(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素がフィルム包装体内に収容されると共に前記フィルム包装体の封止部から電極タブが引き出されたフィルム外装電気デバイスであって、複数の前記フィルム外装電気デバイスが隙間を空けて所定のピッチで積層されてなる電気デバイス集合体を冷却する冷却構造において、
前記フィルム外装電気デバイスを冷却するための冷却風が、一の前記電気デバイス集合体の隙間には、隣接する他の前記電気デバイス集合体に向かう方向となる第１の方向に向けて供給され、他の前記電気デバイス集合体の隙間には前記第１の方向と反対方向の第２の方向に向けて供給され、前記一の電気デバイス集合体と前記他の電気デバイス集合体との間に形成された空間を流れて外部に排出され、前記一の前記電気デバイス集合体と前記他の前記電気デバイス集合体とは、前記第１の方向からの冷却風と、前記第２の方向からの冷却風とが前記空間内で直接ぶつからないように、積層方向にずれて配置されていることを特徴とする電気デバイス集合体の冷却構造。
【請求項２】
電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素がフィルム包装体内に収容されると共に前記フィルム包装体の封止部から電極タブが引き出されたフィルム外装電気デバイスであって、複数の前記フィルム外装電気デバイスが隙間を空けて所定のピッチで積層されてなる電気デバイス集合体を冷却する冷却構造において、
一の前記電気デバイス集合体の前記隙間と、前記一の電気デバイス集合体に隣接する他の前記電気デバイス集合体の前記隙間とが積層方向にずれて配置され、前記一の電気デバイス集合体の前記隙間からの冷却風と前記他の電気デバイス集合体の前記隙間からの冷却風とが、前記一の電気デバイス集合体と前記他の電気デバイス集合体との間に形成された空間で合流し、前記空間を流れて外部に排出されることを特徴とする電気デバイス集合体の冷却構造。
【請求項３】
一の前記電気デバイス集合体と他の前記電気デバイス集合体とは、前記ピッチに対して半ピッチずれて積層方向に配置されている、請求項１または２に記載の冷却構造。
【請求項４】
前記各フィルム外装電気デバイスは収納ケースに収納されており、一の前記電気デバイス集合体の前記隙間を前記第１の方向に向けて供給された冷却風と、他の前記電気デバイス集合体の前記隙間を前記第２の方向に向けて供給された冷却風とは、それぞれ前記隙間の出口に対向して配置されている前記収納ケースの側壁に向けて前記空間内へと流れ込む、請求項３に記載の冷却構造。
【請求項５】
前記各電気デバイス集合体間に形成された前記空間は、フィルム外装電気デバイスから排出されたガスを外部へと誘導するための排ガス通路と兼用されている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルム外装電気デバイス（例えばフィルム外装電池）を複数集合させて構成した電気デバイス集合体を、冷却風により冷却する冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車などの駆動用電源として、例えばリチウムイオン二次電池として機能するフィルム外装電池を複数集合させて構成した組電池を用いることが行われている。また、そのような組電池において、電池の充放電性能を最大限に発揮させるためには（あるいは電池の寿命を短縮させないためには）、各フィルム外装電池を冷却する必要があることが知られている。
【０００３】
組電池化する場合、電池を積層して電池ケースに収納する方式が一般に採用されるが、このような場合、冷却風は積層された電池間の隙間を流れる（例えば、特許文献１等）。
【０００４】
ところで、組電池を構成するにあたっては、電池セルを平面的に並べて配置することもある（このような配置を以下、「平置き」と言う）。図４に平置きした電池セル１２０Ａ、１２０Ｂを積層した状態を模式的に示す。このような場合、冷却風は電池セル１２０Ａ側（１２０Ｂ側からでもよい）から供給され、積層された電池セル１２０Ａ間の隙間１２１Ａを通り、その後、積層された電池セル１２０ｂ間の隙間１２１ｂを通った後に排出される。
【特許文献１】特開２００４−３９４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図４に示すような組電池を冷却する場合、一方の電池セル側（１２０Ａ側）から他方の電池セル側（１２０Ｂ側）に向けて送ったとしても、一方の電池セルと他方の電池セルを均一に冷却することは困難である。すなわち、一方の電池セル１２０Ａを通過した時点で冷却風が暖められてしまい、他方の電池セル１２０Ｂに対してはこの暖まった冷却風が供給されるため、２つの電池セルの間で冷却効果が異なるためである。
【０００６】
以上、フィルム外装電池を例に挙げて説明したが、上記のような問題は電池に限らず、例えばフィルム包装体内に電気デバイス要素としてキャパシタ等が配置されたデバイスにおいても同様に生じうるものである。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気デバイス集合体を構成する各フィルム外装電気デバイスを均等に冷却することができる電気デバイス集合体の冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明の電気デバイス集合体の冷却構造は、電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素がフィルム包装体内に収容されると共にフィルム包装体の封止部から電極タブが引き出されたフィルム外装電気デバイスであって、複数の前記フィルム外装電気デバイスが隙間を空けて所定のピッチで積層されてなる電気デバイス集合体を冷却する冷却構造において、フィルム外装電気デバイスを冷却するための冷却風が、一の電気デバイス集合体の隙間には、隣接する他の電気デバイス集合体に向かう方向となる第１の方向に向けて供給され、他の電気デバイス集合体の隙間には第１の方向と反対方向の第２の方向に向けて供給され、前記一の電気デバイス集合体と前記他の電気デバイス集合体との間に形成された空間を流れて外部に排出され、一の前記電気デバイス集合体と他の前記電気デバイス集合体とは、前記第１の方向からの冷却風と、前記第２の方向からの冷却風とが前記空間内で直接ぶつからないように、積層方向にずれて配置されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の冷却構造は、隣接して配置された電気デバイス集合体のそれぞれに冷却風を供給する。このため、一の電気デバイス集合体を冷却した冷却風を続けて他の電気デバイス集合体に供給して冷却する方式に比べ、各フィルム外装電気デバイスを均等に冷却することができる。
【００１０】
上記目的を達成するため本発明の他の冷却構造は、電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素がフィルム包装体内に収容されると共に前記フィルム包装体の封止部から電極タブが引き出されたフィルム外装電気デバイスであって、複数の前記フィルム外装電気デバイスが隙間を空けて所定のピッチで積層されてなる電気デバイス集合体を冷却する冷却構造において、一の前記電気デバイス集合体の前記隙間と、前記一の電気デバイス集合体に隣接する他の前記電気デバイス集合体の前記隙間とが積層方向にずれて配置され、前記一の電気デバイス集合体の前記隙間からの冷却風と前記他の電気デバイス集合体の前記隙間からの冷却風とが、前記一の電気デバイス集合体と前記他の電気デバイス集合体との間に形成された空間で合流し、前記空間を流れて外部に排出されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の冷却構造は、一の電気デバイス集合体と他の電気デバイス集合体とは、前記ピッチに対して半ピッチ分だけずれて積層方向に配置されているものであってもよい。特に、各フィルム外装電気デバイスは収納ケースに収納されており、一の電気デバイス集合体の隙間を第１の方向に向けて供給された冷却風と、他の電気デバイス集合体の隙間を第２の方向に向けて供給された冷却風とは、それぞれ隙間の出口に対向して配置されている収納ケースの側壁に向けて空間内へと流れ込むものであってもよい。隙間から空間内に流れ出る冷却風を、隙間の出口に対向する位置にある収納ケースの側壁に当たる方向に流し込むことで第１の方向に流れ出る冷却風と第２の方向に流れ出る冷却風とが互いの流れを乱すことなく合流させることができる。これにより、冷却風を良好に外部に排出することができる。
【００１２】
また、本発明の冷却構造は、各電気デバイス集合体間に形成された空間は、フィルム外装電気デバイスから排出されたガスを外部へと誘導するための排ガス通路と兼用されているものであってもよい。この場合、別途排ガス通路、あるいは別途冷却用の流路を設ける必要がないため、簡単な構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上本発明によれば、隣接して配置された電気デバイス集合体のそれぞれに冷却風を供給する。このため、一の電気デバイス集合体を冷却した冷却風を続けて他の電気デバイス集合体に供給して冷却する方式に比べ、各フィルム外装電気デバイスを均等に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に本実施形態に適用可能なフィルム外装電池の一部破断斜視図を示す。図２に電池セル２０を収納するセルケースの平面図を示す。また、図３に本実施形態の組電池における、セルケースに収納された電池セルの配列および冷却風の流れを示す模式図を示す。
【００１５】
電池セル２０としては、図１に示すような従来一般的なフィルム外装電池を用いることが可能である。電池セル２０は、フィルム包装体を構成する２枚の外装フィルム２４によって形成された密閉空間内に、電池要素５２が電解液と共に収容されたリチウムイオン二次電池である。外装フィルム２４の外周部の４辺は、フィルム同士を熱シールした封止部２３となっており、このうち短辺側の２辺からシート状の電極タブ２５ａ、２５ｂが引き出されている。
【００１６】
各外装フィルム２４には、電池要素５２に対応した形状のカップ部（符号を付して示さず）が形成されている。カップ部は、電池要素５２の上面（又は下面）を覆う領域に形成された平坦な中央部２６ａと、その周囲に形成された傾斜面２６ｂとで構成されている。なお、電池セル２０を冷却する場合、この中央部２６ａを冷却することが最も効果的である。
【００１７】
セルケース５０は、対向する２つの側壁５０ａと、これら各側壁５０ａに略直交し、かつ互いに対向して形成された２つの短側壁５０ｂからなる矩形の枠である。セルケース５０の各短側壁５０ｂにはセルケース５０に収納されている状態の電池セル２０の電極を外部へと延出させるための切欠５０ｅがそれぞれ形成されている。このように電極を延出させた状態で電池セル２０はセルケース５０内に収納される。
【００１８】
側壁５０ａには電池セル２０のガス排出部８から排出されたガスを外部へと誘導するための排ガス通路５１ｃで繋がっている。本実施形態では、電池セル２０のガス排出部８が封止部２３の概ね中央に形成されていることより、排ガス通路５１ｃもこれにあわせて側壁５０ａの概ね中央に形成されている。ガス排出部８より排出されたガスは排ガス通路５１ｃを通って外部に排出される。
【００１９】
セルケース５０に収納された電池セル２０は、積層されてモジュール化される。図３においては、４個の電池セル２０Ａが隙間２１Ａを形成してピッチｐで積層されたモジュール３０Ａと４個の電池セル２０Ｂが隙間２１Ｂを形成してピッチｐで積層されたモジュール３０Ｂとが示されている。モジュール３０Ａはモジュール３０Ｂに対して半ピッチ（０．５ｐ）分だけ積層方向にずれ、かつ所定の空間を空けて隣接して配置されている。当該空間は後述するように冷却風が合流して流れる合流路２２であるとともに、ガス排出部８より排出されたガスが流れるガスの流路としても用いられる。
【００２０】
冷却風は、図３に示すように、モジュール３０Ａ、３０Ｂの外側から隙間２１Ａ、２１Ｂ内へと流入させ、モジュール３０Ａ、３０Ｂ間に形成された合流路２２へと流出する。
【００２１】
以下、冷却風の流れについて詳細に説明する。
【００２２】
モジュール３０Ａの隙間２１Ａには、矢印α方向から冷却風が供給され、電池セル２０の中央部２６ａの熱を奪いながら（冷却風は、セルケース５０に対して一方の側壁５０ａから他方の側壁５０ａへと矢印αで示す方向に流れる。図２参照）、合流路２２へと流出する。隙間２１Ａから流れ出る冷却風はモジュール３０Ｂのセルケース５０のうちの、隙間２１Ａと対向する位置にあるセルケース５０の側壁５０ａに向けて流れ出る。同様に、モジュール３０Ｂの隙間２１Ｂには、矢印β方向から冷却風が供給され、合流路２２へと流出する。隙間２１Ｂから流れ出る冷却風はモジュール３０Ａのセルケース５０の側壁５０ａに向けて流れ出る。半ピッチ（０．５ｐ）だけ積層方向にずれて配列されていることで、α方向に向けて流れ出る冷却風とβ方向に流れ出る冷却風とは互い違いに隙間２１Ａ、２１Ｂから流れ出る。このため、各冷却風は直接ぶつかることなく合流路２２内にて合流し、外部へと排出される。
【００２３】
本実施形態の場合、冷却風は、モジュール３０Ａとモジュール３０Ｂとのそれぞれに供給される。矢印α方向の一方向から供給された冷却風が電池セル２０Ａを冷却した後に電池セル２０Ｂを冷却する方式では、後で冷却される電池セル２０Ｂが十分に冷却されないといった問題があったが、本実施形態では別々に電池セル２０Ａ、２０Ｂを冷却するため、電池セル２０Ａ、２０Ｂのいずれも均等、かつ良好に冷却することができる。
【００２４】
また、本実施形態の場合、モジュール３０Ａはモジュール３０Ｂに対して半ピッチ分だけずらして配置しているので隙間２１Ａから流れ出た冷却風は対向する側壁５０ａに向かって流れ出る。このようにして合流路２２内に流れ出た冷却風は側壁５０ａによって流れの向きをかえ、かつ他の流れに合流して排出口６０から排出される。モジュール３０Ａ、３０Ｂは、半ピッチ分だけずらして配置しているので、隙間２１Ａから流れ出た冷却風と隙間２１Ｂから流れ出た冷却風とは直接ぶつかりあうことなく、つまり、互いの流れを阻害することなく合流路２２内で合流して排出口６０に向けて流れていく。このため、合流路２２内で冷却風が滞留してしまうのを防止することができる。
【００２５】
以上本実施形態によれば、モジュールを半ピッチ分だけずらして配置し、このような状態のモジュールに対して両側から冷却風を供給し、モジュール間から電池セルの熱を奪った冷却風を排出するので、一方向から順次冷却する方式に比べて均一な電池の冷却を実現することができる。また、本実施形態においては、特に冷却路を形成するための部材を用いるのではなく、セルケースの壁面を利用して流路を形成しているため、コスト的にも有利である。
【００２６】
また、本実施形態の場合、合流路２２はガス排出部８より排出され排ガス通路５１ｃを通ったガスの通路としても利用されるものであるため、別途排ガス用の流路を形成する必要もないので構成を簡単にすることができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、隙間２１から排出された冷却風は対向する位置のセルケースの側壁に当たる例を示したが、これに限定されるものではない。すなわち、セルケースを用いずに積層する構成や、側壁に該当する部分のないセルケースを用いて積層する場合、冷却風は側壁に当たるのではなく、電池セルの側壁面に直接当たって流れの向きを排出口側に変更する構成であってもよい。この場合、電池の側壁面からも熱を奪うことができる点で有利である。また、セルケースを省略した分、あるいは側壁を省略した分だけ軽量となるので重量の面でも有利といえる。
【００２８】
なお、以上の説明では詳細に述べなかったが、リチウムイオン二次電池を構成する電池要素５２は、具体的には、リチウム・マンガン複合酸化物、コバルト酸リチウム等の正極活物質をアルミニウム箔などの両面に塗布した正極板と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を銅箔などの両面に塗布した負極板とを、セパレータを介して交互に積層したものであってもよい。電池要素５２はリチウムイオン二次電池の他にも、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池を構成するものであってもよい。また、電池要素５２は本実施形態のような積層型のものに限らず、帯状の正極側活電極と負極側活電極とをセパレータを介して重ねこれを捲回した後、扁平状に圧縮することによって正極側活電極と負極側活電極とが交互に積層された構造の捲回型であってもよい。フィルム外装電気デバイスを構成する電気デバイス要素としては、更に、電気二重層キャパシタなどのキャパシタあるいは電解コンデンサなどに例示されるキャパシタ要素等であってもよい。
【００２９】
また、外装フィルム２４は例えばラミネートフィルムであり、このラミネートフィルムとしては電池要素を良好に気密封止できるものであればよい。具体的な一例を挙げれば、熱溶融性を有し内側面となる樹脂層と、金属薄膜などからなる非通気層と、外側面となる保護層（例えばナイロン等）とが、この順番に積層されたラミネートフィルムであってもよい。また、フィルム包装体は、２枚の外装フィルム２４によって構成されるものに限らず、例えば１枚の外装フィルムを折り返して、その３辺が熱シールされた包装体であってもよい。各電極タブ２５の引き出し位置も特に限定されるものではなく、フィルム包装体の封止部のうちの一辺から、正極用及び負極用の２つの電極タブが引き出されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に適用可能なフィルム外装電池の一部破断斜視図である。
【図２】電池セルを収納する収納ケースの平面図である。
【図３】本発明の組電池における、収納ケースに収納された電池セルの配列および冷却風の流れを示す模式図である。
【図４】従来の平置き電池の冷却状況を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
８    ガス排出部
２０、２０Ａ，２０Ｂ    電池セル
２１Ａ，２１Ｂ    隙間
２２    合流路
２３    封止部
２４    外装フィルム
２５ａ、２５ｂ    電極タブ
２６ａ    中央部
２６ｂ    傾斜面
３０Ａ、３０Ｂ    モジュール
５０    セルケース
５０ａ    側壁
５０ｅ    切欠
５０ｂ    短側壁
５１ｃ    排ガス通路
５２    電池要素
６０    排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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