JP4952170B2 - 電池ユニット及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、電池ケースを有する設計上同一の単位電池を複数備える電池ユニット、及び、このような電池ユニットを搭載する車両に関する。

従来より、複数の単位電池を有する電池ユニットが知られている。例えば特許文献１〜３に、このような電池ユニットが開示されている。
特許文献１の電池ユニット（電池モジュール）は、複数列置し直列に接続した単位電池（単電池）と、互いに隣り合う単位電子同士の間にそれぞれ配置され、単位電池で発生する熱を放熱する放熱部材とを有する（特許文献１の図１等参照）。放熱部材は、これに接する一方の単位電池の電極蓋と他方の単位電池の負極缶の底部とにそれぞれ接続する伝導部と、この伝導部から外方へ突出する放熱フィン部とを有する。このような電池ユニットでは、各々の単位電池の内部で発生した熱が、単位電池に接する放熱部材の伝導部に伝わり、更に放熱フィン部へと導かれるので、各々の単位電池を効率よく冷却できる。

特許文献２の電池ユニット（バッテリ冷却装置）は、複数の単位電池（バッテリ）を列置して、これを熱伝導性の高いモジュール用バーにより束ねている（特許文献２の図２等参照）。そして、この電池モジュールを所定の間隔をあけて複数列置し、更に、互いに隣り合う電池モジュールの間に、１つおきにウォータージャケットを配置している。このような電池ユニットでは、熱伝導性の高いモジュール用バー及びウォータージャケットにより、各電池モジュール及び各単電池を効率よく冷却できる。

特許文献３の電池ユニット（集合電池）は、複数の単位電池（電池セル）等を積層した電池集合体と、この電池集合体を自然放熱させる場合に、電池集合体の温度の局所的なばらつきを低減するように、電池集合体から外部に放出される熱量を局所的に変更する放熱均一化手段とを備える（特許文献３の特許請求の範囲等参照）。このような電池ユニットでは、自然放熱させる際、放熱均一化手段により電池集合体の温度の局所的なばらつきを小さくできる。これにより、温度の局所的なばらつきに起因して起こる電池ユニットの性能劣化を抑制できる。

特開２００１−１４３７６９号公報 特開２００３−２９１６５６号公報 特開２００３−２４９２０５号公報

一般に、複数の単位電池を製造すると、単位電池毎に比較的大きな内部抵抗のばらつきが生じる。複数の単位電池を直列に接続した場合、各単位電池の発熱量は、各単位電池の内部抵抗に比例して大きくなる。また、単位電池は、高温の状態に置かれると、充放電サイクルを経るに従い内部抵抗が徐々に増加する。このため、内部抵抗が高い単位電池は、充放電サイクルを繰り返すことにより更に内部抵抗が高くなって性能劣化（充放電容量の減少）が進行するという悪循環を招く。

上記特許文献１〜３の電池ユニットを含む従来の電池ユニットにおいては、単位電池の内部抵抗の高低に関係なく、任意に単位電池を列置して、電池ユニットを構成していた。このため、内部抵抗の高い単位電池同士が互いに隣り合って配置される場合が生じていた。上記のように直列接続においては、内部抵抗が高い単位電池はそれに応じて充放電時の発熱量が大きいので、このような単位電池同士が互いに隣り合って並ぶと、この部分が特に高温になる。そうすると、充放電サイクルを繰り返すことで、もともと内部抵抗が高かった単位電池の内部抵抗が更に高くなって性能劣化が進行する。このような劣化現象は、特許文献１〜３の電池ユニットのような冷却対策を施しても、十分には抑制できない。従って、従来の電池ユニットでは、充放電サイクルに伴い、比較的性能劣化しやすい傾向にあった。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、直列接続されてなる複数の設計上同一の単位電池を有する電池ユニットにおいて、充放電サイクルを繰り返しても性能が劣化しにくい電池ユニット、及び、このような電池ユニットを搭載する車両を提供することを目的とする。

その解決手段は、電池ケースを有する設計上同一の単位電池を複数列置し、直列に接続してなる電池ユニットであって、前記電池ユニットを構成する複数の前記単位電池は、これらの中から選択した、隣り合って並ぶ３つの単位電池の任意の組み合わせいずれについても、両側に位置する単位電池に比して、中央に位置する単位電池の方が、内部抵抗が低くまたは高くなるパターンに配置されてなる電池ユニットである。

本発明によれば、電池ユニットを構成する直列接続された複数の設計上同一の単位電池は、これらの中から選択した、隣り合って並ぶ３つの単位電池の任意の組み合わせいずれについても、両側に位置する単位電池に比して、中央に位置する単位電池の方が、内部抵抗が低くまたは高くなるパターンに配置されている。即ち、直列接続された複数の単位電池は、内部抵抗が相対的に高い単位電池と内部抵抗が相対的に低い単位電池とが交互に並ぶパターンに配置されている。このように内部抵抗の高低に基づいて単位電池を直列接続して配置することで、内部抵抗が高く充放電時の発熱が大きな単位電池と、内部抵抗が低く充放電時の発熱が小さな単位電池とが交互に並ぶことになるので、電池ユニット内で局所的に熱が発生するのを防止できる。これにより、単位電池を内部抵抗に関係なく任意に配置する従来の場合に比して、特に内部抵抗が高い単位電池の劣化の進行を遅らせることができるので、ひいては電池ユニットの性能劣化の進行を抑制できる。また、上記のように内部抵抗の高低に基づいて単位電池を配置し、発熱の均一化を図ることで、電池ユニット全体の冷却効率を向上させることもできる。

ここで、「単位電池」は、電池ケースを有し、独立して取り扱い可能な電池であり、１つの単電池を１つの電池ケースに収納してなるものの他、複数の単電池を直列または並列に接続し、１つの電池ケースに収容してなるものも含まれる。単位電池の形状は、特に限定されるものではなく、例えば角型や円柱型など適宜変更できる。

また、他の解決手段は、電池ケースを有する設計上同一の単位電池を複数列置し、直列に接続してなる電池ユニットであって、前記電池ユニットを構成する複数の前記単位電池は、内部抵抗が所定値以上の単位電池と内部抵抗が所定値未満の単位電池とが交互に並べられてなる電池ユニットである。

本発明によれば、電池ユニットを構成する直列接続された複数の設計上同一の単位電池は、内部抵抗が所定値以上のものと内部抵抗が所定値未満のものとが交互に並べられている。このように内部抵抗の高低に基づいて単位電池を直列接続して配置することで、内部抵抗が高く充放電時の発熱が大きな単位電池と、内部抵抗が低く発熱が小さな単位電池とが交互に並ぶことになるので、電池ユニット内で局所的に熱が発生するのを防止できる。これにより、単位電池を内部抵抗に関係なく任意に配置する従来の場合に比して、特に内部抵抗が高い単位電池の劣化の進行を遅らせることができるので、ひいては電池ユニットの性能劣化の進行を抑制できる。また、上記のように内部抵抗の高低に基づいて単位電池を配置し、発熱の均一化を図ることで、電池ユニット全体の冷却効率を向上させることもできる。

上記のいずれかに記載の電池ユニットであって、互いに隣り合う前記単位電池同士の間のいずれにも、または、１つおきに、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導部材を介在させて、これに隣り合う単位電池同士を熱的に接続してなる電池ユニットとすると良い。

前述のように、内部抵抗の高い単位電池と内部抵抗の低い単位電池とが交互に配置されているので、互いに隣り合う単位電池について見ると、一方の単位電池は内部抵抗が高くて充放電時の発熱も大きく、他方の単位電池は内部抵抗が低くて充放電時の発熱も小さい。本発明によれば、このような単位電池同士の間のいずれにも、または１つおきに、熱伝導部材を介在させている。そして、熱伝導部材に隣り合う単位電池同士を熱的に接続している。このようにすることで、内部抵抗の高い単位電池で発生した熱が熱伝導部材を介して内部抵抗の低い単位電池に伝わるので、更に発熱の均一化を図ることができる。これにより、単位電池の劣化の進行を更に抑制し、ひいては電池ユニットの劣化の進行を更に抑制できる。また、単位電池で発生した熱は熱伝導部材からも放熱されるので、電池ユニットの冷却効率も更に向上させることができる。

ここで、「熱伝導部材」は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であればよく、その形状や材質等は適宜変更できる。例えば、銀、銅、金、アルミニウム、鉄やこれらの組み合わた金属などからなる熱伝導部材が挙げられる。

更に、上記のいずれかに記載の電池ユニットであって、前記熱伝導部材は、樹脂に、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の前記熱伝導材料を含ませた材質からなる電池ユニットとすると良い。

前述のように、熱伝導部材を配設することにより、発熱の均一化や冷却効率の向上が可能となるが、その一方で、熱伝導部材の分だけ電池ユニットの重量が増加するというデメリットもある。電池ユニットをハイブリッドカー等の車輌に搭載する場合には、燃費の悪化にもつながる。
これに対し、本発明では、熱伝導部材に比較的軽量な樹脂を用い、これに熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導材料を含ませているので、高い熱伝導性を確保すると共に、熱伝導部材全体を軽量化できる。

ここで、「樹脂」及び「熱伝導材料」は、熱伝導材料の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上で、かつ、熱伝導部材全体の熱伝導率が前述のように１０Ｗ／ｍＫ以上の範囲内において、その種類や配合量を適宜変更できる。樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ナイロンなどを利用できる。また、熱伝導材料としては、熱伝導部材全体の熱伝導率を向上させるために、高アスペクト比をもつ針状をなすものを利用するのが好ましい。

上記の電池ユニットであって、前記熱伝導部材は、前記樹脂に、カーボンナノファイバ及びカーボンナノチューブの少なくともいずれかを分散した材質からなる電池ユニットとすると良い。

カーボンナノファイバ及びカーボンナノチューブは、熱伝導性が高く、機械的強度が高く、また、アスペクト比が高い形状をなす。従って、これらを樹脂に分散させることにより、熱伝導部材の熱伝導性を高くできると共に、その機械的強度も向上させることができる。
なお、熱伝導部材は、カーボンナノファイバ及びカーボンナノチューブの少なくともいずれかを含む樹脂を硬化させる前に、超音波振動を加えてなるのが好ましい。超音波振動を加えることで、カーボンナノファイバやカーボンナノチューブの分散性が向上し、熱伝導性や機械的強度を更に高めることができるからである。

更に、上記のいずれかに記載の電池ユニットであって、前記熱伝導部材に、冷却媒体を流通させるための流通路を設けてなる電池ユニットとすると良い。

本発明によれば、熱伝導部材に冷却媒体を流通させるための流通路を設けているので、この流通路に冷却媒体を流通させることにより、電池ユニットの冷却効率を更に向上させることができる。これにより、電池ユニットの性能劣化を更に抑制できる。
なお、「冷却媒体」は、固体、液体、気体の少なくとも１種類を含むものであればよく、冷却効率等を考慮して適宜選択できる。冷却媒体としては、例えば、水、エタノール、メタノール、アルゴン、ヘリウム、アルミナとヘリウムの組み合わせなどが挙げられる。

また、他の解決手段は、上記のいずれかに記載の電池ユニットを搭載してなる車両である。

本発明の車両に搭載される電池ユニットは、前述した作用効果を有する。このため、本発明の車両は、信頼性の高く、良好な走行性能を得ることができる。
なお、「車両」としては、例えば、ハイブリッドカーや電気自動車の他、フォークリフト、電動車いす、電動アシスト自転車、電動スクーター等が挙げられる。

（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７に本実施形態１に係るハイブリッドカー（車両）１の概略を示す。このハイブリッドカー１は、エンジン３とフロントモータ４及びリアモータ５とを併用して駆動する自動車である。ハイブリッドカー１は、車体２、エンジン３、これに取り付けられたフロントモータ４、リアモータ５、ケーブル７、バッテリパック６等を有する。バッテリパック６は、車体２に取り付けられて搭載されている。このバッテリパック６の内部には、後述する、本実施形態１に係る電池ユニット１００が収納されている。この電池ユニット１００は、ケーブル７を介して、フロントモータ４及びリアモータ５にそれぞれ電気的に接続されている。そして、このハイブリッドカー１は、この電池ユニット１００をフロントモータ４及びリアモータ５の駆動用電源として、公知の手段によりエンジン３、フロントモータ４及びリアモータ５で走行できるように構成されている。このようなハイブリットカー１は、後述する電池ユニット１００を有するため、信頼性の高く、良好な走行性能を得ることができる。

次いで、本実施形態１に係る電池ユニット１００について説明する。図１及び図２に本実施形態１に係る電池ユニット１００の概略を示す。なお、図１及び図２では、単位電池１１０群を機械的に固定するための拘束部材等の図示は省略してある。
電池ユニット１００は、１００ｍｍ×１００ｍ×１０ｍｍの直方体形状をなす複数（本実施形態１では７個）の設計上同一の単位電池１１０（１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄ，１１０Ｅ，１１０Ｆ，１１０Ｇ）を有する。
各々の単位電池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１つの電極体（単電池）、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。また、電池ケース１１１内には、非水系の電解液（本実施形態１では、溶媒として等量のＥＣ、ＤＭＣを用いて作成した、５０ｍｌのＬｉＰＦ6（１Ｍ））が注入され封止されている。

電池ケース１１１は、金属により形成されて直方体形状をなし、上面１１１ａと、これに対向する底面１１１ｂと、２つの互いに対向する幅広な幅広側面１１１ｃ，１１１ｃと、２つの互いに対向する幅狭な幅狭側面１１１ｄ，１１１ｄを有する。
電池ケース１１１の上面１１１ａの所定位置には、正極端子１１３と負極端子１１５と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電極と電気的に接続する一方、電池外部に露出し、単位電池１１０同士の電気的接続等に利用されている。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電極と電気的に接続する一方、電池外部に露出し、単位電池１１０同士の電気接続等に利用されている。

なお、電極体は、公知の形態をなし、帯状の正極電極と帯状の負極電極とを帯状のセパレータを介して重ね、これを捲回することにより構成されている。正極電極は、長さ１．９ｍ、厚み１０μｍのアルミニウム箔に、コバルト酸リチウム（９３ｗｔ％）、黒鉛（５ｗｔ％）、ＰＴＦＥ（１ｗｔ％）、ＣＭＣ（１ｗｔ％）からなる正極活物質層が形成されてなる。また、負極電極は、長さ２ｍ、厚み１０μｍの銅箔に、天然黒鉛（９８ｗｔ％）、ＣＭＣ（１ｗｔ％）、ＳＢＲ（１ｗｔ％）からなる負極活物質層が形成されてなる。また、セパレータは、長さ２．１ｍ、厚み３０μｍのＰＰからなる。

電池ユニット１００を構成する複数の単位電池１１０は、互いに隣り合う単位電池１１０同士において、一方の単位電池１１０の幅広側面１１１ｃと他方の単位電池１１０の幅広側面１１１ｃとが互いに対向するようにして、所定の間隔（本実施形態１では１０ｍｍ）をあけて列置されている。
また、これらの単位電池１１０は、互いに隣り合う単位電池１１０同士において、一方の単位電池１１０の端子（正極端子１１３または負極端子１１５）と、この近傍に配置された、他方の単位電池１１０の端子（負極端子１１５または負極端子１１３）との極性が異なるように、単位電池１１０の向きを交互に変えて配置されている。具体的に説明すると、例えば互いに隣り合う単位電池１１０Ａ，１１０Ｂでは、一方の単位電池１１０Ａの正極端子１１３と他方の単位電池１１０Ｂの負極端子１１５とが近くに並ぶと共に、一方の単位電池１１０Ａの負極端子１１５と他方の単位電池１１０Ｂの正極端子１１３とが近くに並んでいる。その他の互いに隣り合う単位電池１１０同士についても同様である。

また、電池ユニット１００を構成する複数の単位電池１１０は、これらの中から選択した、隣り合って並ぶ３つの単位電池１１０の任意の組み合わせいずれについても、両側に位置する単位電池１１０に比して、中央に位置する単位電池１１０の方が、内部抵抗が低くまたは高くなるパターンに配置されている。即ち、互いに隣り合う単位電池１１０同士で見ると、内部抵抗の相対的に高い単位電池１１０と、内部抵抗の相対的に低い単位電池１１０とが交互に並んでいる。具体的には、単位電池１１０Ａの内部抵抗よりも、これに隣り合う単位電池１１０Ｂの内部抵抗が相対的に低くなっている。また、この単位電池１１０Ｂの内部抵抗よりも、更にこれに隣り合う単位電池１１０Ｃの内部抵抗の方が相対的に高くなっている。また、この単位電池１１０Ｃの内部抵抗よりも、更にこれに隣り合う単位電池１１０Ｄの内部抵抗の方が相対的に低くなっている。また、この単位電池１１０Ｄの内部抵抗よりも、更にこれに隣り合う単位電池１１０Ｅの内部抵抗の方が相対的に高くなっている。また、この単位電池１１０Ｅの内部抵抗よりも、更にこれに隣り合う単位電池１１０Ｆの内部抵抗の方が相対的に低くなっている。また、この単位電池１１０Ｆの内部抵抗よりも、更にこれに隣り合う単位電池１１０Ｇの内部抵抗の方が相対的に高くなっている。

なお、各々の単位電池１１０の内部抵抗は、次のようにして測定した。即ち、インピーダンス測定装置（ヒューレットパッカード製）に単位電池１１０を配線し、コールコールプロットを得た。そして、コールコールプロットを等価回路を設定してフィッティングし、内部抵抗を算出した。

また、本実施形態１では、電池ユニット１００を構成する複数の単位電池１１０は、内部抵抗が所定値（本実施形態１では、４．５ｍΩ）以上の単位電池１１０と内部抵抗がこの所定値未満の単位電池１１０とが交互に並んだ形態にもなっている。具体的には、１つおきに配置された単位電池１１０Ａ，１１０Ｃ，１１０Ｅ，１１０Ｇは、内部抵抗が所定値以上の単位電池であり、残りの１つおきに配置された単位電池１１０Ｂ，１１０Ｄ，１１０Ｆは、内部抵抗が所定値未満の単位電池である。なお、本実施形態１における内部抵抗の所定値は、多数生産した単位電池１１０の母集団における内部抵抗の平均値である。つまり、この電池ユニット１００は、上記の内部抵抗の平均値に基づいて、生産された単位電池１１０を平均値以上のものと平均値未満のものに振り分け、これらを交互に配置することにより構成されている。

電池ユニット１００を構成する複数の単位電池１１０は、電気的に直列に接続されている。例えば、一方の端に位置する単位電池１１０Ａの正極端子１１３と、これに隣り合う単位電池１１０Ｂの負極端子１１５とが電極接続部材１１７を介して電気的に接続されている。また、単位電池１１０Ｂの正極端子１１３と、これに隣り合う単位電池１１０Ｃの負極端子１１３とが電極接続部材１１７を介して電気的に接続されている。その他の単位電池１１０についても同様である。そして、これらの直列に接続した単位電池１１０群は、拘束ロッドやボルト等を含む図示しない拘束部材により一体的に拘束されている。

前述したように、従来の電池ユニットでは、単位電池１１０の内部抵抗の高低に関係なく、任意に単位電池１１０を列置してこれらを直列接続していたため、内部抵抗の高い単位電池１１０同士が互いに隣り合って配置される場合があった。直列接続の場合、内部抵抗が高い単位電池１１０はそれに比例して充放電時の発熱量も大きいので、このような単位電池１１０同士が互いに隣り合って並ぶと、この部分が特に高温になる。そうすると、充放電サイクルを繰り返すことで、もともと内部抵抗が高かった単位電池１１０の内部抵抗が更に高くなって性能劣化が進行する。

これに対し、本実施形態１の電池ユニット１００では、上記のように、内部抵抗が相対的に高い単位電池１１０と内部抵抗が相対的に低い単位電池１１０とが交互に並ぶパターンに配置されている。このように内部抵抗の高い単位電池１１０と低い単位電池１１０とを交互に配置して直列接続することで、内部抵抗が高くて充放電時の発熱の大きな単位電池１１０Ａ，１１０Ｃ，１１０Ｅ，１１０Ｇと、内部抵抗が低くて充放電時の発熱の小さな単位電池１１０Ｂ，１１０Ｄ，１１０Ｆとが交互に並ぶことになる。従って、充放電時に電池ユニット１００内で局所的に熱が発生するのを防止できる。これにより、単位電池１１０を内部抵抗に関係なく任意に配置する従来の場合に比して、特に内部抵抗が高い単位電池１１０Ａ，１１０Ｃ，１１０Ｅ，１１０Ｇの劣化の進行を遅らせることができるので、ひいては電池ユニット１００の性能劣化の進行を抑制できる。また、内部抵抗の高低に基づいて単位電池１１０を配置し、発熱の均一化を図ることで、電池ユニット１００全体の冷却効率を向上させることもできる。

（実施形態２）
次いで、第２の実施の形態について説明する。なお、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。図３及び図４に本実施形態２に係る電池ユニット２００の概略を示す。なお、図３及び図４においても、単位電池１１０群等を機械的に固定するための拘束部材等の図示は省略してある。本実施形態２に係る電池ユニット２００は、互いに隣り合う単位電池１１０同士の間にそれぞれ熱伝導部材２２０が配設されている点が、上記実施形態１の電池ユニット１００と大きく異なる。それ以外は上記実施形態１と同様である。

本実施形態２の電池ユニット２００は、上記実施形態１と同様の設計上同一の単位電池１１０を複数（７個）有する。これらの単位電池１１０は、上記実施形態１と同様に配置され、電極接続部材１１７を介して電気的に直列に接続されている。即ち、これらの単位電池１１０は、互いに隣り合う単位電池１１０同士で幅広側面１１１ｃを互いに対向させ、所定の間隔（１０ｍｍ）をあけて列置されている。更に、これらの単位電池１１０は、互いに隣り合う単位電池１１０同士において、一方の単位電池１１０の端子（正極端子１１３または負極端子１１５）と、これに並ぶ位置に配置された、他方の単位電池１１０の端子（負極端子１１５または負極端子１１３）との極性が異なるように、単位電池１１０の向きを交互に変えて配置されている。

また、これらの単位電池１１０は、これらの中から選択した、隣り合って並ぶ３つの単位電池１１０の任意の組み合わせいずれについても、両側に位置する単位電池１１０に比して、中央に位置する単位電池１１０の方が、内部抵抗が低くまたは高くなるパターンに配置されている。また、これらの単位電池１１０は、内部抵抗が所定値（４．５ｍΩ）以上の単位電池１１０と内部抵抗がこの所定値未満の単位電池１１０とが交互に並んだ形態にもなっている。

そして、本実施形態２では、互いに隣り合う単位電池１１０の間のいずれにも、熱伝導部材２２０が配置されている。熱伝導部材２２０は、１００ｍｍ×１００ｍ×１０ｍｍの直方体形状をなすアルミニウムからなり、上面２２０ａと、これに対向する底面２２０ｂと、２つの互いに対向する幅広な幅広側面２２０ｃ，２２０ｃと、２つの互いに対向する幅狭な幅狭側面２２０ｄ，２２０ｄとを有する。アルミニウムは、熱伝導率が２３６Ｗ／ｍＫであるので、熱伝導性が非常に高い。熱伝導部材２２０とこれに隣り合う単位電池１１０とは、熱伝導部材２２０の幅広側面２２０ｃと単位電池１１０の幅広側面１１１ｃとが互いに全面で接触することにより、熱的に接続している。従って、隣り合う単位電池１１０同士は、いずれも、熱伝導部材２２０を介して熱的に接続している。

上記のように、単位電池１１０は、内部抵抗の高いものと低いものとが交互に配置されて直列接続されているので、互いに隣り合う単位電池１１０について見ると、一方の単位電池１１０は内部抵抗が高くて充放電時の発熱も大きく、他方の単位電池１１０は内部抵抗が低くて充放電時の発熱も小さい。そして、本実施形態２では、隣り合う単位電池１１０同士の間のいずれにも熱伝導部材２２０を介在させて、隣り合う単位電池１１０同士を熱的に接続している。このようにすることで、内部抵抗の高い単位電池１１０Ａ，１１０Ｃ，１１０Ｅ，１１０Ｇで発生した熱が熱伝導部材２２０を介して内部抵抗の低い単位電池１１０Ｂ，１１０Ｄ，１１０Ｆに伝わるので、更に発熱の均一化を図ることができる。これにより、単位電池１１０の劣化の進行を更に抑制し、ひいては電池ユニット２００の劣化の進行を更に抑制できる。また、各々の単位電池１１０で発生した熱は各々の熱伝導部材２２０からも放熱されるので、電池ユニット２００の冷却効率も更に向上させることができる。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。

（実施形態３）
次いで、第３の実施の形態について説明する。なお、上記実施形態１または２と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。本実施形態３に係る電池ユニット３００は、熱伝導部材３２０の材質が上記実施形態２の熱伝導部材２２０の材質と異なる（図３及び図４参照）。それ以外は上記実施形態２と同様である。

本実施形態３の電池ユニット３００は、上記実施形態１，２と同様の設計上同一の単位電池１１０を複数（７個）有する。これらの単位電池１１０は、上記実施形態１，２と同様に配置され、電極接続部材１１７を介して電気的に直列に接続されている。また、隣り合う単位電池１１０同士の間には、いずれにも、上記実施形態２と同様に、熱伝導部材３２０がそれぞれ配設されている。

この熱伝導部材３２０は、上記実施形態２の熱伝導部材２２０と同形状をなし、上面３２０ａと底面３２０ｂと２つの幅広側面３２０ｃ，３２０ｃと２つの幅狭側面３２０ｄ，３２０ｄとを有する。しかし、この熱伝導部材３２０は、上記実施形態２の熱伝導部材２２０とは材質が異なる。具体的には、この熱伝導部材３２０は、樹脂（本実施形態ではポリプロピレン）に、直径０．１ｍｍ、長さ１ｍｍのＡｌ繊維（１０ｗｔ％）を分散させた樹脂板からなる。アルミニウムは、熱伝導率が上記のように２３６Ｗ／ｍＫと高く、この熱伝導部材３２０全体としても、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であるので、この熱伝導部材３２０も熱伝導性に優れている。しかも、この熱伝導部材３２０は、金属よりも軽量な樹脂を用いているので、全体の重量が上記実施形態２の熱伝導部材２２０に比して、５％も軽量化されている。

前述の実施形態２の電池ユニット２００は、熱伝導部材２２０により発熱の均一化や冷却効率の向上が可能であるが、その一方で、電池ユニット２００全体の重量が増加するというデメリットもある。また、電池ユニット２００は、ハイブリッドカー等の車輌に搭載するので、燃費の悪化につながる。これに対し、本実施形態３では、熱伝導部材３２０に比較的軽量な樹脂を用い、これに熱伝導材料（Ａｌ繊維）を含ませているので、高い熱伝導性を確保できると共に、熱伝導部材３２０全体を軽量化できる。従って、電池ユニット３００全体も軽量化できる。その他、上記実施形態１または２と同様な部分は、上記実施形態１または２と同様な作用効果を奏する。

（実施形態４）
次いで、第４の実施の形態について説明する。なお、上記実施形態１〜３のいずれかと同様な部分の説明は、省略または簡略化する。本実施形態４に係る電池ユニット４００は、熱伝導部材４２０の材質が上記実施形態２，３の熱伝導部材２２０，３２０の材質と異なる（図３及び図４参照）。それ以外は上記実施形態２，３と同様である。

本実施形態４の電池ユニット４００は、上記実施形態１〜３と同様な設計上同一の単位電池１１０を複数（７個）有する。これらの単位電池１１０は、上記実施形態１〜３と同様に配置され、電極接続部材１１７を介して電気的に直列に接続されている。また、隣り合う単位電池１１０同士の間には、いずれにも、上記実施形態２，３と同様に、熱伝導部材４２０がそれぞれ配設されている。

この熱伝導部材４２０は、上記実施形態２，３の熱伝導部材２２０，３２０と同形状をなし、上面４２０ａと底面４２０ｂと２つの幅広側面４２０ｃ，４２０ｃと２つの幅狭側面４２０ｄ，４２０ｄとを有する。しかし、この熱伝導部材４２０は、上記実施形態２，３の熱伝導部材２２０，３２０とは材質が異なる。具体的には、この熱伝導部材４２０は、樹脂（本実施形態４ではポリプロピレン）に、直径２０ｎｍ、長さ１ｍｍの多層カーボンナノチューブを５ｗｔ％分散させた樹脂板からなる。多層カーボンナノチューブの熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以上（具体的には６０００Ｗ／ｍＫ）と高く、熱伝導部材４２０全体の熱伝導率も１０Ｗ／ｍＫ以上（具体的には１２００Ｗ／ｍＫ）と高いので、この熱伝導部材４２０も熱伝導性に優れている。しかも、この熱伝導部材４２０は、金属よりも軽量な樹脂及びカーボンナノチューブを用いているので、全体の重量も上記実施形態３の熱伝導部材３２０に比して、更に３％も軽量化されている。

更に、カーボンナノチューブは、機械的強度が高いので、これを分散させた熱伝導部材４２０も、機械的強度が高くなっている。具体的には、上記実施形態３の熱伝導部材３２０よりも５％機械的強度が高くなっている。また、本実施形態４の熱伝導部材４２０は、多層カーボンナノチューブを含む樹脂を硬化させる前に、超音波振動を加えて形成しているので、熱伝導部材４２０内での多層カーボンナノチューブの分散性が良い。このため、熱伝導部材４２０は、熱伝導性や機械的強度に特に優れている。その他、上記実施形態１〜３のいずれかと同様な部分は、上記実施形態１〜３のいずれかと同様な作用効果を奏する。

（実施形態５）
次いで、第５の実施の形態について説明する。なお、上記実施形態１〜４のいずれかと同様な部分の説明は、省略または簡略化する。本実施形態５に係る電池ユニット５００は、熱伝導部材５２０に冷却媒体を流通させるための流通路５２１が形成されている点が、上記実施形態２〜４の熱伝導部材２２０，３２０，４２０と異なる。また、電池ユニット５００に冷却媒体を流通させるチューブ５３０等を設けている点も、上記実施形態１〜４と異なる。それ以外は上記実施形態１〜４と概略同様である。図５に本実施形態５に係る熱伝導部材５２０を示す。また、図６に本実施形態５に係る電池ユニット５００の概略を示す。なお、図６では、単位電池１１０群等を機械的に固定するための拘束部材等の図示は省略してある。

本実施形態５の電池ユニット５００は、上記実施形態１等と同様の設計上同一の単位電池１１０を複数（７個）有する。これらの単位電池１１０は、上記実施形態１等と同様なパターンで配置され、電極接続部材１１７を介して電気的に直列に接続されている。また、隣り合う単位電池１１０同士の間には、いずれにも、上記実施形態２〜４と同様に、熱伝導部材５２０がそれぞれ配設されている。

この熱伝導部材５２０は、その外形が上記実施形態２〜４の熱伝導部材２２０，３２０，４２０と同形状をなし、上面５２０ａと底面５２０ｂと２つの幅広側面５２０ｃ，５２０ｃと２つの幅狭側面５２０ｄ，５２０ｄとを有する。また、この熱伝導部材５２０は、上記実施形態４と同様に、樹脂（ポリプロピレン）に、直径２０ｎｍ、長さ１ｍｍの多層カーボンナノチューブ（５ｗｔ％）を分散させた樹脂板からなる。

本実施形態５の熱伝導部材５２０は、上記実施形態２〜４の熱伝導部材２２０，３２０，４２０と異なり、幅狭側面５２０ｄ，５２０ｄの中央に、これらの面の間を貫通する直径５ｍｍの流通路５２１が形成されている（図５参照）。
そして、本実施形態５の電池ユニット５００では、隣り合う熱伝導部材５２０の流通路５２１が、ポリプロピレンからなり、内径３．０ｍｍ、外径４．２ｍｍのチューブ５３０によって互いに接続されている（図６参照）。従って、図６中に矢印で示すように冷却水を流通させれば、冷却水は、各チューブ５３０を通じて各熱伝導部材５２０の流通路５２１を流通する。

このような電池ユニット５００では、冷却水により熱伝導部材５２０を冷却できるので、熱伝導部材５２０と熱的に接続する各単位電池１１０を更に効率よく冷却できる。従って、電池ユニット５００の性能劣化の進行を更に抑制できる。その他、上記実施形態１〜４のいずれかと同様な部分は、上記実施形態１〜４のいずれかと同様な作用効果を奏する。

（実施例１〜５）
本発明の効果を検証するために、実施例１として、上記実施形態１の電池ユニット１００と類似する電池ユニットを用意した。また、実施例２として、上記実施形態２の電池ユニット２００と類似する電池ユニットを用意した。また、実施例３として、上記実施形態３の電池ユニット３００と類似する電池ユニットを用意した。また、実施例４として、上記実施形態４の電池ユニット４００と類似する電池ユニットを用意した。また、実施例５として、上記実施形態５の電池ユニット５００と類似する電池ユニットを用意した。

これら実施例１〜５の電池ユニットは、電池ユニットを構成する単位電池１１０の数が１０個である点が、上記実施形態１〜５の電池ユニット１００，２００，３００，４００，５００とそれぞれ異なる。また、内部抵抗の高い単位電池１１０と内部抵抗の低い単位電池１１０とを意図的に作製した点も、上記実施形態１〜５の電池ユニット１００等と異なる。即ち、本実施例１〜５では、正極を構成するＡｌ箔及び負極を構成する銅箔を、大気中、２００℃で２時間加熱し、その表面を酸化させることにより、内部抵抗が高い単位電池１１０を作製した。一方、このような電極箔の加熱処理を行わずに作製した単位電池を、内部抵抗が低い単位電池とした。

また、比較例として、内部抵抗の低い単位電池１１０を５個隣り合わせて並べた後、内部抵抗の高い単位電池１１０を５個隣り合わせて並べ、これらを直列に接続した電池ユニットを形成した。この比較例の電池ユニットは、各単位電池１１０の配置パターンの違いを除けば、実施例１の電池ユニットと同様である。

次に、これら実施例１〜５の単位電池と比較例の単位電池それぞれについて、電気容量維持率を測定する評価試験を行った。具体的には、ＳＯＣが０％から１００％（２５℃）になるまで充電を行った後、ＳＯＣが０％になるまで放電を行い、更に、ＳＯＣが１００％（２５℃）になるまで充電を行った後、ＳＯＣが０％になるまで放電を行った。そして、このサイクルを１０００回繰り返した。その後、１０００サイクル目の電気容量を測定し、３サイクル目の電池容量と比較した。即ち、電気容量維持率を、（１０００サイクル目の電気容量）／（３サイクル目の電気容量）×１００の式に基づいて、それぞれの電池ユニットについて求めた。なお、実施例５の電池ユニットについては、２５℃の冷却水を流量１００ｍｌ／分で還流させて、熱伝導部材５２０を冷却した。

その結果、電気容量維持率は、比較例で７９．０％、実施例１で８１．２％、実施例２で８３．２％、実施例３で８３．４％、実施例４で８３．７％、実施例５で８４．４％であった。

この結果から、例えば実施例１でも比較例に比して電気容量維持率が２．２％も向上しているなど、実施例１〜５のいずれも、比較例に比して電気容量維持率が大きく向上しているのが判る。従って、内部抵抗の高い単位電池１１０と低い単位電池１１０を交互に配置する本発明を適用することで、電池ユニットの電気容量維持率を向上させることができる、つまり、電池ユニットの性能劣化の進行を抑制できると言える。

また、実施例１とそれ以外の実施例２〜５とでは、例えば実施例１と実施例２とを比べても電気容量維持率が２．０％も向上していることから、隣り合う単位電池１１０間に熱伝導部材２２０，３２０，４２０，５２０を配設することで、電気容量維持率を更に向上させることができると言える。
また、実施例２〜４と実施例５とでは、例えば実施例４と実施例５とを比べても電気容量維持率が０．７％も向上していることから、熱伝導部材５２０に冷却路５２１を設けて熱伝導部材５２０を冷却することで、電気容量維持率を更に向上させることができると言える。
従って、このような試験結果からも、本発明を適用することにより、充放電サイクルを繰り返しても性能が劣化しにくい電池ユニットを提供できると言える。

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１〜５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いうまでもない。
例えば、上記実施形態１では、単位電池１１０を所定の間隔をあけて列置したが、隣り合う単位電池１１０同士が幅広側面１１１Ｃ同士で互いに接するように、間隔をあけずに列置してもよい。このようにすることで、互いに隣り合う単位電池１１０同士が熱的にも接続されるので、充放電時の各単位電池１１０の温度を均一化することができる。
また、上記実施形態１〜５では、単位電池１１０の内部抵抗の所定値を、多数生産した単位電池１１０の母集団における内部抵抗の平均値としているが、例えば設計値を所定値とするなど、適宜変更することができる。

実施形態１に係る電池ユニットの概略構成を示す説明図である。 実施形態１に係る電池ユニットの上方から見た構成を示す説明図である。 実施形態２〜４に係る電池ユニットの概略構成を示す説明図である。 実施形態２〜４に係る電池ユニットの上方から見た構成を示す説明図である。 実施形態５に係り、放熱部材の斜視図である。 実施形態５に係る電池ユニットの上方から見た構成を示す説明図である。 実施形態１等に係るハイブリッドカーを示す説明図である。

１ 車両
６ バッテリパック
１００，２００，３００，４００，５００ 電池ユニット
１１０ 単位電池
１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄ，１１０Ｅ，１１０Ｆ，１１０Ｇ 単位電池
１１１ 電池ケース
１１３ 正極端子
１１５ 負極端子
１１７ 電極接続部材
２２０，３２０，４２０，５２０ 熱伝導部材
５２１ 流通路
５３０ チューブ

Claims (7)

1. 電池ケースを有する設計上同一の単位電池を複数列置し、直列に接続してなる電池ユニットであって、
   前記電池ユニットを構成する複数の前記単位電池は、
   これらの中から選択した、隣り合って並ぶ３つの単位電池の任意の組み合わせいずれについても、両側に位置する単位電池に比して、中央に位置する単位電池の方が、内部抵抗が低くまたは高くなる
   パターンに配置されてなる
   電池ユニット。
2. 電池ケースを有する設計上同一の単位電池を複数列置し、直列に接続してなる電池ユニットであって、
   前記電池ユニットを構成する複数の前記単位電池は、
   内部抵抗が所定値以上の単位電池と内部抵抗が所定値未満の単位電池とが交互に並べられてなる
   電池ユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載の電池ユニットであって、
   互いに隣り合う前記単位電池同士の間のいずれにも、または、１つおきに、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導部材を介在させて、これに隣り合う単位電池同士を熱的に接続してなる
   電池ユニット。
4. 請求項３に記載の電池ユニットであって、
   前記熱伝導部材は、
   樹脂に、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の前記熱伝導材料を含ませた材質からなる
   電池ユニット。
5. 請求項４に記載の電池ユニットであって、
   前記熱伝導部材は、前記樹脂に、カーボンナノファイバ及びカーボンナノチューブの少なくともいずれかを分散した材質からなる
   電池ユニット。
6. 請求項３〜請求項５のいずれかに記載の電池ユニットであって、
   前記熱伝導部材に、冷却媒体を流通させるための流通路を設けてなる
   電池ユニット。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の電池ユニットを搭載してなる
   車両。

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