JP2019040809A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】防水性を保ちつつ、組電池の電圧を容易に測定することができる組電池を提供する。【解決手段】電池セル１５０と、電池セル１５０に接続された少なくとも１つのリレー２２０と、電池セル１５０及びリレー２２０を覆う防水カバー３００とを備え、防水カバー３００は、電池セル１５０とリレー２２０との間の伝導体（２９１、２９２）に対向する位置に孔（３０４、３０５）を有する。【選択図】図９

Description

本発明は、組電池に関する。

従来、組電池の内部の電子部品や金属部分の腐食及び短絡を防止するために、防水カバーにより防水構造とした組電池が開示されている（特許文献１）。

特開２０１１−０４９０１４号公報

組電池の電圧を測定する必要がある場合、防水カバーを外して電池セル端のバスバにテスターの針（以下、テスター端子という。）を当てることにより電圧を測定できるが、防水カバーを一度外すと再装着が極めて煩雑である。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、防水性を保ちつつ、組電池の電圧を容易に測定することができる組電池を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の一実施形態に係る組電池は、
電池セルと、
前記電池セルに接続された少なくとも１つのリレーと、
前記電池セル及び前記リレーを覆う防水カバーと、
前記防水カバーは、前記電池セルと前記リレーとの間の伝導体に対向する位置に孔を有する。

本発明の一実施形態に係る組電池によれば、防水性を保ちつつ、組電池の電圧を容易に測定することができる。

本発明の一実施形態に係る組電池の外観斜視図である。 組電池の防水カバーを外した状態を示す外観斜視図である。 図１の組電池に収容される電池セルの配置を示す図である。 図１の組電池の分解斜視図である。 電池セルが下部ケース及びセルホルダに収容された状態を示す図である。 センサ基板が取り付けられた組電池の斜視図である。 センサ基板が取り付けられた組電池の正面図である。 ＢＡＴケースが取り付けられた組電池の上面図である。 防水カバーが取り付けられた組電池の上面図である。 本実施形態に係る組電池の回路の概略図である。 防水カバーに設けられた孔を示す模式図である。 防水カバーの孔を栓により塞いだ様子を示す組電池の外観斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る組電池１００について、図面を参照して説明する。図面は、模式的なものである。図面上の寸法又は比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。各図面における各構成部の描写は、部分的に簡略化されることがある。

図１は、本発明の一実施形態に係る組電池１００の外観斜視図であり、図２は、組電池の防水カバー３００及びガス排出管６００を外した状態を示す外観斜視図である。組電池１００は、防水カバー３００と、下部ケース１１０と、セルホルダ１２０と、ＢＡＴケース５００と、ガス排出管６００とを備える。組電池１００は、略直方体形状である。Ｙ軸の正の方向に向く面は、組電池１００の第１側面ともいう。Ｙ軸の負の方向に向く面は、組電池１００の第２側面ともいう。Ｚ軸の正の方向に向く面は、組電池１００の上面ともいう。上面の反対側に対応するＺ軸の負の方向に向く面は、組電池１００の底面ともいう。Ｘ軸の正の方向を向く面は、組電池１００の前面ともいう。前面の反対側に対応するＸ軸の負の方向を向く面は、組電池１００の背面ともいう。組電池１００の各面の名称は、下部ケース１１０、セルホルダ１２０及びＢＡＴケース５００の各面を示す名称として適用されうる。「下部」及び「上部」の記載は、構成を区別するための識別子である。本実施形態において、下部ケース１１０として示される構成は、防水カバー３００として示される構成の下部に位置するものとするが、下部に限られず、上部又は側部等に位置してもよい。

下部ケース１１０と、セルホルダ１２０と、ＢＡＴケース５００とは、係合部材１８０によって、第１側面の側で互いに係合される。下部ケース１１０と、セルホルダ１２０と、ＢＡＴケース５００とは、係合部材１８０によって、第２側面の側でも互いに係合される。下部ケース１１０と、セルホルダ１２０と、ＢＡＴケース５００とが係合された部材は、電池ケースともいう。下部ケース１１０、セルホルダ１２０、ＢＡＴケース５００、及び電池ケースは、単にケースともいう。電池ケースは、第１ケースと第２ケースとを含みうる。この場合、第１ケース及び第２ケースはそれぞれ、下部ケース１１０、セルホルダ１２０及びＢＡＴケース５００のいずれか１つであってよい。「第１」及び「第２」の記載は、構成を区別するための識別子である。電池ケースには、電池セル１５０が収容される。電池セル１５０は、例えば、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池等の二次電池であってよい。

下部ケース１１０と、セルホルダ１２０と、ＢＡＴケース５００とは、例えば、ＰＢＴ（Poly-Butylene Terephthalate）等の樹脂により構成されてよい。

防水カバー３００は、上面と前面とが接続する辺の一部に、凹部３０１を有する。また防水カバー３００は、上面と第１側面とが接続する辺の一部に、凹部３０２を有する。組電池１００は、凹部３０１及び凹部３０２が設けられた位置に、それぞれ第１端子２５０及び第２端子２６０を備える。第１端子２５０及び第２端子２６０及び、銅バスバ２８０の第１端子２５０又は第２端子２６０との接続部は、電力の入出力に最低限必要な部分であるため、防水カバー３００から露出している。当該露出している部分からの水等の浸入を防止するために、第１端子２５０の周囲を囲むようにパッキン２７０が配置される。同様に第２端子２６０の周囲を囲むようにパッキン２７０が配置される。パッキン２７０は、弾性を有する任意の部材により形成されるのが好適である。しかしながら、これに限定されず、パッキン２７０は、弾性を有さなくともよい。

防水カバー３００は、第１側面に開口３０３を有する。組電池１００は、開口３０３が設けられた位置に、コネクタ３１０を備える。

組電池１００は、電池ケースの上面に、リレー２２１及び２２２を備えてよい。リレー２２１及び２２２は、互いに区別されなくてもよい場合、リレー２２０と総称される。リレー２２０は、下部ケース１１０の上に位置してよいし、下部ケース１１０の上とセルホルダ１２０の上とにまたがって位置してよい。リレー２２０の数は、２つに限られず、１つであってよいし、３つ以上であってよい。

組電池１００は、電池セル１５０の端子に電気的に接続するバスバ１６０を備えてよい。バスバ１６０は、電池セル１５０の正極の側の端子と負極の側の端子とにそれぞれ接続してよい。組電池１００は、電池ケースの上面に、銅バスバ２８０を備えてよい。組電池１００が備える銅バスバ２８０の数は、５つに限られず、４つ以下であってよいし、６つ以上であってよい。

リレー２２１は、一端において、銅バスバ２８０を介してバスバ１６０に電気的に接続し、他端において、銅バスバ２８０を介して第１端子２５０に電気的に接続してよい。リレー２２２は、一端において銅バスバ２８０を介してバスバ１６０に電気的に接続し、他端において銅バスバ２８０とヒュージブルリンク２４０とを介して第２端子２６０に電気的に接続してよい。リレー２２１及びリレー２２２は、電池セル１５０を、電源システムにおける組電池１００外の各構成要素と並列に接続する、又は、各構成要素から切断するスイッチング素子として機能する。リレー２２１及びリレー２２２は、例えばＮＯリレーであり、信号がない場合にはＯＦＦ状態となる。

防水カバー３００は、例えば、ＰＢＴ等の樹脂により構成されてよい。防水カバー３００は、電池セル１５０、銅バスバ２８０、リレー２２０、センサ基板２３０及びヒュージブルリンク２４０を覆っており、これにより組電池１００の内部の電子部品及び金属部分の腐食及び短絡を防止する。

センサ基板２３０は、電池セル１５０に電気的に接続され、適宜な方式で電池セル１５０を含む回路に流れる電流、又は、電池セル１５０を含む回路に印加される電圧を測定する。センサ基板２３０は、ＢＭＳ（Battery Management System）を含む。ＢＭＳは、電源システムの制御部に通信可能に接続され、リレー２２０及びセンサ基板２３０の制御を行う。

ヒュージブルリンク２４０は、ヒューズ本体と、ヒューズ本体を収容保持する絶縁樹脂製のハウジングと、ハウジングを覆う絶縁樹脂製のカバーとにより構成され、過電流が生じた場合に溶断する。

防水カバー３００は、孔３０４及び３０５を有する。孔３０４及び３０５は、締結ボルト２９１及び２９２に対向する位置に設けられる。締結ボルト２９１及び２９２は、銅バスバ２８０の締結具であり、電池セル１５０の両端のバスバ１６０（総プラスバスバ又は総マイナスバスバ）と、銅バスバ２８０とを共にセルホルダ１２０に締結する。締結ボルト２９１及び２９２は、耐腐食性金属製であり、例えばアルミニウム製である。なお締結ボルト２９１及び２９２は、本発明の締結具に相当する。

本実施形態に係る組電池１００は、内燃機関を備えた車両、内燃機関と電動機との双方の動力で走行可能なハイブリッド車両等の車両に搭載されて使用されると仮定する。組電池１００は、例えば、車両の座席の下に搭載されてよい。組電池１００は、例えば、車両のセンターコンソールに搭載されてよい。組電池１００は、車両用に限られず、他の用途で用いられてよい。

図３は、組電池１００に収容される電池セル１５０の配置を示す斜視図である。本実施形態に係る組電池１００は、５個の電池セル１５０−１〜５を収容する。組電池１００に収容される電池セル１５０の数量は、５つに限られない。組電池１００に収容される電池セル１５０の数量は、電池セル１５０の最大出力、車両等の被駆動機器が消費する電力等に応じて、適宜決定されうる。

電池セル１５０は、６つの面を有する略直方体形状である。電池セル１５０の６つの面のうち２つの面は、他の４つの面よりも大きい面積を有する。電池セル１５０の面のうち比較的面積の大きい２つの面は、扁平面ともいう。電池セル１５０は、扁平面がＺ軸の正の方向及び負の方向に向くように配置される。言い換えれば、電池セル１５０は、扁平面が組電池１００の上面及び底面に略平行となるように配置される。電池セル１５０の扁平面は、ケースの上面に沿うように配置されるともいえる。

本実施形態に係る組電池１００において、電池セル１５０は、２段と３段とに分けてＺ軸方向に積層される。２段に積層された電池セル１５０は、Ｙ軸の正の方向の側に配置される。３段に積層された電池セル１５０は、Ｙ軸の負の方向の側に配置される。電池セル１５０が積層される数量は、組電池１００に収容される電池セル１５０の数量に応じて、適宜変更されうる。

電池セル１５０のＸ軸の正の方向の側の面は、キャップ面１５１ともいう。電池セル１５０は、キャップ面１５１が組電池１００の前面の側に向くように配置される。電池セル１５０は、キャップ面１５１に、正極端子１５２と、負極端子１５３と、安全弁１５４とを備える。キャップ面１５１は、長辺と短辺とを有する略長方形状である。正極端子１５２及び負極端子１５３は、キャップ面１５１の長辺方向の両端付近に設けられる。正極端子１５２及び負極端子１５３は、電池セル１５０から電力を出力する電極である。正極端子１５２及び負極端子１５３をまとめて電極端子ともいう。

安全弁１５４は、正極端子１５２と負極端子１５３との間に設けられる。安全弁１５４は、電池セル１５０内部で発生するガスによって、電池セル１５０内部の圧力が所定圧力以上になった場合にガスを外部に排出するために開く。電池セル１５０内部の圧力は、電池セル１５０が経年劣化した場合、熱暴走した場合等に、所定圧力以上になりうる。所定圧力は、電池セル１５０の仕様に応じて、適宜定められうる。

図４は、図１に示す組電池１００の分解斜視図である。電池モジュールは、以下のように組み立てられてよい。電池セル１５０は、絶縁シート１５５を挟んで３段と２段とに積層され、下部ケース１１０とセルホルダ１２０との間に収容される。下部ケース１１０とセルホルダ１２０とは、係合部材１８０によって係合される。下部ケース１１０とセルホルダ１２０の上面に、銅バスバ２８０と、リレー２２０と、ヒュージブルリンク２４０とが取り付けられる。電池セル１５０の電極端子に、バスバ１６０が取り付けられる。図５に、電池セル１５０が下部ケース１１０及びセルホルダ１２０に収容された状態を示す。電池セル１５０のキャップ面１５１の側にシール６３０を挟んでガスカバー６１０が取り付けられる。バスバ１６０のセンサ取付端子に、センサ基板２３０が取り付けられる。図６及び図７に、センサ基板２３０が取り付けられた組電池１００の斜視図及び正面図を示す。センサ基板２３０が取り付けられた後、ＢＡＴケース５００が電池セル１５０のキャップ面１５１の側をカバーするように、セルホルダ１２０に、係合部材１８０によって係合される。図８に、ＢＡＴケース５００が取り付けられた組電池１００の上面図を示す。ＢＡＴケース５００が取り付けられた後、ガスカバー６１０のガスダクト６１１に、ガス排出管６００が取り付けられる。

電池モジュールの組み立てにおいて、電池セル１５０は、接着剤によってセルホルダ１２０に接着されてよい。接着剤は、電池セル１５０とセルホルダ１２０とを接着可能な任意の接着剤であってよい。接着剤は、例えばアクリル系接着剤、エポキシ系接着剤等であってよい。接着剤は、セルホルダ１２０に塗布されてよい。接着剤は、セルホルダ１２０の、電池セル１５０のキャップ面１５１に対向する部分に塗布されてよい。電池セル１５０は、セルホルダ１２０に接着剤が塗布された後に、セルホルダ１２０に挿入されてよい。

電池セル１５０とセルホルダ１２０とが接着された後、電池セル１５０の電極端子には、バスバ１６０が溶接されてよい。電極端子とバスバ１６０とが溶接される際、電極端子とバスバ１６０との位置関係には、高い精度が要求されることがある。この場合、電池セル１５０とセルホルダ１２０とを接着する接着剤の塗布位置の精度を高めることによって、電極端子とバスバ１６０との溶接が容易になりうる。また、電池セル１５０にバスバ１６０が溶接される前に電池セル１５０とセルホルダ１２０とが接着されることによって、電池モジュールの生産性が向上しうる。

本実施形態に係る組電池１００は、前面の側に第１端子２５０を備え、第１側面の側に第２端子２６０を備える。このように第１端子２５０と第２端子２６０とが異なる面に配置されることによって、識別されやすくなる。このようにすることで、組電池１００を車両に搭載する際における誤配線が防止されやすくなる。

第１端子２５０に電気的に接続されるケーブルの長さは、第２端子２６０に電気的に接続されるケーブルの長さと異なるように構成されてよい。このようにすることで、組電池１００を車両に搭載する際における誤配線がさらに防止されやすくなる。

図４に示すように、組電池１００は、前面側にガスカバー６１０を備える。ガスカバー６１０は、例えばＰＢＴ等の樹脂で構成されてよい。ガスカバー６１０は、電池セル１５０のキャップ面１５１との間にシール６３０を挟んで、安全弁１５４を覆うようにキャップ面１５１に取り付けられる。シール６３０は、例えば、ＥＰＤＭ（Ethylene-Propylene-Diene Monomer）等のゴムで構成されてよい。ガスカバー６１０は、嵌合構造又はねじ止め等の任意の機構によって、セルホルダ１２０に取り付けられてよい。

ガスカバー６１０は、電池セル１５０の電極端子が露出するセルホルダ１２０の露出面、すなわち前面に取り付けられ、電池セル１５０の安全弁１５４を封止する。ガスカバー６１０は、３段に積層された電池セル１５０−１〜３の安全弁１５４及び２段に積層された電池セル１５０−４〜５の安全弁１５４に共通して取り付けられる。ガスカバー６１０は、電池セル１５０の安全弁１５４から排出されるガスを内部に保持しうる。

ガスカバー６１０は、安全弁１５４から排出されるガスを通過させるガスダクト６１１を有する。ガスダクト６１１は、ガスカバー６１０から、組電池１００の前面の側に突出する。ガスダクト６１１は、安全弁１５４から排出されるガスの排出方向に沿って突出するのが好適である。例えば、図４に示すとおり、ガスダクト６１１は、Ｘ軸正の方向に沿って直線状に突出するのが好適である。しかしながら、これに限定されず、ガスダクト６１１は、組電池１００の前面の側に突出する形状であれば、任意の形状であってよい。ガスダクト６１１は、ガスカバー６１０の上端部に設けられる。

ガスカバー６１０のガスダクト６１１は、ガスが漏洩しないようにガス排出管６００に接続される。ガスダクト６１１の先端部６１２は、ＢＡＴケース５００の開口部５１０から前面側に突出する。ガスダクト６１１の先端部６１２が、ガス排出管６００の端部から挿入され、ガスダクト６１１とガス排出管６００とが密閉状態で連通する。これにより電池セル１５０−１〜５からガスカバー６１０に排出されたガスは、ガス排出管６００に排出されうる。組電池１００が車両に搭載される場合、ガス排出管６００は、例えば車体の下部の外部空間にガスを排出する。

図９に示すように防水カバー３００は、電池モジュール全体をカバーするように取り付けられる。防水カバー３００と電池ケースとは、係合部材１９０によって前面側及び背面側で互いに係合される。なお防水カバー３００と電池ケースとは、例えば、爪と穴との嵌合によって互いに係合されてよい。組電池１００は、以上説明してきた手順例によって、組み立てられうる。

また上述したように、防水カバー３００は、締結ボルト２９１及び２９２に対向する位置に孔３０４及び３０５を有する。孔３０４及び３０５に電圧検出用のテスター端子を挿入し、締結ボルト２９１及び２９２間の電圧を測定することができる。図１０に本実施形態に係る組電池１００の回路の模式図を示す。組電池１００は概略として、第１端子２５０から第２端子２６０まで、リレー２２１、複数の電池セル１５０、リレー２２２及びヒュージブルリンク２４０がこの順で直列接続した回路構成である。図１０では簡略のためヒュージブルリンク２４０を省略している。これらの各要素間は上述したように銅バスバ２８０及びバスバ１６０により接続されている。また、第１端子２５０と第２端子２６０の間の要素は防水カバー３００により覆われている。ここで締結ボルト２９１及び２９２は、複数の電池セル１５０の両端に位置する。当該位置は、電池セル１５０に直結した常時活電状態の部分である。そのため、孔３０４及び３０５からテスター端子を挿入し、締結ボルト２９１及び２９２の両端の電圧を測定することで、複数の電池セル１５０の電圧、すなわち組電池１００の電圧を測定することができる。

なお、電池セル１５０の両端のリレー２２１及びリレー２２２をＯＮすることによっても、組電池１００の電圧を測定することができる。しかしながら組電池１００の状態が不明の場合に電源システムの制御部に信号を送信することは好ましくない。本実施形態によれば、リレー２２１及びリレー２２２をＯＮすることなく、組電池１００の電圧を容易に測定することができる。

なお、孔３０４及び３０５において、締結ボルト２９１に向かって延設される筒状の内壁３０６が設けられてもよい。図１１に、内壁３０６が設けられた場合の孔３０４の模式図を示す。図１１に示すように、孔３０４に内壁３０６が設けられており、孔３０４からテスター端子を挿入した場合、内壁３０６により、テスター端子が締結ボルト２９１の上面２９１ａに接触するようにガイドされる。内壁３０６を設けることでテスターの針を確実に締結ボルト２９１に接触させることができ、また、銅バスバ２８０等、別の場所にテスター端子が接触することを防止することができる。

さらに内壁３０６は、締結ボルト２９１に接触してもよい。この場合も同様に、テスターの針が締結ボルト２９１の上面２９１ａに接触するように、内壁３０６がテスター端子をガイドする。さらに万一、孔３０４から水等が浸入した場合においても、内壁３０６と締結ボルト２９１の上面２９１ａにより形成する有底筒状の穴に水を留めることができる。締結ボルト２９１は耐腐食性金属製であるため、これにより組電池１００の内部の電子部品や金属部分の腐食及び短絡を防止することができる。

孔３０４と同様、孔３０５にも、締結ボルト２９２に向かって延設される筒状の内壁が設けられてもよい。また当該内壁が、締結ボルト２９２に接触することにより、上記同様の効果を奏する。

なお、孔３０４及び３０５は、電圧を測定する場合を除いて、栓により塞いでいてもよい。図１２に、防水カバー３００の孔３０４及び孔３０５をそれぞれ栓３０７及び栓３０８により塞いだ様子を示す。このように防水カバー３００の孔３０４及び孔３０５を塞ぐことで、電圧を測定する場合以外、すなわち通常時における組電池１００の防水性を高めることができる。

なお、孔３０４及び３０５を栓により塞ぐ代わりに、カバー３００より露出する第１端子２５０及びその周囲を覆い、脱着可能な傘（図示省略）を装着し、その内部に孔３０４及び３０５を設ける構成としても良い。当該傘によっても、通常時における孔３０４及び３０５の防水性を高めることができる。

本実施の形態では、孔３０４及び３０５は、電池セル１５０とリレー２２０の間の締結ボルト２９１及び２９２に対向する位置に設けられる。そのため、比較的硬い部位にテスター端子が当たるため、テスター端子によって傷つくことを防止することができる。なお、孔３０４及び３０５を設ける位置はこれに限られない。例えば電池セル１５０とリレー２２０の間のバスバ等、伝導体に対向する位置に設けてもよい。この場合も同様に、孔３０４及び３０５からテスター端子を挿入し、孔３０４及び孔３０５から接触可能な伝導体の両端の電圧を測定することで、複数の電池セル１５０の電圧、すなわち組電池１００の電圧を容易に測定することができる。なお露出させるバスバの材質を、銅の代わりにアルミニウムとしてもよい。アルミニウムとすることで、腐食耐性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、図１０に示すように電池セル１５０の両端のリレー２２１及びリレー２２２を備える例を示したがこれに限られない。例えばリレー２２０が１つの場合（例えばリレー２２１を備え、リレー２２２を備えない場合）、締結ボルト２９１に対向する位置には孔３０４を設ける必要がある。しかし締結ボルト２９２に対向する位置には孔３０５を設けなくてもよい。孔３０５を設けない場合であっても、締結ボルト２９２と第２端子２６０とが略同電位であるため、孔３０４からテスター端子を挿入し、締結ボルト２９１と、第２端子２６０との間の電圧を測定することで、複数の電池セル１５０の電圧、すなわち組電池１００の電圧を測定することができる。

本発明に係る一実施形態について、諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本発明に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段等を１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。

１ 電池セル
１００ 組電池
１１０ 下部ケース
１２０ セルホルダ
１５０ 電池セル
１５１ キャップ面
１５２ 正極端子
１５３ 負極端子
１５４ 安全弁
１５５ 絶縁シート
１６０ バスバ
１８０、１９０ 係合部材
２３０ センサ基板
２４０ ヒュージブルリンク
２５０ 第１端子
２６０ 第２端子
２７０ パッキン
２８０ 銅バスバ
２９１、２９２ 締結ボルト（締結具）
２９１ａ 上面
３００ 防水カバー
３０１、３０２ 凹部
３０３ 開口
３０４、３０５ 孔
３０６ 内壁
３０７、３０８ 栓
３１０ コネクタ
５００ ＢＡＴケース
５１０ 開口部
６００ ガス排出管
６１０ ガスカバー
６１１ ガスダクト
６１２ 先端部
６３０ シール

Claims (6)

1. 電池セルと、
   前記電池セルに接続された少なくとも１つのリレーと、
   前記電池セル及び前記リレーを覆う防水カバーと、
   前記防水カバーは、前記電池セルと前記リレーとの間の伝導体に対向する位置に孔を有する、組電池。
2. 前記孔に対向する位置の伝導体は、耐腐食性金属である、請求項１に記載の組電池。
3. 前記伝導体は、バスバの締結具である、請求項１又は２に記載の組電池。
4. 前記孔に、前記締結具に向かって延設される筒状の内壁を設ける、請求項３に記載の組電池。
5. 前記内壁は、前記締結具に接触する、請求項４に記載の組電池。
6. 前記孔を塞ぐ栓を備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の組電池。