(57)【要約】【課題】開放弁による内部ガスの排出速度を向上することが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筐体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に設けられた開口部１３と、開口部１３を塞ぐように筐体５の外面５ａに配置された弁体１５と、弁体１５を筐体５の外面５ａ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、開口部１３の内面側開口端１３ｂが位置する筐体５の内面５ｂは、平坦面となっており、開口部１３の断面積は、筐体５の内面５ｂから外面５ａに向かって連続的又は段階的に小さくなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
電極板の積層体によって構成され、電解液と共に前記筐体内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筐体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部と、
前記開口部を塞ぐように前記筐体の外面に配置された弁体と、
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、
前記開口部の内面側開口端が位置する前記筐体の内面は、平坦面となっており、
前記開口部の断面積は、前記筐体の内面から外面に向かって連続的又は段階的に小さくなっている、電池モジュール。
【請求項２】
前記開口部の前記内面側開口端は、前記弁体の付勢方向から見て、前記弁体と重なるように配置されている、請求項１に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３２７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した電池モジュールに取り付けられている開放弁では、開口部で生じる圧力損失により、内部ガスの排出速度が低下することが考えられる。このため、開口部の大きさ及び形状に応じて、内部ガスの排出速度が内部ガスの発生速度を下回り、筐体の内圧が上昇するおそれがある。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。
【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、開放弁による内部ガスの排出速度を向上できる電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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部と、開口部を塞ぐように筐体の外面に配置された弁体と、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、開口部の内面側開口端が位置する筐体の内面は、平坦面となっており、開口部の断面積は、筐体の内面から外面に向かって連続的又は段階的に小さくなっている。
【０００８】
この電池モジュールでは、開放弁において、開口部の断面積が、筐体の内面から外面に向かって連続的又は段階的に小さくなっている。この構成によれば、収容空間から開口部への内部ガスの流れが円滑になると共に、開口部内での内部ガスの流れが開口部の内壁から剥離することが抑制される。このため、開口部で生じる圧力損失が低減され、開放弁による内部ガスの排出速度を向上できる。
【０００９】
開口部の内面側開口端は、弁体の付勢方向から見て、弁体と重なるように配置されてもよい。この場合、開口部の周囲における筐体の薄肉化を抑制できる。このため、筐体の内圧上昇時に、開口部の周囲の壁部が弁体の変形に追従してしまうことを防止でき、開放弁による内部ガスの排出速度を維持できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、開放弁による内部ガスの排出速度を向上することができる電池モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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２】図１に示した電池モジュールの開放弁近傍の構成を示す要部拡大断面図である。
【図３】第２実施形態に係る電池モジュールの開放弁近傍の構成を示す要部拡大断面図である。
【図４】比較例に係る電池モジュールの開放弁近傍の構成を示す要部拡大断面図である。
【図５】図４に示した電池モジュールの開放弁の動作状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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］
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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２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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、断面円形の開口部１３がそれぞれ設けられている。
【００２０】
開口部１３が設けられている隔壁２の外面５ａ及び内面５ｂは、いずれも平坦面となっている。開口部１３は、隔壁２の上縁部において、筐体５（隔壁２）の外面５ａから内面５ｂまで厚さ方向に貫通し、収容空間Ｓに連通している。この開口部１３は、内面側開口端１３ｂから外面側開口端１３ａに向かって徐々に縮径するテーパ形状を有している。すなわち、開口部１３の断面積は、筐体５の内面５ｂから外面５ａに向かって連続的に小さくなっている。開口部１３の外面側開口端１３ａの内径Ｌ１は、開口部１３の内面側開口端１３ｂの内径Ｌ２に対し、例えば１．１倍〜３．０倍程度となっている。
【００２１】
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、開口部１３を塞ぐように筐体５の外面５ａ側に開口部１３と同軸に配置されている。
【００２２】
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。
【００２３】
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における開口部１３周りに付勢された状態となっている。
【００２４】
上述した開口部１３の外面側開口端１３ａ及び内面側開口端１３ｂのそれぞれは、弁体１５の付勢方向から見て、弁体１５と重なるように配置されている。より具体的には、開口部１３の外面側開口端１３ａの内径Ｌ１及び内面側開口端１３ｂの内径Ｌ２は、いずれも弁体１５の外径Ｐよりも小径となっており、外面側開口端１３ａ及び内面側開口端１３ｂは、カバー１６による弁体１５の付勢方向から見て、弁体１５の領域内に位置している。
【００２５】
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が変形して開口部１３が開き、収容空間Ｓ、開口部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が再び開口部１３を塞ぎ、収容空間Ｓが閉鎖される。
【００２６】
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、開口部１３の断面積が筐体５の内面５ｂから外面５ａに向かって連続的に小さくなっている。このため、収容空間Ｓから開口部１３への内部ガスの流れが円滑になると共に、開口部１３における内部ガスの流れが開口部１３の内壁から剥離することが抑制される。このため、開口部１３で生じる圧力損失が低減され、開放弁１２による内部ガスの排出速度を向上できる。
【００２７】
また、電池モジュール１では、開口部１３の内面側開口端１３ｂが、弁体１５の付勢方向から見て、弁体１５と重なるように配置されている。これにより、開口部１３の周囲における筐体５の薄肉化を抑制できる。このため、筐体５の内圧上昇時に、開口部１３の周囲の壁部が弁体１５の変形に追従してしまうことを防止でき、開放弁１２による内部ガスの排出速度を維持できる。
［第２実施形態］
【００２８】
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３１は、開口部１３のテーパ形状が第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３１は、開口部４３の断面積が筐体５の内面５ｂから外面５ａに向かって段階的に小さくなっている点で、開口部１３の断面積が筐体の内面５ｂから外面５ａに向かって連続的に小さくなっている第１実施形態と相違している。
【００２９】
本実施形態では、開口部４３は、筐体５（隔壁２）の厚さ方向において外面５ａ側の略半分部分に設けられた断面円形の外面側部分４３ａと、筐体５（隔壁２）の厚さ方向において内面５ｂ側の略半分部分に設けられた断面円形の内面側部分４３ｂとを有している。外面側部分４３ａの内径Ｌ３は、内面側部分４３ｂの内径Ｌ３に対し、例えば１．１倍〜３．０倍程度となっている。
【００３０】
また、外面側部分４３ａの内径Ｌ３及び内面側部分４３ｂの内径Ｌ２は、いずれも開口部４３の外面側部分４３ａ（外面側開口端）を塞ぐ弁体１５の外径Ｐよりも小径となっており、外面側部分４３ａ（外面側開口端）及び内面側部分４３ｂ（内面側開口端）は、カバー１６による弁体１５の付勢方向から見て、弁体１５と重なるように位置している。
【００３１】
このような電池モジュール３１においても、収容空間Ｓから開口部４３への内部ガスの流れが円滑になると共に、開口部４３における内部ガスの流れが開口部４３の内壁から剥離することが抑制される。したがって、開口部４３で生じる圧力損失が低減され、開放弁１２による内部ガスの排出速度を向上できる。
【００３２】
また、電池モジュール３１においても、弁体１５の付勢方向から見て、開口部４３の内面側部分４３ｂ（内面側開口端）が弁体１５と重なるように配置されている。このため、開口部４３の周囲（特に外面側部分４３ａの周囲）における筐体５の薄肉化を抑制できる。したがって、筐体５の内圧上昇時に、開口部４３の周囲の壁部が弁体１５の変形に追従してしまうことを防止でき、開放弁１２による内部ガスの排出速度を維持できる。
【００３３】
図４に示す比較例の電池モジュール１０１では、外面側部分１４３ａの内径Ｌ１０３は電池モジュール３１における外面側部分４３ａの内径Ｌ３と同一であるが、内面側部分１４３ｂの内径Ｌ１０４は、電池モジュール３１における内面側部分４３ｂの内径Ｌ４よりも大きい。内面側部分１４３ｂの内径Ｌ１０４は、弁体１５の外径Ｐよりも大きくなっている。すなわち、弁体１５の付勢方向から見て、開口部１４３の内面側部分１４３ｂは、弁体１５よりも外側に張り出した状態となっている。
【００３４】
また、外面側部分１４３ａの周囲における筐体５の厚さは、他の部分の厚さの半分程度となっている。この筐体５の肉薄部分Ｋは、内面側部分１４３ｂの内径Ｌ１０４と外面側部分１４３ａの内径Ｌ１０３との差に応じた長さで開口部１４３の中心側に向かって張り出している。すなわち、電池モジュール１０１では、肉薄部分Ｋが開口部４３の周囲において広範囲に形成されている。この様に、電池モジュール１０１の筐体５は、開口部４３に周囲において、電池モジュール３１の筐体５に比べて薄肉化されている。
【００３５】
このような構成において筐体５の内圧が上昇した場合、内圧の上昇によって弁体１５が圧縮されるときに、図５に示すように、開口部１４３の中心側に向かって張り出す肉薄部分Ｋが弁体１５の圧縮に追従して弁体１５側に変形してしまうことが考えられる。肉薄部分Ｋが弁体１５側に変形し、肉薄部分Ｋが弁体１５に接触してしまうと、開口部１４３から弁体１５の配置空間Ｖへの内部ガスの流れが塞がれ、開放弁１２による内部ガスの排出速度が低下するおそれがある。したがって、図３に示したように、弁体１５の付勢方向から見て、開口部４３の内面側部分４３ｂ（内面側開口端）が弁体１５と重なるように配置し、肉薄部分Ｋの張り出し量を弁体１５の外径Ｐ以下に抑えることで、内圧上昇時の肉薄部分Ｋの変形が抑えられ、開放弁１２による内部ガスの排出速度を好適に維持できる。
【００３６】
なお、本実施形態では、外面側部分４３ａ及び内面側部分４３ｂによって開口部４３の断面積が筐体５の内面５ｂから外面５ａに向かって２段階で小さくなっているが、内面５ｂから外面５ａに向かう断面積が減少する段階をより多段としてもよい。
【００３７】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、断面円形の開口部１３，４３を例示したが、開口部の形状は断面円形に限られるものではなく、断面矩形、断面多角形、断面楕円形などの他の形状であってもよい。また、上記実施形態では、筐体５の外面５ａ及び内面５ｂがいずれも平坦面となっているが、筐体の外面５ａにおいて、外面側開口端１３ａ，４３ａ周りに環状の凸部などが設けられていてもよい。この場合、外面５ａに対する弁体１５の張り付きを抑制できる。
【符号の説明】
【００３８】
１，３１…電池モジュール、３…積層体セル、５…筐体、５ａ…外面、５ｂ…内面、１２…開放弁、１３，４３…開口部、１３ｂ，４３ｂ…内面側開口端、１５…弁体、１６…カバー、Ｓ…収容空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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