JP6255151B2 - バッテリパック - Google Patents

Description

本発明は、バッテリパックに関する。

一般的に、二次電池は、充電および放電ができ、繰り返し使用可能な電池であって、１つのバッテリセルからなり、携帯電話、ノートパソコン、コンピュータ、カメラ、カムコーダなどの携帯用小型電子機器に使用される。または、複数のバッテリセルを含むバッテリパックからなり、高出力のハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）などのモータ駆動用電源として使用される。

前記バッテリパックは、高出力のモータ駆動用電源に用いられ、充電または放電動作により多くの熱を発生させる。この熱はバッテリセルを劣化させることがある。このため、車両内部の空気を冷媒として用いる構造のバッテリパックが使用されている。

日本特許公開第２０１０‐２０５５０９号 大韓民國特許公開第２００６‐００２７６７４号

しかし、このような構造のバッテリパックが車両の室内またはトランクルームに搭載された場合、バッテリセルの発熱、発火や異常動作によってバッテリセルから発生した有害な成分の気体や粉塵が車両の室内に急速に流入することがある。この場合、車両運転者の視野が妨げられることによる交通事故や有害気体の吸入による身体損傷などの深刻な問題が発生することがあった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より安全性が向上した、新規かつ改良されたバッテリパックを提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明のある観点によれば、ベント部を有し、一方向に整列された複数のバッテリセルと、複数の前記バッテリセルを覆うカバーとを備えた少なくとも１つのバッテリモジュールを含み、前記カバーは、前記ベント部を覆う脱気カバーと、前記脱気カバー上部のカバープレートとを備え、前記脱気カバーの少なくとも一部分が、前記カバープレートより剛性が低いバッテリパックが提供される。

前記脱気カバーは、前記ベント部に対応する第１面上に開口した領域（キャビティ（ｃａｖｉｔｙ））を備え、前記開口した領域は、前記第１面に対向する第２面により形成されるが、前記第２面は、前記カバープレートより剛性が低くてもよい。

前記開口した領域は、前記ベント部から排出されたガスを収容するように形成されてもよい。

前記バッテリパックは、前記バッテリセルの上部に絶縁部材をさらに含み、前記絶縁部材は、前記ベント部に対応する部分に複数の開口部を備え、前記脱気カバーは、前記絶縁部材と接触してもよい。

前記脱気カバーは、前記脱気カバーの貫通孔を介して連結された排出孔を有する排出部を含んでもよい。

前記開口部は、前記ベント部から前記貫通孔にガスの通路を形成してもよい。

前記排出孔は、互いに向かい合う一対として形成されてもよい。

前記バッテリパックは、前記バッテリセルの端子を連結するバスバーと、前記端子を覆うバスバーカバーとをさらに含み、前記バスバーカバーは、前記カバープレートより高い剛性を有してもよい。

前記脱気カバーと前記バスバーカバーとは、一体に形成されてもよい。

前記カバープレートは、前記バスバーカバーに締結されてもよい。

前記バッテリセルの両端には、第１エンドプレートと第２エンドプレートとが備えられ、前記脱気カバーは、前記脱気カバーの両端において第１締結部と第２締結部とを含み、前記第１および第２締結部は、それぞれ前記第１および第２エンドプレートに装着されてもよい。

前記第１エンドプレートは、前記第１締結部に連結される第１突出部を含み、前記第２エンドプレートは、前記第２締結部に連結される第２突出部を含んでもよい。

前記バッテリパックは、前記第１エンドプレートと第２エンドプレートとの間に少なくとも１つのサイドプレートをさらに含んでもよい。

前記バスバーカバーは、前記サイドプレートに締結される連結部を含んでもよい。

前記バッテリパックは、前記バッテリモジュールを収容するハウジングをさらに含んでもよい。

前記ハウジングは、冷媒を収容し、ハウジングに流入させるインレットと、前記冷媒をハウジングから排出するアウトレットとを含んでもよい。

前記バッテリパックは、前記冷媒をインレットから前記アウトレットに流動させる換気ファンをさらに含んでもよい。

前記ベント部から排出されたガスは、前記アウトレットに向かう方向において少なくとも１つのバッテリモジュールから排出されてもよい。

前記脱気カバーまたは前記カバープレートは、１つ以上のベント部が破壊された際に、ハウジング内にガスを放出させてもよい。

前記バッテリパックは、２つの隣接する前記バッテリセルの間には、少なくとも１つのバリアをさらに含み、前記バッテリセルのいずれか１つに対応する側面と向かい合う少なくとも１つのバリアの側面上に複数のスペーサが位置してもよい。

以上説明したように本発明によれば、より安全性が向上したバッテリパックを提供することができる。

本発明の実施形態にかかるバッテリパックを概略的に示す斜視図である。 図１のバッテリパックに含まれるバッテリモジュールを概略的に示す斜視図である。 図２の分解斜視図である。 図３のバッテリモジュールに含まれるトップカバーの一部分の底面図である。 図１のバッテリパックにおいて冷媒として使用される車両室内の空気およびバッテリセルから発生する有害気体の流れを概略的に示す模式図である。

その他実施形態の具体的な事項は、詳細な説明および図面に含まれている。

本発明の利点および特徴、そして、それらを達成する方法は、添付した図面とともに詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になるはずである。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現可能である。以下の説明において、ある部分が他の部分に連結されているとする時、これは、直接的に連結されている場合のみならず、その中間に別の素子を挟んで電気的に連結されている場合をも含む。また、図面において、本発明と関係のない部分は、本発明の説明を明確にするために省略し、明細書全体にわたり、類似の部分については同一の図面符号を付した。

以下、添付した図面を参照して、本発明について説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかるバッテリパックを概略的に示す斜視図であり、図２は、図１のバッテリパックに含まれるバッテリモジュールを概略的に示す斜視図であり、図３は、図２の分解斜視図であり、図４は、図３のバッテリモジュールに含まれるトップカバーの一部分の底面図であり、図５は、図１のバッテリパックにおいて冷媒として使用される車両室内の空気およびバッテリセルから発生する有害気体の流れを概略的に示す模式図である。

図１〜図５を参照すれば、本発明の好ましい実施形態にかかるバッテリパック１は、気体が排出されるベント部１３を有し、一方向に整列された複数のバッテリセル１０を備えた少なくとも１つのバッテリモジュール１００と、前記ベント部１３を覆う脱気カバー１２３、および前記脱気カバー１２３の上部に配置されるカバープレート１２１を備えるトップカバー１２０とを含み、前記脱気カバー１２３の少なくとも一部分が、前記カバープレート１２１より剛性が低い材質からなる。なお、上記実施形態では材質によって剛性の差を生じさせたが、本発明は係る例に限定されない。剛性の差は材質以外に、形状又は板厚などによって生じさせてもよい。

図１および図５を参照すれば、本発明のバッテリパック１は、少なくとも１つのバッテリモジュール１００を収容するハウジング１３０をさらに備える。ハウジング１３０には、インレットＩおよびアウトレットＯが備えられる。ハウジング１３０の内部に収容されたバッテリモジュール１００は、バッテリセル１０の狭い側面が対面するように整列される。

一方、バッテリモジュール１００とカバープレート１２１との間には、脱気カバー１２３に連結され、バッテリセル１０の正極端子１１、負極端子１２およびバスバー１５を収容するバスバーカバー１２５がさらに備えられる。ここで、カバープレート１２１は、バスバーカバー１２５より剛性の低い材質からなる。なお、上記実施形態では材質によって剛性の差を生じさせたが、本発明は係る例に限定されない。剛性の差は材質以外に、形状又は板厚などによって生じさせてもよい。

図１〜図３を参照すれば、バッテリセル１０の上部には、脱気カバー１２３を備えるトップカバー１２０が配置され、バッテリセル１０のベント部１３と脱気カバー１２３との間には、ガスケットなどの材料からなる一体型絶縁部材１４０が配置される。前記絶縁部材１４０は、ベント部１３に対応する部分に複数の開口部１４１を備えた一体型であり、開口部１４１の大きさは、ベント部１３の大きさより大きくてもよい。

一方、カバープレート１２１は、カバープレート１２１に形成されたカバープレート締結孔１２１ａおよびカバープレート締結部材１２１ｂを介して下部のバスバーカバー１２５に連結される。

バッテリセル１０は、開口部を備える電池ケースと、前記開口部を密閉するキャッププレート１４とを含んでもよい。前記電池ケースは、正極板および負極板、これら極板の間に介在したセパレータからなる電極組立体と、電解液とを収容する。前記キャッププレート１４の両端には、正極板に連結される正極端子１１と、負極板に連結される負極端子１２とが外部に突出した形態で備えられる。前記電極組立体を構成する正極板および負極板は、電解液と反応してエネルギーを発生させ、前記エネルギーは、正極端子１１および負極端子１２を介して外部に伝達される。

また、キャッププレート１４の正極端子１１と負極端子１２との間には、ベント部１３が備えられている。前記ベント部１３は、バッテリセル１０の内部で発生した気体の圧力が所定以上の場合に、気体がバッテリセル１０から排出される通路の役割を果すため、バッテリセル１０が内圧により破損することを防止する。

バッテリセル１０は、複数個が一方向に整列して具備される。この時、バッテリセル１０は、互いに離れて配置された一対の第１エンドプレート１１１と第２エンドプレート１１２との間に、広い側面が互いに対向するように並んで整列するように収容される。一対の第１エンドプレート１１１と第２エンドプレート１１２は、最外郭のバッテリセル１０とそれぞれ面接触するように配置され、複数のバッテリセル１０を内側に加圧する。

本発明の一実施形態において、バッテリセル１０の対向する狭い側面は、サイドプレート（ブラケット）１１３により収容される。一方、サイドプレート１１３は、一対の第１エンドプレート１１１と第２エンドプレート１１２の一端および他端に連結され、前記複数のバッテリセル１０の両側面を支持することができ、バッテリセル１０の底面も支持することができる。

ここで、第１エンドプレート１１１に形成された第１エンドプレート締結孔１１１ａと、サイドプレート１１３に形成された第１サイドプレート締結孔１１３ａとは、互いに対面して第１サイドプレート締結部材１１３ｂによって締結され、前記締結により第１エンドプレート１１１はサイドプレート１１３と締結される。また、第２エンドプレート１１２に形成された第２エンドプレート締結孔１１２ａと、サイドプレート１１３に形成された第１サイドプレート締結孔１１３ａとは、互いに対面して第１サイドプレート締結部材１１３ｂによって締結され、前記締結により第２エンドプレート１１２はサイドプレート１１３と締結される。

前記複数のバッテリセル１０の中心部には、ベント部１３が備えられており、前記ベント部１３は、整列されたバッテリセル１０に沿って略一線上に位置する。隣り合う２つのバッテリセル１０の正極端子１１および負極端子１２は、ニッケルなどで形成されたバスバー（ｂｕｓ−ｂａｒ）１５を介して電気的に連結される。バスバー１５には、正極端子１１および負極端子１２が貫通可能なホールが備えられ、前記端子を貫通させて連結したバスバー１５は、ナット１６などの部材によって固定される。前記バッテリセル１０の連結構造および個数は、バッテリモジュール１００の設計に応じて多様に変形可能である。

また、バッテリセル１０とバッテリセル１０との間には、バリア１１５を配置してもよい。前記バリア１１５には、スペーサ１１５ａが備えられ、隣り合う複数のバッテリセル１０を離隔し、前記バッテリセル１０間の空間を形成することで、バッテリセル１０を冷却させる冷媒の移動通路を提供することができる。

図３および図４を参照すれば、脱気カバー１２３の内部は一方向に開口した六面体の形態であり、前記脱気カバー１２３は、開口した面がベント部１３に向かうように絶縁部材１４０に載置される。前記脱気カバー１２３の開口した面と向かい合う対向面１２３ａは、カバープレート１２１より剛性の低い材質からなる。なお、上記実施形態では材質によって剛性の差を生じさせたが、本発明は係る例に限定されない。剛性の差は材質以外に、形状又は板厚などによって生じさせてもよい。この時、絶縁部材１４０の幅は脱気カバー１２３の幅よりも広いことが、気体の漏れをなくすために好ましい。脱気カバー１２３は、絶縁部材１４０と密接に接触して気体の流路を形成する。

また、脱気カバー１２３の一側には、排出部１２３ｃが突出し、貫通孔１２３ｂによって気体の流路を連結する。前記排出部１２３ｃの両側末端には、気体を排出する排出孔１２３ｄが備えられる。脱気カバー１２３の第１締結部１２３ｅは第１エンドプレート１１１の突出部１１１ｂと、第２締結部１２３ｆは第２エンドプレート１１２の突出部１１２ｂとそれぞれ締結される。

前記脱気カバー１２３に連結されたバスバーカバー１２５は、バッテリセル１０の正極端子１１、負極端子１２、バスバー１５およびナット１６を収容するように上部および下部が穿孔された隔壁の形態を有する。一方、バスバーカバー１２５の一側には、前記バスバーカバー１２５に隣接して第１バスバーカバー締結孔１２５ａが形成される。前記第１バスバーカバー締結孔１２５ａは、カバープレート１２１のカバープレート締結孔１２１ａと互いに対面してカバープレート締結部材１２１ｂを介して締結される。また、バスバーカバー１２５の他側には、前記バスバーカバー１２５に隣接して第２バスバーカバー締結孔１２５ｂが形成される。前記第２バスバーカバー締結孔１２５ｂは、サイドプレート１１３に形成された第２サイドプレート締結孔１１３ｃと互いに対面して第２サイドプレート締結部材１１３ｄを介して締結される。これにより、トップカバー１２０のバスバーカバー１２５とバッテリモジュール１００下部のサイドプレート１１３とが締結される。

通常、バッテリセル１０は、充電および放電の際に、熱を発生させることがある。複数のバッテリセル１０を含むバッテリパック１は、高出力のモータ駆動用電源に用いられ、充電または放電動作により多くの熱を発生させる。この熱はバッテリセル１０の温度を増加させ、バッテリセル１０の性能を低下させるだけでなく、安全性においても問題となり得る。このため、図５のように、車両内部Ｃの空気を冷媒として使用することがバッテリセル１０の冷却において有利である。

点線の矢印で表示された車両内部Ｃの空気は、インレットＩに流入し、バッテリパック１の内部に配置された複数のバッテリセル１０の間を通り、バッテリセル１０を冷却することができる。流入した車両内部Ｃの空気は、バッテリモジュール１００の周辺または複数のバッテリセル１０の間を通り、車両外部Ｅに連結されたアウトレットＯに排出される。一方、前記アウトレットＯには、冷媒の排出を補助する換気ファン１５０が連結され、冷媒の排出をより円滑に行うことができる。

前記充電または放電動作によりバッテリセル１０から過度の熱が発生したりバッテリセル１０が異常動作をしたりした場合、バッテリセル１０のベント部１３が破裂することがある。この場合、バッテリセル１０から発生した有害な成分の気体や粉塵は、実線で表示した矢印方向のように、脱気カバー１２３の気体流路に沿って誘導された後に排出孔１２３ｄから排出され、バッテリパック１は、バッテリモジュール１００の段階においても気体排出構造を有するようになる。その後、最終的に前記気体または粉塵はアウトレットＯから車両外部Ｅに排出される。

これとは異なり、複数のバッテリセル１０のベント部１３が破裂した場合、トップカバー１２０をなすカバープレート１２１、バスバーカバー１２５および脱気カバー１２３のうち、最も剛性の低い材質からなる脱気カバー１２３が破裂する。前記気体または粉塵はハウジング１３０の内部に直接排出され、最終的に前記気体または粉塵はアウトレットＯから車両外部Ｅに排出される。また、非常に多いバッテリセル１０のベント部１３が破裂する場合には、カバープレート１２１、バスバーカバー１２５および脱気カバー１２３のうち、最も剛性の低い材質からなる脱気カバー１２３が破裂し、次に、脱気カバー１２３よりは剛性が高いが、バスバーカバー１２５よりは剛性の低い材質からなるカバープレート１２１が破裂する。前記気体または粉塵はハウジング１３０の内部に直接排出され、最終的に前記気体または粉塵はアウトレットＯから車両外部Ｅに排出される。この場合、バッテリパック１は、バッテリモジュール１００の段階ではなく、バッテリパック１の段階においても気体排出構造を有するようになる。なお、上記実施形態では材質によって剛性の差を生じさせたが、本発明は係る例に限定されない。剛性の差は材質以外に、形状又は板厚などによって生じさせてもよい。

このように、剛性が互いに異なる構成をトップカバー１２０に適用してバッテリパック１レベルの気体排出構造を実現することにより、多くのバッテリセル１０のベント部１３が破裂した場合においても、車両内部Ｃに有害気体や粉塵が流入する危険性を排除し、車両外部Ｅに迅速に排出されるようにすることができる。本発明にかかるバッテリパックは、特に、ハイブリッド車両または電気車両などのモータ駆動源として特に適用可能である。

本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者ならば、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更しなくても、他の具体的な形態で実施可能であることは理解可能である。そのため、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであって、係る実施形態に限定されないと理解しなければならない。本発明の範囲は、上記の詳細な説明ではなく後述する特許請求の範囲により示される。特許請求の範囲、およびその均等の概念から導き出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。

１：バッテリパック
１０：バッテリセル
１１：正極端子
１２：負極端子
１３：ベント部
１４：キャッププレート
１５：バスバー
１６：ナット
１００：バッテリモジュール
１１１：第１エンドプレート
１１２：第２エンドプレート
１１３：サイドプレート
１１５：バリア
１１５ａ：スペーサ
１２０：トップカバー
１２１：カバープレート
１２３：脱気カバー
１２３ｂ：貫通孔
１２３ｃ：排出部
１２３ｄ：排出孔
１２５：バスバーカバー
１３０：ハウジング
１４０：絶縁部材
１５０：換気ファン
Ｉ：インレット
Ｏ：アウトレット

Claims (17)

1. ベント部を有し、一方向に整列された複数のバッテリセルと、複数の前記バッテリセルを覆うカバーとを備えた少なくとも１つ以上のバッテリモジュールと、
   前記バッテリモジュールを収容し、冷媒を内部に流入させるインレット、および前記冷媒を外部に排出するアウトレットを備えたハウジングと、
   を含み、
   前記カバーは、前記ベント部を覆い、前記ベント部側が開口した六面体の形状を有する脱気カバーと、前記脱気カバー上部のカバープレートと、を備え、前記脱気カバーおよび前記カバープレートは、同じ材質であり、
   前記脱気カバーは、貫通孔を介して連結され、前記ハウジングの内部に気体を排出する排出孔を有する排出部を含み、前記脱気カバーの少なくとも一部分が、前記カバープレートより板厚が薄く、
   前記複数のバッテリセルが有する前記ベント部が破裂した場合、前記脱気カバーが破裂することを特徴とするバッテリパック。
2. 前記脱気カバーは、前記ベント部側の開口面と対向する面の板厚が前記カバープレートより薄いことを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
3. 前記ベント部側の開口は、前記ベント部から排出されたガスを収容するように形成されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリパック。
4. 前記バッテリセルの上部に絶縁部材をさらに含み、前記絶縁部材は、前記ベント部に対応する部分に複数の開口部を備え、前記脱気カバーは、前記絶縁部材と接触することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のバッテリパック。
5. 前記開口部は、前記ベント部から前記貫通孔にガスの通路を形成することを特徴とする請求項４に記載のバッテリパック。
6. 前記排出孔は、互いに向かい合う一対に形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
7. 前記バッテリセルの端子を連結するバスバーと、前記端子を覆うバスバーカバーとをさらに含み、前記バスバーカバーは、前記カバープレートと同じ材質であり、前記バスバーカバーは、前記カバープレートより厚い板厚を有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のバッテリパック。
8. 前記脱気カバーと前記バスバーカバーとは、一体に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のバッテリパック。
9. 前記カバープレートは、前記バスバーカバーに締結されていることを特徴とする請求項７または８に記載のバッテリパック。
10. 前記バッテリセルの両端には、第１エンドプレートと第２エンドプレートとが備えられ、前記脱気カバーは、前記脱気カバーの両端において第１締結部と第２締結部とを含み、前記第１および第２締結部は、それぞれ前記第１および第２エンドプレートに装着されることを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載のバッテリパック。
11. 前記第１エンドプレートは、前記第１締結部に連結される第１突出部を含み、前記第２エンドプレートは、前記第２締結部に連結される第２突出部を含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリパック。
12. 前記第１エンドプレートと第２エンドプレートとの間に少なくとも１つのサイドプレートをさらに含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載のバッテリパック。
13. 前記バスバーカバーは、前記サイドプレートに締結される連結部を含むことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリパック。
14. 前記冷媒を前記インレットから前記アウトレットに流動させる換気ファンをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
15. 前記ベント部から排出されたガスは、前記アウトレットに向かう方向において少なくとも１つのバッテリモジュールから排出されることを特徴とする請求項１または１４に記載のバッテリパック。
16. 前記脱気カバーまたは前記カバープレートは、１つ以上のベント部が破壊された際に、ハウジング内にガスを放出させることを特徴とする請求項１、１４、１５のいずれか一項に記載のバッテリパック。
17. ２つの隣接する前記バッテリセルの間には、少なくとも１つのバリアをさらに含み、前記バッテリセルのいずれか１つに対応する側面と向かい合う少なくとも１つのバリアの側面上に複数のスペーサが位置することを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載のバッテリパック。
    

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