JP6094166B2 - 蓄電パック - Google Patents

Description

本発明は、複数個の蓄電装置をケース内に収容した蓄電パックに関する。

走行駆動力を走行用モータで付与する車両には、その走行用モータの電源としてリチウムイオン電池などの二次電池を複数個収容した蓄電パック（電池パック）が搭載されている。そして、二次電池及び蓄電パックでは、それぞれのケースにケース内圧が開放圧を越えた場合に開放する圧力開放弁が設けられている（例えば、特許文献１参照）。圧力開放弁を設けた場合には、ケース内圧の上昇に伴うケースの破断などを抑制できる。

特開２０１２−１５１２１号公報

ところで、二次電池や蓄電パックの圧力開放弁が開放された場合には、その開放に伴って二次電池の内容物なども排出物となってケース外に排出される。この排出物は、例えばリチウムイオン電池であれば、主に電解液の溶媒やリチウム塩が分解あるいは気化したガスであるから、このようなガスが所構わず排出されることは好ましいと言えない。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、圧力開放弁の開裂に伴う排出物を好適に排出することができる蓄電パックを提供することにある。

上記課題を解決する蓄電パックは、ケースと、前記ケースに収容された電極組立体、及び電解液と、前記ケースに設けられ、前記ケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記ケースの内外を連通させる蓄電装置用圧力開放弁と、を有する蓄電装置を、密閉したパックケース内に複数個収容した蓄電パックにおいて、前記パックケースには、被搭載物に搭載された状態において重力方向下方に位置する下面に、前記パックケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記パックケースの内外を連通させることで前記蓄電装置用圧力開放弁の開放に伴って排出された排出物を外部に排出する蓄電パック用圧力開放弁を有し、前記蓄電パック用圧力開放弁は、重力方向の下向きのみに圧力開放方向が設定されており、前記蓄電装置は、前記蓄電装置用圧力開放弁の圧力開放方向が前記蓄電パック用圧力開放弁の圧力開放方向と異なる方向となるように前記パックケースに搭載されている。

この構成によれば、蓄電パック用圧力開放弁の圧力開放方向が重力方向の下向きのみとなる。このため、蓄電パックを、例えば車両などに搭載した場合に蓄電パック用圧力開放弁が開裂したときであっても、パックケースからの排出物が路面側に排出されるようになる。したがって、排出物を好適に排出することができる。
上記蓄電パックにおいて、前記ケースは、前記蓄電装置用圧力開放弁が設けられた面と前記パックケースの内面との間隙が、前記蓄電装置用圧力開放弁が設けられていない面と前記パックケースの内面との間隙よりも大きくなるように前記パックケースに搭載されている。
上記課題を解決する蓄電パックは、ケースと、前記ケースに収容された電極組立体、及び電解液と、前記ケースに設けられ、前記ケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記ケースの内外を連通させる蓄電装置用圧力開放弁と、を有する蓄電装置を、密閉したパックケース内に複数個収容した蓄電パックにおいて、前記パックケースには、被搭載物に搭載された状態において重力方向下方に位置する下面に、前記パックケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記パックケースの内外を連通させることで前記蓄電装置用圧力開放弁の開放に伴って排出された排出物を外部に排出する蓄電パック用圧力開放弁を有し、前記蓄電パック用圧力開放弁は、重力方向の下向きのみに圧力開放方向が設定されており、前記ケースは、前記蓄電装置用圧力開放弁が設けられた面と前記パックケースの内面との間隙が、前記蓄電装置用圧力開放弁が設けられていない面と前記パックケースの内面との間隙よりも大きくなるように前記パックケースに搭載されている。
この構成によれば、蓄電パック用圧力開放弁の圧力開放方向が重力方向の下向きのみとなる。このため、蓄電パックを、例えば車両などに搭載した場合に蓄電パック用圧力開放弁が開裂したときであっても、パックケースからの排出物が路面側に排出されるようになる。したがって、排出物を好適に排出することができる。

上記蓄電パックにおいて、前記蓄電装置用圧力開放弁は、圧力開放方向が重力方向の上向きとなる位置に設けられている。この構成によれば、蓄電装置用圧力開放弁を確実に開裂させることができる。
上記蓄電パックにおいて、前記パックケースには、前記蓄電装置の出力を制御する制御装置が収容されており、前記制御装置は、前記蓄電装置用圧力開放弁が設けられた面と前記パックケースの内面との間隙に設けられている。

上記蓄電パックにおいて、前記蓄電パック用圧力開放弁の開裂部は、前記パックケース内の空間に面している。この構成によれば、蓄電パック用圧力開放弁の開裂部にケースの内圧を確実に受圧させることができ、ケースの内圧に応じて適切なタイミングで開裂させることができる。

上記蓄電パックにおいて、前記被搭載物の好適な例としては、産業用車両を挙げることができる。この構成によれば、自動車などの車両に比べて運転席などの気密性が低い産業用車両において、排出物を好適に排出することができる。

上記蓄電パックにおいて、前記蓄電装置の好適な例としては、二次電池を挙げることができる。

本発明によれば、圧力開放弁の開裂に伴う排出物を好適に排出することができる。

蓄電パックを搭載した車両の側面図。 二次電池の外観を示す斜視図。 蓄電パックを示す図４の２−２線断面図。 蓄電パックを示す図３の１−１線断面図。

以下、蓄電パックの実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、走行駆動力を走行用モータＭ１で付与する産業用車両としてのフォークリフト１０には、走行用モータＭ１の電源として複数個の二次電池を収容した蓄電パックＰが搭載されている。フォークリフト１０の車体フレーム１１の上方には、運転席１２を有する収容室としての運転室１３が設けられている。そして、この実施形態において蓄電パックＰは、運転室１３の下方に位置するように車体フレーム１１に搭載されている。これにより、蓄電パックＰは、路面Ｒに近い位置に配置されることになる。

なお、蓄電パックＰは、フォークリフト１０に装備される荷役装置１４の駆動力を付与する荷役用モータＭ２の電源としても用いられる。この実施形態においてフォークリフト１０は、蓄電パックＰを搭載する被搭載物となる。

図２に示すように、蓄電パックＰに収容される蓄電装置としての二次電池１５は、ケース１６に電極組立体１７が収容されている。また、ケース１６には、電極組立体１７とともに電解液も収容されている。ケース１６は、有底筒状のケース本体１８と、当該ケース本体１８に電極組立体１７を挿入する開口部を閉塞する平板状の蓋体１９とからなる。ケース本体１８と蓋体１９は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム）である。また、本実施形態の二次電池１５は、リチウムイオン電池である。

電極組立体１７は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極を絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（アルミニウム箔）の両面に正極活物質を塗布して構成される。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質を塗布して構成される。そして、電極組立体１７は、複数の正極電極と複数の負極電極を交互に積層するとともに、両電極の間にセパレータを介在した積層構造とされている。また、電極組立体１７には、正極端子２０と負極端子２１が電気的に接続されている。これらの正極端子２０と負極端子２１の各一部分は、蓋体１９からケース１６外に突出している。

二次電池１５のケース１６は、ケース１６の内圧が上昇し過ぎないように、ケース１６の内圧が所定の圧力である開放圧を超えた場合に開裂することにより、ケース１６の内外を連通させる蓄電装置用圧力開放弁としての二次電池用圧力開放弁２２を有する。この実施形態において二次電池用圧力開放弁２２は、ケース１６の蓋体１９に位置している。二次電池用圧力開放弁２２の開放圧は、ケース１６自体やケース本体１８と蓋体１９の接合部に亀裂や、破断などが生じ得る前に開裂部２３が開裂し得る圧力に設定されている。

図３及び図４に示すように、蓄電パックＰはパックケース２５を備え、そのパックケース２５には複数個の二次電池１５が収容されている。パックケース２５は、図４に示すように、ケース本体２５ａとそのケース本体２５ａの開口部を閉塞する蓋体２５ｂとからなり、ケース本体２５ａと蓋体２５ｂは、例えば溶接などによって接合されている。これにより、パックケース２５は、密閉型ケースとなっている。

また、パックケース２５は、ケース内圧が上昇し過ぎないように、パックケース２５の内圧が所定の圧力である開放圧を超えた場合に開裂することにより、パックケース２５の内外を連通させる蓄電パック用圧力開放弁としてのパック用圧力開放弁２６を有する。この実施形態においてパック用圧力開放弁２６は、パックケース２５のケース本体２５ａであって、ケース本体２５ａの底壁２５ｃに位置している。パック用圧力開放弁２６の開放圧は、パックケース２５自体や、ケース本体２５ａと蓋体２５ｂの接合部に亀裂や破断などが生じ得る前に開裂部２７が開裂し得る圧力に設定されている。

蓄電パックＰ内において各二次電池１５は、パックケース２５のパック用圧力開放弁２６が設けられた底壁２５ｃとは反対側に二次電池用圧力開放弁２２が位置するように配置されている。これにより、各二次電池１５は、図４に示すように、二次電池用圧力開放弁２２が開裂した時の圧力開放方向Ｘが、パック用圧力開放弁２６が開裂した時の圧力開放方向Ｙとは逆方向となる。圧力開放方向Ｘ，Ｙは、排出物の排出方向でもある。

また、各二次電池１５は、図３に示すように、パック用圧力開放弁２６の開裂部２７から距離をおくように配置されている。これにより、パック用圧力開放弁２６の開裂部２７は、二次電池１５を収容した状態におけるパックケース２５内の空間Ｓに面することになる。つまり、各二次電池１５は、パックケース２５内において、パック用圧力開放弁２６の開裂部２７にパックケース２５の内圧が掛かるように配置されている。なお、パックケース２５内には、各二次電池１５の出力などを制御する制御装置２８も収容されている。

図４に示すように、蓄電パックＰは、パック用圧力開放弁２６の圧力開放方向Ｙが、車体下方側、つまり路面Ｒ側を向くように搭載される。このように搭載した場合、パックケース２５は、パック用圧力開放弁２６の圧力開放方向Ｙが重力方向の下向きとなる。また、この実施形態においてパック用圧力開放弁２６を有するパックケース２５の底壁２５ｃは、蓄電パックＰが被搭載物である車両（フォークリフト１０）に搭載された状態において重力方向下方に位置する下面となる。一方、パックケース２５に収容されている各二次電池１５の二次電池用圧力開放弁２２は、圧力開放方向Ｘが重力方向の上向きとなる。つまり、この実施形態において二次電池用圧力開放弁２２は、圧力開放方向Ｘが重力方向の上向きとなる位置に設けられている。

次に、本実施形態の作用を説明する。
蓄電パックＰの各二次電池１５の二次電池用圧力開放弁２２は、ケース１６の内圧を受圧している。そして、パックケース２５内に収容された二次電池１５のうち、ケース１６の内圧が二次電池用圧力開放弁２２の開放圧を越えた二次電池１５は、開裂部２３が開裂し、ケース１６の内圧をケース１６外に開放する。つまり、パックケース２５を密閉型とした場合、二次電池１５からの圧力はパックケース２５内に開放される。また、二次電池用圧力開放弁２２が開裂した二次電池１５からは、主に電解液やリチウム塩が分解あるいは気化したガスなどが排出物として排出される。

一方、パックケース２５の内圧は、二次電池１５の圧力開放によって高まる。また、パックケース２５内には、二次電池１５からの排出物が滞留する。そして、パックケース２５の内圧がパック用圧力開放弁２６の開放圧を越えると、開裂部２７が開裂し、パックケース２５の内圧をパックケース２５外に開放する。この実施形態においてパック用圧力開放弁２６は、図４に示すように路面Ｒ側を圧力開放方向Ｙとしている。このため、パックケース２５内に滞留されていた排出物は、路面Ｒ側に排出される。つまり、排出物は、運転室１３とは反対側に排出される。

したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）蓄電パックＰ内の排出物が路面Ｒ側に排出されるようにパック用圧力開放弁２６をパックケース２５の底壁２５ｃに設けている。このため、排出物は、運転室１３とは反対向きに排出されるようになる。したがって、排出物を好適に排出することができる。

（２）また、パック用圧力開放弁２６の開裂部２７は、パックケース２５の空間Ｓに面するように設けている。このため、開裂部２７は、パックケース２５の内圧を確実に受圧することができる。したがって、パック用圧力開放弁２６を、内圧に応じて適切なタイミングで開裂させることができる。

（３）また、二次電池用圧力開放弁２２は、その圧力開放方向Ｘが重力方向上向きとなるように、正極端子２０及び負極端子２１が突出する蓋体１９に設けている。このため、二次電池１５をパックケース２５に収容した場合であっても、二次電池用圧力開放弁２２の開裂部２３が塞がれることなく、確実に開裂させることができる。

（４）蓄電パックＰをフォークリフト１０に搭載している。フォークリフト１０などの産業用車両は、自動車などに比べて運転席などの気密性が低い。このため、パック用圧力開放弁２６の圧力開放方向Ｙを重力方向下向きとすることで、排出物が運転室１３側へ排出されることなく、好適に排出することができる。

（５）また、蓄電パックＰは、密閉型のパックケース２５に二次電池１５を収容して構成している。この場合の蓄電パックＰは、外部からの異物（埃など）の侵入を抑制することができる。このため、密閉型のパックケース２５による蓄電パックＰは、自動車などに比べて気密性の低い産業用車両（フォークリフト１０など）の電源として好適に用いることができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 蓄電パックＰを構成する二次電池１５の個数は任意に変更しても良い。また、二次電池１５は、パック用圧力開放弁２６の開裂部２７を覆わなければ、その配置や配列を任意に変更しても良い。

○ パックケース２５の構成は任意に変更しても良い。例えば、パックケース２５の底壁２５ｃと間隔を隔てて二次電池１５の載置棚を設けるとともに、二次電池１５の収容空間と、底壁２５ｃ及び載置棚の間の空間とを連通させ、パック用圧力開放弁２６にパックケース２５の内圧を受圧させるようにしても良い。

○ パック用圧力開放弁２６の配置は任意に変更しても良い。例えば、図３の場合、パック用圧力開放弁２６を底壁２５ｃの隅部のデッドスペースに配置しても良い。つまり、パック用圧力開放弁２６の配置は、開裂部２７でパックケース２５の内圧を受圧することができれば、どのように位置であっても良い。

○ パック用圧力開放弁２６の数は任意に変更しても良い。例えば、パックケース２５に２つ以上のパック用圧力開放弁２６を設けても良い。
○ 二次電池用圧力開放弁２２やパック用圧力開放弁２６が開放するのは、開放圧を越えた場合に開裂するときに限らず、開放圧以上のときであっても良い。あるいは、設計上の開放圧以下の場合に開きうるものであるからといって、本件の二次電池用圧力開放弁２２やパック用圧力開放弁２６とは異なることにはならない。

○ 二次電池用圧力開放弁２２はケース１６に設けられていれば良く、その位置は蓋体１９に限らず、ケース本体１８でも良い。また、二次電池１５をパックケース２５に収容する場合、二次電池用圧力開放弁２２の圧力開放方向Ｘが横向きであっても良い。

○ 蓄電パックＰを構成する二次電池１５の電極組立体１７は、積層構造に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回構造の二次電池でも良い。
○ 実施形態の蓄電パックＰは、車両電源装置として自動車に搭載しても良い。また、フォークリフトにおいてカウンタウエイト型のフォークリフトに限らず、運転室が立席タイプとなるリーチ型のフォークリフトに搭載しても良い。蓄電パックＰは、車両に限らず、定置用に適用しても良い。

○ また、自動車やフォークリフトなどの車両に蓄電パックＰを搭載する場合、その蓄電パックＰの配置は任意に変更しても良い。本実施形態の蓄電パックＰの場合、その配置としては、運転席などの座席の下部に限らず、例えば自動車であれば走行用モータなどを収容する収容室の下部や、荷物などを収容する収容室の下部などが考えられる。つまり、パック用圧力開放弁２６の圧力開放方向が、上記した収容室とは反対向きとなるように蓄電パックＰを配置することが好ましい。

○ 蓄電パックＰに収容する蓄電装置としては、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置でも良い。
○ 二次電池１５は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であっても良い。要は、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであれば良い。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）ケースと、前記ケースに収容された電極組立体、及び電解液と、前記ケースに設けられ、前記ケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記ケースの内外を連通させる蓄電装置用圧力開放弁と、を有する蓄電装置を、密閉したパックケース内に複数個収容した蓄電パックにおいて、前記パックケースには、収容室を有する被搭載物に搭載された状態において重力方向下方に位置する下面に、前記パックケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記パックケースの内外を連通させるとともに圧力開放方向が重力方向の下向きで、かつ前記収容室とは反対向きとなる蓄電パック用圧力開放弁を有することを特徴とする蓄電パック。

１０…フォークリフト、１５…二次電池、１６…ケース、１７…電極組立体、１８…ケース本体、１９…蓋体、２２…二次電池用圧力開放弁、２５…パックケース、２６…パック用圧力開放弁、２７…開裂部、Ｐ…蓄電パック、Ｓ…空間、Ｘ，Ｙ…圧力開放方向。

Claims (8)

1. ケースと、
   前記ケースに収容された電極組立体、及び電解液と、
   前記ケースに設けられ、前記ケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記ケースの内外を連通させる蓄電装置用圧力開放弁と、を有する蓄電装置を、密閉したパックケース内に複数個収容した蓄電パックにおいて、
   前記パックケースには、被搭載物に搭載された状態において重力方向下方に位置する下面に、前記パックケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記パックケースの内外を連通させることで前記蓄電装置用圧力開放弁の開放に伴って排出された排出物を外部に排出する蓄電パック用圧力開放弁を有し、
   前記蓄電パック用圧力開放弁は、重力方向の下向きのみに圧力開放方向が設定されており、
   前記蓄電装置は、前記蓄電装置用圧力開放弁の圧力開放方向が前記蓄電パック用圧力開放弁の圧力開放方向と異なる方向となるように前記パックケースに搭載されていることを特徴とする蓄電パック。
2. 前記ケースは、前記蓄電装置用圧力開放弁が設けられた面と前記パックケースの内面との間隙が、前記蓄電装置用圧力開放弁が設けられていない面と前記パックケースの内面との間隙よりも大きくなるように前記パックケースに搭載されている請求項１に記載の蓄電パック。
3. ケースと、
   前記ケースに収容された電極組立体、及び電解液と、
   前記ケースに設けられ、前記ケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記ケースの内外を連通させる蓄電装置用圧力開放弁と、を有する蓄電装置を、密閉したパックケース内に複数個収容した蓄電パックにおいて、
   前記パックケースには、被搭載物に搭載された状態において重力方向下方に位置する下面に、前記パックケースの内圧が開放圧を越えた場合に開放して前記パックケースの内外を連通させることで前記蓄電装置用圧力開放弁の開放に伴って排出された排出物を外部に排出する蓄電パック用圧力開放弁を有し、
   前記蓄電パック用圧力開放弁は、重力方向の下向きのみに圧力開放方向が設定されており、
   前記ケースは、前記蓄電装置用圧力開放弁が設けられた面と前記パックケースの内面との間隙が、前記蓄電装置用圧力開放弁が設けられていない面と前記パックケースの内面との間隙よりも大きくなるように前記パックケースに搭載されていることを特徴とする蓄電パック。
4. 前記蓄電装置用圧力開放弁は、圧力開放方向が重力方向の上向きとなる位置に設けられている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の蓄電パック。
5. 前記パックケースには、前記蓄電装置の出力を制御する制御装置が収容されており、
   前記制御装置は、前記蓄電装置用圧力開放弁が設けられた面と前記パックケースの内面との間隙に設けられている請求項４に記載の蓄電パック。
6. 前記蓄電パック用圧力開放弁の開裂部は、前記パックケース内の空間に面している請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の蓄電パック。
7. 前記被搭載物は、産業用車両である請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の蓄電パック。
8. 前記蓄電装置は、二次電池である請求項１〜請求項７のうち何れか一項に記載の蓄電パック。