JP7271686B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを含む電池モジュールと、電池モジュールを収容する筐体とを備えた電池パックに関する。

従来、再充電可能な二次電池の分野では、鉛電池、ニッケル－カドミウム電池、ニッケル－水素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかし、電気機器の小型化、軽量化が進むに連れ、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が着目され、その研究、開発及び商品化が急速に進められている。また、地球温暖化や枯渇燃料の問題から電気自動車（ＥＶ）や駆動の一部を電気モータで補助するハイブリッド自動車（ＨＥＶ）が各自動車メーカーで開発され、その電源として高容量で高出力な二次電池が求められている。

このような要求に合致する電源として、高電圧の非水溶液系のリチウムイオン二次電池が注目されている。特に、扁平箱型の電池容器を備えた角形リチウムイオン二次電池は、パック化した際の体積効率が優れているため、ＨＥＶ、ＥＶ、又はその他の機器に搭載される電源として需要が増大している。このような密封型の電池容器を備える角形二次電池（電池セル）では、例えば、過充電、過昇温、又は外力による破損によって、電池容器の内部の圧力が上昇する場合がある。そこで、角形二次電池には、内部の圧力が上昇した際にガスを排出するガス排出弁が設けられている。

このようなガス排出弁が設けられた電池セルを複数含む電池パックは、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の電池パックは、二次電池である複数の素電池と、素電池から発生するガスを通過させる排気経路部と、複数の素電池と排気経路部とを収納するケースと、ケースに取り付けられて排気経路部を通過したガスを外部へ放出するガス排出ダクトとを備えている。

ＷＯ２０１２／０７３４３８

上記特許文献１に記載の電池パックでは、素電池から排出されたガスを通過させる排気経路部を電池パック内に設けているため、素電池から排出されたガスにより他の素電池が高温になるのを抑制することが可能である。しかしながら、上記特許文献１に記載の電池パックでは、素電池から排出されたガスは、電池パック内において排出経路部のみにしか行き場がないため、比較的少量のガスが排出されただけで、排出経路部内のガス圧が上昇する。そして、ガス排出ダクトに設けられた蓋部がガス排出ダクトを開通し、電池パックの外部にガスが排出される。このガスには、有害成分も含まれるため、可能な限り電池パック内にガスを溜めることが望ましい。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、電池セルから排出されたガスにより他の電池セルが高温になるのを抑制しながら、可能な限り電池パック内にガスを溜めることが可能な電池パックを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る電池パックは、積層配置された複数の電池セルを含む電池モジュールと、前記電池モジュールに電気的に接続された電装ユニットと、前記電池モジュールおよび前記電装ユニットを収容する筐体と、を備えた電池パックであって、前記各電池セルには、ガス排出弁が設けられており、前記筐体の内部には、前記電池モジュールを収容する第１収容空間と、前記電装ユニットを収容する第２収容空間とが設けられており、前記第１収容空間および前記第２収容空間は、前記電池モジュールおよび前記電装ユニットを収容した状態で連通しており、前記筐体の前記第２収容空間を形成する部分には、前記第２収容空間と前記筐体の外部とを連通するダクトが設けられており、前記ダクトには、前記ダクトの通路を閉塞する閉塞部材が設けられており、前記閉塞部材は、前記第２収容空間のガス圧が前記筐体の外部の気圧に対して所定値以上になったときに、前記ダクトの通路を開通する。

本発明によれば、電池セルから排出されたガスにより他の電池セルが高温になるのを抑制しながら、可能な限り電池パック内にガスを溜めることが可能な電池パックを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電池パックの分解斜視図。 本発明の第１実施形態に係る電池パックの電池モジュールの分解斜視図。 本発明の第１実施形態に係る電池パックの電池セルの構造を示す斜視図。 本発明の第１実施形態に係る電池パックのダクト周辺の構造を示す断面図。 図４の保持部材およびフィルタを下流側から見た状態を示す図。 本発明の第１実施形態に係る電池パックの蓋体を構成する樹脂の応力－ひずみ曲線を示す図。 電池セルからガスが排出された際の筐体内のガス圧と筐体の外部の気圧との差圧を示す図。 本発明の第２実施形態に係る電池パックのダクト周辺の構造を示す断面図。 本発明の第３実施形態に係る電池パックのダクト周辺の構造を示す断面図。 本発明の第４実施形態に係る電池パックのダクト周辺の構造を示す断面図。 本発明の第５実施形態に係る電池パックの保持部材およびフィルタを下流側から見た状態を示す図。 本発明の第５実施形態の変形例による保持部材およびフィルタを下流側から見た状態を示す図。 本発明の第６実施形態に係る電池パックのダクト周辺の構造を示す断面図。

以下、本発明の実施形態による電池パックについて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電池パック１００の分解斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る電池パック１００の電池モジュール３０の分解斜視図である。

本発明の第１実施形態の電池パック１００は、例えば電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などの車両に搭載される。電池パック１００は、後述する一対の入出力端子１０１を介して供給された電力を電池セル２０に蓄え、電池セル２０に蓄えた電力を入出力端子１０１を介して車両のモータ等の電気機器に供給する。

電池パック１００は、二次電池からなる複数の電池セル２０を含む電池モジュール３０と、電池モジュール３０から所定間隔をおいて配置され、電池モジュール３０に電気的に接続される電装品を含む電装ユニット５０と、電池モジュール３０および電装ユニット５０を収容する筐体７０とを備えている。

筐体７０は、略直方体形状の箱型に形成されている。ここで、説明を簡略化するため、筐体７０の奥行方向をＸ方向、幅方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向とし、筐体本体７１と蓋体７２との相対関係において、蓋体７２側を上側、筐体本体７１側を下側とする。筐体７０は、幅方向（Ｙ方向）の寸法が奥行方向（Ｘ方向）の寸法よりも大きくなっており、奥行方向（Ｘ方向）の寸法が高さ方向（Ｚ方向）の寸法よりも大きくなっている。

筐体７０は、上部が開口する箱型に形成され電池モジュール３０が載置される筐体本体７１と、筐体本体７１の上部開口を覆う蓋体７２とによって構成されている。筐体本体７１は、例えば電気亜鉛めっき鋼板等の金属材料によって形成されている。蓋体７２は、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂材料によって形成されている。

筐体本体７１は、電池モジュール３０および電装ユニット５０が載置される底面部７１ａと、底面部７１ａの周縁から立設する側壁７１ｂ、７１ｃ、７１ｄおよび７１ｅとを有する。側壁７１ｂはＸ方向の一方側に配置され、側壁７１ｃはＹ方向の一方側に配置され、側壁７１ｄはＸ方向の他方側に配置され、側壁７１ｅはＹ方向の他方側に配置されている。側壁７１ｂは、側壁７１ｄよりも高さが低くなるように形成されている。側壁７１ｃおよび７１ｅは、側壁７１ｂと側壁７１ｄとを接続するように設けられており、側壁７１ｄから側壁７１ｂに向かって高さが低くなるように形成されている。

蓋体７２は、上面部７２ａと、上面部７２ａの周縁から下方に延びる側壁７２ｂ、７２ｃおよび７２ｄとを有する。側壁７２ｂは、上面部７２ａのＸ方向の一方側の端部に設けられている。側壁７２ｃは、筐体本体７１の側壁７１ｃに対応するように、上面部７２ａのＹ方向の一方側の端部に設けられている。側壁７２ｄは、筐体本体７１の側壁７１ｅに対応するように、上面部７２ａのＹ方向の他方側の端部に設けられている。

また、蓋体７２のＸ方向の一方側の両端部には、凹部７２ｅが設けられている。凹部７２ｅには、後述する入出力端子１０１に対応する部分に、入出力端子１０１を露出させるための貫通穴７２ｆが形成されている。また、蓋体７２の側壁７２ｂの所定位置には、信号コネクタ７２ｇおよびダクト８０が設けられている。ダクト８０の詳細構造については後述する。

樹脂製の蓋体７２を構成する上面部７２ａ、側壁７２ｂ、側壁７２ｃおよび側壁７２ｄの中で、上面部７２ａが最も面積が広い平坦面を有する。このため、後述するように筐体７０内のガス圧が上昇した場合、上面部７２ａが大きく変形する（膨らむ）ので、筐体７０内の容積を大きくすることができる。これにより、蓋体７２を金属製にする場合に比べて、より多くのガスを筐体７０内に溜めることができる。

筐体７０の内部には、電池モジュール３０を収容する第１収容空間７０ａと、第１収容空間７０ａに対してＸ方向の一方側に隣接して配置され、電装ユニット５０を収容する第２収容空間７０ｂとが設けられている。第１収容空間７０ａおよび第２収容空間７０ｂは、電池モジュール３０および電装ユニット５０を収容した状態で連通している。

筐体７０の第１収容空間７０ａを構成する内面と電池モジュール３０との間には、隙間（以下、第１収容空間７０ａ内の隙間ともいう）が形成されている。なお、第１収容空間７０ａ内の隙間の大きさは、筐体７０の第１収容空間７０ａに電池モジュール３０を収容した状態で、第１収容空間７０ａの容積から電池モジュール３０の体積分を除いた大きさのことである。また、筐体７０の第２収容空間７０ｂを構成する内面と電装ユニット５０との間には、隙間（以下、第２収容空間７０ｂ内の隙間ともいう）が形成されている。なお、第２収容空間７０ｂ内の隙間の大きさは、筐体７０の第２収容空間７０ｂに電装ユニット５０を収容した状態で、第２収容空間７０ｂの容積から電装ユニット５０の体積分を除いた大きさのことである。

ここで、本実施形態では、第２収容空間７０ｂ内の隙間は、第１収容空間７０ａ内の隙間よりも大きく形成されている。具体的には、電装ユニット５０の上面は、後述する補強部材（金属プレート）４０の上面よりも低く、さらに電池モジュール３０の上面（後述するバスバーホルダ３３の上面）よりも低い。このため、第２収容空間７０ｂ内の上部の隙間は、第１収容空間７０ａ内の上部の隙間よりも大きい。すなわち、電装ユニット５０の上方でガスが流入できる空間は、電池モジュール３０の上方でガスが流入できる空間よりも大きくなっている。また、電装ユニット５０のＹ方向の両端面から筐体７０の内面までの距離は、電池モジュール３０のＹ方向の両端面から筐体７０の内面までの距離よりも大きい。このため、第２収容空間７０ｂ内の長手方向の両端部の隙間は、第１収容空間７０ａ内の長手方向の両端部の隙間よりも大きい。すなわち、電装ユニット５０の側方でガスが流入できる空間は、電池モジュール３０の側方でガスが流入できる空間よりも大きい。

第２収容空間７０ｂ内の隙間が第１収容空間７０ａ内の隙間よりも大きく形成されているので、後述するように電池セル２０のガス排出弁１０から排出されたガスは、第１収容空間７０ａ内の隙間から排出されて、主として第２収容空間７０ｂ内の隙間に流入する。このため、第２収容空間７０ｂ内の隙間は、電池セル２０のガス排出弁１０から排出されたガスを溜めるガス溜め部となっている。

電池モジュール３０は図２に示すように、電池積層体３１と、複数のセルホルダ（図示せず）と、複数のバスバー３２と、バスバーホルダ（カバー部材）３３と、一対のエンドプレート３６と、中間プレート３７と、４つのサイドプレート３８とを備えている。電池積層体３１は、複数の電池セル２０が積層されることにより構成されている。複数のセルホルダ（図示せず）は、複数の電池セル２０をそれぞれ保持する。複数のバスバー３２は、複数の隣接する電池セル２０同士を電気的に接続する。バスバーホルダ３３は、複数のバスバー３２を保持する。エンドプレート３６は、電池積層体３１の積層方向の一端および他端に１つずつ配置される。中間プレート３７は、電池積層体３１の積層方向の中央に配置される。サイドプレート３８は、電池積層体３１の短手方向（Ｘ方向）の一端および他端に２つずつ配置される。

以下、電池モジュール３０について詳細に説明する。

電池積層体３１を構成する電池セル２０は図３に示すように、電池ケース１と蓋６とを備えている。電池ケース１の内部には、発電体である電極群（図示せず）が収納され、電池ケース１の上部開口は蓋６によって封止されている。蓋６は、レーザ溶接によって電池ケース１に溶接されており、電池ケース１と蓋６によって電池容器が構成されている。

蓋６の長手方向（Ｘ方向）の両端部には、正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂが設けられている。正極外部端子８Ａおよび負極外部端子８Ｂは、蓋６の上面から後述する補強部材４０に向けて突出する略直方体形状に形成されている。この正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂを介して電極群（図示せず）が充電されると共に、外部負荷に電力が供給される。また、蓋６の長手方向（Ｘ方向）の中央部には、ガス排出弁１０が一体的に設けられている。ガス排出弁１０は、蓋６の一部を薄肉化してスリット状の溝を形成することによって形成されている。何らかの異常により電池セル２０内の圧力が上昇して所定圧力を超えると、ガス排出弁１０が開裂して電池セル２０の内部からガスが排出される。これにより、電池セル２０内の圧力が低減され、電池セル２０の安全性が確保される。また、蓋６には、注液栓１１が溶接されていて、電池ケース１内に電解液を注入するための注液口９が封止されている。

隣接する２つの電池セル２０のうちの一方の電池セル２０の正極外部端子８Ａと他方の電池セル２０の負極外部端子８Ｂとが積層方向に隣り合うように、複数の電池セル２０が交互に反転させて積層配置されることによって、電池積層体３１が構成されている。

エンドプレート３６は、金属製の板状の部材である。図２に示すように、エンドプレート３６の上面は、バスバーホルダ３３の上面と同じ、又は少しだけ高くなるように配置されている。エンドプレート３６の上面には、補強部材４０を固定するためのネジ穴が形成されている。エンドプレート３６の下面には、筐体本体７１の底面部７１ａに固定するためのネジ穴が形成されている。

中間プレート３７は、金属製の板状の部材である。中間プレート３７の上面は、バスバーホルダ３３の上面と同じ、又は少しだけ高くなるように配置されている。中間プレート３７の上面には、補強部材４０を固定するためのネジ穴が形成されている。中間プレート３７のＹ方向の両面には、サイドプレート３８を固定するためのネジ穴が形成されている。中間プレート３７の下面には、筐体本体７１の底面部７１ａに固定するためのネジ穴が形成されている。

サイドプレート３８は、金属製の板状の部材である。サイドプレート３８のＹ方向の端面には、エンドプレート３６を固定するためのネジ穴が形成されている。サイドプレート３８の下面には、筐体本体７１の底面部７１ａに固定するためのネジ穴が形成されている。

バスバー３２は、導電性を有する金属製の板状の部材であり、隣接する電池セル２０の正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂとを電気的に接続するように溶接されている。これにより、複数の電池セル２０は直列接続されている。

バスバーホルダ３３は、複数の電池セル２０のガス排出弁１０を覆うように配置されている。バスバーホルダ３３は、複数のバスバー３２が取り付けられるホルダ本体３４と、複数のバスバー３２を覆うようにホルダ本体３４に取り付けられるホルダカバー３５とを含んでいる。

ホルダ本体３４は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）等の電気的絶縁性を有する樹脂製の部材であり、板状または枠状に形成されている。ホルダカバー３５とホルダ本体３４との間には、空間Ｓ３３が形成されており、後述する構成を採用することにより、この空間Ｓ３３にガス排出弁１０から排出されたガスをより好適に流すことができる。より具体的には、ホルダ本体３４は、電池セル２０の蓋６に対向配置され複数のバスバー３２が取り付けられる底面部３４ａと、底面部３４ａの周縁から立設する４つの側壁３４ｂとを含んでいる。底面部３４ａには、バスバー３２の下方に位置する部分に、電池セル２０の正極外部端子８Ａおよび負極外部端子８Ｂが挿通される開口部（図示せず）が形成されている。底面部３４ａの長手方向（Ｙ方向）の中央部には、中間プレート３７が挿入される挿入穴３４ｃが形成されている。底面部３４ａの電池セル２０のガス排出弁１０に対向する位置には、ガス排出弁１０から排出されたガスが通過する開口部３４ｄが形成されている。このように構成することにより、ガス排出弁１０から排出されたガスは、ホルダ本体３４に形成された開口部３４ｄを通過し、空間Ｓ３３に流入する。

また、ホルダ本体３４のＸ方向の一方側においてＹ方向の両端部には、バスバー３２に電気的に接続された端子片３９が設けられている。この端子片３９は、複数のバスバー３２のうちのＹ方向の一端および他端に配置されるバスバー３２と電装ユニット５０の端子とを電気的に接続している。

ホルダカバー３５は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）等の電気的絶縁性を有する樹脂製の部材であり、板状に形成されている。ホルダカバー３５は、バスバー３２と補強部材４０とを電気的に絶縁する。ホルダカバー３５は、上面部３５ａと、上面部３５ａの周縁から下方に延びる４つの側壁３５ｂとを含んでいる。上面部３５ａの長手方向（Ｙ方向）の中央部には、中間プレート３７が挿入される挿入穴３５ｃが形成されている。

ここで、ホルダカバー３５のＸ方向の一方側に配置される側壁３５ｂのＹ方向の両端部には、切り欠き３５ｄが形成されている。この切り欠き３５ｄは、ホルダカバー３５をホルダ本体３４に取り付けた状態で、端子片３９との間に隙間を有する大きさに形成されている。このため、ガス排出弁１０から排出されバスバーホルダ３３の空間Ｓ３３に流入したガスは、切り欠き３５ｄを通過してＸ方向の一方側に流出する。すなわち、切り欠き３５ｄは、空間Ｓ３３内のガスを第２収容空間７０ｂ側に導く案内部として機能する。なお、空間Ｓ３３内のガスを第２収容空間７０ｂ側に導く案内部としては、切り欠き３５ｄに限定されるものではない。例えば、ホルダカバー３５のＸ方向の一方側に配置される側壁３５ｂに開口部を形成してもよいし、ホルダカバー３５のＸ方向の一方側に側壁３５ｂを設けなくてもよい。これらの場合にも、空間Ｓ３３内のガスを第２収容空間７０ｂ側に導くことができる。

ホルダカバー３５に、ガス排出弁１０から排出されたガスを第２収容空間７０ｂ側に導く切り欠き３５ｄを設けることによって、電池セル２０から高温のガスが排出された場合に、高温のガスが空間Ｓ３３から切り欠き３５ｄに案内される。このため、他の電池セル２０に対向する開口部３４ｄを介して他の電池セル２０に流れることが抑制されるので、他の電池セル２０が高温になるのを抑制することができる。これにより、熱により他の電池セル２０に異常が誘発されるのを抑制することができる。

また、バスバーホルダ３３と筐体７０の蓋体７２との間には、バスバーホルダ３３を覆う補強部材４０が設けられている。補強部材４０は、例えば亜鉛メッキ鋼板、ステンレス鋼、アルミニウム合金などの金属材料によって構成された板状の部材である。補強部材４０は、バスバーホルダ３３を挟んで電池セル２０の蓋６に対向するように配置されている。補強部材４０は、電池積層体３１の長手方向（Ｙ方向）の一端から他端まで延びるとともに、電池積層体３１の短手方向（Ｘ方向）の一端から他端まで延びるように形成されている。

補強部材４０は、複数のネジ４１を用いてエンドプレート３６および中間プレート３７に固定されている。補強部材４０は、板金により形成されているとともに、Ｙ方向に延びる溝４０ａが複数形成されている。このため、ガス排出弁１０から排出されバスバーホルダ３３の空間Ｓ３３に流入したガスが、ホルダカバー３５の挿入穴３５ｃの縁と中間プレート３７との隙間から流出した場合、ガスは補強部材４０に当たり冷却されながらＹ方向に流れる。このため、高温のガスが筐体７０の樹脂製の蓋体７２に直接当たることがないので、熱により蓋体７２が変形等するのを抑制することができる。また、ガスは補強部材４０の長手方向（Ｙ方向）に沿って流れるので、ガスに対する補強部材４０の冷却時間および冷却面積を確保することができ、高温のガスを効率良く冷却することができる。

図１に示すように、筐体７０の第２収容空間７０ｂに配置される電装ユニット５０は、複数の電池セル２０を制御する制御基板、リレーおよびヒューズなどの電装品と、電装品を収容する電装ホルダとによって構成されている。電装ホルダは、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の電気的絶縁性を有する樹脂製の部材である。電装ユニット５０は、略直方体形状に形成されているとともに、Ｙ方向に沿って延びるように配置されている。

電装ユニット５０の長手方向（Ｙ方向）の両端部には、正極および負極の入出力端子１０１が設けられている。正極の入出力端子１０１は、例えば電装ユニット５０の電装品を介して、電池セル２０の正極外部端子８Ａに接続された端子片３９に電気的に接続されている。負極の入出力端子１０１は、例えば電装ユニット５０の電装品を介して、電池セル２０の負極外部端子８Ｂに接続された端子片３９に電気的に接続されている。

ここで、本実施形態では、筐体７０には、第２収容空間７０ｂと筐体７０の外部とを連通するダクト８０が設けられている。ダクト８０は、筐体７０内のガスを筐体７０の外部に排出するために設けられている。ダクト８０は、筐体７０のうちの第２収容空間７０ｂを形成する部分（ここでは、蓋体７２の側壁７２ｂ）に設けられている。

ダクト８０を筐体７０のうちの第２収容空間７０ｂを形成する部分に設けることによって、第１収容空間７０ａで発生したガスは、第２収容空間７０ｂを介してダクト８０のガス通路（通路）８０ａを通過する。特に、第１収容空間７０ａは、電池セル２０の発熱により、電装ユニット５０が収容された第２収容空間７０ｂよりも高温になりやすく、第１収容空間７０ａのガスは、低温である第２収容空間７０ｂに流れやすい。このような結果、ガス排出弁１０から排出された第１収容空間７０ａ内のガスが、第１収容空間７０ａ内に滞留して、他の電池セル２０に流れるのをより抑制することができる。なお、ダクト８０は、筐体７０のうちの第２収容空間７０ｂを形成する部分であれば、蓋体７２の他の位置に設けられていてもよいし、筐体本体７１に設けられていてもよい。

図４に示すように、ダクト８０は、蓋体７２の側壁７２ｂから外側に向かって突出する筒状に形成されている。ダクト８０の内部には、筐体７０の内部空間（ここでは第２収容空間７０ｂ）に繋がるガス通路（通路）８０ａが形成されている。ダクト８０は、本実施形態では樹脂製の筐体７０の蓋体７２に一体成形されているが、蓋体７２に取り付けられたものであってもよい。また、ダクト８０の先端（下流端）には、フィルタ（閉塞部材）９１と、保持部材９２と、パイプ９５とが設けられている。パイプ９５は、ダクト８０から例えば車室の下方位置などの車両の外部にまで延在している。これにより、電池パック１００が車両の何れの位置に配置されていたとしても、パイプ９５により電池パック１００から排出されたガスを車両の外部に放出することができる。このため、ダクト８０やパイプ９５が設けられていない場合と異なり、電池パック１００が車室内に配置されていたとしても、電池パック１００内のガスが車室内に放出されるのを防止することができる。このため、電池パック１００を車室内に配置することができる。

ダクト８０には、ガス通路８０ａを閉塞することが可能なフィルタ９１が設けられている。フィルタ９１は、ガス透過性を有さず、透湿性および防水性を有する例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂材料からなる円形状のシートによって構成されている。フィルタ９１は、ガス通路８０ａを閉塞し、電池セル２０のガス排出弁１０から排出されたガスを筐体７０内に密封する。また、フィルタ９１は、外部から異物や水が電池パック１００に浸入するのを防止する。なお、ここでは、本発明の閉塞部材として、ガス透過性を有さず、透湿性および防水性を有するフィルタを用いる例について示したが、閉塞部材の材質は、少なくともガス透過性を有していなければよく、特に限定されるものではない。

ダクト８０には、フィルタ９１の縁部に係合する係合凹部８１がダクト８０の内周面に沿って１周にわたって形成されている。係合凹部８１は、フィルタ９１の第２収容空間７０ｂ側の一方面９１ａの縁部に対向する第１保持面８１ａと、フィルタ９１の外周面に対向配置される内周面８１ｂとを有する。以下、第２収容空間７０ｂ側（ダクト８０のガス流入側）を「上流側」、第２収容空間７０ｂとは反対側（ダクト８０のガス排出側）を「下流側」ともいう。

保持部材９２は、ダクト８０の先端（下流端）に固定部材（図示せず）を用いて固定されている。保持部材９２は、フィルタ９１の下流側の他方面９１ｂの縁部に対向する第２保持面９２ａを有する。フィルタ９１は、第１保持面８１ａと第２保持面９２ａとの間に縁部が挟み込まれた状態で、ダクト８０および保持部材９２に保持されている。

また、第２保持面９２ａとダクト８０の第１保持面８１ａとの間の距離は、フィルタ９１の厚みよりも大きい。そこで、フィルタ９１の上流側には、クッションとしての機能を有する不織布９３が配置されている。この不織布９３がフィルタ９１を保持部材９２側に付勢（押す）ことにより、フィルタ９１は他方面９１ｂが保持部材９２に密着した状態で保持されるので、電池パック１００の密封性が保持される。また、フィルタ９１の縁部が第２保持面９２ａと第１保持面８１ａとによって挟持（固定）されることもない。なお、不織布９３に替えて、フィルタ９１を保持部材９２側に付勢する（密着させる）他の付勢部材を設けることも可能である。また、フィルタ９１の上流側に不織布９３や付勢部材を設けない構成としてもよい。この場合、第２保持面９２ａとダクト８０の第１保持面８１ａとの間の距離は、フィルタ９１の厚みよりもわずかに大きく設定される。この場合にも、電池パック１００内のガス圧が上昇することにより、フィルタ９１は保持部材９２側に移動して保持部材９２に密着し、ガス圧によりその密着状態が保持される。

保持部材９２の中心部には、第２保持面９２ａが環状になるように保持部材９２を厚み方向に貫通する貫通穴９２ｂが形成されている。図５に示すように、保持部材９２は、下流側から見て、貫通穴９２ｂの縁部がフィルタ９１の縁部の全周にわたって重なる（係合する）ように形成されている。

ここで、電池積層体３１を構成する電池セル２０に何らかの異常が発生し、電池セル２０の内圧が所定の圧力を超えると、ガス排出弁１０が開裂してガスが筐体７０内に排出される。例えば、常用温度の１つの電池セル２０からガスが排出された場合、電池パック１００内のガス圧およびダクト８０内のガス圧は上昇するが、フィルタ９１は保持部材９２に密着した状態で保持され、電池パック１００内の密封状態が維持される。

その一方、何らかの異常により例えば高温になった電池セル２０からガスが大量に排出されると、筐体７０内のガス圧は急激に上昇する。そして、第２収容空間７０ｂ（筐体７０）内のガス圧が筐体７０の外部の大気圧に対して所定値以上になると、フィルタ９１は、ガス圧に起因して撓みが大きくなり、保持部材９２の貫通穴９２ｂに入り込んだ状態（図４の２点鎖線参照）、又は保持部材９２から外れて貫通穴９２ｂを通過する。これにより、ガス通路８０ａが開通されるので、電池パック１００内のガスがパイプ９５を介して車両の外部に放出される。このため、第２収容空間７０ｂのガス圧と筐体７０の外部の大気圧との差圧が所定値（以下、限界圧ともいう）よりも大きくなるのを防止することができる。なお、以下では、第２収容空間７０ｂのガス圧と筐体７０の外部の大気圧との差圧を単に「差圧」という場合がある。

上述したように、フィルタ９１の上流側には、クッションとして機能する不織布９３が配置されている。すなわち、フィルタ９１は、第１保持面８１ａと第２保持面９２ａとによって強固に挟持されていない。このため、フィルタ９１がガス通路８０ａを開通する差圧（限界圧）、すなわちフィルタ９１の係合状態が解除される差圧（限界圧）は、フィルタ９１の屈曲性と、フィルタ９１を保持する構造（ここでは、保持部材９２の貫通穴９２ｂの穴径）とによって設定可能である。

フィルタ９１がガス通路８０ａを開通する限界圧は、電池パック１００が破損しない限り、できるだけ高い方が望ましい。限界圧を高くするほど、電池パック１００内に溜めることができるガス量が多くなるためである。ここで、蓋体７２を構成する樹脂の応力－ひずみ曲線は、例えば図６に示すようになっており、引張破壊応力よりも引張降伏応力の方が高くなっている。そこで、本実施形態では、限界圧は、蓋体７２の引張破壊応力以上、引張降伏応力未満に設定される。限界圧が引張降伏応力未満に設定されることにより、電池パック１００がガス圧で破損する前にフィルタ９１が外れてガス通路８０ａが開通されるので、電池パック１００の破損を防止することができる。また、限界圧が引張破壊応力以上に設定されることにより、低いガス圧でフィルタ９１が外れてガス通路８０ａが開通するのを防止することができる。

また、図７に示すように、充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が常用範囲（例えば３０％以上７０％以下の範囲）の１つの電池セル２０からガスが排出された場合、排出されるガスは少量のため、電池パック１００内のガス圧は低く、差圧は限界圧未満である。

その一方、充電率が常用範囲を超えた１つの電池セル２０からガスが大量に排出された場合、電池パック１００内のガス圧は、筐体７０の外部の気圧に対して所定値以上になる。すなわち、差圧は限界圧以上になる。また、充電率が常用範囲であっても複数の電池セル２０からガスが排出された場合、電池パック１００内のガス圧は、筐体７０の外部の気圧に対して所定値以上になる。すなわち、差圧は限界圧以上になる。限界圧をこのように設定することによって、電池パック１００内のガス圧が大きく上昇して差圧が大きくなった際に、ガス通路８０ａを確実に開通し、電池パック１００の破損を確実に防止することができる。

本実施形態では、上記のように、電池セル２０のガス排出弁１０から排出されたガスは第１収容空間７０ａに放出され、筐体７０内全体（第１収容空間７０ａおよび第２収容空間７０ｂ）に溜められる。これにより、上記特許文献１のように電池パック内に設けられる排出経路部にガスを溜める場合に比べて、ガスを溜める容積が大きいので、電池セル２０からガスが排出された場合における電池パック１００内のガス圧の上昇を小さくすることができる。このため、筐体７０内のガス圧が筐体７０の外部の大気圧に対して所定値以上になるのを抑制することができるので、より多くのガスを筐体７０内に溜めることができる。なお、本実施形態では、電池パック１００内を区画するような排出経路部を設けていないので、電池パック１００の小型化を図ることができる。

また、ダクト８０を筐体７０のうちの第２収容空間７０ｂを形成する部分に設けることによって、ダクト８０を介してガスが筐体７０の外部に排出される際に、第２収容空間７０ｂが負圧になる。このため、ガス排出弁１０から排出された第１収容空間７０ａ内のガスは第２収容空間７０ｂに流れやすくなるので、高温のガスが他の電池セル２０に流れるのを抑制することができる。

また、ダクト８０には、第２収容空間７０ｂのガス圧が筐体７０の外部の大気圧に対して所定値以上になったときに、ダクト８０のガス通路８０ａを開通させるフィルタ９１を設けている。これにより、電池セル２０に異常が発生して電池セル２０から大量のガスが排出された場合であっても、ガス通路８０ａを開通し、電池パック１００の破損を確実に防止することができる。

なお、電池セル２０のガス排出弁１０から排出されたガスは、主としてガス溜め部（第２収容空間７０ｂ内の隙間）に溜まる。ガス溜め部は、電池モジュール３０から所定間隔をおいて設けられているので、電池セル２０から排出された高温のガスに起因して、他の電池セル２０の温度が上昇するのをより抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る電池パック１００では図８に示すように、ダクト８０のフィルタ９１に対して上流側の部分には、フィルタ９１の縁部を保持する係合突起８２がダクト８０の内周面に沿って１周にわたって形成されている。なお、係合突起８２は、フィルタ９１を保持することが可能であれば、フィルタ９１を複数箇所（部分的に）保持するように設けられていてもよい。係合突起８２は、フィルタ９１の一方面９１ａの縁部に対向する第１保持面８２ａと、第１保持面８２ａの内側端部からダクト８０の内面に延びる傾斜面（絞り部）８２ｂとを有する。傾斜面８２ｂは、上流側（第２収容空間７０ｂ側）から下流側（第２収容空間７０ｂとは反対側）に向かって内径が小さくなるように形成されている。これにより、ガス通路８０ａの断面積は、下流側に向かって小さくなっている。

本実施形態では、上記のように、ダクト８０のフィルタ９１に対して上流側の部分において、フィルタ９１に近接した位置には、ガス通路８０ａの断面を絞る傾斜面８２ｂが形成されている。これにより、電池セル２０のガス排出弁１０から大量のガスが排出された場合、ガス通路８０ａ内にガスが流れ込むが、このとき、傾斜面８２ｂによってガス通路８０ａの断面積が小さくなっているため、傾斜面８２ｂの内側を通過するガスの流速が速くなる。このため、フィルタ９１に対する風圧（ガス圧）が高くなる。また、フィルタ９１の中心部に集中的にガス圧がかかる。これらにより、電池セル２０のガス排出弁１０から大量のガスが排出され、電池パック１００内のガス圧が急激に上昇した場合に、フィルタ９１が外れやすくなるので、電池パック１００内のガスを確実に車両の外部に放出することができる。

第２実施形態のその他の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る電池パック１００では図９に示すように、保持部材９２の第２保持面９２ａの所定位置には、第１保持面８２ａに向かって突出する突起部９２ｃが形成されている。この突起部９２ｃと第１保持面８２ａとによって、フィルタ９１および不織布９３が挟持されている。突起部９２ｃは、第２保持面９２ａに例えば１つだけ設けられており、フィルタ９１および不織布９３の一部のみを挟持している。これにより、ガス圧によってフィルタ９１の係合状態が解除された場合に、フィルタ９１がパイプ９５内に飛翔するのを抑制することができるので、フィルタ９１がパイプ９５内に貼り付いたり、パイプ９５内を塞いだりするのを抑制することができる。

また、突起部９２ｃは、第１保持面８２ａから所定距離を隔てて配置されている。突起部９２ｃと第１保持面８２ａとの間の距離は、例えばフィルタ９１の厚みよりも小さく形成されている。これにより、突起部９２ｃと第１保持面８２ａとによって、フィルタ９１を確実に挟持することができる。

突起部９２ｃの数は特に限定されるものではないが、フィルタ９１を強固に保持するために、例えばフィルタ９１の周縁を全周にわたって挟持するように突起部９２ｃを複数個形成すると、差圧が限界圧以上に上昇した場合であってもフィルタ９１が外れなくなってしまう。このため、差圧によってフィルタ９１の係合状態を確実に解除するためには、突起部９２ｃは、フィルタ９１の一部のみを挟持するように構成されている必要がある。

なお、ここでは突起部９２ｃを第２保持面９２ａに設ける例について示したが、第２保持面９２ａに向かって突出する突起部を第１保持面８２ａに設けてもよいし、第１保持面８２ａおよび第２保持面９２ａの両方に突起部を設けてもよい。

第３実施形態のその他の構成および効果は、上記第２実施形態と同様である。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る電池パック１００では図１０に示すように、保持部材９２の第２保持面９２ａの所定位置には、第１保持面８２ａに向かって突出する突起部９２ｄが形成されている。第１保持面８２ａには、突起部９２ｄに対応する位置に凹部８２ｃが形成されている。本実施形態の突起部９２ｄは、上記第３実施形態の突起部９２ｃよりも突出量が大きく、第１保持面８２ａの凹部８２ｃ内に入り込むように形成されている。

本実施形態では、突起部９２ｄおよび凹部８２ｃを設けることによって、フィルタ９１および不織布９３はフィルタ９１により貫通された状態で保持される。これにより、ガス圧によってフィルタ９１の係合状態が解除された場合に、フィルタ９１がパイプ９５内に飛翔するのをより抑制することができるので、フィルタ９１がパイプ９５内に貼り付いたり、パイプ９５内を塞いだりするのをより抑制することができる。

なお、ここでは突起部９２ｄを第２保持面９２ａに設け、凹部８２ｃを第１保持面８２ａに設ける例について示したが、突起部を第１保持面８２ａに設け、凹部を第２保持面９２ａに設けてもよい。

第４実施形態のその他の構成および効果は、上記第３実施形態と同様である。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係る電池パック１００では図１１に示すように、保持部材９２の中心部に形成された貫通穴９２ｂは、下流側から見て、楕円形状に形成されている。これにより、フィルタ９１の縁部のうち貫通穴９２ｂの長軸に対応する部分９１ｃは、フィルタ９１の縁部のうち貫通穴９２ｂの短軸に対応する部分９１ｄに比べて、保持部材９２に接触（係合）する幅（貫通穴９２ｂの周縁からフィルタ９１の周縁までの距離）が小さくなる。このため、ガス排出時に、フィルタ９１の部分９１ｃが他の部分よりも保持部材９２から外れやすくなるので、より確実にガス通路８０ａを開通させることができる。なお、貫通穴９２ｂの周縁からフィルタ９１の周縁までの距離とは、貫通穴９２ｂの周縁のある位置からフィルタ９１の周縁の最短位置までの距離のことである。

図１１では、フィルタ９１の保持部材９２に対して係合する幅を上下方向（短軸方向）および左右方向（長軸方向）に対称にする例について示したが、上下方向または左右方向に非対称にしてもよい。また、例えば図１２に示す第５実施形態の変形例のように、保持部材９２に、貫通穴９２ｂの内側に向かって突出する突部９２ｅを部分的に設けてもよい。図１１および図１２に示すように、保持部材９２の第２保持面９２ａ（図４参照）のフィルタ９１の縁部に係合する幅を、貫通穴９２ｂの周方向に沿って変化させる（一定でない）ことによって、フィルタ９１は、保持部材９２に対して部分的に外れやすくなるので、より確実にガス通路８０ａを開通させることができる。また、保持部材９２のフィルタ９１に係合する幅や位置を変化させることによって、フィルタ９１の作動圧（外れる圧力）をコントロールしやすくなる。

第５実施形態のその他の構成および効果は、上記第１～第４実施形態と同様である。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態に係る電池パック１００では図１３に示すように、ダクト８０のフィルタ９１に対して上流側の部分には、フィルタ９１の縁部に係合する係合突起８３がダクト８０の内周面に沿って１周にわたって形成されている。なお、係合突起８３は、フィルタ９１を保持することが可能であれば、フィルタ９１を複数箇所（部分的に）保持するように設けられていてもよい。係合突起８３は、フィルタ９１の一方面９１ａの縁部に対向する第１保持面８３ａと、第１保持面８３ａの内側端部から上流側に向かって延びる内面８３ｂと、内面８３ｂの上流側の端部からダクト８０の内面に延びる傾斜面（絞り部）８３ｃとを有する。第１保持面８３ａおよび傾斜面８３ｃは、ダクト８０の内面から下流側に向かって内側に傾斜するように形成されている。

保持部材９２には、第１保持面８３ａに対向配置され、第１保持面８３ａとの間でフィルタ９１および不織布９３を保持する第２保持面９２ｆを有する突起部９２ｇが設けられている。第２保持面９２ｆは、第１保持面８３ａに対して平行に形成されている。

第１保持面８３ａおよび第２保持面９２ｆが、ダクト８０の内面に対して傾斜して形成されているため、フィルタ９１および不織布９３は、中心部が下流側に向かって凸状になるように撓んだ状態で、第１保持面８３ａおよび第２保持面９２ｆに保持されている。

本実施形態では、上記のように、フィルタ９１は、ダクト８０の内面から下流側に向かって内側に傾斜する第１保持面８３ａおよび傾斜面８３ｃによって保持されている。これにより、フィルタ９１にガス圧がかかった場合にフィルタ９１が移動する方向（下流方向）と、フィルタ９１が第１保持面８３ａおよび傾斜面８３ｃの間から抜け出る方向（下流方向）とが一致する。このため、フィルタ９１にガス圧がかかった場合に、フィルタ９１が保持部材９２からより外れやすくなるので、より確実にガス通路８０ａを開通させることができる。

第６実施形態のその他の構成および効果は、上記第２実施形態と同様である。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、上記実施形態では、電池セル２０が二次電池からなる場合について示したが、本発明はこれに限らず、電池セル２０は二次電池以外の電池であってもよい。

また、上述した実施形態および変形例の構成を適宜組み合わせて得られる構成についても、本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、上記第６実施形態の第２保持面９２ｆまたは第１保持面８３ａに突起部を設けてもよい。

１０ ガス排出弁
２０ 電池セル
３０ 電池モジュール
３３ バスバーホルダ（カバー部材）
３５ｄ 切り欠き（案内部）
４０ 補強部材（金属プレート）
５０ 電装ユニット
７０ 筐体
７０ｂ 第２収容空間
７１ 筐体本体
７２ 蓋体
８０ ダクト
８０ａ ガス通路（通路）
８１ａ、８２ａ、８３ａ 第１保持面
８２ｂ、８３ｃ 傾斜面（絞り部）
８２ｃ 凹部
９１ フィルタ（閉塞部材）
９２ 保持部材
９２ａ、９２ｆ 第２保持面
９２ｂ 貫通穴
９２ｃ、９２ｄ 突起部
１００ 電池パック

Claims (13)

1. 積層配置された複数の電池セルを含む電池モジュールと、前記電池モジュールに電気的に接続された電装ユニットと、前記電池モジュールおよび前記電装ユニットを収容する筐体と、を備えた電池パックであって、
   前記各電池セルには、ガス排出弁が設けられており、
   前記筐体は、前記電池モジュールおよび前記電装ユニットが載置される筐体本体と、前記電池モジュールの前記複数の電池セルに設けられた前記ガス排出弁を覆うように前記筐体本体の上部に取り付けられる蓋体とを含んでおり、
   前記筐体の内部には、前記電池モジュールを収容する第１収容空間と、前記電装ユニットを収容する第２収容空間とが設けられており、
   前記第１収容空間および前記第２収容空間は、前記電池モジュールおよび前記電装ユニットを収容した状態で連通しており、
   前記第１収容空間および前記第２収容空間は、前記複数の電池セルの積層方向および前記蓋体の法線方向のそれぞれに直交する第１方向に並んで配置されており、
   前記蓋体の前記第２収容空間を形成する部分には、前記第２収容空間と前記筐体の外部とを連通するダクトが設けられており、
   前記ダクトには、前記ダクトの通路を閉塞する閉塞部材が設けられており、
   前記閉塞部材は、前記第２収容空間のガス圧が前記筐体の外部の気圧に対して所定値以上になったときに、前記ダクトの通路を開通し、
   前記筐体の前記第１収容空間を構成する内面と前記電池モジュールとの間には第１隙間が形成されており、
   前記筐体の前記第２収容空間を構成する内面と前記電装ユニットとの間には第２隙間が形成されており、
   前記第２隙間は、前記第１隙間よりも大きいことを特徴とする電池パック。
2. 前記電池モジュールは、前記複数の電池セルに設けられた前記ガス排出弁を覆うように配置されるカバー部材をさらに含み、
   前記カバー部材には、前記ガス排出弁から排出されたガスを前記第２収容空間側に導く案内部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記蓋体は、樹脂製であり、
   前記電池モジュールと前記蓋体との間には、前記電池モジュールを覆う金属プレートが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
4. 前記閉塞部材に対して前記第２収容空間側の部分において、前記閉塞部材に近接した位置には、前記ダクトの通路の断面を絞る絞り部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
5. 前記筐体の少なくとも一部は、引張破壊応力よりも高い引張降伏応力を有する樹脂により形成されており、
   前記所定値は、前記引張破壊応力以上、前記引張降伏応力未満であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
6. 前記ダクトの端部には、前記閉塞部材を保持する保持部材が取り付けられており、
   前記ダクトには、前記閉塞部材の周縁に対向する第１保持面が形成されており、
   前記保持部材には、前記閉塞部材の周縁に対向する第２保持面が形成されており、
   前記閉塞部材は、少なくとも前記第１保持面と前記第２保持面との間に前記周縁が挟み込まれた状態で、前記ダクトおよび前記保持部材に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
7. 前記保持部材には、前記第２保持面が環状になるように貫通する貫通穴が設けられており、
   前記第２保持面の前記貫通穴の縁部は、前記閉塞部材の縁部に接触し、
   前記第２保持面の貫通穴の周縁から前記閉塞部材の周縁までの距離は、前記貫通穴の周方向に沿って変化することを特徴とする請求項６に記載の電池パック。
8. 前記第１保持面および前記第２保持面の少なくとも一方には、前記第１保持面および前記第２保持面の少なくとも他方に向かって突出する突起部が設けられており、
   前記突起部と前記第１保持面および前記第２保持面の少なくとも他方とによって前記閉塞部材の一部が挟み込まれていることを特徴とする請求項６に記載の電池パック。
9. 前記第１保持面および前記第２保持面の少なくとも他方には、前記突起部に対応する位置に凹部が設けられており、
   前記突起部は、前記凹部に先端が入り込んだ状態で前記閉塞部材を保持することを特徴とする請求項８に記載の電池パック。
10. 前記電池モジュールは、前記第１方向に直交する側面を有し、
    前記電装ユニットは、前記電池モジュールの側面に対向配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
11. 前記第１保持面には、前記ダクトの通路に連通する穴が形成されており、
    前記閉塞部材の外径は、前記第１保持面の穴径より大きく、かつ、前記第２保持面の外径より小さいことを特徴とする請求項６に記載の電池パック。
12. 前記閉塞部材は、前記筐体の外部から前記第２収容空間側に向かって前記閉塞部材の厚み分だけ前記ダクトの端面から嵌入されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
13. 前記閉塞部材に対して前記第２収容空間側の部分において、前記閉塞部材に近接した位置には、前記ダクトの外径を変更することなく前記ダクトの通路の断面を絞る絞り部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。

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