JP2012156057A - Battery module and battery pack including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池モジュールおよびそれを含む電池パックに関する。 The present invention relates to a battery module and a battery pack including the battery module.
電気自動車などの動力源として、複数の電池セルからなる複数の電池モジュールを直列または並列に接続した電源装置が知られている。電池セルとしては、通常、エネルギー密度が高い二次電池、例えばニッケル−水素電池やリチウムイオン電池などが用いられている。 As a power source for an electric vehicle or the like, a power supply device in which a plurality of battery modules composed of a plurality of battery cells are connected in series or in parallel is known. As the battery cell, a secondary battery having a high energy density, such as a nickel-hydrogen battery or a lithium ion battery, is usually used.
これらの二次電池は、充放電により高温になると電池の効率が低下するため、充放電により生じた熱をできるだけ除去する必要がある。このため、電池モジュールやそれを含む電源装置の冷却構造が、種々検討されている。 Since these secondary batteries have a high efficiency due to charging and discharging, the efficiency of the battery is reduced. Therefore, it is necessary to remove heat generated by charging and discharging as much as possible. For this reason, various cooling structures for battery modules and power supply devices including the battery modules have been studied.
電池モジュールの冷却構造として、種々のものが提案されている（特許文献１〜４）。このうち特許文献１では、図１５に示されるように、複数のバッテリセル３１が、多数の貫通孔を有するスペーサ３５を介して積層されたバッテリモジュール３が提案されている。そして、冷却媒体を、スペーサ３５の、バッテリセル３１の側面と平行方向に延びた貫通孔に流通させて、バッテリモジュール３の内部を冷却できるようにしている。 Various types of battery module cooling structures have been proposed (Patent Documents 1 to 4). Among these, Patent Document 1 proposes a battery module 3 in which a plurality of battery cells 31 are stacked via spacers 35 having a large number of through holes, as shown in FIG. A cooling medium is circulated through the through hole of the spacer 35 extending in a direction parallel to the side surface of the battery cell 31 so that the inside of the battery module 3 can be cooled.
特許文献２〜４では、ケース内に、複数の円筒状の電池モジュールを配置した電源装置が提案されている。そして、ケース内に、直接冷却媒体を流通させることで、電池モジュールを構成する各電池セルを冷却できるようにしている。 Patent Documents 2 to 4 propose a power supply device in which a plurality of cylindrical battery modules are arranged in a case. And each battery cell which comprises a battery module can be cooled now by distribute | circulating a cooling medium directly in a case.
一方、電源装置の冷却構造としても、種々のものが提案されている（特許文献５〜８）。このうち、特許文献５では、図１６に示されるような、電気自動車のバッテリ保温構造が開示されている。すなわち、図１６に示されるように、電気自動車のバッテリ保温構造は、車体の上部フロア１および下部フロア２と、それらの間に配置され、一定方向に伸びるサイドメンバ３およびセンタメンバ８と、サイドメンバ３とセンタメンバ８との間に区画される各部屋１１に配置された複数のバッテリ１０とを有する。そして、サイドメンバ３とセンタメンバ８の内部が流路となっており、各バッテリ１０に対向する位置にそれぞれ開口部２２が設けられている。これにより、入口２０から導入した空気を、サイドメンバ３とセンタメンバ８の内部の流路を通して、各バッテリ１０に供給し、出口２１から排出するようにしている。これにより、バッテリ１０を保温または冷却できると記載されている。 On the other hand, various types of cooling structures for power supply devices have been proposed (Patent Documents 5 to 8). Among these, Patent Document 5 discloses a battery heat insulation structure for an electric vehicle as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 16, the battery heat insulation structure of an electric vehicle includes an upper floor 1 and a lower floor 2 of a vehicle body, side members 3 and a center member 8 that are arranged between them and extend in a certain direction, A plurality of batteries 10 arranged in each room 11 partitioned between the member 3 and the center member 8 are provided. And the inside of the side member 3 and the center member 8 becomes a flow path, and the opening part 22 is provided in the position facing each battery 10, respectively. Thereby, the air introduced from the inlet 20 is supplied to each battery 10 through the flow path inside the side member 3 and the center member 8 and discharged from the outlet 21. Thus, it is described that the battery 10 can be kept warm or cooled.
しかしながら、特許文献１の電池モジュールは、複数のバッテリセルが均一に冷却されにくく、バッテリセルの温度がばらつきやすいという問題があった。また、特許文献２〜４の電池モジュールは、比較的均一に冷却されるとされているものの、冷却媒体を供給する冷却ダクトのスペースが大きくなるという問題があった。 However, the battery module of Patent Document 1 has a problem that a plurality of battery cells are not easily cooled uniformly, and the temperature of the battery cells tends to vary. Moreover, although the battery modules of Patent Documents 2 to 4 are supposed to be cooled relatively uniformly, there is a problem that a space for a cooling duct for supplying a cooling medium becomes large.
特許文献５〜８の電源装置では、電池モジュールと熱交換していない冷却媒体と、電池モジュールと熱交換した冷却媒体とが入り交じりやすかった。そのため、電池モジュール間の温度のばらつきが生じ、複数の電池モジュールを均一に冷却しにくいという問題があった。 In the power supply devices of Patent Documents 5 to 8, it is easy for the cooling medium that has not exchanged heat with the battery module and the cooling medium that has exchanged heat with the battery module to intermingle. For this reason, there is a problem in that the temperature variation between the battery modules occurs and it is difficult to cool the plurality of battery modules uniformly.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、複数のバッテリセルを冷却媒体によって均一に冷却でき、温度上昇による性能低下の少ない電池モジュールおよびそれを含む電池パックを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a battery module that can uniformly cool a plurality of battery cells with a cooling medium and that has less performance degradation due to a temperature rise, and a battery pack including the battery module. To do.
本発明者らは、冷却媒体を供給するスペースを大きくすることなく、電池モジュールに収容される各電池セルを均一に冷却できる、電池モジュールの冷却構造を検討した。その結果、電池モジュールのケースと、それに収納される複数の電池セル（単位モジュール）とを有する電池モジュールにおいて、ケースの内壁面と単位モジュールの外表面との隙間を流路とし、かつその流路の形状を調整することで、電池モジュールを均一に冷却できることを見出した。具体的には、冷却媒体の流入口付近における流路の断面積を、冷却媒体の流出口付近における流路の断面積よりも大きくすればよいことを見出した。本発明は、このような知見に基づいてなされた。 The present inventors have studied a cooling structure for a battery module that can uniformly cool each battery cell accommodated in the battery module without increasing the space for supplying the cooling medium. As a result, in a battery module having a battery module case and a plurality of battery cells (unit modules) housed in the battery module, the gap between the inner wall surface of the case and the outer surface of the unit module is used as the flow path, and the flow path It was found that the battery module can be cooled uniformly by adjusting the shape of the battery. Specifically, it has been found that the cross-sectional area of the flow path in the vicinity of the cooling medium inlet may be larger than the cross-sectional area of the flow path in the vicinity of the cooling medium outlet. The present invention has been made based on such findings.
すなわち、本発明の第一は、以下に示される電池モジュールに関する。
［１］ ２以上の独立した収容穴を有する成形体と、前記収容穴に収納され、正極と負極とがセパレータを介して巻回された２以上の電極群とを有する、複数の単位モジュールと、互いに電気接続された前記複数の単位モジュールを収納し、対向する一対の側面に流体供給口と流体排出口とを有するケースとを有する電池モジュールであって、
前記ケースの内壁面と前記単位モジュールの成形体との隙間からなり、前記流体供給口と前記流体排出口とを連通する流路を有し、
前記流体供給口側における前記流路の断面積が、前記流体排出口側における前記流路の断面積よりも大きい、電池モジュール。
［２］ 前記隙間を構成する前記ケースの内壁面の少なくとも一部が、前記流体供給口側から前記流体排出口側に向かって、前記流路の断面積を小さくするように傾斜している、［１］に記載の電池モジュール。
［３］ 前記流路は、前記成形体の互いに対向する面の一方と、前記ケースの内壁面との間に形成された隙間からなる流路と、前記成形体の互いに対向する面の他方と、前記ケースの内壁面との間に形成された隙間からなる流路とを含む、［１］または［２］に記載の電池モジュール。
［４］ 前記流路は屈曲部を有さない、［１］〜［３］のいずれかに記載の電池モジュール。
［５］ 前記単位モジュールにおいて、前記電極群は互いに並列に接続され、前記ケースにおいて、前記単位モジュールは互いに直列に接続され、かつ前記ケースの流体供給口と流体排出口は、前記単位モジュールの直列接続方向の延長上に設けられている、［１］〜［４］のいずれかに記載の電池モジュール。
［６］ 前記単位モジュールの成形体は、５０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する、［１］〜［５］のいずれかに記載の電池モジュール。
［７］ 前記単位モジュールの成形体は放熱フィンをさらに有し、前記放熱フィンは前記流路の壁面を構成する、［１］〜［６］のいずれかに記載の電池モジュール。
［８］ 前記単位モジュールは防爆弁をさらに有し、かつ前記ケースは前記防爆弁と連通する防爆口をさらに有する、［１］〜［７］のいずれかに記載の電池モジュール。
［９］ 前記流体は、空気である、［１］〜［８］のいずれかに記載の電池モジュール。
That is, the first of the present invention relates to a battery module shown below.
[1] A plurality of unit modules having a molded body having two or more independent housing holes, and two or more electrode groups housed in the housing holes and wound with a positive electrode and a negative electrode through a separator, A battery module containing a plurality of unit modules electrically connected to each other and having a case having a fluid supply port and a fluid discharge port on a pair of opposing side surfaces;
It is formed by a gap between the inner wall surface of the case and the molded body of the unit module, and has a flow path that connects the fluid supply port and the fluid discharge port,
The battery module, wherein a cross-sectional area of the flow path on the fluid supply port side is larger than a cross-sectional area of the flow path on the fluid discharge port side.
[2] At least a part of the inner wall surface of the case constituting the gap is inclined so as to reduce the cross-sectional area of the flow path from the fluid supply port side toward the fluid discharge port side. The battery module according to [1].
[3] The flow path includes a flow path formed by a gap formed between one of the opposing surfaces of the molded body and the inner wall surface of the case, and the other of the opposing surfaces of the molded body. The battery module according to [1] or [2], including a flow path including a gap formed between the inner wall surface of the case.
[4] The battery module according to any one of [1] to [3], wherein the flow path does not have a bent portion.
[5] In the unit module, the electrode groups are connected in parallel to each other. In the case, the unit modules are connected in series to each other, and a fluid supply port and a fluid discharge port of the case are connected in series to the unit module. The battery module according to any one of [1] to [4], which is provided on an extension in a connection direction.
[6] The battery module according to any one of [1] to [5], wherein the molded body of the unit module has a thermal conductivity of 50 W / mK or more.
[7] The battery module according to any one of [1] to [6], wherein the molded body of the unit module further includes a radiation fin, and the radiation fin constitutes a wall surface of the flow path.
[8] The battery module according to any one of [1] to [7], wherein the unit module further includes an explosion-proof valve, and the case further includes an explosion-proof port communicating with the explosion-proof valve.
[9] The battery module according to any one of [1] to [8], wherein the fluid is air.
本発明の第二は、以下に示される電池パックに関する。
［１０］ 前記［１］〜［９］のいずれかに記載の電池モジュールの複数と、前記複数の電池モジュールを固定するフレームとを有する電池パックであって、
前記フレームは、外部から流体を導入するためダクトと前記電池モジュールの前記流体供給口とを連通する供給マニホールドと、外部に流体を排出するためのダクトと前記電池モジュールの前記流体排出口とを連通する排出マニホールドとを有する、電池パック。
［１１］ 前記［８］に記載の電池モジュールの複数と、前記複数の電池モジュールを固定するフレームとを有する電池パックであって、
前記フレームは、外部から流体を導入するためダクトと前記電池モジュールの前記流体供給口とを連通する供給マニホールドと、外部に流体を排出するためのダクトと前記電池モジュールの前記流体排出口とを連通する排出マニホールドと、外部に流体を排出するためのダクトと前記電池モジュールの防爆口とを連通する防爆マニホールドとを有する、電池パック。
［１２］ 前記フレームは、外周枠を構成する外周フレームと、前記外周枠の竜骨となるセンターフレームと、を有し、
前記センターフレームは、前記供給マニホールドおよび前記防爆マニホールドを構成し；前記外周フレームは、前記排出マニホールドを構成する、［１１］に記載の電池パック。
［１３］ 前記センターフレームまたは前記外周フレームの内部には、電気配線が配置されている、［１２］に記載の電池パック。
［１４］ 前記流体は空気である、［１０］〜［１２］のいずれかに記載の電池パック。
The second of the present invention relates to a battery pack shown below.
[10] A battery pack comprising a plurality of the battery modules according to any one of [1] to [9] and a frame for fixing the plurality of battery modules,
The frame communicates the supply manifold that communicates the duct and the fluid supply port of the battery module for introducing fluid from the outside, and the duct for discharging fluid to the outside and the fluid discharge port of the battery module. A battery pack having a discharge manifold.
[11] A battery pack having a plurality of the battery modules according to [8] and a frame for fixing the plurality of battery modules,
The frame communicates the supply manifold that communicates the duct and the fluid supply port of the battery module for introducing fluid from the outside, and the duct for discharging fluid to the outside and the fluid discharge port of the battery module. A battery pack, comprising: a discharge manifold, a duct for discharging fluid to the outside, and an explosion-proof manifold that communicates the explosion-proof port of the battery module.
[12] The frame includes an outer peripheral frame constituting an outer peripheral frame, and a center frame serving as a keel of the outer peripheral frame,
The battery pack according to [11], wherein the center frame constitutes the supply manifold and the explosion-proof manifold; and the outer peripheral frame constitutes the discharge manifold.
[13] The battery pack according to [12], wherein electrical wiring is disposed inside the center frame or the outer peripheral frame.
[14] The battery pack according to any one of [10] to [12], wherein the fluid is air.
本発明によれば、複数の単位モジュールを収容する電池モジュールであって、温度調整用流体により各単位モジュールを均一に冷却することができ、いずれの単位モジュールも温度上昇による性能低下が少ない電池モジュールを提供することができる。また、本発明の電池モジュールの複数を含む電池パックを提供することができる。また、好ましくは、安全性やメンテナンス性も良好な、電池モジュールおよびそれを含む電池パックを提供することができる。 According to the present invention, a battery module that accommodates a plurality of unit modules, each unit module can be uniformly cooled by a temperature adjusting fluid, and any unit module is less susceptible to performance degradation due to temperature rise. Can be provided. Moreover, the battery pack containing two or more of the battery modules of this invention can be provided. In addition, preferably, a battery module and a battery pack including the same can be provided that have good safety and maintainability.
１．本発明の電池モジュールについて
本発明の電池モジュールは、１）複数の単位モジュールと、２）それらを収納するケースとを有する。ケースの内壁面と各単位モジュールの外表面との間には隙間が形成され、前記隙間は温度調整用流体を流すための流路となる。本発明の電池モジュールでは、前記隙間が構成する流路を所定の形状とすることで、温度調整用流体を均一に流通させるようにし、各単位モジュールを均一な温度にするようにしたことを特徴とする。
1. About the battery module of the present invention The battery module of the present invention has 1) a plurality of unit modules and 2) a case for housing them. A gap is formed between the inner wall surface of the case and the outer surface of each unit module, and the gap serves as a flow path for flowing the temperature adjusting fluid. In the battery module of the present invention, the flow path formed by the gap has a predetermined shape so that the temperature adjusting fluid can be circulated uniformly, and each unit module can be set to a uniform temperature. And
本発明の電池モジュールの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の電池モジュールの一実施形態を示す斜視図である。図１に示されるように、電池モジュール１００は、複数の（６つの）単位モジュール１２０と、それらを収容するケース１６０とを有する。 An embodiment of a battery module of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a battery module of the present invention. As shown in FIG. 1, the battery module 100 includes a plurality of (six) unit modules 120 and a case 160 that houses them.
単位モジュールについて
電池モジュールを構成する単位モジュールは、１つの電極群を有する単電池セルであってもよいが、複数の電極群を有する組電池セルであることが好ましい。
Unit Module The unit module constituting the battery module may be a single battery cell having one electrode group, but is preferably an assembled battery cell having a plurality of electrode groups.
組電池セルは、安全性を維持しながら高出力のモジュールとすることができる。高出力の電池モジュールを得るには単電池を大型化することも考えられる。しかしながら、単電池を大型化すると、安全性を確保するための熱コンデンサーも大型化しなければならない。熱コンデンサーを大型化すると、スペース効率が低下する。これに対して組電池セルは、各電極群のエネルギーが相対的に小さく、かつ複数の電極群が１つの熱コンデンサーを共有することができる。そのため、仮に１つの電極群において熱暴走が起こったとしても、共有された熱コンデンサーで熱を吸収することができるので、結果としてスペース効率が高まる。また、仮に１つの電極群において熱暴走が起こったとしても、他の電極群が影響を受けにくく、組電池セルとしてのダメージが低減される。 The assembled battery cell can be a high output module while maintaining safety. To obtain a high output battery module, it is conceivable to increase the size of the unit cell. However, when the cell size is increased, the thermal capacitor for ensuring safety must also be increased. When the thermal condenser is increased in size, the space efficiency decreases. On the other hand, in the assembled battery cell, the energy of each electrode group is relatively small, and a plurality of electrode groups can share one thermal capacitor. Therefore, even if thermal runaway occurs in one electrode group, heat can be absorbed by the shared thermal condenser, resulting in increased space efficiency. Further, even if thermal runaway occurs in one electrode group, the other electrode groups are not easily affected, and damage as an assembled battery cell is reduced.
図２は、図１の単位モジュール１２０の一例を示す分解斜視図である。図２に示される単位モジュール１２０は、２以上の電極群を有する組電池セルの例である。単位モジュール１２０は、複数の収容穴１２２Ａを有する成形体１２２と、それに収容される複数の電極群１２４と、電極群１２４を封止する封口板１２６と、防爆弁を複数有する防爆シート１２８とを有する。 FIG. 2 is an exploded perspective view showing an example of the unit module 120 of FIG. The unit module 120 shown in FIG. 2 is an example of an assembled battery cell having two or more electrode groups. The unit module 120 includes a molded body 122 having a plurality of accommodation holes 122A, a plurality of electrode groups 124 accommodated therein, a sealing plate 126 for sealing the electrode groups 124, and an explosion-proof sheet 128 having a plurality of explosion-proof valves. Have.
防爆シート１２８は、防爆ダクトカバー１２９で覆われていてもよい。防爆ダクトカバー１２９は、電池セルが熱暴走をした場合に発生した内部ガス（爆風）を、後述のケース１６０の防爆口１６６Ｃにまで導く。 The explosion-proof sheet 128 may be covered with an explosion-proof duct cover 129. The explosion-proof duct cover 129 guides internal gas (blast) generated when the battery cell is subjected to thermal runaway to an explosion-proof opening 166C of the case 160 described later.
さらに、封口板１２６には、絶縁板１４１を介して集電バスバー１２７が配置されている。 Further, a current collecting bus bar 127 is disposed on the sealing plate 126 via an insulating plate 141.
成形体１２２は、後述する電極群および電解液を収容するための、複数の独立した収容穴１２２Ａを有する。収容穴１２２Ａは、図２で示されるように成形体１２２を貫通していてもよいし、貫通していなくともよい。ただし、防爆弁を設ける場合には、貫通していることが好ましい。収容穴１２２Ａの形状は、収容される電極群の形状によって適宜選択される。図２では、電極群が円柱状であるため、収容穴１２２Ａも円柱状である。１つの成形体１２２が有する収容穴１２２Ａの数は、成形体１２２に収容される電極群１２４の数、すなわち求められる出力に応じて適宜選択され、通常は１０〜４０個である。 The molded body 122 has a plurality of independent housing holes 122A for housing an electrode group and an electrolytic solution described later. The housing hole 122A may or may not penetrate through the molded body 122 as shown in FIG. However, when an explosion-proof valve is provided, it is preferable to penetrate. The shape of the accommodation hole 122A is appropriately selected depending on the shape of the electrode group to be accommodated. In FIG. 2, since the electrode group is cylindrical, the accommodation hole 122A is also cylindrical. The number of housing holes 122A included in one molded body 122 is appropriately selected according to the number of electrode groups 124 accommodated in the molded body 122, that is, the required output, and is usually 10 to 40.
成形体１２２の材料は、導電性であっても非導電性であってもよいが、導電性であることが好ましい。導電性であれば、成形体１２２自体を電極とすることができる。成形体１２２の材料は、収容する電極群１２４で生じた熱を効率よく除去するために、熱伝導率が高いことが好ましい。より具体的には、成形体１２２の材料の熱伝導率は１Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、５０Ｗ／ｍＫ以上であることが特に好ましい。このような、成形体１２２の材料の例には、アルミニウムや、マグネシウム、鉄、ニッケル、カーボン、およびこれらの合金などが含まれる。特に、Ａ６０６３などのアルミニウム合金は、熱伝導率が高く成形が容易であることから、成形体１２２の材料として好ましい。また、成形体１２２の材料は、カーボンナノチューブやカーボングラファイトなどが分散された樹脂であってもよい。 The material of the molded body 122 may be conductive or non-conductive, but is preferably conductive. If conductive, the molded body 122 itself can be used as an electrode. The material of the molded body 122 preferably has a high thermal conductivity in order to efficiently remove heat generated in the electrode group 124 to be accommodated. More specifically, the thermal conductivity of the material of the molded body 122 is preferably 1 W / mK or more, and particularly preferably 50 W / mK or more. Examples of the material of the molded body 122 include aluminum, magnesium, iron, nickel, carbon, and alloys thereof. In particular, an aluminum alloy such as A6063 is preferable as a material of the molded body 122 because of its high thermal conductivity and easy molding. The material of the molded body 122 may be a resin in which carbon nanotubes, carbon graphite, and the like are dispersed.
成形体１２２の外表面には、複数の放熱フィン１３０が設けられている。図２では、放熱フィン１３０が、板状の放熱フィンである例を示したが、棒状の放熱フィンなどであってもよい。棒状の放熱フィンは、板状の放熱フィンと比較して表面積が大きいので、成形体１２２の放熱率をより向上させうる。また、放熱フィン１３０自体に複数の突起を設けて、放熱フィン１３０の表面積をさらに増大させてもよい。 A plurality of heat radiating fins 130 are provided on the outer surface of the molded body 122. In FIG. 2, the example in which the radiating fin 130 is a plate-shaped radiating fin is shown, but it may be a rod-shaped radiating fin. Since the rod-shaped radiating fin has a larger surface area than the plate-shaped radiating fin, the heat dissipation rate of the molded body 122 can be further improved. Further, a plurality of protrusions may be provided on the radiating fin 130 itself to further increase the surface area of the radiating fin 130.
成形体１２２の放熱フィン１３０は、後述するケース１６０に接触することなく、ケース１６０との間に隙間を形成することが好ましい。この隙間が、温度調整用流体が流れる流路となれば（つまり、放熱フィン１３０が流路の壁面を構成すれば）、成形体１２２の熱を効率的に温度調整用流体に放出することができる。また、放熱フィン１３０は、温度調整用流体の流れを遮らない形状であることが好ましい。 It is preferable to form a gap between the heat radiation fin 130 of the molded body 122 and the case 160 without contacting the case 160 described later. If this gap becomes a flow path through which the temperature adjusting fluid flows (that is, if the radiating fins 130 constitute the wall surface of the flow path), the heat of the molded body 122 can be efficiently released to the temperature adjusting fluid. it can. Moreover, it is preferable that the radiation fin 130 has a shape that does not block the flow of the temperature adjusting fluid.
図３は、単位モジュール１２０をＸ方向からみた側面図である。図３に示されるように、成形体１２２の内部には、複数の貫通孔１３２（１３２Ａおよび１３２Ｂ）が設けられている。貫通孔１３２Ａは空洞であり、爆風ダクトカバー（防爆シート１２８を外側から覆うことで、爆風を受け止める部材）などのための取り付孔として機能しうる。一方、貫通孔１３２Ｂは、単位モジュール１２０を加温するためのニクロム棒などを挿入するためのヒータ孔として機能しうる。なお、貫通孔１３２の全部が取り付孔であってもよいし、貫通孔１３２の全部がヒータ孔であってもよい。 FIG. 3 is a side view of the unit module 120 as seen from the X direction. As shown in FIG. 3, a plurality of through holes 132 (132 </ b> A and 132 </ b> B) are provided inside the molded body 122. The through-hole 132A is a cavity and can function as a mounting hole for a blast duct cover (a member that receives the blast by covering the explosion-proof sheet 128 from the outside) and the like. On the other hand, the through-hole 132B can function as a heater hole for inserting a nichrome rod or the like for heating the unit module 120. Note that all of the through holes 132 may be mounting holes, or all of the through holes 132 may be heater holes.
このように構成された成形体１２２の寸法は、特に限定されないが、例えば、長さＬ（Ｙ方向）が１４０〜２６０ｍｍであり；奥行きＷ（Ｘ方向）は５０〜９０ｍｍであり；高さＨ（Ｚ方向）が４０〜８０ｍｍでありうる。また、収容穴１２２Ａの直径Φは、１０〜３０ｍｍでありうる。 The dimensions of the molded body 122 configured in this way are not particularly limited. For example, the length L (Y direction) is 140 to 260 mm; the depth W (X direction) is 50 to 90 mm; (Z direction) may be 40-80 mm. The diameter Φ of the accommodation hole 122A may be 10 to 30 mm.
成形体１２２は、任意の方法で作製されたものであってよいが、押出成形で作製されたもの（押出形材）であることが好ましい。押出成形で得られた成形体１２２は、一般的に低コストだからである。 Although the molded object 122 may be produced by arbitrary methods, it is preferable that it is the thing produced by extrusion molding (extrusion shape material). This is because the molded body 122 obtained by extrusion molding is generally low-cost.
収容穴１２２Ａには、電極群１２４と、電解液（不図示）とが収容される。電極群１２４と電解液とを、まとめて電極ユニット１３４（図４参照）という。電極ユニット１３４は、ニッケル−水素電池や、ニッケル−カドミウム電池、リチウムイオン電池、リチウム空気電池、空気亜鉛電池などの二次電池として機能する。 The electrode group 124 and an electrolytic solution (not shown) are accommodated in the accommodation hole 122A. The electrode group 124 and the electrolytic solution are collectively referred to as an electrode unit 134 (see FIG. 4). The electrode unit 134 functions as a secondary battery such as a nickel-hydrogen battery, a nickel-cadmium battery, a lithium ion battery, a lithium air battery, or an air zinc battery.
電極群１２４は、正極とセパレータと負極との積層物の巻回体である。図２では、電極群の形状は円柱状であるが；その形状は特に制限されず、角柱状であってもよい。 The electrode group 124 is a wound body of a laminate of a positive electrode, a separator, and a negative electrode. In FIG. 2, the shape of the electrode group is a cylindrical shape; however, the shape is not particularly limited, and may be a prismatic shape.
電極群１２４を構成する正極は、正極集電体と、その上に配置された正極合剤層とを有する。同様に、電極群１２４を構成する負極は、負極集電体と、その上に配置された負極合剤層とを有する。電極群１２４がリチウムイオン電池である場合には、正極集電体はアルミニウム箔であり、負極集電体は銅箔である。正極合剤層は、正極活物質、結着材、および導電材を含む。正極活物質の例には、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどが含まれる。結着材の例には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）などが含まれる。導電材の例には、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどが含まれる。負極合剤層は、負極活物質、結着材、および導電材を含む。負極活物質の例には、グラファイトやコークスなどの炭素系活物質などが含まれる。結着材および導電材は、正極合剤層に含まれるものと同様のものを用いることができる。セパレータは、絶縁性の高分子多孔フィルムである。 The positive electrode constituting the electrode group 124 includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer disposed thereon. Similarly, the negative electrode constituting the electrode group 124 includes a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer disposed thereon. When the electrode group 124 is a lithium ion battery, the positive electrode current collector is an aluminum foil and the negative electrode current collector is a copper foil. The positive electrode mixture layer includes a positive electrode active material, a binder, and a conductive material. Examples of the positive electrode active material include lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF). Examples of the conductive material include acetylene black and ketjen black. The negative electrode mixture layer includes a negative electrode active material, a binder, and a conductive material. Examples of the negative electrode active material include carbon-based active materials such as graphite and coke. As the binder and the conductive material, the same materials as those included in the positive electrode mixture layer can be used. The separator is an insulating polymer porous film.
電極群１２４の側面は、正極または負極の集電体で覆われていることが好ましい。合剤層よりも熱伝導率が高い集電体を成形体１２２の収容穴１２２Ａに接触させることで、電極群１２４で生じた熱を効率よく成形体１２２に伝達できるからである。 The side surface of the electrode group 124 is preferably covered with a positive or negative current collector. This is because the heat generated in the electrode group 124 can be efficiently transmitted to the molded body 122 by bringing the current collector having a higher thermal conductivity than the mixture layer into contact with the housing hole 122A of the molded body 122.
電解液は、溶媒と、電解質とを含む。電解液は、成形体１２２の収容穴１２２Ａに充填される。溶媒および電解質も、電池の種類によって適宜選択される。例えば、電極群がリチウムイオン電池として機能する場合、溶媒は非水系溶媒である。非水系溶媒の例には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等が含まれる。これらの非水溶媒は、単独で使用されてもよいし、２種以上を混合して使用されてもよい。電解質は、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等である。 The electrolytic solution includes a solvent and an electrolyte. The electrolytic solution is filled in the accommodation hole 122A of the molded body 122. The solvent and electrolyte are also appropriately selected depending on the type of battery. For example, when the electrode group functions as a lithium ion battery, the solvent is a non-aqueous solvent. Examples of non-aqueous solvents include ethylene carbonate and propylene carbonate. These nonaqueous solvents may be used alone or in combination of two or more. The electrolyte is, for example, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) or the like.
図４は、図２に示された単位モジュール１２０のＡ−Ａ’線の断面図である。図４に示されるように、電極群１２４は、成形体１２２の収容穴１２２Ａに収容されており；その側面は、成形体１２２の収容穴１２２Ａの内壁面に接している。また、単位モジュール１２０は、電極群１２４と正極または負極とのショートを防止する絶縁板１４０をさらに有する。電極ユニット１３４が収容された収容穴１２２Ａは、封口板１２６と、防爆弁１４４を有する防爆シート１２８とで塞がれる。 FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of the unit module 120 shown in FIG. 2. As shown in FIG. 4, the electrode group 124 is accommodated in the accommodation hole 122 </ b> A of the molded body 122; its side surface is in contact with the inner wall surface of the accommodation hole 122 </ b> A of the molded body 122. The unit module 120 further includes an insulating plate 140 that prevents a short circuit between the electrode group 124 and the positive electrode or the negative electrode. The accommodation hole 122 </ b> A in which the electrode unit 134 is accommodated is closed with the sealing plate 126 and the explosion-proof sheet 128 having the explosion-proof valve 144.
封口板１２６は、電極端子１５０と、ガスケット１５２とを有する。電極端子１５０は、電極群１２４の電極から伸びたリード１５４と接続されている。リード１５４は例えばニッケルからなる。ガスケット１５２は、電極端子１５０と封口板１２６とを絶縁している。 The sealing plate 126 includes an electrode terminal 150 and a gasket 152. The electrode terminal 150 is connected to a lead 154 extending from the electrode of the electrode group 124. The lead 154 is made of nickel, for example. The gasket 152 insulates the electrode terminal 150 from the sealing plate 126.
防爆シート１２８は、電極端子１４２と、防爆弁１４４と、電解液供給孔１４６とを有する。また、電極端子１４２は、電極群１２４の電極から伸びたリード１４８と接続されていることが好ましいが；成形体１２０自体が導電性を有している場合には、リード１４８を設けなくてもよい。電極群１２４の電極は成形体１２２に直接接触しているので、電極と防爆シート１２８とは、電気的に接続しているからである。 The explosion-proof sheet 128 has an electrode terminal 142, an explosion-proof valve 144, and an electrolyte supply hole 146. The electrode terminal 142 is preferably connected to a lead 148 extending from the electrode of the electrode group 124; however, if the molded body 120 itself has conductivity, the lead 148 may not be provided. Good. This is because the electrodes of the electrode group 124 are in direct contact with the molded body 122, so that the electrodes and the explosion-proof sheet 128 are electrically connected.
このように構成された単位モジュール１２０では、成形体１２２の収容穴１２２Ａに、電極群１２４が直接収容され、かつ熱伝導率の高い正極または負極の集電体が収容穴１２２Ａの内壁面に接触している。このため、単位モジュール１２０の使用時に、電極ユニット１３４の熱が成形体１２２に奪われて、電極ユニット１３４が効率的に冷却される。 In the unit module 120 configured as described above, the electrode group 124 is directly accommodated in the accommodation hole 122A of the molded body 122, and the positive or negative current collector having high thermal conductivity contacts the inner wall surface of the accommodation hole 122A. is doing. For this reason, at the time of use of the unit module 120, the heat | fever of the electrode unit 134 is taken by the molded object 122, and the electrode unit 134 is cooled efficiently.
ケースについて
電池モジュールのケースは、複数の単位モジュールを収納する部材である。ケースの内形状は、複数の単位モジュールを効率よく収納できるようにされていればよい。例えば、単位モジュールが直方体であれば、ケースの内形状も直方体状とすることが好ましく；単位モジュールが円柱状であれば、ケースの内形状も円柱状とすることが好ましい。図１に示される電池モジュールでは、単位モジュール１２０がほぼ直方体状であるため、それらを収容するケース１６０の内形状も直方体状である。
About Case The case of the battery module is a member that houses a plurality of unit modules. The inner shape of the case only needs to be able to efficiently store a plurality of unit modules. For example, if the unit module is a rectangular parallelepiped, the inner shape of the case is preferably a rectangular parallelepiped; if the unit module is a cylindrical shape, the inner shape of the case is also preferably a cylindrical shape. In the battery module shown in FIG. 1, since the unit module 120 is substantially rectangular parallelepiped, the inner shape of the case 160 for housing them is also a rectangular parallelepiped.
ケースの材質は特に限定されないが、ケース内に収容される単位モジュールが、電池モジュール外部の部材と電気導通することを防止するために、絶縁性材料であることが好ましい。絶縁性材料の例には、各種樹脂が含まれる。 The material of the case is not particularly limited, but is preferably an insulating material in order to prevent the unit module accommodated in the case from being electrically connected to a member outside the battery module. Examples of the insulating material include various resins.
電池モジュールのケース内における複数の単位モジュールの配置態様は、特に限定されないが、スペース効率を考慮して、図１に示されるように、互いにほぼ隙間なく配列されることが好ましい。 The arrangement mode of the plurality of unit modules in the case of the battery module is not particularly limited. However, in consideration of space efficiency, it is preferable that the unit modules are arranged almost without gaps as shown in FIG.
ケースの内部には、前述の単位モジュールの複数が配置されて、互いに電気接続される。複数の単位モジュールは、求められる出力や容量に応じて任意に電気接続されうるが、図１に示されるように、直列に接続されることが好ましい。 Inside the case, a plurality of the above unit modules are arranged and electrically connected to each other. The plurality of unit modules can be arbitrarily electrically connected according to the required output and capacity, but are preferably connected in series as shown in FIG.
ケースの内壁と、単位モジュールの外表面（成形体の表面）との間に「隙間」が設けられる。好ましくは、ケースの内壁と、成形体の表面のうち放熱フィンとの間に、隙間が設けられる。当該「隙間」は、温度調整用流体が流れる流体流路となる。当該流体流路の流れ方向に沿って、複数の単位モジュールが互いに隙間なく配列されていることが好ましい。 A “gap” is provided between the inner wall of the case and the outer surface of the unit module (the surface of the molded body). Preferably, a gap is provided between the inner wall of the case and the heat radiation fin on the surface of the molded body. The “gap” is a fluid flow path through which the temperature adjusting fluid flows. It is preferable that a plurality of unit modules are arranged without gaps along the flow direction of the fluid flow path.
前記隙間からなる流体流路には、温度調整用流体が流れる。温度調整用流体は、液体であっても気体であってもよいが、好ましくは気体であり、例えば空気である。 A temperature adjusting fluid flows through the fluid flow path formed by the gap. The temperature adjusting fluid may be a liquid or a gas, but is preferably a gas, for example, air.
電池モジュールのケースは、電池モジュールの外部から流体流路に流体を供給するための流体供給口と、流体流路から外部に流体を排出するための流体排出口とを有する。つまり、流体供給口と流体排出口とは、流体流路によって連通されている。流体供給口と流体排出口は、ケースの任意の位置に配置されうるが；例えば、ケースの側面のうち対向する一対にそれぞれ配置される。 The case of the battery module has a fluid supply port for supplying fluid from the outside of the battery module to the fluid flow path, and a fluid discharge port for discharging fluid from the fluid flow path to the outside. That is, the fluid supply port and the fluid discharge port are communicated with each other through the fluid flow path. The fluid supply port and the fluid discharge port may be disposed at any position of the case; for example, each of the pair of opposing side surfaces of the case is disposed.
前記隙間からなる流体流路は、屈曲部を有せず、一方向に伸びた流路であることが好ましい。屈曲部がある流路に流れる流体は圧力損失が高くなるため、温度調整用流体を均一に流すことが困難となる場合があるからである。 The fluid flow path formed by the gap is preferably a flow path that does not have a bent portion and extends in one direction. This is because the fluid flowing in the flow path having the bent portion has a high pressure loss, and it may be difficult to flow the temperature adjusting fluid uniformly.
また、電池モジュールのケースは、単位モジュールからの内部ガスをケース外に逃すための防爆口をさらに有することが好ましい。ケースの防爆口は、前述の単位モジュールの防爆シートの防爆弁に連通している。具体的には例えば、ケースの防爆口は、防爆ダクトカバー（図２参照）を介して防爆弁に連通している。防爆ダクトカバーの内部と、前記隙間からなる流体流路とは完全に分離していることが好ましい。このようにして、防爆ダクトカバーを流れる内部ガスと温度調整用流体とが混じることを防止することができる。内部ガスと温度調整用流体とが混じることが防止されれば、温度調整用流体として酸素を含む空気を用いても安全性が確保される。 Moreover, it is preferable that the case of a battery module further has an explosion-proof opening for allowing the internal gas from the unit module to escape from the case. The explosion-proof port of the case communicates with the explosion-proof valve of the explosion-proof sheet of the unit module. Specifically, for example, the explosion-proof port of the case communicates with the explosion-proof valve via an explosion-proof duct cover (see FIG. 2). It is preferable that the inside of the explosion-proof duct cover and the fluid flow path formed by the gap are completely separated. In this way, mixing of the internal gas flowing through the explosion-proof duct cover and the temperature adjusting fluid can be prevented. If mixing of the internal gas and the temperature adjusting fluid is prevented, safety is ensured even if air containing oxygen is used as the temperature adjusting fluid.
たとえば、図１に示される電池モジュール１００のケース１６０は、複数の（６つの）単位モジュール１２０を挟む底面板１６２および頂面板１６４を有し、底面板１６２および頂面板１６４との間に配置された枠体１６６とを有する。 For example, the case 160 of the battery module 100 shown in FIG. 1 has a bottom plate 162 and a top plate 164 sandwiching a plurality of (six) unit modules 120, and is disposed between the bottom plate 162 and the top plate 164. Frame body 166.
枠体１６６の面のうち、流体供給口１６６Ａが形成された面と、流体排出口１６６Ｂとが形成された面とは、互いに対向している。また、図１に示されるように、ケース１６０には、６つの防爆口１６６Ｃも配置されており；防爆口１６６Ｃは、流体供給口１６６Ａが形成された面および流体排出口１６６Ｂが形成された面とは異なる面に配置されている。流体供給口１６６Ａ、流体排出口１６６Ｂおよび防爆口１６６Ｃは、それぞれ複数設けられてもよい。 Of the surfaces of the frame body 166, the surface on which the fluid supply port 166A is formed and the surface on which the fluid discharge port 166B is formed face each other. As shown in FIG. 1, the case 160 is also provided with six explosion-proof ports 166C; the explosion-proof port 166C has a surface on which the fluid supply port 166A is formed and a surface on which the fluid discharge port 166B is formed. It is arranged on a different surface. A plurality of fluid supply ports 166A, fluid discharge ports 166B, and explosion-proof ports 166C may be provided.
図５には、図１に示される電池モジュール１００（頂面板１６４を省略）を上面から見た図であり、防爆構造（防爆シート１２８と、防爆ダクトカバー１２９と、と防爆口１６６Ｃ）との関係と、内部ガスの流れ（矢印参照）とを模式的に示す。 FIG. 5 is a top view of the battery module 100 (the top plate 164 is omitted) shown in FIG. 1 and includes an explosion-proof structure (explosion-proof sheet 128, explosion-proof duct cover 129, and explosion-proof opening 166C). The relationship and the internal gas flow (see arrows) are schematically shown.
図５に示されるように、電池モジュール１００は、ケース１６０と、ケース１６０の内部に収容された６つの単位モジュール１２０とを有する。ケース１６０は、温度調整用流体の流体供給口１６６Ａと、流体排出口１６６Ｂとを有し；さらに、６つの防爆口１６６Ｃ（図１参照）とを有する。６つの単位モジュール１２０のそれぞれには、防爆弁１４４（図４参照）を有する防爆シート１２８と、防爆シート１２８を覆う防爆ダクトカバー１２９とを有する。 As shown in FIG. 5, the battery module 100 includes a case 160 and six unit modules 120 accommodated in the case 160. The case 160 has a fluid supply port 166A for temperature adjusting fluid and a fluid discharge port 166B; and further has six explosion-proof ports 166C (see FIG. 1). Each of the six unit modules 120 includes an explosion-proof sheet 128 having an explosion-proof valve 144 (see FIG. 4) and an explosion-proof duct cover 129 that covers the explosion-proof sheet 128.
単位モジュール１００に含まれるセルのいずれかが、万一、熱暴走を起こすと、セルの内部ガスの圧力が高まる。圧力が高まった内部ガスは、防爆シート１２８の防爆弁１４４を通して防爆ダクトカバー１２９の内部に漏れ出し、さらに防爆口１６６Ｃを通ってケース１６０の外部に排出される。 If any of the cells included in the unit module 100 causes a thermal runaway, the pressure of the internal gas of the cell increases. The internal gas whose pressure has been increased leaks into the explosion-proof duct cover 129 through the explosion-proof valve 144 of the explosion-proof sheet 128, and is further discharged to the outside of the case 160 through the explosion-proof port 166C.
図６は、図１の電池モジュール１００のＡーＡ’線の断面図である。図６に示されるように、ケース１６０の底面板１６２の内壁面と単位モジュール１２０の成形体１２２の表面との隙間１６８、およびケース１６０の頂面板１６４の内壁面と単位モジュール１２０の成形体１２２の表面との隙間１６８がある。成形体１２２のフィンと、底面板１６２または頂面板１６４の内壁面の凹凸とが噛み合うようにして、「隙間」が構成されることが好ましい。この「隙間」のそれぞれが、流体供給口１６６Ａと流体排出口１６６Ｂとを連通する流体流路１６８となる。流体流路１６８の内面の一部は、放熱フィン１３０が構成している。 FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of the battery module 100 of FIG. 1. As shown in FIG. 6, the gap 168 between the inner wall surface of the bottom plate 162 of the case 160 and the surface of the molded body 122 of the unit module 120, and the inner wall surface of the top plate 164 of the case 160 and the molded body 122 of the unit module 120. There is a gap 168 with the surface. It is preferable that the “gap” is configured such that the fins of the molded body 122 mesh with the unevenness of the inner wall surface of the bottom plate 162 or the top plate 164. Each of these “gap” becomes a fluid flow path 168 that connects the fluid supply port 166A and the fluid discharge port 166B. A part of the inner surface of the fluid flow path 168 is constituted by the radiation fin 130.
このような隙間からなる流体流路に、温度調整用流体が流れることで、ケースに収容された複数の単位モジュールを冷却することができる。ところが、本発明者は、各単位モジュールが温度調整用流体によって均等に冷却されない場合があることを見出した。つまり、複数の単位モジュールのうち、流体供給口付近に収容された単位モジュールは、比較的十分に冷却されるが；一方で、流体排出口付近に収容された単位モジュールは、冷却されにくいことがあった。このように、冷却されにくい単位モジュールは劣化しやすく、結果として電池モジュール全体を劣化させ、その製品寿命を短縮させてしまう。 A plurality of unit modules accommodated in the case can be cooled by allowing the temperature adjusting fluid to flow through the fluid flow path including such a gap. However, the present inventor has found that each unit module may not be uniformly cooled by the temperature adjusting fluid. That is, among the plurality of unit modules, the unit module accommodated near the fluid supply port is relatively sufficiently cooled; on the other hand, the unit module accommodated near the fluid discharge port may be difficult to cool. there were. As described above, the unit module which is difficult to be cooled easily deteriorates. As a result, the entire battery module is deteriorated and the product life is shortened.
そこで本発明においては、前記隙間からなる流体流路の流体供給口付近の断面積を、流体排出口付近の断面積よりも大きくしている。具体的には、流体流路の断面積が、流体供給口側から流体排出口側に向かって小さくなる領域がある。このようにすることで、温度調整用流体の流動状態を制御し、電池モジュール全体を均一に冷却する。 Therefore, in the present invention, the cross-sectional area in the vicinity of the fluid supply port of the fluid flow path including the gap is made larger than the cross-sectional area in the vicinity of the fluid discharge port. Specifically, there is a region where the cross-sectional area of the fluid flow path decreases from the fluid supply port side toward the fluid discharge port side. By doing so, the flow state of the temperature adjusting fluid is controlled, and the entire battery module is uniformly cooled.
流体流路の断面積は、流体供給口から流体排出口にまで亘って減少し続けてもよいし、流体供給口から流体排出口までの領域の一部において減少してもよい。また、流体供給口から流体排出口までの間に、断面積が減少する領域と、変化しない領域と、再び減少する領域と、があってもよい。 The cross-sectional area of the fluid flow path may continue to decrease from the fluid supply port to the fluid discharge port, or may decrease in a part of the region from the fluid supply port to the fluid discharge port. Further, there may be a region where the cross-sectional area decreases, a region where the cross-sectional area does not change, and a region where the cross-sectional area decreases again between the fluid supply port and the fluid discharge port.
このような流体流路の断面積が小さくなる領域を形成するためには、ケースの内壁面の少なくとも一部が、流体供給口側から流体排出口側に向かって、流路の断面積を小さくするように傾斜する傾斜部を有していればよい。 In order to form such a region where the cross-sectional area of the fluid flow path is small, at least a part of the inner wall surface of the case has a small cross-sectional area of the flow path from the fluid supply port side toward the fluid discharge port side. It suffices to have an inclined portion that inclines so as to.
例えば、図１における電池モジュールでは、頂面板１６４および底面板１６２の内面形状を調整して、流体供給口１６６Ａ側から流体排出口１６６Ｂ側に向かって、流体流路の断面積が減少するようにすることが好ましい。図６に、底面板１６２の内面（図中上側）の形状の例を示す。図７に示されるように、流体供給口１６６Ａ側の凹凸の突起は小さく；流体排出口１６６側の凹凸の突起は大きい。凹凸の突起は、成形体１２２の放熱フィン１３０の形状に合わせている。当該内面形状の底面板１６２を用いることで、流体流路の断面積を、流体供給口１６６Ａ側から流体排出口１６６Ｂ側に向かって減少させることができる。 For example, in the battery module in FIG. 1, the cross-sectional area of the fluid flow path decreases from the fluid supply port 166A side to the fluid discharge port 166B side by adjusting the inner surface shapes of the top plate 164 and the bottom plate 162. It is preferable to do. FIG. 6 shows an example of the shape of the inner surface (upper side in the drawing) of the bottom plate 162. As shown in FIG. 7, the uneven protrusion on the fluid supply port 166A side is small; the uneven protrusion on the fluid discharge port 166 side is large. The uneven protrusions are matched to the shape of the radiating fins 130 of the molded body 122. By using the bottom plate 162 having the inner surface shape, the cross-sectional area of the fluid flow path can be reduced from the fluid supply port 166A side toward the fluid discharge port 166B side.
上述の通り、本発明の電池モジュールの流体流路では、流体供給口付近の断面積が、流体排出口付近の断面積よりも大きいことを特徴とする。例えば、流体供給口付近において、流体排出口に向かって流体流路の断面積が減少している場合や；流体供給口付近と流体排出口付近との間の中間領域の流体流路の断面積が減少していることが好ましい。流体供給口付近に収容された単位モジュールと、各単位モジュールをより均一に冷却するためである。 As described above, the fluid flow path of the battery module of the present invention is characterized in that the cross-sectional area near the fluid supply port is larger than the cross-sectional area near the fluid discharge port. For example, in the vicinity of the fluid supply port, when the cross-sectional area of the fluid channel decreases toward the fluid discharge port; or the cross-sectional area of the fluid channel in the intermediate region between the vicinity of the fluid supply port and the vicinity of the fluid discharge port Is preferably reduced. This is because the unit modules accommodated near the fluid supply port and each unit module are cooled more uniformly.
流体流路１６８の、流体供給口１６６Ａと流体排出口１６６Ｂとを結ぶ線（図１におけるＢ−Ｂ’線）における断面形状の例には、テーパ形状（図８Ａ参照）や、ラッパ形状（trumpet shaped,図８Ｂ参照）や、テーパ形状と２箇所の平坦部との組み合わせ（図８Ｃ参照）が含まれる。 Examples of the cross-sectional shape of the fluid channel 168 along the line connecting the fluid supply port 166A and the fluid discharge port 166B (BB ′ line in FIG. 1) include a tapered shape (see FIG. 8A), a trumpet shape (trumpet) shaped, see FIG. 8B) and a combination of a tapered shape and two flat portions (see FIG. 8C).
各単位モジュールをばらつきなく冷却するためには、ラッパ形状であることが好ましい場合がある。ラッパ形状の流体流路とは、流体供給口付近で急激に断面積が減少し、途中から断面積が一定になるか、または減少の程度が小さくなる形状をいう。ラッパ形状の流体流路における流体供給口付近の断面を構成する辺は、反比例曲線で表されることが好ましく、より具体的には、１／Ｘ曲線（Ｘは、実数である）で表されることが好ましい（図８Ｂ参照）。 In order to cool each unit module without variation, it may be preferable to have a trumpet shape. The trumpet-shaped fluid flow path refers to a shape in which the cross-sectional area suddenly decreases in the vicinity of the fluid supply port, and the cross-sectional area becomes constant from the middle or the degree of decrease becomes small. The side constituting the cross section near the fluid supply port in the trumpet-shaped fluid channel is preferably represented by an inversely proportional curve, and more specifically, represented by a 1 / X curve (X is a real number). (See FIG. 8B).
図８Ａ〜Ｃは、図１の電池モジュール１００のＢ−Ｂ’線の断面における断面構造の一例を示す図である。矢印は、温度調整用流体の流通方向を示す。図８Ａは、Ｂ−Ｂ’線断面におけるケース１６０の底面板１６２と頂面板１６４の内壁面がテーパ形状の傾斜部を有する例であり；図８Ｂは、Ｂ−Ｂ’線断面におけるケース１６０の底面板１６２と頂面板１６４の内壁面がラッパ形状の傾斜部を有する例であり；図８Ｃは、Ｂ−Ｂ’線断面におけるケース１６０の底面板１６２と頂面板１６４の内壁面が、１箇所のテーパ形状の傾斜部と、２箇所の平坦部とを有する例である。 8A to 8C are diagrams showing an example of a cross-sectional structure of the battery module 100 of FIG. 1 taken along line B-B ′. The arrow indicates the flow direction of the temperature adjusting fluid. FIG. 8A is an example in which the inner wall surface of the bottom plate 162 and the top plate 164 of the case 160 in the cross section taken along the line BB ′ has a tapered inclined portion; FIG. 8B shows the case 160 in the cross section taken along the line BB ′. FIG. 8C is an example in which the inner wall surface of the bottom plate 162 and the top plate 164 has a trumpet-shaped inclined portion; FIG. 8C shows the bottom wall plate 162 of the case 160 and the inner wall surface of the top plate 164 in a cross section taken along line BB ′. It is an example which has a taper-shaped inclination part of this, and two flat parts.
ケース１６０の底面板１６２と頂面板１６４の内壁面は、図８Ａに示されるようなテーパ形状の傾斜部を有するよりも、図８Ｂに示されるようなラッパ形状の傾斜部を有するほうが、各単位モジュール１２０を均一に冷却できる場合がある。ただし、ケース１６０の底面板１６２と頂面板１６４の内壁面が、ラッパ形状の傾斜部を有していると、流体流路における流体の圧力損失が増大しやすくなる。よって、底面板１６２と頂面板１６４の内壁面がラッパ形状を有する場合には、流体排出口１６６Ｂにおける断面積の大きさを、一定以上にしておくことが好ましい。 The inner wall surfaces of the bottom plate 162 and the top plate 164 of the case 160 each have a trumpet-shaped inclined portion as shown in FIG. 8B rather than a tapered inclined portion as shown in FIG. 8A. In some cases, the module 120 can be cooled uniformly. However, if the inner wall surfaces of the bottom plate 162 and the top plate 164 of the case 160 have a trumpet-shaped inclined portion, the pressure loss of the fluid in the fluid flow path tends to increase. Therefore, when the inner wall surfaces of the bottom plate 162 and the top plate 164 have a trumpet shape, the size of the cross-sectional area at the fluid discharge port 166B is preferably set to be a certain level or more.
一方、図８Ｃに示されるように、ケース１６０の底面板１６２と頂面板１６４の内壁面は、流体供給口１６６Ａ付近では平面であり、流体供給口１６６Ａと流体排出口１６６Ｂとの間の中間領域ではテーパ形状に傾斜しており、かつ流体排出口１６６Ｂ付近では再び平面である。それにより、単位モジュール毎の温度のばらつきを抑制しつつ、圧力損失を小さくすることができることがある。このように、流体流路１６８の形状や、流体排出口１６６Ｂにおける断面積の大きさは、圧力損失の増大を少なくするように調整されることが好ましい。 On the other hand, as shown in FIG. 8C, the inner wall surfaces of the bottom plate 162 and the top plate 164 of the case 160 are flat in the vicinity of the fluid supply port 166A, and are intermediate regions between the fluid supply port 166A and the fluid discharge port 166B. Is inclined in a tapered shape and is flat again in the vicinity of the fluid discharge port 166B. As a result, the pressure loss may be reduced while suppressing temperature variations among the unit modules. Thus, the shape of the fluid flow path 168 and the size of the cross-sectional area at the fluid discharge port 166B are preferably adjusted so as to reduce the increase in pressure loss.
流体流路１６８の流体供給口１６６Ａにおける断面積に対する、流体排出口１６６Ｂにおける断面積の比率は、適宜設定されるべきものであるが、３０〜５０％程度であることが好ましいことが多い。流体排出口１６６Ｂにおける断面積が上記範囲であると、流体流路１６８の流体の圧力損失を顕著に増大させることなく、単位モジュール１２０を均一に冷却できるからである。 The ratio of the cross-sectional area at the fluid discharge port 166B to the cross-sectional area at the fluid supply port 166A of the fluid flow path 168 should be set as appropriate, but is often preferably about 30 to 50%. This is because when the cross-sectional area at the fluid discharge port 166B is within the above range, the unit module 120 can be uniformly cooled without significantly increasing the pressure loss of the fluid in the fluid flow path 168.
ケース１６０の底面板１６２と頂面板１６４の内壁面の、Ｂ−Ｂ’線断面における形状を変えて、複数の単位モジュール１２０の温度分布をシミュレーションした。ケース１６０の底面板１６２と頂面板１６４の内壁面と、単位モジュール１２０の表面との隙間として形成される流体流路１６８の、Ｂ−Ｂ’線断面における形状を、１）ストレート状、２）テーパ状、３）ラッパ状１、４）ラッパ状２、５）テーパ＋ストレート状、および６）ストレート＋テーパ＋ストレート状、とした。１）〜６）の各形状の概要が、図９に示される。 The temperature distribution of the plurality of unit modules 120 was simulated by changing the shapes of the inner wall surfaces of the bottom plate 162 and the top plate 164 of the case 160 in the B-B ′ line cross section. The shape of the fluid flow path 168 formed as a gap between the inner wall surface of the bottom plate 162 and the top plate 164 of the case 160 and the surface of the unit module 120 in the cross section taken along line BB ′ is 1) straight, 2) Taper shape, 3) trumpet shape 1, 4) trumpet shape 2, 5) taper + straight shape, and 6) straight + taper + straight shape. An outline of each shape of 1) to 6) is shown in FIG.
１）ストレート状は、流体流路１６８のＢ−Ｂ’線断面における形状が、流体供給口１６６Ａから流体排出口１６６Ｂにかけて一定となる形状である。２）テーパ状は、流体流路１６８のＢ−Ｂ’線断面における形状が、流体供給口１６６Ａから流体排出口１６６Ｂにかけて一定の傾きで直線状に小さくなる形状である。流体流路１６８の流体排出口１６６Ｂにおける断面積が、流体供給口１６６Ａにおける断面積の６８％となるように設定した。３）ラッパ状１は、流体流路１６８の流体排出口１６６Ｂにおける断面積が、流体供給口１６６Ａにおける断面積の１７％となるように設定した。４）ラッパ状２は、流体流路１６８の流体排出口１６６Ｂにおける断面積が、流体供給口１６６Ａにおける断面積の３６％となるように設定した。５）テーパ＋ストレート状は、流体供給口１６６Ａから流体排出口１６６Ｂにむかって半分の領域まで一定の傾きで直線状に小さくなり、残り半分の領域では一定となる形状である。流体流路１６８の流体排出口１６６Ｂにおける断面積が、流体供給口１６６Ａにおける断面積の４３.５％となるように設定した。６）ストレート＋テーパ＋ストレート状は、流体供給口１６６Ａから流体排出口１６６Ｂにむかって１/４の領域では一定となり、それから１/２の領域では一定の傾きで直線状に小さくなり、最後の１/４の領域では一定となる形状である。流体流路１６８の流体排出口１６６Ｂにおける断面積が、流体供給口１６６Ａにおける断面積の４３．５％となるように設定した。 1) The straight shape is a shape in which the shape of the fluid flow path 168 in the B-B 'line cross section is constant from the fluid supply port 166A to the fluid discharge port 166B. 2) The taper shape is a shape in which the shape of the fluid flow path 168 in the B-B ′ line cross section decreases linearly with a certain inclination from the fluid supply port 166A to the fluid discharge port 166B. The cross-sectional area at the fluid discharge port 166B of the fluid flow path 168 was set to be 68% of the cross-sectional area at the fluid supply port 166A. 3) The trumpet shape 1 was set so that the cross-sectional area at the fluid discharge port 166B of the fluid flow path 168 was 17% of the cross-sectional area at the fluid supply port 166A. 4) The trumpet shape 2 was set so that the cross-sectional area at the fluid discharge port 166B of the fluid flow path 168 was 36% of the cross-sectional area at the fluid supply port 166A. 5) The taper + straight shape is a shape that linearly decreases with a certain slope from the fluid supply port 166A to the fluid discharge port 166B, and becomes constant in the remaining half region. The cross-sectional area at the fluid discharge port 166B of the fluid channel 168 was set to be 43.5% of the cross-sectional area at the fluid supply port 166A. 6) Straight + taper + straight shape is constant in the 1/4 region from the fluid supply port 166A to the fluid discharge port 166B, and then decreases linearly with a constant slope in the 1/2 region. The shape is constant in a quarter region. The cross-sectional area at the fluid discharge port 166B of the fluid channel 168 was set to be 43.5% of the cross-sectional area at the fluid supply port 166A.
シミュレーションソフトとしてフルーエント（アンシス社）を用いた。解析条件は、環境温度４０℃、出力４０Ａ/単位モジュールの定常発熱とした。成形体１２２と電極群１２４との間を除く、全ての部材間の熱抵抗率（成形体１２２とヒータとの間の熱抵抗率、成形体１２２とケース１６０との間の熱抵抗率、成形体１２２とバスバーとの間の熱抵抗率など）を、１／１３０ｍ２・Ｋ/Ｗとした。電池モジュール１００の外表面からの放熱量を、５Ｗ/ｍ２・Ｋとした。温度調整用流体の、流体供給口１６６Ａにおける風速を１ｍ/ｓｅｃとし、風量を０．１７１ｍ３/ｍｉｎとした。 Fluent (Ansys) was used as simulation software. The analysis conditions were an ambient temperature of 40 ° C., an output of 40 A / unit module and steady heat generation. Except between the molded body 122 and the electrode group 124, the thermal resistivity between all members (thermal resistance between the molded body 122 and the heater, thermal resistivity between the molded body 122 and the case 160, molding The thermal resistivity between the body 122 and the bus bar) was 1/130 m 2 · K / W. The amount of heat released from the outer surface of the battery module 100 was 5 W / m 2 · K. The air speed at the fluid supply port 166A of the temperature adjusting fluid was 1 m / sec, and the air volume was 0.171 m 3 / min.
そして、複数の単位モジュールの温度分布を測定し、このうち最も温度の高い単位モジュールの温度（最高温度）と、最も温度の低い単位モジュールの温度（最低温度）とから、単位モジュール間の温度差を算出した。さらに、流体流路１６８の圧力損失を求めた。それらの結果を表１に示す。
表１に示されるように、流体流路１６８のＢ−Ｂ’線断面における形状が、２）テーパ状、３）ラッパ状１、４）ラッパ状２、５）テーパ＋ストレート状、６）ストレート＋テーパ＋ストレート状であるほうが、１）ストレート状である場合に比べて、単位モジュールごとの温度差が小さく、均一に冷却できることがわかる。 As shown in Table 1, the shape of the fluid channel 168 in the BB ′ line cross section is 2) tapered, 3) trumpet 1, 4) trumpet 2, 5) taper + straight, 6) straight It can be seen that the + taper + straight shape is 1) the temperature difference of each unit module is smaller than that of the straight shape, and cooling can be performed uniformly.
次に、２）テーパ状と、３）ラッパ状１とを比較すると、３）ラッパ状１のほうが温度差をより小さくすることができる。ただし、３）ラッパ状１のように、流体流路１６８の流体排出口１６６Ｂにおける断面積が小さすぎると、圧力損失が増大してしまう（６６１Ｐａ）。そのため、４）ラッパ状２のように流、体流路１６８の流体排出口１６６Ｂにおける断面積を若干大きくすることで、圧力損失の増大を少なくすることが好ましい。 Next, when 2) the taper shape and 3) the trumpet shape 1 are compared, 3) the trumpet shape 1 can make the temperature difference smaller. However, 3) If the cross-sectional area at the fluid outlet 166B of the fluid flow path 168 is too small as in the trumpet shape 1, the pressure loss increases (661 Pa). Therefore, 4) It is preferable to reduce the increase in pressure loss by slightly increasing the cross-sectional area of the fluid discharge port 166B of the body flow path 168 as in the trumpet shape 2.
さらに、６）ストレート＋テーパ＋ストレート状では、温度差を小さくすることができる（２．３℃）にも係わらず、圧力損失も低減できる（５０Ｐａ）ことがわかる。 Furthermore, it can be seen that 6) straight + taper + straight shape can reduce the pressure loss (50 Pa) despite the fact that the temperature difference can be reduced (2.3 ° C.).
このように構成された本発明の一実施形態に係る電池モジュール１００の作用を、図１を参照して説明する。すなわち、温度調整用流体（例えば空気）を、電池モジュール１００の流体供給口１６６Ａに流入させる。流入された温度調整用流体は、例えば図６に示されるように、電池モジュール１００の、底面板１６２と単位モジュール１２０の表面との間の流体流路１６８と、頂面板１６４と単位モジュール１２０の表面との間の流体流路１６８と、をそれぞれ流通した後、電池モジュール１００の流体排出口１６６Ｂから排出される。 The operation of the battery module 100 according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG. That is, a temperature adjusting fluid (for example, air) is caused to flow into the fluid supply port 166A of the battery module 100. For example, as shown in FIG. 6, the inflowing temperature adjusting fluid includes a fluid flow path 168 between the bottom plate 162 and the surface of the unit module 120, a top plate 164, and the unit module 120 of the battery module 100. After flowing through the fluid flow path 168 between the battery module 100 and the surface, the fluid is discharged from the fluid outlet 166B of the battery module 100.
本発明の一実施形態に係る電池モジュール１００では、流体供給口１６６Ａから流体排出口１６６Ｂにかけて、流体流路１６８の断面積が小さくなる。これにより、電池モジュール１００における、温度調整用流体の流れが制御され、複数の単位モジュール１２０間の温度のばらつきを低減しつつ、効率よく冷却することができる。 In the battery module 100 according to the embodiment of the present invention, the cross-sectional area of the fluid flow path 168 decreases from the fluid supply port 166A to the fluid discharge port 166B. Thereby, the flow of the temperature adjusting fluid in the battery module 100 is controlled, and the cooling can be efficiently performed while reducing the variation in temperature between the plurality of unit modules 120.
さらに、本発明の一実施形態に係る電池モジュール１００では、単位モジュール１２０の防爆弁１４４とケースの防爆口１６６Ｃとが、防爆ダクトカバー１２９で連通している。そのため、単位モジュール１２０が発生させた内部ガスを、温度調整用流体と混合させることなく、電池モジュール１００の外部に逃すことができ、安全性にも優れている。 Furthermore, in the battery module 100 according to the embodiment of the present invention, the explosion-proof valve 144 of the unit module 120 and the explosion-proof port 166C of the case are communicated with each other by an explosion-proof duct cover 129. Therefore, the internal gas generated by the unit module 120 can be released to the outside of the battery module 100 without being mixed with the temperature adjusting fluid, which is excellent in safety.
２．本発明の電池パックについて
前述の本発明の電池モジュールは、電池パックに収納されて用いられうる。すなわち本発明の電池パックは、複数の電池モジュールと、複数の電池モジュールを固定するフレームとを有する。
2. About the battery pack of the present invention The battery module of the present invention described above can be used by being housed in a battery pack. That is, the battery pack of the present invention has a plurality of battery modules and a frame for fixing the plurality of battery modules.
前記の通り、本発明の電池モジュールに収容される各電池モジュールは、温度調整用流体によって、均一に温調（冷却）されるという効果を有する。従って、本発明の電池パックは、各電池モジュールに温度調整用流体を供給できればよい。ここで温度調整用流体は、特に限定されないが、気体であることが好ましく、例えば空気である。 As described above, each battery module accommodated in the battery module of the present invention has an effect that the temperature is uniformly adjusted (cooled) by the temperature adjusting fluid. Therefore, the battery pack of the present invention only needs to be able to supply a temperature adjusting fluid to each battery module. Here, the temperature adjusting fluid is not particularly limited, but is preferably a gas, for example, air.
また本発明の電池パックは、単位モジュールの単セルにおいて内圧が一定以上に上昇した場合に発生する内部ガス（高圧ガス）を逃すための防爆構造を有することが好ましい。例えば、自動車用の電源装置として用いた場合の安全性を高めるためである。さらに本発明の電池パックは、ユニット化された電源装置とすることができるので、例えば車体に容易に取り付けることができたり、車体から取り外したりすることができる。 Moreover, it is preferable that the battery pack of this invention has an explosion-proof structure for releasing the internal gas (high pressure gas) generated when the internal pressure rises above a certain level in the single cell of the unit module. For example, it is for improving safety when used as a power supply device for automobiles. Furthermore, since the battery pack of the present invention can be a unitized power supply device, it can be easily attached to or removed from the vehicle body, for example.
電池パックにおいて、複数の電池モジュールはどのように配置されていてもよいが、互いに電気接続されるように配置される。電気接続は直列であっても並列であってもよい。 In the battery pack, the plurality of battery modules may be arranged in any way, but are arranged so as to be electrically connected to each other. The electrical connection may be in series or in parallel.
電池パックのフレームは、複数の電池モジュールを固定する機能を有しつつ、さらに各電池モジュールに温度調整用流体を供給し、各電池モジュールから温度調整用流体を排出する機能を有することが好ましい。すなわち、本発明の電池パックのフレームは、各電池モジュールの流体供給口と連通する供給マニホールドと、各電池モジュールの流体排出口と連通する排出マニホールドとを構成することが好ましい。さらに、本発明の電池パックのフレームは、外部から温度調整用流体を導入するためのダクトと、外部に温度調整用流体を排出するためのダクトとを有することが好ましい。 The frame of the battery pack preferably has a function of fixing a plurality of battery modules, and further supplying a temperature adjustment fluid to each battery module and discharging the temperature adjustment fluid from each battery module. That is, it is preferable that the frame of the battery pack of the present invention constitutes a supply manifold that communicates with a fluid supply port of each battery module and a discharge manifold that communicates with a fluid discharge port of each battery module. Furthermore, the frame of the battery pack of the present invention preferably has a duct for introducing the temperature adjusting fluid from the outside and a duct for discharging the temperature adjusting fluid to the outside.
さらに好ましくは、本発明の電池パックのフレームは、各電池モジュールにおける単位モジュールの単セルが何らかの原因で熱暴走したときに発生する内部ガス（電解液の沸騰物など、高圧ガスともいう）を、外部に排出するための防爆マニホールドを構成している。防爆マニホールドは、外部に内部ガスを排出するためのダクトと、各電池モジュールのケースに形成された防爆口とを連通している。内部ガスと温度調整用流体とが混じることがないように、内部ガスを排出するためのダクトと温度調整用流体を排出するためのダクトとは、区分されていることが好ましい。 More preferably, the frame of the battery pack of the present invention is an internal gas (also referred to as a high-pressure gas such as an electrolyte boil) generated when a single cell of a unit module in each battery module is thermally runaway for some reason, An explosion-proof manifold for discharging to the outside is configured. The explosion-proof manifold communicates a duct for discharging internal gas to the outside and an explosion-proof port formed in the case of each battery module. The duct for discharging the internal gas and the duct for discharging the temperature adjusting fluid are preferably separated so that the internal gas and the temperature adjusting fluid are not mixed.
フレームがマニホールド（供給マニホールド、排出マニホールド、防爆マニホールド）を構成するとは、例えば、フレームの骨組みの内部が中空になっており、その中空内部が流路になり、マニホールドとして機能することを意味する。 The fact that the frame constitutes a manifold (supply manifold, discharge manifold, explosion-proof manifold) means that, for example, the inside of the frame of the frame is hollow, and the hollow inside becomes a flow path and functions as a manifold.
本発明の電池パックのフレームの材質は、軽量化の視点と成形性の視点とから選択されることが好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金などでありうるが特に限定されない。フレームは、押出成形で成形されうる。 The material of the frame of the battery pack of the present invention is preferably selected from the viewpoint of weight reduction and the viewpoint of formability, and may be aluminum or aluminum alloy, but is not particularly limited. The frame can be formed by extrusion.
フレームの形状は特に限定されないものの、外周フレームとセンターフレームとを有することが好ましい。外周フレームとは、電池パックの外枠を構成するフレームであり；センターフレームとは、外周フレームの内部を通り、竜骨(keel)としてフレームを補強するフレームである。 Although the shape of the frame is not particularly limited, it is preferable to have an outer peripheral frame and a center frame. The outer peripheral frame is a frame that constitutes the outer frame of the battery pack; the center frame is a frame that reinforces the frame as a keel that passes through the outer peripheral frame.
電池パックのフレームが、外周フレームとセンターフレームとを有する場合には、外周フレームが排出マニホールドを構成し、センターフレームが供給マニホールドを構成することが好ましい。また、任意の防爆マニホールドは、センターフレームによって構成されることが好ましい（図１０Ａおよび図１０Ｂを参照）。 When the frame of the battery pack has an outer peripheral frame and a center frame, it is preferable that the outer peripheral frame constitutes a discharge manifold and the center frame constitutes a supply manifold. Moreover, it is preferable that an arbitrary explosion-proof manifold is constituted by a center frame (see FIGS. 10A and 10B).
図１０Ａおよび図１０Ｂには、本発明の電池パックの例の概要が示される。図１０Ａに示される電池パック２００は、図１０Ｂに示されるように、フレーム３００と、フレーム３００に収容される１６個（２×８）の電池モジュール１００とを有する。１６個の電池モジュール１００は、カバー４００で保護されていてもよい。電池モジュール１００は互いに直列に電気接続されている。図１０Ａにおける矢印は、温度調整用流体の流れを示している。 10A and 10B show an outline of an example of the battery pack of the present invention. The battery pack 200 shown in FIG. 10A includes a frame 300 and 16 (2 × 8) battery modules 100 housed in the frame 300, as shown in FIG. 10B. The 16 battery modules 100 may be protected by a cover 400. The battery modules 100 are electrically connected to each other in series. The arrows in FIG. 10A indicate the flow of the temperature adjusting fluid.
電池パック２００のフレーム３００は、センターフレーム３１０と、外周フレーム３２０とを有する。センターフレーム３１０および外周フレーム３２０は、いずれも中空状であり、マニホールドを構成している。 The frame 300 of the battery pack 200 includes a center frame 310 and an outer peripheral frame 320. The center frame 310 and the outer peripheral frame 320 are both hollow and constitute a manifold.
センターフレーム３１０が構成する供給マニホールドの端部３１１から、温度調整用流体が供給されて供給マニホールドを流れる（図１０Ａ参照）。供給された温度調整用流体は、センターフレーム３１０の側面に形成された複数の孔３１２（図１０Ｂ参照）から流れ出すことができる。後述の通り、孔３１２はそれぞれ、電池モジュール１００の流体供給口１６６Ａに接続している。そのため、電池モジュール１００の流体流路１６８に温度調整用流体が供給される。 A temperature adjusting fluid is supplied from an end portion 311 of the supply manifold formed by the center frame 310 and flows through the supply manifold (see FIG. 10A). The supplied temperature adjusting fluid can flow out from a plurality of holes 312 (see FIG. 10B) formed in the side surface of the center frame 310. As will be described later, each of the holes 312 is connected to the fluid supply port 166A of the battery module 100. Therefore, the temperature adjusting fluid is supplied to the fluid flow path 168 of the battery module 100.
一方、外周フレーム３２０が構成する排出マニホールドの端部３２１から、温度調整用流体を排出することができる。また、外周フレーム３２０の側面に形成された複数の孔３２２（図１０Ｂ参照）から、排出マニホールドに流体が流れ込むことができる。後述の通り、複数の孔３２２はそれぞれ、電池モジュール１００の流体排出口１６６Ｂに接続している。 On the other hand, the temperature adjusting fluid can be discharged from the end 321 of the discharge manifold formed by the outer peripheral frame 320. Further, the fluid can flow into the discharge manifold from the plurality of holes 322 (see FIG. 10B) formed in the side surface of the outer peripheral frame 320. As will be described later, each of the plurality of holes 322 is connected to the fluid discharge port 166 </ b> B of the battery module 100.
つまり、各電池モジュール１００は、センターフレーム３１０の側面と、外周フレーム３２０の側面とに沿って配列し；センターフレーム３１０の側面に形成された孔３１２と、電池モジュール１００の流体供給口１６６Ａとが接続し；外周フレーム３２０の側面に形成された孔３２２と、電池モジュール１００の流体排出口１６６Ｂとが接続する。 That is, each battery module 100 is arranged along the side surface of the center frame 310 and the side surface of the outer peripheral frame 320; a hole 312 formed in the side surface of the center frame 310 and a fluid supply port 166A of the battery module 100. Connect; the hole 322 formed in the side surface of the outer peripheral frame 320 and the fluid discharge port 166B of the battery module 100 are connected.
図１１Ａは、センターフレーム３１０と電池モジュール１００との接続部付近（図１０ＡにおけるＸで示される領域）を拡大して、電池モジュール１００を不図示とした透視図である。図１１Ｂは、センターフレーム３１０と電池モジュール１００との接続部付近（図１０ＡにおけるＸで示される領域）を拡大して、電池モジュール１００を図示した透視図である。図１１Ｃは、センターフレーム３１０と互いに隣接する２つの電池モジュール１００との交点付近（図１０ＡにおけるＺで示される領域）を拡大した透視図である。 FIG. 11A is a perspective view in which the vicinity of the connection portion between the center frame 310 and the battery module 100 (the area indicated by X in FIG. 10A) is enlarged and the battery module 100 is not shown. FIG. 11B is a perspective view illustrating the battery module 100 by enlarging the vicinity of the connecting portion between the center frame 310 and the battery module 100 (the region indicated by X in FIG. 10A). FIG. 11C is an enlarged perspective view of the vicinity of the intersection (a region indicated by Z in FIG. 10A) between the center frame 310 and two battery modules 100 adjacent to each other.
図１１Ａに示されるように、センターフレーム３１０の側面には、温度調整用流体が通過するための孔３１２Ｘ（頂面側）と３１２Ｙ（底面側）とがある。 As shown in FIG. 11A, the side surface of the center frame 310 has holes 312X (top surface side) and 312Y (bottom surface side) through which the temperature adjusting fluid passes.
図１１Ｂに示されるように、電池モジュール１００の単位モジュール１２０には、いくつかの放熱フィン１３０がある。放熱フィン１３０と電池モジュール１００のケース（頂面板または底面板）との隙間（流体流路１６８）に、孔３１２Ｘおよび孔３１２Ｙを通って温度調整用流体が流れこむ。 As shown in FIG. 11B, the unit module 120 of the battery module 100 has several radiating fins 130. The temperature adjusting fluid flows through the hole 312X and the hole 312Y into the gap (fluid channel 168) between the heat radiation fin 130 and the case (top plate or bottom plate) of the battery module 100.
図１１Ｃに示されるように、電池モジュール１００のケース１６０は、防爆口１６６Ｃを有する。センターフレーム３１０は、防爆マニホールドを構成しており、防爆マニホールドとの連通孔である孔３１６を有する。防爆口１６６Ｃと孔３１６とは、２つのケース１６０同士のギャップを介して連通している。電池から発生した内部ガスは、防爆シート１２８の防爆弁１４４を通って、防爆ダクトカバー１２９に導かれて（図２参照）、防爆口１６６Ｃから排出される。さらに、防爆口１６６Ｃから排出された内部ガスは、孔３１６を通って、センターフレーム３１０が構成する防爆マニホールドに流入する。 As shown in FIG. 11C, the case 160 of the battery module 100 has an explosion-proof opening 166C. The center frame 310 constitutes an explosion-proof manifold, and has a hole 316 that is a communication hole with the explosion-proof manifold. The explosion-proof port 166C and the hole 316 communicate with each other through a gap between the two cases 160. The internal gas generated from the battery passes through the explosion-proof valve 144 of the explosion-proof sheet 128, is led to the explosion-proof duct cover 129 (see FIG. 2), and is discharged from the explosion-proof port 166C. Further, the internal gas discharged from the explosion-proof port 166C flows into the explosion-proof manifold formed by the center frame 310 through the hole 316.
図１２は、外周フレーム３２０と電池モジュール１００との接続部付近（図１０ＡにおけるＹで示される領域）を拡大した透視図である。図１２に示されるように、外周フレーム３２０の側面には、温度調整用流体が通過するための孔３２２Ｘ（頂面側）と３２２Ｙ（底面側）とがある。また、電池モジュール１００の単位モジュール１２０には、いくつかの放熱フィン１３０がある。放熱フィン１３０と電池モジュール１００のケース（頂面板または底面板）との隙間（流体流路１６８）から、温度調整用流体が孔３２２Ｘおよび３２２Ｙを通って外周フレーム３２０が構成する排出マニホールドに流れ込む。 FIG. 12 is an enlarged perspective view of the vicinity of the connection portion between the outer peripheral frame 320 and the battery module 100 (the region indicated by Y in FIG. 10A). As shown in FIG. 12, the side surface of the outer peripheral frame 320 has holes 322X (top surface side) and 322Y (bottom surface side) through which the temperature adjusting fluid passes. In addition, the unit module 120 of the battery module 100 has several heat radiation fins 130. From the gap (fluid flow path 168) between the radiating fin 130 and the case (top plate or bottom plate) of the battery module 100, the temperature adjusting fluid flows through the holes 322X and 322Y into the discharge manifold formed by the outer frame 320.
外周フレーム３２０は、配線３２５を配置する領域である空間をも構成している。 The outer peripheral frame 320 also constitutes a space that is an area in which the wiring 325 is disposed.
図１３には、センターフレーム３１０と、外周フレーム３２０と、電池モジュール１００との関係が示される。図１３は、図１０ＡにおけるＡ−Ａ’の断面図のうちの一部（センターフレーム３１０付近と、外周フレーム３２０付近）を示している。 FIG. 13 shows the relationship among the center frame 310, the outer peripheral frame 320, and the battery module 100. FIG. 13 shows a part (a vicinity of the center frame 310 and a vicinity of the outer peripheral frame 320) of the cross-sectional view taken along the line A-A 'in FIG. 10A.
図１３において、電池モジュール１００は、単位モジュール１２０の上下両面に流体流路１６８を有する。つまり、電池モジュール１００のケース１６０の頂面板１６４と単位モジュール１２０との隙間からなる流体流路１６８Ｘと、ケース１６０の底面板１６２と単位モジュール１２０との隙間からなる流体流路１６８Ｙとがある。センターフレーム３１０は、２つの流体流路（１６８Ｘと１６８Ｙ）のそれぞれに対応する供給マニホールド３１３Ｘおよび３１３Ｙを構成し；外周フレーム３２０は、２つの流体流路（１６８Ｘおよび１６８Ｙ）のそれぞれに対応する排出マニホールド３２３Ｘおよび３２３Ｙを構成する。 In FIG. 13, the battery module 100 has fluid flow paths 168 on the upper and lower surfaces of the unit module 120. That is, there are a fluid flow path 168X formed by a gap between the top plate 164 of the case 160 of the battery module 100 and the unit module 120, and a fluid flow path 168Y formed by a gap between the bottom plate 162 of the case 160 and the unit module 120. Center frame 310 constitutes supply manifolds 313X and 313Y corresponding to each of the two fluid flow paths (168X and 168Y); outer frame 320 discharges corresponding to each of the two fluid flow paths (168X and 168Y) Manifolds 323X and 323Y are configured.
さらに図１３において、センターフレーム３１０は、２つの供給マニホールド（３１３Ｘおよび３１３Ｙ）とともに、防爆マニホールド３１５を構成している。このようにセンターフレーム３１０の内部は３層に分割されており、２つの供給マニホールド（３１３Ｘおよび３１３Ｙ）と、１つの防爆マニホールド３１５とを構成している。 Furthermore, in FIG. 13, the center frame 310 constitutes an explosion-proof manifold 315 together with two supply manifolds (313X and 313Y). Thus, the inside of the center frame 310 is divided into three layers, and constitutes two supply manifolds (313X and 313Y) and one explosion-proof manifold 315.
防爆マニホールド３１５は、電池モジュール１００のケース１６０の防爆口１６６Ｃを介して、単位モジュール１００の防爆シート１２８にある防爆弁１４４と連通している（図１１Ｃ参照）。 The explosion-proof manifold 315 communicates with the explosion-proof valve 144 on the explosion-proof sheet 128 of the unit module 100 via the explosion-proof port 166C of the case 160 of the battery module 100 (see FIG. 11C).
一方、図１３において、外周フレーム３２０は２つの排出マニホールド（３２３Ｘおよび３２３Ｙ）を構成しているが、さらに配線３２５を通すための空間（配線マニホールド）を構成していてもよい。 On the other hand, in FIG. 13, the outer peripheral frame 320 constitutes two discharge manifolds (323X and 323Y), but may further constitute a space (wiring manifold) for passing the wiring 325.
図１４には、図１０Ａに示される電池パック２００に、外部から温度調整用流体を導入するための供給ダクト４１０と、外部に温度調整用流体を排出するための排出ダクト４２０とを備えた電池パックデバイスを示す。 14 shows a battery pack 200 shown in FIG. 10A including a supply duct 410 for introducing a temperature adjusting fluid from the outside and a discharge duct 420 for discharging the temperature adjusting fluid to the outside. Indicates a packed device.
温度調整用流体は、供給ダクト４１０を通って、端部３１１からセンターフレーム３１０が構成する供給マニホールドに流れ込む。供給マニホールドに流れ込んだ温度調整用流体は孔３１２（図１０Ｂ参照）から流れ出し、流体供給口１６６Ａを通って、電池モジュール１００に供給される。温度調整用流体は、電池モジュール１００内部の流体流路１６８を流れて、そこに収容された各単位モジュール１２０を冷却する。さらに、温度調整用流体は、流体排出口１６６Ｂを通って電池モジュール１００から排出され、孔３２２（図１０Ｂ参照）を介して外周フレーム３２０が構成する排出マニホールドに流れ込む。排出マニホールドに流れ込んだ温度調整用流体は、排出ダクト４２０から外部に排出される。 The temperature adjusting fluid flows through the supply duct 410 from the end 311 to the supply manifold formed by the center frame 310. The temperature adjusting fluid that has flowed into the supply manifold flows out from the hole 312 (see FIG. 10B), and is supplied to the battery module 100 through the fluid supply port 166A. The temperature adjusting fluid flows through the fluid flow path 168 inside the battery module 100 and cools each unit module 120 accommodated therein. Further, the temperature adjusting fluid is discharged from the battery module 100 through the fluid discharge port 166B, and flows into the discharge manifold formed by the outer peripheral frame 320 through the hole 322 (see FIG. 10B). The temperature adjusting fluid that has flowed into the discharge manifold is discharged from the discharge duct 420 to the outside.
このように、センターフレーム３１０が構成する供給マニホールドを流れる温度調整用流体を、各電池モジュール１００に分配して供給することで、複数の電池モジュールを均一に冷却することができる。 Thus, by distributing and supplying the temperature adjusting fluid flowing through the supply manifold formed by the center frame 310 to each battery module 100, the plurality of battery modules can be uniformly cooled.
また、前述の通り、本発明の電池モジュール１００は、その内部の流体流路１６８の形状に特徴があるため；温度調整用流体が、各電池モジュール１００に収容された複数の単位モジュール１２０を、均一に冷却することができる。 In addition, as described above, the battery module 100 of the present invention is characterized by the shape of the fluid flow path 168 therein; a plurality of unit modules 120 in which the temperature adjusting fluid is accommodated in each battery module 100, It can cool uniformly.
本発明の電池モジュールは、それに含まれる複数の単位モジュールを均一に冷却することができるので、特定の単位モジュールの劣化が選択的に進むことがない。よって、電池モジュールとしての製品寿命が長くなる。また、本発明の電池モジュールを含む電池パックは、例えば自動車用の電源装置などとして有効に利用される。 Since the battery module of the present invention can uniformly cool a plurality of unit modules included therein, the deterioration of a specific unit module does not proceed selectively. Therefore, the product life as a battery module is prolonged. The battery pack including the battery module of the present invention is effectively used as a power supply device for automobiles, for example.
１００ 電池モジュール
１２０ 単位モジュール
１２２ 成形体
１２２Ａ 収容穴
１２４ 電極群
１２６ 封口板
１２７ 集電バスバー
１２８ 防爆シート
１２９ 爆風ダクトカバー
１３０ 放熱フィン
１３２ 貫通孔
１３２Ａ 取付け孔
１３２Ｂ ヒータ孔
１３４ 電極ユニット
１４０ 絶縁板
１４１ 絶縁板
１４２ 電極端子
１４４ 防爆弁
１４６ 電解液供給孔
１４８ 電極リード
１５０ 電極端子
１５２ ガスケット
１５４ 電極リード
１６０ ケース
１６２ 底面板
１６４ 頂面板
１６６ 枠体
１６６Ａ 流体供給口
１６６Ｂ 流体排出口
１６６Ｃ 防爆口
１６８，１６８Ｘ，１６８Ｙ 流体流路
２００ 電池パック
３００ フレーム
３１０ センターフレーム
３１１ 端部
３１２，３１２Ｘ，３１２Ｙ 孔
３１３，３１３Ｘ，３１３Ｙ 供給マニホールド
３１５ 防爆マニホールド
３１６ 孔
３２０ 外周フレーム
３２１ 端部
３２２，３２２Ｘ，３２２Ｙ 孔
３２３Ｘ，３２３Ｙ 排出マニホールド
３２５ 電気配線
４００ フレームのカバー
４１０ 供給ダクト
４２０ 排出ダクト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Battery module 120 Unit module 122 Molding body 122A Accommodating hole 124 Electrode group 126 Sealing plate 127 Current collecting bus bar 128 Explosion-proof sheet 129 Blast duct cover 130 Radiation fin 132 Through hole 132A Mounting hole 132B Heater hole 134 Electrode unit 140 Insulating plate 141 Insulating plate 142 Electrode Terminal 144 Explosion Proof Valve 146 Electrolyte Supply Hole 148 Electrode Lead 150 Electrode Terminal 152 Gasket 154 Electrode Lead 160 Case 162 Bottom Plate 164 Top Plate 166 Frame 166A Fluid Supply Port 166B Fluid Exhaust Port 166C Explosion Proof Port 168, 168X, 168X 168 Flow path 200 Battery pack 300 Frame 310 Center frame 311 End 312, 312 X, 312 Y Hole 313, 313 X, 313 Y Supply manifold 15 explosion-proof manifold 316 holes 320 perimeter frame 321 ends 322,322X, 322Y hole 323x, 323Y discharge manifold 325 electric wiring 400 frame cover 410 supply duct 420 discharging duct
Claims (14)
互いに電気接続された前記複数の単位モジュールを収納し、対向する一対の側面に流体供給口と流体排出口とを有するケースと、
を有する電池モジュールであって、
前記ケースの内壁面と前記単位モジュールの成形体との隙間からなり、前記流体供給口と前記流体排出口とを連通する流路を有し、
前記流体供給口側における前記流路の断面積が、前記流体排出口側における前記流路の断面積よりも大きい、電池モジュール。 A plurality of unit modules having a molded body having two or more independent accommodation holes, and two or more electrode groups accommodated in the accommodation holes and wound with a positive electrode and a negative electrode through a separator;
A case that houses the plurality of unit modules that are electrically connected to each other, and that has a fluid supply port and a fluid discharge port on a pair of opposing side surfaces;
A battery module comprising:
It is formed by a gap between the inner wall surface of the case and the molded body of the unit module, and has a flow path that connects the fluid supply port and the fluid discharge port,
The battery module, wherein a cross-sectional area of the flow path on the fluid supply port side is larger than a cross-sectional area of the flow path on the fluid discharge port side.
前記成形体の互いに対向する面の一方と、前記ケースの内壁面との間に形成された隙間からなる流路と、
前記成形体の互いに対向する面の他方と、前記ケースの内壁面との間に形成された隙間からなる流路と、
を含む、請求項１または２に記載の電池モジュール。 The flow path is
A flow path consisting of a gap formed between one of the mutually opposing surfaces of the molded body and the inner wall surface of the case;
A flow path comprising a gap formed between the other surface of the molded body facing each other and the inner wall surface of the case;
The battery module according to claim 1, comprising:
前記ケースにおいて、前記単位モジュールは互いに直列に接続され、かつ
前記ケースの流体供給口と流体排出口は、前記単位モジュールの直列接続方向の延長上に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池モジュール。 In the unit module, the electrode groups are connected in parallel to each other,
In the case, the unit modules are connected in series with each other, and the fluid supply port and the fluid discharge port of the case are provided on an extension in the series connection direction of the unit modules. The battery module according to claim 1.
前記放熱フィンは前記流路の壁面を構成する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池モジュール。 The molded body of the unit module further has a heat radiating fin,
The battery module according to claim 1, wherein the radiating fin constitutes a wall surface of the flow path.
前記ケースは前記防爆弁と連通する防爆口をさらに有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電池モジュール。 The battery module according to claim 1, wherein the unit module further includes an explosion-proof valve, and the case further includes an explosion-proof port communicating with the explosion-proof valve.
前記フレームは、
外部から流体を導入するためダクトと、前記電池モジュールの前記流体供給口とを連通する供給マニホールドと、
外部に流体を排出するためのダクトと、前記電池モジュールの前記流体排出口とを連通する排出マニホールドと、
を有する、電池パック。 A battery pack comprising: the battery module according to any one of claims 1 to 9; and a frame for fixing the plurality of battery modules,
The frame is
A supply manifold that communicates the duct for introducing fluid from the outside and the fluid supply port of the battery module;
A duct for discharging fluid to the outside, and a discharge manifold communicating with the fluid discharge port of the battery module;
Having a battery pack.
前記フレームは、
外部から流体を導入するためダクトと、前記電池モジュールの前記流体供給口とを連通する供給マニホールドと、
外部に流体を排出するためのダクトと、前記電池モジュールの前記流体排出口とを連通する排出マニホールドと、
外部に流体を排出するためのダクトと、前記電池モジュールの防爆口とを連通する防爆マニホールドと、
を有する、電池パック。 A battery pack comprising a plurality of battery modules according to claim 8 and a frame for fixing the plurality of battery modules,
The frame is
A supply manifold that communicates the duct for introducing fluid from the outside and the fluid supply port of the battery module;
A duct for discharging fluid to the outside, and a discharge manifold communicating with the fluid discharge port of the battery module;
An explosion-proof manifold that communicates a duct for discharging fluid to the outside and an explosion-proof opening of the battery module;
Having a battery pack.
前記センターフレームは、前記供給マニホールドおよび前記防爆マニホールドを構成し、
前記外周フレームは、前記排出マニホールドを構成する、
請求項１１に記載の電池パック。 The frame has an outer peripheral frame constituting an outer peripheral frame, and a center frame that becomes a keel of the outer peripheral frame,
The center frame constitutes the supply manifold and the explosion-proof manifold,
The outer peripheral frame constitutes the discharge manifold,
The battery pack according to claim 11.
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