JP2020113361A - Power supply device, vehicle with the same, power storage device and separator for power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置及びこれを備える車両、蓄電装置並びに電源装置用セパレータに関する。 The present invention relates to a power supply device, a vehicle including the power supply device, a power storage device, and a power supply device separator.
多数の二次電池を直列、並列に接続した電源装置は、車両の駆動用等の用途で用いられている。このような電源装置の一例を図8の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置は、角形の二次電池セル901をスペーサ902を介して多数積層して、端面にエンドプレート903を配置し、バインドバー904で締結している。スペーサ902は絶縁性で、硬質の樹脂等で構成されている。
A power supply device in which a large number of secondary batteries are connected in series and in parallel is used for applications such as driving a vehicle. An example of such a power supply device is shown in an exploded perspective view of FIG. In the power supply device shown in this figure, a large number of prismatic
近年の電池に対する高出力、かつ小型化の要求に伴い、二次電池セルの高容量化が進められている一方、複数の二次電池セルを組み合わせた電池モジュールに対する安全性の確保が重要な課題となっている。特に、一の二次電池セルが高温になった際、隣接する他の二次電池セルに熱が伝搬するいわゆる類焼試験における対策技術の確立が急務となっている。類焼試験とは、電池モジュールに含まれる二次電池セルの1つが熱暴走したときに、周囲の二次電池セルに熱連鎖していき、最終的に電池モジュールが破裂又は発火することがないかを検証する試験である。 With the recent demand for high output and miniaturization of batteries, the capacity of secondary battery cells is being increased, while ensuring safety for battery modules that combine multiple secondary battery cells is an important issue. Has become. In particular, there is an urgent need to establish a countermeasure technique in a so-called fire burning test in which heat propagates to another adjacent secondary battery cell when the temperature of one secondary battery cell becomes high. The smoldering test means that when one of the secondary battery cells included in the battery module undergoes thermal runaway, it will be thermally linked to the surrounding secondary battery cells and eventually the battery module will burst or ignite. It is a test to verify.
さらにまた、二次電池セル間に配置されるスペーサについても小型化が求められている。 Furthermore, miniaturization is also required for the spacers arranged between the secondary battery cells.
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一は、二次電池セルの一部が高温となった際に隣接する他の二次電池セルに与える影響を低減させる類焼防止機能を備えた電源装置及びこれを備える車両、蓄電装置並びに電源装置用セパレータを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a background. One of the objects of the present invention is to provide a power supply device having a fireproofing function that reduces the effect on a secondary battery cell adjacent to another secondary battery cell when a part of the secondary battery cell becomes hot, and a vehicle equipped with the power supply device. It is to provide a separator for a power storage device and a power supply device.
本発明の第1の形態に係る電源装置によれば、互いに隣接して配置された複数の二次電池セルと、前記隣接する二次電池セル同士の間に、それぞれ介在されるセパレータとを備える電源装置であって、各セパレータは、その表面に、所定の大きさに開口し、開口端縁を閉空間とした穴部を、所定のパターンで複数形成することができる。上記構成により、多数の穴部を空気層として、セパレータの断熱性を高め、隣接する二次電池セル間を断熱して類焼や延焼を効果的に阻止できる。 The power supply device according to the first aspect of the present invention includes a plurality of secondary battery cells arranged adjacent to each other, and separators respectively interposed between the adjacent secondary battery cells. In the power supply device, each separator can have a plurality of holes formed in a predetermined pattern on its surface, the holes having a predetermined size and having an opening edge as a closed space. With the above configuration, the large number of holes serve as an air layer to enhance the heat insulating property of the separator and to thermally insulate the adjacent secondary battery cells from each other, thereby effectively preventing fire burning and spread.
また、第2の形態に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、前記穴部を貫通孔とできる。上記構成により、穴部を容易に形成できる。 According to the power supply device of the second aspect, in addition to the above configuration, the hole can be a through hole. With the above configuration, the hole can be easily formed.
さらに、第3の形態に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記穴部を、前記セパレータ表面に対して傾斜して形成することができる。上記構成により、穴部をセパレータ表面に対して垂直に形成した場合と比べ、穴部の経路を長くして、熱抵抗を大きくすることができる。 Further, according to the power supply device of the third aspect, in addition to any of the above configurations, the hole can be formed to be inclined with respect to the surface of the separator. With the above configuration, the path of the hole can be lengthened and the thermal resistance can be increased as compared with the case where the hole is formed perpendicularly to the surface of the separator.
さらにまた、第4の形態に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記穴部を非貫通孔とできる。上記構成により、熱の対流移動を阻止して断熱性能を高めることができる。 Furthermore, according to the power supply device of the fourth aspect, in addition to any of the above configurations, the hole can be a non-through hole. With the above configuration, it is possible to prevent convection movement of heat and improve the heat insulating performance.
さらにまた、第5の形態に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記穴部を、前記セパレータの第一主面側に開口させると共に、前記第一主面と反対側の第二主面において、前記第一主面に開口された穴部の位置とは異なる位置に開口させることができる。上記構成により、穴部を非貫通孔としつつ、セパレータの両面に、重複しない位置に開口させることで、穴部の深さを貫通孔と比べて浅くしながら、実質的に穴部の体積を増して断熱性能を高めることができる。 Furthermore, according to the power supply device of the fifth aspect, in addition to any one of the above configurations, the hole is opened on the first main surface side of the separator, and on the side opposite to the first main surface. The second main surface can be opened at a position different from the position of the hole opened in the first main surface. With the above configuration, while the hole is a non-through hole, on both sides of the separator, by opening in a position that does not overlap, while making the depth of the hole shallow compared to the through hole, substantially the volume of the hole. In addition, the heat insulation performance can be improved.
さらにまた、第6の形態に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記穴部の直径を、5mm以下に形成することができる。これにより、熱対流の発生阻止して断熱性能を効果的に発揮させることができる。 Furthermore, according to the power supply device of the sixth aspect, in addition to any of the above configurations, the diameter of the hole can be formed to 5 mm or less. As a result, it is possible to prevent the generation of heat convection and effectively exhibit the heat insulating performance.
さらにまた、第7の形態に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、各セパレータを、前記穴部を形成した第一層と、前記第一層と耐熱性の異なる第二層を積層して構成することができる。これにより、層毎に異なる特性を付加してセパレータの機能を高めることができる。 Furthermore, according to the power supply device of the seventh aspect, in addition to any one of the above configurations, each separator includes a first layer in which the hole is formed and a second layer having a heat resistance different from that of the first layer. It can be formed by stacking layers. This makes it possible to add different characteristics to each layer and enhance the function of the separator.
さらにまた、第8の形態に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記第二層を、前記第一層よりも厚さを厚くすることができる。 Furthermore, according to the power supply device of the eighth aspect, in addition to any of the above configurations, the second layer can be thicker than the first layer.
さらにまた、第9の形態に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記穴部を、前記セパレータの一部に形成したものとすることができる。 Furthermore, according to the power supply device of the ninth aspect, in addition to any of the above configurations, the hole can be formed in a part of the separator.
さらにまた、第10の形態に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、車両の駆動用の電源装置とすることができる。 Furthermore, according to the power supply device of the tenth aspect, in addition to any one of the above configurations, a power supply device for driving a vehicle can be provided.
さらにまた、第11の形態に係る電源装置を備える車両によれば、上記何れかの構成に係る電源装置と、該電源装置から電力供給される走行用のモータと、前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備えることができる。 Furthermore, according to a vehicle including the power supply device according to the eleventh aspect, the power supply device according to any one of the above configurations, a traveling motor supplied with power from the power supply device, the power supply device and the motor are provided. The vehicle may be equipped with a vehicle body and wheels that are driven by the motor to drive the vehicle body.
さらにまた、第12の形態に係る蓄電装置によれば、上記何れかの構成に係る電源装置と、前記電源装置への充放電を制御する電源コントローラを備えており、前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記二次電池セルへの充電を可能とすると共に、前記二次電池セルに対し充電を行うよう制御することができる。 Furthermore, according to the power storage device of the twelfth aspect, the power supply device according to any one of the above configurations and a power supply controller that controls charging and discharging of the power supply device are provided. It is possible to charge the secondary battery cell with the electric power from and to control the secondary battery cell to be charged.
さらにまた、第13の形態に係るセパレータによれば、互いに隣接して配置された複数の二次電池セル同士の間に介在させるためのセパレータであって、絶縁性を有する硬質の部材で構成され、その表面に、所定の大きさに開口し、開口端縁を閉空間とした穴部を、所定のパターンで複数形成することができる。上記構成により、多数の穴部を空気層として、セパレータの断熱性を高め、隣接する二次電池セル間を断熱して類焼や延焼を効果的に阻止できる。 Furthermore, according to the separator of the thirteenth aspect, the separator is interposed between a plurality of secondary battery cells arranged adjacent to each other, and is composed of a hard member having an insulating property. It is possible to form a plurality of holes in a predetermined pattern on the surface thereof, the holes having a predetermined size and having the opening edge as a closed space. With the above configuration, the large number of holes serve as an air layer to enhance the heat insulating property of the separator and to thermally insulate the adjacent secondary battery cells from each other, thereby effectively preventing fire burning and spread.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
(実施形態1)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments described below are examples for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following. In addition, the present specification does not specify the members described in the claims to the members of the embodiment. Unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative positions, etc. of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention thereto, but merely illustrative examples. Nothing more. The sizes and positional relationships of members shown in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation. Further, in the following description, the same names and reference numerals indicate the same or similar members, and detailed description thereof will be appropriately omitted. Further, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are configured by the same member and one member also serves as a plurality of elements, or conversely, the function of one member is performed by a plurality of members. It can be shared and realized.
(Embodiment 1)
本発明の実施形態1に係る電源装置100の斜視図を図1に、その分解斜視図を図2に、それぞれ示す。これらの図に示す電源装置100は、複数の二次電池セル1を積層している電池積層体2と、この電池積層体2の両端に配置された一対のエンドプレート3と、一対のエンドプレート3に両端が連結されて、電池積層体2を締結する一対の締結部材4とを備えている。さらに、電源装置100は、締結部材4が、電池積層体2の側面に沿って配置される本体部40と、この本体部40の両端で折曲されて、エンドプレート3の外側面に固定される固定部41とを備えている。
(二次電池セル1)
FIG. 1 shows a perspective view of a
(Secondary battery cell 1)
二次電池セル1は、図2に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体2としている。二次電池セル1はリチウムイオン二次電池である。ただし、二次電池セルは、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、充電できる全ての二次電池とすることもできる。二次電池セル1は、密閉構造の外装缶に正負の電極板を電解液と共に収容している。外装缶は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板を角形にプレス成形され、開口部を封口板で気密に密閉している。封口板は、外装缶と同じアルミニウムやアルミニウム合金で、両端部に正負の電極端子11を固定している。さらに、封口板は、正負の電極端子11の間に、ガス排出弁15を設けている。
As shown in FIG. 2, the secondary battery cell 1 is a prismatic battery having a width wider than the thickness, in other words, a width smaller than the width, and is stacked in the thickness direction to form a
複数の二次電池セル1は、各二次電池セル1の厚み方向が積層方向となるように積層されて電池積層体2を構成している。二次電池セル1は、正負の電極端子11を設けている端子面10を同一平面に配置して、複数の二次電池セル1を積層して電池積層体2としている。
(セパレータ12)
A plurality of secondary battery cells 1 are stacked so that the thickness direction of each secondary battery cell 1 is the stacking direction to form a
(Separator 12)
電池積層体2は、図2に示すように、積層している二次電池セル1の間にセパレータ12を挟着している。図のセパレータ12は、絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作されている。図に示すセパレータ12は、二次電池セル1の対向面とほぼ等しい大きさのプレート状としており、このセパレータ12を互いに隣接する二次電池セル1の間に積層して、隣接する二次電池セル1同士を絶縁している。なお、図示はしないが、セパレータ12は、二次電池セル1とスペーサの間に冷却気体の流路が形成される形状としてもよい。また、二次電池セル1の表面を絶縁材で被覆することもできる。例えばPET樹脂等のシュリンクチューブで二次電池セルの電極部分を除く外装缶の表面を熱溶着させてもよい。
(電池積層体2)
As shown in FIG. 2, the
(Battery stack 2)
電池積層体2は、隣接する二次電池セル1の正負の電極端子11に金属製のバスバー(図示せず)が接続されて、バスバーでもって複数の二次電池セル1を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続される。図に示す電池積層体2は、12個の二次電池セル1を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体を構成する二次電池セル1の個数とその接続状態を特定しない。
(端面スペーサ13)
In the
(End spacer 13)
電池積層体2は、両端面に端面スペーサ13を挟んでエンドプレート3を配置している。端面スペーサ13は、図2に示すように、電池積層体2とエンドプレート3との間に配置されてエンドプレート3を電池積層体2から絶縁する。端面スペーサ13は、上述したセパレータ12と同様の材質で構成することができる。図に示す端面スペーサ13は、二次電池セル1の対向面全体をカバーできる大きさのプレート部13Xを備えており、このプレート部13Xを電池積層体2の両端に配置された二次電池セル1とエンドプレート3との間に積層している。
In the
さらに、図2の端面スペーサ13は、二次電池セル1の端子面10をカバーする端子面カバー部13Aを、プレート部13Xの上端縁に連結して設けている。図2の端面スペーサ13は、プレート部13Xの上端縁の全体にわたって、二次電池セル1側に突出する端子面カバー部13Aを設けている。このように、プレート部13Xの上端縁の全体にわたって端子面カバー部13Aを設ける構造は、エンドプレート3と電池積層体2との絶縁距離を確保しながら、二次電池セル1の上面である端子面10を確実にカバーして絶縁特性を向上できる。
(エンドプレート3)
Further, the
(End plate 3)
エンドプレート3は、図1と図2に示すように、電池積層体2の両端に配置されると共に、電池積層体2の両側面に沿って配置される締結部材4を介して締結される。エンドプレート3は、電池積層体2の二次電池セル1の積層方向における両端であって、端面スペーサ13の外側に配置されて電池積層体2を両端から挟着している。エンドプレート3は、アルミニウム合金製としている。アルミニウム合金としては、Al−Cu−Mg系、Al−Cu−Ni−Mg系、Al−Cu−Si系、Al−Si−Mg系、Al−Si−Cu系、Al−Si−Cu−Mg系、Al−Si−Cu−Ni−Mg系等が利用できる。このアルミニウム合金製のエンドプレート3は、熱処理型合金である。またアルミニウム合金製のエンドプレート3は、後述する通りダイキャストで成型される。またアルミニウム合金製のエンドプレート3は、後述する通り、溶体化処理、焼入れ及び時効熱処理等を含む熱処理によって調質されることが好ましい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
エンドプレート3は、外形を四角形としており、電池積層体2の端面に対向して配置されている。図1と図2に示すエンドプレート3は、二次電池セル1の外形とほぼ等しい外形としている。ずなわち、図に示すエンドプレート3は、左右方向の幅を二次電池セル1の幅と等しくすると共に、上下方向の高さを二次電池セル1の高さと等しくしている。なお、本明細書において、上下方向とは図における上下方向とし、左右方向は、図における左右方向であって、電池の積層方向と直交する水平方向を意味するものとする。
The
さらに、図2に示すエンドプレート3は、エンドプレート3を固定するための貫通孔を複数形成している。例えばエンドプレート3は、締結部材4の固定部41を固定する留め具19を挿入するための第一貫通孔33を有している。図に示すエンドプレート3は、第一貫通孔33として、複数の貫通孔を開口している。図のエンドプレート3は、両側部であって固定部41と対向する位置に、上下に離して複数の第一貫通孔33を設けている。図2のエンドプレート3は、両側に沿って3個ずつ、全体で6個の第一貫通孔33を設けている。このエンドプレート3は、外周面に配置される固定部41を貫通する留め具19が第一貫通孔33に挿入される。第一貫通孔33に挿入された留め具19は、第一貫通孔33に固定されて固定部41を定位置に固定する。
Further, the
さらにエンドプレート3は、第一貫通孔33とは異なる第二貫通孔34として、電源装置を固定部位(例えば車載用の電源装置においては、車両)に固定するボルトを挿入するための貫通孔を形成している。第二貫通孔34は、エンドプレート3の上面において両端に縦穴として貫通されている。
(留め具19)
Further, the
(Clamp 19)
留め具19は、第一貫通孔33に抜けないように固定される。このような留め具19として、止ネジやボルト、リベット等が使用できる。止ネジやボルトである留め具は、第一貫通孔33に挿入する際に、第一貫通孔33に螺合して固定される。したがって、止ネジやボルトである留め具が固定される第一貫通孔33は、内面に止ネジやボルトの雄ネジと噛み合う雌ネジを設けることができる。また、リベットである留め具は、固定部を貫通する状態でエンドプレート3の第一貫通孔33に挿入されると共に、第一貫通孔33の内部において一端がかしめられてエンドプレート3と固定部とを固定する。リベットである留め具は、エンドプレート3の第一貫通孔33の内部で形成されるカシメ部によって、エンドプレート3の第一貫通孔33と固定部の貫通孔の開口縁部とを挟着して、固定部をエンドプレート3に固定する。リベットが挿入される第一貫通孔33は、外側面の開口面積を小さくしてリベットの頭部を通過できない内形とすると共に、反対側である対向面側の開口面積を大きくして、リベットを変形させて形成されるカシメ部を内部に配置できる構造とすることができる。
(締結部材4)
The
(Fastening member 4)
締結部材4は、図1と図2に示すように、電池積層体2の積層方向に延長されており、両端が電池積層体2の両端面に配置されたエンドプレート3に固定されて、このエンドプレート3を介して電池積層体2を積層方向に締結している。締結部材4は、電池積層体2の側面に沿う所定の幅と所定の厚さを有する金属板で、電池積層体2の両側面に対向して配置されている。この締結部材4には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる締結部材4は、プレス成形等により折曲加工されて所定の形状に形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
締結部材4は、電池積層体2の側面に沿って配置される本体部40と、この本体部40の両端で折曲されて、エンドプレート3の外側面に固定される固定部41とを備えている。本体部40は、電池積層体2と、その両端に配置されるエンドプレート3のほぼ全体を被覆する大きさの矩形状としている。図1に示す本体部40は、電池積層体2の側面のほぼ全面を隙間なく被覆している。ただ、本体部40は、1以上の開口部を設けて、電池積層体の側面の一部を表出させることもできる。締結部材4は、両端を一対のエンドプレート3に固定するために、その両端部をエンドプレート3の外側面に沿うように折曲加工して固定部41を設けている。図に示す固定部41は、本体部40及びエンドプレート3の上下方向の高さとほぼ等しくして、エンドプレート3の左右の両側部を被覆している。この締結部材4は、固定部41の先端に設けた貫通孔42に挿入される留め具19を介してエンドプレート3に固定される。さらに、図に示す締結部材4は、本体部40の両端部を除く中間部分の上端部に沿って、電池積層体2の上面及び下面を保持する折曲部44を備えている。折曲部44は、電池積層体2を構成する二次電池セル1の上面及び下面を保持して、各二次電池セル1の端子面10の位置が上下にずれるのを抑制している。
The
なお、締結部材4は、図示しないが、本体部40と折曲部44の内面に絶縁シートを配置して、この絶縁シートにより、電池積層体2の二次電池セル1と締結部材4とを絶縁することができる。さらに、締結部材4は、図示しないが、本体部40の両端部の内面に緩衝材を配置して、エンドプレート3の両側面を振動等の衝撃から保護することもできる。
(セパレータ12の詳細)
Although not shown, the
(Details of separator 12)
セパレータ12の斜視図を図3に示す。このセパレータ12は、絶縁性を有する硬質の部材で構成されている。またセパレータ12の表面には、多数の穴部12xを開口している。穴部12xは、所定の大きさに開口されている。この穴部12xは、開口端縁を閉空間としている。言い換えると、各穴部12xは個別に形成され、互いの穴部12xは連通されていない。例えば図8に示した従来のスペーサ902のように、対向する辺の一端から他端まで連なったスリット状のように形成していない。このような貫通したスリットや穴では、空気の対流が生じるため、断熱効果が弱まると考えられるからである。よって本実施形態では、多数の穴部12xを形成すると共に、各穴部12xを独立した閉空間とすることで、セパレータ12の断熱性を高め、隣接する二次電池セル間を断熱して類焼や延焼を効果的に阻止できる。
A perspective view of the
穴部12xは、所定のパターンで形成される。図3の例では、隣接する列ごとにオフセットさせて穴部12xを配置している。また、穴部を配置するパターンは、碁盤目状とした、同心円状としたり、渦巻き状、あるいはランダムとすることもできる。
The
セパレータ12の表面積は、二次電池セルの表面よりも小さくすることが好ましい。これによって、二次電池セルの膨張時に、この二次電池セルの封口体に印加される力を低減して二次電池セルの外装缶の破損を回避できる。また、セパレータ12を二次電池セルよりも一回り小さくすることで、伝熱面積を小さくして断熱性を向上する効果も得られる。
The surface area of the
また穴部は、セパレータの全面に均一に形成する他、部分的に形成することもできる。例えば図3に示すように、セパレータ12の主面の中央部分に穴部を形成する。あるいは、穴部を設ける密度を、均一にする他、セパレータの中央部分で穴部の密度を高めるように設けてもよい。これは、二次電池セルが熱暴走した場合に、より断熱性を発揮させるためである。一般に二次電池セルは、熱暴走すると二次電池セルの外装缶の中央部分が膨張するため、この部分が特にセパレータを押圧して熱が伝わりやすくなる。そこで、中央部分に多くの穴部を形成することで、空気断熱により、セパレータの中央部分の断熱性能を高めることができる。また穴部を多く形成すると、その分だけセパレータの可撓性も部分的に向上し、変形を吸収する作用も奏されることが期待される。
The holes may be formed uniformly on the entire surface of the separator or may be partially formed. For example, as shown in FIG. 3, a hole is formed in the central portion of the main surface of the
穴部12xの形状は、円形状とする他、楕円形状や四角形状、六角形状等の多角形状としてもよい。また貫通孔としてもよいし、非貫通孔としてもよい。また、それぞれの穴部12は、同一形状とする必要はなく、複数種類の形状を組み合わせることもできる。多数の穴部は、例えばセパレータの表面に対して、パンチングにより形成できる。また穴部12xの直径は、熱対流が生じないように小さくすること好ましく、例えば5mm以下とする。
The
また穴部は、セパレータ表面に対して垂直に形成する他、斜めに傾斜させて形成してもよい。ここで実施形態1に係るセパレータ12Aとして、断面視において斜め方向に貫通させた穴部12aの例を図4Aの断面図に示す。このように、穴部12aをセパレータ12A表面に対して傾斜させた貫通孔とすることで、穴部をセパレータ表面に対して垂直に形成した場合と比べ、穴部12aの経路を長くして、熱抵抗を大きくすることができる。
Further, the hole may be formed perpendicularly to the surface of the separator or may be formed obliquely. Here, as the
一方、穴部を非貫通孔とする場合は、セパレータの一方の主面のみに形成する他、両面にそれぞれ形成することもできる。この際、各面に形成する穴部は、重複しない位置に形成することが好ましい。このような例を実施形態2に係るセパレータ12Bとして図4Bの断面図に示す。この図に示すセパレータ12Bは、セパレータ12Bの第一主面側12B1(図において右側)に穴部12b1を開口させると共に、この第一主面12B1と反対側の第二主面12B2において、第一主面12B1に開口された穴部12b1の位置とは異なる位置に、穴部12b2を開口させている。このようにすることで、穴部を非貫通孔としつつ、セパレータ12Bの両面に、重複しない位置にそれぞれ開口させることで、穴部の深さを貫通孔と比べて浅くしながらも、実質的に穴部の体積を増して断熱性能を高めることができる。また、穴部を非貫通孔とすることで、輻射による伝熱の影響を低減できる。
On the other hand, when the hole is a non-through hole, it can be formed not only on one main surface of the separator but also on both surfaces. At this time, it is preferable that the holes formed on each surface are formed at positions that do not overlap. Such an example is shown in the cross-sectional view of FIG. 4B as a
さらに穴部は、必ずしも開口端をセパレータの表面に表出させる必要はなく、セパレータの内部に形成することもできる。例えば図4Cの拡大断面図に示すように、セパレータ12Cを多孔質の材料で形成して、セパレータ12C内部に含まれる多数の多孔質12cすなわち気泡に含まれる空気等の気体により断熱性を発揮させ、延焼防止層を形成している。この構成であれば、加工が容易で比較的簡単に断熱性能を発揮させることができる。
Further, the hole does not necessarily need to have the open end exposed on the surface of the separator, and can be formed inside the separator. For example, as shown in the enlarged cross-sectional view of FIG. 4C, the
多孔質性のセパレータ12Cは、断熱性を高めることで延焼防止層として機能する。延焼防止層は、セパレータ12Cの断面において均一に多孔質12cを分散させて、セパレータ12Cの全体として機能させることが好ましい。ただ、セパレータの表面のみに多孔質層を偏在させてもよい。この場合は、多孔質層を設けたセパレータの一部のみが延焼防止層として機能する。また多孔質層をセパレータ12Cの内部に存在させることで、変形のし易さにも寄与する。
The
セパレータは、断熱性の材質で構成する。図4Cのセパレータ12Cは、中実な樹脂に気泡を充填して構成している。樹脂材料としては、発泡性ポリウレタン樹脂等の有機材料や、有機材料と無機材料のハイブリッド樹脂等が利用できる。例えばエポキシ樹脂とシリカを組み合わせて、エポキシ樹脂の熱的に弱い部分に、加熱によってシリカに変わる成分を結合させることで、熱的に弱い部分を保護してガラス転移点を回避できる。
The separator is made of a heat insulating material. The
さらにまた、セパレータを複数層で形成してもよい。例えば図4Dの拡大平面図に示す実施形態4に係るセパレータ12Dでは、穴部を形成した断熱層12D1と、この断熱層12D1と耐熱性の異なる絶縁層12D2を積層している。このように複数層でセパレータ12Dを構成することで、各層に異なる性能を付加して複数の特性を与えることができる。具体的には、セパレータ12Dは、断熱層12D1と絶縁層12D2が積層される構成となっているため、断熱層12D1自体は絶縁性を有していなくても良く、材料選択の自由度を向上させることができる。また、例えば絶縁層の厚さを、断熱層よりも厚くすることで、絶縁層側でセパレータの剛性を高めることができる。絶縁層側には穴部を形成しないことで、一層剛性を高められる。あるいは、断熱層側の穴部を貫通孔として、絶縁層と貼り合わせることでセパレータとして、断熱層側にのみ非貫通孔の穴部を開口させてもよい。あるいは絶縁層にも貫通孔を設けつつ、絶縁層側の貫通孔の位置を断熱層側の貫通孔の位置と異ならせることで、これらを積層して非貫通孔で重複しない穴部を各面に容易に形成できる。このように二層に分割することで、セパレータの加工性を向上できる。また断熱層と絶縁層を異なる材質で構成してもよい。例えば断熱層を断熱性の高い材質で形成し、絶縁層は可撓性を有する材質で構成することで、セパレータに断熱性と可撓性を付加することができる。
Furthermore, the separator may be formed in multiple layers. For example, in the
さらに積層数は、二層に限らず三層以上としてもよい。この場合、さらに異なる機能を付加してもよい。例えば断熱層に貫通孔を形成して断熱性を発揮させ、中間の絶縁層を中実な層として強度を向上させ、さらに第三層を可撓性を有する層として、セパレータに可撓性を付加し、二次電池セルが熱膨張した際にその変形を吸収することができる。 Further, the number of laminated layers is not limited to two, and may be three or more. In this case, a different function may be added. For example, a through-hole is formed in the heat insulating layer to exhibit heat insulating properties, the intermediate insulating layer is a solid layer to improve strength, and the third layer is a flexible layer to make the separator flexible. In addition, when the secondary battery cell thermally expands, its deformation can be absorbed.
さらに、セパレータの表面の摩擦係数を高め、滑り止め効果を発揮させることも好ましい。これによって、電池モジュールの耐振動、衝撃性を向上できる。例えば、セパレータの表面に滑り止めのコーティングを施す。 Further, it is also preferable to increase the coefficient of friction of the surface of the separator to exert an anti-slip effect. This can improve the vibration resistance and shock resistance of the battery module. For example, a non-slip coating is applied to the surface of the separator.
このようにセパレータに多数の穴部を形成して空気層を設け、セパレータの断熱性を高めることで、隣接する二次電池セル間を断熱して類焼や延焼を効果的に阻止できる。 By thus forming a large number of holes in the separator and providing an air layer to improve the heat insulating property of the separator, heat insulation between adjacent secondary battery cells can be effectively prevented.
以上の例では外装缶を角型とする二次電池セルに適用する例を説明したが、本発明はこれに限らず、他の形状の電池、例えばラミネート形の二次電池セルや円筒形の二次電池セルにも適用できる。 In the above example, an example in which the outer can is applied to a secondary battery cell having a rectangular shape has been described, but the present invention is not limited to this, and batteries having other shapes, for example, a laminated secondary battery cell or a cylindrical battery. It can also be applied to secondary battery cells.
以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。なお、車両を駆動する電力を得るために、上述した電源装置を直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置1000を構築した例として説明する。
(ハイブリッド車用電源装置)
The above power supply device can be used as a vehicle-mounted power supply. As a vehicle equipped with a power supply device, an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs on both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only on a motor can be used, and is used as a power source for these vehicles. .. In addition, in order to obtain electric power for driving a vehicle, a large-capacity, high-output
(Power supply device for hybrid vehicles)
図5に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両HVは、車両本体90と、車両本体90を走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、モータ93に電力を供給する電源装置1000と、電源装置1000の電池を充電する発電機94と、モータ93とエンジン96で駆動されて車両本体90を走行させる車輪97とを備えている。電源装置1000は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。車両HVは、電源装置1000の電池を充放電しながらモータ93とエンジン96の両方で走行する。モータ93は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ93は、電源装置1000から電力が供給されて駆動する。発電機94は、エンジン96で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置1000の電池を充電する。
(電気自動車用電源装置)
FIG. 5 shows an example of mounting a power supply device on a hybrid vehicle that runs on both an engine and a motor. A vehicle HV equipped with the power supply device shown in this figure includes a vehicle
(Power supply device for electric vehicles)
また図6に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両EVは、車両本体90と、車両本体90を走行させる走行用のモータ93と、このモータ93に電力を供給する電源装置1000と、この電源装置1000の電池を充電する発電機94、モータ93で駆動されて車両本体90を走行させる車輪97とを備えている。モータ93は、電源装置1000から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置1000の電池を充電する。
(蓄電用電源装置)
Further, FIG. 6 shows an example in which a power supply device is mounted on an electric vehicle that runs only by a motor. A vehicle EV equipped with the power supply device shown in this figure includes a vehicle
(Power storage device for storage)
さらに、この電源装置は、移動体用の動力源としてのみならず、載置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図7に示す。この図に示す電源装置1000は、複数の電池パック81をユニット状に接続して電池ユニット82を構成している。各電池パック81は、複数の二次電池セルが直列及び/又は並列に接続されている。各電池パック81は、電源コントローラ84により制御される。この電源装置1000は、電池ユニット82を充電用電源CPで充電した後、負荷LDを駆動する。このため電源装置1000は、充電モードと放電モードを備える。負荷LDと充電用電源CPはそれぞれ、放電スイッチDS及び充電スイッチCSを介して電源装置1000と接続されている。放電スイッチDS及び充電スイッチCSのON/OFFは、電源装置1000の電源コントローラ84によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ84は充電スイッチCSをONに、放電スイッチDSをOFFに切り替えて、充電用電源CPから電源装置1000への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷LDからの要求に応じて、電源コントローラ84は充電スイッチCSをOFFに、放電スイッチDSをONにして放電モードに切り替え、電源装置1000から負荷LDへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチCSをONに、放電スイッチDSをONにして、負荷LDの電力供給と、電源装置1000への充電を同時に行うこともできる。
Further, the power supply device can be used not only as a power source for a moving body but also as a stationary power storage facility. For example, as a power supply for homes and factories, a power supply system that charges with sunlight or late-night power and discharges when necessary, or a power supply for street lights that charges sunlight during the day and discharges at night, or during a power failure It can also be used as a backup power source for driving traffic signals. Such an example is shown in FIG. In the
電源装置1000で駆動される負荷LDは、放電スイッチDSを介して電源装置1000と接続されている。電源装置1000の放電モードにおいては、電源コントローラ84が放電スイッチDSをONに切り替えて、負荷LDに接続し、電源装置1000からの電力で負荷LDを駆動する。放電スイッチDSはFET等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチDSのON/OFFは、電源装置1000の電源コントローラ84によって制御される。また電源コントローラ84は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図7の例では、UARTやRS−232C等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器HTと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。
The load LD driven by the
各電池パック81は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、パック入出力端子DIと、パック異常出力端子DAと、パック接続端子DOとを含む。パック入出力端子DIは、他のパック電池や電源コントローラ84からの信号を入出力するための端子であり、パック接続端子DOは子パックである他のパック電池に対して信号を入出力するための端子である。またパック異常出力端子DAは、パック電池の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池パック81同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット82は、並列接続スイッチ85を介して出力ラインOLに接続されて互いに並列に接続されている。
Each
本発明に係る電源装置及びこれを備える車両、蓄電装置並びに電源装置用セパレータは、EV走行モードとHEV走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。 A power supply device according to the present invention, a vehicle including the power supply device, a power storage device, and a power supply device separator are power supplies for a plug-in hybrid electric vehicle, a hybrid electric vehicle, an electric vehicle, and the like that can switch between an EV running mode and an HEV running mode. It can be suitably used as a device. In addition, a backup power supply device that can be installed in the rack of a computer server, a backup power supply device for wireless base stations such as mobile phones, a power supply power supply for homes and factories, and a street light power supply. It can also be appropriately used for applications such as backup power sources for traffic signals and the like.
1…二次電池セル
2…電池積層体
3…エンドプレート
4…締結部材
10…端子面
11…電極端子
12、12A、12B、12C、12D…セパレータ
12B1…第一主面;12B2…第二主面
12D1…断熱層;12D2…撥水層
12a…穴部;12b1、12b2…穴部;12c…多孔質;12x…穴部
13…端面スペーサ
13X…プレート部
13A…端子面カバー部
15…ガス排出弁
19…留め具
33…第一貫通孔
34…第二貫通孔
40…本体部
41…固定部
42…貫通孔
44…折曲部
81…電池ブロック
82…電池ユニット
84…電源コントローラ
85…並列接続スイッチ
90…車両本体
93…モータ
94…発電機
95…DC/ACインバータ
96…エンジン
97…車輪
100…電源装置
901…二次電池セル
902…スペーサ
903…エンドプレート
904…バインドバー
1000…電源装置
HV…車両
EV…車両
CP…充電用電源
LD…負荷
DS…放電スイッチ
CS…充電スイッチ
OL…出力ライン
HT…ホスト機器
DI…入出力端子
DA…異常出力端子
DO…接続端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...
Claims (13)
前記隣接する二次電池セル同士の間に、それぞれ介在されるセパレータと、
を備える電源装置であって、
各セパレータは、その表面に、所定の大きさに開口し、開口端縁を閉空間とした穴部を、所定のパターンで複数形成してなる電源装置。 A plurality of secondary battery cells arranged adjacent to each other,
Between the adjacent secondary battery cells, a separator respectively interposed,
A power supply device comprising:
Each separator is a power supply device in which a plurality of holes having a predetermined size and having a closed space at the opening edge are formed in a predetermined pattern on the surface thereof.
前記穴部が、貫通孔である電源装置。 The power supply device according to claim 1, wherein
The power supply device in which the hole is a through hole.
前記穴部が、前記セパレータ表面に対して傾斜して形成されてなる電源装置。 The power supply device according to claim 2, wherein
A power supply device in which the hole is formed to be inclined with respect to the surface of the separator.
前記穴部が、非貫通孔である電源装置。 The power supply device according to claim 1, wherein
The power supply device in which the hole is a non-through hole.
前記穴部を、
前記セパレータの第一主面側に開口させると共に、
前記第一主面と反対側の第二主面において、前記第一主面に開口された穴部の位置とは異なる位置に開口させてなる電源装置。 The power supply device according to claim 4,
The hole,
With opening to the first main surface side of the separator,
A power supply device having a second main surface opposite to the first main surface, the opening being provided at a position different from the position of the hole formed in the first main surface.
前記穴部の直径が、5mm以下に形成されてなる電源装置。 It is a power supply device as described in any one of Claims 1-5, Comprising:
A power supply device in which the hole has a diameter of 5 mm or less.
各セパレータが、前記穴部を形成した第一層と、
前記第一層と耐熱性の異なる第二層を積層して構成されてなる電源装置。 It is a power supply device of Claims 1-6, Comprising:
Each separator, a first layer forming the hole,
A power supply device configured by stacking the first layer and a second layer having different heat resistance.
前記第二層が、前記第一層よりも厚さを厚くしてなる電源装置。 The power supply device according to claim 7,
A power supply device in which the second layer is thicker than the first layer.
前記穴部が、前記セパレータの一部に形成されてなる電源装置。 It is a power supply device of Claims 1-8, Comprising:
A power supply device in which the hole is formed in a part of the separator.
車両の駆動用の電源装置である電源装置。 It is a power supply device as described in any one of Claims 1-9, Comprising:
A power supply device that is a power supply device for driving a vehicle.
前記電源装置と、該電源装置から電力供給される走行用のモータと、前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備える車両。 A vehicle comprising the power supply device according to claim 1.
The power supply device, a traveling motor supplied with power from the power supply device, a vehicle main body including the power supply device and the motor, and wheels driven by the motor to drive the vehicle main body. vehicle.
前記電源装置への充放電を制御する電源コントローラを備えており、
前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記二次電池セルへの充電を可能とすると共に、前記二次電池セルに対し充電を行うよう制御することを特徴とする蓄電装置。 A power storage device comprising the power supply device according to claim 1.
It is equipped with a power supply controller for controlling the charging and discharging of the power supply device,
A power storage device, wherein the power supply controller enables charging of the secondary battery cell with electric power from the outside and controls the secondary battery cell to be charged.
絶縁性を有する硬質の部材で構成され、
その表面に、所定の大きさに開口し、開口端縁を閉空間とした穴部を、所定のパターンで複数形成してなるセパレータ。 A separator for interposing between a plurality of secondary battery cells arranged adjacent to each other,
Composed of hard insulating material,
A separator formed by forming a plurality of holes, each having a predetermined size and having a closed space at an opening edge, on a surface thereof in a predetermined pattern.
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