JP2016162737A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュールの電圧監視ユニットを設ける場合に蓄電装置の体格の大型化を抑制する。【解決手段】各電池モジュール１００においては、各円筒電池１０の軸方向が電池モジュール１００の長手方向と垂直になる状態で複数の円筒電池１０が収容されている。電池モジュール対１００−１，１００−２が軸方向及び長手方向と垂直方向に隣り合う状態で配置され、電池モジュール対１００−１，１００−２の内部に冷却風を導入するための冷却ダクト５０が電池モジュール対１００−１，１００−２の間に設けられている。電池モジュール対１００−１，１００−２における円筒電池１０の電圧を監視するための電圧監視ユニット９０が、軸方向において冷却ダクト５０と対向する位置に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の円筒電池が内部に収容された電池モジュールを複数備える蓄電装置に関する。

下記特許文献１の蓄電装置では、各電池モジュールにおいて、各円筒電池の軸方向が電池モジュールの長手方向と垂直になる状態で複数の円筒電池が収容され、一対の電池モジュールが軸方向及び長手方向と垂直方向に隣り合う状態で配置されている。そして、隣り合う一対の電池モジュール間に、冷却風の通る冷却ダクトが設けられている。

特開２００６−１５６２１１号公報 特開２０１３−３０３８４号公報

特許文献１の蓄電装置では、各電池モジュールにおいて、円筒電池が過放電状態や過充電状態とならないように、円筒電池の電圧を電圧監視ユニットで監視することが望ましい。その際には、蓄電装置の体格が大型化しないように電圧監視ユニットを設けることが望ましい。

本発明は、電池モジュールの電圧監視ユニットを設ける場合に蓄電装置の体格の大型化を抑制することを目的とする。

本発明に係る蓄電装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る蓄電装置は、複数の円筒電池が内部に収容された電池モジュールを複数備える蓄電装置であって、各電池モジュールにおいては、各円筒電池の軸方向が電池モジュールの長手方向と垂直になる状態で複数の円筒電池が収容され、電池モジュールの対が前記軸方向及び前記長手方向と垂直方向に隣り合う状態で配置され、該電池モジュールの対の内部に冷却風を導入するための冷却ダクトが該電池モジュールの対の間に設けられ、前記電池モジュールの対における円筒電池の電圧を監視するための電圧監視ユニットが、前記軸方向において冷却ダクトと対向する位置に配置されていることを要旨とする。

本発明の一態様では、各電池モジュールは、複数の円筒電池を前記軸方向の一方側で保持する保持部材を有し、電圧監視ユニットは、冷却ダクトより前記軸方向の他方側に配置されていることが好適である。

本発明の一態様では、各電池モジュールにおいては、円筒電池より前記軸方向の他方側にカバー部材が設けられ、電圧監視ユニットは、前記軸方向において円筒電池より他方側の位置で且つカバー部材の他方側端面より一方側の位置に配置されていることが好適である。

本発明の一態様では、前記電池モジュールの対が前記軸方向に複数段積み重ねられていることが好適である。

本発明によれば、電池モジュールの対における円筒電池の電圧を監視するための電圧監視ユニットを軸方向において冷却ダクトと対向する位置に配置することで、電池モジュールの長手方向において電圧監視ユニットが外側にはみ出さないように配置することができる。その結果、蓄電装置の体格の大型化を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る蓄電装置の構成例を示す斜視図である。 電池モジュール１００の構成例を示すＹ−Ｚ断面図である。 電池モジュール１００の構成例を示す分解斜視図である。 円筒電池１０及びホルダ５のＹ方向から見た構成例を示す図である。 円筒電池１０及びホルダ５のＺ方向から見た構成例を示す図である。 電圧監視ユニット９０の固定例を示す図である。 電圧監視ユニット９０の他の固定例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１〜５は、本発明の実施形態に係る蓄電装置の概略構成を示す図である。図１は蓄電装置の全体構成の斜視図を示し、図２は電池モジュール１００のＹ−Ｚ断面図を示し、図３は電池モジュール１００の分解斜視図を示し、図４は円筒電池１０及びホルダ５のＹ方向から見た構成例を示し、図５は円筒電池１０及びホルダ５のＺ方向から見た構成例を示す。本実施形態に係る蓄電装置は、複数の電池モジュール１００を備え、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される。図１〜５において、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、互いに直交する軸であり、車両左右方向に相当する軸をＸ軸とし、車両前後方向に相当する軸をＹ軸とし、車両上下方向（鉛直方向）に相当する軸をＺ軸とする。

各電池モジュール１００においては、複数の円筒電池１０をマトリクス状に配列した電池群１（図４，５）がモジュールケース２の内部に収容されている。各円筒電池１０においては、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おり、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池が用いられる。各円筒電池１０の軸方向（円筒の中心軸に沿った方向）は、Ｚ方向（車両上下方向）に相当する。各円筒電池１０の下面（軸方向一方側端面）には負極端子１２が設けられ、各円筒電池１０の上面（軸方向他方側端面）には正極端子１１が設けられている。すべての円筒電池１０の正極端子１１は、Ｚ軸と直交する同一平面内（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。

各電池モジュール１００の電池群１は、図４，５に示すように、Ｘ方向に並んで配置された４つの異なる電池グループ１Ａ〜１Ｄにより構成され、Ｘ方向の一方側から他方側へ、電池グループ１Ａ、電池グループ１Ｂ、電池グループ１Ｃ、電池グループ１Ｄの順に配置されている。ただし、電池グループの数は、電池モジュール１００に要求される出力等に応じて適宜増減することが可能である。なお、図４，５では、説明の便宜上、Ｘ方向に隣り合う電池グループを互いに異なる点描濃度で示している。

電池グループ１Ａ〜１Ｄはそれぞれ複数の円筒電池１０を含む。図４に示すように、電池グループ１Ａの上方には正極バスバー６１Ａが配置され、正極バスバー６１Ａの各接続部６３Ａが電池グループ１Ａに含まれる各円筒電池１０の正極端子１１にそれぞれ電気的に接続されている。電池グループ１Ａの下方には負極バスバー６２Ａが配置され、負極バスバー６２Ａの各接続部６４Ａが電池グループ１Ａに含まれる各円筒電池１０の負極端子１２にそれぞれ電気的に接続されている。つまり、電池グループ１Ａに含まれる複数の円筒電池１０は、バスバー６１Ａ，６２Ａにより互いに並列に接続されてユニット化されている。

同様に、正極バスバー６１Ｂの各接続部６３Ｂが電池グループ１Ｂに含まれる各円筒電池１０の正極端子１１にそれぞれ電気的に接続され、正極バスバー６１Ｃの各接続部６３Ｃが電池グループ１Ｃに含まれる各円筒電池１０の正極端子１１にそれぞれ電気的に接続され、正極バスバー６１Ｄの各接続部６３Ｄが電池グループ１Ｄに含まれる各円筒電池１０の正極端子１１にそれぞれ電気的に接続されている。そして、負極バスバー６２Ｂの各接続部６４Ｂが電池グループ１Ｂに含まれる各円筒電池１０の負極端子１２にそれぞれ電気的に接続され、負極バスバー６２Ｃの各接続部６４Ｃが電池グループ１Ｃに含まれる各円筒電池１０の負極端子１２にそれぞれ電気的に接続され、負極バスバー６２Ｄの各接続部６４Ｄが電池グループ１Ｄに含まれる各円筒電池１０の負極端子１２にそれぞれ電気的に接続されている。つまり、電池グループ１Ｂに含まれる複数の円筒電池１０はバスバー６１Ｂ，６２Ｂにより互いに並列に接続されてユニット化され、電池グループ１Ｃに含まれる複数の円筒電池１０はバスバー６１Ｃ，６２Ｃにより互いに並列に接続されてユニット化され、電池グループ１Ｄに含まれる複数の円筒電池１０はバスバー６１Ｄ，６２Ｄにより互いに並列に接続されてユニット化されている。

電池グループ１Ａの正極バスバー６１Ａと電池グループ１Ｂの負極バスバー６２Ｂが接続バスバー７３により電気的に接続され、電池グループ１Ｂの正極バスバー６１Ｂと電池グループ１Ｃの負極バスバー６２Ｃが接続バスバー７４により電気的に接続され、電池グループ１Ｃの正極バスバー６１Ｃと電池グループ１Ｄの負極バスバー６２Ｄが接続バスバー７５により電気的に接続されている。これによって、電池グループ１Ａ〜１Ｄが互いに直列に接続される。電池グループ１Ａの負極バスバー６２Ａには総マイナス端子７１が電気的に接続され、電池グループ１Ｄの正極バスバー６１Ｄには総プラス端子７２が電気的に接続されている。

各電池モジュール１００は、複数の円筒電池１０を保持する保持部材としてのホルダ５を有する。ホルダ５は、Ｘ方向長さがＹ方向長さよりも長い板状に形成されており、Ｘ方向が長手方向に相当する。ホルダ５は、各円筒電池１０が挿入される複数の開口部２１を有する。開口部２１は、円筒電池１０の外周面に沿った円形状に形成されており、円筒電池１０の数だけ設けられている。各円筒電池１０の下側部分（軸方向一方側の部分）がホルダ５の開口部２１に嵌められることで、複数の円筒電池１０が軸方向一方側でホルダ５に保持される。ホルダ５については、例えばアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料や、熱伝導性に優れた樹脂材料により形成することが可能である。これによって、充放電の際に発生した各円筒電池１０の熱がホルダ５に効率よく伝わり、複数の円筒電池１０における温度ばらつきを抑制することができる。なお、ホルダ５に形成する開口部２１の数は、必ずしも円筒電池１０の数と同じである必要はない。例えば、一部の開口部２１を、円筒電池１０を保持しない開口部とし、この開口部を、接続バスバー７３，７４，７５を挿通させるためのスペースとして用いることもできる。また、１つの開口部２１で複数の円筒電池１０を保持してもよい。

各電池モジュール１００のモジュールケース２は、Ｘ−Ｙ平面内において複数の円筒電池１０を囲む略直方体形状に形成されている。モジュールケース２は、Ｘ方向長さがＹ方向長さ及びＺ方向長さよりも長く、Ｘ方向が長手方向に相当する。つまり、各電池モジュール１００においては、各円筒電池１０の軸方向（Ｚ方向）が電池モジュール１００の長手方向（Ｘ方向）と垂直になる状態で複数の円筒電池１０がモジュールケース２の内部に収容される。モジュールケース２は、例えば樹脂等の絶縁材料により形成することが可能であり、円筒電池１０の正極端子１１側に位置する上面には、複数（円筒電池１０と同数）の開口部３１が形成されている。各開口部３１には、円筒電池１０の正極端子１１側の端部（軸方向他方側端部）が挿入される。

図２，３に示すように、モジュールケース２の長手方向に沿った側壁（Ｙ軸と直交する側壁）４１，４２には、通風口としてスリット３２が複数形成されている。モジュールケース２のＹ方向一方側の側壁４１に形成された各スリット３２から冷却風を流入させ、モジュールケース２のＹ方向他方側の側壁４２に形成された各スリット３２から冷却風を流出させることで、モジュールケース２の内部に収容された複数の円筒電池１０を冷却することができる。

図５に示すように、ホルダ５のＹ方向一方側の側面には、一対の脚部（支持部）５Ａが長手方向両端部に設けられている。そして、モジュールケース２のＹ方向一方側の側壁４１には、一対のフランジ部２Ａが長手方向両端部に設けられている。これらの脚部５Ａ及びフランジ部２ＡをＺ方向に重ね合わせるとともに締結部材により連結することで、ホルダ５が両端支持梁構造によってモジュールケース２に支持される。

各電池モジュール１００においては、円筒電池１０の正極端子１１より軸方向他方側にカバー部材７０が設けられている。カバー部材７０は、各円筒電池１０の正極端子１１が露出するモジュールケース２の上面全体を覆う薄板形状に形成され、モジュールケース２に固定される。各円筒電池１０の正極端子１１（モジュールケース２の上面）とカバー部材７０との間に形成される空間８１内に正極バスバー６１Ａ〜６１Ｄが配置される。カバー部材７０については、例えば樹脂等の絶縁材料により形成することが可能である。

さらに、各電池モジュール１００においては、円筒電池１０の負極端子１２より軸方向一方側にカバー部材６０が設けられている。カバー部材６０は、各円筒電池１０の負極端子１２が露出するホルダ５の下面全体を覆う薄板形状に形成され、ホルダ５またはモジュールケース２に固定される。各円筒電池１０の負極端子１２（ホルダ５の下面）とカバー部材６０との間に形成される空間８２内に負極バスバー６２Ａ〜６２Ｄが配置される。カバー部材６０については、例えば金属材料により形成することが可能である。

各円筒電池１０には、充放電の際に電池内部で発生するガスを電池外部へ排出するための排出弁が設けられている。排出弁は、例えば各円筒電池１０の負極端子１２側に設けられ、各円筒電池１０の負極端子１２とカバー部材６０との間に形成される空間８２をガスの排出経路として利用する。円筒電池１０の内部から排出弁を介して流出したガスは、排出経路（空間８２）を通って電池モジュール１００の外部へ排出される。

図１，２に示すように、上記構成の電池モジュール１００の対が側壁４１同士を向かい合わせてＹ方向に隣り合う状態で配置されている。つまり、電池モジュール１００の対が軸方向（Ｚ方向）及び長手方向（Ｘ方向）と垂直方向に隣り合う状態で配置されている。Ｙ方向に隣り合う電池モジュール１００の対同士はブラケット１１０により結合されている。Ｙ方向に隣り合う電池モジュール１００の対の間には、電池モジュール１００の対の内部に冷却風を導入するための冷却ダクト５０がＸ方向に沿って設けられており、Ｙ方向において冷却ダクト５０が電池モジュール１００の対の間に挟まれている。そして、Ｙ方向に冷却ダクト５０を挟んだ電池モジュール１００の対は、軸方向（Ｚ方向）に複数段積み重ねられている。図１の例では、電池モジュール１００の対をＺ方向に２段積み重ねているが、Ｚ方向に３段以上積み重ねることも可能である。以下の説明において、Ｙ方向に隣り合う電池モジュール１００の対を区別する必要がある場合は、以降１００−１，１００−２の符号を用いて説明する。

図２に示すように、電池モジュール対の一方１００−１の側壁４１には、電池モジュール対の他方１００−２側へ突出する上壁部５１−１及び下壁部５２−１が設けられている。同様に、電池モジュール対の他方１００−２の側壁４１には、電池モジュール対の一方１００−１側へ突出する上壁部５１−２及び下壁部５２−２が設けられている。上壁部５１−１，５１−２及び下壁部５２−１，５２−２は、いずれもＸ方向に沿って延びており、下壁部５２−１，５２−２が上壁部５１−１，５１−２よりもＺ方向下側（軸方向一方側）に配置され、Ｚ方向において上壁部５１−１と下壁部５２−１との間の位置（上壁部５１−２と下壁部５２−２との間の位置）にスリット３２が配置されている。上壁部５１−１，５１−２には、Ｚ方向上側へ突出するフランジ部５３−１，５３−２が設けられ、下壁部５２−１，５２−２には、Ｚ方向下側へ突出するフランジ部５４−１，５４−２が設けられている。上壁部５１−１のフランジ部５３−１と上壁部５１−２のフランジ部５３−２とを合わせて締結するとともに、下壁部５２−１のフランジ部５４−１と下壁部５２−２のフランジ部５４−２とを合わせて締結することで、Ｙ方向に隣り合う電池モジュール対１００−１，１００−２間に冷却ダクト５０が形成される。そして、冷却ダクト５０内が電池モジュール１００−１，１００−２の側壁４１のスリット３２に連通する。各電池モジュール１００−１，１００−２のホルダ５は、Ｚ方向（軸方向）において冷却ダクト５０より下側（一方側）の位置に配置されている。

図示しないブロアにより冷却ダクト５０内に流入した冷却風は、電池モジュール１００−１，１００−２の側壁４１のスリット３２から電池モジュール対１００−１，１００−２の内部に導入されることで円筒電池１０の冷却に用いられ、電池モジュール１００−１，１００−２の側壁４２のスリット３２から流出する。このように、Ｙ方向に隣り合う電池モジュール対１００−１，１００−２の内部の円筒電池１０を冷却するための冷却ダクト５０が共有化される。

図１，２に示すように、各電池モジュール１００における円筒電池１０の電圧を監視するために、電圧監視ユニット９０が設けられている。電圧監視ユニット９０は、Ｙ方向に隣り合う電池モジュール対１００−１，１００−２毎に対応して設けられている。各電圧監視ユニット９０は、各電池モジュール１００−１，１００−２における電池グループ１Ａ〜１Ｄの電圧をそれぞれ検出して設定範囲内にあるか否かを判定し、検出した電圧が設定範囲内にある場合は正常判定信号を図示しないメイン電子制御ユニットへ送信し、検出した電圧が設定範囲内にない場合は異常判定信号をメイン電子制御ユニットへ送信する。これによって、各電池モジュール１００における電圧が正常であるか否かを監視する。

本実施形態では、Ｙ方向に隣り合う電池モジュール対１００−１，１００−２用の電圧監視ユニット９０が、Ｙ方向において電池モジュール対１００−１，１００−２間の位置であって、Ｚ方向（軸方向）において冷却ダクト５０と対向する位置に配置されている。図２の例では、電圧監視ユニット９０は、冷却ダクト５０よりＺ方向上側（軸方向他方側）に配置され、さらに、Ｚ方向（軸方向）において円筒電池１０の正極端子１１より上側（他方側）の位置で且つカバー部材７０の上面（他方側端面）７０Ａより下側（一方側）の位置に配置されている。電圧監視ユニット９０については、例えば図６に示すように、カバー部材７０に設けられたロック機構９１に挿し込んで固定することが可能である。また、例えば図７に示すように、カバー部材７０に設けられた爪９２により電圧監視ユニット９０を固定することも可能である。

各電池モジュール１００における電池グループ１Ａ〜１Ｄの電圧を１つの電子制御ユニットで集中して監視する場合は、各電池モジュール１００と電子制御ユニットを接続する配線の数が多くなり、部品点数が増加するとともに、各配線の通るスペースを確保すると体格が大きくなる。これに対して本実施形態では、Ｙ方向に隣り合う電池モジュール対１００−１，１００−２毎に電圧監視ユニット９０を設け、各電圧監視ユニット９０とメイン電子制御ユニットを接続するサテライト型監視とすることで、配線の数を少なくすることができる。さらに、本実施形態では、電池モジュール対１００−１，１００−２間に共有の冷却ダクト５０を設けることで形成されるスペースを利用して電圧監視ユニット９０を配置することで、電圧監視ユニット９０がＸ方向（長手方向）において電池モジュール対１００−１，１００−２より外側にはみ出さないように、電圧監視ユニット９０の配置スペースの効率化を図ることができる。その結果、蓄電装置のＸ方向長さの増加を抑制することができ、蓄電装置の体格の大型化を抑制することができる。

また、車両の衝突等によってＹ方向の大きな外力が電池モジュール１００に作用した場合は、脚部５Ａを支点としてホルダ５が破断する。これに対して本実施形態では、電圧監視ユニット９０を冷却ダクト５０に対して上側（ホルダ５と反対側）の位置に配置し、電圧監視ユニット９０をホルダ５に対してＺ方向にずらして配置することで、車両の衝突時等にホルダ５が破断しても、電圧監視ユニット９０がホルダ５によって押しつぶされるのを防止することができる。さらに、Ｙ方向において電圧監視ユニット９０の外側には各円筒電池１０の正極端子１１とカバー部材７０間の空間８１が位置するため、車両の衝突等によってＹ方向の大きな外力が電池モジュール１００に作用しても、電圧監視ユニット９０が円筒電池１０等によって押しつぶされるのを防止することができる。その結果、車両の衝突時等に、電圧監視ユニット９０にかかる衝撃を緩和することができ、電圧監視ユニット９０の損傷を防止することができる。

本実施形態では、各円筒電池１０の正極端子１１（モジュールケース２の上面）とカバー部材７０との間に形成される空間８１をガスの排出経路として利用することも可能である。その場合は、充放電の際に電池内部で発生するガスを電池外部へ排出するための排出弁を各円筒電池１０の正極端子１１側に設ける。円筒電池１０の内部から排出弁を介して流出したガスは、排出経路（空間８１）を通って電池モジュール１００の外部へ排出される。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１ 電池群、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 電池グループ、２ モジュールケース、５ ホルダ、１０ 円筒電池、１１ 正極端子、１２ 負極端子、２１，３１ 開口部、３２ スリット、４１，４２ 側壁、５０ 冷却ダクト、５１−１，５１−２ 上壁部、５２−１，５２−２ 下壁部、６０，７０ カバー部材、６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ 正極バスバー、６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄ 負極バスバー、７１ 総マイナス端子、７２ 総プラス端子、７３，７４，７５ 接続バスバー、８１，８２ 空間、９０ 電圧監視ユニット、９１ ロック機構、９２ 爪、１００（１００−１，１００−２） 電池モジュール、１１０ ブラケット。

Claims (4)

1. 複数の円筒電池が内部に収容された電池モジュールを複数備える蓄電装置であって、
   各電池モジュールにおいては、各円筒電池の軸方向が電池モジュールの長手方向と垂直になる状態で複数の円筒電池が収容され、
   電池モジュールの対が前記軸方向及び前記長手方向と垂直方向に隣り合う状態で配置され、該電池モジュールの対の内部に冷却風を導入するための冷却ダクトが該電池モジュールの対の間に設けられ、
   前記電池モジュールの対における円筒電池の電圧を監視するための電圧監視ユニットが、前記軸方向において冷却ダクトと対向する位置に配置されている、蓄電装置。
2. 請求項１に記載の蓄電装置であって、
   各電池モジュールは、複数の円筒電池を前記軸方向の一方側で保持する保持部材を有し、
   電圧監視ユニットは、冷却ダクトより前記軸方向の他方側に配置されている、蓄電装置。
3. 請求項１または２に記載の蓄電装置であって、
   各電池モジュールにおいては、円筒電池より前記軸方向の他方側にカバー部材が設けられ、
   電圧監視ユニットは、前記軸方向において円筒電池より他方側の位置で且つカバー部材の他方側端面より一方側の位置に配置されている、蓄電装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の蓄電装置であって、
   前記電池モジュールの対が前記軸方向に複数段積み重ねられている、蓄電装置。

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