JP2010192333A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の単電池が直列に接続された電池パックに関する。詳しくは、車両搭載用として好適な電池パックに関する。 The present invention relates to a battery pack in which a plurality of single cells are connected in series. Specifically, the present invention relates to a battery pack suitable for mounting on a vehicle.
リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、該単電池を複数直列接続して成る組電池は高出力が得られる電源として、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池を単電池として複数直列に接続した組電池(電池パック)は、車両搭載用高出力電源(バッテリ)として好ましく用いられるものとして期待されている。なお、この種の高出力電源(バッテリ)に関する従来技術として、例えば特許文献1、2が開示されている。 Lithium-ion batteries, nickel-metal hydride batteries and other secondary batteries or capacitors and other storage elements are used as unit cells, and a battery pack formed by connecting a plurality of unit cells in series is used as a power source for vehicle mounting, It is becoming increasingly important as a power source for personal computers and mobile terminals. In particular, an assembled battery (battery pack) in which a plurality of lithium ion batteries that are lightweight and obtain high energy density are connected in series as single cells is expected to be preferably used as a high-output power supply (battery) for mounting on a vehicle. For example, Patent Documents 1 and 2 are disclosed as conventional techniques related to this type of high-output power supply (battery).
ところで、この種の複数の単電池から構成された組電池においては、不良単電池の存在や充電装置の故障による誤作動があった場合、単電池に通常以上の電流が供給され、単電池内で異常な発熱が生じることが想定される。また、自動車等の車両に搭載される組電池は、搭載スペースが制限されることに加えて振動が発生する状態での使用が前提となることから、多数の単電池を配列し且つ拘束した状態(即ち各単電池を相互に固定した状態)の組電池が構築される。このように個々の単電池を相互に固定した組電池において、上記のように単電池の一部に異常発熱が生じると、最初に発熱した異常単電池からの熱によって隣接する正常な単電池も次第に熱せられ、該正常な単電池も連鎖的に発熱に至るケースが考えられる。安全性や高信頼性の観点からは、そのような単電池間の連鎖発熱を抑制・遅延して、発熱した異常単電池を速やかに回収して処理することが望ましい。 By the way, in an assembled battery composed of a plurality of unit cells of this type, when there is a malfunction due to the presence of a defective unit cell or a failure of a charging device, an electric current higher than usual is supplied to the unit cell. It is assumed that abnormal heat generation occurs. In addition, the assembled battery mounted on a vehicle such as an automobile is assumed to be used in a state in which vibration is generated in addition to limiting the mounting space, so that a number of single cells are arranged and restrained An assembled battery (that is, a state in which the individual cells are fixed to each other) is constructed. In the assembled battery in which the individual cells are fixed to each other in this way, when abnormal heat generation occurs in a part of the single cells as described above, the adjacent normal single cells are also heated by the heat from the abnormal battery cells that first generated heat. It can be considered that the normal unit cells are gradually heated and generate heat in a chain. From the viewpoint of safety and high reliability, it is desirable to suppress and delay such chain heat generation between the unit cells, and to quickly collect and process the abnormal unit cells that have generated heat.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、一部の単電池に熱異常が発生した際に隣接する単電池間の連鎖発熱を抑制することができる電池パックを提供することである。 The present invention has been made in view of the above points, and its main purpose is to provide a battery pack capable of suppressing chain heat generation between adjacent unit cells when a thermal abnormality occurs in some unit cells. Is to provide.
本発明によって提供される電池パックは、複数の充放電可能な単電池が直列に接続されて構成された電池パックである。上記複数の単電池は、所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されている。上記配列された単電池間の間隙の少なくとも一箇所には、該単電池とともに前記配列方向に荷重が加えられた状態で拘束される冷却用スペーサーが配置されている。上記冷却用スペーサーは、隣接する単電池より生じた熱を吸熱する冷却用媒体であって吸熱により固体から液体に相変化し得る相変化物質からなる媒体(以下「PCM媒体(Phase Change Material)と称する。)を有している。上記PCM媒体は、固体時に上記冷却用スペーサーに保持されるとともに、該固体から液体に相変化すると上記冷却用スペーサーの外部へ流れ出すように配置されている。 The battery pack provided by the present invention is a battery pack configured by connecting a plurality of chargeable / dischargeable cells in series. The plurality of unit cells are arranged in a predetermined direction and are restrained in a state where a load is applied in the arrangement direction. A cooling spacer that is constrained in a state where a load is applied in the arrangement direction together with the unit cells is disposed in at least one portion of the gap between the unit cells arranged. The cooling spacer is a cooling medium that absorbs heat generated from an adjacent unit cell, and is a medium made of a phase change material (hereinafter referred to as “PCM medium (Phase Change Material)”) that can change phase from a solid to a liquid by endotherm. The PCM medium is held by the cooling spacer when solid, and is arranged to flow out of the cooling spacer when the phase changes from the solid to the liquid.
本発明に係る電池パックによれば、冷却用スペーサーは、隣接する単電池より生じた熱を吸熱する冷却用媒体であって吸熱時に固体から液体に相変化するPCM媒体を有しているので、電池パックを構成する単電池の何れかに異常発熱(例えば過充電等による許容範囲を超えた高温熱)が生じた場合でも、PCM媒体による吸熱作用(すなわち、PCM媒体が固体から液体に相変化するときの潜熱により単電池から発せられた熱を吸収する作用)によって、異常発熱電池に隣接する単電池の温度上昇を抑制(例えば遅延)することができる。 According to the battery pack according to the present invention, the cooling spacer has a PCM medium that is a cooling medium that absorbs heat generated from adjacent unit cells and that changes phase from solid to liquid upon heat absorption. Even if abnormal heat generation (for example, high temperature heat exceeding the allowable range due to overcharge, etc.) occurs in any of the cells constituting the battery pack, the endothermic action by the PCM medium (that is, the phase change of the PCM medium from solid to liquid) The temperature rise of the unit cell adjacent to the abnormal heating cell can be suppressed (for example, delayed) by the action of absorbing the heat generated from the unit cell by the latent heat at the time.
加えて、PCM媒体は、固体時に冷却用スペーサーに保持され、液体時に冷却用スペーサーの外部へ流れ出すように配置されているので、吸熱時に固体から液体に相変化したPCM媒体は、冷却用スペーサーの外部へ流出する。そのため、PCM媒体の流出後は、PCM媒体の収容スペースに空隙が形成されることになる。この新たに形成された空隙(PCM媒体の空きスペース)を冷却風の流通経路として利用することができ、異常発熱電池に隣接する単電池の温度上昇をさらに抑制することができる。 In addition, since the PCM medium is arranged to be held by the cooling spacer when solid and to flow out of the cooling spacer when liquid, the PCM medium that has undergone a phase change from solid to liquid at the time of endotherm is absorbed by the cooling spacer. It flows out to the outside. Therefore, after the PCM medium flows out, a gap is formed in the PCM medium accommodation space. The newly formed gap (vacant space of the PCM medium) can be used as a cooling air flow path, and the temperature increase of the unit cell adjacent to the abnormal heating battery can be further suppressed.
すなわち、本発明の構成によれば、電池パックを構成する単電池の何れかに異常発熱が生じた場合でも、PCM媒体による吸熱効果と、PCM媒体流出後に形成された空隙による断熱効果との両方の作用によって、異常発熱電池に隣接する単電池の温度上昇を効果的に抑制することができ、結果、電池パックを構成する単電池間の連鎖発熱を確実に防止することができる。 That is, according to the configuration of the present invention, even when abnormal heat generation occurs in any of the single cells constituting the battery pack, both the heat absorption effect by the PCM medium and the heat insulation effect by the gap formed after the PCM medium flows out are both. As a result, the temperature rise of the unit cells adjacent to the abnormal heat generation battery can be effectively suppressed, and as a result, chain heat generation between the unit cells constituting the battery pack can be reliably prevented.
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、以下、複数のリチウムイオン電池10を備えた電池パック100を例にして本発明の電池パック100の構造について詳細に説明する。なお、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals. Hereinafter, the structure of the
<実施形態1>
図1を参照しながら本実施形態の電池パック100の構成について説明する。図1は本実施形態の電池パック100の構成を模式的に示す斜視図である。
<Embodiment 1>
The configuration of the
本実施形態の電池パック100は、車両に搭載される電池パックである。この電池パック100は、複数の充放電可能な単電池(リチウムイオン電池)10が直列に接続されて構成されている。図示した例では、同形状の4個の単電池10が一定の間隔で直列に配列されている
The
単電池10は、正極および負極を備える電極体と、該電極体および電解質を収容する容器50とを備える。本実施形態の電極体は、典型的な組電池に装備される単電池と同様、所定の電池構成材料(正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等)から構成されている。また、ここでは電極体として扁平形状の捲回電極体が用いられている。
The
本実施形態の容器50は扁平形状の捲回電極体を収容し得る形状(図示した例では箱型)を有する。また、容器50の材質は、典型的な単電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はないが、組電池自体の軽量化の観点から、例えば薄い金属製或いは合成樹脂製の容器が使用され得る。 The container 50 of the present embodiment has a shape (box shape in the illustrated example) that can accommodate a flat wound electrode body. The material of the container 50 is not particularly limited as long as it is the same as that used for a typical unit cell, but from the viewpoint of reducing the weight of the assembled battery itself, for example, a thin metal or synthetic resin container Can be used.
容器50の上面には、捲回電極体の正極と電気的に接続する正極端子70、および負極と電気的に接続する負極端子72が設けられている。そして、隣接する単電池10間において一方の正極端子70と他方の負極端子72とが接続具74によって電気的に接続される。このように各単電池10を直列に接続することにより、所望する電圧を有する電池パック100が構築され得る。
On the upper surface of the container 50, a
次に、本実施形態の複数の単電池10を配列して拘束する方法について説明する。本実施形態の単電池10は、所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されている。具体的には、複数の単電池10は、それぞれの正極端子70および負極端子72が交互に配置されるように一つずつ反転させて配置されており、容器50の側壁(容器50の幅広な面、即ち容器50内に収容される捲回電極体の扁平面に対応する面)が対向する方向に配列される。
Next, a method for arranging and restraining the plurality of
このように配列させた単電池10の周囲には、複数の単電池10をまとめて拘束する拘束部材が配備される。即ち、単電池配列方向の最外側に位置する単電池10の更に外側には、一対の拘束板60A,60Bが配置される。また、当該一対の拘束板60A,60Bを架橋するように締付け用ビーム材62が取り付けられる。そして、ビーム材62の端部をビス64により拘束板60A,60Bに締め付け且つ固定することによって上記単電池10をその配列方向に所定の荷重が加わるように拘束することができる。
A restraining member that restrains the plurality of
また、図2に示すように、このように拘束された単電池10間の間隙の少なくとも一箇所(図示した例では配列する各単電池10間及び単電池配列方向の両アウトサイド)には冷却用スペーサー20が配置される。冷却用スペーサー20は板状部材であり、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)などの耐熱性に優れた樹脂材料から構成すると良い。この冷却用スペーサー20は、隣接する単電池10の容器側壁12に密接して配置されており、充放電時に単電池10内で発生した熱(例えば過充電等による許容範囲を超えた高温熱)を冷却させるための冷却板としての役割を持つ。即ち、冷却用スペーサー20は、隣接する単電池10より生じた熱を吸熱する冷却用媒体28を有している。
Further, as shown in FIG. 2, at least one of the gaps between the
冷却用媒体28は、単電池10より生じた熱を吸熱する冷却用媒体であって、吸熱により固体から液体に相変化するPCM媒体から構成されている。PCM媒体28は、固体から液体に相変化するときの潜熱(融解熱)により単電池10から発せられた熱(例えば過充電等による許容範囲を超えた高温熱)を吸収し、この潜熱(融解熱)の分だけ単電池10の温度上昇を抑制する。このようなPCM媒体としては例えば結晶状のエリスリトール(融点119℃、潜熱量340kJ/kg)を好ましく用いることができる。使用するPCM媒体は、電池の用途や具体的構成(例えば電池の使用目的に応じた吸収可能なPCM潜熱量など)に応じて適当なものを選択すると良い。また、PCM媒体28は、固体時に冷却用スペーサー20に保持され、液体時に冷却用スペーサー20の外部へ流れ出すように配置されている。すなわち、PCM媒体28は、熱正常時には冷却用スペーサー20に保持され、熱異常時には単電池10より発せられた高温熱を吸収し、固体から液体に相変化した後、冷却用スペーサー20の外部へ排出されるようになっている。
The cooling
さらに図3および図4を加えて、冷却用スペーサー20の構成について説明する。図3は冷却用スペーサー20と単電池10との位置関係を示す上面模式図であり、図4は冷却用スペーサー20と単電池10との位置関係を示す側面模式図である。図4では冷却用スペーサー20を挟む2つの単電池10のうちの一方を省略して示してある。
Further, the configuration of the cooling
この実施形態では、冷却用スペーサー20は、図3に示すように、隣接する単電池10の容器側壁12に対向する面であって単電池10の容器側壁12を押圧する押圧面を有している。該押圧面には拘束時に容器側壁12に押しつけられる押圧凸部24と該単電池の容器側壁12に接触しない非接触凹部26とが形成されている。そして、非接触凹部26と単電池10の容器側壁12との間に形成された空隙にPCM媒体28が保持されている。また、非接触凹部26の一端は、外部に開放された開口端26aとなっている。そのため、非接触凹部26の空隙に保持されたPCM媒体28は、吸熱して液相に変化した後、非接触凹部26の開口端26aを通じて冷却用スペーサー20の外部へ流れ出すようになっている。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the cooling
この実施形態では、冷却用スペーサー20の押圧面には、高さ方向に直線状に形成された押圧凸部24と非接触凹部26とが交互に形成されている。そして、非接触凹部26の下端は、外部に開放された開口端26aとなっている。そのため、非接触凹部26の空隙に保持されたPCM媒体28は、吸熱して液相に変化した後、非接触凹部26の下側開口端26aを通じて冷却用スペーサー20の外部へと流れ出す(矢印90参照)。
In this embodiment, on the pressing surface of the cooling
図5及び図6は、上記のように液化したPCM媒体28が冷却用スペーサー20から流出した後の状態を示している。図5に示すように、PCM媒体28の流出後は、PCM媒体28の収容スペース、即ち非接触凹部26と単電池容器側壁12との間のスペースに空隙29が形成される。この新たに形成された空隙(PCM媒体の空きスペース)29には、空気が導入される。これによって、単電池10で発生した熱をさらに効率よく放散させることができる。この実施形態では、図6に示すように、非接触凹部26の下側開口端26aに加えて、非接触凹部26の上端も外部に開放された開口端26bとなっている。そのため、PCM媒体28の流出後、非接触凹部26の上側開口端26bおよび下側開口端26aを通じて縦方向(高さ方向)に空気が流通する。このことによって、異常発熱電池に隣接する単電池10の温度上昇を効果的に抑制することができる。
5 and 6 show a state after the
本実施形態に係る電池パック100によれば、冷却用スペーサー20は、隣接する単電池10より生じた熱を吸熱する冷却用媒体であって吸熱時に固体から液体に相変化するPCM媒体28を有するため、電池パック100を構成する単電池10の何れかに異常発熱が生じた場合でも、まず、PCM媒体28による吸熱作用によって、異常発熱電池に隣接する単電池10の温度上昇を抑制(例えば遅延)することができる。
According to the
その際、固体から液体に相変化したPCM媒体28は、図4に示すように、非接触凹部26の下側開口端26aを通じて冷却用スペーサー20の外部に流れ出す(矢印90)。PCM媒体28の流出後は、図5に示すように、PCM媒体28の収容スペースに空隙29が形成される。この新たに形成された空隙(PCM媒体の空きスペース)29を冷却風の流通経路として利用することができ、異常発熱電池に隣接する単電池10の温度上昇をさらに抑制することができる。
At that time, the
すなわち、本実施形態の構成によれば、電池パック100を構成する単電池10の何れかに異常発熱が生じた場合でも、PCM媒体28による吸熱作用と、PCM媒体28の流出後の空きスペース29による断熱作用との両方の効果によって、異常発熱電池に隣接する単電池10の温度上昇を効果的に(効率よく)抑制することができ、結果、電池パック100を構成する単電池10間の連鎖発熱を確実に防止することができる。
That is, according to the configuration of the present embodiment, even when abnormal heat generation occurs in any of the
図7は本実施形態を適用し、異常発熱に至った電池から熱が放出されたときに、該異常発熱電池に隣接する単電池の温度変化を示したグラフである。図7に示すように、PCM媒体28は、相変化するため潜熱を必要とする。その間は固液混合の相状態となって温度上昇しないため、異常発熱電池に隣接する単電池10の温度上昇を抑制・遅延することができ、電池間の連鎖発熱を防止することができる。
FIG. 7 is a graph showing a temperature change of a single cell adjacent to the abnormal heat generating battery when heat is released from the battery that has been abnormally heated by applying this embodiment. As shown in FIG. 7, the
例えば、PCM媒体28として結晶状のエリスリトール(融点119℃、潜熱量340kJ/kg)を使用し、異常発熱に至った電池からの発熱量が100kJであったとする。その場合、100/340=0.294kgのエリスリトールを冷却用スペーサー20に保持させておけば、エリスリトールの融点である119℃までは温度上昇するが、その後の熱量はエリスリトールの固体から液体への相変化に消費され、隣接する単電池10の温度上昇を抑制することができる。
For example, it is assumed that crystalline erythritol (melting point: 119 ° C., latent heat amount: 340 kJ / kg) is used as the
エリスリトールが完全に液相に変化した後は、更なる投入熱量に応じて隣接する単電池10が温度上昇していく。しかし、本実施形態では、液相に変化したエリスリトールは、非接触凹部26の下側開口端26aを通じて冷却用スペーサー20の外部に排出され、冷却用スペーサー20の内部に新たに空気が導入されるので、高い断熱効果を得ることができる。そのため、エリスリトールが完全に液相に変化した後においても、隣接する単電池10の温度上昇を抑制・遅延することができる。
After erythritol completely changes to the liquid phase, the
なお、図4に示すように、液相に変化したPCM媒体28は、非接触凹部26の下側開口端26aを通じて冷却用スペーサー20の外部に排出される。その際、排出されたPCM媒体28が電池パック100の他の部分を汚染しないように、電池パックの下部(冷却用スペーサー20の下方)に受け皿80を設けると良い。受け皿80の形状は、PCM媒体28が排出される方向に応じて適当に調整すると良い。また、受け皿80の一部にドレン(液抜き弁)82を形成し、該ドレン82を介してPCM媒体28を回収しても良い。この場合、回収したPCM媒体28を再利用することができる。
As shown in FIG. 4, the
さらに、図8〜図12を参照しつつ、本発明に係る電池パックの他の実施形態について説明する。 Furthermore, another embodiment of the battery pack according to the present invention will be described with reference to FIGS.
<実施形態2>
本実施形態は、実施形態1に係る電池パックと概ね同様の構成を有し、ただし冷却用スペーサーに直線状に設けられた凹凸形状の形成方向が異なる電池パックの一例である。この電池パックの要部の構造を図8に模式的に示す。
<Embodiment 2>
The present embodiment is an example of a battery pack having substantially the same configuration as that of the battery pack according to the first embodiment, except that the formation direction of the uneven shape provided linearly on the cooling spacer is different. The structure of the main part of this battery pack is schematically shown in FIG.
この実施形態では、冷却用スペーサー220の押圧面には、水平方向に対して斜めに傾いた非接触凹部226と押圧凸部224とが交互に形成されている。そして、非接触凹部226と単電池10の容器側壁12との間に形成された空隙にPCM媒体228が保持されている。また、非接触凹部226の下端及び上端は、外部に開放された開口端226a、226bとなっている。そのため、非接触凹部226の空隙に保持されたPCM媒体228は、吸熱して液相に変化した後、非接触凹部226の下側開口端226aを通じて斜め下方向に流出し、冷却用スペーサー220の外部へと流れ出すようになっている(矢印290参照)。そして、PCM媒体228の排出後、冷却用スペーサー220の内部には、非接触凹部226の下側開口端226a及び上側開口端226bを通じて空気が導入され、これにより、冷却風の流路が構築され得る。かかる冷却風は、非接触凹部226の下側開口端226a及び上側開口端226bを通じて斜め方向(略横方向)に流通する。
In this embodiment, non-contact
かかる構成によれば、水平方向に対して斜めに傾いた非接触凹部226の下端は、外部に開放された開口端226aとなっているので、非接触凹部226の空隙に保持されたPCM媒体228を、液相に変化した後、非接触凹部226の下側開口端226aを通じて斜め下方向に流すことができ、冷却用スペーサー220の外部へスムーズに排出することができる。加えて、PCM媒体228を排出した後、冷却用スペーサー220の内部に導入した冷却風を略横方向(斜め方向)に流すことができる。略横方向(斜め方向)の冷却風は流れの制御が容易なため、単電池から生じた熱を安定して放散させることができる。すなわち、本実施形態の構成によれば、PCM媒体228を斜め下方向に流してスムーズに排出しつつ、冷却風を略横方向(斜め方向)に流すことができ、PCM媒体の流出方向と冷却風の流路方向とを両者にとって好ましい態様で共存させることができる。
According to such a configuration, the lower end of the non-contact
<実施形態3>
本実施形態は、実施形態2に係る電池パックと概ね同様の構成を有し、ただし水平方向に対して斜めに傾いた凹凸形状(押圧凸部と非接触凹部)が左右一対に形成されている電池パックの一例である。この電池パックの要部の構造を図9に模式的に示す。
<Embodiment 3>
The present embodiment has substantially the same configuration as the battery pack according to the second embodiment, except that a concave and convex shape (a pressing convex portion and a non-contact concave portion) inclined obliquely with respect to the horizontal direction is formed in a pair of left and right. It is an example of a battery pack. The structure of the main part of this battery pack is schematically shown in FIG.
この実施形態では、斜めに傾いた非接触凹部326が左右対称となるように形成されている。すなわち、左側の非接触凹部327aは、左側から中央側にかけて斜め上方向に傾斜し、右側の非接触凹部327bは、右側から中央側にかけて斜め上方向に傾斜するように形成されている。そのため、左側の非接触凹部327aの空隙に保持されたPCM媒体328aは、吸熱して液相に変化した後、左側の非接触凹部327aの下側開口端326aを通じて左斜め下方向に流出し、冷却用スペーサー320の外部へと流れ出す(矢印390a参照)。一方、右側の非接触凹部327bの空隙に保持されたPCM媒体328bは、吸熱して液相に変化した後、右側の非接触凹部327bの下側開口端326bを通じて右斜め下方向に流出し、冷却用スペーサー320の外部へと流れ出す(矢印390b参照)。
In this embodiment, the non-contact recessed part 326 inclined diagonally is formed so as to be symmetrical. That is, the left
このように、本実施形態では、左右の非接触凹部327a、327bの空隙に保持されたPCM媒体328a、328bは、液相に変化した後、左側の非接触凹部327aの開口端326aと右側の非接触凹部327bの開口端326bとにそれぞれ分かれて流出し、冷却用スペーサー320の外部に排出される。そのため、液相に変化したPCM媒体を左右に分かれた2つの開口端326a、326bを通じて効率よく排出することができる。また、非接触凹部326の開口端を通過するPCM媒体量が半分になるので、非接触凹部の開口端の目詰まりを防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the
<実施形態4>
本実施形態は、図8に示した実施形態2に係る電池パックと概ね同様の構成を有し、ただし非接触凹部26の空隙にPCM媒体が1つ飛ばしに保持されている電池パックの一例である。この電池パックの要部の構造を図10に模式的に示す。図10は図8の冷却用スペーサー(斜め方向に延びた非接触凹部を有する冷却用スペーサー)を幅方向に切断した断面の一部を示す断面模式図である。
<Embodiment 4>
The present embodiment is an example of a battery pack having substantially the same configuration as the battery pack according to the second embodiment shown in FIG. 8 except that one PCM medium is held in the gap of the
本実施形態に係る冷却用スペーサー420は、図8及び図10に示すように、水平方向に対して傾斜した凹凸形状(押圧凸部424と非接触凹部426とが縦方向に交互に形成された凹凸形状)を有している。そして、非接触凹部426と単電池410の容器側壁412との間に形成された空隙にPCM媒体428が1つ飛ばしで保持されている。すなわち、縦方向(高さ方向)に配列した非接触凹部426と単電池410の容器側壁412との空隙には、PCM媒体428と、PCM媒体428が保持されていない空隙427とが交互に形成されている。この場合、PCM媒体428が保持されていない空隙427には、非接触凹部426の開口端(図示せず)を通じて空気を導入することができ、これにより、冷却風の流路を構築すると良い。この冷却風は、非接触凹部426の開口端を通じて略横方向(斜め方向)に流通する。
As shown in FIGS. 8 and 10, the cooling
かかる構成によれば、PCM媒体428が冷却用スペーサー420の外部に排出される前段階において、PCM媒体428による吸熱作用と、空気による断熱作用との両方の効果によって、異常発熱電池に隣接する単電池の温度上昇を効果的に抑制することができる。
According to such a configuration, before the
<実施形態5>
本実施形態は、図10に示した実施形態4に係る電池パックと概ね同様の構成を有し、ただし非接触凹部の空隙にPCM媒体が保持されているのではなく、直線状に延びた筒部の内面にPCM媒体が保持されている電池パックの一例である。この電池パックの要部の構造を図11に模式的に示す。
<Embodiment 5>
This embodiment has substantially the same configuration as that of the battery pack according to the fourth embodiment shown in FIG. 10, except that the PCM medium is not held in the gap of the non-contact recess, but extends in a straight line. It is an example of the battery pack by which the PCM medium is hold | maintained at the inner surface of a part. The structure of the principal part of this battery pack is schematically shown in FIG.
すなわち、本実施形態に係る冷却用スペーサー520は、図8及び図11に示すように、水平方向に対して傾斜して直線状に延びた筒部525が縦方向(高さ方向)に並列に積層された積層構造を有している。かかる筒部525の内面526にPCM媒体528が導入されて保持されている。筒部525は、少なくとも外面524の一部が単電池510の容器側壁512に当接され、当該単電池510より発せられた熱をPCM媒体528に吸熱させるようになっている。その場合、吸熱したPCM媒体528は、液相に変化した後、筒部525の開口端(図示せず)を通じて冷却用スペーサー520の外部へ流れ出すように構成すると良い(図8の矢印290参照)。また、この実施形態では、筒部525の外面524と単電池510の容器側壁512との間に形成された空隙527に空気が導入され、これにより、冷却風の流路が構築される。この冷却風は、筒部525の開口端(図示せず)を通じて流通するようになっている。
That is, in the
かかる構成によれば、PCM媒体528を電池の容器側壁512に直接接触させなくても、電池510より発せられた熱をPCM媒体528に吸熱させることができる。また、PCM媒体528が冷却用スペーサー520の外部に排出される前段階において、PCM媒体528による吸熱作用と、空気による断熱作用との両方の効果によって、異常発熱電池に隣接する単電池の温度上昇を効果的に抑制することができる。
According to such a configuration, the heat generated from the
<実施形態6>
本実施形態は、図10に示した実施形態4に係る電池パックと概ね同様の構成を有し、ただし図10では、PCM媒体と冷却風とが略横方向(斜め方向)に流通するのに対し、本実施形態では、PCM媒体の流出経路と冷却風の流路とを分けて、PCM媒体の流出経路を縦方向(高さ方向)とし、冷却風の流路を略横方向(斜め下方向)としている点で相違する。この電池パックの要部の構造を図12に模式的に示す。
<Embodiment 6>
This embodiment has substantially the same configuration as the battery pack according to the fourth embodiment shown in FIG. 10, except that in FIG. 10, the PCM medium and the cooling air circulate in a substantially lateral direction (oblique direction). On the other hand, in this embodiment, the PCM medium outflow path and the cooling air flow path are separated, the PCM medium outflow path is set in the vertical direction (height direction), and the cooling air flow path is set in the substantially horizontal direction (diagonally downward). Direction). The structure of the principal part of this battery pack is schematically shown in FIG.
すなわち、本実施形態に係る冷却用スペーサー620は、図12に示すように、隣接する単電池610の容器側壁612に対向する面であって単電池610の容器側壁612を押圧する押圧面を有している。該押圧面には単電池610の容器側壁612に押しつけられる押圧凸部624と該単電池の容器側壁612に接触しない非接触凹部626とが形成されている。そして、非接触凹部626と単電池610の容器側壁612との間に形成された空隙627に空気を導入することによって、冷却風の流路を構築している。この空隙627に導入された冷却風は、非接触凹部626の開口端(図示せず)を通じて流通する。また、冷却用スペーサー620の中央部分には、該スペーサー620の上面と下面とを貫通する貫通孔(図示した例では縦方向に直線状に延びた孔)625が形成されている。該貫通孔625の内面にPCM媒体628が保持されている。この場合、貫通孔625の内面に保持されたPCM媒体628は、液相に変化した後、貫通孔625の下側開口端を通じて冷却用スペーサー620の外部へ流れ出すように構成すると良い。
That is, as shown in FIG. 12, the cooling spacer 620 according to the present embodiment has a pressing surface that faces the
かかる構成によれば、PCM媒体628と冷却風とを互いに異なる方向に流すことができ、図示した例では、PCM媒体628を縦方向(高さ方向)にスムーズに排出することができ、冷却風を略横方向(斜め方向)にスムーズに流すことができる。結果、異常発熱電池に隣接する単電池の温度上昇を効果的に抑制することができる。 According to such a configuration, the PCM medium 628 and the cooling air can flow in different directions. In the illustrated example, the PCM medium 628 can be smoothly discharged in the vertical direction (height direction), and the cooling air Can flow smoothly in a substantially lateral direction (oblique direction). As a result, the temperature rise of the unit cell adjacent to the abnormal heat generating battery can be effectively suppressed.
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、本実施形態では、電池構造としてリチウムイオン電池を例示したが、本発明は、リチウムイオン電池以外の電池についても広く適用し得る。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible. For example, in the present embodiment, a lithium ion battery is exemplified as the battery structure, but the present invention can be widely applied to batteries other than lithium ion batteries.
また、図3および図4に示した実施形態1では、冷却用スペーサー20は、縦方向(高さ方向)に直線状に形成された押圧凸部24と非接触凹部26とが交互に形成された凹凸形状を有する一例を示したが、PCM媒体28を保持する凹凸パターンはこれに限定されない。例えば、図13に示すように、押圧凸部24と非接触凹部26とが交互に形成されるパターンではなく、押圧凸部24が1つ飛ばしに形成された凹凸パターンを形成しても良い。この場合、図3に示した構成に比べて、非接触凹部26に保持されたPCM媒体28と電池容器側壁12との接触面積を大きくすることができる。
In the first embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the cooling
本発明に係る電池パック100は、電池パックを構成する単電池の何れかに異常発熱が生じた場合でも、単電池間の連鎖発熱を確実に防止することができ、信頼性が高い。そのため、本発明に係る電池パック100は、図14に示すように車両1(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車)に好ましく搭載することもできる。
The
1 車両
10、210、310、410、510、610 電池
12、412、512、612 容器側壁
20、220、320、420、520、620 冷却用スペーサー
24、224、324、424、624 押圧凸部
26、226、426,626 非接触凹部
26a、226a 下側開口端
26b、226b 上側開口端
28、228、328a、328b、428、528、628 冷却用媒体
29 空隙
50 容器
60A、60B 拘束板
62 ビーム材
64 ビス
70 正極端子
72 負極端子
74 接続具
80 皿
82 ドレン
100 電池パック
326a 下側開口端(左側)
326b 下側開口端(右側)
327a 非接触凹部(左側)
327b 非接触凹部(右側)
427 空隙
524 外面
525 筒部
526 内面
527 空隙
625 貫通孔
627 空隙
1
326b Lower open end (right side)
327a Non-contact recess (left side)
327b Non-contact recess (right side)
427
Claims (1)
前記複数の単電池は、所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されており、
前記配列された単電池間の間隙の少なくとも一箇所には、該単電池とともに前記配列方向に荷重が加えられた状態で拘束される冷却用スペーサーが配置されており、
前記冷却用スペーサーは、隣接する単電池より生じた熱を吸熱する冷却用媒体であって吸熱により固体から液体に相変化し得る相変化物質からなる媒体を有しており、
前記媒体は、固体時に前記冷却用スペーサーに保持されるとともに、該固体から液体に相変化したときに前記冷却用スペーサーから外部へ流れ出すように配置されている、電池パック。 A battery pack comprising a plurality of chargeable / dischargeable cells connected in series,
The plurality of single cells are arranged in a predetermined direction and restrained in a state where a load is applied in the arrangement direction,
A cooling spacer that is constrained in a state where a load is applied in the arrangement direction together with the single cells is disposed in at least one position of the gap between the arranged single cells,
The cooling spacer is a cooling medium that absorbs heat generated from an adjacent unit cell, and has a medium made of a phase change material that can change phase from solid to liquid by endotherm,
The battery pack is arranged so that the medium is held by the cooling spacer when solid, and flows out from the cooling spacer when the phase changes from the solid to the liquid.
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