JP4641737B2 - Pack battery - Google Patents
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Description
本発明は、複数の二次電池を同一平面で横並びに連結しているパック電池に関し、とくに両端部分の電池と中央部分の電池との温度差を少なくできるパック電池に関する。 The present invention relates to a battery pack in which a plurality of secondary batteries are connected side by side on the same plane, and more particularly to a battery pack capable of reducing a temperature difference between a battery at both ends and a battery at a central portion.
図1に示すように、複数の二次電池1を平行な姿勢で横並びに連結しているパック電池は、中央部分の電池の温度が端部の電池温度よりも高くなる。この図において、上側に表示しているグラフの横軸は、下側に図示しているパック電池の横並びに配置された各二次電池の位置に対応しており、横並びに連結された各二次電池に対する電池温度をグラフに示している。この図からもわかるように、中央部分の電池温度が最も高くなる傾向がある。パック電池は、各々の電池に温度差ができる状態で充放電を繰り返すと種々の弊害が発生する。たとえば、電池は、温度によって充放電される効率が異なるので、全ての電池を直列に接続して同じ電流で充放電させても、電池によって残容量に差ができる。残容量に差のあるパック電池を満充電すると、残容量が大きい電池が過充電される。反対にパック電池を完全に放電させるときには、残容量の小さい電池が過放電される。電池は、過充電や過放電されると性能が低下して寿命が著しく短くなる。また、温度差によって電池が劣化する傾向も異なり、電池温度が高い状態で充放電される電池は劣化しやすくなる。このため、中央部に配置される電池は端部の電池よりも早く劣化してしまう。パック電池は、複数の二次電池を直列に接続しているので、いずれかの二次電池が劣化すると、劣化した電池は過充電され、また過放電されやすく、加速度的に劣化が進行してパック電池の寿命を短くする。
As shown in FIG. 1, in a battery pack in which a plurality of
このような弊害を避けるために、多数の二次電池を接続しているパック電池は、各々の電池温度をいかに均一にして温度差を小さくできるかが大切である。このことを実現するために、中央部と端部とで冷却状態を変更する集合電池が開発されている(特許文献1参照)。
この公報に記載される集合電池は、複数の電池モジュールを平行に横並びに配置して、隣接する電池モジュールの間に冷媒通路を設けている。冷媒通路は端部から中央部にしたがって大きくしている。中央部に設けている大きい冷媒通路は、冷却能力が大きく、中央部分の電池モジュールを効率よく冷却して温度を低くする。端部の冷媒通路は冷却能力が小さいので、電池モジュールの温度は高くなる。したがって、この構造によると、端部の電池モジュールに比較して温度が高くなる中央部分の電池モジュールを効率よく冷却して温度差を小さくできる。 In the battery assembly described in this publication, a plurality of battery modules are arranged side by side in parallel, and a refrigerant passage is provided between adjacent battery modules. The refrigerant passage is enlarged from the end to the center. The large refrigerant passage provided in the central portion has a large cooling capacity and efficiently cools the battery module in the central portion to lower the temperature. Since the cooling capacity of the refrigerant passage at the end is small, the temperature of the battery module becomes high. Therefore, according to this structure, the temperature difference can be reduced by efficiently cooling the battery module at the central portion where the temperature is higher than that of the battery module at the end.
ただ、この構造は、電池モジュールの間に冷媒通路を設けて、ここに冷媒を強制的に通過させるので、冷媒通路を冷媒が漏れない閉鎖構造とする必要があり、また、各々の冷媒通路を冷媒が通過するように連結する必要もあって、構造にが極めて複雑になる。また冷媒通路には空気等の冷媒を強制的に送風する必要があるので、送風器等の余分な装置を設けて、これに連結する必要もある。さらにまた、電池モジュールの間に冷媒通路となる空隙を設けるので全体の外形が大きくなる欠点もある。したがって、この構造は、電池モジュールの発熱量が極めて大きい、ハイブリッドカー等の集合電池に特定して使用されるもので、二次電池を横並べにしている小容量のパック電池には到底に採用できない。 However, in this structure, a refrigerant passage is provided between the battery modules, and the refrigerant is forced to pass therethrough. Therefore, it is necessary to make the refrigerant passage a closed structure in which the refrigerant does not leak. Since it is necessary to connect the refrigerant so that it passes, the structure becomes extremely complicated. Further, since it is necessary to forcibly blow a refrigerant such as air in the refrigerant passage, it is necessary to provide an extra device such as a blower and connect it to this. Furthermore, since the space | gap used as a refrigerant path is provided between battery modules, there also exists a fault that the whole external shape becomes large. Therefore, this structure is used specifically for battery packs such as hybrid cars that generate extremely large amounts of heat from the battery module, and is very suitable for small-capacity battery packs with secondary batteries arranged side by side. Can not.
本発明は、極めて簡単な構造で、複数の二次電池を横並びに連結しているパック電池の温度差を少なくすることをすることを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、全体をコンパクトにしながら、端部と中央部分の電池の温度差を小さくして、温度差による電池の劣化を少なくして、全体として寿命を長くできるパック電池を提供することにある。 The present invention has been developed for the purpose of reducing the temperature difference between battery packs in which a plurality of secondary batteries are connected side by side with a very simple structure. An important object of the present invention is to provide a battery pack that can extend the life as a whole by reducing the temperature difference between the battery at the end and the central portion, reducing the deterioration of the battery due to the temperature difference, while making the whole compact. There is to do.
本発明のパック電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
パック電池は、複数の電池1を平行な姿勢で同一平面に横並びに配置している。隣接する電池1の間にはスペーサ2を配置している。
The battery pack of the present invention has the following configuration in order to achieve the aforementioned object.
In the battery pack, a plurality of
さらに、本発明のパック電池は、端部の電池1間に配置しているスペーサ2に比較して、中央部に配置している電池1間に配置しているスペーサ2を厚くしている。
Furthermore, it packs battery of the present invention, compared with the
本発明のパック電池は、電池1間に配置しているスペーサ2を、電池1を配置している面と平行な面内に配置している連結プレート3で連結している。
Packs battery of the present invention couples the
また、パック電池は、電池1間に配置しているスペーサ2と連結プレート3とをプラスチックで一体的に成形している。
更に、スペーサ2は、プラスチックからなる。
Also, it packs batteries are molded integrally with the connecting
Further, the
本発明のパック電池は、全体をコンパクトにしながら、端部と中央部分の電池の温度差を小さくして、温度差による電池の劣化を少なくして、全体として寿命を長くできる特長がある。それは、本発明のパック電池が、複数の電池を横並びに配置すると共に、電池の間にスペーサを配置し、さらに、このスペーサを、中央部分のものを端部のものよりも厚くしているからである。このように、中央部分と端部に配置されるスペーサの厚さを独特の特性にコントロールすると、中央部分の電池は隣の電池で加温される熱量が少なく、端部の電池は隣の電池で加温される熱量が多くなる。このため、従来のパック電池で温度が特に高くなっていた中央部分の電池は、隣の電池に加温される熱が遮断されて温度が低くなる。反対に、従来のパック電池で温度が特に低くなっていた端部の電池は、隣の電池に加温される熱量が多くなって温度が高くなる。したがって、本発明のパック電池は、図4に示すように、従来のものに比較して、中央部分の電池温度が実線で示すように低くなり、端部の電池温度は高くなる。すなわち、電池の最高温度が低下して最低温度が高くなるので、電池の温度差は相当に小さくなる。なお、図4において、上側に表示しているグラフの横軸は、下側に図示しているパック電池の横並びに配置された各二次電池の位置に対応しており、横並びに連結された各二次電池に対する電池温度をグラフに示している。
The battery pack according to the present invention is characterized in that the overall battery life can be extended as a whole by reducing the temperature difference between the battery at the end portion and the central portion and reducing the deterioration of the battery due to the temperature difference. It battery pack of the present invention, together with a plurality of batteries are arranged side by side, to place the scan spacers between the battery, further, the this scan pacer, thicker than that of the end ones of the central portion Because . Thus, when controlling the thickness of the disposed away pacer in the central portion and the end portion on the unique characteristics, the battery of the central portion has less heat warms a battery in the next, the end cell of the adjacent The amount of heat heated by the battery increases. For this reason, the temperature of the battery in the central part, which is particularly high in the conventional battery pack, is reduced by blocking the heat that is heated by the adjacent battery. On the other hand, the battery at the end portion where the temperature is particularly low in the conventional battery pack increases the amount of heat heated by the adjacent battery, and the temperature increases. Therefore, as shown in FIG. 4, the battery pack of the present invention has a lower battery temperature at the center portion as shown by the solid line and a higher battery temperature at the end portion as compared with the conventional battery. That is, since the maximum temperature of the battery is lowered and the minimum temperature is increased, the temperature difference between the batteries is considerably reduced. In FIG. 4, the horizontal axis of the graph displayed on the upper side corresponds to the side of the pack battery illustrated on the lower side and the position of each secondary battery arranged, and is connected side by side. The battery temperature for each secondary battery is shown in the graph.
以上のように、本発明は、電池の間に配置している断熱スペーサの断熱性で電池の温度差を小さくするので、各々の電池を特別な構造で強制的に冷却する必要がなく、また複雑な構造として電池の温度差を小さくする必要もない。したがって、極めて簡単な構造でコンパクトにしながら、電池の温度差を小さくできるという、パック電池にとって極めて優れた特徴を実現する。 As described above, the present invention reduces the temperature difference between the batteries by the heat insulating property of the heat insulating spacers arranged between the batteries, so that it is not necessary to forcibly cool each battery with a special structure. It is not necessary to reduce the temperature difference of the battery as a complicated structure. Therefore, an extremely excellent feature for the battery pack is realized in which the temperature difference between the batteries can be reduced while being compact with an extremely simple structure.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the example shown below illustrates the battery pack for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the battery pack as follows.
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。 Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the examples are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
本発明のパック電池は、大きな電流で充放電されて、電池温度が高温になりやすい用途に使用される。たとえば、本発明のパック電池は、自動車、電動バイク、電動自転車等の車両用の電源、または電動工具の電源に適している。 The battery pack of the present invention is used for applications in which the battery temperature is likely to become high due to being charged and discharged with a large current. For example, the battery pack of the present invention is suitable for a power source for a vehicle such as an automobile, an electric motorcycle, and an electric bicycle, or a power source for an electric tool.
図2に示すパック電池は、複数の電池1を平行な姿勢で同一平面に横並びに配置している。図のパック電池は、電池1を円筒型電池とするが、電池1には角型電池も使用できる。電池はリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の充電できる全ての二次電池とすることができる。このパック電池は、隣接する電池1の間に断熱スペーサ2を配置している。この図のパック電池は、12本の電池1を二段に積層して配置している。1段に6本の電池1を横並びに配置している。これを2段に積層する状態に配置している。上段と下段の電池1の間には連結プレート3を配置している。この連結プレート3はプラスチック製で、断熱スペーサ2を一体的に成形して製作することができる。ただ、断熱スペーサ2と連結プレート3を別々に成形して、断熱スペーサ2を連結プレート3に連結することもできる。図2のパック電池は、連結プレート3の両面に断熱スペーサ2を設けて、両面に電池1を配置しているが、本発明のパック電池は、連結プレートの片面に断熱スペーサを連結して、片面に電池を配置することもできる。いずれのパック電池も、連結プレート3の表面に複数の電池1を横並びに配置するので、電池1間に配置される断熱スペーサ2は、電池1を配置している面と平行な面内に配置している連結プレート3に連結される。
The battery pack shown in FIG. 2 has a plurality of
図2のパック電池は、連結プレート3の両面に断熱スペーサ2を設けて、断熱スペーサ2の間に電池1を配置している。断熱スペーサ2は、連結プレート3に垂直な姿勢で連結している。この構造のパック電池は、連結プレート3と断熱スペーサ2で3方を囲む領域に電池1を入れて定位置に配置できる。このため、電池1を正確な位置に配置して能率よく組み立てできる。連結プレート3と断熱スペーサ2とで囲まれる領域に入れられた電池1は、両端の電極にリード板(図示せず)を連結し、リード板を介して互いに連結される。リード板は、電池1の電極にスポット溶接等の方法で連結されて、隣接する電池1を直列に、あるいは並列に接続する。上下2段に配置しているパック電池は、図5の回路図に示すように、各段の電池1を互いに直列に接続して、上下の電池1を並列に接続することができる。
In the battery pack of FIG. 2,
図のパック電池は、以上のように、連結プレート3と断熱スペーサ2の間に電池1を配置し、さらに電池1をリード板で連結してなる電池組立が外装(図示せず)でカバーされて完成品となる。外装は、プラスチックケースである。ただ、外装には、熱収縮チューブ等のプラスチックフィルムも使用できる。
In the illustrated battery pack, as described above, the
パック電池は、外装に収納された各々の電池1の温度差を少なくするために、独特の断熱スペーサ2を配置している。図1に示すように、複数の電池1を横並びにしているパック電池は、中央部分の電池温度が端部の電池温度よりも高くなる。この弊害を解消して、電池1の温度差を少なくするために、本発明のパック電池は、電池1の間に配置している断熱スペーサ2の断熱性を調整している。端部の電池1間に配置する断熱スペーサ2に比較して、中央部の電池1間に配置する断熱スペーサ2の断熱性を大きくしている。断熱性は、一方の面から他方の面への熱伝導を遮断する特性であって、断熱性の大きい断熱スペーサ2は、同一の温度差で単位面積において、一方の面から他方の面への熱伝導量が小さい。すなわち、熱の伝導を遮断する効果が大きい。
The battery pack is provided with a unique
中央部分の電池1間に配置する断熱スペーサ2は断熱性を大きくする。断熱性の大きい断熱スペーサ2は、一方の面から他方の面に伝導する熱量が小さい。このため、断熱性の大きい断熱スペーサ2の両側に配置される電池1は、温度が高くなった電池1が隣の電池1を加熱する熱量を小さくできる。いいかえると、電池1の熱が断熱スペーサ2で遮断されて隣の電池1で加熱されなくなる。このため、中央部分の電池1は、隣の電池1の熱で加温される程度が少なくなって温度上昇が少なくなる。これに対して、端部の電池1の間には断熱性の小さい断熱スペーサ2が配置される。この断熱スペーサ2は、一方の面から他方の面に伝導する熱量が大きく、隣の電池1の熱で加熱される程度が大きくなる。したがって、端部の電池1は、隣の電池1で加温されて温度が高くなる。以上のように、中央部分の電池1と端部の電池1とでは、隣の電池1で加温される程度が異なり、この状態で表面から放熱して冷却される。両端に配置された電池1は、表面から放熱される。図2に示すように、連結プレート3と断熱スペーサ2で3方を囲む領域に配置される電池1は、断熱スペーサ2の間の開口部で効率よく冷却される。この開口部の形状は、両端の電池1を除く他の全ての電池1において同じである。両端の電池1を除く全ての電池1は、同じ条件で冷却される。
The
断熱スペーサ2の断熱性は、断熱スペーサ2を成形する材料の熱伝導率でコントロールできる。断熱スペーサ2は、熱伝導率の小さい材料を使用して成形して、断熱性を大きくできる。反対に、熱伝導率の大きい材料で成形して、断熱性を小さくできる。断熱スペーサ2は、プラスチック等の絶縁材で成形される。このプラスチックには、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート等が使用できる。プラスチックは、材質を変更して熱伝導率をコントロールでき、また、充填材を充填して熱伝導率をコントロールできる。プラスチックに充填されて、熱伝導率をコントロールする充填材には、プラスチックよりも熱伝導率の大きいものが使用できる。たとえば、この充填材として、シリカやアルミナ等の無機粉末を使用する。充填材を充填して熱伝導率をコントロールする場合、プラスチックに充填材を充填している充填プラスチックで断熱スペーサを成形する。充填プラスチックは、たとえば、プラスチックに充填される充填材の熱伝導率を変更して、充填プラスチック自体の熱伝導率をコントロールする。充填材の熱伝導率で充填プラスチック自体の熱伝導率をコントロールする場合、充填する充填材の熱伝導率を大きくして、充填プラスチック自体の熱伝導率を大きくでき、また、充填材の熱伝導率を小さくして、充填プラスチック自体の熱伝導率を小さくできる。さらに、プラスチックに充填する充填材の充填量で充填プラスチックの熱伝導率をコントロールすることもできる。すなわち、充填材の充填量を多くして、充填プラスチックの熱伝導率を大きくし、反対に充填材の充填量を少なくして充填プラスチックの熱伝導率を小さくコントロールできる。
The heat insulating property of the
断熱スペーサ2は、中央部分の電池1間に配置するものの断熱性を大きくして、端部の電池1間に配置する断熱スペーサ2の断熱性を小さくする。したがって、充填材を充填してプラスチックの断熱性をコントロールしながら成形される断熱スペーサ2は、中央部分に配置する断熱スペーサ2には端部の断熱スペーサ2に比較して熱伝導率の小さい充填材を充填し、あるいは充填材の充填量を少なくして断熱性を大きくする。中央部分の断熱スペーサ2には充填材を充填しないで、端部の断熱スペーサ2に充填材を充填することもできる。複数の電池1間に配置される断熱スペーサ2は、端部から中央部分に向かって充填材の充填量を少なくし、あるいは充填する充填材として次第に熱伝導率の小さいものを使用する。このように、断熱スペーサ2の断熱性を連続的に変化させるパック電池は、電池1の温度差をとくに小さくできる。ただ本発明のパック電池は、中央部分から端部に配置される断熱スペーサ2の断熱性を段階的に変化させることもできる。
The
ただ、プラスチックに充填する充填材には、プラスチックよりも熱伝導率の小さいものを使用することもできる。この充填材をプラスチックに充填して、充填材の充填量で充填プラスチックの熱伝導率をコントロールする場合、充填材の充填量を多くして充填プラスチックの熱伝導率を小さくし、反対に、充填材の充填量を少なくして充填プラスチックの熱伝導率を大きくコントロールできる。したがって、この充填材を充填して成形される断熱スペーサは、中央部分に配置する断熱スペーサでは、端部の断熱スペーサに比較して、充填材の充填量を多くして断熱性を大きくする。また、端部の断熱スペーサには充填材を充填しないで、中央部の断熱スペーサに充填材を充填することもできる。複数の電池間に配置される断熱スペーサは、端部から中央部分に向かって充填材の充填量を多くする。 However, a filler having a lower thermal conductivity than that of plastic can be used as a filler for filling the plastic. When this filler is filled in plastic and the thermal conductivity of the filled plastic is controlled by the filling amount of the filler, the thermal conductivity of the filled plastic is decreased by increasing the filling amount of the filler, and conversely, filling By reducing the filling amount of the material, the thermal conductivity of the filled plastic can be greatly controlled. Therefore, the heat insulating spacer formed at the center portion of the heat insulating spacer formed by filling the filler increases the amount of the filler and increases the heat insulating property as compared with the heat insulating spacer at the end. Further, the heat insulating spacer at the end can be filled with the filler without filling the heat insulating spacer at the end. The heat insulating spacer arranged between the plurality of batteries increases the filling amount of the filler from the end portion toward the central portion.
さらに、断熱スペーサ2は、図3に示すように、プラスチックを板状に成形する厚さで断熱性をコントロールすることもできる。この断熱スペーサ2は、厚く成形して断熱性を大きく、薄く成形して断熱性を小さくできる。
Furthermore, the
厚さで断熱性をコントロールして成形される断熱スペーサ2は、中央部分に配置する断熱スペーサ2を、端部の断熱スペーサ2に比較して厚く成形して断熱性を大きくする。複数の電池1間に配置される断熱スペーサ2は、端部から中央部分に向かって次第に厚く成形する。このようにして、断熱スペーサ2の断熱性を連続的に変化させるパック電池は、電池1の温度差をとくに小さくできる。ただ本発明のパック電池は、中央部分から端部に配置される断熱スペーサ2の厚さを段階的に変化させることもできる。
The
連結プレート3を備えるパック電池は、連結プレート3の断熱性をコントロールして、さらに電池1の温度差を少なくできる。連結プレート3は、中央部分の断熱性を端部よりも大きくする。この連結プレート3は、中央部分の断熱性を端部よりも大きくするので、中央部分における上下面の熱伝導量を端部よりも小さくできる。したがって、図3に示すように、上下に配置される電池1は、上下間で熱の移動を少なく、いいかえると、一方の電池1が他方の電池1を加熱する熱量を小さくできる。連結プレート3は、端部の断熱性を中央部分よりも小さくしているので、連結プレート3の端部に配置される電池1は、上下の熱移動量が大きく、一方の電池1が他方の電池1を加熱する熱量を大きくできる。したがって、この構造によると、中央の電池1は隣の電池1で加温される熱量が小さく、端部の電池1は隣の電池1で加温される熱量が大きくなって、電池1の温度差は小さくなる。
The battery pack provided with the
連結プレート3の断熱性は、断熱スペーサ2と同じように、充填材の熱伝導率や充填量でコントロールし、あるいは連結プレート3の厚さでコントロールすることができる。
As with the
1…電池
2…断熱スペーサ
3…連結プレート
DESCRIPTION OF
Claims (4)
端部の電池(1)間に配置しているスペーサ(2)に比較して、中央部に配置している電池(1)間に配置しているスペーサ(2)を厚くしているパック電池。 A battery pack are arranged a plurality of batteries (1) side by side on the same plane in parallel orientation, with disposing the scan spacers (2) between adjacent cells (1),
Compared to not disposed between the battery end (1) absence pacer (2), Ru thickly Tei batteries (1) are arranged between away pacer (2) which is arranged in the center portion Pack battery.
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