(57)【要約】  【課題】蓄電体セルの個々の配置状態を考慮して容積効率の向上によるコンパクト化を図りつつ全体の温度分布を平滑化する。  【解決手段】複数個の蓄電体セル１を積層し、この蓄電体セル１の積層体を並列に隣接して配置することにより、積層体を平面マトリクス状に整列させたレイアウト構造を有するモジュール５を形成する。そして、モジュール５の各層間に、伝熱及び熱拡散用の伝熱シート材６をセル積層面に密着するように配設し、隣接する各蓄電体セル１の封止部３を覆って形成されるトンネル状の空間部７を、各セルに出入りする入出力熱を輸送する流体を流す流体通路とする。これにより、コンパクト化を図りつつ、伝熱シート材６の吸熱・拡散特性を用いて流路内を気体・液体を流してセルの温度コントロールができ、全体の温度分布を制御・平滑化することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の平面状の蓄電体セルを積層した積層体を並列に配列する蓄電体セルの整列構造であって、
上記積層体の積層面毎に、上記蓄電体セルの入出力熱を伝達する板状の伝熱部材を上記蓄電体セルの周縁部分を覆うように配設し、
上記蓄電体セルの周縁部分を上記伝熱部材で覆うことで上記積層体間に形成されるトンネル状の空間部を、上記入出力熱を輸送する流体の通路とすることを特徴とする蓄電体セルの整列構造。
【請求項２】
上記伝熱部材を、複数の上記積層体に跨って配設したことを特徴とする請求項１記載の蓄電体セルの整列構造。
【請求項３】
上記伝熱部材を、上記積層体間でオーバーラップさせて配設したことを特徴とする請求項１記載の蓄電体セルの整列構造。
【請求項４】
上記伝熱部材を、上記積層体間で互いに突き合わせて配設したことを特徴とする請求項１記載の蓄電体セルの整列構造。
【請求項５】
上記伝熱部材を、上記蓄電体セルの外周に巻装させて配設したことを特徴とする請求項１記載の蓄電体セルの整列構造。
【請求項６】
上記積層体を収納する枠体に、上記トンネル状の空間部に連通する通路を設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れか一に記載の蓄電体セルの整列構造。
【請求項７】
複数の平面状の蓄電体セルを積層した積層体を並列に配列する蓄電体セルの整列構造であって、
並列に配列した上記積層体を所定数毎にモジュール化して収納し、互いに並列に連結可能なモジュール枠体を備え、
上記モジュール枠体に、上記積層体間に形成される空間部に連通する通路と、他のモジュール枠体との連結部に形成される空間部に連通する通路とを設けたことを特徴とする蓄電体セルの整列構造。
【請求項８】
上記積層体の積層面毎に、上記蓄電体セルの入出力熱を伝達する板状の伝熱部材を上記蓄電体セルの周縁部分を覆うように配設し、
上記蓄電体セルの周縁部分を上記伝熱部材で覆うことで上記積層体間に形成されるトンネル状の空間部を、上記モジュール枠体の通路に連通する通路とすることを特徴とする請求項７記載の蓄電体セルの整列構造。
【請求項９】
上記通路を、上記蓄電体セルの入出力熱を輸送する流体の通路とすることを特徴とする請求項７又は８記載の蓄電体セルの整列構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の平面状の蓄電体セルを積層した積層体を並列に配列する蓄電体セルの整列構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池や電気二重層コンデンサ等の略平面矩形状をなす扁平な蓄電体セルや、燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池、中でもイオン交換膜によってアノード極とカソード極とを分離する固体高分子型燃料電池等の発電体セルの開発が進み、エネルギー密度の高さ、コンパクト性等から、各種機器の電力源として期待されている。
【０００３】
このような蓄電体セルや発電体セルは、電圧仕様や容量仕様等に応じて所定セル数を積層して筐体内に収納し、パッケージ化した組電池として用いることが多く、筐体内での熱対策が重要となる。特に、ハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載する場には、容積効率を向上してコンパクト化することが要求されるため、熱的に厳しい条件下に晒されることになる。
【０００４】
このため、例えば、特許文献１には、ラミネートフィルムで内部を封止した電極積層型電池を、両面から一対の押さえ板で押さえて電極積層型電池から発生する熱を放熱する技術が開示されている。また、特許文献２には、反応ガスを使用するガス電極電池に関するものではあるが、ガス電極単電池の反応ガス流路と外部との隔壁を伝熱板で形成した技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３１２８１号公報
【特許文献２】特開平７−２９６８３０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、特許文献１や特許文献２に開示されている従来の技術による電池等の蓄電体セルに対する熱対策は、蓄電体セルを積層した積層体を複数組み合わせてパッケージ化した場合に、必ずしも十分とは言えず、個々のセルの配置に対して、容積効率を向上してコンパクト化を図りつつ、全体の温度分布を平滑化することは困難である。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、蓄電体セルの個々の配置状態を考慮して容積効率の向上によるコンパクト化を図りつつ全体の温度分布を平滑化することのできる蓄電体セルの整列構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明による第１の蓄電体セルの整列構造は、複数の平面状の蓄電体セルを積層した積層体を並列に配列する蓄電体セルの整列構造であって、上記積層体の積層面毎に、上記蓄電体セルの入出力熱を伝達する板状の伝熱部材を上記蓄電体セルの周縁部分を覆うように配設し、上記蓄電体セルの周縁部分を上記伝熱部材で覆うことで上記積層体間に形成されるトンネル状の空間部を、上記入出力熱を輸送する流体の通路とすることを特徴とする。
【０００８】
本発明による第２の蓄電体セルの整列構造は、複数の平面状の蓄電体セルを積層した積層体を並列に配列する蓄電体セルの整列構造であって、並列に配列した上記積層体を所定数毎にモジュール化して収納し、互いに並列に連結可能なモジュール枠体を備え、上記モジュール枠体に、上記積層体間に形成される空間部に連通する通路と、他のモジュール枠体との連結部に形成される空間部に連通する通路とを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による蓄電体セルの整列構造は、蓄電体セルの個々の配置状態を考慮して容積効率の向上によるコンパクト化を図りつつ全体の温度分布を平滑化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図１０は本発明の実施の第１形態に係わり、図１は蓄電体セルの配列を示す平面図、図２は蓄電体セルの積層構造を示す側面図、図３は図２のＡ矢視図、図４は流体通路にヒートシンクを配設した例を示す説明図、図５は流体通路を管部材を配設した例を示す説明図、図６は伝熱シート材を屈曲させて流体通路を形成した例を示す説明図、図７は伝熱シート材を重ね合わせて配設した例を示す説明図、図８は伝熱シート材を段差構造で配設した例を示す説明図、図９は伝熱シート材を突き合わせて配設した例を示す説明図、図１０は伝熱シート材で蓄電体セルの外周を覆う構造を示す説明図である。
【００１１】
図１において、符号１は、例えばリチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電体セル１であり、電圧仕様や容量仕様等に応じて所定セル数を接続してパッケージ化され、各種の電源装置、例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等の電源装置等に用いられる。この蓄電体セル１は、平面ラミネート型リチウムイオン二次電池に代表されるように、内部電極及び電解質層の積層体を、例えばアルミニウム系の金属層の表面を樹脂層によって絶縁コーティングしたシート状のラミネートフィルムによって密閉・封止したものである。
【００１２】
すなわち、蓄電体セル１の外観構成としては、電解質層及び電極の積層体からなる蓄電要素をラミネートフィルム等からなる外装材で包込んで矩形状に形成された蓄電部２、蓄電部２の周囲に外装材をシート状に延設して周縁部分を形成する封止部３、封止部３の両端から露呈される２つの金属製の正，負の電極端子としてのタブ４，４を備えており、複数の蓄電体セル１がパッケージ化に適した放熱及び遮熱構造となるようにレイアウトされる。
【００１３】
尚、蓄電体セル１のレイアウトに関する以下の説明では、適宜、タブ４，４の方向をＸ方向、タブ４，４のＸ方向に直交する両側の封止部３，３の方向をＹ方向、蓄電部２の積層方向をＸ，Ｙ方向に直交するＺ方向として説明する。
【００１４】
図１乃至図３に示すように、蓄電体セル１のレイアウトとしては、Ｚ方向に複数個の蓄電体セル１が積層され、この蓄電体セル１の積層体をＹ方向に並列に隣接して配置することにより、積層体を平面マトリクス状に整列させたレイアウト構造を有するモジュール５が形成される。このモジュール５は、複数組を連結することにより、１つのパッケージとして構成される。図１乃至図３においては、モジュール５として、Ｚ方向に３個の蓄電体セル１を積層してタブ４を溶接等により接続し、この３個の蓄電体セル１を積層した積層体をＹ方向に隣接して３組配置し、各積層体をバスバー（図示せず）等を介して接続する例を示している。
【００１５】
また、このモジュール５においては、蓄電体セル１の各層間に、伝熱及び熱拡散用の伝熱シート材６がセル積層面（蓄電部２）に密着するように配設されている。伝熱シート材６は、例えば、グラファイト系の材料から形成される薄板状の伝熱部材であり、略矩形上に形成されて各層の蓄電体セル１の間に挟み込まれ、１層毎の各セルで発生する熱を効果的に放熱することができる。
【００１６】
更に、伝熱シート材６は、Ｙ方向に隣接する蓄電体セル１に跨って配設されることから、隣接する各蓄電体セル１の封止部３を覆ってＸ方向に連通するトンネル状の空間部７を形成している。このトンネル状の空間部７は、各セルに出入りする入出力熱を輸送する流体を流す流体通路として形成することができ、伝熱シート材６の吸熱・拡散特性を用いて、流路内を気体・液体を流すことにより、セルの温度コントロールができ、更には、発熱体全体の温度上昇を制御・平滑化することが可能となる。
【００１７】
このトンネル状の空間部７による流体通路は、モジュール５単体では、Ｘ方向（タブ４，４の方向）の流体通路を形成するが、Ｙ方向（封止部３，３の方向）の端末側においても、ケースの外壁により通路壁を形成する等して、Ｙ方向の流体通路を形成することができる。特に、複数のモジュール５を配設してパッケージ化する場合には、モジュール５毎のＸ方向の流体通路と、隣接するモジュール５，５間のＹ方向の流体通路とを互いに連通させてマトリクス状に流体通路を配置することができる。
【００１８】
このマトリクス状の流体通路は、蓄電体セル１をセル毎に分離するように形成することが望ましいが、蓄電体セル１の特性やモジュール５の構成単位及び容積等を考慮し、蓄電体セル１を所定個数の部位毎に分離するように形成しても良い。この流体通路を部位毎に分離することにより、流体の流量を部位毎に制御でき、モジュール（パッケージ）全体の平面及び立体的な温度平滑化制御を緻密に行うことができ、伝熱シート材６の吸熱・拡散特性による効果と相俟ってモジュール（パッケージ）全体の熱を均一化することができる。
【００１９】
この場合、図４に示すように、トンネル状の空間部７によって形成される流体通路内に、フィンを有するヒートシンク８を配設しても良く、冷却性能を向上することができる。このヒートシンク８は、Ｙ方向のモジュール端末側にも配設することが望ましく、積層方向（Ｚ方向）にもヒートシンク９を配設することが望ましい。更に、図５に示すように、トンネル状の空間部７に矩形状の管部材１０を挿通することによって流体通路を形成するようにしても良く、剛性を確保しつつ冷却性能を向上することができる。
【００２０】
また、伝熱シート材６は、図６に示すように、蓄電体セル１の積層面の同一面上に配設することなく、トンネル状の空間部７を形成する部位に、階段上の屈曲部６ａ、スロープ状の傾斜部６ｂ、ラビリンス状の屈曲部６ｃ，６ｄ等を設け、異なる積層面で挟み込むようにしても良い。すなわち、伝熱シート材６を屈曲させて流体通路を形成することにより、流体通路の放熱面積を増大させることができ、冷却効率を向上することができる。
【００２１】
更に、トンネル状の空間部７によって形成される流体通路は、非常時の安全弁として機能させることができる。すなわち、蓄電体セル１の温度や内圧が上昇し、万一、蓄電部２内部で発生したガスが封止部３から放出されるように事態となっても、この放出ガスを流体通路から外部に排出して他のセルへ連鎖的に悪影響を及ぼすことを防止でき、安全を確保することができる。特に、流体通路に気体を流す場合には、封止部３からの放出ガスを迅速に排出することができ、安全を確保する上で大きな効果を得ることができる。
【００２２】
逆に、トンネル状の空間部７による流体通路は、蓄電体セル１の冷却のみならず、寒冷地等における加熱・保温構造として機能させることができ、流体通路内に温風を流し、伝熱シート材６を介してセルを温めることにより、蓄電体セル１をベストな状態で機能させることが可能となる。この場合、例えば、伝熱シート材６のモジュール端末側をセル厚さ方向に折り曲げてセル周囲を覆うことにより、外部と熱的に遮断し、断熱効果を向上することができる。
【００２３】
以上の伝熱シート材６は、必ずしも、複数個の蓄電体セル１を跨ぐ１枚のシートに限定されることなく、種々の形態を取ることが可能である。例えば、図７〜図９に示すように、１個の蓄電体セル１の平面幅よりも若干大きい伝熱シート材６Ａを、各積層面に対して複数枚使用するようにしても良く、或いは、図１０に示すように、可撓性を有する伝熱シート材６Ｂを使用するようにしても良い。
【００２４】
伝熱シート材６Ａを用いる場合には、図７に示すように、各伝熱シート材６ＡをＹ方向に隣接する蓄電体セル１同士の各封止部３の上部でオーバーラップさせて重ね合わせ、或いは、図８に示すように、蓄電体セル１の積層体をＺ方向に厚み幅内でずらして伝熱シート材６Ａが互いに緩衝しない段差構造でオーバーラップさせることにより、トンネル状の空間部７を形成することができる。
【００２５】
また、図９に示すように、伝熱シート材６Ａを、Ｙ方向に隣接する蓄電体セル１同士の各封止部３の上部で互いに突き合わせることにより、トンネル状の空間部７を形成するようにしても良い。この突き合せ構造では、突合せ部を接着する等して接合することが好ましく、モジュールとしての容積が若干大きくなるものの、流体通路面積を大きくすることが可能であり、冷却性の面で有利である。
【００２６】
更に、可撓性を有する伝熱シート材６Ｂを用いる場合には、図１０に示すように、個々の蓄電体セル１を、タブ４,４側を開放して蓄電部２及び封止部３，３の外周全体を伝熱シート材６Ｂで巻装する構造とすることで、トンネル状の空間部７による流体通路を予め備えた単位セル１２として扱うことができる。この単位セル１２は、伝熱シート材６Ｂの上下面及び側面に、熱伝導性に優れた接着材等を塗布しておくことにより、Ｚ方向及びＹ方向に容易に整列させることができ、単位セル１２毎の流体通路による冷却性能（断熱・保温性能）と、扱い上の利便性とを同時に得ることができる。
【００２７】
以上のように本実施の形態においては、蓄電体セルの個々の配置状態を考慮して容積効率の向上によるコンパクト化を図りつつ全体の温度分布を平滑化することができ、信頼性及び耐久性を向上して安定した品質の電源を供給することができる。
【００２８】
次に、本発明の実施の第２形態について説明する。図１１〜図１３は本発明の実施の第２形態に係り、図１１は蓄電体パッケージの全体図、図１２は蓄電体パッケージの内部を示す斜視図、図１３は蓄電体パッケージ全体の流体通路を示す平面図である。
【００２９】
第２形態は、蓄電体セル１のモジュールを複数組連結してパッケージ化するものであり、パッケージを構成するモジュールを収納するモジュール枠体に、各モジュールの流体通路に連通する通路を設けることにより、パッケージ全体としての熱特性の向上を図るものである。
【００３０】
図１１に示す蓄電体パッケージ５０は、蓄電体セル１を積層した積層体をＹ方向（封止部３の方向）に２組配列して１つのブロックを構成し、このブロックをＹ方向に２組連結して１つのモジュール２０を構成する例を示している。各モジュール２０は、Ｘ方向（タブ４の方向）及びＹ方向に連結され、計４つのモジュールがパッケージの底板となる基板５０ａ上に固定されて１つのパッケージが構成されている。尚、図１１は、パッケージの外壁となるケース外板を外した状態を示している。
【００３１】
モジュール２０は、図１２に示すように、モジュール枠体としての外枠に該当する４本の支柱２１と、長辺側の中央部に配設されてブロックを区画する２本の支柱２２と、支柱２１，２２の間に配設される４本の支柱２３とを主とする枠体を有している。モジュール２０内の各ブロック同士、及び隣接するモジュール２０同士は、連結金具２５を介して連結されている。
【００３２】
モジュール２０単体内では、２ブロックの積層体の１層毎に伝熱シート材３０が挟み込まれて配設されている。伝熱シート材３０は、第１形態の伝熱シート材６と同様、グラファイト系の材料等から形成される薄板状の部材であり、略矩形状で４本の支柱２１及び中央の２本の支柱２２に対応する切欠き部を設けた形状に形成されている。
【００３３】
第２形態においては、各蓄電体セル１は、封止部３がセル厚さ方向に折り曲げられ、各ブロック内の各層毎の２個のセルが互いに近接されて配置されており、容積効率を向上してパッケージ全体のコンパクト化を図っている。各ブロックは、略Ｔの字をなす支柱２２により所定の間隙をもって離間され、この間隙を通してブロック間に跨る伝熱シート材３０により、モジュール２０中央部でＸ方向に連通するトンネル状の空間部４０が形成されている。このトンネル状の空間部４０は、モジュール２０中央部のみならず、モジュール２０のＹ方向の端末側にも形成され、伝熱シート材３０でモジュール両端側の蓄電体セル１の封止部３を覆う開放部分がモジュール２０同士の連結によって閉空間となり、トンネル状の空間部４０として形成される。
【００３４】
また、トンネル状の空間部４０に対応して、モジュール２０の支柱２１，２２には、トンネル状の空間部４０に連通する通路が形成されている。モジュール中央の支柱２２においては、Ｚ方向（蓄電体セル１の積層方向）の各セルの封止部３に対応する各位置で、Ｘ方向（タブ４の方向）に貫通する孔２２ａが設けられ、トンネル状の空間部４０に連通する通路を形成している。また、モジュール２０の４隅の支柱２１においては、Ｚ方向の支柱２２と同じ各位置に、Ｘ方向に延出される半円筒状の溝部２１ａが設けられ、モジュール同士を連結したとき、互いに当接されて円筒状の通路を形成し、モジュール端末側のトンネル状の空間部４０に連通される。
【００３５】
尚、実際には、支柱２２は、２本の支柱２１を対称に当接して一体化され、２本の支柱２１の溝部２１ａが合わせられて支柱２２の孔２２ａとして形成される。
【００３６】
更に、モジュール２０の支柱２１〜２３の外側には、それぞれ、Ｙ方向に沿った流体通路を形成するための溝部が設けられている。４隅の支柱２１には、溝部２１ａに直交して半円筒状の溝部２１ｂがＹ方向に設けられ、中央の支柱２２には、孔２２ａに直交する半円筒状の溝部２２ｂがＹ方向に設けられている。更に、支柱２３には、溝部２１ｂ，２２ｂに対応する位置に、半円筒状の溝部２３ａがＹ方向に設けられている。
【００３７】
このようなモジュール毎のトンネル状の空間４０、支柱２１の溝部２１ａ，２１ｂ、支柱２２の孔２２ａ及び溝部２２ｂ、支柱２３の溝部２３ａにより、パッケージ全体としては、図１３に示すようなマトリクス状の流体通路が、蓄電体セル１の各層毎に形成される。すなわち、パッケージ中央に、支柱２１，２２，２３の溝部２１ｂ，２２ｂ，２３ａによってＹ方向に延出される中央通路５１が形成され、この中央通路５１に直交してパッケージ外周側へ延出されるＸ方向の通路５２が、モジュール中央の支柱２２の孔２２ａ、モジュール間で結合される支柱２１の溝部２１ａによって形成される。
【００３８】
従って、図１３中に矢印で示すように、蓄電体パッケージ５０の中央通路５１の一端を負圧で吸引する等して、各モジュール２０の外側とパッケージ外壁との間に形成される通路から各通路５２を経てパッケージ外から空気等の流体を導入することができ、各モジュール２０の蓄電体セル１を効果的に冷却或いは保温して、各通路５２から中央通路５１を経て外部に排出することができる。尚、各通路５２には、流量を調整する弁や絞り等を設けることが望ましい。
【００３９】
しかも、蓄電体セル１を伝熱シート材３０で覆っていることから、蓄電体セル１の入力熱を効果的に伝熱し、伝熱した熱をトンネル状の空間部４０からモジュール枠体の流体通路を介して輸送することができ、パッケージ全体の冷却或いは保温性能をより向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の第１形態に係わり、蓄電体セルの配列を示す平面図
【図２】同上、蓄電体セルの積層構造を示す側面図
【図３】同上、図２のＡ矢視図
【図４】同上、流体通路にヒートシンクを配設した例を示す説明図
【図５】同上、流体通路を管部材を配設した例を示す説明図
【図６】同上、伝熱シート材を屈曲させて流体通路を形成した例を示す説明図
【図７】同上、伝熱シート材を重ね合わせて配設した例を示す説明図
【図８】同上、伝熱シート材を段差構造で配設した例を示す説明図
【図９】同上、伝熱シート材を突き合わせて配設した例を示す説明図
【図１０】同上、伝熱シート材で蓄電体セルの外周を覆う構造を示す説明図
【図１１】本発明の実施の第２形態に係わり、蓄電体パッケージの全体図
【図１２】同上、モジュール内部を示す斜視図
【図１３】同上、蓄電体パッケージ全体の流体通路を示す平面図
【符号の説明】
【００４１】
１  蓄電体セル
３  封止部
５，２０  モジュール
６，６ａ，６ｂ，３０  伝熱シート材
７，４０  トンネル状の空間部
５０  蓄電体パッケージ
５１，５２  通路
【図１】
2007042453.tif 000003
【図２】
2007042453.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2007042453.tif 000012
【図１１】
2007042453.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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