JP2006244756A - Film outer packaging electric device and film packaging electric device assembly - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池やキャパシタ(コンデンサ)に代表される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外包体内に収容されたフィルム外装電気デバイス、及び該フィルム外装電気デバイスが複数集合したフィルム外装電気デバイス集合体に関する。 The present invention relates to a film-clad electrical device in which electrical device elements that store and output electrical energy represented by batteries and capacitors (capacitors) are housed in a film envelope, and a film exterior in which a plurality of the film-clad electrical devices are assembled. The present invention relates to an electrical device assembly.
近年、例えば電気自動車のモータ駆動用の電源として軽量かつ小型の電池の開発が進められている。この種の電池としては、例えば図18に示すような電池セル420A(フィルム外装電池ともいう)を複数集合させた組電池が知られている。電池セル420Aは、外装フィルム424によって形成された密閉空間内に配置された電池要素422を有しており、電池要素422自体は、正極用及び負極用の金属箔がセパレータを介して交互に積層された構成となっている。電池要素422は、電解液と共に外装フィルム424内に収容されており、これにより各電極タブ425を通じて所定の起電力が出力される。
In recent years, for example, a lightweight and small battery has been developed as a power source for driving a motor of an electric vehicle. As this type of battery, for example, an assembled battery in which a plurality of
ところで、このような構成の電池セルにおいて、電池を大容量化するためには、例えば図19に示すように、電池要素422a、422bを2つ重ねた構成とすることも考えられる。すなわち、図19の電池セル420Bは、電池要素422a、422bを2つ有することにより、図18の電池セル420Aの倍の出力を得ようとしたものである。
By the way, in the battery cell having such a configuration, in order to increase the capacity of the battery, for example, as shown in FIG. 19, a configuration in which two
しかしながら、電池セルは一般に、使用している際に電池要素422が発熱するという性質を有しており、電池の短寿命化を防止する観点、及び電池性能を劣化させない観点から、発生した熱を放熱する必要がある。したがって、特に、図19のような構成では、電池要素422a、422bの内部に熱がこもってしまうことから、実用化するうえで問題があると考えられる。
However, the battery cell generally has a property that the battery element 422 generates heat when in use, and from the viewpoint of preventing the battery life from being shortened and not deteriorating the battery performance, It is necessary to dissipate heat. Therefore, in particular, in the configuration as shown in FIG. 19, heat is trapped inside the
図20は特許文献1に開示された従来の組電池の構成を模式的に示している。図20に示すように、組電池550は、積層状態に集合した複数の電池セルBCを有しており、各電池セルBCは、並列接続の状態で電気的に接続されている。電池セルBCの温度上昇を防止するために、図示中央の電池セルBC内には、図21に示すような放熱手段(陽極板530)が収容されている。 FIG. 20 schematically shows a configuration of a conventional assembled battery disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. 20, the assembled battery 550 has a plurality of battery cells BC assembled in a stacked state, and each battery cell BC is electrically connected in a parallel connection state. In order to prevent the temperature rise of the battery cell BC, a heat radiating means (anode plate 530) as shown in FIG. 21 is accommodated in the center battery cell BC in the figure.
具体的には、図21の陽極板530は、2枚の板521、522の間に形成される循環流路523を有しており、該循環流路内には作動流体として例えば純水が充填されている。このような陽極板530は、電池セルBC同士の間に配置され、電池セルBCからの熱により作動流体の温度が部分的に上昇する。その結果、作動流体は循環流路内を緩やかに循環することとなり、この循環により電池セルBCの放熱が行われる。
上述したように、電池セルあるいは組電池を使用するに際しては、電池セルを効率的に放熱することが望ましい。これに対して、図21に示したような放熱手段によれば確かに効率的な放熱が得られるとも考えられるが、図21のような複雑な構造の冷却手段を電池セルあるいは組電池に組み込むことは、例えば製造コストの都合上好ましくはない。また、循環流路内の作動流体が電池セルBC内に漏れ出すおそれもあり、作動流体が漏れ出すことによって電池セルBCが故障する可能性もある。 As described above, when battery cells or assembled batteries are used, it is desirable to efficiently dissipate the battery cells. On the other hand, although it is considered that the heat dissipation means as shown in FIG. 21 can surely provide efficient heat dissipation, the cooling means having a complicated structure as shown in FIG. 21 is incorporated in the battery cell or the assembled battery. This is not preferable, for example, due to manufacturing costs. In addition, the working fluid in the circulation channel may leak into the battery cell BC, and the battery cell BC may break down due to leakage of the working fluid.
次いで、電池セルを大容量化するには、図19のような構成とする他にも、例えば図22に示すように、電池セル420Cの面積を大型化して電池セル420Aの倍の出力を得るようにすることも可能である。しかしながら、実際には、組電池に求められる外形サイズの都合上、このように電池セルを大面積化できないことも多い。また、電池セル自体は、一般に薄型に構成されることが多く、したがって、図22のように大面積化すると電池セル420Cの面剛性が低下するという問題もある。
Next, in order to increase the capacity of the battery cell, in addition to the configuration as shown in FIG. 19, for example, as shown in FIG. 22, the area of the
なお、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れるものではない。すなわち、フィルム外包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、上記同様の問題が生じることがあり、電気デバイス要素の放熱及びデバイス全体の剛性向上は共通の課題である。 In addition, although the film-clad battery has been described above as an example, the above problem is not limited to the battery. That is, even in a device in which a capacitor or the like is arranged as an electric device element in the film envelope, the same problem as described above may occur, and heat dissipation of the electric device element and improvement of the rigidity of the entire device are common problems.
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って、その目的は、大容量化された場合であっても、内部の電気デバイス要素の放熱が良好に行われ、しかもフィルム外装電気デバイス全体としての剛性が十分に確保されたフィルム外装電気デバイス、及びそれが集合したフィルム外装電気デバイス集合体を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and the purpose thereof is that even when the capacity is increased, the heat dissipation of the internal electrical device elements is performed well, and the film An object of the present invention is to provide a film-clad electrical device in which rigidity as a whole of a packaged electrical device is sufficiently secured, and a film-clad electrical device assembly in which the film-clad electrical device is assembled.
上記目的を達成するため本発明のフィルム外装電気デバイスは、それぞれが電気的エネルギーを貯留及び出力するように構成された2つの電気デバイス要素と、前記電気デバイス要素同士に挟まれた状態で配置される通路形成部材と、前記2つの電気デバイス要素が収容される密閉空間を形成するフィルム外包体とを有し、前記通路形成部材は、内部に、前記フィルム外包体を貫通した状態に延在する冷却風通路を有している。 In order to achieve the above object, the film-covered electrical device of the present invention is arranged in such a manner that two electrical device elements each configured to store and output electrical energy are sandwiched between the electrical device elements. A passage forming member and a film envelope forming a sealed space in which the two electric device elements are accommodated, and the passage forming member extends in a state penetrating the film envelope. A cooling air passage is provided.
このように構成された本発明のフィルム外装電気デバイスは、通路形成部材を間において2つの電気デバイス要素(例えば電池要素)を備えているため、フィルム外装電気デバイスの大容量化が図られている。そして、このように2つの電気デバイス要素を有する構成であっても、電気デバイス要素間には、冷却風通路が形成された通路形成部材が配置されていることから、電気デバイス要素が発熱した場合であってもその熱は該冷却風通路を通じて放熱される。より詳細には、電気デバイス要素の熱は、まず通路形成部材に伝わり、その部材内を経由して冷却風通路内に伝播し放熱されるようになっている。このようにして電気デバイス要素が放熱されるため、電気デバイス要素に熱がこもりにくくなる。 Since the film-covered electrical device of the present invention configured as described above includes two electrical device elements (for example, battery elements) between the passage forming members, the capacity of the film-wrapped electrical device is increased. . And even if it is the structure which has two electric device elements in this way, since the passage formation member in which the cooling air passage was formed is arranged between electric device elements, when an electric device element generates heat Even so, the heat is dissipated through the cooling air passage. More specifically, the heat of the electric device element is first transmitted to the passage forming member, and then propagated through the member into the cooling air passage to be dissipated. Since the electric device element is radiated in this manner, the electric device element is less likely to accumulate heat.
さらに本発明のフィルム外装電気デバイスでは、内部に収容された電気デバイス要素が薄型で変形するようなものであったとしても、通路形成部材が補強部材としても機能することから、フィルム外装電気デバイス全体としての面剛性が十分に確保され、電気デバイス要素の変形が防止される。 Further, in the film-clad electrical device of the present invention, even if the electrical device element housed therein is thin and deformed, the passage-forming member also functions as a reinforcing member, so that the entire film-clad electrical device The surface rigidity is sufficiently ensured, and deformation of the electric device element is prevented.
上記本発明のフィルム外装電気デバイスにおいて、前記通路形成部材は、具体的には、それぞれが前記各電気デバイス要素に面し、かつ、互いに対向する第1の面及び第2の面を有し、前記第1の面と前記第2の面との間に前記冷却風通路が形成されているものであってもよい。また、前記通路形成部材において、前記冷却風通路が開口する各側面が前記フィルム外包体の外部に露出しているものであってもよい。 In the film-covered electrical device of the present invention, specifically, the passage forming member has a first surface and a second surface that face each of the electrical device elements and face each other. The cooling air passage may be formed between the first surface and the second surface. Further, in the passage forming member, each side surface at which the cooling air passage opens may be exposed to the outside of the film outer package.
特に、前記第1の面及び前記第2の面は、いずれも平面であって、かつ互いに平行に形成されていることが好ましい。各面が平面状とされていることにより、電気デバイス要素との接触面積が拡大し、したがって電気デバイス要素からの熱が通路形成部材に伝わりやすくなるためである。 In particular, it is preferable that the first surface and the second surface are both flat and formed in parallel to each other. This is because the contact area with the electric device element is expanded by making each surface flat, and thus heat from the electric device element is easily transferred to the passage forming member.
ここで、通路形成部材が「フィルム外包体を貫通した状態に延在する冷却風通路」を形成するためには、例えば、通路形成部材の第1及び第2の面がフィルム外包体によって部分的に挟み込まれる構成となっていればよい。この場合、通路形成部材とフィルム外包体との間の封止が確実に行われていることが、例えば電解液の漏れを防止する観点から好ましい。 Here, in order for the passage forming member to form the “cooling air passage extending in a state of penetrating the film envelope”, for example, the first and second surfaces of the passage forming member are partially formed by the film envelope. What is necessary is just to become the structure inserted | pinched between. In this case, it is preferable that sealing between the passage forming member and the film outer package is performed reliably from the viewpoint of preventing leakage of the electrolytic solution, for example.
そこで、上記通路形成部材は、前記第1の面と前記第2の面とが、その両端において、湾曲した外周面を形成するR部によって相互に接続されていてもよい。あるいは、前記第1の面と前記第2の面とが、その両端において、互いに対向する外周面が1つの角部で交差するように構成された先細り部によって相互に接続されてもよい。 Therefore, in the passage forming member, the first surface and the second surface may be connected to each other by R portions that form curved outer peripheral surfaces at both ends thereof. Alternatively, the first surface and the second surface may be connected to each other at both ends by a tapered portion configured such that outer peripheral surfaces facing each other intersect at one corner.
フィルム外装電気デバイスが、内部にガスを発生させるようなものである場合、通路形成部材にガス放出用(圧力開放用)の安全弁が形成されていることが好ましい。すなわち、前記通路形成部材は、互いに仕切られた複数の前記冷却風通路を有し、前記第1の面及び前記第2の面の少なくとも一方には、前記複数の冷却風通路のうちの1つに連通することとなる安全弁が設けられているものであってもよい。 When the film-covered electrical device is such that gas is generated therein, it is preferable that a safety valve for releasing gas (for releasing pressure) is formed on the passage forming member. That is, the passage forming member has a plurality of cooling air passages partitioned from each other, and at least one of the first surface and the second surface is one of the plurality of cooling air passages. There may be provided a safety valve that will be communicated with.
安全弁は、例えば、前記第1の面及び前記第2の面の少なくとも一方の部材が部分的に薄肉にされた構造部として形成可能である。また、上記の場合、冷却風通路の1つがガス放出用通路として利用されることになるため、例えば他のガス回収通路との接続を良好に行うために、前記冷却風通路(ガス放出用通路)の一部が、前記通路形成部材の側面から部分的に突出したノズル部によって構成されていることが好ましい。この場合、ノズル部が、外側に向かって断面積が徐々に拡大する通路を形成するものであってもよい。 The safety valve can be formed, for example, as a structural portion in which at least one member of the first surface and the second surface is partially thinned. In the above case, since one of the cooling air passages is used as a gas discharge passage, the cooling air passage (the gas discharge passage) is used to satisfactorily connect to another gas recovery passage. ) Is preferably constituted by a nozzle portion partially protruding from the side surface of the passage forming member. In this case, the nozzle part may form a passage whose cross-sectional area gradually increases toward the outside.
上記通路形成部材は樹脂成形品であってもよい。この場合、上記本発明のフィルム外装電気デバイスは、さらに、前記各電気デバイス要素に電気的に接続され、前記フィルム外包体から引き出されたシート状の電極タブを正極用及び負極用として2枚有し、前記各電極タブの一端側と前記通路形成部材とが相互に接続されているものであってもよい。 The passage forming member may be a resin molded product. In this case, the film-clad electrical device of the present invention further includes two sheet-like electrode tabs that are electrically connected to the electrical device elements and drawn out from the film envelope, for positive and negative electrodes. And the one end side of each said electrode tab and the said channel | path formation member may be mutually connected.
上記通路形成部材が金属材料からなるものである場合、金属材料が熱良導体であることから放熱特性はより向上するが、電気的に絶縁する必要がある。そこで、この場合、前記第1の面及び前記第2の面には、前記通路形成部材を絶縁するフィルムが配置されていてもよい。 In the case where the passage forming member is made of a metal material, since the metal material is a good thermal conductor, the heat dissipation characteristics are further improved, but it is necessary to be electrically insulated. Therefore, in this case, a film that insulates the passage forming member may be disposed on the first surface and the second surface.
上記通路形成部材は、一体部材に限られるものではなく、中央に開口部が形成された枠体と、凹凸状の断面形状を有すると共に前記開口部内に配置される放熱板とで構成されていてもよい。この場合、前記冷却風通路は、前記枠体に形成された通路と、前記放熱板の凹凸により形成された溝とが互いに連通することで構成されるようにしてもよい。 The passage forming member is not limited to an integral member, and is constituted by a frame body having an opening formed in the center, and a heat radiating plate having an uneven cross-sectional shape and disposed in the opening. Also good. In this case, the cooling air passage may be configured by a passage formed in the frame body and a groove formed by unevenness of the heat radiating plate communicating with each other.
また、上記本発明のフィルム外装電気デバイスはセルケース付きのものであってもよく、例えば、前記冷却風通路が開口する側面(通路形成部材の側面)の近傍において、前記通路形成部材を、前記フィルム外包体の部材を介在させた状態で部分的に挟み込むセル保持体を利用することもできる。 The film-covered electrical device of the present invention may be provided with a cell case. For example, in the vicinity of the side surface (side surface of the passage forming member) where the cooling air passage opens, the passage forming member is It is also possible to use a cell holder that is partially sandwiched with the film envelope member interposed.
上記のような本発明に係るフィルム外装電気デバイスを複数集合させ、前記フィルム外装電気デバイス同士を直列及び/又は並列に電気的接続することで本発明のフィルム外装電気デバイス集合体(例えば組電池)が得られる。 A plurality of the film-clad electrical devices according to the present invention as described above are assembled, and the film-clad electrical devices are electrically connected in series and / or in parallel to each other so that the film-clad electrical device aggregate (for example, a battery pack) of the present invention is used. Is obtained.
上述したように本発明によれば、大容量化された場合であっても、内部の電気デバイス要素の放熱が良好に行われ、しかもフィルム外装電気デバイス全体としての剛性が十分に確保されたフィルム外装電気デバイスが提供される。 As described above, according to the present invention, even when the capacity is increased, the heat dissipation of the internal electric device elements is performed well, and the film-covered electric device as a whole is sufficiently rigid. An exterior electrical device is provided.
以下、本発明のフィルム外装電気デバイスの実施の形態について電池セルを例として図面を参照しながら説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態の電池セルの構成を示す分解斜視図である。図2は、図1の電池セルの完成状態を示す外観斜視図である。図3は、図2のA−A切断線における断面図を示している。
Hereinafter, embodiments of the film-clad electrical device of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a battery cell as an example.
(First embodiment)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of the battery cell of the present embodiment. FIG. 2 is an external perspective view showing a completed state of the battery cell of FIG. FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
図1、図3に示すように、本実施形態の電池セル50は、それぞれが所定の起電力(例えば3.6V)を出力するように構成された2つの電池要素22a、22bと、2つの電池要素22a、22bの間に配置される偏平な通路形成部材30と、電池要素22a、22b及び通路形成部材30等が収容される密閉空間を形成するための2枚の外装フィルム24a、24bとを有している。
As shown in FIGS. 1 and 3, the battery cell 50 of this embodiment includes two
なお、以下、電池要素22a、22bはこれらを区別することなく単に「電池要素22」と言うこともあり、また同様に、外装フィルム24a、24bも単に「外装フィルム24」と言うこともある。
Hereinafter, the
外装フィルム24a、24bは、フィルム外包体を構成するものであって、電池要素22a、22bをその厚さ方向の両側から挟み込んで電池要素等を密閉する。外装フィルム24の輪郭形状はいずれも電池要素22の輪郭形状より大きく形成され、本実施形態においてはその輪郭形状は長方形となっている。各外装フィルム24は、その中央部に、例えば深絞り成形によって形成されたカップ部が形成されている。図2に示す通り、電池セルの完成状態では、外装フィルム24a、24bの外周部同士が熱シールされ、これにより、外装フィルムの外周部には封止部23が全周にわたって形成されている。
The
なお、本実施形態において「封止部23」とは、外装フィルム24a、24b同士が互いに熱シールされた領域だけではなく、外装フィルム同士の間に、後述する電極タブ25a、25b及び上記通路形成部材30が挟み込まれた領域をも含んでいる。
In the present embodiment, the “sealing
各電池要素22a、22bはいずれも、正極用及び負極用の金属箔がセパレータを介して交互に積層されたものであり、その厚さは例えば数mm〜十数mmである。図3に模式的に示すように、正極用及び負極用の各金属箔は、それぞれ正極用の電極タブ25a及び負極用の電極タブ25bに電気的に接続されている。電極タブ25a、25bのそれぞれは、外装フィルム24の各短辺から引き出されている。このように構成された本実施形態の電池セル50では、電池要素22a、22bの2つ分の起電力(例えば3.6V×2=7.2V)が、各電極タブ25a、25bを通じて出力される。
Each of the
通路形成部材30は、例えば樹脂成形品であって、図4に示すように、上面31a(第1の面)及び下面31b(第2の面)は、いずれも平面であってかつ互いに平行に形成されている。通路形成部材30の厚さは1.5〜2mm程度である。通路形成部材30の長手方向(図示X方向)の両端にはR部33が形成されている。上面31a及び下面31bの間には複数のリブ34が形成されており、これにより、通路形成部材30の短手方向(図示Y方向)に延びる冷却風通路32が複数形成されている。
The
なお、冷却風通路32は、リブ34を設けることなく1つの冷却風通路とされていてもよいが、本実施形態のようにリブ34が設けられていることにより、通路形成部材30の剛性が高められる。図3に示すように、電池セル50の完成状態では、通路形成部材30の上面31aに対して電池要素22aの下面が密着し、下面31bに対して電池要素22bの上面が密着する。
The cooling
通路形成部材30の短手方向の長さは、図2に示すように、外装フィルム24の短手方向の長さとほぼ同一となっている。これにより、電池セル50の完成状態では、通路形成部材30の短手方向における両端部は、外装フィルム24の封止部23に挟まれた状態となる。言い換えれば、通路形成部材30は、冷却風通路32が開口する側面のそれぞれがフィルム外包体の外部に露出する構成となっている。このような構成により、冷却風通路32は、外装フィルム24によって密閉されることなく、電池セル50をその短手方向に貫通した状態で構成される。
As shown in FIG. 2, the length of the
図5は、図2の矢印B方向からみた図であって、外装フィルムによって挟み込まれた通路形成部材30を部分的に示している。図5に示すように、通路形成部材30の上面31aには外装フィルム24aの内側面が接着され、下面31bには外装フィルム24bの内側面が接着されている。
FIG. 5 is a view as seen from the direction of arrow B in FIG. 2 and partially shows the
このような接着は、例えば、各外装フィルムの内側面と、通路形成部材30の外周面とを互いに熱シールすることにより実施可能である。通路形成部材30の端部に、湾曲した外周面を形成するR部33が設けられていることにより、通路形成部材30の外周面と、各外装フィルムの内周面との間に空隙が形成されにくくなっている。
Such adhesion can be performed, for example, by heat-sealing the inner surface of each exterior film and the outer peripheral surface of the
なお、上記のような、熱シールによる通路形成部材30と外装フィルムとの接着を実現するためには、通路形成部材30の外周面を構成する部材として、外装フィルムの内側面を構成する部材と良好に溶融し合う材料を選択することが好ましい。また、より確実な密閉を実現するためには、通路形成部材30の外周面と、各外装フィルムの内周面との間に、例えば樹脂材料からなるシール材を介在させることも可能である。
In addition, in order to implement | achieve the adhesion | attachment of the above-mentioned channel |
以上説明したように、本実施形態の電池セル50は、2つの電池要素22a、22bを積層するようにして配置したものであるため、図22を参照して説明したような電池セルの大面積化を伴うことなく、電池の大容量化を行うことが可能である。そして、このように電池要素を積層する構成であっても、電池要素22a、22b同士の間には通路形成部材30が配置されていることから、次のような利点が得られる。
As described above, since the battery cell 50 of the present embodiment is arranged by stacking the two
すなわち、電池セル50の使用時(充放電時)に電池要素22a、22bで発生した熱は、通路形成部材30の上面31a又は下面31bに伝播する。これにより通路形成部材30の温度が上昇する。通路形成部材30に伝わった熱は、冷却風通路32内の空気に伝播し放熱される。このように本実施形態の電池セル50においては、各電池要素22a、22bで発生した熱を冷却風通路32を通じて逃がすことができることから、各電池要素の放熱が良好に行われる。また、本実施形態の電池セル50は、図21を参照して説明したような複雑な構造の放熱手段を用いるのではなく、比較的簡単な構造の通路形成部材30を利用して放熱を行うものであるため、例えば製造コストの観点、及び信頼性の観点で有利である。
That is, the heat generated in the
上記のような放熱の観点からみれば、本実施形態のように電池要素22a、22bが通路形成部材30の上面31a又は下面31bに密着する構成となっていることが好ましい。このような構成により、電池要素22a、22bからの熱が通路形成部材30に伝わりやすくなるためである。また、上記説明では、通路形成部材30の材料として、外装フィルムの内側面と良好に溶融し合うものであることが好ましいことについて述べたが、上記放熱の観点から、通路形成部材30の材質は熱伝導率が高いことが好ましい。
From the viewpoint of heat dissipation as described above, it is preferable that the
本実施形態の通路形成部材30は、電池セル50における補強部材としての機能も備えている。通常、電池要素22a、22b自体は、前述の通り例えば数mm〜数十mm程度の偏平構造とされており、外力が加わった際に変形することもある。電池要素22a、22b自体の変形は、例えば正極用金属箔と負極用金属箔との短絡の原因となることもある。これに対して、本実施形態のように通路形成部材30が電池要素同士の間に配置されている構成によれば、通路形成部材30が補強部材として機能することから、電池セル50の面剛性が向上し、電池要素22a、22bの変形の発生が防止される。
The
上記の通り、本実施形態の電池セル50は、単体として、電池の大容量化がなされており、また、放熱の観点及び剛性の観点で高信頼性なものとなっている。そして、複数の電池セル50を集合させると共に、それらの電池セル50を相互に直列及び/又は並列に電気的接続することで組電池を構成することができる。各電池セル50が上記の通り高信頼性なものであることから、組電池全体としての信頼性も向上する。 As described above, the battery cell 50 of the present embodiment has a large battery capacity as a single unit, and is highly reliable in terms of heat dissipation and rigidity. Then, while assembling a plurality of battery cells 50, an assembled battery can be configured by electrically connecting the battery cells 50 in series and / or in parallel with each other. Since each battery cell 50 is highly reliable as described above, the reliability of the assembled battery as a whole is also improved.
なお、上記説明では特に述べなかったが、冷却風通路32に流す冷媒としては、空気に限らず、液体をはじめとする種々の冷媒を利用可能である。また、通路形成部材30は上述したものに限らず、図6に示すように種々変更可能である。
Although not specifically described in the above description, the refrigerant flowing through the cooling
図6(a)に示す通路形成部材30Aは、中央部付近のリブ34同士の間隔が狭められ、リブ34同士の間に温度センサー孔32Aが形成されている。このような構成の通路形成部材30Aによれば、温度センサー孔32A内に、例えば棒状の温度センサを挿入することが可能である。本実施形態の構成においては、図2に示したように、電池セルを完成させた状態であっても、温度センサー孔32は外装フィルム24によって密閉されることなく開口したままの状態となっている。したがって、温度センサの挿入を、電池セルの完成後に行うことが可能である。このように事後的に温度センサを挿入することができる構成とされていることは、電池セルの作製工程の途中で温度センサを組み込む構成と比較して、作業性の点で有利であり、また作製工程においてセンサが破損する問題も生じない。
In the
図6(b)に示す通路形成部材30Bは、その端部に、R部33ではなく、断面形状が外側に向かって先細りとなる先細り部33Bが形成されている。先細り部33Bにおいては、通路形成部材30Bの上面及び下面が、1つの角部35に向かって互いに徐々に近接し、角部35で互いに交差する構成となっている。このような先細り部33Bによれば、R部33と比較して、通路形成部材30Bの外周面と外装フィルムの内周面との間に、空隙がより形成されにくいものとなる。
In the end portion of the
図6(c)に示す通路形成部材30Cは、断面I字型のリブ34Cを有している。言い換えれば、リブ34C自体が高い剛性を備えており、したがって、通路形成部材30Cの上面31a及び下面31bは上述した構成と比較して薄肉とされている。このように、上面31a及び下面31bの肉厚が薄くされていることにより、上面及び下面を通じて冷却風通路32内に伝わる熱の伝播効率が向上する。その結果、電池要素の放熱がより効率よく行われるものとなる。
A
(第2の実施形態)
図7は、第2の実施形態の電池セルを構成する通路形成部材130を単体の状態で示す斜視図である。すなわち、全体構成は図示しないが、第2の実施形態の電池セルは、第1の実施形態の電池セル(図1参照)において通路形成部材30に代えて図7の通路形成部材130を備えた構成となっている。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a perspective view showing the
本実施形態に係る通路形成部材130は、通路形成部材の長手方向(図示X方向)のほぼ中央にノズル部136が形成されており、ノズル部136の内部にはガス放出路136aが形成されている。また、上面131aのほぼ中央には、安全弁140が形成されている。その他の構造は、上述した第1の実施形態に係る通路形成部材30と同様に構成されているため、その説明は省略する。
In the
ところで、本実施形態のような構成の電池においては、例えば電池の使用時に規格範囲外の電圧が電池に印加されると、電池要素と共に封入された電界液溶媒が電気分解され、その結果、外装フィルム内にガスが発生することがある。また、電池が規格範囲外の高温条件で使用される場合にも、電解質塩の分解等に起因してガスが発生することもある。ガスが大量に発生し、外装フィルム内の内圧が所定の圧力を越えると、例えば外装フィルム同士を熱シールした封止部が剥離してしまうおそれもある。そして、外装フィルム内のガスは、この剥離部から外部に放出されることとなる。剥離部の位置によっては、ガスが不測の方向に噴出してしまうこととなり、こうした不測の噴出は種々の不具合の原因となりうる。 By the way, in the battery configured as in the present embodiment, for example, when a voltage outside the standard range is applied to the battery when the battery is used, the electrolyzed solvent encapsulated with the battery element is electrolyzed. Gas may be generated in the film. In addition, even when the battery is used under high temperature conditions outside the standard range, gas may be generated due to decomposition of the electrolyte salt or the like. When a large amount of gas is generated and the internal pressure in the exterior film exceeds a predetermined pressure, for example, a sealing portion that heat seals the exterior films may be peeled off. And the gas in an exterior film will be discharge | released outside from this peeling part. Depending on the position of the peeling portion, the gas may be ejected in an unexpected direction, and such unexpected ejection may cause various problems.
そこで、本実施形態では、こうしたガス噴出の問題を解決するため、図8の断面図に示すように上面131aの肉厚を部分的に薄くした安全弁140を設けている。安全弁140として設けられた薄肉部は、外装フィルム内の内圧が所定の設定圧(例えば大気圧力からの上昇分として0.05〜1MPa)に達したときに破断する。安全弁140が破断することにより、外装フィルム内の密閉空間とガス放出路136aとが互いに連通する。これにより、内部で生じたガスは、安全弁140を経由してガス放出路136a内に放出され、ガス放出路136aを通じて外部に放出される。
Therefore, in this embodiment, in order to solve such a problem of gas ejection, a
なお、本実施形態では図7に示す通り、ガス放出路136aの一部を構成する部材として、ノズル部136が、通路形成部材の側面の他の部位より突出した状態で形成されている。このようにノズル部136を突出させることは、ノズル部136をガス回収通路(不図示)に接続しやすい点で有利である。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、ノズル部136を突出させない状態で形成することも可能である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the nozzle portion 136 is formed as a member constituting a part of the
以上説明した通り本実施形態の電池セルによれば、第1の実施形態と同様の効果に加え、さらに、安全弁140及びガス放出路136aが形成されていることから、ガスに起因して生じる不具合が生じにくいものとなる。また、本実施形態のように、通路形成部材130に安全弁140の機能を持たせることは、安全弁を構成するための特別な部材を必要としない点で好ましい。
As described above, according to the battery cell of the present embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the
なお、図7、図8において、安全弁140は1つのみ形成されているがこれに限定されるものではない。例えば、通路形成部材130の上下面のそれぞれに安全弁が設けられていてもよい。また、例えば上面131aにおいて、ガス放出路136aに連通する安全弁140が複数並んで設けられていてもよい。
7 and 8, only one
また、ノズル部の断面形状は図9に示すようなものであってもよい。ここで、図9は、電池セルを図7のA−A切断線に直交する方向に切断した断面図であり、図9(a)は図7に示す通路形成部材130の断面図を示し、図9(b)は他の例の断面図を示している。ガス放出路136aは、図9(a)に示すように一定の断面積で形成されていてもよいが、図9(b)のガス放出路136bのように、放出方向に向かって断面積が徐々に大きくなるものであってもよい。つまり、ノズル部136Bの厚さ(図示横方向の長さ)が外側に向かって徐々に大きくなるものであってもよい。このように構成されたガス放出路136bによれば、通路の断面積が徐々に拡大していることから、ガスの噴出速度が減速する。なお、ノズル部136Bの開口の幅L136は、例えば電池セル全体の厚さ程度まで広げることが可能である。
Further, the cross-sectional shape of the nozzle portion may be as shown in FIG. Here, FIG. 9 is a cross-sectional view in which the battery cell is cut in a direction orthogonal to the AA cutting line in FIG. 7, and FIG. FIG. 9B shows a cross-sectional view of another example. The
さらに、図10に示すように、通路形成部材130のガス放出路136a内に圧力センサ155を配置することも可能である。圧力センサ155は、不図示の電気回路に接続されており次のように使用される。すなわち、電池セル内の内圧が上昇して安全弁140が破壊され、ガスがガス放出路136a内に入り込むと、圧力センサ155はその圧力上昇を検出する。そして、不図示の電気回路は、センサの検出結果に基いて所定の電力遮断回路を駆動させ、これにより、安全弁140が作動した電池セルからの電力供給を遮断する。このように、圧力センサを設けることにより、電池セルの異常を電気的に検出することが可能となる。
Furthermore, as shown in FIG. 10, it is also possible to arrange a pressure sensor 155 in the
なお、複数の電池セルを集合させて組電池を構成した場合に、圧力センサ155は、各電池セルごとに設けられていてもよいし、各電池セルのガス放出路136aに連通する共通のガス排出路内に例えば1つのみが設けられていてもよい。
When a battery pack is configured by collecting a plurality of battery cells, the pressure sensor 155 may be provided for each battery cell, or a common gas communicating with the
(第3の実施形態)
図11は、第3の実施形態の電池セルを構成する通路形成部材230等の構成を示す斜視図である。例えば第1の実施形態で説明した通り、通路形成部材30は電池要素22a、22bと共に外装フィルム内に収容されるものであるため、原則として、樹脂等の絶縁性材料で構成されている必要がある。他方、通路形成部材は、電池要素からの熱を冷却風通路内に逃がす機能を備えたものであるため、熱伝導率の高い材料で構成されていることが好ましい。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of the
この点に鑑み、図11の構成では、例えば金属材料など熱伝導率の高い材料(「熱良導体」ともいう)で構成された通路形成部材230と、その両面に貼り付けられる2枚のフィルム245a、245bとを利用する構成となっている。通路形成部材230は、図6(b)を参照して説明した通路形成部材30Bの材質を変えたものである。すなわち、通路形成部材230の長手方向両端には、図6(b)の構成と同様に先細り部233Bが形成されている。なお、本実施形態の電池セルのその他の構造は、第1の実施形態の電池セル50と同様であるため、その説明は省略する。
In view of this point, in the configuration of FIG. 11, for example, a
2枚のフィルム245a、245bはいずれも、絶縁性材料からなるシート状のフィルムである。一方のフィルム245aを例に挙げて説明すると、電池セルの完成状態において外装フィルムの封止部(図2の封止部23を参照)に挟まれることとなる領域には、封止材260がフィルム245aの両面に塗布されている。フィルム245aの上面に塗布された封止材260は、フィルム245aと外装フィルム24とを接着するためのものであり、一方、フィルム下面に塗布された封止材260は、フィルム245aと通路形成部材230とを接着するためのものである。
The two
通路形成部材230は、2枚のフィルム245a、245bによって両面側から挟み込まれることによって、冷却風通路232が開口した各側面を除き、絶縁された状態となる。なお、詳細には図示しないが、先細り部233Bの先端のところでは、2枚のフィルム245a、245bが互いに熱シールされていてもよい。あるいは、2枚のフィルムが封止材によって互いに接着されていてもよい。このような形態で2枚のフィルム同士を接着することを考慮すれば、通路形成部材230の端部が先細り部233Bとなっていることは、フィルム同士を良好に接着させることができる点で好ましい。
The
本実施形態の電池セルによれば、第1の実施形態同様、2つの電池要素を備えたことにより電池の大容量化がなされると共に、冷却風通路232の作用により放熱性が向上し、また、通路形成部材230が補強部材としても機能することから十分な剛性が確保されたものとなる。そして、通路形成部材230が、金属材料等の熱良導体で構成されていることから、電池セルの放熱特性がより向上する。
According to the battery cell of this embodiment, the capacity of the battery is increased by providing two battery elements as in the first embodiment, the heat dissipation is improved by the action of the cooling
(第4の実施形態)
図12は、第4の実施形態の電池セルを構成する通路形成部材330等の構成を示す斜視図である。図12に示す通路形成部材330は、例えば金属材料などの熱良導体で構成された放熱板341と、同じく良導体で構成された枠体310とで構成されている。なお、図12に描かれている2枚のフィルム345a、345bは、図11のフィルム245a、245bと同一のものである。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of the
放熱板341は、断面形状が凹凸状(矩形波状)となるように加工された板材であって、その凹凸により、両面に溝347が形成されている。溝347はいずれも放熱板341の短手方向に延在している。一方の表面において、溝347同士の間には平坦面346が形成されている。この平坦面346は、電池セルの完成状態で電池要素(例えば図1の電池要素22aを参照)に対し、フィルム245aを介してではあるが面的に密着する。このように平坦面346が電池要素に対して面的に密着する構成となっていることにより、熱の伝播が良好になされるようになっている。
The heat radiating plate 341 is a plate material processed so that the cross-sectional shape is uneven (rectangular wave shape), and
枠体310は、図11に示した通路形成部材230の中央部をくり抜いたものであり、通路形成部材230の外周部の4辺が枠状に残されると共に、くり抜かれた中央部には開口部315が形成されている。この開口部315の輪郭形状は放熱板341の輪郭形状とほぼ同形状とされており、これにより、放熱板341は、その外周が開口部315の内周に嵌合した状態で開口部内に配置される。枠体310の長辺側の2辺のそれぞれには、リブによって仕切られた通路312が残されている。なお、リブの数、言い換えれば通路312の数は特に限定されるものではない。
The frame 310 is formed by hollowing out the central portion of the
本実施形態の電池セルの完成状態では、放熱板341が枠体310の開口部315内に配置される。そして、放熱板341が配置された枠体310の両面に対してフィルム245a、245bが貼り付けられることにより、放熱板341及び枠体310が絶縁される。このような構成の電池セルにおいて、電池要素の熱を逃がすための冷却風通路は、放熱板341に形成された溝347と、枠体310に形成された通路312とが相互に連通することで構成されることとなる。
In the completed state of the battery cell of this embodiment, the heat radiating plate 341 is disposed in the opening 315 of the frame 310. Then, the heat radiating plate 341 and the frame 310 are insulated by attaching the
本実施形態の電池セルによれば、第1の実施形態同様、2つの電池要素を備えたことにより電池の大容量化がなされると共に、溝347と通路312とで構成された冷却風通路の作用により放熱性が向上し、また、通路形成部材330が補強部材としても機能することから十分な剛性が確保されたものとなる。そして、放熱板341が熱良導体から構成されていることから、電池セルの放熱特性はより向上する。
According to the battery cell of the present embodiment, the capacity of the battery is increased by providing two battery elements as in the first embodiment, and the cooling air passage constituted by the
なお、図12の構成において、放熱板341及び枠体310を絶縁するためのフィルムは、2枚のフィルム345a、345bからなるものに限られるものではない。例えば、筒状のフィルムを用いて放熱板341及び枠体310を被包することも可能である。また、放熱板341及び枠体310のいずれか、または双方が樹脂材料から構成されていてもよい。
In the configuration of FIG. 12, the film for insulating the heat radiating plate 341 and the frame 310 is not limited to the one composed of the two
(第5の実施形態)
例えば第1の実施形態の電池セル50に対して、電池セルを保持するためのセル保持体(「セルケース」ともいう)を取り付けることも可能である。セル保持体としては、例えばこの種の電池セルに対して一般的に用いられる枠状のケースであってもよいが、本発明の構成に対しては、図13に示すようなセル保持体80を利用することも可能である。なお、図13では、セル保持体80が1つのみ示されているが、実際には、セル保持体80は電池セル50の両側に1つずつ取り付けられている。
(Fifth embodiment)
For example, a cell holder (also referred to as a “cell case”) for holding the battery cell can be attached to the battery cell 50 of the first embodiment. The cell holder may be, for example, a frame-like case generally used for this type of battery cell. However, for the configuration of the present invention, a
セル保持体80は、図13に示す通り、例えば樹脂材料からなる断面コ字型の部材であって、外装フィルム24の長辺と同じ長さに形成されている。セル保持体80の側面には、通路形成部材30の冷却風通路32に連通する通路82が形成されており、これにより、冷却風通路32が閉塞されないようになっている。なお、特に限定されるものではないが、本実施形態では、図14に示すようにセル保持体80の接続部84が撓むように構成されている。したがって、接続部84を撓ませ、スリット85の開口側を開いた状態でセル保持体80を取り付けることができるようになっている。こうした構成は作業性を向上させる点で有利である。
As shown in FIG. 13, the
また、セル保持体80の厚さL80は電池セル50の厚さより厚いことが好ましい。セル保持体80の厚さが電池セルよりも厚くされていることにより、複数の電池セル50を積層した際に、電池セル50同士が密着するのではなく、セル保持体80同士が密着することとなる。すなわち、このような構成によれば、電池セル50同士の間に隙間が確保されることとなり、このような隙間は電池セル50を放熱するうえで有利である。また、セル保持体80同士を密着させる構成は、電池セル50同士を密着させる構成と比較して、組電池の最終的な外形形状を高い寸法精度で規定できる点で好ましい。
The thickness L 80 of the
上述したように、本実施形態では枠状のセル保持体ではなく、2つのセル保持体80により外装フィルム24の長辺側の2辺を保持する構成となっている。このような構成であっても、通路形成部材30が挟み込まれた封止部23(「領域23a」として図示)では剛性が十分に確保されているため、電池セル50は安定的に保持される。
As described above, in this embodiment, the two sides on the long side of the exterior film 24 are held by the two
仮に、通路形成部材30を有していない電池セルに対して、本実施形態のような2つのセル保持体80を外装フィルムの各長辺に取り付けたとしても、セル保持体80同士は互いに位置決めされないため、電池セルの保持は安定化しない。これに対して、本実施形態では、通路形成部材30の両端にセル保持体80が取り付けられるような構成となっている。したがって、セル保持体80同士は互いに位置決めされ、相対的にずれることはない。このため、セル保持体80が別個の部材として構成されていたとしても、電池セル50は安定的に保持される。
Even if two
図15は、セル保持体のさらに他の例を示す断面図である。図9(b)に示したような、ガス放出路136bの断面積が外側に向かって徐々に大きくされた構成に対してセル保持体81を取り付ける場合、セル保持体の断面形状を、ガス放出路136bの断面形状に対して相補的な形状とすればよい。また、セル保持体81は、上述したような一部材からなるものに限らず、部材81aと部材81bとが別体に構成されていてもよい。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing still another example of the cell holder. When the
通路形成部材はさらに、図16に示すようなものであってもよい。図16の通路形成部材30Dは、R部33からさらに外側に向かって延びるように形成された接続部37を有している。接続部37には突起37aが形成されている。このような構成の通路形成部材30Dによれば、図17に示すように、電極タブ26の穴26aを接続部37の突起37aに係合させることで、電極タブ26と通路形成部材37とが相互に接続される。なお、電極タブと通路形成部材とを接続するには、当然ながら図16、図17の形態の他にも種々の接続形態を利用可能である。
The passage forming member may further be as shown in FIG. The
電極タブ26が通路形成部材37に接続されている場合、換言すれば、電極タブ26の一端側が通路形成部材37によって支持されている場合、次のような理由から、最終的な電池セルの信頼性が向上する。すなわち、例えば図3(b)に示すような構成と比較して、図16の構成では、電極タブ26に引っ張り荷重などがかかった際に、電極タブ26はより変位しにくいものとなっている。このように電極タブが変位しにくい構成となっていることにより、電池要素との電気的接続部が破損したり、あるいは、電極タブと外装フィルムとの間に空隙が生じたりすることが抑えられ、結果的に電池セルの信頼性が高まる。
When the
なお、以上説明した各実施形態の構成を種々組み合わせて利用することも可能である。また、図22を参照して説明したような、電池要素を大面積化させて電池を大容量化することを本発明に係る電池要素に適用してもよい。 It should be noted that various combinations of the configurations of the embodiments described above can be used. In addition, as described with reference to FIG. 22, increasing the battery capacity by increasing the battery element area may be applied to the battery element according to the present invention.
また、上記各実施形態においては2枚の外装フィルム24a、24bを重ねてその外周部を熱シールした、いわゆる四方シールタイプの袋によって電池要素を気密封止するものであったが、フィルム外包体としては他にも、例えば外装フィルムの外周部の3辺を熱シールした、いわゆる三方シールタイプの袋を利用することもできる。この場合、電極タブ25a、25bは、熱シールされた封止部のうちの1辺から引き出されていればよい。
In each of the above embodiments, the battery element is hermetically sealed with a so-called four-side seal type bag in which two
また、以上の説明では詳細に述べなかったが、電池セル50に用いられる電池要素22a、22bは、リチウムイオン二次電池、具他的には、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対向させ、それにリチウム塩を含む電解液が含浸されるものであってもよい。もっとも、電池要素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の電池要素であってもよい。また、電池要素は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。さらに、電気デバイス要素としては電池要素の他にも、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のような、電気的エネルギーを貯留及び出力するものを利用するものであってもよい。
Although not described in detail in the above description, the
310 枠体
312 通路
315 開口部
22a、22b 電池要素
23 封止部
23a 領域
24、24a、24b 外装フィルム
25a、25b、26 電極タブ
26a 穴
30、30A、30B、30C、30D、130、230、330 通路形成部材
31a、131a 上面
31b 下面
32、132、232 冷却風通路
32A 温度センサー孔
33 R部
33B、233B、333B 先細り部
34、34C リブ
35 角部
37 接続部
37a 突起
136、136B ノズル部
136a ガス放出路
140 安全弁
341 放熱板
245a、245b、345a、345b フィルム
346 平坦面
347 溝
50 電池セル
155 圧力センサ
260、360 封止材
80、81 セル保持体
81a、81b 部材
82 通路
84 接続部
85 スリット
310
Claims (16)
前記通路形成部材は、前記フィルム外包体を貫通した状態に延在する冷却風通路を有しているフィルム外装電気デバイス。 Two electrical device elements each configured to store and output electrical energy, a passage forming member disposed between the electrical device elements, and the two electrical device elements are accommodated. A film envelope that forms a sealed space,
The film-clad electrical device, wherein the passage forming member has a cooling air passage extending in a state of passing through the film outer package.
前記各電極タブの一端側と前記通路形成部材とが相互に接続されている、請求項11に記載のフィルム外装電気デバイス。 Electrically connected to each of the electric device elements, and has two sheet-like electrode tabs for the positive electrode and the negative electrode drawn from the film envelope,
The film-covered electrical device according to claim 11, wherein one end side of each electrode tab and the passage forming member are connected to each other.
前記冷却風通路は、前記枠体に形成された通路と、前記放熱板の凹凸により形成された溝とが互いに連通することで構成されている、請求項1に記載のフィルム外装電気デバイス。 The passage forming member is composed of a frame body having an opening formed at the center, and a heat radiating plate having an uneven cross-sectional shape and disposed in the opening.
The film-clad electrical device according to claim 1, wherein the cooling air passage is configured by a passage formed in the frame body and a groove formed by unevenness of the heat radiating plate communicating with each other.
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