JP6551177B2 - 電池ユニット - Google Patents

Description

本発明は、複数の単電池を備えた電池ユニットに関する。

従来から複数の単電池を備えた電池ユニットが知られている。電池ユニットを構成する複数の単電池は、充放電が可能な二次電池で、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等である。

こうした二次電池は、内部短絡や外部短絡等に起因してガスが発生することが知られている。かかるガスを外部空間に放出するために、電池ユニットに排気通路を設けることが、従来から提案されている。

例えば、特許文献１には、複数の蓄電器を筐体に収容した蓄電モジュールが開示されている。この特許文献１において筐体は、複数の蓄電器が配置される第１室と、第１室から隔絶され、蓄電器から噴出した噴出物（ガス）が放出される第２室と、を備えている。第２室に放出されたガスは、外部に放出される。

特開２０１０−１１３９９９号公報

ところで、ガスが生じた場合は、短絡等が生じており、単電池に異常が生じていると判断できる。したがって、ガスの放出は、迅速に検知されることが望ましい。しかし、複数の単電池が並列に接続されている場合、一つの単電池が短絡したとしても、電池電圧は、大きく変化しない。そのため、一つの単電池の短絡、ひいては、一つの単電池からのガスの放出を検出するためには、専用の検出手段が必要であった。しかし、ガス放出を検知するために専用の検出手段を設けた場合、電池ユニットの構成が複雑になり、また、コストの増加も招く。

そこで、本発明では、専用の検出手段を設けることなく、単電池からのガスの発生が検知できる電池ユニットを提供することを目的とする。

本発明の電池ユニットは、複数の単電池と、前記単電池から放出されたガスが流れる排気通路と、前記排気通路と外部空間とを連通する排気出口と、電圧を検出するために、前記単電池に接続された１以上の電圧検出線と、を備え、前記１以上の電圧検出線は、前記排気出口を通過するように配策されており、前記１以上の電圧検出線の耐熱温度は、前記ガスの温度よりも低い、ことを特徴とする。

本発明によれば、電圧検出線が、排気出口を通過するように配策されているため、単電池から放出されたガスは、電圧検出線に当たることになる。この場合、ガスが放出された際には、電圧検出線が溶断するため、電圧検出線からの出力信号に基づいて、ガスの放出の有無を検出することができる。結果として、専用の検出手段を設けることなく、単電池からのガスの発生が検知できる。

本発明の実施形態である電池ユニットの外観を示す概略斜視図である。 電池ユニットの要部構成の分解斜視図である。 電池ユニットを幅方向に延びる切断線で切断した断面図である。 電池ユニットを長手方向に延びる切断線で切断した断面図である。 負極バスバーの底面図である。 負極バスバーモジュールの底面図である。

以下、本発明の実施形態である電池ユニット１０について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である電池ユニット１０の外観を示す概略斜視図である。また、図２は、電池ユニット１０の要部構成の分解斜視図である。また、図３、図４は、電池ユニット１０の概略断面図であり、図３は、幅方向に延びる切断線での断面図であり、図４は、長手方向に延びる切断線での断面図である。

電池ユニット１０は複数の単電池１２を備えている。単電池１２は、充放電可能な二次電池であり、例えば、円筒型のケースに収められたニッケル水素電池、リチウムイオン電池等である。単電池１２の軸方向両端には、単電池１２の電極が設けられている。図２に図示する電池ユニット１０は、６０個の単電池１２を有しており、この６０個の単電池１２は、４列１５行の配列で並べられている。６０個の単電池１２は、１５個ごとにブロック分けされる。同一の電池ブロックに属する１５個の単電池１２は、後述する正極バスバーおよび負極バスバー３４により並列接続される。また、１５個の単電池１２を並列接続した電池ブロックは、他の電池ブロックに直列接続される。

単電池１２の負極側端面には、単電池１２内で生じたガスの放出を許容する排出弁（図示せず）が設けられている。この排出弁は、単電池１２の内圧が上昇したときに開放できるのであれば、その構成は特に限定されない。排出弁は、例えば、単電池１２の外装ケースを局所的に肉薄にして構成できる。過充電や過放電、短絡等に起因して単電池１２の内部でガスが発生し、当該単電池１２の内圧が上昇すると、当該排出弁（肉薄部）が破断して、ガスが単電池１２の外部へ放出される。

各単電池１２は、正極がある端面を上に向けた起立姿勢で保持される。各単電池１２は、その下端部が電池ホルダ１４に設けられた収容孔１６に収容されて、電池ホルダ１４に保持される。電池ホルダ１４は略板形状であり、板平面に収容孔１６が二次元的に配置されている。この実施形態では、収容孔１６は、４列１５行の配列で並べられており、隣の列の収容孔１６同士は、半ピッチずれて配置されている。

各収容孔１６は、単電池１２の円柱形状と嵌まり合う円筒形状であり、この円筒内に単電池１２が挿入され、電池ホルダ１４に起立保持される。収容孔１６の円筒中心軸線方向の長さは、保持した単電池１２がぐらつかないよう十分な長さとなっている。収容孔１６は、電池ホルダ１４を、その板厚方向において貫通しており、単電池１２の下端は下方に露出している。電池ホルダ１４は、発生した熱を均等に分散して単電池１２間での温度のバラツキを低減するために、アルミニウム等の高伝熱材料からなる。

単電池１２の群の周囲を囲うように側方カバー１８が設けられている。側方カバー１８は、その下端が電池ホルダ１４の上面に当接した状態で、電池ホルダ１４に固定されている。側方カバー１８は、その上端近傍に天井板２０を有する。天井板２０には、配列された各単電池１２にそれぞれ対応する保持開口２２が設けられている。さらに、側方カバー１８の上端は、上方カバー２４で覆われている。

電池ホルダ１４の下方には排気カバー２６が配置される。この排気カバー２６は、その周縁が上方にせり上がった、略舟形となっている。電池ホルダ１４と排気カバー２６は、後述する負極バスバーモジュール３０および封止スポンジ３２を挟持している。負極バスバーモジュール３０および封止スポンジ３２によって、電池ホルダ１４と排気カバー２６の間が封止される。結果として、電池ホルダ１４と排気カバー２６との間には、単電池１２から放出されたガスが流れる排気通路２８が形成される。単電池１２から排気通路２８に放出されたガスは、後述する排気開口４２を通過して、排気出口４４に至り、最終的に電池ユニット１０の外部に放出される。排気出口４４から排出されたガスは、更に排気管またはダクト（不図示）によって適切な位置に導くようにすることができる。

単電池１２の軸方向両側には、単電池１２の正極および負極に電気的に接続するための正極バスバー（図示せず）および負極バスバー３４が設けられている。正極バスバーおよび負極バスバー３４の構成は、ほぼ同じであるため、以下では、負極バスバー３４の構成のみを説明する。

図５は、負極バスバー３４の底面図であり、図６は、負極バスバーモジュール３０の底面図である。本実施形態の電池ユニット１０は、電池ブロックと同数の負極バスバー３４、すなわち、四つの負極バスバー３４を有している。四つの負極バスバー３４は、樹脂部分３６で一体化され、負極バスバーモジュール３０を構成する。なお、図５、図６において、負極バスバー３４部分は、薄墨ハッチングを、樹脂部分３６は、クロスハッチングを施している。

各負極バスバー３４は、一つの電池ブロックを構成する１５個の単電池１２の負極を電気的に接続する部材である。各負極バスバー３４は、導電性材料、例えば、銅等からなる平板状部材である。負極バスバー３４は、配列された各単電池１２に対応する貫通開口３８が設けられている。貫通開口３８は個々の単電池１２に対して１個ずつが設けられ、対応する単電池１２の下端の面が排気通路２８に対して露出するようにしている。単電池１２から放出されたガスは、この貫通開口３８を通過して排気通路２８に至る。

貫通開口３８内には、負極バスバー３４の一部である接続片４０が位置している。この接続片４０は、適度な弾性を有した板バネ状になっており、先端に近づくほど、単電池１２の負極に近づくように傾斜している。接続片４０の先端は、対応する単電池１２の負極に接触している。

同様に、正極バスバーも、一つの電池ブロックを構成する１５個の単電池１２の正極に接触している。一つの電池ブロックを構成する１５個の単電池１２は、この正極バスバーおよび負極バスバー３４により並列接続される。さらに、一つの電池ブロックに接続された正極バスバーは、図示しないブロック間バスバーを介して、他の電池ブロックに接続された負極バスバー３４に接続される。これにより、各電池ブロックは、他の電池ブロックに直列接続される。

各負極バスバー３４の底面（単電池１２と逆側の面）には、電圧検出線５０が、接続されている。電圧検出線５０は、単電池１２の電圧を検出するための信号線であり、銅等からなる芯線の周囲をエナメル等の絶縁体で被覆して構成される。各電圧検出線５０の先端は、対応する負極バスバー３４の幅方向端部に電気的に接続され、接点を構成する。負極バスバー３４に接続された電圧検出線５０は、負極バスバー３４の下側の空間、すなわち、排気通路２８を通って、長手方向一端側（排気出口４４側）に引き回される。そして、四つの電圧検出線５０は、長手方向一端近傍において、幅方向中央に集められた後、電池ユニット１０の外部に引き出される。外部に引き出された電圧検出線５０は、図１に示すように、排気出口４４を横断して通過するように、上方に屈曲された後、図示しない制御回路等に接続される。このように、電圧検出線５０を、排気出口４４を通過するように配策する理由については、後に詳説する。

四つの負極バスバー３４は、樹脂モールドされて、導体の負極バスバー３４と樹脂部分３６が一体となった負極バスバーモジュール３０を構成する。樹脂部分３６は、図６においてクロスハッチングが施された部分であり、負極バスバー３４の少なくとも一方の面に積層されている。樹脂部分３６は、電池ホルダ１４および排気カバー２６との密着性を良好とするために軟質樹脂製とすることが望ましい。負極バスバーモジュール３０の長手方向の端部近傍には、排気開口４２が設けられている。排気開口４２は、排気通路２８に流れるガスを電池ホルダ１４に設けられた排気出口４４に送るための開口である。

以上の構成の電池ユニット１０において、ガス放出の検出について説明する。既述した通り、過充電や過放電、短絡等に起因して、単電池１２からガスが放出することがある。単電池１２でガスが生じると、単電池１２に設けられた排気弁が開放され、ガスが、排気通路２８に放出される。排気通路２８に放出されたガスは、通常、非常に高温で、例えば、４００度前後となっている。排気通路２８に放出されたガスは、図４において太線矢印で示すように、負極バスバーモジュール３０に設けられた排気開口４２を通って、排気出口４４へと向かい、当該排気出口４４から外部に放出される。

ここで、このようにガスが放出した場合、単電池１２には、何らかの異常が生じていると考えられる。したがって、ガスの放出は、単電池１２の異常を検出するために、迅速に検出されることが望ましい。しかしながら、複数個の単電池１２が並列接続されている構成の場合、この複数個のうち一つの単電池１２が短絡したとしても、電池電圧は、大きく変化しない。そのため、従来は、一つの単電池１２からのガスの放出、ひいては、一つの単電池１２の短絡を検出するためには、専用の検出手段が必要であった。しかし、ガスの放出検出のために、専用の検出手段を設けた場合、構成が複雑化したり、コストが増加したりする。そこで、本実施形態では、専用の検出手段を設けることなく、ガスの放出を検出するために、電圧検出線５０を、排気出口４４を通過するように配策している。

すなわち、排気出口４４とは、単電池１２から放出されたガスが、必ず通過する箇所である。かかる排気出口４４を通過するように電圧検出線５０を配策しておけば、単電池１２から放出されたガスは、必ず、電圧検出線５０に当たることになる。単電池１２から放出されるガスは、通常４００度前後の高温である。一方、電圧検出線５０は、高温環境下での使用は想定されておらず、その耐熱温度は、ガス温度よりも十分に小さい。そのため、電圧検出線５０にガスが当たると、電圧検出線５０が溶断してしまい、対応する電池ブロックの電圧値が急激に低下することになる。つまり、電圧検出線５０が排気出口４４を通過する構成とすれば、ガスの放出に伴い検出電圧の急低下（または検出不能）が生じるため、専用の検出手段を設けなくても、ガスの放出の有無を判断することができる。

また、負極側には、複数（本実施形態では四つ）の電圧検出線５０が設けられているが、本実施形態では、全ての電圧検出線５０を、排気出口４４を通過するように配策している。かかる構成とすることで、ガスの放出をより正確に検出することができる。すなわち、検出電圧が急低下する原因としては、電圧検出線５０の溶断以外にも、電圧検出線５０と負極バスバー３４、または、電圧検出線５０と制御回路の端子との接触不良等もある。ガスの放出を正確に検出するためには、検出電圧の急低下の原因が、こうした接触不良に因るものか、ガスの放出に因るものかが区別できることが望ましい。

ここで、接触不良は、通常、複数の電圧検出線５０全てで同時に生じることは殆どない。一方、本実施形態のように、複数の電圧検出線５０全てが排気出口４４を通過するように配策しておけば、ガスが放出された場合、全ての電池検出線が、溶断し、検出電圧の急低下が生じる可能性が高い。したがって、複数の電圧検出線５０全てが排気出口４４を通過するように配策しておけば、同時に検出電圧が急低下した電圧検出線５０の本数を確認することで、接触不良、ガスの放出のいずれが生じたかを推測することができる。ひいては、ガスの放出の有無をより正確に判断することができる。

また、本実施形態では、複数の電圧検出線５０が、互いに幅方向に間隔を開けた状態で、排気出口４４を横断するように配策している。その結果、複数の電圧検出線５０は、排気出口４４を覆う格子のように機能する。そして、これにより、異物が排気出口４４から電池ユニット１０の内部に進入することが効果的に防止される。

また、これまでの説明で明らかな通り、本実施形態では、電圧検出線５０と負極バスバー３４との接点が、排気通路２８内に設けられている。その結果、接点への異物混入等が防止され、ひいては、接点の接触不良等が効果的に防止される。

なお、これまで説明した構成は一例であり、１以上の電圧検出線５０が、排気出口４４を通過するように配策されているのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本実施形態では、四つの電圧検出線５０全てが排気出口４４を通過する構成としているが、排気出口４４を通過する電圧検出線５０は、１本でもよい。また、本実施形態では、円筒状の電池を例に挙げて説明したが、本実施形態の技術は、ガスを放出し得る二次電池であれば、他の形態の電池でもよい。例えば、本実施形態の技術は、一端面に、負極端子および正極端面が形成された角型電池を有した電池ユニットに適用されてもよい。

１０ 電池ユニット、１２ 単電池、１４ 電池ホルダ、１６ 収容孔、１８ 側方カバー、２０ 天井板、２２ 保持開口、２４ 上方カバー、２６ 排気カバー、２８ 排気通路、３０ 負極バスバーモジュール、３２ 封止スポンジ、３４ 負極バスバー、３６ 樹脂部分、３８ 貫通開口、４０ 接続片、４２ 排気開口、４４ 排気出口、５０ 電圧検出線。

Claims (1)

1. 複数の単電池と、
   前記単電池から放出されたガスが流れる排気通路と、
   前記排気通路と外部空間とを連通する排気出口と、
   電圧を検出するために、前記単電池に接続された１以上の電圧検出線と、
   を備え、
   前記１以上の電圧検出線は、前記排気出口を通過するように配策されており、
   前記１以上の電圧検出線の耐熱温度は、前記ガスの温度よりも低い、
   ことを特徴とする電池ユニット。

Images