JP2016015253A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】カバー部材を利用し、ガスの排出経路を確保した蓄電素子の固定構造を備えつつ、排出経路を流れるガスの温度低減を図る。【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、蓄電素子の一方の電極を構成するとともに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る第１端部に接続され、基端部から第１端部に突出する第１接続部を含む第１バスバーと、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接続部を含む第２バスバーと、第１バスバー側に設けられ、ガスの排出経路を形成するための金属製のカバー部材と、カバー部材と第１バスバーとの間に配置される複数のスペーサーと、を有する。スペーサーは、絶縁材で形成されているとともに、カバー部材と第１バスバーとに挟まれて基端部と接触している。【選択図】図２

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。

特許文献１には、複数の円筒型電池で構成した電池モジュールが開示されている。円筒型電池には、電池異常に伴って内部から発生するガスを電池外部に排出するための排出弁が設けられている。電池モジュールは、排出弁が設けられる円筒型電池の底部（電極）とバスバーとを接続する空間に、ガスの排出経路を備えている。

特開２０１０−１１３９９９号公報 特開２０１２−２３４６９８号公報

複数の円筒型電池を有する電池モジュールは、特許文献２のように、ホルダに埋め込んで固定することができる。円筒型電池の長さ方向の両端部には、複数の接続部が形成された平面形状のバスバーが設けられ、各円筒型電池を並列に接続している。

このとき、円筒型電池に振動が加わると、例えば、ホルダに対して円筒型電池が長さ方向に移動し、バスバーに応力が加わる。このため、ホルダへの円筒型電池の固定を強固にするために、例えば、円筒型電池の排出弁側に設けられるカバー部材で、バスバーをホルダ側に押すように固定することが考えられる。

しかしながら、カバー部材（排煙カバー）とバスバーとの間のスペースが狭くなり、ガスの排出経路を確保し難い。また、バスバーの短絡防止の観点から、カバー部材を樹脂等の熱伝導性が低い絶縁材で形成しなければならないため、排出経路を流れるガスの温度低減を図り難い。

そこで、本発明は、蓄電素子から発生するガスの排出経路を確保しつつ、ホルダに保持される複数の蓄電素子を、カバー部材を利用して固定する固定構造を備えるとともに、排出経路を流れるガスの温度低減を図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とともに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る第１端部に接続され、平面内に延びる板状の基端部から第１端部に突出する第１接続部が、平面内に並ぶ各蓄電素子に対応して複数形成された第１バスバーと、蓄電素子の他端側であっ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接続部が、平面内に並ぶ各蓄電素子に対応して複数形成された第２バスバーと、第１バスバーを介して平面内に並ぶ各蓄電素子の第１端部側を覆い、ガスの排出経路を形成するための金属製のカバー部材と、カバー部材と第１バスバーとの間に配置され、平面内に複数設けられるスペーサーと、を有する。そして、スペーサーは、絶縁材で形成されているとともに、カバー部材と第１バスバーとに挟まれて基端部と接触している。

本発明によれば、絶縁材で形成されるスペーサーが、金属製のカバー部材と第１バスバーとの間に配置されるので、第１バスバーとカバー部材と絶縁しつつ、ガスの排出経路を確保することができ、カバー部材と第１バスバーとに挟まれるスペーサーが、第１バスバーの基端部に接触するので、カバー部材によって第１バスバーをホルダに押し付けるように固定することができる。

したがって、蓄電素子から発生するガスの排出経路を確保しつつ、ホルダに保持される複数の蓄電素子がスペーサーを介してカバー部材によって固定される固定構造とすることができ、かつ金属製のカバー部材と第１バスバーとの絶縁性を確保することができるので、排出経路を流れるガスに対する耐熱性及び排出経路を流れるガスの温度低減を向上させつつ、蓄電素子のホルダへの固定を強固にすることができる。

実施例１において、電池モジュールの外観斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ方向から見た電池モジュールの底面の概略図である。

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の外観斜視図であり、図２は、図１に示した電池モジュール１のＡ−Ａ断面図である。また、図３は、図１の電池モジュール１を矢印Ｂ方向から見た底面の概略図である。これらの図において、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。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面においても同様である。

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。

図２に示すように、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、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２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おり、負極端子１２も同様である。

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方向端部に固定部２２が設けられる。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部を介して固定される。例えば、車両に搭載する場合、固定部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。

固定部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及びカバー部材６０が配置されるスペースを形成する。なお、このスペースは、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排気経路Ｓ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（図１参照）。スリット３２は、所定の間隔を空けてモジュールケース３０の側面それぞれに形成することができ、例えば、冷却風をＸ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（第１バスバーに相当する）が設けられ、負極端子１２が接続部４１（第１接続部に相当する）と接続される。また、モジュールケース３０の開口部から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（第２バスバーに相当する）が設けられ、正極端子１１が接続部５１（第２接続部に相当する）と接続される。

図２に示すように、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、開口部２１から露出する負極端子１２とバスバー４０とが接続される。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と接続される接続部４１を複数有しており、接続部４１は、Ｘ−Ｙ平面において単電池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（図３参照）。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（基端部４２）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（基端部５２）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、単電池１０の正極端子１１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（正極端子１１）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５１は、例えば、バスバー４０の接続部４１よりも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。なお、バスバー４０，５０の各接続部以外の領域は、絶縁フィルム等で覆うことができる。

図３に示すように、電池モジュール１は、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、各電池ブロックを直列に接続して構成されている。Ｙ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。

電池モジュール１の上面側には、バスバー５０を上方から覆うカバー部材７０が設けられている。カバー部材７０は、Ｘ−Ｙ平面に延び、単電池１０の正極端子１１（第２端部に相当する）が露出するモジュールケース３０の上面全体を覆う形状に形成されている。カバー部材７０は、例えば、モジュールケース３０に固定することができ、モジュールケース３０と同様に、樹脂等で形成することができる。

一方、電池モジュール１の下面側には、バスバー４０を覆うカバー部材６０が設けられている。カバー部材６０も、Ｘ−Ｙ平面に延び、単電池１０の負極端子１２が露出するホルダ２０の下面全体を覆う形状に形成されている。カバー部材６０は、Ｘ−Ｙ平面内に並ぶ単電池１０の負極端子１２（第１端部に相当する）側を覆い、ガスの排出経路Ｓを形成するための金属製の部材である。カバー部材６０は、例えば、図１に示すように、ホルダ２０の側面に係止される係止部６１を備えることができる。係止部６１は、Ｘ−Ｙ平面においてバスバー４０を覆う蓋部６２の端部の一部をＺ方向に延設して形成することができる。

カバー部材６０は、係止部６１によってホルダ２０に固定されるとともに、図３に示すように、Ｘ−Ｙ平面においてＺ方向を締結方向とする締結部６４を備え、締結部６４を介して締結部材によりホルダ２０に固定されるように構成することができる。

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が設けられている。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２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。

電池モジュール１の下面において、バスバー４０が配置される領域の周囲には、壁部９０が設けられている。壁部９０は、シール部であり、壁部９０の端部は、カバー部材６０の蓋部６２の内側と接触し、ホルダ２０及びカバー部材６０で構成される排出経路Ｓを密閉している。

排出弁１２０を介して単電池１０内部から排出されたガスは、Ｚ方向においてカバー部材６０の蓋部６２の内側に接触し、カバー部材６０の略中央部位に形成された排出口６３に導かれる。排出口６３には、排気ホースなどを設けることができ、排出口６３から排出されるガスを、排気ホースを介して車外に排出することができる。

なお、本実施例では、カバー部材６０が金属材で形成されている。このため、高温状態のガスが、排気口６３まで流れる間に、カバー部材６０と接触することで冷却され、排気口６３から排出されるガスの温度を低減させることができる。

そして、本実施例では、排気経路Ｓ内において、カバー部材６０とバスバー４０との間に、スペーサー８０が設けられている。スペーサー８０は、図２に示すように凸形状の突起部であり、Ｘ−Ｙ平面内に複数設けられる。

スペーサー８０は、絶縁材で構成することができ、その形状は、例えば、円柱形状に形成することができる。スペーサー８０は、バスバー４０と接触する端面が、所定の断面積を有するにように構成することができる。なお、スペーサー８０は、カバー部材６０及びバスバー４０と別体で構成したり、カバー部材６０の蓋部６２の内側やバスバー４０にそれぞれ接着剤等で予め固定したりして設けてもよい。また、スペーサー８０の形状は、任意の形状とすることができる。

図３の例において、ハッチングされた円形部分がスペーサー８０であり、スペーサー８０は、バスバー４０の基端部４２（接続部４１が形成されていない板状部分）と接触している。そして、図２の例のように、カバー部材６０とバスバー４０との間に挟まれる各スペーサー８０は、Ｚ方向においてホルダ２０側にバスバー４０を押し付けるように、バスバー４０を保持している。

スペーサー８０のＺ方向の高さは、Ｙ方向の延びる排気経路ＳのＺ方向の高さに応じてそれぞれ形成されている。例えば、Ｘ−Ｙ平面に延びるカバー部材６０のＺ方向の高さに応じて、各スペーサー８０の高さを規定することができる。なお、図２の例では、Ｙ方向中央部位と端部部位とで、スペーサー８０の高さが異なっているが、カバー部材６０に形状に応じて同一の高さであってもよい。

また、スペーサー８０のＺ方向高さは、カバー部材６０がホルダ２０に固定された際に、カバー部材６０によってスペーサー８０が押圧される高さに形成することができる。このように構成することで、スペーサー８０によってＺ方向上方に所定の圧力が加わり、バスバー４０がホルダ２０に押し付けられる力を発生させることができ、ホルダ２０に固定される単電池１０を、カバー部材６０を利用して強固に固定することができる。なお、複数のスペーサー８０は、Ｘ−Ｙ平面に延びる排出経路Ｓにおいて任意の位置及び間隔で配置することができる。

このように本実施例の電池モジュール１は、絶縁材で形成されるスペーサー８０が、金属製のカバー部材６０とバスバー４０との間に配置されるので、バスバー４０とカバー部材６０と絶縁しつつ、ガスの排出経路Ｓを確保することができ、カバー部材６０とバスバー４０とに挟まれるスペーサー８０が、バスバー４０の基端部４２に接触するので、カバー部材６０によってバスバー４０をホルダ２０に押し付けるように固定することができる。

したがって、単電池１０から発生するガスの排出経路Ｓを確保しつつ、ホルダ２０に保持される複数の単電池１０がスペーサー８０を介してカバー部材６０によって固定される固定構造とすることができ、かつ金属製のカバー部材６０とバスバー４０との絶縁性を確保することができるので、排出経路Ｓを流れるガスに対する耐熱性及び排出経路を流れるガスの温度低減を向上させつつ、単電池１０のホルダ２０への固定を強固にすることができる。

また、Ｘ−Ｙ平面に延びる排出経路Ｓにおいて配置される複数のスペーサー８０は、ガスが排気口６３まで導かれる経路を邪魔する迂回手段として機能する。このため、流動するガスの経路長を長くすることができ、金属製のカバー部材６０との接触時間を長くすることができ、ガスの温度低減をより向上させることができる。また、ガスがスペーサー８０に衝突することで、乱流を発生させることができ、排出経路Ｓ内での温度低減をより向上させることができる。

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）
４２：基端部
５０：バスバー（第２バスバー）
５１：接続部（第２接続部）
６０：カバー部材
７０：カバー部材
８０：スペーサー
９０：壁部
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とともに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る第１端部に接続され、前記平面内に延びる板状の基端部から前記第１端部に突出する第１接続部が、前記平面内に並ぶ前記各蓄電素子に対応して複数形成された第１バスバーと、
   前記蓄電素子の他端側であっ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接続部が、前記平面内に並ぶ前記各蓄電素子に対応して複数形成された第２バスバーと、
   前記第１バスバーを介して前記平面内に並ぶ前記各蓄電素子の前記第１端部側を覆い、前記ガスの排出経路を形成するための金属製のカバー部材と、
   前記カバー部材と前記第１バスバーとの間に配置され、前記平面内に複数設けられるスペーサーと、を有し、
   前記スペーサーは、絶縁材で形成されているとともに、前記カバー部材と前記第１バスバーとに挟まれて前記基端部と接触していることを特徴とする蓄電モジュール。
   

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