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JP5979508B2 - 電池パック - Google Patents
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Description

本発明は、複数の電池モジュールをケース内に収容した電池パックに関する。
複数の電池をケースに収容して、所定の電圧及び容量を出力できるようにした電池パックは、種々の機器、車両等の電源として広く使用されている。中でも、汎用的な電池を並列・直列接続して、所定の電圧及び容量を出力する組電池をモジュール化し、この電池モジュールを種々組み合わせることによって、多種多様な用途に対応可能とする技術が採用され始めている。このモジュール化技術は、電池モジュールに収容する電池を高性能化することによって、電池モジュール自身の小型・軽量化が図られるため、電池パックを組み立てる際の作業性が向上するとともに、自動車等の限られた空間へ搭載する際の自由度が向上するなど、様々なメリットを有する。
ところで、例えば、電池パックを自動車等の車両に搭載した場合、車両が冠水路等を走行した際、電池パック内に水等が侵入するおそれがある。そのため、通常は、複数の電池モジュールを収容するケースを密閉状態にして、電池パックに防水機能を持たせている。
一方、電池モジュールを構成する電池は、充放電時に発熱するため、電池パックを適切な温度に保つために、電池パックを冷却する必要がある。しかし、電池パックを冷却すると、電池パック内で水滴が凝結し、電池モジュールの外部端子が水に濡れるおそれがある。
そこで、特許文献1には、電池パックの底部に排水穴を設けるとともに、外部からの水圧により、排水穴からの水の侵入を防止する閉鎖手段を設けた電池パックの排水構造が開示されている。これにより、電池パックの防水性を維持しつつ、凝結水の排水を行うことができる。
特開2011−173447号公報
しかしながら、特許文献1に開示された電池パックは、閉鎖手段により、電池パックの防水性を維持させているが、外部から水圧以外の応力等が電池パックに加わった場合、電池パックの防水性が喪失するおそれがある。
また、排水用の排水穴を設けていない電池パックにおいても、外部から電池パックに衝撃等が加わった場合、電池パックのケースの密閉性が喪失するおそれもある。
しかしながら、従来、何らかの原因で、電池パックの密閉性が喪失し、電池パック内に水等が侵入した場合の電池パックの安全性については、ほとんど考慮されていなかった。
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その主な目的は、万一、電池パックの密閉性が喪失して、電池パック内に水等が侵入した場合でも、安全性を維持することができる電池パックを提供することにある。
本発明に係る電池パックは、複数の電池モジュールと、複数の電池モジュールが収容される外装ケースと、外装ケースの内部の水を検出するセンサーと、水を放出するために、外装ケースに設けられる蓋部と、を備え、蓋部は、センサーによって検出される水の検出結果に基づいて開蓋され、複数の電池モジュールは、外部端子を含み、外装ケースは、上外装ケースと、下外装ケースと、上外装ケースと下外装ケースとを接合する接合部と、を含み、接合部は、複数の電池モジュールにおける外部端子のうち最も下方にある外部端子よりも、下方に位置している、ことを特徴とする。
ある好適な実施形態において、上記電池モジュールは、外部端子を含み、センサーは、外装ケースの内部のうち、外部端子と同じ高さ又は外部端子よりも下方に配置される。
ある好適な実施形態において、上記電池パックは、複数の電池モジュールと、複数の電池モジュールが収容される外装ケースと、外装ケースの内部の水を検出するセンサーと、水を放出するために、外装ケースに設けられる蓋部と、外装ケースに収容され、電池モジュールを収容する、上部が開放された収容室と、を備え、蓋部は、センサーによって検出される水の検出結果に基づいて開蓋され、センサーは、外装ケースの内部のうち、収容室の側壁の開口側端部と同じ高さの位置または収容室の側壁の開口側端部の高さよりも低い位置に配置される。
ある好適な実施形態において、上記電池パックは、外装ケースに設けられ、水を溜めることができる水溜部を備え、水溜部は、水溜部に溜まった水の重さによって回転する。
ある好適な実施形態において、複数の電池モジュールは、少なくとも直列接続された複数の電池モジュールを有し、直列接続された複数の電池モジュールの両端間の電位差は、50V以上である。
また、電池パックは、複数の単体の電池が集合したものであってもよい。
本発明によれば、万一、電池パックの密閉性が喪失して、電池パック内に水等が侵入した場合でも、安全性を維持することができる電池パックを提供することができる。
電池パックを搭載した車両の模式図である。 (a)は、外装ケース内に水が侵入した状態を示した図で、(b)は、外部短絡が生じたときの等価回路図である。 本発明の一実施形態における電池モジュールの構成を示した斜視図である。 本発明の一実施形態における電池モジュールの分解斜視図である。 本発明の一実施形態における電池モジュールの部分断面図である。 本発明の一の実施形態における電池パックの構成を示した断面図である。 (a)、(b)は、本発明の他の実施形態における電池パックの構成を示した断面図である。 本発明の他の実施形態における電池パックの構成を示した断面図である。 本発明の他の実施形態における電池パックの構成を示した断面図である。 (a)、(b)は、本発明の他の実施形態における電池パックの構成を示した断面図である。
本発明の実施形態を説明する前に、まず、本発明を想到するに至った経緯を説明する。
図1は、電池パック200を自動車等の車両に搭載した例を示した図である。例えば、図1に示した例では、車両のシートの下方にある空間に、電池パック200が搭載されている。
ここで、電池パック200は、複数の電池モジュールが外装ケース内に収容されており、外装ケースは、上外装ケースと下外装ケースとが接合されて密閉されている。例えば、メンテナンス等の容易性を考慮して、上外装ケースと下外装ケースとを、ゴム製のパッキン等を介してネジ等で締め付けることによって、外装ケースが密閉されている。
もし、上外装ケースと下外装ケースとの接合部が、車両の振動や外部からの衝撃等で、パッキングがゆるむと、外装ケースの密閉性が喪失するおそれがある。この場合、例えば、車両が、電池パック200が浸るような深さの冠水路を走行した際、上外装ケースと下外装ケースとの接合部から、水等が電池パック200内に侵入することが想定される。
図2(a)は、電池パック200の外装ケース20内に水が侵入した状態を示した図である。ここで、電池モジュール100は、それぞれ、正負の外部端子11a、11bが露出した状態で、絶縁性のケース内に収容され、かつ、複数の電池モジュール100は、外装ケース20内に収容されている。もし、外装ケース20内に侵入した水70の量が多いと、図2(a)に示すように、電池モジュール100の外部端子11a、11bが、水70に冠水するおそれがある。
通常、雨水の電気伝導度は、10μS/cm程度と低いため、外部端子11a、11bが雨水に冠水しても、外部端子11a、11b間には、電流はほとんど流れない。しかし、冠水路に溜まった水が、海水の場合、海水の電気電導度は10μS/cm程度と、雨水に比べて2桁程度高いため、外部端子11a、11bが雨水に冠水すると、外部端子11a、11b間に短絡電流が流れるおそれがある。特に、電池が直列接続されたような電池モジュールでは、外部端子11a、11b間に大きな電位差があるため、大きな短絡電流が流れるおそれがある。
もし、外部端子11a、11b間に海水などの液体が入ると、近接した金属が溶解して、例えば、図2(a)に示すように、電池モジュール100のケース表面に金属19が析出し、その結果、外部端子11a、11bと外装ケース20との間で金属結合が生じるおそれがある。
一方、電池モジュール100が直列接続されている場合、両端の電池モジュール100間の電位差は非常に大きくなる(例えば、100V以上)。もし、両端にある電池モジュール100の外部端子11a、11bにおいて、外装ケース20間で金属結合が生じると、図2(b)に示すように、両端の電池モジュール100の正極、負極間は、電位差Vで、金属である外装ケース20の抵抗体(抵抗:R)で繋がる格好になるため、電池モジュール100に、大きな短絡電流Iが流れるおそれがある。そして、電池モジュール100に大電流が流れると、トラッキング現象(火花現象)によって発火するおそれがある。
このようなトラッキング現象による発火は、電池パック200内に海水が侵入してから、時間が遅れて(例えば、30分〜数時間後に)起きると考えられる。特に、直流電流は、交流電流よりもトラッキング現象が起こりやすく、また、一度起きたトラッキング現象は途中で消滅しにくい。そのため、走行している車両が、海水が溜まった冠水路を通過した際、電池パック200内に海水が侵入しても、すぐには、トラッキング現象による発火は生じない。それ故に、暫く走行した後、車両を止めて、運転者が車両から離れた後に、トラッキング現象による発火が生じるおそれがある。このような場合、運転者は、トラッキング現象による発火が生じたことに気がつかず、そのまま放っておくと、電池パック200からの発火によって、車両内の他の部材等に類焼を及ぼすおそれがある。
本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、万一、電池パックの密閉性が喪失して、電池パック内に海水等が侵入した場合でも、トラッキング現象による発火等を防止することのできる電池パックを提供するものである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
図3は、本発明の一実施形態における電池モジュール100の構成を示した斜視図である。
図3に示すように、電池モジュール100は、正負の外部端子11a、11bが露出した状態で、絶縁性のケース10内に収容されている。
図4は、電池モジュール100の分解斜視図で、図5は、電池モジュール100の部分断面図である。
図4及び図5に示すように、複数の電池14は、収容部15に形成された複数の中空部にそれぞれ挿入されている。電池14の正極端子14a側には、正極バスバー13が配置され、各電池14の正極端子14aは、正極バスバー13に形成された開口部13aを介して、接続部材17によって、正極バスバー13に接続されている。また、電池14の負極端子(電池ケースの底部)側には、負極バスバー16が配置されている。これにより、複数の電池14は、正極バスバー13及び負極バスバー16によって、並列に接続されている。
複数の電池14を収容した収容部15は、下ケース10b内に収容され、上ケース10aによって、密閉されている。正極バスバー13の端部には、正極外部端子11aが接続され、負極バスバー16の端部には、負極外部端子11bが接続されており、両外部端子11a、11bは、上ケース10aの上面に形成された穴12から、外部に露出している。
収容部15に収容された各電池14は、収容部15の隔壁、正極バスバー13、及び負極バスバー16によって密閉状態になっているとともに、上ケース10aと正極バスバー13との間には、排気ダクト18が形成されている。電池14の正極端子14aには、電池14内で発生したガスを排出する開口部(不図示)が設けられ、電池14内で発生したガスは、開口部を介して排気ダクト18に排出され、さらに、上ケース10aに形成された排出口(不図示)より外部に放出される。
ここで、電池モジュール100に収容される電池14は、特に制限されないが、例えば、円筒形のリチウムイオン電池等を使用することができる。
また、本発明において、「電池モジュール」とは、複数の電池が、絶縁性のケース内に収容された集合体をいい、例えば、電池ブロック、組電池等と区別されるものではない。
図6は、本実施形態における電池パック200の構成を示した断面図である。
図6に示すように、電池パック200は、複数の電池モジュール100が集合したものからなる。各電池モジュール100は、それぞれ、外部端子11a、11bが露出した状態で、絶縁性のケース内に収容され、複数の電池モジュール100は、外装ケース内に収容されている。また、外装ケースは、上外装ケース20aと下外装ケース20bとが接合されて密閉されている。
ここで、外装ケースには、外装ケース内に侵入した水を検出するセンサー40が配設され、さらに、下外装ケース20bの底部には、センサー40が、外装ケース内に水が侵入したことを検出した検出信号に連動して開蓋される蓋部50が設けられている。
このような構成により、万一、上外装ケース20aと下外装ケース20bとの接合部21がゆるみ、接合部21から海水等が電池パック200内に侵入しても、センサー40が、外装ケース内に水が侵入したことを検出すれば、下外装ケース20bの底部に設けられた蓋部50が、外装ケース内に水が侵入したことを検出した検出信号に連動して開蓋されるため、外部端子11a、11bが冠水する前に、外装ケース内の水を外部に放出させることができる。
これにより、電池パック200内に侵入してくる水に、電気伝導度の高い海水等が含まれていても、外部端子11a、11bに大きな短絡電流が流れることはない。その結果、短絡電流によって引き起こされるトラッキング現象による発火等を防止でき、電池パックの安全性を確保することができる。
特に、電池パック200内に、直列接続された複数の電池モジュール100が含まれ、直列接続された複数の電池モジュールの両端間の電位差が、50V以上である場合に、本願発明の効果が発揮される。
ここで、本実施形態におけるセンサー40は、水を検出できる機能があれば、どのような種類のセンサーであってもよい。例えば、抵抗値変化を読み取る漏電検知センサー等を用いることができる。
また、蓋部50は、センサー40からの電気的な検出信号によって、蓋部50の開閉が制御できる機構のものであれば、どのような機構の蓋部であってもよい。例えば、モーターで制御されるアクチュエーター等を用いることができる。あるいは、スイッチ部品のようなものでロックを解除することによって蓋が開閉するような機構であってもよい。
また、センサー40を外装ケースに配設する部位は特に制限されないが、例えば、センサー40を、外装ケースにおいて、最も下方に位置する部位に配設することによって、外装ケース内に侵入した水を素早く検出することができる。
また、図7(a)、(b)に示すように、下外装ケース20bの底面に、凹部22または傾斜部23を設け、センサー40を、凹部22または傾斜部23に配設させてもよい。この場合、外装ケース内に侵入した水は、凹部22に溜まったり、傾斜部23を流れ落ちたりするため、外装ケース内に侵入した水を、より素早く検出することができる。
ところで、上述したように、電池パック200内に海水等が侵入して、外部端子11a、11bが冠水しても、トラッキング現象(火花現象)による発火は、冠水してから時間が遅れて(例えば、30分〜数時間後)に起きると考えられる。
このことを考慮すると、図8に示すように、センサー40は、外装ケースにおいて、複数の電池モジュール100における外部端子11a、11bのうち、最も下方にある外部端子11a、11bの位置に対応した部位に配設されていてもよい。
この場合、蓋部50は、センサー40が、外装ケース内に侵入した水の高さが、複数の電池モジュール100における外部端子11a、11bのうち、最も下方にある外部端子11a、11bの位置に達したことを検出した検出信号に連動して、開蓋される。
これにより、万一、外部端子11a、11bが冠水しても、その後、速やかに蓋部50を開蓋して、外装ケース内に溜まった水を外部に放出させることができる。
これにより、電池パック200内に侵入してくる水に、電気伝導度の高い海水等が含まれていても、外部端子11a、11bに大きな短絡電流が流れることはない。その結果、短絡電流によって引き起こされるトラッキング現象による発火等を防止でき、電池パックの安全性を確保することができる。
なお、図8に示した例では、同じ高さの電池モジュール100が、向きを揃えて配列されているため、外部端子11a、11bは、矢印Aで示した線の高さに揃っている。従って、この場合、センサー40は、矢印Aで示した線に対応した部位に配設されていればよい。
図8に示した例では、センサー40を、外装ケースの内部のうち、外部端子11a、11bと同じ高さに配置したが、外部端子11a、11bよりも下方に配置しても同様の効果を発揮しうる。
蓋部50は、センサー40によって検出される水の検出結果に基づいて開蓋され、これにより、外装ケース内に侵入した水を外部に放出することができれば、蓋部50を外装ケースに設ける位置は特に制限されない。例えば、蓋部50を、外装ケースの側面において、外部端子11a、11bよりも下方に位置する部位に設けてもよい。あるいは、図8に示したように、センサー40を、外部端子11a、11bと同じ高さ、若しくは外部端子11a、11bよりも下方に配置した場合、蓋部50を、当該センサー40の配置位置よりも下方の部位に設けてもよい。
また、図6に示したように、上外装ケース20aと下外装ケース20bとの接合部21は、複数の電池モジュール100における外部端子11a、11bのうち、最も下方にある外部端子11a、11bよりも下方に位置していることが好ましい。
これにより、電池モジュール100の外部端子11a、11bが、接合部21よりも上方に位置しているため、万一、外部端子11a、11bが冠水するまで水が侵入しても、冠水するまでの時間を大幅に遅らすことができる。
また、図9に示すように、複数の電池モジュール100は、外装ケース内において、上部が開放された収容室30内に収容されていてもよい。この場合、センサー40は、外装ケースにおいて、収容室30の側壁の開口側端部31の位置に対応した部位に配設されていることが好ましい。
この場合、蓋部50は、センサー40が、外装ケース内に侵入した水の高さが、収容室30の側壁の開口側端部31の位置に達したことを検出した検出信号に連動して、開蓋される。
なお、図9に示した例では、センサー40を、外装ケースの内部のうち、収容室30の側壁の開口側端部31の高さの位置に配置したが、収容室30の側壁の開口側端部31の高さよりも低い位置に配置しても、同様の効果を発揮しうる。
本実施形態において、上外装ケース20a及び下外装ケース20bの構成や材料等は、特に制限されないが、特に、下外装ケース20bが金属材料で構成されている場合、本願発明の効果が発揮される。
また、上外装ケース20aと下外装ケース20bとの接合は、電池パック200のメンテナンス等を容易にするために、上外装ケース20aと下外装ケース20bとが切り離しが可能な接合であることが好ましい。例えば、上外装ケース20aと下外装ケース20bとを、ゴム製のパッキン等のシール部材を介してネジ等で締め付ける方法を採用し得る。なお、溶接は、密閉性においては優れているが、電池パック200のメンテナンス等が困難なため、好ましくない。
また、下外装ケース20bは、例えば、電池パック200を自動車等の車両に搭載する場合、車両の構造体の一部(例えば、床シャーシ)を兼用してもよい。
また、蓋部50の代わりに、図10(a)に示すように、下外装ケース20bの底部に、外装ケース内に侵入した水を所定量溜めることのできる、回転自在な水溜部60を設けてもよい。この場合、図10(b)に示すように、水溜部60は、水溜部60に溜まった水の重さによって、回転軸61を軸に回転することにより、外装ケース内に侵水した水を外部に放出することができる。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、電池パック200を、複数の電池モジュール100を集合して構成したが、複数の電池を集合して構成したものであってもよい。この場合、電池は、それぞれ、電極端子が露出した状態で、絶縁性の電池ケース内に収容され、かつ、複数の電池は、外装ケース内に収容されている。また、外装ケースは、上外装ケースと下外装ケースとが接合されて密閉されている。
本発明は、自動車、電動バイク又は電動遊具等の駆動用電源として有用である。
10 ケース
10a 上ケース
10b 下ケース
11a、11b 外部端子
12 穴
13 正極バスバー
13a 開口部
14 電池
14a 電極端子(正極端子)
15 収容部
16 負極バスバー
17 接続部材
18 排気ダクト
20 外装ケース
20a 上外装ケース
20b 下外装ケース
21 接合部
22 凹部
23 傾斜部
30 収容室
31 側壁開口側端部
40 センサー
50 蓋部
60 水溜部
61 回転軸
100 電池モジュール
200 電池パック

Claims (15)

  1. 複数の電池モジュールと、
    前記複数の電池モジュールが収容される外装ケースと、
    前記外装ケースの内部の水を検出するセンサーと、
    前記水を放出するために、前記外装ケースに設けられる蓋部と、
    を備え、
    前記蓋部は、前記センサーによって検出される水の検出結果に基づいて開蓋され、
    前記複数の電池モジュールは、外部端子を含み、
    前記外装ケースは、
    上外装ケースと
    下外装ケースと、
    前記上外装ケースと下外装ケースとを接合する接合部と、
    を含み、
    前記接合部は、前記複数の電池モジュールにおける外部端子のうち最も下方にある外部端子よりも、下方に位置している、電池パック。
  2. 記蓋部は、前記下外装ケースに設けられる、請求項1に記載の電池パック。
  3. 記センサーは、前記外装ケースの内部のうち、前記外部端子と同じ高さ又は前記外部端子よりも下方に配置される、請求項1又は2に記載の電池パック。
  4. 前記センサーは、前記外装ケースの内部のうち、前記外部端子のうち最も下方にある外部端子と同じ高さ、又は、前記最も下方にある外部端子よりも下方に配置される、請求項3に記載の電池パック。
  5. 前記外装ケースの底面には、凹部または傾斜部が設けられており、
    前記センサーは、前記凹部または前記傾斜部に配設されている、請求項1から請求項のいずれかに記載の電池パック。
  6. 前記センサーは、前記外装ケースにおいて、最も下方に位置する部位に配設されている、請求項1から請求項5のいずれかに記載の電池パック。
  7. 複数の電池モジュールと、
    前記複数の電池モジュールが収容される外装ケースと、
    前記外装ケースの内部の水を検出するセンサーと、
    前記水を放出するために、前記外装ケースに設けられる蓋部と、
    前記外装ケースに収容され、前記電池モジュールを収容する、上部が開放された収容室と、
    備え、
    前記蓋部は、前記センサーによって検出される水の検出結果に基づいて開蓋され、
    前記センサーは、前記外装ケースの内部のうち、前記収容室の側壁の開口側端部と同じ高さの位置または前記収容室の側壁の開口側端部の高さよりも低い位置に配置される、電池パック。
  8. 前記外装ケースは、
    上外装ケースと
    下外装ケースと、
    前記上外装ケースと下外装ケースとを接合する接合部と、
    を含み、
    前記接合部は、前記収容室の側壁の開口側端部よりも下方に位置している、請求項に記載の電池パック。
  9. 複数の電池モジュールと、
    前記複数の電池モジュールが収容される外装ケースと、
    前記外装ケースに設けられ、水を溜めることができる水溜部と、
    を備え、
    前記水溜部は、前記水溜部に溜まった水の重さによって回転する、電池パック。
  10. 前記複数の電池モジュールのうち、少なくとも直列接続された複数の電池モジュールを備え、
    前記直列接続された複数の電池モジュールの両端間の電位差は、50V以上である、請求項1から請求項のいずれかに記載の電池パック。
  11. 複数の電池と、
    前記複数の電池が収容される外装ケースと、
    前記外装ケースの内部の水を検出するセンサーと、
    前記水を放出するために、前記外装ケースに設けられる蓋部と、
    前記外装ケースに収容され、前記電池を収容する、上部が開放された収容室と、
    を備え
    前記蓋部は、前記センサーによって検出される水の検出結果に基づいて、開蓋され、
    前記センサーは、前記外装ケースの内部のうち、前記収容室の側壁の開口側端部と同じ高さの位置または前記収容室の側壁の開口側端部の高さよりも低い位置に配置される、電池パック。
  12. 前記センサーは、前記外装ケースにおいて、最も下方に位置する部位に配設されている、請求項1に記載の電池パック。
  13. 前記電池は、電極端子を含み、
    前記センサーは、前記外装ケースの内部のうち、前記電極端子のうち最も下方にある電極端子と同じ高さ又は前記最も下方にある電極端子よりも下方に配置される請求項1又は請求項1に記載の電池パック。
  14. 複数の電池と、
    前記複数の電池が収容される外装ケースと、
    前記外装ケースに設けられ、水を溜めることができる水溜部と、
    を備え、
    前記水溜部は、前記水溜部に溜まった水の重さによって回転する、電池パック。
  15. 前記複数の電池のうち、少なくとも直列接続された複数の電池を備え、
    前記直列接続された複数の電池の両端間の電位差は、50V以上である、請求項1から請求項1のいずれかに記載の電池パック。
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