JP2020181725A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、車両等に搭載される電池パックに関し、特に、電池セルの熱暴走(熱連鎖)時の安全性をより高めることができる電池パックの構造に関する。 The present invention relates to, for example, a battery pack mounted on a vehicle or the like, and more particularly to a structure of a battery pack capable of further enhancing safety during thermal runaway (thermal chain) of a battery cell.
電動機(モータ)を動力源として備える電気自動車やハイブリッド車等の電動車両には、電動機に電力を供給するための電池パックが搭載されている。電池パックは、複数の電池セルと、これら複数の電池セルを収容するケースとを備えており、各電池セルはケース内で電気的に接続されている。 Electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles equipped with an electric motor as a power source are equipped with a battery pack for supplying electric power to the electric motor. The battery pack includes a plurality of battery cells and a case for accommodating the plurality of battery cells, and each battery cell is electrically connected in the case.
各電池セルの構造は様々あるが、例えば、正極板、負極板及びセパレータを含む発電要素を電解液と共に容器内に収容し、この容器を蓋部材によって密閉するようにしたものがある。このような電池セルにおいては、例えば、容器内に金属ごみ等の異物が混入していると、この異物によって内部短絡(ショート)が発生してしまう虞がある。 There are various structures of each battery cell, and for example, there is one in which a power generation element including a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator is housed in a container together with an electrolytic solution, and the container is sealed by a lid member. In such a battery cell, for example, if foreign matter such as metal dust is mixed in the container, there is a possibility that an internal short circuit (short circuit) may occur due to the foreign matter.
内部短絡が生じると、容器内の温度が上昇すると共にガスが発生し、容器内の圧力が上昇してしまうことがある。このため電池セルには、一般的に、容器内の圧力が所定値まで上昇すると開弁する安全弁が設けられ、圧力上昇による破裂を抑制している。 When an internal short circuit occurs, the temperature inside the container rises and gas is generated, which may increase the pressure inside the container. For this reason, the battery cell is generally provided with a safety valve that opens when the pressure in the container rises to a predetermined value to suppress bursting due to the pressure rise.
また、複数の電池セルが容器内に密封されている電池パックにおいては、内部短絡に伴い安全弁が開弁すると、その電池セルの熱の影響を受けて、隣接する正常な電池セルでも内圧が上昇して安全弁が開弁してしまうといった状況(いわゆる熱暴走、熱連鎖)に陥る虞がある。 Further, in a battery pack in which a plurality of battery cells are sealed in a container, when the safety valve is opened due to an internal short circuit, the internal pressure rises even in adjacent normal battery cells due to the influence of the heat of the battery cells. As a result, the safety valve may open (so-called thermal runaway, heat chain).
ところで、複数の電池セルを備える電池パックの構造は様々提案されているが、例えば、複数の電池セルを所定数毎に金属製のホルダで保持してケースに固定するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。 By the way, various structures of a battery pack including a plurality of battery cells have been proposed. For example, there is a battery pack in which a plurality of battery cells are held in a predetermined number by a metal holder and fixed to a case (. For example, see Patent Document 1).
電池パックには、このような金属製のホルダ上に電圧検出線が設けられているものがある。このような構造において熱暴走が生じると、電池セルの熱がホルダを介して電圧検出線に伝わり電圧検出線の被覆が剥がれ、短絡等の二次的な被害が発生してしまう虞がある。 Some battery packs have a voltage detection line on such a metal holder. If thermal runaway occurs in such a structure, the heat of the battery cell is transmitted to the voltage detection line via the holder, the coating of the voltage detection line may be peeled off, and secondary damage such as a short circuit may occur.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電池パックの異常(例えば、熱暴走)が発生した場合でも、電圧検出線を安全な状態に保持することができる電池パックを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a battery pack capable of maintaining a voltage detection line in a safe state even when an abnormality (for example, thermal runaway) of the battery pack occurs. The purpose is to do.
上記課題を解決する本発明の一つの態様は、ケース内に収容される複数の電池セルを備える電池パックであって、前記電池セルをケースに固定する金属製のホルダを備え、前記ホルダ付近には、各電池セルにそれぞれ接続される電圧検出線が設けられており、前記ホルダと前記電圧検出線との間には、前記電池セルの熱暴走に伴う発熱により膨張する熱膨張材が配置されていることを特徴とする電池パックにある。 One aspect of the present invention that solves the above problems is a battery pack including a plurality of battery cells housed in a case, the battery pack having a metal holder for fixing the battery cells to the case, and near the holder. Is provided with a voltage detection line connected to each battery cell, and a thermal expansion material that expands due to heat generated by the thermal runaway of the battery cell is arranged between the holder and the voltage detection line. It is in the battery pack, which is characterized by being.
ここで、前記電圧検出線の前記電池セルとの接続部は、前記熱膨張材が膨張した際に接続が維持されるように弛緩状態となっていることが好ましい。 Here, it is preferable that the connection portion of the voltage detection line with the battery cell is in a relaxed state so that the connection is maintained when the thermal expansion material expands.
また前記電圧検出線の前記電池セルとは反対側は、前記ケースによって覆われており、前記電圧検出線と前記ケースとの間には、空間部が形成されていることが好ましい。さらに、前記空間部の距離は、少なくとも熱膨張後の前記熱膨張材の厚さ以上であることが好ましい。 Further, it is preferable that the side of the voltage detection line opposite to the battery cell is covered with the case, and a space portion is formed between the voltage detection line and the case. Further, the distance of the space portion is preferably at least the thickness of the thermal expansion material after thermal expansion.
また前記電圧検出線の前記電池セルとの接続部は、前記熱膨張材が膨張した際に切断されるように緊張状態となっていてもよい。この場合、前記熱膨張材には、前記電池セルに接続される各電圧検出線が個別に挿入される複数の挿入孔が形成されていることが好ましい。 Further, the connection portion of the voltage detection line with the battery cell may be in a tense state so as to be cut when the thermal expansion material expands. In this case, it is preferable that the thermal expansion material is formed with a plurality of insertion holes into which each voltage detection line connected to the battery cell is individually inserted.
かかる本発明の電池パックによれば、電池パックの異常(例えば、熱暴走)が発生した場合でも、電圧検出線を安全な状態に保持することができる。 According to the battery pack of the present invention, the voltage detection line can be maintained in a safe state even when an abnormality (for example, thermal runaway) of the battery pack occurs.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係る電池パックは、例えば、電動車両に搭載され、電池セルに設けられた安全弁が開弁して熱暴走が発生した場合でも、電圧検出線を安全な状態に保持することができる構造に特徴を有するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The battery pack according to the present invention is mounted on an electric vehicle, for example, and has a structure capable of maintaining a voltage detection line in a safe state even when a safety valve provided in a battery cell is opened and thermal runaway occurs. It has the characteristics of.
図1に示す車両1は、例えば、電気自動車やハイブリッド車両等の電動車両であり、図示しないモータ(電動機)に電力を供給するための電池パック10が搭載されている。
The vehicle 1 shown in FIG. 1 is, for example, an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, and is equipped with a
電池パック10は、図2に示すように、パックトレイ11及びパックカバー12とで構成される電池ケース13と、この電池ケース13内に収容される電池モジュール20と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
電池ケース13内には、図2及び図3に示すように、電池モジュール20が複数収容されており、各電池モジュール20は、近接して並設された複数の電池セル(二次電池)30を備えている。このように電池ケース13内には、複数の電池セル30が収容されている。これら複数の電池セル30は、図示は省略するがバスバー等によって直列に接続されている。なお各電池モジュール20が備える電池セル30の数は、特に限定されるものではない。
As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of
ここで、複数の電池セル30を備える各電池モジュール20は、金属製のホルダ40によって、パックトレイ11に固定されている。本実施形態では、ホルダ40は、電池モジュール20を構成する各電池セル30の上部を覆って設けられるアッパホルダ41を備え、このアッパホルダ41がボルト等によってパックトレイ11に固定されている。
Here, each
電池モジュール20を構成する各電池セル30は、例えば、リチウムイオン電池等の密閉型の二次電池であり、図4に示すように、容器31と、容器31を封止する蓋部材32と、を備えている。容器31の内部には、正極板、負極板及びセパレータを含む電極体(発電要素)が電解液と共に収容されている。また電極体は、公知の構造であるため、ここでの説明は省略する。
Each
蓋部材32には、容器31内に収容された電極体の正極板又は負極板にそれぞれ接続される正極端子部材33及び負極端子部材34が設けられている。蓋部材32にはさらに、これら正極端子部材33及び負極端子部材34間に安全弁35が設けられている。
The lid member 32 is provided with a positive electrode terminal member 33 and a negative
安全弁35は、蓋部材32の他の部分よりも相対的に脆弱に形成されており、例えば、容器31内で内部短絡(ショート)が生じた際等に、容器31の内圧が所定値に達すると開弁するように構成されている。これにより容器31の内圧が上昇した場合でも、容器31内のガスが開弁した安全弁35から外部に噴出する。したがって、内圧の上昇による容器31の破裂を抑制することができる。
The
ところで、図5に示すように、電池ケース13内に収容される各電池セル(バスバー含む)30の端子間には、各電池セル30の電圧を検出するための電圧検出線50がそれぞれ接続されている。この電圧検出線50は、図示は省略するがバッテリ制御ユニット(BMS)に接続されている。バッテリ制御ユニットは、電圧検出線50を介して各電池セル30の電圧を検出し、その検出結果等に基づいて、各電池セル30の充電状態や異常の有無を監視する。
By the way, as shown in FIG. 5, a
電圧検出線50は、電池モジュール20をパックトレイ11に固定するためのホルダ40付近に配設されている。例えば、本実施形態では、電圧検出線50は、ホルダ40(アッパホルダ41)上に配設されている。電圧検出線50は、より詳細には、複数本が束ねられた状態でホルダ40上に配設される配線部51と、この配線部51から延設されて各電池セル30の端子間にそれぞれ接続される接続部52とで構成されている。
The
そして、この電圧検出線50とホルダ40(アッパホルダ41)との間(隙間)には、シート状の熱膨張材(熱膨張シート)70が設けられている。すなわちホルダ40上には、電圧検出線50の接続部52が延設される部分を除く所定領域に、熱膨張シート70が設けられ、この熱膨張シート70上に電圧検出線50の配線部51が固定されている。
A sheet-shaped thermal expansion material (thermal expansion sheet) 70 is provided between the
熱膨張シート70は、比較的厚さの薄いシート状の熱膨張材であり、電池セル30が正常な状態では、電圧検出線50は、ホルダ40に近接して配置されている(図5(a))。一方、電池セル30に異常が生じて発熱した場合(例えば、熱暴走が生じた場合)、その熱によって熱膨張シート70が膨張して厚さが増加し、ホルダ40と電圧検出線50(配線部51)との隙間が広げられる(図5(b))。
The
このように電池セル30に異常が生じた際に、ホルダ40と電圧検出線50との隙間が広げられることで、電池セル30の熱が、金属製のホルダ40を介して電圧検出線50に伝わるのを抑制することができる。したがって、電池セル30の熱によって電圧検出線50の被覆が剥がれ、電圧検出線50同士や、電圧検出線50とホルダ40とが接触して短絡するといった二次的被害の発生を抑制することができる。つまり、電池パックの異常(例えば、熱暴走)が発生した場合でも、電圧検出線50を安全な状態に保持することができる。
When an abnormality occurs in the
ここで、電圧検出線50の各電池セル30との接続部52は、熱膨張シート70が膨張した際に電池セル30との接続が維持されるように、例えば、正常時には弛緩状態となっていることが好ましい。すなわち熱膨張シート70上に固定された電圧検出線50の配線部51から延設されて各電池セル30に接続される接続部52が、正常時には弛んだ状態となっていることが好ましい。言い換えれば、電圧検出線50の接続部52の長さが、熱膨張後の熱膨張シート70の厚さよりも長くなっていることが好ましい。
Here, the
これにより、電池セル30の異常によって熱膨張シート70が熱膨張した場合でも、二次的被害を抑制しつつ、電圧検出線50と電池セル30との接続状態を維持することができる。したがって、電池セル30の異常が発生した場合でも、バッテリ制御ユニット(BMS)による電池セル30の監視を継続することができる。
As a result, even when the
また電圧検出線50の上部(電池セル30とは反対側)は、パックカバー12によって覆われているが、電圧検出線50とパックカバー12との間には、空間部80が形成されている。この空間部80は、極力大きく(高く)形成されていることが好ましく、少なくとも熱膨張後の熱膨張シート70の厚さ以上の距離(高さ)で形成されていることが望ましい。
The upper portion of the voltage detection line 50 (opposite to the battery cell 30) is covered with the
これにより、電池セル30に異常が生じた際、熱膨張シート70の膨張によって、ホルダ40と電圧検出線50との隙間を十分に確保することができる。また電池セル30が正常な状態では、空間部80によって、電圧検出線50が電池ケース13の外部からの熱の影響を受けるのを抑制することができる。
As a result, when an abnormality occurs in the
ここで、熱膨張シート(熱膨張材)70の材質は、電池セル30の熱により膨張するものであれば特に限定されず、既存のものを採用すればよいが、電池セル30に熱により正常時の5〜10倍程度まで膨張するものであることが好ましい。
Here, the material of the thermal expansion sheet (thermal expansion material) 70 is not particularly limited as long as it expands by the heat of the
以上、本発明の一実施形態に説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。 Although described above as one embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment.
例えば、上述の実施形態では、電圧検出線50の接続部52は、電池セル30の異常に伴い熱膨張シート70が熱膨張した際、電池セル30との接続が維持されるように構成されていたが、熱膨張シート70が熱膨張した際に切断されるように構成されていてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the
例えば、図6に示すように、電圧検出線50の接続部52は、電池セル30の正常時において、緊張状態(弛みがない状態)となっていてもよい(図6(a))。具体的には、電圧検出線50の接続部52の長さを、熱膨張前の熱膨張シート70の厚さと略同程度の長さとする。
For example, as shown in FIG. 6, the
このような構成でも、通常時には、電圧検出線50は、ホルダ40に近接して配置され(図6(a))、電池セル30に異常が生じると、電池セル30の熱によって熱膨張シート70が膨張して厚さが増加し、ホルダ40と電圧検出線50との隙間が広げられる(図6(b))。ただし、この構成では、ホルダ40と電圧検出線50との隙間が広げられることで、各電圧検出線50の接続部52が破断して、電圧検出線50と各電池セル30との電気的接続が切断される。
Even in such a configuration, the
このような構成としても、電圧検出線50同士、あるいは電圧検出線50とホルダ40とが接触して短絡するといった二次的被害の発生を抑制することができる。
Even with such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of secondary damage such as the
またこのように電圧検出線50の接続部52を破断させる場合、熱膨張シート70には、電池セル30に接続される各電圧検出線50の接続部52が個別に挿入される複数の挿入孔71が形成されていることが好ましい。すなわち各電圧検出線50の接続部52は、熱膨張シート70に形成された別々の挿入孔71に挿入されていることが好ましい。
Further, when the
これにより、熱膨張シート70が熱膨張して、各電圧検出線50の接続部52が破断した際、電圧検出線50の先端部が、熱膨張シート70の挿入孔71内に収容される。したがって、電圧検出線50同士、あるいは電圧検出線50とホルダ40との接触をより確実に抑制することができる。
As a result, when the
また上述の実施形態では、ホルダとして、電池セルの上部を覆うアッパホルダを備える構成を例示したが、ホルダは、電池モジュールを電池ケースできる構成を有しているものであればよい。ホルダは、例えば、電池モジュールの側部や底部側に設けられるものであってもよい。その場合でも、ホルダと、ホルダ付近に設けられた電圧検出線との間に熱膨張シートが配置されていることで、ホルダと電圧検出線との接触を抑制することができる。 Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the upper holder covering the upper part of the battery cell is provided as the holder is illustrated, but the holder may have a configuration in which the battery module can be placed in the battery case. The holder may be provided on the side or bottom side of the battery module, for example. Even in that case, the contact between the holder and the voltage detection line can be suppressed by arranging the thermal expansion sheet between the holder and the voltage detection line provided near the holder.
また上述の実施形態では、電動車両に搭載される電池パックを一例として本発明を説明したが、本発明は、車両用以外の電池パックにも適用することができるものである。 Further, in the above-described embodiment, the present invention has been described by taking a battery pack mounted on an electric vehicle as an example, but the present invention can also be applied to a battery pack other than that for a vehicle.
1 車両(電動車両)
10 電池パック
11 パックトレイ
12 パックカバー
13 電池ケース
20 電池モジュール
30 電池セル
31 容器
32 蓋部材
33 正極端子部材
34 負極端子部材
35 安全弁
40 ホルダ
41 アッパホルダ
50 電圧検出線
51 配線部
52 接続部
70 熱膨張シート
71 挿入孔
80 空間部
1 Vehicle (electric vehicle)
10
Claims (4)
前記電池セルをケースに固定する金属製のホルダを備え、前記ホルダ付近には、各電池セルにそれぞれ接続される電圧検出線が設けられており、前記ホルダと前記電圧検出線との間には、前記電池セルの熱暴走に伴う発熱により膨張する熱膨張材が配置されている
ことを特徴とする電池パック。 A battery pack with multiple battery cells housed in a case.
A metal holder for fixing the battery cell to the case is provided, and a voltage detection line connected to each battery cell is provided in the vicinity of the holder, and a voltage detection line is provided between the holder and the voltage detection line. , A battery pack characterized in that a thermal expansion material that expands due to heat generated by the thermal runaway of the battery cell is arranged.
前記電圧検出線の前記電池セルとの接続部は、前記熱膨張材が膨張した際に接続が維持されるように弛緩状態となっている
ことを特徴とする電池パック。 The battery pack according to claim 1.
A battery pack characterized in that the connection portion of the voltage detection line with the battery cell is in a relaxed state so that the connection is maintained when the thermal expansion material expands.
前記電圧検出線の前記電池セルとは反対側は、前記ケースによって覆われており、
前記電圧検出線と前記ケースとの間には、空間部が形成されている
ことを特徴とする電池パック。 The battery pack according to claim 1 or 2.
The side of the voltage detection line opposite to the battery cell is covered by the case.
A battery pack characterized in that a space is formed between the voltage detection line and the case.
前記空間部の距離は、少なくとも熱膨張後の前記熱膨張材の厚さ以上である
ことを特徴とする電池パック。 The battery pack according to claim 3.
A battery pack characterized in that the distance between the spaces is at least the thickness of the thermal expansion material after thermal expansion.
Priority Applications (1)
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