JP7819684B2 - Battery pack - Google Patents
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Description
本開示は、電池パックに関する。 This disclosure relates to a battery pack.
複数の電池を有する電池モジュールを備える電池パックを構成する技術が知られている。このような電池パックでは、電池が発熱することが考えられ、電池パック内部の熱を外部に放出する技術が開発されている。 Technology for constructing battery packs that include battery modules with multiple batteries is known. In such battery packs, the batteries are likely to generate heat, and technology has been developed to release the heat inside the battery pack to the outside.
特許文献１は、複数の単電池を有する組電池モジュールと、組電池モジュールの充放電に関する制御を行う制御部を有する制御基板と、それら組電池モジュールと制御基板とを収容する収容ケースと、を備え、組電池モジュールと制御基板との間に、組電池モジュール及び制御基板から発せられた熱を熱伝導により立ち壁部に対して放出する拘束プレートが設けられている、電池ユニットを開示している。 Patent Document 1 discloses a battery unit that includes a battery module having multiple cells, a control board with a controller that controls the charging and discharging of the battery module, and a housing case that houses the battery module and the control board. Between the battery module and the control board, a restraint plate is provided that dissipates heat generated by the battery module and the control board to a standing wall portion by thermal conduction.
電池パックにおいては、電池モジュールの局所的な劣化や、電池の内部抵抗のばらつきが生じることがある。 In battery packs, localized deterioration of battery modules and variations in the internal resistance of batteries may occur.
本開示は、電池モジュールの局所的な劣化や、電池の内部抵抗のばらつきが抑制された電池パックを提供することを目的とする。 The purpose of this disclosure is to provide a battery pack that suppresses localized deterioration of battery modules and variations in battery internal resistance.
本件開示者等は、以下の手段により上記課題を解決することができることを見出した。
〈態様１〉
複数の電池を有する電池モジュール、及び前記電池モジュールを収容する外装ケースを備える、電池パックであって、
前記電池モジュールの前記外装ケースに面している面の少なくとも一部が、断熱材層で覆われており、かつ
前記断熱材層と前記外装ケースとの間に空気層を有する、
電池パック。
〈態様２〉
前記電池モジュール内において、前記複数の電池が、互いに積層して配置されており、かつ
最外層の前記電池の外側に、前記断熱材層が配置されている、
態様１に記載の電池パック。
〈態様３〉
前記電池パックが車両用であり、
前記電池モジュール内において、前記複数の電池が、車幅方向に互いに積層して配置されており、かつ
最外層の前記電池の外側に、前記断熱材層が配置されている、
態様１に記載の電池パック。
The present inventors have found that the above problems can be solved by the following means.
<Aspect 1>
A battery pack comprising a battery module having a plurality of batteries and an exterior case that houses the battery module,
At least a part of the surface of the battery module facing the exterior case is covered with a heat insulating layer, and an air layer is provided between the heat insulating layer and the exterior case.
Battery pack.
<Aspect 2>
the plurality of batteries are stacked on one another in the battery module, and the heat insulating layer is disposed on the outside of the outermost battery.
2. The battery pack according to claim 1.
<Aspect 3>
the battery pack is for a vehicle,
Within the battery module, the plurality of batteries are stacked on top of one another in the vehicle width direction, and the heat insulating material layer is disposed on the outside of the outermost battery.
2. The battery pack according to claim 1.
本開示によれば、電池モジュールの局所的な劣化や、電池の内部抵抗のばらつきが抑制された電池パックを提供することができる。 This disclosure makes it possible to provide a battery pack that suppresses localized deterioration of the battery module and variations in the internal resistance of the battery.
以下、本開示の実施の形態について詳述する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、開示の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。 Embodiments of the present disclosure are described in detail below. Note that the present disclosure is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the disclosure.
《電池パック》
本開示の電池パックは、複数の電池を有する電池モジュール、及び電池モジュールを収容する外装ケースを備える。また、本開示の電池パックにおける電池モジュールの外装ケースに面している面の少なくとも一部は、断熱材層で覆われている。更に、本開示の電池パックは、断熱材層と外装ケースとの間に空気層を有する。
Battery pack
The battery pack of the present disclosure includes a battery module having a plurality of batteries and an exterior case that houses the battery module. Furthermore, at least a portion of the surface of the battery module facing the exterior case in the battery pack of the present disclosure is covered with a heat insulating layer. Furthermore, the battery pack of the present disclosure has an air layer between the heat insulating layer and the exterior case.
本件開示者等は、電池モジュールの局所的な劣化や、電池の内部抵抗のばらつきが生じる原因の１つが、電池パック内部における放熱性の違いにあると考えた。具体的には、これは、何らの理論に束縛されることを意図しないが、電池モジュールの外装ケースに面している面等の放熱性が高い部分において、局所的に電池の温度が大きく低下し、その結果、電池パック内の温度にばらつきが生じるためであると考えられる。 The Disclosers believe that one of the causes of localized deterioration of battery modules and variations in the internal resistance of batteries is differences in heat dissipation within the battery pack. Specifically, without intending to be bound by any theory, this is thought to be due to a large local drop in battery temperature in areas with high heat dissipation, such as the surface of the battery module facing the exterior case, resulting in variations in temperature within the battery pack.
これに関して、本件開示者等は、電池モジュールの外装ケースに面している面の少なくとも一部を断熱材層で覆い、かつ断熱材層と外装ケースとの間に空気層を設けることで、電池モジュールの劣化や、電池の内部抵抗のばらつきを抑制できることを見出した。この理由としては、何らの理論に束縛されることを意図しないが、上記のような構成とすることで、電池モジュールの外装ケースに面している面等の、放熱性が高い部分における放熱が抑制され、その結果、電池パック内の温度のばらつきを抑えることができるためであると考えられる。 In this regard, the present inventors have discovered that by covering at least a portion of the surface of the battery module facing the exterior case with a heat insulating layer and providing an air layer between the heat insulating layer and the exterior case, it is possible to suppress deterioration of the battery module and variations in the internal resistance of the battery. While not intending to be bound by any theory, the reason for this is thought to be that the above-described configuration suppresses heat dissipation from areas with high heat dissipation properties, such as the surface of the battery module facing the exterior case, thereby suppressing temperature variations within the battery pack.
以下、図１を参照して本開示の電池パック１０について説明する。図１は、本開示の電池パック１０の一例を示す概略図である。なお、図１における寸法関係は、実際の寸法関係を反映するものではない。 The battery pack 10 of the present disclosure will now be described with reference to Figure 1. Figure 1 is a schematic diagram showing an example of a battery pack 10 of the present disclosure. Note that the dimensional relationships in Figure 1 do not reflect the actual dimensional relationships.
図１に示されるように、本開示の電池パック１０は、複数の電池１１ａを有する電池モジュール１１、及び電池モジュール１１を収容する外装ケース１２を備える。 As shown in FIG. 1, the battery pack 10 of the present disclosure includes a battery module 11 having multiple batteries 11a, and an exterior case 12 that houses the battery module 11.
電池１１ａの種類、及び形状等は特に限定されない。 The type and shape of the battery 11a are not particularly limited.
電池１１ａの数は、特に限定されないが、２以上、３以上、４以上、５以上、６以上、７以上、８以上、９以上、又は１０以上であってよく、３０以下、２０以下、又は１５以下であってよい。 The number of batteries 11a is not particularly limited, but may be 2 or more, 3 or more, 4 or more, 5 or more, 6 or more, 7 or more, 8 or more, 9 or more, or 10 or more, and may be 30 or less, 20 or less, or 15 or less.
電池モジュール１１は、複数の電池１１ａのほか、電池１１ａを収容する内装ケース１１ｂを備えていてよい。 The battery module 11 may include multiple batteries 11a as well as an interior case 11b that houses the batteries 11a.
内装ケース１１ｂの材料は、特に限定されないが、放熱性、及び強度の観点から、金属であってよい。 The material of the interior case 11b is not particularly limited, but may be metal from the standpoint of heat dissipation and strength.
電池モジュール１１の数は、１又は複数であってよく、必要な電池の出力、及び電池パックの用途等に応じて適宜設定することができる。 The number of battery modules 11 may be one or more, and can be set appropriately depending on the required battery output and the intended use of the battery pack, etc.
外装ケース１２の材料は、特に限定されないが、放熱性、及び強度の観点から金属であってよい。金属の材料としては、アルミニウム等が例示される。 The material of the exterior case 12 is not particularly limited, but may be metal from the standpoint of heat dissipation and strength. Examples of metal materials include aluminum.
図１に示されるように、本開示の電池パック１０おける電池モジュール１１の外装ケース１２に面している面は、断熱材層１３で覆われている。 As shown in FIG. 1, the surface of the battery module 11 in the battery pack 10 of the present disclosure that faces the exterior case 12 is covered with a heat insulating layer 13.
断熱材層１３を構成する材料は、内装ケース１１ｂを構成する材料よりも熱伝導率が低い材料であれば特に限定されないが、樹脂であってよい。樹脂としては、ポリエチレン、及びポリプロピレン等が例示されるが、これに限定されない。 The material that constitutes the insulating layer 13 is not particularly limited as long as it has a lower thermal conductivity than the material that constitutes the interior case 11b, but it may be a resin. Examples of resins include, but are not limited to, polyethylene and polypropylene.
断熱材層１３を構成する材料の熱伝導率は、０．５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であってよい。この熱伝導率は、０．００１Ｗ／ｍ・Ｋ超、０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、又は０．１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってよく、０．４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、０．３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、０．３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、０．２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、又は０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であってよい。熱伝導率が上記範囲内であると、発熱に伴う電池の温度のばらつきを効率的に抑制することができる。 The thermal conductivity of the material constituting the insulating layer 13 may be 0.50 W/m·K or less. This thermal conductivity may be greater than 0.001 W/m·K, greater than or equal to 0.01 W/m·K, greater than or equal to 0.05 W/m·K, or greater than or equal to 0.10 W/m·K, and may be less than or equal to 0.40 W/m·K, less than or equal to 0.35 W/m·K, less than or equal to 0.30 W/m·K, less than or equal to 0.25 W/m·K, less than or equal to 0.20 W/m·K, or less than or equal to 0.15 W/m·K. When the thermal conductivity is within the above range, temperature variations in the battery due to heat generation can be efficiently suppressed.
断熱材層１３の密度は、１．５ｇ／ｃｍ３以下であってよい。この密度は、０．５ｇ／ｃｍ３以上、０．７ｇ／ｃｍ３以上、又は０．９ｇ／ｃｍ３以上であってよく、１．３ｇ／ｃｍ３以下、１．１ｇ／ｃｍ３以下、又は１．０ｇ／ｃｍ３以下であってよい。 The density of the insulation layer 13 may be 1.5 g/ cm3 or less. This density may be 0.5 g/ cm3 or more, 0.7 g/ cm3 or more, or 0.9 g/ cm3 or more, and may be 1.3 g/ cm3 or less, 1.1 g/ cm3 or less, or 1.0 g/ cm3 or less.
断熱材層１３の厚さは、断熱材層１３を構成する材料の熱伝導率、及び内装ケース１１ｂの熱伝導率をもとに適宜設定することができる。断熱材層１３の厚さは、例えば０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、３ｍｍ以上、又は４ｍｍ以上であってよく、１０ｍｍ以下、８ｍｍ以下、７ｍｍ以下、又は６ｍｍ以下であってよい。また、断熱材層１３の厚さは、５ｍｍであってよい。 The thickness of the insulation layer 13 can be set appropriately based on the thermal conductivity of the material that makes up the insulation layer 13 and the thermal conductivity of the interior case 11b. The thickness of the insulation layer 13 may be, for example, 0.1 mm or more, 0.5 mm or more, 1 mm or more, 2 mm or more, 3 mm or more, or 4 mm or more, and may be 10 mm or less, 8 mm or less, 7 mm or less, or 6 mm or less. The thickness of the insulation layer 13 may also be 5 mm.
図１に示されるように、本開示の電池パック１０は、断熱材層１３と外装ケース１２との間に空気層１４を有する。 As shown in FIG. 1, the battery pack 10 of the present disclosure has an air layer 14 between the insulating material layer 13 and the outer case 12.
空気層１４は、例えば、断熱材層１３が外装ケース１２と接しないように、電池モジュール１１を外装ケース１２の内側に配置することによって形成することができる。 The air layer 14 can be formed, for example, by placing the battery module 11 inside the outer case 12 so that the insulating material layer 13 does not come into contact with the outer case 12.
空気層１４の厚さは、断熱材層１３の熱伝導率及び厚さ等をもとに適宜設定することができる。なお、空気層１４の厚さは、断熱材層１３の表面から外装ケース１２の表面までの長さとすることができる。 The thickness of the air layer 14 can be set appropriately based on the thermal conductivity and thickness of the insulating material layer 13. The thickness of the air layer 14 can be the length from the surface of the insulating material layer 13 to the surface of the outer case 12.
図１に示されるように、本開示の電池パック１０における電池モジュール１１内において、複数の電池１１ａが、互いに積層して配置されていてよい。この場合、最外層の電池１１ａの外側に、断熱材層１３が配置されていてよい。 As shown in FIG. 1, within the battery module 11 of the battery pack 10 of the present disclosure, multiple batteries 11a may be stacked on top of each other. In this case, an insulating material layer 13 may be disposed on the outside of the outermost battery 11a.
本開示の電池パックは車両用であってよい。この場合、電池モジュール１１内において、複数の電池１１ａが、車幅方向に互いに積層して配置されていてよく、最外層の電池１１ａの外側に、断熱材層１３が配置されていてよい。 The battery pack of the present disclosure may be for use in a vehicle. In this case, within the battery module 11, multiple batteries 11a may be stacked on top of each other in the vehicle width direction, and an insulating material layer 13 may be disposed on the outside of the outermost battery 11a.
《電池パックの作製》
〈比較例〉
１０個の電池（セル）を、互いに積層して配置し、これらを内装ケースに収容して、電池モジュールを作製した。そして、この電池モジュールを、外装ケースと接しないように外装ケースの内側に配置することで、空気層を形成して、比較例の電池パックを作製した。
<<Making a battery pack>>
Comparative Example
Ten batteries (cells) were stacked on top of each other and housed in an inner case to form a battery module, which was then placed inside the outer case so as not to come into contact with the outer case, forming an air layer, thereby producing a battery pack of the comparative example.
〈実施例１〉
電池モジュールの内装ケースにおいて、最外層の電池の外側に接する部分に、ポリプロピレン（熱伝導率：０．１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、密度：０．９４ｇ／ｃｍ３、厚さ：５ｍｍ）からなる断熱材層を配置したこと以外は比較例と同様にして、図２に示されるような実施例１の電池パックを作製した。
Example 1
A battery pack of Example 1, as shown in FIG. 2 , was fabricated in the same manner as in the comparative example, except that a heat insulating layer made of polypropylene (thermal conductivity: 0.12 W/(m·K), density: 0.94 g/cm 3 , thickness: 5 mm) was placed on the inner case of the battery module in the portion that contacted the outside of the outermost battery.
〈実施例２〉
断熱材層をポリエチレン（熱伝導率：０．３３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、密度：０．９５ｇ／ｃｍ３、厚さ：５ｍｍ）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の電池パックを作製した。
Example 2
A battery pack of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the insulating layer was changed to polyethylene (thermal conductivity: 0.33 W/(m·K), density: 0.95 g/cm 3 , thickness: 5 mm).
《評価》
実施例及び比較例の電池パックに対して通電試験を実施し、各セルにおいて到達した最高の温度を測定した。また、通電試験実施後に、各例の電池パックを２５℃で１２時間にわたって静置した後における各セルの温度を測定した。
"evaluation"
A current test was performed on the battery packs of the examples and comparative examples, and the maximum temperature reached in each cell was measured. After the current test, the battery packs of each example were left standing at 25°C for 12 hours, and the temperature of each cell was then measured.
《結果》
上記評価の結果を、図３及び４に示す。なお、図３及び４のいずれにおいても、それぞれの電池パックにおける端から５個目のセルを基準とした相対値として結果を示している。
"result"
The results of the above evaluation are shown in Figures 3 and 4. In both Figures 3 and 4, the results are shown as relative values with the fifth cell from the end of each battery pack as the reference.
図３に示されるように、実施例の電池パックにおけるセルは、比較例のセルよりもセル間の温度のばらつきが小さかった。また、図４に示されるように、所定時間２５℃で静置した場合には、セル間における温度のばらつきの大きさの差が、実施例と比較例とでより顕著になった。特に、熱伝導率の小さい断熱材層を使用した実施例１において、上記条件で静置した後であっても、セル間の温度のばらつきを効果的に抑制することができた。 As shown in Figure 3, the cells in the battery pack of the example had smaller temperature variation between cells than the cells of the comparative example. Furthermore, as shown in Figure 4, when left standing at 25°C for a predetermined time, the difference in the magnitude of temperature variation between cells became more pronounced between the example and the comparative example. In particular, in Example 1, which used an insulating material layer with low thermal conductivity, temperature variation between cells was effectively suppressed even after being left standing under the above conditions.
１０ 電池パック
１１ 電池モジュール
１１ａ 電池
１１ｂ 内装ケース
１２ 外装ケース
１３ 断熱材層
１４ 空気層
10 Battery pack 11 Battery module 11a Battery 11b Inner case 12 Outer case 13 Heat insulating material layer 14 Air layer
Claims (5)
前記電池モジュールは、前記電池を収容する内装ケースを備えており、
前記電池モジュールの前記外装ケースに面している面が、断熱材層で覆われており、
前記断熱材層を構成する材料は、前記内装ケース構成する材料よりも熱伝導率が低い材料であり、かつ
前記断熱材層と前記外装ケースとの間に空気層を有する、
電池パック。 A battery pack comprising a battery module having a plurality of batteries and an exterior case that houses the battery module,
the battery module includes an interior case that houses the battery;
a surface of the battery module facing the exterior case is covered with a heat insulating layer;
The material constituting the heat insulating layer has a lower thermal conductivity than the material constituting the interior case, and
an air layer between the heat insulating material layer and the exterior case;
Battery pack.
前記断熱材層の厚さが、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、The thickness of the heat insulating layer is 1 mm or more and 10 mm or less.
請求項１に記載の電池パック。The battery pack according to claim 1 .
最外層の前記電池の外側に、前記断熱材層が配置されている、
請求項１に記載の電池パック。 the plurality of batteries are stacked on one another in the battery module, and the heat insulating layer is disposed on the outside of the outermost battery.
The battery pack according to claim 1 .
前記電池モジュール内において、前記複数の電池が、車幅方向に互いに積層して配置されており、かつ
最外層の前記電池の外側に、前記断熱材層が配置されている、
請求項１に記載の電池パック。 the battery pack is for a vehicle,
Within the battery module, the plurality of batteries are stacked on top of one another in the vehicle width direction, and the heat insulating material layer is disposed on the outside of the outermost battery.
The battery pack according to claim 1 .
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