JP6780366B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電池パックに関する。

従来の電池パックとしては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の電池パックは、複数のバッテリと、これらのバッテリが収容されるバッテリケースとを備える。バッテリケースのバッテリカバーの上面には、バッテリケースの内部圧力の上昇に伴って開口する圧力開放部が設けられている。バッテリカバーの上面の所定領域には、開口部が形成されている。圧力開放部は、開口部を封止する封止板と、この封止板を開口部の外周部でバッテリカバーに固定する締結部材とを有している。封止板で封止された開口部内の全域は、脆弱部となっている。封止板には、所定間隔で並設された２つのスリット状の貫通孔からなる破断部が、開口部を跨いで設けられている。バッテリの異常等によってガスが発生し、バッテリケース内にガスが充満して内部圧力が上昇すると、脆弱部に圧力がかかり、この圧力によって封止板が変形することで、破断部が破断して開口部が開口し、開口部から外部にガスが排出される。

特開２０１１−１９８５７０号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、何らかの要因により電池パックが着火すると、バッテリケース（筐体）の内圧が急激に上昇する。このとき、圧力開放部の圧力開放面積が小さいと、筐体内からのガスの噴出の勢いが増してしまう。

本発明の目的は、筐体の内圧が急激に上昇したときに、筐体内からのガスの噴出の勢いを抑制することができる電池パックを提供することである。

本発明の一態様の電池パックは、筐体と、筐体内に収容された電池セルと、筐体の上面に取り付けられ、筐体の内圧上昇時に筐体の内圧を開放する圧力開放ユニットとを備え、圧力開放ユニットは、筐体の上面に支持された金属部材と、金属部材の上に配置された樹脂板と、樹脂板の上に配置され、開口窓部を構成する金属製の枠体と、枠体を樹脂板及び金属部材を介して筐体の上面に固定する固定部とを有し、金属部材は、底板部と、底板部の縁部から立設され、底板部と協働して凹部を画成する側板部とを有し、側板部には、複数の孔部が設けられていることを特徴とする。

このような電池パックにおいては、電池セルからガスが放出されると、筐体内にガスが充満するため、筐体の内圧が上昇する。このとき、電池セルから放出されたガスは、金属部材の底板部に当たって筐体内で拡散し、その状態で金属部材の側板部に設けられた複数の孔部を通って凹部に入り込む。このため、ガスにより樹脂板及び金属製の枠体が弾性変形して、開口が形成される。そして、その開口からガスが外部に放出されることにより、筐体の内圧が開放される。一方、何らかの要因により電池パックが着火すると、筐体の内圧が急激に上昇する。このとき、樹脂板の樹脂が溶解することで、枠体の開口窓部が開口するため、樹脂板及び枠体が弾性変形するときに比べて、圧力開放ユニットの開口面積が大きくなる。これにより、筐体内からのガスの噴出の勢いが抑制される。また、筐体内におけるガスが流れる経路には、複数の孔部を有する側板部が配置されている。従って、ガスの流れによって電池パックの内部部品が筐体内を流れても、複数の孔部を有する側板部に内部部品が当たる。このため、圧力開放ユニットの開口面積が大きくなっても、電池パックの内部部品が外部に飛散することが防止される。

筐体の上面と樹脂板との間には、シール部材が配置されており、金属部材は、側板部の上端から外側の側方に張り出すように設けられ、筐体の上面に載置されるフランジ部を更に有してもよい。この場合には、金属部材のフランジ部が、シール部材の圧縮率を規制する機能を兼ねることとなる。従って、シール部材の圧縮率を規制するスペーサ等の部品を別途設けなくて済むため、電池パックの部品点数を減らし、部品コストの低減を図ることができる。

固定部は、枠体の中央部を樹脂板及び金属部材を介して筐体の上面に固定し、凹部は、固定部を挟むように２つ並んで配置されていてもよい。この場合には、樹脂板及び枠体が弾性変形することで、固定部を挟んで２つの開口が形成されると共に、枠体、樹脂板及び金属部材を筐体の上面にバランス良く固定することができる。

側板部は、凹部の並設方向に対して平行に延び、互いに対向する１対の側壁を有し、複数の孔部は、１対の側壁にそれぞれ設けられていてもよい。この場合には、側板部全体に孔部を形成する加工を行わなくて済むため、金属部材の製作コストを抑えることができる。

樹脂板は、樹脂板の樹脂が溶解して凹部の底部に溜まったときに孔部を塞がないような体積を有していてもよい。この場合には、筐体の内圧が急激に上昇したときに、孔部が樹脂に塞がれることによる更なる内圧の上昇を確実に防ぐことができる。

枠体は、リブを有していてもよい。この場合には、枠体が補強されると共に、樹脂板に外部からの衝撃が加わりにくくなる。

本発明によれば、筐体の内圧が急激に上昇したときに、筐体内からのガスの噴出の勢いを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電池パックの外観を示す斜視図である。 図１に示された電池パックの縦断面図である。 図２に示された電池モジュールの平面図である。 図１に示された圧力開放ユニットの拡大斜視図である。 図４に示された圧力開放ユニットの分解斜視図である。 図４に示された圧力開放ユニットの断面図である。 図５に示された金属部材の斜視図である。 図５に示された樹脂板の斜視図である。 図５に示された樹脂板の樹脂が溶解して金属部材の凹部の底部に溜まった状態を示す概略図である。 図６に示された圧力開放ユニットを他の方向から見たときの詳細断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電池パックの外観を示す斜視図である。図２は、図１に示された電池パックの縦断面図である。図１及び図２において、本実施形態の電池パック１は、筐体２を備えている。

筐体２は、略矩形箱状を有する本体部３と、この本体部３の上方に配置された突出部４と、本体部３を挟むように本体部３に固定された側壁部５，６とを有している。側壁部５，６は、本体部３の上面３ａよりも上方まで延びている。筐体２は、金属（例えば鉄）で形成されている。本体部３の内部には、複数の電池モジュール７が収容されている。電池モジュール７は、側壁部５，６の内壁面に固定されている。

電池モジュール７は、図３に示されるように、一方向に配列された複数の電池セル８と、複数の電池セル８を電池セル８の配列方向に拘束する拘束具９とを備えている。電池セル８は、セルホルダ１０に保持されている。

電池セル８は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。電池セル８は、特に図示はしないが、直方体形状のケースと、このケース内に収容された電極組立体とを有している。電極組立体は、複数の正極シートと複数の負極シートとがセパレータを介して交互に積層された構造を有している。なお、ケース内には、電解液が充填されている。

電池セル８は、正極端子１１及び負極端子１２を有している。正極端子１１は、電池セル８の上面の一端側に設けられ、電極組立体の正極シートと電気的に接続されている。負極端子１２は、電池セル８の上面の他端側に設けられ、電極組立体の負極シートと電気的に接続されている。複数の電池セル８の正極端子１１及び負極端子１２は、電池セル８の配列方向に沿って交互に配置されている。つまり、隣り合う２つの電池セル８は、正極端子１１及び負極端子１２が互いに逆向きとなるように配置されている。隣り合う２つの電池セル８の正極端子１１及び負極端子１２同士は、バスバー１３によって電気的に接続されている。

また、電池セル８の上面における正極端子１１と負極端子１２との間には、安全弁１４が設けられている。安全弁１４は、電池セル８の内部でガスが発生することで、電池セル８の内圧が規定圧力まで上昇したときに、電池セル８の内部に存在するガスを外部に放出する。

拘束具９は、複数の電池セル８を電池セル８の配列方向に挟む１対のエンドプレート１５と、これらのエンドプレート１５同士を締結することにより、複数の電池セル８に電池セル８の配列方向の拘束荷重を加える複数組のボルト１６及びナット１７とを有している。エンドプレート１５は、金属（例えば鉄）で形成されている。一方のエンドプレート１５と電池セル８との間には、電池セル８の膨張を吸収するためのゴム等の弾性部材１８が配置されている。

図１及び図２に戻り、突出部４の内部には、各電池モジュール７と接続されたハーネス等を含む電力供給系１９が収容されている。また、本体部３の長手方向（Ｘ方向）の一端側には、充電コネクタ（図示せず）が配置されている。

本体部３のＸ方向他端側（突出部４に対して充電コネクタの反対側）の上面３ａには、筐体２の内圧上昇時に筐体２の内圧を開放する圧力開放ユニット２０が取り付けられている。

図４は、圧力開放ユニット２０の拡大斜視図である。図５は、圧力開放ユニット２０の分解斜視図である。図６は、圧力開放ユニット２０の断面図である。図４〜図６において、圧力開放ユニット２０は、筐体２の本体部３の上面３ａに支持された金属部材２１と、この金属部材２１の上に配置された樹脂板２２と、この樹脂板２２の上に配置され、開口窓部２３ａを構成する金属製の枠体２３とを有している。

本体部３の上面３ａには、図５に示されるように、筐体２の長手方向（Ｘ方向）に並んで配置された２つの矩形状の開口窓部２４が設けられている。本体部３の上面３ａにおける各開口窓部２４の間には、雌ネジが切られた複数のネジ穴２５（図５では１つのみ図示）が設けられている。ネジ穴２５には、後述するネジ４０がねじ込まれる。ネジ穴２５は、筐体２の幅方向（Ｙ方向）に沿って交互にＸ方向にずれた状態で配列されている。なお、筐体２の幅方向は、筐体２の長手方向に垂直な方向である。

金属部材２１は、例えば鉄で形成されている。金属部材２１は、図７にも示されるように、２つの矩形状の底板部２６と、この底板部２６の縁部から上側（樹脂板２２側）に立設され、底板部２６と協働して断面矩形状の凹部２７を画成する２つの矩形状の側板部２８と、各側板部２８の上端同士を連結する連結部２９と、各側板部２８の上端及び連結部２９から外側の側方に張り出すように設けられ、筐体２の本体部３の上面３ａに載置される矩形状のフランジ部３０とを有している。

底板部２６は、各電池セル８の安全弁１４から放出されたガスが当たるように配置されている。凹部２７の底面は、平面状を呈している。側板部２８は、筐体２の幅方向（Ｙ方向）に対向する１対の側壁２８ａと、筐体２の長手方向（Ｘ方向）に対向する１対の側壁２８ｂとを有している。側壁２８ａは、２つの凹部２７の並設方向に対して平行に延びている。

側壁２８ａには、複数の断面円形状の孔部３１が設けられている。孔部３１は、複数列（例えば２列）で規則的に配列されている。側壁２８ａは、例えばパンチングメタルとして構成されている。なお、孔部３１は、１列で配列されていてもよいし、或いは３列以上で配列されていてもよい。また、孔部３１は、ランダムに配列されていてもよい。

連結部２９には、後述するネジ４０の軸部４０ａが通る複数の断面円形状のバカ穴３２が設けられている。バカ穴３２は、Ｙ方向に沿って交互にＸ方向にずれた状態で配列されている。バカ穴３２の径は、ネジ４０の軸部４０ａの径よりも大きい。

樹脂板２２は、図８にも示されるように、平面視矩形状を呈している。樹脂板２２は、例えばＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合合成樹脂）等の樹脂で形成されている。

樹脂板２２のＸ方向中央部には、後述するネジ４０の軸部４０ａが通る複数のバカ穴３３が設けられている。バカ穴３３は、Ｙ方向に沿って交互にＸ方向にずれた状態で配列されている。バカ穴３３には、金属カラー３４が嵌め込まれている。バカ穴３３の径は、ネジ４０の軸部４０ａの径よりも大きい。

樹脂板２２は、図９に示されるように、電池パック１の着火等によって樹脂板２２の樹脂Ｓが溶解して金属部材２１の凹部２７の底部に溜まったときに、側板部２８に設けられた孔部３１を樹脂Ｓが完全に塞がないような体積を有している。つまり、樹脂板２２の樹脂Ｓが溶解して凹部２７の底部に溜まったときの樹脂Ｓの厚みｄ_２は、凹部２７の底面から孔部３１までの距離ｄ_１以下である。なお、常温（２０℃）時における樹脂板２２の板厚は、例えば３ｍｍ程度である。

枠体２３は、樹脂板２２の強度を補強する部材であり、例えば鉄で形成されている。枠体２３は、平面視矩形状の外枠３５と、この外枠３５のＸ方向中央部同士を連結するようにＹ方向に延びる延在部３６と、外枠３５のＹ方向中央部と延在部３６のＹ方向中央部と連結するようにＸ方向に延びる１対のリブ３７とを有している。従って、枠体２３は、４つの開口窓部２３ａを構成することとなる。

延在部３６には、後述するネジ４０の軸部４０ａが通る複数のバカ穴３８が設けられている。バカ穴３８は、Ｙ方向に沿って交互にＸ方向にずれた状態で配列されている。バカ穴３８の径は、ネジ４０の軸部４０ａの径よりも大きい。

また、圧力開放ユニット２０は、枠体２３を樹脂板２２及び金属部材２１を介して筐体２の本体部３の上面３ａに固定する固定部３９を有している。固定部３９は、本体部３の上面３ａに設けられた各ネジ穴２５にねじ込まれる複数のネジ４０を主として有している。また、金属部材２１の連結部２９に設けられた複数のバカ穴３２と、樹脂板２２に設けられた複数のバカ穴３３と、枠体２３の延在部３６に設けられた複数のバカ穴３８とは、固定部３９の一部を構成する。複数のネジ４０の軸部４０ａがバカ穴３８，３３，３２を通してネジ穴２５にねじ込まれることにより、枠体２３が樹脂板２２及び金属部材２１を介して本体部３の上面３ａに固定される。

このとき、固定部３９は、枠体２３のＸ方向中央部を樹脂板２２及び金属部材２１を介して本体部３の上面３ａに固定する。このため、金属部材２１の凹部２７は、固定部３９を挟むように２つ並んで配置されている。

また、圧力開放ユニット２０は、図１０に示されるように、筐体２の本体部３の上面３ａと樹脂板２２との間に配置された矩形環状のシール部材４１（図５及び図６では省略）を有している。シール部材４１は、ゴム等で形成されている。金属部材２１のフランジ部３０は、シール部材４１の圧縮率を規制する機能も有している。従って、シール部材４１の厚みは、フランジ部３０の厚みに設定される。筐体２の本体部３の内壁面３ｂと金属部材２１の側板部２８の側壁２８ａとの間には、隙間が形成されている。

以上のように構成された電池パック１において、電池セル８内で発生したガスが安全弁１４から放出されると、筐体２内にガスが充満するため、筐体２の内圧が上昇する。このとき、安全弁１４から放出されたガスは、金属部材２１の底板部２６に当たって筐体２の内部で拡散される。そして、当該ガスは、筐体２の本体部３の内壁面３ｂと金属部材２１の側板部２８の側壁２８ａとの間の隙間に回り込み、側壁２８ａに設けられた各孔部３１を通って金属部材２１の凹部２７内に入り込む。このため、樹脂板２２及び枠体２３における固定部３９の両側部分がガスによって筐体２の上方に弾性変形して、開口が形成される。そして、その開口からガスが外部に放出されることにより、筐体２の内圧が開放される。

また、何らかの要因により電池パック１が着火したときは、筐体２の内圧が急激に上昇する。このとき、樹脂板２２の樹脂Ｓが溶解して金属部材２１の凹部２７に融け落ちるため、枠体２３の開口窓部２３ａが開口する。そして、その開口からガスが外部に放出されることにより、筐体２の内圧が開放される。

このように本実施形態によれば、筐体２の内圧が急激に上昇しても、樹脂板２２の樹脂Ｓが溶解することで、枠体２３の開口窓部２３ａが開口するため、樹脂板２２及び枠体２３が弾性変形するときに比べて、圧力開放ユニット２０の開口面積が大きくなる。これにより、筐体２内からのガスの噴出の勢いが抑制される。従って、電池パック１の外部に放出されるガスの流速を下げることができる。また、圧力開放ユニット２０の開口面積が大きくなるため、筐体２の破損等を防ぐことができる。

また、筐体２内におけるガスが流れる経路には、複数の孔部３１を有する側板部２８が配置されている。従って、ガスの流れによって電池パック１の内部部品が筐体２内を流れても、複数の孔部３１を有する側板部２８に内部部品が当たる。このため、圧力開放ユニット２０の開口面積が大きくなっても、電池パック１の内部部品が外部に飛散することが防止される。

また、本実施形態では、筐体２の上面３ａと樹脂板２２との間にはシール部材４１が配置されていると共に、金属部材２１のフランジ部３０は筐体２の上面３ａに載置される。このため、フランジ部３０は、シール部材４１の圧縮率を規制する機能を兼ねることとなる。従って、シール部材４１の圧縮率を規制するスペーサ等の部品を別途設けなくて済むため、電池パック１の部品点数を減らし、部品コストの低減を図ることができる。

また、本実施形態では、固定部３９は、枠体２３の中央部を樹脂板２２及び金属部材２１を介して筐体２の上面３ａに固定する。このため、樹脂板２２及び枠体２３が弾性変形することで、固定部３９を挟んで２つの開口が形成されると共に、枠体２３、樹脂板２２及び金属部材２１を筐体２の上面３ａにバランス良く固定することができる。

また、本実施形態では、複数の孔部３１は、側板部２８の対向する１対の側壁２８ａにそれぞれ設けられている。従って、側板部２８全体に孔部３１を形成する加工を行わなくて済むため、金属部材２１の製作コストを抑えることができる。

また、本実施形態では、樹脂板２２は、樹脂板２２の樹脂Ｓが溶解して金属部材２１の凹部２７の底部に溜まったときに孔部３１を塞がないような体積を有している。このため、筐体２の内圧が急激に上昇したときに、孔部３１が樹脂Ｓに塞がれることによる更なる内圧の上昇を確実に防ぐことができる。

また、本実施形態では、枠体２３はリブ３７を有しているので、枠体２３が補強されると共に、樹脂板２２に外部からの衝撃が加わりにくくなる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、金属部材２１の凹部２７の底面が平面状を呈しているが、凹部２７の形状としては、特にそれに限られず、例えば凹部２７の中央部に向かって深くなるような断面Ｖ字状等であってもよい。

また、上記実施形態では、枠体２３は１対のリブ３７を有しているが、リブ３７の数としては、特にそれには限られず、２対以上であってもよいし、或いは枠体２３の強度が確保されるのであれば、無くてもよい。

また、上記実施形態では、樹脂板２２は、樹脂板２２の樹脂Ｓが溶解して凹部２７の底部に溜まったときに孔部３１を完全に塞がないような体積を有しているが、特にその形態には限られない。例えば、樹脂板２２は、樹脂板２２の樹脂Ｓが溶解して凹部２７の底部に溜まったときに孔部３１を僅か（例えば、孔部３１の開口面積の数％以下程度）塞ぐような体積を有していてもよい。

さらに、上記実施形態では、固定部３９は、枠体２３の中央部を樹脂板２２及び金属部材２１を介して筐体２の上面３ａに固定しているが、固定部３９による枠体２３の固定箇所としては、特にそれには限られず、枠体２３の中央部から筐体２の長手方向（Ｘ方向）にずれた位置であってもよい。

また、上記実施形態では、筐体２は、略矩形箱状を有する本体部３と、この本体部３の上方に配置された突出部４とを有しているが、筐体２としては、特にそれに限られず、突出部が無い略矩形箱状を有する構造であってもよい。

１…電池パック、２…筐体、３ａ…上面、８…電池セル、２０…圧力開放ユニット、２１…金属部材、２２…樹脂板、２３…枠体、２３ａ…開口窓部、２６…底板部、２７…凹部、２８…側板部、２８ａ…側壁、３０…フランジ部、３１…孔部、３７…リブ、３９…固定部、４１…シール部材、Ｓ…樹脂。

Claims (6)

1. 筐体と、
   前記筐体内に収容された電池セルと、
   前記筐体の上面に取り付けられ、前記筐体の内圧上昇時に前記筐体の内圧を開放する圧力開放ユニットとを備え、
   前記圧力開放ユニットは、
   前記筐体の上面に支持された金属部材と、
   前記金属部材の上に配置された樹脂板と、
   前記樹脂板の上に配置され、開口窓部を構成する金属製の枠体と、
   前記枠体を前記樹脂板及び前記金属部材を介して前記筐体の上面に固定する固定部とを有し、
   前記金属部材は、底板部と、前記底板部の縁部から立設され、前記底板部と協働して凹部を画成する側板部とを有し、
   前記側板部には、複数の孔部が設けられており、
   前記樹脂板及び前記枠体は、前記筐体の内圧上昇時に前記電池セルから放出されたガスにより弾性変形して開口を形成し、
   前記樹脂板は、前記樹脂板の樹脂が溶解することで、前記開口窓部を開口させることを特徴とする電池パック。
2. 前記筐体の上面と前記樹脂板との間には、シール部材が配置されており、
   前記金属部材は、前記側板部の上端から外側の側方に張り出すように設けられ、前記筐体の上面に載置されるフランジ部を更に有することを特徴とする請求項１記載の電池パック。
3. 前記固定部は、前記枠体の中央部を前記樹脂板及び前記金属部材を介して前記筐体の上面に固定し、
   前記凹部は、前記固定部を挟むように２つ並んで配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の電池パック。
4. 前記側板部は、前記凹部の並設方向に対して平行に延び、互いに対向する１対の側壁を有し、
   前記複数の孔部は、前記１対の側壁にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項３記載の電池パック。
5. 前記樹脂板は、前記樹脂板の樹脂が溶解して前記凹部の底部に溜まったときに前記孔部を塞がないような体積を有していることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の電池パック。
6. 前記枠体は、リブを有していることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の電池パック。

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