JP4595433B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は、単電池を複数含む電池モジュールを１又は複数有する組電池に関し、特に、各々の単電池ケースに安全弁が設けられた組電池に関する。

従来より、安全弁が設けられた単電池を複数有する組電池が知られている。安全弁は、充放電時に発生した水素ガスによって単電池の内圧が一定以上に上昇したときに、水素ガスを単電池外部に排出させるものである。例えば特許文献１にこのような組電池が開示されている。特許文献１の発明の実施の形態に開示された組電池は、安全弁を有する単位電池（単電池）を複数並列方向に配置している。各安全弁には、外部の排気部に接続される排ガスチューブが接続されている。具体的には、排ガスチューブは、複数の放出口接続部を有し、各々の放出口接続部を各々の安全弁のガス放出口に嵌合させることにより、安全弁に接続されている。また、特許文献１の従来の技術で開示された組電池では、安全弁のガス放出口にＴ字型のジョイントが設けられ、その両端を排ガスチューブにて順次接続することにより、外部の排気部と接続される排ガスラインが形成されている。

このような組電池では、充放電時に発生した水素ガスにより単位電池の内圧が一定以上に上昇すると、安全弁が作動して、水素ガスをガス放出口から排ガスチューブ（排ガスライン）に排出する。その後、水素ガスは、排ガスチューブ（排ガスライン）を通って外部の排気部から組電池外部へ排出される。このように各々の安全弁から排出された水素ガスを集めて外部へ排出することで、着火防止などの安全対策を図ることができる。

特開２００１−１１０３７７号公報

しかしながら、従来の組電池では、排ガスチューブと安全弁との接続に関して、上記のように、単電池毎に放出口接続部やＴ字型ジョイントなどの接続ノズルを設けていたため、コスト高を招いていた。また、これらの接続部やジョイントなどの接続ノズルから水素ガスが漏れ出ることもあった。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、単電池毎に安全弁が設けられた組電池に関し、安価な組電池を提供することを目的とする。

その解決手段は、単電池ケースの安全弁形成面に安全弁が設けられた単電池を複数含む電池モジュールを、１又は複数有する組電池であって、前記電池モジュールは、この電池モジュールに含まれる複数の前記単電池が、前記安全弁形成面が同方向を向くように配置され、この電池モジュールに含まれる複数の前記単電池について、前記安全弁のいずれをも覆い、前記安全弁形成面との間にガス排出路を構成するガスダクト部材と、少なくとも各々の前記単電池ケースと前記ガスダクト部材との間を気密にシールするシール部材と、を備える組電池である。

前述したように、従来の組電池では、安全弁から出た水素ガスを排出するガス排出路は、安全弁に接続される接続ノズルと、更にこれに接続される排ガスチューブによって構成されていた。
これに対し、本発明では、ガス排出路は、電池モジュールに含まれる単電池の安全弁のいずれをも覆うガスダクトにより、単電池の安全弁形成面との間に構成されている。そして、各々の単電池ケースとガスダクト部材との隙間は、シール部材によって気密にシールされている。このような構成とすることで、従来、単電池毎に取り付けられていた接続ノズルが必要なくなる。従って、電池モジュール及び組電池を安価にできると共に、信頼性を上げることができる。

ここで、「単電池」の形態は特に限定されず、例えば、角型や円筒型とすることができる。また、「単電池ケース」は、樹脂製としても金属製としても、或いは、一部を樹脂製一部を金属製としてもよい。
「電池モジュール」は、これに含まれる複数の単電池が、安全弁形成面が同方向を向くように配置されていればよく、その配置様式は適宜選択できる。例えば、単電池を一列に列置してもよいし、縦横それぞれ複数配置することもできる。特に一列に配置すると各々の単電池を効率よく冷却できるので好適である。

「ガスダクト部材」は、電池モジュールに含まれる複数の単電池について、安全弁のいずれをも覆い、安全弁形成面との間にガス排出路を構成するものであればよく、その材質や形態は特に限定されない。例えば、ガスダクト部材を樹脂製や金属製、セラミック製からなるものとすることができる。特にガスダクト部材を樹脂製とすると、電池モジュール及び組電池の軽量化を図ることができるので好適である。なお、ガスダクト部材は、安全弁のいずれをも覆って安全弁形成面との間にガス排出路を構成すればよい。従って、必ずしも安全弁形成面の全面を覆っている必要はなく、安全弁形成面の一部を覆う形態とすることもできる。
「シール部材」は、少なくとも各々の単電池ケースとガスダクト部材との間を気密にシールするものであればよく、その材質や形態は特に限定されない。例えば、単電池ケースとガスダクト部材との隙間を接着剤等で埋めてもよいし、後述するようにシート状の粘着テープや熱収縮チューブを利用してシールしてもよい。

更に、上記の組電池であって、前記シール部材は、前記ガスダクト部材を各々の前記単電池ケースに固定してなる組電池とすると良い。

本発明によれば、シール部材は、ガスダクト部材と各々の単電池ケースの隙間をシールすると共に、ガスダクト部材を各々の単電池ケースに固定している。このため、ガスダクト部材と単電池ケースを接合するなどの必要が無く、単電池モジュール及び組電池を安価にできる。

更に、上記の組電池であって、前記シール部材は、隣り合う前記単電池ケース同士の隙間をも、気密にシールしてなる組電池とすると良い。

複数の単電池を単に配置した状態では、隣り合う単電池の単電池ケース同士の間に隙間が生じ、この隙間から安全弁より排出された水素ガスが漏れる虞がある。このため、単電池ケース同士を接合するなど、何らかの形で、単電池ケース同士の間に隙間が生じないようにする必要がある。
これに対し、本発明では、シール部材により、隣り合う単電池ケース同士の隙間をも気密にシールしている。このようにガスダクト部材と単電池ケースの間をシールするシール部材を利用すれば、容易かつ安価に単電池ケース同士の隙間をシールできる。

更に、上記のいずれかに記載の組電池であって、前記シール部材は、少なくとも各々の前記単電池ケースと前記ガスダクト部材との間の隙間を塞ぐように、両者を跨いで貼り付けられた粘着テープを含む組電池とすると良い。

本発明によれば、シール部材として粘着テープを利用し、これを単電池ケースとガスダクト部材との間を塞ぐように、両者を跨いで貼り付けている。このようにすることで、単電池ケースとガスダクト部材との間を容易かつ安価にシールできる。また、粘着テープを利用すれば、ガスダクト部材と単電池ケースとの固定も容易にできる。

更に、上記のいずれかに記載の組電池であって、前記シール部材は、各々の前記単電池ケースと前記ガスダクト部材とを包囲し、収縮して各々の前記単電池ケースと前記ガスダクト部材とを互いに圧接させる熱収縮チューブである組電池とすると良い。

本発明によれば、シール部材として熱収縮チューブを利用している。この熱収縮チューブは、各々の単電池ケースとガスダクト部材とを包囲し、収縮して各々の単電池ケースとガスダクト部材とを互いに圧接させる。このようにすることでも、単電池ケースとガスダクト部材との間を容易かつ安価にシールできる。また、熱収縮チューブを利用すれば、ガスダクト部材と単電池ケースとの固定も容易にできる。

更に、上記のいずれかに記載の組電池であって、前記単電池ケースは、ケース表面の少なくとも一部が金属からなり、前記シール部材は、電気絶縁性を有し、前記電池モジュールは、これに含まれる複数の前記単電池について、前記ケース表面のうち、少なくとも金属からなる部分を、前記シール部材で覆ってなる組電池とすると良い。

単電池ケースのケース表面が金属製で、このケース表面が外部に露出していると、表面結露により漏電が生じる恐れもある。
これに対し、本発明では、単電池ケースのケース表面の少なくとも一部が金属からなるが、シール部材は、電気絶縁性を有し、ケース表面の少なくとも金属からなる部分を覆っている。従って、単電池ケースの金属面が外部に露出しないので、表面結露による漏電を確実に防止できる。

更に、上記のいずれかに記載の組電池であって、前記シール部材は、その厚みが０．５ｍｍ以下のシート状である組電池とすると良い。

シール部材がシート状の場合、その厚みが厚いと単電池の冷却性（放熱性）が低下する。具体的には、シール部材の厚みが０．５ｍｍを超えると、冷却性に影響が生じる場合がある。
これに対し、本発明では、シール部材を厚みが０．５ｍｍ以下のシート状としている。従って、単電池の冷却性を十分に確保できる。

更に、上記のいずれかに記載の組電池であって、前記単電池ケースは、前記安全弁形成面が長方形をなす、直方体形状であり、前記電池モジュールは、これに含まれる複数の前記単電池を、前記安全弁形成面の短辺を含み前記安全弁形成面に直交する側面が互いに対向するように列置してなる組電池とすると良い。

前述したように、単電池の配置形態は適宜の形態とすることができるが、その配置形態によっては、単電池の冷却性が劣る場合がある。
これに対し、本発明では、単電池ケースは、安全弁形成面が長方形をなす、直方体形状である。そして、この単電池を、安全弁形成面の短辺を含み安全弁形成面と直交する側面が互いに対向するように列置している。このように、単電池を一列に列置すれば、面積の狭い側面が対向する一方、安全弁形成面の長辺を含み安全弁形成面と直交する面積の広い側面の外側には、同じ電池モジュールに属する単電池は存在しない。従って、この面積の広い側面を通じて各々の単電池を効率よく冷却できる。従って、単電池ひいては組電池の冷却性をより向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
（実施形態１）
図１に本実施形態１に係る組電池１００の斜視図を示す。また、図２に組電池１００を構成する電池モジュール１１０の斜視図を示す。また、図３に電池モジュール１１０の長手方向の縦断面図を示す。更に、図４に図３におけるＡ−Ａ断面図を、図５にＢ−Ｂ断面図を、図６にＣ−Ｃ断面図を示す。

この組電池１００は、電気自動車やハイブリッドカーの電源として用いられる二次電池である。組電池１００は、複数（図１では６個）の電池モジュール１１０から構成されている。隣り合う電池モジュール１１０同士は、電池冷却のための隙間を若干あけて、隣り合う電池モジュール１１０のモジュール正極端子１５１とモジュール負極端子１５２をバスバー部１０１で接続することにより、互いに固定されている（図１及び図６参照）。

組電池１００を構成する各々の電池モジュール１１０は、直方体形状をなす（図１及び図２参照）。電池モジュール１１０は、直列接続された複数の単電池１２０と、各々の単電池１２０の上面（安全弁形成面）１２１ａを覆うガスダクト部材１３０と、両端に位置する単電池１２０の側面（第１側面１２１ｃ，１２１ｄ）をそれぞれを覆うサイドカバー部材１４０と、モジュール正極端子１５１及びモジュール負極端子１５２と、電池モジュール１１０のほぼ全体を覆うシール部材１６０とから構成されている（図１〜図６参照）。

このうち、単電池１２０は、密閉型の二次電池である。単電池１２０は、単電池ケース１２１と、安全弁１２３（内部は図示せず）と、単電池正極端子１２５及び単電池負極端子１２６と、単電池ケース１２１内に収容された発電要素（図示しない）とから構成されている（図３〜図６参照）。また、単電池１２０内部には、電解液が注入されている。
単電池ケース１２１は、直方体形状をなし、全体が金属からなる。単電池ケース１２１は、長方形状をなす上面（安全弁形成面）１２１ａと、これに対向する下面１２１ｂと、上面１２１ａの短辺と下面１２１ｂの短辺とをそれぞれ結ぶ面積の小さい２つの第１側面１２１ｃ，１２１ｄと、上面１２１ａの長辺と下面１２１ｂの長辺とを結ぶ面積の大きい２つの第２側面１２１ｅ，１２１ｆとを有する。

上面１２１ａの中央には、安全弁１２３が設けられている。この安全弁１２３は、充放電時に発生した水素ガスによって単電池１２０の内圧が一定以上に上昇したときに作動し、単電池内部の水素ガスを単電池外部に排出させることができるように構成されている。
また、２つの第１側面１２１ｃ，１２１ｄのうち、一方の第１側面１２１ｃ（図３中、左側の面）には、単電池正極端子１２５が設けられ、他方の第１側面１２１ｄ（図３中、右側の面）には、単電池負極端子１２６が設けられている。そして、隣り合う単電池１２０の単電池正極端子１２５と負極電極端子１２６とは端子接続部１２７により電気的に接続されている。また、電池モジュール１１０の一端（図２中、前方、図３中、左側）に位置する単電池１２０の単電池正極端子１２５はモジュール正極端子１５１と電気的に接続され、他端（図２中、後方）に位置する単電池１２０の単電池負極端子１２６はモジュール負極端子１５２と電気的に接続されている。

発電要素は、複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介して交互に積層されることにより構成されている。複数の正極板からなる正極は、単電池正極端子１２５と電気的に接続され、一方、複数の負極板からなる負極は、単電池負極端子１２６と電気的に接続されている。

電池モジュール１１０を構成する複数の単電池１２０は、各々の上面１２１ａが同方向を向くように配置されている。また、隣り合う単電池１２０の第１側面１２１ｃ，１２１ｄが対向すると共に、各々の単電池１２０の第２側面１２１ｅ，１２１ｆが外側を向くように一列に配置されている（図３参照）。

列置された単電池１２０の上面１２１ａには、安全弁１２３のいずれをも覆うようにして、尚かつ、各々の単電池１２０の上面１２１ａ略全面を覆うようにして、ガスダクト部材１３０が当接している（図３〜図５参照）。具体的には、ガスダクト部材１３０は、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂からなり、電池モジュール１１０の長手方向に延び、長手方向に直交する断面がコ字状をなす。そして、ガスダクト部材１３０の脚部１３０ｋが各々の単電池１２０の上面１２１ａに当接している。この脚部１３１ｋは、安全弁１２３を覆っている部分が薄く、安全弁１２３を覆っていない部分が厚くされている（図４及び図５参照）。このガスダクト部材１３０と各々の単電池１２０の上面との間で、後述するガス排出口１４１ｋに連通するガス排出路１３１が構成されている。

両端の単電池１２０の第１側面１２１ｃ，１２１ｄを覆うサイドカバー部材１４０のうち、一方（図２中、前方、図３中、左側）のサイドカバー部材１４０は、一端に位置する単電池１２０の第１側面１２１ｃ略全面を覆うようにして、この第１側面１２１ｃに当接すると共に、ガスダクト部材１３０の一端に当接している。また、他方（図２中、後方）のサイドカバー部材１４０は、他端に位置する単電池１２０の第１側面１２１ｄ略全面を覆うようにして、この第１側面１２１ｄに当接すると共に、ガスダクト部材１３０の他端に当接している。サイドカバー部材１４０は、ガスダクト部材１３０と同様、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂からなる。サイドカバー部材１４０の上部中央には、ガス排出口１４１ｋを構成する円筒状のガス排出部１４１が一体形成されている。ガス排出口１４１ｋは、単電池１２０の上面１２１ａとガスダクト部材１３０とにより構成されるガス排出路１３１と連通し、単電池１２０から水素ガスが排出された場合、このガス排出口１４１ｋから単電池モジュール外部（組電池外部）に排出される。

シール部材１６０は、厚み約０．１ｍｍのシート状の粘着テープからなる。シール部材１６０は、列置された単電池１２０にガスダクト部材１３０とサイドカバー部材１４０を当接させた状態で、ガス排出部１４１、モジュール正極端子１５１及びモジュール負極端子１５２を除く、全体を覆うように貼り付けられている。これにより、ガスダクト部材１３０とサイドカバー部材１４０は、列置された単電池１２０に固定される。また、ガスダクト部材１３０と単電池１２０との隙間が気密にシールされ、更に、隣り合う単電池１２０間の隙間も気密にシールされる。なお、列置された単電池１２０にガスダクト部材１３０とサイドカバー部材１４０を当接させた状態で、電池モジュール１１０は直方体形状をなすので、シート部材１６０の貼り付けが容易である。

この組電池１００は、公知の手法により製造した単電池１２０を列置し、これにガスダクト部材１３０とサイドカバー部材１４０を所定の位置に当接させる。そしてその状態で、シール部材１６０を貼り付けていき、電池モジュール１１０を作成する。その後、電池モジュール１１０をバスバー部１０１で接続固定すれば、組電池１００が完成する。

このような組電池１００は、ガス排出路１３１が、電池モジュール１１０に含まれる各単電池１２０の安全弁１２３を全て覆うガスダクト部材１３０により、単電池１２０の上面（安全弁形成面）１２１ａとの間に構成されている。そして、各々の単電池ケース１２１とガスダクト部材１３０との隙間は、シール部材１６０によって気密にシールされている。このため、従来、単電池毎に取り付けられていた接続ノズルが必要なくなり、電池モジュール１１０及び組電池１００を安価にできる。

更に、本実施形態１では、シール部材１６０は、ガスダクト部材１３０と各々の単電池ケース１２０の隙間をシールすると共に、ガスダクト部材１３０を単電池ケース１２１に固定している。このため、ガスダクト部材１３０を単電池ケース１２１に別途接合するなどの必要がない。
また、シール部材１６０は、隣り合う単電池ケース１２１同士の隙間をも気密にシールしている。このため、単電池ケース１２１同士の隙間を別途接合等で埋める必要がない。
また、シール部材１６０は、粘着テープであり、単電池ケース１２１とガスダクト部材１３０との間の隙間を塞ぐように、両者を跨いで貼り付けられている。このため、単電池ケース１２１とガスダクト部材１３０との間、単電池ケース１２１同士の間を容易かつ安価にシールできる。また、ガスダクト部材１３０を単電池ケース１２１に容易に固定できる。

また、本実施形態１では、単電池ケース１２１が金属製であるが、シール部材１６０は、粘着テープで電気絶縁性を有し、単電池ケース１２１の金属面（ケース表面）を覆っている。このため、単電池ケース１２１の金属面が組電池外部に露出しないので、表面結露による漏電を確実に防止できる。
また、本実施形態１では、シール部材１６０が厚み０．５ｍｍ以下のシート状であるので、単電池１２０の冷却性を十分に確保できる。
また、本実施形態１では、単電池ケース１２１は、上面（安全弁形成面）１２１ａが長方形をなす、直方体形状であり、各々の単電池１２０を、第１側面１２１ｃ，１２１ｄが互いに対向するように列置している。従って、第２側面１２１ｅ，１２１ｆの外側には、同じ電池モジュール１１０に属する単電池１２０が存在しない。このため、広い面積の第２側面１２１ｅ，１２１ｆを通じて各々の単電池１２０を効率よく冷却できるので、単電池１２０ひいては組電池１００の冷却性を向上させることができる。

（実施形態２）
次いで、第２の実施形態について説明する。なお、上記実施形態１と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
図７に上記実施形態１の図４に相当する断面図を示す。本実施形態２のこの組電池は、シール部材２６０が熱収縮チューブからなる点が、シール部材１６０が粘着テープからなる上記実施形態１の組電池１００と異なる。それ以外は、上記実施形態１と同様である。このシール部材２６０は、単電池ケース１２１とガスダクト部材１３０とを全体的に筒状に包囲し、収縮して各々の単電池ケース１２１とガスダクト部材１３０とを互いに圧接させている。このようにすることでも、単電池ケース１２１とガスダクト部材１３０との間を容易かつ安価にシールできる。また、ガスダクト部材１３０を単電池ケース１２１に容易に固定できる。
その他、上記実施形態１と同様な部分は、上記実施形態１と同様な作用、効果を奏する。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

実施形態１に係る組電池の斜視図である。 実施形態１に係る組電池のうち、電池モジュールを示す斜視図である。 実施形態１に係る組電池を構成する電池モジュールの長手方向の部分断面図である。 実施形態１に係る組電池のうち、図３におけるＡ−Ａ断面図である。 実施形態１に係る組電池のうち、図３におけるＢ−Ｂ断面図である。 実施形態１に係る組電池のうち、図３におけるＣ−Ｃ断面図である。 実施形態２に係る組電池のうち、実施形態１の図４に相当する部分の断面図である。

符号の説明

１００ 組電池
１１０ 電池モジュール
１２０ 単電池
１２１ 単電池ケース
１２１ａ （単電池ケースの）上面（安全弁形成面）
１２１ｂ （単電池ケースの）下面
１２１ｃ，１２１ｄ （単電池ケースの）第１側面
１２１ｅ，１２１ｆ （単電池ケースの）第２側面
１３０ ガスダクト部材
１３１ ガス排出路
１６０，２６０ シール部材

Claims (8)

1. 単電池ケースの安全弁形成面に安全弁が設けられた単電池を複数含む電池モジュールを、１又は複数有する組電池であって、
   前記電池モジュールは、
   この電池モジュールに含まれる複数の前記単電池が、前記安全弁形成面が同方向を向くように配置され、
   この電池モジュールに含まれる複数の前記単電池について、前記安全弁のいずれをも覆い、前記安全弁形成面との間にガス排出路を構成するガスダクト部材と、
   少なくとも各々の前記単電池ケースと前記ガスダクト部材との間を気密にシールするシール部材と、を備える
   組電池。
2. 請求項１に記載の組電池であって、
   前記シール部材は、前記ガスダクト部材を各々の前記単電池ケースに固定してなる
   組電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の組電池であって、
   前記シール部材は、隣り合う前記単電池ケース同士の隙間をも、気密にシールしてなる
   組電池。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の組電池であって、
   前記シール部材は、少なくとも各々の前記単電池ケースと前記ガスダクト部材との間の隙間を塞ぐように、両者を跨いで貼り付けられた粘着テープを含む
   組電池。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の組電池であって、
   前記シール部材は、各々の前記単電池ケースと前記ガスダクト部材とを包囲し、収縮して各々の前記単電池ケースと前記ガスダクト部材とを互いに圧接させる熱収縮チューブである
   組電池。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の組電池であって、
   前記単電池ケースは、ケース表面の少なくとも一部が金属からなり、
   前記シール部材は、電気絶縁性を有し、
   前記電池モジュールは、これに含まれる複数の前記単電池について、前記ケース表面のうち、少なくとも金属からなる部分を、前記シール部材で覆ってなる
   組電池。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の組電池であって、
   前記シール部材は、その厚みが０．５ｍｍ以下のシート状である
   組電池。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の組電池であって、
   前記単電池ケースは、前記安全弁形成面が長方形をなす、直方体形状であり、
   前記電池モジュールは、これに含まれる複数の前記単電池を、前記安全弁形成面の短辺を含み前記安全弁形成面に直交する側面が互いに対向するように列置してなる
   組電池。

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