JP6557365B2 - 蓄電装置 - Google Patents
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Description
電池モジュールは、複数の二次電池セルをケース内に配列し、各二次電池セルの正・負極端子を、バスバ等により相互に電気的に接続して構成される。二次電池装置は、このような電池モジュールを1個あるいは複数個備え、その他に電流遮断機構などの部品を備えた構造を有する。また、二次電池装置は、電池の性能、寿命を向上させるためにダクト部等を含む冷却通路を備えている。
二次電池装置は、一方向に整列された複数のバッテリセルと、複数のバッテリセルを覆うカバーとを備えた複数の電池モジュールを有する。バッテリセルの上部にはカバーが配置され、カバーは、バスバーカバーと、脱気カバーと、カバープレートとを含んでいる。ダクト部のインレットから導入された冷媒は、各電池モジュール間、および脱気カバー内から各電池モジュールの二次電池セル間等の冷却通路を流れ、ダクト部のアウトレットから排出される(例えば、特許文献1参照)。
以下、本発明の蓄電装置の第1の実施形態を、図1〜図14を参照して説明する。
なお、以下の説明では、蓄電装置としてリチウムイオン二次電池セルを有する二次電池装置として例示する。
図1は、本発明の第1の実施形態としての二次電池装置1を示す外観斜視図である。二次電池装置1は、ケース2と上カバー3とにより構成される蓄電容器を備えている。二次電池装置1の上面の長手方向両端にはHV端子81および21が設けられている。二次電池装置1は、HV端子81および21にHVケーブルを接続することにより、電気自動車やハイブリッド電気自動車、あるいは電気機器に、電力が供給される。本実施形態では、HV端子81を(+)側、HV端子21を(−)側として例示している。
二次電池装置1の上面には信号用コネクタ71が配置されている。信号用コネクタ71は二次電池装置1のコントローラの信号用コネクタであり、車両側のコントローラと接続されて、情報のやり取りや電源(例えば、12V)の供給を受ける。
なお、以下の説明において、左右方向、前後方向、上下方向を、それぞれ、図示の方向とする。
図2は図1に示す二次電池装置1の分解斜視図であり、図3は図2の反対方向から見た二次電池装置1の分解斜視図であり、図4は図2に図示されたケースの2斜視図である。
ケース2は、底部2aを有し、上方が開口されたボックス状の部材である。
ケース2内には、複数の二次電池セル4、および隣接する二次電池セル4間に介装された仕切り部材5が長手方向(左右方向)に配列されている。また、ケース2内には、二次電池セル4と仕切り部材5とが配列された領域の上方に絶縁カバー6、一対のバンドプレート10、コントロール基板7が収容されている。さらに、ケース2には、図3に図示されるように、二次電池セル4と仕切り部材5とが収容された領域の左側にリレーベース組8およびリレー82が収容されている。図1、2、4に図示されるように、ケース2には、長手方向(左右方向)の右側の側面に、空気などの冷却媒体をケース2内に取り入れる流入口22および冷却媒体をケース2から排出する排出口23が形成されている。
二次電池セル4は、電池缶(電池容器)42と電池蓋41(図2参照)とを接合して構成された蓄電容器すなわち電池容器内に不図示の蓄電素子すなわち発電要素が収容され、非水電解液が注入された角形の二次電池セルである。電池缶42および電池蓋41は、例えば、アルミニウム等の金属により形成されている。
電池蓋41の幅方向(前後方向)の一端側付近には正極外部端子43が、他端側付近には負極外部端子44が設けられている。正・負極外部端子43、44は、それぞれ、発電要素の正・負極の電極に接続されている。正・負極外部端子43、44は、電池蓋41の平坦な上面から上方に突出している。換言すると、正・負極外部端子43、44は電池缶42の上部開口を閉鎖する電池蓋41の上面、すなわち二次電池セル4の一の面に設けられている。
電装品収容部Fb内には、リレーベース組8等の電装品が収容される。
ケース2は、例えば、PBT等の樹脂により形成され、仕切り部291、横リブ24、縦リブ25、隆起部27は、モールド成型により一体に形成される。
上述した通り、ケース2の底部2aに形成された横リブ24と縦リブ25で形成されるセル収納領域Fc内に二次電池セル4の底部側が収納される。各二次電池セル4の間には、横リブ24の厚さ(左右方向の長さ)とほぼ等しい幅の摺動用溝26が介在され、この摺動用溝26内に仕切り部材5が挿通される。仕切り部材5は摺動用溝26を下方向に摺動され、下端がケース2の底部2aに形成された横リブ24の上面に当接した位置で停止する。仕切り部材5の高さ(上下方向の長さ)は、二次電池セル4の高さ(上下方向の長さ)より小さく、仕切り部材5が底部2aの横リブ24の上面に当接した状態では、仕切り部材5の上端は、二次電池セル4の電池蓋41より下方に位置する。この状態が図5に図示されている。
絶縁カバー6は、後述する組電池1Rの周囲を覆う周側部65(図10参照)を有しており、例えば、PPまたはPPE(変性ポリフェニレンエーテル)等の樹脂により形成される。
セル間バスバ9は、コントロール基板7側に延在された端子部9aを有している。コントロール基板7には、コントロール基板7の回路パターンに接続されたコンプレッションターミナル75がはんだ等により接続されている。セル間バスバ9の端子部9aはコンプレッションターミナル75を圧接し変形させた状態で、該コンプレッションターミナル75に接続されている。コントロール基板7は、このようにコンプレッションターミナル75およびセル間バスバ9を介して各二次電池セル4に接続され、各二次電池セル4の電圧を測定、監視している。コントロール基板7には二次電池装置1全体の監視や制御を行うための回路が実装されている他、信号用コネクタ71、72、73が実装されている。信号用コネクタ71は、車両側のコントローラと接続して、情報のやり取りや電源(例えば、12V)の供給を受けている。信号用コネクタ72はサーミスタ用コネクタで一部の二次電池セル4の表面の温度や冷却風の温度の測定値を取り込む。信号用コネクタ73は、組電池1Rの左端側に隣接して配置されたリレーベース組8に、該リレーベース組8に取付けられたリレー82(図3参照)を動作させる電源(例えば、12V)を供給している。このように、二次電池セル4の正極および負極の外部端子43、44上には、強電系回路・配線部材が配設されている。
図8は、図6に図示された二次電池装置1のVIII−VIII線断面図であり、図9は、図8に図示された二次電池装置1の領域IXの拡大図である。
上述したように、ケース2内に収容された組電池1Rの上部には、絶縁カバー6が配置されている。
図10は、図3に図示された絶縁カバー6の下方からの斜視図である。
絶縁カバー6は、左右方向、すなわち二次電池セル4の配列方向に延在された一対の側部61を有する。絶縁カバー6は、また、一対の側部61間において左右方向に配列された複数の中間支持部62を有する。各中間支持部62は、前後方向に延在され、前後方向の各端部付近に形成された一対の押圧部63と、この押圧部63を連結する連結部64とを有する。組電池1Rを構成する各二次電池セル4は、絶縁カバー6の一対の側部61の内側に、側部61の上下方向における中間の深さまで収容される。このとき、中間支持部62は、隣接する二次電池セル4間に配置される。二次電池セル4の配列方向の両端部に位置する一対の中間支持部62aと、一対の側部61とは、組電池1Rの周側面を覆う周側部65を構成する。中間支持部62、62aと一対の側部61は、モールド成型などにより一体に形成されている。
一方、押圧部63は、図9に図示されるように、左右方向に離間された一対の可撓片63aを有する。可撓片63aは、左右方向、換言すれば、二次電池セル4の配列方向に変形可能に形成されている。
上部リブ66a、66bは、セル間バスバ9の境界において、セル間バスバ9よりも上方に突出して形成されているので、セル間バスバ9相互の短絡を防止することができる。また、上部リブ66bは、セル間バスバ9よりも上方に突出して形成されているので、セル間バスバ9間の沿面距離を大きくすることができる。
図11は、仕切り部材の上方からの斜視図である。
仕切り部材5は、矩形形状の枠部51と複数の中間部54とが、モールド成型等により一体に形成された部材である。
枠部51は、上下方向に延在する一対の縦部52と、前後方向に延在する一対の横部53とを備える。各横部53の前後方向の各端部付近には、左右両側面に先細り状に傾斜する傾斜面55a(図9参照)を有する押付部55が形成されている。枠部51内には、前後方向に延在する中間部54が上下方向に所定の間隙をもって設けられている。仕切り部材5には、横部53と中間部54との間、および中間部54間に空隙部Sfが形成されている。
仕切り部材5は、枠部51の下部側の横部53の下面を、ケース2の横リブ24の上面に当接した状態で、二次電池セル4間または組電池1Rの左右方向の両端部に配置される。この状態で、仕切り部5の横部53および中間部54は、二次電池セル4の広側面に沿って電池容器の上面4aと平行に延在されている。
絶縁カバー6の押圧部63と仕切り部材5の押付部55とは、二次電池セル4をその配列方向に押圧するための拡開機構を構成している。以下、図9を参照して、拡開機構について説明する。
組電池1Rは、ケース2内において図9に図示されるように一体化されている。
組電池1Rは次のようにして一体化、すなわち組み立てる。ケース2のセル収納領域Fc(図4参照)のそれぞれに、二次電池セル4を収納し、二次電池セル4間および配列方向の両端それぞれの二次電池セル4の外方に仕切り部材5を取付ける。仕切り部材5は、その縦部52を、ケース2の各側部2bの内側に設けられた摺動用溝26に挿通して取付けられる。
絶縁カバー6上にバンドプレート10を配置し、バンドプレート10を締結部材91によりケース2に固定すると、絶縁カバー6は、絶縁カバー6の押圧部63の根元部63cが二次電池セル4の電池容器の上面4aに当接する位置に押し下げられる。このため、押圧部63の一対の可撓片63aが、押付部55の一対の傾斜面55aに当接して湾曲状に変形し、その先端がそれぞれ左方および右方に張り出す。
図12は、図6に示す二次電池装置のXII−XII線断面図であり、図13は、図6に図示された二次電池装置のXIII−XIII線断面図である。図14(a)は二次電池装置内を流れる冷却媒体の流れを示す斜視図、図14(b)はケースの底部に形成された冷却用溝を説明するための断面図、図14(c)は、図14(b)を上方から観た平面図である。
仕切り部材5の前後方向の長さ(幅)は、二次電池セル4の前後方向の長さ(幅)よりも大きく形成されている。仕切り部材5は、前後方向において、二次電池セル4のほぼ中央に配置される。従って、図13に図示されるように、仕切り部材5の横部53および中間部54は、二次電池セル4の前後方向の各側面からほぼ同じ長さ外方に突出する。なお、上述したように、上下方向においては、仕切り部材5は、上部側の横部53が絶縁カバー6により押圧され、下端がケース2の底部2aの内面に当接した状態でケース2内に取付けられている。この状態で、絶縁カバー6の可撓片63aは、二次電池セル4の配列方向に向けて湾曲するように変形されている。
なお、図12および図13において、太い線で囲まれた領域は冷却通路を示している。
二次電池セル4の配列方向、すなわち左右方向の両端部に位置する一対の中間支持部62aも同様であり、図8に図示されるように、組電池1Rの左右方向の両端部に位置する各二次電池セル4の広側面に対して水密に、または僅かな隙間を存して覆っている。
第1の実施形態では、図1に図示されるように、冷却媒体の流入口22および排出口23が、ケース2の同一の側面である、二次電池セル4の配列方向の右端側に対応する側面に設けられている。このため、二次電池装置1に冷却媒体を導入する導入ダクト210および二次電池装置1から冷却媒体を導出する排気ダクト220を、車両300の同一の側方に集中して配置することができる。これにより、車両300への装着を効率的に行うことが可能となる。また、車載状態における省スペース化を図ることができる。なお、導入ダクト210の中間にはベント用のシャッタ230が配置されている。
(1)二次電池装置1は、電池容器の内部に蓄電素子を収容して成り、正負極端子43,44が一の面に設けられた複数の二次電池セル4と、複数の二次電池セル4を積層して収容するケース2と、ケース2の内壁面と複数の二次電池セル4の容器外面との間に設けられた冷却通路と、ケース2の外壁面に設けられ冷却通路にそれぞれ連通する冷却媒体流入口22および冷却媒体排出口23と、複数の二次電池セル4の一の面側に設けられ、正負極端子43,44間を絶縁する絶縁カバー6と、冷却通路の一の面側を閉鎖する流路閉鎖部材、すなわち側部61とを備える。
側部61が冷却通路の正負極端子側の開放部を閉鎖するようにしたので、冷却通路に浸入した雨水などが正負極端子43,44が配置されている領域Fdまで浸入することが防止される。
実施形態の蓄電装置1では、絶縁カバー6は、複数個の二次電池セル4から構成される組電池1Rの側面を覆い、各二次電池セル4の電池容器の上面4aよりもケース2の底部2a側に延在された周側部65を有する。絶縁カバー6の周側部65とケース2の底部2aとの間に冷却通路が形成されている。このため、絶縁カバー6の周側部と組電池1Rの側面との間から水が浸入し、電池容器の上面4a側の上部が水に濡れるのを抑制することができ、安全性が向上する。
側部61の第1および第2対向面と二次電池セル4の狭側面およびケース内壁面との間に微小隙間があれば冷却通路の雨水が浸入するおそれが低減される。当接させたり嵌合させたりすると、さらに雨水の浸入防止効果が期待できる。
絶縁カバー6の側部61の底面と二次電池セル4の電池蓋41とが所定の押圧力で接触するので、この間隙から雨水がバスバ領域Fdに浸入することが防止される。
図16は、本発明の第2の実施形態を示す図であり、第1の実施形態の図13に対応する断面図である。
第2の実施形態では、第1の実施形態における絶縁カバー6の一対の側部61の部分が、絶縁カバー6とは別体である側部部材61bとされた構造を有している。
側部部材61bは、二次電池セル4の上面4aを抑える部分と、二次電池セル4の狭側面の上端部を覆う部分とを有している。側部部材61bは、第1の実施形態の絶縁カバー6の側部61と同様、二次電池セル4に嵌合される。側部部材61bは、絶縁カバー6に、接着、溶着、係合あるいは締結等の手段により固定される。
第2の実施形態においても、第1の実施形態の効果(1)、(3)〜(5)を奏する。
また、第2の実施形態では、絶縁カバー6の側部部材61bが別体とされているので、信号用コネクタ71〜73やコントロール基板7等の形状や取付位置等の変化に対応して変更される絶縁カバー6に対して、側部部材61bを共用することが可能となる。これより、金型費の削減や開発期間の短縮を図ることができる。
なお、第2の実施形態において、側部部材61bのみでなく、左右方向の端部の一対の中間支持部62aも側部部材61bと共に、絶縁カバー−6とは別体としてもよい。
図17は、本発明の第3の実施形態を示す図であり、第2の実施形態の図16に対応する断面図である。
第3の実施形態は、絶縁カバー6に固定される側部部材61bと二次電池セル4の狭側面との間にシール部材67を介装した構造を有する。
シール部材67は、側部部材61bにおける電池容器の上面4aよりも下方の位置に設けられた凹部に嵌入され、二次電池セル4の狭側面に押し付けられる。つまり、側部部材61bと二次電池セル4との間は水密とされている。
第3の実施形態に示す水密構造は、第1の実施形態の側部61が一体化された絶縁カバー6に適用することもできる。
第3の実施形態においても、第1の実施形態の効果(1)〜(5)を奏する。
特に、第3の実施形態では、側部部材61bと二次電池セル4との間が水密とされているので、浸水をより確実に抑制することができる。
図18は、本発明の第4の実施形態を示す図であり、第1の実施形態の図5に対応する斜視図である。
第4の実施形態では、冷却媒体をケース2内に取り入れる流入口22と、冷却媒体をケース2から排出する排出口23とを、ケース2の対向する側面に設けた構造を有する。
図18に示す例では、冷却媒体の流入口22は、二次電池セル4の配列方向の右端に対向する側面に設けられ、冷却媒体の排出口23は、二次電池セル4の配列方向の左端に対向する側面に設けられた構造として例示されている。しかし、これとは逆に、流入口22を二次電池セル4の配列方向の左端に対向する側面に、排出口23を二次電池セル4の配列方向の右端に対向する側面に設けてもよい。また、図示の例では、流入口22および排出口23をケース2の側面の側縁部に設けているが、流入口22と排出口23の一方または両方を、ケース2の側面の中央部に設けることもできる。
第4の実施形態においても、第1の実施形態の効果(1)〜(4)を奏する。
また、第4の実施形態では、流入口22と排出口23とを、ケース2の対向する側面に設けているので、流入口22および排出口23を、ケース2の側面の側縁または中央部のいずれに配置する場合でも変更が容易であり、レイアウトの自由度が大きい。
図19は、本発明の第5の実施形態を示す図であり、第1の実施形態の図1に対応する外観斜視図である。
第5の実施形態では、二次電池装置1にダクトが装着された構造を例示する。
二次電池装置1のケース2に設けられた流入口22には、導入ダクト210が装着され、排出口23には排気ダクト220が装着される。
第5の実施形態の他の構造は、第1の実施形態と同様である。
1R 組電池
2 ケース
4 二次電池セル
5 仕切り部材
6 絶縁カバー
10 バンドプレート(押し付け部材)
22 流入口
23 排出口
41 電池蓋
42 電池缶
43 正極外部端子
44 負極外部端子
61 側部
61a 突部
61b 側部部材(側部)
65 周側部
291 仕切り部(仕切り壁)
Fa 蓄電セル収容部
Fb 電装品収容部
Sa、Sb、Sf 空隙部
Claims (6)
- 電池容器の内部に蓄電要素を収容して成り、一対の広側面および一対の狭側面を有するとともに正負極端子が一の面に設けられた複数の蓄電セルと、
前記複数の蓄電セルを積層して収容するケースと、
前記ケースの内壁面と前記複数の蓄電セルの容器外面との間に設けられた冷却通路と、
前記ケースの外壁面に設けられ前記冷却通路にそれぞれ連通する冷却媒体流入口および冷却媒体排出口と、
前記複数の蓄電セルの前記一の面側に設けられ、前記正負極端子間を絶縁する絶縁カバーと、
前記冷却通路の前記一の面側を閉鎖する流路閉鎖部材と、
を備え、
前記流路閉鎖部材は、前記蓄電セルの前記狭側面に対向する第1対向面および前記ケースの内壁面に対向する第2対向面が形成され前記冷却通路に突設された突部と、前記一の面に当接する当接部とを有し、前記狭側面と前記第1対向面および前記ケースの内壁面と前記第2対向面とは、微小な隙間をもって対峙するか、もしくは、当接するか、もしくは嵌合する蓄電装置。 - 請求項1に記載の蓄電装置において、
前記流路閉鎖部材は前記絶縁カバーと一体に成形されている蓄電装置。 - 請求項2に記載の蓄電装置において、
前記複数の蓄電セルが前記ケースの内壁底面に押圧されるように前記絶縁カバーを押し付ける押し付け部材を有し、この押し付けにより前記流路閉鎖部材の前記当接部は前記一の面に押圧される蓄電装置。 - 請求項1から3までのいずれか一項に記載の蓄電装置において、
前記冷却通路は、前記複数の蓄電セルの幅方向の両側で、かつ、前記蓄電セルの側面に沿ってセル積層方向にそれぞれ延在された第1冷却通路と第2冷却通路とを含み、
前記流路閉鎖部材の前記突部は、前記第1冷却通路および第2冷却通路の前記一の面側をそれぞれ閉鎖する第1突部および第2突部を含む蓄電装置。 - 請求項4に記載の蓄電装置において、
前記ケースは、前記複数の蓄電セルが収容され、前記第1冷却通路および前記第2冷却通路が設けられたセル収容部と、仕切り壁を介して隔離され、電装部品が収容される電装品収容部とを有する蓄電装置。 - 請求項5に記載の蓄電装置において、
前記第1冷却通路は前記冷却媒体流入口に連通され、前記第2冷却通路は前記冷却媒体排出口に連通され、前記冷却媒体流入口と前記冷却媒体排出口は前記ケースの同一の壁面に設けられている蓄電装置。
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