JP2014053126A

JP2014053126A - 組電池モジュール

Info

Publication number: JP2014053126A
Application number: JP2012195871A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Fujioka; 靖夫藤岡
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-03-20

Abstract

【課題】組電池モジュール内部に配置される複数の電池セルの温度バラつきを均一にする組電池モジュールを提供すること。
【解決手段】組電池モジュール２０１の内部に円筒電池セル２０６を配置させて、充放電動作を繰返した時の円筒電池セル２０６の温度を、円筒電池セル２０６を収納する電池ケース２０７及び電池ケース２０８の熱伝導率を異なるように構成すること解決する。このとき、組電池モジュールの内部に冷却風を送風する送風口を備える構成であると良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池セルを複数接続した組電池モジュールに関するものである。

エネルギー分野において、大容量高出力の電池が求められるようになり、例えば自動車業界では、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）にて多くの電池が使用されており、その用途に使用される電池には、例えば、ＥＶ車の発進時や急勾配の登坂時や、急速充電時や急勾配の下り坂にて電池からの放電と充電で１００Ａ以上の大きな電流が流れる。

大電流が流れた電池は電池自体が発熱して温度が上昇する。合わせて夏期には環境の影響も受けて温度が上奏する。温度が上昇すると電池の電気的な特性が低下するばかりではなく、寿命も短くなる。このために、電池の温度が規定温度より高くならないように冷却する必要があるが、その使用されている電池は、素電池を直列と並列を組み合わせて電気的に接続した組電池となっているので、その素電池を均一に冷却することが極めて重要なことである。組電池内部の素電池間に温度差があると組電池を劣化させる原因となり、寿命を短くしてしまう課題がある。

従来の電池ケースとしては、特許文献１のような電池ケースが知られている。図５は、特許文献１に記載された従来の電池ケースを示す図である。

図５において、複数の電源モジュール１を上下に多段に積層する配列でホルダーケース２に収納している電源装置であって、ホルダーケース２は、プラスチック成形からなる複数のケースユニット２Ａを多段に積層してなる複数のケースユニット２Ａの積層構造である。各々のケースユニット２Ａは、成形材で成形されており、上段に積層している上段ケースユニット２Ａを成形している成形材の熱伝導率を、この上段ケースユニット２Ａよりも下段に積層している下段ケースユニット２Ａの成形材よりも大きくして、上段ケースユニット２Ａの熱伝導をその下段ケースユニット２Ａの熱伝導よりも大きくしてより効率よく冷却されるようにしてなる電源装置を示している。

特開２００４−４７３６１号公報

しかしながら、これを解決する技術として特許文献１に記載の電池ケースでは、組電池の構造は上下への多段に積層した構造を想定しているが、組電池の構造で上下方向の多段構造と水平方向へ積層構造、そして上下水平に積層構造等あり、上下方向の多段構造以外での組電池に対して課題を有することになる。具体的には冷却を冷却風の導入で行うため、それに必要な空間で外形が大きくなり、また、間接冷却になるため、抜熱が悪く、段差による冷却能も差は検討されているが個々のケース単位では場所による冷却能も差が出やすいと課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、組電池内部の素電池の温度均一化と温度ばらつきによる組電池の性能劣化を防止する電池ケース備えた組電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の異種金属電池ケースで構成される組電池モジュールは、複数の電池ケースにそれぞれ電池セルが挿入されて構成される組電池モジュールであって、前記複数の電池ケースは、熱伝導率の異なる金属ケースの組合せから構成されている。

本構成によって、電池ケース間の熱伝導率の差を利用して熱の移動を利用することで、組電池モジュール内部の電池セルの温度を均一することを特徴とする。

以上のように、本発明の異種金属電池ケースで構成される組電池モジュールによれば、組電池モジュール内部の電池セルの温度バラつきをなくし組電池モジュールの性能劣化を防止することができる。

本発明の実施の形態１における異種金属電池ケースの組電池モジュールの概略断面図本発明の実施の形態２における異種金属電池ケースの組電池モジュールの概略断面図本発明の実施の形態３における異種金属電池ケースの組電池モジュールの概略断面図本発明の実施の形態４における異種金属電池ケースの組電池モジュールの概略断面図特許文献１に記載された従来の組電池モジュールの図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る、異種金属電池ケースの組電池モジュールの概略断面図である。

図１に示すように、組電池モジュール２０１は、複数の円筒電池セル２０６をそれぞれの電池ケース２０７及び２０８の内部に収納して構成され、電池ケース２０７及び２０８は更にモジュールケース２０２に収納されてなる。また、モジュールケース２０２は、冷却風の供給口２０３、冷却風の排出口２０４、及び、冷却風の送風流路２０５を備える。更に、隣接する電池ケース２０７及び２０８は、溶接等で接合されている。また、図１において、電池ケース２０７は、熱伝導率がＫ７の材料で構成され、電池ケース２０８は熱伝導率がＫ８の材料で構成されている。

以下、上述の電池ケース２０７と電池ケース２０８の配置について述べる。

電池ケース２０７と電池ケース２０８の配置は、円筒電池セル２０６の性能により配置される。具体的には、図１に示すように、組電池モジュール２０１の内部に円筒電池セル２０６を配置し、充放電動作を繰返した時の円筒電池セル２０６の温度傾向が冷却風の送風流路２０５に近い電池セルの温度が高く、組電池モジュール２０１の中心部の円筒電池セル２０６の温度が低い場合は、電池ケース２０７と電池ケース２０８の熱伝導率の関係がＫ７＞Ｋ８となるように構成する。

このような配置により、温度の高かった冷却風の送風流路２０５付近の円筒電池セル２０６の温度を、熱伝導率の高い電池ケース２０７で放熱させることで下げ、温度の低かった組電池モジュール２０１の中心部の円筒電池セル２０６も熱伝導率の低い電池ケース２０７により、温度の放熱を下げて温度を上げることで、円筒電池セル２０６全ての温度バラつきを低減できる。

他方、冷却風の供給口２０３される冷却風の温度により、円筒電池セル２０６の温度傾向が冷却風の送風流路２０５に近い電池セルの温度が低く、組電池モジュール２０１の中心部の円筒電池セル２０６の温度が高い場合は、電池ケース２０７及び電池ケース２０８の熱伝導率の関係をＫ７＜Ｋ８となるように構成する。

このような構成により、温度の低かった冷却風の送風流路２０５付近の円筒電池セル２０６の温度を熱伝導率の低い電池ケース２０７で放熱を下げて円筒電池セル２０６の温度を上げ、温度の高かった組電池モジュール２０１の中心部の円筒電池セル２０６も熱伝導率の高い電池ケース２０７により温度の放熱を上げて温度を下げることで、円筒電池セル２０６全ての温度バラつきを低減できる。

かかる構成によれば、組電池モジュール２０１の円筒電池セル２０６の充放電による発熱状態に合わせて、電池ケース２０７及び電池ケース２０８の熱伝導率を変える（すなわち、電池ケース２０７及び電池ケース２０８の配置を最適化する）ことで、組電池モジュール２０１の内部に配置される円筒電池セル２０６の温度バラつきを抑制でき、組電池モジュールの性能劣化を防止することができる。

本実施の形態では、熱伝導率Ｋ８の電池ケース２０８を熱伝導率Ｋ７の電池ケース２０７で囲む構成を示したが、図１のように連続で配置した熱伝導率Ｋ８の電池ケース２０８の回りを熱伝導率Ｋ７の電池ケース２０７で囲む構成でもよい。

また、図１のように電池ケースが３段構成であれは、中心列を最初の１番目を熱伝導率Ｋ７の電池ケース２０７として、次順番以降を熱伝導率Ｋ８の電池ケース２０８、熱伝導率Ｋ７の電池ケース２０７を交互で最後に熱伝導率Ｋ７の電池ケース２０７と配置させ、上下段を熱伝導率Ｋ７の電池ケース２０７で挟んだ構成としても良い。

なお、本実施の形態において、電池ケースに収納するものを円筒電池セル２０６としたが、円筒キャパシタンスとしても良い。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る、異種金属電池ケースの組電池モジュールの概略断面図である。実施の形態１では、円筒電池セル２０６を収納した電池ケース２０７及び２０８を複数段重ねた構成を示したが、本実施の形態では、角型電池セル３０２を収納した電池ケースを１列に接合して構成する組電池モジュールを示す。なお、図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図２に示すように、組電池モジュール３０１は、複数の角型電池セル３０２が電池ケース３０３及び３０４の内部に収納されて構成され、その電池ケースをモジュールケース２０２で収納している。モジュールケース２０２には、冷却風の供給口２０３、冷却風の排出口２０４、及び。冷却風の送風流路２０５を備える。また、電池ケース３０３及び３０４は、溶接等で接続されている。

更に、図２において、電池ケース３０３は、熱伝導率がＫ３の材料で構成され、電池ケース３０４は熱伝導率がＫ４の材料で構成されている。

図３の断面図のように、組電池モジュール３０１の内部に角型電池セル３０２を配置させて充放電動作を繰返した時、角型電池セル３０２の温度上昇により、冷却風の送風流路２０５に流れる冷却風の温度は、冷却風の供給口２０３近くの温度が一番低くなる。その結果、冷却風の温度は、角型電池セル３０２の発熱温度の影響を受けて次第に温度は高くなり、冷却風の排出口２０４付近の冷却風の温度が一番高くなる。

そこで、電池ケース３０３の材料と電池ケース３０４の材料との熱伝導率を、Ｋ３＜Ｋ４とすることで、温度の低かった冷却風の供給口２０３付近の角型電池セル３０２の温度を、熱伝導率の低い電池ケース３０３で放熱を下げて円筒電池セル２０６の温度を上げる。そして、温度の高かった冷却風の排出口２０４付近にある角型電池セル３０２を、熱伝導率の高い電池ケース３０４により温度の放熱を上げて温度を下げることで、組電池モジュール２０１内部の角型電池セル３０２全ての温度バラつきを防ぐことができる。

かかる構成によれば、組電池モジュール２０１の電池セル３０２の充放電による発熱状態に合わせて、電池ケース３０３及び電池ケース３０４の熱伝導率を変えることにより、組電池モジュール２０１内部の角型電池セル３０２の温度バラつきを防ぐことができ、組電池モジュールの性能劣化を防止することができる。

なお、本実施の形態において、電池ケースに収納するものを角型電池セル３０２としたが、角型キャパシタンスとしても良い。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る、異種金属電池ケースの組電池モジュールの概略断面図である。実施の形態３は、実施の形態１における電池ケース２０７の外側に、放熱層を配置したものである。図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図３は、電池ケース２０７及び２０８の表面周辺に放熱層４０１を配置したものである。放熱層は、グラファイト素材のような金属より熱伝導率高いものであればよい。

また、電池ケース２０７の熱伝導率をＫ７、電池ケース２０８の熱伝導率をＫ８、放熱層の熱伝導率をＫ９としたとき、「Ｋ９＞Ｋ７＞Ｋ８」の関係となるように構成することで、組電池モジュール２０１内部中心に配置された円筒電池セル２０６の温度を冷却風の送風流路２０５に放熱させることができる。その結果、組電池モジュール２０１内部の円筒電池セル２０６すべての温度バラつきを防ぐことができる。

また、万が一、組電池モジュール２０１内部の円筒電池セル２０６の何れか異常発熱した場合においても、その発生した熱を電池ケース全体に熱伝達させて放熱することができるので、周辺の円筒電池セル２０６への類焼も防ぐことができる。

（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４に係る、異種金属電池ケースの組電池モジュールの概略断面図である。実施の形態４は、実施の形態１の冷却風の排出口２０４に近い電池ケース２０８の外側に放熱層を配置したものである。図４において、図１及び図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図４は、電池ケース３０３及び３０４の表面周辺に放熱層４０１を配置したものである。放熱層は、グラファイト素材のような金属より熱伝導率高いものであればよい。

また、電池ケース３０３の熱伝導率をＫ３、電池ケース３０４の熱伝導率をＫ４、放熱層の熱伝導率をＫ９としたとき、Ｋ３＜Ｋ４＜Ｋ９とすることで、上述の実施の形態２に対してさらに、電池ケース３０４の温度を放熱層４０１により放熱させて角型電池セル３０２の温度を下げることができる。なお、本実施の形態の考えは、電池ケース３０４に収納された角型電池セル３０２の温度が電池ケース３０３に収納された角型電池セル３０２の温度が高い場合に有効である。

本発明の異種金属電池ケースの組電池モジュールは、組電池の内部の電池セルの温度を均一にする機能を有し、電池セルを組み合わせた組電池やスーパーキャパシタを組み合わせた電源装置など各種電源装置にて内部温度を均一にする用途にも適用できる。

２０１，３０１組電池モジュール
２０２モジュールケース
２０３冷却風の供給口
２０４冷却風の排出口
２０５冷却風の送風流路
２０６円筒電池セル
２０７，２０８，３０３，３０４電池ケース

Claims

複数の電池ケースにそれぞれ電池セルが挿入されて構成される組電池モジュールであって、前記複数の電池ケースは、熱伝導率の異なる金属ケースの組合せからなること、
を特徴とする組電池モジュール。
前記複数の電池ケースのうち、
熱伝導率の高い金属ケースを前記電池ケースの外周部に配置し、熱伝導率の低い金属ケースを前記電池ケースの中心部に配置する、
請求項１記載の組電池モジュール。
前記複数の電池ケースのうち、
熱伝導率の低い金属ケースを前記電池ケースの外周部に配置し、熱伝導率の高い金属ケースを前記電池ケースの中心部に配置する、
請求項１記載の組電池モジュール。
アルミニウムで形成された金属ケースの回りをアルミニウムより熱伝導率の高い銅で形成された金属ケースを配置する、
請求項２記載の組電池モジュール。
銅で形成された金属ケースの回りを銅より熱伝導率の低いアルミニウムで形成された金属ケースを配置する、
請求項３記載の組電池モジュール。
請求項１〜５の何れか一項に記載の組電池ジュールは、
前記組電池モジュールの内部に冷却風を送風する送風口を更に備え、
前記送風口に近い電池ケースの熱伝導率は、前記送風口から遠い電池ケースの熱伝導率に比べ低い、
請求項１〜５の何れか一項に記載の組電池モジュール。
前記電池ケースの表面に放熱層を設け、
前記放熱層は、前記金属ケースの材料よりも熱伝導率が高い、請求項１〜６の何れか一項に記載の組電池モジュール。
前記放熱層は炭素繊維で形成されてなる、請求項７記載の組電池モジュール。