JP6396678B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電池パックに関し、より詳しくは排煙ダクトと温度センサを備えた電池パックに関する。

特許文献１は、安全弁を有する複数の電池が積層されてなる電池スタックと、電池の内部短絡等により安全弁から排出されるガスを外部に導くための排煙ダクトとを備えた電池パックを開示している。当該電池パックでは、電池の温度を検出する温度センサが排煙ダクトの近傍に設けられている。なお、特許文献２は、冷却風が流通する流路内に温度センサが配置された電池パックを開示している。

特開２０１０−８０１３５号公報 特開２００３−１８７７７２号公報

ところで、電池の表面温度は安全弁の近傍において高くなり易いため、温度センサは、安全弁の近傍に設けることが好適である。また、温度センサは、安全弁から排出される高温ガスの温度も検出可能とすべく、排煙ダクト内に設けることが特に好適である。しかし、排煙ダクトは電池パックの外部と連通しているため、排気ダクト内に温度センサを設けると、ダクトの排気口から外気が流入して温度センサにあたり、温度検出の精度が低下する場合がある。特に、車両に搭載された電池パックの場合、車両走行時に外気が排煙ダクト内に流入し易く、検出値が不安定になり易い。

本発明に係る電池パックは、安全弁を有する複数の電池が積層されてなる電池スタックと、前記安全弁から排出されるガスを電池パックの外部に導くための排煙ダクトと、前記排煙ダクト内に設置され、前記複数の電池の一部の電池の温度を検出するとともに、前記安全弁から排出される高温ガスの発生を検出する温度センサとを備えた電池パックであって、前記排煙ダクトには、少なくとも前記温度センサのダクト排気口側を覆う防風壁が設けられており、前記排煙ダクトは、前記複数の電池の一方面側に配置され、前記複数の電池の積層方向に沿って長くなっており、前記排煙ダクト内に配置された取付ユニットであって、基部と、前記基部の下側に形成されたセンサ設置部とを含む取付ユニットを備え、前記温度センサは、前記センサ設置部に差し込まれ下端の測温部が前記一部の電池の一方面に接触するように前記センサ設置部から突出しており、前記防風壁は、前記基部において、前記センサ設置部の周囲であって前記ダクト排気口側の底面から下方に突出した第１壁部と、前記第１壁部から連続して前記排煙ダクトの長手方向に沿って配置され、前記センサ設置部の前記長手方向に対して直交する方向の一方側を覆う第２壁部とを含むＬ字状のパネルである。

本発明に係る電池パックにおいて、前記温度センサは、前記防風壁によって、又は前記防風壁と前記排煙ダクトの側壁とによって、ダクト上流側（前記ダクト排気口側と反対側）を除く周囲が覆われていることが好適である。

本発明に係る電池パックによれば、電池の安全弁の近傍であって排煙ダクト内に温度センサが設置されているため、電池温度の上昇を検出し易く、また安全弁から排出される高温ガスを迅速に検出することができる。さらに、排煙ダクトには、温度センサの少なくともダクト排気口側を覆う防風壁が設けられているため、排煙ダクトに流入する外気の影響を抑えて良好な温度検出精度を確保することができる。

本発明の実施形態の一例である電池パックを示す図である。 図１のＡＡ線断面図である。 図１のＢ部拡大図である。 本発明の実施形態の一例であるセンサ設置部及び防風壁を抜き出して示す図（正面図）である。 本発明の実施形態の一例であるセンサ設置部及び防風壁を抜き出して示す図（下から見た斜視図）である。

本発明の実施形態の一例について、以下詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本明細書において、「略＊＊」との記載は、略同一を例に挙げて説明すると、全く同一はもとより実質的に同一と認められるものを含む意図である。以下では、説明の便宜上、電池の安全弁が設けられる側を電池パック（電池スタック・電池）の「上」とするが、電池パックの各構成要素と方向との関係は限定されない。複数の電池が積層される方向及び上下方向に直交する方向を横方向（又は左右方向）とする。

実施形態では、電池パックが車両に搭載されるものとして説明する。当該車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車が例示できる。実施形態の電池パックは、例えば車両の動力源となるモーターに電力を供給する電力源として用いられる。

以下、図１及び図２を参照しながら、本発明の実施形態の一例である電池パック１０について詳細に説明する。図１は電池パック１０を示す図である。図１ではアッパーカバー１２及びロアーカバー１３を二点鎖線で示している。図２は図１のＡＡ線断面図である。

図１及び図２に示すように、電池パック１０は、スタックアッシー１１と、アッパーカバー１２と、ロアーカバー１３とを備える。アッパーカバー１２及びロアーカバー１３は、スタックアッシー１１を覆うカバーであって、当該２つのカバーによりスタックアッシー１１の略全体が覆われ当該アッシーを収容するケースが構成される。例えば、アッパーカバー１２は、スタックアッシー１１の天面及び一部の側面を覆い、ロアーカバー１３は、スタックアッシー１１の底面及び一部の側面を覆う。ケース内に収容されるスタックアッシー１１の個数は、特に限定されず、１つであってもよいし、複数（例えば、２つ）であってもよい。

スタックアッシー１１は、複数の電池２１が積層されてなる電池スタック２０と、当該スタックの電池２１同士を電気的に接続するバスバーモジュール３０とを備える。図１に示す例では、略直方体形状の電池２１を一の方向に多数積層して電池スタック２０を構成しており、当該一の方向が電池スタック２０の長手方向となる。バスバーモジュール３０は、電池スタック２０の天面２０ａ上に設けられ、例えばモジュールの躯体であるフレーム３１（図２参照）と、配線用部材である端子接続部３２（図２参照）と、端子接続部３２等を覆うカバー３３とを有する。

電池スタック２０を構成する各電池２１は、それぞれ＋端子、−端子である端子２３，２４（図２参照）を有する。端子２３，２４は、例えば電池２１の天面２１ａにおいて後述の安全弁２２の左右にそれぞれ設けられる。複数の電池２１は、電池スタック２０の長手方向に沿って端子２３，２４が交互に並ぶように、隣り合う電池２１間で左右の向きを逆にして配置されることが好ましい。バスバーモジュール３０の端子接続部３２は、複数の電池２１を直列に接続することが好適であり、例えば隣接する一方の電池２１の端子２３と、他方の電池２１の端子２４とを接続する。

電池スタック２０は、２つの電池２１の間に仕切り部材２５（図１参照）を有することが好適である。仕切り部材２５は、樹脂等の絶縁材料で構成され、スペーサとして機能する。また、仕切り部材２５は、冷却風等の冷媒を流すための流路を有することが好ましい。本実施形態では、仕切り部材２５の上端が、電池２１の天面２１ａよりも上方に突出している。

電池スタック２０の長手方向両端には、例えば図示しないエンドプレートが配置される。本実施形態では、電池スタック２０の天面２０ａ側に２本の拘束ロッド２６が、底面２０ｂ側に２本の拘束ロッド２７（図２参照）がそれぞれ設けられている。拘束ロッド２６，２７は、例えば電池スタック２０の長手方向に延び、両端部が各エンドプレートにそれぞれ取り付けられる。各拘束ロッドは、各エンドプレートを電池２１に押し付ける力（拘束力）を付与する。

電池スタック２０を構成する電池２１の個数は、特に限定されず、要求される出力等に応じて適宜設定できる。電池２１は、例えばニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池、電気二重層コンデンサ等のコンデンサであり、好ましくは二次電池である。電池２１は、内部短絡等により電池内部でガスが発生して内圧が上昇した場合に開く安全弁２２を有する。本実施形態では、各電池２１の天面２１ａの略中央に安全弁２２が設けられている。安全弁２２は、例えば電池２１の外装体の厚みを局所的に薄くすることで形成され、電池２１の内圧が所定の閾値を超えると破断するように設計されている。

本実施形態では、２本の拘束ロッド２６が互いに間隔をあけて安全弁２２の左右にそれぞれ配置されている。アッパーカバー１２には拘束ロッド２６に係合する脚部１２ａ（図２参照）が設けられており、脚部１２ａを拘束ロッド２６に取り付けることで、アッパーカバー１２と、電池スタック２０の天面２０ａと、２本の拘束ロッド２６との間に、後述の排煙ダクト１４が形成される。

図１及び図２に示すように、電池パック１０は、電池２１の安全弁２２から排出される高温ガスを電池パック１０の外部に導くための排煙ダクト１４と、当該ダクト内に設置された温度センサ１５とを備える。

排煙ダクト１４は、複数の電池２１が積層される方向（電池スタック２０の長手方向）に沿って延び、１つのダクト排気口１４ａを有することが好適である。本実施形態では、上記のように、電池スタック２０の天面２０ａとアッパーカバー１２との間に設けられた隙間が排煙ダクト１４となる。排煙ダクト１４は、例えば長手方向一端にダクト排気口１４ａを有し、長手方向他端が閉じられている。排煙ダクト１４は、ダクト排気口１４ａ以外に開口部を有さず、上記高温ガスの略全てが１つのダクト排気口１４ａのみから車外に排気されるように設計されることが好ましい。以下では、ダクト排気口１４ａが設けられる排煙ダクト１４の長手方向一端側を「ダクト下流側」、排煙ダクト１４の長手方向他端側を「ダクト上流側」という。

温度センサ１５は、排煙ダクト１４内において、安全弁２２の近傍の電池表面温度を検出可能とすべく、安全弁２２の近傍に位置する天面２１ａに測温部が接触した状態で設けられることが好適である。温度センサ１５には、従来公知のセンサを用いることができ、例えばサーミスタが用いられる。温度センサ１５が検出した電池２１の温度は、例えば図示しない制御装置に送信されて電池パック１０等の制御に使用される。また、温度センサ１５は、安全弁２２から排出されて排煙ダクト１４を流れる高温ガスの温度を検出する。

本実施形態では、バスバーモジュール３０の温度センサ取り付けユニット３４（以下、「取り付けユニット３４」という）が排煙ダクト１４内に配置され、当該ユニットのセンサ設置部３６に温度センサ１５が設けられる。また、２本の拘束ロッド２６が排煙ダクト１４の側壁となり、各ロッドの間隔が排煙ダクト１４の幅を規定する。拘束ロッド２６と、アッパーカバー１２、電池スタック２０との間に隙間が存在する場合は、当該隙間を塞ぐシール部材を設けてもよい。２本の拘束ロッド２６は、互いに略平行に設けられることが好適である。これにより、略一定の幅を有する排煙ダクト１４が形成される。

取り付けユニット３４は、上記のように、排煙ダクト１４内に配置される。取り付けユニット３４は、拘束ロッド２６を超えて排煙ダクト１４内に延びる連結部３７によって、例えばフレーム３１に接続される。取り付けユニット３４をバスバーモジュール３０と一体化することにより、スタックアッシー１１の組み付けが容易になる。

取り付けユニット３４は、例えば排煙ダクト１４の長手方向に沿って延びる基部３５と、基部３５の一部に設けられたセンサ設置部３６とを有する。基部３５は、幅方向断面が略コの字形状を有し、排煙ダクト１４の略全長に亘って設けられる。温度センサ１５のケーブルは、基部３５内を通って電池パック１０の外部に引き出される。

取り付けユニット３４は、排煙ダクト１４の幅方向中央に配置されてもよいが、好ましくは一方の拘束ロッド２６と接するように、即ち排煙ダクト１４の側壁と接するように配置される。これにより、例えば安全弁２２から排出される高圧ガスの流れをスムーズにし、また後述するように排煙ダクト１４の側壁が防風壁として機能するため防風壁３８を少なくすることができる。取り付けユニット３４の幅は、好ましくは排煙ダクト１４の幅の３０％以下である。

センサ設置部３６は、少なくとも排煙ダクト１４の下流側に設けられる。センサ設置部３６は、ダクト排気口１４ａの近傍であって、例えばダクト排気口１４ａから排煙ダクト１４の長さの１０％以下の範囲に設けられる。これにより、安全弁２２から排出される高温ガスを迅速に検出することができる。温度センサ１５は、全ての電池２１に設置することも可能ではあるが、コスト削減等の観点から一部の電池２１に設置することが好ましい。例えば、排煙ダクト１４の長手方向両端近傍及び中間部の３箇所にセンサ設置部３６が設けられる。

センサ設置部３６の形状は、温度センサ１５の形状等に応じて適宜変更可能である。センサ設置部３６は、例えば基部３５の底面に設けられ、温度センサ１５が差し込み可能な構造を有する。センサ設置部３６上には、例えば温度センサ１５のケーブルを保護するために、カバー３９が設けられる。以下では、センサ設置部３６のうち拘束ロッド２６に略接する面を背面部、背面部と反対側に位置する面を正面部という。

以下、図３〜図５をさらに参照し、温度センサ１５が取り付けられるセンサ設置部３６周りの構造について詳説する。図３は図１のＢ部（センサ設置部３６の近傍）を拡大して示す図である。図４及び図５はセンサ設置部３６及び防風壁３８を抜き出して示す図であり、図４はセンサ設置部３６を正面部側から見た図、図５はセンサ設置部３６を下から見た斜視図である。

図３〜図５に示すように、排煙ダクト１４には、少なくとも温度センサ１５のダクト排気口１４ａ側を覆う防風壁３８が設けられている。防風壁３８は、ダクト排気口１４ａから排煙ダクト１４内に流入する外気が温度センサ１５にあたることを抑制し、良好な温度検出精度を確保する役割を果たす。温度センサ１５は取り付けユニット３４のセンサ設置部３６に取り付けられるため、防風壁３８はセンサ設置部３６の周囲に設けられる。防風壁３８は、センサ設置部３６の周囲に位置する基部３５の底面から下方に向かって突出したパネルである。

防風壁３８は、例えば外気の影響を受け易い排煙ダクト１４の下流側に位置するセンサ設置部３６の周囲のみに設けてもよいが、好ましくは全てのセンサ設置部３６の周囲に設けられる。図１に示す例では、各センサ設置部３６を覆う各防風壁３８が互いに略同一の形状を有するが、各防風壁３８の形状は互いに異なっていてもよい。

防風壁３８は、センサ設置部３６（温度センサ１５）の周囲のうち、少なくともセンサ設置部３６のダクト排気口１４ａ側（ダクト下流側）に設けられる。さらに、防風壁３８は、センサ設置部３６の正面部を覆うように設けられることが好適である。一方、センサ設置部３６のダクト上流側には、防風壁３８を設けないことが好適である。本実施形態では、センサ設置部３６の背面部が排煙ダクト１４の側壁に略接して配置されているため、当該側壁が防風壁として機能する。

つまり、防風壁３８及び排煙ダクト１４の側壁によって、ダクト上流側を除くセンサ設置部３６の周囲が囲まれている。これにより、ダクト排気口１４ａから流入する外気の大部分が温度センサ１５にあたることを防止できると共に、例えば防風壁３８の隙間からセンサ設置部３６の周囲に入り込んだ外気の一部は、センサ設置部３６の周囲で気流渦を作ることなくダクト上流側に流れる。また、安全弁２２から排出されてダクト下流側に流れる高温ガスは、防風壁によって遮断されないため、高温ガスの迅速な検出が可能である。

防風壁３８は、全体として略Ｌ字形状を有し、センサ設置部３６のダクト下流側に位置する第１壁部３８ａと、排煙ダクト１４の側壁と略平行に設けられ、センサ設置部３６の正面部を覆う第２壁部３８ｂとを含むことが好適である。第１壁部３８ａと第２壁部３８ｂとがセンサ設置部３６側に対してなす角度は、例えば流入する外気の流れをスムーズにして気流渦の発生を抑制するために、９０°よりも大きな角度であることが好ましい。第１壁部３８ａは、排煙ダクト１４の側壁と略接する位置まで延びることが好ましい。

防風壁３８は、例えば２つの電池２１に跨って設けられている。上記のように、隣り合う電池２１の間には天面２１ａよりも上方に突出した仕切り部材２５が配置されているため、防風壁３８の第２壁部３８ｂには、仕切り部材２５を避けるための凹部３８ｃが形成されている。第１壁部３８ａ及び第２壁部３８ｂは、少なくとも仕切り部材２５の上端よりも下方に延びていることが好適である。一方、防風壁３８と天面２１ａとの間には、隙間を設けることが好適である。これにより、例えば電池表面への温度センサ１５の接触が妨げられることなく、センサ設置部３６の周囲における高温ガスの流通性を確保しながら、温度検出に対する外気の影響を抑制できる。

以上のように、上記構成を備えた電池パック１０によれば、排煙ダクト１４内に温度センサ１５が設置されているため、電池２１の温度上昇を検出し易く、また安全弁２２から排出される高温ガスを迅速に検出することができる。一方、排煙ダクト１４は車外と連通しているため、車両走行時には排煙ダクト１４の内外で気圧差が発生して（ダクト内が低い）、ダクト内に外気が流入し易くなり温度検出精度を低下させる一因となる。電池パック１０によれば、温度センサ１５を覆う防風壁３８を備えるため、外気の影響を抑えて良好な温度検出精度を確保することができる。

電池パック１０では、ダクト上流側を除くセンサ設置部３６の周囲が防風壁３８等で囲まれているため、センサ設置部３６の周囲で気流渦が発生することなく、外気が温度センサ１５にあたることを大幅に抑制できる。センサ設置部３６のダクト上流側を含む全周囲に防風壁を設けた場合は、防風壁を全く設けない場合と比べて、温度センサ１５に外気があたることを抑制できる。一方、ダクト上流側が開放されている場合と比べると、センサ設置部３６の周囲で気流渦が発生し易くなり、外気が温度センサ１５にあたり易くなる。

上記実施形態は適宜設計変更可能であり、上述した以外にも種々の変形例が考えられる。例えば、上記実施形態ではアッパーカバー１２、拘束ロッド２６を利用して排煙ダクト１４を形成する例を示したが、安全弁２２上を覆う壁を別途設けて排煙ダクトを形成してもよい。また、アッパーカバー１２又は電池スタック２０の天面２０ａに、温度センサ１５の取り付け構造及び防風壁を設けることも可能である。

１０ 電池パック、１１ スタックアッシー、１２ アッパーカバー、１２ａ 脚部、１３ ロアーカバー、１４ 排煙ダクト、１４ａ ダクト排気口、１５ 温度センサ、２０ 電池スタック、２０ａ，２１ａ 天面、２０ｂ 底面、２１ 電池、２２ 安全弁、２３，２４ 端子、２５ 仕切り部材、２６，２７ 拘束ロッド、３０ バスバーモジュール、３１ フレーム、３２ 端子接続部、３３，３９ カバー、３４ 温度センサ取り付けユニット、３５ 基部、３６ センサ設置部、３７ 連結部、３８ 防風壁、３８ａ 第１壁部、３８ｂ 第２壁部、３８ｃ 凹部。

Claims (2)

1. 安全弁を有する複数の電池が積層されてなる電池スタックと、
   前記安全弁から排出されるガスを電池パックの外部に導くための排煙ダクトと、
   前記排煙ダクト内に設置され、前記複数の電池の一部の電池の温度を検出するとともに、前記安全弁から排出される高温ガスの発生を検出する温度センサと、
   を備えた電池パックであって、
   前記排煙ダクトには、少なくとも前記温度センサのダクト排気口側を覆う防風壁が設けられており、
   前記排煙ダクトは、前記複数の電池の一方面側に配置され、前記複数の電池の積層方向に沿って長くなっており、
   前記排煙ダクト内に配置された取付ユニットであって、基部と、前記基部の下側に形成されたセンサ設置部とを含む取付ユニットを備え、
   前記温度センサは、前記センサ設置部に差し込まれ下端の測温部が前記一部の電池の一方面に接触するように前記センサ設置部から突出しており、
   前記防風壁は、前記基部において、前記センサ設置部の周囲であって前記ダクト排気口側の底面から下方に突出した第１壁部と、前記第１壁部から連続して前記排煙ダクトの長手方向に沿って配置され、前記センサ設置部の前記長手方向に対して直交する方向の一方側を覆う第２壁部とを含むＬ字状のパネルである、電池パック。
2. 請求項１に記載の電池パックにおいて、
   前記第１壁部と前記第２壁部とのなす角度が９０度より大きくなるように、前記第１壁部は前記第２壁部に対し傾斜している、電池パック。

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