(57)【要約】  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。
2012147150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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。
【請求項７】
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８】
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９】
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１０】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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）。【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２００９−２７７６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る組電池の外観斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る組電池の部分断面斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る組電池の分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る組電池の断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係る組電池に用いる単電池の斜視図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態に係る組電池のシール部材の部分断面斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る組電池の通常状態を示す部分断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る組電池のガス開放状態を示す部分断面図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態に係る組電池のシール部材が包含する領域をハッチングした単電池の電池蓋の平面図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態に係るシール部材の断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る組電池の解析モデルを示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る組電池のガス開放状態の解析結果を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る組電池のシール部材が包含する領域をハッチングした単電池の電池蓋の平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る組電池のシール部材が包含する領域をハッチングした単電池の電池蓋の平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る組電池のシール部材が包含する領域をハッチングした単電池の電池蓋の平面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４の実施の形態に係る組電池のシール部材が包含する領域をハッチングした単電池の電池蓋の平面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第４の実施の形態に係る組電池のシール部材が包含する領域をハッチングした単電池の電池蓋の平面図である。
【図１６】図１６は、本発明の第５の実施の形態に係る単電池の外観斜視図である。
【図１７】図１７は、本発明の第５の実施の形態に係る単電池の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
―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。
【００１３】
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。
【００１４】
（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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
（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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
（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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
（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。
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
（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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
＜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。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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。
【００４８】
（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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。
【００５１】
（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。
【００５２】
（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。
【００５３】
（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。
【００５４】
―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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
―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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
―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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
―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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
（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。
【００７６】
（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。
【００７７】
（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。
【００７８】
（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。
【００７９】
（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。
【００８０】
（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。
【００８１】
（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。
【００８２】
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。
【図１】
2012147150.tif 000003
【図２】
2012147150.tif 000004
【図３】
2012147150.tif 000005
【図４】
2012147150.tif 000006
【図５】
2012147150.tif 000007
【図６】
2012147150.tif 000008
【図７Ａ】
2012147150.tif 000009
【図７Ｂ】
2012147150.tif 000010
【図８】
2012147150.tif 000011
【図９】
2012147150.tif 000012
【図１０Ａ】
2012147150.tif 000013
【図１０Ｂ】
2012147150.tif 000014
【図１１】
2012147150.tif 000015
【図１２】
2012147150.tif 000016
【図１３】
2012147150.tif 000017
【図１４】
2012147150.tif 000018
【図１５】
2012147150.tif 000019
【図１６】
2012147150.tif 000020
【図１７】
2012147150.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月31日(2011.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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し、
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、
前記リップの基部における前記リップの径よりも前記リップの先端部における前記リップの径の方が小さく形成されている組電池。
【請求項２】
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３】
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４】
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、
前記リップは、前記基部から前記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５】
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６】
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。
【請求項７】
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し、
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、
前記リップの基部における前記リップの径よりも前記リップの先端部における前記リップの径の方が小さく形成されている単電池。
【請求項８】
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９】
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１０】
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、
前記リップは、前記基部から前記先端部に向かって徐々に肉厚が薄くなっている単電池。
【国際調査報告】
2012147150.tif 000022
2012147150.tif 000023