(57)【要約】【課題】温度調節を可能としながらも、体格が大型化してしまうことのない二次電池を提供すること。【解決手段】電極集合体２０の内側に形成された空間である芯孔２３に熱電素子モジュール４０が挿入されている。熱電素子モジュール４０は、円柱状のＰ型半導体４１と、絶縁筒４５を介してＰ型半導体４１を外側から覆う円筒状のＮ型半導体４２と、Ｎ型半導体４２の外側に配置されるとともに電極集合体２０と熱的に結合された円筒状の熱伝導部材４４とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状をなすケースと、
前記ケースの内部に収容されるとともに渦巻き状に形成されたシート状の正極及び負極からなる電極集合体と、を備えた二次電池であって、
前記電極集合体の内側に形成された空間に前記二次電池を冷却又は加温する熱電素子モジュールを配設したことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記熱電素子モジュールは、柱状の第１半導体と、絶縁筒を介して前記第１半導体を外側から覆う筒状の第２半導体と、前記第２半導体の外側に配置されるとともに前記電極集合体と熱的に結合された筒状の熱伝導部材とを有していることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、温度が非常に高くなると劣化が進んで寿命が短くなる。そこで、特許文献１には、放熱性に優れた二次電池が提案されている。特許文献１の渦巻き型電池は、負極端子を構成する缶体部と、この缶体部の上端開口を密閉する蓋と、蓋の中央部に突設された正極端子と、缶体部の内部に収容された電解液及び電極集合体とを有している。電極集合体は、イオン透過性及び電気絶縁性のセパレータを挟んで渦巻き状に作製されたシート状の正極及び負極からなる。電極集合体の中心部には、芯孔が電極集合体の軸方向に形成されており、この芯孔には放熱棒が貫入されている。
【０００３】
放熱棒の上端面には銅製の円板が溶接されている。円板の中央部には上方開口の凹部が設けられており、この凹部には正極端子の下端部が嵌入されている。放熱棒の下端面は、シリコン樹脂膜を介して缶体部の底面に電気絶縁可能に接触している。これにより、電極集合体の中央部の熱を、この放熱棒を介して正極端子及び缶体部から放熱することができ、二次電池を冷却することができる。
【０００４】
また、二次電池の冷却だけでなく加温を可能にし、二次電池の温度調節を可能にした技術として、二次電池の表面に、可撓性を有するプレート状のペルチェ素子を配設したものが特許文献２に開示されている。特許文献２では、二次電池の温度が所定の温度よりも低くなると、ペルチェ素子に対して正方向に通電して二次電池を加温する一方で、二次電池の温度が所定の温度よりも高くなると、ペルチェ素子に対して負方向に通電して二次電池を冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２３４６１６号公報
【特許文献２】特開２００６−１２７９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２では、ペルチェ素子は、円筒型や角筒型の二次電池を周方向全周に亘って包囲するように配設されているため、温度調節可能な二次電池であっても、二次電池全体の体格が大型化してしまっている。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、温度調節を可能としながらも、体格が大型化してしまうことのない二次電池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に、請求項１に記載の発明は、筒状をなすケースと、前記ケースの内部に収容されるとともに渦巻き状に形成されたシート状の正極及び負極からなる電極集合体と、を備えた二次電池であって、前記電極集合体の内側に形成された空間に前記二次電池を冷却又は加温する熱電素子モジュールを配設したことを要旨とする。
【０００９】
この発明によれば、熱電素子モジュールにより二次電池を冷却又は加温することができ、二次電池の温度調節が可能である。さらに、シート状の正極及び負極を渦巻き状にすることで電極集合体の内側に形成される空間を利用して熱電素子モジュールが配設されている。よって、熱電素子モジュールが、二次電池を周方向全周に亘って包囲するように配設されている場合のように、二次電池の体格が大型化してしまうことがない。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記熱電素子モジュールは、柱状の第１半導体と、絶縁筒を介して前記第１半導体を外側から覆う筒状の第２半導体と、前記第２半導体の外側に配置されるとともに前記電極集合体と熱的に結合された筒状の熱伝導部材とを有していることを要旨とする。
【００１１】
この発明によれば、熱電素子モジュール全体を柱状に形成することができる。よって、熱電素子モジュールを電極集合体の内側に形成された空間に挿入し易くすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、温度調節を可能としながらも、体格が大型化してしまうことのない二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態における二次電池の一部破断断面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図。
【図３】熱電素子モジュールを模式的に示す一部破断断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を円筒型の二次電池に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、二次電池１０は、有底円筒状をなす金属製のケース１１と、ケース１１の開口を閉鎖する樹脂製の蓋部１２とを有している。ケース１１の内部には、渦巻き状に形成されたシート状の正極２１及び負極２２からなる電極集合体２０が収容されている。なお、正極２１と負極２２との間には、イオン透過性及び電気絶縁性を有するセパレータ（図示せず）が介在されている。また、ケース１１の内部には電解液１５が収容されている。
【００１５】
蓋部１２の中央部には貫通孔１２ａが形成されている。貫通孔１２ａには正極端子１３の一端側（下端側）が嵌入されるとともに、正極端子１３の他端側（上端側）は、貫通孔１２ａよりも外方へ突出している。蓋部１２の内面には銅製の円板１４が固着されている。円板１４の中央部には、貫通孔１２ａからケース１１内に突出した正極端子１３の一端側が嵌合可能な嵌合凹部１４ａが形成されている。
【００１６】
電極集合体２０において、正極２１からは集電用の導電金属片であるタブ３１が上方に延設されており、タブ３１の上端部が円板１４に溶接されている。また、電極集合体２０において、負極２２からは集電用の導電金属片であるタブ３２が下方に延設されており、タブ３２の下端部はケース１１の底壁１１ａの内面に溶接されている。よって、ケース１１は二次電池１０の負極端子を構成している。電極集合体２０の中央部（内側）には軸方向に延びる空間としての芯孔２３が形成されている。芯孔２３には、二次電池１０を冷却又は加温する熱電素子モジュール４０が挿入されている。
【００１７】
図３に示すように、熱電素子モジュール４０は、円柱状をなす第１半導体としてのＰ型半導体４１と、円筒状の絶縁筒４５を介してＰ型半導体４１を外側から覆う円筒状の第２半導体としてのＮ型半導体４２とを有している。Ｐ型半導体４１及びＮ型半導体４２は、熱電素子モジュール４０の熱電素子（ペルチェ素子）を構成している。
【００１８】
また、熱電素子モジュール４０は、Ｐ型半導体４１とＮ型半導体４２とを一端側において電気的に接続する円板状をなす導電部材４３と、Ｐ型半導体４１とＮ型半導体４２とを他端側において電気的に接続する円板状導電部材４６及び円環状導電部材４７とを有している。さらに、熱電素子モジュール４０は、円筒状の絶縁筒４９を介してＮ型半導体４２の外側に配置されるとともに電極集合体２０と熱的に結合された円筒状の熱伝導部材４４を有している。すなわち、熱電素子モジュール４０全体は円柱状になっている。尚、円環状導電部材４７と熱伝導部材４４とは絶縁筒４９を介して熱的に結合されている。
【００１９】
導電部材４３の上端面は、Ｐ型半導体４１及び絶縁筒４５の下端面全体に接触しているとともに、Ｎ型半導体４２の下端面の一部分に接触している。よって、Ｐ型半導体４１とＮ型半導体４２とは、導電部材４３を介して電気的に接続されている。
【００２０】
図１に示すように、導電部材４３の下端面はケース１１の底壁１１ａに接している。よって、導電部材４３とケース１１の底壁１１ａとは熱的に結合されている。尚、導電部材４３とケース１１の底壁１１ａとの間にはシリコン樹脂膜４８が介在されている。このシリコン樹脂膜４８により、導電部材４３とケース１１の底壁１１ａとの間の電気的絶縁性が確保されており、シリコン樹脂膜４８は、放熱面又は吸熱面のどちらかとなる。
【００２１】
さらに、図３に示すように、熱電素子モジュール４０は、Ｐ型半導体４１及びＮ型半導体４２に電気を供給する給電部５１を有している。給電部５１は、両半導体４１，４２同士を電気的に接続するリード線５１ａを有し、リード線５１ａの一端は円板状導電部材４６を介してＰ型半導体４１に接続されるとともに、他端は円環状導電部材４７を介してＮ型半導体４２に接続されている。リード線５１ａにおける一端と他端との間には電源５１ｂが設けられている。そして、両半導体４１，４２に電気が供給されることで、導電部材４３と熱伝導部材４４との間で熱が移動するようになっている。
【００２２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
電極集合体２０が発熱することで、二次電池１０の温度が所望の温度よりも高くなった場合、給電部５１から両半導体４１，４２に対して供給される電流（電気）の向きが正方向（図３に示す矢印Ｙ１の方向）になるように通電する。すると、Ｎ型半導体４２からＰ型半導体４１に電流が流れるようにＮ型半導体４２とＰ型半導体４１とを電気的に接続している円板状導電部材４６及び円環状導電部材４７が冷却される一方で、導電部材４３が加熱される。これにより、円環状導電部材４７と熱的に結合されている熱伝導部材４４が冷却されるとともに、熱伝導部材４４と熱的に結合されている電極集合体２０の熱が熱伝導部材４４に吸熱される。さらに、導電部材４３の熱は、ケース１１の底壁１１ａを介して外部へ放熱され、二次電池１０全体が冷却される。そして、二次電池１０の温度が所望の温度に達すると、給電部５１による両半導体４１，４２に対する通電が遮断される。
【００２３】
一方、低温環境下において、二次電池１０の温度が所望の温度よりも低くなった場合、給電部５１から両半導体４１，４２に対して供給される電流（電気）の向きが負方向（図３に示す矢印Ｙ２の方向）になるように通電する。すると、Ｎ型半導体４２からＰ型半導体４１に電流が流れるようにＮ型半導体４２とＰ型半導体４１とを電気的に接続している導電部材４３が冷却される一方で、円板状導電部材４６及び円環状導電部材４７が加熱される。これにより、円環状導電部材４７と熱的に結合されている熱伝導部材４４が加熱されるとともに、熱伝導部材４４の熱が、熱伝導部材４４と熱的に結合されている電極集合体２０に移動して電極集合体２０が加温され、二次電池１０全体が加温される。そして、二次電池１０の温度が所望の温度に達すると、給電部５１による両半導体４１，４２に対する通電が遮断される。
【００２４】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）電極集合体２０の内側に形成された空間である芯孔２３に熱電素子モジュール４０を挿入した。よって、熱電素子モジュール４０により二次電池１０を冷却又は加温することができ、二次電池１０の温度調節が可能である。さらに、シート状の正極２１及び負極２２を渦巻き状にすることで電極集合体２０の内側に形成される芯孔２３を利用して熱電素子モジュール４０が配設されている。よって、二次電池１０を周方向全周に亘って包囲するように熱電素子モジュールが配設されている場合のように、二次電池１０の体格が大型化してしまうことがない。
【００２５】
（２）熱電素子モジュール４０は、円柱状のＰ型半導体４１と、絶縁筒４５を介してＰ型半導体４１を外側から覆う円筒状のＮ型半導体４２と、Ｎ型半導体４２の外側に配置されるとともに電極集合体２０と熱的に結合された円筒状の熱伝導部材４４とを有する。よって、熱電素子モジュール４０全体を円柱状に形成することができ、熱電素子モジュール４０を芯孔２３に挿入し易くすることができる。
【００２６】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態において、ケース１１の底壁１１ａに貫通孔を形成するとともに、この貫通孔を介して熱電素子モジュール４０における導電部材４３をケース１１の外部へ露出させてもよい。これによれば、例えば、二次電池１０を冷却する場合、導電部材４３の熱が直接外部へ放熱されるため、導電部材４３の熱をケース１１の底壁１１ａを介して放熱する場合に比べて、二次電池１０の冷却性能を向上させることができる。また、例えば、二次電池１０を加温する場合、冷却された導電部材４３によりケース１１が再び冷却されてしまうことを回避することができるため、二次電池１０全体を効率良く加温させることができる。なお、この別の実施形態は、ケース１１が負極端子を構成しておらず、蓋部１２側に正極端子及び負極端子が存在する二次電池に適用するのが望ましい。
【００２７】
○  実施形態において、導電部材４３の上端面は、Ｐ型半導体４１及び絶縁筒４５の下端面全体に接触しているとともに、Ｎ型半導体４２の下端面の一部分に接触していたが、これに限らない。例えば、導電部材４３の下端面は、Ｐ型半導体４１及び絶縁筒４５の上端面全体に接触しているとともに、Ｎ型半導体４２の上端面の一部分に接触していてもよい。この場合、導電部材４３の上端面を円板１４に接触させる。これにより、導電部材４３と円板１４とが熱的に結合される。この構成によれば、例えば、二次電池１０を冷却する場合、導電部材４３の熱は、円板１４及び正極端子１３を介して外部へ放熱される。尚、この場合、導電部材４３と円板１４との間にシリコン樹脂膜を介在し、このシリコン樹脂膜により、導電部材４３と円板１４との間の電気的絶縁性が確保されている必要がある。
【００２８】
○  実施形態において、導電部材４３は円板状をなしていたが、これに限らず、例えば、直線状に延びる板状をなしていてもよい。すなわち、導電部材４３は、Ｐ型半導体４１とＮ型半導体４２とを電気的に接続するものであれば、その形状は特に限定されるものではない。
【００２９】
○  実施形態において、円柱状をなすＮ型半導体の外側に絶縁筒４５を介して円筒状をなすＰ型半導体が配置されるように、熱電素子モジュール４０の半導体の配置位置を変更してもよい。すなわち、第１半導体としてＮ型半導体を適用し、第２半導体としてＰ型半導体を適用してもよい。
【００３０】
○  実施形態において、二次電池１０は円筒型に限らず、内部に渦巻き状に形成されたシート状の正極及び負極からなる電極集合体を収容するものであれば、例えば、角筒型であってもよい。
【００３１】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記第１半導体と前記第２半導体とを電気的に接続する導電部材が円板状をなしていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
【００３２】
（ロ）前記第１半導体はＰ型半導体であるとともに、前記第２半導体はＮ型半導体であることを特徴とする請求項２又は前記技術的思想（イ）に記載の二次電池。
（ハ）前記二次電池は円筒型であることを特徴とする請求項１又は請求項２、及び前記技術的思想（イ）、（ロ）のいずれか一項に記載の二次電池。
【符号の説明】
【００３３】
１０…二次電池、１１…ケース、２０…電極集合体、２１…正極、２２…負極、２３…空間としての芯孔、４０…熱電素子モジュール、４１…第１半導体としてのＰ型半導体、４２…第２半導体としてのＮ型半導体、４３…導電部材、４４…熱伝導部材、４５…絶縁筒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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