JP2013168293A - Explosion-proof valve for battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複数の単電池(以下、セルという)をパックケース内に収容したバッテリパックの防爆弁、特に、電気自動車の動力源となるような比較的大型のバッテリパックの防爆弁に関する。 The present invention relates to an explosion-proof valve for a battery pack in which a plurality of single cells (hereinafter referred to as cells) are accommodated in a pack case, and more particularly to an explosion-proof valve for a relatively large battery pack that serves as a power source for an electric vehicle.
例えば電気自動車に用いられるバッテリパックは、雨水や洗車水等の内部への進入を防止するために、基本的にパックケースが密閉された状態に構成される。この場合、充放電や日中と夜間との温度変化などに伴うパックケース内の圧力変化を回避するために、パックケース内外を連通する、換言すれば、比較的少量の空気の出入りを許容する通気孔(これは呼吸孔と呼ばれることも多い)を設ける必要がある。この通気孔としては、該通気孔を通した雨水等の進入を回避するために、特許文献1等に開示されているように、液体は通さずに気体のみを選択的に通過させる通気膜と組み合わせるのが一般的である。
For example, a battery pack used in an electric vehicle is basically configured in a state in which a pack case is sealed in order to prevent rainwater, car wash water, and the like from entering the interior. In this case, in order to avoid pressure changes in the pack case due to charging / discharging and temperature changes between daytime and nighttime, the inside and outside of the pack case communicate with each other, in other words, allow relatively small amounts of air to enter and exit. A vent (which is often called a breathing hole) needs to be provided. As this ventilation hole, in order to avoid the intrusion of rainwater or the like through the ventilation hole, as disclosed in
一方、バッテリパック内部で多量のガスが急激に発生した場合に内圧を速やかに逃がすことができる防爆弁を設けたバッテリパックが公知である。防爆弁の一つの例は、特許文献2に開示されている。防爆弁は一般に通常時には閉じており、内圧が大きく上昇した場合に、例えば一部部品の破壊を伴って開動作するものである。
On the other hand, a battery pack provided with an explosion-proof valve capable of quickly releasing the internal pressure when a large amount of gas is suddenly generated inside the battery pack is known. One example of the explosion-proof valve is disclosed in
なお特許文献1では、通気膜を備えた通気孔が、セルで発生したガスを逃がすためのものである旨、説明されている。
In
通気孔は、バッテリが機能している下での少量の空気の出入りを確保するためのものであるから、それほど大きな通路面積は必要なく、むしろ異物の侵入を阻止するために、最小限の大きさとすることが望ましい。 The vents are intended to ensure a small amount of air in and out when the battery is functioning, so that a large passage area is not necessary, but rather a minimum size to prevent foreign objects from entering. It is desirable to do so.
一方、防爆弁は、かなり大きな通路面積が必要であり、特に、多数のセルを収容した高電圧のバッテリパックにあっては、十分に大きな防爆弁を設けることが望ましい。 On the other hand, the explosion-proof valve requires a considerably large passage area. In particular, it is desirable to provide a sufficiently large explosion-proof valve in a high-voltage battery pack accommodating a large number of cells.
従って、例えば特許文献1のように単に1つの孔に通気膜を重ねただけの構成では、通気孔と防爆弁の2つの機能を兼ねることはできない。特許文献1の構成では、防爆弁としては、その大きさが不十分であり、急激な内圧上昇には到底対応できない。また仮に、特許文献1の構成でもって孔の大きさを防爆弁に十分なほどに大きくしたとすると、外部に露出している通気膜が異物との衝突により容易に変形するなどの問題が生じる。
Therefore, for example, a configuration in which a ventilation film is simply stacked on one hole as in
本発明は、防爆弁に少量の空気の出入りを行う通気孔としての機能をも持たせることを目的としている。 An object of the present invention is to provide the explosion-proof valve with a function as a vent for allowing a small amount of air to enter and exit.
本発明に係る防爆弁は、密閉したパックケース内に複数のセルが収容されてなるバッテリパックにおいて、
上記パックケースの一部に設けた開口部を閉塞するように配置され、かつ液体を通過させずに気体を選択的に通過させるとともに、バッテリパック内圧の上昇に伴い破断もしくは変形する通気膜と、
この通気膜の外側に重ねて配置され、かつ所定の圧力差による撓み変形によって脱落するように周縁部で係止保持された板状のプロテクタと、
外部に向かって開口し、上記通気膜を介して少量の空気が通流可能な通気孔と、
を備えて構成されている。
The explosion-proof valve according to the present invention is a battery pack in which a plurality of cells are accommodated in a sealed pack case.
A gas permeable membrane that is arranged so as to close an opening provided in a part of the pack case and selectively allows gas to pass without passing liquid, and breaks or deforms as the battery pack internal pressure increases,
A plate-like protector that is placed on the outer side of the gas permeable membrane and is held at the peripheral edge so as to fall off due to bending deformation due to a predetermined pressure difference;
A vent hole that opens outward and allows a small amount of air to flow through the vent membrane;
It is configured with.
このような構成では、パックケース内と外部との間で、通気孔を通して少量の空気が出入りする。このように出入りする空気は、開口部を閉塞するように配置された通気膜を通過する。この通気膜は、雨水等の液体は通過させずに気体のみを選択的に通過させるものであるので、パックケース内へ雨水が侵入することはない。また、外部に開口する通気孔は十分に小さなものとすることができるので、異物の衝突や侵入のリスクも少ない。 In such a configuration, a small amount of air enters and exits through the vent hole between the inside and outside of the pack case. The air entering and exiting in this way passes through the gas permeable membrane disposed so as to close the opening. Since this gas-permeable membrane allows only gas to pass through selectively without passing liquid such as rainwater, rainwater does not enter the pack case. Further, since the vent hole that opens to the outside can be made sufficiently small, there is little risk of collision and entry of foreign matter.
一方、ガスが急激に発生して内圧が急上昇すると、通気膜は容易に破断もしくは変形し、板状のプロテクタが内圧によって外側へ押圧される。そのため、板状のプロテクタは外側へ膨らむように撓み変形し、これに伴って、周縁部の係止が外れ、瞬時に脱落する。換言すれば、通気膜が破断等し、プロテクタが外側へ吹き飛ばされ、防爆弁として、瞬時に大きな通路断面積が確保される。上記プロテクタの外表面に、該プロテクタの変形を容易にするスリットを形成しておくようにしてもよい。 On the other hand, when the gas is suddenly generated and the internal pressure rapidly rises, the gas permeable membrane is easily broken or deformed, and the plate-like protector is pressed outward by the internal pressure. Therefore, the plate-like protector bends and deforms so as to bulge outward, and along with this, the peripheral edge is unlocked and falls off instantaneously. In other words, the gas permeable membrane is broken and the protector is blown outward, and a large passage cross-sectional area is instantaneously secured as an explosion-proof valve. A slit that facilitates deformation of the protector may be formed on the outer surface of the protector.
望ましい一つの態様では、上記通気孔は上記プロテクタの周縁部に沿って配置されており、例えば、プロテクタの周縁を切り欠いた切欠部として形成することもできる。 In one desirable mode, the above-mentioned vent hole is arranged along the peripheral part of the above-mentioned protector, for example, can be formed as a notch which notched the peripheral part of the protector.
一つの態様では、上記切欠部は、上記通気膜と重ならないように該通気膜の外形状よりも外周側に位置しており、該切欠部から流入した空気を通気膜側へ案内する案内溝が通気膜外周側に設けられている。 In one embodiment, the notch is positioned on the outer peripheral side of the outer shape of the gas permeable membrane so as not to overlap the gas permeable membrane, and guide grooves for guiding the air flowing from the notch to the gas permeable membrane side Is provided on the outer peripheral side of the gas permeable membrane.
このようにすれば、通気膜と直交する方向に沿って通気孔から流入してきた空気に含まれる微小な異物が、案内溝の底面に衝突するため、通気膜に直接に衝突することがない。従って、通気膜の部分的な破損が防止される。 In this way, since minute foreign matter contained in the air flowing in from the vent hole along the direction orthogonal to the vent film collides with the bottom surface of the guide groove, it does not collide directly with the vent film. Therefore, partial breakage of the gas permeable membrane is prevented.
なお、本発明では、通気孔は、例えばプロテクタの中央部に貫通孔として形成されているものであってもよい。 In the present invention, the vent hole may be formed as a through hole in the central portion of the protector, for example.
上記の防爆弁は、パックケースにそのまま取り付けることも可能であるが、一つの態様では、1つのユニットとして上記通気膜および上記プロテクタを保持する環状の防爆弁ケースをさらに備えており、この防爆弁ケースが、複数の係止爪によって上記パックケースの上記開口部に装着される。 The explosion-proof valve can be attached to the pack case as it is. However, in one aspect, the explosion-proof valve case further includes an annular explosion-proof valve case that holds the vent film and the protector as one unit. A case is attached to the opening of the pack case by a plurality of locking claws.
この発明によれば、防爆弁が通気孔としての機能を含むものとなり、比較的小さく開口した通気孔および通気膜を介して少量の空気の出入りが許容されると同時に、内圧が急上昇した場合には、防爆弁として十分に大きな通路断面積でもってパックケース内部を開放することができる。従って、通気孔と防爆弁とを別々に具備する場合に比べて、構成の簡素化が図れる。 According to the present invention, the explosion-proof valve includes a function as a vent hole, and a small amount of air is allowed to enter and exit through the vent hole and the vent film that are relatively small, and at the same time the internal pressure suddenly rises. Can open the inside of the pack case with a sufficiently large passage cross-sectional area as an explosion-proof valve. Therefore, the configuration can be simplified as compared with the case where the vent hole and the explosion-proof valve are provided separately.
以下、この発明の防爆弁を電気自動車用のバッテリパックに適用した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the explosion-proof valve of the present invention is applied to a battery pack for an electric vehicle will be described in detail with reference to the drawings.
図1および図2は、この発明に係る防爆弁を備えたバッテリパック1が用いられる電気自動車2の概略を示している。この電気自動車2は、車体3の前部に駆動モータユニット4が搭載され、前輪5を駆動する構成となっている。駆動モータユニット4のエネルギ源となるバッテリパック1は、全体としてほぼ矩形の箱状をなしており、後輪6よりも前方の位置において、車体フロア3aの下面に下側から取り付けられている。従って、バッテリパック1は、その下面が車両下面側に露出しているとともに、周囲の車体フロア3aに比較して下方へ突出した状態となっている。
1 and 2 schematically show an
図3は、上記バッテリパック1を車両の斜め後方側から見た斜視図である。このバッテリパック1は、下側部分を構成するロアケース11と上側部分を構成するアッパケース12とからなる密閉されたパックケース10内に、多数のセルを収容したものである。セルの配置は図示していないが、例えばラミネートフィルムでシールされた平坦形状のリチウムイオンセルが用いられ、複数個(例えば4個)のセルを重ねて平坦な矩形の箱状の金属ケース内に収容したものとして、バッテリモジュールが構成される。このバッテリモジュールはさらに複数個積層して互いに固定したスタックとして構成され、最終的には、複数個のスタックがパックケース10内に収容される。例えば、合計で数十個のバッテリモジュールがパックケース10内に収容されるとともに互いに直列に接続され、車両の駆動に必要な数百ボルトの電圧を得ている。なお、上記リチウムイオンセルには、内圧が上昇するとシール部分が剥離して内部圧力を放出する防爆シール弁が設けられていてもよい。
FIG. 3 is a perspective view of the
ロアケース11およびアッパケース12はいずれもアルミニウム合金のダイキャストからなり、周縁部において複数本のボルトにより互いに結合されている。両者の接合面には、その接合の際に、予めシール材として液体ガスケットが塗布されており、これによってパックケース10内が密閉空間となっている。従って、外部からの水分等の流入が防止され、バッテリモジュールの接続部等の腐食が抑制される。
The
このように基本的に密閉状態となるパックケース10内と外部との間での比較的少量の空気の出入りを許容するとともに、急激な内圧上昇の開放を行うために、車両後方へ向かうロアケース11の後部壁11aに、図4にも示すように、左右2箇所に、防爆弁21が配置されている。
Thus, in order to allow a relatively small amount of air to enter and exit between the inside and outside of the
この防爆弁21は、全体として偏平な円盤状をなすものであって、図5に示すように、円環状をなす合成樹脂製の防爆弁ケース22と、この防爆弁ケース22とロアケース11との間をシールするOリング23と、防爆弁ケース22の中央開口部22aを閉塞するように該ケース22に取り付けられる円形のシート状の通気膜24と、この通気膜24の外側に重ねて配置される同じく円形の板状をなす合成樹脂製のプロテクタ25と、から構成されている。
The explosion-
上記防爆弁ケース22は、図6,図7にも示すように、中央開口部22aを構成する内周側の円筒壁31が裏面側へ僅かに突出するように形成され、この円筒壁31の4箇所からさらに軸方向に係止爪32が延びている。これらの係止爪32は、合成樹脂材料の弾性によって径方向に弾性変形可能であるとともに、先端に、外径方向へ膨らんだ係止部32aをそれぞれ備えている。防爆弁21が取り付けられるロアケース11の後部壁11aには、図7に示すように、予め上記円筒壁31の径に対応した円形の開口部27が形成されており、上記防爆弁ケース22は、上記円筒壁31が上記開口部27に嵌合し、かつ4箇所の係止爪32によって抜け止め保持されている。Oリング23は上記円筒壁31の外周に装着されており、図7に示すように、ロアケース11の後部壁11aと、防爆弁ケース22の環状溝33底面との間で挟持される。
As shown in FIGS. 6 and 7, the explosion-
なお、防爆弁21の内部ないしロアケース11の環状溝33に水滴が溜まることがないように、防爆弁ケース22の裏面側の最下部に、図6に示すように水抜き孔35が形成されている。そして、この水抜き孔35の位置と180度異なる位置において防爆弁ケース22外周面にロケートピン36が形成されており、このロケートピン36は、取付基準面となる防爆弁ケース22外周縁よりも裏面側へ突出している。このロケートピン36に対応して、ロアケース11の後部壁11aには、図示しないロケート凹部が形成されており、防爆弁21の取付時に両者を嵌め合わせることで、防爆弁ケース22が正しい姿勢(つまり水抜き孔35が鉛直方向下方となった状態)で取り付けられるようになっている。
As shown in FIG. 6, a
一方、防爆弁ケース22の表面側においては、外周縁の円環状のリム部38内周に円筒面38aを有するとともに、リム部38先端面38bから所定量後退した位置に、第1支持面39が円環状(詳しくは後述するように部分的に欠損した円環となる)に形成され、さらにこの第1支持面39からさらに所定量後退した位置に、第2支持面40が円環状に形成されている。換言すれば、リム部38の先端面38bから第1支持面39および第2支持面40へと階段状に後退しつつ小径となっていき、第2支持面40が中央開口部22aに隣接している。なお、これらのリム部38先端面38b、第1支持面39および第2支持面40は、いずれも、防爆弁ケース22の中心を通る中心軸(図示せず)に対し直交する平面をなす。
On the other hand, on the surface side of the explosion-
通気膜24は、液体を通過させずに気体のみを選択的に通過させ得る公知の材料からなるシート状の膜であり、例えば、撥水性を有するポリテトラフルオロエチレンの多孔質膜などが用いられる。本発明においては、この通気膜24の材質は何ら限定されるものではなく、どのようなものであってもよい。円形をなす通気膜24は、上記の第2支持面40に対応する径を有し、外周縁がこの第2支持面40の上に支持されているとともに、適宜な接着剤によって接着固定されている。通気膜24は薄い膜であり、上記第2支持面40と上記第1支持面39との間の段差は、通気膜24の厚みよりも大きいため、通気膜24と第1支持面39とは、上記中心軸の軸方向に互いに離れている。
The gas
上記第1支持面39には、図5,図7に示すように、円形の板状をなすプロテクタ25が装着される。プロテクタ25は、防爆弁ケース22のリム部38先端面38bから第1支持面39までの段差に対応した板厚を有し、かつ外周の円筒面25aがリム部38内周の円筒面38aに比較的に密に嵌合するように、その径が設定されている。
As shown in FIGS. 5 and 7, a
また、この実施例では、プロテクタ25の表面側に、直径方向に延びた凹溝つまりスリット51が形成されており、このスリット51に対し90度異なる位置となる円周の2箇所に、係止突起52がそれぞれ設けられている。図8は、上記係止突起52の詳細を示しており、図示するように、プロテクタ25の円筒面25aにおいて、略直方体形状に突出して形成されている。そして、プロテクタ25の表面側に向かう端面は、係止面52aとして円筒面25aから垂直に立ち上がっている一方、プロテクタ25の裏面側へ向かう端面は、案内面52bとして湾曲した円弧面をなしている。
Further, in this embodiment, a groove or slit 51 extending in the diametrical direction is formed on the surface side of the
上記係止突起52に対応して、上記防爆弁ケース22の円筒面38aの2箇所には、係止突起52がそれぞれ係合可能な矩形の係止凹部54が形成されている。図示例では、上記係止突起52および対応する係止凹部54は、それぞれ防爆弁21の最上部および最下部となる角度位置に設けられており、従って、係止凹部54は、防爆弁ケース22の水抜き孔35およびロケートピン36と重なり合う位置にあり、図6に示すように裏面側の水抜き孔35およびロケートピン36の部分の凹部と連通した形に成形されている。
Corresponding to the locking
上記のように係止突起52は湾曲した案内面52bを有しているので、プロテクタ25を単にリム部38の内側に押し込めば、樹脂材料の僅かな変形を伴って係止突起52が容易に係止凹部54に入り込む。そして、一旦、両者が嵌合すれば、垂直な係止面52aによって確実に固定保持される。このとき、プロテクタ25の外周部の裏面は防爆弁ケース22の第1支持面39に適度に圧接した状態となる。
Since the locking
ここで、上記プロテクタ25には、周縁部の4箇所に、通気孔となる略U字形の切欠部61が切欠形成されている。図示例では、4つの切欠部61が90度毎に配置されている。この切欠部61は、プロテクタ25の外周の円筒面25aから内周側へ半径方向へ延びているが、図7に明らかなように、通気膜24とは重ならない範囲にあり、換言すれば、通気膜24の外形円よりも外周側に切欠部61が設けられている。
Here, in the
プロテクタ25は前述したように防爆弁ケース22の第1支持面39の上に支持されているが、上記第1支持面39には、図5,図7に示すように、上記切欠部61に対応する位置(つまり90度毎の4箇所)に、切欠部61の投影形状より僅かに大きな幅の案内溝63が半径方向に凹設されている。この案内溝63は、リム部38内側の円筒面38aから第1支持面39内側の段差面まで延びているものであり、図示例では、その溝底面が第2支持面40と同一の平面となるように形成されている。案内溝63は、図示例よりも浅くてもよく、第2支持面40と第1支持面39との中間の位置に溝底面が位置していてもよい。
As described above, the
上記のように構成された防爆弁21にあっては、通気孔となる切欠部61を介して、パックケース10内部と外部環境とが常に連通した状態となり、例えば、充放電や日中と夜間との温度変化などに伴い、比較的少量の空気の出入りが可能である。つまり、いわゆる呼吸孔ないし通気孔としての機能が得られる。このように出入りする空気は、必ず通気膜24を通過することになるので、例えば雨水や洗車水が切欠部61に入ったとしても、パックケース10内部に侵入することはない。特に、防爆弁21全体の大きさに比べて個々の切欠部61の開口面積は非常に小さなものであり、飛び石など比較的大きな異物に対しては、プロテクタ25が通気膜24を保護することになり、強度の低い通気膜24が破れることがない。しかも、切欠部61を通る空気の流れは基本的に防爆弁21の中心軸と平行に流れ、従って、案内溝63の溝底面に衝突した後に内周側へ方向転換して通気膜24外周部へ向かい、通気膜24と実質的に平行な方向へ流れるようになる。そのため、切欠部61を通るような小さな異物が通気膜24に直接に衝突する構成に比べて、通気膜24の部分的な損傷が生じにくい。
In the explosion-
一方、ガスが急激に発生し、パックケース10内の内圧が急上昇した場合には、脆弱な通気膜24は容易に変形もしくは破断し(あるいは接着部が剥がれ)、プロテクタ25に直接的に内圧が作用する。このように圧力を受けると、板状のプロテクタ25は、図9に示すように、剛性が低くなったスリット51に沿って折れ曲がるように撓み変形する。このような変形に伴い、スリット51と直交する方向の位置にある2つの係止突起52は互いに内側へ移動することとなり、防爆弁ケース22の係止凹部54から抜け外れる。従って、プロテクタ25は、圧力差によって瞬時に脱落し、防爆弁ケース22の中央開口部22a全体が開放される。つまり、プロテクタ25が図9のように変形しながら外側へ吹き飛ばされ、瞬時に大きな開口面積が確保される。なお、2つの係止突起52の一方のみが外れれば、プロテクタ25は直ちに脱落する。
On the other hand, when the gas is suddenly generated and the internal pressure in the
従って、防爆弁21として万一の際の内圧の開放が確実に行える。なお、スリット51の深さや幅などの調節によって、どの程度の圧力差でプロテクタ25が脱落するかを容易に変更することができる。また、プロテクタ25の材質を適当に選択すれば、スリット51を設けずに同様の機能を奏するようにすることもできる。
Therefore, the internal pressure can be reliably released in the event of an explosion-
以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 As mentioned above, although one Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible.
例えば、上記実施例では、通気孔として切欠部61がプロテクタ25側に設けられているが、防爆弁ケース22のリム部38側に通気孔となる切欠部を形成することもでき、切欠ではなく貫通孔の形で通気孔を設けることもできる。また、通気孔の大きさや通気膜の強度などによっては、通気膜24と重なり合うプロテクタ25の中央部の領域内に通気孔を開口形成した構成も可能である。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上記実施例では、電気自動車用のバッテリパック1に適用した例を説明したが、これ以外の用途のバッテリパックにも同様に適用し得ることは勿論である。
Moreover, although the said Example demonstrated the example applied to the
1…バッテリパック
10…パックケース
21…防爆弁
22…防爆弁ケース
24…通気膜
25…プロテクタ
51…スリット
52…係止突起
61…切欠部
63…案内溝
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記パックケースの一部に設けた開口部を閉塞するように配置され、かつ液体を通過させずに気体を選択的に通過させるとともに、バッテリパック内圧の上昇に伴い破断もしくは変形する通気膜と、
この通気膜の外側に重ねて配置され、かつ所定の圧力差による撓み変形によって脱落するように周縁部で係止保持された板状のプロテクタと、
外部に向かって開口し、上記通気膜を介して少量の空気が通流可能な通気孔と、
を備えてなるバッテリパックの防爆弁。 In a battery pack in which a plurality of cells are housed in a sealed pack case,
A gas permeable membrane that is arranged so as to close an opening provided in a part of the pack case and selectively allows gas to pass without passing liquid, and breaks or deforms as the battery pack internal pressure increases,
A plate-like protector that is placed on the outer side of the gas permeable membrane and is held at the peripheral edge so as to fall off due to bending deformation due to a predetermined pressure difference;
A vent hole that opens outward and allows a small amount of air to flow through the vent membrane;
A battery pack explosion-proof valve.
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