５外に排出される。そのため、冷却用空気１１の流路は、ダクト３０、電池セル間の隙間１０、排気ダクト３１からなる。

グラファイトシート５０の排熱箇所は、グラファイトシート５０の電池セル１と接触している部分である。グラファイトシート５０の放熱箇所は、ダクト３０または排気ダクト３１、すなわち冷却用空気の流路に配置されている部分である。車載用電池１５は、放熱箇所が冷却用空気１１と接触する構造となっているので、電池セル１で発生する熱を排熱箇所で効率的に排熱し、放熱箇所で放熱することができる。

また、この放熱箇所は、グラファイトシートおよびグラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方が主な部材である。本発明の「主な部材」とは、放熱箇所の全面積に対して、７０％以上の面積にグラファイトシートまたはグラファイトシート積層体が存在している状態をいう。放熱箇所の面積とは、冷却空気と接している放熱箇所の面積のことである。「グラファイトシートまたはグラファイトシート積層体が存在している状態」とは、放熱箇所の冷却空気と直接接触している面、または、放熱箇所の冷却空気と直接接触していない面を指す。「直接接触していない面」は、例えば、グラファイトシートの片面にＰＥＴテープを貼り合せた場合には、ＰＥＴテープが貼られたグラファイトシートの面である。

グラファイトシート及びグラファイトシート積層体には、補強や表面保護、伝熱面積の拡大のために他材料を複合しても良い。しかし、グラファイトシート及びグラファイトシート積層体の冷却空気と熱交換をする箇所、すなわち放熱箇所は、効率的に放熱する点から、他材料が複合されていないグラファイトシート及びグラファイトシート積層体のみからなることが好ましい。

放熱箇所は、冷却用空気の風を受けることになるため、形状を保持できる強度が必要である。強度を向上させる点から、グラファイトシートではなくグラファイトシート積層体とすることが好ましい。また、強度を向上させる別の方法として、グラファイトシートまたはグラファイトシート積層体に補強層を設けることが好ましい。補強層の材料としては、強度を上げるものであれば特に限定されず、各種樹脂や金属、セラミックなどが挙げられる。

放熱部材は、グラファイトシートやグラファイトシート積層体の最表面の少なくとも一部の面に、保護層が配置されていることが好ましい。保護層を配置することで、グラファイトシートやグラファイトシート積層体表面の保護性が向上し、機械的な引っ掻きや擦れなどに強くなるために良い。また、保護層は補強層としての役割も果たすものであっても良い。

放熱部材が電池セルまたは保持部材に接触する位置は、電池セルの上下面や側面など特に限定されないが、電池セルと電池セルの間であって、両方の電池セルと接触する位置が好ましい。特に、グラファイトシートおよびグラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方が電池セルに接触する位置は、ラミネート型や角型のセルの場合は、隣の電池セルと向かい合う位置の面が好ましく、円筒型のセルの場合は、側面の内、隣り合う電池セルと向かい合う位置を含む側面が好ましい。なぜなら、電池セル同士が向かい合うように配置されている部分は、熱がこもりやすいので、上記の位置に熱伝導性の高いグラファイトシートやグラファイトシート積層体を含む放熱部材を配置することで、電池セルの温度上昇を抑止することができる。また、電池セルの間の位置の中でも、面積のより広い面にグラファイトシートやグラファイトシート積層体を配置することで、より効率的に放熱することができる。

電池セル同士の間に放熱部材を配置する場合は、車載用電池の中央の温度が上昇しやすいため、放熱効果を発揮しやすい点から、少なくとも車載用電池の中央に配置された電池セル同士の間にグラファイトシートおよびグラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方が配置されていることが好ましい。そのため、より省スペース化をしたい場合には、車載用電池の端部に近い部分には放熱部材を配置せずに、車載用電池の中央の電池セル間に放熱部材を配置することで、放熱性を維持しつつより省スペース化することができる。なお放熱性の向上の点から、全ての電池セル同士の間にグラファイトシートおよびグラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方が配置されていてもよい。

（電池セル）
電池セルとは、１つの電池（単電池）のことを言う、電池セルとしては、例えば、円筒型電池や角型電池、ラミネート型の電池が挙げられる。電池セルを複数連結して保持部材で保持したものを電池モジュールという。複数の電池モジュールからなるものを電池パックと言う。電池モジュールまたは電池パックは、車載用電池を構成する。

（保持部材）
保持部材とは、電池セルを保持するための部品やケースのことを言う。例えば、電池セルを含む電池モジュールや電池パックを収納するケース、電池セルを固定するためのフレームのことを言う。特に電池セルがラミネート型の場合は、１つの電池セルから発生する熱量は角型電池や円筒電池に比べて小さいので、複数個の電池セルをひとまとめにした電池モジュールに対して、グラファイトシートやグラファイトシート積層体を配置しても放熱効果を発現することができる。

（電池セルの配置）
このようにグラファイトシートやグラファイトシート積層体を用いて放熱する場合、電池セル間は密着していても良い。従来の車載用電池では、空冷をする場合、電池セル間に隙間を設け、その隙間を冷却用空気が流れることで、電池セルを冷却する。

しかし、例えば、５ｍｍ以下といった狭い隙間で複数の電池セルが並べられている場合、冷却効果が十分ではないために、車載用電池の中心付近の電池セルの温度が上昇してしまう。一方で、本発明の車載用電池のように熱伝導率の高いグラファイトシートを用い、電池セルで発生する熱を冷却用空気に直接伝えることで、効果的に排熱することができ、車載用電池の中心付近に熱がこもらない。

（グラファイトシートの種類）
本発明で使用するグラファイトシートは特に制限はなく、高分子系グラファイトシートや、原料である天然黒鉛をエキスパンドして得られるグラファイトシートを用いることができる。高分子系グラファイトシートの場合には、高い熱伝導性を有するため、より高い放熱性を発現することができる。

本発明で用いられるグラファイトシートの第一の製法は、原料である天然黒鉛をエキスパンドして得られる。具体的には、グラファイト粉末を硫酸などの酸に浸漬してグラファイト層間化合物を作製した後、これを熱処理、発泡させてグラファイト層間を剥離する。剥離後、グラファイト粉末を洗浄して酸を除去し、薄膜のグラファイト粉末を得る。この様な方法で得られたグラファイト粉末を、さらに圧延ロール成型することでグラファイトシートを得ることができる。

本発明の目的に好ましく用いられるグラファイトシートの第二の製造方法は、ポリイミド樹脂などの高分子フィルムを熱処理することによって、高分子系グラファイトシートを作製するものである。具体的には、高分子フィルムからグラファイトシートを得るには、まず、出発物質である高分子フィルムを減圧下もしくは不活性ガス中で１０００℃程度の温度まで予備加熱処理して炭素化し、炭素化フィルムとする。その後、この炭素化フィルムを不活性ガス雰囲気下、２８００℃以上の温度まで熱処理することによりグラファイト化させることで、良好なグラファイト結晶構造を形成することができ、熱伝導性に優れたグラファイトシートを得ることができる。本発明においては、より高い熱伝導性を発揮できる高分子系グラファイトシートが好適に用いられる。

（グラファイトシートの厚さ）
本発明のグラファイトシートの厚みは、特に制限はないが、１０μｍ以上１ｍｍ以下であり、好ましくは２０μｍ以上５００μｍ以下である。グラファイトシートの厚みが１０μｍ以上であれば、放熱効果を発揮することができる。また、グラファイトシートの厚みが１ｍｍ以下であれば、省スペース化することができる。

（グラファイトシートの厚さ測定）
グラファイトシートの厚さは、厚さゲージ（ハイデンハイン（株）社製、ＨＥｌＤＥＮＨ：ＡＩＮ−ＣＥＲＴＯ）を用いて、２５℃の恒温室にて５０ｍｍ×５０ｍｍのフィルムの任意の１０点における平均厚さで測定することができる。

（グラファイトシートの面方向の熱伝導率）
本発明におけるグラファイトシートの面方向の熱伝導率は１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、１１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、１２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがさらに好ましい。面方向の熱伝導率が１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のグラファイトシートを用いることで、より高い放熱性を有するグラファイト複合材料を得ることができる。また、銅やアルミなどの金属材料に対し、３倍以上の熱伝導性を有するため、銅やアルミなどと同等の放熱能力になるようにグラファイトシートの積層枚数を設定した場合、大幅に重量を減少させることができるため、電子機器の軽量化にも貢献することができる。

（グラファイトシートの面方向の熱伝導率の算出）
グラファイトシートの熱伝導率は、次式（１）によって算出することができる。
Ａ＝α×ｄ×Ｃｐ … （１）
ここで、Ａは熱伝導率、αは熱拡散率、ｄは密度、そしてＣｐは比熱容量をそれぞれ表わしている。なお、グラファイトシートの熱拡散率、密度、および比熱容量は以下に述べる方法で求めることができる。

（光交流法によるグラファイトシートの面方向の熱拡散率測定）
グラファイトシートの熱拡散率は、光交流法による熱拡散率測定装置（アルバック理工（株）社から入手可能な「ＬａｓｅｒＰｉｔ」）を用い、４ｍｍ×４０ｍｍの形状に切り取ったグラファイトシートのサンプルについて、２０℃の雰囲気下で１０Ｈｚの交流条件で測定することができる。

（グラファイトシートの比熱容量測定）
グラファイトシートの比熱容量は、エスアイアイナノテクノロジー株式会社製の熱分析システムである示差走査熱量計ＤＳＣ２２０ＣＵを使用して、２０℃から２６０℃まで１０℃／ｍｉｎの昇温条件で測定することができる。

（グラファイトシートの密度測定）
グラファイトシートの密度は、１００ｍｍ×１００ｍｍのサンプルにて、重量、厚みを測定し、重量から体積を割ることにより算出することができる。

（グラファイトシート積層体）
本発明においては、グラファイトシートを接着層や粘着層を介して、多層に積層したグラファイトシート積層体を用いることもできる。グラファイトシートは一般的に１００μｍ以下のもののほうが熱伝導率が高い。そのため、熱伝導率の高いグラファイトシートを何枚も積層することで、より放熱性の高い材料を作製することができる。また、本発明においては、グラファイトシート積層体の一部は電池セルに配置されず、冷却用空気の風を受けることになるため、ある程度の強度も必要である。そのため、グラファイトシートを接着層を介して積層した構造とすることで、冷却用空気を受けても変形したり、破損するといった不具合を防止することができる。ここで接着層とは、高分子フィルム、接着樹脂、接着シート、粘着樹脂、粘着シートなどを含む。

（グラファイトシート積層体の作製方法）
グラファイトシート積層体の作製方法としては、（ｉ）グラファイトシートと高分子フィルムとを交互に積層し、加圧・加熱により積層する方法、（ｉｉ）グラファイトシートの少なくとも片面の上に接着層や粘着層を形成してグラファイト接着シートを作製した後、当該グラファイト接着シートを多層に積層する方法、を挙げることができる。

上述した（ｉ）の方法としては、グラファイトシートと高分子フィルムとを１枚ずつ交互に積層する方法、および、グラファイトシートと高分子フィルムとを同時に芯に巻き取ってロールを形成した後、当該ロールを切断および開裂させ、その後、ホットプレスなどを用いて、加圧しながら加熱することで、グラファイトシートと高分子フィルムとの積層体を得る方法、を挙げることができる。

上述した（ｉｉ）の方法としては、まず、グラファイト接着シートを作製する。グラファイト接着シートは、粘着樹脂や接着樹脂の塗工、または、粘着フィルムや接着フィルムのラミネート、によって作製することができる。グラファイトシートと高分子フィルムとを積層する方法としては、作製したグラファイト接着シートを単板状にカットしてから、当該グラファイト接着シートを多層に積層する方法や、作製したグラファイト接着シートを芯に巻きつけてロールを形成した後、当該ロールを切断および開裂させ、その後、ホットプレスなどを用いて、加圧しながら加熱する方法、を挙げることができる。また、粘着層を形成した場合は、ラミネートによって、グラファイトシート積層体を得ることができる。

（接着層の種類）
本発明における接着層は、熱硬化性樹脂、または、熱可塑性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、ＰＵ（ポリウレタン）、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン系樹脂、グアナミン樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル、オリゴエステルアクリレート、ジアリルフタレート、ＤＫＦ樹脂（レゾルシノール系樹脂の一種）、キシレン樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、ＰＩ（ポリイミド系）樹脂、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）樹脂、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）樹脂、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル） 等が挙げられる。これらの中でも、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）が、材料選択の幅が広く、グラファイトシートとの密着性が優れるために好ましい。

熱可塑性樹脂としては、アクリル、アイオノマー、イソブチレン無水マレイン酸コポリマー、ＡＡＳ（アクリロニトリル−アクリル−スチレン共重合体）、ＡＥＳ（アクリロニトリル−エチレン−スチレン共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリル−スチレン共重合体） 、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）、ＡＣＳ（アクリロニトリル−塩素化ポリエチレン−スチレン共重合体）、ＭＢＳ（メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合体）、エチレン−塩化ビニル共重合体、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）、ＥＶＡ系（エチレン−酢酸ビニル共重合体系）、ＥＶＯＨ（エチレンビニルアルコール共重合体）、ポリ酢酸ビニル、塩素化塩化ビニール、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、カルボキシビニルポリマー、ケトン樹脂、ノルボルネン樹脂、プロピオン酸ビニル、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＴＰＸ（ポリメチルペンテン）、ポリブタジエン、ＰＳ（ポリスチレン）、スチレン無水マレイン酸共重合体、メタクリル、ＥＭＡＡ（エチレン−メタクリル酸共重合体）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニール）、ポリ塩化ビニリデン、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ポリビニルエーテル、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、セルロース系、ナイロン６、ナイロン６共重合体、ナイロン６６、ナイロン６１０ 、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、共重合ナイロン、ナイロンＭＸＤ、ナイロン４６、メトキシメチル化ナイロン、アラミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ポリエチレンオキシド、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＳＯ（ポリサルフォン）、ポリアミンサルフォン、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ポリパラビニールフェノール、ポリパラメチレンスチレン、ポリアリルアミン、芳香族ポリエステル、液晶ポリマー、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＰＥ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン共重合体）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド系）、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエステル系樹脂等が挙げられる。

（接着層の厚さ）
本発明における接着層の厚さは、１０μｍ未満であり得る。更に具体的に、本発明における接着層の厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ未満が好ましく、１μｍ以上１０μｍ未満がより好ましく、１μ以上９μｍ以下がより好ましく、１μｍ以上７μｍ以下がより好ましい。接着層の厚さが１０μｍ未満であれば、接着層の熱伝導率は、グラファイトシートの熱伝導率に比べて、はるかに小さくなる。そのため、接着層の厚さを１０μｍ未満に制御することで、グラファイトシート同士の間の伝熱を阻害することなく良好に熱を伝達することができる。接着層の厚さが１μｍ以上であれば、接着層によってグラファイトシート表面の凹凸を吸収し、グラファイトシートと接着層との間の接触熱抵抗を低減することができ、効率的に熱を伝達することができる。また、接着層が１μｍ以上あれば、接着層が良好な接着性を示すことができる。また、上述した接着層の厚さであれば、グラファイト積層体の熱伝導率を、理論値に近い値にすることができる。

（グラファイトシート積層体の厚さ）
本発明のグラファイトシート積層体の厚みは、特に制限はないが、１０μｍ以上１ｍｍ以下であり、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下である。グラファイトシート積層体の厚みが１０μｍ以上であれば、放熱効果を発揮することができる。また、グラファイトシート積層体の厚みが１ｍｍ以下であれば、省スペース化することができる。

＜放熱性の評価＞
クレイドル製熱設計ＰＡＣにて、熱シミュレーションをおこない、放熱性を評価した。シミュレーションは定常法にて解析をおこなった。電池モジュール内の最高温度が、３９．０℃以下の場合を「Ａ」、３９．０度超え４５．０℃以下の場合を「Ｂ」、４５．０℃超えの場合を「Ｃ」とした。

尚、シミュレーションに用いた電池セル１については、図１、図２に示す。電池セルサイズは、１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚み１４ｍｍである。電池セル１を覆う電池セルケース２としては、厚み１ｍｍのアルミとした。電池セル内部３は、ＸＹ方向が１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、Ｚ方向が４Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。発熱部４は、擬似的に電池セルの中心部に配置し、発熱部サイズ５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚み６ｍｍ、発熱量を電池セル１個あたり４Ｗとした。尚、電池セルと同様、発熱部の熱伝導率は、ＸＹ方向が１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、Ｚ方向が４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

＜車載用電池の体積の評価＞
車載用電池の体積を比較例１のものと比較して評価した。車載用電池の体積とは、例えば比較例１の場合であれば、図３、図４に示す車載用電池１５のケース２０に囲まれた部分である体積評価計算箇所１３（太い線で表示）から排気口４１を除いた体積を指す。比較例１に対する体積が、８０％以下の場合を「Ａ」、８０％超え９０％以下の場合を「Ｂ」、９０％超えの場合を「Ｃ」とした。

＜重量の評価＞
車載用電池あたりの放熱材料の重量が５０ｇ以下の場合を「Ａ」、５０ｇ超え１００ｇ以下の場合を「Ｂ」、１００ｇ超えの場合を「Ｃ」とした。

（実施例１）
図５、図６に示すように、電池セル１間の隙間を設けない構成とし、電池セル１間には、電池セル１よりも大きいサイズのグラファイトシート５０（面方向熱伝導率１５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、厚み方向熱伝導率５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、厚み４０μｍ）を配置した。グラファイトシート５０は、ダクト３０側と排気ダクト３１側にそれぞれ２０ｍｍずつ、はみ出した状態で配置した。尚、絶縁のため、厚み０．５ｍｍ、熱伝導率０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）の樹脂層を、電池セルと接触する部分のグラファイトシートの両面に配置した。また、図６に示すように、電池モジュールのケース２０の側壁と電池セル１の間には１ｍｍの隙間１０が形成されている。電池セル１を収納するケース２０は、厚み１ｍｍのアルミケースである。冷却用空気１１は、ファン４０からダクト３０に流入した後、隙間１０から排気ダクト３１に流れ、排気口４１から排出される。流量は、９０ｍ^３／ｈ、ダクト幅（電池セル１とケース２０の上壁との間の距離）及び排気ダクト幅（電池セル１とケース２０の下壁との間の距離）は、３０ｍｍである。結果を表１に示す。

（比較例１）
電池モジュールは、図７、図８の構成とし、電池セル間に５ｍｍの隙間１０を設けた構成とした。冷却用空気はファン４０からダクト３０に流入し、電池セル間を通過して排気ダクト３１に流れ、排気口４１から排出される。流量は、９０ｍ^３／ｈ、ダクト幅は、３０ｍｍである。尚、電池セルはシミュレーション上、中空に浮いた状態となっているが、実際には、枠状のケースに収納されるなどして配置される。また、図８における電池モジュールの左右両端は、電池モジュールのケース２０と電池セル１の間に１ｍｍの隙間１０が形成されている。電池モジュールを収納するケース２０は、厚み１ｍｍのアルミケースである。流量は、９０ｍ^３／ｈ、ダクト幅（電池セル１とケース２０の上壁との間の距離）及び排気ダクト幅（電池セル１とケース２０の下壁との間の距離）は、３０ｍｍである。結果を表１に示す。

（比較例２）
電池モジュールは、図９、図１０の構成とし、電池セル間の隙間を設けない構成とした。尚、電池セル間には、絶縁のため、厚み１ｍｍ、熱伝導率０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）の樹脂層を形成した構成とした。冷却用空気は、ファン４０からダクト３０に流入し、電池モジュールの左右両端に設けられた１ｍｍの隙間１０から排気ダクト３１に流れ、排気口４１から排出される。その他の条件は実施例１と同様である。結果を表１に示す。

（比較例３）
比較例２と同様に電池セル間の隙間を設けない構成とし、電池セル間には、電池セルと同じサイズのグラファイトシート（面方向熱伝導率１５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、厚み方向熱伝導率５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、厚み４０μｍ）を配置した。尚、絶縁のため、厚み０．５ｍｍ、熱伝導率０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）の樹脂層をグラファイトシートの両端に配置した。冷却用空気は、ファン４０からダクト３０に流入し、電池モジュールの左右両端に設けられた１ｍｍの隙間１０から排気ダクト３１に流れ、排気口４１から排出される。その他の条件は実施例１と同様である。結果を表１に示す。

（比較例４）
放熱材料を銅（面方向熱伝導率３８９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、厚み方向熱伝導率３８９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、厚み４０μｍ）にしたこと以外は、実施例１と同様である。結果を表１に示す。

比較例１のように電池セル間に隙間を設けた場合、電池セル間に冷却用空気が流れるため、適度に冷却され、車載用電池内の最高温度は、３９．９℃となった。しかし、電池セル間に隙間を設けるため、車載用電池の体積が嵩んでしまった。一方、電池セル間に隙間を設けなかった比較例２の場合は、電池セルで発生した熱が放熱されず、５６．６℃と顕著な温度上昇が見られた。また、グラファイトシートを電池セル間に電池セルと同じサイズで配置した比較例３でも比較例２とほぼ同等の温度となった。このことから、車載用電池のように複数の電池セルを連結して使用するような系では、電池セルで発生する熱を均熱化するだけでは、十分に冷却できないことがわかる。一方、実施例１にようにグラファイトシートを電池セルよりも大きく設け、電池セルからはみ出したグラファイトシートを冷却用空気に伝熱することで、電池セル間に隙間を設けた比較例１よりも冷却効果が高いことがわかった。また、グラファイトシートを設ける場合、電池セル間の隙間も無くすことができるため、比較例１に対して８０％と体積を削減することもできた。さらにグラファイトシートは、軽量なため、すべての電池セル間にグラファイトシートを設けても２３ｇしか重量も増加せず、燃費が重要視される車載への適用にも好適である。一方、放熱材料として、グラファイトシートと同じ厚みの銅箔を用いた場合、電池セル間に隙間を形成した比較例１や放熱材料としてグラファイトシートを用いた実施例１よりも高い温度となり、放熱性が十分でないことがわかる。また、銅はグラファイトシートに比べ比重が高いので、重量増加もグラファイトシートの４倍以上となり、軽量化が求められる車載用電池用途に対しては、グラファイトシートが適していることがわかる。

１．電池セル
２．電池セルケース
３．電池セル内部
４．発熱部
１０．隙間
１１．冷却用空気
１３．体積評価計算箇所
１５．車載用電池
２０．ケース
３０．ダクト
３１．排気ダクト
４１．排気口
５０．グラファイトシート

Claims (4)

1. 複数の電池セルと、前記電池セルを保持する保持部材と、前記電池セルを冷却する冷却用空気が流れる車載用電池において、
   前記電池セルおよび前記保持部材のうちの少なくとも一方に接触する放熱部材が配置され、
   前記放熱部材は、グラファイトシートおよびグラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方を有し、前記電池セル及び前記保持部材と接触していない放熱箇所を持ち、
   前記放熱箇所は、前記冷却用空気の流路に配置され、前記グラファイトシートおよび前記グラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方が主な部材である車載用電池。
2. 前記複数の電池セルのうち、少なくとも前記車載用電池の中央に配置された前記電池セル同士の間に、前記グラファイトシートおよび前記グラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方が配置されている請求項１に記載の車載用電池。
3. 全ての前記電池セル同士の間に、前記グラファイトシートおよび前記グラファイトシート積層体のうちの少なくとも一方が配置されている請求項２に記載の車載用電池。
4. 前記電池セル同士が接している請求項１〜３のいずれか１項に記載の車載用電池。