JP2014072091A

JP2014072091A - 組電池

Info

Publication number: JP2014072091A
Application number: JP2012218469A
Authority: JP
Inventors: Seiji Nemoto; 聖治根本; Toshiki Kusunoki; 寿樹楠
Original assignee: Lithium Energy Japan KK
Current assignee: Lithium Energy Japan KK
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-21
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: CN103715385A; KR20140042737A; JP6136168B2; CN103715385B; US20140093756A1; DE102013219704A1; KR102214858B1

Abstract

【課題】組電池を構成する単電池の端子への排気ダクトの接触とそれに起因する端子間の短絡を防止する。
【解決手段】単電池３は、内圧が所定値以上となると開弁してガスを放出するガス排出弁３ｆを備える。ガス排出弁３ｆと端子３ｄ，３ｅは蓋体３ｂに設けられている。ガス排出弁３ｆから放出されたガスを外部に排出するための排気ダクト１３は、単電池３の蓋体３ｂに沿って配置されている。ダクトカバー１６は、排気ダクト１３と単電池３の蓋体３ｂとの間に介在する主部１６ａと、主部１６ａから端子３ｄ，３ｅの突出方向に沿って延びる上側及び下側補助１６ｃ，１６ｄとを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数の単電池（電池セル）を電気的に接続してモジュール化した組電池（電池モジュール）に関する。

特許文献１に開示された車載用の組電池は、個々の単電池毎に内圧が所定圧力以上となると開弁するガス排出弁と、ガス排出弁から排出されたガスを外部に排出する排気ダクトとを備える。

特開２０１１−１００６９９号公報

金属製の排気ダクトの単電池の端子への接触は短絡の原因となる。特に、組電池が電気自動車等の車両などに搭載される車載用である場合、振動や衝撃等に起因する排気ダクトの単電池の端子への接触を確実に回避する必要がある。しかし、特許文献１に記載のものを含め、従来の組電池は排気ダクトと単電池の端子への接触防止に関し、十分な考慮はなされていない。排気ダクト以外の金属製の部材（例えば、組電池のケーシングを構成する一対の側板（エンドプレート）を連結するための金属製の梁状部材）についても、単電池の端子への接触防止に十分な考慮がなされていない。

本発明は、組電池を構成する単電池の端子への少なくとも一部が金属である部材の接触に起因する短絡を防止することを課題とする。

本発明は、複数の単電池と、前記単電池の端子が設けられた側部に沿って配置された、少なくとも一部が金属である被カバー部材と、前記金属部材と前記単電池の前記側部と間に介在する主部と、この主部から前記端子の突出方向に沿って延びる補助部とを有する絶縁カバーとを備える組電池を提供する。

単電池の端子の突出方向に沿って延びる絶縁カバーの補助部により、単電池の端子への被カバー部材の接触を確実に防止できるので、被カバー部材との接触に起因する単電池の端子間の短絡を確実に防止できる。例えば、振動や衝撃等により、被カバー部材が単電池の端子へ接近した場合でも、被カバー部材と端子との間には絶縁カバーの補助部が介在する。補助部の介在により、端子に対する被カバー部材の接触が回避される。また、組電池の破損ないし破壊により、単電池の端子を電気的に接続するバスバーが端子から外れて被カバー部材へ接近した場合でも、被カバー部材と外れたバスバーとの間には絶縁カバーの補助部が介在する。補助部の介在により、外れたバスバーの被カバー部材への接触（被カバー部材の端子に対するバスバーを介して間接的な接触）が回避される。

具体的には、前記複数の単電池は、前記単電池の端子が設けられた側部が上下方向に延びる姿勢で並べられ、前記被カバー部材及び前記絶縁カバーは、前記単電池の側部に沿って前記単電池の並び方向に延びるように配置されている。さらに、具体的には、前記被カバー部材及び前記絶縁カバーの上下方向の位置は、個々の前記単電池が備える一対の前記端子の中間位置に設定されている。

被カバー部材が単電池に対してこれらの姿勢及び位置に配置されている場合、振動や衝撃等による、被カバー部材の端子への接近と端子から外れたバスバーの被カバー部材への接近が発生しやすい。従って、この場合、絶縁カバーを設けることによる被カバー部材の端子に対する接触防止機能が特に有効である。

好ましくは、前記単電池の前記側部を基準とした前記絶縁カバーの前記補助部の高さは、前記単電池の前記側部を基準とした前記端子の高さ以上である。

端子の高さに対して絶縁カバーの補助部の高さを十分高く設定することで、単電池の端子への被カバー部材の接触とそれに起因する短絡をより確実に防止できる。

前記単電池の前記側部と前記絶縁カバーとの間に介在し、前記端子を囲む囲繞壁部を有する枠状部材をさらに備えてもよい。

端子と被カバー部材との間には、絶縁カバーの補助部に加え、枠状部材の囲繞壁部が介在する。そのため、端子に対する被カバー部材の接触とそれに起因する短絡をより確実に防止できる。

好ましくは、前記単電池の前記側部を基準とする前記枠状部材の前記囲繞壁部の高さは、前記単電池の前記側部を基準とした前記端子の高さ以上である。

具体的には、前記絶縁カバーは絶縁性を有する材料からなる。

前記被カバー部材は、例えば、前記単電池から排出されるガスを外部に排出するための排気ダクトである。具体的には、前記単電池は、内圧が所定値以上となると開弁してガスを放出するガス排出部を前記端子が設けられた前記側部に備え、前記排気ダクトは、前記主部の前記単電池の前記ガス排出部と対向する位置に設けられたガス入口を備え、前記排気ダクトの前記主部と前記単電池の間に、前記ガス排出部と前記ガス入口とを気密性を有して接続するためのシール部材が介在されている。

単電池の端子の突出方向に沿って延びる絶縁カバーの補助部により、単電池の端子への被カバー部材（例えば排気ダクト）の接触とそれに起因する端子間の接触を防止できる。

本発明の実施形態に係る組電池の分解斜視図。本発明の実施形態に係る組電池の斜視図。本発明の実施形態に係る組電池の分解斜視図。ダクトの分解斜視図。図４とは反対側から見たダクトの分解斜視図。図２のVI−VI線での模式的な断面図。ダクトカバーの変形例の図６と同様の模式的な断面図。

図１から図３は、本発明の実施形態に係る車載の用の組電池１を示す。図において、理解を容易にするために、本発明と関係のない要素は可能な限り図示を省略している。

組電池１は本体２ａと、本体２ａにねじで固定される蓋体２ｂとからなる樹脂製の外装ケース２（図１にのみ図示する）を備える。外装ケース２内には、複数個（本実施形態では４個）の単電池３と、それらの支持構造体４（本実施形態では金属製）が収容されている。

単電池３は、一端が開口した容器３ａと、容器３ａの開口を閉鎖する蓋体３ｂとで構成されたケーシング３ｃを備える。ケーシング３ｃの内部には、電極体が収容され、電解液が充填されている。ケーシング３ｃの一つの側部、具体的には蓋体３ｂの長手方向の両端付近から、一方が正極で他方が負極である一対の端子３ｄ，３ｅが突出している。本実施形態では、端子３ｄ，３ｅは外周に雄ねじ部を形成した短円柱状である。蓋体３ｂの長手方向の中央付近（端子３ｄ，３ｅ間の中間位置付近）には、内圧が所定圧力以上となると開弁するガス排出弁（ガス排出部）３ｆが設けられている。

４個の単電池３は、蓋体３ｂの長手方向が上下方向となる姿勢で整列配置された状態で支持構造体４によって保持されている。すべての単電池３の蓋体３ｂは同一方向（図において前側）を向いており、端子３ｄ，３ｅは単電池３の並び方向に整列配置されている。

支持構造体４は、単電池３を載せる底板４ａと、底板４ａの両端にボルトで固定され一対の側板４ｂ，４ｃを備える。整列配置された単電池３は側板４ｂ，４ｃで挟み込まれている。側板４ｂ，４ｃは上端が連結桟４ｄで連結されると共に、図において後方側が図示しない別の連結桟で連結されている。一方の側板４ｂにはＣＰＵを含むコントロールユニット５が取り付けられ、他方の側板４ｃにはリレーユニット６が取り付けられている。コントロールユニット５とリレーユニット６は図示しないハーネスで単電池３と電気的に接続されている。

単電池３の端子３ｄ，３ｅは隣接する単電池３の端子３ｄ，３ｅと、ナット２０を使用してバスバー８により電気的に接続されている。図において前側から見て最も右側の単電池３の上側の端子３ｄは、バスバー群９を介して組電池全体としての負極端子部１０に電気的に接続されている。図において前側から見て最も左側の単電池３の上側の端子３ｄは、図示しないバスバー群を介して組電池全体としての正極端子１１に電気的に接続されている。負極及び正極端子１０，１１は、蓋体２ｂを貫通して外装ケース２の外側へ突出する。

整列配置された単電池３の図において前側（蓋体３ｂ側）には、絶縁性を有する材料の一例である樹脂からなる枠状部材１２が配置されている。枠状部材１２は、前述したバスバー８の端子３ｄ，３ｅへの接続前に単電池３の蓋体３ｂ上に配置され、バスバー８によって蓋体３ｂ上に保持される。単電池３の端子３ｄ，３ｅは枠状部材１２を貫通して図において前側に突出している。図６に最も明瞭に示すように、枠状部材１２は、複数のリブで端子３ｄ，３ｅを取り囲む囲繞壁部１２ａ，１２ｂを備える。

支持構造体４の図において前側には、本実施形態では金属製である排気ダクト１３（被カバー部材）が取り付けられている。この排気ダクト１３はガス排出弁３ｆが開弁して単電池３のケーシング３ｃ内からガスが放出された際に、放出されたガスを外部に排出する機能を有する。単電池３から放出されるガスは高温である場合もあるので、排気ダクト１３は耐熱が高いことが好ましい。排気ダクト１３が樹脂製であると単電池３から放出されるガスから化学的な影響を受ける可能性がある。これらの点から、排気ダクト１３は本実施形態のように金属製であることが好ましい。ガス排出弁３ｆから排出されたガスは、ガス入口１３ｃから排気ダクト１３内に流入し、図において前側から見て排気ダクト１３の左端部に設けられたガス出口１３ｊへ向かう。ガス出口１３ｃには連結管１４の一端が接続されている。連結管１４の他端にはコネクタ１５に連結されている。コネクタ１５は蓋体２ｂを貫通して外装ケース２の外側に突出し、図示しない下流側の流路に接続されている。排気ダクト１３には絶縁性を有する材料の一例である樹脂からなるダクトカバー（絶縁カバー）１６が装着されている。

図４及び図６を併せて参照して、排気ダクト１３及びダクトカバー１６とそれらの周辺の構造を説明する。

本実施形態における排気ダクト１３は、全体として図において横方向に長尺な断面矩形で両端閉鎖の中空箱状である。排気ダクト１３は整列配置された４個の単電池３の蓋体３ｂを図において横方向に横切るように配置されている。また、排気ダクト１３の高さ方向の位置（上下方向の位置）は、整列配置されたすべての単電池３のガス排出弁３ｆと図において前後方向に向かい合うように、単電池３の一対の端子３ｄ，３ｅの中間位置に設定されている。

排気ダクト１３のダクト本体１３ａは、単電池３の蓋体３ｂと対向する長方形板状の主側板部１３ｂを備える。主側板部１３ｂには、それぞれ個々の単電池３のガス排出弁３ｆと対応する位置に、本実施形態では円形である４個のガス入口１３ｃが厚み方向に貫通するように設けられている。

主側板部１３ｂの上端縁に沿って単電池３から離れる方向に延びる長方形状の頂板部１３ｄが設けられている。また、主側板部１３ｂの下端縁に沿って単電池３から離れる方向に延びる長方形状の底板部１３ｅが設けられている。また、ダクト本体１３ａは図において左右両端に端板部１３ｆ，１３ｇを備える。一方の端板部１３ｆには支持構造体４の側板４ｂと結合のためのボルト２１が挿入されるボルト孔１３ｈが２個形成されている。他方の側板部１３ｇには支持構造体４の側板４ｂとの結合のためのボルト孔１３ｉが１個形成され、図においてその上方に前述したガス出口１３ｊが形成されている。ダクト本体１３ａの主側板部１３ｂと底板部１３ｅの先端には閉鎖板部１３ｋが接合されている。

ダクトカバー１６は、ダクト本体１３ａの主側板部１３ｂに重ねて配置される長方形板状の主部１６ａを備える。主部１６ａには、主側板部１３ｂのガス入口１３ｃと対応する位置に、本実施形態では円形である４個のガス通過孔１６ｂが厚み方向に貫通するように設けられている。

ダクトカバー１６の主部１６ａと単電池３の蓋体３ｂとの間には、それぞれ個々の単電池３のガス排出弁３ｆと対応する位置にガスケット１７が介装されている。ガスケット１７には本実施形態では円形であるガス通過孔１７ａがそれぞれ設けられている。枠状部材１２には、厚み方向に貫通する４個の開口部１２ｃが設けられており、これらの開口部１２ｃにそれぞれガスケット１７が配置されている。

図６に最も明瞭に示すように、ガスケット１７の図において後側の面が、ガス排出弁３ｆをガス通過孔１７ａで取り囲むように単電池３の蓋体３ｂに密接している。また、ガスケット１７の図において前側の面にダクトカバー１６の主部１６ａの図において後側の面が密接している。さらに、ダクトカバー１６の主部１６ａの図において前側の面にダクト本体１３ａの主側板部１３ｂの図において後側の面が密接している。そのため、ガスケット１７のガス通過孔１７ａとダクトカバー１６のガス通過孔１６ｂを介して、ガス排気弁３ｆから排気ダクト１３のガス入口１３ｃに達する密閉された流路が形成されている。

ダクトカバー１６の主部１６ａの上端縁に沿って単電池３から離れる方向に延びる長方形状の上側補助部１６ｃが設けられている。また、主部１６ａの下端縁に沿って単電池３から離れる方向に延びる長方形状の下側補助部１６ｄが設けられている。上側補助部１６ｃはダクト本体１３ａの頂板部１３ｄに重ねて配置され、下側補助部１６ｄはダクト本体１３ａの底板部１３ｅに重ねて配置されている。

図６に最も明瞭に示すように、単電池３の一方の端子３ｄと排気ダクト１３との間には、端子３ｄの突出方向（図において前側）に沿って延びるダクトカバー１６の上側補助部１６ｃが介在している。また、単電池３の他方の端子３ｅと排気ダクト１３との間には、端子３ｅの突出方向に沿って延びるダクトカバー１６の下側補助部１６ｄが介在している。単電池３の端子３ｄ，３ｅの突出方向に沿って延びるダクトカバー１６の上側及び下側補助部１６ｃ，１６ｄにより、単電池３の端子３ｄ，３ｅへの排気ダクト１３の接触を確実に防止でき、排気ダクト１３との接触に起因する単電池３の端子３ｄ，３ｅ間の短絡を確実に防止できる。

例えば、振動や衝撃等の原因により、排気ダクト１３が図において上下方向に移動して端子３ｄ，３ｅへ接近した場合でも、排気ダクト１３と端子３ｄ，３ｅとの間にダクトカバー１６の上側及び下側補助部１６ｃ，１６ｄが介在することで、端子３ｄ，３ｅに対する排気ダクト１３の接触を回避することができる。また、組電池１の破損ないし破壊により、バスバー８が端子３ｄ，３ｅから外れて排気ダクト１３へ接近した場合でも、排気ダクト１３と外れたバスバー８との間にはダクトカバー１６の上側補助部１６ｃ又は下側補助部１６ｄが介在する。上側補助部１６ｃ又は下側補助部１６ｄの介在により、外れたバスバー８の排気ダクト１３への接触が回避される。

図６に示すように、単電池３の蓋体３ｂからダクトカバー１６の上側及び下側補助部１６ｃ，１６ｄの先端までの高さＨ１は、単電池３の蓋体３ｂから端子３ｄ，３ｅの先端までの高さＨ２以上に設定している。このように端子３ｄ，３ｅの高さＨ２に対してダクトカバー１６の上側及び下側補助部１６ｃ，１６ｄの高さＨ１を十分高く設定することで、破損ないし破壊等による排気ダクト１３の移動時等の原因による単電池３の端子３ｄ，３ｅへの排気ダクト１３の接触とそれに起因する短絡とをより確実に防止できる。

単電池３の端子３ｄ，３ｅとダクトカバー１６の上側及び下側補助部１６ｃ，１６ｄの間には、それぞれ枠状部材１２の囲繞壁部１２ａ，１２ｂが介在している。このように、ダクトカバー１６の上側及び下側補助部１６ｃ，１６ｄだけでなく、枠状部材１２の囲繞壁部１２ａ，１２ｂが排気ダクト１３と端子３ｄ，３ｅの間に介在することでも、破損ないし破壊による排気ダクト１３の移動等の原因による単電池３の端子３ｄ，３ｅへの排気ダクト１３の接触を防止できる。

特に、図６に示すように、単電池３の蓋体３ｂからダクトカバー１６の囲繞壁部１２ａ，１２ｂの先端までの高さＨ３を、単電池３の蓋体３ｂから端子３ｄ，３ｅの先端までの高さＨ２以上に設定している。このように、端子３ｄ，３ｅの高さＨ２に対して囲繞壁部１２ａ，１２ｂの高さＨ２を十分高く設定することでも、単電池３の端子３ｄ，３ｅへの排気ダクト１３の接触防止効果を高めることができる。

図７はダクトカバー１６の上側及び下側補助部１６ｃ，１６ｄの変形例を示す。この変形例では、上側補助部１６ｃはダクトカバー１６のダクト本体１３ａの頂壁部１３ｄに対して図において上方に間隔をあけて位置している。また、下側補助部１６ｄはダクト本体１３ａの底壁部１３ｅに対して図において下方に間隔をあけて位置している。このようにダクトカバー１６の上側補助部１６ｃと下側補助部１６ｄは排気ダクト１３に対して間隔をあけて位置していても、単電池３の端子３ｄ，３ｅへの排気ダクト１３の接触防止機能が得られる。

本発明は実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、車載用の組電池１を例に本発明を説明したが、車載用以外の組電池にも本発明を適用できる。実施形態では金属製の排気ダクトとダクトカバーの組合せを例に本発明を説明した。しかし、実施形態の排気ダクトと同様の姿勢及び位置で単電池に対して配置される部材（少なくとも一部が金属）と当該部材のための絶縁カバーの組合せにも、本発明は適用できる。このような部材（被カバー部材）としては、例えば、組電池のケーシングを構成する一対の側板（エンドプレート）を連結するための金属製の梁状部材がある。さらに、絶縁カバー（実施形態ではダクトカバー）は、絶縁性を有する樹脂のような絶縁材料のみで構成されるものでもよいし、例えば金属部材のような導電性を有する材料からなる部材を絶縁材料で被覆したものでもよい。

１組電池
２外装ケース
２ａ本体
２ｂ蓋体
３単電池
３ａ容器
３ｂ蓋体
３ｃケーシング
３ｄ，３ｅ端子
３ｆガス排出弁
４支持構造体
４ａ底板
４ｂ，４ｃ側板
４ｄ連結桟
５コントロールユニット
６リレーユニット
８バスバー
９バスバー群
１０負極端子
１１正極端子
１２枠状部材
１２ａ，１２ｂ囲繞壁部
１２ｃ開口部
１３排気ダクト
１３ａダクト本体
１３ｂ主側板部
１３ｃガス入口
１３ｄ頂板部
１３ｅ底板部
１３ｆ，１３ｇ端板部
１３ｈ，１３ｉボルト孔
１３ｊガス出口
１３ｋ閉鎖板部
１４連結管
１５コネクタ
１６ダクトカバー
１６ａ主部
１６ｂガス通過孔
１６ｃ上側補助部
１６ｄ下側補助部
１７ガスケット
１７ａガス通過孔

Claims

複数の単電池と、
前記単電池の端子が設けられた側部に沿って配置された、少なくとも一部が金属である被カバー部材と、
前記金属部材と前記単電池の前記側部と間に介在する主部と、この主部から前記端子の突出方向に沿って延びる補助部とを有する絶縁カバーと
を備える組電池。
前記複数の単電池は、前記単電池の端子が設けられた側部が上下方向に延びる姿勢で並べられ、
前記被カバー部材及び前記絶縁カバーは、前記単電池の側部に沿って前記単電池の並び方向に延びるように配置されている、請求項１に記載の組電池。
前記被カバー部材及び前記絶縁カバーの上下方向の位置は、個々の前記単電池が備える一対の前記端子の中間位置に設定されている、請求項２に記載の組電池。
前記単電池の前記側部を基準とした前記絶縁カバーの前記補助部の高さは、前記単電池の前記側部を基準とした前記端子の高さ以上である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の組電池。
前記単電池の前記側部と前記絶縁カバーとの間に介在し、前記端子を囲む囲繞壁部を有する枠状部材をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の組電池。
前記単電池の前記側部を基準とする前記枠状部材の前記囲繞壁部の高さは、前記単電池の前記側部を基準とした前記端子の高さ以上である、請求項５の記載の組電池。
前記絶縁カバーは絶縁性を有する材料からなる、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の組電池。
前記被カバー部材は、前記単電池から排出されるガスを外部に排出するための排気ダクトである、請求項１から請求項７のいずれか１項の組電池。
前記単電池は、内圧が所定値以上となると開弁してガスを放出するガス排出部を前記端子が設けられた前記側部に備え、
前記排気ダクトは、前記主部の前記単電池の前記ガス排出部と対向する位置に設けられたガス入口を備え、
前記排気ダクトの前記主部と前記単電池の間に、前記ガス排出部と前記ガス入口とを気密性を有して接続するためのシール部材が介在されている、請求項８に記載の組電池。