JP5292663B2 - Assembled battery and vehicle equipped with the assembled battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラミネートフィルムを外装部材として用いた薄型二次電池を複数積層した電池積層体を2以上並べて構成される組電池及び当該組電池を搭載した車輌に関する。 The present invention relates to an assembled battery configured by arranging two or more battery stacks in which a plurality of thin secondary batteries using a laminate film as an exterior member are stacked, and a vehicle equipped with the assembled battery.
所望する容量や電圧を確保するために、ラミネートフィルムを外装部材として用いた薄型二次電池を複数積層した電池積層体を同一平面上に並列に2以上並べて組電池を構成する技術が従来から知られている(例えば、特許文献1参照)。 In order to secure a desired capacity and voltage, there has been conventionally known a technique for forming an assembled battery by arranging two or more battery stacks in which a plurality of thin secondary batteries using a laminate film as an exterior member are stacked in parallel on the same plane. (For example, refer to Patent Document 1).
このような組電池では、放充電に伴って各電池積層体を構成する二次電池が発熱するために、各二次電池同士の間にヒートシンクを介在させて、このヒートシンクの内部に形成された通路に冷却風を送風することにより、このヒートシンクを介して二次電池の間接的な冷却が行われている。しかしながら、このような手法により十分な冷却効果を確保しようとすると、ヒートシンクの形状が複雑になったり枚数が多くなり、組電池のコスト増加を招く。これに対し、単にヒートシンクの形状を単純化したり枚数を減らすと、各二次電池の冷却効率が悪化する。
本発明は、二次電池の冷却効率を向上させることが可能な組電池及び当該組電池を搭載した車輌を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、セパレータを介して積層された電極板を、合成樹脂材料から成る合成樹脂層及び金属材料から成る金属層を有する外装部材に収容し、前記外装部材の外周縁を熱融着して熱融着部を形成して前記電極板を封止すると共に、前記電極板に接続された電極端子が前記外装部材の外周縁から導出した二次電池を複数積層した電池積層体を備えた組電池であって、前記二次電池を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給手段と、前記電池積層体を内部に収容可能なケースと、前記冷媒供給手段が接続される入口側開口と出口側開口とを有し、前記ケースを収容する筐体と、をさらに備え、前記ケースには、前記冷媒供給手段から供給される冷媒を当該ケース内に導入又は排出するための開口部が複数形成されており、前記冷媒供給手段から供給された冷媒は、一の前記開口部を介して前記ケース内に導入され、前記二次電池の熱融着部により前記ケースの内壁面と前記電池積層体との間に形成された流路を通過し、他の前記開口部を介して当該ケースから排出され、前記ケースの前記開口部の周囲には、前記冷媒供給手段から供給された冷媒を前記開口部に向かうように方向付けるエアスクープが設けられている組電池、及び、該組電池を搭載した車輌が提供される。
An object of this invention is to provide the assembled battery which can improve the cooling efficiency of a secondary battery, and the vehicle carrying the said assembled battery.
To achieve the above object, according to the present invention, an electrode plate laminated via a separator is accommodated in an exterior member having a synthetic resin layer made of a synthetic resin material and a metal layer made of a metal material, A secondary battery in which the outer peripheral edge of the member is heat-sealed to form a heat-sealed portion to seal the electrode plate, and the electrode terminal connected to the electrode plate is led out from the outer peripheral edge of the exterior member. A battery pack including a plurality of stacked battery stacks, a coolant supply means for supplying a coolant for cooling the secondary battery, a case capable of housing the battery stack, and the coolant supply means A housing having an inlet side opening and an outlet side opening connected to each other, and housing the case , wherein the case is configured to introduce or supply the refrigerant supplied from the refrigerant supply means into the case. Multiple openings for discharging The refrigerant supplied from the refrigerant supply means is introduced into the case through the one opening, and the inner wall surface of the case and the battery stack are formed by the heat fusion part of the secondary battery. Passing through the flow path formed between the first and second cases, and is discharged from the case through the other opening. Around the opening of the case, the refrigerant supplied from the refrigerant supply means is opened to the opening. Provided are an assembled battery provided with an air scoop that is directed toward the portion , and a vehicle equipped with the assembled battery.
本発明では、合成樹脂層及び金属層を有するラミネートフィルムを外装部材として用いた二次電池を複数積層した電池積層体を内部に収容したケースを筐体内に収容した組電池において、二次電池を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給手段を設け、この冷媒供給手段により、ケースの内壁面と電池積層体との間に形成された流路に冷媒を通過させる。これにより、冷媒が各二次電池の外装部材に接触して直接的に冷却するので、組電池を構成する各二次電池を効率的に冷却することが出来る。
In the present invention, in a battery pack in which a case in which a battery stack in which a plurality of secondary batteries using a laminate film having a synthetic resin layer and a metal layer as an exterior member are stacked is housed is housed in a housing , the secondary battery is coolant supply means for supplying a coolant for cooling is provided, this by the refrigerant supply means, passing the refrigerant flow path formed between the inner wall and the cell stack of the case. Thereby, since a refrigerant | coolant contacts the exterior member of each secondary battery and it cools directly, each secondary battery which comprises an assembled battery can be cooled efficiently.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は本発明の実施形態に係る二次電池の全体を示す平面図、図2は図1のII-II線に沿った二次電池の断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view showing an entire secondary battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the secondary battery taken along line II-II in FIG.
図1及び図2は一つの薄型電池10(単位電池)を示す。この薄型電池10を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
1 and 2 show one thin battery 10 (unit battery). A plurality of
先ず、本実施形態に係る二次電池10について説明すると、この電池10はリチウム系の平板状の積層タイプの薄型電池であり、図1及び図2に示すように、3枚の正極板101と、5枚のセパレータ102と、3枚の負極板103と、正極端子104と、負極端子105と、上部外装部材106と、下部外装部材107と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板101、セパレータ102、負極板103及び電解質を特に発電要素108と称する。
First, the
発電要素108を構成する正極板101は、正極板104まで伸びている正極側集電体101aと、正極側集電体101aの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層101b、101cと、を有している。なお、正極板101の正極層101b、101cは、正極側集電体101aの全体の両主面に亘って形成されているのではなく、図2に示すように、正極板101、セパレータ102及び負極板103を積層して発電要素108を構成する際に、正極板101においてセパレータ102に実質的に重なる部分のみに正極層101b、101cが形成されている。
The
この正極板101の正極側集電体101aは、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
The positive electrode side
また、この正極板101の正極層101b、101cは、例えば、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、又は、コバルト酸リチウム(LiCoO2)等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン(S、Se、Te)化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤とを混合したものを、正極側集電体101aの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。
The
発電要素108を構成する負極板103は、負極端子105まで伸びている負極側集電体103aと、当該負極側集電体103aの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層103b、103cと、を有している。なお、負極板103の負極層103b、103cは、負極側集電体103aの全体の両主面に亘って形成されているのではなく、図2に示すように、正極板101、セパレータ102及び負極板103を積層して発電要素108を構成する際に、負極板103においてセパレータ102に実質的に重なる部分のみに負極層103b、103cが形成されている。
The
この負極板103の負極側集電体103aは、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
The negative electrode side
また、この負極板103の負極層103b、103cは、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極側集電体103aの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。
Further, the
特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。 In particular, when amorphous carbon or non-graphitizable carbon is used as the negative electrode active material, the flatness of the potential during charge / discharge is poor and the output voltage decreases with the amount of discharge. Although unsuitable, it is advantageous when used as a power source for an electric vehicle because there is no sudden drop in output.
発電要素108のセパレータ102は、上述した正極板101と負極板103との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。このセパレータ102は、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
The
なお、本発明のセパレータ102は、ポリオレフィン等の単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものを用いることも出来る。このようにセパレータ102を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持(剛性向上)機能等の諸機能を付与することが出来る。
The
以上の発電要素108は、セパレータ102を介して正極板101と負極板103とが交互に積層されている。そして、3枚の正極板101は、正極側集電体101aを介して、金属箔製の正極端子104にそれぞれ接続される一方で、3枚の負極板103は、負極側集電体103aを介して、同様に金属箔製の負極端子105にそれぞれ接続されている。
In the
なお、発電要素108の正極板101、セパレータ102、及び、負極板103は、本発明では上記の枚数に何ら限定されず、例えば、1枚の正極板101、3枚のセパレータ102、及び、1枚の負極板103でも発電要素108を構成することが出来、必要に応じて正極板、セパレータ及び負極板の枚数を選択して構成することが出来る。
In addition, the
正極端子104も負極端子105も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子104としては、上述の正極側集電体101aと同様に、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等を挙げることが出来る。また、負極端子105としては、上述の負極側集電体103aと同様に、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることが出来る。また、本実施形態では、電極板101、103の集電体101a、103aを構成する金属箔自体を電極端子104、105まで延長することにより、電極板101、103を電極端子104、105に直接接続しているが、電極板101、103の集電体101a、103aと、電極端子104、105とを、集電体101a、103aを構成する金属箔とは別の材料や部品により接続しても良い。
The
発電要素108は、図2に示すようなカップ状に成形された上部外装部材106と、平板状の下部外装部材107との間に収容されて封止されている。本実施形態における上部外装部材106及び下部外装部材107(外装部材)は何れも、特に図示しないが、薄型電池10の内側から外側に向かって、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層(合成樹脂層)と、例えば、アルミニウム等の金属箔から構成されている中間層(金属層)と、例えば、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成されている外側層(合成樹脂層)と、の三層構造となっている。従って、上部外装部材106及び下部外装部材107は何れも、例えば、アルミニウム箔等の金属箔の一方の面(二次電池10の内側面)をポリエチレン等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂でラミネートし、他方の面(二次電池10の外側面)をポリアミド系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネートフィルム等の可撓性を有する材料で形成されている。
The
このように、外装部材が樹脂層に加えて金属層を具備することにより、外装部材自体の強度向上を図ることが可能となる。また、外装部材の内側層を、例えば、ポリエチレン等の熱融着性に優れた樹脂で構成することにより、金属製の電極端子との良好な融着性を確保することが可能となる。 As described above, when the exterior member includes the metal layer in addition to the resin layer, it is possible to improve the strength of the exterior member itself. Further, by forming the inner layer of the exterior member with a resin having excellent heat-fusibility, such as polyethylene, it is possible to ensure good fusing property with the metal electrode terminal.
なお、図1及び図2に示すように、封止された外装部材106、107の一方の端部から正極端子104が導出し、当該他方の端部から負極端子105が導出するが、電極端子104、105の厚さ分だけ上部外装部材106と下部外装部材107との融着部に隙間が生じるので、二次電池10内部の封止性を維持するために、電極端子104、105と外装部材106、107とが接触する部分に、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等から構成されたシールフィルムを介在させても良い。このシールフィルムは、正極端子104及び負極端子105の何れにおいても、外装部材106、107を構成する樹脂と同系統の樹脂で構成することが熱融着性の観点から好ましい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
これらの外装部材106、107によって、上述した発電要素108、正極端子104の一部及び負極端子105の一部を包み込み、当該外装部材106、107により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウムや六フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、外装部材106、107により形成される空間を吸引して真空状態とした後に、外装部材106、107の外周縁を熱プレスにより熱融着して熱融着部109を形成して封止する。
These
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)やメチルエチルカーボネート等のエステル系溶媒を挙げることが出来るが、本発明の有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン(γ−BL)、ジエトシキエタン(DEE)等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることが出来る。 Examples of the organic liquid solvent include ester solvents such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and methyl ethyl carbonate, but the organic liquid solvent of the present invention is limited to this. Without limitation, an organic liquid solvent prepared by mixing and preparing an ether solvent such as γ-butylactone (γ-BL) or dietoshietane (DEE) in the ester solvent can be used.
以下に、上述の二次電池10を複数接続することにより構成される組電池100aについて説明する。
Below, the assembled
図3は本発明の第1実施形態に係る組電池の全体斜視図、図4は図3に示す組電池を構成する電池積層体の配列を示す平面図、図5は図4のV-V線に沿った断面図、図6(A)〜(C)は図3に示す組電池に用いられるヒートシンクを示す図であり、図6(A)はその平面図、図6(B)はその側面図、図6(C)はその正面図、図7は図4及び図5に示す複数の電池積層体における温度分布を示すグラフである。 3 is an overall perspective view of the assembled battery according to the first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of battery stacks constituting the assembled battery shown in FIG. 3, and FIG. 5 is taken along the line VV in FIG. 6A to 6C are views showing a heat sink used in the assembled battery shown in FIG. 3, FIG. 6A is a plan view thereof, and FIG. 6B is a side view thereof. FIG. 6C is a front view thereof, and FIG. 7 is a graph showing temperature distribution in the plurality of battery stacks shown in FIGS.
本発明の第1実施形態に係る組電池100aは、図3〜図5に示すように、上述の二次電池10を10個積層してそれぞれ構成されている8組の電池積層体30a〜30hと、電池積層体30a〜30hが有する二次電池10a〜10jが間に介装されたヒートシンク20と、電池積層体30a〜30hを同一平面上に配置して内部空間41に収容する筐体40と、組電池100aの外部と筐体40の内部空間41とを筐体40の入口側開口42を介して連通する入口ダクト50と、この筐体40の内部空間41と組電池100aの外部とを筐体40の出口側開口43を介して連通する出口ダクト60と、出口ダクト60内に配設されたファン70と、を備えている。
As shown in FIGS. 3 to 5, an assembled
先ず、この組電池100aの筐体40の内部空間41に収容されている各電池積層体30a〜30hについて詳細に説明すると、図5に示すように、何れの電池積層体30a〜30hも、二次電池10a〜10jを10段積層して構成されている。
First, the
具体的には、同図に示すように、第1の二次電池10aと第2の二次電池とが互いの下部外装部材107同士が密着するように、即ち、一方の二次電池が他方の二次電池に対して裏返した状態で積層されており、同様の要領で、第3の二次電池10cと第4の二次電池10d、第5の二次電池10eと第6の二次電池10f、第7の二次電池10gと第8の二次電池10h、及び、第9の二次電池10iと第10の二次電池10jが相互に下部外装部材107を密着させて積層されている。なお、互いに下部外装部材107同士を密着させた二次電池同士は、同極端子同士が例えば超音波溶接等により直接接合してある。
Specifically, as shown in the figure, the first
さらに、各電池積層体30a〜30hの何れも、第2の二次電池10bと第3の二次電池10cとが互いの上部外装部材106を対向させるように、即ち、他方の二次電池が一方の二次電池に対して裏返した状態で、ヒートシンク20を介して積層されており、同様の要領で、第4の二次電池10dと第5の二次電池10e、第6の二次電池10fと第7の二次電池10g、及び、第8の二次電池10hと第9の二次電池10iが相互に上部外装部材106を対向させるように、それぞれヒートシンク20を介して積層されており、さらに、第1の二次電池10a及び第10の二次電池10jの上部外装部材106の上に最上層及び最下層のヒートシンク20がそれぞれ積層されている。なお、図4及び図5に示すように、異なる電池積層体30a〜30hであっても、これらの同一段には、同一のヒートシンク20が介装されている。従って、図5に示すように、組電池100aには合計6枚のヒートシンク20が介装されている。
Further, in each of the
各二次電池10a〜10jがそれぞれ介装された各ヒートシンク20は、図6(A)〜(C)に示すように、8組の電池積層体30a〜30hの投影面積を包含するような大きさを有する平板状部材であり、例えば、A6063に代表されるAl−Mg−Si系合金等の熱伝導性及び機械加工性に優れた金属材料で構成され、内部に8本の通路21が長手方向に沿って形成されたホロー押出成形材で構成されている。このヒートシンク20は、通路21が伸びている方向が各二次電池10a〜10iの電極端子104、105の導出方向と実質的に直交するように、各電池積層体30a〜30hに積層されている。
As shown in FIGS. 6A to 6C, each
以上のように構成される8組の電池積層体30a〜30hは、図4に示すように、各二次電池10a〜10jの電極端子104、105の導出方向が筐体40の入口側開口42から出口側開口43に向かう方向に対して実質的に直交するように、筐体40の内部空間41に2行4列に配置されている。
As shown in FIG. 4, the eight
このように配置された8組の電池積層体30a〜30hは、図4及び図5に示すように、第1の電池積層体30aの各二次電池10a〜10jの負極端子105と、第5の電池積層体30eの同一段の二次電池10a〜10jの正極端子104とが直接接合されており、同様の要領で、第2の電池積層体30bの各二次電池10a〜10jの負極端子105と、第6の電池積層体30fの同一段の二次電池10a〜10jの正極端子104とが直接接合され、第3の電池積層体30cの各二次電池10a〜10jの負極端子105と、第7の電池積層体30gの同一段の二次電池10a〜10jの正極端子104とが直接接合され、さらに、第4の電池積層体30dの各二次電池10a〜10jの負極端子105と、第8の電池積層体30hの同一段の二次電池10a〜10jの正極端子104とが直接接合されている。また、第1〜第4の電池積層体30a〜30dの各二次電池10a〜10jの正極端子104同士は、例えばバスバ(不図示)を介して電気的に接続されており、同様に、第5〜第8の電池積層体30e〜30hの各二次電池10a〜10jの負極端子105同士も、例えばバスバ(不図示)を介して電気的に接続されている。電極端子104、105同士、或いは、電極端子104、105及びバスバを接合する手法としては、例えば、超音波接合や冷間圧接等を例示することが出来、大電流による通電時の発熱を考慮すると、当該電極端子104、105同士は10〜15mm2以上の重なり代を確保する必要があり、この重なり代を大きくする程、冷却風による冷却効率が向上する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the eight
このように配置された各電池積層体30a〜30h同士の間には、図5に示すように、電極端子104、105が導出している外装部材106、107の熱融着部109により流路31が形成されている。各流路31は、同図に示すように、外装部材106、107として樹脂−金属薄膜ラミネートフィルムを用いた薄型の二次電池10a〜10jを複数積層した電池積層体30a〜30hを複数並べて配置した際に、当該外装部材106、107の熱融着部109及び電極端子104、105が存在するために電池積層体30a〜30h同士とヒートシンク20との間に必然的に形成された隙間を利用して、二次電池10a〜10jの電極端子104、105の導出方向に対して実質的に直交するようにそれぞれ形成されている。
Between the
次に作用について説明する。 Next, the operation will be described.
先ず、組電池100aのファン70が回転駆動すると、入口ダクト50及び筐体40の内部空間41に負圧が発生し、組電池100aの外部から入口ダクト50を介して筐体40の内部空間41に冷却風が取り入れられる。
First, when the
入口ダクト50から筐体40の入口側開口42を介して当該内部空間41に取り入れられた冷却風は、ヒートシンク20に形成された各通路21に進入すると同時に、各電池積層体30a〜30hの間に形成された各流路31に進入する。
The cooling air taken into the
各通路21に進入した冷却風は、ファン70の回転駆動により生じた負圧により、当該各通路21内を通過して筐体40の出口側開口43に向かう。この通過の際、各通路21を通過する冷却風が、ヒートシンク20を介して、上部外装部材106のカップ部を冷却し、各二次電池10a〜10jが当該冷却風により間接的に冷却される。
The cooling air that has entered the
また、各流路31に進入した冷却風は、ファン70の回転駆動により生じた負圧により、各二次電池10a〜10jの電極端子104、105の導出方向に実質的に直交する方向に沿って各流路31内を通過して筐体40の出口側開口43に向かう。この通過の際、各流路31を通過する冷却風が、各電極端子104、105と、外装部材106の短辺における斜面部及び熱融着部109を冷却し、各二次電池10a〜10jが当該冷却風により直接的に冷却される。
In addition, the cooling air that has entered each
各通路21及び各流路31を通過して筐体40の出口側開口43に至った冷却風は、ファン70の駆動により、出口ダクト60を介して組電池100aの外部に排出される。なお、本発明において冷媒供給手段により供給される冷媒は、組電池の外部から取り入れられる冷却風に限定されず、気体であっても液体であっても良い。
The cooling air that has passed through each
このように、ヒートシンク20による間接的な冷却に加えて、二次電池10a〜10jに冷却風を直接当てて直接的に冷却することにより、図7に示すように、間接冷却のみを採用した従来構造と比較して、電池積層体30a〜30hの温度分布を全体的に低温側にスライドさせることが可能となる。なお、同図における縦軸の位置レベルとは、各電池積層体30a〜30h内における二次電池10a〜10jの積層位置を示す。具体的には、位置レベルがゼロの場合には、電池積層体の最内段(図5にて第5及び第6の二次電池10e、10fの段)を示し、位置レベルがプラス方向に行くに従って電池積層体の上段側(図5にて第9及び第10の二次電池10i、10jの段側)に上がるのに対し、マイナス方向に下がるに従って、電池積層体の下段側(図5にて第1及び第2の二次電池10a、10bの段側)に下がることを示している。従って、同図より、各電池積層体30a〜30hにおいて、位置レベルがゼロである最内段に位置する第5及び第6の二次電池10e、10fの収束温度が最も高く、位置レベルが最も高く又は最も低い最外段に位置する第1、第2、第9及び第10の二次電池10a、10b、10i及び10jの収束温度が最も低いことが分かる。
In this way, in addition to indirect cooling by the
図8は、例えば、電気自動車等の車輌1のフロア下に第1実施形態に係る組電池100aを搭載した例を示す模式図である。上述のような冷却効率の向上が図られた二次電池で構成される組電池を電気自動車等の車輌に用いることが特に有効である。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example in which the assembled
以上のように本発明の第1実施形態に係る組電池では、複数の二次電池を積層した電池積層体を複数並べて配置した場合に、電池積層体が有する各二次電池の熱融着部及び電極端子により電池積層体同士の間に形成された流路に冷却風を通過させて二次電池を直接的に冷却することにより、従来のヒートシンクのみによる間接的な冷却と比較して、組電池を構成する二次電池を効率的に冷却することが可能になる。 As described above, in the assembled battery according to the first embodiment of the present invention, when a plurality of battery stacks in which a plurality of secondary batteries are stacked are arranged side by side, the heat fusion part of each secondary battery included in the battery stack is provided. And cooling the secondary battery directly by passing cooling air through the flow path formed between the battery stacks by the electrode terminals, compared with the indirect cooling only by the conventional heat sink. It becomes possible to cool the secondary battery which comprises a battery efficiently.
また、本発明の第1実施形態に係る組電池では、電池積層体を構成する各二次電池を冷却風により直接的に冷却することにより、ヒートシンクの形状を複雑にしたり枚数を増やす等して組電池のコスト増加を招くことなく、組電池を構成する二次電池の冷却効率を向上させることが出来る。 In the assembled battery according to the first embodiment of the present invention, the secondary battery constituting the battery stack is directly cooled by cooling air, thereby complicating the shape of the heat sink or increasing the number of the heat sinks. The cooling efficiency of the secondary battery constituting the assembled battery can be improved without increasing the cost of the assembled battery.
さらに、本発明の第1実施形態では、外装部材として樹脂−金属薄膜ラミネートフィルムを用いた薄型の二次電池を複数積層した電池積層体を複数並べた組電池において、電池積層体を並べた際に外装部材の熱融着部及び電極端子により必然的に形成される隙間を、冷却風を通過させる流路として利用するので、直接冷却のために専用の流路をわざわざ形成する必要もない。 Furthermore, in the first embodiment of the present invention, when the battery stacks are arranged in an assembled battery in which a plurality of battery stacks in which a plurality of thin secondary batteries using a resin-metal thin film laminate film as an exterior member are stacked are arranged. In addition, since the gap inevitably formed by the heat-sealed portion of the exterior member and the electrode terminal is used as a flow path through which the cooling air passes, it is not necessary to bother to form a dedicated flow path for direct cooling.
また、直接冷却のために流路を専用に形成した場合には、当該流路形成により組電池の体積の増加を伴うおそれもあるが、本発明の第1実施形態に係る組電池では、電池積層体を複数並べて配置した際に、電池積層体が有する各二次電池の外装部材の熱融着部及び電極端子により必然的に形成される隙間を、冷却風が通過する流路として利用するので、組電池の体積を増加させることなく冷却効率を高めることが出来る。 Further, when the flow path is formed exclusively for direct cooling, there is a risk that the formation of the flow path may increase the volume of the assembled battery. However, in the assembled battery according to the first embodiment of the present invention, the battery When a plurality of laminated bodies are arranged side by side, the gap inevitably formed by the heat-sealed portion and the electrode terminal of the exterior member of each secondary battery included in the battery laminated body is used as a flow path through which cooling air passes. Therefore, the cooling efficiency can be increased without increasing the volume of the assembled battery.
さらに、本発明の第1実施形態に係る組電池では、熱伝導率の高い金属製の電極端子を冷却風により直接冷却することにより、組電池を構成する各二次電池をさらに効率的に冷却することが可能となる。 Furthermore, in the assembled battery according to the first embodiment of the present invention, each secondary battery constituting the assembled battery is further efficiently cooled by directly cooling the metal electrode terminals having high thermal conductivity with cooling air. It becomes possible to do.
[第2実施形態]
図9は本発明の第2実施形態に係る組電池を構成する電池積層体の配列を示す平面図、図10は図9のX-X線に沿った断面図、図11は図9及び図10に示す複数の電池積層体における温度分布を示すグラフである。
[Second Embodiment]
9 is a plan view showing the arrangement of the battery stack constituting the assembled battery according to the second embodiment of the present invention, FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 9, and FIG. 11 is shown in FIGS. It is a graph which shows the temperature distribution in the some battery laminated body shown.
本発明の第2実施形態に係る組電池100bは、筐体40の内部空間41における電池積層体30a〜30dの数及び向きと、各電池積層体30a〜30dの各二次電池10a〜10jがずれるように積層されている点で上述の第1実施形態に係る組電池100aと相違するが、その他の構成は第1実施形態に係る組電池100aの構成と同一である。以下に、第2実施形態に係る組電池100bについて、第1実施形態に係る組電池100aとの相違点のみを説明する。
In the assembled
本発明の第2実施形態に係る組電池100bは、図9に示すように、第1実施形態と同様の二次電池10を10段積層して構成されている4組の電池積層体30a〜30dを備えている。そして、これら4組の電池積層体30a〜30dは、同図に示すように、各二次電池10a〜10jの電極端子104、105の導出方向が筐体40の入口側開口42から出口側開口43に向かう方向に対して実質的に平行となるように、筐体40の内部空間41に2行2列に配置されている点で第1実施形態に係る組電池100aと異なる。
As shown in FIG. 9, the assembled
因みに、第1実施形態のように電極端子の導出方向を冷却風の進行方向に対して実質的に直交するように電池積層体を配置した場合と、本実施形態のように電極端子の導出方向を冷却風の進行方向に対して実質的に平行となるように電池積層体を配置した場合とでは、前者の温度分布幅をτ1とし、後者の温度分布幅をτ2とすると、これらの間にはτ1=ρ×τ2、但し、0.5≦ρ≦0.9(ρ値は第1実施形態における電極端子同士の重なり代に依存する)の関係が成立し、外装部材のみより電極端子をも直接冷却する方が10〜50%程度冷却効率が優れているが、組電池の筐体内部における電池積層体の配置は、電池積層体の数やサイズ、二次電池の接続方法、及び、筐体のサイズ等に基づいて設定される。 Incidentally, when the battery stack is arranged so that the lead-out direction of the electrode terminals is substantially perpendicular to the traveling direction of the cooling air as in the first embodiment, the lead-out direction of the electrode terminals as in this embodiment. When the battery stack is arranged so as to be substantially parallel to the traveling direction of the cooling air, the former temperature distribution width is τ1, and the latter temperature distribution width is τ2. Τ1 = ρ × τ2, where 0.5 ≦ ρ ≦ 0.9 (ρ value depends on the overlap between the electrode terminals in the first embodiment), and the electrode terminal is determined only by the exterior member. Although the cooling efficiency is better by about 10 to 50% when directly cooling, the arrangement of the battery stack inside the assembled battery case is the number and size of the battery stack, the connection method of the secondary battery, and It is set based on the size of the housing.
さらに、本実施形態に係る組電池100bの各電池積層体30a〜30dは、当該電池積層体30a〜30dを構成する複数の二次電池10a〜10jがずれて積層されている点で第1実施形態に係る組電池100aと相違する。
Furthermore, each battery laminated
具体的には、図10に示すように、第1の電池積層体30aは、電池積層方向に沿って、当該第1の電池積層体30aの最内段の二次電池10e、10fに向かうに従って、当該第1の電池積層体30aの側方に配置された第3の電池積層体30cに近づくように、各二次電池10a〜10jが積層されている。同様に、特に図示しないが、第2の電池積層体30bは、電池積層方向に沿って、当該第2の電池積層体30bの最内段に配置された二次電池10e、10fに向かうに従って、当該第2の電池積層体30bの側方に配置された第4の電池積層体30dに近付くように、各二次電池10a〜10jが積層されている。
Specifically, as shown in FIG. 10, the
また、図10に示すように、第3の電池積層体30cは、電池積層方向に沿って、当該第3の電池積層体30cの最内段の二次電池10e、10fに向かうに従って、当該第3の電池積層体30cの側方に配置された第1の電池積層体30aに近付くように、各二次電池10a〜10jが積層されている。同様に、特に図示しないが、第4の電池積層体30dは、電池積層方向に沿って、当該第4の電池積層体30dの最内段に配置された二次電池10e、10fに向かうに従って、当該第4の電池積層体30dの側方に配置された第2の電池積層体30bに近付くように、各二次電池10a〜10jが積層されている。
In addition, as shown in FIG. 10, the
より具体的には、図10に示すように、第1の電池積層体30aにおいて、最内段に積層された第5及び第6の二次電池10e、10fに対して、次に外段に積層された第3及び第4の二次電池10c、10dと第7及び第8の二次電池10g、10hとがオフセット量α分だけ第3の電池積層体30cから離れるように積層されている。さらに、この第1の電池積層体30aにおいて、最外段に積層された第1及び第2の二次電池10a、10bと、第9及び第10の二次電池10i、10jとが、最内段の二次電池10e、10fに対してオフセット量β分だけ第3の電池積層体30cから離れるように積層されている(但し、α<β)。
More specifically, as shown in FIG. 10, in the
第3の電池積層体30cにおいても、同図に示すように、最内段に積層されている第5及び第6の二次電池10e、10fに対して、次に外段に積層された第3、第4、第7及び第8の二次電池10c、10d、10g及び10hがオフセット量α分だけ第1の電池積層体30aから離れるように積層されており、さらに、最外段に積層された第1、第2、第9及び第10の二次電池10a、10b、10i及び10jがオフセット量β分だけ第1の電池積層体30aから離れるように積層されている。なお、本実施形態では、一の電池積層体をずらして積層する共に、これに隣接する他の電池積層体もずらして積層しているが、本発明では一の電池積層体のみをずらして積層しても良い。
Also in the
従って、第1の電池積層体30aと第3の電池積層体30cとは、図10に示すように、各積層体30a、30cの最内段の二次電池10e、10f同士が最も接近しており、これに対して、次に外段に積層された二次電池10c、10d、10g及び10h同士がオフセット量2×α分離れて積層されており、さらに、最外段に積層された二次電池10a、10b、10i及び10jがオフセット量2×β分相互に離れて積層されている。
Therefore, as shown in FIG. 10, the
特に図示しないが、第2の電池積層体30bと第4の電池積層体30dとについても、最内段の二次電池10e、10fが最も接近しており、これに対して、外段の二次電池10c、10d、10h及び10gがオフセット量2×α分相互に離れて積層されており、最外段の二次電池10a、10b、10i及び10jがオフセット量2×β分相互に離れて積層されている。
Although not shown in particular, the
このように配置された各電池積層体30a〜30dには、図10に示すように、各二次電池10a〜10jの外装部材106、107の熱融着部109により流路32a〜32cが形成されている。
In each of the
各流路32a〜32cは、同図に示すように、外装部材106、107として樹脂−金属薄膜ラミネートフィルムを用いた薄型の二次電池10a〜10jを複数積層した電池積層体30a〜30dを複数並べて配置した際に、当該外装部材106、107の熱融着部109が存在するために電池積層体30a〜30d同士とヒートシンク20との間に必然的に形成された隙間を利用して、二次電池10a〜10jの長手方向に沿ってそれぞれ形成されている。
As shown in the figure, each of the
これらの流路32a〜32cは、上述のように二次電池をオフセットさせて積層することにより電池積層体30a〜30dを構成したことに伴って、図10に示すように、外段に行くに従って断面積が大きくなっている。
As shown in FIG. 10, these
具体的には、各電池積層体30a〜30dの最内段に位置する流路32a(図10において第5及び第6の二次電池10e、10f同士の間に形成された流路)の断面積Saが最も小さく、次に外段に位置する流路32b(図10において第3、第4、第7及び第8の二次電池10c、10d、10g及び10h同士の間に形成された流路)の断面積Sbが次に大きく、さらに、最外段に位置する流路32c(図10において第1、第2、第9及び第10の二次電池10a、10b、10i及び10j同士の間に形成された流路)の断面積Scが最も大きくなっている(Sa<Sb<Sc)。
Specifically, the
本実施形態に係る組電池の作用について説明すると、第1実施形態と同様に、ファン70が回転駆動することにより組電池内に負圧が生じ、これに伴って、組電池の外部から入口ダクト50を介して筐体40の内部空間41に冷却風が取り入れられ、ヒートシンク20に形成された各通路21に進入すると同時に、各電池積層体30a〜30dの間に形成された各流路32a〜32cに進入する。なお、ヒートシンク20は、第1実施形態と同様に、通路21が伸びている方向が、筐体40の入口側開口42から出口側開口43に向かう方向に対して実質的に平行となるように配置されている。
The operation of the assembled battery according to the present embodiment will be described. Similarly to the first embodiment, a negative pressure is generated in the assembled battery as the
各通路21に進入した冷却風は、第1実施形態と同様に、負圧により各通路21内を通過して筐体40の出口側開口43に向かう。この各通路21を通過する冷却風が、ヒートシンク20を介して、各二次電池10a〜10jを間接的に冷却する。
The cooling air that has entered each
また、各流路32に進入した冷却風は、負圧により、各二次電池10a〜10jの長手方向に沿って各流路32内を通過して筐体40の出口側開口43に向かう。この各流路32を通過する冷却風が、外装部材106の長辺における斜面部及び熱融着部109を冷却し、各二次電池10a〜10jが当該冷却風により直接的に冷却される。
Further, the cooling air that has entered each flow path 32 passes through each flow path 32 along the longitudinal direction of each of the
この際、上述のように各流路32a〜32cは電池積層体30a〜30dの中央部から外側に向かうに従って断面積が大きくなるように(Sa<Sb<Sc)形成されていることにより、ファン70の回転駆動により生じた所定の風量V[m3/min]の冷却風が各流路32a〜32cに進入すると、電池積層体30a〜30dの最内段の流路32a内での風速VaはV/Sa、外段の流路32b内での風速VbはV/Sb、最外段の流路32c内での風速VcはV/Scとなり、最内段の流路32aでの風速Vaが最も早くなり、外段に行くに従って風速が遅くなっており(Va>Vb>Vc)、電池積層体30a〜30dの中央部に向かうに従い、冷却風の風速が速くなっている。
At this time, as described above, each of the
各通路21及び各流路32a〜32cを通過して筐体40の出口側開口43に至った冷却風は、ファン70の駆動により、出口ダクト60を介して組電池100bの外部に排出される。
The cooling air that has passed through the
このように、二次電池の収束温度が高くなる最内段の二次電池10e、10fの間に形成された流路32aに最も速い風速で冷却風を通過させるのに対し、収束温度が比較的低い最外段の二次電池10a、10b、10i及び10jの間に形成された流路32cに遅い風速で冷却風を通過させることにより、二次電池をずらさない場合(図7の一点鎖線参照)と比較して、図11に示すように、電池積層体10a〜10dにおける最内段の二次電池10e、10fの収束温度Ta’と、最外段の二次電池10a、10b、10i及び10jの収束温度Tc’との差である温度のバラツキ|Tc’−Ta’|を抑制することが出来る。
In this way, the cooling air is passed through the
なお、図10に示すオフセット量α、βは、電池積層体30a〜30dにおいて、隣接する二次電池10a〜10jの外装部材106、107同士が接触しないで、当該重なり代を調整することにより任意に設定することが可能であり、温度のバラツキが極力ゼロに近付くように設定される。
Note that the offset amounts α and β shown in FIG. 10 can be arbitrarily set by adjusting the overlap allowance in the
また、本実施形態に係る組電池100bは、図10に示すように、二次電池10a〜10jをずらして積層して電池積層体30a〜30dを構成しているために電池積層体30a〜30dと筐体40との間に略断面三角形状の隙間が形成されているが、この隙間を、各二次電池10a〜10jの電圧や温度を検出する検出線やサーミスタや熱伝対を配策する配線用空間33として利用することにより、組電池全体の体積を増加させずに組電池を構成することが可能となっている。具体的には、本実施形態に係る組電池における配線用空間33の断面積γは、二次電池10の幅をWとし、電池積層体30の高さをHとすると、上述のオフセット量βより、γ=(H×β)/2×2=H×βで表すことが出来る。但し、H≦100mmであり、βは風速の制御量やヒートシンクの幅等に制約される。
In addition, as shown in FIG. 10, the assembled
このように、電池積層体30a〜30d同士の間に形成された隙間に冷却風を通過させ、電池積層体30a〜30dと筐体40との間に形成された隙間に配線類を集中して配策することにより、組電池全体の体積を増加させることなく、二次電池をずらして積層して電池積層体を構成することが出来る。なお、配線用空間33には冷却風が進入出来ない構成されており、冷却効率低下の防止が図られている。
As described above, the cooling air is passed through the gap formed between the
以上のように本発明の第2実施形態に係る組電池では、複数の二次電池を積層した電池積層体を複数並べて配置した場合に、電池積層体が有する各二次電池の熱融着部により電池積層体の間に形成された流路に冷却風を通過させて二次電池を直接的に冷却することにより、従来のヒートシンクのみによる間接的な冷却と比較して、組電池を構成する二次電池を効率的に冷却することが可能となる。 As described above, in the assembled battery according to the second embodiment of the present invention, when a plurality of battery stacks in which a plurality of secondary batteries are stacked are arranged side by side, the heat fusion part of each secondary battery included in the battery stack is provided. As a result, the secondary battery is directly cooled by passing cooling air through the flow path formed between the battery stacks, thereby forming an assembled battery as compared with indirect cooling using only a conventional heat sink. The secondary battery can be efficiently cooled.
また、本発明の第2実施形態に係る組電池では、電池積層体を構成する各二次電池を冷却風により直接的に冷却することにより、ヒートシンクを複雑にしたり枚数を増やす等して組電池のコスト増加を招くことなく、組電池を構成する二次電池の冷却効率を向上させることが出来る。 Further, in the assembled battery according to the second embodiment of the present invention, the secondary battery constituting the battery stack is directly cooled by cooling air so that the heat sink is complicated or the number of the batteries is increased. Thus, the cooling efficiency of the secondary battery constituting the assembled battery can be improved without incurring an increase in cost.
さらに、本発明の第2実施形態では、外装部材として樹脂−金属薄膜ラミネートフィルムを用いた薄型の二次電池を複数積層した電池積層体を複数並べた組電池において、電池積層体を並べた際に外装部材の熱融着部により必然的に形成される隙間を、冷却風を通過させる流路として利用するので、直接冷却するために専用の流路をわざわざ形成する必要もない。 Furthermore, in the second embodiment of the present invention, when the battery stacks are arranged in an assembled battery in which a plurality of battery stacks in which a plurality of thin secondary batteries using a resin-metal thin film laminate film as an exterior member are stacked are arranged. In addition, since the gap inevitably formed by the heat-sealed portion of the exterior member is used as a flow path through which the cooling air passes, it is not necessary to bother to form a dedicated flow path for direct cooling.
また、直接冷却のために流路を専用に形成した場合には、当該流路形成により組電池の体積の増加を伴うおそれもあるが、本発明の第2実施形態に係る組電池では、電池積層体を複数並べて配置した際に、電池積層体が有する各二次電池の外装部材の熱融着部により必然的に形成される隙間を、冷却風が通過する流路として利用するので、組電池の体積を増加させることなく冷却効率を高めることが出来る。 In addition, when the flow path is formed exclusively for direct cooling, there is a risk that the formation of the flow path may increase the volume of the assembled battery. However, in the assembled battery according to the second embodiment of the present invention, the battery When a plurality of stacked bodies are arranged side by side, the gap inevitably formed by the heat-sealed portion of the exterior member of each secondary battery included in the battery stacked body is used as a flow path through which the cooling air passes. Cooling efficiency can be increased without increasing the volume of the battery.
さらに、本発明の第2実施形態に係る組電池では、電池積層体の中央部での流路の断面積が最小になるように、複数の二次電池がずれて積層されて電池積層体が構成されているので、収束温度が高くなる中央部での冷却風の風速を速くして、収束温度が低くなる外周部での冷却風の風速を遅くすることにより、電池積層体における温度のバラツキを抑制することが可能となる。 Furthermore, in the assembled battery according to the second embodiment of the present invention, a plurality of secondary batteries are stacked in a shifted manner so that the cross-sectional area of the flow path at the center of the battery stack is minimized. Therefore, the temperature variation in the battery stack is increased by increasing the cooling air velocity at the center where the convergence temperature is high and decreasing the cooling air velocity at the outer periphery where the convergence temperature is low. Can be suppressed.
また、本発明の第2実施形態に係る組電池では、二次電池の長手方向に沿って冷却風を直接吹き付けることにより、冷却風と二次電池との広範な接触面積を確保することが出来るので、組電池を構成する各二次電池をさらに効率的に冷却することが可能となる。 In the assembled battery according to the second embodiment of the present invention, a wide contact area between the cooling air and the secondary battery can be secured by directly blowing the cooling air along the longitudinal direction of the secondary battery. Therefore, it becomes possible to cool each secondary battery which comprises an assembled battery more efficiently.
[第3実施形態]
図12は本発明の第3実施形態において内部に電池積層体を収容したケースを示す斜視図、図13は図12に示すケース及び電池積層体を上下反転し、さらに分解して示す分解斜視図、図14は本発明の第3実施形態におけるケースの開口部及びエアスクープを詳細に示す断面図、図15は本発明の第3実施形態に係る組電池を構成する電池積層体の配列を示す平面図、図16は図15のXVI-XVI線に沿った断面図、図17は本発明の第3実施形態における開口部の面積と電池の最高到達温度との関係を示すグラフ、図18は本発明の第3実施形態における開口部の長さと当該開口部周囲に生じる最大応力・変位との関係を示すグラフである。
[Third Embodiment]
12 is a perspective view showing a case in which a battery stack is accommodated in the third embodiment of the present invention. FIG. 13 is an exploded perspective view showing the case and the battery stack shown in FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view showing in detail a case opening and an air scoop in the third embodiment of the present invention, and FIG. 15 shows an array of battery stacks constituting the assembled battery according to the third embodiment of the present invention. FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line XVI-XVI of FIG. 15, FIG. 17 is a graph showing the relationship between the area of the opening and the maximum battery temperature in the third embodiment of the present invention, and FIG. It is a graph which shows the relationship between the length of the opening part in 3rd Embodiment of this invention, and the largest stress and displacement which arises around the said opening part.
本発明の第3実施形態に係る組電池100cに用いられる二次電池10、筐体40、入口ダクト50、出口ダクト60、及び、ファン70の構成は、第1実施形態で説明したものと同一である。以下に、第3実施形態に係る組電池100cについて、第1実施形態に係る組電池100aとの相違点のみを説明する。
The configurations of the
本実施形態に係る組電池100cでは、図12及び図13に示すように、電極端子104、105が実質的に同一方向に導出するような姿勢で、8個の二次電池10a〜10hを積層することにより電池積層体30が構成されている。そして、本実施形態では、この電池積層体30が中空形状のケース35の内部に収容されている。
In the assembled
ケース35は、一方の面が開口した箱形状を成すロアケース36と、その開口を閉じる蓋体を成すアッパケース37と、を含んでいる。このアッパケース37の縁部37aは、カシメ加工によって、ロアケース36の周壁36cの縁部36dに巻き締められている(図12の部分拡大断面図参照)。ロアケース36及びアッパケース37は、比較的薄肉のアルミニウム板や鋼板等の伝熱性に優れた材料から成る板材から形成され、プレス加工によって所定形状が付与されている。
The
電池積層体30を構成する各二次電池10a〜10h同士は、スペーサ部35aにおいて、電極端子104、105同士が直接接続されたりバスバ(不図示)を介して接続される等して直列接続や並列接続等の所望の接続形式で接続されており、その結果として、各二次電池10a〜10kは、正極出力端子38及び負極出力端子39に電気的に接続されている。
The
正極出力端子38は、ロアケース36の周壁36cの一部に形成された第1の切欠36eを介してケース35から外部に導出している。同様に、負極出力端子39も、ロアケース36の周壁36cの一部に形成された第2の切欠36fを介してケース35から外部に導出している。また、ロアケース36の周壁36cの一部に第3の切欠36gが形成されており、この第3の切欠36gを介してメス側コネクタ35cがケース35から外部に導出している。このメス側コネクタ35cは、特に図示しないが、スペーサ部35aにおいて各二次電池10a〜10hの電極端子104、105に接続されており、オス側コネクタ(不図示)が挿入され、当該オス側コネクタに接続された電圧検出器(不図示)が各二次電池10a〜10hの電圧を検出することにより、組電池100cの充放電管理を行うことが可能となっている。これら正極出力端子38、メス側コネクタ35c、及び、負極出力端子39の間には、絶縁性を維持するための絶縁カバー35bがそれぞれ介装されている。
The positive
ケース35の隅部の4箇所にボルト(不図示)を挿通させるために、ロアケース36の隅部の4箇所に貫通孔36hが形成されていると共に、アッパケース37の隅部の4箇所に貫通孔37bが形成されている。また、各スペーサ部35aの両端2箇所にも、スリーブ35dを挿通させるための貫通孔35a1が形成されている。
In order to insert bolts (not shown) at four corners of the
以上のような構成のケース35は、次のように組み立てられる。即ち、積層された8個の二次電池10a〜10hの両極端子104、105にスペーサ部35aを取り付けてロアケース36内に収容した後に、スペーサ部35aの各貫通孔35a1にスリーブ35dをそれぞれ挿入し、各スペーサ部35aの上面に緩衝材35eを載せ、ロアケース36にアッパケース37を被せた後に、ロアケース36の周壁36cの縁部36dにアッパケース37の縁部37aが巻き付けられて、ロアケース36とアッパケース37とが固定される。
The
外装部材106、107として柔軟性を有する樹脂−金属薄膜ラミネートフィルムを用いた本実施形態における二次電池10a〜10hでは、電池性能の維持を図るために電極板101、103間の距離を均一に保つ必要がある。これに対し、本実施形態では、最上段及び最下段の二次電池10a、10jをケース35の上下の内壁面に密着させると共に各二次電池10a〜10hを密着させた状態で当該ケース35内に収容することにより、電極板101、103の積層方向に圧力を印加することが可能となっている。また、これに加えて、各二次電池10a〜10hとケース35の上下面がそれぞれ密着していることにより、ケース35の上下面を介して各二次電池10a〜10hの放熱を行うことが可能となっている。
In the
以上のような構成に加えて、さらに本実施形態では、図12〜図14に示すように、ケース35を構成するロアケース36の周壁36cの一部に、ケース35の内部を外部と連通させる4つの開口部36aが形成されており、ファン70により入口ダクト50を介して供給された冷却風をケース35内に導入又は排出することが可能となっている。なお、図14は、ケース35内に収容された二次電池10a〜10hの電極端子104、105の導出方向に平行な面で開口部36a及びエアスクープ36bを切断した図である。
In addition to the above-described configuration, in this embodiment, as shown in FIGS. 12 to 14, the interior of the
各開口部36aは、ロアケース36の周壁36cのうち、二次電池10a〜10hの長手方向(電極端子104、105の導出方向)に沿った2つの周壁36c1の両端の合計4箇所に形成されており、各二次電池10a〜10kの正極端子104又は負極端子105の近傍に位置している。因みに、図12では、開口部36aを介して、ケース35内に収容された各二次電池10a〜10hの熱融着部109が見えている。
Each
また、本実施形態では、入口ダクト50を介して供給された冷却風を開口部36aに向かうように方向付けるエアスクープ36bが、各開口部36aの周囲にそれぞれ設けられている。
In the present embodiment, air scoops 36b for directing the cooling air supplied through the
ロアケース36の周壁36c1において負極端子105側に形成された開口部36aの周囲に設けられたエアスクープ36bは、図14に示すように、当該開口部36aの正極端子104側の周囲に設けられており、負極端子105側から正極端子104側に向かうに従ってケース35外部への盛り上がりが徐々に減少するような形状を有している。
The
これに対し、ロアケース36の周壁36c1において正極端子104側に形成された開口部36aの周囲に設けられたエアスクープ36bは、当該開口部36aの負極端子105側の周囲に設けられており、正極端子104側から負極端子105側に向かうに従って、ケース35外部への盛り上がりが徐々に減少するような形状を有している。
On the other hand, the
なお、何れのエアスクープ36bも、例えば、ロアケース36の周壁36c1自体を盛り上げるようなプレス加工を行うことにより形成されているが、ロアケース36の縁部36dに形成された巻き締め部より盛り上がることがないように形成されている。
Each
本実施形態に係る組電池100cは、図15及び図16に示すように、以上に説明したような構成の12個の電池積層体30a〜30lから構成されており、各電池積層体30a〜30lは、ケース35a〜35lの内部にそれぞれ収容された状態で、筐体40の内部空間41に配置されている。電池積層体30a〜30lをそれぞれ収容したケース35a〜35lは、内部に収容した各二次電池10a〜10hの電極端子104、105の導出方向が筐体40の入口側開口42から出口側開口43に向かう方向に沿うような姿勢で、筐体40の内部空間41に配列3段4列で配置されている。なお、電池積層体30a〜30lは、当該符号30a〜30lの末尾のアルファベットと同一のものを符号末尾に有するケース35a〜35lの内部にそれぞれ収容されている。
As shown in FIGS. 15 and 16, the assembled
3段に積層されたケース35a〜35l同士の間には、カラー(不図示)がそれぞれ介装されており、空間を隔てて積層されている。また、相互に隣接するケース35a〜35l同士は、ロアケース36の巻き締め部を許容するように、空間を隔てて並列に配置されている。各ケース35a〜35lの出力端子38、39は、ケーブル等を通じて筐体から外部に導出する端子に電気的に接続されている。
Collars (not shown) are interposed between the
次に作用について説明する。 Next, the operation will be described.
先ず、組電池100cのファン70が回転駆動すると、入口ダクト50及び筐体40の内部空間41に負圧が発生し、組電池100cの外部から入口ダクト50を介して筐体40の内部空間41に冷却風が取り入れられる。
First, when the
入口ダクト50から筐体40の入口側開口42を介して当該内部空間41に取り入れられた冷却風は、各ケース35a〜35lの間に形成された空間に進入する。この空間を通過する冷却風により、ケース35a〜35l自体が冷却され、このケース35a〜35lを介して、当該ケース35a〜35l内に収容された各二次電池10a〜10hが間接的に冷却される。
The cooling air taken into the
また、当該空間に進入した冷却風の一部は、図15に示すように、各ケース35a〜35lのロアケース36の周壁36c1の一方の端部側に形成された開口部36aから筐体40の内部空間41に進入し、ケース35内部に形成された流路34を通過して、当該冷却風が外装部材106の長辺における斜面部及び熱融着部109を冷却し、各二次電池10a〜10hが冷却風により直接的に冷却される。
Further, as shown in FIG. 15, a part of the cooling air that has entered the space passes through the opening 36 a formed on one end side of the
冷却風が通過する流路34は、図16の部分拡大断面図に示すように、ケース35内に収容された各二次電池10a〜10hと、それに対向するケース35の内壁面351との間に形成されている。この流路34は、外装部材106、107として樹脂―金属薄膜ラミネートフィルムを用いた薄型の二次電池10a〜10hを複数積層した電池積層体30をケース35内に収容した際に、当該外装部材106、107の熱融着部109が存在するために、電池積層体30とケース35の内壁面351との間に必然的に形成される隙間を利用して形成されている。本実施形態では、この流路34は、図15に示すように、二次電池10a〜10hの電極端子104、105の導出方向に沿うように形成されている。
As shown in the partially enlarged cross-sectional view of FIG. 16, the
ここで、開口部が形成されていない従来のケースを採用した場合と冷却効果について比較すると、図17に示すように、本実施形態のようにケース35に開口部36aを形成した場合には、当該開口部36aから導入された冷却風の直接冷却により冷却効率が向上し、当該ケース35内に収容された二次電池10a〜10hの最高到達温度が著しく低下する。但し、二次電池10a〜10hの電極端子104、105の導出方向に沿った開口部36aの長さが長すぎると、図18に示すように、ケース35に所定の力を加えた場合に開口部36aの周囲にかかる最大応力に変化が生じる。そのため、ケース35の肉厚等にもよるが、開口部36aの長さは、二次電池10a〜10hの電極端子104、105の導出方向に沿ったケース35の長さの30%程度以下とすることが好ましい。なお、図17中のL20、L40及びL80は、ケース35内に収容された二次電池10a〜10hの電極端子104、105の導出方向に沿った開口部36aの長さが20mm、40mm及び80mmであることをそれぞれ示しており、図17は、開口部36aの幅を一定にした状態で長さを変化させることにより当該開口部36aの開口面積を変化させたグラフである。
Here, when comparing the cooling effect with the case where the conventional case in which the opening is not formed is adopted, as shown in FIG. 17, when the
ケース35内の流路34を通過した冷却風は、図15に示すように、周壁36c1の他方の端部側に形成された開口部36aから筐体40の内部空間41に排出される。当該開口部36aから排出された冷却風は、ケース35a〜35lの間を通過した冷却風と共に、筐体40の出口側開口43に至り、さらに、ファン70の駆動により、出口ダクト60を介して組電池100cの外部に排出される。
As shown in FIG. 15, the cooling air that has passed through the
以上のように本発明の第3実施形態に係る組電池は、二次電池を複数積層した電池積層体を内部に収容したケースを複数並べて配置した場合に、ケースの内壁面と電池積層体との間に形成された流路に冷却風を通過させて、二次電池を直接的に冷却することにより、組電池を効率的に冷却することが可能となる。 As described above, the assembled battery according to the third embodiment of the present invention includes a case in which a plurality of cases in which a plurality of battery stacks in which a plurality of secondary batteries are stacked are arranged side by side, and the inner wall surface of the case, the battery stack, The assembled battery can be efficiently cooled by allowing the cooling air to pass through the flow path formed between the two and directly cooling the secondary battery.
また、本発明の第3実施形態では、外装部材として樹脂−金属薄膜ラミネートフィルムを用いた薄型の二次電池を複数積層した電池積層体をケースに収容した際に、二次電池の外装部材の熱融着部により、電池積層体とケースの内壁面との間に必然的に形成される隙間を、冷却風を通過させる流路として利用するので、直接冷却するために専用の流路をわざわざ形成する必要もない。これにより、組電池の体積を増加させることなく冷却効率を高めることが出来る。 Moreover, in 3rd Embodiment of this invention, when the battery laminated body which laminated | stacked the thin secondary battery using the resin-metal thin film laminate film as an exterior member was accommodated in the case, of the exterior member of a secondary battery. The gap that is inevitably formed between the battery stack and the inner wall surface of the case by the heat-sealing part is used as a flow path through which the cooling air passes, so a dedicated flow path is used for direct cooling. There is no need to form. Thereby, the cooling efficiency can be increased without increasing the volume of the assembled battery.
さらに、本発明の第3実施形態では、所定間隔を空けてケース同士を積層することにより、当該間隔内に冷却風が通過してケース自体が冷却されることにより、上述のような直接冷却に加えて、当該ケース内に収容された二次電池を間接的に冷却することが出来る。 Furthermore, in the third embodiment of the present invention, by stacking the cases with a predetermined interval, the cooling air passes through the interval and the case itself is cooled. In addition, the secondary battery accommodated in the case can be indirectly cooled.
また、本発明の第3実施形態では、二次電池の長手方向に沿って冷却風を直接吹き付けることにより、冷却風と二次電池との広範な接触面積を確保することが出来るので、組電池をさらに効率的に冷却することが可能となる。 In the third embodiment of the present invention, since the cooling air is directly blown along the longitudinal direction of the secondary battery, a wide contact area between the cooling air and the secondary battery can be secured. Can be further efficiently cooled.
[第4実施形態]
図19は本発明の第4実施形態に係る組電池を構成する電池積層体の配列を示す平面図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 19 is a plan view showing an array of battery stacks constituting the assembled battery according to the fourth embodiment of the present invention.
本発明の第4実施形態に係る組電池100dは、筐体40の内部空間41に配置されたケース35a〜35lの向きが上述の第3実施形態に係る組電池100cと相違するが、その他の構成は第3実施形態に係る組電池100cの構成と同一である。以下に、第4実施形態に係る組電池100dについて、第3実施形態に係る組電池100cとの相違点のみを説明する。
The assembled
本発明の第4実施形態に係る組電池100dは、第3実施形態と同様の二次電池10を8段積層して構成された12組の電池積層体30a〜30lを備えており、各電池積層体30a〜30lは、ケース35a〜35lの内部に収容された状態で筐体40の内部空間41に配置されている。そして、本実施形態では、各ケース35a〜35lは、図19に示すように、各二次電池10a〜10hの電極端子104、105の導出方向が筐体40の入口側開口42から出口側開口43に向かう方向に対して実質的に直交するように、筐体40の内部空間41に12列に配置されている点で第3実施形態に係る組電池100cと異なる。即ち、上述の第3実施形態では、ケース35a〜35lを筐体40の内部空間に横たえた状態で配置しているのに対し、本実施形態では、ケース35a〜35lを起立させた状態で筐体40の内部空間41に配置している点で異なる。
The assembled
本実施形態に係る組電池100dの作用について説明すると、第3実施形態と同様に、ファン70が回転駆動することにより組電池内に負圧が生じ、これに伴って、組電池の外部から入口ダクト50を介して筐体40の内部空間に41に冷却風が取り入れられ、各ケース35a〜35lの間に形成された空間に進入し、ケース35a〜35lを介して、当該ケース35a〜35l内に収容された各二次電池10a〜10hが間接的に冷却される。
The operation of the assembled
また、当該空間に進入した冷却風の一部は、各ケース35a〜35lのロアケース36の一方の周壁36c1に形成された開口部36aから筐体40の内部空間41に進入し、ケース35内部に形成された流路34を通過して、当該冷却風が、各電極端子104、105と、外装部材106の短辺における斜面部及び熱融着部109と、を冷却し、各二次電池10a〜10hが当該冷却風により直接的に冷却される。
Further, a part of the cooling air entering the space enters the
なお、流路34は、特に図示しないが、ケース35内に収容された各二次電池10a〜10hと、それに対向するケース35の内壁面351との間に形成されており、二次電池10a〜10hの熱融着部109及び電極端子104、105の存在により必然的に形成された隙間を利用して形成されている。本実施形態では、この流路34は、図19に示すように、二次電池10a〜10hの電極端子104、105の導出方向に対して実質的に直交する方向に沿って形成されている。
Although not particularly illustrated, the
ケース35内の流路34を通過した冷却風は、他方の周壁36c1に形成された開口部36aから筐体40の内部空間41に排出される。当該開口部36aから排出された冷却風は、ケース35a〜35lの間を通過した冷却風と共に、筐体40の出口側開口43に至り、さらに、ファン70の駆動により、出口ダクト60を介して組電池100dの外部に排出される。
The cooling air that has passed through the
以上のように本発明の第4実施形態に係る組電池は、二次電池を複数積層した電池積層体を内部に収容したケースを複数並べて配置した場合に、ケースの内壁面と電池積層体との間に形成された流路に冷却風を通過させて、二次電池を直接的に冷却することにより、組電池を効率的に冷却することが可能となる。 As described above, the assembled battery according to the fourth embodiment of the present invention includes an inner wall surface of the case, a battery stack, and a case in which a plurality of cases each containing a battery stack in which a plurality of secondary batteries are stacked are arranged side by side. The assembled battery can be efficiently cooled by allowing the cooling air to pass through the flow path formed between the two and directly cooling the secondary battery.
また、本発明の第4実施形態では、外装部材として樹脂−金属薄膜ラミネートフィルムを用いた薄型の二次電池を複数積層した電池をケースに収容した際に、二次電池の外装部材の熱融着部により、電池積層体とケースの内壁面との間に必然的に形成される隙間を、冷却風を通過させる流路として利用するので、直接冷却するための専用の流路をわざわざ形成する必要もない。これにより、組電池の体積を増加させることなく冷却効率を高めることが出来る。 Further, in the fourth embodiment of the present invention, when a battery in which a plurality of thin secondary batteries using a resin-metal thin film laminate film is used as an exterior member is accommodated in a case, the heat fusion of the exterior member of the secondary battery is performed. Since the gap that is inevitably formed between the battery stack and the inner wall surface of the case is used as a flow path through which the cooling air passes, a dedicated flow path for direct cooling is purposely formed. There is no need. Thereby, the cooling efficiency can be increased without increasing the volume of the assembled battery.
さらに、本発明の第4実施形態では、所定間隔を空けてケース同士を積層することにより、当該間隔内に冷却風が通過してケース自体が冷却されることにより、上述のような直接冷却に加えて、当該ケース内に収容された二次電池を間接的に冷却することが出来る。
Furthermore, in the fourth embodiment of the present invention, by stacking the cases with a predetermined interval, the cooling air passes through the interval and the case itself is cooled. In addition, the secondary battery accommodated in the case can be indirectly cooled.
また、本発明の第4実施形態では、熱伝導率の高い金属製の電極端子を冷却風により直接冷却することにより、組電池を構成する各二次電池をさらに効率的に冷却することが可能となる。 Further, in the fourth embodiment of the present invention, each secondary battery constituting the assembled battery can be more efficiently cooled by directly cooling the metal electrode terminal having high thermal conductivity with the cooling air. It becomes.
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
上述の第1実施形態では、二次電池を10段積層した電池積層体を8組配置して組電池を構成し、第2実施形態では、同様の電池積層体を4組配置して組電池を構成したが、本発明では特にこれらに限定されず、一つの電池積層体をN個の二次電池を積層して構成しても良く、M組の電池積層体を任意の配列で配置することが出来る(但し、M及びNは何れも任意の自然数)。 In the above-described first embodiment, eight sets of battery stacks in which 10 stages of secondary batteries are stacked are arranged to constitute an assembled battery, and in the second embodiment, four sets of similar battery stacks are arranged to form an assembled battery. However, the present invention is not particularly limited thereto, and one battery stack may be formed by stacking N secondary batteries, and M battery stacks are arranged in an arbitrary arrangement. (Where M and N are any natural numbers).
同様に、上述の第3及び第4実施形態では、二次電池を8段積層した電池積層体を12個配置して組電池を構成したが、本発明では特にこれに限定されず、一つの電池積層体をN個の二次電池を積層して構成しても良く。M組の電池積層体を配置することが出来る。 Similarly, in the above-described third and fourth embodiments, the battery pack is configured by arranging 12 battery stacks in which 8 stages of secondary batteries are stacked. However, in the present invention, the present invention is not particularly limited to this. The battery stack may be formed by stacking N secondary batteries. M sets of battery stacks can be arranged.
また、第1、第3及び第4実施形態において第2実施形態のように二次電池をずらして積層して電池積層体を構成しても良い。さらに、第2〜第4実施形態に係る組電池を第1実施形態で説明した車輌のフロア下に搭載しても良い。 In the first, third, and fourth embodiments, the battery stack may be configured by shifting and stacking the secondary batteries as in the second embodiment. Furthermore, the assembled battery according to the second to fourth embodiments may be mounted under the vehicle floor described in the first embodiment.
1…車輌
10、10a〜10j…二次電池
20…ヒートシンク
21…通路
30、30a〜30l…電池積層体
31、32a〜32c、34…流路
33…配線用空間
35、35a〜35l…ケース
36…ロアケース
36a…開口部
36b…エアスクープ
36c…周壁
36d…縁部
36e〜37g…第1〜第3の切欠
36h…貫通孔
37…アッパケース
37a…縁部
37b…貫通孔
38…正極出力端子
39…負極出力端子
40…筐体
41…内部空間
42…入口側開口
43…出口側開口
50…入口ダクト
60…出口ダクト
70…ファン
100a〜100d…組電池
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記二次電池を冷却するための冷媒を供給する冷媒供給手段と、
前記電池積層体を内部に収容可能なケースと、
前記冷媒供給手段が接続される入口側開口と出口側開口とを有し、前記ケースを収容する筐体と、をさらに備え、
前記ケースには、前記冷媒供給手段から供給される冷媒を当該ケース内に導入又は排出するための開口部が複数形成されており、
前記冷媒供給手段から供給された冷媒は、一の前記開口部を介して前記ケース内に導入され、前記二次電池の熱融着部により前記ケースの内壁面と前記電池積層体との間に形成された流路を通過し、他の前記開口部を介して当該ケースから排出され、
前記ケースの前記開口部の周囲には、前記冷媒供給手段から供給された冷媒を前記開口部に向かうように方向付けるエアスクープが設けられている組電池。 The electrode plates laminated via the separator are accommodated in an exterior member having a synthetic resin layer made of a synthetic resin material and a metal layer made of a metal material, and the outer peripheral edge of the exterior member is heat-sealed to form a heat-sealed portion. A battery assembly including a battery stack in which a plurality of secondary batteries in which electrode terminals connected to the electrode plate are led out from the outer peripheral edge of the exterior member are stacked are formed. ,
Refrigerant supply means for supplying a refrigerant for cooling the secondary battery;
A case capable of accommodating the battery stack therein;
A housing having an inlet-side opening and an outlet-side opening to which the refrigerant supply means is connected, and housing the case;
The case is formed with a plurality of openings for introducing or discharging the refrigerant supplied from the refrigerant supply means into the case,
The refrigerant supplied from the refrigerant supply means is introduced into the case through the one opening, and is formed between the inner wall surface of the case and the battery stack by the heat fusion part of the secondary battery. Passes through the formed flow path, is discharged from the case through the other opening,
An assembled battery in which an air scoop is provided around the opening of the case to direct the refrigerant supplied from the refrigerant supply means toward the opening.
A vehicle equipped with the assembled battery according to any one of claims 1 to 11 .
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