JP7202200B2

JP7202200B2 - 組電池

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Publication number: JP7202200B2
Application number: JP2019015351A
Authority: JP
Inventors: 季之本橋; 貴之平瀬; 和孝笹本
Original assignee: Marelli Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2023-01-11
Anticipated expiration: 2039-01-31
Also published as: JP2020123516A

Description

本発明は、組電池に関するものである。

蓄電池では内部で発生するガスを排出するために、ガス排出部が形成され、排出管が接続される。接続の容易性や接続後の安定性などの多様な観点に基づいて、ガス排出部および排出管を接続する多様な構成が提案されている。例えば、排出部への挿入を容易にすべく、合成樹脂で形成された筒状の排出部に、軸方向に沿ったスリットを形成し、ゴム製の排気管を一端に接続した接続管の他端を当該排出部に接続させる構成が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００８－４７３４４号公報

しかし、特許文献１に記載の構成のように、排出部にスリットを形成することは煩雑である。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、接続が容易でありながら、簡易な構造の排出部と排出管を有する組電池を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の第１の観点に係る組電池は、
それぞれに設けられる安全弁が積層方向に垂直な同一方向を向くように、積層された複数の電池セルと、
排出部を有し、前記複数の電池セルの安全弁を、前記排出部に連通する流路内で露出させるように封止するガスカバーと、
前記排出部に接続される接続部、および、前記接続部に連続し且つ該接続部よりも厚肉な厚肉部を有し、弾性を有するガス排出管と、を備える。

本発明によれば、接続が容易でありながら、簡易な構造の排出部と排出管を有する組電池を提供可能である。

本発明の一実施形態に係る組電池の分解図である。図１の電池セルの積層構造をより具体的に示す分解図である。図１の組電池の構造をより具体的に示す分解図である。図１のガスカバーの外観斜視図である。図３の組電池を完成させた状態における、排出部を通る積層方向に沿った部分断面図である。図３の組電池をガス排出管１３の挿入前の状態を下方から見た外観斜視図である。図１のガス排出管の接続部および厚肉部近傍の部分拡大図である。図３の組電池を完成させた状態におけるセルホルダの上面図である。

以下、本発明を適用した組電池の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る組電池１０は、複数の電池セル１１、ガスカバー１２、およびガス排出管１３を含む。

電池セル１１は、例えば、リチウムイオン電池、またはニッケル水素電池等の二次電池である。各電池セル１１は、陽極端子および負極端子などのセル端子１４を介して充電および放電可能である。各電池セル１１は、安全弁１５を有する。安全弁１５は、電池セル１１内部の圧力が所定圧力以上になると、電池セル１１内部からガスを排出する。電池セル１１の内部の圧力は、電池セル１１の経年劣化などに伴い発生するガスにより上昇しうる。

組電池１０において、複数の電池セル１１は積層されている。積層された当該複数の電池セル１１において、各安全弁１５は積層方向に垂直な同一方向に向いている。例えば、本実施形態において、電池セル１１は直方体形状に形成されており、安全弁１５が設けられる一平面が同一平面に位置するように積層されている。また、本実施形態において、電池セル１１は、安全弁１５が設けられる一平面に、セル端子１４を有する。

複数の電池セル１１は、単一の列に積層されてもよく、複数の列に分かれて積層されてもよい。本実施形態においては、３層に積層された電池セル１１の列と、２層に積層された電池セル１１の列とが、積層方向および安全弁１５の向く同一方向に垂直な方向に並列する。また、３層に積層された電池セル１１の列と、２層に積層された電池セル１１の列とが、安全弁１５が設けられる一平面が同一平面に位置するように、配置されている。

組電池１０において、複数の電池セル１１は、多様な構成で上述のように積層されていてよい。図２に示すように、例えば、本実施形態において、複数の電池セル１１は、積層された状態でセルケース１６およびセルホルダ１７の内部に収容されている。セルケース１６およびセルホルダ１７は、箱型を１表面に平行な平面で切断して分割した形状である。複数の電池セル１１は、安全弁１５が設けられる面においてセルホルダ１７に取付けられた状態で、セルケース１６およびセルホルダ１７内に収容されている。セルケース１６およびセルホルダ１７は、例えばＰＰ（Polypropylene）、ＰＢＴ(Poly-Butylene Terephthalate)などの樹脂、または金属などによって形成されてよい。

また、本実施形態において、図３に示すように、セルホルダ１７における、電池セル１１の安全弁１５が設けられる面に対向する平板部１８には、開口ｏｐ１が形成されている。開口ｏｐ１は、安全弁１５およびセル端子１４を、平板部１８から露出させ得る。

また、本実施形態において、安全弁１５が設けられる面における、平板部１８に垂直な方向から見て安全弁１５の全周囲に位置する接着剤により、電池セル１１はセルホルダ１７に接着されている。接着剤は、電池セル１１と、セルホルダ１７とを接着可能な任意の接着剤であり、例えばアクリル系、エポキシ系、ウレタン系接着剤を使用することができる。さらに、接着剤は、硬化すると弾性を有する弾性接着剤であってよい。

また、図２、３に示すように、本実施形態において、組電池１０は、複数のセル用バスバ１９を有する。各セル用バスバ１９は、開口ｏｐ１を介して、セルホルダ１７に収容された電池セル１１のセル端子１４に接続されている。また、一部のセル用バスバ１９は、セルホルダ１７の一面に設けられる出力端子２０に接続されている。組電池１０における全電池セル１１は、セル用バスバ１９を介して、直列に接続されている。なお、電池セル１１の一部または全部が、並列に接続されてもよい。

また、本実施形態において、セルホルダ１７は、一体化した囲繞部２１を有する。囲繞部２１は、電池セル１１を収容する部分とは逆側において、平板部１８に垂直な方向から見て平板部１８を少なくとも囲繞する周壁である。囲繞部２１は、回路基板３２およびバスバ１９を外部からの衝撃に対して、保護する役割を果たす。なお、囲繞部２１の一部には、後に詳述するように、窓が形成されている。

また、本実施形態において、複数の電池セル１１を収容したセルケース１６およびセルホルダ１７には、リレー２２などの補機およびリレー２２と端子とを接続する補機用バスバ２３が設けられている。

ガスカバー１２は、安全弁１５を覆いながら、安全弁１５から排出されるガスを排出する流路を形成し得る。図４に示すように、ガスカバー１２は排出部２４を有する。排出部２４は、例えば、円筒形状であり、貫通した中空を有する。さらに、ガスカバー１２は、安全弁１５から排出されるガスの流路の少なくとも一部を画定する本体部２５を有してよい。排出部２４は、当該流路に連通している。すなわち、排出部２４の中空が、当該流路に連通している。ガスカバー１２は、例えばＰＰ（Polypropylene）、ＰＢＴ（Poly-Butylene Terephthalate）などの樹脂によって形成されてよい。

本実施形態において、本体部２５は、一面が開放された箱型形状である。排出部２４は、箱型形状の底板部２６から、直交するように突出する。また、排出部２４は、先端側から本体部２５側に向かうに連れて緩やかに拡径するテーパー部２７を有する。また、排出部２４は、テーパー部２７の本体部２５側に、テーパー部２７の最大外径より縮径した縮径部２８を有する。

ガスカバー１２は、組電池１０において、複数の電池セル１１の安全弁１５を、流路内で露出させるように封止する。本実施形態においては、図３に示すように、ガスカバー１２は、本体部２５の開放された側がセルホルダ１７の平板部１８に向いた状態で、積層方向に並ぶ複数の安全弁１５を覆うように、セルホルダ１７の平板部１８に固定される。したがって、本実施形態では、ガスカバー１２は、セルホルダ１７を介して、安全弁１５を封止する。なお、ガスカバー１２は、安全弁１５を直接封止してもよい。

本実施形態においては、図５に示すように、ガスカバー１２が平板部１８に固定されることにより、本体部２５の開放された開口が閉塞され、流路ｆｐ全体が画定される。なお、前述のように、組電池１０において、安全弁１５が開口ｏｐ１を介して平板部１８から露出しているので、安全弁１５は、平板部１８が一部を画定する流路ｆｐ内に露出する。

本実施形態において、ガスカバー１２は、平板部１８に固定された状態で、排出部２４の突出方向である、平板部１８の法線方向から見て、セルホルダ１７の囲繞部２１に囲繞される。前述のように、囲繞部２１には窓ｗｄが形成されている。窓ｗｄは、排出部２４の突出方向における、排出部２４と、後述するガス排出管１３の接続部３３との接続位置に形成されている。さらには、窓ｗｄは、周壁状の囲繞部２１の中で、排出部２４に最も近接する位置に形成されている。

単一のガスカバー１２または複数のガスカバー１２によって、組電池１０における全電池セル１１が覆われてよい。本実施形態においては、図３に示すように、３層に積層された電池セル１１の列、および２層に積層された電池セル１１の列、それぞれを個別の２つのガスカバー１２が覆っている。

なお、本実施形態においては、前述のように、ガスカバー１２がセルホルダ１７に固定されることにより、ガスカバー１２の底板部２６は、セルホルダ１７の平板部１８に平行となり、電池セル１１における安全弁１５が設けられる面と平行となる。電池セル１１における安全弁１５が設けられる面は、組電池１０において積層された複数の電池セル１１における安全弁１５の向く同一の方向に垂直な平面である。したがって、組電池１０において、ガスカバー１２は、安全弁１５の向く同一の方向に垂直な平面を、底板部２６の外表面に有している。

なお、本実施形態において、ガスカバー１２は、任意の方法でセルホルダ１７に固定されてよい。ガスカバー１２は、例えば、ネジによってセルホルダ１７に固定されてよい。

また、ガスカバー１２は、ガスシール３０を介在させて、固定されてもよい。本実施形態では、平板部１８における安全弁１５を露出させる開口ｏｐ１の対応位置に開口ｏｐ２が形成されたガスシール３０が、ガスカバー１２および平板部１８の間に設けられる。ガスシール３０は、流路ｆｐの気密性を向上させる。ガスシール３０は、例えば、ＮＢＲ（Nitril-Butadiene Rubber）、ＥＰＤＭ（Ethylene-Propylene diene Monomer）などのゴムで形成されてよい。

本実施形態では、囲繞部２１における平板部１８とは逆側の開放された部分が、セルホルダカバー３１によって覆われている。したがって、セルホルダ１７に固定されるガスカバー１２は、セルホルダカバー３１に覆われる。図６に示すように、セルホルダカバー３１には、組電池１０において排出部２４の突出方向から見た排出部２４と重なる位置に開口ｏｐ３が形成されている。なお、図３に示すように、ガスカバー１２およびセルホルダカバー３１の間には、組電池１０を制御するための回路基板３２が設けられていてもよい。

ガス排出管１３は、ガスカバー１２から排出されるガスを組電池１０の外部に排出する流路を形成し得る。図７に示すように、ガス排出管１３は、接続部３３および厚肉部３４を有する。接続部３３は、排出部２４に接続される側のガス排出管１３の一端である。接続部３３の内径は、ガスカバー１２の排出部２４の最大外径よりも小さい。厚肉部３４は、軸方向において接続部３３と連続する。厚肉部３４は、接続部３３よりも厚肉である。厚肉部３４は、例えば、接続部３３よりも１０１％以上１２０％以下、好ましくは１０５％以上１１０％以下の肉厚を有する。

ガス排出管１３は、例えば、ＮＢＲ（Nitril-Butadiene Rubber）、ＥＰＤＭ（Ethylene-Propylene diene Monomer）などのゴムなどの弾性を有する材料、または、ＰＰ（Polypropylene）のように比較的靱性の高い材料から形成されてよい。さらに、ガス排出管１３の外面は、ガスカバー１２の排出部２４とは異なる色であってよい。

本実施形態において、厚肉部３４は、湾曲状に形成されている。厚肉部３４は、ガス排出管１３の軸方向に沿って延びるリブ３５を有する。リブ３５は、湾曲状に形成された厚肉部３４の内側に設けられていてよい。

本実施形態において、図３に示すように、２本のガス排出管１３は、合流部３６、接続管３７、およびグロメット３８とともにチューブ構成体３９を形成する。合流部３６は、複数の管を互いに連通させる分岐管であり、例えばＴ字管である。合流部３６は、２本のガス排出管１３の接続部３３の逆側の端、および接続管３７の一端に接続される。グロメット３８は、接続管３７の他端に接続される。

ガス排出管１３は、接続部３３側においてガスカバー１２の排出部２４に接続される。本実施形態では、前述のように、ガスカバー１２はセルホルダカバー３１に覆われており、セルホルダカバー３１の開口ｏｐ３を介して、接続部３３は排出部２４に接続される。

以上のような本実施形態に係る組電池１０は、複数の電池セル１１の安全弁１５を封止するガスカバー１２の排出部２４に接続される接続部３３と、接続部３３に連続し且つ接続部３３よりも厚肉な厚肉部３４とを有する可撓性であるガス排出管１３を備えている。このような構成により、組電池１０は、接続部３３においては周方向に拡大されるだけの弾性的な変形性を有しながらも、厚肉部３４における径方向への変形性を低減し得る。一般的に、弾性管への硬性管の挿入において、弾性管の肉厚が厚いと弾性管の拡径に多大な力を要する。また、弾性管の肉厚が薄いと小さな力で弾性管を拡径可能であるものの、弾性管を把持した部分が径方向に変形しやすく、弾性管の先端において管の周方向全体に均等に力が伝わらず、挿入途中で屈曲や座屈などが発生しうる。一方で、本実施形態の組電池１０は、上述のような構成により、ガス排出管１３のガスカバー１２への装着工程において、変形性の小さな厚肉部３４を把持しながら、変形性の大きな接続部３３が排出部２４に容易に接続され得る。したがって、組電池１０は、製造工程において排出部２４とガス排出管１３との接続が容易でありながら、簡易な構造の排出部２４とガス排出管１３とを有し得る。

また、本実施形態に係る組電池１０では、厚肉部３４は湾曲状に形成されている。このような構成により、組電池１０は、排出部２４から噴出するガスの湾曲状の内面への衝突に対するガス排出管１３の耐久性を、厚肉部３４の肉厚により向上させ得る。したがって、組電池１０は、湾曲状に形成することにより組電池１０全体の小型化を可能にしながら、ガス排出管１３の溶損およびガスの漏出の発生などを抑制、防止し得る。

また、本実施形態に係る組電池１０では、厚肉部３４は、ガス排出管１３の軸方向に沿って延びるリブ３５を有する。したがって、組電池１０は、厚肉部３４の変形性をさらに低減し得る。

また、本実施形態に係る組電池１０では、リブ３５が、湾曲状の内側に設けられている。このような構成により、組電池１０では、湾曲状の外側に設ける構成と同等の強度を得ながらも、リブ３５をより短く形成し得るので、材料の使用量を低減し得る。さらに、上述したようなガス排出管１３のガスカバー１２への装着工程において、厚肉部３４の変形性をより低減し得るので、変形性の大きな接続部３３への力の伝達がさらに容易になり、排出部２４に、またさらに容易に接続され得る。

また、本実施形態に係る組電池１０では、排出部２４を突出方向から見て囲繞する囲繞部２１の、突出方向における、排出部２４および接続部３３の接続位置に窓ｗｄが形成されている。このような構成により、図８に示すように、組電池１０は、ガス排出管１３が排出部２４に確実に接続されているか否かを、窓ｗｄから容易に確認させ得る。

本発明は、その精神またはその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。したがって、先の記述は例示的なものであり、これに限定されるものではない。発明の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうち、その均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含されるものとする。

１０組電池
１１電池セル
１２ガスカバー
１３ガス排出管
１４セル端子
１５安全弁
１６セルケース
１７セルホルダ
１８平板部
１９セル用バスバ
２０出力端子
２１囲繞部
２２リレー
２３補機用バスバ
２４排出部
２５本体部
２６底板部
２７テーパー部
２８縮径部
３０ガスシール
３１セルホルダカバー
３２回路基板
３３接続部
３４厚肉部
３５リブ
３６合流部
３７接続管
３８グロメット
３９チューブ構成体
ｆｐ流路
ｏｐ１、ｏｐ２、ｏｐ３開口
ｗｄ窓

Claims

それぞれに設けられる安全弁が積層方向に垂直な同一方向を向くように、積層された複数の電池セルと、
排出部を有し、前記複数の電池セルの安全弁を、前記排出部に連通する流路内で露出させるように封止するガスカバーと、
前記排出部に接続される接続部、および、前記接続部に連続し且つ該接続部よりも厚肉な厚肉部を有し、弾性を有するガス排出管と、を備え、
前記接続部の内径は、前記排出部の外径より小さく、
前記接続部は、周方向に拡大可能な弾性的な変形性を有して、前記排出部に接続される
組電池。
請求項１に記載の組電池において、
前記厚肉部は、湾曲状に形成されている
組電池。
請求項１または２に記載の組電池において、
前記厚肉部は、前記ガス排出管の軸方向に沿って延びるリブを有する
組電池。
請求項２に記載の組電池において、
前記厚肉部は、前記ガス排出管の軸方向に沿って延びるリブを、湾曲状の内側に有する
組電池。
請求項１から４のいずれか１項に記載の組電池において、
前記ガスカバーは、前記安全弁の向く同一方向に垂直な平面を表面に有し、
前記排出部は、該平面から直交するように突出する
組電池。
請求項５に記載の組電池において、
前記排出部を該排出部の突出方向から見て囲繞し、該突出方向における、前記排出部および前記接続部の接続位置に、窓が形成されている囲繞部を、さらに備える
組電池。
請求項６に記載の組電池において、
前記複数の電池セルが取付けられ、前記囲繞部と一体化したセルホルダと、
前記セルホルダに固定される前記ガスカバーを覆い、前記突出方向から見た前記排出部と重なる位置に開口が形成されているセルホルダカバーと、をさらに備え、
前記開口を介して、前記接続部は前記排出部に接続されている
組電池。