JPWO2015045404A1

JPWO2015045404A1 - 電池ユニット

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Publication number: JPWO2015045404A1
Application number: JP2015538913A
Authority: JP
Inventors: 吉洋塩津; 裕史高崎; 啓介清水
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: WO2015045404A1; US20160104923A1; US9761917B2; JP6296362B2

Abstract

電池ユニットは、複数の電池セルを含み、各電池セルから噴出したガスを排気する排気口を有する電池モジュールと、排気口に連通してガスを電池モジュール外部に排出する排気ダクトとを含む。排気ダクトは、少なくとも１つのダクト出口であって、ダクト出口の流路断面積、または各ダクト出口の流路断面積の総和は、ガス上流側の流路断面積よりも大きいダクト出口と、ダクト出口の周辺部に流路の一部を塞ぐように固定され、隙間を通過するガスの温度を低下させる温度低下部材とを有する。

Description

本開示は、複数の電池セルを含み排気口を有する電池モジュールを備える電池ユニットに関する。

特許文献１には、単電池が収容されたケースと、ケースに設けられたケース開口部に接続される排気ダクトとを有し、排気ダクトの下流側開口部は上流側開口部よりも面積が大きい電池モジュールが記載されている。単電池で生じたガスはケース開口部及び排気ダクトを通じて外部に排出される。

特開２０１１−７０８７１号公報

特許文献１に記載された電池モジュールでは、単電池（または電池セル）から噴出され、電池モジュール外に排出されるガスの温度を低下できる構造で、電池モジュール内のガス圧力増大を抑制する面から改良の余地がある。

本開示の一態様に係る電池ユニットは、複数の電池セルを含み、各電池セルから噴出したガスを排気する排気口を有する電池モジュールと、排気口に連通してガスを電池モジュール外部に排出する排気ダクトと、を備え、排気ダクトは、少なくとも１つのダクト出口であって、ダクト出口の流路断面積、または各ダクト出口の流路断面積の総和は、ガス上流側の流路断面積よりも大きいダクト出口と、ダクト出口の周辺部に流路の一部を塞ぐように固定され、隙間を通過するガスの温度を低下させる温度低下部材と、を含む。

本開示の一態様に係る電池ユニットによれば、電池セルから噴出され、電池モジュール外に排出されるガスの温度を低下でき、かつ、電池モジュール内のガス圧力増大を抑制できる。

本開示の実施形態における電池ユニットである電池システムを示す斜視図である。図１のＡ部拡大図である。図１の電池システムにおいて、一部を省略して裏側から見た図である。図１において、プレート本体を取り出して示す斜視図である。図１から、１つの電池モジュールを取り出して示す斜視図である。図５のＢ−Ｂ断面図である。図５のＣ−Ｃ断面図である。図１において、最上段の電池モジュールと排気ダクトとが接続された構成を拡大して示す斜視図である。図８において、排気ダクトの出口を示すＤ矢視図である。図８のＥ−Ｅ断面図である。排気ダクトの別例を示している図２に対応する図である。図１１の構成で用いられるダクト出口部材を示す斜視図である。図１２ＡのＦ矢視図である。図１２ＡのＧ矢視図である。図１１の構成で用いられるダクトカバーを示す斜視図である。排気ダクトの別例の第２例を示している図８に対応する図である。排気ダクトの別例の第３例を示す図である。本開示の実施形態の別例の第１例の電池ユニットを示す斜視図である。本開示の実施形態の別例の第２例の電池ユニットを示す斜視図である。本開示の実施形態の別例の第３例の電池ユニットを示す斜視図である。本開示の実施形態の別例の第４例の電池ユニットを示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本開示に係る実施形態について詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態、または変形例などが含まれる場合、複数の実施形態または変形例における各構成要素を適宜または任意に組み合わせて実施することができる。以下ではすべての図面において実質的に同様の要素に対する重複説明を省略する場合がある。

図１は、本開示の実施形態における電池ユニットである電池システム２０を示す斜視図である。図２は、図１のＡ部拡大図である。図３は、図１の電池システム２０において、一部を省略して裏側から見た図である。電池システム２０は、蓄電装置として用いられる。電池システム２０は、複数の電池モジュール２２と、複数の電池モジュール２２を一体に固定するダクト付固定部材２４と、インバータ２６、コンバータ２７及び回路基板３０とを含んで構成される。

電池システム２０は、図示しない太陽電池等の発電装置で得られた電力を電池モジュール２２に充電し、必要に応じて電池モジュール２２から取り出した直流電力をコンバータ２７で昇圧または降圧し、インバータ２６で交流電力に変換し、図示しない電気機器に出力する機能を有する。回路基板３０は、インバータ２６及びコンバータ２７の動作を制御する制御部を含む。電池システム２０は、図示しないケースの内側に固定される。電池システム２０は、発電装置からの電力を蓄電または供給するために用いられる構成に限定せず、例えば停電時または電力消費の調整に用いられてもよい。例えば電池システム２０は、電力が分配される各建物全体で電力消費が少ない時間帯に商用交流電源から電池システム２０に電力を蓄電し、電力消費が多い時間帯または停電時に、電池システム２０が設置される建物内の電気機器に電池システム２０から電力を供給してもよい。この場合、インバータ２６が供給された交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力を電池モジュール２２に蓄電する。

図１、３、及び後述する図面の一部では、互いに直交する３軸方向として、高さ方向Ｈ、長さ方向Ｌ、幅方向Ｗが示されている。高さ方向Ｈは、電池システム２０が水平面上に設置された場合の上下方向または鉛直方向である。長さ方向Ｌ及び幅方向Ｗは水平面で互いに直交する方向である。ここでは電池システム２０の寸法が長い方を長さ方向Ｌとし、短い方を幅方向Ｗとした。

ダクト付固定部材２４は、フレーム部材であり、ダクトプレートと呼ばれるダクトフレーム３４と、２つのサイドフレーム３６，３８と、複数の結合フレーム４０，４２、基板支持フレーム４４、及び横プレート４５とを含んで一体に固定される。２つのサイドフレーム３６，３８は、第１サイドフレーム３６及び第２サイドフレーム３８である。複数の結合フレーム４０，４２は、第１結合フレーム４０及び第２結合フレーム４２である。ダクトフレーム３４は、本体板部であるフレーム本体４６に複数のダクト形成部材４８，５０が上下に並んで結合されることにより構成される。複数のダクト形成部材４８，５０は、第１ダクト形成部材４８及び第２ダクト形成部材５０である。フレーム本体４６は、所定の外形を有する板状部材に曲げ加工と孔加工とを施すことにより形成される。第１ダクト形成部材４８及び第２ダクト形成部材５０は、図２に第１ダクト形成部材４８で示すように、水平方向に沿う上下２つの板部である第１板部Ｈ１及び第２板部Ｈ２と、各板部Ｈ１，Ｈ２に連結され鉛直方向に沿う外側板部Ｈ３とを含んで形成される。第１ダクト形成部材４８は、フレーム本体４６側が開口する第１ダクト本体７４と、第１ダクト本体７４の両端に結合されたダクト出口部材７６及び蓋部材７８（図２）とにより構成される。第２ダクト形成部材５０は、フレーム本体４６側が開口する第２ダクト本体７５と、第２ダクト本体７５の両端に結合されたダクト出口部材７６及び蓋部材７８とにより構成される。各ダクト本体７４，７５が、フレーム本体４６の板部に開口端を塞がれて断面矩形の直線ガス流路を形成するように組み合わされることにより、上下に並んだ複数の排気ダクトである第１排気ダクト５１及び第２排気ダクト５１Ａが形成される。

図２に示すように、最上段の第１排気ダクト５１は最上段の電池モジュール２２に接続され、電池モジュール２２に設けられた排気口５２（図５）に第１排気ダクト５１が連通する。第１排気ダクト５１は、ガス下流側端部にガス下流側に向かって流路断面積が拡大する断面拡大部５４が設けられる。断面拡大部５４のダクト出口５６の周辺部に温度低下部材５８が固定され、温度低下部材５８の隙間を通過するガスの温度を低下させる。これによって、排出ガスの温度低下と電池モジュール２２の内圧上昇の抑制とを両立できる。これについては、後で詳しく説明する。

図１に戻って、第１サイドフレーム３６及び第２サイドフレーム３８は、ダクトフレーム３４の長さ方向Ｌの両端部にねじ止めによりフレーム本体４６に対し直角に固定され、上から見た形状が門形となるように形成される。第１結合フレーム４０及び第２結合フレーム４２は、第１サイドフレーム３６及び第２サイドフレーム３８の複数個所に長さ方向に掛け渡されて結合される。基板支持フレーム４４は、図示しない片側フレームと、フレーム本体４６とに幅方向に掛け渡されて固定される。片側フレームは、第１サイドフレーム３６及び第２サイドフレーム３８の幅方向一端部（図１の裏側端部）にねじ止めにより掛け渡して固定される。基板支持フレーム４４には、回路基板３０が固定される。

複数の横プレート４５は、第１サイドフレーム３６及び第２サイドフレーム３８の上端部に上下に並んで長さ方向Ｌに掛け渡され、各横プレート４５の長さ方向両端部が各サイドフレーム３６，３８にねじ止めにより固定される。インバータ２６は、上側の横プレート４５上に固定され、コンバータ２７は、下側の横プレート４５上に固定される。

第１結合フレーム４０及び第２結合フレーム４２の少なくとも１つは、中間部の長さ方向に沿った両端が曲げ起こされることで角を持つ断面Ｕ字形の樋状に形成される。第１結合フレーム４０及び第２結合フレーム４２の少なくとも１つの長さ方向両端部はサイドフレーム３６（または３８）にねじ止めされるか、またはサイドフレーム３６（または３８）に形成された孔の周縁部との係合により固定される。

図４に示すように、フレーム本体４６は、下端部に設けられた倒れ止め板６０と、複数の電池支持板である第１電池支持板６２及び第２電池支持板６４と、長さ方向一端部に設けられた排出ガス遮断板６６とを含んで構成される。第１電池支持板６２及び第２電池支持板６４は、フレーム本体４６の高さ方向Ｈの複数個所から他方面側（図４の裏側）に突出する。倒れ止め板６０はフレーム本体４６の下端部に水平方向に曲げ起こすことにより形成される。倒れ止め板６０は、図示しないケースの底板部の上側にねじ止めにより固定可能である。

各電池支持板６２，６４は、後で説明するように電池モジュール２２（図１）が上側に乗せられる。排出ガス遮断板６６は、フレーム本体４６の長さ方向Ｌの一端部に高さ方向Ｈの全体にわたって、電池モジュール２２とは反対側に直角に曲げ起こすことで形成される。排出ガス遮断板６６の機能は後述する。フレーム本体４６、各サイドフレーム３６，３８、４４及び横プレート４５は鉄等の金属板により形成される。

図３に示すように、ダクト付固定部材２４には、電池モジュール２２が上下方向に４段に並んで、図示しないボルト等の結合手段により固定される。電池モジュール２２はボルトを用いずに、第１サイドフレーム３６及び第２サイドフレーム３８の幅方向（Ｗ方向）端部に掛け渡すように結合された図示しないフレームとフレーム本体４６とにより挟まれることで、ダクト付固定部材２４に固定されてもよい。

ダクト付固定部材２４の最上段に１つの電池モジュール２２が、２つの中段及び最下段にそれぞれ４つの電池モジュール２２が固定される。そして、電池システム２０に合計１３個の電池モジュール２２が配置されている。図３では電池モジュール２２の後述する端子部６８（図５）の図示を省略する。

各電池モジュール２２は直方体状に形成されている。なお、電池システム２０を構成する電池モジュール２２の数は、１３個に限定されるものではなく、電池システム２０に要求される出力または容量に応じて適宜変更される。

図５は、図１から、１つの電池モジュール２２を取り出して示す斜視図である。図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。図７は、図５のＣ−Ｃ断面図である。電池モジュール２２が電池システム２０に配置される場合に、電池モジュール２２の長さ方向は電池システム２０の幅方向Ｗと一致し、電池モジュール２２の幅方向は電池システム２０の長さ方向Ｌと一致する。電池モジュール２２の長さ方向両端部には端子部６８が突出形成される。２つの端子部６８のうち、一方側の端子部６８が正極端子であり、他方側の端子部６８が負極端子である。端子部６８は、電池モジュール２２に含まれる最少単位の電池セルの電極に電気的に接続されて、電池セルに対し充放電を行う場合の入出力端子となる。複数の電池モジュール２２の端子部６８は、図示しないバスバーによって直列または並列に電気的に接続される。

図６に示すように、電池モジュール２２は、千鳥配置された複数の電池セル２を含む。図６では、複数の電池セル２を保持する後述する電池セルケース３（図７）の図示を省略する。電池モジュール２２は、複数の電池セル２を並列接続して所定の電池容量が得られるように構成される。ここでは４０個の電池セル２を用いた例が示される。

図７に示すように、電池モジュール２２は４０個の電池セル２について各正極側を一方側に揃え、各負極側を他方側に揃えて所定の配置関係で整列配置される。電池モジュール２２は、電池セル２、電池セルケース３、上側ホルダ６、下側ホルダ７、モジュールケース８、及びモジュールダクト１９を含んで構成される。電池セルケース３は電池セル２を収納して保持し、正極側に正極側集電部４が配置され、負極側に負極側集電部５が配置される。電池セルケース３に上側ホルダ６及び下側ホルダ７を介して正極側集電部４及び負極側集電部５が結合される。なお、電池セル２が負極側から排気する構造である場合、電池モジュール２２は、電池セル２について各負極側を一方側に揃え、各正極側を他方側に揃えて所定の配置関係で整列配置してもよい。

電池セル２は、電池モジュール２２を構成する電池の最小単位となる充放電可能な二次電池である。二次電池としては、リチウムイオン電池が用いられる。これ以外に、ニッケル水素電池、アルカリ電池等を用いてもよい。電池モジュール２２に含まれる４０個の電池セル２は、２０個の電池セルを１組として、２組が横並びで配置されている。各組の電池セル２で隣接する電池セルの間の隙間を最小にする千鳥型の配置関係とされ、長さ方向Ｌに３列の電池列が配置され、それぞれの電池列は、幅方向Ｗに沿って、７個、６個、７個の電池セル２が配置されている。

電池セル２は、円筒形の外形を有する。円筒形の両端部のうち一方端が正極端子、他方端が負極端子として用いられる。本実施形態では、図７に示す電池セル２の上端に正極端子が設けられ、下端に負極端子が設けられている。なお、電池セル２は円筒形の電池に限らず、他の外形を有する電池であってもよい。

電池セル２は、正極端子側に安全弁１３を有する。安全弁１３は、電池セル２の内部で行われる電気化学反応によって発生するガスの圧力が予め定めた閾値圧力を超えたときに、電池内部からセル外部に排ガスとして放出する機能を有する。安全弁１３は、ガス圧が閾値圧力を超えた時に破断される金属シート、または閾値圧力を超えたときに弁座から離れる弁体を含む構成としてもよい。

電池セルケース３は、４０個の電池セル２を所定の配置関係で整列配置して保持する保持容器である。電池セルケース３は、電池セル２の高さと同じ高さを有し、高さ方向Ｈの両端側がそれぞれ開口する４０個の貫通孔形状の電池収納部が設けられる枠体で、それぞれの電池セル２は、電池収納部の１つに収納配置される。

電池収納部の配置は、電池セル２の配置関係に対応して、千鳥型の配置関係とされる。すなわち、横並びに２組が配置され、各組で長さ方向Ｌに３列の電池収納部が配置され、それぞれの電池収納部列は、幅方向Ｗに沿って、７個、６個、７個の電池収納部を有する。かかる電池セルケース３としては、熱伝導性のよい材料であればよい。例えばアルミニウムを主材料として、押出成形によって所定の形状としたものを用いることができる。

電池セルケース３において、４０個の電池セル２が電池収納部に収納配置される際に、電池セル２の各正極側が一方側に揃えられ、各負極側が他方側に揃えられる。図７では、一方側は高さ方向Ｈに沿って紙面の上方側で、他方側は高さ方向Ｈに沿って紙面の下方側である。なお、電池セルケースは、２０個の電池収容部を有し互いに分離される横並びの２組の電池セルケースにより構成されてもよい。

正極側集電部４は、電池セルケース３の一方側の開口を塞ぐように配置されて、整列配置された電池セル２の正極側をそれぞれ電気的に接続する接続部材である。正極側集電部４は、正極側絶縁板１０、正極板１１、正極リード板１２で構成される。

正極側絶縁板１０は、電池セルケース３と正極板１１、正極リード板１２との間に配置され、これらの間を電気的に絶縁する板材である。正極側絶縁板１０には、電池セル２の正極電極を突き出させる４０個の円形等の開口が設けられる。かかる正極側絶縁板１０としては、所定の耐熱性と電気絶縁性とを有する樹脂成型品または樹脂シートを所定の形状に加工したものが用いられる。

正極板１１は、電池セル２の正極電極にそれぞれ個別に接触する位置関係で配置される４０個の電極接触部を有する薄板である。かかる正極板１１としては、電気的導電性を有する金属薄板について、エッチングまたはプレス加工等によって、周囲に略Ｃ字状の切欠部が形成された所定形状の電極接触部を形成したものを用いることができる。

正極リード板１２は、正極板１１と電気的に接続され、４０個の電極接触部を相互接続して少なくとも１つの正極側出力端子とする電極板である。かかる正極リード板１２としては、電気的導電性を有し、適当な厚さと強度を有する金属薄板を用いることができる。正極リード板１２としては、金属薄板についてエッチングまたはプレス加工等で、円形等の開口が形成された所定形状の電極接触部を形成したものを用いることができる。

負極側集電部５は、電池セルケース３の他方側の開口に配置され、整列配置された電池セル２の負極側をそれぞれ電気的に接続する接続部材である。負極側集電部５は、負極側絶縁板１６、負極板１７、負極リード板１８で構成される。

負極側絶縁板１６は、電池セルケース３と負極板１７、負極リード板１８との間に配置され、これらの間を電気的に絶縁する板材である。負極側絶縁板１６には、電池セル２の負極電極を露出させる４０個の円形等の開口が設けられる。かかる負極側絶縁板１６としては、所定の耐熱性と電気絶縁性とを有する樹脂成型品または樹脂シートを所定の形状に加工したものが用いられる。

負極板１７は、電池セル２の負極電極にそれぞれ個別に接触する位置関係で配置される４０個の電極接触部を有する電極部材である。かかる負極板１７としては、電気的導電性を有する金属薄板について、エッチングまたはプレス加工等によって、略Ｃ字状の切欠部を形成することにより区画された電極接触部を形成したものを用いることができる。また、負極板１７の電極接触部には、電池セル２に過電流が流れることで予め定めた閾値温度を超えるときに溶断する電流遮断素子を設けてもよい。

負極リード板１８は、負極板１７と電気的に接続され、４０個の電極接触部のそれぞれを相互接続して少なくとも１つの負極側出力端子とする電極板である。かかる負極リード板１８としては、電気的導電性を有し、適当な厚さと強度を有する金属薄板を、エッチングまたはプレス加工等で、負極板１７の電極接触部に対応して円形等の開口が形成されたものを用いることができる。

上側ホルダ６及び下側ホルダ７は、電池セルケース３の一方側に配置される正極側集電部４と、他方側に配置される負極側集電部５とを、電池セルケース３とともに、全体として一体化するための部材で、絶縁材料で構成される。例えば上側ホルダ６及び下側ホルダ７は、正極側集電部４と負極側集電部５とを、ボルト等の締結部材を用いて締結して一体化される。なお、ホルダは別々に構成されていなくてもよく、例えば、電池セルケース３の側面を覆う側部と、正極側を覆う上部と、負極側を覆う下部とが一体に構成されてもよい。各ホルダ６，７は、モジュールケース８の内側に固定され、モジュールケース８は、上側のダクトカバー１４と下側のボトムカバー１５とにより構成される。

上記のような構成を有する電池モジュール２２の上部には、内部にダクト室９を有し、下側が開口する断面Ｕ字形のモジュールダクト１９が設けられる。モジュールダクト１９は、上側ホルダ６の上側に被せるように設けられ、上端が枠状となるダクトカバー１４の上端開口周縁部の上側に固定される。一方、負極側集電部５の下側には、ダクトカバー１４に結合されたボトムカバー１５が設けられる。

ダクト室９が、安全弁１３が設けられた電池セル２の正極端子に開口部または切欠部を介して臨むとともに、モジュールダクト１９の長さ方向一端面に形成された排気口５２（図５）に連通している。これにより、電池セル２の安全弁１３から噴出したガスは、ダクト室９から排気口５２を介して外部に排出可能である。後述するように、排気口５２は排気ダクト５１，５１Ａに連通し、各電池セル２から噴出したガスは、各排気ダクト５１，５１Ａを通じて電池モジュール２２の外部に排出される。モジュールダクト１９は、熱伝導性のよい材料であればよい。例えばアルミニウムを主材料とする金属板により形成される。

なお、上記では電池モジュール２２として、各電池セル２が並列接続される場合を説明したが、直列接続された横並びの２組の電池セルが含まれてもよいし、あるいは直列または並列接続された３組以上の電池セルが含まれてもよい。

次に第１排気ダクト５１を説明する。図８は、図１において、最上段の電池モジュール２２と第１排気ダクト５１とを接続した状態を拡大して示す斜視図である。図９は、図８において、第１排気ダクト５１の出口を示すＤ矢視図である。図１０は、図８のＥ−Ｅ断面図である。

なお、図８から図１０では、図１の最上段の電池モジュール２２と第１排気ダクト５１との関係を説明するが、上下２つの中段及び最下段の電池モジュール２２と第２排気ダクト５１Ａ（図１）との関係も、１つの第２排気ダクト５１Ａに連通する電池モジュール２２の排気口の数が増えるだけで同様である。第２排気ダクト５１Ａの長さは、第１排気ダクト５１の長さよりも大きい。

電池モジュール２２は、フレーム本体４６に結合されている。フレーム本体４６において、電池モジュール２２の下端部と対向する部分に矩形状の第１孔７０が形成され、その第１孔７０の内側部分の矩形状の板部を電池モジュール２２側に略直角に折り曲げることにより、第１電池支持板６２が形成されている。第１電池支持板６２には電池モジュール２２が上側に乗せられ、電池モジュール２２の支持強度を高くする。また、電池モジュール２２の端子部６８は、フレーム本体４６に形成された第２孔７２を通じてフレーム本体４６の片側（図８の表側）に導出される。

第１排気ダクト５１は、断面矩形の直線状の第１ダクト本体７４と、第１ダクト本体７４の長さ方向一端部及び他端部にそれぞれ接続されるダクト出口部材７６及び蓋部材７８と、ダクト出口部材７６に固定された温度低下部材５８（図９）とを含んで構成される。

図１０に示すように、第１ダクト本体７４のフレーム本体４６側の開口は、フレーム本体４６に形成されたプレート孔８４を介して電池モジュール２２の排気口５２に連通する。なお、第１ダクト本体７４のフレーム本体４６側の開口の周辺部とフレーム本体４６に形成されたプレート孔８４の周辺部との間に、熱伝導性のよいシール材（図示せず）を挟んでもよい。シール材は、第１ダクト本体７４のフレーム本体４６側の開口の周辺部とフレーム本体４６に形成されたプレート孔８４の周辺部との隙間を塞ぎ、各排気ダクト５１、５１Ａの気密性を高めることができる。また、シール材として、例えばエラストマー系の材料を用いることができる。エラストマー系の材料を用いることで、排出ガスによって加熱された第１ダクト本体７４の熱はエラストマー系の材料を介してフレーム本体４６に伝達することができる。この構成によって、フレーム本体４６を熱引きに利用することができ、排出ガスの温度をより低下させることができる。熱伝導性の良いシール材として、例えば熱伝導性フィラーを含有した高熱伝導性のエラストマー系の材料を用いることもできる。

ダクト出口部材７６は、長さ方向に対し直交する平面についての流路断面積Ｓ１がガス下流側に向かって徐々に拡大する形状を有する断面拡大部５４を含む。具体的には、断面拡大部５４は、上面Ｐ１及び下面Ｐ２、フレーム本体４６と反対側の外側面Ｐ３、フレーム本体４６側の内側面Ｐ４を連結することにより形成される。上面Ｐ１及び下面Ｐ２は、水平面に対し傾斜して、出口に向かうほど間隔が広がっている。外側面Ｐ３は、出口に向かうほどフレーム本体４６から離れるように傾斜する。内側面Ｐ４は、フレーム本体４６の側面にほぼ沿う形状としている。この結果、断面拡大部５４のガス下流端であるダクト出口５６の流路断面積Ｓ１は、ガス上流側に設けられる第１ダクト本体７４の流路断面積Ｓ２よりも大きくなっている。ダクト出口５６のガス下流端部の流路断面積Ｓ１は、第１ダクト本体７４の流路断面積Ｓ２の１．５倍から３．４倍の大きさとすることが好ましい。流路断面積Ｓ１が流路断面積Ｓ２の１．５倍より小さい場合、各排気ダクト５１，５１Ａのダクト出口５６の周辺部が温度低下部材５８により塞がれることにより、ガスの圧力損失が大きくなる場合がある。また、流路断面積Ｓ１が流路断面積Ｓ２の３．４倍より大きい場合、ダクト出口５６の断面積が大きく変化してエネルギー損失による圧力損失が発生する場合がある。このような構成では、断面拡大部５４は、ダクト出口５６の周辺部に設けられる。

なお、断面拡大部５４は、プレート本体との干渉がないのであれば、内側面Ｐ４を、高さ方向Ｈ及び長さ方向Ｌに沿う平面に対し、出口に向かって外側面Ｐ３との間隔がより大きくなるように傾斜させて、流路断面積Ｓ１がガス下流側に向かって、より大きくなる形状としてもよい。

図９に示すように、温度低下部材５８は、ダクト出口部材７６に固定された金属製の網状部材、すなわち金網により構成される。温度低下部材５８はダクト出口の周辺部、例えば流路断面が最も拡大した部分に、流路の一部を常時塞ぐように固定される。温度低下部材５８は、網目の隙間に高温のガスが通過した場合に、温度低下部材５８との接触によってそのガスの温度を低下させる。開口率約３６％の温度低下部材５８をダクト出口５６の周辺部に固定された状態で、網目の隙間の面積総和Ａと第１ダクト本体７４の流路断面積Ｓ２との比率である（Ａ／Ｓ２）は、０．５５から３．２３の間にすることが好ましい。この場合、流路断面積Ｓ２は、第１排気ダクト５１において、温度低下部材５８よりもガス上流側の最小流路断面積である。網目の隙間の面積総和と第１ダクト本体７４の流路断面積Ｓ２との比率が０．５５より小さい場合、各排気ダクト５１，５１Ａのダクト出口５６の周辺部が温度低下部材５８に塞がれることにより、ガスの圧力損失が大きくなる場合がある。また、網目の隙間の面積総和と第１ダクト本体７４の流路断面積Ｓ２との比率が３．２３より大きい場合、ダクト出口５６の体積が増大するため、ダクト出口５６の断面積が大きく変化してエネルギー損失による圧力損失が発生する場合がある。また、網目の隙間の面積総和が第１排気ダクト５１のガス上流側の最小となる流路断面積Ｓ２と略同じとした場合がより好ましい。

蓋部材７８は、第１ダクト本体７４の長さ方向他端部の開口を塞ぐように固定される。このような第１排気ダクト５１において、第１ダクト本体７４は熱伝導性のよい材料であればよい。例えば第１ダクト本体７４を鉄、アルミニウム等の金属により形成してもよい。また、ダクト出口部材７６及び蓋部材７８を樹脂により形成してもよい。

一方、図１、図３に示す上下２つの中段及び最下段の電池モジュール２２と第２排気ダクト５１Ａとの接続構造も、上記の最上段の電池モジュール２２と第１排気ダクト５１との接続構造の基本構成と同様である。この場合、２つの中段及び最下段の第２排気ダクト５１Ａには、それぞれの段で長さ方向Ｌに沿って並んだ複数の電池モジュール２２に設けられた排気口を連通させる。図１に示すように、複数の排気ダクト５１、５１Ａは上下に並んで平行に配置され、各排気ダクト５１，５１Ａのダクト出口は長さ方向一方端に設けられる。各ダクト出口は、フレーム本体４６の長さ方向一端部に略直角に折り立てられた排出ガス遮断板６６に対向する。この場合、各ダクト出口の開口端の一部のみが排出ガス遮断板６６に対向してもよい。この構成によって、後述のように各排気ダクト５１，５１Ａから排出されるガスが排出ガス遮断板６６に吹き付けられ、ガスの温度が低下する。

上記の電池システム２０によれば、電池モジュール２２の排気口５２に連通する各排気ダクト５１，５１Ａは、断面拡大部５４と、断面拡大部５４のガス下流側のダクト出口周辺部に設けられた温度低下部材５８とを含む。このため、電池セル２から噴出され、電池モジュール２２外に排出されるガスの温度を低下でき、かつ、電池モジュール２２内のガス圧力増大を抑制できる。

これについて図１０を用いて説明する。図１０は、図８のＥ−Ｅ断面図である。電池システム２０に含まれる電池セルの異常により内部圧力が高くなって安全弁１３が作動した場合、安全弁１３から噴出した高温のガスはモジュールダクト１９の内側と、排気口５２とを介して第１排気ダクト５１に送られる。第１排気ダクト５１内で図１０の矢印α方向に流れたガスは断面拡大部５４を通じて電池モジュール２２外に排出される。この場合、ガスは、第１排気ダクト５１を流れる間に第１排気ダクト５１を介しての放熱で温度低下し、しかも、温度低下部材５８の隙間を通過することで、温度低下部材５８及びダクト出口部材７６を介しての放熱でさらに温度低下する。特に第１排気ダクト５１の第１ダクト本体７４のガス下流端に近い位置に配置される電池セル２からガスが排出された場合に、そのガスは第１ダクト本体７４を流れる距離が短くなるので、温度低下部材がない場合には比較的高温のガスが排出されるおそれがある。本実施形態の電池システム２０は温度低下部材５８を備えるので、各排気ダクト５１，５１Ａから排出されるガスの温度が低下する。このため、単純な構成で、排出ガスによる発火を防止できる。

一方、温度低下部材５８を備える構成でも断面拡大部５４がない構造であって、ダクト出口５６のガス下流端部の流路断面積Ｓ１がダクト本体７４の流路断面積Ｓ２より小さい構成では、各排気ダクト５１，５１Ａのダクト出口５６の周辺部が温度低下部材５８により過度に塞がれる。また、排気ダクトにおいて、温度低下部材５８をそれぞれ有する複数のダクト出口を設ける構成で、各ダクト出口の流路断面積の総和が流路断面積Ｓ２より小さい構成でも、排気ダクトのダクト出口５６の周辺部が温度低下部材５８により過度に塞がれる。そのため、これらの構成ではガスの圧力損失が大きくなるという問題がある。この場合には、電池モジュール２２内からのガス排出性が低下する。本実施形態の電池システム２０は、ダクト出口５６の周辺部に断面拡大部５４を有するので、温度低下部材５８を設けることでガス温度を低下できる。また、この構成によって圧力損失の増大を抑制して電池モジュール２２からのガス排出性を高くできる。

また、各排気ダクト５１，５１Ａに断面拡大部５４があるか、またはないかに関係なく、各排気ダクト５１，５１Ａの両端に複数のダクト出口を設けて、各ダクト出口の流路断面積の総和をガス上流側の流路断面積、例えばダクト本体７４の流路断面積Ｓ２より大きくする構成としてもよい。この構成によれば、上記の図１から図１０で説明した断面拡大部５４を設ける構造と同様に、温度低下部材５８を設けることでガス温度を低下できる。また、この構成によれば、圧力損失の増大を抑制して電池モジュール２２からのガス排出性を高くできる。

また、温度低下部材５８はダクト出口５６の周辺部に固定された状態で、網目の隙間の面積総和が第１排気ダクト５１のガス上流側の最小となる流路断面積Ｓ２と略同じとした場合、排出ガスの温度低下効果と、電池モジュール２２の内部圧力抑制効果とを高レベルで両立させることができる。

なお、上記では温度低下部材５８として金網を用いる場合を説明したが、温度低下部材は、金網に限定するものではなく、断面拡大部５４のガス下流側において、ガス下流側の一部を常時塞ぐように固定され、隙間を通過するガスの温度を低下できるものであればよい。例えば金属のハニカム状部材、不織布、耐火繊維のいずれか１つを温度低下部材として用いることもできる。不織布は耐火材料により形成するのがより好ましい。

また、図１、図２に示したように、各排気ダクト５１，５１Ａのダクト出口５６の少なくとも一部が排出ガス遮断板６６に対向する。このため、各排気ダクト５１，５１Ａから排出されたガスは排出ガス遮断板６６に吹き付けられて温度低下する。排出ガス遮断板６６がガスから伝熱される場合でも、排出ガス遮断板６６は放熱性が高いので低い温度に維持される。このため、各排気ダクト５１の出口に排出ガス遮断板６６を介して対向する部分、例えば図示しないケースの側壁部等にユーザが掴む取っ手または操作部が設けられる場合でも、この取っ手または操作部の温度上昇を抑制できる。

なお、各排気ダクト５１，５１Ａのダクト本体は、フレーム本体４６とは別の板部を、各ダクト形成部材４８，５０のフレーム本体４６側に連結することにより断面矩形状に形成してもよい。この場合、各排気ダクト５１，５１Ａは、フレーム本体４６に固定されるが、フレーム本体４６とは別部材として構成される。

図１１は、第１排気ダクト５１の別例を示している図２に対応する図である。本例では、上記の図１から図１０に示した構成において、ダクト出口部材７６のガス下流側端部にダクトカバー８６が結合されている。図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃは、それぞれダクト出口部材７６の斜視図、図１２ＡのＦ矢視図、図１２ＡのＧ矢視図である。図１２Ａ、図１２Ｂでは、第１ダクト本体７４への取付状態で上下方向となる方向を矢印βで示している。

第１排気ダクト５１は、ダクト出口５６に接続されて周縁部の一部から排出方向に沿うように突出し、ダクト出口５６から排出されたガスの流れ方向を制限する突出壁である板部８８を有する。具体的には、第１排気ダクト５１は、ダクト出口部材７６のダクト出口に接続されたダクトカバー８６を含んで構成される。

ダクト出口部材７６は、ガス上流端部に第１ダクト本体７４のガス下流端と接続可能な上流側接続部９０が設けられ、ガス下流端部にダクトカバー８６と接続可能な下流側接続部９２が設けられる。上流側接続部９０は、第１ダクト本体７４のガス下流端開口の内側に嵌合可能な断面矩形の筒状に形成され、上下方向両端部の２つの弾性片９４の外側に突起９６が形成されている。各突起９６は、上流側接続部９０を第１ダクト本体７４のガス下流端に嵌合させた状態で、第１ダクト本体７４の端部に形成された図示しない係止溝と係合する。このため、ダクト出口部材７６の第１ダクト本体７４からの脱落を簡易な構造で阻止できる。

ダクト出口部材７６の下流側接続部９２の上下方向両端部の外面には断面三角形の第２突起９８が形成される。

図１３は、ダクトカバー８６の斜視図である。ダクトカバー８６は、互いにＬ字形に結合された枠部１００及び突出壁である板部８８を含む。枠部１００は矩形状の外形を有し、内側に十字形の補強部で補強され内側に第３孔１０２が形成されている。枠部１００の上下両端部外面に弾性片１０４が軸方向同方向に突出形成され、各弾性片１０４に孔部が形成されている。

このようなダクトカバー８６は、板部８８が図１１の表側に配置されるように、各弾性片１０４の孔部をダクト出口部材７６の第２突起９８に係合させて、ダクト出口部材７６に結合する。板部８８の先端縁は、排出ガス遮断板６６に突き当てるか、または微小隙間を介して対向させる。

上記構成によれば、第１排気ダクト５１からダクトカバー８６の第３孔１０２を介して排出されるガスの流れは、板部８８と排出ガス遮断板６６とにより遮断され、図１１の矢印γ１、γ２方向となる。このような構成は、電池システム２０の板部８８が配置される図１１の表側に温度上昇させたくない部品が設置される場合に有効である。

図１４は、第１排気ダクト５１の別例の第２例を示している図８に対応する図である。本例は、上記の図１から図１０に示す構成において、各排気ダクト５１，５１Ａの長さ方向両端部にダクト出口部材７６が設けられ、電池モジュール２２の電池セルから噴出されたガスを２つのダクト出口部材７６の両方から排出可能としている。各ダクト出口部材７６の形状は、図１から図１０の構成の場合と同様である。図１４では最上段の電池モジュール２２に接続される第１排気ダクト５１を示しているが、最上段以外の電池モジュール２２においても同様の第２排気ダクト５１Ａが接続される。このような構成によっても、排出ガスの温度を効率よく低下でき、かつ、電池モジュール２２内部の圧力増大を抑制できる。なお、図１４の構成において、図１１から図１３の構成と同様に、各排気ダクト５１，５１Ａのダクト出口にダクトカバー８６を接続することもできる。なお、断面拡大部５４を備えず温度低下部材５８をダクト出口５６の周辺部に固定された状態で、網目の隙間の面積総和Ａと第１ダクト本体７４の流路断面積Ｓ２との比率である（Ａ／Ｓ２）が、０．５５より大きい場合、電池モジュール２２内部の圧力増大を抑制できる。また、図１４の構成において、各排気ダクト５１，５１Ａの各ダクト出口に断面拡大部５４を備えず、各ダクト出口の流路断面積の総和をガス上流側の流路断面積より大きくする構成としてもよい。

図１５は、第１排気ダクト５１の別例の第３例を示す図である。第１排気ダクト５１は、図１４の構成の場合と同様に長さ方向両端部に設けられた第２ダクト出口部材７６Ａを含んで構成される。各第２ダクト出口部材７６Ａはダクト本体７４の接続部から二股に分岐した脚部１０４を有し、各脚部１０４の先端部にガス下流側に向かって流路断面積が拡大する第２断面拡大部１０６が設けられる。第２断面拡大部１０６のガス下流端開口がダクト出口となる。第２断面拡大部１０６は、４つの平面部が連結されることにより断面矩形に形成される。各ダクト出口の周辺部には温度低下部材５８（図９参照）が設けられる。

このような第１排気ダクト５１は各段の電池モジュール２２に接続される。電池モジュール２２の電池セルから噴出されたガスは、例えば各ダクト出口部材７６Ａの各ダクト出口から図１５の矢印δ方向に排出される。図１５の構成において、第１排気ダクト５１の各ダクト出口に第２断面拡大部１０６を備えず、各ダクト出口の流路断面積の総和をガス上流側の流路断面積より大きくする構成としてもよい。

なお、上記の図１から図１５の構成では、フレーム本体４６に複数の電池モジュール２２と複数の排気ダクト５１，５１Ａとを結合し、インバータ２６及び回路基板３０を有する電池システム２０を説明したが、本開示の電池ユニットはこのような構成に限定せず、インバータ及び回路基板を省略した電池ユニットとしてもよい。また、１つの電池モジュール２２にフレーム本体４６を介して１つの排気ダクトが結合される電池ユニットとしてもよい。また、電池モジュール２２にフレーム本体４６を介さずに排気ダクトが結合される電池ユニットとしてもよい。

排気ダクト５１，５１Ａの形状と、排気ダクト５１，５１Ａ及び電池モジュール２２の位置関係とは、上記の構成に限定するものではなく、以下で説明する別例の第１例から第４例の構成でもよい。図１６は、別例の第１例の電池ユニットを示す斜視図である。本例の構成では、第１排気ダクト５１は電池モジュール２２の排気口に連通される。第１排気ダクト５１のダクト出口５６は、第１排気ダクト５１の長さ方向に対し傾斜した開口を有する。ダクト出口５６の開口の流路断面積は、第１排気ダクト５１のガス上流側の流路断面積よりも大きい。電池モジュール２２の構成は、図１から図１０の構成の各電池モジュール２２の場合と同様である。

図１７は、別例の第２例の電池ユニットを示す斜視図である。本例の構成では、電池モジュール２２の高さ方向（図１７の上下方向）とほぼ一致する高さ方向の寸法を有する第１排気ダクト５１が電池モジュール２２に結合され、第１排気ダクト５１は、電池モジュール２２の排気口に連通される。ダクト出口部材７６の幅方向（図１５の左右方向）両側面は、ガス下流側に向かって互いの間隔が大きくなるように幅方向に対し傾斜している。その他の構成及び作用は、図１６の構成の場合と同様である。

図１８は、別例の第３例の電池ユニットを示す斜視図である。本例の電池ユニットは、２つの電池モジュール２２と、２つの電池モジュール２２で挟まれた第１排気ダクト５１とを含む。各電池モジュール２２に設けられた図示しない排気口は第１排気ダクト５１に連通している。その他の構成及び作用は、図１７の構成と同様である。

図１９は、別例の第４例の電池ユニットを示す斜視図である。本例の電池ユニットは、電池モジュール２２の幅方向両側に２つの第１排気ダクト５１が結合され、電池モジュール２２に設けられた図示しない排気口が第１排気ダクト５１に連通する。このような構成では、電池モジュール２２の内部から２つの第１排気ダクト５１を通じてガスが排出される。その他の構成及び作用は、図１７の構成と同様である。

なお、上記の図１から図１０の構成と同様に、電池システム２０の電池モジュール２２と第１排気ダクト５１との接続構成に、図１６から図１９のいずれか１つの接続構成を用いてもよい。

以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、各排気ダクト５１，５１Ａに含まれるダクト本体７４，７５の断面形状は矩形に限定するものではなく、円形、楕円形、または矩形以外の多角形としてもよい。また、各排気ダクト５１，５１Ａの断面拡大部は、複数の平面部によって断面矩形に形成されるものに限定せず、断面形状を円形、楕円形、または矩形以外の多角形としてもよい。

２電池セル、３電池セルケース、４正極側集電部、５負極側集電部、６上側ホルダ、７下側ホルダ、８モジュールケース、９ダクト室、１０正極側絶縁板、１１正極板、１２正極リード板、１３安全弁、１４ダクトカバー、１５ボトムカバー、１６負極側絶縁板、１７負極板、１８負極リード板、１９モジュールダクト、２０電池システム、２２電池モジュール、２４ダクト付固定部材、２６インバータ、２７コンバータ、３０回路基板、３４ダクトフレーム、３６第１サイドフレーム、３８第２サイドフレーム、４０第１結合フレーム、４２第２結合フレーム、４４基板支持フレーム、４５横プレート、４６フレーム本体、４８第１ダクト形成部材、５０第２ダクト形成部材、５１第１排気ダクト、５１Ａ第２排気ダクト、５２排気口、５４断面拡大部、５６ダクト出口、５８温度低下部材、６０倒れ止め板、６２第１電池支持板、６４第２電池支持板、６６排出ガス遮断板、６８端子部、７０第１孔、７２第２孔、７４第１ダクト本体、７５第２ダクト本体、７６ダクト出口部材、７６Ａ第２ダクト出口部材、７８蓋部材、８０温度低下部材、８４プレート孔、８６ダクトカバー、８８板部、９０上流側接続部、９２下流側接続部、９４弾性片、９６突起、９８第２突起、１００枠部、１０２第３孔、１０４弾性片、１０６第２断面拡大部。

Claims

複数の電池セルを含み、各電池セルから噴出したガスを排気する排気口を有する電池モジュールと、
前記排気口に連通して前記ガスを電池モジュール外部に排出する排気ダクトと、を備え、
前記排気ダクトは、
少なくとも１つのダクト出口であって、ダクト出口の流路断面積、または各ダクト出口の流路断面積の総和は、ガス上流側の流路断面積よりも大きいダクト出口と、
ダクト出口の周辺部に流路の一部を塞ぐように固定され、隙間を通過するガスの温度を低下させる温度低下部材と、を含む、電池ユニット。
請求項１に記載の電池ユニットにおいて、
前記排気ダクトは、ダクト出口周辺部に設けられガス下流側に向かって流路断面積が拡大する断面拡大部を含む、電池ユニット。
請求項１または請求項２に記載の電池ユニットにおいて、
前記温度低下部材は、網状部材であって、前記ダクト出口周辺部に固定された状態で網目の隙間の面積総和Ａと、前記排気ダクトにおいて前記温度低下部材よりもガス上流側の最小流路断面積Ｓ２との比率である（Ａ／Ｓ２）が、０．５５から３．２３である、電池ユニット。
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の電池ユニットにおいて、
前記排気ダクトは、前記ダクト出口に接続されて周縁部の一部から排出方向に沿うように突出し、前記ダクト出口から排出された前記ガスの流れ方向を制限する突出壁を有するダクトカバーを備える、電池ユニット。
請求項１から請求項４のいずれか１に記載の電池ユニットにおいて、
前記排気ダクトは、前記排気口と連通する直線状の排気通路を形成するダクト本体と、前記ダクト本体のガス下流側に接続され、前記ダクト出口を有するダクト出口部材とを含む、電池ユニット。
請求項１から請求項５のいずれか１に記載の電池ユニットにおいて、
熱伝導性のよいシール材をさらに備え、
前記排気ダクトは、前記排気口の周辺部と前記シール材を介して連通する、電池ユニット。