JP2011222419A - バッテリシステム及びこのバッテリシステムを搭載する車両 - Google Patents

バッテリシステム及びこのバッテリシステムを搭載する車両 Download PDF

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Abstract

【課題】電池セルから排出されるガスが外部に漏れるのを確実に阻止する。
【解決手段】バッテリシステムは、複数の電池セル1が積層されてなる電池ブロック2と、この電池ブロック2を構成する電池セル1から排出される排出ガスを外側に排出するガス排出ダクト4とを備えている。電池ブロック2は、複数の電池セル1を、ガス排出弁14の排出口15を開口してなるガス排出弁開口面10を同一面とする状態で積層している。ガス排出ダクト4は、電池セル1のガス排出弁開口面10に対向する位置に配置されて、各々の電池セル1の排出口15から排出されるガスをガス排出ダクト4に通過させて外部に排気している。ガス排出ダクト4は、各々の電池セル1の排出口15に向かって独立して移動でき、かつ各々の電池セル1の排出口15に向かって弾性的に押圧されてなるガス排出用ノズル5を介して各々の電池セル1の排出口15に連結している。
【選択図】図2

Description

本発明は、主として、ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、電気自動車などの電動車両に搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する電源として使用されるバッテリシステムに関し、とくに、電池セルのガス排出弁から排出されるガスをガス排出ダクトで漏れないように外部に排出するバッテリシステムとこのバッテリシステムを搭載する車両に関する。
多数の電池セルを備えるバッテリシステムは、電池セルを直列に接続して出力電圧を高くできることから、ハイブリッドカーの電源装置のように、大電流で充放電される用途に使用される。このバッテリシステムは、車両を加速するときに極めて大きな電流で放電され、また、回生制動等の状態では、相当に大きな電流で充電される。このバッテリシステムは、過充電や過放電で内圧が上昇する異常な状態での破壊を防止して安全性を確保するために、電池セルにガス排出弁を設けている。ガス排出弁は、電池の内圧が異常に上昇すると開弁してガスを排気する。多数の電池セルを備えるバッテリシステムは、電池セルから排出されるガスを速やかに外部に排気することが大切である。とくに、リチウムイオン電池のように非水系の電解液を使用する電池セルにあっては、排出ガスを速やかに排気することが大切である。このことを実現するために、電池セルのガス排出弁の排出口に排気チューブを連結するバッテリシステムが開発されている。(特許文献1参照)
特開2007−157633号公報
引用文献1のバッテリシステムは、電池セルのガス排出口に排気チューブを連結している。このバッテリシステムは、電池セルの排出ガスを排気チューブで外部に排気する。この構造のバッテリシステムは、排気チューブと電池セルのガス排出口とのガス漏れを防止するのが難しく、電池セルから勢いよく排出されるガスが外部に漏れやすい欠点がある。本発明者は、この弊害を防止するために、ガス排出ダクトと電池セルとの間にガス漏れを防止するパッキンを挟着する構造を開発した。ガス漏れを阻止するパッキンは、電池セルとガス排出ダクトとに挟着されて弾性変形して、ガス漏れする隙間を閉塞する。ただ、このパッキンは、常に正確な位置に配置するのが難しく、振動により、あるいは経時的に位置ずれしてガス漏れを起こす隙間ができやすい欠点がある。
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、電池セルから排出されるガスが外部に漏れるのを確実に阻止できるバッテリシステムとこのバッテリシステムを搭載する車両を提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
本発明のバッテリシステムは、複数の電池セル1が積層されてなる電池ブロック2と、この電池ブロック2を構成する電池セル1から排出される排出ガスを外側に排出するガス排出ダクト4とを備えている。電池ブロック2は、複数の電池セル1を、ガス排出弁14の排出口15を開口してなるガス排出弁開口面10を同一面とする状態で積層している。ガス排出ダクト4は、電池セル1のガス排出弁開口面10に対向する位置に配置されて、各々の電池セル1の排出口15を連結している。バッテリシステムは、各々の電池セル1の排出口15から排出されるガスをガス排出ダクト4に通過させて外部に排気している。ガス排出ダクト4は、各々の電池セル1の排出口15に向かって独立して移動でき、かつ各々の電池セル1の排出口15に向かって弾性的に押圧されてなるガス排出用ノズル5を介して各々の電池セル1の排出口15に連結している。
以上のバッテリシステムは、電池セルから排出されるガスが外部に漏れるのを確実に阻止できる特徴がある。それは、本発明のバッテリシステムが、各々の電池セルの排出口から排出されるガスを外部に排気するガス排出ダクトを備えており、このガス排出ダクトが、各々の電池セルの排出口に向かって独立して移動でき、かつ弾性的に押圧されてなるガス排出用ノズルを介して各々の電池セルの排出口に連結しているからである。以上の構造のバッテリシステムは、各々の電池セルの排出口に連結されるガス排出用ノズルを、排出口に向かって独立して弾性的に押圧するので、各々のガス排出用ノズルを電池セルの排出口に確実に連結して、電池セルから排出されるガスが外部に漏れるのを確実に阻止しながらガス排出ダクトに通過させて排気できる。
本発明のバッテリシステムは、ガス排出用ノズル5が、電池セル1のガス排出弁開口面10との接触面にシール材7を設けて、このシール材7を介してガス排出用ノズル5を電池セル1のガス排出弁開口面10に密着させることができる。
このバッテリシステムは、シール材を介してガス排出用ノズルを電池セルのガス排出弁開口面に密着させるので、電池セルの排出口から排出されるガスを漏れないようにガス排出用ノズルに流入できる特徴がある。
本発明のバッテリシステムは、ガス排出用ノズル5を電池セル1の定位置に配置するノズルホルダー6を備えて、このノズルホルダー6でガス排出用ノズル5を電池セル1の定位置に配置することができる。
このバッテリシステムは、ノズルホルダーでガス排出用ノズルを定位置に配置するので、ガス排出用ノズルの位置がずれるのを確実に阻止して、電池セルから排出される排出ガスを漏れのないようにガス排出ダクトに流入させて外部に排気できる。
本発明のバッテリシステムは、電池ブロック2が、電池セル1の間に配置してなるセパレータ3を備え、このセパレータ3を介してノズルホルダー6を定位置に配置することができる。
このバッテリシステムは、複数の電池セルの間に配置されるセパレータを利用してノズルホルダーを電池セルの定位置に配置できる。とくに、隣接する電池セルを絶縁するセパレータを、ノズルホルダーを定位置に配置する部材に併用できる。
本発明のバッテリシステムは、セパレータ3が、電池セル1のガス排出弁開口面10の外側に突出して、ノズルホルダー6を係止する係止爪32を有して、この係止爪32を介してノズルホルダー6を定位置に配置することができる。
このバッテリシステムは、セパレータに設けた係止爪でノズルホルダーを係止して、簡単かつ確実にノズルホルダーを定位置に配置できる。
本発明のバッテリシステムは、ノズルホルダー6を、電池セル1の両側に配置してなる一対のセパレータ3に設けている係止爪32の間に配置して、電池セル1の定位置に配置することができる。
このバッテリシステムは、電池セルの両側に配置してなる一対のセパレータに設けた係止爪でノズルホルダーを両側から係止して、ノズルホルダーを確実に保持できる。
本発明のバッテリシステムは、ガス排出ダクト4が、各々のガス排出用ノズル5を挿入して連結する連結孔43を有し、この連結孔43とガス排出用ノズル5との間にシール材8を配置することができる。
このバッテリシステムは、ガス排出ダクトに設けた連結孔とガス排出用ノズルの間にシール材を配置するので、電池セルから排出されてガス排出用ノズルを通過する排出ガスを漏れないようにガス排出ダクトに流入できる特徴がある。
本発明のバッテリシステムは、電池ブロック2が電池セル1の間に配置してなるセパレータ3を備え、ガス排出ダクト4が、セパレータ3の定位置に連結される連結突出部45を有し、この連結突出部45をセパレータ3に連結して、ガス排出ダクト4を電池セル1の定位置に配置することができる。
このバッテリシステムは、ガス排出ダクトに設けた連結突出部をセパレータに連結することで、ガス排出ダクトを電池セルの定位置に、確実かつ正確に連結して、電池セルから排出される排出ガスを漏れのないようにガス排出ダクトに流入できる。
本発明のバッテリシステムは、セパレータ3が、ガス排出弁開口面10から突出して、ガス排出ダクト4に設けている連結突出部45を案内して定位置に連結する嵌合突出部35を有することができる。
このバッテリシステムは、電池セルに積層されるセパレータを介してガス排出ダクトを電池セルの定位置に確実に配置できる。
本発明の請求項10の車両は、請求項1ないし9のいずれかに記載されるバッテリシステムを搭載している。
この車両は、積層される複数の電池セルから排出される排出ガスを漏れのないようにガス排出ダクトから外部に排気できるバッテリシステムを搭載するので、長期間にわたって、安心して安全に使用できる特徴がある。
本発明の一実施例にかかるバッテリシステムの斜視図である。 図1に示すバッテリシステムの垂直縦断面図であって、電池セルのガス排出口部分を示す要部拡大断面図であるある。 図1に示すバッテリシステムの垂直横断面図であって、電池セルのガス排出口部分を示す要部拡大断面図であるある。 図1に示すバッテリシステムの分解斜視図である。 図4に示すバッテリシステムの電池ブロックの積層構造を示す分解斜視図である。 電池セルのガス排出弁の排出口にガス排出用ノズルを配置する状態を示す分解斜視図である。 電池セルのガス排出弁の排出口にガス排出用ノズルを配置する状態を示す分解斜視図である。 電池セルのガス排出弁の排出口にガス排出用ノズルを配置した状態を示す斜視図である。 ノズルホルダーをセパレータの係止爪で固定する工程を示す断面図である。 電池セルのガス排出弁の排出口にガス排出用ノズルを配置する状態を示す分解断面図である。 ガス排出ダクトの底面斜視図である。 本発明の一実施例にかかるバッテリシステムを搭載する車両の概略図である。 本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムを搭載する車両の概略図である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステムとこのバッテリシステムを搭載する車両を例示するものであって、本発明はバッテリシステムと車両を以下のものに特定しない。
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
以下の実施例に示すバッテリシステムは、主としてハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー等のエンジンとモータの両方で走行する車両や、モータのみで走行する電気自動車などの車両を走行させる電源に使用される。ただし、本発明のバッテリシステムは、その用途を車両を駆動させるモータに電力を供給する電源には特定しない。本発明のバッテリシステムは、大電力な出力が要求される種々の用途に使用できるからである。
図1に示すバッテリシステムは、ガス排出弁を有する複数の電池セル1を積層してなる電池ブロック2と、この電池ブロック2を構成する各々の電池セル1から排出される排出ガスを外側に排出するガス排出ダクト4とを備えている。電池ブロック2は、上面にガス排出ダクト4を固定しており、このガス排出ダクト4が固定された電池ブロック2を外装ケース(図示せず)に収納してバッテリシステムとしている。
[電池ブロック2]
図1ないし図5の電池ブロック2は、電池セル1を角形電池セルとして、複数の角形電池セルを互いに平行な姿勢で積層している。電池ブロック2は、複数の電池セル1を、ガス排出弁14の排出口15を開口してなるガス排出弁開口面10を同一面(図においては上面)に配置する姿勢として積層している。さらに、図に示す電池ブロック2は、電池セル1の両側にセパレータ3を配置している。すなわち、電池ブロック2は、複数の電池セル1を、両側に配置してなるセパレータ3を介して積層している。この電池ブロック2は、外側において電池ホルダー20で固定している。さらに、電池ブロック2は、電池セル1のガス排出弁開口面10に対向する位置にガス排出ダクト4を配置して、各々の電池セル1のガス排出弁14の排出口15をガス排出ダクト4に連結している。
[電池セル1]
電池セル1は、図4と図5に示すように、ガス排出弁14の排出口15と正負の電極端子13とをガス排出弁開口面10に設けている。図の電池セル1は、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形の電池で、厚さ方向に積層されて電池ブロック2としている。この電池セル1は、リチウムイオン二次電池である。ただし、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。図の電池セル1は、幅の広い両表面を四角形とする電池で、両表面を対向するように積層して電池ブロック2としている。図の電池セル1は、上面の両端部に正負の電極端子13を突出して設けて、中央部にはガス排出弁14の排出口15を設けている。角形の電池セル1は、底を閉塞する筒状に金属板をプレス加工している外装缶11の開口部を、封口板12で閉塞して密閉している。ガス排出弁開口面10となる封口板12は平面状の金属板で、その外形を外装缶11の開口部の形状としている。この封口板12はレーザー溶接して外装缶11の外周縁に固定されて外装缶11の開口部を気密に閉塞している。外装缶11に固定される封口板12は、その両端部に正負の電極端子13を固定しており、さらに、正負の電極端子13の中間には、電池セル1から排出される排出ガスの排出口15を設けている。排出口15の内部にはガス排出弁14を設けている。
ガス排出弁14は、電池セル1の内圧が設定圧力よりも高くなると開弁して、内圧の上昇を防止する。このガス排出弁14は、排出口15を閉塞する弁体16(図2及び図3参照)を内蔵している。弁体16は、設定圧力で破壊される薄膜、あるいは設定圧力で開弁するように弾性体で弁座に押圧されている弁である。ガス排出弁14が開弁されると、排出口15を介して電池セル1の内部が外部に開放され、内部のガスを放出して内圧の上昇が防止される。
隣接する電池セル1は、図示しないが、正負の電極端子13を接続して互いに直列に接続される。電池ブロック2は、隣接する電池セル1の正負の電極端子13をバスバー(図示せず)を介して互いに直列に接続する。図の電池セル1は、電極端子13をガス排出弁開口面10に対して垂直に突出する姿勢としている。ただ、電極端子は、ガス排出弁開口面に対して傾斜する姿勢とすることもできる。隣接する電池セル1を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、バッテリシステムは、隣接する電池セルを並列に接続することもできる。
[セパレータ3]
図4と図5に示す電池ブロック2は、積層される各々の電池セル1の両側にセパレータ3を配置しており、互いに隣接するセパレータ3同士で電池セル1を挟着している。このセパレータ3は、隣接する電池セル1を絶縁している。セパレータ3は、図5に示すように、両面に電池セル1を嵌着して定位置に配置する形状として、隣接する電池セル1を位置ずれしないように積層している。このように、セパレータ3で絶縁して積層される電池セル1は、外装缶11をアルミニウムなどの金属製にできる。電池セル1の間にセパレータ3を挟着する構造は、セパレータ3をプラスチック等の熱伝導率の小さい材質で製作して、隣接する電池セル1の熱暴走を効果的に防止できる効果もある。
セパレータ3は、電池セル1の間に積層されて、電池セル1に挟着されて定位置に配置される。図5に示すセパレータ3は、その両面に突出するように、電池セル1の外側に配設される外周壁31を一体的に成形して設けている。このセパレータ3は、外周壁31の内側に電池セル1を配置して、電池セル1とセパレータ3とを位置ずれなく連結できる。
さらに、図2と図3に示すセパレータ3は、詳細には後述するが、電池セル1から排出される排出ガスをガス排出ダクト4に流入させるガス排出用ノズル5を電池セル1の定位置に配置させるノズルホルダー6を定位置に配置している。図2ないし図10に示すセパレータ3は、電池セル1のガス排出弁開口面10の外側に突出して、ノズルホルダー6を係止する係止爪32を有しており、この係止爪32を介してノズルホルダー6を定位置に配置している。図に示す係止爪32は、セパレータ32の上面から突出するアーム部32Bの上端に、電池セル1の上方に向かって突出するフック部32Aを備えており、このフック部32Aをノズルホルダー6に係止させてを定位置に配置する構造としている。アーム部32Bは、電池セル1の積層方向に弾性変形できる板状としている。フック部32Aは、下面を水平面として、ノズルホルダー6の係止部65を係止できる構造としている。さらに、フック部32Aは、上面に傾斜面32aを設けており、電池セル1の両側で互いに対向する係止爪32の間に、スムーズにノズルホルダー6の係止部65を案内できるようにしている。
図5ないし図8に示すセパレータ3は、複数の係止爪32を一体成形して設けている。各々のセパレータ3は、対向面に積層される電池セル1のガス排出弁14の排出口15に配置されるノズルホルダー6の両端を係止できるように、一対の係止爪32を横幅方向に離して設けている。さらに、隣接する電池セル1の間に積層されるセパレータ3においては、その両面に積層される電池セル1に配置されるノズルホルダー6の両端を係止できるように、2対の係止爪32を、各々のフック部32Aが互いに逆向きとなるように、すなわち、図において両側方向を向く姿勢で設けている。セパレータ3に設けた2対の係止爪32は、対向する2列の係止爪32を互いに平行な姿勢で、セパレータ3の厚さ方向に離して設けている。互いに平行に配置される係止爪32は上端のフック部32Aの突出方向が、互いに反対方向である両側方向となるように設けている。図4において、両面に電池セル1を配置するセパレータ3は、上面に2対の、すなわち4個の係止爪32を設けており、電池ブロック2の両端に積層されて、片側にのみ電池セル1を配置するセパレータ3は、上面に1対の、すなわち2個の係止爪32を設けている。電池セル1の両面に積層されるセパレータ3同士は、対向する係止爪32のフック部32Aを、互いに向かい合う姿勢としており、図8と図9に示すように、対向する係止爪32の間にノズルホルダー6の両端部を案内して、フック部32Aで係止部65を係止してノズルホルダー6を係止構造で定位置に配置している。
さらに、図6ないし図8に示すセパレータ3は、電池セル1のガス排出弁14の排出口15と対向する位置に、横幅方向に延びる位置決凸条33を一体成形して設けている。図に示すセパレータ3は、中央部の上面において横幅方向に離して配置している一対の係止爪32の間に、上方に突出する位置決凸条33を設けている。図4において、両面に電池セル1を配置するセパレータ3は、その両面に積層される電池セル1のガス排出弁14の排出口15に対向して、2列の位置決凸条33を設けている。2列の位置決凸条33は、セパレータ3の厚さ方向に離して、互いに平行な姿勢で設けている。電池ブロック2の両端に積層されるセパレータ3は、片側に積層される電池セル1のガス排出弁14の排出口15に対向して1列の位置決凸条33を設けている。図のセパレータ3は、横幅方向に離れた一対の係止爪32と位置決凸条33との間に分離隙間34を設けており、係止爪32のアーム部32Bを無理なく弾性変形できるようにしている。図6、図7、及び図10に示すように、電池セル1の両側に対向して配置される位置決凸条33は、ガス排出用ノズル5を排出口15に気密に連結するシール材7を定位置に位置決めして保持する。
さらに、セパレータは、図示しないが、電池セルとの間に挟着される部分に、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間を設けて、積層される電池セルを効果的に冷却することができる。このセパレータは、電池セルとの対向面に、両側縁まで延びる溝を設けて、電池セルとの間に冷却隙間を設けることができる。セパレータは、例えば、複数の溝を、互いに平行に所定の間隔で設けることができる。このセパレータは、両面に溝を設けて、互いに隣接する電池セルとセパレータとの間に冷却隙間を設けることができる。この構造は、セパレータの両側に形成される冷却隙間で、両側の電池セルを効果的に冷却できる特長がある。ただ、セパレータは、片面にのみ溝を設けて、電池セルとセパレータとの間に冷却隙間を設けることもできる。以上のように、積層される電池セルの間に冷却隙間を備える電池ブロックは、冷却隙間に空気を強制送風して、電池セルの外装缶を直接に効率よく冷却することができる。この構造は、電池セルの熱暴走を有効に阻止しながら、電池セルを効率よく冷却できる特徴がある。
[電池ホルダー20]
電池セル1を積層状態に固定して電池ブロック2とする電池ホルダー20は、図1と図4に示すように、電池ブロック2を両端面から挟着してなる一対のエンドプレート21と、一対のエンドプレート21に両端部または中間部を連結してなる連結固定具22とを備える。
エンドプレート21は、電池セル1の外形と同じ形状と寸法の四角形として、積層している電池ブロック2を両端面から挟着して固定している。エンドプレート21は、プラスチック製又は金属製とすることができる。プラスチック製のエンドプレート21は、外側面に縦横に伸びる補強リブを一体的に成形して設けて補強することができる。また、プラスチック製のエンドプレートは、補強金具を固定して補強し、この補強金具に連結固定具を固定することができる。この構造は、エンドプレートを補強金具で補強して強固な構造にでき、また、連結固定具を強固に連結できる特徴がある。ただ、エンドプレートは、金属製として、連結固定具を直接に固定することもできる。
連結固定具22は、鉄などの金属製で、その両端部を止ネジ23でエンドプレート21に固定している。図1と図4の電池ホルダー20は、各々のエンドプレート21の四隅部に連結固定具22の端部を固定して、4本の連結固定具22で一対のエンドプレート21を連結している。連結固定具22は、電池セル1の積層方向に伸びるバインド部22Xの両端部に、L字状に折曲してなる固定部22Yを設けている。固定部22Yは、エンドプレート21の外側表面に沿うように折曲されて、止ネジ23を挿入する貫通孔を設けている。連結固定具22は、固定部22Yの貫通孔に止ネジ23を挿入し、この止ネジ23をエンドプレート21にねじ込んで一対のエンドプレート21を固定している。
[ガス排出ダクト4]
ガス排出ダクト4は、中空のダクトで、電池セル1のガス排出弁開口面10に対向する位置に配置されて、各々の電池セル1のガス排出弁14の排出口15を連結している。図の電池セル1は上面の中央部にガス排出弁14の排出口15を設けているので、電池ブロック2は、中央部の上面に、電池セル1の積層方向に延長してガス排出ダクト4を配置している。ガス排出ダクト4は、絶縁性のプラスチックで成形している。絶縁性のプラスチックは、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂などのプラスチックである。ただし、ガス排出ダクトは、金属製とすることもできる。また、ガス排出ダクトは、図示しないが、上側を金属製、下側をプラスチック製として、電池セルに対向する下側を絶縁材のプラスチックとすることもできる。このガス排出ダクトは、仮にガス排出ダクトが電池セルの表面に接触しても、電池セルの外装缶をショートすることはない。多数の電池セルを積層している電池ブロックは、隣接する電池セルを直列に接続して出力電圧を高くしている。この電池ブロックは、隣接する電池セルの外装缶に電位差がある。したがって、ガス排出ダクトが隣接する電池セルの外装缶に接触すると、電位差のある外装缶をショートする。電池ブロックに対向する下側を絶縁材のプラスチック製とするガス排出ダクトや全体を絶縁材のプラスチック性とするガス排出ダクト4は、仮に電池セル1の外装缶11に接触してもショートさせることはない。上側を金属製として下側をプラスチック製とするガス排出ダクトは、たとえば、上側の金属部分をプラスチックに埋設して製造される。
図1ないし図3に示すガス排出ダクト4は、電池セル1の積層方向に伸びる細長い形状としている。このガス排出ダクト4は、電池セル1のガス排出弁14の排出口15から排出されるガスを外部に排出する中空のダクト部41と、このダクト部41の下面に連結されて電池セル1のガス排出弁開口面10に対向して配置される連結プレート部42とからなる。図に示すダクト部41は、内部を中空とする円筒状としている。ただ、ダクト部は角筒状とすることもできる。さらに、ガス排出ダクト4は、図11に示すように、各々の電池セル1のガス排出弁14の排出口15に連結される複数の連結孔43を下面に開口して設けている。図のガス排出ダクト4は、連結プレート部42の中心線に沿って複数の連結孔43を等間隔に開口している。これらの連結孔43は、電池ブロック2を構成する複数の電池セル1のガス排出弁14の排出口15に対向して開口している。各々の連結孔43は、連結プレート部42を貫通して、ダクト部41の内部に連通している。このガス排出ダクト4は、各々の連結孔43に、電池セル1の排出口15に配置されるガス排出用ノズル5が挿入されて、各々の電池セル1の排出口15から排出される排出ガスをガス排出ダクト4に通過させて外部に排気する。
さらに、ガス排出ダクト4は、セパレータ3の定位置に連結される連結突出部45を有しており、この連結突出部45をセパレータ3に連結して、ガス排出ダクト4を電池セル1の定位置に配置している。図11に示すガス排出ダクト4は、底面から突出して、セパレータ3の横幅方向に伸びる複数列のリブを設けて連結突出部45としている。複数列の連結突出部45は、互いに平行な姿勢であって、連結孔43の両側に位置するように、電池セル1の積層方向に離して等間隔に設けている。この連結突出部45は、セパレータ3の上面から突出して設けた嵌合突出部35に案内されてガス排出ダクト4を定位置に連結する。図2に示すセパレータ3は、上面から突出して設けてなる互いに対向する2本の係止爪32の背面にできる隙間を嵌合突出部35として、この隙間に連結突出部45を挿入してガス排出ダクト4を定位置に配置している。このように、対向する係止爪32の背面にできる隙間を嵌合突出部35として連結突出部45を挿入する構造は、対向する係止爪32が図9の(b)で示すように、開く方向に変形するのを阻止する。したがって、背面を対向させる2本の係止爪32は、間に連結突出部45が挿入される状態では、ノズルホルダー6との係止状態を解除する方向にアーム部32Bが弾性変形するのが阻止されて、ノズルホルダー6を抜けないように保持する。図3に示す連結突出部45は、横幅方向に離れて設けられた一対の係止爪32の背面に配置できる長さとしている。
以上のガス排出ダクト4は、図1に示すように、連結プレート部42をエンドプレート21にネジ止めして、電池ブロック2の定位置に固定される。連結プレート部42は、両端の下面であってその両側に、連結プレート部42とエンドプレート21との間隔を調整する間隔調整部材46を設けており、この間隔調整部材46を介して、ガス排出ダクト4をエンドプレート21に固定している。ガス排出ダクト4は、連結プレート部42と間隔調整部材46を貫通する止ネジ47をエンドプレート21のネジ孔21Aにねじ込んで、電池ブロック2の定位置に固定している。
[ガス排出用ノズル]
図1ないし図3に示すバッテリシステムは、ガス排出ダクト4と電池セル1の排出口15との間にガス排出用ノズル5を配設している。図1の電池ブロック2は、10個の電池セル1を互いに平行な姿勢で積層して配置しているので、10個のガス排出用ノズル5を各々の電池セル1の排出口15の上に配置している。すなわち、1つのガス排出用ノズル5を独立して各電池セル1の上に配置している。ガス排出用ノズル5は、各々の電池セル1の排出口15に連結されて、ガス排出弁14から排出される排出ガスをガス排出ダクト4に流入させる。このガス排出用ノズル5は、各々の電池セル1の排出口15に向かって独立して移動でき、かつ各々の電池セル1の排出口15に向かって弾性的に押圧する状態でガス排出ダクト4に連結している。図2、図3、及び図6ないし図10に示すガス排出用ノズル5は、外側に装着されるノズルホルダー6を介して、電池セル1の定位置に配置している。各々のガス排出用ノズル5は、各々のノズルホルダー6の内側に沿って上下方向に移動できるように配置して、電池セル1の排出口15に向かって独立して移動できるようにしている。さらに、ガス排出用ノズル5とノズルホルダー6との間には弾性体9を配置しており、この弾性体9を介してガス排出用ノズル5を電池セル1の排出口15に向かって弾性的に押圧している。
ガス排出用ノズル5は、図2、図3、及び図10に示すように、電池セル1から排出される排出ガスをガス排出ダクト4に流入させる中空の筒体50を備えている。さらに、図のガス排出用ノズル5は、筒体50の下端部の周囲に鍔状の水平プレート部51を一体成形して設けている。図のガス排出用ノズル5は、筒体50の下端部を水平プレート部51の下面から突出させて連結筒部52とすると共に、筒体50の上部を水平プレート部51の上面から突出させて挿入筒部53としている。ガス排出用ノズル5は、図2と図3に示すように、連結筒部52の開口部52Aを電池セル1のガス排出弁14の排出口15に対向して配置すると共に、挿入筒部53をガス排出ダクト4の連結孔43に挿入して、挿入筒部53の開口部53Aをダクト部41の内部に配置して、電池セル1の排出口15から排出されるガスをガス排出ダクト4に流入させている。
図のガス排出用ノズル5は、連結筒部52の開口部52Aを電池セル1のガス排出弁14の排出口15に気密に連結するために、電池セル1のガス排出弁開口面10との接触面にシール材7を配置している。このシール材7には、ゴム状弾性体が使用できる。ただ、シール材には、独立気泡を有する軟質のプラスチック発泡体も使用できる。プラスチック発泡体からなるシール材は、独立気泡によって柔軟で弾性変形できる寸法を大きくできると共に、独立気泡に発泡している構造によってガスの透過を阻止できる特徴がある。
シール材7は、ガス排出用ノズル5の水平プレート部51と電池セル1のガス排出弁開口面10との間に配置されて、電池セル1の排出口15から排出される排出ガスを漏らすことなく、ガス排出用ノズル5の筒体50に流入させる。シール材7は、図6に示すように、ガス排出用ノズル5の水平プレート51の下面に沿う四角形状であって、中央部には、ガス排出用ノズル5の連結筒部52を挿入する中心孔7Xを開口している。シール材7は、電池セル1のガス排出弁14の排出口15と対向する位置に中心孔7Xを設けている。ガス排出用ノズル5の連結筒部52は、下端の開口部52Aの外側に突出するリップ部54を設けており、このリップ部54をシール材7の中心孔7Xの内面に係止させて、外れないようにシール材7に連結している。ガス排出用ノズル5は、このシール材7を介して電池セル1のガス排出弁開口面10に密着されており、連結筒部52の下端の開口部52Aを電池セル1の排出口15の定位置に配置している。ガス排出用ノズル5は、下端に連結してなるシール材7を、電池セル1の両側に配置してなるセパレータ3に設けた位置決凸条33の間に配置して電池セル1の定位置に配置している。
さらに、図に示すガス排出用ノズル5は、水平プレート部51から上方に突出する挿入筒部53の先端部に、外周面をテーパー面55Aとする円錐台形状の傘部55を設けている。このガス排出用ノズル5は、ガス排出ダクト4の下面に開口してなる連結孔43に、挿入筒部53の傘部55を挿入してガス排出ダクト4に連結している。さらに、図2と図3に示すガス排出用ノズル5は、挿入筒部53と連結孔43との間に配置してなるシール材8を介して気密に連結している。このシール材8は、ゴム状弾性体またはプラスチック発泡体で、連結孔43に挿入される筒部8Aの下端に鍔部8Bを設けた形状としている。図のシール材8は、筒部8Aを貫通する中心孔8Xを設けており、この中心孔8Xに、ガス排出用ノズル5の挿入筒部53を挿入して、ガス排出用ノズル5を連結孔43に気密に連結している。シール材8の筒部8Aは、挿入筒部53の外周面と連結孔43の内面との間に配設されて、ガス排出用ノズル5の筒体50を通過した排出ガスを漏らすことなくガス排出ダクト4に流入させる。ガス排出用ノズル5の挿入筒部53は、その先端部に設けた傘部55の外周形状を、先端に向かって細くなるテーパー面55Aとしているので、連結孔43に挿入された筒部8Aの中心孔8Xにスムーズに挿入しながら抜けないように連結できる。傘部55の下端縁が係止フックの働きをしてシール材8の中心穴8Xから抜け難くするからである。さらに、シール材8の鍔部8Bは、図2と図3に示すように、ガス排出ダクト4が電池ブロック2の上面に連結される状態で、ガス排出ダクト4の下面とノズルホルダー6の上面と間に配置されて、ガス排出ダクト4の下面をノズルホルダー61に密着させる。
[ノズルホルダー6]
ノズルホルダー6は、ガス排出用ノズル5を電池セル1の定位置に配置している。図2、図3、及び図6ないし図10に示すノズルホルダー6は、天板61の周囲に、下方に突出する側壁62と端面壁63とを連結した容器形状として、内部にガス排出用ノズル5の水平プレート部52を収納できるようにしている。このノズルホルダー6は、プラスチックで一体成形して作製している。天板61は、中央部に、ガス排出用ノズル5の挿入筒部53を案内して貫通させる中心穴61Aを開口している。この中心穴61Aは、ガス排出用ノズル5の挿入筒部53の先端部に設けた傘部55を挿通できる内形としている。側壁62は、端面壁63よりも低く成形しており、この部分にセパレータ3の位置決凸条33を案内するガイド凹部62Aを設けている。端面壁63は、中央部において、上下に切欠してガイドスリット63Aを開口している。このガイドスリット63Aは、ガス排出用ノズル5の水平プレート部51の両端から突出する突出部56を案内して外部に突出させている。端面壁63のガイドスリット63Aは、水平プレート部51の突出部56の両側面を、内面に沿って上下にスライドできるようにしている。
さらに、図のノズルホルダー6は、電池セル1の定位置に配置される状態でセパレータ3の係止爪32が係止される係止凸部64を、両端の端面壁63の外側に突出して設けている。図6ないし図8に示す係止凸部64は、端面壁63と平行な姿勢で端面壁63の外側に配置してなる端面プレート64Aを、両側の連結側壁64Bを介して端面壁63に連結してなる形状として、ノズルホルダー6に一体成形して設けている。図の端面プレート64Aは、端面方向から見た外形を、下底が上底よりも短い等脚台形状としており、端面プレート64Aの両側に連結してなる連結側壁64Bの外側面を、下方に向かって互いに接近する傾斜面としている。端面プレート64Aと連結側壁64Bとからなる係止凸部64は、上面と下面を水平面としており、下面を電池セル1の上面に対向させると共に、上面の両側部をセパレータ3から突出する係止爪32のフック部32Aを係止する係止部65としている。以上の形状の係止凸部64は、図9の(a)で示すようにノズルホルダー6を上方から電池セル1の定位置に案内するとき、図9の(b)で示すように、係止爪32のフック部32Aの傾斜面32aを連結側壁64Bの傾斜面に沿ってスライドさせてスムーズに挿入できる。このとき、係止爪32は、図の矢印Aで示すように、アーム部32Bを外側方向に弾性変形させて、ノズルホルダー6の係止凸部64を、対向する係止爪32の間に案内する。係止凸部64が定位置まで挿入されると、図9の(c)で示すように、係止爪32が元の形状に復元されて、フック部32Aが係止凸部64の上面の両側である係止部65を係止する。さらに、このとき、ノズルホルダー6の両端の端面壁63は、図8に示すように、位置決凸条33と係止爪32の間に形成された分離隙間に挿入される。この状態でノズルホルダー6は、抜けないように電池セル1の定位置に保持される。ただ、セパレータの係止爪とノズルホルダーの係止部との係止構造は、以上の構造には特定しない。係止構造は、係止爪と係止部のいずれか一方に凸部を設けて、他方にはこの凸部を挿入する凹部や貫通孔を設け、凸部を凹部または貫通孔に挿入して、ノズルホルダーを係止構造でセパレータに連結して電池セルの定位置に配置する全ての構造とすることができる。
さらに、図に示す係止凸部64は、端面プレート64Aの内面に、上下に伸びるガイドリブ66を突出して設けている。このガイドリブ66は、ノズルホルダー6の内側に配置されるガス排出用ノズル5の水平プレート部51から突出する突出部56の先端部に設けたガイド凹部56Aが案内されて、ガス排出用ノズル5をこのガイドリブ66に沿って上下にスライドさせる。
以上の形状のノズルホルダー6は、内部に配置されるガス排出用ノズル5を電池セル1の排出口15に向かって移動できるように保持している。このノズルホルダー6は、対向する端面壁63の内面に沿って水平プレート部51の両端面を移動させることで、ガス排出用ノズル5が電池セル1の横幅方向に移動するのを抑制し、端面壁63に開口したガイドスリット63Aの内面に沿って突出部56の両側面を移動させることで、ガス排出用ノズル5が電池セル1の厚さ方向に移動するのを抑制し、さらに、突出部56のガイド凹部56Aをガイドリブ66に沿って移動させることで、水平プレート部51をノズルホルダー6の内側に沿って上下に移動させている。
さらに、ノズルホルダー6の内部に配置されるガス排出用ノズル5を電池セル1の排出口15に向かって弾性的に押圧するために、水平プレート部51とノズルホルダー6の天板61との間に弾性体9を配置している。図に示す弾性体9は、押しバネであるコイルスプリング9Aである。コイルスプリング9Aである弾性体9は、中心にガス排出用ノズル5の挿入筒部53を挿通している。したがって、弾性体9は、天板61の中心孔61Aよりも大きな外形としている。ただし、弾性体は、コイルスプリングに代わってゴム状弾性体なども使用できる。水平プレート部51と天板61との間に配置される弾性体9は、水平プレート51を天板61から離す方向に弾性的に押圧して、すなわち、ガス排出用ノズル5を電池セル1のガス排出弁14に向かって押圧して、シール材7をガス排出弁開口面10に押圧して密着させる。このように、各々のガス排出用ノズル5を弾性体9で電池セル1の排出口15に向かって押圧する構造は、各々の電池セル1の排出口15とガス排出用ノズル5との相対位置に応じて弾性変形する弾性体9でもって、ガス排出用ノズル5をより効果的に電池セル1に押し付けできる。
弾性体9の弾性係数は、シール材7の弾性係数よりも大きくしており、シール材7を電池セル1のガス排出弁開口面10に強く押圧できるようにしている。この構造は、弾性体9に押圧されるガス排出用ノズル5でシール材7を電池セル1のガス排出弁開口面10に押圧する状態で、シール材7を確実に弾性変形させて、シール材7の下面を排出口15の開口縁部に密着できる。とくに、コイルスプリング9Aである弾性体9は、ゴム状弾性体とは異なる特性を有しており、ストロークを大きくしながら強い弾性力で付勢でき、しかも経時的な劣化を少なくできるので、長期間にわたって安定してガス排出用ノズル5を電池セル1に向かって押圧できる特徴がある。
以上のように、ノズルホルダー6が電池セル1の定位置に装着される状態では、図2と図3に示すように、ノズルホルダー6の内側に配置されるガス排出用ノズル5は、水平プレート部51が弾性体9で下方に押圧されると共に、水平プレート部51がシール材7を介して電池セル1のガス排出弁開口面10に押圧されて、電池セル1の排出口15に気密に密着される。
以上のバッテリシステムは、以下のようにして作製される。
(1)複数の電池セル1をセパレータ3を介して積層して電池ブロック2とする。電池ブロック2は、各々の電池セル1の両側にセパレータ3を配置する状態で積層して、外側を電池ホルダ20で固定する。電池ブロック2は、図4に示すように、両端にエンドプレート21を配置すると共に、これらのエンドプレート21を連結固定具22で連結して固定する。
(2)各々の電池セル1のガス排出弁14の排出口15にガス排出用ノズル5を配置する。ガス排出用ノズルは、図10に示すように、水平プレート部51から下方に突出する連結筒部52にシール材7を連結し、このシール材7を電池セル1の排出口15に配置して、電池セル1の定位置に配置する。ガス排出用ノズル5に連結されたシール材7は、図7に示すように、両側に配置されるセパレータ3の位置決凸条33の間に挿入して定位置に配置される。さらに、ガス排出用ノズル5は、水平プレート部51から上方に突出する挿入筒部53にコイルスプリング9Aである弾性体9を挿通する。
(3)図7と図9に示すように、電池セル1に配置されたガス排出用ノズル5の上方からノズルホルダー6を装着して、ガス排出用ノズル5を電池セル1の定位置に配置する。ノズルホルダー6は、対向する端面壁63の間にガス排出用ノズル5の水平プレート部51を配置すると共に、水平プレート部51から突出する突出部56をノズルホルダー6の端面壁63に設けたガイドスリット63Aに案内してガス排出用ノズル5を内側の定位置に案内する。さらに、ノズルホルダー6は、図8と図9の(b)で示すように、両端から突出する係止凸部64を、電池セル1の両側に配置してなる一対のセパレータ3に設けた係止爪32の間に配置して電池セル1の定位置に配置する。この状態で、ガス排出用ノズル5の挿入筒部53は、ノズルホルダー6の天板61の中心孔61Aを貫通して外部に突出する。
(4)ガス排出用ノズル5の挿入筒部53をガス排出ダクトの連結孔43に挿入してガス排出ダクト4を電池セル1に連結する。ガス排出ダクト4は、下面の連結孔43にシール材8を挿入しており、このシール材8を介してガス排出用ノズル5の挿入筒部53をガス排出ダクトに連結する。さらに、このとき、ガス排出ダクト4の下面から突出する連結突出部45をセパレータ3から突出する嵌合突出部35である対向する係止爪32の間に挿入する。
(5)複数の電池セル1の定位置に配置されたガス排出ダクト4を、止ネジ47を介して電池ブロック2のエンドプレート21に固定する。
(6)ガス排出ダクト4が連結された電池ブロック2を外装ケース(図示せず)に収納してバッテリシステムとする。
以上のバッテリシステムは、車載用のバッテリシステムとして利用できる。このバッテリシステムを搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両が利用できる。
図12に、エンジン96とモータ93の両方で走行するハイブリッドカーにバッテリシステム100を搭載する例を示す。この図に示す車両HVは、車両HVを走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、モータ93に電力を供給するバッテリシステム100と、バッテリシステム100の電池セルを充電する発電機94とを備えている。バッテリシステム100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。車両HVは、バッテリシステム100の電池セルを充放電しながらモータ93とエンジン96の両方で走行する。モータ93は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ93は、バッテリシステム100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、エンジン96で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム100の電池セルを充電する。
また、図13に、モータ93のみで走行する電気自動車にバッテリシステム100を搭載する例を示す。この図に示す車両EVは、車両EVを走行させる走行用のモータ93と、このモータ93に電力を供給するバッテリシステム100と、このバッテリシステム100の電池セルを充電する発電機94とを備えている。モータ93は、バッテリシステム100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム100の電池セルを充電する。
本発明のバッテリシステムは、電気自動車やハイブリッドカーの車載用のバッテリシステムとして好適に利用できる。また、車載用以外のバッテリシステムとしても、好適に利用できる。
1…電池セル
2…電池ブロック
3…セパレータ
4…ガス排出ダクト
5…ガス排出用ノズル
6…ノズルホルダー
7…シール材 7X…中心穴
8…シール材 8A…挿入筒部
8B…鍔部
8X…中心穴
9…弾性体 9A…コイルスプリング
10…ガス排出弁開口面
11…外装缶
12…封口板
13…電極端子
14…ガス排出弁
15…排出口
16…弁体
20…電池ホルダー
21…エンドプレート 21A…ネジ孔
22…連結固定具 22X…バインド部
22Y…固定部
23…止ネジ
31…外周壁
32…係止爪 32A…フック部
32a…傾斜面
32B…アーム部
33…位置決凸条
34…分離隙間
35…嵌合突出部
41…ダクト部
42…連結プレート部
43…連結孔
45…連結突出部
46…間隔調整部材
47…止ネジ
50…筒体
51…水平プレート部
52…連結筒部 52A…開口部
53…挿入筒部 53A…開口部
54…リップ部
55…傘部 55A…テーパー面
56…突出部 56A…ガイド凹部
61…天板 61A…中心孔
62…側壁 62A…ガイド凹部
63…端面壁 63A…ガイドスリット
64…係止凸部 64A…端面プレート
64B…連結側壁
65…係止部
66…ガイドリブ
93…モータ
94…発電機
95…DC/ACインバータ
96…エンジン
100…バッテリシステム
HV…車両
EV…車両

Claims (10)

  1. 複数の電池セル(1)が積層されてなる電池ブロック(2)と、この電池ブロック(2)を構成する電池セル(1)から排出される排出ガスを外側に排出するガス排出ダクト(4)とを備え、
    前記電池ブロック(2)は、ガス排出弁(14)の排出口(15)を開口してなるガス排出弁開口面(10)を同一面とする状態で電池セル(1)を積層しており、
    前記ガス排出ダクト(4)は、電池セル(1)のガス排出弁開口面(10)に対向する位置に配置されて、各々の電池セル(1)の排出口(15)を連結しており、
    各々の電池セル(1)の排出口(15)から排出されるガスをガス排出ダクト(4)に通過させて外部に排気するようにしてなるバッテリシステムであって、
    前記ガス排出ダクト(4)が、各々の電池セル(1)の排出口(15)に向かって独立して移動でき、かつ各々の電池セル(1)の排出口(15)に向かって弾性的に押圧されてなるガス排出用ノズル(5)を介して各々の電池セル(1)の排出口(15)に連結されてなるバッテリシステム。
  2. 前記ガス排出用ノズル(5)が、電池セル(1)のガス排出弁開口面(10)との接触面にシール材(7)を設けており、このシール材(7)を介してガス排出用ノズル(5)が電池セル(1)のガス排出弁開口面(10)に密着されてなる請求項1に記載されるバッテリシステム。
  3. 前記ガス排出用ノズル(5)を電池セル(1)の定位置に配置するノズルホルダー(6)を備え、このノズルホルダー(6)が前記ガス排出用ノズル(5)を電池セル(1)の定位置に配置してなる請求項1又は2に記載されるバッテリシステム。
  4. 前記電池ブロック(2)が、電池セル(1)の間に配置してなるセパレータ(3)を備え、このセパレータ(3)を介して前記ノズルホルダー(6)を定位置に配置してなる請求項3に記載されるバッテリシステム。
  5. 前記セパレータ(3)が、電池セル(1)のガス排出弁開口面(10)の外側に突出して、前記ノズルホルダー(6)を係止する係止爪(32)を有し、この係止爪(32)を介して前記ノズルホルダー(6)を定位置に配置してなる請求項4に記載されるバッテリシステム。
  6. 前記ノズルホルダー(6)が、電池セル(1)の両側に配置してなる一対のセパレータ(3)に設けている係止爪(32)の間に配置されて、電池セル(1)の定位置に配置されてなる請求項5に記載されるバッテリシステム。
  7. 前記ガス排出ダクト(4)が、各々のガス排出用ノズル(5)を挿入して連結する連結孔(43)を有し、この連結孔(43)とガス排出用ノズル(5)との間にシール材(8)を配置してなる請求項1ないし6のいずれかに記載されるバッテリシステム。
  8. 前記電池ブロック(2)が電池セル(1)の間に配置してなるセパレータ(3)を備え、前記ガス排出ダクト(4)が、前記セパレータ(3)の定位置に連結される連結突出部(45)を有し、この連結突出部(45)をセパレータ(3)に連結して、ガス排出ダクト(4)を電池セル(1)の定位置に配置してなる請求項1ないし7のいずれかに記載されるバッテリシステム。
  9. 前記セパレータ(3)が、ガス排出弁開口面(10)から突出して、ガス排出ダクト(4)に設けている連結突出部(45)を案内して定位置に連結する嵌合突出部(35)を有する請求項8に記載されるバッテリシステム。
  10. 請求項1ないし9のいずれかに記載されるバッテリシステムを搭載する車両。
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