JP7670525B2 - Thermal control sheet for battery pack and battery pack - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、電気自動車又はハイブリッド車などを駆動する電動モータの電源となる組電池に好適に用いられる組電池用熱制御シート及び該組電池用熱制御シートを用いた組電池に関する。 The present invention relates to a thermal control sheet for a battery pack suitable for use in a battery pack that serves as a power source for an electric motor that drives an electric vehicle or hybrid vehicle, and to a battery pack using the thermal control sheet for a battery pack.
近年、環境保護の観点から電動モータで駆動する電気自動車又はハイブリッド車などの開発が盛んに進められている。この電気自動車又はハイブリッド車などには、駆動用電動モータの電源となるための、複数の電池セルが直列又は並列に接続された組電池が搭載されている。 In recent years, from the perspective of environmental protection, there has been active development of electric vehicles and hybrid vehicles that are driven by electric motors. These electric vehicles and hybrid vehicles are equipped with a battery pack in which multiple battery cells are connected in series or parallel to serve as the power source for the driving electric motor.
この電池セルには、鉛蓄電池やニッケル水素電池などに比べて、高容量かつ高出力が可能なリチウムイオン二次電池が主に用いられているが、電池の内部短絡や過充電などが原因で1つの電池セルに熱暴走が生じた場合(すなわち「異常時」の場合)、隣接する他の電池セルへ熱の伝播が起こることで、他の電池セルの熱暴走を引き起こすおそれがある。 These battery cells mainly use lithium-ion secondary batteries, which have higher capacity and power output than lead-acid batteries or nickel-metal hydride batteries. However, if thermal runaway occurs in one battery cell due to an internal short circuit or overcharging (i.e., in the event of an "abnormality"), heat may be transmitted to other adjacent battery cells, potentially causing thermal runaway in the other battery cells.
例えば、特許文献1には、リチウムイオン二次電池のような複数の蓄電素子間において、効果的な断熱を実現することができる蓄電装置が開示されている。上記特許文献1に記載の蓄電装置は、互いに隣り合う第一蓄電素子と第二蓄電素子との間に、断熱性を有する第一板材及び第二板材が配置されたものである。また、第一板材と第二板材との間には、これら第一板材及び第二板材よりも熱伝導率が低い、例えば空気の層である低熱伝導層が形成されている。 For example, Patent Document 1 discloses an electricity storage device that can achieve effective insulation between multiple electricity storage elements such as lithium ion secondary batteries. The electricity storage device described in Patent Document 1 has first and second plates with thermal insulation disposed between adjacent first and second electricity storage elements. In addition, a low thermal conductivity layer, for example a layer of air, that has a lower thermal conductivity than the first and second plates is formed between the first and second plates.
このように構成された特許文献1に係る蓄電装置において、第一蓄電素子から第二蓄電素子に向かう輻射熱、又は、第二蓄電素子から第一蓄電素子に向かう輻射熱の一部は、第一板材及び第二板材によって遮断される。また、これら2枚の板材の一方から他方への熱の移動は、低熱伝導層によって抑制される。 In the energy storage device of Patent Document 1 configured in this manner, the radiant heat from the first energy storage element toward the second energy storage element, or a portion of the radiant heat from the second energy storage element toward the first energy storage element, is blocked by the first plate material and the second plate material. In addition, the transfer of heat from one of these two plate materials to the other is suppressed by the low thermal conductivity layer.
ところで、組電池化した電池セルに対し充放電サイクルを行う場合(すなわち「通常使用時」の場合)において、電池セルの充放電性能を十分に発揮させるためには、電池セル表面の温度を所定値以下(例えば、150℃以下)に維持する必要がある。
また、電池セルが、例えば200℃以上の温度となるような異常事態が発生した場合に、電池セルを効果的に冷却するとともに、隣接する電池セルへの熱の伝播を抑制し、熱暴走を阻止する必要がある。
Incidentally, when a charge/discharge cycle is performed on battery cells assembled into a battery pack (i.e., during "normal use"), in order to fully utilize the charge/discharge performance of the battery cells, it is necessary to maintain the temperature of the battery cell surface below a predetermined value (e.g., below 150°C).
Furthermore, in the event of an abnormal situation in which a battery cell reaches a temperature of, for example, 200° C. or higher, it is necessary to effectively cool the battery cell while suppressing the transfer of heat to adjacent battery cells and preventing thermal runaway.
しかしながら、上記蓄電装置は、第一蓄電素子と第二蓄電素子との間に低熱伝導層が設けられているのみであるため、充放電サイクル時に発生した熱を効率的に外部に拡散することができない。また、1つの電池セルに熱暴走が生じた場合に、上記断熱材のみでは、熱暴走の連鎖を効果的に抑制することが困難である。
このように、発生した熱を効率的に外部に拡散することができるとともに、熱暴走の連鎖を抑制することができる熱制御の手段については、近時、更なる改良が要求されている。
However, since the above-mentioned energy storage device only has a low thermal conductive layer between the first and second energy storage elements, the heat generated during the charge/discharge cycle cannot be efficiently diffused to the outside. Furthermore, when thermal runaway occurs in one battery cell, it is difficult to effectively suppress the chain reaction of thermal runaway using only the above-mentioned insulating material.
In this way, there has been a demand in recent years for further improvements in heat control means that can efficiently diffuse generated heat to the outside and suppress a chain reaction of thermal runaway.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池に使用され、通常使用時において発生した熱を外部に拡散し、熱の伝播を抑制することができるとともに、異常時における各電池セル間の熱の伝播を抑制し、効率的に電池セルを冷却することができ、熱暴走の連鎖を防止することができる、組電池用熱制御シート及び組電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a thermal control sheet for a battery assembly and a battery assembly that can be used in a battery assembly in which multiple battery cells are connected in series or parallel, and that can diffuse heat generated during normal use to the outside and suppress the propagation of heat, as well as suppress the propagation of heat between battery cells in the event of an abnormality, efficiently cool the battery cells, and prevent a chain reaction of thermal runaway.
本発明の上記目的は、組電池用熱制御シートに係る下記[1]の構成により達成される。 The above object of the present invention is achieved by the following configuration [1] relating to a thermal control sheet for a battery pack.
[1] 複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池に使用され、前記電池セル間に介在される組電池用熱制御シートであって、
複数の放熱層と、
隣り合う前記複数の放熱層の間に配設されたスペーサと、を有し
隣り合う前記複数の放熱層の間における前記スペーサを除く領域に、気体の流路が形成されており、
前記放熱層は、熱伝導率が5(W/m・K)以上である熱伝導層を有することを特徴とする組電池用熱制御シート。
[1] A thermal control sheet for a battery assembly used in a battery assembly in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel, the sheet being interposed between the battery cells,
A plurality of heat dissipation layers;
a spacer disposed between the adjacent heat dissipation layers, and a gas flow path is formed in an area between the adjacent heat dissipation layers excluding the spacer,
The thermal control sheet for a battery pack, wherein the heat dissipation layer has a thermal conduction layer having a thermal conductivity of 5 (W/m·K) or more.
また、組電池用熱制御シートに係る本発明の好ましい実施形態は、以下の[2]~[10]に関する。 Furthermore, preferred embodiments of the present invention relating to the thermal control sheet for a battery pack relate to the following [2] to [10].
[2] 前記熱伝導層は、金属、窒化チタン及びグラファイトから選択された少なくとも1種により構成されることを特徴とする[1]に記載の組電池用熱制御シート。 [2] The thermal control sheet for a battery pack described in [1], characterized in that the thermally conductive layer is made of at least one material selected from metal, titanium nitride, and graphite.
[3] 前記熱伝導層は、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレス鋼、銅又は銅合金、銀又は銀合金、ニッケル又はニッケル合金、チタン又はチタン合金、窒化チタン及びグラファイトから選択された少なくとも1種により構成されることを特徴とする[2]に記載の組電池用熱制御シート。 [3] The thermal control sheet for a battery pack according to [2], characterized in that the thermally conductive layer is made of at least one material selected from aluminum or an aluminum alloy, stainless steel, copper or a copper alloy, silver or a silver alloy, nickel or a nickel alloy, titanium or a titanium alloy, titanium nitride, and graphite.
[4] 前記スペーサは、二酸化ケイ素、シリカゾル、セラミックファイバ、ガラス及びマイカから選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする[1]~[3]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。 [4] The thermal control sheet for a battery pack according to any one of [1] to [3], characterized in that the spacer contains at least one material selected from silicon dioxide, silica sol, ceramic fiber, glass, and mica.
[5] 前記スペーサは、隣り合う前記放熱層の間に固着された接着剤であることを特徴とする[1]~[3]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。 [5] The thermal control sheet for a battery pack described in any one of [1] to [3], characterized in that the spacer is an adhesive bonded between adjacent heat dissipation layers.
[6] 前記放熱層の放射率は、0.5以下であることを特徴とする[1]~[5]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。 [6] The thermal control sheet for a battery pack described in any one of [1] to [5], characterized in that the emissivity of the heat dissipation layer is 0.5 or less.
[7] 前記放熱層は、前記熱伝導層と、金属、セラミック及びグラファイトから選択された材料からなる層とが積層された複合層であることを特徴とする[1]~[6]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。 [7] The thermal control sheet for a battery pack described in any one of [1] to [6], characterized in that the heat dissipation layer is a composite layer in which the thermally conductive layer and a layer made of a material selected from metal, ceramic, and graphite are laminated.
[8] 前記電池セルに接する位置に、断熱材が配設されていることを特徴とする[1]~[7]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シート。 [8] A thermal control sheet for a battery pack according to any one of [1] to [7], characterized in that a heat insulating material is provided at a position in contact with the battery cells.
[9] 前記断熱材は、無機繊維、有機繊維、無機粒子及び有機粒子から選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする[8]に記載の組電池用熱制御シート。 [9] The thermal control sheet for a battery pack according to [8], characterized in that the insulating material contains at least one selected from inorganic fibers, organic fibers, inorganic particles, and organic particles.
[10] 前記断熱材は、アルミナファイバ、カーボンファイバ、マイカ、バサルトファイバ、ソルブルファイバ、リフラクトリーセラミックファイバ、グラスファイバ、エアロゲル複合材、マイクロポーラス粒子、中空シリカ粒子、熱膨張性無機材料及びエアロゲルから選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする[9]に記載の組電池用熱制御シート。 [10] The thermal control sheet for a battery pack according to [9], characterized in that the heat insulating material contains at least one selected from alumina fiber, carbon fiber, mica, basalt fiber, soluble fiber, refractory ceramic fiber, glass fiber, aerogel composite, microporous particles, hollow silica particles, thermally expandable inorganic material, and aerogel.
また、本発明の上記目的は、組電池に係る下記[11]の構成により達成される。 The above object of the present invention is also achieved by the following configuration [11] relating to the battery pack.
[11] 電池ケースと、
前記電池ケースの内部に格納され、直列または並列に接続された複数の電池セルと、
前記複数の電池セル間に介在される[1]~[10]のいずれか1つに記載の組電池用熱制御シートと、を有することを特徴とする組電池。
[11] A battery case;
A plurality of battery cells housed inside the battery case and connected in series or parallel;
and a thermal control sheet for a battery pack according to any one of [1] to [10] interposed between the plurality of battery cells.
本発明の組電池用熱制御シートは、複数の電池セルが直列又は並列に接続された組電池に使用される熱制御シートであって、放熱層により、電池セルからの放射伝熱を抑制することができるとともに、放熱層に到達した熱を伝導伝熱により拡散させる効果を有する。また、放熱層間には気体の流路が形成されており、熱せられた気体が流路を介して熱制御シートの外部に移動し、放熱が促されるため、電池セルから電池セルに向かう対流伝熱が抑制される。さらにこのとき、低温の気体が流路に流入するため、電池セルを効率的に冷却することができる。その結果、一方の電池セルから発生した熱が、隣接する電池セルに伝播することを抑制することができ、熱暴走の連鎖を防止することができる。 The thermal control sheet for battery packs of the present invention is a thermal control sheet used in battery packs in which multiple battery cells are connected in series or parallel, and the heat dissipation layer can suppress radiative heat transfer from the battery cells, while diffusing heat that reaches the heat dissipation layer by conductive heat transfer. In addition, gas flow paths are formed between the heat dissipation layers, and heated gas moves to the outside of the thermal control sheet through the flow paths, promoting heat dissipation, thereby suppressing convective heat transfer from battery cell to battery cell. Furthermore, at this time, low-temperature gas flows into the flow paths, allowing the battery cells to be efficiently cooled. As a result, the heat generated from one battery cell can be suppressed from propagating to an adjacent battery cell, preventing a chain reaction of thermal runaway.
本発明の組電池は、上記熱制御シートを複数の電池セル間に介在させているため、通常使用時及び異常時において、効率的に熱拡散することができるとともに、電池セル間の熱の伝播を抑制することができ、熱暴走の連鎖を阻止することができる。 The battery pack of the present invention has the above-mentioned thermal control sheet interposed between multiple battery cells, which allows for efficient heat diffusion during normal use and in the event of an abnormality, while also suppressing the transfer of heat between battery cells, preventing a chain reaction of thermal runaway.
本発明者らは、高温の熱が発生する異常時における各電池セル間の熱の伝播を抑制しつつ、比較的低温の熱が発生する通常使用時においても、電池セルから発生した熱を効率的に外部に拡散することができる組電池用熱制御シートを提供するため、鋭意検討を行った。 The inventors have conducted extensive research to provide a thermal control sheet for a battery pack that can efficiently diffuse heat generated from battery cells to the outside even during normal use when relatively low-temperature heat is generated, while suppressing the transfer of heat between battery cells during abnormal conditions when high-temperature heat is generated.
その結果、本発明者らは、複数の電池セル間に介在させる組電池用熱制御シートにおいて、隣り合う複数の放熱層の間に配設されたスペーサにより、隣り合う複数の放熱層の間に、気体の流路を形成することにより上記課題を解決できることを見出した。 As a result, the inventors discovered that the above problem can be solved by forming a gas flow path between adjacent heat dissipation layers using spacers disposed between adjacent heat dissipation layers in a thermal control sheet for a battery pack interposed between multiple battery cells.
すなわち、比較的低温の熱が発生する通常使用時においては、放熱層により、電池セルからの放射伝熱を抑制する効果を得ることができるとともに、放熱層が熱伝導層を有することにより、熱伝導層に到達した熱を伝導伝熱により拡散させる効果を得ることができる。また、隣り合う放熱層の間が断熱層として働き、断熱性を得ることができる。
また、異常時に、ある電池セルの温度が上昇した場合には、通常使用時と同様に、放熱層により、電池セルからの放射伝熱を抑制する効果と、熱伝導層に到達した熱を伝導伝熱により拡散させる効果とを得ることができる。さらに、隣り合う複数の放熱層の間には、スペーサが配設され、スペーサを除く領域に気体の流路が形成されているため、放熱層が高温になって放熱層間の気体の温度が上昇すると、この気体が流路を介して熱制御シートの外部に移動し、放熱が促される。したがって、一方の放熱層から他方の放熱層に向かう対流伝熱が抑制される。また、これと同時に、熱制御シートの外部に存在する低温の気体が流路を介して電池セルの表面に流入するため、電池セルを効率的に冷却することができる。
In other words, during normal use when relatively low-temperature heat is generated, the heat dissipation layer has the effect of suppressing radiative heat transfer from the battery cells, and since the heat dissipation layer has a thermally conductive layer, it has the effect of diffusing the heat that reaches the thermally conductive layer by conductive heat transfer. In addition, the space between adjacent heat dissipation layers acts as a thermal insulation layer, providing thermal insulation.
In addition, when the temperature of a battery cell rises due to an abnormality, the heat dissipation layer can suppress the radiative heat transfer from the battery cell and diffuse the heat that reaches the thermal conduction layer by conductive heat transfer, as in normal use. Furthermore, since spacers are disposed between adjacent heat dissipation layers and a gas flow path is formed in the area excluding the spacers, when the heat dissipation layer becomes hot and the temperature of the gas between the heat dissipation layers rises, the gas moves to the outside of the thermal control sheet through the flow path, promoting heat dissipation. Therefore, convective heat transfer from one heat dissipation layer to the other heat dissipation layer is suppressed. At the same time, low-temperature gas existing outside the thermal control sheet flows into the surface of the battery cell through the flow path, so that the battery cell can be efficiently cooled.
このようにして、複数の放熱層と、これら複数の放熱層の間に形成された気体の流路を利用して、放射伝熱と、熱制御シートの厚さ方向への対流伝熱を抑制するとともに、伝導伝熱によって熱を拡散することにより、ある電池セルが高温になった場合に、隣接する電池セルに到達するまでに熱伝達が抑制され、また、熱を外部に拡散することができるため、熱暴走の連鎖を抑制することができる。 In this way, by utilizing the multiple heat dissipation layers and the gas flow paths formed between these multiple heat dissipation layers, radiative heat transfer and convective heat transfer in the thickness direction of the thermal control sheet are suppressed, and heat is diffused by conductive heat transfer. In the event that a battery cell becomes too hot, heat transfer is suppressed before it reaches an adjacent battery cell, and the heat can be diffused to the outside, preventing a chain reaction of thermal runaway.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiment described below, and can be modified as desired without departing from the gist of the present invention.
[1.組電池用熱制御シート]
以下、本発明の実施形態に係る組電池用熱制御シートについて、第1~第3の実施形態を順に説明する。その後、本実施形態に係る組電池用熱制御シートを構成する放熱層、スペーサ等について説明する。さらに、本実施形態に係る組電池用熱制御シートの製造方法について説明する。
[1. Thermal control sheet for battery packs]
Hereinafter, the thermal control sheet for a battery pack according to the embodiment of the present invention will be described in order from the first to third embodiments. After that, the heat dissipation layer, spacer, etc. constituting the thermal control sheet for a battery pack according to the present embodiment will be described. Furthermore, the manufacturing method of the thermal control sheet for a battery pack according to the present embodiment will be described.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る組電池用熱制御シートを模式的に示す断面図である。以下、組電池用熱制御シートを、単に「熱制御シート」ということがある。
第1の実施形態に係る組電池用熱制御シート10は、一対の放熱層11a、11bと、放熱層11aと放熱層11bとの間に配設されたスペーサ12とを有する。したがって、放熱層11aと放熱層11bとの間には、スペーサ12を除く領域に気体の流路18が形成されている。
なお、第1の実施形態において、放熱層11a、11bは、例えばステンレス鋼板であり、熱伝導層として機能する。
First Embodiment
1 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of a thermal control sheet for a battery assembly according to a first embodiment of the present invention. Hereinafter, the thermal control sheet for a battery assembly may be simply referred to as a "thermal control sheet."
The
In the first embodiment, the
図2は、第1の実施形態に係る組電池用熱制御シートを適用した組電池を模式的に示す断面図である。組電池100は、電池ケース30と、電池ケース30の内部に格納された複数の電池セル20a、20b、20cと、電池セル20aと電池セル20bとの間、及び電池セル20bと電池セル20cとの間に介在された熱制御シート10と、を有する。複数の電池セル20a、20b、20cは、不図示のバスバー等により、直列又は並列に接続されている。
なお、電池セル20a、20b、20cは、例えば、リチウムイオン二次電池が好適に用いられるが、特にこれに限定されず、その他の二次電池にも適用され得る。
2 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of a battery pack to which the thermal control sheet for a battery pack according to the first embodiment is applied. The
The
ここで、従来の一般的な組電池において、複数の電池セルの間に配置されるシートは、電池セルに最も近い面に断熱材が配置されている。
これに対して、第1の実施形態に係る熱制御シート10においては、ステンレス鋼からなる放熱層11a、11bは、電池セル20a、20b、20cに接するように配置されており、ステンレス鋼の放射率は、一般的に使用される断熱材の放射率(例えば0.8)と比較して低いものとなっている。
In a typical conventional battery pack, a sheet disposed between a plurality of battery cells has a heat insulating material disposed on the surface closest to the battery cells.
In contrast, in the
このように構成された第1の実施形態において、例えば、電池セル20aの温度が上昇した場合に、電池セル20aに接する位置に設けられた放熱層11aはステンレス鋼からなり、放射率が例えば0.2であって低いため、放熱層11b側への放射伝熱を抑制することができる。また、放熱層11aは、熱伝導率が例えば16(W/m・K)であるため、放熱層11aに伝播された熱の一部は、放熱層11aの面方向に伝播され、熱制御シート10の外部に拡散される。このようにして、電池セル20aから発生した熱量は、放熱層11aを介することにより低減され、放熱層11b側への熱伝達が抑制される。
なお、放熱層11a、11bの面方向とは、放熱層11a、11bの厚さ方向に直交する面の方向をいう。
In the first embodiment configured as described above, for example, when the temperature of the
The planar direction of the
また、比較的低温の熱が発生する通常使用時において、電池セル20aの温度が上昇すると、放熱層11aの温度も上昇するが、放熱層11aと放熱層11bとの間の流路18には、例えば空気が存在し、空気の熱伝導率は例えば0.02(W/m・K)程度であって極めて低いため、放熱層11aと放熱層11bとの間は断熱層15として機能する。
また、異常時に、電池セル20aの温度がさらに上昇すると、放熱層11aの温度も上昇し、流路18内の気体が加熱されるが、熱せられた気体は流路18を介して、熱制御シート10の外部に放出されるため、放熱層11aから放熱層11bに向かう対流伝熱が抑制される。
さらに、熱せられた気体が移動することにより、他の領域に存在していた低温の気体が、流路18内に流入するため、放熱層11aを冷却することができ、その結果、電池セル20aを効率的に冷却することができる。
Furthermore, during normal use when relatively low-temperature heat is generated, when the temperature of the
In addition, in the event of an abnormality, if the temperature of the
Furthermore, as the heated gas moves, low-temperature gas that was present in other areas flows into the
その後、一部の熱は放熱層11bに到達するが、放熱層11bによっても、放熱層11aと同様に、電池セル20b側への放射伝熱を抑制することができる。また、伝導伝熱により放熱層11bの面方向に熱が伝播されるため、放熱層11bに到達した熱は熱制御シート10の外部に拡散される。
Some of the heat then reaches the
このように、電池セル20aと電池セル20bとが、熱制御シート10を介して配置されることにより、通常使用時においては、放熱層11a、11bの存在により、電池セル20b側への伝導伝熱が抑制され、熱を拡散することができるとともに、放射伝熱が抑制される。また、熱制御シート10の流路18が断熱層として機能し、良好な断熱性を得ることができる。さらに、異常時に、電池セル20aから高い熱が発生した場合には、通常使用時と同様に、放熱層による効果を得ることができるとともに、放熱層11aから放熱層11bに向かう対流伝熱が抑制されるため、電池セル間の熱の伝播を抑制することができ、熱暴走の連鎖を阻止することができる。
In this way, by arranging the
なお、熱制御シート10は、断熱層15(スペーサ12及び気体の流路18により構成される層)を中心として、厚さ方向に対称に構成されている。したがって、電池セル20bから熱が発生した場合であっても、この熱は電池セル20a側に向かって、放熱層11b、断熱層15及び放熱層11aをこの順に介することにより段階的に低減され、電池セル20aへの熱の伝播を抑制することができる。
同様に、電池セル20bから発生した熱は電池セル20c側に向かって、放熱層11a、断熱層15及び放熱層11bをこの順に介することにより段階的に低減されるため、電池セル20cへの熱の伝播を抑制することができる。
The
Similarly, the heat generated from
<第2の実施形態>
上記第1の実施形態では、組電池用熱制御シート10は、放熱層11a、断熱層15及び放熱層11bがこの順に配列された3層の構造を有するものとしたが、本発明の組電池用熱制御シートは3層に限定されない。
例えば、3層の放熱層と、隣り合う放熱層の間にそれぞれ配設された断熱層と、を有するものでもよい。
Second Embodiment
In the first embodiment described above, the
For example, it may have three heat dissipation layers and a heat insulating layer disposed between each adjacent heat dissipation layer.
図3は、本発明の第2の実施形態に係る組電池用熱制御シートを模式的に示す断面図である。以下、図3及び図4に示す第2及び第3の実施形態において、上記第1の実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略又は簡略化する。また、第2及び第3の実施形態は、図2に示す組電池100に記載の熱制御シート10に代えて使用することができるため、第2の実施形態に係る熱制御シートを組電池100に適用したものとして、その効果等を説明する。
Figure 3 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of a thermal control sheet for a battery pack according to a second embodiment of the present invention. Hereinafter, in the second and third embodiments shown in Figures 3 and 4, the same or equivalent parts as those in the first embodiment are given the same reference numerals in the drawings, and their description will be omitted or simplified. In addition, since the second and third embodiments can be used in place of the
第2の実施形態に係る組電池用熱制御シート40は、3枚の放熱層11a、11b、11cと、放熱層11aと放熱層11bとの間に配設された複数のスペーサ12aと、放熱層11bと放熱層11cとの間に配設された複数のスペーサ12bとを有する。また、放熱層11aと放熱層11bとの間におけるスペーサ12aを除く領域には、気体の流路18aが形成され、これらにより断熱層15aが構成されている。同様に、放熱層11bと放熱層11cとの間におけるスペーサ12bを除く領域には、気体の流路18bが形成され、これらにより断熱層15bが構成されている。
第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、放熱層11a、11b、11cは、例えばステンレス鋼からなるものである。
The
In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the
このように構成された第2の実施形態においても、通常使用時に、比較的低い温度範囲で電池セル20aの温度が上昇した場合に、放熱層11aの存在により、電池セル20b側への伝導伝熱が抑制され、熱を拡散することができるとともに、放射伝熱が抑制される。また、断熱層15aに到達した熱は、気体(空気)による断熱効果により低減される。
また、異常時において、電池セル20aの温度がさらに上昇した場合に、電池セル20aに接する位置に設けられた放熱層11aの効果により、断熱層15a側への放射伝熱を抑制することができる。また、放熱層11aに伝播された熱の一部は、放熱層11aの面方向に伝播され、熱制御シート40の外部に拡散される。
In the second embodiment configured as described above, when the temperature of the
In addition, when the temperature of the
さらに、熱せられた気体は、流路18aを介して、熱制御シート40の外部に放出されるとともに、他の領域に存在していた気体が流路18a内に流入するため、放熱層11a及び電池セル20aを冷却することができる。
Furthermore, the heated gas is released to the outside of the
その後、同様にして、電池セル20aから発生した熱は、放熱層11b、断熱層15b及び放熱層11cをこの順に介することにより、電池セル20b側への伝導伝熱が抑制され、熱を拡散することができる。また、放射伝熱が抑制されるとともに、放熱層11bから放熱層11cへの対流伝熱が抑制されるため、電池セル間の熱の伝播を抑制することができ、熱暴走の連鎖を阻止することができる。
Then, in a similar manner, the heat generated from the
なお、放熱層を、例えば4層以上とし、隣り合うそれぞれの放熱層の間に、スペーサを配設した構成であっても、本発明の効果を得ることができる。ただし、層を増加させることにより、熱制御シートの全体としての厚さが増加したり、放熱層の厚さを減少させる必要が生じたりするため、要求される性能に応じて、放熱層の層数及びスペーサの厚さ等を適切に選択することが好ましい。 The effects of the present invention can be obtained even if the heat dissipation layer has, for example, four or more layers and spacers are disposed between each adjacent heat dissipation layer. However, since increasing the number of layers increases the overall thickness of the thermal control sheet and requires a reduction in the thickness of the heat dissipation layer, it is preferable to appropriately select the number of layers of the heat dissipation layer and the thickness of the spacer, etc., according to the required performance.
<第3の実施形態>
図4は、本発明の第3の実施形態に係る組電池用熱制御シートを模式的に示す断面図である。第3の実施形態に係る組電池用熱制御シート50は、第1の実施形態に係る熱制御シート10の最外面、すなわち、放熱層11aと電池セル20aとの間、及び放熱層11bと電池セル20bとの間に、それぞれ、断熱材13a、13bが配設されている。
Third Embodiment
4 is a cross-sectional view showing a thermal control sheet for a battery pack according to a third embodiment of the present invention. In the thermal control sheet for a
このように構成された第3の実施形態においては、電池セル20a、20b、20cに接する位置に断熱材13a、13bが配置されている。したがって、電池セル20aから発生した熱は、断熱材13aを介して放熱層11aに到達するため、放熱層11aに到達する熱を低減することができる。
その後、第1の実施形態と同様に、放熱層11a、断熱層15及び放熱層11bを介することにより、熱は段階的に低減され、断熱材13bを介することにより、さらに熱の伝達が抑制される。したがって、電池セルの間の熱の伝播を抑制することができ、熱暴走の連鎖を阻止することができる。
In the third embodiment configured in this manner, the
Thereafter, similarly to the first embodiment, the heat is gradually reduced through the
次に、本発明に係る組電池用熱制御シートを構成する放熱層、スペーサ、断熱材等について、詳細に説明する。 Next, we will explain in detail the heat dissipation layer, spacer, heat insulating material, etc. that make up the thermal control sheet for battery packs according to the present invention.
(放熱層)
本実施形態に係る組電池用熱制御シートに用いられる放熱層は、放熱層に到達した熱を伝導伝熱により拡散させる効果を有する。したがって、放熱層は熱を効率的に面方向に伝導させる熱伝導層を有するものとし、熱伝導層の熱伝導率は、5(W/m・K)以上であるものとする。熱伝導層の熱伝導率は、15(W/m・K)以上であることが好ましい。
また、放熱層は、電池セルからの放射伝熱を抑制する効果も有する。したがって、放熱層の放射率の具体的な値としては、0.5未満であることが好ましく、0.2未満であることがより好ましい。
(Heat dissipation layer)
The heat dissipation layer used in the thermal control sheet for a battery pack according to this embodiment has the effect of diffusing the heat that reaches the heat dissipation layer by conductive heat transfer. Therefore, the heat dissipation layer has a thermally conductive layer that efficiently conducts heat in the planar direction, and the thermal conductivity of the thermally conductive layer is 5 (W/m·K) or more. The thermal conductivity of the thermally conductive layer is preferably 15 (W/m·K) or more.
The heat dissipation layer also has the effect of suppressing radiative heat transfer from the battery cell, and therefore the specific value of the emissivity of the heat dissipation layer is preferably less than 0.5, and more preferably less than 0.2.
熱伝導層として、具体的には、金属、窒化チタン及びグラファイトから選択された少なくとも1種により構成されたものであることが好ましく、アルミニウム又はアルミニウム合金、ステンレス鋼、銅又は銅合金、銀又は銀合金、ニッケル又はニッケル合金、チタン又はチタン合金、窒化チタン及びグラファイトから選択された少なくとも1種により構成されたものであることがより好ましい。
熱伝導層として例示した上記材料の熱伝導率は、5~450(W/m・K)であり、放熱層に到達した熱を、熱伝導層を介して効率的に拡散することができる。
Specifically, the thermally conductive layer is preferably made of at least one material selected from metal, titanium nitride, and graphite, and more preferably made of at least one material selected from aluminum or an aluminum alloy, stainless steel, copper or a copper alloy, silver or a silver alloy, nickel or a nickel alloy, titanium or a titanium alloy, titanium nitride, and graphite.
The thermal conductivity of the above-mentioned materials exemplified as the thermal conductive layer is 5 to 450 (W/m·K), and the heat that reaches the heat dissipation layer can be efficiently diffused via the thermal conductive layer.
なお、放熱層の熱伝導率は、下記(1)~(3)に示すように、レーザフラッシュ法及び示差走査熱量測定(DSC:Differential Scanning Calorimetry)法により算出することができる。
(1)JIS H 7801に記載の「金属のレーザフラッシュ法による熱拡散率の測定方法」に準拠し、熱拡散率を測定する。
(2)JIS R 1672に記載の「長繊維強化セラミックス複合材料の示差走査熱量法による比熱容量測定方法」に準拠し、比熱容量を測定する。
(3)(1)及び(2)で得られた値に基づいて、熱伝導率を算出する。
また、放熱層の放射率は、JIS R 1693に記載の「ファインセラミックス及びセラミックス複合材料の放射率測定方法」に準拠して、測定することができる。
The thermal conductivity of the heat dissipation layer can be calculated by a laser flash method and a differential scanning calorimetry (DSC) method, as shown in the following (1) to (3).
(1) Thermal diffusivity is measured in accordance with the "Method for measuring thermal diffusivity of metals by laser flash method" described in JIS H 7801.
(2) The specific heat capacity is measured in accordance with "Method for measuring specific heat capacity of long fiber reinforced ceramic composite material by differential scanning calorimetry" described in JIS R 1672.
(3) Calculate the thermal conductivity based on the values obtained in (1) and (2).
The emissivity of the heat dissipation layer can be measured in accordance with "Method of measuring emissivity of fine ceramics and ceramic composite materials" described in JIS R 1693.
なお、放熱層は、上記熱伝導層と、金属、セラミック及びグラファイトから選択された材料からなる層とが積層された複合層であってもよい。放熱層として、上記熱伝導層と金属とによる複合層を採用する場合は、ステンレス鋼、銅又は銅合金、銀又は銀合金、ニッケル又はニッケル合金、チタン又はチタン合金及び窒化チタンから選択された2種以上の金属を選択することができる。このような放熱層としては、例えば、[銀/銅/銀]複合層、[ニッケル/銅/ニッケル]複合層、[ニッケル/ステンレス鋼/ニッケル]複合層、[銀/ステンレス鋼/銀]複合層等が挙げられる。上記複合層における銀、銅、ニッケルは、それぞれ合金の形であってもよい。
また、放熱層として、上記熱伝導層とセラミックとによる複合層を採用する場合は、セラミックとして、AlN、SiC、TiN等を選択することができる。
上記複合層は、中心となる基層の表面に、湿式めっき又は蒸着等により金属層を形成する方法や、異なる材料からなる層を積層する方法により得ることができる。
The heat dissipation layer may be a composite layer in which the heat conduction layer and a layer made of a material selected from metal, ceramic, and graphite are laminated. When a composite layer made of the heat conduction layer and a metal is adopted as the heat dissipation layer, two or more metals selected from stainless steel, copper or copper alloy, silver or silver alloy, nickel or nickel alloy, titanium or titanium alloy, and titanium nitride can be selected. Examples of such heat dissipation layers include a [silver/copper/silver] composite layer, a [nickel/copper/nickel] composite layer, a [nickel/stainless steel/nickel] composite layer, and a [silver/stainless steel/silver] composite layer. The silver, copper, and nickel in the composite layer may each be in the form of an alloy.
When a composite layer of the above-mentioned thermally conductive layer and ceramic is used as the heat dissipation layer, the ceramic may be selected from AlN, SiC, TiN, and the like.
The composite layer can be obtained by forming a metal layer on the surface of a base layer serving as a center by wet plating or vapor deposition, or by laminating layers made of different materials.
上記第1及び第2の実施形態に示すように、放熱層が電池セルに接触するように熱制御シートを配置する場合は、電池セルが高温になった場合であっても、放熱層が溶融等によって損傷することを防止できるように放熱層の材料を選択することが好ましい。放熱層を構成する材料として、具体的には、融点が600℃以上である金属又はセラミックにより構成されていることがより好ましい。また、融点が900℃以上である金属又はセラミックにより放熱層が構成されていることがさらに好ましい。 As shown in the first and second embodiments, when the thermal control sheet is arranged so that the heat dissipation layer is in contact with the battery cell, it is preferable to select a material for the heat dissipation layer so that the heat dissipation layer can be prevented from being damaged by melting, etc., even if the battery cell becomes hot. Specifically, it is more preferable that the material constituting the heat dissipation layer is made of a metal or ceramic with a melting point of 600°C or higher. It is even more preferable that the heat dissipation layer is made of a metal or ceramic with a melting point of 900°C or higher.
熱伝導層として具体的に例示した上記材料のうち、ステンレス鋼、銀、窒化チタンは、それぞれ融点が約1400℃、約960℃、2930℃である。また、ステンレス鋼及び銀は、他の金属と比較して酸化しにくく、高温に晒されても放射率の上昇が少ない。窒化チタンについても、高温に晒された場合に、変質がほとんど発生しない。したがって、放熱層が電池セルに接触している場合には、放熱層を構成する材料として、ステンレス鋼、銀もしくは銀合金、又は窒化チタンを使用することがより好ましい。 Of the materials specifically given as examples of the thermally conductive layer, stainless steel, silver, and titanium nitride have melting points of approximately 1400°C, approximately 960°C, and 2930°C, respectively. Furthermore, stainless steel and silver are less susceptible to oxidation compared to other metals, and their emissivity does not increase much even when exposed to high temperatures. Titanium nitride also hardly changes when exposed to high temperatures. Therefore, when the heat dissipation layer is in contact with the battery cell, it is more preferable to use stainless steel, silver or a silver alloy, or titanium nitride as the material that constitutes the heat dissipation layer.
一方、第3の実施形態に示すように、電池セルと放熱層との間に断熱材が介在している場合には、熱による酸化及び溶融の影響が低下するため、放熱層の材料として、熱伝導率が優れたアルミニウム又はアルミニウム合金、銅又は銅合金、銀又は銀合金及び窒化チタンから選択された1種を好適に使用することができる。 On the other hand, as shown in the third embodiment, when a heat insulating material is interposed between the battery cell and the heat dissipation layer, the effects of oxidation and melting due to heat are reduced, so that one material selected from aluminum or an aluminum alloy, copper or a copper alloy, silver or a silver alloy, and titanium nitride, which have excellent thermal conductivity, can be preferably used as the material for the heat dissipation layer.
また、放熱層による放射伝熱の抑制効果及び伝導伝熱による熱の拡散効果を十分に得るためには、放熱層の厚さは、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることがさらに好ましく、30μm以上であることがさらにより好ましく、50μm以上であることが特に好ましい。一方、熱制御シートとしての全体の厚さを考慮し、放熱層の厚さは300μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましい。 In order to fully obtain the effect of suppressing radiative heat transfer by the heat dissipation layer and the effect of diffusing heat by conductive heat transfer, the thickness of the heat dissipation layer is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, even more preferably 20 μm or more, even more preferably 30 μm or more, and particularly preferably 50 μm or more. On the other hand, taking into consideration the overall thickness of the thermal control sheet, the thickness of the heat dissipation layer is preferably 300 μm or less, and more preferably 200 μm or less.
さらに、放熱層は、上記のように1種の材料からなるものや、2種以上の材料を積層したものの他、同一の材料からなる薄膜が複数層積層されたものでもよい。同一の材料からなる薄膜が積層されて放熱層を構成する場合に、複数層の合計の厚さは、一層からなる放熱層の厚さと同じであれば、同様の効果が得られる。したがって、放熱層が複数層からなる場合であっても、その合計の厚さは上記範囲であることが好ましい。 Furthermore, the heat dissipation layer may be made of one type of material, or may be made of a laminate of two or more types of materials, as described above, or may be made of multiple thin films of the same material laminated together. When the heat dissipation layer is made of laminated thin films of the same material, the same effect can be obtained if the total thickness of the multiple layers is the same as the thickness of the heat dissipation layer made of a single layer. Therefore, even if the heat dissipation layer is made of multiple layers, it is preferable that the total thickness is within the above range.
(スペーサ)
本実施形態に係る組電池用熱制御シートに用いられるスペーサは、隣り合う複数の放熱層の間に空間を確保し、気体の流路を形成するために配設される。スペーサとして、仮に、放熱層と同等以上の熱伝導率を有する材料を使用した場合には、熱せられた一方の放熱層から、スペーサを介して他方の放熱層に熱が伝導するおそれがある。したがって、スペーサとしては、断熱性を有する材料で形成することが好ましく、例えば、二酸化ケイ素、シリカゾル、セラミックファイバ、ガラス及びマイカから選択された少なくとも1種を含有するものであることが好ましい。二酸化ケイ素を含有する材料としては、二酸化ケイ素を主原料とした混合物が挙げられる。また、セラミックファイバを含有する材料としては、セラミックファイバの粉砕物が挙げられる。
(Spacer)
The spacer used in the thermal control sheet for battery pack according to the present embodiment is disposed to secure a space between adjacent heat dissipation layers and form a gas flow path. If a material having a thermal conductivity equal to or higher than that of the heat dissipation layers is used as the spacer, there is a risk that heat will be conducted from one of the heated heat dissipation layers to the other heat dissipation layer via the spacer. Therefore, the spacer is preferably formed of a material having thermal insulation properties, and preferably contains at least one selected from, for example, silicon dioxide, silica sol, ceramic fiber, glass, and mica. Examples of materials containing silicon dioxide include mixtures containing silicon dioxide as the main raw material. Examples of materials containing ceramic fiber include crushed ceramic fiber.
また、スペーサとして、放熱層の表面に固着された接着剤を使用することもできる。接着剤としては、例えば、耐熱温度が高い無機系(ケイ素系、カルシウム系等)の接着剤を使用することができ、例えば、二酸化ケイ素を主原料とした混合物を使用することができる。なお、接着剤を用いる場合には、液状の接着材料を、放熱層の表面の複数箇所に滴下し、乾燥させて固化させることにより、スペーサを形成することができる。 Also, an adhesive bonded to the surface of the heat dissipation layer can be used as the spacer. For example, an inorganic adhesive (silicon-based, calcium-based, etc.) with a high heat resistance can be used as the adhesive, and for example, a mixture whose main ingredient is silicon dioxide can be used. When an adhesive is used, the spacer can be formed by dripping a liquid adhesive material onto multiple locations on the surface of the heat dissipation layer and allowing it to dry and solidify.
なお、スペーサの熱伝導率は、1(W/m・K)未満であることが好ましく、0.5(W/m・K)未満であることがより好ましく、0.2(W/m・K)未満であることがより好ましい。 The thermal conductivity of the spacer is preferably less than 1 (W/m·K), more preferably less than 0.5 (W/m·K), and even more preferably less than 0.2 (W/m·K).
さらに、スペーサの厚さ、すなわち隣り合う放熱層間の距離は、気体の流路を確保するという目的から、0.1mm以上であることが好ましく、0.3mm以上であることがより好ましく、0.5mm以上であることがさらに好ましい。一方、熱制御シートとしての全体の厚さを考慮し、スペーサの厚さは6.0mm以下であることが好ましく、1.5mm以下であることがより好ましい。 Furthermore, the thickness of the spacer, i.e., the distance between adjacent heat dissipation layers, is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.3 mm or more, and even more preferably 0.5 mm or more, in order to ensure a gas flow path. On the other hand, taking into consideration the overall thickness of the thermal control sheet, the thickness of the spacer is preferably 6.0 mm or less, and more preferably 1.5 mm or less.
なお、隣り合う複数の放熱層の間に空間を確保し、気体の流路を形成することができれば、スペーサの数は特に限定されない。放熱層同士が接触することを防止する目的で、隣り合う放熱層間のスペーサの数は4以上であることが好ましい。
また、スペーサの形状も特に限定されず、円柱状、角柱状、球状の他、一方向に長く延びた形状等、種々の形状のスペーサを使用することができる。
The number of spacers is not particularly limited as long as a space can be secured between adjacent heat dissipation layers to form a gas flow path. In order to prevent the heat dissipation layers from contacting each other, the number of spacers between adjacent heat dissipation layers is preferably 4 or more.
The shape of the spacer is not particularly limited, and spacers of various shapes such as cylindrical, prismatic, spherical, and other shapes extending long in one direction can be used.
(断熱材)
上記第3の実施形態で示すように、本実施形態に係る組電池用熱制御シートは断熱材を有していてもよい。断熱材としては、断熱効果を有するものであれば、特に限定されない。断熱効果を表す指標として、熱伝導率を挙げることができるが、本実施形態においては、断熱材の熱伝導率は1(W/m・K)未満であることが好ましく、0.5(W/m・K)未満であることがより好ましく、0.2(W/m・K)未満であることがより好ましい。さらに、断熱材の熱伝導率は0.1(W/m・K)未満であることがより好ましく、0.05(W/m・K)未満であることがより好ましく、0.02(W/m・K)未満であることが特に好ましい。
このような断熱材として、例えば、無機繊維、有機繊維、無機粒子及び有機粒子から選択された少なくとも1種を含有するものを用いることができる。
(Thermal insulation)
As shown in the third embodiment, the thermal control sheet for a battery pack according to this embodiment may have a heat insulating material. The heat insulating material is not particularly limited as long as it has a heat insulating effect. Thermal conductivity can be given as an index representing the heat insulating effect, and in this embodiment, the heat conductivity of the heat insulating material is preferably less than 1 (W/m·K), more preferably less than 0.5 (W/m·K), and more preferably less than 0.2 (W/m·K). Furthermore, the heat conductivity of the heat insulating material is more preferably less than 0.1 (W/m·K), more preferably less than 0.05 (W/m·K), and particularly preferably less than 0.02 (W/m·K).
As such a heat insulating material, for example, a material containing at least one selected from inorganic fibers, organic fibers, inorganic particles, and organic particles can be used.
なお、断熱材の熱伝導率は、JIS R 2251に記載の「耐火物の熱伝導率の試験方法」に準拠して、測定することができる。 The thermal conductivity of the insulating material can be measured in accordance with the "Test method for thermal conductivity of refractories" described in JIS R 2251.
無機繊維としては、アルミナファイバ、カーボンファイバ、バサルトファイバ、ソルブルファイバ、リフラクトリーセラミックファイバ、グラスファイバ、エアロゲル複合材等を使用することができる。
有機繊維としては、セルロースファイバ等を使用することができる。
なお、これらの繊維については、単一の繊維を使用してもよいし、2種以上の繊維を組み合わせて使用してもよい。
As the inorganic fiber, alumina fiber, carbon fiber, basalt fiber, soluble fiber, refractory ceramic fiber, glass fiber, aerogel composite material, and the like can be used.
As the organic fiber, cellulose fiber or the like can be used.
In addition, these fibers may be used alone or in combination of two or more kinds.
無機粒子としては、マイカ、マイクロポーラス粒子、中空シリカ粒子、熱膨張性無機材料及びエアロゲルを使用することができる。
熱膨張性無機材料としては、バーミキュライト、ベントナイト、雲母、パーライト等を挙げることができる。
有機粒子としては、中空ポリスチレン粒子等を使用することができる。
As inorganic particles, mica, microporous particles, hollow silica particles, thermally expandable inorganic materials, and aerogels can be used.
Examples of the thermally expandable inorganic material include vermiculite, bentonite, mica, and perlite.
As the organic particles, hollow polystyrene particles or the like can be used.
これらの断熱材としての材料のうち、アルミナファイバ、グラスファイバ、エアロゲル複合材等を、好適に使用することができる。 Among these insulating materials, alumina fiber, glass fiber, aerogel composites, etc. can be preferably used.
<熱制御シートの厚さ>
本実施形態において、熱制御シートの厚さは特に限定されないが、0.05~6mmの範囲にあることが好ましい。熱制御シートの厚さが0.05mm以上であると、充分な機械的強度を熱制御シートに付与することができる。一方、熱制御シートの厚さが6mm以下であると、良好な組付け性を得ることができる。
<Thickness of thermal control sheet>
In this embodiment, the thickness of the thermal control sheet is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.05 to 6 mm. If the thickness of the thermal control sheet is 0.05 mm or more, sufficient mechanical strength can be imparted to the thermal control sheet. On the other hand, if the thickness of the thermal control sheet is 6 mm or less, good assembly properties can be obtained.
続いて、本実施形態に係る組電池用熱制御シートの製造方法について説明する。 Next, we will explain the manufacturing method of the thermal control sheet for the battery pack according to this embodiment.
<熱制御シートの製造方法>
本実施形態に係る熱制御シートは、例えば、一対の放熱層を準備し、一方の放熱層の表面に接着剤を滴下して固化させることにより、スペーサを形成し、スペーサを介して他方の放熱層を重ねることにより、得ることができる。
また、断熱材料からなるスペーサを作成し、一方又は両方の放熱層に接着させることにより、熱制御シートを作製してもよい。
<Method of manufacturing the thermal control sheet>
The thermal control sheet of this embodiment can be obtained, for example, by preparing a pair of heat dissipation layers, dripping adhesive onto the surface of one of the heat dissipation layers and solidifying it to form a spacer, and then overlapping the other heat dissipation layer via the spacer.
Also, a spacer made of a heat insulating material may be prepared and attached to one or both of the heat dissipation layers to prepare a thermal control sheet.
[2.組電池]
本実施形態に係る組電池は、複数の電池セルが直列又は並列に接続される組電池であって、本実施形態に係る組電池用熱制御シートが、電池セル間に介在されたものである。具体的には、例えば、図3に示すように、組電池100は、複数個の電池セル20a、20b、20cが並設され、直列又は並列に接続されて電池ケース30に格納されたものであり、電池セル20a、20b、20c間に、熱制御シート10が介在されている。
[2. Battery pack]
The battery pack according to the present embodiment is a battery pack in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel, and the thermal control sheet for a battery pack according to the present embodiment is interposed between the battery cells. Specifically, for example, as shown in Fig. 3, a
このような組電池100では、各電池セル20a、20b、20cの間に、熱制御シート10が介在されているため、通常使用時において、各電池セル20a、20b、20c間の熱の伝播を抑制することができる。
また、複数の電池セル20a、20b、20cのうち、一つの電池セルが熱暴走して高温になり、膨張したり発火したりした場合でも、本実施形態に係る熱制御シート10が存在することにより、電池セル20a、20b、20c間の熱の伝播を抑制することができる。したがって、熱暴走の連鎖を阻止することができ、他の電池セルへの悪影響を最小限に抑えることができる。
In such a
In addition, even if one of the
なお、本実施形態に係る熱制御シートは、放熱層の種類及び厚さの選択によっては、容易に屈曲可能なものとなる。したがって、電池セル20a、20b、20c及び電池ケース30の形状に影響されず、どのような形状のものにも対応させることができる。具体的には、角型電池の他、円筒形電池、平板型電池等にも適用することができる。
The thermal control sheet according to this embodiment can be easily bent depending on the type and thickness of the heat dissipation layer. Therefore, it can be adapted to any shape, regardless of the shape of the
以下、本実施形態に係る組電池用熱制御シートの発明例及び比較例について説明する。 Below, we will explain an example of the invention and a comparative example of the thermal control sheet for a battery pack according to this embodiment.
ステンレス鋼からなる複数の放熱層を準備し、隣り合う放熱層の間に無機系接着剤を固着させることによりスペーサを形成し、各放熱層を重ねることにより、発明例となる熱制御シートを作製した。なお、発明例としては、放熱層を2層~5層として、隣り合う各放熱層の間にスペーサを配設した熱制御シートを作製した。
また、比較例として、発明例と同一の層数の放熱層を積層したシートを作製した。その後、得られたシートに対して、スペーサ及び気体の流路からなる断熱層の有無による熱制御の影響を評価した。
A thermal control sheet was fabricated as an example of the invention by preparing multiple heat dissipation layers made of stainless steel, forming spacers between adjacent heat dissipation layers by bonding inorganic adhesive, and stacking the heat dissipation layers. Note that as an example of the invention, a thermal control sheet was fabricated in which the heat dissipation layers were 2 to 5 layers and spacers were disposed between adjacent heat dissipation layers.
In addition, a sheet was prepared as a comparative example by laminating the same number of heat dissipation layers as in the invention example. The effect of heat control on the presence or absence of a heat insulating layer consisting of a spacer and a gas flow path was then evaluated for the obtained sheet.
図5は、熱制御の影響の評価方法を模式的に示す断面図である。また、図6は、本実施例において使用した熱制御シートのサイズを示す斜視図である。
図5に示すように、作製した熱制御シート40の一方の面(放熱層11aの表面)上に、異常時を模して、電気炉により800℃に加熱したFe治具16を、電気炉からの移動が5秒以内となるように載置した。その後、熱制御シート10の他方の面(放熱層11cの表面)に配置した熱電対17により、載置から90秒後の温度を測定し、異常時における熱制御の影響を評価した。なお、発明例及び比較例の熱制御の評価においては、図5に示す熱制御シート40を、放熱層の数を変化させた発明例の試験片、及び放熱層のみを積層した比較例の試験片に変えて、熱制御の影響を評価した。
Fig. 5 is a cross-sectional view showing a typical method for evaluating the effect of thermal control, and Fig. 6 is a perspective view showing the size of the thermal control sheet used in this example.
As shown in Fig. 5, an
また、図5に示すように、発明例として使用した熱制御シート40は、1辺が50mmの正方形とした。また、熱制御シート40の一方の面において、Fe治具16との接触領域Aの幅は25mmであり、幅方向に直交する方向の長さは、熱制御シート40の1辺から対向する辺までの50mmとした。
As shown in FIG. 5, the
詳細な測定条件を下記表1に示し、積層条件及び測定結果を下記表2に示す。なお、以下に示す表において、発明例と比較例のNo.が同じである試験片は、層の数が同じであることを示している。また、「SUS」はステンレス鋼を表し、「-」は、その層が存在していないことを表す。
さらに、放熱層としてのステンレス鋼板の放射率は、約0.2であり、スペーサの熱伝導率は、0.80(W/m・K)であった。
Detailed measurement conditions are shown in Table 1 below, and lamination conditions and measurement results are shown in Table 2 below. In the tables shown below, test pieces with the same No. for the invention example and the comparative example have the same number of layers. In addition, "SUS" represents stainless steel, and "-" represents the absence of that layer.
Furthermore, the emissivity of the stainless steel plate serving as the heat dissipation layer was about 0.2, and the thermal conductivity of the spacer was 0.80 (W/m·K).
上記表2に示すように、発明例No.1は、2層の放熱層とその間の断熱層からなる本発明の実施形態に係る熱制御シートであるため、2層の放熱層のみからなる比較例No.1と比較して、異常時における放射伝熱の抑制効果と、伝導伝熱による拡散効果とを得ることができた。同様に、発明例No.2は、3層の放熱層とその間の断熱層からなる本発明の実施形態に係る熱制御シートであるため、3層の放熱層のみからなる比較例No.2と比較して、異常時における断熱効果が優れたものとなった。
また、発明例No.3は、4層の放熱層とその間の断熱層からなる本発明の実施形態に係る熱制御シートであるため、4層の放熱層のみからなる比較例No.3と比較して、異常時における断熱効果が優れたものとなった。発明例No.4は、5層の放熱層とその間の断熱層からなる本発明の実施形態に係る熱制御シートであるため、5層の放熱層のみからなる比較例No.4と比較して、異常時における断熱効果が優れたものとなった。
なお、比較例No.1~4は、気体による断熱層が存在しないため、発明例No.1~4と比較して、比較的低温での通常時の発熱に対して、断熱効果を十分に得ることができなかった。
As shown in Table 2 above, Example No. 1 is a thermal control sheet according to an embodiment of the present invention consisting of two heat dissipation layers and a heat insulating layer between them, and therefore, compared to Comparative Example No. 1 consisting of only two heat dissipation layers, it was possible to obtain a suppression effect of radiative heat transfer in an abnormal state and a diffusion effect by conductive heat transfer. Similarly, Example No. 2 is a thermal control sheet according to an embodiment of the present invention consisting of three heat dissipation layers and a heat insulating layer between them, and therefore, compared to Comparative Example No. 2 consisting of only three heat dissipation layers, it was possible to obtain a superior heat insulating effect in an abnormal state.
In addition, since Example No. 3 is a thermal control sheet according to an embodiment of the present invention consisting of four heat dissipation layers and a heat insulating layer therebetween, it has a superior heat insulating effect in an abnormal state compared to Comparative Example No. 3 consisting of only four heat dissipation layers. Example No. 4 is a thermal control sheet according to an embodiment of the present invention consisting of five heat dissipation layers and a heat insulating layer therebetween, so it has a superior heat insulating effect in an abnormal state compared to Comparative Example No. 4 consisting of only five heat dissipation layers.
In addition, since Comparative Examples No. 1 to 4 did not have a gas insulating layer, they were unable to obtain a sufficient insulating effect against heat generation during normal operation at relatively low temperatures, as compared with Invention Examples No. 1 to 4.
10,40,50 組電池用熱制御シート
11a,11b,11c 放熱層
12,12a,12b スペーサ
13a,13b 断熱材
15,15a,15b 断熱層
17 熱電対
18 流路
20a,20b,20c 電池セル
30 電池ケース
100 組電池
10, 40, 50 Thermal control sheet for
Claims (10)
複数の放熱層と、
隣り合う前記複数の放熱層の間に配設されたスペーサと、を有し
隣り合う前記複数の放熱層の間における前記スペーサを除く領域に、気体の流路が形成されており、
前記放熱層は、熱伝導率が5~450(W/m・K)である熱伝導層を有し、
前記スペーサは、二酸化ケイ素、シリカゾル、セラミックファイバ、ガラス及びマイカから選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする組電池用熱制御シート。 A thermal control sheet for a battery assembly used in a battery assembly in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel, the thermal control sheet being interposed between the battery cells,
A plurality of heat dissipation layers;
a spacer disposed between the plurality of adjacent heat dissipation layers, and a gas flow path is formed in an area between the plurality of adjacent heat dissipation layers excluding the spacer,
The heat dissipation layer has a heat conduction layer having a thermal conductivity of 5 to 450 (W/m·K ) ,
The spacer comprises at least one material selected from the group consisting of silicon dioxide, silica sol, ceramic fiber, glass, and mica .
複数の放熱層と、
隣り合う前記複数の放熱層の間に配設されたスペーサと、を有し
隣り合う前記複数の放熱層の間における前記スペーサを除く領域に、気体の流路が形成されており、
前記放熱層は、熱伝導率が5~450(W/m・K)である熱伝導層を有し、
前記スペーサは、隣り合う前記放熱層の間に固着された接着剤であることを特徴とする組電池用熱制御シート。 A thermal control sheet for a battery assembly used in a battery assembly in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel, the thermal control sheet being interposed between the battery cells,
A plurality of heat dissipation layers;
a spacer disposed between the plurality of adjacent heat dissipation layers, and a gas flow path is formed in an area between the plurality of adjacent heat dissipation layers excluding the spacer,
The heat dissipation layer has a heat conduction layer having a thermal conductivity of 5 to 450 (W/m·K ) ,
The thermal control sheet for a battery pack, wherein the spacer is an adhesive fixed between adjacent ones of the heat dissipation layers .
複数の放熱層と、
隣り合う前記複数の放熱層の間に配設されたスペーサと、を有し
隣り合う前記複数の放熱層の間における前記スペーサを除く領域に、気体の流路が形成されており、
前記放熱層は、熱伝導率が5~450(W/m・K)である熱伝導層を有し、
前記放熱層は、前記熱伝導層と、金属、セラミック及びグラファイトから選択された材料からなる層とが積層された複合層であることを特徴とする組電池用熱制御シート。 A thermal control sheet for a battery assembly used in a battery assembly in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel, the thermal control sheet being interposed between the battery cells,
A plurality of heat dissipation layers;
a spacer disposed between the plurality of adjacent heat dissipation layers, and a gas flow path is formed in an area between the plurality of adjacent heat dissipation layers excluding the spacer,
The heat dissipation layer has a heat conduction layer having a thermal conductivity of 5 to 450 (W/m·K ) ,
The thermal control sheet for a battery pack , wherein the heat dissipation layer is a composite layer formed by laminating the thermally conductive layer and a layer made of a material selected from the group consisting of metal, ceramic, and graphite .
複数の放熱層と、
隣り合う前記複数の放熱層の間に配設されたスペーサと、を有し
隣り合う前記複数の放熱層の間における前記スペーサを除く領域に、気体の流路が形成されており、
前記放熱層は、熱伝導率が5~450(W/m・K)である熱伝導層を有し、
前記電池セルに接する位置に、断熱材が配設されていることを特徴とする組電池用熱制御シート。 A thermal control sheet for a battery assembly used in a battery assembly in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel, the thermal control sheet being interposed between the battery cells,
A plurality of heat dissipation layers;
a spacer disposed between the adjacent heat dissipation layers, and a gas flow path is formed in an area between the adjacent heat dissipation layers excluding the spacer,
The heat dissipation layer has a heat conduction layer having a thermal conductivity of 5 to 450 (W/m·K ) ,
A thermal control sheet for a battery assembly , comprising a heat insulating material disposed in a position in contact with the battery cells .
前記電池ケースの内部に格納され、直列または並列に接続された複数の電池セルと、
前記複数の電池セル間に介在される請求項1~9のいずれか1項に記載の組電池用熱制御シートと、を有することを特徴とする組電池。 A battery case;
A plurality of battery cells housed inside the battery case and connected in series or parallel;
A battery pack comprising: the thermal control sheet for a battery pack according to any one of claims 1 to 9 , interposed between the plurality of battery cells.
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