CN100389511C - 组电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组电池，它具备即使在因单元电池内压上升而膨胀时也能确保密封性的气体排出装置。所述组电池是并联配置了多个具备发生大于规定内压时放出气体的安全阀的单元电池，所述组电池具备气体排出装置，所述气体排出装置在沿单元电池的排列方向配置且与外部排气部分连接着的1个或多个排气管上与各单元电池的安全阀的放出口连接，并且所述排气装置利用排气管的波纹管部分伸长及屈曲来吸收因单元电池的膨胀引起的安全阀放出口的间隔变化。

Description

组电池

本申请是申请人于2000年10月6日提交的、申请号为“00130638.3”的、发明名称为“组电池”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及组电池的气体排出装置，具体的是涉及一种组电池，当发生了大于规定的内压时，对于并列配置了具备放出气体的安全阀的数个单元电池的组电池，它具备将安全阀中放出的气体排向外部的气体排出装置。

背景技术

作为装载在电动汽车上的驱动电源，适用并联配置数个单元电池的组电池，所述单元电池由密闭矩形电池形成并具备在发生大于规定内压时放出气体的安全阀。对于这样的组电池，根据充电时产生的氢气，当单元电池的内压上升到规定以上时，由于安全阀动作而放出氢气，作为为了防止着火等的安全对策，则必须将氢气排出到外部的大气中，因此设置了气体排出装置。

对于以往的组电池的气体排出装置，可知如特开平7-245089号公报所揭示的那样。参照图14、图15进行说明，则组电池41是将数个(图示例中为24个)单元电池43图示中2列(1列12个)地并联配置，在各列的单元电池群42a、42b上，相互交错地配置各单元电池43的气体放出口44，并且与2列排气管45a、45b、45c、45d相互连接，将各排气管的一端分别与大气排出部分46相连。

在单元电池43的气体放出口44上设有T字型接头47，通过将它两端突出的管接头48与排气管49依次连接而构成排气行45a～45d.

又，对于图14中所示的，一方单元电池群42a同另一方单元电池42b的排气管45a与45d、45b与45c的另一端通过连接管50a、50b相互连接，使得即便排气管45a～45d中任何一个发生堵塞也能够从与其连接着的另一排气管放出。

然而，如图14、图15所示的以往的气体排出装置的构造中存在的问题是，对于气体放出口44上的T字型接头47两端的管接头48，它将排气管49依次连接而构成排气行45a～45d，单元电池43是由密闭矩形电池形成，因此，当因其内压上升而发生膨胀且气体放出口44与44间的间隔扩大的情况下，有时排气管49从管接头48中脱落而密封变得不完全，有时排气管45a～45d会发生断裂而导致氢气泄漏。

又，对于多个管接头48必须在确保密封的状态下分别与排气管49的端部连接，因安装时需要大量的工时而存在费用升高的问题。

发明内容

本发明鉴于上述以往的问题，以提供一种具备气体排出装置的组电池为目的，所述气体排出装置即使在因单元电池内压上升而发生膨胀的情况下，也能够确保密封性能，并且能够减少安装时的工序数、降低费用。

第1发明的组电池并联配置了多个具备在发生大于规定内压时放出气体的安全阀的单元电池，具备气体排出装置，所述气体排出装置将各单元电池的安全阀的放出口连接在沿单元电池的排列方向配置的1个或者多个排气管上，并且将排气管的一端连接到外部排出用管，且此外部排出用管通过支撑部件被安装在组电池的固定部材上，使其在单元电池的排列方向上能够移动。

附图说明

图1是表示本发明的组电池一实施形态整体概略性构成的立体图。

图2是该实施形态的部分详细剖视图。

图3是图1的A部的剖视图。

图4表示该实施形态的排气管，(a)是正视图，(b)是仰视图，(c)是(b)的B-B向视放大剖视图，(d)是(b)的C-C向视放大剖视图。

图5是详细表示了该实施形态的排气管与安全阀放出口的连接部分，(a)是剖视图，(b)是(a)的D-D向视剖视图。

图6是详细表示该实施形态的排气管与安全阀放出口的连接部分的其它构成例的剖视图。

图7是该实施形态的外部排出管的平面图。

图8是表示该实施形态的外部排出管的装置构造的图7的E-E向视剖视图。

图9是表示该实施形态的排气管中氢的渗透率与箱内氢浓度随时间变化的曲线图。

图10表示本发明组电池的其它实施形态的排气管，(a)是正视图、(b)是仰视图。

图11是使用图10排气管情况下装置状态的说明图。

图12是表示本发明组电池再一实施形态的整体概略构成的平面图。(其中M＝n表示电池序号，Dn表示管外直径)

图13是表示该实施形态组电池内的温度分布的曲线图。

图14是表示以往示例的组电池其气体排出装置整体概略构成的平面图。(其中实线表示排气管直径37变化时，虚线表示排气管直径37不变时，n表示电池序号)

图15是该以往示例其主要部分的斜视图。符号说明如下：

1组电池

2单元电池

7冷剂通路

10安全阀

14放出口

15伞型突出部

16排气装置

17排气管

18外部排出用管

20支撑夹

21放出口连接部分

22波纹部分

23连接孔

24密封突起

25台肩部

26环状突起

31带状板

32嵌合部分

33支撑部分

35排气管

36连接孔

37排气管

具体实施方式

以下，参照图1～图11对适用于作为电动汽车驱动电源而使用的本发明组电池的一个实施形态进行说明。

如图1所示，本实施形态的组电池1是如下这样构成的，将由镍·氢蓄电池的密封矩形电池形成的多个(图示例中为38个)单元电池2并联配置，在此排列方向的两端配置端面板3，将两端面板3利用限制型套(没有图示)连接着用来限制单元电池2的群体，且将各单元电池2通过汇流条(没有图示)串联连接。

如图2所示，各单元电池2对于具有宽度窄的短侧面与宽度大的长侧面的多个(本实施形态中为6个)电池槽4共用其短侧面，使得相互一体化而构成一体电池槽5，同时在各电池槽4内收纳发电要素(没有图示)而构成单电池，且在一体电池槽5内部串联各单电池而构成，又，一体电池槽5内的各电池槽4与4之间是相互连通且使得各电池槽4的内压为相同而构成。

一体电池槽5的长侧面上设有在各电池槽两侧端面的位置上突出设置的且上下方向延伸的肋状突部以及肋状突部之间以适当孔心距离间隔、矩阵状而突出设置的多个圆形突部等的通路形成突部6，将相邻单元电池2的通路形成突部6的端头相互连接，则单元电池2与2之间形成冷剂通路7。又，在一体电池槽2的长侧面上设有突部8以及凹部9，所述突部8与凹部9当将单元电池2的长侧面重叠且并联配置时通过相互嵌合来决定单元电池2的纵向相对位置。

对于各单元电池2的一体电池槽5的上壁，在从它的纵向中心线起到与一端侧空开适当的位置上配置安全阀10，使得由于充放电而产生的氢气一体电池槽5内的内压达到规定以上时，就放出氢气。此安全阀10将在底面上形成了阀口11a的阀套11内，包容由橡胶状弹性体形成的阀体12，利用压缩了此阀体12的状态而将它的上部用阀盖13封闭，同时将阀盖13上形成了的通孔13a连通并在阀盖13之上突出设置筒状的放出口14而构成，在放出口14的上端外围设有伞型突出部分15。

在组电池1的上部，如图1所示，配置着为了将从各单元电池2的安全阀10放出的氢气总括起来并排出的气体排出装置16。在组电池1中，由于各单元电池2是串联连接而使得位于两端的正极与负极的接线端相互邻接而依次相反方向地并联，为此安全阀10以交错状位于单元电池2的排列方向，它的放出口14是沿着单元电池2的排列方向而每隔1个而2列状地排列着。因此，气体排出装置16是由在单元电池2的排列方向覆盖全长而设置的排气管17、与此排气管17的端面板3的外侧上突出的一端连接着的外部排出用管18以及与外部排出用管18的一端连接着的排气软管19而构成。外部排出用管18它的中间部分由支撑夹20而支撑着。又，排气软管的端部的排出部分19a在组电池1的下部位置上开着口。

排气管17如图2～图5所示，在对应与安全阀10的放出口14位置的下部，平面看来大致为方形的放出口连接部分21突出在下方。又，在放出口连接部分21与21之间形成能够伸缩的波纹部分，使吸收由单元电池2的膨胀而引起安全阀10的放出口14与14的间隔变化。又，图4中，38是为了防止组电池1内的冷剂从在端面板3上形成了的排气管17的一端的通孔流到外部而形成的密封凸缘，使得覆盖排气管17周围间隙，空开适当的间隔在2个部位设置，使得端面板3形状不同的情况下也能共用。

在放出口连接部分21上，形成与排气管17轴芯方向相垂直的连接孔23，此连接孔23是用于与放出口14以密封状态相嵌合而构成的。在此连接孔23中间部分的内周上，为了确保高密封性设有密封突起24。又，如图5(b)所示，连接孔23与放出口14的嵌合部分长度L是设定为等于或大于放出口14的直径，排出管17即使受到外力也能够确保密封状态。又，在连接孔23与放出口14的嵌合状态下，在连接孔23的上端面上卡住伞型突出部分15的下端面，防止了放出口连接部分21的脱落。

放出口连接部分21设定得使连接孔23周围的壁厚比排气管17的其它部分的壁厚要厚且刚性高。又，也可以改变橡胶本身的硬度来提高刚性。又，在放出口连接部分21的两侧部分，设置着比排气管17外周更突出施压段部21a，如图5(b)虚线所示，由跨过排气管17上部的施压具F从上方对此施压段部21a施压，由此将连接孔23与放出口14嵌合且使得能够连接连接孔14与排气管17而构成。又，与放出口连接部分21的放出口14嵌合的部分其长度即图示中连接孔23的长度L，设定为比从放出口14的伞型突出部分15以下的长度N要短，使得形成了安全阀10的放出口14其基端与放出口连接部分21下端间的间隙S，仅仅从上方对放出口连接部分21施压，而将连接孔23与放出口14完全且可靠地嵌合，同时能够以感触来确认是否完成了嵌合。

又，如上所述那样，将排气管17在与各安全阀10的放出口14相连接的状态下，如图2所示，排气管17的单元电池2与2之间的冷剂通路7上的相对部分构成得使放出口连接部分21与波纹部分22之间的水平方向的直径尺寸为最小部分，对于流过冷剂通路7而沿箭头方向流动的冷剂的流通应尽量避免产生不良影响。又，设定单元电池2的一体电池槽5其上端面与排气管17的下端之间的间隔H的尺寸为使得由从冷剂通路7流出的冷却流体引起的排气管17的流通阻力的增加在10％以下的范围内。再者，如此地为了将排气管17的下端从单元电池2的上面分离出来，如图5(b)所示，使排气管17形成下端部分为平坦隧道形状，且为了使得冷剂的流通阻力尽量小，故将两侧角部分做成圆形。

又，代替在放出口连接部分21的两侧上突出形成施压段部21a，而如图5(a)、(b)所示，在排气管17内在将放出口连接部分21上侧面上，使得围住连接孔23的周围而可以突出设有比放出口14上端更突出且硬度高的台肩部5。据此，通过对排气管17的上部进行施压，能够简单准确地将放出口连接部分21的连接孔23与放出口14相嵌合。又，台肩部25可以突出设置在连接孔23管轴芯方向的两侧部分上，来使得两端与排气管17的两侧壁连接。

又，在图2～图5中，对于安全阀10的放出口14与放出口连接部分21的连接构造，已例示了在放出口14的上端外周上突出设有伞型突出部分15的例子，然而，也可以如图6所示这样构成，在安全阀10的放出口14的轴芯方向中间部分的外围上设有突出部分15，放出口连接部分21的连接孔23比起此伞型突出部分15使之上部为较大直径并且在此上部的内围设有与放出口14端部外围进行压接的环状突起26。

上述外围排出用管18如图7所示，在它的一端与另一端的附近形成一对用于连接排气管17的连接口27，此连接口27呈L字型弯曲或者T字型分岔。27a是在连接口27外围突出设置的密封突起。又，在连接口27与27之间设有波纹部分29，此波纹部分29可调整支撑此外部排出用管18的支撑夹20的嵌套部分28与排气管17、17之间间隔的偏移。

支撑夹20如图8所示，具有弹性的带状板31的一端上形成嵌套部分32，所述嵌套部分32与同固定部件的端面板3的上端相接合固定的组电池1的外壳30是以夹住状相嵌套，还形成了通过弯曲部分34而在另一端包围外部排出用管18来进行保持的保持部分33，另外所述支撑夹20将外部排出用管18如虚线所示那样，在端面板3的一侧使得仅仅在规定的移位量d中容易地进行移动而支撑着。

又，在本实施形态中，由于排气软管19的排出部分19a是配置在组电池1的下部，因此当氢气滞留在排气管17内的状态下，如不将组电池1封闭空间内的气体强制排出而置之不理，则排气管17内的氢气会逐渐地透过排气管17因而组电池1封闭空间的氢气浓度将会上升，恐怕封闭空间内氢气浓度会达到4％以上的爆炸界限。

研究透过排气管17的氢气量，设定排气管17的表面积为A、厚度为L、氢气透过系数为α(×10^-17m⁴/N·S)、压力差为Δp、氢气透过时间为t，则t时间的氢气透过量W可以由下式得到

W＝α·Δp·t·A/L

由于氢气透过系数α很大程度上依赖于温度与材料，因此组电池1内实际的氢气浓度根据使用时的温度以及排气管17其橡胶的材料而有较大的变化。这里，认为常温时各种橡胶的氢气透过系数α在20～40、50℃下，氢气透过系数α为30～560，对于α＝20、50、100、560的情况，计算了实际的组电池1内氢气浓度与氢气透过时间的关系。此结果如图9所示。图9中，在最差使用条件下氢气透过系数α为560℃的情况时，氢气浓度为此爆炸界限4％，将4％除以安全率2得2％则为0.25年。这里，对于本实施形态的排气管17，根据透过此排气管17的氢气来选择排气管的直径、壁厚、材料，使得覆盖组电池1封闭空间内的氢气浓度0.25年以内不可能为2％以上。

根据上述构造的气体排气装置16，单元电池2的一体电池槽5由于内压升高而膨胀，在安全阀10的放出口14的间隔扩大的情况下，通过排气管17的波纹部分22伸长而能够进行吸收，在排气管17与放出口14的连接部分不会因强制力作用而使得它们之间的密封不完全，且能够可靠防止氢气的泄漏。

又，由于将连接两排气管17一端的外部排出用管18安装在支撑夹20且在单元电池2的排列方向能够移动，与端面板3相邻接的单元电池2膨胀后，排气管17的一端即使朝从端面板3脱落的方向移动时，如图8虚线所示，由于外部排出用管18跟着移动，在排气管17的一端与外部排出用管18的连接部分不会因强制力作用而使得它们之间的密封不完全、能够可靠防止氢气的泄漏。又，由于它的支撑夹20是由具有弹性的带状板31构成的，能够以简单、低价的构成而获得上述的作用。

又，在排气管17的放出口连接部分21上，由于与排气管17长方向轴芯相垂直地形成了安全阀10其放出口14以密封状态嵌合的连接孔23，仅仅通过对放出口连接部分21向放出口14进行施压而在放出口14嵌合连接孔23，能够减少装配时的工时且能够降低费用，由于此时放出口连接部分21的刚性比其它部分要高，因此在上述连接时不会产生放出口连接部分21因意外变形而使连接作业变得困难，提高了连接作业性。

又，在排气管17的放出口连接部分21的管内侧端的上部，从安全阀10放出口14的端部起上方突出有着长长突起的、高硬度的台肩部25，连接时通过对排气管17的放出口连接部分21的上方部分进行施压，能够进行施压直到放出口连接部分21与放出口14完全嵌合，而不与台肩部25放出口14相干扰，能够进行简单且作业性良好的连接。

又，由于使得在排气管17的放出口连接部分21的下端与放出口14的基部之间形成间隙S，故不会存在放出口连接部分21的下端与作为安全阀10基部的放出口14没有完全嵌合的状态，能够获得连接孔23以穿越伞型突出部分15的状态而完全连接的状态，并且在穿越时能够根据感觉来确认是否已完成了合适地连接。

又，在此连接状态下，由于放出口14上端的伞型突出部分15与放出口连接部分21的上端面卡住，故即使在排气管17上向上的外力作用时，也能够防止意外地脱落。

又，如图6所示，在安全阀10的放出口14的轴芯方向中间部分的外围上设有伞型突出部分15且在连接孔23的管内侧端部内周上设有与放出口14端部外围进行压接的环状突起26，则能够防止排气管17的意外地脱落，同时在安全阀10动作而放出气体时即使此该部分的压力急剧上升的情况下，由于此气体的压力环状突起26更大地发挥了密封性能，因此即使在高压下放出气体时也能够确保高的密封性。

又，由于根据从单元电池2与2间设置的冷剂通路7流出的冷却流体的排气管17，引起的流通阻力的增加在10％以下的范围，来设定单元电池2的上面与排气管17下端之间的间隔H的尺寸，故即使配置了排气管17，在此处也能够防止单元电池2冷却性能的大大降低，且不会给单元电池2的冷却性能带来实质性的影响。又，与排气管17的冷剂通路7相对的部分上，没有设置放出口连接部分21及波纹部分22而将它们设置在相对与水平方向直径尺寸最小的部分，因此在排气管17配置的各处能够将单元电池冷却性能的降低抑制到最小。

在以上的实施形态中，在排气管17上设有放出口连接部分21与波纹部分22且在轴芯方向上剖面形状变化很大，并且表示了通过注射成型而进行制造的示例，然而，如图10所示，在整个长度上使用该剖面的排气管35，则能够通过施压成型而以低价进行制造。此排气管35在下端由形成了较大壁厚的平面部分的隧道形状而构成，在平面上以规定节距间隔Q而形成了嵌合安全阀10的放出口14的连接孔36。此排气管35的连接孔36的节距间隔Q是设定为比正常配置单元电池2时的放出口14的节距间隔P要大，配置时如图11所示，以弯曲状态配置且通过排气管35的伸展来吸收由单元电池2的膨胀引起的安全阀10的放出口14的间隔变化。

又，在上述实施形态中，表示了沿着组电池1的单元电池2其排列方向排气管的剖面尺寸为相同的示例，然而如图12所示，也可以沿着单元电池2的配置方向设置直径Dn(n＝1～n)逐渐变化的排气管37。即，根据组电池1的配置状态及冷剂的流通方向，在组电池1内并列配置了的各单元电池2(电池序号M(M＝1～n))的温度是按各自的配置位置而逐渐变化，根据此温度的梯度，使得从低温侧向高温侧排气管37水平方向的直径逐渐变小，在高温侧则利用排气管37使得冷剂的流通阻力减小而提高冷却性能，在低温侧则利用排气管37使得冷剂的流通阻力相对增大而降低冷却性能，由此而使整体的冷却性能平均化。

通过这样的构成，如图13所示，对于不改变水平方向直径尺寸的排气管17，则在单元电池2的排列方向上产生温度梯度，反之，当配置改变了水平方向直径尺寸的排气管37的情况下，则能够使组电池1中各单元电池2的冷却性能整体上均一化。

根据本发明的组电池从以上说明可知，则具备将各单元电池的安全阀的放出口连接在沿着单元电池排列方向配置且同时与外围排气部分连接的1个或者多个排气管上，并且通过排气管的伸长或伸展来吸收由单元电池的膨胀而产生的安全阀放出口的间隔变化的排气装置，因此即使单元电池因内压上升而膨胀，安全阀的放出口的间隔变宽时，在排气管与放出口的连接部分也不会因强制力作用而使得它们之间的密封不完全，能够可靠地防止氢气泄漏。

又，将排气管的一端与外围排出用管连接，且将此外围排出用管在单元电池的排列方向上通过支撑具而能够移动地安装在固定部件上，那末即使当外围排出用管附近的单元电池发生膨胀，排气管的一端移动了的情况下，排气管的一端与外部排出管的连接部分也不会因强制力作用而使得它们之间的密封不完全，能可靠的防止氢气泄漏。

又，在排气管上，设置了放出口连接部分，所述放出连接部分与排气管长方向轴芯相垂直地形成了与各单元电池的安全阀放出口以密封状态相嵌合的连接孔，则通过将设置在排气管上的放出口连接部分朝向安全阀的放出口进行施压，能够确保密封状态地进行连接，并能减少安装时的工时以及降低费用。

又，使排气管的放出口连接部分的刚性比其它部分要高，则在连接时不会产生放出口连接部分因意外变形而使连接作业变得困难，提高了连接作业性。能够通过增加橡胶硬度、设定适当的壁厚及长度而提高放出口连接部分的刚性。

又，将安全阀的放出口与放出口连接部分的连接孔的嵌合部分长度设定为近似于等于或大于放出口14的直径，则在排出管上即使外力作用而放出口连接部分倾斜的情况下，在足够长度的嵌合部分中能获得适当的嵌合部位，并能够确保密封状态。

又，在安全阀的放出口的端部外围上设有与连接孔上端卡合的伞型突出部分，则在排气管上即使在向上的外力作用下，也能够防止意外的脱落。

又，在放出口连接部分的连接孔的轴芯方向中间部分的内周上设有密封突起，则能够确保更高的密封性。

又，在安全阀的放出口的轴芯方向中间部分的外围上设有伞型部分，且在放出口连接部分的连接孔的管内侧端部内周上设有与安全阀放出口端部外围压接的环状突起，则能够防止排气管的意外脱落，同时在安全阀动作而放出气体时，根据此气体的压力，环状突起大大发挥了其密封性能，即使在高压下放出气体时也能够确保高密封性。

又，在排气管放出口连接部分的管内侧端的上部，至少在管轴芯方向的两侧，从安全阀的放出口端部起上方突出有着长长突起的、高硬度的台肩部，则利用在连接时对排气管放出口连接部分的上方部分进行施压，在台肩部能够进行施压直到将放出口连接部分与放出口完全嵌合，能进行作业性更良好的连接。

又，使得与排气管放出口连接部分的放出口相嵌合的长度比放出口伞型突起部分以下部分的长度要短，则能够获得连接孔以穿越伞型突出部分的状态而完全连接的状态，并且在穿越时能够根据感觉来确认是否已完成了适当的连接。

又，根据从单元电池间设置的冷剂通路中流出的冷却流体的排气管引起的流通阻力的增加在10％以下的范围，设定单元电池的上面与排气管下端的间隔的尺寸则即使配置了排气管，在此处也能够防止单元电池冷却性能大大降低且，不会给单元电池的冷却性能带来实质性的影响。

又，对于排气管单元电池间设置的冷剂通路相对部分，使得其水平方向的直径尺寸为比其它部分要小，则能够对排气管配置处的单元电池其冷却性能的下降抑制到最低限度。

又，根据单元电池的排列方向上的单元电池的温度梯度，改变排气管的水平方向的直径尺寸，使得从低温部分向高温部分排气管的水平方向直径尺寸逐渐减小，则能够使组电池中各单元电池的冷却性能整体上均一化。

又，根据透过此排气管的氢气来选择排气管的直径、壁厚、材料，而使得覆盖组电池封闭空间内的氢气浓度在0.25年以内不可能为2％以上，那末，即使在不强制地使得组电池的空气流动而长时间地放置的情况下，也能够可靠地防止组电池内氢气浓度变为爆炸界限4％以上。

Claims (2)

1.一种组电池，并联配置了多个具备在发生大于规定内压时放出气体的安全阀的单元电池，其特征在于，

具备气体排出装置，所述气体排出装置将各单元电池的安全阀的放出口连接在沿单元电池的排列方向配置的1个或者多个排气管上，并且将排气管的一端连接到外部排出用管，且此外部排出用管通过支撑部件被安装在组电池的固定部材上，使其在单元电池的排列方向上能够移动。

2.如权利要求1所述的组电池，其特征在于，

所述支撑部件是由在具有弹性的带状板一端上形成相对固定部材的嵌合部分，在另一端上形成排出用管保持部分的夹子所构成的。

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