JP2023124436A - 電池パック - Google Patents
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Abstract
【課題】ケース内部における結露を効果的に抑制可能な電池パックを提供する。【解決手段】電池パックは、第1の方向に沿って配列された複数の電池セルと、複数の電池セルを収納する内部空間を有するケースと、ケースに設けられ、通気性を有するシート部材とを備える。シート部材は、ケースの底部を構成する冷却プレート、または冷却プレートと一体化された部材に設けられる。【選択図】図6
Description
本技術は、電池パックに関する。
複数の電池セルをケースに収納した電池パックは、特開2012-015121号公報(特許文献1)および特開2018-041614号公報(特許文献2)に記載されている。たとえば、特許文献2に記載の電池パックにおいては、パックケースの側壁部にケース内外を連通させる呼吸穴および呼吸膜を設けた電池パックが示されている。
電池パックの結露防止機構には、効率性の観点から、依然として改善の余地がある。本技術の目的は、ケース内部における結露を効果的に抑制可能な電池パックを提供することにある。
本技術に係る電池パックは、第1の方向に沿って配列された複数の電池セルと、複数の電池セルを収納する内部空間を有するケースと、ケースに設けられ、通気性を有するシート部材とを備える。シート部材は、ケースの底部を構成する冷却プレート、または冷却プレートと一体化された部材に設けられる。
本技術によれば、ケースの底部を構成する冷却プレート、または冷却プレートと一体化された部材に通気性を有するシート部材を設けることにより、ケース内部における結露を効果的に抑制可能な電池パックを提供することができる。
以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。
なお、本明細書において、「備える(comprise)」および「含む(include)」、「有する(have)」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。
また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め45°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、1つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向(たとえば機構全体を上下反転させる等)により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。
本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。
図1は、本実施の形態に係る電池パックに含まれる電池セル100を示す図である。図1に示すように、電池セル100は、平坦面状の略直方体形状に形成されている。電池パック内において、電池セル100はY軸方向(第1の方向)に積層される。
電極端子110は、正極端子111と、負極端子112とを含む。正極端子111と負極端子112とは、X軸方向(第2の方向)に並ぶ。電極端子110は、角型の筐体120の上面に設けられている。
Z軸方向(第3の方向)に沿って対向する筐体120の上面および底面は、X軸方向が長辺方向、Y軸方向が短辺方向となるような略長方形形状を有する。筐体120には、電極体および電解液が収容されている。筐体120の上面には、ガス排出弁121が設けられている。筐体120内の圧力が上昇したときは、ガス排出弁121が開弁して筐体120内のガスが排出される。
なお、本技術に係る電池セルは角型の電池セル100に限定されず、たとえば円筒型の電池セルであってもよい。
図2は、電池パック1の外観図である。図2に示すように、電池パック1は、ケース200を含む。ケース200は、カバー210と、本体220と、冷却プレート230とを含む。カバー210、本体220、および冷却プレート230は、ケース200の強度を確保するための構造部材を構成する。本体220を有底容器とし、その底部と冷却プレート230とを一体化してもよいし、本体220の底部を冷却プレート230により構成してもよい。冷却プレート230は、その内部に形成された冷却媒体通路231(図5参照)に通じる入口部231Aおよび出口部231Bを有する。
図3は、ケース200の内部を示す斜視図であり、図4は、ケース200の内部を示す上面図である。図3,図4に示すように、ケース200の内部空間には、複数の電池セル100が配列される。複数の電池セル100は、Y軸方向(第1の方向)に沿って配列されている。複数の電池セル100は、Y軸方向に拘束された状態でケース200の内部空間に収納される。複数の電池セル100は、バスバー300により電気的に互いに接続される。冷却プレート230に冷却媒体通路231を設けず、ペルチェ素子などの冷却手段を冷却プレート230に接触させて冷却プレート230を冷却することも可能である。
図5は、冷却プレート230の断面を示す図である。図5に示すように、冷却プレート230(板状部分)は、ケース200の底部を構成する。冷却プレート230の内部は、冷却媒体が流れる冷却媒体通路231と、ケース200の内部空間のガスをケース200の外部に排出可能な排出通路232とが形成されている。冷却プレート230は、たとえば押出材により形成することができる。冷却媒体通路231および排出通路232は、板状の冷却プレート230の延在方向に延びるように冷却プレート230の厚み内に形成される。したがって、押出成形により冷却プレート230を形成すると同時に冷却媒体通路231および排出通路232を形成することが可能である。
たとえば、ケース200に収納された複数の電池セル100の1つが熱暴走をおこしたとき、電池セル100のガス排出弁121から筐体120内部のガスが排出され、ケース200内の内圧が上昇する。本実施の形態に係る電池パック1においては、ケース200の構造部材である冷却プレート230にガスの排出経路としての排出通路232を設けることにより、高容量の電池パック1であっても、別途の安全弁を設けることなく、熱暴走時の噴出ガスをケース200から排出することができる。したがって、製造コストを増大させず、かつ電池パック1を大型化することなく、ケース200にガスの排出機能を持たせることができる。
また、ケース200の内圧上昇時に電池セル100から噴出したガスは、冷却プレート230に形成された排出通路232を通過してからケース200の外部に排出されるため、ガスの冷却が促進される。したがって、ケース200から排出されるガスの温度を下げることができる。
図6は、ガスの排出通路232を示す拡大断面図である。図6に示す排出通路232は、冷却プレート230を形成するときの押出成形により形成された孔により構成される。ケース200の本体220の底部には、貫通穴220Aが設けられている。冷却プレート230には、排出通路232に連通する入口部232Aが設けられている。貫通穴220Aと入口部232Aとは互いに連通する。したがって、排出通路232は、貫通穴220Aおよび入口部232Aを介してケース200の内部空間と連通する。
貫通穴220Aの内側には、通気性および防水性を有するシート部材233(通気防水シート)が設けられる。シート部材233は、排出通路232の入口部232Aを塞ぐように設けられる。シート部材233は、ケース200の内部空間に面するように設けられる。
シート部材233は、ガス(気体)を通過させる一方で、水分(液体)を遮断し得る。シート部材233は、通常時のケース200内外の圧力差を低減する呼吸弁として機能する。シート部材233は、たとえばゴアテックス(登録商標)などの防水透湿性素材により構成し得る。
ケース200の内圧が上昇したときは、シート部材233が破れ、またはシート部材233剥がれて、電池セル100から噴出したガスおよびその他の噴出物がケース200の外部に排出される。排出通路232の入口部232Aにシート部材233を設けることにより、排出通路232を介したケース200の内部空間のガスの排出を阻害することなく、通常時のケース200の内部空間への水分および塵埃の進入を抑制すること(防水、防塵)が可能である。また、内圧上昇時のガスの排出通路232と通常時の呼吸通路とを兼用することができるので、電池パック1の小型化、製造コストの低減(部品点数低減)を図ることができる。
冷却プレート230が冷却されると、冷却プレート230内に形成された排出通路232においては結露が生じやすい。このことによってシート部材233周辺部の湿気(水蒸気)が結露するので、ケース200の内部空間に水蒸気が進入することが抑制され、ケース200の内部空間における結露の発生が効果的に抑制される。
ケース200の内部空間に面する位置にシート部材233を設けることにより、外部環境(たとえば車両の高圧洗車時の水圧等)に起因してシート部材233が損傷することを抑制できる。ただし、シート部材233の設置位置は、ケース200の内部空間に面する位置に限定されず、ケース200の外部に面するように設けられてもよい。
以上の結果として、本実施の形態に係る電池パック1においては、ケース200の内部で結露が生じることが抑制される。
図7~図11は、ガスの排出通路の変形例を示す図である。図7に示すように、排出通路232は、冷却プレート230の上面に向けて開口する溝部により構成されてもよい。また、図8,図9に示すように、ケース200の本体220の底部と冷却プレート230との間にシート部材233が設けられてもよい。さらに、図10,図11に示すように、冷却プレート230の裏面側(ケース200の本体220と反対側)に開口するように排出通路232の出口部232Bが形成され、出口部232Bの外側(冷却プレート230の裏面上)にシート部材233が設けられてもよい。
図12は、ケース200の本体220と冷却プレート230との接合部の構造を示す断面斜視図であり、図13は、図12に示す冷却プレート230を裏面側から見た図である。
図12,図13に示す例では、Y軸方向に延びる冷却媒体通路231のX軸方向の両側に排出通路232が形成されている。ケース200の本体220の底部に形成された貫通穴220Aと、冷却プレート230に形成された排出通路232の入口部232Aとが連通することで、ケース200の内部空間と排出通路232とが連通する。入口部232AからY軸方向に離れた位置に、排出通路232の出口部232Bが形成されている。出口部232Bは、冷却プレート230の裏面側に開口するように設けられる。
図14~図19は、冷却プレート230の例を示す上面図である。図14~図19に示すように、冷却プレート230は、Y軸方向に延びる長辺、およびX軸方向に延びる短辺を含む略矩形形状を有する。冷却媒体が流れる冷却媒体通路231、およびガスを排出する排出通路232は、Y軸方向に沿って延在する。
図14の例では、冷却プレート230におけるY軸方向の両端部に排出通路232の出口部232Bが形成される。出口部232Bを複数設けることにより、排出通路232の出口面積を増大させることができる。図14に示す排出通路232の流路断面積は、たとえば200mm2以上1500mm2以下程度(好ましくは400mm2以上1000mm2以下程度)である。ケース200の内圧上昇時に排出通路232を流れるガスの流量は、最大でたとえば200リットル/秒以上程度(数秒程度継続)である。ケース200の内圧上昇時においては、たとえば十数秒から30秒間程度継続して排出通路232からガスが排出される。ただし、排出通路232の流路断面積およびガスの流量は、上記の範囲に限定されるものではない。
また図14の例では、排出通路232は冷却プレート230に1本設けられているが、排出通路232の態様はこれに限定されない。互いに連通しない複数の排出通路232を冷却プレート230に設け、それぞれの排出通路232に入口部232Aと出口部232Bとを設けてもよい。これにより、さらにガス流量を多くすることができる。
図15~図19の例では、排出通路232に連通したトラップ部232Cが形成されている。トラップ部232Cの先端は閉塞されている。トラップ部232Cは、冷却プレート230の延在方向(X-Y平面方向)に延びるように冷却プレート230の厚み内に形成されている。
図15に示すように、冷却プレート230におけるX軸方向の両端部に排出通路232の出口部232Bが形成されてもよい。図16に示すように、冷却プレート230の裏面に排出通路232の出口部232Bが形成されてもよい。図17に示すように、排出通路232の一部とトラップ部232Cとが平行に延在してもよい。図18に示すように、出口部232Bは一箇所のみに形成されてもよい。図19に示すように、排出通路232の一部がX軸方向に延び、冷却媒体通路231を跨いでX軸方向の反対側に達するように設けられてもよい。
図15から図19の例に示すように、排出通路232に屈曲部を設けたり、先端の閉塞したトラップ部232Cを設けることにより、熱暴走している電池セル100から生じるガス以外の噴出物や火花が出口部232Bから排出されることを抑制できる。
本実施の形態に係る電池パック1によれば、冷却プレート230の厚み内にガスの排出通路232を設けることにより、ケース200の構造部材に内圧上昇時のガス排出経路の機能を持たせることができる。これにより、製造コストを増大させず、かつ電池パック1を大型化することなく内圧上昇時のガスの排出機能を持たせることが可能である。
また、排出通路232の出口部232Bも冷却プレート230の内部に形成され、ケース200の外部に突出する部分を省略できる。
なお、排出通路232を形成する部材は、必ずしも冷却プレート230に限定されず、ケース200の側面部に排出通路232が形成されてもよい。
図20は、電池パック1の変形例の断面図である。本変形例においては、図20に示すように、2つの電池パック1A,1Bを重ねることにより電池パック1が形成されている。
図21は、電池パック1Aの端部付近の構造を示す断面図である。図21に示すように、電池セル100の積層体の端部にエンドプレート400が設けられる。複数の電池セル100の間には、セパレータ500が設けられる。
本変形例において、ケース200の本体220は、冷却プレート230と一体化されている。本体220には、通常時の呼吸通路(図示せず)およびシート部材233が設けられる。なお、通常時の呼吸通路と内圧上昇時のガスの排出通路232とは必ずしも兼用されていなくてもよい。
本体220は、冷却プレート230と同一の部材から構成されてもよいし、別々の部材が溶接接合等により一体化されていてもよい。いずれにしても、冷却プレート230と熱的に一体に形成されていると評価できる部材は、冷却プレート230と一体化された部材であると解釈されるべきである。
本体220には穴部220Bが形成されている。シート部材233を通過したガスを穴部220Bに導入することができる。さらに、冷却プレート230に形成された通路と穴部220Bとを連通させ、当該通路の出口の位置ないし方向を自在に調整することも可能である。
図20、図21に示す変形例においても、冷却プレート230にシート部材233を設けた場合と同様に、ケース200の内部空間に水蒸気が進入することが抑制され、ケース200の内部空間における結露の発生が効果的に抑制される。
以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,1A,1B 電池パック、100 電池セル、110 電極端子、111 正極端子、112 負極端子、120 筐体、121 ガス排出弁、200 ケース、210 カバー、220 本体、220A 貫通穴、220B 穴部、230 冷却プレート、231 冷却媒体通路、231A 入口部、231B 出口部、232 排出通路、232A 入口部、232B 出口部、232C トラップ部、233 シート部材、300 バスバー、400 エンドプレート、500 セパレータ。
Claims (6)
- 第1の方向に沿って配列された複数の電池セルと、
前記複数の電池セルを収納する内部空間を有するケースと、
前記ケースに設けられ、通気性を有するシート部材とを備え、
前記シート部材は、前記ケースの底部を構成する冷却プレート、または前記冷却プレートと一体化された部材に設けられる、電池パック。 - 前記冷却プレートと一体化された部材は、前記ケースの側面または底面を構成する、請求項1に記載の電池パック。
- 前記シート部材は、前記内部空間に面するように設けられる、請求項1または請求項2に記載の電池パック。
- 前記内部空間のガスを排出可能な排出通路が、前記冷却プレートの延在方向に延びるように前記冷却プレートの厚み内に形成され、
前記シート部材は、前記排出通路を塞ぐように前記排出通路上に設けられる、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電池パック。 - 前記冷却プレートは、押出成形により形成された押出材を含み、
前記排出通路は、前記押出成形により形成された溝または孔を含む、請求項4に記載の電池パック。 - 前記冷却プレートは、長辺と短辺とを含む略矩形形状を有し、
前記排出通路は、前記長辺に沿う方向に延在する部分を含む、請求項4または請求項5に記載の電池パック。
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