JP2011054409A - 組電池のガス排出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】組電池から放出されるガスが外部に排出されるまでの排出流路の気密性を高めることが可能なガス排出装置を提供する。
【解決手段】組電池10を構成する少なくとも1つの組電池モジュール11内部で発生したガスを排出するための組電池のガス排出装置であって、ガスを組電池モジュール11外部に排出するための流路を備える本体部210と、組電池モジュール11と接続して、組電池モジュール11内部で発生したガスを、本体部210に導くための突出部220と、を備え、組電池モジュール11に設けられたガス排出部16,141と突出部220とは、突出部220に形成された密閉部材224を介して密着され、突出部220は、突出方向に伸縮自在となっていることを特徴とする組電池のガス排出装置。
【選択図】 図5

Description

本発明は、組電池のガス排出装置に関し、特に組電池から放出されるガスを外部に排出するための排出流路の気密性を高めることが可能なガス排出装置である。
従来、組電池と組電池を覆う上部カバーとの間に、組電池で発生したガスを排出するための部材を設け、この部材に組電池の上部カバーを被せて形成した流路を通してガスを排出する技術が知られている(特許文献1)。また、単電池を収納するセルケースの側面に設けたガス放出口に排出用部材を組み付けることで、単電池において発生したガスを排出する技術が知られている(特許文献2)。
特開2002−151025号公報 特開2006−236605号公報
しかしながら、上述した特許文献1では、ガスを排出するための流路が、組電池を覆う上部カバーとガスを排出するための部材とを組み合わせて形成されたものであるため、排出流路における気密性の確保が困難であった。また、上述した特許文献2では、排出用部材をセルケースの放出口に嵌合する構成であるため、例えば、排出用部材またはセルケースに公差バラツキが生じた場合には、排出用部材とセルケースの放出口との接続部分の気密性が十分に確保できない場合があった。
本発明が解決しようとする課題は、組電池から放出されるガスを外部に排出するための排出流路の気密性を高めることが可能なガス排出装置を提供することである。
本発明は、ガスを電池モジュール外部に排出するための流路を備える本体部と、電池モジュールとを接続して、電池モジュール内部で発生したガスを、本体部に導くための突出部と、を備えるガス排出装置において、電池モジュールに設けられたガス排出孔を密閉するための密閉部材を、電池モジュールと突出部との接続部分に設け、突出部を、突出方向に伸縮自在とすることにより、上記課題を解決する。
本発明によれば、組電池から放出されるガスを外部に排出するための排出流路における気密性を高めることができる。
本実施形態に係る組電池装置を示す斜視図である。 図1に係る組電池装置を、X軸を中心として180度回転させた状態の斜視図である。 組電池モジュールの分解斜視図である。 本実施形態に係る組電池のガス排出装置を示す斜視図である。 図4のガス排出装置の突出部およびその周辺を拡大した拡大図である。 図5のVI−VI線に沿う拡大断面図である。 ガス排出装置を組電池に組み付けた状態の図5のVI−VI線に沿う拡大断面図である。 ガス排出装置を組電池に組み付ける方法を説明するための図である。 ガス排出装置を組電池に組み付ける方法を説明するための図である。 ガス排出装置を組電池に組み付ける方法を説明するための図である。 組電池ユニットの一構成例を示す図である。 組電池のガス排出装置の他の構成例を示す斜視図である。 組電池のガス排出装置の他の構成例を示す斜視図である。 図13のXIV−XIV線に沿う拡大断面図である。 ガス排出装置を組電池に取り付けた状態の図13のXIV−XIV線に沿う拡大断面図である。
以下、本発明の本実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、組電池装置1を示す斜視図である。また、図2は、図1に示す組電池装置1を、X軸を中心として180度回転させた状態の斜視図である。図1および図2に示すように、組電池装置1は、組電池10と、ガス排出装置20とから構成されている。具体的には、組電池装置1は、組電池10にガス排出装置20を組み付けることで構成される。
組電池10は、図1および図2に示すように、複数の組電池モジュール11から構成される。組電池10を構成する複数の組電池モジュール11は、同一構造を有するものであり、複数の組電池モジュール11が所望の電気回路構成で接続されている。そして、これにより、所望の電圧、容量の組電池10が構成される。
図3は、組電池モジュール11の分解斜視図である。図3に示すように、組電池モジュール11は、複数の単電池15と、一対の組電池モジュールケース13,14とを備え、一対の組電池モジュールケース13,14により、複数の単電池15を収納することで、組電池モジュール11が構成される。
組電池モジュール11に収納される単電池15は、ラミネートフィルムから成る電池外装内に、正極および負極の電極板と、セパレータとを積層して成る発電要素を封止した長方形状の扁平型単電池である。組電池モジュール11は、この単電池15を複数枚、直列に接続し、図3に示すように、全体として上下に扁平な直方体形状となるように積層することにより構成される。さらに、複数の単電池15の短辺側の端部にはプラス端子151とマイナス端子152とが組電池モジュール11のケース14から導出するように設けられている。これらプラス端子151およびマイナス端子152は、接続部材(図示せず)を介して、組電池10を構成する隣り合う他の組電池モジュール11のうち、一方の組電池モジュール11のマイナス端子152、および他方の組電池モジュール11のプラス端子151に、それぞれ接続されている。そして、これにより、組電池10を構成する各組電池モジュール11は、互いに電気的に接続されている。
単電池15としては、例えば、リチウムイオン電池などが挙げられ、このような単電池15は、単電池15内でガスが発生した場合に、発生したガスを排出するための排ガス弁(図示せず)が備わっている。また、組電池モジュール11のケース14には組電池モジュール11の内部と外部とを連通するガス排出孔16が設けられている。このガス排出孔16は、図2に示すように、ガス排出装置20と接続されている。そして、これにより、組電池モジュール11内部に収納される単電池15内でガスが発生した場合には、発生したガスが、ガス排出孔16からガス排出装置20内へと導かれるようになっている。
なお、本実施形態の組電池10は、図1および図2に示すように、複数の組電池モジュール11から構成され、また本実施形態の各組電池モジュール11は、図3に示すように、複数の単電池15から構成されているが、組電池10を構成する組電池モジュール11の数、および組電池モジュール11を構成する単電池15の数は特に限定されず、例えば、組電池10は1つの組電池モジュール11のみを備える構成であってもよいし、また組電池モジュール11は1つの単電池15のみを備える構成であってもよい。さらに、組電池10は、1つの単電池15のみからなる1つの組電池モジュール11のみを備える構成であってもよい。
図4は、ガス排出装置20を示す斜視図である。図4に示すように、ガス排出装置20は、排出管210と、排出管210に等間隔で設けられた複数の突出部220とを備えてなる。ガス排出装置20は、突出部220を介して、組電池モジュール11のガス排出孔16と接続されることで、組電池モジュール11内に収納される単電池15内で発生したガスを、排出管210に導き、排出部211から排出する構成となっている。また、図2に示すように、突出部220は、組電池モジュール11の厚みに合わせて排出管210に等間隔で設置されており、これにより、各突出部220は、各組電池モジュール11に接続することができる。
排出管210は、排出管210の長手方向に沿って、組電池モジュール11からのガスを流すための流路を備えている。そして、該流路を通り、排出部211から、組電池モジュール11からのガスが排出されるようになっている。
次に、図5、図6を参照して、突出部220について説明する。図5は、図4のガス排出装置20に設けられた複数の突出部220のうち、任意の突出部220およびその周辺を拡大して示した拡大図である。また、図6は、図5のVI−VI線に沿う拡大断面図である。突出部220は、ガス排出装置20と組電池モジュール11とを接続するための部材であり、各突出部220は、各突出部220に設けられた密閉部材224を介して、図3に示す組電池モジュール11に接続される。突出部220は、図5に示すように、導入孔223、密閉部材224、および伸縮部226を備える。
図5および図6に示すように、突出部220は排出管210から突出した中空状の管であり、その内側に導入孔223が形成されている。突出部220が組電池モジュール11に接続された場合に、組電池モジュール11から放出されたガスは、導入孔223を通り、排出管210へと導かれる。
また、突出部220には、図5および図6に示すように、蛇腹形状の伸縮部226が形成されており、これにより、突出部220は、Z軸方向(突出部220の突出方向)に伸縮自在となっている。そのため、図2に示すような組電池10を構成する各組電池モジュール11に、Z軸方向の公差バラツキが生じている場合であっても、突出部220がZ軸方向(突出部220の突出方向)に伸縮することで、バラツキを吸収することができる。
なお、伸縮部226を、突出部220の突出高さの中間位置よりも、突出部220と組電池モジュール11との接続部分側に形成し、密閉部材224から伸縮部226までの長さを短くすることが好適である。密閉部材224から伸縮部226までの長さを短くすることで、突出部220を組電池モジュール11に接続する際に、密閉部材224のX軸方向およびY軸方向へのブレが小さくなり、密閉部材224を組電池モジュール11のガス排出孔16の周縁部分141により安定して密着させることができ、組電池モジュール11と突出部220との接続部分の密閉性を向上させることが可能となる。
また、突出部220と組電池モジュール11との接続部分側には、スカート形状の密閉部材224が形成されている。密閉部材224は、たとえば、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素系ゴムなどの各種弾性材料、またはこれら弾性材料と他の樹脂材料との比較的柔らかい合成材料からなるゴム状の部材から構成されており、これにより、ゴム弾性を有するものとなっている。
ここで、密閉部材224は、上述したように、弾性材料または弾性材料と樹脂材料との比較的柔らかい合成材料からなるゴム状の部材から構成される一方で、密閉部材224以外の突出部220の部分は、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂材料または樹脂材料と弾性材料との比較的硬い合成材料から構成されるものである。すなわち、密閉部材224と、密閉部材224以外の突出部220の部分とは、異なる材料で構成されるものである。そのため、本実施形態では、密閉部材224を突出部220に形成する際には、二色成型、超音波溶着、熱溶着、レーザ溶着工法のいずれかの工法を用いることが好適である。これにより、密閉部材224と密閉部材224以外の突出部220の部分との間の接続構造を良好なものとすることができ、結果として、ガス排出装置20全体としての気密性を向上することができる。
次に、組電池モジュール11に接続された状態の突出部220の構造について、図7〜図10を参照して説明する。ここで、図7は、ガス排出装置20を組電池10に組み付けた状態における図5のVI−VI線に沿う拡大断面図である。ガス排出装置20は、後述するロアケース30により、組電池10に対して押し付けられ、これにより、密閉部材224とガス排出孔16の周縁部分141とが密着した状態で、組電池10に組み付けられている。
ここで、ガス排出装置20を組電池10に組み付ける方法について説明する。図8〜図10は、ガス排出装置20を組電池10に組み付ける方法を説明するための図である。なお、図10は、図9中における、組電池モジュール11のガス排出孔16とガス排出装置20の突出部220付近を拡大した図である。ガス排出装置20を組電池10に組み付けるために、まず、図8に示すように、ガス排出装置20をロアケース30に取り付け、そして、図9に示すように、ガス排出装置20を、ロアケース30ごと組電池10に押し付ける。ここで、ガス排出装置20を組電池10に押し付ける際には、図10に示すように、突出部220の密閉部材224で組電池モジュール11のガス排出孔16を塞ぐように、ガス排出装置20と組電池10との位置を合わせる。そして、ガス排出装置20を組電池10に押しつけた状態で、ガス排出装置20と組電池10とを、アッパーケース40およびロアケース30に収納することで、図7に示すように、密閉部材224とガス排出孔16の周縁部分141とが密着し、密閉部材224がガス排出孔16を外部から密閉する状態となる。
このように、突出部220の先端部分に形成されている密閉部材224は、図7に示すように、組電池モジュール11のケース14外壁に押し付けられ、組電池モジュール11のケース14外壁に押し付けられた状態で維持されることになる。上述したように、密閉部材224は弾性材料または弾性材料と樹脂材料との比較的柔らかい合成材料からなるゴム状の部材で構成されるため、密閉部材224が組電池モジュール11のケース14外壁に押し付けられると、図6に示す密閉部材224は、図7に示すように、押しつぶされて、外周側に拡がるように変形する。そして、密閉部材224が、組電池モジュール11のケース14外壁に押し付けられた状態で維持され、密閉部材224は密閉部材224の外周側に拡がるように変形したままとなる一方で、変形された密閉部材224には、変形された形状から図6に示す元の形状に復元しようとする弾性力が働くため、密閉部材224が組電池モジュール11のケース14外壁を押し返すように作用する。密閉部材224および組電池モジュール11のケース14外壁が互いに押し合うように作用することで、密閉部材224は、組電池モジュール11のケース14外壁から押される力と、組電池モジュール11のケース14外壁を押し返す力とが均衡する場合に定常状態となる。このように、本実施形態では、密閉部材224と組電池モジュール11のケース14外壁との密着性を高めることができ、組電池モジュール11と突出部220との接続部分の密閉性を確保することが可能となる。
図11に、このようにして組み立てられる組電池ユニット100の一例を示す。図11に示すように、組電池ユニット100のアッパーケース40には、ガス排出装置20の排出部211の大きさに合った切り欠きが設けられており、ロアケース30とアッパーケース40とを合わせることで、排出部211を組電池ユニット100の外部に導出させるための孔が形成されている。これにより、組電池装置1をロアケース30とアッパーケース40とで覆い、組電池ユニット100とした場合、ガス排出装置20の排出部211は、この組電池ユニット100に形成されたガス排出装置用の孔を通って、組電池ユニット100のケース外部に導出される。
ここで、組電池10は使用中の充放電により温度が上昇する場合があり、このような場合には、組電池ユニット100に設けられた電池冷却装置(図示せず)により、組電池ユニット100内に冷却風を送風することで、組電池10を冷却するような構成となっている。そこで、ガス排出装置20には、図4に示すように、遮蔽板215が形成されており、排出部211を組電池ユニット100の外部に導出しているガス排出装置用の孔から、電池冷却装置による冷却風が漏洩することを有効に防止することができる。
本実施形態においては、組電池モジュール11内に収納される複数の単電池15には排ガス弁が設けられており、また組電池モジュール11のケース14には、組電池モジュール11の内部と外部とを連通するガス排出孔16が設けられている。さらに組電池モジュール11のガス排出孔16は、ガス排出装置20の突出部220と接続している。そのため、本実施形態によれば、単電池15内部でガスが発生した場合でも、発生したガスは、単電池15に設けられた排ガス弁から組電池モジュール11内に排出され、組電池モジュール11のガス排出孔16から、突出部220を介して、ガス排出装置20へと放出される。
また、ガス排出装置20の突出部220においては、ガスを排出管210まで導く導入孔223が設けられており、また排出管210の排出部211は、組電池ユニット100の外部に導出されている。そのため、本実施形態によれば、組電池モジュール11のガス排出孔16から放出されたガスは、突出部220の導入孔223を通り排出管210へと導かれ、導かれたガスを、排出管210の排出部211から組電池ユニット100の外部に排出することができる。
以上のように、本実施形態のガス排出装置20は、組電池モジュール11と突出部220との接続部分を、密閉部材224で密閉する構成を採っているため、単電池15で発生したガスが、ガス排出装置20の排出部221から排出されるまでの流路において、組電池ユニット100のケース内にガスが漏洩することを防止し、ガスが排出される流路における気密性を高めることができる。
特に、本実施形態では、図9に示すように、ロアケース30をアッパーケース40に組み付ける際に、ガス排出装置20が組電池10に組み付けられ、ガス排出装置20の密閉部材224を組電池モジュール11のガス排出孔16の周縁部分141に密着させることができる。このように、本実施形態では、組電池モジュール11のガス排出孔16に嵌合するための嵌合部材を必要とすることなく、突出部220の密閉部材224と組電池モジュール11との密着性を確保することができる。さらに、本実施形態では、ガス排出装置20を組電池10に組み付ける際に、組電池モジュール11のケース14の内部に組み付け用の部材を挿入することなく、組電池モジュール11と突出部220とを接続することができるため、組電池モジュール11の内部に収納された単電池15に干渉することもない。
また、本実施形態のガス排出装置20の突出部220には、突出方向に伸縮自在な伸縮部226が形成されている。これにより、突出部220は、突出方向に伸縮自在となり、例え、突出部220と接続する組電池モジュール11にZ軸方向(突出部220の突出方向)の公差バラツキが生じている場合であっても、バラツキを吸収することができる。そのため、組電池10にガス排出装置20を容易に組み付けることができ、組電池ユニット100全体としての生産性を向上することができる。
さらに、本実施形態のガス排出装置20には、スカート形状の密閉部材224が設けられている。図7に示すように、ガス排出装置20を組電池10に組み付けた場合、密閉部材224は、組電池モジュール11と突出部220との接続部分を密閉するように形成されている。これにより、組電池モジュール11から放出されたガスが、組電池10を収容する組電池ユニット100のケース内部に漏洩することを防止し、組電池モジュール11から放出されたガスを、ガス排出装置20を通過させて、組電池ユニット100の外部に適切に排出させることができる。
特に、ガス排出装置20の密閉部材224は、弾性材料または弾性材料と樹脂材料との比較的柔らかい合成材料からなるゴム状の部材で構成されるため、密閉部材224を組電池モジュール11のケース14の外壁と密着させることができる。その結果、組電池モジュール11とガス排出装置20の突出部220との接続部分における密閉性を高めることができ、組電池モジュール11から放出されたガスが組電池ユニット100の外部に排出されるまでの流路における気密性を高めることができる。さらに、密閉部材224が、弾性材料または弾性材料と樹脂材料との比較的柔らかい合成材料からなるゴム状の部材で構成されることにより、伸縮部226とともに、組電池モジュール11のZ軸方向(突出部220の突出方向)の公差バラツキを吸収する効果をも奏する。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
例えば、図12に示すように、排出管210上の隣り合う2つの突出部220の間に、排出管伸縮部212を形成してもよい。ここで、図12は、排出管伸縮部212が形成されたガス排出装置20aの一例を示す図である。排出管伸縮部212は、伸縮部226と同様に、蛇腹状に形成されており、Y軸方向(排出管210の長手方向)に伸縮自在となっている。これにより、上述したガス排出装置20の効果に加えて、組電池モジュール11に積層方向(Y軸方向)の公差バラツキが生じている場合であっても、排出管伸縮部212が組電池モジュール11の積層方向(Y軸方向)に伸縮することで、隣り合う突出部220間の距離を調整することができるため、組電池モジュール11に生じた積層方向(Y軸方向)の公差バラツキを吸収することができる。また、排出管伸縮部212が形成されていることにより、組電池モジュール11に積層方向(Y軸方向)の公差バラツキが生じた場合であっても、組電池10にガス排出装置20aを容易に組み付けることができ、組電池ユニット100全体としての生産性を向上することができる。
さらに、排出管210に排出管伸縮部212が形成されていることで、組電池モジュール11のZ軸方向(突出部220の突出方向)の公差バラツキの吸収効果を増大することができる。すなわち、排出管伸縮部212が突出部220自体をZ軸方向(突出部220の突出方向)に移動させることができ、Z軸方向(突出部220の突出方向)に生じた組電池モジュール11の公差バラツキをも吸収することができる。
さらに、図13および図14に示すように、突出部220と組電池モジュール11との接続部分に、一対の嵌合部221を形成してもよい。ここで、図13は、嵌合部221を設けたガス排出装置20bを示す図であり、図14は、図13のXIV−XIV線に沿う拡大断面図である。一対の嵌合部221は、組電池モジュール11のガス排出孔16の周縁部分141に嵌合するための部材である。一対の嵌合部221は、図13および図14に示すように、先端に引っ掛部225を備え、さらには、導入孔223の内径側に変形可能となっている。これにより、引っ掛部225が、導入孔223の径方向に沿って移動可能となっている。また、組電池モジュール11に収納されている単電池15への干渉を防止する観点より、引っ掛部225の先端部分は、図14に示すように、突出高さの低いテーパ形状となっている。
このような一対の嵌合部221を有するガス排出装置20bを組電池10に組み付ける方法を、図15を参照して説明する。図15は、ガス排出装置20bを組電池10に組み付けた状態における図13のXIV−XIV線に沿う拡大断面図である。ガス排出装置20bを組電池10に組み付ける際には、まず、各突出部220に備えられた一対の嵌合部221を、各組電池モジュール11のガス排出孔16内に挿入する。次いで、一対の嵌合部221の引っ掛部225を、組電池モジュール11のケース14のうち、ガス排出孔16を形成する周縁部分141内壁に引っ掛けることで、図15に示すように、一対の嵌合部221をケース14の周縁部分141に嵌合させることができる。
このように、ガス排出装置20bを組電池10に組み付けた際に、一対の嵌合部221の先端にある引っ掛部225が、各組電池モジュール11のガス排出孔16の周縁部分141に引っ掛かかるように嵌合することができ、ガス排出装置20bを組電池10に、より強固に組み付けることができる。
なお、上述した実施形態の組電池モジュール11は本発明の電池モジュールに、組電池モジュールケース14の周縁部141およびガス排出孔16は本発明のガス排出部に、排出管210は本発明の本体部に、引っ掛部225は本発明の引っ掛構造にそれぞれ相当する。
100…組電池ユニット
1…組電池装置
10…組電池
11…組電池モジュール
13、14…組電池モジュールケース
15…単電池
16…ガス排出孔
20,20a,20b…ガス排出装置
210…排出管
211…排出部
212…排出管伸縮部
215…遮蔽板
220…突出部
221…嵌合部
223…導入孔
224…密閉部材
225…引っ掛部
226…伸縮部
30…ロアケース
40…アッパーケース

Claims (8)

  1. 組電池を構成する少なくとも1つの電池モジュール内部で発生したガスを排出するための組電池のガス排出装置であって、
    ガスを前記電池モジュール外部に排出するための流路を備える本体部と、
    前記電池モジュールとを接続して、前記電池モジュール内部で発生したガスを、前記本体部に導くための突出部と、を備え、
    前記電池モジュールに設けられたガス排出部と前記突出部とは、前記突出部に形成された密閉部材を介して密着され、
    前記突出部は、突出方向に伸縮自在となっていることを特徴とする組電池のガス排出装置。
  2. 請求項1に記載のガス排出装置であって、
    前記突出部には、突出方向に伸縮自在な伸縮部が形成されていることを特徴とする組電池のガス排出装置。
  3. 請求項2に記載のガス排出装置であって、
    前記伸縮部は、前記突出部の突出高さの中間位置よりも、前記突出部と前記電池モジュールとの接続部分側に形成されていることを特徴とするガス排出装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の組電池のガス排出装置であって、
    前記密閉部材がスカート形状に形成されていることを特徴とする組電池のガス排出装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の組電池のガス排出装置であって、
    前記密閉部材は、弾性変形が可能であることを特徴とする組電池のガス排出装置。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のガス排出装置であって、
    前記突出部と前記電池モジュールとの接続部分には、前記ガス排出部に嵌合するための嵌合部がさらに設けられていることを特徴とする組電池のガス排出装置。
  7. 請求項6に記載の組電池のガス排出装置において、
    前記嵌合部は、前記ガス排出部を構成するガス排出孔の電池モジュール内側から、前記電池モジュールを覆うケース内壁に引っ掛けるための引っ掛構造を備えることを特徴とする組電池のガス排出装置。
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載の組電池のガス排出装置であって、
    前記突出部を複数備え、
    隣り合う前記突出部間の距離が調整可能となっていることを特徴とする組電池のガス排出装置。
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