(57)【要約】【課題】電源装置を構成する電池が易破断部を含む弁機構（防爆弁）を有している場合に、弁機構の作動音が外部に伝達するのを抑制する。【解決手段】電源装置は、互いに電気的に接続された複数の単セルからなるセル群と、セル群の少なくとも一部分を覆う吸音部材４０とを具備している。単セルは、発電要素と、発電要素を収容する、開口を有する電池ケースと、開口を封口する封口板とを備える。封口板には、防爆弁が設けられており、吸音部材４０は、防爆弁の作動音を吸音する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに電気的に接続された複数の電池からなる電池集合体を具備し、
前記電池が、発電要素と、発電要素を収容する、開口を有する収容部と、前記開口を封口する封口板とを備え、
前記封口板が、電池内圧が所定値以上であると破断して、電池内部のガスを放出する易破断部を含む弁機構を有し、
前記電池集合体の少なくとも一部分が吸音部材で覆われている、電源装置。
【請求項２】
前記易破断部が、金属から形成されている、請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記吸音部材は、ＪＩＳ  Ａ  １４１６に基づいて測定される、１０００Ｈｚの音成分の音響透過損失が、３０〜５０ｄＢである、請求項１または２記載の電源装置。
【請求項４】
前記吸音部材が、前記封口板と対向配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記弁機構により電池内部から放出されたガスを、外部に導出するガス導出路を具備し、
前記ガス導出路が、前記吸音部材と前記封口板との間に設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記電池集合体を冷却する冷却流体の通路を具備し、
前記吸音部材が、前記冷却流体の通路と隣接している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項７】
前記吸音部材が、プレート状またはシート状の構造材と、その表面に形成された多孔質な吸音層とを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項８】
前記吸音層が、前記構造材の前記電池集合体と対向する面に形成されている、請求項７記載の電源装置。
【請求項９】
前記吸音層が、ガラス繊維、ガラスウール、ロックウール、及びセラミックスよりなる群から選択された少なくとも１種を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記吸音層の厚みが、０．００１〜１ｍｍである、請求項９記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関し、より具体的には、電池を含む電源装置の安全性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車の駆動用電源には、多数個の電池（単セル）を直列に、あるいは並列と直列とを組み合わせて接続した電池集合体が用いられている。この電池集合体に、使用時の安全性を確保するための安全装置等を付加して１つにまとめて、電源装置として使用するものを電池パックもしくは電池モジュールと呼ぶ（特許文献１参照）。
【０００３】
多数の電池を含む、大型の電源装置は、多数の電池をそのまま単純に接続した構造のものと、比較的少数の電池から小型のモジュール（特許文献２参照）を形成し、その小型のモジュールをさらに複数個相互に接続した構造のものとに分けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０８８１２号公報
【特許文献２】特開２００９−２１０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の高容量電池、特にリチウムイオン電池には、電池が異常な高温になった場合や過充電状態になった場合に、電池内圧が急激に上昇することを防ぐために、防爆弁が備えられている。
電気自動車の駆動用電源として使用されるような、大型の電源装置においては、個々の電池に、携帯電話に使用されるような電池よりも遙かに大型のものが使用される。そのような電池は、防爆弁の作動圧が１０〜３０気圧にも達するために、弁が作動した際に、大きな衝撃音が発生する。一方で、電気自動車やハイブリッド自動車は、通常の自動車よりも静音性に優れている。
【０００６】
本発明は、電源装置を構成する電池が易破断部を含む弁機構（防爆弁）を有している場合に、弁機構の作動音が外部に伝達するのを抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面は、互いに電気的に接続された複数の電池からなる電池集合体を具備し、
前記電池が、発電要素と、発電要素を収容する、開口を有する収容部と、前記開口を封口する封口板とを備え、
前記封口板が、電池内圧が所定値以上であると破断して、電池内部のガスを放出する易破断部を含む弁機構を有し、
前記電池集合体の少なくとも一部分が吸音部材で覆われている、電源装置に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池集合体の少なくとも一部分を、吸音部材により覆うことにより、封口板の易破断部が破断したときに発生する衝撃音が外部に伝達するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源装置の外観を示す斜視図である。
【図２】モジュールの主要部の構造を示す斜視図である。
【図３】拘束部材の外観を示す斜視図である。
【図４】セル群の一部分の外観を示す斜視図である。
【図５】吸音部材の外観を示す斜視図である。
【図６】吸音部材の内部構造の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る電源装置の吸音部材の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、互いに電気的に接続された複数の電池からなる電池集合体と、電池集合体の少なくとも一部分を覆う吸音部材と、を具備する電源装置に関する。ここで、電池は、発電要素と、発電要素を収容する、開口を有する収容部と、その開口を封口する封口板とを備えている。また、封口板は、電池内圧が所定値以上であると破断して、電池内部のガスを放出する易破断部を含む弁機構（防爆弁）を有している。
【００１１】
以上の構成により、弁機構の作動音（易破断部が電池内圧により破断するときの衝撃音）が、外部に伝達するのを抑制することができる。
【００１２】
本発明の一局面においては、易破断部は、金属から形成される。このように、易破断部が金属から形成される場合には、弁機構の作動音は、非常に大きなものとなる。このような場合には特に、弁機構の作動音が外部に伝わるのを抑える必要性が大きいため、本発明の効果が顕著となる。
【００１３】
特に、電気自動車やハイブリッド自動車の電源装置においては、個々の電池がかなり大きく、弁機構の作動音は非常に大きなものとなる。一方、それらの自動車は、走行音が比較的に小さいため、弁機構が大音量で作動することを防止する必要性は極めて大きい。したがって、電源装置が、自動車の電源として使用される場合には、自動車の運転の安全性を向上させるためにも、本発明の適用により、弁機構の作動音が外部に伝わるのを抑えることが望ましい。
【００１４】
本発明の別の局面においては、吸音部材は、ＪＩＳ  Ａ  １４１６に基づいて測定される、１０００Ｈｚの音成分の音響透過損失が、３０〜５０ｄＢである。このように吸音部材の音響特性を設定することによって、例えば電気自動車の運転者に全く聞こえない程度にまで、弁機構の作動音が外部に伝わるのを抑えることができる。
【００１５】
本発明の更に別の局面においては、吸音部材は、封口板と対向配置される。弁機構は、封口板に設けられる。よって、吸音部材を、封口板と対向配置することにより、効果的に弁機構の作動音が外部に伝わるのを抑えることができる。
【００１６】
本発明の更に別の局面においては、電源装置は、弁機構により電池内部から放出されたガスを、外部に導出するガス導出路を具備している。そして、ガス導出路は、吸音部材と封口板との間に設けられている。この構成により、ガス導出路が吸音層として機能し、効果的に弁機構の作動音が外部に伝わるのを抑えることができる。
【００１７】
本発明の更に別の局面においては、電源装置は、電池集合体を冷却する冷却流体の通路を具備している。そして、吸音部材は、その冷却流体の通路と隣接している。この構成により、冷却流体の通路を介して、弁機構の作動音が外部に伝わるのを抑えることができる。
【００１８】
本発明の更に別の局面においては、吸音部材は、プレート状またはシート状の構造材と、その表面に形成された多孔質な吸音層とを含んでいる。例えば、構造材として、電源装置に通常設けられるカバー等を利用し、これに吸音層を形成するだけで、弁機構の作動音が外部に伝わるのを抑えることができる。
このとき、吸音層は、構造材の電池集合体と対向する面に形成するのが、弁機構の作動音が外部に伝わるのを抑えるためには効果的である。
【００１９】
ここで、吸音層は、ガラス繊維、ガラスウール、ロックウール、及びセラミックスよりなる群から選択された少なくとも１種を含むのがよく、吸音層の厚みは、０．００１〜１ｍｍとするのがよい。
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
（実施形態１）
図１に、本発明の一実施形態に係る電源装置の外観を斜視図により示す。図２に、モジュールの内部構成を斜視図により示す。図３に、拘束部材の外観を斜視図により示す。図４に、セル群の一部分を斜視図により示す。
【００２１】
図１に示すように、電源装置１０は、所定数（図示例では３個）のモジュール１２を含んでいる。また、図２に示すように、それぞれのモジュール１２は、所定数（図示例では、１０個）の角形の単セル（二次電池）１４を含む。
【００２２】
モジュール１２において、１０個の単セル１４は、それらの厚み方向（図２の矢印Ｐの方向）に積層されて、セル群１６を構成している。セル群１６の積層方向の外側には、それぞれ、一対のエンドプレート１８が配置されている。
【００２３】
一対のエンドプレート１８は、それぞれ、略長方形形状を有しており、一方のエンドプレート１８の４隅が、棒状の４本の拘束部材２０の一端部とそれぞれ連結されている。また、他方のエンドプレート１８の４隅が、対応する拘束部材２０の他端部とそれぞれ連結されている。
上下平行に並ぶ各一対の拘束部材２０は、両端部の近傍で上下連結部材２２によりそれぞれ連結され、水平に並ぶ各一対の拘束部材２０は、中央部で１本の水平連結部材２４によりそれぞれ連結される。
【００２４】
エンドプレート１８及び拘束部材２０の素材には、例えば、ＧＦ−ＰＥＴ（ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネート）のような、軽量かつ高強度のエンジニアリングプラスチックを使用するのが好ましい。上下連結部材２２及び水平連結部材２４には、例えば、アルマイト加工したアルミニウムを使用することができる。
【００２５】
拘束部材２０には、軸方向に並ぶように、１０個のセル係合部２０ａが設けられている。単セル１４は、４本の拘束部材２０のセル係合部２０ａと４隅がそれぞれ係合して、一対のエンドプレート１８の間で、４本の拘束部材２０により支持される。
【００２６】
図４に、隣り合う２つの単セルを、セル群から取り出して、斜視図により示す。
セル群１６において、隣り合う２つの単セル１４の間には、冷却用の流体を導入するための隙間が設けられている。そして、図４に示すように、上記隙間には、単セル１４が膨張した際に上記隙間が塞がらないように、所定数（図示例では、５本）の棒状のスペーサ２６が単セル１４の短手方向と平行に、単セル１４の長手方向に等間隔で配置されている。スペーサ２６の素材には、例えば、ＰＣ（ポリカーボネイト）を使用することができる。
【００２７】
単セル１４は、図示はしないが、正極、負極、およびこれらの間に介在させたセパレータで構成された発電要素を金属製の電池ケースに収納した二次電池である。このような二次電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池が挙げられる。ニッケル水素電池の場合、正極にオキシ水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合金、電解液に水酸化カリウム水溶液が用いられる。また、リチウムイオン電池の場合、正極にコバルト酸リチウム、負極に黒鉛などの炭素材料が用いられる。
【００２８】
より具体的には、単セル１４は、一端部に開口を有する、有底角型の電池ケース２７と、その開口を封口する封口板２８とを備えている。
封口板２８は、全体が金属（例えば、アルミニウム）から構成されており、その表面には、負極と接続された負極端子３０及び注液口３２が突設されている。また、封口板２８には、薄肉部（易破断部）からなる防爆弁３４が設けられている。このように、図示例の単セル１４においては、防爆弁３４は金属から形成されている。電池ケース２７は正極と接続されており、底部３６を含めた全体が正極端子として機能する。
【００２９】
単セル１４の容量は、３〜５０Ａｈとすることができる。より好適な単セル１４の容量の範囲は、７〜２０Ａｈであり、本発明は、そのような大型の二次電池（特にリチウムイオン電池）に好適に適用することができる。
【００３０】
セル群１６において、隣り合う２つの単セル１４は、負極端子３０の設けられた端部が互いに逆向きとなるように配置されている。つまり、セル群１６は、一対の端部に、それぞれ、負極端子３０を有する封口板２８と、正極端子である底部３６とが交互に並んでいる。
セル群１６において、単セル１４の積層方向の一端部の単セル１４は、負極端子３０が他のモジュール１２または外部と接続され、他端部の単セル１４は、正極端子が他のモジュール１２または外部と接続されている。
【００３１】
上記一端部の単セル１４は、正極端子が、隣接する単セル１４の負極端子３０と、導体からなる接続板３８により接続されている。上記隣接する単セル１４の正極端子（底部３６）は、次の単セル１４の負極端子３０と接続板３８により接続される。このようにして、モジュール１２内の全ての単セル１４が、９枚の接続板３８により直列に接続される。以上の構成により、最短の接続経路で全ての単セル１４を直列に接続することが可能となる。
【００３２】
モジュール１２は、図１に示すように、セル群１６の上記一対の端部（封口板２８と底部３６とが交互に並ぶ２つの端部）の外側に、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）３７をそれぞれ配置して構成される。ここで、ＥＣＵ３７は、マイクロプロセッサ、メモリ、入出力装置及び通信モジュールを含む。そして、ＥＣＵ３７は、電池容量の算出、必要充放電量の決定、及び充放電のコントロール等の制御を行う。
【００３３】
上述した構成の所定数（図示例では、３つ）のモジュール１２は、単セル１４の積層方向と平行に並べられて、互いに直列に接続されるとともに、図示しない連結部材により互いに連結される。そして、それぞれのモジュール１２の上下を覆うように、保護材３９が配置される。保護材３９には、セル群１６への通風を可能とするために、所定数のスリット４１を設けることができる。また、保護材３９と、セル群１６との隙間には、冷却用流体（例えば空気）を、例えばモジュール１２が並ぶ方向と平行に通す通路４３を設けるのが好ましい。
【００３４】
そして、セル群１６の上記一対の端部（封口板２８と底部３６とが交互に並ぶ２つの端部）と、ＥＣＵ３７との間には、図５に示すような吸音部材４０が介装されている。吸音部材４０には、負極端子３０が挿通される孔４０ａが、対応する数だけ設けられている。
吸音部材４０は、防爆弁３４が作動したときに、その作動音（封口板２８の薄肉部の破裂音）が外部に伝わるのを抑えるために設けられる。また、吸音部材４０により、単セル１４の内部から噴出する電解液等によりＥＣＵ３７が損なわれるのを抑制することができる。
【００３５】
例えば、吸音部材４０の単セル１４と対向する面に、２本の突条４０ｂを平行に設けて、防爆弁３４が作動したときに電池内部から放出されるガスを外部（例えば、自動車の外部）に導くガス導出路４６を形成してもよい。このとき、２本の突条４０ｂは、セル群１６の上記一対の端部において横方向に並ぶ防爆弁３４を間に挟むように設けられ、対応する端部がそれぞれ付き合わされる。２本の突条４０ｂは、吸音部材４０と同じ素材から形成するのが望ましい。
【００３６】
吸音部材４０の素材には、電気的絶縁性を有し、耐燃性ないしは不燃性を有する、ガラス繊維、ガラスウール、ロックウール、及びセラミックス微粒子等の多孔質材料を使用するのが好ましい。吸音部材４０の素材として、発泡ウレタン樹脂やウレタンフォーム、またはスポンジ材等を使用することも考えられる。しかしながら、これらの素材は、耐燃性ないしは不燃性が不十分な場合がある。また、鉛などの金属シートは電気的絶縁性を有さない。
【００３７】
吸音部材４０には、上述した好ましい材料を単独で用いることも可能であるし、複数の上述した好ましい材料を組合せて用いることも可能である。例えば、吸音部材４０を、ガラス繊維とロックウールとセラミックス微粒子の混合体を成型し、それを焼成した複合材のパネルとして構成することができる。
【００３８】
あるいは、図６に示すように、ガラス繊維強化プラスチック製等の難燃性プレート（構造材）４２の表面に吸音層４４を形成した複合パネルを吸音部材４０として用いてもよい。吸音層４４は、例えば、ガラスウールとセラミック微粒子とを、ブチルゴム等の樹脂を含む結着材及び溶剤と混合してペーストを調製し、そのペーストを、構造材４２の表面に塗着（コーティング）して形成することができる。この場合には、吸音層４４は、セル群１６の上記一対の端部（封口板２８と底部３６とが交互に並ぶ２つの端部）と対向する側の構造材４２の主面に設けるのが、より良好な吸音効果を得るためには好ましい。吸音層４４の厚みは、例えば０．０１〜１ｍｍとすることができる。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、シリカ、酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化鉄、酸化チタンなどの酸化物微粒子、あるいはそれらの混合物を用いることができる。
【００３９】
吸音部材４０は、ＪＩＳ  Ａ  １４１６に基づいて測定される、１０００Ｈｚの音成分の音響透過損失が、３０〜５０ｄＢとなるように、全体の厚み、あるいは吸音層４４の厚み、または上述した吸音素材の配合量等を調整するのが好ましい。これにより、電源装置１０を、例えば電気自動車等の駆動用電源として使用する場合に、防爆弁３４の作動音が運転席に伝わるのを抑制することが可能となる。
【００４０】
このように、本発明は、防爆弁３４の作動音が外部に伝わるのを完全に防止しようとするものではなく、防爆弁３４の作動音が外部に伝わるのを抑えようとするものである。つまり、電気自動車等の駆動用電源として使用されるような電源装置１０においては、防爆弁３４の作動音を抑えて、運転者がその作動音をタイヤのパンクと誤認したり、大きな音に動揺したりしないようにすることが好ましい。本発明は、そのような目的を達成し得る範囲で、防爆弁３４の作動音が外部に伝わるのを抑えるものである。
【００４１】
防爆弁３４の作動音が外部に伝わるのを完全に防止するためには、電源装置をコンクリートや鉛シートなどで密閉し、音が漏れ出すのを防ぐような、「遮音」を行う必要がある。しかしながら、そのような手法は、大きなコスト上昇を招くとともに、電源装置の重量化及び大型化を招く。電源装置の重量化及び大型化は、電源装置を電気自動車等に搭載する場合には、大きな不利益となる。加えて、電源装置には、入出力の端子、及び配線等が必要であるために、それを完全に密閉してしまうことは非常に困難である。
【００４２】
従って、防爆弁の作動音を吸収し、外部への音の伝達を抑制する「吸音」が、電気自動車等に搭載されるような電源装置においては、最も適した、音への対処法であるといえる。
【００４３】
電源装置１０に、防爆弁３４が作動したときに電池内部から放出されるガスを外部（例えば、電気自動車等の外部）に導出する導出路を設けるような場合（図５参照）には、その導出路を吸音部材４０と封口板２８との間に形成することが望ましい。構造材４２と、吸音層４４とを含む吸音部材４０を用いる場合には、吸音層４４を内側（封口板２８側）に設け、溝を設けるのが好ましい。
【００４４】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２を説明する。実施形態２は、実施形態１を改変したものであり、電源装置の外観は実施形態１と同様であるので、その符号を流用して説明する。
実施形態２の電源装置１０は、保護材３９を実施形態１で説明した吸音部材４０から構成したものである。実施形態２においても、保護材３９は、その全体を吸音性の高い素材から構成することも可能であるし、構造材４２と、吸音層４４とから構成することも可能である。保護材３９に吸音層４４を設ける場合には、吸音層４４は、セル群１６と対向する面に設けるのが好ましい。
【００４５】
保護材３９のスリット４１は省略することも可能であり、その場合には、保護材３９とセル群１６との間の通風性をより良好に保つ必要性が生じる。このため、図７に示すように、保護材３９のセル群１６と対向する面に、モジュール１２が並ぶ方向と平行な溝３９ａを空気の通路として適宜の間隔で設けるのが好ましい。
なお、実施形態２においても、ＥＣＵ３７と、セル群１６との間に吸音部材４０を設けることは勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の電源装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車用電源などの大容量及び高出力用途として好適に用いられる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…電源装置、
１２…モジュール、
１４…単セル、
１６…セル群、
１８…エンドプレート、
２７…電池ケース、
２８…封口板、
３０…負極端子、
３４…防爆弁、
３６…底部（正極端子）、
３７…ＥＣＵ、
３９…保護材、
３９ａ…溝、
４０…吸音部材、
４２…構造材、
４３…通路、
４４…吸音層、
４６…ガス導出路、
【図１】
2011171172.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011171172.tif 000008
【図７】
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