JP7465113B2 - 電池及び電池の冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、電池及び電池の冷却システムに関する。

特許文献１には、一方の面に正極が形成され他方の面に負極が形成されるバイポーラ構造である電池セルを複数個積層した電池セル群を発電要素とした双極型二次電池が開示されている。

特許第６３４２５１９号公報

このような電池は、発熱の影響による熱的な制限によって供給電流が制限される。そのため、電池を効率よく冷却することが求められる。電池を効率よく冷却するためには、電池自体を冷却されやすい構成にすることや、電池を冷却するための装置を採用することが考えられる。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、バイポーラ構造の電池セル同士を接触させて積層する電池セル群を備える双極型二次電池を効率よく冷却することを目的とする。

本発明のある態様によれば、電池セルを複数積層した電池セル群を備えた電池であって、前記電池セルは、第１の面に形成された正極と、前記第１の面の反対側の第２の面に形成された負極と、を有し、前記電池セル群は、隣り合う前記電池セルの前記正極と前記負極とが接触するようにして構成され、前記電池セルには、前記正極から前記負極に貫通し、冷媒が供給される切欠きが設けられる、ことを特徴とする電池が提供される。

上記態様によれば、電池セル（電池セル群）は、孔または切欠きが設けられることで表面（放熱面）の面積が広くなる。そのため、電池セル（電池セル群）は、表面に冷媒が接触した際には、孔または切欠きを設けられない場合よりも効率よく冷却される。

本発明の実施形態に係る電池セル及び電池セル群の概要図と、電池セル同士の積層状態の概要を示す拡大図である。 図１の電池セルのＩＩ－ＩＩ断面の概要図である。 電池セル群の冷却システムの第１の実施形態の概要図である。 図３ＡのＩＩＩ－ＩＩＩ断面の概要図である。 電池セル群の冷却システムの第２の実施形態の概要図である。 図４ＡのＩＶ－ＩＶ断面の概要図である。 電池セル群の冷却システムの第３の実施形態の概要図である。 図５ＡのＶ－Ｖ断面の概要図である。 電池セル群の冷却システムの第４の実施形態の概要図である。 電池セル群の冷却システムの第５の実施形態の概要図である。 図７ＡのＶＩＩ－ＶＩＩ断面の概要図である。 本発明の実施形態に係る電池セルの変形例の概要図である。 本発明の実施形態に係る電池セルの別の変形例の概要図である。 本発明の実施形態に係る電池セルのさらに別の変形例の概要図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、電池セル１ａ及び電池セル群１の概要図と、電池セル１ａ同士の積層状態の概要を示す拡大図である。図２は、図１に示す電池セル１ａのＩＩ－ＩＩ断面の概要図である。電池セル群１は、電池セル１ａを複数積層して構成される。電池セル１ａは、いわゆる全樹脂電池であり、特許第６３４２５１９号公報に記載されるような樹脂型リチウムイオン電池として知られている。

図２に示すように、電池セル１ａは、第１の面に形成された正極１ｂと、正極１ｂの反対側の第２の面に形成された負極１ｃと、正極１ｂと負極１ｃとの間に介在するゲル状の電解質層（セパレータ）１ｄと、を有する。電池セル１ａは、一方の面に正極１ｂが形成され、正極１ｂの反対側の面に負極１ｃが形成される、バイポーラ構造の電池セル１ａである。

正極１ｂは、正極活物質層１ｆと、集電体１ｅとを有する。負極１ｃは、負極活物質層１ｇと、集電体１ｅと、を有する。

正極活物質層１ｆは、樹脂材料や正極活物質などから構成される。

集電体１ｅは、正極活物質層１ｆと接する面から、隣り合う電池セル１ａの負極活物質層１ｇと接する面へと電子の移動を媒介する機能を有する。集電体１ｅを構成する材料は、例えば、金属や導電性を有する樹脂である。本実施形態では、集電体１ｅは、導電性を有する樹脂によって構成される。

負極活物質層１ｇは、樹脂材料や負極活物質などから構成される。

図１における拡大図部分に示すように、電池セル群１は、バイポーラ構造の電池セル１ａを、隣り合う電池セル１ａの正極１ｂと負極１ｃとが接触するように積層することにより構成される。なお、図１における拡大図部分では、隣り合う電池セル１ａの正極１ｂと負極１ｃとを区別できるようにするために電池セル１ａ同士を僅かに離間させて図示している。実際には、隣り合う電池セル１ａの正極１ｂと負極１ｃとは接触している。

電池セル１ａの積層個数は、必要とされる電圧に応じて調節される。具体的には、高電圧の電池を得たい場合には、電池セル１ａの積層個数を増やせばよい。

ところで、電池セル群１は、発熱の影響による熱的な制限によって供給電流が制限される。そのため、電池セル群１を効率よく冷却することが求められる。電池セル群１を効率よく冷却するためには、電池セル群１自体を冷却されやすい構成にすることや、電池セル群１を冷却するための装置を採用することが考えられる。

上記したように、電池セル群１を構成する電池セル１ａは、主に樹脂によって構成される。電池セル１ａは、樹脂を型に流しこんで製造するため、形状自由度が高く、様々な形状に成形することが可能である。

そこで本実施形態では、電池セル１ａは、切欠きとしての切欠き部１ｈを所定の間隔をあけて複数個有する櫛歯形状に成形される。切欠き部１ｈは、電池セル１ａの正極１ｂから負極１ｃに貫通するように電池セル１ａに設けられる。

図１に示すように、複数の切欠き部１ｈを有する櫛歯形状の電池セル１ａを複数個積層すると、隣り合う切欠き部１ｈ同士が連通して切欠き溝１ｉが複数個設けられる。各々の切欠き溝１ｉは、電池セル群１における一端の電池セル１ａの正極１ｂから他端の電池セル１ａの負極１ｃにかけて、電池セル群１を貫通して設けられる。

電池セル群１（電池セル１ａ）は、切欠き溝１ｉ（切欠き部１ｈ）が設けられることで、切欠き溝１ｉ（切欠き部１ｈ）が設けられない場合よりも、表面（放熱面）の面積が広くなる。そのため、電池セル群１（各々の電池セル１ａ）は、表面（放熱面）に空気や冷媒液などの冷媒が接触した際には、切欠き溝１ｉ（切欠き部１ｈ）が設けられない場合よりも効率よく冷却される。また、電池セル群１（電池セル１ａ）は、切欠き溝１ｉ（切欠き部１ｈ）が設けられることで、切欠き溝１ｉ（切欠き部１ｈ）が設けられない場合よりも、電池セル群１（電池セル１ａ）の表面（放熱面）と電池セル群１（電池セル１ａ）の内部との距離が短くなる。そのため、切欠き溝１ｉ（切欠き部１ｈ）内に空気や冷媒液などの冷媒が供給された際には、電池セル群１（電池セル１ａ）は内部まで効率よく冷却される。

切欠き溝１ｉは、電池セル１ａを複数個積層することで電池セル群１に設けられるものであって、言い換えれば、電池セル群１の積層構造を保持したまま適用できるものである。つまり、切欠き溝１ｉは、積層構造を保持する必要がある電池セル群１に採用するのに好適である。切欠き溝１ｉを有する電池セル群１は、電池セル群１自体に冷却フィンが形成されているとも言える。

続いて、電池セル群１を冷却する電池冷却システムについて説明する。

（第１実施形態）
まず、図３Ａ、図３Ｂを参照して、電池セル群１を冷却する第１の実施形態としての電池冷却システム１００について説明する。図３Ａは、電池冷却システム１００の概要図である。図３Ｂは、図３Ａの電池冷却システム１００のＩＩＩ－ＩＩＩ断面の概要図である。

電池冷却システム１００は、電池セル群１と、電池セル群１を収容する収容部１０と、を備える。収容部１０は、収容部材１１と、吸入口１２と、排出口１３と、保持部材１４と、ファン１５と、を有する。収容部材１１と、吸入口１２と、排出口１３と、ファン１５とは、電池冷却システム１００の冷媒供給機構を構成する。

収容部材１１は、上部ケース１１ａと下部ケース１１ｂとから構成される。なお、図３Ｂでは、構造を示すために上部ケース１１ａと下部ケース１１ｂとを離間させて図示している。実際には、上部ケース１１ａ及び下部ケース１１ｂは、密着している。収容部材１１の内部には電池セル群１を保持するための保持部材１４が設けられる。本実施形態では、収容部材１１内部のそれぞれの隅に保持部材１４が設けられる。電池セル群１は、保持部材１４によって保持されることで、収容部材１１の内壁と接触しない位置に保持される。これにより、収容部材１１の内壁と電池セル群１との間には、冷媒である空気が通過可能な空間が設けられる。

吸入口１２及び排出口１３は、収容部材１１の内部と外部とを連通する開口部である。排出口１３には、ファン１５が設けられる。ファン１５が駆動すると、吸入口１２近傍の空気が吸入口１２から収容部材１１の内部へ吸入されるとともに、収容部材１１の内部の空気が排出口１３から収容部材１１の外部へ排出される。

電池冷却システム１００は、ファン１５を駆動することで、空気を収容部材１１の内壁と電池セル群１との間の空間や切欠き溝１ｉに供給し、空気を電池セル群１の表面（放熱面）と接触させて、電池セル群１を冷却する。このように、電池冷却システム１００は、切欠き部１ｈ（切欠き溝１ｉ）が設けられることで表面（放熱面）の面積が広くなった電池セル１ａ（電池セル群１）に、空気を接触させることで、電池セル１ａ（電池セル群１）を効率よく冷却できる。また、電池冷却システム１００は、電池セル１ａ（電池セル群１）の内部との距離が短い切欠き部１ｈ（切欠き溝１ｉ）内に空気を供給することで、電池セル１ａ（電池セル群１）の内部まで効率よく冷却できる。

なお、電池冷却システム１００は、ファン１５を吸入口１２に設けてもよい。当該構成によっても、空気を収容部材１１の内壁と電池セル群１との間の空間や切欠き溝１ｉ内に供給し、電池セル１ａ（電池セル群１）を効率よく冷却できる。

（第２実施形態）
次に、図４Ａ、図４Ｂを参照して、電池セル群１を冷却する第２の実施形態としての電池冷却システム２００について説明する。図４Ａは、電池冷却システム２００の概要図である。図４Ｂは、図４Ａの電池冷却システム２００のうち電池セル群１及び収容部２０をＩＶ－ＩＶ断面の概要図である。以下に示す各実施形態では、説明した実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の機能を有する構成には同一の符号を付して説明を省略する。

電池冷却システム２００は、冷媒として液体（冷媒液Ｒ）を用いる点で特に電池冷却システム１００と相違する。

電池冷却システム２００は、電池セル群１と、収容部２０と、ポンプ２４と、冷媒冷却機構としてのラジエータ２５と、パイプ２６，２７，２８と、を備える。図４Ａに示すように、収容部２０及びポンプ２４は、パイプ２６によって連結している。ポンプ２４及びラジエータ２５は、パイプ２７によって連結している。ラジエータ２５及び収容部２０は、パイプ２８によって連結している。

収容部２０は、電池セル群１及び冷媒液Ｒを収容する収容部材２１と、蓋部材２２と、保持部材２３と、を有する。収容部材２１には冷媒流出口２１ａが形成される。蓋部材２２には冷媒流入口２２ａが形成される。冷媒流出口２１ａは、パイプ２６によってポンプ２４の吸入口に接続される。冷媒流入口２２ａは、パイプ２８によってラジエータ２５の冷媒流出口２５ｃに接続される。ラジエータ２５の冷媒流入口２５ｂは、パイプ２７によってポンプ２４の吐出口に接続される。

収容部材２１の内部には電池セル群１を保持するための保持部材２３が設けられる。本実施形態では、電池セル群１のそれぞれの隅を保持する位置に保持部材２３が設けられる。電池セル群１は、保持部材２３によって保持されることで、収容部材２１の内壁と接触しない位置に保持される。これにより、収容部材２１の内壁と電池セル群１との間には、冷媒が通過可能な空間が設けられる。

収容部２０の内部空間（収容部材２１と蓋部材２２との間の空間）は、収容部材２１の開口部分を蓋部材２２が覆うことで、密閉される。なお、図４Ａ，４Ｂでは、構造を示すために収容部材２１と蓋部材２２とを離間させて図示している。

収容部材２１には、電池セル群１全体を浸す量の冷媒液Ｒが収容される。つまり、電池セル群１は、全体が冷媒液Ｒに浸漬されている。電池セル群１は、充分に冷却されるならば、切欠き溝１ｉの少なくとも一部まで冷媒液Ｒに浸されていればよい。

冷媒液Ｒは、絶縁性を有する液体である。かつ、冷媒液Ｒは、沸点が、電池セル１ａが電気を供給することによって熱くなる温度（以下、電池セル１ａの運転温度という。）の最大値を超える液体である。つまり、冷媒液Ｒは、電池セル１ａとの熱交換により液温が上昇しても気化することがない液体である。冷媒液Ｒは、例えばフッ素系不活性流体液のうち、沸点が電池セル１ａの運転温度の最大値を超えるものが用いられる。なお、冷媒液Ｒは、絶縁性を有しない冷媒液を用いることもできる。この場合には、電池セル群１に絶縁処理を施す構成にすればよい。

冷媒液Ｒは、ポンプ２４によって収容部材２１内からラジエータ２５へ送られて、ラジエータ２５にて冷却されて収容部材２１内に戻される。つまり、冷媒液Ｒは収容部２０－ラジエータ２５間を循環し、ポンプ２４、ラジエータ２５、パイプ２６～２８から構成される冷媒供給機構によって収容部材２１内の電池セル群１（電池セル１ａ）へ供給される。収容部材２１内へ供給された冷媒液Ｒは、収容部材内２１内を通過するときに、電池セル群１の表面（放熱面）や切欠き溝１ｉ（切欠き部１ｈ）に供給されて、電池セル群１（電池セル１ａ）と熱交換を行い、電池セル群１を冷却する。

このように、電池冷却システム２００は、切欠き部１ｈ（切欠き溝１ｉ）が設けられることで表面（放熱面）の面積が広くなった電池セル１ａ（電池セル群１）に、収容部２０－ラジエータ２５を循環して低温に保たれる冷媒液Ｒを接触させることで、電池セル１ａ（電池セル群１）を効率よく冷却できる。また、電池冷却システム２００は、電池セル１ａ（電池セル群１）の内部との距離が短い切欠き部１ｈ（切欠き溝１ｉ）内に冷媒液Ｒを供給することで、電池セル群１の内部まで効率よく冷却できる。

なお、電池セル１ａ（電池セル群１）を冷却した冷媒液Ｒを、別の機構に供給して当該機構を冷却してからラジエータ２５へ送る構成としてもよい。例えば、電池セル１ａ（電池セル群１）を冷却した冷媒液Ｒをインバータへ送り、インバータで冷却される必要がある構成（例えば、インバータ内の電気回路）を冷却させてから、冷媒液Ｒをラジエータ２５へ送る構成としてもよい。

または、ラジエータ２５で冷却した冷媒液Ｒを、別の機構に供給して当該機構を冷却してから収容部２０へ送り、電池セル１ａ（電池セル群１）を冷却する構成としてもよい。

（第３実施形態）
次に、図５Ａ、図５Ｂを参照して、電池セル群１を冷却する第３の実施形態としての電池冷却システム３００について説明する。図５Ａは、電池冷却システム３００の概要図である。図５Ｂは、図５Ａの電池冷却システム３００のＶ－Ｖ断面の概要図である。

電池冷却システム３００は、冷媒液Ｆによる液浸冷却及び沸騰冷却で電池セル群１を冷却する点で特に他の電池冷却システム１００，２００と相違する。

電池冷却システム３００は、電池セル群１と、収容部３０と、を備える。

収容部３０は、電池セル群１及び冷媒液Ｆを収容する収容部材２１と、内蓋部材３１と、外蓋部材３２と、保持部材２３と、ファン１５と、を有する。

冷媒液Ｆは、絶縁性を有する液体である。かつ、冷媒液Ｆは、沸点が電池セル１の運転温度の最小値以下の液体である。つまり、冷媒液Ｆは、発熱した電池セル１ａとの熱交換によって気化する液体である。冷媒液Ｆは、例えばフッ素系不活性流体液のうち、沸点が電池セル１ａの運転温度の最小値よりも低いものが用いられる。また、冷媒液Ｆは、絶縁性を有しない冷媒液を用いることもできる。この場合には、電池セル群１に絶縁処理を施す構成にすればよい。

収容部材２１には、電池セル群１全体を浸す量の冷媒液Ｆが収容される。つまり、電池セル群１は、全体が冷媒液Ｆに浸漬されている。電池セル群１は、充分に冷却されるならば、切欠き溝１ｉの少なくとも一部まで冷媒液Ｆに浸されていればよい。

収容部３０の内部空間（収容部材２１と内蓋部材３１との間の空間）は、収容部材２１の開口部分を内蓋部材３１が覆うことで、密閉される。内蓋部材３１は、フィン構造のインナーフィンである。内蓋部材３１は、外蓋部材３２に覆われている。図５Ｂに示すように、内蓋部材３１と外蓋部材３２との間には、一方側に空気を取り込み可能な吸入口３３が設けられ、対向側に空気を排出するファン１５及び排出口３４が設けられる。吸入口３３とファン１５及び排出口３４との間は、空気が通過可能に連通している。なお、図５Ａ，５Ｂでは、構造を示すために、収容部材２１、内蓋部材３１、外蓋部材３２を離間させて図示している。

吸入口３３近傍の空気は、ファン１５が駆動することで吸入口３３から吸入されて、内蓋部材３１と外蓋部材３２との間の空間を通過し、ファン１５及び排出口３４より排出される。空気が内蓋部材３１と外蓋部材３２との間を通過して内蓋部材３１と接触することで、内蓋部材３１は冷却される。内蓋部材３１、外蓋部材３２、ファン１５、吸入口３３、排出口３４は、後述する気化した冷媒液Ｆを液化させる空気を流すための空冷機構を構成する。

冷媒液Ｆは、電池セル群１の表面（放熱面）にて熱交換を行い、電池セル群１を冷却する（液浸冷却）。それとともに、電池セル群１の表面（放熱面）近傍の冷媒液Ｆは、電池セル群１との熱交換により液温が上昇する。冷媒液Ｆの沸点は電池セル１ａの運転温度の最小値よりも小さいため、電池セル群１が発熱していると、冷媒液Ｆの液温が沸点を超える。つまり、冷媒液Ｆは気化する。冷媒液Ｆは気化する際に気化熱によって電池セル群１の表面（放熱面）からさらに熱を奪い、電池セル群１を冷却する。

冷媒液Ｆは、気化すると、内蓋部材３１側に向かって上昇する。上記したように内蓋部材３１はファン１５の駆動によって冷却されているため、気化した冷媒液Ｆは、内蓋部材３１の表面で凝縮液化され、電池セル群１側へ流下する。

このように、電池冷却システム３００は、沸点が電池セル１ａの運転温度の最小値以下である冷媒液Ｆを用いることで沸騰冷却によっても電池セル１ａ（電池セル群１）を冷却できる。電池セル１ａの切欠き部１ｈ（電池セル群１の切欠き溝１ｉ）は、上方に向かって開口しているため、気化した冷媒液Ｆが内蓋部材３１の方向へ上昇しやすい形状である。そのため、沸騰冷却による電池セル１ａ（電池セル群１）の冷却効果は、より発揮される。

なお、電池冷却システム３００は、ファン１５を吸入口３３に設けてもよい。当該構成によっても、ファン１５の駆動によって内蓋部材３１を冷却し、気化した冷媒液Ｆを凝縮液化させることができる。また、冷媒液Ｆは、気化熱によって電池セル１ａを充分に冷却できるならば、沸点が電池セル１ａの運転温度の最小値以上のものを用いてもよい。

（第４実施形態）
次に、図６を参照して、電池セル群１を冷却する第４の実施形態としての電池冷却システム４００について説明する。図６は、電池冷却システム４００の概要図である。なお、図６では、構造を示すために、収容部材２１、内蓋部材３１、外蓋部材３２を離間させて図示している。

電池冷却システム４００は、切欠き溝１ｉ内に冷媒供給部材としてのウィック４０が配置される点と、切欠き溝１ｉの一部が冷媒液Ｆに浸される（切欠き溝１ｉのうち冷媒液Ｆに浸されない箇所が現れる）点で特に他の電池冷却システム１００，２００，３００と相違する。

電池セル群１の切欠き溝１ｉ内には、ウィック４０が配置される。ウィック４０は、毛細管現象により冷媒液Ｆを吸い上げる毛細管構造を有する部材であって、例えば多孔性弾性体や綿部材などである。ウィック４０は、切欠き溝１ｉの内壁と接触する形状に形成される。

収容部材２１には、少なくとも電池セル群１の切欠き溝１ｉの一部を浸す程度の量の冷媒液Ｆが収容されている。冷媒液Ｆの液面Ｆａの高さは、切欠き溝１ｉ及びウィック４０の一部に達するまでの高さである。

ウィック４０は、毛細管現象によって、冷媒液Ｆに浸されている箇所から冷媒液Ｆに浸されていない部分（図６で言えばウィック４０のうち、液面Ｆａよりも内蓋部材３１側の部分）に向かって冷媒液Ｆを吸い上げて、全体が冷媒液Ｆに浸潤される。切欠き溝１ｉの内壁面は、冷媒液Ｆに浸潤されるウィック４０と接触していることで、冷媒液Ｆと接触する。電池セル群１は、冷媒液Ｆに浸っている部分とウィック４０によって冷媒液Ｆに接触する部分にて、冷媒液Ｆとの熱交換が行われて冷却される。また、電池セル群１の表面（放熱面）と接触する冷媒液Ｆは、電池セル群１との熱交換によって液温が沸点を超えると気化し、気化の際の気化熱でも電池セル群１を冷却する。

このように、電池冷却システム４００は、電池セル群１の切欠き溝１ｉ（電池セル１ａの切欠き部１ｈ）内に配置されるウィック４０を介して、冷媒液Ｆに浸漬されていない切欠き溝１ｉ（切欠き部１ｈ）の内壁に冷媒液Ｆを接触させる。これにより、冷媒液Ｆの使用量を減らしつつ、電池セル群１を効率よく冷却できる。

なお、ウィック４０は、電池セル群１を充分に冷却することが可能であれば、必ずしも切欠き溝１ｉの内壁全体と接触しなくてもよい。言い換えれば、ウィック４０の長さや幅は、電池セル群１を充分に冷却することが可能であれば、切欠き溝１ｉの長さや深さよりも短くても良い。

（第５実施形態）
次に、図７Ａ、図７Ｂを参照して、電池セル群１を冷却する第５の実施形態としての電池冷却システム５００について説明する。図７Ａは、電池冷却システム５００の概要図である。図７Ｂは、図７Ａの電池冷却システム５００のＶＩＩ－ＶＩＩ断面の概要図である。

電池冷却システム５００は、沸騰冷却にて気化した冷媒液Ｆをペルチェ素子５２にて液化する点で特に他の電池冷却システム１００、２００、３００、４００と相違する。

電池冷却システム５００は、電池セル群１と、収容部５０と、直流電源５３と、を備える。

収容部５０は、収容部材２１と、蓋部材５１と、ペルチェ素子５２と、を有する。

蓋部材５１は、収容部材２１の開口部を覆い、収容部材２１内部を密閉する部材である。なお、図７Ａ，７Ｂでは、構造を示すために、収容部材２１及び蓋部材５１を離間させて図示している。蓋部材５１には、ペルチェ素子５２が固定される。

ペルチェ素子５２は、吸熱部５２ａと、放熱部５２ｂと、吸熱部５２ａと放熱部５２ｂとの間に介在してＰ型半導体５２ｄとＮ型半導体５２ｅとを導電部材５２ｆ，５２ｇによって交互に接続させた接続部５２ｃと、リード電極５２ｈ，５２ｉと、を有する。

吸熱部５２ａ及び放熱部５２ｂは、熱伝導率性の大きい電気絶縁性に優れたセラミック材料から形成される。ペルチェ素子５２は、吸熱部５２ａにおける導電部材５２ｆが接触する面と反対の面を蓋部材５１に接触固定することで、蓋部材５１に固定される。

Ｐ型半導体５２ｄ及びＮ型半導体５２ｅは、一端が導電部材５２ｆを介して吸熱部５２ａと接合し、他端が導電部材５２ｇを介して放熱部５２ｂと接合している。また、接続部５２ｃのうち両端に位置する導電部材５２ｆ，５２ｆのそれぞれには、リード電極５２ｈ，５２ｉが接続される。

リード電極５２ｈ，５２ｉ間には、直流電源５３が接続される。直流電源５３は、リード電極５２ｈが正極となり、リード電極５２ｉが負極となるように接続される。

直流電源５３からペルチェ素子５２へ電流が印加されると、Ｎ→Ｐ接合部分（吸熱部５２ａ側）では吸熱現象が発生し、Ｐ→Ｎ接合部分（放熱部５２ｂ側）では放熱現象が発生する。これにより、吸熱部５２ａが接触固定する蓋部材５１が冷却される。

このように、電池冷却システム５００では、ペルチェ素子５２の冷却作用により蓋部材５１を冷却することで、気化した冷媒液Ｆを液化する。ペルチェ素子５２に印加する電流を制御することで、ペルチェ素子５２の冷却作用によって冷却される蓋部材５１の温度を制御することが可能である。蓋部材５１の温度を制御することで、空冷機構で気化した冷媒液Ｆを液化する場合では液化させることができない液化点の低い冷媒液Ｆを電池セル群１の冷却に用いることができる。また、電池冷却システム５００は、ペルチェ素子５２を用いることで、冷媒冷却機構を有する電池冷却システム２００や、空冷機構を有する電池冷却システム３００，４００よりもコンパクトにすることができる。

第１～第５実施形態では、電池セル１ａが複数の切欠き部１ｈを有する場合（電池セル群１が複数の切欠き溝１ｉを有する場合）を説明したが、切欠き部１ｈ（切欠き溝１ｉ）の形状は、（１）正極１ｂから負極１ｃにかけて貫通する、（２）電池セル１ａの電極同士を接触させて積層する構造を維持できる、の条件を満たせば、図１に示す形状に限られない。

図８Ａ～図８Ｃは、上記（１）（２）の条件を満たす形状の例である切欠き部２ｈ，３ｈが設けられる電池セル２ａ，３ａ及び孔４ｈが設けられる電池セル４ａを正極２ｂ～４ｂ方向から見た概要図である。図８Ａは、半円状の切欠き部２ｈが設けられる電池セル２ａを示す。図８Ｂは、正極３ｂ方向から見て上下左右の辺に切欠き部３ｈが設けられる電池セル３ａを示す。図８Ｃは、複数の孔４ｈが設けられる電池セル４ａを示す。切欠き部２ｈ，３ｈまたは孔４ｈは、いずれも（１）正極２ｂ～４ｂから負極２ｃ～４ｃにかけて貫通し（図示省略）、（２）電池セル２ａ～４ａの電極同士を接触させて積層する構造を維持できるものである。そのため、電池セル２ａ～４ａは、正極２ｂ～４ｂと負極２ｃ～４ｃとが接触するように積層することが可能である。

電池セル２ａ～４ａを複数個積層すると、隣り合う切欠き部２ｈ,３ｈ同士、または隣り合う孔４ｈ同士が連通して、切欠き溝２ｉ，３ｉまたは連通孔４ｉが設けられる電池セル群２～４が構成される。

電池セル群２～４は、いずれの電池冷却システム１００，２００，３００，４００，５００であっても、空気や冷媒液などの冷媒と接触した際に、効果的に冷却される。特に、切欠き溝２ｉ，３ｉ、または連通孔４ｉに冷媒が供給されて、切欠き溝２ｉ，３ｉの内壁（切欠き部２ｈ，３ｈの内壁）または連通孔４ｉの内壁（孔４ｈの内壁）に冷媒が接触することで、電池セル群２～４（電池セル２ａ～４ａ）の内側や中心部まで効率よく冷却される。

なお、沸騰冷却を伴う電池冷却システム３００，４００，５００は、気化した冷媒液Ｆが上方（内蓋部材３１や蓋部材５１の方向）へ上昇しやすい切欠き溝２ｉ、３ｉを有する電池セル群２，３を冷却するのに特に適している。

また、電池容量の観点で言えば、電池セル群１～４のうち、電池セル１ａ～４ａの電極（正極１ｂ～４ｂ及び負極１ｃ～４ｃ）の面積が最大限広くなる形状のセルで構成されるものが、最も電池容量を高くできる電池である。電池セル１ａ～４ａのうち電極の面積が最も広くできるのは櫛歯形状の電池セル１ａであるため、電池セル１ａから構成される電池セル群１が、最も電池容量が高い電池であって、かつ効果的に冷却される電池である。

以上の本実施形態の構成及び作用効果について、まとめて説明する。

本実施形態の電池は、電池セル１ａ～４ａを複数積層した電池セル群１～４を備える。電池セル１ａ～４ａは、第１の面に形成された正極１ｂ～４ｂと、第１の面の反対側の第２の面に形成された負極１ｃ～４ｃと、を有する。電池セル群１～４は、隣り合う電池セル１ａ～４ａの正極１ｂ～４ｂと負極１ｃ～４ｃとが接触するようにして構成される。電池セル４ａ～４ａには、正極１ｂ～４ｂから負極１ｃ～４ｃに貫通し、冷媒が供給される孔４ｈまたは切欠き１ｈ～３ｈが設けられる。

この構成によれば、電池セル１ａ～４ａは、孔４ｈまたは切欠き部１ｈ～３ｈが設けられることで、孔４ｈまたは切欠き部１ｈ～３ｈが設けられない場合よりも、表面（放熱面）の面積が広くなる。そのため、電池セル１ａ～４ａは、表面（放熱面）に空気や冷媒液などの冷媒が接触した際には、孔４ｈまたは切欠き部１ｈ～３ｈが設けられない場合よりも効率よく冷却される。また、電池セル１ａ～４ａは、孔４ｈまたは切欠き部１ｈ～３ｈが設けられることで、孔４ｈまたは切欠き部１ｈ～３ｈが設けられない場合よりも、電池セル１ａ～４ａの表面（放熱面）と電池セル１ａ～４ａの内部との距離が短くなる。そのため、孔４ｈまたは切欠き部１ｈ～３ｈ内に空気や冷媒液などの冷媒が供給された際には、電池セル１ａ～４ａの内部まで効率よく冷却される（請求項１に対応する効果）。

また、孔４ｈまたは切欠き部１ｈ～３ｈが設けられる電池セル１ａ～４ａを複数個積層すると、隣り合う孔４ｈまたは切欠き部１ｈ～３ｈ同士が連通して連通孔４ｉまたは切欠き溝１ｉ～３ｉが電池セル群１に設けられる。電池セル群１～４は、連通孔４ｉまたは切欠き溝１ｉ～３ｉが設けられることで、連通孔４ｉまたは切欠き溝１ｉ～３ｉが設けられない場合よりも、表面（放熱面）の面積が広くなる。そのため、電池セル群１～４は、表面（放熱面）に空気や冷媒液などの冷媒が接触した際には、連通孔４ｉまたは切欠き溝１ｉ～３ｉが設けられない場合よりも効率よく冷却される。また、電池セル群１～４は、連通孔４ｉまたは切欠き溝１ｉ～３ｉが設けられることで、連通孔４ｉまたは切欠き溝１ｉ～３ｉが設けられない場合よりも、電池セル群１～４の表面（放熱面）と電池セル群１～４の内部との距離が短くなる。そのため、連通孔４ｉまたは切欠き溝１ｉ～３ｉ内に空気や冷媒液などの冷媒が供給された際には、電池セル群１～４の内部まで効率よく冷却される（請求項１に対応する効果）。

また、電池冷却システム１００は、電池セル群１～４と、空気を孔４ｈ（連通孔４ｉ）または切欠き部１ｈ～３ｈ（切欠き溝１ｉ～３ｉ）へ供給する冷媒供給機構（収容部材１１、吸入口１２、排出口１３、ファン１５）と、を備える。

この構成によれば、電池冷却システム１００は、孔４ｈ（連通孔４ｉ）または切欠き部１ｈ～３ｈ（切欠き溝１ｉ～３ｉ）が設けられることで表面（放熱面）の面積が広くなった電池セル１ａ～４ａ（電池セル群１～４）に、空気を接触させることで、電池セル１ａ～４ａ（電池セル群１～４）を効率よく冷却できる。また、電池冷却システム１００は、電池セル１ａ～４ａ（電池セル群１）の内部との距離が短い孔４ｈ（連通孔４ｉ）または切欠き部１ｈ～３ｈ（切欠き溝１ｉ～３ｉ）内に空気を供給することで、電池セル１ａ～４ａ（電池セル群１～４）の内部まで効率よく冷却できる（請求項２に対応する効果）。

また、電池冷却システム２００は、電池セル群１～４と、電池セル群１～４と冷媒液Ｒとを収容する収容部材２１と、冷媒液Ｒを冷却するラジエータ２５と、を備える。電池セル群１～４は、少なくとも連通孔４ｉまたは切欠き溝１ｉ～３ｉの一部まで冷媒液Ｒに浸されている。

この構成によれば、電池冷却システム２００は、孔４ｈ（連通孔４ｉ）または切欠き部１ｈ～３ｈ（切欠き溝１ｉ～３ｉ）が設けられることで表面（放熱面）の面積が広くなった電池セル１ａ～４ａ（電池セル群１～４）に、収容部２０－ラジエータ２５を循環して低温に保たれる冷媒液Ｒを接触させることで、電池セル１ａ～４ａ（電池セル群１～４）を効率よく冷却できる。また、電池冷却システム２００は、電池セル１ａ～４ａ（電池セル群１）の内部との距離が短い孔４ｈ（連通孔４ｉ）または切欠き部１ｈ～３ｈ（切欠き溝１ｉ～３ｉ）内に冷媒液Ｒを供給することで、電池セル１ａ～４ａ（電池セル群１～４）の内部まで効率よく冷却できる（請求項３に対応する効果）。なお、電池冷却システム２００のポンプ２４、ラジエータ２５、パイプ２６～２８が、冷媒供給機構も構成する。

また、電池冷却システム３００は、冷媒が、沸点が電池セル１ａの運転温度の最小値以下である冷媒液Ｆである。また、冷却機構として、気化した冷媒液Ｆを空冷で液化させる空冷機構（内蓋部材３１、外蓋部材３２、ファン１５、吸入口３３、排出口３４）を備える。

この構成によれば、電池冷却システム３００は、冷媒液Ｆの沸騰冷却によっても電池セル１ａ～４ａ（電池セル群１～４）を冷却できる（請求項４、５に対応する効果）。

また、電池冷却システム５００は、冷媒が、沸点が電池セル１ａの運転温度の最小値以下である冷媒液Ｆである。また、気化した冷媒液Ｆを液化させるペルチェ素子５２を備える。

この構成によれば、電池冷却システム５００は、冷媒液Ｆの沸騰冷却によっても電池セル１ａ～４ａ（電池セル群１～４）を冷却できる（請求項６に対応する効果）。

また、電池冷却システム５００では、ペルチェ素子５２に印加する電流を制御することで、ペルチェ素子５２の冷却作用によって冷却される蓋部材５１の温度を制御することが可能である。そのため、空冷機構で気化した冷媒液Ｆを液化させる場合では液化させることができない液化点の低い冷媒液を電池セル１ａ～４ａ（電池セル群１～４）の冷却に用いることができる（請求項６に対応する効果）。

また、電池冷却システム４００は、連通孔４ｉまたは切欠き溝１ｉ～３ｉ内に配置される、毛細管現象により冷媒液Ｆを吸い上げて冷媒液Ｆに浸っていない部分に冷媒液Ｆを接触させるウィック４０をさらに備える。

この構成によれば、冷媒液Ｆの使用量を減らしつつ、電池セル１ａ～４ａ（電池セル群１～４）を効率よく冷却できる（請求項７に対応する効果）。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１，２，３，４ 電池セル群
１ａ，２ａ，３ａ，４ａ 電池セル
１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂ 正極
１ｃ，２ｃ，３ｃ，４ｃ 負極
１ｈ，２ｈ，３ｈ 切欠き部（切欠き）
４ｈ 孔
１１ 収容部材（冷媒供給機構）
１２ 吸入口（冷媒供給機構）
１３ 排出口（冷媒供給機構）
１５ ファン（冷媒供給機構、空冷機構）
２１ 収容部材
２４ ポンプ（冷媒供給機構）
２５ ラジエータ（冷媒冷却機構、冷媒供給機構）
２６，２７，２８ パイプ（冷媒供給機構）
３１ 内蓋部材（冷却機構、空冷機構）
３２ 外蓋部材（冷却機構、空冷機構）
３３ 吸入口（冷却機構、空冷機構）
３４ 排出口（冷却機構、空冷機構）
４０ ウィック（冷媒供給部材）
５２ ペルチェ素子（冷却機構）
Ｒ 冷媒液（冷媒）
Ｆ 冷媒液（冷媒）
１００，２００，３００，４００，５００ 電池冷却システム

Claims (7)

1. 電池セルを複数積層した電池セル群を備えた電池であって、
   前記電池セルは、第１の面に形成された正極と、前記第１の面の反対側の第２の面に形成された負極と、を有し、
   前記電池セル群は、隣り合う前記電池セルの前記正極と前記負極とが接触するようにして構成され、
   前記電池セルには、前記正極から前記負極に貫通し、冷媒が供給される切欠きが設けられる、
   ことを特徴とする電池。
2. 請求項１に記載の電池と、
   前記冷媒を前記切欠きへ供給する冷媒供給機構と、
   を備える、
   ことを特徴とする電池冷却システム。
3. 請求項１に記載の電池と、
   前記電池と前記冷媒とを収容する収容部材と、
   前記冷媒を冷却する冷却機構と、を備え、
   前記冷媒は、液体であって、
   前記電池は、少なくとも前記切欠きの一部まで前記冷媒に浸されている、
   ことを特徴とする電池冷却システム。
4. 請求項３に記載の電池冷却システムであって、
   前記冷媒の沸点は前記電池セルの運転温度の最小値以下である、
   ことを特徴とする電池冷却システム。
5. 請求項４に記載の電池冷却システムであって、
   前記冷却機構は、気化した前記冷媒を空冷で液化させる空冷機構である、
   ことを特徴とする電池冷却システム。
6. 請求項４に記載の電池冷却システムであって、
   前記冷却機構は、気化した前記冷媒を液化させるペルチェ素子を備える、
   ことを特徴とする電池冷却システム。
7. 請求項３から６のいずれかひとつに記載の電池冷却システムであって、
   前記切欠き内に配置され、毛細管現象により前記冷媒を吸い上げて前記冷媒に浸っていない部分に前記冷媒を接触させる冷媒供給部材をさらに備える、
   ことを特徴とする電池冷却システム。

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