WO2021106996A1 - Battery pack and method for manufacturing same - Google Patents
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Abstract
The present invention provides a battery pack having a new means for preventing the occurrence of a ground fault when an electric conductor such as a bus bar electrically connecting a plurality of battery modules is detached. In a battery pack provided with a battery case including an electrically conductive material, a plurality of battery modules 4 disposed in the battery case, an electric conductor 7 electrically connecting the plurality of battery modules, and an electric insulation layer 8 disposed between the electrically conductive material and the electric conductor 7, the electric insulation layer 8 is composed of a plurality of particles.
Description
本発明は、バッテリパックとその製造方法に関する。より詳細には、複数の単位セルからなるバッテリモジュールを複数備えたバッテリパックとその製造方法に関し、各バッテリモジュールを電気的に接続する導電体が外れた際に、地絡が生じるのを防止したバッテリパック及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a battery pack and a method for manufacturing the battery pack. More specifically, the present invention relates to a battery pack including a plurality of battery modules composed of a plurality of unit cells and a method for manufacturing the same, and prevents a ground fault from occurring when the conductor electrically connecting each battery module is disconnected. Regarding battery packs and their manufacturing methods.
自動車などのモーター駆動用の電源では、大電流での充放電を繰り返すため、複数の単位セル（電池）を直列及び／又は並列に接続してバッテリモジュールを形成し、さらに複数のバッテリモジュールを直列及び／又は並列に接続して組み合わせて、所望の電圧や容量を満たしている。複数のバッテリモジュールは、それらを接続するバスバーなどの導電体、バッテリマネジメントユニット、ジャンクションボックスなどと共にケース内に収容され、バッテリパックが形成される。このようなバッテリパックの例が、例えば、特許文献１及び２に記載されている。
In a power supply for driving a motor of an automobile or the like, in order to repeatedly charge and discharge with a large current, a plurality of unit cells (batteries) are connected in series and / or in parallel to form a battery module, and a plurality of battery modules are further connected in series. And / or connected in parallel and combined to meet the desired voltage and capacitance. A plurality of battery modules are housed in a case together with a conductor such as a bus bar connecting them, a battery management unit, a junction box, and the like, and a battery pack is formed. Examples of such battery packs are described, for example, in Patent Documents 1 and 2.
バッテリパックに外部から強い衝撃が与えられた場合、複数のバッテリモジュールを接続するバスバーなどの導電体が外れて、バッテリケースに接触する可能性がある。この際、バッテリケースが、金属などの導電性材料で形成されていると、バスバーがケースに接触することで、地絡が発生する。地絡の発生を防止するためには、例えば、バッテリケースの全体を非導電性材料で形成する、あるいは、導電性材料で形成したバッテリケースの内壁を非導電性の樹脂で被覆するなどの対策が考えられるが、バッテリケースを形成することができるような強度が高い非導電性材料は、金属などの導電性材料に比べて一般的に高価である。また、バッテリケースの内壁は、内部に収容する電子機器や冷却用の設計、また、バッテリパックを使用する自動車などの外部の設計に合わせるために一般的に複雑な表面形状をしており、内壁を樹脂で完全に被覆するには、手間やコストがかかる。複数のバッテリモジュールを接続する導電体が外れた際に地絡の発生を防止できる低コストな新しい手段が求められている。
If a strong impact is applied to the battery pack from the outside, the conductor such as the bus bar that connects multiple battery modules may come off and come into contact with the battery case. At this time, if the battery case is made of a conductive material such as metal, the bus bar comes into contact with the case, causing a ground fault. In order to prevent the occurrence of ground faults, for example, the entire battery case is made of a non-conductive material, or the inner wall of the battery case made of a conductive material is covered with a non-conductive resin. However, a non-conductive material having high strength capable of forming a battery case is generally more expensive than a conductive material such as metal. In addition, the inner wall of the battery case generally has a complex surface shape to match the internal design of electronic devices and cooling, as well as the external design of automobiles that use battery packs. It takes time and cost to completely cover the battery with resin. There is a need for a new low-cost means that can prevent the occurrence of ground faults when the conductor that connects multiple battery modules comes off.
特許文献３には、複数個の高温単電池を収納した電池収納容器内に電池構成要素と反応せず、かつ電気絶縁性の粒状あるいは繊維状の充填材を充填した高温電池装置が記載されている。
Patent Document 3 describes a high-temperature battery device in which a battery storage container containing a plurality of high-temperature cells is filled with an electrically insulating granular or fibrous filler that does not react with battery components. There is.
特許文献３に記載の高温電池装置は、ナトリウム－硫黄電池やナトリウム－塩化鉄電池などの固体電解質や溶融塩電解質を用いた高温下で作動する電池（セル）を複数個集合させてなる高温電池装置であり、この複数の単位セル間に電気絶縁性の粒状又は繊維状の充填材を配置する。特許文献３に記載の装置は、複数の単位セルからなる装置であって、複数のバッテリモジュール（各バッテリモジュールが複数の単位セルからなる）を有する装置ではない。特許文献３には、複数のバッテリモジュールを電気的に接続するバスバーなどの導電体が外れた際の地絡の発生を防止するための手段は記載されていない。
The high-temperature battery device described in Patent Document 3 is a high-temperature battery in which a plurality of batteries (cells) operating at a high temperature using a solid electrolyte such as a sodium-sulfur battery or a sodium-iron chloride battery or a molten salt electrolyte are assembled. It is an apparatus, and an electrically insulating granular or fibrous filler is arranged between the plurality of unit cells. The device described in Patent Document 3 is a device composed of a plurality of unit cells, and is not a device having a plurality of battery modules (each battery module is composed of a plurality of unit cells). Patent Document 3 does not describe a means for preventing the occurrence of a ground fault when a conductor such as a bus bar that electrically connects a plurality of battery modules comes off.
本発明は、バッテリパックにおいて、複数のバッテリモジュールを電気的に接続するバスバーなどの導電体が外れた際の地絡の発生を防止するための新しい手段を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a new means for preventing the occurrence of a ground fault when a conductor such as a bus bar that electrically connects a plurality of battery modules is detached in a battery pack.
本発明者らは、バッテリパックにおいて、複数のバッテリモジュールを電気的に接続するバスバーなどの導電体が外れた際の地絡を防止する手段として、非導電性の複数の粒子を地絡が発生し得る箇所に予め充填して電気絶縁層を形成させることにより、金属などの導電性材料で形成されたバッテリケースを用いた場合でも、安価で簡便に地絡の発生を防止し得ることと見出した。本発明は、これらに限定されないが、以下の通りである。
［１］少なくとも一部が導電性材料から形成されているバッテリケースと、
前記バッテリケース内に配置された複数のバッテリモジュールと、
前記複数のバッテリモジュールを電気的に接続する導電体と、
前記導電性材料と前記導電体との間に配置されている電気絶縁層と、
を備えたバッテリパックであって、
前記電気絶縁層は、複数の粒子から構成されている、バッテリパック。
［２］前記複数の粒子の少なくとも一部は、中空状の構造を有する、［１］に記載のバッテリパック。
［３］前記電気絶縁層が、前記バッテリケース内の底面の少なくとも一部に配置されている、［１］又は［２］に記載のバッテリパック。
［４］前記電気絶縁層が、前記バッテリケース内の側壁と前記複数のバッテリモジュールとの間の少なくとも一部に配置されている、［１］～［３］のいずれか１項に記載のバッテリパック。
［５］前記バッテリケースは、上部ケースと下部ケースで構成され、
前記下部ケースは、導電性材料で形成されている、［１］～［４］のいずれか１項に記載のバッテリパック。
［６］前記バッテリケースは、上部ケースと下部ケースで構成され、
前記上部ケースは、前記電気絶縁層を構成する複数の粒子を前記バッテリケース内に注入可能な開口部を有し、
前記開口部は閉塞可能である、［１］～［５］のいずれか1項に記載のバッテリパック。
［７］前記バッテリケースの下部ケース内に、前記複数のバッテリモジュールを配置する工程１、
前記複数のバッテリモジュールを、前記導電体で電気的に接続する工程２、
前記電気絶縁層を構成する複数の粒子を、前記導電性材料と前記導電体との間に充填する工程３、及び
前記バッテリケースの上部ケースを、前記複数のバッテリモジュールが配置された前記下部ケースに取り付けて、前記バッテリケースを形成する工程４
を含む、［１］～［６］のいずれか１項に記載のバッテリパックを製造する方法。
［８］前記工程１の前に、前記下部ケース内の底面の少なくとも一部に、前記電気絶縁層を構成する複数の粒子を配置する工程５をさらに含み、前記工程１が、下部ケース内の底面の少なくとも一部に形成された電気絶縁層の上に前記複数のバッテリモジュールを配置することを含む、［７］に記載の方法。
［９］前記下部ケース内に、前記複数のバッテリモジュールを配置する工程１、
前記複数のバッテリモジュールを、前記導電体で電気的に接続する工程２、
前記上部ケースを、前記複数のバッテリモジュールが配置された前記下部ケースに取り付けて、前記バッテリケースを形成する工程５、
前記電気絶縁層を構成する複数の粒子を、前記開口部を通じて、前記導電性材料と前記導電体との間に充填する工程６、
を含む、［６］に記載のバッテリパックを製造する方法。 In a battery pack, the present inventors generate a ground fault in a plurality of non-conductive particles as a means for preventing a ground fault when a conductor such as a bus bar that electrically connects a plurality of battery modules comes off. It has been found that by pre-filling possible locations to form an electrically insulating layer, it is possible to prevent the occurrence of ground faults inexpensively and easily even when a battery case made of a conductive material such as metal is used. It was. The present invention is not limited to these, but is as follows.
[1] A battery case in which at least a part is made of a conductive material, and
A plurality of battery modules arranged in the battery case and
A conductor that electrically connects the plurality of battery modules and
An electrically insulating layer arranged between the conductive material and the conductor,
It is a battery pack equipped with
The electrically insulating layer is a battery pack composed of a plurality of particles.
[2] The battery pack according to [1], wherein at least a part of the plurality of particles has a hollow structure.
[3] The battery pack according to [1] or [2], wherein the electrically insulating layer is arranged on at least a part of a bottom surface in the battery case.
[4] The battery according to any one of [1] to [3], wherein the electrically insulating layer is arranged at least in a part between a side wall in the battery case and the plurality of battery modules. pack.
[5] The battery case is composed of an upper case and a lower case.
The battery pack according to any one of [1] to [4], wherein the lower case is made of a conductive material.
[6] The battery case is composed of an upper case and a lower case.
The upper case has an opening capable of injecting a plurality of particles constituting the electrically insulating layer into the battery case.
The battery pack according to any one of [1] to [5], wherein the opening can be closed.
[7]Step 1 of arranging the plurality of battery modules in the lower case of the battery case 1.
Step 2 of electrically connecting the plurality of battery modules with the conductor.
Thestep 3 of filling the plurality of particles constituting the electrically insulating layer between the conductive material and the conductor, and the upper case of the battery case are the lower case in which the plurality of battery modules are arranged. Step 4 to form the battery case by attaching to
The method for manufacturing a battery pack according to any one of [1] to [6], which comprises.
[8] Prior to thestep 1, a step 5 of arranging a plurality of particles constituting the electrically insulating layer is further included in at least a part of the bottom surface in the lower case, and the step 1 is in the lower case. The method according to [7], which comprises arranging the plurality of battery modules on an electrically insulating layer formed on at least a part of a bottom surface.
[9]Step 1 of arranging the plurality of battery modules in the lower case 1.
Step 2 of electrically connecting the plurality of battery modules with the conductor.
Step 5, in which the upper case is attached to the lower case in which the plurality of battery modules are arranged to form the battery case.
Step 6, in which a plurality of particles constituting the electrically insulating layer are filled between the conductive material and the conductor through the opening.
The method for manufacturing a battery pack according to [6].
［１］少なくとも一部が導電性材料から形成されているバッテリケースと、
前記バッテリケース内に配置された複数のバッテリモジュールと、
前記複数のバッテリモジュールを電気的に接続する導電体と、
前記導電性材料と前記導電体との間に配置されている電気絶縁層と、
を備えたバッテリパックであって、
前記電気絶縁層は、複数の粒子から構成されている、バッテリパック。
［２］前記複数の粒子の少なくとも一部は、中空状の構造を有する、［１］に記載のバッテリパック。
［３］前記電気絶縁層が、前記バッテリケース内の底面の少なくとも一部に配置されている、［１］又は［２］に記載のバッテリパック。
［４］前記電気絶縁層が、前記バッテリケース内の側壁と前記複数のバッテリモジュールとの間の少なくとも一部に配置されている、［１］～［３］のいずれか１項に記載のバッテリパック。
［５］前記バッテリケースは、上部ケースと下部ケースで構成され、
前記下部ケースは、導電性材料で形成されている、［１］～［４］のいずれか１項に記載のバッテリパック。
［６］前記バッテリケースは、上部ケースと下部ケースで構成され、
前記上部ケースは、前記電気絶縁層を構成する複数の粒子を前記バッテリケース内に注入可能な開口部を有し、
前記開口部は閉塞可能である、［１］～［５］のいずれか1項に記載のバッテリパック。
［７］前記バッテリケースの下部ケース内に、前記複数のバッテリモジュールを配置する工程１、
前記複数のバッテリモジュールを、前記導電体で電気的に接続する工程２、
前記電気絶縁層を構成する複数の粒子を、前記導電性材料と前記導電体との間に充填する工程３、及び
前記バッテリケースの上部ケースを、前記複数のバッテリモジュールが配置された前記下部ケースに取り付けて、前記バッテリケースを形成する工程４
を含む、［１］～［６］のいずれか１項に記載のバッテリパックを製造する方法。
［８］前記工程１の前に、前記下部ケース内の底面の少なくとも一部に、前記電気絶縁層を構成する複数の粒子を配置する工程５をさらに含み、前記工程１が、下部ケース内の底面の少なくとも一部に形成された電気絶縁層の上に前記複数のバッテリモジュールを配置することを含む、［７］に記載の方法。
［９］前記下部ケース内に、前記複数のバッテリモジュールを配置する工程１、
前記複数のバッテリモジュールを、前記導電体で電気的に接続する工程２、
前記上部ケースを、前記複数のバッテリモジュールが配置された前記下部ケースに取り付けて、前記バッテリケースを形成する工程５、
前記電気絶縁層を構成する複数の粒子を、前記開口部を通じて、前記導電性材料と前記導電体との間に充填する工程６、
を含む、［６］に記載のバッテリパックを製造する方法。 In a battery pack, the present inventors generate a ground fault in a plurality of non-conductive particles as a means for preventing a ground fault when a conductor such as a bus bar that electrically connects a plurality of battery modules comes off. It has been found that by pre-filling possible locations to form an electrically insulating layer, it is possible to prevent the occurrence of ground faults inexpensively and easily even when a battery case made of a conductive material such as metal is used. It was. The present invention is not limited to these, but is as follows.
[1] A battery case in which at least a part is made of a conductive material, and
A plurality of battery modules arranged in the battery case and
A conductor that electrically connects the plurality of battery modules and
An electrically insulating layer arranged between the conductive material and the conductor,
It is a battery pack equipped with
The electrically insulating layer is a battery pack composed of a plurality of particles.
[2] The battery pack according to [1], wherein at least a part of the plurality of particles has a hollow structure.
[3] The battery pack according to [1] or [2], wherein the electrically insulating layer is arranged on at least a part of a bottom surface in the battery case.
[4] The battery according to any one of [1] to [3], wherein the electrically insulating layer is arranged at least in a part between a side wall in the battery case and the plurality of battery modules. pack.
[5] The battery case is composed of an upper case and a lower case.
The battery pack according to any one of [1] to [4], wherein the lower case is made of a conductive material.
[6] The battery case is composed of an upper case and a lower case.
The upper case has an opening capable of injecting a plurality of particles constituting the electrically insulating layer into the battery case.
The battery pack according to any one of [1] to [5], wherein the opening can be closed.
[7]
The
The method for manufacturing a battery pack according to any one of [1] to [6], which comprises.
[8] Prior to the
[9]
The method for manufacturing a battery pack according to [6].
本発明では、地絡が発生し得るバッテリケースを構成する導電性材料とバスバーなどの導電体との間に、非導電性の複数の粒子で構成される電気絶縁層を形成する。電気絶縁層を複数の粒子で構成することにより、バッテリケースの様々な設計へ柔軟に対応でき、また、低コストで、地絡の発生が防止されたバッテリパックを製造することができる。電気絶縁層を構成する複数の粒子は、バッテリケース内の所定の箇所に注ぎ入れるなどの簡便な手順で充填することができ、様々な設計のバッテリケースやバッテリパックに対応可能である。また、電気絶縁層を構成する複数の粒子は、バッテリパックの廃棄の際には、掃除機等で吸引するなどの簡便な手段で取り除くことができる。
In the present invention, an electrically insulating layer composed of a plurality of non-conductive particles is formed between a conductive material constituting a battery case in which a ground fault may occur and a conductor such as a bus bar. By forming the electrically insulating layer with a plurality of particles, it is possible to flexibly support various designs of the battery case, and it is possible to manufacture a battery pack at low cost and in which the occurrence of ground faults is prevented. The plurality of particles constituting the electrically insulating layer can be filled by a simple procedure such as pouring into a predetermined place in the battery case, and can be applied to battery cases and battery packs of various designs. Further, when the battery pack is disposed of, the plurality of particles constituting the electrically insulating layer can be removed by a simple means such as suction with a vacuum cleaner or the like.
電気絶縁層を構成する複数の粒子の少なくとも一部を中空状の構造を有する粒子とした場合、粒子の充填によるバッテリパックの重量の増加を抑えることができる。
複数の粒子で構成される電気絶縁層は、バスバーなどの導電体が外れた際に、バッテリケース内で地絡が生じ得る箇所に配置される。例えば、下部ケースが導電性材料で形成される場合、下部ケース内の底面の上に電気絶縁層が配置される。また、バッテリケースの下部ケースまたは上部ケースが導電性材料で形成され、バスバーなどの導電体がバッテリモジュールから外れた際にバッテリケースの側壁の導電性材料と接触する可能性がある場合、バッテリケースの側壁とバッテリモジュールとの間に電気絶縁層が配置される。 When at least a part of the plurality of particles constituting the electrically insulating layer is a particle having a hollow structure, it is possible to suppress an increase in the weight of the battery pack due to the filling of the particles.
The electrically insulating layer composed of a plurality of particles is arranged in a place where a ground fault may occur in the battery case when a conductor such as a bus bar is removed. For example, if the lower case is made of a conductive material, an electrically insulating layer is placed on the bottom surface in the lower case. Also, if the lower or upper case of the battery case is made of a conductive material and a conductor such as a busbar may come into contact with the conductive material on the side wall of the battery case when it comes off the battery module, the battery case An electrically insulating layer is arranged between the side wall of the battery module and the battery module.
複数の粒子で構成される電気絶縁層は、バスバーなどの導電体が外れた際に、バッテリケース内で地絡が生じ得る箇所に配置される。例えば、下部ケースが導電性材料で形成される場合、下部ケース内の底面の上に電気絶縁層が配置される。また、バッテリケースの下部ケースまたは上部ケースが導電性材料で形成され、バスバーなどの導電体がバッテリモジュールから外れた際にバッテリケースの側壁の導電性材料と接触する可能性がある場合、バッテリケースの側壁とバッテリモジュールとの間に電気絶縁層が配置される。 When at least a part of the plurality of particles constituting the electrically insulating layer is a particle having a hollow structure, it is possible to suppress an increase in the weight of the battery pack due to the filling of the particles.
The electrically insulating layer composed of a plurality of particles is arranged in a place where a ground fault may occur in the battery case when a conductor such as a bus bar is removed. For example, if the lower case is made of a conductive material, an electrically insulating layer is placed on the bottom surface in the lower case. Also, if the lower or upper case of the battery case is made of a conductive material and a conductor such as a busbar may come into contact with the conductive material on the side wall of the battery case when it comes off the battery module, the battery case An electrically insulating layer is arranged between the side wall of the battery module and the battery module.
本発明では簡便な手順で電気絶縁層を形成することができ、特に強度が必要とされるバッテリケースの下部ケースを、より安価な金属などの導電性材料で形成しながら、地絡の発生を防止することができる。
In the present invention, the electrically insulating layer can be formed by a simple procedure, and the lower case of the battery case, which requires particularly high strength, is formed of a cheaper conductive material such as metal to prevent the occurrence of ground faults. Can be prevented.
バッテリパックの上部ケースに、電気絶縁層を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入可能な開口部を設けた場合、バッテリパックを組み立ててから（すなわち、下部ケースにバッテリモジュールを配置し、下部ケースに上部ケースを取り付けてから）、上部ケースの前記開口部を通じて電気絶縁層を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入することが可能となる。これは、特に下部ケースの側壁の高さが、配置したバッテリモジュールの高さよりも低く、上部ケースがない状態で粒子を充填しようとすると粒子がケース外にこぼれ出る可能性がある場合に都合がよい。開口部は、粒子を注入した後に閉塞することが好ましい。電気絶縁層を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入した後に開口部を閉塞することにより、粒子がバッテリパックからこぼれ出るのを防止することができる。
If the upper case of the battery pack is provided with an opening in which multiple particles constituting the electrically insulating layer can be injected into the battery case, the battery pack is assembled (that is, the battery module is placed in the lower case and the lower part is provided. After attaching the upper case to the case), it is possible to inject a plurality of particles constituting the electrically insulating layer into the battery case through the opening of the upper case. This is especially useful if the height of the side walls of the lower case is lower than the height of the placed battery module and particles can spill out of the case if you try to fill them without the upper case. Good. The openings are preferably closed after the particles have been injected. By injecting a plurality of particles constituting the electrically insulating layer into the battery case and then closing the opening, it is possible to prevent the particles from spilling out of the battery pack.
バッテリパックは、下部ケース内に複数のバッテリモジュールを配置し、複数のバッテリモジュールを導電体で電気的に接続し、バッテリケースの導電性材料と導電体との間に複数の粒子で構成される電気絶縁層を形成した後に、下部ケースに上部ケースを取り付けることにより、製造することができる。
A battery pack has a plurality of battery modules arranged in a lower case, a plurality of battery modules are electrically connected by a conductor, and is composed of a plurality of particles between the conductive material of the battery case and the conductor. It can be manufactured by attaching the upper case to the lower case after forming the electrically insulating layer.
この際、下部ケース内にバッテリモジュールを配置する前に、下部ケース内の底面の一部に電気絶縁層を構成する複数の粒子を配置し、下部ケース内の底面の一部に電気絶縁層を形成してもよい。また、形成した電気絶縁層の上にバッテリモジュールを配置してもよい。
At this time, before arranging the battery module in the lower case, a plurality of particles constituting the electrically insulating layer are arranged on a part of the bottom surface in the lower case, and the electrically insulating layer is placed on a part of the bottom surface in the lower case. It may be formed. Further, the battery module may be arranged on the formed electrically insulating layer.
あるいは、バッテリパックは、下部ケース内にバッテリモジュールを配置し、上部ケースを取り付けてバッテリケースを形成した後に、上部ケースに設けられた前記開口部を通じて、電気絶縁層を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入することにより製造することもできる。この方法は、下部ケースの側壁の高さが、配置したバッテリモジュールの高さよりも低く、上部ケースがない状態で電気絶縁層を構成する複数の粒子を充填しようとすると粒子がケース外にこぼれ出るおそれがある場合に、特に都合のよい方法である。
Alternatively, the battery pack arranges the battery module in the lower case, attaches the upper case to form the battery case, and then batteries a plurality of particles constituting the electrically insulating layer through the opening provided in the upper case. It can also be manufactured by injecting it into a case. In this method, the height of the side wall of the lower case is lower than the height of the arranged battery module, and the particles spill out of the case when trying to fill the plurality of particles constituting the electrically insulating layer without the upper case. This is a particularly convenient method when there is a risk.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るバッテリパックについて説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定するものではない。以下では、バッテリパックとして、電気自動車（ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカーを含む）に搭載するためのリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池を用いたバッテリパックを例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されない。例えば、電池は、リチウム金属電池、ニッケル水素電池、ニッカド電池、鉛電池であってもよいし、電気自動車以外の用途に使用するバッテリパックに、本発明を適用しても良い。
Hereinafter, the battery pack according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that all of the embodiments described below show a specific example of the present invention. Numerical values, shapes, materials, components, positions of components, connection modes, and the like shown in the following embodiments are examples, and do not limit the present invention. In the following, as the battery pack, a battery pack using a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery for mounting on an electric vehicle (including a hybrid car and a plug-in hybrid car) will be described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the battery may be a lithium metal battery, a nickel hydrogen battery, a nickel-cadmium battery, a lead battery, or the present invention may be applied to a battery pack used for applications other than electric vehicles.
図１は、本発明の一態様である車載用バッテリパックにおけるバッテリケース内のバッテリモジュール及びその他の部材の配置を示す概略上面図である。図１の配置は、一例であり、本発明のバッテリパックにおけるバッテリケース内の各部材の配置は図１の態様に限定されない。
FIG. 1 is a schematic top view showing the arrangement of a battery module and other members in a battery case in an in-vehicle battery pack according to an aspect of the present invention. The arrangement of FIG. 1 is an example, and the arrangement of each member in the battery case in the battery pack of the present invention is not limited to the aspect of FIG.
図１において、バッテリケースを構成する下部ケース１内に複数のバッテリモジュール４が配置されている。複数のバッテリモジュール４のそれぞれは、並列又は直列に接続された複数の単位セル（電池）からなる（セルは図示していない）。各バッテリモジュール４に含まれるセルの数は、特に限定されない。１つのバッテリモジュールに含まれるセルの数が少ないと、１モジュール当たりのエネルギー密度が低くなり、また、セルの数が多すぎると、重くなりすぎてハンドリングが困難になる懸念があるため、例えば、各バッテリモジュール４に含まれるセルの数は、４～５０個程度が好適である。本発明において、バッテリモジュール４を構成するセルは典型的には、リチウムイオン二次電池である。しかし、それ以外の断熱が必要となる電池、例えば、ニッケル水素電池、鉛電池、ニッカド電池、リチウム金属電池等にも本発明は適用可能である。
In FIG. 1, a plurality of battery modules 4 are arranged in the lower case 1 constituting the battery case. Each of the plurality of battery modules 4 is composed of a plurality of unit cells (batteries) connected in parallel or in series (cells are not shown). The number of cells included in each battery module 4 is not particularly limited. If the number of cells contained in one battery module is small, the energy density per module is low, and if the number of cells is too large, it may become too heavy and difficult to handle. Therefore, for example, The number of cells included in each battery module 4 is preferably about 4 to 50. In the present invention, the cell constituting the battery module 4 is typically a lithium ion secondary battery. However, the present invention is also applicable to other batteries that require heat insulation, such as nickel-metal hydride batteries, lead batteries, nickel-cadmium batteries, and lithium metal batteries.
バッテリケースは、図２～図４に示されるように、下部ケース１と上部ケース１０からなり、下部ケース１内にバッテリモジュール４等の必要な部材を配置した後、上部ケース１０を下部ケース１に取り付けることにより形成される。本発明において、下部ケース１と上部ケース１０とのいずれか一方は、導電性材料で形成される。導電性材料の例としては、例えば、鉄、アルミニウム、チタン、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、タングステン、マグネシウムなどの金属やそれらの１種以上の合金が挙げられる。好ましくは、少なくとも下部ケースが、導電性材料で形成される。この場合、上部ケースは、導電性材料で形成されていてもよいし、非導電性材料で形成されていてもよい。非導電性材料としては、例えばこれらに限定されないが、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂、アラミド繊維強化樹脂、クォーツ繊維強化樹脂などの繊維強化樹脂などの樹脂が挙げられる。下部ケース１と上部ケース１０とはそれぞれ同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。
As shown in FIGS. 2 to 4, the battery case is composed of a lower case 1 and an upper case 10, and after arranging necessary members such as a battery module 4 in the lower case 1, the upper case 10 is placed in the lower case 1. It is formed by attaching to. In the present invention, either the lower case 1 or the upper case 10 is formed of a conductive material. Examples of conductive materials include metals such as iron, aluminum, titanium, nickel, cobalt, manganese, chromium, tungsten and magnesium, and one or more alloys thereof. Preferably, at least the lower case is made of a conductive material. In this case, the upper case may be made of a conductive material or a non-conductive material. Examples of the non-conductive material include, but are not limited to, resins such as glass fiber reinforced resin, carbon fiber reinforced resin, aramid fiber reinforced resin, and fiber reinforced resin such as quartz fiber reinforced resin. The lower case 1 and the upper case 10 may be made of the same material, or may be made of different materials.
複数のバッテリモジュール４は、各バッテリモジュールを電気的に接続するバスバーまたはワイヤーハーネス等の導電体７で接続されている。図１に示した導電体７の配置は一例であり、本発明における導電体７の配置はこれに限定されない。複数のバッテリモジュールは、導電体７により、直列及び／又は並列に接続される。
The plurality of battery modules 4 are connected by a conductor 7 such as a bus bar or a wire harness that electrically connects each battery module. The arrangement of the conductor 7 shown in FIG. 1 is an example, and the arrangement of the conductor 7 in the present invention is not limited to this. The plurality of battery modules are connected in series and / or in parallel by the conductor 7.
図１に例示した車載用のバッテリパック内には、バッテリモジュール４及び導電体７の他に、外部と接続するための端子２、３、バッテリマネジメントユニット５、ジャンクションボックス６、及び強電コネクタ９が組み込まれている。バッテリマネジメントユニット５は、バッテリモジュール及び／又はセルの状態を監視、管理、及び制御し、データの受信、変換、演算、及び送信をする電子機器であり、バッテリパックの安全、性能、及び／又は寿命を担保する役割を果たす。ジャンクションボックス６は、電力の分岐、中継、及び結合に用いられるユニットであって、リレー、プレチャージ回路、ヒューズ、電流センサ等を内蔵している。バッテリマネジメントユニット、ジャンクションボックス、及び強電コネクタは、通常、バッテリパックに含まれるが、これらは本発明に必須な要素ではなく、バッテリパックの用途に応じてこれらの一部が省略されることもある。
In the vehicle-mounted battery pack illustrated in FIG. 1, in addition to the battery module 4 and the conductor 7, terminals 2 and 3 for connecting to the outside, a battery management unit 5, a junction box 6, and a high-power connector 9 are included. It has been incorporated. The battery management unit 5 is an electronic device that monitors, manages, and controls the state of the battery module and / or cell, and receives, converts, calculates, and transmits data, and is a battery pack safety, performance, and / or. It plays a role in guaranteeing the life. The junction box 6 is a unit used for branching, relaying, and coupling electric power, and incorporates a relay, a precharge circuit, a fuse, a current sensor, and the like. The battery management unit, junction box, and high-power connector are usually included in the battery pack, but these are not essential elements in the present invention, and some of them may be omitted depending on the application of the battery pack. ..
少なくとも導電体７の付近と、バッテリケースの内壁との間には、以下で図２～図４に関連して詳細に説明するように、複数の粒子で構成される電気絶縁層８が配置されている。なお、図１では下部ケース１内のバッテリモジュール４やバッテリマネジメントユニット５、ジャンクションボックス６等が配置されていない露出表面の全体に電気絶縁層８が配置されている。これにより、電気絶縁層８を構成する複数の粒子の流動による電気絶縁層８の崩壊を防いでいる。
An electrical insulating layer 8 composed of a plurality of particles is arranged at least in the vicinity of the conductor 7 and between the inner wall of the battery case, as will be described in detail in relation to FIGS. 2 to 4 below. ing. In FIG. 1, the electrical insulating layer 8 is arranged on the entire exposed surface in which the battery module 4, the battery management unit 5, the junction box 6, and the like are not arranged in the lower case 1. This prevents the electrical insulating layer 8 from collapsing due to the flow of a plurality of particles constituting the electrical insulating layer 8.
図２は、図１のＡ－Ａ’矢視断面の概略図の第一の例である。上部ケース１０及び下部ケース１で形成されるバッテリケース内に、複数のバッテリモジュール４とバスバーなどの導電体７が配置されている。本発明において、少なくとも、導電体７がバッテリモジュール４から外れた際に、バッテリケースの導電性材料で形成された内壁と接触し得る箇所、すなわち地絡が発生し得る箇所に、複数の粒子で構成される電気絶縁層８が配置されている。なお、バッテリケースの内壁というときは、バッテリケースの内側の壁、すなわち、底壁の内側と側壁の内側の両方を指すものとする。図２では、導電体７とバッテリケースの下部ケース１との間に電気絶縁層８が形成されている。図２では、２つのバッテリモジュール４の間にも電気絶縁層８が形成されているが、これは電気絶縁層８を構成する複数の粒子をバッテリケース内の所定の箇所に充填させようとした結果、下部ケース１の底面のバッテリモジュール４等が配置されていない露出表面上にも粒子が充填されたものである。
FIG. 2 is the first example of a schematic view of the cross section taken along the line AA'in FIG. A plurality of battery modules 4 and conductors 7 such as a bus bar are arranged in the battery case formed by the upper case 10 and the lower case 1. In the present invention, at least when the conductor 7 is detached from the battery module 4, a plurality of particles are used at a place where the conductor 7 can come into contact with the inner wall formed of the conductive material of the battery case, that is, a place where a ground fault can occur. An electrically insulating layer 8 to be configured is arranged. The inner wall of the battery case means the inner wall of the battery case, that is, both the inside of the bottom wall and the inside of the side wall. In FIG. 2, an electrically insulating layer 8 is formed between the conductor 7 and the lower case 1 of the battery case. In FIG. 2, an electrically insulating layer 8 is also formed between the two battery modules 4, and this attempts to fill a predetermined portion of the battery case with a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8. As a result, the particles are also filled on the exposed surface on which the battery module 4 and the like on the bottom surface of the lower case 1 are not arranged.
本発明では、電気絶縁層として、複数の粒子を用いる。なお、「電気絶縁層が複数の粒子で構成される」、「複数の粒子で構成される電気絶縁層」、及び「電気絶縁層を構成する複数の粒子」とは、特に断りがない限り、複数個の粒子（粒子群）のみにより電気絶縁層が構成されていることを意図している。電気絶縁層を構成する複数の粒子は、単独の種類の粒子であってもよいし、複数種類の粒子を混合したものであってもよい。
In the present invention, a plurality of particles are used as the electrically insulating layer. Unless otherwise specified, "the electrically insulating layer is composed of a plurality of particles", "the electrically insulating layer composed of a plurality of particles", and "the plurality of particles constituting the electrically insulating layer" are used. It is intended that the electrically insulating layer is composed of only a plurality of particles (particle groups). The plurality of particles constituting the electrically insulating layer may be a single type of particles or a mixture of a plurality of types of particles.
本発明において、電気絶縁層８を構成する複数の粒子を少なくとも地絡の発生し得る箇所に充填して電気絶縁層８を形成させることにより、バスバーなどの導電体７が予期せぬ衝撃等で外れた際に地絡の発生を防止することができる。
In the present invention, by filling at least a place where a ground fault can occur with a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 to form the electrically insulating layer 8, the conductor 7 such as a bus bar is subjected to an unexpected impact or the like. It is possible to prevent the occurrence of a ground fault when it comes off.
電気絶縁層８を構成する複数の粒子は、密に充填された状態で電気絶縁層を形成することができるものである必要がある。したがって、電気絶縁層８を構成する複数の粒子を形成するための材料は、非導電性材料である必要がある。そのような材料の例としては、例えば、これらに限定されないが、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、窒化ホウ素、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、二酸化ケイ素、酸化ホウ素、酸化ナトリウム、ステアタイト、フォルステライト、ムライト、コーディエライト、イットリア、チタン酸バリウム、リン酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、ケイ酸ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛、フッ化カルシウム、カルシア、マグネシア、マセライト、マイカ、ホトベール、ソーダ石灰ホウケイ酸ガラスなどの無機材料や、ポリイミド、などの有機材料を挙げることができる。
The plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 need to be able to form the electrically insulating layer in a densely packed state. Therefore, the material for forming the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 needs to be a non-conductive material. Examples of such materials include, but are not limited to, alumina, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, zirconia, boron nitride, quartz glass, borosilicate glass, silicon dioxide, boron oxide, sodium oxide, steer. Tight, forsterite, mulite, cordierite, itria, barium titanate, tricalcium phosphate, hydroxyapatite, zirconium silicate, lead zirconate titanate, calcium fluoride, calcia, magnesia, macerite, mica, hot veil, soda Examples thereof include inorganic materials such as lime borosilicate glass and organic materials such as polyimide.
電気絶縁層８を構成する複数の粒子は、融点、軟化温度、または熱分解温度が４００℃以上の材料で形成されることが好ましい。セルの熱暴走により発生し得る高温ガスの温度は４００℃以上に達することがある。電気絶縁層８を構成する複数の粒子の融点は、この温度曝露に耐える必要がある。より好ましくは融点、軟化温度、または熱分解温度が６００℃以上であり、さらに好ましくは８００℃以上である。
The plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 are preferably formed of a material having a melting point, a softening temperature, or a thermal decomposition temperature of 400 ° C. or higher. The temperature of the hot gas that can be generated by the thermal runaway of the cell can reach 400 ° C. or higher. The melting points of the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 need to withstand this temperature exposure. More preferably, the melting point, softening temperature, or thermal decomposition temperature is 600 ° C. or higher, and even more preferably 800 ° C. or higher.
電気絶縁層８を構成する複数の粒子は、粒子径が小さすぎると、バッテリモジュール間での充填密度が上がり、重量増加を引き起こすおそれがあり、また、粒子径が大きすぎると、バッテリモジュール間に注入する際に注入経路内で詰まるなどの問題が生じ得る。したがって、電気絶縁層８を構成する複数の粒子の粒子径は、例えば、１０μｍ～５ｍｍ程度の粒子径とすることが好ましい。また、例えば、１００μｍ～５ｍｍ程度であってもよく、５００μｍ～５ｍｍ程度であってもよい。粒子径は小さいほど、バッテリモジュール間に配置した後に流動しにくくなるため、好適である。ここで「粒子径」とは、レーザー回折式粒度分布測定装置や、走査型電子顕微鏡で測定される体積基準のメディアン径をいう。
If the particle size of the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 is too small, the packing density between the battery modules may increase, which may cause an increase in weight. If the particle size is too large, the particles between the battery modules may be increased. Problems such as clogging in the injection route may occur during injection. Therefore, the particle size of the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 is preferably set to, for example, about 10 μm to 5 mm. Further, for example, it may be about 100 μm to 5 mm, or may be about 500 μm to 5 mm. The smaller the particle size, the less likely it is to flow after being placed between the battery modules, which is preferable. Here, the "particle diameter" refers to a volume-based median diameter measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device or a scanning electron microscope.
電気絶縁層を構成する複数の粒子は、アスペクト比（長径／短径）が１～２０、例えば、１～５程度であることが好ましい。アスペクト比は、走査型電子顕微鏡を用いて、２０個程度の粒子のアスペクト比の平均値を算出することにより、得ることができる。
The plurality of particles constituting the electrically insulating layer preferably have an aspect ratio (major axis / minor axis) of 1 to 20, for example, about 1 to 5. The aspect ratio can be obtained by calculating the average value of the aspect ratios of about 20 particles using a scanning electron microscope.
電気絶縁層を構成する複数の粒子における各粒子の形状は特に限定されず、例えば、球状、立方体状、直方体状などの任意の形状であってよく、また、不定形状であってもよい。また、複数の形状の粒子を混合させてもよい。
The shape of each particle in the plurality of particles constituting the electrically insulating layer is not particularly limited, and may be any shape such as a spherical shape, a cubic shape, a rectangular parallelepiped shape, or an indefinite shape. Further, particles having a plurality of shapes may be mixed.
電気絶縁層８を構成する複数の粒子の少なくとも一部は、中空状の構造を有することが好ましい。複数の粒子の少なくとも一部を中空状の構造を有する粒子とすることにより、粒子の重量を減少させ、粒子を充填したバッテリパックを軽量化することができる。複数の粒子のすべてが中空状の構造を有することが最も好ましいが、所望の性能に合わせて、複数の粒子の一部を中空状の構造の粒子としてもよい。好ましくは、体積基準で、複数の粒子の８０％以上が中空状の構造を有する粒子であり、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上、最も好ましくは１００％が中空状の構造を有する粒子である。
It is preferable that at least a part of the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 has a hollow structure. By making at least a part of the plurality of particles into particles having a hollow structure, the weight of the particles can be reduced and the weight of the battery pack filled with the particles can be reduced. It is most preferable that all of the plurality of particles have a hollow structure, but a part of the plurality of particles may be a particle having a hollow structure according to desired performance. Preferably, on a volume basis, 80% or more of the plurality of particles have a hollow structure, more preferably 90% or more, further preferably 95% or more, and most preferably 100% a hollow structure. It is a particle to have.
「電気絶縁層を配置する」または「電気絶縁層を形成する」とは、電気絶縁層を構成する複数の粒子を所定の箇所に密に充填することにより、所定の箇所で電気絶縁層を形成することを意味する。「電気絶縁層」とは、その層を介する電気の伝導が阻止されている層をいう。「層を配置する」または「層を形成する」とは、バッテリパックを通常の向きに載置した際に、密に充填された電気絶縁層８を構成する複数の粒子により安定な層が形成されていることをいう。安定な層とは、所定の箇所で電気絶縁層８を構成する複数の粒子が、他の箇所に完全に流れ出て移動することによる層の崩壊がない状態をいう。
"Arranging an electrical insulating layer" or "forming an electrical insulating layer" means forming an electrical insulating layer at a predetermined location by densely filling a plurality of particles constituting the electrical insulating layer at a predetermined location. Means to do. The "electrically insulating layer" means a layer in which the conduction of electricity through the layer is blocked. “Arranging layers” or “forming layers” means that when the battery pack is placed in the normal orientation, a stable layer is formed by a plurality of particles constituting the densely packed electrically insulating layer 8. It means that it is done. The stable layer means a state in which a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 at a predetermined location do not completely flow out to other locations and move, so that the layer does not collapse.
複数の粒子で構成される電気絶縁層８は、導電体７がバッテリモジュール４から外れた際に、導電体７の外れた方の先端が、バッテリケースの導電性材料で形成された内壁と接触し得るすべての箇所、すなわち、導電体７の外れによる地絡が発生し得るすべての箇所に形成されている必要がある。複数の粒子により必要な箇所に電気絶縁層８を形成するには、複数の粒子を所定の箇所に密に充填する必要がある。複数の粒子の密な充填による所定の箇所における電気絶縁層８を維持するために、電気絶縁層８を構成する複数の粒子は、電気絶縁層８の形成が必要な上記の箇所以外の箇所にも充填されていてもよい。バッテリケース内のバッテリモジュール４等の電子器具が占める空間以外の余剰空間における電気絶縁層８を構成する複数の粒子の占める割合は、１０％以上であることが好ましい。電気絶縁層８を構成する複数の粒子を多めに充填することにより、バッテリパックを搭載する自動車等の移動体が傾斜地にかかった場合に、バッテリパック中の粒子が移動して必要箇所の電気絶縁層が崩れることを防ぐことができる。
In the electrically insulating layer 8 composed of a plurality of particles, when the conductor 7 is detached from the battery module 4, the detached tip of the conductor 7 comes into contact with the inner wall formed of the conductive material of the battery case. It needs to be formed at all possible locations, that is, at all locations where ground faults due to the detachment of the conductor 7 can occur. In order to form the electrically insulating layer 8 at a required location by the plurality of particles, it is necessary to densely fill the predetermined location with the plurality of particles. In order to maintain the electrical insulating layer 8 at a predetermined location by densely filling the plurality of particles, the plurality of particles constituting the electrical insulating layer 8 are placed at locations other than the above-mentioned locations where the electrical insulating layer 8 needs to be formed. May also be filled. The ratio of the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 in the surplus space other than the space occupied by the electronic devices such as the battery module 4 in the battery case is preferably 10% or more. By filling a large number of particles constituting the electrically insulating layer 8, when a moving body such as an automobile equipped with the battery pack hits a slope, the particles in the battery pack move to electrically insulate the necessary parts. It is possible to prevent the layer from collapsing.
複数の粒子を密に充填して安定な電気絶縁層８を形成させるには、例えば図１に示したように、少なくともバッテリケースの下部ケース１の底面においてバッテリモジュール４やバッテリマネジメントユニット５などの各種電子器具が配置されていない露出表面の全体が、電気絶縁層８を構成する複数の粒子で覆われていることが好ましい。あるいは、バッテリモジュール４やバッテリマネジメントユニット５などの各種電子器具を配置する前に、バッテリケースの下部ケース１の底面全体に電気絶縁層８を構成する複数の粒子を充填して、下部ケース１の底面全体に電気絶縁層８を配置してもよい。
In order to form a stable electrical insulating layer 8 by densely filling a plurality of particles, for example, as shown in FIG. 1, at least on the bottom surface of the lower case 1 of the battery case, a battery module 4, a battery management unit 5, etc. It is preferable that the entire exposed surface on which various electronic devices are not arranged is covered with a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8. Alternatively, before arranging various electronic devices such as the battery module 4 and the battery management unit 5, the entire bottom surface of the lower case 1 of the battery case is filled with a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 to form the lower case 1. The electrical insulating layer 8 may be arranged on the entire bottom surface.
図２は、複数の粒子で構成される電気絶縁層８が、少なくとも下部ケース１と、導電体７を上部に有するバッテリモジュール４との間に配置されている。図２では、少なくとも下部ケース１が、導電性材料で形成されていることを意図している。図２は、電気絶縁層８の配置の一例であり、本発明をこれに限定するものではない。電気絶縁層８は、導電体７がバッテリモジュール４から外れた際に、外れた方の先端がバッテリケースの導電性材料で形成される内壁と接触し得る箇所（すなわち、導電体７の外れによる地絡が発生し得る箇所）に配置されていればよい。
In FIG. 2, an electrically insulating layer 8 composed of a plurality of particles is arranged between at least a lower case 1 and a battery module 4 having a conductor 7 at the upper part. In FIG. 2, it is intended that at least the lower case 1 is made of a conductive material. FIG. 2 is an example of the arrangement of the electrically insulating layer 8, and the present invention is not limited thereto. When the conductor 7 is detached from the battery module 4, the electrically insulating layer 8 is provided at a position where the detached tip can come into contact with the inner wall formed of the conductive material of the battery case (that is, due to the detachment of the conductor 7). It suffices if it is placed in a place where a ground fault can occur).
例えば、図３は、図２の概略図の変形例であり、導電体７がバッテリモジュール４の側面の低い位置に取り付けられている場合を示す例である。図２と同様、下部ケース１が導電性材料で形成されていることを意図している。この場合には、電気絶縁層８を構成する複数の粒子はバッテリモジュール４の上端と同じ高さにまで充填される必要はない。
For example, FIG. 3 is a modified example of the schematic view of FIG. 2, and is an example showing a case where the conductor 7 is attached to a low position on the side surface of the battery module 4. As in FIG. 2, it is intended that the lower case 1 is made of a conductive material. In this case, the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 need not be filled to the same height as the upper end of the battery module 4.
図４は、図２の概略図の別の変形例であり、導電体７が、バッテリモジュール４の中央側の側壁（バッテリケース側ではない方の側壁）に取り付けられている場合を示す例である。図２と同様、下部ケース１が導電性材料で形成されていることを意図している。この場合には、電気絶縁層８を構成する複数の粒子は、少なくとも導電体７が接続するバッテリモジュール間における下部ケースの底面上に充填されていればよい。なお、図４では、下部ケース１の底面全体に電気絶縁層８を形成した後、電気絶縁層８の上にバッテリモジュール４を載置した例を示している。しかし、これに限定されず、図２や図３と同様に、下部ケース１の底面においてバッテリモジュール４等の電子器具が配置されていない露出表面上のみに電気絶縁層８を形成してもよい。逆に、図２や図３の態様において、図４に示したように、下部ケース１の底面全体に電気絶縁層８を形成した後、電気絶縁層８の上にバッテリモジュール４等を載置してもよい。
FIG. 4 is another modification of the schematic view of FIG. 2, which shows a case where the conductor 7 is attached to the side wall on the center side of the battery module 4 (the side wall that is not on the battery case side). is there. As in FIG. 2, it is intended that the lower case 1 is made of a conductive material. In this case, the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 may be filled at least on the bottom surface of the lower case between the battery modules to which the conductor 7 is connected. Note that FIG. 4 shows an example in which the battery module 4 is placed on the electrical insulating layer 8 after the electrical insulating layer 8 is formed on the entire bottom surface of the lower case 1. However, the present invention is not limited to this, and similarly to FIGS. 2 and 3, the electrical insulating layer 8 may be formed only on the exposed surface on the bottom surface of the lower case 1 where electronic devices such as the battery module 4 are not arranged. .. On the contrary, in the embodiment of FIGS. 2 and 3, as shown in FIG. 4, after forming the electric insulating layer 8 on the entire bottom surface of the lower case 1, the battery module 4 and the like are placed on the electric insulating layer 8. You may.
図５は、図１のＡ－Ａ’矢視断面の概略図の第二の例である。図２との違いは、バッテリケースの下部ケース１の側壁上端が、配置された複数のバッテリモジュール４の導電体７が配置されている上端よりも低い位置にある点である。また、図５では、下部ケース１と上部ケース１０の両方が導電性材料で形成されていることを意図している。複数の粒子で構成される電気絶縁層８は、図２の場合と同様に、バッテリケースと、導電体７を上部に有するバッテリモジュール４との間に配置されている。図５に示す態様のように、バッテリモジュール４の導電体７が配置されている上端が、下部ケース１の側壁上端よりも高い位置にある場合には、上部ケース１０を取り付ける前に電気絶縁層８を構成する複数の粒子を充填しようとした場合に、電気絶縁層８を構成する粒子が下部ケース１の側壁の上端を超えて外部にあふれ出ることがある。この場合は、複数のバッテリモジュール４を配置した後の下部ケース１に、上部ケース１０を取り付けてから、電気絶縁層８を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入することが好ましい。
FIG. 5 is a second example of a schematic view of the cross section taken along the line AA'in FIG. The difference from FIG. 2 is that the upper end of the side wall of the lower case 1 of the battery case is located lower than the upper end where the conductors 7 of the plurality of arranged battery modules 4 are arranged. Further, in FIG. 5, it is intended that both the lower case 1 and the upper case 10 are made of a conductive material. The electrically insulating layer 8 composed of a plurality of particles is arranged between the battery case and the battery module 4 having the conductor 7 at the upper portion, as in the case of FIG. As in the aspect shown in FIG. 5, when the upper end of the battery module 4 in which the conductor 7 is arranged is located higher than the upper end of the side wall of the lower case 1, the electrical insulating layer is provided before the upper case 10 is attached. When it is attempted to fill a plurality of particles constituting 8, the particles constituting the electrically insulating layer 8 may overflow beyond the upper end of the side wall of the lower case 1 to the outside. In this case, it is preferable to attach the upper case 10 to the lower case 1 after arranging the plurality of battery modules 4, and then inject the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 into the battery case.
上部ケース１０を取り付けた後に電気絶縁層８を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入する場合には、上部ケース１０は、電気絶縁層８を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入可能な開口部１１を有することが好ましい。図６は、本発明のバッテリパックの一実施形態を示す概略上面図であり、上部ケース１０に、開口部１１が設けられている。上部ケース１０を下部ケース１に取り付けた後に、開口部１１を通じて電気絶縁層８を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入することができる。図６は開口部１１の配置や形状の一例であり、開口部１１の配置、数、形状等は図６に記載の態様に限定されない。開口部１１は、上部ケース１０に複数個設けられていてもよく、１個であってもよい。
When a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 are injected into the battery case after the upper case 10 is attached, the upper case 10 can inject a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 into the battery case. It is preferable to have a large opening 11. FIG. 6 is a schematic top view showing an embodiment of the battery pack of the present invention, in which the upper case 10 is provided with an opening 11. After the upper case 10 is attached to the lower case 1, a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 can be injected into the battery case through the opening 11. FIG. 6 is an example of the arrangement and shape of the opening 11, and the arrangement, number, shape and the like of the opening 11 are not limited to the mode described in FIG. A plurality of openings 11 may be provided in the upper case 10, or may be one.
バッテリケース内への電気絶縁層８を構成する複数の粒子の注入方法は特に限定されず、例えば、管状の部材（図示せず）を開口部１１に挿入してバッテリケース内の所定の箇所に粒子を充填するなどの方法を用いて注入することができる。
The method of injecting the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 into the battery case is not particularly limited. For example, a tubular member (not shown) is inserted into the opening 11 and placed at a predetermined location in the battery case. It can be injected using a method such as filling with particles.
上記の開口部１１は、バッテリパックの上部ケース１０にサービスプラグの台座を取り付けるための開口部であってもよい。この場合、開口部１１から電気絶縁層８を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入した後、開口部１１にサービスプラグの台座（図示せず）を取り付けて、次いで、台座にサービスプラグ（図示せず）を取り付けてもよい。サービスプラグとは、バッテリパックの点検等の作業を行う際に、安全に作業が行えるように、強電回路を遮断する機能を有するプラグである。
The opening 11 may be an opening for attaching the pedestal of the service plug to the upper case 10 of the battery pack. In this case, after injecting a plurality of particles constituting the electrical insulating layer 8 from the opening 11 into the battery case, a service plug pedestal (not shown) is attached to the opening 11, and then a service plug (not shown) is attached to the pedestal. (Not shown) may be attached. The service plug is a plug having a function of cutting off a high-voltage circuit so that the work can be performed safely when performing work such as inspection of a battery pack.
開口部１１を通じて電気絶縁層８を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入した後、開口部を閉塞することが好ましい。バッテリケースを閉塞することにより、バッテリケース内の電気絶縁層を構成する複数の粒子が外部へとこぼれ出るのを防ぐことができる。開口部の閉塞方法は特に限定されず、蓋やシートまたは板状の部材などを用いて開口部を閉塞すればよい。例えば、サービスプラグの台座とサービスプラグとの組み合わせを用いて、開口部１１を閉塞してもよい。
It is preferable to close the opening after injecting a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 into the battery case through the opening 11. By closing the battery case, it is possible to prevent a plurality of particles constituting the electrically insulating layer in the battery case from spilling out. The method of closing the opening is not particularly limited, and the opening may be closed by using a lid, a sheet, a plate-shaped member, or the like. For example, a combination of a service plug pedestal and a service plug may be used to close the opening 11.
次に、本発明のバッテリパックの製造方法の例をフロー図を用いて説明する。以下で説明する製造方法のフローは、本発明の方法の一例であって、本発明を限定するものではない。
Next, an example of the method for manufacturing the battery pack of the present invention will be described with reference to a flow chart. The flow of the manufacturing method described below is an example of the method of the present invention and does not limit the present invention.
図７は、本発明のバッテリパックの製造方法のフローを示す一例である。図７のフローは、図２に示されるようなバッテリケースの下部ケース１の上端の高さが、配置した複数のバッテリモジュール４の上端の高さよりも高い位置にある場合に、特に適している。図７のフローにおいて、まず、複数のバッテリモジュール４を下部ケース１内に配置する。次いで、ジャンクションボックス６を下部ケース１に配置し、複数のバッテリモジュール４の間をバスバー（導電体７）で接続し、バッテリマネジメントユニット５を下部ケース１内に配置する。次いで、電気絶縁層８を構成する複数の粒子を、導電性材料で構成された下部ケース１と、導電体７との間に充填する。電気絶縁層８を構成する複数の粒子を所望の箇所に充填し終えた後、上部ケース１０を下部ケース１に取り付けて封止することにより、バッテリパックを形成する。なお、図７～図９のフローでは、導電体７としてバスバーを用いているが、本発明はこれに限定されない。例えば、導電体７として、ワイヤーハーネスを用いてもよい。
FIG. 7 is an example showing the flow of the method for manufacturing the battery pack of the present invention. The flow of FIG. 7 is particularly suitable when the height of the upper end of the lower case 1 of the battery case as shown in FIG. 2 is higher than the height of the upper ends of the plurality of arranged battery modules 4. .. In the flow of FIG. 7, first, a plurality of battery modules 4 are arranged in the lower case 1. Next, the junction box 6 is arranged in the lower case 1, the plurality of battery modules 4 are connected by a bus bar (conductor 7), and the battery management unit 5 is arranged in the lower case 1. Next, a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 are filled between the lower case 1 made of the conductive material and the conductor 7. A battery pack is formed by attaching the upper case 10 to the lower case 1 and sealing the upper case 10 after filling the desired portion with the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8. In the flow of FIGS. 7 to 9, a bus bar is used as the conductor 7, but the present invention is not limited to this. For example, a wire harness may be used as the conductor 7.
図８は、本発明のバッテリパックの製造方法のフローを示す第二の例である。図８のフローでは、下部ケース１内にバッテリモジュール４を配置する前に、下部ケース１内の底面の少なくとも一部に電気絶縁層８を構成する複数の粒子を配置して電気絶縁層を形成させる。次いで、下部ケース１内の底面の少なくとも一部に形成された電気絶縁層の上に複数のバッテリモジュール４を配置する。それ以降は、図７のフローと同じである。
FIG. 8 is a second example showing the flow of the method for manufacturing the battery pack of the present invention. In the flow of FIG. 8, before arranging the battery module 4 in the lower case 1, a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 are arranged on at least a part of the bottom surface in the lower case 1 to form the electrically insulating layer. Let me. Next, the plurality of battery modules 4 are arranged on the electrically insulating layer formed on at least a part of the bottom surface in the lower case 1. After that, the flow is the same as that shown in FIG.
図９は、本発明のバッテリパックの製造方法のフローを示す第三の例である。図９のフローは、図５に示されるようなバッテリケースの下部ケース１の上端の高さが、配置した複数のバッテリモジュール４の上端の高さよりも低い位置にあり、上部ケース１０を取り付けずに電気絶縁層８を構成する複数の粒子を充填しようとすると電気絶縁層８を構成する複数の粒子が下部ケース１の上端を超えて外部にあふれ出るおそれがある場合に、特に適したフローである。図９のフローでは、図６に示されるような、上部ケース１０に、電気絶縁層８を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入可能な開口部１１が設けられたバッテリパックを製造する。図９のフローは、上記開口部１１の一例として、上部ケース１０に、サービスプラグ台座を取り付けるための開口部（サービスプラグ部）を設けている。図９のフローでは、バッテリマネジメントユニット５を下部ケース１内に配置するまでは、図７のフローと同じである。図９のフローでは、次いで、上部ケース１０を下部ケース１に取り付けて封止する。次いで、上部ケース１０に配置されたサービスプラグ台座を取り付けるための開口部（サービスプラグ部）を通じて、電気絶縁層８を構成する複数の粒子をバッテリケース内に注入し、所定の箇所に粒子を充填して電気絶縁層８を形成する。電気絶縁層８の形成後、上部ケース１０の開口部にサービスプラグ台座を取り付け、次いで台座にサービスプラグを取り付けて、バッテリパックを形成する。図９のフローの変形として、図９のフローにおいてバッテリモジュール４を下部ケース１内に配置する前に、図８のフローで説明したように、下部ケース１内の底面の少なくとも一部に、電気絶縁層８を構成する複数の粒子を配置して電気絶縁層８を形成してもよい。
FIG. 9 is a third example showing the flow of the method for manufacturing the battery pack of the present invention. In the flow of FIG. 9, the height of the upper end of the lower case 1 of the battery case as shown in FIG. 5 is lower than the height of the upper ends of the plurality of arranged battery modules 4, and the upper case 10 is not attached. When it is attempted to fill the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 with the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 and there is a risk that the plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 may overflow beyond the upper end of the lower case 1, the flow is particularly suitable. is there. In the flow of FIG. 9, as shown in FIG. 6, a battery pack is manufactured in which the upper case 10 is provided with an opening 11 capable of injecting a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 into the battery case. In the flow of FIG. 9, as an example of the opening 11, the upper case 10 is provided with an opening (service plug portion) for attaching a service plug pedestal. The flow of FIG. 9 is the same as the flow of FIG. 7 until the battery management unit 5 is arranged in the lower case 1. In the flow of FIG. 9, the upper case 10 is then attached to and sealed in the lower case 1. Next, a plurality of particles constituting the electrically insulating layer 8 are injected into the battery case through an opening (service plug portion) for attaching the service plug pedestal arranged in the upper case 10, and the particles are filled in a predetermined place. To form the electrically insulating layer 8. After forming the electrical insulating layer 8, a service plug pedestal is attached to the opening of the upper case 10, and then a service plug is attached to the pedestal to form a battery pack. As a modification of the flow of FIG. 9, before arranging the battery module 4 in the lower case 1 in the flow of FIG. 9, electricity is applied to at least a part of the bottom surface in the lower case 1 as described in the flow of FIG. A plurality of particles constituting the insulating layer 8 may be arranged to form the electrically insulating layer 8.
本発明において、複数のバッテリモジュールを電気的に接続するバスバーなどの導電体の外れによる導電体とバッテリケースとの間の地絡の発生防止のために、複数の粒子で構成される電気絶縁層を用いることにより、様々な設計のバッテリケースやバッテリパックに適した電気絶縁層を安価で簡便に製造することができる。これにより、金属などの導電性材料で形成されたバッテリケースを地絡の懸念なく用いることができる。また、バッテリパックの廃棄の際には、掃除機等で吸引するなどの簡便な手段で電気絶縁層を構成する粒子を取り除くことができる。
In the present invention, an electrically insulating layer composed of a plurality of particles is used to prevent the occurrence of a ground fault between the conductor and the battery case due to the detachment of a conductor such as a bus bar that electrically connects a plurality of battery modules. By using the above, it is possible to inexpensively and easily manufacture an electrically insulating layer suitable for battery cases and battery packs of various designs. As a result, the battery case made of a conductive material such as metal can be used without fear of ground fault. Further, when the battery pack is disposed of, the particles constituting the electrically insulating layer can be removed by a simple means such as suction with a vacuum cleaner or the like.
１ 下部ケース
２ 端子
３ 端子
４ バッテリモジュール
５ バッテリマネジメントユニット
６ ジャンクションボックス
７ 導電体
８ 複数の粒子からなる充填材
９ 強電コネクタ
１０ 上部ケース
１１ 開口部 1Lower case 2 Terminal 3 Terminal 4 Battery module 5 Battery management unit 6 Junction box 7 Conductor 8 Filler consisting of multiple particles 9 High power connector 10 Upper case 11 Opening
２ 端子
３ 端子
４ バッテリモジュール
５ バッテリマネジメントユニット
６ ジャンクションボックス
７ 導電体
８ 複数の粒子からなる充填材
９ 強電コネクタ
１０ 上部ケース
１１ 開口部 1
Claims (9)
- 少なくとも一部が導電性材料から形成されているバッテリケースと、
前記バッテリケース内に配置された複数のバッテリモジュールと、
前記複数のバッテリモジュールを電気的に接続する導電体と、
前記導電性材料と前記導電体との間に配置されている電気絶縁層と、
を備えたバッテリパックであって、
前記電気絶縁層は、複数の粒子から構成されている、バッテリパック。 With a battery case, which is at least partly made of a conductive material,
A plurality of battery modules arranged in the battery case and
A conductor that electrically connects the plurality of battery modules and
An electrically insulating layer arranged between the conductive material and the conductor,
It is a battery pack equipped with
The electrically insulating layer is a battery pack composed of a plurality of particles. - 前記複数の粒子の少なくとも一部は、中空状の構造を有する、請求項１に記載のバッテリパック。 The battery pack according to claim 1, wherein at least a part of the plurality of particles has a hollow structure.
- 前記電気絶縁層が、前記バッテリケース内の底面の少なくとも一部に配置されている、請求項１又は２に記載のバッテリパック。 The battery pack according to claim 1 or 2, wherein the electrically insulating layer is arranged on at least a part of a bottom surface of the battery case.
- 前記電気絶縁層が、前記バッテリケース内の側壁と前記複数のバッテリモジュールとの間の少なくとも一部に配置されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のバッテリパック。 The battery pack according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrically insulating layer is arranged at least a part between a side wall in the battery case and the plurality of battery modules.
- 前記バッテリケースは、上部ケースと下部ケースで構成され、
前記下部ケースは、導電性材料で形成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のバッテリパック。 The battery case is composed of an upper case and a lower case.
The battery pack according to any one of claims 1 to 4, wherein the lower case is made of a conductive material. - 前記バッテリケースは、上部ケースと下部ケースで構成され、
前記上部ケースは、前記電気絶縁層を構成する複数の粒子を前記バッテリケース内に注入可能な開口部を有し、
前記開口部は閉塞可能である、請求項１～５のいずれか1項に記載のバッテリパック。 The battery case is composed of an upper case and a lower case.
The upper case has an opening capable of injecting a plurality of particles constituting the electrically insulating layer into the battery case.
The battery pack according to any one of claims 1 to 5, wherein the opening can be closed. - 前記バッテリケースの下部ケース内に、前記複数のバッテリモジュールを配置する工程１、
前記複数のバッテリモジュールを、前記導電体で電気的に接続する工程２、
前記電気絶縁層を構成する複数の粒子を、前記導電性材料と前記導電体との間に充填する工程３、及び
前記バッテリケースの上部ケースを、前記複数のバッテリモジュールが配置された前記下部ケースに取り付けて、前記バッテリケースを形成する工程４
を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載のバッテリパックを製造する方法。 Step 1 of arranging the plurality of battery modules in the lower case of the battery case 1.
Step 2 of electrically connecting the plurality of battery modules with the conductor.
The step 3 of filling the plurality of particles constituting the electrically insulating layer between the conductive material and the conductor, and the upper case of the battery case are the lower case in which the plurality of battery modules are arranged. Step 4 to form the battery case by attaching to
The method for manufacturing a battery pack according to any one of claims 1 to 6, wherein the battery pack comprises. - 前記工程１の前に、前記下部ケース内の底面の少なくとも一部に、前記電気絶縁層を構成する複数の粒子を配置する工程５をさらに含み、前記工程１が、下部ケース内の底面の少なくとも一部に形成された電気絶縁層の上に前記複数のバッテリモジュールを配置することを含む、請求項７に記載の方法。 Prior to the step 1, a step 5 of arranging a plurality of particles constituting the electrically insulating layer is further included in at least a part of the bottom surface in the lower case, and the step 1 is at least the bottom surface in the lower case. The method according to claim 7, wherein the plurality of battery modules are arranged on an electrically insulating layer formed in a part thereof.
- 前記下部ケース内に、前記複数のバッテリモジュールを配置する工程１、
前記複数のバッテリモジュールを、前記導電体で電気的に接続する工程２、
前記上部ケースを、前記複数のバッテリモジュールが配置された前記下部ケースに取り付けて、前記バッテリケースを形成する工程５、
前記電気絶縁層を構成する複数の粒子を、前記開口部を通じて、前記導電性材料と前記導電体との間に充填する工程６、
を含む、請求項６に記載のバッテリパックを製造する方法。 Step 1 of arranging the plurality of battery modules in the lower case 1.
Step 2 of electrically connecting the plurality of battery modules with the conductor.
Step 5, in which the upper case is attached to the lower case in which the plurality of battery modules are arranged to form the battery case.
Step 6, in which a plurality of particles constituting the electrically insulating layer are filled between the conductive material and the conductor through the opening.
The method for manufacturing a battery pack according to claim 6, wherein the battery pack comprises.
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