JP2007109547A - Cooling structure - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a cooling structure that cools an electric device assembly configured by assembling a plurality of film-clad electrical devices (for example, film-clad batteries) with cooling air.
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。 In recent years, as a power source for driving an electric vehicle or the like, for example, an assembled battery including a plurality of film-clad batteries functioning as a lithium ion secondary battery is used. Further, in such an assembled battery, it is known that each film-covered battery needs to be cooled in order to maximize the charge / discharge performance of the battery (or not to shorten the battery life). ing.
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)。 When forming an assembled battery, a method of stacking batteries and storing them in a battery case is generally employed. In such a case, cooling air flows through the gaps between the stacked batteries (for example, Patent Document 1).
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。
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。
However, when cooling an assembled battery as shown in FIG. 4, even if it is sent from one battery cell side (120A side) to the other battery cell side (120B side), one battery cell and the other battery It is difficult to cool the cell uniformly. That is, the cooling air is warmed when it passes through one
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。 As described above, the film-clad battery has been described as an example. However, the above-described problem is not limited to the battery, and may occur in a device in which a capacitor or the like is disposed as an electric device element in a film package, for example. .
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a cooling structure for an electric device assembly capable of uniformly cooling each film-covered electric device constituting the electric device assembly. Is to provide.
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。 In order to achieve the above object, according to the cooling structure for an electric device assembly of the present invention, the electric device element for storing and outputting electric energy is accommodated in the film package, and the electrode tab is drawn out from the sealing portion of the film package. In the cooling structure for cooling an electric device assembly formed by laminating a plurality of film-clad electric devices with a gap, the electric device assembly is formed between one electric device assembly and another electric device assembly. One electrical device assembly and another electrical device assembly are arranged so that the cross-sectional area of the cooling air flow path expands in one direction. Is supplied with cooling air toward a first direction that is a direction of another adjacent electric device assembly, and a gap between the other electric device assemblies is a second direction opposite to the first direction. Cooled air is supplied toward each cooling air characterized in that it is discharged from the joins in the flow path to the outside.
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。 Since the cooling structure of the present invention individually supplies cooling air to each electric device assembly, uniform cooling of the battery can be realized as compared with a method of sequentially cooling from one direction.
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。 In addition, the above arrangement expands the cross-section of the flow path according to the flow rate of the cooling air that increases toward the discharge port from which the cooling air is discharged, so that the cooling air stays in the gap near the discharge port. Therefore, it is possible to prevent a cooling imbalance between the film-covered electrical device near the discharge port and the distant film-covered electrical device.
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。 Further, in the cooling structure of the present invention, the merging of the cooling air in the flow path may be merged with an angle in the direction toward the cooling air discharge port in the flow path. In this case, the cooling air can be efficiently discharged because the air is merged obliquely in the direction toward the discharge port.
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。 In the cooling structure of the present invention, one electrical device assembly and another electrical device assembly may be arranged so that the cooling air discharge port in the flow channel faces upward in the vertical direction. . In this case, it is possible to use natural convection of cooling air that has taken the heat of the film-covered electrical device and has reached a high temperature. That is, when the discharge port is directed upward, it is possible to omit a fan for sending cooling air into the gap and to reduce the capacity.
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。 In the cooling structure of the present invention, the space formed between the electric device assemblies is also used as an exhaust gas passage for guiding the gas discharged from the film-covered electric device to the outside. Also good. In this case, since it is not necessary to provide a separate exhaust gas passage or a separate cooling channel, a simple configuration can be achieved.
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。 As described above, according to the present invention, since cooling air is individually supplied to each electric device assembly, uniform battery cooling can be realized as compared with a method of sequentially cooling from one direction.
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。
FIG. 1 shows a partially broken perspective view of a film-clad battery applicable to this embodiment. FIG. 2 shows a plan view of a cell case that houses the
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。
As the
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。
Each exterior film 24 is formed with a cup portion (not shown with a symbol) having a shape corresponding to the battery element 52. The cup portion includes a flat central portion 26a formed in a region covering the upper surface (or lower surface) of the battery element 52 and an inclined surface 26b formed around the center portion 26a. When the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The module A and the module B substantially contact one end of the
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。 Hereinafter, the flow of cooling air and the cooling characteristics will be described in detail.
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。
Cooling air is supplied to the gap 21A of the
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。
Since the combined flow path 22 is configured to open toward the
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。
In the case of this embodiment, the cooling air is supplied to each of the
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。
Further, since the cooling air flowing into the combined flow path 22 sequentially flows from the
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。
On the other hand, the flow path cross-sectional area of the combined flow path 22 of the present embodiment expands toward the
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。
Further, the stacking direction of the
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。
As described above, according to the present embodiment, since cooling air is individually supplied to the
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。 Moreover, in the case of this embodiment, since it merges diagonally in the direction which goes to a discharge port, a cooling wind can be discharged | emitted efficiently.
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。 In the case of this embodiment, since the cross section of the flow path is expanded according to the cooling air flow rate that increases toward the discharge port, it is possible to prevent the cooling air from staying in the gap in the vicinity of the discharge port. It is possible to prevent a cooling imbalance between the battery cells in the vicinity of the outlet and the distant battery cells.
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。 In the present embodiment, a member for forming the cooling path is not particularly used, but the flow path is formed using the wall surface of the cell case, which is advantageous in terms of cost.
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。
In the case of the present embodiment, the combined flow path 22 is also used as a gas path that is discharged from the gas discharge section 8 and passes through the
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。
In the present embodiment, the cooling air discharged from the
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。
In the above description, the example in which the
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。 Although not described in detail in the above description, the battery element 52 constituting the lithium ion secondary battery is specifically made of a positive electrode active material such as lithium / manganese composite oxide or lithium cobaltate made of aluminum foil or the like. Alternatively, a positive electrode plate coated on both surfaces and a negative electrode plate coated with a lithium-doped / dedoped carbon material on both surfaces such as a copper foil may be alternately stacked via separators. In addition to the lithium ion secondary battery, the battery element 52 may constitute another type of chemical battery such as a nickel metal hydride battery, a nickel cadmium battery, a lithium metal primary battery or secondary battery, or a lithium polymer battery. Good. Further, the battery element 52 is not limited to the stacked type as in the present embodiment, and a belt-like positive electrode side active electrode and a negative electrode side active electrode are stacked with a separator interposed between them, and then compressed into a flat shape. Thus, a wound type having a structure in which the positive electrode side active electrode and the negative electrode side active electrode are alternately laminated may be used. The electric device element constituting the film-clad electric device may be a capacitor such as an electric double layer capacitor or a capacitor element exemplified by an electrolytic capacitor.
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。 Moreover, the exterior film 24 is a laminate film, for example, and any laminate film may be used as long as the battery element can be hermetically sealed. To give a specific example, a resin layer that is heat-meltable and serves as an inner surface, a non-venting layer made of a metal thin film, and a protective layer (such as nylon) that are laminated on the outer surface are laminated in this order. A laminated film may be used. Further, the film package is not limited to the one constituted by the two exterior films 24, and may be a package in which, for example, one exterior film is folded and its three sides are heat-sealed. The drawing position of each electrode tab 25 is not particularly limited, and two electrode tabs for the positive electrode and the negative electrode may be drawn from one side of the sealing portion of the film package.
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
8
Claims (4)
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。 An electrical device element that stores and outputs electrical energy is housed in a film package, and electrode tabs are drawn from the sealing portion of the film package, and a plurality of film-covered electrical devices are stacked with a gap therebetween. In the cooling structure for cooling the electrical device assembly,
The one electric device so that the cross-sectional area of the flow path of the cooling air formed between the one electric device assembly and the other electric device assembly expands in one direction. An assembly and the other electrical device assembly are arranged, and a gap between one electrical device assembly is directed toward a first direction that is a direction of the other adjacent electrical device assembly. Cooling air is supplied, and cooling air is supplied to a gap between the other electric device assemblies in a second direction opposite to the first direction, and the cooling air merges in the flow path. A cooling structure for an electrical device assembly, wherein the electrical device assembly is discharged outside.
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Legal Events
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120626 |