JP2015041595A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電素子および基板の間にダクトを配置すると、蓄電素子および基板の間にデッドスペースが生じやすくなる。【解決手段】 蓄電装置（１）は、所定方向（Ｘ方向）に並んで配置された複数の蓄電素子（１０）を有する。各蓄電素子は、蓄電素子の内部で発生したガスを蓄電素子の外部に排出させる弁（１３）を有する。各蓄電素子の電極端子（１１，１２）にはバスバー（３１）が接続されており、バスバーによって、複数の蓄電素子が電気的に接続されている。電極端子は、電子部品が実装された基板（４０）を貫通しており、基板には、弁から排出されたガスを通過させる開口部（４１）が形成されている。蓄電装置は、基板の開口部を通過したガスが進入するダクト（５０）を有しており、ダクトは、基板から突出する電極端子から離れた位置に配置されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の蓄電素子を有する蓄電装置であって、各蓄電素子の弁からのガスを排出させる構造を備えた蓄電装置に関する。

特許文献１には、複数の電池セルを積層した電池ブロックが記載されている。ここで、各電池セルの上面には、安全弁の排出口が設けられており、複数の電池セルの排出口の上部には、ガス排出ダクトが配置されている。ガス排出ダクトは、排出口から排出されたガスを、電池ブロックから離れた位置に導くために用いられる。

また、特許文献１では、電子部品が実装された回路基板を、電池ブロックの上面に配置している。ここで、回路基板および各電池セルの間には、ガス排出ダクトが配置されている。

特開２０１０−０８０１３５号公報 国際公開第２０１２／０２９３１７号パンフレット

特許文献１では、回路基板および各電池セルの間にガス排出ダクトを配置しているため、回路基板および各電池セルの間には、デッドスペースが発生しやすい。排出口からのガスを排出させやすくする上では、ガス排出ダクトを小型化しにくいため、回路基板および各電池セルの間には、デッドスペースが発生しやすくなる。

本発明の蓄電装置は、所定方向に並んで配置された複数の蓄電素子を有する。各蓄電素子は、蓄電素子の内部で発生したガスを蓄電素子の外部に排出させる弁を有する。各蓄電素子の電極端子にはバスバーが接続されており、バスバーによって、複数の蓄電素子が電気的に接続されている。

電極端子は、電子部品が実装された基板を貫通しており、この基板には、弁から排出されたガスを通過させる開口部が形成されている。蓄電装置は、基板の開口部を通過したガスが進入するダクトを有しており、ダクトは、基板から突出する電極端子から離れた位置に配置されている。

本発明によれば、ダクトおよび蓄電素子の間に基板を配置することができ、基板を蓄電素子に近づけることができる。これにより、ダクトを用いてガスを排出させることができるとともに、蓄電素子および基板の間に発生するデッドスペースを低減できる。また、基板から突出する電極端子と干渉することなく、ダクトを配置することができる。

電池スタックの外観図である。 電池スタックの一部を分解した外観図である。 ダクトの底面図である。 単電池からのガスを排出する構造を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１である電池スタック（本発明の蓄電装置に相当する）について説明する。図１は、電池スタックの外観図であり、図２は、電池スタックの一部を分解したときの外観図である。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り、本実施例では、鉛直方向（垂直方向）に相当する軸をＺ軸としている。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面においても同様である。

図１および図２に示す電池スタック１は、車両に搭載することができる。電池スタック１は、Ｘ方向に並んで配置された複数の単電池（本発明の蓄電素子に相当する）１０を有しており、複数の単電池１０は、車両を走行させるための動力源として用いることができる。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。単電池１０は、いわゆる角型電池であり、単電池１０の外形は、直方体に沿った形状に形成されている。

単電池１０の上面には、正極端子（電極端子ともいう）１１および負極端子（電極端子ともいう）１２が設けられており、電極端子１１，１２は、単電池１０の上面から上方に向かって突出している。単電池１０の内部には、充放電を行う発電要素（図示せず）が収容されている。発電要素は、公知のように、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されるセパレータとを有する。正極端子１１は、発電要素の正極板と電気的に接続されており、負極端子１２は、発電要素の負極板と電気的に接続されている。

単電池１０の上面には、弁１３が設けられている。弁１３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に用いられる。弁１３は、Ｙ方向において、正極端子１１および負極端子１２の間に位置している。

例えば、単電池１０（発電要素）の過充電などが行われると、発電要素（主に、電解液）からガスが発生するおそれがある。単電池１０の内部は、密閉状態となっているため、ガスの発生に伴って、単電池１０の内部における圧力（内圧）が上昇する。単電池１０の内圧が弁１３の作動圧に到達すると、弁１３は、閉じ状態から開き状態に変化することにより、単電池１０の外部にガスを排出させる。

本実施例では、複数の単電池１０をＸ方向に並べているが、これに限るものではない。具体的には、単電池１０の代わりに電池モジュールを用い、複数の電池モジュールをＸ方向に並べることができる。電池モジュールは、電気的に直列に接続された複数の発電要素を有する。

Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０の間には、仕切り板２１が配置されている。仕切り板２１は、例えば、樹脂などの絶縁材料で形成することができ、仕切り板２１を挟む２つの単電池１０を絶縁状態とすることができる。Ｘ方向において単電池１０と対向する仕切り板２１の側面には、Ｘ方向に突出するリブ（図示せず）が形成されている。リブの先端が単電池１０の外面と接触することにより、単電池１０および仕切り板２１の間には、スペースが形成される。このスペースは、単電池１０の温度調節に用いられる熱交換媒体（気体や液体）が移動するスペースとなる。

Ｘ方向における電池スタック１の両端には、一対のエンドプレート２２が配置されている。一対のエンドプレート２２には、Ｘ方向に延びる拘束バンド２３の両端が固定されている。一対のエンドプレート２２に拘束バンド２３の両端を固定することにより、一対のエンドプレート２２を互いに近づく方向（Ｘ方向）に変位させることができ、一対のエンドプレート２２によって挟まれた複数の単電池１０に対して拘束力を与えることができる。

図１および図２では、電池スタック１の下面に配置される拘束バンド２３だけを示している。電池スタック１の上面にも拘束バンド２３が配置される。ここで、拘束バンド２３を一対のエンドプレート２２に固定して、複数の単電池１０に拘束力を与えることができればよく、拘束バンド２３を配置する位置は適宜設定することができる。

単電池１０の上面には、バスバー３１が配置される。バスバー３１は、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０を電気的に直列に接続したり、負荷と接続されたケーブルを電極端子１１，１２に接続したりするために用いられる。ここで、ケーブルと接続される電極端子１１，１２は、Ｘ方向における電池スタック１の一端に配置された単電池１０の正極端子１１と、Ｘ方向における電池スタック１の他端に配置された単電池１０の負極端子１２である。

バスバー３１には開口部が形成されており、電極端子１１，１２は、バスバー３１の開口部を貫通する。バスバー３１の開口部を貫通した電極端子１１，１２には、接続リング３２が取り付けられる。なお、接続リング３２の代わりにナットを用い、電極端子１１，１２にナットを締結することもできる。電極端子１１，１２にナットを締結すれば、バスバー３１を電極端子１１，１２の基端部に押しつけることができる。ナットを用いるときには、電極端子１１，１２にネジ溝を形成しておけばよい。また、ナットとともに、座金を用いることもできる。

単電池１０の上面には、基板４０が配置されている。ここで、単電池１０の上面および基板４０の間には、バスバー３１および接続リング３２が配置されている。基板４０には、電極端子１１，１２を貫通させるための開口部が形成されている。バスバー３１および接続リング３２を貫通した電極端子１１，１２は、基板４０の開口部を貫通し、電極端子１１，１２の先端は、基板４０の上面から上方に突出する。

基板４０の上面から突出した電極端子１１，１２には、ナット３３が締結される。電極端子１１，１２にはネジ溝が形成されているため、電極端子１１，１２にナット３３を締結することができる。ナット３３を用いることにより、基板４０を単電池１０の側に押しつけて、基板４０を単電池１０に固定することができる。また、基板４０を単電池１０の側に押しつけることにより、基板４０および単電池１０の間に配置されたバスバー３１を単電池１０の側に押しつけることもできる。なお、ナット３３とともに、座金を用いることができる。

基板４０には、電子部品や配線が実装されている。電子部品および配線は、基板４０の上面および下面の少なくとも一方に配置することができる。電子部品としては、例えば、ヒューズ、抵抗、ツェナーダイオード、コンデンサ、サーミスタ、監視ＩＣ（Integrated Circuit）がある。監視ＩＣは、配線を介して電極端子１１，１２と接続されており、各単電池１０の電圧値を検出するために用いられる。基板４０としては、配線が印刷されたプリント基板（例えば、フレキシブルプリント基板）を用いることができる。

基板４０は、開口部４１を有しており、開口部４１は、単電池１０の数だけ設けられている。複数の開口部４１は、Ｘ方向において並んで配置されている。各開口部４１は、Ｚ方向において、各単電池１０の弁１３と対向しており、弁１３からガスが排出されたときに、このガスは、開口部４１を通過する。

本実施例では、単電池１０の数と同じ数の開口部４１を基板４０に設けているが、これに限るものではない。すなわち、開口部４１は、弁１３から排出されたガスを通過させることができればよく、開口部４１の数は、適宜設定することができる。開口部４１の開口面積を適宜設定すれば、少なくとも２つの単電池１０の弁１３に対して、１つの開口部４１を設けることができる。

Ｙ方向における基板４０の長さ（幅）は、各単電池１０における正極端子１１および負極端子１２の間隔よりも長くなっている。このような基板４０を用いることにより、電子部品の実装面積を広げることができ、電子部品を実装しやすくなる。また、このような基板４０に対して、開口部４１を形成しておくことにより、弁１３から排出されたガスが基板４０に衝突することを抑制できる。ここで、弁１３から排出されるガスは高温状態となるが、ガラスエポキシ樹脂などの耐熱性材料を用いて基板４０を形成すれば、高温状態のガスに対する耐熱性能を基板４０に持たせることができる。

ここで、Ｘ−Ｙ平面内における開口部４１の面積は、Ｘ−Ｙ平面内における弁１３の面積よりも広くすることができる。これにより、弁１３から排出されたガスが、基板４０に衝突しにくくなる。ただし、開口部４１は、弁１３から排出されたガスを通過させることができればよいため、Ｘ−Ｙ平面内における開口部４１の面積や形状は、適宜設定することができる。

基板４０の上面には、Ｘ方向に延びるダクト５０が配置されており、ダクト５０の底面は、基板４０の上面と接触している。ダクト５０は、単電池１０の弁１３から排出されたガスを、電池スタック１から遠ざける方向に移動させるために用いられる。例えば、電池スタック１を車両に搭載したときには、ダクト５０を用いることにより、弁１３から排出されたガスを車両の外部に排出させることができる。

ここで、図１および図２に示すダクト５０には、他のダクト（図示せず）を接続することができる。図２では、ダクト５０において、ガスが排出される方向を矢印で示している。また、図１に示すように、ダクト５０は、各単電池１０における正極端子１１および負極端子１２の間に配置されており、電極端子１１，１２やナット３３から離れている。これにより、電極端子１１，１２やナット３３と干渉することなく、ダクト５０を配置することができる。

図３に示すように、ダクト５０には、複数の開口部５１が形成されている。図３は、基板４０の側からダクト５０を見たときの概略図である。複数の開口部５１は、ダクト５０の長手方向（Ｘ方向）において並んでいる。開口部５１の数は、基板４０における開口部４１の数と同じであってもよいし、異なっていてもよい。開口部５１は、基板４０の開口部４１を通過したガスをダクト５０の内部に進入させることができればよく、少なくとも１つの開口部５１をダクト５０に設けることができる。

図４に示すように、基板４０および単電池１０の上面の間には、シール部材５２を配置することができる。シール部材５２は、Ｘ−Ｙ平面内において、弁１３や開口部４１を囲む位置に設けることができる。シール部材５２を用いることにより、弁１３から排出されたガスを、開口部４１に導きやすくなる。ここで、弁１３から排出されるガスは、高温状態となっているため、シール部材５２としては、耐熱性材料を用いることが好ましい。なお、弁１３が設けられた単電池１０の外面（上面）に基板４０を接触させれば、シール部材５２を省略することもできる。

本実施例によれば、単電池１０の上面およびダクト５０の間に基板４０を配置することにより、基板４０を単電池１０の側に寄せて配置することができる。これにより、単電池１０の上面および基板４０の間に発生するデッドスペースを低減することができる。そして、基板４０の上面に配置されたダクト５０を用いて、弁１３から排出されたガスを電池スタック１から離れた位置に導くことができる。

なお、本実施例では、単電池１０の上面および基板４０の間にバスバー３１を配置しているが、基板４０の上面にバスバー３１を配置することもできる。この場合には、ナット３３を用いて、バスバー３１を電極端子１１，１２や基板４０に固定することができる。

１：電池スタック、１０：単電池、１１：正極端子（電極端子）、
１２：負極端子（電極端子）、１３：弁、２１：仕切り板、２２：エンドプレート、
２３：拘束バンド、３１：バスバー、３２：接続リング、３３：ナット、４０：基板、
４１：開口部、５０：ダクト、５１：開口部、５２：シール部材

Claims (1)

1. ガスを排出させる弁をそれぞれ備えており、所定方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、
   前記各蓄電素子の電極端子と接続され、前記複数の蓄電素子を電気的に接続するバスバーと、
   前記電極端子が貫通するとともに、電子部品が実装されており、前記弁から排出されたガスを通過させる開口部を備えた基板と、
   前記基板から突出する前記電極端子から離れた位置に配置され、前記開口部を通過したガスが進入するダクトと、
   を有することを特徴とする蓄電装置。