JP7841801B2 - 熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーパックに関し、より詳しくは、熱暴走時において効果的に内圧を除去することができるバッテリーパックに関する。

二次電池は、充電不可の一次電池とは異なり、充放電が可能な電池であり、携帯機器だけでなく、電気駆動源によって駆動される電気車両（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ、Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに応用されている。

現在広く使用されている二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などが挙げられる。このような単位電池セル、すなわち、単位バッテリーセルの動作電圧は、約２．５Ｖ～４．６Ｖである。それで、より高い出力電圧が要求される場合は、多数のバッテリーセルを直列に接続することでバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量によって、多数のバッテリーセルを並列に接続してバッテリーパックを構成してもよい。従って、上記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数は、要求される出力電圧または充放電容量によって様々に設定することができる。

多数のバッテリーセルを直列・並列に接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセル、好ましくは、多数のバッテリーセルからなるバッテリーモジュールを構成した後、このようなバッテリーモジュールの少なくとも一つを使用し、さらにその他の構成要素を追加してバッテリーパックを構成する方法が一般的である。ここで、バッテリーモジュールとは、多数のバッテリーセルが直列乃至並列に接続された構成要素を意味し、バッテリーパックとは、容量及び出力などを高めるために多数のバッテリーモジュールが直列乃至並列に接続された構成要素を意味する。

通常、車両用バッテリーパックにおいては、構造安定性を維持するため、一般的に、複数のバッテリーモジュール乃至バッテリーモジュールアセンブリを同一の平面上に配列することになる。

なお、このようなバッテリーパックでは、過充電などが生じた場合、高エネルギーが瞬時に流れてしまい、正極物質が過充電または短絡によって化学的に活性化が大きく増大するため、電解質と急激に反応して多量のガスが発生することがある。その結果、バッテリーパックの内圧や温度が急激に上がり、バッテリーパックの爆発につながる恐れがある。

従来は、図１に示されるように、バッテリーパック１０の熱暴走時において、上部ハウジング１と下部ハウジング２との間に設けられるゴム製シールガスケットを介してガスが漏れ出し、このような場合は、ガスが速やかに排出されず、外部ハウジングの変形及びシールの損傷が発生することがあり、これにより、バッテリーパック外部への火炎発生が生じる恐れがある。

本発明の目的は、熱暴走時において速やかに内圧を除去することができるバッテリーパックを提供することにある。

本発明の一実施例による熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパックは、一つ以上のバッテリーモジュール；及び、上記バッテリーモジュールを収容するケース；を含み、上記ケースは、内部からガスを排出するためのベントホール；及び、上記ベントホールを覆うように上記ケースに貼り付けられるベントテープ；を含むことを特徴とする。

また、上記ケースは、下部ハウジング、及び上記下部ハウジングの上側に結合される上部ハウジングをさらに含む。

また、好ましくは、上記ベントホールは、上記上部ハウジングに配置される。

また、上記ベントホールは、複数個設けられる。

また、上記ベントテープは、切り取り線を含む。

また、上記切り取り線は、上記ベントホールの外側に配置される。

また、上記切り取り線は、上記ベントホールを囲むように形成される。

また、上記切り取り線は、円形状をなしてもよい。

また、上記切り取り線は、円弧状をなしてもよい。

本発明の他の実施例による熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパックは、一つ以上のバッテリーモジュール；及び、上記バッテリーモジュールを収容するケース；を含み、上記ケースは、内部からガスを排出するためのベントホール；上記ベントホールに連通し、上記ケースから外部に延びるガス排出チューブ；及び、上記ガス排出チューブの端部を覆うベントテープ；を含むことを特徴とする。

また、上記ガス排出チューブの端部に配置され、上記ガス排出チューブの端部から外側に延びる拡張部をさらに含む。

また、上記ベントテープは、上記拡張部に貼り付けられる。

また、上記ベントテープは、切り取り線を含み、上記切り取り線は、上記拡張部において上記ガス排出チューブの内周面の外側に配置されてもよい。

また、上記切り取り線は、上記ガス排出チューブの内周を囲むように設けられてもよい。

本発明に係るバッテリーパックによれば、熱暴走時において、速やかに内圧を除去することができる効果が得られる。

従来のバッテリーパックを示す図である。 本発明の第１の実施例によるバッテリーパックを示す図である。 図２中のＡ部分を示す詳細図である。 図２中のバッテリーパックの一側面の断面を示す図である。 本発明の第２の実施例による熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパックにおけるベントテープを拡大して示す図である。 本発明の第３の実施例による熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパックにおけるベントテープを拡大して示す図である。 本発明の第３の実施例による熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパックにおけるベントテープを拡大して示す図である。 図６において内部ガスがベントホールを介して排出されることを示す図である。 図７において内部ガスがベントホールを介して排出されることを示す図である。 本発明の第４の実施例によるバッテリーパックを示す図である。 本発明の第４の実施例によるバッテリーパックを示す図である。

本発明の利点及び特徴、並びにその達成方法は、添付の図面に基づいて詳述する実施例から明らかになるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施例に限定されるものではなく、異なる種々の形態で実現することができ、但し、本実施例は、本発明の完全な開示のために、また、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるべきである。従って、いくつかの実施例では、周知の工程段階、周知の素子構造、及び周知の技術については、本発明が曖昧になることを避けるために具体的に説明されていない。本明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を指称する。

図面において、複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示されている。本明細書全体にわたって類似した部分には同一の符号が付されている。層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」あるというとき、これは、他の部分の「真上に」ある場合だけでなく、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。これに対し、ある部分が他の部分の「真上に」あるというときは、中間に他の部分がないことを意味する。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」あるというとき、これは、他の部分の「真下に」ある場合だけでなく、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。これに対し、ある部分が他の部分の「直下に」あるというときは、中間に他の部分がないことを意味する。

以下、本発明の好適な実施例による熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパックを添付の図面を参照して詳述する。

図２は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを示す図であり、図３は、図２中のＡ部分を示す詳細図であり、図４は、図２中のバッテリーパックの一側面の断面を示す図である。

本発明の一実施例による熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパック１０００は、一つ以上のバッテリーモジュール５００及びバッテリーモジュール５００を収容するケース５０を含み、上記ケース５０は、上部ハウジング１００及び下部ハウジング２００を含む。

バッテリーパック１０００に収容されるバッテリーモジュール５００は、複数のバッテリーセル（図示せず）を含んでなり、各バッテリーセルは、例えば、パウチ型バッテリーセルでああってもよい。 例えば、バッテリーモジュール５００は、互いに積層された複数のバッテリーセルを備え、また、各バッテリーセルは、前端及び後端のそれぞれに電極リードを有するが、前端に正極リードが設けられ、後端に負極リードが設けられてもよい。バッテリーモジュール５００内の複数のバッテリーセルは、互いに電気的に接続できるように積層されてもよい。
バッテリーセルは、パウチ型バッテリーセルに限定されず、角型バッテリーセルなど、他の形態を有するバッテリーセルであってもよく、複数のバッテリーセルは、バッテリーモジュール５００のケース内に収容されてもよい。

上記ケース５０は、複数のバッテリーモジュール５００を収容するためのものであり、上部ハウジング１００及び下部ハウジング２００を含み、上・下部ハウジング１００、２００の間にガスケット４００をさらに含んでいる。

上記下部ハウジング２００には、複数のバッテリーモジュール５００を収容することができ、上部ハウジング１００が下部ハウジング２００の上側に結合され、ケース５０の内部にバッテリーモジュール５００が収容される内部空間が形成される。

上部ハウジング１００と下部ハウジング２００との間に配置されるガスケット４００は、上部ハウジング１００と下部ハウジング２００との間のシールのために設けられるものであり、上・下部ハウジング１００、２００の結合部分の全体にわたって配置されることで、平面上で閉ループ形状をなしている。ガスケットの材料としては、ゴムまたはその他の材料からなってもよい。

なお、本発明では、ケース５０にベントホール１１０が形成されている。ベントホール１１０は、バッテリーパック１０００の熱暴走時において内部で発生するガスを排出するためのものであり、図２及び３には、上部ハウジング１００にベントホール１１０が形成される例が示されている。

バッテリーパックでは、過充填などが生じた場合、高エネルギーが瞬時に流れてしまい、正極物質が過充填または短絡によって化学的に活性化が大きく増大するため、電解質と急激に反応して多量のガスが発生することがある。その結果、バッテリーパックの内圧や温度が急上昇し、バッテリーパックの爆発につながることがある。

本発明では、バッテリーパック１０００の熱暴走時において内部で発生するガスがベントホール１１０を介して排出され、これにより、内圧の上昇による外部ハウジングの変形及びシールの損傷を防止することが可能となる。図２及び３には、上部ハウジング１００にベントホール１１０が形成された例が示されているが、下部ハウジング２００にベントホール１１０が形成されてもよい。

ベントホール１１０は、図示のようにケース５０に２つ以上が設けられてもよい。

また、ベントホール１１０の上部には、ベントテープ３００が貼り付けられる。ベントテープ３００は、ベントホール１１０を覆うようにケース５０または上部ハウジング１００に貼り付けられるものであり、ベントテープ３００は、ベントホール１１０よりも大きな面積を有し、かつその裏面に塗布された接着剤によってケース５０または上部ハウジング１００に貼り付けられることになる。

このようなベントテープ３００は、普段は外部からケース５０の内部を遮断し、異物が流入するのを防止するが、バッテリーパックの熱暴走時においては、バッテリーパック１０００の内圧の上昇によって一定の圧力が発生すると、ベントテープ３００が接着力を喪失し、これにより、ケース５０または上部ハウジング１００からベントテープ３００が分離され、ベントホール１１０を介して内部ガスが排出されることになる。

従来は、バッテリーパックの熱暴走時において、上部ハウジングと下部ハウジングとの間のガスケットを介してガスが漏れ出すため、ガスが速やかに排出されず、外部ハウジングの変形及びシールの損傷が発生するという問題があったが、本発明では、バッテリーパックの熱暴走時において、バッテリーパック１０００の内部で発生するガスによって内圧が上昇して一定の圧力以上になると、ケース５０または上部ハウジング１００からベントテープ３００が分離され、ベントホール１１０を介して内部ガスが排出されることで内圧が速やかに除去されるため、熱爆走の初期において内圧が除去され、バッテリーパック外部への火炎発生を防止することができる。

次に、本発明の第２の実施例による熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパックについて説明する。図５は、本発明の第２の実施例による熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパックにおけるベントテープを拡大して示す図である。

第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、ベントテープ３００に切り取り線３１０が形成されているという点である。

本実施例において、切り取り線３１０は、円形状をなしており、ベントテープ３００においてベントホール１１０の外側からベントホール１１０を囲むように形成されている。切り取り線の直径は、ベントホール１１０の直径と同一であるか、または大きくなっていてもよい。

具体的には、切り取り線３１０は、図示のように互いに離間した複数の切り取り孔３１１を含んでなり、それぞれの切り取り孔３１１は、円の一部を形成する円弧状をなしている。従って、それぞれの切り取り孔３１１が集まって一つの円形状を形成することになる。

本発明の第２の実施例では、普段は外部からケース５０の内部を遮断し、異物が流入するのを防止するが、バッテリーパックの熱暴走時においては、バッテリーパック１０００の内部で発生するガスによって内圧が上昇して一定の圧力以上になると、ベントテープ３００において切り取り線３１０部分の一部または全部が切り取られ、ケース５０または上部ハウジング１００からベントテープ３００が分離され、ベントホール１１０及び分離された切り取り線部分を介して内部ガスが排出されることで内圧が除去される。

また、本発明の第２の実施例では、切り取り線３１０を構成するそれぞれの切り取り孔３１１の幅、切り取り孔３１１間の間隔などを調節することで排出ガスの排出圧力を調節することが可能である。

具体的には、切り取り孔３１１間の間隔を大きくして排出ガスの排出される基準圧力を増大させ、また、切り取り孔３１１間の間隔を小さくして排出ガスの排出される基準圧力を低下させることができる。

また、切り取り孔３１１の幅を大きくして排出ガスの排出される基準圧力を低下させ、また、切り取り孔３１１の幅を小さくして排出ガスの排出される基準圧力を増加させることができる。

その他の構成及び効果については、第１の実施例と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

次に、本発明の第３の実施例による熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパックについて説明する。図６及び７は、本発明の第３の実施例による熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパックにおいてベントテープを拡大して示す図であり、図８は、図６において内部ガスがベントホールを介して排出されることを示す図であり、図９は、図７において内部ガスがベントホールを介して排出されることを示す図である。

第３の実施例が第２の実施例と異なる点は、ベントテープ３００の切り取り線３１０が円弧状をなしているという点である。

第３の実施例では、第２の実施例とは異なり、切り取り線３１０が、円形状ではなく、円弧状をなし、図６及び７には、切り取り線３１０が半円形状をなしている例が示されている。

図６は、切り取り線３１０がベントホール１１０の下部側に配置される例を示す図であり、図７は、切り取り線３１０がベントホール１１０の上部側に配置される例を示す図である。

第３の実施例では、バッテリーパックの熱暴走時においてバッテリーパック１０００の内部で発生するガスによって内圧が上昇して一定の圧力以上になると、ベントテープ３００において切り取り線３１０部分が切り取られ、図６に示されるように切り取り線３１０がベントホール１１０の下部側に配置される場合、ベントホール１１０を通過したガスが下方に排出され（図８参照）、図７に示されるように切り取り線３１０がベントホールの上部側に配置される場合、ベントホール１１０を通過したガスが上方に排出されることになる（図９参照）。

従って、本発明の第３の実施例では、切り取り線３１０が円弧状をなしており、切り取り線３１０の形成位置を変更することで排出ガスの排出方向を調節することができるというメリットがある。従って、切り取り線３１０は、ベントホール１１０の左側または右側に配置されてもよく、図示のように２つのベントホール１１０を有する場合、左側ベントホール１１０に配置される切り取り線３１０は、ベントホール１１０の左側（または右側）に配置されてもよく、右側ベントホール１１０に配置される切り取り線３１０は、ベントホール１１０の右側（または左側）に配置されてもよい。

なお、図６及び７では、切り取り線が半円形状であるが、半円よりも小さいか、または半円よりも大きな円弧状であってもよい。

次に、本発明の第４の実施例による熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパックについて説明する。図１０及び１１は、本発明の第４の実施例によるバッテリーパックを示す図である。

第４の実施例が上述した実施例と異なる点は、ベントホール１１０と連通するガス排出チューブ１５０が設けられ、ガス排出チューブ１５０の端部を覆うようにベントテープ３００が配置されているという点である。

具体的には、ガス排出チューブ１５０は、ケース５０または上部ハウジング１００からベントホール１１０に連結され、外部に一定の長さだけ延びて設けられるものであり、ガス排出チューブ１５０の一端は、ベントホール１１０に連結され、ガス排出チューブ１５０の他端は、外部に一定の長さだけ突出して配置され、他端に拡張部１７０が設けられている。

本実施例において、拡張部１７０は、平板状であり、ガス排出チューブ１５０の他端に配置されることでガス排出チューブ１５０の外周面から外側に拡張されるような形状を呈している。

拡張部１７０の中央には、ガス排出チューブ１５０と連通する連通孔１７１が形成される。連通孔１７１の直径は、ガス排出チューブ１５０の内径と同じか、またはより大きくなっていてもよい。

このような拡張部１７０にベントテープ３００が貼り付けられる。ベントテープ３００は、ガス排出チューブ１５０の端部及び連通孔１７１を覆うように拡張部１７０に設けられる。

第４の実施例では、バッテリーパックの熱暴走時においてバッテリーパック１０００の内部で発生するガスによって内圧が上昇する場合、ガスが、ベントホール１１０を経てガス排出チューブ１５０に案内され、ガス排出チューブ１５０の他端と拡張部１７０に設けられるベントテープ３００とが分離されることで外部に排出され、内圧が除去されることになる。

本実施例において、ガス排出チューブ１５０は、ケース５０または上部ハウジング１００から、上、下、左、右の方向に延びるように結合されてもよく、ガス排出チューブ１５０は、直線状に延びるか、または一側方向に折り曲げられる折曲部を有してもよく、一側方向に曲がるように形成されてもよい。

このように、第４の実施例では、内部ガスがベントホール１１０に連結されるガス排出チューブ１５０により案内されて排出され、ガス排出チューブ１５０がケース５０または上部ハウジング１００から延びる方向を調節することにより、ガスの排出方向を調節することが可能となる。

また、第４の実施例において、ベントテープ３００は、第２の実施例及び第３の実施例における切り取り線３１０をさらに含んでいてもよい（図１１参照）。

このとき、切り取り線３１０は、拡張部１７０においてガス排出チューブ１５０の内周面の外側に配置されてもよく、切り取り線３１０は、拡張部１７０においてガス排出チューブ１５０の内周（移動通路の断面孔または連通孔１７１）を囲むように配置されてもよい。また、切り取り線３１０は、第２の実施例及び第３の実施例と同様に、円形状または円弧状をなしてもよい。

その他の構成及び効果については、上述した実施例と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

以上、本発明の好適な実施例を挙げて説明してきたが、本発明は、上述した実施例に限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の思想から逸脱しない範囲内で、種々に変更して実施することができる。

本発明によれば、熱暴走時において内圧を速やかに除去することができるバッテリーパックを提供することができる。

１ 上部ハウジング
２ 下部ハウジング
１０ バッテリーパック
５０ ケース
１００ 上部ハウジング
１１０ ベントホール
１５０ ガス排出チューブ
１７０ 拡張部
１７１ 連通孔
２００ 下部ハウジング
３００ ベントテープ
３１０ 切り取り線
３１１ 切り取り孔
４００ ガスケット
５００ バッテリーモジュール
１０００ バッテリーパック

Claims (5)

1. 一つ以上のバッテリーモジュール；及び、
   前記バッテリーモジュールを収容するケース；を含み、
   前記ケースは、
   内部からガスを排出するためのベントホール；及び、
   前記ベントホールを覆うように前記ケースに貼り付けられるベントテープ；
   を含み、
   前記ベントホールは、前記ケースの側面に設けられ、
   前記ベントテープは、切り取り線を含み、
   前記切り取り線は、前記ベントホールの外側に配置され、
   前記切り取り線は、円弧状をなし、前記ベントホールの下部側又は上部側に配置されている、熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパック。
2. 前記ケースは、
   下部ハウジング；及び、
   前記下部ハウジングの上側に結合される上部ハウジング；
   をさらに含む、請求項１に記載の熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパック。
3. 前記ベントホールは、前記上部ハウジングに配置される、請求項２に記載の熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパック。
4. 前記ベントホールは、複数個設けられる、請求項３に記載の熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパック。
5. 前記切り取り線は、前記ベントホールを囲むように形成される、請求項１に記載の熱暴走時の内圧を除去するためのバッテリーパック。