JP2021002487A - Battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電池モジュールに関する。 The present disclosure relates to battery modules.
二次電池は一般的に、複数の電池セルを含む少なくとも1つの電池モジュールを備えた電池ユニットの形態で構成されている。二次電池の充放電時に各電池セルは発熱する。電池セルが高温になると電池容量が少なくなる等の問題が生じるので、各電池セルを冷却しながら二次電池を使用する必要がある。 A secondary battery is generally configured in the form of a battery unit comprising at least one battery module including a plurality of battery cells. Each battery cell generates heat when the secondary battery is charged and discharged. When the battery cell becomes hot, problems such as a decrease in battery capacity occur. Therefore, it is necessary to use the secondary battery while cooling each battery cell.
特許文献1には、隣り合う電池セル間に冷却風を流すことによって電池セルを冷却する技術が記載されている。この技術では、隣り合う電池セル間の偏差をなくすために、断熱性を有するスペーサを隣り合う電池間に設けている。
一方で、複数の電池セルを配列した電池モジュールにおいて、ある電池セルが短絡して異常発熱した場合、その熱が他の電池セルに伝わり、電池モジュール内の電池セルが次々に短絡して異常発熱する可能性がある。電池モジュール内で熱が伝わる形態は、電池セル同士の接触による熱伝導と、短絡した電池セルから噴出した内容物(高温のガス)による対流伝熱(熱伝達)と、電池セル間での輻射とが考えられる。 On the other hand, in a battery module in which a plurality of battery cells are arranged, when one battery cell is short-circuited and abnormally heat is generated, the heat is transferred to another battery cell, and the battery cells in the battery module are short-circuited one after another and abnormally heat is generated. there's a possibility that. The forms of heat transfer in the battery module are heat conduction due to contact between battery cells, convection heat transfer (heat transfer) due to the contents (high temperature gas) ejected from the short-circuited battery cells, and radiation between the battery cells. You could think so.
これに対し、特許文献1の電池モジュールは、通常動作時に各電池セルを冷却するに当たり、隣り合う電池セル間の偏差をなくすためにスペーサを設けたものに過ぎない。この電池モジュールにおいてある電池セルが異常発熱した場合には、スペーサによって電池セル同士の接触を防ぐことはできるものの、スペーサを介した電池セル間の熱伝導を必ずしも防げるものではない。
On the other hand, the battery module of
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも1つの実施形態は、ある電池セルが異常発熱した場合に他の電池セルへの熱の伝わりを抑制する電池モジュールを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present disclosure aims to provide a battery module that suppresses heat transfer to another battery cell when one battery cell abnormally generates heat.
本開示の少なくとも1つの実施形態に係る電池モジュールは、複数の電池セルと、隣り合う電池セル間に配置される板形状のスペーサとを備え、隣り合う電池セルの少なくとも一方とスペーサとの間には少なくとも部分的に隙間が形成され、スペーサは、電池セルの異常時における平均発熱量当たりの熱抵抗が6.55×10−6以上である。 The battery module according to at least one embodiment of the present disclosure includes a plurality of battery cells and a plate-shaped spacer arranged between adjacent battery cells, and is located between at least one of the adjacent battery cells and the spacer. A gap is formed at least partially, and the spacer has a thermal resistance of 6.55 × 10-6 or more per average calorific value at the time of abnormality of the battery cell.
この構成によると、ある電池セルが異常発熱して膨らんでも、スペーサによって隣りの電池セルと直接接することはなく、電池セルの異常時における平均発熱量当たりのスペーサの熱抵抗が6.55×10−6以上であることにより、スペーサを介した熱伝導も抑制されるので、ある電池セルが異常発熱した場合に他の電池セルへの熱の伝わりを抑制することができる。 According to this configuration, even if a certain battery cell abnormally generates heat and swells, the spacer does not directly contact the adjacent battery cell, and the thermal resistance of the spacer per average heat generation amount at the time of abnormality of the battery cell is 6.55 × 10. When it is −6 or more, heat conduction through the spacer is also suppressed, so that it is possible to suppress heat transfer to another battery cell when an abnormal heat generation occurs in one battery cell.
いくつかの実施形態では、複数の電池セルを収容するモジュールケースを備え、モジュールケースは、隣り合う電池セル間にスペーサを固定する固定部材を備えてもよい。この場合において、固定部材は、複数の電池セルが載置されるモジュールケースの床面に設けられた収容溝であり、収容溝は、スペーサが挿入可能に構成されてもよい。また、固定部材は、モジュールケースに対して固定された弾性変形可能な一対の爪部であって、一対の爪部は、それらの間にスペーサが挿入可能に構成されてもよい。この構成によると、電池セルの冷却性能を悪化させずに、隣り合う電池セル間にスペーサを固定することができる。 In some embodiments, a module case accommodating a plurality of battery cells may be provided, and the module case may include a fixing member for fixing a spacer between adjacent battery cells. In this case, the fixing member is an accommodating groove provided on the floor surface of the module case on which a plurality of battery cells are placed, and the accommodating groove may be configured so that a spacer can be inserted. Further, the fixing member may be a pair of elastically deformable claws fixed to the module case, and the pair of claws may be configured such that a spacer can be inserted between them. According to this configuration, spacers can be fixed between adjacent battery cells without deteriorating the cooling performance of the battery cells.
いくつかの実施形態では、スペーサは、互いに対向する一対の縁部を含み、隣り合う電池セルのそれぞれに接するスペーサの両表面には、一対の縁部間を延びる流路溝が形成されてもよい。この構成によると、隣り合う電池セル間に、電池セルを冷却する冷却流体が流通する流通流路を確実に形成することができる。 In some embodiments, the spacer comprises a pair of opposite edges, even if both surfaces of the spacer in contact with each of the adjacent battery cells are formed with flow path grooves extending between the pair of edges. Good. According to this configuration, a distribution flow path through which the cooling fluid for cooling the battery cells flows can be reliably formed between the adjacent battery cells.
本開示の少なくとも1つの実施形態によれば、ある電池セルが異常発熱して膨らんでも、スペーサによって隣りの電池セルと直接接することはなく、電池セルの異常時における平均発熱量当たりのスペーサの熱抵抗が6.55×10−6以上であることにより、スペーサを介した熱伝導も抑制されるので、ある電池セルが異常発熱した場合に他の電池セルへの熱の伝わりを抑制することができる。 According to at least one embodiment of the present disclosure, even if a battery cell abnormally generates heat and swells, the spacer does not directly contact the adjacent battery cell, and the heat of the spacer per average heat generation amount at the time of abnormality of the battery cell. When the resistance is 6.55 × 10-6 or more, heat conduction through the spacer is also suppressed, so that when one battery cell overheats, heat transfer to another battery cell can be suppressed. it can.
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、数、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. The dimensions, materials, shapes, numbers, relative arrangements, and the like of the components described in the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention to that alone, but are merely explanatory examples.
(実施形態1)
図1に示されるように、本開示の実施形態1に係る電池モジュール1は、複数の電池セル2を備え、隣り合う電池セル2,2間には、板形状のスペーサ3が設けられている。スペーサ3は、隣り合う電池セル2,2のそれぞれの互いに対向する表面2a,2aのそれぞれとの間に隙間4を構成するように配置されている。スペーサ3は、表面2aの面積と同じ面積を有している。尚、図1には2つの電池セル2が図示されているが、電池モジュール1は、3つ以上の電池セル2を備えてもよい。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the
電池モジュール1の充放電時に、例えば冷たい空気のような冷却流体を各隙間4に流通させると、冷却流体は各表面2aに接するので、各電池セル2が冷却される。図2に示されるように、ある電池セル2’が短絡等で異常発熱して膨らんだとしても、スペーサ3によって隣りの電池セル2と直接接することはないので、表面2a’から表面2aへの熱伝導を防止できる。
When a cooling fluid such as cold air is circulated through each
しかし、スペーサ3が隣り合う電池セル2同士の接触を防いだとしても、スペーサ3の熱伝導度が高ければ、異常が発生した電池セル2’から隣の電池セル2への熱伝導を抑制できないので、ある電池セル2’の異常が他の電池セル2へ波及することを抑制する効果は得られない。このため、スペーサ3は、断熱材で形成されることが好ましい。
However, even if the
断熱材で形成されたスペーサ3は、以下で説明する特性を有することが好ましい。電池セル2’に異常が生じたときに発生するエネルギーを、40[A・h]×4.1[V]=164[W・h]=590[kJ]と想定する。異常が発生した電池セル2’において最高温度に達するまでにかかる時間を207[sec]と想定すると、最高温度に達するまでの電池セルの平均発熱量は、590[kJ]÷207[sec]=2850[W]となる。また、使用する断熱材の熱伝導率を0.02[W/mK]とし厚さを3[mm]とすると、断熱材の熱抵抗は、0.02[W/mK]×3[mm]=6.0×10−5[W/K]となる。電池セル2’が最高温度に達するまでの隣の電池セル2との間の平均温度差を311[K]とすると、異常が生じた電池セル2’からの平均発熱量当たりの断熱材の熱抵抗は少なくとも、6.0×10−5[W/K]÷(2850[W]÷311[K])=6.55×10−6となる。したがって、スペーサ3は、電池セル2’の異常時における平均発熱量当たりの熱抵抗が6.55×10−6以上であることが好ましい。
The
この条件を満たすスペーサ3は、例えば、0.1W/mK以下の熱伝導率を有するとともに5mmの厚さの断熱材から製造可能である。このような断熱材として、例えば、中空セラミック粒子を用いた断熱シートを使用することができる。具体的には、黒崎播磨株式会社から市販されるPorextherm WDS(登録商標)を使用することができる。
The
このように、ある電池セル2’が異常発熱して膨らんでも、スペーサ3によって隣りの電池セル2と直接接することはなく、電池セル2’の異常時における平均発熱量当たりのスペーサの熱抵抗が6.55×10−6以上であることにより、スペーサ3を介した熱伝導も抑制されるので、ある電池セル2’が異常発熱した場合に他の電池セル2への熱の伝わりを抑制することができる。
In this way, even if a certain battery cell 2'is abnormally generated and swells, the
実施形態1では、図1に示されるように、各電池セル2の各表面2aとの間に隙間4を形成するようにスペーサ3を設けているが、この形態に限定するものではない。図3に示されるように、一方の電池セル2の表面2aに接するようにスペーサ3を設け、他方の電池セル2の表面2aとの間のみに隙間4を形成するようにしてもよい。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, a
(実施形態2)
次に、実施形態2に係る電池モジュールについて説明する。実施形態2に係る電池モジュールは、実施形態1に対して、隣り合う電池セル2,2間にスペーサ3を固定する固定部材を付加したものである。尚、実施形態2において、実施形態1の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
Next, the battery module according to the second embodiment will be described. The battery module according to the second embodiment is obtained by adding a fixing member for fixing the
図4に示されるように、本開示の実施形態2に係る電池モジュール1は、4つの電池セル2と、4つの電池セル2を収容するモジュールケース10と、隣り合う電池セル2,2間に設けられたスペーサ3とを備えている。ただし、電池セル2の個数である4は単なる例示に過ぎず、電池モジュール1は、2又は3個若しくは5個以上の任意の個数の電池セル2を備えていてもよい。
As shown in FIG. 4, the
モジュールケース10内において各電池セル2が載置される床面11には、隣り合う電池セル2,2間に延びるように収容溝12が形成されている。収容溝12は、スペーサ3の下端縁近傍が挿入可能に構成されている。収容溝12内にスペーサ3が収容されることで、隣り合う電池セル2,2間にスペーサ3を固定することができる。したがって、収容溝12は、隣り合う電池セル2,2間にスペーサ3を固定する固定部材を構成する。
A
電池モジュール1の充放電時に、電池セル2とスペーサ3との間に形成される隙間4に冷却流体が流れることで電池セル2を冷却する動作は実施形態1と同じである。また、ある電池セル2が短絡等で異常発熱して膨らんだときに、スペーサ3が他の電池セル2への熱伝導を抑制する原理も実施形態1と同じである。この実施形態2では、スペーサ3を固定するための収容溝12を設けているが、収容溝12は、スペーサ3の下端縁近傍のみが挿入されるように構成されているので、収容溝12を設けることによる隙間4のサイズの縮小を可能な限り抑制できる。したがって、電池セル2の冷却性能を悪化させずに、隣り合う電池セル2,2間にスペーサ3を固定することができる。
The operation of cooling the
(実施形態3)
次に、実施形態3に係る電池モジュールについて説明する。実施形態3に係る電池モジュールは、実施形態2に対して、固定部材の構成を変更したものである。尚、実施形態3において、実施形態2の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 3)
Next, the battery module according to the third embodiment will be described. The battery module according to the third embodiment is a modification of the second embodiment in which the structure of the fixing member is changed. In the third embodiment, the same components as those of the second embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図5に示されるように、モジュールケース10には、弾性変形可能な一対の爪部15,15が固定されている。爪部15,15間にスペーサ3を挿入することで、隣り合う電池セル2,2間にスペーサ3を固定することができる。したがって、一対の爪部15,15は、隣り合う電池セル2,2間にスペーサ3を固定する固定部材を構成する。図5では、一対の爪部15,15がスペーサ3の上端縁近傍を挟むように描かれているが、一対の爪部15,15はスペーサ3のどの部分を挟んでもよい。また、一対の爪部15,15は1組に限定するものではなく、2組以上設けてもよい。その他の構成は実施形態1と同じである。
As shown in FIG. 5, a pair of elastically
実施形態3においても、一対の爪部15,15を設けることによる隙間4のサイズの縮小を可能な限り抑制できるので、電池セル2の冷却性能を悪化させずに、隣り合う電池セル2,2間にスペーサ3を固定することができる。
Also in the third embodiment, since the size reduction of the
(実施形態4)
次に、実施形態4に係る電池モジュールについて説明する。実施形態4に係る電池モジュールは、実施形態1〜3のそれぞれに対して、スペーサ3の構成を変更したものである。以下では、実施形態1の構成に対してスペーサ3の構成を変更した構成で実施形態4を説明するが、実施形態2または3の構成に対してスペーサ3の構成を変更して実施形態4を構成してもよい。尚、実施形態4において、実施形態1の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 4)
Next, the battery module according to the fourth embodiment will be described. In the battery module according to the fourth embodiment, the configuration of the
図6に示されるように、スペーサ3は、互いに対向する一対の縁部3a,3aを含んでいる。スペーサ3の両面にはそれぞれ、一対の縁部3a,3a間を延びる流路溝20が形成されている。
As shown in FIG. 6, the
図7に示されるように、本開示の実施形態4に係る電池モジュール1では、隣り合う電池セル2,2間において、流路溝20が形成された部分以外のスペーサ3の両表面が各電池セル2の各表面2aに接するようにしてスペーサ3が設けられている。流路溝20と表面2aで画定された空間が、冷却流体が流通するための流通流路30を構成する。流通流路30は、矩形の断面形状を有している。その他の構成は実施形態1と同じである。尚、流通流路30が、実施形態1における隙間4(図1参照)に相当する。
As shown in FIG. 7, in the
実施形態4では、流通流路30を冷却流体が流通する際に表面2aに接することにより、電池セル2が冷却される。実施形態1に比べて、冷却流体と表面2aとの接触面積が小さくなるが、隣り合う電池セル2,2間のそれぞれに同じ構成のスペーサ3を設けることにより、隣り合う電池セル2,2間のそれぞれの偏差をなくすことができ、各電池セル2を均等に冷却することができる。尚、ある電池セル2が異常発熱した場合に他の電池セル2への熱の伝わりを抑制する原理は実施形態1と同じである。
In the fourth embodiment, the
図7では、流通流路30の断面形状が矩形であるが、この形態に限定するものではない。流路溝20の断面形状を調整することにより、図8に示されるように三角形の断面形状を有する流通流路30を構成することもできるし、図9に示されるように半円形の断面形状を有する流通流路30を構成することもできる。さらに、各流通流路30の断面形状を他と異なるように形成することもできる。すなわち、流通流路30の断面形状は、冷却流体が流通する際の圧力損失が著しく大きくならない限り、任意なものとすることができる。
In FIG. 7, the cross-sectional shape of the
1 電池モジュール
2 電池セル
2a (電池セルの)表面
3 スペーサ
3a (スペーサの)縁部
4 隙間
10 モジュールケース
11 床面
12 収容溝(固定部材)
15 爪部(固定部材)
20 流路溝
30 流通流路
1
15 Claw (fixing member)
20
Claims (5)
隣り合う電池セル間に配置される板形状のスペーサと
を備え、
前記隣り合う電池セルの少なくとも一方と前記スペーサとの間には少なくとも部分的に隙間が形成され、
前記スペーサは、前記電池セルの異常時における平均発熱量当たりの熱抵抗が6.55×10−6以上である電池モジュール。 With multiple battery cells
Equipped with a plate-shaped spacer placed between adjacent battery cells,
A gap is formed at least partially between at least one of the adjacent battery cells and the spacer.
The spacer is a battery module having a thermal resistance of 6.55 × 10-6 or more per average calorific value when the battery cell is abnormal.
前記モジュールケースは、隣り合う電池セル間に前記スペーサを固定する固定部材を備える、請求項1に記載の電池モジュール。 A module case for accommodating the plurality of battery cells is provided.
The battery module according to claim 1, wherein the module case includes a fixing member for fixing the spacer between adjacent battery cells.
前記隣り合う電池セルのそれぞれに接する前記スペーサの両表面には、前記一対の縁部間を延びる流路溝が形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電池モジュール。 The spacer includes a pair of edges facing each other.
The battery module according to any one of claims 1 to 4, wherein flow path grooves extending between the pair of edges are formed on both surfaces of the spacers in contact with each of the adjacent battery cells.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP7488202B2 (en) | 2021-01-18 | 2024-05-21 | イビデン株式会社 | Heat transfer suppression sheet for battery pack and battery pack |
EP4369448A3 (en) * | 2021-07-02 | 2024-09-11 | Aspen Aerogels, Inc. | Devices, systems, and methods for controlling vent gases and ejecta from thermal runaway events in energy storage systems |
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2019
- 2019-06-21 JP JP2019115869A patent/JP2021002487A/en active Pending
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