WO2024095608A1

WO2024095608A1 - 電池パック

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Publication number: WO2024095608A1
Application number: PCT/JP2023/032787
Authority: WO
Inventors: 賢太吉川
Original assignee: パナソニックエナジー株式会社
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2023-09-08
Publication date: 2024-05-10

Abstract

二次電池セルから高温高圧のガスが排出された場合に、リード板の破損を低減できるようにした電池パックを提供する。電池パック１００は、外装缶１ｂを円筒状とし、該外装缶１ｂの円形状の端面１ｃに一以上のガス排出口１ａを設けた複数の二次電池セル１と、複数の二次電池セル１を収納する外装ケース１０と、複数の二次電池セル１のいずれかの端面１ｃに接続される、一以上のリード板３０とを備える。また一以上のガス排出口１ａの少なくとも何れかに面して配置される、ガス排出経路４０を規定した経路規定部２５を備えている。経路規定部２５は、外装缶１ｂの端面１ｃの円形状の中心方向から円周方向に向かう第一方向に沿った第一経路４１と、外装缶１ｂの端面１ｃの円形状の円周方向から中心方向に向かう第二方向に沿った第二経路４２とを規定している。

Description

電池パック

　本開示は、電池パックに関する。

　リチウムイオン二次電池等の充電可能な二次電池を用いて電気機器を駆動させるため、複数本の二次電池セルを外装ケースに収納した電池パックが用いられている（例えば特許文献１）。例えば、円筒形の外装缶を用いる二次電池セルを複数、直列や並列に接続して高出力化、高容量化を図る電池パックは、例えば図９の斜視図に示すように、円筒形の外装缶の端面を同一平面状に揃えた状態で、平板状のリード板９３０でもって各二次電池セルの外装缶の端面を覆うように、溶接している。また電池パックは、意図しない大電流から電池パックを保護するためにヒューズが設けられている。例えば図９に示すリード板９３０の例では、リード板９３０の一部に幅狭の領域を設けて部分的に抵抗値を高め、大電流通電時にはジュール熱で溶融して遮断されるようにしたヒューズ構造９３８が設けられている。

　このような電池パックにおいて、各二次電池セルは万一、何らかの異常が発生して外装缶の内部が高圧となった際に、高温高圧のガスを外装缶から排出するためのガス排出口を外装缶に設けている。例えば円筒型の外装缶を用いる二次電池セルにおいては、円筒形の外装缶の端面に、ガス排出口を開口している。このような二次電池セルを用いる電池パックにおいては、ある二次電池セルのガス排出口から高温、高圧のガスが噴出された場合には、このガスを速やかに外装ケース内から外部にガスを排出すること望まれる。

　しかしながら、図９の斜視図に示すように、隣接する二次電池セルの端面同士を、リード板９３０で接続する電池パック９００においては、図１０の断面図に示すように、各二次電池セル９０１の端面をリード板９３０で覆った状態で溶接されている。この状態では、外装缶の端面に開口されたガス排出口が、リード板９３０で覆われたような形態となる。この状態で、図１１に示すように万一、一方の二次電池セル９０１のガス排出口９０１ａから高温高圧のガスが排出されると、リード板が高温で加熱され、さらに高圧のガスに晒されて破損されることが起こり得る。この場合において、リード板が破断されて、その電気抵抗値が上がると、電流値が下がる結果、ヒューズ構造９３８が動作しなくなることが考えられる。ヒューズ構造９３８が動作しないと、他の二次電池セルの通電が止められず、通電によって生じるジュール熱によって、二次電池セルが異常発熱して、結果的に異常な二次電池セルが増えるおそれがあった。

　加えて、二次電池セル９０１Ａから排出された高温高圧のガスが、リード板９３０の背面側に当たって跳ね返されて、隣接する二次電池セル９０１Ｂの端面に照射されることが起こり得ることが、本願発明者の試験により判明した。この状態では、正常な二次電池セル９０１Ｂの端面が高温高圧のガスに晒される結果、異常状態となってしまい、異常な二次電池セルが伝搬していくおそれが生じることがある。

特開２０２１－１７４６７３号公報

　本開示の目的の一は、二次電池セルから高温高圧のガスが排出された場合に、リード板の破損および、隣接する二次電池セルへの悪影響を低減できるようにした電池パックを提供することにある。

　本発明の一の形態に係る電池パックは、外装缶を円筒状とし、該外装缶の円形状の端面に一以上のガス排出口を設けた複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを収納する外装ケースと、前記複数の二次電池セルのいずれかの端面に接続される、一以上のリード板と、を備える電池パックであって、前記一以上のガス排出口の少なくとも何れかに面して配置される、ガス排出経路を規定した経路規定部を備えており、前記経路規定部は、前記外装缶の端面の円形状の中心方向から円周方向に向かう第一方向に沿った第一経路と、前記外装缶の端面の円形状の円周方向から中心方向に向かう第二方向に沿った第二経路とを規定している。

　本発明の一形態に係る電池パックによれば、万一いずれかの二次電池セルのガス排出口から高温高圧のガスが排出されても、リード板に高温高圧のガスが直接放出される事態を回避して安全性を向上できる。すなわち少なくとも何れかのガス排出口と面して配置されたガス排出経路に案内させ、かつこのガス排出経路を、外装缶の端面の円形状の中心方向から円周方向に向かう第一方向に沿った第一経路と、逆に円周方向から中心方向に向かう第二方向に沿った第二経路とを設けたことで圧力損失を増すことでガスの圧力を低下させた上で、リード板側に流れるようにして、リード板が破損する事態、及び隣接する二次電池セルの端面同士を接続するリード板によって跳ね返されたガスが、隣接する二次電池セルの端面に伝搬して加熱する事態を抑制できる。

本発明の実施形態１に係る電池パックを示す斜視図である。図１の電池パックの分解斜視図である。図２の電池モジュールを示す斜視図である。図３の電池モジュールを背面から見た斜視図である。図３の電池モジュールからリード板を外した分解斜視図である。図４の電池モジュールからリード板を外した分解斜視図である。図５からさらに電池ホルダを外した分解斜視図である。図３の電池モジュールのＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における断面図である。比較例に係る電池パックを示す斜視図である。図９の電池パックのガス排出口の部分を示す模式断面図である。図９の電池パックにおいて、一の二次電池セルからガスが排出された場合にガスがリード板で反射される状態を示す模式断面図である。図７のＸＩＩ－ＸＩＩ線から見た斜視図である。図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線で切断した状態を示す拡大斜視図である。図５の電池モジュールで経路規定部を示す透視斜視図である。図３の電池モジュールのリード板溶接部分を示す拡大透視正面図である。図１５からリード板を外した透視正面図である。図１６の電池ホルダを背面側から見た図である。図１６の左下の円ＸＶＩＩＩで囲んだ部分の拡大透視正面図である。図１６の右上の円ＸＩＸで囲んだ部分の拡大透視正面図である。図１７の電池ホルダの経路規定部の一部を示す拡大図である。図２０の各位置におけるガスの圧力を示すグラフである。図２０の各位置におけるガスの流速を示すグラフである。実施形態２に係る電池パックの経路規定部を示す模式図である。実施形態３に係る電池パックの経路規定部を示す模式図である。実施形態４に係る電池パックの経路規定部を示す模式図である。実施形態５に係る電池パックの経路規定部を示す模式図である。実施形態６に係る電池パックの経路規定部を示す模式図である。

　本発明の形態は、以下の構成や特徴によって特定されてもよい。

　本発明の他の形態に係る電池パックは、上記形態において、前記リード板が、所定値以上の電流が流れた場合に破断されるヒューズ構造を備えている。上記構成により、万一高温高圧のガスが二次電池セルから排出された場合に、ヒューズ構造を備えるリード板に高温高圧のガスが直接照射されてヒューズ構造が正しく動作しなくなる事態を回避し、信頼性を高めることができる。

　また本発明の他の形態に係る電池パックは、上記いずれかの形態において、さらに、前記複数の二次電池セルを保持する電池ホルダを備えており、前記経路規定部が、前記電池ホルダが前記二次電池セルの端面と対向する内面に形成されている。

　さらに本発明の他の形態に係る電池パックは、上記いずれかの形態において、前記経路規定部が、前記外装缶の端面の円形状の中心方向と円周方向との間で延長された一以上の邪魔板を備えており、前記一以上の邪魔板の延長方向に沿った一方の側面側に前記第一経路を、他方の側面側に前記第二経路を、それぞれ設けると共に、前記一以上の邪魔板の、前記外装缶の端面の円形状の中心側に面する第一端面の両側に、前記第一経路に通じる第一案内口と、前記第二経路に通じる第二案内口を、それぞれ開口しており、前記外装缶の端面の円形状の円周側に面する第二端面側で、前記第一経路と第二経路とを連通させている。上記構成により、第一案内口と第二案内口の両方又はいずれかから、高温高圧のガスを第一経路及び／又は第二経路に案内することができ、ガス排出経路の流路を長くすると共に、第一経路と第二経路の接続部分では進行方向を変えることで運動量を損失させて、ガスの圧力を低下させることが可能となる。また第一案内口と第二案内口の両方からガスを案内することで、ガス案内経路の途中で高圧のガス同士を衝突させて渦流を生じさせ、圧力降下を図ることもできる。

　さらにまた本発明の他の形態に係る電池パックは、上記いずれかの形態において、前記第一経路は、前記第一案内口から、第二端面側に向かって、開口幅を狭くするよう規定されており、前記第二経路は、前記第二案内口から、第二端面側に向かって、開口幅を狭くするよう規定されている。上記構成により、第一案内口又は第二案内口のいずれかから案内された高温高圧のガスは、流路面積が徐々に縮小されることで流速が早くなって圧力が減少し、その後、第二案内口又は第一案内口に向かう際には流路面積が拡大されることで膨張されて逆に圧力が上昇する逆圧力勾配状態となり、結果として圧力損失を大きくしてガスの圧力を低減することができる。

　さらにまた本発明の他の形態に係る電池パックは、上記いずれかの形態において、前記第一案内口及び前記第二案内口は、曲面で規定されている。上記構成により、第一案内口及び第二案内口の部分で圧損を生じ難くさせて、ガス排出経路にガスを案内し易くできる。

　さらにまた本発明の他の形態に係る電池パックは、上記いずれかの形態において、前記邪魔板を複数設けている。

　さらにまた本発明の他の形態に係る電池パックは、上記いずれかの形態において、前記複数の邪魔板を、互いに等間隔の第一距離で離間させて配置しており、前記一以上のガス排出口は、互いに等間隔で前記第一距離と異なる第二距離で離間された複数のガス排出口を備えている。

　さらにまた本発明の他の形態に係る電池パックは、上記いずれかの形態において、前記ガス排出口を設けた数であるｍと、前記邪魔板を設けた数であるｎが、互いに素である。上記構成により、邪魔板で規定した第一案内口及び第二案内口と、ガス排出口とは、二次電池セルの回転方向の姿勢によらず、何れかの部位で必ず対向することとなって、高温高圧のガスを確実に第一案内口や第二案内口に案内することが可能となる。すなわち、二次電池セルの回転方向と邪魔板との相対位置を位置決めする必要性を無くし、電池パックの組立工程を簡素化できる利点が得られる。

　さらにまた本発明の他の形態に係る電池パックは、上記いずれかの形態において、各邪魔板が、前記外装缶の端面の円形状の中心に対して、放射状に配置されており、前記経路規定部が、前記放射状の邪魔板と離間され、かつ該邪魔板の外縁に沿った山形に壁部を形成しており、前記壁部と邪魔板の間で前記ガス排出経路がＵ字状に形成されている。上記構成により、邪魔板を放射状に設けることで、噴出ガスに圧力損失を生じさせ、リード板に照射される噴出ガスの全圧を低減させてリード板の破損を低減できる。

　さらにまた本発明の他の形態に係る電池パックは、上記いずれかの形態において、各邪魔板の第二端面と、前記壁部との間の開口幅が、前記第一案内口及び第二案内口よりも狭く形成されている。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

　本発明の電池パックは、宅配用の自走ロボットや宅配用、ゴルフ場用の電動カート、電動スクータ、建機、ハイブリッド車や電気自動車等の車両の駆動用電源等に利用できる。またアシスト自転車の駆動用電力源の他、無線機、電動クリーナ、電動工具等の携帯型の電気機器用の電源としても利用できる。あるいは据え置き型の蓄電用途でサーバのバックアップ用電源や家庭用、事業所用、工場用の電源装置としても利用できる。以下、本発明の一実施形態として、自走ロボットの駆動電源として用いる電池パックについて説明する。
［実施形態１］

　本発明の実施形態１に係る電池パック１００を図１～図８に示す。これらの図において、図１は本発明の実施形態１に係る電池パック１００を示す斜視図、図２は図１の電池パック１００の分解斜視図、図３は図２の電池モジュール２を示す斜視図、図４は図３の電池モジュール２を背面から見た斜視図、図５は図３の電池モジュール２からリード板３０を外した分解斜視図、図６は図４の電池モジュール２からリード板３０を外した分解斜視図、図７は図５からさらに電池ホルダ２０を外した分解斜視図、図８は図３の電池モジュール２のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す電池パック１００は、外装ケース１０と、電池モジュール２を備える。電池モジュール２は、一以上の二次電池セル１を備える。
（外装ケース１０）

　外装ケース１０は、一以上の二次電池セル１で構成された電池モジュール２や回路基板３を収納する。この外装ケース１０は図１、図２等に示すように、外観を一方向に延長した平面視長方形状の箱形に形成している。箱形の外装ケース１０は、第一面及び第一面と交差する第二面を有する。図１の例では、図において天面を第一面とし、長手方向に沿った側面を第二面としている。また外装ケース１０の内部には、図２等に示すように、電池モジュール２や回路基板３を収納する収納空間を設けている。

　外装ケース１０は、例えば図２に示すように上ケース１１と下ケース１２に二分割される。分割された上ケース１１と下ケース１２は、その隅部を螺合や嵌合、接着、超音波溶着等によって固定される。またこの構成に限らず、例えば一方を開口した有底筒状の筒部と、開口した面を閉塞する蓋部に分割してもよいし、三分割以上に分解してもよい。
（電池モジュール２）

　電池モジュール２を図３～図７に示す。これらの図に示すように電池モジュール２は、複数の二次電池セル１と、これらの二次電池セル１を収納する電池ホルダ２０と、リード板３０を備えている。
（電池ホルダ２０）

　電池ホルダ２０は、二次電池セル１を個別に収納する収納筒２４を複数設けている。図７に示す例では、円筒形の二次電池セル１の長さ方向に第一ホルダ２１と第二ホルダ２２に二分割されており、二次電池セル１を長さ方向の各端面１ｃからそれぞれ収納筒２４に収納する。また、収納筒２４の端面には、開口部２３を形成しており、二次電池セル１の端面１ｃを露出させている。このような電池ホルダ２０は、絶縁性に優れたポリカーボネート等の樹脂製とできる。

　また電池ホルダ２０の上面には、図２の分解斜視図に示すように回路基板３が載置される。この電池ホルダ２０は、二次電池セル１と回路基板３を保持する。電池モジュール２は、リード板３０を介して回路基板３に接続される。電池モジュール２を構成する電池ホルダ２０の上面には、回路基板３を載置する載置面を形成している。
（回路基板３）

　電池モジュール２は、リード板３０を介して回路基板３に接続される。回路基板３は、二次電池セル１を充放電する充放電回路や、二次電池セル１の電圧や温度を監視して異常時には電流を遮断する保護回路等を実装している。回路基板３はガラスエポキシ基板などで構成される。
（二次電池セル１）

　一以上の二次電池セル１は、外装缶１ｂを角型や円筒型とした二次電池セルが利用できる。図７、図８に示す例では、円筒形の二次電池セル１を４本、２本ずつ２段に積層した姿勢で配置している。また二次電池セル１を２直２並の接続としている。なお、二次電池セルの数や配置、直列や並列の接続数などは、この例に限らず、任意の数や配置を適宜採用できる。各二次電池セル１は、それぞれ正負の電極を有する。正負の電極は、好ましくは二次電池セル１の一方の端面１ｃに設けられる。このような二次電池セル１には、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の、既知の二次電池が適宜利用できる。

　また二次電池セル１は、何らかの理由で外装缶１ｂの内圧が高くなった場合に、内部のガスを外装缶１ｂから放出する安全機構を備えている。具体的には、二次電池セル１の外装缶１ｂには、図８等に示すようにガス排出口１ａを設けている。ガス排出口１ａは、外装缶１ｂの内圧上昇に反応して開弁し、外装缶１ｂ内部のガスを外部に放出する。このようなガス排出口１ａは、例えば安全弁や、開口端を開放する切り込みを設けた封口体が利用できる。ガス排出口１ａの周囲は、電池ホルダ２０に囲まれている。このためガス排出口１ａから放出されるガスは、二次電池セル１の端面１ｃ方向に向かって流れる。またガス排出口１ａは、端面１ｃの平面視において円弧状のスリット状に形成してもよい。さらにガス排出口１ａは、複数設けることもできる。後述する図１４、図１６等に示す例では、スリット状に形成されたガス排出口１ａを３つ、円弧状に開口させている。
（リード板３０）

　電池ホルダ２０の側面には、リード板３０が配置される。リード板３０は、二次電池セル１の端面１ｃの電極同士を接続して、複数の二次電池セル１間を直列や並列に接続する。図３～図７等の例では、二次電池セル１を２直２並の接続としており、４本の二次電池セル１の端面１ｃ同士を接続する第一リード板３１と、２本の二次電池セル１の端面１ｃ同士を接続する第二リード板３２とを備えている。なお、二次電池セルの数や配置、直列や並列の接続数などは、この例に限らず、任意の数や配置を適宜採用できる。これらリード板３０は、ニッケル板等の導電性に優れた金属板で構成される。またリード板３０の端面には、必要に応じて絶縁板を配置してもよい。絶縁板は、紙やマイカ等の絶縁性に優れた材質で構成する。

　各リード板３０は、図３～図７に示すように、隣接する二次電池セル１の端面１ｃとそれぞれ接合する一対の接合片３４と、一対の接合片３４を両側に設けた平面部３５とを有する。平面部３５は、その両側で一対の接合片３４を折曲している。また図８に示すように、平面部３５の主面を、一対の接合片３４の属する面と離間させて、この平面部３５の背面側に第一空間３６を形成している。
（ヒューズ構造３８）

　また図７に示す第一リード板３１は、所定値以上の電流が流れた場合に破断されるヒューズ構造３８を備えている。ヒューズ構造３８は、リード板３０の一部に、部分的に幅狭な領域を設けることで、抵抗値を高くしている。この結果、大電流が流れるとジュール熱でリード板３０の幅狭領域が溶断される温度ヒューズとして機能させることができる。このヒューズ機能によって、所定値以上の大電流が流れた場合には、異常と判定してヒューズを溶断して電流を遮断し、もって電池パックの安全性を高めることができる。

　一方で、二次電池セルのいずれかが何らかの異常によって外装缶の内圧が高くなり、安全機構が働いてガス排出口から高温、高圧のガスが放出された場合を考える。図９の斜視図に示す比較例に係る電池パック９００のように、二次電池セル９０１の電気接続にリード板９３０を用いる構成においては、複数の二次電池セル９０１の端面を揃える姿勢に電池ホルダ９２０で保持し、隣接する二次電池セル９０１の端面を露出させて、リード板９３０で溶接して接続する構成が採用されている。この構成では、平板状のリード板９３０でもって各二次電池セル９０１の端面を覆うように溶接される。この結果、図１０の断面図に示すように、正極側の端面はリード板９３０で覆われてしまう状態となる。一方で各二次電池セル９０１には、安全弁など、外装缶の内部が万一高圧となった場合に開弁して、外装缶内部の高温高圧のガスを外部に排出するガス排出口９０１ａが設けられている。このようなガス排出口９０１ａは一般に、正極側の端面に設けられている。

　このような構成において、ガス排出口９０１ａから高温高圧のガスが排出された場合は、図１１の断面図に示すようにリード板９３０に直接、高温高圧のガスが晒されて、リード板９３０が損傷あるいは、破断され、回路の抵抗値が増大して電流が流れないことが起こり得る。この結果、電流が流れないためリード板９３０に設けたヒューズ構造９３８が適切に作動せず、他の部分で二次電池セル９０１Ｂが通電されて、熱暴走が伝搬する可能性があることが、本願発明者の試験によって判明した。
（経路規定部２５）

　このような事態を回避するため、本実施形態に係る電池パック１００は、ガス排出口１ａから放出された高温高圧のガスが直接、リード板３０に照射されないように、ガスを案内するガス排出経路４０を規定した経路規定部２５を備えている。ガス排出経路４０は、第一経路４１と第二経路４２を設けている。第一経路４１は、外装缶１ｂの端面１ｃの円形状の中心方向から円周方向に向かう第一方向に沿ったガス排出経路４０である。一方、第二経路４２は第一経路４１とは逆に、外装缶１ｂの端面１ｃの円形状の円周方向から中心方向に向かう第二方向に沿ったガス排出経路４０である。このような構成とすることで、万一いずれかの二次電池セルのガス排出口１ａから高温高圧のガスが排出されても、ガス排出経路４０に案内して圧力を低減させることができるので、リード板３０側に高温高圧のガスが直接放出される量を低減して安全性を向上できる。

　このような経路規定部２５は、電池ホルダ２０に設けることができる。図１２、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７に示す例では、二次電池セル１の端面１ｃと対向する電池ホルダ２０の内面に、経路規定部２５として邪魔板２６と壁部２７を形成している。
（邪魔板２６）

　邪魔板２６は、外装缶１ｂの端面１ｃの円形状の中心方向と円周方向との間で延長された部材である。邪魔板２６は、複数設けることが好ましい。図１７等の例では、円形状の二次電池セル１の中心から放射状に、７枚の邪魔板２６が電池ホルダ２０の内面に設けられている。各邪魔板２６は、延長方向に沿った一方の側面側に第一経路４１を、他方の側面側に第二経路４２を、それぞれ設けている。
（壁部２７）

　また壁部２７は、各邪魔板２６と離間して形成される。図１７等の例では、放射状の各邪魔板２６の外縁に沿った山形に壁部２７が形成される。各邪魔板２６と壁部２７の間で、ガス排出経路４０は図１８、図１９に示すようにＵ字状に形成される。またガス排出経路４０は、星形乃至花弁状に波打つような外形となっている。これら邪魔板２６や壁部２７は、電池ホルダ２０の内面に一体に形成することが好ましい。これによって安価に経路規定部２５を付加できる。

　各邪魔板２６は、長手方向の端面として、第一端面２６ａと第二端面２６ｂを備える。図１７等に示すように、第一端面２６ａは、外装缶１ｂの端面１ｃの円形状の中心側に面する。また第二端面２６ｂは、第一端面２６ａの反対側、すなわち外装缶１ｂの端面１ｃの円形状の円周側に面する。これら第一端面２６ａと第二端面２６ｂの間で延長された長手方向の両側に、それぞれ第一経路４１と第二経路４２が設けられる。図２０の拡大図に示す例では、右側を第一経路４１とし、左側を第二経路４２とする。さらに第一端面２６ａの両側に、第一経路４１に通じる第一案内口４４と、第二経路４２に通じる第二案内口４５を、それぞれ開口している。図２０の例では、第一端面２６ａの右側が第一案内口４４、左側が第二案内口４５である。また第二端面２６ｂ側では、第一経路４１と第二経路４２とを連通させた連通部４３を形成している。

　ここで第一経路４１は、第一案内口４４から第二端面２６ｂ側に向かって、開口幅を狭くするよう規定されている。また第二経路４２は、第二案内口４５から第二端面２６ｂ側に向かって、開口幅を狭くするよう規定されている。このような構成とすることで、第一案内口４４又は第二案内口４５のいずれかから案内された高温高圧のガスは、流路面積が徐々に縮小されることで流速が早くなって圧力が減少し、その後、第二案内口４５又は第一案内口４４に向かう際には流路面積が拡大されることで膨張されて逆に圧力が上昇する逆圧力勾配状態となり、結果として圧力損失を大きくしてガスの圧力を低減することができる。また連通部４３の開口幅は、第一案内口４４や第二案内口４５よりも狭く形成している。

　これらの第一案内口４４や第二案内口４５で構成されるガス排出口１ａの開口端は、ガス排出口１ａの何れかと面するように配置される。これにより、第一案内口４４と第二案内口４５の両方又はいずれかから、高温高圧のガスを第一経路４１及び／又は第二経路４２に案内することができ、ガス排出経路４０の流路を長くすると共に、第一経路４１と第二経路４２の連通部４３では進行方向を変えることで運動量を損失させて、ガスの圧力を低下させることが可能となる。また邪魔板２６を放射状に設けることで、ガスに圧力損失を生じさせてリード板３０に照射される際の全圧を低減させ、リード板３０の破損を低減できる。

　ここで、実施形態１に係る電池パック１００と、比較例として図９、図１０に示した経路規定部２５を設けない電池パック９００とで、ガスの圧力が変化する様子を図２１のグラフに示す。図において、静圧を実線で、動圧を破線で、それぞれ示している。この図に示すように、比較例では静圧、動圧とも変動は生じないが、実施形態１に係る電池パック１００では静圧、動圧とも低減されることが見てとれる。具体的には、高温高圧のガスが第一案内口４４に流入すると、連通部４３に向かうにつれて静圧が動圧に変換される。また連通部４３を通過以降は、流路の拡大に伴い圧力回復が生じ、動圧が静圧に変換されるが、流路形状にガスの流れが追従せず、流れが剥離するため、圧損が生じ、圧力が低減される。

　また第一案内口４４と第二案内口４５の両方からガスを案内することで、ガス案内経路の途中で高圧のガス同士を衝突させて渦流を生じさせ、圧力降下を図ることもできる。例えば図１８に示すように、図において下側の邪魔板２６の側面に形成された第一案内口４４とのみガス排出口１ａが対向している場合は、第一案内口４４から第二案内口４５にガスが流入する成分が多くなる。また図において上側の邪魔板２６の側面に形成された第二案内口４５とのみガス排出口１ａが対向している場合は、第二案内口４５から第一案内口４４にガスが流入する成分が多くなる。その一方で図１９に示すように、第一案内口４４と第二案内口４５がいずれもガス排出口１ａと対向している場合は、ガスは第一案内口４４と第二案内口４５にそれぞれ案内される結果、第一経路４１と第二経路４２の内部でガスの衝突が生じて圧力が減衰される。

　さらに第一案内口４４及び第二案内口４５は、曲面で規定することが好ましい。このような構成とすることで、第一案内口４４及び第二案内口４５の部分で圧損を生じ難くさせて、ガス排出経路４０にガスを案内し易くできる。逆に三角形状などの直線や角部で第一案内口４４や第二案内口４５を形成すると、これらの入口部分で圧損が生じて乱流が発生する結果、ガスが案内され難くなる。

　このように経路規定部２５で圧力損失させることで、リード板で反射し隣接する二次電池セル側へ流れこむガスの質量流量を低減することで、類焼のリスクを低減できる効果が期待できる。
（実施例）

　ここで実施例として、図２０の第一案内口４４から案内されたガスが、連通部４３を経て第二案内口４５から排出される際の流速の変化のイメージを図２２のグラフに示す。

　以上の例では、第一案内口４４や第二案内口４５で構成されるガス排出口１ａの開口端は、ガス排出口１ａの何れかと面するように配置させている。ここでは、複数の邪魔板２６を、第一距離で互いに離間させて配置している。また複数のガス排出口１ａも、第二距離で互いに離間させている。ここで第一距離と第二距離は異ならせている。またガス排出口１ａを設けた数であるｍと、邪魔板２６を設けた数であるｎは、互いに素としている。このような構成とすることで、邪魔板２６で規定した第一案内口４４及び第二案内口４５と、ガス排出口１ａとは、二次電池セル１の回転方向の姿勢によらず、何れかの部位で必ず対向することとなって、高温高圧のガスを確実に第一案内口４４や第二案内口４５に案内することが可能となる。この結果、電池パックの組立工程において二次電池セル１の回転方向と邪魔板２６との相対位置を位置決めする必要性を無くし、電池パックの組立工程を簡素化できる利点が得られる。図１４や図１６の例では、ガス排出口１ａを３つのスリットとし、邪魔板２６を７つ設けている。このようにガス排出口１ａと邪魔板２６を互いに素となるように設計すれば、円周上のいずれかの位置では必ずガス排出口１ａと邪魔板２６とが対向する部位が発生するので、二次電池セル１の回転方向の姿勢を位置決めさせずとも、いずれかのガス排出口１ａをいずれかの邪魔板２６すなわちガス排出経路４０に対向させて、ガス排出時の圧力低下によるリード板３０の保護を図ることが可能となる。また経路規定部２５は、外装缶１ｂの端面１ｃの円形の中心に対し点対称に形成してもよい。同様にガス排出口１ａも、外装缶１ｂの端面１ｃの円形の中心に対し点対称に形成してもよい。
［実施形態２］

　一方で、本開示はガス排出口と邪魔板を異なる素数に設計する構成に限られず、ガス排出口と邪魔板の相対的な位置決めを行うのであれば、これらを素数以外の任意の数に設定してもよい。例えば一例として図２３に示す実施形態２に係る電池パックを図２３に示す。この図において上述した実施形態１と同じ部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。実施形態２に係る電池パックでは、ガス排出口１ａの数を実施形態１と同じく３つとしつつ、邪魔板２６Ｂの数を素数でなく６つとしている。このような構成であっても、ガス排出口１ａと邪魔板２６Ｂの相対的な位置決めを行うことで、ガス排出口１ａと邪魔板２６Ｂとが対向する位置を設けることで、経路規定部でもってガス排出時に圧力を低減してリード板を保護する機能を果たすことが可能となる。
［実施形態３］

　また経路規定部は、上述した構成に限られず、他のパターンを採用することもできる。例えば実施形態３に係る電池パックを、図２４に示す。この図においても、上述した実施形態１等と同じ部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。この図に示す電池パックは、経路規定部２５として、上述した邪魔板２６Ｂの外形に沿って壁部２７Ｂを形成することに加えて、連通部４３Ｂ同士を環状の経路で接続している。ここでは、環状経路を円環状の円環経路４７としている。この構成であれば、第一案内口４４Ｂや第二案内口４５Ｂから連通部４３Ｂに至ったガスは、円環経路４７にも分岐されることとなり、隣接する他の邪魔板２６Ｂの周囲に形成された第一経路４１Ｂや第二経路４２Ｂにも案内されることとなる。この結果、他の邪魔板２６Ｂから案内されたガスと衝突する回数が増えて、ガスの圧力が一層低減される。加えて、実施形態１の構成ではガス排出口１ａと対向しない邪魔板２６が存在し、この部分が活用されていないが、実施形態３の構成では、ガス排出口１ａと対向していない邪魔板２６Ｂで形成された第一経路４１Ｂや第二経路４２Ｂにも、円環経路４７を通じてガスが流れるため、すべての邪魔板２６Ｂを活用したガス圧力低減効果を発揮させることができる。
［実施形態４］

　さらにこのような連通部同士をつなぐ環状形路は、必ずしも円形にする構成に限られず、他の形状としてもよい。一例として、実施形態４に係る電池パックを、図２５に示す。この図においても、上述した実施形態１等と同じ部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。この図に示す電池パックは、実施形態２と同じく、連通部４３Ｃ同士を環状の波形経路４８で接続している。波形経路４８は、図２４等の経路規定部２５においてはデッドスペースであった邪魔板２６Ｃ同士の間の領域で、環状の経路を折曲させることで、一層圧力低減効果を高めている。
［実施形態５］

　また、上述した実施形態３、４を組み合わせて、環状経路を円環経路と波形経路の両方で構成してもよい。このような例を実施形態５に係る電池パックとして、図２６に示す。この図においても、上述した実施形態１等と同じ部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。この図に示す電池パックも、邪魔板２６Ｄと壁部２７Ｄとの間に第一案内口４４Ｄや第二案内口４５Ｄを設け、また第一経路４１Ｄや第二経路４２Ｄとの間を連通部４３Ｄで連通している。さらにこの連通部４３Ｄを通る、実施形態３と同様の円環状の円環経路４７Ｄの途中に、実施形態４と同様の波形経路４８Ｄを設けて分岐している。この構成であれば、環状経路をさらに分岐できるので、合流部分での圧力損失を増してガス圧の低減効果をさらに高めることができる。
［実施形態６］

　さらに、上述した実施形態３、４ではいずれも環状経路の幅を一定とした例を説明したが、部分的に幅狭の狭窄部を設けた不均一な幅の経路としてもよい。このような例を実施形態６に係る電池パックとして、図２７に示す。この図においても、上述した実施形態１等と同じ部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。この図に示す電池パックも、邪魔板２６Ｅと壁部２７Ｅとの間に第一案内口４４Ｅや第二案内口４５Ｅを設け、また第一経路４１Ｅや第二経路４２Ｅとの間を連通部４３Ｅで連通している。さらにこの連通部４３Ｅを通る円環状の円環経路４７Ｅの幅を、位置毎に変化させて不均一としている。これによって、さらに圧損を増やすことができる。

　以上の例では、電池パックを、駆動対象の電気機器に装着して、電気機器に対して給電する。また電池パックの残容量が少なくなった場合や、電池パックが経年劣化した場合には、電池パックを交換して、電気機器を継続使用できる。ただ本開示は、電池パックを主に二次電池セルを収納した交換型のものに限定せず、電気機器の筐体内に二次電池セルを収納した態様にも適用できる。本開示において電池パックとは、ケース内に二次電池セルを収納しておれば足り、電気機器そのものの筐体内に駆動用の二次電池セルを内蔵したものも、電池パックと呼ぶ。すなわち、本開示は交換式の電池パックに限定せず、二次電池セルを内蔵した電気機器にも適用できる。

　本発明に係る電池パックは、宅配用の自走ロボットや宅配用、ゴルフ場用の電動カート、電動スクータ、建機、ハイブリッド車や電気自動車等の車両の駆動用電源として好適に利用できる。またアシスト自転車の駆動用電力源の他、無線機、電動クリーナ、電動工具等の携帯型の電気機器用の電源、据え置き型の蓄電用途でサーバのバックアップ用電源や家庭用、事業所用、工場用の電源装置置等の用途にも適宜利用できる。

１００…電池パック
１…二次電池セル；１ａ…ガス排出口；１ｂ…外装缶；１ｃ…端面
２…電池モジュール
３…回路基板
１０…外装ケース
１１…上ケース
１２…下ケース
２０…電池ホルダ
２１…第一ホルダ
２２…第二ホルダ
２３…開口部
２４…収納筒
２５…経路規定部
２６、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅ…邪魔板；２６ａ…第一端面；２６ｂ…第二端面
２７、２７Ｂ、２７Ｄ、２７Ｅ…壁部
３０…リード板
３１…第一リード板
３２…第二リード板
３４…接合片
３５…平面部
３６…第一空間
３８…ヒューズ構造
４０…ガス排出経路
４１、４１Ｂ、４１Ｄ、４１Ｅ…第一経路
４２、４２Ｂ、４２Ｄ、４２Ｅ…第二経路
４３、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ、４３Ｅ…連通部
４４、４４Ｂ、４４Ｄ、４４Ｅ…第一案内口
４５、４５Ｂ、４５Ｄ、４５Ｅ…第二案内口
４７、４７Ｄ、４７Ｅ…円環経路
４８…波形経路
９００…電池パック
９０１、９０１Ａ、９０１Ｂ…二次電池セル；９０１ａ…ガス排出口
９２０…電池ホルダ
９３８…ヒューズ構造

Claims

　外装缶を円筒状とし、該外装缶の円形状の端面に一以上のガス排出口を設けた複数の二次電池セルと、
　前記複数の二次電池セルを収納する外装ケースと、
　前記複数の二次電池セルのいずれかの端面に接続される、一以上のリード板と、
を備える電池パックであって、
　前記一以上のガス排出口の少なくとも何れかに面して配置される、ガス排出経路を規定した経路規定部を備えており、
　前記経路規定部は、
　　前記外装缶の端面の円形状の中心方向から円周方向に向かう第一方向に沿った第一経路と、
　　前記外装缶の端面の円形状の円周方向から中心方向に向かう第二方向に沿った第二経路と
を規定してなる電池パック。
　請求項１に記載の電池パックであって、
　前記リード板が、所定値以上の電流が流れた場合に破断されるヒューズ構造を備えてなる電池パック。
　請求項１に記載の電池パックであって、さらに、
　前記複数の二次電池セルを保持する電池ホルダを備えており、
　前記経路規定部が、前記電池ホルダが前記二次電池セルの端面と対向する内面に形成されてなる電池パック。
　請求項１に記載の電池パックであって、
　前記経路規定部が、前記外装缶の端面の円形状の中心方向と円周方向との間で延長された一以上の邪魔板を備えており、
　前記一以上の邪魔板の延長方向に沿った一方の側面側に前記第一経路を、他方の側面側に前記第二経路を、それぞれ設けると共に、
　前記一以上の邪魔板の、
　　前記外装缶の端面の円形状の中心側に面する第一端面の両側に、前記第一経路に通じる第一案内口と、前記第二経路に通じる第二案内口を、それぞれ開口しており、
　　前記外装缶の端面の円形状の円周側に面する第二端面側で、前記第一経路と第二経路とを連通させてなる電池パック。
　請求項４に記載の電池パックであって、
　前記第一経路は、前記第一案内口から、第二端面側に向かって、開口幅を狭くするよう規定されており、
　前記第二経路は、前記第二案内口から、第二端面側に向かって、開口幅を狭くするよう規定されてなる電池パック。
　請求項４に記載の電池パックであって、
　前記第一案内口及び前記第二案内口は、曲面で規定されてなる電池パック。
　請求項４に記載の電池パックであって、
　前記邪魔板を複数設けてなる電池パック。
　請求項７に記載の電池パックであって、
　前記複数の邪魔板を、互いに等間隔の第一距離で離間させて配置しており、
　前記一以上のガス排出口は、互いに等間隔で前記第一距離と異なる第二距離で離間された複数のガス排出口を備えてなる電池パック。
　請求項８に記載の電池パックであって、
　前記ガス排出口を設けた数であるｍと、前記邪魔板を設けた数であるｎが、互いに素である電池パック。
　請求項８に記載の電池パックであって、
　各邪魔板が、前記外装缶の端面の円形状の中心に対して、放射状に配置されており、
　前記経路規定部が、前記放射状の邪魔板と離間され、かつ該邪魔板の外縁に沿った山形に壁部を形成しており、前記壁部と邪魔板の間で前記ガス排出経路がＵ字状に形成されてなる電池パック。
　請求項１０に記載の電池パックであって、
　各邪魔板の第二端面と、前記壁部との間の開口幅が、前記第一案内口及び第二案内口よりも狭く形成されてなる電池パック。