JP2012199255A - フィルム外装電気デバイス用ケースおよびフィルム外装電気デバイス集合体 - Google Patents

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Abstract

【課題】個々の電池を十分に冷却可能なフィルム外装電気デバイス用ケースおよびフィルム外装電気デバイス集合体を提供する。
【解決手段】充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆されたフィルム外装電気デバイス１を収納するフィルム外装電気デバイス用ケース１０に係る。この態様において、フィルム外装電気デバイス１を冷却する外部より供給される冷却風が流れる冷却路１３Ａと、フィルム外装電気デバイス１のフィルムに設けられたガス排出部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部１１ｃと、を有し、冷却路１３Ａを形成する壁面のうちの少なくとも一つが排ガス通路部１１ｃの側壁面である。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池やキャパシタに代表される、電気デバイス要素を外装フィルムに収容したフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースおよびフィルム外装電気デバイス集合体に関する。
近年、モータ駆動用のバッテリを搭載する電気自動車やハイブリッド電気自動車（以下、単に「電気自動車等」ともいう）の開発が急速に進められつつある。電気自動車等に搭載される電池にも、操縦特性、走行距離を向上させるため、当然ながら、軽量、薄型化が求められている。電池を軽量かつ薄型とするため、ラミネート材を用いたフィルム外装電池が開発されている。ラミネート材はアルミニウムなどの金属層と熱溶着性の樹脂層とを接着剤層を介して重ね合わせて薄いフィルムである。また、ラミネート材は、一般に、アルミニウム等の薄い金属層の両表面を薄い樹脂層で被覆した構造をなしており、酸やアルカリに強く、かつ軽量で柔軟な性質を有する。
発電要素をラミネート材で被覆したフィルム外装電池は軽量である一方、剛性が低く、振動、衝撃の影響を受け易いため、車両に搭載する場合、これらの課題を解決する必要がある。この課題を解決するため、ケース内にフィルム外装電池を挟持固定する技術が従来より知られている。しかしながら、ケース内にフィルム外装電池を収納した場合、フィルム外装電池の冷却が問題となる。電池の性能を十分に引き出すためには温度上昇を冷却風により十分且つ均等に抑制しないと、電池の劣化が早まると共に、内部抵抗上昇による回生効率の悪化を招くことになるためである。
電気自動車等の駆動源としてフィルム外装電池を用いる場合、複数のフィルム外装電池を多数積層すると共に、積層された各電池同士を電気接続して所望の出力電圧が得られるようにした電池セル集合体（以下「組電池」）とする必要がある。従来、組電池を構成する各電池間を冷却風が均等に流れるようにする技術が開示されている。特許文献１では、電池ケース内における各電池間の並列方向の隙間サイズが、冷却風の取入口近辺よりも遠方の方を大きくする構成が開示されている。この構成は、各電池を均等に冷却するため、取入口から近い部分の隙間を流れる冷却風と、遠い部分の隙間を流れる冷却風の量を均一化している。
特開平６−１１５０号公報
特許文献１では、電池の配列間隔となる冷却路を冷却風の流れ方向に向けて拡大させることで各電池の均等冷却を図っている。しかしながら、組電池化された状態において各電池を均等に冷却する必要性の他、個々の電池を効率よく冷却する必要もある。また、冷却風は電池から熱を奪うことで高温となるため、下流に向かうにつれ膨張する。すなわち、組電池を冷却する場合、組電池全体としての冷却の他、個々の電池を十分に冷却可能で、かつ温度上昇による冷却風の状態変化をも考慮した冷却構造が必要となる。
そこで、本発明は、個々の電池を十分に冷却可能なフィルム外装電気デバイス用ケースおよびフィルム外装電気デバイス集合体を提供することを目的とする。
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用ケースは、充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆されたフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースであって、
フィルム外装電気デバイスを冷却する外部より供給される冷却風が流れる冷却路と、
フィルム外装電気デバイスのフィルムに設けられたガス排出部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部と、を有し、
冷却路を形成する壁面のうちの少なくとも一つが排ガス通路部の側壁面である。
また、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆されたフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースであって、
フィルム外装電気デバイスを冷却する外部より供給される冷却風が流れる冷却路を有し、
フィルム外装電気デバイス用ケースが枠体からなり、冷却路を形成する壁面のうちの少なくとも一つが枠体の一部である。
また、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆されたフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースであって、
フィルム外装電気デバイスを冷却する外部より供給される冷却風が流れる冷却路と、冷却路の流路の途中に外部からの冷却風を供給する冷却風供給路を有する。
本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースおよびフィルム外装電気デバイス集合体によれば、個々の電池を十分に冷却することができる。
本発明に適用可能なフィルム外装電池の外観斜視図である。 フィルム外装電池を収納する、第１の実施形態のセルケースの分解斜視図である。 フィルム外装電池を収納した状態のセルケースの上面図である。 フィルム外装電池を収納した状態のセルケースの側断面図である。 フィルム外装電池を収納した状態のセルケースを２段積層した状態の側断面図である。 セルケースを積層してなる組電池の一例を示す斜視図である。 流入口の断面形状の一例を示す模式的な断面図である。 第２の実施形態のセルケースの外観斜視図である。 第３の実施形態のセルケースの外観斜視図である。 第４の実施形態のセルケースの外観斜視図である。 冷却風の風速に対するフィルム外装電池の各部の表面温度を示すグラフである。
（第１の実施形態）
図１に本実施形態のフィルム外装電池の外観斜視図を示す。
本実施形態のフィルム外装電池１は、正極側活電極、負極側活電極、および電解液を有する発電要素２と、アルミニウムなどの金属フィルムと熱融着性の樹脂フィルムとを重ね合わせて形成したラミネートフィルム７とを有する。フィルム外装電池１は、２枚のラミネートフィルム７によって発電要素２を密封した構造を有している。すなわち、本実施形態のフィルム外装電池１は、ラミネートフィルム７の４辺である熱融着部７ａのうち、まず３辺を熱融着して袋状としておく。内部の空気は真空引きにより開放している残りの１辺から排気される。最後に、残りの１辺の熱融着部７ａが熱融着されることで２枚のラミネートフィルム７によって発電要素２が密封封止される。なお、１枚のラミネートフィルムを折り曲げて残る３辺を熱融着することで袋状に形成してもよい。
フィルム外装電池１の発電要素２は、セパレータを介して積層された正極側活電極と負極側活電極とからなる積層型であってもよい。あるいは、発電要素２は、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。
また、発電要素２としては、正極、負極および電解質を含むものであれば、通常の電池に用いられる任意の発電要素が適用可能である。一般的なリチウムイオン二次電池における発電要素は、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を含浸させて形成される。発電要素２としては、この他に、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発電要素が挙げられる。さらに、本発明は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタや電解コンデンサといった電気エネルギを内部に蓄積する電気デバイス要素を外装フィルムで封止した電気デバイスにも適用可能である。
フィルム外装電池１の短手方向の熱融着部７ａからは、正極側活電極に電気的に接続された正極用電極端子３および負極側活電極に電気的に接続された負極用電極端子４がそれぞれ対向して延出している。正極用電極端子３としてはアルミニウムが多く用いられ、また、負極用電極端子４としては銅またはニッケルがその電気的特性により多く用いられている。以下、正極用電極端子３と負極用電極端子４を単に電極と称する場合もある。
フィルム外装電池１の長手方向の熱融着部７ａにはその一部を、他の部分よりも熱融着強度を弱くし、他の部分よりも低い圧力で融着が剥がれるようにしたガス排出部８が設けられている。
電池の使用時において、電池に規格範囲外の電圧が印加されたりすると、電解液溶媒の電気分解によりガスが発生し、電池の内圧が上昇することがある。さらに、電池が規格範囲外の高温で使用されたりしても、電解質塩の分解などによりガスが生成されたりする。基本的には、規格範囲内で電池を使用してガスを発生させないようにすることが理想的であるが、電池の制御回路が何らかの原因で故障して異常な電圧が印加されたり、何らかの原因で周囲が異常に高温となったりすると、場合によっては大量にガスが発生することもある。
このような、電池内部でのガスの発生は、電池の内圧上昇をもたらす。内圧が極度に上昇し電池が暴発することを防ぐために、外装材として金属缶を用いた電池の多くは、電池の内圧が上昇した際にガスを電池の外部に逃がす圧力安全弁を有している。しかし、フィルムを外装材とするフィルム外装電池においては、圧力安全弁を設けることが構造上難しい。フィルム外装電池では内圧が上昇しすぎるとフィルムが膨張し、最終的には外装材が破裂しその箇所からガスが噴出するが、破裂がどの箇所で発生するか特定できないため、破裂した箇所によっては周囲の機器等に悪影響を及ぼすことがある。
そこで、フィルム外装電池１においては、こういった電池内部でのガスの発生による不具合を解消するため、上述したようなガス排出部８を熱融着部７ａに設けている。
図２は本実施形態のセルケースの分解斜視図である。図３はセルケース内に収納されたフィルム外装電池の上面図である。図４はフィルム外装電池を収納したセルケースの模式的な側断面図である。図５はセルケースを２つ積層させた状態における模式的な側断面図である。また、図６はセルケースを積層してなる組電池の一例を示す斜視図である。
セルケース１０は第１の枠体１１と第２の枠体１２とを有し、これらの間にフィルム外装電池１を挟持する構成となっている。各枠体１１、１２の形状はそれぞれ枠状であり、フィルム外装電池１の発電要素２に対応した箇所に開口部１３が形成されている。
第１の枠体１１は、対向する２つの長辺１１ａと、これら各長辺１１ａに略直交し、かつ互いに対向して形成された２つの短辺１１ｂからなる矩形の枠である。フィルム外装電池１は、その熱融着部７ａが、第１の枠体１１の対向面１１Ａ（あるいは内面と称する）と第２の枠体１２の対向面１２Ａ（あるいは内面と称する）とに形成された挟持部にて部分的に挟持されることでセルケース１０内に収納保持される。
各長辺１１ａはフィルム外装電池１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１１ｃで繋がっている。
図２、３を参照すると、排ガス通路１１ｃは、幅広部１１ｃ３側から幅狭部１１ｃ５に向かって概ね窄まった形状となっている。より詳細には、排ガス通路１１ｃは、幅広部１１ｃ３と、幅狭部１１ｃ５と、絞り部１１ｃ４と、を有する。幅広部１１ｃ３は流入口１３ａ（ガス排出部８側）側に位置する。幅狭部１１ｃ５は、流出口１３ｂ側に位置し幅広部１１ｃ３に対して幅が狭く形成されている。絞り部１１ｃ４は、幅広部１１ｃ３と幅狭部１１ｃ５との間を滑らかに繋いでいる。この排ガス通路１１ｃの断面形状はコ字断面（図４参照）であり、主面１１ｃ１と主面１１ｃ１の両端から立ち上げられて形成された排ガス通路側面１１ｃ２とを有する。後述するように排ガス通路１１ｃは、短辺１１ｂおよびフィルム外装電池１とともに冷却路１３Ａを構成する。排ガス通路側面１１ｃ２は冷却路１３Ａの第２の冷却路側壁１３ｄとして流用される。排ガス通路側面１１ｃ２（第２の冷却路側壁１３ｄ）とフィルム外装電池１の表面との間には冷却路１３Ａを流れる冷却風が排ガス通路１１ｃ内へと流れ込むことができる程度の隙間１０ａ（図４、５参照）が形成されている。なお、冷却風は不図示の外部の冷却風供給装置から供給される。
本実施形態では、フィルム外装電池１のガス排出部８が熱融着部７ａの概ね中央に形成されている。排ガス通路１１ｃはこれにあわせて長辺１１ａの概ね中央に形成されている。また、長辺１１ａの一方であって排ガス通路１１ｃの一端にはガス排出口１６を形成するための切欠１１ｄが形成されている。
第１の枠体１１の各短辺１１ｂにはセルケース１０に収納されている状態のフィルム外装電池１の電極を外部へと延出させるための切欠１１ｅがそれぞれ形成されている。
各短辺１１ｂの表面のうち、フィルム外装電池１の各短辺１１ｂと当接する側となる内面に対して反対側の外面１１ｂ１は、各長辺１１ａに掛け渡された排ガス通路１１ｃと各短辺１１ｂとの間の部分の長辺１１ａの外面１１ａ１よりも１．０ｍｍ高い位置にある。
外面１１ｂ１は、外面１１ａ１よりも１．０ｍｍ高い位置にある。外面１１ｂ１は、フィルム外装電池１の各短辺１１ｂと当接する面の反対側の面である。外面１１ａ１は各長辺１１ａに掛け渡された排ガス通路１１ｃと各短辺１１ｂとの間の部分である。また、排ガス通路１１ｃの主面１１ｃ１も長辺１１ａの外面１１ａ１よりも１．０ｍｍ高い位置にある。換言すれば、短辺１１ｂの外面１１ｂ１および排ガス通路１１ｃの主面１１ｃ１と、長辺１１ａの外面１１ａ１との間には１．０ｍｍの段差１１ｇが存在している。
第２の枠体１２も基本的な構成は第１の枠体１１と同様である。第２の枠体１２も２つの長辺１２ａおよび２つの短辺１２ｂからなる矩形の枠である。長辺１２ａの一方には、ガス排出口１６を形成するための切欠１２ｄが形成されている。なお、第２の枠体１２には第１の枠体１１と異なり、排ガス通路１１ｃは設けられていない。また、第２の枠体１２は第１の枠体１１の切欠１１ｅに嵌り込む電極保持部１２ｅが設けられている。電極保持部１２ｅの厚さは、電極保持部１２ｅが切欠１１ｅに嵌り込んだ状態で電極を延出可能な開口ができるような厚さに形成されている。
次に、排ガス通路１１ｃ、短辺１１ｂおよびフィルム外装電池１からなる冷却路１３Ａの構成について以下に説明する。
冷却路１３Ａは、フィルム外装電池１の発電要素２を冷却するための冷却風の通路であり、セルケース１０を積層することで形成される。すなわち、冷却路１３Ａは、第１の冷却路側壁１３ｃと、第２の冷却路側壁１３ｄと、フィルム外装電池１の放熱面１３ｅとで構成される（図４および図５参照）。第１の冷却路側壁１３ｃは短辺１１ｂの端面からなる。第２の冷却路側壁１３ｄは、コ字断面の排ガス通路１１ｃのガス通路側面１１ｃ２からなる。放熱面１３ｅは、セルケース１０内に収納されたフィルム外装電池１の表面と、隣接するセルケース１０内に収納されたフィルム外装電池１の表面とからなる。
冷却風は冷却路１３Ａの流入口１３ａから冷却路１３Ａ内に流入し、流出口１３ｂから流出する。すなわち、冷却風はフィルム外装電池１の表面と接触して熱を奪い、膨張しながら図３中矢印ａ方向に流れる。
流入口１３ａは、排ガス通路１１ｃの幅広部１１ｃ３側の段差１１ｇと、隣接して積層された第２の枠体１２の外面とにより形成される。また、流出口１３ｂは、排ガス通路１１ｃの幅狭部１１ｃ５側の段差１１ｇと、隣接して積層された第２の枠体１２の外面とにより形成される。本実施形態においては流入口１３ａは高さ１ｍｍで幅ｗ１は３８ｍｍであり、流出口１３ｂは高さ１ｍｍでｗ２は５８．５ｍｍである。また、これら流入口１３ａおよび流出口１３ｂは排ガス通路１１ｃの両側に形成されている。すなわち、流入口１３ａおよび流出口１３ｂはそれぞれ２箇所形成されている。よって、本実施形態においては流入口１３ａの開口面積は１ｍｍ×３８ｍｍ×２＝７６ｍｍ２であり、流出口１３ｂの開口面積は１ｍｍ５８．５ｍｍ×２＝１１７ｍｍ２である。
図５を参照すると、排ガス通路１１ｃの冷却路側壁１３ｄとフィルム外装電池１の表面との間には隙間１０ａが形成されている。隙間１０ａから排ガス通路１１ｃ内に冷却風が流入可能となっている。また、図５においては、排ガス通路１１ｃの主面１１ｃ１は、隣接するフィルム外装電池１の表面の表面に密着したように描かれているが、この主面１１ｃ１とフィルム外装電池１の表面との間にも若干の隙間が形成されている。この隙間も冷却風が通過可能である。
再び図３を参照すると、冷却路１３Ａは、流入領域Ｂ１と、拡大領域Ｂ２と、流出領域Ｂ３とに大きく分けられる。流入領域Ｂ１は幅ｗ１（＜ｗ２）の領域であり、流出領域Ｂ３は幅ｗ２の領域である。拡大領域Ｂ２は、流路幅が幅ｗ１から幅ｗ２へと拡大していくことで流路断面が拡大していく領域である。換言すれば、拡大領域Ｂ２は第１の冷却路側壁１３ｃと排ガス通路側面１１ｃ２（第２の冷却路側壁１３ｄ）との間の距離が、流入口１３ａから流出口１３ｂに向かうにつれ大きくなる領域である。冷却路１３Ａの流入領域Ｂ１は排ガス通路１１ｃの幅広部１１ｃ３に対応する。冷却路１３Ａの拡大領域Ｂ２は排ガス通路１１ｃの絞り部１１ｃ４に対応する。冷却路１３Ａの流出領域Ｂ３は排ガス通路１１ｃの幅狭部１１ｃ５に対応する。
冷却風の主流は以下のように冷却路１３Ａ内を流れる。
冷却風の主流は、まず狭い流入口１３ａから冷却路１３Ａ内へと流入する。冷却路１３Ａ内に流入した冷却風の主流は、流入領域Ｂ１にてフィルム外装電池１の表面から熱を奪い始めることで膨張しはじめる。膨張した冷却風の主流は、除々に拡がる拡大領域Ｂ２へと流れ込む。冷却風の主流は、拡大領域Ｂ２にて熱を奪うことでさらに膨張しながら、流入領域Ｂ１よりも広い流出領域Ｂ３へと流れ込む。さらに冷却風の主流は、流出領域Ｂ３にてまたさらに熱を奪い膨張を続けながら流出口１３ｂに向けて流れる。熱を奪って膨張した冷却風の主流は、最終的に、流入口１３ａより広い流出口１３ｂより流出される。また、上述したように、冷却風の一部は排ガス通路１１ｃ内にも流れ込み、この排ガス通路１１ｃに面した領域のフィルム外装電池１の表面を冷却する。
なお、本実施形態においては、流入口１３ａ端面から長さ２４ｍｍまでが流入領域Ｂ１であり、流入口１３ａ端面から７４ｍｍまでが拡大領域Ｂ２となっている。また、排ガス通路１１ｃの排ガス通路側面１１ｃ２（第２の冷却路側壁１３ｄ）は、流入領域Ｂ１と拡大領域Ｂ２との境界部分、および拡大領域Ｂ２と流出領域Ｂ３との境界部分が、冷却風の流れを阻害させないように曲面で形成されている。本実施形態においては境界部分はＲ３０で形成されている。
以上のように、本実施形態の冷却路１３Ａは、流入口１３ａ側の開口面積よりも流出口１３ｂ側の開口面積を大きくしている。流入口１３ａ側を流れる冷却風は、未だフィルム外装電気デバイスから熱を奪っておらず低温状態で高密度である。一方、流出口１３ｂ側を流れる冷却風は、フィルム外装電池１から熱を奪うことで高温となり膨張している。すなわち、本実施形態の冷却路１３Ａは、膨張による冷却風の体積増加に併せて流出口１３ｂ側の開口面積を大きくしている。これにより、高温となった冷却風が冷却路Ａ内で淀んでしまうことなく流出口１３ｂから良好に排出することができる。
また、本実施形態の冷却路１３Ａは、第１の冷却路側壁１３ｃが短辺１１ｂ、１２ｂを流用したものであり、第２の冷却路側壁１３ｄが排ガス通路側面１１ｃ２を流用したものであるため、新たに冷却路を構成する必要がなく、構造が簡単になるとともにコスト面でも有利である。
なお、本実施形態においては排ガス通路側面１１ｃ２を第２の冷却路側壁１３ｄとして流用して形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、排ガス通路側面１１ｃ２とは別に流れ方向に流路幅が広がるような側壁を別途設けるものであってもよい。また、本実施形態においては短辺１１ｂ、１２ｂからなる第１の冷却路側壁１３ｃが直線形状のものを例示したが、これに限定されるものではない。すなわち、第１の冷却路側壁１３ｃも第２の冷却路側壁１３ｄと同様に流れ方向に流路幅を広げる形状の側壁としてもよい。
また、本実施形態では流入領域Ｂ１と流出領域Ｂ３とは流路幅がそれぞれ一定で、拡大領域Ｂ２のみ流路幅が冷却風の流れ方向に向けて拡がる構成を例に示したが、これに限定されるものはない。すなわち、冷却路１３Ａは、流入口１３ａから流出口１３ｂに向けての全ての領域において流路幅、あるいは流路面積が漸次拡大している構成としてもよい。
また、本実施形態では流入口１３ａおよび流出口１３ｂの高さを同一とした例を示したがこれに限定されるものでもなく、流出口１３ｂ側の高さを流入口１３ａの高さよりも高くした構成とすることで、高さ方向にも流路が拡大するような構成としてもよい。また、本実施形態では２つ形成された冷却路１３はいずれも中心線Ｌ１に対して対称なる形状のものを例示したが、これに限定されるものではなく、非対称な形状であってもよい。さらには、冷却路１３は２つに限定されるものではなく、１つのみ形成されているものであってもよいし、あるいは３つ以上形成されているものであってもよい。
また、第１および第２の枠体１１、１２は開口部１３が形成されている構成を示したが、これに限定されるものではなく、開口部１３の部分に壁面が設けられている構成であってもよい。すなわち、本実施形態では、冷却路１３Ａの壁面のうちの一つを、隣接するセルケース１０内に収納されたフィルム外装電池１の表面により構成しているため、冷却路１３Ａを形成するにはフィルム外装電池１を収納したセルケース１０が少なくとも２個必要となる。これに対して、開口部１３を塞ぐ壁面を設け、これを冷却路１３Ａを構成する壁面とすることで、１つのセルケース１０にて冷却路１３Ａを構成できる。開口部１３を塞ぐ壁面は、第１および第２の枠体１１、１２と一体的に構成されているものであってもよいし、あるいは別体であってもよい。また、開口部１３を塞ぐ壁面は、図６に示すような組電池２０の積層された両端側に位置するセルケース１０のみに適用されるものであってもよい。
また、本実施形態では第１の枠体１１にのみ、冷却風の流れ方向に対して除々に拡大する冷却路１３Ａを形成する排ガス通路１１ｃが設けられている構成を示したが、これに限定されるものではなく、第２の枠体１２側にも冷却風の流れ方向に対して除々に拡大する冷却路を構成する構造体が設けられているものであってもよい。
また、本実施形態では、熱融着部７ａの長辺の概ね中央にガス排出部８が形成されているフィルム外装電池１を用いている。よって、排ガス通路１１ｃは、ガス排出部８の位置にあわせて長辺１１ａの概ね中央に形成されている。そして、冷却路１３Ａは、この排ガス通路１１ｃの排ガス通路側面１１ｃ２を利用して構成したものである。このため、冷却路１３Ａは冷却風の流れ方向が一方の長辺１１ａから他方の長辺１１ａに向けて流れる構成となっている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、セルケース１０は、冷却風が一方の短辺１１ｂから他方の短辺１１ｂへと流れる構成の冷却路を有するものであってもよい。
また、本実施形態では上述した説明より、冷却路１３Ａの断面形状は概ね矩形となるが、これに限定されるものではない。冷却風を流動損失を低減させるべく、フィルム外装電池１の表面に接触する部分を滑らかなＲ形状としたり、さらには第１の冷却路側壁１３ｃおよび第２の冷却路側壁１３ｄも平面形状ではなく、円弧形状としてもよい。
セルケース１０を積層して構成した組電池２０は、図６に示すように、流出口１３ｂが上方となるようにして用いるとより好適である。冷却路１３Ａは冷却風の熱膨張を考慮し、膨張した冷却風の流れを阻害しないようにするべく、冷却風の流れ方向に向けて拡大する構成となっている。一般に流体は加熱されと密度が下がり、軽くなることで上方へと流れていく性質を有する。よって、このような流体の特性も考慮するならば、流出口１３ｂが上方となるようにして用いると、より好適である。
なお、流入口１３ａの断面形状は、冷却風の流入領域Ｂ１への流入効率を上げるため、図７に示すように流入口１３ａに曲面部１３ａ１が形成されたものであってもよい。この曲面部１３ａ１は、冷却風が流入領域Ｂ１へと流れ込み易い形状であればどのようなものであってもよく、例えば、単にＲをつけたものでもよいし、インボリュート曲線を用いて形成した曲面であってもよい。
なお、本実施形態に示した各数値は一例であり、これらに限定されるものではない。
（第２の実施形態）
本実施形態では並列に配置された２つのフィルム外装電池をまとめて冷却する構成を例示する。
図８に本実施形態のセルケースの外観斜視図を示す。本実施形態のセルケース１１０は、並列に配置された収納部１１０ａと収納部１１０ｂとを有する。収納部１１０ａ内にはフィルム外装電池１ａが収納され、収納部１１０ｂ内にはフィルム外装電池１ｂが収納されている。
冷却路１１３Ａは、排ガス通路１１１ｃの両側に２つ形成されている。また、冷却路１１３Ａは、収納部１１０ａと収納部１１０ｂとを連通して形成されており、冷却風は収納部１１０ａ側から流れ込み、収納部１１０ｂから排出される。すなわち、冷却風は、まず、フィルム外装電池１ａを冷却し、その後続いてフィルム外装電池１ｂを冷却してから排出される。本実施形態の冷却路１１３Ａも、第１の実施形態で示した冷却路１０Ａと同様に流入口側から流出口に向けて流路断面が拡大する形状を有している。つまり、本実施形態の冷却路１１３Ａは、膨張による冷却風の体積増加に併せて流出口側の開口面積を大きくしているので、高温となった冷却風が冷却路１１３Ａ内で淀んでしまうことなく流出口から良好に排出することができる。
また、本実施形態の場合、複数の電池をまとめて収納することができるセルケース１１０を採用しているので、部品点数を少なくすることができる。
なお、本実施形態では２つの電池を並列に収納可能な形状のケースに本願発明を適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、本願発明は３つ以上の電池を並列に収納するケースにも適用可能である。
（第３の実施形態）
図９に本実施形態のセルケースの外観斜視図を示す。本実施形態のセルケース２１０も、第２の実施形態のセルケース１１０と同様に、並列に配置された収納部２１０ａと収納部２１０ｂとを有する。収納部２１０ａ内にはフィルム外装電池１ａが収納され、収納部２１０ｂ内にはフィルム外装電池１ｂが収納されている。このように、本実施形態のセルケース２１０は電池を収納する構成においては、第２の実施形態のセルケース１１０と同様である。しかしながら、セルケース１１０は冷却路１１３Ａが排ガス通路１１１ｃの両側に２つ形成されているのに対し、本実施形態のセルケース２１０は１つの冷却路２１３Ａのみを有する構成となっている。
本実施形態の冷却路２１３Ａも、膨張による冷却風の体積増加に併せて流出口側の開口面積を大きくしているので、高温となった冷却風が冷却路２１３Ａ内で淀んでしまうことなく流出口から良好に排出することができる。
（第４の実施形態）
図１０に本実施形態のセルケースの外観斜視図を示す。本実施形態のセルケース３１０も、第２の実施形態のセルケース１１０と同様に、並列に配置された収納部３１０ａと収納部３１０ｂとを有する。収納部３１０ａ内にはフィルム外装電池１ａが収納され、収納部３１０ｂ内にはフィルム外装電池１ｂが収納されている。しかしながら、本実施形態のセルケース３１０の排ガス通路３１１ｃには、冷却風供給路３２０が形成されている点で第２の実施形態のセルケース１１０と異なる。
冷却風供給路３２０は、冷却路３１３Ａの流れ方向の概ね中間点に冷却風を供給するために設けられたものである。
冷却風供給路３２０は、２つに分かれる分岐路３２１を有している。各分岐路３２１は冷却風供給路３２０内に流れ込んだ冷却風を排ガス通路３１１ｃの両側に形成された２つの冷却路３１３Ａのそれぞれに供給する。冷却風供給路３２０内に流れ込んだ冷却風は各分岐路３２１から冷却路３１３Ａの中間点に供給される。なお、冷却路３１３Ａの中間点とは、本実施形態の場合、収納部３１０ａと収納部３１０ｂとの間となる。
冷却路３１３Ａ内を流れる冷却風は下流に向かうにつれ、温度が上昇する。このため冷却風の温度は、フィルム外装電池１ｂを冷却する冷却風のほうがフィルム外装電池１ａを冷却する冷却風よりも高温となる。しかしながら、分岐路３２１から温度の低い冷却風が冷却路３１３Ａの中間点に供給されることで、フィルム外装電池１ｂを冷却する冷却風の温度を下げることができる。
なお、本実施形態では、冷却風は収納部３１０ａと収納部３１０ｂとの間である中間点に供給される例を示したが、これに限定されるものではない。分岐路３２１からの冷却風の供給は、中間点より上流側であってもよいし、あるいは下流側であってもよい。
また、本実施形態の分岐路３２１は各冷却路３１３Ａに対して冷却風を１箇所から供給する構成であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１つの冷却路３１３Ａに対して２箇所以上から冷却風供給路３２０からの冷却風が供給される構成であってもよい。
また、本実施形態の構成は、複数のフィルム外装電池を収納するセルケースだけでなく、一つの電池を収納するセルケースにも適用可能である。
（実施例）
第１の実施形態で示したセルケース１０内に冷却風を導入させた場合のフィルム外装電池１の表面上の各部の温度を測定した測定結果を図１１のグラフに示す。
本実施例ではフィルム外装電池１を収納したセルケース１０を４個積層させた組電池を用いた。よって、冷却路１３Ａは３つ形成された状態となる。
図１１のグラフの横軸の「風速」は流出口１３ｂにおける冷却風の風速であり、縦軸は各風速に対するフィルム外装電池１の各点における表面温度である。
本実施例では冷却風の風速を３ｍ／ｓ、６ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓと変化させ、各風速に対するフィルム外装電池１のＡ〜Ｆ点（図３参照）における表面温度を測定した。なお、外気温は２５℃であり、グラフ中における「セル」とはフィルム外装電池１を意味する。
流入口１３ａおよび流出口１３ｂの寸法、流入領域Ｂ１および拡大領域Ｂ２の距離は上述した通りである。すなわち、流入口１３ａの開口面積は７６ｍｍ２であり、流出口１３ｂの開口面積は１１７ｍｍ２である。また、流入口１３ａ端面から長さ２４ｍｍまでが流入領域Ｂ１であり、流入口１３ａ端面から７４ｍｍまでが拡大領域Ｂ２である。
図３のＡ〜Ｆ点はいずれもフィルム外装電池１の表面の温度を測定した測定点を示している。Ａ〜Ｃ点は冷却路１３Ａ内の温度を測定しており、Ｄ〜Ｆ点は排ガス通路１１ｃ内の温度を測定している。なお、排ガス通路１１ｃの両側壁の端面はフィルム外装電池１の表面に当接するものの封止剤等が充填されているわけではない。よって、冷却路１３Ａ内を流れる冷却風は排ガス通路１１ｃ内へと流入する。しかしながら、排ガス通路１１ｃ内は冷却風に直接的にさらされず、冷却風の流量が冷却路１３Ａ内と比較すると少ないため、電池を冷却しにくい状況にある。
Ａ点は流入口１３ａ付近の温度を測定するための測定点であり、流入口１３ａの中心に位置する。
Ｂ点は流入口１３ａと流出口１３ｂとの中間地点の温度を測定するための測定点であり、図２の中心線Ｌ２上であって、中心線Ｌ１と冷却路側壁１３ｃとの中点に位置する。
Ｃ点は流出口１３ｂ付近の温度を測定するための測定点であり、流出口１３ｂ近傍であって、中心線Ｌ１と冷却路側壁１３ｃとの中点に位置する。
Ｄ点は排ガス通路１１ｃ内であって流入口１３ａ付近に位置する。Ｅ点は排ガス通路１１ｃ内であって拡大領域Ｂ２の終端部分近傍に位置する。Ｆ点は排ガス通路１１ｃ内であって流出口１３ｂ付近に位置する。
図１１のグラフに示すように、冷却路１３Ａ内の流入口１３ａ側から流出口１３ｂまでの温度分布は５℃以内に収まっている。また、排ガス通路１１ｃ内のＤ〜Ｆ点を含めても全体としての温度分布が約１０℃の範囲内となることが明らかとなった。
また、風速１０ｍ／ｓとすることで、フィルム外装電池１の表面温度を所望の温度範囲内（３５〜４５℃）とすることが確認できた。
従来の冷却路の一般的な構成は本願発明とは逆に流入口側の流路断面が流出口側よりも広い。流入口側を拡げることで流入口近傍の冷却風の流速を抑えておき、低い流速でフィルム外装電池の表面を流れることによりフィルム外装電池から熱を奪う時間を稼ぐためである。また、熱を奪って高温となった冷却風を流出口付近では流路面積を絞ることで流速を速めて素早く外部に排気するためである。このような従来の冷却方法も好適とも思われる。しかしながら、この方法は、冷却風が熱膨張により体積が増加していくのに反して流路面積を絞っているため、冷却風の流れが阻害されるおそれがある。
一方、本発明の冷却路１３Ａは、冷却風が熱膨張により体積が増加していくのに応じて流路断面が拡大していく。このような冷却路１３Ａに所定の風速の冷却風を供給することで、フィルム外装電池１の表面温度を所望の温度範囲内に収めることが可能であり、その効果は本実施例により確認された。
本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆されたフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースにおいて、
フィルム外装電気デバイスを冷却する外部より供給される冷却風が流れる冷却路を有し、冷却路の流出口となる部分の開口面積が冷却路の流入口となる部分の開口面積よりも大きいことを特徴とする。
上記の通りの構成の本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、流入口側の開口面積よりも流出口側の開口面積を大きくしている。流入口側の開口内を流れる冷却風は、未だフィルム外装電気デバイスから熱を奪っておらず低温状態で高密度である。一方、流出口側の開口内を流れる冷却風は、フィルム外装電気デバイスから熱を奪うことで高温となり膨張している。すなわち、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、膨張して体積が増加した冷却風に併せて流出口側の開口面積を大きくしているので高温となった冷却風が冷却路内で淀んでしまうことなく流出口から良好に排出することができる。これにより、良好な冷却特性を得ることができる。
また、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、冷却路を形成する壁面のうち、対向する壁面の間隔が流入口から流出口に向かうにつれ大きくなる領域を有するものであってもよい。例えば、矩形形状の流路断面を有する冷却路の場合、膨張しながら流れていく冷却風の流れに応じて対向する壁面の間隔が拡がっていくので、冷却風を流出口までスムーズに導くことが可能となる。これにより、高温となった冷却風は淀みなく排出され、冷却特性は良好となる。
また、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、冷却路の流路断面が流入口から流出口に向かうにつれ大きくなる領域を有するものであってもよい。壁面形状が円弧形状等である冷却路の場合、膨張しながら流れていく冷却風の流れに併せて流路断面を拡大させていくので、冷却風を流出口までスムーズに導くことが可能となる。これにより、高温となった冷却風は淀みなく排出され、冷却特性は良好となる。
また、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、フィルム外装電気デバイスの外装フィルムに設けられたガス排出部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部を有し、冷却路を形成する壁面のうちの少なくとも一つが排ガス通路部の側壁面であってもよい。すなわち、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、冷却路を別途設けることなく、排ガス通路部の側壁面を流用して冷却路を構成することができるので構造が簡単になるとともにコスト面でも有利である。
また、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、フィルム外装電気デバイス用ケースが枠体からなり、冷却路を形成する壁面のうちの少なくとも一つが枠体の一部であってもよい。この場合も同様に、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、冷却路を別途設けることなく、排ガス通路部の側壁面を流用して冷却路を構成することができるので構造が簡単になるとともにコスト面でも有利である。
また、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、冷却路を流れる冷却風が並列に収納された複数のフィルム外装電気デバイスを順次冷却するものであってもよい。この場合、複数の電池を一つのケースに収納し、まとめて冷却することができるため部品点数を削減することができる。
また、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、冷却路の流路の途中に外部からの冷却風を供給する冷却風供給路を有するものであってもよい。この場合、冷却路内で高温となった冷却風に低温の冷却風を供給して、冷却風の温度を低下させることができるので、冷却効率を向上させることができる。
本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆されたフィルム外装電気デバイスを収納する２つの枠体からなるとともに、いずれか一方の枠体に、フィルム外装電気デバイスのフィルムに設けられたガス排出部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部を有するフィルム外装電気デバイス用ケースであって、
枠体の互いに対向する対向面に、フィルムの周縁の熱融着部にて熱融着された熱融着部を挟持する内面が形成されており、内面と反対側の面となる外面に凹凸が設けられ、
他のフィルム外装電気デバイス用ケースと重ね合わされた際に、枠体の外面と他のフィルム外装電気デバイス用ケースの枠体との間に、フィルム外装電気デバイスを冷却する外部より供給される冷却風が流れる冷却路の流入口および流出口が形成され、
冷却路の壁面が、排ガス通路部の側壁、枠体、フィルム外装電気デバイス用ケース内のフィルム外装電気デバイスの表面および他のフィルム外装電気デバイス用ケース内の他のフィルム外装電気デバイスの表面とを含み、
流出口の開口面積が流入口の開口面積よりも大きく、かつ冷却路の流路断面が流入口から流出口に向かうにつれ大きくなる領域を有するものである。
上記の通りの本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、フィルム外装電気デバイスを収納した状態で他のフィルム外装電気デバイス用ケースと重ね合わせることで、冷却路およびその流入口と流出口とが形成される。すなわち、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、組電池化した場合、他のフィルム外装電気デバイス用ケースの要素を用いて冷却路を形成することができる。このため、構造が簡単になり部品点数を少なくすることができるのでコスト面でも有利である。また、組電池の大型化を回避することもできる。
また、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、流入口側の開口面積よりも流出口側の開口面積を大きくしている。流入口側は、フィルム外装電気デバイスから未だ熱を奪っておらず低温状態で高密度の冷却風が流れる。また、流出口側はフィルム外装電気デバイスから熱を奪うことで高温となり膨張した冷却風が流れる。すなわち、流出口側の開口面積は膨張して体積が増加した冷却風に併せて大きくしており、流路断面は膨張しながら流れていく冷却風の流れに併せて拡大させている。よって、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、冷却風を冷却路内で淀ませることなく流出口までスムーズに導くことが可能となる。これにより、良好な冷却特性を得ることができる。
本発明のフィルム外装電気デバイス集合体は、フィルム外装電気デバイスを収納した本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースが２以上積層されてなる。
これらの実施形態によれば、高温となることで膨張して体積が増加した冷却風に併せて流出口側の開口面積を大きくしているので、冷却風の膨張による流れへの影響を少なくすることができ、よって、良好な冷却特性を得ることができる。
１ フィルム外装電池
２ 発電要素
３ 正極用電極端子
４ 負極用電極端子
７ ラミネートフィルム
８ ガス排出部
１０ セルケース
１１ 第１の枠体
１１ｃ 排ガス通路
１２ 第２の枠体
１３ 開口部
１３Ａ 冷却路
１６ ガス排出口
２０ 組電池
１１０ セルケース
１１１ｃ 排ガス通路
１１３Ａ 冷却路
２１０ セルケース
２１３Ａ 冷却路
３１０ セルケース
３１１ｃ 排ガス通路
３１３Ａ 冷却路
３２０ 冷却風供給路
３２１ 分岐路

Claims (7)

  1. 充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆されたフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースであって、
    前記フィルム外装電気デバイスを冷却する外部より供給される冷却風が流れる冷却路と、
    前記フィルム外装電気デバイスの前記フィルムに設けられたガス排出部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部と、を有し、
    前記冷却路を形成する壁面のうちの少なくとも一つが前記排ガス通路部の側壁面であるフィルム外装電気デバイス用ケース。
  2. 充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆されたフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースであって、
    前記フィルム外装電気デバイスを冷却する外部より供給される冷却風が流れる冷却路を有し、
    前記フィルム外装電気デバイス用ケースが枠体からなり、前記冷却路を形成する壁面のうちの少なくとも一つが前記枠体の一部であるフィルム外装電気デバイス用ケース。
  3. 充放電可能な電気デバイス要素がフィルムによって被覆されたフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースであって、
    前記フィルム外装電気デバイスを冷却する外部より供給される冷却風が流れる冷却路と、前記冷却路の流路の途中に外部からの冷却風を供給する冷却風供給路を有するフィルム外装電気デバイス用ケース。
  4. 前記冷却路を形成する壁面のうち、対向する前記壁面の間隔が前記流入口から前記流出口に向かうにつれ大きくなる領域を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルム外装電気デバイス用ケース。
  5. 前記冷却路の流路断面が前記流入口から前記流出口に向かうにつれ大きくなる領域を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載のフィルム外装電気デバイス用ケース。
  6. 前記冷却路を流れる冷却風は並列に収納された複数のフィルム外装電気デバイスを順次冷却する、請求項１から５のいずれか１項に記載のフィルム外装電気デバイス用ケース。
  7. 前記フィルム外装電気デバイスを収納した請求項１ないし６のいずれか１項に記載のフィルム外装電気デバイス用ケースが２以上積層されてなるフィルム外装電気デバイス集合体。
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