(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の一実施形態に係る組電池100について、図面を参照して説明する。図面は、模式的なものである。図面上の寸法又は比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。各図面における各構成部の描写は、部分的に簡略化されることがある。
【0010】
図1は、本発明の一実施形態に係る組電池100の外観斜視図であり、
図2は、組電池の防水カバー300及びガス排出管600を外した状態を示す外観斜視図である。組電池100は、防水カバー300と、下部ケース110と、セルホルダ120と、BATケース500と、ガス排出管600とを備える。組電池100は、略直方体形状である。Y軸の正の方向に向く面は、組電池100の第1側面ともいう。Y軸の負の方向に向く面は、組電池100の第2側面ともいう。Z軸の正の方向に向く面は、組電池100の上面ともいう。上面の反対側に対応するZ軸の負の方向に向く面は、組電池100の底面ともいう。X軸の正の方向を向く面は、組電池100の前面ともいう。前面の反対側に対応するX軸の負の方向を向く面は、組電池100の背面ともいう。組電池100の各面の名称は、下部ケース110、セルホルダ120及びBATケース500の各面を示す名称として適用されうる。「下部」及び「上部」の記載は、構成を区別するための識別子である。本実施形態において、下部ケース110として示される構成は、防水カバー300として示される構成の下部に位置するものとするが、下部に限られず、上部又は側部等に位置してもよい。
【0011】
下部ケース110と、セルホルダ120と、BATケース500とは、係合部材180によって、第1側面の側で互いに係合される。下部ケース110と、セルホルダ120と、BATケース500とは、係合部材180によって、第2側面の側でも互いに係合される。下部ケース110と、セルホルダ120と、BATケース500とが係合された部材は、電池ケースともいう。下部ケース110、セルホルダ120、BATケース500、及び電池ケースは、単にケースともいう。電池ケースは、第1ケースと第2ケースとを含みうる。この場合、第1ケース及び第2ケースはそれぞれ、下部ケース110、セルホルダ120及びBATケース500のいずれか1つであってよい。「第1」及び「第2」の記載は、構成を区別するための識別子である。電池ケースには、電池セル150が収容される。電池セル150は、例えば、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池等の二次電池であってよい。
【0012】
下部ケース110と、セルホルダ120と、BATケース500とは、例えば、PBT(Poly-Butylene Terephthalate)等の樹脂により構成されてよい。
【0013】
防水カバー300は、上面と前面とが接続する辺の一部に、凹部301を有する。また防水カバー300は、上面と第1側面とが接続する辺の一部に、凹部302を有する。組電池100は、凹部301及び凹部302が設けられた位置に、それぞれ第1端子250及び第2端子260を備える。第1端子250及び第2端子260及び、銅バスバ280の第1端子250又は第2端子260との接続部は、電力の入出力に最低限必要な部分であるため、防水カバー300から露出している。当該露出している部分からの水等の浸入を防止するために、第1端子250の周囲を囲むようにパッキン270が配置される。同様に第2端子260の周囲を囲むようにパッキン270が配置される。パッキン270は、弾性を有する任意の部材により形成されるのが好適である。しかしながら、これに限定されず、パッキン270は、弾性を有さなくともよい。
【0014】
防水カバー300は、第1側面に開口303を有する。組電池100は、開口303が設けられた位置に、コネクタ310を備える。
【0015】
組電池100は、電池ケースの上面に、リレー221及び222を備えてよい。リレー221及び222は、互いに区別されなくてもよい場合、リレー220と総称される。リレー220は、下部ケース110の上に位置してよいし、下部ケース110の上とセルホルダ120の上とにまたがって位置してよい。リレー220の数は、2つに限られず、1つであってよいし、3つ以上であってよい。
【0016】
組電池100は、電池セル150の端子に電気的に接続するバスバ160を備えてよい。バスバ160は、電池セル150の正極の側の端子と負極の側の端子とにそれぞれ接続してよい。組電池100は、電池ケースの上面に、銅バスバ280を備えてよい。組電池100が備える銅バスバ280の数は、5つに限られず、4つ以下であってよいし、6つ以上であってよい。
【0017】
リレー221は、一端において、銅バスバ280を介してバスバ160に電気的に接続し、他端において、銅バスバ280を介して第1端子250に電気的に接続してよい。リレー222は、一端において銅バスバ280を介してバスバ160に電気的に接続し、他端において銅バスバ280とヒュージブルリンク240とを介して第2端子260に電気的に接続してよい。リレー221及びリレー222は、電池セル150を、電源システムにおける組電池100外の各構成要素と並列に接続する、又は、各構成要素から切断するスイッチング素子として機能する。リレー221及びリレー222は、例えばNOリレーであり、信号がない場合にはOFF状態となる。
【0018】
防水カバー300は、例えば、PBT等の樹脂により構成されてよい。防水カバー300は、電池セル150、銅バスバ280、リレー220、センサ基板230及びヒュージブルリンク240を覆っており、これにより組電池100の内部の電子部品及び金属部分の腐食及び短絡を防止する。
【0019】
センサ基板230は、電池セル150に電気的に接続され、適宜な方式で電池セル150を含む回路に流れる電流、又は、電池セル150を含む回路に印加される電圧を測定する。センサ基板230は、BMS(Battery Management System)を含む。BMSは、電源システムの制御部に通信可能に接続され、リレー220及びセンサ基板230の制御を行う。
【0020】
ヒュージブルリンク240は、ヒューズ本体と、ヒューズ本体を収容保持する絶縁樹脂製のハウジングと、ハウジングを覆う絶縁樹脂製のカバーとにより構成され、過電流が生じた場合に溶断する。
【0021】
防水カバー300は、孔304及び305を有する。孔304及び305は、締結ボルト291及び292に対向する位置に設けられる。締結ボルト291及び292は、銅バスバ280の締結具であり、電池セル150の両端のバスバ160(総プラスバスバ又は総マイナスバスバ)と、銅バスバ280とを共にセルホルダ120に締結する。締結ボルト291及び292は、耐腐食性金属製であり、例えばアルミニウム製である。なお締結ボルト291及び292は、本発明の締結具に相当する。
【0022】
本実施形態に係る組電池100は、内燃機関を備えた車両、内燃機関と電動機との双方の動力で走行可能なハイブリッド車両等の車両に搭載されて使用されると仮定する。組電池100は、例えば、車両の座席の下に搭載されてよい。組電池100は、例えば、車両のセンターコンソールに搭載されてよい。組電池100は、車両用に限られず、他の用途で用いられてよい。
【0023】
図3は、組電池100に収容される電池セル150の配置を示す斜視図である。本実施形態に係る組電池100は、5個の電池セル150−1〜5を収容する。組電池100に収容される電池セル150の数量は、5つに限られない。組電池100に収容される電池セル150の数量は、電池セル150の最大出力、車両等の被駆動機器が消費する電力等に応じて、適宜決定されうる。
【0024】
電池セル150は、6つの面を有する略直方体形状である。電池セル150の6つの面のうち2つの面は、他の4つの面よりも大きい面積を有する。電池セル150の面のうち比較的面積の大きい2つの面は、扁平面ともいう。電池セル150は、扁平面がZ軸の正の方向及び負の方向に向くように配置される。言い換えれば、電池セル150は、扁平面が組電池100の上面及び底面に略平行となるように配置される。電池セル150の扁平面は、ケースの上面に沿うように配置されるともいえる。
【0025】
本実施形態に係る組電池100において、電池セル150は、2段と3段とに分けてZ軸方向に積層される。2段に積層された電池セル150は、Y軸の正の方向の側に配置される。3段に積層された電池セル150は、Y軸の負の方向の側に配置される。電池セル150が積層される数量は、組電池100に収容される電池セル150の数量に応じて、適宜変更されうる。
【0026】
電池セル150のX軸の正の方向の側の面は、キャップ面151ともいう。電池セル150は、キャップ面151が組電池100の前面の側に向くように配置される。電池セル150は、キャップ面151に、正極端子152と、負極端子153と、安全弁154とを備える。キャップ面151は、長辺と短辺とを有する略長方形状である。正極端子152及び負極端子153は、キャップ面151の長辺方向の両端付近に設けられる。正極端子152及び負極端子153は、電池セル150から電力を出力する電極である。正極端子152及び負極端子153をまとめて電極端子ともいう。
【0027】
安全弁154は、正極端子152と負極端子153との間に設けられる。安全弁154は、電池セル150内部で発生するガスによって、電池セル150内部の圧力が所定圧力以上になった場合にガスを外部に排出するために開く。電池セル150内部の圧力は、電池セル150が経年劣化した場合、熱暴走した場合等に、所定圧力以上になりうる。所定圧力は、電池セル150の仕様に応じて、適宜定められうる。
【0028】
図4は、
図1に示す組電池100の分解斜視図である。電池モジュールは、以下のように組み立てられてよい。電池セル150は、絶縁シート155を挟んで3段と2段とに積層され、下部ケース110とセルホルダ120との間に収容される。下部ケース110とセルホルダ120とは、係合部材180によって係合される。下部ケース110とセルホルダ120の上面に、銅バスバ280と、リレー220と、ヒュージブルリンク240とが取り付けられる。電池セル150の電極端子に、バスバ160が取り付けられる。
図5に、電池セル150が下部ケース110及びセルホルダ120に収容された状態を示す。電池セル150のキャップ面151の側にシール630を挟んでガスカバー610が取り付けられる。バスバ160のセンサ取付端子に、センサ基板230が取り付けられる。
図6及び
図7に、センサ基板230が取り付けられた組電池100の斜視図及び正面図を示す。センサ基板230が取り付けられた後、BATケース500が電池セル150のキャップ面151の側をカバーするように、セルホルダ120に、係合部材180によって係合される。
図8に、BATケース500が取り付けられた組電池100の上面図を示す。BATケース500が取り付けられた後、ガスカバー610のガスダクト611に、ガス排出管600が取り付けられる。
【0029】
電池モジュールの組み立てにおいて、電池セル150は、接着剤によってセルホルダ120に接着されてよい。接着剤は、電池セル150とセルホルダ120とを接着可能な任意の接着剤であってよい。接着剤は、例えばアクリル系接着剤、エポキシ系接着剤等であってよい。接着剤は、セルホルダ120に塗布されてよい。接着剤は、セルホルダ120の、電池セル150のキャップ面151に対向する部分に塗布されてよい。電池セル150は、セルホルダ120に接着剤が塗布された後に、セルホルダ120に挿入されてよい。
【0030】
電池セル150とセルホルダ120とが接着された後、電池セル150の電極端子には、バスバ160が溶接されてよい。電極端子とバスバ160とが溶接される際、電極端子とバスバ160との位置関係には、高い精度が要求されることがある。この場合、電池セル150とセルホルダ120とを接着する接着剤の塗布位置の精度を高めることによって、電極端子とバスバ160との溶接が容易になりうる。また、電池セル150にバスバ160が溶接される前に電池セル150とセルホルダ120とが接着されることによって、電池モジュールの生産性が向上しうる。
【0031】
本実施形態に係る組電池100は、前面の側に第1端子250を備え、第1側面の側に第2端子260を備える。このように第1端子250と第2端子260とが異なる面に配置されることによって、識別されやすくなる。このようにすることで、組電池100を車両に搭載する際における誤配線が防止されやすくなる。
【0032】
第1端子250に電気的に接続されるケーブルの長さは、第2端子260に電気的に接続されるケーブルの長さと異なるように構成されてよい。このようにすることで、組電池100を車両に搭載する際における誤配線がさらに防止されやすくなる。
【0033】
図4に示すように、組電池100は、前面側にガスカバー610を備える。ガスカバー610は、例えばPBT等の樹脂で構成されてよい。ガスカバー610は、電池セル150のキャップ面151との間にシール630を挟んで、安全弁154を覆うようにキャップ面151に取り付けられる。シール630は、例えば、EPDM(Ethylene-Propylene-Diene Monomer)等のゴムで構成されてよい。ガスカバー610は、嵌合構造又はねじ止め等の任意の機構によって、セルホルダ120に取り付けられてよい。
【0034】
ガスカバー610は、電池セル150の電極端子が露出するセルホルダ120の露出面、すなわち前面に取り付けられ、電池セル150の安全弁154を封止する。ガスカバー610は、3段に積層された電池セル150−1〜3の安全弁154及び2段に積層された電池セル150−4〜5の安全弁154に共通して取り付けられる。ガスカバー610は、電池セル150の安全弁154から排出されるガスを内部に保持しうる。
【0035】
ガスカバー610は、安全弁154から排出されるガスを通過させるガスダクト611を有する。ガスダクト611は、ガスカバー610から、組電池100の前面の側に突出する。ガスダクト611は、安全弁154から排出されるガスの排出方向に沿って突出するのが好適である。例えば、
図4に示すとおり、ガスダクト611は、X軸正の方向に沿って直線状に突出するのが好適である。しかしながら、これに限定されず、ガスダクト611は、組電池100の前面の側に突出する形状であれば、任意の形状であってよい。ガスダクト611は、ガスカバー610の上端部に設けられる。
【0036】
ガスカバー610のガスダクト611は、ガスが漏洩しないようにガス排出管600に接続される。ガスダクト611の先端部612は、BATケース500の開口部510から前面側に突出する。ガスダクト611の先端部612が、ガス排出管600の端部から挿入され、ガスダクト611とガス排出管600とが密閉状態で連通する。これにより電池セル150−1〜5からガスカバー610に排出されたガスは、ガス排出管600に排出されうる。組電池100が車両に搭載される場合、ガス排出管600は、例えば車体の下部の外部空間にガスを排出する。
【0037】
図9に示すように防水カバー300は、電池モジュール全体をカバーするように取り付けられる。防水カバー300と電池ケースとは、係合部材190によって前面側及び背面側で互いに係合される。なお防水カバー300と電池ケースとは、例えば、爪と穴との嵌合によって互いに係合されてよい。組電池100は、以上説明してきた手順例によって、組み立てられうる。
【0038】
また上述したように、防水カバー300は、締結ボルト291及び292に対向する位置に孔304及び305を有する。孔304及び305に電圧検出用のテスター端子を挿入し、締結ボルト291及び292間の電圧を測定することができる。
図10に本実施形態に係る組電池100の回路の模式図を示す。組電池100は概略として、第1端子250から第2端子260まで、リレー221、複数の電池セル150、リレー222及びヒュージブルリンク240がこの順で直列接続した回路構成である。
図10では簡略のためヒュージブルリンク240を省略している。これらの各要素間は上述したように銅バスバ280及びバスバ160により接続されている。また、第1端子250と第2端子260の間の要素は防水カバー300により覆われている。ここで締結ボルト291及び292は、複数の電池セル150の両端に位置する。当該位置は、電池セル150に直結した常時活電状態の部分である。そのため、孔304及び305からテスター端子を挿入し、締結ボルト291及び292の両端の電圧を測定することで、複数の電池セル150の電圧、すなわち組電池100の電圧を測定することができる。
【0039】
なお、電池セル150の両端のリレー221及びリレー222をONすることによっても、組電池100の電圧を測定することができる。しかしながら組電池100の状態が不明の場合に電源システムの制御部に信号を送信することは好ましくない。本実施形態によれば、リレー221及びリレー222をONすることなく、組電池100の電圧を容易に測定することができる。
【0040】
なお、孔304及び305において、締結ボルト291に向かって延設される筒状の内壁306が設けられてもよい。
図11に、内壁306が設けられた場合の孔304の模式図を示す。
図11に示すように、孔304に内壁306が設けられており、孔304からテスター端子を挿入した場合、内壁306により、テスター端子が締結ボルト291の上面291aに接触するようにガイドされる。内壁306を設けることでテスターの針を確実に締結ボルト291に接触させることができ、また、銅バスバ280等、別の場所にテスター端子が接触することを防止することができる。
【0041】
さらに内壁306は、締結ボルト291に接触してもよい。この場合も同様に、テスターの針が締結ボルト291の上面291aに接触するように、内壁306がテスター端子をガイドする。さらに万一、孔304から水等が浸入した場合においても、内壁306と締結ボルト291の上面291aにより形成する有底筒状の穴に水を留めることができる。締結ボルト291は耐腐食性金属製であるため、これにより組電池100の内部の電子部品や金属部分の腐食及び短絡を防止することができる。
【0042】
孔304と同様、孔305にも、締結ボルト292に向かって延設される筒状の内壁が設けられてもよい。また当該内壁が、締結ボルト292に接触することにより、上記同様の効果を奏する。
【0043】
なお、孔304及び305は、電圧を測定する場合を除いて、栓により塞いでいてもよい。
図12に、防水カバー300の孔304及び孔305をそれぞれ栓307及び栓308により塞いだ様子を示す。このように防水カバー300の孔304及び孔305を塞ぐことで、電圧を測定する場合以外、すなわち通常時における組電池100の防水性を高めることができる。
【0044】
なお、孔304及び305を栓により塞ぐ代わりに、カバー300より露出する第1端子250及びその周囲を覆い、脱着可能な傘(図示省略)を装着し、その内部に孔304及び305を設ける構成としても良い。当該傘によっても、通常時における孔304及び305の防水性を高めることができる。
【0045】
本実施の形態では、孔304及び305は、電池セル150とリレー220の間の締結ボルト291及び292に対向する位置に設けられる。そのため、比較的硬い部位にテスター端子が当たるため、テスター端子によって傷つくことを防止することができる。なお、孔304及び305を設ける位置はこれに限られない。例えば電池セル150とリレー220の間のバスバ等、伝導体に対向する位置に設けてもよい。この場合も同様に、孔304及び305からテスター端子を挿入し、孔304及び孔305から接触可能な伝導体の両端の電圧を測定することで、複数の電池セル150の電圧、すなわち組電池100の電圧を容易に測定することができる。なお露出させるバスバの材質を、銅の代わりにアルミニウムとしてもよい。アルミニウムとすることで、腐食耐性を向上させることができる。
【0046】
なお、本実施の形態では、
図10に示すように電池セル150の両端のリレー221及びリレー222を備える例を示したがこれに限られない。例えばリレー220が1つの場合(例えばリレー221を備え、リレー222を備えない場合)、締結ボルト291に対向する位置には孔304を設ける必要がある。しかし締結ボルト292に対向する位置には孔305を設けなくてもよい。孔305を設けない場合であっても、締結ボルト292と第2端子260とが略同電位であるため、孔304からテスター端子を挿入し、締結ボルト291と、第2端子260との間の電圧を測定することで、複数の電池セル150の電圧、すなわち組電池100の電圧を測定することができる。
【0047】
本発明に係る一実施形態について、諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本発明に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段等を1つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。