JP6988149B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電池パックに関する。

電池セルの配列体を含んで構成された電池モジュールを筐体内に収容してなる電池パックが知られている。このような電池パックは、電気自動車又はフォークリフトなど、車両のバッテリとして使用され得る。また、このような電池パックでは、筐体内の圧力（内圧）が過剰に高くなることを回避するため、所定閾値より内圧が高くなったときに筐体の一部を開放してガス流路を確保する安全装置が採用され得る（下記特許文献１〜３参照）。

特開２０１４−１０７１７８号公報 特開２０１１−２５３７３５号公報 特開２０１２−０１５１２１号公報

上述した従来の電池パックでは、電池パックの内圧が過剰に高くなったときに作動する安全装置であるが、その一方で、電池パックの筐体の内部や周辺で発火が起きたときに作動する安全装置も求められている。

本発明は、発火時における安全性向上が図られた電池パックを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電池パックは、電池セルの配列体を含んで構成された電池モジュールと、電池モジュールを収容する筐体とを備える電池パックであって、筐体には樹脂閉塞部が設けられており、樹脂閉塞部は、筐体の内部と外部とをつなぐ貫通孔と、該貫通孔を恒久的または非恒久的に閉塞する閉塞樹脂とを備え、閉塞樹脂の融点が、電池パックの使用上限温度より高く、かつ、電池セルの発火時温度より低い。

上記電池パックにおいては、樹脂閉塞部の閉塞樹脂の融点が電池パックの使用上限温度より高いため、閉塞樹脂は電池パックの通常使用時においては溶融しない。ただし、樹脂閉塞部の閉塞樹脂の融点は電池セルの発火時温度よりも低いため、筐体の内部や周囲が発火する事態が生じると閉塞樹脂が溶融して、樹脂閉塞部の貫通孔が開放される。そのため、上記電池パックによれば、筐体の内圧の高さにかかわらず、発火時には筐体に設けられた貫通孔が開放されてガス流路が確保される。

他の態様に係る電池パックでは、樹脂閉塞部は、筐体の内圧が所定の閾値以下であるときには閉塞樹脂が貫通孔を閉塞し、筐体の内圧が閾値を超えたときには閉塞樹脂が変形して貫通孔が開放される。この場合、樹脂閉塞部が、筐体の内圧が閾値を超えたときに筐体からガスを排出する安全装置としての機能も備える。

他の態様に係る電池パックでは、電池モジュールの充電用のコネクタと、筐体内に収容され、電池モジュールとコネクタとの間の接続を中継する中継端子とをさらに備え、閉塞樹脂の融点がコネクタの融点より低い。この場合、発火時に、コネクタよりも先に樹脂閉塞部の貫通孔において筐体が開放される。

他の態様に係る電池パックでは、筐体の内部において、電池モジュールが配置される領域と、コネクタと中継端子との接続箇所が配置される領域とを、それぞれ隔てて区画する区画部をさらに備える。この場合、筐体内の電池モジュール近傍で発火する事態が生じたときに、区画部によってコネクタへ火が回る事態を回避することができる、または、遅延させることができる。そのため、閉塞樹脂の融点がコネクタの融点と同じ場合や閉塞樹脂の融点がコネクタの融点より高い場合であっても、筐体内部での発火時に、コネクタよりも先に樹脂閉塞部の貫通孔において筐体を開放させることができる。

本発明の種々の態様によれば、発火時における安全性向上が図られた電池パックが提供される。

一実施形態に係る電池パックの概略構成を示す斜視図である。 図１に示した電池パックのＩＩ−ＩＩ線断面における概略断面図である。 図２とは異なる態様の概略断面図である。

以下、図面を参照して一実施形態に係る電池パック１について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１、２に示される電池パック１は、たとえば自動車やフォークリフト等の車両に搭載される。電池パック１は、筐体１０と、複数（本実施形態では７個）の電池モジュール２０と、中継装置５１と、中継端子８０と、コネクタ７０と、を備えている。

筐体１０は、開口部を有する箱状部材１１と、箱状部材１１の開口部を覆う蓋部材１５とを有する。箱状部材１１は、四角板状の底板１１ｂと、底板１１ｂと対向して設けられる天板１１ｃと、底板１１ｂの周縁から立設されるＬ字状の左側板１１ｄ、矩形状の右側板１１ｅおよび後側板１１ｆと、を有している。

筐体１０は、車両に搭載された際に、底板１１ｂが鉛直方向下方に位置し、天板１１ｃが鉛直方向上方に位置するように配置される。以下、筐体１０において、底板１１ｂが設けられる方向を「下」として、天板１１ｃが設けられる方向を「上」として、筐体１０の蓋部材１５が設けられる方向を「前」として、後側板１１ｆが設けられる方向を「後」として、左側板１１ｄが設けられる方向を「左」として、右側板１１ｅが設けられる方向を「右」として説明を行う。なお、これらの方向は説明の便宜のためであり、本発明を限定するものではない。

筐体１０の左側面、すなわち、箱状部材１１の左側面は、後方側が凹んだ領域であるコネクタ配置領域１４ａが形成されている。コネクタ配置領域１４ａは、コネクタ７０が配置される。具体的には、コネクタ配置領域１４ａは、左側板１１ｄから右方向にオフセットした第一側面１１ｇ、後側板１１ｆから前方向にオフセットした第二側面１１ｉ、および天板１１ｃから下方向にオフセットすると共に左方向に下方傾斜する第三側面１１ｈによって形成されている。第一側面１１ｇには、コネクタ７０が挿設されている。具体的には、第一側面１１ｇにはコネクタ７０を内挿可能な貫通孔１０ａが形成されており、コネクタ７０は貫通孔１０ａに内挿された状態で筐体１０に固定されている。

天板１１ｃには、上方に突出すると共に中継装置５１が配置される部品配置領域１４ｂが形成されている。部品配置領域１４ｂよりも左側の天板１１ｃ上には、作業孔１３ｂが形成されている。作業孔１３ｂは、後段にて詳述する中継端子８０に対応する筐体部分に形成されており、具体的には、中継端子８０の上方に形成されている。作業孔１３ｂの開口部の大きさは、作業者が手を入れて中継端子８０とコネクタ７０との交換作業が可能な程度に形成されている。作業孔１３ｂには、その開口部分を覆う蓋１３ａが配置されている。蓋１３ａは、結合部材によって、作業孔１３ｂ周縁の筐体１０の天板１１ｃに結合されている。作業孔１３ｂの縁領域には出力端子８５が設けられている。

図２に示されるように、筐体１０には、７個の電池モジュール２０と、中継装置５１と、中継端子８０が格納されている。７個の電池モジュール２０のうち、４個の電池モジュール２０は蓋部材１５に固定され、３個の電池モジュール２０と、中継端子８０と、コネクタ７０とは、箱状部材１１に固定されている。各電池モジュール２０は、複数の電池セル２１が積層された積層体（配列体）を含んでいる。本実施形態では、電池セル２１はリチウム電極を有する。

図２に示されるように、中継装置５１は、電池モジュール２０とコネクタ７０との間の接続を中継する。中継装置５１は、たとえば、ハーネスおよびバスバー等の接続部材と、中継端子８０と、を介してコネクタ７０に対し電気的に接続されている。同様に、中継装置５１は、筐体１０内に収容される各電池モジュール２０と電気配線４１を介して電気的に接続されている。

また、中継装置５１は、電池モジュール２０の監視および制御等を行う電池制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）を搭載している。電池制御ＥＣＵは、たとえば、各電池モジュール２０に搭載された制御部と通信することにより、各電池モジュール２０の状態（たとえば、充電状態等）に関する情報を取得したり、各電池モジュール２０の動作（たとえば、充放電等）を制御したりする。電池制御ＥＣＵは、たとえば、コネクタ７０に装着されるコネクタの種類に応じて、電池パック１の制御を行うように構成されている。以上の構成により、コネクタ７０に充電器の充電コネクタが装着された場合には、電池モジュール２０の充電が行われ、コネクタ７０にジャンパコネクタが装着された場合には、車両への電力の供給が行われる。

中継端子８０は、たとえば、ハーネスおよびバスバー等の接続部材８２によって中継装置５１に電気的に接続されている。また、中継端子８０は、コネクタ７０の端子部に電気的に接続されている。コネクタ７０は、貫通孔１０ａに内挿された状態で当該筐体１０に固定されている。

コネクタ７０は、電池パック１の充電時には、充電器の充電コネクタ（図示せず）が装着され、電池パック１の電力出力時には、ジャンパコネクタ（図示せず）が装着される。コネクタ７０の外装は樹脂材料で構成されており、本実施形態ではポリプロピレン樹脂で構成されている。

出力端子８５には、一対のケーブルで構成されるケーブル８６の一端部が取り付けられる。ケーブル８６の他端部は、車両（外部機器）に接続されるコネクタ８６ｃに接続される。

また、上方に突出した部品配置領域１４ｂの側面部分の天板１１ｃには、中継装置５１の電池制御ＥＣＵに接続される信号端子８７が設けられている。具体的には、信号端子８７が設けられた筐体部分に信号端子８７を内挿可能な貫通孔１０ｂが形成されており、信号端子８７は貫通孔１０ｂに内挿された状態で筐体１０に固定されている。信号端子８７の外装は樹脂材料で構成されており、本実施形態ではポリアミド樹脂で構成されている。信号端子８７には、天板１１ｃ上を這い回される信号線８８が取り付けられている。信号線８８は、信号端子８７に接続され、電池制御ＥＣＵと車両側の制御部（不図示）との間で信号のやりとりをおこなう。

さらに、上方に突出した部品配置領域１４ｂの右側の天板１１ｃには、樹脂閉塞部９０が設けられている。樹脂閉塞部９０は、筐体１０の天板１１ｃに設けられた貫通孔１０ｃと、貫通孔１０ｃを閉塞する閉塞樹脂９１とを備えて構成されている。閉塞樹脂９１は、貫通孔１０ｃの全域を恒久的に塞ぐように埋設されている。閉塞樹脂９１は、本実施形態ではＡＢＳ樹脂で構成されている。

ここで、上述した電池パック１における内圧上昇時および発火時の温度について説明する。

電池パック１において内圧が上昇した場合であっても、筐体１０の温度は内圧が低いときの温度と実質的に変わらない。すなわち、電池パック１の内圧は、内圧の高低によらず、電池パック１が設置された環境の環境温度と同じである。環境温度には、所定の上限温度が定められており、その温度が電池パック１の使用上限温度となる。電池パック１の使用上限温度は、一例として４０℃である。電池パック１の使用上限温度として６０℃などが設定されることもある。

電池パック１内の電池セル２１が発火した場合には、筐体１０の温度は電池セル２１の発火時温度以上となる。すなわち、筐体１０の内部温度は、発火により生じた火炎により使用上限温度よりも高くなり、火炎温度と同程度にまで達し得る。火炎温度は燃焼物により異なるが、一例として、燃焼物が電池セル２１のリチウム電極の場合、その火炎温度は約４００℃である。また、燃焼物としては、電池セル２１の内部に注液されている電解液が考えられる。

電池パック１の内部ではなく外側の周囲で発火した場合も、筐体１０の温度は電池セル２１の発火時温度以上となり得る。すなわち、筐体１０の周辺温度は、発火により生じた火炎により使用上限温度よりも高くなり、火炎温度と同程度にまで上昇し得る。火炎温度は燃焼物により異なるが、一例として、燃焼物が炭化水素で構成されたフォークリフトや車両用の作動油の場合には、その火炎温度は約６００℃である。

そして、上述した樹脂閉塞部９０の閉塞樹脂９１は、電池パック１の上記使用上限温度より高く、かつ、電池セル２１の発火時温度よりも低い融点を有する。本実施形態に係る閉塞樹脂９１を構成するＡＢＳ樹脂の融点は１１０℃であり、電池パック１の使用上限温度（たとえば４０℃）から電池セル２１の発火時温度（たとえば、リチウムの発火温度である約４００℃）までの温度範囲内にある。

閉塞樹脂９１の融点が電池パック１の使用上限温度より高いため、閉塞樹脂９１は電池パック１の通常使用時において溶融することはない。ただし、閉塞樹脂９１の融点は電池セル２１の発火時温度よりも低いため、筐体１０の内部や周囲が発火する事態が生じると閉塞樹脂９１の少なくとも一部が溶融する。その結果、それまで閉塞樹脂９１によって閉塞されていた樹脂閉塞部９０の貫通孔１０ｃが開放される。

電池パック１の内部で発火したときに樹脂閉塞部９０の貫通孔１０ｃが開放されると、貫通孔１０ｃの部分に筐体１０の内側と外側とがつながるガス流路が生じ、貫通孔１０ｃを介して炎や高温ガスが筐体１０の外部へ出る。このように樹脂閉塞部９０は発火時に炎や高温ガスが筐体外部にでる箇所であるため、樹脂閉塞部９０から炎や高温ガスが出ることを前提に樹脂閉塞部９０を設ける位置を設計して、出火の影響を小さく抑えることができる。たとえば、本実施形態に係る電池パック１においては、コネクタ７０が設けられた左側が機台の収容スペースから電池パック１を取り出す側となっており、樹脂閉塞部９０が設けられた右側が機台の収容スペースの奥側となっている。そのため、樹脂閉塞部９０を電池パック１の右側に設けると、電池パック１の左側に設けた場合に比べて、樹脂閉塞部９０から出火したときに上記収容スペースの取り出し口までの距離を延長でき、取り出し口における炎を弱めることができる。

また、樹脂閉塞部９０から炎が出ることを想定して、樹脂閉塞部９０周辺の防火対策をしておくことで、出火の影響を小さく抑えることもできる。たとえば、樹脂閉塞部９０周辺の機具を難燃性の材料で構成することで延焼を抑制することができる。

さらに、筐体１０内の炎は上向きに延びると考えられ、特に筐体１０の天板１１ｃに炎が当たりやすいと考えられるため、天板１１ｃに樹脂閉塞部９０を設けておくことで、発火した際に素早く閉塞樹脂９１を溶融させて、ガス流路を確保することができる。

なお、上記電池パック１においては、樹脂閉塞部９０の閉塞樹脂９１の融点は、コネクタ７０の外装を構成する樹脂の融点より低くなっている。同様に、樹脂閉塞部９０の閉塞樹脂９１の融点は、信号端子８７の外装を構成する樹脂の融点より低くなっている。この場合、発火時に、コネクタ７０や信号端子８７よりも先に樹脂閉塞部９０の貫通孔１０ｃにおいて筐体１０が開放される。筐体１０に複数の貫通孔１０ａ、１０ｂ、１０ｃが設けられている場合、樹脂閉塞部９０の閉塞樹脂９１を融点が最も低い材料で構成することで、樹脂閉塞部９０の貫通孔１０ｃを最も早く開放することができる。

以上では、一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く、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施形態では、樹脂閉塞部９０の閉塞樹脂９１が貫通孔１０ｃを恒久的に閉塞する態様を示したが、貫通孔１０ｃが貫通孔１０ｃを非恒久的に閉塞する、すなわち、必要に応じて開閉する態様であってもよい。たとえば樹脂閉塞部９０は、筐体１０の内圧が所定の閾値を超えたときに貫通孔１０ｃを開放する安全弁の構成とすることができる。安全弁の構成の一例として、樹脂閉塞部９０は、プレート状の閉塞樹脂９１で貫通孔１０ｃを覆い、かつ、閉塞樹脂９１の一部を貫通孔１０ｃの縁に固定した構成とすることができる。この場合、筐体１０の内圧が所定の閾値を超えると閉塞樹脂９１が弾性変形して貫通孔１０ｃが開放されて筐体１０からガスが放出され、その後、内圧が所定の閾値以下になると閉塞樹脂９１が元の形状に戻って貫通孔１０ｃを再び閉塞する。

また、電池パック１は、図３に示すように、筐体１０の内部において、電池モジュール２０が配置される領域Ａ１と、コネクタ７０と中継端子８０との接続箇所が配置される領域Ａ２とを、それぞれ隔てて区画する区画部３０をさらに備えていてもよい。図３において区画部３０は鉄で構成された隔壁である。この場合、筐体１０内の電池モジュール２０近傍で発火する事態が生じたときに、区画部３０によって領域Ａ２のコネクタ７０へ火が回る事態を回避することができる、または、遅延させることができる。このような区画部３０を設けた場合には、閉塞樹脂９１の融点がコネクタ７０の外装の融点と同じ場合や閉塞樹脂９１の融点がコネクタ７０の融点より高い場合であっても、筐体１０内部での発火時に、コネクタ７０よりも先に樹脂閉塞部９０の貫通孔１０ｃにおいて筐体１０を開放させることができる。

１…電池パック、１０…筐体、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…貫通孔、２０…電池モジュール、２１…電池セル、５１…中継装置、７０…コネクタ、９０…樹脂閉塞部、９１…閉塞樹脂、Ａ１…電池モジュールが配置される領域、Ａ２…コネクタと中継端子との接続箇所が配置される領域。

Claims (8)

1. 電池セルの配列体を含んで構成された電池モジュールと、前記電池モジュールを収容する筐体とを備える電池パックであって、
   前記筐体を構成する複数の面部のうちの一つに設けられ、前記筐体の内部と外部とをつなぐ貫通孔と、該貫通孔を恒久的または非恒久的に閉塞する閉塞樹脂とを備える樹脂閉塞部と、
   前記複数の面部のうちの前記樹脂閉塞部が設けられた面部とは異なる面部に設けられ、前記電池パックの内部と外部との電気的な接続に用いられる接続部と
   を備え、
   前記閉塞樹脂の融点が、前記電池パックの使用上限温度より高く、かつ、前記電池セルの発火時温度より低く、
   前記樹脂閉塞部が設けられた面部と前記接続部が設けられた面部との間において突出する突出部を備え、該突出部により、前記樹脂閉塞部が設けられた面部と前記接続部が設けられた面部とが隔てられている、電池パック。
2. 電池セルの配列体を含んで構成された電池モジュールと、前記電池モジュールを収容する筐体とを備える電池パックであって、
   前記筐体を構成する複数の面部のうちの一つに設けられ、前記筐体の内部と外部とをつなぐ貫通孔と、該貫通孔を恒久的または非恒久的に閉塞する閉塞樹脂とを備える樹脂閉塞部と、
   前記複数の面部のうちの前記樹脂閉塞部が設けられた面部とは異なる面部に設けられ、前記電池パックの内部と外部との電気的な接続に用いられ、かつ、前記電池モジュールの充電用のコネクタを含む接続部と、
   前記筐体内に収容され、前記電池モジュールと前記コネクタとの間の接続を中継する中継端子と、
   前記筐体の内部において、前記電池モジュールが配置される領域と、前記コネクタと前記中継端子との接続箇所が配置される領域とを、それぞれ隔てて区画する区画部と
   を備え、
   前記閉塞樹脂の融点が、前記電池パックの使用上限温度より高く、かつ、前記電池セルの発火時温度より低い、電池パック。
3. 電池セルの配列体を含んで構成された電池モジュールと、前記電池モジュールを収容する筐体とを備える電池パックであって、
   前記筐体を構成する複数の面部のうちの一つに設けられ、前記筐体の内部と外部とをつなぐ貫通孔と、該貫通孔を恒久的または非恒久的に閉塞する閉塞樹脂とを備える樹脂閉塞部と、
   前記複数の面部のうちの前記樹脂閉塞部が設けられた面部以外の面部にのみ設けられ、前記電池パックの内部と外部との電気的な接続に用いられる接続部と
   を備え、
   前記閉塞樹脂の融点が、前記電池パックの使用上限温度より高く、かつ、前記電池セルの発火時温度より低い、電池パック。
4. 前記接続部は、前記電池モジュールの充電用のコネクタを含む、請求項１または３に記載の電池パック。
5. 前記閉塞樹脂の融点が、前記接続部の融点より低い、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池パック。
6. 前記樹脂閉塞部は、前記筐体の内圧が所定の閾値以下であるときには前記閉塞樹脂が前記貫通孔を閉塞し、前記筐体の内圧が前記閾値を超えたときには前記閉塞樹脂が変形して前記貫通孔が開放される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池パック。
7. 前記接続部は、信号線が接続される信号端子を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池パック。
8. 前記接続部は、外部機器に接続されたケーブルが取り付けられる出力端子を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電池パック。

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