JP7226259B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本開示は、複数の単電池を有する電池パックに関する。

電解液が封入された電池には、電池内部の内圧（ガス圧）が過剰に上昇した場合に、内圧を開放するための内圧開放弁が設けられている。内圧開放弁が開弁すると、電池内部に封入された電解液が電池外部へ漏れる可能性がある。電池外部へ電解液が漏れて飛散することを抑止するため、たとえば、特開２００４－１９３３８４号公報（特許文献１）では、復元型の圧力開放弁において、圧力開放口による圧力開放径路を塞ぐように、気体透過性と液体不透過性を併有する気液分離体を配置している。

特開２００４－１９３３８４号公報

特許文献１に開示された圧力開放弁では、気体透過性と液体不透過性を併有する気液分離体により、電池内部の圧力開放時に、電池内部の発生ガスのみを排出し、電解液の流出を抑止している。しかしながら、たとえば、電池が横置きに配置され、気液分離体の全面が電解液によって覆われてしまうような状況が発生すると、電解液が気液分離体を通過できず電解液が壁になり、発生ガスの外部への放出が妨げられ、電池内部の圧力を開放できない可能性がある。

本件開示は、電池内部の圧力開放を確実に行うことができるとともに、電池外部に漏れた電解液が飛散することを抑止可能な電池パックを提供することを目的とする。

本開示の電池パックは、内部に電解液を有し、上下方向に積層された複数の単電池と、単電池の外周面に設けられ、単位電池内の内部圧力が開放圧以上になると開放口を通して単電池内の内部圧力を外部に解放する圧力開放弁と、単電池の外周面に設けられた電解液吸収部材とを備え、開放口は、上下方向と交差する方向に開口しており、電解液吸収部材は、圧力開放弁の開放口を覆う位置に設けられている。

この構成によれば、開放口を介して内部圧力を単電池外部に解放する圧力開放弁を備えた単電池が上下方向に積層されており、開放弁は上下方向と直交する方向に開口している。このため、単電池内部の圧力が開放圧以上になると、圧力開放弁が開弁し、単電池内部に封入された電解液が、単電池内部で発生したガスとともに、開放口を介して単電池外部に排出される。単電池外部の開放口を覆う位置には、電解液吸収部材が設けられており、単電池外部に排出された電解液は電解液吸収部材に保持されるので、単電池外部に漏れた電解液が飛散することが抑止される。電解液が開放口を通過することを許容しているので、電解液が開放口を覆うような状況が発生しても、単電池内部の圧力を確実に開放できる。

なお、本開示において、上下方向とは、厳密な上下方向である必要はなく、鉛直方向に対して４５度程度傾いていてもよく、単電池の積層方向が、電池パックとして、実質的に上下方向と見なされるものであればよい。

本開示によれば、電池内部の圧力開放を確実に行うことができるとともに、電池外部に漏れた電解液が飛散することを抑止できる。

本実施の形態の電池パックを示す全体構成図である。 単電池の積層構造を示す図である。 圧力開放弁の構成を示す概略断面図であり、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面を示す図である。 本開示の電解液吸収部材を示す斜視図である。 変形例１の電解液吸収部材を示す斜視図である。 変形例２の電解液吸収部材を示す斜視図である。 変形例２の電解液吸収部材の作用を説明する図である。 変形例３の電化液吸収部材を示す断面図である。 図８のＩＸ－ＩＸ断面を示す図である。

本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態の電池パック１を示す全体構成図である。電池パック１は、一対の拘束板２１、２２と複数の単電池３を備える。複数の単電池３は、上下方向に積層されている。なお、本実施の形態においては、単電池３は鉛直方向に積層されている。図２に示すように、鉛直方向に積層された単電池３と拘束板２１との間に総負極集電板４１と絶縁板５１が設けられ、単電池３と拘束板２２との間に総正極集電板４２と絶縁板５２が設けられる。電池パック１は、図１に示すように、拘束板２１と拘束板２２を連結する複数の拘束柱６を備える。積層された単電池３を拘束板２１と拘束板２２とで挟持するとともに、拘束柱７を拘束板２１及び拘束板２２に固定する固定部材（ボルト）７の締結力により、単電池３に所定の拘束力を負荷している。

図２に示すよう、単電池３の側面には、圧力開放弁１００が設けられている。図３は、圧力開放弁１００の構成を示す概略断面図であり、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面を示す図である。図３に示すように、単電池３のケース３０には、開放口１１０が鉛直方向（上下方向）と交差する方向（積層方向と直交する方向、水平方向）に開口するよう設けられており、開放口１１０の一端部には、開放口１１０を閉塞する形態で、ケース３０と一体に形成された薄肉部１２０が設けられている。薄肉部１２０には、Ｖ字溝からなる破断部１３０が所定形状に形成されている。単電池３の内部の圧力が所定圧（開放圧）以上になると、破断部１３０が破断し、圧力開放弁１００が開放され、開放口１１０を介して単電池３の内部の圧力を単電池３の外部へ開放する。本実施の形態では、圧力開放弁１００として、薄肉部１２０と破断部１３０からなる、破断型の圧力開放弁１００を用いているが、バネ部材やシールリップ等を用いた復元型の圧力開放弁を開放口１１０に設けたものであってもよい。

単電池３の圧力開放弁１００が開弁（開放）すると、単電池３の内部で発生したガス（水素ガス）が単電池３の外部へ放出され、単電池３の内部圧力が低下する。この際、本実施の形態における電池パック１では、圧力開放弁１００が単電池３の側面（外周面）に設けられており、開口孔１０が鉛直方向と直交する方向に開口しているので、単電池３の内部に封入されている電解液が開放口１１０を介して単電池３の外部に放出され、電池パック１から漏れた電解液が飛散する可能性がある。本実施の形態では、電池パック１から漏れた電解液が飛散することを抑止するため、電解液吸収部材２００を、単電池３の外部、且つ、開放口１１０を覆う位置に設けている。

図１に示すように、電解液吸収部材２００は、単電池３に設けた開放口１１０を覆う位置で、電池パック１（単電池３）の側面（外周面）に設けられる。電解液吸収部材２００は、図４に示すように、枠体２１０と吸着部材２２０からなる。枠体２１０は、樹脂からなり、矩形状の本体部２１１と本体部２１１から突出する一対の側壁部２１２を備える。本体部２１１の内面と一対の側壁部２１２の内面とで囲まれた空間に、吸着部材２２０を収納する収納部が形成されている。本体部２１１の上部および下部には、枠体２１０を電池パック１に固定するために、上側取付部２１３と下側取付部２１４が本体部２１１と一体的に形成されている。

枠体２１０の上側取付部２１３には係合孔２１５が設けられ、下側取付部２１４には係合孔２１６が設けられている。図１に示すように、電池パック１の絶縁板５１には、係合突起５１１が設けられており、絶縁板５２には係合突起５２１が設けられている。枠体２１０の係合孔２１５が係合突起５１１に係合するとともに、係合孔２１６が係合突起５２１に係合することにより、電解液吸収部材２００が電池パック１（単電池３）の開放口１１０を覆う位置に取り付けられる。

図４において、吸着部材２２０は、たとえば、ポリビニルアルコールを原料とし微細な連続気孔を備えたＰＶＡ（登録商標）スポンジからなり、本体部２１１の内面と一対の側壁部２１２の内面とで囲まれた収納部を満たすように、本体部２１１の内面と一対の側壁部２１２の内面に接着されている。電解液吸収部材２００が電池パック１（単電池３）の開放口１１０を覆う位置に取り付けられたとき、ＰＶＡスポンジからなる吸着部材２２０は、単電池３のケース３０に接触するよう構成されている。

以上のように構成された電池パック１において、単電池３の内部の圧力が過剰に上昇し、圧力開放弁１００が開弁（開放）すると、単電池３の内部で発生したガス（水素ガス）が、開放口１１０を介して、単電池３の外部へ放出されるとともに、単電池３の内部に封入されている電解液が、開放口１１０を介して、単電池３の外部に放出される。開放口１１０から放出されたガス（水素ガス）は、ＰＶＡスポンジからなる吸着部材２２０の連続気孔を通過して、電解液吸収部材２００の外部へ排出され、単電池３の内部圧力が低下する。一方、開放口１１０から放出された電解液は、吸着部材２２０に吸着され、電解液吸収部材２００に保持される。これにより、開放口１１０から放出された電解液が飛散することが抑止される。なお、吸着部材２２０を備える電解液吸収部材２００を電解液吸収部材２００と称しているが、これは、電解液吸収部材２００（吸着部材２２０）が電解液を保持する現象は、吸着であってもよく、吸収であってもよく、あるいは、吸着と吸収の両機能を備えていてもよいため、本開示では、このように称している。

本実施の形態では、図１に示すように、単電池３に開放口１１０（圧力開放弁１００）が２個設けられているため、電解液吸収部材２００を２個設けたが、１個の開放口１１０（圧力開放弁１００）を備える単電池を積層した電池パックにおいては、電解液吸収部材２００を１個設ければよい。また、２個の開放口１１０を備えた単電池３を積層した電池パック１において、２個の開放口１１０を１個の電解液吸収部材２００で覆うことが可能であれば、１個の電解液吸収部材２００を電池パック１に取り付けるようにしてもよい。

なお、本実施の形態の電池パック１は、複数の単電池３が上下方向に積層されている。本実施の形態の電池パック１を車両等の移動体に搭載する場合には、搭載場所等の各種制限により、移動体に搭載後の単電池３の積層方向である上下方向が鉛直方向と一致せず、傾いて搭載される場合もある。開放口１１０が鉛直方向上方に向けて開口するように搭載されない限り、開放口１１０から電解液が漏れる可能性があり、本実施の形態の電池パック１は有用に機能する。このように、本開示において、鉛直方向とは、厳密な鉛直方向である必要はなく、鉛直方向に対して４５度程度傾いていてもよく、単電池３の積層方向が、電池パック１として、水平方向ではなく鉛直方向と見なされるものであればよい。
〈変形例１〉
図５に変形例１にかかる電解液吸収部材２００Ａを示す。電解液吸収部材２００Ａは、ＰＶＡスポンジからなる吸着部材２２０Ａに、ガス逃がし溝２３０が形成されている。その他の構成は、上記実施の形態と同一である。ガス逃がし溝２３０は、その上端部が開放しているとともに下端部が閉塞している。ガス逃がし溝２３０は、単電池３の開放口１１０に対向する位置に配置される。変形例１の構成によれば、吸着部材２２０Ａの連続気孔が電解液で満たされた場合であっても、開放口１００Ａから放出されたガスは、ガス逃がし溝２３０を介して電池パック１（単電池３）の外部に排出することができ、単電池３の内部圧力を低下することが可能となる。
〈変形例２〉
図６に変形例２にかかる電解液吸収部材２００Ｂを示す。電解液吸収部材２００Ｂは、上記実施の形態に対して、一対の延長部２１７Ｂが形成されるとともに、変形例１と同様にガス逃がし溝２３０が形成されている。電解液吸収部材２００Ｂの枠体２１０Ｂは、上記実施の形態と同様に、矩形状の本体部２１１Ｂと本体部２１１Ｂから突出する一対の側壁部２１２Ｂを備える。一対の延長部２１７Ｂは、羽を広げるように、各側壁部２１２Ｂから電池パック１（単電池３）に向かって延びており、側壁部２１２Ｂと延長部２１７Ｂのなす角度Ｆが９０度以上となっている。ＰＶＡスポンジからなる吸着部材２２０Ｂは、本体部２１１Ｂの内面、各側壁部２１２Ｂの内面および各延長部２１７Ｂの内面に接着されている。また、変形例１と同様に、ガス逃がし溝２３０が単電池３の開放口１１０に対向する位置に配置されている。

図７は、変形例２の作用を説明する図であり、積層された単電池３と単電池３の間を鉛直方向（積層方向）と直交する方向（水平方向）に切った断面図である。図７に示すように、枠体２１０Ｂの延長部２１７Ｂに接着された部分の吸着部材２２０Ｂが、積層された単電池３と単電池３との間の隙間に入り込むことにより、開放口１１０から放出された電解液が、この隙間を伝わって電池パック１の外部へ漏れることを抑止できる。
〈変形例３〉
図８に変形例３にかかる電解液吸収部材２００Ｃを示す。変形例３の電解液吸収部材２００Ｃは、上記実施の形態における電解液吸収部材２００に電極８を付加したものである。図８に示すように、電解液吸収部材２２０Ｃには、側壁部２１２の下方に一対の電極８（８Ａ、８Ｂ）が設けられている。図８におけるＩＸ－ＩＸ断面である図９に示すよう、一対の電極８（８Ａ、８Ｂ）は、吸着部材２２０内に侵入するよう配置され、電極８Ａはリード線９Ａを介して直流電源（たとえば、補機用バッテリ）の正極に電気的に接続されており、電極８Ｂはリード線９Ｂを介して直流電源の負極に電気的に接続されている。

開放口１１０から放出された電解液が吸着部材２２０に保持されると、電解液が導電部材として機能し、電極８Ａと電極８Ｂとの間が導通状態となる。変形例３では、この導通状態を、電流計等で検知することにより、電池パック１（単電池３）から電解液が漏れていることを検知できる。電極８（８Ａ、８Ｂ）は、電解液吸収部材２００Ｃの下方に設けられているので、鉛直方向上方の単電池３から放出された電解液は、吸着部材２２０に保持されながら、重力により吸着部材２２０の下方に伝わるため、上方に位置する単電池３から電解液が漏れた場合であっても、電解液の漏れを検知できる。また、電極８（８Ａ、８Ｂ）を設ける位置が、鉛直方向において最も下方の単電池３に対向する位置であれば、鉛直方向において最も下方の単電池３から電解液が漏れた場合も電解液の漏れを検知することができる。

変形例３では、電解液が漏れることにより電極８Ａと電極８Ｂとの間が導通（通電）することを利用して、電解液の漏れを検知しているが、電解液が漏れることにより電極８Ａと電極８Ｂの間の導通（通電）が遮断したことを検知し、電解液の漏れを検知してもよい。具体的には、変形例３の構成において、吸着部材２００内の電極８Ａと電極８Ｂとをアルミ線で連結し、電極８Ａと電極８Ｂを電気的に導通する。開放口１１０から放出された電解液が吸着部材２２０に保持されると、吸着部材２２０に保持された電解液（アルカリ溶液）がアルミ線を溶融し、アルミ線が断線する。アルミ線が断線することにより、電極８Ａと電極８Ｂの間の導通（通電）が遮断する。この導通（通電）の遮断を、電流計等で検知することにより、電池パック１（単電池３）から電解液が漏れていることを検知できる。

上記実施の形態では、単電池３として、集電板３２の表面と裏面に異なる合材層（負極合材層、正極合材層）を設けた電極を、セパレータ３５を介して積層した、所謂、バイポーラ型の単電池を用いているが、集電板（集電箔）の表面と裏面に同一の合材層を形成し、セパレータを介して巻回した、巻回型の電極を用いた単電池であってもよい。また、上記の実施の形態では、単電池３としてニッケル水素（Ｎｉ－ＭＨ）電池を用いたが、単電池の内部に電解液を封入する電池であればよく、たとえば、非水系電解液を用いるリチウムイオン電池であってもよい。

本開示における実施の形態から導くことが可能な実施態様として、以下の実施態様がある。

ア）内部に電解液を有する単電池を、鉛直方向に積層した電池パックであって、単電池は、内部の圧力が開放圧以上になると、開放口を介して内部圧力を単電池外部に解放する圧力開放弁を備え、開放口は、鉛直方向と直交する方向に開口しており、単電池外部の開放口を覆う位置に電解液吸収部材を設けた、電池パック。

ロ）電解液吸収部材は、開放口から放出された電解液を保持するとともに、開放口から放出されたガスを電解液吸収部材の外部へ排出するよう構成される。

ハ）電解液吸収部材は枠体と吸着部材を備え、枠体は矩形状の本体部と本体部から突出する１対の側壁部から構成され、吸着部材は本体部の内面と一対の側壁部の内面とで囲まれた収納部を満たすように配置され、吸着部材には、上端部が開放し下端部が閉塞しているガス逃がし溝が開放口に対向する位置に形成されている。

ニ）上記ハにおいて、さらに、枠体は、一対の側壁部から羽を広げるように電池パックに向かって延びる一対の延長部を備え、吸着部材は、本体部の内面、各側壁部の内面および各延長部の内面に接着される。

ホ）電解液吸収部材は枠体と吸着部材を備え、枠体の下方に一対の電極を設け、一対の電極間が導通したこと、あるいは、一対の電極間の導通が遮断したことを検知することにより、電解液が開放口から漏れたことを検知する。

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。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて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及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 電池パック、３ 単電池、６，７ 拘束柱、８，８Ａ，８Ｂ 電極、９Ａ，９Ｂ リード線、１０ 開口孔、２１，２２ 拘束板、３０ ケース、３２ 集電板、３５ セパレータ、４１ 総負極集電板、４２ 総正極集電板、５１，５２ 絶縁板、１００ 圧力開放弁、１００Ａ，１１０ 開放口、１２０ 薄肉部、１３０ 破断部、２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２２０Ｃ 電解液吸収部材、２１０，２１０Ｂ 枠体、２１１，２１１Ｂ 本体部、２１２，２１２Ｂ 側壁部、２１３ 上側取付部、２１４ 下側取付部、２１５，２１６ 係合孔、２１７Ｂ 延長部、２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ 吸着部材、２３０ 溝、５１１，５２１ 係合突起、Ｆ 角度。

Claims (1)

1. 内部に電解液を有し、上下方向に積層された複数の単電池と、
   前記単電池の外周面に設けられ、前記単電池内の内部圧力が開放圧以上になると開放口を通して前記単電池内の前記内部圧力を外部に解放する圧力開放弁と、
   前記単電池の外周面に設けられた電解液吸収部材と、
   を備え、
   前記開放口は、前記上下方向と交差する方向に向けて開口しており、
   前記電解液吸収部材は、前記圧力開放弁の前記開放口を覆う位置に設けられ、
   前記電解液吸収部材には、前記開放口と対応すると共に前記上下方向に延びるガス逃がし溝が形成されており、
   前記上下方向において、前記ガス逃がし溝の一端は前記電解液吸収部材から開放されるように形成された、電池パック。

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