JP2010097693A - Power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の蓄電素子が仕切り部材を挟んだ状態で一方向に並べて配置された蓄電装置に関するものである。 The present invention relates to a power storage device in which a plurality of power storage elements are arranged in one direction with a partition member interposed therebetween.
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。具体的には、複数の角形の二次電池を、仕切り板を挟んで並べるとともに、複数の二次電池および仕切り板を、配列方向における両端からエンドプレートによって挟むようにしている。
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他の二次電池にも伝達されてしまうことがある。ここで、複数の二次電池を、仕切り板を挟んで配置した構成では、特定の二次電池で発生した熱が、仕切り板を介して他の二次電池に伝達されてしまうことがある。また、二次電池からの熱を受けた仕切り板が溶け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 overcharge or the like, this heat is another secondary battery arranged adjacent to the specific secondary battery. May also be transmitted. Here, in a configuration in which a plurality of secondary batteries are arranged with a partition plate interposed therebetween, heat generated in a specific secondary battery may be transmitted to another secondary battery through the partition plate. Moreover, the partition plate which received the heat from the secondary battery may melt.
ここで、特許文献1に記載の集合電池では、隣り合って配置された電池の間に、仕切り板としての断熱部材を配置することにより、発熱状態となった電池の熱が他の電池に伝達するのを抑制するようにしている。そして、断熱部材として、ポリプロピレンといった樹脂を用いている。しかしながら、特許文献1に記載の構成では、発熱状態となった電池の温度によっては、樹脂で形成された断熱部材が溶けてしまうおそれがある。 Here, in the collective battery described in Patent Document 1, the heat of a battery that is in a heat generation state is transmitted to another battery by disposing a heat insulating member as a partition plate between adjacent batteries. I try to suppress it. A resin such as polypropylene is used as the heat insulating member. However, in the configuration described in Patent Document 1, depending on the temperature of the battery that has generated heat, the heat insulating member formed of resin may be melted.
そこで、本発明の目的は、複数の蓄電素子が並んで配置された構成において、特定の蓄電素子が発熱したとしても、隣り合って配置された他の蓄電素子に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 prevent heat from being transferred to another adjacent storage element even if a specific storage element generates heat in a configuration in which a plurality of storage elements are arranged side by side. It is an object of the present invention to provide a power storage device that can be used.
本願第1の発明である蓄電装置は、所定方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、所定方向で隣り合う蓄電素子の間に配置された仕切り部材と、を有する。そして、仕切り部材は、熱硬化性樹脂で形成されたスペーサを有する。 The power storage device according to the first invention of the present application includes a plurality of power storage elements arranged side by side in a predetermined direction, and a partition member disposed between power storage elements adjacent in the predetermined direction. The partition member has a spacer formed of a thermosetting resin.
ここで、スペーサの両端部を、所定方向で隣り合う蓄電素子に接触させておけば、スペーサを用いて、蓄電素子の間隔を維持することができる。また、仕切り部材の母材として、スペーサを保持し、温度上昇に応じて溶融可能な材料で形成することができる。このように仕切り部材の母材を溶融可能な材料で形成することで、蓄電素子が発熱したときに、母材を積極的に溶融させることができる。そして、母材の融解熱(潜熱)によって、蓄電素子からの熱を吸収することができ、他の蓄電素子に熱が伝達されるのを抑制することができる。 Here, if the both ends of the spacer are in contact with the power storage elements adjacent in a predetermined direction, the spacing between the power storage elements can be maintained using the spacer. Further, as a base material of the partition member, the spacer can be held and formed of a material that can be melted as the temperature rises. By forming the base material of the partition member with a meltable material in this manner, the base material can be actively melted when the power storage element generates heat. The heat from the power storage element can be absorbed by the heat of fusion (latent heat) of the base material, and the heat can be prevented from being transferred to other power storage elements.
仕切り部材の母材としては、例えば、蝋(ワックス)を用いることができる。蝋を用いれば、蓄電素子から発生した熱によっては、仕切り部材の全体を容易に溶融させることができる。すなわち、仕切り部材の全体を融解させることにより、蓄電素子で発生した熱を効率良く吸収することができる。ここで、仕切り部材にはスペーサが含まれているため、仕切り部材の母材のすべてが溶融しても、蓄電素子の間にはスペーサが残ったままとなる。すなわち、スペーサによって、蓄電素子の間隔を維持することができる。 As the base material of the partition member, for example, wax can be used. If wax is used, the whole partition member can be easily melted by heat generated from the power storage element. That is, by melting the entire partition member, the heat generated in the power storage element can be efficiently absorbed. Here, since the partition member includes the spacer, the spacer remains between the power storage elements even when all of the base material of the partition member is melted. That is, the spacing between the power storage elements can be maintained by the spacer.
本願第2の発明である蓄電装置は、所定方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、所定方向で隣り合う蓄電素子の間に配置された仕切り部材と、を有する。そして、仕切り部材を、未硬化状態の熱硬化性樹脂で形成している。 A power storage device according to a second invention of the present application includes a plurality of power storage elements arranged side by side in a predetermined direction and a partition member disposed between power storage elements adjacent in a predetermined direction. The partition member is formed of an uncured thermosetting resin.
ここで、仕切り部材には、未硬化状態の熱硬化性樹脂中に残存する揮発成分が含まれている。これにより、仕切り部材が蓄電素子からの熱を受けたときに、揮発成分が気化することにより、蓄電素子からの熱を吸収することができる。そして、他の蓄電素子に対して熱が伝達されるのを抑制することができる。 Here, the partition member contains a volatile component remaining in the uncured thermosetting resin. Accordingly, when the partition member receives heat from the power storage element, the volatile component is vaporized, so that heat from the power storage element can be absorbed. And it can suppress that heat is transmitted with respect to another electrical storage element.
熱硬化性樹脂を未硬化状態にすれば、重合反応(硬化反応)が行われていない部分、例えば、モノマーが仕切り部材内に残存し、揮発成分となりうる。また、熱硬化性樹脂として、脱水縮合による重合反応を行う材料、例えば、フェノール樹脂を用いた場合には、未硬化状態において、揮発成分としての水分が仕切り部材内に残存することになる。 If the thermosetting resin is brought into an uncured state, a portion where a polymerization reaction (curing reaction) has not been performed, for example, a monomer remains in the partition member and can become a volatile component. Further, when a material that undergoes a polymerization reaction by dehydration condensation, such as a phenol resin, is used as the thermosetting resin, moisture as a volatile component remains in the partition member in an uncured state.
一方、仕切り部材に、無機粒子を含ませることができる。これにより、仕切り部材の強度を向上させることができる。そして、無機粒子としては、水を吸着可能な物質、水酸化物および水和物のうち、すくなくとも1つを用いることができる。ここで、無機粒子に水を吸着させておけば、水を気化させることにより、蓄電素子からの熱を吸収することができる。同様に、水酸化物や水和物を用いても、水を気化させて、蓄電素子からの熱を吸収することができる。また、無機粒子を中空粒子として構成すれば、仕切り部材内に空気層を形成することができる。このように仕切り部材内に空気層を形成しておくことで、仕切り部材を介した熱の伝達を抑制し易くすることができる。 On the other hand, inorganic particles can be included in the partition member. Thereby, the intensity | strength of a partition member can be improved. And as an inorganic particle, at least 1 can be used among the substance, hydroxide, and hydrate which can adsorb | suck water. Here, if water is adsorbed on the inorganic particles, heat from the power storage element can be absorbed by vaporizing the water. Similarly, even when a hydroxide or hydrate is used, water can be vaporized and heat from the power storage element can be absorbed. Moreover, if the inorganic particles are configured as hollow particles, an air layer can be formed in the partition member. By forming an air layer in the partition member in this way, it is possible to easily suppress heat transfer through the partition member.
本願第1および第2の発明において、蓄電素子との間で熱交換を行うための熱交換媒体が移動する通路を、仕切り部材に形成することができる。これにより、熱交換媒体を蓄電素子に接触させて、蓄電素子の温度調節を行うことができる。ここで、熱交換媒体としては、例えば、空気を用いることができる。また、複数の蓄電素子を互いに近づける方向に作用する力により、蓄電素子および仕切り部材を支持する支持機構を設けることができる。これにより、複数の蓄電素子を一体として取り扱うことができる。 In the first and second inventions of the present application, a passage through which a heat exchange medium for exchanging heat with the power storage element can be formed in the partition member. Thus, the temperature of the power storage element can be adjusted by bringing the heat exchange medium into contact with the power storage element. Here, for example, air can be used as the heat exchange medium. In addition, a support mechanism that supports the power storage element and the partition member can be provided by a force acting in a direction in which the plurality of power storage elements are brought closer to each other. Thereby, a some electrical storage element can be handled as integral.
なお、所定方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、所定方向で隣り合う蓄電素子の間に配置された仕切り部材と、を有する蓄電装置において、仕切り部材を多孔質体で構成するとともに、仕切り部材に無機粒子を含ませることができる。ここで、仕切り部材を多孔質体で構成することにより、仕切り部材内に空気層を形成することができ、仕切り部材を介した熱の伝達を抑制することができる。そして、多孔質体の孔部の大きさを調節すれば、熱伝達を抑制する性能(断熱性)を異ならせることができる。また、仕切り部材に無機粒子を含ませることにより、仕切り部材の機械的強度を確保することができる。例えば、蓄電素子が発熱によって膨張しても、蓄電素子からの負荷に耐えうる強度を仕切り部材に持たせることができる。 In a power storage device having a plurality of power storage elements arranged side by side in a predetermined direction and a partition member disposed between power storage elements adjacent in a predetermined direction, the partition member is made of a porous body, Inorganic particles can be included in the partition member. Here, by configuring the partition member with a porous body, an air layer can be formed in the partition member, and heat transfer through the partition member can be suppressed. And if the magnitude | size of the hole part of a porous body is adjusted, the performance (heat insulation) which suppresses heat transfer can be varied. Moreover, the mechanical strength of a partition member is securable by including an inorganic particle in a partition member. For example, even if the power storage element expands due to heat generation, the partition member can be strong enough to withstand the load from the power storage element.
また、無機粒子として、中空粒子を用いることができる。中空粒子を用いることにより、粒子内にも空気層を形成することができ、仕切り部材を介した熱の伝達を抑制することができる。ここで、中空粒子に関するパラメータを調節することにより、仕切り部材の機械的強度や断熱性を調節することができる。中空粒子に関するパラメータとしては、例えば、中空粒子の外径、中空粒子における中空部の大きさ(体積)、中空粒子におけるシェル部の厚さといったものがある。 Moreover, hollow particles can be used as the inorganic particles. By using hollow particles, an air layer can be formed in the particles, and heat transfer through the partition member can be suppressed. Here, the mechanical strength and heat insulating property of the partition member can be adjusted by adjusting the parameters relating to the hollow particles. Examples of the parameters relating to the hollow particles include the outer diameter of the hollow particles, the size (volume) of the hollow portion of the hollow particles, and the thickness of the shell portion of the hollow particles.
本願第1の発明によれば、蓄電素子の間に配置される仕切り部材が、熱硬化性樹脂で形成されたスペーサを有しているため、仕切り部材が蓄電素子からの熱を受けて溶融しても、スペーサを用いて蓄電素子の間隔を確保することができる。これにより、発熱状態にある蓄電素子の熱が他の蓄電素子に伝達されてしまうのを抑制することができる。 According to the first invention of this application, since the partition member disposed between the power storage elements has the spacer formed of the thermosetting resin, the partition member receives heat from the power storage element and melts. However, the space | interval of an electrical storage element can be ensured using a spacer. Thereby, it can suppress that the heat | fever of the electrical storage element in a heat_generation | fever state is transmitted to another electrical storage element.
本願第2の発明では、仕切り部材を熱硬化性樹脂で形成しているため、仕切り部材が蓄電素子からの熱を受けても、仕切り部材を挟む蓄電素子の間隔を確保することができる。また、熱硬化性樹脂を未硬化状態とすることにより、硬化反応に寄与していない成分を仕切り部材内に残しておくことができ、この成分を用いて蓄電素子からの熱を吸収することもできる。 In the second invention of the present application, since the partition member is made of a thermosetting resin, even when the partition member receives heat from the power storage element, the interval between the power storage elements sandwiching the partition member can be secured. In addition, by setting the thermosetting resin in an uncured state, it is possible to leave a component that does not contribute to the curing reaction in the partition member, and it is also possible to absorb heat from the power storage element using this component. it can.
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(蓄電装置)について、図1を用いて説明する。ここで、図1は、本実施例の電池モジュールの側面図である。図1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。図1以外の他の図面においても同様である。 A battery module (power storage device) that is Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 is a side view of the battery module of the present embodiment. In FIG. 1, 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 other than FIG.
電池モジュール1は、複数の単電池(蓄電素子)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、X方向で隣り合う2つの単電池10の間には、仕切り板20が配置されている。なお、本実施例では、図1に示すように、電池モジュール1の一端(図1の右端)に位置する単電池10と後述するエンドプレート40との間にも、仕切り板20が配置されている。
The battery module 1 has a plurality of single cells (electric storage elements) 10. The plurality of
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。
As the
各単電池10は、電池ケースと、電池ケース内に収容される発電要素(不図示)とで構成されている。本実施例において、電池ケースは、金属で形成されている。発電要素は、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、正極素子と、電解液を含むセパレータと、負極素子とを、この順に積層することによって、発電要素を構成することができる。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。活物質は、正極および負極に応じた材料が用いられる。
Each
各単電池10の上部には、正極端子(電極端子)11および負極端子(電極端子)12が設けられている。すなわち、正極端子11および負極端子12は、Y方向に並んで配置されており、図1では、各単電池10における一方の電極端子だけを示している。正極端子11は、上述した発電要素の正極素子と電気的および機械的に接続されている。また、負極端子12は、上述した発電要素の負極素子と電気的および機械的に接続されている。
A positive electrode terminal (electrode terminal) 11 and a negative electrode terminal (electrode terminal) 12 are provided on the upper part of each
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と、バスバー30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と、バスバー30を介して電気的に接続されている。そして、電池モジュール1を構成する複数の単電池10は電気的に直列に接続されている。
The
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。なお、単電池10の数は、適宜設定することができる。具体的には、電池モジュール1から所望の出力を得ようとする場合には、この出力値(電圧値)に基づいて単電池10の数を設定することができる。
Here, among the plurality of
なお、不図示ではあるが、各単電池10の上部に、安全弁を設けることができる。この安全弁は、単電池10の内部(発電要素)から発生したガスを単電池10の外部に排出させるために用いられる。ここで、単電池10を過充電等した場合には、単電池10の発電要素から高温のガスが発生するおそれがある。そこで、ガスによる単電池10(電池ケース)の膨張等を防止するために、安全弁を介して、単電池10の外部にガスを排出させることができる。
Although not shown, a safety valve can be provided at the top of each
安全弁としては、破壊型の弁又は、復帰型の弁を用いることができる。破壊型の弁とは、閉じ状態から開き状態に変形して、元の状態に戻らない弁である。例えば、単電池10の外装を構成する電池ケースに、凹部を形成することにより、破壊型の弁を構成することができる。一方、復帰型の弁とは、単電池10の内部および外部における圧力の差に応じて、閉じ状態および開き状態の間で変化する弁である。例えば、バネを用いることにより、復帰型の弁を構成することができる。
As the safety valve, a destruction type valve or a return type valve can be used. A destructive valve is a valve that is deformed from a closed state to an open state and does not return to its original state. For example, a destructive valve can be formed by forming a recess in a battery case constituting the exterior of the
単電池10は、角形に形成されており、6つの面を有している。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、仕切り板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方向における他端(図1の左端)に位置する単電池10については、2つの第1側面のうち、一方の第1側面だけが仕切り板20に接触している。そして、他方の第1側面は、後述するエンドプレート40に接触している。
Here, among the plurality of
仕切り板20は、複数の突起部21を有している。各突起部21は、Y方向に延びており、複数の突起部21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。本実施例において、仕切り板20は、蝋(ワックス)で形成されている。蝋とは、高級脂肪酸と高級一価アルコールとのエステルである。また、蝋は絶縁性を有する材料であるため、仕切り板20を挟む2つの単電池10を絶縁状態にすることができる。ここで、図2Aには、X方向から見たときの仕切り板20の正面図を示し、図2Bには、図2AのA−A断面図を示す。なお、突起部21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21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
また、仕切り板20の内部には、複数のスペーサ22が配置されている。言い換えれば、仕切り板20の母材に、複数のスペーサ22が埋め込まれており、仕切り板20の母材は、各スペーサ22を保持している。各スペーサ22は、図2Aおよび図2Bに示すように、X方向に延びて柱状に形成されており、仕切り板20の突起部21内に配置されている。そして、各突起部21には、複数(4つ)のスペーサ22がY方向に並んで配置されている。
In addition, a plurality of
スペーサ22は、熱硬化性樹脂で形成されており、スペーサ22の両端は、仕切り板20の表面に露出している。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミドといったものがある。
The
仕切り板20は、2つの単電池10によって挟まれており、突起部21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、仕切り板20のうち、突起部21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。なお、電池モジュール1の一端に位置する仕切り板20は、単電池10およびエンドプレート40に接触している。ここで、仕切り板20の表面には、スペーサ22の両端が露出しているため、スペーサ22の両端も単電池10に接触している。
The
突起部21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側面および仕切り板20の間には、スペースS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。図2Aの点線で示す矢印は、熱交換媒体の移動方向を示している。
A space S is formed between the first side surface of 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電池特性(充放電に関する特性)を示し、所定の温度範囲を外れる場合には、電池特性が劣化してしまうことがある。そこで、単電池10の温度状態に応じて、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1に対して、空気等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に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。すなわち、単電池10が発熱している場合には、冷えた熱交換媒体を単電池10に接触させることにより、単電池10の温度上昇を抑制することができる。また、単電池10が冷えている場合には、温められた熱交換媒体を単電池10に接触させることにより、単電池10の温度低下を抑制することができる。
When the heat exchange medium is moved to the space S described above, the heat exchange medium is brought into contact with the
図1において、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(支持構造の一部)40が配置されている。エンドプレート40は、樹脂で形成されている。一方のエンドプレート40は、単電池10と接触しており、他方のエンドプレート40は、仕切り板20と接触している。また、一対のエンドプレート40には、X方向に延びる拘束部材(支持構造の一部)41が固定されている。具体的には、拘束部材41の一端が、ボルト42を介して一方のエンドプレート40に固定され、拘束部材41の他端が、ボルト42を介して他方のエンドプレート40に固定されている。
In FIG. 1, a pair of end plates (a part of the support structure) 40 are disposed at both ends in the X direction of the battery module 1. The
本実施例では、電池モジュール1の上面に、2つの拘束部材41を配置しているとともに、電池モジュール1の下面に2つの拘束部材41を配置している。図1では、電池モジュール1の上面および下面のそれぞれに配置される一方の拘束部材41だけを示している。拘束部材41としては、金属や樹脂で形成することができる。金属で形成された拘束部材41を用いる場合には、拘束部材41を単電池10から離して配置することが好ましい。
In the present embodiment, two restraining
上述した構成により、X方向に並べられた複数の単電池10および仕切り板20には、一対のエンドプレート40から図1の矢印Fで示す力が作用している。力Fは、一対のエンドプレート40が複数の単電池10および仕切り板20を挟んで支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、仕切り板20やエンドプレート40に接触する。
With the above-described configuration, the force indicated by the arrow F in FIG. 1 acts on the plurality of
ここで、複数の単電池10を支持するための構造は、図1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。具体的には、拘束部材41の形状や数、拘束部材41を配置する位置を適宜変更することができる。また、本実施例では、電池モジュール1の他端において、単電池10およびエンドプレート40を接触させているが、単電池10およびエンドプレート40の間に仕切り板20を配置してもよい。
Here, the structure for supporting 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)に収容される。これにより、電池パックが構成される。ここで、電池モジュール1は、パックケースに固定されている。なお、パックケース内において、複数の電池モジュール1を並べて配置することもできる。 The battery module 1 described above is accommodated in a pack case (not shown). Thereby, a battery pack is constituted. Here, the battery module 1 is fixed to the pack case. In the pack case, a plurality of battery modules 1 can be arranged side by side.
電池パックは、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パックに加えて、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、電池パックの出力だけを用いて走行する車である。 The battery pack 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 a battery pack as a power source. An electric vehicle is a vehicle that travels using only the output of the battery pack.
本実施例の電池パックは、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。具体的には、電池パック(電池モジュール1)を、ケーブルを介してインバータに接続し、インバータを介して、車両の走行に用いられるモータを駆動することができる。ここで、電池パックの出力を、DC/DCコンバータによって昇圧してからインバータに供給することもできる。また、車両の制動時において、ジェネレータによって生成された電力を、インバータを介して電池パックに供給することにより、充電を行うことができる。なお、車両の外部から電力の供給を受けることにより、充電を行うこともできる。 The battery pack according to 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. Specifically, the battery pack (battery module 1) can be connected to an inverter via a cable, and a motor used for traveling of the vehicle can be driven via the inverter. Here, the output of the battery pack can be boosted by a DC / DC converter and then supplied to the inverter. In addition, when the vehicle is braked, charging can be performed by supplying the power generated by the generator to the battery pack via the inverter. In addition, it can also charge by receiving supply of electric power from the exterior of a vehicle.
次に、本実施例の電池モジュール1において、単電池10が発熱したときの動作について説明する。
Next, in the battery module 1 of the present embodiment, the operation when the
電池モジュール1を構成する複数の単電池10のうち、いずれか1つの単電池10が発熱すると、この単電池10と接触する仕切り板20の温度も上昇する。特に、単電池10内の発電要素からガスが発生する場合には、単電池10の温度が過度に上昇することがある。ここで、仕切り板20は、温度上昇に応じて溶融するようになっている。すなわち、仕切り板20の温度が、仕切り板20の母材を形成する材料(本実施例では蝋)の融点よりも高くなると、仕切り板20が溶け出すようになっている。
When any one of the plurality of
本実施例において、仕切り板20の母材は、電池モジュール1(単電池10)が通常の使用状態(充放電状態)である場合には、形状が維持されるようになっている。すなわち、仕切り板20の母材を形成する材料の融点は、通常の使用状態における単電池10の温度や環境温度よりも高くなっている。ここで、通常の使用状態とは、所定の充電容量(SOC:State of Charge)の範囲内において充放電を行う場合である。一方、仕切り板20の母材を形成する材料の融点は、過充電等によって異常状態となった単電池10の温度よりも低くなっている。これにより、単電池10が異常状態となって単電池10の温度が過度に上昇したときにのみ、仕切り板20の母材を溶融させることができる。
In the present embodiment, the shape of the base material of the
仕切り板20の母材の少なくとも一部を溶融させることにより、単電池10からの熱を吸収することができる。すなわち、単電池10で発生した熱エネルギを、仕切り板20の母材を溶融させるエネルギとして用いることができ、単電池10からの熱エネルギを吸収することができる。したがって、他の単電池10に熱が伝達してしまうのを抑制することができる。特に、本実施例のように、仕切り板20の母材を蝋で形成すれば、仕切り板20の母材を溶融させやすくすることができ、単電池10で発生した熱エネルギを効率良く吸収することができる。
By melting at least part of the base material of the
一方、仕切り板20の内部に配置されたスペーサ22は、熱硬化性樹脂で形成されているため、単電池10からの熱が加わっても、溶融することはない。ここで、仕切り板20の母材のすべてが溶融すると、図3に示すように、X方向で隣り合う単電池10の間には、スペーサ22だけが存在することになる。図3は、電池モジュール1の一部の構成を示す側面図であり、仕切り板20の母材のすべてが溶融した状態を示している。
On the other hand, since the
スペーサ22を挟む2つの単電池10には、力Fが常に作用しているため、各スペーサ22は、隣り合う単電池10の間において、位置を変えることなく、元の状態を維持している。すなわち、本実施例では、スペーサ22の両端部を仕切り板20の表面で露出させて単電池10に接触させているため、仕切り板20の母材が溶融しても、スペーサ22は、元の状態のままであり、隣り合う単電池20の間隔を維持することができる。また、スペーサ22を用いることにより、仕切り板20の強度を確保することができる。さらに、仕切り板20の母材が溶けることにより、単電池10の間に所定のスペース(空気層)を形成することができる。
Since the force F always acts on the two
単電池10の間に空気層を形成することにより、異常状態にある単電池10の熱が、他の単電池10に伝達されるのを抑制することができる。そして、異常状態にある単電池10の熱が他の単電池10に伝達するのを抑制することにより、他の単電池10が連鎖的に発熱するのを抑制することができる。
By forming an air layer between the
また、単電池10の間には、柱状のスペーサ22が位置しているだけなので、Y−Z平面内の複数の方向において、空気の移動経路を確保することができる。これにより、異常状態にある単電池10の熱を、複数の方向に拡散させることができ、他の単電池10に熱が伝達してしまうのを抑制することができる。特に、本実施例のように、仕切り板20の母材を蝋で形成しておけば、仕切り板20の母材のすべてを容易に溶かすことができ、単電池10の間において、空気の移動経路を複数形成させることができる。
Further, since only the
本実施例において、仕切り板20の母材を形成する材料は、蝋に限るものではなく、単電池10の温度上昇に伴って、溶融するものであればよい。すなわち、単電池10が異常状態となったときの温度において、溶融する材料であればよい。例えば、仕切り板20の母材を、熱可塑性樹脂で形成することができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンといったものがある。
In the present embodiment, the material forming the base material of the
一方、スペーサ22の数や形状、スペーサ22を配置する位置は、適宜設定することができる。すなわち、スペーサ22を用いることにより、単電池10の間隔を確保できればよい。例えば、スペーサ22を球状に形成することができる。スペーサ22を球状に形成しておけば、一対のエンドプレート40が互いに異なる方向、例えば、Z−Y平面内の相反する方向に変位してしまうことがあっても、単電池10の間隔を維持することができる。また、単電池10には力F(図1参照)が常に作用しているため、スペーサ22を球状に形成しても、スペーサ22が落下してしまうことはない。
On the other hand, the number and shape of the
また、本実施例では、スペーサ22の両端を仕切り板20の表面に露出させているが、これに限るものではない。例えば、スペーサ22の一端だけを仕切り板20の表面に露出させたり、スペーサ22のすべてを仕切り板20の母材に埋め込むようにしたりすることができる。このように構成しても、仕切り板20の母材が溶融することにより、スペーサ22が単電池10に接触するようになり、単電池10の間隔を確保することができる。
In this embodiment, both ends of the
さらに、本実施例の電池モジュール1では、拘束部材41およびエンドプレート40を用いて、複数の単電池10に対して力Fを作用させているが、これに限るものではない。すなわち、力Fが作用していない構成であっても、本発明を適用することができる。具体的には、仕切り板20が2つの単電池10で挟まれた状態で単電池10に接触していれば、単電池10からの熱を受けて仕切り板20を溶融させることができる。
Furthermore, in the battery module 1 of the present embodiment, the force F is applied to the plurality of
なお、仕切り板20の母材を熱硬化性樹脂で形成すれば、仕切り板20が溶けることはなく、単電池10の間隔を維持することができる。しかし、この場合には、異常状態にある単電池10の熱が、仕切り板20を介して他の単電池10に伝達されてしまう。一方、仕切り板20の母材を省略して、スペーサ22だけを用いることも考えられる。しかし、この場合には、単電池10の間に複数のスペーサ22を配置することが困難になってしまう。すなわち、電池モジュールの製造工程が複雑になってしまう。
In addition, if the base material of the
次に、本発明の実施例2である電池モジュールについて、図4を用いて説明する。図4は、本実施例の電池モジュールにおける一部の構成を示す側面図である。ここで、実施例1で説明した部材と同一の部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例1と異なる点について、主に説明する。 Next, a battery module that is Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a side view showing a part of the configuration of the battery module of this example. Here, the same members as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described.
本実施例では、仕切り板20の構成が、実施例1と異なっている。本実施例の仕切り板50は、実施例1の仕切り板20と同一形状に形成されているが、仕切り板50の全体が熱硬化性樹脂で形成されている。ここで、仕切り板50は、Y方向に延びる複数の突起部51を有しており、Z方向で隣り合う突起部51の間には、熱交換媒体を移動させるためのスペースSが形成されている。
In the present embodiment, the configuration of the
本実施例において、仕切り板50を形成する熱硬化性樹脂は、未硬化状態となっている。未硬化状態とは、硬化反応(重合反応)が行われていない部分を含む状態をいう。言い換えれば、熱硬化性樹脂の一部を硬化させる前に、硬化反応を停止させた状態をいう。
In the present embodiment, the thermosetting resin that forms the
熱硬化性樹脂を硬化させて成形処理を行う際の成形条件を変更することにより、熱硬化性樹脂が未硬化状態である仕切り板50を成形することができる。上記成形条件としては、熱処理温度(硬化温度)、熱処理時間(硬化時間)、熱処理時の雰囲気といったものが挙げられる。そして、これらのパラメータを変更することにより、熱硬化性樹脂が未硬化状態となる仕切り板50を成形することができる。具体的には、熱処理温度を低くしたり、熱処理時間を短くしたりすることができる。成形条件の変更は、熱硬化性樹脂の硬化度に応じて適宜設定することができる。
The
熱硬化性樹脂が未硬化状態である仕切り板50には、重合した熱硬化性樹脂の成分と、重合していない熱硬化性樹脂の成分とが含まれる。そして、重合していない熱硬化性樹脂の成分としては、例えば、モノマーがある。
The
本実施例において、電池モジュール1を構成する複数の単電池10のうち、いずれかの単電池10が異常状態となって発熱すると、この単電池10と接触する仕切り板50に熱が伝達される。ここで、仕切り板50には、未硬化反応に伴って、揮発成分が残存しているため、単電池10からの熱を受けた揮発成分が気化することになる。すなわち、揮発成分の気化熱によって、単電池10からの熱を吸収することができる。
In the present embodiment, when any one of the plurality of
ここで、揮発成分としては、上述したモノマーがある。また、熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂を用いた場合には、脱水縮合による重合反応によって水が生成されるため、この水分を揮発成分とすることができる。 Here, the volatile component includes the above-described monomer. Further, when a phenol resin is used as the thermosetting resin, water is generated by a polymerization reaction by dehydration condensation, so that this water can be used as a volatile component.
また、仕切り板50を形成する熱硬化性樹脂は未硬化状態となっているため、単電池10からの熱を受けることにより、硬化反応が進むことがある。すなわち、熱硬化性樹脂が未硬化状態から硬化状態に変化することがあり、この工程において、単電池10からの熱を吸収することもある。このように単電池10からの熱を吸収することにより、他の単電池10に熱が伝達されるのを抑制することができる。そして、複数の単電池10に熱が伝達されることにより、複数の単電池10が連鎖的に発熱してしまうのを抑制することができる。
Further, since the thermosetting resin forming the
さらに、仕切り板50は、熱硬化性樹脂で形成されているため、単電池10からの熱を受けても、溶融することはなく、仕切り板50を挟む単電池10の間隔を維持することができる。
Furthermore, since the
次に、本実施例の変形例である電池モジュールについて、図5を用いて説明する。図5は、本実施例の変形例である電池モジュールにおける一部の構成を示す断面図である。本変形例では、本実施例で説明した仕切り板50内に無機粒子52を含ませている。すなわち、本変形例の仕切り板50は、未硬化状態の熱硬化性樹脂で形成された母材と、母材中に分散された無機粒子52とで構成されている。
Next, a battery module which is a modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a partial configuration of a battery module that is a modification of the present embodiment. In this modification,
ここで、仕切り板50を成形する前に、熱硬化性樹脂中に無機粒子52を分散させておき、無機粒子52を含む熱硬化性樹脂を用いて仕切り板50を成形することができる。このように無機粒子52を用いることにより、仕切り板50の強度を向上させることができる。ここで、単電池10内の発電要素からガスが発生して、単電池10が膨張してしまう場合には、単電池10から過度の負荷を受けるおそれがあるため、仕切り板50の強度を確保しておく必要がある。
Here, before the
無機粒子52の材料としては、仕切り板50に強度を持たせる観点に基づいて、適宜選択することができる。例えば、無機粒子52として、シリカ、アルミナ、ジルコニアといったセラミックスを用いることができる。
The material of the
ここで、無機粒子52の表面に水酸基を持たせておけば、複数の無機粒子52における水酸基が縮合反応することにより、水を生成することができる。また、仕切り板50を形成する熱硬化性樹脂に水酸基が含まれていれば、重合していない熱硬化性樹脂の成分(水酸基を含む)と、無機粒子52の水酸基との間で縮合反応が起こり、水を生成することができる。
Here, if the surface of the
また、無機粒子52として、水を吸着しやすい物質、水酸化物、水和物といったものを用いることができる。水を吸着しやすい物質としては、例えば、シリカゲルを用いることができる。水酸化物としては、例えば、β−FeOOHやZn(OH)2を用いることができる。水酸化物としての無機粒子52を用いれば、熱分解によって水を生成することができる。例えば、下記の反応式によって水を生成することができる。
β−FeOOH → α−Fe2O3 + H2O
Zn(OH)2 → ZnO + H2O
Further, as the
β-FeOOH → α-Fe 2 O 3 + H 2 O
Zn (OH) 2 → ZnO + H 2 O
上述したように、水を生成すれば、異常状態にある単電池10の熱が仕切り板50に伝達しても、水分を気化させることにより、単電池10からの熱を吸収することができる。これにより、異常状態にある単電池10の熱が他の単電池10に伝達されるのを抑制することができる。そして、複数の単電池10が連鎖的に発熱してしまうのを抑制することができる。ここで、無機粒子52として、水を吸着しやすい物質や水和物を用いれば、単電池10から伝達された熱によって水を気化させることができる。
As described above, if water is generated, even if the heat of the
次に、本発明の実施例3である電池モジュールについて、図6を用いて説明する。図6は、本実施例の電池モジュールにおける一部の構成を示す断面図である。ここで、実施例1で説明した部材と同一の部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例1と異なる点について、主に説明する。 Next, a battery module that is Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a part of the configuration of the battery module of this example. Here, the same members as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described.
本実施例では、仕切り板の構成が、実施例1と異なっている。本実施例の仕切り板60は、実施例1の仕切り板20と同一形状に形成されているが、仕切り板60に中空粒子62が含まれている。ここで、仕切り板60は、Y方向に延びる複数の突起部61を有しており、Z方向で隣り合う突起部61の間には、熱交換媒体を移動させるためのスペースSが形成されている。
In the present embodiment, the configuration of the partition plate is different from that of the first embodiment. The
中空粒子62は、無機材料で形成されており、図7に示すように、中空部62aおよびシェル部62bを有している。中空部62aは、シェル部62bで囲まれた空気層となっている。中空粒子62を形成する無機材料としては、例えば、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニアを用いることができる。また、中空粒子62は、例えば、噴霧熱分解法やテンプレート法によって製造することができる。ここで、噴霧熱分解法とは、金属塩溶液を高温の炉内に噴霧して、熱分解、反応、合成又は焙焼を行わせることにより、中空粒子を製造する方法である。また、テンプレート法とは、コアとなる物質に対してシェル部の原料を析出させた後に、コアを除去することにより、中空粒子を製造する方法である。
The
本実施例において、仕切り板60の母材としては、例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンといったものがある。また、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミドといったものがある。ここで、仕切り板60の母材として、熱硬化性樹脂を用いた場合には、実施例2で説明したように、熱硬化性樹脂を未硬化状態とすることができる。
In this embodiment, as the base material of the
本実施例では、中空粒子62を用いることにより、中空粒子62の内部に空気層(中空部62a)を形成することができる。これにより、空気層を用いて熱の伝達を抑制することができる。例えば、仕切り板60と接触する単電池10が発熱して、この熱が仕切り板60に伝達されても、仕切り板60内に存在する空気層によって、熱の伝達を抑制でき、仕切り板60を介して他の単電池10に熱が伝達されるのを抑制することができる。
In the present embodiment, by using the
ここで、中空粒子62に関するパラメータを調節することにより、仕切り板60に対して所望の機能を持たせることができる。中空粒子62に関するパラメータとしては、例えば、中空粒子62の外径、中空部62aの大きさ(体積又は、中空粒子62の内径)、シェル部62bの厚さといったものがある。ここで、例えば、中空部62aを大きくすれば、仕切り板60内に形成される空気層を大きくすることができ、熱の伝達を抑制し易くすることができる。また、シェル部62bの厚さを厚くすれば、仕切り板60の強度を向上させることができる。
Here, by adjusting the parameters relating to the
仕切り板60の母材を、未硬化状態の熱硬化性樹脂で形成した場合には、無機材料で形成された中空粒子62を用いることにより、仕切り板60の強度を確保することができる。しかも、仕切り板60内に空気層を形成することができるため、熱硬化性樹脂を未硬化状態とすることの効果(実施例2参照)に加えて、空気層を用いた断熱効果を得ることができる。
When the base material of the
一方、仕切り板60を多孔質体で構成することもでき、多孔質体に無機粒子を含ませることができる。仕切り板60を多孔質体で構成することにより、仕切り板60内に空気層を形成することができ、仕切り板60を介した熱の伝達を抑制することができる。しかも、多孔質体に無機粒子を含ませることにより、仕切り板60の強度を確保することができる。ここで、仕切り板60は、複数の孔部を有していればよく、例えば、仕切り板60を発泡体で構成することができる。発泡体の成形方法としては、例えば、押出発泡法、ビーズ発泡法、射出発泡法といったものがある。
On the other hand, the
また、無機粒子としては、中空粒子を用いることができる。図8には、仕切り板60を、中空粒子62を含んだ多孔質体で形成した構成を示している。図8に示すように、仕切り板60には、複数の孔部63が形成されているとともに、複数の中空粒子62が分散している。多孔質体および中空粒子を用いることにより、仕切り板60内により多くの空気層を形成することができ、仕切り板60の断熱機能を向上させることができる。また、中空粒子62を無機材料で形成することにより、仕切り板60の強度を確保することができる。図8に示す構成では、孔部63の大きさや、中空粒子62に関するパラメータを調節することにより、仕切り板60に対して所望の機能(強度や断熱性)を持たせることができる。
Moreover, hollow particles can be used as the inorganic particles. FIG. 8 shows a configuration in which the
1:電池モジュール(蓄電装置) 10:単電池(蓄電素子)
11:正極端子 12:負極端子
20,50,60:仕切り板(仕切り部材) 21,51,61:突起部
22:スペーサ 30:バスバー
40:エンドプレート(支持構造の一部) 41:拘束部材(支持構造の一部)
42:ボルト(支持構造の一部) 52:無機粒子
62:中空粒子 62a:中空部
62b:シェル部 63:孔部
1: Battery module (power storage device) 10: Single battery (power storage element)
11: Positive terminal 12:
42: Bolt (part of support structure) 52: Inorganic particles 62: Hollow particles 62a:
Claims (10)
前記所定方向で隣り合う前記蓄電素子の間に配置された仕切り部材と、を有し、
前記仕切り部材は、熱硬化性樹脂で形成されたスペーサを有することを特徴とする蓄電装置。 A plurality of power storage elements arranged side by side in a predetermined direction;
A partition member disposed between the electricity storage elements adjacent in the predetermined direction,
The power storage device, wherein the partition member includes a spacer formed of a thermosetting resin.
前記所定方向で隣り合う前記蓄電素子の間に配置された仕切り部材と、を有し、
前記仕切り部材は、未硬化状態の熱硬化性樹脂で形成されていることを特徴とする蓄電装置。 A plurality of power storage elements arranged side by side in a predetermined direction;
A partition member disposed between the electricity storage elements adjacent in the predetermined direction,
The power storage device, wherein the partition member is formed of an uncured thermosetting resin.
10. The power storage device according to claim 1, further comprising a support structure that supports the power storage element and the partition member by a force acting in a direction in which the plurality of power storage elements are brought closer to each other.
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