JP2019133900A

JP2019133900A - 蓄電装置

Info

Publication number: JP2019133900A
Application number: JP2018017537A
Authority: JP
Inventors: 健太渡邉; Kenta Watanabe; 晃一梅田; Koichi Umeda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2038-02-02
Also published as: JP7163584B2

Abstract

【課題】接続部に加えられる荷重に大きなばらつきが生じることを抑制できる。【解決手段】蓄電装置１は複数の単位電池としての円筒電池４３と、複数の円筒電池４３の電極としての正極６０を接続するバスバーとしての正極バスバー４５とを備える。正極バスバー４５には複数の円筒電池４３の正極６０に接続された複数の接続部としてのヒューズ１２１が設けられている。蓄電装置１は長手方向に延びており、複数のヒューズ１２１の形状は、蓄電装置１の長手方向に対して対称になるように配置されている。【選択図】図６

Description

この開示は蓄電装置に関するものである。

蓄電装置は、たとえば特開２０１６−８１８３６号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１に記載の構造は、複数の単位電池が挿入されたホルダと、各単位電池の正極を接続する正極バスバーと、各単位電池の負極を接続する負極バスバーとを含む。正極バスバーには複数の孔が形成されており、各穴には、接続部が形成されている。各接続部は各単位電池の正極に接続されている。すべての接続部は、同じ方向に向けて突出している。なお、負極バスバーにも同様に接続部が形成されている。

特開２０１６−８１８３６号公報

蓄電装置が振動すると、蓄電装置の中央部が振動の腹となる。そのため、中央部よりも右側と、中央部よりも左側とにおいて、接続部と単位電池との間に加えられる荷重方向が異なる。その一方で、接続部の形状が全て同じである場合には中央部よりも右側において接続部に加えられる荷重の大きさと中央部よりも左側において接続部に加えられる荷重の大きさとでバラつきが生じる。その結果、蓄電装置が振動することで大きな荷重が加えられる接続部が生じる。

この開示は上記の問題を解決するためになされたものであり、接続部に加えられる荷重に大きなばらつきが生じることを抑制できる蓄電装置を提供することを目的とするものである。

この開示に従った蓄電装置は、複数の単位電池と、複数の単位電池の電極を接続するバスバーとを備えた蓄電装置であって、バスバーには複数の単位電池の電極に接続された複数の接続部が設けられており、蓄電装置は長手方向に延びており、複数の接続部の形状は、取付面の長手方向の中央線に対して対称になるように配置されている。

このように構成された蓄電装置では、複数の接続部の形状は蓄電装置の中央部に対して対称になるように配置されているため、各部分に配置された接続部に同じ方向に荷重が加えられる。その結果、接続部に加えられる荷重にバラつきが生じることを防止できる。

蓄電装置１が搭載された車両２を示す模式図である。蓄電装置１の電池ユニット４を示す斜視図である。電池モジュール１１を示す分解斜視図である。電池モジュール１１およびその周囲を示す断面図である。円筒電池４３の下面側を示す斜視図である。正極バスバー４５の平面図である。図６中のＶＩＩで囲んだ部分を拡大して示す平面図である。図６中のＶＩＩＩで囲んだ部分を拡大して示す平面図である。振動する電池モジュール１１の長手方向に沿った断面図である。比較例に従った電池モジュールにおいて接続部に加えられる応力を示す模式図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。以下の実施の形態では同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、各実施の形態を組み合わせることも可能である。

図１から図８を用いて、本実施の形態に係る蓄電モジュールについて説明する。図１から図８に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する場合がある。

図１は、蓄電装置１が搭載された車両２を示す模式図である。車両２は、車内に配置された蓄電装置１を含む。なお、蓄電装置１が搭載された車両２は、ハイブリッド車両、電気自動車や燃料電池車両などの電動車両ある。蓄電装置１は、電池ケース３と、電池ユニット４と、ファン５とを含む。電池ユニット４は、電池ケース３内に収容されており、ファン５は電池ケース３内に車室内の空気を供給する。

図２は、蓄電装置１の電池ユニット４を示す斜視図である。電池ユニット４は、複数の電池モジュール１０〜１３と、電池ユニット４の両端に設けられた固定プレート１４，１５とを備える。電池ユニット４は略直方体形状であり、車両２の幅方向に長くなるように配置されている。

固定プレート１４は電池ユニット４の長手方向の一端に設けられており、固定プレート１５は電池ユニット４の他端に設けられている。

固定プレート１４は複数のボルト２０〜２７によって電池モジュール１０〜１３に固定されており、固定プレート１４によって、電池モジュール１０〜１３は互いに固定されている。固定プレート１４は、ボルト２８，２９によって、電池ケース３の底面に固定されている。固定プレート１５も固定プレート１４と同様に、各電池モジュール１０〜１３および電池ケース３の底面に固定されている。

このため、電池モジュール１０〜１３は、固定プレート１４，１５によって互いに連結されると共に、電池ケース３の底面に固定されている。

図３は、電池モジュール１１を示す分解斜視図である。電池モジュール１１は、底蓋４０と、負極バスバーアッセンブリ４１と、散熱板４２と、円筒電池４３と、樹脂カバー４４と、正極バスバー４５と、天井蓋４６と、複数の接続板４７とを含む。

散熱板４２は、金属製の板状部材である。この散熱板４２には散熱板４２の厚さ方向に延びる複数の貫通孔５０が形成されている。貫通孔５０はアレイ状に形成されている。

散熱板４２は、上面５１と、下面５２と、一対の側面５３，５４と、一対の端面５５，５６とを含む。各貫通孔５０は、上面５１から下面５２に達している。

散熱板４２の端面５５および端面５６側には、排気路および排気口が形成されている。なお、この図３においては、端面５５側に形成された排気路５７および排気口５８が図示されているが、端面５６側にも同様の排気路および排気口が形成されている。

排気路５７は、下面５２から散熱板４２内に入り込むように延び、その後、端面５５に向けて延びるように形成されている。そして、排気路５７は、端面５５に形成された排気口５８に接続されている。

円筒電池４３は、充放電可能な二次電池である。円筒電池４３としては、たとえば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などである。円筒電池４３の上端部に正極６０が形成されており、円筒電池４３の下端部には負極６１が形成されている。なお、本実施の形態としては、単位蓄電部として、円筒電池を採用した例について説明したが、角型電池でもよく、また、キャパシタであってもよい。

円筒電池４３は、散熱板４２に形成された貫通孔５０に挿入されている。円筒電池４３の正極６０は散熱板４２の上面５１よりも上方に配置されており、円筒電池４３の負極６１は散熱板４２の下面５２よりも下方に位置している。円筒電池４３の上端部には、正極６０が形成されており、円筒電池４３の下端部には、負極６１が形成されている。

散熱板４２の貫通孔５０の内周面と、円筒電池４３の外周面との間には樹脂などが配置されており、円筒電池４３が散熱板４２に固定されている。

樹脂カバー４４は、散熱板４２の上面５１に配置されている。樹脂カバー４４は下方に向けて開口するよう形成されており、樹脂カバー４４は、天板６５と、一対の側壁６６，６７と、一対の端壁６８，６９とを含む。

側壁６６には、複数の通風口７３が形成されている。通風口７３は、側壁６６の長手方向に間隔をあけて形成されている。側壁６７にも、側壁６６と同様に複数の通風口が形成されている。側壁６６，６７の下端部と、端壁６８，６９の下端部は、散熱板４２の上面５１に配置される。

複数の正極バスバー４５は、樹脂カバー４４の天板６５側に配置されている。各正極バスバー４５は、たとえば、１０個程度の円筒電池４３の正極６０を並列に接続する。

天井蓋４６は、正極バスバー４５の上方に配置されている。天井蓋４６は樹脂などの絶縁材料によって形成されている。

負極バスバーアッセンブリ４１は、散熱板４２の下面５２側に配置されている。負極バスバーアッセンブリ４１は、図示されていない複数の負極バスバーと、この複数の負極バスバーをモールドする樹脂モールドとを含む。負極バスバーの外形形状と、正極バスバー４５の外形形状とは近似している。そして、負極バスバーアッセンブリ４１（負極バスバー）には、複数の孔７５が形成されている。各孔７５には、孔７５の内周面から突出するように形成された端子７６が形成されている。端子７６は、円筒電池４３の負極６１に接続される。

負極バスバーは、正極バスバー４５と同じ円筒電池４３の負極６１を並列に接続するように形成されている。

複数の接続板４７は、側壁６６に設けられている。各接続板４７は、正極バスバー４５および複数バスバーを接続する。複数の接続板４７は、複数の正極バスバー４５および複数の負極バスバーを直列に接続する。ここで、正極バスバー４５および負極バスバーによって並列に接続された複数の円筒電池４３を円筒電池群とすると、複数の円筒電池群が接続板４７によって直列に接続される。

負極バスバーアッセンブリ４１の一端には排気路７７が形成されており、他端には排気路７８が形成されている。排気路７７，７８は、いずれも、負極バスバーアッセンブリ４１の厚さ方向に貫通するように形成されている。

排気路７７は、散熱板４２に形成された排気路５７と連通している。排気路７８は散熱板４２の端面５６側に形成された排気路と連通している。

底蓋４０は、負極バスバーアッセンブリ４１の下面側に配置されている。底蓋４０は、アルミニウムなどの金属によって形成されている。

図４は、電池モジュール１１およびその周囲を示す断面図である。この図４に示すように、底蓋４０および負極バスバーアッセンブリ４１によって、排気路８０が形成されている。図５は、円筒電池４３の下面側を示す斜視図である。円筒電池４３は、周壁部７１と、下壁部７２とを含む。負極６１および排気部７０は、下壁部７２に形成されている。

下壁部７２において、排気部７０が位置する部分の厚さは、他の部分の厚さよりも薄い。このため、円筒電池４３内の内圧が上昇して、円筒電池４３内の内圧が所定圧以上になると、排気部７０が破断する。そして、破断した部分から排気ガスが、円筒電池４３の外部に排出される。図４を参照して、各円筒電池４３に形成された排気部７０は排気路８０に露出している。

なお、通風口７３には、図１に示すファン５からの冷却風が供給される。冷却風は、電池モジュール１１内に入り込み、複数の円筒電池４３を冷却した後、側壁６７に形成された通風口から排気される。

図６は、正極バスバー４５の平面図である。図６で示すように、正極バスバー４５は矢印４５Ｌで示す長手方向に延びている。長手方向を二等分する中心線４５Ｃが正極バスバー４５の中央部で延びている。中心線４５Ｃを正極バスバー４５内において二等分する点が中心点４５Ｐである。

図７は、図６中のＶＩＩで囲んだ部分を拡大して示す平面図である。図７で示すように、正極バスバー４５には、正極バスバー４５を板厚方向に貫通する孔４５ｈが設けられている。孔４５ｈの径は円筒電池４３の径よりも小さいため、円筒電池４３の全体が孔４５ｈに嵌合することは無い。円筒電池４３の先端の正極６０が孔４５ｈから露出している。正極６０はヒューズ１２１により正極バスバー４５に接続されている。ヒューズ１２１は正極バスバー４５および正極６０よりも融点の低い材料により構成されている。ヒューズ１２１は低融点金属により構成されている。ヒューズ１２１内に所定電流値を超える電流が流れるとヒューズ１２１の発熱によりヒューズ１２１が溶融する。その結果、正極６０を正極バスバー４５から電気的に切り離し、過大な電流が流れることを防止できる。正極バスバー４５に接続されたヒューズ１２１は孔４５ｈに沿って延びて、内側へ渦を巻くように湾曲して正極６０に接続される。正極バスバー４５から正極６０に向かって反時計回りに回転するようにヒューズ１２１が延びている。

図８は、図６中のＶＩＩＩで囲んだ部分を拡大して示す平面図である。図８では、ヒューズ１２１は中心線４５Ｃを中心として、図７で示すヒューズ１２１と線対称に配置されている。そのため、正極バスバー４５に接続されたヒューズ１２１は孔４５ｈに沿って延びて、内側へ渦を巻くように湾曲して正極６０に接続される。正極バスバー４５から正極６０に向かって時計回りに回転するようにヒューズ１２１が延びている。

すなわち、蓄電装置１は複数の単位電池としての円筒電池４３と、複数の円筒電池４３の電極としての正極６０を接続するバスバーとしての正極バスバー４５とを備える。正極バスバー４５には複数の円筒電池４３の正極６０に接続された複数の接続部としてのヒューズ１２１が設けられている。蓄電装置１は長手方向に延びており、複数のヒューズ１２１の形状は、蓄電装置１の長手方向（矢印４５Ｌ）に直交して長手方向を二等分する中央部としての中心線４５Ｃに対して対称になるように配置されている。

図９は、振動する電池モジュール１１の長手方向に沿った断面図である。円筒電池４３１，４３２，４３３は、それぞれ、円筒電池４３と同様の構成を有する。円筒電池４３１，４３２，４３３は散熱板４２と正極バスバー４５に保持されている。電池モジュール１１が矢印５０３で示す方向に振動すると散熱板４２が撓むため、これに従って、円筒電池４３１は左方向に傾斜し、円筒電池４３３は右方向に傾斜し、円筒電池４３２は上方向に移動する。なお、図９では、正極バスバー４５は振動していない位置で記載されている。円筒電池４３１と円筒電池４３３とは対称形状の位置とされる。円筒電池４３１と円筒電池４３３とは中心線４５Ｃを挟んで互いに反対側に位置しているため、円筒電池４３１に接続されるヒューズ１２１と、円筒電池４３３に接続されるヒューズ１２１とは対象形状とされる。その結果、円筒電池４３１のヒューズ１２１と円筒電池４３３のヒューズ１２１とには同じ応力が加わる。その結果、接続部を構成するヒューズ１２１に加えられる荷重に大きなばらつきが生じることを抑制できる。

図１０は、比較例に従った電池モジュールにおいて接続部に加えられる応力を示す模式図である。図１０で示すように、ヒューズ１２１が全て同じ向きに取り付けられている場合には、図９で示すように円筒電池４３１，４３２，４３３の位置が変位した場合に左側の円筒電池４３１と右側の円筒電池４３３とにおいて正極６０における荷重が異なる。具体的には円筒電池４３１では矢印４３１ａ，４３１ｂで示す荷重が正極６０に加わる。これに対して、円筒電池４３３では矢印４３３ａ，４３３ｂで示す方向の荷重が正極６０に加わる。円筒電池４３３においては散熱板４２は円筒電池４３３を外向きに移動させ、ヒューズ１２１も円筒電池４３３を外向きに移動させようとするため、円筒電池４３３を外向きに移動させようとする力の成分（矢印４３３ａ）が大きくなる。これに対して、円筒電池４３１では散熱板４２が円筒電池４３１を外向きに移動させようとする力が働くものの、ヒューズ１２１が円筒電池４３１を外側に移動させようとする力が小さいため、矢印４３１ａで示す成分の力が小さくなる。その結果、ヒューズ１２１に加えられる荷重にバラつきが生じる。

なおこの実施の形態では、中心線４５Ｃを中心として左右のヒューズ１２１が線対称に形成される例を示したが、これに限られず、中心線４５Ｃを二等分する中心点４５Ｐを中心として複数のヒューズ１２１が点対称に配置されていてもよい。

さらに、正極バスバー４５と正極６０とを接続する複数のヒューズ１２１において中央部を中心として対称形状とする例を示したが、負極バスバーアッセンブリ４１と負極６１とを複数のヒューズ１２１において接続し、これを図６のように線対称、または点対称形状としてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１蓄電装置、２車両、３電池ケース、４電池ユニット、５ファン、１０，１１，１２，１３電池モジュール、１４，１５固定プレート、２０，２７，２８，２９ボルト、４０底蓋、４１負極バスバーアッセンブリ、４２散熱板、４３，４３１，４３２，４３３円筒電池、４４樹脂カバー、４５正極バスバー、４５Ｃ中心線、４５Ｌ，４３１ａ，４３１ｂ，４３３ａ，４３３ｂ，５０３矢印、４５Ｐ中心点、４５ｈ，７５孔、４６天井蓋、４７接続板、５０貫通孔、５１上面、５２下面、５３，５４側面、５５，５６端面、５７，７７，７８，８０排気路、５８排気口、６０正極、６１負極、６５天板、６６，６７側壁、６８，６９端壁、７０排気部、７１周壁部、７２壁部、７３通風口、７６端子、１２１ヒューズ。

Claims

複数の単位電池と、
前記複数の単位電池の電極を接続するバスバーとを備えた蓄電装置であって、
前記バスバーには前記複数の単位電池の電極に接続された複数の接続部が設けられており、
前記蓄電装置は長手方向に延びており、前記複数の接続部の形状は、前記蓄電装置の前記長手方向の中央部に対して対称になるように配置されている、蓄電装置。