JP6961454B2

JP6961454B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP6961454B2
Application number: JP2017201140A
Authority: JP
Inventors: 隆博荘田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2037-10-17
Also published as: JP2019075303A

Description

本発明は、電池パックに関する。

電気車両（ＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）等の車両は、駆動源であるモータを駆動する電力を供給する電源として、例えば電池パックが搭載されている。電池パックは、複数個の電池（二次電池）が収容されており、各電池が直列および／又は並列に電気的に接続されている。

各電池では、過充電、加熱、外部からの荷重による内部短絡などにより電池の内部の圧力が異常に上昇した場合、電池の内部の可燃性ガスを排出するガス排出弁が形成されている。また、電池パックの内部に送風機を配置し、電池パックの内部の空気を一方的に外部へ放出することで、各電池のガス排出弁から排出される可燃性ガスを電池パックの外部へ放出する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特許第４５４４１９２号公報

しかしながら、上記従来の電池パックでは、電池パックの内部に存在する酸素と各電池のガス排出弁から排出される可燃性ガスとが電池パックの内部で混合するため、改善の余地がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電池パックの内部空間において、酸素と可燃性ガスとの混合を抑制することで電池パックの耐久性を維持す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。

上記目的を達成する為、本発明の電池パックは、筐体と、前記筐体の内部空間の一部に収容される絶縁性の液体と、前記内部空間に収容され、かつ可燃性ガスを排出するガス排出弁を有する複数個の電池と、を備え、各前記電池は、前記ガス排出弁が鉛直方向下側に位置した状態で、前記内部空間に収容され、前記絶縁性の液体は、液面が前記ガス排出弁よりも鉛直方向上側に位置する、ことを特徴としている。

ここで、前記絶縁性の液体は、液面が各前記電池の正極端子よりも鉛直方向上側に位置することが望ましい。

ここで、前記正極端子は、鉛直方向下側に位置することが望ましい。

本発明に係る電池パックは、絶縁性の液体でガス排出弁を覆うことで、筐体の内部空間に酸素が存在しても、筐体の絶縁性の液体中に可燃性ガスが存在することになり、酸素と可燃性ガスとの混合を抑制でき、電池パックの耐久性を維持することができる。

図１は、実施形態における円筒型の電池の斜視図である。図２は、実施形態における電池パックの正面図である。図３は、実施形態における角型の電池の斜視図である。

以下に、本発明における実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
まず、実施形態における電池パックについて説明する。図１は、実施形態における円筒型の電池の斜視図である。図２は、実施形態における電池パックの正面図である。ここで、各図（図３も含む）のＸ方向は、実施形態における電池パックの幅方向である。Ｙ方向は、実施形態における電池パックの奥行方向であり、幅方向と直交する方向である。Ｚ方向は、実施形態における電池パックの鉛直方向であり、幅方向および奥行方向と直交する方向である。

本実施形態における電池パック１は、図示しない車両、特に、電気車両（ＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）等の、駆動源としてモータを用いる車両に搭載され、駆動源に電力を供給する電源となるものである。電池パック１は、図２に示すように、筐体２と、複数個の電池３と、絶縁性の液体４と、を含んで構成される。

筐体２は、複数個の電池３および絶縁性の液体４を収容するものである。筐体２は、筐体２の外表面が車両外から取り込まれた外気等の外部の熱媒体と接触可能な場所に設けられている。本実施形態における筐体２は、内部空間２１を有する箱型の形状に形成される。筐体２は、熱伝導性を有するものであり、例えば、鉄、銅、アルミニウム等により構成される。筐体２は、図１に示すように、蓋２２により内部空間２１が閉塞される。筐体２は、絶縁性の液体４が収容されることから、防水性が要求されるため、本実施形態では、筐体２と蓋２２との間に防水構造が形成され、内部空間２１が密閉される。なお、密閉された内部空間２１には、酸素を含む空気２３が存在している。

複数個の電池３は、それぞれが充放電可能な二次電池であり、筐体２の内部空間２１に収容され、筐体２に保持される。本実施形態における電池３は、図１および図２に示すように、軸方向に延在する円筒型のリチウムイオン電池で構成され、筐体２の内部空間２１において幅方向（Ｘ方向）および奥行方向（Ｙ方向）に配列される。複数個の電池３は、正極端子３１と、負極端子３２と、ガス排出弁３３とを有する。正極端子３１は、軸方向の両端部のうち、一方の端部に形成されている。負極端子３２は、軸方向の両端部のうち、他方の端部に形成されている。本実施形態における各電池３は、軸方向を鉛直方向と平行に、正極端子３１が鉛直方向下側となる状態で、筐体２の内部空間２１に収容される。つまり、正極端子３１は鉛直方向下側に位置し、負極端子３２は鉛直方向上側に位置する。なお、各電池３は、隣接する他の電池３と、図示しないバスバーを介して電気的に接続される。例えば、一方の電池３の正極端子３１はバスバーを介して他方の電池３の負極端子３２と電気的に接続され、一方の電池３の負極端子３２はバスバーを介して他方の電池３の正極端子３１と電気的に接続される。バスバーと電気的に接続される正極端子３１は、過充電、加熱、外部からの荷重により、例えば、正極端子３１とバスバーとの間で放電が行われる可能性がある。

ガス排出弁３３は、過充電、加熱、外部からの荷重による内部短絡などにより電池３の内部の圧力が異常に上昇した場合において、電池３の内部に発生する可燃性ガスＧを排出する排出弁である。本実施形態におけるガス排出弁３３は、図１および図２に示すように、正極端子３１の外周面において、周方向に複数形成されている。つまり、ガス排出弁３３は、鉛直方向下側に位置する。ガス排出弁３３は、電池３の内部の圧力に応じて、電池３と外部との連通遮断を調整する調整機構である。

ここで、電池３は、過充電、加熱、外部からの荷重による内部短絡などにより内部の圧力が異常に上昇した場合において、内部に可燃性のガスである可燃性ガスＧが発生することがある。電池３の内部に発生した可燃性ガスＧは、ガス排出弁３３が開弁すると、電池３の外部、すなわち筐体２の内部空間２１に排出されることとなる。可燃性ガスＧは、電池３を構成する材料によって変化するものであるが、リチウムイオン電池である場合、水素、一酸化炭素、メタン、エチレン、エタン、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などである。

絶縁性の液体４は、絶縁性を有する液体である。絶縁性の液体４は、例えば、シリコンオイル、パラフィン、フッ素系不活性液体などである。絶縁性の液体４は、図２に示すように、筐体２の内部空間２１の一部に収容される。つまり、内部空間２１は、絶縁性の液体４により全てが充填されていない。絶縁性の液体４は、液面４１が正極端子３１およびガス排出弁３３よりも鉛直方向上側に位置するように、内部空間２１に収容される。つまり、正極端子３１およびガス排出弁３３は、絶縁性の液体４で覆われている。ここで、車両の走行時および停車時の道路状況、例えば、坂道を走行状態または坂道に停車状態にある車両に搭載される電池パック３は、水平方向に対して傾斜する。本実施形態における絶縁性の液体４は、車両の走行停車状態を考慮して、例えば、液面４１が各電池３に対して傾斜しても、液面４１が正極端子３１およびガス排出弁３３よりも鉛直方向上側に位置するように、内部空間２１に対する絶縁性の液体４の収容量が設定されている。

次に、本実施形態における電池パック１の組み立てについて説明する。まず、作業員は、蓋２２が取り外された状態の筐体２の内部空間２１に、複数個の電池３を収容する。このとき、正極端子３１が鉛直方向下側となる状態、すなわち正極端子３１が内部空間２１を構成する底面と対向するように、複数個の電池３を内部空間２１に収容し、筐体２に対して固定する。次に、作業員は、隣接する電池３間をバスバーにより電気的に接続する。次に、作業員は、絶縁性の液体４を筐体２の内部空間２１の一部に収容する。次に、作業員は、筐体２に蓋２２を取り付けて密閉にすることにより電池パック１を組み立てる。このとき、密閉された内部空間２１には、酸素を含む空気２３が存在する。次に、電池パック１を車両等に設置し、電池パック１と駆動源であるモータ等とを接続する図示しない電線を接続することで、モータ等に電力が供給される。

以上のように、本実施形態における電池パック１は、ガス排出弁３３を絶縁性の液体４で覆っている。従って、過充電、加熱、外部からの荷重による内部短絡などにより電池３の内部の圧力が異常に上昇することで、電池３の内部に発生した可燃性ガスＧがガス排出弁３３から電池３の外部に排出されても、排出箇所に絶縁性の液体４が充填されているため、可燃性ガスＧは絶縁性の液体４中に存在することとなる。一方、可燃性ガスＧによる出火の可能性を高める酸素は、内部空間２１に存在するものの、絶縁性の液体４中に存在しない。つまり、可燃性ガスＧが内部空間２１に存在することがあっても、内部空間２１の酸素とは、絶縁性の液体４により混合することが抑制される。これにより、酸素と可燃性ガスＧとの混合に起因する電池パック１の耐久性の低下を抑制することができる。また、筐体２の内部空間２１に対して複数個の電池３が収容された状態では、各電池３のガス排出弁３３が鉛直方向下側に位置するので、ガス排出弁３３が鉛直方向上側に位置する場合と比べ、内部空間２１に対する液面４１を鉛直方向下側とすることができる。つまり、本実施形態における電池パック１において、ガス排出弁３３を覆う絶縁性の液体４の使用量を抑制することができ、絶縁性の液体４の熱膨張により、筐体２の内圧が上昇することを抑制でき、電池パック１の耐久性の低下を抑制することができる。

また、本実施形態における電池パック１は、絶縁性の液体４により正極端子３１が覆われている。従って、酸素と可燃性ガスＧとの混合に起因する電池パック１の耐久性の低下の抑制のみならず、正極端子３１からの放電に起因する電池パック１の耐久性の低下も抑制することができる。

また、本実施形態における電池パック１は、筐体２の内部空間２１に対して複数個の電池３が収容された状態では、各電池３のガス排出弁３３および正極端子３１が鉛直方向下側に位置するので、正極端子３１を絶縁性の液体４で覆うとともに正極端子３１が鉛直方向上側に位置する場合と比べ、内部空間２１に対する液面４１を鉛直方向下側とすることができる。つまり、本実施形態における電池パック１において、酸素と可燃性ガスＧとの混合および正極端子３１からの放電に起因する電池パック１の耐久性の低下の抑制のみならず、ガス排出弁３３を覆う絶縁性の液体４の使用量を抑制することができ、絶縁性の液体４の熱膨張により、筐体２の内圧が上昇することを抑制でき、電池パック１の耐久性の低下を抑制することができる。

上記実施形態における電池パック１は、電池３を円筒型のリチウムイオン電池としたが、これに限定されるものではない。図３は、実施形態における角型の電池の斜視図である。電池１０は、角型のリチウムイオン電池であってもよい。この場合、電池１０は、上下方向のうち、一方に正極端子１０１、負極端子１０２およびガス排出弁１０３が形成されている。各電池１０は、上下方向を鉛直方向と平行に、正極端子１０１、負極端子１０２およびガス排出弁１０３が鉛直方向下側となる状態で、筐体２の内部空間２１に収容される。つまり、正極端子１０１、負極端子１０２およびガス排出弁１０３は鉛直方向下側に位置する。ここで、絶縁性の液体４は、液面４１が正極端子１０１、負極端子１０２およびガス排出弁１０３よりも鉛直方向上側に位置するように、内部空間２１に収容される。

また、上記実施形態における電池パック１では、電池３，１０をリチウムイオン電池としたが、これに限定されるものではなく、可燃性ガスＧが発生する可能性がある電池であればよく、例えばニッケル水素電池などであってもよい。

１電池パック
２筐体
２１内部空間
２２蓋
２３空気
３電池
３１正極端子
３２負極端子
３３ガス排出弁
４絶縁性の液体
４１液面
１０電池
１０１正極端子
１０２負極端子
１０３ガス排出弁
Ｇ可燃性ガス

Claims

筐体と、
前記筐体の内部空間の一部に収容される絶縁性の液体と、
前記内部空間に収容され、かつ可燃性ガスを排出するガス排出弁を有する複数個の電池と、を備え、
各前記電池は、前記ガス排出弁が鉛直方向下側に位置した状態で、前記内部空間に収容され、
前記絶縁性の液体は、液面が前記ガス排出弁よりも鉛直方向上側に位置する、
ことを特徴とする電池パック。
前記絶縁性の液体は、液面が各前記電池の正極端子よりも鉛直方向上側に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
前記正極端子は、鉛直方向下側に位置する、ことを特徴とする請求項２に記載の電池パック。