(57)【要約】      （修正有）【課題】モジュール内の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冷却構造を提供する。【解決手段】モジュール３０Ａと、モジュール３０Ｂとの間に形成される冷却風の合流路２２の断面積が、排出口６０に向けて拡大していくようにモジュール３０Ａと、モジュール３０Ｂとが配置されており、モジュール３０Ａの隙間２１Ａには、隣接するモジュール３０Ｂに向かう方向となる矢印α方向に向けて冷却風が供給され、モジュール３０Ｂの隙間にはα方向と反対方向のβ方向に向けて冷却風が供給され、各冷却風は合流路２２内で合流してから外部に排出される。【選択図】図３
2007109547.tif 000002
【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、複数のフィルム外装電気デバイスが隙間を空けて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と、他の前記電気デバイス集合体との間に形成される冷却風の流路の断面積が、一方向に向けて拡大していくように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が配置されており、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の方向となる第１の方向に向けて冷却風が供給され、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の方向に向けて冷却風が供給され、各冷却風は前記流路内で合流してから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２】
前記流路内における冷却風の合流は、前記流路における冷却風の排出口に向かう方向に角度をもって合流する、請求項１に記載の冷却構造。
【請求項３】
前記流路における冷却風の排出口が鉛直方向上方に向くように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が配置されている、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３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、複数のフィルム外装電気デバイスが隙間を空けて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、一の電気デバイス集合体と、他の電気デバイス集合体との間に形成される冷却風の流路の断面積が、一方向に向けて拡大していくように一の電気デバイス集合体と他の電気デバイス集合体とが配置されており、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の方向となる第１の方向に向けて冷却風が供給され、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の方向に向けて冷却風が供給され、各冷却風は流路内で合流してから外部に排出されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の冷却構造は各電気デバイス集合体に対してそれぞれ個別に冷却風を供給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。
【００１０】
また、上記配置は、冷却風の排出される排出口に向けて増加する冷却風流量に応じて流路断面を広げているため、排出口近傍の隙間内に冷却風が滞留してしまうのを防止でき、排出口近傍のフィルム外装電気デバイスと遠方のフィルム外装電気デバイスとの間における冷却の不均衡が生じてしまうのを防止することができる。
【００１１】
また、本発明の冷却構造は、流路内における冷却風の合流は、流路における冷却風の排出口に向かう方向に角度をもって合流するものであってもよい。この場合、排出口に向かう方向で斜めに合流させるため、冷却風を効率良く排出させることができる。
【００１２】
また、本発明の冷却構造は、流路における冷却風の排出口が鉛直方向上方に向くように一の電気デバイス集合体と他の電気デバイス集合体とが配置されているものであってもよい。この場合、フィルム外装電気デバイスの熱を奪って高温となった冷却風の自然対流を利用することができる。すなわち、排出口を上向きとした場合、隙間内に冷却風を送り込むためのファンの省略や容量の小型化を図ることも可能となる。
【００１３】
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】
【００１４】
以上本発明によれば、各電気デバイス集合体に対してそれぞれ個別に冷却風を供給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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
電池セル２０の周囲を囲むセルケース５０は、枠形状であり、電池セル２０の発電要素５２に対応した箇所に開口部が形成されている。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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を形成して積層されたモジュール３０Ｂとが示されている。
【００２２】
モジュールＡとモジュールＢとは、モジュールＡの最下層のセルケース５０の一端とモジュールＢの最下層のセルケース５０の一端とを実質的に接触させて（図３中に示す接触点７０にて接触させている）挟み角θの合流路２２が形成されるように配置されている。つまり、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へと流出した冷却風が、排出口６０に向けて拡がっていく合流路２２内を淀みなく流れるように、モジュール３０Ａ、３０Ｂを配置したものである。なお、この合流路２２は冷却風の流路であるとともに、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。
【００２３】
以下、冷却風の流れおよび冷却特性について詳細に説明する。
【００２４】
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。
【００２５】
合流路２２は挟み角θで排出口６０に向けて開くように構成されているので、隙間２１Ａから流れ出た冷却風は、隙間２１Ｂから流れ出た冷却風の流れ方向に対してπ―θの角度でぶつかることになる。つまり、隙間２１Ａと隙間２１Ｂとから流れ出た冷却風同士が真正面で衝突するようにして合流するのではなく排出口６０に向く角度をもって合流するため、合流路２２内の冷却風の流れが排出口６０に向くように整流されることとなる。冷却風同士が真正面でぶつかるように合流させると冷却風は排出口６０に向かう流れと、排出口６０から遠ざかる方向に向かう流れとを生じてしまい、冷却風を排出口６０から効率よく排出することができない。しかしながら、本実施形態の場合、排出口６０に向かう方向で斜めに合流させるため、冷却風を効率良く排出させることができる。
【００２６】
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。
【００２７】
また、合流路２２に流れ込む冷却風は接触点７０側から排出口６０に向けて順次流れ込んでくるため、排出口６０に向けてその流量は増加していく。合流路２２が排出口６０側まで一定の流路断面である場合、排出口６０近傍では合流路２２内の冷却風の流量が増しているため、排出口６０近傍の隙間２１Ａ、２１Ｂから合流路２２へと冷却風が流れ込みにくくなる。すなわち、電池セル２０の熱を奪って高温となった冷却風が合流路２２へと抜けずに隙間内に滞留してしまい、排出口６０近傍の電池セル２０Ａ1、２０Ｂ1の温度が排出口６０遠方の電池セル２０Ａ4、２０Ｂ4の温度に比べて高くなり、不均一な冷却を引き起こしてしまうことが考えられる。
【００２８】
一方、本実施形態の合流路２２の流路断面積は、排出口６０に向けて増加する流量に応じて排出口６０に向けて拡がっている。このため、排出口６０に向けて冷却風流量が増加しても、排出口６０近傍の隙間２１Ａ、２１Ｂ内に冷却風が滞留してしまうのを防止することができる。つまり本実施形態の構成は、排出口６０近傍の電池セル２０Ａ1、２０Ｂ1と排出口６０遠方の電池セル２０Ａ4、２０Ｂ4との間での不均一な冷却が生じにくい構成であるといえる。
【００２９】
また、電池セル２０の積層方向は水平方向としてもよいが、排出口６０が上向きとなるように積層することで電池セルの熱を奪って高温となった冷却風の自然対流を利用することができる。すなわち、排出口６０を上向きとした場合、隙間２１Ａ、２１Ｂ内に冷却風を送り込むためのファンの省略や容量の小型化を図ることも可能となる。
【００３０】
以上本実施形態によれば、モジュール３０Ａ、３０Ｂに対してそれぞれ個別に冷却風を供給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。
【００３１】
また、本実施形態の場合、排出口に向かう方向で斜めに合流させるため、冷却風を効率良く排出させることができる。
【００３２】
また、本実施形態の場合、排出口に向けて増加する冷却風流量に応じて流路断面を広げているため、排出口近傍の隙間内に冷却風が滞留してしまうのを防止でき、排出口近傍の電池セルと遠方の電池セルとの間における冷却の不均衡が生じてしまうのを防止することができる。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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電池セルを積層する構成としてもよい。この場合、セルケース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。
【００３６】
上述した説明においてはモジュール３０Ａとモジュール３０Ｂとは接触点７０で接触させた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、排出口６０側のモジュール間距離が排出口６０の遠方側におけるモジュール間距離よりも拡がっていることで合流路２２の流路断面が排出口６０に向けて拡がるように構成されていれば、モジュール同士は実際に接触している必要はない。
【００３７】
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。
【００３８】
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】
【００３９】
【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】
【００４０】
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
６０    排出口
５２    電池要素
【図１】
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【図２】
2007109547.tif 000004
【図３】
2007109547.tif 000005
【図４】
2007109547.tif 000006