JP7242560B2

JP7242560B2 - 組電池および電動装置

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Publication number: JP7242560B2
Application number: JP2019564744A
Authority: JP
Inventors: 宏和飯塚; 潤鈴木
Original assignee: Fujimori Kogyo Co Ltd
Current assignee: Fujimori Kogyo Co Ltd
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2023-03-20
Anticipated expiration: 2039-01-10
Also published as: WO2019139098A1; JPWO2019139098A1

Description

本発明は、組電池および電動装置に関する。
本願は、２０１８年１月１０日に、日本に出願された特願２０１８－００２１９１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年は、環境に対する意識が高まる中、例えば特許文献１に記載されているように、電気エネルギーを貯蔵するための蓄電池として、リチウムイオン電池等の二次電池などが注目を集めている。

特開２０００－３５７４９４号公報

電気自動車用の蓄電池などにおいては、大容量化のため、複数の単電池（リチウムイオン電池等）を接続して構成した組電池が用いられている。組電池では、複数の単電池が集合されるため、通電時の発熱により高温となりやすい。リチウムイオン電池等の電池は、高温により劣化が進行する可能性がある。

組電池は、単電池の配置によっては、単電池ごとの温度差が大きい温度分布となることがある。単電池間の温度差が大きいと、一部の単電池の温度が高くなってその単電池が早期に寿命を迎えることにより、組電池全体の寿命も短くなるという課題がある。

本発明は、単電池間の温度差の小さい組電池および電動装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の組電池は、複数の単電池と、前記複数の単電池のうち２以上と直接的または間接的に接触する熱拡散シートとを備え、前記熱拡散シートは、前記単電池の被接触面における熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。

前記組電池は、前記単電池を外装する電池外装体をさらに備え、前記電池外装体は、前記単電池と前記熱拡散シートとの間に介在して前記熱拡散シートに接触し、前記熱拡散シートは、前記単電池の被接触面に代えて、前記電池外装体の被接触面における熱伝導率よりも高い熱伝導率を有していてもよい。
前記熱拡散シートは、グラファイトからなるグラファイトシートでもよい。

前記組電池は、前記２以上の単電池で構成された層が複数重ねられた積層構造を有し、前記熱拡散シートは、前記複数の層の間に設けられていてもよい。

前記組電池は、前記電池外装体が、少なくとも一対の向かい合う外装板を備え、前記外装板は、幅方向に間隔をおいて複数の当接部で互いに当接し、前記当接部によって区画された複数の筒状部に、それぞれ前記単電池が収容されていてもよい。

前記組電池は、前記筒状部の一方および他方に、前記筒状部の開口を閉止する保護板が設けられていてもよい。

前記組電池において、前記単電池が、電池本体と、前記電池本体を収容する内部空間を有する収容体とを備え、前記収容体が、金属層と樹脂層とが積層された積層体からなり、前記樹脂層が前記内部空間の側であってもよい。

本発明の一態様に係る電動装置は、前記組電池と、前記組電池によって駆動する駆動機構とを備える。

本発明の一態様によれば、前記熱拡散シートによって相対的に発熱量が大きい単電池からより多くの熱を拡散させることにより、組電池を構成する単電池間の温度差を小さくできる。

本発明の一実施形態の組電池を模式的に示す正面図である。図１のＩ－Ｉ線視断面図である。図１の組電池に使用される単電池の例を示す斜視図である。図１の組電池の第１変形例の一部を模式的に示す正面図である。図１の組電池の第２変形例の一部を模式的に示す正面図である。図１の組電池の第３変形例の一部を模式的に示す正面図である。本発明の他の実施形態の組電池を模式的に示す斜視図である。本発明の一実施形態の電動装置を模式的に示す図である。本発明の一実施例における電池温度の変化を示すグラフである。比較例における電池温度の変化を示すグラフである。実施例および比較例における、最も温度の高い単電池と最も温度の低い単電池との温度差を示すグラフである。

図１は、本発明の一実施形態の組電池１０を模式的に示す正面図である。図２は、図１のＩ－Ｉ線視断面図である。図３は、組電池１０に使用される単電池１の一例を示す斜視図である。

図１に示すように、組電池１０は、互いに平行に配置された複数の直方体状の単電池１と、各単電池１を包むように配置された電池外装体２と、電池外装体２の間に配置された平板状の熱拡散シート３と、電池外装体２を両側から挟む一対の保護板４と、保護板４の端部同士を連結する固定具５とを備える。

組電池１０は、１または複数の電池外装体２を備える。図１に示す実施形態の組電池１０は、３層状に配置された３つの電池外装体２を備える。これらの電池外装体２を、図１における上から順に、第１電池外装体２Ａ、第２電池外装体２Ｂ、および第３電池外装体２Ｃという。第１～第３電池外装体２Ａ～２Ｃは、互いに同じ平面寸法および厚さを有し、厚さ方向（Ｚ方向）に互いに平行に重ねられている。

電池外装体２は、向かい合う一対の長方形状の外装板６，６を備え、対をなす外装板６，６の間に、それぞれ複数（この例では３本）の単電池１が互いに平行かつ等間隔を空けて配置されている。
第１電池外装体２Ａを構成する外装板６，６を、図１における上から順に、第１および第２外装板６Ａ，６Ｂという。第２電池外装体２Ｂを構成する外装板６，６を、図１における上から順に、第３および第４外装板６Ｃ，６Ｄという。第３電池外装体２Ｃを構成する外装板６，６を、図１における上から順に、第５および第６外装板６Ｅ，６Ｆという。

外装板６は、本発明では限定されないが、例えば、金属、非金属材料（例えば樹脂）などからなる。
外装板６を構成する金属は、例えば、銅、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、アルミニウムなどでもよいし、これらのうち１以上を含む合金もしくはこれらの複合材料でもよい。

外装板６を構成する非金属材料としては、本発明では限定されないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル樹脂；ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂；ナイロン（Ｎｙ）等のポリアミド樹脂；ポリイミド樹脂；フッ素樹脂；アクリル樹脂；ポリウレタン樹脂などが挙げられる。

外装板６は、単層構造であってもよいし、同種もしくは異なる材質を積層した多層構造であってもよい。外装板６は、金属層と非金属層とを含む多層構造体であってもよい。図２に示すように、この実施形態の外装板６は、平面視において矩形状、例えば長方形状に形成されている。

図１および図２において、Ｘ方向は外装板６の幅方向である。Ｙ方向は外装板６（例えば基板部１１）に沿う面内においてＸ方向と直交する延在方向である。Ｚ方向はＸ方向およびＹ方向に直交する方向であり、外装板６の厚さ方向である。平面視とはＺ方向から見ることをいう。

向かい合う外装板６，６は、Ｘ方向に隣り合う単電池１の間隙で、複数の当接部７において互いに当接している。当接部７は接合されていてもよいし、単に当接しているだけで、外装板６，６は分離可能であってもよい。当接部７は、例えばＹ方向に沿う一定幅の帯状に形成されている。複数の当接部７はＸ方向に間隔をおいて形成され、各当接部７は隣り合う単電池１の間隙の中央に位置している。

外装板６の、Ｘ方向に隣り合う当接部７，７の間の部分を中間部８（非当接部）という。中間部８は、単電池１の上面および下面に面接触する互いに平行な基板部１１と、基板部１１と当接部７とをつないで基板部１１に対して傾斜した一対の側板部１２，１２とを有する。図示の例の一対の側板部１２，１２は同じ幅を有するが、互いに異なる幅を有していてもよい。

基板部１１はＸＹ平面に沿って形成されている。第１、第３および第５外装板６Ａ，６Ｃ，６Ｅの基板部１１の内面（図１の下面）は、それぞれ単電池１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）の一方の面（図１の上面）に面接触している。第２、第４および第６外装板６Ｂ，６Ｄ，６Ｆの内面（図１の上面）は、それぞれ単電池１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）の他方の面（図１の下面）に面接触している。

側板部１２，１２は、基板部１１の両側縁からそれぞれ当接部７，７に向けて延びている。側板部１２，１２は、基板部１１の両側縁から拡幅方向に徐々に相手側の外装板６に近づくように傾斜して延びている。この例の側板部１２，１２は、ＸＺ断面が直線状となる平坦な形状であり、基板部１１に対して角度θ１（０°＜θ１＜９０°）で傾斜している。中間部８は、隣り合う当接部７，７を通るＸＹ平面に対して、相手側の外装板６から離れる方向（外方）に凸となる曲げ形状となっている。側板部１２，１２の断面は直線状に限らず、場合によっては若干のたるみを持っていてもよい。

向かい合う外装板６，６の中間部８，８は、中空の角筒状の筒状部１４を形成する。筒状部１４の内部空間は電池収容部１５であり、個々の電池収容部１５に一つずつ単電池１が収容される。筒状部１４は、当接部７，７によって区画されている。向かい合う外装板６，６は、幅方向（Ｘ方向）に並ぶ２以上の筒状部１４を有する。一対の向かい合う外装板が形成する筒状部の数は２以上が好ましく、例えば２～２００とすることができる。

図１に示す組電池１０では、電池外装体２を構成する外装板６，６は、Ｘ方向に間隔をおいて４つの当接部７で互いに当接している。そのため、電池外装体２は３つの筒状部１４を有する。外装板６，６は、いずれも複数の筒状部１４にわたって幅方向に連続して形成されている。

側板部１２，１２が傾斜しているため、筒状部１４は、一対の基板部１１と４つの側板部１２とからなる六角筒状となっている。一方の中間部８が、基板部１１と、拡幅方向に向かって相手側のシート体に近づくように傾斜した一対の側板部１２とを有し、他方の中間部８が、基板部１１と、拡幅方向に向かって相手側のシート体に近づくように傾斜した一対の側板部１２とを有する場合、これら基板部および側板部から構成される中間部の形状は六角筒状となる。

当接部７，７は、接着剤によって互いに接着することもできる。当接部７，７を接着するための接着剤としては、例えばポリオレフィン系接着剤、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、ナイロン系接着剤、ポリエステル系接着剤などの絶縁材料を挙げることができる。当接部７，７が金属である場合は、接着に限らず、溶接、ろう付け、拡散接合などにより接合してもよい。

電池外装体２は、複数の筒状部１４が外装板６の幅方向（Ｘ方向）に等間隔に並んで配列されているため、複数の筒状部１４が規則的に配列されたハニカム状構造体である。

電池外装体２（一対の外装板６，６）の数は、２以上が好ましく、例えば２～２０であってよい。
組電池１０は、２以上の電池外装体２を備え、かつ、それぞれの電池外装体２が２以上の筒状部１４を備える。並列配置された複数の単電池１からなる電池群を複数用意し、これらを直列に配置した構造としてもよい。例えば、図１に示す組電池１０では、第１電池外装体２Ａに設けられた３つの単電池１Ａは互いに並列に接続することができる。第２電池外装体２Ｂに設けられた３つの単電池１Ｂは互いに並列に接続することができる。第３電池外装体２Ｃに設けられた３つの単電池１Ｃは互いに並列に接続することができる。複数の単電池１Ａからなる電池群と、複数の単電池１Ｂからなる電池群と、複数の単電池１Ｃからなる電池群とは直列に接続することができる。

図３に示すように、単電池１は、例えばリチウムイオン電池であってもよい。この実施形態の単電池１は、直方体状の電池本体５０と、電池本体５０を包み込む収容体５１とを備える。
収容体５１は、電池本体５０が入る四角い窪みを有するトレイ状の容器本体５２と、容器本体５２と同じ平面寸法を有する平板状の蓋部５３とを有し、蓋部５３で容器本体５２の窪みを塞いでいる。収容体５１は、電池本体５０を収容する内部空間を有する。収容体５１は、容器本体５２と蓋部５３とを重ね、両者の周縁部５４をヒートシールすることにより形成されている。
符号５５は、電池本体５０の電極（正極）に接続された正極リードである。符号５６は、電池本体５０の電極（負極）に接続された負極リードである。この例の正極リード５５および負極リード５６は収容体５１の一端部から互いに平行に延出している。

電池本体５０は、例えば、正極板（図示略）と、正極板に接する正極活物質層（図示略）と、負極板（図示略）と、負極板に接する負極活物質層（図示略）と、正極活物質層と負極活物質層とを隔てるセパレータ（図示略）と、電解質（図示略）とを有する。正極板および負極板は、例えば金属からなる。正極活物質層は、例えばリチウム系材料などの正極活物質を含む。負極活物質層は、例えばカーボン系材料などの負極活物質を含む。電池本体５０は、扁平な形状であって、厚さが一定であることが好ましい。

収容体５１を構成する容器本体５２および蓋部５３は、例えば、図３に示すように金属層５７と、金属層５７に積層された樹脂層５８とを備えた積層体で構成されていてもよい。金属層５７は、アルミニウム、ステンレスなどの金属からなる。樹脂層５８は、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂からなる。収容体５１は、樹脂層５８を内部空間側にして構成されている。
図示はしないが、前記積層体は、金属層と、金属層の第１の面に積層された第１樹脂層と、前記金属層の第２の面（第１の面とは反対の面）に積層された第２樹脂層とを備えた構造（すなわち、樹脂層／金属層／樹脂層の構造）であってもよい。この構造は、積層体の加工性、耐久性の観点から好ましい。

単電池１は扁平な形状であり、厚さ方向をＺ方向に向けて電池外装体２の電池収容部１５（図１参照）に収容されている。単電池１が扁平な形状であるとは、単電池１の厚さ寸法（Ｚ方向の寸法）が、幅方向（Ｘ方向）の寸法および延在方向（Ｙ方向）の寸法より小さいことをいう。単電池１は扁平な形状であるため、組電池１０を薄型化できる。

図１に示すように、単電池１は、電池収容部１５に一つずつ収容され、電池外装体２に外装されている。単電池１は、電池収容部１５に、出し入れ自在に収容されることが好ましい。第１電池外装体２Ａの筒状部１４内に設けられた単電池１を第１単電池１Ａという。第２電池外装体２Ｂの筒状部１４内に設けられた単電池１を第２単電池１Ｂという。第３電池外装体２Ｃの筒状部１４内に設けられた単電池１を第３単電池１Ｃという。

複数の筒状部１４を有する複数の電池外装体２（２Ａ～２Ｃ）は、厚さ方向（Ｚ方向）に重ねられている。そのため、同じ電池外装体２に設けられた複数の単電池１が１つの層を構成し、組電池１０は、複数の単電池１で構成された層が複数重ねられた積層構造を有する。なお、本発明における単電池の構造は、図３の構造のみに限定されない。

図１および図２に示す熱拡散シート３は、例えば、グラファイトなどの炭素系材料を含むことが好ましい。熱拡散シート３は、グラファイトシートであることがより好ましい。グラファイトシートは、グラファイトを薄いシート状に成形したもので、平面方向への熱伝導率が非常に高い特性を有する。熱伝導率を高める上ではバインダーを含まないグラファイトシートが好ましいが、樹脂等のバインダーを含むグラファイトシートも使用可能である。
グラファイトシートを構成するグラファイトとしては、天然グラファイトまたは合成グラファイトのいずれも使用できる。グラファイトシートの厚さは、例えば単層当たり１０～１０００μｍであることが好ましく、２０～５００μｍであることがより好ましく、４０～３００μｍであることが更に好ましい。熱拡散シート３は、２層以上のグラファイトシートが接着剤等によりラミネートされ、前記厚さ程度にされていてもよい。天然グラファイトは安価であり、合成グラファイトは不純物が少なく物性に優れるため、それぞれ用途や性能等を考慮して選択することができる。両者を組み合わせて使用してもよい。グラファイトシートの表面および／または裏面にプラスチックや無機材料等の絶縁材料の薄膜を形成し、絶縁性を高めてもよい。

熱拡散シート３は、厚さ方向（Ｚ方向）に隣り合う電池外装体２，２の間に、ＸＹ平面に沿って設けられている。第１電池外装体２Ａと第２電池外装体２Ｂとの間に設けられた熱拡散シート３を第１熱拡散シート３Ａという。第２電池外装体２Ｂと第３電池外装体２Ｃとの間に設けられた熱拡散シート３を第２熱拡散シート３Ｂという。

図２に示すように、熱拡散シート３は、例えば、平面視において矩形状、例えば長方形状に形成されている。熱拡散シート３の側縁３ａ，３ａは、平面視において電池外装体２の側縁２ａ，２ａに達している。熱拡散シート３の端縁３ｂ，３ｂは、平面視において電池外装体２の端縁２ｂ，２ｂに達している。熱拡散シート３の周縁は、平面視において少なくとも一部が電池外装体２の周縁に達していることが好ましい。

第１熱拡散シート３Ａの上面は、第２外装板６Ｂのすべての基板部１１の外面（下面、被接触面）に面接触している。そのため、第１熱拡散シート３Ａは、すべての第１単電池１Ａの下面に、第２外装板６Ｂを介して間接的に、面接触している。第１熱拡散シート３Ａの下面は、第３外装板６Ｃのすべての基板部１１の外面（上面、被接触面）に面接触している。そのため、第１熱拡散シート３Ａは、すべての第２単電池１Ｂの上面に、第３外装板６Ｃを介して間接的に、面接触している。

第１熱拡散シート３Ａは、最も端部側に位置する単電池１（例えば図１の単電池１Ｂ１，１Ｂ３）のうち少なくとも１つに、直接的または間接的に接触し、かつ、最も端部側よりも内側に位置する単電池１（例えば図１の中央単電池１Ｂ２）のうち少なくとも１つにも直接的または間接的に接触していることが好ましい。

第２熱拡散シート３Ｂの上面は、第４外装板６Ｄのすべての基板部１１の外面（下面、被接触面）に面接触している。そのため、第２熱拡散シート３Ｂは、すべての第２単電池１Ｂの下面に、第４外装板６Ｄを介して間接的に、面接触している。第２熱拡散シート３Ｂの下面は、第５外装板６Ｅのすべての基板部１１の外面（上面、被接触面）に面接触している。そのため、第２熱拡散シート３Ｂは、すべての第３単電池１Ｃの上面に、第５外装板６Ｅを介して間接的に、面接触している。

熱拡散シート３は、Ｘ方向の最も端部側に位置する単電池１のうち少なくとも１つに直接的または間接的に接触し、かつ、最も端部側よりも内側に位置する単電池１のうち少なくとも１つにも直接的または間接的に接触していることが好ましい。

グラファイトシートの特性としては、例えば、平面方向の熱伝導率が１００～３０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、厚さ方向の熱伝導率が１～３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）等が挙げられる。グラファイトシートはシート全体が層状構造を有する結晶質であり、厚さ方向に単原子層が積層された結晶軸（ｃ軸）を有するため、その物性は、厚さ方向と平面方向に対して大きな異方性を示す。熱伝導率の測定法としては、例えばＡＳＴＭＤ５４７０、ＡＳＴＭＥ１５３０、ＪＩＳＲ２６１６、ＡＳＴＭＤ５９３０、ＪＩＳＲ１６１１などがある。熱伝導率の測定装置としては、エージーエル製ＴＩＭＴｅｓｔｅｒ（モデル１３００）、ＴＡＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製ＤＴＣ－３００、京都電子工業社製ＱＴＭ－５００などがある。

熱拡散シート３は、外装板６（詳しくは基板部１１）の被接触面における熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。これによって、熱拡散シート３は、単電池１で発生して基板部１１を厚さ方向へ通過した熱を、熱拡散シート３の平面方向に効率よく拡散させることができる。

保護板４は、第１電池外装体２Ａの外面側（上面側）および第３電池外装体２Ｃの外面側（下面側）にそれぞれ設けられている。保護板４は、例えば、ステンレス鋼など耐食性および強度に優れた材質からなる金属板である。保護板４は、電池外装体２および単電池１を外力から保護する。

固定具５は、ボルト５Ａおよびナット５Ｂを備えている。固定具５は、ボルト５Ａおよびナット５Ｂによって一対の保護板４，４を連結し、各単電池１、電池外装体２、熱拡散シート３、および保護板４の当接圧力を高めて、これらを相互に密着させ、放熱性を高める効果も奏している。

組電池１０は、熱伝導率が外装板６より高い熱拡散シート３を備えているため、単電池１で発生して外装板６を厚さ方向へ通過した熱を、熱拡散シート３によって熱拡散シート３の平面に沿う方向へ拡散させ、通電時の単電池１の温度上昇を抑制することができる。よって、複数の単電池１の間の温度差を小さくできる。

図１に示すように、組電池１０は、複数の筒状部１４を有する複数の電池外装体２（２Ａ～２Ｃ）が、厚さ方向に重ねられた積層構造を有するため、一部の単電池１については放熱がされにくい。例えば、第２電池外装体２Ｂの３つの筒状部１４のうち中央の筒状部１４に収容された第２単電池１Ｂ（中央単電池１Ｂ２）に着目する。中央単電池１Ｂ２の厚さ方向（Ｚ方向）の両方（上方および下方）には、他の単電池１（第１単電池１Ａおよび第３単電池１Ｃ）がある。中央単電池１Ｂ２の幅方向（Ｘ方向）の両方（左方および右方）にも、他の単電池１（単電池１Ｂ１，１Ｂ３）がある。そのため、中央単電池１Ｂ２は、熱が放出されにくく、他の単電池１に比べて高温となりやすい。

図１に示す組電池１０では、熱拡散シート３（第１熱拡散シート３Ａおよび第２熱拡散シート３Ｂ）が設けられているため、例えば中央単電池１Ｂ２の熱を広く拡散させることができる。よって、組電池１０では、複数の単電池１の間の温度差を小さくし、単電池１の温度の均一性を保つことができる。また、組電池１０は、複数の筒状部１４を有する複数の電池外装体２を含む組電池であるため、物理的な衝撃や突き刺しに対する強度が高い。

図４は、図１等に示す組電池１０の第１変形例である組電池１０Ａの一部を模式的に示す正面図である。図４に示すように、組電池１０Ａは、電池外装体１０２以外は図１等に示す組電池１０と同じ構成である。組電池１０Ａは、３つの電池外装体１０２を備える。これらの電池外装体１０２を、図４における上から順に、第１電池外装体１０２Ａ、第２電池外装体１０２Ｂ、および第３電池外装体１０２Ｃという。第１～第３電池外装体１０２Ａ～１０２Ｃは、厚さ方向（Ｚ方向）に重ねられている。

電池外装体１０２は、向かい合う一対の外装板１０６，１０６を備えている。第１電池外装体１０２Ａを構成する外装板１０６，１０６を、上から順に、第１および第２外装板１０６Ａ，１０６Ｂという。第２電池外装体１０２Ｂを構成する外装板１０６，１０６を、上から順に、第３および第４外装板１０６Ｃ，１０６Ｄという。第３電池外装体１０２Ｃを構成する外装板１０６，１０６を、上から順に、第５および第１０６外装板１０６Ｅ，１０６Ｆという。

外装板１０６は、組電池１０の外装板６と同様に、例えば、金属、非金属材料（例えば樹脂）などからなる。

第１、第３および第５外装板１０６Ａ，１０６Ｃ，１０６Ｅは、複数の当接部１０７において、それぞれ第２、第４および第６外装板１０６Ｂ，１０６Ｄ，１０６Ｆに当接している。当接部１０７は、例えばＹ方向に沿う一定幅の帯状に形成されている。複数の当接部１０７はＸ方向に間隔をおいて形成されている。

外装板１０６Ａ，１０６Ｃ，１０６Ｅの、Ｘ方向に隣り合う当接部１０７，１０７の間の部分を中間部１０８（非当接部）という。中間部１０８は、基板部１１１と、基板部１１１に対して傾斜した一対の側板部１１２，１１２とを有する。

基板部１１１はＸＹ平面に沿って形成されている。第１、第３および第５外装板１０６Ａ，１０６Ｃ，１０６Ｅの基板部１１１の内面（図４の下面）は、それぞれ単電池１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）の一方の面（図４の上面）に面接触する。第２、第４および第６外装板１０６Ｂ，１０６Ｄ，１０６Ｆは、平坦に形成されている。外装板１０６Ｂ，１０６Ｄ，１０６Ｆの内面（図４の上面）は、それぞれ単電池１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）の他方の面（図４の下面）に面接触する。

外装板１０６Ａ，１０６Ｃ，１０６Ｅの側板部１１２，１１２は、基板部１１１の両側縁からそれぞれ当接部１０７，１０７に向けて延出する。側板部１１２，１１２は、基板部１１１の両側縁から拡幅方向に徐々に相手側の外装板１０６（外装板１０６Ｂ，１０６Ｄ，１０６Ｆ）に近づくように傾斜して延出している。

外装板１０６Ａ，１０６Ｃ，１０６Ｅの中間部１０８と、外装板１０６Ｂ，１０６Ｄ，１０６Ｆとは、中空の角筒状の筒状部１１４を形成する。筒状部１１４の内部空間は電池収容部１１５である。筒状部１１４は、当接部１０７，１０７によって区画されている。向かい合う外装板１０６，１０６は、幅方向（Ｘ方向）に並ぶ２以上の筒状部１１４を有する。側板部１１２，１１２が傾斜しているため、筒状部１１４は、台形の筒状となっている。

第１熱拡散シート３Ａの上面は、第２外装板１０６Ｂの外面（下面、被接触面）に面接触している。そのため、第１熱拡散シート３Ａは、すべての第１単電池１Ａの下面に、第２外装板１０６Ｂを介して間接的に、面接触している。第１熱拡散シート３Ａの下面は、第３外装板１０６Ｃのすべての基板部１１１の外面（上面、被接触面）に面接触している。そのため、第１熱拡散シート３Ａは、すべての第２単電池１Ｂの上面に、第３外装板１０６Ｃを介して間接的に、面接触している。

第２熱拡散シート３Ｂの上面は、第４外装板１０６Ｄの外面（下面、被接触面）に面接触している。そのため、第２熱拡散シート３Ｂは、すべての第２単電池１Ｂの下面に、第４外装板１０６Ｄを介して間接的に、面接触している。第２熱拡散シート３Ｂの下面は、第５外装板１０６Ｅのすべての基板部１１１の外面（上面、被接触面）に面接触している。そのため、第２熱拡散シート３Ｂは、すべての第３単電池１Ｃの上面に、第５外装板１０６Ｅを介して間接的に、面接触している。

熱拡散シート３は、外装板１０６（詳しくは基板部１１１）の被接触面における熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。これによって、熱拡散シート３は、単電池１で発生した熱を面内方向に拡散させることができる。

図４に示す組電池１０Ａは、熱伝導率が外装板１０６より高い熱拡散シート３を備えているため、単電池１で発生した熱を熱拡散シート３によって拡散させ、複数の単電池１の間の温度差を小さくし、単電池１の間の温度の均一性を保つことができる。また、組電池１０Ａは、複数の筒状部１１４を有する複数の電池外装体１０２を含む組電池であるため、物理的な衝撃や突き刺しに対する強度が高い。

図５は、図１等に示す組電池１０の第２変形例である組電池１０Ｂの一部を模式的に示す正面図である。図５に示すように、組電池１０Ｂは、平坦な外装板２０６，２０６からなる電池外装体２０２（２０２Ａ～２０２Ｃ）を用いること以外は図１等に示す組電池１０と同じ構成である。

熱拡散シート３（３Ａ，３Ｂ）は、単電池１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）に、外装板２０６を介して間接的に、面接触している。

熱拡散シート３は、外装板２０６の被接触面における熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。これによって、熱拡散シート３は、単電池１で発生した熱を面内方向に拡散させることができる。

図５に示す組電池１０Ｂは、熱伝導率が外装板２０６より高い熱拡散シート３を備えているため、単電池１で発生した熱を熱拡散シート３によって拡散させ、複数の単電池１の間の温度差を小さくし、単電池１の間の温度の均一性を保つことができる。

図６は、図１等に示す組電池１０の第３変形例である組電池１０Ｃの一部を模式的に示す正面図である。図６に示すように、組電池１０Ｃは、電池外装体２を用いないこと以外は図１等に示す組電池１０と同じ構成である。

熱拡散シート３は、単電池１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）に、直接的に当接している。すなわち、熱拡散シート３は、単電池１の収容体５１（図３参照）の外面に当接している。

第１熱拡散シート３Ａの上面は、すべての第１単電池１Ａの下面（被接触面）に、面接触している。第１熱拡散シート３Ａの下面は、すべての第２単電池１Ｂの上面（被接触面）に、面接触している。第２熱拡散シート３Ｂの上面は、すべての第２単電池１Ｂの下面（被接触面）に、面接触している。第２熱拡散シート３Ｂの下面は、すべての第３単電池１Ｃの上面（被接触面）に、面接触している。

熱拡散シート３は、単電池１の被接触面における熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。これによって、熱拡散シート３は、単電池１で発生した熱を面内方向に拡散させることができる。

図６に示す組電池１０Ｃは、熱伝導率が単電池１の被接触面より高い熱拡散シート３を備えているため、単電池１で発生した熱を熱拡散シート３によって拡散させ、複数の単電池１の間の温度差を小さくし、単電池１の間の温度の均一性を保つことができる。

図７は、他の実施形態の組電池１０Ｄを模式的に示す斜視図である。図７に示すように、組電池１０Ｄは、単電池１と、電池外装体２と、熱拡散シート３と、一対の保護板３０４と、一対のパッキン３０５と、保持部３０６とを備える。

パッキン３０５は、ＸＺ平面に沿うシート状に形成されている。パッキン３０５は、筒状部１４の両端にそれぞれ当接し、筒状部１４の両端開口を塞ぐ。保護板３０４は、ＸＺ平面に沿う板状に形成されている。保護板３０４は、パッキン３０５の外面側に設けられている。保護板３０４は、パッキン３０５を介して、筒状部１４の両端開口をそれぞれ閉止する。保持部３０６は筒状に形成され、その内部に電池外装体２および熱拡散シート３を保持する。

図７に示す組電池１０Ｄでは、保護板３０４とパッキン３０５により筒状部１４の開口を閉止できるため、電池外装体２の密閉性を高めることができる。電池外装体２の密封性を高めることで、組電池１０Ｄの物理的強度を向上させることができる。

図８は、組電池１０を用いた電動装置の例を模式的に示す図である。電動装置４００は、駆動機構４０１によって移動可能な車両である。電動装置４００は、車体４０２と、４つの車輪４０３とを備える。駆動機構４０１は、組電池１０からの給電によって稼働するモータ等であり、４つの車輪４０３の少なくとも一部を駆動させる。車体４０２は、駆動機構４０１および組電池１０を搭載する。車体４０２は、組電池１０に空気等を送って冷却するための冷却ファンなどの冷却装置をさらに備え、組電池１０で駆動してもよい。電動装置としては、車両に限らず、エスカレータ、洗濯機、冷蔵庫、ドローン等の飛行機、船、工作機械などが例示できる。

本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
図１および図６に示す組電池では、１つの熱拡散シート３は、それぞれ６つの単電池１に直接的または間接的に接触しているが、熱拡散シートは、２以上の単電池に直接または間接的に接触していればよい。
単電池１は、リチウムイオン電池に限らず、電気二重層キャパシタ、ニッケル・水素電池、ニッケル・カドミウム電池、ポリマーリチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、その他の二次電池などであってもよい。
熱拡散シート３は、グラファイトシートに限らず、グラファイトシートと他の層とを積層した多層構造体であってもよい。熱拡散シート３は、グラファイト以外の炭素系材料（例えばカーボンナノチューブ）からなるシートであってもよい。

図１等に示す電池外装体２では、外装板６，６は、いずれも複数の筒状部１４にわたって幅方向に連続して形成されているが、外装板は、向かい合う外装板のうちいずれか一方のみが複数の筒状部にわたって幅方向に連続して形成され、他方の外装板は筒状部ごとにそれぞれ独立した構成であってもよい。

（実施例１）
筒状部１４が六角筒状（図１参照）とされた組電池を次のようにして製造した。電池外装体２を構成する外装板６，６を７組製造した。電池外装体２は、電池収容部１５をＸ方向に並んで３つ有する。電池外装体２とグラファイトシート３（厚さ２００μｍ）（熱拡散シート３）を交互に重ねることによって、Ｘ方向に筒状部１４が３つ並び、Ｚ方向に筒状部１４が７つ並ぶ構造体を作製した。各筒状部１４に合計２１個の扁平型の単電池１を入れて、電気的な接続を行った。

Ｘ方向に並ぶ３つの単電池１は、並列で導通するように配線を接続し、かつ、Ｚ方向に並ぶ複数の電池群は直列で導通するように配線を接続した。単電池１はリチウムイオン電池である。単電池１の収容体は樹脂層／金属層／樹脂層からなるラミネート積層体である。得られた電池外装体２とグラファイトシート３からなる構造体の端部にそれぞれ保護板４を配置し、これらの保護板４をボルト５Ａ、ナット５Ｂで固定した。

筒状部１４内の各それぞれの単電池１の表面に接するように熱電対２１点を配置し、放電時の各単電池の温度を測定した。電池温度の変化を時間ごとにプロットした。最も温度の高かった単電池の温度変化、最も温度の低かった単電池の温度変化、それらの中間的な温度の単電池の温度変化を同時にプロットしたグラフを図９に示す。

図１１は最も温度の高い単電池と最も温度の低い単電池との温度差をプロットした図である。１時間後の単電池のうち最も温度が高かったのは組電池の中心部の単電池（中央単電池）であり、その温度は４８．３℃であった。１時間後の単電池のうち最も温度が低かったのは組電池の端部（両面の四隅部分）の単電池であり、その温度は４３．８℃であった。単電池の温度の高い点と低い点との差は４．５℃であった。

（比較例１）
グラファイトシートを除いた以外は実施例１と同様に組電池を製造した。組電池の筒状部内の各それぞれの単電池の表面に接するように熱電対２１点を配置し、放電時の各単電池の温度を測定した。放電時の各単電池の温度の変化を時間ごとにプロットした。最も温度の高かった単電池の温度変化、最も温度の低かった単電池の温度変化、それらの中間的な温度の単電池の温度変化を同時にプロットしたグラフを図１０に示す。

最も温度の高い単電池と最も温度の低い単電池との温度差を図１１に併せて示す。１時間後の単電池のうち最も温度が高かったのは組電池の中心部の単電池（中央単電池）であり、その温度は４９．３℃であった。１時間後の単電池のうち最も温度が低かったのは組電池の端部（両面の四隅部分）の単電池であり、その温度は３８．８℃であった。単電池の温度の高い点と低い点との差は１０．５℃であった。

実施例１と比較例１を比較することにより、グラファイトシートを用いた実施例１では、最も温度の高い電池と最も温度の低い電池との間の温度差が小さくなることが分かる。

本発明によれば、組電池において単電池間の温度差を小さくできるから、産業上の利用が可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…単電池、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ…電池外装体、３，３Ａ，３Ｂ…熱拡散シート、４，３０４…保護板、６，６Ａ～６Ｆ，１０６Ａ～１０６Ｆ，２０６…外装板、７，１０７…当接部、１４，１１４…筒状部、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…組電池、５０…電池本体、５１…収容体、５７…金属層、５８…樹脂層、４００…電動装置、４０１…駆動機構。

Claims

複数の単電池と、
前記複数の単電池のうち２以上と直接的または間接的に接触する熱拡散シートとを備え、
前記熱拡散シートは、前記単電池の被接触面における熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、
前記単電池を外装する電池外装体をさらに備え、
前記電池外装体は、前記単電池と前記熱拡散シートとの間に介在して前記熱拡散シートに接触し、
前記熱拡散シートは、前記単電池の被接触面に代えて、前記電池外装体の被接触面における熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、
前記電池外装体は、少なくとも一対の向かい合う外装板を備え、
前記外装板は、幅方向に間隔をおいて複数の当接部で互いに当接し、
前記当接部によって区画された複数の筒状部に、それぞれ前記単電池が収容されている、
組電池。
前記熱拡散シートは、グラファイトからなる、請求項１に記載の組電池。
前記２以上の単電池で構成された層が複数重ねられた積層構造を有し、
前記熱拡散シートは、前記複数の層の間に設けられている、請求項１または２に記載の組電池。
前記筒状部の一方および他方に、前記筒状部の開口を閉止する保護板が設けられている、請求項１～３のうちいずれか１項に記載の組電池。
前記単電池は、電池本体と、前記電池本体を収容する内部空間を有する収容体とを備え、
前記収容体は、金属層と樹脂層とが積層された積層体からなり、前記樹脂層が前記内部空間の側である、請求項１～４のうちいずれか１項に記載の組電池。
請求項１～５のうちいずれか１項に記載の組電池と、
前記組電池によって駆動する駆動機構とを備えた電動装置。