JP2014093244A - Heat transfer structure of battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気自動車やハイブリッド車に搭載される組電池を構成する電池モジュールの伝熱構造に関する。 The present invention relates to a heat transfer structure of a battery module constituting an assembled battery mounted on an electric vehicle or a hybrid vehicle.
特許文献1には、複数の電池モジュールを縦置きに積層配置して構成した組電池の下側に、温調手段として伝熱基板を配設して該組電池を冷却または加熱可能としたものが示されている。 In Patent Document 1, a heat transfer substrate is provided as a temperature control means on the lower side of an assembled battery configured by stacking and arranging a plurality of battery modules in a vertical arrangement so that the assembled battery can be cooled or heated. It is shown.
また、特許文献2には、電池モジュールを複数の扁平状のセルを積層したセルユニットと、該セルユニットを収納したモジュールケースとで構成した構造が開示されている。
セルは発熱により厚み方向に膨張するため、その積層体のセルユニットの端面とモジュールケースの側面との間に、セルの膨れスペースを確保する必要がある。 Since the cell expands in the thickness direction due to heat generation, it is necessary to secure a cell expansion space between the end surface of the cell unit of the laminate and the side surface of the module case.
その手段の1つとして、セルユニットのセル積層方向の端面と、これに対応したモジュールケースの側面とを、それらの中央部分が絶縁体を介して当接して、その周囲を面相互が離間した空隙として形成し、この空隙をセルの膨れスペースとすることが行われている。 As one of the means, the end surface of the cell unit in the cell stacking direction and the side surface of the module case corresponding to the cell unit are in contact with each other through an insulator so that the surfaces are separated from each other. A void is formed, and this void is used as a cell expansion space.
ところが、この構造の電池モジュールを特許文献1の開示技術のように複数を縦置きに積層配置して、その下側に温調手段を配設した場合、セルユニットの端面とモジュールケースの側面との間の熱伝達がそれらが当接した中央部分に制約されてしまう。 However, when a plurality of battery modules having this structure are stacked in a vertical arrangement as in the technology disclosed in Patent Document 1 and the temperature control means is provided on the lower side, the end surface of the cell unit and the side surface of the module case Heat transfer between the two is constrained to the central portion where they abut.
このため、セルユニットから温調手段に至る熱伝達経路が長くなって、温調性能が劣るという問題が生じる。 For this reason, the heat transfer path | route from a cell unit to a temperature control means becomes long, and the problem that temperature control performance is inferior arises.
そこで、本発明はセルの膨れスペースの確保と、温調性能の向上との両立を図ることができる電池モジュールの伝熱構造を提供するものである。 Accordingly, the present invention provides a heat transfer structure for a battery module that can achieve both the securing of a cell expansion space and the improvement of temperature control performance.
本発明の電池モジュールの伝達構造は、複数の扁平状のセルを積層したセルユニットと、該セルユニットを収納したモジュールケースとを備えた電池モジュールと、前記電池モジュールをその周側部から加熱または冷却する温調手段と、を備えている。 The battery module transmission structure of the present invention includes a battery module including a cell unit in which a plurality of flat cells are stacked and a module case in which the cell unit is stored, and the battery module is heated from the peripheral side thereof. And a temperature control means for cooling.
前記セルユニットのセル積層方向の端面と、これに対応した前記モジュールケースの側面とは、それらの中央部分が絶縁体を介して当接して、その周囲を面相互が離間した空隙として形成している。 The end surface of the cell unit in the cell stacking direction and the side surface of the module case corresponding to the end surface are formed as a space in which the central portion is in contact with each other via an insulator and the surfaces are separated from each other. Yes.
そして、少なくとも、前記温調手段に近い側の前記空隙を埋めて熱伝導材を介装したこ
とを主要な特徴としている。
The main feature is that at least the gap close to the temperature adjusting means is filled and a heat conductive material is interposed.
本発明によれば、熱伝導材の存在によりセルから温調手段に至る熱伝達経路が短縮されるので、温調性能を向上することができる。 According to the present invention, since the heat transfer path from the cell to the temperature control means is shortened due to the presence of the heat conductive material, the temperature control performance can be improved.
一方、セルユニット端面の周囲には対応するモジュールケースの側面との間に空隙が存在し、セルが積層方向に膨張した場合にこの空隙をセルの膨れスペースとすることができる。 On the other hand, a gap exists between the end surface of the cell unit and the side surface of the corresponding module case, and when the cell expands in the stacking direction, this gap can be used as a cell expansion space.
これにより、セルの膨れスペースの確保と、温調性能の向上との両立を実現することができる。 Thereby, coexistence with ensuring of the swelling space of a cell and improvement of temperature control performance is realizable.
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の対象とする組電池1と温調手段6との関係を示している。 FIG. 1 shows the relationship between the assembled battery 1 and the temperature control means 6 that are the subject of the present invention.
組電池1は、複数の薄型方形状の電池モジュール2を縦置きに積層し、これを積層方向の両側に配置した一対の保持板3と、積層方向と直角方向の両側に配置した一対の結束帯板4とによって一体的に結束固定して構成している。
The assembled battery 1 includes a plurality of thin
そして、この組電池1を、アルミ,アルミ合金等の軽量で熱伝導性の良好な金属からなるバッテリケース5に収容している。
And this assembled battery 1 is accommodated in the
温調手段6は、方形の熱伝導盤として構成して、上述のバッテリケース5の底壁下面に配設してある。
The temperature control means 6 is configured as a square heat conduction board and is disposed on the bottom surface of the bottom wall of the
熱伝導盤6は、アルミ,アルミ合金,セラミック等の熱伝導性の良好な材料で構成している。
The
この熱伝導盤6は熱媒体の入口6aと出口6bとを介して、汎用の冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルに接続されて、内部に液状の熱媒体を導入することによってバッテリケース5,組電池1を積極的に冷却あるいは加温するようにしている。
This
即ち、組電池1が充電時や放電時に発熱したときには、冷凍サイクルから熱媒体を導入することにより該組電池1を冷却し、寒冷地等における冷間始動時には、ヒートポンプサイクルからの熱媒体を導入することにより組電池1を加温する。 That is, when the assembled battery 1 generates heat during charging or discharging, the assembled battery 1 is cooled by introducing a heat medium from the refrigeration cycle, and the heat medium from the heat pump cycle is introduced during cold start in a cold district or the like. By doing so, the assembled battery 1 is heated.
図2は、上述の組電池1における電池モジュール2の単体と、バッテリケース5および熱伝導盤6との配置状況を示している。
FIG. 2 shows the arrangement of the
電池モジュール2の下面とバッテリケース5の底壁内面とは、熱的に均一に接触することが肝要で、このため、これら電池モジュール2の下面とバッテリケース5の底壁内面との間には、接着性を有する適宜のゲル状の熱伝導材7を所要の厚さで介装してある。
It is important that the lower surface of the
また、バッテリケース5の底壁下面(外面)と熱伝導盤6の上面も、同様に熱的に均一に接触することが肝要で、これら両者間にも上述と同様の熱伝導材7を所要の厚さで介装してある。
In addition, it is important that the bottom wall lower surface (outer surface) of the
電池モジュール2は、複数枚の扁平状のセル22を縦置きに積層して構成したセルユニット21を、アルミ,アルミ合金等の軽量で熱伝導性の良好な金属からなる薄肉のモジュールケース23に収納して構成している。
The
モジュールケース23は、複数枚のセル22を積層して結束するためにその積層方向に密接するように構成する。そのため、セル22の積層最外側の側面、即ち、セルユニット21のセル積層方向の端面と、これに対応したモジュールケース23の側面との間には、ほぼ全域に亘って絶縁体24を介装して両者間を所要の誘電率に設定している。
The
ここで、セルユニット21を構成する複数枚のセル22は、それぞれ発熱によって厚み方向に膨張するため、上述のセルユニット21の端面と、これに対応するモジュールケース23の側面との間に、セル22の膨れスペースを確保する必要がある。
Here, since each of the plurality of
そこで、これらセルユニット21の端面と、これに対応したモジュールケース23の側面とは、それらの中央部分が絶縁体24を介して当接して、その周囲を面相互が離間した空隙δとして形成している。
Therefore, the end surface of the
これは、例えばモジュールケース23を、セルユニット21のセル積層方向の寸法よりも幅広に形成し、セルユニット21をケース内に収容した状態でケース中央部を内側に向けて加圧成形することによって、上述のように中央部分の面相互が当接し、その周囲に所要寸法の空隙δを備えた構成とすることができる。
This is because, for example, the
そして、この空隙δのうち上述の熱伝導盤6に近い側の空隙δ、即ち、本実施形態では図2に示す電池モジュール2の下側の空隙δを埋めて熱伝導体としての伝熱シート25を介装してある。
Then, in this gap δ, the gap δ on the side close to the above-described
図2に示す例では、絶縁体24の下端部を所要の長さで切除して、この切欠部分に伝熱シート25を介装し、該伝熱シート25を直接セルユニット21の端面となる積層最外側のセル22の側面と、モジュールケース23の側面に直接接触させて両面間の伝熱性能を高めるようにしている。
In the example shown in FIG. 2, the lower end portion of the
この伝熱シート25は、空隙δで圧縮変形可能な柔軟性を有する材料で形成され、セル22が膨張した際にはその膨張圧で圧縮変形することによって、セル22の膨れスペースを確保可能としている。
The
また、伝熱シート25は、上述の絶縁体24を切除した部分の絶縁性能を補填可能な電気的特性を備えた材料で形成している。即ち、絶縁体24の切除部分でも良好な絶縁性能が求められるため、伝熱シート25としては上述の柔軟性と絶縁性とを有する材料が選択的に用いられるが、この切除部分でも上述の誘電率が得られる比誘電率の材料が選択使用される。
The
更に、伝熱シート25は、このような柔軟性,絶縁性と併せて、セルユニット21から熱伝導盤6に至る熱伝達経路において、所定値以下のモジュール熱抵抗が得られる熱伝導率の材料が選択使用される。
Further, the
この第1実施形態の構造によれば、伝熱シート25の存在によりセルユニット21から熱伝導盤6に至る熱伝達経路が短縮されるので、電池モジュール2、延いては組電池1の温調性能を向上することができる。
According to the structure of the first embodiment, the heat transfer path from the
一方、セルユニット21の端面では、その中央部分でモジュールケース23の側面と当接した部分の周囲には、該モジュールケース23の側面との間に空隙δが存在しているため、図3に示すようにセル22が積層方向に膨張した場合に、この空隙δをセル22の膨れスペースとすることができる。
On the other hand, in the end surface of the
これにより、セル22の膨れスペースの確保と、温調性能の向上との両立を実現することができる。
Thereby, coexistence with the ensuring of the swelling space of the
特に、本実施形態では伝熱シート25は空隙δで圧縮変形可能な所要の柔軟性を備えているため、該伝熱シート25を充填した下側の空隙δにあっても、この伝熱シート25が圧縮変形することでセル22の膨れスペースを確保できて、保安性を高く維持することができる。
In particular, in the present embodiment, the
また、伝熱シート25は、絶縁体24の下端部を切除した部分でも所要の誘電率が得られる比誘電率の材料を用いて形成していて、この絶縁体24の下端部の切除部分の絶縁性能を補填可能な電気的特性としているため、絶縁性能が些かも低下することがなく、品質感および信頼性を高めることができる。
Further, the
しかも、伝熱シート25はセルユニット21から熱伝導盤6に至る熱伝達経路において、所定値以下のモジュール熱抵抗が得られる熱伝導率に設定してあるため、伝熱シート25の介装部分にあっても、この熱伝達経路の温度差を小さくして、電池モジュール2の冷却または加温を良好に行わせることができる。
Moreover, since the
図4は本発明の第2実施形態を示すもので、本実施形態では前記第1実施形態における絶縁体24として、パンチング加工により多数の穿孔を設けた多孔体24Aを用いている。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a
この第2実施形態の構造によれば、前記第1実施形態の効果に加えて、絶縁体24を多孔体24Aにすることにより、穿孔部分で空気層を保有することから見掛けの比誘電率を小さくすることができて、同じ誘電率を得る場合に絶縁材料の選択肢を広げることができる。
According to the structure of the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, by making the
また、多孔体24Aとすることにより圧縮性能の低下を最低限にとどめて、絶縁性能とのマッチングを良好とすることができる。
Further, by using the
図5,図6は本発明の第3実施形態を示すもので、本実施形態にあっては前記第2実施形態における多孔体24Aとセルユニット21の端面との間にシート26を介装してある。
5 and 6 show a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a
シート26として、アルミシートやグラファイトシート等、面方向の熱伝導率の大きなシートが用いられる。このシート26は伝熱シート25の配設部分にまで延出している。
As the
また、本実施形態では多孔体24Aの前記シート26を配設した側と反対側の側面に、フィルム27を貼着して多孔体24Aの開孔を閉塞している。
Moreover, in this embodiment, the
この第3実施形態の構造によれば、前記第2実施形態の効果に加えて、多孔体24Aは圧縮には強いが曲げに弱い性質があるが、シート26の介装によって多孔体24Aの曲げ方向の剛性を確保できると共に、セル22の表面のラミネート層の損傷を防止することができて品質を高めることができる。
According to the structure of the third embodiment, in addition to the effects of the second embodiment, the
また、シート26を伝熱シート25の配設部分を覆って延出しているため、該伝熱シート25の下端のエッジ当りによるセル22の表面のラミネート層の損傷を回避することができる。
Further, since the
しかも、シート26を熱伝導率の大きな材料で構成しているため、シート26の熱拡散効果により電池モジュール2の温調性能を高めることができる。
Moreover, since the
ここで、多孔体24Aのシート26を配設した側と反対側が開孔したままであると、開孔内が結露して腐蝕の原因となるが、フィルム27によりこの開孔を閉塞するため結露に起因する不具合を誘発するのを回避することができる。
Here, if the side opposite to the side where the
前記各実施形態では、熱伝導盤6に近い電池モジュール2の下側の空隙δに伝熱シート25を配設しているが、熱伝導盤6から遠い上側の空隙δにも伝熱シート25を配設してもよい。
In each of the above embodiments, the
この場合、電池モジュール2の上端側では空気放熱作用が高められるので、電池モジュール2を冷却する場合の冷却性能を高めることができる。
In this case, since the air heat dissipation action is enhanced on the upper end side of the
1…組電池
2…電池モジュール
5…バッテリケース
6…熱伝導盤(温調手段)
21…セルユニット
22…セル
23…モジュールケース
24…絶縁体
24A…多孔体
25…伝熱シート(熱伝導体)
26…シート
27…フィルム
δ…空隙
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
21 ...
26 ...
Claims (9)
前記モジュールケースをその周側部から加熱または冷却する温調手段と、を備え、
前記セルユニットのセル積層方向の端面と、これに対応した前記モジュールケースの側面とは、それらの中央部分が絶縁体を介して当接して、その周囲を面相互が離間した空隙として形成し、
少なくとも、前記温調手段に近い側の前記空隙を埋めて熱伝導材を介装したことを特徴とする電池モジュールの伝熱構造。 A battery module including a cell unit in which a plurality of flat cells are stacked, and a module case storing the cell unit;
Temperature control means for heating or cooling the module case from its peripheral side, and
The end surface of the cell unit in the cell stacking direction and the side surface of the module case corresponding to the end surface are in contact with each other through an insulator, and the periphery is formed as a space where the surfaces are separated from each other.
A heat transfer structure for a battery module, characterized in that at least the gap on the side close to the temperature control means is filled and a heat conductive material is interposed.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019132290A1 (en) * | 2017-12-27 | 2019-07-04 | 주식회사 엘지화학 | Battery module having improved cooling structure |
JP2019145396A (en) * | 2018-02-22 | 2019-08-29 | 本田技研工業株式会社 | Power source device |
CN114335866A (en) * | 2021-12-22 | 2022-04-12 | 重庆长安新能源汽车科技有限公司 | Battery module for preventing thermal runaway propagation |
US11456500B2 (en) | 2017-04-26 | 2022-09-27 | Lg Energy Solution, Ltd. | Battery module, battery pack including battery module, and vehicle including battery pack |
WO2023024988A1 (en) * | 2021-08-27 | 2023-03-02 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Battery and electrical device |
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- 2012-11-06 JP JP2012244140A patent/JP2014093244A/en active Pending
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