(57)【要約】【課題】電池セルの内圧検出用の圧力センサの腐食を防止する電池の圧力調整装置を提供する。【解決手段】電池の圧力調整装置Ａは、電池セルＣの内部圧力を検出する圧力センサ２１と、前記電池セルＣを圧力センサ２１内に連通する圧力導入通路１１と、前記圧力導入通路１１に設けられて前記電池セルＣの電解液を捕獲するミストセパレータ２９とを備えている。圧力導入通路１１に、通路拡張部を形成する収納室２３が形成され、この収納室２３にミストセパレータ２９が収納されている。【選択図】図１
2009301888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルの内部圧力を検出する圧力センサと、
前記電池セルを圧力センサに連通する圧力導入通路と、
前記圧力導入通路内に設けられて前記電池セルの電解液を捕獲するミストセパレータと、
を備えた電池の圧力調整装置。
【請求項２】
請求項１において、前記圧力導入通路に、通路拡張部を形成する収納室が設けられ、この収納室に前記ミストセパレータが収納されている電池の圧力調整装置。
【請求項３】
請求項２において、前記収納室を有する緩衝器と前記圧力センサとが前記圧力導入通路の一部を形成する中空ねじ体により連結され、前記緩衝器に、前記電池セルの内部に連通した前記圧力導入通路が接続されている電池の圧力調整装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項において、さらに、前記圧力導入通路内の圧力が所定値に達したときに開弁して減圧するリリーフ弁と、前記リリーフ弁の開弁により排出された電解液を捕集する捕集容器とを備え、
前記捕集容器内に前記電解液を中和させる中和剤が装填されている電池の圧力調整装置。
【請求項５】
請求項４において、前記リリーフ弁と前記緩衝器とが、前記圧力導入通路の一部を形成する中空ねじ体により連結されている電池の圧力調整装置。
【請求項６】
請求項４または５において、前記リリーフ弁の排出口を形成する排出部が前記容器の導入口に挿入され、前記排出部と前記導入口との間に気体のみを通すフィルタが介装されている電池の圧力調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電車のような車両に搭載される充放電可能な二次電池、詳しくはこのような電池の圧力調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮から自動車や電車などの車両に、充放電可能な二次電池を搭載したものが開発されている。この二次電池としては、密閉式電池であるニッケル水素電池やリチウムイオン電池が多く使われている。このような電池では、充電時に電池セルの内部圧力（内圧）が上昇するので、これを圧力センサで検出したり（特許文献１）、発生したガスを強制的に外部に排出することで（特許文献２）電池セルを保護している。
【特許文献１】特開平９−１２０８４５号
【特許文献２】特開２００７−２６５６５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、通常の運用では問題ないが、万一、過充電などにより急激に電池内圧が上昇した際には、電池セルの内圧上昇に伴い発生するガスに、電解液の一部が気化して、その成分が混在する。電解液はＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨというようなアルカリ性物質からなるアルカリ系水溶液であるから、圧力センサによる電池セルの内圧の検出時、圧力センサはこのような電解液の蒸気に曝されるので、長期間の使用により、腐食される可能性がある。また、ガスを外部に排出して電池内部の圧力を低下させようとすると、排出されるガスには、気化した電解液だけでなく一部液状のままの電解液も含まれている。ガス中の電解液は前述したようにアルカリ性物質なので、環境への配慮から、この電解液をそのまま廃棄するのは好ましくない。さらに、人体に触れると炎症を起こすおそれがある。
【０００４】
本発明の第１の目的は、電池セルの内圧検出用の圧力センサの腐食を防止することにある。本発明の第２の目的は、電池セルからガス-.0とともに排出される電解液を迅速かつ安価に、さらには安全に中和処理することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記第１の目的を達成するために、本発明に係る電池の圧力調整装置は電池セルの内部圧力を検出する圧力センサと、前記電池セルを圧力センサ内に連通する圧力導入通路と、前記圧力導入通路に設けられて前記電池セルの電解液を捕獲するミストセパレータとを備えている。
【０００６】
この構成によれば、電池セルの内部圧力を圧力センサで検出する際、電池セルから高い圧力で電解液を含むガス（以下「流出物」という）が圧力導入通路に流入しても、流出物に含まれる電解液は、ミストセパレータで捕獲され、圧力センサに達しない。これにより、電解液による圧力センサの腐食が防止される。
【０００７】
本発明において、好ましくは、前記圧力導入通路に、通路拡張部を形成する収納室が設けられ、この収納室に前記ミストセパレータが収納されている。これにより、電池セルからの前記流出物は、通路面積の大きい収納室内に流入することで流速が低下するので、ミストセパレータにより効率的に捕獲される。また、通路拡張部である収納室により、ミストセパレータを収納するための大きな収納スペースを確保することができる。
【０００８】
本発明において、好ましくは、前記収納室を有する緩衝器と前記圧力センサとが前記圧力導入通路の一部を形成する中空ねじ体により連結され、前記緩衝器に、前記電池セルの内部に連通した前記圧力導入通路が接続されている。
【０００９】
この構成によれば、中空ねじ体を備えた既存の圧力センサを使用し、これを緩衝器にねじ込むことで、圧力センサと緩衝器とを容易に連結することができる。
【００１０】
前記第２の目的を達成するために、本発明において、さらに、前記圧力導入通路内の圧力が所定値に達したときに開弁して減圧するリリーフ弁と、前記リリーフ弁の開弁により排出された電解液を捕集する捕集容器とを備え、前記捕集容器内に前記電解液を中和させる中和剤が装填されているのが好ましい。このように構成することで、捕集容器内に電解液を捕集すると同時に捕集された電解液が中和されるので、捕集した電解液を別の処理装置に移し変える面倒な処理が必要なく、迅速かつ安価に中和処理ができる。また、電解液が人体に触れて炎症を起こすおそれがなくなり、安全性が向上する。
【００１１】
本発明において、前記リリーフ弁と前記緩衝器とが、前記圧力導入通路の一部を形成する中空ねじ体により連結されていてもよい。この場合も前記緩衝器と圧力センサとの連結と同様、リリーフ弁と緩衝器とを連結するねじ体が、両者を連通させる圧力導入通路の一部を形成しているので、両者を連通させる通路部材を別途設ける必要がなくなり、部品点数の削減と構造の簡略化が図れる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、前記リリーフ弁の排出口を形成する排出部が前記容器の導入口に挿入され、前記排出部と導入口との間に気体のみを通すフィルタが介装されている。このように構成することで、捕集容器内への電解液の捕集と同時に流入して捕集容器内に充満したガスを、フィルタを通して容器外にスムースに排出することができる。これにより、捕集容器内は捕集容器外と同様、大気圧となり、次の捕集に備えることができる。捕集容器内を常に大気圧にできることで、容器内に多量の電解液を捕集できるから、小形の捕集容器で足り、コンパクト化が図れる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電池セルの内部圧力を圧力センサで検出する際、電池セルから高い圧力で流出物が圧力導入通路に流入しても、この流出物に含まれる電解液は、ミストセパレータで捕獲される。これにより、圧力センサが電解液に曝されて起きる腐食が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳述する。図１は本発明の電池の圧力調整装置を示す。
【００１５】
同図において、圧力調整装置Ａと電池セルＣとが、圧力導入通路１１の一部を形成する第１および第２のチューブ１２，１３により接続されて、電池セルＣの内部圧力が圧力調整装置Ａに導入されている。チューブ１２，１３はコネクタ１４により着脱可能に連結されている。圧力調整装置Ａは、圧力センサ２１と、収納室２３を有する緩衝器２２と、リリーフ弁２４とを有し、圧力センサ２１と緩衝器２２とを、圧力導入通路１１の他の一部を形成する第１の中空ねじ体２７により連結し、緩衝器２２とリリーフ弁２４とを圧力導入通路１１のさらに他の一部を形成する第２の中空ねじ体２８により連結している。前記圧力センサ２１は、ケース２１ａにセンサ素子２１ｂを収納したものであり、センサ素子２１ｂとして、ステンレス薄板の裏面に歪みゲージが貼着された構造のものが使用されているが、その他のセンサ素子であっても差し支えない。第1の中空ねじ体２７は、ケース２１ａに一体形成されているが、別体としてケース２１ａにねじ込む構造でもよい。
【００１６】
リリーフ弁２４はボールからなる弁体２４ａを有し、この弁体２４ａと受けリング２４ｂとの間に介装したばね２４ｃにより、弁体２４ａに閉弁方向へのばね力を付加している。ミストセパレータ２９は、圧力導入通路１１の導入圧力が一定値に上昇したときに、ばね２４ｃのばね力に抗して弁体２４ａが弁口２４ｄを開放することで開弁し、一定値未満のときに前記ばね力によって閉弁するものであり、同様の働きを有するものであれば、そのタイプを問わない。
【００１７】
前記緩衝器２２は例えば六角柱状であり、内部に、電池セルＣからの流出物Ｂの流速を低下させる大きな容積をもつ収納室２３を有し、この収納室２３の上部が第１の中空ねじ体２７を介して圧力センサ２１に連通し、収納室２３における圧力センサ２１寄りにはミストセパレータ２９が収納されている。収納室２３は、圧力導入通路１１における第１および第２のチューブ１２，１３により形成される部分よりも通路面積が大きい拡張通路部を形成している。ミストセパレータ２９はポリエチレン製の不織布のような、ミストの吸着性および気体の通気性に優れたものであれば、材質は特に問わない。前記緩衝器２２の側壁には、収納室２３の内部に連通する導入ニップル１６が装着されており、この導入ニップル１６にチューブ１２の一端部が接続されている。
【００１８】
前記リリーフ弁２４の下部には排出口２４ｅを有する排出ニップルからなる排出部２４ｆが形成され、この排出部２４ｆの先端が、電解液を中和する所定量の中和剤３５が充填された捕集容器３７の導入口３７ａに挿入され、この導入口３７ａと前記排出部２４ｆの外周面との間に、気体のみを通過させるフィルタ３９が介装されている。リリーフ弁２４としては、排出口２４ｅに接続した排出用チューブを使用することもでき、その場合には排出用チューブの先端部である排出部を捕集容器３７の導入口３７ａに挿入する。
【００１９】
前記中和剤３５としては、ホウ酸顆粒のような顆粒状あるいは粉状の中和剤が好ましく、フィルタ３９としては、ポリエチレン製の不織布、その他多孔質で通気性に優れた素材が好ましい。圧力センサ２１からの圧力検出信号（電気信号）はコントローラ４１またはロガーなどに送られ、コントローラ４１内のメモリに圧力履歴として記録されるとともに、検出した圧力が所定圧力が所定値に達したとき、警報を発したり、関連する機器の動作を制限したりする。
【００２０】
電池セルＣは、例えばニッケル水素電池であり、図２に示すように、偏平な直方体状の角形ニッケル水素電池である。この電池セルＣは、後述する電極体を電解液とともに収容する空間を形成する矩形の枠形部材５０と、この枠形部材５０の前後両面を覆う第１蓋部材５１および第２蓋部材５２とを有している。前記枠形部材５０の頂部には充放電時に電解液の反応から発生するガス（酸素、窒素）を排出するガス排出部５３が形成され、このガス排出部５３には二又のガス排出口５３ａ，５３ｂが設けられている。これらのガス排出口５３ａ，５３ｂのうち、一方のガス排出口５３ａに図１のチューブ１３が連結されている。図２の他方のガス排出口５３ｂは、二点鎖線で示すように電池セルＣを複数並べて使用する際に、隣接する電池セルＣのガス排出部５３と接続するのに使用される。
【００２１】
図３は電池セルＣの一部断面した平面図である。同図に示すように、枠形部材５０は第１蓋部材５１の両側に形成された側部５１ａ，５１ａと、第２蓋部材５２の両側に形成された側部５２ａ，５２ａとに当接して支持され、枠形部材５０および第１蓋部材５１、第２蓋部材５２により形成された空間内に電極体６０を安定的に支持している。この電極体６０は、正極板５７と負極板５８とがプリーツ状ないしアコーディオン状に折り曲げられたセパレータ５９を介して交互に積層されて対向する積層構造を有している。
【００２２】
前記第１蓋部材５１を負極板５８に、第２蓋部材５２を正極板５７にそれぞれ接続しており、これにより、第１蓋部材５１、第２蓋部材５２は、それぞれ単位電池である電池セルＣの正極側端子および負極側端子として機能する。電池セルＣは、水酸化ニッケルを主要な正極活物質とし、水素吸蔵合金を主要な負極活物質とし、アルカリ系水溶液を電解液とする、繰り返し充放電が可能な二次電池として構成されている。
【００２３】
上記構成において、図１に示す圧力調整装置Ａを電池セルＣに接続して電池セルＣの内部を圧力センサ２１に連通させるにあたり、電池セルＣのガス排出部５３ａに接続されているチューブ１３と、圧力調整装置Ａに設けた導入ニップル１６に接続されているチューブ１２とを、コネクタ１４を介して連結する。これにより、第２のチューブ１３、コネクタ１４，第１のチューブ１２，導入ニップル１６、収納室２３および第１の中空ねじ体２７を通る、圧力導入通路１１の大部分が形成され、電池セルＣの内部圧力が圧力センサ２１に作用して圧力が検出される。圧力導入通路１１の残りの部分は第２の中空ねじ体２８により形成されて、リリーフ弁２４に圧力が導入されている。
【００２４】
例えば充電時に、電池セルＣの内部圧力の増加により、電池セルＣからガスおよび電解液を含む流出物Ｂがチューブ１３、チューブ１２を通って緩衝器２２の収納室２３に入り込む。この収納室２３は圧力導入通路１１よりも通路面積が大きいので、流出物Ｂは、ここで速度が低下する。したがって、流出物Ｂに含まれた液体である電解液は、高速でミストセパレータ２９を通り抜けることなく、ミストセパレータ２９で効率的に捕獲される。電解液がミストセパレータ２９で捕獲され、取り除かれるので、圧力センサ２１のセンサ素子２１ｂは電解液に曝されて腐食するのが防止される。
【００２５】
ここで、圧力センサ２１と緩衝器２２との連結および緩衝器２２とリリーフ弁２４との連結に、圧力導入通路１１の一部を形成する中空ねじ体２７，２８を用いているから、圧力センサ２１と緩衝器２２、または緩衝器２２とリリーフ弁２４とを連通させる通路部材を、別途設ける必要がなくなるので、部品点数を削減し、構造を簡素化することができる。また、通路拡張部である収納室２３にミストセパレータ２９が収納されることで、ミストセパレータ２９を収納するための大きな収納スペースを確保できる。
【００２６】
圧力導入通路１１内の圧力が所定値に達したとき、リリーフ弁２４は、弁体２４ａが下方に押し下げられて開弁し、圧力導入通路１１内が減圧される。リリーフ弁２４の開弁により、圧力導入通路１１内の流出物Ｂが，第２の中空ねじ体２８を通過し、弁体２４ａから捕集容器３７内に排出される。捕集容器３７内には電解液を中和する所定量の中和剤３５が充填されているので、中和剤３５と電解液とが反応して電解液が中和される。このように、捕集容器３７内に電解液を捕集すると同時に捕集された電解液が速やかに中和されるので、捕集した電解液を別の処理装置に移し変える面倒な処理が不要となり、迅速かつ安価に中和処理できる。また、電解液が人体に触れて炎症を起こすおそれがなくなり、安全性が向上する。
【００２７】
前記捕集容器３７内には、流出物Ｂに含まれてガスも入り込み、捕集容器３７内の圧力を増大させるが、ガスは、導入口３７ａと排出部２４ｆの先端との間に介装されたフィルタ３９を通過して捕集容器３７外へ排出される。これにより、捕集容器３７内部も外気と同じ大気圧を維持でき、続いて捕集容器３７内に捕集される次の流出物Ｂに備えることができる。
【００２８】
なお、本実施形態では電池セルＣをニッケル水素二次電池とした場合を示したが、各種の二次電池、例えばニッケルカドミウム電池などに適用することも可能である。
【００２９】
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、添付のクレームから定まる本発明の範囲内のものと解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る電池の圧力調整装置の断面図である。
【図２】本発明に係る電池の圧力調整装置が適用される電池セルの斜視図である。
【図３】電池セルを示す一部断面した平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  圧力導入通路
１２，１３  チューブ
１４  コネクタ
１６  導入ニップル
２１  圧力センサ
２２  緩衝器
２３  収納室
２４  リリーフ弁
２４ｆ  排出部
２７，２８  中空ねじ体
２９  ミストセパレータ
３５  中和剤
３７  捕集容器
３７ａ  導入口
３９  フィルタ
５１  第１蓋部材
５２  第２蓋部材
５３  ガス排出部
５３ａ，５３ｂ  ガス排出口
Ａ  圧力調整装置
Ｂ  流出物
Ｃ  電池セル
【図１】
2009301888.tif 000003
【図２】
2009301888.tif 000004
【図３】
2009301888.tif 000005