JP2021086797A - Battery pack and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリパックとその製造方法に関する。より詳細には、複数の単位セルからなるバッテリモジュールを複数備えたバッテリパックとその製造方法に関する。 The present invention relates to a battery pack and a method for manufacturing the battery pack. More specifically, the present invention relates to a battery pack including a plurality of battery modules composed of a plurality of unit cells and a method for manufacturing the same.
自動車などのモーター駆動用の電源では、大電流での充放電を繰り返すため、複数の単位セル(電池)を直列又は並列に接続してバッテリモジュールを形成し、さらに複数のバッテリモジュールを直列又は並列に接続して組み合わせて、所望の電圧や容量を満たしている。複数のバッテリモジュールは、それらを接続するバスバーなどの導体、バッテリマネジメントユニット、ジャンクションボックスなどと共にケース内に収容され、バッテリパックが形成される。 In a power supply for driving a motor such as an automobile, since charging and discharging with a large current are repeated, a plurality of unit cells (batteries) are connected in series or in parallel to form a battery module, and a plurality of battery modules are further connected in series or in parallel. Connected to and combined to meet the desired voltage and capacitance. A plurality of battery modules are housed in a case together with conductors such as a bus bar connecting them, a battery management unit, a junction box, and the like, and a battery pack is formed.
バッテリパックの外形をコンパクトにするために、複数のバッテリモジュールは通常、互いに近接した状態でバッテリケース内に収容される。各バッテリモジュール内の電池は、その利用形態によっては、発熱により高温状態に至るおそれがある。とりわけ、電池を密に集合した状態で用いるバッテリモジュールやバッテリパックでは、1つの電池の発熱が他の近接する電池に影響を及ぼし得る。具体的には、複数の電池からなるバッテリモジュールでは、1つの電池が熱暴走を始めると隣接する電池も熱暴走を起こしやすい。そして、複数の電池が連鎖して熱暴走を起こした場合、単体の電池の熱暴走よりも高温になるおそれがある。このように、1つのバッテリモジュールが熱暴走すると、隣接するバッテリモジュールの熱暴走を誘発し、極めて高温で危険な状態となることがある。 In order to make the outer shape of the battery pack compact, a plurality of battery modules are usually housed in a battery case in close proximity to each other. Depending on the usage pattern, the battery in each battery module may reach a high temperature state due to heat generation. In particular, in a battery module or battery pack in which batteries are densely assembled, the heat generated by one battery can affect other adjacent batteries. Specifically, in a battery module composed of a plurality of batteries, when one battery starts thermal runaway, adjacent batteries are also likely to cause thermal runaway. When a plurality of batteries are chained to cause thermal runaway, the temperature may be higher than that of a single battery. In this way, if one battery module causes thermal runaway, it may induce thermal runaway of adjacent battery modules, resulting in an extremely high temperature and a dangerous state.
バッテリモジュールの熱暴走の周囲への影響を回避するために、バッテリモジュール間に板状の断熱材を配置する方法が知られている。例えば、特許文献1には、複数の電池モジュール1をラック5に収容してなる電源装置において、各電池モジュール1は、充電可能な複数の電池からなる電池ブロック14を、耐火断熱ケース2内に収容することで形成されており、隣の電池モジュールと面する耐火断熱ケース2の天板には断熱プレート4が積層され、また、ラック5内には隣接する電池モジュールからの熱を遮断する隔壁10Aが設けられることが記載されている。また、特許文献2には、複数の蓄電モジュール100の間に、矩形状かつ平板形状の断熱材200を配置することが記載されている。
In order to avoid the influence of the thermal runaway of the battery module on the surroundings, a method of arranging a plate-shaped heat insulating material between the battery modules is known. For example, in
特許文献1及び2に記載されるように板状の断熱材をバッテリモジュール間に設けることにより、バッテリモジュール間の熱の伝達を阻止することができる。しかし、特許文献1の場合、各バッテリモジュールの形状に合わせた特殊なケース又はラックを準備する必要がある。したがって、バッテリパックを搭載する自動車などの最終製品の外形の設計変更が生じた場合、バッテリモジュール又はバッテリパックもそれに合わせて設計変更が必要となることがある。その際、特許文献1では、バッテリモジュール又はバッテリパックの設計変更に合わせて断熱材を有するケース及びラックもまた作り直す必要があり、手間とコストがかかる。すなわち、特許文献1の方法では設計変更に柔軟に対応し難いといえる。また、特許文献1及び2では、板状の断熱材を部品として含むため、バッテリパックを廃棄する際に解体に手間がかかるという欠点がある。
By providing a plate-shaped heat insulating material between the battery modules as described in
本発明は、バッテリモジュール間の熱伝播を抑制しつつ、様々な設計へ柔軟に対応でき、また、解体時の手間が少ない、複数のバッテリモジュールを備えたバッテリパックを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a battery pack including a plurality of battery modules, which can flexibly support various designs while suppressing heat transfer between battery modules, and requires less labor during disassembly. ..
上記目的に対し鋭意検討した結果、従来の板状の断熱材に代えて、複数の粒子を断熱材として用いてバッテリモジュール間に配置することにより、バッテリモジュール間の熱伝播を抑制しつつ、様々な設計へ柔軟に対応でき、また、解体時の手間が少ない、バッテリパックを製造できることを見出した。本発明は、これらに限定されないが、以下を含む。
[1]バッテリケース内に互いに間隔を空けて配置された複数のバッテリモジュール、及び
前記複数のバッテリモジュール間の少なくとも一部に配置された断熱材、
を備え、前記断熱材は複数の粒子で構成されることを特徴とする、バッテリパック。
[2]前記断熱材を構成する複数の粒子の少なくとも一部は、中空状の構造を有する、[1]に記載のバッテリパック。
[3]前記バッテリケースは、上部ケースと下部ケースと、から成り、
前記上部ケースは、前記断熱材を構成する複数の粒子を前記バッテリケース内に注入する注入手段を有する、[1]または[2]に記載のバッテリパック。
[4]前記注入手段が、前記上部ケースに設けられた密閉可能な開口部である、請求項3に記載のバッテリパック。
[5]前記バッテリケースの下部ケース内に、前記複数のバッテリモジュールを互いに間隔を空けて配置すること、
前記断熱材を構成する複数の粒子を、前記複数のバッテリモジュール間の少なくとも一部に配置すること、及び
前記バッテリケースの上部ケースを、前記複数のバッテリモジュールが配置された前記下部ケースに取り付けて、前記バッテリケースを形成すること
を含む、[1]または[2]に記載のバッテリパックを製造する方法。
[6]前記下部ケース内に、前記複数のバッテリモジュールを互いに間隔を空けて配置すること、
前記上部ケースを、前記複数のバッテリモジュールが配置された前記下部ケースに取り付けて、前記バッテリケースを形成すること、及び
前記注入手段を通じて、前記断熱材を構成する複数の粒子を、前記バッテリケース内に注入すること
を含む、[3]または[4]に記載のバッテリパックを製造する方法。
As a result of diligent studies on the above objectives, instead of the conventional plate-shaped heat insulating material, a plurality of particles are used as the heat insulating material and arranged between the battery modules, thereby suppressing heat propagation between the battery modules and variously. We have found that it is possible to manufacture battery packs that can flexibly respond to various designs and that require less labor during disassembly. The present invention includes, but is not limited to, the following.
[1] A plurality of battery modules arranged at intervals from each other in a battery case, and a heat insulating material arranged at least a part between the plurality of battery modules.
A battery pack comprising: The insulating material is composed of a plurality of particles.
[2] The battery pack according to [1], wherein at least a part of the plurality of particles constituting the heat insulating material has a hollow structure.
[3] The battery case includes an upper case and a lower case.
The battery pack according to [1] or [2], wherein the upper case has an injection means for injecting a plurality of particles constituting the heat insulating material into the battery case.
[4] The battery pack according to
[5] In the lower case of the battery case, the plurality of battery modules are arranged at intervals from each other.
The plurality of particles constituting the heat insulating material are arranged in at least a part between the plurality of battery modules, and the upper case of the battery case is attached to the lower case in which the plurality of battery modules are arranged. , The method of manufacturing a battery pack according to [1] or [2], which comprises forming the battery case.
[6] In the lower case, the plurality of battery modules are arranged at intervals from each other.
The upper case is attached to the lower case in which the plurality of battery modules are arranged to form the battery case, and a plurality of particles constituting the heat insulating material are formed in the battery case through the injection means. The method of manufacturing a battery pack according to [3] or [4], which comprises injecting into.
本発明により、バッテリモジュール間の熱伝播を抑えがら、様々な設計へ柔軟に対応でき、また、解体時の手間が少ない、バッテリパックを製造することができる。バッテリモジュール間に断熱材を配置することにより、バッテリモジュール間の熱の伝播を減少させる。この際、断熱材として複数の粒子を用いることにより、バッテリモジュールやバッテリケースの形状に合わせた断熱用の特殊な部材(例えばバッテリモジュール間に配置する板状の断熱材など)を用意する必要がなくなる。また、断熱材として複数の粒子を用いることにより、バッテリモジュール間に注ぎ入れるなどの簡便な手順でバッテリモジュール間に配置することができ、様々な設計のバッテリモジュールやバッテリパックに対応可能となる。また、断熱材として用いられる複数の粒子は、バッテリパックの廃棄の際、掃除機等で吸引するなどの簡便な手段で取り除くことができる。また、断熱材として複数の粒子を用いることにより、板状の断熱材を用いる場合に比べて、解体が容易となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to manufacture a battery pack that can flexibly support various designs while suppressing heat transfer between battery modules, and requires less labor during disassembly. Placing insulation between the battery modules reduces heat transfer between the battery modules. At this time, by using a plurality of particles as the heat insulating material, it is necessary to prepare a special member for heat insulating (for example, a plate-shaped heat insulating material arranged between the battery modules) according to the shape of the battery module or the battery case. It disappears. Further, by using a plurality of particles as the heat insulating material, it can be arranged between the battery modules by a simple procedure such as pouring between the battery modules, and it becomes possible to correspond to the battery modules and battery packs of various designs. Further, the plurality of particles used as the heat insulating material can be removed by a simple means such as suction with a vacuum cleaner or the like when the battery pack is disposed of. Further, by using a plurality of particles as the heat insulating material, disassembly becomes easier as compared with the case where a plate-shaped heat insulating material is used.
断熱材を構成する複数の粒子の少なくとも一部を中空状の構造を有する粒子とした場合、バッテリモジュール間の熱伝播を抑制しながら、粒子による重量の増加を抑えることができる。 When at least a part of the plurality of particles constituting the heat insulating material is a particle having a hollow structure, it is possible to suppress an increase in weight due to the particles while suppressing heat transfer between battery modules.
バッテリパックの上部ケースに、断熱材を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入する注入手段を設けた場合、バッテリパックを組み立ててから(すなわち、下部ケースにバッテリモジュールを配置し、下部ケースに上部ケースを取り付けてから)、上部ケースの前記注入手段を通じて断熱材を構成する複数の粒子をバッテリパック内に注入することが可能となる。これは、特に下部ケースの側壁の高さが、配置したバッテリモジュールの高さよりも低いなどの原因により、上部ケースがない状態で断熱材を配置しようとすると断熱材がケース外にこぼれ出る可能性がある場合に都合がよい。このような注入手段は、上部ケースに設けられた密閉可能な開口部であってもよい。断熱材を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入した後に開口部を密閉することにより、断熱材がバッテリパックからこぼれ出るのを防止することができる。 If the upper case of the battery pack is provided with an injection means for injecting a plurality of particles constituting the heat insulating material into the battery case, after assembling the battery pack (that is, placing the battery module in the lower case and placing the battery module in the lower case). After attaching the upper case), it is possible to inject a plurality of particles constituting the heat insulating material into the battery pack through the injection means of the upper case. This is because the height of the side wall of the lower case is lower than the height of the placed battery module, and if you try to place the insulation without the upper case, the insulation may spill out of the case. It is convenient when there is. Such an injection means may be a sealable opening provided in the upper case. By injecting a plurality of particles constituting the heat insulating material into the battery case and then sealing the opening, it is possible to prevent the heat insulating material from spilling out of the battery pack.
バッテリパックは、下部ケース内に複数のバッテリモジュールを配置し、バッテリモジュール間の少なくとも一部に断熱材を配置した後、上部ケースを取り付けることにより、製造することができる。あるいは、下部ケース内に複数のバッテリモジュールを配置し、上部ケースを取り付けてバッテリケースを形成した後に、上部ケースに設けられた前記注入手段を通じて、断熱材をバッテリケース内に注入することにより製造することもできる。後者の方法は、下部ケースの側壁の高さが、配置したバッテリモジュールの高さよりも低く、上部ケースがない状態で断熱材を配置しようとすると断熱材がケース外にこぼれ出るおそれがある場合に、特に都合のよい方法である。 The battery pack can be manufactured by arranging a plurality of battery modules in the lower case, arranging a heat insulating material in at least a part between the battery modules, and then attaching the upper case. Alternatively, it is manufactured by arranging a plurality of battery modules in the lower case, attaching the upper case to form the battery case, and then injecting a heat insulating material into the battery case through the injection means provided in the upper case. You can also do it. The latter method is used when the height of the side wall of the lower case is lower than the height of the placed battery module, and if the heat insulating material is placed without the upper case, the heat insulating material may spill out of the case. , A particularly convenient method.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るバッテリパックについて説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定するものではない。以下では、バッテリパックとして、電気自動車(ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカーを含む)に搭載するためのリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池を用いたバッテリパックを例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されない。 Hereinafter, the battery pack according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that all of the embodiments described below show a specific example of the present invention. Numerical values, shapes, materials, components, positions of components, connection modes, and the like shown in the following embodiments are examples, and do not limit the present invention. In the following, as the battery pack, a battery pack using a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery for mounting on an electric vehicle (including a hybrid car and a plug-in hybrid car) will be described as an example. However, the present invention is not limited to this.
図1は、本発明の一実施形態である車載用バッテリパックにおけるバッテリケース内のバッテリモジュール及びその他の部材の配置を示す概略上面図である。図1の配置は、一例であり、本発明のバッテリパックにおけるバッテリケース内の各部材の配置は図1の態様に限定されない。 FIG. 1 is a schematic top view showing the arrangement of a battery module and other members in a battery case in an in-vehicle battery pack according to an embodiment of the present invention. The arrangement of FIG. 1 is an example, and the arrangement of each member in the battery case in the battery pack of the present invention is not limited to the aspect of FIG.
図1において、バッテリケースを構成する下部ケース1内に複数のバッテリモジュール4が互いに間隔を空けて配置されている。複数のバッテリモジュール4の間隔の大きさは特に限定されない。複数のバッテリモジュールは、互いに接触していない状態であればよいが、近接して配置するほど体積エネルギー密度が高まるため好ましい。複数のバッテリモジュール4の間隔の大きさは、例えば、1cm〜4cmの範囲であるが、これに限定されない。複数のバッテリモジュール4の間隔が4cm以下であると、バッテリモジュール4の間の空隙における空気の対流による熱伝導を考慮する必要がなくなる。複数のバッテリモジュール4のそれぞれは、並列又は直列に接続された複数の単位セル(電池)からなる(セルは図示していない)。各バッテリモジュール4に含まれるセルの数は、特に限定されない。1つのバッテリモジュールに含まれるセルの数が少ないと、1モジュール当たりのエネルギー密度が低くなり、また、セルの数が多すぎると、重くなりすぎてハンドリングが困難になる懸念があるため、例えば、各バッテリモジュール4に含まれるセルの数は、4〜50個程度が好適である。しかし、これに限定するものではない。本発明において、バッテリモジュール4を構成するセルは典型的には、リチウムイオン二次電池である。しかし、それ以外の断熱が必要となる電池、例えば、ニッケル水素電池、鉛電池、ニッカド電池、リチウム金属電池等にも本発明は適用可能である。
In FIG. 1, a plurality of
バッテリケースは、図2に示されるように、下部ケース1と上部ケース10からなり、下部ケース1内にバッテリモジュール4等の必要な部材を配置した後、上部ケース10を下部ケース1に取り付けることにより形成される。本発明において、下部ケース1と上部ケース10を構成する部材は特に限定されず、バッテリケースとして一般的に用いられる部材を用いればよい。部材としては、例えば、鉄、アルミニウム、チタン、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、タングステン、マグネシウムなどの金属やそれらの1種以上の合金、また、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂、アラミド繊維強化樹脂、クォーツ繊維強化樹脂などの繊維強化樹脂などが挙げられるが、これらに限定するものではない。下部ケース1と上部ケース10とはそれぞれ同じ部材で構成されていてもよいし、異なる部材で構成されていてもよい。例えば、下部ケース1は金属製とし、上部ケース10は樹脂製としてもよいが、これに限定されるものではない。
As shown in FIG. 2, the battery case is composed of a
複数のバッテリモジュール4は、各バッテリモジュールを電気的に接続するバスバーまたはワイヤーハーネス等の導電体7で接続されている。図1に示した導電体7の配置は一例であり、本発明における導電体7の配置はこれに限定されない。複数のバッテリモジュールは、導電体7により、直列及び/又は並列に接続される。
The plurality of
図1に例示した車載用のバッテリパック内には、バッテリモジュール4及び導電体7の他に、外部と接続するための端子2、3、バッテリマネジメントユニット5、ジャンクションボックス6、及び強電コネクタ9が組み込まれている。バッテリマネジメントユニット5は、バッテリモジュール及び/又はセルの状態を監視、管理、及び制御し、データの受信、変換、演算、及び送信をする電子機器であり、バッテリパックの安全、性能、及び/又は寿命を担保する役割を果たす。ジャンクションボックス6は、電力の分岐、中継、及び結合に用いられるユニットであって、リレー、プレチャージ回路、ヒューズ、電流センサ等を内蔵している。バッテリマネジメントユニット、ジャンクションボックス、及び強電コネクタは、通常、バッテリパックに含まれるが、これらは本発明に必須な要素ではなく、バッテリパックの用途に応じてこれらの一部が省略されることもある。
In the vehicle-mounted battery pack illustrated in FIG. 1, in addition to the
複数のバッテリモジュール4の間の少なくとも一部には、以下で図2に関連して詳細に説明するように、複数の粒子で構成される断熱材8が配置されている。
図2は、図1のA−A’矢視断面の概略図である。バッテリケースの上部ケース10及び下部ケース1で形成されるバッテリケース内に、複数のバッテリモジュール4とバスバーなどの導電体7が配置されている。本発明において、複数のバッテリモジュール4の間の少なくとも一部に、複数の粒子で構成される断熱材8が配置される。
At least a part between the plurality of
FIG. 2 is a schematic view of a cross section taken along the line AA'of FIG. A plurality of
断熱材とは、熱の伝播を低減させる部材をいう。本発明では、断熱材として、複数の粒子を用いる。なお、「断熱材が複数の粒子で構成される」、「複数の粒子で構成される断熱材」、及び「断熱材を構成する複数の粒子」とは、特に断りがない限り、複数個の粒子(粒子群)のみにより断熱材が構成されていることを意図している。断熱材を構成する複数の粒子は、単独の種類の粒子であってもよいし、複数種類の粒子を混合したものであってもよい。 The heat insulating material is a member that reduces heat propagation. In the present invention, a plurality of particles are used as the heat insulating material. Unless otherwise specified, a plurality of "insulation material is composed of a plurality of particles", "insulation material composed of a plurality of particles", and "plurality of particles constituting the heat insulating material" are used. It is intended that the heat insulating material is composed of only particles (particle groups). The plurality of particles constituting the heat insulating material may be a single type of particles or a mixture of a plurality of types of particles.
本発明において、断熱材8を構成する複数の粒子を複数のバッテリモジュール4の間の少なくとも一部に配置することにより、複数のバッテリモジュール4の間の熱の伝達を低減させる。これにより、バッテリモジュールの1つが熱暴走を起こして高温に発熱した際、それに隣接するバッテリモジュールへの熱の伝播による昇温を抑え、熱暴走が他のバッテリーモジュールに波及してしまうことを抑制することができる。
In the present invention, the heat transfer between the plurality of
断熱材8を構成する複数の粒子は、粒子径が小さすぎると、バッテリモジュール間での充填密度が上がり、重量増加を引き起こしたり、断熱性を低下させるおそれがある。また、粒子径が大きすぎると、バッテリモジュール間に注入する際に注入経路内で詰まるなどの問題が生じ得る。したがって、断熱材8を構成する複数の粒子の粒子径は、例えば、10μm〜5mm程度とすることが好ましい。また、例えば、100μm〜5mm程度であってもよく、500μm〜5mm程度であってもよい。粒子径は小さいほど、バッテリモジュール間に配置した後に流動しにくくなるため、好適である。ここで「粒子径」とは、体積基準のメディアン径をいう。粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置や、走査型電子顕微鏡を用いて測定することができる。
If the particle size of the plurality of particles constituting the
断熱材を構成する複数の粒子は、アスペクト比(長径/短径)が1〜20、例えば、1〜5程度であることが好ましい。アスペクト比は、走査型電子顕微鏡を用いて、20個程度の粒子のアスペクト比の平均値を算出することにより、得ることができる。 The plurality of particles constituting the heat insulating material preferably have an aspect ratio (major axis / minor axis) of 1 to 20, for example, about 1 to 5. The aspect ratio can be obtained by calculating the average value of the aspect ratios of about 20 particles using a scanning electron microscope.
断熱材を構成する複数の粒子における各粒子の形状は特に限定されず、例えば、球状、立方体状、直方体状などの任意の形状であってよく、また、不定形状であってもよい。、また、複数の形状の粒子を混合させてもよい。 The shape of each particle in the plurality of particles constituting the heat insulating material is not particularly limited, and may be any shape such as a spherical shape, a cubic shape, a rectangular parallelepiped shape, or an indefinite shape. , Or particles of a plurality of shapes may be mixed.
断熱材8を構成する複数の粒子の少なくとも一部は、中空状の構造を有することが好ましい。複数の粒子の少なくとも一部を中空状の構造を有する粒子とすることにより、粒子の重量を減少させ、粒子を配置したバッテリパックを軽量化することができる。また、中空状とすることによりバッテリモジュール間の熱伝播の抑制効果を高めることができる。複数の粒子のすべてが中空状の構造を有することが最も好ましいが、所望の断熱性能に合わせて、複数の粒子の一部を中空状の構造としてもよい。好ましくは、体積基準で、複数の粒子の80%以上が中空状の構造を有する粒子であり、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、最も好ましくは100%が中空状の構造を有する粒子である。
It is preferable that at least a part of the plurality of particles constituting the
断熱材8を構成する複数の粒子は、熱伝導率が1.00W/mK以下であることが好ましく、0.80W/mK以下であることがさらに好ましく、0.50W/mK以下であることがさらに好ましく、0.30W/mK以下であることがさらに好ましい。熱伝導率は、定常熱流法又は熱線法を用いて測定することができる。
The plurality of particles constituting the
断熱材8を構成する複数の粒子は、融点、軟化温度、または熱分解温度が400℃以上の材料で形成されることが好ましい。セルの熱暴走により発生し得る高温ガスの温度は400℃以上に達することがある。断熱材8を構成する複数の粒子は、この温度曝露に耐える必要がある。より好ましくは融点、軟化温度、または熱分解温度が600℃以上であり、さらに好ましくは800℃以上である。
The plurality of particles constituting the
断熱材8を構成する複数の粒子を形成する材料の例としては、例えば、これらに限定されないが、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、窒化ホウ素、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、二酸化ケイ素、酸化ホウ素、酸化ナトリウム、ステアタイト、フォルステライト、ムライト、コーディエライト、イットリア、チタン酸バリウム、リン酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、ケイ酸ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛、フッ化カルシウム、カルシア、マグネシア、マセライト、マイカ、ホトベール、ソーダ石灰ホウケイ酸ガラスなどの無機材料や、ポリイミドなどの有機材料を挙げることができる。これらの中では、ポリイミドのような耐熱性が高く熱伝導率が低い有機材料の粒子や、また、ソーダ石灰ホウケイ酸ガラスなどの無機材料を中空状の構造として熱伝導率を低下させた粒子を用いることが好ましい。
Examples of materials forming a plurality of particles constituting the
「複数のバッテリモジュール間の少なくとも一部に断熱材を配置する」とは、複数のバッテリモジュールにより形成される間隙の一部または全体に、断熱材が存在していることを意味する。複数のバッテリモジュールそれぞれの間隙のすべてに断熱材を配置することが断熱性能の観点からは最も好ましいが、所望の断熱性能に応じて、断熱材の配置を一部のバッテリモジュールの間のみとしてもよい。例えば、ある一対のバッテリモジュールの間には断熱材が配置されているが、別の一対のバッテリモジュールの間には断熱材が配置されていなくてもよい。あるいは、ある一対のバッテリモジュールの間に断熱材を満たすように配置または充填してもよいし、また、間の一部に配置してもよい。図1は、複数のバッテリモジュール4の間のすべてに断熱材8が配置された例を示すが、本発明はこれに限定されない。
By "arranging the heat insulating material in at least a part between the plurality of battery modules", it means that the heat insulating material is present in a part or the whole of the gap formed by the plurality of battery modules. It is most preferable to arrange the heat insulating material in all the gaps of each of the plurality of battery modules from the viewpoint of heat insulating performance, but depending on the desired heat insulating performance, the heat insulating material may be arranged only between some battery modules. Good. For example, the heat insulating material may be arranged between one pair of battery modules, but the heat insulating material may not be arranged between another pair of battery modules. Alternatively, it may be arranged or filled so as to fill the heat insulating material between a pair of battery modules, or may be arranged in a part of the space between them. FIG. 1 shows an example in which the
断熱材を「配置する」とは、断熱材を構成する複数の粒子を存在させることをいい、断熱材を構成する複数の粒子は、バッテリモジュール間に隙間なく密に配置または充填されていてもよいし、粒子間に隙間ができる程度にゆるく配置されていてもよい。 By "arranging" the heat insulating material, the presence of a plurality of particles constituting the heat insulating material means that the plurality of particles constituting the heat insulating material are densely arranged or filled without gaps between the battery modules. Alternatively, the particles may be loosely arranged so as to form a gap between the particles.
なお、本発明において、断熱材は上記の通り「複数のバッテリモジュールの間の少なくとも一部」に配置されるものであるが、それ以外の箇所にも断熱材を構成する複数の粒子が存在していてもよい。例えば、複数のバッテリモジュール4の間に断熱材を構成する複数の粒子を注入して配置させる際に、粒子の一部が所定以外の箇所に流れ出ることもあるが、そのような態様も、「複数のバッテリモジュールの間の少なくとも一部」に断熱材が配置されている限り、本発明に含まれる。
In the present invention, the heat insulating material is arranged in "at least a part between a plurality of battery modules" as described above, but a plurality of particles constituting the heat insulating material are also present in other places. You may be. For example, when a plurality of particles constituting the heat insulating material are injected and arranged between the plurality of
図2は、ある一対のバッテリモジュール4により形成される間隙において、断熱材8が、下部ケース1の底面から、バッテリモジュール4の上端よりも低い位置まで配置されている例を示す。図3は、ある一対のバッテリモジュール4により形成される間隙において、断熱材8が、下部ケース1の底面から、バッテリモジュール4の上端と同程度の高さにまで配置されている例を示す。断熱材8が配置される高さは、これらに限定されないが、図2及び図3に示すように、隣接するバッテリモジュール4の上端と同程度かそれよりも低い高さであることが好ましい。好ましくは、断熱材8が配置される高さhは、配置されたバッテリモジュール4の高さH(すなわち、下部ケース1の底面からバッテリモジュール4の上端まで)の80%以上100%以下であることが好ましい。断熱材8が配置される高さhがバッテリモジュールの高さHの80%以上であると、バッテリモジュール間の熱伝播の抑制がより確実に行われるようになる。一方、100%以下の高さであると、バッテリモジュール4の最上面が断熱材8で覆われないため、バッテリモジュール4の放熱を促進することができ、また、熱暴走時に高温ガスが発生した際にガスをバッテリモジュールの上部から逃がすことができるようになる。
FIG. 2 shows an example in which the
断熱材8は、複数のバッテリモジュール4の間の少なくとも一部に加えて、それ以外の任意の場所に配置されていてもよい。例えば、バッテリモジュール4とバッテリマネジメントユニット5との間に配置されていてもよい。
The
図3は、図1のA−A’矢視断面の別の概略図である。図2との違いは、断熱材8がバッテリモジュール4の上端と同程度の高さまで配置されている点と、バッテリケースの下部ケース1の側壁上端が、配置された複数のバッテリモジュール4の上端よりも低い位置にある点である。複数の粒子からなる断熱材8は、図2の場合と同様に、複数のバッテリモジュール4の間に配置されている。図3に示す態様のように、バッテリモジュール4の上端が、バッテリケースの下部ケース1の側壁上端よりも高い位置にある場合には、上部ケース10を取り付ける前にバッテリモジュール4間に断熱材8を構成する複数の粒子を配置しようとした場合に、断熱材8を構成する粒子が下部ケース1の側壁の上端を超えて外部にこぼれ出ることがある。この場合は、複数のバッテリモジュール4を配置した後の下部ケース4に、上部ケース10を取り付けてから、断熱材8を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入することが好ましい。
FIG. 3 is another schematic view of the cross section taken along the line AA'of FIG. The difference from FIG. 2 is that the
上部ケース10を取り付けた後に断熱材8を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入する場合には、上部ケース10は、断熱材8を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入する注入手段11を有することが好ましい。図4は、本発明のバッテリパックの一実施形態を示す概略上面図であり、上部ケース10に、断熱材8を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入する注入手段11が設けられている。図4は注入手段11の配置や形状の一例であり、注入手段11の配置、数、形状等は図4に記載の態様に限定されない。注入手段11は、上部ケース10に複数個設けられていてもよく、1個であってもよい。
When a plurality of particles constituting the
注入手段11の具体例としては、上部ケース10に設けられた密閉可能な開口部が挙げられる。この場合、断熱材8を構成する複数の粒子を、開口部を通じてバッテリケース内に注入し、複数の粒子を複数のバッテリモジュールの間の少なくとも一部に配置することができる。バッテリケース内への断熱材を構成する複数の粒子の注入方法は特に限定されず、例えば、管状の部材(図示せず)を開口部に挿入してバッテリケース内の所望の位置に粒子を充填するなどの方法を用いて注入することができる。
Specific examples of the injection means 11 include a sealable opening provided in the
上記の開口部は、バッテリパックの上部ケース10にサービスプラグの台座を取り付けるための開口部であってもよい。この場合、開口部から断熱材8を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入した後、開口部にサービスプラグの台座(図示せず)を取り付けて、次いで、台座にサービスプラグ(図示せず)を取り付けてもよい。サービスプラグとは、バッテリパックの点検等の作業を行う際に、安全に作業が行えるように、強電回路を遮断する機能を有するプラグである。
The above opening may be an opening for attaching the pedestal of the service plug to the
開口部を通じて断熱材8を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入した後、開口部を密閉することが好ましい。バッテリケースを密閉構造とすることにより、バッテリケース内の断熱材を構成する複数の粒子が外部にこぼれ出るのを防ぐことができる。開口部の密閉方法は特に限定されず、慣用の方法を用いてシートや板状の部材で開口部を密閉すればよい。例えば、サービスプラグの台座とサービスプラグとの組み合わせを用いて、開口部を密閉してもよい。
After injecting a plurality of particles constituting the
次に、本発明のバッテリパックの製造方法の例をフロー図を用いて説明する。以下で説明する製造方法のフローは、本発明の方法の一例であって、本発明を限定するものではない。 Next, an example of the method for manufacturing the battery pack of the present invention will be described with reference to a flow chart. The flow of the manufacturing method described below is an example of the method of the present invention and does not limit the present invention.
図5は、本発明のバッテリパックの製造方法のフローを示す一例である。図5のフローは、図2に示されるようなバッテリケースの下部ケース1の上端の高さが、配置した複数のバッテリモジュール4の上端の高さよりも高い位置にある場合に、特に適している。図5のフローにおいて、まず、複数のバッテリモジュール4を下部ケース1内に配置する。次いで、ジャンクションボックス6を下部ケース1内に配置し、複数のバッテリモジュール4の間をバスバー(導電体7)で接続し、バッテリマネジメントユニット5を下部ケース1内に配置する。次いで、断熱材8を構成する複数の粒子を、複数のバッテリモジュール4の間の少なくとも一部に配置する。断熱材8を所望の位置に配置し終えた後、上部ケース10を下部ケース1に取り付けて封止することにより、バッテリパックを形成する。
FIG. 5 is an example showing the flow of the method for manufacturing the battery pack of the present invention. The flow of FIG. 5 is particularly suitable when the height of the upper end of the
図6は、本発明のバッテリパックの製造方法のフローを示す別の例である。図6のフローは、図3に示されるようなバッテリケースの下部ケース1の上端の高さが、配置した複数のバッテリモジュール4の上端の高さよりも低い位置にあり、上部ケース10を取り付けずに断熱材8を構成する複数の粒子を複数のバッテリモジュール4間に配置しようとすると断熱材8を構成する複数の粒子が下部ケース1の上端を超えて外部にあふれ出るおそれがある場合に、特に適したフローである。図6のフローでは、図4に示されるような、上部ケース10に、断熱材8を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入する注入手段11が設けられたバッテリパックを製造する。図6のフローは、上記注入手段11の一例として、上部ケース10に、サービスプラグ台座を取り付けるための開口部(サービスプラグ部)を設けている。図6のフローでは、バッテリマネジメントユニット5を下部ケース1内に配置するまでは、図5のフローと同じである。図6のフローでは、次いで、上部ケース10を下部ケース1に取り付けて封止する。次いで、上部ケース10に配置されたサービスプラグ台座を取り付けるための開口部(サービスプラグ部)を通じて、断熱材8を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入し、複数のバッテリモジュール4の間の少なくとも一部に配置する。断熱材8の配置後、上部ケース10の開口部にサービスプラグ台座を取り付け、次いで台座にサービスプラグを取り付けて、バッテリパックを形成する。
FIG. 6 is another example showing the flow of the method for manufacturing the battery pack of the present invention. In the flow of FIG. 6, the height of the upper end of the
本発明において、バッテリモジュール間の断熱材として、複数の粒子を用いることにより、バッテリモジュールやバッテリケースの形状に合わせた断熱用の特殊な部材(例えばバッテリモジュール間に配置する板状の断熱材など)を成形する必要がなくなるという利点がある。また、断熱材を構成する複数の粒子は、バッテリモジュール間に注ぎ入れるなどの簡便な手順でバッテリモジュール間に配置することができ、様々な設計のバッテリモジュールやバッテリパックに対応可能である。また、断熱材を構成する複数の粒子は、掃除機等で吸引するなどの簡便な手段で取り除くことができ、板状の断熱材を用いる従来例に比べて、バッテリパックの廃棄時の解体が容易である。 In the present invention, by using a plurality of particles as the heat insulating material between the battery modules, a special member for heat insulating according to the shape of the battery module or the battery case (for example, a plate-shaped heat insulating material arranged between the battery modules, etc.) ) Is not required to be molded. Further, the plurality of particles constituting the heat insulating material can be arranged between the battery modules by a simple procedure such as pouring between the battery modules, and can be applied to battery modules and battery packs of various designs. In addition, the plurality of particles constituting the heat insulating material can be removed by a simple means such as suction with a vacuum cleaner or the like, and the battery pack can be disassembled at the time of disposal as compared with the conventional example using the plate-shaped heat insulating material. It's easy.
1 下部ケース
2 端子
3 端子
4 バッテリモジュール
5 バッテリマネジメントユニット
6 ジャンクションボックス
7 導電体
8 複数の粒子で構成される断熱材
9 強電コネクタ
10 上部ケース
11 断熱材を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入する注入手段
1
Claims (6)
前記複数のバッテリモジュール間の少なくとも一部に配置された断熱材、
を備え、前記断熱材は複数の粒子で構成されることを特徴とする、バッテリパック。 A plurality of battery modules arranged in a battery case at intervals from each other, and a heat insulating material arranged at least a part between the plurality of battery modules.
A battery pack comprising: The insulating material is composed of a plurality of particles.
前記上部ケースは、前記断熱材を構成する複数の粒子を前記バッテリケース内に注入する注入手段を有する、請求項1または2に記載のバッテリパック。 The battery case consists of an upper case and a lower case.
The battery pack according to claim 1 or 2, wherein the upper case has an injection means for injecting a plurality of particles constituting the heat insulating material into the battery case.
前記断熱材を構成する複数の粒子を、前記複数のバッテリモジュール間の少なくとも一部に配置すること、及び
前記バッテリケースの上部ケースを、前記複数のバッテリモジュールが配置された前記下部ケースに取り付けて、前記バッテリケースを形成すること
を含む、請求項1または2に記載のバッテリパックを製造する方法。 In the lower case of the battery case, the plurality of battery modules are arranged at intervals from each other.
The plurality of particles constituting the heat insulating material are arranged in at least a part between the plurality of battery modules, and the upper case of the battery case is attached to the lower case in which the plurality of battery modules are arranged. The method for manufacturing a battery pack according to claim 1 or 2, which comprises forming the battery case.
前記上部ケースを、前記複数のバッテリモジュールが配置された前記下部ケースに取り付けて、前記バッテリケースを形成すること、及び
前記注入手段を通じて、前記断熱材を構成する複数の粒子を、前記バッテリケース内に注入すること
を含む、請求項3または4に記載のバッテリパックを製造する方法。
In the lower case, the plurality of battery modules are arranged at intervals from each other.
The upper case is attached to the lower case in which the plurality of battery modules are arranged to form the battery case, and a plurality of particles constituting the heat insulating material are formed in the battery case through the injection means. The method of manufacturing a battery pack according to claim 3 or 4, which comprises injecting into.
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