特開 2025-12276 電池パック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025012276

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/35 20210101AFI20250117BHJP

   H01M 10/658 20140101ALI20250117BHJP

   H01M 10/6555 20140101ALI20250117BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20250117BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20250117BHJP

   H01M 50/204 20210101ALN20250117BHJP

【ＦＩ】

H01M50/35 201

H01M10/658

H01M10/6555

H01M50/342 201

H01M50/209

H01M50/204 401F

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023115000

(22)【出願日】2023-07-13

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】榊原 和彦

【テーマコード（参考）】

5H012

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H012BB01

5H031KK02

5H040AY08

(57)【要約】

【課題】複数の電池セルから排出された高温のガスが１つの排煙経路に集中することを防止可能な電池パックを提供する。
【解決手段】電池パックは、予め定められた方向に並んだｎ個（ｎは２以上の自然数）の電池ユニットと、電池ユニット同士の間に設置される断熱材とを備える。各電池ユニットは、各々が排煙弁を有し、かつ、隣接した状態で予め定められた方向に並んだｍ個（ｍは３以上の自然数）の電池セルを含む。電池パックは、ｍ個の排煙ダクトをさらに備える。各排煙ダクトは、各電池ユニットにおいて１つの電池セルに取り付けられ、かつ、取り付けられたｎ個の電池セルの各排煙弁から排出されるガスを電池パックの外部に排出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池パックであって、
予め定められた方向に並んだｎ個（ｎは２以上の自然数）の電池ユニットと、
前記電池ユニット同士の間に設置される断熱材とを備え、
各前記電池ユニットは、各々が排煙弁を有し、かつ、隣接した状態で前記予め定められた方向に並んだｍ個（ｍは３以上の自然数）の電池セルを含み、
前記電池パックは、前記ｍ個の排煙ダクトをさらに備え、
各前記排煙ダクトは、各前記電池ユニットにおいて１つの前記電池セルに取り付けられ、かつ、取り付けられた前記ｎ個の電池セルの各前記排煙弁から排出されるガスを前記電池パックの外部に排出する、電池パック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電池パックに関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０２２－７４７６３号公報（特許文献１）には、排煙弁を有し排煙弁を通してガスを排出する電池セルを複数積層した電池モジュールと、電池セルの排煙弁の上方に設けられた排煙経路とを備えた電池パックが開示されている。当該排煙経路は、排煙弁から排出されたガスを、電池セルの積層方向に直交し電池セルの上面に沿う第１の方向へ導く第１排出経路と、第１の方向と反対の方向である第２の方向へ導く第２排出経路とを、各々複数有する。上記電池パックでは、上方に第１排出経路が配置される電池セルと、上方に第２排出経路が配置される前記電池セルとが、前記積層方向に交互に積層されている。

【0003】

このように、特許文献１の電池パックでは、互いに隣接する電池セル同士の排煙経路が同じにならないように２つの排煙経路を設置している。このような構成により、ある電池セルが発熱によって発煙したとしても、当該発煙による熱影響を隣接した電池セルに対して与えてしまうことを防止できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－７４７６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１の構成とは異なり、電池パックにおいて、各々が３つ以上の電池セルを含む複数の電池ユニットが断熱材を挟んで一列に並んで配置される場合がある。このような構成の場合、１つの電池ユニット内の１つの電池セルが発熱すると、断熱材を備えない構成に比べて、当該電池ユニット内において当該電池セルに隣接する電池セルに熱が伝わりやすい。このため、当該電池ユニットに含まれた全ての電池セルが発熱する虞がある。その際、１つの電池ユニット内で各電池セルの排煙経路が共通となるように電池パックを構成すると、当該排煙経路に複数の電池セルからの高温のガスが集中する。その結果、排煙経路にダメージを与えてしまう虞がある。

【0006】

本開示は、複数の電池セルから排出された高温のガスが１つの排煙経路に集中することを防止可能な電池パックを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の電池パックは、予め定められた方向に並んだｎ個（ｎは２以上の自然数）の電池ユニットと、電池ユニット同士の間に設置される断熱材とを備える。各電池ユニットは、各々が排煙弁を有し、かつ、隣接した状態で予め定められた方向に並んだｍ個（ｍは３以上の自然数）の電池セルを含む。電池パックは、ｍ個の排煙ダクトをさらに備える。各排煙ダクトは、各電池ユニットにおいて１つの電池セルに取り付けられ、かつ、取り付けられたｎ個の電池セルの各排煙弁から排出されるガスを電池パックの外部に排出する。

【0008】

上記の開示によれば、電池ユニット同士の間に断熱材が設置されているため、ある電池ユニットのいずれかの電池セルで熱暴走が起こった場合、熱暴走は、当該電池ユニット内の他の電池セルにしか連鎖しない。すなわち、他の電池ユニットの電池セルには、熱暴走は連鎖しない。

【0009】

さらに、電池ユニットの各電池セルで発生したガスは、各排煙ダクトによって、互いに混じることなく、電池パックの外部に排出される。したがって、複数の排煙ダクトの１つに対して、１つの電池ユニット内の各電池セルからのガスが流れ込むことを防止できる。

【0010】

それゆえ、電池パックによれば、複数の電池セルから排出された高温のガスが１つの排煙経路に集中することを防止可能となる。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、複数の電池セルから排出された高温のガスが１つの排煙経路に集中することを防止可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】電池パックの模式的な平面図である。

【図2】１つの電池セルが熱暴走したときに起こり得る状態を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

【0014】

図１は、実施形態に係る電池パック１の模式的な平面図である。電池パック１は、たとえば、車両に搭載されて使用される。車両の例としては、ハイブリッド車両、プラグインハイブリッド車両、電動車両（電気自動車）、および燃料電池車両を挙げることができる。

【0015】

図１に示されるように、電池パック１は、複数の電池ユニット１０＿１，１０＿２，１０＿３，…を備えている。複数の電池ユニット１０＿１，１０＿２，１０＿３，…は、予め定められた方向（図１においては、図中の左右方向）に並んでいる。各電池ユニット１０＿１，１０＿２，１０＿３，…は、３つの電池セル１０１，１０２，１０３を有している。電池セル１０１～１０３は、上記予め定められた方向に積層されている。電池セル１０１～１０３は、平面視において略矩形形状を有する角型電池である。電池セル１０１～１０３は、その厚み方向に積層されている。

【0016】

図１中に両矢印で示される積層方向ＤＲ１は、電池セル１０１～１０３の積層方向を示している。図１中に両矢印で示される直交方向ＤＲ２は、電池セル１０１～１０３の積層方向ＤＲ１に直交する方向を示している。積層方向ＤＲ１は、図中の左右方向（予め定められた方向）と同じ方向である。

【0017】

なお、以下では、説明の便宜上、複数の電池ユニット１０＿１，１０＿２，１０＿３，…のうちの任意の１つの電池ユニットを「電池ユニット１０」とも称する。同様に、３つの電池セル１０１～１０３のうちの任意の１つの電池セルを「電池セル１００」とも称する。

【0018】

各電池ユニット１０は、積層方向ＤＲ１における両端に設けられた図示しない一対のエンドプレートと、複数の電池セル１００を積層方向ＤＲ１に拘束する図示しない拘束部材とを有している。複数の電池セル１００は、間に図示しないスペーサを介在させて積層されている。

【0019】

複数の電池セル１００の各々は、ケースを含んでいる。ケースの内部に、電極体および電解液が収容されている。電極体は、正負の電極シートと、電極シートの間に挟まれたセパレータとを含んでいる。電極体は、積層型であってもよく、巻回型であってもよい。複数の電池セル１００の各々は、ケースの開口部を塞ぐ蓋を含んでいる。蓋には、正極端子および負極端子が、蓋から上方に突出するように設けられている。

【0020】

各電池セル１００において、正極端子および負極端子は、直交方向ＤＲ２に離れて配置されている。電池ユニット１０において、正極端子および負極端子は、積層方向ＤＲ１において交互に並んで配置されている。積層方向ＤＲ１において隣り合う電池セル１００は、導電性を有する図示しないバスバーにより電気的に接続されている。各バスバーは、一の電池セルの正極端子と、その一の電池セルの隣の電池セルの負極端子と、を電気的に接続している。バスバーは、平板状の形状を有している。電池ユニットに含まれる複数の電池セル１００は、バスバーによって電気的に直列に接続されている。

【0021】

電池セル１００は、排煙弁１５１をさらに有している。排煙弁１５１は、電池セル１００の蓋に設けられている。排煙弁１５１は、電池セル１００の上面に設けられている。排煙弁１５１は、たとえば電池セル１００の蓋に切り込みを入れることで形成される。排煙弁１５１は、直交方向ＤＲ２における正極端子と負極端子との間に配置されている。排煙弁１５１は、直交方向ＤＲ２における電池セル１００の中央の位置に配置されている。

【0022】

排煙弁１５１は、たとえば電池セル１００のケース内で短絡が生じるなどして電池セル１００の内部の圧力が上昇して所定の閾値を越えた場合に開弁する。排煙弁１５１を通してケース内の可燃性のガスを排出することで、ケースの内圧が過大になることが抑制されている。なお、可燃性のガスは、冷えると液体または固体の微粒子（すなわち、煙）になる。

【0023】

電池パック１は、複数の断熱材２０をさらに備えている。各断熱材２０は、電池ユニット１０同士の間に設置されている。断熱材２０は、隣り合う電池ユニット１０の一方の電池ユニット１０の電池セル１０３と他方の電池ユニット１０の電池セル１０１との間に設置されている。

【0024】

電池パック１は、３つの排煙ダクト３１，３２，３３をさらに備えている。各排煙ダクト３１，３２，３３は、独立した排煙経路を構成する。各排煙ダクト３１，３２，３３は、電池セル１００の上方に設置されている。各排煙ダクト３１～３３は、各電池ユニット１０において１つの電池セル１００に取り付けられ、かつ、取り付けられた複数の電池セル１００の各排煙弁１５１から排出されるガスを電池パック１の外部に排出する。

【0025】

本例では、３つの電池ユニット１０＿１～１０＿３については、排煙ダクト３１は、電池ユニット１０＿１の電池セル１０１と、電池ユニット１０＿２の電池セル１０３と、電池ユニット１０＿３の電池セル１０１とに取り付けられている。同様に、排煙ダクト３２は、電池ユニット１０＿１の電池セル１０２と、電池ユニット１０＿２の電池セル１０２と、電池ユニット１０＿３の電池セル１０２とに取り付けられている。排煙ダクト３３は、電池ユニット１０＿１の電池セル１０３と、電池ユニット１０＿２の電池セル１０１と、電池ユニット１０＿３の電池セル１０３とに取り付けられている。

【0026】

排煙ダクト３１は、１つの主管部３１ａと、複数の枝管部３１ｂとを有する。同様に、排煙ダクト３２は、１つの主管部３２ａと、複数の枝管部３２ｂとを有する。排煙ダクト３３は、１つの主管部３３ａと、複数の枝管部３３ｂとを有する。各枝管部３１ｂは、主管部３１ａに接続されている。同様に、各枝管部３２ｂは、主管部３２ａに接続されている。各枝管部３３ｂは、主管部３３ａに接続されている。

【0027】

主管部３１ａ，３２ａ，３３ａは、積層方向ＤＲ１に延びている。枝管部３１ｂ，３２ｂ，３３ｂは、電池パック１の上面視において、直交方向ＤＲ２に延びている。枝管部３１ｂ，３２ｂ，３３ｂは、電池パック１の側面視において、積層方向ＤＲ１と直交方向ＤＲ２とに直交する方向（上下方向）に延びている。

【0028】

詳しくは、枝管部３１ｂ，３２ｂ，３３ｂは、電池セル１００の上面から立ち上がり、途中で９０度、屈曲している。より詳しくは、枝管部３１ｂ，３２ｂ，３３ｂは、電池パック１の上面視において、排煙弁１５１を囲んでいる。

【0029】

本例では、排煙ダクト３１と排煙ダクト３２とは同じ高さに設置されている。排煙ダクト３３は、図示しない立ち上がり部分を除き、排煙ダクト３１，３２よりも上方に位置する。このような配置とすることにより、３つの排煙ダクト３１，３２，３３が互いに干渉することを防止できる。

【0030】

以上のように、電池パック１では、１つの電池ユニット１０に着目すると、当該電池ユニット１０に含まれる３つの電池セル１００の排煙経路が、共通ではなく、互いに独立している。

【0031】

なお、電池パック１に含まれる電池ユニット１０の数は、２個以上であればよい。１つの電池ユニット１０に含まれる電池セル１００の数は３個以上であればよい。電池ユニット１０の数をｎ個（ｎは、２以上の自然数）とし、１つの電池ユニット１０に含まれる電池セル１００の数をｍ個（ｍは、３以上の自然数）とすると、電池パック１は、以下のような構成を有すると言える。なお、ｎの値とｍの値とは、同じであってもよい。

【0032】

電池パック１は、予め定められた方向（積層方向ＤＲ１）に並んだｎ個の電池ユニット１０と、電池ユニット１０同士の間に設置される断熱材２０とを備える。各電池ユニット１０は、各々が排煙弁１５１を有し、かつ、隣接した状態で上記予め定められた方向に並んだｍ個の電池セルを含む。電池パック１は、ｍ個の排煙ダクト３１，３２，３３等をさらに備える。各排煙ダクト３１，３２，３３等は、各電池ユニット１０において１つの電池セル１００に取り付けられ、かつ、取り付けられたｎ個の電池セル１００の各排煙弁１５１から排出される煙を電池パック１の外部に排出する。

【0033】

図２は、１つの電池セル１００が熱暴走したときに起こり得る状態を説明するための図である。図２に示されるように、電池ユニット１０＿２の電池セル１０２で熱暴走が行ったとする。この場合、電池セル１０２の発熱により、電池セル１０２に隣接する電池セル１０１と電池セル１０３とに熱が伝わる。その結果、電池セル１０１，１０３においても熱暴走の連鎖が起こる。

【0034】

ところで、電池ユニット１０＿２の電池セル１０１と、電池ユニット１０＿１の電池セル１０３との間には断熱材２０が設置されている。このため、電池ユニット１０＿２の電池セル１０１で発生した熱は、電池ユニット１０＿１の電池セル１０３に伝わらない。同様に、電池ユニット１０＿２の電池セル１０３と、電池ユニット１０＿３の電池セル１０１との間にも断熱材２０が設置されている。このため、電池ユニット１０＿２の電池セル１０３で発生した熱は、電池ユニット１０＿３の電池セル１０１に伝わらない。

【0035】

したがって、電池ユニット１０＿２の電池セル１０２で熱暴走が起こった場合、熱暴走は、電池ユニット１０＿２内の他の電池セル１０１，１０３にしか連鎖しない。このように、電池ユニット１０＿２以外の電池ユニット１０内の電池セル１００には、熱暴走は連鎖しない。すなわち、１つの電池ユニット１０の電池セル１００で熱暴走が起こった場合、熱暴走の連鎖は、熱暴走が起こった電池セル１００が含まれる電池ユニット１０内の他の電池セル１００に限定される。

【0036】

電池ユニット１０＿２の電池セル１０２で発生したガス３２９は、一部または全部が煙となった状態で、当該電池セル１０２の排煙弁１５１を介して、排煙ダクト３２の枝管部３２ｂ内を流れる。その後、ガス３２９は、排煙ダクト３２の主管部３２ａに到達する。さらに、ガス３２９は、主管路３２ａ内を流れる。具体的には、ガス３２９は、主管部３２ａの図示しない排気口に向かう。本例では、ガス３２９は、矢印９０２の方向（積層方向ＤＲ１）に流れる。これにより、電池セル１０２で発生したガス３２９は、電池パック１の外部に排出される。

【0037】

上述した連鎖により電池ユニット１０＿２の電池セル１０１で発生したガス３１９は、一部または全部が煙となった状態で、当該電池セル１０１の排煙弁１５１を介して、排煙ダクト３１の枝管部３１ｂ内を流れる。その後、ガス３１９は、排煙ダクト３１の主管部３１ａに到達する。さらに、ガス３１９は、主管路３１ａ内を流れる。具体的には、ガス３１９は、主管部３１ａの図示しない排気口に向かう。本例では、ガス３１９は、矢印９０１の方向（積層方向ＤＲ１）に流れる。これにより、電池セル１０１で発生したガス３１９は、電池パック１の外部に排出される。

【0038】

同様に、上述した連鎖により電池ユニット１０＿２の電池セル１０３で発生したガス３３９は、一部または全部が煙となった状態で、当該電池セル１０３の排煙弁１５１を介して、排煙ダクト３３の枝管部３３ｂ内を流れる。その後、ガス３３９は、排煙ダクト３３の主管部３３ａに到達する。さらに、ガス３３９は、主管路３３ａ内を流れる。具体的には、ガス３３９は、主管部３３ａの図示しない排気口に向かう。本例では、ガス３３９は、矢印９０３の方向（積層方向ＤＲ１）に流れる。これにより、電池セル１０３で発生したガス３３９は、電池パック１の外部に排出される。

【0039】

このように、電池パック１においては、電池ユニット１０＿２の電池セル１０１で発生したガス３１９と、電池ユニット１０＿２の電池セル１０２で発生したガス３２９と、電池ユニット１０＿２の電池セル１０３で発生したガス３３９とは、混じることなく、電池パック１の外部に排出される。したがって、３つの排煙ダクト３１,３２，３３の１つに対して、１つの電池ユニット１０内の３つの電池セル１０１，１０２，１０３からの各ガス３１９，３２９，３３９が流れ込むことを防止できる。

【0040】

なお、電池ユニット１０＿２の電池セル１０１が熱暴走した場合、先ず、電池ユニット１０＿２の電池セル１０２に熱暴走が連鎖する。次いで、電池ユニット１０＿２の電池セル１０２の熱により、電池ユニット１０＿２の電池セル１０３に熱暴走が連鎖する。同様に、電池ユニット１０＿２の電池セル１０３が熱暴走した場合、先ず、電池ユニット１０＿２の電池セル１０２に熱暴走が連鎖する。次いで、電池ユニット１０＿２の電池セル１０２の熱により、電池ユニット１０＿２の電池セル１０１に熱暴走が連鎖する。

【0041】

このように電池セル１０１または電池セル１０３が熱暴走した場合にも、電池セル１０２が熱暴走した場合と同様、図２に示したように、各電池セル１００で発生したガスは混ざることなく、３つの排煙ダクト３１～３３内を流れる。

【0042】

上記においては、電池ユニット１０＿２に着目して説明した。他の電池ユニット１０のいずれかの電池セル１００で熱暴走が行った場合も、各電池セル１００で発生したガスは混ざることなく、３つの排煙ダクト３１～３３内を流れる。

【0043】

それゆえ、電池パック１によれば、複数の電池セル１００から排出された高温のガスが１つの排煙経路（排煙ダクト）に集中することを防止可能となる。

【0044】

なお、排煙ダクト３１～３３と、各電池ユニット１０の電池セル１００との接続関係は、図１、図２に示したものに限定されない。たとえば、排煙ダクト３１が各電池ユニット１０の電池セル１０１に接続され、かつ排煙ダクト３３が各電池ユニット１０の電池セル１０３に接続されるように、電池パック１を構成してもよい。

【0045】

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。本開示の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味およ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。

【符号の説明】

【0046】

１ 電池パック、１０＿１，１０＿２，１０＿３ 電池ユニット、２０ 断熱材、３１，３２，３３ 排煙ダクト、３１ａ，３２ａ，３３ａ 主管部、３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ 枝管部、１０１，１０２，１０３ 電池セル、１５１ 排煙弁、３１９，３２９，３３９ ガス。

【図1】

【図2】