JP5910624B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、密閉ケースに電池セルを収容した電池パックに関する。

電池セルを密閉ケースに収容した電池パックにおいては、密閉ケースの内圧が高まったときに密閉ケースの内圧を低下させる必要がある。
特許文献１では、ハウジング（密閉ケース）の内部に複数の二次電池（電池セル）が収容されている。二次電池には、設定された圧力で開放されうる排気部材が設置されている。ハウジングには、排気ホールが形成されている。排気ホールには、排気ホールを塞ぐようにバルブ部材が設けられている。バルブ部材は、ハウジングの内圧が設定された圧力になると開放される。

特開２０１２−１０４４７１号公報

ところで、二次電池に設けられた排気部材が開放されると、排気部材からは複数の種類の気体が排出される。気体は、その種類によって重さが異なり、ハウジング内での気体の分布が異なる。このため、ハウジングの内圧が高まり、バルブ部材が開放されても、一部の気体がハウジングから排出されないおそれがある。

本発明は。このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の種類の気体を円滑に排出することができる電池パックを提供することにある。

上記課題を解決する電池パックは、圧力開放弁を有するケースに電極組立体を収容した複数の電池セルと、前記複数の電池セルを収容する密閉ケースと、前記密閉ケースに設けられ、前記密閉ケースの内圧を開放する開放部と、を備えた電池パックであって、前記開放部は、接合部により前記密閉ケースの開口縁部に取付けられた蓋部材によって形成されており、第１の開放部と、前記第１の開放部よりも鉛直方向下方に設けられる第２の開放部と、を含み、前記蓋部材は前記密閉ケースの側壁を構成しており、前記接合部は、前記第１の開放部及び前記第２の開放部が開放されたときでも、前記開口縁部との接合が維持されることを要旨とする。

これによれば、電池セルの圧力開放弁が開放され、密閉ケース内に複数の種類の気体が排出されると、重量の重い気体ほど鉛直方向下方に滞留し、重量の軽い気体ほど鉛直方向上方に滞留する。すなわち、気体の分布が偏る。複数の開放部が、鉛直方向の異なる高さに設けられることで、気体の分布が偏っていても、複数の種類の気体を円滑に排出することができる。

上記電池パックについて、前記第１の開放部及び前記第２の開放部は、前記密閉ケースにおける同一の側壁に設けられていることが好ましい。
これによれば、複数の開放部を、同一方向に集約することができ、開放弁が開放されたときに密閉ケースから排出される気体の拡散を抑制することができる。
上記電池パックについて、前記蓋部材は、前記密閉ケースの開口全体を閉塞する大きさを有しており、前記蓋部材の鉛直方向上端に前記第１の開放部が設けられており、前記蓋部材の鉛直方向下端に前記第２の開放部が設けられていることが好ましい。
上記電池パックについて、前記蓋部材は、前記第１の開放部及び前記第２の開放部が変形することによって前記開口縁部との間に隙間が形成され、前記第１の開放部及び前記第２の開放部の変形は、前記蓋部材の弾性範囲内で元の形状に戻ることが好ましい。

本発明によれば、複数の種類の気体を円滑に排出することができる。

実施形態における電池パックを示す分解斜視図。 実施形態における電池パックを示す正面図。 実施形態における電池セルを示す断面図。 実施形態における電池パックの作用図。 （ａ）及び（ｂ）は変形例の電池パックを示す図。

以下、電池パックの一実施形態について説明する。
図１に示すように、電池パック１０は、密閉ケース１１を有し、この密閉ケース１１には、複数の電池モジュール２１が収容されている。電池モジュール２１は、複数の電池セル２２を有している。密閉ケース１１は、開口１６を有する有底四角筒状の本体部１２を有している。本体部１２は、矩形平板状の底板１２ａの三辺から立設する矩形平板状の側壁１２ｂと、側壁１２ｂにおいて底板１２ａとは反対側に設けられた天板１２ｃとを有している。そして、底板１２ａ、側壁１２ｂ及び天板１２ｃに囲まれことで開口１６が形成されている。なお、側壁１２ｂは、鉛直方向に立設している。

開口１６を形成する開口縁部１４上には、矩形板状の蓋部材１３が設けられ、この蓋部材１３によって開口１６が閉塞されている。蓋部材１３は、密閉ケース１１の側壁として機能している。蓋部材１３は、ボルトＢによって本体部１２の開口縁部１４に接合されている。具体的にいえば、開口縁部１４には、ボルトＢが螺合される螺合穴１５が形成されており、蓋部材１３に設けられた挿通孔１７に挿通されたボルトＢが螺合穴１５に螺合されることで蓋部材１３が開口縁部１４に接合されている。開口縁部１４と蓋部材１３との間には、シール材１８が設けられている。以下の説明において、蓋部材１３の４つの端部３１〜３４のうち、鉛直方向に延びる端部を第１の端部３１、第２の端部３２とし、第１の端部３１と第２の端部３２とは異なる端部を第３の端部３３、第４の端部３４とする。

図２に示すように、ボルトＢは、蓋部材１３の４つの端部３１〜３４のうち、第１の端部３１及び第２の端部３２に設けられている。ボルトＢは、第１の端部３１と第２の端部３２の一部に設けられており、角部近傍（第１の端部３１における第２の端部３２側又は第４の端部３４側、第３の端部３３における第２の端部３２側又は第４の端部３４側）には設けられていない。ボルトＢは、第３の端部３３と第４の端部３４の対向方向（第３の端部３３から第４の端部３４へ向かう方向）に並設されている。第３の端部３３と第４の端部３４にはボルトＢが設けられていない。

そして、第１の端部３１及び第２の端部３２に設けられるボルトＢは、密閉ケース１１の内圧が、後述する第１の開放部４１及び第２の開放部４２が変形して密閉ケース１１内の気体を排出し始める内圧となった場合でも、蓋部材１３の一部と開口縁部１４との接合が維持されるような締め量で締め付けられている。

本実施形態において、第１の端部３１に設けられた複数のボルトＢのうち、最も第３の端部３３に近いボルトＢにおける第３の端部３３に最も近い部分と、第２の端部３２に設けられた複数のボルトＢのうち、最も第３の端部３３に近いボルトＢにおける第３の端部３３に最も近い部分と、を結ぶ仮想線を第１仮想線Ｌ１とする。また、第１の端部３１に設けられた複数のボルトＢのうち、最も第４の端部３４に近いボルトＢにおける第４の端部３４に最も近い部分と、第２の端部３２に設けられた複数のボルトＢのうち、最も第４の端部３４に近いボルトＢにおける第４の端部３４に最も近い部分と、を結ぶ仮想線を第２仮想線Ｌ２とする。そして、蓋部材１３において第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２との間の領域を接合部３５とする。

蓋部材において、第１仮想線Ｌ１と第３の端部３３との間の領域を第１の開放部４１、第２仮想線Ｌ２と第４の端部３４との間の領域を第２の開放部４２とする。
蓋部材１３は、密閉ケース１１の内圧が上昇したとき、ボルトＢで開口縁部１４に接合されていない第３の端部３３及び第４の端部３４が、開口縁部１４から離間する方向に変形する。この変形は、第１仮想線Ｌ１と、第２仮想線Ｌ２を支点として変形することになる。

つまり、密閉ケース１１の内圧が上昇したときに開口縁部１４から離間する方向に変形して密閉ケース１１内の気体を排出する開放部は、蓋部材１３における第１仮想線Ｌ１よりも第３の端部３３側の第１の開放部４１と、第２仮想線Ｌ２よりも第４の端部３４側の第２の開放部４２となる。第２の開放部４２は、第１の開放部４１よりも鉛直方向下方に設けられている。第１の開放部４１と第２の開放部４２とは、各ボルトＢの締結量、受圧面積などを調整することで、同時に開放されるように構成されている。接合部３５は、第１の開放部４１及び第２の開放部４２が開放されたときでも、開口縁部１４との接合が維持される。

図３に示すように、電池セル２２（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素蓄電池）は、電池ケース２３の内部に電極組立体２４及び電解液２５が収容されている。電池ケース２３は、電極組立体２４を収容する有底箱状のケース本体２６と、ケース本体２６の開口を閉塞する矩形板状の蓋２７とから構成されている。蓋２７には、蓋２７の厚み方向に貫通する孔２８が形成されるとともに、この孔２８には、電池ケース２３の内圧が規定圧力を超えたときに開放される圧力開放弁２９が設けられている。なお、この「規定圧力」は、電池ケース２３の内圧が高まったときに、電池ケース２３が破損する前に圧力開放弁２９が破断するような圧力に設定される。

次に、本実施形態の電池パック１０の作用について説明する。
電池セル２２に異常が生じると、電池ケース２３内で気体が発生し、電池ケース２３の内圧が上昇する。電池ケース２３の内圧が規定圧力を超えると、電池ケース２３に設けられた圧力開放弁２９が破断する。そして、電池ケース２３に設けられた圧力開放弁２９が破断すると、電池ケース２３内の気体が密閉ケース１１内に２３排出される。電池ケース２３から排出される気体は、電池セル２２の種類毎に異なり、電池セル２２としてリチウムイオン二次電池が用いられる場合には、水素、酸素、メタン、エチレンなどの気体が排出される。これらの気体の重量は、エチレン＞メタン＞酸素＞水素の順に重く、重い気体ほど鉛直方向下方に滞留しやすく、軽い気体ほど鉛直方向上方に滞留しやすい。このため、密閉ケース１１内では、鉛直方向下方から水素、酸素、メタン、エチレンの順に気体が分布している。

図４に示すように、密閉ケース１１の内圧の上昇に伴い、第１の開放部４１及び第２の開放部４２が、開口縁部１４から離れる方向に変形すると、第１の開放部４１と開口縁部１４、第２の開放部４２と開口縁部１４との間には、それぞれ隙間が形成される。この隙間から、密閉ケース１１内の気体が排出される。

鉛直方向上方に設けられた第１の開放部４１からは、主として重量の軽い水素や酸素などの気体が排出される。一方、鉛直方向下方に設けられた第２の開放部４２からは、主として重量の重いメタンやエチレンなどの気体が排出される。

そして、第１の開放部４１及び第２の開放部４２の変形は、蓋部材１３の弾性範囲内で元の形状に戻る。なお、実際には、蓋部材１３の変形量は僅かである場合が多いが、説明の便宜上図面では誇張して表現している。また、電池セル２２から排出される気体として、一例として水素、酸素、メタン、エチレンを挙げたが、これらの気体よりも多くの種類の気体が排出されるような電池セルでもよい。

ところで、電池セル２２の電池ケース２３に、鉛直方向の異なる位置に複数の圧力開放弁を設けて、電池ケース２３内で発生する複数の気体を電池ケース２３から円滑に排出することも考えられる。しかしながら、電池ケース２３内には、電極組立体２４が収容され、この電極組立体２４によって電池ケース２３内の領域の多くが占められることから、電池ケース２３内の隙間が少なく、気体の流動が少ない。このため、電池セル２２においては、気体の分布の偏りが少ない。

また、電池ケース２３内には、電解液２５が収容されているため、鉛直方向下方に圧力開放弁を設けた場合に、この圧力開放弁と電解液２５が常に接触する状態になるおそれがあり、好ましくない。また、鉛直方向下方の圧力開放弁が開放されたときには、電解液２５が圧力開放弁から漏れだすおそれがある。したがって、電池セル２２の電池ケース２３においては、本発明のように鉛直方向の異なる位置に複数の圧力開放弁を設ける構成は採用しにくく、メリットも少ない。

一方、複数の電池セル２２を収容した電池パック１０では、互いの電池モジュール２１の絶縁性を確保するための距離などを確保する必要があり、密閉ケース１１内に隙間ができやすく、気体の流動が多い。また、電池セル２２から電解液２５が排出されない限り、密閉ケース１１内に液体が貯留されている場合も少ないため、第２の開放部４２が開放されても、液体が外部に漏れ出すことも少ない。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）密閉ケース１１には、鉛直方向の異なる高さに、第１の開放部４１と第２の開放部４２を設けているため、密閉ケース１１内で気体の分布に偏りが生じても、第１の開放部４１と第２の開放部４２から重量の異なる複数の気体を円滑に排出することができる。

（２）第１の開放部４１と第２の開放部４２は、ともに蓋部材１３に設けられている。このため、第１の開放部４１と第２の開放部４２を同一方向に集約することができ、第１の開放部４１と第２の開放部４２が開放されたときには、同一方向に気体が排出される。このため、気体の拡散を抑制することができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、密閉ケース１１の一つの側壁１２ｂを２つの蓋部材５１，５２から構成してもよい。それぞれの蓋部材５１，５２の鉛直方向上方の部分と鉛直方向下方の部分は、密閉ケース１１の内圧が高まると変形する第１の開放部５３及び第２の開放部５４として機能している。この場合、開放部は、合計４箇所に設けられる。すなわち、開放部は、複数設けられていれば、いくつ設けられていてもよい。なお、蓋部材５１，５２にそれぞれ、一つの開放部を設けて、二つの蓋部材５１，５２で２つの開放部を形成してもよい。

○蓋部材１３の一部を変形させることで、開放部を構成したが、これに限られない。例えば、密閉ケース１１の内圧が高まったときに破断する弁や薄肉部を設けて、弁を開放部としてもよい。この場合でも、開放部を２箇所以上であれば、いくつ設けてもよい。

○第１の開放部４１と第２の開放部４２は、密閉ケース１１の異なる壁部に設けられていてもよい。例えば、第１の開放部４１が天板１２ｃに設けられ、第２の開放部４２が側壁１２ｂに設けられてもよいし、第１の開放部４１が側壁１２ｂに設けられ、第２の開放部４２が第１の開放部４１が設けられた側壁１２ｂとは異なる側壁１２ｂに設けられてもよい。

○電池セル２２としては、ニッケル水素蓄電池などを用いてもよい。
○蓋部１３材は、接着剤などで本体部１２に固定されていてもよい。

Ｂ…ボルト、１０…電池パック、１１…密閉ケース、１２…本体部、１３…蓋部材、１６…開口、２２…電池セル、４１…第１の開放部、４２…第２の開放部。

Claims (4)

1. 圧力開放弁を有するケースに電極組立体を収容した複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを収容する密閉ケースと、
   前記密閉ケースに設けられ、前記密閉ケースの内圧を開放する開放部と、を備えた電池パックであって、
   前記開放部は、接合部により前記密閉ケースの開口縁部に取付けられた蓋部材によって形成されており、第１の開放部と、前記第１の開放部よりも鉛直方向下方に設けられる第２の開放部と、を含み、前記蓋部材は前記密閉ケースの側壁を構成しており、前記接合部は、前記第１の開放部及び前記第２の開放部が開放されたときでも、前記開口縁部との接合が維持されることを特徴とする電池パック。
2. 前記第１の開放部及び前記第２の開放部は、前記密閉ケースにおける同一の側壁に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記蓋部材は、前記密閉ケースの開口全体を閉塞する大きさを有しており、前記蓋部材の鉛直方向上端に前記第１の開放部が設けられており、前記蓋部材の鉛直方向下端に前記第２の開放部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
4. 前記蓋部材は、前記第１の開放部及び前記第２の開放部が変形することによって前記開口縁部との間に隙間が形成され、前記第１の開放部及び前記第２の開放部の変形は、前記蓋部材の弾性範囲内で元の形状に戻ることを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の電池パック。