JP5651444B2 - Battery module - Google Patents
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Description
本発明は、電池ホルダ内に収納されている複数の素電池の充放電時における温度差の不均一性を解消した電池モジュールに関する。 The present invention relates to a battery module that eliminates non-uniformity in temperature difference during charging / discharging of a plurality of unit cells housed in a battery holder.
ハイブリッド自動車等に使用される多数の素電池を内蔵している電池モジュールは、充放電時における温度差が大きいと特定の素電池を急激に劣化させて電池モジュールの寿命を短くする可能性があるため、各々の素電池を効率よく均一に冷却して充放電時における温度差の不均一性を解消させる必要がある。 A battery module incorporating a large number of unit cells used in a hybrid vehicle or the like may shorten the life of the battery module by rapidly degrading a specific unit cell if the temperature difference during charging and discharging is large. Therefore, it is necessary to cool each unit cell efficiently and uniformly to eliminate the non-uniformity in temperature difference during charging and discharging.
特許文献1及び特許文献2には、電池ホルダ内に収納している複数の素電池を効率よく均一に冷却するために、電池ホルダの材質をアルミニウムとし、また、その形状を素電池の表面に沿うものとする電池モジュールが記載されている。 In Patent Document 1 and Patent Document 2, in order to efficiently and uniformly cool a plurality of cells stored in the battery holder, the material of the battery holder is aluminum, and the shape is formed on the surface of the cell. A battery module to be along is described.
しかし、多数の素電池を連結した電池モジュールの場合、冷却媒体と接触可能な外側に配置されている素電池はその冷却媒体と熱交換し易いため効率よく冷却されるが、内側に配列されている素電池は冷却媒体と熱交換しにくいので冷却効率が悪くなるため、各々の素電池の温度差が不均一になる可能性がある。 However, in the case of a battery module in which a large number of unit cells are connected, the unit cells arranged on the outside that can come into contact with the cooling medium are efficiently cooled because they easily exchange heat with the cooling medium. Since the unit cell is difficult to exchange heat with the cooling medium, the cooling efficiency is deteriorated, so that the temperature difference between the unit cells may be non-uniform.
特許文献3には、複数の素電池を直線状に連結している複数の電池モジュールの間にセパレータを挟んで複数列2段に並べて外装ケースに収納すると共に、外装ケースを金属製として対向面を電池モジュールの表面に沿う湾曲形状として電池モジュールの表面に接触し、更に、回路基板をセパレータの片側に配置し、この回路基板には、電池モジュールの両端を接続するメインリード板と、複数の素電池の接続部を接続するサブリード板とで各々の素電池を接続し、メインリード板とサブリード板とで全ての素電池の電極を回路基板に接続している電池モジュールが記載されている。 In Patent Document 3, a plurality of battery modules in which a plurality of unit cells are linearly connected are arranged in a plurality of rows and two stages with a separator interposed therebetween and housed in an exterior case, and the exterior case is made of metal and facing the surface. In contact with the surface of the battery module as a curved shape along the surface of the battery module, and further, a circuit board is disposed on one side of the separator, and the circuit board includes a main lead plate for connecting both ends of the battery module, and a plurality of A battery module is described in which each unit cell is connected by a sub lead plate connecting the connection portions of the unit cells, and the electrodes of all the unit cells are connected to a circuit board by the main lead plate and the sub lead plate.
しかし、上述の構成の電池モジュールでは、外装ケースが素電池の温度差を解消することができない構成であるため、素電池に接続しているリード板の熱伝導にて各々の素電池の温度差を解消しており、そのため構成が複雑である。 However, in the battery module having the above-described configuration, since the outer case cannot be configured to eliminate the temperature difference between the unit cells, the temperature difference between each unit cell due to the heat conduction of the lead plate connected to the unit cell. Therefore, the configuration is complicated.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な構造により、電池ホルダ内に収納されている複数の素電池の充放電時における温度差の不均一性を解消し、長寿命な電池モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and has a simple structure that eliminates uneven temperature differences during charging / discharging of a plurality of unit cells stored in a battery holder, and has a long service life. An object is to provide a simple battery module.
本発明に係る電池モジュールは、素電池が収納される電池収納部を複数有し、更に、これら複数の電池収納部が3以上の列をなして配置されている電池ホルダを備える電池モジュールにおいて、前記電池ホルダの領域は、外側の列に配置された電池収納部を有する外側の領域と、中央側の列に配置された電池収納部を有する中央の領域とを有しており、各領域における電池ホルダの熱容量を、該領域に配置された電池収納部の個数で割った電池収納部当たり熱容量は、外側の領域よりも中央側の領域が大きく、前記電池ホルダは、アルミニウム又はアルミニウム合金を有して形成されていることを特徴とする。
The battery module according to the present invention includes a plurality of battery storage portions in which unit cells are stored, and further includes a battery holder in which the plurality of battery storage portions are arranged in three or more rows. The area of the battery holder includes an outer area having battery storage portions arranged in an outer row, and a central area having battery storage portions arranged in a central row. the heat capacity of the battery holder, battery compartment per heat capacity divided by the arranged number of the battery housing portion in the region is much larger central side region than the outer region, the battery holder, an aluminum or aluminum alloy characterized in that it is formed to have.
本発明の構成によれば、中央側の領域における電池収納部当たり熱容量が大きいので、この領域における素電池の熱は早急に電池ホルダに熱伝導して外部へ放出される。また、外側の領域における電池収納部当たり熱容量は小さいが、この領域は外部と隣接しているため、素電池の熱は電池ホルダから外部へ放熱されやすい。 According to the configuration of the present invention, since the heat capacity per battery housing portion in the central region is large, the heat of the unit cells in this region is quickly conducted to the battery holder and released to the outside. Further, although the heat capacity per battery storage part in the outer region is small, since this region is adjacent to the outside, the heat of the unit cell is easily radiated from the battery holder to the outside.
また、前記電池ホルダに設けられた複数の電池収納部は、千鳥状に配列されており、外側の領域における各電池収納部の外側の端部間を結ぶ接線と電池ホルダ端部との間の最短距離は、中央側の領域における各電池収納部の外側の端部間を結ぶ接線と前記外側の領域における各電池収納部の中央側の端部間を結ぶ接線との間の最短距離よりも小さいことが好ましい。 Further, the plurality of battery storage portions provided in the battery holder are arranged in a staggered manner between the tangent line connecting the outer ends of the battery storage portions in the outer region and the end portions of the battery holder. The shortest distance is shorter than the shortest distance between the tangent line connecting the outer ends of the battery storage units in the central region and the tangent line connecting the central ends of the battery storage units in the outer region. Small is preferable.
この構成によれば、外側の領域における電池収納部の外側の端部と電池ホルダ端部との間を薄肉にし、中央側の領域における電池収納部と外側の領域における電池収納部との間を厚肉にするため、中央側の領域における素電池の熱は早急に電池ホルダに熱伝導して放熱され、一方、外側の領域における素電池の熱は電池ホルダから外部へ放熱しやすい。 According to this configuration, the space between the outer end portion of the battery storage portion in the outer region and the battery holder end portion is thinned, and the space between the battery storage portion in the central region and the battery storage portion in the outer region is set. In order to increase the thickness, the heat of the unit cell in the central region is quickly conducted and dissipated to the battery holder, while the heat of the unit cell in the outer region is easily radiated from the battery holder to the outside.
また、前記中央側の領域における各々の電池収納部間の距離は、外側の領域における電池収納部間の距離よりも大きいことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the distance between each battery accommodating part in the area | region of the said center side is larger than the distance between the battery accommodating parts in an outer area | region.
この構成によれば、中央側の領域において、各々の電池収納部の周囲を厚肉にすることができるので、各々の電池収納部における素電池の熱を電池ホルダに確実に熱伝導させることができる。 According to this configuration, since the periphery of each battery housing portion can be thickened in the central region, the heat of the unit cells in each battery housing portion can be reliably conducted to the battery holder. it can.
また、外側の領域における電池収納部の個数は、中央側の領域における電池収納部の個数よりも多いことが好ましい。 In addition, the number of battery storage portions in the outer region is preferably larger than the number of battery storage portions in the central region.
この構成によれば、電池ホルダの各コーナー部付近に電池収納部を設けることができるので、外側の領域における電池収納部当たり熱容量を小さく構成することができる。 According to this configuration, since the battery storage portion can be provided in the vicinity of each corner portion of the battery holder, the heat capacity per battery storage portion in the outer region can be reduced.
また、前記電池ホルダに設けられた複数の電池収納部は、千鳥状に配列されている代わりに格子状に配列されていることも可能である。 Further, the plurality of battery storage portions provided in the battery holder may be arranged in a grid instead of being arranged in a staggered manner.
この構成によっても、外側の領域における電池収納部の外側の端部と電池ホルダ端部との間を薄肉にし、中央側の領域における電池収納部と外側の領域における電池収納部との間を厚肉にできるため、中央側の領域における素電池の熱は早急に電池ホルダに熱伝導して放熱され、一方、外側の領域における素電池の熱は電池ホルダから外部へ放熱しやすい。 Even in this configuration, the space between the outer end of the battery housing portion and the battery holder end in the outer region is thinned, and the space between the battery housing portion in the central region and the battery housing portion in the outer region is thick. Since it can be made flesh, the heat of the unit cell in the central region is quickly conducted and dissipated to the battery holder, while the heat of the unit cell in the outer region is easily radiated from the battery holder to the outside.
また、前記電池ホルダの外側周辺部は、前記電池収納部の形状に沿って構成されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the outer peripheral part of the said battery holder is comprised along the shape of the said battery accommodating part.
この構成によれば、外側の領域における電池収納部当たり熱容量を小さく構成することができると共に、電池ホルダの形状を小さく構成できるため電池モジュールの省スペース化が達成できる。 According to this configuration, the heat capacity per battery storage portion in the outer region can be reduced, and the shape of the battery holder can be reduced, so that space saving of the battery module can be achieved.
また、前記電池ホルダは、アルミニウム又はアルミニウム合金を有して形成されていることが好ましい。 The battery holder is preferably formed of aluminum or an aluminum alloy.
この構成によれば、アルミニウム及びアルミニウム合金は高い熱伝導性を有しているため、電池ホルダ内に収納されている素電池の熱を外部へ熱伝導させやすく、しかもアルミニウム及びアルミニウム合金は軽量であるため、電池モジュールの軽量化を達成することができる。 According to this configuration, since aluminum and aluminum alloy have high thermal conductivity, it is easy to conduct heat from the unit cells stored in the battery holder to the outside, and aluminum and aluminum alloy are lightweight. Therefore, the weight reduction of the battery module can be achieved.
本発明によれば、電池ホルダの中央側に配列されている電池収納部当たり熱容量を大きくし、電池ホルダの外側に配列されている電池収納部当たり熱容量を小さくするため、簡易な構造にて、高温になりがちな中央側に配列されている素電池の熱を的確に外部へ放出し、電池ホルダ内の複数の素電池の充放電時における温度差の不均一性を解消して、長寿命な電池モジュールを提供することができる。 According to the present invention, in order to increase the heat capacity per battery storage unit arranged on the center side of the battery holder and reduce the heat capacity per battery storage unit arranged outside the battery holder, with a simple structure, Dissipates heat from the cells arranged in the center, which tend to be high temperature, to the outside, eliminates uneven temperature differences during charging / discharging of multiple cells in the battery holder, and has a long service life A battery module can be provided.
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明するが、当該実施形態は本発明の原理の理解を容易にするためのものであり、本発明の範囲は、下記の実施形態に限られるものではなく、当業者が以下の実施形態の構成を適宜置換した他の実施形態も、本発明の範囲に含まれる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments are for facilitating understanding of the principle of the present invention, and the scope of the present invention is as follows. The present invention is not limited to the embodiments, and other embodiments in which those skilled in the art appropriately replace the configurations of the following embodiments are also included in the scope of the present invention.
図1は、素電池100が収納される電池ホルダ300の斜視図である。本実施形態に係る電池モジュール900は、図1に示されるように、素電池100が収納される電池収納部200を複数有する電池ホルダ300を有して構成される。電池収納部200は、例えば円筒形状の素電池100を収納できるように、例えば断面が円形の円筒型空洞である。
FIG. 1 is a perspective view of a
図2は、複数の素電池100が収納された電池ホルダ300を有する電池モジュール900を説明する図である。図2に示されるように、電池収納部200は、例えば、第1の列、第2の列、第3の列をなして配列している。そのため、電池ホルダ300には、例えば、第1の列をなして配列している電池収納部200を含む領域S1と、第2の列をなして配列している電池収納部200を含む領域S2と、第3の列をなして配列している電池収納部200を含む領域S3と、が形成されている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a
また、電池収納部200は、千鳥状に配列されている。ここで、千鳥状とは、第1の列、第2の列、第3の列において電池収納部200が等間隔に配置され、隣接する列どうしで互いに電池収納部200が例えばその半分ずつの距離だけずらされている状態をいう。千鳥状に電池収納部200を配列することにより、電池ホルダ300内部の領域を有効に用いることが可能となる。
Moreover, the
また、領域S1及び領域S3における電池収納部200は例えば5個であり、領域S2における電池収納部200は例えば4個である。このように、外側の領域S1及び領域S3における電池収納部200の個数を、領域S2における電池収納部200の個数よりも多くすることにより、電池ホルダ300の各コーナー部付近を薄肉にすることができ、領域S1及び領域S3における電池収納部200当たり熱容量を小さくできる。
The number of
電池ホルダ300は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金を有して形成されている。アルミニウム合金としては、軽量且つ良好な熱伝導性を有している限り特に限定されるものではなく、例えばAl-Mg系合金、Al-Mg-Si系合金、Al-Zn-Mg系合金、Al-Zn-Mg-Cu系合金等を使用することができる。
The
電池ホルダ300の外側周辺部は、前記電池収納部200の形状に沿って構成されており、そのため領域S2において一方の端部側及び他方の端部側は内側に曲面凹部状に形成されている。なお、図示は省略しているが、領域S1及び領域S3において外側周辺部を各電池収納部200の形状に沿って滑らかな波状に形成することがより好ましい。
The outer peripheral part of the
次に、電池収納部200に収納される素電池100について説明する。図3は、素電池100の構成を模式的に示した断面図である。素電池100は、例えば、図3に示すような、円筒形のリチウムイオン二次電池を採用することができる。このリチウムイオン二次電池は、内部短絡等の異常発生により電池内の圧力が上昇したとき、ガスを電池外に放出する安全弁機構を備えている。
Next, the
素電池100においては、正極101と負極102とがセパレータ103を介して捲回された電極群104が、非水電解液とともに、電池ケース107に収容されている。電極群104の上下には、絶縁板109、110が配され、正極101は、正極リード105を介してフィルタ112に接合され、負極102は、負極リード106を介して負極端子を兼ねる電池ケース107の底部に接合されている。
In the
正極及び負極の表面には、それぞれ、正極活物質及び負極活物質を含むペーストが塗布されている。正極活物質としては、例えばSiMn2O4、SiCoO2、SiNiO3等、リチウムイオン電池に用いられる正極活物質の1種又は2種以上を特に限定することなく使用できる。負極活物質としては、例えばアモルファスカーボン、グラファイトカーボン等、リチウムイオン電池に用いられる負極活物質の1種又は2種以上を特に限定することなく使用できる。非水電解液としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等を使用することができる。 A paste containing a positive electrode active material and a negative electrode active material is applied to the surfaces of the positive electrode and the negative electrode, respectively. As the positive electrode active material, for example SiMn 2 O 4, SiCoO 2, SiNiO 3 etc., may be used without particular limitation one or more of the positive electrode active material used in lithium ion batteries. As the negative electrode active material, for example, one or more negative electrode active materials used in lithium ion batteries, such as amorphous carbon and graphite carbon, can be used without particular limitation. As the non-aqueous electrolyte, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and the like can be used.
フィルタ112は、インナーキャップ113に接続され、インナーキャップ113の突起部は、金属製の弁板114に接合されている。更に、弁板114は、正極端子を兼ねる端子板108に接続されている。そして、端子板108、弁板114、インナーキャップ113、及びフィルタ112が一体となって、ガスケット111を介して、電池ケース107の開口部を封口している。
The
素電池100に内部短絡等の異常が発生して、素電池100内の圧力が上昇すると、弁体114が端子板108に向かって膨れ、インナーキャップ113と弁体114との接合がはずれると、電流経路が遮断される。更に素電池100内の圧力が上昇すると、弁体114が破断する。これによって、素電池100内に発生したガスは、フィルタ112の貫通孔112a、インナーキャップ113の貫通孔113a、弁体114の裂け目、そして、端子板108の開放部108aを介して、外部へ排出される。
When an abnormality such as an internal short circuit occurs in the
次に、電池ホルダ300に収納された素電池100の筐体への配置について説明する。図4は、素電池100の筐体への配置を説明する図である。
Next, the arrangement of the
図4に示すように、電池モジュール900では、複数の素電池100,100,…はケース内に収容されている。電池ホルダ300は図面を見易くするために省略されている。ケースは、蓋体323及び筐体325と仕切り板327とを有している。蓋体323と筐体325とは、仕切り板327を挟んでいる。このようなケースでは、筐体325と仕切り板327とで形成される空間が電池室331であり、蓋体323と仕切り板327とで形成される空間が、ガスを外部へ排出する排気室333である。
As shown in FIG. 4, in the
電池室331では、複数の素電池100,100,…は、開放部108aを上にして筐体325に収容されており、ケースの長手方向に配列されている。仕切り板327には、貫通孔がその長手方向に間隔を開けて形成されており、貫通孔の各々からは、素電池100の開放部108aが露出している。
In the
排気室333には、排気口部329が形成されている。具体的には、蓋体323の長手方向の一端面に切欠部が形成されており、これにより、ケースの長手方向一端では蓋体323と筐体325との間に隙間が存在する。この隙間が排気口部329である。
An
次に、図2に戻り、本実施形態においては、領域S2における各々の電池収納部200の上方向の端部間を結ぶ直線Lcと領域S1における電池収納部200の下方向の端部間を結ぶ直線Lbとの間の最短距離d2は、領域S1における各電池収納部200の上側の端部間を結ぶ直線Laと電池ホルダ端部との間の最短距離d1よりも大きい。また、領域S2における電池収納部200間の距離d4は、領域S1における電池収納部200間の距離d3よりも大きい。
Next, returning to FIG. 2, in the present embodiment, the straight line Lc connecting the upper ends of the respective
そのため、領域S1における電池収納部200の周囲は薄肉に形成され、一方、領域S2における電池収納部200の周囲は厚肉に形成され、領域S2における電池収納部200当たり熱容量は、領域S1における電池収納部200当たり熱容量よりも大きく設定されている。同様に、領域S2における電池収納部200当たり熱容量は、領域S3における電池収納部200当たり熱容量よりも大きい。
Therefore, the periphery of the
これにより、領域S2における素電池100の熱は早急に電池ホルダ300に熱伝導して外部へ放出され、一方、領域S1及びS3における素電池100は外部と隣接しているのでその熱は電池ホルダ300から放熱され易い。従って、電池ホルダ300内に収納されている複数の素電池100の充放電時における温度差の不均一性を解消し、電池モジュール900の長寿命化が達成できる。
Thereby, the heat of the
《その他の実施形態》
上述の実施形態においては、電池ホルダ300に設けられた電池収納部200は千鳥状に配列されたが、本発明の範囲はこのような実施形態に限定されるものではなく、電池収納部200は、複数個の行及び複数個の列を有するように配列(格子状に配列)されることも可能である。
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In the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態においては、領域S1及びS3における電池収納部200の周囲は薄肉に形成され、一方、領域S2における電池収納部200の周囲は厚肉に形成されたが、本発明の範囲はこのような実施形態に限定されるものではなく、例えば、領域S1及びS3における材質を領域S2における材質よりも熱容量が小さい材質にて構成することも可能である。
In the above-described embodiment, the periphery of the
また、上述の実施形態においては、素電池100には、異常発生により電池内の圧力が上昇したとき、ガスを電池外に放出する安全弁機構が備えられていたが、本発明の範囲はこのような実施形態に限定されるものではない。素電池100にはガスを電池外に放出する安全弁機構が設けられておらず、筐体に配置された場合には排気室333が設けられていないものでも良い。
Further, in the above-described embodiment, the
本発明に係る電池モジュールは、高寿命であるので、携帯型電子機器、移動体通信機器、又は車両の電源等に有用である。 Since the battery module according to the present invention has a long life, it is useful for a portable electronic device, a mobile communication device, or a power source of a vehicle.
100:素電池
101:正極
102:負極
103:セパレータ
104:電極群
105:正極リード
106:負極リード
107:電池ケース
108:端子板
109,110:絶縁板
111:ガスケット
112:フィルタ
113:インナーキャップ
114:弁体
200:電池収納部
300:電池ホルダ
323:蓋体
325:筐体
327:仕切り板
333:排気室
900:電池モジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Unit cell 101: Positive electrode 102: Negative electrode 103: Separator 104: Electrode group 105: Positive electrode lead 106: Negative electrode lead 107: Battery case 108: Terminal board 109,110: Insulation board 111: Gasket 112: Filter 113: Inner cap 114 : Valve body 200: Battery storage unit 300: Battery holder 323: Cover body 325: Housing 327: Partition plate 333: Exhaust chamber 900: Battery module
Claims (6)
前記電池ホルダの領域は、外側の列に配置された電池収納部を有する外側の領域と、中央側の列に配置された電池収納部を有する中央側の領域とを有しており、
各領域における電池ホルダの熱容量を、該領域に配置された電池収納部の個数で割った電池収納部当たり熱容量は、外側の領域よりも中央側の領域が大きく、
前記電池ホルダは、アルミニウム又はアルミニウム合金を有して形成されていることを特徴とする電池モジュール。 In a battery module comprising a plurality of battery storage parts for storing unit cells, and further comprising a battery holder in which the plurality of battery storage parts are arranged in three or more rows,
The region of the battery holder has an outer region having battery storage portions arranged in an outer row, and a central region having battery storage portions arranged in a central row,
The heat capacity of the battery holder in each region, the battery compartment per heat capacity divided by the arranged number of the battery housing portion in the region is much larger central side region than the outer region,
The battery module is characterized in that the battery holder is formed of aluminum or an aluminum alloy .
外側の領域における各電池収納部の外側の端部間を結ぶ接線と電池ホルダ端部との間の最短距離は、中央側の領域における各電池収納部の外側の端部間を結ぶ接線と前記外側の領域における各電池収納部の中央側の端部間を結ぶ接線との間の最短距離よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の電池モジュール。 The plurality of battery storage portions provided in the battery holder are arranged in a staggered manner,
The shortest distance between the tangent line connecting the outer end portions of each battery storage portion in the outer region and the battery holder end portion is the tangent line connecting the outer end portions of each battery storage portion in the central region, and 2. The battery module according to claim 1, wherein the battery module is smaller than a shortest distance between a tangent line connecting the end portions on the center side of each battery storage portion in the outer region.
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