JPWO2017104025A1 - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、電池の液漏れが生じた場合でも電池監視ユニットが損傷することを防止することができ、安全性の高い蓄電装置を提供する。本発明の蓄電装置は、電池と、前記電池を監視する電池監視部と、前記電池監視部を収容する保護ケースと、前記電池及び前記保護ケースを収容する筐体とを備え、前記保護ケースの内部が密閉されていることを特徴とする。

Description

本発明は、蓄電装置に関する。
近年、電池は、様々な用途に用いられ、特に大容量の電池は、電気自動車用電源や電力貯蔵などの用途に用いられている。
電池を単電池で使用すると、機器が必要とする電圧よりも電池の電圧が低い場合がある。このような場合、複数の電池を直列に接続し供給電圧を所望の電圧まで高くする必要がある。また、単電池では機器が必要とする電気量を十分に供給できない場合がある。このような場合、複数の電池を並列に接続し供給電気量を所望の量まで大きくする必要がある。
このため、直列又は並列に接続した複数の電池を筐体に収容した蓄電装置から機器に電力を供給している。また、この複数の電池を監視する電池監視ユニット（BMU）を内蔵した蓄電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。BMUは、通常、各電池の電圧などを測定し、充・放電時の過充電、過放電を検出する。また、BMUは、各電池の電圧バランスを維持する機能も有することができる。
特開２０１５−８１２１号公報
しかし、従来の電池監視ユニットを内蔵した蓄電装置では筐体中に電池と電池監視ユニットを収容しているため、電池の液漏れが生じた場合、電池監視ユニットが損傷し、過充電を検出できない場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電池の液漏れが生じた場合でも電池監視ユニットが損傷することを防止することができ、安全性の高い蓄電装置を提供する。
本発明は、電池と、前記電池を監視する電池監視部と、前記電池監視部を収容する保護ケースと、前記電池及び前記保護ケースを収容する筐体とを備え、前記保護ケースの内部が密閉されていることを特徴とする蓄電装置を提供する。
本発明の蓄電装置は、電池と、電池を監視する電池監視部と、電池及び電池監視部を収容する筐体とを備えるため、電池監視部により電池を監視しながら充放電することができ、蓄電装置の安全性を向上させることができる。また、電池と電池監視部とを筐体内で電気的に接続することができ、蓄電装置を小型化することや部品数を低減することができる。
本発明の蓄電装置は電池監視部を収容し筐体内に収容される保護ケースを備え、この前記保護ケースの内部が密閉されているため、筐体内の電池を収容するスペースと電池監視部を収容するスペースとを分離することができる。このため、電池の液漏れが生じた場合でも、漏れ出た電解液が電池監視部を収容した保護ケース内に浸入することはなく、電池監視部が損傷することを防止することができる。このため、蓄電装置の安全性を向上させることができる。
本発明の第１実施形態の蓄電装置の概略斜視図である。 図１の破線Ａ−Ａにおける蓄電装置の概略断面図である。 本発明の第１実施形態の蓄電装置に含まれる電池監視部を収容した保護ケースの概略斜視図である。 （ａ）（ｂ）は、それぞれ本発明の第１実施形態の蓄電装置の概略回路図である。 本発明の第２実施形態の蓄電装置の概略断面図である。 本発明の第３実施形態の蓄電装置の概略断面図である。 本発明の第４実施形態の蓄電装置の概略断面図である。
本発明の蓄電装置は、電池と、前記電池を監視する電池監視部と、前記電池監視部を収容する保護ケースと、前記電池及び前記保護ケースを収容する筐体とを備え、前記保護ケースの内部が密閉されていることを特徴とする。
本発明の蓄電装置において、保護ケースは保護ケースの内部から外部に導出されている接続端子を複数備えることが好ましく、複数の接続端子のうち少なくとも１つは電池監視部と電池とを電気的に接続することが好ましい。このことにより、保護ケースの内部を密閉空間した状態で電池監視部と電池とを電気的に接続することができる。
本発明の蓄電装置は、電池と電池監視部とを電気的に接続する配線を有する配線盤をさらに備えることが好ましく、筐体は、電池を収容する容器と蓋とを含むことが好ましく、配線盤は、容器に収容された電池と蓋との間に配置されることが好ましく、保護ケースは、配線盤と蓋との間に配置されることが好ましい。このような構成により、容器に収容した電池と保護ケースに収容した電池監視部とを配線盤を介して電気的に接続することができる。また、蓄電装置を小型化することができる。さらに、筐体を密閉構造とすることが可能になる。
本発明の蓄電装置において、配線盤の一部は、筐体の一部となることが好ましい。このことにより、配線盤に外部接続端子を設けることが可能になる。
本発明の蓄電装置において、配線盤は電池側配線端子と配線盤を貫通するスリットとを備えることが好ましく、電池は電池端子を備えることが好ましく、電池端子はスリットを貫通し電池側配線端子と接合することが好ましい。このことにより、電池と配線盤とを接続する配線を省略することができ、蓄電装置の部品数を低減することができる。また、蓄電装置の製造コストを低減することができる。
本発明の蓄電装置は保護ケースと蓋との間に設けられたシール部材をさらに備えることが好ましく、保護ケースは、シール部材により密閉されることが好ましい。このことにより、保護ケースの内部を容易に密閉空間とすることができる。
本発明の蓄電装置において、筐体は電池を複数収容することが好ましく、複数の電池は直列接続又は並列接続されたことが好ましい。このことにより、蓄電装置が複数の電池を有することができ、蓄電装置の出力電圧又は出力電力を大きくすることができる。
本発明の蓄電装置において、電池監視部は各電池の電圧を測定するように設けられたことが好ましい。このことにより、蓄電装置に含まれる複数の電池のうち少なくとも１つの電池が過充電になった場合でも、過充電を検出することができ、蓄電装置の安全性を向上させることができる。
本発明の蓄電装置は電池に電気的に接続した外部接続端子とヒューズ又はリレーとをさらに備えることが好ましく、ヒューズ又はリレーは電池と外部接続端子とを電気的に接続している経路上に設けられることが好ましく、電池監視部は、電池の過充電を検出するとヒューズ又はリレーにより電池と外部接続端子との電気的接続を切断する信号を出力するように設けられることが好ましい。このことにより、電池監視部が過充電を検出した際に、外部接続端子と電池との電気的接続を切断することができ、蓄電装置の安全性を向上させることができる。
本発明の蓄電装置は電池に電気的に接続した外部接続端子を備えることが好ましく、電池監視部は電池と外部接続端子とを電気的に接続している経路上に設けられたヒューズ又はリレーを有することが好ましく、複数の接続端子のうち少なくとも１つは、外部接続端子とヒューズ又はリレーとを電気的に接続することが好ましい。このことにより、ヒューズ又はリレーを保護ケース内に配置することができ、電池の液漏れが生じた場合でも、ヒューズ又はリレーが損傷することを防止することができる。
本発明の蓄電装置において、筐体は密閉構造を有することが好ましい。このことにより、筐体内に水などが浸入することを防止することができ、蓄電装置の安全性を向上させることができる。また、蓄電装置の寿命特性を向上させることができる。
以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
蓄電装置の構成
図１は、第１実施形態の蓄電装置の概略斜視図である。図２は、図１の破線Ａ−Ａにおける蓄電装置の概略断面図である。図３は、第１実施形態の蓄電装置に含まれる電池監視部を収容した保護ケースの概略斜視図であり、図４（ａ）（ｂ）は、それぞれ第１実施形態の蓄電装置の概略回路図である。また、図５、６、７は、それぞれ第２、３、４実施形態の蓄電装置の概略断面図である。なお、本実施形態の蓄電装置は、第１〜４実施形態の蓄電装置を含む。
本実施形態の蓄電装置３０は、電池５と、電池５を監視する電池監視部３と、電池監視部３を収容する保護ケース２と、電池５及び保護ケース２を収容する筐体１とを備え、保護ケース２の内部が密閉されていることを特徴とする。
以下、本実施形態の蓄電装置３０について説明する。
１．蓄電装置
本実施形態の蓄電装置３０は、例えば、自動車の電源、自動二輪車の電源、太陽光発電の蓄電、バックアップ電源などに用いられる蓄電装置である。また、蓄電装置３０は、充放電ができるように設けることができる。
２．電池
蓄電装置３０は、筐体１に収容された電池５を備える。電池５は、正極電池端子と負極電池端子とを有する（本明細書では、正極電池端子及び負極電池端子を電池端子１７という）。また、電池５は、正極電池端子及び負極電池端子が上側に配置されるように容器７に収容することができる。
また、蓄電装置３０は、筐体１に収容された複数の電池５を備えることができる。この複数の電池５は、並列接続されていてもよく、直列接続されていてもよい。例えば、図４（ａ）（ｂ）に示した回路図のように第１実施形態の蓄電装置３０は、４つの電池５ａ〜５ｄを備え、これらの電池５は直列に接続されている。また、複数の電池５は、配線により電気的に接続されてもよく、２つの電池５の電池端子１７を接触させることにより電気的に接続されてもよい。
電池５は、密閉型電池とすることができ、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル・水素二次電池、ニッケル・カドミウム二次電池等である。また、電池５は、角型であってもよく、円筒型であってもよく、パウチ型であってもよい。また、電池５は、外装体内に正極、負極及び電解液を収容した構造を有することができる。
３．筐体
蓄電装置３０は、電池５及び保護ケース２を収容する筐体１を備える。また、筐体１は、電池５を収容する容器７と、蓋９を含むことができる。また、配線盤８の一部が筐体１の一部となってもよい。例えば、図１、２に示した第１実施形態の蓄電装置３０及び図５に示した第２実施形態の蓄電装置３０では、筐体１は容器７、蓋９及び配線盤８の一部から構成され、図６に示した第３実施形態の蓄電装置３０及び図７に示した第４実施形態の蓄電装置３０では、筐体１は容器７及び蓋９から構成される。なお、容器７、蓋９及び配電盤８の基体の材料は、プラスチックであってもよい。
筐体１を構成する各部材は、筐体１の内部が密閉空間となるように接続することができる。例えば、各部材は、接着剤により接着することができる。このことにより、筐体１内に水などが浸入することを防止することができ、蓄電装置３０の安全性及び寿命特性を向上させることができる。
４．配線盤
蓄電装置３０は、電池５と電池監視部３とを電気的に接続する配線１５を有する配線盤８を備えることができる。配線盤８は、容器７に収容された電池５と蓋９との間に配置することができる。配線盤８の一部は、筐体１の一部となってもよく、ならなくてもよい。図１に示した第１実施形態の蓄電装置３０では、配線盤８の一部は、筐体１の一部となっており、図７に示した第４実施形態の蓄電装置３０では、配線盤８は、筐体１の内部に収容され、筐体１の一部とはなっていない。配線盤８の一部を筐体１の一部とすることにより、配線盤８に外部接続端子２０を設けることが可能になる。
なお、図６に示した蓄電装置３０のように、配線１５を保護ケース２に設ける場合、配線盤８は省略可能である。また、電池５と電池監視部３とをワイヤーハーネス等の電線により接続する場合、配線盤８は省略可能である。
配線盤８は、電池５の電池端子１７が接合する電池側配線端子１８を有することができる。電池端子１７及び電池側配線端子１８は、超音波溶接等により接合されてもよく、ボルト及びナットにより接合されてもよい。このことにより配線１５と電池端子１７とを接続することができる。また、配線盤８は、電池端子１７が貫通するスリットを有してもよい。また、電池側配線端子１８は、スリットに隣接して設けることができる。また、電池端子１７と電池側配線端子１８は、配線盤８の電池５側と反対側において接合することができる。このことにより、配線盤８の下側に配置した電池５の電池端子１７を配線盤８のスリットを貫通させ電池側配線端子１８に接合することができ、電池５と配線盤８とを直接接続することができる。
なお、容器７が複数の電池５を収容する場合、各電池５の電池端子１７が配線盤８と電気的に接続できるようにスリット及び電池側配線端子１８をそれぞれ複数設けることができる。
配線盤８は、筐体１の一部となる部分に負極外部接続端子２０ａ及び正極外部接続端子２０ｂを有することができる（本明細書では、負極外部接続端子２０ａ及び正極外部接続端子２０ｂを外部接続端子２０という）。また、外部接続端子２０は、配線１５を介して電池側配線端子１８と電気的に接続することができる。このことにより、外部接続端子２０を介して電池５の充電又は放電することができる。また、外部接続端子２０と電池側配線端子１８との間の配線１５の一部は、配線盤８に埋め込まれていてもよい。このことにより、筐体１の内部を密閉空間にした状態で、外部接続端子２０と電池側配線端子１８とを電気的に接続することができる。
蓄電装置３０は、外部接続端子２０と電池側配線端子１８とを電気的に接続する配線にヒューズ２２又はリレー２３を有することができる。また、ヒューズ２２又はリレー２３は、電池監視部３からの信号により、外部接続端子２０と電池側配線端子１８との電気的接続を切断するように設けることができる。ヒューズ２２又はリレー２３は、配線盤８に設けられてもよく、保護ケース２の内部に設けられてもよく、電池監視部３の一部として設けられてもよい。ヒューズ２２又はリレー２３は、例えば、図４（ａ）（ｂ）の回路図又は図３の斜視図のように設けることができる。
配線盤８は、電池監視部側配線端子を複数有することができる。電池監視部側配線端子は、保護ケース２の接続端子６と接続することができる。このことにより、電池５と電池監視部３とを電気的に接続することができる。
なお、電池側配線端子１８及び電池監視部側配線端子は、電池監視部３が各電池５の電圧を監視できるようにそれぞれ複数設けることができる。例えば、図４（ａ）（ｂ）に示した回路図のような電気回路を形成できるように電池側配線端子１８及び電池監視部側配線端子を設けることができる。
５．電池監視部
電池監視部３は、電池５を監視する部分である。電池監視部３は、例えば、電子部品を実装した電子回路基板である。電池監視部３は、電子回路基板の一部であってもよい。電池監視部３は複数の電子回路基板を含んでもよい。また、電池監視部３は、保護ケース２に収容される。電池監視部３は、電池５、ヒューズ２２、リレー２３又は外部接続端子２０と電気的に接続することができる。このことにより、電池監視部３により電池を監視することができる。電池監視部３は、ヒューズ２２、リレー２３を、保護ケース２に収納されている電子回路基板の一部として有することもできる。例えば、図４（ａ）（ｂ）に示した回路図のように、電池監視部３と電池５などとを電気的に接続することができる。
電池監視部３は、各電池５の電圧を測定するように設けることができる。また、電池監視部３は、電池５の電圧測定の結果に基づき過充電を検出するように設けることができる。また、電池監視部３は、少なくとも１つの電池５の過充電を検出するとヒューズ２２又はリレー２３により電池５と外部接続端子２０との接続を切る信号を出力するように設けることができる。このことにより、少なくとも１つの電池５に過充電が生じたときに強制的に電流を遮断することができ、蓄電装置３０の安全性を向上させることができる。
電池監視部３は、電池５の過放電を検出するように設けてもよく、筐体１内の温度を測定するように設けてもよく、過電流を検出するように設けてもよい。また、電池監視部３は、容器７に収容した複数の電池５の電圧のバランスを保つように設けることができる。このことにより、複数の電池５の電圧のアンバランスにより生じる電池５のダメージを軽減することができ、蓄電装置３０の寿命特性を向上させることができる。なお、電池監視部３は、各電池５に対応したバランサーを有することができる。
６．保護ケース
保護ケース２は、電池監視部３を収容するケースであり、筐体１に収容され、かつ、内部が密閉空間となるように密閉される。このため、筐体１内の電池５を収容するスペースと電池監視部３を収容するスペースとを分離することができる。この構成により、電池５の液漏れが生じた場合でも、漏れ出た電解液が電池監視部３を収容した保護ケース２内に浸入することはなく、電池監視部３が損傷することを防止することができる。このため、蓄電装置３０の安全性を向上させることができる。保護ケース２は、例えば、プラスチックケースである。
電池監視部３を配置する密閉空間は、図２に示した第１実施形態の蓄電装置３０のように、保護ケース２とシール部材１２とで形成されてもよく、図５に示した第２実施形態の蓄電装置３０のように、保護ケース２とシール部材１２と蓋９とで形成されてもよく、保護ケース２と蓋９とで形成されてもよく、保護ケース２だけで形成されてもよい。シール部材１２は、例えば、ゴムシートである。シール部材１２は、図２に示した第１実施形態の蓄電装置３０のように保護ケース２の開口を覆うように設けられてもよく、図５に示した第２実施形態の蓄電装置３０のように保護ケース２の側壁と蓋９との間に設けられてもよい。また、シール部材１２は、保護ケース２と蓋９とで挟持されてもよい。このことにより、シール部材１２と保護ケース２及び蓋９とを密着させることができ、保護ケース２の内部を密閉空間にすることができる。また、例えば、保護ケース２と蓋９とを接着剤で接着することにより保護ケース２の内部を密閉空間にしてもよい。また、保護ケース２にプラスチックのカバーを接着または溶着して密閉空間としてもよいし、プラスチックのカバーと蓋９との間にシール部材を挟持させてもよい。
保護ケース２は、保護ケース２の内部から外部に導出されている接続端子６を複数備えることができる。少なくとも１つの接続端子６は、電池監視部３と電気的に接続する。また、接続端子６と電池監視部３との間の配線の一部が保護ケース２に埋め込まれていてもよい。このことにより、保護ケース２の内部を密閉空間にした状態で接続端子６と電池監視部３とを電気的に接続することができる。また、少なくとも１つの接続端子６は、電池５と電気的に接続することができる。また、少なくとも１つの接続端子６は、外部接続端子２０と電気的に接続することができる。このことにより、電池監視部３が、各電池５間の配線及び電池５と外部接続端子２０との間の配線にそれぞれ電気的に接続することができ、電池監視部３が各電池５の電圧を監視することが可能になる。また、ヒューズ２２又はリレー２３を電池監視部３の一部として設ける場合、又はヒューズ２２又はリレー２３を保護ケース２の内部に配置する場合、接続端子６を介して外部接続端子２０とヒューズ２２又はリレー２３とを電気的に接続することができる。例えば、図３に示した保護ケース２は、６ａ〜６ｆの６つの接続端子６を有している。接続端子６は、例えば、図４（ａ）（ｂ）に示した回路図のような回路が形成されるように設けることができる。接続端子６は、配線盤８の電池監視部側配線端子と接合することができる。また、ワイヤーハーネス等の電線で各端子と接続することができる。このことにより、配線１５を介して電池監視部３と電池５とを電気的に接続することができる。
１： 筐体 ２：保護ケース ３：電池監視部 ５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ：電池 ６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ：接続端子 ７：容器 ８：配線盤 ９：蓋 １２：シール部材 １５：配線 １７：電池端子 １８：電池側配線端子 ２０、２０ａ、２０ｂ：外部接続端子 ２２：ヒューズ ２３：リレー ３０：蓄電装置

Claims (11)

  1. 電池と、前記電池を監視する電池監視部と、前記電池監視部を収容する保護ケースと、前記電池及び前記保護ケースを収容する筐体とを備え、
    前記保護ケースの内部が密閉されていることを特徴とする蓄電装置。
  2. 前記保護ケースは、前記保護ケースの内部から外部に導出されている接続端子を複数備え、
    複数の接続端子のうち少なくとも１つは、前記電池監視部と前記電池とを電気的に接続する請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 前記電池に電気的に接続した外部接続端子と、ヒューズ又はリレーとをさらに備え、
    前記ヒューズ又は前記リレーは、前記電池と前記外部接続端子とを電気的に接続している経路上に設けられ、
    前記電池監視部は、前記電池の過充電を検出すると前記ヒューズ又は前記リレーにより前記電池と前記外部接続端子との電気的接続を切断する信号を出力するように設けられた請求項１又は２に記載の蓄電装置。
  4. 前記電池に電気的に接続した外部接続端子をさらに備え、
    前記電池監視部は、前記電池と前記外部接続端子とを電気的に接続している経路上に設けられたヒューズ又はリレーを有し、
    複数の接続端子のうち少なくとも１つは、前記外部接続端子と前記ヒューズ又は前記リレーとを電気的に接続する請求項２に記載の蓄電装置。
  5. 前記電池と前記電池監視部とを電気的に接続する配線を有する配線盤をさらに備え、
    前記筐体は、前記電池を収容する容器と蓋とを含み、
    前記配線盤は、前記容器に収容された前記電池と前記蓋との間に配置され、
    前記保護ケースは、前記配線盤と前記蓋との間に配置された請求項１〜４のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  6. 前記配線盤の一部は、前記筐体の一部となる請求項５に記載の蓄電装置。
  7. 前記配線盤は、電池側配線端子と、前記配線盤を貫通するスリットとを備え、
    前記電池は、電池端子を備え、
    前記電池端子は、前記スリットを貫通し、前記電池側配線端子と接合する請求項５又は６に記載の蓄電装置。
  8. 前記保護ケースと前記蓋との間に設けられたシール部材をさらに備え、
    前記保護ケースは、前記シール部材により密閉された請求項５〜７のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  9. 前記筐体は、前記電池を複数収容し、
    複数の電池は、直列接続又は並列接続された請求項１〜８のいずれか１つに記載の蓄電装置。
  10. 前記電池監視部は、各電池の電圧を測定するように設けられた請求項９に記載の蓄電装置。
  11. 前記筐体は、密閉構造を有する請求項１〜１０のいずれか１つに記載の蓄電装置。
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