JP2018018657A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】開放弁の作動圧が設計値よりも高くなることを抑制でき、かつ良好な放熱性を確保できる電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュール１は、筐体５の内圧が閾値に到達したときに収容空間Ｓ内の圧力を外部に開放する開放弁１２を備え、開放弁１２は、筐体５に設けられた開口１３と、開口１３を塞ぐように筐体５の外面に配置されたゴム製の弁体１５と、開口１３と連通する通気口１９を有し、弁体１５を筐体５の外面に付勢した状態で筐体５に取り付けられるカバー１６と、を有し、開口１３の開口縁部１３ａには、環状の凸部１４が設けられ、弁体１５には、凸部１４に嵌合する金属製の嵌合部材２０が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

ニッケル水素充電池などをモジュール化した電池モジュールでは、筐体内での水素ガスの発生により、筐体の内圧が上昇する場合がある。そこで、このような電池モジュールでは、内圧の過度な上昇によって筐体に破損などが発生することを防止すべく、内圧が一定の閾値を超えた場合に筐体内の圧力を外部に開放する開放弁が設けられている。

例えば特許文献１に記載の密閉型アルカリ蓄電池では、金属製の筐体の上部に復帰式の開放弁が取り付けられている。開放弁は、水素透過性を有するゴム製の弁体と、弁体を押さえる支持部材とによって構成されている。この蓄電池では、筐体の内圧が上昇すると、ゴム製の弁体が変形し、弁体と筐体との間に生じた隙間から内部ガスが放出される。また、内部ガスの放出によって筐体の内圧が下降すると、ゴム製の弁体の形状が元に戻り、筐体が再び密閉される。

特開２００５−３３２７６７号公報

上述した従来の電池モジュールに取り付けられている開放弁では、例えば開放弁が長期間にわたって作動しなかったような場合に、経年変化などの要因によってゴム製の弁体が筐体に張り付いてしまうことが考えられる。筐体への弁体の張り付きが生じると、弁体の開放に必要な圧力が上昇し、開放弁の作動圧が設定値よりも高くなってしまうおそれがある。また、電池モジュールでは、ガスの発生等によって筐体の内圧が上昇した状態が継続すると、出力の低下や短寿命化を招くおそれがある。このため、電池モジュール自体に一定の放熱性を持たせ、筐体の内圧の上昇を抑制することも重要となる。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、開放弁の作動圧が設定値より高くなることを抑制でき、かつ良好な放熱性を確保できる電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る電池モジュールは、内部に収容空間を有する筐体と、電極板の積層体によって構成され、電解液と共に収容空間に配置された積層体セルと、筐体の内圧が閾値に到達したときに収容空間内の圧力を外部に開放する開放弁と、を備え、開放弁は、筐体に設けられた開口と、開口を塞ぐように筐体の外面に配置されたゴム製の弁体と、開口と連通する通気口を有し、弁体を筐体の外面に付勢した状態で筐体に取り付けられるカバーと、を有し、開口の開口縁部には、環状の凸部が設けられ、弁体には、凸部に嵌合する金属製の嵌合部材が設けられている。

この電池モジュールでは、開放弁において、筐体の開口縁部に設けられた環状の凸部に対してゴム製の弁体が付勢される。このため、凸部が設けられていない場合に比べて弁体と筐体との接触面積が抑えられ、筐体への弁体の張り付きを抑制することができる。弁体の張り付きを抑制することで、開放弁の作動圧が設定値より高くなることを抑制できる。また、この電池モジュールでは、弁体に金属製の嵌合部材が設けられ、嵌合部材を凸部に嵌合させることによって弁体を筐体に対して取り付けている。したがって、嵌合部材がヒートマスとして機能し、良好な放熱性を確保できる。

筐体は、樹脂製であってもよい。樹脂製の筐体とゴム製の弁体との間では、弁体の張り付きが生じ易い。したがって、上述のように筐体の開口縁部に環状の凸部を設けて弁体と筐体との接触面積を抑えることで、開放弁の作動圧の変動を好適に抑制できる。

また、開口の開口縁部には、凸部周りに金属板が配置され、弁体の嵌合部材と金属板とが接続されていてもよい。この場合、金属板によって嵌合部材のヒートマスとしての機能が強化される。したがって、電池モジュールの放熱性が一層良好なものとなる。

また、筐体は、積層体セルと隔壁とを組み合わせた隔壁ユニットを配列してなり、隔壁内には、隔壁を挟んで隣接する積層体セル同士を接続する集電板が配置され、弁体の嵌合部材と集電板とが接続されていてもよい。この場合、集電板によって嵌合部材のヒートマスとしての機能が強化される。したがって、電池モジュールの放熱性が一層良好なものとなる。

本発明によれば、開放弁の作動圧が設計値よりも高くなることを抑制でき、かつ良好な放熱性を確保できる。

第１実施形態に係る電池モジュールの概略断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 第２実施形態に係る電池モジュールの要部拡大断面図である。 第３実施形態に係る電池モジュールの要部拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る電池モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。
［第１実施形態］

図１は、一実施形態に係る電池モジュールの概略断面図である。電池モジュール１は、例えば自動車などの車両のバッテリーとして用いられるニッケル水素充電池をモジュール化したものである。同図に示すように、電池モジュール１は、一つの隔壁２に一つの積層体セル３を組み合わせてなる隔壁ユニット４を複数配列することによって構成されている。隔壁ユニット４，４同士は、例えば溶着によって互いに結合され、これにより、電池モジュール１の筐体５が構成されている。溶着としては、例えば熱可塑性樹脂による超音波溶着、熱溶着フィルムを用いた溶着などが用いられる。

筐体５は、全体として隔壁ユニット４の配列方向について扁平な略直方体形状をなし、隔壁２によって仕切られた収容空間Ｓを有している。筐体５（筐体５を構成する隔壁２）は、例えば樹脂によって形成されている。樹脂材料としては、例えばＰＰ、ＰＰＳ、又は変性ＰＰＥなどが挙げられる。筐体５の各収容空間Ｓには、積層体セル３と電解液とがそれぞれ収容されている。電解液としては、例えば濃水酸化カリウム水溶液などのアルカリ溶液が挙げられる。

隔壁ユニット４を構成する隔壁２は、平面視において、例えば横長の長方形状をなしている。隔壁２の一方面側の縁部には、肉厚の枠部６が設けられている。また、隔壁２の内部には、金属によって形成された集電板７がインサート成形によって設けられている。集電板７は、隔壁Ａの幅方向（図１における奥行方向）の一方側と他方側とに互いに離間してそれぞれ設けられている。集電板７の一縁部は、隔壁２の上縁部から突出する突出部分７ａとなっている。また、隔壁２には、幅方向の一方側と他方側とに窓部８がそれぞれ形成されている。隔壁２内の集電板７の一部は、窓部８から露出する露出部分７ｂとなっている。

積層体セル３は、正極と、負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータとによって構成されている。正極を構成する正極活物質としては、例えば水酸化ニッケルが挙げられる。また、負極を構成する負極活物質としては、例えば水素吸蔵合金が挙げられる。セパレータは、例えば袋状に形成されている。セパレータの形成材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。なお、セパレータは、袋状に限られず、シート状のものを用いてもよい。

本実施形態では、正極タブが露出するように袋状のセパレータに正極が内包され、この正極を内包したセパレータ付き正極と負極とが交互に積層された積層体によって積層体セル３が形成されている。積層体セル３では、正極タブ群９及び負極タブ群１０が幅方向（図１における奥行方向）に互いに離間して配置される。隔壁２を挟んで隣り合う積層体セル３，３は、正極タブ群９及び負極タブ群１０の位置が互いに反転するように配置されている。

一の隔壁ユニット４において、積層体セル３の正極タブ群９は、集電板７の突出部分７ａ，７ａ同士を接続部材１１で接続することにより、隣り合う一方の隔壁ユニット４における積層体セル３の負極タブ群１０と接続されている。また、一の隔壁ユニット４において、積層体セル３の負極タブ群１０は、集電板７の突出部分７ａ，７ａ同士を接続部材１１で接続することにより、隣り合う他方の隔壁ユニット４における積層体セル３の正極タブ群９と接続されている。これにより、各積層体セル３は、電気的に直列に接続された状態となっている。なお、正極タブ群９と集電板７との接続、及び負極タブ群１０と集電板７との接続には、例えば溶接が用いられる。溶接形態としては、例えば抵抗シーム溶接、レーザによる貫通溶接などが挙げられる。

上述した電池モジュール１には、図１に示すように、内圧の過度な上昇によって筐体５に破損などが発生することを防止すべく、筐体５の内圧が一定の閾値を超えた場合に筐体５の収容空間Ｓ内の圧力を外部に開放する開放弁１２が設けられている。図２に示すように、電池モジュール１への開放弁１２の設置にあたり、各隔壁ユニット４の隔壁２の上縁部には、収容空間Ｓに繋がる開口１３がそれぞれ設けられている。また、隔壁２において、開口１３の開口縁部１３ａには、環状の凸部１４が設けられている。本実施形態では、凸部１４は、円環状となっており、凸部１４の内径は、例えば開口１３の内径と一致している。

開放弁１２は、ゴム製の弁体１５と、筐体５の外面に取り付けられるカバー１６とを備えて構成されている。弁体１５は、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）やフッ素ゴムなどのゴムによって例えば円筒形に形成され、開口１３を塞ぐように筐体５の外面に配置されている。弁体１５の外径は、凸部１４の外径よりも大径となっている。

弁体１５の一端面には、凸部１４に嵌合する金属製の嵌合部材２０が設けられている。嵌合部材２０は、例えば円環状をなしている。嵌合部材２０の内径は、凸部１４の外径と一致し、嵌合部材２０の外径は、弁体１５の外径と一致している。弁体１５は、嵌合部材２０が凸部１４に嵌合することによって隔壁２に取り付けられている。なお、本実施形態では、嵌合部材２０が凸部１４に嵌合した状態において、嵌合部材２０は、隔壁２の表面に接触した状態となっている。

カバー１６は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）や変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）などの樹脂によって形成されている。カバー１６は、板状の基部１７と、基部１７の一面側に隔壁２の配列ピッチと対応した間隔で設けられた複数の仕切部１８とを備えている。カバー１６は、各仕切部１８の先端側を隔壁２の主面部（集電板７がインサート成形されている部分）の上端に突き当てた状態で筐体５に対して固定されている。これにより、隔壁２の上縁部、基部１７、及び仕切部１８とで囲まれた空間によって、弁体１５の配置空間Ｖが形成されている。また、基部１７には、各配置空間Ｖと連通する通気口１９がそれぞれ設けられている。カバー１６の取り付けにより、基部１７と隔壁２との間で配置空間Ｖ内の弁体１５が所定量だけ圧縮され、隔壁２における開口１３周りに付勢された状態となっている。

開放弁１２は、上記構成により、いわゆる復帰式の開放弁となっている。開放弁１２は、筐体５の内圧（ここでは隔壁２によって仕切られた収容空間Ｓの内圧）が予め定められた閾値に達すると、ゴム製の弁体１５が変形して開口１３が開き、収容空間Ｓ、開口１３、配置空間Ｖ、及び通気口１９が連通する。これにより、収容空間Ｓ内の圧力が外部に開放され、筐体５の内圧が低下する。また、収容空間Ｓの開放によって筐体５の内圧が低下すると、カバー１６からの付勢によって弁体１５が再び開口１３を塞ぎ、収容空間Ｓが閉鎖される。

以上の構成を有する電池モジュール１では、開放弁１２において、筐体５の開口縁部１３ａに設けられた環状の凸部１４に対してゴム製の弁体１５が付勢されている。このため、凸部１４が設けられていない場合に比べて弁体１５と筐体５との接触面積が抑えられ、筐体５への弁体１５の張り付きを抑制することができる。弁体１５の張り付きを抑制することで、開放弁１２の作動圧が設定値より高くなることを抑制できる。また、この電池モジュール１では、弁体１５に金属製の嵌合部材２０が設けられ、嵌合部材２０を凸部１４に嵌合させることによって弁体１５を筐体に対して取り付けている。したがって、嵌合部材２０がヒートマスとして機能し、良好な放熱性を確保できる。

また、電池モジュール１では、樹脂製の筐体５に対してゴム製の弁体１５が適用されている。樹脂製の筐体５とゴム製の弁体１５との間では、弁体１５の張り付きが生じ易い。したがって、上述のように筐体５の開口縁部１３ａに環状の凸部１４を設けて弁体１５と筐体５との接触面積を抑えることで、開放弁１２の作動圧の変動を好適に抑制できる。

なお、本実施形態では、円環状の凸部１４及び嵌合部材２０を例示したが、凸部１４及び嵌合部材２０は、環状であればよく、矩形の環状であってもよい。また、凸部１４及び嵌合部材２０は、開口１３周りに連続して形成されている構成に限られず、嵌合が可能な範囲で凸部１４及び嵌合部材２０のいずれか一方が開口１３周りに点在している構成であってもよい。
［第２実施形態］

図３は、第２実施形態に係る電池モジュールの要部拡大断面図である。同図に示すように、第２実施形態に係る電池モジュール２１は、開放弁２２の構成が第１実施形態と相違している。

より具体的には、電池モジュール２１では、隔壁２の上縁部において、開口１３の開口縁部１３ａに金属板２３が設けられている。本実施形態では、金属板２３は、弁体１５側の嵌合部材２０と等しい内径及び外径の円環状をなしている。金属板２３は、例えばインサート成形によって凸部１４周りに隔壁２と一体に設けられ、隔壁２の外面と面一になるように隔壁２内に埋没している。そして、弁体１５の嵌合部材２０は、凸部１４に嵌合した状態において、金属板２３に当接している。

このような構成によれば、嵌合部材２０と金属板２３とが接続されて金属の体積が増加するため、嵌合部材２０のヒートマスとしての機能が強化される。したがって、電池モジュール２１の放熱性が一層良好なものとなる。なお、図３に示した例では、金属板２３の内径及び外径が弁体１５側の嵌合部材２０の内径及び外径と一致しているが、嵌合部材２０と金属板２３とが当接する範囲で金属板２３の内径及び外径を適宜変更してもよい。また、金属板２３は、嵌合部材２０の一部と接続していればよく、環状に限られず、矩形状、帯状といった他の形状であってもよい。
［第３実施形態］

図４は、第３実施形態に係る電池モジュールの要部拡大断面図である。同図に示すように、第３実施形態に係る電池モジュール３１は、開放弁３２の構成が第１実施形態と更に相違している。

より具体的には、電池モジュール３１では、弁体１５側の嵌合部材２０と隔壁２内の集電板７とが金属板３３によって接続されている。金属板３３は、例えばインサート成形によって隔壁２と一体に設けられ、隔壁２の外面と面一になるように集電板７と凸部１４との間で隔壁２内に埋没している。そして、弁体１５の嵌合部材２０は、凸部１４に嵌合した状態において、金属板３３に当接している。

このような構成によれば、嵌合部材２０が金属板３３と集電板７とに接続されて金属の体積が増加するため、嵌合部材２０のヒートマスとしての機能が一層強化される。したがって、電池モジュール１の放熱性が一層良好なものとなる。なお、図４に示した例では、金属板３３と集電板７とが別体となっているが、金属板３３は、集電板７の一部として当該集電板７から延出する延出部分であってもよい。

また、電池モジュールの積層体セルは、一方面に正極活物質が塗工され、かつ他方面に負極活物質が塗工された単一材料からなる金属箔をセパレータを介して積層したバイポーラ型であってもよい。この場合、「正極」は「正極活物質層自体」を意味し、「負極」は「負極活物質層自体」を意味する。

１，２１，３１…電池モジュール、２…隔壁、３…積層体セル、４…隔壁ユニット、５…筐体、７…集電板、１２，２２，３２…開放弁、１３…開口、１３ａ…開口縁部、１４…凸部、１５…弁体、１６…カバー、１９…通気口、２０…嵌合部材、２３…金属板、Ｓ…収容空間。

Claims (4)

1. 内部に収容空間を有する筐体と、
   電極板の積層体によって構成され、電解液と共に前記収容空間に配置された積層体セルと、
   前記筐体の内圧が閾値に到達したときに前記収容空間内の圧力を外部に開放する開放弁と、を備え、
   前記開放弁は、
   前記筐体に設けられた開口と、
   前記開口を塞ぐように前記筐体の外面に配置されたゴム製の弁体と、
   前記開口と連通する通気口を有し、前記弁体を前記筐体の外面に付勢した状態で前記筐体に取り付けられるカバーと、を有し、
   前記開口の開口縁部には、環状の凸部が設けられ、前記弁体には、前記凸部に嵌合する金属製の嵌合部材が設けられている、電池モジュール。
2. 前記筐体は、樹脂製である請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記開口の開口縁部には、前記凸部周りに金属板が配置され、
   前記弁体の前記嵌合部材と前記金属板とが接続されている、請求項１又は２記載の電池モジュール。
4. 前記筐体は、前記積層体セルと隔壁とを組み合わせた隔壁ユニットを配列してなり、
   前記隔壁内には、前記隔壁を挟んで隣接する積層体セル同士を接続する集電板が配置され、
   前記弁体の前記嵌合部材と前記集電板とが接続されている、請求項１又は２記載の電池モジュール。

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