(57)【要約】【課題】通常の使用時において電池モジュールの放熱性を良好に確保でき、異常発生時において筐体の破損を防止できる電池パック、及びこのような電池パックの製造方法を提供する。【解決手段】電池パック１は、筐体２内に電池モジュール３を収容してなる電池パック１であって、筐体２は、電池モジュール３の一面側が固定された固定壁部７と、電池モジュール３の他面側に接触し、筐体２の内圧が上昇したときに電池モジュール３の他面側から離間する方向に変形する変形部１３を有する機能壁部１２と、を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に電池モジュールを収容してなる電池パックであって、
前記筐体は、
前記電池モジュールの一面側が固定された固定壁部と、
前記電池モジュールの他面側に接触し、前記筐体の内圧が上昇したときに前記電池モジュールの他面側から離間する方向に変形する変形部を有する機能壁部と、を有している電池パック。
【請求項２】
前記変形部において、前記電池モジュールの他面側に接触する接触面には、伝熱部材が設けられている請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記変形部は、前記電池モジュールの他面側の少なくとも中央部分に接触している請求項１又は２記載の電池パック。
【請求項４】
前記変形部は、前記電池モジュールの他面側に対して接触する第１壁部と、前記第１壁部と前記機能壁部の本体部分とを繋ぐ第２壁部とによって構成され、
前記第２壁部の厚さが前記第１壁部の厚さよりも小さくなっている請求項１〜３のいずれか一項記載の電池パック。
【請求項５】
前記変形部は、バイメタルによって構成されている請求項１〜３のいずれか一項記載の電池パック。
【請求項６】
前記筐体内には、前記電池モジュールが複数収容され、
前記機能壁部には、前記電池モジュールの配置位置に対応して複数の変形部が設けられていると共に、前記変形部間には前記筐体の内圧が上昇した場合でも変形しない非変形部が設けられている請求項１〜５のいずれか一項記載の電池パック。
【請求項７】
筐体内に電池モジュールを収容してなる電池パックの製造方法であって、
前記筐体の固定壁部に前記電池モジュールの一面側を固定し、
前記筐体の内圧が上昇したときに変形する変形部が一定の間隔をもって前記電池モジュールの他面側に対向するように前記筐体の機能壁部を前記固定壁部に対して配置し、
前記変形部を前記電池モジュールに向けて押圧し、前記変形部を前記電池モジュールの他面側に接触させる電池パックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パック及び電池パックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池といった電池セルでは、通常の使用時に充電及び放電が繰り返される。特に充電が行われる際、電池セルは発熱する。高温状態が続くと電池セルが劣化するため、電池セルの長寿命化の実現には電池セルの放熱性が重要となる。電池パックにおいては、電池セルで発生した熱は、電池セル（或いは電池セルの集合体である電池モジュール）が固定された筐体を介して外部に放出される。
【０００３】
例えば特許文献１に記載の集合電池では、筐体内に電池ケースが複数段に積層されており、各電池ケースのそれぞれに電池モジュールが収容されている。この集合電池では、最上段の電池ケースの上面又は最下段の電池ケースの底面に換気扇が設けられ、電池モジュールの周囲の換気が促進されるようになっている。また、例えば特許文献２に記載の組電池モジュールは、所定の高温領域で複数の二次電池のそれぞれの表面に接触し、所定の低温領域で複数の二次電池のそれぞれの表面から離間する放熱部材を備えている。この組電池では、放熱部材の接触・離間により、二次電池の温度が適正動作温度となるように調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１３４８５１号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２５９３０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、電池パックにおいては、電池セルに異常が生じた場合に電池モジュール側からガスが発生する場合がある。このようなガスの発生や、筐体内の温度上昇、筐体外部の減圧雰囲気といった異常な状況下では、筐体の内圧が上昇するため、内圧が過剰になった場合に筐体が破損してしまうことが考えられる。このような課題に対し、例えば上述した特許文献２の組電池のような手法では、高温時に放熱部材が二次電池に接触するように筐体の内側に変形するため（特許文献２の図１及び図２参照）、異常が発生した状況下で筐体の内圧が更に高まってしまうおそれがある。したがって、通常使用時において電池モジュールの放熱性を良好に確保でき、異常発生時において筐体の内圧の上昇を抑えることが可能な技術が望まれる。
【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、通常の使用時において電池モジュールの放熱性を良好に確保でき、異常発生時において筐体の破損を防止できる電池パック、及びこのような電池パックの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る電池パックは、筐体内に電池モジュールを収容してなる電池パックであって、筐体は、電池モジュールの一面側が固定された固定壁部と、電池モジュールの他面側に接触し、筐体の内圧が上昇したときに電池モジュールの他面側から離間する方向に変形する変形部を有する機能壁部と、を有している。
【０００８】
この電池パックでは、電池モジュールを収容する筐体において、電池モジュールの一面側が固定された固定壁部と、電池モジュールの他面側に接触する機能壁部とが設けられている。通常使用時では、電池モジュールで発生した熱は、固定壁部及び機能壁部の双方を介して筐体の外部に放出されるため、電池モジュールの放熱性を良好に確保できる。また、機能壁部には、筐体の内圧が上昇したときに電池モジュールの他面側から離間する方向に変形する変形部が設けられている。変形部が電池モジュールの他面側から離間することで、筐体内の容積が増加し、筐体の内圧が過剰になることが抑制される。したがって、異常発生時において筐体の破損を防止できる。
【０００９】
また、変形部において、電池モジュールの他面側に接触する接触面には、伝熱部材が設けられていてもよい。伝熱部材を用いて接触面を構成することで、通常使用時において電池モジュールで発生した熱を一層効率的に機能壁部に伝熱させることが可能となる。したがって、電池モジュールの放熱性が一層良好なものとなる。
【００１０】
また、変形部は、電池モジュールの他面側の少なくとも中央部分に接触していてもよい。電池モジュールの中央部分は、端部分に比べて発熱が生じ易い部分となっている。したがって、接触面を電池モジュールの他面側の少なくとも中央部分に接触させることで、電池モジュールの放熱性が一層良好なものとなる。
【００１１】
また、変形部は、電池モジュールの他面側に接触する第１壁部と、第１壁部と機能壁部の本体部分とを繋ぐ第２壁部とによって構成され、第２壁部の厚さが第１壁部の厚さよりも小さくなっていてもよい。この場合、簡単な構成で変形部を実現できる。また、第２壁部の厚さが第１壁部の厚さよりも小さいことで、筐体の内圧が上昇した場合に、接触面を電池モジュールの他面側からより確実に離間させることができる。
【００１２】
また、変形部は、バイメタルによって構成されていてもよい。この場合、簡単な構成で変形部を実現できる。
【００１３】
また、筐体内には、電池モジュールが複数収容され、機能壁部には、電池モジュールの配置位置に対応して複数の変形部が設けられていると共に、変形部間には筐体の内圧が上昇した場合でも変形しない非変形部が設けられていてもよい。この場合、非変形部が機能壁部のリブとなり、通常使用時及び異常発生時のいずれにおいても機能壁部の保形性が得られる。
【００１４】
また、本発明の一側面に係る電池パックの製造方法は、筐体内に電池モジュールを収容してなる電池パックの製造方法であって、筐体の固定壁部に電池モジュールの一面側を固定し、筐体の内圧が上昇したときに変形する変形部が一定の間隔をもって電池モジュールの他面側に対向するように筐体の機能壁部を固定壁部に対して配置し、変形部を電池モジュールに向けて押圧し、変形部を電池モジュールの他面側に接触させる。
【００１５】
この電池パックの製造方法では、変形部が一定の間隔をもって電池モジュールの他面側に対向するように機能壁部を固定壁部に対して配置し、その後、変形部を押圧して電池モジュールの他面側に接触させる。これにより、上述した電池パックを簡単な工程で得ることができる。また、変形部を押圧したときの圧力を測定しておくことで、筐体の内圧上昇時に変形部が電池モジュールの他面側から離間するときの圧力を予め把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、通常の使用時において電池モジュールの放熱性を良好に確保でき、異常発生時において筐体の破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電池パックの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】通常使用時の電池パックの縦断面図である。
【図３】通常使用時の電池パックの横断面図である。
【図４】異常発生時の電池パックの縦断面図である。
【図５】異常発生時の電池パックの横断面図である。
【図６】電池パックの製造方法の一実施形態を示す概略図である。
【図７】図６の後続の工程を示す概略図である。
【図８】機能壁部の変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る電池パック及び電池パックの製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、電池パックの一実施形態を示す斜視図である。また、図２は、図１に示した電池パックの縦断面図であり、図３は、その横断面図である。図１〜図３に示す電池パック１は、例えばフォークリフトなどの産業車両のバッテリとして構成されている。
【００２０】
電池パック１は、筐体２内に複数の電池モジュール３を収容して構成されている。電池モジュール３は、例えば複数の電池セルが配列された配列体と、配列体に対して電池セルの配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材とを含んで構成されている。電池セルは、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。
【００２１】
筐体２は、例えば略直方体の箱状をなしている。筐体２を形成する材料は、例えば鉄などの金属材料である。電池パック１がフォークリフトに搭載される場合、筐体２の外側面にウエイト部材を設けることにより、フォークリフトのカウンタウエイトとしての機能が付加される場合もある。
【００２２】
筐体２は、ベース部４と、ベース部４に被せられた蓋部５とによって構成されている。ベース部４は、筐体２の底部をなす矩形板状の底壁６と、電池モジュール３が固定される矩形板状の固定壁部７とを有している。底壁６及び固定壁部７は、蓋部５を構成する壁部に比べて肉厚に形成されている。固定壁部７は、底壁６の幅方向の中央部分において底壁６に対して略直角に立設されている。
【００２３】
本実施形態では、図２及び図３に示すように、固定壁部７の一面７ａ側において４体の電池モジュール３が２段２列に固定され、固定壁部７の他面７ｂにおいて４体の電池モジュール３が２段２列に固定されている。固定壁部７への電池モジュール３の固定には、一対のブラケット８，８が用いられている（図３参照）。各電池モジュール３において、ブラケット８，８は、電池セルの配列体の配列端にそれぞれ固定されている。ブラケット８，８が固定壁部７にボルト締結されることにより、電池モジュール３の一面３ａ側が固定壁部７に対して固定されている。
【００２４】
蓋部５は、筐体２の頂部をなす矩形板状の頂壁９と、筐体２の長手方向の側部をなす一対の矩形板状の側壁１０と、筐体２の幅方向の側部をなす一対の矩形板状の側壁１１とを有している。側壁１０，１１は、頂壁９の縁部にそれぞれ立設されている。側壁１０，１１の先端を底壁６の縁部に接合することにより、底壁６と頂壁９とが対向するようにベース部４と蓋部５とが固定され、筐体２内に気密な内部空間が形成されている。側壁１０，１１と底壁６との接合は、シール部材などを介したボルト締結によるものであってもよく、溶接によるものであってもよい。
【００２５】
蓋部５の側壁１１は、本発明における機能壁部に相当する部分である。側壁１１（機能壁部１２）には、電池モジュール３の配置位置に対応して複数の変形部１３が設けられている。変形部１３は、図２及び図３に示すように、電池モジュール３の他面３ｂと同形若しくは一回り小さい矩形状をなす第１壁部１４と、第１壁部１４と側壁１１の本体部分とを繋ぐ第２壁部１５とによって構成されている。第１壁部１４の厚さは、例えば側壁１１の本体部分の厚さと等しくなっている。なお、ここでの側壁１１の本体部分とは、側壁１１における第１壁部１４及び第２壁部１５以外の部位を指している。
【００２６】
第１壁部１４の内壁面は、側壁１１の本体部分よりも内側に位置し、電池モジュール３の他面３ｂ側に接触する接触面１４ａとなっている。接触面１４ａは、電池モジュール３の他面３ｂの中央部分を含む略全面に接触している。また、接触面１４ａには、シート状の伝熱部材１６が設けられている。伝熱部材１６は、弾性部材であってもよく、銅などの金属材料であってもよい。弾性部材は、液状のＴＩＭ（Thermal Interface Material）を塗布・硬化させることによって形成されたものであってもよく、固体状のＴＩＭであってもよい。
【００２７】
第２壁部１５は、第１壁部１４の周囲において第１壁部１４に対して斜めに設けられており、第１壁部１４の４辺を側壁１１の本体部分にそれぞれ連結している。したがって、変形部１３は、側壁１１を外面側から見た場合に、側壁１１の本体部分に対して矩形に窪んだ形状となっている。第１壁部１４に対する第２壁部１５の傾斜角度は、例えば鈍角となっている。また、第２壁部１５の厚さは、第１壁部１４の厚さよりも小さくなっている。このため、側壁１１の厚さ方向に一定の力が付加された場合に第１壁部１４を変形させることなく第２壁部１５が変形可能となっている。
【００２８】
第２壁部１５の厚さは、第１壁部の厚さの０．２倍〜０．７倍であることが好ましく、０．３倍〜０．５倍であることがより好ましい。また、第２壁部１５の幅（第１壁部１４と側壁１１の本体部分とを繋ぐ方向の幅）は、第１壁部１４の短辺の長さ（第１壁部１４が正方形である場合にはいずれか一辺の長さ）に対して０．３倍〜０．０５倍であることが好ましい。この場合、側壁１１の厚さ方向に一定の力が付加された場合に、第２壁部１５を容易に変形させることができる。なお、第２壁部１５の厚さは、異常発生時に筐体２の内圧が上昇した場合であっても破断しない程度に設定されていることが好適である。
【００２９】
第２壁部１５の変形により、第１壁部１４の位置は、側壁１１の本体部分よりも内側で電池モジュール３の他面３ｂ側に接触する接触位置（図２及び図３参照）と、側壁１１の本体部分よりも外側で電池モジュール３の他面３ｂ側から離間する離間位置（図４及び図５参照）との間で変位するようになっている。なお、本実施形態では、隣り合う変形部１３，１３間の第２壁部１５，１５同士は連続しておらず、変形部１３，１３間には、側壁１１の本体部分が非変形部１７として一定の幅をもって延在している。
【００３０】
以上のような電池パック１では、通常使用時において、図２及び図３に示すように、電池モジュール３の一面３ａ側が固定壁部７に固定され、電池モジュール３の他面３ｂ側が変形部１３に接触している。このため、電池セルの充放電によって発生した熱は、固定壁部７及び機能壁部１２の双方を介して筐体２の外部に放出される。したがって、電池モジュール３の放熱性を良好に確保できる。
【００３１】
一方、電池パック１では、電池セルに異常が生じた場合のガスの発生、筐体２内の温度上昇、筐体２の外部の減圧雰囲気といった異常発生時に筐体２の内圧が上昇する。かかる異常発生時の筐体２の内圧は、例えば２ｋＰａ程度にまで上昇する。筐体２の内圧が上昇すると、変形部１３の第２壁部１５が変形し、図４及び図５に示すように、第１壁部１４が接触位置から離間位置に変位する。この第１壁部１４の変位に伴い、筐体２内の容積が増加する。したがって、筐体２の内圧が過剰になることが抑制され、異常発生時において筐体２の破損を防止できる。
【００３２】
なお、第１壁部１４が接触位置から離間位置に変位した場合であっても、電池パックＭの一面３ａ側と固定壁部７との固定状態は解除されない。したがって、固定壁部７を介した電池モジュール３の放熱は、異常発生時においても一定のレベルで継続される。
【００３３】
また、電池パック１では、変形部１３において、電池モジュール３の他面３ｂ側に接触する接触面１４ａに伝熱部材１６が設けられている。伝熱部材１６を用いて接触面１４ａを構成することで、通常使用時において電池モジュール３で発生した熱を一層効率的に機能壁部１２に伝熱させることが可能となる。したがって、電池モジュール３の放熱性が一層良好なものとなる。
【００３４】
また、電池パック１では、変形部１３の接触面１４ａが電池モジュール３の他面３ｂ側の少なくとも中央部分に接触している。電池モジュール３の中央部分は、電池セルの配列方向の端部分に比べて発熱が生じ易い部分となっている。したがって、接触面１４ａが電池モジュール３の他面３ｂ側の少なくとも中央部分に接触していることで、通常使用時の電池モジュール３の放熱性が一層良好なものとなる。
【００３５】
また、電池パック１では、電池モジュール３の他面３ｂに接触する第１壁部１４と、第１壁部１４と機能壁部１２の本体部分とを繋ぐ第２壁部１５とによって変形部１３が構成されている。また、第２壁部１５の厚さが第１壁部１４の厚さよりも小さくなっている。これにより、簡単な構成で変形部１３を実現できる。第２壁部１５の厚さが第１壁部１４の厚さよりも小さいことで、第１壁部１４の変位し易さを担保できる。このため、筐体２の内圧が上昇した場合に、接触面１４ａを電池モジュール３の他面３ｂ側からより確実に離間させることができる。
【００３６】
さらに、電池パック１では、変形部１３，１３間に筐体の内圧が上昇した場合でも変形しない非変形部１７が設けられている。この非変形部１７が機能壁部１２のリブとなることで、複数の変形部１３が設けられている場合でも機能壁部１２の強度を確保できる。したがって、通常使用時及び異常発生時のいずれにおいても機能壁部１２の保形性が得られる。
【００３７】
続いて、上述した電池パック１の製造方法について説明する。
【００３８】
電池パック１を製造する場合、まず、図６に示すように、筐体２のベース部４を準備する。そして、ベース部４における固定壁部７の一面７ａ及び他面７ｂの所定の位置にブラケット８，８を介して電池モジュール３を固定する。
【００３９】
次に、図７に示すように、筐体２の蓋部５を準備する。蓋部５の側壁１１には、プレス加工等により予め複数の変形部１３が設けられている。この時点では、各変形部１３の第１壁部１４は、側壁１１の本体部分よりも外側で電池モジュール３の他面３ｂ側から離間する離間位置に位置している。蓋部５の側壁１０，１１の先端をベース部４の底壁６の縁部に接合し、筐体２を形成した後、離間位置にある第１壁部１４を筐体２の内部に向けて押圧する。
【００４０】
これにより、第２壁部１５が変形し、第１壁部１４が側壁１１の本体部分よりも内側で電池モジュール３の他面３ｂ側に接触する接触位置に変位する。第１壁部１４の押圧には、例えばオートグラフを用いることができる。また、この工程において、オートグラフに組み込まれているロードセルを用いて押圧時の圧力を測定しておくことが好ましい。
【００４１】
このような手法によれば、上述した電池パック１を簡単な工程で得ることができる。また、変形部１３を押圧したときの圧力を測定しておくことで、筐体２の内圧上昇時に変形部１３が電池モジュール３の他面３ｂ側から離間するときの圧力、すなわち、第１壁部１４が接触位置から離間位置に変位する閾値を予め把握することが可能となる。蓋部５の強度、電池モジュール３を構成する電池セルの仕様などを考慮して閾値を設定することで、筐体２の内圧上昇をより確実に緩和でき、異常発生時の筐体２の破損を抑止できる。
【００４２】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、筐体２において固定壁部７と機能壁部１２とが互いに対向しているが、機能壁部１２は、固定壁部７と交差する壁部に設けられていてもよい。また、上記実施形態では、電池モジュール３の他面３ｂに接触する第１壁部１４と、第１壁部１４と機能壁部１２の本体部分とを繋ぐ第２壁部１５とによって変形部１３が構成され、第２壁部１５の厚さを第１壁部１４の厚さよりも小さくすることで変形部１３の変形を実現しているが、図８に示すように、変形部１３がバイメタル１８によって構成されていてもよい。
【００４３】
バイメタル１８は、熱膨張率が異なる複数の金属板を貼り合わせてなり、温度の変化に応じて形状が変化する部材である。例えば低膨張側の金属板にはＦｅとＮｉとの合金が用いられ、高膨張側の金属板にはＣｕ合金が用いられる。バイメタル１８は、高膨張側の金属板が電池モジュール３の他面３ｂ側を向くように配置される。これにより、電池セルの通常使用時の発熱に起因して、電池モジュール３の他面３ｂに密着する方向（筐体２内の容積が減少する方向）にバイメタル１８の形状が凹状に変化する。すなわち、電池セルの通常使用時には、凹状に形成したバイメタル１８が電池モジュール３の他面３ｂに密着した状態が保たれる。
【００４４】
一方、電池セルに異常が発生した場合には、急激な発熱に伴うバイメタル１８の形状変化（熱膨張差に起因する形状変化）よりも、ガスの発生による筐体２の内圧の上昇に起因するバイメタル１８の形状変化（凹状から凸状への形状変化）の方が顕著に生じる。したがって、通常使用時に凹状をなすバイメタル１８が異常発生時の筐体２の内圧の上昇によって凸状に変化することにより、簡単な構成で上述した変形部１３と同様の機能を奏させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４５】
１…電池パック、２…筐体、３…電池モジュール、３ａ…一面、３ｂ…他面、７…固定壁部、１１…側壁、１２…機能壁部、１３…変形部、１４…第１壁部、１４ａ…接触面、１５…第２壁部、１６…伝熱部材、１７…非変形部、１８…バイメタル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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