特許 7495176 二次電池セル用の筐体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-27

(45)【発行日】2024-06-04

(54)【発明の名称】二次電池セル用の筐体

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/262 20210101AFI20240528BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20240528BHJP

   H01M 50/293 20210101ALI20240528BHJP

   H01M 50/291 20210101ALI20240528BHJP

   H01M 50/211 20210101ALI20240528BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240528BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240528BHJP

   H01M 10/651 20140101ALI20240528BHJP

   H01M 10/6551 20140101ALI20240528BHJP

【ＦＩ】

H01M50/262 E

H01M50/204 401H

H01M50/262 P

H01M50/293

H01M50/291

H01M50/211

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/651

H01M10/6551

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2024019375

(22)【出願日】2024-02-13

(62)【分割の表示】P 2022079903の分割

【原出願日】2022-05-16

(65)【公開番号】P2024040367

(43)【公開日】2024-03-25

【審査請求日】2024-03-01

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】500356371

【氏名又は名称】ＬＳＩクーラー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096884

【弁理士】

【氏名又は名称】末成 幹生

(72)【発明者】

【氏名】吉川 隆一

【審査官】窪田 陸人

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２１－５２２６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６０４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０１６３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１８００８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２１－５１６８５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

Ｈ０１Ｍ １０／５２－１０／６６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の二次電池セルが内部空間に収容され、かつ、外側に放熱構造を有している筐体であって、
熱伝導性シートを間に挟んで積層されている前記複数の二次電池セルを積層方向に加圧する第１加圧機構と、
前記熱伝導性シートのうち前記複数の二次電池セルの側方へのはみだし部分を前記筐体の内側面に対して加圧する第２加圧機構と、
を備え、
前記第１加圧機構および前記第２加圧機構のうち少なくとも一方は、内部に気体が充填された膨張可能な容器により構成されている筐体。

【請求項2】

複数の二次電池セルが内部空間に収容され、かつ、外側に放熱構造を有している筐体であって、
熱伝導性シートを間に挟んで積層されている前記複数の二次電池セルを積層方向に加圧する第１加圧機構と、
前記熱伝導性シートのうち前記複数の二次電池セルの側方へのはみだし部分を前記筐体の内側面に対して加圧する第２加圧機構と、
を備え、
前記熱伝導性シートが、面方向の熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上で、かつ、厚さ方向に作用する圧力に応じて接触熱抵抗が低減する性質を有している筐体。

【請求項3】

複数の二次電池セルが内部空間に収容され、かつ、外側に放熱構造を有している筐体であって、
熱伝導性シートを間に挟んで積層されている前記複数の二次電池セルを積層方向に加圧する第１加圧機構と、
前記熱伝導性シートのうち前記複数の二次電池セルの側方へのはみだし部分を前記筐体の内側面に対して加圧する第２加圧機構と、
を備え、
前記二次電池セルは、側方へ向けて尖った尖端縁部を備え、前記尖端縁部に保護部材を被せ、前記保護部材の側面で前記はみだし部分を押圧する筺体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次電池セル用の筐体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の電気自動車には、リチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。リチウムイオン電池は走行時（放電時）および充電時に発熱するが、必要な充放電性能および耐久性を維持する観点から適当な温度範囲は２５℃～３５℃である。実際には、リチウムイオン電池はより広い温度範囲での使用が可能であるものの、０℃～４５℃に維持されることが望ましい。リチウムイオン電池の温度がこれよりも高くなると、充電時に充電速度が低下し、放電時に電費が低下する。リチウムイオン電池の温度が適正な温度範囲から逸脱した状態で長期間にわたって使用されると、リチウムイオン電池の性能劣化を早めることになる。

【0003】

リチウムイオン電池の冷却方法としては、多くの電気自動車では水冷が一般的である。リチウムイオン電池には板状および円柱状がある。板状セルの場合、これらを冷却パネル上に設置し、セルが放出する熱を冷却パネル経由で冷却水へ伝える。円柱状セルの場合、セル間の隙間に冷却水を流すチューブを設けるなどの方法で、セルが放出する熱を冷却水へ伝える。

【0004】

これらの方法は冷却水の温度と流量の制御によりセル温度を常に最適に制御できる利点があるが、そのために複雑な装備およびその駆動電力を必要とするため、電気自動車の重量とコスト増加および航続距離低減に繋がる。よって水冷式は中型以上の高級電気自動車に限定されている現状である。

【0005】

一方、電気自動車の簡素化およびコスト低減のためにリチウムイオン電池を空冷する方式も実用化されている（例えば、特許文献１および２参照）。これは走行時の空気の流れをリチウムイオン電池の筐体内に引き込んで通風する方式である。よって、各リチウムイオン電池セルの周囲には出来るだけ空気が流れやすいように隙間を設ける必要があるものの、リチウムイオン電池セルを収容する筐体（電池パック）の小型化の妨げとなる。リチウムイオン電池には高電圧が流れるため、安全のため防塵および浸水時の被水対策との両立が必須である。このほかに空冷式の問題点として、長時間の高速走行で電費が落ちる弱点があった。また、充電中にはリチウムイオン電池が発熱する一方で走行時のような空冷能力が得られず、電池の温度が上昇し５５℃～６０℃くらいから急に電力が入りにくくなる問題があった。さらにバッテリーの過熱はセルの劣化を早めるという問題も指摘されている。従って、リチウムイオン電池の空冷方法は、比較的小型の電気自動車で、性能よりもコスト低減を重視する場合に限定されて使われている。

【0006】

以上より、簡素かつ軽量で十分な性能の二次電池の冷却方策が求められている現状である。この方策は今後さらに普及が進む電動二輪車および軽自動車規格の小型電気自動車などに必須である。また電動の建設機械、フォークリフトおよび農業用自動収穫ロボットなど電動の特殊車両にも適する。このほか定置用の充電設備にも適用できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特願２０１１－２４３３５８号公報

【文献】特開２０１５－１２３９２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、本発明は、リチウムイオン電池など二次電池を収容する筐体において、小型・軽量・簡素な構造で駆動電力を必要とせず、空冷による十分な冷却性能により、充放電中に当該二次電池を必要な温度に維持し、かつ防塵および浸水時の被水対策との両立を果たすことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の筐体は、
（１）複数の二次電池セルが内部空間に収容され、かつ、外側に放熱構造を有している筐体であって、熱伝導性シートを間に挟んで積層されている前記複数の二次電池セルを積層方向に加圧する第１加圧機構と、前記熱伝導性シートのうち前記複数の二次電池セルの側方へのはみだし部分を前記筐体の内側面に対して加圧する第２加圧機構と、を備え、前記第１加圧機構および前記第２加圧機構のうち少なくとも一方が、内部に気体が充填された膨張可能な容器により構成されている。

【0010】

（２）また、本発明の筺体は、複数の二次電池セルが内部空間に収容され、かつ、外側に放熱構造を有している筐体であって、熱伝導性シートを間に挟んで積層されている前記複数の二次電池セルを積層方向に加圧する第１加圧機構と、前記熱伝導性シートのうち前記複数の二次電池セルの側方へのはみだし部分を前記筐体の内側面に対して加圧する第２加圧機構と、を備え、前記熱伝導性シートが、面方向の熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上で、かつ、厚さ方向に作用する圧力に応じて接触熱抵抗が低減する性質を有している。

【0011】

（３）さらに、本発明の筺体は、複数の二次電池セルが内部空間に収容され、かつ、外側に放熱構造を有している筐体であって、熱伝導性シートを間に挟んで積層されている前記複数の二次電池セルを積層方向に加圧する第１加圧機構と、前記熱伝導性シートのうち前記複数の二次電池セルの側方へのはみだし部分を前記筐体の内側面に対して加圧する第２加圧機構と、を備え、前記二次電池セルは、側方へ向けて尖った尖端縁部を備え、前記尖端縁部に保護部材を被せ、前記保護部材の側面で前記はみだし部分を押圧する。

【0012】

第１加圧機構により、複数の二次電池セル、ひいてはこれらの間に挟まれている熱伝導性シートが加圧される。熱伝導性シートには、その厚さ方向に圧力が加えられることにより、接触熱抵抗が低減する性質がある。これにより、二次電池セルから熱伝導性シートに熱が効率的に伝導される。また、熱伝導性シートの面方向の熱伝導率が高いため、二次電池セルから熱伝導性シートに伝導された熱が、当該熱伝導性シートの面方向に効率的に伝導される。

【0013】

第２加圧機構により、熱伝導性シートのうち複数の二次電池セルからのはみだし部分が筐体の内側面に対して押し付けられ、熱伝導性シートの当該はみだし部分および筐体の内側面の密着が図られている。これにより、二次電池セルから熱伝導性シートを通じて伝導された熱が、筐体に対して効率的に伝導される。筐体の外側には、放熱構造があるため、当該熱が、筐体の外部空間に効率よく放出される。

【0014】

筐体に通気孔が形成され、その径またはサイズが小さく抑制されることにより、筐体の外部空間から内部空間に水および／または粉塵が進入することが抑制または防止される。また、二次電池セルの温度変化、ひいては筐体の内部空間に存在する空気の温度変化に応じて、通気孔を介して筐体の内部空間および外部空間の間で空気の往来が許容されるので、筐体の内部空間が不適当に昇圧または減圧することが回避されている。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態としての二次電池セル用の筐体の構成説明図。

【図2】実施例における放電時の二次電池セル温度分布の計算結果に関する説明図。

【図3】比較例における放電時の二次電池セル温度分布の計算結果に関する説明図。

【図4】実施例における充電時の二次電池セル温度分布の計算結果に関する説明図。

【図5】比較例における充電時の二次電池セル温度分布の計算結果に関する説明図。

【図6】本発明の第２実施形態としての二次電池セル用の筐体の構成説明図。

【図7】本発明の第３実施形態としての二次電池セル用の筐体の構成説明図。

【図8】本発明の第４実施形態としての二次電池セル用の筐体の構成説明図。

【図9】本発明の第５実施形態としての二次電池セル用の筐体の構成説明図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（第１実施形態）
図１に示されている本発明の第１実施形態としての筐体１０は、上方に開口している本体部１１と、その開口を閉じるための矩形板状の蓋部１２とを備えている。筐体１０は、熱伝導率が高く軽量な金属により構成されていることが好ましく、例えば、アルミニウムのほか、マグネシウムまたはこれらの合金などにより構成されていることが好ましい。筐体１０の板厚または肉厚は放熱性能および軽量化の観点では薄いことが望ましい一方、後述するように膨縮部材２１、２２が膨張した際の圧力に対抗できる強度が必要である。この観点から、筐体１０の板厚は、例えば、５～１０ｍｍの範囲に含まれるように設計されていることが好ましい。

【0017】

本体部１１の側壁外側には、放熱構造としてヒートシンク１１０が設けられている。ヒートシンク１１０は本体部１１と一体であることが望ましい。アルミニウムの鋳造品（ダイカスト）ならばこの一体構造を製作可能である。この他、ブロックからの切削または３Ｄプリンターによる製作方法も可能である。別体のヒートシンクを筐体１０の表面に接触させる構成では、両者の接触界面に接触熱抵抗が発生し、熱伝達が妨げられる。やむを得ず別体のヒートシンクを採用する場合は、筐体１０との接触面をロウ付けするか、接触面に熱伝導性シートを介して、０．１ＭＰａ以上の圧力で加圧する必要がある。なお放熱構造としては、筐体１０または本体部１１の壁部外側の表面積を増大させるような、任意の凹凸構造でもよい。

【0018】

蓋部１２には、通気口１２０が形成されている。通気口１２０の径または幅は、通気性を維持しつつも防塵および水の浸入防止のために、例えば約１ｍｍに設計されていることが好ましい。通気口１２０の個数は１であることが好ましい。蓋部１２の周縁部には全周にわたり外側に張り出している第２フランジ部１２２が形成されている。なお、通気口１２０の位置としては、蓋に限定されるものではなく、筐体１０の側面または底面でもよい。また穴の大きさは直径３ｍｍ以下であることが望ましいが、丸い穴に限定されるものではなく、角穴またはスリット状など同等面積の任意形状の開口部でもよい。防塵および防水が担保されている空間に筐体１０が配置される場合、当該筐体１０それ自体には防塵および防水対策は施されていなくてもよい。

【0019】

第１フランジ部１１２および第２フランジ部１２２のそれぞれに位置合わせされて形成されている複数の貫通孔のそれぞれを貫通する複数のボルト１０１のそれぞれが複数のナット１０２のそれぞれと締結されることにより、本体部１１が蓋部１２により閉じられている。例えば、第１フランジ部１１２および第２フランジ部１２２の間にＯリングなどの環状シール部材が配置されることにより、本体部１１および蓋部１２が密封されている。

【0020】

本体部１１には、矩形板状の複数の二次電池セル４１が、間に熱伝導性シート４２を挟んだ状態で積層されている。図１の例では、１２個の二次電池セル４１の各下面に熱伝導性シート４２を挟んで積層された状態で、本体部１１の内部空間に収容されている。以上のうちのある１個の二次電池セル４１は、筐体１０の対向しあう一対の側壁部のうち一方の側壁部（図１の左側壁部）に偏在し、上記二次電池セル４１に対して上側および／または下側で隣接する他の二次電池セル４１が当該一対の側壁部のうち他方の側壁部（図１の右側壁部）に偏在するように、複数の二次電池セル４１が互い違いに積層されている。なお各二次電池セル４１の電極は図１には示されていないが、本断面の手前側または奥側に位置する。

【0021】

なお一部の熱伝導性シート４２が省略されてもよい。最も上にある二次電池セル４１の上面を除き、各二次電池セル４１は、上面および下面のそれぞれのほぼ全体にわたって熱伝導性シート４２に対して直接的に接触している。

【0022】

熱伝導性シート４２のうち二次電池セル４１からのはみだし部分が上方に折り曲げられたうえで、二次電池セル４１の側面および本体部１１の内側面により挟まれている。二次電池セル４１の上記側面は、電極を備える面ではなく、また電極を備える面の対向面でもない面とする。図１に示されている例では、熱伝導性シート４２の当該はみだし部分は、二次電池セル４１の側面および本体部１１の内側面のそれぞれに対して直接的に接触している。

【0023】

積層した二次電池セル４１および熱伝導性シート４２は、その上に置かれた第１膨縮部材２１により筐体下面に加圧される。また各二次電池セルの一端には個別の第２膨縮部材２２が設置され、もう一方の端部は個別の第２膨縮部材２２により、熱伝導性シート４２を介して筐体１０の内側側面に加圧される。

【0024】

二次電池セル４１の上面に置かれた第１膨縮部材２１および各二次電池セルの端部に置かれた第２膨縮部材２２は、（全ては図示されていないが）連通管２２０により互いに接続されている。これらのうちのいずれか一つの膨縮部材には、筐体を貫通する注入バルブ２１０が接続されている。従って注入バルブ２１０から空気または窒素ガスなどの気体を注入すると、筐体内の全ての膨縮部材は同一の内圧で膨らみ、二次電池セル４１および熱伝導性シート４２を加圧する。

【0025】

以上の構成により、積層された二次電池セル４１の層間に介在する熱伝導性シート４２は、加圧されることにより二次電池セルの発熱を効率良く二次電池セルの端部まで伝達し、さらには筐体１０の内面に伝達する。筐体１０は熱伝導率が高く軽量な金属性のため、二次電池セルの発熱はその外面のヒートシンク１１０から効率良く空気中に放冷される。

【0026】

二次電池セル４１としては、リチウムイオン電池のセルが一般的であるが、これに限定されるものではなく、例えば全固体電池などの開発途上の各種新型電池が採用されてもよい。電池の種類により発熱密度は同一とは限らないが、充放電により必ず発熱する。

【0027】

筐体内に積載する二次電池セル４１の数量および総容積は、駆動する車両などの重量および航続距離により決定される。

【0028】

図１に示されているように、筐体１０は、第１加圧機構としての第１膨縮部材２１と、第２加圧機構としての複数の第２膨縮部材２２と、を備えている。

【0029】

第１膨縮部材２１および第２膨縮部材２２のそれぞれは、（全ては図示されていないが）連通管２２０により互いに接続されており、筐体を貫通する注入バルブ２１０から空気または窒素ガスなどの気体を注入すると、筐体内の全ての膨縮部材は同一の内圧で膨らみ、二次電池セル４１および熱伝導性シート４２を加圧する。

【0030】

第１膨縮部材２１、第２膨縮部材２２および連通管２２０の内圧は、室温にてゲージ圧で０．１ＭＰａ（１ｋｇ／ｃｍ^２）となるように封入することが適する。この理由は後述する熱伝導性シートの機能を最適制御するために決定したものである。

【0031】

膨縮部材はガス封入時点では上記圧力で二次電池セル４１と接触している。二次電池セル４１の温度は充放電状況によって変動するため、膨縮部材２１、２２の封入ガスの温度は、時間遅れがあるものの、前者に追従して変化する。

【0032】

例えば、二次電池セルの温度が高速走行や急速充電時に仮に８０℃まで上昇すると、膨縮部材２１、２２の内圧はボイル・シャルルの法則に従い０．１２ＭＰａとなる。

【0033】

一方、寒冷地にて長時間停車し、二次電池セルの温度が０℃まで低下すると、膨縮部材の内圧は同様な計算により０．０９３ＭＰａとなる。

【0034】

このように二次電池セルの温度に呼応してガス膨張式チューブ（収縮部材２１、２２）の内圧が変化する現象は、後述する熱伝導性シート４２の特性を有効活用する上で重要な役割を果たす。

【0035】

この他にリチウムイオン電池の膨縮部材２１、２２の重要な役割として、リチウムイオン電池に常に密着して熱伝導性シートを加圧することである。リチウムイオン電池は充電時にはやや膨らみ、放電時にはやや凹む特性があり、この現象は「リチウムイオン電池が呼吸する」と呼ばれている。また寿命末期のリチウムイオン電池は、内部の電解液の変質により膨らむ傾向がある。このような変形に対しても常に密着を維持できることが、膨縮部材の利点である。

【0036】

図１に示すように、第１膨縮部材２１は、蓋部１２の内側面と最も上にある二次電池セル４１との間に配置されている。第２膨縮部材２２は、二次電池セル４１において熱伝導性シート４２のはみだし部分に接触している側面とは反対側の側面と、本体部１１の内側面との間に配置されている。筐体１０の一方の側壁部（図１の左側壁部）に偏在している二次電池セル４１と他方の側壁部との間に第２膨縮部材２２が配置されている。当該二次電池セル４１に対して上側および／または下側で隣接し、他方の側壁部（図１の右側壁部）に偏在している他の二次電池セル４１と一方の側壁部との間に他の第２膨縮部材２２が配置されている。

【0037】

膨縮部材２２および連通管２２０の材質は、自転車用タイヤのチューブと同様なゴム製が適し、その厚さは１～２ｍｍ程度でよい。この他、気密性および伸縮性のある素材でもよい。

【0038】

注入バルブ２１０は、自転車および自動車などのタイヤ用と同等品で構わない。空気注入の際は、自転車または自動車タイヤ用の空気入れが使用できる。

【0039】

注入する気体としては非可燃性であることが必須で、空気が一般的だが、窒素ガスの方が漏れにくいため、空気補充の手間を省ける利点がある。

【0040】

熱伝導性シート４２は、例えば、カーボンシート（別名：膨張黒鉛シート）により構成されている。カーボンシートは膨張黒鉛がシート状に成型されたもので、柔軟性があり接触面に密着し、接触熱抵抗を低減させる効果がある。カーボンシートの厚さ方向の熱伝導率は約５（Ｗ／ｍＫ）、面方向の熱伝導率は約２００（Ｗ／ｍＫ）、接触熱抵抗は厚さ０．２ｍｍの場合約０．９～１．１×１０^－４（ｍ^２Ｋ／Ｗ）である。

【0041】

一般に接触熱抵抗低減に必要な加圧力は、接触面の平面度や表面仕上げ状態などに依存する。接触面における接触熱抵抗の存在は、固体同士の接触面には必ず存在する。

【0042】

公開済み特許：熱電変換モジュール（特許第４８２９５５２号公報）によると、接触面を鏡面状の平面に仕上げた銅ブロック２個を互いに０．０４ ＭＰａ（０．４ ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で接触させた際の接触熱抵抗は、１００℃にて１４×１０^－４（ｍ^２Ｋ／Ｗ）、３００～５００℃では１０×１０^－４（ｍ^２Ｋ／Ｗ）である。しかし、この接触界面にカーボンシートを介在させると、全温度範囲で１×１０^－４（ｍ^２Ｋ／Ｗ）を達成している。これはカーボンシート無しの場合の１／１０以下である。すなわちカーボンシートの採用により接触熱抵抗を１／１０以下に低減できる。

【0043】

熱伝導性シートの厚さについては、熱伝導性能および入手可能性の観点で１ｍｍが最適である。二次電池セルの積層面間で受熱した熱伝導性シートが、その熱を二次電池セル端部まで伝導させる性能は、シートの断面積、すなわちシートの幅とシートの厚さの積に比例する。また熱伝導性シートはそのクッション性により、充放電時に呼吸する二次電池セルに常に密着する必要がある。これらの観点からはある程度の厚さが必要で、１ｍｍが最適である。ただしこれに限定されるものではなく、厚さが１～２ｍｍの範囲でもよい。

【0044】

熱伝導性シート４２としては、上記カーボンシートに限定されるものではなく、面方向の熱伝導率が高く、かつ、接触熱抵抗が低いさまざまなシートが採用されてもよい。例えば、開発途上であるものの、カーボンファイバが一方向に配向され、当該配向方向について１６００［Ｗ／ｍＫ］以上の熱伝導率が実現可能なシートにより熱伝導性シート４２が構成されていてもよい。

【0045】

（機能）
注入バルブ２１０を経て空気または窒素ガスなどの気体が第１膨縮部材２１の内部空間に供給されると、第１膨縮部材２１に対して直接的または間接的に接続されている複数の第２膨縮部材２２の内部空間にも当該気体が供給される。

【0046】

第１膨縮部材２１の内部空間が昇圧して当該第１膨縮部材２１が膨張し、熱伝導性シート４２を間に挟んだ状態で積層されている複数の二次電池セル４１が上下方向に加圧される。熱伝導性シート４２には、その厚さ方向に圧力が加えられることにより、接触熱抵抗が低減する性質がある。これにより、二次電池セル４１に接触している熱伝導性シート４２に熱が効率的に伝導される。また、熱伝導性シート４２の面方向の熱伝導率が比較的高いため、二次電池セル４１から熱伝導性シート４２に伝導された熱が、当該熱伝導性シート４２の面方向に効率的に伝導される。

【0047】

同様に、第２膨縮部材２２の内部空間が昇圧して当該第２膨縮部材２２が膨張し、複数の二次電池セル４１のそれぞれが、熱伝導性シート４２のはみだし部分を筐体１０の内側面に対して押し付ける方向に加圧される。これにより、熱伝導性シート４２の当該はみだし部分および筐体１０の内側面の密着が図られ、ひいては二次電池セル４１から熱伝導性シート４２を通じて伝導された熱が、筐体１０に対して効率的に伝導される。筐体１０の外側には、放熱構造としてのヒートシンク１１０があるため、当該熱が筐体１０の外部空間に効率よく放出される。

【0048】

熱伝導性シート４２を構成するカーボンシートの接触熱抵抗は圧力依存性がある。表１には、第１膨縮部材２１および第２膨縮部材２２のそれぞれの内部空間の気体の温度および圧力と、熱伝導性シート４２を構成するカーボンシートの接触熱抵抗との関係を示す。

【0049】

【表1】

【0050】

表１に示すように、二次電池セル４１の温度が上昇し、第１膨縮部材２１および第２膨縮部材２２のそれぞれの内部空間の気体の温度が上昇すると、圧力の増大により熱伝導性シート４２の接触熱抵抗が低下し、熱伝導性シート４２を介した当該二次電池の放熱効率の向上が図られる。

【0051】

その一方、寒冷地において、二次電池の二次電池セル４１、ならびに、第１膨縮部材２１および第２膨縮部材２２の温度が０℃程度まで低下すると、圧力の低下により熱伝導性シート４２の接触熱抵抗が増大し、当該二次電池の放熱能力が抑制される。二次電池の性能の観点での最適温度範囲は２５～３５℃であるため、このような低温時に放熱能力が抑制されることは、二次電池を適正温度に維持する観点から好ましい特性である。

【0052】

このように、前記構成の筐体１０には、膨縮部材２１、２２と熱伝導性シート４２の相互作用により二次電池セル４１を適正温度に維持する自己制御性がある。この特性は、気体の膨張・収縮および熱伝導性シート４２の接触熱抵抗の加圧力依存性など、物質固有の特性に由来するもので、電力および計装制御システムは不要で、長期間に亘って性能が維持され、故障の心配が無いことも利点である。

【0053】

本発明の構成における二次電池セル４１の温度分布を試算した結果を示す。表２の前提条件で試算した。これらの条件は実在する複数の小型電気自動車の仕様を参考に決定した。

【0054】

【表2】

【0055】

図２には、第１実施形態にしたがった場合（実施例）における、定格走行時の二次電池セル４１の面方向の温度分布および筐体１０の厚さ方向の温度分布の計算結果を示す。図において横軸は各部材の位置を示し、縦軸は温度を示す。

【0056】

二次電池セル４１の最高温度は第２防縮部材２２との接触面にて４２℃で、最適な温度範囲に抑えられている。ヒートシンクのある筐体１０の外面温度は３７．５℃で、手を触れても安全な温度である。

【0057】

図３には、比較のため図２と同じ条件で、二次電池セル４１の側面と筐体１０の内側面との間にのみ熱伝導性シート４２が存在している場合における、定格走行時の二次電池セル４１の面方向の温度分布および筐体１０の厚さ方向の温度分布の計算結果を示す。第２膨縮部材２２と接触している側面における二次電池セル４１の温度は５５℃（最高温度）であり、性能および耐久性の観点ではより低いことが望ましい。しかし本構成でも二次電池セル４１の端部と筐体１０の内面間に介在する熱伝導性シート４２が放熱の役割を果たしている。以上、図２と図３の比較により、二次電池セル４１の層間に介在する熱伝導性シート４２の有効性が明らかである。また熱伝導性シート４２を全く使用しない場合には、二次電池セル４１の最高温度は上記の５５℃よりも格段に高くなることが推測できる。

【0058】

図４には、第１実施形態にしたがった場合（実施例）における、停止・充電時の二次電池セル４１の面方向の温度分布および筐体１０の厚さ方向の温度分布の計算結果を示す。二次電池セル４１の最高温度は第２膨縮部材２２との接触面にて４２℃で、最適な温度範囲に抑えられている。ヒートシンクのある筐体１０の外面温度は４０℃で、手を触れても安全な温度である。

【0059】

図５には、比較のため図２と同じ条件で、二次電池セル４１の側面と筐体１０の内側面との間にのみ熱伝導性シート４２が存在している場合における、停止・充電時の二次電池セル４１の面方向の温度分布および筐体１０の厚さ方向の温度分布の計算結果を示す。二次電池セル４１の最高温度は第２膨縮部材２２との接触面にて５０℃となり、性能および耐久性の観点ではより低いことが望ましい。しかし本構成でも二次電池セル４１の端部と筐体１０の内面間に介在する熱伝導性シート４２が放熱の役割を果たしている。以上、図４および図５の比較によっても、二次電池セルの層間に介在する熱伝導性シート４２の有効性が明らかである。

【0060】

（第２実施形態）
図６には、本発明の第２実施形態としての筐体１０を示す。第１実施形態の筐体１０（図１参照）と比較して相違する事項について説明し、第１実施形態と共通する構成または対応する構成については、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。第２実施形態では、複数の二次電池セル４１が筐体１０の一方の側壁部（図６の右側壁部）に偏在するように積層されている。熱伝導性シート４２のはみだし部分は、複数の二次電池セル４１の一方側と筐体１０の当該一方の側壁部とにより挟まれている。第２加圧機構として単一の第２膨縮部材２２が、筐体１０の他方の側壁部（図６の左側壁部）と複数の二次電池セル４１との間に配置されている。

【0061】

単一の第２膨縮部材２２の内部空間の昇圧によって、熱伝導性シート４２のはみだし部分が筐体１０の一方の側壁部の内側面に対して押し付けられるように、複数の二次電池セル４１がまとめて筐体１０の壁部に向かって加圧される。よって放熱能力は前記実施例１より劣るが、構造が簡素な点がメリットである。

【0062】

（第３実施形態）
図７には、本発明の第３実施形態としての筐体１０を示す。第２実施形態の筐体１０（図６参照）と比較して相違する事項について説明し、第２実施形態と共通する構成または対応する構成については、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。第３実施形態では、二次電池セル４１がラミネートセルにより構成され、例えばアルミコーティングされたポリマー製のアウタースキンによりパウチまたは包摂されているため、その両側縁部が尖った尖端縁部４１４を構成する。この尖端縁部４１４のいずれか一方には、図示されていないが電極を備えている。このようなラミネートセルにおいては、通常は上述の実施例１および実施例２のように、互いに対向するいずれも電極を備えない面の一方の側面から他の側面に向かって加圧することが一般的だが、本実施例では両側縁部の尖った対向面を加圧する方策を示す。

【0063】

本構成においては、尖端縁部４１４が強く加圧されると、当該尖端縁部４１４が潰されて二次電池セル４１が損傷する可能性がある。そのため両端の尖った部分に保護部材１１４を被せ、パウチを損傷することなく第２膨縮部材の加圧力を二次電池セル４１に伝達し、かつ二次電池セル４１の圧力を熱伝導性シート42および筐体10に作用させる構成とする。

【0064】

二次電池セル４１は、一方側に配置されている第２膨縮部材２２により一方の保護部材１１４を介して加圧され、他方側に配置されている熱伝導性シート４２のはみだし部分を他方の保護部材１１４を介して筐体１０の内側面に対して押し付ける。

【0065】

なおパウチの側面から加圧すると同時に、上述の両側縁部の尖った対向面を加圧する方策を併用することも可能である。その場合は熱伝導性シート４２からのはみ出しは上記両方向とし、各々を折り曲げる構成とする。

【0066】

保護部材１１４は、難燃性であり、耐熱温度１００℃以上であり、かつ、第２膨縮部材２２の加圧力に耐える程度の強度が必要である。また軽量で量産性に適することが望ましい。例えば、アルミニウムおよびプラスチックなどがある。

【0067】

保護部材１１４の深さ（図７の上下一対の部分の左右方向のサイズ）は、二次電池セル４１の両端の尖端縁部４１４の突出量（図７の左右方向のサイズ）よりも深いことが好ましい。保護部材１１４の厚さ（図７の上下方向のサイズ）は、二次電池セル４１の厚さ（図７の上下方向のサイズ）よりもわずかに小さいことが好ましい。保護部材１１４の幅（図７の紙面垂直方向のサイズ）は、二次電池セル４１の幅よりもわずかに小さいことが望ましい。

【0068】

（第４実施形態）
図８には、本発明の第４実施形態としての筐体１０を示す。第１実施形態の筐体１０（図１参照）と比較して相違する事項について説明し、第１実施形態と共通する構成または対応する構成については、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。第４実施形態では、間に熱伝導性シート４２を挟んだ状態で積層された複数の二次電池セル４１からなる２つの二次電池セル群が、隣り合って筐体１０の内部空間に配置されている。当該２つの二次電池セル群のそれぞれを構成する最も上にある二次電池セル４１と蓋部１２（筐体１０の上端部）との間に、第１加圧機構として単一の第１膨縮部材２１が配置されている。２つの二次電池セル群の間に第２加圧機構としての単一の第２膨縮部材２２が配置されている。一方（図８の左側）の二次電池セル群のそれぞれを構成する二次電池セル４１において、第２膨縮部材２２の反対側と筐体１０の一方の側壁部（図８の左側壁部）との間に熱伝導性シート４２のはみだし部分が挟まれている。同様に、他方（図８の右側）の二次電池セル群のそれぞれを構成する二次電池セル４１において、第２膨縮部材２２の反対側と筐体１０の他方の側壁部（図８の右側壁部）との間に熱伝導性シート４２のはみだし部分が挟まれている。

【0069】

（第５実施形態）
図９には、本発明の第５実施形態としての筐体１０を示す。第１実施形態の筐体１０（図１参照）と比較して相違する事項について説明し、共通する構成または対応する構成については、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。第５実施形態では、第１加圧機構が第１弾性付勢部材２１２および第１押し板２１４により構成され、第２加圧機構が第２弾性付勢部材２２２および第２押し板２２４により構成されている。

【0070】

第１弾性付勢部材２１２は筐体１０の上壁部または蓋部１２に反作用点を有し、二次電池セル４１の側面（図９の上下面）に当接している第１押し板２１４に作用点を有するばね部材により構成されている。

【0071】

第２弾性付勢部材２２２は筐体１０の側壁部に反作用点を有し、二次電池セル４１の端面（図９の左右面）に当接している第２押し板２２４に作用点を有するばね部材により構成されている。

【0072】

本方式では、温度条件にかかわらずバネ部材が一定の加圧力を与えるため、膨縮部材と熱伝導性シートの相互作用により二次電池セルを適正温度に維持する自己制御性は期待出来ないが、膨縮部材内のガスを補充する手間が不要となる。当該バネ部材の数、設置位置および反発力は、膨縮部材を採用時と同等の大きさで均一な加圧力を実現できるように選定する。押し板はバネ部材に押されても変形しないような強度が必要である。その材質への要件としては難燃性で、耐熱温度１００℃以上で、例えばアルミニウムなどが適する。

【符号の説明】

【0073】

１０‥筐体
１１‥本体部
１２‥蓋部
２１‥第１膨縮部材（第１加圧機構）
２２‥第２膨縮部材（第２加圧機構）
４１‥二次電池セル
４２‥熱伝導性シート
１０１‥ボルト
１０２‥ナット
１１０‥ヒートシンク（放熱構造）
１１２‥第１フランジ部
１１４‥保護部材
１２０‥通気口
１２２‥第２フランジ部
２１０‥注入バルブ
２１２‥第１弾性付勢部材（第１加圧機構）
２１４‥第１押し板
２２０‥連通管
２２２‥第２弾性付勢部材（第２加圧機構）
２２４‥第２押し板
４１４‥尖端縁部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】