JPWO2017221378A1 - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、雨水や洗浄水などの筐体内への浸入を防止できる蓄電装置を提供する。
本発明の蓄電装置は、二次電池と、密閉構造を有する筐体と、安全弁と、排水用貫通孔とを備え、前記筐体は、前記二次電池を収容する外部容器と、前記外部容器上に配置された上蓋とを備え、前記上蓋は、上面に凹部を有し、前記安全弁は、前記凹部中に配置され、前記排水用貫通孔は、前記凹部の側壁を貫くように設けられたことを特徴とする。

Description

本発明は、蓄電装置に関する。
近年、二次電池は、様々な用途に用いられ、特に大容量の二次電池は、自動車用電源や電力貯蔵などの用途に用いられている。
二次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二次電池の電圧が低い場合がある。このような場合、複数の二次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、複数の二次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二次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、この複数の二次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、各二次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、各二次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。
一方、自動車、自動二輪車などには、通常鉛蓄電池が搭載される。鉛蓄電池は比較的重いというデメリットがあるため、比較的軽いリチウムイオン電池を含む車載用蓄電装置が開発されている。
特開２０１５−８１２１号公報
車載用蓄電装置にリチウムイオン電池を用いると過充電などを防止するためにＢＭＵなどの電子機器を蓄電装置内に搭載する必要がある。このため、雨水や洗浄水などが蓄電装置の内部に浸入するとＢＭＵや配線が腐食し蓄電装置が故障する原因や漏電の原因となる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、雨水や洗浄水などの筐体内への浸入を防止できる蓄電装置を提供する。
本発明は、二次電池と、密閉構造を有する筐体と、安全弁と、排水用貫通孔とを備え、前記筐体は、前記二次電池を収容する外部容器と、前記外部容器上に配置された上蓋とを備え、前記上蓋は、上面に凹部を有し、前記安全弁は、前記凹部中に配置され、前記排水用貫通孔は、前記凹部の側壁を貫くように設けられた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二次電池を備えるため、充放電が可能である。
本発明の蓄電装置は密閉構造を有する筐体を備えるため、筐体内に水が浸入することを防止することができ、雨水や洗浄水などにより蓄電装置が故障することを防止することができる。
筐体は二次電池を収容する外部容器と、前記外部容器上に配置された上蓋とを備えるため、外部容器に二次電池を入れ外部容器を上蓋で塞ぐことにより、密閉構造を有する筐体中に二次電池が収容された蓄電装置を製造することができる。
本発明の蓄電装置は安全弁を備えるため、二次電池において発生したガスが筐体内に放出され筐体の内圧が上昇した場合でも、安全弁からガスを筐体の外部に放出することができる。このため、筐体が膨張したり破裂したりすることを防止することができる。
安全弁は上蓋の凹部中に配置されるため、上蓋の主要上面から突出させずに安全弁を設けることができ、蓄電装置のサイズを設置スペースに適合させることができる。また、上蓋の主要上面の下のスペースを有効利用することができる。
本発明の蓄電装置は凹部の側壁を貫くように設けられた排水用貫通孔を備えるため、雨水や洗浄水が凹部に浸入したとしても、水を貫通孔から排水することができる。このことにより、安全弁を配置した凹部に水が溜まることを防止することができ、安全弁を介して水が筐体内に浸入することを防止することができる。
本発明の一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。
本発明の蓄電装置は、二次電池と、密閉構造を有する筐体と、安全弁と、排水用貫通孔とを備え、前記筐体は、前記二次電池を収容する外部容器と、前記外部容器上に配置された上蓋とを備え、前記上蓋は、上面に凹部を有し、前記安全弁は、前記凹部中に配置され、前記排水用貫通孔は、前記凹部の側壁を貫くように設けられたことを特徴とする。
本発明の蓄電装置に含まれる安全弁は、排気筒と、排気筒の外側の出口を塞ぐキャップとを有することが好ましい。このような安全弁によれば、筐体の内部圧力が上昇した場合に、この内部圧力により、キャップを弾性変形させキャップと排気筒との間に隙間を形成することができ、この隙間から筐体内部のガスを外部に放出することができる。筐体の内圧が大気圧にまで低下すると、キャップは、元の形状に戻り、再び筐体の内部を密閉空間とすることができる。
本発明の蓄電装置に含まれる筐体は、外部容器に収容した二次電池と上蓋との間に配置された中蓋を備えることが好ましい。この中蓋は、二次電池と外部接続端子とを接続する配線又は二次電池と電池監視部とを接続する配線が設けられた配線盤として機能させることができる。
本発明の蓄電装置は、二次電池を監視する電池監視部を備えることが好ましく、電池監視部は、中蓋と上蓋との間に配置されることが好ましい。この電池監視部により二次電池を監視することができ、蓄電装置の安全性を向上させることができる。
また、電池監視部は、二次電池と安全弁との間に位置しないように筐体内に収容されることが好ましい。このことにより、二次電池において発生したガスが安全弁から排出される排出経路から外れた位置に電池監視部を配置することができ、二次電池において発生したガス又は二次電池から噴出した電解液が電池監視部に付着することを抑制することができる。
本発明の蓄電装置は、中蓋と上蓋との間に配置された保護ケースをさらに備えることが好ましく、保護ケースは、電池監視部を収容し、その内部が密閉されていることが好ましい。この保護ケースを設けることにより、二次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。
本発明の蓄電装置に含まれる二次電池は、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、正極と負極とに挟まれたセパレータと、非水電解質と、正極と負極とセパレータと非水電解質とを収容する容器とを備えることが好ましい。
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。
図１は本実施形態の蓄電装置の概略斜視図であり、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。
本実施形態の蓄電装置４０は、二次電池５と、密閉構造を有する筐体４と、安全弁６と、排水用貫通孔９とを備え、筐体４は、二次電池５を収容する外部容器１と、外部容器１上に配置された上蓋３とを備え、上蓋３は、上面に凹部８を有し、安全弁６は、凹部８中に配置され、排水用貫通孔９は、凹部８の側壁を貫くように設けられたことを特徴とする。
また、本実施形態の蓄電装置４０は、電池監視部１５又は保護ケース１６を備えてもよい。
以下、本実施形態の蓄電装置４０について説明する。
１．蓄電装置
本実施形態の蓄電装置４０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４０は、充放電ができるように設けることができる。また、蓄電装置４０は、密閉型蓄電装置又は車載用蓄電装置であってもよい。
２．二次電池
蓄電装置４０は、筐体４に収容された二次電池５を備える。二次電池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、正極電池端子又は負極電池端子を電池端子２８という）。また、二次電池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筐体４の外部容器１に収容することができる。
また、蓄電装置４０は、筐体４に収容された複数の二次電池５を備えることができる。この複数の二次電池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。また、複数の二次電池５は、配線により電気的に接続されてもよく、隣接する２つの電池５の電池端子２８を接触又は接合させることにより電気的に接続されてもよい。
二次電池５は、例えば、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、ニッケル・水素電池、ニッケル・カドミウム電池等である。二次電池５は、密閉型電池であってもよい。また、二次電池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、二次電池５は、正極活物質を有する正極２１と、負極活物質を有する負極２２と、正極２１と負極２２とに挟まれたセパレータ２３と、非水電解質２４と、正極２１と負極２２とセパレータ２３と非水電解質２４とを収容する容器２５とを備えることができる。
３．筐体、安全弁、排水用貫通孔
蓄電装置４０は、二次電池５を収容し密閉構造を有する筐体４を備える。筐体４は、二次電池５を収容する外部容器１と、外部容器１上に配置された上蓋３とを備える。また、筐体４は、外部容器１と上蓋３との間に配置された中蓋２を備えることができる。これらの筐体４を構成する部材を接着する前に外部容器１中に二次電池５を入れることにより、密閉構造を有する筐体４中に二次電池５を収容することができる。
中蓋２は、二次電池５と外部接続端子３０とを接続する配線３３又は二次電池５と電池監視部１５とを接続する配線３３が設けられた配線盤として機能することができる。また、中蓋２は、二次電池５の電池端子２８が貫通するスリットを有することができ、電池端子２８は、中蓋２の上面に設けられた接続部２３と接合することができる。このことにより、中蓋２の上面の配線３３と二次電池５とを電気的に接続することができる。
中蓋２は、安全弁６の直下に貫通孔３５を有することができる。このことにより、二次電池５からガスが発生した場合に、貫通孔３５及び安全弁６を排出経路としてガスを蓄電装置４０の外部に排出することができる。このことにより、二次電池５から発生したガスが筐体４内に充満することを抑制することができ、二次電池５から発生したガスにより電池監視部１５が腐食されることを抑制することができる。
筐体４を構成する各部材は、筐体４の内部が密閉空間となるように接着することができる。このことにより、筐体４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４０の安全性及び寿命特性を向上させることができる。筐体４を構成する各部材は、例えば、接着剤により接着することができる。なお、筐体４の材料は、プラスチックであってもよい。
上蓋３は上面に凹部８を有する。また、上蓋３の凹部８中に安全弁６（逃がし弁）が設けられる。安全弁６は、筐体４の内部圧力が異常に上昇した際に自動的に弁が開き筐体４の内部のガスを外部に放出し内部圧力を降下させ、内部圧力が降下すると自動的に弁が閉じる構造を有する。上蓋３に安全弁６を設けることにより、二次電池５において発生したガスが筐体４内に放出され筐体４の内部圧力が上昇した場合でも、安全弁６からガスを筐体４の外部に放出することができる。このため、筐体４が膨張したり破裂したり破損したりすることを防止することができる。
安全弁６は、排気筒１１と、排気筒１１の外側の出口を塞ぐキャップ１２とを有することができる。例えば、図２に示した蓄電装置４０のように排気筒１１及びキャップ１２を設けることができる。排気筒１１は、上蓋３に設けることができる。また、排気筒１１中の開口は、上蓋３を貫通するように設けることができる。また、キャップ１２の材料はゴムとすることができ、キャップ１２は、排気筒１１の外側の端を覆う形状とすることができる。キャップ１２のゴム弾性により筐体４の内部を密閉空間とすることができる。また、筐体４の内部圧力が上昇した場合には、この内部圧力により、キャップ１２を弾性変形させキャップ１２と排気筒１１との間に隙間を形成することができ、この隙間から筐体４内部のガスを外部に放出することができる。筐体４の内圧が大気圧にまで低下すると、キャップ１２は、元の形状に戻り、再び筐体４の内部を密閉空間とすることができる。
安全弁６は、キャップ１２の上に弁押さえ板を有することができる。このことにより、安全弁６により筐体４の内部のガスを放出する際にキャップ１２が排気筒１１から外れることを防止することができる。
安全弁６は上蓋３の凹部８中に配置される。このため、上蓋３の主要上面から突出させずに安全弁６を設けることができ、蓄電装置４０のサイズを設置スペースに適合させることができる。また、上蓋３の主要上面の下のスペースを有効利用することができる。蓄電装置４０が例えば自動二輪車用のバッテリーである場合、蓄電装置４０は、様々な車種の自動二輪車に搭載可能に形成する必要があり、蓄電装置４０を所定のサイズに合わせる必要がある。このため、安全弁６を上蓋３の主要上面から突出するように設けると、主要上面の上に利用できないデッドスペースが生じる。安全弁６を凹部８中に配置することにより、このようなデッドスペースが生じることを抑制することができる。また、例えば、上蓋３の主要上面の下にBMUを収容することが可能になり、二次電池５のサイズを大きくすることができる。このことにより、蓄電装置４０の電池容量を大きくすることができる。
蓄電装置４０は、凹部８の側壁を貫くように設けられた排水用貫通孔９を有する。また、排水用貫通孔９は、入口が凹部８の内壁面に位置し出口が上蓋３の側面に位置するように設けることができる。このことにより、雨水や洗浄水が凹部８に浸入したとしても、水を貫通孔９から排水することができる。このことにより、安全弁６を配置した凹部８に水が溜まることを防止することができ、安全弁６を介して水が筐体４内に浸入することを防止することができる。
貫通孔９の入口は、凹部８の底に近接して設けることができる。また、貫通孔９は、入口から出口に向かって下り傾斜となるように設けることができる。
排水用貫通孔９は、上蓋３の一部を貫通する貫通孔であってもよい。また、上蓋３に管形状部分を形成することにより排水用貫通孔９を形成してもよい。また、上蓋３に管部材を組み合わせて排水用貫通孔９を形成してもよい。
４．電池監視部
電池監視部１５は、二次電池５を監視する部分である。電池監視部１５は、中蓋２と上蓋３との間に配置することができる。また、電池監視部１５は、凹部８と重ならないように設けることができる。また、電池監視部１５は、二次電池５から発生したガスが安全弁６から排出される排出経路に位置しないように配置することができる。
電池監視部１５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１５は、電子回路基板の一部であってもよい。電池監視部１５は複数の電子回路基板を含んでもよい。また、電池監視部１５は、保護ケース１６に収容することができる。電池監視部１５は、二次電池５、ヒューズ、リレー又は外部接続端子３０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１５により電池を監視することができる。
電池監視部１５は、各二次電池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１５は、二次電池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１５は、少なくとも１つの二次電池５の過充電を検出するとヒューズ又はリレーにより二次電池５と外部接続端子３０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つの二次電池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４０の安全性を向上させることができる。
電池監視部１５は、二次電池５の過放電を検出するように設けてもよく、筐体４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１５は、外部容器１に収容した複数の二次電池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、複数の二次電池５の電圧のアンバランスにより生じる二次電池５のダメージを軽減することができ、蓄電装置４０の寿命特性を向上させることができる。なお、電池監視部１５は、各二次電池５に対応したバランサーを有することができる。
５．保護ケース
保護ケース１６は、電池監視部１５を収容するケースであり、筐体４内に収容され、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４内の二次電池５を収容するスペースと電池監視部１５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、二次電池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１５を収容した保護ケース１６内に浸入することはなく、電池監視部１５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４０の安全性を向上させることができる。保護ケース１６は、中蓋２と上蓋３との間に配置することができる。保護ケース１６は、例えば、プラスチックケースである。
電池監視部１５を配置する密閉空間は、図２に示した蓄電装置４０のように、保護ケース１６とシール部材１７とで形成されてもよい。また、この密閉空間は、保護ケース１６とシール部材１７と筐体４とで形成されてもよく、保護ケース１６と筐体４とで形成されてもよく、保護ケース１６だけで形成されてもよい。シール部材１７は、例えば、ゴムシートである。シール部材１７は、図２に示した蓄電装置４０のように保護ケース１６の開口を覆うように設けられてもよい。また、シール部材１７は、保護ケース１６の側壁の上面と筐体４との間に設けられてもよい。また、シール部材１７は、保護ケース１６と筐体４とで挟持されてもよい。このことにより、シール部材１７と保護ケース１６及び筐体４とを密着させることができ、保護ケース１６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１６と筐体４を接着剤で接着することにより保護ケース１６の内部を密閉空間にしてもよい。
保護ケース１６は、保護ケース１６の外部に接続端子を備えることができる。この接続端子は、電池監視部１５と電気的に接続する。また、接続端子と電池監視部１５との間の配線の一部が保護ケース１６に埋め込まれていてもよい。このことにより、保護ケース１６の内部を密閉空間にした状態で接続端子と電池監視部１５とを電気的に接続することができる。また、保護ケース１６は、接続端子を複数備えることができる。このことにより、電池監視部１５が、各二次電池５間の配線及び二次電池５と外部接続端子３０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１５が各二次電池５の電圧を監視することが可能になる。接続端子は、中蓋２の電池監視部側配線端子と接合することができる。このことにより、配線３３を介して電池監視部１５と二次電池５とを電気的に接続することができる。
１：外部容器 ２：中蓋 ３：上蓋 ４：筐体 ５、５ａ、５ｂ：二次電池 ６：安全弁 ８：凹部 ９：排水用貫通孔 １１：排気筒 １２：キャップ １５：電池監視部 １６：保護ケース １７：シール部材 ２１：正極 ２２：負極 ２３：セパレータ ２４：非水電解質 ２５：容器 ２８：電池端子 ３０、３０ａ、３０ｂ：外部接続端子 ３２：接続部 ３３：配線 ３５：貫通孔 ４０：蓄電装置

Claims (5)

  1. 二次電池と、密閉構造を有する筐体と、安全弁と、排水用貫通孔とを備え、
    前記筐体は、前記二次電池を収容する外部容器と、前記外部容器上に配置された上蓋とを備え、
    前記上蓋は、上面に凹部を有し、
    前記安全弁は、前記凹部中に配置され、
    前記排水用貫通孔は、前記凹部の側壁を貫くように設けられたことを特徴とする蓄電装置。
  2. 前記安全弁は、排気筒と、前記排気筒の外側の出口を塞ぐキャップとを有する請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 前記二次電池を監視する電池監視部をさらに備え、
    前記電池監視部は、前記二次電池と前記安全弁との間に位置しないように前記筐体内に収容された請求項１又は２に記載の蓄電装置。
  4. 前記二次電池と前記上蓋との間に配置された保護ケースをさらに備え、
    前記保護ケースは、前記電池監視部を収容し、その内部が密閉されている請求項３に記載の蓄電装置。
  5. 前記二次電池は、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、前記正極と前記負極とに挟まれたセパレータと、非水電解質と、前記正極と前記負極と前記セパレータと前記非水電解質とを収容する容器とを備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の蓄電装置。
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