JP6536254B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電池パックに関する。

筐体内の収容閉空間に電池モジュールが収容された電池パックにおいては、異常が生じた電池セルから放出される気体によって収容閉空間の内圧が上昇してしまう場合があり、そのような場合への対策が求められる。例えば、特許文献１には、筐体の蓋部に脆弱領域を設けることによって構成された安全弁を備えた電池パックが記載されている。この安全弁では、収容閉空間の内圧が上昇した場合に蓋部における脆弱領域が変形し、収容閉空間が開放されることで収容閉空間の内圧を低下させる。

特開２０１５−０２８９０７号公報

ところで、電池パックとしては、互いに区切られた複数の収容閉空間を有する筐体を備え、複数の収容閉空間のそれぞれに電池モジュールが収容された構成を採用することも考えられる。かかる構成においても、複数の収容閉空間のいずれかにおいて内圧が上昇した場合への対策が求められる。また、低コスト化や製造容易化の観点から、そのような対策を実現しつつも、簡易な構成とすることが併せて求められる。

本発明は、複数の収容閉空間に対応する安全弁が簡易に構成された電池パックを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る電池パックは、行方向及び列方向の少なくとも一方に配列されると共に、互いに区切られた複数の収容閉空間を有する筐体と、複数の収容閉空間のそれぞれに収容された電池モジュールと、筐体に設けられた開口部をカバー部材で塞ぐことによって構成され、カバー部材が開口部に対して固定された固定領域と、カバー部材が開口部に対して非固定となっており、収容閉空間の内圧が閾値を超えて上昇した場合に、収容閉空間を開放するように変形する脆弱領域と、を有する安全弁と、を備え、開口部が収容閉空間ごとに、又は隣接する収容閉空間に跨って設けられ、カバー部材が開口部の全てを塞ぐように収容閉空間に跨って設けられている。

この電池パックでは、筐体の開口部を塞ぐカバー部材に脆弱領域を設けることによって安全弁が構成されている。この安全弁では、収容閉空間の内圧が閾値を超えて上昇した場合に脆弱領域が変形し、開口部が開放されることで収容閉空間の内圧を低下させる。また、この電池パックでは、開口部が収容閉空間ごとに、又は隣接する収容閉空間に跨って設けられ、カバー部材が開口部の全てを塞ぐように収容閉空間に跨って設けられている。このように、カバー部材を複数の収容閉空間に跨って設けることで、安全弁を構成するカバー部材が複数の収容閉空間にわたって共通化されるので、複数の収容閉空間に対応する安全弁を簡易に構成できる。

固定領域は、隣接する収容閉空間に跨って設けられ、脆弱領域は、固定領域を挟んで対向するように設けられていてもよい。これによれば、脆弱領域が収容閉空間ごとに独立して設けられることから、一の収容閉空間の内圧が上昇した場合に、他の収容閉空間の密閉性を確保しつつ、内圧が上昇した収容閉空間の内圧を低下させることができる。

固定領域及び脆弱領域は、同一方向に延び、隣接する収容閉空間に跨って設けられていてもよい。これによれば、隣接する収容閉空間において脆弱領域が共通化されることから、安全弁の構成を更に簡易化することができる。

カバー部材は、矩形状をなし、行方向及び列方向の両方に隣接する収容閉空間に跨って設けられ、固定領域は、行方向及び列方向の両方に隣接する収容閉空間に跨って設けられ、脆弱領域は、カバー部材の角部のそれぞれに設けられていてもよい。これによれば、行方向及び列方向の両方に隣接する収容閉空間に対応する安全弁を簡易に構成できる。また、脆弱領域が収容閉空間ごとに独立して設けられることから、一の収容閉空間の内圧が上昇した場合に、他の収容閉空間の密閉性を確保しつつ、内圧が上昇した収容閉空間の内圧を低下させることができる。

本発明によれば、複数の収容閉空間に対応する安全弁が簡易に構成された電池パックを提供できる。

実施形態の電池パックの斜視図である。 図１の電池パックにおいてカバー部材を外した状態の斜視図である。 第１変形例の電池パックの斜視図である。 図３の電池パックにおいてカバー部材を外した状態の斜視図である。 第２変形例の電池パックの斜視図である。 図５の電池パックにおいてカバー部材を外した状態の斜視図である。 第３変形例の電池パックの斜視図である。 第４変形例の電池パックの斜視図である。 図８の電池パックにおいてカバー部材を外した状態の斜視図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。また、上下、左右、前後、行、列等の各方向は、図面に示された状態に基づくものであり、使用態様を限定するものではない。

図１及び図２に示されるように、電池パック１は、筐体１０と、電池モジュール２０と、安全弁３０と、を備えている。電池モジュール２０は、所定の方向に配列された複数の電池セルを含んで構成されている。電池セルは、ケース内に電極組立体を収容してなる電池であり、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。

筐体１０は、例えば金属により直方体箱状に形成されている。筐体１０は、長方形板状の底壁１１と、底壁１１の各辺部から垂直に立設する４つの長方形板状の側壁１２と、４つの側壁１２に連続して底壁１１と対向する長方形板状の上壁１３と、を有している。なお、図示されていないが、筐体１０は、例えば本体部と蓋部とを互いに連結することによって構成されていてもよく、例えば側壁１２の１つが蓋部となっていてもよい。

筐体１０は、長方形板状の内壁１４を更に有している。内壁１４は、底壁１１と上壁１３との間に底壁１１及び上壁１３の両方と対向するように設けられ、筐体１０内を上下２列の収容閉空間Ｓに区切っている。すなわち、筐体１０は、列方向に配列されると共に、互いに区切られた２つの収容閉空間Ｓを有している。

電池モジュール２０は、例えば２つの収容閉空間Ｓのそれぞれに２つずつ収容されている。各収容閉空間Ｓにおいて、電池モジュール２０は、左右に並んで配置されており、例えば、左右側面の一方において側壁１２に固定され、底面において底壁１１又は内壁１４に固定されている。

４つの側壁１２の１つである側壁１２ａには、隣接する２つの収容閉空間Ｓに跨るように断面正方形状の凹部３１が設けられている。凹部３１の中央には、断面長方形状の開口部３２が設けられている。開口部３２は、隣接する２つの収容閉空間Ｓに跨って設けられている。凹部３１内にカバー部材３３を嵌め込み、開口部３２の全てをカバー部材３３で塞ぐことによって安全弁３０が構成されている。カバー部材３３は、例えば金属により正方形板状に形成され、前後方向（側壁１２ａと直交する方向）から見て、凹部３１の断面形状と対応した外形状を有している。カバー部材３３の厚さは、例えば凹部３１の深さと同程度となっている。

カバー部材３３は、６本のボルト３４によって開口部３２の周縁部に対して固定されている。図２に示されるように、凹部３１の底面３１ａには６つのボルト穴３５が設けられている。ボルト穴３５は、底面３１ａのうち開口部３２の短手方向両端に位置する縁部のそれぞれに、開口部３２の長手方向に沿って３つずつ設けられている。カバー部材３３には、凹部３１内に配置された状態においてボルト穴３５のそれぞれと対応する位置に、挿通孔３６が設けられている。挿通孔３６に挿通されたボルト３４がボルト穴３５に螺合されることで、カバー部材３３が開口部３２の周縁部に固定されている（図１）。

安全弁３０について更に説明する。電池モジュール２０を構成する電池セルは、異常が生じた場合に気体を放出する。例えば、過充電が生じた場合、電池セルの電解液に添加された過充電添加剤が反応することで気体（例えば、水素等）が発生し、ケースに設けられた弁が破断して気体が放出される。安全弁３０は、電池セルから放出される気体によって収容閉空間Ｓの内圧が所定の閾値を超えて上昇した場合に、当該収容閉空間Ｓの内圧を低下させる圧力開放弁として機能する。

安全弁３０は、固定領域４１と脆弱領域４２とを有している。固定領域４１は、開口部３２に対して固定された領域であり、カバー部材３３のうちボルト３４によって側壁１２ａに固定された部分とその周辺領域とを含む略長方形状の領域によって構成されている。固定領域４１は、隣接する２つの収容閉空間Ｓに跨って設けられている。固定領域４１は、収容閉空間Ｓの内圧が閾値を超えて上昇して脆弱領域４２が変形した場合でも変形せず、開口部３２の閉塞を維持する。

脆弱領域４２は、カバー部材３３における固定領域４１以外の領域であり、開口部３２に対して非固定となっている。脆弱領域４２は、固定領域４１を挟んで上下方向に互いに対向する２つの略長方形状の部分によって構成されている。各脆弱領域４２は、前後方向から見て、開口部３２と重なる領域を有している。図１では、固定領域４１と脆弱領域４２との境界４３が二点鎖線で示されている。

脆弱領域４２は、収容閉空間Ｓの内圧が閾値を超えて上昇した場合に、開口部３２の周縁部から離間する方向（筐体１０の内部から外部に向かう方向）に変形し、収容閉空間Ｓを開放する。例えば、２つの収容閉空間Ｓの少なくとも一方の収容閉空間Ｓの内圧が閾値を超えて上昇した場合、当該収容閉空間Ｓに対応する脆弱領域４２が変形し、開口部３２が開放される。これにより、当該収容閉空間Ｓから気体が放出され、上昇した内圧が低下する。

なお、一方の収容閉空間Ｓの内圧が閾値を超えて上昇した場合、他方の収容閉空間Ｓに対応する脆弱領域４２は変形せず、他方の収容閉空間Ｓの密閉性は維持される。また、上記所定の閾値は、例えば収容閉空間Ｓの内圧が上昇したことによって電池モジュール２０に不具合が生じる前に開口部３２が開放される程度の大きさに設定されていてよい。

以上説明したように、本実施形態の電池パック１では、筐体１０の開口部３２を塞ぐカバー部材３３に脆弱領域４２を設けることによって安全弁３０が構成されている。安全弁３０では、収容閉空間Ｓの内圧が閾値を超えて上昇した場合に脆弱領域４２が変形し、開口部３２が開放されることで収容閉空間Ｓの内圧を低下させる。また、電池パック１では、開口部３２が収容閉空間Ｓごとに設けられ、カバー部材３３が開口部３２の全てを塞ぐように収容閉空間Ｓに跨って設けられている。このように、カバー部材３３を複数の収容閉空間Ｓに跨って設けることで、安全弁３０を構成するカバー部材３３が複数の収容閉空間Ｓにわたって共通化されるので、複数の収容閉空間Ｓに対応する安全弁３０を簡易に構成できる。

また、電池パック１では、固定領域４１は、隣接する収容閉空間Ｓに跨って設けられ、脆弱領域４２は、固定領域４１を挟んで対向するように設けられている。これによれば、脆弱領域４２が収容閉空間Ｓごとに独立して設けられることから、一の収容閉空間Ｓの内圧が上昇した場合に、他の収容閉空間Ｓの密閉性を確保しつつ、内圧が上昇した収容閉空間Ｓの内圧を低下させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。

例えば、図３及び図４に示される第１変形例の電池パック１Ａのように安全弁３０Ａを構成してもよい。安全弁３０Ａでは、カバー部材３３Ａは、３本のボルト３４によって開口部３２の周縁部に対して固定されており、ボルト穴３５は、底面３１ａのうち開口部３２の短手方向一端側の縁部に、開口部３２の長手方向に沿って設けられている。固定領域４１Ａ及び脆弱領域４２Ａは、同一方向（上下方向）に延び、隣接する２つの収容閉空間Ｓに跨っている。図３では、固定領域４１Ａと脆弱領域４２Ａとの境界４３Ａが二点鎖線で示されている。

第１変形例の電池パック１Ａによっても、上記実施形態と同様に、複数の収容閉空間Ｓに対応する安全弁３０Ａを簡易に構成できる。また、電池パック１Ａによれば、隣接する２つの収容閉空間Ｓにおいて脆弱領域４２Ａが共通化されることから、安全弁３０の構成を更に簡易化することができる。また、電池パック１Ａのように脆弱領域４２Ａが所定の方向に延びている場合、図３に示されるように当該方向と鉛直方向とが一致する姿勢で電池パック１Ａを使用することで、電池セルから比重が互いに異なる複数種の気体が放出される場合でも、放出される気体の比重にかかわらず、当該気体を好適に筐体１０の外部へ排出することができる。

また、図５及び図６に示される第２変形例の電池パック１Ｂのように安全弁３０Ｂを構成してもよい。電池パック１Ｂでは、筐体１０Ｂは、長方形板状の内壁１５を更に有している。内壁１５は、互いに対向する一対の側壁１２の間にそれらの側壁１２と対向するように設けられ、筐体１０Ｂ内を左右２行の収容閉空間Ｓに更に区切っている。これにより、筐体１０Ｂは、列方向及び行方向に配列されると共に、互いに区切られた４つの収容閉空間Ｓを有している。そして、電池モジュール２０が４つの収容閉空間Ｓのそれぞれに１つずつ収容されている。

安全弁３０Ｂでは、凹部３１Ｂは、隣接する４つの収容閉空間Ｓに跨って設けられている。開口部３２Ｂは、断面正方形状をなし、凹部３１Ｂの角部のそれぞれに設けられている。すなわち、開口部３２Ｂは、４つの収容閉空間Ｓごとに設けられている。カバー部材３３Ｂは、１２本のボルト３４によって開口部３２Ｂの周縁部に対して固定されており、ボルト穴３５は、開口部３２Ｂの間に位置するように、凹部３１Ｂの４つの辺部に沿って３つずつ設けられている。

固定領域４１Ｂは、略八角形状の領域となっており、行方向及び列方向の両方に隣接する４つの収容閉空間Ｓに跨っている。脆弱領域４２Ｂは、略三角形状の領域となっており、カバー部材３３Ｂの角部のそれぞれに設けられている。図５では、固定領域４１Ｂと脆弱領域４２Ｂとの境界４３Ｂが二点鎖線で示されている。

第２変形例の電池パック１Ｂによれば、行方向及び列方向の両方に隣接する収容閉空間Ｓに対応する安全弁３０Ｂを簡易に構成できる。また、脆弱領域４２が互いに独立して設けられることから、一の収容閉空間Ｓの内圧が上昇した場合に、他の収容閉空間Ｓの密閉性を確保しつつ、内圧が上昇した収容閉空間Ｓの内圧を低下させることができる。

なお、第２変形例では、開口部３２Ｂが凹部３１Ｂの角部のそれぞれに設けられていたが、図７に示される第３変形例のように、開口部３２Ｂが断面正方形状をなし、凹部３１Ｂの中央に設けられた構成としてもよい。すなわち、上記第２変形例では、開口部３２Ｂが４つの収容閉空間Ｓごとに設けられていたが、第３変形例のように、開口部３２Ｂが隣接する４つの収容閉空間Ｓに跨って設けられた構成としてもよい。

また、図８及び図９に示される第４変形例の電池パック１Ｃのように安全弁３０Ｃを構成してもよい。安全弁３０Ｃでは、開口部３２Ｃは、断面長方形状をなし、凹部３１Ｃの左右両端それぞれに設けられている。２つの開口部３２Ｃは、左右方向において互いに対向しており、上下（列方向）に隣接する２つの収容閉空間Ｓに跨って設けられている。カバー部材３３Ｃは、６本のボルト３４によって開口部３２Ｃの周縁部に対して固定されており、６つのボルト穴３５は、開口部３２Ｃの間の中央に、開口部３２Ｃが延びる方向に沿って設けられている。

固定領域４１Ｃは、略長方形状の領域となっており、行方向及び列方向の両方に隣接する４つの収容閉空間Ｓに跨っている。脆弱領域４２Ｃは、略長方形状の領域となっており、カバー部材３３Ｂの左右両端それぞれに設けられている。固定領域４１Ａ及び脆弱領域４２Ａは、同一方向（上下方向）に延び、隣接する２つの収容閉空間Ｓに跨っている。図８では、固定領域４１Ｃと脆弱領域４２Ｃとの境界４３Ｃが二点鎖線で示されている。

第４変形例の電池パック１Ｃによっても、行方向及び列方向の両方に隣接する収容閉空間Ｓに対応する安全弁３０Ｃを簡易に構成できる。また、電池パック１Ｃによれば、隣接する２つの収容閉空間Ｓにおいて脆弱領域４２Ａが共通化されることから、安全弁３０Ｃの構成を更に簡易化することができる。

また、上記実施形態では、カバー部材３３が１枚の板により構成されていたが、カバー部材３３は、互いの主面が沿うように並べられた複数枚の板により構成されていてもよい。また、上記実施形態では、電池パック１には１つの安全弁３０が設けられていたが、２つ以上の安全弁３０が設けられていてもよい。この場合、安全弁３０ごとに開口部３２とカバー部材３３とが設けられ、各安全弁３０において開口部３２がカバー部材３３によって覆われる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ……電池パック、１０，１０Ｂ…筐体、２０…電池モジュール、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…安全弁、３２，３２Ｂ，３２Ｃ……開口部、３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ…カバー部材、４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ…固定領域、４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ…脆弱領域、Ｓ…収容閉空間。

Claims (4)

1. 行方向及び列方向の少なくとも一方に配列されると共に、互いに区切られた複数の収容閉空間を有する筐体と、
   前記複数の収容閉空間のそれぞれに収容された電池モジュールと、
   前記筐体に設けられた開口部をカバー部材で塞ぐことによって構成され、前記カバー部材が前記開口部に対して固定された固定領域と、前記カバー部材が前記開口部に対して非固定となっており、前記収容閉空間の内圧が閾値を超えて上昇した場合に、前記収容閉空間を開放するように変形する脆弱領域と、を有する安全弁と、を備え、
   前記開口部が前記収容閉空間ごとに、又は隣接する前記収容閉空間に跨って設けられ、
   前記カバー部材が前記開口部の全てを塞ぐように前記収容閉空間に跨って設けられている、電池パック。
2. 前記固定領域は、隣接する前記収容閉空間に跨って設けられ、
   前記脆弱領域は、前記固定領域を挟んで対向するように設けられている、請求項１記載の電池パック。
3. 前記固定領域及び前記脆弱領域は、同一方向に延び、隣接する前記収容閉空間に跨って設けられている、請求項１記載の電池パック。
4. 前記カバー部材は、矩形状をなし、行方向及び列方向の両方に隣接する前記収容閉空間に跨って設けられ、
   前記固定領域は、行方向及び列方向の両方に隣接する前記収容閉空間に跨って設けられ、
   前記脆弱領域は、前記カバー部材の角部のそれぞれに設けられている、請求項１記載の電池パック。

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