JP6427941B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電素子と弱熱体とを備える蓄電装置に関する。
蓄電素子を備える蓄電装置において、蓄電素子の安全弁などからの排気の流路を形成するための構成が知られている。
例えば、特許文献1に開示されたリチウムイオン二次電池は、電池容器内のガスを排出するガス排出弁が設けられた蓋体を備えている。また、蓋体には、ガス排出弁から排出されるガスを捕集して所定の排出ダクトに案内し、かつ、電極端子と蓋体とを絶縁するガス捕集絶縁部材が取り付けられている。
特開2012−221837号公報
本発明は、蓄電装置における弱熱体の配置と蓄電素子からの排気の流路の形成とを、簡易な構成で両立させることのできる蓄電装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電装置は、安全弁が設けられた蓄電素子を備える蓄電装置であって、前記蓄電素子の前記安全弁が設けられた側に配置された弱熱体と、前記安全弁に接続された管部材とを備える。
この構成によれば、例えば蓄電素子に接続された電気機器等の弱熱体は、蓄電素子の安全弁の設けられた側に配置される。また、蓄電素子の安全弁からの排気を、管部材を介して、蓄電装置の外部に排出することができる。
つまり、本態様の蓄電装置では、蓄電素子の安全弁側の空間を利用して弱熱体を配置しつつ、安全弁からの排気を、管部材を通じて蓄電装置の外部に導くことができる。
また、蓄電素子に後付けの部品として管部材を配置することが可能であるため、蓄電素子自体を新たに設計および生産する必要はない。
このように、本態様の蓄電装置は、蓄電装置における弱熱体の配置と蓄電素子からの排気の流路の形成とを、簡易な構成で両立させることのできる蓄電装置である。
また、本発明の一態様に係る蓄電装置は、さらに、前記蓄電素子および前記弱熱体を収容する外装体であって、開口が形成された外面を有する外装体を備え、前記管部材は、前記安全弁と前記外装体の前記開口をと接続し、前記開口は、前記外装体において、前記弱熱体を挟んで前記安全弁とは反対側の前記外面に形成されているとしてもよい。
この構成によれば、蓄電素子の安全弁からの排気は、管部材を介して外装体の外方まで導かれる。また、蓄電素子の安全弁と、外装体に設けられる開口との間の距離が比較的短くなる。これにより、例えば、蓄電素子の安全弁からの排気の、外装体の外部への放出を効率よく行わせることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る蓄電装置は、前記管部材は、前記安全弁と前記開口とを直線的に接続する直管状であるとしてもよい。
この構成によれば、蓄電素子の安全弁からの排気は、管部材によってほぼ直線状に形成された流路を通って外装体の外部に放出される。つまり、蓄電素子の安全弁から放出される排気の流れに対する抵抗が低い流路が、管部材によって形成される。その結果、蓄電素子の安全弁からの排気を、より効率よく外装体の外部に放出することができる。
また、本発明の一態様に係る蓄電装置において、前記管部材と前記弱熱体とは、互いに熱的に接続されていない状態で配置されているとしてもよい。
この構成によれば、例えば、蓄電素子が発熱した場合において、その熱の管部材を介した弱熱体への伝導が抑制される。また、例えば、蓄電素子の安全弁が開放されるような事態が生じた場合であっても、安全弁からの排気の熱等から弱熱体を保護することが可能となる。
つまり、通常時または異常時において、蓄電素子に起因する熱からの弱熱体の保護が図られる。
また、本発明の一態様に係る蓄電装置は、さらに、前記蓄電素子を前記安全弁の側から押さえる押さえ部材を備え、前記管部材は、前記押さえ部材に配置されているとしてもよい。
この構成によれば、蓄電素子を固定する押さえ部材を配置することで、蓄電素子に対する管部材の配置までが完了する。これにより、例えば、蓄電装置の生産工程の簡素化、または、蓄電装置の生産のための部品管理の容易化等が図られる。
また、本発明の一態様に係る蓄電装置は、前記蓄電素子、前記管部材および前記開口の組みを複数備え、前記押さえ部材は、複数の前記蓄電素子を、前記複数の前記蓄電素子それぞれの前記安全弁の側から押さえ、複数の前記管部材のそれぞれは、前記押さえ部材に配置されているとしてもよい。
この構成によれば、例えば複数の蓄電素子を外装体に固定する押さえ部材を外装体に配置することで、複数の蓄電素子のそれぞれに対する管部材の配置まで完了する。これにより、例えば、蓄電装置の生産工程の簡素化、または、蓄電装置の生産のための部品管理の容易化等が図られる。
また、本発明の一態様に係る蓄電装置は、前記蓄電装置は、前記蓄電素子を複数備え、前記管部材は、複数の前記蓄電素子のそれぞれに備えられた前記安全弁のうちの少なくとも2つの前記安全弁を一括して前記開口と接続するとしてもよい。
この構成によれば、1つの管部材で、少なくとも2つの蓄電素子それぞれの安全弁からの排気を外装体の外部に放出することができる。これにより、例えば、蓄電装置の構造を、より簡素化することができる。
また、本発明の一態様に係る蓄電装置は、さらに、前記外装体の前記外面の少なくとも一部を覆うように配置されたカバー部材を備え、前記カバー部材は、前記外面の前記開口と対向する位置に配置された断熱部材または耐熱部材を有するとしてもよい。
これにより、外装体の開口から放出された排気は、カバー部材によって、その流れの方向を変更することができる。そのため、例えば、蓄電装置からの排気を、蓄電装置が収容される筐体またはラック等の構造上または配置上の都合に応じた方向に、放出させることができる。また、カバー部材の、開口に対向する位置に断熱部材または耐熱部材が配置されているため、カバー部材が排気の熱等から保護される。
また、本発明の一態様に係る蓄電装置において、前記管部材は、前記管部材の前記安全弁とは反対側の端部が、前記外装体の前記開口から外方に突出するように配置されているとしてもよい。
この構成によれば、管部材の端部の開口から放出される排気が、外装体の外面に直接的に接触することが抑制される。つまり、外装体を、排気の熱および衝撃からより確実に保護することができる。
また、本発明の一態様に係る蓄電装置は、並んで配置された2つの前記蓄電素子を備え、前記弱熱体は、隣り合う2つの電極端子の間であって、前記2つの蓄電素子のうちの一方の蓄電素子の電極端子と、他方の蓄電素子の電極端子との間に配置されているとしてもよい。
この構成によれば、弱熱体を、例えば管部材の配置の妨げとならない位置であって、当該2つの蓄電素子により近い位置に配置することができる。その結果、例えば、蓄電装置の上下方向の寸法(高さ)を小さくすることができる。
本発明における蓄電装置によれば、蓄電装置における弱熱体の配置と蓄電素子からの排気の流路の形成とを、簡易な構成で両立させることができる。
実施の形態に係る蓄電装置の外観を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電装置を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。 実施の形態に係る蓄電素子を内部を透視して示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電装置の管部材およびその周辺の構造を示す第1の断面概要図である。 実施の形態に係る蓄電装置の管部材およびその周辺の構造を示す第2の断面概要図である。 実施の形態の変形例1に係る管部材の概要を示す断面図である。 実施の形態の変形例2に係る管部材を備える蓄電装置の構成概要を示す分解斜視図である。 実施の形態の変形例2に係る侵入抑制部材の第1の例を示す斜視図である。 実施の形態の変形例2に係る侵入抑制部材の第2の例を示す斜視図である。 実施の形態の変形例3に係る管部材の概要を示す断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電装置について説明する。なお、各図は、実施の形態またはその変形例に係る蓄電装置の説明のための図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
また、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
(実施の形態)
まず、実施の形態に係る蓄電装置1の構成について、図1および図2を用いて説明する。
図1は、実施の形態に係る蓄電装置1の外観を示す斜視図である。また、図2は、実施の形態に係る蓄電装置1を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。
なお、これらの図では、Z軸方向を上下方向として示しており、以下ではZ軸方向を上下方向として説明するが、使用態様によってはZ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるため、Z軸方向は上下方向となることには限定されない。以下の図においても、同様である。
また、図1では、カバー部材150によって隠れた部分を点線で示しており、図2では、カバー部材150の図示は省略されている。
蓄電装置1は、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電することができる装置である。例えば、蓄電装置1は、電力貯蔵用途または電源用途などに使用される高電圧の電池モジュールである。
これらの図に示すように、蓄電装置1は、複数の蓄電素子200と、基板600と、複数の蓄電素子200および基板600を収容する外装体100とを備える。
外装体100は、複数の蓄電素子200および基板600などを所定の位置に配置し、複数の蓄電素子200および基板600などを衝撃などから保護する。また、外装体100は、例えばポリカーボネートまたはポリプロピレン(PP)等の樹脂などの絶縁性の材料により構成されており、蓄電素子200および基板600などが外部の金属部材などに接触することを回避する。
本実施の形態では、外装体100は、蓋体30と外装体本体90とを有し、外装体本体90は、図2に示すように、第一本体90aと第二本体90bとを含む。
第一本体90aと第二本体90bとは、例えば同一形状の樹脂製のケースであり、連結部材20によって連結されている。連結部材20は、平板状の部材であり、例えば金属などによって形成されている。これにより、第一本体90a及び第二本体90bを強固に安定して固定することができる。
なお、蓋体30は、第一本体90aおよび第二本体90bの上部の開口を覆うように、第一本体90aおよび第二本体90bに取り付けられる。そのため、蓋体30は、第一本体90aおよび第二本体90bの上側の連結部材としても機能する。
また、本実施の形態では、第一本体90aおよびと第二本体90bのそれぞれには、4つの蓄電素子200が収容されている。
なお、外装体本体90は、このように複数の部材で構成される必要はなく、例えば、8つの蓄電素子200を収容可能な1つのケースによって外装体本体90が実現されてもよい。また、外装体本体90には、例えば、蓄電素子200から発せられる熱を外装体本体90の外部へ放熱するための複数の開口が側面に設けられているが、これら開口の図示は省略している。
また、外装体100に収容される蓄電素子200の数は8には限定されず、少なくとも1つの蓄電素子200が収容されていればよい。
本実施の形態では、第一本体90aに収容された4つの蓄電素子200(第一蓄電素子群)は、バスバーにより直列に接続され、第二本体90bに収容された4つの蓄電素子200(第二蓄電素子群)はバスバーにより直列に接続される。さらに、第一蓄電素子群と第二蓄電素子群とが、バスバーにより直列に接続される。つまり、蓄電装置1が備える8つの蓄電素子200は直列に接続され、外装体本体90に配置された電極端子を介して、8つの蓄電素子200への充電および、8つの蓄電素子200からの放電が行われる。
ここで、蓄電装置1は、上述のように、蓄電素子200間を電気的に接続するバスバー、並びに、外装体100に配置された、外部の装置等との間で電気の充放電を行うための電極端子(外部正極端子及び外部負極端子)等の要素も備えている。
しかしながら、図1および図2、並びに以下の各図においては、主として、本実施の形態に係る蓄電装置1の特徴に関連する要素を図示(模式図も含む)し、バスバー、外部正極端子及び外部負極端子等の他の要素の図示および詳細な説明は省略する。
蓄電素子200は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池(単電池)であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。
また、それぞれの蓄電素子200は、上面に安全弁221を備えている。つまり、それぞれの蓄電素子200は、安全弁221が上方に向くように外装体本体90内に収容されており、内圧が上昇した場合に、安全弁221から上方へ向けてガスを放出する。なお、蓄電装置1が備える複数の蓄電素子200のうちの全ての蓄電素子200が安全弁221を備えていることには限定されず、少なくとも1つの蓄電素子200が安全弁221を備えていればよい。
また、蓄電素子200は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。蓄電素子200の構成の詳細については、図3を用いて後述する。
基板600は、弱熱体の一例であり、蓄電素子200のうちの少なくとも1つの蓄電素子200に電気的に接続される電気機器である。本実施の形態では、基板600は、複数の蓄電素子200の状態を取得し、監視し、制御することのできる基板であり、図示しない配線(リード線)によって複数の蓄電素子200の正極端子または負極端子に接続されている。
具体的には、基板600は、複数の蓄電素子200の充電状態や放電状態(電圧、温度などの電池状態)などを監視するための制御基板である。基板600には、例えば、当該監視、リレーのオン及びオフの制御、ならびに、他の機器との通信を行うための制御回路(図示せず)が設けられている。
なお、蓄電装置1は、電気機器として、基板600ではなく、ヒューズなど他の電気機器を備えてもよい。
本実施の形態の蓄電装置1は、特徴的な構成として管部材40を備えている。管部材40は、蓄電素子200の安全弁221に接続される部材である。また、本実施の形態では、外装体100の一部である蓋体30の外面30aには開口35が形成されており、管部材40は、図2に示すように、蓄電素子200の安全弁221と、開口35とを接続するように配置される。
具体的には、蓄電装置1では、8つの蓄電素子200に対応して8つの管部材40が配置されている。また、第一本体90a側に配置される4つの管部材40、及び、第二本体90b側に配置される4つの管部材40のそれぞれは、1つの押さえ部材60に配置されている。
なお、押さえ部材60は、図2では、第一本体90aに収容された第一蓄電素子群、および、第二本体90bに収容された第二蓄電素子群のそれぞれに1つずつ配置されている。図2では、1つの押さえ部材60は、1つの電子素子群それぞれの安全弁221の上部を覆う程度のサイズであるが、1つの押さえ部材60が、1つの電子素子群の上面を全て覆う程度のサイズであってもよいし、これら2つの蓄電素子群(つまり、図2における8つの蓄電素子200)に跨るように配置されてもよい。また、この場合、後述する電気機器保持部材50は、1つの押さえ部材60に配置された、Y軸方向に並ぶ管部材40の2つの列の間に配置されてもよい。
また、蓋体30の外面30aには、8つの管部材40に対応する8つの開口35が形成されており、かつ、外面30aの少なくとも一部を覆うように配置されたカバー部材150が備えられている。
カバー部材150の側面部150aには、排出口155が形成されており、各開口35からカバー部材150の内容に流入した流体(いずれかの蓄電素子200からの排気)は、排出口155から、カバー部材150の外部に放出される。
押さえ部材60は、蓄電装置1に備えられた部材であり、1以上の蓄電素子200を、各蓄電素子200の安全弁221の側から押さえる部材である。
また、基板600は、蓄電素子200の安全弁221が設けられた側に配置されている。つまり、本実施の形態では、8つの蓄電素子200それぞれの安全弁221が設けられた側(8つの蓄電素子200の上方)に基板600が配置され、基板600は、各蓄電素子200と、図示しないリード線によって接続されている。
また、基板600は、外装体100に備えられた電気機器保持部材50に配置されている。電気機器保持部材50は、複数の蓄電素子200の上方に配置される。より具体的には、それぞれ4つの蓄電素子200を収容する第一本体90aおよび第二本体90bを跨ぐように配置されている。
つまり、第一本体90a側に配置される4つの管部材40と、第二本体90bに配置される4つの管部材40との間であって、かつ、複数の蓄電素子200の上方の空間を利用して、電気機器保持部材50が配置されている。このように各種の部材を配置することで、外装体100の内部空間を有効に利用して各種の部材を配置しつつ、蓄電装置1の組立性及びメンテナンス性を向上させることができる。
本実施の形態に係る管部材40およびその周辺の構造等については、図4および図5を用いて後述する。
次に、蓄電素子200の構成について、図3を用いて説明する。
図3は、実施の形態に係る蓄電素子200を内部を透視して示す斜視図である。
同図に示すように、蓄電素子200は、容器210、正極端子230及び負極端子240を備え、容器210は、上壁である容器蓋部220を備えている。また、容器210内方には、電極体250、正極集電体260及び負極集電体270が配置されており、容器蓋部220には安全弁221が形成されている。なお、容器210の内部には電解液などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。
容器210は、金属からなる矩形筒状で底を備える筐体本体と、当該筐体本体の開口を閉塞する金属製の容器蓋部220とで構成されている。また、容器210は、電極体250等を内部に収容後、容器蓋部220と筐体本体とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。なお、容器210の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼やアルミニウムなど溶接可能な金属であるのが好ましい。
電極体250は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる発電要素である。具体的には、電極体250は、正極と負極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを全体が長円形状となるように巻回されて形成された巻回型の電極体である。なお、電極体250は、平板状極板を積層した積層型の電極体であってもよい。
ここで、正極は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などからなる長尺帯状の導電性の正極集電箔の表面に正極活物質層が形成された電極板である。負極は、銅または銅合金などからなる長尺帯状の導電性の負極集電箔の表面に負極活物質層が形成された電極板である。セパレータは、微多孔性のシートである。
なお、蓄電素子200に用いられる正極、負極及びセパレータは、特に従来用いられてきたものと異なるところはなく、蓄電素子200の性能を損なうものでなければ適宜公知の材料を使用できる。
また、容器210に封入される電解液(非水電解質)としても、蓄電素子200の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく様々なものを選択することができる。
正極端子230は、正極集電体260を介して、電極体250の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子240は、負極集電体270を介して、電極体250の負極に電気的に接続された電極端子であり、いずれも容器蓋部220に取り付けられている。つまり、正極端子230及び負極端子240は、電極体250に蓄えられている電気を蓄電素子200の外部空間に導出し、また、電極体250に電気を蓄えるために蓄電素子200の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。
具体的には、蓄電装置1に備えられた複数の蓄電素子200のうち、外装体100に配置された正極外部端子に最も近い蓄電素子200の正極端子230が正極外部端子と接続される。さらに当該蓄電素子200の負極端子240は、隣り合う蓄電素子200の正極端子230と接続される。
また同様に、当該複数の蓄電素子200のうち、外装体100に配置された負極外部端子側に配置された蓄電素子200の負極端子240が負極外部端子と接続される。さらに、当該蓄電素子200の正極端子230は、隣り合う蓄電素子200の負極端子240と接続される。また、その他の蓄電素子200の正極端子230または負極端子240は、隣り合う蓄電素子200の負極端子240または正極端子230と接続される。
正極集電体260は、電極体250の正極と容器210の側壁との間に配置され、正極端子230と正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体260は、正極の正極集電箔と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成されている。また、負極集電体270は、電極体250の負極と容器210の側壁との間に配置され、負極端子240と電極体250の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体270は、負極の負極集電箔と同様、銅または銅合金などで形成されている。
次に、実施の形態に係る蓄電装置1における管部材40およびその周辺の構造について、図4および図5を用いて説明する。
図4は、実施の形態に係る蓄電装置1の管部材40およびその周辺の構造を示す第1の断面概要図である。
図5は、実施の形態に係る蓄電装置1の管部材40およびその周辺の構造を示す第2の断面図である。
なお、図4は、例えば、第一本体90a(図2参照)のX軸方向の略中心を通るYZ平面で切断した場合の断面の概要が示されている。
また、図5は、第一本体90aに配置された4つの管部材40のうちのいずれかを通るXZ平面で切断した場合の部分断面の概要が示されている。
また、図4および図5において、各蓄電素子200は、断面ではなく側面の外形で現されており、図4において、電極端子(230、240)の図示は省略されている。また、各蓄電素子200の安全弁221は、ドットが付された矩形領域で模式的に図示されている。
なお、図4において、Y軸方向に並べられた4つの蓄電素子200の左側および右側と、外装体本体90の内面との間には隙間が存在しているが、これら隙間はなくてもよい。つまり、外装体本体90の内面が、当該内面に最も近い蓄電素子200の側面と当接していてもよい。これにより、外装体本体90による蓄電素子200の固定がより安定化される。
また、図5についても同様であり、図5における蓄電素子200の左右の側面と、外装体本体90の内面との間に隙間はなくてもよい。つまり、蓄電素子200の左右の側面は、外装体本体90の内面と当接していてもよい。これにより、外装体本体90による蓄電素子200の固定がより安定化される。
これら図4および図5に示すように、管部材40は、蓄電素子200の安全弁221からの排気を外部に導く部材として蓄電装置1に備えられている。本実施の形態では、蓄電素子200および管部材40は外装体100に収容されており、外装体100には開口35が形成されている。つまり、管部材40は、本実施の形態では、安全弁221と外装体100の開口35とを接続する部材として、蓄電装置1に備えられている。
また、基板600は、蓄電素子200の安全弁221が設けられた側(蓄電素子200の上方)に配置されている。
このように、本実施の形態では、蓄電素子200の安全弁221側の空間を利用して基板600を配置しつつ、安全弁221からの排気を、管部材40を通じて蓄電装置1の外部に導く構造が採用されている。
すなわち、安全弁221に比較的に近い空間を有効利用して基板600が配置され、かつ、安全弁221からの排気を蓄電装置1の外部(本実施の形態では外装体100の外部)に導くための流路であって、基板600の配置空間とは物理的に分離された流路が、管部材40によって形成されている。
また、管部材40は、蓄電素子200とは別体の部品(蓄電素子200の製造時に組み込む必要がない部品)として作製することができる。そのため、例えば、既存のリチウムイオン二次電池等の蓄電素子を、本実施の形態に係る蓄電装置1が備える蓄電素子200として採用することができる。
このように、本実施の形態に係る蓄電装置1では、蓄電装置1における基板600の配置と排気の流路の形成(管部材40の配置)とが、簡易な構成で両立されている。
また、開口35は、外装体100において、基板600を挟んで安全弁221とは反対側の外面30a(蓋体30の外面30a)に形成されている。つまり、安全弁221との距離が比較的短くなる位置に開口35が形成されている。これにより、例えば、安全弁221からの排気の、外装体100の外部への放出を効率よく行わせることが可能となる。
本実施の形態では、より詳細には、開口35は、図4および図5に示すように、安全弁221の直上に相当する位置に形成されており、管部材40は、安全弁221と開口35とを直線的に接続する直管状である。
つまり、本実施の形態では、例えば図5に示されるように、基板600は、安全弁221の直上の領域の側方に配置されており、基板600の側方を通過して安全弁221と開口35とを直線的に接続する流路が、管部材40により形成されている。
これより、安全弁221から放出される排気の流れに対する抵抗が低い状態が形成され、その結果、安全弁221からの排気を、より効率よく外装体100の外部に放出することができる。
また、本実施の形態では、開口35は、外装体100の上面に形成されており、1以上の蓄電素子200からの排気は、外装体100の上方に放出される。
これにより、例えば、蓄電装置1の横の機器(例えば、他の蓄電装置、または、制御機器など)が、蓄電装置1から放出される排気から保護される。
また、安全弁221は、蓄電素子200の上面に設けられており、そのため安全弁221からの排気(排出される物質)は、通常は上方に向かって流れる。従って、外装体100の上面から排気を放出することで、蓄電素子200の安全弁221からの排気(排出される物質)を、その流れ方向を変えずに蓄電装置1の外部に導くことができる。そのため排気を効率よく外部に放出することができる。また、排気が、蓄電装置1が備える部材に与えるダメージを抑制することができる。
ここで、蓄電装置1には、蓄電素子200(安全弁221)、管部材40および開口35の組みが8つ備えられている。また、例えば図2に示すように、第一本体90aの中にY軸方向に沿って4つの蓄電素子200が並べられ、第二本体90bの中にY軸方向に沿って4つの蓄電素子200が並べられる。
また、これら蓄電素子200の並びに対応して、Y軸方向に並ぶ4つの管部材40の列が2列形成される。
本実施の形態では、この2列の管部材40列の間に基板600が配置されている。つまり、各安全弁221からの排気の、外装体100の外部への効率的な放出の妨げとならず、かつ、空間を有効に利用する態様で、基板600を配置することができる。
具体的には、例えば、隣り合う2つの電極端子の間であって、並んで配置された2つの蓄電素子200のうちの一方の蓄電素子200の電極端子と、他方の蓄電素子200の電極端子との間に、弱熱体の一例である基板600を配置することができる。
これにより、基板600が、2つの蓄電素子200それぞれの安全弁221からの排気の放出の妨げ(1以上の管部材40の配置の妨げ)とならず、かつ、基板600を、電極端子間のスペースを有効活用して配置することができる。より詳細には、基板600を当該2つの蓄電素子200により近い位置に配置することができる。その結果、例えば、蓄電装置1の上下方向の寸法(高さ)を小さくすることができる。
また、外装体100は、1以上の蓄電素子200を収容するので、ほぼ必然的に、外装体100の高さは、蓄電素子200の高さよりも高くなる。その結果、蓄電素子200の上方にスペースができる場合があり、このスペースに基板600を配置することで、当該スペースの有効活用が実現される。
また、外装体100で蓄電素子200を固定しつつ、基板600を外装体100内に配置しようとすると、必然的に基板600を蓄電素子200の上方に配置することになる。例えば、外装体100で蓄電素子200を固定するために、外装体100の内面と蓄電素子200の側面とが接する構造が採用され、その結果、蓄電素子200の側方に基板600を配置できなくなる。
このような条件下において、上述のように、隣り合う電極端子間等のスペースに基板600を配置することで、各蓄電素子200からの排気の外部への放出の効率化、および、蓄電素子200の上方のスペースの、基板600の配置位置としての有効活用とが実現される。
さらに、蓄電装置1において、管部材40と基板600とは、互いに熱的に接続されていない状態で配置されている。つまり、例えば基板600が管部材40に沿って配置されているような、互いに熱的に接続された状態ではない。
そのため、安全弁221からの排気の熱等から基板600を保護することが可能となる。また、例えば、蓄電素子200が発熱した場合において、その熱の管部材40を介した基板600への伝導が抑制される。
具体的には、本実施の形態に係る基板600は、管部材40と接触しない状態で配置された電気機器保持部材50に保持されている。そのため、通常時において、蓄電素子200の熱が管部材40を介して基板600に伝導することが抑制される。また、仮に、安全弁221が開放し、管部材40が高温になった場合であっても、管部材40から基板600への熱伝導は抑制される。
また、本実施の形態に係る管部材40は、押さえ部材60に配置されており、押さえ部材60によって、少なくとも1つの蓄電素子200が、安全弁221の側から押さえられる。なお、押さえ部材60は、例えばポリカーボネートまたはPP等の樹脂により構成されており、1以上の蓄電素子200を、外装体本体90の底面の方向に付勢する弾性を有している。
本実施の形態では、図2および図5に示されるように、1つの押さえ部材60によって、Y軸方向に並ぶ4つの蓄電素子200が一括して押さえられる。また、1つの押さえ部材60に、当該4つの蓄電素子200(4つの安全弁221)に対応する4つの管部材40が配置されている。
つまり、4つの蓄電素子200を外装体本体90に固定するために、1つの押さえ部材60を外装体本体90に配置することで、当該4つの蓄電素子200のそれぞれに対する管部材40の配置も完了する。
このように、本実施の形態では、1つの押さえ部材60は、4つの蓄電素子200を外装体100内部の所定の位置に固定することができ、かつ、4つの蓄電素子200のそれぞれに対して管部材40を配置する役目も担っている。
これにより、例えば、蓄電装置1の生産工程の簡素化、または、蓄電装置1の生産のための部品管理の容易化等が図られる。
ここで、管部材40のそれぞれは、具体的には、熱硬化性樹脂などの耐熱性樹脂で形成されている。本実施の形態では、管部材40は、フェノール樹脂で形成されている。
なお、管部材40の材質は、フェノール樹脂には限定されず、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、アルキド樹脂、ポリイミド、ポリアミノビスマレイミド、カゼイン樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂であってもよい。また、管部材40は、樹脂ではなく、セラミックスなどの耐熱性部材で形成されていてもかまわない。
なお、上記管部材40の材質についての例示は、後述する各種変形例に係る管部材についても適用される。
ここで、蓄電素子200の内圧が上昇することにより安全弁221が開放された場合、安全弁221からは、高温の排気が高速で放出される。また、当該排気には、微小な粉体混入している場合もある。そのため、仮に、当該排気が、何らか金属部品に接触した場合、当該排気に含まれる粉体が金属部品の表面に高速で接触することによる不具合が発生する可能性がある。
そのため、管部材40の素材としては、金属ではなく、上述のような耐熱性樹脂を採用することが好ましい。なお、基材として金属製の管を用い、当該金属製の管の内面および外面に耐熱性樹脂をコーティングすることで、管部材40を作製してもよい。
また、本実施の形態では、上述のように、各管部材40は押さえ部材60に配置される。従って、例えば耐熱性樹脂により、1以上の管部材40と押さえ部材60とを一体成形することも可能である。
また、例えば、押さえ部材60に、管部材40の外形(軸方向に垂直な断面の外形)に応じた孔を形成し、当該孔に管部材40を嵌め込むことで、押さえ部材60に管部材40を取り付けてもよい。また、この場合、例えばシリコーンゴム等で管部材40と押さえ部材60とを接着してもよい。
また、本実施の形態では、図4および図5に示すように、管部材40は、その端部が、蓋体30の外面30aに形成された開口35に挿入された状態で配置されている。
これにより、安全弁221からの排気が、外装体100の一部である蓋体30に接触することが抑制され、その結果、排気の熱および衝撃からの蓋体30の保護が図られる。つまり、蓋体30が、管部材40を構成する樹脂よりも耐熱性が低い樹脂によって構成されている場合、耐熱性が比較的に高い管部材40によって、蓋体30を保護することができる。
また、管部材40の上端面を、蓋体30の内面(外面30aと反対側の面)における、開口35の周縁に当接させることで、管部材40と開口35とを接続することも可能である。しかしながら、蓋体30の保護、及び、安全弁221からの排気の、外装体100の外部への放出の確実性等の観点からは、管部材40の端部が、開口35に挿入されている方が好ましい。
なお、図4および図5では、管部材40の上端面と、蓋体30の外面30aとは同じ高さ位置になるように、管部材40が配置されている。しかし、管部材40の上端面が蓋体30の外面30aより上に位置してもよい。
つまり、管部材40は、管部材40の安全弁221とは反対側の端部が、外装体100の開口35から外方に突出するように配置されていてもよい。言い換えると、管部材40の端部が、蓋体30の外面30aから突出していてもよい。
この場合、管部材40の当該端部の開口から放出される排気が、蓋体30の外面30aに直接的に接触することが抑制される。つまり、蓋体30を、排気の熱および衝撃からより確実に保護することができる。
以上説明した構成において各開口35から放出された排気は、蓄電装置1が備えるカバー部材150の内部に到達する。
カバー部材150は、外装体100の外面30aの少なくとも一部を覆うように配置された部材である。本実施の形態に係るカバー部材150は、外面30aにおける8つの開口35の配置領域の上方を覆うように、蓋体30に取り付けられている。
なお、カバー部材150の蓋体30への取り付けの手法に特に限定はなく、ネジ等による締結、爪と穴との嵌合による接続、または、接着剤による接着等、各種の手法が採用し得る。
カバー部材150は、例えば、板金に折り曲げ加工および溶接等をすることで、作製される、下方が開放された箱状の部材である。
より詳細には、カバー部材150は、蓋体30の開口35と対向する位置に配置された耐熱部材158と、排出口155が形成された側面部150aとを有する。側面部150aは、カバー部材150の、開口35と耐熱部材158とを結ぶ方向(本実施の形態におけるZ軸方向)と交差する方向に位置する部分である。
このような位置に配置された耐熱部材158には、図4および図5に示すように、各開口35から放出された排気が衝突する。耐熱部材158に衝突した排気は、流れの方向を変え、かつ、流速を低下させて、側面部150aに設けられた排出口155からカバー部材150の外部に排出される。
このように、本実施の形態の蓄電装置1では、外装体100の外部に配置されたカバー部材150を金属で構成することで、高温の排気に対する耐熱性をカバー部材150に持たせている。さらに、各開口35からカバー部材150の内部に流入した排気の進行方向に、耐熱部材158を配置することで、カバー部材150を、排気の熱および衝撃からより確実に保護することができる。
なお、耐熱部材158に代えて、ダンマ材またがグラスウール等で形成された、一般的に断熱部材(断熱材)と呼ばれる部材が、カバー部材150の、開口35と対向する位置に配置されてもよい。この場合であっても、カバー部材150を、排気の熱および衝撃からより確実に保護することができる。
また、排出口155の位置は、図1および図5に示される位置に限定されず、カバー部材150の任意の位置に形成することができる。
つまり、蓄電装置1が設置される環境に応じて、具体的には、蓄電装置1を収容する筐体またはラック等の構造上の都合に応じて、排出口155の位置を決定すればよい。
また、カバー部材150が、上述のように板金を用いて作製された場合、排出口155の形成が容易であるという利点がある。
また、排出口155の数も1以上であればよい。例えば、カバー部材150の側面(Z軸方向に平行な外面)に2つの排出口155を設けることで、2つの排出口155のうちのいずれか一方に、主として外気の流入の役目を担わせることができる。これにより、他方の排出口155からの排気の放出がより効率よく行われる。
また、例えば、カバー部材150の内部または外部に設置された送風機によって、排出口155からの排気を強制的に実行することも可能である。
以上のように、本実施の形態に係る蓄電装置1は、安全弁221が設けられた蓄電素子200と、蓄電素子200の安全弁221が設けられた側に配置された基板600と、安全弁221に接続された管部材40とを備える。
上記構成により、蓄電装置1では、蓄電装置1における弱熱体(基板600)の配置と、1以上の蓄電素子200の安全弁221からの排気の蓄電装置1の外部への効率的な放出のための流路の形成とを、簡易な構成で両立させている。
なお、蓄電装置1は、図2等に示す管部材40とは異なる形状または構造の管部材40を備えてもよい。そこで、以下に、実施の形態に係る管部材40に関する各種の変形例を、上記実施の形態との差分を中心に説明する。
(変形例1)
図6は、実施の形態の変形例1に係る管部材44の概要を示す断面図である。
管部材44は、実施の形態に係る管部材40と同じく、安全弁221と開口35とを直線的に接続する直管状である。しかしながら、本変形例に係る管部材44は、管部材40のような単純な直管状ではなく、安全弁221に近づくに従って内径が大きくなる漏斗部44aを端部に有している。
管部材44は、漏斗部44aを有することで、安全弁221と開口35とを直線的に接続する流路を維持しつつ、管部材44の上端開口の内径の縮小化を実現している。
このように、管部材44の上端開口の内径を小さくすることで、例えば、管部材44の上端開口から異物が侵入する可能性が低減される。また、蓋体30に設けられる開口35の内径も小さくなるため、例えば、開口35が複数存在することによる蓋体30の強度の低下が抑制される。
(変形例2)
図7は、実施の形態の変形例2に係る管部材42を備える蓄電装置1の構成概要を示す分解斜視図である。
図7に示す、実施の形態の変形例2に係る蓄電装置1は、複数の蓄電素子200のそれぞれに備えられた安全弁221のうちの少なくとも2つの安全弁221を一括して開口36と接続する管部材42を備えている。
具体的には、管部材42は、Y軸方向に並べられた4つの蓄電素子200それぞれの安全弁221の全てを一括して開口36と接続している。
また、管部材42は、上面視において矩形の外形を有する角管状の部材である、この管部材42に対応して、外装体100の一部である蓋体30の外面30aには、矩形の開口36が形成されている。
また、本変形例では、管部材42は、押さえ部材60に配置されており、1つの押さえ部材60の配置により、4つの蓄電素子200(4つの安全弁221)に対応する管部材42の配置が完了する。
このように複数の安全弁221からの排気をまとめて開口36に導くことのできる管部材42は、内径が比較的大きくなるため、排気の流れに対する抵抗が低減されるという効果を有する。
また、蓄電素子200と管部材42とは、多対1で対応するため、1つの蓄電装置1に必要な管部材42の数は、蓄電素子200と管部材とが1対1で対応する場合の管部材の必要数よりも少なくなる。このことは、例えば蓄電装置1の生産効率の観点から有利である。
なお、管部材42は、上記実施の形態に係る管部材40と同じく、押さえ部材60と一体成形されていてもよく、互いに別部品として作製された管部材42と押さえ部材60とが、嵌合または接着などの手法により接続されてもよい。
また、例えば管部材42の上端面を、上記実施の形態に係る蓋体30の内面に当接させ、複数の安全弁221からの排気を、管部材42を介して、複数の開口35から放出してもよい。
ここで、蓋体30の開口36を、管部材42の上面視における外形に応じて形成した場合、開口36が、例えば、蓄電装置1を扱う人間の手が入る程度の大きさになる可能性があり、また、塵および埃等の侵入の可能性が高くなる。
そこで、開口36に、異物(手、指、塵および埃等)の侵入を抑制する侵入抑制部材を配置することも考えられる。
図8は、実施の形態の変形例2に係る侵入抑制部材の第1の例を示す斜視図であり、図9は、実施の形態の変形例2に係る侵入抑制部材の第2の例を示す斜視図である。
例えば、図8に示すように、網目部材70を開口36に配置する。網目部材70は、例えば、フェノール樹脂等の耐熱性樹脂で形成された、少なくとも人間の指が入らない程度の大きさの網目を有する部材である。
これにより、開口36に人間の手が挿入されることが防止され、蓄電装置1の安全性がより向上する。
また、例えば図9に示すように、平板部材71を開口36に配置する。平板部材71は、排気の圧力または熱により破断または溶融する平板状の部材であり、例えば樹脂またはセラミックス等で構成される。平板部材71を、開口36に配置することで、塵、埃、および水滴等の開口36の内方への侵入を防止することが可能となる。また、開口36への人間の手の挿入を抑制することができる。
なお、網目部材70および平板部材71それぞれの素材は特定のものに限定されず、蓄電装置1の設置環境、予想される排気の温度、およびコスト等に応じて適宜決定すればよい。
また、網目部材70および平板部材71等の侵入抑制部材の直接的な取り付け先は、開口36ではなく、管部材42の上端開口であってもよい。
また、網目部材70および平板部材71等の侵入抑制部材を、上記実施の形態に係る開口35に配置してもよい。
(変形例3)
図10は、実施の形態の変形例3に係る管部材46の概要を示す断面図である。
管部材46は、実施の形態に係る管部材40と同じく、安全弁221と開口35とを接続する部材である。しかしながら、本変形例に係る管部材46は、管部材40のような直管状ではなく、途中で曲がった形状の管により実現されている。
具体的には、本変形例に係る蓄電装置1では、上記実施の形態1に係る蓄電装置1とは異なり、蓄電素子200の安全弁221の上方の空間に基板600が配置されている。そのため、管部材46は、安全弁221と蓋体30の開口35とを、基板600を避けて接続するように、一部が曲げられた形状を有している。また、開口35の位置も、上記実施の形態とは異なり、安全弁221の直上ではない。
なお、本変形例では、基板600は、押さえ部材60に保持されている。つまり、本変形例に係る押さえ部材60は、1以上の蓄電素子200を押さえる役割に加え、電気機器保持部材50(例えば図2参照)の役割も担う部材である。
また、管部材46は、例えば、押さえ部材60と接触しない状態で配置され、これにより、管部材46と基板600との熱的な接続を断つことが可能である。
このように、安全弁221の上方に基板600が配置されている場合であっても、基板600を避けるように配置された管部材46によって、安全弁221からの排気を、外装体100の外部に放出することは可能である。
なお、管部材46と基板600との間のいずれかの位置に断熱材が配置されてもよい。これにより、例えば管部材46から基板600への熱影響をより確実に抑制することができる。
また、基板600と安全弁221との距離が比較的に短い場合は、例えば、管部材46の内部空間のY軸方向の幅(図10における奥行き方向の幅)を大きくする。これにより、排気の流路の断面積を大きくすることができ、その結果、排気の流れに対する抵抗を低減させることができる。
(他の実施の形態)
以上、本発明に係る蓄電装置について、実施の形態およびその変形例に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、上記実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態またはその変形例に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
例えば、上記実施の形態およびその変形例では、蓄電装置1は、弱熱体として基板600を備えるとした。しかしながら、蓄電装置1が弱熱体として備える部品または部材は、基板600に限定されず、蓄電装置1は、各種の部品または部材を弱熱体として備え得る。
弱熱体は、熱によって機能低下を生じる、例えば、電気機器、または、所定温度よりも低い融点である材料からなる容器などである。
具体的には、電気機器としては、上述の基板600などの監視基板、または、インバータ回路などが例示される。
また、融点が所定温度よりも低い容器としては、上記実施の形態における外装体100の融点以下の融点を有する材料からなる容器が例示される。
なお、上記の「融点」は、「ガラス転移温度」と読み替えてもよい。また、「熱によって機能低下を生じる」とは、熱で動作が狂う(誤作動する)こと、熱で変形すること、熱で損傷すること、および熱で所定の強度よりも強度が低下することなどを含む。
上記各種の弱熱体のいずれが蓄電装置1に備えられた場合であっても、弱熱体を、蓄電素子200の安全弁221が設けられた側に配置し、かつ、管部材40を安全弁221に接続して配置する。これにより、蓄電装置1における弱熱体の配置と蓄電素子200からの排気の流路の形成とが、簡易な構成で両立される。
また、蓄電装置1は、例えば図1に示されるような外装体100を備えなくてもよい。例えば、単なる平板状の部材またはフレーム構造体に1以上の蓄電素子200を固定し、当該1以上の蓄電素子200の上方に、1以上の管部材40が配置された押さえ部材60、および、電気機器保持部材50等を配置することで蓄電装置1が実現されてもよい。
この場合、1以上の管部材40の先端を、例えば、蓄電装置1を収容する筐体またはラック等に設けられた開口、または、筐体またはラック等の外部と連通するパイプと接続する。これにより、1以上の蓄電素子200の安全弁221からの排気を、蓄電装置1の外部、より詳細には、蓄電装置1を収容する筐体またはラック等の外部に放出することができる。
また、例えば、実施の形態において蓄電素子200の安全弁221ごとに配置された管部材40は、丸管である必要はなく、角管であってもよい。また、軸方向に垂直な断面が曲線と直線とによって構成される形状の管によって管部材40が実現されてもよい。
また、管部材40(42、44、46)は、外装体100の一部と一体に成形されていてもよい。例えば、実施の形態に係る蓋体30と8つの管部材40とが、耐熱性樹脂により一体成形されていてもよい。この場合、8つの蓄電素子200および基板600等が配置された外装体本体90に蓋体30を取り付けることで、各蓄電素子200に対する管部材40の配置を行うことができる。
また、外装体100に形成される開口35(36)は、蓋体30の外面30a以外の位置に形成されてもよい。つまり、蓄電素子200の安全弁221と、外装体100の上面以外の面に形成された開口35(36)とが、管部材40等の管部材によって接続されてもよい。
また、蓄電装置1は、カバー部材150を備えなくてもよい。例えば、蓄電装置1が、自動車に搭載される場合、外装体100の1以上の開口35(36)と、当該自動車のエンジンからの排気の流路とを、耐熱性のホースで接続してもよい。これにより、蓄電装置1が備える1以上の蓄電素子200の安全弁221からの排気を、当該自動車の外部に放出することができる。
本発明は、1以上の蓄電素子を備える蓄電装置等に適用できる。
1 蓄電装置
20 連結部材
30 蓋体
30a 外面
35、36 開口
40、42、44、46 管部材
44a 漏斗部
50 電気機器保持部材
60 押さえ部材
70 網目部材
71 平板部材
90 外装体本体
90a 第一本体
90b 第二本体
100 外装体
150 カバー部材
150a 側面部
155 排出口
158 耐熱部材
200 蓄電素子
210 容器
220 容器蓋部
221 安全弁
230 正極端子
240 負極端子
250 電極体
260 正極集電体
270 負極集電体
600 基板

Claims (7)

  1. 安全弁が設けられた蓄電素子を備える蓄電装置であって、
    前記蓄電素子の前記安全弁が設けられた側に配置された、熱によって機能低下を生じる弱熱体と、
    前記安全弁に接続された管部材と、
    前記蓄電素子および前記弱熱体を収容する外装体であって、開口が形成された外面を有する外装体とを備え、
    前記管部材は、前記安全弁と前記外装体の前記開口とを接続し、
    前記開口は、前記外装体において、前記弱熱体を挟んで前記安全弁とは反対側の前記外面に形成されている
    蓄電装置。
  2. さらに、前記外装体の前記外面の少なくとも一部を覆うように配置されたカバー部材を備え、
    前記カバー部材は、
    前記外面の前記開口と対向する位置に配置された断熱部材または耐熱部材を有する
    請求項1記載の蓄電装置。
  3. 前記管部材は、前記管部材の前記安全弁とは反対側の端部が、前記外装体の前記開口から外方に突出するように配置されている
    請求項1または2に記載の蓄電装置。
  4. 前記蓄電装置は、並んで配置された2つの前記蓄電素子を備え、
    前記弱熱体は、隣り合う2つの電極端子の間であって、前記2つの前記蓄電素子のうちの一方の蓄電素子の電極端子と、他方の蓄電素子の電極端子との間に配置されている
    請求項2または3に記載の蓄電装置。
  5. 安全弁が設けられた蓄電素子を備える蓄電装置であって、
    前記蓄電素子の前記安全弁が設けられた側に配置された、熱によって機能低下を生じる弱熱体と、
    前記安全弁に接続された管部材とを備え、
    前記蓄電装置には、並んで配置された2つの前記蓄電素子が備られており、
    前記弱熱体は、隣り合う2つの電極端子の間であって、前記2つの前記蓄電素子のうちの一方の蓄電素子の電極端子と、他方の蓄電素子の電極端子との間に配置されており、
    前記弱熱体は、電気機器である
    蓄電装置。
  6. 前記管部材と前記弱熱体とは、互いに熱的に接続されていない状態で配置されている
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  7. さらに、前記蓄電素子を前記安全弁の側から押さえる押さえ部材を備え、
    前記管部材は、前記押さえ部材に配置されている
    請求項1〜のいずれか1項に記載の蓄電装置。
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