JPWO2020003800A1 - 電源装置及びこれを備える車両 - Google Patents

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Abstract

二次電池セルから高温、高圧のガスが排出されても、これを電源装置の外部に安全に排出できるようにするために、電源装置(100)は、内部のガスを排出するためのガス排出弁(15)を有する複数の二次電池セル(1)と、複数の二次電池セル(1)を積層した電池積層体(2)の一面に配置され、複数の二次電池セル(1)のガス排出弁(15)を覆うカバー部(50)とを備える。カバー部(50)は、その内部に、ガス排出弁(15)から排出されるガスを、カバー部(50)の外部に排出するためのガス案内経路を区画しており、ガス案内経路は、カバー部(50)の平面視において、ガスの少なくとも一部の進行方向を折曲させる一以上の水平ガス流折曲部を含んでいる。

Description

本発明は、電源装置及びこれを備える車両に関する。
電源装置は、車両の駆動用等に利用されている。このような電源装置は、多数の二次電池セルを直列や並列に接続して大電流を出力可能としている。近年は二次電池セルの高容量化が進んでおり、二次電池セルの加熱や類焼の対策をいかにして実現するかが課題となっている。特に、高容量の二次電池セルは電池エネルギーが高いことから、安全性の確保が重要となっている。
二次電池セルは外装缶の内部に電極や電解液を封入している。熱暴走等で外装缶の内圧が上昇した際には、内部の高圧ガスを外装缶から放出するためのガス排出弁を備えている。高圧ガスは高温のため、多数の二次電池セルを接続した電源装置において、一部の二次電池セルでこのような高圧ガスが発生した場合は、速やかに電源装置の外部に排出する必要がある。このため電源装置に、高圧ガスを排出するガス排出弁にガスダクトを連結する構成が知られている(例えば特許文献1参照)。
国際公開第2014/024433号
一方、特許文献1の電源装置は、ガス排出弁の破片が外部に流出しないように、ガスダクトの排出口を小さくする構成となっている。この構成によると、ガス排出弁の破片や二次電池セルの内容物の外部への流出を防止することができるが、一方で、高圧ガスの排出効率が低下し、高圧ガスの内圧が上昇して温度が上昇するおそれがある。
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、ガス排出弁の破片や二次電池セルの内容物の外部への流出を防止しつつ、高圧ガスの温度上昇を抑制することができるようにした電源装置及びこれを備える車両を提供することにある。
本発明の一実施形態に係る電源装置は、内部のガスを排出するためのガス排出弁を有する複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを積層した電池積層体の一面に配置され、前記複数の二次電池セルの前記ガス排出弁を覆うカバー部と、を備える電源装置であって、前記カバー部は、その内部に、前記ガス排出弁から排出されるガスを、前記カバー部の外部に排出するためのガス案内経路を区画しており、前記ガス案内経路は、前記カバー部の平面視において、ガスの少なくとも一部の進行方向を折曲させる一以上の水平ガス流折曲部を含んでいる。
上記構成により、ガス排出弁から排出されるガスは、進行方向が折曲されるようになっている。そのため、直進性の違いにより、ガス排出弁の破片や二次電池セルの内容物といったガス以外の固体や液体を水平ガス流折曲部の手前でせき止めることができる。したがって、ガス案内経路の断面積を小さくする必要がないので、ガス排出弁から排出されるガスによるガス案内経路の内圧上昇を抑制でき、ガス排出弁から排出されるガスの温度上昇を抑制することができる。
本発明の実施形態1に係る電源装置の概略斜視図である。 図1の電源装置から上カバーを外した状態を示す斜視図である。 図2の電源装置から主経路カバーを外した状態を示す斜視図である。 図3の電源装置の平面図である。 図4Aの電源装置の主経路と副経路を示す模式図である。 図3の電源装置の分解斜視図である。 図1のVI−VI線における垂直断面図である。 図6の部分拡大図である。 図1のVIII−VIII線における要部拡大断面図である。 上カバーの裏面側に垂直ガス流折曲部がない構成において、高圧ガスが噴出された状態を示す模式断面図である。 図1のX−X線における要部拡大断面斜視図である。 実施形態2に係る電源装置を示す分解斜視図である。 図12Aは図11のメッシュ体の斜視図、図12Bは側面図、図12Cは正面図である。 エンジンとモータで走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。 モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。 蓄電用の電源装置に適用する例を示すブロック図である。
近年、電源装置は、小型であることが求められている。電源装置の小型化を実現するためには、ガス排出のためのガス案内経路のためのスペースを広く取れない。一方、二次電池セルの高容量化に伴い高圧ガスの温度上昇する傾向にある。本発明者らは、限られたスペースで、高圧ガスの温度上昇を抑制することのできる構成の検討を行い、本発明に至った。
本発明の一実施形態に係る電源装置は、内部のガスを排出するためのガス排出弁を有する複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを積層した電池積層体の一面に配置され、前記複数の二次電池セルの前記ガス排出弁を覆うカバー部と、を備える電源装置であって、前記カバー部は、その内部に、前記ガス排出弁から排出されるガスを、前記カバー部の外部に排出するためのガス案内経路を区画しており、前記ガス案内経路は、前記カバー部の平面視において、ガスの少なくとも一部の進行方向を折曲させる一以上の水平ガス流折曲部を含んでいる。
上記構成によると、上記構成により、ガス排出弁から排出されるガスは、進行方向が折曲されるようになっている。そのため、直進性の違いにより、ガス排出弁の破片や二次電池セルの内容物といったガス以外の固体や液体を水平ガス流折曲部の手前でせき止めることができる。したがって、ガス案内経路の断面積を小さくする必要がないので、ガス排出弁から排出されるガスによるガス案内経路の内圧上昇を抑制でき、ガス排出弁から排出されるガスの温度上昇を抑制することができる。
また、前記ガス案内経路が、前記カバー部の垂直断面視において、ガスの少なくとも一部の進行方向を折曲させる垂直ガス流折曲部を含んでいてもよい。上記構成により、水平ガス流折曲部に加えて垂直ガス流折曲部でもってガスの進行方向を折曲させることができる。特に、折曲回数を増やすと共に折曲方向を異ならせてガス案内経路を三次元的に構築することで、限られたスペースを有効に活用することができる。
また、前記ガス案内経路は、さらに、前記複数の二次電池セルの各ガス排出弁と面する直線状の主経路と、前記主経路に隣接して配置される少なくとも一つの第一副経路と、を含んでおり、前記主経路と前記少なくとも一つの第一副経路は、前記水平ガス流折曲部を介して、連結されていてもよい。
さらに、前記水平ガス流折曲部が、前記主経路を規定する壁面に形成された開口とすることができる。
さらにまた、前記主経路に形成された水平ガス流折曲部の開口面積の総和を、前記主経路の断面積よりも大きくすることができる。上記構成により、主経路に排出されたガスをスムーズに排出することで、主経路の内圧上昇を抑制することができ、ガスの温度上昇を抑制することができる。
さらにまた、前記ガス案内経路は、さらに、前記少なくとも一つの第一副経路に隣接して配置される少なくとも一つの第二副経路を含んでおり、前記第一副経路と前記第二副経路とは、前記垂直ガス流折曲部を介して連結されていてもよい。
さらにまた、前記垂直ガス流折曲部は、前記第一副経路を規定する壁面に形成された開口であり、該垂直ガス流折曲部の開口面積の総和を、前記第一副経路の断面積よりも大きくしてもよい。上記構成によると、第一副経路の内圧上昇を抑制することができ、ガスの温度上昇を抑制することができる。
さらにまた、前記主経路の上方を覆う金属製の主経路カバーを備えてもよい。
さらにまた、前記カバー部は、前記主経路カバーの上面を含む前記ガス案内経路の上方を覆う上カバーを備えてもよい。上記構成により、カバー部でガス排出用のガスダクトを兼用できる。
さらにまた、前記垂直ガス流折曲部は、前記上カバーの底面側に形成されており、前記垂直ガス流折曲部の端縁と、前記ガス案内経路の床面との間に隙間を形成してもよい。上記構成により、ガス案内経路の上方から下方に向かって突出させた垂直ガス流折曲部でもって、ガス案内経路を高さ方向に変化させることが可能となる。
さらにまた、前記複数の二次電池セルの電極端子を接続する金属製のバスバーを備え、前記カバー部は、前記バスバーを保持するホルダ部を有し、前記ホルダ部は、前記ガス案内経路を区画するように直立させた壁部を有してもよい。上記構成により、ガス案内経路を画定するカバー部を、バスバーを保持するバスバーホルダに兼用することができる。
さらにまた、前記ホルダ部は、前記上カバーを係止する係止フックを備えており、前記ホルダ部の上面で、前記壁部により画定された前記ガス案内経路は、上方を開放しており、前記係止フックで前記上カバーを係止することで、前記ガス案内経路の上方を前記上カバーで閉塞しており、前記係止フックは、前記二次電池セルの積層方向に平行な前記ホルダ部の両側の側面領域において、上方に爪状に形成された爪部を突出させると共に、該爪部が有する傾斜面を前記ホルダ部の外側に向かって末広がりとなるよう形成し、かつ該爪部の傾斜面から鋭角に連続した係止面を形成し、前記上カバーは、前記係止フックと対応する側面側に、該係止フックの爪部を挿入する係止穴を開口しており、前記係止フックを前記係止穴に挿入すると共に、該係止穴の開口端縁の内、前記上カバーの外側に位置する領域に、前記爪部の係止面を当接させて、前記上カバーを前記ホルダ部に係止するように構成してもよい。上記構成により、ガス排出時に上カバーに内圧が印加されて上方に膨らむように変形する際、該変形によって係止フックと係止穴の係止がより大きくなるような方向に作用するため、上カバーの連結状態が強固に維持されて、脱落等が阻止される。
さらにまた、前記水平ガス流折曲部は、ガスの少なくとも一部の進行方向を反転させるよう構成してもよい。
さらにまた、前記ガス案内経路は、前記二次電池セルの積層方向における両端に端面壁を配置してもよい。上記構成により、ガス案内経路に案内された高圧ガスが、高圧を維持したまま両端側に抜ける事態を回避し、圧力損失を生じさせて外部に排出することで安全性を高めることができる。
さらにまた、前記カバー部は、前記ガス排出弁から前記ガス案内経路に案内されたガスを、電源装置の外部に排出するための排出口を形成しており、前記電池積層体は、複数の二次電池セルを積層しており、前記排出口は、前記二次電池セルの積層方向と交差する方向に形成してもよい。
さらにまた、前記バスバーを、前記ガス案内経路内の内、前記排出口の手前側に配置することもできる。上記構成により、ガス排出弁から排気されたガスを、排出口から電源装置の外部に排出される手前で金属製のバスバーに触れさせることで、ガスの有する熱をバスバーで奪うことにより温度を低下させることができ、電源装置の外部に排出する際の温度を低下させて安全性を高める効果が得られる。
さらにまた、電源装置に、前記ガス案内経路内に配置された、ガス排出を検出するための温度ヒューズを備えることもできる。上記構成により、ガス案内経路に案内された高圧ガスでもって温度ヒューズを作動させてガスの排出を検出することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る車両は、前記電源装置と、該電源装置から電力供給される走行用のモータと、前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備える。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
実施形態に係る電源装置は、ハイブリッド車や電気自動車などの電動車両に搭載されて走行モータに電力を供給する電源、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電する電源、あるいは深夜電力を蓄電する電源など、種々の用途に使用され、とくに大電力、大電流の用途に好適な電源として使用される。
[実施形態1]
本発明の実施形態1に係る電源装置を、図1〜図5に示す。これらの図において、図1は電源装置100の斜視図、図2は図1の電源装置100から上カバー51を外した状態の斜視図、図3は図2から主経路カバー55を外した斜視図、図4Aは図3の電源装置100の(主経路カバー55を外した状態の)平面図、図4Bは図4Aの電源装置の主経路と副経路を示す模式図、図5は図1の電源装置100の分解斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置100は、複数の二次電池セル1を積層している電池積層体2と、この電池積層体2の両端に配置された一対のエンドプレート3と、一対のエンドプレート3に両端が連結されて、電池積層体2を締結する一対の締結部材4とを備えている。さらに、電源装置100は、締結部材4が、電池積層体2の側面に沿って配置される本体部40と、この本体部40の両端で折曲されて、エンドプレート3の外側面に固定される固定部41とを備えている。
(二次電池セル1)
二次電池セル1は、図5に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体2としている。二次電池セル1はリチウムイオン二次電池である。ただし、二次電池セルは、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、充電できる全ての二次電池とすることもできる。二次電池セル1は、密閉構造の外装缶1aに正負の電極板を電解液と共に収容している。外装缶1aは、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板を角形にプレス成形され、開口部を封口板1bで気密に密閉している。封口板1bは、外装缶1aと同じアルミニウムやアルミニウム合金で、両端部に正負の電極端子11を固定している。さらに、封口板1bは、正負の電極端子11の間に、ガス排出弁15を設けている。
複数の二次電池セル1は、各二次電池セル1の厚み方向が積層方向となるように積層されて電池積層体2を構成している。二次電池セル1は、正負の電極端子11を設けている端子面10を同一平面に配置して、複数の二次電池セル1を積層して電池積層体2としている。
(セパレータ12)
電池積層体2は、図5に示すように、積層している二次電池セル1の間にセパレータ12を挟着している。図のセパレータ12は、絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作されている。図に示すセパレータ12は、二次電池セル1の対向面とほぼ等しい大きさのプレート状としており、このセパレータ12を互いに隣接する二次電池セル1の間に積層して、隣接する二次電池セル1同士を絶縁している。なお、図示はしないが、セパレータ12は、二次電池セル1とスペーサの間に冷却気体の流路が形成される形状としてもよい。また、二次電池セル1の表面を絶縁材で被覆することもできる。例えばPET樹脂等のシュリンクチューブで二次電池セルの電極部分を除く外装缶1aの表面を熱溶着させてもよい。
(電池積層体2)
電池積層体2は、隣接する二次電池セル1の正負の電極端子11に金属製のバスバー16が接続されて、バスバー16でもって複数の二次電池セル1を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続される。図に示す電池積層体2は、12個の二次電池セル1を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体を構成する二次電池セルの個数とその接続状態を特定しない。
(端面スペーサ13)
電池積層体2は、両端面に端面スペーサ13を挟んでエンドプレート3を配置している。端面スペーサ13は、図5に示すように、電池積層体2とエンドプレート3との間に配置されてエンドプレート3を電池積層体2から絶縁する。端面スペーサ13は、上述したセパレータ12と同様の材質で構成することができる。
(エンドプレート3)
エンドプレート3は、図1〜図5に示すように、電池積層体2の両端に配置されると共に、電池積層体2の両側面に沿って配置される締結部材4を介して締結される。エンドプレート3は、電池積層体2の二次電池セル1の積層方向における両端であって、端面スペーサ13の外側に配置されて電池積層体2を両端から挟着している。
エンドプレート3は、外形を四角形としており、電池積層体2の端面に対向して配置されている。図1〜図5に示すエンドプレート3は、二次電池セル1の外形とほぼ等しい外形としている。ずなわち、図に示すエンドプレート3は、左右方向の幅を二次電池セル1の幅と等しくすると共に、上下方向の高さを二次電池セル1の高さと等しくしている。なお、本明細書において、上下方向とは図における上下方向とし、左右方向は、図における左右方向であって、電池の積層方向と直交する水平方向を意味するものとする。
さらに、図5に示すエンドプレート3は、エンドプレート3を固定するための貫通孔を複数形成している。例えばエンドプレート3は、締結部材4の固定部41を固定する留め具19を挿入するための第一貫通孔36を有している。図に示すエンドプレート3は、第一貫通孔36として、複数の貫通孔を開口している。図のエンドプレート3は、両側部であって固定部41と対向する位置に、上下に離して複数の第一貫通孔36を設けている。図5のエンドプレート3は、両側に沿って3個ずつ、全体で6個の第一貫通孔36を設けている。このエンドプレート3は、外周面に配置される固定部41を貫通する留め具19が第一貫通孔36に挿入される。第一貫通孔36に挿入された留め具19は、第一貫通孔36に固定されて固定部41を定位置に固定する。
(締結部材4)
締結部材4は、図1〜図5に示すように、電池積層体2の積層方向に延長されており、両端が電池積層体2の両端面に配置されたエンドプレート3に固定されて、このエンドプレート3を介して電池積層体2を積層方向に締結している。締結部材4は、電池積層体2の側面に沿う所定の幅と所定の厚さを有する金属板で、電池積層体2の両側面に対向して配置されている。この締結部材4には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる締結部材4は、プレス成形等により折曲加工されて所定の形状に形成される。
締結部材4は、電池積層体2の側面に沿って配置される本体部40と、この本体部40の両端で折曲されて、エンドプレート3の外側面に固定される固定部41とを備えている。本体部40は、電池積層体2と、その両端に配置されるエンドプレート3のほぼ全体を被覆する大きさの矩形状としている。図1に示す本体部40は、電池積層体2の側面のほぼ全面を隙間なく被覆している。ただ、本体部40は、1以上の開口部を設けて、電池積層体の側面の一部を表出させることもできる。締結部材4は、両端を一対のエンドプレート3に固定するために、その両端部をエンドプレート3の外側面に沿うように折曲加工して固定部41を設けている。図に示す固定部41は、本体部40及びエンドプレート3の上下方向の高さとほぼ等しくして、エンドプレート3の左右の両側部を被覆している。この締結部材4は、固定部41の先端に設けた貫通孔42に挿入される留め具19を介してエンドプレート3に固定される。さらに、図に示す締結部材4は、本体部40の両端部を除く中間部分の上端部に沿って、電池積層体2の上面及び下面を保持する折曲部44を備えている。折曲部44は、電池積層体2を構成する二次電池セル1の上面及び下面を保持して、各二次電池セル1の端子面10の位置が上下にずれるのを抑制している。
なお、締結部材4は、図示しないが、本体部40と折曲部44の内面に絶縁シートを配置して、この絶縁シートにより、電池積層体2の二次電池セル1と締結部材4とを絶縁することができる。さらに、締結部材4は、図示しないが、本体部40の両端部の内面に緩衝材を配置して、エンドプレート3の両側面を振動等の衝撃から保護することもできる。
(カバー部50)
電源装置100は、図5に示すように電池積層体2の上面を覆うカバー部50を備えている。カバー部50は、その内部に、ガス排出弁15から排出されるガスを、カバー部50の外部に排出するためのガス案内経路60を区画している。このようにカバー部50は、ガス排出用のガスダクトを兼用しており、従来のようにガスダクトを別途用意してホルダと配管する手間を省力化でき、構成の簡素化や軽量化、コスト削減において有利となる。このカバー部50は、ホルダ部56と、主経路カバー55と、上カバー51を備えている。
(ホルダ部56)
ホルダ部56は、図5に示すようにバスバー16を保持するバスバー保持部57を上面に形成している。各バスバー保持部57にそれぞれバスバー16を配置した状態で、ホルダ部56を電池積層体2の上面に載置することで、各バスバー16を二次電池セルに対して位置決め状態とすることができる。一方でホルダ部56は、ガス案内経路60を区画するように直立させた壁部58を有している。このように、ガス案内経路60を画定するカバー部50を、バスバー16を保持するバスバーホルダに兼用することで、さらに構成を簡素化できる。
(壁部58)
ホルダ部56は、ガス案内経路60を区画するように直立させた壁部58を有している。また壁部58で区画されたガス案内経路60の上方を開放している。ホルダ部56の上面をカバー部50で被覆することで、ガス案内経路60の上方が閉塞される。またホルダ部56は、ガス案内経路60として、主経路61と副経路62を壁部58でもって画定している。
(主経路61)
主経路61は、積層された各二次電池セル1のガス排出弁15と面するように、直線状に形成される。電池積層体2は、角型の二次電池セル1を複数、各々のガス排出弁15を設けた面が同一平面上となる姿勢で、複数枚積層している。また各二次電池セル1の封口板1bのほぼ中央に、ガス排出弁15が配置されている。このため、図4A等に示すように、矩形状に延長されたホルダ部56の、短手方向のほぼ中央に主経路61が配置することで、各ガス排出弁15を開弁時に主経路61と連通させることができる。また主経路61は、副経路62に連通され、副経路62を介して排出口63に連通される。排出口63は、カバー部50から外部にガスを排出するための開口である。
(副経路62)
一方副経路62は、主経路61と略平行に一以上設けられる。カバー部50の中央に配置された主経路61の両側に、副経路62がそれぞれ一以上配置される。図4Bの例では、主経路61の上下に、2つの副経路62である第一副経路62A、第二副経路62Bがそれぞれ設けられている。このように、ガス案内経路60に副経路62を含めることで、主経路61単独の場合よりも経路長を長くして、ガスの勢いを抑制することが可能となる。特に、電源装置の上部の限られたスペースを効果的に活用して、ガス案内経路60の経路長を長くすることができるという点に技術的な意義がある。
(主経路カバー55)
主経路61は、二次電池セル1の積層方向に延長された細長い形状に形成されている。この主経路61の上方は、主経路カバー55で被覆されている。主経路カバー55は、好ましくは金属板で構成される。
(上カバー51)
図1に示す電源装置100は、上面に上カバー51を配置している。上カバー51は、絶縁性に優れた材質、例えば樹脂製とする。図1の電源装置100から、上カバー51を外した状態の斜視図である図2に示すように、金属製の主経路カバー55を中央に配置している。さらに図2から主経路カバー55を外した状態を示す図3の斜視図、及び図3から主経路カバー55を外した図4Aの平面図に示すように、カバー部50はホルダ部56と主経路カバー55と上カバー51とで、ガス案内経路60を画定している。
(ガス案内経路60)
ガス案内経路60は、金属及び耐熱樹脂で構成され、ガスダクトとして機能する。図2に示すように、ガス案内経路60の上面は金属製の主経路カバー55で被覆される。これによって、図7に示すようにガス排出弁15から排出された高温高圧のガスを、十分な強度で受けることが可能となる。またガス案内経路60の側面も、金属で構成されている。
さらに主経路カバー55の上面は更に耐熱樹脂製の上カバー51で被覆されている。金属製の主経路カバー55の更に上面を、上カバー51で被覆することで、高温高圧のガスが排出された際に耐え得る十分な強度が発揮される。
(水平ガス流折曲部64)
ガス案内経路60は、カバー部50の平面視において、ガスの少なくとも一部の進行方向を折曲させる一以上の水平ガス流折曲部64を備えている。これにより、二次電池セル1のガス排出弁から排出されるガスは、ガス排出弁15から排出されたガスが、ガス案内経路60を通じてカバー部50の外部に排出されるまでの間に、ガスの進行方向が折曲されるようになっている。そのため、直進性の違いにより、ガス排出弁15の破片や二次電池セルの内容物といったガス以外の固体や液体を水平ガス流折曲部64の手前でせき止めることができる。
図3の斜視図において、二次電池セル1のガス排出弁15から排出されたガスが排出口63から排出されるまでの経路を矢印で示す。このようにガスが排気されるまでに複数回屈曲させるようにガス案内経路60を構成することで、ガス排出弁15の破片や二次電池セルの内容物といったガス以外の固体や液体の外部への流出を抑制できる。図3においては、説明のため主経路61の上側の副経路62についてのみ矢印を示しているが、主経路の下側の副経路においても同様であることはいうまでもない。
(垂直ガス流折曲部65)
さらにガス案内経路60は、垂直ガス流折曲部65を有している。垂直ガス流折曲部65は、カバー部50の垂直断面視において、ガスの少なくとも一部の進行方向を折曲させる。このように、水平ガス流折曲部64に加えて垂直ガス流折曲部65でもって更にガス排出弁15の破片や二次電池セルの内容物といったガス以外の固体や液体の外部への流出を抑制できる。
(水平ガス流折曲部64の詳細)
水平ガス流折曲部64は、主経路61を画定する壁部58に形成される。図4A、図4B等の例では、水平ガス流折曲部64は壁部58に形成された複数の開口である。水平ガス流折曲部64の開口でもって主経路61と副経路62は連通される。
また水平ガス流折曲部64は、主経路61と副経路62とを区画する壁部58のみならず、副経路と副経路を区画する壁部にも設けられている。図4Bの例においては、主経路61と第一副経路62Aとを区画する第一壁部58Aに、第一開口64aを、第一副経路62Aと第二副経路62Bを区画する第二壁部58Bに、第二開口64bを、それぞれ形成している。さらに、第一開口64aと第二開口64bは、主経路61や副経路62の延長方向に直交する直交線上に一直線上とならないように、オフセットして形成している。このように構成することで、主経路61から第一開口64aを通じて第一副経路62Aに移動した高圧ガスが、そのまま第二開口64bを通じて第二副経路62Bに移動してしまう事態を回避できる。すなわち、第一副経路62Aに移った高圧ガスは、第一副経路62Aを進んだ上でさらに第二開口64bで折曲された上で第二副経路62Bに移動する必要が生じ、さらに高圧ガスに折曲を強要することで、ガス排出弁15から排出されるガス以外の固体や液体の外部への流出を抑制することが可能となる。
加えて、第二開口64bと排出口63も、同様に主経路61や副経路62の延長方向に直交する直交線上に一直線上とならないように、オフセットして形成している。これによって、第二開口64bを通じて第二副経路62Bに移動したガスが、そのまま排出口63を通じて電源装置の外部に放出される事態を回避し、第二副経路62Bを進んだ上でさらに排出口63でガス流の進行方向を折曲させることを強要し、一層のガス排出弁15から排出されるガス以外の固体や液体の外部への流出抑制が図られる。また、このような折曲を繰り返すことで、ガス排出弁15から排出されるガス以外の固体や液体の外部への流出を防止できるので、ガス案内経路の断面積に制約がかかりにくくなる。そのため、ガス案内経路の断面積を広くすることができるので、ガスの温度も低下させる効果が得られ、二次電池セル1のガス排出弁15から排出された際は高温、高圧であったガスが、ガス案内経路内を進行する内に圧力と温度を低減させて、電源装置から排出される時点では相当に弱めたガスとすることで、安全性の向上が図られる。
(垂直ガス流折曲部65の詳細)
上述の通りカバー部50は、上カバー51を備えている。上カバー51は図1及び図2に示すように、主経路カバー55の上面を含めたガス案内経路60の上方を覆う。このようにすることで、カバー部50でガス排出用のガスダクトを兼用できる。さらに上カバー51は、その底面側に垂直ガス流折曲部65を設けている。この垂直ガス流折曲部65は、副経路62内に配置されている。垂直ガス流折曲部65は、図8の断面図に示すように、上カバー51の底面側に形成されている。また垂直ガス流折曲部65の端縁と、ガス案内経路60の床面との間に隙間を形成している。このようにすることで、ガス案内経路60の上方から下方に向かって突出させた垂直ガス流折曲部65でもって、ガス案内経路60を高さ方向に変化させることが可能となり、立体的に折曲させたガス案内経路60を画成することで、限られたスペースを有効に活用することができる。
また図8の断面図に示すように、上カバー51の裏面側から突出される垂直ガス流折曲部65に加えて、ホルダ部56の底面から上方に突出した壁部58でもって、ガス案内経路60を構成している。壁部58の上端は、上カバー51の底面に当接している。このような構成によって、ガスが排出口63に直線的に排出される事態を回避できる。仮に図9の断面図に示すように、上カバー51の裏面側に垂直ガス流折曲部65がない構成において、ガス排出弁15から高圧のガスが上方に噴出されて主経路カバー55及び上カバー51が押し上げられた際、主経路61を区画する壁部58と上カバー51の底面との間に隙間が形成され、ここから高圧ガスが直線的に排出口63に流れて、強い圧力を保ったまま電源装置の外部に放出されることが考えられる。
これに対して、図8及び図10に示すように上ケースの裏面側から下方に突出させた垂直ガス流折曲部65を設けることで、仮にガス排出時に壁部58の上端と上カバー51の底面との間に隙間が形成されたとしても、ここを通って主経路61から副経路62に侵入した高圧ガスは垂直ガス流折曲部65によって直線状に進行することを阻害される結果、一旦副経路62の底面側に向かって進むことになる。さらに副経路62の底面側に押し曲げられたガス流は、排出口63に向かうため、さらに上方向に流れの向きを変える必要がある。このように、ガス流は垂直ガス流折曲部65の存在によって少なくとも2回、流体の向きを変更しなければ排出口63に至ることができず、このような複数回に亘る流体の強制的な進路変更によってガス排出弁15の破片や二次電池セルの内容物といったガス以外の固体や液体の外部への流出を効果的に抑制することができる。特に、ガスに含まれる火花をトラップして電源装置から外部に漏れないようにする効果も高められる。また、ガスの排出経路が長くなることで、ガスの温度低下も期待できる。加えて、このような垂直ガス流折曲部65によるガス案内経路60の長大化は、上ケースの膨張による上ケースと壁部58との間の隙間の形成に限らず、隙間が形成されない場合においても、適用される。このように、上述した水平ガス流折曲部64によって水平方向にガス流の向きを変更することに加えて、さらに垂直ガス流折曲部65によってガス流の進路変更を垂直方向にも行わせることで、さらにガス案内経路60の経路長を長くすることができ、限られたスペースを有効に活用することができる。
(排出口63)
上述の通り、カバー部50は、ガス排出弁15からガス案内経路60に案内されたガスを、電源装置100の外部に排出するための排出口63を形成している。この排出口63は、二次電池セル1の積層方向と交差する方向に形成されている。
一方でガス案内経路60は、二次電池セル1の積層方向の両端側に端面壁66を配置している。いいかえると、カバー部50の長手方向の両側端面にはガスの排出口63を設けていない。このような構成としたことで、主経路61に案内された高圧ガスが、高い圧力を保ったままで両端側に抜ける事態を阻止して、カバー部50内に形成してガス案内経路60で引き回すようにして圧力損失を生じさせ、勢いを弱めた上で外部に排出することで安全性を高めることができる。
またホルダ部56は、バスバー16を保持するバスバー保持部57を、排出口63と面した副経路62に配置している。いいかえると、バスバー16が、ガス案内経路60内の内、排出口63の手前側に配置されるように構成している。このようにしたことで、ガス排出弁15から排気されたガスを、排出口63から電源装置100の外部に排出される手前で金属製のバスバー16に触れさせることで、ガスの有する熱をバスバー16で奪うことにより温度を低下させることができ、電源装置の外部に排出する際の温度を低下させて安全性を高める効果が得られる。
(係止フック59)
上カバー51は、その両端をホルダ部56に固定されている。ホルダ部56は、その両側に係止フック59を設けている。一方で上カバー51は、係止フック59を係止する係止穴52を形成している。図2に示すように、ホルダ部56の上面で、壁部58により画定されたガス案内経路60は、上方を開放している。このホルダ部56の上面を閉塞するように、上カバー51は係止構造によってホルダ部56の上面に固定される。また、ガス排出時にガスの圧力で上カバー51が多少膨らんでも、上カバー51が外れないように構成している。この様子を、図10の断面図に示す。
ホルダ部56は、係止フック59で上カバー51を係止することで、ガス案内経路60の上方を上カバー51で閉塞している。係止フック59は、二次電池セル1の積層方向に平行なホルダ部56の両側の側面領域において、上方に爪部を突出させている。この爪部は、爪状に形成されており、ほぼ垂直に形成された垂直面59aと、上部から側方にかけて傾斜された傾斜面59bを形成している。傾斜面59bは、ホルダ部56の外側に向かって末広がりとなるよう形成している。また爪部の傾斜面59bの下端から鋭角に連続した係止面59cを水平に形成している。この爪部は、図10の断面図に示すように、ホルダ部56の外側に折曲されたL字状に形成されている。
一方で上カバー51は、係止フック59と対応する側面側に、この係止フック59の爪部を挿入する係止穴52を開口している。この係止穴52に係止フック59を挿入し、係止穴52の開口端縁の内、上カバー51の外側に位置する領域に、爪部の係止面59cを当接させて、上カバー51をホルダ部56に係止している。このような構成によって、確実に上カバー51をホルダ部56に連結することが可能となり、特にガス排出時に高圧ガスの圧力で上カバー51が外れ難いように構成している。もしガスが排出されて、上カバー51に内圧が印加されて上方に膨らむように変形する際は、この変形によって係止フック59と係止穴52の係止がより大きくなるような方向に作用する。この結果、上カバー51の連結状態が強固に維持されて、脱落等が阻止される。
(温度ヒューズ71)
またガス排出を検出するための温度ヒューズ71を、ガス案内経路60内に配置することもできる。このようにすることで、ガス案内経路60に案内された高圧ガスでもって温度ヒューズ71を作動させてガスの排出を検出することが可能となる。
(主経路61)
図4A〜図7の電源装置100において、何れかの二次電池セル1のガス排出弁15が開弁してガスが排出された状態を考える。二次電池セル1から排気されたガスは、図7の垂直断面図に示すように、二次電池セル1の上面に設けられたガス案内経路60の主経路61で受ける。ガス案内経路60の天面は、金属製の主経路カバー55で構成されており、さらにその上面を上カバー51で被覆していることから、ガス圧に十分に対抗できる。ガス排出弁15から上方に勢いよく排出されたガスは、主経路カバー55の広い面積で受けて相当の圧力を失う。またこの際にガスの熱も金属製の主経路カバー55や側面で吸収されて、ガス温度を低下させる。
ここで、ガス案内経路60の主経路61の断面積は、ガス排出弁15の開口面積以上としている。これによって、ガス排出弁15から排出されるガスが主経路61に案内される際にガスが滞留して、ガス排出弁15からのガスの排出が妨げられないようにする。ガスが対流すると、主経路61の内圧が上昇して、ガス排出弁15から排出されるガスの温度が上昇するおそれがあるが、この構成を採用することで、ガスの温度上昇を抑制することができる。なお主経路61の断面積は、主経路61の断面を矩形状とする場合は縦横の寸法で規定される。
(副経路62)
このようにしてガスが主経路61に案内されると、このガスを主経路61内で分散させて、副経路62に排出する。この際、主経路61内に屈曲させた経路を形成することで、ガスを蛇行させるなどして、ガスに含まれる火花が電源装置の外部に排出されないようにしている。
ガス内の火花は、燃焼する微粒子が質量を有するため、ガス排出時に高圧で移動される際の慣性によって直進しようとする結果、ガス案内経路60を折曲されることで勢いが抑えられて、また熱も低下される。このように、高圧ガスに含まれる未燃焼の気体と、既に発火している火花の内、火花を電源装置から排出させないように、気体よりも慣性が大きい性質を利用して、ガス排出弁15から電源装置の排出口63に至るまでの経路において、その勢いを殺し、また温度も低下させて安全性を高めている。
[実施形態2]
加えて、ガス案内経路に、ガス流の勢いを抑制する障害物を配置してもよい。例えば図11に示す実施形態2に係る電源装置200の例では、主経路61内に障害物として、メッシュ体68を配置している。メッシュ体68の斜視図を図12Aに、側面図を図12Bに、正面図を図12Cに、それぞれ示す。このメッシュ体68は、金属板に多数の穴69を形成した金属連続メッシュである。また、金属板は図12Bの側面図に示すように、断面をジグザグ状に形成してしる。このようなメッシュ体68を主経路61内に固定することで、ガスに含まれる火花をメッシュ体68の穴69でトラップして、火花が主経路から漏れる事態を回避できる。加えて、金属製のメッシュ体68に高温のガスを透過させることで、熱を奪ってガスの温度を低下させる効果も得られる。
なおメッシュ体68は、図11の例では主経路61の一部に一個のみを配置しているが、本発明はこの構成に限らず、メッシュ体を複数個、主経路61に配置してもよい。また副経路62にメッシュ体を配置してもよい。さらに、メッシュ体の大きさも図11等の例に限定されず、例えば主経路や副経路の延長方向に沿って、一のメッシュ体を延長させた長いメッシュ体を用いてもよい。
上述の通り、ガスを主経路61から副経路62に案内する界面の開口面積は、その総和が主経路61の断面積よりも大きくなるように構成している。これにより、主経路61内のガスが滞留して内圧が高くなりすぎないようにできる。具体的には、主経路61に形成された水平ガス流折曲部64の開口面積の総和を、主経路61の断面積よりも大きくしている。これにより、主経路61に排出されたガスをスムーズに排出することができ、ガスの温度上昇を抑制できる、また、ガスが主経路内で排出されずに滞留して膨張し、主経路を破裂させる事態を回避できる効果も期待できる。なお、壁部58に開口した第一開口64aは、図4Aに示すように、温度ヒューズ71等を接続するハーネスを通すための空間としても利用できる。言い換えると、ハーネス類を通す空間を、ガス流を強制的に折曲させるための開口としても利用している。
また、副経路62の空間全体を利用してガス温度を低下させる効果も得られる。さらに、副経路62から電源装置の外部にガスを排出する排出口63に至るまでの経路も、同様に折曲されることで、火花が排出されないようにしている。
このようなガス案内路としたことで、いずれかの二次電池セル1のガス排出弁15から高温、高圧のガスが排出された場合でも、電源装置から外部に排出される排出口63に至るまでの間に圧力と温度を低下させて、安全性を高めている。特にガスに含まれる微粒子が発火した火花は、電源装置の外部に放出されると着火源となるため、特に火花が電源装置から漏れることを阻止することが、安全性の確保において重要となる。そこで本実施形態においては、ガス案内経路60の内部構造を工夫することで、火花を外部に出さないように、その勢いを殺してガス案内経路60内に残留させ、あるいは圧力や温度を低下させて排出させ、安全性を向上させている。
以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。なお、車両を駆動する電力を得るために、上述した電源装置を直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置1000を構築した例として説明する。
(ハイブリッド車用電源装置)
図13は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両HVは、車両本体91と、この車両本体91を走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、これらのエンジン96及び走行用のモータ93で駆動される車輪97と、モータ93に電力を供給する電源装置1000と、電源装置1000の電池を充電する発電機94とを備えている。電源装置1000は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。車両HVは、電源装置1000の電池を充放電しながらモータ93とエンジン96の両方で走行する。モータ93は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ93は、電源装置1000から電力が供給されて駆動する。発電機94は、エンジン96で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置1000の電池を充電する。
(電気自動車用電源装置)
また、図14は、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両EVは、車両本体91と、この車両本体91を走行させる走行用のモータ93と、このモータ93で駆動される車輪97と、このモータ93に電力を供給する電源装置1000と、この電源装置1000の電池を充電する発電機94とを備えている。電源装置100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。モータ93は、電源装置1000から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置1000の電池を充電する。
(蓄電システム)
さらに、本発明は、電源装置の用途を、車両を走行させるモータの電源には特定しない。実施形態に係る電源装置は、太陽光発電や風力発電等で発電された電力で電池を充電して蓄電する蓄電システムの電源として使用することもできる。図15は、電源装置1000の電池を太陽電池で充電して蓄電する蓄電システムを示す。この図に示す蓄電システムは、図に示すように、家屋や工場等の建物81の屋根や屋上等に配置された太陽電池82で発電される電力で、電源装置100の電池を充電する。さらに、この蓄電システムは、電源装置100に蓄電した電力を、DC/ACインバータ85を介して負荷83に供給する。
さらに、電源装置は、図示しないが、夜間の深夜電力を利用して電池を充電して蓄電する蓄電システムの電源として使用することもできる。深夜電力で充電される電源装置は、発電所の余剰電力である深夜電力で充電して、電力負荷の大きくなる昼間に電力を出力して、昼間のピーク電力を小さく制限することができる。さらに、電源装置は、太陽電池の出力と深夜電力の両方で充電する電源としても使用できる。この電源装置は、太陽電池で発電される電力と深夜電力の両方を有効に利用して、天候や消費電力を考慮しながら効率よく蓄電できる。
以上のような蓄電システムは、コンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用または工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機や道路用の交通表示器などのバックアップ電源用などの用途に好適に利用できる。
本発明に係る電源装置及びこれを備える車両は、ハイブリッド車、燃料電池自動車、電気自動車、電動オートバイ等の電動車両を駆動するモータの電源用等に使用される大電流用の電源として好適に利用できる。例えばEV走行モードとHEV走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置が挙げられる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。
1…二次電池セル、1a…外装缶、1b…封口板、2…電池積層体、3…エンドプレート、4…締結部材、10…端子面、11…電極端子、12…セパレータ、13…端面スペーサ、15…ガス排出弁、16…バスバー、19…留め具、36…第一貫通孔、40…本体部、41…固定部、42…貫通孔、44…折曲部、50…カバー部、51…上カバー、52…係止穴、55…主経路カバー、56…ホルダ部、57…バスバー保持部、58…壁部;58A…第一壁部;58B…第二壁部、59…係止フック;59a…垂直面;59b…傾斜面;59c…係止面、60…ガス案内経路、61…主経路、62A…第一副経路;62B…第二副経路、62…副経路、63…排出口、64…水平ガス流折曲部、64a…第一開口、64b…第二開口、65…垂直ガス流折曲部、66…端面壁、68…メッシュ体、69…穴、71…温度ヒューズ、81…建物、82…太陽電池、83…負荷、85…DC/ACインバータ、91…車両本体、93…モータ、94…発電機、95…DC/ACインバータ、96…エンジン、97…車輪、100、200、1000…電源装置、HV…車両、EV…車両

Claims (18)

  1. 内部のガスを排出するためのガス排出弁を有する複数の二次電池セルと、
    前記複数の二次電池セルを積層した電池積層体の一面に配置され、前記複数の二次電池セルの前記ガス排出弁を覆うカバー部と、を備える電源装置であって、
    前記カバー部は、その内部に、前記ガス排出弁から排出されるガスを、前記カバー部の外部に排出するためのガス案内経路を区画しており、
    前記ガス案内経路は前記カバー部の平面視において、ガスの少なくとも一部の進行方向を折曲させる一以上の水平ガス流折曲部を含んでいる電源装置。
  2. 請求項1に記載の電源装置であって、
    前記ガス案内経路は、さらに、前記カバー部の垂直断面視において、ガスの少なくとも一部の進行方向を折曲させる垂直ガス流折曲部を含んでいる電源装置。
  3. 請求項2に記載の電源装置であって、
    前記ガス案内経路は、さらに、前記複数の二次電池セルの各ガス排出弁と面する直線状の主経路と、前記主経路に隣接して配置される少なくとも一つの第一副経路と、を含んでおり、
    前記主経路と前記少なくとも一つの第一副経路は、前記水平ガス流折曲部を介して、連結されている電源装置。
  4. 請求項3に記載の電源装置であって、
    前記水平ガス流折曲部が、前記主経路を規定する壁面に形成された開口である電源装置。
  5. 請求項4に記載の電源装置であって、
    前記主経路に形成された水平ガス流折曲部の開口面積の総和を、前記主経路の断面積よりも大きくしてなる電源装置。
  6. 請求項4又は5に記載の電源装置であって、
    前記ガス案内経路は、さらに、前記少なくとも一つの第一副経路に隣接して配置される少なくとも一つの第二副経路を含んでおり、
    前記第一副経路と前記第二副経路とは、前記垂直ガス流折曲部を介して連結されている電源装置。
  7. 請求項6に記載の電源装置であって、
    前記垂直ガス流折曲部は、前記第一副経路を規定する壁面に形成された開口であり、該垂直ガス流折曲部の開口面積の総和を、前記第一副経路の断面積よりも大きくしてなる電源装置。
  8. 請求項6又は7に記載の電源装置であって、さらに、
    前記主経路の上方を覆う金属製の主経路カバーを備えてなる電源装置。
  9. 請求項8に記載の電源装置であって、
    前記カバー部は、前記主経路カバーの上面を含む前記ガス案内経路の上方を覆う上カバーを備える電源装置。
  10. 請求項9に記載の電源装置であって、
    前記垂直ガス流折曲部は、前記上カバーの底面側に形成されており、
    前記垂直ガス流折曲部の端縁と、前記ガス案内経路の床面との間に隙間を形成してなる電源装置。
  11. 請求項9又は10に記載の電源装置であって、
    さらに、前記複数の二次電池セルの電極端子を接続する金属製のバスバーを備え、
    前記カバー部は、前記バスバーを保持するホルダ部を有し、
    前記ホルダ部は、前記ガス案内経路を区画するように直立させた壁部を有してなる電源装置。
  12. 請求項11に記載の電源装置であって、
    前記ホルダ部は、前記上カバーを係止する係止フックを備えており、
    前記ホルダ部の上面で、前記壁部により画定された前記ガス案内経路は、上方を開放しており、前記係止フックで前記上カバーを係止することで、前記ガス案内経路の上方を前記上カバーで閉塞しており、
    前記係止フックは、前記二次電池セルの積層方向に平行な前記ホルダ部の両側の側面領域において、上方に爪状に形成された爪部を突出させると共に、該爪部が有する傾斜面を前記ホルダ部の外側に向かって末広がりとなるよう形成し、かつ該爪部の傾斜面から鋭角に連続した係止面を形成し、
    前記上カバーは、前記係止フックと対応する側面側に、該係止フックの爪部を挿入する係止穴を開口しており、
    前記係止フックを前記係止穴に挿入すると共に、該係止穴の開口端縁の内、前記上カバーの外側に位置する領域に、前記爪部の係止面を当接させて、前記上カバーを前記ホルダ部に係止してなる電源装置。
  13. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    前記水平ガス流折曲部は、ガスの少なくとも一部の進行方向を反転させるよう構成してなる電源装置。
  14. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    前記ガス案内経路は、前記二次電池セルの積層方向における両端に端面壁を配置してなる電源装置。
  15. 請求項14に記載の電源装置であって、
    前記カバー部は、前記ガス排出弁から前記ガス案内経路に案内されたガスを、電源装置の外部に排出するための排出口を形成しており、
    前記電池積層体は、複数の二次電池セルを積層しており、
    前記排出口は、前記二次電池セルの積層方向と交差する方向に形成されてなる電源装置。
  16. 請求項15に記載の電源装置であって、
    前記バスバーは、前記ガス案内経路内の内、前記排出口の手前側に配置されてなる電源装置。
  17. 請求項1〜16のいずれか一項に記載の電源装置であって、さらに、
    前記ガス案内経路内に配置された、ガス排出を検出するための温度ヒューズを備えてなる電源装置。
  18. 請求項1〜17のいずれか一に記載の電源装置を備える車両であって、
    前記電源装置と、該電源装置から電力供給される走行用のモータと、前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備える車両。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113437427A (zh) * 2020-03-05 2021-09-24 奥迪股份公司 电池系统和车辆
CN113540663B (zh) * 2020-03-31 2022-11-11 比亚迪股份有限公司 电池模组和车辆
CN111403657B (zh) * 2020-03-31 2022-04-01 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种电池热失控气体排放装置、电池模组及汽车
KR20210128814A (ko) * 2020-04-17 2021-10-27 주식회사 엘지에너지솔루션 화염 배출 방지 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차 및 전력 저장 시스템
KR20220026928A (ko) * 2020-08-26 2022-03-07 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
GB2598350A (en) * 2020-08-27 2022-03-02 Jaguar Land Rover Ltd Battery module
CN112259854A (zh) * 2020-09-27 2021-01-22 中国第一汽车股份有限公司 动力电池总成及汽车
CN115699398A (zh) * 2020-12-18 2023-02-03 宁德时代新能源科技股份有限公司 电极组件及其制造方法和制造系统、电池单体、电池及用电装置
JP7186760B2 (ja) * 2020-12-21 2022-12-09 プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 蓄電モジュール
CN114765296A (zh) * 2021-01-13 2022-07-19 福特全球技术公司 包括排气通道的电池组
US20230054839A1 (en) * 2021-08-18 2023-02-23 Rolls-Royce Singapore Pte. Ltd. Light weight thermal runaway and explosion resistant aerospace battery
DE102021125191A1 (de) * 2021-09-29 2023-03-30 Audi Aktiengesellschaft Batterieanordnung mit einem Zellentgasungskanal, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Abführen von Gasen aus einer Batterie
KR20230108139A (ko) * 2022-01-10 2023-07-18 에스케이온 주식회사 배터리 모듈 및 이를 구비하는 배터리 팩
CN117321845A (zh) * 2022-02-28 2023-12-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池、用电装置、电池的制造方法及设备
DE102022108828A1 (de) 2022-04-12 2023-10-12 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Unterfahrschutzplatte und Kraftfahrzeug
DE102022118977B3 (de) * 2022-07-28 2023-10-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Unterbodenschutzvorrichtung zur Anordnung unterhalb einer Traktionsbatterie am Unterboden eines zumindest teilweise elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs
WO2024077604A1 (zh) * 2022-10-14 2024-04-18 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池和用电装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012014449A1 (ja) * 2010-07-30 2012-02-02 パナソニック株式会社 電池システム
JP2013114952A (ja) * 2011-11-30 2013-06-10 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置
WO2016136193A1 (ja) * 2015-02-25 2016-09-01 パナソニックIpマネジメント株式会社 電池モジュール

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050147874A1 (en) * 2003-12-10 2005-07-07 Johnson Controls Technolgy Company Venting system for battery
EP2453502B1 (en) * 2010-11-11 2014-05-21 EH Europe GmbH A flame arrestor for a lead-acid battery
JP6151254B2 (ja) 2012-08-09 2017-06-21 三洋電機株式会社 電源装置及びこれを備える電動車両並びに蓄電装置
DE102013204087A1 (de) * 2013-03-11 2014-09-11 Robert Bosch Gmbh Entgasungssystem für Batteriemodule
JP6109926B2 (ja) * 2013-03-29 2017-04-05 三洋電機株式会社 電池パック
JP2014220149A (ja) 2013-05-09 2014-11-20 愛三工業株式会社 バスバーモジュール
JP6274052B2 (ja) * 2014-09-04 2018-02-07 株式会社Gsユアサ 蓄電装置
KR102344362B1 (ko) * 2015-03-11 2021-12-28 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
JP2019091522A (ja) * 2016-03-30 2019-06-13 三洋電機株式会社 電池パック
JP6821391B2 (ja) * 2016-10-26 2021-01-27 三洋電機株式会社 電源装置及びこれを用いる車両並びに蓄電装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012014449A1 (ja) * 2010-07-30 2012-02-02 パナソニック株式会社 電池システム
JP2013114952A (ja) * 2011-11-30 2013-06-10 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置
WO2016136193A1 (ja) * 2015-02-25 2016-09-01 パナソニックIpマネジメント株式会社 電池モジュール

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