JP2013196932A - 二次電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度実装が可能であるとともに、外部短絡等で異常な大電流が流れた場合でも、変形を防止して他エリアに影響を及ぼすことのない二次電池装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、二次電池装置は、外ケース１４と、それぞれ電極端子を有し、外ケース内に並べて配置された複数の電池セルと、それぞれ溶断可能な溶断部を有し、外ケース上に設けられ電池セルの電極端子間を電気的に接続する複数の接続バスバー５２、５６ａ、５６ｂと、複数の接続バスバーに接続され電圧を検出する配線部と、前記接続バスバーの溶断部に重ね配置され、溶断部と配線部との間に位置する絶縁部材７１と、を備えている。
【選択図】図３

Description

ここで述べる実施形態は、複数の電池セルを有する二次電池装置に関する。

ハイブリッド自動車、電気自動車などの車両で使われる二次電池装置は、高出力でかつ頻繁な出力変化に対応する必要がある。このような二次電池装置は、一般に、必要な出力や容量に応じて、電池セルを複数個電気的に直列あるいは並列接続し、かつ、機械的にも一体化した組電池あるいは電池モジュールとして構成されている。電池モジュールにおいて、各電池セルは、正極および負極の電極端子を有し、複数の電池セルのうち、例えば隣接する２つの電池セルの電極端子は、バスバーのような導電部材で互いに接続されている。また、複数の電池セルは、ケース内に並べて、かつ、互いに隣接して、収容されている。

特開２００９−８７７２１号公報 特開２００６−１３９９１９号公報

このような電池モジュールでは、車載等で限られたスペースに設置できることが要求され、更に、異常時にも電池搭載部以外のエリアに影響が出ないようにすることが要求されている。外部短絡等で異常な大電流が流れた場合、電池セルが発熱して膨れてしまい、電池モジュール全体が変形して他エリアに影響を及ぼす可能性がある。そのため、別途ヒューズを設けて大電流を遮断する方法や電池モジュール内に十分な余白スペースを構成する設計方法が実施されている。このため、電池モジュール内への電池セル充填率が低くなり、電池モジュールの体積エネルギー効率が低くなる。

この発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、その課題は、高密度実装が可能であるとともに、外部短絡等で異常な大電流が流れた場合でも、変形を防止して他エリアに影響を及ぼすことのない二次電池装置を提供することにある。

実施形態によれば、二次電池装置は、外ケースと、それぞれ電極端子を有し、前記外ケース内に並べて配置された複数の電池セルと、それぞれ溶断可能な溶断部を有し、前記外ケース上に設けられ前記電池セルの電極端子間を電気的に接続する複数の接続バスバーと、前記複数の接続バスバーに接続され電圧を検出する配線部と、前記接続バスバーの溶断部に重ね配置され、前記溶断部と前記配線部との間に位置する絶縁部材と、を備えている。

図１は、実施形態に係る二次電池装置の外観を示す斜視図。 図２は、トップカバーを分解して示す前記二次電池装置の分解斜視図。 図３は、前記二次電池装置の外ケース、絶縁シート、および制御回路基板を示す二次電池装置の分解斜視図。 図４は、前記二次電池装置に収容される電池セル群を示す斜視図。 図５は、前記二次電池装置の上ケースおよび接続バスバーを示す平面図。 図６は、図１の線Ａ−Ａに沿った二次電池装置の断面図。 図７は、４種類の接続バスバーを示す斜視図。 図８は、前記二次電池装置の出力バスバー部分を拡大して示す分解斜視図。 図９は、図１の線Ｂ−Ｂに沿った二次電池装置の断面図。 図１０は、前記接続バスバーの溶断部の溶断特性を示す図。

以下、図面を参照しながら、実施形態に係る二次電池装置について詳細に説明する。
図１は、実施形態に係る二次電池装置の外観を示す斜視図、図２は、トップカバーを分解して示す二次電池装置の分解斜視図、図３は、絶縁シート、制御回路基板および外ケースを分解して示す二次電池装置の分解斜視図、図４は、二次電池装置の外ケースに収容される電池セル郡を示す斜視図である。

図１ないし図４に示すように、二次電池装置１０は、例えば、矩形箱状の外ケース１４と、この外ケース内に並んで収容された複数、例えば、１８個の電池セル（二次電池セル）１２と、各電池セルの電圧を検出し制御する制御回路基板（電圧検出基板、セルマネージメントユニット）１７と、を備え、電池モジュール（組電池）として構成されている。隣り合う電池セル１２の電極端子間は、導電部材としての接続バスバーにより電気的に接続されている。

外ケース１４は、上面が開口しているとともに底を有する矩形箱状のケース本体１６と、このケース本体１６の上面開口を覆う上ケース１８と、更に、上ケースを覆うトップカバー２０と、を有している。ケース本体１６および上ケース１８は、それぞれ絶縁性を有する合成樹脂、例えば、ボリカーボネイト（ＰＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）等の熱可塑性樹脂を用い、射出成形法などにより製造される。トップカバー２０は、脱着が容易なように比較的柔軟な樹脂、例えば、ポリプロピレンにより形成されている。

図４に示すように、各電池セル１２は、例えば、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池であり、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された扁平な略直方体形状の外装容器２１と、外装容器２１内に非水電解液と共に収納された電極体２３と、を備えている。外装容器２１は、上端が開口した容器本体２１ａと、容器本体に溶接され容器本体の開口を閉塞した矩形板状の蓋体２１ｂとを有し、内部が液密に形成されている。電極体２３は、例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。

正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂが蓋体２１ｂの長手方向両端部にそれぞれ設けられ、蓋体から突出している。正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂは、電極体２３の正極および負極にそれぞれ接続されている。一方の端子、例えば、正極端子２２ａは、蓋体２１ｂに電気的に接続され、外装容器２１と同電位となっている。負極端子２２ｂは、蓋体２１ｂを貫通して延びている。負極端子２２ｂと蓋体２１ｂとの間には、合成樹脂、ガラス等の絶縁体からなるシール材、例えば、ガスケットが設けられている。

蓋体２１ｂの中央部には、例えば、矩形状の安全弁２４が形成されている。電池セル１２の異常モード等により外装容器２１内にガスが発生し、外装容器内の内圧が所定の値以上に上昇した際、安全弁２４が開放し、内圧を下げて外装容器２１の破裂等の不具合を防止する。
なお、電池セル１２は、上述したような金属缶に電極体を収容した缶セルに限らず、いわゆる、ラミネートセルを用いても良い。

図４に示すように、複数の電池セル１２は、６個ずつ３列に並んで配設されている。各列において、６個の電池セル１２は、外装容器２１の主面同士が所定の隙間を置いて向い合った状態で、かつ、電極端子２２ａ、２２ｂが設けられている外装容器２１の上端が同一方向を向いた状態で並んで配設されている。また、各列において、電池セル１２は、２個ずつ、３組に分けられ、各組の２つの電池セル１２は、正極端子２２ａ同士、および負極端子２２ｂ同士が並ぶように、同一の向きに配置されている。更に、隣合う２つの組は、正極端子２２ａと負極端子２２ｂとが隣合うように、互いに１８０度反転した逆向きに配置されている。隣合う２列の電池セル１２は、一方の列の電池セル１２の正極端子２２ａと他方の列の負極端子２２ｂとが隣合うように、かつ、一方の列の電池セル１２の負極端子２２ｂと他方の列の電池セルの正極端子２２ａとが隣合うように、並んで配置されている。

次に、外ケース１４の構成を詳細に説明する。図１ないし図３に示すように、ケース本体１６は、１８個分の電池セル１２に対応する大きさに形成され電池セル１２の底に対向する矩形状の底壁３０と、底壁３０の対向する２側縁、ここでは、長辺に沿って立設され電池セル１２の主面に対向する一対の第１側壁３２ａ、３２ｂと、底壁３０の対向する他の２側縁、ここでは、短辺に沿って立設され電池セル１２の側面に対向する一対の第２側壁３４ａ、３４ｂと、ケース本体内で、底壁に立設された複数の図示しない仕切り壁と、を有している。底壁３０、第１側壁３２ａ、３２ｂ、および第２側壁３４ａ、３４ｂあるいは仕切り壁により、複数、ここでは、１８個の電池収容部が規定されている。各電池収容部は、電池セル１２の横断面形状よりも僅かに大きな横断面形状に形成され、また、電池セルを挿通可能な上部開口を有している。各電池収容部の深さ、つまり、高さ、は、例えば、電池セル１２の電極側の端部を除く約９割を収容可能な大きさに形成されている。１８個の電池セル１２は、それぞれ対応する電池収容部に装着され、図示しない押圧ばね、接着剤等の位置決め手段により、位置決めされる。

図１ないし図３に示すように、電池セル１２が収容されたケース本体１６に、上ケース１８が上から被され、ケース本体１６に取付けられる。これにより、全体として矩形箱状の外ケース１４が構成される。上ケース１８は、ケース本体１６の底壁３０とほぼ同一の大きさを有する矩形板状の天井壁３６と、天井壁の周囲に形成された矩形枠状の周壁３８と、を一体に有している。周壁３８の下部に形成された図示しない複数の係合爪を、ケース本体１６の各側壁の上部に形成された係合孔３７に係合させることにより、周壁３８は、ケース本体１６の側壁に連続して取り付けられている。

天井壁３６は、ケース本体１６の底壁３０と平行に対向して位置し、複数の電池セル１２の上部を覆っている。図２、図３、図５、および図６に示すように、天井壁３６には、それぞれ電池セル１２の電極端子を挿通するための複数の開口４０および複数の排気孔４２が形成されている。開口４０は、天井壁３６の幅方向に沿って、６列に並んで設けられている。排気孔４２は、天井壁３６の幅方向に沿って、３列に並んで形成され、各列は、２列の開口４０間のほぼ中央に設けられている。

ケース本体１６内に収容された電池セル１２は、上ケース１８の天井壁３６内面に当接することにより、上端位置、特に、電極端子２２ａ、２２ｂの高さ位置が決めされている。各電池セル１２の正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂは、それぞれ対応する天井壁３６の開口４０内に挿通され、上方に露出している。各電池セル１２の安全弁２４は天井壁３６の排気孔４２に対向している。

図２、図３、図５、および図６に示すように、天井壁３６の上面に、制御回路基板１７をねじ止めするための複数、例えば、３つの円柱形状のボス４４が立設されている。これらのボス４４は、天井壁３６の長手方向に延びる中心軸線上に、互いに間隔をおいて設けられている。各ボス４４には、金属の雌ねじが埋め込まれている。天井壁３６の上面に、複数、例えば、８本の支持突起４６が立設されている。各支持突起４６は、例えば、細長い円柱形状に形成され、その基端側に、十字形状の補強リブが形成されている。８本の支持突起４６は、天井壁３６の長手方向に沿って４本ずつ２列に並んで設けられている。２列の支持突起４６は、天井壁３６の幅方向において、ほぼ中央、ここでは、ボス４４の両側に配置されている。各支持突起４６は、後述する制御回路基板１７の対応する透孔を挿通され、トップカバー２０の内面に当接可能な高さに形成されている。

更に、天井壁３６の上面には、制御回路基板１７を位置決めするための複数、例えば、２つの板状の位置決め突起４８、制御回路基板１７の下面に当接してこの制御回路基板を支持する複数の支持リブ５３、および後述するバスバーを位置決めするための複数の線状の位置決めリブ５０、板状の位置決め突起が、突設されている。

上ケース１８において、周壁３８には、全周に亘って複数の係合孔３９が形成されている。後述するトップカバー２０の係合爪がそれぞれ係合孔３９に係合し、トップカバー２０が上ケース１８に取り付けられる。

図２、図３、図５、および図６に示すように、複数の電池セル１２は、導電部材としての複数の接続バスバーにより、電気的に、例えば、２つずつ並列に接続され、更に、並列に接続された９組の電池セルが直列に接続されている。本実施形態において、導電部材、接続部材としての接続バスバーは、４種類のものを用いている。すなわち、図５および図７に示すように、外ケース１４の長手方向に隣合う２組の電池セル１２の正極端子２２ａと負極端子２２ｂとを接続するほぼＨ形状の第１接続バスバー５２、一列に並んでいる２組の電池セル１２の２つの正極端子と２つの負極端子とを接続する直線形状の第２接続バスバー５４、および１組の電池セルの正極端子あるいは負極端子を電気的に接続するとともに出力端子を一体に有する第１出力バスバー５６ａ、第２出力バスバー５６ｂを用いている。

図７（ａ）に示すように、第１接続バスバー５２は、それぞれ接続開口６０が形成された一対の平坦な接続部６２ａと、それぞれ接続開口６０が形成された一対の一対の接続部６２ｂと、これら２つの接続部を連結した連結部６２ｃと、更に、各接続部から延出しているとともにねじ孔６３が形成された接続片６４と、を有し、導電材料、例えば、アルミニウム、真鍮等からなる金属板を折曲げ成形して形成されている。連結部６２ｃは、断面が円弧状、Ｕ字状、あるいは、Ｖ字状の凸状に折り曲げられた凸曲げ部を構成している。また、第１接続バスバー５２は、連結部６２ｃと接続部６２ａとの間、および連結部６２ｃと接続部６２ｂとの間、すなわち、連結部６２ｃの両側に設けられた溶断部６２ｄを有している。各溶断部６２ｄは、第１接続バスバー５２の幅方向全長を横切って延びている。溶断部６２ｄは、第１接続バスバー５２に異常な高電流が流れた際に溶断するように、第１接続バスバー５２の他の部分よりも薄く、あるいは、幅が狭く形成され、他の部分よりも高い電気抵抗を有するように形成されている。

図７（ｂ）に示すように、第２接続バスバー５４は、それぞれ接続開口６０が形成された４つの平坦な接続部６８ａと、これら４つの接続部６８ａを一列に連結した３つの連結部６８ｂと、１つの接続部６８ａから延出しているとともにねじ孔６９が形成された接続片７０と、を有し、導電材料、例えば、アルミニウム、真鍮等からなる金属板を折曲げ成形して形成されている。各連結部６８ｂは、断面が円弧状、Ｕ字状、あるいは、Ｖ字状の凸状に折り曲げられた凸曲げ部を構成している。また、第２接続バスバー５４は、少なくとも１つの連結部６８ｂの片側もしくは両側、ここでは、各連結部６８ｂの両側に設けられた溶断部６８ｄを有している。各溶断部６８ｄは、第２接続バスバー５４の幅方向全長を横切って延びている。溶断部６８ｄは、第２接続バスバー５４に異常な高電流が流れた際に溶断するように、第２接続バスバー５４の他の部分よりも薄く、あるいは、幅が狭く形成され、他の部分よりも高い電気抵抗を有するように形成されている。

図７（ｃ）に示すように、第１出力バスバー５６ａは、それぞれ接続開口６０が形成された一対の平坦な接続部７７と、これらの接続部７７から延出し１８０度、上方に折り返して延びるターン部７８と、ターン部から延出する幅の狭い帯状の溶断部７９と、溶断部７９から接続部７７と同一の方向へ延出した平坦な出力端子７４ａと、一方の接続部７７から延出しているとともにねじ孔８１ｂが形成された接続片８１ａと、を有し、導電材料、例えば、アルミニウム、真鍮等からなる金属板を折曲げ成形して形成されている。溶断部７９および出力端子７４ａは、ターン部７８から接続部７７と同一方向に、かつ、接続部７７とほぼ平行に延出し、更に、接続部７７に対して所定の間隔を置いて位置している。溶断部７９は、第１出力バスバー５６ａに異常な高電流が流れた際に溶断するように、第１出力バスバー５６ａの他の部分よりも薄く、あるいは、幅が狭く形成され、他の部分よりも断面積を小さくし高い電気抵抗を有するように形成されている。また、溶断部７９は、接続部７７から同一方向に折り返して延びているため、比較的狭い設置スペース内で、溶断部７９の長さを長くすることができ、その分、溶断部の電気抵抗を低くすることが可能となる。

図７（ｄ）に示すように、第２出力バスバー５６ｂは、それぞれ接続開口６０が形成された一対の平坦な接続部７２と、これらの接続部７２から延出しクランク状に折曲げられ段差を形成する段差曲げ部７３ａと、段差曲げ部７３ａから接続部７２と反対の方向へ延出し、接続部７２に対してほぼ平行に、かつ、段差を持って位置する平坦な出力端子７４ｂと、一方の接続部７２から延出しているとともにねじ孔７５が形成された接続片７６と、を有し、導電材料、例えば、アルミニウム、真鍮等からなる金属板を折曲げ成形して形成されている。また、第２出力バスバー５６ｂは、段差曲げ部７３ａと、出力端子７４ｂとの間に設けられた溶断部７３ｂを有している。溶断部７３ｂは、第２出力バスバー５６ｂの幅方向全長を亘って延びている。溶断部７３ｂは、第２出力バスバー５６ｂに異常な高電流が流れた際に溶断するように、第２出力バスバー５６ｂの他の部分よりも薄く、あるいは、幅が狭く形成され、他の部分よりも断面積を小さくし高い電気抵抗を有するように形成されている。

上述した接続バスバーおよび出力バスバーの溶断部は、例えば、以下の通り設計する。

溶断部について、加熱開始から溶断するまでの溶断時間と、供給電流との関係を考察した。測定用の溶断部としては、出力バスバー５６ａの溶断部７９を用い、Ａ）溶断部断面積１００％、Ｂ）溶断部断面積９４％、Ｃ）溶断部断面積８８％の３種類の出力バスバーを用意し、それぞれについて溶断時間と供給電流とを測定した。
図１０に示すように、供給電流が低い側では溶断時間のばらつきが大きく、寸法変更（溶断部の抵抗を変化させる）に対する溶断時間の傾向が見られない。二次電池装置の設置環境により、バスバーの初期温度は、−３０〜＋６０℃のバラツキがある。また、バスバーの電気導電率のばらつきおよびバスバー溶断部の寸法公差によるバラツキによっても溶断時間が変動する。そこで、図１０では、溶断時間のシュミレーションセンタ値；シュミレーション・バラツキ・−側値；およびシュミレーション・バラツキ・＋側値をそれぞれ示している。溶断時間をコントロールするためには、バラツキが小さいものを利用することが望ましい。図１０から、溶断時間のシュミレーションセンタ値を１０秒程度以内に設定すると、約１５００Ａ以上の電流が入力されると、溶断部が溶断することが分かる。

また、Ｌｉイオン電池セルを用いる場合、大電流投入時、電子伝導に対して、Ｌｉイオンの移動が追いつかない状態にあり、一般に、平衡状態に達するまでの時間が約１０ないし２０秒程度以上となる。Ｌｉイオン移動の抵抗は、電池セルが電流を流す際の発熱の大きな原因のひとつであるため、Ｌｉイオン移動が十分に平衡に達するまでは発熱および化学反応によるガス発生が電池セルの弁開放にいたるほど十分には起きていないと考えられる。従って、大電流投入時、２０秒程度以内で接続バスバーの溶断部を溶断すれば、電池セルは弁開放せずに確実に電流が遮断される。このことから、上記低電流側での溶断時間のばらつきを考慮し、溶断時間を１０秒以内に設定することが望ましい。
以上のことから、接続バスバー５２、５４および出力バスバー５４ａ、５４ｂの溶断部は、約１５００Ａ以上の投入電流に対して、約１０秒以内に溶断する、断面積あるいは抵抗値に形成する。これにより、図１０に示すように、約１５００Ａの電流が入力されると、１０秒程度で出力バスバー、接続バスバーの溶断部が溶断し、溶断時間のばらつきが小さくなり、安定して狙った時間で溶断させることが可能となる。

図３、図５、および図６に示すように、上記のように構成された６個の第１接続バスバー５２、２つの第２接続バスバー５４、および２つの第１および第２出力バスバー５６ａ、５６ｂが天井壁３６の上面の所定位置に装着され、それぞれ電池セル１２の電極端子に接続されている。

第１出力バスバー５６ａは、例えば、天井壁３６の右下の角部（図５）に配置され、一対の接続部７７は、１組の電池セル１２の正極端子２２ａに接続されている。接続部７７の２つの接続開口６０に正極端子２２ａがそれぞれ係合し、レーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により第１出力バスバー５６ａに溶接されている。そして、第１出力バスバー５６ａの出力端子７４ａは、正極側出力端子を形成している。

図３、図８、図９に示すように、第１出力バスバー５６ａは、そのターン部７８が溶断部７９に対して制御回路基板１７側に位置するように配置されている。溶断部７９および出力端子７４ａは、天井壁３６と隙間をおいてほぼ平行に対向している。出力端子７４ａは、細長い２枚の導電板１０２ａ、１０２ｂにより上下から挟まれ、これらの導電板１０２ａ、１０２ｂを固定ねじ１０４によって天井壁３６へ固定することにより、天井壁３６上に強固に支持されている。また、導電板１０２ｂおよび出力端子７４ａを通して、出力ボルト１０６ａが下側の導電板１０２ａにねじ込まれている。

図３および図５に示すように、第２出力バスバー５６ｂは、例えば、天井壁３６の左上の角部（図５）に配置され、一対の接続部７２は、１組の電池セル１２の負極端子２２ｂに接続されている。接続部７２の２つの接続開口６０に負極端子２２ｂがそれぞれ係合し、レーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により第２出力バスバー５６ｂに溶接されている。そして、第２出力バスバー５６ｂの出力端子７４ｂは、負極側出力端子を形成している。第２出力バスバー５６ｂの溶断部７９および出力端子７４ａは、天井壁３６と隙間をおいてほぼ平行に対向している。出力端子７４ｂは、細長い２枚の導電板により上下から挟まれ、これらの導電板を固定ねじによって天井壁３６へ固定することにより、天井壁３６上に強固に支持されている。また、上側の導電板および出力端子７４ｂを通して、出力ボルト１０６ｂが下側の導電板にねじ込まれている。

図３、図５、図６に示すように、一方の第２接続バスバー５４は、正極側の出力バスバー５６ａが接続されている電池セル１２の正極端子２２ａと同列に並んだ１組の電池セル１２の負極端子２２ｂ、および１組の電池セル１２の正極端子２２ａの４つの電極端子に接続されている。４つの接続部６８ａの４つの接続開口６０に２つの負極端子２２ｂおよび２つの正極端子２２ａがそれぞれ係合し、レーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により第２接続バスバー５４に溶接されている。

他方の第２接続バスバー５４は、負極側の出力バスバー５６ｂが接続されている電池セル１２の負極端子２２ｂと同列に並んだ１組の電池セル１２の正極端子２２ａ、および１組の電池セル１２の負極端子２２ｂの４つの電極端子に接続されている。４つの接続部６８ａの４つの接続開口６０に２つの負極端子２２ｂおよび２つの正極端子２２ａがそれぞれ係合し、第２接続バスバー５４に溶接されている。

６個の第１接続バスバー５２は、３個ずつ２列に並んで配置され、天井壁３６のほぼ中央部に位置している。４列に並んだ接続バスバーの内、第１接続バスバー５２は真ん中の２列に並んで配置されている。各第１接続バスバー５２は、１組の電池セル１２の２つの正極端子２２ａと、外ケース１４の長手方向に隣合う他の１組の電池セル１２の２つの負極端子２２ｂとに接続されている。２つの接続部６２ａの２つの接続開口６０に２つの負極端子２２ｂあるいは２つの正極端子２２ａがそれぞれ係合し、レーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により第１接続バスバー５２に溶接されている。他方の２つの接続部６２ｂの２つの接続開口６０に２つの正極端子２２ａあるいは２つの負極端子２２ｂがそれぞれ係合し、第１接続バスバー５２に溶接されている。

これにより、１８個の電池セル１２は、バスバーにより、２つずつ（１組ずつ）並列に接続され、更に、９組の電池セルは、正極側の第１出力バスバー５６ａから負極側の第２出力バスバー５６ｂまで、直列に接続されている。

なお、図３では、ボス４４、各バスバーのねじ孔にそれぞれネジがねじ込まれた状態を示しているが、これらのねじは、組立時、制御回路基板１７の透孔を通して、ボスおよびバスバーのねじ孔にねじ込まれる。

図２、図３、図６、図９に示すように、制御回路基板１７は、矩形状に形成され、上ケース１８の天井壁３６よりも僅かに小さい幅および長さを有している。制御回路基板１７上に複数の電子部品８０が実装されている。制御回路基板１７は、その表面および裏面に形成された図示しない回路パターン（配線パターン）を有する。この回路パターンは、接続バスバーに接続される配線として機能する。また、制御回路基板１７は、天井壁３６の位置決め突起４８が挿通される２つのスリット状の透孔８２、この制御回路基板１７および複数のバスバーの接続片をねじ止めするためのねじを挿通可能な複数の透孔８３を有している。この制御回路基板１７は、本実施形態に係る二次電池装置、および、異なる他の二次電池装置、例えば、２４個の電池セルを収納した二次電池装置のいずれにも適用可能な制御回路基板として構成されている。そして、複数の透孔８３は、本実施形態に係る二次電池装置に適した複数の透孔、および、他の二次電池装置に適した複数の透孔の両方を含んでいる。

制御回路基板１７は、絶縁シート７１を挟んで天井壁６８上に載置され、大部分のバスバーを覆っている。図３、図５、図６に示すように、絶縁部材として機能する絶縁シート７１は、例えば、ＰＰＥ、変性ＰＰＥによりほぼ矩形状に形成されている。絶縁シート７１は、天井壁３６のほぼ中央部に位置する６つの第２接続バスバー５２に覆って、つまり、重ねて配置されている。なお、絶縁部材は、絶縁シートに限定されることなく、絶縁モールディング、絶縁性接着剤を用いてもく、絶縁モールドあるいは絶縁性接着剤により、第２接続バスバー５２を埋め込む構成としてもよい。

図２、図３、図５、図６に示すように、制御回路基板１７は、２つの位置決め突起４８を制御回路基板１７のスリット状の透孔８２に挿通することにより、所定の位置に位置決めされる。制御回路基板１７の中心軸線上に並んで形成された３つの透孔８３ａを通して、それぞれ固定ねじ８４ａを天井壁３６のボス４４にねじ込むことにより、制御回路基板１７を天井壁３６に固定している。また、制御回路基板１７の裏面（下面）は、複数の支持リブ５３に当接し、これらの支持リブ５３により支持される。これにより、制御回路基板１７は、複数のバスバーと隙間をおいて、天井壁３６とほぼ平行に配置されている。

第１接続バスバー５２から延出した接続片６４の先端部、第２接続バスバー５４から延出する接続片７０の先端部、第１出力バスバー５６ａから延出する接続片８１ａの先端部、および第２出力バスバー５６ｂから延出する接続片７６の先端部は、それぞれ制御回路基板１７の裏面に当接している。

制御回路基板１７の複数の透孔８３を通して複数の固定ねじ８５が挿通され、それぞれ対応するバスバーの接続片に形成されたねじ孔６３、６９、７５にねじ込まれている。これにより、接続片６４、７０、７６、８１ａは、それぞれ制御回路基板１７の裏面側にねじ止めされ、対応する回路パターン（配線パターン）に電気的に接続されている。

図２、図３、図５、図７に示すように、天井壁３６に立設された複数の支持突起４６は、それぞれ制御回路基板１７に形成された複数の透孔８３ｂに挿通され、制御回路基板１７から上方へ突出している。前述したように、これらの透孔８３ｂおよび支持突起４６は、天井壁３６の長手方向に沿って２列に並んで設けられ、かつ、天井壁の幅方向のほぼ中央よりに配置されている。透孔８３ｂは、二次電池装置１０の専用に設けられた透孔、あるいは、他種類の二次電池装置用に設けられている空きの透孔（余った透孔）、を用いている。

図１、図２、図７に示すように、外ケース１４のトップカバー２０は、上ケース１８の天井壁３６とほぼ等しい大きさの矩形板状に形成され、その周縁部は、直角に折曲げられ周壁２０ｂを形成している。周壁２０ｂには、複数の係合爪８６が突設され、全周に亘り間隔を置いて位置している。そして、トップカバー２０は、周壁２０ｂを上ケース１８の周壁３８内側に嵌め込み、係合爪８６を周壁３８の係合孔３９に係合させることにより、上ケース１８に装着され、上ケース１８の開口を閉じているとともに、制御回路基板１７およびバスバーを覆っている。

前述したように、トップカバー２０は、ポリプロピレン、ＰＰＥ等の絶縁樹脂により、比較的薄く、柔軟に形成され、上ケース１８に対して容易に脱着可能となっている。トップカバー２０は、複数の支持突起４６と対応する位置に形成され、内面側、つまり、上ケース１８の天井壁３６側に突出した複数のボス部８８を有している。トップカバー２０を上ケース１８に装着した状態において、複数の支持突起４６は、トップカバー２０の内面、ここでは、ボス部８８に当接あるいは、僅かな隙間を持って対向する。これにより、複数の支持突起４６は、トップカバー２０を内面側から支持している。そのため、トップカバー２０が柔軟に形成されている場合にでも、支持突起によりトップカバーを支持し、制御回路基板側へ変形あるいは歪むことを防止している。従って、例えば、トップカバー２０が上から押された場合でも、トップカバー２０が制御回路基板に接触することを防止でき、電子部品等の損傷を防止し、保護することができる。

図１、図２、図８、図９に示すように、トップカバー２０には、第１出力バスバー５６ａおよび第２出力バスバー５６ｂと対向する位置に、天井壁３６側に凹んだ凹所１１０、１１２が形成されている。凹所１１０の底壁は、絶縁部材として機能するシールド壁９２ａを構成し、このシールド壁９２ａは、第１出力バスバー５６ａの溶断部７９の直上に隣接対向し、溶断部７９を覆っている。シールド壁９２ａと溶断部７９との間の隙間は、例えば、０．３５ｍｍ以下に設定されている。また、凹所１１０の底には、開口９２ｂが形成され、第１出力バスバー５６ａの出力端子７４ａに取り付けられた導電板１０２ｂおよび出力ボルト１０６は、開口９２ｂを通して凹所１１０内に露出している。更に、凹所１１０に脱着自在なターミナルカバー９５が装着され、導電板１０２ｂおよび出力ボルト１０６ａを覆っている。

同様に、凹所１１２の底壁は、絶縁部材として機能するシールド壁９０ａを構成し、このシールド壁９０ａは、第２出力端子５６ｂの溶断部７３ｂの直上に隣接対向し、溶断部７３ｂを覆っている。シールド壁９０ａと溶断部３７ｂとの間の隙間は、例えば、０．３５ｍｍ以下に設定されている。また、凹所１１２の底には、開口９０ｂが形成され、第２出力バスバー５６ｂの出力端子７４ｂ取り付けられた導電板および出力ボルト１０６ｂは、開口９０ｂを通して凹所１１２内に露出している。更に、凹所１１２に脱着自在なターミナルカバー９４が装着され、導電板および出力ボルト１０６ｂを覆っている。
更に、トップカバー２０には、外ケース１４内で発生したガスを排気するための排気溝９４が形成されている。この排気溝９４は、脱着自在なターミナルカバー９４により覆われている。

以上のように構成された二次電池装置によれば、外部短絡などで異常な大電流が流れてしまった場合、セル主回路を構成する接続バスバーに凸曲げ部、ターン部、あるいは段差部と、これに隣接する溶断部とを設けることによって、大電流通電による発熱を意図的に溶断部に集中させて溶断させ、大電流の通電を遮断することができる。これにより、異常な大電流が流れた場合でも、各電池セルの異常膨張、安全弁開放を生じることなく、接続バスバーの溶断という最小限の損傷にて、二次電池装置を保護することが可能となる。そして、電池セルの異常膨張を防止することにより、外ケース内の余白スペースを削減することができ、電池セルの高密度実装が可能となる。

一方、本実施形態の電池モジュールでは、通常稼動範囲の数百Ａの電流では、接続バスバーはほとんど加熱せず、通常稼動範囲で十分に抵抗が低い。そのため、ヒューズなどを用いなくとも、十分に、異常時の電流遮断を確保しつつ、ヒューズよりも抵抗を低くすることが可能となる。更に、ヒューズが不要になることで、高体積エネルギー密度の電池モジュール構成が可能となる。

二次電池装置内で最も昇温する箇所、すなわち、装置中央部に、同一断面積を有した複数の第２接続バスバー５２を配置することにより、過大電流通電時に二次電池装置内の温度差を利用して選択的に第２接続バスバー５２の溶断部を溶断することができる。また、これら第２接続バスバー５２を絶縁シート７１で覆うことにより、この絶縁シートによって第２接続バスバーの保温効果が得られ、第２接続バスバーの温度差をより大きくし、溶断部の溶断を促進することができる。

また、前述したように、約１５００Ａの電流が入力されると、１０秒程度で出力バスバーの溶断部が溶断し、溶断時間のばらつきが小さくなり、安定して狙った時間で溶断させることが可能となる。従って、二次電池装置１０の入出力特性をバスバーにより低下させることなく、異常電流の入出力時にバスバーを溶断させることができる。

接続バスバーと制御回路基板１７の回路パターンとの間に上記絶縁シートを配置することにより、溶断時に発生するヒュームを絶縁シートで捕らえ、回路パターンおよび制御回路基板への飛散、および装置外部への飛散を防止することができる。更に、水平方向についても、接続バスバーを装置中央部で溶断させる事により、ヒューム発生部から装置外面までの距離を最大限設定する事が可能となるため、外部への飛散を防止することができる。

第１および第２出力バスバー５６ａ、５６ｂの溶断部７９、７３ｂの直上にトップカバーのシールド壁９２ａ、９０ａを設けることにより、溶断時に発生するヒュームをシールド壁で捕らえ、回路パターンおよび制御回路基板への飛散を防止することができる。更に、第１出力バスバーにおいては、溶断部と制御回路基板との間にターン部が位置しているため、溶断時に発生するヒュームをターン部で止めて、制御回路基板側への飛散および装置外部への飛散を防止することができる。これにより、溶断時にヒュームが発生した場合でも、周囲への悪影響を防止し、信頼性の向上を図ることができる。

以上のことから、高密度実装が可能であるとともに、外部短絡等で異常な大電流が流れた場合でも、変形を防止して他エリアに影響を及ぼすことのない二次電池装置が得られる。

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
接続バスバーに接続する配線部は、上述した制御回路基板の配線パターンに限らず、フレキシブルケーブル等を用いてもよい。電池セル群を構成する電池セルの数、外ケースの形状、構造等は、前述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて適宜変更可能である。第１出力バスバーのターン部は、Ｕ字形状に限らず、コの字形状、波型、くの字型等でもよい。

１０…二次電池装置、１２…電池セル、１４…外ケース、１６…ケース本体、
１７…制御回路基板、１８…上ケース、２０…トップカバー、２２ａ…正極端子、
２２ｂ…負極端子、３６…天井壁、３８…周壁、５２…第１接続バスバー、
５４…第２接続バスバー、５６ａ…第１出力バスバー、５６ｂ…第２出力バスバー、
６２ｄ、６８ｄ、７３ｂ、７９…溶断部、７１…絶縁シート、
９０ａ、９２ａ…シールド壁

Claims (9)

1. 外ケースと、
   それぞれ電極端子を有し、前記外ケース内に並べて配置された複数の電池セルと、
   それぞれ溶断可能な溶断部を有し、それぞれ前記外ケース上に設けられ前記電池セルの電極端子間を電気的に接続する複数の接続バスバーと、
   前記複数の接続バスバーに接続され電圧を検出する配線部と、
   前記接続バスバーの溶断部に重ねて配置され、前記溶断部と前記配線部との間に位置する絶縁部材と、
   を備える二次電池装置。
2. 前記配線を有し、前記外ケース上に前記複数の接続バスバーに重ねて配置され、前記接続バスバーに電気的に接続された制御回路基板を備え、
   前記絶縁部材は、前記制御回路基板と前記複数の接続バスバーとの間で、前記複数の接続バスバーの溶断部に重ねて配置された絶縁シートを含んでいる請求項１に記載の二次電池装置。
3. 前記絶縁部材は、前記接続バスバーを覆う絶縁性モールドあるいは絶縁性接着剤を含んでいる請求項１に記載の二次電池装置。
4. 前記接続バスバーは、複数列に並んで配置され、前記絶縁部材は、複数の接続バスバーの内、中央部に位置する接続バスバー上に重ねて配置されている請求項２又は３に記載の二次電池装置。
5. 前記接続バスバーの少なくとも１つは、金属板を折り曲げて形成され、それぞれ前記電極端子に接続される複数の接続部と、これら接続部間に位置し凸状に折り曲げられた凸曲げ部と、前記接続部と凸曲げ部との間に設けられた前記溶断部と、を有している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の二次電池装置。
6. 前記接続バスバーの少なくとも１つは、出力バスバーを構成し、前記出力バスバーは、金属板を折り曲げて形成され、前記電極端子に接続される平坦な接続部と、平坦な出力端子部と、前記接続部から前記出力端子部側に折り返して延びるターン部と、前記ターン部から前記出力端子部まで延び、他の部分よりも幅が狭く形成された溶断部と、を有している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の二次電池装置。
7. 前記接続バスバーの少なくとも１つは、出力バスバーを構成し、この出力バスバーは、金属板を折り曲げて形成され、前記電極端子に接続される平坦な接続部と、平坦な出力端子部と、前記接続部から前記出力端子部側に延びる段差を形成する段差曲げ部と、前記段差曲げ部から前記出力端子部まで延び、他の部分よりも幅が狭く形成された溶断部と、を有している請求項１ないし６のいずれか１項に記載の二次電池装置。
8. 前記複数の接続バスバーを覆って前記外ケースに装着された絶縁樹脂製のトップカバーを備え、
   前記トップカバーは、前記接続バスバーの溶断部の直上に隣接して対向し前記絶縁部材を構成するシールド壁を有する請求項６又は７に記載の二次電池装置。
9. 前記接続バスバーのターン部は、前記溶断部と前記配線との間に配置されている請求項６に記載の二次電池装置。

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