(57)【要約】【課題】異常時に発生するガスをパックケースの外部へ排出した後に、パックケースの気密性を再び確保することができるバッテリパックを提供する。【解決手段】バッテリパック１０は、シール部４０を介して接合された状態で気密に形成されたパックケース２０の内部に複数のバッテリ３０を収容してなる。シール部４０の一部は、異常時にバッテリから放出されるガスによってパックケースの内部圧力が圧力閾値以上となった状態においてロアケース２１とアッパーケース２２との間にガスが流通可能な開口部Ｈを形成するように、シール部の他の部位よりも接合強度が低く形成された弱接合部４２を備える。また、該バッテリパックは、正常時のバッテリの温度Ｔ１よりも高く、かつ、異常時にバッテリから放出されるガスの温度Ｔ２以下の範囲に設定された温度閾値Ｔｔｈ以上となった状態において、熱変形して開口部を閉塞する熱変形部材５０を有する。【選択図】図６Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方が開口した有底箱状のロアケースと、下方が開口した有底箱状のアッパーケースとを備え、前記ロアケースの開口縁と前記アッパーケースの開口縁とがシール部を介して接合された状態で気密に形成されたパックケースの内部に複数のバッテリを収容してなるバッテリパックであって、
前記シール部の一部は、異常時に前記バッテリから放出されるガスによって前記パックケースの内部圧力が圧力閾値以上となった状態において前記ロアケースと前記アッパーケースとの間にガスが流通可能な開口部を形成するように、前記シール部の他の部位よりも接合強度が低く形成された弱接合部を備え、
正常時の前記バッテリの温度よりも高く、かつ、異常時に前記バッテリから放出されるガスの温度以下の範囲に設定された温度閾値以上となった状態において、熱変形して前記開口部を閉塞する熱変形部材を有する、バッテリパック。
【請求項２】
前記開口部の開口の大きさを制限する開口制限部をさらに有する、請求項１に記載のバッテリパック。
【請求項３】
前記パックケースまたは前記熱変形部材に接するように配置され、前記熱変形部材から伝達された熱を受ける受熱部をさらに有する、請求項１または請求項２に記載のバッテリパック。
【請求項４】
前記熱変形部材は、前記シール部と一体に構造される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリパック。
【請求項５】
変形した状態の前記熱変形部材を、前記パックケースに対して保持する保持部をさらに有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロアケースと、アッパーケースとを備えるパックケースの内部に複数のバッテリを収容してなるバッテリパックが知られている。バッテリパックは、水、空気（外気）、異物等がパックケースの内部へ入り込むことを防止するために、ロアケースとアッパーケースとがシール部を介して接合された状態で気密に形成される。なお、本明細書において「気密」とは、液密（水密）の意味も含むものとする。
【０００３】
一方で、バッテリパックは、バッテリの内部短絡等の異常時にバッテリから多量のガスが急激に放出された場合に、パックケースの内部圧力が上昇してしまう可能性がある。このような場合、パックケースの破断や破損を防止するためにパックケースの内部のガスを外部に排出して内部圧力の上昇を抑制することが必要である。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、シール部の一部に他の部位よりも接合強度が低い弱接合部（脆弱部）を設けたバッテリパックが開示されている。パックケースの内部圧力が急激に上昇すると、当該弱接合部の接合が解除されて、アッパーケースとロアケースとの間にガスが流通可能な開口部を形成する。これにより、バッテリパックは、異常時に開口部を介してガスを外部へ排出できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０４１９７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１のバッテリパックでは、異常時に形成した開口部から水や空気等がパックケースの内部に入り込む可能性がある。これにより、異常が発生していないバッテリの耐久性が低下してしまう場合があった。
【０００７】
本発明の目的は、異常時に発生するガスをパックケースの外部へ排出した後に、パックケースの気密性を再び確保することができるバッテリ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】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明のバッテリパックは、上方が開口した有底箱状のロアケースと、下方が開口した有底箱状のアッパーケースとを備え、前記ロアケースの開口縁と前記アッパーケースの開口縁とがシール部を介して接合された状態で気密に形成されたパックケースの内部に複数のバッテリを収容してなるバッテリパックである。前記シール部の一部は、異常時に前記バッテリから放出されるガスによって前記パックケースの内部圧力が圧力閾値以上となった状態において前記ロアケースと前記アッパーケースとの間にガスが流通可能な開口部を形成するように、前記シール部の他の部位よりも接合強度が低く形成された弱接合部を備える。また、当該バッテリパックは、正常時の前記バッテリの温度よりも高く、かつ、異常時に前記バッテリから放出されるガスの温度以下の範囲に設定された温度閾値以上となった状態において、熱変形して前記開口部を閉塞する熱変形部材を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るバッテリパックによれば、異常時に発生するガスを開口部から排出した後に当該開口部を閉塞することができるため、パックケースの内部に水が浸入することを抑制し、異常が発生していないバッテリの短絡を防止することができる。また、開口部を閉塞することによって、異常時に酸素が少ない状態となったパックケースの内部に急激に大量の酸素が流入することを防止して、さらなる酸化反応の発生を抑制することができる。その結果、異常発生によって故障した後のバッテリパックの信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るバッテリパックの全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示すバッテリパックの分解斜視図である。
【図３】実施形態に係るバッテリを構成する単セルの断面図である。
【図４】図１に示すバッテリパックのロアケースの平面図である。
【図５】図４に示すシール部の一部を拡大して示す平面図である。
【図６Ａ】実施形態に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図であり、図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６Ｂ】実施形態に係るバッテリパックの異常時の圧力開放機能を説明するための図であり、図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６Ｃ】実施形態に係るバッテリパックの異常発生後の再シール機能を説明するための図であり、図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図７Ａ】雰囲気温度と熱変形部材の熱膨張率との関係を示す図である。
【図７Ｂ】雰囲気温度が温度閾値以上となった状態における熱変形部材の熱膨張率の時間推移を示す図である。
【図８Ａ】変形例１に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図であり、図６Ａに対応する断面図である。
【図８Ｂ】変形例１に係るバッテリパックの異常時の圧力開放機能を説明するための図であり、図６Ｂに対応する断面図である。
【図８Ｃ】変形例１に係るバッテリパックの異常発生後の再シール機能を説明するための図であり、図６Ｃに対応する断面図である。
【図９Ａ】変形例２に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図であり、図６Ａに対応する断面図である。
【図９Ｂ】雰囲気温度が温度閾値以上となった状態における熱変形部材の熱膨張率の時間推移を示す図であり、変形例２に係る熱変形部材と対比例に係る熱変形部材とを比較して示す図である。
【図１０Ａ】変形例３に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図であり、図６Ａに対応する断面図である。
【図１０Ｂ】変形例３に係るバッテリパックの異常時の圧力開放機能を説明するための図であり、図６Ｂに対応する断面図である。
【図１０Ｃ】変形例３に係るバッテリパックの異常発生後の再シール機能を説明するための図であり、図６Ｃに対応する断面図である。
【図１１Ａ】変形例４に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図であり、図６Ａに対応する断面図である。
【図１１Ｂ】変形例４に係るバッテリパックの異常時の圧力開放機能を説明するための図であり、図６Ｂに対応する断面図である。
【図１１Ｃ】変形例４に係るバッテリパックの異常発生後の再シール機能を説明するための図であり、図６Ｃに対応する断面図である。
【図１２Ａ】変形例５に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図であり、図６Ａに対応する断面図である。
【図１２Ｂ】変形例５に係るバッテリパックの異常時の圧力開放機能を説明するための図であり、図６Ｂに対応する断面図である。
【図１２Ｃ】変形例５に係るバッテリパックの異常発生後の再シール機能を説明するための図であり、図６Ｃに対応する断面図である。
【図１３Ａ】変形例６に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図であり、図６Ａに対応する断面図である。
【図１３Ｂ】変形例６に係るバッテリパックの異常時の圧力開放機能を説明するための図であり、図６Ｂに対応する断面図である。
【図１３Ｃ】変形例６に係るバッテリパックの異常発生後の再シール機能を説明するための図であり、図６Ｃに対応する断面図である。
【図１４】変形例７に係るバッテリパックの構成を説明するための図であり、図６Ｂに対応する断面図である。
【図１５】変形例８に係るバッテリパックの構成を説明するための図であり、図６Ｂに対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。例えば、以下の説明では、車両に搭載されるバッテリパックを例示として説明するが、本発明は他の用途の電源として使用されるバッテリパックにも適用することができる。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
［バッテリパック１０の全体構成］
まず、本実施形態に係るバッテリパック１０の構成を説明する。
【００１３】
図１は、バッテリパック１０の全体構成を示す斜視図である。図１に示すバッテリパック１０は、電気自動車やハイブリッド車等の電動機を駆動源とする車両に搭載されるバッテリパックである。
【００１４】
図２は、バッテリパック１０の分解斜視図である。図２を参照して、バッテリパック１０は、複数のバッテリ３０、温調風ユニット１１、ＳＤスイッチ１２、ジャンクションボックス１３、コントローラ１４、その他の補機および各種配線を、パックケース２０の内部に収容して構成される。
【００１５】
温調風ユニット１１は、バッテリパック１０の送風ダクトに冷風または温風を送風する装置である。ＳＤスイッチ１２は、バッテリ３０の強電回路のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチである。ジャンクションボックス１３は、複数の配線を結合、分岐、中継するための端子や端末を保護する箱型の容器である。コントローラ１４は、各バッテリ３０の容量、温度、電圧等の管理を行う制御装置である。
【００１６】
（パックケース２０）
図２に示すように、パックケース２０は、上方が開口した有底箱状のロアケース２１と、下方が開口した有底箱状のアッパーケース２２と、を有する。ロアケース２１の開口縁２１ａとアッパーケース２２の開口縁２２ａとは、シール部４０を介して接合される。パックケース２０の形成材料は、特に限定されないが、例えば、鉄等の金属材料を用いることができる。
【００１７】
（バッテリ３０）
バッテリ３０は、扁平型のリチウムイオン二次電池からなる単セル３１を複数積層して構成される。図３は、単セル３１の断面図である。図３に示すように、単セル３１は、充放電反応が進行する発電要素３２がラミネートフィルム３６の内部に封止された構造を有する。単セル３１は、ラミネートフィルム３６の外部に導出された正極タブ３７ａおよび負極タブ３７ｂをさらに有する。正極タブ３７ａおよび負極タブ３７ｂは、発電要素３２から電力を入出力するために用いられる。
【００１８】
図３に示すように、発電要素３２は、正極集電体３３ａに正極活物質層３３ｂが形成されてなる正極３３と、負極集電体３４ａに負極活物質層３４ｂが形成されてなる負極３４と、正極３３と負極３４との間に配置される電解質層３５と、を積層して構成される。正極集電体３３ａは、正極タブ３７ａと接続される。負極集電体３４ａは、負極タブ３７ｂと接続される。なお、単セル３１の構成は、図３に示すものに限定されない。
【００１９】
ラミネートフィルム３６の形成材料は、特に限定されないが、例えば、ＰＰ、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のものを用いることができる。
【００２０】
（シール部４０）
シール部４０は、環境条件や入力負荷条件において、パックケース２０の内部へ水や空気が入り込むことを防止するシール機能、およびロアケース２１とアッパーケース２２とを接合する接合機能の両方の機能を有する。ここで、「環境条件」とは、例えば、高圧洗車や冠水路走行等の水の影響や、気温の変化による温度変化の影響等を意味する。また、「入力負荷条件」とは、前突時や側突時等での衝撃入力や路面等からの振動入力による負荷を意味する。
【００２１】
図４は、バッテリパック１０のロアケース２１の平面図である。図５は、図４に示すシール部４０の一部を拡大して示す平面図である。図４および図５に示すように、シール部４０は、ロアケース２１とアッパーケース２２とを接合する強接合部４１と、強接合部４１よりも接合強度が低い弱接合部４２と、を有する。
【００２２】
強接合部４１および弱接合部４２の形成材料は、例えば、ウレタン系接着剤を用いることができる。弱接合部４２には、例えば、強接合部４１よりも接合強度を弱めたペイントシールを用いることができる。
【００２３】
図４に示すように、強接合部４１は、ロアケース２１の開口縁２１ａおよびアッパーケース２２の開口縁２２ａの全周に亘って連続して配置される。これにより、パックケース２０は、気密にシールされる。
【００２４】
図６Ａ〜図６Ｃは、図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４および図６Ａに示すように、弱接合部４２は、開口縁２１ａ、２２ａの周方向の一部において、強接合部４１とロアケース２１との間に介在するように配置される。これにより、シール部４０は、弱接合部４２が配置された部位だけ接合強度が低くなるように構成されている。
【００２５】
弱接合部４２は、パックケース２０の内部圧力が圧力閾値以上となった場合に、ロアケース２１から剥離する界面破壊、または弱接合部４２の接着層自体が分断する凝集破壊を起こして、ロアケース２１との接合状態が解除されるように予め設計的に設定される。これにより、パックケース２０の内部圧力が圧力閾値以上となった場合に、弱接合部４２は、界面破壊または凝集破壊を起こして、図６Ｂに示すようにロアケース２１とアッパーケース２２との間にガスが流通可能な開口部Ｈを形成することができる。
【００２６】
（熱変形部材５０）
図４および図５に示すように、弱接合部４２が配置された部位の近傍には、熱変形部材５０が配置されている。熱変形部材５０は、ロアケース２１に対して接着剤等で接合されている。
【００２７】
図７Ａは、雰囲気温度と熱変形部材５０の熱膨張率との関係を示す図である。図７Ａに示すように、熱変形部材５０は、雰囲気温度が温度閾値Ｔｔｈ以上となった状態で、熱膨張する性質を有する。熱変形部材５０は熱膨張した状態で、図６Ｃに示すように開口部Ｈを閉塞する。ここで、「温度閾値Ｔｔｈ」は、正常時のバッテリ３０の温度Ｔ１よりも高く、かつ、異常時にバッテリ３０から放出されるガスの温度Ｔ２以下の範囲に設定されている。「温度閾値Ｔｔｈ」は、予め設計的に設定した任意の温度であり約３００℃程度である。また、熱変形部材５０の熱膨張率は、図６Ｃに示すように、熱膨張した状態で開口部Ｈを閉塞することができる程度の値に予め設計的に設定されている。
【００２８】
なお、バッテリ３０の「正常時」および「異常時」については、後述の［バッテリパック１０の機能］の説明において詳細に説明する。
【００２９】
図７Ｂは、雰囲気温度が温度閾値Ｔｔｈ以上となった状態における熱変形部材５０の熱膨張率の時間推移を示す図である。図７Ｂに示すように、熱変形部材５０は熱容量を有するため、雰囲気温度が温度閾値Ｔｔｈに達したとき（図７Ｂ中の時間０）から、熱変形部材５０の温度が温度閾値Ｔｔｈになるまでに所定時間（図７Ｂ中の時間０〜ｔ１）がかかる。さらに、熱変形部材５０の温度が温度閾値Ｔｔｈに達してから、熱変形部材５０が熱膨張して開口部Ｈを閉塞するまでに所定時間（図７Ｂ中の時間ｔ１〜ｔ２）がかかる。
【００３０】
熱変形部材５０の形成材料は、温度閾値Ｔｔｈ以上で熱膨張する材料であれば特に限定されないが、例えば、熱膨張エラストマーを用いることができる。熱膨張エラストマーとしては、例えば、熱膨張性黒鉛をゴムや樹脂に混合したものが挙げられる。熱膨張性黒鉛は、燐片状の黒鉛の層間に化学反応を利用して酸化剤を挿入した層間化合物である。熱膨張性黒鉛は、温度閾値Ｔｔｈ以上になると、層間の酸化剤がガス化して黒鉛の層間距離が大きく広がることによって、元の形状の約１００〜３００倍に膨張する性質を有する。
【００３１】
［バッテリパック１０の機能］
次に、上記構成を有するバッテリパック１０の機能について説明する。
【００３２】
図３を参照して、バッテリ３０の単セル３１は、内部短絡や過充電に伴う異常発熱によってラミネートフィルム３６の内部に多量のガスを発生する場合がある。単セル３１のラミネートフィルム３６の内部に発生したガスの量が過度に多くなると、ラミネートフィルム３６が破損してガスがバッテリ３０の外部に放出されることがある。このバッテリ３０の外部に放出されたガスがパックケース２０の内部に溜まることによってパックケース２０の内部圧力が上昇する可能性がある。
【００３３】
本明細書では、バッテリ３０から異常発熱や過剰なガスが発生していない状態をバッテリパック１０の「正常時」と定義する。また、バッテリ３０から異常発熱や過剰なガスが発生した状態をバッテリパック１０の「異常時」と定義する。ここで、「異常発熱」とは、バッテリ３０の温度が設計値よりも高い温度にまで発熱することを意味する。また、「過剰なガスが発生」とは、パックケース２０の内圧が設計値（圧力閾値）以上となる量のガスが発生した状態を意味する。
【００３４】
なお、正常時のバッテリ３０の温度Ｔ１は、予め設計的に設定した任意の温度であり約−３０〜８０℃程度である。また、異常時にバッテリ３０から放出されるガスの温度Ｔ２は、約６００℃程度である。
【００３５】
バッテリパック１０は、正常時にパックケース２０の内部を気密に保持するシール機能と、異常時にパックケース２０の内部に発生するガスを排出して内部圧力を低下させる圧力開放機能と、ガスを排出した後にパックケース２０の気密性を再び確保する再シール機能と、を有する。
【００３６】
以下、図６Ａ〜図７Ｂを参照してバッテリパック１０の各機能について説明する。
【００３７】
図６Ａは、バッテリパック１０の正常時のシール機能を説明するための図である。図６Ｂは、バッテリパック１０の異常時の圧力開放機能を説明するための図である。図６Ｃは、バッテリパック１０の異常発生後の再シール機能を説明するための図である。
【００３８】
（シール機能）
図６Ａに示すように、正常時においてパックケース２０の内部圧力は、圧力閾値よりも低いため、弱接合部４２はパックケース２０に接合した状態を維持する。また、上述したようにシール部４０の強接合部４１は、ロアケース２１の開口縁２１ａおよびアッパーケース２２の開口縁２２ａの全周に亘って連続して配置される（図４を参照）。これにより、シール部４０は、パックケース２０を気密にシールすることができる。以上のように、バッテリパック１０は、正常時においてパックケース２０を気密にシールするシール機能を有する。当該シール機能によれば、正常時においてパックケース２０の内部へ水や空気が入り込むことを防止することができる。
【００３９】
（圧力開放機能）
異常時にパックケース２０の内部圧力が上昇して圧力閾値以上になると、図６Ｂに示すように、弱接合部４２が界面破壊または凝集破壊を起こしてロアケース２１との接合状態が解除される。これにより、アッパーケース２２がロアケース２１に対して相対的に離間した状態に塑性変形する。その結果、ロアケース２１とアッパーケース２２との間にガスが流通可能な開口部Ｈが形成される。当該開口部Ｈからパックケース２０の内部のガスを排出することによって、パックケース２０の内部圧力を低下することができる。以上のように、バッテリパック１０は、異常時において開口部Ｈを形成することによって、パックケース２０の内部圧力を開放する圧力開放機能を有する。当該圧力開放機能によれば、異常時のパックケース２０の内部圧力の上昇に起因して、パックケース２０が破損したり破断したりすることを防止することができる。
【００４０】
（再シール機能）
ガスが開口部Ｈの流通を開始して所定時間経過するとガスの熱やバッテリ３０の異常発熱によって、熱変形部材５０の周りの雰囲気温度が温度閾値Ｔｔｈに達する（図７Ｂ中の時間０）。さらに、所定時間（図７Ｂ中の時間０〜ｔ１）経過すると、熱変形部材５０の温度が温度閾値Ｔｔｈに達する。その後、所定時間（図７Ｂ中の時間ｔ１〜ｔ２）経過すると、図６Ｃに示すように、熱変形部材５０は熱膨張して開口部Ｈを閉塞してパックケース２０を気密にシールする。
【００４１】
ここで、温度閾値Ｔｔｈは、正常時のバッテリ３０の温度Ｔ１よりも高く設定されているため、熱変形部材５０は正常時には熱膨張しない。また、熱変形部材５０は、異常時にガスが開口部Ｈを流通して雰囲気温度が温度閾値Ｔｔｈに達してから所定時間（図７Ｂ中の時間０〜ｔ２）経過後に熱膨張する。このため、異常時に開口部Ｈが形成された際に、熱変形部材５０が開口部Ｈを閉塞することなくガスを排出する時間を十分に確保して確実にガスの排出を行うことができる。
【００４２】
また、温度閾値Ｔｔｈは、ガスの温度Ｔ２以下に設定されているため、異常時に発生したガスを排出した後に熱変形部材５０は熱膨張して確実に開口部Ｈを閉塞することができる。
【００４３】
以上のように、バッテリパック１０は、異常時にガスを排出した後に、パックケース２０を再び気密にシールする再シール機能を有する。当該再シール機能によれば、異常時にガスを排出した後に、パックケース２０の内部に開口部Ｈから水が浸入することを抑制し、異常が発生していないバッテリ３０の短絡を防止することができる。
【００４４】
また、異常発生後のパックケース２０の内部は、高温で酸素の少ない状態となる。仮に、ガスを排出した後に開口部Ｈを開口した状態のままにしておくと、異常時の反応が収束してパックケース２０の内部の温度が下がる際に、パックケース２０の内部に開口部Ｈを介して大量の空気が流入してしまう。これにより、バッテリ３０がさらなる酸化反応を起こして、再び異常が発生してしまう可能性がある。当該再シール機能によれば、開口部Ｈを閉塞することによって、異常時に酸素が少ない状態となったパックケース２０の内部に急激に大量の空気（酸素）が流入することを防止して、さらなる酸化反応の発生を抑制することができる。
【００４５】
［作用・効果］
本実施形態に係るバッテリパック１０は、上方が開口した有底箱状のロアケース２１と、下方が開口した有底箱状のアッパーケース２２とを備え、ロアケース２１の開口縁２１ａとアッパーケース２２の開口縁と２２ａとがシール部４０を介して接合された状態で気密に形成されたパックケース２０の内部に複数のバッテリ３０を収容してなる。シール部４０の一部は、異常時にバッテリ３０から放出されるガスによってパックケース２０の内部圧力が圧力閾値以上となった状態においてロアケース２１とアッパーケース２２との間にガスが流通可能な開口部Ｈを形成するように、シール部４０の他の部位よりも接合強度が低く形成された弱接合部４２を備える。また、バッテリパック１０は、正常時のバッテリ３０の温度Ｔ１よりも高く、かつ、異常時にバッテリ３０から放出されるガスの温度Ｔ２以下の範囲に設定された温度閾値Ｔｔｈ以上となった状態において、熱変形して開口部Ｈを閉塞する熱変形部材５０を有する。
【００４６】
上記バッテリパック１０によれば、異常時に発生するガスを開口部Ｈから排出した後に当該開口部Ｈを閉塞することができるため、パックケース２０の内部に水が浸入することを抑制し、異常が発生していないバッテリ３０の短絡を防止することができる。また、開口部Ｈを閉塞することによって、異常時に酸素が少ない状態となったパックケース２０の内部に急激に大量の酸素が流入することを防止して、さらなる酸化反応の発生を抑制することができる。その結果、異常発生によって故障した後のバッテリパック１０の信頼性を確保することができる。
【００４７】
＜変形例１＞
図８Ａ〜図８Ｃを参照して、変形例１に係るバッテリパックについて説明する。図８Ａは、変形例１に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図である。図８Ｂは、変形例１に係るバッテリパックの異常時の圧力開放機能を説明するための図である。図８Ｃは、変形例１に係るバッテリパックの異常発生後の再シール機能を説明するための図である。
【００４８】
変形例１に係るバッテリパックは、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、開口部Ｈの開口の大きさを制限する開口制限部６０を有する点で前述した実施形態と異なる。なお、他の構成は、前述した実施形態と同様のため、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
図８Ａを参照して、開口制限部６０は、ボルト６１、第１ナット６２および第２ナット６３から構成される。
【００５０】
ボルト６１は、ロアケース２１およびアッパーケース２２に貫通する雄ねじ部６１ａと、ロアケース２１の下側（ロアケース２１に対してアッパーケース２２と反対側）に配置された頭部６１ｂと、を有する。雄ねじ部６１ａを挿通するためにアッパーケース２２に形成された貫通孔２２ｈの直径は、雄ねじ部６１ａの直径よりも大きく形成されている。これにより、アッパーケース２２は、雄ねじ部６１ａに対して相対的に移動可能に構成されている。
【００５１】
第１ナット６２および第２ナット６３は、その開口の内側に雄ねじ部６１ａに螺合可能な雌ねじ部（図示せず）を有する。
【００５２】
第１ナット６２は、雄ねじ部６１ａに螺合して、ボルト６１の頭部６１ｂとの間にロアケース２１を挟持するように配置される。これにより、第１ナット６２は、ボルト６１をロアケース２１に固定することができる。
【００５３】
第２ナット６３は、アッパーケース２２に対してロアケース２１と反対側に配置される。第２ナット６３は、雄ねじ部６１ａに螺合して所定の位置で固定される。
【００５４】
第２ナット６３の直径は、アッパーケース２２に形成された貫通孔２２ｈの直径よりも大きく形成されている。これにより、第２ナット６３は、貫通孔２２ｈを通過しないように形成されている。
【００５５】
図８Ｂに示すように、異常時に弱接合部４２における接合状態が解除されてアッパーケース２２がロアケース２１に対して相対的に離間するように変形する際に、アッパーケース２２は、第２ナット６３に当接して変形が規制される。これにより、開口制限部６０は、ロアケース２１とアッパーケース２２との間に形成される開口部Ｈの開口の大きさを制限することができる。
【００５６】
図８Ｃに示すように、熱変形部材５０が熱膨張する際に、開口部Ｈの開口の大きさが規制されているため、予め設計された熱変形部材５０の形成材料や形状によって、より確実に開口部Ｈを閉塞することができる。
【００５７】
以上説明したように、変形例１に係るバッテリパックは、開口部Ｈの開口の大きさを規制する開口制限部６０を有する。開口制限部６０を設けることによって、意図せずに開口部Ｈの開口が広がり過ぎることを防止することができる。その結果、予め設計された熱変形部材５０によって確実に開口部Ｈを閉塞することができる。
【００５８】
＜変形例２＞
図９Ａおよび図９Ｂを参照して、変形例２に係るバッテリパックについて説明する。図９Ａは、変形例２に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図である。変形例２に係るバッテリパックは、図９Ａに示すように、熱変形部材５０から伝達された熱を受ける受熱部７０を有する点で前述した実施形態と異なる。なお、他の構成は、前述した実施形態と同様のため、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
図９Ａに示すように、受熱部７０は、熱変形部材５０の近傍のロアケース２１に溶接されている。換言すると、受熱部７０は、パックケース２０に接した状態で接合されている。受熱部７０の形成材料は、特に限定されないが、例えば、比較的比熱の大きい鉄等の金属材料を用いることが好ましい。比熱の大きい材料を選択することによって、同じ質量で比熱の小さい材料と比較して受熱部７０の熱容量を大きくすることができる。これにより、受熱部７０は、熱変形部材５０から伝達された熱をより多く受けることができる。
【００６０】
なお、受熱部７０の構成は、熱変形部材５０から伝達された熱を受けることができる限りにおいて、上記構成に限定されない。例えば、受熱部７０は、上記のようにパックケース２０に接するように配置される構成に限定されず、パックケース２０と離間し、かつ、熱変形部材５０に接するように配置してもよい。
【００６１】
図９Ｂは、雰囲気温度が温度閾値Ｔｔｈ以上となった状態における熱変形部材５０の熱膨張率の時間推移を示す図であり、変形例２と対比例とを比較して示す図である。ここで、対比例に係るバッテリパックは、前述した実施形態と同様の構成であり、受熱部７０を有さない。なお、変形例２の熱変形部材５０と対比例の熱変形部材５０は、同様のものを使用する。
【００６２】
変形例２に係るバッテリパックによれば、異常時に発生したガスの熱によって熱変形部材５０に熱が加わった際に、熱変形部材５０から受熱部７０に熱が伝達される。これにより、受熱部７０は、熱変形部材５０に加わる熱量を低減することができる。その結果、雰囲気温度が温度閾値Ｔｔｈに達したとき（図９Ｂ中の時間０）から、変形例２に係る熱変形部材５０の温度が温度閾値Ｔｔｈになるまでにかかる時間（図９Ｂ中の時間０〜ｔ２）は、対比例に係る熱変形部材５０の温度が温度閾値Ｔｔｈになるまでにかかる時間（図９Ｂ中の時間０〜ｔ１）よりも長くなる。換言すると、変形例２に係る熱変形部材５０の温度上昇速度は、対比例に係る熱変形部材５０に比べて低下する。よって、変形例２に係る熱変形部材５０が熱膨張して開口部Ｈを閉塞するまでにかかる時間（図９Ｂ中の時間０〜ｔ３）は、対比例に係る熱変形部材５０が熱膨張して開口部Ｈを閉塞するまでにかかる時間（図９Ｂ中の時間０〜ｔ２）よりも長くなる。
【００６３】
なお、図９Ｂに示す例では、変形例２に係る熱変形部材５０の温度が温度閾値Ｔｔｈになるまでの経過時間ｔ２が、対比例に係る熱変形部材５０が熱膨張して開口部Ｈを閉塞するまでの経過時間ｔ２と同程度の時間になっているが、異なっていてもよい。
【００６４】
以上説明したように変形例２に係るバッテリパックは、パックケース２０または熱変形部材５０に接するように配置され、熱変形部材５０から伝達された熱を受ける受熱部７０をさらに有する。受熱部７０の形成材料、形状、配置等の設計内容を適宜選択することによって、熱変形部材５０の温度上昇速度を制御することができる。その結果、熱変形部材５０が熱膨張するタイミングを制御することができる。
【００６５】
＜変形例３＞
図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して、変形例３に係るバッテリパックについて説明する。図１０Ａは、変形例３に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図である。図１０Ｂは、変形例３に係るバッテリパックの異常時の圧力開放機能を説明するための図である。図１０Ｃは、変形例３に係るバッテリパックの異常発生後の再シール機能を説明するための図である。
【００６６】
変形例３に係る熱変形部材１５０は、図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、前述した実施形態に係る熱変形部材５０のように熱膨張せずに、熱によって形状が変形する点で前述した実施形態と異なる。なお、他の構成は、前述した実施形態と同様のため、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
熱変形部材１５０は、熱変形部材１５０の温度が温度閾値Ｔｔｈ以上となった場合に、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す形状から、図１０Ｃに示す形状に変形する性質を有する。なお、熱変形部材１５０が熱変形するタイミングは、前述した実施形態に係る熱変形部材５０が熱膨張するタイミングと同様である（図７Ｂを参照）。
【００６８】
熱変形部材１５０は、ロアケース２１に接合されて固定された固定端１５１と、ロアケース２１に固定されない自由端１５２と、を有する。
【００６９】
熱変形部材１５０の形成材料は、例えば、板状の形状記憶合金を用いることができる。また、熱変形部材１５０の一部には、例えばゴム等の弾性部材１５０ａが配置される。熱変形部材１５０は、弾性部材１５０ａを備えることによって、図１０Ｃに示すように熱変形した際に、シール機能をより確実に発揮することができる。なお、弾性部材１５０ａは、図１０Ｃに示すように熱変形部材１５０の一部に配置してもよいし、熱変形部材１５０の全体を被覆するように配置してもよい。
【００７０】
図１０Ａに示すように、正常時において熱変形部材１５０は、ロアケース２１に沿うように配置されている。この状態において、バッテリパックは、シール部４０によって気密にシールされている。
【００７１】
図１０Ｂに示すように、異常時に弱接合部４２における接合状態が解除されると、アッパーケース２２とロアケース２１との間に開口部Ｈが形成される。このとき、熱変形部材１５０は変形せずに正常時と同様にロアケース２１に沿うように配置されている。この状態において、開口部Ｈを介してガスがパックケース２０の外部に排出される。
【００７２】
ガスが開口部Ｈの流通を開始してから所定時間経過すると、熱変形部材１５０の周りの雰囲気温度が温度閾値Ｔｔｈに達する。さらに、所定時間経過すると、図１０Ｃに示すように、熱変形部材１５０の自由端１５２がロアケース２１からアッパーケース２２に向かって立ち上がるように変形して開口部Ｈを閉塞する。この状態において、バッテリパックは、パックケース２０を再び気密にシールすることができる。
【００７３】
以上説明したように変形例３に係るバッテリパックは、熱によって形状が変形する熱変形部材１５０を有する。熱変形部材１５０は、熱変形後に熱変形部材１５０が占める体積が熱膨張する場合に比べて小さくなる。よって、バッテリパックの設計の自由度を高めることができる。
【００７４】
＜変形例４＞
図１１Ａ〜図１１Ｃを参照して、変形例４に係るバッテリパックについて説明する。図１１Ａは、変形例４に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図である。図１１Ｂは、変形例４に係るバッテリパックの異常時の圧力開放機能を説明するための図である。図１１Ｃは、変形例４に係るバッテリパックの異常発生後の再シール機能を説明するための図である。
【００７５】
変形例４に係るバッテリパックは、熱変形部材５０とシール部４０が一体に構成されている点で前述した実施形態と異なる。なお、他の構成は、前述した実施形態と同様のため、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７６】
図１１Ａに示すように、熱変形部材５０は、シール部４０の強接合部４１と弱接合部４２との間に配置されている。熱変形部材５０、強接合部４１および弱接合部４２は、接着剤等によって互いに接合されて一体に構成されている。熱変形部材５０は、シール部４０と同様にシール機能を有する。よって、正常時においてバッテリパックは、シール部４０および熱変形部材５０によって気密にシールされている。
【００７７】
異常時に発生したガスによってパックケース２０の内部圧力が上昇すると、図１１Ｂに示すように、弱接合部４２における接合状態が解除されてアッパーケース２２とロアケース２１との間に開口部Ｈが形成される。これにより、開口部Ｈを介してガスがパックケース２０の外部に排出される。
【００７８】
ガスを排出した後に、熱変形部材５０の温度が温度閾値Ｔｔｈに達すると、図１１Ｃに示すように、熱変形部材５０が熱膨張して開口部Ｈを閉塞する。これにより、バッテリパックは、パックケース２０を再び気密にシールすることができる。
【００７９】
以上説明したように変形例４に係る熱変形部材５０は、シール部４０と一体に構成されるため、シール部４０および熱変形部材５０を配置するためのスペースを低減することができる。また、正常時において熱変形部材５０がシール部４０と一体となってシール機能を発揮するため、シール部４０の体積を小さくすることができる。これにより、シール部４０の材料コストを削減することができる。
【００８０】
＜変形例５＞
図１２Ａ〜図１２Ｃを参照して、変形例５に係るバッテリパックについて説明する。図１２Ａは、変形例５に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図である。図１２Ｂは、変形例５に係るバッテリパックの異常時の圧力開放機能を説明するための図である。図１２Ｃは、変形例５に係るバッテリパックの異常発生後の再シール機能を説明するための図である。
【００８１】
変形例５に係るバッテリパックは、異常時にガスを排出した後に変形した状態の熱変形部材５０を、パックケース２０に対して保持する保持部８０を有する点で前述した実施形態と異なる。なお、他の構成は、前述した実施形態と同様のため、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８２】
図１２Ａに示すように、保持部８０は、アッパーケース２２に配置され、アッパーケース２２からロアケース２１に向かって突出する２つのリブ８１、８２によって構成される。
【００８３】
異常時に発生したガスによってパックケース２０の内部圧力が上昇すると、図１２Ｂに示すように、弱接合部４２における接合状態が解除されてアッパーケース２２とロアケース２１との間に開口部Ｈが形成される。これにより、開口部Ｈを介してガスがパックケース２０の外部に排出される。
【００８４】
図１２Ｃに示すように、ガスを排出した後に熱変形部材５０が熱膨張すると、保持部８０のリブ８１、８２間に熱変形部材５０が挟み込まれるように配置される。これにより、保持部８０は、変形後の熱変形部材５０を保持して、アッパーケース２２（パックケース２０）に対して熱変形部材５０が移動することを抑制することができる。
【００８５】
以上説明したように変形例５に係るバッテリパックは、変形した状態の熱変形部材５０を、パックケース２０に対して保持する保持部８０を有する。これにより、熱変形部材５０が変形後にパックケース２０に対して移動することを抑制することができるため、パックケース２０の内部圧力や外部圧力が変化しても熱変形部材５０が外れることがない。その結果、熱変形部材５０は、より確実に開口部Ｈを閉塞し続けることができる。
【００８６】
なお、保持部８０は、変形した状態の熱変形部材５０をパックケース２０に対して保持することができる限りにおいて、上記のようにリブ８１、８２によって構成する形態に限定されず、例えば、アッパーケース２２に溝を設けることによって構成してもよい。
【００８７】
＜変形例６＞
図１３Ａ〜図１３Ｃを参照して、変形例６に係るバッテリパックについて説明する。図１３Ａは、変形例６に係るバッテリパックの正常時のシール機能を説明するための図である。図１３Ｂは、変形例６に係るバッテリパックの異常時の圧力開放機能を説明するための図である。図１３Ｃは、変形例６に係るバッテリパックの異常発生後の再シール機能を説明するための図である。
【００８８】
変形例６に係るバッテリパックは、熱変形部材５０をパックケース２０に対して固定する固定部１８０を有する点で前述した実施形態と異なる。なお、他の構成は、前述した実施形態と同様のため、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８９】
図１３Ａに示すように、固定部１８０は、ロアケース２１に貫通して固定されるボルト１８１と、ボルト１８１に螺合するナット１８２と、を有する。なお、ボルト１８１およびナット１８２の構成は、前述した変形例１に係るボルト６１、第１ナット６２および第２ナット６３と同様である。
【００９０】
固定部１８０は、ロアケース２１とナット１８２との間に熱変形部材５０を挟持して固定する。ボルト１８１に対するナット１８２の位置を調整することによって熱変形部材５０の締め付け力を調整することができる。
【００９１】
熱変形部材５０が固定部１８０によって固定されているため、図１３Ｂに示す異常時にガスを排出する際に、開口部Ｈを通過するガスの風圧によって熱変形部材５０が移動することを抑制することができる。
【００９２】
図１３Ｃに示すように、熱変形部材５０は、ガスを排出した後に熱膨張して開口部Ｈを閉塞する。この際、熱変形部材５０は、固定部１８０によって固定された部位以外の部位が熱膨張する。したがって、熱膨張後も熱変形部材５０は、固定部１８０によって固定されている。これにより、熱変形部材５０が熱膨張後にパックケース２０に対して移動することを抑制することができるため、熱変形部材５０の内部圧力や外部圧力が変化しても熱変形部材５０が外れることがない。その結果、熱変形部材５０は、より確実に開口部Ｈを閉塞し続けることができる。
【００９３】
＜変形例７＞
図１４を参照して、変形例７に係るバッテリパックの構成を説明するための図である。
【００９４】
変形例７に係るバッテリパックのロアケース２１は、熱変形部材５０を配置するための溝部２１ｂを有する点で前述した実施形態と異なる。なお、他の構成は、前述した実施形態と同様のため、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９５】
熱変形部材５０が溝部２１ｂに配置されているため、図１４に示す異常時にガスを排出する際に、開口部Ｈを通過するガスの風圧によって熱変形部材５０が移動することを抑制することができる。
【００９６】
＜変形例８＞
図１５を参照して、変形例８に係るバッテリパックの構成を説明するための図である。
【００９７】
変形例８に係るバッテリパックは、熱変形部材５０に対してガスの流れの上流側に風除けの邪魔板２８０を有する点で前述した実施形態と異なる。なお、他の構成は、前述した実施形態と同様のため、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９８】
邪魔板２８０は、ロアケース２１に溶接されて固定されている。図１５に示す異常時にガスを排出する際に、邪魔板２８０が熱変形部材５０に対してガスの流れの上流側に配置されているため、熱変形部材５０にかかる風圧を弱めることができる。これにより、ガスの風圧によって熱変形部材５０が移動することを抑制することができる。
【００９９】
以上、本発明の実施形態およびその変形例に係るバッテリパックについて説明したが、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されない。本発明は特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。
【０１００】
例えば、熱変形部材の構成は、温度閾値以上で熱変形して開口部を閉塞できる限りにおいて、前述した実施形態およびその変形例に限定されない。
【０１０１】
また、シール部は、ロアケースの開口縁およびアッパーケースの開口縁の全周に配置されるとして説明したが、これに限定されない。例えば、シール部をロアケースの開口縁およびアッパーケースの開口縁の一部のみに配置し、それ以外の部位を溶接等の他の接合方法によって接合してもよい。
【０１０２】
また、ロアケースは、弱接合部を配置するための溝部を有していてもよい。溝部に弱接合部を配置することによって、製造が容易となる。
【０１０３】
また、バッテリパックは、前述した実施形態および変形例１〜８の仕様を適宜組み合わせて構成してもよい。例えば、変形例３において説明した熱によって形状が変形する熱変形部材を、変形例５において説明した保持部や変形例６において説明した固定部と組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０    バッテリパック、
２０    パックケース、
２１    ロアケース、
２１ａ  ロアケースの開口縁、
２２    アッパーケース、
２２ａ  アッパーケースの開口縁、
３０    バッテリ、
３１    単セル、
３２    発電要素、
３３    正極、
３４    負極、
３５    電解質層、
３６    ラミネートフィルム、
４０    シール部、
４１    強接合部、
４２    弱接合部、
５０、１５０    熱変形部材、
６０    開口制限部、
７０    受熱部、
８０    保持部、
１８０  固定部、
２８０  邪魔板、
Ｈ      開口部、
Ｔｔｈ    温度閾値。
【図１】
2019106307.tif 000003
【図２】
2019106307.tif 000004
【図３】
2019106307.tif 000005
【図４】
2019106307.tif 000006
【図５】
2019106307.tif 000007
【図６Ａ】
2019106307.tif 000008
【図６Ｂ】
2019106307.tif 000009
【図６Ｃ】
2019106307.tif 000010
【図７Ａ】
2019106307.tif 000011
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2019106307.tif 000013
【図８Ｂ】
2019106307.tif 000014
【図８Ｃ】
2019106307.tif 000015
【図９Ａ】
2019106307.tif 000016
【図９Ｂ】
2019106307.tif 000017
【図１０Ａ】
2019106307.tif 000018
【図１０Ｂ】
2019106307.tif 000019
【図１０Ｃ】
2019106307.tif 000020
【図１１Ａ】
2019106307.tif 000021
【図１１Ｂ】
2019106307.tif 000022
【図１１Ｃ】
2019106307.tif 000023
【図１２Ａ】
2019106307.tif 000024
【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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