組電池
【目的】 組電池を構成する単電池が異常発熱した場合でも、この熱により隣り合う単電池にまで不具合が生じることを防止できる組電池を提供すること。
【構成】 組電池１００は、隣り合って配置された複数の単電池１１０，１１０，…を有する。この組電池１００は、単電池１１０の通常使用時の温度域よりも高く、かつ、単電池１１０が熱破壊される破壊温度よりも低い融点に有する相変化物質１３５を有する。この相変化物質１３５は、互いに隣り合う単電池１１０，１１０，…同士の間に存在し、単電池１１０，１１０，…のうちの１つが、融点よりも高い温度まで発熱した場合に、その熱を吸収して溶融する形態に配置されている。
【構成】 組電池１００は、隣り合って配置された複数の単電池１１０，１１０，…を有する。この組電池１００は、単電池１１０の通常使用時の温度域よりも高く、かつ、単電池１１０が熱破壊される破壊温度よりも低い融点に有する相変化物質１３５を有する。この相変化物質１３５は、互いに隣り合う単電池１１０，１１０，…同士の間に存在し、単電池１１０，１１０，…のうちの１つが、融点よりも高い温度まで発熱した場合に、その熱を吸収して溶融する形態に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣り合って配置された複数の単電池を備える組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、隣り合って配置された複数の単電池を備える組電池が知られている。この中には、単電池同士の間にスペーサを介在させたものもある。例えば特許文献１や特許文献２に、このような形態の組電池が開示されている。スペーサには、冷却路が設けられており、この冷却路に冷却風を流すことで、充放電により温度上昇した単電池を冷却できるように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２６５８５号公報
【特許文献２】特開２００７−２２１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、組電池を構成する単電池の１つが、性能劣化等により過充電状態になるなどして異常発熱した場合には、この高熱がスペーサを介して隣り合う単電池にも伝熱され、この隣り合う単電池の温度も上昇する。この場合、この隣り合う単電池の温度も、充放電などの通常使用時の温度域を超えて、単電池が熱破壊する破壊温度に近づき、場合によっては、この単電池が熱破壊するおそれがある。また、同様に異常発熱して、異常発熱が次々と隣り合う単電池に伝わる事態となるおそれもある。
【０００５】
前述の組電池では、スペーサに冷却路を設けて冷却風を流すことにより、単電池を冷却することが可能である。しかし、この冷却手法は、通常使用時に生じる熱を放熱させるものであるため、異常発熱した単電池を速やかに冷却するには不十分なことが多い。従って、冷却風による冷却機構がある場合でも、異常発熱した単電池の熱がスペーサを介して隣り合う単電池に伝熱し、隣り合う単電池にまで不具合を生じさせるおそれがある。
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、組電池を構成する単電池が異常発熱した場合でも、この熱により隣り合う単電池にまで不具合が生じることを防止できる組電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その解決手段は、隣り合って配置された複数の単電池を備える組電池であって、隣り合って配置された複数の単電池を備える組電池であって、前記単電池の通常使用時の温度域よりも高く、かつ、前記単電池が熱破壊される破壊温度よりも低い融点を有する相変化物質を、互いに隣り合う前記単電池同士の間に、前記単電池のうちの１つが前記融点よりも高い温度まで発熱した場合に、その熱を吸収して溶融する形態に配置してなる組電池である。
【０００８】
本発明の組電池では、互いに隣り合う単電池同士の間に、上述の温度範囲に融点を有する相変化物質（ＰＣＭ：Phase Change Material）を配置している。これにより、組電池を構成する単電池の１つが異常発熱して、上記相変化物質の融点を超えた場合に、単電池間に配置された相変化物質がその熱を吸収して溶融する。相変化物質は、相変化（溶融）する際の潜熱分だけ、異常発熱した単電池の熱を吸収できるので、異常発熱した単電池に隣り合う単電池の温度上昇が抑えられ、この隣り合う単電池が破壊温度に達することを防止できる。或いは、少なくとも、この隣り合う単電池の温度上昇を遅らせて、その間に適正な処置を取る時間を生み出すことができる。よって、本発明によれば、組電池を構成する単電池が異常発熱した場合でも、この熱により隣り合う単電池にまで不具合が生じることを効果的に防止できる。
【０００９】
なお、単電池の「通常使用時の温度域」とは、組電池（単電池）を所期の特性で使用し続け得る温度範囲を言う。例えば、一般的なリチウム二次電池では、−３０℃〜６０℃程度の温度範囲がこれに該当する。
また、単電池が熱破壊される「破壊温度」とは、組電池（単電池）が当該温度になった場合に、単電池に使用している各部材が、その温度特性上、溶融したり変質して不可逆的な変化を生じるために、その後に温度を下げても回復できず、電池としての機能を失ったり、或いは、熱暴走などの異常現象を生じる温度を言う。例えば、正極活物質としてニッケル酸リチウムを使用したリチウム二次電池では、１５０℃よりも高い温度がこれに該当する。
従って、一般的なリチウム二次電池においては、「相変化物質」の融点は、例えば６０℃〜１２０℃が好ましい。
【００１０】
また、「相変化物質」としては、１種類の相変化物質のみを用いてもよいし、複数種類の相変化物質を混合して用いてもよい。また、相変化物質に他の適当な物質を混合してもよい。他の物質を添加することで、融点等を調整することが可能である。なお、融点が６０℃〜１２０℃の「相変化物質」の具体例としては、例えば表１に記載したものが挙げられる。
【００１１】
【表１】
【００１２】
また、「相変化物質」の配置形態としては、後述するように、互いに隣り合う単電池同士の間に、これらに接してスペーサを配置し、そのスペーサに相変化物質を含ませる形態が挙げられる。また、後述するように、互いに隣り合う単電池同士の間に、単電池を冷却する形態で冷却媒体が流れる流路を設け、この冷却媒体に相変化物質を含ませる形態が挙げられる。また、互いに隣り合う単電池同士の間隙に、直接、相変化物質を充填した形態が挙げられる。
【００１３】
上記の組電池であって、互いに隣り合う前記単電池同士の間に、これらに接して配置されたスペーサを備え、前記スペーサは、前記相変化物質を含んでなる組電池とすると良い。
【００１４】
本発明の組電池では、スペーサに相変化物質を含ませている。このため、相変化物質を単電池同士の間に容易に配置できる。
なお、「スペーサ」には、単電池を冷却する冷却媒体が流れる流路を設けることができる。このような形態とすることで、通常使用時に単電池を冷却できるだけでなく、単電池が異常発熱した場合もこれを冷却でき、相変化物質による冷却と冷却媒体により冷却の相乗効果により、異常発熱した単電池と隣り合う単電池にまで不具合が生じるのをより効果的に防止できる。
また、「スペーサ」を構成する基材としては、例えば、ＰＰ、ＰＥ、ＰＥＴ、ＡＢＳ、ＰＰＳなどのエンジニアプラスチックの他、ガラスなどのセラミック、鉄、アルミニウムなどの金属などが挙げられる。
【００１５】
スペーサに相変化物質を含ませる具体的な形態としては、例えば、後述するように、スペーサ本体部材に中空の収容部を設け、この収容部内に相変化物質を充填した形態とすることができる。また、後述するように、相変化物質をカプセルに封入して（カプセル化して）、これをスペーサ内に分散させた（スペーサの基材中に分散させた）形態が挙げられる。また、スペーサ本体部材を多孔質に形成し、その孔に相変化物質を保持させる形態が挙げられる。また、スペーサ本体部材の表面に、例えば適当な結着剤（樹脂結着剤など）と共に相変化物質を塗布するなどして、スペーサ本体部材の表面に相変化物質を固着させた形態が挙げられる。
【００１６】
更に、上記の組電池であって、前記スペーサは、中空の収容部を有するスペーサ本体部材と、前記収容部に充填された前記相変化物質と、を有する組電池とすると良い。
【００１７】
本発明の組電池では、スペーサ本体部材に収容部を設け、この収容部に相変化物質を充填している。このようにすれば、相変化物質を内包するスペーサを容易に形成できるので、相変化物質を含むスペーサを安価にすることができる。従って、組電池を安価にすることができる。
【００１８】
更に、前記の組電池であって、前記相変化物質は、カプセルに封入された状態で、前記スペーサ内に分散されてなる組電池とすると良い。
【００１９】
本発明の組電池では、相変化物質をカプセル化し、これをスペーサ内に分散している。このようにすれば、相変化物質を内包するスペーサを容易に形成できるので、相変化物質を含むスペーサを安価にすることができる。従って、組電池を安価にすることができる。また、相変化物質をスペーサ内に均一に分散することができるので、異常発熱した単電池の熱をより確実に吸収できる。
【００２０】
更に、前記の組電池であって、互いに隣り合う前記単電池同士の間に、前記単電池を冷却する形態で冷却媒体が流れる流路を備え、前記冷却媒体は、前記相変化物質を含んでなる組電池とすると良い。
【００２１】
本発明の組電池では、単電池同士の間に、冷却媒体が流れる流路を設け、この冷却媒体に相変化物質を含ませている。このようにすることで、相変化物質を単電池同士の間に容易に配置できる。また、相変化物質を含む冷却媒体を単電池間に流すため、単電池が異常発熱した場合に、これをより速やかに冷却できる。
なお、冷却媒体に相変化物質を含ませる具体的な形態としては、例えば、相変化物質をカプセル化して、これを冷却媒体に分散した形態や、相変化物質を直接、冷却媒体中に分散した形態などが挙げられる。
【００２２】
更に、上記のいずれかに記載の組電池であって、前記相変化物質は、エリスリトールを含む組電池とすると良い。
【００２３】
エリスリトールは、融点が１１８℃であるため、相変化物質として特に適している。また、エリスリトールは潜熱量が３４０ｋＪ／ｋｇと大きいので、異常発熱した単電池の熱の伝熱速度を遅らせる効果が大きい。また、エリスリトールは安全性が高い物質であるので、環境問題などの点からみても好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１及び図２に、本実施形態１に係る組電池１００の概略を示す。また、図３に、組電池１００を構成する単電池１１０を示す。また、図４及び図５に、組電池１００を構成するスペーサ１３０を示す。この組電池１００は、ハイブリットカーや電気自動車に搭載されて、その動力源として利用される電池である。
【００２５】
組電池１００は、図１に示すように、複数の単電池１１０，１１０，…と、複数のスペーサ１３０，１３０，…と、２つのエンドプレート１５０，１５０と、４本の拘束バント１５５，１５５，…とを有する。
このうち、単電池１１０は、リチウム二次電池であり、直方体状をなす角型電池である。単電池１１０は、電池ケース１１１、電池ケース１１１内に収容された図示しない電極体、電池ケース１１１にそれぞれ固設された正極端子１１３及び負極端子１１５等から構成されている（図３参照）。なお、図１及び図２では、正極端子１１３及び負極端子１１５を省略してある。
【００２６】
電池ケース１１１は、金属により形成されて直方体状をなす。この電池ケース１１１は、ケース上壁部１１１ａと、これに対向するケース下壁部１１１ｂと、これらの間を結ぶ４つのケース側壁部１１１ｃ，１１１ｄ，１１１ｅ，１１１ｆとを有する。ケース上壁部１１１ａの両端近傍の所定位置には、正極端子１１３と負極端子１１５がそれぞれ固設されている。正極端子１１３は、電池内部において図示しない電極体の正極集電体と電気的に接続する一方、ケース上壁部１１１ａから上方に突出しており、隣り合う単電池１１０との電気的接続に用いられている。また、負極端子１１５は、電池内部において図示しない電極体の負極集電体と電気的に接続する一方、ケース上壁部１１１ａから上方に突出しており、隣り合う単電池１１０との電気的接続に用いられている。
【００２７】
各単電池１１０，１１０，…は、後述するスペーサ１３０，１３０，…を介して隣り合って配置されている（図１及び図２参照）。具体的には、一の単電池１１０の最も面積の大きいケース側壁部１１１ｄと、これと隣り合う他の単電池１１０の最も面積の大きいケース側壁部１１０ｃとが、スペーサ１３０を介して互いに対向した状態で、各単電池１１０，１１０，…が一列に積層されている。また、これらの単電池１１０，１１０，…の正極端子１１３及び負極端子１１５は、図示しないバスバーにより、互いに電気的に直列に接続されている。
【００２８】
この単電池１１０は、通常使用時の温度域、即ち、組電池１００（単電池１１０）を所期の特性で使用し続け得る温度範囲が、−３０℃〜６０℃程度である。一方、この単電池１１０が熱破壊される破壊温度、即ち、組電池１００（単電池１１０）が当該温度になった場合に、単電池１１０に使用している各部材が、その温度特性上、溶融したり変質して不可逆的な変化を生じるために、その後に温度を下げても回復できず、電池としての機能を失ったり、或いは、熱暴走などの異常現象を生じる温度は、１５０℃程度である。
【００２９】
互いに隣り合う単電池１１０，１１０，…同士の間には、単電池１１０，１１０，…に接するようにして、それぞれスペーサ１３０，１３０，…が配置されている。このスペーサ１３０は、スペーサ上面１３０ａと、これに対向するスペーサ下面１３０ｂと、これらの間を結ぶ４つのスペーサ側面１３０ｃ，１３０ｄ，１３０ｅ，１３０ｆとを有する直方体状をなす（図４及び図５参照）。
このスペーサ１３０のスペーサ側面１３０ｄには、３本の流路１３１，１３１，１３１が形成されている。具体的には、各流路１３１，１３１，１３１は、スペーサの１３０の長手方向（図４中、左右方向。図５中、紙面に直交する方向）に沿って等間隔に並んで形成され、長手方向に直交する断面が矩形状をなす凹溝である。
【００３０】
このスペーサ１３０は、ＰＰ（融点１５７℃）を基材１３３として一体的に形成され、基材１３３中には、カプセルに封入された（カプセル化された）相変化物質１３５が、スペーサ１３０内全体に均一に分散されている。具体的には、本実施形態１では、相変化物質１３５として、結晶状のエリスリトールが用いられている。エリスリトールの融点は、１１８℃である。前述したように、単電池１１０の通常使用時の温度域は、−３０℃〜６０℃程度であり、一方、単電池１１０が熱破壊される破壊温度は、１５０℃程度である。従って、この相変化物質１３５の融点（１１８℃）は、単電池１１０の通常使用時の温度域よりも高く、単電池１１０が破壊される破壊温度よりも低い。
【００３１】
なお、相変化物質１３５のカプセル化は、一般的な手法により行えばよい。具体的には、反応開始剤を含む相変化物質１３５を非水系基材中に分散させた後、シランカップリング剤、フッ素系モノマー、無機粒子への吸着性を有する反応性乳化剤等のカプセル化成分を混合し、攪拌して放置する。そうすると、相変化物質１３５の界面にカプセル化成分が吸着し、相変化物質１３５中の反応開始剤が反応して、相変化物質１３５の表面がコーティングされてカプセルとなる。
また、スペーサ１３０は、カプセル化された相変化物質１３５を基材１３３中に均一に分散して射出成形することにより形成できる。
【００３２】
外部から組電池１００に導入される冷却風（冷却媒体）ＲＦは、図１に矢印で示す方向に流れ、各スペーサ１３０，１３０，…の各流路１３１，１３１，…内を流通する。各流路１３１，１３１，…を流れる冷却風ＲＦは、流路１３１，１３１，…に面する各単電池１１０，１１０，…のケース側面部１１１ｃ，１１１ｃ，…に接して、各単電池１１０，１１０，…を冷却する。そして、各単電池１１０，１１０，…との熱交換によって温度上昇した冷却風ＲＦは、組電池１００の外部へ排出される。この冷却により、通常の充放電により単電池１１０，１１０，…に生じる熱を放熱できる。
【００３３】
一列に列置された単電池１１０，１１０，…及びスペーサ１３０，１３０，…群の両側には、それぞれエンドプレート１５０，１５０が配置されている（図１参照）。このエンドプレート１５０は、樹脂により形成されて直方体状をなす。エンドプレート１５０，１５０同士は、４本の拘束バンド１５５，１５５，…によって互いに結合されている。これにより、単電池１１０，１１０，…、スペーサ１３０，１３０，…及びエンドプレート１５０，１５０が互いに固定されている。
【００３４】
以上で説明した本実施形態１の組電池１００では、これを構成する単電池１１０，１１０，…の１つが、性能劣化等により過充電状態になるなどして異常発熱し、相変化物質１３５の融点を超えた場合に、単電池１１０，１１０間に配置されたスペーサ１３０内の相変化物質１３５がその熱を吸収して溶融する。相変化物質１３５は、相変化（溶融）する際の潜熱分だけ、異常発熱した単電池１１０の熱を吸収できるので、異常発熱した単電池１１０に隣り合う単電池１１０の温度上昇が抑えられ、この隣り合う単電池１１０が破壊温度に達することを防止できる。或いは、少なくとも、この隣り合う単電池１１０の温度上昇を遅らせて、その間に適正な処置を取る時間を生み出すことができる。よって、この組電池１００では、これを構成する単電池１１０が異常発熱して、相変化物質１３５の融点を超えた場合でも、この熱により隣り合う単電池１１０にまで不具合が生じることを効果的に防止できる。
【００３５】
また、本実施形態１の組電池１００では、スペーサ１３０，１３０，…に相変化物質１３５を含ませ、このスペーサ１３０，１３０，…を隣り合う単電池１１０，１１０，…同士の間に配置している。このため、相変化物質１３５を単電池１１０，１１０，…同士の間に容易に配置できる。更に、相変化物質１３５は、カプセル化して、スペーサ１３０内に分散している。このため、相変化物質１３５を内包するスペーサ１３０が容易に形成できるので、相変化物質１３５を含むスペーサ１３０を安価にすることができる。従って、組電池１００を安価にすることができる。また、相変化物質１３５をスペーサ１３０内全体に均一に分散できるので、単電池１１０が異常発熱した場合に、その熱をより確実に吸収できる。
【００３６】
また、本実施形態１の組電池１００では、相変化物質１３５がエリスリトールである。エリスリトールは、融点が１１８℃であるため、単電池１１０が異常発熱した場合に、隣り合う単電池１１０に不具合が生じるのを防止するのに、特に適している。また、エリスリトールは潜熱量が３４０ｋＪ／ｋｇと大きいので、異常発熱した単電池１１０の熱の伝熱速度を遅らせる効果が大きい。また、エリスリトールは安全性が高い物質であるので、環境問題などの点からも好適である。
【００３７】
（実施形態２）
次いで、第２の実施の形態について説明する。図６に、本実施形態２に係る組電池２００の概略を示す。また、図７に、この組電池２００を構成するスペーサ２３０を示す。本実施形態２の組電池２００は、スペーサ２３０の形態が上記実施形態１の組電池１００のスペーサ１３０と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態１と同様であるので、上記実施形態１と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００３８】
本実施形態２の組電池２００は、上記実施形態１と同様に、複数の単電池１１０，１１０，…と、複数のスペーサ２３０，２３０，…と、２つのエンドプレート１５０，１５０と、４本の拘束バント１５５，１５５，…とを有する。
このうち、スペーサ２３０は、スペーサ上面２３０ａと、これに対向するスペーサ下面２３０ｂと、これらの間を結ぶ４つのスペーサ側面２３０ｃ，２３０ｄ等とを有する直方体状をなす。このスペーサ２３０のスペーサ側面２３０ｄには、２本の流路２３１，２３１が形成されている。具体的には、各流路２３１，２３１は、スペーサ２３０の長手方向（図６及び図７中、紙面に直交する方向）に沿って等間隔に並んで形成され、長手方向に直交する方向の断面が矩形状をなす凹溝である。
【００３９】
外部からこの組電池２００に導入される冷却風（冷却媒体）ＲＦは、各スペーサ２３０，２３０，…の各流路２３１，２３１，…内を流通する（図１参照）。この冷却風ＲＦは、流路２３１，２３１，…に面する各単電池１１０，１１０，…のケース側面部１１１ｃ，１１１ｃ，…に接して、各単電池１１０，１１０，…を冷却する。そして、各単電池１１０，１１０，…との熱交換によって温度上昇した冷却風ＲＦは、組電池２００の外部へ排出される。この冷却により、通常の充放電により単電池１１０，１１０，…に生じる熱を放熱できる。
【００４０】
また、スペーサ２３０は、ＰＰを基材２３３として形成されたスペーサ本体部材２３２を有する。このスペーサ本体部材２３２の内部には、５つの中空の収容部２３７，２３７，…が設けられている。具体的には、各収容部２３７，２３７，…は、スペーサ２３０の長手方向（図６及び図７中、紙面に直交する方向）に沿って上下に並んで形成され、長手方向に直交する方向の断面が矩形状をなす。そして、各収容部２３７，２３７，…には、それぞれ相変化物質２３５が充填されている。具体的には、相変化物質２３５として、エリスリトールが用いられている。
【００４１】
この組電池２００では、これを構成する単電池１１０，１１０，…の１つが異常発熱して、相変化物質２３５の融点を超えた場合に、単電池１１０，１１０間に配置されたスペーサ２３０内の相変化物質２３５がその熱を吸収して溶融する。相変化物質２３５は、相変化する際の潜熱分だけ、異常発熱した単電池１１０の熱を吸収できるので、異常発熱した単電池１１０に隣り合う単電池１１０の温度上昇が抑えられ、この隣り合う単電池１１０が破壊温度に達することを防止できる。或いは、少なくとも、この隣り合う単電池１１０の温度上昇を遅らせて、その間に適正な処置を取る時間を生み出すことができる。よって、この組電池２００では、これを構成する単電池１１０が異常発熱して、相変化物質２３５の融点を超えた場合でも、この熱により隣り合う単電池１１０にまで不具合が生じることを防止できる。
【００４２】
また、この組電池２００では、スペーサ２３０，２３０，…に相変化物質２３５を含ませ、このスペーサ２３０，２３０，…を隣り合う単電池１１０，１１０，…同士の間に配置している。このため、相変化物質２３５を単電池１１０，１１０，…同士の間に容易に配置できる。更に、本実施形態２では、スペーサ本体部材２３２に収容部２３５，２３５，…を設け、この収容部２３５，２３５，…に相変化物質２３５を充填している。このようにすることで、相変化物質２３５を内包するスペーサ２３０を容易に形成できるので、相変化物質２３５を含むスペーサ２３０を安価にすることができる。従って、組電池２００を安価にすることができる。その他、上記実施形態１と同様な部分は、上記実施形態１と同様な作用効果を奏する。
【００４３】
（実施形態３）
次いで、第３の実施の形態について説明する。図８に、本実施形態３に係る組電池３００の概略を示す。また、図９に、この組電池３００を構成するスペーサ３３０を示す。本実施形態３の組電池３００は、スペーサ３３０の形態が上記実施形態１，２に係る組電池１００，２００のスペーサ１３０，２３０と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態１等と同様であるので、上記実施形態１等と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００４４】
本実施形態３の組電池３００は、上記実施形態１等と同様に、複数の単電池１１０，１１０，…と、複数のスペーサ３３０，３３０，…と、２つのエンドプレート１５０，１５０と、４本の拘束バント１５５，１５５，…とを有する。
このうち、スペーサ３３０は、その長手方向（図８及び図９中、紙面に直交する方向）に直交する方向の断面が団子状の形態をなす。このような団子状とすることで、このスペーサ２３０の両側には、長手方向に沿って延びる片側４本（合計８本）の流路３３１，３３１，…が形成されている。
【００４５】
外部からこの組電池３００に導入される冷却風（冷却媒体）ＲＦは、各スペーサ３３０，３３０，…の各流路３３１，３３１，…内を流通する（図１参照）。この冷却風ＲＦは、流路３３１，３３１，…に面する各単電池１１０，１１０，…のケース側面部１１１ｃ，１１１ｃ，…に接して、各単電池１１０，１１０，…を冷却する。そして、各単電池１１０，１１０，…との熱交換によって温度上昇した冷却風ＲＦは、組電池３００の外部へ排出される。この冷却により、通常の充放電により単電池１１０，１１０，…に生じる熱を放熱できる。
【００４６】
また、このスペーサ３３０は、ＰＰを基材３３３として形成されたスペーサ本体部材３３２を有する。このスペーサ本体部材３３２の内部には、５つの収容部３３７，３３７，…が設けられている。具体的には、各収容部３３７，３３７，…は、スペーサ３３０の長手方向に沿って上下に並んで形成され、長手方向に直交する方向の断面が楕円状をなす。そして、各収容部３３７，３３７，…には、相変化物質３３５が充填されている。具体的には、相変化物質３３５として、エリスリトールが用いられている。
【００４７】
この組電池３００では、これを構成する単電池１１０，１１０，…の１つが異常発熱して、相変化物質３３５の融点を超えた場合に、単電池１１０，１１０間に配置されたスペーサ３３０内の相変化物質３３５がその熱を吸収して溶融する。相変化物質３３５は、相変化する際の潜熱分だけ、異常発熱した単電池１１０の熱を吸収できるので、異常発熱した単電池１１０に隣り合う単電池１１０の温度上昇が抑えられ、この隣り合う単電池１１０が破壊温度に達することを防止できる。或いは、少なくとも、この隣り合う単電池１１０の温度上昇を遅らせて、その間に適正な処置を取る時間を生み出すことができる。よって、この組電池３００では、これを構成する単電池１１０が異常発熱して、相変化物質３３５の融点を超えた場合でも、この熱により隣り合う単電池１１０にまで不具合が生じることを効果的に防止できる。
【００４８】
また、この組電池３００では、スペーサ３３０，３３０，…に相変化物質３３５を含ませ、このスペーサ３３０，３３０，…を隣り合う単電池１１０，１１０，…同士の間に配置している。このため、相変化物質３３５を単電池１１０，１１０，…同士の間に容易に配置できる。更に、本実施形態３では、スペーサ本体部材３３２に収容部３３５，３３５，…を設け、この収容部３３５，３３５，…に相変化物質３３５を充填している。このようにすることで、相変化物質３３５を内包するスペーサ３３０を容易に形成できるので、相変化物質３３５を含むスペーサ３３０を安価にすることができる。従って、組電池３００を安価にすることができる。その他、上記実施形態１と同様な部分は、上記実施形態１と同様な作用効果を奏する。
【００４９】
（実施形態４）
次いで、第４の実施の形態について説明する。図１０に、本実施形態４に係る組電池４００の概略を示す。また、図１１に、この組電池４００を構成するスペーサ４３０を示す。本実施形態４の組電池４００は、スペーサ４３０の内部の形態と、このスペーサ４３０の流路４３１を流通させる冷却媒体ＲＥが、上記実施形態１〜３の組電池１００，２００，３００と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態１等と同様であるので、上記実施形態１等と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００５０】
本実施形態４の組電池４００は、上記実施形態１等と同様に、複数の単電池１１０，１１０，…と、複数のスペーサ４３０，４３０，…と、２つのエンドプレート１５０，１５０と、４本の拘束バント１５５，１５５，…とを有する。
このうち、スペーサ４３０は、上記実施形態１で示したスペーサ１３０と外観が同じである。即ち、このスペーサ４３０は、スペーサ上面４３０ａと、これに対向するスペーサ下面４３０ｂと、これらの間を結ぶ４つのスペーサ側面４３０ｃ，４３０ｄ等とを有する直方体状をなす。そして、スペーサ側面４３０ｄには、３本の流路４３１，４３１，４３１が形成されている。
このスペーサ４３０は、ＰＰを基材４３３として一体的に形成されている。上記実施形態１〜３のスペーサ１３０，２３０，３３０には、その内部に相変化物質１３５，２３５，３３５が含まれていたが、このスペーサ４３０の内部には、相変化物質は含まれておらず、スペーサ４３０全体が基材４３３のみから形成されている。
【００５１】
本実施形態４では、組電池４００に流通させる冷却媒体ＲＥが、冷却風ではなく、冷却液である。この冷却液ＲＥは、図１に矢印で示す方向に流れ、各スペーサ４３０，４３０，…の各流路４３１，４３１，…内を流通する。各流路４３１，４３１，…を流れる冷却液ＲＥは、流路４３１，４３１，…に面する各単電池１１０，１１０，…のケース側面部１１１ｃ，１１１ｃ，…に接して、各単電池１１０，１１０，…を冷却する。この冷却液ＲＥは、油中に相変化物質４３５が分散されたものである。具体的には、相変化物質４３５として、エリスリトールが用いられている。
【００５２】
この組電池４００は、これを構成する単電池１１０，１１０，…の１つが異常発熱して、相変化物質４３５の融点を超えた場合に、単電池１１０，１１０間に配置されたスペーサ４３０，４３０，…の流路４３１，４３１，…を流れる冷却液ＲＥ中の相変化物質４３５が、その熱を吸収して溶融する。相変化物質４３５は、相変化する際の潜熱分だけ、異常発熱した単電池１１０の熱を吸収できるので、異常発熱した単電池１１０に隣り合う単電池１１０の温度上昇が抑えられ、この隣り合う単電池１１０が破壊温度に達することを防止できる。或いは、少なくとも、この隣り合う単電池１１０の温度上昇を遅らせて、その間に適正な処置を取る時間を生み出すことができる。よって、この組電池４００では、これを構成する単電池１１０が異常発熱して、相変化物質の融点を超えた場合でも、この熱により隣り合う単電池１１０にまで不具合が生じることを効果的に防止できる。
【００５３】
また、本実施形態４では、単電池１１０，１１０，…同士の間に、冷却液ＲＥが流れる流路４３１，４３１，…を設け、この冷却液ＲＥ中に相変化物質４３５を含ませている。このようにすることで、相変化物質４３５を単電池１１０，１１０，…同士の間に容易に配置できる。また、相変化物質４３５を含む冷却媒体ＲＥを単電池１１０，１１０，…間に流すため、単電池１１０が異常発熱した場合に、これをより速やかに冷却できる。
【００５４】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態１〜４に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態１〜４では、単電池１１０として、リチウム二次電池を用いているが、例えばニッケル水素二次電池など、他の種類の単電池を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態１に係る組電池の概略を示す斜視図である。
【図２】実施形態１に係る組電池のうち、複数の単電池がスペーサを介して積層された様子を示す説明図である。
【図３】実施形態１に係る組電池を構成する単電池を示す斜視図である。
【図４】実施形態１に係る組電池を構成するスペーサを示す斜視図である。
【図５】実施形態１に係る組電池を構成するスペーサの長手方向に直交する断面図である。
【図６】実施形態２に係る組電池のうち、複数の単電池がスペーサを介して積層された様子を示す説明図である。
【図７】実施形態２に係る組電池を構成するスペーサの長手方向に直交する断面図である。
【図８】実施形態３に係る組電池のうち、複数の単電池がスペーサを介して積層された様子を示す説明図である。
【図９】実施形態３に係る組電池を構成するスペーサの長手方向に直交する断面図である。
【図１０】実施形態４に係る組電池のうち、複数の単電池がスペーサを介して積層された様子を示す説明図である。
【図１１】実施形態４に係る組電池を構成するスペーサの長手方向に直交する断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００，２００，３００，４００ 組電池
１１０ 単電池
１３０，２３０，３３０，４３０ スペーサ
１３０ａ，２３０ａ，４３０ａ スペーサ上面
１３０ｂ，２３０ｂ，４３０ｂ スペーサ下面
１３０ｃ，１３０ｄ，１３０ｅ，１３０ｆ，２３０ｃ，２３０ｄ，４３０ｃ，４３０ｄ スペーサ側面
１３１，２３１，３３１，４３１ 流路
１３３，２３３，３３３，４３３ 基材
１３５，２３５，３３５，４３５ 相変化物質
２３２，３３２ スペーサ本体部材
２３７，３３７ 収容部
ＲＦ 冷却風（冷却媒体）
ＲＥ 冷却液（冷却媒体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣り合って配置された複数の単電池を備える組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、隣り合って配置された複数の単電池を備える組電池が知られている。この中には、単電池同士の間にスペーサを介在させたものもある。例えば特許文献１や特許文献２に、このような形態の組電池が開示されている。スペーサには、冷却路が設けられており、この冷却路に冷却風を流すことで、充放電により温度上昇した単電池を冷却できるように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２６５８５号公報
【特許文献２】特開２００７−２２１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、組電池を構成する単電池の１つが、性能劣化等により過充電状態になるなどして異常発熱した場合には、この高熱がスペーサを介して隣り合う単電池にも伝熱され、この隣り合う単電池の温度も上昇する。この場合、この隣り合う単電池の温度も、充放電などの通常使用時の温度域を超えて、単電池が熱破壊する破壊温度に近づき、場合によっては、この単電池が熱破壊するおそれがある。また、同様に異常発熱して、異常発熱が次々と隣り合う単電池に伝わる事態となるおそれもある。
【０００５】
前述の組電池では、スペーサに冷却路を設けて冷却風を流すことにより、単電池を冷却することが可能である。しかし、この冷却手法は、通常使用時に生じる熱を放熱させるものであるため、異常発熱した単電池を速やかに冷却するには不十分なことが多い。従って、冷却風による冷却機構がある場合でも、異常発熱した単電池の熱がスペーサを介して隣り合う単電池に伝熱し、隣り合う単電池にまで不具合を生じさせるおそれがある。
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、組電池を構成する単電池が異常発熱した場合でも、この熱により隣り合う単電池にまで不具合が生じることを防止できる組電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その解決手段は、隣り合って配置された複数の単電池を備える組電池であって、隣り合って配置された複数の単電池を備える組電池であって、前記単電池の通常使用時の温度域よりも高く、かつ、前記単電池が熱破壊される破壊温度よりも低い融点を有する相変化物質を、互いに隣り合う前記単電池同士の間に、前記単電池のうちの１つが前記融点よりも高い温度まで発熱した場合に、その熱を吸収して溶融する形態に配置してなる組電池である。
【０００８】
本発明の組電池では、互いに隣り合う単電池同士の間に、上述の温度範囲に融点を有する相変化物質（ＰＣＭ：Phase Change Material）を配置している。これにより、組電池を構成する単電池の１つが異常発熱して、上記相変化物質の融点を超えた場合に、単電池間に配置された相変化物質がその熱を吸収して溶融する。相変化物質は、相変化（溶融）する際の潜熱分だけ、異常発熱した単電池の熱を吸収できるので、異常発熱した単電池に隣り合う単電池の温度上昇が抑えられ、この隣り合う単電池が破壊温度に達することを防止できる。或いは、少なくとも、この隣り合う単電池の温度上昇を遅らせて、その間に適正な処置を取る時間を生み出すことができる。よって、本発明によれば、組電池を構成する単電池が異常発熱した場合でも、この熱により隣り合う単電池にまで不具合が生じることを効果的に防止できる。
【０００９】
なお、単電池の「通常使用時の温度域」とは、組電池（単電池）を所期の特性で使用し続け得る温度範囲を言う。例えば、一般的なリチウム二次電池では、−３０℃〜６０℃程度の温度範囲がこれに該当する。
また、単電池が熱破壊される「破壊温度」とは、組電池（単電池）が当該温度になった場合に、単電池に使用している各部材が、その温度特性上、溶融したり変質して不可逆的な変化を生じるために、その後に温度を下げても回復できず、電池としての機能を失ったり、或いは、熱暴走などの異常現象を生じる温度を言う。例えば、正極活物質としてニッケル酸リチウムを使用したリチウム二次電池では、１５０℃よりも高い温度がこれに該当する。
従って、一般的なリチウム二次電池においては、「相変化物質」の融点は、例えば６０℃〜１２０℃が好ましい。
【００１０】
また、「相変化物質」としては、１種類の相変化物質のみを用いてもよいし、複数種類の相変化物質を混合して用いてもよい。また、相変化物質に他の適当な物質を混合してもよい。他の物質を添加することで、融点等を調整することが可能である。なお、融点が６０℃〜１２０℃の「相変化物質」の具体例としては、例えば表１に記載したものが挙げられる。
【００１１】
【表１】
【００１２】
また、「相変化物質」の配置形態としては、後述するように、互いに隣り合う単電池同士の間に、これらに接してスペーサを配置し、そのスペーサに相変化物質を含ませる形態が挙げられる。また、後述するように、互いに隣り合う単電池同士の間に、単電池を冷却する形態で冷却媒体が流れる流路を設け、この冷却媒体に相変化物質を含ませる形態が挙げられる。また、互いに隣り合う単電池同士の間隙に、直接、相変化物質を充填した形態が挙げられる。
【００１３】
上記の組電池であって、互いに隣り合う前記単電池同士の間に、これらに接して配置されたスペーサを備え、前記スペーサは、前記相変化物質を含んでなる組電池とすると良い。
【００１４】
本発明の組電池では、スペーサに相変化物質を含ませている。このため、相変化物質を単電池同士の間に容易に配置できる。
なお、「スペーサ」には、単電池を冷却する冷却媒体が流れる流路を設けることができる。このような形態とすることで、通常使用時に単電池を冷却できるだけでなく、単電池が異常発熱した場合もこれを冷却でき、相変化物質による冷却と冷却媒体により冷却の相乗効果により、異常発熱した単電池と隣り合う単電池にまで不具合が生じるのをより効果的に防止できる。
また、「スペーサ」を構成する基材としては、例えば、ＰＰ、ＰＥ、ＰＥＴ、ＡＢＳ、ＰＰＳなどのエンジニアプラスチックの他、ガラスなどのセラミック、鉄、アルミニウムなどの金属などが挙げられる。
【００１５】
スペーサに相変化物質を含ませる具体的な形態としては、例えば、後述するように、スペーサ本体部材に中空の収容部を設け、この収容部内に相変化物質を充填した形態とすることができる。また、後述するように、相変化物質をカプセルに封入して（カプセル化して）、これをスペーサ内に分散させた（スペーサの基材中に分散させた）形態が挙げられる。また、スペーサ本体部材を多孔質に形成し、その孔に相変化物質を保持させる形態が挙げられる。また、スペーサ本体部材の表面に、例えば適当な結着剤（樹脂結着剤など）と共に相変化物質を塗布するなどして、スペーサ本体部材の表面に相変化物質を固着させた形態が挙げられる。
【００１６】
更に、上記の組電池であって、前記スペーサは、中空の収容部を有するスペーサ本体部材と、前記収容部に充填された前記相変化物質と、を有する組電池とすると良い。
【００１７】
本発明の組電池では、スペーサ本体部材に収容部を設け、この収容部に相変化物質を充填している。このようにすれば、相変化物質を内包するスペーサを容易に形成できるので、相変化物質を含むスペーサを安価にすることができる。従って、組電池を安価にすることができる。
【００１８】
更に、前記の組電池であって、前記相変化物質は、カプセルに封入された状態で、前記スペーサ内に分散されてなる組電池とすると良い。
【００１９】
本発明の組電池では、相変化物質をカプセル化し、これをスペーサ内に分散している。このようにすれば、相変化物質を内包するスペーサを容易に形成できるので、相変化物質を含むスペーサを安価にすることができる。従って、組電池を安価にすることができる。また、相変化物質をスペーサ内に均一に分散することができるので、異常発熱した単電池の熱をより確実に吸収できる。
【００２０】
更に、前記の組電池であって、互いに隣り合う前記単電池同士の間に、前記単電池を冷却する形態で冷却媒体が流れる流路を備え、前記冷却媒体は、前記相変化物質を含んでなる組電池とすると良い。
【００２１】
本発明の組電池では、単電池同士の間に、冷却媒体が流れる流路を設け、この冷却媒体に相変化物質を含ませている。このようにすることで、相変化物質を単電池同士の間に容易に配置できる。また、相変化物質を含む冷却媒体を単電池間に流すため、単電池が異常発熱した場合に、これをより速やかに冷却できる。
なお、冷却媒体に相変化物質を含ませる具体的な形態としては、例えば、相変化物質をカプセル化して、これを冷却媒体に分散した形態や、相変化物質を直接、冷却媒体中に分散した形態などが挙げられる。
【００２２】
更に、上記のいずれかに記載の組電池であって、前記相変化物質は、エリスリトールを含む組電池とすると良い。
【００２３】
エリスリトールは、融点が１１８℃であるため、相変化物質として特に適している。また、エリスリトールは潜熱量が３４０ｋＪ／ｋｇと大きいので、異常発熱した単電池の熱の伝熱速度を遅らせる効果が大きい。また、エリスリトールは安全性が高い物質であるので、環境問題などの点からみても好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１及び図２に、本実施形態１に係る組電池１００の概略を示す。また、図３に、組電池１００を構成する単電池１１０を示す。また、図４及び図５に、組電池１００を構成するスペーサ１３０を示す。この組電池１００は、ハイブリットカーや電気自動車に搭載されて、その動力源として利用される電池である。
【００２５】
組電池１００は、図１に示すように、複数の単電池１１０，１１０，…と、複数のスペーサ１３０，１３０，…と、２つのエンドプレート１５０，１５０と、４本の拘束バント１５５，１５５，…とを有する。
このうち、単電池１１０は、リチウム二次電池であり、直方体状をなす角型電池である。単電池１１０は、電池ケース１１１、電池ケース１１１内に収容された図示しない電極体、電池ケース１１１にそれぞれ固設された正極端子１１３及び負極端子１１５等から構成されている（図３参照）。なお、図１及び図２では、正極端子１１３及び負極端子１１５を省略してある。
【００２６】
電池ケース１１１は、金属により形成されて直方体状をなす。この電池ケース１１１は、ケース上壁部１１１ａと、これに対向するケース下壁部１１１ｂと、これらの間を結ぶ４つのケース側壁部１１１ｃ，１１１ｄ，１１１ｅ，１１１ｆとを有する。ケース上壁部１１１ａの両端近傍の所定位置には、正極端子１１３と負極端子１１５がそれぞれ固設されている。正極端子１１３は、電池内部において図示しない電極体の正極集電体と電気的に接続する一方、ケース上壁部１１１ａから上方に突出しており、隣り合う単電池１１０との電気的接続に用いられている。また、負極端子１１５は、電池内部において図示しない電極体の負極集電体と電気的に接続する一方、ケース上壁部１１１ａから上方に突出しており、隣り合う単電池１１０との電気的接続に用いられている。
【００２７】
各単電池１１０，１１０，…は、後述するスペーサ１３０，１３０，…を介して隣り合って配置されている（図１及び図２参照）。具体的には、一の単電池１１０の最も面積の大きいケース側壁部１１１ｄと、これと隣り合う他の単電池１１０の最も面積の大きいケース側壁部１１０ｃとが、スペーサ１３０を介して互いに対向した状態で、各単電池１１０，１１０，…が一列に積層されている。また、これらの単電池１１０，１１０，…の正極端子１１３及び負極端子１１５は、図示しないバスバーにより、互いに電気的に直列に接続されている。
【００２８】
この単電池１１０は、通常使用時の温度域、即ち、組電池１００（単電池１１０）を所期の特性で使用し続け得る温度範囲が、−３０℃〜６０℃程度である。一方、この単電池１１０が熱破壊される破壊温度、即ち、組電池１００（単電池１１０）が当該温度になった場合に、単電池１１０に使用している各部材が、その温度特性上、溶融したり変質して不可逆的な変化を生じるために、その後に温度を下げても回復できず、電池としての機能を失ったり、或いは、熱暴走などの異常現象を生じる温度は、１５０℃程度である。
【００２９】
互いに隣り合う単電池１１０，１１０，…同士の間には、単電池１１０，１１０，…に接するようにして、それぞれスペーサ１３０，１３０，…が配置されている。このスペーサ１３０は、スペーサ上面１３０ａと、これに対向するスペーサ下面１３０ｂと、これらの間を結ぶ４つのスペーサ側面１３０ｃ，１３０ｄ，１３０ｅ，１３０ｆとを有する直方体状をなす（図４及び図５参照）。
このスペーサ１３０のスペーサ側面１３０ｄには、３本の流路１３１，１３１，１３１が形成されている。具体的には、各流路１３１，１３１，１３１は、スペーサの１３０の長手方向（図４中、左右方向。図５中、紙面に直交する方向）に沿って等間隔に並んで形成され、長手方向に直交する断面が矩形状をなす凹溝である。
【００３０】
このスペーサ１３０は、ＰＰ（融点１５７℃）を基材１３３として一体的に形成され、基材１３３中には、カプセルに封入された（カプセル化された）相変化物質１３５が、スペーサ１３０内全体に均一に分散されている。具体的には、本実施形態１では、相変化物質１３５として、結晶状のエリスリトールが用いられている。エリスリトールの融点は、１１８℃である。前述したように、単電池１１０の通常使用時の温度域は、−３０℃〜６０℃程度であり、一方、単電池１１０が熱破壊される破壊温度は、１５０℃程度である。従って、この相変化物質１３５の融点（１１８℃）は、単電池１１０の通常使用時の温度域よりも高く、単電池１１０が破壊される破壊温度よりも低い。
【００３１】
なお、相変化物質１３５のカプセル化は、一般的な手法により行えばよい。具体的には、反応開始剤を含む相変化物質１３５を非水系基材中に分散させた後、シランカップリング剤、フッ素系モノマー、無機粒子への吸着性を有する反応性乳化剤等のカプセル化成分を混合し、攪拌して放置する。そうすると、相変化物質１３５の界面にカプセル化成分が吸着し、相変化物質１３５中の反応開始剤が反応して、相変化物質１３５の表面がコーティングされてカプセルとなる。
また、スペーサ１３０は、カプセル化された相変化物質１３５を基材１３３中に均一に分散して射出成形することにより形成できる。
【００３２】
外部から組電池１００に導入される冷却風（冷却媒体）ＲＦは、図１に矢印で示す方向に流れ、各スペーサ１３０，１３０，…の各流路１３１，１３１，…内を流通する。各流路１３１，１３１，…を流れる冷却風ＲＦは、流路１３１，１３１，…に面する各単電池１１０，１１０，…のケース側面部１１１ｃ，１１１ｃ，…に接して、各単電池１１０，１１０，…を冷却する。そして、各単電池１１０，１１０，…との熱交換によって温度上昇した冷却風ＲＦは、組電池１００の外部へ排出される。この冷却により、通常の充放電により単電池１１０，１１０，…に生じる熱を放熱できる。
【００３３】
一列に列置された単電池１１０，１１０，…及びスペーサ１３０，１３０，…群の両側には、それぞれエンドプレート１５０，１５０が配置されている（図１参照）。このエンドプレート１５０は、樹脂により形成されて直方体状をなす。エンドプレート１５０，１５０同士は、４本の拘束バンド１５５，１５５，…によって互いに結合されている。これにより、単電池１１０，１１０，…、スペーサ１３０，１３０，…及びエンドプレート１５０，１５０が互いに固定されている。
【００３４】
以上で説明した本実施形態１の組電池１００では、これを構成する単電池１１０，１１０，…の１つが、性能劣化等により過充電状態になるなどして異常発熱し、相変化物質１３５の融点を超えた場合に、単電池１１０，１１０間に配置されたスペーサ１３０内の相変化物質１３５がその熱を吸収して溶融する。相変化物質１３５は、相変化（溶融）する際の潜熱分だけ、異常発熱した単電池１１０の熱を吸収できるので、異常発熱した単電池１１０に隣り合う単電池１１０の温度上昇が抑えられ、この隣り合う単電池１１０が破壊温度に達することを防止できる。或いは、少なくとも、この隣り合う単電池１１０の温度上昇を遅らせて、その間に適正な処置を取る時間を生み出すことができる。よって、この組電池１００では、これを構成する単電池１１０が異常発熱して、相変化物質１３５の融点を超えた場合でも、この熱により隣り合う単電池１１０にまで不具合が生じることを効果的に防止できる。
【００３５】
また、本実施形態１の組電池１００では、スペーサ１３０，１３０，…に相変化物質１３５を含ませ、このスペーサ１３０，１３０，…を隣り合う単電池１１０，１１０，…同士の間に配置している。このため、相変化物質１３５を単電池１１０，１１０，…同士の間に容易に配置できる。更に、相変化物質１３５は、カプセル化して、スペーサ１３０内に分散している。このため、相変化物質１３５を内包するスペーサ１３０が容易に形成できるので、相変化物質１３５を含むスペーサ１３０を安価にすることができる。従って、組電池１００を安価にすることができる。また、相変化物質１３５をスペーサ１３０内全体に均一に分散できるので、単電池１１０が異常発熱した場合に、その熱をより確実に吸収できる。
【００３６】
また、本実施形態１の組電池１００では、相変化物質１３５がエリスリトールである。エリスリトールは、融点が１１８℃であるため、単電池１１０が異常発熱した場合に、隣り合う単電池１１０に不具合が生じるのを防止するのに、特に適している。また、エリスリトールは潜熱量が３４０ｋＪ／ｋｇと大きいので、異常発熱した単電池１１０の熱の伝熱速度を遅らせる効果が大きい。また、エリスリトールは安全性が高い物質であるので、環境問題などの点からも好適である。
【００３７】
（実施形態２）
次いで、第２の実施の形態について説明する。図６に、本実施形態２に係る組電池２００の概略を示す。また、図７に、この組電池２００を構成するスペーサ２３０を示す。本実施形態２の組電池２００は、スペーサ２３０の形態が上記実施形態１の組電池１００のスペーサ１３０と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態１と同様であるので、上記実施形態１と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００３８】
本実施形態２の組電池２００は、上記実施形態１と同様に、複数の単電池１１０，１１０，…と、複数のスペーサ２３０，２３０，…と、２つのエンドプレート１５０，１５０と、４本の拘束バント１５５，１５５，…とを有する。
このうち、スペーサ２３０は、スペーサ上面２３０ａと、これに対向するスペーサ下面２３０ｂと、これらの間を結ぶ４つのスペーサ側面２３０ｃ，２３０ｄ等とを有する直方体状をなす。このスペーサ２３０のスペーサ側面２３０ｄには、２本の流路２３１，２３１が形成されている。具体的には、各流路２３１，２３１は、スペーサ２３０の長手方向（図６及び図７中、紙面に直交する方向）に沿って等間隔に並んで形成され、長手方向に直交する方向の断面が矩形状をなす凹溝である。
【００３９】
外部からこの組電池２００に導入される冷却風（冷却媒体）ＲＦは、各スペーサ２３０，２３０，…の各流路２３１，２３１，…内を流通する（図１参照）。この冷却風ＲＦは、流路２３１，２３１，…に面する各単電池１１０，１１０，…のケース側面部１１１ｃ，１１１ｃ，…に接して、各単電池１１０，１１０，…を冷却する。そして、各単電池１１０，１１０，…との熱交換によって温度上昇した冷却風ＲＦは、組電池２００の外部へ排出される。この冷却により、通常の充放電により単電池１１０，１１０，…に生じる熱を放熱できる。
【００４０】
また、スペーサ２３０は、ＰＰを基材２３３として形成されたスペーサ本体部材２３２を有する。このスペーサ本体部材２３２の内部には、５つの中空の収容部２３７，２３７，…が設けられている。具体的には、各収容部２３７，２３７，…は、スペーサ２３０の長手方向（図６及び図７中、紙面に直交する方向）に沿って上下に並んで形成され、長手方向に直交する方向の断面が矩形状をなす。そして、各収容部２３７，２３７，…には、それぞれ相変化物質２３５が充填されている。具体的には、相変化物質２３５として、エリスリトールが用いられている。
【００４１】
この組電池２００では、これを構成する単電池１１０，１１０，…の１つが異常発熱して、相変化物質２３５の融点を超えた場合に、単電池１１０，１１０間に配置されたスペーサ２３０内の相変化物質２３５がその熱を吸収して溶融する。相変化物質２３５は、相変化する際の潜熱分だけ、異常発熱した単電池１１０の熱を吸収できるので、異常発熱した単電池１１０に隣り合う単電池１１０の温度上昇が抑えられ、この隣り合う単電池１１０が破壊温度に達することを防止できる。或いは、少なくとも、この隣り合う単電池１１０の温度上昇を遅らせて、その間に適正な処置を取る時間を生み出すことができる。よって、この組電池２００では、これを構成する単電池１１０が異常発熱して、相変化物質２３５の融点を超えた場合でも、この熱により隣り合う単電池１１０にまで不具合が生じることを防止できる。
【００４２】
また、この組電池２００では、スペーサ２３０，２３０，…に相変化物質２３５を含ませ、このスペーサ２３０，２３０，…を隣り合う単電池１１０，１１０，…同士の間に配置している。このため、相変化物質２３５を単電池１１０，１１０，…同士の間に容易に配置できる。更に、本実施形態２では、スペーサ本体部材２３２に収容部２３５，２３５，…を設け、この収容部２３５，２３５，…に相変化物質２３５を充填している。このようにすることで、相変化物質２３５を内包するスペーサ２３０を容易に形成できるので、相変化物質２３５を含むスペーサ２３０を安価にすることができる。従って、組電池２００を安価にすることができる。その他、上記実施形態１と同様な部分は、上記実施形態１と同様な作用効果を奏する。
【００４３】
（実施形態３）
次いで、第３の実施の形態について説明する。図８に、本実施形態３に係る組電池３００の概略を示す。また、図９に、この組電池３００を構成するスペーサ３３０を示す。本実施形態３の組電池３００は、スペーサ３３０の形態が上記実施形態１，２に係る組電池１００，２００のスペーサ１３０，２３０と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態１等と同様であるので、上記実施形態１等と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００４４】
本実施形態３の組電池３００は、上記実施形態１等と同様に、複数の単電池１１０，１１０，…と、複数のスペーサ３３０，３３０，…と、２つのエンドプレート１５０，１５０と、４本の拘束バント１５５，１５５，…とを有する。
このうち、スペーサ３３０は、その長手方向（図８及び図９中、紙面に直交する方向）に直交する方向の断面が団子状の形態をなす。このような団子状とすることで、このスペーサ２３０の両側には、長手方向に沿って延びる片側４本（合計８本）の流路３３１，３３１，…が形成されている。
【００４５】
外部からこの組電池３００に導入される冷却風（冷却媒体）ＲＦは、各スペーサ３３０，３３０，…の各流路３３１，３３１，…内を流通する（図１参照）。この冷却風ＲＦは、流路３３１，３３１，…に面する各単電池１１０，１１０，…のケース側面部１１１ｃ，１１１ｃ，…に接して、各単電池１１０，１１０，…を冷却する。そして、各単電池１１０，１１０，…との熱交換によって温度上昇した冷却風ＲＦは、組電池３００の外部へ排出される。この冷却により、通常の充放電により単電池１１０，１１０，…に生じる熱を放熱できる。
【００４６】
また、このスペーサ３３０は、ＰＰを基材３３３として形成されたスペーサ本体部材３３２を有する。このスペーサ本体部材３３２の内部には、５つの収容部３３７，３３７，…が設けられている。具体的には、各収容部３３７，３３７，…は、スペーサ３３０の長手方向に沿って上下に並んで形成され、長手方向に直交する方向の断面が楕円状をなす。そして、各収容部３３７，３３７，…には、相変化物質３３５が充填されている。具体的には、相変化物質３３５として、エリスリトールが用いられている。
【００４７】
この組電池３００では、これを構成する単電池１１０，１１０，…の１つが異常発熱して、相変化物質３３５の融点を超えた場合に、単電池１１０，１１０間に配置されたスペーサ３３０内の相変化物質３３５がその熱を吸収して溶融する。相変化物質３３５は、相変化する際の潜熱分だけ、異常発熱した単電池１１０の熱を吸収できるので、異常発熱した単電池１１０に隣り合う単電池１１０の温度上昇が抑えられ、この隣り合う単電池１１０が破壊温度に達することを防止できる。或いは、少なくとも、この隣り合う単電池１１０の温度上昇を遅らせて、その間に適正な処置を取る時間を生み出すことができる。よって、この組電池３００では、これを構成する単電池１１０が異常発熱して、相変化物質３３５の融点を超えた場合でも、この熱により隣り合う単電池１１０にまで不具合が生じることを効果的に防止できる。
【００４８】
また、この組電池３００では、スペーサ３３０，３３０，…に相変化物質３３５を含ませ、このスペーサ３３０，３３０，…を隣り合う単電池１１０，１１０，…同士の間に配置している。このため、相変化物質３３５を単電池１１０，１１０，…同士の間に容易に配置できる。更に、本実施形態３では、スペーサ本体部材３３２に収容部３３５，３３５，…を設け、この収容部３３５，３３５，…に相変化物質３３５を充填している。このようにすることで、相変化物質３３５を内包するスペーサ３３０を容易に形成できるので、相変化物質３３５を含むスペーサ３３０を安価にすることができる。従って、組電池３００を安価にすることができる。その他、上記実施形態１と同様な部分は、上記実施形態１と同様な作用効果を奏する。
【００４９】
（実施形態４）
次いで、第４の実施の形態について説明する。図１０に、本実施形態４に係る組電池４００の概略を示す。また、図１１に、この組電池４００を構成するスペーサ４３０を示す。本実施形態４の組電池４００は、スペーサ４３０の内部の形態と、このスペーサ４３０の流路４３１を流通させる冷却媒体ＲＥが、上記実施形態１〜３の組電池１００，２００，３００と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態１等と同様であるので、上記実施形態１等と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
【００５０】
本実施形態４の組電池４００は、上記実施形態１等と同様に、複数の単電池１１０，１１０，…と、複数のスペーサ４３０，４３０，…と、２つのエンドプレート１５０，１５０と、４本の拘束バント１５５，１５５，…とを有する。
このうち、スペーサ４３０は、上記実施形態１で示したスペーサ１３０と外観が同じである。即ち、このスペーサ４３０は、スペーサ上面４３０ａと、これに対向するスペーサ下面４３０ｂと、これらの間を結ぶ４つのスペーサ側面４３０ｃ，４３０ｄ等とを有する直方体状をなす。そして、スペーサ側面４３０ｄには、３本の流路４３１，４３１，４３１が形成されている。
このスペーサ４３０は、ＰＰを基材４３３として一体的に形成されている。上記実施形態１〜３のスペーサ１３０，２３０，３３０には、その内部に相変化物質１３５，２３５，３３５が含まれていたが、このスペーサ４３０の内部には、相変化物質は含まれておらず、スペーサ４３０全体が基材４３３のみから形成されている。
【００５１】
本実施形態４では、組電池４００に流通させる冷却媒体ＲＥが、冷却風ではなく、冷却液である。この冷却液ＲＥは、図１に矢印で示す方向に流れ、各スペーサ４３０，４３０，…の各流路４３１，４３１，…内を流通する。各流路４３１，４３１，…を流れる冷却液ＲＥは、流路４３１，４３１，…に面する各単電池１１０，１１０，…のケース側面部１１１ｃ，１１１ｃ，…に接して、各単電池１１０，１１０，…を冷却する。この冷却液ＲＥは、油中に相変化物質４３５が分散されたものである。具体的には、相変化物質４３５として、エリスリトールが用いられている。
【００５２】
この組電池４００は、これを構成する単電池１１０，１１０，…の１つが異常発熱して、相変化物質４３５の融点を超えた場合に、単電池１１０，１１０間に配置されたスペーサ４３０，４３０，…の流路４３１，４３１，…を流れる冷却液ＲＥ中の相変化物質４３５が、その熱を吸収して溶融する。相変化物質４３５は、相変化する際の潜熱分だけ、異常発熱した単電池１１０の熱を吸収できるので、異常発熱した単電池１１０に隣り合う単電池１１０の温度上昇が抑えられ、この隣り合う単電池１１０が破壊温度に達することを防止できる。或いは、少なくとも、この隣り合う単電池１１０の温度上昇を遅らせて、その間に適正な処置を取る時間を生み出すことができる。よって、この組電池４００では、これを構成する単電池１１０が異常発熱して、相変化物質の融点を超えた場合でも、この熱により隣り合う単電池１１０にまで不具合が生じることを効果的に防止できる。
【００５３】
また、本実施形態４では、単電池１１０，１１０，…同士の間に、冷却液ＲＥが流れる流路４３１，４３１，…を設け、この冷却液ＲＥ中に相変化物質４３５を含ませている。このようにすることで、相変化物質４３５を単電池１１０，１１０，…同士の間に容易に配置できる。また、相変化物質４３５を含む冷却媒体ＲＥを単電池１１０，１１０，…間に流すため、単電池１１０が異常発熱した場合に、これをより速やかに冷却できる。
【００５４】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態１〜４に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態１〜４では、単電池１１０として、リチウム二次電池を用いているが、例えばニッケル水素二次電池など、他の種類の単電池を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態１に係る組電池の概略を示す斜視図である。
【図２】実施形態１に係る組電池のうち、複数の単電池がスペーサを介して積層された様子を示す説明図である。
【図３】実施形態１に係る組電池を構成する単電池を示す斜視図である。
【図４】実施形態１に係る組電池を構成するスペーサを示す斜視図である。
【図５】実施形態１に係る組電池を構成するスペーサの長手方向に直交する断面図である。
【図６】実施形態２に係る組電池のうち、複数の単電池がスペーサを介して積層された様子を示す説明図である。
【図７】実施形態２に係る組電池を構成するスペーサの長手方向に直交する断面図である。
【図８】実施形態３に係る組電池のうち、複数の単電池がスペーサを介して積層された様子を示す説明図である。
【図９】実施形態３に係る組電池を構成するスペーサの長手方向に直交する断面図である。
【図１０】実施形態４に係る組電池のうち、複数の単電池がスペーサを介して積層された様子を示す説明図である。
【図１１】実施形態４に係る組電池を構成するスペーサの長手方向に直交する断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００，２００，３００，４００ 組電池
１１０ 単電池
１３０，２３０，３３０，４３０ スペーサ
１３０ａ，２３０ａ，４３０ａ スペーサ上面
１３０ｂ，２３０ｂ，４３０ｂ スペーサ下面
１３０ｃ，１３０ｄ，１３０ｅ，１３０ｆ，２３０ｃ，２３０ｄ，４３０ｃ，４３０ｄ スペーサ側面
１３１，２３１，３３１，４３１ 流路
１３３，２３３，３３３，４３３ 基材
１３５，２３５，３３５，４３５ 相変化物質
２３２，３３２ スペーサ本体部材
２３７，３３７ 収容部
ＲＦ 冷却風（冷却媒体）
ＲＥ 冷却液（冷却媒体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣り合って配置された複数の単電池を備える組電池であって、
前記単電池の通常使用時の温度域よりも高く、かつ、前記単電池が熱破壊される破壊温度よりも低い融点を有する相変化物質を、
互いに隣り合う前記単電池同士の間に、前記単電池のうちの１つが前記融点よりも高い温度まで発熱した場合に、その熱を吸収して溶融する形態に配置してなる
組電池。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池であって、
互いに隣り合う前記単電池同士の間に、これらに接して配置されたスペーサを備え、
前記スペーサは、前記相変化物質を含んでなる
組電池。
【請求項３】
請求項２に記載の組電池であって、
前記スペーサは、
中空の収容部を有するスペーサ本体部材と、
前記収容部に充填された前記相変化物質と、を有する
組電池。
【請求項４】
請求項２に記載の組電池であって、
前記相変化物質は、カプセルに封入された状態で、前記スペーサ内に分散されてなる
組電池。
【請求項５】
請求項１に記載の組電池であって、
互いに隣り合う前記単電池同士の間に、前記単電池を冷却する形態で冷却媒体が流れる流路を備え、
前記冷却媒体は、前記相変化物質を含んでなる
組電池。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の組電池であって、
前記相変化物質は、エリスリトールを含む
組電池。
【請求項１】
隣り合って配置された複数の単電池を備える組電池であって、
前記単電池の通常使用時の温度域よりも高く、かつ、前記単電池が熱破壊される破壊温度よりも低い融点を有する相変化物質を、
互いに隣り合う前記単電池同士の間に、前記単電池のうちの１つが前記融点よりも高い温度まで発熱した場合に、その熱を吸収して溶融する形態に配置してなる
組電池。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池であって、
互いに隣り合う前記単電池同士の間に、これらに接して配置されたスペーサを備え、
前記スペーサは、前記相変化物質を含んでなる
組電池。
【請求項３】
請求項２に記載の組電池であって、
前記スペーサは、
中空の収容部を有するスペーサ本体部材と、
前記収容部に充填された前記相変化物質と、を有する
組電池。
【請求項４】
請求項２に記載の組電池であって、
前記相変化物質は、カプセルに封入された状態で、前記スペーサ内に分散されてなる
組電池。
【請求項５】
請求項１に記載の組電池であって、
互いに隣り合う前記単電池同士の間に、前記単電池を冷却する形態で冷却媒体が流れる流路を備え、
前記冷却媒体は、前記相変化物質を含んでなる
組電池。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の組電池であって、
前記相変化物質は、エリスリトールを含む
組電池。
【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２０１０−７３４０６（Ｐ２０１０−７３４０６Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３７７７３（Ｐ２００８−２３７７７３）
【出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]