WO2013145611A1 - 蓄電デバイス及び蓄電デバイスの放熱方法 - Google Patents

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本郷　廣生
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日本電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power storage device and a heat dissipation method for the power storage device.
  • power storage units such as lithium ion secondary batteries have been used in various applications such as power supplies for electronic devices and electric vehicles, and power storage purposes.
  • a lithium ion secondary battery which is a kind of power storage unit, generates heat during charging or discharging.
  • a power storage element composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and the like deteriorates, resulting in a decrease in battery performance and a decrease in battery life.
  • the operating temperature range is also determined for other power storage units, and when the temperature of the power storage unit exceeds the upper limit value of the operating temperature range, the power storage performance deteriorates. Therefore, it is required to appropriately dissipate the electricity storage body.
  • a decrease in battery temperature may be a problem.
  • the outside air temperature may be below freezing in winter and cold regions.
  • Li is irreversibly deposited, and the capacity may be reduced.
  • Other power storage units also have an operating temperature range, and when the temperature of the power storage unit falls below the lower limit value of the operating temperature range, the power storage performance deteriorates. Therefore, it is required that the heat of the power storage unit not be taken away excessively.
  • an electricity storage device having a structure that can dissipate heat when the electricity storage body is high temperature and can insulate when the electricity storage temperature is low is desirable.
  • Patent Document 1 describes an example of a battery pack including a heat dissipation mechanism.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the battery pack described in Patent Document 1.
  • a battery pack 100 described in Patent Document 1 includes a secondary battery 110, a pack outer case 151 and a pack outer cover 152 that store the secondary battery 110, and a metal heat dissipator disposed in the pack outer case 151. 140.
  • the battery pack 100 faces the metal radiator 140, is fixedly disposed on the side surface of the secondary battery 110, and contacts the metal radiator 140 when the temperature exceeds a predetermined temperature due to thermal deformation at the time of temperature rise. 130.
  • the heat-sensitive deformable body 130 is a thin plate-like metal piece, and is fixed to the side surface of the secondary battery 110 at the center, and both ends of the heat-sensitive deformable body 130 are bent to form the pack outer case 151. It has a shape that jumps up in the direction where the is located.
  • the metal radiator 140 comes into contact with the metal radiator 140 due to thermal deformation, and the heat generated in the secondary battery 110 passes through the heat-sensitive deformable body 130 and passes through the metal radiator 140. Is quickly released to the outside.
  • Patent Document 1 described above has the following problems.
  • the power storage unit may expand in volume while being repeatedly charged and discharged.
  • expansion and contraction of the negative electrode mainly occurs during charge and discharge.
  • An object of the present invention is to provide an electricity storage device and a heat dissipation method for the electricity storage device that solve the above-described problems.
  • the power storage device includes a power storage unit, a heat transfer member that is in thermal contact with the power storage unit, a heat dissipator that is thermally separated from both the power storage unit and the heat transfer unit, and the heat dissipator.
  • a thermal deformation body that is arranged to contact at a predetermined temperature due to positive thermal expansion and to be separated at a temperature lower than that, and that is in thermal contact with the heat transfer body, the power storage body, the heat transfer body, and the heat sensitivity
  • a heat insulator that insulates the deformable body from the surroundings.
  • the heat dissipation method of the power storage device includes a power storage body, a heat transfer body that is in thermal contact with the power storage body, a heat dissipation body that is thermally separated from both the power storage body and the heat transfer body, A heat-sensitive deformation body that is in thermal contact with the heat transfer body; and a heat storage body that insulates the power storage body, the heat transfer body, and the heat-sensitive deformation body from the surroundings. It contacts at predetermined temperature by thermal expansion of this, and it separates at temperature lower than it, It is characterized by the above-mentioned.
  • a battery device and a heat dissipation method for an electricity storage device that solve the above-described problems are provided.
  • FIG. 2 is a perspective view and a cross-sectional view of an electricity storage device according to a first embodiment. It is sectional drawing which shows a deformation
  • a perspective view and a cross-sectional view of a case where a cylindrical electricity storage unit in which a winding type electricity storage element is sealed are used as the electricity storage unit.
  • the electrical storage device concerning a 1st embodiment it is a sectional view of an electrical storage device containing a fixed part.
  • the electrical storage device which concerns on 1st Embodiment it is a perspective view of the electrical storage device at the time of using the film containing a bubble as a heat-sensitive deformation body.
  • the electrical storage device which concerns on 1st Embodiment it is sectional drawing of the electrical storage device at the time of using the film containing a bubble as a heat-sensitive deformation body.
  • the electrical storage device which concerns on 1st Embodiment shows the installation position of a heat-sensitive deformation body.
  • It is the perspective view and sectional drawing of the electrical storage device which concerns on 2nd Embodiment. 2 is a cross-sectional view of a battery pack described in Patent Document 1.
  • the housing 50 covers the electricity storage body 10, the heat transfer body 20, and the heat-sensitive deformable body 30. Inside the housing 50, the electric storage body 10, the heat transfer body 20, and the heat-sensitive deformable body 30 shown in FIG. In the present embodiment, the radiator 40 is provided in the housing 50.
  • FIG. 1C is a cross-sectional view of FIG.
  • the power storage body 10 and the heat transfer body 20 are in contact with each other, and the heat transfer body 20 and the heat-sensitive deformable body 30 are in contact with each other.
  • the heat-sensitive deformable body 30 is fixed at a predetermined distance from the heat radiating body 40.
  • the power storage unit 10, the heat transfer body 20, and the heat-sensitive deformable body 30 are covered with a housing 50.
  • the heat transfer body 20 transfers the heat of the power storage body 10 to the heat-sensitive deformable body 30, and the heat-sensitive deformable body 30 is deformed as its temperature rises, and when the temperature reaches a predetermined temperature, the deformed heat-sensitive deformable body 30 dissipates heat. By contacting the body 40, the heat of the heat transfer body 20 is transferred to the heat dissipation body 40.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a deformation of the heat-sensitive deformable body 30 in the electricity storage device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the heat of the power storage body 10 is transmitted to the heat-sensitive deformable body 30 via the heat transfer body 20.
  • the power storage unit 10 generates heat due to charging / discharging
  • the temperature of the heat-sensitive deformable body 30 rises and deforms.
  • FIG. 2B shows an example of the deformation of the heat-sensitive deformable body 30.
  • the heat-sensitive deformable body 30 expands as the temperature of the power storage body 10 rises and reaches a predetermined temperature, the heat-sensitive deformable body 30 comes into contact with the heat radiating body 40.
  • the radiator 40 is in contact with outside air or the like, and if the temperature of the outside air or the like is lower than the temperature of the power storage unit 10, the heat of the power storage unit 10 is taken away by the outside air or the like through the heat-sensitive deformable body 30. The temperature will not be exceeded.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state where the power storage unit 10 has expanded in the first embodiment of the present invention.
  • the heat-sensitive deformable body 30 is fixed at a predetermined distance from the heat radiating body 40. Therefore, as shown in FIG. 3B, even if the power storage unit 10 expands, the distance between the heat-sensitive deformable body 30 and the heat radiating body 40 does not change.
  • the heat-sensitive deformable body 30 can be deformed according to the temperature of the electricity storage body 10, and the heat radiating body 40 at a predetermined temperature. Can be touched.
  • the power storage body 10 the heat transfer body 20, the heat-sensitive deformable body 30, and the outside air are insulated from each other by the housing 50 and serve as a heat insulator. Therefore, the heat of the heat radiating body 40 is not transmitted to the power storage body 10, and the heat of the outside air or the like is not transmitted to the power storage body 10, the heat transfer body 20, and the heat-sensitive deformable body 30. Can be prevented.
  • the power storage body 10 the heat transfer body 20, the heat-sensitive deformable body 30, and the outside air are insulated by the housing 50. Therefore, the heat of the power storage unit 10 is not taken away through the heat-sensitive deformable body 30, and the heat of the power storage unit 10, the heat transfer body 20 and the heat-sensitive deformable body 30 is not taken away by the outside air or the like. Temperature drop can be prevented.
  • various power storage units such as a secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a capacitor such as an electric double layer capacitor can be used.
  • a secondary battery such as a lithium ion secondary battery
  • a capacitor such as an electric double layer capacitor
  • a flat-shaped power storage unit 10 as shown in FIGS. 1 to 3 can be used.
  • a power storage element in which positive and negative electrodes are alternately stacked with separators sealed with iron or aluminum cans can be used. It can also be used.
  • FIG. 4 shows an example in which the cylindrical power storage unit 10 is used in the first embodiment.
  • FIG. 4A is a perspective view of the internal configuration of the housing 50, and FIG. b) represents a cross-sectional view.
  • the shape of the heat transfer body 20 is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 4A, a shape bent along the cylindrical power storage body 10 can be used.
  • the heat transfer body 20 can be any material as long as it can conduct heat.
  • a metal foil or the like can be used.
  • the heat transfer body 20 and the heat-sensitive deformable body 30 can be provided so that the heat transfer body 20 is in direct physical contact with the heat-sensitive deformable body 30.
  • the fixing portion 21 that is a part of the heat transfer body 20 is fixed by being separated via a spacer 60 that is difficult to transfer heat from the heat dissipation body 40 at a predetermined distance.
  • the part 21 may be provided with a heat-sensitive deformable body 30.
  • the heat-sensitive deformable body 30 only needs to be deformed as its own temperature increases.
  • a bimetal having its own thermal conductivity can be used, or a combination of a film containing bubbles and a heat transfer foil can be used.
  • a piezoelectric element piezo actuator may also be used. Below, the example which used the bubble film for the heat-sensitive deformation body 30 is shown.
  • FIG. 6 is a perspective view of the electricity storage device according to the first embodiment of the present invention when a film containing bubbles is used as a heat-sensitive deformable body.
  • the air bubble film 31 is composed of two polyethylene sheets, and one of the sheets is formed into a cylindrical protrusion.
  • the fixing portion 21 is a part of the heat transfer body 20 and is fixed at a predetermined distance from the heat radiating body 40.
  • the heat transfer foil 32 can be a copper foil having a thickness of 20 to 70 ⁇ m, is in contact with the fixing portion 21, and is fixed to the upper surface of the columnar protrusion of the bubble film 31.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the electricity storage device 1 when the bubble film 31 is used as the heat-sensitive deformable body in the electricity storage device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A shows a state in which the heat transfer foil 32 is not in contact with the radiator 40
  • FIG. 7B shows a state in which the bubble film 31 is expanded and the heat transfer foil 32 is in contact with the radiator 40.
  • the casing 50 is not shown.
  • the distance from the fixing portion 21 to the heat radiating body 40 is set according to the temperature (set temperature) at which the power storage body 10 is to be radiated. That is, the distance from the fixing portion 21 to the heat radiating body 40 can be based on the height of the columnar protrusion of the bubble film 31 at the set temperature.
  • the ease of heat transfer between the heat transfer foil 32 and the heat radiating body 40 does not necessarily change discontinuously at the set temperature. That is, since the strength of contact between the heat transfer foil 32 and the heat radiating body 40 continuously changes due to the pressure change in the bubble film 31, it can be considered that the ease of heat transfer also changes continuously. .
  • the heat transfer foil 32 and the heat radiating member 40 are in thermal contact with each other, and when the temperature is ⁇ 15 ° C. or lower, thermal separation is desired from the fixing portion 21 as follows.
  • the heat transfer foil 32 and the heat radiating body 40 are in thermal contact with each other, and when the temperature is 0 ° C. or lower, the distance from the fixing portion 21 to the heat radiating body 40 is 15
  • the height of the columnar protrusions of the bubble film 31 at 0 ° C. can be set.
  • the above distance setting from the fixing portion 21 to the heat radiating body 40 is based on the premise that the cylindrical protrusion of the bubble film 31 changes in volume only in the protrusion direction. Since it depends on the shape and material of the air bubble film 31 such as lateral contraction, the distance from the fixing portion 21 to the heat radiating body 40 is set as appropriate.
  • the heat-sensitive deformable body 30 can be provided at any location as long as it can contact the heat transfer body 20, but can preferably be provided in the surface direction of the electrode included in the power storage unit 10.
  • FIG. 8 shows the installation position of the heat-sensitive deformable body in the electricity storage device according to the first embodiment of the present invention.
  • the power storage unit 10 of the power storage device 1 shown in FIG. 8 includes a power storage element 14 in which positive electrodes 11 and negative electrodes 12 are alternately stacked via separators 13, and lithium ions including a laminate film 15 that seals the power storage element 14. It is a secondary battery.
  • the casing 50 is not shown.
  • the expansion of the power storage unit 10 occurs in the thickness direction with respect to the electrodes (the positive electrode 11 and the negative electrode 12). This is due to the expansion of the active material on the electrode. Expansion in the surface direction with respect to the electrode is suppressed because of the adhesiveness between the active material constituting the electrode and the current collector. On the other hand, the expansion in the thickness direction with respect to the electrode is suppressed by physical constraints in the thickness direction of the laminate film 15 covering the electrode, but the suppression is weak due to the flexibility of the laminate film 15. Therefore, expansion of power storage unit 10 occurs mainly in the thickness direction with respect to the electrode.
  • the heat-sensitive deformable body 30 can be provided in either the surface direction X or the thickness direction Y with respect to the electrode, but can preferably be provided in the surface direction X.
  • the power storage unit 10 expands in the thickness direction Y with respect to the electrode.
  • the heat-sensitive deformable body 30 becomes the heat dissipating body 40 as in the battery pack described in Patent Document 1. There is a possibility of being pressed.
  • the distance from the heat-sensitive deformable body 30 to the heat radiating body 40 is more reliably ensured regardless of whether the power storage body 10 expands in the thickness direction Y. Connection and separation of the power storage body and the heat radiating body can be performed.
  • the cylindrical power storage body wound in a spiral shape with the positive electrode and the negative electrode sandwiched between separators is also provided in the plane direction with respect to the electrode. This is because, even if the power storage body expands, the power storage body and the heat radiating body can be appropriately connected and separated.
  • the radiator 40 can be made of a metal with high heat dissipation, such as iron or aluminum.
  • the heat radiating body 40 is fixed to be separated from the heat-sensitive deformable body by a predetermined distance.
  • the fixing portion 21 may be provided via the spacer 60, and the heat-sensitive deformable body 30 may be provided on the fixing portion 21.
  • the spacer 60 By providing the spacer 60, the heat radiating body 40 is surely provided. Can be fixed apart from the heat-sensitive deformable body 30 by a predetermined distance.
  • the housing 50 is provided so as to cover the power storage unit 10, the heat transfer body 20, and the heat-sensitive deformable body 30.
  • the housing 50 is thermally insulated between the power storage body 10, the heat transfer body 20, the heat-sensitive deformable body 30, and the outside air in contact with the heat radiating body 40. Further, by further covering the power storage body 10, the heat transfer body 20, and the heat-sensitive deformable body 30 with a resin having a high thermal resistance, it is possible to reliably insulate from the outside air or the like.
  • the heat radiator 40 may be a part of the housing 50.
  • FIG. 9A is a perspective view in the case where the radiator 40 is a part of the housing 50 in the electricity storage device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a perspective view showing the power storage unit 10, the heat transfer body 20, and the heat-sensitive deformable body 30 included in the housing 50.
  • FIG. 9C is a cross-sectional view of FIG.
  • the housing 50 covers the electricity storage body 10, the heat transfer body 20, and the heat-sensitive deformable body 30. Inside the housing 50, the electric storage body 10, the heat transfer body 20, and the heat-sensitive deformable body 30 shown in FIG. Further, as shown in FIG. 9C, the heat radiating body 40 is a part of the housing 50.
  • the space between the power storage body 10, the heat transfer body 20, the heat-sensitive deformable body 30, and the outside air in contact with the heat radiating body 40 is insulated by the housing 50.
  • the heat transfer body 20, and the heat-sensitive deformable body 30 are insulated from the outside air or the like, they may be in contact with the housing 50.
  • the power storage body 10, the heat transfer body 20, and the heat-sensitive deformable body 30 themselves are not insulated from the outside air or the like, the power storage body 10, the heat transfer body 20, and the heat-sensitive deformable body 30 are provided separately from the housing 50,
  • the storage battery 10 and the outside air can be insulated.
  • the radiator 40 is a part of the housing 50, the number of parts can be reduced.
  • FIG. 10 With reference to FIG. 10, the electrical storage device 1 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except that a plurality of power storage units 10 are provided and the heat transfer units 20 are provided corresponding to the respective power storage units 10.
  • the numbers shown in FIG. 10 indicate the same configurations as the numbers shown in FIGS.
  • the casing 50 is not shown.
  • FIG. 10A is a perspective view of the electricity storage device 1 according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 10B is a cross-sectional view thereof.
  • the power storage device according to the second exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of power storage units 10 to form a battery pack 15, and corresponds to each of the plurality of power storage units 10.
  • the heat transfer body 20 is provided.
  • each power storage unit When a battery pack is configured with a plurality of power storage units as modules, each power storage unit generates heat during charging and discharging, and each power storage unit is affected by the heat generation of the power storage units on both sides.
  • the power storage unit at the end is not affected by the side that is not in contact with other power storage units, whereas the power storage unit at the center is affected by the heat generated by the power storage units on both sides.
  • the central portion of the assembled battery becomes higher in temperature than the end portion.
  • the temperature of the assembled battery becomes non-uniform, the progress of deterioration of each power storage unit is different and the balance is lost.
  • Continuing the operation of the battery pack in an unbalanced state means that the overall performance of the battery pack is governed by the battery that has deteriorated. It will not work.
  • the electricity storage device of the second embodiment of the present invention even if the electricity storage body 10 expands, the distance between the heat-sensitive deformable body 30 and the heat radiating body 40 does not change, and a plurality of electricity storage bodies 10 are connected to each other. Therefore, the temperature of the assembled battery 15 can be homogenized.

Abstract

［課題］蓄電体の膨張が生じても、蓄電体の温度変化を抑制することができる蓄電デバイスおよび蓄電体の放熱方法を提供することを目的とする。 ［解決手段］蓄電体と、前記蓄電体と熱的に接触する伝熱体と、前記蓄電体と前記伝熱体の双方と熱的に離隔する放熱体と、前記放熱体と正の熱膨張により所定の温度で接触し、それより小さい温度では離隔するように配置され、前記伝熱体と熱的に接触する感熱変形体と、前記蓄電体、前記伝熱体、前記感熱変形体を周囲から断熱する断熱体と、を備えていることを特徴とする蓄電デバイス。

Description

蓄電デバイス及び蓄電デバイスの放熱方法
　本発明は、蓄電デバイス及び蓄電デバイスの放熱方法に関する。
　近年、リチウムイオン二次電池をはじめとする蓄電体が、電子デバイスや電気自動車の電源、電力貯蔵目的など、様々な用途に用いられている。
　蓄電体の一種であるリチウムイオン二次電池は、充電又は放電の際に発熱することが知られている。リチウムイオン二次電池が発熱すると、正極や負極、セパレータなどからなる蓄電要素が劣化し、結果として、電池性能を低下し、電池寿命が短くなる原因となる。他の蓄電体においても動作温度範囲が定められており、蓄電体の温度が動作温度範囲の上限値を超えると、蓄電性能劣化につながる。したがって、蓄電体を適切に放熱することが求められる。
　一方で、電池温度の低下が問題となる場合もある。例えば、電力貯蔵を目的として蓄電体を屋外に定置する場合、冬場や寒冷地では外気温が氷点下になる場合がある。リチウムイオン二次電池の場合、温度が低下すると、Ｌｉが不可逆的に析出してしまい、容量が低下してしまう恐れがある。他の蓄電体においても、動作温度範囲があり、蓄電体の温度が動作温度範囲の下限値を下回ると、蓄電性能劣化につながる。したがって、蓄電体の熱が過度に奪われないようにすることが求められる。
　すなわち、蓄電体が高温時には放熱ができ、低温時には断熱できる構造を備えた蓄電デバイスが望ましい。
　特許文献１には、放熱機構を備える電池パックの一例が記載されている。図１１は、特許文献１に記載されている電池パックの断面図である。特許文献１に記載の電池パック１００は、二次電池１１０と、二次電池１１０を収納するパック外装体ケース１５１及びパック外装体カバー１５２と、パック外装体ケース１５１に配設される金属放熱体１４０を備える。また、電池パック１００は、金属放熱体１４０に対向し、二次電池１１０の側面に固定配置され、昇温時の熱変形により所定温度を越えたときに金属放熱体１４０と接触する感熱変形体１３０を備える。
　感熱変形体１３０は、例えば図１１（ａ）に示されるように、薄板状の金属片で、その中央部で二次電池１１０の側面に固定され、その両端が屈曲してパック外装体ケース１５１が位置する方向に跳ね上がった形状をとっている。電池温度が上昇した場合には、図１１（ｂ）で示されるように、熱変形により金属放熱体１４０に接触し、二次電池１１０で発生した熱が感熱変形体１３０を通じて、金属放熱体１４０から速やかに外部へ放出される。
特開２００２－１２４２２４公報
　しかしながら、上述した特許文献１においては、以下の問題点があった。蓄電体は、充放電を繰り返すうちに、体積が膨張することがある。例えば負極にリチウムと合金化する材料を用いたリチウムイオン二次電池は、充放電時に主に負極の膨張収縮が発生する。
　図１１（ｃ）で示されるように、特許文献１に記載の電池パックにおいて、二次電池１１０が厚み方向に膨張すると、感熱変形体１４０は二次電池１１０の側面に固定配置されているから、二次電池１１０と共に厚み方向に押し上げられる。この結果、感熱変形体１３０は、二次電池１１０の膨張によってパック外装体ケース１５１に配設された金属放熱体１３０に押し付けられてしまう。金属放熱体１４０に感熱変形体１３０が押し付けられると、感熱変形体１３０は常時金属放熱体１４０に接触することになり、金属放熱体１４０と二次電池１１０の断熱ができなくなる。
　本発明は、上記の課題を解決する蓄電デバイスおよび蓄電デバイスの放熱方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る蓄電デバイスは、蓄電体と、前記蓄電体と熱的に接触する伝熱体と、前記蓄電体と前記伝熱体の双方と熱的に離隔する放熱体と、前記放熱体と正の熱膨張により所定の温度で接触し、それより小さい温度では離隔するように配置され、前記伝熱体と熱的に接触する感熱変形体と、前記蓄電体、前記伝熱体、前記感熱変形体を周囲から断熱する断熱体と、を備えていることを特徴とする。
　また本発明に係る蓄電デバイスの放熱方法は、蓄電体と、前記蓄電体と熱的に接触する伝熱体と、前記蓄電体と前記伝熱体の双方と熱的に離隔する放熱体と、前記伝熱体と熱的に接触する感熱変形体と、前記蓄電体、前記伝熱体、前記感熱変形体を周囲から断熱する断熱体とを有し、前記感熱変形体が前記放熱体と正の熱膨張により所定の温度で接触し、それより小さい温度では離隔することを特徴とする。
　本発明によれば、上記の課題を解決する電池デバイスおよび蓄電デバイスの放熱方法が提供される。
第1の実施形態に係る蓄電デバイスの斜視図及び断面図である。 第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおける感熱変形体の変形を示す断面図である。 第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおける蓄電体の膨張を示す断面図である。 第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおいて、蓄電体として、巻回型の蓄電要素を封止した円筒状の蓄電体を用いた場合の斜視図及び断面図である。 第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおいて、固定部を含む蓄電デバイスの断面図である。 第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおいて、感熱変形体として気泡を含むフィルムを用いた場合の蓄電デバイスの斜視図である。 第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおいて、感熱変形体として気泡を含むフィルムを用いた場合の蓄電デバイスの断面図である。 第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおいて、感熱変形体の設置位置を示すものである。 第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおいて、放熱体が筐体の一部である場合の蓄電デバイスの斜視図及び断面図である。 第２の実施形態に係る蓄電デバイスの斜視図及び断面図である。 特許文献１に記載されている電池パックの断面図である。
　（第１の実施形態）
以下、図１から図９を参照し、本発明の第１実施形態に係る蓄電デバイスの形態について説明する。
　図１（ａ）に示されるように、本発明の第１の実施形態に係る蓄電デバイス１は、筐体５０が蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０を覆う。筐体５０の内部には、図１（ｂ）で示される蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０が配置される。本実施形態では、放熱体４０は、筐体５０に設けられている。図１（ｃ）は、図１（ａ）の断面図である。
　図１（ｃ）で示されるように、蓄電体１０と伝熱体２０は接しており、伝熱体２０と感熱変形体３０は接している。感熱変形体３０は、放熱体４０から所定の距離で離隔して固定されている。蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０は、筐体５０に覆われている。伝熱体２０は蓄電体１０の熱を感熱変形体３０に伝え、感熱変形体３０は、自身の温度が上昇するにしたがって変形し、所定の温度に達すると、変形した感熱変形体３０が放熱体４０と接することにより、伝熱体２０の熱を放熱体４０に伝える。
　図２は、本発明の第1の実施形態に係る蓄電デバイス１における、感熱変形体３０の変形を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、蓄電体１０の熱は、伝熱体２０を介して感熱変形体３０に伝わる。蓄電体１０が充放電に伴い発熱すると、感熱変形体３０の温度が上昇し、変形する。図２（ｂ）は、感熱変形体３０の変形の一例を示すものである。感熱変形体３０が蓄電体１０の温度上昇に伴って膨張し、所定の温度に達すると、放熱体４０と接する。放熱体４０は外気等と接しており、外気等の温度が蓄電体１０の温度よりも低ければ、感熱変形体３０を通じて蓄電体１０の熱が外気等に奪われることにより、蓄電体１０が所定の温度を上回らないようになる。
　ところで、蓄電体１０は、充放電を繰り返す中で、その体積が膨張することがある。図３は、本発明の第1の実施形態において、蓄電体１０が膨張した状態を示す断面図である。図３（ａ）に示されるように、感熱変形体３０は、放熱体４０から所定の距離で離隔して固定されている。したがって、図３（ｂ）で示されるように、蓄電体１０が膨張したとしても、感熱変形体３０と放熱体４０の距離が変化することは無い。本発明の第１の実施形態に係る蓄電デバイス１は、蓄電体１０が膨張したとしても、蓄電体１０の温度に応じて感熱変形体３０が変形することができ、所定の温度で放熱体４０と接することができる。
　例えば、外気等の影響により放熱体４０の温度が蓄電体１０の動作温度範囲の上限値を上回ったとしても、蓄電体１０の温度が動作温度範囲の上限値を下回っていれば、感熱変形体３０と放熱体４０が接することは無い。これは、蓄電体１０が膨張していても変わらない。また、蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０と、前記外気等の間は、筐体５０により断熱されており、断熱体の役割を果たす。したがって、放熱体４０の熱が蓄電体１０に伝わることはなく、また、外気等の熱が蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０に伝わることもないため、蓄電池１０の温度上昇を防ぐことができる。
　また、外気等の影響により放熱体４０の温度が蓄電体１０の動作温度範囲の下限値を下回ったとしても、蓄電体１０の温度が動作温度範囲の上限値を下回っていれば、感熱変形体３０と放熱体４０が接することは無い。これは、蓄電体１０が膨張していても変わらない。また、蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０と、前記外気等の間は、筐体５０により断熱されている。したがって、感熱変形体３０を通じて蓄電体１０の熱が奪われることは無く、また、外気等によって蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０の熱が奪われることも無く、蓄電体１０の温度低下を防ぐことができる。
　蓄電体１０には、リチウムイオン二次電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタなど、種々の蓄電体を用いることができる。例えばリチウムイオン二次電池の場合は、特に限定はされないが、図１乃至３で示すような扁平形状の蓄電体１０を用いることができる。扁平形状の蓄電体１０としては、セパレータを介して正極と負極を交互に積層した蓄電要素を、鉄やアルミ製の缶で封止したものを用いることができるし、ラミネートで封止したものを用いることもできる。
　正極とセパレータと負極を積層したものを渦巻き状に巻き、巻回型の蓄電要素を封止した、円筒状の蓄電体を用いることもできる。図４は、第1の実施形態において、円筒状の蓄電体１０を用いた場合の例を示したものであり、図４（ａ）は筐体５０の内部の構成の斜視図、図４（ｂ）は断面図を表したものである。伝熱体２０の形状は、特に限定はされないが、例えば図４（ａ）に示すように、円筒状の蓄電体１０に沿うように曲がった形状のものを用いることもできる。
　伝熱体２０は、熱を伝えることができればいずれの材料でも用いることができ、例えば金属製のフォイルなどを用いることができる。伝熱体２０と感熱変形体３０は、図１乃至４に記載のように、伝熱体２０が、感熱変形体３０と物理的に直接接するように設けることができる。また、図５に記載のように、伝熱体２０の一部である固定部２１が、放熱体４０から所定の距離で熱を伝えにくいスペーサー６０を介して離隔して固定されており、固定部２１には、感熱変形体３０を設けても良い。
　感熱変形体３０は、自身の温度が上昇するにしたがって変形するものであれば良い。たとえば、自身が熱伝導性を有するバイメタルを用いることもできるし、気泡を含むフィルムと伝熱フォイルを組み合わせたものを用いることができる。また、圧電素子(ピエゾアクチュエータ)を用いてもよい。以下に、気泡フィルムを感熱変形体３０に用いた例を示す。
　図６は、本発明の第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおいて、感熱変形体として気泡を含むフィルムを用いた場合の斜視図である。この図では、蓄電体１０、放熱体４０、筐体５０の図示を省略している。気泡フィルム３１は、２枚のポリエチレンシートから構成され、片方のシートが円柱状突起になるように成形されている。固定部２１は、伝熱体２０の一部であって、放熱体４０から所定の距離で離隔して固定されている。伝熱フォイル３２は、厚さ２０－７０μｍの銅箔を用いることができ、固定部２１と接し、気泡フィルム３１の円柱状突起の上面に固定されている。
　図７は、本発明の第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおいて、感熱変形体として気泡フィルム３１を用いた場合の蓄電デバイス１の断面図である。図７（ａ）は伝熱フォイル３２が放熱体４０と接触していない状態、図７（ｂ）は、気泡フィルム３１が膨張し、伝熱フォイル３２が放熱体４０と接している状態を示す。なお、筐体５０は図示を省略している。
　固定部２１から放熱体４０までの距離は、蓄電体１０の放熱を行いたい温度（設定温度）に応じて設定する。すなわち、固定部２１から放熱体４０までの距離は、設定温度における気泡フィルム３１の円柱状突起の高さを基にすることができる。ここで、伝熱フォイル３２と放熱体４０との間における熱の伝わりやすさは、必ずしも設定温度を境に不連続に変化しないことを考慮することもできる。すなわち、気泡フィルム３１内の圧力変化によって、伝熱フォイル３２と放熱体４０との接触の強さが連続的に変化するため、熱の伝わりやすさも連続的に変化することを考慮することができる。
　例えば、蓄電体１０の温度が６０℃以上では伝熱フォイル３２と放熱体４０が熱的に接し、－１５℃以下では熱的に分離させたい場合、以下のように固定部２１から放熱体４０までの距離を設定する。すなわち、中間の温度である２２．５℃における気泡フィルム３１の円柱状突起の高さを、固定部２１から放熱体４０までの距離とすることができる。このように固定部２１から放熱体４０までの距離を設定する場合、２２．５℃では、伝熱フォイル３２と放熱体４０との接触面には圧力がほとんど加わっていない状況であり、接触面における熱の伝わりやすさも低いため、蓄電体１０の放熱効果は弱い。温度が２２．５℃以上に上昇すると、接触面の圧力が増加し、接触面における熱の伝わりやすさも増加し、蓄電体１０の放熱効果は増強される。温度が上昇した場合の接触面での圧力変化は理想気体の状態方程式からおおよそ見積もることができる。理想気体の状態方程式は
ＰＶ＝ｎＲＴ
（Ｐは圧力、Ｖは体積、nは気体のモル数、Ｒは気体定数、Ｔは気体の温度(ケルビン)）である。理想気体の方程式から、気泡フィルム３１の体積が変化しないと仮定すると、６０℃では（２７３＋６０）／（２７３＋２２．５）≒１．１３倍の圧力が接触面に加わり、蓄電体１０の放熱効果は増強される。一方、－１５℃では、接触面に加わる圧力は、（２７３－１５）／（２７３＋２２．５）≒０．８７倍となるため、伝導フォイル３２と放熱体４０とが熱的に分離される。
　また、例えば、蓄電体１０の温度が３０℃以上では伝熱フォイル３２と放熱体４０が熱的に接し、０℃以下では分離させたい場合、固定部２１から放熱体４０までの距離は、１５℃における気泡フィルム３１の円柱状突起の高さにすることができる。
　以上の固定部２１から放熱体４０までの距離設定は、気泡フィルム３１の円柱状突起が、突起方向にのみ体積変化することを前提としている。横方向の収縮など、気泡フィルム３１の形状・材質に依存するため、適宜修正して固定部２１から放熱体４０までの距離を設定する。
　感熱変形体３０は、伝熱体２０と接することができればいずれの場所に設けることも可能であるが、好ましくは、蓄電体１０に含まれる電極の面方向に設けることができる。
　図８は、本発明の第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおける、感熱変形体の設置位置を示すものである。図８に示す蓄電デバイス１の蓄電体１０は、正極１１と負極１２が、セパレータ１３を介して交互に積層されてなる蓄電要素１４と、蓄電要素１４を封止するラミネートフィルム１５からなるリチウムイオン二次電池である。なお、筐体５０は図示を省略している。
　蓄電体１０の膨張は、電極（正極１１及び負極１２）に対して厚み方向に生じる。これは、電極上の活物質の膨張に起因する。電極に対して面方向への膨張は、電極を構成する活物質と集電体間の結着剤により密着性があるために、抑制される。一方、電極に対して厚み方向への膨張は、電極を覆っているラミネートフィルム１５の厚み方向の物理的な束縛により抑制されているが、ラミネートフィルム１５の柔軟性により、抑制は弱い。そのため蓄電体１０の膨張は主として電極に対して厚み方向に生じる。
　図８中の矢印ＸよびＹは、電極に対する位置関係を示すものであり、電極に対して面方向を矢印Ｘ、厚み方向を矢印Ｙで表す。感熱変形体３０は、電極に対して面方向Ｘ、厚み方向Ｙのいずれにも設置できるが、好ましくは面方向Ｘに設けることができる。
　上述の通り、蓄電体１０は電極に対して厚み方向Ｙに膨張する。たとえば放熱体４０として蓄電デバイス１を覆う筐体５０を用いる場合に、厚み方向Ｙに感熱変形体を設置すると、特許文献１に記載の電池パックと同様に、感熱変形体３０が、放熱体４０に押し付けられてしまう可能性がある。面方向Ｘに感熱変形体３０を設けることにより、蓄電体１０が厚み方向Ｙに膨張するのと関係なく、感熱変形体３０から放熱体４０までの距離がより確実に確保されるため、適切に蓄電体と放熱体の接続分離を行うことができる。
　なお、正極・負極をセパレータで挟んで、渦巻き状に巻いた前記円筒状の蓄電体においても、電極に対して面方向に設けることが好ましい。蓄電体の膨張が発生したとしても、適切に蓄電体と放熱体の接続分離を行うことができるからである。
　放熱体４０は、放熱性の高い金属、たとえば鉄・アルミニウムなどを用いることができる。放熱体４０は、感熱変形体と所定の距離で離隔して固定されている。例えば、図５に示されるように、スペーサー６０を介して、固定部２１を設け、固定部２１に感熱変形体３０を設ける構造としても良い。スペーサー６０を設けることにより、確実に放熱体４０
を感熱変形体３０と所定の距離で離隔して固定することができる。
　筐体５０は、蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０を覆うように設けられている。蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０と、放熱体４０が接している外気等の間は、筐体５０により断熱されている。また、蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０を、熱抵抗の高い樹脂でさらに覆うことにより、確実に外気等と断熱することもできる。
　放熱体４０は、筐体５０の一部であっても良い。図９（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る蓄電デバイスにおいて、放熱体４０が、筐体５０の一部である場合の斜視図である。図９（ｂ）は筐体５０の内部に含まれる蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０を示す斜視図である。図９（ｃ）は、図９（ａ）の断面図である。
　図９（ａ）に示されるように、本発明の第２の実施形態に係る蓄電デバイス１は、筐体５０が蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０を覆う。筐体５０の内部には、図９（ｂ）で示される蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０が配置される。さらに、図９（ｃ）に示されるように、放熱体４０は、筐体５０の一部となっている。
　蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０と、放熱体４０が接している外気等の間は、筐体５０により断熱されている。蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０自体が外気等と断熱されている場合は、筐体５０と接していても良い。蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０自体が外気等と断熱されていない場合は、蓄電体１０、伝熱体２０及び感熱変形体３０を、筐体５０と離して設けることにより、蓄電池１０と外気等を断熱することができる。
　このような構成を有することにより、放熱体４０が筐体５０の一部であるので、部品点数を少なくすることができる。
　（第２の実施形態）
図１０を参照し、本発明の第２の実施形態に係る蓄電デバイス１を説明する。第２の実施形態は、蓄電体１０が複数設けられ、蓄電体１０それぞれに対応して伝熱体２０が設けられている点以外において、第１の実施形態と同様である。図１０に記載の番号は図１から図９に記載された番号と同じ構成を示す。なお、筐体５０は図示を省略している。
　図１０（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る蓄電デバイス１の斜視図であり、図１０（ｂ）は、その断面図である。本発明の第２の実施形態に係る蓄電デバイスは、図１０に図示されるように、複数の蓄電体１０が設けられて組電池１５を構成しており、前記複数の蓄電体１０それぞれに対応して伝熱体２０が設けられている。
　複数の蓄電体をモジュール単位として組電池を構成する場合、各蓄電体が充放電時に発熱し、各蓄電体は挟まれた両側の蓄電体の発熱の影響を受ける。端部の蓄電体は他の蓄電体と接しない側の影響がないのに対して、中央部の蓄電体は両側の蓄電体の発熱の影響を受ける。こうして組電池中央部は端部と比較して高温になる。組電池の温度が不均一になると、各蓄電体の劣化進行が異なり、バランスが崩れる。アンバランスのまま組電池の運転を継続することは、劣化が進んだ蓄電体によって組電池全体の性能が支配されることになり、劣化していない蓄電体があるにもかかわらず、組電池として機能しなくなってしまう。
　本発明の第２の実施形態の蓄電デバイスによれば、蓄電体１０が膨張したとしても、感熱変形体３０と放熱体４０の距離が変化しないだけでなく、複数の蓄電体１０が相互に接続されるため、組電池１５の温度を均質化することができる。
　本発明の蓄電デバイスおよび蓄電体の放熱方法は、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることはない。本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、上記実施形態に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。本発明のさらなる課題、目的及び展開形態は、請求の範囲を含む本発明の全開示事項からも明らかにされる。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０１２年３月３０日に出願された日本出願特願２０１２－０７９４１７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１　　　蓄電デバイス
　１０　　蓄電体
　１１　　正極
　１２　　負極
　１３　　セパレータ
　１４　　蓄電要素
　１５　　組電池
　２０　　伝熱体
　２１　　固定部
　３０　　感熱変形体
　３１　　気泡フィルム
　３２　　伝熱フォイル
　４０　　放熱体
　５０　　筐体
　６０　　スペーサー
　１００　電池パック
　１１０　二次電池
　１３０　感熱変形体
　１４０　金属放熱体
　１５１　パック外装体ケース
　１５２　パック外装体カバー

Claims (10)

  1. 蓄電体と、
    前記蓄電体と熱的に接触する伝熱体と、
    前記蓄電体と前記伝熱体の双方と熱的に離隔する放熱体と、
    前記放熱体と正の熱膨張により所定の温度で接触し、それより小さい温度では離隔するように配置され、前記伝熱体と熱的に接触する感熱変形体と、
    前記蓄電体、前記伝熱体、前記感熱変形体を周囲から断熱する断熱体と、
    を備えていることを特徴とする蓄電デバイス。
  2. 前記放熱体と前記感熱変形体の間に設けられたスペーサーを介して、前記放熱体と前記感熱変形体の間が所定の距離で離隔して固定されていることを特徴とする、
    請求項１に記載の蓄電デバイス。
  3. 前記蓄電体は少なくとも電極を含み、
    前記感熱変形体は前記電極の面方向に設けられていることを特徴とする、
    請求項１又は２に記載の蓄電デバイス。
  4. 前記伝熱体の一部は、前記放熱体から所定の距離で離隔して固定されていている固定部であり、前記感熱変形体は、前記固定部に設けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電デバイス。
  5. 前記蓄電体は複数あり、
    それぞれの前記蓄電体に対応して前記伝熱体が設けられていることを特徴とする、
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蓄電デバイス。
  6. 前記感熱変形体は、気泡を含むフィルムであることを特徴とする、
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蓄電デバイス。
  7. 前記蓄電体は、蓄電要素がラミネートで封止された、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする、
    請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蓄電デバイス。
  8. 前記断熱体は筐体であり、
    前記放熱体は、前記筐体の一部であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蓄電デバイス。
  9. 前記蓄電体、伝熱体及び感熱変形体は、前記筐体と離れていることを特徴とする、請求項８に記載の、蓄電デバイス。
  10. 蓄電体と、
    前記蓄電体と熱的に接触する伝熱体と、
    前記蓄電体と前記伝熱体の双方と熱的に離隔する放熱体と、
    前記伝熱体と熱的に接触する感熱変形体と、
    前記蓄電体、前記伝熱体、前記感熱変形体を周囲から断熱する断熱体とを有し、
    前記感熱変形体が前記放熱体と正の熱膨張により所定の温度で接触し、それより小さい温度では離隔する、蓄電デバイスの放熱方法。
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