JP2009193872A - 弁機構及び蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電装置に用いられる弁機構を製造する際に、弁膜が過度の負荷を受けるのを抑制することができる弁機構を提供する。
【解決手段】 蓄電装置（１）に設けられ、蓄電装置の内部で発生したガスを外部に放出させるための弁機構（４０）であって、閉じ状態から開き状態に塑性変形することによって、ガスを放出させるための弁膜（４４）と、互いに固定され、弁膜の厚さ方向における両側から弁膜の一部を挟んだ状態で支持するための第１及び第２の支持部材（４１，４２）とを有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、蓄電装置等に用いられ、蓄電装置の内部で発生したガスを外部に放出させるための弁機構の構造に関するものである。

従来の電池としては、発電要素と、発電要素を収容するケースとを備えたものがある。ここで、発電要素は、正極、負極およびセパレータで構成されており、充放電を行うための要素である。

上述した構成の電池では、過充電等によって発電要素から発生したガスを外部に放出させるために、ケースにガス放出弁を設けているものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の構成では、板状に形成された弁膜を、シール部材を介してケースに固定している。ここで、弁膜は、ガスの発生に伴ってケースの内圧が所定値以上となったときに、閉じ状態から開き状態に塑性変形するようになっており、ケース内で発生したガスを外部に放出させるようにしている。この弁膜は、いわゆる破壊型の弁として構成されるものである。
特開２００４−１６５１２８号公報（図５−図１２等参照）

上述した弁膜をケースに設ける場合において、弁膜がアルミニウムで形成され、ケースが鉄で形成されている場合には、弁膜をケースに対して直接、溶接できないことがある。

そこで、特許文献１に記載の電池では、アルミニウム製の弁膜の外縁に鉄製のシール部材を固定しておき、このシール部材を鉄製のケースに対して溶接させている。しかしながら、特許文献１に記載の構成では、以下に説明する不具合が生じてしまう。

特許文献１に記載の電池では、弁膜の外縁を挟むシール部材に対して、弁膜をかしめて固定しているが、弁膜をシール部材に固定する際に、弁膜に対して過度の負荷を与えてしまう。ここで、弁膜は、薄板状に形成されているために変形しやすくなっており、弁膜をシール部材にかしめる際に、弁膜が変形してしまうことがある。

また、特許文献１に記載の電池では、弁膜が固定されたシール部材を、ケースに形成された凹部に収容させているが、シール部材を凹部に収容させる際に、弁膜に対して過度の負荷を与えてしまうことも考えられる。

このように、弁膜に過度の負荷がかかると、弁膜が変形して所望の作動圧で動作しないおそれがある。ここで、弁膜は、ケースの内圧が所定値（作動圧）に到達したときに、閉じ状態から開き状態に塑性変形するように予め設計されており、弁膜が変形（開き状態に変化するときの塑性変形とは異なる変形）してしまうと、ケースの内圧が所定値に到達しても、閉じ状態から開き状態に変形しないおそれがある。

本発明は、蓄電装置に設けられ、蓄電装置の内部で発生したガスを外部に放出させるための弁機構であって、閉じ状態から開き状態に塑性変形することによって、ガスを放出させるための弁膜と、互いに固定され、弁膜の厚さ方向における両側から弁膜の一部を挟んだ状態で支持するための第１及び第２の支持部材とを有することを特徴とする。

ここで、弁膜と、第１及び第２の支持部材との間にシール部材を配置すれば、弁膜と、第１及び第２の支持部材との間における密閉性を向上させることができる。また、第１及び第２の支持部材を、弁膜を支持する部分とは異なる部分において、互いに溶接することによって、第１及び第２の支持部材を固定することができる。

一方、第１の支持部材において、第２の支持部材に沿って配置され、第２の支持部材との間で弁膜を支持する支持部の他に、ガスを蓄電装置の外部に導くためのガイド部材と接続され、支持部から突出した接続部とを設けることにより、第１の支持部材に対して、ガイド部材との接続機能を持たせることができる。

なお、第２の支持部材は、蓄電装置の外装を構成するケースに固定することもできるし、蓄電装置の外装を構成するケースとして用いることもできる。また、弁膜と、第１及び第２の支持部材とを、互いに溶接できない材料によって形成することができる。例えば、弁膜をアルミニウムで形成し、第１及び第２の支持部材を鉄で形成することができる。

本発明の弁機構は、複数の蓄電体を含む蓄電ユニットと、蓄電ユニットを収容するケースとを有する蓄電装置（例えば、後述する電池パック）に設けることができる。また、本発明の弁機構を、正極用及び負極用の電極体を含み、充放電を行うための発電要素と、発電要素を収容するケースとを有する蓄電装置（例えば、後述する単電池）に設けることができる。

また、本発明は、蓄電装置に設けられ、蓄電装置の内部で発生したガスを外部に放出させるための弁機構の製造方法であって、閉じ状態から開き状態に塑性変形することによって、ガスを放出させるための弁膜の一部を、第１及び第２の支持部材によって、弁膜の厚さ方向における両側から挟む工程と、前記第１及び第２の支持部材を互いに固定する工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、第１及び第２の支持部材（２つの部材）を用いて、弁膜を挟むように支持しているため、特許文献１に記載の弁のように、弁を製造する際に、弁膜に対して過度の負荷を与えることを抑制することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である電池パック（蓄電装置）について、図１を用いて説明する。ここで、図１は、電池パックの分解斜視図である。本実施例の電池パックは、例えば、車両に搭載することができる。具体的には、電池パックの出力を用いて車両を走行させたり、車両の回生エネルギを電池パックに充電させたりすることができる。

本実施例の電池パック１は、パックケース２０と、パックケース２０の内部に収容される電池ユニット３０とを有している。パックケース２０は、アッパーケース２１及びロアーケース２２を有している。アッパーケース２１のフランジ部２１ａ及びロアーケース２２のフランジ部２２ａは、互いに接触し、ボルト等の締結部材によって固定される。なお、フランジ部２１ａ及びフランジ部２２ａを、溶接等の他の手段によって固定することもできる。

アッパーケース２１及びロアーケース２２を固定することにより、この内部には、電池ユニット３０を収容するための空間が形成される。一方、アッパーケース２１には、弁４０が取り付けられている。弁４０の具体的な構成については後述する。

次に、電池ユニット３０の構成について説明する。電池ユニット３０は、並列に配置された複数の単電池３１と、複数の単電池３１を両端側で支持するための一対の支持板３２とを有している。単電池３１は、円筒状に形成されており、長手方向における両端部には、正極用及び負極用の端子が設けられている。

各単電池３１は、隣り合って配置された他の単電池３１とバスバー（不図示）を介して接続されている。具体的には、各単電池３１における正極用の端子は、他の単電池３１における負極用の端子とバスバーを介して電気的及び機械的に接続されている。一方、複数の単電池３１のうち、特定の単電池３１は、配線３３を介してコネクタ３４に接続されている。コネクタ３４は、複数の単電池３１によって得られる出力を、電池パック１の外部に取り出すために設けられている。

単電池３１としては、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。なお、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることもできる。また、本実施例では、円筒形状の単電池３１を用いた場合について説明したが、これに限るものではない。すなわち、単電池３１の形状は、矩形状等のいかなる形状であってもよい。

単電池３１は、発電要素と、発電要素を収容する電池ケースとで構成されている。発電要素とは、充放電を行うための要素であり、正極、負極及びセパレータで構成されている。単電池３１における正極用の端子は、発電要素に含まれる正極用の集電板と接続され、負極用の端子は、発電要素に含まれる負極用の集電板と接続されている。

単電池３１の電池ケースには、電池ケースの内部で発生したガスを外部に放出させるための弁が設けられている。この弁は、いわゆる破壊型の弁であってもよいし、いわゆる復帰型の弁であってもよい。

ここで、破壊型の弁とは、電池ケースの内圧の上昇によって閉じ状態から開き状態に塑性変形し、元の状態に戻ることのない弁である。具体的には、電池ケースの一部に切り欠き部を形成することによって、破壊型の弁を構成することができる。また、復帰型の弁とは、電池ケースの内圧が所定値を超えたときに開き状態となり、電池ケースの内圧が所定値よりも低いときに閉じ状態となる弁であり、電池ケースの内圧に応じて開き状態及び閉じ状態の間で切り換わるものである。

各支持板３２の両端側には、支持板３２（言い換えれば、電池ユニット３０）をロアーケース２２に固定するための固定部３２ａ，３２ｂが設けられている。固定部３２ａには、ロアーケース２２の内側に一体的に形成された円柱状のボルト２２ｂが貫通する穴部を有しており、この穴部を貫通したボルトは、ナット３５と係合するようになっている。また、固定部３２ｂには、ボルト３６が貫通する穴部を有しており、この穴部を貫通したボルト３６は、ロアーケース２２に設けられたナット２２ｃと係合するようになっている。

上述した構成により、一対の支持板３２（言い換えれば、電池ユニット３０）は、ロアーケース２２に固定されることになる。

一方、パックケース２０の内部には、電池ユニット３０の他に、液状の熱交換媒体が収容される。すなわち、熱交換媒体は、電池ユニット３０の表面に接触するとともに、パックケース２０（アッパーケース２１及びロアーケース２２）の内壁に接触するようになっている。

熱交換媒体は、絶縁性を有する液体であり、単電池２１で発生した熱をケース２０に伝達させる機能を有している。例えば、熱交換媒体として、絶縁性の油や、フッ素系不活性液体を用いることができる。フッ素系不活性液体としては、例えば、フロリナート、Ｎｏｖｅｃ ＨＦＥ(hydrofluoroether)、Ｎｏｖｅｃ１２３０（スリーエム社製）を用いることができる。

ここで、単電池３１は充放電によって発熱するが、単電池３１に熱交換媒体を接触させることにより、単電池３１及び熱交換媒体の間で熱交換が行われ、単電池３１の熱を熱交換媒体に伝達させることができる。これにより、単電池３１の発熱を抑制することができる。熱を持った熱交換媒体は、パックケース２０の内部で流動し、パックケース２０の内壁面に接触することにより、パックケース２０に熱を伝達することができる。この熱は、パックケース２０の外部に放出される。

次に、弁４０の構成について、図２から図４を用いて説明する。ここで、図２は、弁４０の構成を示す外観斜視図であり、図３は、弁４０の上面図である。また、図４は、弁４０の断面図であって、図３のＡ−Ａ断面図である。

弁４０は、ベース部材（第２の支持部材）４１と、ベース部材（第１の支持部材）４１に固定される筒部材４２とを有している。ベース部材４１及び筒部材４２は、鉄で形成されている。ベース部材４１は、図４に示すように、鉄製のアッパーケース２１に固定される。具体的には、ベース部材４１が、アッパーケース２１に対して溶接によって固定される。

なお、本実施例では、ベース部材４１及びアッパーケース２１を溶接しているが、これに限るものではなく、ベース部材４１及びアッパーケース２１を互いに固定できる構成であれば、いかなる構成でもよい。

具体的には、ボルトといった締結部材を用いて、ベース部材４１及びアッパーケース２１を固定することができる。また、ベース部材４１に凹凸面を形成して雄ネジ部を構成するとともに、アッパーケース２１に凹凸面を形成して雌ねじ部を構成しておき、ベース部材４１の雄ネジ部及びアッパーケース２１の雌ねじ部を互いに係合させることができる。さらに、ベース部材４１及びアッパーケース２１におけるそれぞれの端部を、互いに揃えた状態で接触させ、これらの端部をまとめて曲げ形成させれば、ベース部材４１及びアッパーケース２１を固定することができる。

図４に示すように、筒部材４２の一端側の領域は、曲げ形成されており、ベース部材４１の表面に沿って配置される平坦部４２ｃと、平坦部４２ｃに対して曲げ形成された支持部４２ｄとを有している。平坦部４２ｃは、ベース部材４１に接触しており、ベース部材４１に対して溶接（例えば、スポット溶接）によって固定されている。ここで、筒部材４２及びベース部材４１は、互いに溶接可能な材料（具体的には、鉄等の同一の金属材料）によって形成されているため、容易に溶接を行うことができる。

支持部４２ｄ及びベース部材４１の間には、ガスケット４３が配置されている。ガスケット４３は、円板状に形成された弁膜４４の外縁を挟むように支持している。そして、ガスケット４３は、筒部材４２の支持部４２ｄとベース部材４１とによって、かしめられている。

ここで、ガスケット４３は、弁膜４４及び支持部４２ｄの間や、弁膜４４及びベース部材４１の間における密閉性を確保するために用いられている。なお、本実施例では、ガスケット４３を用いているが、上述した密閉性を確保できるのであれば、支持部４２ｄ及びベース部材４１を、直接、弁膜４４に接触させることもできる。

弁膜４４は、アルミニウムで形成されており、この外表面（ケース２０の内側とは反対側の面であって、図２の上側の面）には、図３に示すように、切り欠き部４４ａが形成されている。これにより、弁膜４４は、破壊型の弁として構成されている。そして、切り欠き部４４ａの長さや溝深さ等を適宜設定することにより、弁膜４４に対して所定の作動圧を持たせることができる。

なお、本実施例では、弁膜４４に切り欠き部４４ａを形成した場合について説明したが、切り欠き部４４ａを形成しなくてもよい。具体的には、弁膜４４の表面を平坦な面で構成し、弁膜４４の厚さを適宜設定することにより、弁膜４４に対して所定の作動圧を持たせることもできる。

筒部材４２の他端には、開口部４２ａが形成されている。また、筒部材４２の外周面には、筒部材４２の一部を曲げ形成することによって構成された突起部４２ｂが設けられている。

筒部材４２のうち、開口部４２ａ側の領域には、ガイドホース（ガイド部材）５０が取り付けられる。本実施例において、ガイドホース５０は、樹脂等の弾性材料で形成されている。そして、ガイドホース５０の一端に設けられた開口部５０ａを弾性変形させて、筒部材４２の突起部４２ｂにかぶせることにより、ガイドホース５０を筒部材４２に固定することができる。すなわち、ガイドホース５０の内周面は、弾性変形した状態において、突起部４２ｂに密接することになる。

ガイドホース５０は、電池パック１の内部で発生したガスを外部に導くために用いられる。例えば、電池パック１を車両に搭載した場合には、ガイドホース５０の一端を弁４０（筒部材４２）に接続するとともに、ガイドホース５０の他端を車両の外部に位置させることができる。これにより、電池パック１の内部で発生したガスを、車両の外部に放出させることができる。

本実施例によれば、ベース部材４１及び筒部材４２に弁膜４４を取り付ける際にも、弁膜４４に対して過度の負荷がかかるのを抑制することができる。すなわち、ベース部材４１及び筒部材４２（支持部４２ｄ）は、弁膜４４を挟むように配置されるだけであるため、特許文献１に記載の電池のように、弁膜に対して過度の負荷がかかることがない。しかも、ベース部材４１及び筒部材４２を重ねるように配置するだけであるため、弁４０を容易に製造することができる。

また、本実施例では、筒部材４２に対して、ガイドホース５０を取り付けるための部分を形成しているため、弁４０に対してガイドホース５０を容易に取り付けることができる。また、筒部材４２のうちガイドホース５０と接続させる部分は、支持部４２ｄ等と一体的に形成されているため、部品点数を抑えることができ、コストダウンを図ることができる。

なお、本実施例では、ガイドホース５０が接続される筒部材４２に、平坦部４２ｃ及び支持部４２ｄを設けて、ベース部材４１との間で弁膜４４を支持するようにしているが、これに限るものではない。すなわち、弁膜４４の厚み方向における両側から、弁膜４４を挟んだ状態で支持できる構成であれば、上述したように、弁膜４４に対して過度の負荷を与えるのを抑制できる。具体的には、平坦部４２ｃ及び支持部４２ｄだけを備えた部材とベース部材４１とによって、弁膜４４を挟むような構成とすることができる。

また、本実施例では、ベース部材４１をアッパーケース２１に固定するようにしているが、ベース部材４１を省略し、アッパーケース２１と、筒部材４２の支持部４２ｄとによって、弁膜４４を挟むようにすることもできる。この構成では、ベース部材４１を省略することができるため、部品点数を削減することができる。

さらに、本実施例では、弁４０を、電池パック１のケースに固定する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、単電池３１の電池ケースに対して、本実施例で説明した弁４０を取り付けることもできる。より具体的には、円筒形状の電池ケースのうち、電池ケースの長手方向における端面（端子が設けられる面）に対して、弁４０を取り付けることができる。この場合には、単電池３１が、本発明における蓄電装置となる。

また、本実施例では、筒部材４２及びベース部材４１を、同一の材料である鉄で形成し、互いに溶接させているが、これに限るものではない。すなわち、筒部材４２及びベース部材４１を互いに溶接する場合には、溶接可能な金属材料を用いればよく、互いに異なる成分の金属材料を用いてもよい。

本発明の実施例１における電池パックの分解斜視図である。 電池パックに設けられる弁の外観斜視図である。 上記弁の上面図である。 上記弁の断面図である。

符号の説明

１：電池パック（蓄電装置）
２０：パックケース
３０：電池ユニット（蓄電ユニット）
３１：単電池
４０：弁
４１：ベース部材
４２：筒部材
４３：ガスケット
４４：弁膜

Claims (10)

1. 蓄電装置に設けられ、前記蓄電装置の内部で発生したガスを外部に放出させるための弁機構であって、
   閉じ状態から開き状態に塑性変形することによって、前記ガスを放出させるための弁膜と、
   互いに固定され、前記弁膜の厚さ方向における両側から前記弁膜の一部を挟んだ状態で支持するための第１及び第２の支持部材とを有することを特徴とする弁機構。
2. 前記弁膜と、前記第１及び第２の支持部材との間に配置されたシール部材を有することを特徴とする請求項１に記載の弁機構。
3. 前記第１及び第２の支持部材は、前記弁膜を支持する部分とは異なる部分において、互いに溶接されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の弁機構。
4. 前記第１の支持部材は、
   前記第２の支持部材に沿って配置され、前記第２の支持部材との間で前記弁膜を支持する支持部と、
   前記ガスを前記蓄電装置の外部に導くためのガイド部材と接続され、前記支持部から突出した接続部とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の弁機構。
5. 前記第２の支持部材は、前記蓄電装置の外装を構成するケースに固定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の弁機構。
6. 前記第２の支持部材は、前記蓄電装置の外装を構成するケースであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の弁機構。
7. 前記弁膜と、前記第１及び第２の支持部材とが、互いに溶接できない材料によって形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の弁機構。
8. 前記弁膜がアルミニウムで形成され、前記第１及び第２の支持部材が鉄で形成されていることを特徴とする請求項７に記載の弁機構。
9. 複数の蓄電体を含む蓄電ユニットと、
   前記蓄電ユニットを収容するケースと、
   前記ケースに設けられた、請求項１から８のいずれか１つに記載の弁機構とを有することを特徴とする蓄電装置。
10. 正極用及び負極用の電極体を含み、充放電を行うための発電要素と、
    前記発電要素を収容するケースと、
    前記ケースに設けられた、請求項１から８のいずれか１つに記載の弁機構とを有することを特徴とする蓄電装置。
    

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