特開 2022-179856 二次電池の冷却構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022179856

(43)【公開日】2022-12-06

(54)【発明の名称】二次電池の冷却構造

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6557 20140101AFI20221129BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20221129BHJP

   H01M 10/651 20140101ALI20221129BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20221129BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALI20221129BHJP

   H01M 10/6563 20140101ALI20221129BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6557

H01M10/613

H01M10/651

H01M10/625

H01M10/6568

H01M10/6563

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021086633

(22)【出願日】2021-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100194087

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 伸一

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 敦

【テーマコード（参考）】

5H031

【Ｆターム（参考）】

5H031AA09

5H031HH08

5H031KK08

(57)【要約】

【課題】本発明は、樹脂層を介して空間内に発生したガスを、流体の流れに伴って外装体の外部へ押し出すことを可能とし、二次電池を素早く冷却することができる二次電池の冷却構造を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の二次電池の冷却構造は、流体を循環させる循環回路１０と、前記循環回路１０に連通する接続口７を有する外装体３と、前記外装体３に収容され、樹脂フィルムで密封して形成された平板状の電極積層体４と、備え、前記外装体３と、前記電極積層体４とは離間して設けられ、前記外装体３と、前記電極積層体４との間には、前記流体が流通する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体を循環させる循環回路と、
前記循環回路に連通する接続口を有する外装体と、
前記外装体に収容され、樹脂フィルムで密封して形成された平板状の電極積層体と、
備え、
前記外装体と、前記電極積層体とは離間して設けられ、
前記外装体と、前記電極積層体との間には、前記流体が流通することを特徴とする二次電池の冷却構造。

【請求項2】

前記接続口は、第１接続口と、第２接続口と、を有し、
前記外装体は、平面視において、一対の第１外装体辺と、前記第１外装体辺に直交する一対の第２外装体辺とで形成される略四角形形状を有し、
前記第１接続口および前記第２接続口は、前記第１外装体辺上に設けられ、
前記電極積層体は、平面視において、前記一対の第１外装体辺と向かい合う第１電極積層体辺と、前記一対の第２外装体辺と向かい合う第２電極積層体辺とで形成され、前記外装体よりも小さい略四角形形状を有し、
前記第１外装体辺と、前記第１電極積層体辺との間には、第１冷却流路が設けられ、
前記第２外装体辺と、前記第２電極積層体辺との間には、第２冷却流路が設けられ、
前記第１冷却流路の断面積は、前記第２冷却流路の断面積よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の二次電池の冷却構造。

【請求項3】

前記第１接続口と前記第２接続口とは、それぞれ前記第１冷却流路と前記第２冷却流路が交差する領域に設けられることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池の冷却構造。

【請求項4】

前記第１接続口および前記第２接続口は、前記第１冷却流路と重なる位置に設けられる、ことを特徴とする請求項２に記載の二次電池の冷却構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次電池の冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電気を動力源とする電気自動車や、エンジンとモータを組み合わせて走行するハイブリッドカーが注目を集めており、これらに搭載する電池モジュールが種々提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１は、２層以上の樹脂フィルム層を積層した構造を有するラミネートフィルムからなる電池素子外装材を備える電池モジュール（二次電池）を開示している。
特許文献１に記載の電池モジュールは、ガス透過性を有する樹脂層を収納する外装体を有し、樹脂層を介して空間内に発生したガスは、安全弁機構を介して外部に排出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－２７３１４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の電池モジュールの冷却構造では、外装体内の隅部や外装体内の内壁と樹脂層との間にガスが滞留してしまうことがあり、ガスの除去が十分でない場合がある。そして、ガスの除去が十分でないと、冷媒等の流体の流れに支障が生じ、電池モジュールの冷却に時間が掛かることがある。

【0006】

そこで本発明は、二次電池の内部に発生したガスを十分に除去しつつ、二次電池を素早く冷却することができる二次電池の冷却構造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】

［１］本発明の一態様に係る二次電池の冷却構造は、流体を循環させる循環回路と、前記循環回路に連通する接続口を有する外装体と、前記外装体に収容され、樹脂フィルムで密封して形成された平板状の電極積層体と、備え、前記外装体と、前記電極積層体とは離間して設けられ、前記外装体と、前記電極積層体との間には、前記流体が流通することを特徴とする。

【0008】

［２］上記［１］の二次電池の冷却構造では、前記接続口は、第１接続口と、第２接続口と、を有し、前記外装体は、平面視において、一対の第１外装体辺と、前記第１外装体辺に直交する一対の第２外装体辺とで形成される略四角形形状を有し、前記第１接続口および前記第２接続口は、前記第１外装体辺上に設けられ、前記電極積層体は、平面視において、前記一対の第１外装体辺と向かい合う第１電極積層体辺と、前記一対の第２外装体辺と向かい合う第２電極積層体辺とで形成され、前記外装体よりも小さい略四角形形状を有し、前記第１外装体辺と、前記第１電極積層体辺との間には、第１冷却流路が設けられ、前記第２外装体辺と、前記第２電極積層体辺との間には、第２冷却流路が設けられ、前記第１冷却流路の断面積は、前記第２冷却流路の断面積よりも小さくてもよい。

【0009】

［３］上記［２］の二次電池の冷却構造では、前記第１接続口と前記第２接続口とは、それぞれ前記第１冷却流路と前記第２冷却流路が交差する領域に設けられてもよい。

【0010】

［４］上記［２］の二次電池の冷却構造では、前記第１接続口および前記第２接続口は、前記第１冷却流路と重なる位置に設けられてもよい。

【発明の効果】

【0011】

上記［１］の態様によれば、外装体と、電極積層体との間には、流体が流通する。そのため、二次電池の内部に発生したガスを十分に除去しつつ、二次電池を素早く冷却することができる二次電池の冷却構造を提供することができる。

【0012】

上記［２］の態様では、第１冷却流路の断面積は、第２冷却流路の断面積よりも小さい。そのため、第１冷却流路を流れる流体の流速を高めると共に、第２冷却流路を流れる流体の流速を抑えることで、流体の流量分配を均等化させつつ、流体中に発生するガスの排出性を高めることができる。

【0013】

上記［３］の態様では、第１接続口と第２接続口とは、それぞれ第１冷却流路および第２冷却流路が交差する領域に設けられている。そのため、第１冷却流路を流れる流体の流速を利用して、第１冷却流路および第２冷却流路が交差する領域に滞留するガスをより効率的に除去することが可能となる。

【0014】

上記［４］の態様では、第１接続口および第２接続口は、第１冷却流路５１と重なる位置に設けられる。そのため、第１冷却流路を流れる流体の流速をより早めることができる。よって、第１冷却流路を流れる流体の流速を利用して、第１冷却流路および第２冷却流路が交差する領域に滞留するガスをより効率的に除去することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係る二次電池の冷却構造を概略的に示すフロー図である。

【図2】本発明の実施形態に係る二次電池の冷却構造が備える二次電池を概略的に示す平面図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。

【図4】図２のＩＶ－ＩＶ断面図である。

【図5】図２のＶ－Ｖ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴を分かりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の形状、寸法比率等は図示するものに限らないものとする。

【0017】

［第１実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る二次電池１の冷却構造１００を概略的に示すフロー図である。
図１に示すように、二次電池１の冷却構造１００は、流体を循環させる循環回路１０と、複数の二次電池１を備える蓄電モジュールパック２０と、を有する。

【0018】

循環回路１０および蓄電モジュールパック２０には、冷却溶媒（冷媒）である流体が循環している。流体として、気体や液体を用いることができる。例えば、流体は、フッ素系不活性液体等の絶縁性の液体である。流体は、絶縁性の液体であるため、後述する内部バスパー１４を直接冷却することができ、冷却性能を高めることが可能となる。

【0019】

循環回路１０は、液体分離タンクＳＴと、ラジエータＲＡＤと、サーモバルブＳＶと、ポンプＰと、ヒーターＨと、を備える。本実施形態では、循環回路１０は、ヒーターＨを備えるが、ヒーターＨを備えなくてもよい。
以下の説明では、循環回路１０に流体を流通させたときに、蓄電モジュールパック２０を基準として、液体が蓄電モジュールパック２０から流出する方向を「上流側」とし、流体が蓄電モジュールパック２０に流入する方向を「下流側」として説明する。

【0020】

気液分離タンクＳＴは、蓄電モジュールパック２０から流入した流体の気体と液体とを分離する。気液分離タンクＳＴの下流側は、気液分離タンクＳＴで分離された液体が、流体として循環している。
気液分離タンクＳＴの上流側は、蓄電モジュールパック２０に接続されている。気液分離タンクＳＴの下流側は、ラジエータＲＡＤの上流側およびサーモバルブＳＶの上流側に接続されている。

【0021】

ラジエータＲＡＤは、流体と外気との熱交換を行う。ラジエータＲＡＤの下流側は、サーモバルブＳＶの上流側に接続されている。
サーモバルブＳＶは、流体の温度によって切り替わる三方弁である。サーモバルブＳＶの下流側は、ポンプＰの上流側に接続されている。
ポンプＰは、蓄電モジュールパック２０の要求出力に応じて、蓄電モジュールパック２０を介して、流体を循環回路１０に供給する。ポンプＰの下流側は、ヒーターＨの上流側に接続されている。

【0022】

ヒーターＨは、流体の温度を調節する機能を有する。ヒーターＨの下流側は、蓄電モジュールパック２０に接続されている。ヒーターＨが設けられていない場合は、ポンプＰの下流側が、蓄電モジュールパック２０に接続されている。

【0023】

図２は、本発明の実施形態に係る二次電池１の冷却構造１００が備える二次電池１を概略的に示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。図４は、図２のＩＶ－ＩＶ断面図である。図５は、図２のＶ－Ｖ断面図である。

【0024】

二次電池１は、平面視において、長方形状の板状部材である。二次電池１は、例えば、パウチ型リチウムイオン二次電池である。
図２から図５中、Ｄ１方向は、平面視における二次電池１の長手方向を示す。Ｄ２方向は、平面視における二次電池１の幅方向を示す。Ｄ３方向は、平面視における二次電池１の奥行き方向である。
図２から図５に示すように、二次電池１は、外装体３と、外装体３に収容された平板状の電極積層体４と、外部端子１１と、を備える。

【0025】

外装体３は、二次電池１の外壁を形成する。外装体３は、側壁３５（図３から図５参照）と、一対の第１外装体辺３１と、一対の第２外装体辺３２と、で形成される略四角形形状を有する。外装体３は、循環回路１０に連通する接続口７を有する。

【0026】

側壁３５は、平面視において、長方形の板状部材である。側壁３５は、平面視において、Ｄ１方向に長手方向を有する。
第１外装体辺３１は、平面視において（Ｄ３方向から見て）、側壁３５から起立する。第１外装体辺３１は、二次電池１の長手方向であるＤ１方向に沿っている。
第２外装体辺３２は、第１外装体辺３１と同じ方向に側壁３５から起立し、第１外装体辺３１に直交する。
第１外装体辺３１と第２外装体辺３２とで形成される外装体３の四隅は、Ｒ面取りされている。
外装体３は、Ｄ３方向における側壁３５とは反対側から、蓋体３６（図３から図５参照）により封がされ、外装体３の内部に充填された流体が漏れない構成になっている。図２では、説明の都合上、蓋体３６を省略している。

【0027】

電極積層体４は、平面視において、一対の第１外装体辺３１と向かい合う第１電極積層体辺４３と、一対の第２外装体辺３２と向かい合う第２電極積層体辺４４とで形成され、外装体３よりも小さい略四角形形状を有している。電極積層体４は、平面視において、長方形状の板状部材である。

【0028】

電極積層体４は、電極体４１を樹脂フィルム４２で密封して形成されている。
電極体４１は、正極、負極、正極と負極間に配置される電解質層で構成されている。電極体４１の中心は、平面視において、樹脂フィルム４２の中心に位置する。

【0029】

樹脂フィルム４２は、Ｄ３方向の内側に向けて電極体４１を挟み込んでいる。樹脂フィルム４２は、ガス透過性を有する（金属を含まない）絶縁性樹脂で形成されている。以下の説明では、樹脂フィルム４２のうち、電極体４１を挟み込んでいる部分を樹脂フィルム本体部４２Ａといい、Ｄ１方向から見て樹脂フィルム本体部４２Ａを囲む部分を樹脂フィルム周縁部４２Ｂという。

【0030】

樹脂フィルム本体部４２Ａは、図３および図４に示すように、側壁３５と、蓋体３６との間に隙間無く設けられている。樹脂フィルム本体部４２Ａの外側面は、Ｄ１方向に沿う第１電極積層体辺４３と、Ｄ２方向に沿う第２電極積層体辺４４とを形成している。
樹脂フィルム周縁部４２Ｂは、電極体４１を挟み込むことなく、Ｄ３方向で重なっている。樹脂フィルム周縁部４２ＢのＤ３方向の厚さは、樹脂フィルム本体部４２ＡのＤ３方向の厚さよりも薄くなっている。図３から図５に示すように、外装体３と、電極積層体４とは、樹脂フィルム周縁部４２Ｂに対応する位置において、離間して設けられている。樹脂フィルム周縁部４２Ｂと、側壁３５および蓋体３６と、の間に設けられた空間には、流体が充填されている。

【0031】

第１外装体辺３１と、第１電極積層体辺４３との間には、第１冷却流路５１が設けられている。具体的に、第１冷却流路５１は、第１外装体辺３１と、第１電極積層体辺４３と、側壁３５と、蓋体３６と、により囲まれた部分である。

【0032】

第２外装体辺３２と、第２電極積層体辺４４との間には、第２冷却流路５２が設けられている。具体的に、第２冷却流路５２は、第２外装体辺３２と、第２電極積層体辺４４と、側壁３５と、蓋体３６と、により囲まれた部分である。

【0033】

図２に示すように、平面視において、第１外装体辺３１から第１電極積層体辺４３までの第１幅Ｈ１は、第２外装体辺３２から第２電極積層体辺４４までの第２幅Ｈ２よりも狭い。図３から図４示すように、側壁３５から蓋体３６までの第３幅Ｈ３は一律であるため、第１冷却流路５１のＤ１－Ｄ２断面の断面積は、第２冷却流路５２のＤ２－Ｄ３断面の断面積よりも小さい。
第１冷却流路５１と第２冷却流路５２が交差する領域には、第３冷却流路５３を有する。第３冷却流路５３は、電極積層体４の四隅の外部に位置する。

【0034】

接続口７は、第１接続口７１と、第２接続口７２とを有する。第１接続口７１および第２接続口７２は、第１外装体辺３１上に設けられている。第１接続口７１と第２接続口７２とは、第１外装体辺３１上におけるそれぞれ第３冷却流路５３に対応した位置に設けられている。第１接続口７１と第２接続口７２とは、それぞれ第３冷却流路５３に連通している。

【0035】

外部端子１１は、第２外装体辺３２から突出している。外部端子１１は、正極端子１２と、負極端子１３とを有する。
図１に示すように、二次電池１の冷却構造１００は、複数の二次電池１を備えている。複数の二次電池１は、隣り合って配置されている。二次電池１の正極端子１２と、隣り合う二次電池１の負極端子１３とは、内部バスパー１４によって電気的に接続されている。内部バスパー１４は、樹脂フィルム４２（樹脂フィルム周縁部４２Ｂ）に接続されている。また、二次電池１の正極端子１２と負極端子１３とは、不図示のハーネスによって、不図示の外部機器と電気的に接続されている。内部バスパー１４周辺の空間には、流体が充填されている。

【0036】

本実施形態において、正極端子１２は、例えば、アルミニウム合金からなる。そのため、熱伝導性に優れている。本実施形態において、負極端子１３は、例えば、銅合金からなる。そのため、熱伝導性に優れている。

【0037】

蓄電モジュールパック２０が備える複数の二次電池１同士は、冷媒流路２１によって接続されている。複数の二次電池１（単位セル）は、不図示の金属型包装材によって密封された構造でもよいが、蓄電モジュールパック２０の構造は特に限定されない。

【0038】

［二次電池１の冷却構造１００の作用・効果］
以下、二次電池１の冷却構造１００の作用について説明する。
二次電池１が充放電を開始すると、二次電池１は、発熱して高温になるとともに、電極体４１からガスが発生する。発生したガスは、樹脂フィルム４２を透過し、樹脂フィルム４２と、外装体３との間に設けられた空間に流出する。

【0039】

循環回路１０のポンプＰを駆動すると、高温になった二次電池１に対して、二次電池１の第１接続口７１に向かって流体が流れ込む。流体は、第３冷却流路５３から第１冷却流路５１および第２冷却流路５２に対して流れ込む。第１冷却流路５１および第２冷却流路５２に対して流れ込む流体の流量は、一定量かつ同量である。第１冷却流路５１のＤ１－Ｄ３断面の断面積は、第２冷却流路５２のＤ２－Ｄ３断面の断面積よりも小さいため、第１冷却流路５１を流れる流体の流速ｖ１は、第２冷却流路５２を流れる流体の流速ｖ２よりも速くなる。

【0040】

二次電池１と、流体との間で熱交換が行われることで、二次電池１は冷却される。二次電池１中の流体は、第２接続口７２から気液分離タンクＳＴに排出される。

【0041】

以下、二次電池１の冷却構造１００の効果について説明する。
本実施形態の構成では、外装体３と、電極積層体４との間には、流体が流通する。そのため、二次電池１の内部に発生したガスを十分に除去しつつ、二次電池１を素早く冷却することができる二次電池１の冷却構造１００を提供することができる。

【0042】

本実施形態の構成では、第１冷却流路５１のＤ１－Ｄ３断面の断面積は、第２冷却流路５２のＤ２－Ｄ３断面の断面積よりも小さい。そのため、第１冷却流路５１を流れる流体の流速ｖ１を高めると共に、第２冷却流路５２を流れる流体の流速ｖ２を抑えることで、流体の流量分配を均等化させつつ、流体中に発生するガスの排出性を高めることができる。

【0043】

本実施形態の構成では、第１接続口７１と第２接続口７２とは、それぞれ第１冷却流路５１および第２冷却流路５２が交差する領域（第３冷却流路５３）に設けられ、それぞれ第３冷却流路５３に連通している。そのため、第１冷却流路５１を流れる流体の流速ｖ１を利用して、第１冷却流路５１および第２冷却流路５２が交差する領域（第３冷却流路５３）に滞留するガスをより効率的に除去することが可能となる。

【0044】

［第２実施形態］
以下、第２実施形態について説明する。第１実施形態と第２実施形態との相違点は、第２実施形態は、第１接続口７１と第２接続口７２が設けられている位置である。
第２実施形態に係る二次電池１の冷却構造１００では、第１接続口７１および第２接続口７２は、第１冷却流路５１と重なる位置に設けられる。第１接続口７１および第２接続口７２は、第１冷却流路５１に連通している。

【0045】

第２実施形態の構成では、第１冷却流路５１を流れる流体の流速ｖ１をより早めることができる。そのため、第１冷却流路５１を流れる流体の流速ｖ１を利用して、第１冷却流路５１および第２冷却流路５２が交差する領域（第３冷却流路５３）に滞留するガスをより効率的に除去することが可能となる。

【0046】

［変形例］
本実施形態において、第１接続口７１および第２接続口７２は、一対の第１外装体辺３１のうち一方の第１外装体辺３１にのみ設けられている構成について説明したが、これに限られない。第１接続口７１および第２接続口７２は、一対の第１外装体辺３１のそれぞれに設けられていてもよい。具体的に、一対の第１外装体辺３１のうち一方の第１外装体辺３１には、第１接続口７１が設けられ、一対の第１外装体辺３１のうち他方の第１外装体辺３１には、第２接続口７２が設けられていてもよい。

【0047】

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能であり、上述した変形例を適宜組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0048】

１…二次電池、３…外装体、４…電極積層体、７…接続口、１０…循環回路、３１…第１外装体辺、３２…第２外装体辺、４２…樹脂フィルム、４３…第１電極積層体辺、４４…第２電極積層体辺、５１…第１冷却流路、５２…第２冷却流路、７１…第１接続口、７２…第２接続口、１００…冷却構造、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】