JP2005339932A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトな組電池を提供する。
【解決手段】 組電池１０は、内部のガス圧力が所定値以上に昇圧したときにガスを放出する安全弁を持つ単電池１６を複数個配列して接続した単電池群と、単電池１６が放出したガスを外部に排出するダクト１４と、ダクト１４に取付けられた膨張可能なバッグと、単電池群を冷却する空気流路２８を備えている。バッグは、ダクト１４内にガスが放出されたときにそのガス圧力で冷却空気流路２８内に膨張する。
このように、バッグは、ガスを排出する必要が生じたときに冷却空気流路２８を利用して膨張し、それ以外のときには膨張しない。すなわち、流路が大きいダクト１４を予め用意しておく必要がないので、組電池１０をコンパクトにすることが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の単電池を備える組電池に関するものである。詳しくは、単電池から放出されるガスを外部に排出する技術に関するものである。

ハイブリッド車や電気自動車には、複数の単電池を備える大容量の組電池が搭載されている。単電池には、例えば、リチウムイオン電池が用いられる。このような組電池は、単電池毎に設けられた安全弁と、ダクトを備えている。単電池では、過充電が行われた場合等に電極間で化学反応が起き、大量のガスが発生する。安全弁は、単電池で大量のガスが発生し、単電池内が所定圧力以上になると開放される。ダクトは、開放された安全弁から単電池が放出したガスを外部に導いて排出する。また、組電池には、外部から供給される単電池冷却用の空気が流通する冷却空気流路が設けられている。
特許文献１には、ガス発生時に単位電池が膨張することによる安全弁放出口の間隔変化を、排ガスチューブが伸びて吸収する技術が記載されている。

特開２００１−１１０３７７号公報

単電池でガスが発生して安全弁が開いたときには、ガスを速やかに外部に排出しなければならない。そのためには、ダクトの流路を大きく確保する必要がある。しかしながら、ダクトの流路を大きく確保すると、組電池が大きくなってしまう。
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、コンパクトな組電池を提供することを課題とする。

本発明の組電池は、内部のガス圧力が所定値以上に昇圧したときにガスを放出する安全弁を持つ単電池を複数個配列して接続した単電池群と、単電池が放出したガスを外部に排出するダクトと、ダクトに取付けられた膨張可能なバッグと、単電池群を冷却する空気流路を備えている。バッグは、ダクト内にガスが放出されたときにそのガス圧力で冷却空気流路内に膨張する。
この組電池のダクトには、膨張可能なバッグが設けられている。バッグは、ダクト内にガスが放出されたときに、そのガスの圧力で冷却空気流路内に膨張する。バッグが膨張すると、ダクトの流路が大きく確保され、ガスが速やかに外部に排出される。このように、バッグは、ガスを排出する必要が生じたときに冷却空気流路を利用して膨張し、それ以外のときには膨張しない。すなわち、流路が大きいダクトを予め用意しておく必要がないので、組電池をコンパクトにすることが可能になる。

上記の組電池において、単電池群が複数のグループに分割されており、分割されたグループ間に冷却空気流路が形成されており、安全弁群が存在する面に平行にダクトが拡がっていることが好ましい。
このような形状のダクトは、ガスの流路を効率的に確保することができる。

上記の組電池において、単電池は、リチウムイオン電池であることが好ましい。
本発明の組電池は、リチウムイオン電池が発生するガスを、効率良く排出することができる。

後述する実施例の主要な特徴を記載する。
（１）組電池は、電池モジュールと、ダクトを備えている。
（２）電池モジュールは、８つの単電池、１０枚の冷却板、安全弁等を備えている。電池モジュールには、外部から供給される冷却空気が流通する空気主流路が設けられている。
（３）ダクトは、ダクト本体、副ダクト、ガス排出パイプ、バッグ等を備えている。ダクト本体と副ダクトとに跨って、バッグが装着されている。バッグは、電池モジュールの空気主流路の上部に配置される。
（４）単電池内で大量のガスが発生すると、安全弁が開き、ガスがダクト本体と副ダクトに流れ込む。すると、バッグが空気主流路内に膨張する。ガスは、ガス排出パイプから外部に排出される。

本発明の組電池１０に係る実施例について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、組電池１０は、電池モジュール１２と、ダクト１４を備えている。
図２に示すように、電池モジュール１２は、８つの単電池１６、１０枚の冷却板２２、第１エンドプレート２３、第２エンドプレート２４、バスバー２６、総プラス電流線３０、総マイナス電流線３１を備えている。単電池１６は、リチウムイオン電池であり、図３に示すように、ケース１７、正極端子１８、負極端子１９を有している。ケース１７は、直方体状に形成されている。正極端子１８と負極端子１９は、ケース１７の上面１７ａに設けられている。上面１７ａには、ガス放出孔２０が開口している。図４に示すように、ガス放出孔２０の奥には、安全弁２１が設けられている。安全弁２１は、ケース１７内でガスが大量に発生し、内部が所定圧力以上になった場合に開放される。
図２に示すように、単電池１６は、４つずつが２列に並んで配置されている。第１エンドプレート２３と第２エンドプレート２４は、２列に配置された単電池１６の両側に設けられている。第１エンドプレート２３には、厚さ方向に貫通する冷却空気孔２３ａが形成されている。図８に良く示されているように、第２エンドプレート２４には、Ｕ字状の切欠き２９が形成されている。冷却板２２は、エンドプレート２３、２４と単電池１６との間、および単電池１６と単電池１６との間に挟み込まれている。冷却板２２には、長手水平方向に貫通する空気流路２２ａが形成されている。単電池１６、エンドプレート２３、２４、冷却板２２は、８つの拘束バンド２５によって一体に拘束されている。この状態では、単電池１６の列と列の間に、空間２８（以下「空気主流路２８」と呼ぶ）が形成される。
バスバー２６は、隣接する単電池１６の正極端子１８と負極端子１９を接続している。従って、バスバー２６によって直列的に接続された電気経路が形成される。この直列的に接続される電気経路の両端に配置される一方の単電池１６の正極端子１８には、総プラス電流線３０が接続されている。他方の単電池１６の負極端子１９には、総マイナス電流線３１が接続されている。電池モジュール１２が発生する電力は、総プラス電流線３０と総マイナス電流線３１から外部に取り出される。

ケース１７は、例えば、金属や、アルミラミネートフイルムや、樹脂等から形成することができる。
正極端子１８は、例えば、アルミから形成することができる。負極端子１９は、例えば、銅から形成することができる。もちろん、正極端子１８と負極端子１９の材質は、アルミや銅に限られるものではなく、通電材であればその機能を良好に果たすことができる。
正極端子１８と負極端子１９は、ケース１７の上面１７ａ以外の部位に設けることもできる。例えば、ケース１７同士が対向する面に正極端子１８と負極端子１９を設けてもよい。
バスバー２６と、正極端子１８と負極端子１９は、例えば、ねじ締結によって接続したり、溶接によって接続したりすることができる。また、バスバー２６は、通電材であればよく、種々の材質（例えば、銅やアルミ）から形成することができる。
単電池１６と単電池１６は、直列接続されていなくてもよい。例えば、単電池１６と単電池１６を並列接続してもよい。例えば、単電池１６と単電池１６を直列接続と並列接続が併存する状態で接続してもよい。

図５に示すように、ダクト１４は、ダクト本体３２、ガス通過パイプ３４、副ダクト３５、ガス排出パイプ３３、バッグ４０を備えている。ダクト本体３２は、扁平状に形成されている。図４に良く示されているように、ダクト本体３２の内部には、一体の空間が形成されている。図５に示すように、ガス通過パイプ３４は、ダクト本体３２の下面に２列並んで取付けられており、ダクト本体３２内の空間と連通している。ガス通過パイプ３４は、例えば、ゴム材から形成する。副ダクト３５は、ダクト本体３２の端部に設けられており、ダクト本体３２内の空間と連通している。図６に示すように、ガス排出パイプ３３は、副ダクト３５から水平方向に延びて形成され、副ダクト３５内と連通している。図５、図７に示すように、ダクト本体３２の下面と副ダクト３５には、それらに跨って延びるバッグ用孔３６が形成されている。バッグ４０は、バッグ用孔３６を覆った状態で、ダクト本体３２の下面と副ダクト３５に装着されている。バッグ４０は、単電池１６から放出される高温ガスに耐える伸展性材料（例えば、ゴムや樹脂）から形成されている。また、バッグ４０は、金属や伸展性材料が折りたたまれて装着されていてもよい。ガス通過パイプ３４や、バッグ４０の装着には、例えば、接着やはめ込み等を用いることができる。

図４に示すように、ダクト１４は、ガス通過パイプ３４が単電池１６のガス放出孔２０に差し込まれた状態で、電池モジュール１２の上部に装着される。ガス放出孔２０に差し込まれたガス通過パイプ３４は、それ自体とガス放出孔２０の壁面との間をシールするとともに、安全弁２１の周りをシールする。図８に示すように、ダクト１４が電池モジュール１２の上部に装着された状態では、ガス排出パイプ３３は、第２エンドプレート２４の外側に配置される。図９に示すように、ダクト１４のバッグ４０は、電池モジュール１２の空気主流路２８の上部に配置される。
図１中に矢印で図示したように、第１エンドプレート２３の冷却空気孔２３ａには、外部から冷却空気が供給される。冷却空気孔２３ａに供給された冷却空気は、空気主流路２８を流れてから冷却板２２の空気流路２２ａを通過する。単電池１６は、充放電すると熱を発生する。空気主流路２８と空気流路２２ａを冷却空気が通過すると、単電池１６が冷却される。
冷却板２２は、波状、スリット入り、フィン付き、クシ状であってもよい。これらの形状を冷却板２２に適用すると、冷却効果がより高くなり、単電池１６の温度がより低下する。単電池１６の温度を低下させることができると、電池劣化が抑制でき、サイクル寿命を長くすることができる。単電池１６の２つ毎に、冷却板２２を１枚挟み込むこともできる。

単電池１６は、過充電状態や過熱状態になると、電極間で化学反応が起きて大量のガスを発生する。このようなガスは、すみやかに排出する必要がある。単電池１６内で大量のガスが発生すると、内圧が高くなる。内圧が高くなると、安全弁２１が開弁し、ガスがガス通過パイプ３４を通過してダクト本体３２と副ダクト３５に流れ込む。すると、ダクト本体３２と副ダクト３５の内圧が高くなり、バッグ４０が膨張する。
図１０は、ダクト１４のバッグ４０が膨張した状態を図示している。図１１に示すように、膨張したバッグ４０は、空気主流路２８に入り込む。上述したように、第２エンドプレート２４には、切欠き２９が形成されている。このため、バッグ４０が膨張しても、第２エンドプレート２４とバッグ４０が干渉してしまうのが防止されている。バッグ４０は、ダクト１４に流れ込むガスの流量や流速に応じて膨張し、ダクト１４内の容積は急激に増大する。バッグ４０が膨張すると、単電池１６とダクト１４の内圧が上昇するのが抑制されるとともに、内圧の上昇率も小さくなる。このため、単電池１６やダクト１４の破壊が防止される。また、バッグ４０が膨張してガス排出パイプ３３に到る流路が大きく確保されるので、ガスを速やかに外部に排出することができる。ガス発生量がそれほど多くない場合には、ガスはバッグ４０が膨張して容積が増大したダクト１４内にほとんどが止まる。このため、外部に排出されるガス量を少なくすることができる。膨張したバッグ４０は、ガスが発生しなくなり、ダクト１４内の圧力が低下すると、元の形状まで収縮する。
図９に良く示されているように、バッグ４０は、単電池１６からガスが放出されないとき（膨張しないとき）には、空気主流路２８の上部に収容されている。バッグ４０が収容されていると、空気主流路２８を流れる冷却空気がバック４０によって妨げられない。すなわち、空気主流路２８の流路を最大限確保することができる。
本実施例に組電池１０によれば、ダクト１４の流路を予め大きく確保しておく必要がない。このため、組電池１０のサイズをコンパクトにすることができる。
組電池１０は、筐体内に収容することもできる。この場合には、冷却空気供給用、冷却空気排出用、ガス排出用の孔を筐体に形成する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

組電池の斜視図。 電池モジュールの斜視図。 単電池の斜視図。 図１のIV−IV線断面図。 ダクトの斜視図（上方視）。 ダクトの斜視図（下方視）。 ダクトのVII−VII線断面図。 図１のVIII−VIII線矢視図。 図１のIX−IX線断面図。 ダクトの斜視図（バッグ膨張状態）。 バッグが膨張した状態の説明図。

符号の説明

１０：組電池
１２：電池モジュール
１４：ダクト
１６：単電池
１７：ケース、１７ａ：ケース上面
１８：正極端子
１９：負極端子
２０：ガス放出孔
２１：安全弁
２２：冷却板、２２ａ：空気流路
２３：第１エンドプレート、冷却空気孔
２４：第２エンドプレート
２５：拘束バンド
２６：バスバー
２８：空気主流路
２９：切欠き
３０：総プラス電流線
３１：総マイナス電流線
３２：ダクト本体
３３：ガス排出パイプ
３４：ガス通過パイプ
３５：副ダクト
３６：バッグ用孔
４０：バッグ

Claims (3)

1. 内部のガス圧力が所定値以上に昇圧したときにガスを放出する安全弁を持つ単電池を複数個配列して接続した単電池群と、
   単電池が放出したガスを外部に排出するダクトと、
   ダクトに取付けられた膨張可能なバッグと、
   単電池群を冷却する空気流路を備えており、
   バッグは、ダクト内にガスが放出されたときにそのガス圧力で冷却空気流路内に膨張することを特徴とする組電池。
2. 単電池群が複数のグループに分割されており、分割されたグループ間に冷却空気流路が形成されており、安全弁群が存在する面に平行にダクトが拡がっていることを特徴とする請求項１の組電池。
3. 単電池は、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１または２の組電池。

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