特許 7548050 組電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-02

(45)【発行日】2024-09-10

(54)【発明の名称】組電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/342 20210101AFI20240903BHJP

   H01M 50/505 20210101ALI20240903BHJP

   H01M 50/503 20210101ALI20240903BHJP

   H01M 50/581 20210101ALI20240903BHJP

【ＦＩ】

H01M50/342 101

H01M50/505

H01M50/503

H01M50/581

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021024779

(22)【出願日】2021-02-19

(65)【公開番号】P2022126922

(43)【公開日】2022-08-31

【審査請求日】2023-03-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】虎澤 陽介

【審査官】福井 晃三

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／１９６１６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１１４３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１５０７０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０４６３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２５７７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７５８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５０９５４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８

Ｈ０１Ｍ ５０／３０－５０／３９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

安全弁を有する複数の密閉型電池をバスバーにより直列或いは並列に電気的に接続した組電池であって、
前記バスバーは、隣接する密閉型電池のうちの少なくとも一方の前記安全弁の直上を経由して前記隣接する密閉型電池を接続するように配置されており、前記安全弁の直上では前記安全弁から上方にガスが噴射したときに前記ガスの熱により破断するように形成されており、
更に、
前記バスバーは、前記安全弁の直上では前記安全弁の前記ガスの噴出口の幅以下となるように形成されている、
組電池。

【請求項2】

請求項１記載の組電池であって、
前記バスバーは、前記安全弁の直上またはその近傍で屈曲するように形成されている、
組電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、組電池に関し、詳しくは、安全弁を有する複数の密閉型電池をバスバーにより接続した組電池に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の組電池としては、上面に安全弁が設けられた複数のバッテリセルをバスバーなどにより直列に接続した構造を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。各バッテリセルが有する安全弁は、金属箔と破断線とから構成されており、内圧が上昇して破断線に沿って金属箔が破断すると切断される導線が安全弁を構成する金属箔と一体的に設けられている。これにより、簡易な回路で電池の安全弁の状態を検知するものとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－３２２４７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述の組電池では、安全弁からガスが噴出したときには、セルケース等の部品が溶解してバッテリセルを収納する容器と電気的に接続し、組電池に短絡回路が形成される場合を生じる。リチウムイオン電池の場合、安全弁から噴出するガスは１０００℃程度となり、アルミニウムなどにより形成された部品を溶解する。溶解したアルミニウムはバッテリセルを収納する容器に流れ落ち、組電池と容器とにより閉回路を形成する場合が生じる。この場合、閉回路に大電流が流れる結果、容器に穴を生じ、ガスが外部に排出される恐れが生じる。

【0005】

本発明の組電池は、安全弁からガスが噴出したときに容器を介する閉回路が生じるのを回避することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の組電池は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本発明の組電池は、
安全弁を有する複数の密閉型電池をバスバーにより直列或いは並列に電気的に接続した組電池であって、
前記バスバーは、隣接する密閉型電池のうちの少なくとも一方の前記安全弁の直上を経由して前記隣接する密閉型電池を接続するように配置されており、前記安全弁の直上では前記安全弁から上方にガスが噴射したときに前記ガスの熱により破断するように形成されている、
ことを特徴とする。

【0008】

この本発明の組電池では、バスバーは、隣接する密閉型電池のうちの少なくとも一方の安全弁の直上を経由して隣接する密閉型電池を接続するように配置されている。そして、バスバーは、安全弁の直上では安全弁から上方にガスが噴射したときに、そのガスの熱により破断するように形成されている。バスバーが破断することにより、ガスの熱により部品が溶解しても閉回路が生じるのを回避することができる。この結果、閉回路に大電流が流れることに起因して容器に穴が生じるのを抑制し、噴出したガスが外部に排出されるのを抑制することができる。

【0009】

本発明の組電池において、前記バスバーは、前記安全弁の直上では前記安全弁の前記ガスの噴出口の幅以下となるように形成されているものとしてもよい。こうすれば、より確実にバスバーを破断することができ、安全弁から上方にガスが噴射したときに、より確実に閉回路が生じるのを回避することができる。

【0010】

本発明の組電池において、前記バスバーは、前記安全弁の直上またはその近傍で屈曲するように形成されているものとしてもよい。この場合、「コ」字型または「く」字型に形成されているものとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施例としての組電池２０の図２のＡ－Ａ平面断面を示す断面図である。

【図2】実施例の組電池２０の図１のＢ－Ｂ側面断面を示す断面図である。

【図3】バッテリセル３０ｃの安全弁３６ｃからガスが噴出した際の様子を示す説明図である。

【図4】変形例の組電池１２０の図２のＡ－Ａ平面断面に相当する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

【実施例】

【0013】

図１は、本発明の一実施例としての組電池２０における図２のＡ－Ａ断面を示す断面図である。実施例の組電池２０は、図１および図２に示すように、正極端子３３ａと、負極端子３３ｂと、ｎ個のバッテリセル３０ａ～３０ｎと、ｍ個のバスバー３８ａ～３８ｍと、ケース４０とを備える。

【0014】

バッテリセル３０ａ～３０ｎの各々は、例えばアルミニウム缶ケースに収納された密閉型のリチウムイオン電池として構成されており、正極３２ａ～３２ｎと負極３４ａ～３４ｎとを有する。バッテリセル３０ａ～３０ｎの各々は、正極３２ａ～３２ｎと負極３４ａ～３４ｎの中央より負極３４ａ～３４ｎ側に片寄った位置に安全弁３６ａ～３６ｎが取り付けられている。バッテリセル３０ａ～３０ｎは、隣接するバッテリセルの正極と負極とが交互に整列するように配置されており、隣接するバッテリセルの正極と負極とがｍ個のバスバー３８ａ～３８ｍにより直列接続されるように接続されている。バッテリセル３０ａの正極３２ａには正極端子３３ａが取り付けられており、バッテリセル３０ｎの負極３４ｎには負極端子３３ｂが取り付けられている。

【0015】

バスバー３８ａ～３８ｍは、例えばアルミニウムにより「コ」字型に形成されており、一方の屈曲部が安全弁３６ａ～３６ｍの直上となるように配置されている。バスバー３８ａ～３８ｍは、バッテリセルの内部から安全弁を介してガスが噴出したときに安全弁３６ａ～３６ｍの直上に配置された部位が破断するように、その幅が安全弁からのガスの噴出口の幅以下となるように形成されている。したがって、バッテリセル３０ａ～３０ｎのいずれかに異常が生じ、バッテリセルから高温のガスが安全弁を介して噴出したときには、高温のガスによりバスバーの直上部が溶解し、バスバーを破断する。

【0016】

ケース４０は、例えばアルミニウムなどによって形成されており、ｎ個のバッテリセル３０ａ～３０ｎを収納しており、上部の略対角線上の両隅（図１における左下隅と右上隅）正極端子３３ａと負極端子３３ｂとを外部に導出するための貫通孔が形成されている。

【0017】

図３は、バッテリセル３０ｃ（図中、左から３番目のバッテリセル）の安全弁３６ｃからガスが噴出した際の様子を示す説明図である。バッテリセル３０ｃに何らかの異常が生じて安全弁３６ｃからガスが噴出すると、バッテリセル３０ｃの負極３４ｃとバッテリセル３０ｄの正極３２ｄとを接続するバスバー３８ｃの安全弁３６ｃの直上部が溶解し、バスバー３８ｃは破断する。このとき、バッテリセル３０ｃからのガスの噴出に伴ってバスバー３８ｃやその他の部品が溶解してケース４０に流れ落ち、バッテリセル３８ｃとケース４０とを電気的に接続する場合が生じるが、バスバー３８ｃが破断するため、組電池２０とケース４０とによって電気的な閉回路が形成されるのが抑止される。

【0018】

以上説明した実施例の組電池２０では、バッテリセル３０ａ～３０ｎのうち隣接するバッテリセルの負極と正極とを安全弁３６ａ～３６ｍの直上を経由して接続するバスバー３０ａ～３０ｍにより接続する。このため、バッテリセル３０ａ～３０ｎのいずれかに異常が生じて安全弁からガスが噴出しても、異常が生じたバッテリセルの負極と隣接するバッテリセルの正極とを接続するバスバーを噴出したガスにより破断することができる。これにより、バッテリセルからのガスの噴出に伴ってバスバーやその他の部品が溶解してケース４０に流れ落ち、組電池２０とケース４０とを電気的に接続する場合が生じても、バスバーが破断されることによって組電池２０とケース４０とによる電気的な閉回路が形成されるのを抑止することができる。この結果、閉回路に大電流が流れることに起因してケース４０に穴が形成されるのを抑制することができ、ケース４０の外部にガスが漏れるのを抑制することができる。

【0019】

実施例の組電池２０では、バッテリセル３０ａ～３０ｎを隣接するバッテリセルの正極と負極とが交互に整列するように配置し、隣接するバッテリセルの正極と負極とをｍ個の「コ」字型のバスバー３８ａ～３８ｍにより直列接続するものとした。しかし、同様に配置したｎ個のバッテリセルを、隣接するバッテリセルの正極と負極とをｍ個の「Ｕ」字型のバスバーにより直列接続するものとしてもよい。

【0020】

また、図４の変形例の組電池１２０に示すように、バッテリセル１３０ａ～１３０ｎを隣接するバッテリセルの正極と正極とが整列するように配置し、隣接するバッテリセルの正極と負極とをｍ個のバスバー１３８ａ～１３８ｍにより直列接続するものとしてもよい。この場合、ｍ個のバスバー１３８ａ～１３８ｍを、バッテリセル１３０ａ～１３０ｍの負極１３４ａ～１３４ｍからそのセルの安全弁１３６ａ～１３６ｍまで延出し、安全弁１３６ａ～１３６ｍの直上で屈曲し、隣接するバッテリセル１３０ｂ～１３０ｎの正極１３２ｂ～１３２ｎまで延出して接続するように、即ち「く」字型に形成すればよい。なお、この場合でも、安全弁１３６ａ～１３６ｍからガスが噴出したときに瓦斯の熱によりバスバー１３８ａ～１３８ｍが破断するように、バスバー１３８ａ～１３８ｍの幅を安全弁１３６ａ～１３６ｍからのガスの噴出口の幅以下となるように形成すればよい。

【0021】

実施例の組電池２０では、バッテリセル３０ａ～３０ｎをリチウムイオン電池として構成したが、他の種類の電池として構成してもよい。

【0022】

実施例の組電池２０では、バッテリセル３０ａ～３０ｎを直列接続するものとしたが、
これらの一部またはすべてを並列接続するものとしてもよい。

【0023】

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、安全弁３６ａ～３６ｎが「安全弁」に相当し、バッテリセル３０ａ～３０ｎが「密閉型電池」に相当し、バスバー３８ａ～３８ｍが「バスバー」に相当し、組電池２０が「組電池」に相当する。

【0024】

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

【0025】

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0026】

本発明は、組電池の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0027】

２０，１２０ 組電池、３０ａ～３０ｎ，１３０ａ～１３０ｎ バッテリセル、３２ａ～３２ｎ，１３２～１３２ｎ 正極、３３ａ 正極端子、３３ｂ 負極端子、３４ａ～３４ｎ，１３４ａ～１３４ｎ 負極、３６ａ～３６ｎ，１３６ａ～１３６ｎ 安全弁、３８ａ～３８ｍ，１３８ａ～１３８ｍ バスバー。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】