JP2019091628A - Lithium ion battery module - Google Patents

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Abstract

To prevent firing of a lithium ion battery module.SOLUTION: A lithium ion battery module comprises a cell unit which is made up of a plurality of battery cells housed in a common thermally-conductive cell box in such a manner that they are aligned in parallel to one another on the same plane while facing in the same direction. The cell box of the cell unit has a cell housing part for individually housing each of the battery cells. The inner face of the cell housing part comes into contact with a cell body of each of the battery cells so that heat from each of the battery cells may be transmitted to the cell box.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン電池モジュールの構造に関するものである。   The present invention relates to the structure of a lithium ion battery module.

近年、ノートパソコンやスマートフォンといった製品の電力供給源としてリチウムイオン電池モジュールがよく利用されているが、電池モジュールからの発火による事故が問題となっている。電池モジュールからの発火は、主に電池モジュールの電池セル内で陽極と陰極が短絡し、それによって電池セルの異常温度上昇を経て熱暴走が発生することが原因となっている。   In recent years, a lithium ion battery module is often used as a power supply source of products such as laptop computers and smartphones, but an accident due to ignition from the battery module has become a problem. The ignition from the battery module is mainly caused by short circuit between the anode and the cathode in the battery cell of the battery module, thereby causing thermal runaway through the abnormal temperature rise of the battery cell.

そこで、電池セルの熱暴走を抑制するために種々の対策が提案されている（特許文献１を参照。）。しかし、電池セルの内部構造の改善等によって熱暴走を確実に防止することは困難である。   Therefore, various measures have been proposed to suppress thermal runaway of battery cells (see Patent Document 1). However, it is difficult to reliably prevent thermal runaway by improving the internal structure of the battery cell.

特開２０１７−１２３３２４号公報JP, 2017-123324, A

本発明は、電池セルの内部短絡に起因した熱暴走、又は熱暴走の連鎖や発火を抑制することができる構造を有するリチウムイオン電池モジュールを提供することを目的とするものである。   An object of the present invention is to provide a lithium ion battery module having a structure capable of suppressing thermal runaway due to an internal short circuit of a battery cell or a chain of thermal runaway and ignition.

本発明は、リチウムイオン電池モジュールの熱暴走、又は熱暴走の連鎖や発火を抑制するための形態として２つの形態を有する。第１の形態は、電池セルの熱暴走を抑制するという観点からなされたものであり、第２の形態は、リチウムイオン電池モジュール内の一部の電池セルで熱暴走が発生してもその熱暴走が他の電池セルに連鎖することを抑制するという観点からなされたものである。   The present invention has two forms as a form for suppressing a thermal runaway of a lithium ion battery module, or a chain of thermal runaway and ignition. The first mode is made from the viewpoint of suppressing thermal runaway of the battery cell, and the second mode is heat even if thermal runaway occurs in some battery cells in the lithium ion battery module. This is done from the viewpoint of suppressing the runaway from being chained to another battery cell.

本発明に係るリチウムイオン電池モジュールの第１の形態は、複数の電池セルが同一方向を向いて互いに平行に同一平面内に配列された状態で共通の熱伝導性のセルボックス内に収容されてなるセルユニットを備えたものであって、前記セルボックスは前記電池セルのそれぞれを個別に収容するセル収容部を有し、それぞれの前記電池セルの熱が前記セルボックスに伝達されるように前記セル収容部の内面が前記電池セルのセルボディと接している。ここで、「熱伝導性のセルボックス」とは、例えばアルミニウムなど、熱伝導率の良好な素材で構成されたセルボックスであることを意味する。   In the first embodiment of the lithium ion battery module according to the present invention, the plurality of battery cells are accommodated in a common heat conductive cell box in a state in which the plurality of battery cells are arranged in the same plane in parallel with one another facing the same direction The cell box has a cell accommodating portion for individually accommodating each of the battery cells, and the heat of each of the battery cells is transferred to the cell box. The inner surface of the cell storage portion is in contact with the cell body of the battery cell. Here, "thermally conductive cell box" means that the cell box is made of a material having a good thermal conductivity, such as aluminum.

すなわち、本発明の上記第１の形態では、熱伝導性のセルボックスに複数の電池セルを収容して電池セルよりも大きな熱容量をもつ一体のセルユニットとし、セルユニット内の一部の電池セルの温度が上昇したときにセルボックスでその熱を吸収し、一部の電池セルの急激な温度上昇を抑制する。   That is, in the first embodiment of the present invention, a plurality of battery cells are accommodated in the thermally conductive cell box to form an integral cell unit having a heat capacity larger than that of the battery cells, and a part of battery cells in the cell unit When the temperature rises, the heat is absorbed by the cell box and the rapid temperature rise of some battery cells is suppressed.

ところで、一部の電池セルの温度が上昇した場合、その電池セルの近傍に収容されている電池セルがその熱の影響を受けて熱暴走する可能性も考えられる。そこで、上記第１の形態では、前記セルユニットにおいて互いに隣り合う前記電池セルのセルボディの間に、それらの前記電池セルのセルボディ間の熱伝達効率を低下させるための空気層又は断熱層が形成されていてもよい。そうすれば、特定の電池セルの温度が上昇したときに、その電池セルと隣り合う電池セルがその熱の影響を受けて熱暴走することが抑制される。   By the way, when the temperature of a part of battery cells rises, there is also a possibility that the battery cells accommodated in the vicinity of the battery cells may be thermally runaway under the influence of the heat. So, in the said 1st form, the air layer or the heat insulation layer for reducing the heat transfer efficiency between the cell bodies of the said battery cell is formed between the cell bodies of the said battery cell adjacent to each other in the said cell unit It may be Then, when the temperature of a specific battery cell rises, the battery cell adjacent to the battery cell is inhibited from the thermal runaway under the influence of the heat.

上記第１の形態では、隣り合う前記セルユニットの互いの前記電池セルの向きが逆になるように複数の前記セルユニットが同一平面内に配列されており、互いに隣り合う２つの前記セルユニットのすべての前記電池セルを電気的に接続するための接点板が設けられ、前記接点板により、同一の前記セルユニットのすべての前記電池セルが互いに並列に接続され、隣り合う２つの前記セルユニットの前記電池セルが互いに直列に接続されているようにしてもよい。そうすれば、複数のセルユニットを平面的に配列しながらそれらのセルユニットを直列に接続して、用途に応じた電圧供給能力を提供することが可能になる。   In the first aspect, a plurality of the cell units are arranged in the same plane such that the battery cells of the adjacent cell units are opposite to each other, and the two cell units adjacent to each other are adjacent to each other. A contact plate for electrically connecting all the battery cells is provided, and all the battery cells of the same cell unit are connected in parallel with each other by the contact plate, and two adjacent cell units are connected. The battery cells may be connected in series with one another. Then, it becomes possible to connect the cell units in series while arranging a plurality of cell units in a planar manner to provide a voltage supply capability according to the application.

上記の場合の好ましい実施態様では、前記セルユニットの少なくとも一方の面側が絶縁性カバーで覆われており、前記絶縁性カバーは、前記電池セルのそれぞれの一端に対応する位置に前記電池セルの前記一端をそれぞれ露出させる開口部をもち、隣り合う前記セルユニットの前記セルボックスの外面同士が互いに接触しないように構成されている。   In a preferable embodiment in the above case, at least one surface side of the cell unit is covered with an insulating cover, and the insulating cover is disposed at a position corresponding to one end of each of the battery cells. It has an opening part which exposes an end, respectively, and it is constituted so that the outsides of the cell box of the adjacent cell unit may not contact mutually.

本発明に係るリチウムイオン電池モジュールの第２の形態は、複数の電池セルがそれぞれ互いに空間的に分離された複数のセル収容部に収容されてなるセルユニットを備え、前記セルユニットの前記セル収容部のそれぞれが開口部を有する接点板、断熱性の封止部材を隔てて共通の排気路に面しており、熱暴走の発生した前記電池セルから高温ガスが噴出して当該電池セルを収容する前記セル収容部内の圧力が上昇したときに、当該セル収容部と前記排気路との間に介在する前記封止部材が開口して当該セル収容部と前記排気路とを連通させるように構成され、前記高温ガスが前記排気路を通じて外部へ排気されるように構成されている。   A second embodiment of a lithium ion battery module according to the present invention comprises a cell unit in which a plurality of battery cells are accommodated in a plurality of cell accommodation portions spatially separated from each other, and the cell accommodation of the cell unit The respective parts face a common exhaust path with a contact plate having an opening and a heat insulating sealing member facing each other, and high temperature gas is spouted from the battery cell in which thermal runaway has occurred to accommodate the battery cell. When the pressure in the cell storage unit rises, the sealing member interposed between the cell storage unit and the exhaust passage is opened to communicate the cell storage unit with the exhaust passage. And the high temperature gas is exhausted to the outside through the exhaust passage.

すなわち、本発明の上記第２の形態では、セル収容部のそれぞれが開口部を有する接点板、断熱性の封止部材を隔てて共通の排気路に面するようにし、熱暴走の発生した電池セルから高温ガスが噴出して当該電池セルを収容するセル収容部内の圧力が上昇したときにそのセル収容部と排気路との間に介在する封止部材が開口し、セル収容部内の高温ガスが排気路を通じて外部へ排気される。このとき、他のセル収容部と排気路との間には断熱性の封止部材が開口することなく介在しており、排気路を流れる高温ガスによる影響が他のセル収容部内に収容されている電池セルに及ばないように構成されている。   That is, in the second embodiment of the present invention, each of the cell storage portions is separated from the contact plate having the opening portion and the heat insulating sealing member so as to face the common exhaust path, and the battery in which the thermal runaway occurs. When the high temperature gas is spouted from the cell and the pressure in the cell storage portion for storing the battery cell rises, the sealing member interposed between the cell storage portion and the exhaust passage is opened, and the high temperature gas in the cell storage portion Is exhausted to the outside through the exhaust passage. At this time, the heat insulating sealing member is interposed between the other cell storage portion and the exhaust path without opening, and the influence of the high temperature gas flowing through the exhaust path is stored in the other cell storage portion. It is configured not to extend to the battery cell.

上記第２の形態では、前記排気路をなす壁面、又は壁面の一部が熱伝導性材料からなる放熱板により構成されていることが好ましい。そうすれば、排気路を流れる高温ガスの熱を放熱板によって冷却することができ、発火のリスクを下げる事ができる。更には、放熱板の端部を折り曲げるなどして排気通路を狭くし、モジュール外部からの酸素流入を制限する事で、発火のリスクを下げる事ができる。   In the second aspect, it is preferable that the wall surface forming the exhaust path or a part of the wall surface be constituted by a heat sink made of a heat conductive material. Then, the heat of the high temperature gas flowing through the exhaust passage can be cooled by the heat dissipation plate, and the risk of ignition can be reduced. Furthermore, the risk of ignition can be reduced by bending the end of the heat sink or the like to narrow the exhaust passage and restricting the inflow of oxygen from the outside of the module.

また、前記セルユニットが、複数の電池セルが同一方向を向いて互いに平行に同一平面内に配列された状態で共通のセルボックス内に収容され、当該セルユニットの一方の面側が絶縁性カバーで覆われているものである場合、前記絶縁性カバーにおいて前記電池セルのそれぞれの一端に対応する位置に前記電池セルの前記一端をそれぞれ露出させる開口部を設け、前記絶縁性カバーの上面を覆って前記開口部を封止する断熱性シートを前記封止部材として用い、前記断熱性シートの前記開口部のそれぞれに対応する位置に、前記セル収容部内の圧力が上昇したときに破断する切込みを設けることによって、上記第２の形態を実現することができる。   Further, the cell units are accommodated in a common cell box in a state in which a plurality of battery cells are arranged in the same plane in parallel with each other with the same direction, and one side of the cell unit is an insulating cover. If it is covered, an opening for exposing the one end of the battery cell is provided at a position corresponding to each one end of the battery cell in the insulating cover, and the upper surface of the insulating cover is covered A heat insulating sheet for sealing the opening is used as the sealing member, and a cut is provided at a position corresponding to each opening of the heat insulating sheet when the pressure in the cell storage unit is increased. Thus, the second aspect can be realized.

本発明の上記第１の形態では、熱伝導性のセルボックスに複数の電池セルを収容して電池セルよりも大きな熱容量をもつ一体のセルユニットとし、一部の電池セルの温度が上昇したときにセルボックスでその熱を吸収することで、一部の電池セルの急激な温度上昇が抑制されるので、電池セルの熱暴走の発生が抑制される。   In the first embodiment of the present invention, when a plurality of battery cells are accommodated in a thermally conductive cell box to form an integral cell unit having a heat capacity larger than that of the battery cells, the temperature of some battery cells is increased. By absorbing the heat by the cell box, the rapid temperature rise of some battery cells is suppressed, so the occurrence of thermal runaway of the battery cells is suppressed.

本発明の上記第２の形態では、熱暴走の発生した電池セルから高温ガスが噴出して当該電池セルを収容するセル収容部内の圧力が上昇したときにそのセル収容部と排気路との間に介在する封止部材が開口し、セル収容部内の高温ガスが排気路を通じて外部へ排気される一方で、他のセル収容部と排気路との間には断熱性の封止部材が開口することなく介在し、排気路を流れる高温ガスによる影響が他のセル収容部内に収容されている電池セルに及ばないように構成されているので、一部の電池セルで熱暴走が発生しても他の電池セルで連鎖的に熱暴走が発生することが抑制される。さらに、前記排気路をなす壁面、又は壁面の一部を熱伝導性材料からなる放熱板により構成する事で、発火のリスクを下げる事ができる。   In the second aspect of the present invention, when the high temperature gas is ejected from the battery cell in which the thermal runaway has occurred and the pressure in the cell storage unit for storing the battery cell rises, the pressure between the cell storage unit and the exhaust passage is increased. The sealing member is open, and the high temperature gas in the cell housing is exhausted to the outside through the exhaust passage, while the heat insulating sealing member is opened between the other cell housing and the exhaust passage. It is configured so that the influence of the high temperature gas flowing through the exhaust passage does not affect the battery cells contained in the other cell storage units, so even if thermal runaway occurs in some of the battery cells The occurrence of thermal runaway in a chained manner in other battery cells is suppressed. Furthermore, the risk of ignition can be reduced by configuring the wall surface forming the exhaust passage or a part of the wall surface with a heat sink made of a heat conductive material.

電池セルの熱暴走を抑制する構造を有するセルユニットの一実施例を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ位置における断面図である。It is a figure which shows one Example of a cell unit which has a structure which suppresses the thermal runaway of a battery cell, (A) is a perspective view, (B) is sectional drawing in the XX position of (A). 同実施例のセルユニットのセルボックスを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ位置における断面図、（Ｃ）は裏面側の斜視図である。It is a figure which shows the cell box of the cell unit of the Example, (A) is a perspective view, (B) is a sectional view in the YY position of (A), (C) is a perspective view of the back side. セルボックスの構造の他の例を示すための図であり、（Ａ）は溝によって形成される空気層を示す断面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ異なるセル収容部の配置に対する溝の位置を示す平面図である。It is a figure for showing the other example of the structure of a cell box, (A) is a sectional view showing the air layer formed of a slot, (B) and (C) is for the arrangement of a different cell receiving part, respectively. It is a top view which shows the position of a groove. セルボックスの構造のさらに他の例を示すための図であり、（Ａ）は孔によって形成される空気層（断熱層）を示す断面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ異なるセル収容部の配置に対する孔の位置を示す平面図である。It is a figure for showing the further another example of the structure of a cell box, (A) is a sectional view showing the air layer (heat insulation layer) formed of the hole, and (B) and (C) are respectively different cells It is a top view which shows the position of the hole with respect to arrangement | positioning of an accommodating part. ２つのセルユニットを平面的に配置して直列接続する実施例を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。It is a figure which shows the Example which arrange | positions two cell units planarly, and connects in series, (A) is a perspective view, (B) is sectional drawing. 多数のセルユニットを平面的に配置して直列接続する実施例を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）はそれによって実現される電池モジュール内の回路構成図である。It is a figure which shows the Example which arrange | positions many cell units planarly and connects in series, (A) is a perspective view, (B) is a circuit block diagram in the battery module implement | achieved by it. 電池セルの熱暴走の連鎖を抑制する構造を有するリチウムイオン電池モジュールの一実施例を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。It is a figure which shows one Example of a lithium ion battery module which has a structure which suppresses the chain | linkage of the thermal runaway of a battery cell, (A) is a perspective view, (B) is sectional drawing. 同実施例の内部構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the internal structure of the Example. 同実施例の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the example. 同実施例により熱暴走の連鎖が抑制される概念を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the concept by which the chain of thermal runaway is suppressed by the Example. 同実施例の断熱性シートの切り込みの他の例を示す図であり、（Ａ）は断熱性シートの平面図、（Ｂ）は開口した断熱性シートからの高温ガスの流れ方向を示す概念図である。It is a figure which shows the other example of the notch | incision of the heat insulation sheet of the Example, (A) is a top view of a heat insulation sheet, (B) is a conceptual diagram which shows the flow direction of high temperature gas from the heat insulation sheet which opened. It is. 角型の電池セルを用いて熱暴走の連鎖を抑制する構造のリチウムイオン電池モジュールを構成する概念を説明するための図であり、（Ａ）は角型の電池セルの斜視図であり、（Ｂ）、（Ｃ）はリチウムイオン電池モジュールを構成する途中の段階を示す斜視図である。It is a figure for demonstrating the concept which comprises the lithium ion battery module of the structure which suppresses the chain of thermal runaway using a square-shaped battery cell, (A) is a perspective view of a square-shaped battery cell, B) and (C) are perspective views showing steps in the process of forming a lithium ion battery module. （Ａ）は図１２（Ｂ）、（Ｃ）によって構成されたセルユニットの構造を示す斜視図であり、（Ｂ）はその構造によって熱暴走の連鎖が抑制される概念を説明するための図である。(A) is a perspective view which shows the structure of the cell unit comprised by FIG. 12 (B) and (C), (B) is a figure for demonstrating the concept in which the chain of thermal runaway is suppressed by the structure. It is. ポリマー電池セルを用いて熱暴走の連鎖を抑制する構造のリチウムイオン電池モジュールを構成する概念を説明するための図であり、（Ａ）はポリマー電池セルの斜視図であり、（Ｂ）はリチウムイオン電池モジュールを構成する途中の段階を示す斜視図であり、（Ｃ）はその構造によって熱暴走の連鎖が抑制される概念を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the concept which comprises the lithium ion battery module of the structure which suppresses the chain of thermal runaway using a polymer battery cell, (A) is a perspective view of a polymer battery cell, (B) is a lithium It is a perspective view which shows the stage in the middle of comprising an ion battery module, and (C) is a figure for demonstrating the concept in which the chain of thermal runaway is suppressed by the structure. 直列に接続したセルユニットの構造の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the structure of the cell unit connected in series.

以下、本発明に係るリチウムイオン電池モジュールの実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of a lithium ion battery module according to the present invention will be described.

図１及び図２に、リチウムイオン電池モジュールを構成するセルユニットの構造の一例を示す。   An example of the structure of the cell unit which comprises a lithium ion battery module in FIG.1 and FIG.2 is shown.

セルユニット１は複数のセル収容部４を有するセルボックス２と、各セルボックス２内にそれぞれ収容された複数の電池セル１０と、セルボックス２の外面の一部を覆うようにセルボックス２に取り付けられた絶縁性カバー１４と、を備えている。   The cell unit 1 includes a cell box 2 having a plurality of cell accommodating portions 4, a plurality of battery cells 10 accommodated in each cell box 2, and a cell box 2 so as to cover a part of the outer surface of the cell box 2. And an insulating cover 14 attached.

セルボックス２のセル収容部４は、セルボックス２の一方の面側に電池セル１０を挿し込むための開口をもつ凹部である。セル収容部４の底面には、セル収容部４の内径よりも小さい内径の開口部８が設けられている。電池セル１０は一端に陽極１２を有する円柱型セルであり、各電池セル１０は陽極１２がセル収容部４の開口側（図１（Ｂ）において上側）を向くようにして、セル収容部４内に嵌め込まれている。開口部８は各電池セル１０の陰極を露出させるためのものである。   The cell accommodation portion 4 of the cell box 2 is a concave portion having an opening for inserting the battery cell 10 on one side of the cell box 2. An opening 8 having an inner diameter smaller than the inner diameter of the cell housing 4 is provided on the bottom surface of the cell housing 4. The battery cell 10 is a cylindrical cell having an anode 12 at one end, and each battery cell 10 has a cell housing portion 4 with the anode 12 facing the opening side of the cell housing portion 4 (upper side in FIG. 1B). It is fitted inside. The openings 8 are for exposing the cathodes of the respective battery cells 10.

絶縁性カバー１４は、セルボックス２の外面のうちセル収容部４の開口が設けられている面側、すなわち電池セル１０の陽極側を覆うように、セルボックス２に取り付けられている。以下では、セルユニット１のうち、絶縁性カバー１４で覆われている側を「陽極側」、絶縁性カバー１４からセルボックス２が露出している側を「陰極側」と称する。   The insulating cover 14 is attached to the cell box 2 so as to cover the surface of the outer surface of the cell box 2 on which the opening of the cell storage portion 4 is provided, that is, the anode side of the battery cell 10. Hereinafter, in the cell unit 1, the side covered with the insulating cover 14 is referred to as “anode side”, and the side where the cell box 2 is exposed from the insulating cover 14 is referred to as “cathode side”.

絶縁性カバー１４には、電池セル１０の陽極を露出させるための開口部１６が設けられている。開口部１６の内径はセル収容部４の内径よりも小さく設計されている。   The insulating cover 14 is provided with an opening 16 for exposing the anode of the battery cell 10. The inner diameter of the opening 16 is designed to be smaller than the inner diameter of the cell housing 4.

セルボックス２は、例えばアルミニウムなど良好な熱伝導性を有する金属材料により構成されている。絶縁性カバー１４は、例えばシリカなどの絶縁性材料により構成されている。   The cell box 2 is made of, for example, a metal material having good thermal conductivity such as aluminum. The insulating cover 14 is made of, for example, an insulating material such as silica.

セルボックス２のセル収容部４の内径は電池セル１０のセルボディの外径と略同一に設計されており、電池セル１０とセルボックス２との間で良好に熱伝達がなされるように構成されている。これにより、一部の電池セル１０の温度が上昇したときに、その電池セル１０の熱をセルボックス２の全体で吸収し、一部の電池セル１０が突出して温度上昇することが抑制される。これにより、電池セル１０の熱暴走が抑制される。   The inner diameter of the cell storage portion 4 of the cell box 2 is designed to be substantially the same as the outer diameter of the cell body of the battery cell 10, and is configured to ensure good heat transfer between the battery cell 10 and the cell box 2. ing. Thereby, when the temperature of a part of battery cells 10 rises, the heat of the battery cells 10 is absorbed by the whole of the cell box 2, and it is suppressed that the battery cells 10 protrude and the temperature rises . Thereby, thermal runaway of the battery cell 10 is suppressed.

また、図３に示されているように、セル収容部４の内周面のうち隣接するセル収容部４との間に介在する壁面に溝２２を設け、互いに隣り合うセル収容部４に収容された電池セル１０の間に空気層が形成されるようにしてもよい。これにより、一部の電池セル１０の温度が上昇したときにその近傍の電池セル１０への影響を小さくすることができる。   Further, as shown in FIG. 3, a groove 22 is provided on the wall surface of the inner peripheral surface of the cell storage unit 4 which is interposed between the adjacent cell storage unit 4 and is stored in the adjacent cell storage units 4. An air layer may be formed between the battery cells 10. Thereby, when the temperature of some battery cells 10 rises, the influence on the battery cells 10 in the vicinity can be reduced.

図３の構造と同様の効果は、図４に示されているように、互いに隣接するセル収容部４の間の隔壁に穴２４を設けることによっても得られる。そのような穴２４内に断熱性材料を充填するなどして、互いに隣り合うセル収容部４に収容された電池セル１０の間に断熱層が形成されるようにしてもよい。   An effect similar to that of the structure of FIG. 3 can also be obtained by providing holes 24 in the partition walls between the adjacent cell accommodating parts 4 as shown in FIG. The heat insulating layer may be formed between the battery cells 10 housed in the cell housing portions 4 adjacent to each other by, for example, filling the hole 24 with a heat insulating material.

この実施例のリチウムイオン電池モジュールは、図５に示されているように、２つのセルユニット１を互いに陽極側と陰極側の向きが互いに反対になるようにして同一平面上に並べ、一方のセルユニット１の陽極側の面に開口部１６を介して露出した電池セル１０の陽極と他方のセルユニット１の陰極側の面に開口部８を通じて露出した電池セル１０の陰極とを、一枚の平板状の接点板２６を用いて導通させることで、複数の電池セル１０の並列接続からなる２つのセルユニット１を直列に接続することができる。接点２６の各開口部８、１６に相当する位置には、電池セル１０の陽極１２又は陰極と接点をとるための接点端子２８が設けられている。   In the lithium ion battery module of this embodiment, as shown in FIG. 5, two cell units 1 are arranged on the same plane so that the anode side and the cathode side are opposite to each other, The anode of the battery cell 10 exposed through the opening 16 on the surface on the anode side of the cell unit 1 and the cathode of the battery cell 10 exposed through the opening 8 on the cathode side of the other cell unit 1 By conducting electricity using the flat contact plate 26, it is possible to connect two cell units 1 formed by parallel connection of a plurality of battery cells 10 in series. At positions corresponding to the openings 8 and 16 of the contacts 26, contact terminals 28 for contacting the anode 12 or the cathode of the battery cell 10 are provided.

図５のように平面的に並べられたセルユニット１のうち一方のセルユニット１のセルボックス２が露出している部分には他方のセルユニット１の絶縁性カバー１４が当接するようになっており、互いのセルボックス２同士が接触して電気的に導通することがないように構成されている。   As shown in FIG. 5, the insulating cover 14 of the other cell unit 1 comes in contact with the exposed portion of the cell box 2 of one of the cell units 1 among the cell units 1 arranged in a planar manner. It is configured such that the cell boxes 2 of each other do not come in contact with each other to be electrically conducted.

上記の配列及び接続方法を用いれば、図６に示されているように、より多数のセルユニット１を平面的に並べて直列に接続することができる。平面的に配列されるセルユニット１の個数は、必要とされる供給電圧の大きさによって決定されるものである。   With the above arrangement and connection method, as shown in FIG. 6, a larger number of cell units 1 can be arranged in plane and connected in series. The number of cell units 1 arranged in a plane is determined by the required supply voltage.

なお、以上において説明した実施例では、セルユニット１の陽極側にのみ絶縁性カバー１４が設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１５に示されているように、陰極側にも絶縁性カバー１４’を設けてもよい。この場合、絶縁性カバー１４’に、電池セル１０の陰極を露出させるための開口部１６’を設けることが好ましい。   In the embodiment described above, the insulating cover 14 is provided only on the anode side of the cell unit 1, but the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. The insulating cover 14 'may be provided also on the cathode side. In this case, the insulating cover 14 ′ is preferably provided with an opening 16 ′ for exposing the cathode of the battery cell 10.

次に、電池セル１０の熱暴走の連鎖を抑制する構造を有するリチウムイオン電池モジュールの一実施例について説明する。   Next, an embodiment of a lithium ion battery module having a structure for suppressing the chain of thermal runaway of the battery cell 10 will be described.

図７に示されているように、この実施例のリチウムイオン電池モジュール１００は、図６のように、平面的に配列されて互いに直列に接続された複数のセルユニット１が外枠１０２と２枚の放熱板１０４からなる筐体内に収容されている。なお、セルユニット１の個数はいくらでもよく、１つのみであってもよい。   As shown in FIG. 7, in the lithium ion battery module 100 of this embodiment, as shown in FIG. 6, a plurality of cell units 1 arranged in a plane and connected in series with each other are outer frames 102 and 2. It is accommodated in a case consisting of a plurality of heat sinks 104. The number of cell units 1 may be any number, and may be only one.

図８に示されているように、セルユニット１の陽極側の面及び陰極側の面に断熱性シート１０６が封止部材として貼られている。セルユニット１の陽極側の面と陰極側の面のそれぞれに設けられた開口部１６及び８は断熱性シート１０６によって封止されている。断熱性シート１０６としては、５００〜６００℃以上の耐熱性を有するシート状の部材、例えばシリカエアロゲルと繊維で構成されたシート状の素材であるＮＡＳＢＩＳ（パナソニック株式会社の製品）を用いることができる。この他、シリカクロス、グラスウール、グラスファイバーからなる部材を用いることもできる。   As shown in FIG. 8, a heat insulating sheet 106 is attached as a sealing member to the surface on the anode side and the surface on the cathode side of the cell unit 1. Openings 16 and 8 respectively provided on the anode side surface and the cathode side surface of the cell unit 1 are sealed by a heat insulating sheet 106. As the heat insulating sheet 106, a sheet-like member having heat resistance of 500 to 600 ° C. or more, for example, NASBIS (product of Panasonic Corporation) which is a sheet-like material composed of silica airgel and fibers can be used. . Besides, members made of silica cloth, glass wool and glass fibers can also be used.

図９に示されているように、このリチウムイオン電池モジュール１００は、陽極側の面及び陰極側の面に断熱性シート１０６が貼られ外枠１０２の内側にはめ込まれたセルユニット１の陽極側と陰極側に２枚の放熱板１０４を固定して構成されている。   As shown in FIG. 9, in the lithium ion battery module 100, the heat insulating sheet 106 is attached to the surface on the anode side and the surface on the cathode side, and the anode side of the cell unit 1 is fitted inside the outer frame 102. The two heat sinks 104 are fixed to the cathode side.

図７に示されているように、セルユニット１の陽極側の面及び陰極側の面に貼られた断熱性シート１０６と放熱板１０４との間には僅かな隙間が形成され、この隙間が外枠１０２と放熱板１０４との間に設けられた隙間（図示は省略）を介して筐体の外部へ通じる排気路１０８を構成する。排気路１０８を構成する隙間の間隔は、筐体の外部から空気が流入しにくいような寸法、例えば１０ｍｍ以下に設定されている。すなわち、セルユニット１に設けられた各セル収容部４は、断熱性シート１０６を隔てて排気路１０８に面している。   As shown in FIG. 7, a slight gap is formed between the heat insulating sheet 106 and the heat sink 104 affixed to the surface on the anode side and the surface on the cathode side of the cell unit 1, and this gap is An exhaust passage 108 leading to the outside of the housing is configured via a gap (not shown) provided between the outer frame 102 and the heat sink 104. The interval of the gap forming the exhaust passage 108 is set to, for example, 10 mm or less such that air can not easily flow in from the outside of the housing. That is, the cell storage portions 4 provided in the cell unit 1 face the exhaust passage 108 with the heat insulating sheet 106 therebetween.

断熱性シート１０６は、セルユニット１の陽極側の面の開口部１６と排気路１０８との間の位置に切り込み１１０を備えている。切り込み１１０は、図１０に示されているように、熱暴走の発生した電池セル１０から噴出する高温ガスによってその電池セル１０を収容するセル収容部４内の圧力が上昇したときに断熱性シート１０６を開口させるためのものである。熱暴走の発生した電池セル１０を収容するセル収容部４の位置で断熱性シート１０６が開口すると、電池セル１０から噴出した高温ガスが排気路１０８を通じて筐体の外部へ排出される。他のセル収容部４は依然として断熱性シート１０６によって封止されているので、熱暴走の発生していない電池セル１０が高温ガスに曝されることが防止され、熱暴走の連鎖が抑制される。   The heat insulating sheet 106 is provided with a cut 110 at a position between the opening 16 on the surface of the cell unit 1 on the anode side and the exhaust passage 108. As shown in FIG. 10, the cut 110 is an adiabatic sheet when the pressure in the cell storage portion 4 for storing the battery cell 10 is increased by the high temperature gas ejected from the battery cell 10 in which the thermal runaway has occurred. It is for opening 106. When the heat insulating sheet 106 is opened at the position of the cell storage unit 4 for storing the battery cell 10 in which the thermal runaway has occurred, the high temperature gas ejected from the battery cell 10 is discharged to the outside of the housing through the exhaust passage 108. Since the other cell housing parts 4 are still sealed by the heat insulating sheet 106, the battery cells 10 not having thermal runaway are prevented from being exposed to high temperature gas, and the chain of thermal runaway is suppressed. .

断熱性シート１０６は、例えば、接着剤によって接点板２６に接着することができる。この場合、セル収容部４内の圧力の上昇によって断熱性シート１０６を開口させやすくするために、切り込み１１０が設けられている部分は接着剤による接着がなされないことが好ましい。ただし、断熱性シート１０６は必ずしも接点板２６に接着されている必要はなく、セルユニット１の陽極側の面及び陰極側の面の開口部８，１６を封止するように設けられていればいかなる態様であってもよい。例えば、断熱性シート１０６は、陽極側の絶縁性カバー１４に（陰極側カバー１４’が設けられている場合は陰極側カバー１４’にも）固定されていてもよい。   The heat insulating sheet 106 can be adhered to the contact plate 26 by an adhesive, for example. In this case, in order to facilitate opening of the heat insulating sheet 106 by an increase in pressure in the cell housing portion 4, it is preferable that the portion provided with the cut 110 is not adhered by the adhesive. However, the heat insulating sheet 106 does not necessarily have to be bonded to the contact plate 26, and provided that the openings 8 and 16 of the surface on the anode side and the surface on the cathode side of the cell unit 1 are sealed. It may be in any form. For example, the heat insulating sheet 106 may be fixed to the insulating cover 14 on the anode side (and also to the cathode side cover 14 'if the cathode side cover 14' is provided).

なお、図８及び図９では、断熱性シート１０６には十字型の切り込み１１０が設けられているが、切り込み１１０の形状は特に限定されない。また、図１１に示されているように、電池セル１０で熱暴走が発生したときにセル収容部４から流出する高温ガスがなるべくセル収容部４の設けられていない方向へ誘導する向きに断熱性シート１０６が開口するように、切り込み１１０の形状を工夫してもよい。   Although the heat insulating sheet 106 is provided with the cross-shaped cut 110 in FIGS. 8 and 9, the shape of the cut 110 is not particularly limited. In addition, as shown in FIG. 11, when thermal runaway occurs in the battery cell 10, the high temperature gas flowing out of the cell storage unit 4 is thermally insulated in the direction in which the high temperature gas is guided as far as possible. The shape of the cut 110 may be devised so that the sexing sheet 106 is open.

なお、図７から図１０に示した実施例では、図１から図６を用いて説明したセルユニット１が用いられているが、本発明に係るリチウムイオン電池モジュールは、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、セルユニットを構成するセルボックスは高熱伝導性でなくてもよい。   Although the cell unit 1 described with reference to FIGS. 1 to 6 is used in the embodiments illustrated in FIGS. 7 to 10, the lithium ion battery module according to the present invention is necessarily limited thereto. It is not a thing. For example, the cell box constituting the cell unit may not have high thermal conductivity.

また、本発明による、熱暴走の連鎖を抑制するためのリチウムイオン電池モジュールの構造は、図１２（Ａ）に示されているような角型の電池セル２００に対しても適用することができる。例えば、複数の電池セル２００を断熱性材料からなる包装容器２０２内に入れた状態で（図１２（Ｂ）を参照）、共通のセルボックス２０４に同じ向きに収容してセルユニットを構成する（図１２（Ｃ）を参照）。   Further, the structure of the lithium ion battery module for suppressing the chain of thermal runaway according to the present invention can also be applied to a rectangular battery cell 200 as shown in FIG. 12 (A). . For example, in a state where the plurality of battery cells 200 are placed in the packaging container 202 made of heat insulating material (see FIG. 12B), the cell unit is configured to be accommodated in the same cell box 204 in the same direction See FIG. 12 (C)).

この実施例では、包装容器２０２がセル収容部及び封止部材を構成する。包装容器２０２の素材としては、５００〜６００℃以上の耐熱性を有するシート状の部材、例えばシリカエアロゲルと繊維で構成されたシート状の素材であるＮＡＳＢＩＳ（パナソニック株式会社の製品）を用いることができる。この他、シリカクロス、グラスウール、グラスファイバーからなる部材を用いることもできる。   In this embodiment, the packaging container 202 constitutes a cell storage portion and a sealing member. As a material of the packaging container 202, it is possible to use a sheet-like member having heat resistance of 500 to 600 ° C. or more, for example, NASBIS (a product of Panasonic Corporation) which is a sheet-like material composed of silica aerogel and fibers. it can. Besides, members made of silica cloth, glass wool and glass fibers can also be used.

電池セル２００は一端側に電極や防爆弁が設けられており、電池セル２００内で熱暴走が発生したときは一端側の防爆弁から高温ガスが噴出する。そこで、図１３（Ａ）に示されているように、包装容器２０２の電池セル２００の一端側を例えば熱溶着などによって封止し、熱暴走の発生した電池セル２００からの高温ガスによって包装容器２０２内の圧力が急激に上昇したときに封止部分２０２ａが破断して包装容器２０２が開口するように構成する。   The battery cell 200 is provided with an electrode and an explosion-proof valve at one end, and when thermal runaway occurs in the battery cell 200, high-temperature gas is ejected from the explosion-proof valve at one end. Therefore, as shown in FIG. 13A, one end side of the battery cell 200 of the packaging container 202 is sealed, for example, by heat welding, and the packaging container is sealed by the high temperature gas from the battery cell 200 in which thermal runaway occurs. When the pressure in 202 rapidly increases, the sealing portion 202a is broken so that the packaging container 202 is opened.

包装容器２０２の封止部分２０２ａと対向するように電池セル２００の配列方向に沿って放熱板２１２を配置して排気路を形成しておくことで、熱暴走の発生した電池セル２００からの高温ガスが排気路を通じて外部へ排出され、他の電池セル２００は断熱性の放送容器２０２によって高温ガスから保護される。これにより、電池セル２００の熱暴走の連鎖が抑制される。なお、図１３において、２０６は各電池セル２００の電極間を接続するためのケーブルであり、２０８，２１０はそのケーブル２０６の端部に設けられた端子である。   The heat dissipation plate 212 is disposed along the arrangement direction of the battery cells 200 so as to face the sealed portion 202 a of the packaging container 202 to form an exhaust path, so that high temperature from the battery cells 200 where thermal runaway occurs. The gas is exhausted to the outside through the exhaust passage, and the other battery cells 200 are protected from the hot gas by the heat insulating broadcast container 202. Thereby, the chain of thermal runaway of the battery cell 200 is suppressed. In FIG. 13, reference numeral 206 denotes a cable for connecting the electrodes of each battery cell 200, and reference numerals 208 and 210 denote terminals provided at the end of the cable 206.

さらに、本発明による、熱暴走の連鎖を抑制するためのリチウムイオン電池モジュールの構造は、図１４（Ａ）に示されているような平板型のポリマー電池セル３００に対しても適用することができる。例えば、図１４（Ｂ）、（Ｃ）に示されているように、複数の電池セル３００を複数のセル収容部を有するセルボックス３０２内に個別に格納してセルユニットを構成する。セルユニットの各セル収容部の開口を断熱性シート３０４によって封止し、さらにその断熱性シート３０４と対向するように放熱板３０８を配置する。   Furthermore, the structure of the lithium ion battery module for suppressing the chain of thermal runaway according to the present invention can be applied to a flat polymer battery cell 300 as shown in FIG. 14 (A). it can. For example, as shown in FIGS. 14 (B) and 14 (C), a plurality of battery cells 300 are individually stored in a cell box 302 having a plurality of cell accommodation portions to constitute a cell unit. The opening of each cell accommodating portion of the cell unit is sealed by the heat insulating sheet 304, and the heat dissipation plate 308 is disposed to face the heat insulating sheet 304.

断熱性シート３０４のセル収容部の開口の位置に切り込み３０６を設け、熱暴走の発生した電池セル３００からの高温ガスによってセル収容部内の圧力が上昇したときにその位置の断熱性シート３０４が開口するように構成する。断熱性シート３０４と放熱板３０８との間には僅かな隙間を空けておき、断熱性シート３０４の開口から流出した高温ガスを外部へ排気するための排気路を形成する。これにより、一部の電池セル３００で熱暴走が発生しても、他の電池セル３００が断熱性シート３０４によって高温ガスから保護され、熱暴走の連鎖が発生することが抑制される。   A notch 306 is provided at the position of the opening of the cell housing of the heat insulating sheet 304, and when the pressure in the cell housing rises due to high temperature gas from the battery cell 300 where thermal runaway has occurred, the heat insulating sheet 304 at that position opens. Configure to A slight gap is provided between the heat insulating sheet 304 and the heat radiation plate 308 to form an exhaust path for exhausting the high temperature gas flowing out of the opening of the heat insulating sheet 304 to the outside. As a result, even if thermal runaway occurs in some battery cells 300, the other battery cells 300 are protected from the high temperature gas by the heat insulating sheet 304, and the occurrence of a thermal runaway chain is suppressed.

なお、断熱性シート３０４の素材として、５００〜６００℃以上の耐熱性を有するシート状の部材、例えばシリカエアロゲルと繊維で構成されたシート状の素材であるＮＡＳＢＩＳ（パナソニック株式会社の製品）を用いることができる。この他、シリカクロス、グラスウール、グラスファイバーからなる部材を用いることもできる。   In addition, as a material of the heat insulating sheet 304, a sheet-like member having heat resistance of 500 to 600 ° C. or more, for example, NASBIS (product of Panasonic Corporation) which is a sheet-like material composed of silica airgel and fibers is used. be able to. Besides, members made of silica cloth, glass wool and glass fibers can also be used.

１ セルユニット
２，２０４，３０２ セルボックス
４ セル収容部
８，１６ 開口部
１０，２００，３００ 電池セル
１２ 陽極
１４ 絶縁性カバー
２２ 溝（空気層又は断熱層）
２４ 孔（空気層又は断熱層）
２６ 接点板
２８ 接点端子
１００ リチウムイオン電池モジュール
１０２ 外枠
１０４，２１２，３０８ 放熱板
１０６，３０４ 断熱シート（封止部材）
１０８ 排気路
１１０，３０６ 切り込み
２０２ 包装容器（封止部材） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 cell unit 2, 204, 302 cell box 4 cell accommodating part 8, 16 opening part 10, 200, 300 battery cell 12 anode 14 insulating cover 22 groove | channel (air layer or heat insulation layer)
24 holes (air layer or heat insulation layer)
26 contact plate 28 contact terminal 100 lithium ion battery module 102 outer frame 104, 212, 308 heat dissipation plate 106, 304 thermal insulation sheet (sealing member)
108 exhaust passage 110, 306 cut 202 packaging container (sealing member)

Claims (7)

複数の電池セルが同一方向を向いて互いに平行に同一平面内に配列された状態で共通の熱伝導性のセルボックス内に収容されてなるセルユニットを備え、
前記セルボックスは前記電池セルのそれぞれを個別に収容するセル収容部を有し、それぞれの前記電池セルの熱が前記セルボックスに伝達されるように前記セル収容部の内面が前記電池セルのセルボディと接している、リチウムイオン電池モジュール。 A cell unit in which a plurality of battery cells are arranged in the same plane parallel to each other in the same direction with the same direction and accommodated in a common heat conductive cell box,
The cell box has a cell accommodating portion for individually accommodating each of the battery cells, and an inner surface of the cell accommodating portion is a cell body of the battery cell so that the heat of each of the battery cells is transmitted to the cell box. Li-ion battery module in contact with. 前記セルユニットにおいて互いに隣り合う前記電池セルのセルボディの間に、それらの前記電池セルのセルボディ間の熱伝達効率を低下させるための空気層又は断熱層が形成されている、請求項１に記載のリチウムイオン電池モジュール。   The air layer or heat insulating layer for reducing the heat transfer efficiency between the cell bodies of the battery cells is formed between the cell bodies of the battery cells adjacent to each other in the cell unit. Lithium ion battery module. 隣り合う前記セルユニットの互いの前記電池セルの向きが逆になるように複数の前記セルユニットが同一平面内に配列されており、
互いに隣り合う２つの前記セルユニットのすべての前記電池セルを電気的に接続するための接点板が設けられ、前記接点板により、同一の前記セルユニットのすべての前記電池セルが互いに並列に接続され、隣り合う２つの前記セルユニットの前記電池セルが互いに直列に接続されている、請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池モジュール。 A plurality of the cell units are arranged in the same plane such that the battery cells of the adjacent cell units are opposite in direction to each other,
A contact plate for electrically connecting all the battery cells of two adjacent cell units is provided, and all the battery cells of the same cell unit are connected in parallel by the contact plate. The lithium ion battery module according to claim 1, wherein the battery cells of two adjacent cell units are connected in series with each other. 前記電池セルの少なくとも一方の面側が絶縁性カバーで覆われており、前記電池セルのそれぞれの一端に対応する位置に前記電池セルの前記一端をそれぞれ露出させる開口部が設けられており、
隣り合う前記セルユニットの前記セルボックスの外面同士が互いに接触しないように構成されている、請求項３に記載のリチウムイオン電池モジュール。 At least one surface side of the battery cell is covered with an insulating cover, and an opening for exposing the one end of the battery cell is provided at a position corresponding to each one end of the battery cell,
The lithium ion battery module according to claim 3, wherein outer surfaces of the cell boxes of adjacent cell units are not in contact with each other. 複数の電池セルがそれぞれ互いに空間的に分離された複数のセル収容部に収容されてなるセルユニットを備え、
前記セルユニットの前記セル収容部のそれぞれが断熱性の封止部材を隔てて共通の排気路に面しており、
熱暴走の発生した前記電池セルから高温ガスが噴出して当該電池セルを収容する前記セル収容部内の圧力が上昇したときに、当該セル収容部と前記排気路との間に介在する前記封止部材が開口して当該セル収容部と前記排気路とを連通させるように構成され、前記高温ガスが前記排気路を通じて外部へ排気されるように構成されている、リチウムイオン電池モジュール。 A cell unit in which a plurality of battery cells are accommodated in a plurality of cell accommodating portions spatially separated from each other,
Each of the cell accommodation portions of the cell unit faces a common exhaust path with a heat insulating sealing member separated,
The seal interposed between the cell storage portion and the exhaust passage when high-temperature gas is ejected from the battery cell in which thermal runaway has occurred and the pressure in the cell storage portion that stores the battery cell rises. A member is opened and it is comprised so that the said cell accommodating part and the said exhaust passage may be connected, and it is comprised so that the said high temperature gas may be exhausted outside through the said exhaust passage. 前記排気路をなす壁面の一部が熱伝導性材料からなる放熱板により構成されている、請求項５に記載のリチウムイオン電池モジュール。   The lithium ion battery module according to claim 5, wherein a part of the wall surface forming the exhaust path is constituted by a heat sink made of a heat conductive material. 前記セルユニットは、複数の電池セルが同じ方向を向いて互いに平行に同一平面内に配列された状態で共通のセルボックス内に収容され、当該セルユニットの少なくとも一方の面側が絶縁性カバーで覆われているものであり、
前記絶縁性カバーは、前記電池セルのそれぞれの一端に対応する位置に前記電池セルの前記一端をそれぞれ露出させる開口部をもち、
前記封止部材は、前記絶縁性カバーの上面を覆って前記開口部を封止する断熱性シートからなり、
前記断熱性シートの前記開口部のそれぞれに対応する位置に、前記セル収容部内の圧力が上昇したときに破断する切込みが設けられている、請求項５又は６に記載のリチウムイオン電池モジュール。 The cell units are accommodated in a common cell box in a state in which a plurality of battery cells are arranged in the same plane parallel to each other with the same direction, and at least one side of the cell units is covered with an insulating cover. It is one that is
The insulating cover has an opening for exposing the one end of the battery cell at a position corresponding to one end of the battery cell,
The sealing member is made of a heat insulating sheet which covers the top surface of the insulating cover and seals the opening.
The lithium ion battery module according to claim 5 or 6, wherein a cut is provided at a position corresponding to each of the openings of the heat insulating sheet, which is broken when the pressure in the cell storage unit rises.
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