專利名稱：電池模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池模塊，特別是涉及具備冷卻劑的電池模塊。
背景技術(shù)：
近年來，從節(jié)省資源或節(jié)能的觀點考慮，將能夠反復(fù)使用的二次電池用作便攜式電子設(shè)備或移動體通信設(shè)備等的電源。另外，從化石燃料的使用量的削減或二氧化碳的排放量的削減等觀點考慮，正在研究使用這樣的二次電池作為車輛等的電源。其中，開始采用如下技術(shù)將廣泛使用的電池并聯(lián)或串聯(lián)連接來構(gòu)成電池模塊，組合該電池模塊來適應(yīng)于多種多樣的用途。該技術(shù)是通過使構(gòu)成電池模塊的電池(以下記為“單元電池”)高性能化，從而可以實現(xiàn)電池模塊的小型化以及輕量化。由此，能夠得到組合電池模塊時的作業(yè)性提高、以及在車輛等有限的空間中搭載時的自由度提高等優(yōu)點。如果使單元電池彼此接近地配置，則能夠?qū)崿F(xiàn)電池模塊的高能量密度化以及小型化。但是，如果相鄰的單元電池間的距離過短，則某些單元電池由于內(nèi)部短路等而異常發(fā)熱時(以下記為“異常發(fā)熱時”)，位于異常發(fā)熱的單元電池的周圍的單元電池暴露在高溫的熱中，有可能連鎖地擴大異常發(fā)熱。在專利文獻1中記載了如下技術(shù)在單元電池的附近配置冷卻管，從而當異常發(fā)熱時，使冷卻管的一部分熔融而釋放出冷卻劑，由此使單元電池散熱?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 美國專利第7433794號說明書

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題在單元電池異常發(fā)熱時，單元電池的溫度急劇上升，因此為了防止向周邊的單元電池進行熱擴散，需要使異常發(fā)熱的單元電池的溫度迅速降低。專利文獻1中記載的冷卻方法是對異常發(fā)熱的單元電池釋放出冷卻劑(液體)，通過其氣化熱將單元電池冷卻，所以因冷卻效率大而是優(yōu)良的。例如，在冷卻劑中使用水的情況下，水的比熱容為4. 2J/g · K，相對于此，氣化熱非常高，約為2250J/g，因此如果使水直接與單元電池接觸，利用水的氣化熱將單元電池冷卻，則能夠期待將異常發(fā)熱的單元電池的溫度迅速地降低。但是，水的粘度(20°C下為約ImPa · s)低，因此即使將從冷卻管釋放出的水與異常發(fā)熱的單元電池接觸，也會在充分量的水氣化前從單元電池中流出。因此，無法得到充分的冷卻效果。另一方面，如果將多個單元電池浸漬到水中，則可以得到充分的冷卻效果，但會在電池模塊內(nèi)大量含有沒有氣化的多余的水，因此使電池模塊的單位質(zhì)量的能量密度降低。本發(fā)明正是鑒于上述的點而完成的，其主要目的在于提供在構(gòu)成電池模塊的單元電池異常發(fā)熱時能夠使異常發(fā)熱的單元電池的溫度迅速降低的冷卻效率高的電池模塊。用于解決課題的手段為了解決上述課題，本發(fā)明的電池模塊將釋放到異常發(fā)熱的單元電池中的冷卻劑的粘度規(guī)定在使冷卻劑與單元電池接觸的時間長且氣化的冷卻劑的量增多的范圍內(nèi)。S卩，本發(fā)明的電池模塊是具備多個單元電池的電池模塊，其中，在單元電池的附近配置有密封有冷卻劑的冷卻單元，冷卻劑由粘度被調(diào)節(jié)至2 350Pa · S的范圍的液體構(gòu)成。另外，冷卻單元具備開封部，該開封部在單元電池異常發(fā)熱時其的一部分開封而釋放出冷卻劑。優(yōu)選的是，調(diào)節(jié)至規(guī)定的粘度范圍內(nèi)的液體由添加有增稠劑的水構(gòu)成。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在構(gòu)成電池模塊的單元電池異常發(fā)熱時，密封有冷卻劑的冷卻單元的一部分開封，從而使調(diào)節(jié)至規(guī)定的粘度范圍內(nèi)的冷卻劑釋放到異常發(fā)熱的單元電池中，由此通過由充分量的冷卻劑產(chǎn)生的氣化熱，能夠使異常發(fā)熱的單元電池的溫度迅速降低。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)單位質(zhì)量的能量密度高、安全性優(yōu)良的電池模塊。


圖1是表示用于驗證由于冷卻劑的粘度不同而產(chǎn)生的冷卻效果的差異的試驗方法的圖。圖2是示意地表示本發(fā)明中的冷卻單元的構(gòu)成的側(cè)視圖。圖3是示意地表示本發(fā)明的一個實施方式中的電池模塊的構(gòu)成的俯視圖。圖4是沿圖3的A-A的剖視圖。圖5是表示距離異常發(fā)熱的單元電池的某些地點處的溫度的曲線圖。圖6是示意地表示本發(fā)明的其他實施方式中的電池模塊的構(gòu)成的俯視圖。圖7是示意地表示本發(fā)明的其他實施方式中的電池模塊的構(gòu)成的俯視圖。
具體實施例方式以下，基于附圖對本發(fā)明的實施方式詳細地進行說明。需要說明的是，本發(fā)明并不限于以下的實施方式。另外，在不脫離發(fā)揮本發(fā)明的效果的范圍內(nèi)，可以進行適當變更。另外，也可以是與其他實施方式的組合。圖1是表示用于驗證由于冷卻劑的粘度不同而產(chǎn)生的冷卻效果的差異的試驗方法的圖。如圖1所示，將18650尺寸(直徑18mmX長度65mm)的圓筒型鋰離子電池(容量為2. 6Ah) 10AU0B隔著Imm的間隔排列，在電池10AU0B之間配置了密封有冷卻劑的冷卻
單元20。圖2是示意地表示冷卻單元20的構(gòu)成的側(cè)視圖。如圖2所示，冷卻單元20是通過折疊層壓膜21而形成的，將通過折疊而彼此重合的三側(cè)的邊緣進行熔融粘接來進行密封。另外，作為冷卻劑的2g水被密封在層壓膜21內(nèi)。在層壓膜21的邊緣處進行熔融粘接而成的密封部22、22、23之中，位于與折疊部相反一側(cè)的密封部23成為熔接強度比其他密封部22,22的熔接強度弱的開封部。因此，在異常發(fā)熱時，冷卻單元20會優(yōu)先地在開封部23開封，從開封部23釋放出冷卻劑。
如圖1所示，在通過加熱器H對單元電池IOA的側(cè)面進行加熱而使單元電池IOA熱失控時，單元電池IOA異常發(fā)熱而使溫度上升。這樣，在單元電池IOA的附近配置的冷卻單元20的溫度上升，從而冷卻單元20的開封部23開封，冷卻劑被釋放到異常發(fā)熱的單元電池IOA中。在此，作為冷卻劑，準備了在2g水中以在0. 3 5. 0質(zhì)量％的范圍內(nèi)變化地添加作為增稠劑的羧甲基纖維素、從而使粘度在0. 3 400 .s的范圍內(nèi)變化的冷卻劑。另外，將這些冷卻劑密封在冷卻單元20中，考察由開封部23釋放出的冷卻劑產(chǎn)生的冷卻效果。具體而言，使單元電池IOA熱失控，從而將冷卻單元20的開封部23開封，將冷卻劑釋放到單元電池IOA中，對此后的單元電池IOB的最高到達溫度進行測定。在此，冷卻劑的粘度使用BH型粘度計(東機產(chǎn)業(yè)株式會社制)、在轉(zhuǎn)子的直徑為15mm、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為2次/分鐘、測定溫度為25°C的條件下進行測定。另外，單元電池IOB的溫度使用K熱電偶進行測定。需要說明的是，熱失控后的單元電池IOA的最高到達溫度為約500°C。將其結(jié)果在表1中示出。如表1所示，在冷卻劑的粘度為0. 3Pa · s的情況下，相鄰接的單元電池IOB的最高溫度為168°C，但將冷卻劑的粘度設(shè)定為2 -S以上時，相鄰接的單元電池IOB的最高溫度降低至約100°C。另外，在增大冷卻劑的粘度時，超過350 后，相鄰接的單元電池IOB的最高溫度開始緩慢地上升，當冷卻劑的粘度達到400 ·s時，相鄰接的單元電池IOB的最高溫度再次達到170°C。需要說明的是，雖然表1中沒有示出，但在使用沒有添加增稠劑的純凈的水(粘度=ImPa · S(20°C ))作為冷卻劑的情況下，相鄰接的單元電池IOB的最高溫度達到175°C。表 1
冷舞顏增稠劑的添加量(質(zhì)量%>_ I* PSs tmm (Pa* S》相鄰接電池的最高溫度fc)*2f0.3n ι168I 221152.3501003.03501215.0400170例如，在鋰離子電池的情況下，在發(fā)生內(nèi)部短路，由于焦耳熱而使得單元電池10的溫度上升，從而使電池溫度超過約150°C時，電極與電解液有可能發(fā)生反應(yīng)，從而出現(xiàn)異常發(fā)熱。因此，為了防止從異常發(fā)熱的單元電池向周圍的單元電池連鎖地擴大異常發(fā)熱，將周邊的單元電池的溫度控制在約150°C以下是有效的。由表1所示的結(jié)果可知，通過將冷卻劑的粘度調(diào)節(jié)至2 350Pa · s的范圍內(nèi)，從而可以將相鄰接的單元電池IOB的溫度控制在150°C以下。即，通過將冷卻劑的粘度調(diào)節(jié)在2 350Pa · s的范圍內(nèi)，能夠防止從異常發(fā)熱的單元電池10向周圍的單元電池10連鎖地擴大異常發(fā)熱。這可以認為是由于，通過將冷卻劑的粘度調(diào)節(jié)至2 350Pa · s的范圍內(nèi)，從冷卻單元20釋放出的冷卻劑與異常發(fā)熱的單元電池IOA接觸的時間延長，其結(jié)果，氣化的冷卻劑的量增多，通過由充分量的冷卻劑產(chǎn)生的氣化熱來冷卻單元電池10A。另一方面，冷卻劑
5的粘度超過350 -S時，相鄰接的單元電池IOB的溫度再次上升至150°C以上，這可以認為是由于，冷卻劑發(fā)生氣化后，沒有向單元電池IOA中持續(xù)地供給新的冷卻劑，冷卻效率反而降低。需要說明的是，由上述冷卻劑產(chǎn)生的冷卻效果是通過調(diào)節(jié)冷卻劑的粘度而得到的，所以冷卻劑中使用的材料沒有特別的限定。特別是水的氣化熱大(約2250J/g)并且化學上也穩(wěn)定，從而優(yōu)選用作提高冷卻效率的材料。另外，除了水以外，例如也可以使用硅油、離子液體等作為冷卻劑。另外，關(guān)于冷卻劑的粘度調(diào)節(jié)，除了在冷卻劑中添加在上述試驗中使用的羧甲基纖維素之外，也可以在冷卻劑中添加規(guī)定量的例如黃原膠、明膠、藻酸等增稠劑。另外，冷卻單元20的構(gòu)成沒有特別的限定，但可以優(yōu)選地使用如圖2所示的密封了冷卻劑的層壓膜。層壓膜優(yōu)選使用例如具有熔融粘接層、基材以及絕緣層的3層膜。在此，作為熔融粘接層，可以使用厚度為約40μπι的聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)等；作為基材，可以使用厚度為約50 μ m的鋁或不銹鋼等；作為絕緣層，可以使用尼龍或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)寸。在圖2所示的冷卻單元20中，在層壓膜21的邊緣處進行熔融粘接而成的密封部22、22、23之中，如果由聚乙烯構(gòu)成密封部(開封部)23的熔融粘接層、由聚丙烯構(gòu)成其他密封部23的熔融粘接層，則由于聚乙烯的熔點(120 130°C)比聚丙烯的熔點(160 180°C )低，因此當在異常發(fā)熱時冷卻單元的溫度上升時，冷卻單元20的開封部23優(yōu)先地熔融，從而從開封部23釋放出冷卻劑。這樣構(gòu)成的冷卻單元20當在單元電池10異常發(fā)熱時，開封部達到規(guī)定的溫度時，會自動地開封，因此不需要多余的溫度傳感器和開封機構(gòu)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)簡單且小型的冷卻單元20。需要說明的是，開封部23只要是熔接強度比其他密封部22、22的熔接強度弱的部位即可，這樣的構(gòu)成可以通過如下方法形成除了改變密封部22的熔點以外，例如，使開封部23的熔接壓力小于其他密封部22、22的熔接壓力，或者使開封部23的熔接寬度窄于其他密封部22、22的熔接寬度，或者使開封部23的熔接溫度低于其他密封部22、22的熔接溫
/又寸。另外，設(shè)置開封部23的位置沒有特別的限定，但在電池模塊100的使用狀態(tài)下，如果開封部23位于單元電池10的重心位置的上側(cè)，則從開封部23釋放出的冷卻劑施加到異常發(fā)熱的單元電池10的上側(cè)部分，因此能夠進一步提高冷卻效率。圖3以及圖4是示意地表示本發(fā)明的一個實施方式中的電池模塊100的構(gòu)成的圖，圖3為俯視圖，圖4是沿圖3的A-A的剖視圖。如圖3以及圖4所示，本實施方式中的電池模塊100中配列有多個單元電池10并在殼體30內(nèi)收容的單元電池10的附近配置有密封有冷卻劑的冷卻單元20，冷卻單元20具有開封部(未圖示)，該開封部在單元電池10上升至規(guī)定溫度以上時其的一部分開封而釋放出冷卻劑。在此，冷卻單元20中收容的冷卻劑由通過添加增稠劑而將粘度調(diào)節(jié)在2 350Pa · S的范圍內(nèi)的液體構(gòu)成。單元電池10可以使用例如圓筒形的鋰離子二次電池。鋰離子二次電池是將正極板和負極板隔著隔膜卷繞而成的電極組與電解液一起收容在電池殼體中。電池殼體的開口部用封口板封口，封口板的突起部11成為正極端子，電池殼體的底部成為負極端子。另外，多個單元電池10在殼體30內(nèi)彼此串聯(lián)連接或并聯(lián)連接。另外，冷卻單元20可以采用例如如圖2所示的構(gòu)成。本實施方式中，冷卻單元20配置在相鄰的單元電池10之間，而且相對于多個單元電池10，冷卻單元20是一體地形成的。本實施方式中，在構(gòu)成電池模塊100的單元電池10由于內(nèi)部短路等而異常發(fā)熱時，位于異常發(fā)熱的單元電池10的附近的冷卻單元受到來自異常發(fā)熱的單元電池10的熱而使溫度上升。另外，單元電池10異常發(fā)熱時，冷卻單元20的開封部開封而使被調(diào)節(jié)至規(guī)定的粘度范圍內(nèi)的冷卻劑釋放到異常發(fā)熱的單元電池10中。例如，在開封部由熔點比其他密封部的熔點低的熔融粘接層進行熔接的情況下，在開封部的溫度達到熔點以上的時間點，開封部開封。另外，在開封部由熔接強度比其他密封部的熔接強度弱的部位構(gòu)成的情況下，冷卻劑被加熱而氣化，在冷卻單元20內(nèi)達到規(guī)定的壓力以上的時間點，開封部開封。這樣，當在單元電池10異常發(fā)熱時，使位于異常發(fā)熱的單元電池10的附近的冷卻單元20的開封部開封，冷卻劑被釋放到異常發(fā)熱的單元電池10中時，由于冷卻劑被調(diào)節(jié)至規(guī)定的粘度范圍內(nèi)，因此冷卻劑能夠長時間與異常發(fā)熱的單元電池10接觸。因此，通過由充分量的冷卻劑產(chǎn)生的氣化熱，能夠?qū)惓０l(fā)熱的單元電池10冷卻，因而可以使異常發(fā)熱的單元電池10的溫度迅速地降低。由此，能夠防止從異常發(fā)熱的單元電池10向周邊的單元電池10連鎖地擴大異常發(fā)熱。另外，通過將冷卻劑的粘度調(diào)節(jié)至規(guī)定的范圍內(nèi)，冷卻劑的冷卻效率提高，因此可以通過少量的冷卻劑來降低異常發(fā)熱的單元電池10的溫度。其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)單位質(zhì)量的能量密度高、安全性優(yōu)良的電池模塊100。在此，冷卻單元20被配置在單元電池10的附近，其距離只要是來自異常發(fā)熱的單元電池10的熱傳導至冷卻單元20而使溫度上升、從而使冷卻單元20的開封部開封的距離即可。圖5是由空氣層的導熱率(20°C下為0. 0234W · πΓ1 · K—1)通過計算求出距離異常發(fā)熱的單元電池10的側(cè)面分別為lmm、3mm、5mm的地點處的溫度的值的曲線圖。在此，求出單元電池10的側(cè)面的溫度分別在300°C、500°C時的各地點處的溫度。如圖5所示，相對于單元電池10的側(cè)面的溫度300°C、500°C，即使是在距離單元電池10的側(cè)面為Imm的地點處的溫度也分別達到210°C、345°C。由此可知，即使將冷卻單元20配置在距單元電池10為約Imm的距離處，也能夠通過來自異常發(fā)熱的單元電池10的熱傳導至冷卻單元20而使溫度上升，由此使冷卻單元20的開封部開封。這樣，冷卻單元20只要配置在單元電池10的附近即可，當然也可以與單元電池10的外表面相接觸地配置。此時，優(yōu)選至少冷卻單元20的開封部23與單元電池10的外表面相接觸地配置。圖6是示意地表示本發(fā)明的其他實施方式中的電池模塊110的構(gòu)成的俯視圖，與圖3所示的電池模塊100的構(gòu)成相比，冷卻單元20的構(gòu)成是不同的。S卩，如圖6所示，本實施方式中的冷卻單元20沿單元電池10的外周配置，并且相對于多個單元電池10，該冷卻單元20是一體地形成的。例如，在圓筒形的單元電池10的情況下，沿著單元電池10的側(cè)面的大致半周配置冷卻單元20。
在此，冷卻單元20具備開封部(未圖示)，該開封部在單元電池10上升至規(guī)定溫度以上時其的一部分開封而釋放出冷卻劑。另外，冷卻單元20中收容的冷卻劑由通過添加增稠劑而將粘度調(diào)節(jié)至2 350Pa · S的范圍的液體構(gòu)成。本實施方式中，冷卻單元20沿單元電池10的外周配置，因此與異常發(fā)熱的單元電池10相面對的冷卻單元20的面積增加，從冷卻單元20的開封部釋放出的冷卻劑完全地向單元電池10的外周供給。其結(jié)果，能夠更有效地將異常發(fā)熱的單元電池10冷卻。圖7是示意地表示本發(fā)明的其他實施方式中的電池模塊120的構(gòu)成的俯視圖，與圖3所示的電池模塊100的構(gòu)成相比，配置冷卻單元20的位置是不同的。S卩，如圖7所示，本實施方式中的冷卻單元20相對于配列的各單元電池10配置在一個方向側(cè)(圖7中為單元電池10的上方)。在該情況下，相對于全部單元電池10只要配置1個冷卻單元20即可，因此能夠縮小在電池模塊120內(nèi)冷卻單元20所占的區(qū)域。以上通過優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明進行了說明，但這樣的記述并不是限定事項，當然也可以進行各種改變。例如，在上述實施方式中，雖然是將構(gòu)成電池模塊的單元電池10設(shè)定為鋰離子二次電池，但也可以是其他的二次電池(例如鎳氫電池)。另外，單元電池10不僅可以是圓筒形電池，也可以是方形電池和層疊電池。另外，上述實施方式中，雖然是由密封了冷卻劑的層壓膜構(gòu)成冷卻單元20，但也可以例如是如下的構(gòu)成具備檢測冷卻單元20的溫度的溫度傳感器，具備檢測冷卻單元20達到規(guī)定溫度以上而使在冷卻單元20中設(shè)置的開封部強制開封的機構(gòu)。另外，在冷卻劑中也可以添加有防凍劑。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明中的電池模塊適合用于個人電腦、手機等便攜用電子設(shè)備的電源、或者電動工具、電動汽車等的驅(qū)動用電源等。符號說明
10單元電池
11突起部
20冷卻單元
21層壓膜
22密封部
23密封部(開封部)
30殼體
100電池模塊
權(quán)利要求
1.一種電池模塊，其是具備多個單元電池的電池模塊，其中，在所述單元電池的附近配置有密封有冷卻劑的冷卻單元，所述冷卻劑由粘度被調(diào)節(jié)至2 350Pa · S的范圍的液體構(gòu)成，所述冷卻單元具備開封部，該開封部在所述單元電池異常發(fā)熱時其的一部分開封而釋放出所述冷卻劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，所述液體由添加有增稠劑的水構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，所述冷卻單元配置在相鄰的所述單元電池之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，所述冷卻單元由密封了所述冷卻劑的層壓膜構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池模塊，其中，所述層壓膜具有通過將其邊緣進行熔融粘接而成的密封部，所述開封部為所述密封部的一部分，且由熔接強度比該密封部的其他部位的熔接強度弱的部位構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池模塊，其中，所述層壓膜包含熔點不同的2種熔融粘接層，所述開封部的熔融粘接層的熔點比其他密封部的熔融粘接層的熔點低。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，所述冷卻單元沿所述單元電池的外周配置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，相對于所述多個單元電池，所述冷卻單元是一體地形成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池模塊，其中，所述增稠劑為選自羧甲基纖維素、黃原膠、明膠、藻酸中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池模塊，其中，所述冷卻劑添加有防凍劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池模塊，其中，所述冷卻單元的所述開封部與所述單元電池的外表面相接觸地配置。
全文摘要
提供一種具備多個單元電池(10)的電池模塊(100)，其中，在單元電池(10)的附近配置有密封有冷卻劑的冷卻單元(20)，冷卻劑由粘度被調(diào)節(jié)至2～350Pa·S的范圍的液體構(gòu)成，冷卻單元(20)具備開封部(23)，該開封部(23)在單元電池(10)異常發(fā)熱時其的一部分開封而釋放出冷卻劑。
文檔編號H01M2/10GK102598397SQ201180003968
公開日2012年7月18日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者安井俊介, 岸井大輔, 橫山智彥, 清水啟介, 藤川萬鄉(xiāng) 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社