JPWO2014083600A1 - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

熱交換媒体を用いた蓄電素子の温度調節を効率良く行わせるため、蓄電装置（１）は、複数の蓄電素子（１０）と、複数の蓄電素子を電気的に接続するバスバー（６０）と、複数の蓄電素子を収容するケース（４０）とを有する。各蓄電素子は、所定方向に延びており、所定方向の両端において、正極端子（１１）および負極端子（１２）をそれぞれ有する。複数の蓄電素子は所定方向と直交する平面内において並んで配置されている。ケースは、熱交換媒体を通過させる開口部（４４ａ，４４ｂ）を有しており、開口部は、所定方向に延びている。バスバーの一部（６０ｃ）は、所定方向に延びており、開口部とは異なる位置において、開口部が形成されたケースの壁面（４３ｂ）に沿って配置されている。

Description

本発明は、電気的に接続された複数の蓄電素子を有する蓄電装置に関する。
バスバーを用いて、複数の単電池を電気的に接続することにより、組電池を構成することがある。特許文献１などでは、単電池として、いわゆる円筒型電池が用いられており、リード（バスバー）を用いて複数の円筒型電池を電気的に接続している。ここで、リードは、円筒型電池の長手方向における両端に配置されている。
また、特許文献１では、複数の円筒型電池を収容する外装ケースに、送風口および排気口を設けている。ここで、送風口から空気を取り込み、排気口から空気を排出させることにより、外装ケースに収容された円筒型電池を冷却している。
特開２００３−２５７３９４号公報
バスバーを用いて、複数の円筒型電池を電気的に接続するときには、円筒型電池の長手方向においてバスバーを延ばすことがある。ここで、特許文献１に記載された構成では、円筒型電池の長手方向に延びるバスバー（リード）が、送風口や排気口を塞いでしまう。この場合には、バスバーによって、空気の流れを妨げてしまい、円筒型電池の冷却効率を低下させてしまう。
本発明である蓄電装置は、複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子を電気的に接続するバスバーと、複数の蓄電素子を収容するケースとを有する。各蓄電素子は、所定方向に延びており、所定方向の両端において、正極端子および負極端子をそれぞれ有する。また、複数の蓄電素子は、所定方向と直交する平面内において並んで配置されている。ケースは、熱交換媒体を通過させる開口部を有しており、開口部は、所定方向に延びている。熱交換媒体は、蓄電素子の温度を調節するために用いられる。また、バスバーの一部は、所定方向に延びており、開口部とは異なる位置において、開口部が形成されたケースの壁面に沿って配置されている。
本発明によれば、蓄電素子が所定方向に延びているため、ケースの開口部を所定方向に延ばすことにより、蓄電素子の全体に対して熱交換媒体を導きやすくなる。これにより、熱交換媒体を用いた蓄電素子の温度調節を効率良く行うことができる。また、バスバーの一部は、所定方向に延びており、開口部とは異なる位置に設けられているため、バスバーによって、ケースの開口部が塞がれてしまうことを防止でき、熱交換媒体が開口部をスムーズに通過（移動）することができる。
開口部における熱交換媒体の通過（移動）をスムーズに行わせることにより、蓄電素子に対して熱交換媒体を導きやすくすることができ、蓄電素子の温度調節を効率良く行うことができる。また、バスバーの一部は、開口部が形成されたケースの壁面に沿って配置されているため、バスバーによって、ケースの内部における熱交換媒体の移動を妨げてしまうこともない。
ケースには、複数の開口部を形成することができる。ここで、複数の開口部は、ケースの壁面に沿って、所定方向と直交する方向に並べることができる。複数の開口部を設けたとき、所定方向と直交する方向で隣り合う２つの開口部の間に、バスバーの一部を位置させることができる。これにより、ケースの壁面を効率良く用いて、バスバーおよび開口部を、互いに重ねることなく配置することができる。
開口部は、蓄電素子に熱交換媒体を供給する開口部として用いることができる。この場合には、開口部を介して、蓄電素子に熱交換媒体を供給するときに、開口部を通過する熱交換媒体がバスバーによって遮られてしまうことを防止できる。これにより、蓄電素子に対して熱交換媒体を効率良く供給することができる。
一方、開口部は、蓄電素子との間で熱交換が行われた後の熱交換媒体を排出させる開口部として用いることができる。この場合には、熱交換後の熱交換媒体を排出するときに、開口部を通過する熱交換媒体がバスバーによって遮られてしまうことを防止できる。これにより、熱交換媒体の排出を効率良く行うことができる。このことは、蓄電素子に対する熱交換媒体の供給を効率良く行うことにもつながる。
バスバーは、ケースの外部に配置することができる。蓄電素子を充放電させたときには、バスバーにも電流が流れ、通電に伴ってバスバーが発熱する。ケースの内部には、熱交換媒体が供給されるが、ケースの内部にバスバーを配置してしまうと、バスバーの熱が熱交換媒体や蓄電素子に伝達してしまうおそれがある。
熱交換媒体を用いて蓄電素子を冷却するときには、バスバーからの熱が熱交換媒体や蓄電素子に伝わることにより、熱交換媒体を用いた蓄電素子の冷却性能を低下させてしまうおそれがある。そこで、ケースの外部にバスバーを配置することにより、バスバーで発生した熱が熱交換媒体や蓄電素子に伝わることを抑制できる。
バスバーは、第１領域と、第２領域と、第３領域とで構成することができる。第１領域は、正極端子と接続される正極タブを含んでおり、所定方向と直交する方向に延びている。第２領域は、負極端子と接続される負極タブを含んでおり、所定方向と直交する方向に延びている。第３領域は、所定方向に延びており、所定方向の両端において、第１領域および第２領域のそれぞれと接続されている。
第３領域を用いることにより、第１領域の正極タブと接続される蓄電素子と、第２領域の負極タブと接続される蓄電素子とを電気的に直列に接続することができる。また、第１領域に複数の正極タブを設けたり、第２領域に複数の負極タブを設けたりすることにより、複数の蓄電素子を電気的に並列に接続することができる。
第３領域と接続される第１領域の接続部分と、第３領域と接続される第２領域の接続部分とは、所定方向において対向させることができる。これにより、第３領域を所定方向に沿って配置することができる。ここで、第１領域の接続部分を第２領域の接続部分に近づけたり、第２領域の接続部分を第１領域の接続部分に近づけたりすることにより、第１領域および第２領域における接続部分を、所定方向で対向させることができる。また、第１領域の接続部分と第２領域の接続部分とを互いに近づけることにより、第１領域および第２領域における接続部分を、所定方向で対向させることができる。
所定方向と直交する平面内において、複数の蓄電素子を並べるときには、すべての正極端子が所定方向と直交する平面内に位置するように、複数の蓄電素子を配置することができる。この場合には、すべての負極端子も所定方向と直交する平面内に位置することになる。このように蓄電素子を配置することにより、すべての蓄電素子において、正極端子や負極端子の向きを揃えることができる。ここで、蓄電素子の内部で発生したガスを、正極端子又は負極端子から排出させるときには、排出されたガスを１つのスペースにまとめやすくなる。これに伴い、ガスを排出させる構造を簡素化することができる。
複数の蓄電素子のそれぞれは、ホルダによって保持することができる。具体的には、ホルダに複数の開口部を形成しておくことにより、各開口部を用いて、各蓄電素子を保持することができる。ここで、ケースは、蓄電素子のうち、ホルダによって保持されていない領域を囲むことができる。上述したように、ケースには、開口部が形成されているため、蓄電素子のうち、ホルダによって保持されていない領域に対して、熱交換媒体を導くことができる。
所定方向に延びる部分を含むバスバーを用いれば、所定方向と直交する方向において、互いに異なる位置に配置された複数の蓄電素子を電気的に直列に接続することができる。このように、複数の蓄電素子を電気的に直列に接続すれば、所定方向と直交する方向におけるケースの両端に、蓄電装置の正極端子および負極端子を位置させることができる。このような構成では、複数の蓄電装置を電気的に直列に接続するときに、一方の蓄電装置における正極端子と、他方の蓄電装置における負極端子とを隣り合う位置に配置することができる。これにより、複数の蓄電装置を容易に接続することができる。
蓄電素子としては、いわゆる円筒型の蓄電素子を用いることができる。円筒型の蓄電素子では、所定方向と直交する蓄電素子の断面が円形に形成されている。円筒型の蓄電素子を用いれば、所定方向と直交する平面内（二次元平面内）において、複数の蓄電素子を並べやすくなる。また、蓄電素子の外面は、曲面で構成されるため、複数の蓄電素子を二次元平面内に並べた状態において、蓄電素子の外面（曲面）に沿って熱交換媒体を移動させやすくなる。
電池モジュールの分解図である。 電池モジュールの外観図である。 電池モジュールの一部を示す断面図である。 電池モジュールの回路構成を示す図である。 電池モジュールの一部を示す斜視図である。 バスバーがスリットを塞ぐ状態を示す図である。 電池モジュールにおける熱交換媒体の流れを説明する図である。
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例１である電池モジュール（蓄電装置に相当する）について説明する。図１は、本実施例である電池モジュールの分解図である。図２は、電池モジュールの外観図である。図１および図２において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸である。本実施例では、鉛直方向に相当する軸をＺ軸としている。なお、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面においても図１と同様である。
電池モジュール１は、複数の単電池（蓄電素子に相当する）１０を有する。単電池１０は、いわゆる円筒型電池であり、円筒状に形成された電池ケースの内部に発電要素が収容されている。単電池１０としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン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。
発電要素は、充放電を行う要素であり、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されたセパレータとを有する。セパレータには、電解液がしみ込んでいる。正極板は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有する。正極活物質層は、正極活物質、導電剤、バインダーなどを含んでいる。負極板は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有する。負極活物質層は、負極活物質、導電剤、バインダーなどを含んでいる。正極活物質層や負極活物質層にも、電解液がしみこんでいる。
単電池１０は、Ｚ方向に延びており、単電池１０の長手方向（Ｚ方向）における両端には、正極端子１１および負極端子１２が設けられている。単電池１０の外装である電池ケースは、ケース本体および蓋によって構成されている。ケース本体は、円筒状に形成されており、上述した発電要素を収容する。ケース本体には、発電要素を組み込むための開口部が形成されており、ケース本体の開口部は、蓋によって塞がれる。
蓋およびケース本体の間には、絶縁材料で形成されたガスケットが配置されている。このため、電池ケースの内部は、密閉状態となる。また、蓋およびケース本体は、絶縁状態となる。蓋は、凸状に形成されており、蓋には、発電要素の正極板が電気的に接続されている。このため、蓋は、単電池１０の正極端子１１として用いられる。また、ケース本体には、発電要素の負極板が電気的に接続されており、ケース本体は、単電池１０の負極端子１２として用いられる。本実施例では、Ｚ方向において蓋（正極端子１１）と対向するケース本体の端面を、負極端子１２として用いている。
単電池１０の内部には、単電池１０の内部で発生したガスを単電池１０の外部に排出させるための弁が設けられている。ガスの発生に伴って、単電池１０の内圧が弁の作動圧に到達すると、弁が閉じ状態から開き状態に変化する。弁が開き状態になれば、単電池１０の内部に存在するガスは、正極端子１１に設けられた開口部を通過して、単電池１０の外部に排出される。
電池モジュール１を構成する、すべての単電池１０は、図１に示すように、正極端子１１が上方に位置するように配置されている。すなわち、すべての単電池１０の正極端子１１は、同一平面内（Ｘ−Ｙ平面内）において、並んで配置されている。言い換えれば、すべての単電池１０の負極端子１２は、同一平面内（Ｘ−Ｙ平面内）において、並んで配置されている。
各単電池１０は、ホルダ２０によって保持される。ホルダ２０は、各単電池１０が挿入される開口部２１を有している。開口部２１は、単電池１０の外周面に沿った形状（具体的には、円形状）に形成されており、単電池１０の数だけ設けられている。ホルダ２０を、例えば、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた材料で形成すれば、充放電などによって単電池１０で発生した熱をホルダ２０に伝達しやすくなる。単電池１０の熱をホルダ２０に逃がすことにより、単電池１０の放熱性を向上させることができる。
なお、ホルダ２０における開口部２１の数は、適宜設定することができる。例えば、１つの開口部に対して、複数の単電池１０を挿入することができ、この場合には、開口部２１の数は、単電池１０の数よりも少なくなる。また、開口部２１を用いて、電池モジュール１で用いられる他の部材を配置することもできる。この場合には、開口部２１の数は、単電池１０の数よりも多くなる。さらに、複数の単電池１０を電気的に直列に接続した１つのユニットを、開口部２１によって保持することもできる。この場合には、１つの開口部２１を用いて、複数の単電池１０を保持することができる。
ホルダ２０の開口部２１および単電池１０の間には、絶縁体３０が配置されている。絶縁体３０は、例えば、樹脂などの絶縁材料によって形成されており、単電池１０およびホルダ２０を絶縁状態とする。絶縁体３０には、単電池１０が挿入される開口部３１が形成されている。開口部３１は、単電池１０の数だけ設けられている。なお、上述したホルダ２０の開口部２１と同様に、開口部３１の数は、適宜設定することができる。
絶縁体３０は、弾性変形することができる材料や、熱硬化性を有する樹脂材料などの接着剤で形成されている。絶縁体３０を弾性変形させたり、単電池１０およびホルダ２０（開口部２１）の間を樹脂などで埋めたりすることにより、単電池１０の外周面と、ホルダ２０の開口部２１とに絶縁体３０を密接させることができる。このように、絶縁体３０を弾性変形させたり、単電池１０およびホルダ２０を接着させたりすることにより、各単電池１０をホルダ２０に固定することができる。例えば、各単電池１０をホルダ２０の開口部２１に挿入しておき、絶縁体３０を構成する材料を、単電池１０および開口部２１の間に充填することにより、絶縁体３０を形成することができる。
ホルダ２０は、モジュールケース４０に固定される。モジュールケース４０の上面には、複数の単電池１０を組み込むための開口部が形成されており、モジュールケース４０の上面は、ホルダ２０によって塞がれる。ホルダ２０の外縁には、複数のフランジ２２が設けられている。ここで、フランジ２２の数は、適宜設定することができる。モジュールケース４０には、フランジ２２を支持する複数のフランジ４１が設けられている。各フランジ４１は、ホルダ２０の各フランジ２２に対応した位置に設けられている。
フランジ２２をフランジ４１に取り付けることにより、モジュールケース４０に対してホルダ２０を位置決めすることができる。具体的には、フランジ２２の一部が、モジュールケース４０の外壁面と接触することにより、ホルダ２０は、モジュールケース４０に対して、Ｘ−Ｙ平面内で位置決めされる。
各フランジ４１には、穴部４１ａが形成されており、穴部４１ａには、ボルト（図示せず）が挿入される。また、フランジ２２には、ボルトが挿入されるネジ溝（図示せず）が形成されている。穴部４１ａおよびフランジ２２のネジ溝に対してボルトを挿入することにより、ホルダ２０をモジュールケース４０に固定することができる。すなわち、ホルダ２０がモジュールケース４０に対してＺ方向に移動することを阻止できる。
モジュールケース４０は、Ｘ−Ｙ平面内において、複数の単電池１０を囲んでおり、モジュールケース４０の内側に複数の単電池１０が収容される。モジュールケース４０の底面４２には、複数の開口部４２ａが形成されている。開口部４２ａは、単電池１０の数だけ設けられている。なお、上述したホルダ２０の開口部２１と同様に、開口部４２ａの数は、適宜設定することができる。単電池１０を開口部４２ａに挿入することにより、モジュールケース４０に対して、各単電池１０を位置決めすることができる。
すなわち、単電池１０の負極端子１２側の領域は、モジュールケース４０の開口部４２ａによって、Ｘ−Ｙ平面内で位置決めされる。一方、単電池１０の正極端子１１側の領域は、ホルダ２０の開口部２１によって、Ｘ−Ｙ平面で位置決めされる。このように、本実施例では、単電池１０の長手方向（Ｚ方向）における両端が、モジュールケース４０およびホルダ２０によってそれぞれ位置決めされており、Ｘ−Ｙ平面内で隣り合う２つの単電池１０が互いに接触してしまうことを防止している。
モジュールケース４０は、樹脂などの絶縁材料で形成することができる。これにより、Ｘ−Ｙ平面内で隣り合う２つの単電池１０を絶縁状態とすることができる。なお、単電池１０の外面を、絶縁材料で形成された層で覆っておけば、Ｘ−Ｙ平面内で隣り合う２つの単電池１０を絶縁状態とすることもできる。一方、モジュールケース４０を導電性材料で形成することもできる。この場合には、モジュールケース４０のうち、単電池１０と対向する面に対して、絶縁材料で形成された層を形成しておくことができる。これにより、モジュールケース４０および単電池１０を絶縁状態とすることができる。
モジュールケース４０は、Ｙ方向で対向する側壁４３ａ，４３ｂを有する。側壁４３ａには、Ｘ方向に並んで配置された複数のスリット４４ａが形成されている。各スリット４４ａは、Ｚ方向に延びており、矩形状の開口を有する。
スリット４４ａは、後述するように、モジュールケース４０の内部に、単電池１０の温度調節に用いられる熱交換媒体を取り込むために用いられる。具体的には、Ｘ方向に延びるチャンバ（図示せず）を側壁４３ａに取り付け、チャンバに熱交換媒体を供給すれば、チャンバに供給された熱交換媒体が、スリット４４ａを通過して、モジュールケース４０の内部に移動することができる。
モジュールケース４０の側壁４３ｂには、Ｘ方向に並んで配置された複数のスリット４４ｂが形成されている。各スリット４４ｂは、Ｚ方向に延びており、矩形状の開口を有する。スリット４４ｂは、後述するように、モジュールケース４０の内部に存在する熱交換媒体をモジュールケース４０の外部に排出させるために用いられる。具体的には、Ｘ方向に延びるチャンバ（図示せず）を側壁４３ｂに取り付ければ、スリット４４ｂを通過した熱交換媒体をチャンバに移動させて、このチャンバから熱交換媒体を排出させることができる。
単電池１０が充放電などによって発熱しているときには、冷却用の熱交換媒体をモジュールケース４０の内部に供給することにより、単電池１０の温度上昇を抑制することができる。すなわち、熱交換媒体および単電池１０の間で熱交換を行わせることにより、単電池１０の熱を熱交換媒体に伝達させて、単電池１０の温度上昇を抑制することができる。熱交換媒体としては、空気などを用いることができる。単電池１０を冷却するときには、単電池１０の温度よりも低い温度となるように、予め冷却された熱交換媒体を用いることができる。
一方、外部環境などの影響を受けて、単電池１０が過度に冷えているときには、加温用の熱交換媒体をモジュールケース４０の内部に供給することにより、単電池１０の温度低下を抑制することができる。すなわち、熱交換媒体および単電池１０の間で熱交換を行わせることにより、熱交換媒体の熱を単電池１０に伝達させて、単電池１０の温度低下を抑制することができる。熱交換媒体としては、空気などを用いることができる。単電池１０を温めるときには、単電池１０の温度よりも高い温度となるように、ヒータなどを用いて予め温められた熱交換媒体を用いることができる。
モジュールケース４０の下部には、複数のブラケット４５が設けられている。ブラケット４５は、開口部４５ａを有しており、開口部４５ａには、ボルト（図示せず）が挿入される。本実施例の電池モジュール１を、特定の機器に搭載するときには、ブラケット４５が用いられる。すなわち、ブラケット４５に挿入されるボルトを用いれば、電池モジュール１を特定の機器に搭載することができる。電池モジュール１は、例えば、車両に搭載することができる。この場合には、ブラケット４５を用いて、電池モジュール１を車両ボディに固定することができる。
電池モジュール１を車両に搭載するときには、モータ・ジェネレータを用いて、電池モジュール１から出力された電気エネルギを運動エネルギに変換することができる。この運動エネルギを車輪に伝達させれば、車両を走行させることができる。また、モータ・ジェネレータを用いることにより、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換することができる。この電気エネルギは、回生電力として、電池モジュール１に蓄えることができる。
ホルダ２０の上面には、第１カバー５１が配置されている。なお、図２では、第１カバー５１を省略している。第１カバー５１は、Ｚ方向に延びる腕部５１ａを有しており、腕部５１ａの先端には、開口部が形成されている。ホルダ２０の外縁には、ピン２３が設けられており、ピン２３は、腕部５１ａの開口部に挿入される。これにより、第１カバー５１をホルダ２０に固定することができる。
第１カバー５１およびホルダ２０の間には、スペースが形成されている。このスペースは、後述するバスバー６０，７２を収容したり、単電池１０に設けられた弁から排出されたガスを移動させたりするためのスペースとなる。バスバー６０，７２を第１カバー５１によって覆うことにより、バスバー６０，７２を保護することができる。
第１カバー５１は、単電池１０の正極端子１１と対向しているため、単電池１０から排出されたガスは、第１カバー５１に向かって移動する。上述したように、第１カバー５１およびホルダ２０の間にスペースを形成しておくことにより、このスペースに、単電池１０から排出されたガスを溜めることができる。第１カバー５１およびホルダ２０の間に形成されたスペースに排気ダクトを接続しておけば、単電池１０から排出されたガスを排気ダクトに導くことができる。
本実施例では、上述したように、すべての単電池１０における正極端子１１が、電池モジュール１の上方に位置している。このため、各正極端子１１から排出されるガスを、第１カバー５１およびホルダ２０の間に形成された、１つのスペースに溜めることができる。
ここで、複数の単電池１０における正極端子１１を、電池モジュール１の上面および下面にそれぞれ配置すると、電池モジュール１の上面および下面からガスが排出されてしまう。この場合には、電池モジュール１の上面および下面のそれぞれに対して、ガスの排出経路を設けなければならず、ガスの排出経路が大型化しやすくなってしまう。本実施例では、電池モジュール１の上面だけにガスの排出経路を設けるだけでよいため、ガスの排出経路が大型化することを抑制できる。
また、単電池１０から排出されるガスは、上方に向かって移動しやすい。このため、正極端子１１が上方となるように単電池１０を配置すれば、正極端子１１からガスを排出させやすくなる。
モジュールケース４０の底面４２は、第２カバー５２によって塞がれる。第２カバー５２は、モジュールケース４０の底面４２に沿った形状に形成されている。第２カバー５２および底面４２の間には、後述するバスバー６０，７１が配置される。このため、第２カバー５２は、バスバー６０，７１を保護するために用いられる。
ホルダ２０（絶縁体３０）から突出した単電池１０の正極端子１１には、バスバー６０の正極タブ６１が接続される。正極タブ６１は、Ｚ方向において正極端子１１と対向する位置に設けられており、正極端子１１および正極タブ６１は、溶接などによって接続することができる。本実施例では、５つの正極タブ６１が、バスバー６０の第１領域６０ａに形成されており、第１領域６０ａは、Ｘ−Ｙ平面に沿った平板状に形成されている。バスバー６０の第１領域６０ａは、上述したように、ホルダ２０および第１カバー５１の間に配置される。
第１領域６０ａに形成される正極タブ６１の数（１つ以上）は、適宜設定することができる。後述するように、複数の単電池１０を電気的に並列に接続するときには、電気的に並列に接続される単電池１０の数に応じて、第１領域６０ａに形成される正極タブ６１の数が設定される。言い換えれば、第１領域６０ａに形成される正極タブ６１の数は、電気的に並列に接続される単電池１０の数となる。本実施例において、複数のバスバー６０における第１領域６０ａは、正極タブ６１の位置に応じて、互いに異なった形状を有している。
モジュールケース４０の開口部４２ａから突出した単電池１０の負極端子１２には、バスバー６０の負極タブ６２が接続される。負極タブ６２は、Ｚ方向において負極端子１２と対向する位置に設けられており、負極端子１２および負極タブ６２は、溶接などによって接続することができる。本実施例では、５つの負極タブ６２が、バスバー６０の第２領域６０ｂに形成されており、第２領域６０ｂは、Ｘ−Ｙ平面に沿った平板状に形成されている。バスバー６０の第２領域６０ｂは、上述したように、モジュールケース４０および第２カバー５２の間に配置される。
第２領域６０ｂに形成される負極タブ６２の数（１つ以上）は、適宜設定することができる。後述するように、複数の単電池１０を電気的に並列に接続するときには、電気的に並列に接続される単電池１０の数に応じて、第２領域６０ｂに形成される負極タブ６２の数が設定される。言い換えれば、第２領域６０ｂに形成される負極タブ６２の数は、電気的に並列に接続される単電池１０の数となる。本実施例において、複数のバスバー６０における第２領域６０ｂは、負極タブ６２の位置に応じて、互いに異なった形状を有している。
第１領域６０ａおよび第２領域６０ｂは、Ｚ方向に延びる第３領域６０ｃを介して接続されている。言い換えれば、第３領域６０ｃの上端は、第１領域６０ａと接続されており、第３領域６０ｃの下端は、第２領域６０ｂと接続されている。第３領域６０ｃは、モジュールケース４０の外側に配置されている。すべてのバスバー６０における第３領域６０ｃは、Ｘ方向に並んで配置されているとともに、モジュールケース４０の側壁４３ｂに沿って配置されている。
側壁４３ｂの外面には、凹部４６が形成されており、凹部４６に対して第３領域６０ｃが収容される。図３は、電池モジュール１をＸ−Ｙ平面で切断した断面図であって、電池モジュール１の一部を示している。図３に示すように、凹部４６は、Ｘ方向で隣り合う２つのスリット４４ｂの間に形成されている。そして、Ｘ方向で隣り合う２つのスリット４４ｂの間に、バスバー６０の第３領域６０ｃが位置している。
本実施例の電池モジュール１では、バスバー６０の他に、バスバー７１，７２も用いている。バスバー７１，７２は、Ｘ方向における電池モジュール１の両端に設けられており、バスバー６０とは異なる形状を有している。
バスバー７１は、負極端子１２と接続される負極タブ７１ａを備えている。ここで、バスバー７１は、正極端子１１と接続されていない。本実施例において、バスバー７１は、５つの負極端子１２と接続されるため、５つの負極タブ７１ａを備えている。また、バスバー７２は、正極端子１１と接続される正極タブ７２ａを備えている。ここで、バスバー７２は、負極端子１１と接続されていない。本実施例において、バスバー７２は、５つの正極端子１１と接続されるため、５つの正極タブ７２ａを備えている。
バスバー７１に設けられたリード７１ｂは、電池モジュール１の負極端子として用いられる。また、バスバー７２に設けられたリード７２ｂは、電池モジュール１の正極端子として用いられる。電池モジュール１を負荷と電気的に接続するときには、リード７１ｂ，７２ｂが配線を介して負荷と接続される。
また、複数の電池モジュール１を電気的に直列に接続するときには、一方の電池モジュール１のリード７１ｂが、他方の電池モジュール１のリード７２ｂと電気的に接続される。ここで、図２に示す複数の電池モジュール１をＸ方向に並べるとき、一方の電池モジュール１におけるリード７１ｂは、他方の電池モジュール１におけるリード７２ｂと隣り合う位置に配置される。これにより、リード７１ｂ，７２ｂを容易に接続することができる。
バスバー６０，７１，７２を用いることにより、電池モジュール１を図４に示す回路構成とすることができる。本実施例では、バスバー６０の第１領域６０ａに設けられた複数の正極タブ６１を複数の正極端子１１に接続したり、バスバー６０の第２領域６０ｂに設けられた複数の負極タブ６２を複数の負極端子１２に接続したりしている。これにより、複数の単電池１０を電気的に並列に接続することができる。具体的には、図４に示すように、５つの単電池１０を電気的に並列に接続することができる。ここで、電気的に並列に接続された５つの単電池１０によって、１つの電池ブロック１０Ａが構成される。
また、本実施例では、１つのバスバー６０に関して、第１領域６０ａの正極タブ６１と、第２領域６０ｂの負極タブ６２とは、互いに異なる単電池１０と接続されている。このため、バスバー６０の第３領域６０ｃを介して、複数の電池ブロック１０Ａを電気的に直列に接続することができる。言い換えれば、バスバー６０の数を変更することにより、電気的に直列に接続される電池ブロック１０Ａの数を変更することができる。
一方、電池モジュール１の一端に位置する電池ブロック１０Ａでは、複数の単電池１０における負極端子１２がバスバー７１によって電気的に並列に接続されている。また、電池モジュール１の他端に位置する電池ブロック１０Ａでは、複数の単電池１０における正極端子１１がバスバー７２によって電気的に並列に接続されている。
なお、電池ブロック１０Ａを構成する単電池１０の数、言い換えれば、電気的に並列に接続される単電池１０の数は、適宜設定することができる。バスバー６０の第１領域６０ａに設けられる正極タブ６１の数や、バスバー６０の第２領域６０ｂに設けられる負極タブ６２の数を変更すれば、電気的に並列に接続される単電池１０の数を変更することができる。正極タブ６１の数を変更すれば、第１領域６０ａの形状は、図１および図２に示す第１領域６０ａの形状とは異なる。同様に、負極タブ６２の数を変更すれば、第２領域６０ｂの形状は、図１に示す第２領域６０ｂの形状とは異なる。
本実施例では、図５に示すように、第１領域６０ａのうち、第３領域６０ｃとの接続部分を、矢印Ｘ１の方向にずらしている。言い換えれば、第３領域６０ｃの上端を矢印Ｘ１の方向にずらしている。また、第２領域６０ｂのうち、第３領域６０ｃとの接続部分を、矢印Ｘ２の方向にずらしている。言い換えれば、第３領域６０ｃの下端を矢印Ｘ２の方向にずらしている。
矢印Ｘ１，Ｘ２に示す方向は、Ｘ軸に沿った方向であって、相反する方向を示している。このため、本実施例では、第３領域６０ｃの上端および下端を、互いに近づく方向にずらしている。これにより、第３領域６０ｃと接続される第１領域６０ａの接続部分と、第３領域６０ｃと接続される第２領域６０ｂの接続部分とを、Ｚ方向で対向させることができる。これに伴い、第３領域６０ｃをＺ方向に沿って形成することができる。言い換えれば、第３領域６０ｃを、単電池１０の長手方向に沿って形成することができる。
なお、本実施例では、第３領域６０ｃと接続される第１領域６０ａの接続部分と、第３領域６０ｃと接続される第２領域６０ｂの接続部分とを、互いに近づく方向（矢印Ｘ１，Ｘ２の方向）にずらしているが、これに限るものではない。具体的には、第１領域６０ａの接続部分だけを、矢印Ｘ１の方向にずらして、第２領域６０ｂの接続部分に近づけることにより、第３領域６０ｃをＺ方向に沿って形成することができる。また、第２領域６０ｂの接続部分だけを、矢印Ｘ２の方向にずらして、第１領域６０ａの接続部分に近づけることにより、第３領域６０ｃをＺ方向に沿って形成することができる。
上述したように、第１領域６０ａおよび第２領域６０ｂは、互いに異なる単電池１０、言い換えれば、Ｘ方向で隣り合う単電池１０と接続される。このため、第１領域６０ａから第２領域６０ｂに向かって、第３領域６０ｃを延ばすと、第３領域６０ｃは、図６に示す形状となってしまう。すなわち、第３領域６０ｃは、Ｚ軸に対して傾斜する方向に延びてしまう。このように、第３領域６０ｃを配置してしまうと、モジュールケース４０のスリット４４ｂが第３領域６０ｃによって塞がれてしまう。
ここで、図６に示す第３領域６０ｃと重ならない位置にスリット４４ｂを形成すれば、スリット４４ｂが第３領域６０ｃによって塞がれてしまうこともない。しかし、この場合には、単電池１０に対して効率良く熱交換媒体を供給することができなくなってしまう。熱交換媒体を用いて単電池１０の温度を調節するときには、単電池１０の全体に対して熱交換媒体を供給することが好ましい。すなわち、単電池１０の長手方向に沿って、熱交換媒体を流動させることが好ましい。このため、スリット４４ｂは、単電池１０の長手方向に沿って形成することが好ましい。
本実施例によれば、スリット４４ｂを単電池１０の長手方向（Ｚ方向）に沿って形成しながら、スリット４４ｂと重ならない位置に第３領域６０ｃを配置することができる。ここで、スリット４４ｂは、単電池１０の長手方向（Ｚ方向）に延びていればよく、スリット４４ｂの形状は、適宜設定することができる。本実施例では、スリット４４ｂが矩形状に形成されているが、他の形状（例えば、三角形）に形成することもできる。また、スリット４４ｂは、直線に沿って形成されている必要はなく、Ｚ方向に延びる波形に沿って形成することもできる。
次に、電池モジュール１における熱交換媒体の流れについて、図７を用いて説明する。図７は、電池モジュール１をＸ−Ｙ平面で切断したときの断面図である。
電池モジュール１に供給された熱交換媒体は、モジュールケース４０のスリット４４ａを通過して、モジュールケース４０の内部に進入する。図７に示すように、スリット４４ａは、Ｙ方向において、単電池１０と対向する位置に設けられている。このため、スリット４４ａを通過した熱交換媒体は、単電池１０の外周面に接触することになる。このように、熱交換媒体が単電池１０の外周面と接触することにより、熱交換媒体および単電池１０の間で熱交換が行われる。
上述したように、単電池１０の一部は、ホルダ２０の開口部２１に挿入されるため、この部分には、熱交換媒体を供給することができない。一方、単電池１０のうち、ホルダ２０の開口部２１に挿入されていない部分については、熱交換媒体を供給することができる。このため、モジュールケース４０にスリット４４ａを形成することにより、単電池１０に対して効率良く熱交換媒体を供給することができる。
Ｘ−Ｙ平面内において、隣り合う２つの単電池１０の間には、隙間が形成されているため、熱交換媒体は、２つの単電池１０の間に形成された隙間を通過する。これにより、スリット４４ａを通過した熱交換媒体は、スリット４４ｂに向かって進むことになる。熱交換媒体がスリット４４ｂに到達する間に、熱交換媒体は、複数の単電池１０との間で熱交換を行う。これにより、モジュールケース４０に収容された、すべての単電池１０の温度を調節することができる。
スリット４４ｂは、Ｙ方向において、単電池１０と対向する位置に設けられている。このため、スリット４４ｂと隣り合う単電池１０と熱交換された熱交換媒体は、スリット４４ｂを通過して、モジュールケース４０の外部に排出される。上述したように、バスバー６０の第３領域６０ｃは、スリット４４ｂ（熱交換媒体の流路）を塞いでいないため、熱交換媒体がスリット４４ｂの付近に停滞することを抑制でき、スリット４４ｂから熱交換媒体を効率良く排出させることができる。これにより、モジュールケース４０の内部において、熱交換媒体が流れやすくなり、単電池１０に対して熱交換媒体を供給しやすくなったり、熱交換媒体を用いた単電池１０の温度調節を効率良く行ったりすることができる。
本実施例では、バスバー６０，７１，７２がモジュールケース４０の外部に配置されている。ここで、バスバー６０，７１，７２は、通電によって発熱するが、バスバー６０，７１，７２をモジュールケース４０の外部に配置しておくことにより、バスバー６０，７１，７２で発生した熱が熱交換媒体や単電池１０に伝達することを抑制できる。
熱交換媒体を用いて単電池１０を冷却するとき、バスバー６０，７１，７２の熱が熱交換媒体や単電池１０に伝達されてしまうと、単電池１０の冷却を効率良く行うことができない。本実施例のように、モジュールケース４０の内部で熱交換媒体を移動させる構成では、モジュールケース４０の外部にバスバー６０，７１，７２を配置しておくことにより、バスバー６０，７１，７２の熱が熱交換媒体や単電池１０に伝達されることを抑制できる。これに伴い、熱交換媒体を用いた単電池１０の冷却を効率良く行うことができる。
なお、バスバー６０の第３領域６０ｃは、モジュールケース４０の内部に配置することもできる。ここで、バスバー６０の第３領域６０ｃを、モジュールケース４０の壁面４３ｂに沿って配置しておけば、第３領域３０ｃによって、モジュールケース４０の内部における熱交換媒体の移動を妨げてしまうことはない。
本実施例では、スリット４４ａから熱交換媒体を供給し、スリット４４ｂから熱交換媒体を排出しているが、これに限るものではない。具体的には、スリット４４ｂから熱交換媒体を供給し、スリット４４ａから熱交換媒体を排出させることもできる。すなわち、図７に示す熱交換媒体の経路と逆の経路に沿って、熱交換媒体を移動させることができる。この場合であっても、バスバー６０によってスリット４４ｂが塞がれてしまうことはなく、単電池１０に対して効率良く熱交換媒体を供給することができる。
本実施例では、Ｘ方向で隣り合う２つのスリット４４ｂの間に、バスバー６０の第３領域６０ｃが位置しているが、これに限るものではない。すなわち、スリット４４ｂおよび第３領域６０ｃが、単電池１０の長手方向（Ｚ方向）に沿って形成されているとともに、Ｘ方向において互いにずれた位置に形成されていればよい。スリット４４ｂおよび第３領域６０ｃが、このような位置関係にあれば、単電池１０に対して効率良く熱交換媒体を供給することができるとともに、スリット４４ｂが第３領域６０ｃによって塞がれてしまうこともない。
本実施例では、Ｘ方向における電池モジュール１の両端に対して、電池モジュール１の正極端子（バスバー７２のリード７２ｂ）と、電池モジュール１の負極端子（バスバー７１のリード７１ｂ）とをそれぞれ設けている。これにより、電池モジュール１の正極端子および負極端子を、図７に示す熱交換媒体の移動経路と干渉しない位置に配置することができる。
本実施例のように、単電池１０の長手方向をＺ方向とすることにより、電池モジュール１の高さ（Ｚ方向の長さ）を、単電池１０の高さ（Ｚ方向の長さ）と等しくすることができる。これにより、単電池１０の数を増やしても、電池モジュール１の高さが変わることはない。
電池モジュール１を車両に搭載するとき、電池モジュール１の高さは、搭載スペースとの関係において重要となる。車両では、一般的に、乗員の乗車スペースやラゲッジスペースを確保する必要があり、電池モジュール１の搭載スペースを、車両の上下方向に広げにくい。本実施例では、上述したように、電池モジュール１の高さが、単電池１０の高さとなり、単電池１０の数を増やしても、電池モジュール１の高さは変わらない。このように、単電池１０の高さによって、電池モジュール１の高さを規定することにより、電池モジュール１を車両に搭載しやすくなる。
本実施例では、バスバー６０の第３領域６０ｃを用いることにより、複数の単電池１０を電気的に直列に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、バスバー６０の第３領域６０ｃを用いることにより、複数の単電池１０を電気的に並列に接続することもできる。この場合には、第３領域６０ｃによって電気的に並列に接続される少なくとも２つの単電池１０に関して、正極端子１１（又は負極端子１２）の向きを異ならせる必要がある。すなわち、一方の単電池１０における正極端子１１を電池モジュール１の上端に配置し、他方の単電池１０における正極端子１１を電池モジュール１の下端に配置することができる。
本発明である蓄電装置は、複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子を電気的に接続するバスバーと、複数の蓄電素子を収容するケースとを有する。各蓄電素子は、所定方向に延びており、所定方向の両端において、正極端子および負極端子をそれぞれ有する。また、複数の蓄電素子は、所定方向と直交する平面内において並んで配置されている。ケースは、熱交換媒体を通過させる開口部を有しており、開口部は、所定方向に延びている。熱交換媒体は、蓄電素子の温度を調節するために用いられる。また、バスバーは、正極端子と接続される正極タブを含む第１領域と、負極端子と接続される負極タブを含む第２領域と、所定方向に延び、両端が第１領域および第２領域のそれぞれと接続される第３領域とを有している。そして、バスバーの一部である第３領域は、所定方向に延びており、開口部とは異なる位置において、開口部が形成されたケースの壁面に沿って配置されている。
バスバーの第１領域は、所定方向と直交する方向に延びている。バスバーの第２領域は、所定方向と直交する方向に延びている。そして、所定方向に延びる第３領域は、その所定方向の両端において、第１領域および第２領域のそれぞれと接続されている。
バスバー７１は、負極端子１２と接続される負極タブ７１ａを備えている。ここで、バスバー７１は、正極端子１１と接続されていない。本実施例において、バスバー７１は、５つの負極端子１２と接続されるため、５つの負極タブ７１ａを備えている。また、バスバー７２は、正極端子１１と接続される正極タブ７２ａを備えている。ここで、バスバー７２は、負極端子１２と接続されていない。本実施例において、バスバー７２は、５つの正極端子１１と接続されるため、５つの正極タブ７２ａを備えている。
なお、バスバー６０の第３領域６０ｃは、モジュールケース４０の内部に配置することもできる。ここで、バスバー６０の第３領域６０ｃを、モジュールケース４０の壁面４３ｂに沿って配置しておけば、第３領域６０ｃによって、モジュールケース４０の内部における熱交換媒体の移動を妨げてしまうことはない。

Claims (11)

  1. 所定方向に延びて、前記所定方向の両端に正極端子および負極端子をそれぞれ有しており、前記所定方向と直交する平面内で並んで配置された複数の蓄電素子と、
    前記複数の蓄電素子を電気的に接続するバスバーと、
    前記複数の蓄電素子を収容するケースと、を有し、
    前記ケースは、前記蓄電素子の温度調節に用いられる熱交換媒体を通過させ、前記所定方向に延びる開口部を有しており、
    前記バスバーの一部は、前記所定方向に延びており、前記開口部とは異なる位置において、前記開口部が形成された前記ケースの壁面に沿って配置されていることを特徴とする蓄電装置。
  2. 前記ケースは、前記所定方向と直交する方向に並んで配置された複数の前記開口部を有しており、
    前記バスバーの一部は、前記所定方向と直交する方向で隣り合う２つの前記開口部の間に位置していることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 前記開口部は、前記蓄電素子に前記熱交換媒体を供給する開口部又は、前記蓄電素子との間で熱交換が行われた後の前記熱交換媒体を排出させる開口部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
  4. 前記バスバーは、前記ケースの外部に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  5. 前記バスバーは、
    前記正極端子と接続される正極タブを含み、前記所定方向と直交する方向に延びる第１領域と、
    前記負極端子と接続される負極タブを含み、前記所定方向と直交する方向に延びる第２領域と、
    前記所定方向に延びており、両端が前記第１領域および前記第２領域のそれぞれと接続される第３領域と、
    を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  6. 前記第１領域は、複数の前記正極タブを含み、
    前記第２領域は、複数の前記負極タブを含むことを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
  7. 前記第１領域における前記第３領域との接続部分と、前記第２領域における前記第３領域との接続部分とは、前記所定方向において対向していることを特徴とする請求項５又は６に記載の蓄電装置。
  8. 前記複数の蓄電素子における前記正極端子が、前記所定方向と直交する平面内に位置していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  9. 前記複数の蓄電素子のそれぞれを保持するホルダを有しており、
    前記ケースは、前記各蓄電素子のうち、前記ホルダによって保持されていない領域を囲んでいることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  10. 前記所定方向と直交する方向において、互いに異なる位置に配置された前記蓄電素子は、前記バスバーによって電気的に直列に接続されており、
    前記所定方向と直交する方向における前記ケースの両端には、前記蓄電装置の正極端子および負極端子がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  11. 前記所定方向と直交する前記蓄電素子の断面形状が円形であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の蓄電装置。
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