JP7310561B2 - 積層型バッテリーパック - Google Patents

積層型バッテリーパック Download PDF

Info

Publication number
JP7310561B2
JP7310561B2 JP2019205616A JP2019205616A JP7310561B2 JP 7310561 B2 JP7310561 B2 JP 7310561B2 JP 2019205616 A JP2019205616 A JP 2019205616A JP 2019205616 A JP2019205616 A JP 2019205616A JP 7310561 B2 JP7310561 B2 JP 7310561B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resin holder
battery pack
stacking direction
metal plate
stacked battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019205616A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021077595A (ja
Inventor
秀世 森田
雄司 上原
宏輝 川村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to JP2019205616A priority Critical patent/JP7310561B2/ja
Priority to US17/038,664 priority patent/US20210143379A1/en
Priority to EP20207406.8A priority patent/EP3823085B1/en
Priority to CN202011266693.0A priority patent/CN112803091B/zh
Publication of JP2021077595A publication Critical patent/JP2021077595A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7310561B2 publication Critical patent/JP7310561B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/658—Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/202—Casings or frames around the primary casing of a single cell or a single battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
    • H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
    • H01M50/222—Inorganic material
    • H01M50/224—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
    • H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
    • H01M50/227—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/238—Flexibility or foldability
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/293—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本発明は積層型バッテリーパックに関し、特に、複数の平型セルが積層されてなる積層型バッテリーパックに関する。
複数の平型セルが積層されてなる積層型バッテリーパックとしては、特許文献１～４に開示された積層型バッテリーパックが知られている。例えば、特許文献１及び２には、金属プレートを介して平型セルを積層した構造を有する積層型バッテリーパックが記載されている。しかしながら、単に金属プレートを介して平型セルを積層すると、仮にある平型セルが異常発熱した場合、金属プレートを介して隣接する平型セルが加熱されてしまうため、隣接する平型セルも異常発熱し、次々と異常発熱が伝播するおそれがあった。
これに対し、特許文献３に記載された積層型バッテリーパックは、隣接する平型セル間に断熱シートを有するスペーサを配置し、これにより異常発熱の伝播を防止している。
特開２００９－３０１８７７号公報 特表２０１２－５１１８０２号公報 特開２０１０－２１８７１６号公報
しかしながら、特許文献３に用いられているスペーサは、断熱シートを２枚の金属板によって挟み込んだ構造を有しており、構造が複雑であるという問題があった。
したがって、本発明は、簡単な構成によって異常発熱の伝播を防止することが可能な積層型バッテリーパックを提供することを目的とする。
本発明による積層型バッテリーパックは、複数の単位セルが積層されてなる積層型バッテリーパックであって、複数の単位セルのそれぞれは、樹脂ホルダーと、樹脂ホルダーに収容された平型セルと、平型セルを覆う金属プレートとを含み、これにより平型セルが樹脂ホルダーと金属プレートによって積層方向に挟まれた構造を有することを特徴とする。
本発明によれば、積層方向に隣接する平型セル間に樹脂ホルダーと金属プレートが介在することから、樹脂ホルダーによる断熱効果と、金属プレートによる熱容量の増大効果、放熱効果、防火効果などを得ることができる。また、複数の単位セルを筐体の支持面に対して垂直な方向に積層すれば、筐体の支持面に対して水平な方向に平型セルを配列する場合のように、個々の平型セルを安定的に支持するための複雑な支持機構が不要であり、簡単な構成によって個々の平型セルを安定的に支持することが可能となる。
複数の単位セルのそれぞれは、樹脂ホルダーと平型セルの間に設けられ、樹脂ホルダーよりも熱伝導率が低く、且つ、樹脂ホルダーよりも可撓性の高いシート部材をさらに含んでいても構わない。これによれば、断熱効果がより高められるとともに、筐体の支持面に対して垂直な方向に単位セルを積層した場合、樹脂ホルダー内における平型セルの位置ずれやガタつきなどを抑えることが可能となる。
金属プレートは、積層方向から見て樹脂ホルダーと重ならない突出部を有していても構わない。これによれば、平型セルの熱を突出部から外部に効率よく放熱することが可能となる。この場合、積層方向に隣接する突出部を繋ぐ熱伝導部材を備えていても構わないし、積層方向に隣接する突出部が互いに接続されていても構わない。これらによれば、熱容量が大幅に増大することから、ある平型セルが異常発熱した場合であっても、複数の突出部を介して効率よく放熱される。また、後者の場合、突出部は、積層方向から見て樹脂ホルダーと重なる主領域と同一平面を構成する第１の部分と、第１の部分に接続され、積層方向に延在する第２の部分と、第２の部分及び積層方向に隣接する別の突出部の第１の部分に接続された第３の部分とを含み、第１及び第３の部分は、第２の部分から見て樹脂ホルダーから離れる方向に突出することによって放熱フィンを構成しても構わない。これによれば、より高い放熱効果を得ることが可能となる。さらに、樹脂ホルダーは、平型セルを積層方向と直交する方向から覆う側板部を有し、側板部には段差が設けられており、段差に金属プレートが位置決めされていても構わない。これによれば、平型セルと金属プレートの接触面積が増大することから、金属プレートによる熱容量の増大効果、放熱効果、防火効果などを高めることができる。
本発明による積層型バッテリーパックは、積層された複数の単位セルが載置されるブラケットをさらに備え、ブラケットは、筐体の支持面と複数の単位セルの間に位置する底板部と、底板部に接続され、積層方向に延在する壁面部を含み、壁面部には、平型セルの端子電極と対向する部分に開口部が設けられていても構わない。これによれば、壁面部に回路基板を取り付けることができるとともに、仮にある平型セルが異常発熱し、端子電極の近傍から高温のガスが吹き出した場合であっても、高温のガスが壁面部に遮られることなく、開口部を介して外部に放出される。
このように、本発明による積層型バッテリーパックは、簡単な構成によって異常発熱の伝播を防止することが可能である。
図１は、本発明の一実施形態による積層型バッテリーパック１の外観を示す略斜視図である。 図２は、積層型バッテリーパック１からトップ筐体３を削除した状態を示す略断面図である。 図３は、ブラケット２０にセル積層体１００を搭載した状態を示す略断面図である。 図４は、ブラケット２０の構造を示す略断面図である。 図５は、単位セルの構造を説明するための略分解斜視図である。 図６は、ブラケット２０に単位セル１０１～１０７を積層した状態を示す略断面図である。 図７は、セル積層体１００の模式的なｙｚ断面図である。 図８は、変形例によるセル積層体１００Ａの模式的なｙｚ断面図である。 図９は、変形例によるセル積層体１００Ａの主要部を拡大して示すｙｚ断面図である。 図１０は、第１の変形例による金属プレート１４０Ａの形状を説明するための略斜視図である。 図１１は、熱伝導部材１６０を追加した例による積層型バッテリーパックを示す略斜視図である。 図１２は、第２の変形例による金属プレート１４０Ｂの形状を説明するための略斜視図である。 図１３は、金属プレート１４０Ｂを用いたセル積層体１００Ｂの模式的なｙｚ断面図である。 図１４は、第３の変形例による金属プレート１４０Ｃの形状を説明するための略断面図である。 図１５は、第４の変形例による金属プレート１４０Ｄの形状を説明するための略断面図である。 図１６は、第５の変形例による金属プレート１４０Ｅの形状を説明するための略断面図である。 図１７は、金属プレート１４０Ｅを用いたセル積層体１００Ｅの模式的なｙｚ断面図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による積層型バッテリーパック１の外観を示す略斜視図である。
図１に示すように、本実施形態による積層型バッテリーパック１は、ベース筐体２とトップ筐体３をネジ４によって固定した箱形の外観を有している。トップ筐体３に設けられた開口部には一対の端子電極Ｅ１，Ｅ２が設けられ、ベース筐体２に設けられた開口部にはコネクタＰが設けられている。端子電極Ｅ１，Ｅ２は、積層型バッテリーパック１を充放電するための一対の端子である。また、コネクタＰは、積層型バッテリーパック１に対するデータの入出力を行うための端子である。ベース筐体２及びトップ筐体３の材料については特に限定されず、金属材料を用いても構わないし、樹脂材料を用いても構わない。ベース筐体２及びトップ筐体３の材料として金属材料を用いれば、高い信頼性と放熱特性を得ることができる。一方、ベース筐体２及びトップ筐体３の材料として樹脂材料を用いれば、軽量化を図ることができる。ベース筐体２には、電源を使用する機器（搬送車など）に本実施形態による積層型バッテリーパック１を固定するための固定部材５が設けられている。
図２は、本実施形態による積層型バッテリーパック１からトップ筐体３を削除した状態を示す略断面図である。
図２に示すように、筐体の内部にはセル積層体１００が収容されている。ベース筐体２は、ｘｙ平面を構成する底板部２Ａと、ｙｚ平面を構成する側板部２Ｂと、ｘｚ平面を構成する側板部２Ｃを有しており、セル積層体１００は、筐体の支持面を構成する底板部２Ａ上に固定されている。ベース筐体２は、底板部２Ａから連続する折り曲げ部２Ｄ，２Ｅと、側板部２Ｂから連続する折り曲げ部２Ｆと、側板部２Ｃから連続する折り曲げ部２Ｇをさらに備えており、これら折り曲げ部２Ｄ～２Ｇには、ネジ４を螺着するためのネジ穴４ａが設けられている。
セル積層体１００は、ブラケット２０に搭載されており、図３に示すように７つの単位セル１０１～１０７がｚ方向に積層された構造を有している。最上層に位置する単位セル１０７は、カバー１５０で覆われている。図４に示すように、ブラケット２０は、ｘｙ平面を構成する底板部２１とｙｚ平面を構成する壁面部２２からなる部材であり、底板部２１にセル積層体１００が搭載される。ブラケット２０とセル積層体１００の固定は、底板部２１に設けられたネジ穴２１ａを用いてネジ止めすることにより行う。また、ブラケット２０とベース筐体２の固定は、底板部２１に設けられた位置決め穴２１ｂに、ベース筐体２に固定された図示しない固定ピンを挿入することにより行う。ブラケット２０の材料については特に限定されないが、金属材料を用いることが好ましい。
ブラケット２０の壁面部２２には、開口部２０ａが設けられている。ブラケット２０にセル積層体１００が搭載されると、セル積層体１００に設けられた端子電極１３１，１３２が開口部２０ａから露出する。これにより、セル積層体１００の一部が異常発熱し、端子電極１３１，１３２の近傍から高温のガスが吹き出した場合であっても、高温のガスが壁面部２２に遮られることなく、開口部２０ａを介して外部に放出される。壁面部２２には、図２に示す回路基板１１が固定される。回路基板１１には、セル積層体１００と端子電極Ｅ１，Ｅ２を接続する回路が形成されている。壁面部２２と回路基板１１の固定は、壁面部２２に設けられたネジ穴２２ａを用いてネジ止めすることにより行う。
また、ベース筐体２の側板部２Ｃには、別の回路基板１２が固定されている。回路基板１２には、セル積層体１００を制御する回路や、セル積層体１００の動作状況をモニタする回路などが形成されており、これらの回路はコネクタＰを介して外部の機器に接続される。
図５は、単位セルの構造を説明するための略分解斜視図である。
図５に示すように、単位セルは、樹脂ホルダー１１０と、樹脂ホルダー１１０内に敷設されたシート部材１２０と、シート部材１２０と接するよう樹脂ホルダー１１０内に収容された平型セル１３０と、平型セル１３０を覆う金属プレート１４０とを備えている。
樹脂ホルダー１１０は、ｘｙ平面を構成する底板部１１１と、ｘｚ平面を構成する側板部１１２，１１３と、ｙｚ平面を構成する側板部１１４，１１５を有する収容体である。側板部１１３のｚ方向における高さは、金属プレート１４０と干渉しないよう、部分的に低くなっている。側板部１１２，１１３には、ネジ穴１１０ａを有する突起が設けられており、ネジ穴１１０ａに図示しないネジを螺着することによって複数の単位セル１０１～１０７がｚ方向に連結されるとともに、ブラケット２０の底板部２１に固定される。また、側板部１１４には、平型セル１３０の端子電極１３１，１３２を導出するための切り欠き１１０ｂと、端子電極１３１，１３２を案内するガイド部１１０ｃが設けられている。さらに、側板部１１２，１１３には、ｙ方向及びｚ方向に突出した位置決め部１１６，１１７が設けられており、側板部１１５には、ｘ方向及びｚ方向に突出した位置決め部１１６，１１７が設けられている。これにより、単位セル１０１～１０７をｚ方向に積層すると、下方に位置する単位セルの位置決め部１１６と上方に位置する単位セルの位置決め部１１７が嵌合し、ｘｙ方向における位置決めがされる。これにより、ネジ穴１１０ａにネジを螺着することによって単位セル１０１～１０７を連結する前に、単位セル１０１～１０７を仮固定することができる。
シート部材１２０は緩衝材であり、樹脂ホルダー１１０よりも熱伝導率が低く、且つ、樹脂ホルダー１１０よりも可撓性の高い材料によって構成される。本発明においてシート部材１２０を用いることは必須でないが、樹脂ホルダー１１０の底板部１１１と平型セル１３０の間にこのような特性を有するシート部材１２０を介在させることにより、樹脂ホルダー１１０内における平型セル１３０の位置ずれやガタつきなどを抑えることが可能となる。つまり、本実施形態による積層型バッテリーパック１は、平型セル１３０が筐体の支持面に対して垂直な方向（ｚ方向）に積層される構成を有していることから、樹脂ホルダー１１０と平型セル１３０の間に可撓性の高いシート部材１２０を介在させることにより、重力によってシート部材１２０と樹脂ホルダー１１０及び平型セル１３０が密着する。しかも、シート部材１２０の熱伝導率が樹脂ホルダー１１０よりも低いことから、ｚ方向に隣接する平型セル１３０間の断熱特性も高められる
平型セル１３０は、例えばリチウムイオン電池であり、最も面積が大きいｘｙ平面が略矩形状を有している。そして、ｘｙ平面（底面）がシート部材１２０を介して樹脂ホルダー１１０の底板部１１１と向かい合い、ｘｚ平面（長手方向における側面）が樹脂ホルダー１１０の側板部１１２，１１３と向かい合い、ｙｚ平面（単手方向における側面）が樹脂ホルダー１１０の側板部１１４，１１５と向かい合うよう、樹脂ホルダー１１０に収容される。平型セル１３０の端子電極１３１，１３２は、ｙｚ平面（単手方向における側面）から導出されており、切り欠き１１０ｂを介して樹脂ホルダー１１０の側板部１１４から突出するとともに、ガイド部１１０ｃによって支持される。平型セル１３０の構造については特に限定されないが、複数の正極と複数の負極がセパレータを介して積層された構造を有する積層体が電解液とともに袋状のラミネートフィルム内に封入された構造を有するパウチセルを用いることができる。
金属プレート１４０は、アルミニウムなどの金属からなる板状部材であり、平型セル１３０のｘｙ平面（上面）を覆う主領域１４１と、主領域１４１からｙ方向に突出した２つの突出部１４２を有している。これにより、平型セル１３０は、樹脂ホルダー１１０の底板部１１１と、金属プレート１４０の主領域１４１によって積層方向に挟まれることになる。金属プレート１４０の主領域１４１は、平型セル１３０のｘｙ平面（上面）と接していることが好ましいが、両者間に僅かな隙間があっても構わない。この場合であっても、平型セル１３０が発熱した際には、平型セル１３０の膨張により両者は接触する。金属プレート１４０は、単位セルの熱容量を増大させるとともに、主領域１４１によってｘｙ面内における平型セル１３０の温度分布を均一化させ、突出部１４２によって平型セル１３０の熱を外部に放熱する役割を果たす。さらに、平型セル１３０が異常発熱し発火が生じた場合には、ｚ方向に隣接する平型セル１３０に高温のガスが吹き付けられるのを防ぐ防火壁としても機能する。本発明において金属プレート１４０に突出部１４２を設けることは必須でないが、これを設けることによって放熱特性が大幅に向上する。
このような構造を有する単位セル１０１～１０７は、図６に示すようにブラケット２０上に積層されてセル積層体１００を構成する。そして、セル積層体１００の最上層に位置する単位セル１０７は、図３に示すように樹脂からなるカバー１５０で覆われる。単位セル１０１～１０７は、端子電極Ｅ１，Ｅ２間に直列に接続されても構わないし、並列に接続されても構わない。
図７は、セル積層体１００の模式的なｙｚ断面図である。
図７に示すように、ｚ方向に隣接する平型セル１３０間には、金属プレート１４０、樹脂ホルダー１１０及びシート部材１２０が介在する。樹脂ホルダー１１０とシート部材１２０は、ｚ方向に隣接する平型セル１３０間の断熱部材として機能し、ある平型セル１３０が異常発熱した場合であっても、その熱が他の平型セル１３０に伝達するのを防止する役割を果たす。一方、金属プレート１４０は、上述の通り、単位セルの熱容量を増大させる役割、平型セル１３０の温度分布を均一化させる役割、平型セル１３０の熱を外部に放熱する役割、並びに、防火壁としての役割を果たす。
図８は、変形例によるセル積層体１００Ａの模式的なｙｚ断面図である。また、図９は、変形例によるセル積層体１００Ａの主要部を拡大して示すｙｚ断面図である。
図８及び図９に示すように、変形例によるセル積層体１００Ａでは、樹脂ホルダー１１０の側板部１１２に段差が設けられており、この段差に金属プレート１４０が位置決めされている。つまり、樹脂ホルダー１１０の側板部１１２は、ｘｙ平面を構成する上段面１１２ａ及び下段面１１２ｂと、ｘｚ平面を構成する内側面１１２ｃを有しており、下段面１１２ｂのｚ方向における高さが上段面１１２ａよりも低くなっている。そして、下段面１１２ａ及び内側面１１２ｃによって定義される切り欠き部分に金属プレート１４０のｙ方向における端部が位置決め配置される。上段面１１２ａは、上層の単位セルに含まれる樹脂ホルダー１１０の裏面１１８と接する。これにより、平型セル１３０の上面の全面が金属プレート１４０と接触することから、金属プレート１４０の上述した役割をより効果的に果たすことが可能となる。
このように、本実施形態による積層型バッテリーパック１は、金属プレート１４０を含む単位セル１０１～１０７が筐体の支持面に対して垂直な方向に積層された構造を有していることから、樹脂ホルダー１１０及びシート部材１２０による断熱効果と、金属プレート１４０による熱容量の増大効果、放熱効果、防火効果などを得ることができる。しかも、平型セル１３０を収容した樹脂ホルダー１１０を、金属プレート１４０を介して積層し、ネジ止めするだけの簡単な構成によって、個々の平型セル１３０を安定的に支持することが可能となる。
金属プレートの形状については特に限定されず、図１０に示す第１の変形例による金属プレート１４０Ａのように、突出部１４２がｙ方向における両側から突出する形状であっても構わない。また、図示しないが、突出部１４２をｘ方向に突出させても構わない。さらに、トップ筐体３が金属材料からなる場合には、金属プレート１４０Ａの突出部１４２とトップ筐体３を熱的に接続すれば、筐体全体がヒートシンクとして機能することから、非常に大きな熱容量を得ることが可能となる。
また、図１１に示すように、ｚ方向に隣接する金属プレート１４０の突出部１４２を熱伝導部材１６０で繋いでも構わない。熱伝導部材１６０の材料としては、アルミニウムなどの金属を用いることが好ましく、ネジ止めによって突出部１４２に固定することができる。これによれば、各金属プレート１４０が熱的に結合することから、ある平型セル１３０が異常発熱した場合であっても、複数の金属プレート１４０を介して放熱することができる。この場合、異常発熱していない他の平型セル１３０にも金属プレート１４０を介して熱が加わるが、突出部１４２はｚ方向から見て樹脂ホルダー１１０及び平型セル１３０と重ならない外部領域に位置するため、突出部１４２における放熱効果によって温度が低下することから、他の平型セル１３０に加わる熱はそれほど高くならない。
また、図１２に示す第２の変形例のように、突出部１４２がｚ方向に折れ曲がった形状を有する金属プレート１４０Ｂを用いても構わない。これによれば、金属プレート１４０Ｂを用いたセル積層体１００Ｂのｙｚ断面図である図１３に示すように、ｚ方向に隣接する突出部１４２が互いに接触するため、各金属プレート１４０を熱的に結合させることができる。ｚ方向に隣接する突出部１４２同士は、直接接触していても構わないし、熱伝導性の高い部材を介して熱的に接続されていても構わない。
図１２及び図１３に示す例では、１枚の金属プレート１４０を端部において３回折り曲げ（内側に１８０°折り曲げ、外側に２回９０°折り曲げ）ることによって突出部１４２を形成しているが、図１４に示す第３の変形例による金属プレート１４０Ｃのように、押し出し成形法などを用いることによって、折り曲げ加工することなく突出部１４２を形成しても構わないし、図１５に示す第４の変形例による金属プレート１４０Ｄのように、１枚の金属プレート１４０を端部において２回折り曲げ（内側に２回９０°折り曲げ）ることによって突出部１４２を形成しても構わない。但し、突出部１４２のうち、主領域１４１と同一平面を構成する部分を第１の部分１４２ａと定義し、第１の部分１４２ａに接続され、ｚ方向に延在する部分を第２の部分１４２ｂと定義し、第２の部分１４２ｂ及びｚ方向に隣接する別の突出部１４２の第１の部分１４２ａに接続される部分を第３の部分１４２ｃと定義した場合、図１２～図１４に示す金属プレート１４０Ｂ，１４０Ｃのように、第１及び第３の部分１４２ａ，１４２ｃは、第２の部分１４２ｂから見て樹脂ホルダー１１０及び平型セル１３０から離れる方向（ｘ方向又はｙ方向）に突出することによって、放熱フィンを構成することが好ましい。これによれば、より高い放熱効果を得ることが可能となる。
さらに、図１６に示す第５の変形例による金属プレート１４０Ｅのように、１枚の金属プレート１４０を端部において４回折り曲げ（内側に９０°折り曲げ、外側に９０°折り曲げ、内側に９０°折り曲げ、外側に９０°折り曲げ）ることによって突出部１４２を形成しても構わない。ここで、突出部１４２のうち、主領域１４１と同一平面を構成する部分を第１の部分１４２ａと定義し、第１の部分１４２ａに接続され、ｚ方向に延在する部分を第２の部分１４２ｂと定義し、第２の部分１４２ｂに接続され、ｙ方向に延在する部分を第３の部分１４２ｃと定義し、第３の部分１４２ｃに接続され、ｚ方向に延在する部分を第４の部分１４２ｄと定義し、第４の部分１４２ｄに接続され、ｙ方向に延在する部分を第５の部分１４２ｅと定義した場合、金属プレート１４０Ｅを用いたセル積層体１００Ｅのｙｚ断面図である図１７に示すように、第１の部分１４２ａは上層の金属プレート１４０Ｅの第３の部分１４２ｃと接し、第２の部分１４２ｂは上層の金属プレート１４０Ｅの第４の部分１４２ｄと接し、第３の部分１４２ｃは下層の金属プレート１４０Ｅの第１の部分１４２ａと接し、第４の部分１４２ｄは下層の金属プレート１４０Ｅの第２の部分１４２ｂと接し、第５の部分１４２ｅはｙ方向に突出する。
これを実現するためには、ｙ方向の両端に位置する一対の第２の部分１４２ｂの外寸とｙ方向の両端に位置する一対の第４の部分１４２ｄの内寸がほぼ一致し、且つ、第２の部分１４２ｂのｚ方向における高さと第４の部分１４２ｄのｚ方向における高さがほぼ一致するよう、金属プレート１４０Ｅを設計すれば良い。これにより、上下に位置する金属プレート１４０Ｅ同士の接触面積が大幅に増大することから、より高い放熱性を得ることが可能となる。第５の変形例による金属プレート１４０Ｅを用いた場合、異常発熱していない他の平型セル１３０に熱が加わりやすくなるものの、突出部１４２における放熱効果により、他の平型セル１３０に加わる熱はそれほど高くならない。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
１ 積層型バッテリーパック
２ ベース筐体
２Ａ 底板部
２Ｂ，２Ｃ 側板部
２Ｄ～２Ｇ 折り曲げ部
３ トップ筐体
４ ネジ
４ａ ネジ穴
５ 固定部材
１１，１２ 回路基板
２０ ブラケット
２０ａ 開口部
２１ 底板部
２１ａ ネジ穴
２１ｂ 位置決め穴
２２ 壁面部
２２ａ ネジ穴
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｅ セル積層体
１０１～１０７ 単位セル
１１０ 樹脂ホルダー
１１０ａ ネジ穴
１１０ｂ 切り欠き
１１０ｃ ガイド部
１１１ 底板部
１１２～１１５ 側板部
１１２ａ 上段面
１１２ｂ 下段面
１１２ｃ 内側面
１１６，１１７ 位置決め部
１１８ 裏面
１２０ シート部材
１３０ 平型セル
１３１，１３２ 端子電極
１４０，１４０Ａ～１４０Ｅ 金属プレート
１４１ 主領域
１４２ 突出部
１４２ａ 第１の部分
１４２ｂ 第２の部分
１４２ｃ 第３の部分
１４２ｄ 第４の部分
１４２ｅ 第５の部分
１５０ カバー
１６０ 熱伝導部材
Ｅ１，Ｅ２ 端子電極
Ｐ コネクタ

Claims (7)

  1. 複数の単位セルが積層されてなる積層型バッテリーパックであって、
    前記複数の単位セルのそれぞれは、樹脂ホルダーと、前記樹脂ホルダーに収容された平型セルと、前記平型セルを覆う金属プレートと、前記樹脂ホルダーと前記平型セルの間に設けられ、前記樹脂ホルダーよりも熱伝導率が低く、且つ、前記樹脂ホルダーよりも可撓性の高いシート部材とを含み、これにより前記平型セルが前記樹脂ホルダーと前記金属プレートによって積層方向に挟まれた構造を有することを特徴とする積層型バッテリーパック。
  2. 前記金属プレートは、前記積層方向から見て前記樹脂ホルダーと重ならない突出部を有することを特徴とする請求項１に記載の積層型バッテリーパック。
  3. 前記積層方向に隣接する前記突出部を繋ぐ熱伝導部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の積層型バッテリーパック。
  4. 前記積層方向に隣接する前記突出部が互いに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の積層型バッテリーパック。
  5. 前記突出部は、前記積層方向から見て前記樹脂ホルダーと重なる主領域と同一平面を構成する第１の部分と、前記第１の部分に接続され、前記積層方向に延在する第２の部分と、前記第２の部分及び前記積層方向に隣接する別の前記突出部の前記第１の部分に接続された第３の部分とを含み、
    前記第１及び第３の部分は、前記第２の部分から見て前記樹脂ホルダーから離れる方向に突出することによって放熱フィンを構成することを特徴とする請求項４に記載の積層型バッテリーパック。
  6. 前記樹脂ホルダーは、前記平型セルを前記積層方向と直交する方向から覆う側板部を有し、
    前記側板部には段差が設けられており、前記段差に前記金属プレートが位置決めされていることを特徴とする請求項２に記載の積層型バッテリーパック。
  7. 積層された前記複数の単位セルが載置されるブラケットをさらに備え、
    前記ブラケットは、筐体の支持面と前記複数の単位セルの間に位置する底板部と、前記底板部に接続され、前記積層方向に延在する壁面部を含み、
    前記壁面部には、前記平型セルの端子電極と対向する部分に開口部が設けられていることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の積層型バッテリーパック。
JP2019205616A 2019-11-13 2019-11-13 積層型バッテリーパック Active JP7310561B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019205616A JP7310561B2 (ja) 2019-11-13 2019-11-13 積層型バッテリーパック
US17/038,664 US20210143379A1 (en) 2019-11-13 2020-09-30 Stacked battery pack
EP20207406.8A EP3823085B1 (en) 2019-11-13 2020-11-13 Stacked battery pack
CN202011266693.0A CN112803091B (zh) 2019-11-13 2020-11-13 层叠型电池组

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019205616A JP7310561B2 (ja) 2019-11-13 2019-11-13 積層型バッテリーパック

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021077595A JP2021077595A (ja) 2021-05-20
JP7310561B2 true JP7310561B2 (ja) 2023-07-19

Family

ID=73448846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019205616A Active JP7310561B2 (ja) 2019-11-13 2019-11-13 積層型バッテリーパック

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210143379A1 (ja)
EP (1) EP3823085B1 (ja)
JP (1) JP7310561B2 (ja)
CN (1) CN112803091B (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240186641A1 (en) 2021-12-24 2024-06-06 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module with reinforced safety
DE102022104370A1 (de) 2022-02-24 2023-08-24 Audi Aktiengesellschaft Batteriezelleneinheit und Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug
CN114614189B (zh) * 2022-03-29 2024-05-24 东莞新能安科技有限公司 电池模组及电子装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009163932A (ja) 2007-12-28 2009-07-23 Sharp Corp 電池パック
JP2010062093A (ja) 2008-09-05 2010-03-18 Panasonic Corp 電池パック
JP2013524457A (ja) 2010-04-07 2013-06-17 株式会社イーアイジー 二次電池モジュール
JP2014116193A (ja) 2012-12-10 2014-06-26 Toyota Industries Corp 電池モジュール及び電池モジュールの製造方法
WO2017064978A1 (ja) 2015-10-15 2017-04-20 株式会社豊田自動織機 電池モジュール

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11176400A (ja) * 1997-10-06 1999-07-02 Japan Storage Battery Co Ltd 電池ケース
EP1071147A1 (en) * 1999-07-19 2001-01-24 Toshiba Battery Co., Ltd. Battery pack
JP2009301877A (ja) 2008-06-13 2009-12-24 Toyoda Gosei Co Ltd 組電池装置
KR101095346B1 (ko) 2008-12-12 2011-12-16 주식회사 엘지화학 우수한 방열 특성의 전지모듈 및 중대형 전지팩
JP2010218716A (ja) 2009-03-13 2010-09-30 Sanyo Electric Co Ltd 組電池
EP2432044B1 (en) * 2009-05-14 2015-07-01 GS Yuasa International Ltd. Battery assembly
KR101071537B1 (ko) * 2009-09-17 2011-10-10 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 방열부재를 포함하는 전지모듈 및 중대형 전지팩
DE102011013617A1 (de) * 2011-03-11 2012-09-13 Li-Tec Battery Gmbh Energiespeichervorrichtung, Energiespeicherzelle und Wärmeleitelement
JP5776345B2 (ja) * 2011-06-09 2015-09-09 ソニー株式会社 バッテリモジュール、電子機器、電力システムおよび電動車両
WO2014103007A1 (ja) * 2012-12-28 2014-07-03 日立ビークルエナジー株式会社 組電池
JP5621859B2 (ja) * 2013-01-25 2014-11-12 株式会社豊田自動織機 電池モジュール
KR101787638B1 (ko) * 2014-11-05 2017-10-19 주식회사 엘지화학 이중 측벽 구조를 가지는 카트리지 프레임 및 이를 포함하는 배터리 모듈
JP6435883B2 (ja) * 2015-01-28 2018-12-12 株式会社豊田自動織機 電池モジュール及び電池モジュールの解体方法
WO2017056407A1 (ja) * 2015-09-30 2017-04-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池モジュール
US10622603B2 (en) * 2015-10-22 2020-04-14 Envision Aesc Japan Ltd. Battery pack and method for producing same
JP6528689B2 (ja) * 2016-01-08 2019-06-12 株式会社デンソー 電池パック
US11121426B2 (en) * 2017-11-30 2021-09-14 William Koetting Battery module including nodal cell compression and heat rejection
JP7183811B2 (ja) * 2019-01-24 2022-12-06 Tdk株式会社 電池パック

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009163932A (ja) 2007-12-28 2009-07-23 Sharp Corp 電池パック
JP2010062093A (ja) 2008-09-05 2010-03-18 Panasonic Corp 電池パック
JP2013524457A (ja) 2010-04-07 2013-06-17 株式会社イーアイジー 二次電池モジュール
JP2014116193A (ja) 2012-12-10 2014-06-26 Toyota Industries Corp 電池モジュール及び電池モジュールの製造方法
WO2017064978A1 (ja) 2015-10-15 2017-04-20 株式会社豊田自動織機 電池モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
EP3823085A3 (en) 2021-09-29
CN112803091B (zh) 2024-03-22
EP3823085A2 (en) 2021-05-19
CN112803091A (zh) 2021-05-14
EP3823085B1 (en) 2024-07-17
US20210143379A1 (en) 2021-05-13
JP2021077595A (ja) 2021-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7310561B2 (ja) 積層型バッテリーパック
WO2011093327A1 (ja) 電池パック
JP2012204039A (ja) 蓄電装置
JP7551214B2 (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
JP2015088380A (ja) 電池パック
JP7276243B2 (ja) バッテリパック
KR102473336B1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
CN113728503A (zh) 电池模块和包括该电池模块的电池组
JP2023535774A (ja) 電池モジュールおよびそれを含む電池パック
JP2020119764A (ja) 電池パック
JP7258410B2 (ja) 電池モジュールおよびそれを含む電池パック
JP7049548B2 (ja) バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック
KR102683482B1 (ko) 전지 팩
JP4312160B2 (ja) 無停電電源装置
JP2020517077A (ja) 接続ボードおよびこれを含む電池モジュール
JP2015088381A (ja) 電池パック
JP2023538654A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
JP7078757B2 (ja) 電池パック
KR102514497B1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
TWI528614B (zh) 電池模組
US20240216733A1 (en) Flame arrester and battery pack including the same
US20220271364A1 (en) Battery module and battery pack including the same
CN218548557U (zh) 具有散热构造的电池模块
TWI819811B (zh) 具有散熱構造的電池模組
EP4246667A1 (en) Heat dissipation member and battery pack including same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220518

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230314

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230404

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230606

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230619

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7310561

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150