本発明の実施例1である蓄電装置としての 電池パックについて、図1から図4Bを用いて説 明する。本実施例の電池パックは、積層電池 と、この積層電池を収容するケースとを有し ている。また、本実施例の電池パックは、車 両に搭載されている。

 まず、本実施例の電池パックにおける積� ��電池の構成について、図1及び図2を用いて� �明する。ここで、図1は、積層電池の構成を� ��す外観斜視図であり、図2は、積層電池の一 部の概略構成を示す断面図である。なお、図 1,2に示すX軸、Y軸及びZ軸は、互いに直交する 軸を示しており、Z軸は重力方向に相当する� �である。

 積層電池1は、固体電解質層14を介して複� ��のバイポーラ電極(電極素子)10を積層した構 成となっている。言い換えれば、積層電池1� �、複数の単電池を積層した組電池である。� �こで、単電池とは、固体電解質層14と、この 固体電解質層14に対してZ方向の両側に配置さ れた電極層12、13とで構成される発電要素で� �る。

 なお、積層される単電池の数は、適宜設� ��することができる。また、本実施例では、� ��次電池としての単電池を用いた場合につい� ��説明するが、電気二重層キャパシタ(コンデ ンサ)を用いた場合にも本発明を適用するこ� �ができる。

 集電板11のうち、一方の面には正極層(電� ��層)12が形成され、他方の面には負極層(電極 層)13が形成されている。この電極層12、13及� �集電板11によって、バイポーラ電極10が構成� ��れる。電極層12、13は、インクジェット方式 等を用いることにより、集電板11上に形成す� ��ことができる。

 ここで、積層電池1の積層方向(Z方向)にお ける両端に位置する集電板11には、一方の面� ��のみ電極層(正極層又は負極層)が形成され� �いる。また、他方の面には、後述するよう� �、電流を取り出すための電極タブ(正極タブ� ��び負極タブ)が電気的及び機械的に接続され ている。

 各電極層12、13には、正極及び負極に応じ た活物質が含まれている。また、各電極層12� ��13には、必要に応じて、導電剤、バインダ� �イオン伝導性を高めるための無機固体電解� �、高分子ゲル電解質、高分子固体電解質、� �加剤などが含まれる。

 例えば、ニッケル-水素電池では、正極層12� ��活物質として、ニッケル酸化物を用い、負� ��層13の活物質として、MmNi _(5-x-y-z) Al _x Mn _y Co _z (Mm:ミッシュメタル)等の水素吸蔵合金を用い� ��ことができる。また、リチウムイオン電池� ��は、正極層12の活物質として、リチウム-遷� ��金属複合酸化物を用い、負極層13の活物質� �して、カーボンを用いることができる。ま� �、導電剤として、アセチレンブラック、カ� �ボンブラック、グラファイト、炭素繊維、� �ーボンナノチューブを用いることができる� �

 なお、本実施例では、バイポーラ電極10� �用いた場合について説明したが、これに限� �ものではない。例えば、集電板の両面に正� �層を形成した電極素子(正極素子)と、集電板 の両面に負極層を形成した電極素子(負極素� �)とを用いることもできる。この場合には、� ��極層を備えた電極素子と、負極層を備えた� ��極素子とが、固体電解質層を介して交互に� ��置(積層)されることになる。

 また、集電板11は、例えば、アルミニウ� �箔で形成したり、複数の金属(合金)で形成し たりすることができる。また、金属(アルミ� �ウムを除く)の表面にアルミニウムを被覆さ� ��たものを集電板11として用いることもでき� �。

 なお、集電板11として、複数の金属泊を� �り合わせた、いわゆる複合集電板を用いる� �ともできる。この複合集電板を用いる場合� �おいては、正極用集電板の材料としてアル� �ニウム等を用い、負極用集電板の材料とし� �ニッケルや銅等を用いることができる。ま� �、複合集電板としては、正極用集電板及び� �極用集電板を直接、接触させたものを用い� �り、正極用集電板及び負極用集電板の間に� �電性を有する層を設けたものを用いたりす� �ことができる。

 固体電解質層14には、複数の粒子からな� �粒子群と、この粒子群を結着させるための� �着剤とが含まれている。ここで、固体電解� �層14としては、無機固体電解質や高分子固体 電解質を用いることができる。

 無機固体電解質としては、例えば、Liの窒� �物、ハロゲン化物、酸素酸塩、硫化リン化� �物を用いることができる。より具体的には� �Li ₃ N、LiI、Li ₃ N-LiI-LiOH、LiSiO ₄ 、LiSiO ₄ -LiI-LiOH、Li ₃ PO ₄ -Li ₄ SiO ₄ 、Li ₂ SiS ₃ 、Li ₂ O-B ₂ O ₃ 、Li ₂ O ₂ -SiO ₂ 、Li ₂ S-GeS ₄ 、Li ₂ S-P ₂ S ₅ 、LiI-Li ₂ S-P ₂ S ₅ を用いることができる。

 また、高分子固体電解質としては、例え� ��、上記電解質と電解質の解離を行う高分子� ��から構成された物質、高分子にイオン解離� ��を持たせた物質を用いることができる。電� ��質の解離を行う高分子としては、例えば、� ��リエチレンオキサイド誘導体および、この� ��導体を含むポリマー、ポリプロピレンオキ� ��イド誘導体および、この誘導体を含むポリ� ��ー、リン酸エステルポリマーを用いること� ��できる。なお、無機固体電解質及び高分子� ��体電解質を併用することもできる。

 上述した構成の積層電池1において、積層 方向と直交する面(X-Y平面を示し、以下、「� �層面」という)内には、積層方向に延びる複� ��の開口部15が形成されている。各開口部15の 両端は、積層電池1の積層方向における両端� �において、外部に露出している。すなわち� �開口部15は、積層電池1を貫通している。

 ここで、開口部15の断面形状(積層面内で� ��形状)は、略円形に形成されている。また、 開口部15の内周面には、図2に示すように、高 分子樹脂等で構成された絶縁層15aが形成され ている。なお、開口部15の径は、後述するよ� ��に、熱交換媒体が対流できる程度の大きさ� ��設定される。

 一方、図1では、複数の開口部15をX方向に 並べて配置しているが、実際には、X方向に� �んだ複数の開口部15がY方向にも並べて配置� �れている。すなわち、X-Y平面内において、� �数の開口部15がX方向の列及びY方向の列を構� ��するように形成されている。なお、複数の� ��口部15を設ける位置は、適宜設定すること� �できる。また、1つの開口部15を設けるだけ� �もよい。

 本実施例によれば、積層電池1を貫通する 開口部15を形成することにより、この開口部1 5を介して、積層電池1の外部に位置する熱交� ��媒体を積層電池1の内部(開口部15の内側)に� �くとともに、積層電池1の内部において充放� ��等によって発生した熱を、熱交換媒体を介� ��て外部に逃がすことができる。これにより� ��積層電池1の内部における温度上昇を抑制す ることができる。

 ここで、熱交換媒体とは、積層電池1との 熱交換によって、積層電池1の冷却に用いら� �る気体や液体である。この熱交換媒体は、� �層電池1の外表面にも接触することで、積層� ��池1を冷却する。

 熱交換媒体として気体を用いる場合には� ��具体的には、空気や窒素ガスといったドラ� ��ガスを用いることができる。また、熱交換� ��体として液体を用いる場合には、具体的に� ��、絶縁性の油や不活性液体を用いることが� ��きる。ここで、絶縁性の油としては、シリ� ��ンオイルが用いられる。また、不活性液体( 絶縁性を有する液体)としては、フッ素系不� �性液体である、フロリナート、Novec HFE(hydrof luoroether)、Novec1230(スリーエム社製)を用いる� �とができる。

 なお、本実施例では、各開口部15が積層� �向に延びているが、これに限るものではな� �。すなわち、開口部15としては、積層電池1� �内部を貫通するものであればよく、例えば� �開口部15を積層面に対して傾斜させることが できる。この傾斜角度は、適宜設定すること ができる。

 このように構成しても、積層電池1の外部 に位置する熱交換媒体を、開口部を介して積 層電池1の内部に導くとともに、積層電池1の� ��部で熱交換された熱交換媒体を積層電池1の 外部に導くことができる。これにより、積層 電池1を効率良く冷却することができる。

 また、本実施例では、固体電解質層14を� �いた場合について説明したが、これに限る� �のではなく、ゲル状又は液状の電解質層を� �いることもできる。例えば、セパレータと� �ての不織布に電解液を含ませたものを用い� �ことができる。

 この場合には、液状の電解質等が積層電� ��1の外部に漏れてしまうのを防止するために 、図3に示すようにシール部材16を用いる必要 がある。具体的には、積層方向において互い に隣り合う集電板11の間に、シール部材16を� �置することができる。なお、図3では、開口� ��15を省略して示している。

 次に、本実施例の積層電池1の製造方法に ついて説明する。

 バイポーラ電極10や固体電解質層14を構成 する材料を、インクジェット方式等を用いた 塗布によって、積層電池1を製造する場合に� �、開口部15を形成する部分に、上述した材料 が塗布されないようにする。具体的には、遮 蔽部材を用いて、上述した材料が塗布されな いようにすることができる。

 一方、バイポーラ電極10や固体電解質層14 をそれぞれ形成しておき、バイポーラ電極10� ��び固体電解質層14を積層する場合には、バ� �ポーラ電極10や固体電解質層14を形成する工� ��において、開口部15を形成しておくことが� �きる。

 例えば、プレス成形によって固体電解質� ��14を形成する場合には、このプレス成形の� �に、開口部15も形成されるようにすることが できる。また、長尺状の金属箔等を切断する ことによって集電板11を形成する場合には、� ��の際に、開口部15に相当する部分を取り除� �ておく、すなわち、切断しておくことがで� �る。そして、開口部15が形成された集電板11� ��対して、電極層12、13を構成する材料を塗布 することによって、バイポーラ電極10を得る� ��とができる。このとき、集電板11のうち、� �口部15を除く領域に対して、電極層12、13を� �成する材料が塗布されることになる。

 なお、上述した積層電池1の製造方法は、 この一例であり、他の方法によっても製造す ることはできる。すなわち、開口部15が形成� ��れるようにすればよい。

 次に、上述した積層電池1を収容するケー スの構成について、図4A及び図4Bを用いて説� �する。ここで、図4Aは、本実施例の積層電池 が収容されるケースの外観斜視図であり、図 4Bは、ケースを上方、すなわち、図4Aの矢印A� ��向から見たときの平面図である。

 ケース2は、底面部21と、4つの側面で構成 された側面部22と、上面部23とを有しており� �ケース2の内部は密閉状態となるように構成� ��れている。例えば、底面部21及び側面部22を 構成する容器に対して、上面部23を構成する� ��部材をボルト等の締結部材によって固定す� ��ことにより、ケース2を構成することができ る。

 ケース2の内部には、上述した積層電池1� �び熱交換媒体が収容される。ここで、熱交� �媒体は、ケース2におけるすべての内壁面に� ��触するようになっている。

 なお、ケース2を上述した容器(底面部21及 び側面部22)及び蓋部材(上面部23)で構成する� �合には、容器の内部に積層電池1及び熱交換� ��体を収容しておき、蓋部材を容器に固定す� ��。このとき、蓋部材の内壁面には、熱交換� ��体が接触していないため、蓋部材の内壁面� ��も熱交換媒体が接触するように、蓋部材を� ��器に固定した後に、熱交換媒体を補充する� ��具体的には、蓋部材に熱交換媒体を補充す� ��ための穴部を形成しておき、熱交換媒体の� ��充後に穴部を閉じるようにすることができ� ��。

 一方、ケース2の上面部23は、図4Bに示す� �うに、4つの傾斜面23a~23dを有している。各傾 斜面23a~23dは、頂点Pから側面部22を構成する� �側面に向かって延びている。

 なお、ケース2は、耐久性及び耐食性に優 れた材料で形成することが好ましく、この材 料として、具体的には、アルミ等の金属を用 いることができる。また、ケース2の外表面� �なわち、熱交換媒体と接触する面とは反対� �の面に対して、冷却用の気体を供給するよ� �にしてもよい。この気体の供給は、ファン� �を用いて行うことができる。さらに、ケー� �2における放熱性を向上させるために、ケー� ��2の外表面に、突状に形成された放熱フィン を設けることもできる。

 次に、ケース2の内部に収容された熱交換 媒体の動作(流れ)について、図5を用いて説明 する。ここで、図5は、本実施例の電池パッ� �の断面図である。また、図5において点線で� ��す矢印は、熱交換媒体の主な移動方向を示� ��ている。

 図5において、積層電池1の積層方向にお� �る両端には、積層電池1で発生した電流を取� ��出すための負極タブ17及び正極タブ18が設け られている。負極タブ17及び正極タブ18は、� �述したように、積層電池1の積層方向におけ� ��両端に位置する集電板11に接続されている� �ここで、負極タブ17及び正極タブ18にも、積� ��電池1の開口部15に対応した位置に開口部が� ��成されている。

 なお、図5において、負極タブ17及び正極� ��ブ18の間には、上述した発電要素としての� �電池1aが複数積層されている。また、負極タ ブ17及び正極タブ18は、車両に搭載された電� �機器(例えば、車両の走行に用いられるモー� ��又は、このモータを駆動するためのインバ� ��タ)に接続されている。

 ここで、ケース2の側面部22と積層電池1と の間には、後述する熱交換媒体の移動を確保 するための間隔が空けられている。また、ケ ース2の底面部21と積層電池1との間にも、熱� �換媒体の移動を確保するための間隔が空け� �れている。すなわち、積層電池1は、ケース2 のすべての内壁面から離れた位置に配置され るように、支持部材(不図示)によって支持さ� ��た状態で、ケース2の内部に収容されている 。

 積層電池1の充放電等によって積層電池1� �発熱した場合には、開口部15の内側に位置す る熱交換媒体が積層電池1(単電池1a)との熱交� ��を行うことにより、熱を持った状態となる� ��すなわち、積層電池1の温度上昇に応じて、 開口部15の内側に位置する熱交換媒体の温度� ��上昇することになる。

 熱を持った熱交換媒体は、開口部15の内� �を通過して、ケース2の上面部23に向かって� �動する。そして、熱交換媒体が上面部23に到 達すると、熱交換媒体の熱が上面部23に伝達� ��れる。また、上面部23に伝達された熱は、� �池パック100の外部(大気中)に放出される。こ れにより、積層電池1(電池パック100)を冷却す ることができる。

 ここで、上面部23に到達した熱交換媒体� �、上面部23との熱交換が行われることで、温 度が低下することになる。温度が低下した熱 交換媒体は、重力方向に移動(下降)すること� ��なるが、上面部23の下方からは積層電池1と� ��交換された熱交換媒体(熱を持った熱交換媒 体)が上昇してくるため、温度が低下した熱� �換媒体は、上面部23の斜面に沿って下降する ことになる。

 これにより、上面部23に到達した熱交換� �体は、自然対流によって、ケース2の側面部2 2に向かって移動し、側面部22に沿って下降す る。そして、熱交換媒体は、ケース2の底面� �21に到達し、底面部21の中心に向かって移動� ��る。このとき、熱交換媒体は、積層電池1に 形成された各開口部15の内側に進入するよう� ��なる。これにより、熱交換媒体は、自然対� ��によってケース2の内部を循環することにな る。

 本実施例の電池パック100では、積層電池1 のうちX方向における中央部に位置する開口� �15の一端と上面部23との距離(Z方向の長さ)が� ��も長くなっているとともに、積層電池1の外 縁部に位置する開口部15の一端と上面部23と� �距離が最も短くなっている。そして、積層� �池1の中央部側から外縁部側に向かって、上� ��距離は短くなっている。

 なお、図5では、X-Z平面内における開口部 15及び上面部23の距離関係について説明する� �、Y-Z平面内における開口部15及び上面部23の� ��離関係についても同様である。

 本実施例のように、単電池1aを積層した� �層電池1の構成では、積層面内において、温� ��分布のバラツキが生じ易い。これは、積層� ��内において、放熱性が互いに異なる領域が� ��在するからである。例えば、積層面内にお� ��る中心部では、外縁部よりも熱がこもりや� ��くなり、外縁部の温度よりも高くなること� ��ある。

 この場合、積層面内の中心部に位置する� ��口部15において熱交換された熱交換媒体の� �度は、他の開口部15において熱交換された熱 交換媒体の温度よりも高くなる。そして、積 層面内の外縁部側に位置する開口部15におい� ��熱交換された熱交換媒体の温度は低くなる� ��

 ここで、図6Aに示すように、積層電池1の� ��層方向における端面と略平行な上面部24(上� ��した上面部23に相当する)を有するケース2を 用いた場合には、ケース2の内部において熱� �換媒体を自然対流によって効率良く循環さ� �ることができない。

 すなわち、図6Aに示す構成において、開� �部15で熱交換されて上面部24に向かう熱交換� ��体M1は、上面部24との熱交換によって冷却さ れて下降することになる。このとき、積層電 池1からは熱を持った熱交換媒体M2が上昇して くるため、冷却されて下降する熱交換媒体M1� ��衝突してしまう。この場合には、熱交換媒� ��の自然対流が阻止され、ケース2の内部にお いて熱交換媒体を効率良く循環させることが できない。

 一方、図6Bに示すように、積層面内の中� �部に位置する開口部15の一端との距離が最も 短くなるように構成された上面部25(上述した 上面部23に相当する)を有するケース2を用い� �場合にも、ケース2の内部において熱交換媒� ��を自然対流によって効率良く循環させるこ� ��ができない。

 すなわち、図6Bに示す構成においても、� �面部25との熱交換によって冷却されて下降す る熱交換媒体M1と、熱を持って上昇する熱交� ��媒体M2とが衝突してしまい、熱交換媒体の� �然対流が阻止されてしまう。しかも、上面� �25のうち外縁部側の領域で冷却された熱交換 媒体M3が中心部に向かって移動するため、こ� ��熱交換媒体M3と熱交換媒体M2とが衝突してし まう。

 そこで、本実施例のようにケース2の上面 部23を構成することで、上面部23との熱交換� �よって冷却された熱交換媒体のすべてを、� �面部22に移動させてから底面部21に導くこと� ��でき、ケース2の内部において熱交換媒体を 効率良く循環させることができる。これによ り、ケース2の内部に熱交換媒体を強制的に� �環させるための撹拌部材(いわゆるファン)を 設ける必要がなくなり、電池パック1を小型� �したり、コストを低減したりすることがで� �る。

 しかも、本実施例では、積層面内に複数� ��開口部15を設けているため、これらの開口� �15を通過する熱交換媒体の冷却作用によって 、積層面内における温度分布のバラツキを抑 制することができる。

 また、本実施例では、上面部23が傾斜面� �構成されているため、上面部23の外表面、す なわち、熱交換媒体と接触する面とは異なる 面に埃等が付着しても、この自重によって埃 等を落下させることができる。すなわち、埃 等は、上面部23の傾斜面に沿って移動した後� ��側面部22から下方に落下することになる。

 なお、ケース2の上面部23のうち、外表面� ��略平坦な面(X-Y平面)で構成し、内面を図4A及 び図5に示すような傾斜面とすることもでき� �。この場合には、上面部23の厚み(Z方向の大� ��さ)がX-Y平面内の位置に応じて異なることに なる。

 本実施例では、ケース2の上面部23を図4A� �び図5に示すように構成しているが、これに� ��るものではない。すなわち、傾斜面を用い� ��ことにより、熱交換媒体を特定の方向に自� ��対流させてケース2の内部で循環させるもの であれば、いかなる構成であってもよい。具 体的には、ケース2を図7,8に示す構成とする� �とができる。

 図7に示す構成では、ケース2の上面部26を 、2つの傾斜面26a,26bで構成したものである。� ��のケース2の厚みは略均一である。この構成 でも、上述した本実施例の電池パック100と同 様の効果を得ることができる。

 図8に示す構成では、ケース2の上面部27を 、円錐部27a及び平坦部27bで構成したものであ る。ここで、図8中の(A)は、ケース2を上方か� ��見たときの正面図であり、図8中の(B)は、電 池パックの側面図である。なお、図8に示す� �ース2においても、この厚みは略均一である� ��

 図8に示す構成では、ケース2を上方から� �たときに、円錐部27aの内側に積層電池1に設� ��られたすべての開口部15が位置している。� �れにより、開口部15で熱交換されて上昇した 熱交換媒体は円錐部27aに到達し、円錐部27aと の熱交換によって冷却される。そして、円錐 部27aで冷却された熱交換媒体は、円錐部27aに 沿って移動してケース2の側面部に向かうこ� �になる。このように、図8に示す構成でも、� ��述した本実施例の電池パック100と同様の効� ��を得ることができる。

 本実施例では、積層電池1自体の放熱特性 を考慮して、ケース2の上面部23を図4Aに示す� ��状にしているが、これに限るものではない� ��例えば、電池パックの近傍に熱源(エンジン やモータ等)が配置されている場合には、熱� �からの熱的影響を受けることによって、積� �電池1の積層面内における温度分布にバラツ� ��が生じることがある。すなわち、熱源側の� ��域(第1の領域)が、他の領域(第2の領域)より� ��高温になり、放熱性が悪化することがある� ��ここでいう近傍とは、積層電池1が熱源から の熱的影響を受けやすい位置に配置されてい ることを意味する。

 この場合には、図9に示すように、ケース 2の上面部28を構成することができる。ここで 、図9は、電池パック100の概略構成を示す断� �図であり、電池パック100に対して図中右側� �熱源(不図示)が配置されている。なお、上述 した実施例で説明した部材と同一の部材につ いては同一符号を用いている。

 図9に示す構成では、積層電池1に設けら� �た複数の開口部15のうち、熱源側に最も近い 開口部15の内部に位置する熱交換媒体が最も� ��い温度となる。そして、熱源からの距離が� ��ざかるほど、開口部15の内部に位置する熱� �換媒体の温度は低くなる。このため、図9に� ��す構成では、熱源に最も近い開口部15の一� �と上面部28との距離(Z方向の長さ)が最も長く なっている。そして、熱源から離れるにつれ て、開口部15の一端と上面部28との距離は短� �なっている。

 図9に示すようにケース2を構成すれば、� �9の点線で示す矢印のように、熱交換媒体を� ��然対流させることができ、ケース2の内部に おいて熱交換媒体を循環させることができる 。これにより、上述した本実施例と同様の効 果を得ることができる。

 一方、上述した実施例では、ケース2の上 面部を連続した傾斜面として構成しているが 、一部の領域を傾斜面として構成するだけで もよい。例えば、X-Y平面に対して傾斜する面 と、X-Y平面と略平行な面とを組み合わせて、 ケース2の上面部を構成することもできる。� �の場合における上面部は、上述した上面部23 等に沿うように構成される。

 また、X-Y平面と略平行な面と、X-Z平面(又 は、Y-Z平面)と略平行な面とを組み合わせて� �ケース2の上面部を構成することもできる。� ��の場合には、ケース2の上面部が、階段状に 形成されることになる。この場合における上 面部も、上述した上面部23等に沿うように構� ��される。

 さらに、X-Z平面又はY-Z平面に関して、ケ� ��ス2の上面部、具体的には、熱交換媒体と接 触する内面に曲率を持たせることもできる。 この曲率を持った面は、上述した実施例にお けるケース2の上面部(傾斜面)に沿うように形 成される。