WO2014103592A1 - 電池装置 - Google Patents

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WO2014103592A1
WO2014103592A1 PCT/JP2013/081752 JP2013081752W WO2014103592A1 WO 2014103592 A1 WO2014103592 A1 WO 2014103592A1 JP 2013081752 W JP2013081752 W JP 2013081752W WO 2014103592 A1 WO2014103592 A1 WO 2014103592A1
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WO
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unit cell
cooling plate
plate
battery device
cell
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Application number
PCT/JP2013/081752
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English (en)
French (fr)
Inventor
和幸 坂本
洋介 空
Original Assignee
日産自動車株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery device having a plurality of batteries.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2012-286516 filed on Dec. 28, 2012.
  • the contents described in the application are incorporated into the present application by reference and made a part of the description of the present application.
  • a battery device is known in which square batteries are stacked through an endothermic plate and a cooling pipe that is thermally coupled to the endothermic plate is provided to uniformly cool a large number of batteries (see, for example, Patent Document 1).
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery device capable of minimizing heat conduction from a single cell to an adjacent single cell when the temperature of the single cell reaches a predetermined temperature or higher. It is.
  • the present invention relates to a single cell stacked via a cooling plate, and a cooling plate and a single cell when the temperature of the single cell is equal to or higher than a predetermined temperature by contact maintaining means for maintaining the contact between the cooling plate and the single cell.
  • the above-mentioned problem is solved by making the contact area S2 of the cell smaller than the contact area S1 of the cooling plate and the cell when the temperature of the cell is lower than a predetermined temperature (S1> S2).
  • the contact area between the cooling plate and the unit cell is relatively increased by the contact maintaining means, so that the cooling efficiency of the unit cell by the cooling plate is improved. Can be made.
  • the contact area between the cooling plate and the unit cell is relatively reduced by the contact maintaining means, so that the heat of the unit cell is conducted to the adjacent unit cell. This can be suppressed.
  • FIG. 1 (A) and 1 (B) are front views showing the battery device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (A) is a diagram in a normal case
  • FIG. 1 (B) is a diagram showing a case where a single cell having a predetermined temperature or higher is included.
  • FIG. 2 is a plan view showing a single battery constituting the battery device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 4A and 4B are cross-sectional views showing a modification of the cooling plate according to the first embodiment of the present invention, and
  • FIG. 4A is a view showing the first modification.
  • (B) is a figure showing the 2nd modification.
  • FIG. 5 (A) and 5 (B) are front views showing the battery device according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 (A) is a diagram in the case of normal times
  • FIG. 5 (B) is a diagram showing a case where a single cell having a predetermined temperature or higher is included.
  • FIG. 1A is a front view showing the battery device 1 in a normal state of the present embodiment
  • FIG. 1B shows one of the single cells 2 constituting the battery device 1 (the single cell 2B in this example).
  • 2 is a plan view showing a single cell 2 of this embodiment
  • FIG. 3 is a sectional view showing a single cell 2 in the present embodiment
  • FIG. 4 (A) and 4 (B) are cross-sectional views showing modifications of the cooling plate 3 in the present embodiment.
  • the battery device 1 includes five unit cells 2 stacked via a cooling plate 3, and the unit cells 2 stacked.
  • the first end plate 41 disposed above, the second end plate 42 disposed below the stacked unit cells 2, and the first and second end plates 41, 42 are connected and fixed.
  • the connecting member 5 and an elastic member 61 provided between the stacked unit cells 2 and the first end plate 41 are provided.
  • the unit cell 2 in the present embodiment is a flat type battery as shown in FIGS.
  • nonaqueous electrolyte secondary batteries such as a lithium ion secondary battery
  • the structure in case the cell 2 is a lithium ion secondary battery is demonstrated.
  • FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B) among the stacked unit cells 2, the upper three in the figure are also referred to as unit cell 2A, unit cell 2B, and unit cell 2C in order.
  • the unit cell 2 includes three positive plates 201, five separators 202, three negative plates 203, a positive tab 204, and a negative tab 205 (in FIG. 3). (Not shown), an upper exterior member 206, a lower exterior member 207, and an electrolyte (not shown).
  • the positive electrode plate 201, the separator 202, the negative electrode plate 203, and the electrolyte are particularly referred to as a power generation element 208.
  • the power generation element 208 is configured by alternately stacking the positive electrode plate 201 and the negative electrode plate 203 with the separator 202 interposed therebetween.
  • the three positive plates 201 are respectively connected to the positive tab 204 made of metal foil via the positive current collector 201a, and the three negative plates 203 are connected to the negative current collector 203a. Similarly, they are connected to the negative electrode tab 205 made of metal foil.
  • the positive electrode plate 201 is obtained by laminating positive electrode layers 201b and 201c on a part of the positive electrode current collector 201a extending to the positive electrode tab 204.
  • the negative electrode plate 203 The negative electrode layers 203b and 203c are laminated on a part of the negative electrode side current collector 203a extending to the negative electrode tab 205 (not shown in the figure).
  • the positive electrode plate 201, the separator 202, and the negative electrode plate 203 which comprise the electric power generation element 208 are not limited to the above number.
  • the positive electrode plate 201, the separator 202, and the negative electrode plate 203 which comprise the electric power generation element 208 are not limited to the above number.
  • even one positive plate, three separators, and one negative plate can be configured as a power generation element, and can be configured by selecting the number of positive plates, separators, and negative plates as required. it can.
  • FIG. 3 shows a cross section (a cross section taken along the line III-III in FIG. 2) from the positive electrode plate 201 to the positive electrode tab 204 of the power generation element 208, and the negative electrode plate 203 and the negative electrode tab 205 are also shown in FIG.
  • the positive electrode plate 201 and the positive electrode tab 204 shown have substantially the same structure.
  • the positive electrode plate 201 (positive electrode current collector 201a) between the end of the laminated electrode body of the power generation element 208 (the positive electrode plate 201, the separator 202 and the negative electrode plate 203 laminated together) and the positive electrode tab 204, and
  • the negative electrode plate 203 (negative electrode side current collector 203a) between the end of the laminated electrode body and the negative electrode tab 205 is notched in half or less so as not to contact each other in the plan view shown in FIG. It is.
  • the positive electrode tab 204 and the negative electrode 205 may be led out in opposite directions.
  • the power generation element 208 described above is housed and sealed between the upper exterior member 206 and the lower exterior member 207 as shown in FIG.
  • the upper exterior member 206 and the lower exterior member 207 are formed of a flexible material.
  • the upper exterior member 206 and the lower exterior member 207 in the present embodiment are configured by a laminate film including an inner resin layer, a metal layer, and an outer resin layer.
  • the inner resin layer of this laminate film can be composed of a resin film excellent in electrolytic solution resistance and heat fusion property, such as polyethylene, modified polyethylene, polypropylene, modified polypropylene, or ionomer.
  • the metal layer can be composed of, for example, a metal foil such as aluminum, and the outer resin layer can be composed of, for example, a resin film excellent in electrical insulation such as a polyamide-based resin or a polyester-based resin. Can do.
  • These exterior members 206 and 207 enclose part of the electrode tabs 204 and 205 and the power generation element 208, and in the space formed by the exterior members 206 and 207, lithium perchlorate or borofluoride is added to the organic liquid solvent.
  • the space is brought into a vacuum state while injecting a liquid electrolyte having lithium salt such as lithium or lithium hexafluorophosphate as a solute.
  • the outer peripheral portions of the exterior members 206 and 207 are heat-sealed by hot pressing, so that a part of the electrode tabs 204 and 205 and the power generation element
  • the unit cell 2 in which 208 is accommodated between the exterior members 206 and 207 and sealed can be obtained.
  • Such single cell 2 when a predetermined temperature t 1 above, as a single battery 2B shown in FIG. 1 (B), the thickness of the vertical direction in FIG expands (the stacking direction of the unit cells 2) Increased shape. In this case, the expanded unit cell 2B applies the pressing force F1B accompanying the expansion upward in the figure.
  • the predetermined temperature t 1 is a temperature at which the unit cell 2 starts to expand due to a short circuit inside the unit cell 2, and one of the factors that determine the predetermined temperature t 1 is, for example, Examples include the boiling point of the liquid electrolyte filled in the battery 2 and the melting point of the separator 202.
  • the melting point of the separator 202 is about 165 ° C.
  • a total of five unit cells 2 are stacked and arranged in the battery device 1 in the present embodiment, and between adjacent unit cells 2.
  • a cooling plate 3 to be described later is interposed between the two.
  • the battery device 1 is used by connecting the electrode tabs 204 and 205 of the stacked unit cells 2 in series or in parallel.
  • the number of the single cells 2 included in the battery device 1 and the method for connecting the single cells 2 are not particularly limited.
  • the cooling plate 3 in the present embodiment is a member for suppressing the temperature rise of the cell 2 when the battery device 1 is used, and has a flat plate shape slightly larger than the upper surface of the cell 2. As shown in FIG. 1A, the cooling plate 3 is in contact with two unit cells 2 that sandwich the cooling plate 3 from above and below in the drawing. As a member which comprises the cooling plate 3, the member excellent in heat dissipation is preferable, and aluminum, stainless steel, etc. can be illustrated as such a member. In the following description, among the cooling plates 3 in FIGS. 1 (A) and 1 (B), the one disposed adjacent to the upper side of the unit cell 2B is also referred to as the cooling plate 3A, and the unit cell 2B. What is disposed adjacent to the lower side is also referred to as a cooling plate 3B.
  • the cooling plate has a structure in which two flat plate main body portions 31 are arranged in parallel as in the cooling plate 3B shown in FIG. 32 may be provided. Further, the structure of the cooling plate may be a structure in which the heat pipe 33 is provided between the two plate main body portions 31 as in the cooling plate 3C shown in FIG. 4B, for example. In these cases, since the heat radiation amount of the cooling plate increases, the temperature rise of the cooling plate can be suppressed.
  • the fins 32 and the heat pipes 33 correspond to an example of the heat radiating means of the present invention.
  • the cells 2 and the cooling plates 3 are alternately stacked, but the present invention is not particularly limited thereto.
  • the cooling plate 3 may be provided via a plurality of single cells 2.
  • the cooling plate 3 is provided with through holes 34 into the right and left sides of the drawing in which through bolts 51 of the connecting member 5 described later can be inserted. ing. A through bolt 51 is inserted into the through hole 34, and the cooling plate 3 is held by the through bolt 51 so as to be movable up and down.
  • the method for holding the cooling plate 3 is not particularly limited.
  • an extension portion that can be extended so as to allow vertical movement of the cooling plate may be provided between the cooling plate and the connecting member to fix the cooling plate and the connecting member.
  • the cooling plate may be held only by the force by which the cooling plate is sandwiched between the single cells 2 without fixing the cooling plate to the connecting member.
  • an elastic member 61 is provided above the unit cell 2A in the drawing.
  • the elastic member 61 has a flat plate shape having a size substantially equal to the upper surface of the unit cell 2 and is made of an elastic member.
  • Examples of such members include rubber materials and elastomers having heat resistance such as silicone rubber, fluorine rubber, and natural rubber, and spring materials such as coil springs and leaf springs.
  • the first end plate 41 is disposed on the upper part of the battery device 1, and is formed of a steel material such as flat iron or stainless steel.
  • the second end plate 42 is also formed of a flat steel material such as iron or stainless steel, and is disposed at the lower part of the battery device 1.
  • the first end plate 41 is provided with a through hole 411 into which a later-described through bolt 51 of the connecting member 5 can be inserted, and the second end plate 42 is also provided with the through-bolt 51 of the connecting member 5.
  • An insertable through hole 421 is provided.
  • the first and second end plates 41 and 42 are connected by a connecting member 5.
  • the elastic member 61 in the normal state presses the unit cell 2A with a pressing force F1 A (elastic force) along the stacking direction of the unit cells 2, as shown in FIG.
  • the pressure F1 A is equal to or greater than the pressing force F2 A acting in the stacking direction of the single cells 2 with a slight expansion of the single cells 2 in normal times (F1 A ⁇ F2 A ).
  • the unit cell 2 and the cooling plate 3 adjacent to the unit cell 2 have an area S1 (a portion marked with a pattern in FIG. 2) over substantially the entire upper surface of the unit cell 2. 3 is in contact.
  • a is normal, indicating that the state of all of the cells 2 constituting the battery device 1 is below the predetermined temperature t 1.
  • the pressing force F1 B (elastic force) of the elastic member 61 when the single cell 2 is inflated with a predetermined temperature t 1 above, the pressing force F2 B which by the expansion of the cells 2 cells 2 are added in the stacking direction (F2 B > F1 B ).
  • the pressing force F1 A and the pressing force F1 B can be appropriately adjusted by a method such as changing the member constituting the elastic member 61 or changing the shape of the elastic member 61.
  • the battery device 1 only one elastic member 61 is provided, but two or more elastic members may be provided. In this case, all of the sum of the elastic force the elastic member is added either to one of the cells 2 at the normal time is equivalent to the pressing force F1 A. Further, when any one unit cell 2 expands at a predetermined temperature t 1 or more, the sum of the elastic forces of all elastic members applied to the expanded unit cell 2 becomes the pressing force F1 B. Equivalent to.
  • the elastic member 61 in this embodiment is provided between the 1st end plate 41 and the single battery 2A, it is not specifically limited to this.
  • the elastic member 61 may be provided between the second end plate 42 and the unit cell 2, or may be provided between the unit cell 2 and the cooling plate 3.
  • a first elastic member 61 is provided between the first end plate 41 and the unit cell 2A.
  • the unit cells 2A are pressed downward by the pressing force F1 A in the figure by the elastic member 61.
  • the pressure F1 a the unit cells 2 is equal to or greater than the magnitude of the pressing force F2 a applied to the upper direction in the drawing by a slight expansion of the unit cell 2 at the time of normal (F1 a ⁇ F2 a).
  • the unit cell 2 is in contact with the adjacent cooling plate 3 in the area S1 over the substantially whole area of the upper surface of the unit cell 2 in the normal state. For this reason, the heat of the single cell 2 at the time of use of the battery apparatus 1 can be efficiently conducted to the cooling plate 3, and the temperature rise of the single cell 2 can be effectively suppressed.
  • the pressing force F1 B elastic force
  • the pressing force F2 B which unit cells 2 are added by the expansion of the unit cell 2 (F2 B > F1 B ). Therefore, if one of the cells 2 constituting the battery device 1 (the unit cell 2B in this example) is inflated by a predetermined temperature t 1 or more, as shown in FIG. 1 (B), the single As the battery 2B expands, the distance between the single battery 2B and the cooling plates 3A and 3B adjacent to the single battery 2B increases.
  • the contact area S2 between the expanded unit cell 2B and the cooling plates 3A and 3B is smaller than the contact area S1 during normal operation (S1> S2), and the heat of the expanded unit cell 2B is adjacent to the adjacent unit cell 2B. Conduction to the batteries 2A and 2C can be suppressed.
  • the unit cell 2 in the present embodiment has a structure in which the power generation element 208 is accommodated by laminate films 206 and 207 that are flexible members. The suppression effect can be obtained.
  • the contact area between the unit cell 2 and the cooling plate 3 is adjusted by using the elastic force of the elastic member 61 provided between the first end plate 41 and the unit cell 2A. Therefore, the contact maintaining means can be configured with a simple configuration.
  • FIG. 1 A) and 5 (B) are front views of the battery device 1B according to the second embodiment of the present invention.
  • the battery device 1B according to the second embodiment includes a housing 7 instead of the first and second end plates 41 and 42, the connecting member 5, and the elastic member 61, and the configuration of the cooling plate 35 is different. Since this is the same as the first embodiment described above, only the parts different from the first embodiment will be described, the same reference numerals as those in the first embodiment will be given, and the description thereof will be omitted.
  • the battery device 1B in the present embodiment includes five unit cells 2 stacked via a cooling plate 35, the cooling plate 35, and the unit cell 2. And a housing 7 provided so as to surround the.
  • the cooling plate 35 in the present embodiment is a member for suppressing a temperature rise of the unit cell 2 when the battery device 1B is used, and has a flat plate shape slightly larger than the upper surface of the unit cell 2. As shown in FIG. 5A, the cooling plate 35 is in contact with the two single cells 2 that sandwich the cooling plate 35 from above and below in the drawing.
  • the member constituting the cooling plate 35 a member excellent in heat dissipation is preferable, and examples of such a member include aluminum and stainless steel.
  • the cooling plate 35A the one disposed adjacent to the upper side of the unit cell 2B is also referred to as the cooling plate 35A, and the unit cell 2B. What is disposed adjacently below is also referred to as a cooling plate 35B.
  • the housing 7 has a rectangular outer shape, and the housing 7 has a single unit laminated via a cooling plate 35.
  • a battery 2 is accommodated.
  • a member constituting the housing 7 a member having excellent heat dissipation such as aluminum or stainless steel can be exemplified.
  • FIG. 5 (A) the inner surface 71 of the housing 7 on the inner surface 71 in the normal state (when the temperature of all the unit cells 2 is lower than the predetermined temperature t 1 ) is shown in FIG.
  • the upward direction of the maximum friction force (the maximum static friction force) F3 max is in the single cell 2 is the figure by a slight expansion of the unit cell 2 at the time of normal in this frictional force F3 Is equal to or greater than the pressing force F2 A applied to (F3 max ⁇ F2 A ).
  • the cooling plate 35 and the single cell 2 can be held in a state where they are in contact with each other over an area S1 that covers substantially the entire upper surface of the single cell 2.
  • fever of the cell 2 in normal time can be efficiently conducted to the cooling plate 35, and the temperature rise of the cell 2 can be suppressed effectively.
  • the edge part 36 of the cooling plate 35 in this embodiment is equivalent to an example of the contact part of this invention.
  • the maximum frictional force F3 max can be adjusted as appropriate by changing the type of metal material constituting the cooling plate 35 or changing the shape of the cooling plate 35.
  • the battery apparatus 1B in this embodiment is provided with a gap 72 above the inside of the housing 7 in a normal state. Therefore, when one of the cells 2 constituting the battery unit 1B (for single cell 2B in this example) is inflated by a predetermined temperature t 1 or more, as shown in FIG. 5 (B), the cooling plate 35A and the unit cell 2A are pushed up into the gap 72, and the distance between the unit cell 2B and the cooling plates 35A and 35B adjacent to the unit cell 2B increases.
  • the contact area S2 between the expanded unit cell 2B and the cooling plates 35A and 35B is smaller than the contact area S1 in the normal state (S1> S2), and the heat of the expanded unit cell 2B is adjacent to the adjacent unit. Conduction to the batteries 2A and 2C can be suppressed.
  • gap 72 is provided should just be the space which accept
  • the battery device 1B in the present embodiment also includes the unit cell 2 having a structure in which the power generation element 208 is accommodated by laminate films 206 and 207, which are flexible members, as shown in FIG. The effect of heat suppression can be obtained.
  • the structure of the cooling plate may be a structure such as the cooling plate 3B shown in FIG. 4 (A) or the cooling plate 3C shown in FIG. 4 (B). In these cases, since the heat radiation amount of the cooling plate increases, the temperature rise of the cooling plate can be suppressed.
  • the contact area between the unit cell 2 and the cooling plate 35 is reduced by using only the maximum frictional force F3 max generated between the end portion 36 of the cooling plate 35 and the inner surface 71 of the housing 7. It is adjusted. For this reason, it is not necessary to use the other member for adjusting the said contact area, and the enlargement of the battery apparatus 1B can be suppressed.

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Abstract

電池装置１は、冷却プレート３と、冷却プレート３を介して積層された単電池２と、単電池２と冷却プレート３との接触を維持する接触維持手段６１と、を備え、下記（１）式を満たすことを特徴とする。　Ｓ１＞Ｓ２・・・（１）　ただし、上記（１）式において、Ｓ１は単電池の温度が所定温度未満の場合における単電池２と冷却プレート３との接触面積であり、Ｓ２は単電池の温度が所定温度以上の場合における単電池２と冷却プレート３との接触面積である。

Description

電池装置
　本発明は、複数の電池を有する電池装置に関するものである。
　本出願は、２０１２年１２月２８日に出願された日本国特許出願の特願２０１２－２８６５１６に基づく優先権を主張するものであり、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、上記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。
　吸熱プレートを介して角型電池を積層すると共に、当該吸熱プレートと熱結合している冷却パイプを備え、多数の電池を均一に冷却する電池装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００９－９８８９号公報
　上記の技術では、角型電池の１つが高温になり、吸熱プレートの吸熱量を超過してしまうと、当該吸熱プレートも高温となる。このため、隣接する角型電池に吸熱プレートの熱が伝導し、隣接する当該角型電池も高温となる場合があるという問題がある。
　本発明が解決しようとする課題は、単電池の温度が所定温度以上となった場合に、当該単電池から隣接する単電池への熱伝導を最小限に抑えることができる電池装置を提供することである。
　本発明は、冷却プレートを介して積層された単電池において、当該冷却プレートと単電池との接触を維持する接触維持手段により、当該単電池の温度が所定温度以上の場合における冷却プレートと単電池との接触面積S２を、当該単電池の温度が所定温度未満の場合における冷却プレートと単電池との接触面積S１よりも小さくする（S１＞S２）ことにより上記課題を解決する。
　本発明によれば、単電池の温度が所定温度未満の時は、接触維持手段によって冷却プレートと単電池との接触面積が相対的に大きくなるため、冷却プレートによる当該単電池の冷却効率を向上させることができる。
　また、単電池の温度が所定温度以上となった際は、接触維持手段によって冷却プレートと単電池との接触面積が相対的に小さくなるため、当該単電池の熱が隣の単電池に伝導することを抑制することができる。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明の第１実施形態における電池装置を示す正面図であり、図１（Ａ）は平常時の場合における図であり、図１（Ｂ）は所定温度以上の単電池を有する場合を示す図である。 図２は、本発明の第１実施形態における電池装置を構成する単電池を示す平面図である。 図３は、図２のIII―III線に沿った断面図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は本発明の第１実施形態における冷却プレートの変形例を示す断面図であり、図４（Ａ）は第１変形例を示す図であり、図４（Ｂ）は第２変形例を示す図である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明の第２実施形態における電池装置を示す正面図であり、図５（Ａ）は平常時の場合における図であり、図５（Ｂ）は所定温度以上の単電池を有する場合を示す図である。
<<第１実施形態>>
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１（Ａ）は本実施形態の平常時における電池装置１を示す正面図であり、図１（Ｂ）は電池装置１を構成する単電池２の1つ（本例では単電池２Ｂ）が所定温度ｔ１以上である場合を示す正面図であり、図２は本実施形態における単電池２を示す平面図であり、図３は本実施形態における単電池２を示す断面図であり、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は本実施形態における冷却プレート３の変形例を示す断面図である。
　本実施形態における電池装置１は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、冷却プレート３を介して積層された５個の単電池２と、積層された当該単電池２の上方に配置された第１のエンドプレート４１と、積層された単電池２の下方に配置された第２のエンドプレート４２と、第１及び第２のエンドプレート４１、４２を連結して固定する連結部材５と、積層された単電池２と第１のエンドプレート４１との間に設けられた弾性部材６１と、を備えている。
　本実施形態における単電池２は、図２及び図３に示すように、扁平型の電池である。この単電池２としては、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池を挙げることができる。以下においては、単電池２がリチウムイオン二次電池である場合の構成について説明する。また、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）において、積層された単電池２のうち図中の上側３つについて順に単電池２Ａ、単電池２Ｂ、単電池２Ｃとも称する。
　単電池２は、図２及び図３に示すように、３枚の正極板２０１と、５枚のセパレータ２０２と、３枚の負極板２０３と、正極タブ２０４と、負極タブ２０５（図３において不図示）と、上部外装部材２０６と、下部外装部材２０７と、特に図示しない電解質と、から構成されている。本実施形態では、このうちの正極板２０１、セパレータ２０２、負極板２０３及び電解質を特に発電要素２０８と称する。
　この発電要素２０８は、セパレータ２０２を介して、正極板２０１と負極板２０３とが交互に積層されることにより構成されている。そして、３枚の正極板２０１は、正極側集電体２０１ａを介して、金属箔製の正極タブ２０４にそれぞれ接続されており、３枚の負極板２０３は、負極側集電体２０３ａを介して、同様に金属箔製の負極タブ２０５にそれぞれ接続されている。
　また、正極板２０１は、図３に示すように、正極タブ２０４まで延びている正極側集電体２０１ａの一部に正極層２０１ｂ、２０１ｃを積層したものであり、同様に、負極板２０３は、負極タブ２０５（同図において不図示）まで延びている負極側集電体２０３ａの一部に負極層２０３ｂ、２０３ｃを積層したものである。
　なお、発電要素２０８を構成する正極板２０１、セパレータ２０２、及び負極板２０３は、上記の枚数に何ら限定されない。例えば、１枚の正極板、３枚のセパレータ、１枚の負極板でも発電要素として構成することができ、必要に応じて、正極板、セパレータ、負極板の枚数を選択して構成することができる。
　ここで、本実施形態における単電池２は、図２に示すように、外装部材２０６、２０７の一辺から正極タブ２０４と負極タブ２０５とが、並んで導出している。このため、図３では、発電要素２０８の正極板２０１から正極タブ２０４に至る断面（図２のIII-III線に沿った断面）を図示し、負極板２０３及び負極タブ２０５も、図３に示す正極板２０１及び正極タブ２０４と実質的に同一の構造となっている。ただし、発電要素２０８の積層電極体（相互に積層された正極板２０１、セパレータ２０２および負極板２０３）の端部から正極タブ２０４に至る間の正極板２０１（正極側集電体２０１ａ）、および、積層電極体の端部から負極タブ２０５に至る間の負極板２０３（負極側集電体２０３ａ）は、図２に示す平面視において、互いに接触することがないように、半分以下に切り欠かれている。なお、特に図示しないが、正極タブ２０４及び負極２０５は、相反する方向に導出していてもよい。
　上述した発電要素２０８は、図３に示すように、上部外装部材２０６と、下部外装部材２０７との間に収容されて、封止されている。これら上部外装部材２０６及び下部外装部材２０７は、可撓性を有する材料で形成されている。本実施形態における上部外装部材２０６及び下部外装部材２０７は、内側樹脂層、金属層、および外側樹脂層から成るラミネートフィルムで構成されている。
　このラミネートフィルムの内側樹脂層としては、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、または、アイオノマー等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムで構成することができる。また、金属層としては、たとえば、アルミニウム等の金属箔で構成することができ、外側樹脂層としては、たとえば、ポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成することができる。
　そして、これらの外装部材２０６、２０７によって、電極タブ２０４、２０５の一部と発電要素２０８を包み込み、当該外装部材２０６、２０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウムやホウフッ化リチウム、六フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、当該空間を真空状態とする。そして、電極タブ２０４、２０５を外装部材２０６、２０７から導出させた状態で当該外装部材２０６、２０７の外周部分を熱プレスにより熱融着することで、電極タブ２０４、２０５の一部および発電要素２０８が外装部材２０６、２０７の間に収容されて封止された単電池２を得ることができる。
　この様な単電池２が、所定温度ｔ１以上になると、図１（Ｂ）に示す単電池２Ｂのように、膨張して図中の上下方向（単電池２の積層方向）の厚さが増加した形状となる。この場合に、膨張した単電池２Ｂは、当該膨張に伴う押圧力Ｆ１Bを図中の上方向に加える。
　なお、所定温度ｔ１とは、単電池２の内部での短絡等により単電池２が膨張し始める時の温度であり、この所定温度ｔ１を決定する要因の1つとしては、例えば、単電池２の内部に充填した液体電解質の沸点や、セパレータ２０２の融点等を挙げることができる。因みに、ポリプロピレン（ＰＰ）製のセパレータ２０２を用いた場合における当該セパレータ２０２の融点は、１６５℃程度である。
　本実施形態における電池装置１には、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、合計５個の単電池２が積層されて配置されており、隣り合う単電池２同士の間には、後述する冷却プレート３が介装されている。電池装置１は、これらの積層された単電池２の電極タブ２０４、２０５を互いに直列又は並列に接続して使用される。なお、電池装置１内が有する単電池２の数や、単電池２同士の接続方法は特に限定されない。
　本実施形態における冷却プレート３は、電池装置１の使用時における単電池２の温度上昇を抑制するための部材であり、単電池２の上面よりも僅かに大きい平板状を有している。この冷却プレート３は、図１（Ａ）に示すように、当該冷却プレート３を図中上下方向から挟む２個の単電池２と接触している。冷却プレート３を構成する部材としては、放熱性に優れる部材が好ましく、このような部材として、アルミニウムやステンレス等を例示することができる。なお、以下の説明において、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の冷却プレート３のうち、単電池２Ｂの上方に隣接して配置されているものを冷却プレート３Ａとも称し、単電池２Ｂの下方に隣接して配置されているものを冷却プレート３Ｂとも称する。
　なお、冷却プレートの構造を、例えば、図４（A）に示す冷却プレート３Bのように、平板状のプレート本体部３１が２枚平行に配置されていると共に、それら本体部３１の間にフィン３２が設けられている構造にしてもよい。また、冷却プレートの構造を、例えば、図４（Ｂ）に示す冷却プレート３Cのように、２枚のプレート本体部３１の間にヒートパイプ３３が設けられている構造にしてもよい。これらの場合には、冷却プレートの放熱量が増加するため、当該冷却プレートの温度上昇を抑制することができる。なお、フィン３２及びヒートパイプ３３が本発明の放熱手段の一例に相当する。
　本実施形態における電池装置１では、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、単電池２と冷却プレート３とが交互に積層されているが、特にこれに限定されない。例えば、複数個の単電池２を介して冷却プレート３を設けてもよい。
　また、冷却プレート３には、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、後述する連結部材５の通しボルト５１が挿入可能な貫通孔３４が図中の左右側部に設けられている。この貫通孔３４には通しボルト５１が挿入され、冷却プレート３は当該通しボルト５１に上下動自在に保持されている。
　なお、冷却プレート３を保持する方法は特に限定されない。例えば、特に図示しないが、冷却プレートと連結部材との間に当該冷却プレートの上下動を許容するように伸長可能な伸長部を設けて当該冷却プレートと連結部材とを固定してもよい。また、冷却プレートを連結部材と固定せず、単電池２同士の間で冷却プレートが挟持される力のみによって当該冷却プレートを保持してもよい。
　本実施形態では、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、単電池２Ａの図中上方に弾性部材６１が設けられている。
　弾性部材６１は、単電池２の上面と略等しい大きさの平板状を有しており、弾性を有する部材で構成されている。このような部材としては、シリコーンゴムや、フッ素ゴム、天然ゴム等の耐熱性を有するゴム材料やエラストマー、又はコイルばねや板ばね等のばね材料を例示することができる。
　本実施形態では、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、以上に説明した単電池２、冷却プレート３及び弾性部材６１を、図中の上下方向から挟むように２枚のエンドプレート４１、４２が設けられている。
　第１のエンドプレート４１は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、電池装置１の上部に配置されており、平板状の鉄やステンレス等の鋼材から形成されている。第２のエンドプレート４２も、平板状の鉄やステンレス等の鋼材から形成されており、電池装置１の下部に配置されている。
　第１のエンドプレート４１には、後述する連結部材５の通しボルト５１が挿入可能な貫通孔４１１が設けられていると共に、第２のエンドプレート４２にも、当該連結部材５の通しボルト５１が挿入可能な貫通孔４２１が設けられている。そして、第１及び第２のエンドプレート４１、４２は連結部材５で連結されている。
　具体的には、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、連結部材５の通しボルト５１が図中の上側から第１のエンドプレート４１の貫通孔４１１に挿入された後、冷却プレート３の貫通孔３４に順次挿入される。そして、第２のエンドプレート４２の貫通孔４２１に当該通しボルト５１が挿入された後、図中下側からナット５２と締結されることにより固定されている。
　これにより、第１及び第２のエンドプレート４１、４２の間の距離は実質的に一定に保たれていると共に、弾性部材６１は第１のエンドプレート４１と単電池２Ａとの間で挟まれることにより僅かに圧縮されている。このため、平常時における弾性部材６１は、図１（Ａ）に示すように、単電池２の積層方向に沿った押圧力Ｆ１Ａ（弾性力）で単電池２Ａを押圧しており、この押圧力Ｆ１Ａは、平常時における単電池２の僅かな膨張に伴って単電池２の積層方向に働く押圧力Ｆ２Ａの大きさ以上となっている（Ｆ１Ａ≧Ｆ２Ａ）。そして、この押圧によって、単電池２と当該単電池２に隣接する冷却プレート３とは、単電池２の上面の略全域に亘る面積Ｓ１（図２での模様を付した部分）で当該冷却プレート３と接触している。なお、平常時とは、電池装置１を構成する単電池２の全てが所定温度ｔ１以下である状態のことを示す。
　また、単電池２が所定温度ｔ１以上となって膨張した場合における弾性部材６１の押圧力Ｆ１Ｂ（弾性力）は、単電池２の膨張により単電池２が積層方向に加える押圧力Ｆ２Ｂよりも小さくなっている（Ｆ２Ｂ＞Ｆ１Ｂ）。これらの押圧力Ｆ１Ａ及び押圧力Ｆ１Ｂは、弾性部材６１を構成する部材を変更したり、弾性部材６１の形状を変更する等の方法によって適宜調節することができる。
　なお、本実施形態における電池装置１では、弾性部材６１が１個のみ設けられているが、２個以上の弾性部材を設けてもよい。この場合には、平常時における全ての弾性部材が何れか１個の単電池２に加える弾性力の総和が上記の押圧力Ｆ１Ａに相当する。また、何れか１個の単電池２が所定温度ｔ１以上となって膨張した場合において、膨張した当該単電池２に加える全ての弾性部材の弾性力の総和が、上記の押圧力Ｆ１Ｂに相当する。
　また、本実施形態における弾性部材６１は、第１のエンドプレート４１と単電池２Ａとの間に設けられているが、特にこれに限定されない。例えば、弾性部材６１を、第２のエンドプレート４２と単電池２との間に設けてもよく、単電池２と冷却プレート３との間に設けてもよい。
　次に、本実施形態における作用について説明する。
　本実施形態では、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、第１のエンドプレート４１と単電池２Ａとの間に第１の弾性部材６１が設けられている。そして、平常時（全ての単電池２の温度が所定温度ｔ１未満の時）において、単電池２Ａはこの弾性部材６１によって図中の下方向に押圧力Ｆ１Ａで押圧されており、この押圧力Ｆ１Ａは、平常時における単電池２の僅かな膨張によって単電池２が図中の上方向に加える押圧力Ｆ２Ａの大きさ以上となっている（Ｆ１Ａ≧Ｆ２Ａ）。
　これにより、平常時において単電池２は、当該単電池２の上面の略全域に亘る面積Ｓ１で隣接する冷却プレート３とそれぞれ接触している。このため、電池装置１の使用時における単電池２の熱は効率的に冷却プレート３に伝導し、単電池２の温度上昇を効果的に抑制することができる。
　一方、単電池２が所定温度ｔ１以上となって膨張した際における弾性部材６１の押圧力Ｆ１Ｂ（弾性力）は、単電池２の膨張によって単電池２が加える押圧力Ｆ２Ｂよりも小さくなっている（Ｆ２Ｂ＞Ｆ１Ｂ）。このため、電池装置１を構成する単電池２の１つ（本例においては単電池２Ｂ）が所定温度ｔ１以上となって膨張する場合は、図１（Ｂ）に示すように、当該単電池２Ｂの膨張に伴って、単電池２Ｂと当該単電池２Ｂに隣接する冷却プレート３Ａ、３Ｂとの間の距離は増加する。これにより、膨張した単電池２Ｂと、冷却プレート３Ａ、３Ｂとの接触面積Ｓ２は、平常時における接触面積Ｓ１よりも小さくなり（Ｓ１＞Ｓ２）、膨張した単電池２Ｂの熱が、隣り合う単電池２Ａ、２Ｃに伝導するのを抑制することができる。
　また、本実施形態における単電池２は、図３に示すように、可撓性を有する部材であるラミネートフィルム２０６、２０７で発電要素２０８を収容した構造を有しているので、より大きな伝熱抑制の効果を得ることができる。
　また、本実施形態では、第１のエンドプレート４１と単電池２Aとの間に設けられた弾性部材６１の弾性力を用いることにより、単電池２と冷却プレート３との接触面積を調整しているので、簡単な構成で接触維持手段を構成することができる。
<<第２実施形態>>
　図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明の第２実施形態における電池装置１Ｂの正面図である。第２実施形態における電池装置１Ｂは、第１及び第２のエンドプレート４１、４２、連結部材５、及び弾性部材６１の代わりに筐体７を備えていると共に、冷却プレート３５の構成が異なる以外は、上述した第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と相違する部分についてのみ説明し、第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態における電池装置１Ｂは、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、冷却プレート３５を介して積層された５個の単電池２と、それら冷却プレート３５と単電池２とを取り囲むように設けられた筐体７と、を有している。
　本実施形態における冷却プレート３５は、電池装置１Ｂの使用時における単電池２の温度上昇を抑制するための部材であり、単電池２の上面よりも僅かに大きい平板状を有している。冷却プレート３５は、図５（Ａ）に示すように、当該冷却プレート３５を図中上下方向から挟む２個の単電池２と接触している。
　冷却プレート３５を構成する部材としては、放熱性に優れる部材が好ましく、このような部材として、アルミニウムやステンレス等を例示することができる。なお、以下の説明において、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の冷却プレート３５のうち、単電池２Ｂの上方に隣接して配置されているものを冷却プレート３５Ａとも称し、単電池２Ｂの下方に隣接して配置されているものを冷却プレート３５Ｂとも称する。
　筐体７は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、矩形状の外形を有しており、当該筐体７の内部には、冷却プレート３５を介して積層された単電池２が収容されている。筐体７を構成する部材として、アルミニウムやステンレス等の放熱性に優れる部材を例示することができる。
　平常時（全ての単電池２の温度が所定温度ｔ１未満の時）における筐体７の内面７１には、図５（Ａ）に示すように、冷却プレート３５における図中左右の端部３６が接触して摩擦力Ｆ３が生じており、この摩擦力Ｆ３における最大摩擦力（最大静止摩擦力）Ｆ３maxは、平常時における単電池２の僅かな膨張によって単電池２が図中の上方向に加える押圧力Ｆ２Ａの大きさ以上となっている（Ｆ３max≧Ｆ２Ａ）。
　このため、冷却プレート３５と単電池２とが、単電池２の上面の略全域に亘る面積Ｓ１で接した状態に保持することができる。これにより、本実施形態においても、平常時における単電池２の熱を効率的に冷却プレート３５に伝導し、単電池２の温度上昇を効果的に抑制することができる。なお、本実施形態における冷却プレート３５の端部３６が、本発明の当接部の一例に相当する。
　また、この冷却プレート３５の端部３６と筐体７の内面７１との間で発生する最大摩擦力Ｆ３maxは、単電池２が所定温度ｔ１以上となって膨張した際に、単電池２が隣接する冷却プレート３５Ａに加える押圧力Ｆ２Bよりも小さくなっている（Ｆ２B＞Ｆ３max）。なお、最大摩擦力Ｆ３maxは、冷却プレート３５を構成する金属材料の種類を変更したり、冷却プレート３５の形状を変更したりすることによって適宜調節することができる。
　そして、本実施形態における電池装置１Ｂは、平常時における筐体７の内部上方に空隙７２が設けられている。このため、電池装置１Ｂを構成する単電池２の1つ（本例においては単電池２Ｂ）が所定温度ｔ１以上となって膨張する際は、図５（Ｂ）に示すように、冷却プレート３５Ａ及び単電池２Ａは空隙７２に押し上げられ、単電池２Ｂと当該単電池２Ｂに隣接している冷却プレート３５Ａ、３５Ｂとの間の距離は増加する。
　これにより、膨張した単電池２Ｂと、冷却プレート３５Ａ、３５Ｂとの接触面積Ｓ２は、平常時における接触面積Ｓ１よりも小さくなり（Ｓ１＞Ｓ２）、膨張した単電池２Ｂの熱が、隣り合う単電池２Ａ、２Ｃに伝導するのを抑制することができる。
　なお、空隙７２が設けられている部分は、単電池２の膨張に伴って移動する他の単電池２及び冷却プレート３５を許容するスペースであればよく、必要に応じて弾性部材等を設けてもよい。
　本実施形態における電池装置１Bも、図３に示すような、可撓性を有する部材であるラミネートフィルム２０６、２０７で発電要素２０８を収容した構造の単電池２を備えているので、より大きな伝熱抑制の効果を得ることができる。
　また、本実施形態においても、冷却プレートの構造を、図４（A）に示す冷却プレート３Bや図４（Ｂ）に示す冷却プレート３Cのような構造にしてもよい。これらの場合には、冷却プレートの放熱量が増加するため、当該冷却プレートの温度上昇を抑制することができる。
　また、本実施形態では、冷却プレート３５の端部３６と筐体７の内面７１との間で発生する最大摩擦力Ｆ３maxのみを用いることにより、単電池２と冷却プレート３５との接触面積を調整している。このため、当該接触面積を調整するための他の部材を用いる必要が無く、電池装置１Bの大型化を抑制することができる。
　また、例えば、図５（Ａ）中の一番下の単電池２が膨張した場合は、電池装置１Ｂが有する全ての冷却プレート３５が図中上方に移動する。この場合には、各冷却プレート３５の端部３６と筐体７の内面７１との間の最大摩擦力の総和が上記のＦ３maxに相当する。
　以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
１、１Ｂ・・・電池装置
　２・・・単電池
　　２０６・・・上部外装部材
　　２０７・・・下部外装部材
　　２０８・・・発電要素
　３、３５・・・冷却プレート
　　３１・・・本体部
　　３２・・・フィン
　　３３・・・ヒートパイプ
　４１・・・第１のエンドプレート
　４２・・・第２のエンドプレート
　６１・・・弾性部材
　７・・・筐体

Claims (5)

  1. 　冷却プレートと、
    　前記冷却プレートを介して積層された単電池と、
    　前記単電池と前記冷却プレートとの接触を維持する接触維持手段と、を備え、
    　下記（１）式を満たすことを特徴とする電池装置。
    　Ｓ１＞Ｓ２・・・（１）
    　ただし、上記（１）式において、Ｓ１は前記単電池の温度が所定温度未満の場合における前記単電池と前記冷却プレートとの接触面積であり、Ｓ２は前記単電池の温度が前記所定温度以上の場合における前記単電池と前記冷却プレートとの接触面積である。
  2. 　請求項１に記載の電池装置であって、
    　前記単電池は、
    　可撓性を有する外装部材と、
    　前記外装部材の中に収容された発電要素と、を備えることを特徴とする電池装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の電池装置であって、
    　前記電池装置は、前記単電池の積層方向端部に設けられたエンドプレートをさらに備え、
    　前記接触維持手段は、前記単電池と前記エンドプレートとの間に介装された弾性部材を含んでおり、
    　前記単電池の温度が前記所定温度未満の場合において、前記弾性部材の弾性力は、前記単電池の膨張に伴って前記単電池が前記冷却プレートに加える押圧力以上であり、
    　前記単電池の温度が前記所定温度以上の場合において、前記弾性部材の弾性力は、前記単電池の膨張に伴って前記単電池が前記冷却プレートに加える押圧力よりも小さいことを特徴とする電池装置。
  4. 　請求項１～３の何れか一項に記載の電池装置であって、
    　前記電池装置は、積層された前記単電池を取り囲む筐体をさらに有し、
    　前記接触維持手段は、前記冷却プレートにおいて前記筐体の内面に当接する当接部を含んでおり、
    　前記単電池の温度が前記所定温度未満の場合において、前記当接部において生じる前記冷却プレートと前記筐体との間の最大摩擦力は、前記単電池の膨張に伴って前記単電池が前記冷却プレートに加える押圧力以上であり、
    　前記単電池の温度が前記所定温度以上の場合において、前記当接部において生じる前記冷却プレートと前記筐体との間の最大摩擦力は、前記単電池の膨張に伴って前記単電池が前記冷却プレートに加える押圧力よりも小さいことを特徴とする電池装置。
  5. 　請求項１～４の何れか一項に記載の電池装置であって、
    　前記冷却プレートは、
    　前記単電池と接触しているプレート本体部と、
    　前記プレート本体部から熱を放出する放熱手段と、を備えたことを特徴とする電池装置。
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