JP2012234698A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電素子から排出されたガスが、蓄電装置のケースに直接到達すると、ケースに過度の熱的負荷がかかってしまう。
【解決手段】 蓄電装置（１）は、ガスを排出させる排出口（１２ａ）をそれぞれ備えた複数の蓄電素子（１０）と、蓄電素子の電極端子（１２）と接触し、複数の蓄電素子を電気的に接続する接続部材（４１）と、複数の蓄電素子を収容し、接続部材よりも耐熱性が低いケース（２０）と、を有する。接続部材は、排出口およびケースの間に位置し、排出口からケースに向かって排出されるガスと接触する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気的に接続された複数の蓄電素子を有する蓄電装置に関する。

二次電池では、過充電などによって、二次電池の内部からガスが発生するおそれがある。そこで、二次電池の内部で発生したガスを、二次電池の外部に排出させるために、二次電池に弁を設けている。具体的には、ガスの発生に伴って、二次電池の内圧が弁の作動圧に到達すると、弁が閉じ状態から開き状態に変化することにより、二次電池の外部にガスを排出している。

特開２００９−１６４０８５号公報 特開２０１０−１９２２０９号公報

複数の二次電池をケースに収容した構成では、二次電池から排出されたガスがケースに直接、突き当たるおそれがある。二次電池から排出されたガスは、高温状態にあるため、ケースに過度の熱的負荷がかかるおそれがある。

本発明である蓄電装置は、ガスを排出させる排出口をそれぞれ備えた複数の蓄電素子と、蓄電素子の電極端子と接触し、複数の蓄電素子を電気的に接続する接続部材と、複数の蓄電素子を収容し、接続部材よりも耐熱性が低いケースと、を有する。ここで、接続部材は、排出口およびケースの間に位置し、排出口からケースに向かって排出されるガスと接触する。

排出口から、排出口の開口方向に延びる線上に、接続部材の一部を位置させることができる。排出口から排出されるガスは、主に、排出口の開口方向に進むため、排出口の開口方向に延びる線上に接続部材を位置させることにより、排出口からのガスを接続部材に接触させることができる。

接続部材を金属で形成し、ケースを樹脂で形成することができる。金属製の接続部材にガスを接触させることにより、ガスの熱を接続部材に逃がしやすくなり、ガスの温度を低下させやすくすることができる。

蓄電素子としては、いわゆる円筒型の蓄電素子を用いることができる。円筒型の蓄電素子は、所定方向に延びており、所定方向と直交する断面が円形に形成されている。ここで、電極端子（正極端子および負極端子）は、蓄電素子の長手方向における両端に設けることができる。また、排出口は、蓄電素子の電極端子（例えば、正極端子）に設けることができる。

接続部材を用いることにより、複数の蓄電素子を電気的に並列に接続することができる。円筒型の蓄電素子を用いた場合において、複数の蓄電素子を所定方向と直交する面内で並べて配置するとともに、複数の正極端子を所定方向と直交する面内に位置させることができる。このような配置において、複数の正極端子に対して、１つの接続部材を接触させることにより、複数の蓄電素子を電気的に並列に接続することができる。

複数の蓄電素子を所定方向と直交する面内で並べるときに、複数の蓄電素子を保持するホルダを用いることができる。また、接続部材には、所定方向と直交する面内に位置するプレート部と、プレート部に対して電極端子の側に突出するように曲げ加工され、電極端子と接触する接触部と、を設けることができる。

所定方向における蓄電素子の長さにバラツキが発生しているときには、曲げ加工された接触部を用いることにより、蓄電素子の長さのバラツキを吸収することができる。排出口の開口方向としては、蓄電素子の延びる方向（所定方向）に対して傾斜する方向とすることができる。

本発明によれば、接続部材を用いることにより、蓄電素子の排出口から排出されたガスが、ケースに直接到達するのを阻止することができ、ケースに熱的負荷がかかるのを抑制することができる。

実施例１である電池ブロックの内部構造を示す図である。 実施例１において、複数の単電池の配置状態を示す図である。 実施例１におけるホルダの正面図である。 実施例１において、単電池の一部の内部構造を示す図である。 実施例１において、接続部材および正極端子の接続部分における拡大図である。 実施例１において、接続部材および正極端子の接続部分における拡大図である。 実施例２において、複数の単電池の配置状態を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である電池ブロック（蓄電装置に相当する）について説明する。図１は、本実施例である電池ブロックの内部構造を示す図である。

電池ブロック１は、複数の単電池（蓄電素子に相当する）１０と、複数の単電池１０を収容するケース２０とを有する。ケース２０は、ケース本体２１および蓋２２を有する。蓋２２は、ケース本体２１の上端部に固定されており、ケース本体２１に形成された開口部２１ａを塞いでいる。ケース本体２１および蓋２２は、例えば、樹脂で形成することができる。

ケース２０に収容された複数の単電池１０は、図２に示すように配置されている。図１および図２において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸である。なお、複数の単電池１０は、図２に示す配列とは異なる配列で配置することができる。また、単電池１０の数は、適宜選択することができる。

単電池１０は、いわゆる円筒型の電池である。すなわち、単電池１０は、Ｘ方向に延びており、Ｙ−Ｚ平面における単電池１０の断面形状は、円形に形成されている。単電池１０としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。

単電池１０は、電池ケース１１と、電池ケース１１に収容された発電要素とを有する。発電要素は、充放電を行う要素であり、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されたセパレータとを有する。セパレータは、電解液を含んでいる。

発電要素の正極板は、Ｘ方向における単電池１０の一端に設けられた正極端子（電極端子に相当する）１２と電気的に接続されている。正極端子１２は、凸面で構成されている。発電要素の負極板は、Ｘ方向における単電池１０の他端に設けられた負極端子１３と電気的に接続されている。負極端子１３は、平坦な面で構成されている。正極端子１２および負極端子１３は、電池ケース１１を構成する。

複数の単電池１０は、ホルダ３０によって保持されている。図１に示すように、ホルダ３０は、Ｘ方向における各単電池１０の中央部分を保持している。ホルダ３０は、図３に示すように、単電池１０の数だけ、開口部３１を有する。複数の単電池１０は、Ｙ−Ｚ平面内において、並んで配置されている。具体的には、Ｚ方向に並ぶ５つの単電池１０の列と、Ｚ方向に並ぶ４つの単電池１０の列とが、Ｙ方向において、交互に配置されている。

本実施例において、ホルダ３０は、単電池１０の中央部分を保持しているが、他の部分を保持することもできる。また、複数のホルダ３０を用いて、複数の単電池１０を保持することもできる。

開口部３１には、単電池１０が挿入され、開口部３１および単電池１０の間に形成された隙間には、接着剤が充填される。接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。開口部３１および単電池１０の間に形成された隙間に接着剤を充填することにより、ホルダ３０に対して単電池１０を固定することができる。

ホルダ３０は、例えば、アルミニウムといった金属で形成することができる。ホルダ３０を金属で形成することにより、単電池１０の放熱性を向上させることができる。単電池１０は、充放電などによって発熱することがある。ホルダ３０を金属で形成しておけば、単電池１０で発生した熱を、ホルダ３０に逃がしやすくすることができ、単電池１０の温度上昇を抑制することができる。

ホルダ３０は、ケース２０に固定されている。ホルダ３０をケース２０に固定する構造は、公知の構造を適宜用いることができる。例えば、ボルトを用いて、ホルダ３０をケース２０に固定することができる。

複数の単電池１０における正極端子１２は、ホルダ３０に対して同一の側に位置しており、接続部材４１と接続されている。接続部材４１は、金属といった、導電性を有する材料で形成されている。接続部材４１は、正極端子１２と接触する接触部４１ａを有しており、接触部４１ａは、単電池１０（正極端子１２）の数だけ設けられている。接触部４１ａは、曲げ加工されており、正極端子１２の側に突出している。接触部４１ａおよび正極端子１２は、溶接されている。

接続部材４１は、リード部４１ｂを有しており、リード部４１ｂは、蓋２２に形成された開口部２２ａを通過して、ケース２０の外部に突出している。リード部４１ｂには、電池ブロック１の正極端子５１が固定されている。

複数の単電池１０における負極端子１３は、ホルダ３０に対して同一の側に位置しており、接続部材４２と接続されている。接続部材４２は、金属といった、導電性を有する材料で形成されている。接続部材４２は、接続部材４１と同様の構造を有しており、負極端子１３と接触する接触部４２ａを有する。接触部４２ａは、単電池１０（負極端子１３）の数だけ設けられており、負極端子１３と溶接されている。

また、接続部材４２は、リード部４２ｂを有しており、リード部４２ｂは、蓋２２に形成された開口部２２ｂを通過して、ケース２０の外部に突出している。リード部４２ｂには、電池ブロック１の負極端子５２が固定されている。

複数の正極端子１２に対して、１つの接続部材４１を接続し、複数の負極端子１３に対して、１つの接続部材４２を接続することにより、複数の単電池１０を電気的に並列に接続することができる。

本実施例では、接触部４１ａを曲げ加工することにより、接触部４１ａおよび正極端子１２を接続し易くすることができる。ここで、単電池１０の製造誤差によって、Ｘ方向における単電池１０の長さにバラツキが発生しているときには、接触部４１ａが弾性変形することにより、単電池１０の長さのバラツキを吸収することができる。接続部材４２の接触部４２ａも曲げ加工することにより、接触部４２ａおよび負極端子１３を接続し易くすることができる。

本実施例では、接続部材４１，４２を同一の構造としているが、これに限るものではない。接続部材４２は、平坦な面で構成された負極端子１３と接続されるため、接触部４２ａを曲げ加工しなくてもよい。すなわち、平板状に形成された接続部材４２を、複数の負極端子１３に接続させるだけでもよい。

電池ブロック１は、車両に搭載し、車両を走行させるための動力源として用いることができる。具体的には、複数の電池ブロック１を電気的に直列に接続することによって、電池パックを構成し、電池パックを車両に搭載することができる。各電池ブロック１では、複数の単電池１０が電気的に並列に接続されているため、複数の単電池１０を電気的に直列に接続する場合に比べて、電池ブロック１の容量を増加させることができる。したがって、電池ブロック１の出力を用いた車両の走行距離を延ばすことができる。

単電池１０の過充電などを行うと、主に、発電要素からガスが発生するおそれがある。電池ケース１１の内部は密閉状態となっているため、発電要素からガスが発生すると、電池ケース１１の内圧が上昇する。ここで、電池ケース１１の内圧が上昇するのを抑制するために、単電池１０には、弁が設けられている。

電池ケース１１の内圧が弁の作動圧に到達すると、弁は、閉じ状態から開き状態に変化することにより、電池ケース１１の内部に存在するガスを、電池ケース１１の外部に排出させる。ガスを排出させる構造について、図４を用いて説明する。図４は、単電池１０の一部における内部構造を示す図である。

弁板１４は、正極端子１２および封口板１５によって挟まれている。封口板１５の外縁は、正極端子１２の外縁および弁板１４の外縁を挟んでいる。封口板１５は、電池ケース１１の開口部を塞ぐために設けられており、封口板１５および電池ケース１１の間には、ガスケット１６が配置されている。これにより、単電池１０の内部は、密閉状態となる。

ガスケット１６は、樹脂といった絶縁材料で形成されており、正極端子１２および電池ケース１１を絶縁状態としている。電池ケース１１は、負極端子１３として用いられる。封口板１５は、封口板１５を貫通するガス通路１５ａを有しており、正極端子１２は、正極端子１２を貫通する排出口１２ａを有する。

発電要素からガスが発生すると、ガスは、ガス通路１５ａを通過して、封口板１５および弁板１４の間に形成されたスペースＳ１に進入する。単電池１０の内圧が弁板１４の作動圧に到達すると、弁板１４が破断し、正極端子１２および弁板１４の間に形成されたスペースＳ２にガスが移動する。スペースＳ２に移動したガスは、正極端子１２に形成された排出口１２ａを通過して、単電池１０の外部に排出される。

本実施例では、排出口１２ａから排出されたガスが、接続部材４１に突き当たるようになっている。この構造について、図５および図６を用いて説明する。図５は、単電池１０の正極端子１２および接続部材４１をＹ方向から見たときの拡大図であり、図６は、単電池１０の正極端子１２および接続部材４１をＸ方向から見たときの拡大図である。

図５および図６において、点線で示す矢印は、単電池１０の排出口１２ａから排出されたガスの主な移動方向を示している。図６に示すように、正極端子１２には、３つの排出口１２ａが形成されており、各排出口１２ａからガスが排出されるようになっている。排出口１２ａから排出されたガスは、接続部材４１のプレート部４１ｂに突き当たる。

本実施例では、正極端子１２に３つの排出口１２ａを形成しているが、これに限るものではない。すなわち、スペースＳ２（図４参照）から単電池１０の外部にガスを排出させることができればよく、排出口１２ａの数や、排出口１２ａを形成する位置は、適宜設定することができる。また、本実施例では、排出口１２ａから排出されたガスをプレート部４１ｂに突き当てるようにしているが、接触部４１ａにガスを突き当てるようにすることもできる。

プレート部４１ｂは、平板状に形成されており、Ｙ−Ｚ平面に沿って配置されている。接触部４１ａは、プレート部４１ｂに対してＸ方向に突出しており、接触部４１ａの周囲には、切り欠き部４１ｃが形成されている。

本実施例では、切り欠き部４１ｃが図６に示す形状に形成されているが、これに限るものではない。すなわち、排出口１２ａから排出されたガスが、切り欠き部４１ｃを直接、通過せずに、接続部材４１に突き当たるようにすればよい。具体的には、接続部材４１の一部が、排出口１２ａから排出されるガスの移動軌跡上に位置していればよい。ここでいうガスの移動軌跡とは、排出口１２ａから排出されるガスの主な移動軌跡であり、排出口１２ａの向きに応じて決定される。すなわち、ガスの移動軌跡は、排出口１２ａから、排出口１２ａの開口方向に延びている。

本実施例では、プレート部４１ｂに対して、正極端子１２の側に接触部４１ａを突出させているが、これに限るものではない。例えば、接続部材４１を、１枚の板として構成し、複数の正極端子１２に接触させるだけでもよい。

ここで、接続部材４１および正極端子１２を溶接によって接続するときには、接続部材４１のうち、正極端子１２と対向する領域に、切り欠き部を形成しておくことが好ましい。これにより、切り欠き部を挟む２つの領域に溶接用の電極を配置して、接続部材４１および正極端子１２を容易に溶接することができる。切り欠き部だけを形成した接続部材４１を用いる場合であっても、排出口１２ａから排出されたガスを、接続部材４１の一部に突き当てるようにすればよい。

本実施例によれば、単電池１０（排出口１２ａ）から排出されたガスを接続部材４１に突き当てており、ガスがケース２０に直接、突き当たらないようにしている。ガスは高温状態で単電池１０から排出されるため、ガスがケース２０に突き当たってしまうと、ケース２０が熱的負荷を受けてしまう。特に、ケース２０が樹脂で形成されているときには、熱的負荷の影響が増大してしまう。なお、ケース２０を形成する材料は、樹脂に限るものではなく、接続部材４１よりも耐熱性が低い材料で形成することができる。

本実施例では、ガスを接続部材４１に突き当てることにより、ガスによる熱的負荷がケース２０に作用し難くしている。ここで、接続部材４１は、金属で形成されており、ケース２０よりも耐熱性が高いため、ガスを接続部材４１に突き当てることができる。ガスを接続部材４１に突き当てることにより、ガスの熱を接続部材４１に逃がすことができ、接続部材４１と接触した後のガスの温度を下げることができる。ガスの温度を下げておけば、ガスがケース２０に与える熱的負荷を低減することができる。

また、本実施例では、接続部材４１に対して、複数の正極端子１２を電気的に接続する機能を持たせるだけでなく、ガスがケース２０に突き当たるのを阻止する機能を持たせている。このように、接続部材４１に２つの機能を持たせることにより、部品点数を低減することができる。

ガスの温度を低下させる手段として、排出口１２ａおよびケース２０の間の距離を十分に確保することが考えられる。すなわち、排出口１２ａからケース２０を離すほど、排出口１２ａからケース２０に到達するガスの移動距離が長くなり、ガスの温度を低下させることができる。しかし、排出口１２ａからケース２０を離すほど、ケース２０（電池ブロック１）が大型化してしまう。

本実施例では、排出口１２ａからケース２０を離す必要はなく、ケース２０を排出口１２ａに近づけることができる。これにより、ケース２０（電池ブロック１）の大型化を抑制することができる。

本実施例において、単電池１０から排出されたガスは、電池ブロック１（ケース２０）の内部に溜まることになる。そこで、ケース２０に弁を設けておき、ケース２０の内部に溜まったガスを、ケース２０の外部に排出することができる。ケース２０に設ける弁としては、いわゆる破壊型の弁や、いわゆる復帰型の弁を用いることができる。破壊型の弁は、閉じ状態から開き状態に不可逆的に変化する弁である。復帰型の弁は、ケース２０の内圧に応じて、閉じ状態および開き状態の間で可逆的に変化する弁である。

本発明の実施例２である電池ブロックについて説明する。本実施例において、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。本実施例では、実施例１と異なる点について、主に説明する。

図７は、ケース２０に収容された複数の単電池１０の構成を示す外観図である。導電ワイヤ６１は、複数の正極端子１２と接触しており、保持プレート６２に固定されている。導電ワイヤ６１は、例えば、接着剤を用いることにより、保持プレート６２に固定することができる。本実施例における導電ワイヤ６１および保持プレート６２は、本発明の接続部材に相当する。

導電ワイヤ６１の一端は、電池ブロック１の正極端子５１（図１参照）と接続されている。導電ワイヤ６１は、金属などの導電性材料で形成されている。保持プレート６２は、ケース２０よりも耐熱性の高い材料で形成されている。例えば、保持プレート６２は、金属又は熱硬化性樹脂で形成することができる。

複数の単電池１０における負極端子１３も、導電ワイヤ６１を用いて電気的に接続することができる。また、複数の負極端子１３と接続される導電ワイヤ６１は、保持プレート６２に固定することができる。負極端子１３と接続された導電ワイヤ６１の一端は、電池ブロック１の負極端子５２（図１参照）と接続されている。

本実施例によれば、単電池１０（排出口１２ａ）から排出されたガスは、保持プレート６２に突き当たることになる。これにより、単電池１０から排出されたガスが、ケース２０に直接、突き当たるのを阻止することができる。

１：電池ブロック（蓄電装置） １０：単電池（蓄電素子）
１１：電池ケース １２：正極端子（電極端子）
１２ａ：排出口 １３：負極端子
１４：弁板 １５：封口板
１５ａ：ガス通路 １６：ガスケット
２０：ケース ２１：ケース本体
２２：蓋 ３０：ホルダ
３１：開口部 ４１，４２：接続部材
４１ａ，４２ａ：接触部 ５１：正極端子
５２：負極端子 ６１：導電ワイヤ
６２：保持プレート

Claims (9)

1. ガスを排出させる排出口をそれぞれ備えた複数の蓄電素子と、
   前記蓄電素子の電極端子と接触し、前記複数の蓄電素子を電気的に接続する接続部材と、
   前記複数の蓄電素子を収容し、前記接続部材よりも耐熱性が低いケースと、を有し、
   前記接続部材は、前記排出口および前記ケースの間に位置し、前記排出口から前記ケースに向かって排出されるガスと接触することを特徴とする蓄電装置。
2. 前記接続部材の一部は、前記排出口から、前記排出口の開口方向に延びる線上に位置していることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記接続部材は、前記複数の蓄電素子を電気的に並列に接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
4. 前記接続部材は、金属で形成されており、
   前記ケースは、樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電装置。
5. 前記蓄電素子は、所定方向に延び、前記所定方向と直交する断面が円形に形成されており、
   前記電極端子は、前記蓄電素子の長手方向における両端に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電装置。
6. 前記排出口は、前記蓄電素子の長手方向における一端に位置する前記電極端子に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
7. 前記排出口の開口方向は、前記所定方向に対して傾斜する方向であることを特徴とする請求項６に記載の蓄電装置。
8. 前記複数の蓄電素子が前記所定方向と直交する面内で並べられた状態において、前記複数の蓄電素子を保持するホルダを有することを特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の蓄電装置。
9. 前記接続部材は、
   前記所定方向と直交する面内に位置するプレート部と、
   前記プレート部に対して前記電極端子の側に突出するように曲げ加工され、前記電極端子と接触する接触部と、
   を有することを特徴とする請求項８に記載の蓄電装置。
   

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