(57)【要約】【課題】  電池の温度を十分に低減させることができる２次電池の冷却構造および組電池の冷却構造を提供する。【解決手段】  電池セル１０の冷却構造は、正極シート、セパレータおよび負極シートを有する電極体１３と、内部空間１１を形成し、内部空間１１に電極体１３を収容するラミネート外装体１２と、内部空間１１で電極体１３に接続され、内部空間１１から内部空間１１の外側に突出し、一方端２１ｍおよび２６ｍから他方端２１ｎおよび２６ｎに向けて延びる正極端子２１および負極端子２６とを備える。正極端子２１および負極端子２６には、一方端２１ｍおよび２６ｍと、他方端２１ｎおよび２６ｎとの間で連通する中空部２２および２７が形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極シート、セパレータおよび負極シートを有する電極体と、
内部空間を形成し、前記内部空間に前記電極体を収容する容器と、
前記内部空間で前記電極体に接続され、前記内部空間から前記内部空間の外側に突出し、一方端から他方端に向けて延びる端子とを備え、
前記端子には、前記一方端と前記他方端との間で連通する中空部が形成されている、２次電池の冷却構造。
【請求項２】
前記中空部には、前記一方端から前記他方端に向けて流れる冷却風が供給される、請求項１に記載の２次電池の冷却構造。
【請求項３】
前記電極体は、前記セパレータを介して重ね合わせた前記正極シートおよび前記負極シートを、所定の軸を中心に巻回することによって形成されており、
前記正極シートおよび前記負極シートは、前記電極体の状態で前記所定の軸を中心とした半径方向に多層に重なり、前記端子に接続されるシート周縁部を含み、
前記シート周縁部は、前記所定の軸を中心とした半径方向の全体に渡って前記端子に接触している、請求項１または２に記載の２次電池の冷却構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の２次電池の冷却構造を複数、組み合わせた組電池の冷却構造であって、
前記端子は、前記中空部を規定する表面とは反対側に面する外表面を有し、
前記外表面に設けられ、互いに隣り合う２次電池の前記端子を電気的に接続する接続部材をさらに備える、組電池の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、２次電池の冷却構造および組電池の冷却構造に関し、たとえば、ハイブリッド自動車に搭載され、内燃機関とともに動力源となる２次電池の冷却構造およびその２次電池が複数、組み合わされた組電池の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の２次電池の冷却構造に関して、たとえば、特開２００２−３１９３８８号公報には、温度上昇の抑制を目的としたリチウムイオン２次電池が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示されたリチウムイオン２次電池は、電極体の両端にそれぞれ接続された正極端子および負極端子を備える。正極端子および負極端子には、放熱用のフィンが形成されている。
【０００３】
また、特開２００３−３１２０６号公報には、構成の簡易化を目的としたリチウムイオン２次電池が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示されたリチウムイオン２次電池は、電極体を収容する容器と、電極体に接続された正極端子および負極端子とを備える。電池の製造工程時、負極端子には、容器内外を連通させる貫通孔が形成される。また、特開２０００−２６０４９０号公報には、電池状態を検出するセンサ等の破損の防止を目的とした集合電池が開示されている（特許文献３）。
【０００４】
また、特開２００２−３７３６３８号公報には、大電流に対応しつつバスバーの軽量化を達成し、かつ、バスバーと電極との接続を容易にすることを目的とした電池が開示されている（特許文献４）。特許文献４に開示された電池では、電極積層体を収容するケースの外側で正極および負極に溶接され、隣り合う電池セル間を電気的に接続するバスバーが設けられている。バスバーには、冷却風を流通させる開口が形成されている。
【特許文献１】特開２００２−３１９３８８号公報
【特許文献２】特開２００３−３１２０６号公報
【特許文献３】特開２０００−２６０４９０号公報
【特許文献４】特開２００２−３７３６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１に開示されたリチウムイオン２次電池では、フィン構造として、たとえば、正極端子および負極端子の外径に、環状または螺旋状の溝が形成されている。しかしながら、このようなフィン構造は、正極端子および負極端子の一部にのみ形成されており、またフィン構造が形成される位置も、発熱が最も大きくなる電極体から離れてしまう。このため、フィン構造による冷却作用では、電池全体の温度への影響が小さく、電池の温度を十分に低減させることが難しい。
【０００６】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、電池の温度を十分に低減させることができる２次電池の冷却構造および組電池の冷却構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従った２次電池の冷却構造は、正極シート、セパレータおよび負極シートを有する電極体と、内部空間を形成し、内部空間に電極体を収容する容器と、内部空間で電極体に接続され、内部空間から内部空間の外側に突出し、一方端から他方端に向けて延びる端子とを備える。端子には、一方端と他方端との間で連通する中空部が形成されている。
【０００８】
このように構成された２次電池の冷却構造によれば、一方端と他方端との間で連通する中空部を端子に形成することで、端子の表面積が大幅に増大する。このため、電極体で発生し、電極体から端子に伝わった熱を効率良く放出することができる。これにより、２次電池の温度を十分に低減させることができる。
【０００９】
また好ましくは、中空部には、一方端から他方端に向けて流れる冷却風が供給される。このように構成された２次電池の冷却構造によれば、冷却風は、中空部に案内されて一方端と他方端との間を流れる間、端子から熱を奪い続ける。このため、中空部を規定する端子表面からの放熱を、より効率良く行なうことができる。
【００１０】
また、電極体は、セパレータを介して重ね合わせた正極シートおよび負極シートを、所定の軸を中心に巻回することによって形成されている。正極シートおよび負極シートは、電極体の状態で所定の軸を中心とした半径方向に多層に重なり、端子に接続されるシート周縁部を含む。好ましくは、シート周縁部は、所定の軸を中心とした半径方向の全体に渡って端子に接触している。このように構成された２次電池の冷却構造によれば、シート周縁部と端子との接触面積が増大するため、電極体で発生した熱を効率良く端子に伝えることができる。これにより、２次電池の温度をさらに低減させることができる。
【００１１】
この発明に従った組電池の冷却構造は、上述のいずれかに記載の２次電池の冷却構造を複数、組み合わせた組電池の冷却構造である。端子は、中空部を規定する表面とは反対側に面する外表面を有する。組電池の冷却構造は、外表面に設けられ、互いに隣り合う２次電池の端子を電気的に接続する接続部材をさらに備える。
【００１２】
このように構成された組電池の冷却構造によれば、接続部材は、中空部とは反対側の端子の外表面に設けられているため、中空部が、接続部材によって閉塞するということがない。このため、中空部を規定する端子表面からの放熱性が、接続部材によって低下することを防止できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、この発明に従えば、電池の温度を十分に低減させることができる２次電池の冷却構造および組電池の冷却構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態における電池セルを示す斜視図である。図中には、リチウムイオン２次電池から形成された電池セルが示されている。この電池セルは、ハイブリッド自動車に搭載され、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とともに、ハイブリッド自動車の動力源となる組電池を構成する。
【００１６】
図１を参照して、電池セル１０は、巻回型の電極体１３と、電極体１３の両端にそれぞれ接続された正極端子２１および負極端子２６と、電極体１３を収容する内部空間１１を形成するラミネート外装体１２とを備える。正極端子２１および負極端子２６には、それぞれ、一方向に延びる中空部２２および２７が形成されている。正極端子２１および負極端子２６は、筒形状に形成されている。
【００１７】
図２は、図１中の電極体を示す斜視図である。図３は、図１中の電極体の分解組立図である。図２および図３を参照して、電極体１３は、正極シート１７と、セパレータ２０を介して正極シート１７と重ね合わされた負極シート１４とから構成されている。正極シート１７は、略矩形形状を有するアルミニウム箔から形成されている。正極シート１７の両面には、正極活物質を含有するペースト１８が塗布されている。正極活物質としては、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ3等、リチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質の１種もしくは２種以上を特に限定することなく使用できる。正極シート１７の長手方向に沿った一方の周縁には、ペースト１８が塗布されていないペースト未塗布部１９が、帯状に延びて形成されている。
【００１８】
負極シート１４は、正極シート１７と同一形状を有する銅箔から形成されている。負極シート１４の両面には、負極活物質を含有するペースト１５が塗布されている。負極活物質としては、アモルファスカーボン、グラファイトカーボン等、リチウムイオン二次電池に用いられる負極活物質の１種もしくは２種以上を特に限定することなく使用できる。負極シート１４の長手方向に沿った一方の周縁には、ペースト１５が塗布されていないペースト未塗布部１６が、帯状に延びて形成されている。
【００１９】
セパレータ２０は、短手方向の長さが正極シート１７および負極シート１４よりも小さく形成された略矩形形状を有する。セパレータ２０としては、たとえば、多孔質のポリプロピレン樹脂シートを使用することができる。
【００２０】
正極シート１７、負極シート１４および２枚のセパレータ２０が、セパレータ２０、負極シート１４、セパレータ２０、正極シート１７の順に重ね合わされている。このとき、正極シート１７にペースト１８が塗布された領域と、負極シート１４にペースト１５が塗布された領域とが、セパレータ２０を介して向い合う。また、正極シート１７のペースト未塗布部１９が、セパレータ２０の長手方向に延びる一方の端辺から露出し、負極シート１４のペースト未塗布部１６が、セパレータ２０の長手方向に延びる他方の端辺から露出する。
【００２１】
電極体１３は、正極シート１７、負極シート１４および２枚のセパレータ２０からなる積層体が、中心軸１０１を中心に巻回されることによって形成されている。積層体は、中心軸１０１に直交する平面で切断した場合の断面形状が、長円となるように巻回されている。中心軸１０１に沿った方向に隔てた電極体１３の両端には、正極端子２１に接続される正極集電部３６と、負極端子２６に接続される負極集電部３７とが形成されている。正極集電部３６は、正極シート１７のペースト未塗布部１９が、中心軸１０１を中心とした半径方向に多層に重なって形成されている。負極集電部３７は、負極シート１４のペースト未塗布部１６が、中心軸１０１を中心とした半径方向に多層に重なって形成されている。電極体１３には、リチウム塩を有機溶媒に溶かした有機電解質が含浸させられている。
【００２２】
図４は、図１中の電池セルの分解組立図である。図１および図４を参照して、正極端子２１および負極端子２６は、金属から形成されている。正極端子２１は、たとえばアルミニウムから形成されており、負極端子２６は、たとえば銅から形成されている。
【００２３】
正極端子２１は、一方端２１ｍおよび他方端２１ｎを有し、負極端子２６は、一方端２６ｍおよび他方端２６ｎを有する。正極端子２１には、一方端２１ｍから他方端２１ｎにまで達し、矢印１０２に示す方向に延びる中空部２２が形成されている。負極端子２６には、一方端２６ｍから他方端２６ｎにまで達し、中空部２２と同じ方向に延びる中空部２７が形成されている。中空部２２および２７は、略円形の断面形状を有する。
【００２４】
なお、中空部２２および２７の断面形状は、略円形に限定されず、矩形形状や楕円形状等の適当な形状であっても良い。また、中空部２２および２７は、途中で延びる方向を変えながら、一方端２１ｍと他方端２１ｎとの間および一方端２６ｍと他方端２６ｎとの間で、それぞれ形成されていても良い。また、正極端子２１および負極端子２６の少なくともいずれか一方に、中空部２２または２７が形成されていれば良い。
【００２５】
正極端子２１は、中空部２２を規定する内周面２１ｂと、内周面２１ｂの裏側に位置し、外側に露出する外周面２１ａとを有する。負極端子２６は、中空部２７を規定する内周面２６ｂと、内周面２６ｂに裏側に位置し、外側に露出する外周面２６ａとを有する。正極端子２１には、外周面２１ａから内周面２１ｂにまで達する複数のスリット３１が形成されている。負極端子２６には、外周面２６ａから内周面２６ｂにまで達する複数のスリット３２が形成されている。外周面２１ａには、一方端２１ｍとスリット３１との間に位置して、雄ねじ２３が形成されている。外周面２６ａには、一方端２６ｍとスリット３２との間に位置して、雄ねじ２８が形成されている。
【００２６】
スリット３１に正極集電部３６が全体的に差し込まれることによって、正極端子２１と、電極体１３の正極シート１７とが電気的に接続されている。スリット３２に負極集電部３７が全体的に差し込まれることによって、負極端子２６と、電極体１３の負極シート１４とが電気的に接続されている。正極集電部３６および負極集電部３７は、スリット３１および３２に差し込まれた後、内周面２１ｂおよび２６ｂ側から溶接されることによって、正極端子２１および負極端子２６にそれぞれ固定されている。このような接続方法により、正極集電部３６および負極集電部３７は、中心軸１０１を中心とした半径方向の全体に渡って、それぞれ、正極端子２１および負極端子２６と接触している。
【００２７】
ラミネート外装体１２は、たとえば、アルミニウム等の金属からなる基材にポリエチレンテレフタラート樹脂（ＰＥＴ：poly ethylene terephthalate）等の樹脂材料が被膜されて形成されている。ラミネート外装体１２は、電極体１３を収容する内部空間１１を形成する中央部１２ｒと、中央部１２ｒの両側に位置し、それぞれ、外周面２１ａおよび２６ａの一部を覆う両端部１２ｐおよび１２ｑとから構成されている。ラミネート外装体１２は、中央部１２ｒ、両端部１２ｐおよび両端部１２ｑが一体となって形成されている。雄ねじ２３および２８がそれぞれ形成された、一方端２１ｍとスリット３１との間および一方端２６ｍとスリット３２との間の領域は、両端部１２ｐおよび１２ｑから露出している。ラミネート外装体１２の厚みは、たとえば、１ｍｍ以下である。ラミネート外装体１２は、一般的な熱溶着工程によって設けられる。
【００２８】
このように、正極端子２１および負極端子２６を電極体１３とともにラミネート外装体１２で覆うことにより、電極体１３に含浸させた電解質がラミネート外装体１２の外側に漏れることを確実に防止できる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、内部空間１１を形成する容器としてラミネート外装体１２を用いたが、ラミネート外装体１２に替えて、金属製のケース体を用いても良い。この場合、ケース体には、正極端子２１と負極端子２６との間を絶縁するための絶縁構造が設けられる。
【００３０】
電極体１３に正極端子２１および負極端子２６が固定された状態で、中空部２２および２７が延びる矢印１０２に示す方向は、電極体１３の巻回中心である中心軸１０１が延びる方向と直交する。中空部２２および２７は、ラミネート外装体１２から離れた位置で開口している。このため、中空部２２および２７が、ラミネート外装体１２によって塞がれるということがない。
【００３１】
図５は、図１中の電池セルが複数、組み合わされて構成された組電池を示す斜視図である。図６は、図５中の組電池の上面図である。図７は、図６中の２点鎖線ＶＩＩに囲まれた位置を示す分解組立図である。
【００３２】
図５から図７を参照して、電池パック４１には、複数の電池セル１０が直列に接続された組電池４０が収容されている。複数の電池セル１０は、互いに隣り合う電池セル１０ｐの正極端子２１と電池セル１０ｑの負極端子２６とが向い合い、電池セル１０ｐの負極端子２６と電池セル１０ｑの正極端子２１とが向い合うように、一方向に配列されている。互いに隣り合う電池セル１０の間には、ハーモニカチューブ４６が挿入されている。ハーモニカチューブ４６には、中空部２２および２７と同じ方向に延びる通風孔４７が形成されている。通風孔４７は、正極端子２１と負極端子２６とを結ぶ方向に並んで複数、形成されている。
【００３３】
バスバー５１により、電池セル１０の正極端子２１は、一方の側に隣り合う電池セル１０の負極端子２６に電気的に接続されており、電池セル１０の負極端子２６は、他方の側に隣り合う電池セル１０の正極端子２１に電気的に接続されている。バスバー５１の両端には、それぞれ、正極端子２１の一方端２１ｍと、負極端子２６の一方端２６ｍとが挿入される貫通孔５２が形成されている。貫通孔５２に一方端２１ｍおよび２６ｍが挿入された状態で、雄ねじ２３および２８にナット５５が締め込まれる。このような構成により、バスバー５１は、内周面２１ｂおよび内周面２６ｂに接触することなく、外周面２１ａおよび２６ａにのみ接触して、正極端子２１および負極端子２６に固定される。
【００３４】
電池パック４１には、ブロアファン４２が設けられた冷却風供給ダクト４３と、冷却風排出ダクト４４とが接続されている。ブロアファン４２を稼動させると、車両室内の空気が、冷却風として冷却風供給ダクト４３から電池パック４１内に取り込まれる。取り込まれた冷却風は、電池パック４１内で通風孔４７と中空部２２および２７とを同時に流れる。
【００３５】
この際、通風孔４７と中空部２２および２７とは、同じ方向に延びて形成されているため、電池パック４１内の冷却風流れが乱れることを抑制できる。これにより、電池パック４１に収容された複数の電池セル１０を、より均一に冷却することができる。また、バスバー５１は、外周面２１ａおよび２６ａに接触して設けられているため、中空部２２および２７内の冷却風流れが、バスバー５１によって阻害されるということがない。また、中空部２２および２７は、ラミネート外装体１２から離れた位置で開口しているため、中空部２２および２７内の冷却風流れが、ラミネート外装体１２によって阻害されるということもない。冷却風は、通風孔４７と中空部２２および２７とを流れた後、冷却風排出ダクト４４からトランクルーム内または車外に排出される。
【００３６】
電極体１３と正極端子２１および負極端子２６とは、熱伝導性に優れた金属から形成されており、互いに直接、接続されている。また、正極集電部３６および負極集電部３７は、中心軸１０１を中心とした半径方向の全体に渡って、それぞれ、正極端子２１および負極端子２６と接触している。このため、電極体１３で発生した熱は、電極体１３から正極端子２１および負極端子２６へと効率良く伝わる。
【００３７】
本実施の形態では、正極端子２１および負極端子２６に、それぞれ中空部２２および２７が形成されている。このため、中空部２２および２７を規定する内周面２１ｂおよび２６ｂの分だけ、正極端子２１および負極端子２６の表面積が増大する。また、中空部２２および２７には、冷却風が流され、内周面２１ｂおよび２６ｂと冷却風との間で、熱交換が積極的に行なわれる。これらの理由から、正極端子２１および負極端子２６から放出される熱量を、大きく増大させることができる。これにより、電池セル１０の冷却を効率良く行なうことができる。
【００３８】
この発明の実施の形態における２次電池としての電池セル１０の冷却構造は、正極シート１７、セパレータ２０および負極シート１４を有する電極体１３と、内部空間１１を形成し、内部空間１１に電極体１３を収容する容器としてのラミネート外装体１２と、内部空間１１で電極体１３に接続され、内部空間１１から内部空間１１の外側に突出し、一方端２１ｍおよび２６ｍから他方端２１ｎおよび２６ｎに向けて延びる端子としての正極端子２１および負極端子２６とを備える。正極端子２１および負極端子２６には、一方端２１ｍおよび２６ｍと、他方端２１ｎおよび２６ｎとの間で連通する中空部２２および２７が形成されている。
【００３９】
電極体１３は、セパレータ２０を介して重ね合わせた正極シート１７および負極シート１４を、所定の軸としての中心軸１０１を中心に巻回することによって形成されている。正極シート１７および負極シート１４は、電極体１３の状態で中心軸１０１を中心とした半径方向に多層に重なり、正極端子２１および負極端子２６に接続されるシート周縁部としての正極集電部３６および負極集電部３７を含む。正極集電部３６および負極集電部３７は、中心軸１０１を中心とした半径方向の全体に渡って正極端子２１および負極端子２６に接触している。
【００４０】
正極端子２１および負極端子２６は、一方端２１ｍおよび２６ｍと他方端２１ｎおよび２６ｎとの間に位置して、電極体１３に接続されている。中空部２２および２７は、正極端子２１および負極端子２６と、電極体１３とが接続された位置に隣接して形成されている。組電池４０は、隣り合う電池セル１０間に配置されたスペーサ部材としてのハーモニカチューブ４６をさらに備える。ハーモニカチューブ４６には、中空部２２および２７と平行に延びる通風孔４７が形成されている。
【００４１】
なお、本実施の形態では、電池セル１０がリチウムイオン２次電池である場合を説明したが、電池セル１０は、これ以外の２次電池、たとえばニッケル水素２次電池であっても良い。この場合、ニッケル水素２次電池を構成する電極体は、たとえば、互いに向い合うように配置された櫛の歯状の正極シートおよび負極シートが、セパレータを介して交互に噛み合うように形成される。
【００４２】
このように構成された、この発明の実施の形態における電池セル１０および組電池４０の冷却構造によれば、電池セル１０を効率良く冷却することができる。これにより、組電池４０が搭載されたハイブリッド自動車の性能や信頼性を向上させることができる。
【００４３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施の形態における電池セルを示す斜視図である。
【図２】図１中の電極体を示す斜視図である。
【図３】図１中の電極体の分解組立図である。
【図４】図１中の電池セルの分解組立図である。
【図５】図１中の電池セルが複数、組み合わされて構成された組電池を示す斜視図である。
【図６】図５中の組電池の上面図である。
【図７】図６中の２点鎖線ＶＩＩに囲まれた位置を示す分解組立図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  電池セル、１１  内部空間、１２  ラミネート外装体、１３  電極体、１４  負極シート、１７  正極シート、２０  セパレータ、２１  正極端子、２１ａ，２６ａ  外周面、２１ｂ，２６ｂ  内周面、２１ｍ，２６ｍ  一方端、２１ｎ，２６ｎ  他方端、２２，２７  中空部、２６  負極端子、３６  正極集電部、３７  負極集電部、４０  組電池、５１  バスバー、１０１  中心軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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