JP2014191950A - Secondary battery module and secondary battery system using the same - Google Patents

Secondary battery module and secondary battery system using the same Download PDF

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明 田中
Masahiko Amano
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary battery module composed of secondary battery cells connected in plurality, in which each of the incorporated cells is efficiently cooled, and the incorporated cells can be easily and individually replaced.SOLUTION: The secondary battery module comprises a plurality of secondary battery cells connected to each other, a plurality of heat storage members for cooling the cells individually in contact therewith, a cell rack for accommodating the cells and the heat storage members. The cell rack has a trapezoidal comb tooth part whose upper base is shorter than the lower base. The heat storage members have a wedge-shaped container provided with a heat storage material therein, the wedge-shaped container being such that only one of the surfaces is an inclined surface, the inclination of which is the same as the inclination of a trapezoidal slope of the comb tooth part of the cell rack. The heat storage member is disposed so that the inclined surface adjoins the trapezoidal slope of the cell rack. The cells are such that the surface of a container of rectangular parallelepiped shape facing an end surface of a laminate electrode group adjoins an opposed surface of the inclined surface of the heat storage member.

Description

本発明は、二次電池の単電池を複数個接続した二次電池モジュールおよびそれを用いた二次電池システムに関するものである。   The present invention relates to a secondary battery module in which a plurality of secondary battery cells are connected, and a secondary battery system using the same.

近年、リチウムイオン電池やニッケル水素電池に代表される二次電池は、小型電子機器(例えば、携帯用パソコンや携帯電話機)から大型電気機器(例えば、HVE(ハイブリッド自動車)やEV(電気自動車)などの自動車用動力電源、電力貯蔵用電源、データセンター等の無停電源装置、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの電力負荷平準化機器)へ市場が拡大されている。   In recent years, secondary batteries typified by lithium ion batteries and nickel metal hydride batteries have been changed from small electronic devices (for example, portable personal computers and mobile phones) to large electric devices (for example, HVE (hybrid vehicles) and EVs (electric vehicles)). The market is expanding to automotive power supplies, power storage power supplies, uninterruptible power supplies such as data centers, and natural energy power load leveling equipment such as solar power generation and wind power generation.

大型電気機器ヘのニ次電池の適用においては、小型電子機器の場合よりも、はるかに高い出力と容量とが求められる。これは、二次電池の単電池(セル)の容積を大きくすることに加えて、複数個を連結することが必要となる。   In the application of secondary batteries to large electric devices, much higher output and capacity are required than in the case of small electronic devices. In addition to increasing the volume of the single battery (cell) of the secondary battery, it is necessary to connect a plurality of secondary batteries.

大型電気機器の二次電池では、通常、複数個のセルを連結して二次電池モジュールを構成し、該二次電池モジュールを複数個接続して二次電池システムを構成する。セルが直列に接続された二次電池モジュールの場合、セル間に電池特性のばらつきがあると、最も電池特性が低いセルにシステム全体の電池特性や信頼性が制限される。このため、セル間の電池特性のばらつきを抑制することが重要である。   In a secondary battery of a large electric device, usually, a plurality of cells are connected to constitute a secondary battery module, and a plurality of the secondary battery modules are connected to constitute a secondary battery system. In the case of a secondary battery module in which cells are connected in series, if there are variations in battery characteristics between cells, the battery characteristics and reliability of the entire system are limited to the cell with the lowest battery characteristics. For this reason, it is important to suppress variations in battery characteristics between cells.

二次電池は、通常、充放電の際に発熱して電池温度が上昇する。特にリチウムイオン二次電池では、電池温度がある程度以上上昇すると、電池性能が劣化したり寿命が短くなったりすることから、電池温度が上昇し過ぎないように冷却する必要がある。また、二次電池モジュールや二次電池システムにおける大容量化・高出力化に伴って、発熱の問題がより大きくなるので、効率的に冷却することが重要となる。   Secondary batteries usually generate heat during charging and discharging, and the battery temperature rises. In particular, in a lithium ion secondary battery, if the battery temperature rises to some extent, the battery performance deteriorates or the life is shortened. Therefore, it is necessary to cool the battery temperature so that it does not rise too much. Further, as the capacity and output of the secondary battery module and the secondary battery system increase, the problem of heat generation becomes larger. Therefore, efficient cooling is important.

上述したような要求に対し、二次電池を効率的に冷却する構造についての研究開発が精力的に進められている。例えば、特許文献1(特開2009-259455)には、充放電可能な複数の単電池と、該単電池から生じる熱を外部に放散させる冷却機構と、を備えた組電池であって、上記単電池はシート状の電極が重ね合わされた形態の電極体が電解質とともに容器に収容された構成を有し、該電極体の一端および他端には正負の電極端子がそれぞれ接続されており、上記冷却機構は、上記電極体の正極端子接続側端部および負極端子接続側端部に比べてそれらの中央部の冷却効率が高くなるように構成されている、組電池が開示されている。特許文献1によると、単電池の中央部と両端部との温度差を緩和することによって、ハイレートでの使用に対しても良好な耐久性を示す組電池(典型的には、リチウムイオン電池を単電池として構築された組電池)を提供することができ、またハイレートで使用されても該組電池の性能をよりよく維持できる電源システムを提供することができるとされている。   In response to the above-described requirements, research and development on a structure for efficiently cooling a secondary battery has been energetically advanced. For example, Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-259455) discloses an assembled battery that includes a plurality of chargeable / dischargeable single cells and a cooling mechanism that dissipates heat generated from the single cells to the outside. The unit cell has a configuration in which an electrode body in a form in which sheet-like electrodes are superimposed is housed in a container together with an electrolyte, and positive and negative electrode terminals are respectively connected to one end and the other end of the electrode body, An assembled battery is disclosed in which the cooling mechanism is configured so that the cooling efficiency of the central portion of the electrode body is higher than that of the positive electrode terminal connection side end and the negative electrode terminal connection side end of the electrode body. According to Patent Document 1, an assembled battery (typically, a lithium ion battery) that exhibits good durability even when used at a high rate by relaxing the temperature difference between the center and both ends of the unit cell. It is said that an assembled battery constructed as a single cell) can be provided, and a power supply system that can better maintain the performance of the assembled battery even when used at a high rate.

特許文献2(特開2002-291670)には、複数の二次電池を束ねて電線を取り付けた電池パックであって、前記電池パック内に前記二次電池との間で熱伝導可能に蓄熱材が配設されていることを特徴とする電池パックが開示されている。特許文献2によると、発熱する二次電池を安定して確実に冷却することが可能であるとされている。   Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-291670) discloses a battery pack in which a plurality of secondary batteries are bundled and an electric wire is attached, and a heat storage material capable of conducting heat with the secondary battery in the battery pack. There is disclosed a battery pack characterized in that is disposed. According to Patent Document 2, it is said that a secondary battery that generates heat can be cooled stably and reliably.

特開2009−259455号公報JP 2009-259455 A 特開2002−291670号公報JP 2002-291670 A

特許文献1に開示されている組電池では、冷媒(空気等)を介してセル温度を低減させることから、冷媒を搬送するための手段(例えば、送風機)を駆動するための電力が必要となる。ここで、当該組電池を無停電電源装置として用いる場合、外部からの電力供給が遮断された停電時に上述したような送風機等を駆動するためには、当該組電池から電力を供給する必要がある。すなわち、無停電電源装置の実質的な出力や容量が低下するという課題がある。さらに、送風される空気の上流側のセルによって温められた空気が下流側のセルに供給されることから、下流側へ行くほど冷却能が低下するため、セル毎の温度のばらつきを抑制することが困難であるという課題がある。   In the assembled battery disclosed in Patent Document 1, since the cell temperature is reduced via a refrigerant (air or the like), electric power for driving a means (for example, a blower) for conveying the refrigerant is required. . Here, when the assembled battery is used as an uninterruptible power supply, it is necessary to supply power from the assembled battery in order to drive a blower or the like as described above at the time of a power failure when the external power supply is interrupted. . That is, there is a problem that the substantial output and capacity of the uninterruptible power supply are reduced. Furthermore, since the air warmed by the upstream cell of the air to be blown is supplied to the downstream cell, the cooling capacity decreases as it goes to the downstream side. There is a problem that is difficult.

一方、前述したように、二次電池モジュールや二次電池システムに対する大容量化・高出力化の要求は、近年ますます強まっている。一例としては、従来の300 Ahから、500 Ahへの大容量化が求められている。そのため、大容量化・高出力化に伴う発熱量増大への対策は、極めて重要な課題になっている。   On the other hand, as described above, the demand for higher capacity and higher output for secondary battery modules and secondary battery systems has been increasing in recent years. As an example, an increase in capacity from the conventional 300 Ah to 500 Ah is required. For this reason, countermeasures against an increase in the amount of heat generated due to an increase in capacity and output are an extremely important issue.

また、二次電池モジュールや二次電池システムの大容量化に伴って組み込むセル数は増加するが、長期間使用しているとある確率で一部のセルに不具合が発生することがある。このとき、一部のセルの不具合に対して、二次電池モジュール全体や二次電池システム全体を交換することは、非常に不経済である。言い換えると、組み込むセル数が増加したシステムでは、組み込んだセルを個別に容易に交換できるようにすることは経済的に大変有意義である。   In addition, the number of cells to be incorporated increases as the capacity of the secondary battery module or the secondary battery system increases, but some cells may fail with a certain probability when used for a long time. At this time, it is very uneconomical to replace the entire secondary battery module or the entire secondary battery system with respect to some cell defects. In other words, in a system in which the number of cells to be incorporated is increased, it is economically meaningful to make it possible to easily replace the incorporated cells individually.

特許文献2に開示されている電池パックでは、個々のセルが蓄熱材と接していることから、高い冷却能を示すことが期待される。しかしながら、複数のセルを一括して冷却する構成となっているため、組み込んだセルを個別に交換することが困難であり、一部のセルに不具合が発生したとしても電池パック全体を交換する必要があると考えられる。言い換えると、特許文献2の電池パックは、大容量化させた場合に経済性に劣る弱点がある。   In the battery pack disclosed in Patent Document 2, since individual cells are in contact with the heat storage material, it is expected to exhibit high cooling ability. However, because it is configured to cool a plurality of cells at once, it is difficult to replace the incorporated cells individually, and even if some cells fail, the entire battery pack needs to be replaced It is thought that there is. In other words, the battery pack of Patent Document 2 has a weakness that is inferior in economic efficiency when the capacity is increased.

したがって、本発明の目的は、二次電池のセルを複数個接続した二次電池モジュールにおいて、二次電池モジュールの大容量化・高出力化に対応すべく、組み込んだ個々のセルを効率的に冷却すると共に、組み込んだセルを個別かつ容易に交換可能とする二次電池モジュールを提供することにある。また、本発明の他の目的は、当該二次電池モジュールを用いた二次電池システムを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to efficiently incorporate individual cells in a secondary battery module in which a plurality of secondary battery cells are connected in order to cope with an increase in capacity and output of the secondary battery module. An object of the present invention is to provide a secondary battery module that cools and allows an incorporated cell to be replaced individually and easily. Another object of the present invention is to provide a secondary battery system using the secondary battery module.

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、互いに接続された複数の二次電池単電池と、前記単電池と当接して個別に冷却する複数の蓄熱部材と、前記複数の単電池および前記複数の蓄熱部材を収納するセルラックとを具備する二次電池モジュールであって、
前記セルラックは、正面から見た時に、上底が下底よりも短い台形状の櫛歯部を具備する形状を有し、前記櫛歯部の間に前記単電池と前記蓄熱部材とを収容するように構成され、
前記蓄熱部材は、その内部に蓄熱材を備えるくさび形状容器を有し、前記くさび形状容器は、その一面のみが傾斜面であり、かつ前記傾斜面の勾配が前記セルラックの前記櫛歯部の台形斜面と同じ勾配を有し、
前記単電池は、正極板と負極板とが積層された積層電極群と、前記積層電極群を収納する直方体形状容器とを有し、
前記蓄熱部材は、前記傾斜面が前記セルラックの前記台形斜面と当接するように配設され、かつ前記単電池は、前記積層電極群の端面と対向する前記直方体形状容器の面が前記蓄熱部材の前記傾斜面の対面と当接するように配設されていることを特徴とする二次電池モジュールを提供する。
In one aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a plurality of secondary battery cells connected to each other, a plurality of heat storage members that abut against the cells and individually cool, a plurality of the cells, and A secondary battery module comprising a cell rack that houses the plurality of heat storage members,
The cell rack has a shape including a trapezoidal comb-tooth portion whose upper base is shorter than the lower base when viewed from the front, and accommodates the unit cell and the heat storage member between the comb-tooth portions. Configured as
The heat storage member has a wedge-shaped container having a heat storage material therein, and the wedge-shaped container has only one inclined surface, and the gradient of the inclined surface is a trapezoid of the comb tooth portion of the cell rack. Has the same slope as the slope,
The unit cell includes a laminated electrode group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated, and a rectangular parallelepiped container that houses the laminated electrode group,
The heat storage member is disposed such that the inclined surface is in contact with the trapezoidal inclined surface of the cell rack, and the unit cell has a surface of the rectangular parallelepiped container facing the end surface of the stacked electrode group of the heat storage member. Provided is a secondary battery module, wherein the secondary battery module is disposed so as to be in contact with the opposite surface of the inclined surface.

また、本発明の他の一態様は、上記目的を達成するため、複数の二次電池モジュールを具備する二次電池システムであって、
前記複数の二次電池モジュールが、上記の二次電池モジュールであることを特徴とする二次電池システムを提供する。
Another embodiment of the present invention is a secondary battery system including a plurality of secondary battery modules in order to achieve the above object.
The secondary battery system is characterized in that the secondary battery modules are the secondary battery modules described above.

本発明によれば、二次電池のセルを複数個接続した二次電池モジュールにおいて、組み込んだ個々のセルを効率的に冷却すると共に、組み込んだセルを個別かつ容易に交換可能とする二次電池モジュールを提供することができる。また、当該二次電池モジュールを利用することによって、信頼性が高く経済性も高い二次電池システムを提供することができる。   According to the present invention, in a secondary battery module in which a plurality of cells of the secondary battery are connected, the incorporated individual cells are efficiently cooled, and the incorporated cells can be replaced individually and easily. Modules can be provided. Further, by using the secondary battery module, it is possible to provide a secondary battery system that is highly reliable and economical.

本発明で用いる単電池の一例を示す部分透視斜視模式図である。It is a partial see-through perspective schematic diagram showing an example of a unit cell used in the present invention. 単電池内に収納される積層電極群の一例を示す斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram which shows an example of the laminated electrode group accommodated in a cell. セルの中心点で発熱した場合におけるセル内部の温度分布の計算結果を示すグラフである。It is a graph which shows the calculation result of the temperature distribution inside a cell at the time of generating heat at the center point of the cell. 本発明の第1の実施形態に係る二次電池モジュールの一例を示す斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram which shows an example of the secondary battery module which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図4に示した二次電池モジュールの組立模式図(正面図)である。FIG. 5 is an assembly schematic diagram (front view) of the secondary battery module shown in FIG. 4. 本発明の第2の実施形態に係る二次電池モジュールの一例を示す組立模式図(正面図)である。It is an assembly schematic diagram (front view) which shows an example of the secondary battery module which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る二次電池モジュールの一例を示す斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram which shows an example of the secondary battery module which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図7に示した二次電池モジュールの組立模式図(斜視図)である。It is an assembly schematic diagram (perspective view) of the secondary battery module shown in FIG. 本発明の二次電池モジュールを複数備えた本発明に係る二次電池システムの一例を示す断面模式図であり、(a)は正面断面図、(b)は側面断面図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the secondary battery system which concerns on this invention provided with two or more secondary battery modules of this invention, (a) is front sectional drawing, (b) is side sectional drawing. セル温度と時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between cell temperature and time.

本発明は、前述した発明に係る二次電池モジュールにおいて、以下のような改良や変更を加えることができる。
(i)前記セルラックは、その内部に前記蓄熱材を更に備えている。
(ii)前記蓄熱材は、相変化型の蓄熱材料である。
(iii)前記蓄熱材料は、n-オクタデカン、n-ノナデカンまたはn-エイコサンのいずれかである。
(iv)前記単電池の前記積層電極群の正面と対向する前記直方体形状容器の面に、放熱フィン部材が更に設けられている。
The present invention can add the following improvements and changes to the secondary battery module according to the above-described invention.
(I) The cell rack further includes the heat storage material therein.
(Ii) The heat storage material is a phase change heat storage material.
(Iii) The heat storage material is any one of n-octadecane, n-nonadecane and n-eicosane.
(Iv) A radiating fin member is further provided on the surface of the rectangular parallelepiped container facing the front of the stacked electrode group of the unit cell.

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、ここで取り上げた実施形態に限定されることはなく、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments taken up here, and can be combined and improved as appropriate without departing from the technical idea of the invention.

[実施例1]
(単電池)
まず、単電池(以下、セルと称する場合もある)について説明する。図1は、本発明で用いる単電池の一例を示す部分透視斜視模式図である。図2は、単電池内に収納される積層電極群の一例を示す斜視模式図である。なお、本明細書では、単電池の例としてリチウムイオン二次電池を用いた場合について説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。
[Example 1]
(Single cell)
First, a single cell (hereinafter also referred to as a cell) will be described. FIG. 1 is a partially transparent perspective schematic view showing an example of a unit cell used in the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of the laminated electrode group housed in the unit cell. Note that, in this specification, a case where a lithium ion secondary battery is used as an example of a single battery will be described, but the present invention is not limited thereto.

図2に示すように、積層電極群26は、正極板204と負極板205とがセパレータ203を介して複数枚積層されて構成されている。積層電極群26を構成する正極板204は、正極箔(例えば、厚さ20〜30μmのアルミニウム箔)の両面に、正極活物質に結着材(バインダ)が配合された正極活物質合剤が塗工形成された正極電極層206を有する。また、正極板204は、正極箔の一部が矩形状に延長形成された正極タブ部208を有する。   As shown in FIG. 2, the laminated electrode group 26 is configured by laminating a plurality of positive plates 204 and negative plates 205 via separators 203. The positive electrode plate 204 constituting the laminated electrode group 26 is made of a positive electrode active material mixture in which a binder (binder) is mixed with a positive electrode active material on both surfaces of a positive electrode foil (for example, an aluminum foil having a thickness of 20 to 30 μm). It has a positive electrode layer 206 formed by coating. Further, the positive electrode plate 204 includes a positive electrode tab portion 208 in which a part of the positive electrode foil is formed to extend in a rectangular shape.

積層電極群26を構成する負極板205は、負極箔(例えば、厚さ15〜20μmの銅箔)の両面に、負極活物質に結着材(バインダ)が配合された負極活物質合剤が塗工形成された負極電極層207を有する。また、負極板205は、正極板204と同様に、負極箔の一部が矩形状に延長形成された負極タブ部209を有する。セパレータ203としては、例えば、多孔質のポリエチレン樹脂が使用される。   The negative electrode plate 205 constituting the laminated electrode group 26 is made of a negative electrode active material mixture in which a binder (binder) is mixed with a negative electrode active material on both sides of a negative electrode foil (for example, a copper foil having a thickness of 15 to 20 μm). The negative electrode layer 207 is formed by coating. Similarly to the positive electrode plate 204, the negative electrode plate 205 has a negative electrode tab portion 209 in which a part of the negative electrode foil is formed to extend in a rectangular shape. As the separator 203, for example, a porous polyethylene resin is used.

図1に示すように、セル20は、金属製の直方体形状電池容器25内に、積層電極群26が収納されている。直方体形状電池容器25に収められた積層電極群26の正極タブ部208は、束ねられて正極集電部を形成し、外部電極である正極21と接続されている。同様に、収納された積層電極群26の負極タブ部209は、束ねられて負極集電部を形成し、外部電極である負極22と接続されている。さらに、直方体形状電池容器25内には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒に6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を溶解した非水電解液(図示せず)が注入されている。このような構造において、正極活物質と負極活物質との間で充放電が行われる。 As shown in FIG. 1, the cell 20 includes a stacked electrode group 26 housed in a metal rectangular battery case 25. The positive electrode tab portions 208 of the stacked electrode group 26 housed in the rectangular parallelepiped battery case 25 are bundled to form a positive electrode current collector, and are connected to the positive electrode 21 that is an external electrode. Similarly, the negative electrode tab portions 209 of the accommodated laminated electrode group 26 are bundled to form a negative electrode current collector, and are connected to the negative electrode 22 that is an external electrode. Furthermore, a nonaqueous electrolytic solution (not shown) in which lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate is injected into the rectangular battery case 25. In such a structure, charging / discharging is performed between the positive electrode active material and the negative electrode active material.

ここで、本発明では、セル20における積層電極群26の方向と、蓄熱部材を用いて積極的に冷却するセル20の面との関係が重要であるため、それらを定義する。積層電極群26において、正極板204とセパレータ203と負極板205とが積層される方向(面の法線方向)を積層方向と定義し、それら正極板204とセパレータ203と負極板205と平行な方向(積層方向と直交する方向)を面内方向と定義する。   Here, in the present invention, since the relationship between the direction of the stacked electrode group 26 in the cell 20 and the surface of the cell 20 that is actively cooled using the heat storage member is important, they are defined. In the laminated electrode group 26, the direction in which the positive electrode plate 204, the separator 203, and the negative electrode plate 205 are laminated (the normal direction of the surface) is defined as the lamination direction, and the positive electrode plate 204, the separator 203, and the negative electrode plate 205 are parallel to each other. The direction (direction orthogonal to the stacking direction) is defined as the in-plane direction.

また、セル20および直方体形状電池容器25において、収容された積層電極群26の積層方向に面する面(積層電極群26を構成する平板と平行な面)を正面23と称し、正極21および負極22を有する面を上面と称し、当該上面の対面を底面27と称し、積層電極群26の面内方向に面する残りの2面を側面24と称するものとする。言い換えると、上面と底面27と側面24とは、積層電極群26の端面と対向する面と言うことができる。   In the cell 20 and the rectangular battery container 25, the surface facing the stacking direction of the accommodated laminated electrode group 26 (the surface parallel to the flat plate constituting the laminated electrode group 26) is referred to as the front surface 23, and the positive electrode 21 and the negative electrode The surface having 22 is referred to as the upper surface, the opposite surface of the upper surface is referred to as the bottom surface 27, and the remaining two surfaces facing the in-plane direction of the stacked electrode group 26 are referred to as the side surfaces 24. In other words, the top surface, the bottom surface 27, and the side surface 24 can be said to be surfaces facing the end surface of the multilayer electrode group.

前述したように、積層電極群26は、正極板204とセパレータ203と負極板205とを積層したものであることから、その方向によって等価熱伝導率が異なる。具体的には、面内方向の等価熱伝導率は高いが、積層方向の等価熱伝導率は低くなる。等価熱伝導率の影響を見積もるため、セル20の中心点(すなわち、積層電極群26の中心点)のみで発熱したと仮定した場合の温度分布を計算した。結果を図3に示す。   As described above, since the laminated electrode group 26 is obtained by laminating the positive electrode plate 204, the separator 203, and the negative electrode plate 205, the equivalent thermal conductivity varies depending on the direction. Specifically, the equivalent thermal conductivity in the in-plane direction is high, but the equivalent thermal conductivity in the stacking direction is low. In order to estimate the influence of the equivalent thermal conductivity, the temperature distribution was calculated when it was assumed that heat was generated only at the center point of the cell 20 (that is, the center point of the laminated electrode group 26). The results are shown in FIG.

図3は、セルの中心点で発熱した場合におけるセル内部の温度分布の計算結果を示すグラフである。図3に示したように、積層電極群の面内方向は1℃以内の温度分布であるのに対し、積層電極群の積層方向はその数倍以上(少なくとも7℃)の温度分布を有することが判る。そして、この計算結果から、セル20(すなわち、積層電極群26)を効果的に(効率良く)冷却するためには、積層電極群26の面内方向(すなわち、側面24および底面27)から抜熱することが望ましいことが明らかになった。   FIG. 3 is a graph showing the calculation result of the temperature distribution inside the cell when heat is generated at the center point of the cell. As shown in FIG. 3, the in-plane direction of the laminated electrode group has a temperature distribution within 1 ° C., whereas the laminated direction of the laminated electrode group has a temperature distribution more than several times (at least 7 ° C.). I understand. From this calculation result, in order to effectively (efficiently) cool the cell 20 (ie, the laminated electrode group 26), the cell 20 (ie, the side electrode 24 and the bottom surface 27) is removed from the in-plane direction. It became clear that heating was desirable.

(二次電池モジュール)
図4は、本発明の第1の実施形態に係る二次電池モジュールの一例を示す斜視模式図である。図5は、図4に示した二次電池モジュールの組立模式図(正面図)である。ここでは、一例として1つの電池モジュール内に3つのセルが連結・収容された構成を用いて説明する。
(Secondary battery module)
FIG. 4 is a schematic perspective view showing an example of the secondary battery module according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is an assembly schematic diagram (front view) of the secondary battery module shown in FIG. 4. Here, as an example, a description will be given using a configuration in which three cells are connected and accommodated in one battery module.

図4,5に示すように、二次電池モジュール10は、複数のセル20と、セル20と当接して個別に冷却する蓄熱部材30と、それらセル20と蓄熱部材30とを収容するセルラック40とを具備している。セルラック40は、セル20および蓄熱部材30を正面方向から保持するためのセル支持板42を具備している。なお、本発明において、セル支持板42は必須の構成ではなく、その他の方法・部材でセル20および蓄熱部材30を正面方向から保持してもよい。   As shown in FIGS. 4 and 5, the secondary battery module 10 includes a plurality of cells 20, a heat storage member 30 that contacts the cells 20 and individually cools, and a cell rack 40 that houses the cells 20 and the heat storage member 30. It is equipped with. The cell rack 40 includes a cell support plate 42 for holding the cell 20 and the heat storage member 30 from the front direction. In the present invention, the cell support plate 42 is not an essential configuration, and the cell 20 and the heat storage member 30 may be held from the front direction by other methods and members.

前述したように、セル20a,20b,20cは、それぞれ直方体形状を有しており、それぞれ正極端子21a,21b,21cと負極端子22a,22b,22cとがセルの直方体形状の上面に配置されている。電池セル20a,20b,20cを直列接続するときは、例えば、セル20aの負極22aと電池セル20bの正極21bとをバスバー50によって接続し、電池セル20bの負極22bと電池セル20cの正極21cとをバスバー50によって接続する。   As described above, each of the cells 20a, 20b, and 20c has a rectangular parallelepiped shape, and the positive electrode terminals 21a, 21b, and 21c and the negative electrode terminals 22a, 22b, and 22c are disposed on the upper surface of the rectangular parallelepiped shape of the cell. Yes. When connecting battery cells 20a, 20b, and 20c in series, for example, the negative electrode 22a of the cell 20a and the positive electrode 21b of the battery cell 20b are connected by the bus bar 50, and the negative electrode 22b of the battery cell 20b and the positive electrode 21c of the battery cell 20c Are connected by a bus bar 50.

セルラック40は、正面から見た時に、上底が下底よりも短い台形状の櫛歯部41を具備する形状を有し、櫛歯部41の間にセル20と蓄熱部材30とを収容するように構成されている。櫛歯部41は、台形斜面41a,41bを有している。セルラック40を構成する材料に特段の限定はないが、放熱の観点からは金属製であることが好ましい。なお、金属材料を用いてセルラック40を形成する場合、重量の観点から中空構造であることが好ましい。   The cell rack 40 has a shape including a trapezoidal comb tooth portion 41 whose upper base is shorter than the lower base when viewed from the front, and accommodates the cell 20 and the heat storage member 30 between the comb tooth portions 41. It is configured as follows. The comb tooth portion 41 has trapezoidal slopes 41a and 41b. There is no particular limitation on the material constituting the cell rack 40, but it is preferably made of metal from the viewpoint of heat dissipation. When the cell rack 40 is formed using a metal material, a hollow structure is preferable from the viewpoint of weight.

蓄熱部材30は、一面のみが傾斜面30aであるくさび形状容器を有しており、その内部に蓄熱材を備えている。くさび形状容器の傾斜面30aは、その勾配がセルラック40の櫛歯部41の台形斜面41a,41bと同じ勾配を有している。言い換えると、蓄熱部材30のくさび形状容器は、正面から見た時に、上底31aが下底31bよりも長く、かつ一方の脚(30aに相当)のみが斜辺となっている台形状を有している。蓄熱部材30のくさび形状容器を構成する材料に特段の限定はないが、伝熱性の観点から金属製であることが好ましい。   The heat storage member 30 has a wedge-shaped container whose one surface is an inclined surface 30a, and includes a heat storage material therein. The slope 30a of the wedge-shaped container has the same slope as that of the trapezoidal slopes 41a and 41b of the comb teeth 41 of the cell rack 40. In other words, the wedge-shaped container of the heat storage member 30 has a trapezoidal shape in which the upper base 31a is longer than the lower base 31b and only one leg (corresponding to 30a) is a hypotenuse when viewed from the front. ing. The material constituting the wedge-shaped container of the heat storage member 30 is not particularly limited, but is preferably made of metal from the viewpoint of heat transfer.

蓄熱部材30は、傾斜面30aがセルラック40の櫛歯部41の台形斜面41a,41bと当接するように配設され、かつセル20は、積層電極群26の端面と対向する直方体形状容器25の側面24が蓄熱部材30の傾斜面30aの対面30bと当接するように配設される。   The heat storage member 30 is disposed so that the inclined surface 30a abuts on the trapezoidal inclined surfaces 41a and 41b of the comb tooth portion 41 of the cell rack 40, and the cell 20 is formed of the rectangular parallelepiped container 25 facing the end surface of the laminated electrode group 26. The side surface 24 is disposed so as to contact the facing surface 30b of the inclined surface 30a of the heat storage member 30.

二次電池モジュール10では、セル20をセルラック40に固定する際、櫛歯部41の間にセル20と共にくさび形状を有する蓄熱部材30を挿入することで、蓄熱部材30をセル20の方向に押し付ける力が生じ、セル20と蓄熱部材30との接触熱抵抗を小さくすることができる。その結果、セル20から生じた熱を効率的に蓄熱部材30に伝えることができる。なお、セル20と蓄熱部材30との間の密着性をより向上させるため、弾性のある熱伝導シート(例えば、信越化学工業株式会社、信越シリコーンTC-A)を介在させたり、熱伝導グリース(例えば、信越化学工業株式会社、信越シリコーンG-750)を塗布したりしてもよい。   In the secondary battery module 10, when the cell 20 is fixed to the cell rack 40, the heat storage member 30 having a wedge shape is inserted between the comb teeth 41 together with the cells 20, thereby pressing the heat storage member 30 in the direction of the cell 20. A force is generated, and the contact thermal resistance between the cell 20 and the heat storage member 30 can be reduced. As a result, the heat generated from the cell 20 can be efficiently transmitted to the heat storage member 30. In order to further improve the adhesion between the cell 20 and the heat storage member 30, an elastic heat conductive sheet (for example, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Shin-Etsu Silicone TC-A) is interposed, or heat conductive grease ( For example, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Shin-Etsu Silicone G-750) may be applied.

また、二次電池モジュール10の組立時に蓄熱部材30の押し付け圧力を管理する必要が無いため、セル20を挿抜するようなメンテナンスが容易である。さらに、二次電池モジュール10内の各セル20の接触圧力を均等に保つことができるため、セル20に対する蓄熱部材30の冷却能が等しくなり、組み込まれた複数のセル20間での温度ばらつきを抑制することができる。   Further, since it is not necessary to manage the pressing pressure of the heat storage member 30 when the secondary battery module 10 is assembled, maintenance such as insertion and removal of the cell 20 is easy. Furthermore, since the contact pressure of each cell 20 in the secondary battery module 10 can be kept uniform, the cooling capacity of the heat storage member 30 with respect to the cell 20 becomes equal, and temperature variations among a plurality of incorporated cells 20 occur. Can be suppressed.

すなわち、本発明の二次電池モジュール10は、上記のような構造を有することにより、組み込んだ個々のセル20を効率的に冷却することができると共に、組み込んだセル20を個別かつ容易に交換することができる。   That is, the secondary battery module 10 of the present invention has the above-described structure, so that the incorporated individual cells 20 can be efficiently cooled, and the incorporated cells 20 can be replaced individually and easily. be able to.

蓄熱部材30内の蓄熱材としては、できるだけ比熱の大きい蓄熱材料を利用することが好ましい。それにより、十分な吸熱量(抜熱量)を確保しながら蓄熱材の体積を抑制することができる。蓄熱材の体積抑制は、二次電池モジュール10全体の体積増大を抑制し、二次電池モジュール10全体としての体積出力密度の低下を最小限に止めることができる。   As the heat storage material in the heat storage member 30, it is preferable to use a heat storage material having a specific heat as large as possible. Thereby, the volume of the heat storage material can be suppressed while securing a sufficient heat absorption amount (heat extraction amount). The suppression of the volume of the heat storage material can suppress an increase in the volume of the secondary battery module 10 as a whole, and can minimize a decrease in the volume output density of the secondary battery module 10 as a whole.

また、蓄熱材としては、熱を吸収する際に固相から液相へと相変化し、その相変化の潜熱によって熱を吸収する相変化型の蓄熱材料を好ましく用いることができる。このときの相変化点は、二次電池モジュール10を配置する環境温度(例えば、25℃)よりも少し高い程度が望ましい(例えば、25℃超40℃以下が望ましい)。相変化点が25℃以下であると、相変化の潜熱をほとんど利用できない。相変化点が40℃超であると、セル20を冷却するタイミングが遅くなりセル20が過熱し易くなる。これらの条件を満たす限り相変化型の蓄熱材料に特段の限定はないが、例えば、n-オクタデカン(相変化点=28.2℃)、n-ノナデカン(相変化点=32.1℃)およびn-エイコサン(相変化点=36.8℃)を好ましく用いることができる。   Moreover, as the heat storage material, a phase change type heat storage material that changes phase from a solid phase to a liquid phase when absorbing heat and absorbs heat by the latent heat of the phase change can be preferably used. The phase change point at this time is desirably slightly higher than the environmental temperature (for example, 25 ° C.) in which the secondary battery module 10 is disposed (for example, preferably more than 25 ° C. and 40 ° C. or less). If the phase change point is 25 ° C. or less, the latent heat of phase change can hardly be used. When the phase change point is higher than 40 ° C., the timing for cooling the cell 20 is delayed and the cell 20 is likely to be overheated. As long as these conditions are satisfied, there is no particular limitation on the phase change type heat storage material. For example, n-octadecane (phase change point = 28.2 ° C), n-nonadecane (phase change point = 32.1 ° C) and n-eicosane ( (Phase change point = 36.8 ° C.) can be preferably used.

なお、相変化型の蓄熱材は、相変化するときに体積が10%程度増大する。この体積増大に起因した蓄熱部材30の望まない変形やセル20への望まない応力を防ぐため、蓄熱部材30内には蓄熱材の体積変化に相当する空隙を残しておくことが好ましい。   The phase change type heat storage material increases in volume by about 10% when the phase changes. In order to prevent undesired deformation of the heat storage member 30 and undesired stress on the cell 20 due to this increase in volume, it is preferable to leave a gap corresponding to the volume change of the heat storage material in the heat storage member 30.

[実施例2]
(二次電池モジュール)
第2の実施形態に係る二次電池モジュールについて説明する。図6は、本発明の第2の実施形態に係る二次電池モジュールの一例を示す組立模式図(正面図)である。なお、先の第1の実施形態と同じ部材・部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
[Example 2]
(Secondary battery module)
A secondary battery module according to the second embodiment will be described. FIG. 6 is an assembly schematic diagram (front view) showing an example of a secondary battery module according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member and site | part as previous 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図6に示すように、二次電池モジュール60は、セルラック45が櫛歯部43の内部に蓄熱材44を備えている点で二次電池モジュール10と異なり、他は二次電池モジュール10と同様の構成を有する。すなわち、蓄熱部材30は、傾斜面30aがセルラック45の櫛歯部43の台形斜面43a,43bと当接するように配設され、かつセル20は、積層電極群26の端面と対向する直方体形状容器25の側面24が蓄熱部材30の傾斜面30aの対面30bと当接するように配設される。   As shown in FIG. 6, the secondary battery module 60 is different from the secondary battery module 10 in that the cell rack 45 includes a heat storage material 44 inside the comb teeth portion 43, and the rest is the same as the secondary battery module 10. It has the composition of. That is, the heat storage member 30 is disposed so that the inclined surface 30a contacts the trapezoidal inclined surfaces 43a and 43b of the comb teeth portion 43 of the cell rack 45, and the cell 20 is a rectangular parallelepiped container facing the end surface of the laminated electrode group 26. The 25 side surfaces 24 are disposed so as to contact the facing surface 30b of the inclined surface 30a of the heat storage member 30.

第2の実施形態によれば、第1の実施形態で示した作用効果に加えて、二次電池モジュールにおける蓄熱材の体積を増やすことができるため、より多くの熱を吸収することができ、二次電池モジュールの更なる大容量化・高出力化に対応可能となる。または、蓄熱部材30の体積を減少させることにより二次電池モジュール20を小型化し、二次電池モジュール10よりも体積出力密度を向上させることができる。   According to the second embodiment, in addition to the operational effects shown in the first embodiment, since the volume of the heat storage material in the secondary battery module can be increased, more heat can be absorbed, It is possible to cope with further increase in capacity and output of the secondary battery module. Alternatively, the secondary battery module 20 can be reduced in size by reducing the volume of the heat storage member 30, and the volume output density can be improved as compared with the secondary battery module 10.

なお、図6では、セルラック45の櫛歯部43の内部に蓄熱材44を追加したが、櫛歯部43の間のベース部46の内部に蓄熱材を更に備えてもよい。それにより、冷却能をより一層高めることができる。   In FIG. 6, the heat storage material 44 is added inside the comb tooth portion 43 of the cell rack 45, but a heat storage material may be further provided inside the base portion 46 between the comb tooth portions 43. Thereby, the cooling capacity can be further enhanced.

[実施例3]
(二次電池モジュール)
第3の実施形態に係る二次電池モジュールについて説明する。図7は、本発明の第3の実施形態に係る二次電池モジュールの一例を示す斜視模式図である。図8は、図7に示した二次電池モジュールの組立模式図(斜視図)である。なお、先の第1の実施形態と同じ部材・部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
[Example 3]
(Secondary battery module)
A secondary battery module according to the third embodiment will be described. FIG. 7 is a schematic perspective view showing an example of the secondary battery module according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8 is an assembly schematic diagram (perspective view) of the secondary battery module shown in FIG. 7. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member and site | part as previous 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図7,8に示すように、二次電池モジュール70は、セル20の正面23に放熱フィン部材75が更に設けられている点で二次電池モジュール10と異なり、他は二次電池モジュール10と同様の構成を有する。放熱フィン部材75を構成する材料に特段の限定はなく、従前の高熱伝導材料(例えば、アルミニウム、銅)を用いることができる。   As shown in FIGS. 7 and 8, the secondary battery module 70 is different from the secondary battery module 10 in that a heat radiating fin member 75 is further provided on the front surface 23 of the cell 20. It has the same configuration. There is no particular limitation on the material constituting the radiating fin member 75, and a conventional high heat conductive material (for example, aluminum or copper) can be used.

なお、図7,8においては、放熱フィン部材75は、セル20の正面23のみに当接しているが、本実施形態はそれに限定されるものではなく、例えば蓄熱部材30にも当接していてよい。ただし、セル20の交換容易性の観点から、放熱フィン部材75は、セル20毎に別部材であることが好ましい。   7 and 8, the radiating fin member 75 is in contact with only the front surface 23 of the cell 20. However, the present embodiment is not limited thereto, and for example, is in contact with the heat storage member 30 as well. Good. However, from the viewpoint of ease of replacement of the cell 20, the radiating fin member 75 is preferably a separate member for each cell 20.

第3の実施形態によれば、第1の実施形態で示した作用効果に加えて、放熱フィン部材75からの放熱によりセル20の冷却がより効率的に行われる。その結果、セル20の温度をより早く下げることができ、再充電までの待ち時間を短くすることができる。また、セル20の正面23を放熱フィン部材75によって固定することで、セル20の正面方向に対する拘束力が生じるため、セル20の正面方向の変形を抑制することができるという副次的な効果もある。   According to the third embodiment, in addition to the operational effects shown in the first embodiment, the cell 20 is more efficiently cooled by the heat radiation from the heat radiation fin member 75. As a result, the temperature of the cell 20 can be lowered more quickly, and the waiting time until recharging can be shortened. In addition, by fixing the front surface 23 of the cell 20 with the radiating fin member 75, a restraining force is generated with respect to the front direction of the cell 20, so that a secondary effect that deformation in the front direction of the cell 20 can be suppressed is also obtained. is there.

[実施例4]
(二次電池システム)
次に、本発明に係る二次電池システムについて説明する。本発明に係る二次電池モジュールを複数配列し連結することで、大型の二次電池システムを構築することができる。図9は、本発明の二次電池モジュールを複数備えた本発明に係る二次電池システムの一例を示す断面模式図であり、(a)は正面断面図、(b)は側面断面図である。
[Example 4]
(Secondary battery system)
Next, the secondary battery system according to the present invention will be described. A large-sized secondary battery system can be constructed by arranging and connecting a plurality of secondary battery modules according to the present invention. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a secondary battery system according to the present invention including a plurality of secondary battery modules of the present invention, where (a) is a front cross-sectional view and (b) is a side cross-sectional view. .

図9に示すように、二次電池システム90は、筐体91の内部に複数の二次電池モジュール(例えば、二次電池モジュール10)が配設され、互いに連結されている。筐体91は、内部に冷却用の空気を取り込むための吸気部92と、内部の空気を排出するための排気ファン93とを備えている。二次電池モジュール10は、冷却空気がセル20の正面23上をスムーズに流れるように配列される。これにより、セル20の冷却を促進することができる。   As shown in FIG. 9, in the secondary battery system 90, a plurality of secondary battery modules (for example, the secondary battery module 10) are disposed inside the housing 91 and connected to each other. The casing 91 includes an intake portion 92 for taking in cooling air inside and an exhaust fan 93 for discharging the internal air. The secondary battery modules 10 are arranged so that the cooling air flows smoothly on the front surface 23 of the cell 20. Thereby, cooling of the cell 20 can be promoted.

本実施形態は、具体的には以下のような作用効果を有する。   Specifically, this embodiment has the following effects.

(1)本発明の二次電池システム90を、例えば、データセンター用の大型無停電電源装置として使用した場合、予期せぬ停電によって放電する時、二次電池モジュール10の各セル20で大量のジュール熱が発生する。無停電電源装置の放電時間は、設計仕様に依存するが、通常10分間程度である。   (1) When the secondary battery system 90 of the present invention is used as, for example, a large uninterruptible power supply for a data center, a large amount of each cell 20 of the secondary battery module 10 is discharged when it is discharged due to an unexpected power failure. Joule heat is generated. The discharge time of the uninterruptible power supply depends on the design specifications, but is usually about 10 minutes.

放電中においても、本発明の二次電池モジュール10は、蓄熱部材30によってセル20から生じる熱を吸収することで、セル20の過剰な温度上昇を抑制することができる。また、セル20から生じる熱は蓄熱部材30によって個別に吸収されるため、二次電池システム90の筐体91内を流れる空気の温度上昇を抑制することができる。これは、筐体91内のセル20を均等に冷却できることにつながり、セル20間の温度ばらつきを抑制することができる。さらに、本発明の二次電池モジュール10では、蓄熱部材30が等価熱伝導率の高いセル20の側面24と当接しているため、セル20の内部での温度分布も小さく抑えることができる。   Even during the discharge, the secondary battery module 10 of the present invention can suppress an excessive increase in the temperature of the cell 20 by absorbing the heat generated from the cell 20 by the heat storage member 30. Further, since the heat generated from the cell 20 is individually absorbed by the heat storage member 30, the temperature rise of the air flowing in the casing 91 of the secondary battery system 90 can be suppressed. This leads to uniform cooling of the cells 20 in the housing 91, and temperature variations between the cells 20 can be suppressed. Furthermore, in the secondary battery module 10 of the present invention, since the heat storage member 30 is in contact with the side surface 24 of the cell 20 having a high equivalent thermal conductivity, the temperature distribution inside the cell 20 can also be kept small.

(2)停電が復旧した後、二次電池システム90は次の放電に備えて充電を行うが、再充電の前にセル20の温度を十分に低下させておく必要がある。ここで、熱伝導率の低い蓄熱部材30を介した冷却では、セル20の温度を下げることは容易ではない。これに対し、本発明の二次電池モジュール10は、セル20の正面23には蓄熱部材30が固定されていない構造になっている。セル20の正面23方向の等価熱伝導率は、前述したように側面24方向のそれよりも低いが、蓄熱部材30の熱伝導率よりは高いため、排気ファン93による冷却空気によって正面23からセル20を冷却することができる。その結果、速やかにセル20の温度を低下させることができる。   (2) After the power failure is restored, the secondary battery system 90 is charged in preparation for the next discharge, but the temperature of the cell 20 needs to be sufficiently lowered before recharging. Here, it is not easy to lower the temperature of the cell 20 by cooling via the heat storage member 30 having low thermal conductivity. On the other hand, the secondary battery module 10 of the present invention has a structure in which the heat storage member 30 is not fixed to the front surface 23 of the cell 20. The equivalent thermal conductivity in the front 23 direction of the cell 20 is lower than that in the side 24 direction as described above, but is higher than the thermal conductivity of the heat storage member 30, and therefore the cell 20 is cooled from the front 23 by cooling air from the exhaust fan 93. 20 can be cooled. As a result, the temperature of the cell 20 can be quickly reduced.

セル20に対して、特段の冷却手段を設けない場合(冷却構造無)、正面23に放熱フィン部材75を設けた場合(放熱フィン冷却)、側面24に蓄熱部材30を設けた場合(蓄熱部材冷却)、側面24に蓄熱部材30を設けかつ正面23に放熱フィン部材75を設けた場合(蓄熱部材冷却+放熱フィン冷却)の4パターンにおいて、セル温度の時間変化をシミュレーション計算した。境界条件は、10分間で放電し、その後空気中に放置して自然に冷却される環境を想定した。結果を図10に示す。   When no special cooling means is provided for the cell 20 (no cooling structure), when the heat radiation fin member 75 is provided on the front surface 23 (heat radiation fin cooling), when the heat storage member 30 is provided on the side surface 24 (heat storage member) Cooling), the time change of the cell temperature was calculated by simulation in four patterns of the case where the heat storage member 30 was provided on the side surface 24 and the heat radiation fin member 75 was provided on the front surface 23 (heat storage member cooling + radiation fin cooling). The boundary conditions were assumed to be an environment where the battery was discharged in 10 minutes and then left in the air to cool naturally. The results are shown in FIG.

図10は、セル温度と時間との関係を示すグラフである。図10に示すように、いずれの場合も放電開始とともにジュール熱によりセル温度が上昇し、放電終了後、徐々にセル温度が低下している。ここで、リチウムイオン二次電池では、一般的に、セル温度が50℃以上になると劣化が始まり、60℃以上になると劣化が加速すると言われている。言い換えると、電池性能の劣化やセルの短寿命化を防ぐためには、セル温度は50℃未満に抑えることが望ましい。   FIG. 10 is a graph showing the relationship between cell temperature and time. As shown in FIG. 10, in any case, the cell temperature rises due to Joule heat with the start of discharge, and the cell temperature gradually decreases after the end of discharge. Here, in the lithium ion secondary battery, it is generally said that the deterioration starts when the cell temperature becomes 50 ° C. or higher, and the deterioration accelerates when the cell temperature becomes 60 ° C. or higher. In other words, in order to prevent deterioration in battery performance and shortening of the cell life, it is desirable to suppress the cell temperature to less than 50 ° C.

そのような観点で計算結果を見ると、「冷却構造無」の場合や「放熱フィン冷却」の場合は、放電によるセル温度の上昇が50℃を超えており、放電する度にセル20が劣化することが判る。一方、本発明に係る「蓄熱部材冷却」の場合および「蓄熱部材冷却+放熱フィン冷却」の場合は、放電時の最高温度が50℃未満であり、充放電を繰り返してもセル20が劣化しないことが判る。さらに、本発明の場合は、放電完了後の温度低下がより短時間で進むため、速やかに再充電を行うことができる。   Looking at the calculation results from this point of view, in the case of “no cooling structure” or “radiating fin cooling”, the increase in cell temperature due to discharge exceeds 50 ° C., and the cell 20 deteriorates with each discharge. I know that On the other hand, in the case of “heat storage member cooling” and “heat storage member cooling + radiating fin cooling” according to the present invention, the maximum temperature during discharge is less than 50 ° C., and the cell 20 is not deteriorated even after repeated charge and discharge. I understand that. Furthermore, in the case of the present invention, since the temperature decrease after completion of discharge proceeds in a shorter time, recharging can be performed quickly.

本明細書では、セル20の例としてリチウムイオン二次電池について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、他の二次電池に対しても適用可能である。また、本発明は、セル20の電極群として積層電極群26を用いることが好ましいが、捲回電極群を否定するものではない。   In the present specification, a lithium ion secondary battery has been described as an example of the cell 20, but the present invention is not limited thereto and can be applied to other secondary batteries. In the present invention, it is preferable to use the laminated electrode group 26 as the electrode group of the cell 20, but this does not deny the wound electrode group.

上述した実施形態は、本発明の理解を助けるために具体的に説明したものであり、本発明は、説明した全ての構成を備えることに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。   The above-described embodiment has been specifically described to help understanding of the present invention, and the present invention is not limited to having all the configurations described. For example, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Furthermore, a part of the configuration of each embodiment can be deleted, replaced with another configuration, or added with another configuration.

10…二次電池モジュール、
20…セル、
201…正極箔、202…負極箔、203…セパレータ、204…正極板、205…負極板、
206…正極電極層、207…負極電極層、208…正極タブ部、209…負極タブ部、
21…正極、22…負極、23…正面、24…側面、25…直方体形状電池容器、
26…積層電極群、27…底面、
30…蓄熱部材、30a…傾斜面、30b…対面、31a…上底、31b…下底、
40…セルラック、41…櫛歯部、41a,41b…台形斜面、42…セル支持板、
45…セルラック、43…櫛歯部、43a,43b…台形斜面、44…蓄熱材、46…ベース部、
50…バスバー、
60…二次電池モジュール、
70…二次電池モジュール、75…放熱フィン部材、
90…二次電池システム、91…筐体、92…吸気部、93…排気ファン。
10 ... Secondary battery module,
20 ... cell,
201 ... Positive electrode foil, 202 ... Negative electrode foil, 203 ... Separator, 204 ... Positive electrode plate, 205 ... Negative electrode plate,
206 ... Positive electrode layer, 207 ... Negative electrode layer, 208 ... Positive electrode tab, 209 ... Negative electrode tab,
21 ... Positive electrode, 22 ... Negative electrode, 23 ... Front, 24 ... Side, 25 ... Rectangular battery container,
26 ... Stacked electrode group, 27 ... Bottom,
30 ... thermal storage member, 30a ... inclined surface, 30b ... facing, 31a ... upper bottom, 31b ... lower bottom,
40 ... cell rack, 41 ... comb teeth, 41a, 41b ... trapezoidal slope, 42 ... cell support plate,
45 ... Cell rack, 43 ... Comb teeth part, 43a, 43b ... Trapezoidal slope, 44 ... Heat storage material, 46 ... Base part,
50 ... Bus bar,
60 ... secondary battery module,
70 ... secondary battery module, 75 ... heat dissipation fin member,
90 ... secondary battery system, 91 ... casing, 92 ... intake section, 93 ... exhaust fan.

Claims (6)

互いに接続された複数の二次電池単電池と、前記単電池と当接して個別に冷却する複数の蓄熱部材と、前記複数の単電池および前記複数の蓄熱部材を収納するセルラックとを具備する二次電池モジュールであって、
前記セルラックは、正面から見た時に、上底が下底よりも短い台形状の櫛歯部を具備する形状を有し、前記櫛歯部の間に前記単電池と前記蓄熱部材とを収容するように構成され、
前記蓄熱部材は、その内部に蓄熱材を備えるくさび形状容器を有し、前記くさび形状容器は、その一面のみが傾斜面であり、かつ前記傾斜面の勾配が前記セルラックの前記櫛歯部の台形斜面と同じ勾配を有し、
前記単電池は、正極板と負極板とが積層された積層電極群と、前記積層電極群を収納する直方体形状容器とを有し、
前記蓄熱部材は、前記傾斜面が前記セルラックの前記台形斜面と当接するように配設され、かつ前記単電池は、前記積層電極群の端面と対向する前記直方体形状容器の面が前記蓄熱部材の前記傾斜面の対面と当接するように配設されていることを特徴とする二次電池モジュール。
A plurality of rechargeable battery cells connected to each other; a plurality of heat storage members that abut against the cell and individually cool; and a cell rack that houses the plurality of cells and the heat storage members. A secondary battery module,
The cell rack has a shape including a trapezoidal comb-tooth portion whose upper base is shorter than the lower base when viewed from the front, and accommodates the unit cell and the heat storage member between the comb-tooth portions. Configured as
The heat storage member has a wedge-shaped container having a heat storage material therein, and the wedge-shaped container has only one inclined surface, and the gradient of the inclined surface is a trapezoid of the comb tooth portion of the cell rack. Has the same slope as the slope,
The unit cell includes a laminated electrode group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated, and a rectangular parallelepiped container that houses the laminated electrode group,
The heat storage member is disposed such that the inclined surface is in contact with the trapezoidal inclined surface of the cell rack, and the unit cell has a surface of the rectangular parallelepiped container facing the end surface of the stacked electrode group of the heat storage member. A secondary battery module, wherein the secondary battery module is disposed so as to abut against the opposite surface of the inclined surface.
請求項1に記載の二次電池モジュールにおいて、
前記セルラックは、その内部に前記蓄熱材を更に備えていることを特徴とする二次電池モジュール。
The secondary battery module according to claim 1,
The cell rack further includes the heat storage material in the cell rack.
請求項1又は請求項2に記載の二次電池モジュールにおいて、
前記蓄熱材は、相変化型の蓄熱材料であることを特徴とする二次電池モジュール。
The secondary battery module according to claim 1 or 2,
The secondary battery module, wherein the heat storage material is a phase change type heat storage material.
請求項3に記載の二次電池モジュールにおいて、
前記蓄熱材料は、n-オクタデカン、n-ノナデカンまたはn-エイコサンのいずれかであることを特徴とする二次電池モジュール。
The secondary battery module according to claim 3,
The secondary battery module, wherein the heat storage material is one of n-octadecane, n-nonadecane, and n-eicosane.
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の二次電池モジュールにおいて、
前記単電池の前記積層電極群の正面と対向する前記直方体形状容器の面に、放熱フィン部材が更に設けられていることを特徴とする二次電池モジュール。
The secondary battery module according to any one of claims 1 to 4,
A secondary battery module, wherein a radiation fin member is further provided on the surface of the rectangular parallelepiped container facing the front of the stacked electrode group of the unit cell.
複数の二次電池モジュールを具備する二次電池システムであって、
前記複数の二次電池モジュールが、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の二次電池モジュールであることを特徴とする二次電池システム。
A secondary battery system comprising a plurality of secondary battery modules,
The secondary battery system according to any one of claims 1 to 5, wherein the plurality of secondary battery modules are secondary battery modules.
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