JP2010049942A - 電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】電池から外れにくいガス排出管を備えた電池システムを提供する。
【解決手段】本発明の電池システム１０は、ガス排出弁３３を設けた電池３０と、電池３０の内圧が上昇したときにガス排出弁３３から排出されるガスを排出するガス排出管３５とを備える。本発明の電池システム１０では、電池３０の内圧の上昇により電池３０が膨れることで、電池３０とガス排出管３５とが押し合う力が増加することを特徴とする。本発明によれば、電池３０から外れにくいガス排出管３５を備えた電池システム１０を提供することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池システムに関する。

近年、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載される電池の需要が高まっているが、これらの用途に用いる電池には、電池の内部でガスを発生させるものがある。たとえば、リチウムイオン電池では、電池が異常発熱すると、電池内部でガスが発生して電池内部の圧力が極端に上昇し、電池が破裂するおそれがある。このような危険な事態を回避するため、電池内部でガスが発生しうる電池には、電池内で発生したガスを電池外に排出させるものとして、例えばガス排出弁が設けられている。

しかしながら、このガス排出弁から排出されるガスが、車内に漏れた場合には搭乗者の健康を害するおそれがある。そこで、ガス排出弁から排出されるガスを搭乗者に危害を与えないところに誘導するためのガス排出管を備える電池が、提案されている（特許文献１を参照）。
特開２００２−２１６７３１公報（第６頁、第２図）

上記特許文献１には、上面にガス排出口と、ガス排出口から排出されるガスを排出するガス排出通路とを備えた単電池を複数接続した組電池が記載されている。この組電池においては、単電池のガス排出部材と、これに隣接する単電池のガス排出部材とを互いに連結することにより、単電池の厚み方向と平行な方向に、ガス排出通路が設けられている。このガス排出通路を構成するガス排出部材は、単電池のガス排出口から上方に突出する突管部と、単電池の厚み方向に平行な方向に設けられた連結部とからなる。

上記特許文献１に記載の組電池において、ガス排出部材は、その突管部を単電池のガス排出口に接合することにより取り付けられており、その連結部を隣接するガス排出部材の連結部に嵌め込むことで連結される。したがって、ガス排出部材の突管部と単電池のガス排出口との接合部分、および、隣接するガス排出部材との連結部分を強固に固着しておかないと、単電池が異常発熱して膨らんだ場合やガス排出口からガスが勢いよく噴出した場合などに前記接合部分や前記連結部分がはずれて、ガス漏れが生じるおそれがある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、電池から外れにくいガス排出管を備えた電池システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するものとして本発明は、ガス排出弁を設けた電池と、前記電池の内圧が上昇したときに前記ガス排出弁から排出されるガスを排出するガス排出管とを備えた電池システムであって、前記電池の内圧の上昇により当該電池が膨れることで前記電池と前記ガス排出管との押し合う力が増加することを特徴とする電池システムである。

ところで、ガス排出弁に取り付けるガス排出管の位置ずれを防止する方法として、隣接しあう電池の外壁面の間にガス排出管を圧入することにより、ガス排出管を固定することが考えられる。ガス排出管などのガス排出部材の材料としては、合成樹脂を用いることが一般的であるが、合成樹脂は、長時間強い圧力がかかっている状態におくと、ゆっくりと変形する性質（クリープ現象という）を有しているため、電池が異常発熱して膨らむまでの間に、ガス排出管が変形してしまう可能性がある。このようにしてガス排出管が変形すると、電池の内圧が異常に上昇して電池が変形したりガス排出弁からガスが勢いよく噴出した際に、ガス排出管がガス排出弁から外れたり、ガス排出管の位置ずれが生じることが懸念される。

上記したように、ガス排出管がガス排出弁から外れ易いのは、電池の内圧が異常に上昇して電池が変形したりガス排出弁が開いてガスが勢いよく噴出したときである。
そこで、本発明では電池の内圧が上昇したときに電池が膨れることによって、電池とガス排出管とが押し合う力が増加する構成とした。
従って、本発明によれば、ガス排出管がガス排出弁から外れやすくなるときと同時、あるいは、その直前に、電池によるガス排出管の圧迫力が電池の膨れによって強くなる。つまり、ガス排出管を強く抑える必要が生じた場合のみに限定して、ガス排出管を圧迫力が強くなって、接続されている電池に強固に固定される。したがって、電池の内圧上昇が生じていない通常の状態では、ガス排出管の電池による圧迫強度を弱く設定することができる。
その結果、上記のクリープ現象は抑制され、ガス排出管が大きく変形するのを防止することができ、これによりガス排出弁からガスが噴出した場合であっても、ガス排出管が電池から外れ難くすることができるのである。

本発明は以下の構成としてもよい。
前記ガス排出管を、前記電池の内圧が上昇したときに前記ガス排出管と押し合う電池と、この電池及び前記ガス排出管以外の別の部材との間に配して、前記電池の内圧が上昇したときに、前記ガス排出管が、前記電池と前記別の部材とから押されるような構成としてもよい。
上記のような構成とすると、電池の内圧が上昇したときに、ガス排出管が電池と別の部材との間に強固に挟まれて固定されるので好ましい。

前記電池は電池ケースを備え、前記電池ケースは面積が最も大きい最大面と、前記最大面よりも面積が小さい面であるとともに前記ガス排出弁を設けたガス排出弁設置面とを備え、前記電池の内圧が上昇したときの前記最大面における膨れを抑制する抑制部材を、前記電池ケースの周囲に設け、かつ、前記電池の内圧が上昇したときに、前記電池ケースの前記ガス排出弁設置面と前記ガス排出管との押し合う力が増加する構成としてもよい。

ガス排出弁から排出されるガスを排気するためのガス排出管はガス排出弁を設置したガス排出弁設置面から電池ケースの外側方向へ突出させて設けられるため、ガス排出弁を電池ケースの面積の大きい面に設ける場合、広い収納スペースが必要となる。一方、上記構成のように、ガス排出弁を電池ケースの面積の小さい面に設けると、省スペースとすることができる。
しかしながら、通常、電池の内圧が上昇した際の電池の膨れは、面積の大きい面で大きく、面積の小さい面では小さいので、ガス排出弁を電池ケースの面積の小さい面に設けた構成とすると、電池の内圧が上昇して電池が膨れたときに、電池とガス排出管とが押し合う力が増加し難くなることが懸念される。
そこで、上記構成においては、電池ケースの最大面における膨れを抑制する抑制部材を電池ケースの周囲に設けることにより、電池ケースの最大面における膨れを防止して、面積の小さい面が膨れ易い構成とした。その結果、上記構成によれば、電池とガス排出管とが押し合う力を充分に増加させることができる。

前記電池は、前記電池ケースの前記ガス排出弁設置面と、当該ガス排出弁設置面に対向する外側面とに、別の電池と電気的に接続可能な接続端子を備え、前記ガス排出管は、前記ガス排出弁に接続されるとともに、その内部に前記ガス排出弁からのガスが通る第１の排気通路を有する接続部と、前記接続部から連設されて、その内部に前記第１の排気通路と交差する方向に連通する第２の排気通路を有するとともに、別の電池のガス排出管と連結される連結部とからなり、前記電池を複数個、前記接続端子を介して接続することにより、前記ガス排出管の接続部を、前記電池ケースの前記ガス排出弁設置面と、隣接する電池の前記電池ケースの外側面との間に配する構成としてもよい。

このような構成とすると、電池の内圧上昇により電池が膨らんだ際に、当該膨れた電池の電池ケースのガス排出弁設置面と、隣接する電池の電池ケースの外壁面との間にガス排出管が挟まれて、強固に固定されるため、ガス排出管を固定するための別部材が不要である。
さらに、上記構成では、複数の電池を接続する接続端子が、ガス排出弁設置面に設けられているから、ガス排出管の接続部が挟まれているスペースに、電池の接続端子と、この端子に接続される隣接する電池の接続端子とが配されるため、接続端子のためのスペースを別途設ける必要がないので、省スペースとすることができ、好ましい。

本発明によれば、電池から外れにくいガス排出管を備えた電池システムを提供することができる。

＜実施形態１＞
本発明を電気自動車に搭載するリチウムイオン電池に適用した実施形態１を図１ないし図６によって説明する。
図１に示すように、本実施形態の組電池１０は、略直方体状をなしており、組電池１０の長手方向に対して平行に配した樹脂製の２枚の側板１１の間に、樹脂枠１２で取り囲まれた電池列２０を、５列並列してなる。

詳しくは、本実施形態の組電池１０においては、２枚の絶縁フィルム１３，１３の間に挟まれた電池列２０が、隣接しあう電池列２０の間、および、隣接する側板１１との間に、樹脂製のスペーサー１８を挟んだ状態で並列している（図１及び図２を参照）。電池列２０の間に挟まれる絶縁フィルム１３及びスペーサー１８には、各単電池３０に設けたガス排出管３５の連結部３８（詳細は後述する）を挿通させる挿通孔（図示せず）がそれぞれ設けられている。

スペーサー１８の上端および下端には、組電池１０の上面及び下面に配された固定部材１４を係止するための係止部１９が突設されている。なお、スペーサー１８の上端に設けた係止部１９は前記挿通孔のすぐ上に位置している。

組電池１０の上面及び下面に配した固定部材１４は、組電池１０の長手方向に対して垂直方向に、５つ配されており電池列２０の位置ずれを防止している。固定部材１４は、スペーサー１８に設けた係止部１９により係止されるとともに、側板１１にリベット１５留めされている。

組電池１０の上面に配されている固定部材１４のうち、ガス排出管３５の連結部３８の上に配されている固定部材１４は、ガス排出管３５の連結部３８と隣接する電池列２０のガス排出管３５の連結部３８とを連結してなる連結管（図示せず）の移動を抑制して、ガス排出管３５の位置ずれを防止する機能も有している。

組電池１０の側板１１の上端には、組電池１０の長手方向に対して平行に２つの溝１６，１６が設けられている。２つの溝１６，１６には、それぞれ、電池列２０を構成する単電池３０から排出されたガスを集めて車外に排出するためのガス収集管１７が収容されている。このガス収集管１７には、端部に位置するガス排出管３５の連結部３８が連結されており、ガス収集管１７の端部には図示しないガス排出ホースがさらに接続されて、単電池３０からガス排出管３５に排出されたガスを車外、又は、人の搭乗していない車内のスペースへ導くようになっている。

組電池１０を構成する電池列２０は、図３に示すように、角筒型の単電池３０を４つ接続して構成される。電池列２０は、単電池３０の負極端子３１と、当該単電池３０と隣接する単電池３０の正極端子３２とを接続することにより構成される。すなわち、単電池の正極端子３２および負極端子３１は隣接する単電池と電気的に接続可能な接続端子３１，３２に相当する。
隣接しあう２つの単電池３０，３０の間には、ガス排出管３５の接続部３７が配されている。

電池列２０を構成する単電池３０（本発明の電池に相当）は、図４に示すように、角筒状をなす電池ケース３０Ａを備える。電池ケース３０Ａは、面積が最も大きい最大面３０Ｂと、最大面３０Ｂよりも面積が小さい面であるとともに、単電池３０内で発生したガスを排出する非復帰式のガス排出弁３３を設けたガス排出弁設置面３０Ｃ（図における上面）とを備える。
電池ケース３０Ａのガス排出弁設置面３０Ｃには、ガス排出弁３３以外に、当該ガス排出弁３３に接続される合成樹脂製のガス排出管３５と、注液口３４と、隣接する単電池３０と接続される負極端子３１（または正極端子３２）とを備える。本実施形態で設けた非復帰式のガス排出弁３３は、金属薄膜からなり、電池の内圧が上昇して金属箔膜が破れると、そこからガスが噴出して電池の内圧を低下させることができ好適である。
なお、図４および図５における上側面は、図１〜図３および図６の左側面に対応する。

ガス排出弁３３の上側（図４および図５における上側）には、口径と高さの異なる２つの円筒を同心円状に配した形状をなし、ガス排出管３５が接続される接続部材４１が設けられている。接続部材４１の外側の円筒部４１Ａには単電池３０のガス排出弁設置面３０Ｃに接合される半円状の接合部４１Ｃが設けられており、接続部材４１の内側の円筒部４１Ｂには切り欠け４１Ｅが設けられて、ガス排出弁３３から排出されたガスがガス排出管３５の連結部３８の方向に円滑に流れるようになっている。

さて、ガス排出弁３３に接続されるガス排出管３５は、図４に示すように、ガス排出弁３３に接続される角筒状の接続部３７と、接続部３７から連設されて別のガス排出管３５と連結される円筒状の連結部３８とからなる。

ガス排出管３５の接続部３７は、２つの単電池３０の外壁面に接するように配されている。詳しくはガス排出管３５の接続部３７は、当該ガス排出管３５を接続した単電池３０のガス排出弁設置面３０Ｃと、この単電池３０に接続される隣接する単電池３０の外壁面との間に接触するように配される。すなわち単電池３０とこの単電池３０に隣接する単電池３０とは、ガス排出管３５の接続部３７の厚さの分だけ離れている。

ガス排出管３５の連結部３８は、隣接しあう２つの単電池の間の空間から突出して、他のガス排出管３５と連結される端部３９を電池列２０に対して垂直な方向（隣接する電池列２０または側板１１の方向）に向けて配されている。

ガス排出管３５の接続部３７には、図５に示すように、ガス排出弁３３から排出されるガスが入る排気入口３６と、この排気入口３６から連結部３８の方向に連通する第１の排気通路３７Ａとが設けられている。ガス排出管３５の連結部３８には、接続部３７に設けた第１の排気通路３７Ａに連通して、この第１の排気通路３７Ａに対して交差する方向に第２の排気通路３８Ａが設けられている。なお、当該第２の排気通路３８Ａは、ガス排出管３５の連結部３８の一端部３９Ａから、他端部３９Ｂにかけて貫通している。

接続部３７に設けた排気入口３６は、ガス排出弁３３の上に設けた接続部材４１を嵌め入れ可能な形状をなしている。具体的には接続部３７の排気入口３６は、図５における下側方向に突設された円筒状の接続突部３６Ａと、この接続突部３６Ａより口径を小さくすることにより形成した段差部３６Ｂとからなる。なお、接続突部３６Ａには、接続部材４１に設けた接合部４１Ｃに対応して、切欠部３６Ｃが設けられている。

従って、ガス排出管３５をガス排出弁３３の上に設けた接続部材４１に嵌め込むと、排気入口３６の接続突部３６Ａは、接続部材４１の外側の円筒部４１Ａよりも外側に配され、排気入口３６の段差部３６Ｂに接続部材４１の外側の円筒部４１Ａの上端が当接し、接続突部３６Ａに設けた切欠部３６Ｃには、接続部材４１の接合部４１Ｃが配される。そして、ガス排出管３５の接続部３７の排気入口３６を備える面は単電池３０のガス排出弁設置面３０Ｃと面接触する。

本実施形態では、ガス排出管３５の連結部３８は、隣接する電池列２０の単電池３０に設けたガス排出管３５の連結部３８にオーリング（図示せず）を介して連結され、端部に位置するガス排出管３５の連結部３８はオーリングを介してガス収集管１７に連結される（図１および図６を参照）。

ガス排出管３５の連結部３８は、その端部３９がガス排出管３５の連結部３８またはガス収集管１７と連結可能な形状をなしている。具体的にはガス排出管３５の連結部３８の端部３９のうち、図５における手前側の一端部３９Ａは、手前側の直径を奥側の直径よりも小さくした段付き状に突出形成されており、奥側の他端部３９Ｂは扁平な形状をなしている。

段付き状に形成された一端部３９Ａは、絶縁フィルム１３の挿通孔、スペーサー１８の挿通孔が挿通されるとともに、オーリングを挟んで、別のガス排出管３５の連結部３８またはガス収集管１７にはめ込まれるようになっている。一方、扁平な形状をなす他端部３９Ｂは、隣接する電池列２０のガス排出管３５の連結部３８の段付き状に形成された一端部３９Ａが嵌め入れられるようになっている。

次に、本実施形態の組電池１０の作用について説明する。
本実施形態の組電池１０において、組電池１０を構成する単電池３０が異常発熱した場合、単電池３０の内部ではガスが発生して、当該単電池３０は膨らむ。膨らんだ単電池３０に配されているガス排出管３５の接続部３７は、当該単電池３０に圧迫されて、隣接する単電池３０の外壁面に押し付けられて強固に固定される。そして単電池３０の内部の圧力を下げるために、単電池３０のガス排出弁３３から電池内で発生したガスが排出される。

当該ガス排出弁３３から排出されたガスは、ガス排出管３５の接続部３７に設けた排気入口３６から第１の排気通路３７Ａを通ってガス連結部３８に設けた第２の排気通路３８Ａの方向へ移動する。
第２の排気通路３８Ａに移動したガスは、２以上のガス排出管３５の連結部３８を連結してなる連結管を通ってガス収集管１７に移動するか、あるいは、直接ガス収集管１７に移動し、ガス収集管１７からガス排出ホースを通って車外、または、人の搭乗しているスペース以外の車内のスペースに移動する。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、単電池３０の内圧が上昇したときのみ、ガス排出管３５の接続部３７は、単電池３０の外壁面（ガス排出弁設置面３０Ｃ）と当該単電池３０に隣接する単電池３０の外壁面とから強く圧迫される。したがって、本実施形態によれば、電池内圧が正常な状態においては、２つの単電池３０の外壁面から強い圧迫力を受けずにガス排出管３５を配することが可能となるので、クリープ現象の問題を抑制することができる。

そして、本実施形態においては、単電池３０が異常発熱して膨らんだ場合に、ガス排出管３５の接続部３７は、膨らんだ単電池３０から強く圧迫されて強固に固定されるので、位置ずれが起こり難い。その結果、本実施形態によれば、電池３０から外れにくいガス排出管３５を備えた組電池１０を提供することができる。

また、本実施形態においては、２枚の側板１１の間に、５列の電池列が並列して配されるとともに、隣接しあう電池列２０の間には絶縁フィルム１３と、スペーサー１８とが配されている。従って、本実施形態によれば、２枚の側板１１と絶縁フィルム１３とスペーサーとが、電池ケース３０Ａの最大面３０Ｂにおける膨れを抑制する抑制部材として機能し、電池ケース３０Ａの面積の小さい面（ガス排出弁設置面３０Ｃ）が膨れ易くなるので、電池３０とガス排出管３５とが押し合う力を充分に増加させることができる。

また本実施形態によれば、ガス排出管３５の連結部３８は円筒状をなし、オーリングを介して別のガス排出管３５の連結部３８と連結されるので、連結部３８の気密性を向上させることができる。

さらに、本実施形態によれば、ガス排出管３５の連結部３８の上に配されて、ガス排出管３５の連結部３８と別のガス排出管３５の連結部３８とを連結した部分を固定する固定部材１４を備えるから、ガス排出管３５の連結部３８の移動を抑制するとともに、連結部３８の位置ずれを有効に防止することができる。

ところで、上記特許文献１に記載の電池のように、単電池を複数接続してなる電池列の外側方向へ、隣接する単電池と電気的に接続するための接続端子が突出形成された構成のものでは、電池列の外側方向に接続端子のためのスペースが必要となるため、電池の容積の増大が懸念される。

本実施形態によれば、隣接する単電池３０と電気的に接続するための接続端子３１，３２はガス排出管設置面に設けられている。このガス排出管設置面は、少なくとも、ガス排出管の接続部の厚さだけ隣の電池と離れており、本実施形態では、この電池間のスペースに接続端子３１，３２を設けたから、接続端子３１，３２のためのスペースを別途設ける必要はない。また、電池列２０の側面においても、接続端子３１，３２のためのスペースを別途設ける必要はない。
その結果、本実施形態によれば、省スペースとすることが可能である。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では本発明をリチウムイオン電池に適用した例を示したが、本発明はニッケル水素電池などの他の電池に適用してもよい。
（２）上記実施形態では本発明を組電池に適用した例を示したが、単電池であってもよい。
（３）上記実施形態では、ガス排出管が電池と電池との間に挟まれている構成のものを示したが、ガス排出管は電池と電池以外の別の部材（圧迫部材など）との間に挟まれていてもよいし、ガス排出管と、電池または別の部材との間に、フィルム状または板状の部材を挟んだものであってもよい。

（４）上記実施形態では、第１の排気通路と第２の排気通路を有し、連結部を介して連結するガス排出管を示したが、たとえば、１本の直線状のガス排出管の１側面に複数の電池と接続されるための複数の穴が等間隔で設けられており、その両側に電池列が配置される構造のものであってもよい。
（５）上記実施形態では、ガス排出弁と、接続端子とを同じ面に設けたものを示したが、接続端子はガス排出弁設置面とは別の面に設けたものであってもよい。
（６）上記実施形態では角筒状の電池ケースを備える電池を示したが電池ケースは円筒状などであってもよい。
（７）上記実施形態では、非復帰式のガス排出弁を備えるものを示したが、復帰式のガス排出弁を備えるものであってもよい。

（８）上記実施形態では、ガス排出管の接続部が角筒状をなすものを示したが、ガス排出管の接続部は、円筒状などであってもよい。
（９）上記実施形態では、ガス排出管の連結部が円筒状をなしてオーリングを介して他のガス排出管に連結されるものを示したが、連結部は円筒状でなくてもよいし、オーリングを備えないものであってもよい。
（１０）上記実施形態では、ガス排出管の連結部を他のガス排出管の連結部と連結した部分を固定する固定部材を備えるものを示したが、固定部材を備えないものであってもよい。

実施形態１の組電池を示す斜視図 図１に示した組電池の側面概略図 組電池を構成する電池列を示す斜視図 電池列の一部を示す斜視図であって、上下に接続端子が配されるように描いた図 図４の一部を拡大して示した斜視図 ガス排出管の連結方向を示す斜視図

符号の説明

１０…組電池（電池システム）
３０…単電池（電池）
３１…負極端子（接続端子）
３２…正極端子（接続端子）
３３…ガス排出弁
３５…ガス排出管

Claims (4)

1. ガス排出弁を設けた電池と、前記電池の内圧が上昇したときに前記ガス排出弁から排出されるガスを排出するガス排出管とを備えた電池システムであって、
   前記電池の内圧の上昇により当該電池が膨れることで前記電池と前記ガス排出管との押し合う力が増加することを特徴とする電池システム。
2. 前記ガス排出管を、前記電池の内圧が上昇したときに前記ガス排出管と押し合う電池と、この電池及び前記ガス排出管以外の別の部材との間に配して、前記電池の内圧が上昇したときに、前記ガス排出管が、前記電池と前記別の部材とから押されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
3. 前記電池は電池ケースを備え、
   前記電池ケースは面積が最も大きい最大面と、前記最大面よりも面積が小さい面であるとともに前記ガス排出弁を設けたガス排出弁設置面とを備え、
   前記電池の内圧が上昇したときの前記最大面における膨れを抑制する抑制部材を、前記電池ケースの周囲に設け、かつ、
   前記電池の内圧が上昇したときに、前記電池ケースの前記ガス排出弁設置面と前記ガス排出管との押し合う力が増加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池システム。
4. 前記電池は、前記電池ケースの前記ガス排出弁設置面と、当該ガス排出弁設置面に対向する外側面とに、別の電池と電気的に接続可能な接続端子を備え、
   前記ガス排出管は、前記ガス排出弁に接続されるとともに、その内部に前記ガス排出弁からのガスが通る第１の排気通路を有する接続部と、
   前記接続部から連設されて、その内部に前記第１の排気通路と交差する方向に連通する第２の排気通路を有するとともに、別の電池のガス排出管と連結される連結部とからなり、
   前記電池を複数個、前記接続端子を介して接続することにより、前記ガス排出管の接続部を、前記電池ケースの前記ガス排出弁設置面と、隣接する電池の前記電池ケースの外側面との間に配したことを特徴とする請求項３に記載の電池システム。

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