以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電装置について説明する。なお、各図は、実施の形態またはその変形例に係る蓄電装置の説明のための図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
また、以下で説明する実施の形態は、本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、組み立て方法、組み立ての順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態に係る構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
(実施の形態)
まず、蓄電装置1の構成概要について、図1〜図5を用いて説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る蓄電装置1の外観を示す斜視図である。図2は、本発明の実施の形態に係る蓄電装置1を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。
なお、これらの図では、Z軸方向を上下方向として示しており、以下ではZ軸方向を上下方向として説明するが、使用態様によってはZ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるため、Z軸方向は上下方向となることには限定されない。
蓄電装置1は、1以上の蓄電素子を備え、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電することができる装置である。例えば、蓄電装置1は、電力貯蔵用途や電源用途などに使用される電池モジュールである。
これらの図に示すように、蓄電装置1は、第一外装体11及び第二外装体12からなる外装体10と、外装体10内方に収容される蓄電ユニット30及び電気機器40とを備えている。
外装体10は、蓄電ユニット30及び電気機器40の外方に配置される、蓄電装置1の外装体を構成する矩形状(箱状)の容器(モジュールケース)である。つまり、外装体10は、蓄電ユニット30及び電気機器40を所定の位置に配置し、蓄電ユニット30及び電気機器40を衝撃などから保護する。
また、外装体10は、本実施の形態では樹脂で形成されている。具体的には、外装体10は、例えばポリカーボネートやポリプロピレン(PP)等の絶縁性の樹脂などにより構成されており、蓄電ユニット30及び電気機器40が外部の金属部材などに接触することを回避する。
外装体10は、外装体10の蓋体を構成する第一外装体11と、外装体10の本体を構成する第二外装体12とを有している。第一外装体11は、第二外装体12の開口を閉塞する扁平な矩形状の蓋部材であり、正極外部端子21と負極外部端子22とが設けられている。蓄電装置1は、この正極外部端子21と負極外部端子22とを介して、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電する。
第二外装体12は、開口が形成された有底矩形筒状のハウジングであり、蓄電ユニット30及び電気機器40を収容する。
なお、第一外装体11と第二外装体12とは、同じ材質の部材で形成されていてもよいし、異なる材質の部材で形成されていてもかまわない。
また、本実施の形態において、外装体10は、内部が密閉されるように形成されている。具体的には、第一外装体11及び第二外装体12は、内部を密閉するように互いに接合されている。例えば、第二外装体12の開口の周縁と、第一外装体11の周縁とは熱溶着によって接合されている。
本実施の形態における外装体10はさらに、排気管13を備える。排気管13は、外装体10が有する排出口の一例である。蓄電ユニット30が有する複数の蓄電素子のいずれかの安全弁からガスが排出された場合、排出されたガス(排気)は、排気管13を介して蓄電装置1の外部に放出される。蓄電素子の構成については図5を用いて後述する。
なお、排気管13の内部、または、排気管13の第一外装体11側の端部付近には、外部からの内部への水分等の侵入を防ぎ、かつ、内部から外部への排気を可能とする弁または膜等が配置されている。
蓄電ユニット30は、本実施の形態では複数の蓄電素子を有しており、第一外装体11に設けられた正極外部端子21と負極外部端子22とに接続される。本実施の形態では、図2に示すように、蓄電ユニット30は、複数の蓄電素子が横置きになった状態でZ軸方向に積み重ねられて、第二外装体12内に配置される。そして、蓄電ユニット30は、上方から第一外装体11が被せられて、外装体10の内方に収容される。なお、蓄電ユニット30の構成については図3及び図4を用いて後述する。
電気機器40は、内方に回路基板やリレーなどが配置された矩形状の機器であり、蓄電ユニット30の側方(X軸方向プラス側)に配置されている。本実施の形態では、図2に示すように、電気機器40は、回路基板が縦置きになった状態でZ軸方向に立てられて、第二外装体12内に配置される。そして、電気機器40は、上方から第一外装体11が被せられて、外装体10の内方に収容される。
なお、電気機器40に備えられる回路基板は、配線(リード線)によって蓄電ユニット30内のそれぞれの蓄電素子の正極端子または負極端子に接続され、例えば、当該蓄電素子の充電状態や放電状態(電圧、温度などの電池状態)などを取得し、監視し、制御する。
次に、蓄電ユニット30の構成について、図3及び図4を用いて説明する。
図3及び図4は、本発明の実施の形態に係る蓄電ユニット30の構成を示す第1及び第2の斜視図である。具体的には、図3は、蓄電ユニット30からバスバーフレーム500とバスバー32とを分離した場合の構成を示す分解斜視図である。また、図4は、蓄電ユニット30からバスバーフレーム500とバスバー32とを分離した構成要素をさらに分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。
なお、これらの図及び以降の図では、説明の便宜のため、Y軸方向を上下方向として示しており、Y軸方向を上下方向として説明している箇所があるが、実際の使用態様において、Y軸方向が上下方向になるとは限らない。
これらの図に示すように、蓄電ユニット30は、複数の蓄電素子100(本実施の形態では、8つの蓄電素子100)と、複数のスペーサ200(本実施の形態では、7つのスペーサ200)と、一対の挟持部材300と、複数の拘束部材400(本実施の形態では、4つの拘束部材410〜440)と、バスバーフレーム500と、複数のバスバー32(本実施の形態では、5つのバスバー32)とを備えている。
蓄電素子100は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池(単電池)であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。蓄電素子100は、扁平な矩形状を有しており、スペーサ200に隣接して配置されている。つまり、複数の蓄電素子100のそれぞれが、複数のスペーサ200のそれぞれと交互に配置され、第一方向(Z軸方向)に並べられている。
本実施の形態では、蓄電素子100は、外装体10内方に横向きにして配置されている(図2参照)が、同図では、説明の便宜のため、蓄電素子100は、電極端子を上方に向けて配置された状態で図示している。なお、蓄電素子100は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。蓄電素子100の詳細な構成の説明については、図5を用いて後述する。
スペーサ200は、隣り合う2つの蓄電素子100の間に配置され、当該2つの蓄電素子100間を絶縁する樹脂等で形成された絶縁性の板状部材である。本実施の形態では、8つの蓄電素子100に対し、7つのスペーサ200が配置されている。なお、スペーサ200は、例えばポリカーボネートやポリプロピレン(PP)等の絶縁性の樹脂により形成されているが、絶縁性を有する部材であればどのような材質で形成されていてもかまわない。
また、スペーサ200は、蓄電素子100の正面側または背面側の略半分(Z軸方向に2つに分けた場合の略半分)を覆うように形成されている。つまり、スペーサ200の正面側または背面側の両面(Z軸方向の両面)には凹部が形成されており、当該凹部に上記の蓄電素子100の略半分が挿入される。
このような構成により、蓄電素子100を挟む2つのスペーサ200が、蓄電素子100のほとんどの部分を覆うこととなるので、スペーサ200によって、蓄電素子100と他の導電性を有する部材との間の絶縁性を向上させることができている。また、スペーサ200と、当該スペーサ200に隣接する蓄電素子100とは、互いに側方への移動(XY平面に平行な方向への移動)を規制しあう関係となる。この関係は、交互に配置された蓄電素子100およびスペーサ200の並び方向(Z軸方向)で連続する。そのため、各スペーサ200は、Z軸方向に並べられた複数の蓄電素子100の位置を安定させる部材としても機能する。
挟持部材300は、一対の平板状部材である挟持部材310及び320からなり、複数の蓄電素子100を、当該複数の蓄電素子100の並び方向(Z軸方向)の両側から挟み込んで保持する。
つまり、挟持部材310は、複数の蓄電素子100のうちの最もZ軸方向プラス側に配置された蓄電素子100よりも、Z軸方向プラス側に配置された平板状部材である。また、挟持部材320は、複数の蓄電素子100のうちの最もZ軸方向マイナス側に配置された蓄電素子100よりも、Z軸方向マイナス側に配置された平板状部材である。そして、挟持部材310と挟持部材320とで、複数の蓄電素子100及び複数のスペーサ200を、当該複数の蓄電素子100及び複数のスペーサ200の並び方向(Z軸方向)の両側から挟み込んで保持する。
挟持部材300(挟持部材310、320)は、強度の観点等から、例えばステンレスやアルミニウム等の金属製(導電性)の部材で形成されている。また、挟持部材300(挟持部材310、320)は、隣り合う蓄電素子100との間に、絶縁性の部材が配置されることで、蓄電素子100との絶縁性を確保している。なお、挟持部材300は、金属製(導電性)の部材に限定されず、例えば強度の高い絶縁性の部材で形成されていてもよい。また、挟持部材310と挟持部材320とは、同じ材質の部材で形成されていてもよいし、異なる材質の部材で形成されていてもかまわない。
拘束部材400は、両端が挟持部材300に取り付けられて、複数の蓄電素子100を拘束する部材である。つまり、拘束部材400は、当該複数の蓄電素子100を跨ぐように配置され、当該複数の蓄電素子100に対して複数の蓄電素子の並び方向(Z軸方向)における拘束力を付与する。なお、拘束部材400は、挟持部材300と同様に、例えばステンレスやアルミニウム等の金属製の部材で形成されているのが好ましいが、金属以外の部材で形成されていてもかまわない。
具体的には、拘束部材400は、一端が挟持部材310に取り付けられるとともに、他端が挟持部材320に取り付けられる。そして、拘束部材400は、複数の蓄電素子100及び複数のスペーサ200に対して、当該複数の蓄電素子100及び複数のスペーサ200の並び方向における拘束力を付与する。
ここで、拘束部材400は、拘束部材410〜440からなる。拘束部材410及び420は、複数の蓄電素子100の上下方向両側(Y軸方向の両側)に配置され、当該複数の蓄電素子100を当該両側から挟み込んで拘束する。また、拘束部材430及び440は、複数の蓄電素子100の両側方(X軸方向の両側)に配置され、当該複数の蓄電素子100を当該両側方から挟み込んで拘束する。
具体的には、拘束部材410及び拘束部材420は、当該複数の蓄電素子100のY軸方向プラス側及びマイナス側に配置された一対の長尺状かつ平板状の部材である。また、拘束部材430及び拘束部材440は、当該複数の蓄電素子100のX軸方向プラス側及びマイナス側に配置された一対の長尺状かつ平板状の部材である。
また、複数の蓄電素子100のそれぞれの安全弁170の側に配置された拘束部材410には、それぞれの安全弁170からの排気を貫通させる複数の貫通孔411が形成されている。いずれかの貫通孔411を貫通した排気は、バスバーフレーム500の隔壁部(図6〜図8を用いて後述)に衝突し、流れの方向を変更する。
バスバーフレーム500は、例えば樹脂により形成されており、バスバー32と他の部材との絶縁、蓄電装置1内に配置される各種の配線等の保護、及び、バスバー32の位置規制を行うことができる部材である。
具体的には、バスバーフレーム500は、複数の蓄電素子100の上方(Y軸方向プラス側)に載置され、複数の蓄電素子100に対して位置決めされる。また、バスバーフレーム500上には、バスバー32が載置される。この際、バスバーフレーム500の有する支持部552に立設された突起部が、バスバー32に形成された開口部に挿入されることで、バスバーフレーム500に対してバスバー32が位置決めされる。これにより、バスバー32は、複数の蓄電素子100に対して位置決めされ、そして、複数の蓄電素子100のうちのいずれかの蓄電素子100の電極端子に接合される。
なお、本実施の形態に係るバスバーフレーム500は、外装体10の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成された状態で配置されている。例えば、バスバーフレーム500の外面が、外装体10の内面に立設されたリブに当接することで、バスバーフレーム500と外装体10の内面との間に隙間が形成される。
これにより、蓄電素子100の安全弁170から高温の排気が噴出した場合において、バスバーフレーム500から外装体10への熱の伝導が抑制される。つまり、外装体10の、排気の熱からの保護が図られる。
また、バスバーフレーム500は、他の部材によって複数の蓄電素子100とは反対側への移動が規制される規制部を有している。本実施の形態では、規制部は、スペーサ200が有する係合部(第一係合部211及び第二係合部212、図4参照)と係合する。
また、本実施の形態に係るバスバーフレーム500はさらに、蓄電素子100の安全弁からの排気の流路を形成するカバー部材としての機能を有している。当該カバー部材としての機能を含め、バスバーフレーム500が有する各種の特徴については、図6〜図11を用いて後述する。
バスバー32は、複数の蓄電素子100のいずれかの電極端子と電気的に接続される導電性の部材である。本実施の形態では、複数の蓄電素子100のうちの少なくとも2つの蓄電素子それぞれの電極端子はバスバー32により接続されている。
複数の蓄電素子100の電気的な接続の態様に特に限定はないが、本実施の形態では、並列に接続された蓄電素子100のペアが4つ形成され、4つのペアが直列に接続されている。また、蓄電素子100間の電気的な接続、並びに、8つの蓄電素子100と正極外部端子21及び負極外部端子22との電気的な接続は、バスバー32を介して行われている。
なお、バスバー32は、導電性の部材として、例えばアルミニウムで形成されているが、バスバー32の材質は、特に限定されない。
次に、蓄電素子100の構成について、図5を用いて説明する。
図5は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子100の構成を示す斜視図である。具体的には、図5は、蓄電素子100の容器110を透視して蓄電素子100の内部を示す斜視図である。
図5に示すように、蓄電素子100は、容器110、正極端子120及び負極端子130を備えている。また、容器110内方には、電極体140、正極集電体150及び負極集電体160が配置されている。なお、容器110の内部には電解液などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。
容器110は、金属からなる矩形筒状で底を備える本体と、当該本体の開口を閉塞する金属製の蓋部とで構成されている。容器110は、電極体140等を内部に収容後、蓋部と本体とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。
容器110の、電極端子(120、130)が配置された面には安全弁170が備えられている。複数の蓄電素子100は、例えば図4に示されるように、各安全弁170が、複数の蓄電素子100の並び方向(Z軸方向)に並ぶように配置される。
安全弁170は、容器110の内圧が上昇した場合に開放し、容器110の内部のガスを放出する。例えば、蓄電素子100がリチウムイオン二次電池である場合、異常時においては、高温のガスが安全弁170から放出される。具体的には、安全弁170からの排気の温度が500℃を越える場合もある。
なお、蓄電装置1が備える複数の蓄電素子100の全てが安全弁170を備えていることには限定されず、少なくとも1つの蓄電素子100が安全弁170を備えていればよい。
電極体140は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる発電要素である。具体的には、電極体140は、正極と負極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを巻回されて形成された巻回型の電極体である。なお、電極体140は、平板状極板を積層した積層型の電極体であってもかまわない。
ここで、正極は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などからなる長尺帯状の導電性の正極集電箔の表面に正極活物質層が形成された電極板である。負極は、銅または銅合金などからなる長尺帯状の導電性の負極集電箔の表面に負極活物質層が形成された電極板である。セパレータは、微多孔性のシートである。
なお、蓄電素子100に用いられる正極、負極及びセパレータは、特に従来用いられてきたものと異なるところはなく、蓄電素子100の性能を損なうものでなければ適宜公知の材料を使用できる。また、容器110に封入される電解液(非水電解質)としても、蓄電素子100の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく様々なものを選択することができる。
正極端子120は、正極集電体150を介して、電極体140の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子130は、負極集電体160を介して、電極体140の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子120及び負極端子130は、電極体140に蓄えられている電気を蓄電素子100の外部空間に導出し、また、電極体140に電気を蓄えるために蓄電素子100の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。
正極集電体150は、電極体140の正極と容器110の側壁との間に配置され、正極端子120と正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体150は、正極の正極集電箔と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成されている。また、負極集電体160は、電極体140の負極と容器110の側壁との間に配置され、負極端子130と電極体140の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体160は、負極の負極集電箔と同様、銅または銅合金などで形成されている。
次に、バスバーフレーム500の構成について、図6〜図11を用いて説明する。
図6は、実施の形態に係るバスバーフレーム500の外観を示す斜視図である。
図7は、実施の形態に係るバスバーフレーム500における排気の流路の形成に係る構成を示す斜視図である。
図8は、実施の形態に係るバスバーフレーム500における排気の流路の形成に係る構成を示す断面図である。
図9は、実施の形態に係る蓄電素子100ごとの排気の流路を示す模式図である。
なお、図7では、バスバーフレーム500の特徴的な構成を明確に示すために、バスバーフレーム500を、XY平面と平行な面で切断した場合の部分的な拡大図を示しており、拘束部材410(図4参照)の図示は省略されている。また、図7において、最も手前側(Z軸方向プラス側)の蓄電素子100の手前に配置されているスペーサ200の図示は省略されている。
さらに、図8では、バスバーフレーム500の構造と、蓄電素子100の電極端子との関係を明確にするために、バスバーフレーム500を、蓄電素子100の厚み方向(Z軸方向)の中央付近で切断した場合のバスバーフレーム500の部分断面を示している。また、図8では、蓄電素子100は側面図で表されており、安全弁170は、ドットが付された矩形領域で模式的に図示されている。
図6〜図9に示されるように、バスバーフレーム500は、蓄電素子100の安全弁170と対向する位置に配置された隔壁部511を有し、安全弁170からの排気を電極端子の方向に導く流路を形成する。
つまり、バスバーフレーム500の隔壁部511が、安全弁170からの排気に対する遮蔽板として機能する。安全弁170からの排気は、バスバーフレーム500によって電極端子の方向へ導かれる。そのため、例えば、一列に並べられた複数の蓄電素子100を、これらの並び方向(Z軸方向)に跨がずに排気を放出することができる。つまり、安全弁170が開放した蓄電素子100から排気を速やかに遠ざけることができる。すなわち、排気の効率的な放出が可能となる。
また、安全弁170からの排気の流れは、安全弁170に対向する位置にある隔壁部511に沿って電極端子の方向に向けられる。これにより、バスバーフレーム500の外側に配置された部材に排気が直接的に衝突することが防止される。また、排気の温度が低下される。
具体的には、安全弁170からの排気は、隔壁部511に衝突することで、隔壁部511によって熱の一部を奪われ、また、運動エネルギーの一部を失う(速度を低下させる)。つまり、本実施の形態において、樹脂で形成された外装体10は、バスバーフレーム500の隔壁部511により、蓄電素子100の安全弁170からの排気の熱または衝撃から保護される。つまり、排気の熱または衝撃により強度の低下等が生じうる樹脂製の外装体10が、隔壁部511によって保護される。
本実施の形態に係る隔壁部511は、バスバーフレーム500の他の部分よりも厚みの大きな肉厚部511aを有している。これにより、隔壁部511の、蓄電素子100の安全弁170からの排気に対する耐性が向上されている。
なお、本実施の形態では、図7及び図8に示されるように、安全弁170からの排気は、2つの電極端子(正極端子120及び負極端子130)それぞれの方向に導かれる。
また、バスバーフレーム500は、安全弁170と電極端子(正極端子120及び負極端子130のそれぞれ、以下同じ)との間に配置され、電極端子の方向に導かれた排気の流れを、蓄電素子100から離れる方向(例えば図8参照)に変換する面を形成する変換面部514を有する。
つまり、安全弁170から電極端子の方向に導かれた排気は、変換面部514に沿って流れることで蓄電素子100から遠ざけられる。従って、電極端子が排気の熱または衝撃から保護される。これにより、例えば、安全弁170からの排気に起因する、電極端子の取り付け部分の不具合、または、電極端子とバスバー32との接続箇所の不具合等の発生が抑制される。
また、例えば図8に示されるように、電極端子と安全弁170とは、蓄電素子100における同一の面に配置されており、変換面部514の、電極端子が配置された面からの高さの最大値(図8における変換面部514のY軸方向プラス側の頂点の高さ)は、電極端子の当該面からの高さよりも大きい。
つまり、安全弁170からの排気は、変換面部514によって、電極端子よりも高い位置へ放出される。そのため、電極端子またはその周囲の部材(樹脂製のパッキンなど)を、排気の熱等から保護することができる。
ここで、本実施の形態では、安全弁170から電極端子に向かう排気の流路を形成するための開口がバスバーフレーム500に形成されている。具体的には、バスバーフレーム500は、隔壁部511における安全弁170と対向する領域と、電極端子との間に配置された、バスバーフレーム500の蓄電素子100側の空間とバスバーフレーム500の外部空間とを接続する開口を形成する排出部512を有する。
つまり、バスバーフレーム500では、蓄電素子100の安全弁170側の壁を構成する隔壁部511が、安全弁170からの排気に対する遮蔽板として機能する。また、隔壁部511に衝突した排気は、排出部512の開口を介して電極端子の方向に導かれ、さらに、蓄電素子100から遠ざかる方向に向かう。このような排気の流路において、排出部512は、安全弁170からの排気を効率よく電極端子の方向に導くことができる。
また、本実施の形態に係る変換面部514は、安全弁170から電極端子に近づくに従って蓄電素子100から遠ざかるように傾いた面を形成している。つまり、図8に示すように、変換面部514は、安全弁170と電極端子とを結ぶ方向(X軸方向)に対して斜めの面を形成している。そのため、変換面部514は、安全弁170からの排気の衝撃を吸収しながら、排気の方向を変換することができる。また、変換面部514によって流れの方向が変換された排気は、当該斜めの方向に向かうため、例えば、外装体10の内面に斜め方向から排気が衝突する。そのため、外装体10が排気によって損傷する可能性がより低減される。
ここで、本実施の形態に係るバスバーフレーム500は、排出部512及び変換面部514のそれぞれを複数有している。具体的には、図6に示すように、バスバーフレーム500は、蓄電装置1が備える8つの蓄電素子100に対応して8つの排出部512及び8つの変換面部514を有している。
このように、バスバーフレーム500には、複数の蓄電素子100のそれぞれに対応して少なくとも1つの排出部512が設けられているため、例えば図9に示すように、蓄電素子100ごとに排気の流れが形成される。つまり、これら蓄電素子100の安全弁170からの排気を効率よく放出することができる。
また、バスバーフレーム500には、複数の蓄電素子100のそれぞれに対応して変換面部514が設けられているため、複数の蓄電素子100それぞれの電極端子を排気から保護しながら、当該排気を効率よく放出することが可能となる。
より詳細には、排出部512及び変換面部514のそれぞれは、バスバーフレーム500において、1つの蓄電素子100が有する2つの電極端子(正極端子120及び負極端子130)に対応して1つずつ設けられている(図7、図8参照)。
つまり、蓄電素子100の安全弁170からの排気は、2つの電極端子の方向に分散して流れ、2つの排出部512からバスバーフレーム500の外方に導かれる。これにより、蓄電素子100の安全弁170からの排気をより効率よく放出することができる。また、2つの電極端子は、それぞれに対応する変換面部514により排気の熱等から保護される。これにより、2つの電極端子を排気から保護しながら、当該排気を効率よく放出することが可能となる。
また、本実施の形態に係る蓄電装置1では、例えば図9に示すように、複数の蓄電素子100は、第一方向(Z軸方向)に並べられている。また、複数の複数の蓄電素子100において、安全弁170と電極端子とは第一方向(Z軸方向)に交差する第二方向(X軸方向)に並んで配置されている。さらに、安全弁170と排出部512との間の距離Laは、複数の蓄電素子100の列のZ軸方向の幅Lbよりも短い。なお、距離Laは、安全弁170及び排出部512の開口の、X軸方向の中心間の距離である。
つまり、本実施の形態に係る蓄電装置1によれば、複数の蓄電素子の並び方向に、これら蓄電素子の安全弁からの排気を流すことで排気を放出する従来の手法と比較すると、排気の放出効率が向上する。
より詳細には、本実施の形態では、複数の蓄電素子100それぞれの安全弁170からの排気は、比較的に近い位置に存在する1以上の排出部512から蓄電ユニット30の外方に放出される。そのため、例えば、複数の蓄電素子で発生した排気を、複数の蓄電素子の並び方向に延設されたダクト等で一括して放出する場合よりも、排気の流路における淀みまたは抵抗が少ない。
その結果、本実施の形態に係る蓄電装置1では、各蓄電素子100の安全弁170からの排気を効率よく放出することが可能となる。
上記構成を有するバスバーフレーム500の素材としては、例えば電気的な絶縁性及び成型のしやすさ等を考慮し樹脂が採用される。
また、安全弁170からの排気が直接的に衝突することを考慮すると、耐熱性の高い樹脂によってバスバーフレーム500を形成することが好ましい。例えば、外装体10を形成する樹脂よりも耐熱性が高い樹脂によってバスバーフレーム500が形成されてもよい。
また、例えば、バスバーフレーム500の素材として、熱硬化性樹脂などの耐熱性樹脂が採用されてもよい。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、アルキド樹脂、ポリイミド、ポリアミノビスマレイミド、カゼイン樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂などが例示される。
なお、隔壁部511を樹脂によって形成する場合、隔壁部511を、バスバーフレーム500との一体成形によって作製することが可能であり、このことは、例えば蓄電装置1の生産効率の向上に寄与する。また、例えば隔壁部511の基材として金属を用いた場合と比較すると、隔壁部511の重量が抑制され、このことは、例えば蓄電装置1の軽量化に寄与する。
また、バスバーフレーム500における隔壁部511のみがフェノール樹脂等の耐熱性樹脂で形成されていてもよい。
なお、バスバーフレーム500の隔壁部511は、安全弁170からの排気により変形または溶解する可能性がある素材で形成されてもよい。
具体的には、蓄電素子100の安全弁170からの排気の噴出が所定の期間継続することが想定される場合、隔壁部511は、少なくともその所定の期間の間に、当該排気の熱または衝撃によって孔が形成されない程度の耐熱性または強度を有していればよい。
例えば、蓄電素子100の安全弁170からの排気の最高温度が約500℃であり、かつ、排気が勢いよく噴出する期間が1分程度である(1分を超えると排気の噴出速度が低下する)場合を想定する。この場合、隔壁部511は、500℃の排気が衝突する状態が1分間継続するという条件の下において、孔があかない程度の耐熱性または強度を有していればよい。
つまり、1以上の蓄電素子100の安全弁170からの排気から、外装体10等の、バスバーフレーム500の外部の部材を保護することができるのであれば、バスバーフレーム500自体は、当該排気によって変形または溶解等してもよい。
また、隔壁部511の厚みと、外装体10の厚みについての大小関係に特に限定はないが、隔壁部511は、外装体10の厚み(例えば、最も厚い箇所の厚み)以上の厚みを有する箇所を含んでいてもよい。これにより、安全弁170からの高温の排気が、外装体10に与える影響をより抑制することが可能となる。
上記構成を有するバスバーフレーム500を備える蓄電ユニット30では、上述のように、安全弁170からの排気は、安全弁170に比較的に近い位置にある1以上の排出部512を介して蓄電ユニット30の外方に放出される。
つまり、安全弁170からの排気は、蓄電ユニット30が有する複数の蓄電素子100から速やかに遠ざけられる。このとき、安全弁170からの排気は、少なくとも隔壁部511に衝突することで排気の熱が隔壁部511に伝導して排気の温度が下げられ、また、排気の衝撃も和らげられる。
蓄電ユニット30の外方に放出された排気は、蓄電ユニット30の外方かつ外装体10の内方に存在する気体(例えば大気)と混合することで、さらに温度が下げられ、また、流れの速度も低下する。
このようにして外装体10の内方の気体と混合された排気は、外装体10が有する排気管13(図1参照)から蓄電装置1の外方に放出される。
本実施の形態に係る蓄電装置1では、第一外装体11及び第二外装体12は、例えば熱溶着等の手法により、内部を密閉するように互いに接合されている。
そのため、例えば、蓄電素子100から放出された排気の外装体10の外部への漏れ出しが抑制される。また、本実施の形態のように、外装体10に排気管13が設けられている場合においては、蓄電素子100から放出された排気が、排気管13以外から外装体10の外部に漏れ出すことが抑制される。つまり、外装体10が気密性を有することで、蓄電素子100から放出された排気の、外装体10の外部への意図しない漏れ出しが抑制される。
従って、蓄電装置1では、例えば、蓄電素子100の安全弁170に接続された排気パイプを外装体10の排気管13に接続するような構造は必要ない。そのため、例えば、本実施の形態のように、バスバーフレーム500に複数の開口部(排出部512)を設けた場合であっても、各排出部512から放出された排気を、意図した態様で処理すること(温度を低下させて封じ込め、または、外装体10の外部への安全な放出など)が可能である。
なお、例えば、蓄電装置1が自動車に搭載される場合、排気管13と、当該自動車のエンジンからの排気の流路とを、耐熱性のホースで接続してもよい。これにより、蓄電装置1が備える1以上の蓄電素子100の安全弁170からの排気を、当該自動車の外部に放出することができる。
このように、本実施の形態に係る蓄電装置1は、蓄電素子100の安全弁170からの排気を効率よく放出することができる。
ここで、蓄電装置1が備える蓄電素子100において、電極端子と安全弁170とが、蓄電素子100において、互いに異なる面に配置されていてもよい。つまり、蓄電装置1は、電極端子と安全弁170とが同一の面に配置されていない蓄電素子100を複数備えてもよい。
この場合であっても、複数の蓄電素子100それぞれからの安全弁170からの排気を、複数の蓄電素子100の並び方向(第一方向)と交差する方向に導くことで、各安全弁170からの排気を効率よく放出させることができる。つまり、蓄電装置1は、以下ように構成されてもてもよい。
第一方向に並べられた、それぞれが安全弁170を有する複数の蓄電素子100と、複数の蓄電素子100それぞれの安全弁170からの排気を第一方向と交差する方向に導く流路を形成するバスバーフレーム500とを備える。バスバーフレーム500は、複数の蓄電素子100それぞれの安全弁170と対向する位置に配置された隔壁部511と、バスバーフレーム500の複数の蓄電素子100側の空間とバスバーフレーム500の外部空間とを接続する開口を形成する、少なくとも1つの排出部512とを有する。複数の蓄電素子100それぞれの安全弁170と少なくとも1つの排出部512との間の距離は、複数の蓄電素子100の列の第一方向の幅よりも短い。
この構成によれば、複数の蓄電素子の並び方向にこれら蓄電素子の安全弁からの排気の放出のための流路を形成する従来の手法と比較すると、排気の放出のための経路長を短くすることができる。従って、上記構成の蓄電装置1によれば、排気の放出効率を向上させることができる。
なお、蓄電装置1が、電極端子と安全弁170とが同一の面に配置されていない蓄電素子100を複数備える場合においても、バスバーフレーム500は、複数の蓄電素子100のそれぞれに対応した、少なくとも1つの開口(排出部512)を有してもよい。これにより、蓄電素子100ごとの排気の放出がより促進され、その結果、蓄電装置1の全体としての排気の放出が効率化される。
また、上述の効果を奏することのできるバスバーフレーム500は、簡易な構成で複数の蓄電素子100(以下、「蓄電素子100の集合体」ともいう。)に対して取り付けることができ、各バスバー32の位置を規制することができる。
図10は、実施の形態に係る蓄電ユニット30の構成を示す第3の斜視図である。具体的には、図10は、蓄電素子100の集合体とバスバーフレーム500とを分離した状態の蓄電ユニット30を斜め下から見た場合の分解斜視図である。また、図8では、挟持部材300及び拘束部材400の図示は省略されている。
図11は、バスバーフレーム500の規制部及びスペーサ200の係合部の位置関係を示す分解斜視図である。なお、図11では、バスバーフレーム500が、スペーサ200と係合する前の状態を示しており、蓄電素子100の図示は省略されている。また、図11では、第一規制部534及び第二規制部536を明確に示すために、バスバーフレーム500を、XY平面と平行な面で切断した場合の部分的な拡大図を示している。
図10及び図11に示すように、バスバーフレーム500は、スペーサ200の第一係合部211と係合することで、複数の蓄電素子100とは反対側(Y軸方向プラス側)への移動が規制される第一規制部534を有する。
また、バスバーフレーム500は、スペーサ200の第二係合部212と係合することで、複数の蓄電素子100とは反対側(Y軸方向プラス側)への移動が規制される第二規制部536を有する。
具体的には、例えば図10に示すように、Z軸方向に並ぶ7つのスペーサ200のうちの、端から1番目、4番目、及び7番目のスペーサ200それぞれの第一係合部211に係合する位置に、第一規制部534が備えられている。
なお、それぞれのスペーサ200は、図10における奥側(X軸方向マイナス側)にも第一係合部211を有している。つまり、バスバーフレーム500は、3つのスペーサ200が有する合計6つの第一係合部211に対応して、6つの第一規制部534を備えている。
本実施の形態では、第一規制部534は、孔を有する突出片としてバスバーフレーム500の端部に設けられており、当該孔に、スペーサ200の側面から突出状に設けられた第一係合部211が挿入されることで、第一係合部211と係合する。
このように、バスバーフレーム500が有する1以上の第一係合部211のそれぞれが第一係合部211と係合し、これにより、バスバーフレーム500のY軸方向プラス側への移動が規制される。
なお、第一規制部534と第一係合部211との係合の態様は上記態様に限定されない。例えば、第一係合部211が有する孔または凹部に、第一規制部534が有する突起または爪が挿入されることで、第一規制部534と第一係合部211とが係合してもよい。
また、バスバーフレーム500には、複数のスペーサ200のそれぞれが有する第一係合部211のうちの、選択された1以上の第一係合部211に係合するように、1以上の第一規制部534を設ければよい。従って、例えば、蓄電装置1の構造、または、蓄電装置1が満たすべき仕様等に応じて第一規制部534の個数及び位置を決定することも可能である。
また、バスバーフレーム500において、第二規制部536は、図11に示すように、スペーサ200のバスバーフレーム500側の面に設けられた第二係合部212に対応する位置に配置されている。
つまり、第一規制部534及び第二規制部536は、第一方向(Z軸方向)と交差する第二方向(X軸方向)に並び、かつ、バスバー32を挟んで互いに反対側に配置されている。
第一規制部534に対してこのような位置に配置された第二規制部536は、第二係合部212と係合し、これにより、バスバーフレーム500のY軸方向プラス側への移動が規制される。
また、本実施の形態では、例えば図3及び図11等から分かるように、第二規制部536は、第二方向(X軸方向)における、複数の蓄電素子100の安全弁170と電極端子(102または103)との間の位置に配置されている。つまり、蓄電装置1において、各蓄電素子100の安全弁170からのガスの放出の妨げとなり難い位置に、第二規制部536と第二係合部212とが配置される。
本実施の形態では、第二規制部536は、バスバーフレーム500をY軸方向に貫通する孔を有し、当該孔に、スペーサ200の、バスバーフレーム500側の面から突出状に設けられた第二係合部212が挿入されることで、第二係合部212と係合する。
なお、バスバーフレーム500は、複数のスペーサ200のそれぞれが有する第二係合部212のうちの選択した1以上の第二係合部212に係合するように、1以上の第二規制部536を設ければよい。従って、例えば、蓄電装置1の構造、または、蓄電装置1が満たすべき仕様等に応じて第二規制部536の個数及び位置を決定することも可能である。
また、第二規制部536と第二係合部212との係合の態様は上記態様に限定されない。例えば、第二係合部212が有する孔または凹部に、第二規制部536が有する突起または爪が挿入されることで、第二規制部536と第二係合部212とが係合してもよい。
上記構成のバスバーフレーム500が蓄電素子100の集合体に取り付けられた場合、支持部552に立設された突起部552aの一部が、バスバー32に形成された開口部に挿入された状態が維持される。これにより、バスバー32が、接合されるべき電極端子に対して位置決めされ、その結果、バスバー32と当該電極端子との接合が精度よく行われる。
ここで、本実施の形態に係るバスバーフレーム500は、図11に示すように、各種の配線(信号線及び電力線など)が収容される配線収容部537を有している。具体的には、バスバーフレーム500は、周縁部分に凹状に形成された通路部分と、通路部分の上方の開口を閉じる蓋部539を有している。つまり、通路部分の内部空間が、配線収容部537と機能する。
蓋部539は、ヒンジ538によって回動可能に、バスバーフレーム500の本体に取り付けられている。
このような構成のバスバーフレーム500を、蓄電素子100の集合体に取り付ける場合、例えば、各蓄電素子100に配置されたセンサと電気機器40とを接続するリード線等の配線が、配線収容部537に収容され、蓋部539が閉じられる。
これにより、蓄電素子100の集合体の周辺に数多く存在する配線が、バスバーフレーム500の取り付け作業の妨げとなることが抑制され、このことは、蓄電装置1の生産効率の向上に寄与する。
また、バスバーフレーム500が蓄電素子100の集合体に対して取り付けられた後に、バスバーフレーム500によって位置規制された各バスバー32に対する溶接作業が行われる。
この溶接作業の際、各種の配線は、蓋部539によって閉じられた配線収容部537に収容されているため、例えば溶接によって発生する火花等から各種の配線が保護される。
このように、本実施の形態に係るバスバーフレーム500は、蓄電装置1が備える、バスバーフレーム500以外の部材である他の部材によって、複数の蓄電素子100とは反対側(Y軸方向プラス側)への移動が規制される規制部を有する。つまり、バスバーフレーム500は、バスバー32を基準として複数の蓄電素子100と反対側への移動が規制される規制部を有する。
規制部は、本実施の形態において、第一規制部534及び第二規制部536のそれぞれ、または、これらの組み合わせによって実現されている。また、上記他の部材は、本実施の形態では、1以上のスペーサ200である。なお、上記他の部材としては、外装体10及び蓄電素子100等も例示される。つまりバスバーフレーム500は、外装体10または蓄電素子100によって移動が規制されてもよい。
ここで、バスバーフレーム500は、バスバー32の位置決めのための要素として、上述の突起部552aに加えてまたは換えて、押さえ部を備えてもよい。
図12は、押さえ部531を有するバスバーフレーム500の、蓄電素子100の集合体への取り付けの様子を示す部分断面図である。
なお、図12では、図3における手前側(X軸方向プラス側)の3つのバスバー32のうちの中央のバスバー32周辺の、バスバーフレーム500及びスペーサ200の断面を図示している。また、図12では、バスバー32及び各蓄電素子100は、断面図ではなく、X軸方向プラス側から見た側面図で表している。
本実施の形態に係るバスバーフレーム500は、絶縁性の樹脂などにより構成されており、上述の、排気の流路の形成に加え、各バスバー32と他の部材との絶縁、各種の配線等の保護、及び、各バスバー32の位置規制を行うことができる部材である。
図12に示すように、バスバーフレーム500は、バスバー32に複数の蓄電素子100とは反対側から当接する押さえ部531を有してもよい。図12では、バスバーフレーム500に配置される5つのバスバー32のそれぞれに、少なくとも2つの押さえ部531が当接するように、押さえ部531が配置されている。
複数のバスバー32それぞれは、バスバーフレーム500に配置された場合、バスバーフレーム500の側壁部533によって、他のバスバー32等の金属部材から、XZ平面に平行な方向において隔離される。これにより、例えば、蓄電装置1に強い衝撃が与えられた場合において、バスバー32同士が接触することによる短絡の発生が抑制される。
このような構成のバスバーフレーム500に対し、例えば図12の(a)に示すように、バスバー32を、1つ以上の支持部552に支持させるように配置する。このとき、バスバー32は、最終的にバスバー32の上方から(Y軸方向プラス側から)当接する複数の押さえ部531を弾性変形させながら配置される。または、バスバー32を傾けることで当該複数の押さえ部531を越えて、1つ以上の支持部552に支持される。
このようにして複数のバスバー32が配置されたバスバーフレーム500は、蓄電素子100の集合体の電極端子の側に配置される。
その結果、図12の(b)に示すように、バスバー32は、少なくとも2つの蓄電素子100それぞれの電極端子と当接し、かつ、押さえ部531が、複数の蓄電素子100とは反対側(Y軸方向プラス側)から当接する状態となる。
また、バスバー32には、支持部552に立設された突起部552aが挿入された状態である。
この状態において、バスバーフレーム500は、上述のように、複数の蓄電素子100とは反対側(Y軸方向プラス側)への移動が規制される。その結果、バスバー32は突起部552aとの係合、及び、押さえ部531による押圧により位置決めされ、この状態で、各電極端子とレーザ溶接等の溶接によって精度よく接合される。
ここで、第一規制部534及び第二規制部536は、バスバー32を挟んで互いに反対側に配置されているため、バスバー32は、1以上の押さえ部531によってバランスよく押さえられる。
このように、突起部552a及び押さえ部531のそれぞれは、バスバー32の、複数の蓄電素子100のうちの少なくとも2つの蓄電素子100それぞれの電極端子に対する位置決めを行う位置決め部として機能する。
なお、バスバー32の位置決めのための位置決め部として、突起部552a及び押さえ部531のいずれか一方のみがバスバーフレーム500に備えられていてもよい。
以上のように、本実施の形態に係るバスバーフレーム500は、簡易な構成でバスバー32を位置決めすることができるため、例えば、蓄電装置1の製造時において、蓄電素子100の電極端子に対してバスバー32を接合しやすくすることができる。
すなわち、本実施の形態では、バスバー32に構造的に関与する部材であるバスバーフレーム500に、蓄電素子100の安全弁170からの排気を効率よく放出させる機能を持たせている。これにより、例えば、蓄電装置1の部品点数の削減または生産効率の向上等の効果が得られる。
なお、蓄電装置1は、例えば図7及び図8に示すバスバーフレーム500とは異なる構成のバスバーフレーム500を備えてもよい。そこで、以下に、実施の形態に係るバスバーフレーム500に関する変形例を、上記実施の形態との差分を中心に説明する。
(実施の形態の変形例1)
図13は、実施の形態の変形例1に係るバスバーフレーム501の構成概要を示す断面図である。
なお、図13は、上記図8と同じく、バスバーフレーム501を、蓄電素子100の厚み方向(Z軸方向)の中央付近で切断した場合のバスバーフレーム501の部分断面を示している。また、蓄電素子100は側面図で表されており、安全弁170は、ドットが付された矩形領域で模式的に図示されている。これらの事項は、後述する図14にも適用される。
図13に示すバスバーフレーム501は、カバー部材の一例であり、蓄電素子100の安全弁170と対向する位置に配置された隔壁部511を有し、安全弁170からの排気を電極端子の方向に導く流路を形成する。
本変形例に係るバスバーフレーム501は、隔壁部511に配置された保護部材511bを有する点に特徴を有する。
保護部材511bは、断熱部材または耐熱部材であり、バスバーフレーム501の、安全弁170からの排気に対する耐性を向上させる部材である。
つまり、肉厚部511a(図8参照)のように、隔壁部511の肉厚を大きくするのではなく、バスバーフレーム501とは別体の部材を隔壁部511に配置することで、隔壁部511の安全弁170からの排気の熱または衝撃に対する耐性を向上させてもよい。
この保護部材511bの素材は、特定の素材に限定されず、各種の素材を採用可能である。保護部材511bの素材としてとしては、上述のフェノール樹脂等の耐熱性樹脂、ダンマ材、グラスウール等が例示される。
(実施の形態の変形例2)
図14は、実施の形態の変形例2に係るバスバーフレーム502の構成概要を示す断面図である。
図14に示すバスバーフレーム502は、カバー部材の一例であり、蓄電素子100の安全弁170と対向する位置に配置された隔壁部511を有し、安全弁170からの排気を電極端子の方向に導く流路を形成する。
本変形例に係るバスバーフレーム502は、安全弁170の方向に突出するテーパ部511cであって、2つの電極端子(正極端子120及び負極端子130)それぞれに近づくに従って蓄電素子100から遠ざかる斜面を形成するテーパ部511cを有する点に特徴を有する。
つまり、テーパ部511cは、図14に示すような斜面を形成していることで、安全弁170からの排気の流れを、より確実に正極端子120及び負極端子130それぞれの方向に分散させることができる。
また、テーパ部511cは、肉厚部511a(図8参照)と同じく、隔壁部511の肉厚を大きくしているため、隔壁部511の安全弁170からの排気の熱または衝撃に対する耐性を向上させることもできる。
なお、テーパ部511cが肉厚となっていることは必須ではない。例えば、バスバーフレーム502の、テーパ部511cに相当する領域が図14における下方に凹んでいることで、テーパ部511cが形成されていてもよい。この場合、テーパ部511cの肉厚は、テーパ部511c以外の肉厚と同一であってもよい。
また、テーパ部511cは、2つの電極端子(正極端子120及び負極端子130)のうちの一方のみに対応して設けられていてもよい。つまり、テーパ部511cは、電極端子(正極端子120または負極端子130)に近づくに従って蓄電素子100から遠ざかる斜面を形成していればよい。これにより、正極端子120及び負極端子130のうちの少なくとも一方の方向に、安全弁170からの排気を導くことができ、これにより、排気の放出を効率化することができる。
(他の実施の形態)
以上、本発明に係る蓄電装置について、実施の形態及びその変形例に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、上記実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態またはその変形例に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
例えば、バスバー32に構造的に関与するバスバーフレーム500とは別体の部材が、蓄電素子100の安全弁170からの排気の流路を形成するカバー部材として、蓄電装置1に備えられてもよい。
例えば、突起部552aまたは押さえ部531等の位置決め部を有するバスバーフレーム500であって、複数の蓄電素子100それぞれの正極端子120及び負極端子130の間の領域(中央領域)を除く領域を覆うようにバスバーフレーム500を形成する。また、複数の蓄電素子100の中央領域を覆うようにカバー部材を形成する。この場合、バスバーフレーム500を、弾性変形しやすい樹脂で形成し、かつ、隔壁部511を有するカバー部材を、フェノール樹脂等の、弾性変形し難くかつ耐熱性の高い樹脂で形成してもよい。
また、変換面部514により形成される面のX軸方向に対する角度は、例えば図8に示す角度に限定されない。変換面部514は、例えばX軸方向に対して直交する面(Y軸方向に平行な面)を形成してもよい。また、変換面部514が形成する面は平面である必要はなく曲面であってもよい。
また、排出部512の位置、及び、排出部512が有する開口の形状も、図7及び図8等に示される位置及び形状には限定されない。例えば、排出部512は、図8における変換面部514の上方(Y軸方向プラス側)に開口を形成するように設けられてもよい。すなわち、蓄電素子100の安全弁170からの排気は、変換面部514によって流れの方向が変換された後に、排出部512の開口からバスバーフレーム500の外方に放出されてもよい。
また、例えば、バスバーフレーム500の隔壁部511に、蓄電素子100の安全弁170からの排気を、その蓄電素子100の電極端子の方向に導くリブ(壁部)を立設してもよい。つまり、排気の流路の形成のためのリブ(壁部)を隔壁部511に設けてもよい。
また、例えば、実施の形態の変形例1に係る保護部材511bを、実施の形態の変形例2に係るテーパ部511cのような突出形状に形成してもよい。これにより、保護部材511bに、排気の流れをより確実に正極端子120及び負極端子130それぞれの方向に分散させる機能を持たせることができる。