特許 7748421 電池パック

(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】2025-09-24

(45)【発行日】2025-10-02

(54)【発明の名称】電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/35 20210101AFI20250925BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20250925BHJP

   H01M 50/367 20210101ALI20250925BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20250925BHJP

   H01M 50/276 20210101ALI20250925BHJP

   H01M 50/271 20210101ALI20250925BHJP

【ＦＩ】

H01M50/35 201

H01M50/342 101

H01M50/367

H01M50/209

H01M50/276

H01M50/271 B

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2023104397

(22)【出願日】2023-06-26

(65)【公開番号】P2025004606

(43)【公開日】2025-01-15

【審査請求日】2024-06-26

(73)【特許権者】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(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】寺内 忍

【審査官】大濱 伸也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１３５７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１５７９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１２３３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２３－５１９４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２５３７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００６７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／１５８５５２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／３０－５０／３９２

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルと、
開口部を有するケース本体と、
前記開口部を閉塞するように前記ケース本体に取り付けられ、前記ケース本体とともに、複数の前記電池セルを収容する空間を形成するカバーと、
前記空間において複数の前記電池セルおよび前記カバーの間に配置される第１部分と、前記第１部分の周縁に設けられ、前記ケース本体および前記カバーにより挟持される第２部分とを有し、金属またはセラミックからなるプレート部材とを備え、
前記電池セルは、
頂面と、側面とを含み、電極体および電解液を収容する外装体と、
前記外装体の内部の圧力が所定値以上になった場合に、前記外装体の内部から前記頂面を通じて前記空間にガスを流出させるガス流出弁とを有し、
前記第１部分は、前記頂面と対向し、さらに、
前記側面と対向して設けられ、前記空間と連通するガス流通路を形成し、前記ガスを前記空間から排出するダクトを備える、電池パック。

【請求項2】

前記ケース本体には、前記空間および前記ガス流通路を連通させる貫通孔からなるガス流通孔が設けられ、
前記外装体は、上方を向く前記頂面と、下方を向く底面とを含み、
前記ガス流通孔は、上下方向において、前記頂面よりも前記底面寄りの位置に配置される、請求項１に記載の電池パック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、電池パックに関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば、国際公開第２０２０／１８９５９０号（特許文献１）には、二次電池と、二次電池を収容する筐体と、筐体の長手方向における一端から他端まで延伸し、二次電池の高さ方向に配されて筐体を補強する板状の補強部とを備える電池パックが開示されている。

【0003】

また、特表２０２１－５３５５５６号公報（特許文献２）には、単電池と、単電池の上面および下面にそれぞれ接続される第１のパネルおよび第２のパネルと、単電池および第１のパネルの間に設けられる熱伝導板とを備える電池パックが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０２０／１８９５９０号

【文献】特表２０２１－５３５５５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の特許文献１に開示される電池パックでは、二次電池を収容する筐体（ケース）が、上部が開放された矩形箱状の本体部と、本体部の開口を覆うカバーとから構成されている。このような電池パックにおいて、電池異常時に電池セルより可燃性の高圧ガスが発生したり、高圧ガスの発生により自然発火が生じた場合に、本体部およびカバーの間からガスが漏出したり、ガス、または、自然発火に伴う衝撃波によって、カバーが破損したりする懸念がある。

【0006】

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、簡易な構成により、ガスの漏出と、カバーの破損とを防ぐことが可能な電池パックを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

［１］複数の電池セルと、開口部を有するケース本体と、上記開口部を閉塞するように上記ケース本体に取り付けられ、上記ケース本体とともに、複数の上記電池セルを収容する空間を形成するカバーと、上記空間において複数の上記電池セルおよび上記カバーの間に配置される第１部分と、上記第１部分の周縁に設けられ、上記ケース本体および上記カバーにより挟持される第２部分とを有し、金属またはセラミックからなるプレート部材とを備える、電池パック。

【0008】

このように構成された電池パックによれば、電池セルより発生するガス、または、自然発火に伴う衝撃波を、プレート部材の第１部分で受け止めることによって、カバーの破損を防ぎ、さらに、ケース本体およびカバーの間をプレート部材の第２部分でシールすることによって、ガスの露出を防ぐことができる。このよう構成において、第１部分および第２部分が、プレート部材に一体に設けられるため、簡易な構成により、カバーの破損と、ガスの漏出とを防ぐことができる。

【0009】

［２］上記電池セルは、頂面と、側面とを含み、電極体および電解液を収容する外装体と、上記外装体の内部の圧力が所定値以上になった場合に、上記外装体の内部から上記頂面を通じて上記空間にガスを流出させるガス流出弁とを有し、上記第１部分は、上記頂面と対向し、上記側面と対向して設けられ、上記空間と連通するガス流通路を形成し、上記ガスを上記空間から排出するダクトをさらに備える、［１］に記載の電池パック。

【0010】

このように構成された電池パックによれば、頂面を通じて外装体の内部から空間に流出したガスを、頂面およびカバーの間に配置された第１部分によってより確実に受け止めることができる。さらにそのガスをダクトにより排出することによって、複数の電池セルを収容する空間の内圧の高まりを抑制することができる。

【発明の効果】

【0011】

以上に説明したように、この発明に従えば、簡易な構成により、ガスの漏出と、カバーの破損とを防ぐことが可能な電池パックを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】この発明の実施の形態における電池パックを示す斜視図である。

【図2】図１中の電池パックを示す分解組み立て図である。

【図3】電池セルを示す斜視図である。

【図4】図１中のＩＶ－ＩＶ線上の矢視方向に見た電池パックを模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

【0014】

図１は、この発明の実施の形態における電池パックを示す斜視図である。図２は、図１中の電池パックを示す分解組み立て図である。図３は、電池セルを示す斜視図である。図４は、図１中のＩＶ－ＩＶ線上の矢視方向に見た電池パックを模式的に示す断面図である。

【0015】

図１から図４を参照して、電池パック１００は、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）または電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）などの車両の駆動用電源として用いられる。

【0016】

本明細書においては、電池パック１００の構造を説明する便宜上、後述する複数の電池セル１１の積層方向、かつ、水平方向に延びる軸を「Ｙ軸」といい、Ｙ軸と直交する方向、かつ、水平方向に延びる軸を「Ｘ軸」といい、上下方向に延びる軸を「Ｚ軸」という。図４に示されるように、電池パック１００は、基本的に、Ｙ軸－Ｚ軸平面に平行な仮想平面１１０を挟んで対称となる構造を有する。

【0017】

電池パック１００は、複数の電池セル１１を有する。複数の電池セル１１は、Ｙ軸方向に積層されている。電池セル１１は、リチウムイオン電池からなる。電池セル１１は、角形であり、直方体の薄板形状を有する。複数の電池セル１１は、Ｙ軸方向が電池セル１１の厚み方向となるように積層されている。

【0018】

電池セル１１は、外装体１２を有する。外装体１２は、直方体形状の筐体からなり、電池セル１１の外観をなしている。外装体１２には、電極体および電解液が収容されている。

【0019】

外装体１２は、一対の第１側面１４（１４ｊ，１４ｋ）と、一対の第２側面１３（１３ｊ，１３ｋ）と、頂面１５と、底面１６とを有する。

【0020】

第１側面１４は、Ｘ軸に直交する平面からなる。第１側面１４は、電池セル１１の積層方向であるＹ軸方向に平行である。第１側面１４ｊおよび第１側面１４ｋは、Ｘ軸方向において、互いに反対側を向いている。第２側面１３は、Ｙ軸に直交する平面からなる。第２側面１３は、外装体１２が有する複数の側面のうちで最も大きい面積を有する。第２側面１３ｊおよび第２側面１３ｋは、Ｙ軸方向において、互いに反対側を向いている。頂面１５および底面１６の各面は、Ｚ軸に直交する平面からなる。頂面１５は、上方を向いている。底面１６は、下方を向いている。

【0021】

電池セル１１は、ガス流出弁１７をさらに有する。ガス流出弁１７は、頂面１５に設けられている。ガス流出弁１７は、Ｘ軸方向における頂面１５の中心位置に設けられている。ガス流出弁１７は、外装体１２の内部の圧力が所定値以上になった場合に、外装体１２の内部から頂面１５を通じて外装体１２の外部（後述の空間２０）にガスを流出させる。

【0022】

電池セル１１は、正極端子１８Ｐおよび負極端子１８Ｎが対となった電極端子１８をさらに有する。電極端子１８は、頂面１５に設けられている。正極端子１８Ｐおよび負極端子１８Ｎは、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。正極端子１８Ｐおよび負極端子１８Ｎは、Ｘ軸方向におけるガス流出弁１７の両側にそれぞれ設けられている。

【0023】

複数の電池セル１１は、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１１，１１の間において、第２側面１３ｊ同士が向かい合わせとなり、第２側面１３ｋ同士が向かい合わせとなるように積層されている。これにより、複数の電池セル１１が積層されるＹ軸方向において、正極端子１８Ｐと負極端子１８Ｎとが、交互に並んでいる。Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１１，１１の間において、Ｙ軸方向に並ぶ正極端子１８Ｐと負極端子１８Ｎとが、図示されないバスバーにより、互いに接続されている。複数の電池セル１１は、互いに電気的に直列に接続されている。

【0024】

なお、本発明における電池セルは、角形に限られず、円筒形であってもよい。複数の電池セルは、たとえば、各電池セルの円筒軸がＺ軸方向に延びる直立姿勢で、Ｘ軸－Ｙ軸平面内において互いに間隔を開けて配列される。この場合に、ガス流出弁は、電池セルの頂面を構成する封口体の内側に設けられてもよい。

【0025】

図２に示されるように、Ｙ軸方向に積層された複数の電池セル１１によって、セル積層体１２０が構成されている。セル積層体１２０は、直方体形状をなしている。Ｙ軸方向におけるセル積層体１２０の長さは、Ｚ軸方向におけるセル積層体１２０の長さよりも大きく、Ｘ軸方向におけるセル積層体１２０の長さよりも大きい。セル積層体１２０は、Ｚ軸方向に見た平面視において、Ｙ軸方向が長手方向となり、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向が短手方向となる矩形形状を有する。

【0026】

電池パック１００は、一対のエンドプレート９１と、一対のバインドバー６６（図２では図示を省略、図４を参照のこと）とをさらに有する。一対のエンドプレート９１は、それぞれ、Ｙ軸方向におけるセル積層体１２０（複数の電池セル１１）の両端に配置されている。一対のバインドバー６６は、Ｘ軸方向におけるセル積層体１２０の両端に配置されている。バインドバー６６は、Ｙ軸方向に延び、その両端で一対のエンドプレート９１にそれぞれ接続されている。複数の電池セル１１は、一対のエンドプレート９１および一対のバインドバー６６により一体に保持されている。

【0027】

電池パック１００は、ケース本体３１と、カバー２１とをさらに有する。ケース本体３１およびカバー２１は、金属製である。ケース本体３１およびカバー２１は、たとえば、アルミニウムから形成されている。ケース本体３１は、開口部３０を有する。開口部３０は、上方を向いて開口している。カバー２１は、開口部３０を閉塞するようにケース本体３１に取り付けられている。カバー２１は、ケース本体３１とともに、複数の電池セル１１を収容する空間２０を形成している。

【0028】

ケース本体３１は、底部５１と、一対の第１側部３２と、一対の第２側部３６とを有する。底部５１は、Ｚ軸方向が厚み方向となり、Ｘ軸－Ｙ軸平面に沿って配置される壁形状をなしている。底部５１は、Ｚ軸方向に見た平面視において、矩形形状を有する。セル積層体１２０は、底部５１上に載置されている。底部５１およびセル積層体１２０の間には、冷却プレート６１が介挿されている。冷却プレート６１には、Ｙ軸方向に延びる冷媒通路６２が設けられている。

【0029】

一対の第１側部３２および一対の第２側部３６は、底部５１の周縁から立ち上がっている。一対の第１側部３２は、空間２０を挟んで、Ｘ軸方向において互いに対向している。第１側部３２は、Ｘ軸方向が厚み方向となり、Ｙ軸－Ｚ軸平面に沿って配置される壁形状をなしている。一対の第２側部３６は、空間２０を挟んで、Ｙ軸方向において互いに対向している。第２側部３６は、Ｙ軸方向が厚み方向となり、Ｘ軸－Ｚ軸平面に沿って配置される壁形状をなしている。

【0030】

底部５１は、複数のボルト５２を用いて、一対の第１側部３２および一対の第２側部３６と締結されている。このような構成に限られず、底部５１と、一対の第１側部３２および一対の第２側部３６とは、金属により一体に成形されてもよい。

【0031】

空間２０は、底部５１上であって、一対の第１側部３２および一対の第２側部３６により取り囲まれた位置に形成されている。開口部３０は、一対の第１側部３２および一対の第２側部３６の上端部により規定されている。空間２０は、開口部３０を通じて、ケース本体３１の外側の空間に開放されている。

【0032】

ケース本体３１は、第１鍔部３３をさらに有する。第１鍔部３３は、一対の第１側部３２および一対の第２側部３６の上端部から、Ｘ軸－Ｙ軸平面の面方向に鍔状に広がっている。第１鍔部３３は、一対の第１側部３２および一対の第２側部３６の上端部に沿って額縁状に設けられている。

【0033】

カバー２１は、カバー本体部２２と、第２鍔部２４とを有する。カバー本体部２２は、カバー２１の主要部をなしており、開口部３０を閉塞している。カバー本体部２２は、Ｚ軸方向が深さ方向となり、下方を向いて開口する受け皿形状を有する。第２鍔部２４は、カバー本体部２２の下端部から、Ｘ軸－Ｙ軸平面の面方向に鍔状に広がっている。第２鍔部２４は、カバー本体部２２の下端部に沿って額縁状に設けられている。第２鍔部２４は、Ｚ軸方向において、第１鍔部３３と重ね合わされている。第１鍔部３３および第２鍔部２４が、複数のボルト２６を用いて互いに締結されることによって、カバー２１が、ケース本体３１に取り付けられている。

【0034】

電池パック１００は、プレート部材４１をさらに有する。プレート部材４１は、電池セル１１から発生する高温ガスや火炎に晒されても変形しない程度の耐熱性を備える材料から形成されており、好ましくは、金属製またはセラミック製である。プレート部材４１は、たとえば、炭素鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウムもしくはチタンなどの金属、または、アルミナ、ジルコニアもしくはシリカなどのセラミックから形成されている。プレート部材４１は、これらの表面に樹脂材料がコーティングされたものであってもよい。プレート部材４１の厚みは、カバー２１の厚みよりも小さい。

【0035】

プレート部材４１は、第１部分４２と、第２部分４６とを有する。第１部分４２および第２部分４６は、金属またはセラミックにより一体に成形されている。第１部分４２および第２部分４６は、一続きに連なっている。第１部分４２の材質と、第２部分４６の材質とは、同じである。第１部分４２の厚みと、第２部分４６の厚みとは、同じである。

【0036】

第１部分４２は、空間２０に設けられている。第１部分４２は、空間２０において、複数の電池セル１１と、カバー２１との間に配置されている。第１部分４２は、空間２０において、セル積層体１２０およびカバー本体部２２の間に配置されている。第１部分４２は、Ｚ軸方向において、電池セル１１の頂面１５と対向している。第１部分４２は、Ｚ軸方向において、ガス流出弁１７と対向している。第１部分４２は、Ｚ軸方向において、電極端子１８（正極端子１８Ｐ，負極端子１８Ｎ）と対向している。

【0037】

第１部分４２は、Ｚ軸方向が深さ方向となり、下方を向いて開口する受け皿形状を有する。第１部分４２は、Ｚ軸方向に見た平面視において、Ｙ軸方向が長手方向となり、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向が短手方向となる矩形形状を有する。Ｚ軸方向に見た平面視におけるセル積層体１２０の範囲は、Ｚ軸方向に見た平面視における第１部分４２の範囲に含まれる。

【0038】

第２部分４６は、第１部分４２の周縁に設けられている。第２部分４６は、Ｚ軸方向に見た平面視における第１部分４２の周縁に沿って設けられている。第２部分４６は、第１部分４２の下端部から、Ｘ軸－Ｙ軸平面の面方向に鍔状に広がっている。第２部分４６は、第１部分４２の下端部に沿って額縁状に設けられている。

【0039】

第２部分４６は、ケース本体３１およびカバー２１により挟持されている。第２部分４６は、第１鍔部３３および第２鍔部２４の間に介挿されている。第２部分４６は、第１鍔部３３および第２鍔部２４の間において、複数のボルト２６による締結力を受けている。

【0040】

空間２０は、プレート部材４１によって、空間２０Ａおよび空間２０Ｂに区画されている。空間２０Ｂは、プレート部材４１およびカバー２１により囲まれている。空間２０Ａは、プレート部材４１およびケース本体３１により囲まれている。複数の電池セル１１は、空間２０Ａに収容されている。

【0041】

電池パック１００は、ダクト７０をさらに有する。ダクト７０は、電池セル１１の第１側面１４と対向して設けられている。ダクト７０は、ガス流通路７２を形成している。ガス流通路７２は、空間２０と連通している。ダクト７０は、ガス流出弁１７から流出したガスを空間２０から排出する。

【0042】

ケース本体３１は、リブ部３４をさらに有する。リブ部３４は、第１側部３２からＸ軸方向に突出し、第１側部３２の周縁に沿ってリブ状に延びている。ダクト７０は、一対のダクトカバー７１を有する。一対のダクトカバー７１は、それぞれ、一対の第１側部３２に取り付けられている。ダクトカバー７１は、Ｘ軸方向において、リブ部３４と当接するように第１側部３２に取り付けられている。

【0043】

ダクトカバー７１は、第１側部３２とともに、ガス流通路７２を形成している。第１側部３２には、ガス流通孔３５が設けられている。ガス流通孔３５は、第１側部３２を貫通する孔からなり、空間２０（２０Ａ）およびガス流通路７２を連通させている。ガス流通路７２は、Ｙ軸方向に延び、その一方端部で開放されている。

【0044】

電池セル１１における内部短絡等の電池異常時に、外装体１２の内部で可燃性のガスが発生する場合が想定される。そのガスは、ガス流出弁１７が設けられた頂面１５を通じて空間２０（２０Ａ）に排出される（図４中の矢印Ａに示すガス流れ）。ガスは、プレート部材４１に衝突し、第１部分４２に案内されることによって、Ｘ軸方向における空間２０（２０Ａ）の中央部から両端部に向かって流れ、さらに、セル積層体１２０および第１側部３２の間の隙間を通って下方に流れる（図４中の矢印Ｂ，Ｃに示すガス流れ）。ガスは、空間２０（２０Ａ）から、ガス流通孔３５を通ってガス流通路７２に排出される（図４中の矢印Ｄに示すガス流れ）。ガスは、ガス流通路７２を通ってＹ軸方向に流れ、ダクト７０の外部に排出される（図１中の矢印Ｅに示すガス流れ）。

【0045】

近年における電池の高容量化に伴って、電池セル１１で発生するガス量が増えている。このため、電池セル１１から高圧ガスが噴出したり、ガスの圧力が高まることによってガスが高温となり、自然発火が生じたりする場合がある。このような場合に備えて、本実施の形態における電池パック１００では、第１部分４２および第２部分４６を有するプレート部材４１が設けられている。

【0046】

空間２０において、複数の電池セル１１（セル積層体１２０）およびカバー２１の間に配置される第１部分４２により、電池セル１１から噴出する高圧ガス、または、自然発火に伴う衝撃波を受け止めることによって、カバー２１の破損を防ぐことができる。加えて、第１部分４２は、カバー２１が高温ガスに晒されることを防ぐ遮熱機能も有する。また、ケース本体３１およびカバー２１により挟持される第２部分４６によって、ガスが、上記の排ガス経路以外の箇所から漏出することを防止できる。このような構成において、第１部分４２および第２部分４６がプレート部材４１に一体に設けられるため、電池パック１００の構成を簡易にできる。

【0047】

また、本実施の形態では、第１部分４２が、ガス流出弁１７が設けられる頂面１５と、カバー２１との間に配置されるため、ガス流出弁１７から流出した高圧ガスをより確実に第１部分４２で受け止めることができる。

【0048】

以上に説明した、この発明の実施の形態における電池パック１００の構造をまとめると、本実施の形態における電池パック１００は、複数の電池セル１１と、開口部３０を有するケース本体３１と、開口部３０を閉塞するようにケース本体３１に取り付けられ、ケース本体３１とともに、複数の電池セル１１を収容する空間２０を形成するカバー２１と、空間２０において複数の電池セル１１およびカバー２１の間に配置される第１部分４２と、第１部分４２の周縁に設けられ、ケース本体３１およびカバー２１により挟持される第２部分４６とを有し、金属またはセラミックからなるプレート部材４１とを備える。

【0049】

このように構成された、この発明の実施の形態における電池パック１００によれば、簡易な構成により、カバー２１の破損を防ぎつつ、空間２０からのガスの漏出を防ぐことができる。

【0050】

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】

【0051】

１１ 電池セル、１２ 外装体、１３，１３ｊ，１３ｋ 第２側面、１４，１４ｊ，１４ｋ 第１側面、１５ 頂面、１６ 底面、１７ ガス流出弁、１８ 電極端子、１８Ｎ 負極端子、１８Ｐ 正極端子、２０，２０Ａ，２０Ｂ 空間、２１ カバー、２２ カバー本体部、２４ 第２鍔部、２６，５２ ボルト、３０ 開口部、３１ ケース本体、３２ 第１側部、３３ 第１鍔部、３４ リブ部、３５ ガス流通孔、３６ 第２側部、４１ プレート部材、４２ 第１部分、４６ 第２部分、５１ 底部、６１ 冷却プレート、６２ 冷媒通路、６６ バインドバー、７０ ダクト、７１ ダクトカバー、７２ ガス流通路、９１ エンドプレート、１００ 電池パック、１１０ 仮想平面、１２０ セル積層体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】