WO2020194929A1 - 隣接する電池セルを絶縁するためのセパレータおよび電源装置 - Google Patents

隣接する電池セルを絶縁するためのセパレータおよび電源装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2020194929A1
WO2020194929A1 PCT/JP2019/049755 JP2019049755W WO2020194929A1 WO 2020194929 A1 WO2020194929 A1 WO 2020194929A1 JP 2019049755 W JP2019049755 W JP 2019049755W WO 2020194929 A1 WO2020194929 A1 WO 2020194929A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power supply
heat insulating
insulating sheet
supply device
battery cells
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/049755
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和博 原塚
直剛 吉田
直 武田
Original Assignee
三洋電機株式会社
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 三洋電機株式会社 filed Critical 三洋電機株式会社
Priority to US17/439,457 priority Critical patent/US20220158292A1/en
Priority to JP2021508751A priority patent/JP7356497B2/ja
Priority to CN201980094256.4A priority patent/CN113574718B/zh
Publication of WO2020194929A1 publication Critical patent/WO2020194929A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/613Cooling or keeping cold
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625Vehicles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554Rods or plates
    • H01M10/6555Rods or plates arranged between the cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/658Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233Mountings; 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
    • H01M50/24Mountings; 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 adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289Mountings; 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289Mountings; 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
    • H01M50/291Mountings; 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 their shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289Mountings; 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
    • H01M50/293Mountings; 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
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a separator that insulates adjacent battery cells and a power supply device that includes a plurality of battery cells and a plurality of separators.
  • Electric vehicles that use a power supply for propulsion have become widespread.
  • Various configurations of electric vehicles are known.
  • an electric vehicle (BEV: Battery Electric Vehicle) equipped with a drive motor and a hybrid car (HEV: Hybrid Electric) equipped with an engine in addition to a motor are known. Vehicle) and so on.
  • a plurality of battery cells are used in the power supply device mounted on these electric vehicles.
  • Each battery cell is a rechargeable secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel hydrogen battery.
  • the power supply device described in Patent Document 1 is known.
  • the power supply device disclosed in Patent Document 1 is configured by arranging a plurality of battery cells and a plurality of separators side by side without gaps. With this configuration, the power supply device is downsized and has a high energy density.
  • the power supply device disclosed in Patent Document 1 is configured by arranging a plurality of battery cells and a plurality of separators side by side without gaps, but strictly speaking, due to the influence of dimensional tolerance, flatness, etc. , A minute gap is formed between the battery cell and the separator. Therefore, when dew condensation water is generated in the vicinity of the battery cell, there is a possibility that the dew condensation water is sucked up from between the battery cell and the separator due to the minute space due to the capillary phenomenon. As for the capillary phenomenon, the smaller the gap, the greater the effect of suction.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and a main object of the present invention is to realize a configuration in which the power supply device is downsized and the suction of condensed water due to the capillary phenomenon is suppressed.
  • the purpose is to provide a equipped power supply.
  • a power supply device includes a plurality of battery cells having a flat rectangular parallelepiped shape, and a plurality of separators that insulate adjacent battery cells.
  • Each separator includes a heat insulating sheet arranged between adjacent battery cells and an insulating molded member holding the heat insulating sheet. Further, the molded member has a lower wall that covers the lower surface of the adjacent battery cell and a holding portion that holds the insulating sheet in a state where a gap is formed between the lower wall and the lower wall.
  • the present invention it is possible to suppress the suction of condensed water due to the capillary phenomenon while realizing the miniaturization of the power supply device.
  • FIG. 1 It is a perspective view of the power supply device of a certain aspect of this invention. It is a perspective view of the battery cell of FIG. It is a perspective view which shows an example of the separator of FIG. It is a perspective view which shows an example of the separator of FIG. It is a perspective view which shows an example of the separator of FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a power supply device 100 according to an aspect of the present invention.
  • the power supply device 100 includes a plurality of battery cells 1, a plurality of separators 2, and a restraint member 3 for assembling the plurality of battery cells 1 and the plurality of separators 2.
  • the plurality of battery cells 1 are arranged along one direction.
  • Each separator 2 is arranged between adjacent battery cells 1 and holds adjacent battery cells 1.
  • the plurality of separators 2 have an insulating property and prevent short circuits between adjacent battery cells 1.
  • the separator 2 includes a heat insulating sheet and suppresses heat transfer between adjacent battery cells.
  • the plurality of battery cells 1 are connected in series or in parallel via a bus bar (not shown).
  • the voltage and capacity of the power supply device are determined according to the number of battery cells 1 connected in parallel and the number of battery cells 1 connected in series.
  • the battery cell 1 various secondary batteries such as a lithium ion secondary battery and a nickel hydrogen battery can be adopted.
  • the heat insulating sheet contained in the separator 2 is a sheet having a thickness of 0.1 to 3.0 mm, and includes a fiber material made of a woven fabric, a non-woven fabric, or the like, and a heat insulating material supported between the fibers of the fiber material.
  • the heat insulating sheet suitable for the embodiment of the present invention has a thermal conductivity of 0.02 W / (m ⁇ K) or less.
  • a porous material having a void structure such as xerogel or airgel is preferable.
  • silica airgel and silica xerogel have a nano-sized void structure that regulates the movement of air molecules, and have excellent heat insulating performance.
  • silica xerogel can stably maintain its structure against external pressure. Since silica particles have a high melting point, silica xerogel also has high heat resistance.
  • Various fibers can be used as the fibers constituting the fiber sheet, and flame-retardant fibers having heat resistance may be included.
  • the flame-retardant fiber acrylic oxide fiber, flame-retardant vinylon fiber, polyetherimide fiber, aramid fiber, glass fiber and the like are known.
  • the fiber sheet contains glass fiber, it can be expected to improve the rigidity and suppress creep deformation in addition to the improvement of heat resistance.
  • a heat insulating sheet using a fiber sheet containing flame-retardant fibers does not break even if the battery cell 1 is heated to a high temperature due to thermal runaway, and stably cuts off the conduction of thermal energy to cause thermal runaway.
  • the trigger can be effectively blocked.
  • the fibers contained in the above-mentioned heat insulating sheet are preferably synthetic fibers having a small fiber diameter. Since the heat insulating property of the heat insulating sheet is due to the characteristics of the powder described later, a large amount of powder can be contained in the heat insulating material by using a synthetic fiber having a small fiber diameter as a base material.
  • the fiber diameter of the fiber used in the present embodiment is preferably 1 to 30 ⁇ m from the viewpoint of achieving both thermal conductivity and productivity.
  • the above-mentioned heat insulating sheet may be molded by adding a thermoplastic resin.
  • the heat insulating sheet to which the thermoplastic resin is added can improve the rigidity.
  • various properties can be imparted. For example, by covering with a coating layer made of alumina having a low emissivity, the influence of radiant heat transfer of the heat insulating member can be suppressed.
  • By adjusting the additives when forming the heat insulating sheet in this way it is possible to appropriately impart physical properties according to the required performance while maintaining heat insulating properties and heat resistance.
  • the restraint member 3 includes a pair of end plates 32 arranged at both ends of a plurality of battery cells 1 to be stacked in the stacking direction, and a plurality of bind bars 34 fixed to the pair of end plates 32. And, including. The end of the bind bar 34 is connected to the end plate 32. The bind bar 34 is fixed to the end plate 32 via the set screw 36.
  • the bind bar 34 is manufactured by processing a metal plate having a predetermined thickness into a predetermined width.
  • the bind bar 34 connects the end to the end plate 32, connects the pair of end plates 32, and holds the battery cell 1 between them.
  • the bind bar 34 fixes the pair of end plates 32 to a predetermined size, thereby suppressing the expansion of the battery cells 1 stacked between them.
  • the bind bar 34 is provided with a metal plate having a strength that does not stretch due to the expansion pressure of the battery cell 1, for example, a stainless plate such as SUS304 or a metal plate such as a steel plate. Manufactured by processing to a width and thickness with sufficient strength.
  • the bind bar 34 in FIG. 1 is fixed to the end plate 32 with a set screw 36, it does not necessarily have to be fixed with a screw member. Specifically, it can be fixed by using welding, a locking structure, or the like. Further, in the power supply device 100 of FIG. 1, the bind bar 34 is fixed to the side surface of the end plate 32, but the fixing structure of the end plate and the bind bar does not have to be limited to the configuration shown in the drawing. .. A function required as the bind bar 34 is to regulate the relative distance between the pair of end plates 32.
  • the end plate 32 and the bind bar 34 may be configured in any configuration as long as the displacement of the pair of end plates can be regulated.
  • the battery cell 1 includes a rectangular parallelepiped outer can 12 and a sealing body 14 provided with positive and negative electrode terminals 16. Further, the battery cell 1 has an electrode body housed in the outer can 12, and the outer can 12 is filled with an electrolytic solution, which expands or contracts due to charge / discharge or deterioration. It has the property of
  • the outer can 12 is formed in a box shape having an opening.
  • the sealing body 14 is welded to the outer can 12, and closes the opening of the outer can 12.
  • the outer can 12 is manufactured by deep drawing a metal plate such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the sealing body 14 is made of a metal plate such as aluminum or an aluminum alloy.
  • Positive and negative electrode terminals 16 are fixed to both ends of the sealing body 14.
  • the sealing body 14 is welded while being inserted into the opening of the outer can 12.
  • the sealing body 14 is airtightly fixed to the outer can 12 by irradiating the boundary between the outer circumference of the sealing body 14 and the inner circumference of the outer can 12 with a laser beam.
  • the outer can and the battery cell whose sealing body is metal exposes the metal on the surface.
  • This type of battery cell may be configured to cover the surface of the outer can with an insulating heat-shrinkable tube in order to prevent a short circuit through condensed water or the like. Also in the present embodiment, if necessary, a configuration in which the surface of the outer can 12 is covered with a heat-shrinkable tube may be adopted.
  • FIGS. 3 to 5 are perspective views showing an example of the separator 2.
  • the separator 2 illustrated in FIGS. 3 to 5 includes a heat insulating sheet 24 arranged between adjacent battery cells, and an insulating molded member 22 that holds the heat insulating sheet 24.
  • the molding member 22 has a holding portion 23 that holds the heat insulating sheet 24 in a state where a gap is formed between the lower wall 26 that covers the lower surface of the adjacent battery cell and the lower wall 26.
  • a power supply device having a plurality of battery cells is preferably configured by arranging a plurality of battery cells and a plurality of separators side by side without gaps in order to reduce the size of the power supply device.
  • the battery cells and separators are arranged side by side without gaps and assembled, when condensed water or the like is generated, there is a possibility that the battery cells and the separator will be sucked up from between the battery cells and the separator to the upper surface of the battery cells due to the capillary phenomenon.
  • the separator 2 illustrated in FIGS. 3 to 5 has a structure having a holding portion 23 for holding the heat insulating sheet 24 in a state where a gap is formed between the separator 2 and the lower wall 26.
  • a gap between the heat insulating sheet 24 and the heat insulating sheet 24 functions as a space for storing condensed water.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an example of the separator 2 shown in FIG.
  • the separator 2A includes a heat insulating sheet 24A and a molding member 22A.
  • the molding member 22A has a lower wall 26A that covers the lower surface of the battery cell and an upper wall 28A that covers the upper surface of the battery cell. Further, as shown in FIG. 3, the molding member 22A may further have a base portion 27A extending between adjacent battery cells and a side wall 29A covering the side surface of the battery cells.
  • the heat insulating sheet 24A has a through hole 25A formed so that the upper wall 28A can be inserted.
  • the heat insulating sheet 24A is held in a state of being lifted by the upper wall 28A by inserting the upper wall 28A of the molding member 22A into the through hole 25A.
  • the heat insulating sheet 24A held by the upper wall 28A has a size such that a gap is formed between the heat insulating sheet 24A and the lower wall 26A of the molding member 22A.
  • the upper wall 28A functions as the holding portion 23 described above.
  • the heat insulating sheet 24A has a structure having a through hole 25A, but it does not necessarily have to be a through hole.
  • it may have a bottomed hole, and the heat insulating sheet 24A may be held by inserting the upper wall 28A into the bottomed hole.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of the separator 2 shown in FIG.
  • the separator 2B includes a heat insulating sheet 24B and a molding member 22B.
  • the molded member 22B has a lower wall 26B that covers the lower surface of the battery cell and a base 27B that extends between adjacent battery cells.
  • the base portion 27B has protrusions formed on facing surfaces as the holding portion 23.
  • the molding member 22B may further have an upper wall 28B covering the upper surface of the battery cell and a side wall 29B covering the side surface of the battery cell.
  • the heat insulating sheet 24B has a through hole 25B in which a protrusion formed on the base portion 27B can be inserted.
  • the heat insulating sheet 24A is held in a state of being lifted by the base 27B by inserting the protrusion of the base 27B into the through hole 25B.
  • the heat insulating sheet 24B held by the base portion 27B has a size such that a gap is formed between the heat insulating sheet 24B and the lower wall 26B of the molding member 22B.
  • the heat insulating sheet 24B has a structure having a through hole 25B, but it does not necessarily have to be a through hole.
  • it may have a bottomed hole, and the heat insulating sheet 24B may be held by inserting the holding portion 23 into the bottomed hole.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of the separator 2 shown in FIG.
  • the separator 2C includes an annular resin frame 20C, a heat insulating sheet 24C arranged in the ring of the resin frame 20C, a film 21C that integrates the resin frame 20C and the heat insulating sheet 24C, and a molding member.
  • the molding member 22C includes a lower wall 26C that covers the lower surface of the battery cell.
  • the lower wall 26C has a protrusion. Further, as shown in FIG.
  • the molding member 22C includes a base portion 27C extending between adjacent battery cells, an upper wall 28C covering the lower surface of the battery cell 1, and a side wall 29C covering the side surface of the battery cell 1. It may be configured to have.
  • the heat insulating sheet 24C is integrated with an annular resin frame 20C having a higher rigidity than the heat insulating sheet 24C, and by holding the resin frame 20C, the heat insulating sheet 24C can be held at a predetermined position.
  • the lower wall 26C is provided with a protrusion that functions as a holding portion 23, and when the protrusion and the resin frame 20C come into contact with each other, a gap is formed between the lower wall 26C and the resin frame 20C. It has become like.

Landscapes

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

Abstract

電源装置の小型化を実現しつつ、毛細管現象に起因する結露水の吸い上げを抑制するために、本発明のある態様の電源装置は、扁平な直方体形状を有する複数の電池セル(1)と、隣接する電池セル(1)を絶縁する複数のセパレータと、を備えている。各々のセパレータは、隣接する電池セル(1)の間に配置される断熱シート(24)と、断熱シート(24)を保持する絶縁性の成形部材(22)と、を含んでいる。また、成形部材(22)は、隣接する電池セルの下面を覆う下壁(26)と、該下壁(26)との間に隙間を形成した状態で絶縁シート(24)を保持する保持部(23)を有している。

Description

隣接する電池セルを絶縁するためのセパレータおよび電源装置
 本発明は、隣接する電池セルを絶縁するセパレータや、複数の電池セルと複数のセパレータを備える電源装置に関する。
 近年、推進用の電源装置を使用する電動車両が普及している。電動車両は、様々な構成が知られており、例えば、駆動用のモータを搭載する電気自動車(BEV:Battery Electric Vehicle)や、モータに加えてエンジンを搭載しているハイブリッドカー(HEV:Hybrid Electric Vehicle)などがある。これらの電動車両に搭載される電源装置では、複数の電池セルが用いられる。各々の電池セルは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の充放電が可能な二次電池である。
 典型的には、下記特許文献1に記載される電源装置が知られている。特許文献1に開示されている電源装置は、複数の電池セルや複数のセパレータを隙間無く並べて集合化して構成されている。この構成により、電源装置を小型化し、高いエネルギー密度の電源装置としている。
特開2018-133152号公報
 この種の電源装置は、さまざまな環境下で使用されるため、結露水が付着することがある。特に、電池セルは、温度変化が大きく、電池セル近傍に結露水が発生しやすい傾向がある。上述の通り、特許文献1に開示されている電源装置は、複数の電池セルや複数のセパレータを隙間無く並べて集合化して構成されているが、厳密には、寸法公差や平面度等の影響により、電池セルとセパレータの間には微小な隙間が形成される。そのため、電池セルの近傍に結露水が発生すると、毛細管現象により、微小な空間によるから結露水が電池セルとセパレータの間から吸い上げられる可能性がある。毛細管現象は、隙間が小さいほど吸い上げの効果が大きくなる。
 本発明は、斯かる問題を解決するためになされたものであり、本発明の主な目的は、電源装置の小型化を実現しつつ、毛細管現象に起因する結露水の吸い上げを抑制する構成を備えた電源装置を提供することにある。
 本発明のある態様の電源装置は、扁平な直方体形状を有する複数の電池セルと、隣接する電池セルを絶縁する複数のセパレータと、を備えている。各々のセパレータは、隣接する電池セルの間に配置される断熱シートと、断熱シートを保持する絶縁性の成形部材と、を含んでいる。また、成形部材は、隣接する電池セルの下面を覆う下壁と、該下壁との間に隙間を形成した状態で絶縁シートを保持する保持部を有している。
 本発明によれば、電源装置の小型化を実現しつつ、毛細管現象に起因する結露水の吸い上げを抑制することが可能となる。
本発明のある態様の電源装置の斜視図である。 図1の電池セルの斜視図である。 図1のセパレータの一例を示す斜視図である。 図1のセパレータの一例を示す斜視図である。 図1のセパレータの一例を示す斜視図である。
 (電源装置)
 図1は、本発明のある態様の電源装置100を示す斜視図である。図1に示すように、電源装置100は、複数の電池セル1と、複数のセパレータ2と、複数の電池セル1と複数のセパレータ2とを集合化する拘束部材3と、を備える。複数の電池セル1は、一方向に沿って配置されている。それぞれのセパレータ2は、隣接する電池セル1の間に配置され、隣接する電池セル1を保持している。複数のセパレータ2は、絶縁性を有しており、隣接する電池セル1同士の短絡を防止する。また、セパレータ2は、断熱シートを含んでおり、隣接する電池セル同士の伝熱を抑制する。複数の電池セル1は、バスバー(図示せず)を介して、直列または並列に接続されている。電源装置100は、並列接続される電池セル1の数と、直列接続される電池セル1の数に応じて、電源装置の電圧と容量が決まるようになっている。電池セル1は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池など、種々の二次電池が採用されうる。
 セパレータ2に含まれる断熱シートは、0.1~3.0mmの厚さのシートであり、織布や不織布等からなる繊維材料と、繊維材料の繊維間に担持される断熱材料とを含んでいる。本発明の実施形態に好適な断熱シートは、熱伝導率が0.02W/(m・K)以下の特性を有しているものである。断熱材料は、キセロゲルやエアロゲル等の空隙構造を有する多孔質材が好ましい。特に、シリカエアロゲルやシリカキセロゲルは、空気分子の運動を規制するナノサイズの空隙構造を有しており、優れた断熱性能を有している。また、シリカキセロゲルは、外部からの押圧に対してその構造を安定的に維持することができる。シリカ粒子は、融点が高いため、シリカキセロゲルも高い耐熱性を有している。繊維シートを構成する繊維は、種々の繊維を用いることができ、耐熱性を有する難燃性繊維を含んでいてもよい。難燃性繊維としては、酸化アクリル繊維、難燃性ビニロン繊維、ポリエーテルイミド繊維、アラミド繊維およびガラス繊維などが知られている。特に、繊維シートは、ガラス繊維を含むことで、耐熱性の向上に加え、剛性の向上およびクリープ変形の抑制が期待できる。難燃性繊維を含む繊維シートを用いた断熱シートは、電池セル1が熱暴走して高温に加熱されても破損することがなく、安定して熱エネルギーの伝導を遮断して、熱暴走の誘発を効果的に阻止できる。
 なお、上述の断熱シートに含まれる繊維は、繊維径の細い合成繊維とすることが好ましい。断熱シートの断熱性は、後述する粉体の特性に起因するため、繊維径の細い合成繊維を基材とすることで、多量の粉体を断熱材に含ませることができる。本実施形態で用いられる繊維の繊維径としては、熱伝導率、生産性を両立させる観点から1~30μmが好ましい。
 また、上述の断熱シートは、熱可塑性樹脂を添加して成形してもよい。熱可塑性樹脂を添加した断熱シートは、剛性を向上させることができる。断熱シートの表面をコート処理することで、様々な特性を付与することもできる。例えば、輻射率が低いアルミナからなるコーティング層で覆うことで、断熱部材の輻射伝熱の影響を抑制することができる。このように断熱シートを形成する際、添加物を調整することで、断熱性や耐熱性等を維持しつつ、要求される性能に応じて、物理的特性を適宜、付与することができる。
 図1に示すように、拘束部材3は、積層される複数の電池セル1の積層方向の両端に配置される一対のエンドプレート32と、一対のエンドプレート32に固定される複数のバインドバー34と、を含んでいる。エンドプレート32には、バインドバー34の端部が連結される。バインドバー34は、止ネジ36を介してエンドプレート32に固定される。
 バインドバー34は、所定の厚さの金属板を所定の幅に加工して製作される。バインドバー34は、端部をエンドプレート32に連結して、一対のエンドプレート32を連結して、その間に電池セル1を保持する。バインドバー34は、一対のエンドプレート32を所定の寸法に固定することで、その間に積層される電池セル1の膨張を抑制する。バインドバー34が伸びると、電池セル1の膨張を阻止できないため、バインドバー34には、電池セル1の膨張圧で伸びない強度の金属板、たとえばSUS304等のステンレス板や鋼板等の金属板を十分な強度を有する幅と厚さに加工して製作される。
 なお、図1のバインドバー34は、止ネジ36でエンドプレート32に固定しているが、必ずしも螺合部材で固定する必要はない。具体的には、溶接や係止構造などを利用して固定することもできる。また、図1の電源装置100では、エンドプレート32の側面にバインドバー34が固定される構成となっているが、エンドプレートとバインドバーの固定構造は、図示されている構成に限る必要はない。バインドバー34として必要な機能は、一対のエンドプレート32の相対距離を規制することにある。一対のエンドプレートの変位を規制できる構成であれば、エンドプレート32やバインドバー34の構成はどのような構成であってもよい。
 (電池セル)
 図2に示すように、電池セル1は、直方体形状の外装缶12と、正負の電極端子16が設けられる封口体14とを含んでいる。また、電池セル1は、外装缶12内に収納される電極体を有しており、外装缶12内に電解液が充填されており、充放電や劣化に伴い、膨張したり、収縮したりする特性を有している。
 外装缶12は、開口を有する箱型形状に形成されている。封口体14は、外装缶12に溶接され、外装缶12の開口を閉塞する。具体的には、外装缶12は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工して製作される。封口体14は、外装缶12と同じように、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。この封口体14は、両端部に正負の電極端子16が固定されている。封口体14は、外装缶12の開口部に挿入された状態で溶接される。典型的には、封口体14の外周と外装缶12の内周との境界にレーザービームを照射することで、封口体14が外装缶12に気密に固定される。
 なお、外装缶や封口体が金属である電池セルは、表面に金属を露出することになる。この種の電池セルは、結露水等を介した短絡を防止するために、外装缶の表面を絶縁性の熱収縮チューブで覆う構成とすることがある。本実施形態においても、必要に応じて、外装缶12の表面を熱収縮チューブで覆う構成を採用してもよい。
 (セパレータ2)
 図3から図5は、上記セパレータ2の一例を示す斜視図である。図3から図5に例示されているセパレータ2は、隣接する電池セルの間に配置される断熱シート24と、断熱シート24を保持する絶縁性の成形部材22と、を含んでいる。断熱シート24は、上述の断熱シートを用いることが好ましい。成形部材22は、隣接する電池セルの下面を覆う下壁26と、下壁26との間に隙間を形成した状態で断熱シート24を保持する保持部23を有している。
 一般的には、複数の電池セルを有する電源装置は、電源装置の寸法を小さくするために、複数の電池セルや複数のセパレータを隙間無く並べて集合化して構成されることが好ましい。しかしながら、隙間なく電池セルやセパレータを並べて集合化すると、結露水などが生じた際に、毛細管現象により、電池セルとセパレータの間から電池セルの上面に吸い上げられるおそれがある。
 図3から図5に例示されるセパレータ2は、上述の通り、下壁26との間に隙間を形成した状態で断熱シート24を保持する保持部23を有する構成となっており、下壁26と断熱シート24の間に隙間が、結露水を貯留する空間として機能するようになっている。特に、毛細管現象による吸い上げを防止するためには、下壁26と断熱シート24の間に隙間を充分な大きさとすることが望ましい。
 (セパレータ2A)
 図3は、図1に示すセパレータ2の一例を示す斜視図である。図3に示すように、セパレータ2Aは、断熱シート24Aと、成形部材22Aを含んでいる。成形部材22Aは、電池セルの下面を覆う下壁26Aと、電池セルの上面を覆う上壁28Aと、を有している。また、図3に示すように、成形部材22Aは、さらに、隣接する電池セルの間に延在する基部27Aや電池セルの側面を覆う側壁29Aを有する構成としてもよい。断熱シート24Aは、上壁28Aが挿通可能に形成された貫通孔25Aを有している。断熱シート24Aは、貫通孔25Aに成形部材22Aの上壁28Aが挿通されることで、上壁28Aによって吊り上げられた状態で保持されるようになっている。上壁28Aによって保持された断熱シート24Aは、成形部材22Aの下壁26Aとの間に隙間が形成される寸法となっている。このように、セパレータ2Aにおいて、上壁28Aは、上述の保持部23として機能する。
 なお、図3の例では、断熱シート24Aは、貫通孔25Aを有する構成となっているが、必ずしも貫通孔である必要は無い。例えば、有底の穴を有しており、この有底の穴に上壁28Aが挿通されることで、断熱シート24Aを保持する構成とすることもできる。
 (セパレータ2B)
 図4は、図1に示すセパレータ2の一例を示す斜視図である。図4に示すように、セパレータ2Bは、断熱シート24Bと、成形部材22Bを含んでいる。成形部材22Bは、電池セルの下面を覆う下壁26Bと、隣接する電池セルの間に延在する基部27Bと、を有している。基部27Bは、保持部23として、対向する面に突起が形成されている。また、図4に示すように、成形部材22Bは、さらに、電池セルの上面を覆う上壁28Bやや電池セルの側面を覆う側壁29Bを有する構成としてもよい。断熱シート24Bは、基部27Bに形成された突起が挿通可能に形成された貫通孔25Bを有している。断熱シート24Aは、貫通孔25Bに基部27Bの突起が挿通されることで、基部27Bによって吊り上げられた状態で保持されるようになっている。基部27Bによって保持された断熱シート24Bは、成形部材22Bの下壁26Bとの間に隙間が形成される寸法となっている。
 なお、図4の例では、断熱シート24Bは、貫通孔25Bを有する構成となっているが、必ずしも貫通孔である必要は無い。例えば、有底の穴を有しており、この有底の穴に保持部23が挿通されることで、断熱シート24Bを保持する構成とすることもできる。
 (セパレータ2C)
 図5は、図1に示すセパレータ2の一例を示す斜視図である。図5に示すように、セパレータ2Cは、環状の樹脂枠20Cと、樹脂枠20Cの環内に配置される断熱シート24Cと、樹脂枠20Cと断熱シート24Cを一体化させるフィルム21Cと、成形部材22Cを含んでいる。成形部材22Cは、電池セルの下面を覆う下壁26Cを含んでいる。下壁26Cは、突起を有している。また、図5に示すように、成形部材22Cは、隣接する電池セルの間に延在する基部27Cと、電池セル1の下面を覆う上壁28Cと、電池セル1の側面を覆う側壁29Cとを有する構成としてもよい。断熱シート24Cは、断熱シート24Cより剛性の高い環状の樹脂枠20Cと一体化されており、樹脂枠20Cを保持することで、断熱シート24Cを所定の位置に保持できるようになっている。上述の通り、下壁26Cは、保持部23として機能する突起が設けられており、この突起と樹脂枠20Cが当接することで、下壁26Cと樹脂枠20Cとの間に隙間が形成されるようになっている。
 以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各々の構成要素や各々の処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
 100…電源装置、 1…電池セル、 12…外装缶、 14…封口体、 16…電極端子、 2、2A、2B、2C…セパレータ、 20C…樹脂枠、 21C…フィルム、 22、22A、22B、22C…成形部材、 23…保持部、 24、24A、24B、24C…断熱シート、 25A、25B…貫通孔、 26、26A、26B、26C…下壁、 27A、27B、27C…基部、 28A、28B、28C…上壁、 29A、29B、29C…側壁、 3…拘束部材、 32…エンドプレート、 34…バインドバー、 36…止ネジ。

Claims (6)

  1.  扁平な直方体形状を有する複数の電池セルと、
     隣接する電池セルを絶縁する複数のセパレータであって、各々のセパレータが、隣接する電池セルの間に配置される断熱シートと、前記断熱シートを保持する絶縁性の成形部材と、を含んでおり、かつ、前記成形部材が、隣接する電池セルの下面を覆う下壁と、該下壁との間に隙間を形成した状態で絶縁シートを保持する保持部を有している、該複数のセパレータと、
     を備える電源装置。
  2.  請求項1に記載の電源装置において、
     前記断熱シートは、少なくとも一つの貫通孔または有底穴を有しており、
     前記保持部は、前記少なくとも一つの貫通孔または有底穴に、挿入可能に形成された突起であることを特徴とする電源装置。
  3.  請求項2に記載の電源装置において、
     前記成形部材は、さらに、隣接する電池セルの上面を部分的に覆う上壁を有しており、該上壁に前記保持部が含まれていることを特徴とする電源装置。
  4.  請求項2に記載の電源装置において、
     前記成形部材は、さらに、隣接する電池セルの間に延在する基部を有しており、前記保持部として、前記隣接する電池セルと対向する前記基部の一面に前記突起が形成されていることを特徴とする電源装置。
  5.  請求項1に記載の電源装置において、
     各々のセパレータは、さらに、環状の樹脂枠と、該樹脂枠の環内に前記断熱シートを配置した状態で、前記樹脂枠と断熱シートを一体化させるフィルムと、を含んでおり、
     前記成形部材の下壁は、突起が形成されており、該突起により前記下壁と前記樹脂枠との間に隙間を形成することを特徴とする電源装置。
  6.  請求項1から5のいずれかに記載の電源装置において、
     前記断熱シートは、繊維材料および前記繊維材料より高い断熱性を有する断熱材料を含んでいることを特徴とする電源装置。
PCT/JP2019/049755 2019-03-26 2019-12-19 隣接する電池セルを絶縁するためのセパレータおよび電源装置 WO2020194929A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/439,457 US20220158292A1 (en) 2019-03-26 2019-12-19 Separator for insulating adjacent battery cells and power supply device
JP2021508751A JP7356497B2 (ja) 2019-03-26 2019-12-19 隣接する電池セルを絶縁するためのセパレータおよび電源装置
CN201980094256.4A CN113574718B (zh) 2019-03-26 2019-12-19 用于使相邻的电池单体绝缘的隔板和电源装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019057593 2019-03-26
JP2019-057593 2019-03-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020194929A1 true WO2020194929A1 (ja) 2020-10-01

Family

ID=72608771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/049755 WO2020194929A1 (ja) 2019-03-26 2019-12-19 隣接する電池セルを絶縁するためのセパレータおよび電源装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220158292A1 (ja)
JP (1) JP7356497B2 (ja)
CN (1) CN113574718B (ja)
WO (1) WO2020194929A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4131581A1 (en) * 2021-08-05 2023-02-08 Illinois Tool Works Inc. Thermal blocking sheet
CN117393910A (zh) * 2023-12-11 2024-01-12 合肥国轩高科动力能源有限公司 储能电池装置及储能电站
EP4358247A1 (en) 2022-10-20 2024-04-24 Prime Planet Energy & Solutions, Inc. Battery module

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018042763A1 (ja) * 2016-08-29 2018-03-08 三洋電機株式会社 電源装置
WO2018061894A1 (ja) * 2016-09-27 2018-04-05 パナソニックIpマネジメント株式会社 電池、電池モジュール及びセパレータの製造方法
JP2018204708A (ja) * 2017-06-06 2018-12-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 断熱材とそれを用いた発熱ユニット、および、電池ユニット

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101658594B1 (ko) * 2013-10-31 2016-09-21 주식회사 엘지화학 이차 전지용 프레임 및 이를 포함하는 배터리 모듈
US20180019454A1 (en) * 2015-03-31 2018-01-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Power supply device and vehicle provided with power supply device
CN108780861B (zh) * 2016-03-23 2021-05-25 三洋电机株式会社 电源装置
JP7050232B2 (ja) * 2016-12-12 2022-04-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 断熱シートおよびその製造方法およびこれを用いた二次電池
JP7463282B2 (ja) * 2018-09-11 2024-04-08 三洋電機株式会社 電源装置
WO2020059297A1 (ja) * 2018-09-20 2020-03-26 三洋電機株式会社 電池モジュール

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018042763A1 (ja) * 2016-08-29 2018-03-08 三洋電機株式会社 電源装置
WO2018061894A1 (ja) * 2016-09-27 2018-04-05 パナソニックIpマネジメント株式会社 電池、電池モジュール及びセパレータの製造方法
JP2018204708A (ja) * 2017-06-06 2018-12-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 断熱材とそれを用いた発熱ユニット、および、電池ユニット

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4131581A1 (en) * 2021-08-05 2023-02-08 Illinois Tool Works Inc. Thermal blocking sheet
EP4358247A1 (en) 2022-10-20 2024-04-24 Prime Planet Energy & Solutions, Inc. Battery module
CN117393910A (zh) * 2023-12-11 2024-01-12 合肥国轩高科动力能源有限公司 储能电池装置及储能电站
CN117393910B (zh) * 2023-12-11 2024-03-22 合肥国轩高科动力能源有限公司 储能电池装置及储能电站

Also Published As

Publication number Publication date
CN113574718A (zh) 2021-10-29
CN113574718B (zh) 2024-07-16
JPWO2020194929A1 (ja) 2020-10-01
US20220158292A1 (en) 2022-05-19
JP7356497B2 (ja) 2023-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7463282B2 (ja) 電源装置
KR101307992B1 (ko) 높은 효율성의 냉각 구조를 포함하는 전지모듈
KR101560217B1 (ko) 냉각 효율이 향상된 전지모듈
US9705163B2 (en) Battery module
CN107112461B (zh) 包括具有夹持部的盒的电池模块
JP4301286B2 (ja) 蓄電装置
WO2020194929A1 (ja) 隣接する電池セルを絶縁するためのセパレータおよび電源装置
WO2020054228A1 (ja) 電源装置
JP7037720B2 (ja) 組電池と、組電池に用いられる単電池の製造方法
KR20140011439A (ko) 간접 공냉 구조를 포함하는 전지모듈
KR20120074425A (ko) 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩
JP2018125141A (ja) 蓄電装置
CN114914587A (zh) 电池组
US11916209B2 (en) Power supply device
KR20140144781A (ko) 냉매 유로가 형성된 냉각 핀을 포함하는 전지모듈
WO2020137062A1 (ja) 隣接する電池セルを絶縁するためのセパレータおよびそれを備えた電源装置
JP2019212440A (ja) 蓄電装置
JP2017162711A (ja) 電池モジュール及び組電池
JP2015008071A (ja) 蓄電装置モジュール
WO2024101197A1 (ja) 蓄電装置
WO2024101199A1 (ja) 蓄電装置
WO2024101198A1 (ja) 蓄電装置
KR101325037B1 (ko) 제조공정성이 향상된 전지모듈
JP2024017913A (ja) 電池
JP2023182431A (ja) 蓄電装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19921292

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021508751

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19921292

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1