JP2018170211A - Battery pack and battery pack module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、組電池、組電池モジュールに関する。 Embodiments described herein relate generally to an assembled battery and an assembled battery module.
従来、複数の二次電池を電気的絶縁性のある樹脂製筐体に収容する組電池がある。この
ような組電池においては、放熱性及び冷却性を向上さる事が難しい場合がある。
Conventionally, there is an assembled battery in which a plurality of secondary batteries are housed in an electrically insulating resin casing. In such an assembled battery, it may be difficult to improve heat dissipation and cooling.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、放熱性及び冷却性を向上さることが出来る組
電池、組電池モジュールを提供することである。
Then, the problem which this invention tends to solve is providing the assembled battery and assembled battery module which can improve heat dissipation and cooling property.
上記の課題を解決するために、本実施形態の組電池は、複数の二次電池と、前記複数の
二次電池を収容する金属製筐体と、前記二次電池の開放部を覆う非導電性筐体と、前記金
属製筐体の前記二次電池の挿入方向に伸びる格子状のリブと、前記金属筐体と前記非導電
性筐体の少なくともいずれか一方に熱交換面を少なくとも1面以上と、を有している。
In order to solve the above problems, the assembled battery of the present embodiment includes a plurality of secondary batteries, a metal housing that houses the plurality of secondary batteries, and a non-conductive covering the open portion of the secondary battery. At least one heat exchange surface on at least one of the conductive case, the grid-like ribs extending in the insertion direction of the secondary battery of the metal case, and the metal case and the non-conductive case It has the above.
以下、実施形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の例示的な複数の
実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には
共通の符号が付されるとともに、重複する説明を省略する。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following exemplary embodiments include similar components. Therefore, below, the same code | symbol is attached | subjected to the same component, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施形態の組電池1は図1に示すように金属製筐体2と、複数の二次電池3と、非導電
性筐体4と、複数のバスバー5と、電子回路基板6と、非導電性の蓋体7とを備えている
。さらに二次電池3は金属製筐体2との接触を防ぐ被覆部材8で覆われている。
As shown in FIG. 1, the assembled
複数の二次電池3は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池で
あり、例えば金属製の外装容器内に電極体と電解液が封入される構成となっている。
The plurality of
被覆部材8は、例えば、金属製筐体2と二次電池3との間を電気的に絶縁するために必要
とされる最小厚さを有している。被覆部材8の材料は非導電性に加えて、弾性と熱伝導性
と有することが好ましく、例えば熱伝導率が高いシート状の樹脂材料を二次電池3の筐体
形状に形成した部材を用いる。
The covering
また、二次電池3を金属製筐体2に挿入する方向に延びる貫通孔8aを設け、熱伝導性の
充填材を充填する構成としても良い。充填材は例えば、流動可能な粘性を有するゲルや二
液硬化樹脂、ペーストによって構成される。
Moreover, it is good also as a structure which provides the through-
金属製筐体2は少なくとも1面に熱を伝導するための伝熱面2e(図5参照)を備える
。伝熱面の形状は後述する組電池の冷却方法によって様々な形状を取り得る。
The
金属製筐体2は図2に示すように、複数の二次電池3が収容される収容部2aを区分する
ための仕切り板2bを備えている。仕切り板2bは二次電池3から発生する熱を移動させ
る効果があるため、高くする方が好ましい。
As shown in FIG. 2, the
また、金属製筐体2は、非導電性筐体4と接合するために、何らかの嵌合部2cを備えて
いる。例えば図2に示すスナップフィットを備えた構造とすることができる。非導電性筐
体4はスナップフィットに嵌合する透孔などを備える事より、金属製筐体2スナップフィ
ットと非導電性筐体4の透孔が嵌合し、金属製筐と非導電性筐体4とを接合することが出
来る。なお、金属製筐体2と非導電性筐体4とを接合する方法は、ねじによる締結などの
嵌合以外の手段をとることもできる。
In addition, the
さらに、組電池1は固定部2dを備えている。固定部2dに対して、例えばネジを挿通し
て組電池1を固定するものに対して締結することで、組電池1を固定することが出来る。
固定部2dは例えば図3に示すように、対向する辺に対して千鳥配置とすることが出来る
。このように固定部2dを配置することで、複数の組電池1を配列する際に隣合う組電池
1に備わる固定部2d同士の干渉を避ける、若しくは干渉を低減することが出来るため、
隣り合う組電池1同士の距離を小さくすることが可能となり、組電池1を組み合わせた組
電池モジュールのエネルギー密度を高くすることができる。
Furthermore, the assembled
For example, as shown in FIG. 3, the
The distance between the adjacent assembled
続いて、図4に液冷プレートを用いて冷却する組電池モジュールの一例を示す。 Next, FIG. 4 shows an example of an assembled battery module that is cooled using a liquid cooling plate.
冷却水が流れる内部液冷流路9aと、組電池1を固定する固定用ネジ穴9bとを備えた液
冷プレート9の上に組電池1を設置する。
The assembled
組電池1は組電池1に備わる固定部2dと液冷プレート9に備わるネジ穴9bとを利用し
て、例えばネジによって固定することが出来る。
The assembled
また、図4では内部液冷流路が直線状である例を図示しているが、流路形状は様々な形状
を取ることができる。組電池1の伝熱面2eの形状は図5に示すように滑らかな平面であ
ることが好ましい。さらに、組電池1の底面と液冷プレート9間に熱伝導シート10を挟
みこむことが好ましい。
Further, FIG. 4 illustrates an example in which the internal liquid cooling channel is linear, but the channel shape can take various shapes. The shape of the
このように、組電池1から発生する熱を組電池1の伝熱面2eを介して、液冷プレート9
に伝熱することが出来るので、組電池1の冷却が可能となる。また、伝熱面2eの形状が
滑らかな平面であることにより、組電池1から発生した熱を伝熱面2eにおいてより均一
に液冷プレート9に対して伝熱することが可能となる。さらに、熱伝導シート10を介し
て組電池1と液冷プレート9が接触しているので、組電池1から液冷プレートへの接触熱
抵抗を低減することができ、組電池1から液冷プレート9への熱輸送が促進することが出
来る。
Thus, the heat generated from the assembled
Therefore, the assembled
また、液冷プレート9は図6に示すように、空気が流れる風洞部11aを備えた空冷プレ
ート11に置き換えることもできる。
Further, as shown in FIG. 6, the liquid cooling plate 9 can be replaced with an
空冷プレート11は、液冷プレート9と同様に固定用ネジ穴11cを備えており、ネジ締
結により組電池1を固定することができる。
The
空冷プレート11は、空洞部11aに空気を流れることによって空冷される。また、風洞
部11aの内部にはフィン11bを設けることも可能である。
The
空気はファンで強制的に流し込むか、移動体においては走行風を取り込む等して風洞部1
1aに供給することが可能となる。
Air is forced to flow in with a fan, or in a moving body, the
It becomes possible to supply to 1a.
組電池1から発生する熱を組電池1の伝熱面2eを介して、空冷プレート11に伝熱する
ことが出来るので、組電池1の冷却が可能となる。また、伝熱面2eの形状が滑らかな平
面であることにより、組電池1から発生した熱を伝熱面2eにおいてより均一に空冷プレ
ート11に対して伝熱することが可能となる。さらに、熱伝導シート10を介して組電池
1と空冷プレート11が接触しているので、組電池1から空冷プレート11への接触熱抵
抗を低減することができ、組電池1から空冷プレート11への熱輸送が促進することが出
来る。空冷プレート11にフィン11bを備えることで、空冷プレート11の冷却性能を
向上することができる。
Since the heat generated from the assembled
図7は、組電池1の冷却方法の異なる変形例である。
FIG. 7 shows different modifications of the method for cooling the assembled
組電池1は、金属製筐体2の伝熱面2eにおいてフィン2fを備える。フィン2fの形状
は使用条件によって様々な形を取ることができるが、図7ではその一例として、伝熱面2
eから短冊状に伸びるフィンを示す。また、組立性を考慮して自重や組立時に負荷される
荷重を受けるのに十分な強度を持った荷重受け用フィン2f’を備えている。荷重受け用
フィン2f’の位置は二次電池3の温度が比較的上がらない外周側に設けることが好まし
い。
The assembled
A fin extending in a strip shape from e is shown. Further, in consideration of assemblability, a
このように、フィン2fに対して直接風を当てることで、フィン2fを冷却することが出
来るため、フィン2fから伝熱面2eを介して組電池1の冷却が可能となる。また、直接
組電池1の底面にも空気が接触するので、底面1を直接冷却することもできる。
Thus, since the
続いて、金属製筐体2の底面にフィン2fを備えた組電池1を用いた組電池の一例を図8
に、フィンを備えた電池モジュールを固定する固定架台12の一例を図9に示す。
Subsequently, an example of the assembled battery using the assembled
FIG. 9 shows an example of a fixed
固定架台12は、組電池1の底部が挿入できる程度の開口部12cと、フィン2fが露出
される開口部12c、固定用ネジ穴12bを備える。
The fixed
組電池1は例えばネジ締結により固定架台12に固定することができる。また、組電池1
が固定架台12に固定されることで、組電池1に備わるフィン2fは開口部12cに露出
される。
The assembled
Is fixed to the fixed
このような構造を備えることにより、開口部12cに対して空気が流れると、開口部12
cに露出したフィン2fは空冷され、フィン2fから伝熱面2eを介して組電池1の冷却
が可能となる。また、直接組電池1の底面にも空気が接触するので、底面1を直接冷却す
ることもできる。なお、空冷プレート11を用いる場合と同様に、空気はファンで強制的
に流し込むか、走行風を取り込む等して風洞部12aに供給することも可能である。
By providing such a structure, when air flows to the
The
次に、組電池1に直接当てる冷媒を液体に代えた例を示す。図10は金属製筐体2の底
面に液冷流路を備えた組電池1の斜視図、図11に液冷流路形状の一例である。
Next, an example in which the refrigerant directly applied to the assembled
図11に示すように、金属製筐体2の伝熱面2eは複数のリブ部2hを備えており、リブ
部2hの間に流路2iが形成されている。継手部13には配管(例えばホース)16(図
13参照)が接続され、冷却水供給装置や、他の組電池と接続される。
As shown in FIG. 11, the
このように、金属製筐体2の伝熱面2eに液冷流路を備えることで、冷却水は継手部13
に繋いだ配管(例えばホース)16から供給され、電池モジュール底面の流入出口2gに
まわりこむ。そして流路2iを流れ、もう一方の流入出口2gから組電池1の外へ出て行
く。これにより、伝熱面2eは冷却水により冷却され、組電池1も冷却されることになる
。
Thus, by providing the liquid cooling channel on the
Is supplied from a pipe (for example, a hose) 16 connected to, and wraps around the inlet / outlet 2g on the bottom of the battery module. And it flows through the flow path 2i and goes out of the assembled
なお、流路2iの形状、および流入出口2gの位置は図11に示す形状に限定されるもの
ではなく、組電池1の配置によっては、図12に示すストレートの流路形状とすることも
できる。
In addition, the shape of the flow path 2i and the position of the inflow / outlet 2g are not limited to the shape shown in FIG. 11, and depending on the arrangement of the assembled
続いて、伝熱面2eに液冷流路を備えた組電池1を用いた組電池モジュールの一例を示
す。図13は底面に液冷流路を備えた組電池1を用いた組電池モジュールの一例を示す分
解図、図14は組電池モジュールの斜視図である。
Subsequently, an example of an assembled battery module using the assembled
図13では、1つの固定板15に対して複数の組電池1が取り付けられ、組電池モジュー
ルを構成している。固定板15はシール材溝15aと固定用ネジ穴15bを備えている。
In FIG. 13, the some assembled
シール材溝15aはつぶし代に応じた適正な逃げ代が確保された溝寸法を備えることで、
シール材14がシール性能を向上することができる。
The
The sealing
また、固定用ネジ穴15bを適当なピッチ配置を備えることで、シール材14に均等な圧
力負荷をかけることが出来、シール材14がシール性能を向上することができる。
Further, by providing the fixing screw holes 15b with an appropriate pitch arrangement, an equal pressure load can be applied to the sealing
図15に底面に液冷流路を備えた電池モジュールを用いた組電池の流路構成の一例を下面
側から示す。図15は12個の組電池1を12直列に繋ぐ流路構成を例示的に示したが、
電池使用時の発熱量と温度上限や、使用するポンプの性能や冷却機の性能などによって流
路構成は様々な構成を取り得る。
FIG. 15 shows an example of a channel configuration of an assembled battery using a battery module having a liquid cooling channel on the bottom surface from the lower surface side. FIG. 15 exemplarily shows a flow path configuration connecting twelve assembled
The flow path configuration can take various configurations depending on the calorific value and temperature upper limit when using the battery, the performance of the pump used, the performance of the cooler, and the like.
このように、隣接する組電池1の流出口側の継手部13と流入口側の継手部13間を配管
16で接続することで流路が形成される。これにより、組電池モジュールは、複数の組電
池1に対して冷却水を循環させることで、複数の組電池の冷却が可能となる。
In this way, the flow path is formed by connecting the
続いて、図16及び図17を用いて、固定板15を組電池1台に対して1つを取り付ける
例を示す。
Subsequently, an example in which one
図16は組電池1つに対して1つの固定板15を用いた組電池1の分解図、図17は組電
池1台に対して1つの固定板15を用いた組電池1の配置例である。
16 is an exploded view of the assembled
固定板15は図13と同様にシール材溝15aと固定用ネジ穴15bを備えている。固定
板15を1台の組電池1に対して取り付ける場合、組電池1は流路が閉じた状態で個々に
独立して移動させることができるため、組電池1を用いた組電池モジュールの構成自由度
を増すことが出来、限られたスペースであっても組電池モジュールを設置することが可能
となる。
The fixing
さらに、組電池1間の流路を接続する配管を用いることなく、固定板内に流路を設ける例
を説明する。
Furthermore, the example which provides a flow path in a stationary plate, without using piping which connects the flow path between the assembled
図18は内部に流路を備えた固定板17を用いた組電池の一例、図19は内部に流路を備
えた固定板17の一例、図20は内部に流路を備えた固定板17の裏面側の一例である。
18 shows an example of a battery pack using a fixed
内部に流路を備えた固定板17は固定板15と同様にシール材溝17aと固定用ネジ穴1
7bを備えている。
The fixing
7b.
固定用ネジ穴17bに金属製筐体2の固定部2dをねじ締結することでシール材14を潰
し、水密を確保する。
The fixing
固定板17は継手部18と、内部液冷流路17dを備える。また、内部液冷流路17dは
カバー部材19を溶接部19aの位置で固定板17と溶接接合することで水密を取ること
ができる。
The fixed
このように固定板17を用いることで、冷却水は継手部18から供給され、固定板17内
部の内部液冷流路17dを流れ、流入出口17cから組電池1の底面へ供給される。
By using the fixed
これにより、組電池1の冷却が可能となる。また、固定板17内に流路を設けることで、
組電池1間の流路を接続する配管16が不要になり、部品点数を削減することができる。
また、固定板17は肉抜き部17eを設けることで重量を低減することができる。
Thereby, the assembled
The piping 16 that connects the flow paths between the assembled
Further, the fixing
これまで説明してきた組電池1は24個の二次電池3からなる構成であったが、二次電池
3の数はこの限りでは無い。条件によって様々な電池セル数、直列数、並列数とすること
ができる。二次電池3の数が多く、重量が重くなる場合は図21に示すように、組電池1
の金属製筐体2は側面に持ち手部2jを備えた構造としても良い。その際、持ち手部2j
の下に設けられた固定部2dに工具がアクセスできるように、例えば図21に示す工具逃
げ穴2kを設けることも可能である。
The assembled
The
For example, a
それぞれの部材の適切な材料について説明する。金属製筐体2は熱伝導率の高い材料で
あることが望ましい。例えばアルミニウムや銅などが挙げられる。アルミニウムやアルミ
ニウム合金を用いる場合、鋳造で形成することで製造性を高くすることができる。
An appropriate material for each member will be described. The
非電導性筐体4と蓋体7は絶縁性を有した合成樹脂材料、例えば、PEや、PP、PMP
等のオレフィン樹脂、PETや、PBT、PEN等のポリエステル系樹脂、POM樹脂、
PA6、PA66、PA12等のポリアミド系樹脂、PPS樹脂、LCP樹脂等の結晶性
樹脂およびそれらのアロイ樹脂、あるいは、PSや、PC、PC/ABS、ABS、AS
、変性PPE、PES、PEI、PSF等の非結晶性樹脂およびそれらのアロイ樹脂を、
用いることができる。
The
Olefin resin such as PET, polyester resin such as PBT, PBT, POM resin,
Polyamide resins such as PA6, PA66, PA12, crystalline resins such as PPS resin, LCP resin and their alloy resins, or PS, PC, PC / ABS, ABS, AS
, Non-crystalline resins such as modified PPE, PES, PEI, PSF and their alloy resins,
Can be used.
またベークライトなどの熱硬化性樹脂やFRPなどの繊維強化プラスチックを用いても良
い。バスバー5は電気抵抗が小さいアルミニウムや銅が用いられる。また、端子間の相対
変位を吸収し、端子に荷重が負荷されないようにするため柔らかい材料が良い。例えばA
1050−Oなどが適している。
Further, thermosetting resins such as bakelite and fiber reinforced plastics such as FRP may be used. The
1050-O is suitable.
液冷プレート9や空冷プレート11は熱伝導率の高いアルミニウムや銅で形成されること
が好ましい。一方、固定架台12や固定板15、流路を内部に備えた固定板17は強度を
重視して鉄系の材料を用いることができる。使用する冷媒は水以外のものを使用すること
ができる。例えばエチレングリコールを用いると金属製筐体2の劣化を抑制することがで
きる。
The liquid cooling plate 9 and the
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、複数の二次電池3を収容する金属製
筐体2を持つことにより、組電池1のエネルギー密度の低下を最小限にし、放熱性能およ
び冷却性能を向上させ、充放電の能力を向上させることができる。
According to at least one embodiment described above, by having the
さらに、二次電池3表面の少なくとも一部を覆う被覆部材8を持つことにより、各二次電
池3と金属製筐体2との間において電気的な絶縁性を確保することができる。そして、被
覆部材8を熱伝導率が高いシート状の樹脂材料で形成することや、被覆部材8に貫通孔を
設け熱伝導性の充填材を充填することで、二次電池3の熱を効率良く金属製筐体2に逃が
すことができる。
Furthermore, by having the covering
また、金属製筐体2の少なくとも一面に設けられた伝熱面2eの形状を変えることで熱伝
導、強制空冷、強制水冷など様々な冷却方法に対応することができる。これによって、使
用条件に合わせて適切な冷却方法を選択することができる。
Further, by changing the shape of the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様
々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、
置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に
含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるもので
ある。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions can be made without departing from the spirit of the invention.
Can be replaced or changed. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…組電池
2…金属製筐体
2a…収容部
2b…仕切り板
2c…嵌合部
2d…固定部
2e…伝熱面;
2f…フィン
2f’…荷重受け用フィン
2g…流入出口
2h…リブ部
2i…流路
2j…持ち手部
2k…工具逃げ穴
3…二次電池
4…非導電性筐体
5…バスバー
6…電子回路基板
7…蓋体
8…被覆部材
8a…貫通孔
9…液冷プレート
9a…内部液冷流路
9b…固定用ネジ穴
10…熱伝導シート
11…空冷プレート+
11a…風洞部
11b…フィン
11c…固定用ネジ穴;
12…固定架台
12a…風洞部
12b…固定用ネジ穴
12c…開口部
13…継手部
14…シール材
15…固定板
15a…シール材溝
15b…固定用ネジ穴
16…配管(ホース)
17…流路を内部に備えた固定板
17a…シール材溝
17b…固定用ネジ穴
17c…流入出口
17d…内部液冷流路
17e…肉抜き部
18…継手部
19…封じ板
19a…溶接部
DESCRIPTION OF
2f ...
11a ... Wind tunnel portion 11b ...
12 ...
13 ... Joint part
14 ... Sealing material
15 ... fixed plate
15a ... Sealing material groove 15b ... Fixing screw hole
16 ... Piping (hose)
17: Fixing plate with a flow path inside
17a ...
Claims (8)
前記複数の二次電池を収容する金属製筐体と、
前記二次電池の開放部を覆う非導電性筐体と、
前記金属製筐体の前記二次電池の挿入方向に伸びる格子状のリブと、
前記金属製筐体と前記非導電性筐体の少なくともいずれか一方に熱交換面を少なくとも1
面以上と、
を備える、組電池。 A plurality of secondary batteries;
A metal housing that houses the plurality of secondary batteries;
A non-conductive casing covering an open portion of the secondary battery;
Grid-like ribs extending in the insertion direction of the secondary battery of the metal casing;
At least one heat exchange surface is provided on at least one of the metal casing and the non-conductive casing.
More than the surface,
An assembled battery.
項2に記載の組電池。 The assembled battery according to claim 2, wherein the bolt fastening portion is provided in a staggered arrangement on two opposing surfaces of the metal casing.
前記液冷プレートの上に熱伝導性シートと、
前記熱伝導性シートを介して前記液冷プレートの上に配列される請求項1乃至請求項3の
いずれか一項に記載の前記組電池と、
を備える、組電池モジュール。 A liquid cooling plate with an internal liquid cooling channel;
A thermally conductive sheet on the liquid cooling plate;
The assembled battery according to any one of claims 1 to 3, which is arranged on the liquid cooling plate via the thermal conductive sheet,
An assembled battery module.
熱伝導性シートと、
前記熱伝導性シートを介して前記空冷プレートの上に配列される請求項1乃至請求項3の
いずれか一項に記載の前記組電池と、
を備える、組電池モジュール。 An air cooling plate having a wind tunnel portion provided with cooling fins therein;
A thermally conductive sheet;
The assembled battery according to any one of claims 1 to 3, which is arranged on the air-cooling plate via the thermal conductive sheet,
An assembled battery module.
記組電池と、
前記風洞部と前記複数のフィンを前記風洞部に挿入するための開口部を更に有した前記
空冷プレートと、
を備える、請求項5に記載の組電池モジュール。 The assembled battery according to any one of claims 1 to 3, comprising a plurality of fins on the heat exchange surface;
The air cooling plate further comprising an opening for inserting the wind tunnel portion and the plurality of fins into the wind tunnel portion;
The assembled battery module according to claim 5, comprising:
電池と、
前記液冷流路を被覆するカバー部材と、
を備える、組電池モジュール。 The assembled battery according to any one of claims 1 to 4, further comprising a liquid cooling channel on the heat exchange surface;
A cover member covering the liquid cooling channel;
An assembled battery module.
モジュール。 The assembled battery module according to claim 7, wherein the assembled battery is connected to the cover member via a sealing material.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017068194A JP2018170211A (en) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | Battery pack and battery pack module |
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