JP6801784B2

JP6801784B2 - 車両搭載用の電池パック

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Publication number: JP6801784B2
Application number: JP2019521987A
Authority: JP
Inventors: 学福岡
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2038-04-05
Also published as: US20200106066A1; MY181277A; JPWO2018221002A1; WO2018221002A1; EP3633761B1; US11133557B2; EP3633761A4; CN110710018A; EP3633761A1; CN110710018B

Description

本発明は、車両搭載用の電池パックに関する。

電気自動車などの車両に搭載される電池パックは、単電池がパックケース内に収納されている。何らかの原因によって単電池内においてガスが発生し、単電池の内圧が異常上昇した場合には、単電池からパックケース内にガスが排出される（特許文献１を参照）。

特開２００８−２５１３０８号公報

単電池から排出されるガスは高温である。ガスはパックケース内の上部に向けて直接上昇するため、パックケースの上部が高温となる。このため、パックケースの上部に近接して配置された車載部品、例えば、樹脂部品やスペアタイヤなどが熱的な劣化を受ける虞がある。

本発明は、単電池からガスが排出されたときにパックケースの上部が高温になることを抑制できる車両搭載用の電池パックを提供することを目的とする。

本発明に係る車両搭載用の電池パックは、単電池がモジュールケース内に収納され、前記モジュールケースにおける特定の面を前記単電池から排出されたガスを放出するガス放出面に設定した電池モジュールと、前記電池モジュールが収納されるパックケースと、前記ガス放出面から放出されたガスが前記パックケース内の上部に向けて直接上昇することを抑制する規制板と、を有する。前記電池モジュールは、前記ガス放出面が前記パックケースの側壁部の内面に空間部を隔てて向かい合うように収納されている。前記規制板は、前記ガス放出面の少なくとも上端縁よりも上方の高さ位置において前記側壁部に向けて突出する第１板部と、前記第１板部の突出方向の先端縁に連続し前記空間部において下方に向けて伸びている第２板部と、を有する。

車両搭載用の電池パックの要部を示す斜視図である。電池パックを示す平面図である。電池パックの要部を模式的に示す断面図である。図２における４Ａ−４Ａ線に沿う断面図である。図２における４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図である。規制板の変形例を示す断面図である。規制板の変形例を示す断面図である。電池モジュールを示す斜視図である。図６に示される電池モジュールの一部を分解して示す斜視図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図面において、同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面において、各部材の大きさや比率は、実施形態の理解を容易にするために誇張し、実際の大きさや比率とは異なる場合がある。

図に付したＸ−Ｙ−Ｚ軸は、車両搭載用の電池パックの方位を示している。Ｘ軸（車両後方がプラス、前方向がマイナス）は車両前後方向を、Ｙ軸は車両幅方向（左右方向）を、Ｚ軸は上下方向をそれぞれ示している。

図１は、車両搭載用の電池パック１０の要部を示す斜視図、図２は、電池パック１０を示す平面図、図３は、電池パック１０の要部を模式的に示す断面図である。図４Ａは、図２における４Ａ−４Ａ線に沿う断面図、図４Ｂは、図２における４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図である。図６は、電池モジュール１００を示す斜視図、図７は、図６に示される電池モジュール１００の一部を分解して示す斜視図である。

図１、図２、図３、図４Ａ、図４Ｂを参照して、車両搭載用の電池パック１０は、概説すると、単電池１１０がモジュールケース１２０内に収納され、モジュールケース１２０における特定の面を単電池１１０から排出されたガスを放出するガス放出面１４０に設定した電池モジュール１００と、電池モジュール１００が収納されるパックケース２００と、を有する。電池パック１０はさらに、ガス放出面１４０から放出されたガスがパックケース２００内の上部に向けて直接上昇することを抑制する規制板４００を有する。なおここで、ガスがパックケース２００内の上部に向けて直接上昇するとは、ガスがガス放出面１４０から放出された後、下降することなくそのまま上昇することを意味する。電池モジュール１００は、ガス放出面１４０がパックケース２００の側壁部２０１の内面に空間部２４０を隔てて向かい合うように収納されている。規制板４００は、ガス放出面１４０の少なくとも上端縁１４３よりも上方の高さ位置において側壁部２０１に向けて突出する第１板部４１０と、第１板部４１０の突出方向の先端縁４１１に連続し空間部２４０において下方に向けて伸びている第２板部４２０と、を有する。図１に示すように、複数個の電池モジュール１００は、車両幅方向（Ｙ軸）および車両前後方向（Ｘ軸）の両方向に並列配置してパックケース２００に収納されている。なお、車両幅方向に沿って配列された電池モジュール１００の列を、車両前方側（図２、図３においては図中左側）から順に、第１列、第２列、第３列、および第４列という。以下、詳述する。

図６および図７を参照して、電池モジュール１００は、扁平な複数の単電池１１０を積層してなる積層体１１０Ｓがモジュールケース１２０内に収納されている。本実施形態の電池モジュール１００は、モジュールケース１２０における向かい合った一対の面がガス放出面１４０に設定されている。図６および図７において左手前側の面および右奥側の面がガス放出面１４０である。単電池１１０から排出されたガスは、左手前側のガス放出面１４０、および右奥側のガス放出面１４０から放出される。図示するモジュールケース１２０は、４枚の板部材から構成され、積層体１１０Ｓを加圧する加圧ユニットとしても機能する。複数の単電池１１０は、モジュールケース１２０によって加圧された状態において、バスバユニット１３０によって電気的に接続される。

単電池１１０は、例えば正極板と負極板とをセパレータを介して積層して形成した発電要素を、電解質と共にラミネートフィルムによって形成された袋状の外装体内部に封止した、平面視で方形の電池本体と、外装体内部で発電要素に接続された正負極の出力端子であって、電池本体の一辺から外装体外部に導出した正負極の電極タブとを備えたリチウムイオン二次電池である。単電池１１０は、電池本体の電極タブを備えた側が一対の第１スペーサ１１４によって支持され、電池本体の電極タブを備えていない側が一対の第２スペーサ１１５によって支持された状態において積層される。

モジュールケース１２０は、積層体１１０Ｓの各々の単電池１１０の発電要素（図示せず）を上下から加圧する上部加圧板１２１と下部加圧板１２２、および積層体１１０Ｓを加圧した状態の上部加圧板１２１および下部加圧板１２２を固定する一対の側板１２３を含んでいる。上部加圧板１２１は、電池モジュール１００をパックケース２００に対して固定する締結ボルトを挿入するロケート孔１２１ｂを備えている。ロケート孔１２１ｂは、貫通孔からなり、上部加圧板１２１の四隅に開口している。下部加圧板１２２は、上部加圧板１２１と同様に、締結ボルトを挿入するロケート孔１２２ｂを備えている。一対の側板１２３は、上部加圧板１２１および下部加圧板１２２に対して溶接している。モジュールケース１２０の形成材料は、単電池１１０から排出された高温ガスに耐えることができる限りにおいて特に限定されない。例えば、ステンレスなどから形成することができる。

バスバユニット１３０は、上下に並んだ単電池１１０の電極タブを電気的に接続するバスバ１３２と、複数のバスバ１３２を一体的に保持するバスバホルダ１３１と、バスバ１３２を保護する保護カバー１３５とを有する。バスバユニット１３０はさらに、電気的に接続された複数の単電池１１０のアノード側の終端を外部の入出力端子に臨ませるアノード側ターミナル１３３と、カソード側の終端を外部の入出力端子に臨ませるカソード側ターミナル１３４とを有する。

図１、図３を参照して、パックケース２００は、下方が開口した有底箱状のアッパーケース２２０と、上方が開口した有底箱状のロアケース２１０と、シール部材２３１を介して互いの開口部外周を接続したシール部２３０と、を有する。ロアケース２１０は、図示しない車体底部にボルト締結される。アッパーケース２２０は、その周縁がロアケース２１０の周縁にボルト締結される。シール部材２３１は、例えば、ゴム材料から形成される。シール部２３０の一部には脆弱部（図示せず）が設けられている。単電池１１０から排出されたガスによってパックケース２００内の圧力が異常上昇した場合には、シール部２３０は、脆弱部においてシール機能が低下し、ガスを外部に排出する。脆弱部をシール部２３０の一部に形成するのに代えて、設定圧力以上になると開弁するガス放出弁をパックケース２００に設けても良い。

図示する実施形態においては、合計１６個の電池モジュール１００が、車両幅方向に４個ずつ配列され、車両前後方向に４列に配列され、パックケース２００に収納されている。電池モジュール１００は、上述したように、モジュールケース１２０における向かい合った一対の面がガス放出面１４０に設定されている。説明の便宜上、モジュールケース１２０の一対の開口面のうち、バスバユニット１３０が位置していない側の開口面を「第１のガス放出面１４１」とし、バスバユニット１３０が位置する側の開口面を「第２のガス放出面１４２」という。

図２および図３に示すように、第１列の電池モジュール１００は、第１のガス放出面１４１がパックケース２００の図中左側の側壁部２０１の内面に空間部２４０を隔てて向かい合うように収納されている。第４列の電池モジュール１００も同様に、第１のガス放出面１４１がパックケース２００の図中右側の側壁部２０１の内面に空間部２４０を隔てて向かい合うように収納されている。第１列および第２列の電池モジュール１００は、第２のガス放出面１４２同士が隙間２４１を隔てて向かい合うように配置されている。第３列および第４列の電池モジュール１００も同様に、第２のガス放出面１４２同士が隙間２４１を隔てて向かい合うように配置されている。第２列および第３列の電池モジュール１００は、第１のガス放出面１４１同士が隙間２４１を隔てて向かい合うように配置されている。

車両前後方向に隣り合う電池モジュール１００は、単電池１１０の積層枚数の違いに起因して高さ寸法（Ｚ軸）が異なっている。第１列および第４列の電池モジュール１００は、第２列および第３列の電池モジュール１００に比べて、単電池１１０の積層枚数が多い。このため、第１列および第４列の電池モジュール１００は、第２列および第３列の電池モジュール１００に比べて、高さ寸法が高い（図１のΔｈを参照）。第１列の電池モジュール１００と第２列の電池モジュール１００との間、および第３列の電池モジュール１００と第４列の電池モジュール１００との間には、段差が生じている。第２列および第３列の電池モジュール１００は、単電池１１０の積層枚数が同じであり、高さ寸法が同じである。

規制板４００は、第１列および第４列の電池モジュール１００に取り付けられている。規制板４００は、第１のガス放出面１４１の少なくとも上端縁１４３よりも上方の高さ位置において側壁部２０１に向けて突出する第１板部４１０と、第１板部４１０の突出方向の先端縁４１１に連続し空間部２４０において下方に向けて伸びている第２板部４２０と、を有する。第１板部４１０は、モジュールケース１２０の上面にボルトなどによって固定される。規制板４００の形成材料は、単電池１１０から排出された高温ガスに耐えることができる限りにおいて特に限定されない。例えば、モジュールケース１２０と同様に、ステンレスなどから形成することができる。

図３、図４Ａ、図４Ｂに示すように、規制板４００の第２板部４２０は、シール部２３０よりも下方の位置まで伸びている。第１のガス放出面１４１から放出されるガスがシール部２３０に直撃することを防止するためである。

図１、図２、図３、図４Ｂに示すように、規制板４００は、パックケース２００に固定されている。規制板４００は、第２板部４２０の下端縁から側壁部２０１に向けて突出する固定片４３０を有する。ロアケース２１０の側壁部２０１の内面には、固定片４３０を載置する突起部２０２が形成されている。固定片４３０は、図示しないボルトなどによって突起部２０２に締結される。これによって、規制板４００がパックケース２００に固定される。

図１および図２に示すように、第１列および第４列は、パックケース２００内に複数（図示例では４個ずつ）の電池モジュール１００が並列配置されている。このような場合において、電池モジュール１００のそれぞれは規制板４００を備え、それぞれの規制板４００は互いに接続されている。ここに「互いに接続」とは、図示するように一体的に形成する形態のほか、別個に形成したそれぞれの規制板４００を相互にボルト締結したり、溶接接合したりする形態が含まれる。

また、図２に示すように、第１列および第４列のように、パックケース２００内に複数の電池モジュール１００が並列配置する場合において、第１列に関しては、４個の電池モジュール１００のすべての第１のガス放出面１４１は、一つの側壁部２０１（左側の側壁部２０１）の内面に向けられている。同様に、第４列に関しては、４個の電池モジュール１００のすべての第１のガス放出面１４１は、一つの側壁部２０１（右側の側壁部２０１）の内面に向けられている。

第１列と第２列との間、第２列と第３列との間、および第３列と第４列との間には隙間２４１が存在している。電池パック１０は、隙間２４１の上端に形成される上端開口２４２を塞ぐカバー部材５００をさらに有する。本実施形態のカバー部材５００は、第２列と第３列との間の上端開口２４２を塞ぐ第１のカバー部材５１０と、第１列と第２列との間および第３列と第４列との間の上端開口２４２を塞ぐ第２のカバー部材５２０とがある。

第２列および第３列の電池モジュール１００は高さ寸法が同じである。このため、第１のカバー部材５１０は、略平坦な板形状を有する。

一方、第１列および第２列の電池モジュール１００は高さ寸法が異なり、第３列および第４列の電池モジュール１００も高さ寸法が異なる。このため、第２のカバー部材５２０は、高さが高い方の電池モジュール１００の第２のガス放出面１４２に向かい合って上方に伸びている第３板部５２１を有する。

カバー部材５００の形成材料は、単電池１１０から排出された高温ガスに耐えることができる限りにおいて特に限定されないが、規制板４００と同様に、ステンレスなどから形成することができる。

パックケース２００内に複数（図示例では４個ずつ）の電池モジュール１００が並列配置されている。このような場合において、電池モジュール１００のそれぞれはカバー部材５００を備え、それぞれのカバー部材５００は互いに接続されている。ここに「互いに接続」とは、図示するように一体的に形成する形態のほか、別個に形成したそれぞれのカバー部材５００を相互にボルト締結したり、溶接接合したりする形態が含まれる。

次に、図３、図４Ａ、図４Ｂを参照して、単電池１１０からガスが排出されたときの作用を説明する。

第１列または第４列の電池モジュール１００に含まれる単電池１１０からガスが排出された場合において、第１のガス放出面１４１から放出されたガスは、規制板４００の第１板部４１０によって、パックケース２００内の上部に向けて直接上昇することが防止される。ガスは、第２板部４２０に沿って下方に向けて流れる。ガスは、第２板部４２０の下端に達すると流れの方向を上方に反転させ、パックケース２００の側壁部２０１に沿ってパックケース２００内の上部に向けて流れる（図４Ａの矢印を参照）。

第１列または第４列の電池モジュール１００に含まれる単電池１１０からガスが排出された場合において、第２のガス放出面１４２から放出されたガスは、第２のカバー部材５２０によって隙間２４１の上端開口２４２が塞がれているため、パックケース２００内の上部に向けて直接上昇することが防止される。第２のカバー部材５２０は、第３板部５２１を備えているため、隣り合う電池モジュール１００の高さ寸法が異なる場合であっても、ガスが上部に向けて直接上昇することが確実に防止される。その後、ガスは、他の部位を通過しながらパックケース２００内の上部に向けて流れる（図４Ａの矢印を参照）。

第２列または第３列の電池モジュール１００に含まれる単電池１１０からガスが排出された場合において、第１のガス放出面１４１から放出されたガスは、第１のカバー部材５１０によって隙間２４１の上端開口２４２が塞がれているため、パックケース２００内の上部に向けて直接上昇することが防止される。第２のガス放出面１４２から放出されたガスは、第２のカバー部材５２０によって隙間２４１の上端開口２４２が塞がれているため、パックケース２００内の上部に向けて直接上昇することが防止される。

このように、単電池１１０からガスが排出されたときに、高温のガスがアッパーケース２２０に直撃することがなくなる。放出されたガスは、迂回しながら流れている間に、ガス温度がある程度下がる。この結果、パックケース２００の上部が高温になることを抑制することができる。したがって、パックケース２００の上部に近接して配置した車載部品６００（図３を参照）が熱的な劣化を受けることを防止できる。車載部品６００は、例えば、樹脂部品やスペアタイヤなどである。

パックケース２００に収納された合計１６個の電池モジュール１００は、規制板４００、第１のカバー部材５１０、および第２のカバー部材５２０によって相互に連結されている。このため、車両幅方向および車両前後方向の両方向に関して、隣り合う電池モジュール１００の相対的な移動が抑えられる。規制板４００がパックケース２００に固定されていることから、複数個の電池モジュール１００は、パックケース２００内における移動が抑制される。

以上説明したように、本実施形態の車両搭載用の電池パック１０は、ガス放出面１４０から放出されたガスがパックケース２００内の上部に向けて直接上昇することを抑制する規制板４００を有している。電池モジュール１００は、ガス放出面１４０がパックケース２００の側壁部２０１の内面に空間部２４０を隔てて向かい合うように収納されている。規制板４００は、ガス放出面１４０の少なくとも上端縁１４３よりも上方の高さ位置において側壁部２０１に向けて突出する第１板部４１０と、第１板部４１０の突出方向の先端縁４１１に連続し空間部２４０において下方に向けて伸びている第２板部４２０と、を有する。

このように構成すれば、ガス放出面１４０から放出されたガスは、規制板４００の第１板部４１０によって、パックケース２００内の上部に向けて直接上昇しない。この結果、パックケース２００の上部が高温になることを抑制することができる。したがって、パックケース２００の上部に近接して配置した車載部品６００の熱的な劣化を防止できる。

パックケース２００は、アッパーケース２２０と、ロアケース２１０と、シール部２３０と、を有し、規制板４００の第２板部４２０は、シール部２３０よりも下方の位置まで伸びている。

このように構成すれば、ガス放出面１４０から放出されるガスがシール部２３０に直撃することを防止できる。この結果、耐熱性の向上に限界のあるシール部材２３１の熱的な劣化を防止できる。

規制板４００は、パックケース２００に固定されている。

このように構成すれば、電池モジュール１００は、パックケース２００内における移動が抑制される。規制板４００は、ガスの流れを規制する機能のほか、電池モジュール１００を支持する機能も合わせて発揮する。したがって、電池モジュール１００を支持する機能のみを有する専用部品を廃止することができ、部品点数の削減を通して電池パック１０の低コスト化や軽量化を図ることができる。

パックケース２００内に複数の電池モジュール１００を並列配置する場合において、複数の電池モジュール１００のそれぞれは規制板４００を備え、それぞれの規制板４００は互いに接続されている。

このように構成すれば、隣り合う電池モジュール１００の相対的な移動が抑えられる。

パックケース２００内に複数の電池モジュール１００を並列配置する場合において、複数の電池モジュール１００のすべてのガス放出面１４０は、一つの側壁部２０１の内面に向けられている。

このように構成すれば、複数の電池モジュール１００からのガス排出方向が同じになるので、規制板４００の形状の簡素化を図ることができ、設置すべき数も削減できる。この結果、電池パック１０の低コスト化や軽量化を図ることができる。

電池モジュール１００は、モジュールケース１２０における向かい合った一対の面がガス放出面１４０（１４１、１４２）に設定されている。パックケース２００内に複数の電池モジュール１００を並列配置する場合において、複数の電池モジュール１００はガス放出面１４０同士が隙間２４１を隔てて向かい合うように配置されている。そして、電池パック１０は、隙間２４１の上端に形成される上端開口２４２を塞ぐカバー部材５００をさらに有する。

このように構成すれば、カバー部材５００によって隙間２４１の上端開口２４２が塞がれているため、ガス放出面１４０から放出されたガスは、パックケース２００内の上部に向けて直接上昇しない。この結果、パックケース２００の上部が高温になることを抑制することができる。したがって、パックケース２００の上部に近接して配置した車載部品６００の熱的な劣化を防止できる。

隣り合う電池モジュール１００は、単電池１１０の積層枚数の違いに起因して高さ寸法が異なり、カバー部材５００は、高さが高い方の電池モジュール１００のガス放出面１４０に向かい合って上方に伸びている第３板部５２１を有する。

このように構成すれば、隣り合う電池モジュール１００の高さ寸法が異なる場合であっても、第３板部５２１を備えるカバー部材５００によって、ガス放出面１４０から放出されたガスは、パックケース２００内の上部に向けて直接上昇しない。この結果、パックケース２００の上部が高温になることを抑制することができる。したがって、パックケース２００の上部に近接して配置した車載部品６００の熱的な劣化を防止できる。

（変形例）
図５Ａおよび図５Ｂは、規制板４００の変形例を示す断面図である。

規制板４００が略Ｌの字形状を有する実施形態を示したが、規制板４００の形状はこの場合に限定されるものではない。規制板４００は、ガス放出面１４０から放出されたガスがパックケース２００内の上部に向けて直接上昇することを抑制し得る限りにおいて、第１板部４１０および第２板部４２０の形状を適宜改変することができる。

例えば、規制板４００の第２板部４２０は、図５Ａに示すような波型形状を有してもよい。また、規制板４００の全体形状は、図５Ｂに示すような略Ｚの字形状を有してもよい。

本出願は、２０１７年５月３０日に出願された日本国特許出願第２０１７−１０６７０１号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として引用されている。

１０電池パック、
１００電池モジュール、
１１０単電池、
１２０モジュールケース、
１４０ガス放出面、
１４３ガス放出面の上端縁、
２００パックケース、
２０１パックケースの側壁部、
２１０ロアケース、
２２０アッパーケース、
２３０シール部、
２３１シール部材、
２４０空間部、
２４１隙間、
２４２上端開口、
４００規制板、
４１０第１板部、
４１１先端縁、
４２０第２板部、
５００カバー部材、
５１０第１のカバー部材、
５２０第２のカバー部材、
５２１第３板部、
６００車載部品。

Claims

単電池がモジュールケース内に収納され、前記モジュールケースにおける特定の面を前記単電池から排出されたガスを放出するガス放出面に設定した電池モジュールと、
前記電池モジュールが収納されるパックケースと、
前記ガス放出面から放出されたガスが前記パックケース内の上部に向けて直接上昇することを抑制する規制板と、を有し、
前記電池モジュールは、前記ガス放出面が前記パックケースの側壁部の内面に空間部を隔てて向かい合うように収納され、
前記規制板は、前記ガス放出面の少なくとも上端縁よりも上方の高さ位置において前記側壁部に向けて突出する第１板部と、前記第１板部の突出方向の先端縁に連続し前記空間部において下方に向けて伸びている第２板部と、を有する車両搭載用の電池パック。
前記パックケースは、下方が開口した有底箱状のアッパーケースと、上方が開口した有底箱状のロアケースと、シール部材を介して互いの開口部外周を接続したシール部と、を有し、
前記規制板の前記第２板部は、前記シール部よりも下方の位置まで伸びている、請求項１に記載の車両搭載用の電池パック。
前記規制板は、前記パックケースに固定されている、請求項１または請求項２に記載の車両搭載用の電池パック。
前記パックケース内に複数の前記電池モジュールを並列配置する場合において、複数の前記電池モジュールのそれぞれは前記規制板を備え、それぞれの前記規制板は互いに接続されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両搭載用の電池パック。
前記パックケース内に複数の前記電池モジュールを並列配置する場合において、複数の前記電池モジュールのすべての前記ガス放出面は、一つの前記側壁部の内面に向けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両搭載用の電池パック。
前記電池モジュールは、前記モジュールケースにおける向かい合った一対の面が前記ガス放出面に設定され、
前記パックケース内に複数の前記電池モジュールを並列配置する場合において、複数の前記電池モジュールは前記ガス放出面同士が隙間を隔てて向かい合うように配置され、
前記隙間の上端に形成される上端開口を塞ぐカバー部材をさらに有する、請求項１に記載の車両搭載用の電池パック。
隣り合う前記電池モジュールは、前記単電池の積層枚数の違いに起因して高さ寸法が異なり、
前記カバー部材は、高さが高い方の前記電池モジュールの前記ガス放出面に向かい合って上方に伸びている第３板部を有する、請求項６に記載の車両搭載用の電池パック。