特許 7715068 蓄電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-07-22

(45)【発行日】2025-07-30

(54)【発明の名称】蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/658 20140101AFI20250723BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20250723BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20250723BHJP

   H01M 10/627 20140101ALI20250723BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20250723BHJP

   H01M 50/224 20210101ALI20250723BHJP

   H01M 50/249 20210101ALN20250723BHJP

   H01M 50/251 20210101ALN20250723BHJP

【ＦＩ】

H01M10/658

H01M10/6554

H01M10/625

H01M10/627

H01M50/204 401H

H01M50/224

H01M50/249

H01M50/251

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022048536

(22)【出願日】2022-03-24

(65)【公開番号】P2023141941

(43)【公開日】2023-10-05

【審査請求日】2024-04-11

(73)【特許権者】

【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】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】江幡 和夫

(72)【発明者】

【氏名】村田 崇

(72)【発明者】

【氏名】内山 敏夫

(72)【発明者】

【氏名】山本 陽

【審査官】早川 卓哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２５１１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４１６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／０４３３９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－２１１００１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ１０／６０－１０／６６７

Ｈ０１Ｍ５０／２０－５０／２９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の階を含む階層構造を有する蓄電装置であって、
前記複数の階のうちある階の床の上に配置された電池スタックと、
前記ある階の上に位置する上階の床の上に配置された部品と、
前記上階の前記床と前記電池スタックとの間において、前記電池スタックに対向するように配置された遮熱部材と、
前記遮熱部材と前記上階の前記床との間の一部に介在する連結部材と、
前記連結部材以外の位置において、前記遮熱部材と前記上階の前記床との間に介在する断熱層としての空気層と
を備える
蓄電装置。

【請求項2】

請求項１に記載の蓄電装置であって、
前記上階の前記床は、アルミ部材である
蓄電装置。

【請求項3】

請求項１に記載の蓄電装置であって、
前記遮熱部材は、鉄である
蓄電装置。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記上階の前記床と前記部品との間に配置された床上遮熱部材を更に備える
蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複数の階を含む階層構造を有する蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、車載電池パックを開示している。車載電池パックは、ケーシング内において上下２段に配置された２つの電池スタックを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－０８５２３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願発明者は、複数の階を含む階層構造を有する蓄電装置に関して、次のような課題を初めて認識した。それは、階層構造の場合、ある階で発生した熱の影響が上階に波及しやすいということである。例えば、ある階に配置された電池スタックの電池セルにおいて熱暴走が発生した場合、その電池セルから高温ガスが発生し、その高温ガスが上階に配置された部品に対して熱害を与えるおそれがある。

【0005】

本開示の１つの目的は、複数の階を含む階層構造を有する蓄電装置において熱害を抑制することができる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の観点は、複数の階を含む階層構造を有する蓄電装置に関連する。
蓄電装置は、
複数の階のうちある階に配置された電池スタックと、
ある階の上に位置する上階と電池スタックとの間において、電池スタックに対向するように配置された遮熱部材と
を備える。

【0007】

第２の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
蓄電装置は、遮熱部材と上階との間の断熱層を更に備える。

【0008】

第３の観点は、第２の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
断熱層は、空気層である。

【0009】

第４の観点は、第１～第３の観点のいずれかに加えて、次の特徴を更に有する。
上階の床は、アルミ部材である。

【0010】

第５の観点は、第１～第４の観点のいずれかに加えて、次の特徴を更に有する。
遮熱部材は、鉄である。

【0011】

第６の観点は、第１～第５の観点のいずれかに加えて、次の特徴を更に有する。
蓄電装置は、上階の床とその上に設置される部品との間に配置された床上遮熱部材を更に備える。

【発明の効果】

【0012】

第１の観点によれば、遮熱部材が、ある階の電池スタックと上階との間において電池スタックに対向するように配置される。この遮熱部材は、上階への熱移動を抑制する。従って、仮に電池スタックにおいて熱暴走が発生して高温ガスが生じたとしても、その高温ガスの熱が上階に与える影響が抑制される。すなわち、上階に対する熱害が抑制される。

【0013】

第２の観点によれば、断熱層が遮熱部材と上階との間に介在する。この断熱層により、高温ガスによって熱せられた遮熱部材から上階の床へ直接的な熱伝導が抑制される。従って、上階に対する熱害が更に抑制される。

【0014】

第３の観点によれば、断熱層を低コストで実現することが可能となる。

【0015】

第４の観点によれば、上階の床はアルミ部材である。上述の通り、高温ガスの熱が上階に与える影響が抑制されるため、上階の床としてアルミ部材を積極的に採用することができるのである。アルミ部材を用いることにより、剛性を確保しつつ、蓄電装置を軽量化することが可能となる。また、蓄電装置は階層構造を有するため、床面積が縮小され、蓄電装置はコンパクトになる。軽量且つコンパクトな蓄電装置は、持ち運びやすさの観点から好ましい。

【0016】

第５の観点によれば、遮熱部材を低コストで実現することが可能となる。

【0017】

第６の観点によれば、上階の床とその上の部品との間に床上遮熱部材が配置される。これにより、下階からの熱が部品に伝わることが更に抑制される。すなわち、上階に配置された部品に対する熱害が更に抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】階層構造を有する電池パックの一例を示す概略図である。

【図2】課題を説明するための概略図である。

【図3】課題を説明するための概略図である。

【図4】本開示の実施の形態に係る電池パックの一例を説明するための概略図である。

【図5】本開示の実施の形態に係る電池パックの他の例を説明するための概略図である。

【図6】本開示の実施の形態に係る電池パックの構成例を示す斜視図である。

【図7】本開示の実施の形態に係る電池パックの構成例を示す斜視図である。

【図8】本開示の実施の形態に係る電池パックの構成例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

添付図面を参照して、本開示の実施の形態を説明する。

【0020】

１．階層構造を有する蓄電装置
図１は、蓄電装置である電池パック１の一例を示す概略図である。電池パック１は、１以上の電池スタック２０を有している。１つの電池スタック２０は、多数の電池セルが積層されることにより構成される。例えば、電池スタック２０は、リチウムイオン電池である。

【0021】

図１に示される電池パック１は、複数の階を含む階層構造を有している。そして、２以上の電池スタック２０が、２以上の階のそれぞれに配置されている。つまり、複数の電池スタック２０が異なる階に分散して配置されている。このような階層構造は、電池パック１の床面積の縮小に寄与し、持ち運びやすさの観点から好ましい。

【0022】

尚、以下の説明において、Ｚ方向は、複数の階の積層方向である。典型的には、Ｚ方向は鉛直方向である。ＸＹ面は、Ｚ方向と直交する水平面である。

【0023】

図１に示される例では、電池パック１は、１階ＬＶ１～３階ＬＶ３からなる３階層構造を有している。１階ＬＶ１～３階ＬＶ３は、Ｚ方向に順番に積層されている。つまり、２階ＬＶ２は１階ＬＶ１の上に位置し、３階ＬＶ３は２階ＬＶ２の上に位置している。１階ＬＶ１においては、床１０－１の上に電池スタック２０－１が配置されている。２階ＬＶ２においては、床１０－２の上に電池スタック２０－２が配置されている。３階ＬＶ３においては、床１０－３の上に高電圧部品３０が配置されている。

【0024】

床１０－１～１０－３を含む電池パック１のケーシング（筐体）は、金属部材である。例えば、電池パック１のケーシングは、アルミニウム合金等のアルミ部材である。アルミ部材を用いることにより、剛性を確保しつつ、電池パック１を軽量化することが可能となる。階層構造を有し、且つ、アルミ部材を多く含む電池パック１は、軽量且つコンパクトであり、持ち運びやすさの観点から好ましい。

【0025】

２．熱害の抑制
本願発明者は、上記のような階層構造を有する電池パック１に関して、次のような課題を初めて認識した。それは、階層構造の場合、ある階で発生した熱の影響が上階に波及しやすいということである。

【0026】

例えば、図２は、１階ＬＶ１に配置された電池スタック２０－１の電池セルにおいて熱暴走が発生した場合を示している。この場合、電池スタック２０－１から高温ガスが発生し、その高温ガスが２階ＬＶ２の床１０－２に吹きかかる。その結果、２階ＬＶ２の床１０－２の温度が上昇し、床１０－２の上に配置された電池スタック２０－２の温度も上昇する。このように、１階ＬＶ１の電池スタック２０－１の熱暴走に起因する熱が２階ＬＶ２に伝わり、２階ＬＶ２の電池スタック２０－２に熱害が加えられる。許容できない熱害が電池スタック２０－２に加わると、電池スタック２０－２においても熱暴走が発生するおそれがある。

【0027】

特に、軽量化のための床１０－２としてアルミ部材が用いられている場合、１階ＬＶ１の熱が２階ＬＶ２に伝わりやすい。また、高温ガスによって、アルミ部材の床１０－２が溶け落ちるおそれもある。床１０－２が溶け落ちると、高温ガスが１階ＬＶ１から２階ＬＶ２に直接流れ込むおそれがある。

【0028】

他の例として、図３は、２階ＬＶ２に配置された電池スタック２０－２の電池セルにおいて熱暴走が発生した場合を示している。この場合、電池スタック２０－２から高温ガスが発生し、その高温ガスが３階ＬＶ３の床１０－３に吹きかかる。その結果、３階ＬＶ３の床１０－３の温度が上昇し、床１０－３の上に配置された高電圧部品３０の温度も上昇する。このように、２階ＬＶ２の電池スタック２０－２の熱暴走に起因する熱が３階ＬＶ３に伝わり、３階ＬＶ３の高電圧部品３０に熱害が加えられる。許容できない熱害が高電圧部品３０に加わると、被覆等の保護部材が溶損し、短絡が発生するおそれがある。

【0029】

特に、軽量化のための床１０－３としてアルミ部材が用いられている場合、２階ＬＶ２の熱が３階ＬＶ３に伝わりやすい。また、高温ガスによって、アルミ部材の床１０－３が溶け落ちるおそれもある。床１０－３が溶け落ちると、高温ガスが２階ＬＶ２から３階ＬＶ３に直接流れ込むおそれがある。

【0030】

図２で示された状態から図３で示された状態への連鎖も発生し得る。すなわち、１階ＬＶ１の電池スタック２０－１において熱暴走が発生し、電池スタック２０－１から発生する高温ガスが２階ＬＶ２に熱害を与える。その結果、２階ＬＶ２の電池スタック２０－２においても熱暴走が発生し、電池スタック２０－２から発生する高温ガスが３階ＬＶ３に熱害を与える。このような連鎖により、電池パック１内部が更に高温、高圧となるおそれがある。

【0031】

そこで、本実施の形態は、階層構造を有する電池パック１において熱害を抑制することができる技術を提案する。

【0032】

図４は、本実施の形態に係る電池パック１の一例を説明するための概略図である。本実施の形態に係る電池パック１は、階ＬＶｉ（ｉ＝１，２）から上階ＬＶ（ｉ＋１）への熱移動を遮るための遮熱部材４０－ｉを備えている。より詳細には、遮熱部材４０－ｉは、階ＬＶｉに配置された電池スタック２０－ｉと上階ＬＶ（ｉ＋１）との間において電池スタック２０－ｉに対向するように配置されている。例えば、遮熱部材４０－ｉは、板状の遮熱板であり、ＸＹ面と略平行で且つ全面に配置されている。これにより、仮に電池スタック２０－ｉにおいて熱暴走が発生し、高温ガスが生成されたとしても、その高温ガスが上階ＬＶ（ｉ＋１）の床１０－（ｉ＋１）に吹きかかることが抑制される。すなわち、階ＬＶｉから上階ＬＶ（ｉ＋１）への熱移動が抑制される。その結果、上階ＬＶ（ｉ＋１）に配置された部品に対する熱害が抑制される。

【0033】

例えば、１階ＬＶ１の電池スタック２０－１と２階ＬＶ２の床１０－２との間に遮熱部材４０－１が配置されている。遮熱部材４０－１は、１階ＬＶ１から２階ＬＶ２への熱を遮断する。仮に１階ＬＶ１の電池スタック２０－１において熱暴走が発生し、高温ガスが生成されたとしても、その高温ガスが２階ＬＶ２の床１０－２に吹きかかることが抑制される。これにより、２階ＬＶ２に配置された電池スタック２０－２に対する熱害が抑制される。

【0034】

他の例として、２階ＬＶ２の電池スタック２０－２と３階ＬＶ３の床１０－３との間に遮熱部材４０－２が配置されている。遮熱部材４０－２は、２階ＬＶ２から３階ＬＶ３への熱を遮断する。仮に２階ＬＶ２の電池スタック２０－２において熱暴走が発生し、高温ガスが生成されたとしても、その高温ガスが３階ＬＶ３の床１０－３に吹きかかることが抑制される。これにより、３階ＬＶ３に配置された高電圧部品３０に対する熱害が抑制される。

【0035】

遮熱部材４０は、電池スタック２０－ｉの熱暴走に起因する高温ガスでは溶け落ちないように設計されている。その意味で、遮熱部材４０を「耐熱部材」と呼ぶこともできる。典型的には、遮熱部材４０は、金属部材である。例えば、遮熱部材４０は、鉄部材である。遮熱部材４０が遮熱板である場合、例えば、遮熱板は鉄板である。鉄を利用することにより、低コストで遮熱部材４０を実現することができる。但し、遮熱部材４０は鉄に限定されない。高温に強い材料であれば、どのよう材料でも遮熱部材４０として利用可能である。例えば、遮熱部材４０は、溶け落ちないほど分厚いアルミ板であってもよい。

【0036】

図５は、本実施の形態に係る電池パック１の他の例を説明するための概略図である。遮熱部材４０－ｉと上階ＬＶ（ｉ＋１）の床１０－（ｉ＋１）とが直接接触している場合、高温ガスによって熱せられた遮熱部材４０－ｉから床１０－（ｉ＋１）へ直接的な熱伝導が生じる。そのような遮熱部材４０－ｉから上階ＬＶ（ｉ＋１）の床１０－（ｉ＋１）への直接的な熱伝導を防ぐために、遮熱部材４０－ｉと上階ＬＶ（ｉ＋１）との間に断熱層５０－ｉが介在していることが好ましい。そのような断熱層５０－ｉによって、上階ＬＶ（ｉ＋１）に配置された部品に対する熱害が更に抑制される。

【0037】

断熱層５０は、例えば、空気層である。空気層により低コストで断熱層５０を実現することができる。他の例として、断熱層５０は、グラスファイバー等の遮熱部材によって構成されてもよい。遮熱部材を利用して断熱層５０を形成することによって、断熱性が更に向上する。

【0038】

以上に説明されたように、本実施の形態によれば、ある階ＬＶｉから上階ＬＶ（ｉ＋１）への熱移動が抑制される。仮にある階ＬＶｉの電池スタック２０－ｉにおいて熱暴走が発生して高温ガスが生じたとしても、その高温ガスの熱が上階ＬＶ（ｉ＋１）に与える影響が抑制される。すなわち、上階ＬＶ（ｉ＋１）に配置された部品に対する熱害が抑制される。これにより、上階ＬＶ（ｉ＋１）に配置された部品が保護される。

【0039】

また、上階ＬＶ（ｉ＋１）に配置された部品に対する熱害が抑制されるため、上階ＬＶ（ｉ＋１）の床１０－（ｉ＋１）としてアルミ部材を積極的に採用することが可能となる。アルミ部材を用いることにより、剛性を確保しつつ、電池パック１を軽量化することが可能となる。また、電池パック１は階層構造を有するため、床面積が縮小され、電池パック１はコンパクトになる。軽量且つコンパクトな電池パック１は、持ち運びやすさの観点から好ましい。

【0040】

３．構成例
図６は、本実施の形態に係る電池パック１の構成例を示す斜視図である。

【0041】

１階ＬＶ１は、床１０－１、遮熱紙１５－１、電池スタック２０－１、及び遮熱部材４０－１を含んでいる。床１０－１は、ＸＹ面と略平行である。例えば、床１０－１は、アルミ部材である。電池スタック２０－１は、遮熱紙１５－１（床上遮熱部材）を介して床１０－１の上に配置される。言い換えれば、遮熱紙１５－１は、床１０－１と電池スタック２０－１との間に配置される。遮熱紙１５－１は、例えば、タイガーボード等の建築部材である。遮熱部材４０－１は、電池スタック２０－１と２階ＬＶ２の床１０－２との間において電池スタック２０－１に対向するように配置されている。遮熱部材４０－１は、ＸＹ面と略平行である。例えば、遮熱部材４０－１は、鉄板である。

【0042】

２階ＬＶ２は、床１０－２、遮熱紙１５－２、電池スタック２０－２、及び遮熱部材４０－２を含んでいる。床１０－２は、ＸＹ面と略平行である。例えば、床１０－２は、アルミ部材である。電池スタック２０－２は、遮熱紙１５－２（床上遮熱部材）を介して床１０－２の上に配置される。言い換えれば、遮熱紙１５－２は、床１０－２と電池スタック２０－２との間に配置される。遮熱紙１５－２は、例えば、タイガーボード等の建築部材である。遮熱部材４０－２は、電池スタック２０－２と３階ＬＶ３の床１０－３との間において電池スタック２０－２に対向するように配置されている。遮熱部材４０－２は、ＸＹ面と略平行である。例えば、遮熱部材４０－２は、鉄板である。

【0043】

３階ＬＶ３は、床１０－３、遮熱紙１５－３、及び高電圧部品３０（図示されない）を含んでいる。床１０－３は、ＸＹ面と略平行である。例えば、床１０－３は、アルミ部材である。高電圧部品３０は、遮熱紙１５－３（床上遮熱部材）を介して床１０－３の上に配置される。言い換えれば、遮熱紙１５－３は、床１０－３と高電圧部品３０との間に配置される。遮熱紙１５－３は、例えば、タイガーボード等の建築部材である。

【0044】

１階ＬＶ１～３階ＬＶ３は、Ｚ方向に順番に積層される。カバー７０は、１階ＬＶ１～３階ＬＶ３からなる階層構造を収容する。好ましくは、カバー７０は、アルミニウム合金等のアルミ部材である。

【0045】

図７は、１階ＬＶ１の遮熱部材４０－１の周辺の構成例を示している。遮熱部材４０－１の上方には２階ＬＶ２の床１０－２が存在する。図７に示される例では、２階ＬＶ２の床１０－２は、１以上の連結部材６０－１を介して、１階ＬＶ１の遮熱部材４０－１上に設置されている。言い換えれば、１階ＬＶ１の遮熱部材４０－１と２階ＬＶ２の床１０－２との間に連結部材６０－１が介在している。これにより、１階ＬＶ１の遮熱部材４０－１と２階ＬＶ２の床１０－２との間に空気層５０Ａ－１が形成される。この空気層５０Ａ－１が断熱層５０－１として機能する。

【0046】

図８は、２階ＬＶ１の遮熱部材４０－２の周辺の構成例を示している。遮熱部材４０－２の上方には３階ＬＶ３の床１０－３が存在する。図８に示される例では、３階ＬＶ３の床１０－３は、１以上の連結部材６０－２を介して、２階ＬＶ２の遮熱部材４０－２上に設置されている。言い換えれば、２階ＬＶ２の遮熱部材４０－２と３階ＬＶ３の床１０－３との間に連結部材６０－２が介在している。これにより、２階ＬＶ２の遮熱部材４０－２と３階ＬＶ３の床１０－３との間に空気層５０Ａ－２が形成される。この空気層５０Ａ－２が断熱層５０－２として機能する。

【0047】

４．効果
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、遮熱部材４０－ｉが、階ＬＶｉの電池スタック２０－ｉと上階ＬＶ（ｉ＋１）との間において電池スタック２０－ｉに対向するように配置されている。この遮熱部材４０－ｉは、階ＬＶｉから上階ＬＶ（ｉ＋１）への熱移動を抑制する。従って、仮に階ＬＶｉの電池スタック２０－ｉにおいて熱暴走が発生して高温ガスが生じたとしても、その高温ガスの熱が上階ＬＶ（ｉ＋１）に与える影響が抑制される。すなわち、上階ＬＶ（ｉ＋１）に配置された部品に対する熱害が抑制される。これにより、上階ＬＶ（ｉ＋１）に配置された部品が保護される。

【0048】

断熱層５０－ｉ（例：空気層５０Ａ－ｉ）が遮熱部材４０－ｉと上階ＬＶ（ｉ＋１）との間に介在していてもよい。この場合、高温ガスによって熱せられた遮熱部材４０－ｉから上階ＬＶ（ｉ＋１）の床１０－（ｉ＋１）へ直接的な熱伝導が抑制される。従って、上階ＬＶ（ｉ＋１）に配置された部品に対する熱害が更に抑制される。

【0049】

図６に示されたように、遮熱紙１５－（ｉ＋１）が、上階ＬＶ（ｉ＋１）の床１０－（ｉ＋１）とその上の部品（電池スタック２０あるいは高電圧部品３０）との間に配置されていてもよい。このような遮熱紙１５－（ｉ＋１）により、下階からの熱が部品に伝わることが更に抑制される。すなわち、上階ＬＶ（ｉ＋１）に配置された部品に対する熱害が更に抑制される。

【0050】

また、上階ＬＶ（ｉ＋１）に配置された部品に対する熱害が抑制されるため、上階ＬＶ（ｉ＋１）の床１０－（ｉ＋１）としてアルミ部材を積極的に採用することが可能となる。アルミ部材を用いることにより、剛性を確保しつつ、電池パック１を軽量化することが可能となる。また、電池パック１は階層構造を有するため、床面積が縮小され、電池パック１はコンパクトになる。軽量且つコンパクトな電池パック１は、持ち運びやすさの観点から好ましい。

【0051】

持ち運びやすい電池パック１は、家庭用蓄電池として有用である。但し、電池パック１の適用先は家庭用蓄電池に限定されない。例えば、電池パック１は、車載用蓄電池に適用されてもよい。

【符号の説明】

【0052】

１ 電池パック（蓄電装置）
１０ 床
１５ 遮熱紙
２０ 電池スタック
３０ 高電圧部品
４０ 遮熱部材
５０ 断熱層
５０Ａ 空気層
６０ 連結部材
７０ カバー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】