JP2013246920A - Battery cooling structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池の冷却構造に関する。特に複数の二次電池が組み合わされた組電池を筐体内に収容し、冷却風により組電池を冷却する電池冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for a battery. In particular, the present invention relates to a battery cooling structure in which an assembled battery in which a plurality of secondary batteries are combined is housed in a casing and the assembled battery is cooled by cooling air.
ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池を複数組み合わせた組電池が、種々の産業分野で利用されている。例えば、組電池は、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車などの電源やエネルギー回生に利用される。又、組電池は、系統電力の負荷平準を目的とした電力貯蔵、非常用電力貯蔵などに利用されることもある。これら二次電池を用いた組電池は、充電時や放電時に発熱するので、電池温度を維持するために冷却される。例えば自動車用の組電池であれば、組電池を冷却風により空冷するための電池冷却構造を採用することが多い。 An assembled battery in which a plurality of secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries are combined is used in various industrial fields. For example, the assembled battery is used for power source and energy regeneration of a hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, and the like. The assembled battery may also be used for power storage for the purpose of load leveling of system power, emergency power storage, and the like. Since the assembled battery using these secondary batteries generates heat during charging or discharging, it is cooled to maintain the battery temperature. For example, in the case of an assembled battery for an automobile, a battery cooling structure for air-cooling the assembled battery with cooling air is often adopted.
例えば、特許文献1には、車両用バッテリパックの冷却構造であって、前記バッテリパックは、バッテリモジュールを備えたバッテリ部と、前記バッテリ部に付属する電気部品を含んで構成される付属品部とから構成され、前記バッテリ部と前記付属品部とに並列に冷却媒体を流通させるための流通路と、前記流通路に前記冷却媒体を流通させる冷却ファンとを含む、バッテリパック冷却構造が開示されており、当該バッテリパック冷却構造によれば、バッテリと、バッテリに付属する電気機器とを効率的に冷却できることが開示されている。
For example,
ところで、組電池の高容量化や高密度化が進むに伴って、使用条件によっては、電池自身が高温になる場合がある。そして、電池温度が異常に高くなると、高温になった電池から可燃性のガスが出るなどして、発火にいたる場合がある。電池が発火すると、火炎や高温のガスが、冷却風を送っていたダクトを通じて流れ、周囲の部材などを損傷させたり、延焼したりするおそれがある。 By the way, as the capacity and density of the assembled battery increase, the battery itself may become high temperature depending on use conditions. When the battery temperature becomes abnormally high, flammable gas may be emitted from the battery that has become hot, leading to ignition. When the battery ignites, flames and high-temperature gas may flow through the duct that sent the cooling air, damaging surrounding members and spreading the fire.
本発明の目的は、空冷式の組電池冷却構造において、電池が発火した場合であっても、火災の被害拡大を抑制できるような電池冷却構造を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a battery cooling structure capable of suppressing the expansion of fire damage even when a battery ignites in an air-cooled assembled battery cooling structure.
発明者は、鋭意検討の結果、組電池筐体の冷却風吸気口または排気口に、火災発生時の熱により膨張して吸気口または排気口を閉塞する耐火閉塞部材を配置すると、火災時に冷却風通路を遮断できて、上記目的を達成できることを知見し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies, the inventor has arranged a fireproof closing member that expands due to heat at the time of a fire and closes the intake or exhaust port at the cooling air intake or exhaust port of the assembled battery case, and cools it in the event of a fire. The present invention has been completed by discovering that the above object can be achieved by blocking the air passage.
本発明は、複数の単電池で構成される組電池が筐体内部に収容され、筐体には冷却風を該筐体に導入するための吸気口と冷却風を排出するための排気口が設けられ、冷却風によって組電池を冷却する電池冷却構造であって、単電池はリチウムイオン二次電池またはニッケル水素二次電池であり、吸気口または排気口には、火災発生時の熱により膨張して吸気口または排気口を閉塞する耐火閉塞部材が配置されており、耐火閉塞部材は、膨張開始温度が270℃以下の膨張材料を含む熱膨張性耐火樹脂材料によって構成されている電池冷却構造である(第1発明)。 In the present invention, an assembled battery including a plurality of single cells is accommodated in a housing, and the housing has an intake port for introducing cooling air into the housing and an exhaust port for discharging the cooling air. A battery cooling structure that is provided and cools the assembled battery with cooling air, and the unit cell is a lithium ion secondary battery or a nickel metal hydride secondary battery, and the intake port or the exhaust port expands due to heat at the time of fire And a fire-resistant closing member that closes the intake port or the exhaust port is disposed, and the fire-resistant closing member is made of a thermally expandable refractory resin material containing an expansion material having an expansion start temperature of 270 ° C. or less. (First invention).
本発明においては、吸気口または排気口にはダクト部材が接続されると共に、耐火閉塞部材は吸気口または排気口の周面に沿うように配置される筒状の部分を有し、耐火閉塞部材の前記筒状の部分が、吸気口または排気口とダクト部材との間に介装されることが好ましい(第2発明)。また、本発明においては、組電池が自動車に搭載される組電池であり、吸気口には車室内に連絡するダクトが接続されると共に、耐火閉塞部材が吸気口に配置されることが好ましい(第3発明)。また、本発明においては、耐火閉塞部材は、内部に冷却風が通流する冷却風通路が設けられた部材であり、冷却風通路の幅方向の寸法よりも、耐火閉塞部材の冷却風流れ方向に沿う長さ寸法が長くされることが好ましい(第4発明)。また、本発明においては、膨張材料が熱膨張性黒鉛を含むことが好ましい(第5発明)。 In the present invention, a duct member is connected to the intake port or the exhaust port, and the fireproof blocking member has a cylindrical portion arranged along the peripheral surface of the intake port or the exhaust port, and the fireproof blocking member It is preferable that the cylindrical portion is interposed between the intake port or the exhaust port and the duct member (second invention). In the present invention, it is preferable that the assembled battery is an assembled battery mounted on an automobile, and a duct communicating with the vehicle interior is connected to the intake port, and a fireproof closing member is disposed at the intake port ( Third invention). Further, in the present invention, the fireproof closing member is a member provided with a cooling air passage through which the cooling air flows, and the cooling airflow direction of the fireproof closing member is larger than the dimension in the width direction of the cooling air passage. It is preferable that the length dimension along is increased (fourth invention). Moreover, in this invention, it is preferable that an expansion | swelling material contains a thermally expansible graphite (5th invention).
本発明の電池冷却構造(第1発明)によれば、火災発生時には、耐火閉塞部材が熱により膨張して導入口または排出口を閉塞するので、電池が発火した場合であっても、火災の被害拡大を抑制できる。 According to the battery cooling structure of the present invention (first invention), when a fire occurs, the fireproof closing member expands due to heat and closes the inlet or outlet, so that even if the battery ignites, Damage expansion can be suppressed.
さらに、第2発明においては、吸気口や排気口とダクトの接続部の隙間から高温のガスや火炎が漏れる不具合を効果的に抑制でき、火災の被害拡大を効果的に抑制できる。また、第3発明においては、火災の煙が車室内に流れることを抑制できる。また、第4発明や第5発明によれば、耐火閉塞部材によってより効果的に冷却風通路を閉塞できる。
Furthermore, in the second invention, it is possible to effectively suppress a problem that high temperature gas or flame leaks from a gap between the connection portion between the intake port and the exhaust port and the duct, and it is possible to effectively suppress the expansion of fire damage. Further, in the third invention, it is possible to suppress fire smoke from flowing into the passenger compartment. According to the fourth and fifth inventions, the cooling air passage can be more effectively closed by the fireproof closing member.
以下図面を参照しながら、本発明の電池冷却構造の実施形態について、ハイブリッド自動車用の組電池を冷却する電池冷却構造を例にして説明する。図1は本発明の電池冷却構造の第1実施形態の斜視図である。また、図2は本実施形態の電池冷却構造の組電池周辺の構成を示す斜視図である。これら図においては、単電池に設けられるガス排出弁やバスバーなどといった電池の詳細な構成については図示を省略している。なお、本発明は以下に示す個別の実施形態に限定されるものではなく、その形態を変更して実施することもできる。 Hereinafter, embodiments of a battery cooling structure of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a battery cooling structure for cooling a battery pack for a hybrid vehicle. FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of a battery cooling structure of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a configuration around the assembled battery of the battery cooling structure of the present embodiment. In these drawings, the detailed configuration of the battery such as a gas discharge valve and a bus bar provided in the unit cell is not shown. In addition, this invention is not limited to the separate embodiment shown below, The form can also be changed and implemented.
組電池構造体(以下、単に「組電池」と記載する)1において、組電池を構成する平板状の単電池11,11は、単電池の広い面同士が対向するように、互いに所定の間隔を隔てて積層状態に配置されている。単電池11,11はバスバー(図示せず)によって直列あるいは並列に電気的に接続されて組電池を構成する。本実施形態では、電池モジュールを構成する単電池11はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池はリチウムイオンポリマー電池であってもよい。単電池11は平板状(扁平な直方体状)の形状となっている。それぞれの電池の側面(広い平坦面に隣接する面)には電極端子が設けられている。単電池はニッケル水素電池であっても良い。本発明は、常温で運転される単電池を用いた組電池に対し適用可能である。
In an assembled battery structure (hereinafter simply referred to as “assembled battery”) 1,
組電池1は直方体状の筐体2の内部に収容されている。図1では筐体上面の一部を、図2では筐体上面の全体を図示せず、筐体内部の組電池1の配置を見えるように示している。筐体1は、好ましくは、電池火災に対する耐火性を高めるために、金属材料(例えば亜鉛メッキ鋼板)などの不燃性材料や、難燃性材料(例えば難燃化した樹脂材料)を含むように構成される。
The assembled
筐体2には、中空筒状の吸気口22と排気口21,21が設けられている。吸気口22を通じて冷却風が該筐体2の内部に導入され、排気口21,21を通じて冷却風が筐体から排出される。筐体2の内部で、冷却風は単電池11,11の間の隙間を流れて組電池1(それぞれの単電池11)を冷却する。
The
本実施形態においては、吸気口22の上流側に、吸気ダクト52、送風ファンF、吸気ダクト51が順に接続されている。送風ファンFによって、吸気ダクト51の先端部から空気が吸入され、吸気ダクト52を通じて、吸気口22に冷却風が送られる。本実施形態においては接続されていないが、排気口21,21に排気ダクト(図示せず)を接続して、冷却風を所定の位置まで導いてから排出するようにしても良い。
In the present embodiment, the
ハイブリッド自動車などにおいて、このような組電池及び電池冷却構造は、例えば、後部座席の後ろ側やトランクルームに配置され、車室内やトランクルーム内から冷却風を取り入れるように構成されることが多い。 In a hybrid vehicle or the like, such an assembled battery and a battery cooling structure are often arranged, for example, behind a rear seat or in a trunk room so as to take in cooling air from the vehicle interior or the trunk room.
本実施形態の電池冷却構造においては、耐火閉塞部材3,3が、吸気口22と排気口21,21の内側に配置されている。図3は、本実施形態における耐火閉塞部材3の形態を示す斜視図である。図4は、吸気口22と吸気ダクト52の接続部分に耐火閉塞部材3が配置された状態を示す断面図である。
In the battery cooling structure of the present embodiment, the
耐火閉塞部材3は、公知の手段によって、吸気口22と排気口21,21の内側に取付可能である。例えば、接着、嵌合、粘着材、係止爪などの手段により耐火閉塞部材3を固定できる。振動などによって耐火閉塞部材3が移動してしまわないように、これら手段により、耐火閉塞部材3を固定して取り付けることが好ましい。
The
図3に示すように、耐火閉塞部材3は、中空額縁状をしている。即ち、耐火閉塞部材3は、中空筒状の吸気口22や排気口21の内周面形状に沿うような、所定の厚みと所定の長さを有する中空額縁状(短筒状)の部材である。耐火閉塞部材3が吸気口22や排気口21に取り付けられると、通常時(火災が発生していない時)は、耐火閉塞部材3の中空部分を通じて冷却風が流れることになる。
As shown in FIG. 3, the
通常時の冷却風の流れの妨げになりにくく、吸気口や排気口に確実に取り付けうる観点から、本実施形態のように、耐火閉塞部材3の全体または少なくとも一部が、吸気口や排気口やダクトの内周面に沿って配置されることが好ましい。
From the standpoint that the flow of the cooling air during normal operation is not hindered and can be reliably attached to the intake port or the exhaust port, the entire or at least a part of the
耐火閉塞部材3は、後述する熱膨張性耐火樹脂材料により構成されている。そして、組電池1に火災が発生すると、耐火閉塞部材3は熱により膨張して吸気口22や排気口21を閉塞する。耐火閉塞部材3の具体的形状や寸法は、膨張による冷却風通路の閉塞が確実に行われるように定められる。本実施形態においては、耐火閉塞部材3全体が熱膨張性耐火樹脂材料で形成されている。なお、耐火閉塞部材は熱膨張性耐火樹脂材料以外の補強体などを含んで構成されていても良い。
The
以下、耐火閉塞部材3を構成する熱膨張性耐火樹脂材料について説明する。熱膨張性耐火樹脂材料は、樹脂材料(基材)と膨張材料を主成分として混合もしくは混練された樹脂組成物である。熱膨張性耐火樹脂材料は、弾力性を有する樹脂材料であることが好ましい。熱膨張性耐火樹脂材料は、加熱されると膨張材料が膨張して、体積が増加する。また、膨張した熱膨張性耐火樹脂材料は、耐火性を有している。即ち、膨張した熱膨張性耐火樹脂材料は、火炎にさらされるなどしても所定時間は焼失しない程度の難燃性あるいは不燃性を有している。熱膨張性耐火樹脂材料は、加熱され膨張した後に炭化する材料であることが好ましい。
Hereinafter, the heat-expandable fireproof resin material constituting the
熱膨張性耐火樹脂材料の基材となる樹脂材料としては、樹脂(特に熱可塑性樹脂)や、ゴムやエラストマー(特に熱可塑性エラストマー)が好ましく使用される。例えば、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、熱可塑性エラストマー(オレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、アクリル系熱可塑性エラストマーなど、特にスチレン系熱可塑性エラストマー)、オレフィン系樹脂(α-オレフィン系コポリマー、エチレン系コポリマー等)、等が例示される。上記樹脂材料は弾力性のあるものであることが好ましい。ポリエチレンなどのオレフィン系樹脂は、加熱・燃焼時に有毒ガスを発生しないため、特に好ましい。上記樹脂材料は単独で、あるいは適宜混合して使用しても良い。 As a resin material which becomes a base material of the thermally expandable refractory resin material, a resin (particularly a thermoplastic resin), rubber or elastomer (particularly a thermoplastic elastomer) is preferably used. For example, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, natural rubber, isoprene rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, acrylic rubber, urethane rubber, silicone rubber, fluorine rubber, thermoplastic elastomer (olefin-based thermoplastic elastomer, urethane-based heat) Examples thereof include plastic elastomers, acrylic thermoplastic elastomers, particularly styrene thermoplastic elastomers), olefin resins (α-olefin copolymers, ethylene copolymers, etc.), and the like. The resin material is preferably elastic. Olefin resins such as polyethylene are particularly preferred because they do not generate toxic gases during heating and combustion. You may use the said resin material individually or in mixture as appropriate.
さらに、上記樹脂材料に、他の樹脂、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネイト系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリロニトリルスチレンブタジエン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂などの樹脂材料を混合しても良い。また、これら樹脂材料を主体として、熱膨張性耐火樹脂材料の基材として使用することもできる。フェノール系樹脂は加熱により硬化・炭化するので、フェノール系樹脂を樹脂材料として混合すると、耐火閉塞部材3が加熱された際に容易に軟化・変形・脱落してしまうことが防止され、耐火閉塞部材3が当初の位置に保たれて、冷却風通路を効果的に閉塞することに有効である。また、樹脂材料は、液状成分を含まない樹脂であることが好ましい。
In addition to the above resin materials, other resin materials such as polyester resins, polycarbonate resins, polystyrene resins, acrylic resins, acrylonitrile styrene butadiene resins, polyamide resins, epoxy resins, phenol resins, etc. May be mixed. Moreover, it can also be used as a base material of a thermally expansible refractory resin material by making these resin materials into a main body. Since the phenolic resin is cured and carbonized by heating, when the phenolic resin is mixed as a resin material, it is prevented that the
上記樹脂材料に混練される膨張材料としては、熱膨張性層状無機物や黒曜石などの無機系膨張材や、発泡性窒素化合物や発泡性マイクロカプセルなどの有機系膨張材といった加熱により膨張する膨張材料が使用できる。熱膨張性層状無機物としては、例えば、バーミキュライト、カリオン、マイカ、熱膨張性黒鉛が例示できる。無機系膨張材は不燃性若しくは難燃性を有するので、特に好ましい。 Examples of the expansion material kneaded with the resin material include expansion materials that expand by heating, such as inorganic expansion materials such as thermally expandable layered inorganic materials and obsidian, and organic expansion materials such as expandable nitrogen compounds and expandable microcapsules. Can be used. Examples of the thermally expandable layered inorganic material include vermiculite, carion, mica, and thermally expandable graphite. An inorganic expansion material is particularly preferable because it has nonflammability or flame retardancy.
中でも、熱膨張性黒鉛を膨張材料として使用するのが、樹脂組成物の膨張倍率を高くできるとともに膨張開始温度を制御しやすくなって、好ましい。熱膨張性黒鉛は、グラファイト粉末を無機酸と強酸化剤とで処理してグラファイト層間化合物を生成したもので、グラファイトの層状構造を維持した公知の結晶化合物である。後述するリン化合物と反応したりすることがないように、特に中和処理されたものが好ましく利用される。中和処理された熱膨張性黒鉛の市販品としては、Graf Guard(Ucar Carbon社製)を例示できる。 Among them, it is preferable to use thermally expandable graphite as the expansion material because the expansion ratio of the resin composition can be increased and the expansion start temperature can be easily controlled. Thermally expandable graphite is a known crystalline compound in which graphite powder is treated with an inorganic acid and a strong oxidizing agent to produce a graphite intercalation compound, and maintains a layered structure of graphite. In particular, a neutralized product is preferably used so as not to react with a phosphorus compound described later. Graf Guard (manufactured by Ucar Carbon) can be exemplified as a commercial product of the heat-expandable graphite that has been neutralized.
膨張材料の膨張開始温度は100℃以上270℃以下、より好ましくは120℃以上240℃以下、特に好ましくは140℃以上200℃以下である。膨張温度が高いと冷却風通路を閉塞するのが遅くなる。また、膨張開始温度が低いと、熱膨張性耐火樹脂材料の混練中に発泡したり、火災ではないときに膨張したりするおそれがある。なお、比較的低温(例えば220℃)で膨張開始する膨張材料と、比較的高温(例えば400℃)で膨張開始する膨張材料とを組み合わせて、配合しても良い。 The expansion start temperature of the expansion material is 100 ° C. or higher and 270 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or higher and 240 ° C. or lower, and particularly preferably 140 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. When the expansion temperature is high, the cooling air passage is blocked more slowly. If the expansion start temperature is low, foaming may occur during the kneading of the thermally expandable refractory resin material, or expansion may occur when there is no fire. In addition, you may mix | blend combining the expansion | swelling material which starts expansion | swelling at comparatively low temperature (for example, 220 degreeC), and the expansion | swelling material which starts expansion | swelling at comparatively high temperature (for example, 400 degreeC).
膨張材料の好ましい膨張倍率は、体積膨張率で2.5倍〜400倍、更に好ましくは5倍〜150倍である。 A preferable expansion ratio of the expansion material is 2.5 to 400 times, more preferably 5 to 150 times in terms of volume expansion coefficient.
本実施形態の耐火閉塞部材3においては、熱可塑性エラストマーを樹脂材料のベース材料とし、膨張材料として熱膨張性黒鉛を配合して、これら材料を混練して熱膨張性耐火材料としている。
熱膨張性耐火樹脂材料には、その他、必要に応じて以下のものを適宜加えることができる。
In the
In addition to the heat-expandable refractory resin material, the following can be appropriately added as necessary.
赤リンやリン酸エステル、リン酸金属塩、ポリリン酸アンモニウム類などのリン化合物(リン系難燃剤)を加えると、熱膨張性耐火樹脂材料の難燃性を高め、耐火性能を向上させることができる。特にポリリン酸アンモニウムの添加が好適である。 Adding phosphorus compounds (phosphorous flame retardants) such as red phosphorus, phosphate esters, metal phosphates, and ammonium polyphosphates can increase the flame retardancy of thermally expandable fire-resistant resin materials and improve fire resistance. it can. Addition of ammonium polyphosphate is particularly preferable.
水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの含水無機物を加えると、加熱時に脱水反応が起こり、生成した水の吸熱作用によって熱膨張性耐火樹脂材料の耐火性を向上させることができる。 When a hydrous inorganic substance such as aluminum hydroxide or magnesium hydroxide is added, a dehydration reaction occurs during heating, and the heat resistance of the thermally expandable refractory resin material can be improved by the endothermic action of the generated water.
また、バサルト繊維やガラス繊維などの無機系繊維や、アラミド繊維や炭素繊維などの有機系繊維を熱膨張性耐火樹脂材料にフィラーとして加える事もできる。繊維材料を熱膨張性耐火樹脂材料に加えることで、熱膨張性耐火樹脂材料が膨張する際の膨張速度や膨張倍率を調整することができる。繊維材料は、不燃性若しくは難燃性のものであることが好ましい。また繊維材料は、膨張材料の膨張開始温度よりも高い温度での耐熱性を有することが好ましい。 In addition, inorganic fibers such as basalt fibers and glass fibers, and organic fibers such as aramid fibers and carbon fibers can be added to the thermally expandable refractory resin material as a filler. By adding the fiber material to the thermally expandable refractory resin material, it is possible to adjust the expansion rate and expansion ratio when the thermally expandable refractory resin material expands. The fiber material is preferably nonflammable or flame retardant. The fiber material preferably has heat resistance at a temperature higher than the expansion start temperature of the expansion material.
熱膨張性耐火樹脂材料には、その他、熱安定剤や加工助剤、滑剤などを配合しても良い。 In addition to the heat-expandable refractory resin material, a heat stabilizer, a processing aid, a lubricant, and the like may be blended.
また、熱膨張性耐火樹脂材料に常温での粘着性を付与したい場合には、タッキファイアーなどの粘着性成分を添加すれば、耐火閉塞部材3の表面に粘着性を付与することもできる。添加するタッキファイアーやオリゴマーは、ベースとなる樹脂材料と相溶性の良い物を選択することが好ましい。
Moreover, when it is desired to impart adhesiveness at room temperature to the thermally expandable fireproof resin material, it is possible to impart adhesiveness to the surface of the
耐火閉塞部材3に適度な弾力性を与えたい場合には、熱膨張性耐火樹脂材料の弾性の程度を、JIS K 7171による曲げ弾性率で50MPa〜1000MPaとすることが好ましい。特に、後述する図8の実施形態のように、耐火閉塞部材の一部を、吸気口または排気口とダクト部材との間に介装する場合には、熱膨張性耐火樹脂材料の曲げ弾性率を100MPa〜500MPaとすることが特に好ましく、そのようにすれば、介装された耐火閉塞部材により、吸気口または排気口とダクト部材との接続を維持しやすくでき、接続する部材間のシールを行うこともできるようになる。
In order to give the
本発明における熱膨張性耐火樹脂材料の加熱時の体積膨張率の好ましい範囲は3倍〜40倍であり、より好ましくは、5倍〜20倍である。膨張倍率が低いと、冷却風通路を閉塞するために多量の熱膨張性耐火樹脂材料が必要となるために不経済であると共に、通常時に冷却風通路がふさがり気味となって冷却風の流れ抵抗が大きくなってしまう。逆に、膨張倍率が高すぎると、膨張した耐火材料が散逸しやすくなり、かえって冷却風通路を閉塞しにくくなるおそれがある。 The preferable range of the volume expansion coefficient during heating of the heat-expandable refractory resin material in the present invention is 3 to 40 times, and more preferably 5 to 20 times. If the expansion ratio is low, a large amount of heat-expandable refractory resin material is required to close the cooling air passage, which is uneconomical. Will become bigger. On the other hand, if the expansion ratio is too high, the expanded refractory material is likely to dissipate, which may make it difficult to block the cooling air passage.
熱膨張性耐火樹脂材料の体積膨張率の調整は、膨張材料の配合割合や、膨張材料が膨張する温度での樹脂材料の粘度や、フィラー(特に繊維材料)の配合量を調整して行うことができる。特に、繊維材料を配合すると、繊維材料は膨張時の束縛性が高いため、膨張材料の配合量を減らすことなく膨張倍率を抑えることができ、火炎等の遮蔽効果に優れ膨張後の形状保持性も高い熱膨張性耐火樹脂材料が得やすくなって、好ましい。 The volume expansion coefficient of the heat-expandable refractory resin material should be adjusted by adjusting the blending ratio of the expanding material, the viscosity of the resin material at the temperature at which the expanding material expands, and the blending amount of the filler (particularly the fiber material). Can do. In particular, when a fiber material is blended, the fiber material is highly constrained at the time of expansion, so the expansion ratio can be suppressed without reducing the blending amount of the expansion material, and it has excellent shielding effects such as flame, and retains its shape after expansion. It is easy to obtain a highly heat-expandable refractory resin material, which is preferable.
調製・混練された上記熱膨張性耐火樹脂材料は、押し出し成形や射出成形やロール成形(カレンダー成形)、プレス成形、ブロー成形など、ベースとなる樹脂材料に適した成形方法を利用して、耐火閉塞部材3の形状に成形される。押し出し成形法によれば、直接チューブ状に熱膨張性耐火材料を押し出して、所定長さにカットして短筒状形態の耐火成形体3が形成できる。耐火閉塞部材3の形状が複雑である場合には、射出成形やプレス成形を利用することが好ましい。
The above heat-expandable refractory resin material prepared and kneaded is fire-resistant using molding methods suitable for the base resin material, such as extrusion molding, injection molding, roll molding (calender molding), press molding and blow molding. It is formed in the shape of the closing
上記実施形態の電池冷却構造の、作用及び効果について説明する。耐火閉塞部材3は、通常時には、冷却風通路をふさいでいないので、所定量の冷却風を通すことができる。一方、組電池1に火災が発生した場合には、火災による熱や火炎によって、吸気口22や排気口21に設けられた耐火閉塞部材3が膨張し、冷却風通路を閉塞する。
The operation and effect of the battery cooling structure of the embodiment will be described. Since the fire-
すると、高温のガスや火炎はもはや、吸気口22や排気口21よりも先の部分にはいかなくなるので、そのような場所にある部材の損傷や、火災の延焼を抑制できる。また、吸気口22や排気口21に設けられた耐火閉塞部材3が膨張し、冷却風通路を閉塞すれば、冷却風流れが止まるので、筐体内部にもはや新しい空気が供給されなくなり、筐体内部での可燃性物質の燃焼が抑制され、筐体内部における火災の拡大の抑制も期待できる。
Then, the hot gas and flame no longer go beyond the
なお、上記実施形態においては、吸気口22と排気口21の両方に耐火閉塞部材3が設けられた形態例を説明したが、必ずしも吸気口と排気口の両方に設けなければならないわけではなく、いずれか一方のみに設けてあっても、冷却風流れを止めることができれば、火災の拡大が抑制される効果が期待できる。
In the above-described embodiment, the embodiment in which the
耐火閉塞部材3を排気口21の側に設けることが、好ましい。冷却風による空冷式の電池冷却構造において、電池筐体2内部の空気は排気口21から筐体外部に排気されるので、耐火閉塞部材3を排気口21の側に設けておけば、筐体内部のどこか一部で電池が発火しても、その高温の燃焼ガスが排気口21に達した時点で、耐火閉塞部材3が膨張し始め、排気口を閉塞するので、火災のより初期の段階で、火災の被害拡大を抑制することができる。
It is preferable to provide the
また、組電池が自動車に搭載されると共に、吸気口に接続される一連の吸気ダクトが車室(乗員室)内に連絡するよう設けられる場合には、耐火閉塞部材3が吸気口に配置されることが好ましい。そのようにされることによって、組電池に火災が発生しても、火災の煙や熱気が車室内に流入することを抑制できる。
In addition, when the assembled battery is mounted on an automobile and a series of intake ducts connected to the intake port are provided so as to communicate with the passenger compartment (occupant room), the
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に本発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分については(同じ番号をつけると共に)その詳細な説明を省略する。また、以下に示す実施形態は、その一部を互いに組み合わせて、あるいは、その一部を置き換えて実施できる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications. Other embodiments of the present invention will be described below, but in the following description, the description will focus on parts different from the above-described embodiments, and the same parts (with the same numbers) will be described in detail. Omitted. Further, the embodiments described below can be implemented by combining some of them or replacing some of them.
図5、図6には耐火閉塞部材の他の実施形態の例を示す。これら実施形態の耐火閉塞部材は、耐火閉塞部材の全体が熱膨張性耐火材料で一体成形されている点では、上記第1実施形態の耐火閉塞部材と同様であるが、その形状が異なっている。 5 and 6 show examples of other embodiments of the fireproof closing member. The fireproof closure members of these embodiments are the same as the fireproof closure members of the first embodiment in that the entire fireproof closure members are integrally formed of a thermally expandable fireproof material, but the shapes thereof are different. .
図5に示す第2実施形態の耐火閉塞部材4においては、吸気口や排気口の内周面に沿って配置されるべき角筒状の筒部41に、筒部41の内側の冷却風通路を仕切るように格子状の間仕切り部42が一体化されている。間仕切り部42によって、耐火閉塞部材4の内側の冷却風通路が細く分割されるため、加熱されて膨張する際に、閉塞しやすくなる。
In the
また、本実施形態においては、筒部41の内側の代表寸法Hと比べて、耐火閉塞部材4の長さ(冷却風流れに沿う方向の長さ)Lが大きくなるようにされている。このように、耐火閉塞部材の内側に設けられた冷却風通路の幅方向の寸法(H)よりも、耐火閉塞部材の冷却風流れ方向に沿う長さ寸法(L)が長くされていると、耐火閉塞部材4が加熱されて膨張する際に、より確実に冷却風通路を閉塞することができる。
Further, in the present embodiment, the length (the length in the direction along the cooling air flow) L of the
図6に示す第3実施形態の耐火閉塞部材8においては、吸気口や排気口の内周面に沿って配置されるべき角筒状の筒部81の内側を仕切るように、板状の間仕切り部82、82が所定の間隔dを隔てて平行に配置されて一体成形されている。
また、本実施形態においては、板状間仕切り部82,82が離間する距離dと比べて、耐火閉塞部材8の長さ(冷却風流れに沿う方向の長さ)Lが大きくなるようにされている。このように、耐火閉塞部材の内側に設けられた冷却風通路の幅方向の寸法(d)よりも、耐火閉塞部材の冷却風流れ方向に沿う長さ寸法(L)が長くされていると、耐火閉塞部材8が加熱されて膨張する際に、特に効果的に閉塞しやすくなる。なお、本実施形態のように冷却風通路が細長い断面形状を有する場合には、冷却風通路の幅方向の寸法は、通路断面形状の短い側の辺や径に相当する長さ(本実施形態で言えばd)を基準として、耐火閉塞部材の長さLが大きくなっていれば、上記効果が得られる。
In the
Further, in the present embodiment, the length (the length in the direction along the cooling air flow) L of the
図5、図6に示した耐火閉塞部材4,8は、押出成形を利用して、連続した筒状に一旦成形したものを、所定長さに切断して製造することができる。あるいは、これら耐火閉塞部材4,8を射出成形により形成することもできる。
The fire-
耐火閉塞部材は、上記のような筒状の形状には限定されない。例えば、板状に成形した耐火閉塞部材を、吸気口や排気口の内周面の一部に沿って配置・固定するようにしても良い。例えば、平板状の耐火閉塞部材を、長方形断面の角筒状の吸気口の長辺に相当する面に取り付けるようにしても良い。 The fireproof closing member is not limited to the cylindrical shape as described above. For example, a fireproof blocking member formed into a plate shape may be arranged and fixed along a part of the inner peripheral surface of the intake port or the exhaust port. For example, a flat fireproof blocking member may be attached to a surface corresponding to the long side of a rectangular tube-shaped intake port having a rectangular cross section.
または、図7に示すように、金網などの支持部材に熱膨張性耐火樹脂材料を一体化させて、耐火閉塞部材を構成しても良い。図7に示した実施形態においては、格子状の金網61を支持部材として、金網を構成している金属線の表面に熱膨張性耐火樹脂材料62をコーティングするように一体化させて、耐火閉塞部材6が構成されている。図7では、金網61を太い実線で示し、熱膨張性耐火樹脂材料62がコーティングされた部分を細い波線で示している。耐火閉塞部材6は、支持部材である金網61が有していた隙間をまだ残しており、その隙間を通じて冷却風が流れうる。吸気口や排気口をさえぎるように、耐火閉塞部材6を取り付ければ、上記実施形態と同様の作用や効果を発揮できる。
Or as shown in FIG. 7, you may integrate a heat-expandable fireproof resin material with support members, such as a metal-mesh, and may comprise a fireproof closure member. In the embodiment shown in FIG. 7, the lattice-shaped
特に、本実施形態では、吸気口や排気口の断面全体にわたって、均等に熱膨張性耐火樹脂材料を配置できるので、火災のより早期の段階で、冷却風通路を閉塞しやすい。 In particular, in this embodiment, since the heat-expandable refractory resin material can be disposed uniformly over the entire cross section of the intake port and the exhaust port, the cooling air passage can be easily blocked at an earlier stage of the fire.
また、本実施形態のように、金網61の片面側のみに熱膨張性耐火樹脂材料62を一体化する場合には、熱膨張性耐火樹脂材料が偏在する側が、筐体2の内側に向くように耐火閉塞部材6を配置することが好ましい。このようにすれば、熱膨張性耐火樹脂材料をより早いタイミングで膨張させることができる。あるいは、熱膨張性耐火樹脂材料が偏在する側が、冷却風流れの上流側を向くように、耐火閉塞部材6を配置することが好ましい。このようにすれば、膨張した熱膨張性耐火樹脂材料が多少もろいものであっても、下流側の金網に引っかかるようになって、冷却風通路の閉塞が効果的に行われうる。
Further, when the thermally expandable
上記実施形態に示したように、耐火閉塞部材は、金属などの耐熱性の高い材料で構成された支持部材(補強体)を有するものであっても良い。支持部材は金網の他、金属板や熱硬化性樹脂部材などで構成しても良い。例えば、図5や図6に示した耐火閉塞部材4,8の間仕切り部などに、支持部材(補強体)を備えさせることも好ましい実施の形態である。
As shown in the above embodiment, the fireproof closing member may have a support member (reinforcing body) made of a material having high heat resistance such as metal. The support member may be formed of a metal plate, a thermosetting resin member, or the like in addition to the metal mesh. For example, it is also a preferred embodiment to provide a support member (reinforcing body) in the partition portion of the
図8には、さらに他の実施形態を示す。本実施形態における耐火閉塞部材7は全体が筒状に形成されている。そして、耐火閉塞部材7の一端側が、他端側よりも薄く形成された筒状の部分71となっている。本実施形態においては、吸気口22にダクト部材52が接続されている。ダクト部材52と吸気口22とは、互いに重なり合うように挿入されて接続されている。耐火閉塞部材7はダクト部材や吸気口の周面に沿うように配置されている。そして、耐火閉塞部材7の筒状の部分71は、吸気口22とダクト部材52との間に介装されている。
FIG. 8 shows still another embodiment. The fireproof closing member 7 in the present embodiment is entirely formed in a cylindrical shape. And the one end side of the fireproof closure member 7 is the
このように、耐火閉塞部材7に設けられた筒状の部分71が、吸気口22とダクト部材52との間に介装されていると、火災発生時に、筒状の部分71が膨張して接続部の隙間をふさぐように働き、吸気口とダクト部材の接続部分から火炎や高温の熱気が漏れ出すことが効果的に抑制される。
Thus, if the
本実施形態のように、吸気口22とダクト52が互いに重なり合うように嵌合する部分に、耐火閉塞部材7の一部71を挟み込むように介装させる場合には、熱膨張性耐火樹脂材料にゴム材料やエラストマー材料を含ませて弾力性に富む材料とすることが好ましい。
When interposing the
介装される耐火閉塞部材7の一部71が弾力性に富むものであれば、ダクト52と吸気口22の接続が良好に維持され、両者の接続部分をシールすることもできる。また、シール性を高めるため、耐火閉塞部材の挟みこまれる部分71には、リップやビードを形成することが好ましい。
If the
なお、図8に示した実施形態のように、ダクト等の接続部に耐火閉塞部材の一部を介装させる場合であっても、必ずしも耐火閉塞部材全体が弾力性に富むようにする必要はなく、介装される部分のみが弾力性に富む材料で形成されるように、耐火閉塞部材を2色成形により形成しても良い。 In addition, even if it is a case where a part of the fireproof closing member is interposed in the connection portion such as a duct as in the embodiment shown in FIG. 8, it is not always necessary to make the entire fireproof closing member rich in elasticity. The fire-resistant closing member may be formed by two-color molding so that only the interposed portion is formed of a material having high elasticity.
また、筒状の介装部分を有する耐火閉塞部材の他の形態の例としては、図8に示した耐火閉塞部材7の介装されていない部分を吸気口22の内側に折り返したように、吸気口や排気口の端部を覆い、かつ、吸気口や排気口の内側及び外側に筒状に熱膨張性耐火樹脂材料が配置されるような形態が例示できる。このような形態の耐火閉塞部材とすると、耐火閉塞部材を筐体2に取り付けるのが容易となって好ましい。
In addition, as an example of another form of the fireproof closing member having a cylindrical interposed portion, a portion where the fireproof closing member 7 illustrated in FIG. 8 is not interposed is folded inside the
また、電池筐体吸気口22側にフィルタ部材が取り付けられる場合には、フィルタ部材の枠部分を上記熱膨張性耐火樹脂材料で構成し、フィルタ部材の枠部分を耐火閉塞部材とすることもできる。
Moreover, when a filter member is attached to the
本発明の電池冷却構造は、常温(特に−50℃〜100℃の温度領域)で運転される組電池の電池冷却構造に適用できる。組電池を構成する二次電池の種類としては、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池などが例示できる。 The battery cooling structure of the present invention can be applied to a battery cooling structure of an assembled battery operated at normal temperature (particularly in a temperature range of −50 ° C. to 100 ° C.). Examples of the secondary battery constituting the assembled battery include a lithium ion secondary battery, a nickel hydride secondary battery, and a nickel cadmium secondary battery.
組電池が使用される目的・用途も、自動車用に限定されるものではなく、例えば、風力発電装置や太陽電池発電装置などにおいて発電電力を平準化する目的で二次電池が使用される用途など、広い用途に使用される組電池に本発明は活用できる。 The purpose and application for which the assembled battery is used are not limited to those for automobiles. For example, a secondary battery is used for the purpose of leveling generated power in a wind power generator or a solar battery power generator. The present invention can be utilized for assembled batteries used in a wide range of applications.
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車、発電装置などに使用される大容量組電池の冷却に使用することができ、産業上の利用価値が高い。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for cooling large-capacity assembled batteries used in electric vehicles, hybrid vehicles, power generation devices, and the like, and has high industrial utility value.
1 組電池
11 単電池
2 筐体
21 排気口
22 吸気口
3 耐火閉塞部材
51,52 吸気ダクト
F 送風ファン
4,6,7,8 耐火閉塞部材
41、81 筒部
42、82 間仕切り部
61 金網
62 熱膨張性耐火樹脂材料
DESCRIPTION OF
Claims (5)
単電池はリチウムイオン二次電池またはニッケル水素二次電池であり、
吸気口または排気口には、火災発生時の熱により膨張して吸気口または排気口を閉塞する耐火閉塞部材が配置されており、
耐火閉塞部材は、膨張開始温度が270℃以下の膨張材料を含む熱膨張性耐火樹脂材料によって構成されている電池冷却構造。 An assembled battery made up of a plurality of single cells is housed inside the housing, and the housing is provided with an intake port for introducing cooling air into the housing and an exhaust port for discharging cooling air. A battery cooling structure for cooling the battery pack by wind,
The cell is a lithium ion secondary battery or a nickel hydride secondary battery,
At the intake or exhaust port, there is a fire-resistant closing member that expands due to heat at the time of the fire and closes the intake or exhaust port,
The battery-cooling structure in which the fireproof closing member is made of a thermally expandable fireproof resin material including an expansion material having an expansion start temperature of 270 ° C. or lower.
耐火閉塞部材は吸気口または排気口の周面に沿うように配置される筒状の部分を有し、
耐火閉塞部材の前記筒状の部分が、吸気口または排気口とダクト部材との間に介装された請求項1に記載の電池冷却構造。 A duct member is connected to the intake or exhaust port,
The fireproof blocking member has a cylindrical portion arranged along the peripheral surface of the intake port or the exhaust port,
The battery cooling structure according to claim 1, wherein the cylindrical portion of the fireproof closing member is interposed between the intake port or the exhaust port and the duct member.
吸気口には車室内に連絡するダクトが接続されると共に
耐火閉塞部材が吸気口に配置された請求項1または請求項2に記載の電池冷却構造。 The assembled battery is an assembled battery installed in an automobile,
The battery cooling structure according to claim 1 or 2, wherein a duct communicating with the passenger compartment is connected to the air intake and a fireproof closing member is disposed at the air intake.
冷却風通路の幅方向の寸法よりも、耐火閉塞部材の冷却風流れ方向に沿う長さ寸法が長くされた請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の電池冷却構造 The fireproof blocking member is a member provided with a cooling air passage through which cooling air flows.
The battery cooling structure according to any one of claims 1 to 3, wherein a length of the fireproof blocking member along a cooling airflow direction is longer than a widthwise dimension of the cooling air passage.
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