JP2015099726A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューズが切れ難く、かつヒューズが動作した後の再導通を抑制する。
【解決手段】本発明の蓄電モジュールは、複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子それぞれが挿入され、各蓄電素子の一端を保持するホルダと、ホルダに挿入される蓄電素子の一端側において蓄電素子の一方の電極を構成する第１端部に接続されるとともに、ヒューズとして機能する第１接続部を有する第１バスバーと、ホルダに挿入されない蓄電素子の他端側において蓄電素子の他方の電極を構成する第２端部に接続される第２接続部を有する第２バスバーと、を有する。第１端部には、蓄電素子内で発生したガスを外部に排出するための排出弁が設けられており、排出弁は、開弁された状態の排出弁の位置が、溶断された後の第１接続部に対して排出弁の開口から排出されるガスを遮る位置となるように形成されている。
【選択図】図５

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モジュールに関する。

複数の単電池を電気的に接続することで、組電池を構成することができる。特許文献１では、ホルダに複数の円筒型電池を埋め込んで組電池を構成している。

特開２０１２―２３４６９８号公報 特開２００７−１２４８７号公報

特許文献１に記載のように、円筒型電池の長手方向両端部にバスバーが取り付けられ、複数の円筒型電池がバスバーによって電気的に接続される。このとき、バスバーは、ヒューズ（電流遮断器）を兼ねることができる。円筒型電池とヒューズとは溶接によって接続することができるが、所定の溶断特性を有するヒューズは、剛性（強度）が低いため、振動等によって円筒型電池が変位すると、円筒型電池の変位に追従できずに切れてしまうおそれがある。

また、円筒型電池に電池異常が発生した場合にヒューズが動作して電流を遮断することができるが、電池異常に伴って円筒型電池内部から排出弁を通じて導電性の排出物が外部に出ることがあり、ヒューズ（バスバー）が排出弁又はその付近に接続されている場合、切断されたヒューズと排出弁との間に排出物が堆積して再度導通が生じるおそれがある。

本発明は、ホルダで保持された複数の蓄電素子を備える蓄電モジュールにおいて、ヒューズが切れ難く、かつヒューズが動作した後の再導通を抑制することができる蓄電モジュールを提供することを目的とする。

本願発明の蓄電モジュールは、所定方向に延びて、所定方向と直交する平面内で並んで配置された複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子それぞれが挿入される複数の開口部を有し、各蓄電素子の一端を保持するホルダと、ホルダに挿入される蓄電素子の一端側において蓄電素子の一方の電極を構成する第１端部に接続されるとともに、所定値以上の電流が流れた際に溶断して蓄電素子との電気的な接続を遮断する第１接続部を有する第１バスバーと、ホルダに挿入されない蓄電素子の他端側において蓄電素子の他方の電極を構成する第２端部に接続される第２接続部を有する第２バスバーと、を有する。第１端部には、蓄電素子内で発生したガスを外部に排出するための排出弁が設けられており、排出弁は、開弁された状態の排出弁の位置が、溶断された後の第１接続部に対して排出弁の開口から排出されるガスを遮る位置となるように形成されている。

本願発明によれば、ホルダに保持（固定）される蓄電素子の一端側に第１接続部（ヒューズ）が接続されるので、振動等に伴う一端側の蓄電素子の変位が抑制され、第１接続部（ヒューズ）が切れ難くなり、かつ開弁された状態の排出弁が、溶断された後の第１接続部に対して排出弁の開口から排出されるガスが遮られる位置となるように形成されているので、例えば、排出弁から排出される導電性の排出物が堆積して再導通されることを抑制することができる。

実施例１において、電池モジュールの分解図である。 実施例１において、電池モジュールの概略外観図である。 実施例１において、円筒型電池の長手方向両端に配置される第１バスバー及び第２バスバーの構成を示す図である。 実施例１において、電池モジュールの概略断面図である。 実施例１において、円筒型電池の排出弁の開弁状態における溶断後のヒューズ（第１接続部）の位置関係を説明するための図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１である電池モジュール（蓄電モジュールに相当する）について説明する。本実施例の電池モジュール１は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載することができ、走行用モータに電力を供給する電源装置として使用される。

図１は、本実施例である電池モジュール１の分解図であり、図２は、電池モジュール１の概略外観図である。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。本実施例では、鉛直方向に相当する軸をＺ軸としている。なお、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面においても図１と同様である。

電池モジュール１は、複数の単電池（蓄電素子に相当する）１０を有する。単電池１０は、いわゆる円筒型電池であり、円筒状に形成された電池ケースの内部に発電要素が収容されている。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を用いることができる。

単電池１０は、Ｚ方向に延びており、単電池１０の長手方向（Ｚ方向）における両端には、正極端子１１および負極端子１２が設けられている。単電池１０の外装である電池ケースは、ケース本体および蓋体によって構成することができ、円筒状に形成されたケース本体に発電要素を収容し、凸部が形成された蓋体によって塞ぐことで単電池１０を構成することができる。

蓋およびケース本体の間には、絶縁材料で形成されたガスケットが配置されている。蓋は、発電要素の正極板が電気的に接続されており、単電池１０の正極端子１１として用いられる。ケース本体は、発電要素の負極板が電気的に接続されており、単電池１０の負極端子１２として用いられる。本実施例では、Ｚ方向において蓋（正極端子１１）と対向するケース本体の端面を、負極端子１２として用い、Ｚ方向両端において正極端子１１及び負極端子１２が位置している。

電池モジュール１を構成する、すべての単電池１０は、図１に示すように、正極端子１１が上方に位置するように配置されている。すなわち、すべての単電池１０の正極端子１１は、同一平面内（Ｘ−Ｙ平面内）において、並んで配置されている。言い換えれば、すべての単電池１０の負極端子１２は、同一平面内（Ｘ−Ｙ平面内）において、並んで配置されている。

各単電池１０は、保持部材であるホルダ２０によって保持される。ホルダ２０は、各単電池１０が挿入される開口部２１を有している。開口部２１は、単電池１０の外周面に沿った形状（具体的には、円形状）に形成されており、単電池１０の数だけ設けられている。ホルダ２０は、例えば、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材や熱伝導性に優れた樹脂材で形成することができる。なお、ホルダ２０の開口部２１および単電池１０の間には、樹脂などの絶縁材料によって形成された絶縁体を配置することができる。

本実施例のホルダ２０は、Ｘ方向端部にフランジ２２が設けられる。フランジ２２は、電池モジュール１が固定される設置面や電池ケースなどにボルト等の締結部材によって固定される固定部（固定脚部）である。例えば、車両に搭載する場合、フランジ２２を用いて、電池モジュール１を車両ボディに固定することができる。

フランジ２２は、開口部２１が形成される領域よりもＺ方向下方に突出するように設けられており、開口部２１が形成される領域と設置面等の間に、後述する第１バスバー４０が配置されるスペースを形成する。なお、このスペースは、後述する単電池１０の負極端子１２側に設けられた排出弁１２０から排出されるガスを排気するためのスペースとなる。

モジュールケース３０は、Ｘ−Ｙ平面内において、ホルダ２０によって保持される複数の単電池１０を囲む形状に形成されており、モジュールケース３０の内側に複数の単電池１０が収容される。モジュールケース３０は、樹脂などの絶縁材料で形成することができ、単電池１０の正極端子１１側に位置する上面には、複数の開口部３１が形成されている。開口部３１は、単電池１０の正極端子１１側の端部が挿入される。

また、モジュールケース３０のＹ方向における側面には、通風口としてスリット３２が複数形成されている。スリット３２は、所定の間隔を空けてモジュールケース３０のＹ方向側面それぞれに形成することができ、例えば、冷却風をＹ方向の一側面のスリット３２から流入させ、他側面のスリット３２から流出させて単電池１０を冷却することができる。

このように、単電池１０の負極端子１２側の領域は、ホルダ２０の開口部２１によって、Ｘ−Ｙ平面内で位置決めされ、単電池１０の正極端子１１側の領域は、モジュールケース３０の開口部３１によって、Ｘ−Ｙ平面で位置決めされる。単電池１０の長手方向（Ｚ方向）における両端が、ホルダ２０及びモジュールケース３０によってそれぞれ位置決めされており、Ｘ−Ｙ平面内で隣り合う２つの単電池１０が互いに接触してしまうことを防止している。

本実施例の電池モジュール１は、図２及び図３に示すように、設置面に固定されるホルダ２０をベースに、単電池１０の負極端子１２側の端部が各開口部２１に挿入され、各単電池１０がホルダ２０からＺ方向上方に直立した状態で設けられる。そして、ホルダ２０からＺ方向下方に突出した単電池１０の各負極端子１２側には、バスバー４０が設けられ、負極端子１２が接続部４１と接続される。また、モジュールケース３０の開口部３１からＺ方向上方に突出した単電池１０の正極端子１１側には、バスバー５０が設けられ、正極端子１１が接続部５１と接続される。

図３は、バスバー４０及びバスバー５０の構成を示す図である。接続部４１は、Ｚ方向において負極端子１２と対向する位置に設けられており、負極端子１２および接続部４１は、溶接などによって接続することができる。負極バスバーであるバスバー４０全体は、複数の各単電池１０の負極の電荷を帯びている。

複数の単電池１０における各負極端子１２は、ホルダ２０のＺ方向下側端面に位置しており、図４に示すように、開口部２１から露出する負極端子１２とバスバー４０と接続される。バスバー４０は、金属といった、導電性を有する材料で形成されている。バスバー４０は、単電池１０の各負極端子１２と接触する接続部４１を有しており、接続部４１は、単電池１０（負極端子１２）の数だけ設けられている。

本実施例のバスバー４０は、Ｚ方向を厚み（板厚）方向とした平面状の板状部材をプレス打ち抜き加工することで形成することができ、単電池１０（負極端子１２）の配列位置に対応する各位置に、複数の接続部４１が所定間隔を空けて形成されている。バスバー４０は、Ｚ方向において複数の単電池１０（負極端子１２）に対して所定距離離間して配置され、板状部材からＺ方向に突出した接続部４１が単電池１０の負極端子１２に溶接接続される。

本実施例のバスバー４０に形成される接続部４１は、単電池１０の負極端子１２と電気的に接続される接続部であるとともに、所定値以上の電流が流れた際に溶断して単電池１０（負極端子１２）との電気的な接続を遮断するヒューズとして用いられる。接続部４１は、バスバー５０の接続部５１よりもＸ−Ｙ平面における幅が小さく形成され、溶断特性に対する上限電流値が低くなるように構成されている。

本実施例のバスバー５０の接続部５１は、Ｚ方向において正極端子１１と対向する位置に設けられており、正極端子１１および接続部５１は、溶接などによって接続することができる。正極バスバーであるバスバー５０全体は、複数の各単電池１０の正極の電荷を帯びている。

バスバー５０は、平面状の板状部材をプレス加工（打ち抜き加工や曲げ加工等）することにより形成することができる。接続部５１は、板状部材から単電池１０の正極端子１１に向かって突出した形状に形成され、２つの幅広のタブで構成されている。単電池１０（正極端子１１）の配列位置に対応する各位置に、複数の接続部５１が所定間隔を空けて形成されている。

バスバー５０は、Ｚ方向において複数の単電池１０（正極端子１１）に対して所定距離離間して配置され、板状部材からＺ方向に突出した接続部５１が単電池１０の正極端子１１に接続される。

本実施例のバスバー５０に形成される接続部５１は、バスバー４０の接続部４１よりもＸ−Ｙ平面における幅が大きく形成され、板状部材（基板）から延び、互いに逆向きに形成された幅広のタブが、正極端子１１（単電池１０の端面）に溶接される。

このように本実施例の複数の単電池１０は、単電池１０の正極端子１１（又は負極端子１２）の向きが、Ｚ方向において同じ向きとなるように並んで配置され、負極端子１２それぞれに対して１つのバスバー４０（第１バスバー）が接続され、単電池１０の正極端子１１それぞれに対して１つのバスバー５０（第２バスバー）が接続することにより、複数の単電池１０が電気的に並列に接続されている。

そして、図３に示すように、１５本の各単電池１０をバスバー４０，５０で並列に接続して１つの電池ブロックを構成し、図１に示すように各電池ブロックを直列に接続して電池モジュール１を構成している。Ｘ方向に並んで配置される一方の電池ブロックのバスバー４０のリード部４２が、隣り合う他方の電池ブロックのバスバー５０のリード部５２と接続されることで、各電池ブロックを直列に接続することができる。なお、すべての単電池１０が並列に接続された電池ブロックで電池モジュールを構成することもできる。

本実施例の電池モジュール１は、ホルダ２０に保持（固定）される単電池１０の負極端子１２を構成するＺ方向一端部にヒューズ機能を備えた接続部４１が接続される。このため、ホルダ２０によって電池モジュール１に加わる振動等に対して単電池１０間の変位が抑制される。接続部４１に対する単電池１０の変位が少なくなることから、ヒューズ機能を有する接続部４１に加わる荷重を低減することができ、接続部４１が切れ難くなる。

また、ホルダ２０によって保持されていない単電池１０の正極端子１１を構成する他端部には、ヒューズ機能を有する接続部４１よりも剛性の高い２つのタブ構成される接続部５１が接続されている。単電池１０の他端部は、ホルダ２０によって保持されていないので、電池モジュール１に加わる振動等に対して変位が大きくなるが、剛性の高い２つのタブ構成される接続部５１が溶接接続されるので、単電池１０間の変位を抑制することができる。複数の単電池１０は、Ｚ方向における単電池１０の両端がホルダ２０及び接続部５１（バスバー５０）によって強固に固定されることになり、複数の単電池１０間の変位がさらに抑制され、ヒューズ機能を有する接続部４１に加わる荷重を低減することができ、接続部４１が切れ難くなる。

また、本実施例の単電池１０は、単電池１０内部で発生するガスを外部に排出するための排出弁１２０を設けることができる。排出弁１２０は、負極端子１２を構成するケース本体の底部に設けることができる。排出弁１２０は、例えば、破断弁であり、図４に示すように、負極端子１２を構成するケース本体の底部に溝１２１，１２２を形成し、ガスの発生によって高くなる内圧に対して溝１２１，１２２からケース本体の底部が破断することで、内部のガスを単電池１０の外部に排出することができる。

このとき、上述のように、負極端子１２を構成するケース本体の底部には、ヒューズ機能を有する接続部４１が接続されているので、過電流等によって溶断された接続部４１に開弁した排気弁１２０が接触しないように、開弁された状態の排出弁１２０の位置を規制するように設けることができる。しかしながら、開弁した状態の排出弁１２０の開口からは、導電性の排出物が排出されることがあり、溶断した接続部４１と排出弁１２０（又はケース本体の底部）との間に排出物が堆積し、溶断した接続部４１と単電池１０とが電気的に再導通するおそれがある。

そこで、本実施例の排気弁１２０は、開弁された状態の排出弁１２０の位置が、溶断された後の接続部４１に対してガスが遮られる位置となるように、負極端子１２を構成するケース本体の底部に設けられる。つまり、図５に示すように、開弁状態の排気弁１２０における開口方向が、Ｘ方向において溶断された接続部４１とは反対側となるように、排出弁１２０を構成する溝１２１，１２２のうち、例えば、溝１２２を溝１２１よりも深い溝となるように形成し、溝１２２側が破断し易いように形成することができる。

つまり、接続部４１が板状部材（基板）からケース本体底部に延びる方向に対して遠い側の溝１２２が近い側の溝１２１よりも深い溝に形成されることで（図４参照）、排出弁１２０は、単電池１０の内圧が所定値よりも高くなると、溝１２２のみが破断し、溝１２１を支点として排出弁１２０がバスバー４０に近づくように位置する。そして、開弁された状態の排出弁１２０が、溶断された後の接続部４１に対して排出されるガスから遮るように位置する。言い換えれば、溝１２１を支点として開弁された排出弁１２０の位置が、排出弁１２０の開口と溶断されたヒューズとの間に位置するので、排出弁１２０から排出される導電性の排出物が堆積して再導通されることを抑制することができる。

１：電池モジュール（蓄電モジュール）
１０：単電池（蓄電素子）
１１：正極端子
１２：負極端子
２０：ホルダ
２１：開口部
３０：モジュールケース
３１：開口部
４０：バスバー（第１バスバー）
４１：接続部（第１接続部）
５０：バスバー（第２バスバー）
５１：接続部（第２接続部）
１２０：排出弁
１２１，１２２：溝

Claims (1)

1. 所定方向に延びて、前記所定方向と直交する平面内で並んで配置された複数の蓄電素子と、
   前記複数の蓄電素子それぞれが挿入される複数の開口部を有し、前記各蓄電素子の一端を保持するホルダと、
   前記ホルダに挿入される前記蓄電素子の一端側において前記蓄電素子の一方の電極を構成する第１端部に接続されるとともに、所定値以上の電流が流れた際に溶断して前記蓄電素子との電気的な接続を遮断する第１接続部を有する第１バスバーと、
   前記ホルダに挿入されない前記蓄電素子の他端側において前記蓄電素子の他方の電極を構成する第２端部に接続される第２接続部を有する第２バスバーと、を有し、
   前記第１端部には、前記蓄電素子内で発生したガスを外部に排出するための排出弁が設けられており、
   前記排出弁は、開弁された状態の前記排出弁の位置が、前記溶断された後の前記第１接続部に対して前記排出弁の開口から排出されるガスを遮る位置となるように形成されていることを特徴とする蓄電モジュール。
   

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