JP2022014716A - Battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象となる電池に対して不活性ガスを供給する機構を有する電池モジュールに関する。 The present invention relates to a battery module having a mechanism for supplying an inert gas to the target battery.
リチウムイオン二次電池等の充放電可能な電池を単電池とし、当該単電池を複数備えた組電池は、車両搭載用電源などに好ましく用いられている。かかる組電池は、例えば、角型の単電池を所定の配列方向に沿って相互に隣接するように複数配列し、該配列方向に沿って各々の単電池を所定の拘束荷重を加えつつ拘束した後に、各々の単電池の電極端子(正極端子および負極端子)をバスバによって電気的に接続することによって構築される。
組電池を構成する単電池に過充電や電極体の破損等が生じた場合、過剰な発熱(過昇温)が生じる恐れがあり、一部の単電池に生じた過昇温が他の単電池に伝播し、単電池同士が相互に加熱し合う連鎖的な発熱が進行するおそれがある。
A battery that can be charged and discharged, such as a lithium ion secondary battery, is used as a cell, and an assembled battery including a plurality of the cells is preferably used as a power source for mounting on a vehicle. In such an assembled battery, for example, a plurality of square cells are arranged so as to be adjacent to each other along a predetermined arrangement direction, and each cell is restrained while applying a predetermined restraining load along the arrangement direction. Later, it is constructed by electrically connecting the electrode terminals (positive electrode terminal and negative electrode terminal) of each cell with a bus bar.
If the cells that make up the assembled battery are overcharged or the electrode body is damaged, excessive heat generation (overheating) may occur, and the overheating that occurs in some cells is the other unit. There is a risk that chain heat generation will proceed, which propagates to the batteries and heats the cells to each other.
そのような発熱を防止するため、例えば特許文献1には、複数の二次電池が配置される領域に対して消火剤の流れが囲むように組電池の天井面から消火剤を噴射し、発火した二次電池を消火する方法が開示されている。また、特許文献2には、熱伝播を抑制するため、単電池間に断熱シートを配置することが開示されている。 In order to prevent such heat generation, for example, in Patent Document 1, the fire extinguishing agent is sprayed from the ceiling surface of the assembled battery so that the flow of the fire extinguishing agent surrounds the area where the plurality of secondary batteries are arranged, and the fire extinguishing agent is ignited. A method of extinguishing a fire of a rechargeable battery is disclosed. Further, Patent Document 2 discloses that a heat insulating sheet is arranged between the cells in order to suppress heat propagation.
しかしながら、熱伝播の速度が速い場合は消火剤の噴射が追い付かず、発熱を制御することができない。また、組電池を構成するいずれかの単電池において高温ガスが発生した場合、単電池間を断熱するだけでは発熱の連鎖を防止するには不十分であり、より効果的に熱伝播を抑制する機構が求められている。 However, when the heat propagation speed is high, the injection of the fire extinguishing agent cannot catch up and the heat generation cannot be controlled. Further, when high temperature gas is generated in any of the cells constituting the assembled battery, it is not enough to prevent the chain of heat generation only by insulating the cells, and the heat propagation is suppressed more effectively. A mechanism is required.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、組電池を構成する単電池に事象が発生した際に、該事象が他の単電池に伝播することを好適に抑制する電池モジュールを提供することを目的とする。
なお、本明細書において「所定の事象(または、単に「事象」)」とは、電池の通常の使用状態と異なる異常な状態を発生させ得る、単電池に起こる異常の発生のことをいう。これらに限定されるものではないが、単電池の過充電や短絡等による発熱、単電池内部の電解液等の反応に由来するガスの発生、単電池内部の圧力の上昇等がここにいう事象の例として挙げられる。
The present invention has been made in view of this point, and provides a battery module that suitably suppresses the propagation of an event to another cell when an event occurs in the cell constituting the assembled battery. The purpose is to do.
In the present specification, the "predetermined event (or simply" event ")" refers to the occurrence of an abnormality occurring in a cell that can generate an abnormal state different from the normal usage state of the battery. Although not limited to these, heat generation due to overcharging or short circuit of the cell, generation of gas due to the reaction of the electrolyte inside the cell, increase in pressure inside the cell, etc. are described here. Is given as an example of.
本発明により提供される電池モジュールは、複数の単電池が所定の方向に配列されて構成された組電池と、該組電池に向けて供給され得る不活性ガスを収容する収容部と、前記組電池におけるいずれかの単電池において所定の事象が発生した際に該事象を検知する検知部と、を備えている。ここで、前記収容部は、前記事象が発生した単電池に対して不活性ガスが供給されるように構成されており、かつ、該不活性ガスは、前記事象が発生した単電池の重心位置を基準として前記事象が発生した位置とは反対側から供給されるように構成されている。 The battery module provided by the present invention includes an assembled battery in which a plurality of cells are arranged in a predetermined direction, an accommodating portion for accommodating an inert gas that can be supplied toward the assembled battery, and the above-mentioned assembly. It is provided with a detection unit that detects a predetermined event when a predetermined event occurs in any of the batteries. Here, the accommodating portion is configured to supply the inert gas to the cell in which the event has occurred, and the inert gas is the cell in which the event has occurred. It is configured to be supplied from the side opposite to the position where the event occurred with respect to the position of the center of gravity.
かかる構成によると、電池の中心(重心位置)を基準として、事象発生方向とは逆の方向から不活性ガスを供給することによって、不活性ガスを事象発生時の酸素消費や高温ガス噴射による差圧で発生する気流に乗って、速やかに事象発生場所へ到達させることができる。それによって、事象発生による高温ガスの発生を抑え、隣のセルへの熱連鎖を好適に防止することができる。 According to this configuration, by supplying the inert gas from the direction opposite to the event occurrence direction with reference to the center of the battery (position of the center of gravity), the difference in the inert gas due to oxygen consumption at the time of the event occurrence and high temperature gas injection. It is possible to quickly reach the place where the event occurs by riding on the airflow generated by pressure. As a result, it is possible to suppress the generation of high-temperature gas due to the occurrence of an event and suitably prevent heat chaining to the adjacent cell.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る好適な一実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であってここに開示される技術の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。ここで開示される電池モジュールは、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識に基づいて調製し、使用することができる。以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。 Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. Matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the technique disclosed herein can be grasped as design matters of a person skilled in the art based on the prior art in the art. The battery module disclosed herein can be prepared and used based on the contents disclosed in the present specification and the common general technical knowledge in the art. In the following drawings, members / parts having the same function are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations may be omitted or simplified.
ここで開示される電池モジュールを構成する単電池として、一般的に使用されている繰り返し充放電が可能な二次電池を用いることができ、典型的にはリチウムイオン二次電池が用いられ得る。
本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。また、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
リチウムイオン二次電池としては、例えば、電解質が固体電解質で構成されている全固体電池や、電解質として非水電解液を用いた非水電解液リチウムイオン二次電池が用いられる。非水電解液リチウムイオン二次電池に用いられる電極体として、典型的にはシート状の正極および負極を捲回させた捲回電極体や、シート状の正極および負極を積層させた積層電極体が用いられている。
As the cell constituting the battery module disclosed here, a commonly used secondary battery capable of repeated charging and discharging can be used, and a lithium ion secondary battery can be typically used.
As used herein, the term "secondary battery" generally refers to a power storage device that can be repeatedly charged and discharged, and is a term that includes a so-called storage battery and a power storage element such as an electric double layer capacitor. Further, in the present specification, the "lithium ion secondary battery" refers to a secondary battery that uses lithium ions as a charge carrier and realizes charge / discharge by the transfer of charges accompanying the lithium ions between the positive and negative electrodes.
As the lithium ion secondary battery, for example, an all-solid-state battery in which the electrolyte is composed of a solid electrolyte, or a non-aqueous electrolyte lithium-ion secondary battery using a non-aqueous electrolyte as the electrolyte is used. As an electrode body used for a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery, typically, a wound electrode body in which a sheet-shaped positive electrode and a negative electrode are wound, or a laminated electrode body in which a sheet-shaped positive electrode and a negative electrode are laminated. Is used.
図1は、一実施形態にかかる電池モジュールを構成する組電池の構成を示す斜視図である。図1に示すように、単電池12は単電池ケース14の上部に正極端子15と負極端子16とが設けられており、これらの電極端子はバスバ17を介して隣接する単電池12と電気的に接続されている。なお、電池ケース14の上部には、容器内部で発生したガス抜きのための安全弁13が設けられている。単電池12は、図1に記載されているような角型のものに限定されず、例えば円筒型やラミネート型等であってもよい。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an assembled battery constituting the battery module according to the embodiment. As shown in FIG. 1, the
単電池12はスペーサ11を介して配列されている。もっとも外側に配置されたスペーサ11のさらに外側には、一対のエンドプレート18、19が配置されている。また、上記単電池群の一方の外側に配置されたスペーサ11とエンドプレート18との間には、組電池10の長さを調整するための長さ調節部材40が挟み込まれている。そして、これらはエンドプレート18、19を架橋するように取り付けられた締付け用ビーム材21によって拘束され、締付け用ビーム材21の端部がビス22によって締め付けられ、固定されている。
The
図2は一実施形態にかかる電池モジュール100を模式的に示す側面図である。電池モジュール100は、複数の角型単電池12が所定の方向にスペーサ11を介して配列されて構成された組電池10と、組電池10に向けて供給され得る不活性ガスを収容する収容部50と、組電池10におけるいずれかの単電池12において事象が発生した際に、該事象を検知する検知部61と、を備えている。
FIG. 2 is a side view schematically showing the
検知部61は、例えば、熱電対等の温度センサ、ガス成分検知センサ、圧力センサ等の事象の発生を検知するセンサ(以下、単に「センサ」ともいう。)を備え、組電池10を収容する組電池ケース60の内壁に配置されている。検知部61は、組電池ケース60の内壁の天井面(すなわち、安全弁13と対向する面)に配置されている。なお、センサは単電池12に接触する接触型であっても、非接触型であってもよい。
The
収容部50は、事象発生の際に不活性ガスを放出する放出弁51を備えている。不活性ガスとしては窒素やアルゴン等を用いることができる。ここで、収容部50は組電池ケース60の底面(すなわち、組電池ケース60において検知部61と対向する面)に備えられている。放出弁51が解放された際に自発的に不活性ガスが組電池ケース60内に放出されるように、収容部50の内圧は組電池ケース60の内圧より高くなっている。
The
図3は一実施形態にかかる電池モジュールを構成する単電池に事象が発生した場合の、事象発生位置Aと、事象発生した際に開放される放出弁51Eの位置関係の一例を示す斜視図である。図3に示す電池モジュールを構成する単電池12の上部(端子が配置されている側)には、単電池12の異常発生によって内部の圧力が上昇した際に、電池が破裂することを防ぐための安全弁13が設けられている。安全弁13を備える単電池12に事象が発生した際は、事象発生位置Aは安全弁13の位置と一致する。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of the positional relationship between the event occurrence position A and the
収容部50に備えられる放出弁51は、例えば、事象発生位置Aとなり得る放出弁13の位置から単電池12の重心位置Oに向かう直線と、組電池ケース60の底面と、の交点をBとしたときに、線分BOとのなす角が所定の角度θ以下となるような、組電池ケース60の底面上の位置に配置され得る。角度θは通常90度以下であり、好ましくは60度以下であり、より好ましくは45度以下であり、例えば30度以下である。
放出弁51は、単電池12それぞれに対して設けられていてもよく、間欠的に設けられていてもよい。
The
The
図示は省略するが、本実施形態にかかる電子モジュール100は、放出弁51の開閉を制御する制御部を備えている。制御部は、検知部61に備えられたセンサによって、単電池12のいずれかにおいて事象が発生したことと、該事象を検知した検知部61Dの位置から該事象が発生した単電池12Aと、を検知する検知手段を備えている。また、制御部は、事象が発生した単電池12Aに対応した放出弁51Eを開放する開放手段を備えている。検知手段と開放手段は電気的に接続されている。検知手段が事象の発生を検知した際に、その情報が開放手段に送信される。すなわち、検知手段が単電池12Aにおける事象の発生を検知した際に、開放手段が単電池12Aに対応した放出弁51Eを開放させる。これによって、事象発生位置Aに対して単電池12Aの重心位置を基準として反対側から不活性ガスが放出し、熱伝播を好適に抑制することができる。
Although not shown, the
具体例として、検知部61に備えられたセンサとして熱電対が用いられた場合を例にして以下に説明する。まず、検知部61に備えられた熱電対によって単電池12の温度を検知する。次に、検知された単電池12の温度が予め定められた閾値以上か否かを判定する。検知された単電池12の温度が予め定められた閾値以上でない場合には、単電池12の温度を検知する処理に戻る。検知された単電池12の温度が予め定められた閾値以上である場合には、検知部61における当該閾値以上の温度を検出した熱電対の位置(検知部61D)から事象が発生した単電池12Aを検知する(検知手段)。そして、単電池12Aの情報が開放手段に送信され、単電池12Aに対応する放出弁51Eを開放する。
As a specific example, a case where a thermocouple is used as a sensor provided in the
図4は一実施形態にかかる電池モジュール100を模式的に示す側面図である。電池モジュール100は、複数のラミネート型単電池12が所定の方向にスペーサ11を介して配列されて構成された組電池10と、組電池10に向けて供給され得る不活性ガスを収容する収容部50と、組電池10におけるいずれかの単電池12において事象が発生した際に、該事象を検知する検知部61と、を備えている。ラミネート型単電池12には安全弁が設けられていないため、事象発生位置Aは単電池12のシール部分(図示せず)いずれかの位置となり得る。
FIG. 4 is a side view schematically showing the
検知部61は、上述したセンサを備え、組電池10を収容する組電池ケース60の内壁に配置されている。単電池12において事象が発生した際に事象の発生位置組Aを検知するために、単電池12それぞれのシール部分を囲むように、それぞれの単電池12に対して複数の検知部61が電池ケース60の内壁に備えられている。
The
収容部50は、事象発生の際に上述した不活性ガスを放出する放出弁51を備えている。ここで、収容部50および放出弁51は、放出された不活性ガスが、事象が発生した位置Aに対して、事象が発生した単電池12Aの重心位置Oを基準として事象発生位置Aの反対側から供給されるように配置されている。すなわち、単電池12それぞれのシール部分を囲むように、組電池ケース60に備えられている。
収容部50に備えられる放出弁51は、単電池12のシール部分を囲むように単電池12それぞれに対して複数配置され得る。
The
A plurality of
図示は省略するが、本実施形態にかかる電子モジュール100は、放出弁51の開閉を制御する制御部を備えている。制御部は、検知部61に備えられたセンサによって単電池12に発生した事象を検知する検知手段と、事象が発生した単電池12Aに対応した放出弁51Eを開放する開放手段を備えている。検知手段と開放手段は電気的に接続されている。検知手段が事象の発生を検知した際に、その情報が開放手段に送信される。開放手段はかかる情報に基づいて、事象発生位置Aに対して単電池12Aの重心位置Oから見て反対側から不活性ガスが放出されるように放出弁51Eを開放させる。
Although not shown, the
事象発生位置Aから単電池12Aの重心位置Oに向かう直線と、組電池ケース60の内壁との交点をBとしたときに、線分BOとのなす角が所定の角度θ以下となるような位置に配置されている放出弁51が開放される。角度θは通常90度以下であり、好ましくは60度以下であり、より好ましくは45度以下であり、例えば30度以下である。
When the intersection of the straight line from the event occurrence position A to the center of gravity position O of the
具体例として、検知部61に備えられたセンサとして熱電対が用いられた場合を例にして以下に説明する。まず、検知部61に備えられた熱電対によって単電池12の温度を検知する。次に、検知された単電池12の温度が予め定められた閾値以上か否かを判定する。検知された単電池12の温度が予め定められた閾値以上でない場合には、単電池12の温度を検知する処理に戻る。検知された単電池12の温度が予め定められた閾値以上である場合には、検知部61における当該閾値以上の温度を検出した熱電対の位置(検知部61D)から事象が発生した単電池12Aおよび事象発生位置Aを推定する(検知手段)。そして、単電池12Aおよび事象発生位置Aの情報が開放手段に送信され、単電池12Aの事象発生位置Aに対して単電池12Aの重心位置Oから見て反対側から不活性ガスが放出されるように、放出弁51より放出弁51Eが選択され、開放される。
As a specific example, a case where a thermocouple is used as a sensor provided in the
以上のように構成された電池モジュールは、組電池を構成するいずれかの単電池において所定の事象が発生した際に、事象発生位置に対して該事象が発生した単電池の重心位置を基準として反対側から不活性ガスが供給されるように構成されている。このような電池モジュールによると、従来から用いられている不活性ガス供給機構と比較して、不活性ガスをより速やかに事象発生位置に供給させることができ、発熱の連鎖を好適に抑制することができる。 When a predetermined event occurs in any of the cells constituting the assembled battery, the battery module configured as described above is based on the position of the center of gravity of the cell in which the event occurs with respect to the event occurrence position. It is configured so that the inert gas is supplied from the opposite side. According to such a battery module, the inert gas can be supplied to the event occurrence position more quickly than the conventionally used inert gas supply mechanism, and the chain of heat generation can be suitably suppressed. Can be done.
なお、ここで開示される電池モジュールは、上述の実施形態に限定されず、種々の構成を変更することができる。例えば、組電池を構成する単電池の個数は特に限定されない。また、検知部を構成するセンサや収容部に備えられる放出弁の個数や配置は、電池の構成応じて適宜設定される。 The battery module disclosed here is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be changed. For example, the number of cell cells constituting the assembled battery is not particularly limited. Further, the number and arrangement of the sensors constituting the detection unit and the discharge valves provided in the accommodating unit are appropriately set according to the battery configuration.
ここに開示される電池モジュールは、各種用途に利用可能である。例えば、車両に搭載されるモーター用の動力源(駆動用電源)として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されるものではないが、典型的には自動車、例えばプラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)等が挙げられる。 The battery module disclosed herein can be used for various purposes. For example, it can be suitably used as a power source (driving power source) for a motor mounted on a vehicle. The type of vehicle is not particularly limited, but typically examples thereof include automobiles, for example, plug-in hybrid vehicles (PHVs), hybrid vehicles (HVs), electric vehicles (EVs), and the like.
10 組電池
11 スペーサ
12 単電池
12A 事象が発生した単電池
13 安全弁
14 単電池ケース
15 正極端子
16 負極端子
17 バスバ
18 エンドプレート
19 エンドプレート
21 締付け用ビーム材
22 ビス
40 長さ調節部材
50 収容部
51 放出弁
51E 事象発生により開放される放出弁
60 組電池ケース
61 検知部
61D 事象発生を検知した検知部
100 電池モジュール
A 単電池における事象発生位置
O 単電池の重心位置
10
Claims (1)
ここで、前記収容部は、前記事象が発生した単電池に対して不活性ガスが供給されるように構成されており、
かつ、該不活性ガスは、前記事象が発生した単電池の重心位置を基準として前記事象が発生した位置とは反対側から供給されるように構成されている、
電池モジュール。
A predetermined battery in an assembled battery composed of a plurality of cells arranged in a predetermined direction, an accommodating portion for accommodating an inert gas that can be supplied to the assembled battery, and any of the cells in the assembled battery. It is equipped with a detection unit that detects an event when it occurs.
Here, the accommodating portion is configured to supply the inert gas to the cell cell in which the event has occurred.
Moreover, the inert gas is configured to be supplied from the side opposite to the position where the event occurred, with reference to the position of the center of gravity of the cell in which the event occurred.
Battery module.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11352294B2 (en) * | 2016-03-04 | 2022-06-07 | Sk Innovation Co., Ltd. | Amine-containing asphalt binder composition |
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2020
- 2020-07-07 JP JP2020117223A patent/JP2022014716A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11352294B2 (en) * | 2016-03-04 | 2022-06-07 | Sk Innovation Co., Ltd. | Amine-containing asphalt binder composition |
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