WO2023145829A1 - 蓄電パック - Google Patents

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WO2023145829A1
WO2023145829A1 PCT/JP2023/002463 JP2023002463W WO2023145829A1 WO 2023145829 A1 WO2023145829 A1 WO 2023145829A1 JP 2023002463 W JP2023002463 W JP 2023002463W WO 2023145829 A1 WO2023145829 A1 WO 2023145829A1
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battery
hollow member
pack
power storage
case
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PCT/JP2023/002463
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洋岳 荻野
智文 村山
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to an electricity storage pack.
  • power storage devices such as cylindrical lithium-ion batteries are electrically connected and housed in a case to be used in the form of a power storage pack.
  • a case to be used in the form of a power storage pack At this time, if there is an abnormality in the power storage device in the power storage pack, high-temperature gas is generated from the power storage device. If this high-temperature gas continues to remain in the power storage pack, it may adversely affect normal power storage devices. For this reason, an exhaust path is provided inside the electricity storage pack, and high-temperature gas is discharged to the outside of the case through the exhaust path.
  • Patent Literature 1 discloses, as an example of an electricity storage pack, an electricity storage device (electricity storage pack) in which a plurality of batteries having a rectangular box-shaped outer container are accommodated in a container body (pack case). A side wall of each battery is formed with a safety valve (exhaust valve) that breaks when the internal pressure increases. A recovery space partitioned from the battery arrangement space by a partition is formed inside the storage container main body, and a battery safety valve faces the recovery port formed in the partition. In this configuration, it is said that when the safety valve of the battery is ruptured, the electrolytic solution and the flame emitted from the battery are recovered in the recovery space through the recovery port.
  • the collection space corresponds to the discharge path of the gas ejected from the battery.
  • a potting material resin filler
  • the potting material absorbs or mitigates the heat of the battery when an abnormality occurs.
  • the configuration disclosed in Patent Document 1 when a configuration in which this potting material is injected around the battery is adopted, the uncured potting material enters the gas discharge path from the recovery port when the electricity storage pack is assembled, When the gas discharge path is filled with the potting material, there is a possibility that the high temperature gas cannot be discharged well from the battery when the battery malfunctions.
  • An object of the present disclosure is to provide an electricity storage pack that can simplify the structure and improve reliability in a configuration in which a resin filler is arranged around the electricity storage device.
  • the electricity storage pack of the present disclosure includes: at least one electricity storage block including at least one electricity storage device having an exhaust valve; a pack case containing the at least one electricity storage block and having an exhaust port; A hollow member interposed between power storage blocks and partly facing an exhaust valve of at least one power storage device; and a resin filler interposed between the at least one power storage device and the hollow member, wherein the hollow member comprises: The opening or outer surface of is an electrical storage pack that is connected to the exhaust port of the pack case.
  • the structure in the configuration in which the resin filler is arranged around the power storage device, the structure can be simplified and the reliability can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a battery pack according to an embodiment
  • FIG. 2 is an enlarged view corresponding to part A of the battery pack of FIG. 1
  • FIG. FIG. 2 is a perspective view showing a hollow member taken out from the battery pack of FIG. 1
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing one example of a method of injecting a potting material into the inside of a battery pack
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which high-temperature gas is discharged to the outside from an abnormal battery when some of the batteries constituting the battery pack of FIG. 1 are abnormal
  • 5 is a view corresponding to the enlarged view of the B portion of FIG.
  • FIG. 4 showing a state in which high-temperature gas is discharged from the opening of the hollow member in another example of the battery pack
  • FIG. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state in which, when an abnormality occurs in some batteries in a battery pack of a comparative example, high-temperature gas is discharged to the outside from the abnormal batteries.
  • the shape, material, direction, and number described below are examples, and can be changed as appropriate according to the specifications of the electricity storage pack.
  • a battery pack using a lithium ion secondary battery as a power storage device will be described.
  • the electricity storage pack of the present disclosure is not limited to this.
  • the power storage device may be another secondary battery such as a nickel-metal hydride battery, or a capacitor such as an electric double layer capacitor.
  • FIG. 1A shows a schematic configuration of the battery pack 10.
  • the battery pack 10 is used, for example, as a power source for devices driven by electric motors, such as electric vehicles, power-assisted bicycles, and electric motorcycles.
  • the application of the battery pack 10 is not limited to this, and it can be used as a power supply for various electric devices.
  • the battery pack 10 includes a battery block 12 corresponding to a plurality of power storage blocks accommodating a plurality of batteries, and a pack case 80 accommodating the plurality of battery blocks 12 .
  • the battery is, for example, a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery, and the shape and size are not particularly limited, but a cylindrical shape is preferable. The following description will focus on the case where the battery is a cylindrical battery.
  • the battery block 12 has a plurality of batteries 20 and a holder 40, and both ends of the plurality of batteries 20 in a predetermined direction, specifically in the length direction, form a first holder 41 and a second holder 40. It is housed in 51. In FIG. 1A, the battery 20 is indicated by a diagonal grid. When the battery is a prismatic battery, both ends in the height direction may be accommodated in the battery holder as the predetermined direction.
  • the pack case 80 is a substantially rectangular parallelepiped box made of resin or metal.
  • a plurality of battery blocks 12 are arranged inside the pack case 80 so as to be divided in the length direction (horizontal direction in FIG. 1A).
  • the upper part of a hollow member 60 which will be described later, is arranged.
  • An opening 61 of the hollow member 60 communicates with the outside through an exhaust port 81 provided in the pack case 80 .
  • the exhaust port 81 is, for example, a small hole with a diameter of several millimeters.
  • the hollow member 60 discharges gas discharged from at least a portion of the plurality of batteries 20 to the outside through the exhaust port 81 .
  • the battery 20 is hereinafter referred to as the battery 20 .
  • the battery 20 will be explained using FIG. 1B.
  • the battery 20 is a lithium ion secondary battery or the like, and includes an electrode group 22, a non-aqueous electrolyte (not shown), and a battery case 30 that houses the electrode group 22 and the non-aqueous electrolyte.
  • the battery case 30 is made of metal and has a bottomed, substantially cylindrical case body 31 and a sealing member 32 that closes an upper end opening of the case body 31 in an insulated state.
  • the electrode group 22 is a wound electrode group in which a strip-shaped positive electrode 23 and a strip-shaped negative electrode 24 are wound with a strip-shaped separator 25 interposed therebetween. Insulating plates 26 are arranged at both upper and lower ends of the electrode group 22 .
  • a positive electrode tab 27 that is connected to the positive electrode 23 and extends upward is connected to the bottom surface of the sealing member 32 .
  • the outermost peripheral surface of the negative electrode 24 contacts the inner peripheral surface of the battery case 30 , thereby electrically connecting the negative electrode 24 and the case body 31 .
  • a negative electrode tab may be extended downward from the negative electrode 24 and connected to the bottom plate portion of the case body 31 .
  • An annular groove 31a is formed on the outer peripheral surface of the upper end of the case body 31 by press molding from the outside, etc. As the groove 31a is formed, the upper end of the case body 31 protrudes radially inward. A portion 31b is formed. The projecting portion 31b supports the sealing member 32 via a gasket 35 on its upper surface.
  • the upper end opening edge G of the case main body 31 is crimped so as to fall toward the inside of the battery case 30 with the gasket 35 arranged on the inner peripheral side, and the upper end opening edge G and the projecting portion 31b form a sealing member.
  • the opening of the case body 31 is sealed by sandwiching the gasket 35 in the vertical direction.
  • the sealing body 32 is made of metal and has a substantially disk shape.
  • the sealing member 32 is provided with a substantially circular exhaust valve 34 having an outer peripheral edge defined by an annular thin portion 33 .
  • the thin portion 33 breaks or melts, and the exhaust valve 34 protrudes outward, thereby discharging the internal gas. That is, each of the plurality of batteries 20 has an exhaust valve 34 at one end in the axial direction that opens when the internal pressure rises.
  • the outer surface of the hollow member 60 (Fig. 1B ) are facing each other.
  • the potting material 70 is shown as a sandy portion.
  • the only hole formed in the hollow member 60 is the opening 61 connected to the exhaust port 81 of the pack case 80, which will be described later. As will be described later, this prevents the potting material 70 from entering the interior of the hollow member 60 when the battery pack 10 is assembled. can be discharged to Moreover, since the potting material 70 is provided around the battery 20 , heat generation of the battery 20 is absorbed or mitigated by the potting material 70 , thereby suppressing a chain reaction of thermal runaway of the battery 20 . Note that the electricity storage pack of the present disclosure does not necessarily require heat absorption by the potting material.
  • the first holder 41 and the second holder 51 of the holder 40 are made of curable resin, for example.
  • the curable resin constituting each of the holders 41 and 51 is a resin having a cross-linked structure that does not melt even when exposed to a high temperature of 600° C. or higher. to maintain the shape of each holder 41, 51.
  • Specific examples include thermosetting resins such as unsaturated polyesters, epoxy resins, melamine resins, and phenol resins.
  • the holders 41 and 51 are not limited to curable resin, and may be made of thermoplastic resin such as polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, and polystyrene.
  • each of the plurality of first accommodating portions 43 provided in the first holder 41 is formed with a holder opening 44 axially facing the exhaust valve 34 of the corresponding battery 20 .
  • the holder opening 44 is circular, for example.
  • a positive electrode terminal plate 65 is provided on the side surface of the first holder 41, and a plurality of positive electrode lead portions 66 extending from the positive electrode terminal plate 65 are positive terminals at one end of the battery 20 through the holder opening 44. It is electrically connected to the sealing member 32 .
  • a plurality of such batteries 20 are accommodated and held at both ends in the longitudinal direction by the first holder 41 and the second holder 51 to form the battery block 12 .
  • Each holder 41 , 51 regulates the distance between each battery 20 .
  • Each holder 41 , 51 has an accommodating portion 43 and a holder opening 44 provided in the bottom portion of the accommodating portion 43 according to the number and arrangement positions of the batteries 20 forming the battery block 12 .
  • a plurality of batteries 20 are arranged in a row in the width direction (back and forth direction of the paper surface of FIG. 1A) perpendicular to the longitudinal direction of the pack case 80, or in a zigzag arrangement. is formed according to the positions of the plurality of batteries 20 .
  • Holder openings 44 allow each holder 41 , 51 to expose a portion of the plurality of batteries 20 .
  • two battery blocks 12 are arranged separately in the longitudinal direction of the pack case 80 .
  • the exhaust valve side ends of the two battery blocks 12 are arranged on the same side (the right side in FIG. 1A) in the longitudinal direction of the pack case 80 .
  • the number of battery blocks 12 arranged inside the pack case 80 is not limited to two, but may be one or three or more.
  • a current collecting member for electrically connecting a plurality of batteries 20 in each battery block 12 when connecting the battery blocks 12, a part of the current collecting member is extended or another conductive member is used. The connection may be made beyond the hollow member 60 via the .
  • the hollow member 60 is a flexible flexible sheet material made of a resin such as polyvinyl chloride, polyethylene, or polypropylene and having a small thickness (for example, 0.1 mm or less, preferably 0.02 mm or less). It is bag-shaped with properties. Hollow member 60 may be transparent or translucent. As will be described later, after the hollow member 60 is arranged inside the pack case 80 and the potting material 70 injected to the outside of the hollow member 60 is hardened, a , an opening 61 connected to the exhaust port 81 of the pack case 80 is formed.
  • the hollow member 60 preferably has a structure in which no holes are normally formed other than the opening 61 connected to the exhaust port 81 or a structure in which no holes are formed on the surface facing the battery block.
  • the shape of the hollow member of the present disclosure is not limited to a bag shape.
  • the hollow member may be hollow box-shaped.
  • FIG. 2 shows a state in which air is injected into the interior of the hollow member 60 to inflate it.
  • the hollow member 60 is inflated by injecting air into its interior, and includes a long and flat rectangular parallelepiped first portion 62 arranged at the upper end portion of the pack case 80, and a first It has a plurality of rectangular parallelepiped second portions 63 , 64 extending downward perpendicularly from a plurality of positions in the longitudinal direction of the portion 62 .
  • the plurality of second portions 63 and 64 are formed between the plurality of battery blocks 12 or between the end of one battery block 12 on the side of the exhaust valve and the side plate portion 82 on the side of the exhaust port 81 in the longitudinal direction of the pack case 80 . placed in
  • a potting material 70 is injected, more specifically, filled and hardened.
  • the potting material 70 is, for example, a resin material such as urethane resin, silicone resin, or epoxy resin. After the potting material 70 is injected into the pack case 80, it is hardened in a constant temperature bath or the like. At this time, the potting material contacts the surface of the exhaust valve side end of the battery 20 exposed from the first holder 41 . Also, the potting material 70 may contain a heat absorbing material such as aluminum hydroxide.
  • the hollow member 60 is arranged inside the pack case 80 so that the outer surface faces the end of the battery 20 on the exhaust valve side with the potting material 70 interposed therebetween. At this time, at least the portions of the outer surface of the hollow member 60 facing the exhaust valve side end portions of the plurality of batteries 20 are attached to the potting material 70 .
  • the thickness of the hollow member 60 is exaggerated in order to make the position of the hollow member 60 easier to understand. Since the hollow member 60 is attached to the potting material 70, it becomes easy to tear the hollow member 60 together with the potting 70 when the valve is opened. Also, even after part of the hollow member 60 is torn, the duct space can be easily maintained in the part of the hollow member 60 that is not torn.
  • the opening 61 of the hollow member 60 is connected to the exhaust port 81 of the pack case 80. Accordingly, the first portion 62 and the plurality of second portions 63 and 64 of the hollow member 60 form a duct space for discharging high-temperature gas discharged from the battery 20 when the battery 20 malfunctions.
  • the pack case 80 includes a main body case 83 (FIG. 3) and a lid portion detachably attached to one longitudinal end of the main body case 83 .
  • a plurality of battery blocks 12 and a bulging hollow body case 83 are arranged in such a manner that the longitudinal direction of the main body case 83 is aligned with the vertical direction so that one longitudinal end of the main body case 83 faces upward.
  • the member 60 is arranged inside the pack case 80 . At this time, an opening is not formed in the hollow member 60, and the hollow member 60 is in a sealed state.
  • the lid After injecting the potting material 70 from the upper side of the body case 83 , the lid is attached to the body case 83 to close the opening of the body case 83 .
  • the battery pack 10 is formed by forming an opening 61 in the hollow member 60 with a needle-like tool or the like through the exhaust port 81 formed in the lid.
  • the opening 61 may be formed in the hollow member 60 before attaching the lid to the body case 83 .
  • the opening 61 is formed in the hollow member 60, so that even if the shape of the sealed state cannot be maintained, a space that allows gas to flow can be formed inside the hollow member 60.
  • the hollow member 60 may be inflated after being inserted into the main body case 83, or may be inflated before being inserted.
  • the shape when the hollow member 60 is inflated is not limited to the shape shown in FIG.
  • the two opposing battery blocks 12 may be arranged so that the ends on the exhaust valve side face each other.
  • the second portion arranged between the side plate portion 82 of the pack case 80 and the end portion of the battery block 12 opposite to the exhaust valve may be omitted.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which high-temperature gas is discharged from the abnormal battery 20 when some of the batteries 20 constituting the battery pack 10 are abnormal.
  • the exhaust valve 34 FIG. 1B
  • the hollow member 60 faces the exhaust valve end of the battery 20 through the potting material 70, the high-temperature gas of the abnormal battery breaks through the potting material 70 and the hollow member 60 and enters the hollow member 60. .
  • FIG. 4 shows a view in which the openable lid of the hollow member 60 is opened and the high-temperature gas enters inside, in reality, the gas enters inside so as to break through the hollow member 60 .
  • the outer surface of the hollow member 60 may face the outside of the one axial end of the battery 20, which is the end on the exhaust valve side, without a potting material interposed therebetween.
  • the hole formed in the hollow member 60 is not provided on the surface facing the battery block 12, or only the opening 61 connected to the exhaust port 81 of the pack case 80 is provided. It is possible to prevent the potting material 70 from entering the inside of the hollow member 60 through the hole when the assembly 10 is assembled. As a result, it is possible to prevent the internal space of the hollow member 60, which serves as a gas discharge path inside the battery pack 10, from being filled with the potting material 70. can be discharged well. Thereby, the reliability of the battery pack 10 can be improved.
  • the potting material 70 is provided around the battery 20, the chain of thermal runaway of the battery 20 can be suppressed by holding the battery 20 and absorbing or alleviating the heat generation of the battery 20 with the potting material 70. This also improves the reliability of the battery pack 10 .
  • the potting material 70 is provided around the battery 20, it is possible to prevent the potting material 70 from leaking outside the battery 20 inside the pack case 80. It is possible to reduce the sealing portion with an adhesive for bonding. For example, a sealing portion using an adhesive for preventing leakage of the potting material 70 from between the first holder 41 and the second holder 42 and between the holders 41 and 42 and the battery 20 can be omitted. Thus, in the holder 40, it is not necessary to harden and mold the potting material for the battery block 12 alone, so that the structure of the holder 40 and thus the structure of the battery pack 10 can be simplified.
  • the potting material 70 also has a waterproof function, it is not necessary to provide a waterproof bag inside the pack case 80 to prevent water from entering the battery 20 . This also allows the structure of the battery pack 10 to be simplified. In addition, since the potting material 70 is filled between the exhaust valve side end of each battery 20 and the hollow member 60, the exhaust valve side end of the battery 20 is placed in order to suppress a chain of thermal runaway of the battery 20. It is not necessarily necessary to cover with a protective plate of As a result, the number of parts of the battery pack 10 can be reduced, and the structure can be simplified while ensuring reliability.
  • the hollow member 60 has a flexible bag shape formed of a resin sheet material, and at least the portion of the outer surface facing the exhaust valve side ends of the plurality of batteries 20 is potted. It sticks to the material 70 . As a result, the hot gas from the abnormal battery can easily break through the hollow member 60 and flow inside the hollow member 60 .
  • FIG. 5 is a view corresponding to the enlarged view of the B part in FIG. 4 showing a state in which high-temperature gas is discharged from the opening of the hollow member 60 in another example of the battery pack.
  • the pack case 80a may be formed with a plurality of small holes 84 having a diameter of 1 mm or less, for example, as exhaust ports.
  • One or more openings 61 a are formed in the hollow member 60 so as to connect to the plurality of small holes 84 .
  • the inside of the hollow member 60 may be inflated and sealed with air, placed inside the pack case 80, and the opening 61a may be formed in the hollow member 60 with a tool or the like after the potting material 70 injected outside has hardened. good.
  • the gas discharged from the abnormal batteries is discharged to the outside through the opening 61a and the plurality of small holes 84 as indicated by the arrow ⁇ in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing how high-temperature gas is discharged to the outside from the abnormal batteries 20 when some of the batteries 20 are abnormal in the battery pack 10a of the comparative example.
  • hollow member 60 is not provided inside pack case 80 .
  • a potting material 70 is provided around the battery 20, and the outer peripheral side ends of the first holder 41 and the second holder 51 are brought closer to each other so that the gap between them is filled with the potting material by adhesive.
  • a seal 85 is provided for leakage protection of 70 .
  • An adhesive sealing portion is also provided between each holder 41 , 51 and the battery 20 .
  • a protection plate 87 for suppressing a chain reaction of thermal runaway of the batteries 20 is provided in a portion that covers the holder opening 44 of the first holder 41 at the end of each battery 20 on the exhaust valve side. .
  • the protection plate 87 is broken by the high-pressure gas discharged from some of the batteries 20, and the exhaust path 91 between the battery blocks 12 and the The gas is discharged outside through the exhaust port 81 .
  • a sealed waterproof pack 90 is provided so as to accommodate the plurality of battery blocks 12 therein. The waterproof pack 90 prevents water from entering each battery 20 from the outside.
  • the outer surface may be connected directly or via the potting material 70 to the exhaust port 81 of the pack case 80 while the hollow member 60 is kept in a sealed state.
  • the force of the gas discharged from some of the batteries 20 splits the portion of the hollow member 60 facing the exhaust port 81 and releases the gas to the outside. may be discharged.
  • sealing hollow member 60 it is possible to prevent potting material 70 from entering inside hollow member 60 through the hole when battery pack 10 is assembled.
  • the battery pack 10 has the battery holder 40 for holding the battery 20, but the battery holder 40 can be omitted.
  • a holding portion for holding the battery 20 can be formed directly on the inner surface of the pack case.
  • the exhaust valve structure of the battery 20 is not limited to the configuration shown in FIG. 1B.
  • a valve body structure may be provided inside the sealing body attached to the case body of the battery 20 so as to break when the internal pressure rises, and the outer end of the sealing body may not be broken.
  • the hollow member 60 arranged inside the pack case 80 is bag-shaped
  • the hollow member may be made of resin and have rigidity.
  • an annular or C-shaped thin-walled portion is formed in the hollow member so as to be easily broken by the pressure of the acting gas in the portion facing the end of the battery on the exhaust valve side through the potting material. good too.

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Abstract

蓄電パックは、排気弁を有した少なくとも一つの蓄電装置を含む少なくとも一つの蓄電ブロックと、少なくとも一つの蓄電ブロックが収容され、排気口を備えたパックケースと、パックケースと少なくとも一つの蓄電ブロックの間に介在するとともに、その一部が少なくとも一つの蓄電装置の排気弁と対向する中空部材と、少なくとも一つの蓄電装置と中空部材の間に介在する樹脂充填材とを含む。中空部材の開口または外面は、パックケースの排気口に接続されている。

Description

蓄電パック
　本開示は、蓄電パックに関する。
　一般的に、円筒形リチウムイオン電池等の蓄電装置は、複数個を電気的に接続し、ケースに収容して蓄電パックの形態で使用される。このとき、蓄電パック内の蓄電装置に異常があった場合に、蓄電装置から高温ガスが発生する。この高温ガスが蓄電パック内に残り続けると、通常の蓄電装置への悪影響を及ぼす虞がある。このために蓄電パックの内部に排気経路を設けて、排気経路を通じて高温ガスをケース外に排出することが行われる。
　特許文献１には、蓄電パックの一例として、矩形箱型の外装容器を有する複数の電池を、収容容器本体（パックケース）に収容した蓄電装置（蓄電パック）が開示されている。各電池の側壁には、内部圧力が増加した場合に破断する安全弁（排気弁）が形成される。収容容器本体の内部には、電池配置空間に対し隔壁で仕切られた回収空間が形成され、隔壁に形成された回収口には電池の安全弁が対向している。この構成では、電池の安全弁の破断によって、電池から噴出した電解液及びその炎が、回収口を通じて回収空間に回収されるとされている。
特開２０１４－１６０５７３号公報
　特許文献１に開示の構成では、回収空間が、電池から噴出されたガスの排出経路に相当する。一方、電池の熱暴走時の安全性向上を図るために、電池の周囲にポッティング材（樹脂充填材）を配置し硬化させて、異常が生じた電池の熱をポッティング材で吸収、または緩和することが考えられる。しかしながら、特許文献１に開示の構成で、このポッティング材を電池周囲に注入する構成を採用した場合には、蓄電パックの組み付け時に、硬化前のポッティング材が回収口よりガス排出経路に入り込んで、ガス排出経路がポッティング材で満たされることにより、電池の異常時に電池から高温ガスを良好に排出できない可能性がある。蓄電パックのパックケースのガス排出経路を通じて蓄電パックの外部に、電池の高温ガスを排出させる構造の場合でも、特許文献１において、ポッティング材を用いる場合と同様の不都合を生じる可能性がある。これにより、蓄電パックの信頼性向上の面から改良の余地がある。さらに、この構成では、構造の簡素化を図る面から改良の余地がある。
　本開示の目的は、蓄電装置の周囲に樹脂充填材が配置された構成において、構造の簡素化を図り、かつ信頼性の向上を図れる蓄電パックを提供することである。
　本開示の蓄電パックは、排気弁を有した少なくとも一つの蓄電装置を含む少なくとも一つの蓄電ブロックと、少なくとも一つの蓄電ブロックが収容され、排気口を備えたパックケースと、パックケースと少なくとも一つの蓄電ブロックの間に介在するとともに、その一部が少なくとも一つの蓄電装置の排気弁と対向する中空部材と、少なくとも一つの蓄電装置と中空部材の間に介在する樹脂充填材とを備え、中空部材の開口または外面は、パックケースの排気口に接続されている、蓄電パックである。
　本開示の蓄電パックによれば、蓄電装置の周囲に樹脂充填材が配置された構成において、構造の簡素化を図れ、かつ、信頼性の向上を図れる。
実施形態に係る電池パックの概略断面図である。 図１の電池パックのＡ部に対応する拡大図である。 図１の電池パックから中空部材を取り出して示す斜視図である。 電池パックの内部にポッティング材を注入する方法の１例を示す概略断面図である。 図１の電池パックを構成する一部の電池に異常が生じた場合に、異常が生じた電池から高温ガスが外部に排出される状態を示す概略断面図である。 電池パックの別例において、中空部材の開口から高温ガスが排出される状態を示している図４のＢ部拡大図に対応する図である。 比較例の電池パックにおいて、一部の電池に異常が生じた場合に、異常が生じた電池から高温ガスが外部に排出される状態を示す概略断面図である。
　以下、図面を用いて本開示の実施形態を説明する。以下で説明する形状、材料、方向、及び個数は例示であって、蓄電パックの仕様に応じて適宜変更することができる。なお、以下では、蓄電パックの一例として、蓄電装置としてリチウムイオン二次電池を使用した電池パックを用いて説明する。しかし、本開示の蓄電パックはこれに限定されない。蓄電装置として、ニッケル水素電池などの他の二次電池や、電気二重層キャパシタなどのキャパシタであってもよい。
　図１Ａは、電池パック１０の概略構成を示している。電池パック１０は、例えば、電気自動車、電動アシスト自転車、電動バイク等の電動モータで駆動される機器の電源として使用される。電池パック１０の用途はこれに限定されず、種々の電気機器の電源として使用可能である。
　電池パック１０は、複数本の電池を収容する複数の蓄電ブロックに相当する電池ブロック１２と、複数の電池ブロック１２を収容するパックケース８０とを含んで構成される。電池は、例えば、リチウムイオン電池などの非水電解質二次電池が用いられ、形や大きさ等は特に限定されないが、円筒形が好適である。以下では、電池が円筒形電池である場合を中心に説明する。電池ブロック１２は、複数の電池２０と、ホルダ４０とを有し、複数の電池２０の所定方向、具体的には長さ方向の両端部がホルダ４０を構成する第１ホルダ４１と第２ホルダ５１とに収容されている。図１Ａでは、電池２０を斜格子で示している。なお、電池が角形電池の場合、所定方向として、高さ方向の両端部が電池ホルダに収容されてもよい。
　パックケース８０は、樹脂または金属により形成された略直方体の箱状である。パックケース８０の内部には、長さ方向（図１Ａの左右方向）に分かれて、複数の電池ブロック１２が配置される。パックケース８０の内部の上端部には、後述の中空部材６０の上部が配置される。中空部材６０の開口６１は、パックケース８０に設けられた排気口８１を通じて外部と連通している。排気口８１は、例えば直径数ｍｍ程度の小孔である。中空部材６０は、複数の電池２０の少なくとも一部から排出されたガスを、排気口８１を通じて外部に排出する。以下、電池２０は、電池２０と記載する。
　図１Ｂを用いて電池２０を説明する。電池２０は、リチウムイオン二次電池等であり、電極群２２と、非水電解質（図示せず）と、電極群２２及び非水電解質を収容する電池ケース３０とを含む。電池ケース３０は、金属製であり、有底略円筒形状のケース本体３１と、ケース本体３１の上端開口を絶縁した状態で塞ぐ封口体３２とを有する。
　電極群２２は、帯状の正極２３と帯状の負極２４とが帯状のセパレータ２５を介して巻回された巻回型の電極群である。電極群２２の上下両端には、絶縁板２６が配置される。正極２３に接続され上方に延出する正極タブ２７は、封口体３２の底面に接続される。負極２４の最外周面は、電池ケース３０の内周面に接触することで、負極２４とケース本体３１とが電気的に接続される。負極２４から下方に負極タブが延出され、その負極タブがケース本体３１の底板部に接続されてもよい。
　ケース本体３１の上端部外周面には、外側からプレス成形する等により環状の溝部３１ａが形成され、その溝部３１ａの形成に伴って、ケース本体３１の上端部には径方向内側に張り出した張り出し部３１ｂが形成される。張り出し部３１ｂは、その上面でガスケット３５を介して封口体３２を支持する。ケース本体３１の上端開口縁部Ｇは、内周側にガスケット３５を配置した状態で電池ケース３０の内側に向かって倒れるようにカシメられ、上端開口縁部Ｇと張り出し部３１ｂとで、封口体３２がガスケット３５を介して上下方向に挟まれることにより、ケース本体３１の開口が封止される。
　封口体３２は、金属製の略円板状である。封口体３２には、円環状の薄肉部３３によって外周縁が規定される略円形の排気弁３４が設けられる。排気弁３４は、電池ケース３０内が所定の圧力以上に達した場合に薄肉部３３が破断または溶融することにより、外側に飛び出し、それによって内部のガスを排出する。すなわち、複数の電池２０のそれぞれは、軸方向一端部に内圧の上昇により開弁する排気弁３４を有する。このとき、電池２０の排気弁側端部である軸方向一端部（図１Ｂの上端部）の外側には、パックケース８０に注入されたポッティング材７０を介して中空部材６０の外面（図１Ｂの下面）が対向している。図１Ａ、図１Ｂでは、ポッティング材７０を砂地部で示している。
　中空部材６０に形成する孔は、パックケース８０の後述する排気口８１に接続した開口６１のみとする。これにより、後述のように、電池パック１０の組み付け時に、ポッティング材７０が中空部材６０の内部に入り込むことを防止できるので、電池２０の異常時に電池２０からパックケース８０の外部に高温ガスを良好に排出できる。また、ポッティング材７０が電池２０の周囲に設けられるので、電池２０の発熱をポッティング材７０で吸収または緩和することにより、電池２０の熱暴走の連鎖を抑制できる。なお、本開示の蓄電パックでは、ポッティング材による吸熱はかならずしも必要ではない。
　ホルダ４０の第１ホルダ４１及び第２ホルダ５１は、例えば硬化型樹脂で形成される。各ホルダ４１，５１を構成する硬化型樹脂は、６００℃以上の高温に曝されても溶融しない架橋構造を有する樹脂であって、例えば８００℃～１０００℃の高温に曝されても溶融せずに炭化して各ホルダ４１，５１の形状を維持する。具体例としては、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。なお、各ホルダ４１，５１は、硬化型樹脂に限定されるものではなく、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂により構成してもよい。
　さらに、第１ホルダ４１に設けられた複数の第１収容部４３のそれぞれには、対応する電池２０の排気弁３４と軸方向に対向するホルダ開口４４が形成される。ホルダ開口４４は、例えば円形である。
　さらに、第１ホルダ４１の側面には、正極端子板６５が設けられ、正極端子板６５から延出された複数の正極リード部６６が、ホルダ開口４４を通じて電池２０の一端部の正極端子である封口体３２に電気的に接続されている。
　このような電池２０は、複数個が第１ホルダ４１と第２ホルダ５１とで長手方向両端部が収容されて保持されることにより電池ブロック１２を形成する。各ホルダ４１，５１は、各電池２０どうしの距離を規制する。各ホルダ４１，５１は、電池ブロック１２を構成する電池２０の数及び配置位置に応じて収容部４３、及び収容部４３の底部に設けられたホルダ開口４４を有する。例えば、各電池ブロック１２において、電池２０は、パックケース８０の長手方向に直交する幅方向（図１Ａの紙面の裏表方向）にも複数並んで、または千鳥配置で複数が設けられ、ホルダ開口４４はその複数の電池２０の位置に応じて形成される。ホルダ開口４４によって、各ホルダ４１，５１は複数の電池２０の一部を露出させる。
　図１Ａでは、２つの電池ブロック１２がパックケース８０の長手方向に分かれて配置されている。２つの電池ブロック１２で排気弁側端部は、パックケース８０の長手方向について同じ側（図１Ａの右側）に配置される。パックケース８０の内部に配置する電池ブロック１２の数は２つに限定せず、１つのみ、または３つ以上とすることができる。なお、各電池ブロック１２において、複数の電池２０を電気的に接続する集電部材を用いる場合において、電池ブロック１２どうしを接続する場合、集電部材の一部を延ばす、あるいは、別の導電部材を介して中空部材６０を超えて接続してもよい。
　さらに、パックケース８０の内部には、中空部材６０が設けられている。中空部材６０は、図２に示すように、例えばポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂製で厚みが小さい（例えば０．１ｍｍ以下、好ましくは０．０２ｍｍ以下）のシート材により形成された柔軟性を有する袋状である。中空部材６０は、透明または半透明としてもよい。後述のようにパックケース８０の内部に中空部材６０を配置し中空部材６０の外部に注入したポッティング材７０が硬化した後に、中空部材６０の長手方向一端部（図２の右端部）の上部には、パックケース８０の排気口８１に接続される開口６１が形成される。中空部材６０には、排気口８１に接続される開口６１以外に通常時に孔は形成されない構成又は電池ブロックに向かう面に孔が形成されていない構成が好ましい。なお、本開示の中空部材の形状は、袋状に限定されない。中空部材は、中空の箱状であってもよい。
　図２は、中空部材６０の内部に空気を注入して膨らませた状態を示している。図２に示すように、中空部材６０は、内部に空気を注入して膨らませた状態で、パックケース８０の上端部に配置される長尺で扁平な直方体状の第１部分６２と、第１部分６２の長手方向複数位置から直交する下方向に延出された複数の直方体状の第２部分６３，６４とを有する。複数の第２部分６３，６４は、複数の電池ブロック１２の間、または１つの電池ブロック１２の排気弁側端部とパックケース８０の長手方向の排気口８１側端の側板部８２との間に配置される。
　さらに、パックケース８０の内部であって、中空部材６０の外部には、ポッティング材７０が注入され、より具体的には充填されて硬化されている。ポッティング材７０は、例えばウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂材である。ポッティング材７０は、パックケース８０の内部に注入後、恒温槽等により硬化される。このとき、ポッティング材は、第１ホルダ４１から露出した電池２０の排気弁側端部の表面と当接する。また、ポッティング材７０は水酸化アルミニウムなどの吸熱材を含んでいてもよい。
　そして、図１Ｂに示したように、中空部材６０は、パックケース８０の内部において、電池２０の排気弁側端部に、ポッティング材７０を介して外面が対向するように配置される。このとき、中空部材６０の外面の少なくとも複数の電池２０の排気弁側端部に対向する部分が、ポッティング材７０に貼り付いている。なお、図１Ｂでは、中空部材６０の位置を分かりやすくするために、中空部材６０の厚みを誇張して示している。中空部材６０がポッティング材７０に貼りついていることより、開弁時にポッティング７０とともに中空部材６０を裂くことが容易になる。また、中空部材６０の一部が裂けた後も、中空部材６０の裂けていない部分におけるダクト空間を容易に維持し得る。
　図１Ａに示すように、中空部材６０の開口６１は、パックケース８０の排気口８１に接続されている。これにより、中空部材６０の第１部分６２及び複数の第２部分６３，６４は、電池２０の異常時に電池２０から排出された高温ガスを排出するダクト空間を形成する。
　パックケース８０にポッティング材７０を注入する作業は例えば次のように行う。まず、パックケース８０を、本体ケース８３（図３）と、本体ケース８３の長手方向一端部に着脱可能に取り付けられる蓋部とを含んで構成する。そして、図３に示すように、本体ケース８３の長手方向一端部を上にするように、長手方向を上下方向に一致させて配置した状態で、複数の電池ブロック１２と、内部を膨らませた中空部材６０とをパックケース８０の内部に配置する。このとき、中空部材６０には開口を形成せず、密封した状態とする。そして、本体ケース８３の上側からポッティング材７０を注入した後、本体ケース８３に蓋部を取り付けて、本体ケース８３の開口を塞ぐ。その後、ポッティング材７０が硬化した状態で、蓋部に形成した排気口８１を通じて、針状の工具等により中空部材６０に開口６１を形成して電池パック１０を形成する。本体ケース８３に蓋部を取り付ける前に、中空部材６０に開口６１を形成してもよい。ポッティング硬化後であれば、中空部材６０に開口６１が形成されることにより、密封状態の形状を維持できなくなった場合でも、中空部材６０の内部に、ガスを流すことのできる空間を形成できる。なお、中空部材６０は本体ケース８３へ挿入した後に膨らませてもよく、挿入する前に膨らませてもよい。
　中空部材６０を膨らませた場合の形状は、図２に示した形状に限定するものではなく、例えばパックケース８０に配置する電池ブロック１２の数や配置位置に応じて変更することができる。また、２つの対向する電池ブロック１２において、互いの排気弁側端部を向き合うように配置してもよい。このとき、中空部材の複数の第２部分のうち、パックケース８０の側板部８２と電池ブロック１２の排気弁とは反対側の端部との間に配置する第２部分は省略してもよい。
　図４は、電池パック１０を構成する一部の電池２０に異常が生じた場合に、異常が生じた電池２０から高温ガスが外部に排出される状態を示す概略断面図である。一部の電池２０に異常が生じてその電池内圧が異常に上昇すると、その異常電池の排気弁３４(図１Ｂ)が破断して外側に飛び出す。このとき、電池２０の排気弁端部にポッティング材７０を介して中空部材６０が対向しているので、異常電池の高温ガスがポッティング材７０及び中空部材６０を突き破って中空部材６０の内部に入り込む。そして、異常電池から噴出されたガスが、図４に矢印αで示すように、中空部材６０の内部を通って中空部材６０の開口６１及びパックケース８０の排気口８１を通じて外部に排出される。なお、図４では、中空部材６０の開放可能な蓋が開口して高温ガスが内部に入り込む図を示しているが、実際には、中空部材６０を突き破るようにガスが内部に入り込む。また、上記の構成と異なり、電池２０の排気弁側端部である軸方向一端部の外側に、ポッティング材を介さずに、中空部材６０の外面が対向した構成としてもよい。
　上記の電池パック１０によれば、中空部材６０に形成する孔を、電池ブロック１２と対向する面に設けない、又はパックケース８０の排気口８１に接続した開口６１のみとすることにより、電池パック１０の組み付け時に、ポッティング材７０が孔を通じて中空部材６０の内部に入り込むことを抑制できる。これにより、電池パック１０内部のガス排出経路としての中空部材６０の内部空間がポッティング材７０で埋められるのを防止できるので、電池２０の異常時に、電池２０からの高温ガスをパックケース８０の外部に良好に排出できる。これにより、電池パック１０の信頼性向上を図れる。さらに、ポッティング材７０が電池２０の周囲に設けられるので、電池２０の保持や電池２０の発熱をポッティング材７０で吸収または緩和することにより、電池２０の熱暴走の連鎖を抑制できる。これによっても、電池パック１０の信頼性向上を図れる。
　さらに、本例の構成によれば、ポッティング材７０を電池２０の周囲に設けるのにもかかわらず、パックケース８０の内部において、ポッティング材７０が電池２０の周囲以外の部分に漏れ出ることを防止するための接着剤による封止部を低減できる。例えば、第１ホルダ４１及び第２ホルダ４２の間や、各ホルダ４１，４２と電池２０の間からポッティング材７０の漏れ出しを防止するための接着剤による封止部を省略できる。このように、ホルダ４０において、電池ブロック１２単体で必ずしもポッティング材を硬化させて成型させる必要がなくなり、ホルダ４０の構造、ひいては電池パック１０の構造を簡素化できる。また、ポッティング材７０が防水機能を兼ねるので、パックケース８０の内部に電池２０への水の侵入を防止するための防水バッグを設ける必要がない。これによっても、電池パック１０の構造を簡素化できる。また、ポッティング材７０は、各電池２０の排気弁側端部と中空部材６０との間に充填されるので、電池２０の排気弁側端部を、電池２０の熱暴走の連鎖を抑制するための保護板で必ずしも覆う必要がない。これにより、電池パック１０の部品点数を削減でき、信頼性の確保を図りながら構造の簡素化を図れる。
　さらに、実施形態によれば、中空部材６０は、樹脂のシート材により形成された柔軟性を有する袋状であり、外面の少なくとも複数の電池２０の排気弁側端部に対向する部分が、ポッティング材７０に貼り付いている。これにより、異常電池からの高温ガスが中空部材６０を容易に突き破って、中空部材６０の内部に高温ガスを流すことができる。
　図５は、電池パックの別例において、中空部材６０の開口から高温ガスが排出される状態を示している図４のＢ部拡大図に対応する図である。図５に示す別例のように、パックケース８０ａには、排気口として、例えば直径が１ｍｍ以下の小孔８４が複数形成されてもよい。そして、複数の小孔８４に接続するように、中空部材６０に１つまたは複数の開口６１ａが形成される。例えば、中空部材６０の内部を空気で膨らませて密封し、パックケース８０の内部に配置し、外部に注入したポッティング材７０が硬化した後に、中空部材６０に工具等により開口６１ａを形成してもよい。一部の電池２０に異常が生じた場合には、異常電池から排出されたガスが、図５に矢印βで示すように開口６１ａ及び複数の小孔８４を通じて外部に排出される。
　図６は、比較例の電池パック１０ａにおいて、一部の電池２０に異常が生じた場合に、異常が生じた電池２０から高温ガスが外部に排出される状態を示す概略断面図である。比較例の電池パック１０ａでは、パックケース８０の内部に中空部材６０は設けられていない。各電池ブロック１２では、電池２０の周囲に設けたポッティング材７０が設けられると共に、第１ホルダ４１と第２ホルダ５１との外周側端部が互いに近づいて、互いの隙間に接着剤によるポッティング材７０の漏れ防止のための封止部８５が設けられる。接着剤による封止部は、各ホルダ４１，５１と電池２０との間にも設けられる。
　さらに、各電池ブロック１２において、各電池２０の排気弁側端部で第１ホルダ４１のホルダ開口４４を覆う部分には、電池２０の熱暴走の連鎖を抑制するための保護板８７が設けられる。一部の電池２０に異常が生じた場合には、図６に示すように一部の電池２０から排出される高圧のガスで保護板８７が破断され、電池ブロック１２間の排気経路９１と、排気口８１とを通じてガスが外部に排出される。さらに、パックケース８０の内部には、複数の電池ブロック１２を収容するように密封した防水パック９０が設けられる。防水パック９０は、外部から各電池２０への水の侵入を防止する。
　このような比較例では、ポッティング材７０の漏れ防止のための封止部８５や、保護板８７や、防水パック９０を設ける必要があるので構造が複雑化するが、上記の実施形態では封止部８５、保護板８７、及び防水パック９０をいずれも低減できる。
　なお、電池パック１０の実施形態の別例として、中空部材６０を密封状態としたまま、外面をパックケース８０の排気口８１に、直接に、またはポッティング材７０を介して接続してもよい。この場合、パックケース８０の排気口８１をある程度大きくすることにより、一部の電池２０から排出されたガスの力により、中空部材６０の排気口８１に対向する部分を開裂して、外部にガスを排出できる可能性がある。この場合には、中空部材６０を密封状態とすることにより、電池パック１０の組み付け時に、ポッティング材７０が孔を通じて中空部材６０の内部に入り込むことを抑制できる。
　なお、上記の実施形態では、電池パック１０が電池２０を保持する電池ホルダ４０を有する場合を説明したが、電池ホルダ４０を省略することもできる。例えば、パックケースの内面に電池２０を保持する保持部を直接形成することもできる。
　また、電池２０の排気弁構造は、図１Ｂに示した構成に限定しない。例えば、電池２０のケース本体に取り付けられた封口体の内部に、内圧の上昇により破断する弁体構造が設けられ、封口体の外端は破断しない構成としてもよい。
　また、上記の実施形態では、パックケース８０の内部に配置される中空部材６０が袋状である場合を説明したが、これに限定するものではない。例えば、中空部材を樹脂により形成された、剛性を有する構成としてもよい。この場合、中空部材において、電池の排気弁側端部に、ポッティング材を介して対向する部分には、作用したガスの圧力によって破断しやすいように、環状またはＣ字形の薄肉部が形成されてもよい。
　１０，１０ａ　電池パック（蓄電パック）、１２　電池ブロック（蓄電ブロック）、２０　電池（蓄電装置）、２２　電極群、２３　正極、２４　負極、２５　セパレータ、２６　絶縁板、２７　正極タブ、３０　電池ケース、３１　ケース本体、３２　封口体、３３　薄肉部、３４　電池排気弁、３５　ガスケット、４０　電池ホルダ、４１　第１ホルダ、４３　第１収容部、４４　ホルダ開口、５１　第２ホルダ、６０　中空部材、６１，６１ａ　開口、６２　第１部分、６３，６４　第２部分、６５　正極端子板、６６　正極リード部、７０　ポッティング材（樹脂充填材）、８０　パックケース、８１　排気口、８２　側板部、８３　本体ケース、８４　小孔、８５　封止部、８７　保護板、９０　防水パック、９１　排気経路。

Claims (4)

  1. 　排気弁を有した少なくとも一つの蓄電装置を含む少なくとも一つの蓄電ブロックと、
    　前記少なくとも一つの蓄電ブロックが収容され、排気口を備えたパックケースと、
    　前記パックケースと前記少なくとも一つの蓄電ブロックの間に介在するとともに、その一部が前記少なくとも一つの蓄電装置の排気弁と対向する中空部材と、
    　前記少なくとも一つの蓄電装置と前記中空部材の間に介在する樹脂充填材とを備え、
    　前記中空部材の開口または外面は、前記パックケースの排気口に接続されている、
    　蓄電パック。
  2. 　前記少なくとも一つの蓄電装置の前記排気弁と前記中空部材の間に前記樹脂充填材が介在している、
    　請求項１に記載の蓄電パック。
  3. 　前記中空部材は、樹脂のシート材により形成された柔軟性を有する袋状であり、前記中空部材の外面の前記少なくとも一つの蓄電装置の前記排気弁側端部に対向する部分が、前記樹脂充填材に貼り付いている、
    　請求項１に記載の蓄電パック。
  4. 　前記少なくとも一つの蓄電装置は、複数の蓄電装置であり、
    　前記複数の蓄電装置において、各前記蓄電装置どうしの距離を規制するホルダを有し、
    　前記ホルダは前記複数の蓄電装置の一部を露出させ、
    　前記樹脂充填材は、前記ホルダから露出した前記蓄電装置の表面と当接する、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の蓄電パック。
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