WO2006073071A1 - 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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Definitions
- the present invention relates to a film-covered electrical device case and a film-covered electrical device assembly for storing a film-covered electrical device in which electrical device elements are housed in an exterior film, represented by batteries and capacitors.
- the laminate material is a thin film in which a metal layer such as aluminum and a heat-weldable resin layer are overlapped via an adhesive layer.
- Laminate materials generally have a structure in which both surfaces of a thin metal layer such as aluminum are covered with a thin resin layer, and are resistant to acids and alkalis, and are lightweight and flexible.
- a film-clad battery When a film-clad battery is used as a drive source for an electric vehicle or the like, a plurality of film-clad batteries are stacked, and the stacked batteries are electrically connected to obtain a desired output voltage. It is necessary to form a battery cell assembly (hereinafter referred to as “assembled battery”). Conventionally, a technique for allowing cooling air to flow evenly between batteries constituting an assembled battery has been disclosed.
- Japanese Patent Laid-Open No. 6-1150 discloses a configuration in which the distance in the parallel direction between the batteries in the battery case is increased in size in the far direction than the vicinity of the intake of the cooling air. In this configuration, in order to cool each battery evenly, the amount of cooling air flowing through the gap near the intake and the amount of cooling air flowing through the gap far from the inlet are made uniform.
- the cooling path serving as the arrangement interval of the batteries is expanded toward the flow direction of the cooling air to achieve equal cooling of each battery.
- the cooling air takes heat away from the battery and becomes high temperature, so it expands as the power flows downstream. That is, when cooling an assembled battery, it is necessary to provide a cooling structure capable of sufficiently cooling individual batteries and taking into account changes in the state of cooling air due to temperature rise, in addition to cooling the entire assembled battery.
- an object of the present invention is to provide a film-covered electrical device case and a film-covered electrical device assembly capable of sufficiently cooling individual batteries.
- the film-covered electrical device case of the present invention is a film-covered electrical device case that houses a film-covered electrical device in which a chargeable / dischargeable electrical device element is covered with a film.
- It has a cooling path through which cooling air supplied from the outside that cools the film-clad electrical device flows, and the opening area of the part that becomes the outlet of the cooling path is larger than the opening area of the part that becomes the inlet of the cooling path, It is characterized by that.
- the film-covered electrical device case of the present invention configured as described above has a larger opening area on the outlet side than the opening area on the inlet side.
- the cooling air flowing through the opening on the inlet side is not yet deprived of heat from the film-clad electrical device, and is dense at low temperatures.
- the cooling air flowing through the opening on the outlet side becomes high temperature and expands by removing heat from the film-covered electrical device. That is, the film-covered electrical device case of the present invention has a large opening area on the outlet side in combination with the cooling air that has expanded and increased in volume. Therefore, the high-temperature cooling air can be discharged well from the outlet without stagnation in the cooling channel. Thereby, good cooling characteristics can be obtained.
- the film-covered electrical device case of the present invention has a region in which the interval between the opposing wall surfaces of the wall surface forming the cooling path increases as the direction force increases from the inlet to the outlet. It ’s okay.
- the interval between the opposing wall surfaces increases according to the flow of the cooling air that flows while expanding, so that the cooling air can be smoothly guided to the outlet. It becomes possible. As a result, the high-temperature cooling air is discharged without stagnation, and the cooling characteristics are improved.
- the film-covered electrical device case of the present invention may have a region in which the flow path cross section of the cooling path becomes larger from the inlet to the outlet.
- a cooling path whose wall shape is an arc shape, etc.
- the film-covered electrical device case of the present invention has an exhaust gas passage portion for guiding the gas discharged from the gas discharge portion provided in the exterior film of the film-covered electrical device to the outside, At least one of the wall surfaces forming the cooling path may be a side wall surface of the exhaust gas passage portion. That is, the film-covered electrical device case of the present invention can be structured by using the side wall surface of the exhaust gas passage portion without providing a cooling passage, so that the structure is simple and advantageous in terms of cost. It is.
- the film-covered electrical device case may be formed of a frame, and at least one of the wall surfaces forming the cooling path may be a part of the frame.
- the case for a film-covered electrical device of the present invention can be structured by using the side wall surface of the exhaust gas passage portion without separately providing a cooling passage, thereby simplifying the structure. It is also advantageous in terms of cost.
- the film-covered electrical device case of the present invention may sequentially cool a plurality of film-covered electrical devices in which cooling air flowing in the cooling path is stored in parallel.
- a plurality of batteries can be housed in one case and cooled together, so that the number of parts can be reduced.
- the film-covered electrical device case of the present invention may have a cooling air supply path for supplying cooling air from the outside in the middle of the flow path of the cooling path. In this case, it is possible to improve the cooling efficiency because it is possible to reduce the temperature of the cooling air by supplying low-temperature cooling air to the cooling air that has become hot in the cooling path.
- the film-covered electrical device case of the present invention is composed of two frames that house the film-covered electrical device covered with a chargeable / dischargeable electrical device element force S film, and either one of the frames
- a film-covered electrical device case having an exhaust gas passage portion for guiding the gas discharged from a gas discharge portion provided in a film of the film-wrapped electrical device to the outside,
- An inner surface that sandwiches the heat-sealed portion that is heat-sealed at the heat-sealed portion at the periphery of the film is formed on the opposing surfaces of the frame, and the outer surface that is the surface opposite to the inner surface is uneven. Is established,
- Cooling supplied from the outside that cools the film-clad electrical device between the outer surface of the frame and the frame of the other film-clad electrical device case when overlaid with another film-clad electrical device case The inlet and outlet of the cooling path through which the wind flows are formed, and the wall surface of the cooling path is the side wall of the exhaust gas passage, the frame, the surface of the film-covered electrical device in the case of the film-covered electrical device, and other film-covered electrical devices Including the surface of other film-covered electrical devices in the case
- the film-covered electrical device case of the present invention as described above is overlapped with another film-covered electrical device case in a state in which the film-wrapped electrical device is accommodated, so that the cooling path and its inlet and An outlet is formed. That is, when the film-covered electrical device case of the present invention is formed into an assembled battery, the cooling path can be formed using the elements of the other film-covered electrical device case. For this reason, the structure becomes simple and the number of parts can be reduced, which is advantageous in terms of cost. In addition, the size of the assembled battery can be avoided. [0017] Further, the film-covered electrical device case of the present invention has an opening area on the outlet side larger than an opening area on the inlet side.
- the film-covered electrical device case of the present invention can smoothly guide the cooling air to the outlet without causing the cooling air to be trapped in the cooling path. As a result, it is possible to obtain good cooling characteristics.
- the film-clad electrical device assembly of the present invention is formed by laminating two or more cases for a film-clad electrical device of the present invention containing the film-clad electrical device.
- the opening area on the outlet side is increased in accordance with the cooling air that expands and increases in volume due to a high temperature, so that the influence of the expansion of the cooling air on the flow is reduced. Therefore, good cooling characteristics can be obtained.
- FIG. 1 is an external perspective view of a film-clad battery applicable to the present invention.
- FIG. 2 is an exploded perspective view of the cell case of the first embodiment that houses a film-clad battery.
- FIG. 3 is a top view of a cell case in which a film-clad battery is housed.
- FIG. 4 is a side sectional view of a cell case in which a film-clad battery is housed.
- FIG. 5 is a side cross-sectional view showing a state in which two cell cases in a state of containing a film-clad battery are stacked.
- FIG. 6 is a perspective view showing an example of an assembled battery formed by stacking cell cases.
- FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of the cross-sectional shape of the inlet.
- FIG. 8 is an external perspective view of a cell case according to a second embodiment.
- FIG. 9 is an external perspective view of a cell case according to a third embodiment.
- FIG. 10 is an external perspective view of a cell case according to a fourth embodiment.
- FIG. 11 is a graph showing the surface temperature of each part of the film-clad battery with respect to the cooling wind speed.
- FIG. 1 shows an external perspective view of the film-clad battery of this embodiment.
- the film-clad battery 1 of the present embodiment includes a power generation element 2 having a positive electrode side active electrode, a negative electrode side active electrode, and an electrolyte, a metal film such as aluminum, and a heat-fusible resin film. And a laminate film 7 formed.
- the film-clad battery 1 has a structure in which the power generation element 2 is sealed with two laminated films 7. That is, in the film-clad battery 1 of this embodiment, among the heat-sealed portions 7a that are the four sides of the laminate film 7, first, three sides are heat-sealed to form a bag shape. The air inside is exhausted by the remaining one side force that is released by vacuuming.
- the power generating element 2 is hermetically sealed by the two laminated films 7 by heat-sealing the remaining one-side heat-sealing portion 7a.
- a laminating film may be folded and the remaining three sides may be heat-sealed to form a bag.
- the power generating element 2 of the film-clad battery 1 may be a laminated type composed of a positive electrode side active electrode and a negative electrode side active electrode laminated via a separator.
- the belt-like positive electrode side active electrode and the negative electrode side active electrode are stacked via a separator, wound, and then compressed into a flat shape, whereby the positive electrode side active electrode and the negative electrode side active electrode are A wound type having a structure in which layers are alternately stacked may be used.
- any power generation element used in a normal battery can be applied as long as it includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte.
- the power generation element in a typical lithium ion secondary battery is lithium 'a positive electrode plate coated with a positive electrode active material such as manganese composite oxide or lithium cobaltate on both sides of an aluminum foil, etc., and lithium can be doped' It is formed by facing a negative electrode plate coated with a carbon material on both sides such as a copper foil through a separator and impregnating it with an electrolyte containing a lithium salt.
- the power generation element 2 examples include power generation elements of other types of chemical batteries such as a nickel metal hydride battery, a nickel cadmium battery, a lithium metal primary battery or a secondary battery, and a lithium polymer battery.
- the present invention provides an electrolytic capacitor such as an electric double layer capacitor. It can also be applied to an electrical device in which the electrical device elements that store such electrical energy are sealed with an exterior film.
- Electrode terminals 4 extend opposite to each other. Aluminum is often used for the positive electrode terminal 3, and copper or nickel is often used for the negative electrode terminal 4 due to its electrical characteristics.
- the positive electrode terminal 3 and the negative electrode terminal 4 may be simply referred to as electrodes.
- a part of the heat-sealed portion 7a in the longitudinal direction of the film-covered battery 1 has a lower heat-sealing strength than other portions, and the fusion is peeled off at a lower pressure than the other portions.
- the gas discharge section 8 is provided.
- gas may be generated due to the electrolysis of the electrolyte solvent and the internal pressure of the battery may increase. Furthermore, even if the battery is used at a high temperature outside the specified range, gas is generated due to decomposition of the electrolyte salt. Basically, it is ideal to use a battery within the specified range so as not to generate gas, but the battery control circuit may fail for some reason and an abnormal voltage may be applied. If the surroundings become extremely hot due to the cause, a large amount of gas may be generated in some cases.
- FIG. 2 is an exploded perspective view of the cell case of the present embodiment.
- FIG. 3 is a top view of the film-clad battery housed in the cell case.
- Fig. 4 is a schematic cross-sectional side view of a cell case containing a film-clad battery.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional side view in a state where two cell cases are stacked.
- FIG. 6 is a perspective view showing an example of an assembled battery formed by stacking cell cases.
- the cell case 10 has a first frame body 11 and a second frame body 12, and the film-clad battery 1 is sandwiched between them.
- Each of the frame bodies 11 and 12 has a frame shape, and an opening 13 is formed at a location corresponding to the power generation element 2 of the film exterior battery 1.
- the first frame 11 is a rectangular frame made up of two opposing long sides 11a and two short sides l ib formed substantially orthogonal to each of the long sides 1 la and facing each other. It is.
- the heat-sealing portion 7a has an opposing surface 11A (or an inner surface) of the first frame 11 and an opposing surface 12A (or an inner surface) of the second frame 12. It is stored and held in the cell case 10 by being partially clamped by the formed clamping part.
- Each long side 11a is connected by an exhaust gas passage 1lc for guiding the gas discharged from the gas discharge portion 8 of the film-clad battery 1 to the outside.
- the exhaust gas passage 11c extends from the wide portion 11c side toward the narrow portion 11c.
- the exhaust gas passage 11c includes a wide portion 11c
- the narrow portion l ie is located on the outlet 13b side and is narrower than the wide portion l ie.
- the narrowed portion 11c smoothly connects the wide portion 11c and the narrow portion 11c.
- the cross-sectional shape of the exhaust gas passage 11c is a U-shaped cross section (see FIG. 4), and has a main surface 11c and an exhaust gas passage side surface 11c formed by rising from both ends of the main surface 11c. Later
- the exhaust gas passage 1 lc forms a cooling passage 13 A together with the short side 1 lb and the film-clad battery 1.
- the exhaust gas passage side surface 11c flows as the second cooling passage side wall 13d of the cooling passage 13A.
- a clearance 10a (see FIGS. 4 and 5) is formed between the surface and the cooling air flowing through the cooling passage 13A so that the cooling air can flow into the exhaust gas passage 11c.
- the cooling air is supplied from an external cooling air supply device (not shown).
- the gas discharge part 8 of the film-clad battery 1 is formed substantially at the center of the heat fusion part 7a.
- the exhaust gas passage 11c is formed in the approximate center of the long side 11a.
- a notch 1 Id for forming a gas discharge port 16 is formed at one end of the long side 11a and at one end of the exhaust gas passage 11c.
- Each short side ib of the first frame 11 is formed with a notch lie for extending the electrode of the film external battery 1 in a state of being accommodated in the cell case 10 to the outside. ing.
- each short side l ib Out of the surface of each short side l ib, the outer surface l ib on the opposite side to the inner surface that is in contact with each short side l ib of the film-coated battery 1 spans each long side 11 1a. Exhaust gas passage 11c and each short
- the long side 11 a between the side l ib is 1.0 mm higher than the outer surface 1 1a of the long side 11 a.
- the outer surface l ib is located 1.0 mm higher than the outer surface 11a.
- the outer surface l ib is the surface on the opposite side of the surface in contact with each short side l ib of the film exterior battery 1.
- the outer surface 11a is hung on each long side 11a
- a step 1 lg of 1.0 mm exists between the outer surface l ib of b and the main surface 11c of the exhaust gas passage 11c and the outer surface 11a of the long side 11a.
- the basic structure of the second frame 12 is the same as that of the first frame 11.
- the second frame 12 is also a rectangular frame composed of two long sides 12a and two short sides 12b.
- a cutout 12d for forming a gas discharge port 16 is formed on one side of the long side 12a.
- the second frame 12 is not provided with an exhaust gas passage 11c.
- the second frame 12 is provided with an electrode holding portion 12e that fits into the notch l ie of the first frame 11.
- the electrode holding portion 12e is formed to have a thickness such that an opening can be formed so that the electrode can be extended in a state where the electrode holding portion 12e is fitted in the notch lie.
- the cooling path 13A is a cooling air path for cooling the power generation element 2 of the film-clad battery 1, and is formed by stacking the cell cases 10. That is, the cooling path 13A includes the first cooling path side wall 13c, the second cooling path side wall 13d, and the heat radiating surface 13e of the film-clad battery 1 (see FIGS. 4 and 5).
- the first cooling passage side wall 13c is composed of the end face of the short side l ib .
- the side wall 13d of the second cooling passage has no force on the side surface 11c of the gas passage of the exhaust gas passage 11c having a U-shaped cross section.
- the heat radiating surface 13e is composed of the surface of the film-clad battery 1 accommodated in the cell case 10 and the surface of the film-clad battery 1 accommodated in the adjacent cell case 10.
- the cooling air flows into the cooling passage 13A from the inlet 13a of the cooling passage 13A and flows out from the outlet 13b. That is, the cooling air comes into contact with the surface of the film-clad battery 1 to remove heat and flows in the direction of arrow a in FIG. 3 while expanding.
- the outer surface of the second frame 12 is formed. Further, the outlet 13b has a step l lg on the narrow portion 11c side of the exhaust gas passage 11c,
- the inlet 13a has a height of lmm and a width w of 38mm.
- the outlet 13b is lmm high and w is 58.5mm.
- a gap 10 a is formed between the cooling passage side wall 13 d of the exhaust gas passage 11 c and the surface of the film-clad battery 1. Cooling air can flow into the exhaust gas passage 11c from the gap 10a. Further, in FIG. 5, the main surface 11c of the exhaust gas passage 11c is drawn to be in close contact with the surface of the surface of the adjacent film-clad battery 1. This main surface 11c
- a slight gap is also formed between 1 and the surface of the film-clad battery 1.
- the cooling air can also pass through this gap.
- the cooling path 13A includes an inflow region B, an enlarged region B, and an outflow region B.
- Inflow area B is an area with width w ( ⁇ w), and outflow area B is width w
- the enlarged region B is the first cooling channel side wall 13c.
- Inflow area B of cooling path 13A is exhaust gas
- the main flow of cooling air first flows from the narrow inlet 13a into the cooling passage 13A.
- the main flow of the cooling air flowing into the cooling path 13A is heated from the surface of the film-coated battery 1 in the inflow region B.
- the main stream of the expanded cooling air flows into the expanded area B that gradually expands.
- the main stream of cooling air does not expand further by taking heat away in the enlarged area B.
- the main flow of the cooling air that has expanded after taking out the air finally flows out from the outlet 13b wider than the inlet 13a. Further, as described above, a part of the cooling air also flows into the exhaust gas passage 11c, and cools the surface of the film-clad battery 1 in the region facing the exhaust gas passage 11c.
- the inflow region B is from the end surface of the inlet 13a to a length of 24 mm, and the enlarged region B is from the end surface of the inlet 13a to 74 mm.
- exhaust gas communication is from the end surface of the inlet 13a to a length of 24 mm, and the enlarged region B is from the end surface of the inlet 13a to 74 mm.
- the side of the exhaust gas passage l ie (second cooling passage side wall 13d) of the channel l ie is the inflow region B and the expanded region
- the boundary portion is formed of R30.
- the opening area on the outflow port 13b side is larger than the opening area on the inflow port 13a side.
- the cooling air flowing through the inflow port 13a has not been deprived of heat from the film-covered electrical device, and has a high density in a low temperature state.
- the cooling air flowing on the outflow port 13b side is heated to a high temperature and is expanded by removing heat from the film-clad battery 1. That is, the cooling passage 13A of the present embodiment increases the opening area on the outlet 13b side in accordance with the increase in the volume of the cooling air due to expansion. As a result, the high-temperature cooling air can be discharged well from the outlet 13b without stagnation in the cooling path A.
- the first cooling path side wall 13c is diverted from the short sides llb and 12b, and the second cooling path side wall 13d is diverted from the exhaust gas path side surface 11c.
- the exhaust gas passage side surface 11c is used as the second cooling passage side wall 13d.
- this invention is not limited to this.
- a side wall that widens the flow path width in the flow direction is provided separately from the exhaust gas passage side surface 11c.
- the first cooling path side wall 13c composed of the short sides l lb and 12b is exemplified as the straight shape, but is not limited thereto. That is, the first cooling path side wall 13c may also be a ridge J wall having a shape that widens the flow path width in the flow direction in the same manner as the second cooling path side wall 13d.
- the inflow region B and the outflow region B have a constant flow path width and are widened.
- the cooling channel 13A may be configured such that the channel width or the channel area gradually increases in all regions from the inlet 13a to the outlet 13b.
- cooling passages 13 is not limited to two, but may be one or may be three or more.
- the first and second frames 11, 12 have a force indicating a configuration in which the opening 13 is formed.
- a wall surface is provided in a portion of the opening 13 which is not limited to this. It can be configured. That is, in the present embodiment, one of the wall surfaces of the cooling path 13A is constituted by the surface of the film-clad battery 1 housed in the adjacent cell case 10, so that the cooling path 13A is formed. Requires at least two cell cases 10 containing the film-clad batteries 1.
- the cooling path 13A can be configured with one cell case 10 by providing a wall surface that closes the opening 13 and using this as the wall surface that constitutes the cooling path 13A.
- the wall surface that closes the opening 13 is formed integrally with the first and second frames 11, 12. It may be a separate body or a separate body. Further, the wall surface closing the opening 13 may be applied only to the cell case 10 positioned on both ends of the assembled battery 20 as shown in FIG.
- the first frame body 11 has a configuration in which the exhaust gas passage 11c that forms the cooling passage 13A that gradually expands in the flow direction of the cooling air is provided.
- the structure that constitutes a cooling path that gradually expands in the flow direction of the cooling air may also be provided on the second frame 12 side without being limited thereto.
- the film-clad battery 1 in which the gas discharge part 8 is formed in the approximate center of the long side of the heat-sealing part 7a is used. Therefore, the exhaust gas passage 11c is formed substantially at the center of the long side 11a in accordance with the position of the gas discharge part 8.
- the cooling passage 13A is configured using the exhaust gas passage side surface 11c of the exhaust gas passage 11c. For this reason,
- the cooling path 13A is configured such that the flow direction of the cooling air flows from one long side 11a toward the other long side 11a.
- the present invention is not limited to this. That is, the cell case 10 may have a cooling path configured to allow cooling air to flow from one short side l ib to the other short side l ib.
- the cross-sectional shape of the cooling path 13A is a force that becomes a substantially rectangular shape, but is not limited to this.
- Veg film that reduces the flow loss of cooling air
- the part that contacts the surface of the exterior battery 1 has a smooth R shape, and the first cooling path side wall 13c and the second cooling path side wall 13d are not flat. It may be an arc shape.
- the assembled battery 20 configured by stacking the cell cases 10 is more preferably used with the outlet 13b facing upward.
- the cooling path 13A takes into account the thermal expansion of the cooling air, and is configured to expand in the direction of the flow of the cooling air so as not to obstruct the flow of the expanded cooling air.
- a fluid when a fluid is heated, it has a property of decreasing in density and flowing upward as it becomes lighter. Therefore, if such fluid characteristics are also taken into consideration, it is more preferable to use the fluid with the outflow port 13b facing upward.
- the cross-sectional shape of the inflow port 13a may be that in which the curved surface portion 13a is formed in the inflow port 13a as shown in FIG. 7 in order to increase the efficiency of inflow of the cooling air into the inflow region B.
- the curved surface portion 13a can be any shape as long as the cooling air can easily flow into the inflow region B.
- it may be a simple one with R or a curved surface formed using an involute curve.
- FIG. 8 shows an external perspective view of the cell case of the present embodiment.
- the cell case 110 of the present embodiment includes a storage part 110a and a storage part 110b arranged in parallel.
- the film-covered battery la is stored in the storage section 110a, and the film-covered battery lb is stored in the storage section 110b.
- Two cooling passages 113A are formed on both sides of the exhaust gas passage 111c.
- the cooling path 113A is formed by connecting the storage portion 110a and the storage portion 110b, and the cooling air flows from the storage portion 11Oa side and is discharged from the storage portion 110b. That is, the cooling air is first discharged after cooling the film-clad battery la and subsequently cooling the film-clad battery lb.
- the cooling path 113A of the present embodiment also has a shape in which the flow path cross section expands from the inlet side toward the outlet.
- the cooling passage 113A of the present embodiment increases the opening area on the outlet side in accordance with the increase in the volume of the cooling air due to expansion, so that the cooling air that has become hot stagnates in the cooling passage 113A. It can be discharged well from the outlet without any problems.
- the present invention is not limited to this, and the present invention includes three or more batteries. It can also be applied to cases that are stored in parallel.
- FIG. 9 shows an external perspective view of the cell case of the present embodiment.
- the cell case 2 10 of the present embodiment also includes storage portions 210a arranged in parallel. And a storage portion 210b.
- a film exterior battery la is stored in the storage section 210a
- a film exterior battery lb is stored in the storage section 210b.
- the cell case 210 of the present embodiment is the same as the cell case 110 of the second embodiment in the configuration for housing the battery.
- the cell case 110 has two cooling passages 113A on both sides of the exhaust gas passage 111c
- the cell case 210 of the present embodiment has a configuration having only one cooling passage 213A. It has become.
- the cooling path 213A of the present embodiment also increases the opening area on the outlet side in accordance with the increase in the volume of the cooling air due to expansion, so that the cooling air that has become hot has stagnated in the cooling path 213A. It can be discharged well from the outlet without waiting.
- FIG. 10 shows an external perspective view of the cell case of this embodiment.
- the cell case 310 of the present embodiment also includes a storage unit 310a and a storage unit 310b arranged in parallel.
- the film exterior battery la is stored in the storage section 310a
- the film exterior battery lb is stored in the storage section 310b.
- a cooling air supply path 320 is formed in the exhaust gas passage 311c of the cell case 310 of the present embodiment.
- the cooling air supply path 320 is provided to supply cooling air to a substantially middle point in the flow direction of the cooling path 313A.
- the cooling air supply path 320 has a branch path 321 that is divided into two. Each branch passage 321 supplies the cooling air flowing into the cooling air supply passage 320 to each of the two cooling passages 313A formed on both sides of the exhaust gas passage 311c. The cooling air flowing into the cooling air supply path 320 is supplied from each branch path 321 to the intermediate point of the cooling path 313A. In the present embodiment, the intermediate point of the cooling path 313A is between the storage unit 310a and the storage unit 310b.
- the temperature of the cooling air flowing in the cooling path 313A rises as it is directed downstream. Therefore, the cooling air temperature for cooling the film-clad battery lb is higher than the cooling air for cooling the film-clad battery la. However, since the cooling air having a low temperature is supplied from the branch path 321 to the intermediate point of the cooling path 313A, the temperature of the cooling air for cooling the film-clad battery lb can be lowered. [0072] In the present embodiment, the cooling air is supplied to an intermediate point between the storage unit 310a and the storage unit 310b. The force is not limited to this. The supply of the cooling air from the branch path 321 may be upstream from the intermediate point, or may be downstream.
- the branch path 321 of the present embodiment is configured to supply the cooling air from one place to each cooling path 313A, but the present invention is not limited to this.
- the cooling air from the cooling air supply passage 320 may be supplied from two or more locations to one cooling passage 313A.
- the configuration of the present embodiment is also applicable to a cell case that houses one battery in addition to a cell case that houses a plurality of film-clad batteries.
- the graph of FIG. 11 shows the measurement results obtained by measuring the temperature of each part on the surface of the film external battery 1 when cooling air is introduced into the cell case 10 shown in the first embodiment.
- the "wind speed" on the horizontal axis of the graph of FIG. 11 is the wind speed of the cooling air at the outlet 13b, and the vertical axis is the surface temperature at each point of the film-coated battery 1 with respect to each wind speed.
- the cooling wind speed was changed to 3 m / s, 6 m / s, and 10 m / s, and the surface temperature at points A to F (see Fig. 3) of the film-coated battery 1 for each wind speed was changed. It was measured.
- the outside air temperature is 25 ° C, and the “cell” in the graph means the film outer battery 1.
- the opening area of the inlet port 13a is 76 mm 2
- the opening area of the outlet 13b is 117 mm 2.
- the inflow region B extends from the end surface of the inlet 13a to a length of 24 mm
- the enlarged region B extends from the end surface of the inlet 13a to 74 mm.
- Points A to F in Fig. 3 indicate measurement points at which the surface temperature of the film-clad battery 1 was measured.
- Points A to C measure the temperature in the cooling passage 13A
- points D to F measure the temperature in the exhaust gas passage 11c. Note that the end faces of both side walls of the exhaust gas passage 11c are in contact with the surface of the film outer battery 1, but are not filled with a sealant or the like. Therefore, the cooling air flowing through the cooling passage 13A flows into the exhaust gas passage 11c. While exhaust gas The path l ie is not directly exposed to the cooling air, and the flow rate of the cooling air is less than that in the cooling path 13A, so that it is difficult to cool the battery.
- Point A is a measurement point for measuring the temperature near the inlet 13a, and is located at the center of the inlet 13a.
- Point B is a measurement point for measuring the temperature at an intermediate point between the inlet 13a and the outlet 13b, which is on the center line L in FIG. 2 and includes the center line L and the cooling channel side wall 13c. Located at the midpoint.
- Point C is a measurement point for measuring the temperature in the vicinity of the outlet 13b, and is located in the vicinity of the outlet 13b and at the midpoint between the center line L and the cooling channel side wall 13c.
- Point D is located in the exhaust gas passage 11c and in the vicinity of the inlet 13a.
- Point E is located in the exhaust gas passage 1 lc and in the vicinity of the end portion of the enlarged region B.
- F point is in exhaust gas passage 11c
- the temperature distribution from the inlet 13a side to the outlet 13b in the cooling passage 13A is within 5 ° C.
- the temperature distribution as a whole was within the range of about 10 ° C including points D to F in the exhaust gas passage 11c.
- the surface temperature of the film-cased battery 1 was within a desired temperature range (35 to 45 ° C) by setting the wind speed to 10 m / s.
- the general configuration of the conventional cooling path has a wider channel cross section on the inlet side than on the outlet side. This is because the flow rate of the cooling air in the vicinity of the inflow port is suppressed by widening the inflow port side, and time is taken to remove heat from the film-covered cell by flowing on the surface of the film-covered cell at a low flow rate. Another reason is that the cooling air, which has become hot due to heat removal, is quickly exhausted to the outside by increasing the flow velocity by reducing the channel area near the outlet. Such a conventional cooling method seems to be suitable. However, this method has a possibility that the flow of the cooling air may be hindered since the flow passage area is reduced against the increase in volume of the cooling air due to thermal expansion.
- the cross section of the flow path expands as the volume of the cooling air increases due to thermal expansion.
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Abstract
本発明のセルケース（１０）は、フィルム外装電池（１）を冷却する冷却風が流れる冷却路（１３Ａ）を形成する第１の冷却路壁面（１３ｃ）、第２の冷却路壁面（１３ｄ）を有し、冷却路（１３Ａ）の流出口（１３ｂ）となった部分の開口面積が冷却路（１３Ａ）の流入口（１３ａ）となった部分の開口面積よりも大きい。
Description
明 細 書
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
技術分野
[0001] 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。 背景技術
[0002] 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、酸やアルカリに強ぐかつ軽量で柔軟な性質を有する。
[0003] 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 ぐ振動、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。し力しながら、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。
[0004] 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
。特開平 6— 1150号公報では、電池ケース内における各電池間の並列方向の隙間 サイズ力 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。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 特開平 6— 1150号公報では、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。し力しながら、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 力 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。
[0006] 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。
課題を解決するための手段
[0007] 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 面積よりも大きレ、ことを特徴とする。
[0008] 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レ、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ィ 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。
[0009] 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力 につれ大きくなる領域を有す るものであってもよレ、。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、冷却特性は良好なとなる。
[0010] 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 口から流出口に向力 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レ、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、冷却特性は良好なとなる。
[0011] 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ぐ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。
[0012] 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ぐ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。
[0013] 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。
[0014] 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 ること力 Sできるので、冷却効率を向上させることができる。
[0015] 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 力 S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ぐかつ冷却路の流路断面が流 入口から流出口に向力うにつれ大きくなる領域を有するものである。
[0016] 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。
[0017] 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レ、く冷却風の流れに併せて拡大させている。よつ 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 ること力 Sできる。
[0018] 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。
発明の効果
[0019] 本発明によれば、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。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]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。
[図 2]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
[図 3]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。
[図 4]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。
[図 5]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。
[図 6]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。
[図 7]流入口の断面形状の一例を示す模式的な断面図である。
[図 8]第 2の実施形態のセルケースの外観斜視図である。
[図 9]第 3の実施形態のセルケースの外観斜視図である。
[図 10]第 4の実施形態のセルケースの外観斜視図である。
[図 11]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。
発明を実施するための最良の形態
[0021] (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。
[0022] 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辺力 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 一トフイ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。
[0023] 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レ、。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。
[0024] 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ゃ電解コンデンサ
といった電気工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。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 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、場合によつ ては大量にガスが発生することもある。
[0028] 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 ことが構造上難しレ、。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 すこと力 Sfeる。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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 イルム外装電池 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。
[0032] 第 1の枠体 11は、対向する 2つの長辺 11aと、これら各長辺 1 laに略直交し、かつ 互いに対向して形成された 2つの短辺 l ib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。
[0033] 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 1 lcで繋がっている。
[0034] 図 2、 3を参照すると、排ガス通路 11cは、幅広部 11c側から幅狭部 11cに向かつ
3 5 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 11cと、
3 幅狭部 11cと、絞り部 11cと、を有する。幅広部 11cは流入口 13a (ガス排出部 8側
5 4 3
M則に位置する。幅狭部 l ieは、流出口 13b側に位置し幅広部 l ieに対して幅が狭
5 3
く形成されている。絞り部 11cは、幅広部 11cと幅狭部 11cとの間を滑らかに繋い
4 3 5
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 11cと主 面 11cの両端から立ち上げられて形成された排ガス通路側面 11cとを有する。後述
1 2 するように排ガス通路 1 lcは、短辺 1 lbおよびフィルム外装電池 1とともに冷却路 13 Aを構成する。排ガス通路側面 11cは冷却路 13Aの第 2の冷却路側壁 13dとして流
2
用される。排ガス通路側面 11c (第 2の冷却路側壁 13d)とフィルム外装電池 1の表
2
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。
[0035] 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 1 Idが形成されている。
[0036] 第 1の枠体 11の各短辺 l ib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 l ieがそれぞれ形成されている。
[0037] 各短辺 l ibの表面のうち、フィルム外装電池 1の各短辺 l ibと当接する側となる内 面に対して反対側の外面 l ibは、各長辺 1 1aに掛け渡された排ガス通路 11cと各短
1
辺 l ibとの間の部分の長辺 11 aの外面 1 1aよりも 1.0mm高レ、位置にある。
[0038] 外面 l ibは、外面 11aよりも 1.0mm高い位置にある。外面 l ibは、フィルム外装電 池 1の各短辺 l ibと当接する面の反対側の面である。外面 11aは各長辺 11aに掛け
1
渡された排ガス通路 11cと各短辺 l ibとの間の部分である。また、排ガス通路 11cの 主面 11cも長辺 11aの外面 11aよりも 1.0mm高い位置にある。換言すれば、短辺 11
1 1
bの外面 l ibおよび排ガス通路 11cの主面 11cと、長辺 11aの外面 11aとの間には 1.0mmの段差 1 lgが存在している。
[0039] 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 11 cは設けられていなレ、。また、第 2の枠体 12は 第 1の枠体 11の切欠 l ie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 l ie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。
[0040] 次に、排ガス通路 l lc、短辺 l ib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。
[0041] 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 l ib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 1 1cのガス通路側面 11c力もな
2 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。
[0042] 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。
[0043] 流入口 13aは、排ガス通路 1 lcの幅広部 1 lc側の段差 l lgと、隣接して積層され
3
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 11c側の段差 l lgと、
5 P 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 lmmで幅 wは 38mmであり、流
1
出口 13bは高さ lmmで wは 58. 5mmである。また、これら流入口 13aおよび流出
2
口 13bは排ガス通路 l ie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 1 3aの開口面積は lmm X 38mm X 2 = 76mm2であり、流出口 13bの開口面積は lm m58. 5mm X 2 = 117mmである。
[0044] 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 11 cの主面 11c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力 この主面 11c
1 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。
[0045] 再び図 3を参照すると、冷却路 13Aは、流入領域 Bと、拡大領域 Bと、流出領域 B
1 2 3 とに大きく分けられる。流入領域 Bは幅 w ( <w )の領域であり、流出領域 Bは幅 w
1 1 2 3 2 の領域である。拡大領域 Bは、流路幅が幅 wから幅 wへと拡大していくことで流路
2 1 2
断面が拡大していく領域である。換言すれば、拡大領域 Bは第 1の冷却路側壁 13c
2
と排ガス通路側面 11c (第 2の冷却路側壁 13d)との間の距離力 流入口 13aから流
2
出口 13bに向力、うにつれ大きくなる領域である。冷却路 13Aの流入領域 Bは排ガス
1 通路 11cの幅広部 11c に対応する。冷却路 13Aの拡大領域 Bは排ガス通路 11cの
絞り部 l ieに対応する。冷却路 13Aの流出領域 Bは排ガス通路 11cの幅狭部 11c
4 3 5 に対応する。
[0046] 冷却風の主流は以下のように冷却路 13A内を流れる。
[0047] 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 13 A内に流入した冷却風の主流は、流入領域 Bにてフィルム外装電池 1の表面から熱
1
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 Bへと流れ込む。冷却風の主流は、拡大領域 Bにて熱を奪うことでさらに膨張しな
2 2
がら、流入領域 Bよりも広い流出領域 Bへと流れ込む。さらに冷却風の主流は、流
1 3
出領域 B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
3
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。
[0048] 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 B であり、流入口 13a端面から 74mmまでが拡大領域 Bとなっている。また、排ガス通
2
路 l ieの排ガス通路側面 l ie (第 2の冷却路側壁 13d)は、流入領域 Bと拡大領域
2 1
Bとの境界部分、および拡大領域 Bと流出領域 Bとの境界部分が、冷却風の流れ
2 2 3
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 R3 0で形成されている。
[0049] 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。
[0050] 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 l lb、 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 11cを流用したものであ
2
るため、新たに冷却路を構成する必要がなぐ構造が簡単になるとともにコスト面でも
有利である。
[0051] なお、本実施形態においては排ガス通路側面 11cを第 2の冷却路側壁 13dとして
2
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 11c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
2
もよレ、。また、本実施形態においては短辺 l lb、 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 の佃 J壁としてもよレ、。
[0052] また、本実施形態では流入領域 Bと流出領域 Bとは流路幅がそれぞれ一定で、拡
1 3
大領域 B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
2
れに限定されるものはなレ、。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。
[0053] 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 力 Sこれに限定されるものでもなぐ流出口 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 Lに対して対称なる形状
1
のものを例示したが、これに限定されるものではなぐ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ぐ 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。
[0054] 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力 これに限定されるものではなぐ開口部 13の部分に壁面が設けられている構成であ つてもよレ、。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
つてもよいし、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。
[0055] 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ぐ第 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。
[0056] 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 11 a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 11cを利用して構成したものである。このため、
2
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。し力 ながら、本発明はこれに限定されるものではなレ、。すな わち、セルケース 10は、冷却風が一方の短辺 l ibから他方の短辺 l ibへと流れる構 成の冷却路を有するものであってもよい。
[0057] 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 る力 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ベぐフィルム 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も平面形状ではなぐ円弧形状としてもよい。
[0058] 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ベぐ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。
[0059] なお、流入口 13aの断面形状は、冷却風の流入領域 B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 13aが形成されたものであってもよレ、。こ
1
の曲面部 13aは、冷却風が流入領域 Bへと流れ込み易い形状であればどのような
ものであってもよぐ例えば、単に Rをつけたものでもよいし、インボリユート曲線を用 いて形成した曲面であってもよい。
[0060] 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
[0061] (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。
[0062] 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 1 10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 laが収納され、収納部 110b内にはフィルム外装電池 lbが収納 されている。
[0063] 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 113 A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 11 Oa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 laを冷却し、その後続いてフィルム外装電池 lb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。
[0064] 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 1 10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。
[0065] 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ぐ本願発明は 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。
[0066] (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 2 10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 laが収納され、収納 部 210b内にはフィルム外装電池 lb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。し力、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 21 3Aのみを有する構成となっている。
[0067] 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。
[0068] (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 laが収納され、収 納部 310b内にはフィルム外装電池 lbが収納されている。し力しながら、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。
[0069] 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。
[0070] 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。
[0071] 冷却路 313A内を流れる冷却風は下流に向力 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 lbを冷却する冷却風のほうがフィルム外装電 池 laを冷却する冷却風よりも高温となる。し力、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 lbを冷却す る冷却風の温度を下げることができる。
[0072] 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力 これに限定されるものではなレ、。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。
[0073] 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。
[0074] 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 でなぐ一つの電池を収納するセルケースにも適用可能である。
[0075] (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。
[0076] 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。
[0077] 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。
[0078] 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°C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。
[0079] 流入口 13aおよび流出口 13bの寸法、流入領域 Bおよび拡大領域 Bの距離は上
1 2
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 Bであり、流入口 13a端面から 74mmまでが拡大領域 Bである。
1 2
[0080] 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 11 c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レ、。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。し力、しながら、排ガス通
路 l ie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。
[0081] 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。
[0082] 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 L上であって、中心線 Lと冷却路側壁 13cとの中点に位置する。
2 1
[0083] 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 Lと冷却路側壁 13cとの中点に位置する。
[0084] 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 1 lc内であって拡大領域 Bの終端部分近傍に位置する。 F点は排ガス通路 11c内で
2
あって流出口 13b付近に位置する。
[0085] 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°C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°Cの範囲内となることが明らかとなった。
[0086] 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°C)とすることが確認できた。
[0087] 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。し力、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。
[0088] 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。
Claims
[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において、
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、前記冷却路の流出口となる部分の開口面積が前記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フィルム外装電気デバイス用ケース。
[2] 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 記流出口に向力うにつれ大きくなる領域を有する、請求項 1に記載のフィルム外装電 気デバイス用ケース。
[3] 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に記載のフィルム外装電気デバイス用ケース。
[4] 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、請求項 1に記載のフ イルム外装電気デバイス用ケース。
[5] 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、請求項 1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に記載のフィルム外装電気デバイス用ケース。
[7] 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 、請求項 1に記載のフィルム外装電気デバイス用ケース。
[8] 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、いずれか一方の前記枠体に、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を有するフィルム外装電気デバイス用ケース であって、
前記枠体の互いに対向する対向面に、前記フィルムの周縁の熱融着部にて熱融
着された前記熱融着部を挟持する内面が形成されており、前記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、前記枠体の前記 外面と前記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、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の流入口およ び流出口が形成され、
前記冷却路の前記壁面が、前記排ガス通路部の側壁、前記枠体、前記フィルム外 装電気デバイス用ケース内の前記フィルム外装電気デバイスの表面および前記他の フィルム外装電気デバイス用ケース内の前記他のフィルム外装電気デバイスの表面 とを含み、
前記流出口の開口面積が前記流入口の開口面積よりも大きぐかつ前記冷却路の 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フィ ルム外装電気デバイス用ケース。
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 8のいずれ力 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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