JP6572692B2

JP6572692B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP6572692B2
Application number: JP2015177295A
Authority: JP
Inventors: 正博山田; 浩生植田; 加藤　崇行; 崇行加藤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: JP2017054668A

Description

本発明は、電池パックに関する。

筐体内の閉空間に電池モジュールが収容された電池パックにおいては、異常が生じた電池セルから放出される気体によって閉空間の内圧が上昇してしまう場合があり、そのような場合への対策が求められる。例えば、特許文献１には、筐体に設けられた開口部を閉塞部材で塞いでなる安全弁を備えた電池パックが記載されている。この安全弁では、閉空間の内圧が上昇した場合、閉塞部材が溶けることにより開口部が開放され、閉空間の内圧が低下する。

特開２０１４−１０７１７８号公報

上記特許文献１記載の電池パックでは、電池モジュールを収容するための開口部とは別の開口部を筐体に設けた上で、当該開口部を塞ぐための閉塞部材を別体で用意する必要がある。したがって、筐体の構成が複雑化することが課題となっている。

本発明は、筐体の構成を簡素化したまま安全弁としても機能させることができる電池パックを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る電池パックは、筐体内の閉空間に電池モジュールが収容された電池パックであって、閉空間の内圧が閾値を超えて上昇した場合に閉空間を開放する開放構造を備え、開放構造は、筐体の第１壁部と筐体の第２壁部とがシール部材を介して互いに突き合わされることによって構成され、第１壁部と第２壁部との突き合わせ面は、第１壁部の主面及び第２壁部の主面に対して傾斜している。

この電池パックは、筐体の第１壁部と第２壁部とが互いに突き合わせることによって構成された開放構造を備えている。この開放構造では、第１壁部と第２壁部との突き合わせ面が第１壁部の主面及び第２壁部の主面に対して傾斜しており、筐体内の閉空間の内圧が閾値を超えて上昇した場合には、第１壁部及び第２壁部の一方が筐体の内側から外側へ向かう方向へ変形し、閉空間が開放されることで閉空間の内圧を低下させる。このように、この電池パックでは、第１壁部と第２壁部とが互いに突き合わされてなる開放構造によって安全弁としての機能が実現されているため、従来技術のように安全弁を構成するための開口部を筐体に別途設ける必要がなく、そのような開口部を塞ぐための閉塞部材を用意する必要もない。したがって、筐体の構成を簡素化したまま安全弁としても機能させることができる。

電池パックは、筐体の内側から外側に向かう方向への第１壁部の変形を規制する変形規制部を更に備えていてもよい。これによれば、変形規制部によって第１壁部の変形を規制することで、第１壁部が変形を開始する閉空間の内圧の閾値の大きさを調整することができる。また、第１壁部の変形を規制したい位置に変形規制部を設けることで、筐体内の閉空間の内圧が閾値を超えて上昇した場合における閉空間の開放量又は開放位置を調節することができる。

変形規制部は、第１壁部の外面に沿って延在する第１部分と、第２壁部の外面に固定される第２部分と、を有する爪部材を含んで構成されていてもよい。これによれば、筐体の内側から外側に向かう方向へ第１壁部が変形した場合、第１壁部が第１部分に当接することで第１壁部の変形が規制される。このように、簡易な構成の爪部材によって第１壁部の変形を規制できることから、電池パックの構成を簡易化することが可能となる。

変形規制部は、第１壁部に設けられたリブを含んで構成されていてもよい。これによれば、簡易な構成のリブによって第１壁部の変形を規制できることから、電池パックの構成を簡易化することが可能となる。

第１壁部の厚さは、第２壁部の厚さよりも小さくなっていてもよい。これによれば、第１壁部が第２壁部よりも変形し易くなるため、筐体の内圧が閾値を超えて上昇した場合に第１壁部が変形するように容易に設計することができ、開放構造を好適に設けることが可能となる。

第２壁部に電池モジュールが固定されていてもよい。これによれば、第１壁部が第２壁部よりも変形し易くなるため、筐体の内圧が閾値を超えて上昇した場合に第１壁部が変形するように容易に設計することができ、開放構造を好適に設けることが可能となる。

第１壁部と交差して延びる第３壁部と、第２壁部と交差して延びる第４壁部とが締結部材によって互いに締結されており、第２壁部及び第４壁部の少なくとも一方に電池モジュールが固定されていてもよい。これによれば、締結前の状態において、第２壁部及び第４壁部に対して、第１壁部が組み付けられる側、及び第３壁部が組み付けられる側の両方が開放された状態となる。したがって、第２壁部及び第４壁部の少なくとも一方に電池モジュールを容易に組み付けることができ、組付性を向上することが可能となる。

本発明によれば、筐体の構成を簡素化したまま安全弁としても機能させることができる電池パックを提供できる。

実施形態の電池パックの斜視図である。図１のII-II線に沿っての断面図である。図２の要部拡大図である。第１変形例の電池パックの斜視図である。第２変形例の電池パックの断面図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。また、上下、左右、前後等の各方向は、図面に示された状態に基づく便宜的なものであり、使用態様を限定するものではない。

図１及び図２に示されるように、電池パック１は、電池モジュール１０と、電池モジュール１０を収容する筐体２０と、を備えている。電池モジュール１０は、所定の方向に配列された複数の電池セルを含んで構成されている。電池セルは、ケース内に電極組立体を収容してなる電池であり、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。

筐体２０は、例えば金属により直方体箱状に形成されている。筐体２０は、第１部材３０と、第２部材４０と、第３部材５０と、が組み合わされることによって構成されている。

図１及び図２に示されるように、第１部材３０は、長方形板状の上壁（第３壁部）３１と、上壁３１の左右辺部のそれぞれから上壁３１と垂直に延びる長方形板状の側壁（第１壁部）３２と、上壁３１の後側辺部から上壁３１と垂直に延びて各側壁３２に連続する長方形板状の後壁３３（図２を参照）と、を有している。上壁３１及び側壁３２は、前後方向と直交する断面において、略逆Ｕ字状をなしている。

図２に示されるように、第２部材４０は、長方形板状の底壁（第２壁部）４１と、底壁４１から底壁４１と垂直に延びる長方形板状の仕切壁（第４壁部）４２と、を有している。仕切壁４２は、底壁４１における左右方向の中央から延びている。第２部材４０は、前後方向と直交する断面において、略逆Ｔ字状をなしている。また、図１に示されるように、第３部材５０は、長方形板状の前壁５１を有している。

図２に示されるように、側壁３２の厚さＷ１は、底壁４１の厚さＷ２よりも小さくなっている。側壁３２の厚さＷ１は、例えば６ｍｍ程度となっており、底壁４１の厚さＷ２は、例えば２０ｍｍ程度となっている。第１部材３０を構成する上壁３１、側壁３２、及び後壁３３と、第３部材５０を構成する前壁５１とは、例えば互いに同一の厚さＷ１となっている。第２部材４０を構成する底壁４１と仕切壁４２とは、例えば互いに同一の厚さＷ２となっている。

筐体２０においては、第１部材３０と第２部材４０とが締結部材６１によって互いに締結されている。具体的には、側壁３２の先端面３２ａと底壁４１の先端面４１ａとが互いに突き合わされた状態となるように、上壁３１と仕切壁４２とが締結部材６１によって互いに締結されている。また、図１及び図２には表れていないが、底壁４１の後端面が後壁３３に突き当てられた状態となっている。底壁４１の後端面と後壁３３とは、例えばボルトによって締結されていてもよい。

さらに、第１部材３０及び第２部材４０と第３部材５０とが、締結部材６２によって互いに締結されている。具体的には、第１部材３０と第２部材４０との組付体における前側の開口が前壁５１によって塞がれるように、底壁４１及び仕切壁４２と前壁５１とが締結部材６２によって互いに締結されている。締結部材６１，６２は、例えばボルトである。

筐体２０内は密閉されており、仕切壁４２によって２つの閉空間Ｓに区切られている。この例では、これら２つの閉空間Ｓのそれぞれに電池モジュール１０が４つずつ収容されている。各閉空間Ｓにおいて、電池モジュール１０は上下２段、前後２列に配設されている。上段の電池モジュール１０は仕切壁４２に固定されており、下段の電池モジュール１０は底壁４１及び仕切壁４２に固定されている。

電池パック１の組み付け手順の一例を説明する。まず、第２部材４０の底壁４１及び仕切壁４２に電池モジュール１０が固定される。次いで、電池モジュール１０が固定された底壁４１及び仕切壁４２に対して、仕切壁４２を覆うように第１部材３０が組み付けられ、締結部材６１によって第１部材３０と第２部材４０とが互いに締結される。次いで、第１部材３０と第２部材４０との組付体における前側の開口が前壁５１によって塞がれるように第３部材５０が組み付けられ、締結部材６２によって第１部材３０及び第２部材４０と第３部材５０とが締結される。以上の手順により、電池パック１が得られる。

本実施形態の電池パック１は、開放構造７０を備えている。開放構造７０は、通常時には閉空間Ｓを閉鎖する一方で、閉空間Ｓの内圧が閾値を超えて上昇した場合に閉空間Ｓを開放する。電池モジュール１０を構成する電池セルは、異常が生じた場合に気体を放出する。例えば、過充電が生じた場合、電池セルの電解液に添加された過充電添加剤が反応することで気体（例えば、水素等）が発生し、ケースに設けられた弁が破断して気体が放出される。開放構造７０は、異常が生じた電池セルから放出される気体によって閉空間Ｓの内圧が所定の閾値を超えて上昇した場合に、当該閉空間Ｓの内圧を低下させる安全弁（圧力開放弁）として機能する。

図３に示されるように、開放構造７０は、側壁３２の先端面３２ａと底壁４１の先端面４１ａとがシール部材７５を介して互いに突き合わされることによって構成されている。この例では、開放構造７０は、先端面３２ａと先端面４１ａとで構成される突き合わせ面７１が前後方向に沿って延在するように、筐体２０における左下の角部及び右下の角部のそれぞれに設けられている。シール部材７５は、例えば樹脂によりシート状に形成されている。シール部材７５は、例えばエプトシーラー（登録商標）により構成されている。シール部材７５は、例えば先端面３２ａ又は先端面４１ａに貼り付けられている。

突き合わせ面７１は、側壁３２の主面及び底壁４１の主面に対して傾斜している。ここで、壁部の「主面」とは、当該壁部の側面のうち最も面積が大きい側面である。この例では、側壁３２の主面は左右方向に垂直な側面であり、底壁４１の主面は上下方向に垂直な側面である。すなわち、この例では、側壁３２の主面と底壁４１の主面とが互いに直交している。

突き合わせ面７１には、締結部材６１による締結によって上下方向に圧縮力が作用しており、この圧縮力により、シール部材７５が先端面３２ａと先端面４１ａとの間で圧縮されている。これにより、通常時には突き合わせ面７１における気密性が保たれている。

また、本実施形態の電池パック１は、筐体２０の内側から外側に向かう方向への側壁３２の変形を規制する変形規制部として、爪部材８０を備えている。図１に示されるように、爪部材８０は、突き合わせ面７１における後側の位置に２つ設けられている。

図３に示されるように、爪部材８０は、棒状の第１部分８１と、第１部分８１の先端から第１部分８１と垂直に延びる棒状の第２部分８２と、を有している。第２部分８２は、第１部分８１が側壁３２の外面に沿って延在した状態となるように、固定手段８３によって底壁４１の外面に固定されている。ここでは、固定手段８３はボルトであり、第２部分８２を底壁４１に対して締結している。固定手段８３は、例えばリベット等であってもよく、接着又は溶着等を用いた他の手段であってもよい。また、第１部分８１と側壁３２の外面とは接触していてもよく、第１部分８１と側壁３２の外面との間には僅かに隙間が空いていてもよい。

このように構成された開放構造７０では、２つの閉空間Ｓの少なくとも一方の内圧が閾値を超えて上昇した場合、上昇した内圧によって側壁３２の先端部分が筐体２０の内側から外側に向かう方向へ変形し、先端面３２ａが先端面４１ａから離間する。これにより、当該閉空間Ｓが開放され、当該閉空間Ｓの内圧が低下する。なお、上記所定の閾値は、例えば閉空間Ｓの内圧が上昇したことによって電池モジュール１０に不具合が生じる前に閉空間Ｓが開放される程度の大きさに設定されていてよい。

このとき、この例では、突き合わせ面７１における後側の位置に爪部材８０が設けられていることから、後側の領域においては側壁３２の変形が規制されており、閉空間Ｓが開放されない。すなわち、筐体２０の内側から外側に向かう方向へ側壁３２が変形した場合、側壁３２の先端部分が第１部分８１に当接することで側壁３２の変形が規制される。したがって、突き合わせ面７１における前側の領域において閉空間Ｓが開放されることとなる。

以上説明したように、本実施形態の電池パック１は、筐体２０の側壁３２と底壁４１とが互いに突き合わせることによって構成された開放構造７０を備えている。開放構造７０では、側壁３２と底壁４１との突き合わせ面７１が側壁３２の主面及び底壁４１の主面に対して傾斜しており、閉空間Ｓの内圧が閾値を超えて上昇した場合には、側壁３２及び底壁４１の一方が筐体２０の内側から外側へ向かう方向へ変形し、閉空間Ｓが開放されることで閉空間Ｓの内圧を低下させる。このように、電池パック１によれば、側壁３２と底壁４１とが互いに突き合わされてなる開放構造７０によって安全弁としての機能が実現されているため、従来技術のように安全弁を構成するための開口部を筐体２０に別途設ける必要がなく、そのような開口部を塞ぐための閉塞部材を用意する必要もない。したがって、筐体２０の構成を簡素化したまま安全弁としても機能させることができる。

また、電池パック１によれば、爪部材８０によって側壁３２の変形を規制することで、側壁３２が変形を開始する閉空間Ｓの内圧の閾値の大きさを調整することができる。また、側壁３２の変形を規制したい位置（本実施形態では、後側の位置）に爪部材８０を設けることで、閉空間Ｓの内圧が閾値を超えて上昇した場合における閉空間Ｓの開放量及び開放位置を調節（制御）することができる。また、電池パック１によれば、簡易な構成の爪部材８０によって側壁３２の変形を規制できることから、電池パック１の構成を簡易化することが可能となる。

また、電池パック１によれば、側壁３２の厚さＷ１が底壁４１の厚さＷ２よりも小さくなっており、側壁３２が底壁４１よりも変形し易くなっている。このため、筐体２０の内圧が閾値を超えて上昇した場合に側壁３２が変形するように容易に設計することができ、開放構造７０を好適に設けることが可能となる。

また、電池パック１によれば、底壁４１に電池モジュール１０が固定されており、側壁３２が底壁４１よりも変形し易くなっている。このため、筐体２０の内圧が閾値を超えて上昇した場合に側壁３２が変形するように容易に設計することができ、開放構造を好適に設けることが可能となる。

また、電池パック１では、側壁３２と垂直に延びる上壁３１と、底壁４１と垂直に延びる仕切壁４２とが締結部材６１によって互いに締結されており、底壁４１及び仕切壁４２の少なくとも一方に電池モジュール１０が固定されている。これにより、締結前の状態において、底壁４１及び仕切壁４２に対して、側壁３２が組み付けられる側（左側及び右側）、及び上壁３１が組み付けられる側（上側）の両方が開放された状態となる。これにより、例えば一方側のみが開放されている場合と比較して、自動組み付け用のロボットのアーム等のための作業スペースを確保することができる。したがって、底壁４１及び仕切壁４２の少なくとも一方に電池モジュール１０を容易に組み付けることができ、組付性を向上することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではない。

例えば、図４に示される第１変形例の電池パック１Ａのように変形規制部を構成してもよい。電池パック１Ａは、変形規制部として、側壁３２の外面に設けられたリブ８５を備えている。リブ８５は、側壁３２における後側の位置に２つ設けられている。２つのリブ８５は、上下方向に延びており、互いに平行に配置されている。

第１変形例の電池パック１Ａによっても、上記実施形態と同様に、筐体２０の構成を簡素化したまま安全弁としても機能させることができる。また、電池パック１Ａによれば、簡易な構成のリブ８５によって側壁３２の変形を規制できることから、電池パック１Ａの構成を簡易化することが可能となる。

また、図５に示される第２変形例の電池パック１Ｂのように筐体２０Ｂを構成してもよい。筐体２０Ｂでは、第１部材３０Ｂは、側壁３２を有し、第２部材４０Ｂは、底壁４１と、底壁４１から底壁４１と垂直に延びる長方形板状の側壁４３と、側壁４３から底壁４１と平行に延びる上壁４４と、を有している。第２部材４０Ｂは、前後方向と直交する断面において、略Ｃ字状をなしている。そして、側壁３２と上壁４４とが締結部材６１によって互いに締結されている。突き合わせ面７１には、締結部材６１による締結力によって左右方向に圧縮力が作用しており、この圧縮力により、シール部材７５が先端面３２ａと先端面４１ａとの間で圧縮されている。

第２変形例の電池パック１Ｂによっても、上記実施形態と同様に、筐体２０の構成を簡素化したまま安全弁としても機能させることができる。ただし、上述したように、上記実施形態のように構成した方が、電池モジュール１０を容易に組み付けることができ、組付性を向上することが可能となる点で有利である。

また、上記実施形態では、側壁３２の先端面３２ａ及び底壁４１の先端面４１ａの全体が傾斜面となっていたが、側壁３２を変形させたい位置（上記実施形態では、前側の位置）のみにおいて傾斜面となっていてもよい。すなわち、側壁３２の変形を規制したい後側の位置においては、先端面３２ａが側壁３２の主面と直交すると共に、先端面４１ａが底壁４１の主面と直交していてもよい。

また、上記実施形態では、互いに直交して延びる側壁３２と底壁４１との突き合わせ面７１に開放構造７０が形成されていたが、互いに同一の方向に延びる側壁３２と底壁４１との突き合わせ面に開放構造が設けられてもよい。すなわち、側壁３２の主面と底壁４１の主面とは、同一の平面上に位置していてもよく、或いは互いに交差していてもよい。また、上壁３１と側壁３２と後壁３３とは互いに交差していてもよく、底壁４１と仕切壁４２とは互いに交差していてもよい。

また、各壁部の厚さは上記の例に限られず、例えば各壁部が同一の厚さとなっていてもよい。また、電池モジュール１０の固定位置は上記の例に限られず、例えば上壁３１又は側壁３２等に電池モジュール１０が固定されていてもよい。ただし、上述したように、上記実施形態のように構成した方が、筐体２０の内圧が閾値を超えて上昇した場合に側壁３２が変形するように容易に設計することができ、開放構造を好適に設けることが可能となる点で有利である。

また、変形規制部は、爪部材８０及びリブ８５以外の構成によって実現されていてもよく、爪部材８０及びリブ８５の両方を含んで構成されていてもよい。あるいは、側壁３２の変形の規制が必要でない場合等には、変形規制部は設けられていなくてもよい。また、上記実施形態では、２つの爪部材８０が設けられていたが、爪部材８０は１つであってもよいし、３つ以上設けられていてもよい。この点はリブ８５についても同様である。

１，１Ａ，１Ｂ…電池パック、１０…電池モジュール、２０，２０Ｂ…筐体、３１…上壁（第３壁部）、３２…側壁（第１壁部）、４１…底壁（第２壁部）、４２…仕切壁（第４壁部）、６１…締結部材、７０…開放構造、７１…突き合わせ面、７５…シール部材、８０…爪部材（変形規制部）、８１…第１部分、８２…第２部分、８５…リブ（変形規制部）、Ｓ…閉空間。

Claims

筐体内の閉空間に電池モジュールが収容された電池パックであって、
前記閉空間の内圧が閾値を超えて上昇した場合に前記閉空間を開放する開放構造を備え、
前記開放構造は、前記筐体の第１壁部と前記筐体の第２壁部とがシール部材を介して互いに突き合わされることによって構成され、
前記第１壁部と前記第２壁部との突き合わせ面は、前記第１壁部の主面及び前記第２壁部の主面に対して傾斜しており、
前記第２壁部に前記電池モジュールが固定されている、電池パック。
前記筐体の内側から外側に向かう方向への前記第１壁部の変形を規制する変形規制部を更に備えている、請求項１記載の電池パック。
前記変形規制部は、前記第１壁部の外面に沿って延在する第１部分と、前記第２壁部の外面に固定される第２部分と、を有する爪部材を含んで構成されている、請求項２記載の電池パック。
前記変形規制部は、前記第１壁部に設けられたリブを含んで構成されている、請求項２又は３記載の電池パック。
前記第１壁部の厚さは、前記第２壁部の厚さよりも小さくなっている、請求項１〜４のいずれか１項記載の電池パック。
前記第１壁部と交差して延びる第３壁部と、前記第２壁部と交差して延びる第４壁部とが締結部材によって互いに締結されており、
前記第２壁部及び前記第４壁部の少なくとも一方に前記電池モジュールが固定されている、請求項１〜５のいずれか１項記載の電池パック。