JP6090586B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、筐体に電池モジュールを収容した電池パックに関する。

電池セルに異常が生じると、電池セルの内部で水素を含むガスが発生する場合があり、電池セルにはこのガスを外部に排出するための圧力開放弁が設けられている。この種の電池セルを筐体に収容した電池パックは、例えば、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の電池モジュールは、ハウジング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。二次電池の排気部材から気体（水素を含むガス）が排出され、ハウジングの内圧が上昇すると、バルブ部材が開放されることでハウジングの内圧が開放される。

特開２０１２−１０４４７１号公報

ところで、ハウジングの換気性を向上させるために、ハウジングの内部に排出された水素を含むガスを円滑に排出することが望まれている。
本発明の目的は、電池セルから筐体に排出された水素を含むガス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、電極組立体が収容されたケースと該ケースの内圧をケース外に開放させる圧力開放弁とを備える電池セルを複数有する電池モジュールと、前記電池モジュールが収容された筐体と、前記筐体の内部に設けられた充填材と、を備えた電池パックであって、前記筐体は、該筐体の内圧を筐体外に開放させる開放部を有し、前記充填材は、前記充填材よりも水素の透過率の低い被覆部材によって覆われていることを要旨とする。

これによれば、充填材によって筐体内の空間が少なくなり、電池セルの圧力開放弁から水素を含むガスが排出されたときに筐体の内圧が上昇しやすい。また、充填材には微細な隙間が存在し、充填材が被覆部材で覆われていない場合、この隙間に電池セルから排出された水素を含むガスが入り込む。すると、電池セルから水素を含むガスが排出されたにも関わらず、筐体の内圧が上昇しにくい。電池セルから排出されるガスのうち、最も分子の大きさが小さい水素の透過率が充填材よりも低い被覆部材によって充填材を覆うことで、充填材の隙間に水素を含むガスが入り込むことが抑制され、筐体の内圧が上昇しやすい。このため、開放部によって筐体の内圧が開放されやすく、電池セルから排出された水素を含むガスを円滑に排出することができる。なお、水素の透過率とは、単位時間あたりに透過する水素の量を示す。

上記電池パックについて、前記充填材は、発泡材からなることが好ましい。
これによれば、電池パックの軽量化が図られる。
上記電池パックについて、前記電池セルに接続されたハーネスを備え、前記充填材は、前記筐体の内面に接合される基部と、前記基部から前記電池モジュールに向けて突出する突出部とを有し、前記ハーネスは、前記基部と対向する位置に設けられるとともに、前記突出部の先端面と対向する位置には設けられず、前記先端面と前記電池モジュールにおける前記先端面と対向する面とを結ぶ最短の仮想線の長さは、前記基部と前記ハーネスとを結ぶ最短の仮想線の長さよりも短いことが好ましい。

これによれば、電池モジュールが筐体の内面に向けて移動すると、基部がハーネスと接触するよりも先に、突出部が電池モジュールと接触する。ハーネスは、電池モジュールに比べて強度が低い。電池モジュールがハーネスよりも先に充填材に接触することで、衝撃が緩和されるため、ハーネスに加わる衝撃が小さく、ハーネスを保護することができる。このため、充填材を、ハーネスを保護する緩衝材として兼用することができる。

本発明によれば、電池セルから筐体に排出された水素を含むガス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斜視図。 実施形態における電池モジュールを示す斜視図。 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一部を破断して示す断面図。 実施形態における充填材の断面図。

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、四角箱状の筐体１１と、筐体１１の内部に収容された複数の電池モジュール２１を有している。筐体１１は、Ｌ字状をなす本体１２に蓋部材１３，１４，１５及び天板１８を固定することで構成されている。具体的にいえば、本体１２は、矩形平板状の底板１６と、底板１６の短手方向第１端部１６ａから立設する矩形平板状の立設部１７を有している。そして、底板１６の短手方向第２端部１６ｂには蓋部材１３が固定されるとともに、長手方向両端には蓋部材１４，１５が固定されている。筐体１１は、立設部１７及び蓋部材１３，１４，１５によって囲まれる開口部を閉塞する天板１８を有している。筐体１１の内部には、積層された二つの電池モジュール２１が二組設けられている。

蓋部材１５には、筐体１１の内圧が閾値まで上昇したときに、筐体１１の内圧を開放させる開放部１９が設けられている。開放部１９としては、破断式の弁が用いられている。「閾値」は、筐体１１の内圧が高まったときに、筐体１１の内圧によって筐体１１が破損する前に開放部１９が破断するような圧力に設定される。

図２に示すように、電池モジュール２１は、電池セル２２が電池ホルダ２５に保持された状態で並設されている。電池セル２２は、隣り合う接続端子３５をバスバー２８で接続することで直列接続されている。電池モジュール２１における電池セル２２の並設方向両端には、エンドプレート２３が設けられている。エンドプレート２３には、ブラケット２４が設けられている。電池モジュール２１は、ブラケット２４がボルトなどで立設部１７に取り付けられることで立設部１７に固定されている。

図３に示すように、電池セル２２は、ケース３１を備え、このケース３１には電極組立体３２が収容されている。電極組立体３２は正極と負極を備えている。ケース３１は、電極組立体３２を収容する有底箱状のケース本体３３と、ケース本体３３の開口部を閉塞する板状の蓋部３４とから構成されている。蓋部３４には、接続端子３５（正極端子及び負極端子）が設けられている。蓋部３４には、ケース３１の内圧が閾値まで上昇したときに、破断して開放される圧力開放弁３６が設けられている。「閾値」は、ケース３１の内圧が高まったときに、ケース３１の内圧によってケース３１が破損する前に圧力開放弁３６が破断するような圧力に設定される。接続端子３５は、導電部材３７を介して電極組立体３２に電気的に接続されている。本実施形態では、電池セル２２として、リチウムイオン二次電池が用いられ、水素、酸素、メタン、エチレンなどのガスがケース３１内で発生する。

図２に示すように、電池モジュール２１には、電池モジュール２１の電力を伝送するためのハーネス４１が設けられている。ハーネス４１は、電池セル２２の並設方向の両端の電池セル２２の接続端子３５に接続されている。各ハーネス４１は、電池セル２２の並設方向において、互いに離れる方向に突出するように設けられている。これにより、電池モジュール２１からは、底板１６の長手方向に対向する蓋部材１４，１５に向けてハーネス４１が突出している。

図１に示すように、立設部１７には、二つの端子台５１，５２が固定されている。それぞれの端子台５１，５２には、同一極性のハーネス４１が接続されている。これにより、各電池モジュール２１は、並列接続されている。そして、各端子台５１，５２に設けられる図示しないパワー線は、負荷に接続される。

蓋部材１４，１５における電池モジュール２１側の面（筐体１１の内面）には、それぞれ充填材６１が接着剤やボルトなどで固定されている。蓋部材１５に固定される充填材６１は、開放部１９と対向しない位置に設けられている。

図４及び図５に示すように、充填材６１は発泡材（例えば、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの合成樹脂からなる発泡プラスチック）から形成されている。充填材６１には、複数の隙間６４（発泡材の気泡）が存在している。

充填材６１は、蓋部材１４，１５における電池モジュール２１と対向する面１５ａ（図４では蓋部材１５のみ図示）に固定される矩形平板状の基部６６と、基部６６の蓋部材１４，１５に固定される面とは反対側の反対面６６ａから基部６６の厚み方向（電池モジュール２１に向かう方向）に突出する矩形平板状の突出部６７とを有している。

詳述すると、突出部６７は、基部６６の反対面６６ａにおける短手方向中央部分から基部６６の厚み方向に突出部６７の先端面６７ａが電池モジュール２１と対向するように突出するとともに基部６６の反対面６６ａの長手方向に亘って延びている。したがって、突出部６７の短手方向の寸法は、基部６６の短手方向の寸法よりも短くなっている。また、突出部６７の長手方向と基部６６の長手方向の寸法は同一となっている。

上記のように形成された充填材６１は、基部６６の長手方向及び突出部６７の長手方向が電池モジュール２１の積層方向と一致し、基部６６の短手方向及び突出部６７の短手方向が電池セル２２における接続端子３５（正極及び負極）の並設方向と一致するように蓋部材１４，１５に固定されている。

また、充填材６１は、基部６６の反対面６６ａとハーネス４１とが対向し、エンドプレート２３（電池モジュール２２）と突出部６７の先端面６７ａとが対向するように蓋部材１４，１５に固定されている。また、充填材６１は、突出部６７の先端面６７ａは、ハーネス４１と対向しないように設けられている。なお、充填材６１は、突出部６７の先端面６７ａと電池モジュール２１における先端面６７ａと対向する面（エンドプレート２３）とを結ぶ最短の仮想線Ｌ１の長さが、基部６６とハーネス４１とを結ぶ最短の仮想線Ｌ２の長さよりも短くなるように固定されている。

充填材６１の寸法は、基部６６の長手方向の寸法及び突出部６７の長手方向の寸法が、２個の電池モジュール２１を積層したときの電池モジュール２１の高さ（積層方向の寸法）程度であり、突出部６７の短手方向の寸法が、電池セル２２における接続端子３５（正極及び負極）間の寸法よりも若干短くなっている。

充填材６１は、被覆部材６３によって覆われている。被覆部材６３は、充填材６１の外表面の全面を覆っている。被覆部材６３としては例えば、アルミ箔などの金属箔が用いられる。被覆部材６３は、充填材６１に比べて水素の透過率が低い。なお、水素の透過率とは、単位時間あたりに透過する水素量を示す。

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に異常が生じて、ケース３１の内部で水素を含むガスが発生すると、圧力開放弁３６が開放される。圧力開放弁３６からは、筐体１１の内部に水素を含むガスが排出される。このとき、充填材６１が設けられていることで、筐体１１の内部の空間が少なくなっているため、筐体１１の内圧が上昇しやすい。また、充填材６１が被覆部材６３で覆われていない場合、充填材６１に存在する微細な隙間６４に水素を含むガスが入り込む。すると、筐体１１の内圧が上昇しにくく、開放部１９が開放されにくい。本実施形態では、充填材６１よりも水素の透過率の低い被覆部材６３で充填材を覆っているため、水素を含むガスが被覆部材６３を透過しにくく、充填材６１の隙間６４に入り込む水素を含むガスが少ない。水素は、電池セル２２から排出されるガスのうち最も分子の大きさが小さいため、水素を基準として透過率を定めることで、水素以外のガスの透過も抑制することができる。

また、外部からの衝撃によって、電池モジュール２１が蓋部材１４，１５に向けて移動する場合がある。特に、衝撃に伴って筐体１１が変形したり、電池モジュール２１が脱落すると、電池モジュール２１と筐体１１によってハーネス４１が挟まれ、ハーネス４１が断線するおそれがある。本実施形態では、電池モジュール２１が蓋部材１４，１５に向けて移動すると、電池モジュール２１がハーネス４１よりも先に充填材６１に接触する。具体的にいえば、基部６６にハーネス４１が接触するよりも先に突出部６７に電池モジュール２１が接触する。電池モジュール２１が充填材６１に接触すると、電池モジュール２１と充填材６１の接触によって衝撃が緩和されるため、ハーネス４１に加わる衝撃が小さくなる。

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）充填材６１は、被覆部材６３で覆われているため、充填材６１の隙間６４に水素を含むガスが入り込みにくい。このため、筐体１１の内圧が上昇しやすく、開放部１９が開放されやすい。したがって、電池セル２２から排出された水素を含むガスを筐体１１外に円滑に排出することができ、筐体１１の換気性を向上させることができる。

（２）また、充填材６１は発泡材によって形成されている。このため、電池パックの軽量化が図られる。
（３）充填材６１は、突出部６７の先端面６７ａと電池モジュール２１における先端面６７ａと対向する面とを結ぶ最短の仮想線Ｌ１の長さが基部６６とハーネス４１とを結ぶ最短の仮想線Ｌ２の長さよりも短くなるように固定されている。このため、電池モジュール２１が充填材６１に向けて移動したときに、ハーネス４１よりも先に電池モジュール２１のエンドプレート２３と充填材６１が接触する。電池モジュール２１が充填材６１と接触することで、ハーネス４１に加わる衝撃が緩和され、ハーネス４１の保護を図ることができる。このため、充填材６１を緩衝材として兼用することができる。

（４）蓋部材１５に設けられた充填材６１は、開放部１９と対向しない位置に設けられているため、充填材６１によって開放部１９が閉塞されることが抑制される。
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。

○充填材６１は、ガラス繊維や金属から形成されていてもよい。
○被覆部材６３は、充填材６１の表面をコーティングする樹脂などのコーティング材であってもよい。また、塗装やライニングなどによって被覆部材を設けてもよい。

○被覆部材６３は、充填材６１の外表面の全体を覆っていなくてもよく、僅かな部分であれば、充填材６１が露出していてもよい。
○充填材６１において、蓋部材１４又は蓋部材１５と固定される面が蓋部材１４，１５と密着している場合には、この面に金属箔からなる被覆部材６３を設けなくてもよい。充填材６１において蓋部材１４，１５に固定される面は、蓋部材１４，１５によって被覆され、他の面は金属箔によって覆われる。

○充填材６１は、突出部６７を有していなくてもよい。この場合、充填材６１（基部６６の短手方向）の寸法を、電池セル２２の接続端子３５間の寸法よりも短くすることで、充填材６１とハーネス４１が接触することを抑制することができる。すなわち、充填材６１は、ハーネス４１と対向していなくてもよい。

○充填材６１は、蓋部材１４，１５以外に設けられていてもよい。例えば、電池モジュール２１が立設部１７に固定されない場合には、立設部１７に充填材６１を設けてもよいし、隣り合う電池モジュール２１の間に充填材６１を設けてもよい。筐体１１の内圧を上昇しやすくするために、電池モジュール２１同士を互いに近づけ、筐体１１をその分だけ小さくすることも考えられる。しかしながら、電池モジュール２１同士を近付けすぎると、ハーネス４１同士が接触して、短絡の原因となるおそれがある。電池モジュール２１間に充填材６１を設けることで、ハーネス４１同士の接触を抑制するとともに筐体１１内の空間を小さくすることができる。

○開放部１９は、弁以外であってもよい。例えば、蓋部材をボルトで固定している場合には、複数のボルトのうち、特定の隣り合う二つのボルトの離間距離を他のボルトの離間距離よりも長くすることで、特定の隣り合う二つのボルトに挟まれる部分（開放部）が変形しやすくなる。そして、筐体１１の内圧が上昇すると、蓋部材における特定の隣り合う二つのボルトの間の部分が変形し、隙間が形成される。この隙間から水素を含むガスが筐体１１の外部に排出されることで、筐体１１の内圧が開放される。

○開放部１９は、蓋部材１５以外に設けられていてもよく、例えば、蓋部材１４に設けられていてもよい。
○電池セルとして、ニッケル水素蓄電池や、鉛蓄電池など、水素を発生させる電池セルであれば、どのような電池セルを用いてもよい。

○筐体１１の形状は、どのような形状でもよい。
○充填材６１と開放部１９とは、対向していてもよい。この場合、充填材６１における開放部１９と対向する部分に、凹部など、開放部とケース３１内とを連通させる連通路を設ける。すなわち、充填材６１によって開放部１９が閉塞されていない状態であればよい。

１０…電池パック、１１…筐体、１９…開放部、２２…電池セル、３１…ケース、３２…電極組立体、３６…圧力開放弁、４１…ハーネス、６１…充填材、６３…被覆部材、６６…基部、６７…突出部。

Claims (3)

1. 電極組立体が収容されたケースと該ケースの内圧をケース外に開放させる圧力開放弁とを備える電池セルを複数有する電池モジュールと、
   前記電池モジュールが収容された筐体と、
   前記筐体の内部に設けられた充填材と、を備えた電池パックであって、
   前記筐体は、該筐体の内圧を筐体外に開放させる開放部を有し、
   前記充填材は、前記充填材よりも水素の透過率の低い被覆部材によって覆われていることを特徴とする電池パック。
2. 前記充填材は、発泡材からなることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記電池セルに接続されたハーネスを備え、
   前記充填材は、前記筐体の内面に接合される基部と、前記基部から前記電池モジュールに向けて突出する突出部とを有し、
   前記ハーネスは、前記基部と対向する位置に設けられるとともに、前記突出部の先端面と対向する位置には設けられず、
   前記先端面と前記電池モジュールにおける前記先端面と対向する面とを結ぶ最短の仮想線の長さは、前記基部と前記ハーネスとを結ぶ最短の仮想線の長さよりも短いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池パック。