二次電池、二次電池の温度調節構造、及び二次電池を搭載した車両
【課題】電極体の層の内部の温度調節を効率良く行うこと。
【解決手段】ケース２０の周壁である第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに接触する伝熱部材４０を、電極体１１の層と層の間に第１及び第２絶縁部材を介して配設した。
【解決手段】ケース２０の周壁である第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに接触する伝熱部材４０を、電極体１１の層と層の間に第１及び第２絶縁部材を介して配設した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極板と負極板との間を絶縁してこれらを層状に形成してなる電極体を備えた二次電池、二次電池の温度調節構造、及び二次電池を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、帯状の正極板と帯状の負極板との間に帯状のセパレータを介在させて、これらを渦捲き状に捲回することで形成される電極体を備えた二次電池が知られている。詳細には、正極板及び負極板には、活物質が塗布されている塗工部と、活物質が塗られていない未塗工部とが形成されている。正極板及び負極板は、セパレータを介して幅方向にずらして積層されるとともに、正極板及び負極板の未塗工部を、セパレータの両端縁からそれぞれ外側へ突出させた状態で渦捲き状に捲回される。正極板及び負極板の未塗工部には集電端子がそれぞれ接続されている。そして、各集電端子が接続された電極体が、金属製（例えばアルミニウム製）のケース内に電解液と共に収容されることで二次電池が構成されている。
【０００３】
ところで、このような二次電池は、充放電による発熱に伴って二次電池の性能が劣化してしまうという問題がある。また、二次電池によっては環境温度が低いと充放電性能が低下するため、冬季等の低温環境下においては、特に起動時に二次電池を加温する必要がある。電極体の層の外部はケースの内面に密着した状態でケース内に収容されるため、例えば、ケースに向けて供給された熱媒体と電極体の層の外部とがケースを介して熱交換されることで、電極体の層の外部が温度調節される。しかしながら、電極体の捲回軸方向の両端部は、各集電端子の配置スペースを確保する必要があることから、ケースの内面から離れている。このため、電極体は、その層の外部から内部に向かうにつれて、熱媒体との熱交換が行われ難く、電極体の層の内部においては温度調節がし難いという問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献１の二次電池では、電極体の層の内側に放熱プレートが配設されている。この放熱プレートにより、電極体の層の内部の温度調節（特許文献１では主に電極体の層の内部の冷却）が行われるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−５５８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の二次電池よりも、電極体の層の内部の温度調節をさらに効率良く行いたいという要望がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電極体の層の内部の温度調節を効率良く行うことができる二次電池、二次電池の温度調節構造、及び二次電池を搭載した車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、正極板と負極板との間を絶縁してこれらを層状に形成してなる電極体を備え、正極端子及び負極端子が外部に向けて突設された金属製のケース内に前記電極体が収容される二次電池であって、前記正極端子及び前記負極端子が突設された前記ケースの端子壁の周縁から立設された周壁の少なくとも一つに接触する金属製の伝熱部材が、前記電極体の層と層の間に絶縁部材を介して配設されていることを要旨とする。
【０００８】
この発明によれば、伝熱部材が、ケースの周壁に接触していない場合に比べると、ケースに向けて供給された熱媒体と電極体の層の内部とが、ケース及び伝熱部材を介して熱交換され易くなる。その結果、絶縁部材により電極体と伝熱部材との絶縁を確保しつつも、電極体の層の内部の温度調節を効率良く行うことができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記絶縁部材は熱伝導率が２５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスから形成されていることを要旨とする。
この発明によれば、絶縁部材が、熱伝導率が２５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスから形成されているため、絶縁部材により電極体と伝熱部材との絶縁を確保しつつも、ケース及び伝熱部材を介した電極体の層の内部と熱媒体との熱交換をさらに効率良く行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記正極板及び前記負極板は、活物質が塗布されている塗工部と、前記活物質が塗布されていない未塗工部とを有し、前記正極板及び前記負極板の各未塗工部が前記ケースの前記周壁に向けて互いに反対側に突出するとともに、前記正極板及び前記負極板の各未塗工部には集電端子がそれぞれ接続され、前記集電端子にはスリットが形成されており、前記伝熱部材は、少なくともその一部が、前記伝熱部材と前記集電端子との絶縁が確保された状態で前記スリットに差し込まれていることを要旨とする。
【００１１】
この発明によれば、伝熱部材が、集電端子を避けるようにして、ケースの周壁に接触している場合に比べると、伝熱部材とケースの周壁との接触部位を増やすことができる。その結果として、ケース及び伝熱部材を介した電極体の層の内部と熱媒体との熱交換をさらに効率良く行うことができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記伝熱部材は金属板であり、前記絶縁部材はセラミックス板であり、前記セラミックス板は前記金属板の両面を覆うように固着されていることを要旨とする。
【００１３】
この発明によれば、伝熱部材及び絶縁部材を容易に一体化させることができる。
請求項５に記載の発明は、請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記伝熱部材はアルミニウム製であり、前記絶縁部材は窒化アルミニウムであることを要旨とする。
【００１４】
この発明によれば、伝熱部材及び絶縁部材の熱伝導性を向上させることができる。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の二次電池の温度調節構造であって、前記ケースの前記周壁の外側に熱媒体流路が形成されていることを要旨とする。
【００１５】
この発明によれば、伝熱部材が接触しているケースの周壁の外側に熱媒体流路が形成されているため、熱媒体流路を流れる熱媒体と電極体の層の内部とが、ケース及び伝熱部材を介して効率良く熱交換される。
【００１６】
請求項７に記載のように、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の二次電池を搭載した車両であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、電極体の層の内部の温度調節を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態における二次電池の縦断面図。
【図２】ケース本体を示す斜視図。
【図３】電極体の一部を展開して示す斜視図。
【図４】伝熱部材が電極体の層の内側に配設された状態を示す斜視図。
【図５】伝熱部材の断面図。
【図６】伝熱部材が集電端子のスリットに差し込まれた状態を示す斜視図。
【図７】電極体をケース本体に収容している状態を示す縦断面図。
【図８】温度調節構造を模式的に示す図。
【図９】別の実施形態における二次電池の縦断面図。
【図１０】別の実施形態における二次電池の縦断面図。
【図１１】別の実施形態における二次電池の横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図８にしたがって説明する。なお、二次電池は、車両としてのプラグインハイブリッド車に搭載されるとともに、走行モータを駆動するために用いられる。
【００２０】
図１に示すように、二次電池１０は、電極体１１と、電極体１１を収容する金属製（本実施形態ではアルミニウム製）のケース２０とから構成されている。ケース２０は、一面が開口する有底矩形箱状をなすケース本体２１と、ケース本体２１の開口を閉鎖するとともにケース２０の周壁の一部を形成する矩形板状の蓋２２とから構成されている。ケース２０の内部には電解液が注入されている。蓋２２には、正極端子２２ａ及び負極端子２２ｂが外部に向けて突設されている。すなわち、蓋２２はケース２０の端子壁に相当する。
【００２１】
図２に示すように、ケース本体２１は、ケース２０の周壁を形成する矩形板状の底壁２１ａと、底壁２１ａの周縁に立設された矩形板状の第１〜第４側壁２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅとから形成されている。第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃは、ケース２０の短手方向に互いに平行に延びるように形成されるとともに、第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅは、ケース２０の長手方向に互いに平行に延びるように形成されている。
【００２２】
図３に示すように、電極体１１は、帯状の正極板１２と帯状の負極板１３との間に帯状のセパレータ１４を介在させて、これらを捲回軸Ｌ周りに渦捲き状に捲回して構成されている。正極板１２はアルミニウムから形成されるとともに、負極板１３は銅から形成されている。正極板１２及び負極板１３には、活物質が塗布されている塗工部１２ａ，１３ａと、活物質が塗布されていない未塗工部１２ｂ，１３ｂとが形成されている。正極板１２及び負極板１３は、セパレータ１４を介して幅方向にずらして積層されるとともに、正極板１２及び負極板１３の未塗工部１２ｂ，１３ｂを、セパレータ１４の両端縁１４ａ，１４ｂからそれぞれ外側へ突出させた状態で捲回軸Ｌ周りに渦捲き状に捲回される。すなわち、本実施形態の電極体１１は、正極板１２、負極板１３及びセパレータ１４それぞれが連続したものを層状に捲回してなる捲回型の電極体１１である。
【００２３】
図４に示すように、電極体１１の層の最も内側の層よりも内側（電極体１１の短径方向に積層される電極体１１の層のうち、最も内側に位置する層と層の間）には伝熱部材４０が配設されている。ここで、電極体１１の「層」とは、正極板１２、負極板１３及びセパレータ１４からなるものである。伝熱部材４０は金属製（本実施形態ではアルミニウム製）であるとともに、矩形平板状をなしている。図１に示すように、伝熱部材４０の長手方向の長さＲは、ケース本体２１の第１側壁２１ｂの内面と第２側壁２１ｃの内面との間の距離よりも僅かに長くなっている。
【００２４】
図５に示すように、伝熱部材４０の表面４０ａには絶縁部材としての第１絶縁部材４１が伝熱部材４０の表面４０ａ全体を覆うように固着されている。また、伝熱部材４０の裏面４０ｂには絶縁部材としての第２絶縁部材４２が伝熱部材４０の裏面４０ｂ全体を覆うように固着されている。第１絶縁部材４１及び第２絶縁部材４２は矩形平板状をなすとともにセラミックスから形成されている。本実施形態では、第１絶縁部材４１及び第２絶縁部材４２は、セラミックスの中でも熱伝導率が高く電気絶縁性が高い窒化アルミニウムから形成されている。ここでは、熱伝導率が２５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の値を有するセラミックスを熱伝導率の高いセラミックスとし、窒化アルミニウムの熱伝導率は１６０．０Ｗ／ｍ・Ｋである。なお、図５では、伝熱部材４０、第１絶縁部材４１及び第２絶縁部材４２の厚み（厚み比率）を誇張して描いている。
【００２５】
図４に示すように、伝熱部材４０は、正極板１２、負極板１３及びセパレータ１４を径方向両側から圧縮する途中で、伝熱部材４０が挿入可能なスペースが電極体１１の層の最も内側の層よりも内側に形成された状態で、電極体１１の層の最も内側の層よりも内側に挿入される。このとき、第１及び第２絶縁部材４１，４２によって伝熱部材４０と電極体１１との絶縁が確保されている。また、伝熱部材４０の長手方向に延びるとともに伝熱部材４０の表面４０ａ及び裏面４０ｂを繋ぐ両側面４０ｃ，４０ｄには、図示しない絶縁シートが貼着されており、伝熱部材４０の両側面４０ｃ，４０ｄと電極体１１との絶縁が確保されている。
【００２６】
また、伝熱部材４０が電極体１１の層の最も内側の層よりも内側に挿入された状態において、正極板１２、負極板１３及びセパレータ１４を径方向両側からさらに圧縮することにより扁平状の電極体１１が形成される。このとき、第１及び第２絶縁部材４１，４２は電極体１１の層の最も内側の層に密着して熱的に結合されている。また、伝熱部材４０の長手方向の両端部４０１，４０２は、電極体１１の捲回軸Ｌ方向の両端部よりも突出している。
【００２７】
図１に示すように、電極体１１の捲回軸Ｌ方向両端において、正極板１２の未塗工部１２ｂ及び負極板１３の未塗工部１３ｂには集電端子３１がそれぞれ接合されている。なお、以下の説明では、正極板１２の未塗工部１２ｂ側について詳しく説明する。
【００２８】
図４に示すように、集電端子３１は金属板を屈曲することで形成されている。集電端子３１は、正極板１２の未塗工部１２ｂに接続される接続部３２と、正極端子２２ａに接続される端子接続部３３と、接続部３２と端子接続部３３とを繋ぐ連繋部３４とから構成されている。
【００２９】
接続部３２及び連繋部３４は、電極体１１の長径方向に沿って延びるとともに、接続部３２と連繋部３４との間には電極体１１の捲回軸Ｌ方向に沿って延びる段差部３５が形成されている。接続部３２の両側縁には一対の接続代３２ａが電極体１１の捲回軸Ｌ方向に沿って立設されている。端子接続部３３は、連繋部３４に連なるとともに電極体１１の捲回軸Ｌ方向に沿って延びている。
【００３０】
集電端子３１には第１及び第２絶縁部材４１，４２が固着された伝熱部材４０の一部を差し込み可能なスリット５０が形成されている。具体的には、接続部３２にはスリット５０の一部を形成する第１スリット５０ａが電極体１１の長径方向に沿って延びるように形成されている。また、段差部３５には、スリット５０の一部を形成するとともに第１スリット５０ａに連なり、電極体１１の捲回軸Ｌ方向に沿って延びる第２スリット５０ｂが形成されている。さらに、連繋部３４には、スリット５０の一部を形成するとともに第２スリット５０ｂに連なり、電極体１１の長径方向に沿って延びる第３スリット５０ｃが形成されている。第１スリット５０ａにおける第２スリット５０ｂとは反対側は開放されており、第３スリット５０ｃにおける第２スリット５０ｂとは反対側は閉塞している。すなわち、スリット５０はその一方側のみが開放されている。
【００３１】
図６に示すように、接続部３２の接続代３２ａは、正極板１２の層の最も内側の層よりも内側に全て埋没されるとともに、接続代３２ａの外面と正極板１２の未塗工部１２ｂの内周面とが対向するように配置される。このとき、第１及び第２絶縁部材４１，４２が固着された伝熱部材４０の一部がスリット５０に差し込まれる。伝熱部材４０の表面４０ａ及び裏面４０ｂと集電端子３１とは第１及び第２絶縁部材４１，４２により絶縁が確保されている。また、伝熱部材４０の一方の側面４０ｃと集電端子３１とは絶縁シートにより絶縁が確保されている。
【００３２】
そして、電極体１１を、圧縮方向の両側から加圧し、接続代３２ａの外面と正極板１２の未塗工部１２ｂの内周面とを密着させた状態で、超音波溶接により接合する。これにより、正極板１２の各層に亘って集電端子３１が接続される。連繋部３４は、正極板１２の端部よりも捲回軸Ｌ方向外側を通過しながら電極体１１よりも外側まで延びている。
【００３３】
なお、負極板１３側の説明は、前述の説明中の正極板１２側の説明と同じであるため、その詳細な説明を省略する。このため、負極板１３側の説明は、前述の説明中における「正極板１２」を「負極板１３」に、「未塗工部１２ｂ」を「未塗工部１３ｂ」に、「正極端子２２ａ」を「負極端子２２ｂ」に夫々読み替えることで説明される。
【００３４】
図７に示すように、各集電端子３１を介して正極板１２が正極端子２２ａに接続されるとともに、負極板１３が負極端子２２ｂに接続された電極体１１を、ケース本体２１に収容する。このとき、電極体１１を強制的に押し込みながらケース本体２１内に収容することで、伝熱部材４０の長手方向の両端部４０１，４０２が、第１側壁２１ｂの内面及び第２側壁２１ｃの内面に接触した状態で、電極体１１がケース本体２１内に収容されていく。
【００３５】
また、伝熱部材４０の長手方向の両端部４０１，４０２には熱伝導性の高い接着剤が予め塗布されており、伝熱部材４０の両端部４０１，４０２と第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃとが接着剤により接着される。これにより、伝熱部材４０の両端部４０１，４０２が第１側壁２１ｂの内面及び第２側壁２１ｃの内面に接触した状態で、電極体１１がケース本体２１内に収容される。また、電極体１１がケース本体２１に収容された状態において、電極体１１の層の最も外側の層は、第３側壁２１ｄの内面及び第４側壁２１ｅの内面に密着している。そして、蓋２２によりケース本体２１の開口が塞がれて密閉されることで二次電池１０が構成される。すなわち、第１〜第４側壁２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅは、蓋２２の周縁から立設された周壁に相当する。
【００３６】
次に、二次電池１０の温度調節構造について説明する。
図８に示すように、本実施形態の二次電池１０が複数並設されてなる電池モジュールＭは、電池パックＭ１内に収容されている。電池パックＭ１の一端壁Ｍ１０には熱媒体としての空気を電池パックＭ１内に供給するための供給口Ｍ２が形成されている。また、電池パックＭ１の他端壁Ｍ１１には電池パックＭ１内の空気を排出する排出口Ｍ３が形成されている。隣り合う二次電池１０同士の間には隙間Ｓ１が形成されている。二次電池１０の並設方向の最も一端側に位置する二次電池１０と、電池パックＭ１の一端壁Ｍ１０と他端壁Ｍ１１とを繋ぐ一側壁Ｍ１２との間には隙間Ｓ２が形成されている。また、二次電池１０の並設方向の最も他端側に位置する二次電池１０と、電池パックＭ１の一端壁Ｍ１０と他端壁Ｍ１１とを繋ぐ他側壁Ｍ１３との間には隙間Ｓ３が形成されている。
【００３７】
各二次電池１０は、第１側壁２１ｂが電池パックＭ１の一端壁Ｍ１０側を向くとともに、第２側壁２１ｃが電池パックＭ１の他端壁Ｍ１１側を向くように配置されている。各二次電池１０の第１側壁２１ｂと電池パックＭ１の一端壁Ｍ１０との間には、供給口Ｍ２と各隙間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と連通させる連通路Ｒ１が形成されている。また、各二次電池１０の第２側壁２１ｃと電池パックＭ１の他端壁Ｍ１１との間には、各隙間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と排出口Ｍ３とを連通させる連通路Ｒ２が形成されている。
【００３８】
そして、供給口Ｍ２から空気が供給されると、供給された空気は、連通路Ｒ１を介して各隙間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に向けて流れ、第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅに沿って流れ込む。そして、各隙間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を通過した空気は連通路Ｒ２を介して排出口Ｍ３に向けて空気が流れようとする結果、各二次電池１０の第２側壁２１ｃ側に向けて空気が流れる。これにより、第１〜第４側壁２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅと空気とが熱交換される。よって、本実施形態では、各ケース２０の第１〜第４側壁２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅの外側に形成された連通路Ｒ１，Ｒ２及び隙間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３によって熱媒体流路が形成されている。
【００３９】
次に、本実施形態の作用について説明する。
例えば、二次電池１０を冷却する場合を考える。電極体１１の層の最も外側の層は、第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅに密着しているため、電極体１１の層の外部の熱が第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅに伝わる。そして、電極体１１の温度よりも低い温度に温度調節された空気と第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅとが熱交換されることにより、第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅの熱が放熱される。その結果、電極体１１の層の外部が冷却される。
【００４０】
また、電極体１１の層の最も内側の層は、第１及び第２絶縁部材４１，４２を介して伝熱部材４０に密着しているとともに、伝熱部材４０の両端部４０１，４０２と第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃとが接触している。よって、電極体１１の層の内部の熱が、第１及び第２絶縁部材４１，４２及び伝熱部材４０を介して第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに伝わる。そして、二次電池１０の温度よりも低い温度に温度調節された空気と第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃとが熱交換されることにより、第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃの熱が放熱される。その結果として、電極体１１の内部の層が冷却される。これにより、プラグインハイブリッド車の走行中において、電極体１１の温度が所定の温度以上になることが抑えられ、プラグインハイブリッド車の走行性能が良好に保たれる。また、二次電池１０の性能が劣化し難くなり、二次電池１０の寿命が長くなる。
【００４１】
一方、例えば、二次電池１０を加温する場合を考える。電極体１１の層の最も外側の層は、第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅに密着している。よって、電極体１１の温度よりも高い温度に温度調節された空気と第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅとが熱交換されるとともに、第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅの熱が電極体１１の層の外部に伝わることで、電極体１１の層の外部が加温される。
【００４２】
また、電極体１１の層の最も内側の層は、第１及び第２絶縁部材４１，４２を介して伝熱部材４０に密着しているとともに、伝熱部材４０の両端部４０１，４０２と第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃとが接触している。よって、電極体１１の温度よりも高い温度に温度調節された空気と第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃとが熱交換されるとともに、第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃの熱が伝熱部材４０の両端部４０１，４０２に伝わる。そして、伝熱部材４０、第１及び第２絶縁部材４１，４２を介して電極体１１の層の内部に熱が伝わることにより、電極体１１の層の内部が加温される。これにより、例えば、低温環境下において、二次電池１０を加温することができ、プラグインハイブリッド車の始動がスムーズに行われるようになる。
【００４３】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）ケース２０の周壁である第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに接触する伝熱部材４０を、電極体１１の層と層の間に第１及び第２絶縁部材４１，４２を介して配設した。よって、伝熱部材４０が、第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに接触していない場合に比べると、ケース２０に向けて供給された空気と電極体１１の層の内部とが、ケース２０及び伝熱部材４０を介して熱交換され易くなる。その結果、第１及び第２絶縁部材４１，４２により電極体１１と伝熱部材４０との絶縁を確保しつつも、電極体１１の層の内部の温度調節を効率良く行うことができる。
【００４４】
（２）第１及び第２絶縁部材４１，４２を、熱伝導率が２５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスから形成した。よって、第１及び第２絶縁部材４１，４２により電極体１１と伝熱部材４０との絶縁を確保しつつも、ケース２０及び伝熱部材４０を介した電極体１１の層の内部と空気との熱交換をさらに効率良く行うことができる。
【００４５】
（３）集電端子３１には伝熱部材４０を差し込み可能なスリット５０を形成した。そして、伝熱部材４０の一部を、伝熱部材４０と集電端子３１との絶縁が確保された状態でスリット５０に差し込むとともに、その伝熱部材４０の両端部４０１，４０２全てを第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに接触させた。よって、伝熱部材４０が、集電端子３１を避けるようにして、第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに接触している場合に比べると、伝熱部材４０と、第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃとの接触部位を増やすことができる。その結果として、ケース２０及び伝熱部材４０を介した電極体１１の層の内部と空気との熱交換をさらに効率良く行うことができる。
【００４６】
（４）伝熱部材４０は金属板であり、第１及び第２絶縁部材４１，４２はセラミックス板であり、第１及び第２絶縁部材４１，４２は伝熱部材４０の両面を覆うように固着されている。よって、伝熱部材４０及び第１及び第２絶縁部材４１，４２を容易に一体化させることができる。
【００４７】
（５）伝熱部材４０はアルミニウム製であり、第１及び第２絶縁部材４１，４２は窒化アルミニウムである。よって、伝熱部材４０及び第１及び第２絶縁部材４１，４２の熱伝導性を向上させることができる。
【００４８】
（６）各ケース２０の第１〜第４側壁２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅの外側に熱媒体流路としての連通路Ｒ１，Ｒ２及び隙間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を形成した。よって、ケース２０及び伝熱部材４０を介した電極体１１の層の内部と空気との熱交換をさらに効率良く行うことができる。
【００４９】
（７）第１及び第２絶縁部材４１，４２をセラミックスから形成した。よって、ケース２０内に注入された電解液に第１及び第２絶縁部材４１，４２が溶けてしまうことを防止することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、例えば、第１〜第４側壁２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅの外面に凹部を形成する。そして、各二次電池１０の第１側壁２１ｂと電池パックＭ１の一端壁Ｍ１０との間、各二次電池１０の第２側壁２１ｃと電池パックＭ１の他端壁Ｍ１１との間、隣り合う二次電池１０同士の間、又は二次電池１０と電池パックＭ１の一側壁Ｍ１２及び他側壁Ｍ１３との間に、凹部により区画形成された空間によって熱媒体流路が形成されていてもよい。
【００５１】
○ 実施形態において、伝熱部材４０が、集電端子３１を避けるようにして設けられていてもよい。具体的には、図９に示すように、集電端子３１と干渉する部位を削除した形状の伝熱部材８０であってもよい。また、図１０に示すように、集電端子３１と干渉しないように短手方向の長さを短くした形状の伝熱部材９０であってもよい。このような場合、集電端子３１に形成したスリット５０を削除してもよい。
【００５２】
○ 実施形態において、第１及び第２絶縁部材４１，４２をセラミックスから形成したが、これに限らず、例えば、第１及び第２絶縁部材４１，４２がアルミナ、窒化シリコン、ダイアモンドライクカーボン、導電性セラミックスフィラー入りの絶縁樹脂等から形成されていてもよい。
【００５３】
○ 実施形態において、第１及び第２絶縁部材４１，４２を削除してもよい。この場合、例えば、電極体１１の層の最も内側の層に絶縁部材としてのセパレータ１４を介在させて、このセパレータ１４によって電極体１１と伝熱部材４０との絶縁を確保するようにする。
【００５４】
○ 実施形態において、電極体１１の層の内側に伝熱部材４０が複数配設されていてもよい。例えば、電極体１１の層の最も内側の層と、内側から二番目の層との間に伝熱部材４０がさらに配設されていてもよい。
【００５５】
○ 実施形態において、伝熱部材４０はアルミニウムから形成されていたが、これに限らず、例えば、銅から形成されていてもよい。
○ 実施形態において、熱媒体は空気に限らず、例えば、液体の熱媒体であってもよい。
【００５６】
○ 実施形態において、伝熱部材４０は、その両端部４０１，４０２がケース本体２１の第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに接触していたが、これに限らず、例えば、伝熱部材４０の一端部４０１のみが第１側壁２１ｂに接触していてもよいし、伝熱部材４０の他端部４０２のみが第２側壁２１ｃに接触していてもよい。この場合、伝熱部材４０の長手方向の長さＲは、ケース本体２１の第１側壁２１ｂの内面と第２側壁２１ｃの内面との間の距離よりも短くなっている。そして、ケース本体２１内に電極体１１が収容されたときに、伝熱部材４０の一端部４０１のみが第１側壁２１ｂに接触、又は、伝熱部材４０の他端部４０２のみが第２側壁２１ｃに接触するように、伝熱部材４０における電極体１１の層の最も内側の層よりも内側に対する配置位置を調整する。なお、ケース２０に供給される空気の流通方向上流側に位置する側壁に伝熱部材４０の端部が接触しているのが好ましい。そして、本実施形態では、空気は第１側壁２１ｂ側から流れ込むため、第１側壁２１ｂを介して空気と熱交換し易くするために、伝熱部材４０の他端部４０２のみが第２側壁２１ｃに接触しているよりも、伝熱部材４０の一端部４０１のみが第１側壁２１ｂに接触しているのが好ましい。
【００５７】
○ 実施形態において、図１１に示すように、ケース本体２１の第１側壁２１ｂの内面及び第２側壁２１ｃの内面に伝熱部材４０の両端部４０１，４０２が案内されるガイド溝９５が形成されていてもよい。この場合、伝熱部材４０の長手方向の長さＲは、ケース本体２１の第１側壁２１ｂの内面と第２側壁２１ｃの内面との間の距離よりも長くなっている。また、ケース本体２１の第１側壁２１ｂの内面、又は第２側壁２１ｃの内面のみにガイド溝９５が形成されていてもよい。
【００５８】
○ 実施形態において、第１及び第２絶縁部材４１，４２は、伝熱部材４０の表面４０ａ及び裏面４０ｂ全体を覆うように固着されていたが、これに限らない。例えば、伝熱部材４０の表面４０ａ及び裏面４０ｂにおいて、電極体１１及び集電端子３１と重なる範囲に、最低限、第１及び第２絶縁部材４１，４２が固着されていればよい。すなわち、伝熱部材４０と電極体１１及び集電端子３１との絶縁が確保されていれば、第１及び第２絶縁部材４１，４２が伝熱部材４０の表面４０ａ及び裏面４０ｂに固着される範囲は限定されるものではない。
【００５９】
○ 実施形態において、集電端子３１の第１スリット５０ａにおける第２スリット５０ｂとは反対側が閉塞していてもよい。この場合、伝熱部材４０全体が差し込み可能なスリットとしての差し込み孔を集電端子３１の接続部３２に形成することができるように、接続部３２が、電極体１１の長径方向において、伝熱部材４０の側面４０ｄよりも外側に延びている必要がある。
【００６０】
○ 実施形態において、集電端子３１の接続部３２の接続代３２ａは、正極板１２の層の最も内側の層よりも内側に全て埋没されていたが、これに限らず、接続代３２ａが、正極板１２の層の最も内側の層よりも内側に一部分だけ埋没していてもよい。
【００６１】
○ 実施形態において、集電端子３１は、伝熱部材４０を避けるようにして、電極体１１の層の最も外側の層に位置する未塗工部１２ｂ，１３ｂに接続されていてもよい。このような場合、集電端子３１に形成したスリット５０を削除してもよい。
【００６２】
○ 実施形態において、伝熱部材４０の長手方向の長さＲは、ケース本体２１の第１側壁２１ｂの内面と第２側壁２１ｃの内面との間の距離と同じであってもよい。
○ 実施形態において、伝熱部材４０の両側面４０ｃ，４０ｄに、熱伝導率の高いセラミックスから形成された絶縁部材を設けてもよい。
【００６３】
○ 実施形態において、伝熱部材４０の両端部４０１，４０２と第１側壁２１ｂの内面及び第２側壁２１ｃの内面との間に、熱伝導率の高いセラミックスから形成された絶縁部材を設けてもよい。
【００６４】
○ 実施形態では、帯状の正極板１２と負極板１３との間に帯状のセパレータ１４を介在させて、これらを捲回軸Ｌ周りに渦捲き状に捲回して構成された捲回型の電極体１１を用いたが、これに限らず、例えば、正極板と負極板との間にセパレータを介在させて、これらを一定方向に複数積層して構成された積層型の電極体を用いてもよい。ここで、積層型の電極体とは、正極板、負極板及びセパレータそれぞれが不連続となったものを一定方向に積層してなる電極体のことである。この場合、伝熱部材４０を、ケース本体２１の第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに加えて、ケース本体２１の底壁２１ａにも接触させることができ、ケース本体２１と伝熱部材４０との接続部位を増やすことができる。
【００６５】
○ 実施形態において、二次電池１０はプラグインハイブリッド車に搭載されていたが、これに限らず、例えば、電気自動車に搭載されていてもよい。
○ 本発明を、車両用の二次電池１０に具体化したが、これに限らず、車両用以外の二次電池に具体化してもよい。
【００６６】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の二次電池が複数並設されてなることを特徴とする電池モジュール。
【符号の説明】
【００６７】
Ｍ…電池モジュール、Ｒ１，Ｒ２…熱媒体流路を形成する連通路、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…熱媒体流路を形成する隙間、１０…二次電池、１１…電極体、１２…正極板、１２ａ…塗工部、１２ｂ…未塗工部、１３…負極板、１３ａ…塗工部、１３ｂ…未塗工部、２０…ケース、２１ｂ…周壁としての第１側壁、２１ｃ…周壁としての第２側壁、２２…端子壁としての蓋、２２ａ…正極端子、２２ｂ…負極端子、３１…集電端子、４０，８０，９０…伝熱部材、４１…絶縁部材としての第１絶縁部材、４２…絶縁部材としての第２絶縁部材、５０…スリット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極板と負極板との間を絶縁してこれらを層状に形成してなる電極体を備えた二次電池、二次電池の温度調節構造、及び二次電池を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、帯状の正極板と帯状の負極板との間に帯状のセパレータを介在させて、これらを渦捲き状に捲回することで形成される電極体を備えた二次電池が知られている。詳細には、正極板及び負極板には、活物質が塗布されている塗工部と、活物質が塗られていない未塗工部とが形成されている。正極板及び負極板は、セパレータを介して幅方向にずらして積層されるとともに、正極板及び負極板の未塗工部を、セパレータの両端縁からそれぞれ外側へ突出させた状態で渦捲き状に捲回される。正極板及び負極板の未塗工部には集電端子がそれぞれ接続されている。そして、各集電端子が接続された電極体が、金属製（例えばアルミニウム製）のケース内に電解液と共に収容されることで二次電池が構成されている。
【０００３】
ところで、このような二次電池は、充放電による発熱に伴って二次電池の性能が劣化してしまうという問題がある。また、二次電池によっては環境温度が低いと充放電性能が低下するため、冬季等の低温環境下においては、特に起動時に二次電池を加温する必要がある。電極体の層の外部はケースの内面に密着した状態でケース内に収容されるため、例えば、ケースに向けて供給された熱媒体と電極体の層の外部とがケースを介して熱交換されることで、電極体の層の外部が温度調節される。しかしながら、電極体の捲回軸方向の両端部は、各集電端子の配置スペースを確保する必要があることから、ケースの内面から離れている。このため、電極体は、その層の外部から内部に向かうにつれて、熱媒体との熱交換が行われ難く、電極体の層の内部においては温度調節がし難いという問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献１の二次電池では、電極体の層の内側に放熱プレートが配設されている。この放熱プレートにより、電極体の層の内部の温度調節（特許文献１では主に電極体の層の内部の冷却）が行われるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−５５８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の二次電池よりも、電極体の層の内部の温度調節をさらに効率良く行いたいという要望がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電極体の層の内部の温度調節を効率良く行うことができる二次電池、二次電池の温度調節構造、及び二次電池を搭載した車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、正極板と負極板との間を絶縁してこれらを層状に形成してなる電極体を備え、正極端子及び負極端子が外部に向けて突設された金属製のケース内に前記電極体が収容される二次電池であって、前記正極端子及び前記負極端子が突設された前記ケースの端子壁の周縁から立設された周壁の少なくとも一つに接触する金属製の伝熱部材が、前記電極体の層と層の間に絶縁部材を介して配設されていることを要旨とする。
【０００８】
この発明によれば、伝熱部材が、ケースの周壁に接触していない場合に比べると、ケースに向けて供給された熱媒体と電極体の層の内部とが、ケース及び伝熱部材を介して熱交換され易くなる。その結果、絶縁部材により電極体と伝熱部材との絶縁を確保しつつも、電極体の層の内部の温度調節を効率良く行うことができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記絶縁部材は熱伝導率が２５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスから形成されていることを要旨とする。
この発明によれば、絶縁部材が、熱伝導率が２５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスから形成されているため、絶縁部材により電極体と伝熱部材との絶縁を確保しつつも、ケース及び伝熱部材を介した電極体の層の内部と熱媒体との熱交換をさらに効率良く行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記正極板及び前記負極板は、活物質が塗布されている塗工部と、前記活物質が塗布されていない未塗工部とを有し、前記正極板及び前記負極板の各未塗工部が前記ケースの前記周壁に向けて互いに反対側に突出するとともに、前記正極板及び前記負極板の各未塗工部には集電端子がそれぞれ接続され、前記集電端子にはスリットが形成されており、前記伝熱部材は、少なくともその一部が、前記伝熱部材と前記集電端子との絶縁が確保された状態で前記スリットに差し込まれていることを要旨とする。
【００１１】
この発明によれば、伝熱部材が、集電端子を避けるようにして、ケースの周壁に接触している場合に比べると、伝熱部材とケースの周壁との接触部位を増やすことができる。その結果として、ケース及び伝熱部材を介した電極体の層の内部と熱媒体との熱交換をさらに効率良く行うことができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記伝熱部材は金属板であり、前記絶縁部材はセラミックス板であり、前記セラミックス板は前記金属板の両面を覆うように固着されていることを要旨とする。
【００１３】
この発明によれば、伝熱部材及び絶縁部材を容易に一体化させることができる。
請求項５に記載の発明は、請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記伝熱部材はアルミニウム製であり、前記絶縁部材は窒化アルミニウムであることを要旨とする。
【００１４】
この発明によれば、伝熱部材及び絶縁部材の熱伝導性を向上させることができる。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の二次電池の温度調節構造であって、前記ケースの前記周壁の外側に熱媒体流路が形成されていることを要旨とする。
【００１５】
この発明によれば、伝熱部材が接触しているケースの周壁の外側に熱媒体流路が形成されているため、熱媒体流路を流れる熱媒体と電極体の層の内部とが、ケース及び伝熱部材を介して効率良く熱交換される。
【００１６】
請求項７に記載のように、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の二次電池を搭載した車両であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、電極体の層の内部の温度調節を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態における二次電池の縦断面図。
【図２】ケース本体を示す斜視図。
【図３】電極体の一部を展開して示す斜視図。
【図４】伝熱部材が電極体の層の内側に配設された状態を示す斜視図。
【図５】伝熱部材の断面図。
【図６】伝熱部材が集電端子のスリットに差し込まれた状態を示す斜視図。
【図７】電極体をケース本体に収容している状態を示す縦断面図。
【図８】温度調節構造を模式的に示す図。
【図９】別の実施形態における二次電池の縦断面図。
【図１０】別の実施形態における二次電池の縦断面図。
【図１１】別の実施形態における二次電池の横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図８にしたがって説明する。なお、二次電池は、車両としてのプラグインハイブリッド車に搭載されるとともに、走行モータを駆動するために用いられる。
【００２０】
図１に示すように、二次電池１０は、電極体１１と、電極体１１を収容する金属製（本実施形態ではアルミニウム製）のケース２０とから構成されている。ケース２０は、一面が開口する有底矩形箱状をなすケース本体２１と、ケース本体２１の開口を閉鎖するとともにケース２０の周壁の一部を形成する矩形板状の蓋２２とから構成されている。ケース２０の内部には電解液が注入されている。蓋２２には、正極端子２２ａ及び負極端子２２ｂが外部に向けて突設されている。すなわち、蓋２２はケース２０の端子壁に相当する。
【００２１】
図２に示すように、ケース本体２１は、ケース２０の周壁を形成する矩形板状の底壁２１ａと、底壁２１ａの周縁に立設された矩形板状の第１〜第４側壁２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅとから形成されている。第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃは、ケース２０の短手方向に互いに平行に延びるように形成されるとともに、第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅは、ケース２０の長手方向に互いに平行に延びるように形成されている。
【００２２】
図３に示すように、電極体１１は、帯状の正極板１２と帯状の負極板１３との間に帯状のセパレータ１４を介在させて、これらを捲回軸Ｌ周りに渦捲き状に捲回して構成されている。正極板１２はアルミニウムから形成されるとともに、負極板１３は銅から形成されている。正極板１２及び負極板１３には、活物質が塗布されている塗工部１２ａ，１３ａと、活物質が塗布されていない未塗工部１２ｂ，１３ｂとが形成されている。正極板１２及び負極板１３は、セパレータ１４を介して幅方向にずらして積層されるとともに、正極板１２及び負極板１３の未塗工部１２ｂ，１３ｂを、セパレータ１４の両端縁１４ａ，１４ｂからそれぞれ外側へ突出させた状態で捲回軸Ｌ周りに渦捲き状に捲回される。すなわち、本実施形態の電極体１１は、正極板１２、負極板１３及びセパレータ１４それぞれが連続したものを層状に捲回してなる捲回型の電極体１１である。
【００２３】
図４に示すように、電極体１１の層の最も内側の層よりも内側（電極体１１の短径方向に積層される電極体１１の層のうち、最も内側に位置する層と層の間）には伝熱部材４０が配設されている。ここで、電極体１１の「層」とは、正極板１２、負極板１３及びセパレータ１４からなるものである。伝熱部材４０は金属製（本実施形態ではアルミニウム製）であるとともに、矩形平板状をなしている。図１に示すように、伝熱部材４０の長手方向の長さＲは、ケース本体２１の第１側壁２１ｂの内面と第２側壁２１ｃの内面との間の距離よりも僅かに長くなっている。
【００２４】
図５に示すように、伝熱部材４０の表面４０ａには絶縁部材としての第１絶縁部材４１が伝熱部材４０の表面４０ａ全体を覆うように固着されている。また、伝熱部材４０の裏面４０ｂには絶縁部材としての第２絶縁部材４２が伝熱部材４０の裏面４０ｂ全体を覆うように固着されている。第１絶縁部材４１及び第２絶縁部材４２は矩形平板状をなすとともにセラミックスから形成されている。本実施形態では、第１絶縁部材４１及び第２絶縁部材４２は、セラミックスの中でも熱伝導率が高く電気絶縁性が高い窒化アルミニウムから形成されている。ここでは、熱伝導率が２５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の値を有するセラミックスを熱伝導率の高いセラミックスとし、窒化アルミニウムの熱伝導率は１６０．０Ｗ／ｍ・Ｋである。なお、図５では、伝熱部材４０、第１絶縁部材４１及び第２絶縁部材４２の厚み（厚み比率）を誇張して描いている。
【００２５】
図４に示すように、伝熱部材４０は、正極板１２、負極板１３及びセパレータ１４を径方向両側から圧縮する途中で、伝熱部材４０が挿入可能なスペースが電極体１１の層の最も内側の層よりも内側に形成された状態で、電極体１１の層の最も内側の層よりも内側に挿入される。このとき、第１及び第２絶縁部材４１，４２によって伝熱部材４０と電極体１１との絶縁が確保されている。また、伝熱部材４０の長手方向に延びるとともに伝熱部材４０の表面４０ａ及び裏面４０ｂを繋ぐ両側面４０ｃ，４０ｄには、図示しない絶縁シートが貼着されており、伝熱部材４０の両側面４０ｃ，４０ｄと電極体１１との絶縁が確保されている。
【００２６】
また、伝熱部材４０が電極体１１の層の最も内側の層よりも内側に挿入された状態において、正極板１２、負極板１３及びセパレータ１４を径方向両側からさらに圧縮することにより扁平状の電極体１１が形成される。このとき、第１及び第２絶縁部材４１，４２は電極体１１の層の最も内側の層に密着して熱的に結合されている。また、伝熱部材４０の長手方向の両端部４０１，４０２は、電極体１１の捲回軸Ｌ方向の両端部よりも突出している。
【００２７】
図１に示すように、電極体１１の捲回軸Ｌ方向両端において、正極板１２の未塗工部１２ｂ及び負極板１３の未塗工部１３ｂには集電端子３１がそれぞれ接合されている。なお、以下の説明では、正極板１２の未塗工部１２ｂ側について詳しく説明する。
【００２８】
図４に示すように、集電端子３１は金属板を屈曲することで形成されている。集電端子３１は、正極板１２の未塗工部１２ｂに接続される接続部３２と、正極端子２２ａに接続される端子接続部３３と、接続部３２と端子接続部３３とを繋ぐ連繋部３４とから構成されている。
【００２９】
接続部３２及び連繋部３４は、電極体１１の長径方向に沿って延びるとともに、接続部３２と連繋部３４との間には電極体１１の捲回軸Ｌ方向に沿って延びる段差部３５が形成されている。接続部３２の両側縁には一対の接続代３２ａが電極体１１の捲回軸Ｌ方向に沿って立設されている。端子接続部３３は、連繋部３４に連なるとともに電極体１１の捲回軸Ｌ方向に沿って延びている。
【００３０】
集電端子３１には第１及び第２絶縁部材４１，４２が固着された伝熱部材４０の一部を差し込み可能なスリット５０が形成されている。具体的には、接続部３２にはスリット５０の一部を形成する第１スリット５０ａが電極体１１の長径方向に沿って延びるように形成されている。また、段差部３５には、スリット５０の一部を形成するとともに第１スリット５０ａに連なり、電極体１１の捲回軸Ｌ方向に沿って延びる第２スリット５０ｂが形成されている。さらに、連繋部３４には、スリット５０の一部を形成するとともに第２スリット５０ｂに連なり、電極体１１の長径方向に沿って延びる第３スリット５０ｃが形成されている。第１スリット５０ａにおける第２スリット５０ｂとは反対側は開放されており、第３スリット５０ｃにおける第２スリット５０ｂとは反対側は閉塞している。すなわち、スリット５０はその一方側のみが開放されている。
【００３１】
図６に示すように、接続部３２の接続代３２ａは、正極板１２の層の最も内側の層よりも内側に全て埋没されるとともに、接続代３２ａの外面と正極板１２の未塗工部１２ｂの内周面とが対向するように配置される。このとき、第１及び第２絶縁部材４１，４２が固着された伝熱部材４０の一部がスリット５０に差し込まれる。伝熱部材４０の表面４０ａ及び裏面４０ｂと集電端子３１とは第１及び第２絶縁部材４１，４２により絶縁が確保されている。また、伝熱部材４０の一方の側面４０ｃと集電端子３１とは絶縁シートにより絶縁が確保されている。
【００３２】
そして、電極体１１を、圧縮方向の両側から加圧し、接続代３２ａの外面と正極板１２の未塗工部１２ｂの内周面とを密着させた状態で、超音波溶接により接合する。これにより、正極板１２の各層に亘って集電端子３１が接続される。連繋部３４は、正極板１２の端部よりも捲回軸Ｌ方向外側を通過しながら電極体１１よりも外側まで延びている。
【００３３】
なお、負極板１３側の説明は、前述の説明中の正極板１２側の説明と同じであるため、その詳細な説明を省略する。このため、負極板１３側の説明は、前述の説明中における「正極板１２」を「負極板１３」に、「未塗工部１２ｂ」を「未塗工部１３ｂ」に、「正極端子２２ａ」を「負極端子２２ｂ」に夫々読み替えることで説明される。
【００３４】
図７に示すように、各集電端子３１を介して正極板１２が正極端子２２ａに接続されるとともに、負極板１３が負極端子２２ｂに接続された電極体１１を、ケース本体２１に収容する。このとき、電極体１１を強制的に押し込みながらケース本体２１内に収容することで、伝熱部材４０の長手方向の両端部４０１，４０２が、第１側壁２１ｂの内面及び第２側壁２１ｃの内面に接触した状態で、電極体１１がケース本体２１内に収容されていく。
【００３５】
また、伝熱部材４０の長手方向の両端部４０１，４０２には熱伝導性の高い接着剤が予め塗布されており、伝熱部材４０の両端部４０１，４０２と第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃとが接着剤により接着される。これにより、伝熱部材４０の両端部４０１，４０２が第１側壁２１ｂの内面及び第２側壁２１ｃの内面に接触した状態で、電極体１１がケース本体２１内に収容される。また、電極体１１がケース本体２１に収容された状態において、電極体１１の層の最も外側の層は、第３側壁２１ｄの内面及び第４側壁２１ｅの内面に密着している。そして、蓋２２によりケース本体２１の開口が塞がれて密閉されることで二次電池１０が構成される。すなわち、第１〜第４側壁２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅは、蓋２２の周縁から立設された周壁に相当する。
【００３６】
次に、二次電池１０の温度調節構造について説明する。
図８に示すように、本実施形態の二次電池１０が複数並設されてなる電池モジュールＭは、電池パックＭ１内に収容されている。電池パックＭ１の一端壁Ｍ１０には熱媒体としての空気を電池パックＭ１内に供給するための供給口Ｍ２が形成されている。また、電池パックＭ１の他端壁Ｍ１１には電池パックＭ１内の空気を排出する排出口Ｍ３が形成されている。隣り合う二次電池１０同士の間には隙間Ｓ１が形成されている。二次電池１０の並設方向の最も一端側に位置する二次電池１０と、電池パックＭ１の一端壁Ｍ１０と他端壁Ｍ１１とを繋ぐ一側壁Ｍ１２との間には隙間Ｓ２が形成されている。また、二次電池１０の並設方向の最も他端側に位置する二次電池１０と、電池パックＭ１の一端壁Ｍ１０と他端壁Ｍ１１とを繋ぐ他側壁Ｍ１３との間には隙間Ｓ３が形成されている。
【００３７】
各二次電池１０は、第１側壁２１ｂが電池パックＭ１の一端壁Ｍ１０側を向くとともに、第２側壁２１ｃが電池パックＭ１の他端壁Ｍ１１側を向くように配置されている。各二次電池１０の第１側壁２１ｂと電池パックＭ１の一端壁Ｍ１０との間には、供給口Ｍ２と各隙間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と連通させる連通路Ｒ１が形成されている。また、各二次電池１０の第２側壁２１ｃと電池パックＭ１の他端壁Ｍ１１との間には、各隙間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と排出口Ｍ３とを連通させる連通路Ｒ２が形成されている。
【００３８】
そして、供給口Ｍ２から空気が供給されると、供給された空気は、連通路Ｒ１を介して各隙間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に向けて流れ、第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅに沿って流れ込む。そして、各隙間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を通過した空気は連通路Ｒ２を介して排出口Ｍ３に向けて空気が流れようとする結果、各二次電池１０の第２側壁２１ｃ側に向けて空気が流れる。これにより、第１〜第４側壁２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅと空気とが熱交換される。よって、本実施形態では、各ケース２０の第１〜第４側壁２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅの外側に形成された連通路Ｒ１，Ｒ２及び隙間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３によって熱媒体流路が形成されている。
【００３９】
次に、本実施形態の作用について説明する。
例えば、二次電池１０を冷却する場合を考える。電極体１１の層の最も外側の層は、第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅに密着しているため、電極体１１の層の外部の熱が第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅに伝わる。そして、電極体１１の温度よりも低い温度に温度調節された空気と第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅとが熱交換されることにより、第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅの熱が放熱される。その結果、電極体１１の層の外部が冷却される。
【００４０】
また、電極体１１の層の最も内側の層は、第１及び第２絶縁部材４１，４２を介して伝熱部材４０に密着しているとともに、伝熱部材４０の両端部４０１，４０２と第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃとが接触している。よって、電極体１１の層の内部の熱が、第１及び第２絶縁部材４１，４２及び伝熱部材４０を介して第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに伝わる。そして、二次電池１０の温度よりも低い温度に温度調節された空気と第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃとが熱交換されることにより、第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃの熱が放熱される。その結果として、電極体１１の内部の層が冷却される。これにより、プラグインハイブリッド車の走行中において、電極体１１の温度が所定の温度以上になることが抑えられ、プラグインハイブリッド車の走行性能が良好に保たれる。また、二次電池１０の性能が劣化し難くなり、二次電池１０の寿命が長くなる。
【００４１】
一方、例えば、二次電池１０を加温する場合を考える。電極体１１の層の最も外側の層は、第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅに密着している。よって、電極体１１の温度よりも高い温度に温度調節された空気と第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅとが熱交換されるとともに、第３側壁２１ｄ及び第４側壁２１ｅの熱が電極体１１の層の外部に伝わることで、電極体１１の層の外部が加温される。
【００４２】
また、電極体１１の層の最も内側の層は、第１及び第２絶縁部材４１，４２を介して伝熱部材４０に密着しているとともに、伝熱部材４０の両端部４０１，４０２と第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃとが接触している。よって、電極体１１の温度よりも高い温度に温度調節された空気と第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃとが熱交換されるとともに、第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃの熱が伝熱部材４０の両端部４０１，４０２に伝わる。そして、伝熱部材４０、第１及び第２絶縁部材４１，４２を介して電極体１１の層の内部に熱が伝わることにより、電極体１１の層の内部が加温される。これにより、例えば、低温環境下において、二次電池１０を加温することができ、プラグインハイブリッド車の始動がスムーズに行われるようになる。
【００４３】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）ケース２０の周壁である第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに接触する伝熱部材４０を、電極体１１の層と層の間に第１及び第２絶縁部材４１，４２を介して配設した。よって、伝熱部材４０が、第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに接触していない場合に比べると、ケース２０に向けて供給された空気と電極体１１の層の内部とが、ケース２０及び伝熱部材４０を介して熱交換され易くなる。その結果、第１及び第２絶縁部材４１，４２により電極体１１と伝熱部材４０との絶縁を確保しつつも、電極体１１の層の内部の温度調節を効率良く行うことができる。
【００４４】
（２）第１及び第２絶縁部材４１，４２を、熱伝導率が２５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスから形成した。よって、第１及び第２絶縁部材４１，４２により電極体１１と伝熱部材４０との絶縁を確保しつつも、ケース２０及び伝熱部材４０を介した電極体１１の層の内部と空気との熱交換をさらに効率良く行うことができる。
【００４５】
（３）集電端子３１には伝熱部材４０を差し込み可能なスリット５０を形成した。そして、伝熱部材４０の一部を、伝熱部材４０と集電端子３１との絶縁が確保された状態でスリット５０に差し込むとともに、その伝熱部材４０の両端部４０１，４０２全てを第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに接触させた。よって、伝熱部材４０が、集電端子３１を避けるようにして、第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに接触している場合に比べると、伝熱部材４０と、第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃとの接触部位を増やすことができる。その結果として、ケース２０及び伝熱部材４０を介した電極体１１の層の内部と空気との熱交換をさらに効率良く行うことができる。
【００４６】
（４）伝熱部材４０は金属板であり、第１及び第２絶縁部材４１，４２はセラミックス板であり、第１及び第２絶縁部材４１，４２は伝熱部材４０の両面を覆うように固着されている。よって、伝熱部材４０及び第１及び第２絶縁部材４１，４２を容易に一体化させることができる。
【００４７】
（５）伝熱部材４０はアルミニウム製であり、第１及び第２絶縁部材４１，４２は窒化アルミニウムである。よって、伝熱部材４０及び第１及び第２絶縁部材４１，４２の熱伝導性を向上させることができる。
【００４８】
（６）各ケース２０の第１〜第４側壁２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅの外側に熱媒体流路としての連通路Ｒ１，Ｒ２及び隙間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を形成した。よって、ケース２０及び伝熱部材４０を介した電極体１１の層の内部と空気との熱交換をさらに効率良く行うことができる。
【００４９】
（７）第１及び第２絶縁部材４１，４２をセラミックスから形成した。よって、ケース２０内に注入された電解液に第１及び第２絶縁部材４１，４２が溶けてしまうことを防止することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、例えば、第１〜第４側壁２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅの外面に凹部を形成する。そして、各二次電池１０の第１側壁２１ｂと電池パックＭ１の一端壁Ｍ１０との間、各二次電池１０の第２側壁２１ｃと電池パックＭ１の他端壁Ｍ１１との間、隣り合う二次電池１０同士の間、又は二次電池１０と電池パックＭ１の一側壁Ｍ１２及び他側壁Ｍ１３との間に、凹部により区画形成された空間によって熱媒体流路が形成されていてもよい。
【００５１】
○ 実施形態において、伝熱部材４０が、集電端子３１を避けるようにして設けられていてもよい。具体的には、図９に示すように、集電端子３１と干渉する部位を削除した形状の伝熱部材８０であってもよい。また、図１０に示すように、集電端子３１と干渉しないように短手方向の長さを短くした形状の伝熱部材９０であってもよい。このような場合、集電端子３１に形成したスリット５０を削除してもよい。
【００５２】
○ 実施形態において、第１及び第２絶縁部材４１，４２をセラミックスから形成したが、これに限らず、例えば、第１及び第２絶縁部材４１，４２がアルミナ、窒化シリコン、ダイアモンドライクカーボン、導電性セラミックスフィラー入りの絶縁樹脂等から形成されていてもよい。
【００５３】
○ 実施形態において、第１及び第２絶縁部材４１，４２を削除してもよい。この場合、例えば、電極体１１の層の最も内側の層に絶縁部材としてのセパレータ１４を介在させて、このセパレータ１４によって電極体１１と伝熱部材４０との絶縁を確保するようにする。
【００５４】
○ 実施形態において、電極体１１の層の内側に伝熱部材４０が複数配設されていてもよい。例えば、電極体１１の層の最も内側の層と、内側から二番目の層との間に伝熱部材４０がさらに配設されていてもよい。
【００５５】
○ 実施形態において、伝熱部材４０はアルミニウムから形成されていたが、これに限らず、例えば、銅から形成されていてもよい。
○ 実施形態において、熱媒体は空気に限らず、例えば、液体の熱媒体であってもよい。
【００５６】
○ 実施形態において、伝熱部材４０は、その両端部４０１，４０２がケース本体２１の第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに接触していたが、これに限らず、例えば、伝熱部材４０の一端部４０１のみが第１側壁２１ｂに接触していてもよいし、伝熱部材４０の他端部４０２のみが第２側壁２１ｃに接触していてもよい。この場合、伝熱部材４０の長手方向の長さＲは、ケース本体２１の第１側壁２１ｂの内面と第２側壁２１ｃの内面との間の距離よりも短くなっている。そして、ケース本体２１内に電極体１１が収容されたときに、伝熱部材４０の一端部４０１のみが第１側壁２１ｂに接触、又は、伝熱部材４０の他端部４０２のみが第２側壁２１ｃに接触するように、伝熱部材４０における電極体１１の層の最も内側の層よりも内側に対する配置位置を調整する。なお、ケース２０に供給される空気の流通方向上流側に位置する側壁に伝熱部材４０の端部が接触しているのが好ましい。そして、本実施形態では、空気は第１側壁２１ｂ側から流れ込むため、第１側壁２１ｂを介して空気と熱交換し易くするために、伝熱部材４０の他端部４０２のみが第２側壁２１ｃに接触しているよりも、伝熱部材４０の一端部４０１のみが第１側壁２１ｂに接触しているのが好ましい。
【００５７】
○ 実施形態において、図１１に示すように、ケース本体２１の第１側壁２１ｂの内面及び第２側壁２１ｃの内面に伝熱部材４０の両端部４０１，４０２が案内されるガイド溝９５が形成されていてもよい。この場合、伝熱部材４０の長手方向の長さＲは、ケース本体２１の第１側壁２１ｂの内面と第２側壁２１ｃの内面との間の距離よりも長くなっている。また、ケース本体２１の第１側壁２１ｂの内面、又は第２側壁２１ｃの内面のみにガイド溝９５が形成されていてもよい。
【００５８】
○ 実施形態において、第１及び第２絶縁部材４１，４２は、伝熱部材４０の表面４０ａ及び裏面４０ｂ全体を覆うように固着されていたが、これに限らない。例えば、伝熱部材４０の表面４０ａ及び裏面４０ｂにおいて、電極体１１及び集電端子３１と重なる範囲に、最低限、第１及び第２絶縁部材４１，４２が固着されていればよい。すなわち、伝熱部材４０と電極体１１及び集電端子３１との絶縁が確保されていれば、第１及び第２絶縁部材４１，４２が伝熱部材４０の表面４０ａ及び裏面４０ｂに固着される範囲は限定されるものではない。
【００５９】
○ 実施形態において、集電端子３１の第１スリット５０ａにおける第２スリット５０ｂとは反対側が閉塞していてもよい。この場合、伝熱部材４０全体が差し込み可能なスリットとしての差し込み孔を集電端子３１の接続部３２に形成することができるように、接続部３２が、電極体１１の長径方向において、伝熱部材４０の側面４０ｄよりも外側に延びている必要がある。
【００６０】
○ 実施形態において、集電端子３１の接続部３２の接続代３２ａは、正極板１２の層の最も内側の層よりも内側に全て埋没されていたが、これに限らず、接続代３２ａが、正極板１２の層の最も内側の層よりも内側に一部分だけ埋没していてもよい。
【００６１】
○ 実施形態において、集電端子３１は、伝熱部材４０を避けるようにして、電極体１１の層の最も外側の層に位置する未塗工部１２ｂ，１３ｂに接続されていてもよい。このような場合、集電端子３１に形成したスリット５０を削除してもよい。
【００６２】
○ 実施形態において、伝熱部材４０の長手方向の長さＲは、ケース本体２１の第１側壁２１ｂの内面と第２側壁２１ｃの内面との間の距離と同じであってもよい。
○ 実施形態において、伝熱部材４０の両側面４０ｃ，４０ｄに、熱伝導率の高いセラミックスから形成された絶縁部材を設けてもよい。
【００６３】
○ 実施形態において、伝熱部材４０の両端部４０１，４０２と第１側壁２１ｂの内面及び第２側壁２１ｃの内面との間に、熱伝導率の高いセラミックスから形成された絶縁部材を設けてもよい。
【００６４】
○ 実施形態では、帯状の正極板１２と負極板１３との間に帯状のセパレータ１４を介在させて、これらを捲回軸Ｌ周りに渦捲き状に捲回して構成された捲回型の電極体１１を用いたが、これに限らず、例えば、正極板と負極板との間にセパレータを介在させて、これらを一定方向に複数積層して構成された積層型の電極体を用いてもよい。ここで、積層型の電極体とは、正極板、負極板及びセパレータそれぞれが不連続となったものを一定方向に積層してなる電極体のことである。この場合、伝熱部材４０を、ケース本体２１の第１側壁２１ｂ及び第２側壁２１ｃに加えて、ケース本体２１の底壁２１ａにも接触させることができ、ケース本体２１と伝熱部材４０との接続部位を増やすことができる。
【００６５】
○ 実施形態において、二次電池１０はプラグインハイブリッド車に搭載されていたが、これに限らず、例えば、電気自動車に搭載されていてもよい。
○ 本発明を、車両用の二次電池１０に具体化したが、これに限らず、車両用以外の二次電池に具体化してもよい。
【００６６】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の二次電池が複数並設されてなることを特徴とする電池モジュール。
【符号の説明】
【００６７】
Ｍ…電池モジュール、Ｒ１，Ｒ２…熱媒体流路を形成する連通路、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…熱媒体流路を形成する隙間、１０…二次電池、１１…電極体、１２…正極板、１２ａ…塗工部、１２ｂ…未塗工部、１３…負極板、１３ａ…塗工部、１３ｂ…未塗工部、２０…ケース、２１ｂ…周壁としての第１側壁、２１ｃ…周壁としての第２側壁、２２…端子壁としての蓋、２２ａ…正極端子、２２ｂ…負極端子、３１…集電端子、４０，８０，９０…伝熱部材、４１…絶縁部材としての第１絶縁部材、４２…絶縁部材としての第２絶縁部材、５０…スリット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板との間を絶縁してこれらを層状に形成してなる電極体を備え、
正極端子及び負極端子が外部に向けて突設された金属製のケース内に前記電極体が収容される二次電池であって、
前記正極端子及び前記負極端子が突設された前記ケースの端子壁の周縁から立設された周壁の少なくとも一つに接触する金属製の伝熱部材が、前記電極体の層と層の間に絶縁部材を介して配設されていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記絶縁部材は熱伝導率が２５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記正極板及び前記負極板は、活物質が塗布されている塗工部と、前記活物質が塗布されていない未塗工部とを有し、
前記正極板及び前記負極板の各未塗工部が前記ケースの前記周壁に向けて互いに反対側に突出するとともに、前記正極板及び前記負極板の各未塗工部には集電端子がそれぞれ接続され、
前記集電端子にはスリットが形成されており、
前記伝熱部材は、少なくともその一部が、前記伝熱部材と前記集電端子との絶縁が確保された状態で前記スリットに差し込まれていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記伝熱部材は金属板であり、前記絶縁部材はセラミックス板であり、前記セラミックス板は前記金属板の両面を覆うように固着されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記伝熱部材はアルミニウム製であり、前記絶縁部材は窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の二次電池の温度調節構造であって、
前記ケースの前記周壁の外側に熱媒体流路が形成されていることを特徴とする二次電池の温度調節構造。
【請求項７】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の二次電池を搭載した車両。
【請求項１】
正極板と負極板との間を絶縁してこれらを層状に形成してなる電極体を備え、
正極端子及び負極端子が外部に向けて突設された金属製のケース内に前記電極体が収容される二次電池であって、
前記正極端子及び前記負極端子が突設された前記ケースの端子壁の周縁から立設された周壁の少なくとも一つに接触する金属製の伝熱部材が、前記電極体の層と層の間に絶縁部材を介して配設されていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記絶縁部材は熱伝導率が２５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記正極板及び前記負極板は、活物質が塗布されている塗工部と、前記活物質が塗布されていない未塗工部とを有し、
前記正極板及び前記負極板の各未塗工部が前記ケースの前記周壁に向けて互いに反対側に突出するとともに、前記正極板及び前記負極板の各未塗工部には集電端子がそれぞれ接続され、
前記集電端子にはスリットが形成されており、
前記伝熱部材は、少なくともその一部が、前記伝熱部材と前記集電端子との絶縁が確保された状態で前記スリットに差し込まれていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記伝熱部材は金属板であり、前記絶縁部材はセラミックス板であり、前記セラミックス板は前記金属板の両面を覆うように固着されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記伝熱部材はアルミニウム製であり、前記絶縁部材は窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の二次電池の温度調節構造であって、
前記ケースの前記周壁の外側に熱媒体流路が形成されていることを特徴とする二次電池の温度調節構造。
【請求項７】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の二次電池を搭載した車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１０１７７３（Ｐ２０１３−１０１７７３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３７０５（Ｐ２０１１−２４３７０５）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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