JP2010061982A - Energy storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の蓄電装置を並べて配置することによって構成される蓄電モジュールにおいて、この蓄電モジュールを構成する蓄電装置に関するものである。 The present invention relates to a power storage device configured by arranging a plurality of power storage devices side by side, and relates to a power storage device constituting the power storage module.
車両の動力源として、二次電池を用いる場合には、複数の二次電池(単電池)で構成された電池モジュールを車両に搭載している。具体的には、電池モジュールを構成する複数の二次電池を電気的に直列に接続することにより、車両の走行に必要なエネルギを出力できるようにしている。ここで、電池モジュールとしては、複数の二次電池を一方向に並べて配置したものがある。
複数の二次電池を並べて配置した構成では、例えば、特定の二次電池が過充電等によって発熱したときに、この熱が、特定の二次電池と隣り合って配置された二次電池にも伝達されてしまうことがある。 In a configuration in which a plurality of secondary batteries are arranged side by side, for example, when a specific secondary battery generates heat due to overcharging or the like, this heat is also applied to the secondary battery arranged adjacent to the specific secondary battery. May be transmitted.
そこで、本発明の目的は、複数の蓄電装置が並んで配置された構成において、隣り合って配置された他の蓄電装置に対して熱が伝達されるのを抑制することができる蓄電装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a power storage device that can suppress heat transfer to other power storage devices arranged adjacent to each other in a configuration in which a plurality of power storage devices are arranged side by side. There is to do.
本願第1の発明は、他の蓄電装置と隣り合って配置される蓄電装置であって、正極素子および負極素子を含む発電要素と、発電要素を収容するケースと、を有している。そして、ケースのうち他の蓄電装置側に面する領域を、ケースの温度上昇に応じて、他の蓄電装置から離れる方向に変形させている。 1st invention of this application is an electrical storage apparatus arrange | positioned adjacent to another electrical storage apparatus, Comprising: It has the electric power generation element containing a positive electrode element and a negative electrode element, and the case which accommodates an electric power generation element. And the area | region facing the other electrical storage apparatus side is deform | transformed in the direction away from another electrical storage apparatus according to the temperature rise of a case.
具体的には、ケースの上記領域を、温度上昇に応じて、ケースの内側に向かって凸となる形状に変形させることができる。そして、上記領域を変形させるときの温度としては、発電要素からガスが発生するときの温度(予測された設定温度)とすることができる。これにより、蓄電装置からガスが発生した際に、この蓄電装置のケースを変形させることができる。そして、他の蓄電装置の温度が、ガスが発生した蓄電装置の温度まで上昇してしまうのを抑制することができる。 Specifically, the region of the case can be deformed into a shape that protrudes toward the inside of the case in accordance with the temperature rise. The temperature at which the region is deformed can be the temperature at which gas is generated from the power generation element (predicted set temperature). Thereby, when gas is generated from the power storage device, the case of the power storage device can be deformed. And it can suppress that the temperature of another electrical storage apparatus raises to the temperature of the electrical storage apparatus which gas generate | occur | produced.
ケースは、形状記憶合金又は形状記憶樹脂で形成したり、バイメタルで形成したりすることができる。ここで、少なくとも上記領域を、上述した材料で形成しておけばよい。例えば、ケースの全体を上述した材料で形成することもできるし、上記領域だけを上述した材料で形成することもできる。 The case can be formed of a shape memory alloy or a shape memory resin, or can be formed of a bimetal. Here, at least the region may be formed of the above-described material. For example, the entire case can be formed of the above-described material, or only the region can be formed of the above-described material.
本願第2の発明は、並んで配置された複数の蓄電装置を有する蓄電モジュールであって、複数の蓄電装置のうち少なくとも1つの蓄電装置を、本願第1の発明である蓄電装置としている。複数の蓄電装置は、互いに近づく方向の力を受けた状態で支持することができる。 The second invention of the present application is a power storage module having a plurality of power storage devices arranged side by side, and at least one power storage device among the plurality of power storage devices is the power storage device according to the first invention of the present application. The plurality of power storage devices can be supported in a state of receiving forces in a direction approaching each other.
ここで、隣り合う2つの蓄電装置の間にスペーサを配置することができる。スペーサは、蓄電装置との間で熱交換を行うための熱交換媒体が移動する経路を形成するために用いられる。スペーサを備えた構成において、蓄電装置のケースを、温度上昇に応じて、スペーサから離れる方向に変形させることができる。このとき、ケースは、スペーサに接触したままの接触部分と、スペーサから離れた非接触部分とを有している。 Here, a spacer can be provided between two adjacent power storage devices. The spacer is used to form a path along which a heat exchange medium for exchanging heat with the power storage device moves. In the structure including the spacer, the case of the power storage device can be deformed in a direction away from the spacer as the temperature rises. At this time, the case has a contact portion that remains in contact with the spacer and a non-contact portion that is separated from the spacer.
本願第1および第2の発明では、蓄電装置のケースのうち他の蓄電装置側に面する領域を、ケースの温度上昇に応じて、他の蓄電装置から離れる方向に変形させている。これにより、蓄電装置の温度が上昇しても、この熱が他の蓄電装置に伝達されるのを抑制することができる。 In the first and second inventions of the present application, a region facing the other power storage device side of the case of the power storage device is deformed in a direction away from the other power storage device according to the temperature rise of the case. Thus, even when the temperature of the power storage device rises, this heat can be suppressed from being transferred to another power storage device.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
本発明の実施例1である電池モジュール(蓄電モジュール)について、図1および図2を用いて説明する。ここで、図1は、電池モジュールの上面図であり、図2は、電池モジュールの側面図である。図1および図2において、X軸、Y軸およびZ軸は、互いに直交する軸であり、Z軸は、重力方向に相当する軸である。他の図面においても同様である。 A battery module (storage module) that is Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Here, FIG. 1 is a top view of the battery module, and FIG. 2 is a side view of the battery module. 1 and 2, an X axis, a Y axis, and a Z axis are axes orthogonal to each other, and the Z axis is an axis corresponding to the direction of gravity. The same applies to other drawings.
電池モジュール1は、複数の単電池(蓄電装置)10を有している。複数の単電池10は、X方向において並んで配置されており、隣り合う2つの単電池10の間には、スペーサ20が配置されている。単電池10としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ(コンデンサ)を用いることもできる。
The battery module 1 has a plurality of single cells (power storage devices) 10. The plurality of
単電池10は、図3に示すように、電池ケース14と、電池ケース14内に収容される発電要素13と、発電要素13に接続される電極端子とを有している。電池ケース14は、後述するように、形状記憶合金で形成されている。発電要素13は、充放電を行うことができる要素であり、公知の構成を適宜用いることができる。具体的には、正極素子、セパレータおよび負極素子を、この順に積層したものを、図3に示すように巻くことによって、発電要素13を構成することができる。また、複数の正極素子および複数の負極素子を、セパレータを挟んで交互に積層することにより、発電要素を構成することもできる。正極素子および負極素子はそれぞれ、集電板と、集電板の表面に形成された活物質層とで構成することができる。
As shown in FIG. 3, the
電極端子としては、発電要素13の正極素子と電気的および機械的に接続された正極端子11と、発電要素13の負極素子と電気的および機械的に接続された負極端子12とがある。正極端子11および負極端子12は、電池ケース14の上面に設けられている。
As the electrode terminal, there are a
単電池10の正極端子11は、隣り合って配置された他の単電池10における負極端子12に対して、バスバー21を介して電気的に接続されている。また、単電池10の負極端子12は、隣り合って配置された他の単電池10における正極端子11に対して、バスバー21を介して電気的に接続されている。これにより、電池モジュール1を構成する複数の単電池10が電気的に直列に接続される。ここで、複数の単電池10のうち、1つの単電池10における正極端子11は、電池モジュール1の総プラス端子となる。また、他の1つの単電池10における負極端子12は、電池モジュール1の総マイナス端子となる。
The
単電池10は、角形に形成されており、6つの外面を有している。具体的には、単電池10は、上面、下面、2つの第1側面および2つの第2側面を有している。第1側面とは、単電池10のうちY−Z平面を構成する側面であり、第2側面とは、単電池10のうちX−Z平面を構成する側面である。単電池10の第1側面は、スペーサ20に接触している。
The
ここで、電池モジュール1を構成する複数の単電池10のうち、X方向における両端に位置する単電池10については、2つの第1側面のうち、1つの第1側面だけがスペーサ20に接触している。そして、他の第1側面は、後述するエンドプレート22に接触している。
Here, among the plurality of
スペーサ20は、樹脂で形成されており、図4に示すように、複数の突起部20aを有している。各突起部20aは、Y方向に延びている。また、複数の突起部20aは、Z方向に関して、所定の間隔を空けた状態で配置されている。なお、突起部20aの形状および数は、適宜設定することができる。すなわち、突起部20aにより、後述する熱交換媒体の移動スペースを形成することができればよい。
The
スペーサ20は、2つの単電池10によって挟まれているため、突起部20aの先端は、一方の単電池10における第1側面に接触している。また、スペーサ20のうち、突起部20aが形成された面とは反対側の面は、他方の単電池10における第1側面に接触している。ここで、突起部20aが単電池10の第1側面に接触することにより、単電池10の第1側面およびスペーサ20の間には、スペースS(図4参照)が形成される。このスペースSは、熱交換媒体(不図示)を移動させるための流路となる。
Since the
単電池10は、充放電によって発熱することがある。また、単電池10は、所定の温度範囲内において所望の出力特性を示し、この温度範囲を外れる場合には、出力特性が劣化してしまうことがある。そこで、単電池10の状態に応じて、単電池10を温めたり、冷やしたりする必要がある。具体的には、電池モジュール10に対して、空気といった熱交換媒体(気体)を供給することにより、単電池10の温度を調節することができる。
The
上述したスペースSで熱交換媒体を移動させると、熱交換媒体が単電池10と接触することにより、単電池10との間で熱交換が行われる。これにより、単電池10の温度を調節することができる。
When the heat exchange medium is moved in the space S described above, the heat exchange medium is brought into contact with the
電池モジュール1のうち、X方向における両端には、一対のエンドプレート22が配置されている。各エンドプレート22は、電池モジュール1を構成する複数の単電池10のうち、X方向における両端に位置する単電池10と接触している。また、一対のエンドプレート22には、複数(4つ)の拘束部材23が固定されている。具体的には、各エンドプレート22の上面に、2つの拘束部材23が固定されているとともに、各エンドプレート22の下面に、2つの拘束部材23が固定されている。
A pair of
これにより、一対のエンドプレート22は、複数の拘束部材23を介して連結されている。そして、X方向で並べられた複数の単電池10は、エンドプレート22を介して図1の矢印Fで示す力を受けている。力Fは、一対のエンドプレート22によって、複数の単電池10を狭持するための力となる。各単電池10は、力Fを受けることにより、スペーサ20に接触する。
Thereby, the pair of
ここで、複数の単電池10を狭持するための構造は、図1および図2に示す構造に限るものではない。すなわち、複数の単電池10に対して、図1の矢印Fで示す力を作用させるものであれば、いかなる構造であってもよい。例えば、1つの拘束部材23を用いて一対のエンドプレート22を連結したり、エンドプレート22のうち、Y方向における端面に対して拘束部材23を固定したりすることができる。
Here, the structure for sandwiching the plurality of
上述した電池モジュール1は、パックケース(不図示)に収容することにより、電池パックを構成することができる。ここで、電池モジュール1は、パックケースに固定することができる。 The battery module 1 mentioned above can comprise a battery pack by accommodating in a pack case (not shown). Here, the battery module 1 can be fixed to the pack case.
次に、本実施例における電池モジュール1の特長について、図5および図6を用いて説明する。ここで、図5および図6は、電池モジュール1における一部分の構成を示す側面図である。まず、本実施例における電池ケース14の構成について説明する。
Next, features of the battery module 1 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 5 and FIG. 6 are side views showing a partial configuration of the battery module 1. First, the configuration of the
本実施例では、後述するように、単電池10の温度上昇に応じて、電池ケース14を変形させるようにしている。具体的には、本実施例における電池ケース14が、形状記憶合金で形成されている。形状記憶合金は、低温相(マルテンサイト)で変形させた後に、所定の温度(形状回復温度)以上に加熱すると、変形前の状態に回復する性質を有している。形状記憶合金の材料は、電池ケース14を変形させるときの温度に基づいて、適宜選択することができる。具体的には、Ni−Ti系合金やCu−Zn−Al系合金を用いることができる。
In the present embodiment, as will be described later, the
単電池10が発熱していない場合には、各単電池10の電池ケース14は、図1および図2に示すように、スペーサ20に接触している。ここで、過充電等によって単電池10が発熱すると、この単電池10における電池ケース14は、図5に示すように変形する。具体的には、電池ケース14の第1側面14aが、電池ケース14の内側に向かって凸となるように変形する。そして、図6に示すように、電池ケース14(単電池10)の第1側面14aがスペーサ20から離れる方向に変形する。ここで、図6は、3つの単電池10のうち、中央に位置する単電池10が発熱している状態を示している。
When the
なお、単電池10に対して過充電を行うと、発電要素13からガスが発生するとともに、単電池10の温度が過度に上昇してしまうことがある。そこで、電池ケース14を変形させる温度として、発電要素13からガスが発生するときの予測温度(予測された設定温度)とすることができる。これにより、単電池10(発電要素13)からガスが発生した際に、この単電池10の電池ケース14を変形させることができる。
In addition, when overcharging is performed on the
本実施例では、図7に示すように、電池ケース14の第1側面14aのうち、中央に位置する領域Rだけを変形させるようにしている。すなわち、第1側面14aのうち、領域R以外の領域(いわゆる外縁領域)は、スペーサ20に接触させたままとしている。これにより、第1側面14aにおける領域Rを、スペーサ20から離すことができる。ここで、複数の単電池10には、図1に示す矢印Fの力が作用しているため、第1側面14aの全体を変形させても、第1側面14aをスペーサ20から離しにくくなる。そこで、本実施例では、第1側面14aの一部(領域R)だけを変形させるようにしている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, only the region R located at the center of the
なお、本実施例では、第1側面14aを変形させる際に、この外縁領域をスペーサ20に接触させたままとしているが、これに限るものではない。すなわち、温度上昇に応じて第1側面14aが変形した際に、第1側面14aの一部がスペーサ20に接触していればよい。そして、第1側面14aの残りの部分をスペーサ20から離せばよい。
In the present embodiment, when the
本実施例では、第1側面14aが電池ケース14の内側に向かって凸となるように電池ケース14を形成したうえで、電池ケース14の第1側面を低温相で平坦状に変形させておく。これにより、電池ケース14の温度が所定温度(形状回復温度)に到達するまでは、電池ケース14の第1側面14aは、平坦状に形成された状態で、スペーサ20に接触していることになる。
In the present embodiment, the
複数の単電池10のうち特定の単電池10の温度が過度に上昇した場合には、特定の単電池10の熱が、スペーサ20を介して他の単電池10に伝達してしまうおそれがある。ここで、スペーサ20は、樹脂で形成されているため、金属で形成された電池ケース14に比べて熱伝導率が小さいものの、大気(空気)よりは熱伝導率が大きくなっている。このため、スペーサ20は、大気よりも熱を伝達しやすくなっている。また、電池モジュール1を小型化するために、スペーサ20をX方向で薄くすれば、特定の単電池10の熱が他の単電池10に伝わりやすくなってしまう。
When the temperature of a
そこで、本実施例のように、電池ケース14の一部を変形させてスペーサ20から離すことにより、電池ケース14の熱がスペーサ20を介して他の単電池10に伝達されるのを抑制するようにしている。すなわち、電池ケース14およびスペーサ20の接触面積を減少させることにより、電池ケース14およびスペーサ20の間における熱伝達を抑制するようにしている。また、電池ケース14の一部をスペーサ20から離すことにより、電池ケース14およびスペーサ20の間には、空気層が形成されることになる。この空気層により、電池ケース14の熱がスペーサ20に伝達されるのを抑制することができる。
Therefore, as in the present embodiment, a part of the
なお、本実施例では、電池ケース14を形状記憶合金で形成しているが、これに限るものではない。具体的には、電池ケース14を形状記憶樹脂で形成したり、電池ケース14をバイメタルで形成したりすることができる。バイメタルとは、互いに異なる熱膨張率を有する複数の金属板を貼り合わせたものであり、温度変化によって変形するものである。
In the present embodiment, the
電池ケース14をバイメタルで形成する場合には、電池ケース14が本実施例と同様に変形するように、金属材料を選択すればよい。具体的には、電池ケース14の第1側面14aを、内壁面を構成する第1の金属板と、外壁面を構成する第2の金属板とで構成することができる。そして、第1の金属板の熱膨張率を、第2の金属板の熱膨張率よりも大きくしておけばよい。
When the
本実施例では、電池ケース14の全体を形状記憶合金で形成しているが、これに限るものではない。すなわち、電池ケース14のうち、変形させる部分だけを、形状記憶合金等で形成することができる。本実施例では、電池ケース14の第1側面14aだけを形状記憶合金等で形成することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施例では、図5および図6に示すように、電池ケース14における2つの第1側面14aを変形させているが、これに限るものではない。ここで、電池ケース14における2つの第1側面14aのうち、一方の第1側面14aは、スペーサ20の突起部20aと接触し、他方の第1側面14aは、スペーサ20の全面と接触している。すなわち、2つの第1側面14aは、スペーサ20との接触面積が互いに異なっている。このため、スペーサ20とより多く接触している第1側面14aだけを変形させることもできる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the two first side surfaces 14a of the
さらに、本実施例では、角形の単電池を用いた場合について説明したが、これに限るものではない。具体的には、円筒形の単電池を用いることもできる。 Furthermore, in this embodiment, the case of using a rectangular unit cell has been described, but the present invention is not limited to this. Specifically, a cylindrical unit cell can also be used.
円筒形の単電池を複数用いて電池モジュールを構成する場合には、一般的に、各単電池は、この両端部において一対の支持プレートによって支持されることになる。具体的には、各支持プレートに、単電池の数だけ開口部を形成しておき、各開口部において単電池の端部を支持することができる。このとき、複数の単電池は、支持プレートの面内において、並んで配置され、隣り合って配置された単電池の間には所定のスペースが存在している。 When a battery module is constituted by using a plurality of cylindrical unit cells, each unit cell is generally supported by a pair of support plates at both ends. Specifically, openings corresponding to the number of unit cells are formed in each support plate, and the end portions of the unit cells can be supported in each opening. At this time, the plurality of unit cells are arranged side by side in the plane of the support plate, and a predetermined space exists between the unit cells arranged adjacent to each other.
円筒形の単電池を用いた場合には、上述したように、隣り合って配置された単電池の間に予めスペースが存在するため、発熱した単電池を本実施例のように変形させてスペースを形成する必要がない。ただし、単電池の少なくとも一部を本実施例のように変形させれば、隣り合って配置された他の単電池との間における距離を長くすることができる。この場合には、円筒形の単電池の一部を変形させてもよいし、単電池の全体を変形させてもよい。単電池の全体を変形させる場合としては、単電池の径が小さくなり、単電池の長手方向における長さが長くなるように、変形させることができる。 When a cylindrical unit cell is used, there is a space in advance between the unit cells arranged adjacent to each other as described above. There is no need to form. However, if at least a part of the unit cells is deformed as in the present embodiment, the distance between the unit cells arranged next to each other can be increased. In this case, a part of the cylindrical unit cell may be deformed, or the entire unit cell may be deformed. When the entire cell is deformed, the cell can be deformed so that the diameter of the cell is reduced and the length in the longitudinal direction of the cell is increased.
上述したように、単電池間の距離を長くすれば、単電池間における熱の伝達を抑制することができる。また、円筒形の単電池を接触させた状態で配置した場合には、本実施例と同様の効果を得ることができる。ここで、電池ケース14を樹脂(形状記憶樹脂)で形成した場合には、スペーサ20を用いずに、単電池10を互いに接触させることもでき、この場合であっても、本発明を適用することができる。
As described above, if the distance between the single cells is increased, the transfer of heat between the single cells can be suppressed. Moreover, when it arrange | positions in the state which contacted the cylindrical cell, the effect similar to a present Example can be acquired. Here, when the
一方、本実施例では、電池ケース14の第1側面14aをスペーサ20から離れるように変形させているが、これに限るものではない。ここで、図1に示す電池モジュール1は、Y方向に並べて配置することができる。すなわち、複数の電池モジュール1を用意しておき、これらの電池モジュール1をY方向に並べて配置することができる。この構成では、複数の単電池10がY方向で隣り合って配置されることになる。
On the other hand, in the present embodiment, the
そこで、単電池10の第2側面(X−Z平面)、すなわち、図7に示す電池ケース14の第2側面14bを、本実施例のように変形させることができる。これにより、Y方向における単電池10間の距離を長くすることができ、Y方向に関して、単電池10間における熱の伝達を抑制することができる。
Therefore, the second side surface (XZ plane) of the
本実施例の電池モジュール1は、車両に搭載することができる。この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車とは、動力源としての電池モジュール1に加えて、内燃機関や燃料電池といった他の動力源も備えた車である。また、電気自動車は、電池モジュール1の出力だけを用いて走行する車である。本実施例の電池モジュール1は、放電によって車両の走行に用いられるエネルギを出力したり、車両の制動時に発生する運動エネルギを回生電力として充電したりする。なお、車両の外部からの電力供給を受けて充電を行うこともできる。 The battery module 1 of the present embodiment can be mounted on a vehicle. Such vehicles include hybrid vehicles and electric vehicles. A hybrid vehicle is a vehicle provided with other power sources such as an internal combustion engine and a fuel cell in addition to the battery module 1 as a power source. The electric vehicle is a vehicle that travels using only the output of the battery module 1. The battery module 1 of the present embodiment outputs energy used for running the vehicle by discharging, or charges kinetic energy generated during braking of the vehicle as regenerative power. It is also possible to perform charging by receiving power supply from the outside of the vehicle.
1:電池モジュール(蓄電モジュール) 10:単電池(蓄電装置)
11:正極端子 12:負極端子
13:発電要素 14:電池ケース
20:スペーサ 21:バスバー
22:エンドプレート 23:拘束部材
1: Battery module (power storage module) 10: Single battery (power storage device)
11: Positive terminal 12: Negative terminal 13: Power generation element 14: Battery case 20: Spacer 21: Bus bar 22: End plate 23: Restraining member
Claims (10)
正極素子および負極素子を含む発電要素と、
前記発電要素を収容するケースと、を有し、
前記ケースのうち前記他の蓄電装置側に面する領域が、前記ケースの温度上昇に応じて、前記他の蓄電装置から離れる方向に変形することを特徴とする蓄電装置。 A power storage device arranged next to another power storage device,
A power generation element including a positive electrode element and a negative electrode element;
A case for accommodating the power generation element,
A region of the case facing the other power storage device is deformed in a direction away from the other power storage device in response to a temperature rise of the case.
前記複数の蓄電装置のうち少なくとも1つの蓄電装置が、請求項1から5のいずれか1つに記載の蓄電装置であることを特徴とする蓄電モジュール。 A power storage module having a plurality of power storage devices arranged side by side,
6. The power storage module according to claim 1, wherein at least one power storage device of the plurality of power storage devices is the power storage device according to claim 1.
The power storage module according to any one of claims 6 to 9, wherein the plurality of power storage devices are supported in a state of receiving a force in a direction approaching each other.
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