JP2013218930A - 電池セルの熱伝導構造、電池モジュールおよび電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】体格を抑制しながら、電池セルに生じる温度差を従来よりも小さくする。
【解決手段】電池セル１１と、電池セル１１と熱伝導が行えるプレート１３と、プレート１３の少なくとも一面と直接的または間接的に面接触して熱交換を行う熱交換部２８とを有する電池セル１１の熱伝導構造において、電池セル１１およびプレート１３と積層状に備えられ、電池セル１１およびプレート１３のうち一方または双方と直接的または間接的に面接触する熱拡散シート１４を有する。この構成によれば、熱拡散シート１４は厚みが薄いので、全体の厚さを従来よりも薄くすることができ、熱が拡散されて熱伝導するので電池セル１１の温度を均一化することもできる。よって、全体の体格を抑制しながら、電池セル１１に生じる温度差を従来よりも小さくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池セル，プレート，熱交換部を有する電池セルの熱伝導構造、電池モジュールおよび電池パックに関する。

従来では、冷却液を循環する冷却液通路を簡単な構造としながら、各々の電池を効率よく均一に冷却して電池の温度差を小さくして温度差による電池の劣化を有効に防止することを目的とする車両用の電源装置に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この電源装置は、冷却パイプが冷却機構に連結されて、冷却機構から供給される冷却液で冷却パイプが冷却され、この冷却パイプが吸熱プレートを介して角型電池を絶縁しながら冷却する。

特開２００９−００９８８９号公報

しかし、特許文献１に記載の電源装置は、角型電池の相互間に吸熱プレートを介在させ、かつ、当該吸熱プレートの四隅にあけた貫通穴に冷却パイプを通す構造である。この構造によれば、角型電池の相互間にそれぞれ吸熱プレートを介在させているので、介在させる吸熱プレートの数や厚みに応じて、電源装置全体の体格も大きくなる。

吸熱プレートは、四隅近傍が冷却パイプによって大きく冷やされる反面、冷却パイプから離れている中央部が冷やされにくい。よって、吸熱プレートの部位に応じて温度差が生じ、結果的に角型電池も部位に応じて温度差が生じる。一般的に電池は全体が均一の温度のときに性能をフルに活かせるが、温度差が生じると性能をフルに活かせない。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、体格を抑制しながら、電池セルに生じる温度差を従来よりも小さくすることができる電池セルの熱伝導構造、電池モジュールおよび電池パックを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、電池セルと、前記電池セルと熱伝導が行えるプレートと、前記プレートの少なくとも一面と直接的または間接的に面接触して熱交換を行う熱交換部とを有する電池セルの熱伝導構造において、前記電池セルおよび前記プレートと積層状に備えられ、前記電池セルおよび前記プレートのうち一方または双方と直接的または間接的に面接触する熱拡散シートを有することを特徴とする。

この構成によれば、熱拡散シートは厚みが薄いので、全体の厚みを従来よりも薄くすることができ、熱が拡散されて熱伝導するので電池セルの温度を均一化することもできる。よって、全体の体格を抑制しながら、電池セルに生じる温度差を従来よりも小さくすることができる。

なお「電池セル」は、一次電池，二次電池，燃料電池などが該当する。「プレート」は、熱伝導が行える材質（材料の意味を含む。以下同じである。）であれば任意であり、例えば金属やグラファイトなどが該当する。「熱交換部」は、冷却器および加温器のうち一方または双方の機能を担う。「熱伝導」には、冷却や加温（加熱の意味も含む。以下同じである。）の作用を含む。

第２の発明は、一以上の電池セルと、前記電池セルと熱伝導が行えるプレートと、前記プレートの少なくとも一面と直接的または間接的に面接触して熱交換を行う熱交換部とを有する電池サブモジュールにおいて、前記電池セルおよび前記プレートと積層状に備えられ、前記電池セルおよび前記プレートのうち一方または双方と直接的または間接的に面接触する熱拡散シートと、発生する熱を熱伝導により前記電池セルを加温する面状ヒータとを有することを特徴とする。この構成によれば、熱拡散シートによって厚みを従来よりも薄くすることができ、熱が拡散されて熱伝導するので電池セルの温度を均一化することもできる。よって、電池サブモジュール全体の体格を抑制しながら、電池セルに生じる温度差を従来よりも小さくすることができる。

第３の発明は、一以上の電池セルと、前記電池セルと熱伝導が行えるプレートと、前記プレートの少なくとも一面と直接的または間接的に面接触して熱交換を行う熱交換部とを有する電池サブモジュールにおいて、前記電池セルおよび前記プレートと積層状に備えられ、前記電池セルおよび前記プレートのうち一方または双方と直接的または間接的に面接触し、導電性の材料から構成される熱拡散シートと、熱拡散シートへ通電するための装置とを有することを特徴とする。この構成によれば、熱拡散シートによって厚みを従来よりも薄くすることができ、熱が拡散されて熱伝導するので電池セルの温度を均一化することもできる。よって、電池サブモジュール全体の体格を抑制しながら、電池セルに生じる温度差を従来よりも小さくすることができる。

第４の発明は、電池パックにおいて、電池サブモジュールを複数有し、複数の前記電池サブモジュールを前記面接触する方向に重ねて配置し、重ねて配置した複数の前記電池パックのほぼ全面を覆う断熱部材を有することを特徴とする。この構成によれば、複数の電池パックは断熱部材で覆われるので、外部との熱伝導が遮断されるので、外部の温度による影響を抑制することができる。よって、体格の抑制、温度差の低減、外部の温度による変化の抑制を達成することができる。

電池サブモジュールの第１構成例を模式的に示す断面図である。 熱拡散シートの第１構成例を模式的に示す平面図である。 部分シートの第１構成例を模式的に示す平面図である。 部分シートの第２構成例を模式的に示す平面図である。 部分シートの第３構成例を模式的に示す平面図である。 部分シートの第４構成例を模式的に示す平面図である。 熱拡散シートの第２構成例を模式的に示す平面図である。 熱拡散シートの第３構成例を模式的に示す平面図である。 電池サブモジュールの第２構成例を模式的に示す断面図である。 電池サブモジュールの第３構成例を模式的に示す断面図である。 電池サブモジュールの第４構成例を模式的に示す断面図である。 電池サブモジュールの第５構成例を模式的に示す断面図である。 電池サブモジュールの第６構成例を模式的に示す断面図である。 電池サブモジュールの第７構成例を模式的に示す断面図である。 電池サブモジュールの第８構成例を模式的に示す断面図である。 電池セルの温度制御を行う構成例を示す模式図である。 温度制御処理の手続き例を示すフローチャート図である。 電池サブモジュールの第９構成例を模式的に示す断面図である。 図２０に示すXIX−XIX線の断面図である。 電池サブモジュールの第９構成例を模式的に示す平面図である。 電池パックの構成例を模式的に示す斜視図である。 電池装置の構成例を模式的に示す分解斜視図である。 電池セルの冷却を説明する平面図である。 電池セルの加温を説明する平面図である。 部分シートの第５構成例を模式的に示す平面図である。 電池サブモジュールの第１０構成例を模式的に示す平面図である。 図２０に示すXXVII−XXVII線の断面図である。 電池サブモジュールの第１１構成例を模式的に示す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は、電池セルの熱伝導構造および電池サブモジュールの一例であって、図１〜図１０を参照しながら説明する。図１に示す電池サブモジュール１０は、電池セル１１、プレート１３、熱拡散シート１４、熱交換部２８などを有する。

電池セル１１は一次電池，二次電池，燃料電池などが該当するが、本形態ではラミネート型リチウム二次電池を適用する。このリチウムイオン電池の正極材には、例えばＬｉＭＰＯ₄やＬｉＭＳｉＯ₄等で表されるようなポリアニオン系物質であり、金属元素（Ｍ）としてマンガン（Ｍｎ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ）のうちで一つ以上を含む。

プレート１３は電池セル１１と熱伝導が行える材質（例えば金属やカーボン等）で任意の形状に形成される。本形態のプレート１３は、電池セル１１や熱拡散シート１４などを収容するため、図示するように断面が「コ」字状に形成される。

熱交換部２８は、例えば冷却器や加温器などが該当し、流体（気体や液体）が通る流路２８ａに備える。当該熱交換部２８は、プレート１３の少なくとも一面と面接触して熱交換を行う機能を担う。本形態ではプレート１３と直接的に面接触させる。流路２８ａに対して電池セル１１よりも低い温度の流体を流せば冷却器として機能し、電池セル１１よりも高い温度の流体を流せば加温器として機能する。

熱拡散シート１４は、電池セル１１に生じる熱（発熱や吸熱を問わない）を拡散させる部材であり、例えばグラファイトシート等が該当する。本形態では、電池セル１１とプレート１３との間に介在させて面接触させる。熱拡散シート１４の形態は任意であるが、例えば図２〜図８に示す形態が該当する。以下では、各図に示す形態について簡単に説明する。

図２に示す熱拡散シート１４は、二点鎖線で示す電池セル１１とほぼ同等の形状で形成する形態である。すなわち熱拡散シート１４の面積は、面接触に対応する対応面における電池セル１１の面積を基準とする所定の許容範囲で自在に形状を設定する。図２では、電池セル１１を縦幅Ｖ１および横幅Ｈ１の長方形状と仮定する。この場合における熱拡散シート１４の縦幅Ｖ２および横幅Ｈ２は、Ｖ１≦Ｖ２、Ｈ１≦Ｈ２の許容範囲内で形成するとよい。

図３〜図６に示す熱拡散シート１４は、複数の部分シート１４ａで構成される。図３〜図６では、長方形（正方形を含む。以下同じである。）状と楕円形（円形を含む。以下同じである。）状とに形成する例を示す。

図３に示す部分シート１４ａは同一面積の長方形状に形成し、ｎ行ｍ列（ｎとｍは２以上で任意の整数）にタイル状に配置する。同様に図４に示す部分シート１４ａは、同一面積の楕円形状に形成し、ｎ行ｍ列にタイル状に配置する。

図５に示す部分シート１４ａは、長方形状に形成してｎ行ｍ列に配置する点では図３と同じであるが、熱交換部２８側に近づくにつれて面積を大きくしてゆく。同様に図６に示す部分シート１４ａは、楕円形状に形成してｎ行ｍ列に配置する点では図４と同じであるが、熱交換部２８側に近づくにつれて面積を大きくしてゆく。

図７と図８に示す熱拡散シート１４ｂ，１４ｃは、不定形状に形成する例を示す。図７に示す熱拡散シート１４ｂは、左右方向にジグザク状に形成している。図８に示す熱拡散シート１４ｃは、熱交換部２８側と反対側が先端となるように櫛状に形成している。熱拡散シート１４ｂ，１４ｃに共通しているのは、面接触に対応する対応面における電池セル１１の面積よりも小さく、かつ、対応面にかかる周縁の一部分を含まずに面接触する形状で形成される点である。

（変形例）
上述した形態の変形例について、図９と図１０を参照しながら説明する。図９には、電池セル１１と熱拡散シート１４との間にプレート１３ｇを介在させる例を示す。プレート１３ｇはプレート１３と同等の材料（すなわち熱伝導率が同等）で形成される。同一の熱伝導率ならば、プレート１３とプレート１３ｇとを一体形成してもよい。図１０には、電池セル１１と熱拡散シート１４との間に絶縁プレート１５を介在させる例を示す。絶縁プレート１５は絶縁性の材質で形成される。プレート１３ｇおよび絶縁プレート１５は、いずれも図２〜図８に示す熱拡散シート１４や部分シート１４ａと同一の形状で形成してもよく、異なる形状で形成してもよい。

上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）電池セル１１の熱伝導構造は、電池セル１１およびプレート１３と積層状に備えられ、電池セル１１およびプレート１３の双方と直接的に面接触する熱拡散シート１４を有する構成とするか（図１を参照）、あるいは電池セル１１およびプレート１３のうち一方と間接的に面接触する構成とした（図９，図１０を参照）。この構成によれば、熱拡散シート１４は厚みが薄いので、全体の厚さを従来よりも薄くすることができ、熱が拡散されて熱伝導するので電池セル１１の温度を均一化することもできる。よって、全体の体格を抑制しながら、電池セル１１に生じる温度差を従来よりも小さくすることができる。

（２）熱拡散シート１４は、面接触に対応する対応面における電池セル１１の面積を基準とする所定の許容範囲内の面積であり、かつ、対応面と面接触する部位が重なる構成とした（図２を参照）。この構成によれば、熱拡散シート１４は電池セル１１の対応面のほぼ全部と面接触するので熱が容易に拡散し、電池セル１１に生じる温度差をさらに小さくすることができる。

（３）熱拡散シート１４は、面接触に対応する対応面における電池セル１１の面積よりも小さく、かつ、対応面にかかる周縁の一部分を含まずに面接触する形状で形成される構成とした（図７，図８を参照）。この構成によれば、熱拡散シート１４は電池セル１１の対応面の多くと面接触するので熱が容易に拡散し、電池セル１１に生じる温度差をさらに小さくすることができる。

（４）熱拡散シート１４は複数の部分シート１４ａで構成され、複数の部分シート１４ａの各面積を合計した合計面積は面接触に対応する対応面における電池セル１１の面積よりも小さくする構成とした（図３〜図６を参照）。この構成によれば、熱拡散シート１４は電池セル１１の対応面の多くと面接触するので熱が容易に拡散し、電池セル１１に生じる温度差をさらに小さくすることができる。

（５）部分シート１４ａは、熱交換部２８に近づくにつれて面積を大きくする構成とした（図５，図６を参照）。この構成によれば、熱交換部２８に近くなるほど部分シート１４ａの面積が大きくなり、熱が拡散しやすい。よって、電池セル１１に生じる温度差をさらに小さくすることができる。

（６）熱拡散シート１４は、電池セル１１と接しないように配置する構成とした（図９，図１０を参照）。この構成によれば、プレート１３ｇや絶縁プレート１５を介して熱伝導する熱を熱拡散シート１４で拡散させるので、電池セル１１に生じる温度差をより小さくすることができる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は、電池セルの熱伝導構造および電池モジュールの一例であって、図１１〜図１５を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするために実施の形態２では実施の形態１と異なる点について説明する。よって実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

実施の形態２が実施の形態１と異なるのは、熱交換部２８とは別個に、面状ヒータ１６を備える点である。「ヒータ」に相当する面状ヒータ１６（面状発熱体）は、例えば発熱抵抗体、高分子ヒータ、金属箔ヒータなどが該当する。発熱抵抗体は、例えばグラファイトや、カーボン（カーボンブラックを含む）、ニッケル合金、Ａｇ／Ｐｄ合金などが該当する。高分子ヒータは、例えばポリエステルヒータやポリイミドヒータ等）などが該当する。金属箔ヒータは、鉄クロム含有合金やＳＵＳ合金等などの金属を箔状に形成したものである。このように、面状ヒータ１６は面状に形成された発熱体であればよく、材質を問わない。

図１１の構成例では、熱拡散シート１４とプレート１３との間に面状ヒータ１６を備える。図１２の構成例では、電池セル１１と熱拡散シート１４との間に面状ヒータ１６を備える。図１３の構成例では、熱拡散シート１４が面接触するプレート１３の面（左側面）と対向する面（右側面）に面状ヒータ１６を備える。図１４の構成例では、プレート１３ｇとプレート１３との間に面状ヒータ１６を備える。要するに、電池セル１１を加温可能に面状ヒータ１６を配置すればよい。これらの構成例において、面状ヒータ１６が電池セル１１を加温する機能を担うので、熱交換部２８は電池セル１１を冷却する機能を担えば足りる。

上述した実施の形態２によれば、以下に示す各効果を得ることができる。なお面状ヒータ１６以外については実施の形態１と同等の構成であるので、実施の形態１と同等の作用効果を得ることができる。

（７）電池セル１１の熱伝導構造は、熱交換部２８とは別個に、電池セル１１を加温する面状ヒータ１６（ヒータ）を有する構成とした（図１１〜図１５を参照）。この構成によれば、熱交換部２８によって電池セル１１を冷却（加温は任意）し、面状ヒータ１６によって電池セル１１を加温する。電池セル１１が冷える場合も電池セル１１に生じる温度差をより小さくすることができる。また面状ヒータ１６は厚みが薄く抑えられるので、電池サブモジュール１０全体の体格を抑制することができる。

（８）電池サブモジュール１０は、電池セル１１およびプレート１３と積層状に備えられ、電池セル１１およびプレート１３のうち一方または双方と直接的または間接的に面接触する熱拡散シート１４と、発生する熱を熱伝導により電池セル１１を加温する面状ヒータ１６とを有する構成とした（図１１〜図１５を参照）。この構成によれば、面状ヒータ１６によって電池セル１１を加温する。電池セル１１が冷える場合も電池セル１１に生じる温度差をより小さくすることができる。また面状ヒータ１６は厚みが薄く抑えられるので、電池サブモジュール１０全体の体格を抑制することができる。

（９）熱拡散シート１４は、電池セル１１と面状ヒータ１６との間に設ける構成とした（図１１，図１３，図１４を参照）。この構成によれば、電池セル１１や面状ヒータ１６の熱は熱拡散シート１４によって拡散されるので、電池セル１１に生じる温度差をさらに小さくすることができる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は、電池セルの熱伝導構造および電池サブモジュールの一例であって、図２８を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするために実施の形態３では実施の形態１，２と異なる点について説明する。よって実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

実施の形態３が実施の形態１，２と異なるのは、熱拡散シート１４には導電性の材料を使用し、電源５０から供給される電力によりヒータとしての使用することができる点である。すなわちヒータを設置することなく、電池サブモジュール１０に電池セル１１を加温する機能を持たせることができる。この導電性のある熱拡散シート１４には、例えばグラファイト等で構成されるのが適切である。この構成例において、熱拡散シート１４が電池セルを加温する機能を担うので、熱交換部２８は電池セル１１を冷却する機能を担えば足りる。

上述した実施の形態３によれば、以下に示す各効果を得ることができる。なお面状ヒータ１６以外については実施の形態１，２と同等の構成であるので、実施の形態１，２と同等の作用効果を得ることができる。

（１０）熱拡散シート１４には導電性の物質を用いて、送電できる構成とした。この構成によれば、全体の体格を抑制しながら、電池セル１１を均等に加温することができるので、電池セル１１に生じる温度差をさらに小さくすることができる。

〔実施の形態４〕
実施の形態４は、電池セルの温度制御の一例であって、図１６と図１７を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするために実施の形態４では実施の形態２に示す構成例（図１１〜図１５を参照）を前提として説明する。よって実施の形態２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図１６に示す電池サブモジュール１０は、実施の形態２に示す構成例（図１１〜図１５を参照）に加えて、さらに温度センサ１７および温度制御部１８を有する。温度センサ１７は、電池セル１１の温度θｓを検出する。温度制御部１８は、温度センサ１７によって検出される温度θｓが目標温度θｍになるように、面状ヒータ１６に信号Ｃtlを伝達し、面状ヒータ１６で発生させる熱（熱量）を制御する。また、図１１〜図１５に示す熱交換部２８の流路２８ａに流す流体（流量）、温度を制御する。

目標温度θｍは任意に設定可能であり、本形態では許容下限温度Ｔａおよび許容上限温度Ｔｂを用いてＴａ≦θｍ≦Ｔｂの温度範囲と仮定する。言い換えれば、温度制御部１８はＴａ≦θｓ≦Ｔｂに収まるように熱交換部２８および面状ヒータ１６を制御する。なお、許容下限温度Ｔａと許容上限温度Ｔｂは同じ温度でもよく、異なる温度でもよい。

図１７に示す温度制御処理は、温度制御部１８で実行される手続きであり、繰り返し実行される。後述する目標温度θｍ（許容下限温度Ｔａや許容上限温度Ｔｂ）は記録媒体に記録（更新を含む）しておく。温度制御部１８の構成は任意である。すなわち、ＣＰＵによってソフトウェアで実行する構成としてもよく、ハードウェアロジックで実行する構成としてもよい。

温度制御処理において、温度センサ１７によって検出される温度θｓを取得し〔ステップＳ１０〕、取得した温度θｓに基づいて処理を分岐する〔ステップＳ１１，Ｓ１３〕。温度θｓが許容下限温度Ｔａよりも低ければ（ステップＳ１１でＹＥＳ）、面状ヒータ１６に信号Ｃtlを伝達して熱を発生させて加温し〔ステップＳ１２〕、リターンする。温度θｓが許容上限温度Ｔｂよりも高ければ（ステップＳ１３でＹＥＳ）、熱交換部２８の流路２８ａに流す流体（温度や流量）を制御して冷却し〔ステップＳ１４〕、リターンする。一方、温度θｓが目標温度θｍに達してＴａ≦θｓ≦Ｔｂであれば（ステップＳ１１でＮＯかつステップＳ１３でＮＯ）、何ら制御を行わずにリターンする。どの処理を経るにせよ、熱拡散シート１４によって熱が拡散されて電池セル１１の温度が均一化される。

上述した実施の形態３によれば、以下に示す各効果を得ることができる。なお電池サブモジュール１０の構成については実施の形態２と同等の構成であるので、実施の形態２と同等の作用効果を得ることができる。

（１１）電池セル１１の温度θｓを検出する温度センサ１７と、温度センサ１７によって検出される温度θｓが目標温度θｍになるように、熱交換部２８に流す流体および面状ヒータ１６で発生させる熱量を制御する温度制御部１８とを有する構成とした（図１６を参照）。この構成によれば、電池セル１１の温度θｓを目標温度θｍで安定させ、熱拡散シート１４によって熱を拡散させるので、電池セル１１の全体で温度を均一化できる。よって、電池セル１１に生じる温度差をさらに小さくすることができる。

〔実施の形態５〕
実施の形態５は、電池サブモジュールおよび電池パックの一例であって、図１８〜図２４を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするために実施の形態５では実施の形態１〜４と異なる点について説明する。よって実施の形態１〜４で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図１８に示す電池サブモジュール１０は、複数（本例では３）の電池セル１１、構造体１２、プレート１３などで構成される。以下では、各要素について簡単に説明する。

複数の電池セル１１は、プレート１３上の所定位置に平面方向（例えばタイル状等）に並べて配置される。各電池セル１１は、電解質やセパレータ等を備える電池であって、蓄放電を行うための端子１１ａ，１１ｂを備える。「接合部」に相当する端子１１ａ，１１ｂは、一方がプラス端子であり、他方がマイナス端子である。なお、端子１１ａ，１１ｂは、電極、ピン、リード、バスバー等を適用してもよい。

構造体１２は、プレート１３と端子１１ａ，１１ｂとの間で熱伝導を行う機能を担う。熱伝導は、冷却および加温のうちで一方または双方を行う。この構造体１２は、締結部材１２ａ、絶縁樹脂部材１２ｂ，１２ｄ，熱伝導部材１２ｆ、制振部材１２ｃ、絶縁カバー１２ｅなどを有する。絶縁樹脂部材１２ｂ，１２ｄや絶縁カバー１２ｅは、それぞれ「絶縁体」に相当し、図示するようにプレート１３と端子１１ａ，１１ｂとの間に介在され、絶縁性の樹脂で形成される。

絶縁樹脂部材１２ｄは、端子１１ａ，１１ｂを接合する際に利用される穴状部を備える。当該穴状部と上述した第１穴状部１３ｃとは、同一の形状でもよく、異なる形状でもよい。

制振部材１２ｃは、端子１１ａ，１１ｂに生じる振動を抑制するために、弾性体で成形される（あるいは備えられる）。振動は、電池サブモジュール１０（あるいは後述する電池モジュール２０や電池パック３０等）が配置される物体や装置等（例えば車両）の作動に伴うものである。弾性体は、ゴム等のような弾性を有する樹脂で成形したり、任意の材質で板バネ状に加工したりする。絶縁カバー１２ｅは、端子１１ａ，１１ｂを保護する機能を担う。制振部材１２ｃと絶縁カバー１２ｅは同一の材質でもよく、異なる材質でもよい。

熱伝導部材１２ｆは、プレート１３と端子１１ａ，１１ｂ間の熱伝導性を向上させるために形成される。従って熱伝導部材１２ｆは、銅、アルミニウムといった熱伝導性の高い物質で形成されることが望ましい。

絶縁樹脂部材１２ｄには貫通穴を備え、熱伝導部材１２ｆには切欠きを備える。これらの貫通穴や切欠きは、第２穴状部１３ｄに対応する部位において、拘束部材２１を通すために形成される。

絶縁樹脂部材１２ｂ，熱伝導部材１２ｆには締結穴（例えば貫通穴やネジ穴等）を備える。これらの締結穴は、締結部材１２ａを通して制振部材１２ｃや絶縁カバー１２ｅを押さえる。

締結部材１２ａは、締結（固定）可能な部材であれば任意である。例えば、ボルトや、ネジ（雌ネジの必要性を問わない）、ビスなどが該当する。頭部形状や先端部形状等のような形状、金属，樹脂，炭素繊維等のような材質、座金（ワッシャー）やピンの有無などのように部材の形態を問わない。

図１９〜図２０に示す構成例のプレート１３は、複数の電池セル１１について平面方向に対応する面と直接的または間接的に面接触して熱伝導を行い、また端子１１ａ，１１ｂについては上述した構造体１２を通じて熱伝導を行う機能を担う。したがって、銅、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料で形成されることが望ましい。複数の電池セル１１は、凹部１３ｅに位置決めをする。配置して位置決めした後の状態を図３に示す。当該図１９は図２０に示すXIX−XIX線の断面図である。ただし、ハッチ線の図示は省略している。

上記プレート１３は、本体部１３ａ、熱伝導面１３ｂ、第１穴状部１３ｃ、第２穴状部１３ｄ、凹部１３ｅ、凹部１３ｆ（図１，図６を参照）などを有する。本体部１３ａは、複数の電池セル１１について平面方向に対応する面と熱伝導を行う部位である。熱伝導を行えれば任意の材質で形成してよい。熱伝導面１３ｂとは同一の材質でもよく、異なる材質でもよい。この本体部１３ａには、図３に示すように、配置して位置決めする電池セル１１の数に応じた凹部１３ｅが形成されている。

熱伝導面１３ｂは、熱交換部２８（図１、図９〜図１５等を参照）との間で直接的もしくは間接的に面接触させて熱伝導を行う部材である。この熱伝導面１３ｂは、電池セル１１の幅方向に対応する面と面接触するように形成される。また、熱伝導が行われることを条件とすれば、熱伝導面１３ｂの材質は任意である。この場合でも熱伝導率が高い材質を用いるのがよい。

本体部１３ａと熱伝導面１３ｂとの形成方法は任意である。本形態では、板状部材を所定形状に曲げ、図５に示すように断面が所定形状（本例ではＬ字状）になるように形成することで本体部１３ａと熱伝導面１３ｂとを設けた。一体成形として所定形状を形成してもよい。図５に示す例では、本体部１３ａは電池セル１１の一面（下面）と面接触させ、熱伝導面１３ｂは電池セル１１の一面（右側面）と面接触させる。二点鎖線で示すように電池セル１１の他面（上面）と面接触させてもよく、両面（一面と、当該一面に対向する他面）と面接触させてもよい。熱伝導面１３ｂについても同様である。すなわち電池セル１１の他面（左側面）と面接触させてもよく、両面と面接触させてもよい。

第１穴状部１３ｃは、端子１１ａ，１１ｂに対応する部位のプレート１３に形成される貫通穴である。接合機（例えば超音波溶接機，スポット溶接機等）等によって、隣り合う電池セル１１の端子（一方の電池セル１１に備え端子１１ｂと、他方の電池セル１１に備える端子１１ａ）を接合する際に利用される。よって接合を行える穴形状であれば、図示する四角形状に限られず、任意の形状で形成してもよい。任意の形状は、三角形や五角形等の多角形状や、円や楕円を含む円形状、これらの幾何学形状を二以上任意に組み合わせて合成した合成形状などが該当する（以下同様である）。

第２穴状部１３ｄは、拘束部材２１（図２２を参照）を通すために、プレート１３に形成される貫通穴である。構造体１２が通る穴形状であれば、図示する円形状に限られず、任意の形状で形成してもよい。

凹部１３ｆ（図１８を参照）は、構造体１２ｅ、１２ｆを収納するための凹みである。プレート１３の下面よりも構造体１２ｅ、１２ｆが下に位置しない形状であれば、図示する台形形状に限られず、任意の形状で形成してもよい。

なお、図２０に二点鎖線で示すように、プレート１３と面接触するように面状ヒータ１６（熱源）を備える構成としてもよい。面状ヒータ１６は電池セル１１を加温するために用いられ、熱を発生させる部材や装置であれば任意である。例えば、ＰＴＣヒーターやカーボンヒーター等が該当する。このように面状ヒータ１６を別個に備える場合には、後述する熱交換部２８は冷却器として用いてよい。

電池サブモジュール１０を複数（本例では４）用いて、平面方向と交差する方向（すなわち上下方向）に重ねて配置すると、図２１に示す電池モジュール２０になる。端側を除く中側に位置する本体部１３ａ（図５を参照）は、上下に隣接する電池セル１１に共通して面接触することになり、これらの電池セル１１との間で熱伝導を行う。言い換えれば、図５に二点鎖線で示す上面側の本体部１３ａが不要となる。

電池モジュール２０を複数（本例では７）用いて構成される電池パック３０について、図２２を参照しながら説明する。図２２は斜視図で記載しているために、説明の便宜上、左下側を「前側」と呼び、右上側を「後側」と呼ぶことにする。なお、外部装置との接続を行うための接続部や、複数の電池モジュール２０にかかる上面側を覆うフィルムおよびカバー等については、本発明と関連性が無いので図示および説明を省略する。

図２２に示す電池パック３０は、複数の電池モジュール２０のほかに、拘束部材２１、拘束プレート２２、エンドプレート２３、中間部材２４、保護プレート２５、熱伝導部材２６，２７、熱交換部２８などを有する。

図示するように、複数の電池モジュール２０は上述した複数の電池サブモジュール１０を重ねる方向と同じ方向に重ねて配置する。前側の電池モジュール２０のみカバーを外した状態で示し、当該電池モジュール２０を除く他の電池モジュール２０はカバーを取り付けた状態で示す。

保護プレート２５は、複数の電池モジュール２０の一端側（特に電池セル１１）と面接触するように配置される。後側の電池モジュール２０はプレート１３で電池セル１１が保護されるのに対し、前側の電池モジュール２０は電池セル１１が露出しているためである（図１９，図２０，図２９を参照）。図２９に二点鎖線で示す本体部１３ａを備える電池モジュール２０については、当該本体部１３ａが電池セル１１を保護するので保護プレート２５は不要となる。

複数の電池モジュール２０および保護プレート２５を挟むように、外側から内側に向かって順番に拘束プレート２２，エンドプレート２３，中間部材２４が配置される。本形態では、前後合わせて２つの拘束プレート２２を配置し、前後合わせて４つのエンドプレート２３を配置し、前後合わせて４つの中間部材２４を配置しる。この形態は一例に過ぎず、拘束プレート２２，エンドプレート２３，中間部材２４にかかる各々の数量，材質，形状等は個別に任意に設定することができる。

拘束部材２１は、拘束プレート２２，エンドプレート２３，中間部材２４，保護プレート２５とともに、複数の電池モジュール２０を拘束する。本形態では８本の拘束部材２１を用いるが、本数は任意に設定してよい。拘束部材２１は複数の電池モジュール２０を拘束できれば任意であり、例えば締結部材などが該当する。

図２２に示すように、重ねて配置される複数の電池モジュール２０の一方側（下側）には、熱伝導部材２６，２７や熱交換部２８などを有する。熱伝導部材２６はプレート１３よりも熱伝導率が高い材質（例えばグラファイト等）で形成される。熱伝導部材２７はプレート１３や熱伝導部材２６と同等以上の熱伝導率を有する材質で形成され、長溝状の溝２７ａを有する。溝２７ａは、熱伝導部材２７に強度を付与する機能を担う。これらの熱伝導部材２６，２７は、電池セル１１と熱交換部２８との間で熱伝導を行うために備えられる。

プレート１３の熱伝導面１３ｂは熱伝導部材２６と面接触されている。すなわち、熱交換部２８と間接的に面接触されている。したがって、１つの電池セル１１および全部の電池セル１１の温度が均一になるように熱伝導が行われる。

熱交換部２８は、例えば冷却器や加温器などが該当する。流体（気体や液体）が通る管路を熱交換部２８に備えてもよい。管路を備える場合には、電池セル１１よりも低い温度の流体を管路に流せば冷却器として機能し、電池セル１１よりも高い温度の流体を管路に流せば加温器として機能する。

上述のように構成される電池パック３０（特に電池サブモジュール１０）の熱伝導（冷却と加温）について、図１１と図１２を参照しながら説明する。図１１および図１２はいずれも図１０に示す矢印Ｄ３方向からみた側面図である。

図２３には、電池セル１１の温度が上昇し、熱交換部２８で冷却する場合における熱伝導経路を矢印Ｄ２で示す。なお図１１では熱交換部２８は省略してある。矢印Ｄ４で示すように、熱は熱伝導面１３ｂの長手方向と交差する方向（下向き方向）に伝導する。熱の移動距離は、熱伝導面１３ｂの長手方向と比べては大幅に短い。そのため、電池セル１１の全体が均一の温度になるように、上記熱伝導が行われる。なお電池セル１１の温度が上昇するのは、例えば電池パック３０が配置された環境の温度（主に気温）が上昇したり、電池セル１１から電力を入出力したりする場合などが該当する。

図２４には、電池セル１１の温度が下降し、熱交換部２８で加温する場合における熱伝導経路を矢印Ｄ３で示す。なお図２４では熱交換部２８は省略してある。矢印Ｄ３で示すように、熱は熱伝導面１３ｂの長手方向と交差する方向（上向き方向）に伝導する。熱の移動距離は、熱伝導面１３ｂの長手方向と比べては大幅に短い。そのため、電池セル１１の全体が均一の温度になるように、上記熱伝導が行われる。なお電池セル１１の温度が下降するのは、例えば電池パック３０が配置された環境の温度が下降する場合などが該当する。

断熱部材２９は、熱伝導性の低い材質や構成であれば任意である。例えば、密度の低いウール状繊維で熱伝導率の低い空気を簡易に閉じ込める繊維系断熱材や、固体の中に気体の小泡を多量に持つ発泡系断熱材などが該当する。図２１には、断熱部材２９を上蓋２９ａと収容箱２９ｂで構成する例を示す。なお、複数の電池パック３０の全体を覆うことができれば任意である。例えば、上蓋２９ａのような板状の断熱部材で複数の電池パック３０の全体を覆う構成でもよい。

上述した実施の形態５によれば、以下に示す各効果を得ることができる。なお電池サブモジュール１０の構成については実施の形態１〜４と同等の構成であるので、実施の形態１〜３と同等の作用効果を得ることができる。

（１２）電池パック３０は、電池モジュール２０を複数有し、複数の電池モジュール２０を面接触する方向に重ねて配置し、重ねて配置した複数の電池パック３０のほぼ全面を覆う断熱部材２９を有する構成とした（図１８，図１９，図２２を参照）。この構成によれば、熱拡散シート１４は厚みが薄いので、電池モジュール２０全体の厚さを従来よりも薄くすることができ、熱が拡散されて熱伝導するので各電池セル１１の温度を均一化することもできる。よって、電池パック３０全体の体格を抑制しながら、各電池セル１１に生じる温度差を従来よりも小さくすることができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜５に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１〜５では、熱拡散シート１４は長方形状と楕円形状とに形成する複数の部分シート１４ａで構成した（図３〜図６を参照）。この形態に代えて、他の形状で形成される部分シートで構成してもよい。他の形状は、三角形状、長方形以外の四角形状（例えば台形状や平行四辺形状等）、五角形状などのような多角形状が該当する。多角形状や楕円形状を任意に合成した合成形状でもよい。例えば、三角形状に形成した複数の部分シート１４ｄの一例を図２５に示す。他の形状で形成する場合でも、熱を拡散する作用を有するので、上述した実施の形態１〜５と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜５において、電池セル１１は幅方向に突出する端子１１ａ，１１ｂを備える構成とした（図２５を参照）。この形態に代えて、図１３に示すように、幅方向と交差する方向に突出する端子１１ａ，１１ｂを備える構成としてもよい。この場合、隣合う電池セル１１の相互間で端子１１ａ，１１ｂを接続する導電線４０が必要となる反面、接合を行うための第２穴状部１３ｄが不要となる。この構成であっても、図２３に示す矢印Ｄ２のように熱伝導して電池セル１１を冷却したり、図２４に示す矢印Ｄ３のように熱伝導して電池セル１１を加温したりすることができる。

上述した実施の形態１〜５において、電池セル１１にはラミネート型リチウム二次電池を用い、ポリアニオン系物質を正極材として用いる構成とした。この形態に代えて、ラミネート型リチウム電池以外の二次電池を用いてもよく、ポリアニオン系物質以外の物質を正極材に用いてもよく、また一次電池や燃料電池を用いてもよい。他の形態の電池セル１１でも、図２３に示す矢印Ｄ２のように熱伝導して電池セル１１を冷却したり、図２４に示す矢印Ｄ３のように熱伝導して電池セル１１を加温したりすることができる。

上述した実施の形態１〜５において、構造体１２は、締結部材１２ａ、絶縁樹脂部材１２ｂ，１２ｄ，熱伝導部材１２ｆ、制振部材１２ｃ、絶縁カバー１２ｅを有する構成とした（図７を参照）。この形態に代えて、締結部材１２ａ、絶縁樹脂部材１２ｂ，１２ｄ，熱伝導部材１２ｆ、制振部材１２ｃ、絶縁カバー１２ｅのうちで一以上を無くす（全部無くす場合を除く）構成としてもよい。また、絶縁樹脂部材１２ｂ，１２ｄ，熱伝導部材１２ｆ、制振部材１２ｃ、絶縁カバー１２ｅのうちで一以上を任意に組み合わせ、加熱溶融（全部溶融でもよく、一部溶融でもよい）することで一体化する構成としてもよい。この場合には、熱可塑性樹脂を用いてもよく、熱硬化性樹脂を用いても良い。要するに構造体１２として熱伝導性を確保できれば、上述した実施の形態１〜５と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜５において、熱伝導部材２６は、プレート１３よりも熱伝導率が高い材質として、グラファイトで形成する構成とした。この構成に代えて、室温付近で熱伝導率が高い材質を適用してもよい。このような材質として、例えば銅，アルミニウム，真鍮，鉄などが該当する。これらの材質で熱伝導部材２６を形成する場合でも、プレート１３の厚みが抑制され、電池サブモジュール１０の体格を抑制することができる。

上述した実施の形態１〜５において、電池セル１１の温度θｓを検出する温度センサ１７を設置したが、電池セル１１近傍の温度より電池セルの温度を推定してもよい。たとえば、電池近傍の空気温度を検出し、その値より電池セルの温度を推定してもよい。

１０ 電池サブモジュール
１１ 電池セル
１３，１３ｇ プレート
１４，１４ｂ，１４ｃ 熱拡散シート
１４ａ 部分シート
１５ 絶縁プレート
２０ 電池モジュール
２８ 熱交換部
３０ 電池パック

Claims (12)

1. 電池セルと、前記電池セルと熱伝導が行えるプレートと、前記プレートの少なくとも一面と直接的または間接的に面接触して熱交換を行う熱交換部とを有する電池セルの熱伝導構造において、
   前記電池セルおよび前記プレートと積層状に備えられ、前記電池セルおよび前記プレートのうち一方または双方と直接的または間接的に面接触する熱拡散シートを有することを特徴とする電池セルの熱伝導構造。
2. 前記熱拡散シートは、前記面接触に対応する対応面における前記電池セルの面積を以下の面積であり、かつ、前記対応面と前記面接触する部位が重なることを特徴とする請求項１に記載の電池セルの熱伝導構造。
3. 前記熱拡散シートは、前記面接触に対応する対応面における前記電池セルの面積よりも小さく、かつ、前記対応面にかかる周縁の一部分を含まずに前記面接触する形状で形成されることを特徴とする請求項１に記載の電池セルの熱伝導構造。
4. 前記熱拡散シートは、複数の部分シートで構成され、
   前記複数の部分シートの各面積を合計した合計面積は、前記面接触に対応する対応面における前記電池セルの面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電池セルの熱伝導構造。
5. 前記部分シートは、前記熱交換部に近づくにつれて面積を大きくすることを特徴とする請求項４に記載の電池セルの熱伝導構造。
6. 前記熱拡散シートは、前記電池セルと接しないように配置することを特徴とする請求項４または５に記載の電池セルの熱伝導構造。
7. 前記熱交換部とは別個に、前記電池セルを加温するヒータを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電池セルの熱伝導構造。
8. 一以上の電池セルと、前記電池セルと熱伝導が行えるプレートと、前記プレートの少なくとも一面と直接的または間接的に面接触して熱交換を行う熱交換部とを有する電池サブモジュールにおいて、
   前記電池セルおよび前記プレートと積層状に備えられ、前記電池セルおよび前記プレートのうち一方または双方と直接的または間接的に面接触する熱拡散シートと、
   発生する熱を熱伝導により前記電池セルを加温する面状ヒータと、
   を有することを特徴とする電池サブモジュール。
9. 前記熱拡散シートは、前記電池セルと前記面状ヒータとの間に設けることを特徴とする請求項８に記載の電池サブモジュール。
10. 電池セルと、前記電池セルと熱伝導が行えるプレートと、前記プレートの少なくとも一面と直接的または間接的に面接触して熱交換を行う熱交換部とを有する電池セルの熱伝導構造において、
    前記電池セルおよび前記プレートと積層状に備えられ、前記電池セルおよび前記プレートのうち一方または双方と直接的または間接的に面接触し、導電性材料で構成される熱拡散シートを有し、
    前記熱拡散シートに送電して電池を加温する手段を持つことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電池サブモジュール。
11. 前記電池セルの温度を検出する温度センサと、
    前記温度センサによって検出される温度が目標温度になるように、前記熱交換部に流す流体の流量、前記熱交換部に流す流体の温度、前記面状ヒータで発生させる熱量のうちで一以上を制御する温度制御部と、
    を有することを特徴とする請求項８から１０に記載の電池サブモジュール。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池モジュールを複数有し、
    複数の前記電池サブモジュールを前記面接触する方向に重ねて配置し、
    重ねて配置した複数の前記電池パックのほぼ全面を覆う断熱部材を有することを特徴とする電池パック。

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