CN113228383A - 用于使相邻的电池单体绝缘的隔板和具备该隔板的电源装置 - Google Patents
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Abstract
为了兼顾成形性和绝热性，本发明的一个方案的隔板(2A)是使相邻的电池单体(1)绝缘的隔板(2A)。隔板(2A)具备：绝热片(24A)，其包含纤维材料和绝热材料，该绝热材料具有比纤维材料高的绝热性；以及成形构件(22A)，其具有比绝热片高的形状稳定性。由此，柔软性较高的绝热片(24A)能够借助成形为预定的形状的成形构件(22A)来保持形状。
Description
技术领域
本发明涉及使相邻的电池单体绝缘的隔板、具备多个电池单体和多个隔板的电源装置。
背景技术
近年来，使用推进用的电源装置的电动车辆正在普及。电动车辆已知有各种结构，例如，存在搭载有驱动用电动机的电动汽车(BEV：Battery Electric Vehicle)、除了电动机以外还搭载有发动机的混合动力汽车(HEV：Hybrid Electric Vehicle)等。在搭载于这些电动车辆的电源装置中使用多个电池单体。各个电池单体是锂离子电池、镍氢电池等能够充放电的二次电池。
电池单体存在在成为高温时会发生显著劣化的特性，因此，为了抑制电池的劣化，重要的是将电池单体冷却。作为具备冷却电池单体的冷却机构的电源装置，已知使用在相邻的电池单体之间配置的隔板来形成冷却用的流路的技术(专利文献1)。专利文献1所公开的隔板比较典型的是由树脂成形。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006－48996号公报
发明内容
发明要解决的问题
已知的是若电池单体成为高温则会产生各种不良情况。特别是，若内部的发电元件的化学反应在热的作用下被促进，则存在因化学反应所产生的热而导致进一步被自加热的危险。另外，近年来，作为用于提高电动车辆的续航距离的一个手段，期望高容量的电池单体。若电池单体的容量增加，则电池单体异常之际的发热量会增加。专利文献1的电源装置是使用在相邻的电池单体之间配置的隔板来形成冷却用的流路的结构，因此，需要利用成形性较高的材料来成形隔板。比较典型的是，作为构成隔板的成形性较高的材料，已知有树脂。
然而，随着电池单体不断地高容量化，对于由树脂成形的隔板而言，为了确保绝热性能，厚度可能会增大，而致使电源装置的能量密度降低。另一方面，作为示出较高的绝热性能的构件，存在由多孔质颗粒和承载多孔质颗粒的纤维片构成的绝热片，但存在难以成形为片以外的形状这样的问题。
本发明是为了解决该问题而做出的，本发明的主要目的在于提供一种具有能够兼顾绝热性能和成形性的结构的隔板。具备这样的隔板的电源装置起到能够在抑制大型化的同时抑制相邻的电池单体彼此间的传热这样的效果。
用于解决问题的方案
本发明的一个方案的隔板是使相邻的电池单体绝缘的隔板。隔板具备：绝热片，其包含纤维材料和绝热材料，该绝热材料具有比所述纤维材料高的绝热性；以及成形构件，其具有比绝热片高的形状稳定性。
另外，本发明的一个方案的隔板是使相邻的电池单体绝缘的隔板，其中，该隔板是包含纤维材料、绝热材料和热塑性树脂的绝热片，该绝热材料具有比纤维材料高的绝热性，该热塑性树脂具有通过加热而固化的特性。
另外，本发明的一个方案的隔板是使相邻的电池单体绝缘的隔板，其中，该隔板是包含纤维材料和绝热材料的绝热片，该绝热材料具有比所述纤维材料高的绝热性。绝热片被进行了卷绕加工，具有沿一个方向延伸并且在中心形成有空隙的棒状的形状。
另外，本发明的一个方案的电源装置具备：多个电池单体，它们各自的外形为方形；多个隔板，它们分别用于使相邻的电池单体绝缘；以及约束构件，其将多个电池单体和多个隔板集合化。各个隔板是上述记载的隔板。
发明的效果
根据本发明，能够提供具有能够兼顾绝热性能和成形性的结构的隔板、具备该隔板的电源装置。
附图说明
图1是本发明的一个方案的电源装置的立体图。
图2是图1的电池单体的立体图。
图3是表示图1的隔板的一个例子的立体图。
图4是表示图1的隔板的一个例子的立体图。
图5是表示图4的隔板的变形例的立体图。
图6是表示图1的隔板的一个例子的立体图。
图7是表示图6的隔板的变形例的立体图。
具体实施方式
首先，对想到本发明的一个方案的电源装置的结构的经过进行说明。如专利文献1所示，在典型的电源装置中，使多个电池单体以相同的姿势配置。在相邻的电池单体之间配置有绝缘性的隔板，以便防止相邻的电池单体彼此间的短路。另一方面，近年来，随着电池单体的高容量化，各个电池单体所具有的能量趋于增大。
如上所述，专利文献1的电源装置是电池单体彼此靠近地配置的结构，因此，当某个电池单体由于某种异常而成为被自加热的状态时，热会自该电池单体向相邻的电池单体传递。在从成为了异常状态的电池单体向相邻的电池单体传递的热量较大的情况下，存在因所传递的热而导致相邻的电池单体的内部的发电元件的化学反应被促进的危险。在电池单体高容量化时，从成为了异常状态的电池单体向相邻的电池单体传递的热量相对较大，因此，该现象可能会成为问题。
针对该问题，本发明的发明人对采用具有绝热性的隔板的结构进行了研究。在现有的电源装置中，隔板使用成形性较高的树脂，以便成形为能够实现相邻的电池单体的绝缘、因凝结水导致的短路的防止等各种功能的形状。因此，为了提高绝热性而需要使隔板的材料厚度较大。然而，若使隔板的厚度较大，则会导致电源装置的大型化，并且存在电源装置的单位体积的容量降低的问题。另一方面，作为绝热性较高的构件，存在片状的绝热构件，但这种绝热构件的成形性较低，因此存在难以成形为片以外的形状这样的问题。鉴于这样的实际情况，发明人对为了设为能够利用片状的绝热构件的结构进行了研究。
(电源装置)
图1是表示本发明的一个方案的电源装置100的立体图。如图1所示，电源装置100具有多个电池单体1、多个隔板2、以及将多个电池单体1和多个隔板2集合化的约束构件3。多个电池单体1沿着一个方向进行配置。各个隔板2配置于相邻的电池单体1之间，保持相邻的电池单体1。多个隔板2具有绝缘性，防止相邻的电池单体1彼此间的短路。另外，隔板2包含绝热片，抑制相邻的电池单体彼此间的传热。多个电池单体1借助汇流条(未图示)而串联或并联地进行连接。在电源装置100中，根据并联连接的电池单体1的数量和串联连接的电池单体1的数量来确定电源装置的电压和容量。电池单体1可以采用锂离子二次电池、镍氢电池等各种二次电池。
隔板2中所包含的绝热片是厚度为0.1mm～1.5mm的片材，包括由织布、无纺布等构成的纤维材料、以及承载于纤维材料的纤维间的绝热材料。适合于本发明的实施方式的绝热片具有导热率为0.02W/(m·K)以下的特性。绝热材料优选是干凝胶、气凝胶等具有空隙构造的多孔质材料。特别是，二氧化硅气凝胶、二氧化硅干凝胶具有对空气分子的运动进行限制的纳米尺寸的空隙构造，具有优良的绝热性能。另外，相对于来自外部的按压而言二氧化硅干凝胶能够稳定地维持其构造。由于二氧化硅颗粒的熔点较高，因此二氧化硅干凝胶也具有较高的耐热性。构成纤维片的纤维能够使用各种纤维，也可以含有具有耐热性的阻燃性纤维。作为阻燃性纤维，已知有氧化丙烯酸纤维、阻燃性维尼纶纤维、聚醚酰亚胺纤维、芳香族聚酰胺纤维以及玻璃纤维等。特别是，通过使纤维片包含玻璃纤维，从而能够期待在提高耐热性的基础上提高刚度并且抑制蠕变变形。对于使用了包含阻燃性纤维的纤维片的绝热片而言，即使电池单体1发生热失控而被加热至高温也不会破损，能够稳定地阻断热能的传导从而有效地阻止热失控的诱发。
此外，优选的是将上述的绝热片中含有的纤维设为纤维直径较细的合成纤维。绝热片的绝热性起因于后述的粉体的特性，因此，能够通过将纤维直径较细的合成纤维设为基材从而使绝热材料含有大量的粉体。针对本实施方式中使用的纤维的纤维直径而言，从兼顾导热率、生产率的观点出发，优选为1μm～30μm。
另外，上述的绝热片也可以通过添加热塑性树脂而成形。添加了热塑性树脂的绝热片能够提高刚度。也能够通过对绝热构件的表面进行涂层处理从而赋予各种特性。例如，能够利用由辐射率较低的氧化铝形成的涂层进行覆盖从而抑制绝热片的辐射传热的影响。在这样形成绝热片时，能够通过对添加物进行调整从而维持绝热性、耐热性等并且能根据所要求的性能恰当地赋予物理特性。
如图1所示，约束构件3包括配置于层叠的多个电池单体1的层叠方向上的两端的一对端板32、以及固定于一对端板32的多个束紧条34。束紧条34的端部与端板32连结。借助紧定螺钉36将束紧条34固定于端板32。
通过将预定的厚度的金属板加工成预定的宽度而制作束紧条34。将束紧条34的端部与端板32连结从而将一对端板32连结，从而在其间保持电池单体1。束紧条34将一对端板32固定为预定的尺寸，由此能抑制在其间层叠的电池单体1的膨胀。若束紧条34伸长，则无法阻止电池单体1的膨胀，因此，通过将在电池单体1的膨胀压力下不伸长的强度的金属板例如SUS304等不锈钢板、钢板等金属板加工成具有足够的强度的宽度和厚度从而制作束紧条34。
此外，图1的束紧条34由紧定螺钉36固定于端板32，但不一定必须由螺纹结合构件进行固定。具体而言，也能够利用焊接、卡定构造等进行固定。另外，在图1的电源装置100中是在端板32的侧面固定束紧条34的结构，但端板和束紧条的固定构造无需限于所图示的结构。针对束紧条34而言其所需的功能在于对一对端板32的相对距离进行限制。只要是能够限制一对端板的位移的结构则端板32、束紧条34的结构就可以是任何结构。
(电池单体)
如图2所示，电池单体1包括长方体形状的外装罐12、以及设置有正负的电极端子16的封口体14。另外，电池单体1具有收纳于外装罐12内的电极体，在外装罐12内填充有电解液，并且电池单体1具有随着充放电、劣化而进行膨胀或收缩的特性。
外装罐12形成为具有开口的箱型形状。封口体14焊接于外装罐12并且将外装罐12的开口封闭。具体而言，通过对铝、铝合金等的金属板进行深拉加工而制作外装罐12。封口体14与外装罐12同样地由铝、铝合金等的金属板制作。该封口体14在两端部固定有正负的电极端子16。封口体14在插入于外装罐12的开口部的状态下被焊接。比较典型的是，通过对封口体14的外周和外装罐12的内周的分界照射激光束从而将封口体14气密地固定于外装罐12。
此外，针对外装罐、封口体为金属的电池单体而言，金属暴露于其表面。这种电池单体有时构成为利用绝缘性的热收缩管覆盖外装罐的表面，以便防止因凝结水等导致的短路。在本实施方式中，也可以根据需要采用利用热收缩管覆盖外装罐12的表面的结构。
(隔板2A)
图3是表示图1所示的隔板2的一个例子的立体图。如图3所示，隔板2A包含绝热片24A和成形构件22A。绝热片24A层叠于成形构件22A，通过成形构件22A来保持隔板2A的形状。成形构件22A优选为金属板。成形构件22A具有截面成为矩形图案状的形状，绝热片24A沿着成形构件22A的表面配置。由此，隔板2A为这样的形状：以截面成为矩形图案状的方式在两个面分别形成有多个沿一个方向延伸的槽25A。通过使隔板2A介于相邻的电池单体1之间，能够在电池单体1与隔板2A之间形成用于冷却电池单体的冷却间隙4。
例如通过对将绝热片24A和作为成形构件22A的金属板层叠起来的构件进行冲压加工，从而成形以上的结构的隔板2A。另外，也可以是，在预先成形为上述形状的成形构件22A贴附绝热片24A，从而成形隔板2A。在该结构的隔板2A中，粘接层介于绝热片24A与成形构件22A之间。此外，隔板2A也可以是将绝热片24A、成形构件22A层叠多层而成形的结构，对此未图示。
根据该结构，隔板2由绝热性较高的绝热片和成形性较高的成形构件构成，柔软性较高的绝热片能够借助成形为预定的形状的成形构件来保持形状。
(隔板2B)
图4和图5是表示图1所示的隔板2的一个例子的立体图。图4和图5所示的隔板2B是上述绝热片中的包含热塑性树脂的绝热片24B。对于图4的隔板2B，绝热片24B的至少一部分进行了压缩变形，在图4的隔板2B的两个面分别形成有多个沿一个方向延伸的槽25B。具体而言，图4的隔板2B形成有与相邻的电池单体1抵接的基部26B和厚度比基部26B薄的薄壁部27B。基部26B的外形形成为沿相对于相邻的电池单体1的相对的面平行的面延伸的平面状。薄壁部27B具有在相邻的电池单体1之间形成至少一个沿一个方向延伸的冷却间隙4的形状。对于图5的隔板2B，绝热片24B的整个面进行了压缩变形，在图5的隔板2B的两个面分别形成有多个沿一个方向延伸的槽25B。对于所述隔板2B，具体而言，在对绝热片24B进行了加热的状态下将绝热片24B压缩成预定的形状，之后进行冷却而使热塑性树脂固化，由此将所述绝热片24B成形为预定的形状。此外，包含热塑性树脂的绝热片24B并非如金属板那样延展性较高，因此，若进行变形程度较大的压缩变形，则存在片材破裂或在热固性树脂产生龟裂的危险。因此，优选的是，如图4、图5所例示那样，使隔板2B的形状变形为波状。
根据该结构，在制造绝热片之际，添加有热塑性树脂，因此，提高了绝热片的成形性，能够使绝热片24B成形为预定的形状。
(隔板2C)
图6和图7是表示图1所示的隔板2的一个例子的立体图。如图6所示，隔板2C由棒状的多个绝热片24C构成。各个绝热片24C被进行了卷绕加工，具有沿着中心轴线形成有空隙的棒状的形状。另外，在相邻的电池单体之间配置的多个绝热片之间形成有间隙，能够设为用于冷却电池单体的冷却间隙。而且，绝热片24C的沿着中心轴线形成的空隙也作为用于冷却电池单体的冷却间隙发挥功能。构成图6的隔板2C的绝热片24C成形为在剖视时外形为四边形的螺旋状。构成图7的隔板2C的绝热片24C成形为在剖视时外形为圆形的螺旋状。以上的结构的隔板2C能够通过例如以下方式来成形：在方柱、圆柱的芯材上缠上绝热片24C并进行卷绕，利用带、粘接剂将卷绕结束的端部固定，之后去除芯材。
根据该结构，隔板2是能够由片材成形的形状，并且能够形成具有绝热性和用于冷却电池单体的流路。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明。这些实施方式为例示，并且对于本领域技术人员能够理解的是，在上述各个构成要素、各个处理过程的组合中可以存在各种变形例并且那样的变形例也在本发明的范围内。
附图标记说明
100、电源装置；1、电池单体；12、外装罐；14、封口体；16、电极端子；2、2A、2B、2C、隔板；22A、成形构件；24A、24B、24C、绝热片；25A、25B、槽；26B、基部；27B、薄壁部；3、约束构件；32、端板；34、束紧条；36、紧定螺钉。
Claims (9)
1.一种隔板，其使相邻的电池单体绝缘，其中，
该隔板具备：
绝热片，其包含纤维材料和绝热材料，该绝热材料具有比所述纤维材料高的绝热性；以及
成形构件，其具有比所述绝热片高的形状稳定性。
2.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于，
所述成形构件是金属板。
3.根据权利要求2所述的隔板，其中，
该隔板还具备介于所述成形构件与所述绝热片之间的粘接层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的隔板，其特征在于，
该隔板具有在相邻的电池单体之间形成至少一个沿一个方向延伸的间隙的形状。
5.一种隔板，其使相邻的电池单体绝缘，该隔板的特征在于，
该隔板是包含纤维材料、绝热材料和热塑性树脂的绝热片，该绝热材料具有比所述纤维材料高的绝热性，该热塑性树脂具有通过加热而固化的特性。
6.根据权利要求5所述的隔板，其特征在于，
所述绝热片形成有：
基部，其外形形成为沿相对于相邻的电池单体的相对的面平行的面延伸的平面状，并且该基部与相邻的电池单体抵接；以及
薄壁部，其厚度比基部薄，
所述薄壁部具有在相邻的电池单体之间形成至少一个沿一个方向延伸的间隙的形状。
7.一种隔板，其使相邻的电池单体绝缘，该隔板的特征在于，
该隔板是包含纤维材料和绝热材料的绝热片，该绝热材料具有比所述纤维材料高的绝热性，该绝热片被进行了卷绕加工，具有沿一个方向延伸并且在中心形成有空隙的棒状的形状。
8.根据权利要求7所述的隔板，其中，
该隔板还具备在所述绝热片的端部设置的粘接材料。
9.一种电源装置，其中，
该电源装置具备：
多个电池单体，它们各自的外形为方形；
多个隔板，它们分别配置于相邻的电池单体之间，各个隔板是权利要求1至8中任一项所述的隔板；以及
约束构件，其将所述多个电池单体和所述多个隔板集合化。
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