(57)【要約】  電源装置の大型化を抑制しながら、隣接する電池セル同士の伝熱を抑制するために、電源装置は、外形を角形とした複数の電池セル（１）と、隣接する電池セル（１）を絶縁するための複数のセパレータ（２）と、複数の電池セル（１）と複数のセパレータ（２）とを集合化する拘束部材とを備える。それぞれのセパレータ（２）は、隣接する電池セル（１）の間に配置される挾着プレート部（２２Ａ）と、挾着プレート部（２２Ａ）と隣接する電池セル（１）の間に配置されるシート状の断熱部材（２４Ａ）と、挾着プレート部（２２Ａ）から隣接する電池セル（１）に向かって突出し、隣接する電池セル（１）を収容するための収容空間を規定する周壁（２６Ａ）と、周壁（２６Ａ）の内側に設けられる複数のリブ（２７Ａ）と、を含んでいる。複数のリブ（２７Ａ）は、断熱部材（２４Ａ）を保持している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外形を角形とした複数の電池セルと、
隣接する電池セルを絶縁するための複数のセパレータであって、それぞれのセパレータが、前記隣接する電池セルの間に配置される挾着プレート部と、前記挾着プレート部と隣接する電池セルの間に配置されるシート状の断熱部材と、前記挾着プレート部から隣接する電池セルに向かって突出し、前記隣接する電池セルを収容するための収容空間を規定する周壁と、前記周壁の内側に設けられる複数のリブと、を含んでおり、かつ、前記複数のリブが前記断熱部材を保持している、該複数のセパレータと、
前記複数の電池セルと前記複数のセパレータとを集合化する拘束部材と、を備える電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置において、
前記複数のリブは、前記隣接する電池セルを保持していることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電源装置において、
前記複数のセパレータは、それぞれ、前記挾着プレート部と前記複数のリブの間に隙間が設けられ、前記断熱部材が前記挾着プレート部と前記複数のリブの間の隙間に配置されていることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電源装置において、
主繊維を含む繊維シートと、前記繊維シートに担持される粉体と、を含んでいることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電源装置において、
前記粉体は、シリカエアロゲルまたはシリカキセロゲルを含んでいることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項４に記載の電源装置において、
前記繊維シートは、酸化アクリル繊維、難燃性ビニロン繊維、ポリエーテルイミド繊維、アラミド繊維およびガラス繊維のうちの少なくとも一つを含んでいることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項４に記載の電源装置において、
前記断熱部材は、さらに、熱可塑性樹脂を含んでいることを特徴とする電源装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、推進用の電源装置を使用する電動車両が普及している。電動車両は、様々な構成が知られており、例えば、駆動用のモータを搭載する電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）や、モータに加えてエンジンを搭載しているハイブリッドカー（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）などがある。これらの電動車両に搭載される電源装置では、複数の電池セルが用いられる。各々の電池セルは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の充放電が可能な二次電池である。この種の電源装置では、電源装置が占有するスペースは少ないほうが望ましく、スペース効率を向上させることが求められている。スペース効率に優れた電源装置としては、一方向に積層された複数の角形電池と、各電池セルの間に配置される絶縁性のセパレータと、複数の角形電池を集合化するための拘束部材と、を備えた電源装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５７４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次電池は、高温になると様々な不具合が生じることが知られている。特に、内部の発電要素の化学反応が熱によって促進されると、化学反応によって生じる熱により、さらに、自己加熱されるおそれがある。一方で、特許文献１の電源装置は、電池セル同士が近接して配置される構成となるため、ある電池セルが何らかの異常により、自己加熱される状態となると、当該電池セルから隣接する電池セルに熱が伝わる。異常な状態となった電池セルから隣接する電池セルに伝熱する熱量が大きい場合、伝熱された熱により隣接する電池セルの内部の発電要素の化学反応が促進されるおそれがある。このような熱伝播を抑制するためには、絶縁のために設けられているセパレータを厚くする必要があるが、そのような構成は、電源装置の大型化を招き、スペース効率が低下する問題が生じる。【０００５】
本発明は、斯かる問題を解決するためになされたものであり、本発明の主な目的は、電源装置の大型化を抑制しながら、隣接する電池セル同士の伝熱を抑制する構成を備えた電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の電源装置は、外形を角形とした複数の電池セルと、隣接する電池セルを絶縁するための複数のセパレータと、複数の電池セルと複数のセパレータとを集合化する拘束部材とを備える。それぞれのセパレータは、隣接する電池セルの間に配置される挾着プレート部と、挾着プレート部と隣接する電池セルの間に配置されるシート状の断熱部材と、挾着プレート部から隣接する電池セルに向かって突出し、隣接する電池セルを収容するための収容空間を規定する周壁と、周壁の内側に設けられる複数のリブと、を含んでいる。複数のリブは、断熱部材を保持している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明にかかる電源装置によれば、セパレータとして必要な機能を維持しつつ、隣接する電池同士を断熱することができるので、電源装置の大型化を抑制しながら、隣接する電池セル同士の伝熱を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る電源装置の斜視図である。
【図２】図１の電池セルの斜視図である。
【図３】図１のセパレータの一例を示す斜視図である。
【図４】図３のセパレータの形状を説明するための電源装置の断面図である。
【図５】図１のセパレータの一例を示す斜視図である。
【図６】図５のセパレータの形状を説明するための電源装置の断面図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る電源装置の斜視図である。
【図８】図４のセパレータの一例を示す斜視図である。
【図９】図６を別の方向から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
まず、本発明のある態様の断熱部材の構成を着想するに至った経緯について説明する。特許文献１に示されるように、典型的な電源装置は、複数の電池セルが同じ姿勢で配置される。隣接する電池セルの間には、隣接する電池セル同士の短絡を防止するために、絶縁性のセパレータが配置される。一方、近年、電池セルの高容量化に伴い、個々の電池セルが保有するエネルギー量が増大する傾向にある。
【００１０】
上述のとおり、特許文献１の電源装置は、電池セル同士が近接して配置される構成となるため、ある電池セルが何らかの異常により、自己加熱される状態となると、当該電池セルから隣接する電池セルに熱が伝わる。異常な状態となった電池セルから隣接する電池セルに伝熱する熱量が大きい場合、伝熱された熱により隣接する電池セルの内部の発電要素の化学反応が促進されるおそれがある。電池セルの高容量化すると、異常な状態となった電池セルから隣接する電池セルに伝熱する熱量が相対的に大きくなるため、この現象が問題になる可能性がある。
【００１１】
この問題に対して、本発明の発明者らは、断熱性を有するセパレータを採用する構成について検討を行った。従来の電源装置では、セパレータは、隣接する電池セルの絶縁や結露水を介した短絡の防止等、様々な機能を実現できるような形状に成形するために、成形性の高い樹脂が用いられる。そのため、断熱性を高めるためには、セパレータの材厚を大きくする必要がある。しかしながら、セパレータの厚さを大きくすると、電源装置の大型化を招き、電源装置としての体積あたりの容量が低下する問題ある。一方、断熱性の高い部材としては、シート状の断熱部材があるが、この種の断熱部材は成形性が低いため、シート以外の形状に成形することが難しいという問題がある。斯かる実情に鑑み、本発明者らは、シート状の断熱部材を利用することができるようにするための構成について検討を行った。
【００１２】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態の電源装置１００を示す斜視図である。図１に示すように、電源装置１００は、複数の電池セル１と、複数のセパレータ２と、複数の電池セル１と複数のセパレータ２とを集合化する拘束部材３と、を備える。複数の電池セル１は、一方向に沿って配置されている。それぞれのセパレータ２は、隣接する電池セル１の間に配置される。複数のセパレータ２は、シート状の断熱部材を含んでおり、隣接する電池セル１同士の短絡を防止する。また、セパレータ２は、断熱性を有しており、隣接する電池セル同士の伝熱を抑制する。複数の電池セル１は、バスバー（図示せず）を介して、直列または並列に接続されている。電源装置１００は、並列接続される電池セル１の数と、直列接続される電池セル１の数に応じて、電源装置の電圧と容量が決まるようになっている。電池セル１は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池など、種々の二次電池が採用されうる。
【００１３】
セパレータ２に含まれる断熱部材は、０．１〜１．５ｍｍの厚さのシートであり、織布や不織布等からなる繊維シートと、繊維シートの繊維間に担持される多孔質材とを含んでいる。本発明の実施形態に好適な断熱部材は、熱伝導率が０．０２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の特性を有しているものである。多孔質材は、キセロゲルやエアロゲル等の空隙構造を有するものが好ましい。特に、シリカエアロゲルやシリカキセロゲルは、空気分子の運動を規制するナノサイズの空隙構造を有しており、優れた断熱性能を有している。また、シリカキセロゲルは、外部からの押圧に対してその構造を安定的に維持することができる。シリカ粒子は、融点が高いため、シリカキセロゲルも高い耐熱性を有している。繊維シートを構成する繊維は、種々の繊維を用いることができ、耐熱性を有する難燃性繊維を含んでいてもよい。難燃性繊維としては、酸化アクリル繊維、難燃性ビニロン繊維、ポリエーテルイミド繊維、アラミド繊維およびガラス繊維などが知られている。特に、繊維シートは、ガラス繊維を含むことで、耐熱性の向上に加え、剛性の向上およびクリープ変形の抑制が期待できる。難燃性繊維を含む繊維シートを用いた断熱部材は、電池セルが熱暴走して高温に加熱されても破損することがなく、安定して熱エネルギーの伝導を遮断して、熱暴走の誘発を効果的に阻止できる。
【００１４】
なお、上述の断熱部材に含まれる繊維は、繊維径の細い合成繊維とすることが好ましい。断熱部材の断熱性は、後述する粉体の特性に起因するため、繊維径の細い合成繊維を基材とすることで、多量の粉体を断熱材に含ませることができる。本実施形態で用いられる繊維シートとしては、熱伝導率、生産性を両立させる観点から１〜３０μｍが好ましい。
【００１５】
また、上述の断熱部材は、熱可塑性樹脂を添加して成形してもよい。熱可塑性樹脂を添加した断熱部材は、剛性を向上させることができる。断熱部材の表面をコート処理することで、様々な特性を付与することもできる。例えば、輻射率が低いアルミナからなるコーティング層で覆うことで、断熱部材の輻射伝熱の影響を抑制することができる。このように断熱部材を形成する際、添加物を調整することで、断熱性や耐熱性等を維持しつつ、要求される性能に応じて、物理的特性を適宜、付与することができる。
【００１６】
図１に示すように、拘束部材３は、積層される複数の電池セル１の積層方向の両端に配置される一対のエンドプレート３２と、一対のエンドプレート３２に固定される複数のバインドバー３４と、を含んでいる。エンドプレート３２には、バインドバー３４の端部が連結される。バインドバー３４は、止ネジ３６を介してエンドプレート３２に固定される。
【００１７】
バインドバー３４は、所定の厚さの金属板を所定の幅に加工して製作される。バインドバー３４は、端部をエンドプレート３２に連結して、一対のエンドプレート３２を連結して、その間に電池セル１を保持する。バインドバー３４は、一対のエンドプレート３２を所定の寸法に固定することで、その間に積層される電池セル１の膨張を抑制する。バインドバー３４が伸びると、電池セル１の膨張を阻止できないため、バインドバー３４には、電池セル１の膨張圧で伸びない強度の金属板、たとえばＳＵＳ３０４等のステンレス板や鋼板等の金属板を十分な強度を有する幅と厚さに加工して製作される。
【００１８】
なお、図１のバインドバー３４は、止ネジ３６でエンドプレート３２に固定しているが、必ずしも螺合部材で固定する必要はない。具体的には、溶接や係止構造などを利用して固定することもできる。また、図１の電源装置では、エンドプレート３２の側面にバインドバー３４が固定される構成となっているが、エンドプレートとバインドバーの固定構造は、図示されている構成に限る必要はない。バインドバー３４として必要な機能は、一対のエンドプレート３２の相対距離を規制することにある。一対のエンドプレートの変位を規制できる構成であれば、エンドプレート３２やバインドバー３４の構成はどのような構成であってもよい。
【００１９】
（電池セル）
図２に示すように、電池セル１は、直方体形状の外装缶１２と、正負の電極端子１６が設けられる封口体１４とを含んでいる。また、電池セル１は、外装缶１２内に収納される電極体を有しており、外装缶１２内に電解液が充填されており、充放電や劣化に伴い、膨張したり、収縮したりする特性を有している。
【００２０】
外装缶１２は、開口を有する箱型形状に形成されている。封口体１４は、外装缶１２に溶接され、外装缶１２の開口を閉塞する。具体的には、外装缶１２は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工して製作される。封口体１４は、外装缶１２と同じように、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。この封口体１４は、両端部に正負の電極端子１６が固定されている。封口体１４は、外装缶１２の開口部に挿入された状態で溶接される。典型的には、封口体１４の外周と外装缶１２の内周との境界にレーザービームを照射することで、封口体１４が外装缶１２に気密に固定される。
【００２１】
なお、外装缶や封口体が金属である電池セルは、表面に金属を露出することになる。この種の電池セルは、結露水等を介した短絡を防止するために、外装缶の表面を絶縁性の熱収縮チューブで覆う構成とすることがある。本実施形態においても、必要に応じて、外装缶１２の表面を熱収縮チューブで覆う構成を採用してもよい。
（セパレータ２Ａ）
図３は、図１に示すセパレータ２の一例を示す斜視図である。図３及び図４に示すように、セパレータ２Ａは、隣接する電池セル１の間に挟まれる挾着プレート部２２Ａと、挾着プレート部２２Ａの周縁から隣接する両方の電池セル１に向かって突出する周壁２６Ａと、挾着プレート部２２Ａと隣接する電池セル１の間に配置されるシート状の断熱部材２４Ａとを含んでいる。
【００２２】
周壁２６Ａは、挾着プレート部２２Ａから隣接する電池セル１に向けて突出しており、セパレータ２Ａの両面に電池セル１を収容するための収容空間を規定している。周壁２６Ａは、収容空間に配置される電池セル１を保持するために、内側に複数のリブ２７Ａが設けられている。具体的には、周壁２６Ａは、対向する壁面を有しており、複数のリブ２７Ａが対向する壁面のそれぞれに設けられている。
【００２３】
断熱部材２４Ａは、上述の断熱部材を用いることが好ましい。断熱部材２４Ａは、周壁２６Ａの内側に規定された収容空間に配置され、周壁２６Ａに設けられた複数のリブ２７Ａによって挟持される。なお、断熱部材２４Ａは、隣接する電池セル１の間に一つあればよく、セパレータ２Ａに設けられる一対の収容空間のうちの少なくとも一方に配置すればよい。
【００２４】
この構成によると、断熱部材２４Ａは、複数のリブ２７Ａによって保持されるため、セパレータ２Ａの収容空間に電池セル１を配置する際、断熱部材２４Ａが位置ずれすることがなく、組立作業性を向上させることができる。
【００２５】
また、以上の構成によると、断熱部材２４Ａは、対向する壁面に設けられた複数のリブ２７Ａによって、挟持されるため、周壁２６Ａの対向する壁面と断熱部材２４Ａの間に隙間が形成される。そのため、挾着プレート部２２Ａや電池セル１と断熱部材２４Ａが密着させても、毛細管現象による結露水の上昇を抑制することができるようになっている。
【００２６】
（セパレータ２Ｂ）
図５は、図１に示すセパレータ２の一例を示す斜視図である。図５及び図６に示すように、セパレータ２Ｂは、隣接する電池セル１の間に挟まれる挾着プレート部２２Ｂと、挾着プレート部２２Ｂの周縁から隣接する両方の電池セル１に向かって突出する周壁２６Ｂと、挾着プレート部２２Ｂと隣接する電池セル１の間に配置されるシート状の断熱部材２４Ｂとを含んでいる。
【００２７】
周壁２６Ｂは、挾着プレート部２２Ｂから隣接する電池セル１に向けて突出しており、セパレータ２の両面に電池セル１を収容するための収容空間を規定している。周壁２６Ｂは、収容空間に配置される電池セル１を保持するために、内側に複数のリブ２７Ｂが設けられている。具体的には、周壁２６Ｂは、対向する壁面を有しており、複数のリブ２７Ｂが対向する壁面のそれぞれに設けられている。また、挾着プレート部２２Ｂと複数のリブ２７Ｂとの間には、隙間が形成されている。
【００２８】
断熱部材２４Ｂは、周壁２６Ｂの内側に規定された収容空間に配置され、挾着プレート部２２Ｂと複数のリブ２７Ｂの間に介在する。周壁２６Ｂの内側に規定された収容空間に配置された断熱部材２４Ｂは、複数のリブ２７Ｂによって変位が規制された状態で保持される。
【００２９】
この構成によると、断熱部材２４Ｂは、複数のリブ２７Ｂによって保持されるため、セパレータ２Ｂの収容空間に電池セル１を配置する際、断熱部材２４Ｂが位置ずれすることがなく、組立作業性を向上させることができる。
【００３０】
（第二実施形態）
図７は、本発明の第二実施形態の電源装置２００を示す斜視図である。なお、以下の説明において、第一実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を附し、説明を省略する。第二実施形態の電源装置２００は、セパレータ２と電池セル１との間に冷却隙間４が形成されるように構成されている。電池セル１は、高温になると劣化が促進されるため、電池セル１を冷却することで、電池の劣化を抑制できるように構成されている。なお、図７に例示されるように、バインドバー３４は、セパレータ２と電池セル１との間に冷却隙間４に冷却風を導入できるような形状とすることが好ましい。具体的には、図７に例示される電源装置２００では、一方の側面に一対のバインドバー３４が設けられており、一対のバインドバー３４の間に冷却隙間４の流入口が臨むように構成されている。
【００３１】
（セパレータ２Ｃ）
図８および図９は、図７に示すセパレータ２の一例を示すための斜視図である。図８および図９に示すように、セパレータ２Ｃは、隣接する電池セル１の間に挟まれる挾着プレート部２２Ｃと、挾着プレート部２２Ｃの周縁から隣接する両方の電池セル１に向かって突出する周壁２６Ｃとを有している。周壁２６Ｃは、挾着プレート部２２Ｃから隣接する電池セル１に向けて突出しており、セパレータ２Ｃの両面に電池セル１を収容するための収容空間を規定している。
【００３２】
図８に示すように挾着プレート部２２Ｃは、一方の面に複数条のリブ２３Ｃが設けられている。複数条のリブ２３Ｃは、隣接する電池セル１の外装缶１２と当接することで、隣接するリブ２３Ｃの間に冷却隙間４を形成する。冷却用の気体が、冷却隙間４を流れることにより、電池セル１を冷却することができる。
【００３３】
セパレータ２Ｃは、挾着プレート部２２Ｃのリブ２３Ｃが設けられている面の反対側に配置される断熱部材２４Ｃを備えている。断熱部材２４Ｃは、上述の断熱部材を用いることが好ましい。断熱部材２４Ｃは、セパレータ２Ｃの周壁２６Ｃの内側に規定された収容空間に配置される。この状態で、電池セル１が収容空間に配置される。この構成によると、断熱部材２４Ｃは、挾着プレート部２２Ｃの複数条のリブ２３Ｃが形成される面に対して反対側に位置する面に設けられるため、冷却隙間４を流れる冷却風による電池セル１の冷却を阻害することなく、隣接する電池セル１同士の伝熱を抑制することができる。
【００３４】
また、図９に示すように、周壁２６Ｃは、内側に複数のリブ２７Ｃが設けられている。具体的には、周壁２６Ｃは、対向する壁面を有しており、複数のリブ２７Ｃが対向する壁面のそれぞれに設けられている。また、挾着プレート部２２Ｃと複数のリブ２７Ｃとの間には、隙間が形成されている。セパレータ２Ｃは、挾着プレート部２２Ｃの一方の面に配置される断熱部材２４Ｃを含んでいる。断熱部材２４Ｃは、周壁２６Ｃの内側に規定された収容空間に配置され、挾着プレート部２２Ｃと複数のリブ２７Ｃの間に介在する。周壁２６Ｃの内側に規定された収容空間に配置された断熱部材２４Ｃは、複数のリブ２７Ｃによって変位が規制される。
【００３５】
この構成によると、断熱部材２４Ｃは、複数のリブ２７Ｃによって保持されるため、セパレータ２Ｃの収容空間に電池セル１を配置する際、断熱部材２４Ｃが位置ずれすることがなく、組立作業性を向上させることができる。
【００３６】
以上の構成の電源装置は、外形を角形とした複数の電池セルと、隣接する電池セルを絶縁するための複数のセパレータと、複数の電池セルと複数のセパレータとを集合化する拘束部材と、を備えている。それぞれのセパレータが、隣接する電池セルの間に配置される挾着プレート部と、挾着プレート部と隣接する電池セルの間に配置されるシート状の断熱部材と、挾着プレート部から隣接する電池セルに向かって突出する周壁と、周壁の内側に設けられる複数のリブと、を含んでいる。複数のリブは、断熱部材を保持している。この構成により、セパレータは、必要な機能を維持しつつ、隣接する電池同士を断熱することができる。そのため、斯かる構成の電源装置は、電源装置の大型化を抑制しながら、隣接する電池セル同士の伝熱を抑制することができる。
【００３７】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各々の構成要素や各々の処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００３８】
１…電池セル、  １２…外装缶、  １４…封口体、  １６…電極端子、  ２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…セパレータ、  ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ…挾着プレート部、  ２３Ｃ…リブ、  ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ…断熱部材、  ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ…周壁、  ２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ…リブ、  ３…拘束部材、  ３２…エンドプレート、  ３４…バインドバー、  ３６…止ネジ、  ４…冷却隙間、  １００、２００…電源装置。
【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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2020054227.tif 000013