JP4438813B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、ケース内に、蓄電ユニットと、該蓄電ユニットの冷却に用いられる冷却液とを収容した蓄電装置に関するものである。

従来、ケース内に絶縁油および二次電池を収容した構成の電池パックでは、例えば、過充電の際に過剰に流れ込んだ電気によって二次電池内の電解液の電気分解が始まることにより、熱やガスが発生するおそれがある。そこで、電池パック（二次電池）の異常状態を判別するために、電池パック内で発生するガスを検出したり、ガスの発生に伴う電池パック内の圧力変化を検出したりするものがある。そして、ガスの発生を検出した場合には、二次電池の異常状態に応じた適切な制御を行うようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、二次電池から発生したガスを、電池パックの外部に放出させる機構を備えたものもある（例えば、特許文献２−４参照）。
特許第３６３８１０２号 特開昭６３−９８９５３号公報（第１，第２図） 実公昭６１−４２２８３号公報（第１図） 実開昭６３−６１７５８号公報（第１，第２図）

しかしながら、特許文献１では、二次電池で発生したガスを所定位置（例えば、ガスを検出するためのガスセンサが配置された位置）に効率良く導くことについては開示されておらず、例えば、ガスセンサによる検出精度を十分に確保することができないことがある。

一方、特許文献２等に記載の装置では、電池収納槽蓋を傾斜面で構成し、単電池から発生したガスを所定位置（ガス抜き補助装置が連結される部分）に導くようにしている。しかしながら、この構成では、電池収納槽蓋の傾斜面にも絶縁油を接触させているため、以下に説明する不具合が生じてしまう。

電池収納槽内に二次電池および絶縁油を収容した後に、電池収納槽蓋で閉じることにより、電池パックを製造する場合において、特許文献２等に記載のように、電池収納槽蓋に傾斜面を設けた場合には、電池収納槽蓋を電池収納槽に固定した後に、電池収納槽蓋にも絶縁油を接触させるために絶縁油を更に補充しなければならない。この場合には、電池パックの組み立て作業が煩雑になってしまう。

本発明である蓄電装置は、蓄電ユニットと、蓄電ユニットを収容し、蓄電ユニットの収容スペースに、蓄電ユニットの冷却に用いられる冷却液が充填されたケースと、を有する。ここで、ケースは、蓄電ユニットの上方に位置する内壁面において、重力方向に対して傾斜して、少なくとも一部が冷却液の液面から離れた傾斜面を備え、蓄電ユニットからガスが発生した場合に、このガスを所定位置に導くためのガイド部と、このガイド部の傾斜面に対して蓄電ユニット側に突出して、冷却液と接触する接触部とを有する。

ここで、複数のガイド部を設ける場合には、これらのガイド部を、内壁面における外縁部から所定位置に向かって延びるように形成することができる。より具体的には、所定位置から外縁部（内壁面における互いに向かい合う外縁部）に向かって放射方向に延びるように、複数のガイド部を形成することができる。

また、ガスを検出するためのガスセンサを蓄電装置内に設ける場合には、ガスセンサを、上記所定位置に設けることができる。さらに、ケースにおける上記所定位置に接続され、ガスを蓄電装置の外部に導くための放出機構を設けることもできる。また、蓄電ユニットが複数の端子部を有している場合において、複数の端子部からの距離が略等しい位置を、上記所定位置とすることができる。

一方、ケース内の圧力を検出するための圧力センサを設ける場合には、蓄電ユニットを構成する複数の蓄電体を電気的に接続するための接続部材に、圧力センサを取り付けることができる。なお、上記ケースを、蓄電ユニット及び冷却液を収容するための開口部を備えた第１のケース部材と、開口部を覆うように第１のケース部材に取り付けられ、接触部及びガイド部を備えた第２のケース部材とで構成することができる。

本発明によれば、蓄電ユニットからガスが発生した場合において、傾斜面を備えたガイド部を用いてガスを所定位置に導くようにしているため、ガスを効率良く所定位置に集めることができる。しかも、ケースの内壁面において、ガイド部に加えて、冷却液と接触する接触部を設けているため、蓄電ユニットで発生した熱を、上記内壁面を介して外部に放出させることができ、蓄電ユニットの放熱効率を向上させることができる。

また、本発明では、ガイド部の傾斜面に対して蓄電ユニット側に突出させた接触部を、冷却液に接触させているため、従来のように冷却液を補充する必要がなく、蓄電装置を容易に組み立てることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である電池パックについて、図１から図３を用いて説明する。ここで、図１は、本実施例の電池パックの分解斜視図であり、図２は、本実施例の電池パックにおけるケースの一部の構成を示す図である。また、図３は、本実施例の電池パックの内部構成を示す断面図である。

本実施例の電池パック（蓄電装置）１は、電池ユニット２と、この電池ユニット２を収容するケース３とを有している。本実施例において、電池パック１は、車両に搭載される。なお、本実施例の電池パック１は、車両以外の被搭載物にも搭載することができる。

電池ユニット２は、複数の単電池（蓄電体）２０ａからなる組電池（蓄電ユニット）２０と、組電池２０を両端側から狭持するための狭持部材（いわゆる、エンドプレート）２１とを有している。組電池２０を構成する単電池２０ａは、バスバー（接続部材）２２によって電気的に直列に接続されている。バスバー２２は、単電池２０ａの端子部２０ｂに対してナットにより固定されている。

なお、複数の単電池２０ａのうち、一部（２つ）の単電池２０ａにはバスバー２２が固定されておらず、この単電池２０ａの各端子は、正極用および負極用の配線（不図示）を介して、電池パック１の外部に配置された電子機器（例えば、モータ）に接続されている。すなわち、組電池２０は、電子機器の電源となる。

ここで、本実施例では、単電池２０ａとして、円筒型の二次電池を用いている。二次電池としては、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池等がある。なお、単電池２０ａの形状は、円筒型に限るものではなく、角型等の他の形状であってもよい。また、本実施例では、二次電池を用いているが、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。

ケース３は、このケース３の底面及び側面を形成する第１のケース部材３１と、ケース３の上面（天面）を形成する第２のケース部材３２とを有している。第１のケース部材３１の上面には、開口部３１ａが形成されており、開口部３１ａを介して電池ユニット２が収容される。また、第１のケース部材３１の外側面には、第１のケース部材３１（言い換えれば、電池ユニット２）の放熱性を向上させるための複数の放熱フィン３１ｂが設けられている。

なお、放熱フィン３１ｂの数や、隣り合う放熱フィン３１ｂの間隔は適宜設定することができる。また、放熱フィン３１ｂを設けなくてもよい。

また、第１のケース部材３１は、ネジ等によって車両本体（不図示）に固定される。ここでいう車両本体としては、例えば、フロアパネルや、車両のフレームがある。

第２のケース部材３２は、第１のケース部材３１の開口部３１ａを覆うように配置され、ネジ等によって第１のケース部材３１に固定される。これにより、電池ユニット２を収容するための密閉空間が形成される。また、第２のケース部材３２は、この強度を確保するために、複数のフレーム部３２ａを有している。

ここで、第１及び第２のケース部材３１，３２は、熱伝達性や耐食性等に優れた材料、例えば、後述する冷却液４の熱伝達率と同等又はこれよりも高い熱伝達率を有する材料で形成することができる。具体的には、第１及び第２のケース部材３１，３２を金属（銅や鉄等）で形成することができる。

第１及び第２のケース部材３１，３２によって囲まれた空間（電池ユニット２を収容するための空間、以下、収容室ともいう）には、主に電池ユニット２の冷却に用いられる冷却液４が充填される（図３参照）。

冷却液４としては、絶縁性の油や不活性液体を用いることができる。絶縁性の油としては、シリコンオイルが用いられる。また、不活性液体としては、フッ素系不活性液体である、フロリナート、Ｎｏｖｅｃ ＨＦＥ(hydrofluoroether)、Ｎｏｖｅｃ１２３０（スリーエム社製）を用いることができる。

ここで、ケース３の収容室３ａ（図３参照）内に、撹拌部材としてのファン（不図示）を設けることができる。この場合には、ファンを駆動（回転）させることにより、収容室３ａ内の冷却液４を強制的に流動（循環）させることができる。これにより、冷却液４による電池ユニット２の冷却効率を向上させることができる。

次に、本実施例の電池パック１において、第２のケース部材３２の特徴的な構成について、図２および図３を用いて説明する。

第２のケース部材３２の内壁面（言い換えれば、電池ユニット２と対向する壁面）には、略中心部分に凹部３２ｂが形成されている。凹部３２ｂ内には、収容室３ａ内で発生したガス、言い換えれば、単電池２０ａから発生したガスを検出するためのガスセンサ５が配置されている（図３参照）。

また、第２のケース部材３２の内壁面には、突状に形成され、互いに形状の異なる複数の接触部３２ｃ１〜３２ｃ３が形成されている。ここで、図２において、同一形状の接触部については、同一符号を用いている。各接触部３２ｃ１〜３２ｃ３の先端面は、同一面内に位置しており、図３に示すように、冷却液４の液面と接触するようになっている。

一方、互いに隣り合う接触部３２ｃ１〜３２ｃ３の間には、電池パック１の上下方向（言い換えれば、重力方向）に対して傾斜する傾斜面を備えた複数のガイド部３２ｄが形成されている。複数のガイド部３２ｄは、凹部３２ｂを中心として、第２のケース部材３２の２つの外縁（互いに向かい合う外縁）に向かって放射方向に延びている。これらのガイド部３２ｄは、図３に示すように、冷却液４の液面から離れた位置に設けられている。なお、本実施例では、ガイド部３２ｄの全体を冷却液４の液面から離しているが、一部が冷却液４に接触していてもよい。

また、複数のガイド部３２ｄは、図２に示すように、凹部３２ｂ側の領域および、第２のケース部材３２の内壁面における外縁側の領域において、互いに連なっている。言い換えれば、上記領域は、１つの面で構成されている。また、ガイド部３２ｄの傾斜面は、図３に示すように、第２のケース部材３２の外縁部において電池ユニット２との距離（上下方向における長さ）が最も短く、凹部３２ｂ側において電池ユニット２との距離が最も長くなっている。そして、ガイド部３２ｄの傾斜面に関して、電池ユニット２との距離は、第２のケース部材３２の外縁部から中心部（凹部３２ｂ）に向かって連続的に変化している。なお、電池ユニット２との距離が段階的に変化する面によって、ガイド部３２ｄを構成することもできる。

ガスセンサ５の出力信号は、電池パック１の外部に配置されたコントローラ（不図示）に入力される。コントローラは、ガスセンサ５からの信号に基づいて、単電池２０ａからのガスの発生を検出する。なお、このコントローラは、車両の走行状態を制御するためのコントローラとして兼用することができる。

コントローラの制御としては、例えば、収容室３ａ内におけるガスの発生を最初に検出した場合（ガス発生の初期段階）には、組電池２０の充放電を抑制するように制御することができる。これにより、単電池２０ａからのガスの発生を抑制することができる。

本実施例の電池パック１は、上述したように、ケース３が密閉状態となっているが、この構成に限るものではない。例えば、図３に示す構成に代えて、図４に示す構成とすることもできる。ここで、図４は、本実施例の変形例である電池パックの断面図である。なお、図３に示す部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いている。

図４に示す構成において、凹部３２ｂに相当する位置には、開口部３２ｅが形成されており、開口部３２ｅには、収容室３ａ内で発生したガスをケース３の外部に放出させるための放出機構６が設けられている。

放出機構６は、開口部３２ｅに接続されるダクト６１と、ダクト６１の一部に設けられたバルブ（具体的には、リリーフバルブ）６２とを有している。図４に示す電池パック１を車両に搭載した場合には、ダクト６２を車両本体の外面（例えば、サイドメンバ）まで延びるように配置し、収容室３ａ内で発生したガスを車両本体の外部に逃がすことができる。ここで、図４に示す構成では、開口部３２ｅの近傍であって、ガスの移動を妨げない位置に、ガスセンサ５が配置されている。

また、図４に示す構成では、ガスセンサ５を配置しているが、ガスセンサ５を省略することもできる。この場合には、バルブ６２を利用して、収容室３ａ内に発生するガスを検出することができる。具体的には、バルブ６２の開閉状態に応じて出力（電気的信号）が変化する機構を設けておけば、ガスの発生を検出することができる。

本実施例によれば、ケース３内に充填された冷却液４が、電池ユニット２の外周面および第１のケース部材３１の内壁面に接触しているため、電池ユニット２で発生した熱を第１のケース部材３１に効率良く伝達することができる。これにより、第１のケース部材３１を介した放熱を行うことができる。しかも、本実施例では、第２のケース部材３２の内壁面に形成された接触部３２ｃ１〜３２ｃ３が冷却液４に接触しているため、電池ユニット２で発生した熱を第２のケース部材３２にも効率良く導くことができる。これにより、第２のケース部材３２を介した放熱を行うことができる。

また、本実施例では、第２のケース部材３２の内壁面にガイド部３２ｄを形成しているため、単電池２０ａから発生したガスをガスセンサ５に効率良く導くことができ、ガスセンサ５によるガスの検出精度を向上させることができる。

ここで、単電池２０ａ（端子部２０ｂ）からガスが発生した場合において、このガスは冷却液４よりも比重が小さいために、電池パック１の上方（第２のケース部材３２側であって、重力方向とは逆方向）に向かって移動することになる。そして、ガスが第２のケース部材３２の内壁面に到達すると、ガイド部３２ｄに沿って移動する。すなわち、ガイド部３２ｄは、上述したように、重力方向に対して傾斜した面を備えているため、図２の矢印で示すように、ガイド部３２ｄ（傾斜面）に沿ってガスが移動し、凹部３２ｂに導かれる。

また、組電池２０における複数の端子部２０ｂが位置する面（仮想面）内に、言い換えれば、複数の端子部２０ｂの上方に、ガイド部３２ｄの一部（第２のガイド部材３２の外縁側に位置する領域）が位置しているため、すべての端子部２０ｂで発生したガスを凹部３２ｂに効率良く導くことができる。そして、凹部３２ｂ内にはガスセンサ５を配置しているため、ガスセンサ５によって、収容室３ａ内で発生したガスを効率良く（言い換えれば、精度良く）検出することができる。

ここで、第２のケース部材３２の内壁面を円錐状等に形成しておけば（特許文献２の第１，２図参照）、本実施例のように、単電池２０ａで発生したガスを所定位置（円錐面の頂点）に効率良く導くことができる。しかし、この場合には、円錐状の内壁面が冷却液４の液面から離れてしまう。すなわち、円錐状の内壁面と冷却液４の液面との間に空気層が形成されることになるため、円錐状の内壁面を介した放熱効率が低下してしまう。

一方、円錐状の内壁面を有する第２のケース部材を用いた場合でも、この第２のケース部材を第１のケース部材３１に固定した後に、冷却液４を補充するようにすれば、円錐状の内壁面にも冷却液を接触させることができ、円錐状の内壁面を介した放熱効率を向上させることができる。しかし、この場合には、冷却液４を補充するための工程が増えてしまうため、電池パック１の組み立て作業が複雑になってしまう。

そこで、本実施例の構成を用いれば、上述したように、電池ユニット２の放熱効率およびガスの誘導効率を向上させることができるとともに、電池パック１を容易に組み立てることができる。すなわち、本実施例では、第１のケース部材３１内に電池ユニット２および冷却液４を収容し、第１のケース部材３１に対して第２のケース部材３２を取り付けるだけで、電池ユニット２の放熱効率およびガス誘導効率を向上させることができる。

なお、本実施例では、第２のケース部材３２の内壁面における略中心部（凹部３２ｂ）にガスを導くようにしているが、ガスを導く位置は、第２のケース部材３２の中心部以外の部分とすることもできる。例えば、第２のケース部材３２の内壁面のうち外縁側の位置にガスを導くことができる。このような構成であっても、上述した本実施例と同様の効果を得ることができる。

ここで、凹部３２ｂは、第２のケース部材３２の内壁面において、各単電池２０ａの２つの端子部２０ｂからの距離が略等しい位置に設ければよい。すなわち、単電池２０ａの２つの端子部２０ｂからガスが発生した場合に、これらのガスが略等しい長さの経路をたどって凹部３２ｂに到達するようにすればよい。例えば、図３に示す構成において、一方の狭持部材２１と第１のケース部材３１の側壁との間に、冷却液４を撹拌させるためのファンを配置した場合には、凹部３２ｂを設ける位置が、第２のケース部材３２の内壁面における中心部に対してずれることになる。

ここで、本実施例のように、第２のケース部材３２の略中心部にガスを導く構成では、ケース３の内壁面全体に対して、ガスの発生に伴う収容室３ａ内の圧力を略均等に作用させることができる。すなわち、第２のケース部材３２の内壁面において、中心部からずれた位置にガスを導く構成では、ケース３の内壁面における位置に応じて、圧力が異なることがある。すなわち、収容室３ａ内において圧力差が生じることになる。これは、例えば、１つの単電池２０ａの２つの端子部２０ｂからガスが発生した場合に、これらの端子部２０ｂから凹部３２ｂに到達するまでのガスの移動距離が異なることに起因するものである。すなわち、第２のケース部材３２の中心部からずれた位置にガスを導く構成では、少なくとも一部のガスが凹部３２ｂまで効率良く導かれないことがあり、収容室３ａ内において圧力差が生じてしまうことになる。

一方、本実施例では、第２のケース部材３２の内壁面において、複数の接触部３２ｃ１〜３２ｃ３やガイド部３２ｄを設けているが、接触部３２ｃ１〜３２ｃ３やガイド部３２ｄの数は、適宜設定することができる。例えば、図２に示す構成において、接触部３２ｃ２，３２ｃ３を省略して、１つの傾斜面で構成されたガイド部３２ｄを設けることができる。

ただし、接触部を省略する場合には、冷却液４との接触面積が減少することになるため、接触部を形成する領域はできるだけ増やしたほうがよい。また、本実施例では、電池パック１の上下方向（重力方向）における接触部３２ｃ１〜３２ｃ３の長さ（言い換えれば、冷却液４の液面に対する突出量）が略等しくなっているが、これらの接触部３２ｃ１〜３２ｃ３の長さを異ならせてもよい。この場合には、長さが長いほうの接触部が冷却液４中に進入することになる。

さらに、接触部３２ｃ１〜３２ｃ３の形状（電池ユニット２側から見たときの形状）は、図２に示す形状に限るものではない。すなわち、冷却液４に接触できるものであれば、いかなる形状であってもよい。

一方、上述した実施例１の構成に加えて、又は、実施例１の構成とは別に、収容室３ａ内の圧力を検出するための圧力センサを、収容室３ａ内に設けることができる。以下、具体的に説明する。

単電池２０ａの端子部２０ｂの近傍からガスが発生した場合には、収容室３ａ内の圧力が上昇することになる。この場合において、収容室３ａ内に圧力センサを設けておけば、収容室３ａ内の圧力変化を精度良く検出することができる。

具体的には、圧力センサを、電池ユニット２、特に、バスバー２２に取り付けることができる。この場合には、電池ユニット２をケース３（第１のケース部材３１）内に収容する前に、圧力センサを予め電池ユニット２（バスバー２２）に取り付けておくことができ、電池パック１の組み立て作業を容易に行うことができる。

ここで、収容室３ａ内の圧力変化を検出するのであれば、圧力センサをケース３の内壁面に取り付けることもできる。ただし、上述したように、圧力センサを電源ユニット２に設けておけば、圧力センサの配線および電源ユニット２の配線をまとめた状態で、電池パック１の組み立て作業を行うことができる。特に、圧力センサをバスバー２２に設けるようにすれば、圧力センサを容易に取り付けることができるとともに、圧力センサおよび電源ユニット２の配線をまとめることができる。

本発明の実施例１である電池パックの分解斜視図である。 実施例１の電池パックに用いられる第２のケース部材の内壁面の構成を示す斜視図である。 実施例１の電池パックの断面図である。 実施例１の変形例である電池パックの断面図である。

符号の説明

１：電池パック（蓄電装置）
２：電池ユニット（蓄電ユニット）
３：ケース
４：冷却液
３１：第１のケース部材
３２：第２のケース部材
３２ｂ：凹部
３２ｃ１〜３２ｃ３：接触部
３２ｄ：ガイド部

Claims (7)

1. 蓄電ユニットと、
   前記蓄電ユニットを収容し、前記蓄電ユニットの収容スペースに、前記蓄電ユニットの冷却に用いられる冷却液が充填されたケースと、を有し、
   前記ケースは、前記蓄電ユニットの上方に位置する内壁面において、
   重力方向に対して傾斜して、少なくとも一部が前記冷却液の液面から離れた傾斜面を備え、前記蓄電ユニットからガスが発生した場合に、このガスを所定位置に導くためのガイド部と、
   前記ガイド部の傾斜面に対して前記蓄電ユニット側に突出して、前記冷却液と接触する接触部と、を有することを特徴とする蓄電装置。
2. 前記ガイド部を複数有しており、
   前記複数のガイド部は、前記内壁面における外縁部から前記所定位置に向かって延びていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記ガスを検出するためのガスセンサを有しており、
   前記ガスセンサは、前記ケースにおける前記所定位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
4. 前記ケースにおける前記所定位置に接続され、前記ガスを前記蓄電装置の外部に導くための放出機構を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電装置。
5. 前記蓄電ユニットは、複数の端子部を有しており、
   前記複数の端子部から前記所定位置までの距離が、互いに略等しいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電装置。
6. 前記ケース内の圧力を検出するための圧力センサを有するとともに、前記蓄電ユニットが複数の蓄電体を含んでおり、
   前記圧力センサは、前記複数の蓄電体を電気的に接続するための接続部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電装置。
7. 前記ケースは、
   前記蓄電ユニット及び前記冷却液を収容するための開口部を備えた第１のケース部材と、
   前記開口部を覆うように前記第１のケース部材に取り付けられ、前記接触部及び前記ガイド部を備えた第２のケース部材と、を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電装置。