(57)【要約】【課題】圧力開放弁が作動したとき、噴出した電解液の影響が、圧力開放弁の作動していない蓄電装置に及ぶことを防止することができる蓄電装置モジュールを提供すること。【解決手段】電池モジュール１０は、複数の二次電池１１が、蓋体１４が同一平面上に位置する状態で並設されるとともに、複数の蓋体１４に跨るダクト３０を備える。電池モジュール１０は、ダクト３０の内部に排出路３４を有する。また、ダクト３０の電池側壁部３１に、排出路３４から各圧力開放弁１８に向けて開口する連通口３５を有するとともに、各連通口３５を閉塞し、かつ圧力開放弁１８が作動したのに連動して連通口３５を開放する逆止弁４１を備える。【選択図】図６
2015018706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体及び電解液がケース内に収容され、前記ケースの内圧が開放圧を越えた場合に前記ケース内を開放する圧力開放弁を前記ケースの端壁に有する蓄電装置を複数有し、複数の蓄電装置が、前記端壁が同一平面上に位置する状態で並設されるとともに、前記複数の端壁に跨るダクトを備える蓄電装置モジュールであって、
前記ダクトの内部に排出路を有し、
前記ダクトの壁部に、前記排出路から各圧力開放弁に向けて開口する連通口を有するとともに、
各連通口を閉塞し、かつ前記圧力開放弁が作動したのに連動して前記連通口を開放する弁部を備える蓄電装置モジュール。
【請求項２】
前記弁部は、前記開放圧が作用すると開弁して前記ダクトの外側から前記排出路への前記電解液の流入を許容し、前記弁部に作用する圧力が前記開放圧より低くなると閉弁して前記排出路から前記ダクトの外へ向けた前記電解液の流出を阻止する逆止弁である請求項１に記載の蓄電装置モジュール。
【請求項３】
前記圧力開放弁の周囲で前記壁部の外面と前記端壁の外面との間に介装された断熱材を備える請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置モジュール。
【請求項４】
前記弁部が作動したときの開口面積は、前記圧力開放弁が作動したときの開口面積より大きい請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の蓄電装置モジュール。
【請求項５】
前記弁部の作動圧は、前記圧力開放弁の開放圧よりも小さい請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の蓄電装置モジュール。
【請求項６】
前記蓄電装置は二次電池である請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の蓄電装置モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電装置が、端壁が同一平面上に位置する状態で並設されるとともに、複数の端壁に跨るダクトを備える蓄電装置モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としての二次電池を、複数モジュール化した電池モジュールが搭載されている。各二次電池は、ケースに電極組立体と電解液を収容して構成される。また、二次電池のケースには、ケース内の圧力が上昇した場合に、ケースを開放する圧力開放弁が備えられている。圧力開放弁によってケース内が開放されたとき、ケース内からは電解液や、電解液が気化した可燃性のガスが噴出するが、この電解液を排出するためのダクトが電池モジュールには設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７（ａ）に示すように、特許文献１の蓄電素子モジュール８０は、五個のリチウムイオン二次電池８１を電気的に直列に接続した状態で、幅方向に並設し、幅方向の両端部にアルミニウム製の拘束プレート８３を配置し、二枚の拘束プレート８３を鉄製の拘束バンド８４で拘束して一体化している。各リチウムイオン二次電池８１の上面には図示しない安全弁（圧力開放弁）が設けられている。蓄電素子モジュール８０には、絶縁部材製のダクト部材８５が配設され、このダクト部材８５は拘束プレート８３にネジ８９によって固定されている。
【０００４】
図７（ｂ）に示すように、ダクト部材８５は、リチウム二次電池８１の積層方向に延びる箱状であり、その底面８５ａがリチウム二次電池８１の上面８１ａと当接している。ダクト部材８５は、リチウム二次電池８１の安全弁と対向した位置に貫通孔８５ｂを有し、かつリチウム二次電池８１の並んだ方向の一方の側面に内部のガスを排出する排出孔８５ｃが開口している。
【０００５】
そして、リチウム二次電池８１の安全弁が作動したとき、その安全弁から噴出した電解液のガスや電解液は、貫通孔８５ｂからダクト部材８５の内部に排出される。ダクト部材８５内部に流入した電解液は、ダクト部材８５によってリチウムイオン二次電池８１から遠ざけられた位置で排出孔８５ｃから排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６５６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１では、貫通孔８５ｂからダクト部材８５の内部に流入した電解液やガスが、別の貫通孔８５ｂを通過して、安全弁が開放していないリチウムイオン二次電池８１に降りかかってしまう虞がある。
【０００８】
本発明は、圧力開放弁が作動したとき、噴出した電解液の影響が、圧力開放弁の作動していない蓄電装置に及ぶことを防止することができる蓄電装置モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、蓄電装置モジュールは、電極組立体及び電解液がケース内に収容され、前記ケースの内圧が開放圧を越えた場合に前記ケース内を開放する圧力開放弁を前記ケースの端壁に有する蓄電装置を複数有し、複数の蓄電装置が、前記端壁が同一平面上に位置する状態で並設されるとともに、前記複数の端壁に跨るダクトを備える蓄電装置モジュールであって、前記ダクトの内部に排出路を有し、前記ダクトの壁部に、前記排出路から各圧力開放弁に向けて開口する連通口を有するとともに、各連通口を閉塞し、かつ前記圧力開放弁が作動したのに連動して前記連通口を開放する弁部を備えることを要旨とする。
【００１０】
これによれば、ケースの内圧が上昇し、内圧が圧力開放弁の開放圧を越えると、圧力開放弁が作動してケースが開放される。そして、ケース内から電解液が噴出するとともに、連通口を介して弁部に開放圧が作用する。すると、圧力開放弁に連動して弁部が作動して連通口の閉塞状態が解除され、連通口が開放されるとともに、連通口と排出路が連通する。その結果、ケースから噴出した電解液及びガスが連通口から排出路に排出される。このとき、作動した圧力開放弁に対向する弁部だけが作動し、その他の弁部は作動せず、連通口を閉塞している。このため、排出路に排出された電解液が、その他の連通口からダクト外へ漏れることが防止される。
【００１１】
また、蓄電装置モジュールについて、前記弁部は、前記開放圧が作用すると開弁して前記ダクトの外側から前記排出路への前記電解液の流入を許容し、前記弁部に作用する圧力が前記開放圧より低くなると閉弁して前記排出路から前記ダクトの外へ向けた前記電解液の流出を阻止する逆止弁であるのが好ましい。
【００１２】
これによれば、逆止弁に作用する開放圧が低下したり、排出路内の圧力が開放圧を上回ると、連通口が弁部によって閉じられる。このため、圧力開放弁が作動し、弁部が作動したとしても、蓄電装置内の圧力が低下した後には弁部で連通口を閉じて、圧力開放弁の作動した蓄電装置と連通口を介した外部との導通を遮断することができる。また、圧力開放弁が作動した後に、外気が蓄電装置内に流入することが防止される。
【００１３】
また、蓄電装置モジュールについて、前記圧力開放弁の周囲で前記壁部の外面と前記端壁の外面との間に介装された断熱材を備えるのが好ましい。
これによれば、ダクト内で電解液に引火して、ダクトが加熱されても、そのダクトの熱を断熱材により蓄電装置に伝えにくくして、蓄電装置への熱の影響を小さくすることができる。
【００１４】
また、蓄電装置モジュールについて、前記弁部が作動したときの開口面積は、前記圧力開放弁が作動したときの開口面積より大きいのが好ましい。
これによれば、圧力開放弁が作動してケースが開放されたとき、弁部の開口面積が大きいため、弁部によって電解液の噴出が妨げられない。
【００１５】
また、蓄電装置モジュールにおいて、前記弁部の作動圧は、前記圧力開放弁の開放圧よりも小さい。
これによれば、圧力開放弁が作動して、開放圧が弁部に作用したとき、弁部を確実に作動させることができる。
【００１６】
また、前記蓄電装置は二次電池である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、圧力開放弁が作動したとき、噴出した電解液の影響が、圧力開放弁の作動していない蓄電装置に及ぶことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】電池モジュールを示す斜視図。
【図２】電池モジュールの一部を示す分解斜視図。
【図３】（ａ）はダクトを示す斜視図、（ｂ）はダクトを連通口側から示す斜視図、（ｃ）はダクトを示す断面図。
【図４】弁形成プレートを示す斜視図。
【図５】（ａ）は電池モジュールのダクトの取付構造を示す部分断面図、（ｂ）はダクトの逆止弁と圧力開放弁との位置関係を示す拡大断面図、（ｃ）は逆止弁と圧力開放弁との位置関係を示す平断面図。
【図６】圧力開放弁及び逆止弁が作動したときの状態を示す断面図。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は背景技術を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、蓄電装置モジュールを電池モジュールに具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１に示すように、電池モジュール１０は、電池ホルダ６０によって保持された二次電池１１を複数並設して構成されている。
【００２０】
図２及び図６に示すように、各二次電池１１のケース１３には電極組立体１２及び電解液１９が収容されている。ケース１３は、開口部を有する直方体状のケース本体２４と、ケース本体２４の開口部を閉塞する矩形平板状の蓋体１４とを有する。ケース本体２４と蓋体１４は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム）である。また、本実施形態の二次電池１１は、その外観が角型をなす角型電池であり、リチウムイオン電池である。
【００２１】
ケース本体２４は、有底四角筒状であり、矩形平板状の底壁２２ｃと、この底壁２２ｃから立設し、かつ最も広い二つの長方形状の第１側壁２２ａと、底壁２２ｃから立設し、かつ二つの第１側壁２２ａに直交する他の二つの第２側壁２２ｂと、から構成されている。また、ケース１３に収容された電極組立体１２には、正極端子１５と負極端子１６が電気的に接続されている。そして、正極端子１５及び負極端子１６には、ケース１３から絶縁するためのリング状の絶縁リング１７ａがそれぞれ取り付けられている。また、正極端子１５と負極端子１６は、蓋体１４からケース１３外に露出している。
【００２２】
二次電池１１は、ケース１３の内圧が開放圧を越えた場合にケース１３を開放して、圧力を大気に開放する圧力開放弁１８を蓋体１４に有する。圧力開放弁１８は、蓋体１４の板厚よりも薄い薄板状である。圧力開放弁１８は、蓋体１４の上面に凹設された凹部１４ａの底に位置しており、蓋体１４と一体的に成形されている。そして、圧力開放弁１８が破断すると、蓋体１４では、凹部１４ａの平面形状とほぼ同じ開口面積の開口が形成されるとともに、ケース１３が開放され、図６の矢印Ｙに示すように、ケース１３内から電解液１９、及び電解液１９の分解ガスが噴出する。なお、本実施形態では、蓋体１４が、圧力開放弁１８の設けられた端壁に相当する。
【００２３】
図２に示すように、各二次電池１１を保持する電池ホルダ６０は、Ｕ字枠状をなすホルダ本体６１と、ホルダ本体６１の外面の４隅から突出する直方体状の取付部６２とを有している。ホルダ本体６１は、ケース本体２４を周囲から取り囲む状態で二次電池１１と一体化されている。電池ホルダ６０に一体化された二次電池１１は、一対の第１側壁２２ａが、ホルダ本体６１から外部に露出している。各取付部６２には、ボルトＢ１が挿通される挿通孔６２ａが電池ホルダ６０の厚み方向に貫通して設けられている。
【００２４】
そして、第１側壁２２ａの長手方向を二次電池１１の長手方向とし、蓋体１４において、正極端子１５及び負極端子１６が突出する面の短手方向を、二次電池１１の厚み方向とすると、複数の二次電池１１は、隣り合う二次電池１１同士において第１側壁２２ａの間に放熱プレート７１及び伝熱シート７２を介装した状態で積層されている。よって、電池モジュール１０の長手方向に沿って各二次電池１１が厚み方向に並設されている。
【００２５】
図１及び図２に示すように、電池モジュール１０の並設方向の両端にはエンドプレート５３が設けられている。エンドプレート５３は、矩形平板状をなす基部５４と、基部５４の四隅から突出する矩形平板状の突出部５５とを備える。突出部５５には、ボルトＢ１が挿通される挿通孔５５ａが突出部５５の厚み方向に貫通して設けられている。
【００２６】
そして、電池モジュール１０は、一方のエンドプレート５３の挿通孔５５ａに挿通されたボルトＢ１が、各電池ホルダ６０の挿通孔６２ａに挿通されるとともに、他方のエンドプレート５３の挿通孔５５ａに挿通され、ボルトＢ１にナットＮに螺合されることで一体に組み付けられている。よって、全ての二次電池１１は、両エンドプレート５３によって並設方向から挟持されている。また、電池モジュール１０では、全ての蓋体１４が、電池ホルダ６０の一対の取付部６２の間から露出するとともに、同一平面上に位置している。
【００２７】
図１に示すように、電池モジュール１０は、全ての蓋体１４に跨り、かつ各電池ホルダ６０の一対の取付部６２の間に配置された長尺四角筒状及び樹脂製のダクト３０を備える。ダクト３０は、その内側に排出路３４を備え、排出路３４は、ダクト３０の長手方向両端で開放されている。ダクト３０は、蓋体１４に対向する電池側壁部３１を備える。
【００２８】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ダクト３０は、電池側壁部３１に排出路３４と連通する複数の連通口３５を有し、複数の連通口３５は電池側壁部３１の長手方向に等間隔おきに設けられている。また、電池側壁部３１は、各連通口３５の外周から電池側壁部３１の外面側に突出する四角環状の突条部３１ａを備え、この突条部３１ａには四角環状及び樹脂製の断熱材３３が装着されている。よって、連通口３５は断熱材３３によって全周が囲まれるとともに、断熱材３３は電池側壁部３１の外面よりも突出している。
【００２９】
そして、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ダクト３０は、各連通口３５が電池モジュール１０の各圧力開放弁１８に向けて開口する状態で配設されている。ダクト３０の各断熱材３３は、電池側壁部３１の外面と蓋体１４の外面との間に介装されるとともに、電池側壁部３１の外面と蓋体１４の外面に密接し、連通口３５をシールしている。また、断熱材３３は、ダクト３０と蓋体１４との間を断熱し、ダクト３０から蓋体１４への伝熱を抑制している。
【００３０】
ダクト３０は、排出路３４内に配設された弁形成プレート４０を備える。
図４に示すように、弁形成プレート４０は、電池側壁部３１の内面と平面形状が同じ矩形状である。弁形成プレート４０は、弁形成プレート４０を厚み方向に貫通し、かつ平面Ｕ字型に切り込んだ弁形成スリット４０ａを複数備え、それら弁形成スリット４０ａは、弁形成プレート４０の長手方向に等間隔おきに設けられている。弁形成プレート４０は、各弁形成スリット４０ａで囲まれた部位に逆止弁４１を備える。弁形成プレート４０の面上で弁形成スリット４０ａの両自由端を直線状に結んだ仮想線を基準線Ｌとすると、逆止弁４１は基準線Ｌを折り曲げ線として弾性変形可能である。
【００３１】
そして、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、弁形成プレート４０は、各逆止弁４１が独立して各連通口３５に対向する状態で電池側壁部３１の内面に固設されている。逆止弁４１は、連通口３５全体を排出路３４側から覆っている。また、逆止弁４１における二次電池１１側の面（外面）のうち、連通口３５を囲む周縁部４１ｂは、連通口３５の周囲に係止している。したがって、逆止弁４１は、電池側壁部３１よりも二次電池１１側へは変位不能になっている。また、逆止弁４１を開放させる作動圧は、圧力開放弁１８の開放圧よりも低い圧力になっている。
【００３２】
次に、電池モジュール１０の作用を記載する。
さて、電池モジュール１０の複数の二次電池１１のうち、ある二次電池１１において、ケース１３の内圧が上昇して、開放圧を越えたとする。
【００３３】
すると、図６に示すように、圧力開放弁１８が破断され、凹部１４ａが開口してケース１３が開放されるとともに、ケース１３内からは電解液１９が気化したガスや電解液１９が噴出する。また、逆止弁４１には、電池側壁部３１の外面側からケース１３の内圧と同じ圧力、すなわち開放圧が作用する。すると、圧力開放弁１８の作動に連動して、逆止弁４１は、基準線Ｌを折り曲げ線とし、かつ基準線Ｌが谷折りとなる方向に弾性変形し、逆止弁４１が排出路３４内に突出する方向へ押し上げられる。すなわち、逆止弁４１が作動する。すると、弁形成スリット４０ａと基準線Ｌで囲まれた領域が開放される。このとき、逆止弁４１の作動によって開口した領域の開口面積は、凹部１４ａの開口面積より大きい。そして、ケース１３から噴出した電解液及びガスは、矢印Ｙに示すように、連通口３５、及び弁形成スリット４０ａと基準線Ｌで囲まれた領域を通過して排出路３４に排出される（流入する）。すなわち、逆止弁４１は、開放圧が作用すると開弁してダクト３０の外側から排出路３４への電解液１９の流入を許容する。
【００３４】
その後、ケース１３の内圧が低下し、逆止弁４１に作用する圧力が低くなると、逆止弁４１は、自身の原形状への復帰力により、基準線Ｌを折り曲げ線とし、かつ基準線Ｌが山折りとなる方向に変位し、弁形成スリット４０ａ及び基準線Ｌで囲まれた領域を閉じる方向に向けて変位する。そして、逆止弁４１において、二次電池１１側の面の周縁部４１ｂが、連通口３５の周囲に係止し、二次電池１１側へのそれ以上の変位が規制された状態で連通口３５を閉塞（閉弁）する。このため、逆止弁４１は、排出路３４からダクト３０の外へ向けた電解液１９の流出を阻止する。
【００３５】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電池モジュール１０のダクト３０は、各二次電池１１の圧力開放弁１８に対向して逆止弁４１を備え、逆止弁４１は、圧力開放弁１８が作動しない限り連通口３５を閉塞している。このため、複数の二次電池１１の中の一つ又は複数の圧力開放弁１８が作動してケース１３内から電解液が排出路３４に排出されても、その他の閉塞された逆止弁４１によって、圧力開放弁１８の作動していない二次電池１１に、排出路３４内の電解液１９及びガスが降りかかることを防止できる。
【００３６】
（２）逆止弁４１において、二次電池１１側の外面の周縁部４１ｂは、電池側壁部３１における連通口３５の周囲に係止しており、電池側壁部３１より二次電池１１に向けた変位ができなくなっている。このため、排出路３４内の圧力が高まって、逆止弁４１が二次電池１１側へ押圧されても逆止弁４１が開弁することが無く、連通口３５を閉塞したままとすることができる。よって、圧力開放弁１８の作動していない二次電池１１に排出路３４内の電解液１９及び分解ガスが降りかかることを防止できる。
【００３７】
（３）ダクト３０は、断熱材３３を備え、この断熱材３３は電池側壁部３１の外面と蓋体１４の外面との間に介装されている。このため、ダクト３０内で発火してダクト３０が加熱されても、その熱を断熱材３３により二次電池１１に伝えにくくして、二次電池１１に及ぶ熱の影響を小さくすることができる。
【００３８】
（４）逆止弁４１の作動圧は、圧力開放弁１８の開放圧よりも低い。このため、圧力開放弁１８が作動すれば、逆止弁４１を確実に作動させることができる。また、圧力開放弁１８が作動していないのに逆止弁４１が作動してしまう誤作動も無くすことができる。
【００３９】
（５）逆止弁４１が作動したときの開口面積は、圧力開放弁１８が作動したときの開口面積より大きい。このため、弁形成プレート４０における弁形成スリット４０ａの周囲が、電解液１９の噴出を妨げず、電解液１９をスムーズに排出路３４へ排出できる。
【００４０】
（６）ダクト３０は樹脂製であるため、ダクト３０内でガスに引火したとき、ダクト３０に熱が篭もり、二次電池１１へ熱が伝わりにくくなる。よって、引火したときに二次電池１１が受ける熱の影響を小さくすることができる。
【００４１】
（７）連通口３５は断熱材３３によってシールされている。このため、連通口３５を介して排出路３４内に排出された電解液１９及びガスが連通口３５からダクト３０外へ漏れることを防止できる。
【００４２】
（８）逆止弁４１を弁形成プレート４０で形成し、逆止弁４１を弾性変形可能とした。このため、逆止弁４１が作動した後、逆止弁４１に作用する圧力が低くなると、逆止弁４１は自身の復帰力により連通口３５を閉じることができる。よって、圧力開放弁１８が作動しても、二次電池１１内の圧力が低下する所定時間後には、その二次電池１１と連通口３５を介した外部（ダクト３０内の排出路３４）との導通を遮断することができる。また、それにより、外気が二次電池１１内に流入することが防止され、二次電池１１内の高温の電解液１９と外気との接触を防止できる。
【００４３】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  逆止弁４１の作動圧は、圧力開放弁１８の開放圧と同じであってもよい。
○  逆止弁４１が作動したときに開放される弁形成スリット４０ａと基準線Ｌで囲まれる領域の開口面積は、圧力開放弁１８が作動したときに開放される凹部１４ａの開口面積と同じであってもよい。
【００４４】
○  断熱材３３は無くてもよい。
○  弁部は逆止弁４１でなく、開放圧が作用したときに破壊される安全弁であってもよいし、開放圧が作用したときに開弁するが、開放圧が作用しなくなっても戻らない（閉弁しない）弁であってもよい。
【００４５】
○  ダクト３０内に弁形成プレート４０を設けて逆止弁４１を設けたが、ダクト３０の電池側壁部３１に弁形成溝を直接形成し、その弁形成溝の内側に逆止弁を設けてもよい。そして、逆止弁が作動したとき、弁形成溝と基準線Ｌで囲まれる領域に連通口が形成される構成としてもよい。
【００４６】
○  実施形態では、各連通口３５を囲むように断熱材３３を設けたが、断熱材３３の代わりにＯリングのようなシール部材を設けてもよい。
○  圧力開放弁１８は、蓋体１４ではなくケース本体２４に設けられていてもよい。この場合、圧力開放弁１８が設けられたケース本体２４の周壁のうちの一つの側壁が端壁を形成し、複数の二次電池１１は、ケース本体２４の側壁が同一平面上に位置するように積層されるとともに、その側壁に跨るようにダクト３０が設けられる。
【００４７】
○  ケース１３の形状は、円柱状や、楕円柱状でもよい。
○  蓄電装置は、ニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタであってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０…蓄電装置モジュールとしての電池モジュール、１１…蓄電装置としての二次電池、１２…電極組立体、１３…ケース、１４…端壁としての蓋体、１８…圧力開放弁、１９…電解液、３０…ダクト、３１…ダクトの壁部としての電池側壁部、３３…断熱材、３４…排出路、３５…連通口、４１…弁部としての逆止弁。
【図１】
2015018706.tif 000003
【図２】
2015018706.tif 000004
【図３】
2015018706.tif 000005
【図４】
2015018706.tif 000006
【図５】
2015018706.tif 000007
【図６】
2015018706.tif 000008
【図７】
2015018706.tif 000009