JP7259713B2 - Valve device and assembled battery - Google Patents
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Description
本発明は、弁装置及び組電池に関する。 The present invention relates to a valve device and an assembled battery.
特開2004-6213号公報(特許文献1)は、安全弁を備える電池パックを開示する。この電池パックにおいては、内部の発電要素がガスを発生し内部の圧力が上昇した場合に、安全弁からガスが放出される。したがって、この電池パックによれば、発電要素が発生したガスに起因して内部の圧力が上昇したとしても、内部の圧力を低下させることができる(特許文献1参照)。 Japanese Patent Laying-Open No. 2004-6213 (Patent Document 1) discloses a battery pack including a safety valve. In this battery pack, when the internal power generation element generates gas and the internal pressure rises, the gas is released from the safety valve. Therefore, according to this battery pack, even if the internal pressure rises due to the gas generated by the power generation element, the internal pressure can be reduced (see Patent Document 1).
上記特許文献1に開示されている電池パックにおいては、電池缶の開口端を封口する封口板上に安全弁(弁装置)が形成されている。したがって、電池パックの内部の圧力が上昇し弁装置が作動した場合には、弁装置から放出されたガスが電池パックの側面に当たる可能性が高い。弁装置から放出されたガスが電池パックの側面に当たると、電池を収容する収容体の外層の劣化が進む。更には、周辺の部材や機器の全てに劣化が及ぶ。 In the battery pack disclosed in Patent Document 1, a safety valve (valve device) is formed on a sealing plate that seals the open end of the battery can. Therefore, when the pressure inside the battery pack rises and the valve device operates, there is a high possibility that the gas released from the valve device hits the side of the battery pack. When the gas released from the valve device hits the side surface of the battery pack, the deterioration of the outer layer of the container housing the battery progresses. Furthermore, deterioration extends to all peripheral members and equipment.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、弁装置が作動しても収容体の外層の劣化を促進させにくい弁装置及び組電池を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems, and it is an object of the present invention to provide a valve device and an assembled battery in which the deterioration of the outer layer of the container is less likely to be accelerated even when the valve device operates. is.
本発明のある局面に従う弁装置は、電池を収容する第1収容体に取り付けられる。弁装置は、取付け部と、弁装置本体と、ガス通過部とを備える。取付け部は、第1収容体に取り付けられるように構成されている。弁装置本体は、第1収容体の内部において発生したガスに起因して第1収容体内の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるように構成されている。ガス通過部は、取付け部と弁装置本体との間に設けられ、取付け部内を通過したガスを弁装置本体内へ通過させるように構成されている。弁装置が第1収容体に取り付けられた場合に、弁装置本体は、第1収容体の外周よりも外側に位置する。 A valve device according to one aspect of the present invention is attached to a first container that contains a battery. The valve device includes an attachment portion, a valve device main body, and a gas passage portion. The attachment portion is configured to be attached to the first container. The valve device main body is configured to reduce the pressure when the pressure inside the first containing body rises due to the gas generated inside the first containing body. The gas passage portion is provided between the mounting portion and the valve device main body, and is configured to allow the gas that has passed through the mounting portion to pass into the valve device main body. When the valve device is attached to the first container, the valve device main body is positioned outside the outer circumference of the first container.
この弁装置が第1収容体に取り付けられた場合には、弁装置本体が第1収容体の外周よりも外側に位置する。すなわち、この弁装置が第1収容体に取り付けられた場合に弁装置が作動したとしても、ガスは第1収容体から離れた位置で放出される。したがって、この弁装置によれば、弁装置本体から放出されるガスが第1収容体の外層に当たりにくいため、第1収容体の外層の劣化を抑制することができる。 When this valve device is attached to the first container, the valve device main body is located outside the outer circumference of the first container. That is, when this valve device is attached to the first containing body, even if the valve device is actuated, the gas is released at a position away from the first containing body. Therefore, according to this valve device, the gas discharged from the valve device main body is less likely to hit the outer layer of the first housing body, so deterioration of the outer layer of the first housing body can be suppressed.
上記弁装置において、ガス通過部の長さは、10mm以上であってもよい。 In the above valve device, the gas passage portion may have a length of 10 mm or more.
上記弁装置において、ガス通過部は、長さ方向における柔軟性を備えていてもよい。 In the above valve device, the gas passage portion may have flexibility in the length direction.
上記弁装置において、ガス通過部は、内部に乾燥剤を保持するように構成されていてもよい。 In the valve device described above, the gas passage portion may be configured to retain a desiccant therein.
弁装置本体における微小な隙間から水蒸気が第1収容体内に浸入する可能性がある。この弁装置によれば、ガス通過部の内部に乾燥剤が保持されているため、仮に水蒸気が弁装置本体内に侵入したとしても、ガス通過部内において水蒸気浸入の影響を低減することができる。 Water vapor may enter the first container through minute gaps in the valve device main body. According to this valve device, since the desiccant is held inside the gas passage portion, even if water vapor enters the main body of the valve device, the influence of water vapor infiltration can be reduced in the gas passage portion.
上記弁装置において、複数の第1収容体を第2収容体に収容することによって組電池が構成された場合に、弁装置本体は、第2収容体の外周よりも外側に位置してもよい。 In the valve device described above, when the assembled battery is configured by housing the plurality of first containers in the second container, the valve device main body may be positioned outside the outer circumference of the second container. .
この弁装置が第1収容体に取り付けられ、第1収容体が第2収容体に収容された場合には、弁装置本体が第2収容体の外周よりも外側に位置する。すなわち、この場合に弁装置が作動したとしても、ガスは第2収容体から離れた位置で放出される。したがって、この弁装置によれば、ガスが第2収容体の外側に放出されるため、ガスが第2収容体内に充満し第1収容体の外層を劣化させる事態を抑制することができる。 When this valve device is attached to the first housing body and the first housing body is housed in the second housing body, the valve device main body is located outside the outer circumference of the second housing body. That is, even if the valve device is actuated in this case, the gas is released at a position remote from the second containing body. Therefore, according to this valve device, since the gas is discharged to the outside of the second container, it is possible to prevent the gas from filling the second container and deteriorating the outer layer of the first container.
上記弁装置において、25℃環境において、JIS Z2331:2006「ヘリウム漏れ試験方法」の「真空吹付け法(スプレー法)」に規定された方法に準拠して測定される、弁装置の二次側から一次側へのヘリウムリーク量が5.0×10-11Pa・m3/sec以上、5.0×10-6Pa・m3/sec以下であってもよい。 In the above valve device, the secondary side of the valve device measured in accordance with the method specified in JIS Z2331: 2006 “Helium leak test method” “Vacuum spray method (spray method)” in an environment of 25 ° C. to the primary side may be 5.0×10 −11 Pa·m 3 /sec or more and 5.0×10 −6 Pa·m 3 /sec or less.
上記弁装置の密封性が高すぎる場合には、第1収容体内の圧力が高くなったとしても弁装置が機能せず第1収容体内の圧力が低下しないという事態が生じ得る。一方、上記弁装置の密封性が低すぎる場合には、弁装置本体における微小な隙間から水蒸気が第1収容体内に容易に浸入するという事態が生じ得る。本発明者(ら)は、弁装置のヘリウムリーク量が上記条件を満たす場合に、第1収容体内で発生したガスを外部に放出でき、かつ、水蒸気の第1収容体内への侵入を高度に抑制できることを見出した。したがって、この弁装置によれば、弁装置のヘリウムリーク量が上記条件を満たすため、第1収容体内で発生したガスを外部に放出することができ、かつ、水蒸気の第1収容体内への侵入を高度に抑制することができる。 If the sealing performance of the valve device is too high, even if the pressure in the first housing increases, the valve device may not function and the pressure in the first housing may not decrease. On the other hand, if the sealing performance of the valve device is too low, water vapor can easily enter the first container through minute gaps in the main body of the valve device. The present inventors (and others) have found that when the helium leak amount of the valve device satisfies the above conditions, the gas generated in the first container can be released to the outside and the intrusion of water vapor into the first container can be prevented to a high degree. I have found that it can be suppressed. Therefore, according to this valve device, since the amount of helium leaked from the valve device satisfies the above conditions, the gas generated in the first container can be released to the outside, and water vapor can enter the first container. can be highly suppressed.
本発明の他の局面に従う弁装置は、各々が電池を収容する複数の収容体を備える組電池に取り付けられる。弁装置は、複数の取付け部と、弁装置本体と、複数のガス通過部とを備える。複数の取付け部の各々は、複数の収容体の各々に取り付けられるように構成されている。弁装置本体は、複数の収容体の少なくともいずれかの内部において発生したガスに起因して収容体内の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるように構成されている。複数のガス通過部の各々は、複数の取付け部の各々から延び、取付け部内を通過したガスを弁装置本体へ通過させるように構成されている。弁装置が組電池に取り付けられた場合に、弁装置本体は、複数の収容体の各々の外周よりも外側に位置する。 A valve device according to another aspect of the present invention is attached to an assembled battery comprising a plurality of housing bodies each containing a battery. The valve device includes a plurality of mounting portions, a valve device main body, and a plurality of gas passage portions. Each of the plurality of mounting portions is configured to be attached to each of the plurality of containers. The valve device main body is configured to reduce the pressure when the pressure inside the containing body rises due to the gas generated inside at least one of the plurality of containing bodies. Each of the plurality of gas passage portions extends from each of the plurality of mounting portions and is configured to allow gas that has passed through the mounting portion to pass through to the valve device main body. When the valve device is attached to the assembled battery, the valve device main body is positioned outside the outer circumference of each of the plurality of containers.
この弁装置が組電池に取り付けられた場合には、弁装置本体が複数の収容体の各々の外周よりも外側に位置する。すなわち、この弁装置が組電池に取り付けられた場合に弁装置が作動したとしても、ガスは収容体から離れた位置で放出される。したがって、この弁装置によれば、弁装置本体から放出されるガスが収容体の外層に当たりにくいため、収容体の外層の劣化を抑制することができる。 When this valve device is attached to the assembled battery, the valve device main body is located outside the outer circumference of each of the plurality of containers. That is, when this valve device is attached to the assembled battery, even if the valve device operates, the gas is released at a position distant from the container. Therefore, according to this valve device, since the gas discharged from the valve device main body is less likely to hit the outer layer of the container, deterioration of the outer layer of the container can be suppressed.
また、この弁装置においては、複数のガス通過部に対して弁装置本体が1つだけ設けられている。したがって、この弁装置によれば、各ガス通過部に1つの弁装置本体が設けられる場合と比較して、弁装置本体の数が削減されるため、組電池における弁装置のコストを抑制することができる。 Further, in this valve device, only one valve device main body is provided for the plurality of gas passage portions. Therefore, according to this valve device, the number of valve device main bodies is reduced compared to the case where one valve device main body is provided in each gas passage section, so the cost of the valve device in the assembled battery can be suppressed. can be done.
また、この弁装置においては、複数の収容体に対して弁装置本体が1つしか設けられていない。したがって、この弁装置によれば、複数の収容体の各々に弁装置本体が設けられている場合と比較して、弁装置本体における微小な隙間から収容体内に水蒸気が浸入する可能性を低減することができる。 Further, in this valve device, only one valve device main body is provided for a plurality of containers. Therefore, according to this valve device, compared to the case where each of the plurality of containers is provided with a valve device main body, the possibility of water vapor entering the container through minute gaps in the valve device main body is reduced. be able to.
本発明の他の局面に従う組電池は、複数の収容体と、上記弁装置とを備える。複数の収容体の各々は、電池を収容する。 An assembled battery according to another aspect of the present invention includes a plurality of containers and the valve device described above. Each of the plurality of containers contains a battery.
本発明の他の局面に従う弁装置は、各々が電池を収容する複数の収容体を備える組電池に取り付けられる。弁装置は、複数の取付け部と、弁装置本体とを備える。複数の取付け部の各々は、複数の収容体の各々に取り付けられるように構成されている。弁装置本体は、複数の取付け部と連通しており、複数の収容体の少なくともいずれかの内部において発生したガスに起因して収容体内の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるように構成されている。 A valve device according to another aspect of the present invention is attached to an assembled battery comprising a plurality of housing bodies each containing a battery. The valve device includes a plurality of mounting portions and a valve device main body. Each of the plurality of mounting portions is configured to be attached to each of the plurality of containers. The valve device main body communicates with the plurality of mounting portions, and is configured to reduce the pressure when the pressure inside the container rises due to the gas generated inside at least one of the plurality of containers. It is
この弁装置においては、複数の取付け部に対して弁装置本体が1つだけ設けられている。したがって、この弁装置によれば、各取付け部に対して1つの弁装置本体が設けられる場合と比較して、弁装置本体の数が削減されるため、組電池における弁装置のコストを抑制することができる。 In this valve device, only one valve device main body is provided for a plurality of mounting portions. Therefore, according to this valve device, the number of valve device main bodies is reduced compared to the case where one valve device main body is provided for each attachment portion, so the cost of the valve device in the assembled battery is suppressed. be able to.
また、この弁装置においては、複数の収容体に対して弁装置本体が1つしか設けられていない。したがって、この弁装置によれば、複数の収容体の各々に対して弁装置本体が設けられている場合と比較して、弁装置本体における微小な隙間から収容体内に水蒸気が浸入する可能性を低減することができる。 Further, in this valve device, only one valve device main body is provided for a plurality of containers. Therefore, according to this valve device, compared to the case where a valve device main body is provided for each of the plurality of containers, the possibility of water vapor entering the container through minute gaps in the valve device main body is reduced. can be reduced.
本発明によれば、弁装置が作動しても収容体の外層の劣化を促進させにくい弁装置及び組電池を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a valve device and an assembled battery in which deterioration of the outer layer of the container is less likely to be accelerated even when the valve device operates.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
[1.実施の形態1]
<1-1.概要>
図1は、本実施の形態1に従う弁装置100を備える電池セル10の平面図である。図2は、電池セル10の側面図である。なお、図2においては、弁装置100の位置に関する理解を容易にするために一部の構成(電極タブ30)が省略されている。これは、図5、図6においても同様である。
[1. Embodiment 1]
<1-1. Overview>
FIG. 1 is a plan view of
図1及び図2に示されるように、電池セル10は、収容体20と、電池素子15と、電極タブ30A,30Bと、弁装置100とを含んでいる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
収容体20は、たとえば基材層、バリア層及び熱融着性樹脂層をこの順に有する積層体(ラミネートフィルム)によって構成されており、その形状は袋タイプでも良く、エンボス加工等により内部に電池素子15を収容可能な収納空間を備えた成形タイプでも良い。たとえば、収容体20は2枚のラミネートフィルムによって構成されており、1枚のラミネートフィルムは電池素子15を収容するための収容凹部を備えた成形品とし、残りの1枚は収納凹部を備えない一種の蓋材として、この2枚が重ねられた状態で、ラミネートフィルム同士の周縁(シール部22)がヒートシールされている。収容体20は、周縁において電極タブ30A,30B及び弁装置100を挟んだ状態で、電池素子15を内部に収容するように構成されている。なお、積層体(ラミネートフィルム)で構成されている収容体20については、収納凹部を備えた成形品を2つ準備して、これら2つの成形品が重ねられた状態で、ラミネートフィルム同士の周縁(シール部22)がヒートシールされた、収容体積が略2倍になった所謂ダブルカップの形態であってもよく、更には、収容体20は、必ずしも積層体(ラミネートフィルム)で構成されている必要はなく、たとえば、缶で構成されていてもよい。
The
電池素子15は、たとえば、リチウムイオン電池やキャパシタ等の蓄電部材である。電池素子15に異常が生じると、収容体20内においてガスが発生し得る。また、たとえば、電池素子15がキャパシタである場合には、キャパシタにおける化学反応に起因して収容体100内においてガスが発生し得る。
電極タブ30(30A,30B)は、電池素子15における電力の入出力に用いられる金属端子である。各電極タブ30の一方の端部は電池素子15の電極(正極又は負極)に電気的に接続されており、他方の端部は収容体20の端縁から外側に突出している。
Electrode tabs 30 ( 30 A, 30 B) are metal terminals used for power input/output in
電極タブ30を構成する金属材料は、たとえば、アルミニウム、ニッケル、銅等である。たとえば、電池素子15がリチウムイオン電池である場合、正極に接続される電極タブ30は、通常、アルミニウム等によって構成され、負極に接続される電極タブ30は、通常、銅、ニッケル等によって構成される。なお、電池セル10において、電極タブ30A,30Bは同一の辺上に配置されているが、電極タブ30A,30Bの配置はこれに限定されない。たとえば、電極タブ30A,30Bの各々が電池セル10における対向する辺上に配置されてもよい。
A metal material forming the
弁装置100は、収容体20の内部と連通しており、収容体20内で発生したガスに起因して収容体20内の圧力が所定値以上となった場合に、収容体20内のガスを外部に放出するように構成されている。なお、電池セル10においては、弁装置100が電極タブ30A,30B間に配置されているが、弁装置100の配置はこれに限定されない。たとえば、弁装置100は、電極タブ30A,30Bのいずれも設けられていない辺上に配置されてもよい。
The
仮に弁装置100から放出されたガスが収容体20の外層に継続的に当たると、収容体20の外層の劣化が進む。電池セル10において、弁装置100の先端部(弁装置本体110(後述))は、収容体20の外周よりも外側に位置している。すなわち、弁装置100が作動したとしても、ガスは収容体20から離れた位置で放出される。したがって、弁装置100によれば、放出されるガスが収容体20に当たりにくいため、収容体20の外層の劣化を抑制することができる。以下、弁装置100に関して詳細に説明する。
If the gas released from the
<1-2.弁装置の構成>
図3は、弁装置100の平面図である。図3に示されるように、弁装置100は、弁装置本体110と、ガス通過部120と、取付け部130とを含んでいる。弁装置本体110、ガス通過部120及び取付け部130は、一体で構成されてもよいし、別体で構成されてもよい。たとえば、それぞれを別体で構成すれば、各部の材料として異なる材料を選択することが可能となる。
<1-2. Configuration of valve device>
FIG. 3 is a plan view of the
弁装置本体110は、たとえば、金属、樹脂等で構成され、弁装置100が収容体20(図1,2)に取り付けられた状態で収容体20内において発生したガスに起因して収容体20内の圧力が上昇した場合に、該圧力を低下させる構造を含んでいる。弁装置本体110の詳細については、後程説明する。
The valve device
取付け部130は、たとえば、金属、樹脂等で構成され、収容体20に取り付けられるように構成されている。より具体的には、取付け部130は、少なくともその一部が収容体20に挟まれることによって、収容体20に固定されるように構成されている。弁装置100が収容体20に取り付けられた状態で、取付け部130においては、取付け部130の外側の周面と収容体20の最内層である熱融着性樹脂層とが融着して接合している。たとえば、取付け部130が金属で構成されている場合には、収容体20の熱融着性樹脂層と取付け部130との間に、金属と樹脂との両方に接着する接着性部材が配置されてもよい。取付け部130において、ガス通過部120と反対側の端部の角にはR(たとえば、R=0.2mm~2.0mm)が形成されている。なお、該Rは必ずしも形成されていなくてもよい。なお、本願明細書においては、角が丸みを帯びていることを「Rが形成されている」として表現する。ここで「Rが形成されている」とは、構造的には、面取り加工がされたのと同様で、角が丸みを帯びた状態を意味しており、さらには「R」単独で、この角の丸みの半径を意味するものとして使用する。なお、取付け部130が金属の場合は弁装置100の取付け部130の製造工程において発生する尖った角に対して面取り加工を施して角に丸みをつける(Rを形成する)ことも可能であるが、取付け部130が樹脂成形品である場合には、最初から丸みを帯びた角を備えるように成形することで切削等の面取り加工なしでRを形成することも可能である。
The
ガス通過部120は、たとえば、金属パイプ、樹脂製パイプ等で構成されている。ガス通過部120は、取付け部130と弁装置本体110との間に設けられ、取付け部130内を通過したガスを弁装置本体110内へ通過させるように構成されている。ガス通過部120の長手方向の長さは、たとえば10mm以上である。ガス通過部120の長手方向の長さを確保することによって、弁装置100が収容体20に取り付けられた場合に、弁装置本体110の位置が収容体20の外周よりも外側になる。
図4は、図3のIV-IV断面図である。図4に示されるように、取付け部130のガス通過部120と反対側の端部には、R(たとえば、R=0.2mm~2.0mm)が形成されている。なお、該Rは必ずしも形成されていなくてもよい。また、ガス通過部120及び取付け部130の内部には、通気路A1が形成されている。通気路A1は、たとえば、収容体20内において発生したガスを弁装置本体110へ誘導する。
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. As shown in FIG. 4, the end portion of the mounting
弁装置本体110の内部には、弁装置100が収容体20に取り付けられた場合に収容体20内において発生したガスを排出するように構成された弁機構が設けられている。具体的には、弁装置本体110は、弁座112と、ボール114と、バネ116と、メンブレン118とを含んでいる。すなわち、弁装置本体110には、ボールスプリング型の弁機構(逆止弁)が設けられている。なお、弁装置本体110内に設けられる弁機構は、ガスに起因して上昇した収容体20内の圧力を低減可能であれば特に制限されず、たとえば、ポペット型、ダックビル型、アンブレラ型、ダイヤフラム型等の弁機構であってもよい。
Inside the valve device
弁座112は、たとえばOリングによって構成される。Oリングは、中空円形のリングであり、たとえば、フッ素ゴムによって構成されている。ボール114及びバネ116の各々は、たとえば、ステンレスによって構成されている。なお、ボール114は、樹脂で構成されてもよい。
メンブレン118は、たとえば、10-2μm~100μmのポアー直径(pore diameter)を有し、電解液を漏らさず、ガスのみを透過(選択透過)するPTFE(PolyTetraFluoroEthylene)メンブレンによって構成されている。PTFEメンブレンは柔らかい材質のため、強度が不足する場合には、メンブレン118として、ポリプロピレンやポリエステルなどのメッシュや不織布とPTFEメンブレンとを一体成型して補強したものを用いてもよい。
弁装置100が収容体20に取り付けられた状態で、収容体20内の圧力が所定圧力に達すると、通気路A1から誘導されたガスがボール114を通気口O1側に押圧する。ボール114が押圧されバネ116が縮むと、収容体20内のガスは、ボール114と弁座112との間に形成された隙間を通り、メンブレン118を透過して、通気口O1から収容体20の外部に排出される。
When the pressure inside the
なお、弁装置100においては、弁装置本体110の径がガス通過部120及び取付け部130の径よりも長いこととしたが、各部の径の関係はこれに限定されない。たとえば、弁装置本体110、ガス通過部120及び取付け部130の各々の径が同一であってもよい。
In the
<1-3.ヘリウムリーク量>
上述のように、弁装置100は、収容体20内で発生したガスに起因して収容体20内の圧力が所定値以上となった場合に、収容体20内のガスを外部に放出するように構成されている。仮に弁装置100の密封性が必要以上に高い場合には、収容体20内の圧力が所定値以上となったとしても弁装置100が機能しない可能性がある。一方、弁装置100の密封性が必要以上に低い場合には、平常時(収容体20内の圧力が所定値未満の時)に外部環境から収容体20内へ水蒸気(水分)が侵入する可能性が高い。
<1-3. Helium leak amount>
As described above, the
本実施の形態に従う弁装置100においては、弁装置100のヘリウムリーク量を調整することによって、弁装置100の高度な密封性と、収容体20内への水蒸気の侵入の高度な抑制とを両立している。
In the
本発明者(ら)は、25℃環境において、JIS Z2331:2006「ヘリウム漏れ試験方法」の「真空吹付け法(スプレー法)」に規定された方法に準拠して測定される、弁装置100の二次側から一次側へのヘリウムリーク量が5.0×10-11Pa・m3/sec以上、5.0×10-6Pa・m3/sec以下である場合に、弁装置100の高度な密封性と、収容体20内への水蒸気の侵入の高度な抑制とを両立できることを見出した。したがって、弁装置100のヘリウムリーク量は、25℃環境において上記規格に規定された方法で測定した場合に、5.0×10-11Pa・m3/sec以上、5.0×10-6Pa・m3/sec以下となっている。なお、弁装置100の二次側とは、弁装置100が収容体20に取り付けられた場合における収容体20の外側を示す。また、弁装置100の一次側とは、弁装置100が収容体20に取り付けられた場合における収容体20の内側を示す。
The present inventors (and others) have developed a
弁装置100において、ヘリウムリーク量の上限としては、好ましくは約4.5×10-6Pa・m3/sec以下、より好ましくは約1.0×10-6Pa・m3/sec以下、さらに好ましくは約1.0×10-7Pa・m3/sec以下、さらに好ましくは約1.0×10-8Pa・m3/sec以下が挙げられ、下限については、5.0×10-11Pa・m3/sec以上とし、好ましい範囲としては、5.0×10-11Pa・m3/secから4.5×10-6Pa・m3/sec程度、5.0×10-11Pa・m3/secから1.0×10-6Pa・m3/sec程度、5.0×10-11Pa・m3/secから1.0×10-7Pa・m3/sec程度、5.0×10-11Pa・m3/secから1.0×10-8Pa・m3/sec程度が挙げられる。
In the
ヘリウムリーク量が上記の上限を充足することにより、外部環境から収容体20内への水蒸気(水分)の侵入を高度に抑制することができる。また、ヘリウムリーク量が上記の下限を充足することにより、収容体20内でガスが発生した場合に当該ガスを外部に放出することができる。なお、ヘリウムリーク量が小さすぎる場合には、収容体20内で発生したガスを安定的に収容体20の外部に放出することが難しい。また、そのような弁装置が長期間開放されずに電池セルが使用され続けると、内圧が設計値まで上昇した場合にも弁装置が適切に開放されない可能性が高まる。
When the helium leak amount satisfies the above upper limit, it is possible to highly suppress the intrusion of water vapor (moisture) from the external environment into the
さらに、弁装置100において、ヘリウムリーク量が5.0×10-11Pa・m3/secから2.0×10-10Pa・m3/sec程度の範囲、さらには5.0×10-11Pa・m3/secから1.5×10-10Pa・m3/sec程度の範囲に設定されていると、外部環境から収容体20への水蒸気(水分)の侵入を、特に高度に抑制することができる。このようなヘリウムリーク量に設定するためには、後述の通り、従来の逆止弁では行われていない高水準にて、弁機構の弁座とボールとが接する部分の形状を極めて精度高く設計・加工する必要がある。
Furthermore, in the
なお、ヘリウムリーク試験は、以下の要領で行なわれる。すなわち、ヘリウムリーク試験においては、JIS Z2331:2006「ヘリウム漏れ試験方法」の「真空吹付け法(スプレー法)」に規定された方法に準拠して、弁装置100の二次側から一次側へのヘリウムリーク量が測定される。具体的には、試験装置として、ヘリウムリークディテクターを用いる。また、弁装置100のガス弁(弁装置本体110)をリークテスト用治具(ガス弁が塞がっているダミー弁装置を入れた場合には、ヘリウムリークが無い事を確認した治具)に設置して、テストポートを介してヘリウムリークディテクターに設置する。治具とヘリウムリークディテクター間でも、ヘリウムリークがないことを確認する。その後、弁装置100の一次側から13Paに真空引きし、弁装置100の二次側から99.99%のヘリウムガスをスプレーし、測定を開始する。スプレーは1~2秒間、待機時間は2~4秒間として、評価結果を記録する。なお、念の為、JIS Z2331:2006「ヘリウム漏れ試験方法」の「真空外覆法(真空フード法)」に規定された方法に準拠して、同じ弁装置100について、容積50mlのフードを被せて20秒間待機させ、測定結果が同様であることを確認してもよい。測定環境温度は、いずれも25℃である。
The helium leak test is performed in the following manner. That is, in the helium leak test, in accordance with the method specified in JIS Z2331:2006 "Helium leak test method", "Vacuum spray method (spray method)", from the secondary side of the
弁装置100において、一次側と二次側の差圧(すなわち、弁装置100の開放圧力)としては、下限については、好ましくは約0.05MPa以上、より好ましくは約0.1MPa以上が挙げられ、上限については、好ましくは約1MPa以下、より好ましくは約0.3MPa以下が挙げられ、好ましい範囲としては、0.05~1MPa程度、0.05~0.3MPa程度、0.1~1MPa程度、0.1~0.3MPa程度が挙げられる。これらの差圧を充足することにより、収容体20の内部でガスが発生した場合には、当該ガスを外部に好適に放出することができ、かつ、外部環境からの水蒸気(水分)の侵入を高度に抑制することができる。
In the
弁装置100が取り付けられた電池セル10(収容体20)の内部の設定圧力としては、一定圧力以下に設定されていることが好ましい。内圧の設定値は、弁装置付き包装体の種類に応じて適宜設定されるが、好ましくは約0.1MPa以下、より好ましくは約1.0×10-2MPa以下であり、下限については例えば約1.0×10-10MPa以上が挙げられ、当該内部圧力の好ましい範囲としては、1.0×10-10~0.1MPa程度、1.0×10-10~1.0×10-2MPa程度が挙げられる。
The set pressure inside the battery cell 10 (container 20) to which the
弁装置100において、ヘリウムリーク量は、公知の方法により設定することができる。たとえば、弁装置100の弁装置本体110(弁機構)を構成している部材(例えば、ボール114、弁座112、バネ116、通気口O1)の材料、形状、大きさ、さらにはバネ116によるボール114を押しつける力などを設計することによって、ヘリウムリーク量を調整することができる。
In the
たとえば、弁機構のボール114又は弁座112の一方に弾性体を用い、他方に金属等の高硬度の部材を用いることにより、ヘリウムリーク量を5.0×10-11Pa・m3/sec以上、5.0×10-6Pa・m3/sec以下の範囲に設定しやすくなる。ヘリウムリーク量を小さくするためには、たとえば弁機構のボール114及び弁座112の両方に弾性体を用いることが有効ではあるが、上述の通り、ヘリウムリーク量が小さくなりすぎると、収容体20内で発生したガスを適切に外部に放出することが難しくなるため、弁機構を構成する部材の材料、形状、大きさ等については適宜調整する。たとえば、弁機構において、ボール114と触れる弁座112の箇所が、ボール114の表面形状に沿う形状であると、ヘリウムリーク量を上記範囲に設計しやすい。
For example, by using an elastic body for one of the
すなわち、弁装置100において、ヘリウムリーク量を5.0×10-11Pa・m3/secから2.0×10-10Pa・m3/sec程度の範囲、さらには5.0×10-11Pa・m3/secから1.5×10-10Pa・m3/sec程度の範囲に設定するためには、従来の逆止弁では行われていない高水準にて、弁機構の弁座112とボール114とが接する部分の形状を極めて精度高く設計・加工する必要がある。たとえば、ボール114と接触する弁座112箇所及びボール114表面の表面平均粗さを20um以下、好ましくは5um以下、より好ましくは1um以下とすること等が有効である。ただし、あまり高精度なもの同士を接触させた場合には弁装置100が適切に作動しない(弁装置本体110が開放しない)という問題が生じ得るため、表面粗さは、ヘリウムリーク量が上記範囲となるように調整する必要がある。
That is, in the
<1-4.組電池の構成>
図5は、外装の一部を透過させた電池モジュール40の側面図である。図5に示されるように、電池モジュール40は、複数の電池セル10(10A,10B,10C,10D)と、外装パック24とを含んでいる。
<1-4. Structure of assembled battery>
FIG. 5 is a side view of the
外装パック24は、複数の電池セル10を収容するケースである。外装パック24内においては、複数の電池セル10がスタックされている(積み上げられている)。外装パック24には、各電池セル10の弁装置100が貫通する孔が形成されている。各弁装置100のうち少なくとも弁装置本体110(図3、図4)は、該孔から外装パック24の外側に突出している。すなわち、各弁装置100において、ガス通過部120の長手方向の長さとしては、スタックされた複数の電池セル10(収容体20)を外装パック24に収容することによって電池モジュール40が構成された場合に、弁装置本体110が外装パック24の外周よりも外側に位置する程度の長さが確保されている。なお、外装パック24内においては、複数の電池セル10を横方向に並べるようにスタックされていても良く、複数の電池セル10同士が直に接触するようにスタックしても良く、電池セル10相互間に部材を挟んでスタックしても良い。
The
すなわち、電池モジュール40において複数の弁装置100のいずれかが作動したとしても、弁装置100から放出されたガスは外装パック24から離れた位置で放出される。したがって、弁装置100によれば、ガスが外装パック24の外側に放出されるため、ガスが外装パック24内に充満し収容体20(図1、図2)の外層を劣化させる事態を抑制することができる。
That is, even if one of the plurality of
また、弁装置100において、ガス通過部120の長手方向の長さとしてある程度の長さが確保されていることにより、以下のようなメリットもある。仮に各収容体20の厚みよりも弁装置本体110の厚みの方が厚い場合を考える。この場合に弁装置100においてガス通過部120が短い又は存在しないと、複数の収容体20を重ねたときに隣接する弁装置100同士が接触し(弁装置100が障害となり)、各収容体20を互いに接触した状態で重ね合わせることができないという事態が生じ得る。本実施の形態に従う弁装置100においては、ガス通過部120の長手方向の長さがある程度確保されている。したがって、仮に各収容体20の厚みよりも弁装置本体110の厚みの方が厚かった場合に複数の収容体20を重ねたとしても、複数の弁装置100が扇状に広がるだけで、各収容体20を互いに接触した状態で重ね合わせることができる。
Further, in the
<1-5.特徴>
以上のように、本実施の形態に従う弁装置100が収容体20に取り付けられた場合に、弁装置100の先端部(弁装置本体110)は、収容体20の外周よりも外側に位置する。すなわち、弁装置100が作動したとしても、弁装置100から放出されたガスは、収容体20から離れた位置で放出される。したがって、弁装置100によれば、放出されるガスが収容体20に当たりにくいため、収容体20の外層の劣化を抑制することができる。
<1-5. Features>
As described above, when
[2.実施の形態2]
<2-1.概要>
上記実施の形態1においては、1つの収容体20に対して1つの弁装置100が設けられた。この場合には、電池モジュール40を構成する場合に、電池モジュール40に含まれる電池セル10(収容体20)の数だけ弁装置100が使用されることとなる。弁装置100の数が増えると、平常時に弁装置100の二次側から一次側に水蒸気(水分)が侵入する可能性が高くなる。言い換えると、1つの電池セル10当たりに浸入する水分の量が増える。また、弁装置100の数が増えると、コストが増加する。
[2. Embodiment 2]
<2-1. Overview>
In Embodiment 1 described above, one
本実施の形態2においては、弁装置が複数の収容体(電池セル)に対して1つしか設けられていない。すなわち、本実施の形態2においては、1つの電池モジュールに対して1つの弁装置が設けられている。 In Embodiment 2, only one valve device is provided for a plurality of containers (battery cells). That is, in Embodiment 2, one valve device is provided for one battery module.
図6は、外装の一部を透過させた、本実施の形態2における電池モジュール50の側面図である。図6に示されるように、電池モジュール50は、複数の電池セル60(60A,60B,60C,60D)と、外装パック26とを含んでいる。電池モジュール50においては、複数の電池セル60に対して弁装置200が1つだけ設けられている。
FIG. 6 is a side view of
したがって、弁装置200によれば、複数の電池セル60の各々に弁装置が設けられている場合と比較して、弁機能部の数が減るため、弁装置における微小な隙間から電池セル60内に水蒸気が浸入する可能性を低減することができる。言い換えると、1つの電池セル60当たりに浸入する水分の量を減らすことができる。また、弁装置200によれば、各電池セル60に1つの弁装置が設けられる場合と比較して、弁装置の数が減るため、電池モジュール50における弁装置のコストを抑制することができる。
Therefore, according to the
また、電池モジュール50においては、弁装置200の先端部(弁装置本体210(後述))が外装パック26の外側に位置している。すなわち、電池モジュール50において弁装置200が作動したとしても、弁装置200から放出されたガスは外装パック26から離れた位置で放出される。したがって、弁装置200によれば、ガスが外装パック26の外側に放出されるため、ガスが外装パック26内に充満し各電池セル60の収容体の外層を劣化させる事態を抑制することができる。以下、弁装置200について詳細に説明する。
Also, in the
<2-2.弁装置の構成>
図7は、弁装置200の上面図である。図8は、図7のVIII-VIII断面図である。図7及び図8に示されるように、弁装置200は、弁装置本体210と、ガス通過部220A,220B,220C,220Dと、取付け部230A,230B,230C,230Dとを含んでいる。弁装置本体210、ガス通過部220A,220B,220C,220D、及び、取付け部230A,230B,230C,230Dは、一体で構成されてもよいし、別体で構成されてもよい。たとえば、それぞれを別体で構成すれば、各部の材料として異なる材料を選択することが可能となる。
<2-2. Configuration of valve device>
FIG. 7 is a top view of the
弁装置本体210は、たとえば、金属、樹脂等で構成される。弁装置本体210は、弁装置200が電池セル60(収容体)に取り付けられた状態で電池セル60内において発生したガスに起因して電池セル60内の圧力が上昇した場合に、該圧力を低下させる構造(弁座112、ボール114、バネ116、メンブレン118及び通気口O1)を含んでいる。該構造は、上記実施の形態1と同様である。実施の形態1との相違点として、該構造の下部において通気路が複数(4つ)に分岐している。各通気路にはガス通過部220が連設されており、各ガス通過部220には取付け部230が連設されている。なお、弁装置本体210(弁装置200)のヘリウムリーク量は、上記実施の形態1に従う弁装置100のヘリウムリーク量と同様である。
The valve device
各取付け部230は、上記実施の形態1における取付け部130と同様である。また、各ガス通過部220は、形状が異なることを除いて上記実施の形態1におけるガス通過部120と同様である。各ガス通過部220の形状は、取り付け先の電池セル60の電池モジュール50内における位置に応じて適宜設定されている。
Each mounting
弁装置200が電池モジュール50に取り付けられた状態で、いずれかの電池セル60内の圧力が所定圧力に達すると、取付け部230及びガス通過部220内を誘導されたガスがボール114を通気口O1側に押圧する。ボール114が押圧されバネ116が縮むと、電池セル60内のガスは、ボール114と弁座112との間に形成された隙間を通り、メンブレン118を透過して、通気口O1から電池セル60(電池モジュール50)の外部に排出される。
With the
<2-3.特徴>
以上のように、本実施の形態2に従う弁装置200は、各々が電池素子を収容する複数の収容体(電池セル60)をスタックすることによって構成された電池モジュール50に取り付けられる。
<2-3. Features>
As described above,
弁装置200においては、複数の電池セル60に対して弁装置本体210が1つしか設けられていない。したがって、弁装置200によれば、複数の電池セル60の各々に弁装置が設けられている場合と比較して、弁装置本体210における微小な隙間から電池セル60内(収容体内)に水蒸気が浸入する可能性を低減することができる。
In the
また、弁装置200においては、複数のガス通過部220に対して弁装置本体210が1つだけ設けられている。したがって、弁装置200によれば、各ガス通過部220に1つの弁装置本体が設けられる場合と比較して、弁装置本体の数が削減されるため、電池モジュール50における弁装置のコストを抑制することができる。
Also, in the
[3.変形例]
以上、実施の形態1,2について説明したが、本発明は、上記実施の形態1,2に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。以下、変形例について説明する。但し、以下の変形例は適宜組合せ可能である。
[3. Modification]
Although Embodiments 1 and 2 have been described above, the present invention is not limited to Embodiments 1 and 2, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Modifications will be described below. However, the following modified examples can be combined as appropriate.
<3-1>
上記実施の形態1,2においては、ガス通過部120,220内は空洞であった。しかしながら、ガス通過部120,220の内部は必ずしも空洞である必要はない。たとえば、ガス通過部120,220の内部には、シリカのような乾燥剤が保持されていてもよい。たとえば、ガス通過部120,220の内壁面上に乾燥剤が保持される。この場合には、弁装置100,200の二次側から一次側へ水蒸気が侵入した場合に、該水蒸気の影響を低減することができる。
<3-1>
In Embodiments 1 and 2, the interior of
<3-2>
また、上記実施の形態1,2におけるガス通過部120,220は、たとえば、曲げ伸ばし可能なフレキシブルなチューブで構成されてもよい。これにより、ガスの排出場所をより自由に調整することができる。
<3-2>
Moreover, the
<3-3>
また、上記実施の形態1におけるガス通過部120は、必ずしも直線状である必要はなく、たとえば、L字形状であってもよい。
<3-3>
Further, the
<3-4>
また、上記実施の形態1,2におけるガス通過部120,220の形状、長さを適宜設定することによって、弁装置100,200によってガスが放出される場所をコントロールすることができる。
<3-4>
Further, by appropriately setting the shape and length of the
10,10A,10B,10C,10D,60,60A,60B,60C,60D 電池セル(単電池)、15 電池素子、20 収容体、22 シール部、24,26 外装パック、30,30A,30B 電極タブ、40,50 電池モジュール(組電池)、100,100A,100B,100C,100D,200 弁装置、110,210 弁装置本体、112 弁座、114 ボール、116 バネ、118 メンブレン、120,220,220A,220B,220C,220D ガス通過部、130,230,230A,230B,230C,230D 取付け部、A1 通気路、O1 通気口。 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 60, 60A, 60B, 60C, 60D battery cell (single battery), 15 battery element, 20 container, 22 sealing part, 24, 26 exterior pack, 30, 30A, 30B electrode tab, 40,50 battery module (assembled battery), 100,100A, 100B, 100C, 100D, 200 valve device, 110,210 valve device body, 112 valve seat, 114 ball, 116 spring, 118 membrane, 120,220, 220A, 220B, 220C, 220D gas passage portion, 130, 230, 230A, 230B, 230C, 230D attachment portion, A1 ventilation path, O1 ventilation port.
Claims (9)
前記第1収容体の内部において発生したガスに起因して前記第1収容体内の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるように構成された1つの弁装置本体と、
前記弁装置本体に接続され、前記第1収容体の内部において発生したガスを前記弁装置本体内へ通過させるように構成された1つのガス通過部とを備え、
前記弁装置本体の外径は、前記ガス通過部の外径よりも長い、弁装置。 A valve device attached to a first container that contains a battery,
one valve device main body configured to reduce the pressure in the case where the pressure inside the first containing body rises due to the gas generated inside the first containing body;
a gas passage portion connected to the valve device main body and configured to allow the gas generated inside the first container to pass into the valve device main body;
The valve device, wherein the outer diameter of the valve device main body is longer than the outer diameter of the gas passage portion .
前記所定個数の前記収容体の少なくともいずれかの内部において発生したガスに起因して前記収容体内の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるように構成された1つの弁装置本体と、
各々が前記所定個数の前記収容体と接続され、前記収容体の少なくともいずれかの内部において発生したガスを前記弁装置本体へ通過させるように構成された前記所定個数のガス通過部とを備え、
前記所定個数の前記収容体の各々からは、1つの前記ガス通過部が延び、
前記所定個数の前記ガス通過部の各々には、弁機構が設けられていない、弁装置。 A valve device attached to an assembled battery comprising a predetermined number of two or more containers each containing a battery,
one valve device main body configured to reduce the pressure when the pressure inside the containing bodies rises due to the gas generated in at least one of the predetermined number of containing bodies;
each of the predetermined number of gas passage portions connected to the predetermined number of containers and configured to allow gas generated in at least one of the containers to pass through the valve device main body;
One gas passage portion extends from each of the predetermined number of containers ,
A valve device , wherein each of the predetermined number of gas passage portions is not provided with a valve mechanism .
請求項7に記載の弁装置とを備える、組電池。 the predetermined number of containers each containing a battery;
An assembled battery comprising the valve device according to claim 7 .
前記電池要素を収容する収容体とを備え、 and a housing that houses the battery element,
前記収容体は、熱融着性樹脂層を含むラミネートフィルムで構成されており、 The container is composed of a laminate film including a heat-sealable resin layer,
前記熱融着性樹脂層に挟まれることによって前記収容体に取り付けられた弁装置をさらに備え、 further comprising a valve device attached to the container by being sandwiched between the heat-fusible resin layers;
前記弁装置は、 The valve device is
前記収容体に取り付けられるように構成されており、 configured to be attached to the container,
前記収容体の内部において発生したガスに起因して前記収容体内の圧力が上昇した場合に該圧力を低下させるように構成される弁装置本体と、 a valve device main body configured to reduce the pressure in the container when the pressure inside the container rises due to the gas generated inside the container;
前記弁装置本体と接続され、前記収容体の内部において発生したガスを前記弁装置本体内へ通過させるように構成された1つのガス通過部とを含み、 a gas passage part connected to the valve device main body and configured to allow gas generated inside the container to pass into the valve device main body;
前記弁装置本体の外径は、前記ガス通過部の外径よりも長い、電池。 The battery, wherein the outer diameter of the valve device main body is longer than the outer diameter of the gas passage portion.
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