JP4370027B2 - 組電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は組電池のガス排出装置に関し、詳しくは一定以上の内圧が発生したときにガスを放出する安全弁を備えた複数の単位電池を並列配置した組電池において、安全弁から放出されたガスを外部に放出するガス排出装置を備えた組電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車に搭載される駆動電源としては、密閉角形電池から成り一定以上の内圧が発生したときにガスを放出する安全弁を備えた複数の単位電池を並列配置した組電池が好適に用いられる。このような組電池においては、充放電時に発生した水素ガスによって単位電池の内圧が一定以上に上昇すると、安全弁が作動して水素ガスが放出されるので、着火防止などの安全対策のために水素ガスを外部の大気中に排出する必要があり、ガス排出装置が設けられている。
【０００３】
従来の組電池のガス排出装置としては、例えば特開平７−２４５０８９号公報に開示されたようなものが知られている。図１４、図１５を参照して説明すると、組電池４１は複数（図示例では２４個）の単位電池４３を図示例では２列（１列１２個）に並列配置し、各列の単位電池群４２ａ、４２ｂにおいて各単位電池４３のガスの放出口４４を交互に千鳥状に配置して２列の排ガスライン４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄに交互に接続し、各排ガスラインの一端をそれぞれ大気排出部４６に接続している。
【０００４】
単位電池４３のガスの放出口４４にはＴ字ジョイント４７が設けられ、その両端に突設されたホースジョイント４８間を排ガスチューブ４９にて順次接続することにより排ガスライン４５ａ〜４５ｄが構成されている。
【０００５】
なお、図１４で示したものでは、一方の単位電池群４２ａと他方の単位電池群４２ｂの排ガスライン４５ａと４５ｄ、４５ｂと４５ｃの他端同士を接続ライン５０ａ、５０ｂで接続し、排ガスライン４５ａ〜４５ｄの何れに目詰まりが生じても接続されている他の排ガスラインから放出できるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１４、図１５に示したような従来のガス排出装置の構成では、ガス放出口４４におけるＴ字ジョイント４７両端のホースジョイント４８に対して排ガスチューブ４９を順次接続して排ガスライン４５ａ〜４５ｄを構成しているので、単位電池４３が密閉角形電池からなり、その内圧上昇によって膨張してガス放出口４４、４４間の間隔が広がった場合に、ホースジョイント４８から排ガスチューブ４９が引き抜かれ、シールが不完全になったり、場合によって排ガスライン４５ａ〜４５ｄが破断してしまい、水素ガスが洩れる恐れがあるという問題がある。
【０００７】
また、多数のホースジョイント４８に対してそれぞれ排ガスチューブ４９の端部をシールを確保した状態で接続する必要があり、組付時に多大な作業工数が必要になり、コスト高になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、単位電池が内圧の上昇によって膨張した場合でもシール性を確保でき、また組付時の作業工数を少なくできてコスト低下を図ることができるガス排出装置を備えた組電池を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明の組電池は、一定以上の内圧が発生したときにガスを放出する安全弁を備えた複数の単位電池を並列配置した組電池であって、単位電池の配置方向に沿って配設されるとともに外部の排気部に接続された１又は複数の排ガスチューブに各単位電池の安全弁の放出口を接続し、かつ単位電池の膨張による安全弁の放出口の間隔変化を、排ガスチューブの伸長又は伸展によって吸収するようにしたガス排出装置を備えたものであり、単位電池がその内圧上昇によって膨張し、安全弁の放出口の間隔が広がった場合には、排ガスチューブの伸長又は伸展によって吸収することができ、排ガスチューブと放出口の接続部に無理な力が作用してその間のシールが不完全になる恐れを無くすことができ、水素ガスの洩れを確実に防止できる。
【００１０】
排ガスチューブの伸長又は伸展は、好適には排ガスチューブの放出口接続部間の部分に伸縮可能な蛇腹部を設け、または排ガスチューブの各放出口接続部間の長さを、単位電池を正常に配置した時の放出口の間隔よりも長く設定することにより実現できる。
【００１１】
また、第２発明の組電池は、排ガスチューブの一端を外部排出用チューブに接続し、かつこの外部排出用チューブを単位電池の配列方向に変位可能に支持具を介して固定部材に取付けたガス排出装置を備えたものであり、外部排出用チューブに近い単位電池が膨張して排ガスチューブの一端が移動した場合でもそれに伴って支持具を介して外部排出用チューブが追従して変位するので、排ガスチューブの一端と外部排出用チューブの接続部に無理な力が作用してその間のシールが不完全になる恐れを無くすことができ、水素ガスの洩れを確実に防止できる。
【００１２】
支持具を、ばね性を有する帯状板の一端に固定部材に対する嵌着部を、他端に外部排出用チューブ保持部を形成したクリップにて構成すると、簡単で安価な構成にて上記作用を得ることができる。
【００１３】
また、第３発明の組電池は、排ガスチューブに、各単位電池の安全弁の放出口がシール状態で嵌合する接続穴をチューブの長手方向の軸芯に対して垂直に形成した放出口接続部を設けたガス排出装置を備えたものであり、排ガスチューブに設けた放出口接続部を安全弁の放出口に向けて押圧することによって放出口に接続穴が嵌合し、シール状態を確保して接続でき、組付時の作業工数を少なくできてコスト低下を図ることができる。
【００１４】
また、排ガスチューブの放出口接続部の剛性を、その他の部分より高くすると、接続時に放出口接続部が不用意に変形して接続作業が困難になることなく、接続作業性が向上する。放出口接続部の剛性はゴム硬度を高くしたり、肉厚や長さを適当に設定することによって高くすることができる。
【００１５】
また、安全弁の放出口と放出口接続部の接続穴の嵌合長さを、放出口の外径と略同等ないしそれ以上にすると、排ガスチューブに外力が作用して放出口接続部が傾いた場合でも十分な長さの嵌合部の中で適正な嵌合箇所が得られ、シール状態を確保することができる。
【００１６】
また、安全弁の放出口の先端部の外周に接続穴の上端に係合する傘型突出部を設けると、排ガスチューブに上向きの外力が作用した場合でも不測に抜け出すのを防止できる。
【００１７】
また、放出口接続部の接続穴の軸芯方向中間部の内周にシール突起を設けると、より高いシール性を確保することができる。
【００１８】
また、安全弁の放出口の軸芯方向中間部の外周に傘型突出部を設け、放出口接続部の接続穴のチューブ内側端部内周に、安全弁の放出口の先端部外周に圧接する環状リップを設けると、排ガスチューブの不測に抜け出しを防止できるとともに、安全弁が作動してガスが放出されたときにそのガス圧によって環状リップがシール性能をより強く発揮し、高圧でガスが放出されたときにも高いシール性を確保できる。
【００１９】
また、排ガスチューブの放出口接続部におけるチューブ内側端の上部の少なくともチューブ軸芯方向の両側に、安全弁の放出口の先端より上方に長く突出する硬度の高い肩部を突出すると、接続時に排ガスチューブの放出口接続部の上方部分を押圧することにより、肩部にて放出口の上端と干渉することなく放出口接続部を放出口と完全に嵌合するまで押圧することができ、一層作業性良く接続することができる。
【００２０】
また、排ガスチューブの放出口接続部における放出口に嵌合する部分の長さを、放出口の傘型突出部より下部の長さより短くすると、放出口接続部の下端が安全弁の基部に当たって放出口に完全に嵌合しないというような事態が発生せず、接続穴が傘型突出部を乗り越えた状態で完全な接続状態が得られるとともに乗り越えた時の感触によって適切に接続が完了したことを確認することができる。
【００２１】
また、第４発明の組電池は、単位電池の上面と排ガスチューブの下端との間の間隔を、単位電池間に設けた冷却媒体通路から流出する冷却流体の排ガスチューブによる流通抵抗の増加が１０％より小さくなる範囲の寸法に設定したガス排出装置を備えたものであり、排ガスチューブを配設してもその箇所で単位電池の冷却性能が大きく低下するのを防止でき、単位電池の冷却性能に悪影響を与えないようにできる。
【００２２】
また、第５発明の組電池は、排ガスチューブの単位電池間に設けた冷却媒体通路に対向する部分の水平方向の径寸法を、その他の部分よりも小さくしたガス排出装置を備えたものであり、排ガスチューブの配設箇所での単位電池の冷却性能の低下を最小限に抑制できる。
【００２３】
また、第６発明の組電池は、単位電池の配列方向における単位電池の温度勾配に応じて、温度の低い方から高い方に向けて排ガスチューブの水平方向の径寸法が漸次小さくなるように、排ガスチューブの水平方向の径寸法を変化させたガス排出装置を備えたものであり、組電池における各単位電池の冷却性能を全体に均一化することができる。
【００２４】
また、第７発明の組電池は、排ガスチューブを透過した水素ガスによって組電池を覆っている閉空間内の水素ガス濃度が０．２５年以内で２％に以上になる可能性が無いように、排ガスチューブの径、肉厚、材質を選択したガス排出装置を備えたものであり、外部排出部が低い位置に設けられているために、排ガスチューブ内に水素ガスが溜まったままで、組電池の空気が強制流動されずに長期間放置された場合でも、組電池内の水素濃度が爆発限界の４％以上になるのを確実に防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電気自動車の駆動電源として用いられる組電池に適用した一実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。
【００２６】
本実施形態の組電池１は、図１に示すように、ニッケル・水素二次電池の密閉角形電池から成る複数（図示例では３８個）の単位電池２を並列配置し、その配置方向両端にエンドプレート３を配置し、両エンドプレート３を拘束バンド（図示せず）で連結して単位電池２群を拘束し、かつ各単位電池２をバスバーモジュール（図示せず）にて直列接続して構成されている。
【００２７】
各単位電池２は、図２に示すように、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する直方体状の複数（本実施形態では６つ）の電槽４をその短側面を共用して相互に一体化して一体電槽５に構成するとともに各電槽４内に発電要素（図示せず）を収容して単電池を構成し、かつ一体電槽５内部で各単電池を直列接続して構成されている。また、一体電槽５内の各電槽４、４間は相互に連通され、各電槽４の内圧が同一となるように構成されている。
【００２８】
一体電槽５の長側面には、各電槽４の両側端に対応する位置に突設された上下方向に延びるリブ状突部やリブ状突部間に適当ピッチ間隔でマトリックス状に突設された多数の円形突部などの通路形成突部６が設けられ、隣接する単位電池２の通路形成突部６の先端同士を当接させることで単位電池２、２間に冷却媒体通路７が形成されている。また、一体電槽２の長側面には、単位電池２のその長側面を重ねて並列配置したときに互いに嵌合して単位電池２の長手方向の相対位置を位置決めする突部８と凹部９が設けられている。
【００２９】
各単位電池２の一体電槽５の上壁には、その長手方向の中心線から一端側に適当距離離れた位置に安全弁１０が配設され、充放電によって発生した水素ガスによって一体電槽５内の内圧が一定以上になると、水素ガスを放出するように構成されている。この安全弁１０は、底面に弁口１１ａを形成した弁ケース１１内にゴム状弾性体から成る弁体１２を収容し、この弁体１２を圧縮した状態でその上部を弁蓋１３にて閉鎖するとともに、弁蓋１３に形成した貫通穴１３ａに連通させて弁蓋１３上に筒状の放出口１４を突設して構成され、放出口１４の上端外周には傘型突出部１５が設けられている。
【００３０】
組電池１の上部には、図１に示すように、各単位電池２の安全弁１０から放出された水素ガスを一括して排出するためのガス排出装置１６が配設されている。組電池１において、各単位電池２は直列接続するため両端に位置する正極と負極の接続端子が交互に隣り合って位置するように順次反対向きにして並列されており、そのため安全弁１０は単位電池２の配列方向に千鳥状に位置し、その放出口１４は単位電池２の配列方向に沿って１つおきに２列状に配列されている。そのため、ガス排出装置１６は、単位電池２の配列方向にほぼ全長にわたって配設された一対の排ガスチューブ１７と、これら排ガスチューブ１７のエンドプレート３の外側に突出された一端が接続された外部排出用チューブ１８と、外部排出用チューブ１８の一端に接続されたドレンホース１９にて構成されている。外部排出用チューブ１８はその中間部が支持クリップ２０にて支持されている。また、ドレンホース１９の先端の排出部１９ａは組電池１の下部位置で開放されている。
【００３１】
排ガスチューブ１７には、図２〜図５に示すように、安全弁１０の放出口１４に対応する位置の下部に平面視略方形状の放出口接続部２１が下方に突設されている。また、放出口接続部２１、２１間には伸縮可能な蛇腹部２２が形成され、単位電池２の膨張による安全弁１０の放出口１４、１４の間隔変化を吸収するように構成されている。なお、図４において、３８はエンドプレート３に形成された排ガスチューブ１７の一端部の貫通穴から組電池１内の冷却媒体が外部に流出するのを防止するために、排ガスチューブ１７の周囲の間隙を覆うように形成されたシール鍔であり、エンドプレート３の形状が異なる場合に共用できるように適当間隔あけて２箇所に設けられている。
【００３２】
放出口接続部２１には、排ガスチューブ１７の軸芯方向に対して垂直に接続穴２３が形成され、この接続穴２３が放出口１４にシール状態で嵌合するように構成されている。この接続穴２３の中間部内周には、高いシール性を確保するためにシール突起２４が突設されている。また、図５（ｂ）に示すように、接続穴２３と放出口１４の嵌合部の長さＬは、放出口１４の直径Ｄと同等ないしそれ以上に設定され、排ガスチューブ１７が外力で傾いてもシール状態が確保されるように構成されている。また、接続穴２３と放出口１４の嵌合状態で、接続穴２３の上端面に傘型突出部１５の下端段面が係合され、放出口接続部２１の抜け出しが防止されている。
【００３３】
放出口接続部２１は、接続穴２３の周囲の肉厚が排ガスチューブ１７の他の部分の肉厚よりも大きく設定されて剛性が高くされている。なお、ゴム自体の硬度を変えて剛性を高くしてもよい。また、放出口接続部２１の両側部には、排ガスチューブ１７の外周より突出する押圧段部２１ａが設けられ、図５（ｂ）に仮想線で示すように、この押圧段部２１ａを排ガスチューブ１７の上部を跨ぐ押圧具Ｆにて上方から押圧することにより、放出口１４に接続穴２３を嵌合させ、接続口１４と排ガスチューブ１７を接続できるように構成されている。また、放出口接続部２１の放出口１４に嵌合する部分の長さ、即ち図示例では接続穴２３の長さＬは、放出口１４の傘型突出部１５より下部の長さＮより短く設定され、安全弁１０の放出口１４の基端と放出口接続部２１の下端の間に隙間Ｓが形成されるようにして、放出口接続部２１を上方から押圧するだけで、放出口１４に接続穴２３を完全にかつ確実に嵌合させ得るとともに嵌合完了を感触で確認できるようにしている。
【００３４】
また、以上のように各安全弁１０の放出口１４に排ガスチューブ１７を接続した状態で、図２に示すように、排ガスチューブ１７の単位電池２、２間の冷却媒体通路７上に対向する部分は、放出口接続部２１と蛇腹部２２の間の水平方向の径寸法が最も小さい部分となるように構成され、冷却媒体通路７を通って矢印のように流れる冷却媒体の流通にできるだけ悪影響を与えないようにしている。また、単位電池２の一体電槽５の上端面と排ガスチューブ１７の下端との間の間隔Ｈを、冷却媒体通路７から流出する冷却流体の排ガスチューブ１７による流通抵抗の増加が１０％より小さくなる範囲の寸法に設定している。さらに、このように排ガスチューブ１７の下端を単位電池２の上面から離間させるために、図５（ｂ）に示すように、排ガスチューブ１７を下端部が平坦なトンネル形状に形成し、かつ冷却媒体の流通抵抗をできるだけ小さくするようにその両側角部は丸みを持たせている。
【００３５】
また、放出口接続部２１の両側に押圧段部２１ａを突出形成する代わりに、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、排ガスチューブ１７内において放出口接続部２１の上面上に接続穴２３の周囲を取り囲むように、放出口１４の上端よりも突出するように硬度の高い肩部２５を突設してもよい。こうすることにより、排ガスチューブ１７の上部を押圧することにより、放出口接続部２１の接続穴２３を放出口１４に簡単かつ確実に嵌合させることができる。なお、肩部２５は、接続穴２３のチューブ軸芯方向の両側部に、両端が排ガスチューブ１７の両側壁に接続するように突設してもよい。
【００３６】
また、図２〜図５においては、安全弁１０の放出口１４と放出口接続部２１の接続構造として、放出口１４の上端外周に傘型突出部１５を突設した例を示したが、図６に示すように、安全弁１０の放出口１４の軸芯方向中間部の外周に傘型突出部１５を設け、放出口接続部２１の接続穴２３は、その傘型突出部１５より上部を大径にしてその上部内周に、放出口１４の先端部外周に圧接する環状リップ２６を設けた構成にしてもよい。
【００３７】
上記外部排出用チューブ１８は、図７に示すように、一端と他端近傍に１対の排ガスチューブ１７を接続するための接続口２７がＬ字状に屈曲又はＴ字状に分岐して形成されている。２７ａはその外周に突設されたシール突起である。また接続口２７、２７間には、この外部排出用チューブ１８を支持する支持クリップ２０の嵌着部２８と排ガスチューブ１７、１７間の間隔のばらつきを調整する蛇腹部２９が設けられている。
【００３８】
支持クリップ２０は、図８に示すように、ばね性を有する帯状板３１の一端に、固定部材であるエンドプレート３とその上端に接合固定された組電池１のカバー部材３０に対してクリップ状に嵌着する嵌着部３２が形成され、湾曲部３４を介して他端に外部排出用チューブ１８を包み込むように保持する保持部３３が形成され、外部排出用チューブ１８を仮想線で示すようにエンドプレート３側に所定の変位量ｄだけ無理なく変位できるように支持している。
【００３９】
また、本実施形態では、ドレンホース１９の排出部１９ａを組電池１の下部に配置しているので、排ガスチューブ１７内に水素ガスが滞留した状態で組電池１の閉空間内の雰囲気を強制排気しないまま放置すると、排ガスチューブ１７内の水素ガスが徐々に排ガスチューブ１７を透過して組電池１の閉空間の水素ガス濃度が上昇し、閉空間内の水素ガス濃度が４％以上の爆発限界に達する恐れがある。
【００４０】
排気ガスチューブ１７を透過する水素ガス量について検討すると、排気ガスチューブ１７の表面積をＡ、厚さをＬ、水素透過係数をα（×１０-17 ｍ4 ／Ｎ・Ｓ）、圧力差をΔｐ、水素透過時間をｔとすると、ｔ時間の水素透過量Ｗは、
Ｗ＝α・Δｐ・ｔ・Ａ／Ｌ
で与えられる。水素透過係数αは、温度と材質に大きく依存するので、組電池１内の実際の水素ガス濃度は使用温度と排気ガスチューブ１７のゴム材質によって大きく変化する。そこで、常温での各種ゴムの水素透過係数αが２０〜４０、５０℃でのゴムの水素透過係数αが３０〜５６０であることを考慮して、α＝２０、５０、１００、５６０の場合について、実際の組電池１内の水素濃度と水素透過時間ｔとの関係を計算した。その結果を図９に示す。図９から、最悪の使用条件で水素透過係数αが５６０の場合には、水素ガス濃度がその爆発限界である４％を安全率２で除した２％になるのは０．２５年である。そこで、本実施形態の排ガスチューブ１７においては、この排ガスチューブ１７を透過した水素ガスによって組電池１を覆っている閉空間内の水素ガス濃度が０．２５年以内で２％以上になる可能性が無いように、排ガスチューブの径、肉厚、材質を選択している。
【００４１】
以上の構成のガス排出装置１６によれば、単位電池２の一体電槽５が内圧上昇によって膨張し、安全弁１０の放出口１４の間隔が広がった場合には、排ガスチューブ１７の蛇腹部２２が伸長することによって吸収することができ、排ガスチューブ１７と放出口１４の接続部に無理な力が作用してその間のシールが不完全になる恐れが無く、水素ガスの洩れを確実に防止できる。
【００４２】
また、両排ガスチューブ１７の一端を接続した外部排出用チューブ１８を支持クリップ２０にて単位電池２の配列方向に変位可能に取付けているので、エンドプレート３に隣接する単位電池２が膨張して排ガスチューブ１７の一端がエンドプレート３から抜け出す方向に移動した場合でも、図８に仮想線で示すように、外部排出用チューブ１８が追従して変位するので、排ガスチューブ１７の一端と外部排出用チューブ１８の接続部に無理な力が作用してその間のシールが不完全になる恐れも無く、水素ガスの洩れを確実に防止できる。また、その支持クリップ２０はばね性を有する帯状板３１にて構成しているので、簡単で安価な構成にて上記作用を得ることができる。
【００４３】
また、排ガスチューブ１７の放出口接続部２１に、安全弁１０の放出口１４がシール状態で嵌合する接続穴２３を排ガスチューブ１７の長手方向の軸芯に対して垂直に形成しているので、放出口接続部２１を放出口１４に向けて押圧するだけで放出口１４に接続穴２３が嵌合し、組付時の作業工数を少なくできてコスト低下を図ることができ、その際に放出口接続部２１の剛性をその他の部分より高くしているので、上記接続時に放出口接続部２１が不用意に変形して接続作業が困難になることがなく、接続作業性が向上する。
【００４４】
また、排ガスチューブ１７の放出口接続部２１におけるチューブ内側端の上部に、安全弁１０の放出口１４の先端より上方に長く突出する硬度の高い肩部２５を突出すると、接続時に排ガスチューブ１７の放出口接続部２１の上方部分を押圧することにより、肩部２５にて放出口１４の上端と干渉することなく放出口接続部２１を放出口１４と完全に嵌合するまで押圧することができ、簡単にかつ作業性良く接続することができる。
【００４５】
また、排ガスチューブ１７の放出口接続部２１の下端と放出口１４の基部との間に隙間Ｓが形成されるようにしているので、放出口接続部２１の下端が安全弁１０の基部に当たって放出口１４に完全に嵌合しないというような事態が発生せず、接続穴２３が傘型突出部１５を乗り越えた状態で完全な接続状態が得られるとともに乗り越えた時の感触によって適切に接続が完了したことを確認することができる。
【００４６】
また、その接続状態で放出口１４の上端の傘型突出部１５が放出口接続部２１の上端面に係合するので、排ガスチューブ１７に上向きの外力が作用した場合でも不測に抜け出すのを防止できる。
【００４７】
また、図６に示したように、安全弁１０の放出口１４の軸芯方向中間部の外周に傘型突出部１５を設け、接続穴２３のチューブ内側端部内周に、放出口１４の先端部外周に圧接する環状リップ２６を設けると、排ガスチューブ１７の不測に抜け出しを防止できるとともに、安全弁１０が作動してガスが放出されたときにその部分の圧力が急激に上昇した場合にも、そのガス圧によって環状リップ２６がシール性能をより強く発揮するため、高圧でガスが放出されたときにも高いシール性を確保できる。
【００４８】
また、単位電池２の上面と排ガスチューブ１７の下端との間の間隔Ｈを、単位電池２、２間に設けた冷却媒体通路７から流出する冷却流体の排ガスチューブ１７による流通抵抗の増加が１０％より小さくなる範囲の寸法に設定しているので、排ガスチューブ１７を配設してもその箇所で単位電池２の冷却性能が大きく低下するのを防止でき、単位電池２の冷却性能に実質的な影響を与えないようにできる。また、排ガスチューブ１７の冷却媒体通路７に対向する部分には、放出口接続部２１や蛇腹部２２を設けずに、水平方向の径寸法が最小の部分が対向するようにしているので、排ガスチューブ１７の配設箇所での単位電池の冷却性能の低下を最小限に抑制できる。
【００４９】
以上の実施形態においては、排ガスチューブ１７に放出口接続部２１と蛇腹部２２が設けられて軸芯方向に断面形状が大きく変化し、インジェクション成型によって作製する例を示したが、図１０に示すように、全長にわたって同一断面の排ガスチューブ３５を用いると、押し出し成型によって安価に作製することもできる。この排ガスチューブ３５は、下端に肉厚の大きい平面部を形成したトンネル形状に構成され、その平面部に安全弁１０の放出口１４を嵌合する接続穴３６が所定ピッチ間隔Ｑで形成されている。この排ガスチューブ３５の接続穴３６のピッチ間隔Ｑは、単位電池２を正常に配置した時の放出口１４のピッチ間隔Ｐよりも長く設定されており、配設時には、図１１に示すように、屈曲状態で配設され、単位電池２の膨張による安全弁１０の放出口１４の間隔変化を排ガスチューブ３５の伸展によって吸収するようにしている。
【００５０】
また、上記実施形態では、組電池１の単位電池２配列方向に沿って排ガスチューブの断面寸法が均等である例を示したが、図１２に示すように、単位電池２の配置方向に沿って径Ｄｎ（ｎ＝１〜ｎ）が漸次変化する排ガスチューブ３７を配設してもよい。即ち、組電池１の配置状態や冷却媒体の流通方向によって、組電池１内で並列配置された各単位電池２（電池番号Ｍ（Ｍ＝１〜ｎ）の温度がその配置位置によって漸次変化しており、その温度勾配に応じて温度の低い方から高い方に向けて排ガスチューブ３７の水平方向の径寸法が漸次小さくなるように変化させ、温度の高い方では排ガスチューブ３７による冷却媒体の流通抵抗を小さくして冷却性能を高め、温度の低い方では排ガスチューブ３７による冷却媒体の流通抵抗を相対的に大きくして冷却性能を低くすることによって全体の冷却性能を平均化するようにしている。
【００５１】
このように構成すると、図１３に示すように、水平方向の径寸法を変化させない排ガスチューブ１７の場合には単位電池２の配列方向に温度勾配が生じていたのに対して、水平方向の径寸法を変化させた排ガスチューブ３７を配設した場合には、組電池１における各単位電池２の冷却性能を全体に均一化することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の組電池によれば、以上の説明から明らかなように、単位電池の配置方向に沿って配設されるとともに外部の排気部に接続された１又は複数の排ガスチューブに各単位電池の安全弁の放出口を接続し、かつ単位電池の膨張による安全弁の放出口の間隔変化を、排ガスチューブの伸長又は伸展によって吸収するようにしたガス排出装置を備えたので、単位電池がその内圧上昇によって膨張し、安全弁の放出口の間隔が広がった場合でも排ガスチューブと放出口の接続部に無理な力が作用してその間のシールが不完全になる恐れを無くすことができ、水素ガスの洩れを確実に防止できる。
【００５３】
また、排ガスチューブの一端を外部排出用チューブに接続し、かつこの外部排出用チューブを単位電池の配列方向に変位可能に支持具を介して固定部材に取付けると、外部排出用チューブに近い単位電池が膨張して排ガスチューブの一端が移動した場合でも排ガスチューブの一端と外部排出用チューブの接続部に無理な力が作用してその間のシールが不完全になる恐れを無くすことができ、水素ガスの洩れを確実に防止できる。
【００５４】
また、排ガスチューブに、各単位電池の安全弁の放出口がシール状態で嵌合する接続穴をチューブの長手方向の軸芯に対して垂直に形成した放出口接続部を設けると、排ガスチューブに設けた放出口接続部を安全弁の放出口に向けて押圧することによってシール状態を確保して接続でき、組付時の作業工数を少なくできてコスト低下を図ることができる。
【００５５】
また、排ガスチューブの放出口接続部の剛性を、その他の部分より高くすると、接続時に放出口接続部が不用意に変形して接続作業が困難になることなく、接続作業性が向上する。放出口接続部の剛性はゴム硬度を高くしたり、肉厚や長さを適当に設定することによって高くすることができる。
【００５６】
また、安全弁の放出口と放出口接続部の接続穴の嵌合長さを、放出口の外径と略同等ないしそれ以上にすると、排ガスチューブに外力が作用して放出口接続部が傾いた場合でも十分な長さの嵌合部の中で適正な嵌合箇所が得られ、シール状態を確保することができる。
【００５７】
また、安全弁の放出口の先端部の外周に接続穴の上端に係合する傘型突出部を設けると、排ガスチューブに上向きの外力が作用した場合でも不測に抜け出すのを防止できる。
【００５８】
また、放出口接続部の接続穴の軸芯方向中間部の内周にシール突起を設けると、より高いシール性を確保することができる。
【００５９】
また、安全弁の放出口の軸芯方向中間部の外周に傘型突出部を設け、放出口接続部の接続穴のチューブ内側端部内周に、安全弁の放出口の先端部外周に圧接する環状リップを設けると、排ガスチューブの不測に抜け出しを防止できるとともに、安全弁が作動してガスが放出されたときにそのガス圧によって環状リップがシール性能をより強く発揮し、高圧でガスが放出されたときにも高いシール性を確保できる。
【００６０】
また、排ガスチューブの放出口接続部におけるチューブ内側端の上部の少なくともチューブ軸芯方向の両側に、安全弁の放出口の先端より上方に長く突出する硬度の高い肩部を突出すると、接続時に排ガスチューブの放出口接続部の上方部分を押圧することにより、肩部にて放出口接続部を放出口と完全に嵌合するまで押圧することができ、一層作業性良く接続することができる。
【００６１】
また、排ガスチューブの放出口接続部における放出口に嵌合する部分の長さを、放出口の傘型突出部より下部の長さより短くすると、接続穴が傘型突出部を乗り越えた状態で完全な接続状態が得られるとともに乗り越えた時の感触によって適切に接続が完了したことを確認することができる。
【００６２】
また、単位電池の上面と排ガスチューブの下端との間の間隔を、単位電池間に設けた冷却媒体通路から流出する冷却流体の排ガスチューブによる流通抵抗の増加が１０％より小さくなる範囲の寸法に設定すると、排ガスチューブを配設してもその箇所で単位電池の冷却性能が大きく低下するのを防止でき、単位電池の冷却性能に実質的な影響を与えないようにできる。
【００６３】
また、排ガスチューブの単位電池間に設けた冷却媒体通路に対向する部分の水平方向の径寸法を、その他の部分よりも小さくすると、排ガスチューブの配設箇所での単位電池の冷却性能の低下を最小限に抑制できる。
【００６４】
また、単位電池の配列方向における単位電池の温度勾配に応じて、温度の低い方から高い方に向けて排ガスチューブの水平方向の径寸法が漸次小さくなるように、排ガスチューブの水平方向の径寸法を変化させると、組電池における各単位電池の冷却性能を全体に均一化することができる。
【００６５】
また、排ガスチューブを透過した水素ガスによって組電池を覆っている閉空間内の水素ガス濃度が０．２５年以内で２％に以上になる可能性が無いように、排ガスチューブの径、肉厚、材質を選択すると、組電池の空気が強制流動されずに長期間放置された場合でも、組電池内の水素濃度が爆発限界の４％以上になるのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組電池の一実施形態における全体概略構成を示す斜視図である。
【図２】同実施形態における部分詳細縦断面図である。
【図３】図１のＡ部の縦断面図である。
【図４】同実施形態の排ガスチューブを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ矢視拡大断面図、（ｄ）は（ｂ）のＣ−Ｃ矢視拡大断面図である。
【図５】同実施形態における排ガスチューブと安全弁の放出口の接続部の詳細を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図６】同実施形態における排ガスチューブと安全弁の放出口の接続部の他の構成例の詳細を示す縦断面図である。
【図７】同実施形態における外部排出用チューブの平面図である。
【図８】同実施形態における外部排出用チューブの取付構成を示す図７のＥ−Ｅ矢視断面図である。
【図９】同実施形態における排ガスチューブの水素透過率とパック内水素濃度の時間経過に伴う変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の組電池の他の実施形態における排ガスチューブを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図である。
【図１１】図１０の排ガスチューブを用いた場合の取付状態の説明図である。
【図１２】本発明の組電池のさらに別の実施形態における全体概略構成を示す平面図である。
【図１３】同実施形態における組電池内の温度分布を示すグラフである。
【図１４】従来例の組電池のガス排出装置の全体概略構成を示す平面図である。
【図１５】同従来例における要部の斜視図である。
【符号の説明】
１ 組電池
２ 単位電池
７ 冷却媒体通路
１０ 安全弁
１４ 放出口
１５ 傘型突出部
１６ ガス排出装置
１７ 排ガスチューブ
１８ 外部排出用チューブ
２０ 支持クリップ
２１ 放出口接続部
２２ 蛇腹部
２３ 接続穴
２４ シール突起
２５ 肩部
２６ 環状リップ
３１ 帯状板
３２ 嵌着部
３３ 保持部
３５ 排ガスチューブ
３６ 接続穴
３７ 排ガスチューブ
【発明の属する技術分野】
本発明は組電池のガス排出装置に関し、詳しくは一定以上の内圧が発生したときにガスを放出する安全弁を備えた複数の単位電池を並列配置した組電池において、安全弁から放出されたガスを外部に放出するガス排出装置を備えた組電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車に搭載される駆動電源としては、密閉角形電池から成り一定以上の内圧が発生したときにガスを放出する安全弁を備えた複数の単位電池を並列配置した組電池が好適に用いられる。このような組電池においては、充放電時に発生した水素ガスによって単位電池の内圧が一定以上に上昇すると、安全弁が作動して水素ガスが放出されるので、着火防止などの安全対策のために水素ガスを外部の大気中に排出する必要があり、ガス排出装置が設けられている。
【０００３】
従来の組電池のガス排出装置としては、例えば特開平７−２４５０８９号公報に開示されたようなものが知られている。図１４、図１５を参照して説明すると、組電池４１は複数（図示例では２４個）の単位電池４３を図示例では２列（１列１２個）に並列配置し、各列の単位電池群４２ａ、４２ｂにおいて各単位電池４３のガスの放出口４４を交互に千鳥状に配置して２列の排ガスライン４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄに交互に接続し、各排ガスラインの一端をそれぞれ大気排出部４６に接続している。
【０００４】
単位電池４３のガスの放出口４４にはＴ字ジョイント４７が設けられ、その両端に突設されたホースジョイント４８間を排ガスチューブ４９にて順次接続することにより排ガスライン４５ａ〜４５ｄが構成されている。
【０００５】
なお、図１４で示したものでは、一方の単位電池群４２ａと他方の単位電池群４２ｂの排ガスライン４５ａと４５ｄ、４５ｂと４５ｃの他端同士を接続ライン５０ａ、５０ｂで接続し、排ガスライン４５ａ〜４５ｄの何れに目詰まりが生じても接続されている他の排ガスラインから放出できるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１４、図１５に示したような従来のガス排出装置の構成では、ガス放出口４４におけるＴ字ジョイント４７両端のホースジョイント４８に対して排ガスチューブ４９を順次接続して排ガスライン４５ａ〜４５ｄを構成しているので、単位電池４３が密閉角形電池からなり、その内圧上昇によって膨張してガス放出口４４、４４間の間隔が広がった場合に、ホースジョイント４８から排ガスチューブ４９が引き抜かれ、シールが不完全になったり、場合によって排ガスライン４５ａ〜４５ｄが破断してしまい、水素ガスが洩れる恐れがあるという問題がある。
【０００７】
また、多数のホースジョイント４８に対してそれぞれ排ガスチューブ４９の端部をシールを確保した状態で接続する必要があり、組付時に多大な作業工数が必要になり、コスト高になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、単位電池が内圧の上昇によって膨張した場合でもシール性を確保でき、また組付時の作業工数を少なくできてコスト低下を図ることができるガス排出装置を備えた組電池を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明の組電池は、一定以上の内圧が発生したときにガスを放出する安全弁を備えた複数の単位電池を並列配置した組電池であって、単位電池の配置方向に沿って配設されるとともに外部の排気部に接続された１又は複数の排ガスチューブに各単位電池の安全弁の放出口を接続し、かつ単位電池の膨張による安全弁の放出口の間隔変化を、排ガスチューブの伸長又は伸展によって吸収するようにしたガス排出装置を備えたものであり、単位電池がその内圧上昇によって膨張し、安全弁の放出口の間隔が広がった場合には、排ガスチューブの伸長又は伸展によって吸収することができ、排ガスチューブと放出口の接続部に無理な力が作用してその間のシールが不完全になる恐れを無くすことができ、水素ガスの洩れを確実に防止できる。
【００１０】
排ガスチューブの伸長又は伸展は、好適には排ガスチューブの放出口接続部間の部分に伸縮可能な蛇腹部を設け、または排ガスチューブの各放出口接続部間の長さを、単位電池を正常に配置した時の放出口の間隔よりも長く設定することにより実現できる。
【００１１】
また、第２発明の組電池は、排ガスチューブの一端を外部排出用チューブに接続し、かつこの外部排出用チューブを単位電池の配列方向に変位可能に支持具を介して固定部材に取付けたガス排出装置を備えたものであり、外部排出用チューブに近い単位電池が膨張して排ガスチューブの一端が移動した場合でもそれに伴って支持具を介して外部排出用チューブが追従して変位するので、排ガスチューブの一端と外部排出用チューブの接続部に無理な力が作用してその間のシールが不完全になる恐れを無くすことができ、水素ガスの洩れを確実に防止できる。
【００１２】
支持具を、ばね性を有する帯状板の一端に固定部材に対する嵌着部を、他端に外部排出用チューブ保持部を形成したクリップにて構成すると、簡単で安価な構成にて上記作用を得ることができる。
【００１３】
また、第３発明の組電池は、排ガスチューブに、各単位電池の安全弁の放出口がシール状態で嵌合する接続穴をチューブの長手方向の軸芯に対して垂直に形成した放出口接続部を設けたガス排出装置を備えたものであり、排ガスチューブに設けた放出口接続部を安全弁の放出口に向けて押圧することによって放出口に接続穴が嵌合し、シール状態を確保して接続でき、組付時の作業工数を少なくできてコスト低下を図ることができる。
【００１４】
また、排ガスチューブの放出口接続部の剛性を、その他の部分より高くすると、接続時に放出口接続部が不用意に変形して接続作業が困難になることなく、接続作業性が向上する。放出口接続部の剛性はゴム硬度を高くしたり、肉厚や長さを適当に設定することによって高くすることができる。
【００１５】
また、安全弁の放出口と放出口接続部の接続穴の嵌合長さを、放出口の外径と略同等ないしそれ以上にすると、排ガスチューブに外力が作用して放出口接続部が傾いた場合でも十分な長さの嵌合部の中で適正な嵌合箇所が得られ、シール状態を確保することができる。
【００１６】
また、安全弁の放出口の先端部の外周に接続穴の上端に係合する傘型突出部を設けると、排ガスチューブに上向きの外力が作用した場合でも不測に抜け出すのを防止できる。
【００１７】
また、放出口接続部の接続穴の軸芯方向中間部の内周にシール突起を設けると、より高いシール性を確保することができる。
【００１８】
また、安全弁の放出口の軸芯方向中間部の外周に傘型突出部を設け、放出口接続部の接続穴のチューブ内側端部内周に、安全弁の放出口の先端部外周に圧接する環状リップを設けると、排ガスチューブの不測に抜け出しを防止できるとともに、安全弁が作動してガスが放出されたときにそのガス圧によって環状リップがシール性能をより強く発揮し、高圧でガスが放出されたときにも高いシール性を確保できる。
【００１９】
また、排ガスチューブの放出口接続部におけるチューブ内側端の上部の少なくともチューブ軸芯方向の両側に、安全弁の放出口の先端より上方に長く突出する硬度の高い肩部を突出すると、接続時に排ガスチューブの放出口接続部の上方部分を押圧することにより、肩部にて放出口の上端と干渉することなく放出口接続部を放出口と完全に嵌合するまで押圧することができ、一層作業性良く接続することができる。
【００２０】
また、排ガスチューブの放出口接続部における放出口に嵌合する部分の長さを、放出口の傘型突出部より下部の長さより短くすると、放出口接続部の下端が安全弁の基部に当たって放出口に完全に嵌合しないというような事態が発生せず、接続穴が傘型突出部を乗り越えた状態で完全な接続状態が得られるとともに乗り越えた時の感触によって適切に接続が完了したことを確認することができる。
【００２１】
また、第４発明の組電池は、単位電池の上面と排ガスチューブの下端との間の間隔を、単位電池間に設けた冷却媒体通路から流出する冷却流体の排ガスチューブによる流通抵抗の増加が１０％より小さくなる範囲の寸法に設定したガス排出装置を備えたものであり、排ガスチューブを配設してもその箇所で単位電池の冷却性能が大きく低下するのを防止でき、単位電池の冷却性能に悪影響を与えないようにできる。
【００２２】
また、第５発明の組電池は、排ガスチューブの単位電池間に設けた冷却媒体通路に対向する部分の水平方向の径寸法を、その他の部分よりも小さくしたガス排出装置を備えたものであり、排ガスチューブの配設箇所での単位電池の冷却性能の低下を最小限に抑制できる。
【００２３】
また、第６発明の組電池は、単位電池の配列方向における単位電池の温度勾配に応じて、温度の低い方から高い方に向けて排ガスチューブの水平方向の径寸法が漸次小さくなるように、排ガスチューブの水平方向の径寸法を変化させたガス排出装置を備えたものであり、組電池における各単位電池の冷却性能を全体に均一化することができる。
【００２４】
また、第７発明の組電池は、排ガスチューブを透過した水素ガスによって組電池を覆っている閉空間内の水素ガス濃度が０．２５年以内で２％に以上になる可能性が無いように、排ガスチューブの径、肉厚、材質を選択したガス排出装置を備えたものであり、外部排出部が低い位置に設けられているために、排ガスチューブ内に水素ガスが溜まったままで、組電池の空気が強制流動されずに長期間放置された場合でも、組電池内の水素濃度が爆発限界の４％以上になるのを確実に防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電気自動車の駆動電源として用いられる組電池に適用した一実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。
【００２６】
本実施形態の組電池１は、図１に示すように、ニッケル・水素二次電池の密閉角形電池から成る複数（図示例では３８個）の単位電池２を並列配置し、その配置方向両端にエンドプレート３を配置し、両エンドプレート３を拘束バンド（図示せず）で連結して単位電池２群を拘束し、かつ各単位電池２をバスバーモジュール（図示せず）にて直列接続して構成されている。
【００２７】
各単位電池２は、図２に示すように、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する直方体状の複数（本実施形態では６つ）の電槽４をその短側面を共用して相互に一体化して一体電槽５に構成するとともに各電槽４内に発電要素（図示せず）を収容して単電池を構成し、かつ一体電槽５内部で各単電池を直列接続して構成されている。また、一体電槽５内の各電槽４、４間は相互に連通され、各電槽４の内圧が同一となるように構成されている。
【００２８】
一体電槽５の長側面には、各電槽４の両側端に対応する位置に突設された上下方向に延びるリブ状突部やリブ状突部間に適当ピッチ間隔でマトリックス状に突設された多数の円形突部などの通路形成突部６が設けられ、隣接する単位電池２の通路形成突部６の先端同士を当接させることで単位電池２、２間に冷却媒体通路７が形成されている。また、一体電槽２の長側面には、単位電池２のその長側面を重ねて並列配置したときに互いに嵌合して単位電池２の長手方向の相対位置を位置決めする突部８と凹部９が設けられている。
【００２９】
各単位電池２の一体電槽５の上壁には、その長手方向の中心線から一端側に適当距離離れた位置に安全弁１０が配設され、充放電によって発生した水素ガスによって一体電槽５内の内圧が一定以上になると、水素ガスを放出するように構成されている。この安全弁１０は、底面に弁口１１ａを形成した弁ケース１１内にゴム状弾性体から成る弁体１２を収容し、この弁体１２を圧縮した状態でその上部を弁蓋１３にて閉鎖するとともに、弁蓋１３に形成した貫通穴１３ａに連通させて弁蓋１３上に筒状の放出口１４を突設して構成され、放出口１４の上端外周には傘型突出部１５が設けられている。
【００３０】
組電池１の上部には、図１に示すように、各単位電池２の安全弁１０から放出された水素ガスを一括して排出するためのガス排出装置１６が配設されている。組電池１において、各単位電池２は直列接続するため両端に位置する正極と負極の接続端子が交互に隣り合って位置するように順次反対向きにして並列されており、そのため安全弁１０は単位電池２の配列方向に千鳥状に位置し、その放出口１４は単位電池２の配列方向に沿って１つおきに２列状に配列されている。そのため、ガス排出装置１６は、単位電池２の配列方向にほぼ全長にわたって配設された一対の排ガスチューブ１７と、これら排ガスチューブ１７のエンドプレート３の外側に突出された一端が接続された外部排出用チューブ１８と、外部排出用チューブ１８の一端に接続されたドレンホース１９にて構成されている。外部排出用チューブ１８はその中間部が支持クリップ２０にて支持されている。また、ドレンホース１９の先端の排出部１９ａは組電池１の下部位置で開放されている。
【００３１】
排ガスチューブ１７には、図２〜図５に示すように、安全弁１０の放出口１４に対応する位置の下部に平面視略方形状の放出口接続部２１が下方に突設されている。また、放出口接続部２１、２１間には伸縮可能な蛇腹部２２が形成され、単位電池２の膨張による安全弁１０の放出口１４、１４の間隔変化を吸収するように構成されている。なお、図４において、３８はエンドプレート３に形成された排ガスチューブ１７の一端部の貫通穴から組電池１内の冷却媒体が外部に流出するのを防止するために、排ガスチューブ１７の周囲の間隙を覆うように形成されたシール鍔であり、エンドプレート３の形状が異なる場合に共用できるように適当間隔あけて２箇所に設けられている。
【００３２】
放出口接続部２１には、排ガスチューブ１７の軸芯方向に対して垂直に接続穴２３が形成され、この接続穴２３が放出口１４にシール状態で嵌合するように構成されている。この接続穴２３の中間部内周には、高いシール性を確保するためにシール突起２４が突設されている。また、図５（ｂ）に示すように、接続穴２３と放出口１４の嵌合部の長さＬは、放出口１４の直径Ｄと同等ないしそれ以上に設定され、排ガスチューブ１７が外力で傾いてもシール状態が確保されるように構成されている。また、接続穴２３と放出口１４の嵌合状態で、接続穴２３の上端面に傘型突出部１５の下端段面が係合され、放出口接続部２１の抜け出しが防止されている。
【００３３】
放出口接続部２１は、接続穴２３の周囲の肉厚が排ガスチューブ１７の他の部分の肉厚よりも大きく設定されて剛性が高くされている。なお、ゴム自体の硬度を変えて剛性を高くしてもよい。また、放出口接続部２１の両側部には、排ガスチューブ１７の外周より突出する押圧段部２１ａが設けられ、図５（ｂ）に仮想線で示すように、この押圧段部２１ａを排ガスチューブ１７の上部を跨ぐ押圧具Ｆにて上方から押圧することにより、放出口１４に接続穴２３を嵌合させ、接続口１４と排ガスチューブ１７を接続できるように構成されている。また、放出口接続部２１の放出口１４に嵌合する部分の長さ、即ち図示例では接続穴２３の長さＬは、放出口１４の傘型突出部１５より下部の長さＮより短く設定され、安全弁１０の放出口１４の基端と放出口接続部２１の下端の間に隙間Ｓが形成されるようにして、放出口接続部２１を上方から押圧するだけで、放出口１４に接続穴２３を完全にかつ確実に嵌合させ得るとともに嵌合完了を感触で確認できるようにしている。
【００３４】
また、以上のように各安全弁１０の放出口１４に排ガスチューブ１７を接続した状態で、図２に示すように、排ガスチューブ１７の単位電池２、２間の冷却媒体通路７上に対向する部分は、放出口接続部２１と蛇腹部２２の間の水平方向の径寸法が最も小さい部分となるように構成され、冷却媒体通路７を通って矢印のように流れる冷却媒体の流通にできるだけ悪影響を与えないようにしている。また、単位電池２の一体電槽５の上端面と排ガスチューブ１７の下端との間の間隔Ｈを、冷却媒体通路７から流出する冷却流体の排ガスチューブ１７による流通抵抗の増加が１０％より小さくなる範囲の寸法に設定している。さらに、このように排ガスチューブ１７の下端を単位電池２の上面から離間させるために、図５（ｂ）に示すように、排ガスチューブ１７を下端部が平坦なトンネル形状に形成し、かつ冷却媒体の流通抵抗をできるだけ小さくするようにその両側角部は丸みを持たせている。
【００３５】
また、放出口接続部２１の両側に押圧段部２１ａを突出形成する代わりに、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、排ガスチューブ１７内において放出口接続部２１の上面上に接続穴２３の周囲を取り囲むように、放出口１４の上端よりも突出するように硬度の高い肩部２５を突設してもよい。こうすることにより、排ガスチューブ１７の上部を押圧することにより、放出口接続部２１の接続穴２３を放出口１４に簡単かつ確実に嵌合させることができる。なお、肩部２５は、接続穴２３のチューブ軸芯方向の両側部に、両端が排ガスチューブ１７の両側壁に接続するように突設してもよい。
【００３６】
また、図２〜図５においては、安全弁１０の放出口１４と放出口接続部２１の接続構造として、放出口１４の上端外周に傘型突出部１５を突設した例を示したが、図６に示すように、安全弁１０の放出口１４の軸芯方向中間部の外周に傘型突出部１５を設け、放出口接続部２１の接続穴２３は、その傘型突出部１５より上部を大径にしてその上部内周に、放出口１４の先端部外周に圧接する環状リップ２６を設けた構成にしてもよい。
【００３７】
上記外部排出用チューブ１８は、図７に示すように、一端と他端近傍に１対の排ガスチューブ１７を接続するための接続口２７がＬ字状に屈曲又はＴ字状に分岐して形成されている。２７ａはその外周に突設されたシール突起である。また接続口２７、２７間には、この外部排出用チューブ１８を支持する支持クリップ２０の嵌着部２８と排ガスチューブ１７、１７間の間隔のばらつきを調整する蛇腹部２９が設けられている。
【００３８】
支持クリップ２０は、図８に示すように、ばね性を有する帯状板３１の一端に、固定部材であるエンドプレート３とその上端に接合固定された組電池１のカバー部材３０に対してクリップ状に嵌着する嵌着部３２が形成され、湾曲部３４を介して他端に外部排出用チューブ１８を包み込むように保持する保持部３３が形成され、外部排出用チューブ１８を仮想線で示すようにエンドプレート３側に所定の変位量ｄだけ無理なく変位できるように支持している。
【００３９】
また、本実施形態では、ドレンホース１９の排出部１９ａを組電池１の下部に配置しているので、排ガスチューブ１７内に水素ガスが滞留した状態で組電池１の閉空間内の雰囲気を強制排気しないまま放置すると、排ガスチューブ１７内の水素ガスが徐々に排ガスチューブ１７を透過して組電池１の閉空間の水素ガス濃度が上昇し、閉空間内の水素ガス濃度が４％以上の爆発限界に達する恐れがある。
【００４０】
排気ガスチューブ１７を透過する水素ガス量について検討すると、排気ガスチューブ１７の表面積をＡ、厚さをＬ、水素透過係数をα（×１０-17 ｍ4 ／Ｎ・Ｓ）、圧力差をΔｐ、水素透過時間をｔとすると、ｔ時間の水素透過量Ｗは、
Ｗ＝α・Δｐ・ｔ・Ａ／Ｌ
で与えられる。水素透過係数αは、温度と材質に大きく依存するので、組電池１内の実際の水素ガス濃度は使用温度と排気ガスチューブ１７のゴム材質によって大きく変化する。そこで、常温での各種ゴムの水素透過係数αが２０〜４０、５０℃でのゴムの水素透過係数αが３０〜５６０であることを考慮して、α＝２０、５０、１００、５６０の場合について、実際の組電池１内の水素濃度と水素透過時間ｔとの関係を計算した。その結果を図９に示す。図９から、最悪の使用条件で水素透過係数αが５６０の場合には、水素ガス濃度がその爆発限界である４％を安全率２で除した２％になるのは０．２５年である。そこで、本実施形態の排ガスチューブ１７においては、この排ガスチューブ１７を透過した水素ガスによって組電池１を覆っている閉空間内の水素ガス濃度が０．２５年以内で２％以上になる可能性が無いように、排ガスチューブの径、肉厚、材質を選択している。
【００４１】
以上の構成のガス排出装置１６によれば、単位電池２の一体電槽５が内圧上昇によって膨張し、安全弁１０の放出口１４の間隔が広がった場合には、排ガスチューブ１７の蛇腹部２２が伸長することによって吸収することができ、排ガスチューブ１７と放出口１４の接続部に無理な力が作用してその間のシールが不完全になる恐れが無く、水素ガスの洩れを確実に防止できる。
【００４２】
また、両排ガスチューブ１７の一端を接続した外部排出用チューブ１８を支持クリップ２０にて単位電池２の配列方向に変位可能に取付けているので、エンドプレート３に隣接する単位電池２が膨張して排ガスチューブ１７の一端がエンドプレート３から抜け出す方向に移動した場合でも、図８に仮想線で示すように、外部排出用チューブ１８が追従して変位するので、排ガスチューブ１７の一端と外部排出用チューブ１８の接続部に無理な力が作用してその間のシールが不完全になる恐れも無く、水素ガスの洩れを確実に防止できる。また、その支持クリップ２０はばね性を有する帯状板３１にて構成しているので、簡単で安価な構成にて上記作用を得ることができる。
【００４３】
また、排ガスチューブ１７の放出口接続部２１に、安全弁１０の放出口１４がシール状態で嵌合する接続穴２３を排ガスチューブ１７の長手方向の軸芯に対して垂直に形成しているので、放出口接続部２１を放出口１４に向けて押圧するだけで放出口１４に接続穴２３が嵌合し、組付時の作業工数を少なくできてコスト低下を図ることができ、その際に放出口接続部２１の剛性をその他の部分より高くしているので、上記接続時に放出口接続部２１が不用意に変形して接続作業が困難になることがなく、接続作業性が向上する。
【００４４】
また、排ガスチューブ１７の放出口接続部２１におけるチューブ内側端の上部に、安全弁１０の放出口１４の先端より上方に長く突出する硬度の高い肩部２５を突出すると、接続時に排ガスチューブ１７の放出口接続部２１の上方部分を押圧することにより、肩部２５にて放出口１４の上端と干渉することなく放出口接続部２１を放出口１４と完全に嵌合するまで押圧することができ、簡単にかつ作業性良く接続することができる。
【００４５】
また、排ガスチューブ１７の放出口接続部２１の下端と放出口１４の基部との間に隙間Ｓが形成されるようにしているので、放出口接続部２１の下端が安全弁１０の基部に当たって放出口１４に完全に嵌合しないというような事態が発生せず、接続穴２３が傘型突出部１５を乗り越えた状態で完全な接続状態が得られるとともに乗り越えた時の感触によって適切に接続が完了したことを確認することができる。
【００４６】
また、その接続状態で放出口１４の上端の傘型突出部１５が放出口接続部２１の上端面に係合するので、排ガスチューブ１７に上向きの外力が作用した場合でも不測に抜け出すのを防止できる。
【００４７】
また、図６に示したように、安全弁１０の放出口１４の軸芯方向中間部の外周に傘型突出部１５を設け、接続穴２３のチューブ内側端部内周に、放出口１４の先端部外周に圧接する環状リップ２６を設けると、排ガスチューブ１７の不測に抜け出しを防止できるとともに、安全弁１０が作動してガスが放出されたときにその部分の圧力が急激に上昇した場合にも、そのガス圧によって環状リップ２６がシール性能をより強く発揮するため、高圧でガスが放出されたときにも高いシール性を確保できる。
【００４８】
また、単位電池２の上面と排ガスチューブ１７の下端との間の間隔Ｈを、単位電池２、２間に設けた冷却媒体通路７から流出する冷却流体の排ガスチューブ１７による流通抵抗の増加が１０％より小さくなる範囲の寸法に設定しているので、排ガスチューブ１７を配設してもその箇所で単位電池２の冷却性能が大きく低下するのを防止でき、単位電池２の冷却性能に実質的な影響を与えないようにできる。また、排ガスチューブ１７の冷却媒体通路７に対向する部分には、放出口接続部２１や蛇腹部２２を設けずに、水平方向の径寸法が最小の部分が対向するようにしているので、排ガスチューブ１７の配設箇所での単位電池の冷却性能の低下を最小限に抑制できる。
【００４９】
以上の実施形態においては、排ガスチューブ１７に放出口接続部２１と蛇腹部２２が設けられて軸芯方向に断面形状が大きく変化し、インジェクション成型によって作製する例を示したが、図１０に示すように、全長にわたって同一断面の排ガスチューブ３５を用いると、押し出し成型によって安価に作製することもできる。この排ガスチューブ３５は、下端に肉厚の大きい平面部を形成したトンネル形状に構成され、その平面部に安全弁１０の放出口１４を嵌合する接続穴３６が所定ピッチ間隔Ｑで形成されている。この排ガスチューブ３５の接続穴３６のピッチ間隔Ｑは、単位電池２を正常に配置した時の放出口１４のピッチ間隔Ｐよりも長く設定されており、配設時には、図１１に示すように、屈曲状態で配設され、単位電池２の膨張による安全弁１０の放出口１４の間隔変化を排ガスチューブ３５の伸展によって吸収するようにしている。
【００５０】
また、上記実施形態では、組電池１の単位電池２配列方向に沿って排ガスチューブの断面寸法が均等である例を示したが、図１２に示すように、単位電池２の配置方向に沿って径Ｄｎ（ｎ＝１〜ｎ）が漸次変化する排ガスチューブ３７を配設してもよい。即ち、組電池１の配置状態や冷却媒体の流通方向によって、組電池１内で並列配置された各単位電池２（電池番号Ｍ（Ｍ＝１〜ｎ）の温度がその配置位置によって漸次変化しており、その温度勾配に応じて温度の低い方から高い方に向けて排ガスチューブ３７の水平方向の径寸法が漸次小さくなるように変化させ、温度の高い方では排ガスチューブ３７による冷却媒体の流通抵抗を小さくして冷却性能を高め、温度の低い方では排ガスチューブ３７による冷却媒体の流通抵抗を相対的に大きくして冷却性能を低くすることによって全体の冷却性能を平均化するようにしている。
【００５１】
このように構成すると、図１３に示すように、水平方向の径寸法を変化させない排ガスチューブ１７の場合には単位電池２の配列方向に温度勾配が生じていたのに対して、水平方向の径寸法を変化させた排ガスチューブ３７を配設した場合には、組電池１における各単位電池２の冷却性能を全体に均一化することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の組電池によれば、以上の説明から明らかなように、単位電池の配置方向に沿って配設されるとともに外部の排気部に接続された１又は複数の排ガスチューブに各単位電池の安全弁の放出口を接続し、かつ単位電池の膨張による安全弁の放出口の間隔変化を、排ガスチューブの伸長又は伸展によって吸収するようにしたガス排出装置を備えたので、単位電池がその内圧上昇によって膨張し、安全弁の放出口の間隔が広がった場合でも排ガスチューブと放出口の接続部に無理な力が作用してその間のシールが不完全になる恐れを無くすことができ、水素ガスの洩れを確実に防止できる。
【００５３】
また、排ガスチューブの一端を外部排出用チューブに接続し、かつこの外部排出用チューブを単位電池の配列方向に変位可能に支持具を介して固定部材に取付けると、外部排出用チューブに近い単位電池が膨張して排ガスチューブの一端が移動した場合でも排ガスチューブの一端と外部排出用チューブの接続部に無理な力が作用してその間のシールが不完全になる恐れを無くすことができ、水素ガスの洩れを確実に防止できる。
【００５４】
また、排ガスチューブに、各単位電池の安全弁の放出口がシール状態で嵌合する接続穴をチューブの長手方向の軸芯に対して垂直に形成した放出口接続部を設けると、排ガスチューブに設けた放出口接続部を安全弁の放出口に向けて押圧することによってシール状態を確保して接続でき、組付時の作業工数を少なくできてコスト低下を図ることができる。
【００５５】
また、排ガスチューブの放出口接続部の剛性を、その他の部分より高くすると、接続時に放出口接続部が不用意に変形して接続作業が困難になることなく、接続作業性が向上する。放出口接続部の剛性はゴム硬度を高くしたり、肉厚や長さを適当に設定することによって高くすることができる。
【００５６】
また、安全弁の放出口と放出口接続部の接続穴の嵌合長さを、放出口の外径と略同等ないしそれ以上にすると、排ガスチューブに外力が作用して放出口接続部が傾いた場合でも十分な長さの嵌合部の中で適正な嵌合箇所が得られ、シール状態を確保することができる。
【００５７】
また、安全弁の放出口の先端部の外周に接続穴の上端に係合する傘型突出部を設けると、排ガスチューブに上向きの外力が作用した場合でも不測に抜け出すのを防止できる。
【００５８】
また、放出口接続部の接続穴の軸芯方向中間部の内周にシール突起を設けると、より高いシール性を確保することができる。
【００５９】
また、安全弁の放出口の軸芯方向中間部の外周に傘型突出部を設け、放出口接続部の接続穴のチューブ内側端部内周に、安全弁の放出口の先端部外周に圧接する環状リップを設けると、排ガスチューブの不測に抜け出しを防止できるとともに、安全弁が作動してガスが放出されたときにそのガス圧によって環状リップがシール性能をより強く発揮し、高圧でガスが放出されたときにも高いシール性を確保できる。
【００６０】
また、排ガスチューブの放出口接続部におけるチューブ内側端の上部の少なくともチューブ軸芯方向の両側に、安全弁の放出口の先端より上方に長く突出する硬度の高い肩部を突出すると、接続時に排ガスチューブの放出口接続部の上方部分を押圧することにより、肩部にて放出口接続部を放出口と完全に嵌合するまで押圧することができ、一層作業性良く接続することができる。
【００６１】
また、排ガスチューブの放出口接続部における放出口に嵌合する部分の長さを、放出口の傘型突出部より下部の長さより短くすると、接続穴が傘型突出部を乗り越えた状態で完全な接続状態が得られるとともに乗り越えた時の感触によって適切に接続が完了したことを確認することができる。
【００６２】
また、単位電池の上面と排ガスチューブの下端との間の間隔を、単位電池間に設けた冷却媒体通路から流出する冷却流体の排ガスチューブによる流通抵抗の増加が１０％より小さくなる範囲の寸法に設定すると、排ガスチューブを配設してもその箇所で単位電池の冷却性能が大きく低下するのを防止でき、単位電池の冷却性能に実質的な影響を与えないようにできる。
【００６３】
また、排ガスチューブの単位電池間に設けた冷却媒体通路に対向する部分の水平方向の径寸法を、その他の部分よりも小さくすると、排ガスチューブの配設箇所での単位電池の冷却性能の低下を最小限に抑制できる。
【００６４】
また、単位電池の配列方向における単位電池の温度勾配に応じて、温度の低い方から高い方に向けて排ガスチューブの水平方向の径寸法が漸次小さくなるように、排ガスチューブの水平方向の径寸法を変化させると、組電池における各単位電池の冷却性能を全体に均一化することができる。
【００６５】
また、排ガスチューブを透過した水素ガスによって組電池を覆っている閉空間内の水素ガス濃度が０．２５年以内で２％に以上になる可能性が無いように、排ガスチューブの径、肉厚、材質を選択すると、組電池の空気が強制流動されずに長期間放置された場合でも、組電池内の水素濃度が爆発限界の４％以上になるのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組電池の一実施形態における全体概略構成を示す斜視図である。
【図２】同実施形態における部分詳細縦断面図である。
【図３】図１のＡ部の縦断面図である。
【図４】同実施形態の排ガスチューブを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ矢視拡大断面図、（ｄ）は（ｂ）のＣ−Ｃ矢視拡大断面図である。
【図５】同実施形態における排ガスチューブと安全弁の放出口の接続部の詳細を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図６】同実施形態における排ガスチューブと安全弁の放出口の接続部の他の構成例の詳細を示す縦断面図である。
【図７】同実施形態における外部排出用チューブの平面図である。
【図８】同実施形態における外部排出用チューブの取付構成を示す図７のＥ−Ｅ矢視断面図である。
【図９】同実施形態における排ガスチューブの水素透過率とパック内水素濃度の時間経過に伴う変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の組電池の他の実施形態における排ガスチューブを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図である。
【図１１】図１０の排ガスチューブを用いた場合の取付状態の説明図である。
【図１２】本発明の組電池のさらに別の実施形態における全体概略構成を示す平面図である。
【図１３】同実施形態における組電池内の温度分布を示すグラフである。
【図１４】従来例の組電池のガス排出装置の全体概略構成を示す平面図である。
【図１５】同従来例における要部の斜視図である。
【符号の説明】
１ 組電池
２ 単位電池
７ 冷却媒体通路
１０ 安全弁
１４ 放出口
１５ 傘型突出部
１６ ガス排出装置
１７ 排ガスチューブ
１８ 外部排出用チューブ
２０ 支持クリップ
２１ 放出口接続部
２２ 蛇腹部
２３ 接続穴
２４ シール突起
２５ 肩部
２６ 環状リップ
３１ 帯状板
３２ 嵌着部
３３ 保持部
３５ 排ガスチューブ
３６ 接続穴
３７ 排ガスチューブ
Claims (16)
- 一定以上の内圧が発生したときにガスを排出する安全弁を備えた複数の単位電池を並列配置した組電池であって、単位電池の配置方向に沿って配設した１又は複数の排ガスチューブに各単位電池の安全弁の放出口を接続し、排ガスチューブの一端を外部排出用チューブに接続し、かつこの外部排出用チューブを単位電池の配列方向に変位可能に支持具を介して固定部材に取付けたガス排出装置を備えたことを特徴とする組電池。
- 支持具は、ばね性を有する帯状板の一端に固定部材に対する嵌着部を、他端に外部排出用チューブ保持部を形成されたクリップから成ることを特徴とする請求項１記載の組電池。
- 一定以上の内圧が発生したときにガスを排出する安全弁を備えた複数の単位電池を並列配置した組電池であって、単位電池の配置方向に沿ってその略全長にわたって連続するとともに外部の排気部に接続された１又は複数の排ガスチューブを配設し、排ガスチューブに、各単位電池の安全弁の放出口がシール状態で嵌合する接続穴をチューブの長手方向の軸芯に対して垂直に形成した放出口接続部を設けたガス排出装置を備え、
安全弁の放出口の軸芯方向中間部の外周には傘型突出部を設け、放出口接続部の接続穴のチューブ内側端部内周に、安全弁の放出口の先端部外周に圧接する環状リップを設けたことを特徴とする組電池。 - 一定以上の内圧が発生したときにガスを排出する安全弁を備えた複数の単位電池を並列配置した組電池であって、単位電池の配置方向に沿ってその略全長にわたって連続するとともに外部の排気部に接続された１又は複数の排ガスチューブを配設し、排ガスチューブに、各単位電池の安全弁の放出口がシール状態で嵌合する接続穴をチューブの長手方向の軸芯に対して垂直に形成した放出口接続部を設けたガス排出装置を備え、
排ガスチューブの放出口接続部におけるチューブ内側端の上部の少なくともチューブ軸芯方向の両側に、安全弁の放出口の先端より上方に長く突出する硬度の高い肩部を突出したことを特徴とする組電池。 - 単位電池の膨張による安全弁の放出口の間隔変化を、排ガスチューブの伸長又は伸展によって吸収するようにしたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の組電池。
- 排ガスチューブの放出口接続部間の部分に伸縮可能な蛇腹部を設けたことを特徴とする請求項５記載の組電池。
- 排ガスチューブの各放出口接続部間の長さを、単位電池を正常に配置した時の放出口の間隔よりも長く設定したことを特徴とする請求項５記載の組電池。
- 排ガスチューブの放出口接続部の剛性を、その他の部分より高くしたことを特徴とする請求項３または４記載の組電池。
- 安全弁の放出口と放出口接続部の接続穴の嵌合長さを、放出口の外径と略同等ないしそれ以上にしたことを特徴とする請求項３、４、または８の何れかに記載の組電池。
- 安全弁の放出口の先端部の外周に接続穴の上端に係合する傘型突出部を設けたことを特徴とする請求項４に記載の組電池。
- 放出口接続部の接続穴の軸芯方向中間部の内周にシール突起を設けたことを特徴とする請求項４に記載の組電池。
- 排ガスチューブの放出口接続部における放出口に嵌合する部分の長さを、放出口の傘型突出部より下部の長さより短くしたことを特徴とする請求項３または１０に記載の組電池。
- 単位電池の上面と排ガスチューブの下端との間の間隔を、冷却媒体が排ガスチューブへ向けて流れるように単位電池間に設けた冷却媒体通路から流出する冷却流体の排ガスチューブによる流通抵抗の増加が１０％より小さくなる範囲の寸法に設定したことを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の組電池。
- 排ガスチューブにおける冷却媒体が排ガスチューブへ向けて流れるように単位電池間に設けた冷却媒体通路に対向する部分の水平方向の径寸法を、その他の部分よりも小さくしたことを特徴とする請求項６に記載の組電池。
- 冷却媒体が排ガスチューブへ向けて流れるように単位電池間に設けた冷却媒体通路を有し、単位電池の配列方向における単位電池の温度勾配に応じて、温度の低い方から高い方に向けて排ガスチューブの水平方向の径寸法が漸次小さくなるように、排ガスチューブの水平方向の径寸法を変化させたことを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の組電池。
- 排ガスチューブを透過した水素ガスによって組電池を覆っている閉空間内の水素ガス濃度が０．２５年以内で２％以上になる可能性が無いように、排ガスチューブの径、肉厚、材質を選択したことを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の組電池。
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