JP2016139483A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 弁体が開いたことが視覚により確認できる安全弁を備えた蓄電モジュールを提供する。【解決手段】 安全弁３は安全弁本体３１とホットメルトインク３２とを備えている。安全弁本体３１は、ケース１内の内圧が所定値以上に上昇すると開放状態になる弁体３３、及び弁体３３が開放状態になったときにケース１の内部と外部とを連通させる連通路構成部３４を備えている。ホットメルトインク３２は、連通路構成部３４内における弁体３３よりも外部側の位置に充填されており、連通路構成部３４を通るガスの温度よりも融点が低い視認できる１種以上からなる。弁体３３が開くとガスの熱でホットメルトインク３２が溶融して連通路構成部３４内から吹き出される。安全弁３３の周囲にホットメルトインク３２が付着していることを視認することにより、安全弁３３が開いたことを視覚により確認でき、安全弁３３が開いた蓄電モジュールを早期に発見できる。【選択図】 図１

Description

本発明は、ケースの内部に１以上の蓄電素子が収納されており、ケースに設けられてケース内の内圧が所定値以上に上昇すると開放状態になってケース内のガスを放出する安全弁を備えた蓄電モジュールに関するものである。

特開２００２−２８９１５９号公報の図１には、ケース１の内部に複数の電池（蓄電素子）２が収納されており、ケース１に設けられてケース内の内圧が所定値以上に上昇すると開放状態になってケース内のガスを放出する安全弁３を備えた蓄電モジュールが開示されている。

特開２００２−２８９１５９公報 図１

蓄電モジュールにおいて、安全弁はケースの内圧が上昇すると開裂してケースの内部のガスを放出するという機能を果たすものとして利用されている。しかしながら単に開裂する構造の安全弁では、安全弁が開いたことが判らない場合が多く、また安全弁が開いた原因がすぐに判らない場合も多い。

本発明の目的は、弁体が開いたことが視覚により確認できる安全弁を備えた蓄電モジュールを提供することにある。

上記目的に加えて、本発明の他の目的は、安全弁の弁体が開いたことの原因を追求することが可能な蓄電モジュールを提供することにある。

本発明は、ケースの内部に１以上の蓄電素子が収納されており、ケースに設けられてケース内の内圧が所定値以上に上昇すると開放状態になってケース内のガスを放出する安全弁を備えている蓄電モジュールを改良の対象とする。本願明細書において「蓄電素子」とは、蓄電池、コンデンサ等のように蓄電機能を有する素子を含むものである。またケースは、樹脂などの電気絶縁性を有する材料により形成されていても、金属によって形成されているものでもよく、その材質は任意である。

安全弁は、ケース内の内圧が所定値以上に上昇すると開放状態になる弁体、及び弁体が開放状態になったときにケースの内部と外部とを連通させる連通路構成部を備えた安全弁本体とからなる。

弁体及び安全弁本体の材質は任意であり、両者が一体に形成されていても、また別体に形成されていてもよい。本発明の蓄電モジュールでは、連通路構成部内における弁体よりも外部側の位置に充填され、連通路構成部を通るガスの温度よりも融点が低い視認できる１種以上のホットメルトインクを備えている。本発明によれば、ケース内の内圧が上昇して弁体が開くと、排出されるガスの熱でホットメルトインクが溶融して連通路構成部内から吹き出される。ホットメルトインクは、視覚により確認できるものであるため、安全弁の周囲にホットメルトインクが付着していることを視認することにより、安全弁が開いたことを視覚により確認できる。その結果、安全弁が開いた蓄電モジュールを早期に発見できる。

安全弁は、更に、連通路構成部内におけるホットメルトインクよりも外部側の位置に、ガスの温度よりも融点が低く且つホットメルトインクよりも融点が高いホットメルトが充填されて形成された封止部を備えているのが好ましい。「ホットメルトインク」は、常温で固体で、溶融温度が約８０℃で、溶融後の粘度が８０００mPa・s以下のものが好ましい。また封止部を構成する「ホットメルト」は、常温で固体で溶融温度が溶融温度が１００℃以上１５０℃以下で、溶融後の粘度が２００００mPa・s以下のものが好ましい。このようなホットメルトからなる封止部を設けると、ホットメルトインクが十分に溶融した後に、連通路構成部から吹き出させることができる。

なおホットメルトは、ホットメルトインクの色とは異なる色に着色されているのが好ましい。このように異なる色で着色すると、安全弁の周囲に飛び散って付着したホットメルトの状況を見ることにより、内圧の上昇状態を推測することが可能になる。またホットメルトを用いない場合には、１種以上のホットメルトインクとして、融点及び色が異なる２種類のホットメルトインクを用いるのが好ましい。

安全弁本体は、ガスの温度よりも耐熱温度が高い絶縁樹脂によって形成されていると、弁体を安全弁本体と一体に形成することが可能になる。

安全弁は、安全弁本体の外周部に形成されたネジ部を利用して、ケースにネジ止めされるのが好ましい。このような構造を採用すると、ケースと別に安全弁を製造することが可能になり、また安全弁の装置が容易になる。この場合、安全弁本体には、ホットメルトインクが充填される側の端部に、レンチが係合可能なレンチ係合部が形成されているのが好ましい。レンチ係合部を設けると、レンチを用いて安全弁本体をケースにしっかりとねじ込み係合することができる。なおネジ部には環状のパッキンを嵌合しておくのが好ましい。このようにしておくとネジ部からのガス漏れを防止できる。

（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本発明の蓄電モジュールの一つの実施の形態における安全弁を示す拡大された平面図、縦断面図、及び底面図である。 図１の安全弁が適用された本発明の蓄電モジュールの実施の形態を示す斜視図である。

以下、本発明の蓄電モジュールの一つの実施の形態について、図を参照しつつ説明する。

図２において、蓄電モジュールは直方体形状の樹脂製ケース１内に、複数本の円筒形リチウムイオン蓄電セル（リチウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタ）２を封入してなる。１２本のリチウムイオン蓄電セル２は、バスバ５により相互に接続されている。充放電のための外部端子や制御装置等は本発明に直接関連しないので図示を省略する。

ケース１の天板１２には、天板１２を貫通するネジ穴１３が切られており、安全弁３がネジ止めされている。安全弁３は、ケース１内の内圧が所定値以上に上昇すると開放状態となってケース１内のガスを放出し、それ以上の故障や事故の進行を抑制する機能を果たす。

図３に示すように、安全弁３は全体がネジ形状の安全弁本体３１と、ホットメルトインク３２とを備えている。弁体３３はケース１内の内圧が所定値以上に上昇すると開放状態になるように、材料及び厚さが調整されている。開放状態にあっては弁体３３はケース１の内部と外部との間の圧力差により開裂され、その結果ケース１内のガスが外部に放出される。連通路構成部３４は、弁体３３が開放状態になったときにケースの内部と外部とを連通させ、その中を通ってガスを外部に放出できる。すなわち連通路構成部３４の概形は、両端がそれぞれケース１の内部及び外部に開口した連通路を構成する筒状であり、弁体３３は連通路構成部３４の構成する連通路を中途で閉塞する部材である。

安全弁本体３１はポリエーテルエーテルケトンを射出成形してなり、弁体３３と連通路構成部３４とを一体に備えている。安全弁本体３１は、弁体３３が開裂して開放状態となるときのガスの温度よりも耐熱温度が高い、ポリエーテルエーテルケトンのような絶縁樹脂によって形成する限り、弁体３３と連通路構成部３４とを一体に形成できる。

リチウムイオン蓄電セル２に使用されている電解液（プロピレンカーボネートやエチレンカーボネート）の沸点は２４０〜２５０℃程度だが、より沸点の低い電解液（例えばジメチルカーボネートやジエチルカーボネートやエチルメチルカーボネート）を使用した蓄電モジュールのための他の実施の形態では、安全弁本体３１はより融点の温度が低いポリアミド樹脂系成形材料（登録商標「レニー」；三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社より入手可能なポリアミド樹脂系成形材料）又はポリカーボネート製である。本実施の形態では弁体３３と連通路構成部３４とは一体に形成されているが、他の実施の形態においては両者は別体に形成することができる。その場合、例えば連通路構成部３４は鋼製であり、弁体３３はポリエーテルエーテルケトン又はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）製である。

弁体３３には、直線状のスリット３５が切られており、これにより弁体３３の開裂が生ずるケース１内の内圧の所定値が小さくなるように調整している。スリットは直線状に限るものではなく、他の実施の形態においては十字状、円錐状等の他の形状とすることができる。またスリットの形状、深さ及び長さを適当に選択することにより、開裂が生じる圧力値を所望の大きさに設定することが可能である。

ホットメルトインク３２は、安全弁本体３１の連通路構成部３４内における弁体３３よりも外部側の位置に充填され、弁体３３が開放状態となった時に連通路構成部３４を通るガスの温度よりも融点が低く、視認できる１種以上のインクである。ホットメルトインク３２としては、例えば既存のインクジェットプリンタ用のホットメルトインクを１種以上組み合わせたものを用いることができる。ホットメルトインク３２は、視認さえ可能であれば、着色されているものはもちろん、半透明や蛍光や金属箔や金属粉による金属光沢を呈するものも含むものとし、蓄電モジュールが設置された場所の周囲の床や壁の色などに応じて選択され、あるいは他の複数の蓄電モジュールとの間で区別できるような色などが選択されてもよい。

封止部３６は、安全弁本体３１の連通路構成部３４内におけるホットメルトインク３２よりもさらに外部側の位置においてホットメルトインク３２を封止し、ホットメルトインク３２が外部側に流れ出ないようにしている。封止部３６は、ガスの温度よりも融点が低く且つホットメルトインク３２よりも融点が高い材料で形成されている。本実施の形態では、ホットメルトインク３２の外部側の連通路を埋めるように充填されたホットメルト（樹脂材料）である。

ホットメルトインク３２は、常温で固体で、溶融温度が約８０℃であるものが好ましい。また封止部３６を形成するホットメルトは常温で固体で溶融温度が約１００〜１５０℃程度のものが好ましい。このようにホットメルトインク３２と封止部３６を構成するホットメルトとの溶融温度を設定することにより、弁体３３が開放状態となった時に、ホットメルトインク３２が十分に溶融した後に、連通路構成部３４からケース１の外部へ吹き出させることができる。

上記のような溶融温度の条件を満たすホットメルトは、例えばＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合物）、ＰＯ（ポリアセタール）、アクリレート、ポリアミド、ＳＲ（合成ゴム）等が挙げられる。安全弁本体３１や安全弁３３を構成することのできる樹脂は先に例示したとおりであり、安全弁３３、ホットメルトインク３２及び封止部３６それぞれの各材料は、蓄電モジュールの規模や電解液の種類や設置目的や事故や故障に対し要求される安全度等の条件に応じて、任意に選択される。

封止部３６を構成するホットメルトは、ホットメルトインク３２の色とは異なる色に着色されている。両者を異なる色で着色すると、安全弁３の周囲に飛び散って付着したホットメルトインク３２及び封止部３６を構成するホットメルトの状況を見ることにより、ケース１の内圧の上昇の経過をより精確に推測することが可能になる。他の実施の形態において、封止部３６にホットメルトを用いない場合には、融点及び色が異なる２種類のホットメルトインクを用いることにより、その噴出の様子から、蓄電モジュールの温度や圧力の上昇の状況をより正しく把握することができる。

封止部３６の上面（ケース１の外部に露出する面）に、封止部３６を構成するホットメルトとは異なる色の塗料を塗布しておくと、弁体３３が開裂しているか否かを一目で視認できる。

安全弁３は、安全弁本体３１の外周部に形成されたネジ部３７を利用して、ケース１のネジ穴１３にネジ止めされる。このような構造を採用すると、ケース１と別に安全弁３を製造することが可能になり、また安全弁３の装置が容易になる。

また安全弁本体３１には、ホットメルトインク３２が充填される側の端部に、レンチ（図示していない）が係合可能な六角穴であるレンチ係合部３８が形成されている。レンチ係合部３８を設けることにより、レンチを用いて安全弁本体３１をケース１にしっかりとねじ込み係合することができる。なおネジ部３７には環状のパッキン３９が嵌合されており、ネジ部３７からのガス漏れを防止している。

次に本実施の形態の作用について説明する。

本実施の形態によれば、蓄電モジュールを構成するリチウムイオン蓄電セル２に内部短絡が生じると、電解液が沸騰して高熱のガスが発生し、ケース１内の内圧が上昇して弁体３３が開裂する。弁体３３を通り抜けるガスの熱でホットメルトインク３２が溶融して連通路構成部３４内からケース１の外部に吹き出される。ホットメルトインク３２は、視覚により確認できるものであるため、安全弁３の周囲にホットメルトインク３２が付着していることを視認することにより、安全弁３が開いたことを視覚により容易に確認できる。その結果、安全弁３が開いた蓄電モジュールを早期に発見できる。

また本実施の形態においては、各部材の材料を適切に選択することにより、安全弁３が作動した温度を推定し、事故や故障の原因の分析や把握に資することができる。例えばホットメルトインク３２や封止部３６の溶融が少なく固体が残っているような場合、短時間で急激にケース１内の圧力が上昇して弁体３３が開裂し、吹き出たガスが固体のホットメルトインク３２及び封止部３６を押し出したものと推定される。例えば逆にホットメルトインク３２が霧状やシャワー状に広範囲に飛び散っていたら、ホットメルトインク３２が比較的長い時間をかけて熱せられ、十分に溶融してから、弁体３３が開裂したものと推定される。さらに、例えばホットメルトインク３２及び封止部３５が飛散することなく溶解して外部に垂れ流されているような場合、かなり長時間にわたりホットメルトインク３２及び封止部３５が加熱されて溶解が進んでから弁体３３が開裂したものと推定される。さらにまた、ケース１内の圧力があまり上がらずに温度が１８０℃以上に上昇すると、安全弁本体３１を構成するポリエーテルエーテルケトンが耐熱温度を超えて変形することもある。ホットメルトインク３２が２種類以上のホットメルトインクからなるように構成すると、融点及び色を適当に調整することにより、より精密な事故や故障の原因の分析が可能となる。

本発明によれば、弁体が作動したことを視覚により容易に確認できる安全弁を備えた蓄電モジュールを実現できる。また、安全弁の弁体が作動した原因をより精確に追及することができる蓄電モジュールを実現することができる。

１ ケース
１２ 天板
１３ ネジ穴
２ リチウムイオンセル
２２ 組電池
３ 安全弁
３１ 安全弁本体
３２ ホットメルトインク
３３ 弁体
３４ 連通路構成部
３５ スリット
３６ 封止部
３７ ネジ部
３８ レンチ係合部
３９ パッキン
５ 接続板

Claims (8)

1. ケースの内部に１以上の蓄電素子が収納されており、前記ケースに設けられて前記ケース内の内圧が所定値以上に上昇すると開放状態になって前記ケース内のガスを放出する安全弁を備えている蓄電モジュールであって、
   前記安全弁は、
   前記ケース内の内圧が所定値以上に上昇すると開放状態になる弁体、及び前記弁体が前記開放状態になったときに前記ケースの内部と外部とを連通させる連通路構成部を備えた安全弁本体と、
   前記連通路構成部内における前記弁体よりも前記外部側の位置に充填され、前記連通路構成部を通る前記ガスの温度よりも融点が低い視認できる１種以上のホットメルトインクとを備えていることを特徴とする蓄電モジュール。
2. 前記安全弁は、更に、前記連通路構成部内における前記ホットメルトインクよりも前記外部側の位置に、前記ガスの温度よりも融点が低く且つ前記ホットメルトインクよりも融点が高いホットメルトが充填されて形成された封止部を備えている請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記ホットメルトは、前記ホットメルトインクの色とは異なる色に着色されている請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記１種以上のホットメルトインクは、融点及び色が異なる２種類のホットメルトインクからなる請求項１または２に記載の蓄電モジュール。
5. 前記安全弁本体は、前記ガスの温度よりも耐熱温度が高い絶縁樹脂によって形成されており、前弁体と前記安全弁本体とが一体に形成されている請求項１，２，３または４に記載の蓄電モジュール。
6. 前記安全弁は、前記安全弁本体の外周部に形成されたネジ部を利用して、前記ケースにネジ止めされている請求項５に記載の蓄電モジュール。
7. 前記安全弁本体には、前記ホットメルトインクが充填される側の端部に、レンチが係合可能なレンチ係合部が形成されている請求項５または６に記載の蓄電モジュール。
8. 前記ネジ部には環状のパッキンが嵌合されている請求項７に記載の蓄電モジュール。

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