JPWO2012147150A1 - 組電池および単電池 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
Claims (10)
- 容器表面にガス排出弁を備える複数の単電池と、
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。 - 請求項1に記載の組電池において、
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。 - 請求項1または請求項2に記載の組電池において、
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。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の組電池において、
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。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の組電池において、
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。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の組電池において、
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。 - 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、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。 - 請求項7に記載の単電池において、
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。 - 請求項7または請求項8に記載の単電池において、
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。 - 請求項7ないし請求項9のいずれか1項に記載の単電池において、
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。
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