WO2020246554A1 - 二次電池パック - Google Patents

二次電池パック Download PDF

Info

Publication number
WO2020246554A1
WO2020246554A1 PCT/JP2020/022171 JP2020022171W WO2020246554A1 WO 2020246554 A1 WO2020246554 A1 WO 2020246554A1 JP 2020022171 W JP2020022171 W JP 2020022171W WO 2020246554 A1 WO2020246554 A1 WO 2020246554A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
housing
secondary battery
battery pack
electronic substrate
electronic
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/022171
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
藤本　貴行
啓 坂部
正至 仲元
独志 西森
Original Assignee
ビークルエナジージャパン株式会社
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 ビークルエナジージャパン株式会社 filed Critical ビークルエナジージャパン株式会社
Priority to JP2021524905A priority Critical patent/JPWO2020246554A1/ja
Publication of WO2020246554A1 publication Critical patent/WO2020246554A1/ja
Priority to JP2023120323A priority patent/JP2023139182A/ja

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
    • 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
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • 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
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery pack, and more particularly to an in-vehicle secondary battery pack.
  • the secondary battery pack is known as a battery cell assembly in which a plurality of secondary battery cells are assembled and arranged in a housing.
  • the housing is equipped with relief valves and safety valves, and the secondary battery pack opens these valves when the internal pressure of the housing rises so that the gas generated from the battery cell assembly can be discharged to the outside of the housing.
  • An electronic board provided with electronic components such as a relay for controlling the battery cell assembly and an electronic circuit is housed in the housing together with the battery cell assembly and is protected from the environment outside the housing.
  • an object of the present invention is to provide a secondary battery pack capable of effectively cooling an electronic substrate in a housing and, as a result, improving charge / discharge performance.
  • the present invention includes a housing, an assembly of a plurality of secondary battery cells, and an electronic substrate for the assembly, and the inside of the housing is sealed and the assembly is provided. And the electronic substrate are arranged in the housing, the housing is provided with an opening, and the electronic substrate is attached to the housing so as to cover the opening while maintaining the airtightness in the housing.
  • a secondary battery pack in which the back surface of the electronic board faces the outside of the housing.
  • the present invention it is possible to provide a secondary battery pack capable of effectively cooling the electronic substrate in the housing and, as a result, improving the charge / discharge performance.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a fixing portion for positioning the electronic substrate on the housing in FIG. 3A. It is an enlarged view which drew the electronic substrate of the secondary battery pack which concerns on FIG.
  • the secondary battery pack houses an aggregate of battery cells, an electronic board on which a semiconductor relay of the battery cells is mounted, and a control device such as a BMS (Battery Management System) in a closed space inside the housing. ..
  • BMS Battery Management System
  • the number of battery cells mounted tends to increase, but when the number of battery cells mounted increases, the current flowing through the electronic board increases and the board overheats. Therefore, it is desired to cool the substrate.
  • the secondary battery pack described below is capable of effectively cooling the electronic substrate without requiring a complicated structure even in a housing in which the electronic substrate is sealed.
  • the secondary battery cells of the secondary battery pack include lithium ion secondary batteries, sodium ion secondary batteries, magnesium ion secondary batteries, calcium ion secondary batteries, aluminum ion secondary batteries, zinc secondary batteries, etc. There are no particular restrictions.
  • FIG. 1 is a front view showing the internal configuration of the secondary battery pack drawn from the y direction.
  • FIG. 2 is a perspective view of the appearance of the secondary battery cell of the secondary battery pack according to FIG. 1.
  • FIG. 3A is an enlarged view of the electronic substrate of the secondary battery pack according to FIG. 1 and its surrounding structure drawn from the y direction.
  • FIG. 3B is a plan view of the electronic substrate of the secondary battery pack according to FIG. 1 and its surrounding structure drawn from the z direction.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a fixing portion for positioning the electronic substrate on the housing in FIG. 3A. As will be described later, the directions of the coordinate axes will be described in the explanation of FIG.
  • the main configuration of the secondary battery pack 100 is a battery cell laminate (battery cell assembly) 10 in which a plurality of secondary battery cells 11 are laminated, a cooling unit 30 for cooling the battery cell laminate 10, and an electronic substrate 40. , The control device 60, and the housing 70 that accommodates them in an internal closed space.
  • the electronic board 40 may be a board on which a circuit or an electronic component through which a large current flows, such as a semiconductor relay board, is mounted.
  • Electronic components 42 such as a plurality of semiconductor chips are mounted on a surface (planar surface) of the substrate portion 41 of the electronic substrate 40 facing the inside of the housing 70.
  • the control device 60 is, for example, a BMS (Battery Management System).
  • Fins heat transfer for heat dissipation
  • body body 43
  • a duct 85 for flowing cooling air is formed around the fin 43.
  • the bus bar and electrical wiring for electrically connecting the plurality of secondary battery cells 11, the bus bar and the electrical wiring for electrically connecting the battery cell 11 and the electronic board 40, and the control device 60. The illustration is omitted.
  • the main configuration of the secondary battery cell 11 is a battery cell can 17, which has a substantially rectangular parallelepiped shape for accommodating a stack of a plurality of positive and negative electrode bodies (not shown).
  • the battery cell can 17, for example, is formed of an aluminum material into a substantially rectangular parallelepiped shape, and has a wide surface 12 and narrow surfaces 13, 14, and 15.
  • the electrode body is laminated substantially parallel to the wide surface 12 inside the battery cell can 17.
  • the battery cell laminate 10 is configured by laminating the secondary battery cells 11 with the wide surfaces 12 of the secondary battery cells 11 facing each other.
  • the stacking direction of the secondary battery cells 11 is the x-axis direction.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis are orthogonal to each other, and the z-axis direction is the vertical direction.
  • the narrow surface 13 is referred to as "can bottom surface” and the narrow surface 14 is referred to as "can side surface".
  • the end plate 21 for lashing and holding the battery cell laminate 10 is arranged so as to be in contact with the wide surface 12 of the secondary battery cell 11, and a side plate (not shown). ) Is arranged so as to come into contact with the narrow surface 14 (side surface of the can) of the battery cell 11.
  • the two end plates 21 are held by the side plates by fastening the two end plates 21 to the side plates, for example, by screwing.
  • the end plate 21 and the side plate are made of a metal material such as steel, iron, or aluminum.
  • the housing 70 has a housing bottom 71 for accommodating a battery cell laminate 10, an electronic substrate 40, a control device 60, and the like, and a housing lid portion having a shape that covers the housing bottom 71. 72 is provided. By covering the bottom portion 71 of the housing with the lid portion 72 of the housing, the inside containing the battery cell laminate 10 and the like is sealed from the outside.
  • the housing bottom 71 is made of a metal material such as steel, iron, or aluminum
  • the housing lid 72 is made of a resin material such as plastic.
  • the can bottom side of the battery cell laminate 10, that is, the narrow surface 13 (can bottom) of the secondary battery cell 11 has heat dissipation, for example. It is fixed via a member having thermal conductivity (not shown) such as grease or a heat-dissipating adhesive.
  • a cooling unit 30 for cooling the battery cell laminate 10 is fixed to the outside of the bottom surface of the housing bottom portion 71.
  • the cooling unit 30 may be a general heat sink, and has a shape in which a plurality of fins (heat transfer bodies for heat dissipation) 32 are fixed to the fin base plate 31.
  • a duct (flow path) 33 for flowing cooling air through the fins 32 is provided on the outside of the cooling unit 30.
  • the cooling unit 30 may be a metal having a relatively high thermal conductivity, such as aluminum or copper.
  • an opening 73 is provided in a part of the bottom surface of the housing bottom 71, and the substrate 41 covers the opening 73 while maintaining the sealing inside the housing 70. It is supported by the bottom 71 of the housing.
  • the fixing portion 50 of the substrate portion 41 positions the substrate portion 41 with respect to the opening 73 from the outside of the housing 70 so as to be supported by the housing bottom portion 71.
  • FIG. 3B shows that the shape of the opening 73 is, for example, a rectangle, and the fixing portions 50 are provided at the four corners of the substrate portion 41.
  • the shape of the opening is not particularly limited, such as circular or elliptical.
  • the size of the opening and the upper limit of the area are not particularly limited as long as the substrate portion 41 can cover the opening. The lower limit may be determined within a range in which the electronic components, electronic circuits, and semiconductor elements mounted on the substrate portion 41 can face the inside of the housing 70 through the openings.
  • the substrate portion 41 may be a metal having a relatively high thermal conductivity, such as aluminum.
  • An insulating layer 44 is provided on the side of the substrate portion 41 facing the inside of the housing 70, and a circuit pattern 45 is formed on the insulating layer 44.
  • Electronic components 42 such as a plurality of semiconductor chips are mounted on the substrate 41 via the circuit pattern 45.
  • the circuit pattern 45 is provided with a bus bar 46, and a flexible bus bar 49 is fixed to the bus bar 46 via a terminal 47.
  • the flexible bus bar 49 is a commonly used shunt wire or the like.
  • the other terminal 48 of the bus bar 49 is fixed by a support member (not shown) fixed in the housing 70.
  • a cut-out fin 43 as a heat transfer body for heat dissipation is directly formed on the opposite side of the surface on which the electronic component 42 is mounted (the side facing the outside of the housing 70, that is, the back surface). It is molded and the fins 43 are oriented to the outside of the housing 70.
  • the cut-up fin 43 is, for example, a commonly used skive fin.
  • a duct (cooling flow path) 85 for sending cooling air toward the fin 43 is provided on the outside of the fin 43.
  • a ventilation means is connected to the duct 85.
  • the blower means is, for example, a blower, an axial fan, a centrifugal blower, or the like. Therefore, even if the electronic substrate 40 is overheated by the electronic components due to the large current of the electronic substrate 40, the electronic substrate can be effectively dissipated. Therefore, the number of battery cells mounted can be increased, and the charge / discharge performance of the secondary battery pack can be improved.
  • the substrate portion 41 is positioned with respect to the opening 73 so as to cover the opening 73 by a fixing portion 50 composed of fastening members 51 and 52 such as screws and a spring 53. , Supported by the housing bottom 71 of the housing 70.
  • the fastening members 51 and 52 are male and female screws, respectively, and the fastening member 51 is fixedly supported by the housing bottom 71 by the screw portion 55 provided on the housing bottom 71, respectively.
  • the substrate portion 41 is pressed against the housing bottom portion 71 by the elastic stress of the spring (elastic body) 53 as an actuator attached to the fastening member 51.
  • a plurality of fixing portions 50 are installed near the outer edge of the substrate portion 41.
  • a gasket 54 is interposed between the substrate portion 41 and the housing bottom portion 71.
  • the gasket 54 seals the housing opening 73 to maintain the inside of the housing 70 in a sealed environment.
  • the substrate portion 41 has a rectangular cross-sectional shape in the width direction and is engraved with a circumferential groove, in which the cross-sectional shape in the width direction is circular and protrudes from this groove toward the bottom portion 71 of the housing.
  • the gasket 54 is fitted. This groove is configured so as to avoid the fixing portion 50.
  • the gasket 54 may be, for example, an O-ring or the like, which is generally used as a sealing member.
  • the electronic substrate 40 serves as a lid for the opening 73, so that the housing 70 can be kept in a sealed state.
  • the electronic substrate 40 if gas is generated and the pressure inside the housing 70 rises, when the pressure inside the housing 70 becomes larger than a certain predetermined value, the electronic substrate The 40 is pushed outward so as to be separated from the housing 70. At this time, the seal provided by the gasket 54 is opened, and a path for opening the inside of the housing 70 to atmospheric pressure is created between the electronic substrate 40 and the housing 70. The gas generated in the housing 70 is discharged to the outside of the housing through the path. That is, the substrate itself functions as a safety valve for the secondary battery pack 100.
  • the board itself By making the board itself function as a release valve, it is not necessary to separately provide a valve, and since the path appears in a wide range around the board portion 41, the gas pressure in the housing 70 can be quickly and sufficiently applied. Can be lowered.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the electronic substrate of the secondary battery pack according to FIG. 1 and its surrounding structure drawn from the y direction, and shows a state when gas is generated from the secondary battery cell 11 in the housing.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the fixing portion 50 of the electronic substrate 40 shown in FIG.
  • the spring constant of the spring 53 of the fixing portion 50 is set.
  • N be the number of Ps and 50 fixed portions.
  • Pin ⁇ Pf Ps ⁇ N Should hold.
  • the substrate portion 41 pushes the battery pack 100 mounted on the vehicle toward the outside of the housing 70 even though gas is not generated due to vibration during traveling of the vehicle. As a result, the sealed state of the battery pack 100 may be lost, and the battery pack may be deteriorated. Therefore, the reaction force Ps of the spring 53 is so strong that gas is not generated from the battery cell and the substrate portion 41 does not move toward the outside of the housing 70 during normal operation of the battery pack. Must be.
  • the stress of the spring 53 causes the substrate portion 41 to be pressed against the bottom portion 71 of the housing, the gap (path) 56 between the two is closed, and the inside of the housing is sealed again. Will be done.
  • FIG. 7 is a front view of the electronic substrate 40 and the blower means 83 drawn from the y direction of the housing 70.
  • the battery cell laminate 10 and the control device 60 are not shown.
  • the blower means includes a blower 83 and ducts (channels) 84, 85, and 86.
  • the cooling air 92 passes through the fins 43 of the electronic substrate 40 by operating the blower 83 provided on the upstream side of the flow path. Heat is exchanged with the heat transferred from the electronic component 42 to the fin 43, and the warmed air (exhaust 93) is discharged.
  • the electronic substrate 40 is placed in the housing 70.
  • the gas 91 is discharged into the duct 85 through the gap 56 generated between the substrate portion 41 of the electronic substrate 40 and the housing bottom portion 71.
  • the gas 91 which is guided by the cooling air 92 by the blower 83 provided on the upstream side of the flow path and is discharged from the housing 70 as the exhaust 93 together with the cooling air 92, is finally outside the system (for example, outside the vehicle). ) Is efficiently discharged.
  • both the cooling of the electronic substrate 40 and the outgassing of gas from the housing can be realized by the electronic substrate 40 itself. Further, the flow path of the cooling air and the flow path for discharging gas from the housing can be made common, and the battery pack can be mounted at a high density and the number of parts can be reduced to reduce the cost.
  • FIG. 7 shows a mode in which the blower 83 is arranged on the inflow side of the cooling air 92 and the cooling air 92 is pushed into the fins 43 of the electronic substrate 40.
  • the blower 83 is arranged on the discharge side of the cooling air 92 and the cooling air is cooled. 92 may be sucked out from the fin 43.
  • the electronic substrate 40 may be provided with respect to the opening on the side surface side of the housing 70.
  • the substrate portion 41 may be made of resin as well as metal.
  • a general heat sink provided with a plurality of fins 43 on a metal fin base plate 81 may be attached to a surface of the resin substrate 41 facing the outside of the housing.
  • the electronic board 40 may be immovably fixed to the bottom 71 of the housing 70.
  • FIG. 10 shows a case where the electronic board 40 is fixed from the outside of the housing 70
  • FIG. 11 shows a case where the electronic board 40 is fixed from the inside of the housing 70.
  • the simple plate 82 is applied to the opening 73 instead of the electronic board 40, and the simple plate 82 is used as a safety valve for opening and closing the opening. You may.
  • the openings can be used to allow electronic components mounted on the board to face the inside of the housing, and at the same time, the back surface of the board can face the outside of the housing. Therefore, if the cooling air is guided to the back side of the electronic substrate, the electronic substrate can be cooled without depending on a complicated configuration.
  • the present invention should not be limited to the embodiments described above, and does not prevent changes and modifications by those skilled in the art as long as it is included in the scope of the present invention.
  • a solenoid is provided when a pressure sensor is provided in the battery pack 100 and the pressure in the housing 70 becomes larger than a certain predetermined value.
  • the electronic substrate 40 may be moved to the outside of the housing 70 by an actuator to change the mechanism to release the sealed state of the battery pack 100.
  • Battery cell laminate 11 Battery cell, 12 Battery cell wide surface, 13 Battery cell narrow surface (can bottom), 14 Battery cell narrow surface (can side), 15 Battery cell narrow surface, 16 Electrode terminal, 17 Battery cell can, 21 end plate, 30 cooling part, 31 fin base plate, 32 fins, 33 duct (flow path), 40 electronic board, 41 board part, 42 electronic parts, 43 fins, 44 insulating layer, 45 circuit pattern, 46 Busbar, 47 terminals, 48 terminals, 49 Busbar, 50 Fixing part, 51 Fastening member (male thread), 52 Fastening member (female thread), 53 Spring, 54 Gasket, 55 Threaded part, 56 Gap, 60 Controller, 70 Housing, 71 Housing bottom, 72 Housing lid, 73 Housing opening, 81 Fin base plate, 82 plate, 83 Blower, 84,85,86 Duct (flow path), 91 Gas, 92 Cooling air, 93 Exhaust, 100 secondary battery pack

Landscapes

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

Abstract

筐体と、複数の二次電池セルの集合体と、集合体のための電子基板と、を備え、筐体内は密閉され、集合体と前記電子基板とは前記筐体内に配置され、前記筐体は開口を備え、前記筐体内の密閉を維持しながら、電子基板が前記開口を覆うように、筐体に取り付けられ、電子基板の背面が前記筐体外に臨んでいる。

Description

二次電池パック
　本発明は、二次電池パックに係り、特に、車載用の二次電池パックに関する。
　二次電池パックは、複数の二次電セルが組付けられた電池セル集合体を筐体内に配置したものとして知られている。筐体には、リリーフ弁や安全弁が備え付けられ、二次電池パックは、筐体の内圧が高くなると、これら弁を開放して、電池セル集合体から発生したガスを、筐体外に排出できるようしている。そして、電池セル集合体を制御するためのリレー等の電子部品や電子回路を備える電子基板は、電池セル集合体と共に筐体内に収容されていて、筐体外の環境から保護されている。
　この種の二次電池パックとして、例えば、特開2014-49427号公報に記載されたものが存在する。
特開2014-49427号公報
　従来の二次電池パックでは、筐体内の電子基板が過熱することへの対策が十分ではない、という課題があった。そこで、本発明は、筐体内の電子基板を効果的に冷却でき、その結果、充放電性能を向上できる二次電池パックを提供することを目的とする。
　前記目的を達成するために、本発明は、筐体と、複数の二次電池セルの集合体と、前記集合体のための電子基板と、を備え、前記筐体内は密閉され、前記集合体と前記電子基板とは前記筐体内に配置され、前記筐体は開口を備え、前記筐体内の密閉を維持しながら、前記電子基板が前記開口を覆うように、当該筐体に取り付けられ、前記電子基板の背面が前記筐体外に臨んでいる、二次電池パックである。
　本発明によれば、筐体内の電子基板を効果的に冷却でき、その結果、充放電性能を向上できる二次電池パックを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る二次電池パックをｙ方向から描いた、その内部構成を示す正面図である。 図１に係る二次電池パックの二次電池セルの外観を俯瞰した斜視図である。 図１に係る二次電池パックの電子基板と、その周りの構造をｙ方向から描いた拡大図である。 図１に係る二次電池パックの電子基板と、その周りの構造をｚ方向から描いた平面図である。 図４は、図３Ａに於ける、電子基板を筐体に位置決めする固定部の拡大図である。 図１に係る二次電池パックの電子基板と、その周りの構造をｙ方向から描いた拡大図である。 電子基板が筐体内の圧力上昇により開放されたときの、電子基板の固定部の状態を示す部分拡大図である。 電子基板および送風手段を筐体のｙ方向から描いた正面図である。 電子基板が筐体の側面に搭載される状態を示す、電池パックの概略構成図である。 電子基板の概略構成図である。 電子基板の他の概略構成図である。 電子基板のさらに他の概略構成図である。 電子基板の変形例を示す概略構成図である。
　次に、本発明に係る二次電池パックの実施形態について説明する。二次電池パックは、筐体内の密閉空間内に、電池セル集合体と、電池セルの半導体リレー等が実装された電子基板と、BMS（Battery Management System）等の制御装置とを収容している。
　二次電池パックの充放電性能を向上させるために、電池セルの実装数は増加する傾向にあるが、電池セルの実装数が増加すると、電子基板に流れる電流が大電流化して基板を過熱させてしまうため、基板を冷却することが望まれている。
　しかしながら、密閉された筐体内にある基板を冷却すること自体、そもそも容易ではなかったことと、一方で、基板の過熱を防ぐために、基板に流れる電流を制限しようとすると、充放電性能を抑制してしまうおそれがある。以下に説明する二次電池パックは、電子基板がシールされた筐体内にあっても、複雑な構造を要することなく、電子基板を効果的に冷却できるようにしたものである。
　二次電池パックの二次電池セルは、リチウムイオン二次電池セルの他、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、カルシウムイオン二次電池、アルミニウムイオン二次電池、亜鉛二次電池等、特に制限されない。
　先ず、この二次電池パックの全体構成を、図１～図４を用いて説明する。ある要素と同一の機能を有する要素には、同一の符号を付け（図面）、その説明を省略することがある。
　図１は、二次電池パックをｙ方向から描いた、その内部構成を示す正面図である。図２は、図１に係る二次電池パックの二次電池セルの外観を俯瞰した斜視図である。図３Ａは、図１に係る二次電池パックの電子基板と、その周りの構造をｙ方向から描いた拡大図である。図３Ｂは、図１に係る二次電池パックの電子基板と、その周りの構造をｚ方向から描いた平面図である。図４は、図３Ａに於ける、電子基板を筐体に位置決めする固定部の拡大図である。なお、後述のとおり、図２の説明の際、座標軸の方向について解説する。
　二次電池パック１００の主要構成は、複数の二次電池セル１１を積層させた電池セル積層体（電池セル集合体）１０、電池セル積層体１０を冷却するための冷却部３０、電子基板４０、制御装置６０、及び、これらを内部の密閉空間内に収容する筐体７０である。
　電子基板４０は、例えば、半導体リレー基板など、大電流が流れる回路や電子部品が基板に実装されたものでよい。電子基板４０の基板部４１の筐体７０の内側に臨む面（平面）に、複数の半導体チップなどの電子部品４２が実装されている。制御装置６０は、既述のとおり、例えば、BMS（Battery Management System）である。
　基板部４１の冷却のため、基板部４１の背面（筐体７０の外側の面）に、基板部４１の平面の電子部品や電子回路４２から伝わる熱を放熱するためのフィン（放熱用伝熱体）４３が形成されている。フィン４３の周りには、冷却用空気を流すためのダクト８５（図７）が形成されている。なお、複数の二次電池セル１１同士を電気的に接続するためのバスバーや電気配線、電池セル１１と電子基板４０、ならびに、制御装置６０とを電気的に接続するためのバスバーや電気配線の図示は省略されている。
　図２に示す様に、二次電池セル１１の主要構成は、正負極の複数の電極体（図示せず）を積層させたものを収容するための略直方体形状を有する電池セル缶１７、正負極を有する電極端子１６である。電池セル缶１７は、例えば、アルミ材で略直方体形状に成形されており、幅広面１２、および、幅狭面１３、１４、１５を有している。電極体は、電池セル缶１７の内部にて、幅広面１２に略平行状に積層されている。
　そして、二次電池セル１１の幅広面１２同士を対向させて二次電池セル１１を積層させることにより、電池セル積層体１０が構成される。二次電池セル１１の積層方向をx軸方向としている。x軸、y軸、z軸は、それぞれが直交する関係にあり、z軸方向が鉛直方向である。なお、二次電池セル１１の幅狭面のうち、幅狭面１３を「缶底面」、幅狭面１４を「缶側面」と表記する。
　図１にも示す様に、電池セル積層体１０を固縛保持するためのエンドプレート２１は、二次電池セル１１の幅広面１２と接触するように配置され、また、サイドプレート（図示せず）は、電池セル１１の幅狭面１４（缶側面）と接触するように配置される。二つのエンドプレート２１が、サイドプレートに例えばネジ止めにより締結されることにより、二つのエンドプレート２１はサイドプレートに保持される。
　エンドプレート２１とサイドプレートの締結方向が、二次電池セル１１の積層方向（x軸方向）と同一であるため、複数の二次電池セル１１の幅広面１２の面内に、ほぼ均等に面圧が付加される。こうすることで、複数の二次電池セル１１は、その積層方向（x軸方向）に固縛保持され、電池セル積層体１０の剛性が高められる。エンドプレート２１、および、サイドプレートは、例えば、鋼材、鉄、アルミなど金属材料で作製される。
　図１に示す様に、筐体７０は、電池セル積層体１０、電子基板４０、及び、制御装置６０等を収納する筐体底部７１と、筐体底部７１を覆う形状を有する筐体蓋部７２を備える。筐体底部７１を筐体蓋部７２が覆うことにより、電池セル積層体１０等を収容する内部は、外部から密閉されている。なお、筐体底部７１は、例えば、鋼材、鉄、アルミなどの金属材料で作製され、筐体蓋部７２は、例えば、プラスチックなどの樹脂材料で作製される。
　筐体底部７１の底面であって、筐体７０の内側には、電池セル積層体１０の缶底側、つまり、二次電池セル１１の幅狭面１３（缶底面）が、例えば、放熱性グリースや放熱性接着剤など、熱伝導性を有する部材（図示せず）を介して固定さている。さらに、筐体底部７１の底面の外側には、電池セル積層体１０を冷却するための冷却部３０が固定される。冷却部３０は、一般的なヒートシンクでよく、複数のフィン（放熱用伝熱体）３２がフィンベース板３１に固定された形状を備えている。冷却部３０の外側には、フィン３２に冷却空気を流すためのダクト（流路）３３が備わっている。なお、冷却部３０は、例えば、アルミや銅など、熱伝導率が比較的高い金属であればよい。
　図３Ａ、３Ｂに示す様に、筐体底部７１の底面の一部分には、開口部７３が設けられ、筐体７０内の密閉を維持しながら、開口部７３を覆うように、基板部４１が筐体底部７１に支持されている。基板部４１の固定部５０は、筐体７０の外側から、基板部４１を、開口部７３に対して位置決めして、筐体底部７１に支持させるようにしている。図３Ｂには、開口部７３の形状を、例えば、矩形とし、固定部５０を基板部４１の四隅に設けることが示されている。開口部の形状は、円形、楕円形等、特に限定されるものではない。開口のサイズ、そして、面積の上限は、基板部４１が開口を覆うことが出来れば、特に限定されない。その下限は、基板部４１に実装された電子部品、電子回路、半導体素子が開口を介して、筐体７０内に臨むことが出来る範囲で決められればよい。
　基板部４１は、例えば、アルミなど、熱伝導率が比較的高い金属であってよい。基板部４１において、筐体７０の内側に面した側には、絶縁層４４が設けられ、絶縁層４４に回路パターン４５が形成されている。この回路パターン４５を介して、複数の半導体チップなどの電子部品４２が基板部４１に搭載されている。
　回路パターン４５には、バスバー４６が備わっており、バスバー４６には、フレキシブル性を有するバスバー４９が端子４７を介して固定されている。フレキシブル性を有するバスバー４９は、一般的に使用されるシャントワイヤーなどである。
　バスバー４９の他方の端子４８は、筐体７０内に固定される支持部材（図示せず）により固定される。金属製基板４１において、電子部品４２が搭載される面の反対側（筐体７０の外側に面した側、即ち、背面）には、放熱用伝熱体としての、切り起しフィン４３が直接成形されており、フィン４３は筐体７０の外側に配向されている。切り起しフィン４３は、例えば、一般的に使用されるスカイブフィンなどである。フィン４３の外側には、冷却空気をフィン４３に向けて送出するためのダクト（冷却流路）８５が装備されている。
　ダクト８５には送風手段が接続されている。送風手段は、例えば、送風機であり、軸流式ファンや遠心式ブロワ等である。したがって、電子基板４０の大電流によって、電子基板４０が電子部品によって過熱されても、電子基板を効果的に放熱させることができる。それ故、電池セルの実装数を増加することもでき、二次電池パックの充放電性能を向上させることができる。
　図４に示す様に、基板部４１は、ねじなどの締結部材５１、５２、および、バネ５３により構成される固定部５０により、開口部７３を覆うように、開口部７３に対して位置決めされ、筐体７０の筐体底部７１に支持される。締結部材５１、５２は、それぞれ、おねじ、めねじであり、筐体底部７１に設けられたねじ部５５により、締結部材５１が筐体底部７１に固定支持される。
　さらに、締結部材５１に取り付けられた、アクチュエータとしてのバネ（弾性体）５３の弾性応力により、基板部４１は、筐体底部７１に押圧されている。固定部５０は、図３Ｂで説明したように、基板部４１の外縁付近に複数設置されている。
　図３Ａ、図３Ｂに示す様に、基板部４１と筐体底部７１との間にガスケット５４が介装されている。バネ（弾性体）５３の弾性応力により、基板部４１が筐体底部７１に押圧されると、ガスケット５４は、筐体開口部７３をシールして筐体７０内を密閉した環境に維持する。基板部４１は幅方向の断面形状が矩形で、周回状の溝が刻設されており、この中に、幅方向の断面形状が円で、この溝から筐体底部７１に向けて突出する、ガスケット５４が嵌入されている。この溝は、固定部５０を避けるようにして、構成されている。ガスケット５４は、例えば、シール用部材として一般的に使用される、Oリングなどでよい。
　二次電池パックの正常動作時（充放電時）には、電子基板４０が開口部７３の蓋となることで、筐体７０の密閉状態を保つことができる。一方、二次電池セル１１の異常動作時では、万が一、ガスが発生し、筐体７０内の圧力が上昇すると、筐体７０内の圧力がある所定値よりも大きくなった際に、電子基板４０が筐体７０から離間するように外側に押される。この時、ガスケット５４に依るシールが開放されて、電子基板４０と筐体７０との間に、筐体７０内を大気圧に開放するパスができる。筐体７０内で発生したガスは、パスを通して筐体外に放出される。つまり、基板自体が、二次電池パック１００の安全弁として機能する。
　基板そのものを、リリース弁として機能させることにより、別途、弁を設ける必要が無いばかりか、パスが基板部４１の周りの広い範囲に現れるために、筐体７０内のガス圧を迅速かつ十分に低下させることができる。
　図５は、図１に係る二次電池パックの電子基板と、その周りの構造をｙ方向から描いた拡大図であり、二次電池セル１１から筐体内にガスが発生した際の状態を示し、図６は、図５に示された電子基板４０の固定部５０の拡大図である。ガスの発生により筐体７０内の圧力が上昇し、筐体７０内の圧力（Ｐin）がある所定値（Ｐｆ）よりも大きくなると、電子基板４０が筐体７０の外側に向かって押されることにより、基板部４１と、筐体底部７１との間に隙間（パス）５６が生じ、隙間５６を介して、筐体７０内に充満したガス９１が開口部７３から筐体７０の外側に放出される。
　二次電池パックの正常稼働時において、筐体７０をシールでき、二次電池パックの異常動作時に、ガスを筐体外に排出できるようにするためには、固定部５０のバネ５３のばね定数をＰｓ、固定部５０の個数をＮとして、
　Ｐin≧Ｐｆ＝Ｐs×Ｎ
が成立すればよい。
　所定値Ｐｆが小さ過ぎると、例えば、車載された電池パック１００が車両の走行時の振動などにより、ガスが発生していないにも拘わらず、基板部４１が筐体７０の外側に向けて押されて、電池パック１００の密閉状態が失われてしまうことがあり、電池パックが劣化してしまうおそれがある。したがって、バネ５３の反力Ｐｓは、電池セルからガスが生じていない、電池パックの正常稼働時では、基板部４１が筐体７０の外側に向けて移動しないようなことがないような強さであればなければならない。
　ガスが筐体外に排出されると、バネ５３の応力により、基板部４１とが筐体底部７１に押接されて、両者の間の隙間（パス）５６が閉じられて、筐体内が再び密閉される。
　図７は、電子基板４０および送風手段８３を筐体７０のｙ方向から描いた正面図である。電池セル積層体１０、制御装置６０は図示が省略されている。送風手段は、送風機８３、ダクト（流路）８４、８５、８６から構成されている。二次電池パック１００の正常動作時（充放電時）には、流路の上流側に設けられた送風機８３を動作させることにより、冷却空気９２が電子基板４０のフィン４３を通過することで、電子部品４２からフィン４３へ伝わった熱と熱交換し、暖められた空気（排気９３）が排出される。
　一方、二次電池パック１００の異常時には、二次電池セル１１から発生したガスによる筐体７０内の圧力上昇により、内圧Ｐinが所定値Ｐｆより大きくなった場合、電子基板４０が筐体７０の外側に押されることで、電子基板４０の基板部４１と筐体底部７１との間に生じた隙間５６を介し、ガス９１がダクト８５内に放出される。このとき、流路の上流側に設けられた送風機８３による冷却空気９２に誘導されて、筐体７０から放出されるガス９１は冷却空気９２と共に排気９３として、最終的に系外（例えば、車外）へ効率よく排出される。
　以上説明した電池パックによれば、電子基板４０の冷却と、筐体からのガス放出とを、電子基板４０自体によって、共に実現することができる。さらに、冷却用空気の流路と、筐体からのガス排出のための流路を共通化することが可能となり、電池パックの高密度実装、部品数の低減による低コスト化が可能となる。
　図７は、送風機８３を冷却空気９２の流入側に配置し、冷却空気９２を電子基板４０のフィン４３に押し込む形態について示したが、送風機８３を冷却空気９２の排出側に配置し、冷却空気９２をフィン４３から吸い出す形態であってもよい。
　電子基板４０は、図８に示すように、筐体７０の側面側の開口部に対して設けられたものでもよい。基板部４１は、金属製だけでなく、樹脂製であってもよい。図９に示すように、樹脂製基板４１の筐体外に臨む面に、金属製のフィンベース板８１に複数のフィン４３が備わった、一般的なヒートシンクを取り付ければよい。
　また、電子基板４０を、図１０および図１１に示すように、電子基板４０を筐体７０の底部７１に移動不能に固着させてもよい。図１０は、電子基板４０を、筐体７０の外側から固定させる場合であり、図１１は、電子基板４０を、筐体７０の内側から固定させる場合である。
　また、図１２に示すように、電子基板４０が実装される前に、電子基板４０の代わりに簡易板８２を開口部７３に適用して、簡易板８２を開口部を開閉する安全弁として利用してもよい。
　以上説明したように、開口部を利用して、基板に実装されている電子部品等を筐体内に臨ませることができ、同時に、基板の背面を筐体外に臨ませることができる。したがって、冷却風を電子基板の背面側に誘導するなどすれば、複雑な構成をに依らずに、電子基板の冷却が可能になる。
　なお、本発明は、既述の実施形態に限定されるべきではないし、本発明の範囲に含まれるかぎり、当業者による変更および修正を妨げるものではない。例えば、電池パック１００の異常時に、筐体７０内のガスを放出させる形態を、電池パック１００内に圧力センサを設け、筐体７０内の圧力がある所定値よりも大きくなった場合に、ソレノイドアクチュエータによって、電子基板４０を筐体７０の外側に移動させて、電池パック１００の密閉状態を解放する機構に変更してもよい。
10 電池セル積層体、11 電池セル、12 電池セル幅広面、13 電池セル幅狭面（缶底面）、14 電池セル幅狭面（缶側面）、15 電池セル幅狭面、16 電極端子、17 電池セル缶、21 エンドプレート、30 冷却部、31 フィンベース板、32 フィン、33 ダクト（流路）、40 電子基板、41 基板部、42 電子部品、43 フィン、44 絶縁層、45 回路パターン、46 バスバー、47 端子、48 端子、49 バスバー、50 固定部、51 締結部材（おねじ）、52 締結部材（めねじ）、53 バネ、54 ガスケット、55 ねじ部、56 隙間、60 制御装置、70 筐体、71 筐体底部、72 筐体蓋部、73 筐体開口部、81 フィンベース板、82 板、83 送風機、84,85,86 ダクト（流路）、91 ガス、92 冷却空気、93 排気、100 二次電池パック
 

Claims (6)

  1. 　筐体と、
    　複数の二次電池セルの集合体と、
    　前記集合体のための電子基板と、
    　を備え、
    　前記筐体内は密閉され、
    　前記集合体と前記電子基板とは前記筐体内に配置され、
    　前記筐体は開口を備え、
    　前記筐体内の密閉を維持しながら、前記電子基板が前記開口を覆うように、当該筐体に取り付けられ、
    　前記電子基板の背面が前記筐体外に臨んでいる、
    　二次電池パック。
  2. 　前記電子基板の背面側に複数の放熱用伝熱体が形成されている、
    　請求項１記載の二次電池パック。
  3. 　前記複数の放熱用伝熱体に向けて冷却風を送出する流路を備える、
    　請求項２記載の二次電池パック。
  4. 　前記筐体内の内圧が所定以上になると、前記筐体に前記開口を覆うように取り付けられた前記電子回路基板を前記筐体から離間させるアクチュエータを備える、
    　請求項１記載の二次電池パック。
  5. 　前記アクチュエータは、
    　前記電子基板を前記開口部に位置決めする固定部に設けられた弾性体を備え、
    　当該弾性体は、前記筐体内が所定圧以下では、前記電子基板を前記筐体に押接させて前記開口が当該電子基板によって塞がれるようにし、
    　前記筐体内が所定圧を越えると、前記電子基板は前記弾性体に抗して、前記筐体から離間するように押圧され、前記電子基板と前記筐体との間に、前記開口に繋がるパスが形成され、当該パスを介して前記筐体内の発生ガスが当該筐体外に排出されるようにした、
    　請求項４記載の二次電池パック。
  6. 　前記アクチュエータは、前記電子基板と前記筐体との間に、前記開口に繋がるパスを形成され、当該パスを介して前記筐体内で発生したガスが当該筐体外に排出されるようにし、
    　前記二次電池パックは、前記筐体外に排出される前記ガスに向けて、冷却風を送出する流路を備え、
    　当該ガスが前記冷却風に誘導されて系外に排出される、
    　請求項４記載の二次電池パック。
     
PCT/JP2020/022171 2019-06-07 2020-06-04 二次電池パック WO2020246554A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021524905A JPWO2020246554A1 (ja) 2019-06-07 2020-06-04
JP2023120323A JP2023139182A (ja) 2019-06-07 2023-07-24 二次電池パック

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-107481 2019-06-07
JP2019107481 2019-06-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020246554A1 true WO2020246554A1 (ja) 2020-12-10

Family

ID=73653306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/022171 WO2020246554A1 (ja) 2019-06-07 2020-06-04 二次電池パック

Country Status (2)

Country Link
JP (2) JPWO2020246554A1 (ja)
WO (1) WO2020246554A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113937414A (zh) * 2021-10-14 2022-01-14 广东振曦精密部件有限公司 一种新能源汽车电池模组散热器
WO2024029008A1 (ja) * 2022-08-03 2024-02-08 日立Astemo株式会社 電子制御装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0654201U (ja) * 1992-12-25 1994-07-22 三洋電機株式会社 密閉型電池及びこの電池を備えた電池装置
JP2007012486A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置
JP2008251262A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Sanyo Electric Co Ltd パック電池
JP2013089562A (ja) * 2011-10-21 2013-05-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 溶融塩電池
JP2015088380A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 日立マクセル株式会社 電池パック
JP2015130301A (ja) * 2014-01-08 2015-07-16 株式会社デンソー 電池冷却装置
WO2016114166A1 (ja) * 2015-01-15 2016-07-21 株式会社オートネットワーク技術研究所 バッテリー
JP2019129077A (ja) * 2018-01-25 2019-08-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 二次電池モジュール

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0654201U (ja) * 1992-12-25 1994-07-22 三洋電機株式会社 密閉型電池及びこの電池を備えた電池装置
JP2007012486A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置
JP2008251262A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Sanyo Electric Co Ltd パック電池
JP2013089562A (ja) * 2011-10-21 2013-05-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 溶融塩電池
JP2015088380A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 日立マクセル株式会社 電池パック
JP2015130301A (ja) * 2014-01-08 2015-07-16 株式会社デンソー 電池冷却装置
WO2016114166A1 (ja) * 2015-01-15 2016-07-21 株式会社オートネットワーク技術研究所 バッテリー
JP2019129077A (ja) * 2018-01-25 2019-08-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 二次電池モジュール

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113937414A (zh) * 2021-10-14 2022-01-14 广东振曦精密部件有限公司 一种新能源汽车电池模组散热器
WO2024029008A1 (ja) * 2022-08-03 2024-02-08 日立Astemo株式会社 電子制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023139182A (ja) 2023-10-03
JPWO2020246554A1 (ja) 2020-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11424497B2 (en) Battery module and battery pack including the same
JP2023139182A (ja) 二次電池パック
JP6255151B2 (ja) バッテリパック
JP5300416B2 (ja) バッテリシステム
JP5161533B2 (ja) バッテリモジュール及びバッテリパック
CN111201664A (zh) 电动车辆电池组的温度控制装置
US20060214641A1 (en) Rechargeable battery module
JP2009054403A (ja) 組電池装置
JP2014523079A (ja) 再充電可能電気バッテリ
KR20190026237A (ko) 냉각수 직접 접촉 냉각 방식의 배터리 팩
CN109643833B (zh) 电池模块
JP7074486B2 (ja) 二次電池モジュール
CN110010927B (zh) 燃料电池系统
WO2023274311A1 (zh) 一种电池包及用电设备
JP2018063913A (ja) 電池ユニット
JP4587486B2 (ja) 電気接続箱
JP6291847B2 (ja) 電池冷却装置
JP2023527334A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
CN219419388U (zh) 电池单体、电池及用电装置
JP2018063914A (ja) 電池ユニット
WO2020144985A1 (ja) 電池パック
JP2015011848A (ja) 車両用のバッテリ
CN220895678U (zh) 壳体组件和储能电源
JP2017073352A (ja) 電池保持構造
WO2023162880A1 (ja) バッテリー遮断ユニット

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: 20818862

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021524905

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: 20818862

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1