WO2022215659A1 - バッテリーセル間の冷却構造、バッテリーモジュール、及び、バッテリーパック - Google Patents

Abstract

【課題】異常発熱したバッテリーセルが生じた場合でも、隣り合うバッテリーセルの温度上昇をより効率よく抑制させることが可能なバッテリーセル間の冷却構造を提供する。 【解決手段】２つの側面が互いに向かい合うように並べて配置されるバッテリーセル間の冷却構造であって、熱伝導率が１００ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ厚みが０．３ｍｍ以上で、前記隣り合うバッテリーセルの対向するそれぞれの側面に接触する板状の金属部材と、前記板状の金属部材同士の間に配置され、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下かつ厚みが０．５ｍｍ以上の断熱層と、により、セル／金属部材／断熱層／金属部材／セル、の複層構造を形成し、更に、前記複数個のバッテリーセルの近傍に存在する冷却部材と、を備え、前記板状の金属部材のそれぞれは、その一つの端部が、前記冷却部材に接触している。

Description

バッテリーセル間の冷却構造、バッテリーモジュール、及び、バッテリーパック

　本発明は、バッテリーセル間の冷却構造、バッテリーモジュール、及び、バッテリーパックに関する。

　電気自動車は、大きな蓄電容量と高い出力を得るため、多数個のバッテリーセル（例えば、リチウムイオン２次電池等）を使用している。バッテリーセルには、円筒型、角型、ラミネート型などが存在するが、電気自動車用としては、機械的強度が高く、エネルギー密度やサイズ等のバランスが良い、角型が多く採用されている。角型バッテリーセル（以下、単に「バッテリーセル」とも言う。）を用いた電気自動車には、限られた空間に、多数個のバッテリーセルを並列や直列に密に並べて構成されるバッテリーモジュールが複数使用されており、これらのバッテリーモジュールは接続されてバッテリーパックとなり、車載されている。バッテリーセルは、充放電を繰り返す過程で大きな発熱が生じ、そのままでは劣化の進行が促進されるため、バッテリーモジュール内には、空冷や水冷等でバッテリーセルを冷却する構造や機構が設けられている。

　しかしながら、このような冷却構造や冷却機構が設けられていても、バッテリーセルは、充放電を繰り返す過程で劣化したり、外部から熱や衝撃が加わったりなどして、一部のバッテリーセルが異常発熱することがある。この場合、異常発熱したバッテリーセルから、隣接するバッテリーセルに多量の熱が伝わり、かかる熱が伝播することで、バッテリーモジュール全体が損傷を受けることになる。その対策として、例えば、特許文献１においては、隣り合うバッテリーセル間に電池間セパレータを設けることで、バッテリーモジュールの損傷を抑える技術が開示されている。同文献における電池間セパレータの例としては、断熱部材／熱伝導部材／断熱部材の積層構造が記載されている。これにより、隣り合うセル間での熱の移動を断熱部材によって抑えることができ、更には、熱伝導部材の端部やバッテリーセルの下部を冷却プレートなどと接触させることによって、異常発熱で生じた熱を他の部位へ移動及び分散させて、異常発熱の伝播を抑制するというものである。

国際公開第２０１９／１６７６８９号 国際公開第２０１９／１６７６１２号 中国公開特許公報１０５４８９９６５号

　しかし、近年、電気自動車用のバッテリーセルは高エネルギー密度化し、異常発熱した際は、発熱セルの温度上昇がより高まって、隣接するセル間の熱の伝播が生じやすくなってきている。そのため、今まで以上に、異常発熱時のバッテリーモジュールの損傷を抑制する伝熱制御技術（冷却技術）が望まれていた。

　一方、バッテリーモジュールの低コスト化のため、バッテリーセルのケーシングの素材を、アルミニウム合金等のアルミニウム系から、鋼等の鉄系とする流れも、一部で生じてきている。鉄系の素材は、アルミニウム系の素材に比べて、熱伝導率が１/５～１/１０程度低い。そのため、ケーシングに鉄系の素材を用いた場合には、バッテリーケースを冷却プレートなどの冷却機構に接触させて冷却能力を高めたバッテリーモジュールを使用した場合であっても、異常発熱したバッテリーセルからの熱を、冷却プレートを通じて他の部位へ移動及び分散させることが難しくなる。

　また、鉄系の素材は、アルミニウム系の素材よりも融点が高い。近年の電気自動車用のバッテリーセルにおける高エネルギー化により、異常発熱した際の最高温度が７００～８００℃以上に達することもあり、アルミニウム系の素材の融点（約６６０℃）を超えてしまってケーシングそのものが溶け落ちるという大変危険な状況になる可能性がある。しかしながら、融点が１５００℃程度である鉄系の素材では、このようなケーシングの溶け落ちが発生しないため、アルミニウム系の素材よりも鉄系の素材の方が、安全性が高いと言える。

　そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、異常発熱したバッテリーセルが生じた場合であっても、また、その際のバッテリーセルのケーシングの素材が鋼材等の鉄系の場合であっても、従来技術と比べて、隣り合うバッテリーセルの温度上昇をより効率よく抑制させることが可能な、バッテリーセル間の冷却構造、及び、当該バッテリーセル間の冷却構造を有するバッテリーモジュール、並びに、バッテリーパックを提供することにある。

　また、バッテリーセル間は、その間隔が狭いほど、バッテリーパックやバッテリーモジュールをコンパクトに設計できるため、サイズダウンの面で好ましい。一方、異常発熱の防止の面や、冷却構造体の設置のし易さの面などを考慮すると、ある程度の間隔が必要となってくる。そのため、バッテリーセル間の間隔は、これらのバランスを考えて設計する必要があり、バッテリーの種類毎に異なる間隔の設計となっている。

　従って、本発明の主たる目的は、上述した課題において、特に、バッテリーセル間の間隔が同じ状況下で、従来技術と比べて、隣り合うバッテリーセルの温度上昇をより効率よく抑制することが可能な、バッテリーセル間の冷却構造、及び、当該バッテリーセル間の冷却構造を有する、バッテリーモジュール、並びに、バッテリーパックを提供することにある。

　なお、バッテリーセルにおいては、異常発熱を防止することが重要であるため、ケーシングには、熱伝導性に優れるアルミニウム系の素材を用いることが一般的であり、上記のような課題は生じ得なかった。上記のような課題は、ケーシングに鉄系の素材を用いようと意図した場合に初めて生じうるものである。

　本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、隣り合うバッテリーセル間に、「一方のバッテリーセル側面と熱的に接触する熱伝導率の高い金属部材の層／間に配置される断熱層／もう一方のバッテリーセル側面と熱的に接触する熱伝導率の高い金属部材の層」の複層構造（以下、「Ａ構造」と略記することがある。）を設け、各層において所定の厚みを設定し、かつ、熱伝導率の高い金属部材の一端を冷却機構に接続することに想到した。これにより、異常発熱したバッテリーセルが生じた場合であっても、隣り合うバッテリーセルの上昇温度を従来技術よりも効率よく低下させることができることを見出した。

　また、上記条件において、Ａ構造に変えて、隣り合うバッテリーセル間に、「一方のバッテリーセル側面と熱的に接触する断熱部材の層／間に配置される熱伝導率の高い部材の層／もう一方のバッテリーセル側面と熱的に接触する断熱部材の層」の複層構造（以下、「Ｂ構造」と略記することがある。）を設けた場合についても検討した。その上で、上記Ａ構造とＢ構造の両者を、比較した。

　その結果、異常発熱の初期には、Ａ構造とＢ構造とで、冷却能力に殆ど差はないが、時間の経過とともに差が生じ、Ａ構造を用いた場合の方が、Ｂ構造を用いた場合に比べて、冷却能力が高いことも見出した。また、Ａ構造は、各部材の厚みが所定の値以上となることで、バッテリーセル間に単に熱伝導率の高い部材の層を単層で設けた場合よりも、冷却能力が向上することも判明した。

　更にまた、バッテリーセルと金属部材との接触界面における熱抵抗に着目したところ、接触界面における熱抵抗値と金属部材の熱抵抗値との比を所定の値以下に制御することで、より冷却能力が向上するため、好ましいことも判明した。

　なお、上記特許文献２には、上記Ａ構造と類似した構造が開示されているが、かかる特許文献２では、電磁波の反射を意図して発明がなされており、本発明で着目しているような熱を伝導するという観点については、開示されていない。また、上記特許文献２では、断熱材の厚みが０．１～３ｍｍとなっており、以下で詳述する本発明と比べて、断熱材の厚みも薄い。かかる観点からも、上記特許文献２で着目しているのは電磁波の反射であって、熱の伝導については意図していないことがわかる。また、上記特許文献２では、接触界面の熱抵抗の制御については、全く考慮されていない。

　また、上記特許文献３には、本発明と同様に、熱の伝導を意図した発明が開示されている。上記特許文献３では、熱伝導材としてグラファイトシートなどのシートや箔が用いられており、その厚みも実施例で０．０２ｍｍと非常に薄いものであり、本発明とは異なるものである。また、上記特許文献３では、接触界面の熱抵抗の制御については、全く考慮されていない。

　上記知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。

（１）２つの側面が互いに向かい合うように並べて配置される複数個の角型バッテリーセルにおける、隣り合う前記バッテリーセル間の冷却構造であって、熱伝導率が１００ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ、厚みが０．３ｍｍ以上であり、前記隣り合うバッテリーセルの対向するそれぞれの側面に対して熱的に接触する、板状の金属部材と、前記隣り合うバッテリーセルの対向するそれぞれの側面に対して熱的に接触する板状の金属部材同士の間に配置されており、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、かつ、厚みが０．５ｍｍ以上である断熱部材又はガス層の少なくとも何れかを有する断熱層と、により、前記隣り合うバッテリーセル同士で、バッテリーセル／板状の金属部材／断熱層／板状の金属部材／バッテリーセル、という複層構造を形成し、更に、前記複数個の角型バッテリーセルのそれぞれに熱的に接触する、又は、前記複数個の角型バッテリーセルのそれぞれの近傍に存在する冷却部材と、を備え、前記板状の金属部材のそれぞれは、少なくともその一つの端部が、前記冷却部材に熱的に接触している、バッテリーセル間の冷却構造。
（２）前記板状の金属部材の厚みは、０．５ｍｍ以上であり、前記断熱層の厚みは、１．０ｍｍ以上である、（１）に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
（３）前記バッテリーセルと前記板状の金属部材との接触界面における熱抵抗をＲｓとし、前記板状の金属部材の熱抵抗をＲｍとしたときに、Ｒｓ／Ｒｍ≦３．０である、（１）又は（２）に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
（４）前記板状の金属部材は、断面形状が凹形状となるように加工されており、隣り合う前記バッテリーセルの間に挿入されている、（１）～（３）の何れか１つに記載のバッテリーセル間の冷却構造。
（５）前記バッテリーセルの側面は、鉄鋼材料で構成されている、（１）～（４）の何れか１つに記載のバッテリーセル間の冷却構造。
（６）前記複数個の角型バッテリーセルそれぞれにおいて、前記複数個の角型バッテリーセルが並べて配置される方向に対して平行な側面には、更に、熱伝導率が１００ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ、厚みが０．３ｍｍ以上である第２の板状の金属部材が存在し、前記第２の板状の金属部材は、前記バッテリーセルの側面に熱的に接触し、かつ、少なくとも一つの端部が前記冷却部材に熱的に接触している、（１）～（５）の何れか１つに記載のバッテリーセル間の冷却構造。
（７）前記隣り合うバッテリーセル間の間隔は、１．５～５．０ｍｍである、（１）～（６）の何れか１つに記載のバッテリーセル間の冷却構造。
（８）前記板状の金属部材と、前記冷却部材とは、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の接着剤又はグリースを介して、熱的に接触している、（１）～（７）の何れか１つに記載のバッテリーセル間の冷却構造。
（９）前記熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の接着剤又はグリースは、常温で硬化する接着剤又はグリースである、（１）～（８）の何れか１つに記載のバッテリーセル間の冷却構造。
（１０）前記冷却部材には、溝部が設けられており、前記板状の金属部材は、前記溝部に嵌合される、（１）～（９）の何れか１つに記載のバッテリーセル間の冷却構造。
（１１）前記角型バッテリーセルは、ラミネート型バッテリーセルが積層されて構成される、（１）～（１０）の何れか１つに記載のバッテリーセル間の冷却構造。
（１２）前記板状の金属部材の材質は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、又は、銅合金の少なくとも何れかである、（１）～（１１）の何れか１つに記載のバッテリーセル間の冷却構造。
（１３）（１）～（１２）の何れか１つに記載のバッテリーセル間の冷却構造を有する、バッテリーモジュール。
（１４）（１）～（１２）の何れか１つに記載のバッテリーセル間の冷却構造を有する、バッテリーパック。

　以上説明したように本発明によれば、異常発熱したバッテリーセルが生じた場合であっても、また、その際のバッテリーセルのケーシングの素材が鋼材等の鉄系の場合であっても、バッテリーセル間の間隔が同じ状況下において、従来技術と比べて、隣り合うバッテリーセルの温度上昇をより効率よく抑えることが可能となる。

本発明の実施形態に係るバッテリーセル冷却構造を模式的に示した説明図（バッテリーモジュール長手方向の断面図）である。（実施例） 本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールを模式的に示した説明図である。 本発明の実施形態に係るバッテリーセル冷却構造の別の例を模式的に示した説明図（バッテリーモジュール長手方向の断面図）である。（実施例） 本発明の実施形態に係るバッテリーセル冷却構造の別の例を模式的に示した説明図（バッテリーモジュール長手方向の断面図）である。（実施例） 本発明の実施形態に係るバッテリーセル冷却構造の別の例を模式的に示した説明図（バッテリーモジュール長手方向の断面図）である。（実施例） 本発明の実施形態に係るバッテリーセル冷却構造における金属部材と冷却部材との熱的触の一例を模式的に示した説明図である。 従来技術のバッテリーセル冷却構造（比較例）について説明するための模式図（バッテリーモジュール長手方向の断面図）である。 隣り合うバッテリーセル間に、金属部材又は断熱部材のみを設置したバッテリーセル冷却構造（比較例）について説明するための模式図（バッテリーモジュール長手方向の断面図）である。 隣り合うバッテリーセル間に、隙間（空気層）を設けたバッテリーセル冷却構造（比較例）について説明するための模式図（バッテリーモジュール長手方向の断面図）である。 図１、図６～図８等に示したバッテリーセル冷却構造のそれぞれの冷却特性を比較した温度履歴図である。 金属部材の熱伝導率の測定方法を説明するための説明図である。 金属部材の熱伝導率の測定方法を説明するための説明図である。 接着剤及びグリースの熱伝導率の測定方法を説明するための説明図である。 実施例（セル間隔５ｍｍ）での本発明例及び比較例の冷却特性の結果を示す図である。 実施例（セル間隔３ｍｍ）での本発明例及び比較例の冷却特性の結果を示す図である。 実施例（セル間隔２ｍｍ）での本発明例及び比較例の冷却特性の結果を示す図である。 実施例（セル間隔５ｍｍ、金属部材Ｕ字状）での本発明例及び比較例の冷却特性の結果を示す図である。 実施例（セル間隔５ｍｍ、セル短辺側の側面にも金属部材）での本発明例及び比較例の冷却特性の結果を示す図である。 実施例（金属部材にジュラルミン又は鋳鉄を使用）での本発明例及び比較例の冷却特性の結果を示す図である。 実施例（断熱層にガラス板を使用）での本発明例及び比較例の冷却特性の結果を示す図である。

　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜バッテリーセル間の冷却構造の全体構造＞
　図１は、本発明における冷却構造の一実施形態を示す模式図（バッテリーモジュール長手方向の断面図）である。この冷却構造により、異常発熱したバッテリーセルに隣り合うバッテリーセルにおける温度上昇を、従来の冷却構造に比べて低く抑えることができる。

　図１の構造では、ケーシングが鉄製やアルミニウム製である角型バッテリーセル（以下、「角型バッテリーセル」を、単に「バッテリーセル」と略記する。）１０が、それぞれのバッテリーセル１０が有する２つの側面（最も面積が広い側面）を互いに向かい合うようにして、複数個並べて配置されている（図では、一部のセルのみを記載している。）。バッテリーセルは、ラミネート型バッテリーセルが積層されて構成されるものであってもよい。

　隣り合うバッテリーセル１０のそれぞれの側面には、熱伝導率が１００ｗ／ｍ・Ｋ以上（常温２５℃域）であり、かつ、厚みが０．３ｍｍ以上である、板状の金属部材２０（以下、単に「金属部材２０」と略記することがある。）が熱的に接触している。そのため、２枚の板状の金属部材２０は、隣り合うバッテリーセル１０と同様に、互いに隣り合うこととなる。この隣り合う２枚の板状の金属部材２０の間に、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下（常温２５℃域）であり、かつ、厚みが０．５ｍｍ以上である断熱部材又はガス層の少なくとも何れかを有する、断熱層３０が存在する。

　ここで、本発明の実施形態において、「熱的に接触している」とは、２つの部材同士の直接の接触に限らず、２つの部材の間に他の部材を挟んで両部材が「熱伝導が可能なように接続されている」という状態も含んでいる。詳細は、後述する。

　隣り合うバッテリーセル１０の間隔は、複数のバッテリーセルから構成されるバッテリーモジュールやバッテリーパックのコンパクト化や高密度化のために、できるだけ小さくすることが求められ、通常は、１０ｍｍ以下である。本実施形態においては、隣り合うバッテリーセル１０の間隔が、１．５ｍｍ以上において、従来技術との冷却効果の差がより広がるようになる。

　また、板状の金属部材２０の下端は、バッテリーセル１０の下方に存在する冷却部材４０の上面と熱的に接触している。冷却部材４０は、本実施形態では、水冷している冷却プレート４１と、電気的な絶縁のためにその上に接着されている薄い伝熱シート４２と、から構成されている。板状の金属部材２０と熱的に接触する冷却部材４０は、バッテリーセル１０の近傍に存在すればよく、下方以外にも、上方や側方に存在していてもよい。すなわち、冷却部材４０は、バッテリーセル１０の近傍に存在することで、金属部材２０の端部と冷却部材４０とが容易に接触できる位置に存在すればよい。また、冷却部材４０は、バッテリーセル１０と熱的に接触して、バッテリーセル１０を直接的に冷却するものであってもよい。冷却能向上からは、冷却部材４０は、下方、上方、側方のうち、複数の位置に存在することが好ましい。例えば図２に示した例では、板状の金属部材２０に加えて、バッテリーセル１０の上方に位置する第２の板状の金属部材６０と、バッテリーセル１０の側方に位置する第３の板状の金属部材７０と、を設けた場合を図示している。また、構造を簡易にするためには、板状の金属部材２０は、バッテリーセル１０の下方のみに存在することが好ましい。

　また、好ましくは、図１のように、バッテリーセル１０は、その下方に存在する冷却部材４０の上に載置されており、バッテリーセル１０の下面と、冷却部材４０の上面とが熱的に接触しているとよい。

　更にまた、それぞれのバッテリーセル１０において、最も面積が広い側面の２面（長辺側の２面）に加えて、複数個の角型バッテリーセル１０が並べて配置される方向に対して平行な側面（同方向に延びる側面）である残りの２つの側面（短辺側の２面）にも、熱伝導率が１００ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、かつ、厚みが０．３ｍｍ以上である板状の金属部材２０が熱的に接触し、かつ、その下方に存在する冷却部材４０の上面と熱的に接触していることが好ましい（図示せず。）。

　なお、更にその金属部材２０に、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、かつ、厚みが１．０ｍｍ以上である断熱部材が設けられていてもよい（図示せず。）。この場合、各バッテリーセル１０の短辺側の２面にそれぞれ、板状の金属部材２０が設置されていてもよいが、図２のように、バッテリーモジュールを構成する全てのバッテリーセル１０に亘って、バッテリーセル１０の２つの短辺側の面それぞれにおいて、一枚の板状の金属部材２０が設置されていてもよい。

　このような構造を有することで、複数個のバッテリーセル１０のうちの一部が異常発熱し始めた際に、その熱を、金属部材２０を通して近傍に存在する冷却部材４０へと逃がすことができる。更に、断熱部材により、隣り合うバッテリーセル１０への熱の移動を抑制し、隣り合うバッテリーセル１０の温度上昇を効率的に抑えることができる。

　特に、本冷却構造は、低コスト化等のために、バッテリーセル１０のケーシングに鋼材が使用されて、隣り合うバッテリーセル１０のそれぞれの側面が、熱伝導率がアルミニウム材料よりも一桁小さい鉄鋼材料で構成されている場合であっても、隣り合うバッテリーセル１０の温度上昇を効率的に抑えることができる。そのため、本冷却構造は、セルの側面に鋼材が使用されているバッテリーセルに適用すると、従来技術との効果の差がより顕著となり好ましい。

＜板状の金属部材について＞
　板状の金属部材２０は、異常発熱し始めたバッテリーセル１０の熱を、近傍に存在する冷却部材４０へと効率的に逃がすために、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、かつ、厚みが０．３ｍｍ以上のものが必要となる。従来技術との相対的な冷却能力の優位性に加えて、到達温度そのものの値をより低くするという面からは、板状の金属部材２０の厚みは、０．５ｍｍ以上が好ましく、１．０ｍｍ以上がより好ましい。一方、板状の金属部材２０の厚みは、隣り合うバッテリーセル１０の間隔と、断熱層３０の厚みとを考慮しながら定まるものであるが、実質的には５．０ｍｍ程度が上限となる。板状の金属部材２０の厚みは、５．０ｍｍ以下が好ましく、２．０ｍｍ以下がより好ましい。また、熱伝導率は、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましい。一方、板状の金属部材２０の熱伝導率は、実質的には４２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度が上限となる。板状の金属部材２０は、更により好ましくは、厚みが１．０ｍｍ以上であり、かつ、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

　板状の金属部材２０の厚みは、必ずしも一定厚でなくともよく、金属部材の形状が、テーパー状のものや、段差を有するものや、凹凸が存在するものであってもよい。これらの形状の場合、上述した板厚の値としては、平均値を用いることができる。この板厚の平均値は、（板状の金属部材２０の体積）÷（板状の金属部材２０の板厚方向からの投影面積）、として算出することができる。

　金属部材の材質としては、特に制限されない。ただし、高熱伝導率と低コストのバランスから、金属部材の材質としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金（黄銅鉱を含む。）が好ましい。

　バッテリーセル１０の側面（最も面積が大きい側面）に熱的に接触する金属部材２０の範囲は、部分的でもよいが、バッテリーセル１０の側面の面積の７０％以上とすることが好ましく、９０％以上とすることがより好ましい。また、異常発熱時のバッテリーセル１０の温度上昇は、通常は冷却部材４０から遠い部分ほど高くなると考えられることから、冷却部材４０から遠い部分から金属部材２０が熱的に接触していることが好ましい。図１の冷却構造では、冷却部材４０は、下方に設置されていることから、金属部材２０は、図１のように、バッテリーセル１０の側面の上方から熱的に接触するように設置されていることが好ましい。より具体的には、バッテリーセル１０の側面における上下方向の長さの９０％以上において、金属部材２０が熱的に接触するように設置されていることがより好ましい。

　また、図３Ａのように、隣り合う断熱部材３０のそれぞれの側面に熱的に接触する板状の金属部材２０の下部同士を接続して凹形状とした上で（換言すれば、板状の金属部材２０の断面形状が凹形状となるようにした上で）、隣り合う断熱部材３０の間に、かかる金属部材２０を挿入し、更に、板状の金属部材２０の窪みにバッテリーセル１０を設置してもよい。こうすることで、隣り合う断熱部材３０の間に、バッテリーセル１０の設置された金属部材２０を挿入するだけで所望の断熱状態を実現できるため、生産性がより向上する。

　この際、凹形状の金属部材２０の角部は、図３Ａに示したように、直角となっていてもよいし、図３Ｂに示したように湾曲した状態となっていてもよい。

＜断熱層について＞
　断熱層３０は、一部のバッテリーセル１０が異常発熱した際に、隣り合うバッテリーセル１０への熱の移動を抑制するために、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、かつ、厚みが０．５ｍｍ以上のものが必要となる。断熱層３０の断熱能力が高くなるほど、異常発熱したバッテリーセルに隣り合うバッテリーセルにおける、初期の温度上昇を抑えることができる。そのため、初期の温度上昇を抑えるという観点から、断熱層３０の熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下が好ましく、０．０６Ｗ／ｍ・Ｋ以下が更に好ましい。なお、断熱層３０の熱伝導率は、実質的には０.０２Ｗ／ｍ・Ｋ程度が下限となる。同様に、初期の温度上昇を抑えるという観点から、断熱層３０の厚みは、１．０ｍｍ以上が好ましく、１．５ｍｍ以上がより好ましい。一方、断熱層３０の厚みは、隣り合うバッテリーセル１０の間隔と、板状の金属部材２０の厚みとを考慮しながら定まるものであるが、実質的には１０．０ｍｍ程度が上限となる。断熱層３０の厚みは、５．０ｍｍ以下が好ましく、２．０ｍｍ以下がより好ましい。

　断熱層３０の材質としては、特に限定されないが、グラスウール、ロックウール、ウレタンフォーム、発泡ゴム、不織布、ポリスチレン、ポリプロピレンやポリブチレンテレフタレートなどの樹脂、等の断熱部材を用いることができる。また、断熱層３０は、空間に空気などの気体が存在するガス層であってもよい。更にまた、断熱層３０は、隣り合う金属部材２０の間に、例えば多孔質部材等のようなガス層を保持可能な部材を用いて、孔内部に空気などのガスが存在するようにしたものであってもよい。

　断熱層３０は、隣り合う２枚の板状の金属部材２０の間に、存在すればよい。
　断熱層３０として断熱部材を用いた場合には、断熱層（断熱部材）３０は、金属部材２０とは、接触していても、空隙を有して離れていてもよい。また、断熱層（断熱部材）３０の片方の側面は金属部材２０と接触し、もう片方の側面は金属部材２０と空隙を有して離れていてもよい。断熱部材３０と金属部材２０とを接触させる場合は、両者を、接着剤を用いて固定することができる。

　また、隣り合う２枚の板状の金属部材２０の間に、断熱層（断熱部材）３０を挟み込むだけでもよい。この場合、反発弾性が比較的高い断熱層（断熱部材）３０を、隣り合う２枚の板状の金属部材２０の間に挟み込み、金属部材２０を押圧するように用いることが好ましい。これにより、金属部材２０がバッテリーセル１０の側面に押付けられる結果、接触抵抗（熱抵抗）が低減して、冷却効果がより向上する。

　また、断熱層３０が空気などのガス層のみ（空隙のみ）の場合であっても、ガス層を積極的に対流させなければ、１００℃程度の温度域では輻射熱の影響は極僅かであることから、板状の金属部材２０の間は、ガス層の低い熱伝導率で断熱される。例えば、断熱層３０が空気層の場合は、グラスウールの場合と、大きな断熱効果の違いは生じない。ただし、断熱層３０がガス層のみの場合は、バッテリーセル１０の周囲は温度勾配が生じていることから、ガスの自然対流が起こり、対流熱伝導によって板状の金属部材２０の間の熱伝達率が増加することも、周囲の構造によっては生じうる。そのため、断熱層３０には、断熱部材を用いることがより好ましい。

　断熱層（断熱部材）３０と金属部材２０との間に空隙を有する場合は、かかる空隙に存在する空気層が、断熱部材３０とともに、隣り合う２枚の板状の金属部材２０の間の断熱効果を担うこととなる。この場合、断熱層（断熱部材）３０を下方の冷却構造４０に接着剤等で固定することができる。また、隣り合う２枚の板状の金属部材２０の間に断熱部材３０を載置するだけでもよい。

　断熱層（断熱部材）３０の設置位置と面積とは、少なくとも金属部材２０全面を覆う位置及び大きさとすることが好ましい。これは、バッテリーセル１０の異常発熱時に、金属部材２０の側面からの放熱を抑制して、バッテリーセル１０の熱を金属部材２０から冷却部材４０へ効率的に伝達できるためである。更に、バッテリーセル１０の側面全体に対向するように配置すると、隣り合うバッテリーセル１０への熱の伝達を抑制できることから、より好ましい。

　更にまた、図４のように、隣り合うバッテリーセル１０のそれぞれの側面に熱的に接触する板状の金属部材２０の下部同士を接続して凹形状とし（換言すれば、板状の金属部材２０の断面形状が凹形状となるようにし）、バッテリーセル１０の間に、かかる金属部材２０を挿入し、更に、板状の金属部材２０の窪みに断熱層（断熱部材）３０を設置してもよい。こうすることで、隣り合うバッテリーセル１０の間に金属部材２０を挿入するだけで所望の断熱状態を実現することができるため、生産性がより向上する。加えて、断熱層（断熱部材）３０を安定して設置することができる。金属部材２０の下部の接続部の高さは、金属部材２０全体の高さの１／４以下とすることが、断熱部材３０の断熱効果を十分保持する上で、好ましい。

＜複層構造について＞
　本実施形態においては、図２に例示したように、隣り合うバッテリーセル同士で、バッテリーセル１０／板状の金属部材２０／断熱層３０／板状の金属部材２０／バッテリーセル１０、の複層構造を形成する。この複層構造において、板状の金属部材２０／断熱層３０／板状の金属部材２０のそれぞれにおける特徴については、上述した通りである。上述した範囲内である限り、複層構造全体としての限定は無い。例えば、隣り合うセル間に存在する上記２つの板状の金属部材２０は、互いに、熱伝導率及び厚みが異なっていてもよい。しかしながら、両者の特徴が同じであると、冷却構造全体としてのバランスが優れ、温度の不均一性の抑制や、制作時の容易性の面からも好ましい。

　隣り合う２つの板状の金属部材２０の熱伝導率及び厚みが同じである場合に、板状の金属部材２０／断熱層３０／板状の金属部材２０の厚みの比に関して、板状の金属部材２０の厚みを１．０としたとき、断熱層３０の厚みは、０．２～４．０とすることが好ましく、０．５～３．０とすることがより好ましい。すなわち、板状の金属部材２０／断熱層３０／板状の金属部材２０の厚みの比は、１．０：０．２～４．０：１．０とすることが好ましく、１．０：０．５～３．０：１．０とすることがより好ましい。

＜熱的接触について＞
（バッテリーセルの側面と板状の金属部材との熱的接触）
　本実施形態において、バッテリーセル１０の側面と板状の金属部材２０とが熱的に接触しているとの状況には、両者が直接接触している場合に加えて、両者が接着剤やグリース、又は薄厚のシート（図示せず。）などの接触部材を介して、両者が熱伝導可能なように接続されている（接触している）場合も含まれる。

　両者が直接接触している場合であっても、両者の表面の粗さや曲率のわずかな違いによって生じる接触界面での接触抵抗が存在する。そのため、バッテリーセル１０の表面から板状の金属部材２０の断熱材側の表面までの熱抵抗は、板状の金属部材２０単独の熱抵抗に比べて、大きくなる。接触界面での熱抵抗Ｒｓは、板状の金属部材２０単独の熱抵抗Ｒｍと比べて、Ｒｓ／Ｒｍ≦３．０であることが好ましく、Ｒｓ／Ｒｍ≦１．５であることがより好ましく、Ｒｓ／Ｒｍ≦１．０であることが更に一層好ましい。なお、接触界面での熱抵抗Ｒｓは、Ｌ／λや１／ｈ［ｍ^２・Ｋ／Ｗ］で表される。ここで、接触部材を用いた場合においては、上記Ｌは、接触界面に存在する接触部材の厚みを示し、上記λは、その接触部材の熱伝導率を示し、上記ｈは、接触界面での熱伝達率を示す。

　接触界面での熱抵抗Ｒｓを小さくするためには、直接接触の場合では、バッテリーセル１０の側面と板状の金属部材２０の表面粗さ（凹凸）を研磨などによって小さくすることや、バッテリーセル１０の側面への板状の金属部材２０の押付圧を高めることなどを実施すればよい。

　また、バッテリーセル１０の側面と板状の金属部材２０とを、接着剤やグリースを介して熱的に接触させることもできる。接着剤やグリースを介することにより、両者の表面の凹凸を埋めて、容易に実質的な接触面積を高めることができるため、好ましい。接着剤やグリースを用いる場合は、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性のものを用いることが好ましい。接着剤やグリースの熱伝導率は、より好ましくは、２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、更に好ましくは、４．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。一方、接着剤やグリースの熱伝導率は、実質的には１０．０Ｗ／ｍ・Ｋ程度が上限となる。接着剤やグリースは、両者の凹凸を埋める程度に薄く塗布することが、熱抵抗を小さくすることができることから好ましい。接着剤やグリースは、凹凸の程度に応じて、例えば、０．０１～０．２ｍｍ程度の塗布厚みとすると好ましい。

　また、バッテリーセル１０の側面と板状の金属部材２０とを、伝熱シートなどの薄厚のシートを介して熱的に接触させることもできる。シリコーンゴム系などの柔らかい材質の伝熱シートは、接着剤やグリースと同様に両者の表面の凹凸を埋めて、容易に実質的な接触面積を高めることができるため、好ましい。また、電気絶縁性を有する伝熱シートを用いると、よりセル間の電気的な絶縁性も確保できる。伝熱シートは、接着剤やグリースよりも厚みが大きくなるケースが多いため、熱伝導率は、より高い方が好ましい。例えば、伝熱シートの熱伝導率は、２Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上がより好ましい。一方、伝熱シートの熱伝導率は、実質的には５０Ｗ／ｍ・Ｋ程度が上限となる。

　接着剤やグリース、又は、伝熱シートには、更に、セラミックス性フィラーなどを混合し、伝熱特性の向上や電気的絶縁特性を付与した上で用いてもよい。

　代表的なバッテリーセルの一つであるリチウムイオン２次電池は、充放電により膨張収縮を起こすことが知られている。この際、液体に挙動が近いグリースは、かかる膨張収縮の繰り返しにより隙間から押し出されてしまう「ポンプアウト現象」が生じる可能性がある。かかるポンプアウト現象を防止するために、硬化後に固体となる接着剤（より詳細には、常温で固化する接着剤）、又は、固体である伝熱シートを用いることが、より好ましい。特に、接着剤は、形状や隙間に合わせて硬化するため、厚さ、形状やゆがみ、表面凹凸などの影響を受けずに、バッテリーセル１０から熱を伝導させることが可能となる。中でも、柔らかく弾力性のある接着剤は、膨張収縮があっても合わせて容易に変形し、繰り返し膨張収縮があっても割れたり壊れたりしないため、特に好ましい。

　かかる接着剤、グリース、伝熱シートの厚みは、熱伝導の観点からは薄い方がよく、膨張収縮対応の観点からは厚い方が好ましい。このようなトレードオフの関係を考慮し、接着剤、グリース、伝熱シートの厚みは、１μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましい。また、接着剤、グリース、伝熱シートの厚みは、２ｍｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以下であることがより好ましい。

　接着剤やグリース、又は、伝熱シートなどの接触部材を介して、バッテリーセル１０の側面と板状の金属部材２０とを熱的に接触させる場合についても、直接接触の場合と同様に、接着剤やグリース、又は、伝熱シートの熱抵抗Ｒｓは、板状の金属部材２０単独の熱抵抗Ｒｍと比べて、Ｒｓ／Ｒｍ≦１．５であることが好ましく、Ｒｓ／Ｒｍ≦０．８であることがより好ましく、Ｒｓ／Ｒｍ≦０．５であることがより一層好ましい。この場合、Ｒｓ／Ｒｍの調整は、材料選定（熱伝導率）と厚み設定により行うことができる。

（板状の金属部材の端部と冷却部材との熱的接触）
　本実施形態において、板状の金属部材２０の一つの端部（図１では、矩形の板状のため、４つある端部のうち、冷却部材側に存在する端部）と冷却部材４０とが熱的に接触しているとの状況には、バッテリーセルの側面と板状の金属部材との熱的接触と同様に、両者が直接接触している場合に加えて、両者が接着剤やグリース、又は、薄厚の伝熱シートを介して、両者が熱伝導可能なように接続されている（接触している）場合も含まれる。図１では、薄厚シート（伝熱シート４１）を用いた例を示している。

　図１では、板状の金属部材２０の一つの端部は、冷却部材４０の上面を構成する伝熱シート４１にそのまま載置されて、熱的に接触している。ここで、図５に示すように、板状の金属部材２０が、冷却部材４０の内部に入り込むようにしてもよい。図５に示すような構造は、例えば、冷却部材４０に溝部を設け、その溝部に板状の金属部材２０の端部を嵌め込んで、熱的に接触させることで実現することができる。このような構造とすることで、板状の金属部材２０と冷却部材４０との接触面積を増やしたり、板状の金属部材２０と冷却部材４０との実質的な熱抵抗を小さくしたりすることが可能となり、異常発熱したバッテリーセル１０を、より確実に冷却することが可能となる。図５では、板状の金属部材２０とバッテリーセル１０の側面との間に設置した伝熱シート５０を、板状の金属部材２０と共にそのまま延長して、板状の金属部材２０と共に冷却部材４０の溝部に埋め込むことで、冷却部材４０と板状の金属部材２０との熱的な接触を確保している。

＜冷却特性について＞
　本実施形態の構造とすることで、従来技術と比べて、冷却能力を向上することができる。ここで、図１に示す本実施形態の構造における冷却特性を、図６～８に示す従来技術と比較することで、明示する。

　図６に示す冷却構造は、図１の冷却構造において、金属と断熱材の位置を入れ替えたものである（金属部材の厚さは図１の２つの金属部材の合計厚さと同じで、２つの断熱部材の合計厚さは図１の断熱層の厚さと同じ）。それ以外の構造は、図１と同じである。すなわち、「セル／断熱部材／金属部材／断熱部材／セル」の複層構造を有し、金属部材の一つの端部が、下方の冷却部材と熱的に接触した冷却構造を有する。図７及び図８に示す冷却構造は、それぞれ、バッテリーセル間に、金属部材２０のみを設置した冷却構造、及び、断熱部材３０のみを設置した冷却構造を示している（金属部材及び断熱部材の厚さは、図１の複層構造の厚さと同じ）。それ以外の構造は、図１と同じである（図７において、金属部材は下方の冷却部材と熱的に接触）。

　図９は、図１、及び、図６～図８の冷却構造を用いた場合の、冷却特性の違いを模式的に示した温度履歴図であり、異常発熱が生じたバッテリーセルに隣接するバッテリーセルにおける温度（最も熱くなると考えられる部位において）の経時変化を表している。

　図１の本実施形態の冷却構造が、最終的には最も温度が低くなっており、冷却能力が最も優れていることが判る。図５の冷却構造は、途中までは図１の冷却構造と同様の温度変化を示すものの、１０００秒頃から温度が高い方向に乖離し始め、図１の冷却構造よりも温度は高くなってしまう。図７の金属部材のみを設置した冷却構造では、初期は最も早く温度が上昇するが、途中で温度上昇が緩和されて、図１、図６に次いで低い温度となる。図８の断熱部材のみを設置した冷却構造では、初期は図７において金属部材のみを設置した冷却構造よりも温度上昇は遅いものの、１０００秒付近で逆転されて、最終的には最も温度が高い結果となる。なお、図８の冷却構造において、断熱部材を空気層のみとした場合も、断熱部材のみの場合と略同様の温度推移の結果となることが判った。

　以上のように、図１の冷却構造での冷却能力は、図６～図８の冷却構造の冷却能力からは、容易には予測できない結果となることが判った。

　このような本発明に係る冷却構造の冷却能力の優位性は、熱伝導率が１００ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ厚みが０．３ｍｍ以上の板状の金属部材と、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下かつ厚みが０．５ｍｍ以上の断熱層とを用いた場合に発揮される。かかる範囲を外れると、優位性は生じず、場合によっては、金属部材のみが存在する図７の構造の方が、最大温度が低い結果となるような現象がみられることも判った。

＜冷却構造の製造方法について＞
　本実施形態の製造方法は、特に制限されるものではない。隣り合うバッテリーセル１０の側面への板状の金属部材２０の熱的な接触、冷却部材４０への板状の金属部材２０の少なくとも一つの端部の熱的な接触、隣り合う板状の金属部材２０の間への断熱層３０の設置などを、適宜行えばよい。

＜熱伝導率の評価方法について＞
（板状の金属部材の熱伝導率の評価方法）
　板状の金属部材２０の熱伝導率は、板状の金属部材２０の材質が判れば、その材質が固有する物性値として熱伝導率を特定することができる。

　板状の金属部材２０の材質が判らない場合や、材質が判っても熱伝導率の物性値が公知でない場合には、直線フィン温度分布フィッティング（Ｓｔｒａｉｇｈｔ　Ｆｉｎ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｆｉｔｔｉｎｇ：ＳＦＴＦ）法により測定する。図１０及び図１１を参照しながら、板状の金属部材２０の熱伝導率の測定方法について、簡単に説明する。

　ここで、板状の金属部材２０が既にバッテリーセル１０の面上に配設されている場合には、バッテリーセル１０の表面から板状の金属部材２０を取り外した上で、熱伝導率を測定する。また、板状の金属部材２０が伝熱シートを介してバッテリーセル１０の面上に配設されている場合には、伝熱シートから板状の金属部材２０を取り外した上で、熱伝導率を測定する。

　具体的には、板状の金属部材２０がバッテリーセル１０にグリースを介して接触している場合には、バッテリーセル１０の垂直方向に板状の金属部材２０をはがし、グリースを拭き取ることで、測定に供することができる。また、板状の金属部材２０がバッテリーセル１０に接着剤により接着されている場合には、スクレーパ等の器具を用いてバッテリーセル１０から板状の金属部材２０をはがし、接着剤が存在する面を研磨することで板状の金属部材２０の表面を露出させ、表面を平滑化する。伝熱シートに板状の金属部材２０が接触している場合も、同様に板状の金属部材２０を剥がして測定に供する。

　その後、板状の金属部材２０におけるバッテリーセル１０の表面に最も近い面を測定面とし、この測定面と、熱流を入力する部位と、を除いた部位の全てを、断熱材で被覆しておく。これにより、ＳＦＴＦ法に供する板状の金属部材２０の試験片を得ることができる。

　図１０は、ＳＦＴＦ法の原理を説明するための説明図である。図１０の上段に示したような、長さＬｔ［ｍ］、断面積Ａ［ｍ^２］＝Ｈ×ｔ、周囲長さＰ［ｍ］＝２×（Ｌｔ＋Ｈ＋ｔ）の平板試験片の一方の端部を加熱し、他方の端部を冷却したときの定常時の試験片について、熱流の入力部位における境界温度Ｔ_０＝Ｔ_ｘ０と、試験片の周囲空気からの温度上昇分布Ｔ_ｉ（ｉ＝１～ｎ：温度測定点数）と、を測定する。

　一方、直線フィンの温度分布に関する解析解Ｔ_ｘｉを与える直線フィンの温度分布解析式は、試験片の１端温度固定・片端面断熱の境界条件を用いて、以下の式（１０１）で与えられる。そこで、得られた測定値Ｔｘｉと、式（１０１）で与えられる直線フィンの温度上昇の解析解Ｔｘとを比較して、以下の式（１０３）で規定される標準偏差σを算出し、この標準偏差が最小となるように、解析式中のパラメータｍを決定する。

　また、着目する試料の面内方向熱伝導率（図１０における長さＬｔ方向の熱伝導率）をｋ_ｐと表すこととすると、式（１０１）で表される解析式中のパラメータｍは、試験片表面から周囲空気への平均熱伝達率ｈ_ｍを用いて、以下の式（１０５）のように表される。

　また、平均熱伝達率ｈ_ｍは、垂直平板自然対流熱伝達率及び放射熱伝達率の理論式を用いて、以下の式（１０７）～式（１１１）のように表される。ここで、以下の式（１０７）～式（１１１）において、ｈ_ｎｍは、高さＨの垂直平板に対する自然対流熱伝達率であり、ｈ_ｒｍは、放射率εの表面からの放射熱伝達率である。また、ｋ_ａ、ｖ_ａ、β、Ｐｒは、それぞれ、空気の熱伝導率、動粘性係数、膨張率、プラントル数である。また、ｇは、重力加速度であり、σ’は、ステファン・ボルツマン定数（＝５．６７×１０^－８Ｗ／ｍ^２・Ｋ^４）である。Ｔ_ｍ，Ｔ_ａは、それぞれ絶対温度で表した試験片の平均温度と外気温度である。ΔＴｍは、試験片の平均温度上昇であり、フィン効率φ（０．８）及びｘ＝０での温度上昇ΔＴ_０を用いてΔＴ_０・φにより求めることができる。

　実際の金属部材の熱伝導率を測定する際には、対象となる金属部材を、幅２０ｍｍ×長さ２００ｍｍの大きさに切り出した後、図１１に示したような積層構造を構成して、片端にヒータを設置し、ヒータ出力を、１０Ｖで１．６Ｗに設定する。その後、金属部材の面内の温度分布をサーモカメラで撮影し、得られた熱画像を温度分布に変換して、試験長と表面温度の関係を確認する。得られた試験長と表面温度の関係を、上記の直線フィン温度分布フィッティング法で解析することで、着目する金属部材の熱伝導率を得ることができる。なお、金属部材のサイズが小さくて、幅２０ｍｍ×長さ２００ｍｍの大きさに切り出すことができない場合は、幅２０ｍｍ×長さ１００ｍｍなどと、試験片を小さくして測定することができる。

　また、バッテリーセルと板状の金属部材の間に伝熱シートが存在する構造において、この伝熱シートの熱伝導率の測定方法は、上述した板状の金属部材の熱伝導率の測定方法と同様に行うことができる。

（接着材及びグリースの熱伝導率の評価方法）
　接着剤及びグリースの熱伝導率は、以下のような、ＡＳＴＭ５４７０に準拠した熱抵抗測定法により測定することができる。

　図１２の左側の図に示したように、上部メーターバーと下部メーターバーの間に、着目する試料を挟み、上部メーターバー側のヒータに電力を加える。一方、下部メーターバー側のテストヘッドは、水冷等の方法により、一定温度に保持する。その上で、上部メーターバーと下部メーターバーの位置と温度との関係から、試料の熱抵抗を求める。具体的には、図中のＴ１～Ｔ４に示す位置に熱電対を装着しておき、Ｔ１～Ｔ２で得られる温度から算出される温度勾配に基づき、試料の上部メーターバー側の表面温度を算出するとともに、Ｔ３～Ｔ４で得られる温度から算出される温度勾配に基づき、試料の下部メーターバー側の表面温度を算出する。これにより、試料の内部での温度差ΔＴを算出する。また、ヒータからの発熱量Ｑ［Ｗ］を用いることで、試料の熱抵抗を求めることができる。

　試料の厚みを変えながら、上記のようにして試料の熱抵抗を算出し、得られた結果を、図１２の下段に示したような試料の厚みと熱抵抗とで規定される座標平面にプロットする。その後、得られたプロットの分布を最小二乗法により直線近似し、直線の傾きを算出する。得られた傾きの逆数が、着目する試料の熱伝導率となる。

　上記のような熱伝導率の測定方法は、トランジスタ法やモデルヒーター法と異なり、上部メーターバー側の印加圧力を変えることが可能であるため、印加圧力に対しての熱抵抗を再現性良く評価することが可能である。実際の測定では、厚みが０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍである薄膜を作製し、２０ｍｍ角に切断する。その後、切断した試料を、メーターバーに挟んで測定すればよい。この際、メーターバーの材質は、ＳＵＳ３０４（２０ｍｍ角）とし、測定時の荷重を３ｋｇ／ｃｍ^２とする。その上で、熱抵抗と厚みの関係から傾きを算出し、傾きの逆数から熱伝導率を算出すればよい。

　また、着目する接着剤やグリースが少量しか得られなかった場合には、着目する接着剤やグリースを、適切な有機溶剤に溶解し、溶解しなかったフィラー粒子を抽出する。取出したフィラー粒子を、蛍光Ｘ線による成分分析、及び、Ｘ線回折による結晶構造解析に供することで、フィラー粒子の種類を同定する。また、マトリックス樹脂の組成に関しては、得られた樹脂溶液を、赤外分光法により観察することで、マトリックス樹脂の種類を同定する。また、取り出したフィラー量とマトリックス量から、熱伝導率を下記の式（１２１）により算出することができる。

　ここで、以下の式（１２１）において、λ_{ｍａｔｒｉｘ}は、マトリックス樹脂の熱伝導率であり、λ_{ｆｉｌｌｅｒ}は、フィラー粒子の熱伝導率であり、λ_{ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ}は、コンポジットの熱伝導率である。また、φは、フィラーの含有量（体積分率）であり、ｘは、フィラーの形状因子（真球のとき、ｘ＝２で最小となる。）である。

＜熱抵抗の評価方法について＞
　板状の金属部材の熱抵抗（Ｒｍ）は、上述の評価方法で求めた板状の金属部材の熱伝導率（λｍ）と、板状の金属部材の厚み（Ｌｍ）とから、Ｒｍ＝Ｌｍ／λｍにより求めることができる。

　また、接着剤、グリース、伝熱シートの熱抵抗（Ｒｓ）は、上述の評価方法で求めた接着剤、グリース、伝熱シートの熱伝導率（λｓ）と、接着剤、グリース、伝熱シートの厚み（Ｌｓ）とから、Ｒｓ＝Ｌｓ／λｓにより求めることができる。

　このような評価方法で、Ｒｍ及びＲｓを求めることで、上述したＲｓ／Ｒｍを算出できる。

＜バッテリーモジュール、バッテリーパックについて＞
　上述した本発明の実施形態におけるバッテリーセル間の冷却構造を有する、バッテリーモジュール及びバッテリーパックであれば、どのようなものであってもよい。バッテリーパックは、複数のバッテリーパックが、水平方向や垂直方向に並列されて構成されるもののみならず、バッテリーモジュール単体の場合であってもよい。

　以下では、実施例及び比較例を示しながら、本発明に係るバッテリーセル間の冷却構造、並びに、その冷却構造を有するバッテリーセルモジュール、及び、バッテリーパックについて、具体例を挙げながら説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明のあくまでも一例にすぎず、本発明は下記の例に限定されるものではない。

［バッテリーセル及びバッテリーモジュール］
　バッテリーセルには、ケーシングが鋼製の角型セル（長さ２７ｍｍ×幅１７０ｍｍ×高さ１１５ｍｍ）を使用し、当該セル８個を互いに対向するようにして直線状に配置して、バッテリーモジュールを作製した。当該バッテリーモジュールは、セル間の隙間を、０．５ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍとした４種類を用意した。

［充放電試験装置］
　作製したモジュールの充放電試験には、日鉄テックスエンジ株式会社製のＥＶＴ６０Ｖ１２０Ａを使用した。

［冷却装置］
　熱冷却機構として機能する冷却装置には、自作した水冷装置（長さ１９０ｍｍ×幅４００ｍｍ×高さ４０ｍｍ）を使用し、その上にバッテリーモジュールを載せて、バッテリーの充放電を実施した。このようにして実現されるバッテリーセル冷却機構は、概ね図１の断面図（バッテリーモジュールの長手方向断面）に例示したような構造を有している。

［金属部材と断熱層］
　板状の金属部材としては、常温での熱伝導率２３５Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウム製の板を用いた。本発明例では、アルミニウム製の板に、信越化学社製シリコーングリース（Ｇ－７７７、常温での熱伝導率３．３Ｗ／（ｍ・Ｋ））、セメダイン社製接着剤（ＳＸ１００８、常温での熱伝導率１．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、以下の表１において「接着剤１」と略記する。）、又は、セメダイン社製接着剤（ＲＨ９６Ｌ、常温での熱伝導率２．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、以下の表１において「接着剤２」と略記する。）を薄く（約０．０２ｍｍ厚）塗布して、セルに貼付した。この時、直方体である角型セルにおいて、貼付される面のセルの側面の略全面にアルミニウム製の板を貼付した（上端部数ｍｍ及び左右の端部数ｍｍを除く。面積率９５％以上。）。また、貼付したアルミニウム製の板を、バッテリーモジュール下に設置されている水冷装置に、信越化学社製シリコーングリース（Ｇ－７７７、常温での熱伝導率３．３Ｗ／（ｍ・Ｋ））を介して（約０．１ｍｍ塗布）接続した。グリース又は接着剤の熱抵抗Ｒｓに対する金属部材の熱抵抗の比（Ｒｓ／Ｒｍ）については、以下の表１に示す。

　断熱層における断熱部材としては、常温での熱伝導率０．０５Ｗ／ｍ・Ｋのグラスウール、又は、所望の厚みとなるように調整したニチアス社製耐火クロス（ＴＯＭＢＯ　Ｎｏ．８３００、常温での熱伝導率０．１０Ｗ／ｍ・Ｋ）を使用した。

［複層構造について］
　隣り合うセル間の構造としては、本発明例としては、セル／アルミニウム製の板／グラスウール／アルミニウム製の板／セルの複層構造とした。比較例（従来技術）としては、セル／グラスウール／アルミニウム製の板／グラスウール／セルの複層構造、アルミニウム製の板単独構造、及び、グラスウール単独構造とした。それぞれの構造における各部材の厚みは、以下の表１に示す。

　また、概ね図４の断面図に例示したような冷却構造、及び、図２に示すような、セル短辺側の面をアルミニウム製の板で接触させた冷却構造についても、冷却能力を測定した。これらの条件についても、以下の表１に示す。なお、セル間の隙間を０．５ｍｍとした例については、冷却能力を測定するまでもなく、悪い評価となることが明らかなものであったため、以下では評価は行わなかった。

◇冷却性能評価（異常発熱セル発生時の温度評価）
　熱電対を、セル表面の任意の位置にカプトンテープを使用して貼付し、充放電に伴う温度上昇を測定した。表１で示される本発明例と比較例（従来技術）の組合せについて、評価を行った。上記の８つのセルが連なったモジュールを用い、２５℃の環境下で中央２つのセルが５００ｋＷ／ｈの一定発熱量で発熱した際に（異常発熱を模擬）、加熱開始後２０００秒のときの隣接するセルの温度（セルの高さ方向に等間隔に３点を測定：上から２０ｍｍ、５０ｍｍ、８０ｍｍの位置）のうち、最も熱くなる部位の温度とした。その結果、２０００秒後に比較例のいずれの場合よりも、温度が低いものを、本発明例とした。また、セル／アルミニウム製の板／グラスウール／アルミニウム製の板／セルの複層構造ではあるが、アルミニウム製の板の厚みが薄く、比較例よりも温度が高くなったものは、参考例とした。

　なお、本発明者らの検討の結果、測定開始後１０００～２０００秒を経過したあたりで特性に変化が生じ始め、かかる範囲の挙動が性能評価に重要であることが判明した。また、測定開始後２０００秒を超えると特性が飽和し、バッテリーセルの性能が確定することも判明した。加えて、バッテリーセルを電気自動車に装着することを想定した場合、バッテリーセルが危険な状態になりつつあるときに、乗員が退避する時間を確保する必要があることから、早めの判断が必要となる。かかる点を踏まえ、上記のように、測定開始後２０００秒での判断を行うこととした。

　また、セル間隔が５ｍｍにおいては比較例１を基準とし、セル間隔が３ｍｍにおいては比較例４を基準とし、セル間隔が２ｍｍにおいては比較例６を基準として、それぞれのセル間隔における本発明例、参考例、比較例との冷却性能を比較した。比較に当たっては、２０００秒後の最大セル温度で比較して、以下に示す式のバッテリー温度低減率として表した。

　バッテリーセル温度低減率（％）（本発明例の場合）
＝［（基準となる比較例の最大セル温度－本発明例の最大セル温度）／基準となる比較例の最大セル温度］×１００
　バッテリーセル温度低減率（％）（参考例の場合）
＝［（基準となる比較例の最大セル温度－参考例の最大セル温度）／基準となる比較例の最大セル温度］×１００
　バッテリーセル温度低減率（％）（比較例の場合）
＝［（基準となる比較例の最大セル温度－比較例の最大セル温度）／基準となる比較例の最大セル温度］×１００

　また、上記温度低減率が、１０％以上であったものを評点「Ａ」、５％以上１０％未満であったものを評点「Ｂ」、０％超５％未満であったものを評点「Ｃ」、０％以下であったものを評点「Ｄ」として、評価した。なお、セル／グラスウール／アルミニウム製の板／グラスウール／セルの複層構造（すなわち、上記Ｂ構造）の場合と比較して優れた性能を示したものを、「合格」としている。

［冷却性能の比較結果］
　図１３は、セル間が５．０ｍｍの場合の結果を示したものである。比較例１［断熱部材１．０ｍｍ／Ａｌ３．０ｍｍ／断熱部材１．０ｍｍ］、及び、比較例２［Ａｌ５．０ｍｍのみ］に対して、本発明例である、本発明例１［Ａｌ１．５ｍｍ／断熱部材２．０ｍｍ／Ａｌ１．５ｍｍ］、本発明例２［Ａｌ２．２５ｍｍ／断熱部材０．５ｍｍ／Ａｌ２．２５ｍｍ］、本発明例３［Ａｌ２．０ｍｍ／断熱部材１．０ｍｍ／Ａｌ２．０ｍｍ］、本発明例４［Ａｌ１．０ｍｍ／断熱部材３．０ｍｍ／Ａｌ１．０ｍｍ］は全て、２０００秒後の隣接するセルの温度が、比較例よりも低くなっている。本発明例は、従来技術よりも冷却性能が高くなっていることが判る。また、アルミニウム製の板の厚みが薄い参考例１［Ａｌ０．２５ｍｍ／断熱部材４．５ｍｍ／Ａｌ０．２５ｍｍ］は、比較例１よりも、２０００秒後の隣接するセルの温度が高くなっており、従来技術よりも冷却性能が低かった。また、図１３には示していないが、セルと金属部材とを、グリースに換えて接着剤で接着した本発明例１２及び本発明例１３、及び、断熱部材をグラスウールに換えて耐火クロスとした本発明例１４においても、従来技術よりも冷却性能が高くなっていた。

　図１４は、セル間が３ｍｍの場合の結果を示したものである。比較例３［断熱部材１．０ｍｍ／Ａｌ１．０ｍｍ／断熱部材１．０ｍｍ］、比較例４［断熱部材０．５ｍｍ／Ａｌ２．０ｍｍ／断熱部材０．５ｍｍ］、及び、比較例５［Ａｌ３．０ｍｍのみ］に対して、本発明例である、本発明例５［Ａｌ０．５ｍｍ／断熱部材２．０ｍｍ／Ａｌ０．５ｍｍ］、本発明例６［Ａｌ１．０ｍｍ／断熱部材１．０ｍｍ／Ａｌ１．０ｍｍ］はいずれも、２０００秒後の隣接するセルの温度が、いずれの比較例よりも低くなっており、従来技術よりも冷却性能が高くなっていることが判る。

　図１５は、セル間が２ｍｍの場合の結果を示したものである。比較例６［断熱部材０．５ｍｍ／Ａｌ１．０ｍｍ／断熱部材０．５ｍｍ］、及び、比較例７［Ａｌ２．０ｍｍのみ］に対して、本発明例である、本発明例７［Ａｌ０．５ｍｍ／断熱部材１．０ｍｍ／Ａｌ０．５ｍｍ］は、２０００秒後の隣接するセルの温度が、いずれの比較例よりも低くなっており、従来技術よりも冷却性能が高くなっていることが判る。

　図１６は、セル間隔５ｍｍにおいて、金属部材の下部が接続された（Ｕ字状金属部材）場合（図４の構造）の本発明例８（［Ａｌ１．５ｍｍ／断熱部材２．０ｍｍ／Ａｌ１．５ｍｍ］で、２つのアルミニウム板の下部が高さ方向に２５％の部位が接続されて一体となっている。）の結果を、実施例１及び比較例１と対比して示したものである。本発明例８は、実施例１よりは、僅かに２０００秒後の隣接するセルの温度が高くなっているが、比較例１よりは低くなっており、従来技術よりも冷却性能が高くなっていることが判る。

　図１７は、８個のバッテリーセルのすべての短辺の側面にも、アルミニウム製の板（３ｍｍ厚み）を、グリースを介して接着し、バッテリーモジュール側面全体をアルミニウム製の板で覆った場合（図２の構造）の本発明例９（［Ａｌ１．５ｍｍ／断熱部材２．０ｍｍ／Ａｌ１．５ｍｍ］＋短辺側の側面にＡｌを設けた。）と、本発明例１とを対比して示したものである。本発明例９は、本発明例１よりも、２０００秒後の隣接するセルの温度が低くなっており、更に冷却性能が高くなっていることが判る。

　上記表１、及び、図１３～図１７から明らかなように、本発明例に該当するものは、いずれも評点「Ａ」又は「Ｂ」の評価となり、従来技術よりも冷却能力が優れていることが判る。

［板状の金属部材の種類（熱伝導率）の影響について］
　図１８は、金属部材を、ジュラルミン（熱伝導率：常温で１１０Ｗ／ｍ・Ｋ）、及び、鋳鉄（熱伝導率：常温で５０Ｗ／ｍ・Ｋ）に変更した場合の結果を示したものである。

　本発明例１０は、金属部材をジュラルミンとした以外は、実施例１と同じ条件にしたものであり、比較例８は、金属部材をジュラルミンとした以外は、比較例１と同じ条件にしたものである。両者を比較すると、本発明例１０の方が、比較例８と比べて、２０００秒後の隣接するセルの温度が低くなっており、従来技術よりも冷却性能が高くなっていることが判る。ただし、本発明例１と比べると、本発明例１０は温度が全体的に上昇しており、金属部材の熱伝導率は、１５０ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましいことが判る。

　また、参考例２は、金属部材を鋳鉄とした以外は、実施例１と同じ条件にしたものであり、比較例９は、金属部材を鋳鉄とした以外は、比較例１と同じ条件にしたものである。両者を比較すると、参考例２の方が、比較例９と比べて、２０００秒後の隣接するセルの温度が低くなっているものの、隣接セルの最大温度が２００℃を越えている。そのため、隣接するバッテリーセルの温度上昇を効率よく抑制できているとは言えず、参考例としている。

［断熱層における断熱部材の種類（熱伝導率）の影響について］
　図１９は、断熱層の断熱部材を、ガラス板（熱伝導率：常温で０．９Ｗ／ｍ・Ｋ）に変更した場合の結果を示したものである。

　本発明例１１は、断熱部材をガラス板とした以外は、実施例１と同じ条件にしたものであり、比較例１０は、断熱部材をガラス板とした以外は、比較例１と同じ条件にしたものである。両者を比較すると、本発明例１１の方が、比較例１０と比べて、２０００秒後の隣接するセルの温度が低くなっており、従来技術よりも冷却性能が高くなっていることが判る。ただし、本発明例１と比べると、本発明例１０は温度が全体的に上昇しており、断熱部材の熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下が好ましいことが判る。

　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

　　　１　　バッテリーセルの冷却構造
　　　２　　複層構造
　　１０　　バッテリーセル
　　２０　　板状の金属部材
　　３０　　断熱層（断熱部材又はガス層）
　　４０　　冷却部材
　　４１　　冷却プレート
　　４２　　伝熱シート
　　５０　　伝熱シート
　　６０　　第２の板状の金属部材
　　７０　　第３の板状の金属部材
　１００　　バッテリーモジュール
 
 

Claims (14)

1. 　２つの側面が互いに向かい合うように並べて配置される複数個の角型バッテリーセルにおける、隣り合う前記バッテリーセル間の冷却構造であって、
   　熱伝導率が１００ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ、厚みが０．３ｍｍ以上であり、前記隣り合うバッテリーセルの対向するそれぞれの側面に対して熱的に接触する、板状の金属部材と、
   　前記隣り合うバッテリーセルの対向するそれぞれの側面に対して熱的に接触する板状の金属部材同士の間に配置されており、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、かつ、厚みが０．５ｍｍ以上である断熱部材又はガス層の少なくとも何れかを有する断熱層と、
   により、
   　前記隣り合うバッテリーセル同士で、バッテリーセル／板状の金属部材／断熱層／板状の金属部材／バッテリーセル、という複層構造を形成し、
   　更に、前記複数個の角型バッテリーセルのそれぞれに熱的に接触する、又は、前記複数個の角型バッテリーセルのそれぞれの近傍に存在する冷却部材と、
   を備え、
   　前記板状の金属部材のそれぞれは、少なくともその一つの端部が、前記冷却部材に熱的に接触している、バッテリーセル間の冷却構造。
2. 　前記板状の金属部材の厚みは、０．５ｍｍ以上であり、
   　前記断熱層の厚みは、１．０ｍｍ以上である、請求項１に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
3. 　前記バッテリーセルと前記板状の金属部材との接触界面における熱抵抗をＲｓとし、前記板状の金属部材の熱抵抗をＲｍとしたときに、Ｒｓ／Ｒｍ≦３．０である、請求項１又は２に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
4. 　前記板状の金属部材は、断面形状が凹形状となるように加工されており、隣り合う前記バッテリーセルの間に挿入されている、請求項１～３の何れか１項に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
5. 　前記バッテリーセルの側面は、鉄鋼材料で構成されている、請求項１～４の何れか１項に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
6. 　前記複数個の角型バッテリーセルそれぞれにおいて、
   　前記複数個の角型バッテリーセルが並べて配置される方向に対して平行な側面には、更に、熱伝導率が１００ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ、厚みが０．３ｍｍ以上である第２の板状の金属部材が存在し、
   　前記第２の板状の金属部材は、前記バッテリーセルの側面に熱的に接触し、かつ、少なくとも一つの端部が前記冷却部材に熱的に接触している、請求項１～５の何れか１項に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
7. 　前記隣り合うバッテリーセル間の間隔は、１．５～５．０ｍｍである、請求項１～６の何れか１項に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
8. 　前記板状の金属部材と、前記冷却部材とは、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の接着剤又はグリースを介して、熱的に接触している、請求項１～７の何れか１項に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
9. 　前記熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の接着剤又はグリースは、常温で硬化する接着剤又はグリースである、請求項１～８の何れか１項に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
10. 　前記冷却部材には、溝部が設けられており、
    　前記板状の金属部材は、前記溝部に嵌合される、請求項１～９の何れか１項に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
11. 　前記角型バッテリーセルは、ラミネート型バッテリーセルが積層されて構成される、請求項１～１０の何れか１項に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
12. 　前記板状の金属部材の材質は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、又は、銅合金の少なくとも何れかである、請求項１～１１の何れか１項に記載のバッテリーセル間の冷却構造。
13. 　請求項１～１２の何れか１項に記載のバッテリーセル間の冷却構造を有する、バッテリーモジュール。
14. 　請求項１～１２の何れか１項に記載のバッテリーセル間の冷却構造を有する、バッテリーパック。
     

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