JP5692371B2 - バスバーケース、蓄電装置、車両 - Google Patents

Description

本発明は、複数の単電池を並べた蓄電装置に関する。

車両用の蓄電装置として、複数の単電池をバスバーを介して直列に接続した組電池が知られている。単電池には、電解液が収容されており、電池異常になるとこの電解液がガス化して単電池の内圧が高まる。そこで、単電池には、ガスを放出するためのガス放出弁が設けられる。

上記ガス放出弁から排出されるガスは、排ガスホースによって所定のスペースに導かれる。排ガスホースは、例えば、電池モジュールに排ガスホースの外れを防止するための係合部を設け、この係合部と排ガスホース側に設けられる被係合部とを係合させることにより、電池ジュールに固定される。

このほか、特許文献１及び２は、バスバーケースと、排ガス流路を形成する排ガスダクトとを一体成型する技術を開示する。

特開２００２−１３４０７８ 特開２０１０−２０５５０９

しかしながら、上記従来技術では、バスバーケースと排ガス流路の一部とが一体不可分の関係となるため、例えば排ガス流路の流路形状を変更する場合、バスバーケースと新たな排ガス流路の一部とが一体化された部材を再度設計しなおさなければならない場合があるという問題があった。

そこで、本願発明は、排ガス流路の流路形状の変更にも柔軟に対応することができ、かつ排ガスホースを組電池に強固に固定することのできる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のバスバーケースは、（１）複数の単電池が第１方向に配列された組電池に固定されるバスバーケースである。各単電池の上端面には、第１方向と直交する第２方向における中央位置にガス放出弁が設けられるとともに、第２方向におけるガス放出弁の両側に電極端子がそれぞれ設けられている。バスバーケースは、第１のバスバー保持部と、第２のバスバー保持部と、アーチ部とを有する。第１のバスバー保持部は、第１方向に延びてガス放出弁から排出されたガスが導かれるガスホースに対して、第２方向の一方側に配置されるとともに、ガス放出弁に対して第２方向の一方側に設けられた電極端子に接続される複数のバスバーを保持する。第２のバスバー保持部は、ガスホースに対して、第２方向の他方側に配置されるとともに、ガス放出弁に対して第２方向の他方側に設けられた電極端子に接続される複数のバスバーを保持する。アーチ部は、第１のバスバー保持部および第２のバスバー保持部をつなぐ。第１のバスバー保持部および第２のバスバー保持部が複数の単電池に固定されたとき、ガスホースが、単電池の上端面およびアーチ部の間に配置される。

（２）（１）の構成において、ガスホースはガスを一方向に排出し、複数のアーチ部が第１方向に配列されている。第１方向における組電池の中央位置よりもガスの排出方向下流側に配置されるアーチ部の数が、第１方向における組電池の中央位置よりもガスの排出方向上流側に配置されるアーチ部の数よりも多いことが望ましい。

（３）本発明の蓄電装置は、（１）又は（２）のバスバーケースと、バスバーケースが固定される組電池と、第１のバスバー保持部および第２のバスバー保持部のそれぞれにより保持される複数のバスバーと、ガスホースと、を備える。

本発明によれば、排ガス流路の流路形状の変更にも柔軟に対応することができ、かつ排ガスホースを組電池に強固に固定することができる。

蓄電装置の分解斜視図である。 バスバーモジュールが装着された組電池を上方から見た平面図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 車両に搭載するために複数の蓄電装置を組み合わせて配置した状態を示す概観斜視図である。

図１を参照して、本実施形態に係るバスバーケースを備える蓄電装置について説明する。図１は、蓄電装置の分解斜視図である。図２、はバスバーモジュールが装着された組電池を上方から見た平面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。図４は、車両に搭載するために複数の蓄電装置を組み合わせて配置した状態を示す概観斜視図である。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する三軸であり、Ｙ軸方向は単電池の積層方向（所定方向）および排ガス排出方向に対応している。

本実施形態に係る蓄電装置は、車両に搭載することができ、この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両の走行エネルギ（運動エネルギ）を発生させる動力源として、蓄電装置の他に、内燃機関や燃料電池を備えた車両である。また、電気自動車は、蓄電装置の出力だけを用いて車両を走行させるものである。

ここでの蓄電装置は、複数の単電池６０１を電気的に直列に接続してなる組電池６を有している。ここで、複数の単電池６０１は、図１に示すＹ軸方向（第１方向）に配列（スタック）されている。これら複数の単電池それぞれの隣接する２つの単電池６０１の間には、スペーサ（不図示）が配置されている。スペーサは、隣り合って配置された２つの単電池６０１の間に、単電池６０１の温度調節に用いられる空気等を移動させるためのスペースを形成する。

なお、ここでの単電池６０１としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。一方、組電池６を構成する単電池６０１の数は、組電池６に持たせる出力性能に基づいて適宜設定することができる。

組電池６のＹ軸方向の両端部には、不図示のエンドプレートが位置する。これらのエンドプレートは、図示しない拘束バンドにより連結されており、拘束バンドにより互いに接近する方向に加圧されている。これにより、組電池６の電池性能を維持することができる。

単電池６０１は、たとえば、角型の電池ケースの内部に図示しない発電要素を収容したリチウムイオン電池である。発電要素は、電池ケースの内部に巻かれた状態で収納されている。発電要素は、正極体と、負極体と、正極体と負極体との間に配置されたセパレータとで構成される。正極体は、集電体と、集電体の表面に形成された正極層とで構成される。正極層は、正極に応じた活物質や導電剤などを含む層のことである。正極層の活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用いることができる。負極体は、集電体と、集電体の表面に形成された負極層とで構成される。負極層は、負極に応じた活物質や導電剤などを含む層のことである。負極層の活物質として、カーボンを用いることができる。また、導電剤として、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブを用いることができる。

単電池６０１のケース上端面には、突状の正極端子６０１ｐ及び負極端子６０１ｍが設けられる。これらの正極端子６０１ｐ及び負極端子６０１ｍはＸ軸方向（第２方向）に並んでいる。Ｙ軸方向に隣接する単電池６０１は、互いに正極端子６０１ｐ及び負極端子６０１ｍの位置が逆である。すなわち、一方の単電池６０１の正極端子６０１ｐ及び他方の単電池６０１の負極端子６０１ｍはＹ軸方向において向き合っており、バスバー２により電気的及び機械的に接続されている。

正極端子６０１ｐ及び負極端子６０１ｍの間（上端面の所定方向と直交する方向における略中央位置）には、ガス放出弁が形成されている。ガス放出弁は、破壊式の弁である。ガス放出弁は、過充電などの際に発生したガスにより電池ケースの内圧が高まると破壊される。これにより、単電池６０１の内圧上昇を抑制できる。

Ｙ軸方向に複数個スタックされた単電池６０１の上端面側には、上記ガス放出弁からガスが排出される際に、ガスを所定スペースに導くための排ガスホース３が配置される。排ガスホース３は、Ｙ軸方向に延びる部材であり、Ｚ軸方向における下部の少なくとも上記ガス放出弁に対応する位置に開口が設けられており、且つＹ軸方向におけるガスを排出するための所定スペース側（ガス排出方向下流側）の端部が末広がりのノズル形状に形成された排気ノズル３ｎとなっている。

また、バスバーケース１におけるバスバー２が保持されている部分は、カバー４０１およびカバー４０２により覆われ、保護される（図１を参照）。

次に、バスバーケース１について詳細に説明する。

バスバーケース１は、例えば絶縁性の樹脂から形成することができ、第１のバスバー保持部１０１ａ、第２のバスバー保持部１０１ｂ、複数のホース保持部１０２を備えている。第１のバスバー保持部１０１ａと第２のバスバー保持部１０１ｂは、バスバー保持部を構成している。

バスバー保持部は、所定方向（Ｙ方向）に配列され且つそれぞれがガス放出弁を有する複数の単電池６０１における隣接する単電池間をそれぞれ電気的に接続するための複数のバスバー２をユニット化して保持する。

ホース保持部１０２は、第１のバスバー保持部１０１ａおよび第２のバスバー保持部１０１ｂと一体的に設けられ、排ガスホース３が単電池６０１の上端面から離れないように、排ガスホース３を保持する。

具体的に、ホース保持部１０２は、バスバー保持部が保持する複数のバスバー２が複数の単電池６０１に固定された際に、単電池６０１の上面との間に排ガスホース３を通すための空間を形成する凹部を有する（図３を参照）。

第１のバスバー保持部１０１ａは、複数の単電池６０１それぞれの、所定方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）における一端側の複数の電極間を接続する複数のバスバー２（第１のバスバー）を保持する。

第２のバスバー保持部１０１ｂは、複数の単電池６０１それぞれの、所定方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）における他端側の複数の電極間を接続する複数のバスバー２（第２のバスバー）を保持する。

ホース保持部１０２は、ガス放出弁をまたいで第１のバスバー保持部１０１ａと第２のバスバー保持部１０１ｂとの間をつなぐ複数のアーチ部１０２ａを有する。

なお、ここでのアーチ部１０２ａは、第１のバスバー保持部１０１ａと第２のバスバー保持部１０１ｂとの間を連続的につなぐ形状となっているが、必ずしもこれに限られるものではない。たとえば、アーチ部１０２ａが、第１のバスバー保持部１０１ａから第２のバスバー保持部１０１ｂまで連続的につながった構成ではなく、途中で途切れている構成とすることもできる。すなわち、結果として組電池６へのホース保持を実現できれば、その形状は問わない。

また、ガスホース３は、所定方向（Ｙ軸方向）における一端側に配置される単電池６０１側から他端側に配置される単電池６０１側へ向かう排出方向にガスを導くように配置される。

ホース保持部１０２は、所定方向（Ｙ軸方向）に配列される複数のアーチ部１０２ａを備え、排出方向における複数の単電池６０１の中央位置よりも排出方向下流側に配置されるアーチ部１０２ａの数が、排出方向における複数の単電池６０１（組電池６）の中央位置よりも排出方向上流側に配置されるアーチ部１０２ａの数よりも多くなるように構成されている（図１および図４を参照）。

正極端子６０１ｐ及び負極端子６０１ｍの外面には、ネジ溝が形成されている。正極端子６０１ｐ及び負極端子６０１ｍには、ナット部材７が締結される。これにより、バスバーケース１が、組電池６に固定される。

また、バスバーケース１の一部が排ガスホース３を組電池６に固定しているため、排ガスホース３を保持するための係合部を排ガスホース３および組電池６側に設ける必要がない。これにより、部品点数及びコストが削減される。

また、バスバーケース１が樹脂で構成されることにより、バスバーケース１の形状の自由度を高めることができる。このような構成とすることにより、複数のバスバー２のユニット化というバスバーケース１本来の機能を損なうことなく、排ガスホース３を保持することができる。

バスバーケース１は、単電池６０１の正極端子６０１ｐおよび負極端子６０１ｍと、ガス放出弁とが位置する組電池６の上端面側から取り付けられるため、取り付け工程を簡素化できる。

なお、本実施例では、いわゆる箱型の単電池６０１に対してバスバーモジュールを装着する場合について例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、複数の円柱形の単電池を電気的に接続した状態でパッケージ化し、当該パッケージ化した単電池を、単電池６０１のように配置してもよい。

１ バスバーケース、１０１ａ バスバー保持部（第１のバスバー保持部）、１０１ｂ
バスバー保持部（第２のバスバー保持部）、２ バスバー、３ 排ガスホース、６ 組電池、６０１ 単電池。

Claims (3)

1. 複数の単電池が第１方向に配列された組電池に固定されるバスバーケースであって、
   前記各単電池の上端面には、前記第１方向と直交する第２方向における中央位置にガス放出弁が設けられるとともに、前記第２方向における前記ガス放出弁の両側に電極端子がそれぞれ設けられており、
   前記バスバーケースは、
   前記第１方向に延びて前記ガス放出弁から排出されたガスが導かれるガスホースに対して、前記第２方向の一方側に配置されるとともに、前記ガス放出弁に対して前記第２方向の一方側に設けられた前記電極端子に接続される複数のバスバーを保持する第１のバスバー保持部と、
   前記ガスホースに対して、前記第２方向の他方側に配置されるとともに、前記ガス放出弁に対して前記第２方向の他方側に設けられた前記電極端子に接続される複数のバスバーを保持する第２のバスバー保持部と、
   前記第１のバスバー保持部および前記第２のバスバー保持部をつなぐアーチ部と、を有し、
   前記第１のバスバー保持部および前記第２のバスバー保持部が前記複数の単電池に固定されたとき、前記ガスホースが、前記単電池の上端面および前記アーチ部の間に配置されることを特徴とするバスバーケース。
2. 前記ガスホースは、前記ガスを一方向に排出し、
   複数の前記アーチ部が前記第１方向に配列されており、前記第１方向における前記組電池の中央位置よりも前記ガスの排出方向下流側に配置される前記アーチ部の数が、前記第１方向における前記組電池の中央位置よりも前記ガスの排出方向上流側に配置される前記アーチ部の数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載のバスバーケース。
3. 請求項１又は２に記載のバスバーケースと、
   前記バスバーケースが固定される前記組電池と、
   前記第１のバスバー保持部および前記第２のバスバー保持部のそれぞれにより保持される複数のバスバーと、
   前記ガスホースと、
   を有することを特徴とする蓄電装置。

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