JP5269538B2 - バッテリのガス排気構造 - Google Patents

Description

本発明は、外部から加わる衝撃などによってバッテリ内から急激に噴出するガスを、外部へ瞬時に排気可能なバッテリのガス排気構造に関するものである。

近年、電気自動車やハイブリッド車等の車輌を駆動するための駆動源のひとつとして、二次電池であるバッテリの多用が次第に増加してきている。こうした車輌駆動源用のバッテリとしては、ユニット化されたバッテリを多数積層（直列接続）して１つのバッテリ列として構成されているものがある。このバッテリ列化によって、多数のバッテリの取り扱いが容易となりしかも車輌駆動源用の高電圧を得ることができる。

ところで、こうしたバッテリ列を車輌に搭載して使用している場合に、事故などでバッテリに大きな外部衝撃が加わると、これに応じてバッテリ列を構成するバッテリから水素などの可燃性ガスが急激にしかも大量に噴出し、この噴出ガスを逃がさないとバッテリが爆発する恐れがある。このときのバッテリ内圧は７気圧程度まで高まると云われている。

こうした事態を未然に防止するため、バッテリにはこうした高圧ガスを外部へ瞬時に排出するための、ガス排出構造を備えている（例えば特許文献１）。

図９は、従来のバッテリのガス排気構造を説明するための図である。

図９（ａ），（ｂ）に示すように、ユニット化されたバッテリＡは、バッテリ本体１と、正負極電極２，３と、配管部４とを備えている。バッテリ本体１の上部１ａには、その両端部に電極２，３がそれぞれ設けられている。また、電極２，３間に位置する上部１ａには、切り込みが線刻されていおり、ガスの噴出時、この切り込みは本体１内から破られることによって、ラプチャー弁１ｂが形成される。ラプチャー弁１ｂが一旦形成されると、バッテリＡの再使用はできない。

配管部４は、ラプチャー弁１ｂを介してバッテリ本体１内から噴出するガスをバッテリ本体１外へ瞬時に誘導してこれを排出するための連結配管部である。配管部４は、排出管４ａと連結管４ｂとを一体化してなる。ラプチャー弁１ｂに連結する連結管４ｂは、排出管４ａに連結している。

こうして、前記した構成を有するバッテリＡを多数積層したときに、各排出管４ａは順次嵌め合わされて連結され、バッテリ列の１本のガス排出通路を形成する。
特開２００２−２１６７３１号

前記した従来のバッテリのガス排気構造における、バッテリ本体１の上部１ａに設けられたラプチャー弁１ｂと、このラプチャー弁１ｂに連結する連結管４ｂと、この連結管４ｂに連結する排出管４ａとの、位置関係は、次の通りである。

即ち、図９（ａ），（ｂ）に示すように、ラプチャー弁１ｂの中心Ｏと、連結管４ｂの中心線ｃとが同一線上にあり、この延長線が排出管４ａの中心線ｃと直交している。この結果、排出管４ａは、ラプチャー弁１ｂに対してオフセットせずに、配置されている。

しかしながら、前記した位置関係の結果、バッテリ本体１内から噴出したガスは、バッテリ本体１の上部１ａの切り込みを破ってラプチャー弁１ｂとし、このラプチャー弁１ｂ及び連結管４ｂをストレートに通過して、排出管４ａの内壁４ａ１の特定箇所にのみ垂直に衝突するから、この衝突圧力に抗するだけの強度が内壁４ａ１には必要である。

この結果、排出管４ａの内壁４ａ１の物理強度を増すために内壁４ａ１を厚くしてこの衝突圧力を受けなければならない。この結果、各バッテリ当りの重量は大となり、こうした重いバッテリを多数積層して構成するバッテリ列の重量はバッテリの個数に比例して大となるから、バッテリ列の交換の際に、不都合が生じていた。

そこで、本発明は、この課題を解決するために創案されたものであり、バッテリ本体内から噴出し排出管内へ流入するガス流を当該排出管内で旋回させて噴出圧力を減少させるために、ガス噴出弁の中心を通る延長線と排出管の中心線とが直交することなく排出管をガス噴出弁に対してオフセットして配置することによって、排出管の内壁の特定箇所に垂直に衝突するガス流の衝突圧力は弱めることができるから、この結果、排出管の内壁を従来よりも薄くできるので、各バッテリ当りの重量は小となり、こうしたバッテリを多数積層して構成するバッテリ列の重量はバッテリの個数に比例して小となるから、バッテリ列の交換の際に、不都合が生じないバッテリのガス排気構造を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、
バッテリＢ（Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎ）を多数積層してバッテリ列ＢＬを構成する、前記バッテリ毎に設けられたガス排気構造であって、
バッテリ本体１に形成されるガス噴出弁（ラプチャー弁）１ｂと、
一方の開口が前記ガス噴出弁１ｂに連結される連結管４Ａｂと、
前記連結管４Ａｂの他方の開口に連結され、かつ前記ガス噴出弁１ｂ及び前記連結管４Ａｂの一方の開口を介して前記バッテリ本体１内から噴出するガスを誘導して、外部へ排出する排出管４Ａａと、
前記連結管４Ａｂと前記排出管４Ａａとを一体に構成した配管部４Ａとを有し、
前記バッテリ本体１内から噴出し前記排出管４Ａａ内へ流入するガス流を当該排出管４Ａａ内で旋回させて噴出圧力を減少させるために、前記ガス噴出弁１ｂの中心Ｏを通る延長線ｃと前記排出管４Ａａの中心線ｃ１とが直交することなく前記排出管４Ａａを前記ガス噴出弁１ｂに対してオフセットして配置したことを特徴とするバッテリのガス排気構造である。

（作用）
前記バッテリ本体１内から噴出し前記排出管４Ａａ内へ流入するガス流を当該排出管４Ａａ内で旋回させて噴出圧力を減少させるために、前記ガス噴出弁１ｂの中心Ｏを通る延長線ｃと前記排出管４Ａａの中心線ｃ１とが直交することなく前記排出管４Ａａを前記ガス噴出弁１ｂに対してオフセットして配置したことことにより、前記排出管４Ａａ内壁の特定箇所に衝突するガス流の衝突圧力は弱まるから、この結果、排出管４Ａａの内壁を従来よりも薄くできるので、各バッテリＢ当りの重量は小となり、こうしたバッテリを多数積層して構成するバッテリ列の重量はバッテリの個数に比例して小となるから、バッテリ列の交換の際に、不都合が生じない。

また、請求項２に記載の本発明は、
前記排出管は、
前記バッテリを多数積層したときに、順次連結されることにより、前記バッテリ列用のガス排出通路を形成可能な形状を有することを特徴とする請求項１に記載のバッテリのガス排気構造である。

（作用）
前記バッテリを多数積層したときに、各排出管が順次連結されて前記バッテリ列用のガス排出通路を形成できるので、各バッテリから噴出する大量のガスを漏らさず、瞬時に外部へ排出することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明は、
前記排出管の内壁には、
スパイラル溝ｓｐ１が刻設されており、前記バッテリＢを多数積層したときに、前記スパイラル溝ｓｐ１が順次連続して連結されることにより、前記バッテリ列ＢＬ用のスパイラル溝ｓｐ１を形成可能な形状を有することを特徴とする請求項２に記載のバッテリのガス排気構造である。

（作用）
前記バッテリを多数積層したときに、その内壁にスパイラル溝を刻設した各排出管が順次連続して連結されて前記バッテリ列用のガス排出通路を形成できるので、前記バッテリ列用のガス排出通路の内壁に刻設したスパイラル溝を伝って各バッテリから噴出する大量のガスを、排出出口方向に向かって効率良く漏らさず、瞬時に外部へ排出することができる。

さらにまた、請求項４に記載の本発明は、
前記排出管の内壁には、
一定周期または可変周期のスパイラル溝が１本又は2本刻設されており（ｓｐ２又はｓｐ３，ｓｐ４）、前記バッテリを多数積層したときに、前記１本又は2本スパイラル溝が順次連続して連結されることにより、前記バッテリ列ＢＬ用の１本又は2本スパイラル溝を形成可能な形状を有することを特徴とする請求項３に記載のバッテリのガス排気構造である。

（作用）
前記バッテリを多数積層したときに、その内壁に一定周期または可変周期のスパイラル溝が１本又は2本刻設された各排出管が順次連続して連結されて前記バッテリ列用のガス排出通路を形成できるので、前記バッテリ列用のガス排出通路の内壁に刻設した一定周期または可変周期の１本又は2本のスパイラル溝を伝って各バッテリから噴出する大量のガスを、排出出口方向に向かって効率良く漏らさず、瞬時に外部へ排出することができる。

さらにまた、請求項５に記載の本発明は、
前記排出管と前記ガス噴出弁との相対位置におけるオフセットの方向は、
前記バッテリを多数積層して前記バッテリ列を構成したときに、前記バッテリ毎に互い違いとすることを特徴とする請求項２に記載のバッテリのガス排気構造である。

（作用）
多数積層した前記バッテリの前記ガス噴出弁から同時にガスが噴出した場合でも、前記バッテリ毎の各配管部に加わる力が隣接する前記バッテリ毎に互い違いになって、この力を分散することができる。

本発明によれば、排出管の内壁の特定箇所に垂直に衝突するガス流の衝突圧力は弱めることができるから、この結果、排出管の内壁を従来よりも薄くできるので、各バッテリ当りの重量は小となり、こうしたバッテリを多数積層して構成するバッテリ列の重量はバッテリの個数に比例して小となるから、バッテリ列の交換の際に、不都合が生じないバッテリのガス排気構造を提供することができる。

以下、本発明のバッテリのガス排気構造の実施の形態を、図１〜図８を用いて説明する。

図１は本発明のバッテリのガス排気構造の一実施の形態を説明するための図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図、図２はバッテリを多数積層したときに連結されるガス排気構造の状態を示す図、図３、図４はそれぞれ排出管内で旋回して衝突圧力が弱まったガス流を説明するための図、図５〜図７はそれぞれ排出管内壁に刻設されたスパイラル溝を順次連続して連結しバッテリ列用のガス排出通路を形成する状態を説明するための図、図８は本発明のバッテリのガス排気構造の他の実施の形態を示す平面図である。前記したものと同一部分には同一符号を付している。

ユニット化されたバッテリＢは、図１（ａ），（ｂ）に示すように、バッテリ本体１と、正負極電極２，３と、配管部４Ａとを備えている。バッテリ本体１の上部１ａには、その両端部に電極２，３がそれぞれ設けられている。また、電極２，３間に位置する上部１ａには、図１（ｂ）に示すように、切り込みが線刻されていおり、ガスの噴出時、この切り込みは本体１内から破られることによって、ラプチャー弁１ｂが形成される。ラプチャー弁１ｂが一旦形成されると、バッテリＢの再使用はできない。

配管部４Ａは、ラプチャー弁１ｂを介してバッテリ本体１内から噴出するガスをバッテリ本体１外へ瞬時に誘導してこれを速やかに外部へ排出するための連結配管部である。配管部４Ａは排出管４Ａａと連結管４Ａｂとを一体化してなる。ラプチャー弁１ｂに連結する一方の開口を有する連結管４Ａｂは、その他方の開口をもって排出管４Ａａに連結している。排出管４Ａａの中心線ｃ１と、ラプチャー弁１ｂの中心Ｏを通る延長線ｃとは、直交することなく、所定幅ｏｆｆで離間している。即ち、配管部４Ａの排出管４Ａａはラプチャー弁１ｂに対して、所定幅ｏｆｆ、オフセットしている。

配管部４Ａは、図１（ｂ）に示すように、ラプチャー弁１ｂに対して、所定幅ｏｆｆだけ左寄りに、バッテリ本体１の上部１ａ取り付けれている。また、図８は、配管部４Ａ３はラプチャー弁１ｂに対して、所定幅ｏｆｆだけ右寄りに、バッテリ本体１の上部１ａに取り付けられている。

前記したバッテリＢ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，…Ｂｎ）は、それぞれ、図２に示すように、排出管４Ａａの両端に、先端開口４ａと後端開口４ｂとを設けており、後端開口４ｂの周縁には、先端開口４ａと密に嵌合可能な嵌合部４ｂ１が設けられている。

図２に示すように、前記したバッテリＢ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，…Ｂｎ）を、例えば４個を縦続し積層してバッテリ列ＢＬを形成したときに、バッテリＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４のうちの、図２中左側手前のバッテリＢ１の排出管４Ａａにある後端開口４ｂの嵌合部４ｂ１は、直後のバッテリＢ２の排出管４Ａａの先端開口４ａに密に嵌合され、その後端開口４ｂの嵌合部４ｂ１は、直後のバッテリＢ３の排出管４Ａａの先端開口４ａに密に嵌合されるというように、バッテリＢ２，Ｂ３，Ｂ４の各排出管４Ａａの嵌合部４ｂは先端開口４ａに順次嵌め合わされて連結される。こうして、バッテリＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の積層による直列接続を行うことによって、バッテリ列ＢＬの１本のガス排出通路を形成することができる（後述する図５〜図７）。

ここで、バッテリＢの配管部４Ａにある排出管４Ａａとバッテリ本体１のラプチャー弁１ｂとがオフセットしている理由について説明する。即ち、バッテリ本体１内から噴出して連結管４Ａｂを通って排出管４Ａａ内へ流入する、７気圧程度の大きな噴出圧力のガス流が排出管４Ａａの内壁に垂直に衝突せずに、この内壁の曲面を円滑に伝わることによって、このガス流は旋回させることによって、この大きな噴出圧力を減少させるために、ラプチャー弁１ｂの中心Ｏを通る延長線ｃと排出管４Ａａの中心線ｃ１とが直交することなく、排出管４Ａａをラプチャー弁１ｂに対して、所定の幅ｏｆｆをもってオフセットして配置したものである。

このオフセットがないとラプチャー弁１ｂ側から排出管４Ａａ内へ流入してきたガス流は、排出管４Ａａの特定の内壁箇所に常時垂直に衝突して、当該箇所のみの劣化や破損を引き起こす恐れがある。この場合、排出管４Ａａの内壁の厚みを大としてその強度を高める必要があるために、排出管４Ａａ自体が大型化してしまう問題がある。

一方、本発明のようにこのオフセットがあるために、排出管４Ａａの内壁の厚みをオフセットがない場合に比較して、より薄くしても、ラプチャー弁１ｂ側から排出管４Ａａへ流入してきたガス流は特定の内壁箇所のみに垂直に衝突することなく、内壁の曲面を円滑に伝わることによって、旋回して次第に噴出圧力が弱められ、前記したバッテリ列ＢＬの１本のガス排出通路内を旋回しながら、排気口に向かい、良好に排気することができるである。

図３は、バッテリＢのラプチャー弁１ｂの中心Ｏを通る延長線ｃに対して、その配管部４Ａ１にある排出管４Ａ１ａの中心線ｃ１を、所定幅ｏｆｆでオフセット配置した状態を示している。このオフセット配置により、連結管４Ａ１ｂを介して排出管４Ａ１ａ内へ流入するガス流は排出管４Ａ１ａの内壁を円滑に伝わって、反時計方向に旋回して次第に噴出圧力が弱まっていく。同図中、ｄ１は連結管４Ａ１ｂの直径である。

図４は、バッテリＢのラプチャー弁１ｂの中心Ｏを通る延長線ｃに対して、その配管部４Ａ２にある排出管４Ａ２ａの中心線ｃ１を、所定幅ｏｆｆでオフセット配置し、さらに、連結管４Ａ２ｂの直径を、ｄ２（ｄ２＞ｄ１）として、ラプチャー弁１ｂの径よりも大とすることにより、ラプチャー弁１ｂから噴出してくるガス流をこの連結管４Ａ２ｂで弱め、噴出圧力が弱まったガス流を排出管４Ａ２ａ内に流入させるようにすると、ガス流路は排出管４Ａ２ａの内壁を伝わって、反時計方向に旋回して次第にこの噴出圧力が一層弱まる。

図５は、前記したバッテリＢ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，…Ｂ１０）を多数積層したときに、前述したように、バッテリＢ２〜Ｂ９の各排出管４Ａａの嵌合部４ｂは各先端開口４ａに順次嵌め合わされて連結されることにより（図２）、例えば１０個のバッテリＢ１〜Ｂ１０からなるバッテリ列ＢＬ用のガス排出通路、即ち、各排出管４Ａａの内壁に排出口（出口方向）に向かって、一定周期のスパイラル溝ｓｐ１が１本形成されている状態を示している。バッテリ列ＢＬを構成するバッテリの数は必要に応じて、適宜変更可能であることは云うまでもない。

これによって、各バッテリＢ１〜Ｂ１０のバッテリ本体１からそれぞれ噴出する大量のガスを漏らさずに、スパイラル溝ｓｐ１を伝わって瞬時に外部へ排出することができ、また、図５中、ｓ１は、スパイラル溝ｓｐ１の開始位置を示しており、バッテリＢ１の連結管４Ａｂの中心に対応する位置にある。

図６は、前記したバッテリＢ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，…Ｂ１０）を多数積層したときに、前述したのと同様に、例えば１０個のバッテリＢ１〜Ｂ１０からなるバッテリ列ＢＬ用のガス排出通路、即ち、各排出管４Ａａの内壁に排出口（出口方向）に向かって、次第に周期の間隔が大となるスパイラル溝ｓｐ２が１本形成される状態を示している。図６中、ｓ１は、スパイラル溝ｓｐ１の開始位置を示しており、バッテリＢ１の連結管４Ａｂの中心に対応する位置にある。

これによって、各バッテリＢ１〜Ｂ１０のバッテリ本体１からそれぞれ噴出する大量のガスを漏らさずに、スパイラル溝ｓｐ２を伝わって瞬時に外部へ排出することができ、また、スパイラル溝ｓｐ２の周期の変化に応じて、排出出口方向に向かって、次第に流速が早くなるので、ガスを漏らさずに外部へ効率よく排出することができる。

図７は、前記したバッテリＢ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，…Ｂ１０）を多数積層したときに、前述したのと同様に、例えば１０個のバッテリＢ１〜Ｂ１０からなるバッテリ列ＢＬ用のガス排出通路、即ちその内壁に排出口（出口方向）に向かって、2本のスパイラル溝ｓｐ３，ｓｐ４が順次連続して形成される状態を示している。

これによって、各バッテリＢ１〜Ｂ１０からそれぞれ噴出する大量のガスを漏らさず、瞬時に外部へ排出することができ、また、２本のスパイラル溝ｓｐ３，４を備えてあるから、ガス排出通路内で滞留しているガスを全て効率よく、排出出口方向に向かって、排出することができる。図７中、ｓ１，ｓ２は、スパイラル溝ｓｐ１，ｓｐ２の開始位置をそれぞれ示している。

また、前述したように、配管部４Ａは、図１（ｂ）に示したように、ラプチャー弁１ｂに対して、所定幅ｏｆｆだけ左寄りに、バッテリ本体１の上部１ａ取り付けれている。一方、配管部４Ａ３は、図８に示したように、ラプチャー弁１ｂに対して、所定幅ｏｆｆだけ右寄りに、バッテリ本体１の上部１ａに取り付けられている。こうした排出管４Ａａとガス噴出弁であるラプチャー弁１ｂとの相対位置におけるオフセットの方向は、バッテリＢを多数積層してバッテリ列ＢＬを構成したときに、バッテリＢ１のオフセットの方向は左寄り、次のバッテリＢ２のオフセットの方向は右寄り、バッテリＢ３のオフセットの方向は左寄り、…というように、各バッテリ毎にそのオフセットの方向を互い違いとすることにより、多数積層したバッテリのラプチャー弁から同時にガスが噴出した場合でも、バッテリ毎の各配管部に加わる力を隣接するバッテリ毎に互い違いになって、分散することができる。

上述したように、本発明によれば、排出管の内壁の特定箇所に垂直に衝突するガス流の衝突圧力を弱めることができるから、この結果、排出管の内壁を従来よりも薄くできるので、各バッテリ当りの重量は小となり、こうしたバッテリを多数積層して構成するバッテリ列の重量はバッテリの個数に比例して小となるから、バッテリ列の交換の際に、不都合が生じず、また噴出したガスを効率よく短時間に外部へ排出できるなバッテリのガス排気構造を提供することができる。

本発明のバッテリのガス排気構造の一実施の形態を説明するための図 バッテリを多数積層したときに連結されるガス排気構造の状態を示す図 排出管内で旋回して衝突圧力が弱まったガス流を説明するための図 排出管内で旋回して衝突圧力が弱まったガス流を説明するための図 排出管内壁に刻設されたスパイラル溝を順次連続して連結しバッテリ列用のガス排出通路を形成する状態を説明するための図 排出管内壁に刻設されたスパイラル溝を順次連続して連結しバッテリ列用のガス排出通路を形成する状態を説明するための図 排出管内壁に刻設されたスパイラル溝を順次連続して連結しバッテリ列用のガス排出通路を形成する状態を説明するための図 本発明のバッテリのガス排気構造の他の実施の形態を示す平面図 従来のバッテリのガス排気構造を説明するための図

符号の説明

１ バッテリ本体
１ｂ ラプチャー弁（ガス噴出弁）
４Ａ 配管部
４Ａａ 排出管
４Ａｂ 連結管
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎ バッテリ
ＢＬ バッテリ列
ｃ 延長線
ｃ１ 中心線
Ｏ 中心
ｓｐ１〜ｓｐ４ スパイラル溝

Claims (5)

1. バッテリを多数積層してバッテリ列を構成する、前記バッテリ毎に設けられたガス排気構造であって、
   バッテリ本体に形成されるガス噴出弁と、
   一方の開口が前記ガス噴出弁に連結される連結管と、
   前記連結管の他方の開口に連結され、かつ前記ガス噴出弁及び前記連結管の一方の開口を介して前記バッテリ本体内から噴出するガスを誘導して、外部へ排出する排出管と、
   前記連結管と前記排出管とを一体に構成した配管部とを有し、
   前記バッテリ本体内から噴出し前記排出管内へ流入するガス流を当該排出管内で旋回させて噴出圧力を減少させるために、前記ガス噴出弁の中心を通る延長線と前記排出管の中心線とが直交することなく前記排出管を前記ガス噴出弁に対してオフセットして配置したことを特徴とするバッテリのガス排気構造。
2. 前記排出管は、
   前記バッテリを多数積層したときに、順次連結されることにより、前記バッテリ列用のガス排出通路を形成可能な形状を有することを特徴とする請求項１に記載のバッテリのガス排気構造。
3. 前記排出管の内壁には、
   スパイラル溝が刻設されており、前記バッテリを多数積層したときに、前記スパイラル溝が順次連続して連結されることにより、前記バッテリ列用のスパイラル溝を形成可能な形状を有することを特徴とする請求項２に記載のバッテリのガス排気構造。
4. 前記排出管の内壁には、
   一定周期または可変周期のスパイラル溝が１本又は2本刻設されており、前記バッテリを多数積層したときに、前記１本又は2本スパイラル溝が順次連続して連結されることにより、前記バッテリ列用の１本又は2本スパイラル溝を形成可能な形状を有することを特徴とする請求項３に記載のバッテリのガス排気構造。
5. 前記排出管と前記ガス噴出弁との相対位置におけるオフセットの方向は、
   前記バッテリを多数積層して前記バッテリ列を構成したときに、前記バッテリ毎に互い違いとすることを特徴とする請求項２に記載のバッテリのガス排気構造。

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