JP5450981B2

JP5450981B2 - 単電池および電池パック

Info

Publication number: JP5450981B2
Application number: JP2008129075A
Authority: JP
Inventors: 裕明田村
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2028-05-16
Also published as: JP2009277561A

Description

本発明は、電池パックに関し、特にリチウムイオン二次電池などのラミネートフィルム外装型のセル（単電池ともいう）を複数積層して構成される電池パックに関する。

近年、用途が蓄電・駆動系といった大型・高容量の電池の開発が進められている。このような高容量の電池としてはリチウムイオン二次電池等があり、平板上の正極と負極がセパレータを介して積層した電池要素をラミネートフィルム外装体に収納したラミネート外装型の電池がある。このセルを複数積層して構成される電池パックにおいては、充放電に伴い発熱が生じる。大容量化のために、電池パック１台当りのセルの積層数が多い場合にはセルの発熱及び電池パックの発熱が機器本体に影響を与えることが懸念され特に問題となる。

しかしながら、従来の電池パックは冷却機構を持たないものが多く、機器本体内で直接クーラーを当てる等して、冷却していた。また、電池パック内に冷却機構を持つ場合については、複数のセルに対し、冷却部が１個配設されている電池パックの技術が特許文献１で提案されている。

特開２００７−２５７８４３号公報

上述の特許文献１に記載の技術ではセル１個に対して冷却部が必ずしも１個ではないために、冷却に偏りが生じ、結果として、電池パック全体から見れば冷却ムラが発生する恐れがあった。また、セルが冷却部を挟む構造となり、積層方向へのサイズの増大を招いていた。

こうした従来の状況に鑑み、本発明の課題は、サイズを増大させずに冷却機構を組み込んだ電池パックを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の単電池は、ラミネートフィルムにセルが封止され、前記セルの周囲に前記ラミネートフィルムの融着部が形成されている単電池において、前記ラミネートフィルムの間に挟まれて前記融着部内に配置されているヒートパイプを有することを特徴とする。上記課題を解決するため、本発明の電池パックは、上記単電池を複数積層して構成されている。

また、前記ヒートパイプのセルの積層方向の高さはセルの高さを超えないことが好ましく、前記ヒートパイプの冷却部が、前記ラミネートフィルムの融着部から引出されていてもよい。

本発明においては、セルを積層する際に、デッドスペースとなっていたセル周囲の融着部にヒートパイプを配設して、且つ、ヒートパイプの高さがセルの厚みを超えることがないため、従来の電池パックと同等の高さを確保することができる。

すなわち、本発明によれば、セル１個に対し必ずヒートパイプ１個を有するため、冷却ムラが少ない電池パックを提供することができる。また、ヒートパイプがラミネートフィルム融着部に設けられるとセル周辺部のラミネートフィルムの融着とヒートパイプの配設を同時に行うことができ、工程の追加がなく、従来と同等の工数による冷却機構の取り付けが可能となる。また、ヒートパイプがセルの高さを超えないようにして電池パックの高さに影響を与えないようにすることができる。さらに、ヒートパイプの冷却部をラミネートフィルムの融着部から引出すことにより、効率的に熱を、外部に放出し、温度上昇を抑制することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面により説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る電池パックの断面図であり、図２は本発明の実施の形態に係る電池パックに用いるセルの斜視図である。

本発明の実施の形態に係る電池パックは、図１に示すように周囲にヒートパイプ１３を有するセル１２を積層して構成される。各々のセルは、図２に示すように、一つのセル１２に対して必ずヒートパイプ１３が１個、セル周囲のラミネートフィルム融着部に配設されている。各々のセルの冷却効果が高くなるように、各々のセル１２の外側の限られた設置スペースを有効に活用できるように、熱伝導性の高い、銅、アルミニウム等で形成されるヒートパイプ１３をセル１２全体をＵ字状に囲むように配設している。各々のセル１２に略同一形状のヒートパイプ１３を配設することで、単一セルごとに冷却をおこない、積層されたセル全体の冷却効果を高めている。また、各々のセル１２が略同一形状のヒートパイプ１３を介することで、積層方向のセル間に温度差が発生しにくい構造になっているので、多数のセルを積層して小型で大容量の電池を形成する場合に有利になる。

なお、図２に示すセル１２は、端子１４が１辺から引出された構造になっていて、例えばセルの寸法が幅８２ｍｍ、長さ１５７ｍｍ、高さ４．５ｍｍの場合には、ラミネートフィルム融着部にコの字状に配設されたヒートパイプの寸法は、直径４ｍｍ、全長４１０ｍｍ程度が好ましい。また、端子位置に制限があるものではない。端子を対向辺から引出すこともでき、その場合には端子引き出し辺を除いた辺のラミネートフィルム融着部にヒートパイプを設けることができる。

図３は本発明の実施の形態に係る電池パックに用いるセルのラミネートフィルム融着部の拡大断面図であり、図４は本発明の実施の形態に係る電池パックに用いるセルの積層体と冷却部を示した斜視図であり、図５は本発明の実施の形態に係る電池パックに用いるセルとヒートパイプの高さ関係を示す拡大断面図である。

本発明の実施の形態に係る電池パックに用いるセルの積層体は、図４に示すように各々のセル１２に必ず１個のヒートパイプ１３が配設されている。ヒートパイプ１３は図３に示すように２枚のラミネートフィルム１７ａ、１７ｂに挟まれて融着されている。ラミネートフィルムは通常熱圧着により互いが融着され、必ず融着部１８が形成される。従来はこの部分が積層構造上はデッドスペースであった。このスペースを有効利用したのが、本発明である。なお、融着部においてラミネートフィルムの金属箔とヒートパイプを直接接触させることにより放熱効果を向上させることもできる。

本発明の実施の形態に係る電池パックに用いるセルの積層体は、図４に示すように冷却部をセル１２の積層体の端子と対向する側に設け、ヒートシンク１５を介し冷却部を空冷またはファン１６にて冷却することができる。このような実施の形態では、冷却効果が高いので、大容量の電池に特に優れた効果を発揮する。

図５に示すように、ヒートパイプ部の高さ（ヒートパイプの断面が円形の場合にはヒートパイプの外径とラミネートフィルム厚の合計）ＨｐＨを各々のセルの高さＣＨ以下とすることによりセルを何層に積層しても、ヒートパイプ部の高さがセル中央部の高さを超えることはない。本発明は、限られたスペースにヒートパイプを冷却効果を高めて設置できるところが大きな利点である。

本発明の実施の形態に係る電池パックはシート状セルを積層して構成される。図１に示される電池パック１１は、例として６個のセル１２を積層して構成される場合を示すが、本発明の電池パックでは、セルの積層数に制限があるものではない。また、図１に示される電池パック１１の寸法は、幅９０ｍｍ、長さ１９５ｍｍ、高さ４５ｍｍであり、ヒートパイプ１３を各々のセル１２に必ずヒートパイプ１３を１個配して電池パックの高さが増加しない構造になっている。特許文献１に示された技術では、各々のセルの中で、特定のセルとセルの間に熱吸収部を設置し、ヒートパイプを継ぐ構造にしているので、熱吸収部をはさんだ上下のセル部分は、熱吸収部をはさまない上下のセル部分に比較して冷却効果が高くなり、積層セル内部で、各々のセルの温度差が大きくなり、ヒートパイプの配設により電池パックの高さが増加し、セルの積層数の増減に制約がある。

図６は本発明の実施の形態２に係る電池パックに用いるセルのラミネートフィルム融着部の拡大断面図であり、図７は本発明の実施の形態３に係る電池パックに用いるセルのラミネートフィルム融着部の拡大断面図である。

図６に示すように、ヒートパイプ１３の形状は特に制限されるものではなく、ラミネートフィルムの融着に対応できる形状であればよい。例えば、図６ではヒートパイプの断面が四角形状のものを示したが、多角形状や楕円形状であってもよい。

さらに、図７に示されるように、ヒートパイプの配列数は特に制限されるものではなく、構造、すなわち、融着部の面積に応じて、変えることができる。図７では２列の例を示したが、３列や４列といった複数配列であってもよい。

以上に示したように、本発明によりセルの周囲のラミネートフィルム融着部に、温度上昇を防止するための、冷却用ヒートパイプを有する電池パックを提供することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る電池パックの断面図。本発明の実施の形態に係る電池パックに用いるセルの斜視図。本発明の実施の形態に係る電池パックに用いるセルのラミネートフィルム融着部の拡大断面図。本発明の実施の形態に係る電池パックに用いるセルの積層体と冷却部を示した斜視図。本発明の実施の形態に係る電池パックに用いるセルとヒートパイプの高さ関係を示す拡大断面図。本発明の実施の形態２に係る電池パックに用いるセルのラミネートフィルム融着部の拡大断面図。本発明の実施の形態３に係る電池パックに用いるセルのラミネートフィルム融着部の拡大断面図。

符号の説明

１１電池パック
１２セル
１３ヒートパイプ
１４端子
１５ヒートシンク
１６ファン
１７ａ、１７ｂラミネートフィルム
１８融着部

Claims

ラミネートフィルムにセルが封止され、前記セルの周囲に前記ラミネートフィルムの融着部が形成されている単電池において、
前記ラミネートフィルムの間に挟まれて前記融着部内に配置されているヒートパイプを有することを特徴とする単電池。
前記セルの周囲に前記ヒートパイプが複数配列されていることを特徴とする請求項１に記載の単電池。
請求項１または２に記載の単電池を複数積層して構成されている電池パック。
前記ヒートパイプのセルの積層方向の高さはセルの高さを超えないことを特徴とする請求項３に記載の電池パック。
前記ヒートパイプの冷却部が、前記ラミネートフィルムの融着部から引出されていることを特徴とする請求項３または４に記載の電池パック。