JPWO2012147150A1 - Battery pack and single battery - Google Patents
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Abstract
容器表面にガス排出弁を備える複数の単電池と、複数の単電池の各々のガス排出弁に接続され内部にガス排気経路が形成されるダクト装置と、ダクト装置と単電池との間に設けられ、ガス排気経路とガス排出弁とを気密して接続するシール部材とを備え、シール部材は、先端部が単電池の表面においてガス排出弁を囲むように接触し、ガス排気経路の内外の差圧によって弾性変形するリップを有する。Provided between a plurality of single cells having gas discharge valves on the surface of the container, a duct device connected to the gas discharge valves of each of the plurality of single cells to form a gas exhaust path therein, and between the duct device and the single cells A seal member that hermetically connects the gas exhaust path and the gas exhaust valve, and the seal member is in contact with the front end of the unit cell so as to surround the gas exhaust valve. It has a lip that is elastically deformed by differential pressure.
Description
本発明は、ガス排出弁を備える単電池、および、それぞれがガス排出弁を有する複数の単電池を備えた組電池に関する。 The present invention relates to a unit cell provided with a gas discharge valve, and an assembled battery including a plurality of unit cells each having a gas discharge valve.
車両駆動用の二次電池として、正極板および負極板をセパレータを介して配置した充放電要素群を、金属製の電池容器内に収容して密閉した二次電池が広く知られている。リチウムイオン二次電池は、その典型的な二次電池である。 As a secondary battery for driving a vehicle, a secondary battery in which a charge / discharge element group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are arranged via a separator is housed in a metal battery container and sealed is widely known. A lithium ion secondary battery is a typical secondary battery.
リチウムイオン二次電池は、過充電や短絡を生じた場合に発熱して、電池内部に高温のガスが発生することがある。そこで、二次電池には、ガスが発生して内圧が上昇したときに、所定の圧力で開裂してガスを放出するガス排出弁が設けられる(特許文献1参照)。 Lithium ion secondary batteries may generate heat when overcharged or short-circuited, and high-temperature gas may be generated inside the battery. Therefore, the secondary battery is provided with a gas discharge valve that cleaves at a predetermined pressure and releases the gas when gas is generated and the internal pressure rises (see Patent Document 1).
特許文献1に記載の組電池では、放出されたガスが車室に拡散しないように、ガスを所定経路に導くダクト装置が構成されている。ダクト装置は、複数の貫通孔を備え、各貫通孔は組電池内の各単電池に設けられるガス排出弁を覆うよう配置されている。各単電池のガス排出弁とダクト装置の接続部分には、ガスの漏洩を防ぐために、ゴムなどの弾性体からなるシール部が設けられている。
In the assembled battery described in
特許文献1に記載の組電池では、シール部を単電池に圧接して界面の気密性を確保している。よって、シール部を圧接することで生じるシール部自身の反力が、単電池群やダクト装置などに与えられることになる。
In the assembled battery described in
反力の大きさは、シール部の構造や材質によるが、一箇所当たり数N程度となる場合があり、組電池全体では単電池の数に比例してさらに大きくなる。この荷重によってダクト装置や電池群がたわんでしまう場合があり、その結果、各圧接部における気密性能にばらつきが生じてしまうといった問題があった。なお、気密性を確保するために、ダクト装置や単電池群の剛性を高めると、組電池の質量や体積が増大してしまい、組電池の小型化が阻害されてしまう。 Although the magnitude of the reaction force depends on the structure and material of the seal portion, it may be about several N per location, and the whole assembled battery further increases in proportion to the number of single cells. This load may cause the duct device and the battery group to bend, and as a result, there is a problem in that the airtight performance at each pressure contact portion varies. In addition, when the rigidity of a duct apparatus or a single battery group is increased in order to ensure airtightness, the mass and volume of the assembled battery increase, and downsizing of the assembled battery is hindered.
本発明の第1の態様によると、組電池は、容器表面にガス排出弁を備える複数の単電池と、複数の単電池の各々のガス排出弁に接続され内部にガス排気経路が形成されるダクト装置と、ダクト装置と単電池との間に設けられ、ガス排気経路とガス排出弁とを気密して接続するシール部材とを備え、シール部材は、先端部が単電池の表面においてガス排出弁を囲むように接触し、ガス排気経路の内外の差圧によって弾性変形するリップを有する。
本発明の第2の態様によると、第1の態様の組電池において、リップの先端部によって囲まれる領域内に、電池の注液栓が設けられているのが好ましい。
本発明の第3の態様によると、第1または2の態様の組電池において、シール部材が絶縁性のゴム材料で形成されているのが好ましい。
本発明の第4の態様によると、第1ないし3のいずれか1の態様の組電池において、シール部材は、ダクト装置に装着される基部を有し、リップは、基部から先端部に向かって徐々に肉厚が薄くなっているのが好ましい。
本発明の第5の態様によると、第1ないし4のいずれか1の態様の組電池において、ダクト装置は、ガス排出弁に対応したガス排出用開口が設けられ、容器表面を覆うトッププレートと、トッププレートの上に積層され所定の面圧で互いに接触するように締結され、トッププレートとの間にガス排気経路を形成するトップカバーとを有し、シール部材はトッププレートに装着されているのが好ましい。
本発明の第6の態様によると、第1ないし4のいずれか1の態様の組電池において、複数の単電池を並置して一体的に組み立てる一体化機構を有し、一体化機構は、並置した複数の単電池の間に配置されるホルダと、並置した複数の単電池を挟持する一対のエンドプレートとを有し、ダクト装置は、ガス排出弁に対応したガス排出用開口が設けられ、容器表面を覆い、シール部材が装着されたトッププレートと、トッププレートの上に積層され所定の面圧で互いに接触するように締結され、トッププレートとの間にガス排気経路を形成するトップカバーとを有するのが好ましい。
本発明の第7の態様によると、単電池は、内部に充放電要素が収容された電池容器に設けられたガス排出弁と、内部にガス排気経路が形成され、ガス排出弁とガス排気経路とを接続するように電池容器に締結されるダクト装置と、ダクト装置と電池容器との間に設けられ、ガス排気経路とガス排出弁とを気密するシール部材とを備え、シール部材は、先端部が電池容器の表面においてガス排出弁を囲むように接触し、ガス排気経路の内外の差圧によって弾性変形するリップとを有する。
本発明の第8の態様によると、第7の態様の単電池において、リップの先端部によって囲まれる領域内に、電池の注液栓が設けられているのが好ましい。
本発明の第9の態様によると、第7または8の態様の単電池において、シール部材が絶縁性のゴム材料で形成されているのが好ましい。
本発明の第10の態様によると、第7ないし9のいずれか1の態様の単電池において、シール部材は、ダクト装置に装着される基部を有し、リップは、基部から先端部に向かって徐々に肉厚が薄くなっているのが好ましい。According to the first aspect of the present invention, the assembled battery includes a plurality of unit cells each having a gas discharge valve on the surface of the container, and a gas exhaust path is formed therein connected to each gas discharge valve of the plurality of unit cells. A duct device, and a seal member that is provided between the duct device and the unit cell and connects the gas exhaust path and the gas exhaust valve in an airtight manner, and the seal member discharges gas at the surface of the unit cell. It has a lip that contacts the valve and elastically deforms due to the pressure difference inside and outside the gas exhaust path.
According to the second aspect of the present invention, in the assembled battery of the first aspect, it is preferable that a battery injection plug is provided in a region surrounded by the tip portion of the lip.
According to the third aspect of the present invention, in the assembled battery according to the first or second aspect, it is preferable that the sealing member is formed of an insulating rubber material.
According to the fourth aspect of the present invention, in the assembled battery according to any one of the first to third aspects, the seal member has a base portion attached to the duct device, and the lip is directed from the base portion toward the tip portion. It is preferable that the wall thickness is gradually reduced.
According to a fifth aspect of the present invention, in the assembled battery according to any one of the first to fourth aspects, the duct device includes a top plate provided with a gas discharge opening corresponding to the gas discharge valve and covering the container surface. And a top cover which is laminated on the top plate and fastened so as to come into contact with each other at a predetermined surface pressure, and forms a gas exhaust path between the top plate and the seal member is mounted on the top plate Is preferred.
According to the sixth aspect of the present invention, the assembled battery according to any one of the first to fourth aspects has an integrated mechanism for assembling and integrally assembling a plurality of single cells, and the integrated mechanism is arranged in parallel. A holder disposed between the plurality of single cells, and a pair of end plates sandwiching the plurality of single cells juxtaposed, the duct device is provided with a gas discharge opening corresponding to the gas discharge valve, A top plate that covers the surface of the container and has a seal member mounted thereon; a top cover that is laminated on the top plate and fastened so as to come into contact with each other at a predetermined surface pressure; and forms a gas exhaust path between the top plate and It is preferable to have.
According to the seventh aspect of the present invention, the cell includes a gas exhaust valve provided in a battery container in which a charge / discharge element is accommodated, a gas exhaust path formed therein, and the gas exhaust valve and the gas exhaust path. A duct device that is fastened to the battery container so as to connect to the battery container, and a seal member that is provided between the duct device and the battery container and hermetically seals the gas exhaust path and the gas exhaust valve. And a lip which contacts the surface of the battery container so as to surround the gas exhaust valve and elastically deforms due to a differential pressure inside and outside the gas exhaust path.
According to the eighth aspect of the present invention, in the unit cell of the seventh aspect, it is preferable that a battery injection plug is provided in a region surrounded by the tip of the lip.
According to the ninth aspect of the present invention, in the unit cell of the seventh or eighth aspect, it is preferable that the sealing member is formed of an insulating rubber material.
According to a tenth aspect of the present invention, in the unit cell according to any one of the seventh to ninth aspects, the seal member has a base portion attached to the duct device, and the lip is directed from the base portion toward the distal end portion. It is preferable that the wall thickness is gradually reduced.
本発明によれば、気密性が良好であって、コンパクトな組電池を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, airtightness is favorable and can provide a compact assembled battery.
本発明は、電池に設けられるガス排出弁と、内部にガス排気経路を形成するダクト装置との接続部におけるシール部材が、ガスの排気経路内外の差圧によって変形することでガスの漏洩を防止する構成とされている。 The present invention prevents gas leakage by the seal member at the connection between the gas exhaust valve provided in the battery and the duct device forming the gas exhaust path inside being deformed by the differential pressure inside and outside the gas exhaust path. It is supposed to be configured.
―第1の実施の形態―
(組電池の全体構成)
本発明を車両駆動用角形リチウムイオン二次電池(以下電池と記す)の組電池に適用した実施の形態について説明する。図1および図2に示すように、組電池50は、複数の単電池30を有している。複数の単電池30は、並べて配置されており、後述するエンドプレート45や電池ホルダ44、シャフト52などの一体化機構によって一体的に組み立てられている。並置された複数の単電池30は、配列方向(組電池50の長手方向)の両端側から一対のエンドプレート45により挟持され、上方はトッププレート46およびトップカバー47で覆われている。-First embodiment-
(Overall configuration of battery pack)
An embodiment in which the present invention is applied to an assembled battery of a square lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as a battery) for driving a vehicle will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the assembled
図3に示すように、単電池30は、扁平な直方体形状であって、側面のうちで広い面積を有する主面1A同士が対向するように並べて配置されている。隣接する単電池30同士は、単電池30の上面から突設される正極端子4Aおよび負極端子4Bの位置が逆転するように、向きが反転して配置されている。
As shown in FIG. 3, the
(エンドプレートおよびシャフト)
エンドプレート45は、単電池30の主面1Aに対応した矩形平板状とされている。エンドプレート45の四隅には、貫通孔45Aが設けられている。二枚のエンドプレート45の間には、エンドプレート45の四隅の貫通孔45Aに対応して4本のシャフト52が配置されている。(End plate and shaft)
The
図1〜図3に示すように、シャフト52において二枚のエンドプレート45で挟まれる部分は、断面L字状のL字部として形成されている。L字部の両端には、エンドプレート45に当接する当接板が設けられている。当接板には、エンドプレート45の貫通孔45Aに挿通される丸軸が立設され、丸軸にはおねじが形成されている。当接板は、エンドプレート45の内側の面に当接されて、二枚のエンドプレート45の間隔を所定の長さに規定している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the portion of the
丸軸は、エンドプレート45の貫通孔45Aに挿通されている。エンドプレート45の外側から図示しないナットをおねじの形成された丸軸に装着することで、二枚のエンドプレート45に挟まれた各部品は、所定量圧縮された状態で保持される。
The round shaft is inserted into the through
(電池ホルダ)
図2および図3に示すように、並置した複数の単電池30同士の間には、単電池30の四隅を保持する電池ホルダ44が配置されている。電池ホルダ44の四隅には、断面L字状の肩部44Bが形成されている。図3に示すように、肩部44Bの内側形状は、単電池30の四隅の形状に対応している。各単電池30は、電池ホルダ44の四隅に設けられた肩部44Bによって外郭が拘束されている。これにより、組電池50の長手方向に直交する方向における各単電池30の位置が規定されている。(Battery holder)
As shown in FIGS. 2 and 3,
各電池ホルダ44の肩部44Bの外側形状は、シャフト52のL字部の形状に対応している。電池ホルダ44の肩部44Bは、シャフト52のL字部によって拘束される。したがって、各単電池30は、電池ホルダ44を介してシャフト52によって保持される。
The outer shape of the
なお、電池ホルダ44の両面には、複数の溝44Aが形成されている。電池ホルダ44の両面が単電池30で挟まれることで、各溝44Aと電池の主面1Aとで区画される流路44Cが形成される(図2参照)。流路44Cには、単電池30の温度を調節するための冷却風が外部より導入される。
A plurality of
(トッププレートおよびトップカバー)
図1〜図4に示すように、単電池30の上方には、単電池30の容器表面を覆うトッププレート46が配置されている。トッププレート46の上側にはトップカバー47が積層されている。トッププレート46およびトップカバー47は、内部にガス排気経路8を形成するダクト装置48の構成部材であって、いずれもアルミニウム合金製である。(Top plate and top cover)
As shown in FIGS. 1 to 4, a
図2〜図4に示すように、トッププレート46には、後述する各単電池30のガス排出弁23に対応する位置に長円形のガス排出用開口46Aが設けられている。各ガス排出用開口46Aの単電池30側の面には、後述するシール部材49が嵌め込まれている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
図4に示すように、トップカバー47の下側およびトッププレート46の上側の面には、相互に対応する凹部47A,46Bが形成されている。それぞれの凹部47A,46Bは、トップカバー47とトッププレート46とが合わせられたときに組電池50の長手方向に延びる空間であるガス排気経路8を形成する。トップカバー47とトッププレート46は、複数のボルト53がシャフト52のL字部上面に設けられためねじ部52Aに装着されることにより、所定の面圧で互いに接触するように締結されている。
As shown in FIG. 4, recesses 47 </ b> A and 46 </ b> B corresponding to each other are formed on the lower surface of the
図1に示すように、ガス排気経路8における組電池50の長手方向の終端には、トップカバー47のジョイント部47Bとトッププレート46のジョイント部46Cとにより、ジョイント部48Aが延設されている。ジョイント部48Aには、車両外部へガスを導くホースが接続される。
As shown in FIG. 1, at the end of the assembled
トッププレート46には、上記したように、ガス排出弁23に対応して複数のガス排出用開口46Aが設けられている(図2参照)。ガス排出用開口46Aは、単電池30のガス排出弁23が開裂したときにガスをガス排気経路8に導くための導入口である。図2、図4および図7Aに示すように、シール部材49は、後述するガス排出弁23の周囲を覆うように、ダクト装置48を構成するトッププレート46と単電池30との間に配設されている。なお、図7Aに示すように、トッププレート46の底面が、各電池ホルダ44に当接されているため、シール部材49と電池蓋3(単電池30の上面)との相対距離は一定に保たれている。シール部材49の詳細については、後述する。
As described above, the
(単電池)
組電池50を構成する単電池30について説明する。図5に示すように、単電池30は、電池缶1と電池蓋3とを有する電池容器を備えている。電池缶1および電池蓋3は、いずれもアルミニウム合金製である。電池缶1は、一端部に開口を有する矩形箱状とされる。電池蓋3は、矩形平板状であって、電池缶1の開口を塞ぐように溶接されている。つまり、電池蓋3は、電池缶1を封止している。(Single cell)
The
図2に示すように、電池缶1には、充放電する機能を有する充放電要素群6が内部に収容されている。充放電要素群6は、帯状の正極板、負極板および両極を分割するセパレータを重ね合わせ、扁平状に捲回されて構成されている。充放電要素群6の内部全域には、図示しない電解液が含浸されている。
As shown in FIG. 2, the battery can 1 accommodates therein a charging / discharging
図5に示すように、電池蓋3には、充放電要素群6の正極および負極と電気的に接続された金属製の正極端子4Aおよび負極端子4Bが配設されている。正極端子4Aおよび負極端子4Bは、電池蓋3の両端部近傍に設けられた貫通孔に、絶縁性の樹脂材料からなる図示しないシール材を介して挿着されている。
As shown in FIG. 5, the
正極端子4Aおよび負極端子4Bにおいて単電池30の外に露出している部分には、それぞれおねじが形成されている。図3に示すように、隣接する単電池30の正極端子4Aと負極端子4Bとは、金属製の板材からなるバスバー51によって電気的に接続される。バスバー51は、図示しないナットによって正極端子4A、負極端子4Bに締結されている。
Male screws are formed in portions of the
(ガス排出弁および注液口)
図5に示すように、電池蓋3の中央部分には、ガス排出弁23と注液口20が形成されている。単電池30の容器表面に設けられるガス排出弁23は、内圧作用時の応力集中度合が相対的に高くなるように、プレスによって電池蓋3を部分的に薄肉化することで形成されている。これにより、電池缶1内が所定圧力(本実施形態では約1MPa)に達すると、図7Bに示すように、ガス排出弁23が優先的に破壊されて、ガスが外部に排出される。(Gas discharge valve and injection port)
As shown in FIG. 5, a
図5に示す注液口20は、電池缶1内に電解液を注入するための貫通孔である。注液口20は、電解液を電池缶1内に注入した後、注液栓22によって封止される。注液栓22は、溶接によって電池蓋3に固定される。
The liquid injection port 20 shown in FIG. 5 is a through hole for injecting the electrolyte into the battery can 1. The liquid injection port 20 is sealed by a liquid injection plug 22 after injecting the electrolytic solution into the battery can 1. The
(シール部材)
単電池30のガス排出弁23が開裂した際、ガスが外部に漏れることを防止するために、ガス排出弁23とダクト装置48との接続部に配されるシール部材49ついて詳しく説明する。ダクト装置48は、上述したように、トッププレート46とトップカバー47とを含んで構成され、複数の単電池30の各々のガス排出弁23に接続されており、ガス排出弁23が開裂したときに、ガスを組電池50の外部へ案内するガス排気経路8を形成している(図4参照)。ダクト装置48へのガス導入口であるガス排出用開口46Aは、各単電池30のガス排出弁23を包含するするように設けられている。シール部材49は、図4に示すように、このガス排出用開口46Aと電池蓋3との間に設けられている。シール部材49の材質は、絶縁性のゴム材料であるEPDM(エチレン・プロピレン・ジエンゴム)である。(Seal member)
In order to prevent the gas from leaking to the outside when the
シール部材49は、図6に示すように、長円形の輪郭をなし、部分図示した断面でわかるようにL字状の断面の基部49Gを有している。基部49Gは、ダクト装置48を構成するトッププレート46に嵌め込まれる部分として形成されている。トッププレート46に装着される基部49Gの下端からは、単電池30に当接するリップ49Aが、シール部材49の内側に向かって延在している。
As shown in FIG. 6, the
図4および図7Aに示すように、ガス排出用開口46Aには、シール部材49の基部49Gの嵌め込み段差部が設けられている。シール部材49は、ガス排出用開口46Aの下方から段差部に嵌着されている。リップ49Aは、基部49Gから先端部49Fに向かって周方向内側に延在して、先端部49Fが電池蓋3の表面に接触している。先端部49Fと単電池30とが接することにより、先端部49Fにより囲まれる電池蓋3表面の領域は、図8に示すように、長円形状となる。このリップ49Aの先端部49Fによって囲まれる長円形状の領域を、ガス排出弁23を包含するシール部材包含領域49Bと定義する。図8に示すように、シール部材包含領域49B内には、ガス排出弁23とともに注液栓22も配置されている。
As shown in FIGS. 4 and 7A, the gas discharge opening 46 </ b> A is provided with a fitting stepped portion of the
図9に示すように、リップ49Aの先端部49Fが電池蓋3に当接している状態では、リップ49Aが電池蓋3の表面に対して傾斜して配置されている。リップ49Aは、基部49Gの径D2よりも先端部49Fの径D1の方が小さく形成されている。リップ49Aの長さL2は、リップ49Aの基部49Gから電池蓋3までの上下方向の間隔L1よりも長い。さらに、リップ49Aは、基部49Gから先端部49Fに向かって徐々に肉厚が薄くなるように形成されている。
As shown in FIG. 9, the
(リップの変形)
以下、ガス排出弁23が開裂したときの、リップ49Aの変形について図7Aおよび図7Bを参照して説明する。図7Aは、ガス排出弁23が開裂する前の通常状態のシール部材49を示す部分断面図であり、図7Bは、ガス排出弁23が開裂した直後のシール部材49を示す部分断面図である。(Lip deformation)
Hereinafter, the deformation of the
組電池50中の各単電池30は過充電や短絡を生じた場合に発熱して、単電池30の内部に高温のガスが発生することがある。ガスが発生すると、内圧が急激に上昇する。内圧が上昇して、単電池30の内圧が所定値に達すると、図7Bに示すように、ガス排出弁23が開裂し、ガスがダクト装置48内に放出される。ガスの放出により、ダクト装置48内の圧力は急激に高まり、外気との差圧が上昇する。
Each
ダクト装置48内の圧力は、図7Bに複数の矢印で模式的に示したように、ダクト装置48の各壁面およびシール部材49に対して垂直に作用する。ダクト装置48内の空間であるガス排気経路8は、複数の単電池30に対して連通しているので、ガス排出弁23が開裂した単電池30に隣接する単電池30に配設されるシール部材49や電池蓋3に対しても同様の圧力が作用する。
The pressure in the
ガス排気経路8の内外の差圧の上昇により、基部49Gが外方に押し付けられるため、基部49Gとトッププレート46との密着性が高まり、トッププレート46と基部49Gとの界面からのガスの漏洩が防止される。リップ49Aは、剛性が低い弾性部材であるため、単電池30に接している先端部49F近傍は外側に膨出するように折り曲がって変形する。
Since the
このようなリップ49Aの変形により、弾性部材であるリップ49Aの先端部49Fに強い弾性力、換言すると、リップ49Aの弾性力によって、リップ49Aの先端部49Fを下方に押す力が発生して、リップ49Aの先端部49Fが強い力で単電池30に当接することになる。さらに、折り曲げられた先端部49F近傍の上面側は、ガスによって電池蓋3に押し付けられるため、先端部49F近傍の下面が電池蓋3に密着するように面接触することになる。この結果、リップ49Aと単電池30の当接界面は高いシール効果を得ることになり、界面からのガスの漏洩を防止することができる。
Due to the deformation of the
なお、上述したように、隣接する単電池30に配されるシール部材49においても同様の圧力がかかるため、リップ49Aが変形して気密性が確保される。これにより、通常状態にある他の単電池30とリップ49Aとの当接界面からもガスが漏洩することはない。
As described above, the same pressure is also applied to the
ガスが放出されている間は、図7Bに示すような状態が維持されるが、ガスが所定経路から正常に外部に放出された後は、ガス排気経路8の内外の差圧は徐々に小さくなる。ガスの放出が終了すると、リップ49Aは弾性によって以前の状態に復帰する。
While the gas is being released, the state shown in FIG. 7B is maintained, but after the gas is normally released from the predetermined path to the outside, the pressure difference inside and outside the
(数値解析による検証)
第1の実施の形態に係る組電池50に組み込んだシール部材49によるシール効果を確認するために、有限要素法による数値解析を行った。図10Aは、有限要素法による数値解析モデルを示す図であり、図10Bは、有限要素法による数値解析結果を示す図である。形状の対称性を考慮して、長円形の4分の1の形状部分をモデル化した。シール部材49の図示しないダクト装置48との接合部には、ダクト装置48の剛性が十分に高いことを考慮して、変形しないこととして境界条件を与え、ダクト装置48のモデル化を省略した。(Verification by numerical analysis)
In order to confirm the sealing effect by the sealing
電池蓋3とリップ49Aの先端部49Fとの当接部には、先端部49Fが電池蓋3との当接面と平行な方向に移動することができる境界条件を与えた。シール部材49には、一般的なEPDMのヤング率およびポアソン比を物性値として与えた。
The contact portion between the
荷重条件として、リップ49Aを含むシール部材49の内壁部分に、各面に垂直な等分布荷重を与えた。数値解析の結果、図10Bに示すように、リップ49Aの各部分に意図した変形が生じていることが確認された。この結果から、シール効果の有効性が示された。
As a load condition, an equally distributed load perpendicular to each surface was applied to the inner wall portion of the
<作用効果等>
以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
(1)ダクト装置48と単電池30との間に、ガス排気経路8とガス排出弁23とを気密して接続するシール部材49を設けた。シール部材49には、ガスの排気経路の内外の差圧によって弾性変形するリップ49Aが設けられ、リップ49Aは、基部49Gから先端部49Fに向かって内側に延在して、先端部49Fが単電池30の表面においてガス排出弁23を囲むように接触する構成とした。これにより、ガス排出弁23が開裂したときに、ガスの排気経路の内外の差圧によって、リップ49Aの一部を単電池30の表面に密着させることで、ガスが外部に漏洩することを防止できる。<Effects>
According to this Embodiment described above, there can exist the following effects.
(1) A
(2)リップ49Aは、弾性変形可能な材料で形成されているため、リップ49Aを単電池30の表面に当接させたときに生じる反力を小さくすることができる。さらに、基部から先端部49Fに向かって徐々に肉厚が薄くなるようにリップ49Aを形成することで、電池蓋3との当接部に近い部分に高い柔軟性を持たせることができるため、リップ49Aからの反力をより小さくすることができる。
(2) Since the
(3)(2)により、電池蓋3がリップ49Aによって押し付けられて変形することもないし、リップ49Aを単電池30の表面に当接させたときに生じる反力によってダクト装置48や単電池30群がたわむこともない。従来技術では、シール部材49に強い負荷をかける必要があったが、本実施の形態では、シール部材49に強い負荷をかける必要がないため、反力を担う強度メンバ、本実施の形態ではトッププレート46とトップカバー47のねじ締結部分の剛性を従来に比べて小さくすることができる。したがって、強度メンバの体積や質量を小さくできる。これにより、組電池50を軽量かつコンパクトにすることができる。
(3) According to (2), the
(4)(1)〜(3)により、気密性が良好であって、コンパクトな組電池50を提供できる。
(4) According to (1) to (3), it is possible to provide a compact assembled
(5)(2)により、複数の単電池30の組立状態やトッププレート46の反りなどによって各単電池30ごとにその当接状態が異なる場合であっても、反力のばらつきを小さく抑えることができる。
(5) According to (2), even when the contact state differs for each
(6)本実施の形態では、リップ49Aの先端部49Fは、単電池30(電池蓋3)のガス排出弁23外周の表面に接していればよい。したがって、Oリングなどのシール部材を圧接する従来技術では、単電池30とシール部材の上下方向の相対間隔を厳しく管理する必要があったが、本実施の形態によれば、このような管理が不要となる。さらに、電池蓋3の当接面に平行な方向の相対位置も厳しく管理する必要がない。つまり、ダクト装置48を構成するトッププレート46や電池群が多少反っていたり、各単電池30の位置が多少ずれた状態で組電池50を構成してもシール性は損なわれない。
(6) In the present embodiment, the
(7)(6)で述べたように、シール部材の位置を厳しく管理する必要がない。したがって、トッププレート46や電池群の反りや配置位置の許容公差を予め大きく設定することができる。これにより、組立性に優れた組電池50を提供することができる。
(7) As described in (6), it is not necessary to strictly manage the position of the seal member. Accordingly, it is possible to set a large tolerance in advance for the warpage of the
(8)ガス排出弁23と注液栓22とを含むようにシール部材包含領域49Bを設定した。これにより、レーザ溶接によって注液口20を封止する注液栓22が溶接により平坦性を損なっている場合であっても、気密性を確保することができる。
(8) The seal
(9)弾性変形可能なリップ49Aを電池蓋3に当接するようにした。これにより、単電池30の内圧が上昇して電池蓋3が外方に膨らんだとしても、その変形をシール部材49のリップ49Aが弾性変形して吸収する、すなわち電池蓋3の変形に追従することができる。よって、電池蓋3が膨らむように変形した場合であっても、気密性を確保することができる。
(9) The elastically
―第2の実施の形態―
本発明を車両駆動用の角形リチウムイオン二次電池の組電池に適用した第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同様の箇所には同一の符号を付して相違点についてのみ説明する。-Second embodiment-
A second embodiment in which the present invention is applied to an assembled battery of a prismatic lithium ion secondary battery for driving a vehicle will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the location similar to 1st Embodiment, and only a different point is demonstrated.
第2の実施の形態では、図11に示すように、ガス排出弁23と注液栓22との距離が比較的離れており、ガス排出弁23の輪郭形状のみを包含するようにシール部材包含領域49Bが設定されている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 11, the distance between the
図11に示すように、充分にガス排出弁23と注液栓22とが離れている場合には、ガス排出弁23のみを含むようにシール部材包含領域49Bを設定することができる。できるだけ小さな領域を包含することで、リップ49Aの形状的な精度を高めることができるため、より安定的なシール性を確保できる。
As shown in FIG. 11, when the
―第3の実施の形態―
本発明を車両駆動用の角形リチウムイオン二次電池の組電池に適用した第3の実施の形態について説明する。なお、第1および第2の実施の形態と同様の箇所には同一の符号を付して相違点についてのみ説明する。-Third embodiment-
A third embodiment in which the present invention is applied to an assembled battery of a prismatic lithium ion secondary battery for driving a vehicle will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the location similar to 1st and 2nd embodiment, and only a different point is demonstrated.
第3の実施の形態では、図12および図13に示すように、ガス排出弁23の形状が矩形状とされている。ガス排出弁23を矩形状とすることで、より高精度に開裂圧力を設定することができる場合がある。
In the third embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, the shape of the
ガス排出弁23と注液栓22との相対距離が比較的短い場合には、図12に示すように、ガス排出弁23および注液栓22を含むように長円形状のシール部材包含領域49Bが設定される。ガス排出弁23と注液栓22との相対距離が比較的長い場合には、図13に示すように、ガス排出弁23のみを含むように長円形状のシール部材包含領域49Bが設定される。
When the relative distance between the
なお、ガス排出弁23の形状が矩形状であっても、シール部材包含領域49Bは、長円形状とすることが好ましい。シール部材包含領域49Bを矩形状とすることも可能であるが、シール部材49の屈曲部を直角とした場合に比べて、屈曲部を円弧に近い湾曲状に形成した方が、シール部材49の全域に亘って、均等なシール効果を得ることができる。
Even if the shape of the
―第4の実施の形態―
本発明を車両駆動用の角形リチウムイオン二次電池の組電池に適用した第4の実施の形態について説明する。なお、第1〜第3の実施の形態と同様の箇所には同一の符号を付して相違点についてのみ説明する。-Fourth embodiment-
A fourth embodiment in which the present invention is applied to an assembled battery of a prismatic lithium ion secondary battery for driving a vehicle will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the location similar to the 1st-3rd embodiment, and only a different point is demonstrated.
第4の実施の形態では、図14および図15に示すように、ガス排出弁23の形状が円形状とされている。ガス排出弁23を円形状とすることで、より高精度に開裂圧力を設定することができる場合がある。
In the fourth embodiment, as shown in FIGS. 14 and 15, the shape of the
ガス排出弁23と注液栓22との相対距離が比較的短い場合には、図14に示すように、ガス排出弁23および注液栓22を含むように長円形状のシール部材包含領域49Bが設定される。ガス排出弁23と注液栓22との相対距離が比較的長い場合には、図15に示すように、ガス排出弁23のみを含むように円形状のシール部材包含領域49Bが設定される。
When the relative distance between the
―第5の実施の形態―
本発明を車両駆動用の角形リチウムイオン二次電池の単電池に適用した第5の実施の形態について、図16および図17を参照して説明する。なお、第1〜第4の実施の形態と同様の箇所には同一の符号を付して相違点を中心に説明する。-Fifth embodiment-
A fifth embodiment in which the present invention is applied to a unit cell of a prismatic lithium ion secondary battery for driving a vehicle will be described with reference to FIGS. 16 and 17. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the location similar to the 1st-4th embodiment, and it demonstrates centering around difference.
第5の実施の形態では、絶縁性のゴム材料で形成されているシール部材49が、単電池70に組み込まれている。単電池70は、円形状のガス排出弁23を備え、図示するように、ガス排出弁23には樹脂製のダクト装置68が接続されている。
In the fifth embodiment, a
ダクト装置68は、円形開口が形成された平板状の基部68Bと、基部68Bに立設される円筒68Cと、円筒68Cの軸心と直交する方向に延在するパイプ部68Dとが一体成型されることで構成されている。基部68Bは、電池蓋3の表面に当接した状態で電池蓋3に締結されている。円筒68Cとパイプ部68Dとは連設されて内部にガス排気経路を形成している。なお、パイプ部68Dは、単電池70の高さ方向の寸法を抑えるために断面形状が楕円状に形成されている。
In the
パイプ部68Dには、図16に示すように、その一端にジョイント部としてのオスジョイント68Aが形成され、他端にジョイント部としてのメスジョイント(不図示)が形成されている。オスジョイント68Aの外径は、メスジョイントの内径と略同一とされている。ジョイント部であるオスジョイント68Aには車両外部へガスを導くホースが接続され、メスジョイントには閉止栓が接続される。
As shown in FIG. 16, the
図17に示すように、ガス排気経路とガス排出弁23とを気密して接続するシール部材49は、ダクト装置68と電池蓋3との間において、ダクト装置68の円筒68Cの内側に形成された段差部に嵌め込まれている。リップ49Aは、ダクト装置68に装着される基部49Gから先端部49Fに向かって内側に延在して、先端部49Fが電池蓋3の表面に当接している。リップ49Aは、基部49Gから先端部49Fに向かって徐々に肉厚が薄くなっている。このように、単電池70には、ガス排出弁23を囲むようにシール部材49のリップ49Aが配設されている。リップ49Aは、第1〜第4の実施の形態と同様に、ダクト装置68の内部に形成されるガス排気経路の内外の差圧によって、弾性変形可能とされている。
As shown in FIG. 17, the
このように、単電池70にガス排出弁23からのガスを案内するダクト装置68を設ける場合であっても、第1〜第4の実施の形態と同様に、シール部材49を配設して、気密性を確保することができる。
As described above, even when the
単電池70の場合であって主面1Aを拘束しない場合、過充電等により単電池30内部の圧力が上昇したとき、面積の広い主面1Aが外方に張り出すように変形するため、電池蓋3は中央が凹むように変形する。したがって、電池蓋3の凹み量を考慮して、リップ49Aの長さを予め余分に長くしておき、先端部49F近傍を通常状態において面接触させておくことが好ましい。これにより、電池蓋3の中央部が電池缶1の内側に凹むように変形したとしても、リップ49Aを電池蓋3の表面に当接させた状態で維持できるため、気密性を良好に保つことができる。
When the
したがって、上記第1〜第4の実施の形態と同様に、気密性が良好であって、コンパクトな単電池70を提供できる。
Therefore, similarly to the first to fourth embodiments, a
第5の実施の形態のようにダクト装置68を個別に有する単電池70を使用して、以下のように組電池を構成することができる。主面1Aを互いに対向させて単電池70を並置し、各単電池70のオスジョイント68Aをメスジョイントに挿入連結する。組電池の一方の端部に配置された単電池70のオスジョイント68Aには車室外にガスを排気するホースなどが装着され、組電池の他方の端部に配置された単電池70のメスジョイントには閉止栓が装着される。
The assembled battery can be configured as follows using the
複数の単電池70により組電池を構成する際に第1の実施の形態のように電池ホルダ44を使用しない場合、単電池70の主面1Aが拘束されないので電池蓋3が窪むことがある。この場合でも、リップ49Aの長さを上述したように十分長く設定することにより、シール部材49による気密性を担保することができる。
When the
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(1)電池缶1および電池蓋3は、アルミニウム合金製に限定されない。電池缶1および電池蓋3は、アルミニウム、ニッケル、スチール、ステンレス等の種々の金属材料により形成することができる。
(2)第1〜第4の実施の形態において、トッププレート46およびトップカバー47は、アルミニウム合金製とする場合に限定されない。軽量化を目的として、比較的軟化温度の高い樹脂を用いる場合もある。The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or a plurality of modifications can be combined with the above-described embodiment.
(1) The battery can 1 and the
(2) In the first to fourth embodiments, the
(3)ジョイント部には、車両外部へガスを導くためのホースが接続される場合に限定されない。ジョイント部には、別の組電池あるいは単電池を接続するための接続部品を接続してもよい。 (3) The joint portion is not limited to a case where a hose for guiding gas to the outside of the vehicle is connected. You may connect the connection part for connecting another assembled battery or a single battery to a joint part.
(4)さらに、ホースは車両外部へ導く場合に限定されない。車内に搭載されるタンクに接続して、タンク内にガスを溜めてもよい。ガスを外部に放出せずに、タンクに貯留する場合は、ガス排出弁23が開裂した後、図7Bに示すように、外気との差圧が保持されてリップ49Aが変形した状態を維持するため、気密性も維持される。
(4) Furthermore, the hose is not limited to a case where the hose is led outside the vehicle. The gas may be stored in the tank by connecting to a tank mounted in the vehicle. When the gas is stored in the tank without being released to the outside, after the
(5)第1〜第4の実施の形態において、シール部材49は、トッププレート46と電池蓋3との間に嵌め込まれるだけでなく、トッププレート46に接着剤で接着固定してもよい。これにより、トッププレート46とシール部材49との界面におけるガスの漏洩を確実に防止することができる。
(6)電池缶1に収容される充放電要素群6は、正極板と負極板とをセパレータを介して捲回した捲回電極群とする場合に限定されることなく、複数枚の正極板と負極板とをセパレータを介して積層した積層電極群としてもよい。(5) In the first to fourth embodiments, the
(6) The charging / discharging
(7)第5の実施の形態において、ガス排出弁23は円形状に限定されない。長円形状や矩形状など種々の形状を採用できる。さらに、図14に示すように、ガス排出弁23とともに注液栓22をリップ49Aの先端部49Fによって囲まれる領域内に設けてもよい。
(7) In the fifth embodiment, the
(8)第1〜第4の実施の形態において、ダクト装置48はトップカバー47およびトッププレート46によって形成する場合に限定されない。ガス排出弁23に接続される複数の貫通孔を有する矩形筒状のダクト装置を採用してもよい。
(8) In the first to fourth embodiments, the
(9)シール部材49の材質は、EPDMに限定されない。絶縁性と弾性を有する種々の材質を採用することができる。さらに、シール部材49の材質は、絶縁性を有する場合に限定されない。シール部材49に絶縁性を持たせることに代えて、たとえばトッププレート46とシール部材49との間に絶縁材を介在させる、あるいは、トッププレート46の材質に絶縁性を持たせてもよい。
(9) The material of the
(10)リチウムイオン二次電池を一例として説明したが、ニッケル水素電池などその他の単電池にも本発明を適用できる。 (10) Although the lithium ion secondary battery has been described as an example, the present invention can also be applied to other unit cells such as a nickel metal hydride battery.
本発明は、上記した実施の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be freely changed and improved without departing from the gist of the invention.
Claims (10)
前記複数の単電池の各々のガス排出弁に接続され内部にガス排気経路が形成されるダクト装置と、
前記ダクト装置と前記単電池との間に設けられ、前記ガス排気経路と前記ガス排出弁とを気密して接続するシール部材とを備え、
前記シール部材は、先端部が前記単電池の表面において前記ガス排出弁を囲むように接触し、前記ガス排気経路の内外の差圧によって弾性変形するリップを有する組電池。A plurality of single cells having a gas discharge valve on the container surface;
A duct device connected to a gas exhaust valve of each of the plurality of single cells and having a gas exhaust path formed therein;
A seal member provided between the duct device and the unit cell, and sealingly connecting the gas exhaust path and the gas exhaust valve;
The seal member is a battery assembly having a lip whose tip is in contact with the surface of the unit cell so as to surround the gas exhaust valve and elastically deformed by a differential pressure inside and outside the gas exhaust path.
前記リップの先端部によって囲まれる領域内に、前記電池の注液栓が設けられている組電池。The assembled battery according to claim 1,
An assembled battery in which an injection stopper for the battery is provided in a region surrounded by the tip of the lip.
前記シール部材が絶縁性のゴム材料で形成されている組電池。The assembled battery according to claim 1 or 2,
An assembled battery in which the sealing member is formed of an insulating rubber material.
前記シール部材は、前記ダクト装置に装着される基部を有し、前記リップは、前記基部から先端部に向かって徐々に肉厚が薄くなっている組電池。The assembled battery according to any one of claims 1 to 3,
The seal member has a base portion attached to the duct device, and the lip has a gradually decreasing thickness from the base portion toward the tip portion.
前記ダクト装置は、前記ガス排出弁に対応したガス排出用開口が設けられ、前記容器表面を覆うトッププレートと、
前記トッププレートの上に積層され所定の面圧で互いに接触するように締結され、前記トッププレートとの間に前記ガス排気経路を形成するトップカバーとを有し、
前記シール部材は前記トッププレートに装着されている組電池。The assembled battery according to any one of claims 1 to 4,
The duct device is provided with a gas discharge opening corresponding to the gas discharge valve, and a top plate covering the container surface;
A top cover that is laminated on the top plate and fastened to contact each other at a predetermined surface pressure, and forms a gas exhaust path between the top plate and the top plate;
The assembled battery in which the seal member is mounted on the top plate.
前記複数の単電池を並置して一体的に組み立てる一体化機構を有し、
前記一体化機構は、前記並置した複数の単電池の間に配置されるホルダと、
前記並置した複数の単電池を挟持する一対のエンドプレートとを有し、
前記ダクト装置は、前記ガス排出弁に対応したガス排出用開口が設けられ、前記容器表面を覆い、前記シール部材が装着されたトッププレートと、
前記トッププレートの上に積層され所定の面圧で互いに接触するように締結され、前記トッププレートとの間に前記ガス排気経路を形成するトップカバーとを有する組電池。The assembled battery according to any one of claims 1 to 4,
An integrated mechanism for assembling the plurality of single cells side by side;
The integration mechanism includes a holder disposed between the plurality of juxtaposed cells,
A pair of end plates sandwiching the plurality of juxtaposed cells,
The duct device is provided with a gas discharge opening corresponding to the gas discharge valve, covers the container surface, and a top plate on which the seal member is mounted;
A battery pack having a top cover stacked on the top plate and fastened so as to come into contact with each other at a predetermined surface pressure and forming the gas exhaust path between the top plate and the top plate.
内部にガス排気経路が形成され、前記ガス排出弁とガス排気経路とを接続するように前記電池容器に締結されるダクト装置と、
前記ダクト装置と前記電池容器との間に設けられ、前記ガス排気経路と前記ガス排出弁とを気密するシール部材とを備え、
前記シール部材は、先端部が前記電池容器の表面において前記ガス排出弁を囲むように接触し、前記ガス排気経路の内外の差圧によって弾性変形するリップとを有する単電池。A gas discharge valve provided in a battery container in which a charge / discharge element is accommodated;
A gas exhaust path formed therein, and a duct device fastened to the battery container so as to connect the gas exhaust valve and the gas exhaust path;
A seal member provided between the duct device and the battery container and hermetically sealing the gas exhaust path and the gas exhaust valve;
The seal member has a lip that is in contact with the tip of the sealing member so as to surround the gas discharge valve on the surface of the battery container, and has a lip that is elastically deformed by a differential pressure inside and outside the gas exhaust path.
前記リップの先端部によって囲まれる領域内に、前記電池の注液栓が設けられている単電池。The single battery according to claim 7,
A unit cell in which an injection stopper for the battery is provided in a region surrounded by a tip portion of the lip.
前記シール部材が絶縁性のゴム材料で形成されている単電池。The single battery according to claim 7 or claim 8,
A unit cell in which the sealing member is formed of an insulating rubber material.
前記シール部材は、前記ダクト装置に装着される基部を有し、前記リップは、前記基部から先端部に向かって徐々に肉厚が薄くなっている単電池。The single battery according to any one of claims 7 to 9,
The said sealing member has a base part with which the said duct apparatus is mounted | worn, and the said lip is a single cell from which the thickness is gradually reduced toward the front-end | tip part.
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