JP6376273B2

JP6376273B2 - 電源装置

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Publication number: JP6376273B2
Application number: JP2017500478A
Authority: JP
Inventors: 橋本　裕之; 裕之橋本; 新吾越智; 達人堀内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2018-08-22
Anticipated expiration: 2035-07-07
Also published as: JPWO2016132404A1; WO2016132404A1; US10446818B2; US20170331089A1

Description

本発明は、電源装置に関する。

近年、ハイブリッドカーや電気自動車の動力用の電源として、複数の電池セルを備えた電源装置が搭載された電動車両が普及している。また、太陽電池等の発電装置と組み合わせた蓄電システムに用いられ、発電装置が発電した電力を蓄えるための電源装置なども知られている。これらの電源装置において、電池セルは、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池など、充放電可能な二次電池が使用される。

電池セルとしては、金属製の外装缶で構成される外装体を有する角形電池や、薄いラミネートフィルムで形成され、剛性の低い外装体を有するパウチ電池などが知られている。電池セルは異常な状態となった場合に、電池セルの内圧が上昇し、外装体内にガスが発生する。

角形電池の外装体は、一面を開放した有底の金属缶と、金属缶の解放面を閉塞する封口体とで構成される。封口体には、安全弁が設けられており、外装缶内の圧力が上昇すると、安全弁が開き、ガスを排出することができるようになっている。一方、パウチ電池の外装体は、一枚のラミネートフィルムで構成される。具体的には、極板等の発電要素をラミネートフィルムで包み、重なったラミネートフィルムを熱溶着することで四辺を封止して外装体が形成される。このような構成の電池セルの場合、電池セルの外装体の内圧が上昇すると、ラミネートフィルムの熱溶着部分が剥離したり、破断したりして、外装体内で発生したガスが排出される。そのため、パウチ電池の場合、ガスが排出される位置を特定することが難しい問題がある。

斯かる状況に鑑み、熱溶着部分のどこからガスが排出されるのかを特定することが可能なパウチ電池の構造も提案されている。例えば、下記特許文献に開示されるパウチ電池は、ラミネートフィルムを熱溶着する際、熱溶着する面積を変えるなどの方法により、意図的に熱溶着の接着の強度を低下させた箇所を設け、ラミネートフィルムの熱溶着部の一部にガス排出部が形成される。この構成では、外装体内の内圧が上昇すると、熱溶着部のうち、接着強度が低い箇所から熱溶着部分が剥離したり、破断したりするので、ガスが排出される位置を特定することが容易となる。

特開２０１３−１０５７４２号公報

一方で、電源装置の使途によっては、電池セルから排出されたガスを所定の場所へ導出できるように求められることがある。角形電池の場合、安全弁に密着して配置されるダクトを備える構成などが知られているが、パウチ電池の場合は、外装体が変形可能であるため、上述の構成を採用したとしても、ガス排出部とダクトとを気密性に接続することが難しい。

本願発明は、斯かる状況に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、パウチ電池のガス排出部とダクトとを気密に接続することが可能な構造を備えた電源装置を提供することにある。

本発明のある態様の電源装置は、ラミネートフィルムの外装体を有する１つまたは複数のパウチ電池と、前記１つまたは複数のパウチ電池を囲う収納部材とを備える。前記１つまたは複数のパウチ電池は、各々のパウチ電池が、前記ラミネートフィルムが熱溶着されて形成される熱溶着部と、前記熱溶着部の少なくとも一部に設けられるガス排出部と、を含んでいる。前記収納部材は、前記１つまたは複数のパウチ電池のガス排出部と連通される排出口を有している。

上述の電源装置の構成によると、パウチ電池の外装体から排出されたガスは、パウチ電池を囲う収納部材の排出口から排出される。収納部材は、排出口にダクトを接続することで、パウチ電池のガス排出部とダクトを連通することが可能となる。

本発明の第一実施形態における電源装置の斜視図である。図１の電源装置の分解斜視図である。図１の電源装置の断面図である。本発明の第一実施形態におけるパウチ電池の正面図である。本発明の第二実施形態における電源装置の正面側の斜視図である。図５の電源装置の背面側の斜視図である。図５の電源装置の分解斜視図である。図５の電源装置の断面図である。本発明の第二実施形態において、複数の電源装置の連結部の連結構造を説明するための斜視図である。本発明の第二実施形態におけるユニットモジュールの断面図である。図１０のユニットモジュールの分解斜視図である。本発明の第二実施形態における他の実施例のユニットモジュールの断面図である。図１２のユニットモジュールの分解斜視図である。

本発明の第一実施形態に係る電源装置１について、図１ないし図４に基づいて以下に詳述する。図１ないし図３に示す電源装置１は、複数のパウチ電池１０と、外形が筒状の収納部材２０と、収納部材２０に嵌合する一対の樹脂部材３０と、を備える。複数のパウチ電池１０は、収納部材２０の内側に配置される。パウチ電池１０としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の種々の二次電池を用いることができる。

図４に示すように、パウチ電池１０は、変形可能なラミネートフィルムで形成される外装体１１と、外装体１１内部に封入される発電要素と、発電要素が発電する電力を出力するための一対の電極タブ１２とを備える。発電要素は、電極体や電解液などが含まれる。電極タブ１２は、パウチ電池１０の出力端子であり、外装体１１の内部から外装体１１の外部へ導出される。

このタイプのパウチ電池は、電極体として、偏平状の巻回電極体や積層型電極体を備える構成が知られている。巻回電極体は、正極極板及び負極極板を、セパレータを介して巻回しこの後、プレスして偏平状に形成された電極体である。積層型電極体は、シート状の正極極板及び負極極板を、セパレータを介して積層して形成された電極体である。また、上述のラミネートフィルムとしては、例えば、樹脂層（ポリプロピレン）／接着剤層／アルミニウム合金層／接着剤層／樹脂層（ポリプロピレン）の５層構造からなるシート状の複合フィルムなどが知られている。

なお、本発明のある態様の電源装置において、電極体は、発電要素を外装体１１に封入できればよく、必ずしも上述の構成に限る必要はない。また、ラミネートフィルムも、種々の構造の複合フィルムを使用することができる。

図４に例示するパウチ電池１０は、一枚のラミネートフィルムの上に電極体を配置し、ラミネートフィルムを折りたたみ、折り返した辺以外の辺において、重なったラミネートフィルムを熱溶着して形成される。この構成により、外装体１１は、外装体の周縁の少なくとも一部に熱溶着部１３が形成される。具体的には、図３において、ハッチングが施された領域が熱溶着部１３に対応する。

熱溶着部１３は、外装体１１の両端に設けられる一対の導出部１５と、一対の導出部１５の間に設けられるガス排出部１４とを含んでいる。例えば、図４のパウチ電池では、二枚のラミネートフィルムの間に電極タブ１２を介在させた状態で熱溶着されることで、導出部１５が形成されている。パウチ電池１０は、それぞれの導出部１５から電極タブ１２が導出されており、電極タブ１２を介して、外装体１１内の発電要素が発電した電力を取り出すことができる。

ガス排出部１４は、熱溶着部１３の他の領域と比較して、接着の強度が弱くなるように、構成されている。例えば、図４のパウチ電池では、他の領域と比較して熱溶着される部分の面積の幅が狭くなるようにし、ラミネートフィルムを熱溶着することで、ガス排出部１４が形成されている。この構成によると、外装体１１の内圧が上昇した場合に、まず、ガス排出部１４の熱溶着された部分が剥離したり、破断したりすることになるため、パウチ電池のガス発生箇所を特定することができる。

図１に示すように、筒状の収納部材２０は、両端に開口部２１を有している。また、収納部材２０には、両端の開口部２１に設けられる開口に加えて、排出口２２が設けられている。排出口２２は、筒状の収納部材２０の側面に設けられる。収納部材２０は、金属等の硬い素材で形成され、比較的剛性が高くなるように構成されることが好ましい。

図２に示すように、収納部材２０は、一対のプレート２０ａを結合して形成することもできる。一対のプレート２０ａは、互いに重なり合うようにして嵌合されることで、プレート２０ａの間に配置された複数のパウチ電池１０が収納される。一対のプレート２０ａには、それぞれ切り欠きが設けられており、結合して収納部材２０を形成した際に、排出口２２が形成されるようになっている。なお、図２に例示した構成において、一対のプレート２０ａの嵌合部分にラビリンス構造を形成し、収納部材２０内の気密性を向上させる構成とすることもできる。また、２つのプレート２０ａの重なり合う部分を溶接することで気密性を高めることもできる。

収納部材２０に収納される複数のパウチ電池１０は、互いの幅広面を対向させた状態で積層されている。複数のパウチ電池１０は、所定の姿勢で積層されており、隣接するパウチ電池１０の電極タブ１２が近接すると共に、隣接するパウチ電池１０のガス排出部１４が近接するようになっている。積層された状態の複数のパウチ電池１０は、それぞれのパウチ電池のガス排出部１４が収納部材２０の排出口２２と対応する位置となるように、所定の姿勢で収納部材２０に収納される。

図１および図２に示すように、一対の樹脂部材３０は、それぞれ、収納部材２０の開口部２１に嵌合され、開口部２１の開口を覆うようになっている。また、樹脂部材３０は、パウチ電池１０の電極タブ１２を挿通するための貫通孔を有している。貫通孔には、電極タブ１２や導出部１５を含むパウチ電池１０の一部が挿入される。この構成により、パウチ電池１０は、収納部材２０の内側に収納された状態で、収納部材２０の外側へ電極タブ１２を導出させることができる。

なお、各々の樹脂部材３０と収納部材２０の内壁の間や、各々の樹脂部材３０の貫通孔の内壁とパウチ電池１０の間に、弾性体などのシール部材を配置することもできる。シール部材を配置することで、収納部材２０の気密性を向上させることができる。また、樹脂部材３０の貫通孔の内壁に配置されるシール部材は、パウチ電池１０の熱溶着部１３を挾持する位置に設ける構成とすることが好ましい。この構成により、導出部１５を構成するラミネートフィルムの接着強度を高めることができる。例えば、ガス排出部１４を備えるパウチ電池であっても、外装体１１の内圧が急激に上昇した場合などに、ガス排出部１４に加えて、導出部１５の熱溶着された部分が剥離したり、破断したりするおそれがあるが、上述の構成とすることで、熱溶着部１３のガス排出部１４以外の領域からガスが排出されることを防止できる。

以上の構成の電源装置１は、複数のパウチ電池１０のガス排出部１４を、収納部材２０の排出口２２の位置に対応させて配置される。この構成によると、パウチ電池から排出されるガスは、排出口２２に向けて排出される。収納部材２０と車両側のダクトなどを気密に連結することで、パウチ電池１０から排出されるガスをダクト内へ誘導することができる。ラミネートフィルムで形成された外装体のような剛性の低いものとダクトとを気密に連結することは難しいが、剛性の高い収納部材とダクトとを気密に連結することは比較的容易である。そのため、上述の電源装置は、比較的簡単な構造でありながら、パウチ電池１０から排出されるガスをダクト内へ誘導することができるようになっている。

なお、上述の構成において、シール部材等を介して、樹脂部材３０や収納部材２０等を気密に連結する構成を採用する場合には、必ずしも、ガス排出部１４を、収納部材２０の排出口２２の位置に対応させなくてもよい。この場合、パウチ電池のガス発生箇所を特定する必要がないので、ガス排出部の構成を簡略化することができる。例えば、ラミネートフィルムを均一の幅で熱溶着した外装体を備えるパウチ電池を採用することもできる。この構成の場合、熱溶着部の接着強度も均一となるため、熱溶着部全体がガス排出部１４となるが、収納部材２０内の気密性が高い場合には、収納部材２０の内部で発生したガスは、排出口２２から収納部材２０の外部へ排出される。

以上の構成により、収納部材２０は、内部に複数のパウチ電池１０を収納し、パウチ電池１０から排出されるガスを収納部材２０の排出口２２から排出させることができるようになっている。収納部材２０は、パウチ電池１０の外装体１１と比較して、形状の安定性が高く、パウチ電池から排出されるガスを所定の位置へ誘導するためのダクトを容易に接続することができる。収納部材２０とダクト等の部材を気密に接続することで、内圧が上昇してパウチ電池からガスが排出された場合でも、所定の位置へガスを誘導することができる。

次に、本発明の第二実施形態に係る電源装置について、図５ないし図１３に基づいて以下に詳述する。なお、第一実施形態と共通の構成の部材には、同一の符号を附して説明を省略する。図５ないし図８に示す電源装置は、複数のパウチ電池１０を収納するためのケース６０を備えている。ケース６０は、上面を開口する開口部を有する第１のケース体６１と、第１のケース体６１の開口部を閉塞する第２のケース体６２と、を含んでいる。第２のケース体６２は、上部にダクト部６３が設けられている。ダクト部６３は、ケース６０内に収納される複数のパウチ電池１０の積層方向に沿って延在している。

また、図５および図６に示すように、第２のケース体６２は、ダクト部６３の延在方向における両端面に、連結部６４が設けられている。それぞれの連結部６４は、互いにダクト部６３と連通する連結孔を有しているが、外形が異なる。具体的には、一対の連結部６４は、複数の第２のケース体６２のダクト部６３を連結できるように、それぞれの連結部６４が嵌合可能な形状に形成される。図９は、複数の電源装置１の連結部６４を連結した状態を図示している。図９に示すように、ケース６０を備えた複数の電源装置１を隣接して並べることで、それぞれの電源装置１のダクト部６３を直接連結することができる。そのため、それぞれの電源装置１のダクト部６３を連結するための部材を不要とすることができる。

図７および図８に示すように、ケース６０内には、複数のユニットモジュール７０が配置されており、各々のユニットモジュール７０には、複数のパウチ電池１０が含まれている。図７に例示されるユニットモジュール７０は、複数のパウチ電池１０と、パウチ電池１０のガス排出部１４を覆う保持体４０と、複数のパウチ電池１０および複数の保持体４０を収納する収納部材２０と、を備えている。

図１０および図１１に示すように、保持体４０は、２つの樹脂部材からなり、ガス排出部１４を除く熱溶着部１３の少なくとも一部を挾持するようになっている。保持体４０は、ガス排出部１４に対応する位置に設けられる貫通孔部４１を有する。上述の通り、収納部材２０の排出口２２は、収納部材２０内に収納されるパウチ電池のガス排出部１４に対応した位置に設けられている。そのため、図７に示すように、保持体４０が装着された状態のパウチ電池１０を収納部材２０内に配置することで、収納部材２０の排出口２２から保持体４０の貫通孔部４１が露出されるようになっている。また、保持体４０の厚さは、保持体４０で挾持された状態の複数のパウチ電池を収納部材２０の内部に収納した際に、収納部材２０の内壁に保持体が当接するような寸法とすることが好ましい。この構成によると、保持体４０が収納部材２０に収納された状態において、貫通孔部４１と収納部材２０の排出口２２との相対位置のずれを抑制することができる。

図１２および図１３の保持体４０は、図１０および図１１に示した保持体４０の変形例である。図１２および図１３に図示される保持体４０は、パウチ電池１０の周縁に沿って延在し、ガス排出部１４を除く熱溶着部１３を挾持するようになっている。この構成によると、ガス排出部１４を除く熱溶着部１３の接着強度を向上させることができ、熱溶着部１３のガス排出部１４以外の領域からガスが排出されることを防止できる。

図７および図８に示すように、第二実施形態における電源装置１は、第１のケース体６１と、第２のケース体６２と、複数のユニットモジュール７０と、第２のケース体６２とユニットモジュール７０の間に配置される弾性部材５０と、を備える。複数のユニットモジュール７０は、保持体４０の貫通孔部４１を上面に向ける姿勢で、第１のケース体６１の開口部から挿入される。弾性部材５０は、貫通孔部４１の貫通孔の開口縁に沿って延在するように、貫通孔部４１に配置される。図７に例示される弾性部材５０は、開口が形成されたシート状の部材が対応する。第２のケース体６２は、複数のユニットモジュール７０が配置された状態の第１のケース体６１と連結される。

図８に示すように、第２のケース体６２は、保持体４０の貫通孔部４１と対応する位置にダクト部６３が設けられている。弾性部材５０は、保持体４０の貫通孔部４１と第２のケース体６２の間に位置している。この構成により、ダクト部６３と保持体４０の貫通孔部４１とを気密に連結することができる。

なお、保持体４０は、上述の構成により、パウチ電池１０のガス排出部１４の上方に位置する貫通孔部４１の貫通孔の周縁に、フラット面を形成することができるようになっている。また、保持体４０は、パウチ電池１０の外装体１１と比較して、剛性が高い。そのため、弾性部材５０を保持体４０に向けて押し付けるようにダクトを配置することで、容易にダクトと保持体４０の貫通孔部４１とを気密に連結することができる。

以上の構成によると、パウチ電池１０のガス排出部１４から排出されたガスは、収納部材２０の排出口２２を介して、第２のケース体６２のダクト部６３に誘導される。ダクト部６３に流入したガスは、ダクト部６３にも受けられた連結部６４の連結孔から排出される。そのため、連結部６４に連結ホースなどを接続することで、容易にパウチ電池から排出されるガスを所定の位置へ誘導することができる。

以上、本発明を二つの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各々の構成要素や各々の処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１電源装置、１０パウチ電池、１１外装体、１２電極タブ、１３熱溶着部、１４ガス排出部、１５導出部、２０収納部材、２１開口部、２２排出口、３０樹脂部材、４０保持体、４１貫通孔部、５０弾性部材、６０ケース、６１第１のケース体、６２第２のケース体、６３ダクト部、６４連結部、７０ユニットモジュール

Claims

ラミネートフィルムの外装体を有する１つまたは複数のパウチ電池であって、各々のパウチ電池が、前記ラミネートフィルムが熱溶着されて形成される熱溶着部と、前記熱溶着部の少なくとも一部に設けられるガス排出部と、を含んでいる該１つまたは複数のパウチ電池と、
前記１つまたは複数のパウチ電池を囲い、かつ、両端が開口されている収納部材であって、前記収納部材が、前記１つまたは複数のパウチ電池のガス排出部と連通される排出口を有している、該収納部材と、
両端に形成され設けられた開口を閉塞するように、前記収納部材に連結される一対の樹脂部材と、
を備える電源装置。
請求項１に記載の電源装置において、
前記ガス排出部は、前記熱溶着部の他の領域と比較して、熱溶着されている部分の面積の幅が狭いことを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置において、
前記１つまたは複数のパウチ電池は、
各々のパウチ電池が、発電要素と、前記発電要素と接続される一対の電極タブと、前記熱溶着部の一部に設けられ、前記一対の電極タブを前記外装体の外部へ導出する一対の導出部と、を含み、
前記ガス排出部は、前記一対の導出部の間に位置することを特徴とする電源装置。
請求項３に記載の電源装置において、
前記一対の樹脂部材は、それぞれの樹脂部材が、前記一対の電極タブのうち対応する電極タブを前記収納部材の外部へ導出するための貫通孔を有しており、前記貫通孔の内壁に沿ってシール部材が設けられていることを特徴とする電源装置。
請求項１または請求項２に記載の電源装置において、
さらに、前記収納部材内に配置される１つまたは複数の保持体であって、各々の保持体
が、前記１つまたは複数のパウチ電池のうちの対応するパウチ電池に対して、前記ガス排出部を覆うとともに、前記熱溶着部の少なくとも一部を挾持しており、かつ、前記ガス排出部に対応する位置に設けられる貫通孔部を含んでいる該１つまたは複数の保持体を備え、
前記収納部材は、前記貫通孔部を前記排出口に対応させる姿勢で前記１つまたは複数の保持体を収納しており、前記排出口から前記１つまたは複数の保持体の前記貫通孔部を露出させることを特徴とする電源装置。
請求項５に記載の電源装置において、
さらに、上面を開口する開口部を有する第１のケース体と、該開口部を閉塞する第２のケース体と、を備え、
前記収納部材は、前記第１のケース体と前記第２のケース体の間に配置されており、
前記第２のケース体は、前記収納部材の排出口と連通されるダクト部を有することを特徴とする電源装置。
請求項６に記載の電源装置において、
さらに、前記ダクト部と前記１つまたは複数の保持体との間に配置され、前記１つまたは複数の保持体の前記貫通孔部の貫通孔に沿って位置する弾性部材を備えることを特徴とする電源装置。
請求項６または請求項７に記載の電源装置において、
前記第２のケースは、前記ダクトの延在方向における両端面に設けられ、かつ、前記ダクト部と連通する連結孔を有する一対の連結部を有し、
前記一対の連結部は、複数の第２のケースのダクト部を連結できるように、それぞれの連結部が嵌合可能な形状に形成されることを特徴とする電源装置。