JP4839955B2 - 電池パックおよび車両 - Google Patents

Description

本発明は、電池パックおよびその電池パックを備える車両に関し、特にバイポーラ２次電池および筐体を備える電池パックと、その電池パックを搭載する車両とに関する。

従来の２次電池の収納および冷却に関し、たとえば特開２００４−４７２６２号公報（特許文献１）は、複数の薄型の２次電池を電気的に接続して積層させた組電池を開示する。この組電池においては、複数の２次電池の間の隙間（隣り合う薄型電池の電極端子間の隙間）を埋めるように複数の放熱部材が配置される。この組電池においては、一方向に冷却媒体を流すことにより複数の２次電池を冷却することができる。
特開２００４−４７２６２号公報 特開２００１−２９７７４０号公報 特開２００４−４７１６１号公報 特開２００５−２５９３７９号公報

上述した薄型の２次電池の例として、たとえばバイポーラ２次電池が挙げられる。バイポーラ２次電池は一般的に電解質を介して複数のバイポーラ電極を積層した構造を有する。ここで、バイポーラ電極とは、たとえばシート状に形成された集電部材の一方の面に正極活物質層が形成され、集電箔の他方の面に負極活物質層が形成された電極のことを意味するものとする。バイポーラ２次電池の形状は様々であるが、一例を示すとたとえば薄板状である。

バイポーラ２次電池を充放電させた場合にはバイポーラ電極の積層方向に電流が流れる。これによりバイポーラ２次電池が発熱するのでバイポーラ２次電池の温度が上昇する。バイポーラ２次電池を冷却する方法として、たとえばバイポーラ電極の積層方向に直交する平面に沿った方向に沿って冷却媒体を流すことが考えられる。

しかしこのような方法によりバイポーラ２次電池を冷却する場合には、冷却媒体の上流側と下流側とで冷却媒体に温度差が生じるので、上記の平面内においても温度差が生じる。つまり冷却媒体の上流側のほうが冷却媒体の下流側よりも温度が低くなる。しかしながら、このような問題を解決する方法は特開２００４−４７２６２号公報（特許文献１）には開示されていない。

本発明の目的は、バイポーラ２次電池の温度分布の偏りを緩和することが可能な電池パックおよびその電池パックを搭載する車両を提供することである。

本発明は要約すれば、電池パックであって、積層された複数の電池構成体を含む電池集合体を備える。複数の電池構成体の各々は、積層された正極および負極と、正極と負極との間に配置された電解質とを有する。複数の電池構成体の積層方向と、正極および負極の積層方向とは一致する。電池パックは、冷却媒体を通すための冷却通路をさらに備える。冷却通路は、導入通路と、排出通路と、方向転換部とを含む。導入通路は、複数の電池構成体のうち、積層方向における一方端に配置される電池構成体に沿って設けられ、冷却媒体を導入する。排出通路は、複数の電池構成体のうち、積層方向における他方端に配置される電池構成体に沿って設けられ、冷却媒体を排出する。方向転換部は、導入通路から流入する冷却媒体の流れる向きを変えて排出通路に冷却媒体を流す。

好ましくは、冷却通路は、電池集合体を内部に収容する筐体と一体化される。導入通路における冷却媒体の導入口と、排出通路における冷却媒体の排出口とは、筐体の同じ面に設けられる。

より好ましくは、電池集合体は、正極または負極に電気的に接続される外部端子をさらに含む。筐体の少なくとも一部の面には、外部端子を筐体の内部から筐体の外部に取り出すための取出口が設けられる。

より好ましくは、筐体は、一方端に配置される電池構成体および他方端に配置される電池構成体にそれぞれ対向する第１および第２の内壁部を含む。電池集合体は積層方向に加圧された状態で筐体に収納される。第１の内壁部と電池集合体との間および第２の内壁部と電池集合体との間には絶縁体が設けられる。

より好ましくは、筐体は、電池集合体に対して上部に位置するアッパーケースと、電池集合体に対して下部に位置するロワーケースとを含む。アッパーケースおよびロワーケースはボルトによって締結される。

さらに好ましくは、アッパーケースおよびロワーケースは、絶縁部材を挟んで締結される。ボルトは絶縁体で構成される。電池集合体は積層方向に加圧された状態で筐体に収納される。

さらに好ましくは、冷却通路には、冷却通路を複数の通路に分割する複数の壁が形成される。

さらに好ましくは、複数の通路のうち、冷却通路の中央部に位置する通路の幅は、複数の通路のうち冷却通路の端部に位置する通路の幅よりも狭い。

さらに好ましくは、複数の電池構成体のうちの隣り合う２つの電池構成体の間には、導電性部材が設けられる。導電性部材の第１の主表面側には、２つの電池構成体の一方が有する正極が配置される。導電性部材の第２の主表面側には、２つの電池構成体の他方が有する負極が配置される。正極は、第１の主表面に形成される正極活物質層である。負極は、第２の主表面に形成される負極活物質層である。

本発明の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、上述のいずれかの電池パックとを備える。電池パックは、分割シートの下に配置される。

本発明によれば、バイポーラ２次電池の温度分布の偏りを緩和することが可能になる。

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。

［実施の形態１］
図１は、本発明による電池パック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２は、図１に示した自動車の平面透視模式図である。
図１および図２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。電池パック１００はこれらの自動車に電源として搭載されている。

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２ａ，２ｂ（図２参照）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２ａ下に電池パック１００が配置されている。電池パック１００は、フロントシート２ａ，２ｂ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２ａ，２ｂは本発明の車両が備える「分割シート」に対応する。

電池パック１００はフロントシート２ｂ下に配置されていてもよい。またフロントシート２ａの下方（あるいはフロントシート２ｂの下方）には電池パック１００に冷却風を供給するための送風ファンが配置されていてもよい。

フロントシート２ａ，２ｂの下は自動車１の他の部分に比較して電池パック１００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２ａ（あるいはフロントシート２ｂ）の下に電池パック１００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電池パック１００を衝撃から保護できる。

なお図１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２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。

図３は、図１および図２に示す電池パック１００を詳細に示す図である。
図３を参照して、電池パック１００は、バイポーラ２次電池１２０と、冷却媒体を流すための冷却通路とを備える。本実施の形態において冷却媒体は冷却風であるが、冷却水であってもよい。冷却通路は複数の壁１０６により複数の通路に分割される。なお複数の壁１０６は冷却通路を分割する機能を果たすだけでなく、放熱フィンとしての機能を果たす。

バイポーラ２次電池１２０を冷却することにより電池の出力低下を防ぐことができる。よって、図１に示す自動車１が電池パック１００を搭載したハイブリッド車両の場合には燃費を向上することができる。

バイポーラ２次電池１２０は積層された複数の電池構成体（電池セル）を含む電池集合体である。図３において矢印Ｄの方向は複数の電池構成体の積層方向を示す。なおバイポーラ２次電池１２０の構成の詳細は後述する。

筐体１０１はバイポーラ２次電池１２０を内部に収容する。なお上述の冷却通路は筐体１０１と一体化されている。冷却通路を筐体１０１と一体化することにより電池パック１００の小型化を実現できる。

また、冷却通路に複数の壁を設けることで筐体１０１の肉厚を薄くしながら面剛性を高めることができるので電池パック１００を軽量化できる。

冷却通路における冷却媒体の導入口１０２と排出口１０３とは筐体１０１の同じ面に設けられる。冷却通路は複数の電池構成体の一方端の電池構成体に沿って設けられ、導入口１０２から冷却媒体を導入する導入通路と、複数の電池構成体の他方端の電池構成体に沿って設けられ、排出口１０３から冷却媒体を排出する排出通路と、導入通路と排出通路との間に設けられ、導入通路から流入する冷却媒体の流れる向きを変えて排出通路に冷却媒体を流す方向転換部とを含む。

本実施の形態において、冷却媒体は導入される側と同じ側に排出される。つまり導入通路において冷却媒体が流れる向きと、排出通路において冷却媒体が流れる向きとが互いに逆になる。このような方式（いわゆるカウンターフロー方式）に従って冷却媒体を流すことにより、バイポーラ２次電池１２０の温度分布の均一化を図ることができる。

また、一方の向きに冷却媒体を流す方式（いわゆるクロスフロー方式）とカウンターフロー方式とを比較した場合、カウンターフロー方式のほうがバイポーラ２次電池を冷却するための冷却媒体の量を少なくできる。よって、本実施の形態によれば冷却媒体を供給する装置（たとえば送風ファン）の消費電力を少なくできる。

なお導入口１０２と排出口１０３とには吸気ダクトと排気ダクトとがそれぞれ取付けられてもよい。

バイポーラ２次電池１２０には充放電のための外部端子１１０を含む。この外部端子１１０はバイポーラ２次電池１２０の正極端子または負極端子である。筐体１０１の右側面および左側面には筐体１０１の内部から筐体の外部に外部端子１１０を取り出すための電極取出口１０５が形成される。なお図３では筐体１０１の右側面に形成される電極取出口１０５のみを示すが筐体１０１の左側面にも電極取出口１０５と同様の電極取出口が形成される。

図４は、図３の電池パック１００のＩＶ−ＩＶ線に従う断面図である。
図４を参照して、筐体１０１は内壁部１１５，１１６を含む。内壁部１１５，１１６は複数の電池構成体のうちの両端の電池構成体にそれぞれ対向する。

内壁部１１５と内壁部１１６との間隔はバイポーラ２次電池１２０の厚みに対して小さくなるように設定される。これによりバイポーラ２次電池１２０は複数の電池構成体の積層方向に沿って加圧された状態で筐体１０１の内部に収納される。また、筐体１０１の内部においてバイポーラ２次電池１２０は内壁部１１５，１１６に挟まれる。これによりバイポーラ２次電池１２０を拘束することが可能になる。

バイポーラ２次電池１２０の充放電時には、バイポーラ２次電池１２０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１２０は矢印Ｄの方向に膨張する（膨張したバイポーラ２次電池１２０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。

本実施の形態では、筐体１０１がバイポーラ２次電池１２０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、本実施の形態によれば、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。

さらに、本実施の形態によれば筐体１０１の内壁部１１５，１１６をバイポーラ２次電池１２０の表面に密着させることができるのでバイポーラ２次電池１２０に生じる熱をより多く外部に逃がすことが可能になる。

バイポーラ２次電池１２０は、矢印Ｄの方向に積層された複数の電極シート２５を含む。図４に示す矢印Ｄの方向は図３に示す矢印Ｄの方向と同じである。なお電極シート２５は本発明における「電池構成体」に対応する。

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１２０の出力を向上させることができる。

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。

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１２０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。集電箔２９は本発明における「導電性部材」に対応する。

図４に示す電極シート２５ｍ，２５を参照すれば分かるように、複数の電池構成体のうちの隣り合う２つの電池構成体の間には、導電性部材（集電箔２９）が設けられる。この集電箔２９の第１の主表面側には、２つの電池構成体の一方（電極シート２５ｍ）が有する正極（正極活物質層２８）が配置される。この集電箔２９の第２の主表面側には、２つの電池構成体の他方（電極シート２５）が有する負極（負極活物質層２６）が配置される。

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。

負極集電板２１に接触するように絶縁フィルム２４が積層されるとともに正極集電板２３に接触するように絶縁フィルム２４が積層される。つまり図４に示す内壁部１１５とバイポーラ２次電池１２０との間、および図４に示す内壁部１１６とバイポーラ２次電池１２０との間には絶縁フィルム２４が設けられる。正極集電板２３側に設けられる絶縁フィルム２４は、バイポーラ２次電池１２０を筐体１０１に収納した際に、正極集電板２３と筐体１０１とが短絡することを防止する。負極集電板２１側に設けられる絶縁フィルム２４は、バイポーラ２次電池１２０を筐体１０１に収納した際に、負極集電板２１と筐体１０１とが短絡することを防止する。

なお、電池の充放電の容量をより高くするため、複数の電池集合体（電池集合体とは図４に示すバイポーラ２次電池１２０から絶縁フィルム２４を除いたものに相当する）を矢印Ｄの向きに積層してもよい。この場合、複数の電池集合体は、隣り合う２つの電池集合体において互いの負極集電板２１同士あるいは互いの正極集電板２３同士が接触するように構成される。複数の電池集合体を上述のように構成することにより、電池集合体が電気的に並列接続されることになる。よって電池の充放電の容量を高くすることができる。

また、図３に示す外部端子１１０は負極集電板２１（または正極集電板２３）に接続される。すなわち外部端子１１０は電極シート２５ｍの負極活物質層２６（あるいは電極シート２５ｎの正極活物質層２８）に電気的に接続される。

筐体１０１には冷却通路として導入通路１１１と、排出通路１１２と、導入通路１１１と排出通路１１２とを接続する接続部１１３とが形成される。導入通路１１１は導入口１０２から導入した冷却媒体を、複数の電極シートの一方端の電極シート（電極シート２５ｍ）に沿って流すための通路である。排出通路１１２は、複数の電極シート２５の他方端の電池シート（電極シート２５ｎ）に沿って冷却媒体を流し、排出口１０３から冷却媒体を排出するための通路である。接続部１１３は導入通路１１１と排出通路１１２との間に設けられる。接続部１１３は導入通路１１１と排出通路１１２とに接続される。接続部１１３は導入通路１１１から流入する冷却風の流れる向きを変え、排出通路１１２に冷却風を送る。すなわち接続部１１３は本発明における「方向転換部」に対応する。

冷却通路内の位置Ｐ１〜Ｐ４はそれぞれ、導入口１０２付近、導入通路１１１の奥、排出通路１１２の奥、排出口１０３付近の位置を示す。導入通路１１１において冷却媒体が流れる向きと、排出通路１１２において冷却媒体が流れる向きとは逆となる。このように冷却媒体を流すことにより、冷却通路内の位置Ｐ１〜Ｐ４における温度分布を均一化できる。

たとえば、位置Ｐ１における温度は５０度となり、導入通路１１１の奥における温度は６０度となり、排出通路１１２の奥における温度を６０度、排出口１０３付近における温度は７０度となる。つまり冷却通路の出入口付近の平均の温度と、冷却通路の一番奥の部分の平均温度とがともに６０度近辺になる。

さらに、バイポーラ２次電池１２０においては、一般的に、複数の電極シート２５の積層方向の長さは、積層方向に直交する長方形の短辺および長辺に比較して大幅に短い。一例を示すと、複数の電極シート２５の積層方向の長さを１とした場合、上述の長方形の短辺あるいは長辺の長さが１０〜１５程度となる。

よってバイポーラ２次電池１２０の発熱により複数の電極シート２５の積層方向に温度差が生じても、その方向における温度分布は短時間のうちに均一化される。上述の例で説明すると、位置Ｐ１の温度が５０度であり位置Ｐ４の温度が７０度であっても、短時間の後に位置Ｐ１の温度および位置Ｐ４の温度はともに６０度近辺の温度で均一化される。

続いて、図４中のバイポーラ２次電池１２０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。

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。

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、ＬｉＣｏＯ_２等のＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ_２等のＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ_２等のＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。その他、ＬｉＦｅＰＯ_４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；Ｖ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＭｏＯ_３等の遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ_２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨ等が挙げられる。

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、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_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。

支持塩としては、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_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。

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。

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。

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、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２、もしくはこれらの混合物等を使用することができる。

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。

以上のように実施の形態１によれば、少ない流量の冷却媒体を用いてバイポーラ２次電池の温度分布の偏りを緩和できる。

［実施の形態２］
バイポーラ２次電池では、充放電時には電池構成体の積層方向に電流が流れる。電池構成体の積層方向には熱伝導距離が短いため、熱伝導がスムーズに行なわれる。よってバイポーラ電極の積層方向においては温度分布の偏りは小さい。しかしバイポーラ電極の積層方向に直交する平面では温度分布の偏りが生じ、平面の中央部の温度が平面の端部の温度よりも高くなる。その理由は、平面の端部では熱が逃げやすいのに対し、平面の中央では熱が逃げにくい（熱がこもりやすい）ためである。実施の形態２によれば、このような温度分布の偏りを緩和することができる。

図５は、実施の形態２の電池パックの構成を示す斜視図である。
図５および図３を参照して、電池パック１００Ａは筐体１０１に代えて筐体１２１を備える点で電池パック１００と異なる。電池パック１００Ａの他の部分は電池パック１００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。

実施の形態１と同様に冷却通路は筐体１２１と一体化される。冷却通路は複数の壁１０６により複数の通路に分割される。複数の通路のうち冷却通路の中央部に位置する通路の幅は、複数の通路のうち冷却通路の端部に位置する通路の幅よりも狭い。これにより実施の形態２によれば、バイポーラ電極の積層方向に直交する平面における中央部分の冷却効率を高めることができる。

図６は、図５の筐体１２１における導入口１０２を模式的に示す図である。
図６および図５を参照して、導入口１０２は複数の壁１０６により区切られている。すなわち冷却通路は複数の壁により複数の通路に分割される。

冷却通路の中央付近に位置する通路Ａ１の幅は、通路Ａ１よりも冷却通路の端部側に位置する通路Ａ２の幅よりも狭い。図６に示すように、たとえば通路Ａ１の幅はａであり、通路Ａ２の幅は５ａ（通路Ａ１の幅の５倍）である。なお、通路Ａ１，Ａ２の幅はこのように限定されるものではない。

通路Ａ２の幅が通路Ａ１の幅の５倍であるので、バイポーラ２次電池から通路Ａ２に伝わる熱量もバイポーラ２次電池から通路Ａ１に伝達される熱量のほぼ５倍となる。しかし通路Ａ２の放熱面積は通路Ａ１の放熱面積の５倍にはならない。放熱面積は主として壁１０６（放熱フィン）の面積、すなわち（壁１０６の高さ）×（通路の長さ）に依存して決定される。つまり通路Ａ２の放熱面積と通路Ａ１の放熱面積とは同じである。

このことは通路Ａ２のほうが通路Ａ１よりも熱がたまりやすいことを意味する。言い換えれば通路Ａ１のほうが通路Ａ２よりも熱が逃げやすい。

また通路Ａ１の幅が通路Ａ２の幅よりも狭いため、通路Ａ１を流れる冷却風の速さは通路Ａ２を流れる冷却風の速さよりも大きいので、通路Ａ１から熱が逃げやすい。このように受熱面積と放熱面積との関係だけでなく、冷却風の速度の点からも通路Ａ１のほうが通路Ａ２よりも熱が逃げやすくなる。よって、冷却通路の中央部のほうが冷却通路の端部よりも冷却性能が高くなる。

以上説明したように、実施の形態２によればバイポーラ電極の積層方向に直交する平面における中央部分の冷却効率を高めることができる。よって実施の形態２によればバイポーラ２次電池の温度分布の偏りを緩和することができる。

また、バイポーラ２次電池１２０ではバイポーラ電極の積層方向に直交する平面の中心部分の温度が高くなりやすいため、この部分が特に膨張しやすくなる。実施の形態２によれば冷却通路の中心付近では通路の幅が狭くなる（複数の壁同士の間隔が密になる）。これにより筐体１２１の中心部分の強度を高くすることができるのでバイポーラ２次電池の膨張を防ぐことが可能になる。

［実施の形態３］
図７は、実施の形態３の電池パックの構成を示す斜視図である。

図７および図３を参照して、電池パック１００Ｂは筐体１０１に代えて筐体１３１を備える点で電池パック１００と異なる。電池パック１００Ｂの他の部分は電池パック１００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。

図７では説明の便宜上、筐体１３１とバイポーラ２次電池１２０とを分けて示す。ただし、電池パック１００Ｂにおいてバイポーラ２次電池１２０は筐体１３１の内部に収納される。なお図７においてはバイポーラ２次電池１２０の外部端子１１０は示していない。

筐体１３１は、バイポーラ２次電池１２０に対して上方に配置されるアッパーケース１３１Ａと、バイポーラ２次電池１２０に対して下方に配置されるロワーケース１３１Ｂとを含む。要するに筐体１３１は上下方向（矢印Ｄの方向）に２分割可能に構成される。よって実施の形態３によれば、筐体を一体成型する場合に比較して筐体を容易に製造することができる。

アッパーケース１３１Ａと、ロワーケース１３１Ｂとはボルト１３２およびナット１３３により締結される。これにより実施の形態３によれば筐体の剛性を向上させることができる。なおアッパーケース１３１Ａおよびロワーケース１３１Ｂの各々には締結部１３４が設けられる。ボルト１３２は締結部１３４に形成された孔１３５に通される。

図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に従う断面図である。
図８を参照して、アッパーケース１３１Ａには凸形状の嵌合部１３６Ａが形成され、ロワーケース１３１Ｂには凹形状の嵌合部１３６Ｂが形成される。嵌合部１３６Ａ，１３６Ｂが互いに結合することにより導入通路１１１、接続部１１３、および排出通路１１２からなる冷却通路が図７の筐体１３１に形成される。なお、冷却媒体の漏れを防止するため、たとえばシール材やパッキン等が嵌合部１３６Ａと嵌合部１３６Ｂとの結合部分に設けられていてもよい。

再び図７を参照しながら説明する。筐体１３１を一体で形成する場合には、バイポーラ２次電池１２０を収納する部分（すなわち図４で示す内壁部１１５，１１６の間隔）に寸法の誤差が生じることが起こり得る。この場合にはバイポーラ２次電池１２０を拘束する効果が弱くなるとともにバイポーラ２次電池の放熱効果が弱くなることが起こり得る。実施の形態３の電池パックの構成によれば、バイポーラ２次電池１２０に対して最適な圧力を印加することが可能になる。これにより実施の形態３によればバイポーラ２次電池の冷却と拘束と適切に行なうことができる。

［実施の形態４］
図９は、実施の形態４の電池パックの構成を示す斜視図である。

図９および図７を参照して、電池パック１００Ｃは筐体１３１に代えて筐体１４１を備える点で電池パック１００Ｂと異なる。電池パック１００Ｃの他の部分は電池パック１００Ｂ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。

なお図７と同様に、図９では筐体１４１とバイポーラ２次電池１２０とを分けて示すがバイポーラ２次電池１２０は筐体１４１に収納される。また、図９においてはバイポーラ２次電池１２０の外部端子１１０は示していない。

筐体１４１は、バイポーラ２次電池１２０に対して上方に配置されるアッパーケース１４１Ａと、バイポーラ２次電池１２０に対して下方に配置されるロワーケース１４１Ｂとを含む。実施の形態３と同様にアッパーケース１４１Ａと、ロワーケース１４１Ｂとはボルト１３２およびナット１３３により締結される。よって実施の形態４によれば筐体の製造を容易にできるとともに筐体の剛性を向上させることができる。また実施の形態４によればバイポーラ２次電池の冷却と拘束と適切に行なうことができる。

冷却通路は筐体１４１と一体化される。冷却通路は複数の壁１０６により複数の通路に分割される。実施の形態２と同様に、複数の通路のうち冷却通路の中央に位置する通路の幅は、複数の通路のうち冷却通路の端部に位置する通路の幅よりも狭い。

よって実施の形態４によれば、バイポーラ電極の積層方向に直交する平面における中央部分の冷却効率を高めることができる。すなわち実施の形態４によればバイポーラ２次電池の温度分布の偏りを緩和することができる。

また、実施の形態４によれば筐体１４１の中心部分の強度を高くすることができるのでバイポーラ２次電池の膨張を防ぐことが可能になる。

［実施の形態５］
図１０は、実施の形態５の電池パックの構成を示す斜視図である。

図１０および図７を参照して、電池パック１００Ｄは筐体１２１に代えて筐体１５１を備える点で電池パック１００Ｂと異なる。電池パック１００Ｄの他の部分は電池パック１００Ｂ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。

なお図７と同様に、図１０では筐体１５１とバイポーラ２次電池１２０とを分けて示すがバイポーラ２次電池１２０は筐体１５１に収納される。また、図１０においてはバイポーラ２次電池１２０に接続される外部端子１１０は示していない。

筐体１５１は、バイポーラ２次電池１２０に対して上方に配置されるアッパーケース１５１Ａと、バイポーラ２次電池１２０に対して下方に配置されるロワーケース１５１Ｂと、アッパーケース１５１Ａとロワーケース１５１Ｂとに挟まれる絶縁部材１５２とを含む。なお実施の形態５においてはボルト１３２およびナット１３３も絶縁体で構成される。

図１０および図４を参照しながら実施の形態５の電池パックを説明する。アッパーケース１５１Ａと、ロワーケース１５１Ｂとは絶縁部材１５２により絶縁される。また、ボルト１３２およびナット１３３も絶縁体により構成される。よってバイポーラ２次電池１２０の負極集電板２１および正極集電板２３をアッパーケース１５１Ａおよびロワーケース１５１Ｂに直接接触させたときに負極集電板２１と正極集電板２３との短絡を防ぐことができる。

したがって、実施の形態５においては絶縁フィルム２４が不要になる。さらに、実施の形態５においては負極集電板２１および正極集電板２３をアッパーケース１５１Ａおよびロワーケース１５１Ｂに直接接触させることができるので、実施の形態１〜４よりもバイポーラ２次電池の冷却効率を高めることが可能になる。

なお、電池パック１００Ａ〜１００Ｄの各々は、電池パック１００と同様に、たとえば図１および図２に示す自動車１に配置される。

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。

本発明による電池パック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１に示した自動車の平面透視模式図である。 図１および図２に示す電池パック１００を詳細に示す図である。 図３の電池パック１００のＩＶ−ＩＶ線に従う断面図である。 実施の形態２の電池パックの構成を示す斜視図である。 図５の筐体１２１における導入口１０２を模式的に示す図である。 実施の形態３の電池パックの構成を示す斜視図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に従う断面図である。 実施の形態４の電池パックの構成を示す斜視図である。 実施の形態５の電池パックの構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 自動車、２ａ，２ｂ フロントシート、５ カバー、６ リアシート、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、５０ 搭乗空間、１００，１００Ａ〜１００Ｄ 電池パック、１０１，１２１，１３１，１４１，１５１ 筐体、１０２ 導入口、１０３ 排出口、１０５ 電極取出口、１０６ 壁、１１０ 外部端子、１１１ 導入通路、１１２ 排出通路、１１３ 接続部、１１５，１１６ 内壁部、１２０ バイポーラ２次電池、１３１Ａ，１４１Ａ，１５１Ａ アッパーケース、１３１Ｂ，１４１Ｂ，１５１Ｂ ロワーケース、１３２ ボルト、１３３ ナット、１３４ 締結部、１３５ 孔、１３６Ａ，１３６Ｂ 嵌合部、１５２ 絶縁部材、２００ 床面、Ａ１，Ａ２ 通路、Ｐ１〜Ｐ４ 位置。

Claims (10)

1. 積層された複数の電池構成体を含む電池集合体を備え、
   前記複数の電池構成体の各々は、
   積層された正極および負極と、
   前記正極と前記負極との間に配置された電解質とを有し、
   前記複数の電池構成体の積層方向と、前記正極および負極の積層方向とは一致し、
   冷却媒体を通すための冷却通路をさらに備え、
   前記冷却通路は、
   前記複数の電池構成体のうち、前記積層方向における一方端に配置される電池構成体に沿って設けられ、前記冷却媒体を導入する導入通路と、
   前記複数の電池構成体のうち、前記積層方向における他方端に配置される電池構成体に沿って設けられ、前記冷却媒体を排出する排出通路と、
   前記導入通路から流入する前記冷却媒体の流れる向きを変えて前記排出通路に前記冷却媒体を流す方向転換部とを含む、電池パック。
2. 前記冷却通路は、前記電池集合体を内部に収容する筐体と一体化され、
   前記導入通路における前記冷却媒体の導入口と、前記排出通路における前記冷却媒体の排出口とは、前記筐体の同じ面に設けられる、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記電池集合体は、
   前記正極または前記負極に電気的に接続される外部端子をさらに含み、
   前記筐体の少なくとも一部の面には、前記外部端子を前記筐体の内部から前記筐体の外部に取り出すための取出口が設けられる、請求項２に記載の電池パック。
4. 前記筐体は、
   前記一方端に配置される電池構成体および前記他方端に配置される電池構成体にそれぞれ対向する第１および第２の内壁部を含み、
   前記電池集合体は前記積層方向に加圧された状態で前記筐体に収納され、
   前記第１の内壁部と前記電池集合体との間および前記第２の内壁部と前記電池集合体との間には絶縁体が設けられる、請求項２に記載の電池パック。
5. 前記筐体は、
   前記電池集合体に対して上部に位置するアッパーケースと、
   前記電池集合体に対して下部に位置するロワーケースとを含み、
   前記アッパーケースおよび前記ロワーケースはボルトによって締結される、請求項２に記載の電池パック。
6. 前記アッパーケースおよび前記ロワーケースは、絶縁部材を挟んで締結され、
   前記ボルトは絶縁体で構成され、
   前記電池集合体は前記積層方向に加圧された状態で前記筐体に収納される、請求項５に記載の電池パック。
7. 前記冷却通路には、前記冷却通路を複数の通路に分割する複数の壁が形成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の電池パック。
8. 前記複数の通路のうち、前記冷却通路の中央部に位置する通路の幅は、前記複数の通路のうち前記冷却通路の端部に位置する通路の幅よりも狭い、請求項７に記載の電池パック。
9. 前記複数の電池構成体のうちの隣り合う２つの電池構成体の間には、導電性部材が設けられ、
   前記導電性部材の第１の主表面側には、前記２つの電池構成体の一方が有する前記正極が配置され、
   前記導電性部材の第２の主表面側には、前記２つの電池構成体の他方が有する前記負極が配置され、
   前記正極は、前記第１の主表面に形成される正極活物質層であり、
   前記負極は、前記第２の主表面に形成される負極活物質層である、請求項１から８のいずれか１項に記載の電池パック。
10. 車室内部に配置された分割シートと、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の電池パックとを備え、
    前記電池パックは、前記分割シートの下に配置される、車両。

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