WO2019111488A1 - 冷却材及びこれを用いた蓄電パック - Google Patents

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WO2019111488A1
WO2019111488A1 PCT/JP2018/034012 JP2018034012W WO2019111488A1 WO 2019111488 A1 WO2019111488 A1 WO 2019111488A1 JP 2018034012 W JP2018034012 W JP 2018034012W WO 2019111488 A1 WO2019111488 A1 WO 2019111488A1
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storage
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heat insulating
heat
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昂真 沼田
真嶋 正利
奥野 一樹
平井 宏樹
田中 徹児
東小薗 誠
小野 純一
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住友電気工業株式会社
住友電装株式会社
株式会社オートネットワーク技術研究所
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Definitions

  • the present disclosure relates to a coolant and a storage pack using the same.
  • This application claims the priority based on Japanese Patent Application No. 2017-236187 filed on Dec. 8, 2017, and incorporates all the contents described in the Japanese application.
  • a heat pipe is mentioned as a coolant which cools heating elements, such as a single battery cell and a battery module.
  • a heat transfer fluid is sealed in a liquid-tight manner inside a pipe made of a metal material as a coolant (heat pipe).
  • a method of dissipating the heat from each unit cell in the battery pack for example, in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-155858), an electrolyte solution in the battery cell and a battery in each unit cell are used. It is disclosed to provide a heat conducting member (electric heating plate) for connecting to a cooling system provided outside the cell.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2010-2119673 discloses a power storage device having an absorption sheet which is in contact with the outer surface of the power storage element and absorbs heat from the power storage element to absorb the liquid refrigerant which can evaporate. It is done.
  • the coolant of the present disclosure is A refrigerant, a porous, flat heat insulating material, and an enclosure that seals the refrigerant and the heat insulation in a sealed state
  • the heat insulating material has a thermal conductivity per unit area of 300 W / (K ⁇ m 2 ) or less, and a thickness of 0.5 mm or more and 10.0 mm or less.
  • One of the storage packs of the present disclosure is A storage pack comprising a plurality of storage modules, wherein The storage module has a plurality of storage cells, The coolant of the present disclosure is provided at least between the plurality of storage cells.
  • a storage pack comprising a plurality of storage modules, wherein The storage module has a plurality of storage cells, The coolant of the present disclosure is provided at least between the plurality of storage modules.
  • the conventional heat dissipating means is made of a metal material having a high thermal conductivity in order to efficiently dissipate heat in a normal use state.
  • a material with high thermal conductivity is used as the coolant, temporarily, if the unit cell abnormally generates heat in the battery pack for some reason, the heat is immediately adjacent to the unit cell through the heat conduction member. It will be transmitted to you.
  • the present disclosure exerts a cooling property for cooling a heating element such as a storage cell or storage module in normal time, and when the heating element generates abnormal heat, a member whose heat is adjacent It is an object of the present invention to provide a coolant capable of exhibiting a heat insulating property that makes it difficult to be transmitted to the vehicle.
  • the present disclosure in normal times, it exhibits a cooling property to cool a heat generating element such as a storage cell or a storage module, and in the case where the heat generating element generates an abnormal heat, the heat is less likely to be transmitted to adjacent members. It is possible to provide a coolant capable of exhibiting the properties. Furthermore, according to the present disclosure, the storage cell or the storage module in the storage pack is cooled in normal time, and when a part of the storage cell or the storage module in the storage pack generates abnormal heat, the heat is present. It is possible to provide a storage pack that is difficult to be transmitted to the storage cell or storage module of the above.
  • a coolant according to an embodiment of the present disclosure includes a coolant, a porous flat plate-like heat insulating material, and an enclosure that seals the coolant and the heat insulating material in a sealed state.
  • the heat insulating material has a thermal conductivity per unit area of 300 W / (K ⁇ m 2 ) or less, and a thickness of 0.5 mm or more and 10.0 mm or less.
  • thermal conductivity per unit area (W / (K ⁇ m 2 )) is the thermal conductivity (W / (K ⁇ m)) inherent to a material divided by the thickness of the material I shall say something.
  • the heat conductivity per unit area of the said heat insulating material of the coolant as described in said (1) is 100 W / (K * m ⁇ 2 >) or less.
  • the thermal conductivity per unit area of the said heat insulating material of the coolant as described in said (1) or said (2) is 60 W / (K * m ⁇ 2 >) or less.
  • the thickness of the heat insulating material is preferably 0.5 mm or more and 5.0 mm or less.
  • the thickness of the heat insulating material is preferably 0.5 mm or more and 2.0 mm or less.
  • the heat insulator is preferably glass wool, a microbead porous body, or a non-woven fabric. According to the coolant described in the above (6), it is possible to provide a coolant that can hold a large amount of refrigerant and can exhibit higher cooling performance in normal times.
  • the cooling material described in (1) above is that the heat insulating material is glass wool, the refrigerant is a fluorine-based organic solvent, and the enclosure is a sheet member containing aluminum or an aluminum alloy. preferable.
  • a storage pack according to an embodiment of the present disclosure is a storage pack including a plurality of storage modules, the storage module including a plurality of storage cells, and at least between the plurality of storage cells. It is an electrical storage pack which has a coolant as described in any one of said (1) to said (7).
  • a storage pack according to another embodiment of the present disclosure is a storage pack including a plurality of storage modules, wherein the storage module includes a plurality of storage cells, and at least between the plurality of storage modules. Moreover, the electrical storage pack which has a coolant as described in any one of said (1) to said (7) is.
  • the storage cell or storage module in the storage pack is cooled in normal time, and some of the storage cells or storage module in the storage pack generate abnormal heat. In the case where a problem occurs, it is possible to provide a storage pack in which the heat is less likely to be transmitted to nearby storage cells or storage modules.
  • the storage cell preferably includes an organic electrolyte as the electrolyte.
  • the storage pack has an organic electrolytic solution with high energy density, and even when the heating element such as the storage cell or storage module generates abnormal heat, It is possible to provide a storage pack in which the coolant exhibits heat insulation and the heat can not be easily transmitted to other normal heating elements.
  • the storage pack capable of delaying the time until the adjacent storage cells or storage modules are burned.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an example of a coolant according to an embodiment of the present disclosure.
  • a coolant 10 according to an embodiment of the present disclosure includes a coolant 12, a porous flat heat insulator 11, and an enclosure 13.
  • the enclosure 13 seals the refrigerant 12 and the heat insulating material 11 in a sealed state.
  • the heat conductivity per unit area of the heat insulating material 11 is 300 W / (K ⁇ m 2 ) or less, and the thickness is 0.5 mm or more and 10.0 mm or less.
  • the coolant according to the embodiment of the present disclosure is used by being disposed between heating elements such as storage cells and storage modules.
  • heating elements such as storage cells and storage modules.
  • the coolant according to the embodiment of the present disclosure it is possible to cool a heating element such as a storage cell or storage module in normal time, and the heating element is unexpectedly heated to a very high temperature. In such a case, it is possible to exhibit the heat insulation and make it difficult for the heat of the abnormally generated heat generating body to be transmitted to the other heat generating body.
  • Non-Patent Document 1 in which the heating element such as a storage cell or storage module is in normal use, the heat from the heating element is cooled
  • the heating element can be cooled by the latent heat of vaporization when the refrigerant 12 is vaporized from liquid to gas inside the coolant 10.
  • the internal pressure of the encapsulant 13 is raised by evaporation of the refrigerant 12, and a portion of the encapsulant 13 other than the portion sandwiched between the heat generating members is deformed to be bulged to form a bulging portion.
  • the part enclosed by the heating element is restricted in expansion and does not deform.
  • Non-patent document 1 "Auto parts-wire harness connector test method and general performance requirements", JASO Automotive Standard, Automotive Engineering Association, JASO D 616: 2011
  • the filling body 13 can not withstand the volumetric expansion due to the vaporization of the refrigerant 12, and the filling body 13 is opened. Then, the refrigerant 12 comes out of the enclosure 13 and the heat insulating material 11 remains inside the enclosure 13. For this reason, the highly thermally insulating heat insulating material 11 intervenes between the abnormally heated heating element and the surrounding normal heating element, and the speed of the heat of the abnormally generated heating element is transmitted to the surrounding heating element Can be slowed down.
  • the refrigerant 12 changes its state into liquid and gas.
  • the refrigerant 12 may be, for example, one or more selected from the group consisting of fluorinated organic solvents such as perfluorocarbons, hydrofluoroethers, hydrofluoroketones, and fluorine inert liquids, water, and alcohols such as methanol and ethanol.
  • the refrigerant 12 may have an insulating property, and may have an electrical conductivity. The amount of the refrigerant 12 sealed in the inside of the enclosure 13 can be appropriately selected as needed.
  • the heat insulating material 11 is flat and typically has a substantially rectangular shape.
  • the heat insulating material 11 may be formed of a porous material so as to be able to absorb the refrigerant 12.
  • a material which can be used as the heat insulating material 11 what made the material processed into the fibrous form into the woven fabric or the nonwoven fabric, the thing which sintered particle
  • a material which comprises the heat insulating material 11 a natural fiber may be sufficient and synthetic fiber which consists of synthetic resins may be used, and both natural fiber and a synthetic fiber may be used.
  • glass wool As the heat insulating material 11, it is preferable to use glass wool, a microbead porous body, or a non-woven fabric.
  • glass wool include those obtained by putting together glass fibers into a cotton-like shape, and those obtained by mixing glass fibers with a binder and forming the same. From the viewpoint of thickness stability and prevention of falling off of glass fibers, glass wool is preferably formed into a sheet using a binder. As the glass wool has higher heat insulation as the density is higher, it is preferable to use glass wool having a higher density.
  • the density of glass wool is preferably 1.5 kg / m 3 or more, more preferably 2 kg / m 3 or more, and still more preferably 2.2 kg / m 3 or more.
  • microbead porous body for example, one obtained by sintering spherical particles of about 1 ⁇ m to 10 ⁇ m and molding it into a sheet shape can be mentioned.
  • the material of the microbead porous body include polymers such as polyamideimide and polyimide, and glass.
  • non-woven fabric include fiber sheets, webs (thin film-like sheets made of only fibers), bats (blanket-like fibers), and the like.
  • Non-Patent Document 2 a heating element such as a storage cell or a storage module
  • the temperature is about 450 ° C.
  • the positive electrode active material is thermally decomposed at about 200 ° C. to generate oxygen (see Non-Patent Document 3). Therefore, in the lithium ion battery, it is desirable that the time until the temperature of the normal heating element around the heating element causing abnormal heat reaches 200 ° C. is as late as possible.
  • the coolant according to the embodiment of the present disclosure has a thermal conductivity per unit area of 300 W / (K ⁇ m 2 ) or less, and a thickness of 0.5 mm or more and 10.0 mm or less Use the thermal insulation of The lower the thermal conductivity per unit area of the heat insulating material, the better. Since the coolant according to the embodiment of the present disclosure is used by being disposed between heating elements such as storage cells and storage modules, in order to increase the energy density, the thickness of the coolant that does not contribute to the output is It is preferable to be as thin as possible. In order to reduce the thickness of the coolant 10, it is preferable that the heat insulator 11 be thin.
  • the coolant 10 can have sufficient strength. Further, when the thickness of the heat insulating material is 10.0 mm or less, the energy density of the storage pack including the coolant 10 can be increased. From these viewpoints, the thickness of the heat insulating material is preferably 0.5 mm or more and 5.0 mm or less, and more preferably 0.5 mm or more and 2.0 mm or less.
  • the thermal conductivity per unit area of the heat insulating material 11 is 300 W / (K ⁇ m 2 ) or less, the coolant 10 can exhibit excellent cooling performance and heat insulating performance.
  • the thermal conductivity per unit area of the heat insulating material 11 is preferably 100 W / (K ⁇ m 2 ) or less, and more preferably 60 W / (K ⁇ m 2 ) or less.
  • the size of the coolant 10 according to the embodiment of the present disclosure is not particularly limited, and may be appropriately selected in accordance with the size of the heating element such as the storage cell or storage module disposed adjacent to the coolant.
  • the heat generating body since the heat generating body is flat, it may be a coolant having a main surface which is about the same as or slightly larger than the size of the main surface of the heat generating body.
  • the enclosure 13 is formed by joining, for example, two substantially rectangular sheet members in a fluid-tight manner by a known method such as adhesion, welding, or welding. Each sheet member is preferably formed by laminating a synthetic resin film on both sides of a metal sheet. The enclosure 13 is formed, for example, by overlapping and heat-sealing the surfaces of the sheet member on which the synthetic resin films are laminated.
  • Aluminum, an aluminum alloy, copper, a copper alloy etc. can be mentioned as a metal which comprises a metal-made sheet, Arbitrary metals can be selected as needed.
  • synthetic resins that constitute films made of synthetic resins include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyesters such as polybutylene terephthalate and polyethylene terephthalate, and polyamides such as nylon 6 and nylon 6,6, etc. Therefore, any synthetic resin can be selected.
  • the storage pack is mounted, for example, on a vehicle such as an electric car or a hybrid car, and supplies power to a load such as a motor.
  • the storage pack includes a plurality of storage modules, the storage module includes a plurality of storage cells, and at least the above-described present disclosure is provided between the plurality of storage cells.
  • the coolant according to the embodiment of the present invention may be disposed.
  • the storage module 20 includes a plurality of storage cells 21, and the coolant 10 according to the embodiment of the present disclosure described above is provided between the plurality of storage cells 21.
  • the coolant 10 is arrange
  • coolant 10 may or may not be disposed between the storage modules. From the viewpoint of improving the thermal insulation in an emergency, it is preferable that the coolant 10 be disposed also between the respective storage modules.
  • the storage pack includes a plurality of storage modules, and the storage module includes a plurality of storage cells, and at least between the plurality of storage modules, as described above.
  • a coolant according to an embodiment of the present disclosure may be disposed.
  • the coolant 10 may or may not be disposed between the storage cells in each storage module. From the viewpoint of improving heat insulation in an emergency, it is preferable that the coolant 10 be disposed also between storage cells in each storage module.
  • the storage cells 21 are connected in series or in parallel by the terminals of the electrodes 22 being connected.
  • Each storage cell 21 may be joined in a liquid-tight manner by sandwiching a storage element (not shown) between a pair of storage cell laminate sheets, and the side edge of the storage cell laminate sheet by a known method such as thermal welding.
  • a secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a nickel hydrogen secondary battery may be used, or a capacitor such as an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor may be used.
  • the storage pack includes the coolant according to the embodiment of the present disclosure between storage cells or storage modules. preferable.
  • Example 1 An aluminum laminate sheet thermally fused on three sides was prepared as an inclusion body, and a fluorine-based organic solvent was prepared as a refrigerant.
  • the thermal conductivity per unit area is 300 W / (K ⁇ m 2 )
  • the size of the main surface is 5 cm ⁇ 5 cm
  • the thickness is 10.0 mm
  • the density is 2.3 kg / m 3
  • Glass wool No. I prepared one. Glass wool No. 1 used what shape
  • Example 2 As a heat insulating material, the thermal conductivity per unit area is 300 W / (K ⁇ m 2 ), the size of the main surface is 5 cm ⁇ 5 cm, the thickness is 5.0 mm, and the density is 3.5 kg / m 3
  • Example 3 Glass wool with a thermal conductivity of 300 W / (K ⁇ m 2 ) per unit area, a size of 5 cm ⁇ 5 cm, a thickness of 0.5 mm, and a density of 10 kg / m 3 as a heat insulating material No. I prepared three.
  • Glass wool No. 3 used what shape
  • Example 4 As a heat insulating material, the thermal conductivity per unit area is 100 W / (K ⁇ m 2 ), the size of the main surface is 5 cm ⁇ 5 cm, the thickness is 10.0 mm, and the density is 5.2 kg / m 3
  • Example 5 As a heat insulating material, the thermal conductivity per unit area is 100 W / (K ⁇ m 2 ), the size of the main surface is 5 cm ⁇ 5 cm, the thickness is 5.0 mm, and the density is 7.6 kg / m 3
  • Example 6 Glass wool with a thermal conductivity per unit area of 100 W / (K ⁇ m 2 ), a size of 5 cm ⁇ 5 cm, a thickness of 0.5 mm, and a density of 15 kg / m 3 as a heat insulating material No. I prepared six.
  • Glass wool No. 6 used what shape
  • the coolant No. 6 was used. I got six.
  • Example 7 As a heat insulating material, the thermal conductivity per unit area is 60 W / (K ⁇ m 2 ), the size of the main surface is 5 cm ⁇ 5 cm, the thickness is 10.0 mm, and the density is 7.6 kg / m 3
  • Example 8 As a heat insulating material, the thermal conductivity per unit area is 60 W / (K ⁇ m 2 ), the size of the main surface is 5 cm ⁇ 5 cm, the thickness is 5.0 mm, and the density is 14.2 kg / m 3
  • Example 9 Glass wool with a thermal conductivity of 60 W / (K ⁇ m 2 ) per unit area, a size of 5 cm ⁇ 5 cm, a thickness of 2.0 mm, and a density of 17 kg / m 3 as a heat insulating material No. I prepared nine.
  • Glass wool No. 9 used what shape
  • the coolant No. 1 was used. I got nine.
  • Example 10 Glass wool with a thermal conductivity of 60 W / (K ⁇ m 2 ) per unit area, a size of 5 cm ⁇ 5 cm, a thickness of 0.5 mm, and a density of 24 kg / m 3 as a heat insulating material No. We prepared ten.
  • Glass wool No. 10 used what shape
  • Coolant No. 1 to coolant No. 10 and coolant No. A coolant No. Thermal insulation was evaluated using B.
  • the heat insulation was evaluated by bringing the coolant 30 into contact with the hot plate 31 by the autograph 37 as shown in FIG.
  • the hot plate 31 and the like were placed in the chamber 36, and the inside of the chamber 36 was degassed by the scrubber 38.
  • An enlarged view of the inside of the chamber 36 is shown in FIG.
  • each coolant 30, an aluminum plate 33 having a thickness of 2 mm, a thermocouple 32, an alumina plate 34 having a thickness of 1 mm, and a metal block 35 are disposed on a hot plate 31 adjusted in advance to 450 ° C.
  • the temperature change by elapsed time was measured.
  • the metal block 35 is intended to prevent contact failure with the hot plate 31 due to expansion of the coolant 30, and a load of 1.1 kg per 5 cm ⁇ 5 cm was applied.
  • the temperature after 40 seconds from the start of measurement and the temperature after 70 seconds are shown in Table 1.
  • coolant No. 1 can maintain a state of 200 ° C. or less for 40 seconds or more after contact with a 450 ° C. heating element (hot plate). 4 to coolant No. It was shown that 10 can maintain the state of 200 ° C. or less for 70 seconds or more.

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Abstract

冷却剤は、冷媒と、多孔質で平板状の断熱材と、前記冷媒及び前記断熱材を密閉状態で封入する封入体と、を有し、前記断熱材は、単位面積当たりの熱伝導率が300W/(K・m2)以下であり、かつ、厚みが0.5mm以上、10.0mm以下である。

Description

冷却材及びこれを用いた蓄電パック
 本開示は、冷却材及びこれを用いた蓄電パックに関する。
 本出願は、2017年12月8日出願の日本出願第2017-236187号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
 単電池セルや電池モジュール等の発熱体を冷却する冷却材としては、ヒートパイプが挙げられる。例えば、特許文献1(特開平11-023169号公報)には、冷却材(ヒートパイプ)として、金属製の材料で作られたパイプの内部に伝熱流体が液密に封入された構造のものが開示されている。
 電池パック内の各単電池セルからの熱を逃がす方法としては、例えば、特許文献2(特開2012-155858号公報)には、各単電池セルに、電池セルの内部の電解液と、電池セルの外部に設けられた冷却システムとを接続する熱伝導部材(電熱板)を設けることが開示されている。
 また、特許文献3(特開2010-211963号公報)には、蓄電素子の外面と接触し、蓄電素子からの熱を受けて蒸発可能な液状の冷媒を吸収した吸収シートを有する蓄電装置が開示されている。
特開平11-023169号公報 特開2012-155858号公報 特開2010-211963号公報
 本開示の冷却材は、
冷媒と、多孔質で平板状の断熱材と、前記冷媒及び前記断熱材を密閉状態で封入する封入体と、を有し、
 前記断熱材は、単位面積当たりの熱伝導率が300W/(K・m)以下であり、かつ、厚みが0.5mm以上、10.0mm以下である。
 本開示の蓄電パックの一つは、
 複数の蓄電モジュールを備えた蓄電パックであって、
 前記蓄電モジュールは複数の蓄電セルを有し、
 少なくとも、前記複数の蓄電セルの間に、本開示の冷却材を有する。
 本開示の蓄電パックの別の一つは、
 複数の蓄電モジュールを備えた蓄電パックであって、
 前記蓄電モジュールは複数の蓄電セルを有し、
 少なくとも、前記複数の蓄電モジュールの間に、本開示の冷却材を有する。
本開示の実施形態に係る冷却材の一例の概略を表す図である。 本開示の実施形態に係る蓄電パックにおける蓄電モジュールの一例の概略を表す図である。 実施例において作製した各冷却材の断熱性を評価する際に用いた装置の概略を表す図である。 図3に示すチャンバー内の拡大図である。
[本開示が解決しようとする課題]
 従来の放熱手段は、通常の使用状態において効率よく熱を逃がすため、熱伝導率が高い金属製の材料によって構成されている。
 しかしながら冷却材として熱伝導率が高い材料を用いていると、仮に、電池パック内において何らかの理由によって単電池セルが異常な発熱を起こすと、その熱は熱伝導部材を通じてすぐに隣接する単電池セルに伝わってしまう。
 そこで本開示は、上記問題点に鑑み、平時においては蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体を冷却する冷却性を発揮し、発熱体が異常な発熱を起こした場合にはその熱が隣接する部材に伝わり難くする断熱性を発揮することが可能な冷却材を提供することを目的とする。
[本開示の効果]
 本開示によれば、平時においては蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体を冷却する冷却性を発揮し、発熱体が異常な発熱を起こした場合にはその熱が隣接する部材に伝わり難くする断熱性を発揮することが可能な冷却材を提供することができる。
 更に、本開示によれば、平時においては蓄電パック内の蓄電セル又は蓄電モジュールが冷却され、蓄電パック内の一部の蓄電セル又は蓄電モジュールが異常な発熱を起こした場合にはその熱が付近の蓄電セル又は蓄電モジュールに伝わり難い蓄電パックを提供することができる。
[実施形態の説明]
 最初に本開示の実施形態を列記して説明する。
(1)本開示の一実施形態に係る冷却材は、冷媒と、多孔質で平板状の断熱材と、前記冷媒及び前記断熱材を密閉状態で封入する封入体と、を有する。前記断熱材は、単位面積当たりの熱伝導率が300W/(K・m)以下であり、かつ、厚みが0.5mm以上、10.0mm以下である。
 上記(1)に記載の冷却材によれば、平時においては蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体を冷却する冷却性を発揮し、発熱体が異常な発熱を起こした場合にはその熱が隣接する部材に伝わり難くする断熱性を発揮することが可能な冷却材を提供することができる。
 なお、本開示において「単位面積当たりの熱伝導率(W/(K・m))」とは、材料固有の熱伝導率(W/(K・m))をその材料の厚みで割ったものをいうものとする。
(2)上記(1)に記載の冷却材は、前記断熱材の、単位面積当たりの熱伝導率が100W/(K・m)以下であることが好ましい。
(3)上記(1)又は上記(2)に記載の冷却材は、前記断熱材の、単位面積当たりの熱伝導率が60W/(K・m)以下であることが好ましい。
 上記(2)又は上記(3)に記載の冷却材によれば、蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体が異常な発熱を起こした場合に、より優れた断熱性を発揮することが可能な冷却材を提供することができる。
(4)上記(1)から上記(3)のいずれか一項に記載の冷却材は、前記断熱材の厚みが0.5mm以上、5.0mm以下であることが好ましい。
(5)上記(1)から上記(4)のいずれか一項に記載の冷却材は、前記断熱材の厚みが0.5mm以上、2.0mm以下であることが好ましい。
 上記(4)又は上記(5)に記載の冷却材によれば、蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体が異常な発熱を起こした場合に、より優れた断熱性を発揮することが可能であり、かつ、蓄電パックの小型化に寄与する冷却材を提供することができる。
(6)上記(1)から上記(5)のいずれか一項に記載の冷却材は、前記断熱材が、ガラスウール、マイクロビーズ多孔体、又は不織布であることが好ましい。
 上記(6)に記載の冷却材によれば、冷媒の保持量が多く、平時においてより高い冷却性能を発揮することが可能な冷却材を提供することができる。
(7)上記(1)に記載の冷却材は、前記断熱材がガラスウールであり、前記冷媒がフッ素系有機溶媒であり、前記封入体がアルミニウム又はアルミニウム合金を含むシート部材からなる、ことが好ましい。
(8)本開示の一実施形態に係る蓄電パックは、複数の蓄電モジュールを備えた蓄電パックであって、前記蓄電モジュールは複数の蓄電セルを有し、少なくとも、前記複数の蓄電セルの間に、上記(1)から上記(7)のいずれか一項に記載の冷却材を有する、蓄電パック、である。
(9)本開示の別の実施形態に係る蓄電パックは、複数の蓄電モジュールを備えた蓄電パックであって、前記蓄電モジュールは複数の蓄電セルを有し、少なくとも、前記複数の蓄電モジュールの間に、上記(1)から上記(7)のいずれか一項に記載の冷却材を有する、蓄電パック、である。
 上記(8)又は上記(9)に記載の蓄電パックによれば、平時においては蓄電パック内の蓄電セル又は蓄電モジュールが冷却され、蓄電パック内の一部の蓄電セル又は蓄電モジュールが異常な発熱を起こした場合にはその熱が付近の蓄電セル又は蓄電モジュールに伝わり難い蓄電パックを提供することができる。
(10)上記(8)又は上記(9)に記載の蓄電パックは、前記蓄電セルが、電解液として有機電解液を有することが好ましい。
 上記(9)に記載の蓄電パックによれば、エネルギー密度が高い有機電解液を有する蓄電パックであって、蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体が異常な発熱を起こした場合であっても、冷却材が断熱性を発揮して他の正常な発熱体に熱が伝わり難くすることが可能な蓄電パックを提供することができる。また、蓄電パック内の一部の蓄電セル又は蓄電モジュールが発火したとしても、隣接する蓄電セル又は蓄電モジュールへ延焼するまでの時間を遅くすることが可能な蓄電パックを提供することができる。
[実施形態の詳細]
 本開示の実施形態に係る冷却材及びこれを用いた蓄電パックの具体例を、以下に、より詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
<冷却材>
 図1に本開示の実施形態に係る冷却材の一例の概略図を示す。図1に示すように、本開示の実施形態に係る冷却材10は、冷媒12と、多孔質で平板状の断熱材11と、封入体13と、を有する。封入体13は、冷媒12及び断熱材11を密閉状態で封入するものである。また、断熱材11は、単位面積当たりの熱伝導率が300W/(K・m)以下であり、厚みが0.5mm以上、10.0mm以下である。
 本開示の実施形態に係る冷却材は、蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体の間に配置して用いるものである。本開示の実施形態に係る冷却材を用いることで、平時においては蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体を冷却することができ、かつ、発熱体が予期せぬ異常をきたして非常に高温となった場合には、断熱性を発揮して異常発熱した発熱体の熱が他の発熱体に伝わり難くすることができる。
 より具体的には、蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体の通常の使用状態である温度範囲(-40℃~70℃程度(非特許文献1参照))においては、発熱体からの熱が冷却材10に伝わると、冷却材10の内部において冷媒12が液体から気体に気化する際の気化潜熱によって発熱体を冷却することができる。なお、冷媒12が蒸発することで封入体13の内圧が上昇し、発熱体に挟まれた部分以外の封入体13の一部が膨らむように変形して膨出部が形成される。発熱体に挟まれた部分の封入体は膨張が規制され変形しない。冷媒12が冷えて凝縮することで封入体13の内圧が減少し膨出部はなくなる。
 [非特許文献1]
 「自動車部品-ワイヤハーネスコネクタ試験方法及び一般性能要件」、JASO 自動車規格、公益社団法人自動車技術会、JASO D616:2011
 一方、発熱体が何らかの理由により異常を来たして450℃程度の高温となった場合には、冷媒12の気化による体積膨張に封入体13が耐えられなくなり、封入体13が開封する。そして、冷媒12が封入体13から抜け出し、封入体13の内部には断熱材11が残る。このため、異常発熱した発熱体と、周囲の正常な発熱体との間には高断熱性の断熱材11が介在することとなり、異常発熱した発熱体の熱が周囲の発熱体に伝わる早さを遅くすることができる。
 以下、本開示の実施形態に係る冷却材の各構成を詳述する。
(冷媒)
 冷媒12は、液体と気体とに状態が変化するものである。冷媒12は、例えば、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロケトン、フッ素不活性液体等のフッ素系有機溶媒、水、メタノール、エタノール等のアルコールからなる群から選ばれる1つ、又は複数を用いることができる。冷媒12は、絶縁性を有していてもよく、また、導電性を有していてもよい。封入体13の内部に封入される冷媒12の量は、必要に応じて適宜に選択できる。
(断熱材)
 断熱材11は平板状であり、典型的には略長方形をなしている。断熱材11は、冷媒12を吸収可能なように多孔質の材料によって形成されていればよい。断熱材11として用いることが可能な材料としては、繊維状に加工した材料を織物あるいは不織布としたものや、粒子を焼結したもの等が挙げられる。断熱材11を構成する材料としては、天然繊維でもよく、また、合成樹脂からなる合成繊維であってもよく、また、天然繊維と合成繊維の双方を用いたものであってもよい。
 断熱材11としては、ガラスウール、マイクロビーズ多孔体、又は不織布を用いることが好ましい。
 ガラスウールとしては、例えば、ガラス繊維をまとめて綿状にしたものや、ガラス繊維をバインダーと混合して成形したもの等が挙げられる。厚みの安定性やガラス繊維の脱落防止などの観点から、ガラスウールはバインダーを用いてシート状に成形したものが好ましい。ガラスウールは密度が大きいほど断熱性が高くなるため、密度が大きいガラスウールを用いることが好ましい。ガラスウールの密度は1.5kg/m以上であることが好ましく、2kg/m以上であることがより好ましく、2.2kg/m以上であることが更に好ましい。
 マイクロビーズ多孔体としては、例えば、1μmから10μm程度の球状の粒子を焼結して、シート状に成形したものが挙げられる。マイクロビーズ多孔体の材質としては、ポリアミドイミド、ポリイミド等の高分子やガラス等が挙げられる。
 不織布としては、例えば、繊維シート、ウェブ(繊維だけで構成された薄い膜状のシート)、又はバット(毛布状の繊維)等が挙げられる。
 一般に、蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体(例えば、リチウムイオン電池)が異常発熱して発火している状態では、温度は450℃程度にまでなっている(非特許文献2参照)。また、LiCoOを用いたリチウムイオン電池の場合には、200℃程度で正極活物質が熱分解して酸素を発生する(非特許文献3参照)。そのため、上記リチウムイオン電池は、異常発熱を起こした発熱体の周囲の正常な発熱体の温度が200℃に達するまでの時間をなるべく遅くすることが望まれる。蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体が搭載された車両等から搭乗者が避難するまでの時間を考慮すると、周囲の正常な発熱体の温度が200℃に達するまでの時間は70秒程度以上であることが好ましい。なお、本発明者等が実験した結果、20人乗りのマイクロバスから20人の搭乗者が降車するまでの時間としては、70秒程度あれば十分であり、8人乗りの乗用車からは40秒程度あれば十分であると判明した。
 [非特許文献2]
 松村英樹、松島和男、「リチウムイオン電池の安全性評価試験における発生事象について」、交通安全環境研究所フォーラム講演概要集、交通安全環境研究所、2012年、pp.135-138
 [非特許文献3]
 北野真也、他4名、「LiCoO正極を用いたリチウムイオン電池の過充電状態における発熱挙動」、GS Yuasa Technical Report、株式会社GSユアサ、2005年12月、第2巻、第2号、pp.18-24
 上記の観点から、本開示の実施形態に係る冷却材には、単位面積当たりの熱伝導率が300W/(K・m)以下であり、かつ、厚みが0.5mm以上、10.0mm以下の断熱材を用いる。断熱材の単位面積当たりの熱伝導率は低ければ低い程好ましい。
 本開示の実施形態に係る冷却材は蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体同士の間に配置して用いられるものであるため、エネルギー密度を高くするためには出力に関与しない冷却材の厚みはなるべく薄い方が好ましい。冷却材10の厚みを薄くするためには、断熱材11も薄いものであることが好ましい。
 断熱材の厚みが0.5mm程度以上であることにより、冷却材10を十分な強度のものとすることができる。また、断熱材の厚みが10.0mm以下であることにより、冷却材10を備える蓄電パックのエネルギー密度を高くすることができる。これらの観点から、断熱材の厚みは0.5mm以上、5.0mm以下であることが好ましく、0.5mm以上、2.0mm以下であることがより好ましい。
 断熱材11の単位面積当たりの熱伝導率が300W/(K・m)以下であることにより、冷却材10は優れた冷却性と断熱性を発揮することができる。断熱材11の単位面積当たりの熱伝導率は低ければ低いほど、より優れた断熱性を発揮することができる。このため、断熱材11の単位面積当たりの熱伝導率は100W/(K・m)以下であることが好ましく、60W/(K・m)以下であることがより好ましい。
 本開示の実施形態に係る冷却材10の大きさは特に限定されるものではなく、隣接して配置される蓄電セルや蓄電モジュール等の発熱体の大きさに応じて適宜選択すればよい。
通常は発熱体が平板状であるため、発熱体の主面の大きさと同程度か、これよりも僅かに大きい主面を有する冷却材とすればよい。
(封入体)
 封入体13は、例えば略長方形状をなす2つのシート部材を、接着、溶着、溶接等の公知の手法により液密に接合して形成されたものである。各シート部材は、金属製シートの両面に合成樹脂製のフィルムが積層されてなることが好ましい。封入体13は、例えば、前記シート部材における合成樹脂製のフィルムが積層された面同士を重ね合わせて熱融着することで形成される。
 金属製シートを構成する金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等を挙げることができ、必要に応じて任意の金属を選択できる。
 合成樹脂製のフィルムを構成する合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン6、ナイロン6,6等のポリアミド等を挙げることができ、必要に応じて任意の合成樹脂を選択できる。
<蓄電パック>
 蓄電パックは、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載され、モータ等の負荷に電力を供給するものである。
 本開示の実施形態に係る蓄電パックの一例においては、複数の蓄電モジュールを備え、前記蓄電モジュールは複数の蓄電セルを有しており、少なくとも、前記複数の蓄電セルの間に、前述の本開示の実施形態に係る冷却材が配置されていればよい。
 図2に本開示の実施形態に係る蓄電パックにおける蓄電モジュールの一例の概略図を示す。図2に示すように、蓄電モジュール20は、複数の蓄電セル21を有し、前記複数の蓄電セル21の間に、前述の本開示の実施形態に係る冷却材10を有する。図2に示す例では、2つ置きに冷却材10が配置されているが、1つ置きに配置して全ての蓄電セル21同士が隣接しないようにしてもよいし、3つ置きに配置する等、適宜変更することができる。
 また、蓄電パック内において、各蓄電モジュールの間に冷却材10が配置されていてもよいし、配置されていなくてもよい。非常時における断熱性を向上させる観点からは、各蓄電モジュールの間にも冷却材10が配置されている方が好ましい。
 本開示の実施形態に係る蓄電パックの別の一例においては、複数の蓄電モジュールを備え、前記蓄電モジュールは複数の蓄電セルを有しており、少なくとも、前記複数の蓄電モジュールの間に、前述の本開示の実施形態に係る冷却材が配置されていればよい。この場合においては、各蓄電モジュール内の蓄電セルの間に冷却材10が配置されていてもよいし、配置されていなくてもよい。非常時における断熱性を向上させる観点からは、各蓄電モジュール内の蓄電セルの間にも冷却材10が配置されている方が好ましい。
 蓄電モジュールの内部において、それぞれの蓄電セル21は、電極22の端子間が接続されることにより、直列又は並列に接続されている。各蓄電セル21は、一対の蓄電セル用ラミネートシートの間に図示しない蓄電要素を挟んで、蓄電セル用ラミネートシートの側縁を熱溶着等の公知の手法により液密に接合されていればよい。
 蓄電セル21としては、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の二次電池を用いてもよく、また、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタを用いてもよく、必要に応じて任意の種類を適宜に選択できる。蓄電セルが電解液として有機電解液を有する場合には、異常発熱により発火する虞があるため、蓄電パックは、蓄電セル間や蓄電モジュール間に本開示の実施形態に係る冷却材を備えることが好ましい。
 以下、実施例に基づいて本開示をより詳細に説明するが、これらの実施例は例示であって、本開示の冷却材及び蓄電パックはこれらに限定されるものではない。本発明の範囲は請求の範囲の記載によって示され、請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
(実施例1)
 封入体として三方が熱融着されたアルミラミネートシートを、冷媒としてフッ素系有機溶媒を用意した。
 断熱材として、単位面積当たりの熱伝導率が300W/(K・m)であり、主面の大きさが5cm×5cm、厚みが10.0mmであり、密度が2.3kg/mのガラスウールNo.1を用意した。ガラスウールNo.1は、ガラス繊維をポリビニルアルコール(バインダー)と混合して成形したものを用いた。
 封入体内に、冷媒とガラスウールNo.1を収容して、冷却材No.1を得た。
(実施例2)
 断熱材として、単位面積当たりの熱伝導率が300W/(K・m)であり、主面の大きさが5cm×5cm、厚みが5.0mmであり、密度が3.5kg/mのガラスウールNo.2を用意した。ガラスウールNo.2は、ガラス繊維をポリビニルアルコール(バインダー)と混合して成形したものを用いた。
 実施例1において、ガラスウールNo.1の替わりにガラスウールNo.2を用いた以外は実施例1と同様にして冷却材No.2を得た。
(実施例3)
 断熱材として、単位面積当たりの熱伝導率が300W/(K・m)であり、主面の大きさが5cm×5cm、厚みが0.5mmであり、密度が10kg/mのガラスウールNo.3を用意した。ガラスウールNo.3は、ガラス繊維をポリビニルアルコール(バインダー)と混合して成形したものを用いた。
 実施例1において、ガラスウールNo.1の替わりにガラスウールNo.3を用いた以外は実施例1と同様にして冷却材No.3を得た。
(実施例4)
 断熱材として、単位面積当たりの熱伝導率が100W/(K・m)であり、主面の大きさが5cm×5cm、厚みが10.0mmであり、密度が5.2kg/mのガラスウールNo.4を用意した。ガラスウールNo.4は、ガラス繊維をポリビニルアルコール(バインダー)と混合して成形したものを用いた。
 実施例1において、ガラスウールNo.1の替わりにガラスウールNo.4を用いた以外は実施例1と同様にして冷却材No.4を得た。
(実施例5)
 断熱材として、単位面積当たりの熱伝導率が100W/(K・m)であり、主面の大きさが5cm×5cm、厚みが5.0mmであり、密度が7.6kg/mのガラスウールNo.5を用意した。ガラスウールNo.5は、ガラス繊維をポリビニルアルコール(バインダー)と混合して成形したものを用いた。
 実施例1において、ガラスウールNo.1の替わりにガラスウールNo.5を用いた以外は実施例1と同様にして冷却材No.5を得た。
(実施例6)
 断熱材として、単位面積当たりの熱伝導率が100W/(K・m)であり、主面の大きさが5cm×5cm、厚みが0.5mmであり、密度が15kg/mのガラスウールNo.6を用意した。ガラスウールNo.6は、ガラス繊維をポリビニルアルコール(バインダー)と混合して成形したものを用いた。
 実施例1において、ガラスウールNo.1の替わりにガラスウールNo.6を用いた以外は実施例1と同様にして冷却材No.6を得た。
(実施例7)
 断熱材として、単位面積当たりの熱伝導率が60W/(K・m)であり、主面の大きさが5cm×5cm、厚みが10.0mmであり、密度が7.6kg/mのガラスウールNo.7を用意した。ガラスウールNo.7は、ガラス繊維をポリビニルアルコール(バインダー)と混合して成形したものを用いた。
 実施例1において、ガラスウールNo.1の替わりにガラスウールNo.7を用いた以外は実施例1と同様にして冷却材No.7を得た。
(実施例8)
 断熱材として、単位面積当たりの熱伝導率が60W/(K・m)であり、主面の大きさが5cm×5cm、厚みが5.0mmであり、密度が14.2kg/mのガラスウールNo.8を用意した。ガラスウールNo.8は、ガラス繊維をポリビニルアルコール(バインダー)と混合して成形したものを用いた。
 実施例1において、ガラスウールNo.1の替わりにガラスウールNo.8を用いた以外は実施例1と同様にして冷却材No.8を得た。
(実施例9)
 断熱材として、単位面積当たりの熱伝導率が60W/(K・m)であり、主面の大きさが5cm×5cm、厚みが2.0mmであり、密度が17kg/mのガラスウールNo.9を用意した。ガラスウールNo.9は、ガラス繊維をポリビニルアルコール(バインダー)と混合して成形したものを用いた。
 実施例1において、ガラスウールNo.1の替わりにガラスウールNo.9を用いた以外は実施例1と同様にして冷却材No.9を得た。
(実施例10)
 断熱材として、単位面積当たりの熱伝導率が60W/(K・m)であり、主面の大きさが5cm×5cm、厚みが0.5mmであり、密度が24kg/mのガラスウールNo.10を用意した。ガラスウールNo.10は、ガラス繊維をポリビニルアルコール(バインダー)と混合して成形したものを用いた。
 実施例1において、ガラスウールNo.1の替わりにガラスウールNo.10を用いた以外は実施例1と同様にして冷却材No.10を得た。
(比較例1)
 断熱材として、単位面積当たりの熱伝導率が400W/(K・m)であり、主面の大きさが5cm×5cm、厚みが1.0mmであり、密度が3.5kg/mのガラスウールNo.Aを用意した。ガラスウールNo.Aは、ガラス繊維をポリビニルアルコール(バインダー)と混合して成形したものを用いた。
 実施例1において、ガラスウールNo.1の替わりにガラスウールNo.Aを用いた以外は実施例1と同様にして冷却材No.Aを得た。
(比較例2)
 断熱材として、単位面積当たりの熱伝導率が300W/(K・m)であり、主面の大きさが5cm×5cm、厚みが15.0mmであり、密度が1.7kg/mのガラスウールNo.Bを用意した。ガラスウールNo.Bは、ガラス繊維をポリビニルアルコール(バインダー)と混合して成形したものを用いた。
 実施例1において、ガラスウールNo.1の替わりにガラスウールNo.Bを用いた以外は実施例1と同様にして冷却材No.Bを得た。
<評価>
 冷却材No.1~冷却材No.10及び冷却材No.A、冷却材No.Bを用いて断熱性の評価を行なった。
 断熱性の評価は図3に示すように、ホットプレート31に冷却材30をオートグラフ37によって接触させることにより行なった。対流の影響を排除するため、ホットプレート31等はチャンバー36内に配置し、チャンバー36内はスクラバー38によって脱気した。図4にチャンバー36内の拡大図を示す。チャンバー36内においては、予め450℃に調節したホットプレート31上に、各冷却材30、厚みが2mmのアルミニウム板33、熱電対32、厚みが1mmのアルミナ板34、金属ブロック35を配置し、経過時間による温度変化を計測した。金属ブロック35は、冷却材30が膨れることによってホットプレート31との接触不良が生じることを防止するためのものであり、5cm×5cm当たり1.1kgの荷重がかかるようにした。
 各冷却材について、計測開始から40秒後の温度及び70秒後の温度を表1に表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 なお、各冷却材は開封端として断熱性を評価したが、これは評価時に封入体の形状が変化して測定値がばらつく事を防ぐためである。密閉状態の冷却材の場合にはより高い断熱性を示す。
 表1より、本開示の実施形態に係る冷却材No.1~冷却材No.3は、450℃の発熱体(ホットプレート)に接触してから40秒以上、200℃以下の状態を保つことができ、冷却材No.4~冷却材No.10は70秒以上、200℃以下の状態を保つことができることが示された。
  10 冷却材
  11 断熱材
  12 冷媒
  13 封入体
  20 蓄電モジュール
  21 蓄電セル
  22 電極
  30 冷却材
  31 ホットプレート
  32 熱電対
  33 アルミニウム板
  34 アルミナ板
  35 金属ブロック
  36 チャンバー
  37 オートグラフ
  38 スクラバー

Claims (10)

  1.  冷媒と、多孔質で平板状の断熱材と、前記冷媒及び前記断熱材を密閉状態で封入する封入体と、を有し、
     前記断熱材は、単位面積当たりの熱伝導率が300W/(K・m)以下であり、かつ、厚みが0.5mm以上、10.0mm以下である、
    冷却材。
  2.  前記断熱材は、単位面積当たりの熱伝導率が100W/(K・m)以下である、請求項1に記載の冷却材。
  3.  前記断熱材は、単位面積当たりの熱伝導率が60W/(K・m)以下である、請求項1又は請求項2に記載の冷却材。
  4.  前記断熱材は、厚みが0.5mm以上、5.0mm以下である、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の冷却材。
  5.  前記断熱材は、厚みが0.5mm以上、2.0mm以下である、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の冷却材。
  6.  前記断熱材は、ガラスウール、マイクロビーズ多孔体、又は不織布である、
    請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の冷却材。
  7.  前記断熱材は、ガラスウールであり、
     前記冷媒は、フッ素系有機溶媒であり、
     前記封入体は、アルミニウム又はアルミニウム合金を含むシート部材からなる、
    請求項1に記載の冷却材。
  8.  複数の蓄電モジュールを備えた蓄電パックであって、
     前記蓄電モジュールは複数の蓄電セルを有し、
     少なくとも、前記複数の蓄電セルの間に、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の冷却材を有する、蓄電パック。
  9.  複数の蓄電モジュールを備えた蓄電パックであって、
     前記蓄電モジュールは複数の蓄電セルを有し、
     少なくとも、前記複数の蓄電モジュールの間に、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の冷却材を有する、蓄電パック。
  10.  前記蓄電セルは、電解液として有機電解液を有する、請求項8又は請求項9に記載の蓄電パック。
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