JP2005129487A - 電池収納ケース、電池モジュール、および、組電池 - Google Patents

電池収納ケース、電池モジュール、および、組電池 Download PDF

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Abstract

【課題】 ラミネート外装電池から異常時に放出されたガスによってケース自体が多少変形したとしても、ガスを外部に放出する機能を十分に発揮し得るガス放出機構を備えた電池収納ケース、電池モジュール、および、組電池を提供する。
【解決手段】 電池収納ケース61は、可撓性を有するラミネートフィルム21、22によって発電要素31が密封されたラミネート外装電池11を収納するためのである。電池収納ケースは、ラミネート外装電池を密閉状態で収納するための略扁平形状を呈するケーシング70と、断面凹形状を有し、ケーシング70の表面71a、72aから窪むように形成された凹部74と、凹部を形成する底壁面74aに配置され、ラミネート外装電池から異常時にケーシング内に放出されたガスを外部に放出するガス放出機構としての開裂弁75と、を有している。
【選択図】図4

Description

本発明は、ラミネート外装電池を収納するための電池収納ケース、電池モジュール、および、組電池に関するものである。
近年、電気を動力源とする電気自動車(EV)や、エンジンとモータとを組み合わせたハイブリッドカー(HEV)の動力源として、軽量化などの観点から、ラミネートフィルムによって被覆された電池すなわちラミネート外装電池が注目されている。
ラミネート外装電池は、一般的に、可撓性を有するラミネートフィルムを備え、発電要素は、ラミネートフィルムの外周縁部を熱融着することにより密封されている。発電要素に一端が電気的に接続された電極リードの他端は、ラミネートフィルムの外部に突出している(特許文献1参照)。
特許文献1には、電池内で発生したガスが所定の圧力に達したときに開口してガスを外部に放出するガス放出機構が記載されている。
EVやHEVの動力源としてラミネート外装電池を使用するような場合にあっては、電池の長寿命化のために、ラミネートフィルムの腐食を長期間にわたって防止する必要がある。このため、ラミネート外装電池を、電池収納ケース内に密閉状態で収納し、水分からシールすることが考えられる。かかる形態の場合には、ラミネート外装電池から異常時に放出されたガスはケース内に充満するので、電池収納ケース側にもガス放出機構を設けて、電池収納ケースを保護しなければならい。
ケース側のガス放出機構にあっては、ラミネート外装電池から異常時に放出されたガスやラミネート外装電池のガス放出前の膨張によってケース自体が多少変形ないし膨出したとしても、ガスを外部に放出する機能を十分に発揮することが要請される。
特開2001−345081号公報
本発明は、上記の要請に応えるべくなされたものであり、ラミネート外装電池から異常時に放出されたガスやラミネート外装電池のガス放出前の膨張によってケース自体が多少変形したとしても、ガスを外部に放出する機能を十分に発揮し得るガス放出機構を備えた電池収納ケース、電池モジュール、および、組電池を提供することを目的としている。
上記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、可撓性を有するラミネートフィルムによって発電要素が密封されたラミネート外装電池を収納するための電池収納ケースであって、
ラミネート外装電池を密閉状態で収納するための略扁平形状を呈するケーシングと、
断面凹形状を有し、前記ケーシングの表面から窪むように形成された凹部と、
前記凹部を形成する壁面に配置され、前記ラミネート外装電池から異常時に前記ケーシング内に放出されたガスを外部に放出するガス放出機構と、を有してなる電池収納ケースである。
本発明によれば、ラミネート外装電池から異常時に放出されたガスやラミネート外装電池のガス放出前の膨張によってケーシング自体が多少変形したとしても、ガス放出機構はケース内に放出されたガスを外部に放出することができ、異常時の信頼性を向上することが可能となるという効果を奏する。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
なお、本明細書においては、「単電池」、「電池モジュール」および「組電池」は、それぞれ、以下のように定義される。「単電池」とは、1個の電池を指称し、本明細書では、可撓性を有するラミネートフィルムによって発電要素が密封された電池、いわゆるラミネート外装電池の個々それぞれの電池をいう。「電池モジュール」とは、1個または複数のラミネート外装電池を電気的に接続した電池をいう。「組電池」とは、複数の電池モジュールを電気的に接続した電池をいう。「単電池」はもちろんのこと、「電池モジュール」および「組電池」のそれぞれも電池として用いられる。「単電池」、「電池モジュール」および「組電池」のそれぞれの名称は、電池の大きさの違いを理解し易くするために用いられる。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電池モジュール60を示す正面図である。図2は、ラミネート外装電池11の一例を示す斜視図、図3(A)は、同ラミネート外装電池11を示す平面図、図3(B)は、図3(A)の3B−3B線に沿う断面図である。図4(A)〜(C)は、それぞれ、図1に示される電池収納ケース61を示す正面図、上面図および側面図、図5は、図4(A)の5−5線に沿う断面図である。
図1を参照して、電池モジュール60は、電池収納ケース61内にラミネート外装電池11を収納して構成されている。電池収納ケース61を、以下、単に、「ケース61」とも称する。ラミネート外装電池11を任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる電池モジュール60を提供することができる。ケース61は空冷式であり、電池モジュール60の使用時には、冷却風がケース61の周囲を通過する。
図示する電池モジュール60では、ラミネート外装電池11を前後方向(図1の紙面に直交する方向)に2枚、幅方向(図1の左右方向)に4枚並べた計8枚を直列に接続して電池群を構成し、この電池群をケース61に収納してある。なお、図示省略するが、ケース61内でラミネート外装電池11を直並列に接続する際には、スペーサやバスバーのような適当な接続部材が用いられている。
ケース61の両側面には、電池モジュール60の正極端子63および負極端子64が設けられている。正極端子63は、図示しないリード線を介して、電池群の先頭のラミネート外装電池11の正極電極端子41に電気的に接続されている。負極端子64は、図示しないリード線を介して、電池群の末尾のラミネート外装電池11の負極電極端子42に電気的に接続されている。
ケース61内の上部空間および下部空間には、絶縁性のポッティング材、例えば、ウレタン系の低温熱硬化型ポッティング材が充填されている。ポッティング材を充填して接続回路を絶縁封止および固定することにより、各ラミネート外装電池11のガタが抑えられ、電極端子41、42自体が破損したり、スペーサやバスバーなどを用いた電気的な接続回路が断線したりすることが防止される。
図2および図3を参照して、ラミネート外装電池11は、可撓性を有する一対のラミネートフィルム21、22と、ラミネートフィルム21、22の外周縁部23を熱融着することにより密封される発電要素31と、発電要素31に一端が電気的に接続された正負の電極端子41、42と、を有している。電極端子41、42のそれぞれは、発電要素31の対向する端面に接続されている。各電極端子41、42の他端は、ラミネートフィルム21、22の外周縁辺から外部に突出している。
図示するラミネート外装電池11は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した積層型の発電要素31がラミネートフィルム21、22により密封されている。積層型の発電要素31を備えるラミネート外装電池11にあっては、電極板間の距離を均一に保って電池性能の維持を図るために、発電要素31に圧力を掛けて押さえる必要がある。このため、ラミネート外装電池11は、発電要素31が押さえつけられるようにケース61に収納されている。
前記ラミネートフィルム21、22は、一般的に、2層以上のシートからなる複合シートであり、内方から表面にかけて順に、熱融着されるシール層24と、アルミラミネートフィルムなどの金属層25と、外装を形成する樹脂層26とを有している。シール層24は、熱融着性の樹脂から形成されている。熱融着性の樹脂材料としては、たとえば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)などの熱可塑性樹脂材料が適用される。
各ラミネートフィルム21、22は、略矩形状を有し、発電要素31を挟み込むように被覆している。一対のラミネートフィルム21、22は、発電要素31の外側からフィルム端部にかけて、シール層24同士が熱融着によって接合されている。電極端子41、42が突出する部分においては、電極端子41、42をなすアルミ板とシール層24とが熱融着によって直接接合されている。外周縁部23の4辺23a〜23dのうち電極端子41、42が突出する2つの辺23a、23cは、電極端子41、42を介して振動が伝達されて微小隙間が発生し易い箇所である。このため、一般的に、電極端子41、42が突出する辺23a、23cにおける引裂き強度は、他の2つの辺23b、23dにおける引裂き強度に比べて高めてある。辺23a、23cにおける引裂き強度は、例えば、電極端子41、42に表面処理を施したり、シール層24の材質を調整したり、熱融着の手法や条件を変えたりすることによって、辺23b、23dよりも高められている。熱融着された外周縁部23をシール部23ともいう。
過充電などの異常により電池内部でガスが発生した場合において、ガスの圧力が所定の圧力よりも高くなると、ラミネート外装電池11は膨張を開始し、いずれシール部23の4辺23a〜23dのうち引裂き強度が弱い側の辺23bまたは23dの熱融着状態が開裂し、ここからガスが外部に放出されることになる。これにより、ラミネート外装電池11の破裂などの事態が防止され、異常時の信頼性が向上する。辺23bまたは23dが熱融着状態を開裂する所定の圧力は、シール部23の幅や熱融着条件などを変えることで適宜設定可能であるが、例えば、約1kgf/cm2である。
図4および図5を参照して、第1の実施形態に係るケース61は、可撓性を有するラミネートフィルム21、22によって発電要素31が密封されたラミネート外装電池11を収納するために好適に用いられる。当該ケース61は、概説すれば、ラミネート外装電池11を密閉状態で収納するための略扁平形状を呈するケーシング70と、断面凹形状を有し、ケーシング70の表面から窪むように形成された凹部74と、凹部74を形成する壁面に配置され、ラミネート外装電池11から異常時にケーシング70内に放出されたガスを外部に放出する開裂弁75(ガス放出機構に相当する)と、を有している。以下、詳述する。
前記ケーシング70は、図4(A)〜(C)に示すように、突き合わされて内部に電池収納空間を形成する第1と第2のケーシング71、72を含んでいる。第1と第2のケーシング71、72は、扁平な矩形形状を有し(図4(A)参照)、上端部および下端部は円弧形状に形成されている(図4(C)参照)。ケーシング70の寸法は適宜選択できる。図示例のケーシング70は、ラミネート外装電池11を前後方向に2枚、幅方向に4枚並べた計8枚を収納するための寸法を備えている。第1と第2のケーシング71、72の材質は、金属材料や樹脂材料など適宜の材料を選択し得るが、冷却性および強度の観点からは、アルミやステンレスなどの金属材料から形成するのが好ましい。第1と第2のケーシング71、72は、図示しない締結ねじにより相互に締結され、電池収納空間を密閉状態とし、水分からシールしている。第1と第2のケーシング71、72の突き合わせ面に、シール材を塗布したり、パッキンなどのシール部材を介装したりして、水密性を高めてもよい。突き合わせた第1と第2のケーシング71、72の両側面には、円形状の通孔73が形成される。この通孔73に、電池モジュール60の正極端子63および負極端子64が配置される(図1参照)。
なお、説明の便宜上、第1と第2のケーシング71、72の表面71a、72aを、総称して、ケーシング表面71a、72aとも言い、第1ケーシング71の表面71aをケーシング70の「前面71a」と、第2ケーシング72の表面72aをケーシング70の「背面72a」とも言う。
前記凹部74は、図4に示すように、図示例では第1と第2のケーシング71、72のそれぞれに3列上下方向に伸びて形成されている。各凹部74は、幅方向に隣接する電池同士の間に位置する箇所に設けられている。凹部74は、図5に示すように、断面凹形状を有し、第1と第2のケーシング71、72の表面71a、72aから窪んで形成されている。凹部74は、プレス加工により形成されている。凹部74の幅および深さの寸法は適宜選択できるが、一例を挙げれば、幅は6mm〜8mm程度、深さは1mm〜2mm程度である。凹部74の長さは、第1と第2のケーシング71、72の上端部および下端部の円弧部分に至る長さである。この凹部74の少なくとも一の端部は、凹部74を形成したケーシング表面71a、72aが他の部材(図4(B)に2点鎖線で示される)に密着した状態においても、雰囲気空間と連通している。
前記開裂弁75は、凹部74を形成する壁面に配置されている。図示例では、凹部74の底壁面74aに、開裂弁75を配置してある。開裂弁75は、各列の凹部74ごとに、2個ずつ配置してある。この開裂弁75は、図5に示すように、凹部74の底壁面74aに開口したガス放出孔76と、ガス放出孔76を封止するとともにケーシング70の内圧が所定の圧力に達したときにガス放出孔76を開放する封止板77と、を有している。ガス放出孔76は、長孔形状を有している。封止板77は、シール材、金属材料または樹脂材料など適宜の材料から形成され、ガス放出孔76を封止するように、接着剤や熱融着などの接合手段によって取り付けられている。ラミネート外装電池11から異常時にケーシング70内に放出されたガスが所定の圧力に達したときには、封止板77が開裂あるいは破裂し、ケーシング70内に充満したガスをガス放出孔76から外部に放出する。これにより、ケース61の異常膨張や破損などが防止される。開裂弁75が作動する所定の圧力は、封止板77の材質や肉厚、使用する接着剤の種類、熱融着条件などを変えることにより適宜設定可能であるが、ラミネート外装電池11のシール部23が開裂する圧力と同じ圧力、例えば、約1kgf/cm2である。
開裂弁75を配置する凹部74の壁面は、水分が滞留しないことが好ましい。封止板77の腐食を防止し、開裂弁75の正常な作動と、ケース61の水密性とを長期にわたって維持するためである。このため、封止板77の表面77aは、ガス放出孔76を開口した底壁面74aの表面と面一に形成してある。このようにすれば、封止板77の周囲に水分が滞留することが抑えられる。
開裂弁75を、ケーシング70の前面71aおよび/または背面72aに配置する必要性について説明する。ラミネート外装電池11は厚さ方向では押さえつけられてケース61に収納され、さらに、このケース61内の上部空間および下部空間はポッティング材が充填されている。上面および/または下面に開裂弁75を設けた場合には、充填されたポッティング材が通気抵抗となるため、異常時に放出されたガスの圧力が開裂弁75にすぐに作用せず、開裂弁75は、その機能を十分かつ迅速に発揮できなくなる。したがって、ラミネート外装電池11から異常時に放出されたガスの主な通路としては、幅方向に隣接する電池同士の間に形成される隙間空間S(図5を参照)を利用するのが好ましい。この隙間空間Sは、ラミネート外装電池11のシール部23の辺23b、23dに臨んでいるので、ラミネート外装電池11から放出されたガスが直接導かれる空間でもある。したがって、幅方向に隣接する電池同士の間に形成される隙間空間Sを、異常時にラミネート外装電池11から放出されたガスの通路78に利用するのが好ましいと言える。そこで、このガス通路78に開裂弁75を直接連通させるために、開裂弁75を、ケーシング70の前面71aおよび/または背面72aに配置する必要がある。
開裂弁75を、凹部74を形成する壁面に配置する必要性について説明する。図示例のケーシング70はラミネート外装電池と接触面積を確保して冷却効果を高める目的から厚さが比較的薄い扁平な形状を有しているので、ラミネート外装電池11から異常時に放出されたガスやラミネート外装電池のガス放出前の膨張によって変形ないし膨出する度合いは、上下面および左右側面に比べて、前面71aおよび背面72aの方が大きい。このため、前面71aおよび/または背面72aの平坦な表面上に開裂弁75を直接配置すると、ラミネート外装電池11から異常時に放出されたガスによって前面71aおよび/または背面72aが膨らんで、開裂弁75が他の部材に押し付けられてしまい、ガスを外部に放出する機能を十分に発揮し得なくなる。「他の部材」は、例えば、隙間を隔てて積層状態に配置された他の電池モジュールなどもあり、限られたスペースに搭載するにあたっては車両等の構造体に隣接して配置された場合である。そこで、ラミネート外装電池11から異常時に放出されたガスによってケーシング70自体が多少変形したとしても、ケース61内に充満したガスを外部に放出することができるようにするために、開裂弁75を、凹部74を形成する壁面に配置する必要がある。
図示例にあっては、ケーシング70の左右側面に、開裂弁75と同様に構成される開裂弁75aを設けてある(図4(C)参照)。ケーシング70の左右側面は、前述したように、変形の度合いが前面71aおよび/または背面72aに比べて小さいので、開裂弁75aが他の部材に押し付けられることが事実上生じない。このため、開裂弁75aは、左右側面の平坦な表面上に直接配置してある。
なお、ケーシング70を耐圧容器とし、異常時にラミネート外装電池11からケーシング70内に放出されたガスの圧力に抗して変形しないようにすることも考えられる。しかしながら、耐圧容器とするためには、ケーシング70の肉厚、第1と第2のケーシング71、72を締結する箇所や構造などを改変しなければならず、ケーシング70が大型となり重量も重くなることから現実的な解決策にはなり得ない。本実施形態では、電池モジュール60の小型軽量化を図る観点から、ケーシング70を耐圧容器としていない。このため、異常時にラミネート外装電池11からガスが放出されると、これと同時に、ケーシング70の一部、特に、前面71aおよび背面72aが膨れてくる。
次に、開裂弁75の作用を説明する。
過充電などの異常により、ラミネート外装電池11の内部でガスが発生することがある。このガスによる応力は、熱融着されたシール部23に作用する。電池内のガス圧力が所定の圧力に達すると、シール部23の辺23bまたは23dの熱融着状態が開裂し、ここからガスが外部に放出される。異常時にラミネート外装電池11からガスが放出される向きは、隙間空間Sに向かう方向である。ここで、シール部23は、発電要素31を囲繞する部分に比べると厚さが非常に薄いため、ラミネート外装電池11を厚さ方向で押さえつけてケース61に収納した状態でも、シール部23の周辺には隙間が必ず存在する。したがって、異常時に電池内で発生したガスは、開裂したシール部23の部分を通って外部に必ず放出されるため、ラミネート外装電池11の破裂などの事態が防止され、異常時の信頼性が向上する。
異常時にラミネート外装電池11から放出されたガスによって、ケーシング70の一部、特に、前面71aおよび背面72aも同時に膨れてくる。そして、ケース61の内圧が所定の圧力に達すると、開裂弁75または開裂弁75aの封止板77が開裂あるいは破裂して、ケーシング70内に充満したガスをガス放出孔76から外部に放出する。これにより、ケース61の異常膨張や破損などが防止される。
本実施形態の電池モジュール60では、隙間空間Sに向けて放出されたガスは、当該隙間空間Sにより構成されるガス通路78を通り、当該ガス通路78に直接連通している開裂弁75にすぐに至る。このため、開裂弁75の機能を十分かつ迅速に発揮させることができ、ケース61が破損する事態を確実に防止することが可能となる。
ここで、開裂弁75は凹部74の底壁面74aに配置してあるので、ケーシング70の前面71aおよび/または背面72aが膨らんだとしても、開裂弁75が他の部材に押し付けられてしまう事態が発生しない。したがって、開裂弁75は、ガスを外部に放出する機能を十分に発揮することになる。また、開裂弁75は、凹部74の底壁面74aに配置してあるので、比較的大きな開口面積を備える開裂弁75とすることができ、異常時のガスを迅速に放出できる。
また、凹部74を形成したケーシング70表面が他の部材に密着した状態においても、凹部74の少なくとも一の端部が雰囲気空間と連通するようにしてあるため、開裂弁75は、ガスを外部に放出する機能をより一層十分に発揮する。
また、封止板77の表面77aを底壁面74aの表面と面一に形成したので、凹部74の底壁面74aの上に水分が滞留することを抑えて封止板77の腐食を防止でき、開裂弁75の正常な作動と、ケース61の水密性とを長期にわたって維持することが可能となる。
以上説明したように、第1の実施形態のケース61は、ラミネート外装電池11を密閉状態で収納するための略扁平形状を呈するケーシング70と、断面凹形状を有し、ケーシング70の表面71a、72aから窪むように形成された凹部74と、凹部74を形成する壁面74aに配置され、ラミネート外装電池11から異常時にケーシング70内に放出されたガスを外部に放出するガス放出機構としての開裂弁75を有しているので、ラミネート外装電池11から異常時に放出されたガスによってケーシング70自体が多少変形したとしても、開裂弁75はケース61内に放出されたガスを外部に放出することができ、異常時の信頼性を向上することが可能となるという効果を奏する。
凹部74を形成したケーシング表面71a、72aが他の部材に密着した状態においても、凹部74の少なくとも一の端部は、雰囲気空間と連通しているので、ラミネート外装電池11から異常時に放出されたガスを雰囲気空間に確実に放出でき、異常時の信頼性をさらに向上することができる。
開裂弁75は、凹部74の底壁面74aに配置されているので、比較的大きな開口面積を備える開裂弁75とすることができ、異常時のガスを迅速に放出できる。
開裂弁75は、凹部74の壁面に開口したガス放出孔76と、ガス放出孔76を封止するとともにケーシング70の内圧が所定の圧力に達したときにガス放出孔76を開放する封止板77と、を有するので、開裂弁75を簡便に形成することができる。
封止板77の表面77aは、ガス放出孔76を開口した凹部壁面74aの表面と面一に形成されているので、水分が滞留することを抑えて開裂弁75の腐食を防止でき、開裂弁75の正常な作動と、ケース61の水密性とを長期にわたって維持することが可能となる。
さらに、ケース61内にラミネート外装電池11を収納して電池モジュール60を構成すると、高容量、高出力の電池モジュール60を形成することができる。また、電池モジュール60を構成する際に開裂弁75を設ける位置を容易に設定でき、ケース61や開裂弁75の設計が容易になる。
なお、凹部74の底壁面74aに開裂弁75を配置した実施形態について図示したが、底壁面74aから立ち上がる対向する側壁面74b、74c(図5参照)の一方または両方に開裂弁75を配置することも可能である。
第1ケーシング71の凹部74と、第2ケーシング72の凹部74とを向かい合う位置に形成した実施形態について図示したが(図5参照)、これは、前後方向(図5においては上下方向)に並べたラミネート外装電池11が、幅方向(図5においては左右方向)にずれていないからである。したがって、前側のラミネート外装電池11と後側のラミネート外装電池11とを幅方向にずらしてケース61内に収納する形態の場合には、当然ながら、第1ケーシング71の凹部74と、第2ケーシング72の凹部74とは向かい合わない。このような形態であっても、凹部74の壁面に配置した開裂弁75に所定の機能を発揮させることができる。
また、電池モジュール60は、実施形態で説明したものに制限されるべきものではなく、従来公知のものを適宜採用することができる。電池モジュール60には、使用用途に応じて、各種計測機器や制御機器類、例えば、電池電圧を監視するために電圧計測用コネクタを設けてもよい。さらに、ラミネート外装電池11同士を連結するためには、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接または電子ビーム溶接により、または、リベットを用いて、またはカシメの手法を用いて、連結してもよい。
また、正負の電極端子41、42のそれぞれが発電要素31の対向する端面に接続されている形態のラミネート外装電池11を示したが、正負の電極端子41、42の両者が発電要素31の一の端面に接続されている形態のラミネート外装電池を収納する場合にも本発明は適用可能である。
(第2の実施形態)
図6(A)〜(C)は、第2の実施形態に係るケース62の要部を示す断面図である。
第2の実施形態は、開裂弁75を配置する凹部74の壁面に、水分を滞留させない排水手段80を施したものである。水分を滞留させない理由は、前述したように、開裂弁75の腐食を防止することにより、開裂弁75の正常な作動と、ケース62の水密性とを長期にわたって維持するためである。
前記排水手段80は、開裂弁75を配置する凹部74の壁面を傾斜面81〜83に形成することにより構成されている。凹部74の底壁面74aに開裂弁75を配置し、かつ、前面71aおよび背面72aが水平方向をなすようにケース62を配置する場合を例に挙げれば、凹部74の底壁面74aを傾斜面に形成すればよい。具体的には、図6(A)(B)に示すように、凹部74の長手方向に沿う一の端部から他方の端部まで傾斜面81、82とする形態、図6(C)に示すように、凹部74の長手方向に沿う略中央部分から各端部に向けて下る傾斜面83とする形態などが例示できる。図6(A)では、上位側の第1ケーシング71では図中左側へ下る傾斜面81とされ、下位側の第2ケーシング72では図中右側へ下る傾斜面81とされている。図6(B)では、第1と第2のケーシング71、72はともに図中右側へ下る平行な傾斜面82とされている。
このように、凹部74の底壁面74aを傾斜面81〜83に形成することにより、水分は傾斜面81〜83に沿って流れて排出されるので、底壁面74aに水分は滞留しない。
したがって、開裂弁75の腐食を防止することにより、開裂弁75の正常な作動と、ケース62の水密性とを長期にわたって維持することができる。
以上説明したように、第2の実施形態によれば、開裂弁75を配置する凹部74の壁面は、水分を滞留させない排水手段80が施されているので、水分が滞留することを抑えて開裂弁75の腐食を防止でき、開裂弁75の正常な作動と、ケース62の水密性とを長期にわたって維持することが可能となる。
排水手段80は凹部74の壁面を傾斜面81〜83に形成することにより構成されているので、排水手段80を容易に形成することができる。
なお、排水手段80は、第2の実施形態のように、凹部74の壁面を傾斜面81〜83に形成して構成する場合に限定されるものではない。例えば、凹部74の壁面に撥水剤を塗布することにより、排水手段80を構成してもよい。この場合も、同様に、水分が滞留することを抑えて開裂弁75の腐食を防止でき、開裂弁75の正常な作動と、ケース62の水密性とを長期にわたって維持することが可能となる。
また、傾斜面81〜83と撥水剤の塗布とを組み合わせて、排水手段80を構成することもできる。
さらに、凹部74の底壁面74aがフラットである第1の実施形態で説明したケース61を、前面71aおよび背面72aが水平方向に対して傾斜するようにケース61を配置すれば、凹部74の底壁面74aが実質的に傾斜面となる。このように配置することにより、排水手段80を構成してもよい。
(第3の実施形態)
図7は、本発明の第3の実施形態に係る組電池90を示す斜視図、図8は、組電池90が搭載された車両100を模式的に表す図である。
第3の実施形態は、第1の実施形態の電池モジュール60を、電気的に並列および/または直列に複数個接続して組電池90を構成したものである。組電池90とすることで、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに専用の電池モジュール60を作製することなく、比較的安価に対応することが可能になる。
図7に示したように、電池モジュール60を6組並列に接続して組電池90とするには、各電池モジュール60の正極端子63を、外部正極端子部91aを有する正極端子連結板91を用いて電気的に接続し、負極端子64を、外部負極端子部92aを有する負極端子連結板92を用いて電気的に接続する。また、各ケース61の両側面に設けられた各ネジ孔部(図示せず)に、該ネジ孔部に対応する開口部を有する連結板93を固定ネジ94で固定し、各電池モジュール60同士を連結する。各電池モジュール60の正極端子63および負極端子64は、それぞれ正極および負極絶縁カバー95、96により保護され、適当な色、例えば、赤色と青色に色分けすることで識別されている。上位の電池モジュール60と下位の電池モジュール60との間には、冷却風を通過させるための隙間が設けられている。
このように、電池モジュール60を複数直並列接続されてなる組電池90は、一部の電池11や電池モジュール60が故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能である。
組電池90を、電気自動車(EV)に搭載するには、図8に示すように、電気自動車100の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、電池を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよい。EVやFCV(燃料電池自動車)のようにエンジンを搭載しない車両であれば、エンジンが一般的に搭載される車両前方に設置することもできる。
さらに、ラミネート外装電池11は金属製の外装缶を用いる電池と比較して軽量であるため、組電池90の軽量化、引いては車両100全体の軽量化を通して、EV車などの走行距離の向上に寄与することができる。
なお、本発明では、組電池90だけではなく、使用用途によっては、電池モジュール60を搭載したり、組電池90と電池モジュール60とを組み合わせて搭載したり、電池モジュール60のみを搭載したり、一のラミネート外装電池11を単電池として搭載したりしてもよい。また、本発明のラミネート外装電池11、電池モジュール60または組電池90を搭載することのできる車両100としては、EV、FCV、ハイブリッドカー(HEV)が好ましいが、これらに制限されるものではない。
以上説明したように、電池モジュール60を、電気的に並列および/または直列に複数個接続して組電池90を構成すると、その組電池90は、基本となる電池モジュール60の数や接続方法を変えるだけで、種々の容量や電圧の組電池90を得ることができる。
また、電池モジュール60または組電池90を搭載することによって、車両100の重量を極度に増加させることがなくなり、また、車両100の有効スペースを極端に狭めることがなくなり、燃費、走行性能に優れた車両100が提供できる。
(第4の実施形態)
図9(A)〜(C)は、本発明の第4の実施形態に係る電池収納ケース110を示す正面図、上面図および側面図である。図10(A)(B)は、図9(A)の10−10線に沿う断面図であり、第4の実施形態の作用の説明に供する図である。なお、第1の実施形態と共通する部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
第4の実施形態は、ガス放出機構としての開裂弁120を、ラミネート外装電池11が異常時に膨張することを利用して開裂させている。この点において、ケーシング70の内圧を利用して開裂弁75を開裂させるようにした第1〜第3の実施形態と相違している。
第4の実施形態の開裂弁120は、概説すれば、凹部74の壁面に設けられるとともに変形することによってガス放出部123を形成する脆弱部121と、ケーシング70が膨張変形するのに伴う力を脆弱部121に伝達しつつ脆弱部121の変形を抑制するための固定部122と、を有している。そして、ラミネート外装電池11が異常時に膨張することによってケーシング70が膨張変形したときに伴う力を、固定部122を介して脆弱部121に伝達し、当該脆弱部121を変形させてガス放出部123を形成するようにしてある。
脆弱部121の強度は、凹部74の壁面自体の強度よりも低下させることが必要であるが、水密性を保つために必要な強度以上であって、異常膨張したラミネート外装電池11がケース110に加える機械的な圧力以下で変形する強度に設定されている。
図示する脆弱部121は、凹部74の壁面に開口したガス放出孔124と、ガス放出孔124を封止する封止板125との境界面126によって構成され、ガス放出部123は、ガス放出孔124の周囲の壁面および/または封止板125が変形することによって形成される。封止板125は、第1の実施形態と同様に、シール材、金属材料または樹脂材料など適宜の材料から形成され、ガス放出孔124を封止するように、接着剤や熱融着などの接合手段によって取り付けられている。
ケーシング70は、脆弱部121が設けられる側の一の面(例えば、前面71a)と、ラミネート外装電池11を収納する空間を隔てて一の面の反対側に位置する他の面(例えば、背面71b)と、を含んでいる。固定部122は、脆弱部121をケーシング70の他の面に対して固定するための部材127を含んでいる。固定するための部材127は、封止板125の前後方向(図10においては上下方向)の移動を規制するシャフト部材、例えば、リベットやボルトなどからなる。シャフト部材127の両端には係止片128が設けられている。かかる構成により、第1ケーシング71側の封止板125はシャフト部材127を介して反対側の第2ケーシング72に対して相対的に固定され、第2ケーシング72側の封止板125はシャフト部材127を介して反対側の第1ケーシング71に対して相対的に固定されることになる。
異常時にラミネート外装電池11が膨張した場合には、ケーシング70を膨張変形させる力(図10においては上下に押し広げる力)が生じる。第1の実施形態では、ケーシング70が膨張変形したときの応力は、第1と第2のケーシング71、72を相互に締結する締結ねじ140(図9(A)参照)のみに集中する。これに対して、第4の実施形態にあっては、ケーシング70が膨張変形したときの応力は、締結ねじ140のみならず、シャフト部材127を含む固定部122に対しても集中する。この応力は、固定部122を介して、強度が低下している脆弱部121、すなわちガス放出孔124と封止板125との境界面126に伝達される。
ケーシング70の膨張変形量が比較的小さく、脆弱部121に作用する力が比較的小さい場合には、脆弱部121は、作用する力に十分に抗し、変形しない。ケーシング70の膨張変形量が大きくなり、脆弱部121に作用する力が脆弱部121の強度よりも大きくなると、脆弱部121は、作用する力に抗することができずに変形する。これにより、ガス放出部123が開放形成される。図10(B)には、ガス放出孔124の周囲の壁面が変形して、ガス放出部123が開放形成された状態が示されている。ラミネート外装電池11からケーシング70内に放出されたガスは、ガス放出部123を通って外部に放出される。ガス放出部123が形成される以前にラミネート外装電池11から異常時にケーシング70内にガスが放出されることもあるが、ケーシング70内に充満していたガスも、ガス放出部123を通って外部に放出される。これらにより、ケース110の異常膨張や破損などが防止される。
第4の実施形態の開裂弁120は、ラミネート外装電池11が異常時に膨張することを利用しており、ケーシング70の内圧に影響を受けることなく、ケース110の変形量に基づいて開裂弁120を開裂させることができる。ケーシング70の内圧に基づいて開裂弁75を開裂させる場合には、開裂弁75が開裂する条件、つまり作動圧力に多少のバラツキが生じ得る。これに比べて、ケース110の変形量に基づいて開裂弁120を開裂させる場合には、開裂弁120を開裂させる際のケース110の変形量を比較的容易に一律に保つことができ、開裂弁120が開裂する条件にバラツキが生じ難い。
以上説明したように、第4の実施形態によっても、第1〜第3の実施形態と同様に、異常時にラミネート外装電池11が膨張することによってケーシング70自体が多少変形したとしても、開裂弁120はケース110内に放出されたガスを外部に放出することができ、異常時の信頼性を向上することが可能となるという効果を奏する。
また、ガス放出機構としての開裂弁120はラミネート外装電池11が異常時に膨張することを利用して開裂するため、開裂弁120を開裂させる際のケース110の変形量を比較的容易に一律に保つことができ、開裂弁120が開裂する条件にバラツキが生じ難い。
また、第3の実施形態のように電池モジュール60を積み重ねて組電池とする場合(図7参照)、図11(A)(B)に示すように、隣接する電池モジュール60の固定部122同士を図中上下方向に連結することで、モジュールの連結部材93に代用することもできる。
なお、図中上下の封止板125を連結するようにシャフト部材127を設けた場合を図示したが、図中上側または下側の一方のみの封止板125を固定する形態でもよい。
また、封止板125にシャフト部材127を貫通させた場合を図示したが、固定部122は、ケーシング70が膨張変形するのに伴う力を脆弱部121に伝達しつつ脆弱部121の変形を抑制するものであればよい。したがって、固定部122を、封止板125を貫通させずに、当該封止板125に近接して設けてもよい。
図12(A)は、第4の実施形態における開裂弁120と同タイプの開裂弁120aを示す断面図である。
脆弱部121は、ケーシング70とは別体の部材である封止板125を用いて構成する場合に限定されない。例えば、図12(A)に示すように、脆弱部121は、凹部74の壁面の一部に形成した薄肉部130によって、ケーシング70の一部として構成することもできる。この場合のガス放出部131は、薄肉部130が変形破断することによって形成される。薄肉部130は、ケーシング70に溝または切り欠きを設けて、強度が弱い部分となるようにしたものである。薄肉部130は、固定部122の周囲に形成されている。但し、上述したのと同様に、固定部122を、薄肉部130に近接して設けてもよい。また、薄肉部130は、図12(B)〜(D)に示すように、ケーシング70の内側(図12(B))、外側(図12(C))、内側外側の両方(図12(D))に設けるようにしてもよい。なお、図12(B)〜(D)には、第1ケーシング71を示してある。
かかる構成の開裂弁120aも、上述した開裂弁120と同様の作用効果を奏する。
(その他の変形例)
第1、第4の実施形態で説明した電池モジュール60にあっては、複数個のラミネート外装電池11をケース61内に収納してあるが、当然ながら、1個のラミネート外装電池11をケース内に収納した電池モジュールとすることも可能である。
本発明の第1の実施形態に係る電池モジュールを示す正面図である。 ラミネート外装電池の一例を示す斜視図である。 図3(A)は、同ラミネート外装電池を示す平面図、図3(B)は、図3(A)の3B−3B線に沿う断面図である。 図4(A)〜(C)は、それぞれ、図1に示される電池収納ケースを示す正面図、上面図および側面図である。 図4(A)の5−5線に沿う断面図である。 図6(A)〜(C)は、本発明の第2の実施形態に係る電池収納ケースの要部を示す断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る組電池を示す斜視図である。 組電池が搭載された車両を模式的に表す図である。 図9(A)〜(C)は、本発明の第4の実施形態に係る電池収納ケースを示す正面図、上面図および側面図である。 図10(A)(B)は、図9(A)の10−10線に沿う断面図であり、第4の実施形態の作用の説明に供する図である。 図11(A)(B)は、第4の実施形態に係る電池収納ケースを用いた電池モジュールを積み重ねて構成される組電池の要部を示す断面図および側面図である。 第4の実施形態における開裂弁と同タイプの開裂弁を示す断面図である。
符号の説明
11 ラミネート外装電池、
21、22 ラミネートフィルム、
23 外周縁部、
31 発電要素、
60 電池モジュール、
61、62 電池収納ケース、
70 ケーシング、
71、72 第1と第2のケーシング、
71a 第1ケーシングの表面、ケーシング表面、ケーシングの前面、一の面、
72a 第2ケーシングの表面、ケーシング表面、ケーシングの背面、他の面、
74 凹部、
74a 凹部の底壁面、
75 開裂弁(ガス放出機構)、
75a 開裂弁、
76 ガス放出孔、
77 封止板、
77a 封止板の表面、
78 ガス通路、
80 排水手段、
81〜83 傾斜面、
90 組電池、
100 車両、
110 電池収納ケース、
120、120a 開裂弁(ガス放出機構)、
121 脆弱部、
122 固定部、
123 ガス放出部、
124 ガス放出孔、
125 封止板、
126 境界面、
127 シャフト部材(脆弱部をケーシングの他の面に対して固定するための部材)、
130 薄肉部、
131 ガス放出部、
S 隙間空間。

Claims (15)

  1. 可撓性を有するラミネートフィルムによって発電要素が密封されたラミネート外装電池を収納するための電池収納ケースであって、
    ラミネート外装電池を密閉状態で収納するための略扁平形状を呈するケーシングと、
    断面凹形状を有し、前記ケーシングの表面から窪むように形成された凹部と、
    前記凹部を形成する壁面に配置され、前記ラミネート外装電池から異常時に前記ケーシング内に放出されたガスを外部に放出するガス放出機構と、を有してなる電池収納ケース。
  2. 前記凹部を形成した前記ケーシング表面が他の部材に密着した状態においても、前記凹部の少なくとも一の端部は、雰囲気空間と連通していることを特徴とする請求項1に記載の電池収納ケース。
  3. 前記ガス放出機構は、前記凹部の底壁面に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電池収納ケース。
  4. 前記ガス放出機構を配置する前記凹部の壁面は、水分を滞留させない排水手段が施されていることを特徴とする請求項1に記載の電池収納ケース。
  5. 前記排水手段は、前記凹部の壁面を傾斜面に形成することにより構成されていることを特徴とする請求項4に記載の電池収納ケース。
  6. 前記排水手段は、前記凹部の壁面に撥水剤を塗布することにより構成されていることを特徴とする請求項4に記載の電池収納ケース。
  7. 前記ガス放出機構は、前記凹部の壁面に開口したガス放出孔と、前記ガス放出孔を封止するとともに前記ケーシングの内圧が所定の圧力に達したときに前記ガス放出孔を開放する封止板と、を有することを特徴とする請求項1に記載の電池収納ケース。
  8. 前記封止板の表面は、前記ガス放出孔を開口した前記凹部壁面の表面と面一に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の電池収納ケース。
  9. 前記ガス放出機構は、前記凹部の壁面に設けられるとともに変形することによってガス放出部を形成する脆弱部と、前記ケーシングが膨張変形するのに伴う力を前記脆弱部に伝達しつつ前記脆弱部の変形を抑制するための固定部と、を有してなり、前記ラミネート外装電池が異常時に膨張することによって前記ケーシングが膨張変形したときに伴う力を、前記固定部を介して前記脆弱部に伝達し、前記脆弱部を変形させて前記ガス放出部を形成するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電池収納ケース。
  10. 前記脆弱部は、前記凹部の壁面に開口したガス放出孔と、前記ガス放出孔を封止する封止板との境界面によって構成され、
    前記ガス放出部は、前記ガス放出孔の周囲の壁面および/または前記封止板が変形することによって形成されることを特徴とする請求項9に記載の電池収納ケース。
  11. 前記脆弱部は、前記凹部の壁面の一部に形成した薄肉部によって構成され、
    前記ガス放出部は、前記薄肉部が変形破断することによって形成されることを特徴とする請求項9に記載の電池収納ケース。
  12. 前記ケーシングは、前記脆弱部が設けられる側の一の面と、前記ラミネート外装電池を収納する空間を隔てて前記一の面の反対側に位置する他の面と、を含み、
    前記固定部は、前記脆弱部を前記ケーシングの前記他の面に対して固定するための部材を含んでいることを特徴とする請求項9に記載の電池収納ケース。
  13. 請求項1〜12のいずれかに記載の電池収納ケース内にラミネート外装電池を収納して構成されることを特徴とする電池モジュール。
  14. 請求項13に記載の電池モジュールを、電気的に並列および/または直列に複数個接続して構成されることを特徴とする組電池。
  15. 請求項13に記載の電池モジュールまたは請求項14に記載の組電池を搭載したことを特徴とする車両。
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