JP7617867B2 - 電池パック - Google Patents

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Description

本技術は、電池パックに関する。
複数の電池セルをケースに収納した電池パックは、特開２０１２－０１５１２１号公報（特許文献１）および特開２０１８－０４１６１４号公報（特許文献２）に記載されている。たとえば、特許文献２に記載の電池パックにおいては、パックケースの側壁部にケース内外を連通させる呼吸穴および呼吸膜を設けた電池パックが示されている。
特開２０１２－０１５１２１号公報 特開２０１８－０４１６１４号公報
電池パックの結露防止機構には、効率性の観点から、依然として改善の余地がある。本技術の目的は、ケース内部における結露を効果的に抑制可能な電池パックを提供することにある。
本技術に係る電池パックは、第１の方向に沿って配列された複数の電池セルと、複数の電池セルを収納する内部空間を有するケースと、ケースに設けられ、通気性を有するシート部材とを備える。シート部材は、ケースの底部を構成する冷却プレート、または冷却プレートと一体化された部材に設けられる。
本技術によれば、ケースの底部を構成する冷却プレート、または冷却プレートと一体化された部材に通気性を有するシート部材を設けることにより、ケース内部における結露を効果的に抑制可能な電池パックを提供することができる。
電池パックに含まれる電池セルを示す図である。 電池パックの外観図である。 ケースの内部を示す斜視図である。 ケースの内部を示す上面図である。 冷却プレートの断面を示す図である。 冷却プレートに設けられたガスの排出通路を示す拡大断面図である。 ガスの排出通路の変形例を示す拡大断面図（その１）である。 ガスの排出通路の変形例を示す拡大断面図（その２）である。 ガスの排出通路の変形例を示す拡大断面図（その３）である。 ガスの排出通路の変形例を示す拡大断面図（その４）である。 ガスの排出通路の変形例を示す拡大断面図（その５）である。 ケースと冷却プレートとの接合部の構造を示す断面斜視図である。 図１２に示す冷却プレートを裏面側から見た図である。 冷却媒体通路とガスの排出通路とが形成された冷却プレートの例を示す上面図（その１）である。 冷却媒体通路とガスの排出通路とが形成された冷却プレートの例を示す上面図（その２）である。 冷却媒体通路とガスの排出通路とが形成された冷却プレートの例を示す上面図（その３）である。 冷却媒体通路とガスの排出通路とが形成された冷却プレートの例を示す上面図（その４）である。 冷却媒体通路とガスの排出通路とが形成された冷却プレートの例を示す上面図（その５）である。 冷却媒体通路とガスの排出通路とが形成された冷却プレートの例を示す上面図（その６）である。 電池パックの変形例の断面図である。 図２０に示す電池パックの端部付近の構造を示す断面図である。
以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。
なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。
また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。
本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。
図１は、本実施の形態に係る電池パックに含まれる電池セル１００を示す図である。図１に示すように、電池セル１００は、平坦面状の略直方体形状に形成されている。電池パック内において、電池セル１００はＹ軸方向（第１の方向）に積層される。
電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。正極端子１１１と負極端子１１２とは、Ｘ軸方向（第２の方向）に並ぶ。電極端子１１０は、角型の筐体１２０の上面に設けられている。
Ｚ軸方向（第３の方向）に沿って対向する筐体１２０の上面および底面は、Ｘ軸方向が長辺方向、Ｙ軸方向が短辺方向となるような略長方形形状を有する。筐体１２０には、電極体および電解液が収容されている。筐体１２０の上面には、ガス排出弁１２１が設けられている。筐体１２０内の圧力が上昇したときは、ガス排出弁１２１が開弁して筐体１２０内のガスが排出される。
なお、本技術に係る電池セルは角型の電池セル１００に限定されず、たとえば円筒型の電池セルであってもよい。
図２は、電池パック１の外観図である。図２に示すように、電池パック１は、ケース２００を含む。ケース２００は、カバー２１０と、本体２２０と、冷却プレート２３０とを含む。カバー２１０、本体２２０、および冷却プレート２３０は、ケース２００の強度を確保するための構造部材を構成する。本体２２０を有底容器とし、その底部と冷却プレート２３０とを一体化してもよいし、本体２２０の底部を冷却プレート２３０により構成してもよい。冷却プレート２３０は、その内部に形成された冷却媒体通路２３１（図５参照）に通じる入口部２３１Ａおよび出口部２３１Ｂを有する。
図３は、ケース２００の内部を示す斜視図であり、図４は、ケース２００の内部を示す上面図である。図３，図４に示すように、ケース２００の内部空間には、複数の電池セル１００が配列される。複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向（第１の方向）に沿って配列されている。複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向に拘束された状態でケース２００の内部空間に収納される。複数の電池セル１００は、バスバー３００により電気的に互いに接続される。冷却プレート２３０に冷却媒体通路２３１を設けず、ペルチェ素子などの冷却手段を冷却プレート２３０に接触させて冷却プレート２３０を冷却することも可能である。
図５は、冷却プレート２３０の断面を示す図である。図５に示すように、冷却プレート２３０（板状部分）は、ケース２００の底部を構成する。冷却プレート２３０の内部は、冷却媒体が流れる冷却媒体通路２３１と、ケース２００の内部空間のガスをケース２００の外部に排出可能な排出通路２３２とが形成されている。冷却プレート２３０は、たとえば押出材により形成することができる。冷却媒体通路２３１および排出通路２３２は、板状の冷却プレート２３０の延在方向に延びるように冷却プレート２３０の厚み内に形成される。したがって、押出成形により冷却プレート２３０を形成すると同時に冷却媒体通路２３１および排出通路２３２を形成することが可能である。
たとえば、ケース２００に収納された複数の電池セル１００の１つが熱暴走をおこしたとき、電池セル１００のガス排出弁１２１から筐体１２０内部のガスが排出され、ケース２００内の内圧が上昇する。本実施の形態に係る電池パック１においては、ケース２００の構造部材である冷却プレート２３０にガスの排出経路としての排出通路２３２を設けることにより、高容量の電池パック１であっても、別途の安全弁を設けることなく、熱暴走時の噴出ガスをケース２００から排出することができる。したがって、製造コストを増大させず、かつ電池パック１を大型化することなく、ケース２００にガスの排出機能を持たせることができる。
また、ケース２００の内圧上昇時に電池セル１００から噴出したガスは、冷却プレート２３０に形成された排出通路２３２を通過してからケース２００の外部に排出されるため、ガスの冷却が促進される。したがって、ケース２００から排出されるガスの温度を下げることができる。
図６は、ガスの排出通路２３２を示す拡大断面図である。図６に示す排出通路２３２は、冷却プレート２３０を形成するときの押出成形により形成された孔により構成される。ケース２００の本体２２０の底部には、貫通穴２２０Ａが設けられている。冷却プレート２３０には、排出通路２３２に連通する入口部２３２Ａが設けられている。貫通穴２２０Ａと入口部２３２Ａとは互いに連通する。したがって、排出通路２３２は、貫通穴２２０Ａおよび入口部２３２Ａを介してケース２００の内部空間と連通する。
貫通穴２２０Ａの内側には、通気性および防水性を有するシート部材２３３（通気防水シート）が設けられる。シート部材２３３は、排出通路２３２の入口部２３２Ａを塞ぐように設けられる。シート部材２３３は、ケース２００の内部空間に面するように設けられる。
シート部材２３３は、ガス（気体）を通過させる一方で、水分（液体）を遮断し得る。シート部材２３３は、通常時のケース２００内外の圧力差を低減する呼吸弁として機能する。シート部材２３３は、たとえばゴアテックス（登録商標）などの防水透湿性素材により構成し得る。
ケース２００の内圧が上昇したときは、シート部材２３３が破れ、またはシート部材２３３剥がれて、電池セル１００から噴出したガスおよびその他の噴出物がケース２００の外部に排出される。排出通路２３２の入口部２３２Ａにシート部材２３３を設けることにより、排出通路２３２を介したケース２００の内部空間のガスの排出を阻害することなく、通常時のケース２００の内部空間への水分および塵埃の進入を抑制すること（防水、防塵）が可能である。また、内圧上昇時のガスの排出通路２３２と通常時の呼吸通路とを兼用することができるので、電池パック１の小型化、製造コストの低減（部品点数低減）を図ることができる。
冷却プレート２３０が冷却されると、冷却プレート２３０内に形成された排出通路２３２においては結露が生じやすい。このことによってシート部材２３３周辺部の湿気（水蒸気）が結露するので、ケース２００の内部空間に水蒸気が進入することが抑制され、ケース２００の内部空間における結露の発生が効果的に抑制される。
ケース２００の内部空間に面する位置にシート部材２３３を設けることにより、外部環境（たとえば車両の高圧洗車時の水圧等）に起因してシート部材２３３が損傷することを抑制できる。ただし、シート部材２３３の設置位置は、ケース２００の内部空間に面する位置に限定されず、ケース２００の外部に面するように設けられてもよい。
以上の結果として、本実施の形態に係る電池パック１においては、ケース２００の内部で結露が生じることが抑制される。
図７～図１１は、ガスの排出通路の変形例を示す図である。図７に示すように、排出通路２３２は、冷却プレート２３０の上面に向けて開口する溝部により構成されてもよい。また、図８，図９に示すように、ケース２００の本体２２０の底部と冷却プレート２３０との間にシート部材２３３が設けられてもよい。さらに、図１０，図１１に示すように、冷却プレート２３０の裏面側（ケース２００の本体２２０と反対側）に開口するように排出通路２３２の出口部２３２Ｂが形成され、出口部２３２Ｂの外側（冷却プレート２３０の裏面上）にシート部材２３３が設けられてもよい。
図１２は、ケース２００の本体２２０と冷却プレート２３０との接合部の構造を示す断面斜視図であり、図１３は、図１２に示す冷却プレート２３０を裏面側から見た図である。
図１２，図１３に示す例では、Ｙ軸方向に延びる冷却媒体通路２３１のＸ軸方向の両側に排出通路２３２が形成されている。ケース２００の本体２２０の底部に形成された貫通穴２２０Ａと、冷却プレート２３０に形成された排出通路２３２の入口部２３２Ａとが連通することで、ケース２００の内部空間と排出通路２３２とが連通する。入口部２３２ＡからＹ軸方向に離れた位置に、排出通路２３２の出口部２３２Ｂが形成されている。出口部２３２Ｂは、冷却プレート２３０の裏面側に開口するように設けられる。
図１４～図１９は、冷却プレート２３０の例を示す上面図である。図１４～図１９に示すように、冷却プレート２３０は、Ｙ軸方向に延びる長辺、およびＸ軸方向に延びる短辺を含む略矩形形状を有する。冷却媒体が流れる冷却媒体通路２３１、およびガスを排出する排出通路２３２は、Ｙ軸方向に沿って延在する。
図１４の例では、冷却プレート２３０におけるＹ軸方向の両端部に排出通路２３２の出口部２３２Ｂが形成される。出口部２３２Ｂを複数設けることにより、排出通路２３２の出口面積を増大させることができる。図１４に示す排出通路２３２の流路断面積は、たとえば２００ｍｍ2以上１５００ｍｍ2以下程度（好ましくは４００ｍｍ2以上１０００ｍｍ2以下程度）である。ケース２００の内圧上昇時に排出通路２３２を流れるガスの流量は、最大でたとえば２００リットル／秒以上程度（数秒程度継続）である。ケース２００の内圧上昇時においては、たとえば十数秒から３０秒間程度継続して排出通路２３２からガスが排出される。ただし、排出通路２３２の流路断面積およびガスの流量は、上記の範囲に限定されるものではない。
また図１４の例では、排出通路２３２は冷却プレート２３０に１本設けられているが、排出通路２３２の態様はこれに限定されない。互いに連通しない複数の排出通路２３２を冷却プレート２３０に設け、それぞれの排出通路２３２に入口部２３２Ａと出口部２３２Ｂとを設けてもよい。これにより、さらにガス流量を多くすることができる。
図１５～図１９の例では、排出通路２３２に連通したトラップ部２３２Ｃが形成されている。トラップ部２３２Ｃの先端は閉塞されている。トラップ部２３２Ｃは、冷却プレート２３０の延在方向（Ｘ－Ｙ平面方向）に延びるように冷却プレート２３０の厚み内に形成されている。
図１５に示すように、冷却プレート２３０におけるＸ軸方向の両端部に排出通路２３２の出口部２３２Ｂが形成されてもよい。図１６に示すように、冷却プレート２３０の裏面に排出通路２３２の出口部２３２Ｂが形成されてもよい。図１７に示すように、排出通路２３２の一部とトラップ部２３２Ｃとが平行に延在してもよい。図１８に示すように、出口部２３２Ｂは一箇所のみに形成されてもよい。図１９に示すように、排出通路２３２の一部がＸ軸方向に延び、冷却媒体通路２３１を跨いでＸ軸方向の反対側に達するように設けられてもよい。
図１５から図１９の例に示すように、排出通路２３２に屈曲部を設けたり、先端の閉塞したトラップ部２３２Ｃを設けることにより、熱暴走している電池セル１００から生じるガス以外の噴出物や火花が出口部２３２Ｂから排出されることを抑制できる。
本実施の形態に係る電池パック１によれば、冷却プレート２３０の厚み内にガスの排出通路２３２を設けることにより、ケース２００の構造部材に内圧上昇時のガス排出経路の機能を持たせることができる。これにより、製造コストを増大させず、かつ電池パック１を大型化することなく内圧上昇時のガスの排出機能を持たせることが可能である。
また、排出通路２３２の出口部２３２Ｂも冷却プレート２３０の内部に形成され、ケース２００の外部に突出する部分を省略できる。
なお、排出通路２３２を形成する部材は、必ずしも冷却プレート２３０に限定されず、ケース２００の側面部に排出通路２３２が形成されてもよい。
図２０は、電池パック１の変形例の断面図である。本変形例においては、図２０に示すように、２つの電池パック１Ａ，１Ｂを重ねることにより電池パック１が形成されている。
図２１は、電池パック１Ａの端部付近の構造を示す断面図である。図２１に示すように、電池セル１００の積層体の端部にエンドプレート４００が設けられる。複数の電池セル１００の間には、セパレータ５００が設けられる。
本変形例において、ケース２００の本体２２０は、冷却プレート２３０と一体化されている。本体２２０には、通常時の呼吸通路（図示せず）およびシート部材２３３が設けられる。なお、通常時の呼吸通路と内圧上昇時のガスの排出通路２３２とは必ずしも兼用されていなくてもよい。
本体２２０は、冷却プレート２３０と同一の部材から構成されてもよいし、別々の部材が溶接接合等により一体化されていてもよい。いずれにしても、冷却プレート２３０と熱的に一体に形成されていると評価できる部材は、冷却プレート２３０と一体化された部材であると解釈されるべきである。
本体２２０には穴部２２０Ｂが形成されている。シート部材２３３を通過したガスを穴部２２０Ｂに導入することができる。さらに、冷却プレート２３０に形成された通路と穴部２２０Ｂとを連通させ、当該通路の出口の位置ないし方向を自在に調整することも可能である。
図２０、図２１に示す変形例においても、冷却プレート２３０にシート部材２３３を設けた場合と同様に、ケース２００の内部空間に水蒸気が進入することが抑制され、ケース２００の内部空間における結露の発生が効果的に抑制される。
以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１，１Ａ，１Ｂ 電池パック、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、１２１ ガス排出弁、２００ ケース、２１０ カバー、２２０ 本体、２２０Ａ 貫通穴、２２０Ｂ 穴部、２３０ 冷却プレート、２３１ 冷却媒体通路、２３１Ａ 入口部、２３１Ｂ 出口部、２３２ 排出通路、２３２Ａ 入口部、２３２Ｂ 出口部、２３２Ｃ トラップ部、２３３ シート部材、３００ バスバー、４００ エンドプレート、５００ セパレータ。

Claims (6)

  1. 第１の方向に沿って配列された複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルを収納する内部空間を有するケースと、
    前記ケースに設けられ、通気性を有するシート部材とを備え、
    前記シート部材は、前記ケースの底部を構成する冷却プレート、または前記冷却プレートと一体化された部材に設けられ、前記冷却プレートに面し、
    前記内部空間のガスを排出可能な排出通路が前記冷却プレートに形成され、前記シート部材は、前記排出通路を塞ぐように前記排出通路上に設けられる、電池パック。
  2. 前記冷却プレートと一体化された部材は、前記ケースの側面または底面を構成する、請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記シート部材は、前記内部空間に面するように設けられる、請求項１または請求項２に記載の電池パック。
  4. 第１の方向に沿って配列された複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルを収納する内部空間を有するケースと、
    前記ケースに設けられ、通気性を有するシート部材とを備え、
    前記シート部材は、前記ケースの底部を構成する冷却プレート、または前記冷却プレートと一体化された部材に設けられ、
    前記内部空間のガスを排出可能な排出通路が、前記冷却プレートの延在方向に延びるように前記冷却プレートの厚み内に形成され、
    前記シート部材は、前記排出通路を塞ぐように前記排出通路上に設けられる、電池パック。
  5. 前記冷却プレートは、押出成形により形成された押出材を含み、
    前記排出通路は、前記押出成形により形成された溝または孔を含む、請求項４に記載の電池パック。
  6. 前記冷却プレートは、長辺と短辺とを含む略矩形形状を有し、
    前記排出通路は、前記長辺に沿う方向に延在する部分を含む、請求項４または請求項５に記載の電池パック。
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