JP2014078471A - Secondary battery and secondary battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、二次電池および二次電池システムに関する。 Embodiments described herein relate generally to a secondary battery and a secondary battery system.
一般に、電池モジュール、組電池等の二次電池装置は、互いに電気的に接続された複数の電池セルを備えている。車載用や産業用の電池モジュールは、高体積エネルギー密度化の要求が高くなっている。電池モジュールを高レートで動作させる場合、電池セルから発生する熱量が増大するため、電池セルの発熱に応じて冷却を行う必要がある。一般的な冷却方法としては空冷による除熱が考えられているが、空冷は、冷却能力が小さいという課題がある。また、他の冷却方法として、水冷ジャケットを電池モジュール内あるいは電池モジュールの外面に配置し、水冷ジャケット内に冷却水を循環させる方法が考えられている。 Generally, a secondary battery device such as a battery module or a battery pack includes a plurality of battery cells that are electrically connected to each other. In-vehicle and industrial battery modules are increasingly required to have a high volume energy density. When the battery module is operated at a high rate, the amount of heat generated from the battery cell is increased, and thus it is necessary to perform cooling according to the heat generation of the battery cell. As a general cooling method, heat removal by air cooling is considered, but air cooling has a problem that cooling capacity is small. As another cooling method, a method of arranging a water cooling jacket in the battery module or on the outer surface of the battery module and circulating the cooling water in the water cooling jacket is considered.
一方、電池モジュールの小型化、軽量化を図るため、ラミネート外装体を用いた電池セルが製品化されている。ラミネート型の電池セルは、電極体および電解質をラミネートフィルムで被覆することにより構成されている。ラミネート型の電池セルは、外装材に柔軟性があること、および、充放電により電極体の形状が変化することから、ねじ止めなどで電池セルを直接、モジュール外装材に固定することが困難となる。そこで、一般的には、アルミ板などで個々のラミネート型電池セルを挟み込んでからモジュール化する固定方法、あるいは、缶の中にラミネート型電池セルを設置する固定方法が提案されている。 On the other hand, in order to reduce the size and weight of battery modules, battery cells using a laminate outer package have been commercialized. A laminate-type battery cell is configured by covering an electrode body and an electrolyte with a laminate film. Laminated battery cells have a flexible exterior material, and the shape of the electrode body changes due to charging and discharging, so it is difficult to fix the battery cell directly to the module exterior material with screws or the like. Become. Therefore, in general, a fixing method in which individual laminated battery cells are sandwiched between aluminum plates or the like and then modularized, or a fixing method in which laminated battery cells are installed in a can have been proposed.
しかしながら、上述した水冷ジャケットを用いた冷却方式、およびラミネート型電池セルの固定方法では、電池セルを組電池化して電池モジュール(電池パック)化した際に、電池セル単体に対して電池モジュールもしくは電池パックの重量エネルギー効率および体積エネルギー効率が著しく低下してしまう。 However, in the cooling method using the above-described water cooling jacket and the method for fixing the laminated battery cell, when the battery cell is assembled into a battery module (battery pack), the battery module or battery The weight energy efficiency and volume energy efficiency of the pack are significantly reduced.
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、重量エネルギー効率、体積エネルギー効率に優れているとともに冷却効率の高い二次電池、および二次電池システムを提供することにある。 This invention is made | formed in view of the above point, The subject is providing the secondary battery and secondary battery system which are excellent in weight energy efficiency and volume energy efficiency, and are high in cooling efficiency.
実施形態によれば、二次電池は、電極体と、前記電極体から延出している電極端子と、前記電極体および電極端子を覆うラミネート外装と、を備え、
前記ラミネート外装は、冷媒を流通可能な冷媒流路を形成する筒状部を一体に有している。
According to the embodiment, the secondary battery includes an electrode body, an electrode terminal extending from the electrode body, and a laminate exterior covering the electrode body and the electrode terminal,
The laminate exterior integrally has a cylindrical portion that forms a coolant channel through which the coolant can flow.
以下、図面を参照しながら、実施形態に係る二次電池および二次電池システムについて詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1Aは、第1実施形態に係る二次電池の外観を示す斜視図、図1Bは、接栓部を拡大して示す斜視図、図2は、二次電池の平面図、図3は、図1Aの線A−Aに沿った二次電池の断面図である。
Hereinafter, a secondary battery and a secondary battery system according to embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
1A is a perspective view showing the appearance of the secondary battery according to the first embodiment, FIG. 1B is an enlarged perspective view showing a plug portion, FIG. 2 is a plan view of the secondary battery, and FIG. It is sectional drawing of the secondary battery along line AA of FIG. 1A.
図1Aないし図3に示すように、二次電池(電池セル)10は、リチウムイオン電池などの非水電解質二次電池を用い、更に、ラミネート型の二次電池として構成されている。二次電池10は、正極板、セパレータ、負極板を積層して形成された電極コイル(電極体)12と、電極体を電解質とともに覆うラミネート外装11と、電極コイル12からラミネート外装11の外部に延出する正極、負極の一対の電極端子(接続端子あるいはタブ)13a、13bと、電極端子13a、13bを横切るようにラミネート外装11に形成され冷媒流路を形成する筒状部14a、14bと、を備えている。
As shown in FIGS. 1A to 3, the secondary battery (battery cell) 10 uses a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery, and is further configured as a laminate type secondary battery. The
電極コイル12は、例えば、正極板、セパレータ、負極板をコイル状に捲回し、押圧することにより扁平な直方体状に形成されている。あるいは、電極体は、複数枚の矩形板状の正極板および複数枚の矩形板状の負極板を、セパレータを挟んで交互に積層することにより、構成してもよい。
The
電極コイル12の正極板は、たとえば、正極側集電体としての金属箔の両面に、正極活性物質を塗布したものである。負極板は、負極側集電体としての金属箔に両面に、負極活性物質を塗布したものである。
The positive electrode plate of the
正極板には複数の電極タブが固定され、正極板を捲回した際、複数の電極タブが互いに重なり、かつ、レーザ溶接等によって互いに接合されることにより、帯状の電極端子13aを形成している。同様に、負極板には複数の電極タブが固定され、負極板を捲回した際、複数の電極タブが互いに重なり、かつ、レーザ溶接等によって互いに接合されることにより、帯状の電極端子13bを形成している。
A plurality of electrode tabs are fixed to the positive electrode plate, and when the positive electrode plate is wound, the plurality of electrode tabs are overlapped with each other and joined to each other by laser welding or the like to form a strip-
正極側の電極端子13aは、電極コイル12から、この電極コイルの軸方向(長手方向あるいはコイルの巻きの中心軸方向)一方側へ延出している。負極側の電極端子13bは、電極コイル12から、電極体の軸方向(長手方向)他方側へ延出している。すなわち、電極端子13a、13bは、電極コイル12から相反する方向に延出している。
The
電極コイル12および電極端子13a、13bの大部分、つまり、電極端子の電極コイル側の大部分は、ラミネートフィルム等からなるラミネート外装11により気密に被覆されている。そして、ラミネート外装11内において、電極コイル12の周囲に、電解質が注入、充填されている。電極端子13a、13bの延出端部は、ラミネート外装11から外部に延出している。
Most of the
ラミネートフィルムは、例えば、熱融解性を有する樹脂層と、金属薄膜などから成る非通気層と、ナイロンなどから成る保護層とがこの順番に積層された3層構造のラミネートフィルムを用いている。ラミネート外装11は、電極コイル12および電極端子13a、13bを間に挟んで、2枚のラミネートフィルムをプレス加工することで形成される。2枚のラミネートフィルムは、例えば、加熱を伴うプレス加工(熱融着)などによって、周縁部同士が気密に熱融着される。あるいは、ラミネート外装材20は、1枚の長いラミネートフィルムを途中で折り返し、重ね合わせた状態でプレス加工することにより形成してもよい。
As the laminate film, for example, a laminate film having a three-layer structure in which a resin layer having heat melting property, a non-venting layer made of a metal thin film, and a protective layer made of nylon or the like are laminated in this order is used. The
ラミネート外装11において、電極コイル12の片面、ここでは、下面側に位置する下面側ラミネートフィルム11aは、ほぼ矩形状に形成され、その長手方向の長さは、電極コイル12および電極コイル12から突出している電極端子13a、13bの合計の長さよりも僅かに短く、幅方向の長さは、電極コイル12の幅よりも長く形成されている。これにより、下面側ラミネートフィルム11aは、電極コイル12の下面および電極端子13a、13bの大部分を覆っている。
In the
電極コイル12の他面、ここでは、上面、および4方の側面を覆う上面側ラミネートフィルム11bは、電極コイル12を覆った後の長手方向の長さが、下面側ラミネートフィルム11aの長さと等しくなるように形成され、また、電極コイル12を覆った後の幅方向長さが、下面側ラミネートフィルム11aの幅と等しくなるように形成されている。更に、上面側ラミネートフィルム11bは、冷媒を流通可能な冷媒流路を規定する筒状部14a、14bを一体に備えている。
The upper surface
本実施形態において、一方の筒状部14aは、電極コイル12の一端とラミネート外装11の一端との間に形成されている。筒状部14aは、電極端子13a上を横切って延びているとともに、ラミネート外装11の幅方向の全長に亘って延びている。筒状部14aは、上面側ラミネートフィルム11bの一部を円弧状に成形することにより形成されている。そして、筒状部14aおよび下面側ラミネートフィルム11aにより、冷媒を流通可能な冷媒流路16aが形成されている。冷媒流路16aは、電極端子13aの上面に接しているとともに、ラミネート外装11の幅方向両端に開口している。
冷媒流路16aの両端開口には、それぞれ筒状部14aを形成するための半円形状の支持枠17aが嵌合され、更に、この支持枠に接栓体15aが脱着可能に装着されている。
In the present embodiment, one
A
他方の筒状部14bは、電極コイル12の他端とラミネート外装11の他端との間に形成されている。筒状部14bは、電極端子13b上を横切って延びているとともに、ラミネート外装11の幅方向の全長に亘って延びている。筒状部14bは、上面側ラミネートフィルム11bの一部を円弧状に成形することにより形成されている。そして、筒状部14bおよび下面側ラミネートフィルム11aにより、冷媒を流通可能な冷媒流路16bが形成されている。冷媒流路16bは、電極端子13bの上面に接しているとともに、ラミネート外装11の幅方向両端に開口している。
冷媒流路16bの両端開口には、それぞれ筒状部14bを形成するための半円形状の支持枠17bが嵌合され、更に、この支持枠17bに接栓体15bが脱着可能に装着されている。
The other
A
支持枠17a、17bは、たとえば、耐熱プラスチックなどで形成され、ラミネート外装11に固定されている。接栓体15a、15bは、例えば、合成樹脂で形成され、支持枠に脱着可能に嵌め込まれている。支持枠および接栓体15a、15bは、ラミネート外装11のプレス加工時に冷媒流路16a、16bが押しつぶされることを防止し、冷媒流路を規定する筒状部14a、14bの形成を補助する。
The support frames 17a and 17b are formed of, for example, heat-resistant plastic and are fixed to the
次に、ラミネート外装11の形成方法について説明する。
下面側および上面側の2枚のラミネートフィルム11a、11bを重ね合わせ、これらのラミネートフィルムの間に、電極コイル12、電極コイル12から突出した電極端子13、支持枠17a、17bおよび接栓体15a、15bを挟み込む。電極コイル12は、下面側ラミネートフィルム11aの中央部に設置される。また、左右の電極端子13a、13bは、それぞれ先端部が下面側ラミネートフィルム11aの両端から長手方向に突出するように配置される。支持枠および接栓体15a、15bは、各電極端子13a、13bの両側で、下面側ラミネートフィルム11aの両側縁部にそれぞれ設置される。
Next, a method for forming the
Two
次に、2枚のラミネートフィルム11a、11bを上下からプレス加工および加熱する。これにより、筒状部14a、14bを除いて、電極コイル12の周囲、およびラミネートフィルムの長手方向両端部で下面側ラミネートフィルム11aと上面側ラミネートフィルム11bとを気密に熱融着する。また、上面側ラミネートフィルム11bの一部が、支持枠17a、17bおよび接栓体15a、15bに沿って、円弧状、半円筒状に成形され、筒状部14a、14bを形成する。そして、筒状部14a、14bにより、電極端子13a、13bを横切る冷媒流路16a、16bを形成する。なお、支持枠および接栓体15a、15bは、下面側ラミネートフィルム11aと上面側ラミネートフィルム11bとの間に挟持され、ラミネート外装11に固定される。
Next, the two
電解液を注入するために、電極コイル12が格納されている空間から外部に繋がるように、ラミネートフィルムの一部は熱融着を行わず、電解液注入用の流路を形成しておく。そして、この流路から電極コイル12の周囲に電解液を注入する。注入後、再度、融着部を加熱プレスすることにより、電解液注入用の流路を熱融着により閉じ、電解液を収納している空間を密閉する。
In order to inject the electrolytic solution, a part of the laminate film is not heat-sealed so as to be connected to the outside from the space in which the
なお、ラミネートフィルムのプレス加工は、ラミネート外装11の内側面が電極コイル12の外周面に密着して沿うように、真空引きが行われている場所で行われてもよい。ラミネート外装11の形成方法は、特定の方法に限定されるものではない。
Note that the pressing of the laminate film may be performed in a place where vacuuming is performed so that the inner surface of the
二次電池10の使用時には、支持枠17a、17bから接栓体15a、15bが外され、冷媒流路16a、16bが開放される。そして、冷媒流路16a、16bの一端側に冷媒を供給するための供給用の配管あるいはチューブを接続し、冷媒流路16a、16bの他端側に冷媒排出用の配管あるいはチューブを接続する。そして、これらの配管あるいはチューブを通して、二次電池装置10の冷媒流路に冷媒を供給、流通する。これにより、電極端子13a、13bを冷媒流路16a、16bを流れる冷媒によって直接、冷却することができる。冷媒としては、電気的絶縁性を有する液冷媒、例えば、絶縁油、トランス油、リン酸トリフェニル、リン酸トリオクチル、ハイドロフルオロエーテル、フッ素系不活性液体、等、あるいは、水、冷却空気を用いることができる。冷媒は、特定の物質に限定されるものではない。
When the
以上のように構成された二次電池10によれば、アルミ板で挟むなどの他の部材を使用することなく、且つ効率的に二次電池を冷却することが可能となり、セル単体を組電池化した際のセル単体に対して重量エネルギー密度、体積エネルギー密度の低下の少ない電池モジュール、電池パック等を提供することが可能となる。また、二次電池のラミネート外装の成形と同時に、冷媒流路を形成するための筒状部を一体に成形することができ、冷却機能部の製造工数を著しく削減することが可能となる。同時に、漏液防止処置が容易となる。
According to the
冷媒流通箇所が限定されるため、従来のジャケット方式に対して、冷媒使用量が少なくて済み、軽量・低コスト化が可能となる。冷媒流路は、電極端子(タブ)を横切るように設けられているため、熱伝導率の良い電極端子部分に冷媒を直接当て、電極端子および二次電池を効率良く冷却することができる。また、筒状部の最小体積化と冷媒使用量の最小化が可能となる。更に、冷媒流路の周囲は、絶縁性のラミネートフィルムで覆われているため、冷媒として水を使用することも可能であり、冷却コストの低減を図ることができる。
以上のことから、重量エネルギー効率、体積エネルギー効率に優れているとともに冷却効率の高い二次電池が得られる。
Since the refrigerant distribution location is limited, the amount of refrigerant used is less than that of the conventional jacket system, and the weight and cost can be reduced. Since the coolant channel is provided so as to cross the electrode terminal (tab), the coolant can be directly applied to the electrode terminal portion having good thermal conductivity, and the electrode terminal and the secondary battery can be efficiently cooled. Further, it is possible to minimize the volume of the cylindrical portion and the amount of refrigerant used. Furthermore, since the periphery of the coolant channel is covered with an insulating laminate film, water can be used as the coolant, and the cooling cost can be reduced.
From the above, a secondary battery having excellent weight energy efficiency and volume energy efficiency and high cooling efficiency can be obtained.
なお、ラミネート外装の筒状部は、電極端子を横切る位置に限らず、ラミネート外装の他の側縁に沿って、あるいは、電極体の周囲に設けてもよい。この場合でも、筒状部により冷媒を流通可能な冷媒流路をラミネート外装に一体に形成することができる。 The cylindrical portion of the laminate exterior is not limited to the position crossing the electrode terminal, but may be provided along the other side edge of the laminate exterior or around the electrode body. Even in this case, the refrigerant flow path through which the refrigerant can be circulated by the cylindrical portion can be formed integrally with the laminate exterior.
次に、他の実施形態に係る二次電池について説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第1実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第1実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。 Next, a secondary battery according to another embodiment will be described. In other embodiments described below, the same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The parts different from those in the first embodiment are mainly described. This will be explained in detail.
(第2実施形態)
第2実施形態に係る二次電池について説明する。図4は、第2実施形態に係る二次電池の外観を示す斜視図、図5は、第2実施形態に係る二次電池の外観を示す平面図である。
第2実施形態では、電極端子13a、13bが電極コイル(電極体)12から同一方向に延出している点、および冷媒流路を形成する筒状部14がラミネート外装11の長辺に沿って延び、2つの電極端子13a、13bを横切って設けられている点で、第1実施形態と構成が相違している。
(Second Embodiment)
A secondary battery according to the second embodiment will be described. FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of the secondary battery according to the second embodiment, and FIG. 5 is a plan view showing the appearance of the secondary battery according to the second embodiment.
In the second embodiment, the
図4および図5に示すように、二次電池(電池セル)10は、リチウムイオン電池などの非水電解質二次電池を用い、更に、ラミネート型の二次電池として構成されている。二次電池10は、電極コイル(電極体)12と、電極体を電解質とともに覆うラミネート外装11と、電極コイル12からラミネート外装11の外部に延出する正極、負極の一対の電極端子(接続端子あるいはタブ)13a、13bと、2つの電極端子13a、13bを横切るようにラミネート外装11に形成され冷媒流路を形成する筒状部14と、を備えている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the secondary battery (battery cell) 10 uses a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery, and is further configured as a laminate type secondary battery. The
電極コイル12は、例えば、正極板、セパレータ、負極板をコイル状に捲回し、押圧することにより扁平な直方体状に形成されている。正極板には複数の電極タブが間隔を置いて固定され、正極板を捲回した際、複数の電極タブが互いに重なり、かつ、レーザ溶接等によって互いに接合されることにより、帯状の電極端子13aを形成している。同様に、負極板には複数の電極タブが間隔を置いて、かつ、正極側の電極タブと交互に固定され、負極板を捲回した際、複数の電極タブが互いに重なり、かつ、レーザ溶接等によって互いに接合されることにより、帯状の電極端子13bを形成している。
The
正極側の電極端子13aおよび負極側の電極端子13bは、電極コイル12から、この電極コイルの軸方向(長手方向あるいはコイルの巻きの中心軸方向)に沿って同一の方向に延出している。また、電極端子13a、13bは、互いに平行に、かつ、間隔を置いて設けられている。
The
ラミネート外装11は、例えば、1枚のラミネートフィルムを中途部で折り返し、かつ、電極コイル12および電極端子13a、13bを間に挟んで重ね合わせ、周縁部同士を互いに融着することにより形成されている。1枚のラミネートフィルムを折り重ねることにより形成された下面側ラミネートフィルム11aおよび上面側ラミネートフィルム11bは、電極コイル12の幅および長さよりも大きな幅および長さを有している。そして、電極端子13a、13bは、ラミネート外装11の一方の長辺から外方に突出している。
The
本実施形態において、上面側ラミネートフィルム11bの一部は、筒状部14を一体に有している。この筒状部14は、電極コイル12の一端とラミネート外装11の長辺との間に形成され、長辺と平行に延びている。筒状部14は、2つの電極端子13a、13b上を横切って延びているとともに、ラミネート外装11の長手方向の全長に亘って延びている。筒状部14は、上面側ラミネートフィルム11bの一部を円弧状に成形することにより形成されている。そして、筒状部14aおよび下面側ラミネートフィルム11aにより、冷媒を流通可能な冷媒流路16が形成されている。冷媒流路16は、電極端子13a、13bの上面に接しているとともに、ラミネート外装11の長手方向両端に開口している。
In the present embodiment, a part of the upper surface
冷媒流路16の両端開口には、それぞれ筒状部14を形成するための半円形状の支持枠17aが嵌合され、更に、この支持枠に接栓体15aが脱着可能に装着されている。
A
二次電池10の使用時には、支持枠17aから接栓体15aが外され、冷媒流路16が開放される。そして、冷媒流路16の一端側に冷媒を供給するための供給用の配管あるいはチューブを接続し、冷媒流路16の他端側に冷媒排出用の配管あるいはチューブを接続する。そして、これらの配管あるいはチューブを通して、二次電池装置10の冷媒流路に冷媒を供給、流通する。これにより、電極端子13a、13bを冷媒流路16a、16bを流れる冷媒によって直接、冷却することができる。
When the
以上のように構成された二次電池10においても、前述した第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、重量エネルギー効率、体積エネルギー効率に優れているとともに冷却効率の高い二次電池が得られる。また、第2実施形態に係る二次電池10によれば、冷媒流路を1本とすることにより、より構成が簡素化し、製造が容易となるとともに、冷却系の構成を簡素化することが可能となる。更に、本実施形態に係る二次電池は、2本の電極端子13a、13bが同一方向に延出しているため、第1実施形態に係る二次電池と、異なる向きに設置でき、異なる電池モジュールの形成が可能となる。
Also in the
(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る二次電池について説明する。図6は、第3実施形態に係る二次電池の外観を示す斜視図、図7は、図6の線B−Bに沿った二次電池の断面図である。
(Third embodiment)
Next, the secondary battery according to the third embodiment will be described. FIG. 6 is a perspective view showing the appearance of the secondary battery according to the third embodiment, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the secondary battery taken along line BB in FIG.
第3実施形態では、電極端子13a、13bが電極コイル12の厚さ方向中央部から突出している点、および、下面側ラミネートフィルムおよび上面側ラミネートフィルムの両方が筒状部を有し、これらの筒状部により電極端子13の両面に接触する冷媒流路が形成されている点で第1実施形態と相違している。第2実施形態において、他の構成は、前述した第1実施形態の二次電池と同一である。
In 3rd Embodiment, the
図6および7に示すように、二次電池10は、電極コイル12、電極コイル12から相反する方向に延出する2つの電極端子13a、13b、およびこれら電極コイル12、電極端子13a、13bを覆うラミネート外装11を備えている。ラミネート外装11は、下面側ラミネートフィルム11aと上面側ラミネートフィルム11bとを備え、これらのラミネートフィルム間に電極コイル12、電極端子13a、13b、および円筒状の支持枠17a、17bを挟みこんで、周縁部同士が熱融着されている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
下面側ラミネートフィルム11aは、電極コイル12の下側半分および電極端子13a、13bの下面に密着するようにプレス成形され、同様に、上面側ラミネートフィルム11bは、電極コイル12の上側半分および電極端子13a、13bの上面に密着するようにプレス成形されている。電極コイル12の厚さ方向中央部から延出する電極端子13a、13bの先端部は、ラミネート外装11の両端縁から外方に突出している。
The lower surface
上面側ラミネートフィルム11bは、冷媒を流通可能な冷媒流路を規定する筒状部14a、14bを一体に備えている。筒状部14aは、電極コイル12の一端とラミネート外装11の一端との間に形成されている。一方の筒状部14aは、電極端子13a上を横切って延びているとともに、ラミネート外装11の幅方向の全長に亘って延びている。筒状部14aは、上面側ラミネートフィルム11bの一部を円弧状に成形することにより形成されている。他方の筒状部14bは、電極コイル12の他端とラミネート外装11の他端との間に形成されている。筒状部14bは、電極端子13b上を横切って延びているとともに、ラミネート外装11の幅方向の全長に亘って延びている。
The upper surface
また、本実施形態によれば、下面側ラミネートフィルム11aは、冷媒を流通可能な冷媒流路を規定する筒状部21a、21bを一体に備えている。筒状部21aは、電極コイル12の一端とラミネート外装11の一端との間に形成され、上面側ラミネートフィルム11bの筒状部14aと向かい合っている。筒状部21aは、電極端子13aの下を横切って延びているとともに、ラミネート外装11の幅方向の全長に亘って延びている。筒状部21aは、下面側ラミネートフィルム11aの一部を円弧状に成形することにより形成されている。他方の筒状部21bは、電極コイル12の他端とラミネート外装11の他端との間に形成され、上面側ラミネートフィルム11bの筒状部14bと向かい合っている。筒状部21bは、電極端子13b下を横切って延びているとともに、ラミネート外装11の幅方向の全長に亘って延びている。
Moreover, according to this embodiment, the lower surface
互いに向かい合う筒状部14aおよび筒状部21aにより、冷媒を流通可能な断面円形の冷媒流路16aが形成されている。冷媒流路16aは、電極端子13aの上面および下面に接しているとともに、ラミネート外装11の幅方向両端に開口している。冷媒流路16aの両端開口には、それぞれ筒状部14a、21aを形成するための円形状の支持枠17aが嵌合され、更に、この支持枠に接栓体15aが脱着可能に装着されている。
The
また、互いに向かい合う筒状部14bおよび筒状部21bにより、冷媒を流通可能な断面円形の冷媒流路16bが形成されている。冷媒流路16bは、電極端子13aの上面および下面に接しているとともに、ラミネート外装11の幅方向両端に開口している。冷媒流路16bの両端開口には、それぞれ筒状部14b、21bを形成するための円形状の支持枠17bが嵌合され、更に、この支持枠に接栓体15bが脱着可能に装着されている。
Further, the
支持枠17a、17bは、たとえば、耐熱プラスチックなどで形成され、ラミネート外装11に固定されている。接栓体15a、15bは、例えば、合成樹脂で形成され、支持枠に脱着可能に嵌め込まれている。支持枠および接栓体15a、15bは、ラミネート外装11のプレス加工時に冷媒流路16a、16bが押しつぶされることを防止し、冷媒流路を規定する筒状部14a、14bの形成を補助する。
The support frames 17a and 17b are formed of, for example, heat-resistant plastic and are fixed to the
冷媒流路16の両端開口には、それぞれ筒状部14を形成するための半円形状の支持枠17aが嵌合され、更に、この支持枠に接栓体15aが脱着可能に装着されている。
A
二次電池10の使用時には、支持枠17aから接栓体15aが外され、冷媒流路16が開放される。そして、冷媒流路16の一端側に冷媒を供給するための供給用の配管あるいはチューブを接続し、冷媒流路16の他端側に冷媒排出用の配管あるいはチューブを接続する。そして、これらの配管あるいはチューブを通して、二次電池装置10の冷媒流路に冷媒を供給、流通する。これにより、電極端子13a、13bを冷媒流路16a、16bを流れる冷媒によって直接、冷却することができる。
When the
以上のように構成された二次電池10においても、前述した第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、重量エネルギー効率、体積エネルギー効率に優れているとともに冷却効率の高い二次電池が得られる。また、第3実施形態に係る二次電池10によれば、冷媒流路16a、16bは、電極端子13a、13bの両面に接触していることから、冷媒流路を流れる冷媒が電極端子13a、13bを両面に接触し、電極端子をより効果的に冷却することができる。
なお、筒状部および冷媒流路は、断面形状を円形としているが、これに限らず、楕円形、多角形等、他の形状としてもよい。また、第3実施形態に特有の構造は、第2実施形態に係る二次電池に適用してもよい。
Also in the
In addition, although the cylindrical part and the refrigerant | coolant flow path are making circular cross-sectional shape, it is not restricted to this, It is good also as other shapes, such as an ellipse and a polygon. The structure unique to the third embodiment may be applied to the secondary battery according to the second embodiment.
(第4実施形態)
次に、第4実施形態に係る二次電池ついて説明する。図8は、図6の線B−Bに相当する線に沿った二次電池10の断面図である。
図8に示すように、本実施形態に係る二次電池10では、上面側および下面側ラミネートフィルム11a、11bの筒状部14a、21aにより規定された冷媒流路16a内にチューブ22が設置され、このチューブ22は、上下のラミネートフィルム11a、11bに密着している。そして、チューブ22を通して冷媒を流通することができる。また、電極端子13aは、チューブ22の外周面に沿って延び、チューブ22に密着している。
(Fourth embodiment)
Next, the secondary battery according to the fourth embodiment will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view of the
As shown in FIG. 8, in the
チューブ22は、絶縁性を有し、伝熱性に優れ、かつ、水分を透過しにくい材料、例えば、絶縁性金属で形成される。チューブ22を絶縁体で構成することで、冷媒として水などの導電性の液冷媒を使用した場合でも電極端子がショートすることを防止できる。また、チューブ22を水分を透過させない材料で構成することで、電極端子に錆が生じることを防止できる。そして、チューブ22を通して冷媒を流すことにより、チューブ22を介して電極端子13aを効率的に冷却することができる。
The
二次電池10の他の構成は、前述した第1実施形態あるいは第3実施形態と同一である。二次電池10使用時における冷却工程は、第1実施形態と同様であり、その詳細な説明は省略する。なお、第4実施形態に特有の構造は、第1実施形態、第2実施形態に係る二次電池にも適用可能である。
Other configurations of the
(第5実施形態)
次に、第5実施形態に係る二次電池ついて説明する。図9は、第5実施形態に係る二次電池10の平面図、図10は、図9の線C−Cに沿った二次電池の断面図である。
(Fifth embodiment)
Next, the secondary battery according to the fifth embodiment will be described. FIG. 9 is a plan view of the
図9および図10に示すように、二次電池10のラミネート外装11は、上下のラミネートフィルム11a、11bが互いに融着している融着部(シール部あるいは融着領域)24を有している。この融着部17は、電極コイル12の周囲、電極コイル12と冷媒流路16との間、冷媒流路とラミネート外装11の一端縁との間、にそれぞれ形成されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
本実施形態によれば、電極コイル12と冷媒流路16との間に位置する融着部24において、その少なくとも一部、あるいは、全部は、融着部の他の部分よりも融着幅が狭い狭幅部26として形成および融着されている。この狭幅部26は、例えば、2つの電極端子13a、13bの間に設けられている。狭幅部26は、幅が狭い分、融着部24の他の領域に比べて、融着強度が低くなっている。狭幅部26は、プレス加工によってラミネートフィルムを融着する際、狭幅部26に対応するプレス型の一部を他の部分よりも細く形成しておくことにより、形成することができる。
According to the present embodiment, at the
このような狭幅部26を電極コイル12と冷媒流路16との間に設けることにより、電極コイル12からのガス発生により電極コイルを収納している空間19内の圧力が所定圧力よりも上昇した場合、融着強度の弱い狭幅部26の融着が剥がれ、上記空間19と冷媒流路16とを繋ぐ流路を形成する。これにより、空間19内で発生したガスは、狭幅部26を通して冷媒流路16に逃がされる。従って、発生ガスが外部に流出することを防止できるとともに、ガス発生の際、ガスリーク箇所を特定でき、かつ、ガスの流路を制御することが可能となる。
By providing such a
第5実施形態において、二次電池10の他の構成は、前述した第2実施形態に係る二次電池と同一であり、その詳細な説明は省略する。なお、第5実施形態に特有の構造は、第1実施形態、第3実施形態に係る二次電池に適用してもよい。
In the fifth embodiment, the other configuration of the
(二次電池システム)
次に、第1実施形態に係る二次電池を備える二次電池システムについて説明する。
図11は、二次電池システムの構成例を概略的に示す図である。
図11に示すように、二次電池システム30は、複数の二次電池10aないし10nを並べて配置した電池モジュール32と、二次電池10aないし10nに冷媒、例えば、液冷媒を供給および循環する冷媒供給機構と、を備えている。冷媒供給機構は、ポンプ41、ラジエータ(熱交換器)42、送風装置43、リザーバタンク44、および配管45などを備えている。配管45は、液冷媒46で満たされている。また、二次電池システム30は、二次電池、および冷媒供給機構の動作を制御する図示しないコントローラを備えている。
(Secondary battery system)
Next, a secondary battery system including the secondary battery according to the first embodiment will be described.
FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a configuration example of the secondary battery system.
As shown in FIG. 11, the
二次電池10aないし10nの各々は、第1実施形態に係る二次電池10と同様の構成を有している。二次電池10aないし10nは、互いに平行に、かつ、僅かな隙間を置いて並んで配置されている。二次電池10aないし10nは、図示しないバスバーによって電極端子13a、13bを互いに電気的に接続することにより、互いに直列又は並列に接続されている。なお、二次電池システム30が備える二次電池の個数は、特定の個数に限定されるものではない。
Each of the
冷媒供給機構において、ポンプ41の吐出口に接続されている配管45aは、途中で配管45b、45cに分岐している。配管45bは、電池モジュール32とほぼ平行に延び、二次電池10aないし10nの上側の冷媒流路16aあるいは16bの一端に接続されている。配管45bは、電池モジュール32とほぼ平行に延びているとともに、配管46bの鉛直方向下方に位置し、二次電池10aないし10nの下側の冷媒流路16aあるいは16bの一端に接続されている。
In the refrigerant supply mechanism, the
二次電池10aないし10nを挟んで、配管45bの反対側に配管45dが配置され、更に、配管45cの反対側に配管45eが配置され、それぞれ電池モジュール32とほぼ平行に延びている。配管45bは、二次電池10aないし10nの上側の冷媒流路16aあるいは16bの他端に接続されている。配管45cは、二次電池10aないし10nの下側の冷媒流路16aあるいは16bの他端に接続されている。
A
配管45dおよび45eは、配管45fに統合し、この配管45fは、ラジエータ42の流入口に接続されている。更に、ラジエータ42の流出口は、配管45gを通して、ポンプ41の吸込み口に接続されている。
The
リザーバタンク44は、配管45fの中途部に接続されている。リザーバタンク44は、液冷媒を収容している。そして、リザーバタンク44は、配管および二次電池を含む冷却系の液冷媒量が過度に増加した場合に、液冷媒を回収するとともに、逆に、冷却系の液冷媒量が不足する場合に、液冷媒を配管へ供給する。リザーバタンク44によって、二次電池システム30内を流通する液冷媒46の量が一定に保たれる。
The
送風装置43は、例えば、送風ファンで構成され、ラジエータ42に対向して設けられている。送風装置43は、ラジエータ42に冷却風を送風し、ラジエータ42における液冷媒の放熱、冷却を促進する。送風装置43は、たとえば、ファンなどであるが、特定の装置に限定されない。なお、ラジエータ42および送風装置43、それぞれ液冷媒46を冷却するための冷却装置であるが、冷却装置は、特定の構成に限定されるものではない。たとえば、ラジエータ42の自然放熱のみで十分な冷却効果が得られる場合は、送風装置43を省略することも可能である。また、ラジエータ42および送風装置43を使用しない冷却方法によって、液冷媒46を冷却してもよい。
The
本実施形態では、液冷媒46として、電気的絶縁性を有する液冷媒、例えば、絶縁油、トランス油、リン酸トリフェニル、リン酸トリオオクチル等を用いることができる。冷媒は、特定の冷媒に限定されるものではない。
In the present embodiment, as the
コントローラは、二次電池システム30全体の動作を制御するものである。コントローラは、CPUなどのプロセッサ、種々のメモリおよび各種インターフェイスなどにより構成される。コントローラは、たとえば、パーソナルコンピュータ(PC)により構成されてもよい。
The controller controls the operation of the entire
コントローラは、ポンプ41、送風装置43および図示しない圧力センサ、二次電池10の温度を検出する温度センサ、その他、二次電池システム30の各部に接続されている。コントローラは、二次電池システム30の各部から種々の測定データなどを取得し、取得した種々の測定データなどに基づいて二次電池システム30全体の動作を制御する。
The controller is connected to each part of the
次に、二次電池システム30の動作例について説明する。
ポンプ41が作動すると、ポンプ41の吐出口から液冷媒46を配管45aへ送り、更に、配管45b、45cへ送り出す。送り出された液冷媒46は、配管45bから、各二次電池10aないし10bの上側の冷媒流路16aあるいは16bに流入し、冷媒流路を通過した後、配管45dへ送られる。また、配管45cに送り出された液冷媒46は、配管45cから、各二次電池10aないし10bの下側の冷媒流路16aあるいは16bに流入し、冷媒流路を通過した後、配管45eへ送られる。液冷媒46は、冷媒流路16a、16bを流れる間、各二次電池10aないし10nの電極端子13a、13bに直接、接触し、これらの電極端子13a、13bを冷却する。
Next, an operation example of the
When the
冷媒流路16a、16bから配管45d、45eに流入した液冷媒46は、これらの配管を通り、配管45fへ送られ、更に、配管45fを通してラジエータ42へ送られる。ラジエータ42に流入すると、液冷媒46は、ラジエータによる放熱および送風装置43からの送風によって空冷される。冷却された液冷媒46は、配管45gを通してポンプ41の吸込口へ送られ、ポンプ41により、再度、配管45aへ送り出される。
The liquid refrigerant 46 that has flowed into the
液冷媒46は、上記の流れを繰り返すことで、各二次電池10aないし10nの電極端子13a、13bを継続的に冷却する。
The liquid refrigerant 46 continuously cools the
上記のように構成された二次電池システムによれば、重量エネルギー効率、体積エネルギー効率に優れ、電池モジュールの小型化、システム全体の小型化を図ることができる。また、複数の二次電池を効率的に冷却することが可能な二次電池システムが得られる。 According to the secondary battery system configured as described above, it is excellent in weight energy efficiency and volume energy efficiency, and the battery module can be downsized and the entire system can be downsized. Moreover, the secondary battery system which can cool a some secondary battery efficiently is obtained.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…二次電池、11…ラミネート外装、11a…下面側ラミネートフィルム、
11b…上面側ラミネートフィルム、12…電極コイル、
13、13a、13b…電極端子、14a、14b…筒状部、
15a、15b…接栓体、16、16a、16b…冷媒流路、
17a、17b…支持枠、21a、21b…筒状部、22…チューブ、
24…融着部、26…狭幅部、40…二次電池システム、41…ポンプ、
42…ラジエータ、43…送風装置、44…リザーバタンク、
45…配管、46…液冷媒
10 ... secondary battery, 11 ... laminate exterior, 11a ... bottom side laminate film,
11b ... top side laminated film, 12 ... electrode coil,
13, 13a, 13b ... electrode terminal, 14a, 14b ... cylindrical part,
15a, 15b ... plug body, 16, 16a, 16b ... refrigerant flow path,
17a, 17b ... support frame, 21a, 21b ... cylindrical part, 22 ... tube,
24 ... Fusion part, 26 ... Narrow part, 40 ... Secondary battery system, 41 ... Pump,
42 ... Radiator, 43 ... Blower, 44 ... Reservoir tank,
45 ... Piping, 46 ... Liquid refrigerant
Claims (9)
前記電極体から延出している電極端子と、
前記電極体および電極端子を覆うラミネート外装と、を備え、
前記ラミネート外装は、冷媒を流通可能な冷媒流路を形成する筒状部を一体に有している二次電池。 An electrode body;
An electrode terminal extending from the electrode body;
A laminate sheath covering the electrode body and the electrode terminal, and
The laminate exterior is a secondary battery that integrally has a cylindrical portion that forms a coolant channel through which a coolant can flow.
前記下面側ラミネートフィルムおよび上面側ラミネートフィルムの少なくとも一方は、前記筒状部を一体に有している請求項1又は2に記載の二次電池。 The laminate exterior includes a lower surface side laminate film and an upper surface side laminate film that are overlapped with each other with the electrode body and the electrode terminal interposed therebetween,
The secondary battery according to claim 1, wherein at least one of the lower surface side laminate film and the upper surface side laminate film integrally includes the cylindrical portion.
前記ラミネート外装は、それぞれ前記電極端子を横切って延びる2つの前記筒状部を一体に備えている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の二次電池。 The electrode terminal includes a positive electrode terminal and a negative electrode terminal extending from the electrode body, the two electrode terminals project in opposite directions from the electrode body,
The secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the laminate sheath is integrally provided with two cylindrical portions each extending across the electrode terminal.
前記ラミネート外装の筒状部は、前記2つの電極端子を横切って延びている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の二次電池。 The electrode terminal includes a positive electrode terminal and a negative electrode terminal extending from the electrode body, and the two electrode terminals protrude in the same direction from the electrode body,
The secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the cylindrical portion of the laminate exterior extends across the two electrode terminals.
前記二次電池の冷媒流路を通して冷媒を循環させる冷媒供給機構と、
を備える二次電池システム。 A secondary battery according to any one of claims 1 to 8,
A refrigerant supply mechanism for circulating the refrigerant through the refrigerant flow path of the secondary battery;
A secondary battery system comprising:
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