JP5320731B2

JP5320731B2 - バッテリパック

Info

Publication number: JP5320731B2
Application number: JP2007336078A
Authority: JP
Inventors: 秀保高辻
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: JP2009158332A

Description

本発明は、複数の電池モジュールが収納されたバッテリパックに関する。

近時、電源として、電池モジュールが注目されている。電池モジュールは、特許文献１に示すように、複数の電池セル（ラミネート電池）を積層して構成され、その各電池セルは、扁平な密閉空間を形成する外装フィルム内に、所定電圧（例えば３．６Ｖ程度）を出力する薄型の電池要素を電解液と共に収納したものとなっている。しかも、各電池セルについては、その性質上、過充電や外部過熱等により電解液が分解して有害ガス（ＣＯ，ＨＦ等）を発生する可能性があることから、それを考慮し、ガス放出部（安全弁及びガス放出口）がそれぞれ備えられ、電池セル内にガスが所定圧以上発生したときには、その電池セル内の発生ガスは、ガス放出部を介して外部に放出される。この場合、ガス放出部から放出されたガスは、ガス放出通路を介して外部へ放出されるが、そのガス放出通路によるガスの排出を容易にすべく、電池モジュールにおける各電池セルは、その電池セルにおけるガス放出部のいずれもが同じ方向を向くようにして積層されている。

ところで、電源として、電動機駆動などの電力用途に関し、高電圧を供給できることが要求されることがある。そのような場合には、前述の電池モジュールを収納容器内に複数収納して、それらを直列に接続すれば、高電圧を得ることができ、高電圧バッテリ(バッテリパック）を容易に作ることができる。
特開２００６−２３６６０５号公報

しかし、上記のように、複数の電池モジュールを用いてバッテリパックを形成した場合には、各電池モジュールにおける各電池セルのガス放出部からのガス放出に対処すべく、各電池モジュール毎にガス放出通路をそれぞれ形成しなければならない。このため、このような複数の電池モジュールを備えるバッテリパックにあっては、各電池モジュール毎にガス放出通路をそれぞれ形成することに伴い、部品点数の増大、装置の大型化を招くことになる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、複数の電池モジュールを備えたバッテリパックにおいて、各電池モジュールにおける各ガス放出部からのガスの放出に必要となるガス放出通路の数を極力低減することにある。

前記技術的課題を達成するために本発明（請求項１に係る発明）においては、
複数の電池セルを積層して構成された電池モジュールが複数接続され、前記各電池モジュールにおける前記各電池セルに、該各電池セル内に所定圧以上のガスが発生したとき該ガスを放出するガス放出部がそれぞれ設けられ、該各電池モジュールにおける各ガス放出部の向きが該各電池モジュール毎にそれぞれ統一されているバッテリパックであって、
前記複数の電池モジュールが、少なくとも一部の電池モジュールについて隣り合うように配置されていると共に、その隣り合う電池モジュールに、互いのガス放出部を対向配置させたものが含まれており、
前記複数の電池モジュールにより、電池モジュールが直列に配設される電池モジュール列群が、隣り合うようにしつつ複数構成され、
前記複数の電池モジュール列群に、隣り合う電池モジュール列群の関係に関し、その互いの各電池モジュールにおけるガス放出部を対向配置させたものが含まれており、
前記各電池モジュールが、電池セルの電池セル本体が積層された電池セル本体層と端子層とを備えたものとされ、
前記各電池セルにはガス放出部を挟むようにして一対の突起部が形成されて、対向する電池モジュールにおける前記各一対の突起部同士が互いに当接することにより、各ガス放出部が開口された上下方向に延びる共通の内部ガス放出通路が形成されている、
ような構成としてある。この請求項１の好ましい態様としては、請求項２以下に記載の通りとなる。

請求項１に係る発明によれば、複数の電池モジュールが、少なくとも一部の電池モジュールについて隣り合うように配置されていると共に、その隣り合う電池モジュールに互いのガス放出部を対向配置させたものが含まれていることから、その対向配置されるガス放出部間に共通の内部ガス放出通路を形成することにより、その共通の内部ガス放出通路を利用して、隣り合う電池モジュール(各電池セル）のいずれかからガスの放出があっても、そのガスを的確に外部に放出できる。このため、共通の内部ガス放出通路により、各電池モジュール毎にガス放出通路を個別に形成する必要がなくなり、ガス放出通路の数を低減できる。

また、複数の電池モジュールが、電池モジュールが直列に配設される電池モジュール列群を、隣り合うようにしつつ複数構成しており、その複数の電池モジュール列群に、隣り合う電池モジュール列群の関係に関し、その互いの各電池モジュールにおけるガス放出部を対向配置させたものが含まれていることから、その互いに対向配置されるガス放出部間に共通の内部ガス放出通路を形成することにより、その共通の内部ガス放出通路を利用して、隣り合う電池モジュール列群の電池モジュール(各電池セル）のいずれかからガスの放出があっても、そのガスを的確に外部に放出できる。このため、共通の内部ガス放出通路により、各電池モジュール群における各電池モジュール毎にガス放出通路を個別に形成する必要がなくなり、ガス放出通路の数を低減できる。

請求項２に係る発明によれば、車両に搭載され、共通の内部ガス放出通路が外部としての車室外に連通されていることから、電池モジュールからガスが放出されたとしても、そのガスを車室内に取り込むことなく車室外に排気できる。

請求項３に係る発明によれば、冷却風通過通路を通過する冷却風により、電池セル本体内に連なる端子層の各端子が直接的且つ積極的に冷却されることになり、外部から冷却しにくい発熱部位である電池セル本体内部の電極を熱伝導により効果的に冷却できる。しかも、ガス放出通路が電池セル本体層間において上下方向に延び、冷却風通路を横切ることがないことから、電池モジュールにおける端子層への冷却風の流れがガス放出通路により阻害されることはない。このため、電池モジュールに対する冷却性能を効果的に高めることができる。

請求項４に係る発明によれば、複数の電池モジュール列群が、偶数列の電池モジュール列群とされていることから、複数の電池モジュール列群が存在する場合において、最も効率的にガス放出通路の数を減らすことができる。

請求項５に係る発明によれば、ガス放出部が、電池セル内の内圧が所定圧以上になったときに該電池セルを破断する弱化部により構成されていることから、その弱化部を用いたとしても、ガス放出を的確に行わせることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１〜図４において、符号１は、自動車に搭載される実施形態に係るバッテリパックを示す。このバッテリパック１は、収納容器としての収納ケース２内に複数の電池モジュール３を収納することにより構成されており、その出力部４は、高電圧を出力できることになっている。このバッテリパック１は、車室内のシート(好ましくは、最も温度が低くなる２列目ないしは３列目のシート）の下側配置されて、駆動電源として用いられる。尚、充放電等を制御するバッテリコントローラについては、図示を略す。

前記収納ケース２は、図２に示すように、平面視長方形状とされた長尺なものとされている。この収納ケース２の内部には、その長手方向(図１〜図４中、左右方向）一端側（図２中、右端側）において、前記出力部４を収納するジャンクボックス部３０が形成されており、そのジャンクボックス部３０よりも収納ケース２の長手方向他端側（図２中、左端側）には長尺な収納空間３１が形成されている。この収納ケース２には、その幅方向一方側の側壁２ａにおいて複数の吸気口１０（１０ａ〜１０ｆ）が形成されており、その収納ケース２の幅方向他方側の側壁２ｂに排気口１１が形成されている。複数の吸気口１０ａ〜１０ｆは、いずれも収納空間３１と外部とを連通させており、吸気口１０ａと１０ｂ、吸気口１０ｃと１０ｄ、吸気口１０ｅと１０ｆは、収納ケース２の長手方向に所定間隔をあけた組をなしている。この吸気口１０ａと１０ｂ、吸気口１０ｃと１０ｄ、吸気口１０ｅと１０ｆは、収納ケースの長手方向他端側から長手方向一端側に向けて順次、配置されており、このとき、吸気口１０ｂと１０ｃ、吸気口１０ｄと１０ｅは、それぞれ比較的近い距離をもって隣り合うことになっている。排気口１１は、収納空間３１と外部とを連通させており、その排気口１１には、強制排気を行うべく、ファン１２が取付けられている。

前記収納ケース２の底壁２ｃ外面には、図３、図４に示すように、ダクト部材１３が取付けられている。このダクト部材１３は、収納ケース２の底壁２ｃ外面にその収納ケース２の幅方向略中央において、収納ケース２の長手方向に延びるようにして取付けられており、このダクト部材１３と収納ケース２の底壁２ｃ外面とは、外部ガス放出通路１４を形成している。この外部ガス放出通路１４は、その長手方向一端側が閉塞されている一方、その長手方向他端側は、図示を略す別の排気管により構成された排出通路（図示略）を介して車外に開放されている。尚、収納ケース２は、上部開口を有しているが、その上部開口は、上壁となる上蓋２ｄにより閉塞される。

前記複数の電池モジュール３は、図２に示すように、前記収納空間３１において、収納ケース２の幅方向(図２中、上下方向）に２列の電池モジュール列群１５（１５Ａ，１５Ｂ）を構成している。各電池モジュール列群１５は、収納ケース２の長手方向に３個の電池モジュール３を直列にそれぞれ配設しており、その両電池モジュール列群１５Ａ，１５Ｂの各電池モジュール３は、対向した状態で隣り合いつつ、収納ケース２の底壁２ｃに保持プレート、ボルト等（図示略）を用いて固定されている。この場合、電池モジュール列群１５Ｂと収納ケース２の幅方向一方側の側壁２ａとの間には隙間があまりあけられないが、電池モジュール列群１５Ａと収納ケース２の幅方向他方側の側壁２ｂとの間には、隙間５１が形成される。この２列の電池モジュール列群１５Ａ，１５Ｂの６つの電池モジュール３の配線については、図示が略されているが、これらは直列に接続され、その直列状態の６つの電池モジュール３は、出力部４の端子４ａと４ｂとを接続する。

前記各電池モジュール列群１５の各電池モジュール３は、図３，図５に示すように、複数の電池セル１６（ラミネート電池（例えばリチウムイオン電池）を上下方向に積層することにより構成されている。積層されるべき各電池セル１６は、図６に示すように、平面視長方形状の扁平な電池セル本体３２と、その電池セル本体３２を基準として長手方向両側外方に延出される端子２６（正極端子２６ａ及び負極端子２６ｂ）とを備えている。電池セル本体３２は、セルケース１７と、そのセルケース１７内に収納保持される本体部１８とを有している。セルケース１７は、外形が平面視長方形状とされた枠状に形成されており、そのセルケース１７を順次、積み上げることにより、平坦な積層壁（側面）が形成される。本体部１８は、内部に密閉空間を形成する外装フィルム（ラミネートシート）を有しており、その外装フィルムの密閉空間内には、所定の起電力（例えば３．６Ｖ）を出力する薄型の電気デバイス要素が電解液と共に収納されている。正極端子２６ａ及び負極端子２６ｂは、本体部１８内部において電極であったものが、本体部１８の外装フィルムの両側から引き出されたものである。これら端子２６ａ，２６ｂは、セルケース１７の長手方向両側から外方に延出されており、その正極端子２６ａと負極端子２６ｂとの間の長さは、前記吸気口１０ａと１０ｂとの間の所定間隔に略等しくされている。この正極端子２６ａ及び負極端子２６ｂには、電池セル本体３２の厚みに比して十分薄い金属製の薄板（例えば正極端子についてはアルミニウム板、負極端子については銅板）が用いられており、その各端子２６ａ，２６ｂは、その板面が電池セル本体３２の板面の向く方向同様、上下方向に向けられている。

前記各電池モジュール列群１５の各電池モジュール３は、図３，図５に示すように、前記電池セル１６を上下方向に複数積層することにより、電池セル本体層２８と端子層２９とを形成している。電池セル本体層２８は、その周囲に平坦な積層壁を形成しており、端子層２９は、複数の端子２６ａ（２６ｂ）がその隣り合う端子２６ａ（２６ｂ）間に隙間をあけつつ上下方向に重なった状態を形成している。この場合、積層された電池セル１６を直列接続するために、各電池セル１６は、正極端子２６ａと負極端子２６ｂとの配置が互い違いとなるように積層されている。

前記電池モジュール列群１５Ａ，１５Ｂの電池セル本体層２８は、図２，図５に示すように、収納ケース２内において、冷却風（空気）を流すための複数の空気通過通路（冷却風通過通路）２７を形成している。すなわち、収納ケース２の幅方向に対向して並ぶ両電池セル本体層２８は、その長手方向側の両積層壁２８ａが、近接した状態をもって面一な区画面を形成することになり、そのような各区画面は、収納ケース２の長手方向において隣り合う別の電池セル本体層３２の区画面（両積層壁２８ａ）又は収納ケース２の側壁２ｆと協働して、複数の空気通過通路２７を形成している。この各空気通過通路２７は、収納ケース２内において、その幅方向一方側の側壁２ａとその幅方向他方側の側壁２ｂとの間を跨るようにそれぞれ延びており、その各空気通過通路２７の一端は、前記吸気口１０（１０ａ〜１０ｆ）のいずれか一つを介して外部に開口され、その他端は、前記隙間５１に連なっている。このため、吸気口１０ａ〜１０ｆと排気口１１とは、収納ケース２内において、空気通過通路２７、前記隙間５１を介して連なることになる。この場合、各空気通過通路２７内には、その空気通過通路を形成する電池セル本体層２８から延出される端子層２９が位置されることになるが、端子層２９は、各端子２６が上下に隣り合う端子２６との間に隙間を形成していることから、空気の流れの大きな抵抗とはならない。

前記各電池モジュール３における各電池セル１６のセルケース１７には、図６に示すように、その幅方向の一方側においてのみガス放出部１９がそれぞれ設けられている。その各ガス放出部１９は、セルケース１７の長手方向略中央に位置されており、その各ガス放出部１９は、その電池モジュールの同じ面（積層壁）の長手方向略中央において、同じ方向を向きつつ、電池セル１６の積層方向（上下方向）に連続的に配列されることになっている。このガス放出部１９は、本実施形態においては、弱化部として形成されており、その弱化部（ガス放出部１９）は、セルケース１７の内側部分を切り欠いて形成される内側空間２０及び薄肉部２１と、薄肉部２１に形成される突起部２２とにより構成されている。これにより、電池セル１６内にガスが所定圧以上発生したときには、電池セル本体１８の外装フィルムが内側空間２０内に積極的に膨張され、その膨張に伴い外装フィルムが突起部２２により破断される。この破断により外装フィルム内のガスが放出され、そのガス放出に基づき薄肉部２１が破断されることになる。

前記各電池モジュール３における各電池セル１６のセルケース１７には、図６に示すように、前記ガス放出部１９を間に挟むようにして一対の突部２３がそれぞれ形成されている。このため、電池セル１６が積層されて構成された電池モジュール３においては、その積層された電池セル１６における一対の突部２３に基づき、上下方向に延びる溝形状が形成されている。このような電池モジュール３の各一対の突部２３は、隣り合う電池モジュール列群１５Ａ（又は１５Ｂ）における対向する各電池モジュール３の各一対の突部２３にそれぞれ当接されており、収納ケース２の幅方向において対向する電池モジュール３間には、上下方向に延びる共通の内部ガス放出通路２４が形成されている。これにより、当該バッテリパック１においては、各電池モジュール３毎に内部ガス放出通路を個別に形成する必要はなくなり、各電池モジュール３毎に内部ガス放出通路を個別に形成する場合に比べて、内部ガス放出通路の数を減らすことができることになる。この各共通の内部ガス排出通路２４は、その上端開口が収納ケース２の保持プレートないしは上蓋２ｄにより閉塞され、その下端開口は、収納ケース２の底壁２ｃから前記外部ガス放出通路１４に開口されている。
尚、図３、図５においては、共通の内部ガス排出通路２４が簡易的に示されており、その各共通の内部ガス排出通路２４内における矢印は、いずれかの電池セル１６からガスが放出されたときには、内部ガス放出通路２４を通って外部ガス放出通路１４に放出されることを示している。

このようなバッテリパック１においては、いずれかの電池モジュール３の電池セル１６（外装フィルム）内に電解液の分解等によりガスが発生し、そのガス圧が基準値以上に高まったときには、外装フィルムが膨張してセルケース１７の突起部２２により破断される。これにより、外装フィルム内から放出されるガスがセルケース１７の薄肉部２１を破断することになり、セルケース１７にガス放出口２５が形成される。このガス放出口２５は、内部ガス放出通路２４内に臨むように開口されることになり、ガスは、内部ガス放出通路２４に排出される。このため、ガスは、図２〜図５の矢印で示すように、車室内に入り込むことなく、内部ガス放出通路２４、外部ガス放出通路１４等を経て車室外に放出される。

一方、当該バッテリパック１の各電池モジュール３は、空気により冷却される。すなわち、ファン１２が駆動されることになり、収納ケース２の幅方向一方側における各吸気口１０から各空気通過通路２７に空気が取り込まれ、その空気(冷却風）は、図２、図５の矢印で示すように、空気通過通路２７、隙間５１を経て収納ケース２の幅方向他方側における排気口１１から外部に排出される。このため、冷却風が空気通過通路２７を通る間に、各電池モジュール３における端子層２９の各端子２６ａ、２６ｂが直接的且つ積極的に冷却されることになり、外部から冷却しにくい発熱部位である各電池セル本体３２内部の電極が熱伝導により効果的に冷却される。この結果、この各電池セル１６に対する効果的な冷却に基づき、電池モジュール３に対する冷却性能は高まることになる。

この場合、隣り合う電池モジュール列群１５Ａ，１５Ｂにおける対向する電池モジュール３からのガス放出に共通の内部ガス放出通路２４が用いられることから、収納ケース２内において、内部ガス放出通路２４が占める領域を少なくして冷却範囲を広げることができ、冷却自由度を高めることができる。また、各共通の内部ガス放出通路２４が、隣り合う電池モジュール列群１５Ａ，１５Ｂにおける対向する電池モジュール３（電池セル本体層２８）間に、その電池モジュール３の長手方向略中央位置において上下方向に延び、その各内部ガス放出通路２４が収納ケース２外の外部ガス放出通路１４に連通される構成になっていることから、内部ガス放出通路２４等は前記空気通過通路２７を横切ることはなく、その内部ガス放出通路２４等により、電池モジュール３の端子２６が積み重なった端子層２９を流れる冷却風の流れが阻害されることはない。このため、この点からも、冷却性能を効果的に高めることができる。

実施形態に係るバッテリパックを示す正面図。図１に係るバッテリパックの上壁を除いた状態を示す平面図。図２のＸ３−Ｘ３線断面図。図１に係るバッテリパックを示す底面図。各電池モジュールからのガスの放出を概念的に説明する説明図。ガス放出部、内部ガス放出通路を平面的に説明する説明図。

１バッテリパック
２収納ケース
３電池モジュール
１０吸気口（冷却風供給口）
１１排気口（冷却風排気口）
１４外部ガス放出通路
１５Ａ電池モジュール列群
１５Ｂ電池モジュール列群
１６電池セル
１９ガス放出部
２４内部ガス放出通路
２７空気通過通路（冷却風通過通路）
２８電池セル本体層
２９端子層

Claims

複数の電池セルを積層して構成された電池モジュールが複数接続され、前記各電池モジュールにおける前記各電池セルに、該各電池セル内に所定圧以上のガスが発生したとき該ガスを放出するガス放出部がそれぞれ設けられ、該各電池モジュールにおける各ガス放出部の向きが該各電池モジュール毎にそれぞれ統一されているバッテリパックであって、
前記複数の電池モジュールが、少なくとも一部の電池モジュールについて隣り合うように配置されていると共に、その隣り合う電池モジュールに、互いのガス放出部を対向配置させたものが含まれており、
前記複数の電池モジュールにより、電池モジュールが直列に配設される電池モジュール列群が、隣り合うようにしつつ複数構成され、
前記複数の電池モジュール列群に、隣り合う電池モジュール列群の関係に関し、その互いの各電池モジュールにおけるガス放出部を対向配置させたものが含まれており、
前記各電池モジュールが、電池セルの電池セル本体が積層された電池セル本体層と端子層とを備えたものとされ、
前記各電池セルにはガス放出部を挟むようにして一対の突起部が形成されて、対向する電池モジュールにおける前記各一対の突起部同士が互いに当接することにより、各ガス放出部が開口された上下方向に延びる共通の内部ガス放出通路が形成されている、
ことを特徴とするバッテリパック。
請求項１において、
車両に搭載され、
前記共通の内部ガス放出通路が車室外に連通されている、
ことを特徴とするバッテリパック。
請求項１において、
前記端子層が、前記電池セル本体層を基準としたその両側において該各電池セル本体から延出され、
前記複数の電池モジュール列群が、隣り合う電池モジュール列群における各電池モジュールの電池セル本体層及び端子層を該複数の電池モジュール列群の配列方向に互いに対向配置させた状態で、収納容器内に収納され、
前記収納容器内に、冷却風を通過させるための冷却風通過通路が、前記複数の電池モジュール列群の配列方向において対向配置される電池モジュールの端子層を横切るようにして形成されている、
ことを特徴とするバッテリパック。
請求項１において、
複数の電池モジュール列群が、偶数列の電池モジュール列群とされている、ことを特徴とするバッテリパック。
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記ガス放出部が、電池セル内の内圧が所定圧以上になったときに該電池セルを破断する弱化部により構成されている、ことを特徴とするバッテリパック。