JP2011210582A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の単電池を連結して構成される組電池に関し、外部容器の補強を実現すると同時に電池からの発熱を外部容器へ伝え得る放熱機能を有する組電池に関するものである。 The present invention relates to an assembled battery configured by connecting a plurality of unit cells, and relates to an assembled battery having a heat dissipation function capable of transmitting heat generated from a battery to an external container while realizing reinforcement of the external container.
例えばロボット、電動車両や小型動力のモバイル機器等の電源は、限られた空間に収容されるものであるため、小型軽量で低コストであること等が要望される。このような要望を満足するものとして、近年、高エネルギー密度を有するリチウムイオン電池が注目されている。このリチウムイオン電池は、高出力とするため、例えば5、6セル程度ないし10数セル程度の多数の単電池を直列または並列に接続して組電池として使用される。 For example, since power sources for robots, electric vehicles, small-powered mobile devices, and the like are housed in a limited space, they are required to be small and light and low cost. In recent years, lithium ion batteries having a high energy density have attracted attention as satisfying such demands. In order to obtain a high output, this lithium ion battery is used as an assembled battery by connecting a large number of unit cells, for example, about 5 to 6 cells to about 10 or more cells in series or parallel.
しかしながら、上記のような用途に使用される組電池は、ハイレートで使用されて充電時および放電時に各単電池が発熱するが、上述のように限られた空間に設置される場合には空気中に放熱することができないので温度が上昇しやすく、運転上限温度にまで達すると電池が放電できなくなるという問題がある。この場合、電池が限られた空間に設置されていることから、ファン等の強制空冷機構を設置することは困難であり、外部への固体の熱伝導または輻射によって放熱する必要がある。 However, the assembled battery used for the above-mentioned purposes is used at a high rate, and each unit cell generates heat during charging and discharging. However, when installed in a limited space as described above, it is in the air. Since the heat cannot be radiated, the temperature tends to rise, and the battery cannot be discharged when the operating upper limit temperature is reached. In this case, since the battery is installed in a limited space, it is difficult to install a forced air cooling mechanism such as a fan, and it is necessary to dissipate heat by solid heat conduction or radiation to the outside.
ここで、組電池においては、特に大電流で充放電される場合には、各単電池の端子部分およびその近傍に最もよく電流が流れて温度も上昇しやすく、したがってこの端子部分の近傍が電池の劣化等の影響を最も受けやすくなっている。また、特に単電池がラミネートよりなる外装体を用いて構成される場合には、端子が延出する部分におけるラミネートを十分に強固に封止するのが困難であり、したがって温度上昇によって剥離したりして耐久性が維持し難いという問題がある。このため、この端子部分およびその近傍で発生する熱を外気へ放出するか、または、外部容器等を介して熱を外部へ放出することで、電池本体の温度上昇を少しでも低減する必要がある。 Here, in the assembled battery, particularly when charging / discharging with a large current, the current flows best in the terminal portion of each unit cell and its vicinity, and the temperature is likely to rise. Therefore, the vicinity of this terminal portion is the battery. It is most susceptible to deterioration of the product. In particular, when the unit cell is configured by using an exterior body made of a laminate, it is difficult to seal the laminate sufficiently firmly in the portion where the terminal extends, and therefore, it may be peeled off due to a rise in temperature. There is a problem that durability is difficult to maintain. For this reason, it is necessary to reduce the temperature rise of the battery body as much as possible by releasing the heat generated in this terminal portion and its vicinity to the outside air or releasing the heat to the outside through an external container or the like. .
また、特に、大型電池などの高容量かつ高エネルギー密度の電池とすることが要求される組電池においては、組電池容器内の空間の無駄を少しでも減らす必要があり、さらにまた、外部からの衝撃に耐えるため容器の強度も高める必要がある。 In particular, in an assembled battery that requires a high capacity and high energy density battery such as a large battery, it is necessary to reduce the waste of space in the assembled battery container as much as possible. It is also necessary to increase the strength of the container to withstand impacts.
特許文献1では、電池や電池接続部などの表面全体にセラミック塗料を塗ることで表面の輻射率を高め、輻射による放熱量を増加させることで電池の温度上昇を抑制するようにしている。
In
しかしながら、上記特許文献1には、電池や電池接続部などの表面全体の輻射率を高めて放熱効果を向上させることが開示されているのみであり、輻射による熱は基本的に電池や電池接続部などの各部から組電池の内部空間を通して外部容器から外部へ逃がすことを意図しているものと考えられるが、この構成により得られる放熱効果には一定の限界があり、端子部分およびその近傍で発生する熱をいかに効率よく組電池の外部へと伝導させていくかという点について、これ以上は特に考慮されているわけではなく、したがってこの点に関して十分に要求を満足するものとは言い難い。
However, the above-mentioned
また、上記特許文献1は、組電池容器内の空間をいかに効率よく利用するか、さらにまた、いかにして容器の強度を向上させるかについて考慮されたものではない。
In addition,
本発明は、組電池内のスペースを効率よく利用し、かつ組電池の強度を向上させながら、電池本体の温度上昇を効果的に低減することが可能な組電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an assembled battery capable of effectively reducing the temperature rise of the battery body while efficiently using the space in the assembled battery and improving the strength of the assembled battery. .
上記目的を達成する為に、本発明に係る組電池は、
複数の単電池を、正極端子と負極端子とを直列または並列に接続し、外部容器に収容して構成された組電池であって、
前記正負極端子の接続部分の内部または周囲のスペースを通過するように、輻射熱を受容し伝導し得る輻射熱伝導部材が前記外部容器の少なくとも2つの内面に当接するように配設されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the assembled battery according to the present invention is:
A plurality of single cells, a battery assembly configured by connecting a positive electrode terminal and a negative electrode terminal in series or in parallel and accommodated in an external container,
A radiant heat conducting member capable of receiving and conducting radiant heat is disposed so as to abut against at least two inner surfaces of the outer container so as to pass through a space inside or around the connecting portion of the positive and negative electrode terminals. Features.
本発明において、「正負極端子の接続部分」とは、各単電池の正極端子ないし負極端子自体と、これら正極端子ないし負極端子が別の導体を介して接続される場合はこの導体と、をいずれも含む部分の少なくとも一部、換言すれば、正極端子ないし負極端子が直接的に、または別の導体を介して間接的に接合された接合部分だけでなく、この接合部分以外の正極端子ないし負極端子自体も含んで構成される部分の全体における少なくとも一部を意味するものとする。
また、「正負極端子の接続部分の内部または周囲のスペース」とは、例えば正負極端子が先端部で接続された構造となっている場合にその内側に形成されるスペース、ならびに、正負極端子の接続部分の構造を問わず、正負極端子の接続部分の周囲(正負極端子の延出方向に対して垂直な方向)に拡がるスペースをいずれも含意し、正負極端子の延出方向において正負極端子の接続部分の先端より外側(延長方向)に隣接するスペースは含意しない。
In the present invention, the “positive and negative electrode terminal connection portion” means the positive electrode terminal or the negative electrode terminal of each unit cell, and this conductor when the positive electrode terminal or the negative electrode terminal is connected via another conductor. At least a part of the portion including any of them, in other words, not only a joint portion in which the positive electrode terminal or the negative electrode terminal is directly or indirectly joined through another conductor, It shall mean at least a part of the entire portion including the negative electrode terminal itself.
In addition, “the space inside or around the connecting portion of the positive and negative electrode terminals” means, for example, a space formed inside the positive and negative terminals when they are connected at the tip, and the positive and negative terminals Regardless of the structure of the connecting part, the space extending around the connecting part of the positive and negative terminals (direction perpendicular to the extending direction of the positive and negative terminals) implies both, and positive and negative in the extending direction of the positive and negative terminals The space adjacent to the outside (extension direction) from the tip of the connecting portion of the pole terminal is not implied.
上記本発明の構成によれば、正負極端子の接続部分から熱が輻射により輻射熱伝導部材に受容され、該輻射熱伝導部材から外部容器に伝導され、さらに該外部容器から外気へと放散されていき、これにより正負極端子の接続部分およびその近傍における温度上昇が効果的に抑制されることとなる。正負極端子の接続部分およびその近傍は特に温度上昇しやすい箇所であり、放熱対策がなされない場合にはこの箇所からの熱が単電池に流入して単電池にダメージを与えることともなりやすいが、上記本発明の構成のように、正負極端子の接続部分の内部または周囲のスペースを通過するように、輻射熱を受容し伝導し得る輻射熱伝導部材を外部容器の少なくとも2つの内面に当接するように配設することにより、正負極端子の接続部分ないしその近傍に発生した熱が、輻射熱伝導部材から外部容器を経て外気へと伝導されていくようになり、これによって単電池への熱の流入が緩和されることとなる。 According to the configuration of the present invention, heat is received by the radiant heat conducting member by radiation from the connecting portion of the positive and negative electrode terminals, is conducted from the radiant heat conducting member to the external container, and is further dissipated from the external container to the outside air. As a result, the temperature rise at the connection portion of the positive and negative electrode terminals and in the vicinity thereof is effectively suppressed. The connecting part of the positive and negative terminals and the vicinity thereof are places where the temperature rises easily, and if heat dissipation measures are not taken, the heat from this place can easily flow into the cells and damage the cells. As in the configuration of the present invention, the radiant heat conducting member capable of receiving and conducting radiant heat is brought into contact with at least two inner surfaces of the outer container so as to pass through the space inside or around the connecting portion of the positive and negative electrode terminals. As a result, the heat generated at or near the connecting portion of the positive and negative electrode terminals is conducted from the radiant heat conducting member to the outside air through the external container, and thus the heat flows into the unit cell. Will be relaxed.
また、輻射熱伝導部材を外部容器の少なくとも2つの内面に当接するように配設することにより、輻射熱伝導部材が補強部材となって外部容器の強度を向上させることができ、かつこの輻射熱伝導部材を正負極端子の接続部分の内部または周囲のスペースを通過するように配設することにより、占有スペースを増大させることなく輻射熱伝導部材を配設することができる。さらにこのとき、輻射熱伝導部材が上述のように正負極端子の接続部分から熱を受容し外部容器を経て外気へと伝導し放散する機能と外部容器を補強する機能とを併せて備えるもの、即ち輻射熱伝導部材兼補強部材となっているので、例えば輻射熱伝導部材と補強部材とを個別に配置する場合に比してスペースをより効率的に利用して電池を構成することができる。換言すれば、本来はデッドスペースとなっていた、正負極端子の接続部分の内部または周囲のスペースを効率的に利用して輻射熱伝導部材を配置し、これにより、電池全体において輻射熱伝導部材の分だけ占有スペースを増大させることなく、上述のような温度上昇の抑制ならびに外部容器の補強のいずれをも効果的に実現することができる。 Further, by arranging the radiant heat conducting member so as to contact at least two inner surfaces of the outer container, the radiant heat conducting member can be a reinforcing member to improve the strength of the outer container. By arranging to pass through the space inside or around the connecting portion of the positive and negative electrode terminals, the radiant heat conducting member can be arranged without increasing the occupied space. Further, at this time, the radiant heat conducting member has a function of receiving heat from the connecting portion of the positive and negative electrode terminals as described above and conducting and dissipating to the outside air through the outer container and a function of reinforcing the outer container, that is, Since it is a radiant heat conducting member / reinforcing member, for example, the battery can be configured using the space more efficiently than when the radiant heat conducting member and the reinforcing member are individually arranged. In other words, the radiant heat conductive member is arranged by efficiently using the space inside or around the connection portion of the positive and negative electrode terminals, which was originally a dead space, and thereby, the radiant heat conductive member is divided in the entire battery. Both of the suppression of the temperature rise as described above and the reinforcement of the external container can be effectively realized without increasing the occupied space.
上記輻射熱伝導部材の材質としては、補強部材としての強度に優れ、安価で加工性も良好なものが望ましく、さらには電池の温度上昇を抑制するうえで熱伝導率の高いものであることが望ましい。具体的には例えば、ステンレス(SUS)、アルミニウム、銅、鉄等が挙げられる。 The material of the radiant heat conducting member is preferably excellent in strength as a reinforcing member, inexpensive and good in workability, and further preferably has high thermal conductivity in order to suppress the temperature rise of the battery. . Specific examples include stainless steel (SUS), aluminum, copper, and iron.
上記輻射熱伝導部材の形状としては、外部容器を補強し得るものであれば特に制限されず、例えば丸棒、角棒等の棒状や板状等の任意の形状とすることができるが、例えば外部容器の対向する1対の内面の間隔に等しい長さを有する角棒状とすると、正負極端子の接続部分の内部または周囲のスペースをより効率よく利用して配置することができる。 The shape of the radiant heat conducting member is not particularly limited as long as it can reinforce the outer container. For example, it can be any shape such as a rod or plate such as a round bar or a square bar. If the container has a rectangular bar shape having a length equal to the distance between the pair of opposing inner surfaces of the container, the space inside or around the connecting portion of the positive and negative electrode terminals can be arranged more efficiently.
上記輻射熱伝導部材の断面積等の寸法も特に制限されず、また輻射熱を受容するものであるため正負極端子の接続部分に特に近接させる必要もないが、例えば、正負極端子の接続にネジが用いられる場合のネジ止めのためのスペースを損なうことがない限り、正負極端子の接続部分の内部または周囲のスペースに配置し得る範囲内でできるだけ体積の大きいものとすることが望ましく、これにより輻射熱伝導部材の熱容量を大としてその分放熱効果を向上させることができる。 The dimensions of the radiant heat conducting member, such as the cross-sectional area, are not particularly limited, and do not need to be particularly close to the connecting portion of the positive and negative electrode terminals because it accepts radiant heat. As long as the space for screwing when used is not impaired, it is desirable that the volume be as large as possible within the space that can be placed in the space inside or around the connecting portion of the positive and negative electrode terminals. By increasing the heat capacity of the conductive member, the heat dissipation effect can be improved accordingly.
上記輻射熱伝導部材の配設方法としても、外部容器を補強し得るものであれば特に制限されず、例えば、外部容器の少なくとも2つの内面、例えば対向する1対の内面に当接するように張り渡すように配置して両端を外部容器の内面にネジやボルトで締結固定したり、外部容器が金属製の場合には溶接により接合したりするといった適宜な方法により配設することができる。 The arrangement method of the radiant heat conducting member is not particularly limited as long as it can reinforce the outer container. For example, the radiant heat conducting member is stretched so as to be in contact with at least two inner surfaces of the outer container, for example, a pair of opposed inner surfaces. Thus, both ends can be fastened and fixed to the inner surface of the outer container with screws or bolts, or when the outer container is made of metal, it can be arranged by an appropriate method such as welding.
上記外部容器としては、複数の単電池を収容し得るものであれば任意の構成とすることができ、例えば樹脂製の筐体としてもよいが、金属等の伝熱性を有するもので構成すると、外部容器自体が放熱部材(ヒートシンク)としても機能することができ、輻射熱伝導部材から熱を外部へ効果的に放散することができる。 As said external container, as long as it can accommodate a plurality of single cells, it can be of any configuration, for example, it may be a resin casing, but if it is composed of a material having heat conductivity such as metal, The external container itself can also function as a heat radiating member (heat sink), and heat can be effectively dissipated from the radiant heat conducting member to the outside.
前記正負極端子が先端部で接続された構造を有し、該接続部分の内部に挿通するようにして輻射熱伝導部材が配置されていることが望ましい。 It is desirable that the positive and negative electrode terminals have a structure connected at the tip, and the radiant heat conductive member is disposed so as to be inserted into the connection portion.
正負極端子の接続部分の構成としては特に制限はなく、またこの接続部分の周囲の任意のスペースに輻射熱伝導部材を配置することができるが、上記のように正負極端子を先端部で接続された構造とし、該接続部分の内部に挿通するようにして輻射熱伝導部材を配置するようにすれば、正負極端子の接続部分と輻射熱伝導部材との対向面積がより大となり、したがって正負極端子の接続部分から輻射熱をより効率よく輻射熱伝導部材に受容させることができる。また、先端部で接続された構造とした正負極端子の接続部分の内部は特にデッドスペースとなりやすく、この部分に輻射熱伝導部材を配置することでスペースをより有効に利用することができる。 The configuration of the connecting portion of the positive and negative terminals is not particularly limited, and the radiant heat conducting member can be disposed in an arbitrary space around the connecting portion, but the positive and negative terminals are connected at the tip as described above. If the radiant heat conduction member is arranged so as to be inserted into the connection portion, the facing area between the connection portion of the positive and negative electrode terminals and the radiant heat conduction member becomes larger. Radiant heat can be more efficiently received by the radiant heat conducting member from the connecting portion. Moreover, the inside of the connection part of the positive / negative terminal made into the structure connected at the front-end | tip part tends to become a dead space especially, and space can be utilized more effectively by arrange | positioning a radiant heat conductive member in this part.
前記正負極端子の接続部分と輻射熱伝導部材との対向部のうちの少なくとも一方に、輻射熱を授受し得る輻射促進層が形成されていることが望ましい。 It is desirable that a radiation promoting layer capable of giving and receiving radiant heat is formed on at least one of the facing portions of the connecting portion of the positive and negative electrode terminals and the radiant heat conducting member.
輻射熱伝導部材は、例えば前述のような金属等で構成されることにより、それ自体で輻射熱を授受し得るものとなっているが、これに加えて上記構成のように輻射促進層を設けるようにすれば、正負極端子の接続部分から輻射熱をより効果的に輻射熱伝導部材に受容させることができる。 The radiant heat conducting member is made of, for example, a metal as described above, so that the radiant heat can be transferred by itself. In addition to this, a radiation promoting layer is provided as described above. By doing so, the radiant heat can be more effectively received by the radiant heat conducting member from the connecting portion of the positive and negative electrode terminals.
上記輻射促進層は、例えば、正負極端子の接続部分と輻射熱伝導部材との対向部のうちの少なくとも一方に、輻射シートを貼付する、輻射熱を授受し得る塗料を塗布する、等の方法により形成することができる。 The radiation promotion layer is formed by, for example, a method of attaching a radiation sheet or applying a paint capable of giving and receiving radiant heat to at least one of the connecting portions of the positive and negative electrode terminals and the radiant heat conducting member. can do.
上記輻射シートとしては、例えば、ガラスクロスを芯材としてこの上に後述するような熱伝導性充填剤を配合し樹脂で固定して放射性を向上させるようにした絶縁性のシートや、アルミニウム、銅等の金属を芯材としてこの上にポリイミド樹脂等の樹脂コーティングを施したシート等が好適に使用できる。 As the radiation sheet, for example, an insulating sheet in which a glass cloth is used as a core material and a heat conductive filler as will be described later is blended and fixed with a resin to improve radiation, aluminum, copper, etc. The sheet | seat etc. which gave resin coatings, such as a polyimide resin, on this as a core material can use it conveniently.
上記ガラスクロスを芯材とするシートは、高い放射効果(輻射率(放射率):0.9以上)を有し、柔軟性、貼付対象部材(正負極端子の接続部分ないし輻射熱伝導部材)との密着性、強度および難燃性に優れ、広い温度範囲(−30℃〜100℃程度)で使用が可能である。 The sheet having the glass cloth as a core material has a high radiation effect (emissivity (emissivity): 0.9 or more), flexibility, a member to be pasted (a connecting portion or a radiant heat conducting member of a positive / negative terminal) and It has excellent adhesion, strength and flame retardancy, and can be used in a wide temperature range (about -30 ° C to 100 ° C).
上記熱伝導性充填材としては、金属酸化物(アルミナAl2O3、ZnO等)、窒化物(窒化アルミニウムAlN等)、金属(Cu、Al等)、炭素化合物(SiC等)が挙げられる。なかでも、絶縁性を有する金属酸化物、窒化物等が好適に使用される。表1に、熱伝導性充填材の熱伝導率および比重を示す。 Examples of the thermally conductive filler include metal oxides (alumina Al 2 O 3 , ZnO, etc.), nitrides (aluminum nitride AlN, etc.), metals (Cu, Al, etc.), and carbon compounds (SiC, etc.). Among these, metal oxides and nitrides having insulating properties are preferably used. Table 1 shows the thermal conductivity and specific gravity of the thermally conductive filler.
また例えば、上記熱伝導性充填剤にかえて、「セラックα」(沖電気)を芯材の上に付着してシート状に調製するようにしてもよい。「セラックα」は、液体セラミック塗料であり、熱を遠赤外線に変換して放熱するものである。さらには例えば、この「セラックα」のような輻射熱を授受し得る塗料を、正負極端子の接続部分と輻射熱伝導部材との対向部のうちの少なくとも一方に直接塗布することにより輻射促進層を形成するようにしてもよい。 Further, for example, instead of the heat conductive filler, “shellac α” (Oki Electric) may be deposited on the core material to prepare a sheet. “Shellac α” is a liquid ceramic paint that converts heat into far-infrared rays to radiate heat. Furthermore, for example, a radiation promoting layer is formed by directly applying a paint capable of receiving and receiving radiant heat such as “shellac α” to at least one of the facing part of the connecting part of the positive and negative electrode terminals and the radiant heat conducting member. You may make it do.
組電池が30A以上の電流、特に50A以上、さらには100A以上のハイレートで使用されるものである場合、正負極端子の接続部分およびその近傍において温度が上昇する傾向が特に顕著となるため、本発明の効果が一層発揮される。 When the assembled battery is used at a high rate of 30 A or more, particularly 50 A or more, or even 100 A or more, the tendency of the temperature to rise at and around the connection portion of the positive and negative terminals is particularly remarkable. The effect of the invention is further exhibited.
本発明の組電池によれば、本来はデッドスペースとなっていた、正負極端子の接続部分の内部または周囲のスペースを効率よく利用して輻射熱伝導部材により組電池の外部容器の強度を向上させながら、正負極端子の接続部分から熱が流入することによる電池本体の温度上昇を効果的に低減することが可能となる。 According to the assembled battery of the present invention, the space inside or around the connecting portion of the positive and negative electrode terminals, which was originally a dead space, is efficiently used to improve the strength of the outer container of the assembled battery by the radiant heat conduction member. However, it is possible to effectively reduce the temperature rise of the battery body due to heat flowing in from the connecting portion of the positive and negative terminals.
以下、本発明を図面を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明は以下の最良の形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following best modes, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the spirit of the present invention. It is a thing.
〔単電池の作製〕
正極活物質としてLiCoO2、正極の芯体としてアルミニウム箔、負極活物質として炭素、負極の芯体として銅箔をそれぞれ用いて正極および負極を作製した。このとき、正極および負極は所定のサイズに切断し、集電のために芯体における活物質未塗布部を延出させて正負極タブを形成した。
[Production of single cell]
A positive electrode and a negative electrode were prepared using LiCoO 2 as the positive electrode active material, aluminum foil as the positive electrode core, carbon as the negative electrode active material, and copper foil as the negative electrode core, respectively. At this time, the positive electrode and the negative electrode were cut into a predetermined size, and the active material uncoated portion in the core body was extended for current collection to form positive and negative electrode tabs.
得られた正極と負極との間にセパレータを配し、正極、セパレータ、負極、セパレータの順で積層した。このとき、両端は負極とし、積層数は正極20枚、負極21枚とした。 A separator was arranged between the obtained positive electrode and negative electrode, and the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order. At this time, both ends were negative electrodes, and the number of layers was 20 positive electrodes and 21 negative electrodes.
積層した正極および負極の正負極タブを超音波溶着によりそれぞれアルミニウム製の正極端子11および銅製の負極端子12に溶着させた。正負極端子11、12の幅は30mm、厚みは0.2mmである。正負極端子11、12をとりつけた積層電極体をアルミニウムラミネートよりなる外装体に装填し、電解液を注液した後、外装体の端部を熱融着して封止し、図1に示す、リチウムイオン電池である単電池1を作製した。
The positive and negative electrode tabs of the laminated positive electrode and negative electrode were welded to the
得られた単電池1の寸法は、図1に示すように、幅L1=100mm、縦L2=200mm、厚みL3=20mmである。正極端子11および負極端子12が、外装体の端面から延出しており、正極端子11および負極端子12の延出端部から20mmの位置で互いに反対側(図1では上側および下側)へ直角に折曲し、正極端子11の長さ(単電池1の高さ端部(図1では左下端面部)からの延出高さ)は40mmとし、負極端子12は図2に示すように内側になるため、長さは39mmとした。
As shown in FIG. 1, the obtained
〔輻射熱伝導フレームの作製〕
10mm×10mmのステンレス製の角棒を切断し、両端面にネジ穴を設けて、輻射熱伝導フレーム2を構成する1本の長尺の中央横架部材21ならびに7本の短尺の端子挿通部材22を作製した。
[Production of radiant heat conduction frame]
A 10 mm × 10 mm square bar made of stainless steel is cut, screw holes are provided on both end faces, and one long central
〔輻射シートの調製〕
輻射シートとして、ガラスクロスを芯材としてこの上に熱伝導性充填材としてアルミナが配合され樹脂で固定されてなる、輻射率ε=0.90、厚さ:0.1 mmのシートを用意した。この輻射シートを、上記輻射熱伝導フレーム2の中央横架部材21および端子挿通部材22の全表面を覆うように貼付して、図2に示すフレーム輻射促進層32を形成した。
[Preparation of radiation sheet]
As a radiation sheet, a sheet having a radiation rate of ε = 0.90 and a thickness of 0.1 mm, in which glass cloth is used as a core material and alumina is blended thereon as a heat conductive filler and is fixed with a resin, was prepared. . This radiation sheet was affixed so as to cover the entire surface of the central
〔組電池の作製〕
図3ないし図5に示すように、上記単電池1を6セル作製し、直方体状の樹脂製の外部容器4の内部で、厚み(L3)方向(図4では左右方向、図5では上下方向)に並置し、これら6個の単電池1の正極端子11および負極端子12を直列に接続した。外部容器4の側壁において後述する輻射熱伝導フレーム2を接合する位置にはそれぞれネジ挿通孔を穿設しておいた(図示せず)。
[Production of assembled battery]
As shown in FIGS. 3 to 5, six cells of the
このとき、正極端子11と負極端子12とは、図6に示すように、あらかじめ接触面中央部にボルト挿通孔を穿設しておき、ボルト51とナット52で両面側から正極端子11と負極端子12とが離れないように締結固定して、全体として側面視コ字形状の構造となるように接続した。ついで、図2に示すように、このようにして接合した正負極端子11、12の接続部分(側面視コ字形状部)における内面の全面に、上記フレーム輻射促進層32に用いたものと同一の輻射シートを貼付して、接続端子輻射促進層31を形成した。
At this time, as shown in FIG. 6, the
ついで、輻射熱伝導フレーム2の端子挿通部材22を正負極端子11、12の接続部分の内側に1本ずつ挿通し、各端子挿通部材22に直交するように中央に中央横架部材21を配置して、まず、図7に示すように、端子挿通部材22を外部容器4の外側からネジ62によりねじ止めして接合固定し、この後、中央横架部材21を、端子挿通部材22および外部容器4にそれぞれネジ61、62によりねじ止めして接合固定して、図5に示すように輻射熱伝導フレーム2を外部容器4内に配設した。
以上により、図3ないし図5に示す組電池10を得た。
Next, the
As a result, the assembled
(実施例1)
実施例の組電池としては、上記発明を実施するための形態で説明した組電池10と同様に作製したものを用いた。
このようにして作製した組電池を、以下、本発明組電池A1と称す。
(Example 1)
As the assembled battery of the example, a battery produced in the same manner as the assembled
The assembled battery thus produced is hereinafter referred to as the present invention assembled battery A1.
(実施例2)
正負極端子11、12の接続部分および輻射熱伝導フレーム2に接続端子輻射促進層31およびフレーム輻射促進層32をいずれも形成しないようにした点以外は前記本発明組電池A1の場合と全て同様にして組電池を構成した。
このようにして作製した組電池を、以下、本発明組電池A2と称す。
(Example 2)
Except that the connection terminal
The assembled battery thus produced is hereinafter referred to as the present invention assembled battery A2.
(比較例)
輻射熱伝導フレーム2を配設しないようにした点以外は前記本発明組電池A2の場合と全て同様にして組電池を構成した。
このようにして作製した組電池を、以下、比較組電池Zと称す。
(Comparative example)
An assembled battery was constructed in the same manner as in the case of the assembled battery A2 of the present invention except that the radiant
The assembled battery thus produced is hereinafter referred to as a comparative assembled battery Z.
〔組電池の評価試験〕
上記本発明組電池A1、A2および比較組電池Zの温度上昇を検証するために熱流体数値シミュレーションにより解析を行った。シミュレーションでは極板でのジュール発熱による熱の移動のみを確かめるため、発熱部は端子接続部(正負極端子11、12の接続部分)のみとした。上記本発明組電池A1、A2および比較組電池Zのそれぞれに160Aの電流を流す放電を10分間行うものとし、アルミニウム製の正極端子11は1.2×107(W/m3)、銅製の負極端子12は2.0×107(W/m3)の発熱を与えた。輻射シートがない本発明組電池A2および比較組電池Zの場合は、正極端子11、負極端子12および輻射熱伝導フレーム2の輻射率は0.1とし、初期状態では全ての材質の温度が25℃であるとして、計算を行った。数値シミュレーションの結果を図8に示す。
[Assembly battery evaluation test]
In order to verify the temperature rises of the assembled batteries A1 and A2 and the comparative assembled battery Z of the present invention, analysis was performed by a thermal fluid numerical simulation. In the simulation, only the heat transfer due to Joule heat generation at the electrode plate was confirmed, so that the heat generation part was only the terminal connection part (connection part of the positive and
〔試験結果〕
図8は、輻射熱伝導フレームおよび輻射シートがある本発明組電池A1と、輻射熱伝導フレームがあり輻射シートが無い本発明組電池A2と、輻射熱伝導フレームおよび輻射シートのいずれも無い比較組電池Zとの3通りについて行ったシミュレーション結果から、電池部の最大温度の変化を示したものである。10分後の電池部の最大温度は、比較組電池Zでは66.23℃、本発明組電池A2では63.49℃、本発明組電池A1では61.97℃であった。
〔Test results〕
FIG. 8 shows the present invention assembled battery A1 having a radiant heat conduction frame and a radiation sheet, the present invention assembled battery A2 having a radiant heat conduction frame and no radiation sheet, and a comparative assembled battery Z having neither a radiant heat conduction frame nor a radiation sheet. From the simulation results performed for the three types, the change in the maximum temperature of the battery part is shown. The maximum temperature of the battery part after 10 minutes was 66.23 ° C. for the comparative assembled battery Z, 63.49 ° C. for the inventive assembled battery A2, and 61.97 ° C. for the inventive assembled battery A1.
〔結果の考察〕
上記結果から、端子接続部(正負極端子11、12の接続部分)の内側に輻射熱伝導フレーム2を通すことで、電池の温度上昇を抑制する効果が現れることがわかり、さらに、端子接続部(正負極端子11、12の接続部分)の内側面と輻射熱伝導フレーム2の表面とに輻射シートを貼ることで、電池の温度をさらに下げることができることがわかる。
[Consideration of results]
From the above results, it can be seen that by passing the radiant
〔本発明組電池の効果〕
本発明組電池A1、A2は、複数(6セル)の単電池1を、正極端子11と負極端子12とを直列に接続し、外部容器4に収容して構成された組電池10において、上記正負極端子11、12の接続部分の内部を通過するように、輻射熱を受容し伝導し得る輻射熱伝導部材である輻射熱伝導フレーム2が上記外部容器4の少なくとも2つの内面、即ち4側壁の内面に当接するように配設されているので、正負極端子11、12の接続部分から熱が輻射により輻射熱伝導フレーム2に受容され、該輻射熱伝導フレーム2から外部容器4に伝導され、さらに該外部容器4から外気へと放散されていき、これにより正負極端子11、12の接続部分およびその近傍における温度上昇が効果的に抑制されるようになっている。正負極端子11、12の接続部分およびその近傍は特に温度上昇しやすい箇所であり、放熱対策がなされていない比較組電池Zの場合にはこの箇所からの熱が単電池1に流入して単電池1にダメージを与えることともなりやすいが、これに対し上記本発明組電池A1、A2の構成においては、正負極端子11、12の接続部分の内部を通過するように、輻射熱を受容し伝導し得る輻射熱伝導フレーム2を外部容器4の少なくとも2つの内面に当接するように配設することにより、正負極端子11、12の接続部分ないしその近傍に発生した熱が、輻射熱伝導フレーム2から外部容器4を経て外気へと伝導されていくようになり、これによって単電池1への熱の流入が緩和されるようになっている。
[Effect of the assembled battery of the present invention]
The assembled batteries A1 and A2 of the present invention are the assembled
また、輻射熱伝導フレーム2を外部容器4の少なくとも2つの内面に当接するように配設することにより外部容器4の強度が向上しており、かつこの輻射熱伝導フレーム2を正負極端子11、12の接続部分の内部を通過するように配設することにより、占有スペースを増大させることなく輻射熱伝導フレーム2が配設されている。さらにこのとき、輻射熱伝導フレーム2が上述のように正負極端子11、12の接続部分から熱を受容し外部容器4を経て外気へと伝導し放散する機能と外部容器4を補強する機能とを併せて備えるもの、即ち輻射熱伝導部材兼補強部材となっているので、例えば輻射熱伝導部材と補強部材とを個別に配置する場合に比してスペースをより効率的に利用して電池が構成されている。換言すれば、本来はデッドスペースとなっていた、正負極端子11、12の接続部分の内部を効率的に利用して輻射熱伝導フレーム2を配置し、これにより、電池全体において輻射熱伝導フレーム2の分だけ占有スペースを増大させることなく、上述のような温度上昇の抑制ならびに外部容器4の補強のいずれもが効果的に実現されている。
Further, the strength of the
また、上記正負極端子11、12が先端部で接続された構造を有し、該接続部分の内部に挿通するようにして輻射熱伝導フレーム2が配置されているので、正負極端子11、12の接続部分と輻射熱伝導フレーム2との対向面積が大となっており、したがって正負極端子11、12の接続部分から輻射熱が効率よく輻射熱伝導フレーム2に受容されるようになっている。また、このように先端部で接続された構造とした正負極端子の接続部分の内部は従来特にデッドスペースとなりやすい部分であり、本発明組電池A1、A2ではこの部分に輻射熱伝導フレーム2を配置することでスペースがより有効に利用されている。
Further, since the positive and
また、輻射熱伝導フレーム2は、ステンレスで構成されることにより、それ自体で輻射熱を授受し得るものとなっているが、これに加えて本発明組電池A1においては、上記正負極端子11、12の接続部分と輻射熱伝導フレーム2との対向部の両方に、輻射熱を授受し得る接続端子輻射促進層31およびフレーム輻射促進層32が形成されているので、正負極端子11、12の接続部分から輻射熱がより効果的に輻射熱伝導フレーム2に受容されるようになっている。
In addition, the radiant
〔その他の事項〕
(1)上記本発明組電池A1、A2においては、正負極端子11、12が先端部で接続された構造を有し、該接続部分の内部に挿通するようにして輻射熱伝導フレーム2が配置されているが、正負極端子11、12の接続部分の内部にかえて、あるいは正負極端子11、12の接続部分の内部とあわせて、正負極端子11、12の接続部分の外部に輻射熱伝導フレームを配置するようにしてもよい。また特に、正負極端子が先端部で接続された構造となっていない場合(例えば正負極端子が側部で接続された構造となっている場合等)には、当該接続部分の周囲のスペースすなわち正負極端子の延出方向に対して垂直な方向に拡がるスペース内に、輻射熱伝導フレームを望ましくはできるだけスペースを有効に利用して配置すればよい。
[Other matters]
(1) The assembled batteries A1 and A2 of the present invention have a structure in which the positive and
(2)上記本発明組電池A1、A2においては、複数(6セル)の単電池1が直列に接続されていたが、複数の単電池を並列に接続した構成としてもよい。このとき、例えば、多数の単電池の正極端子同士および負極端子同士をそれぞれ接続するためにバスバー等を用いる場合には、このバスバー等も正負極端子の接続部分を構成することとなる。
(2) In the present invention assembled batteries A1 and A2, a plurality (6 cells) of the
図9は、複数(6セル)の単電池1を並列に接続した例を示す平面図である。同図に示す組電池110においては、隣接する単電池1の正極端子11同士および負極端子12同士が先端部で接続され、1列に形成された3箇所の正極端子11の接続部分ならびに1列に形成された3箇所の負極端子12の接続部分にそれぞれ正極バスバーおよび負極バスバー(図示せず)が架設されて接続される構成となっている。3箇所の正極端子11の接続部分ならびに3箇所の負極端子12の接続部分の内側に端子挿通部材72が1本ずつ挿通され、各端子挿通部材72に直交するように中央に中央横架部材71が配置され、前記本発明組電池A1における輻射熱伝導フレーム2の場合と同様にしてねじ止めにより接合固定されて、輻射熱伝導フレーム7が外部容器8内に配設されている。
FIG. 9 is a plan view showing an example in which a plurality (6 cells) of
(3)上記本発明組電池A1、A2においては、正極端子11および負極端子12が同方向に延出する構成となっていたが、正極端子および負極端子が異なる方向に延出する構成としてもよい。図10は、正極端子および負極端子が反対方向に延出する構成とした例を示す模式図である。同図に示す組電池120においては、複数(6セル)の単電池9で構成され、正極端子91および負極端子92が反対方向に延出して直列に接続されている。上記本発明組電池A1、A2の場合と同様に、正負極端子91、92の接続部分の内側に端子挿通部材93を挿通するようにして、輻射熱伝導フレーム94が外部容器95内の上下にそれぞれ配設されている。
(3) In the present invention assembled batteries A1 and A2, the
(4)上記本発明組電池A1、A2においては、外部容器4が樹脂製となっていたが、例えば、外部容器を伝熱性を有する金属または合金で構成したり、さらには金属または合金製の外部容器の内面にも輻射シートを配置したりするようにしてもよい。この構成によれば、外部容器自体も熱を効果的に外部に逃がし得る放熱性を有することとなり、したがって組電池の放熱効果をさらに向上させることができる。
(4) In the assembled batteries A1 and A2 of the present invention, the
(5)上記本発明組電池A1、A2においては、輻射熱伝導部材である輻射熱伝導フレーム2が外部容器4の少なくとも対向する2つの内面(4側壁の内面)に当接するように配設されていたが、輻射熱伝導部材は、例えば、外部容器の少なくとも隣接する2つの内面に当接するように配設するようにしてもよい。この場合、例えば図11に示すように、棒状の輻射熱伝導部材96を、外部容器97の隣接する2つの内面に対しそれぞれ斜方向から当接するようにして配置、固定したり、例えば図12に示すように、外部容器98の隣接する2つの内面の交差部に追従し得る直角部を有する形状に輻射熱伝導部材99を成形し、この輻射熱伝導部材99を該交差部に当接するように嵌め込むようにして配置、固定したりすることができる。
(5) In the assembled batteries A1 and A2 of the present invention, the radiant
(6)正極活物質としては、上記コバルト酸リチウムに限定されるものではなく、コバルト−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−コバルト等のコバルト、ニッケル或いはマンガンを含むリチウム複合酸化物や、スピネル型マンガン酸リチウム等でも構わない。 (6) The positive electrode active material is not limited to the above-described lithium cobalt oxide, and lithium composite oxide containing cobalt, nickel, or manganese such as cobalt-nickel-manganese, aluminum-nickel-manganese, and aluminum-nickel-cobalt. Or a spinel type lithium manganate may be used.
(7)負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛や、これ以外にも、グラファイト・コークス・酸化スズ・金属リチウム・珪素・及びそれらの混合物等、リチウムイオンを挿入脱離できうるものであれば構わない。 (7) As the negative electrode active material, it is possible to insert and desorb lithium ions such as graphite such as natural graphite and artificial graphite, and graphite, coke, tin oxide, metallic lithium, silicon, and a mixture thereof. Anything can be used.
(8)電解液としても特に限定されるものではなく、リチウム塩としては例えばLiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2,LiN(SO2C2F5)2,LiPF6―x(CnF2n+1)x[但し、1<x<6、n=1又は2]等が挙げられ、これらの1種もしくは2種以上を混合して使用できる。支持塩の濃度は特に限定されないが、電解液1リットル当り0.8〜1.8モルが望ましい。また、溶媒種としては、エチレンカーボネート(EC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等のカーボネート系溶媒が好ましく、更に好ましくは環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せが望ましい。 (8) The electrolytic solution is not particularly limited, and examples of the lithium salt include LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiPF 6-x. (C n F 2n + 1 ) x [where 1 <x <6, n = 1 or 2] and the like can be mentioned, and one or more of these can be used in combination. The concentration of the supporting salt is not particularly limited, but is preferably 0.8 to 1.8 mol per liter of the electrolyte. Solvent species include ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (GBL), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC). ) And the like, and a combination of cyclic carbonate and chain carbonate is more preferable.
本発明は、例えばロボットや電気自動車等に搭載される動力、バックアップ電源などの高出力用途の電源に好適に適用することができる。 The present invention can be suitably applied to a power source for high output applications such as power mounted on a robot, an electric vehicle, or the like, or a backup power source.
1:単電池
2:輻射熱伝導フレーム(輻射熱伝導部材)
4:外部容器
7:輻射熱伝導フレーム(補強部材)
8:外部容器
9:単電池
10:組電池
11:正極端子
12:負極端子
21:輻射熱伝導フレーム(補強部材)の中央横架部材
22:輻射熱伝導フレーム(補強部材)の端子挿通部材
31:接続端子輻射促進層
32:フレーム輻射促進層
51:ボルト
52:ナット
61:ネジ
62:ネジ
71:輻射熱伝導フレーム(補強部材)の中央横架部材
72:輻射熱伝導フレーム(補強部材)の端子挿通部材
91:正極端子
92:負極端子
93:輻射熱伝導フレーム(補強部材)の端子挿通部材
94:輻射熱伝導フレーム(補強部材)
95:外部容器
110:組電池
120:組電池
1: Cell 2: Radiation heat conduction frame (radiation heat conduction member)
4: External container 7: Radiation heat conduction frame (reinforcing member)
8: External container 9: Cell 10: Battery 11: Positive terminal 12: Negative terminal 21: Central
95: External container 110: Battery assembly 120: Battery assembly
Claims (3)
前記正負極端子の接続部分の内部または周囲のスペースを通過するように、輻射熱を受容し伝導し得る輻射熱伝導部材が前記外部容器の少なくとも2つの内面に当接するように配設されていることを特徴とする組電池。 A plurality of single cells, a battery assembly configured by connecting a positive electrode terminal and a negative electrode terminal in series or in parallel and accommodated in an external container,
A radiant heat conducting member capable of receiving and conducting radiant heat is disposed so as to abut against at least two inner surfaces of the outer container so as to pass through a space inside or around the connecting portion of the positive and negative electrode terminals. Battery pack featuring
3. The assembled battery according to claim 1, wherein a radiation promoting layer capable of transmitting and receiving radiant heat is formed on at least one of a facing portion between the connecting portion of the positive and negative electrode terminals and the radiant heat conducting member.
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