JP6059445B2

JP6059445B2 - ガス排出管

Info

Publication number: JP6059445B2
Application number: JP2012085593A
Authority: JP
Inventors: 寛今泉
Original assignee: Tigers Polymer Corp
Current assignee: Tigers Polymer Corp
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2032-04-04
Also published as: JP2013218790A

Description

本発明は、組電池に設けられるガス排出管に関する。特に略平板状の単電池が積層配置された組電池に設けられるガス排出管に関するものである。

電気自動車やハイブリッド自動車などには、動力源として二次電池を集合させた組電池（電池モジュール）が用いられている。充電や放電の過程において、電池が過熱したり電池間の温度差が大きくなったりすると、電池の性能が低下したり、電池が損傷することが起こるため、通常、これら組電池を電池ケースに収納し、冷却風を電池ケース内に送り込むなどして、組電池を冷却することが行われる。

これら電池においては、過充電したり、電池が高温になったりすると、電池内部でガスが発生する場合がある。発生したガスを外部に放出するために、組電池にはガス排出管（ガス排出装置）が設けられることがある。例えば、特許文献１には、ガスを外部に導くための本体部と、本体部と単電池の間を接続する突出部と、突出部先端に形成された伸縮自在な密着部材を備えるガス排出装置が開示されている。

特開２０１１−５４４０９号公報

このようなガス排出装置においては、ガスが漏れると、周囲の電池などに悪影響を及ぼすおそれがあるため、ガスが漏れないようにする必要があり、特許文献１に開示された技術もまた、ガス漏れを防止するための伸縮自在な密着部材を備えるものである。

しかしながら、特許文献１に開示されるような、電池との接続部に伸縮自在な密着部材を設ける技術は、その部分の形状が複雑になりやすく、製造が難しいという課題がある。

また、シール性を確保しながら単電池とガス排出管を個別に接続していくと、組電池の組立工程が煩雑なものとなってしまうという課題があり、組みつけが簡単なガス排出管が望まれている。

さらに、発明者らがガス漏れの検討を行ったところ、ガス排出管周りが高温になると、ガス排出管と単電池の接続部付近でガス漏れしやすくなる傾向があることを発見した。そして、さらに発明者らが検討を行ったところ、電池とガス排出管の間の熱膨張率の差によって、高温になった際に、電池とガス排出管の間の諸寸法が変化し、ガス漏れが起こりやすくなることを突き止めた。

本発明の目的は、電池とガス排出管の間の寸法変化を抑制してガス漏れを防止すると共に、製造や取付けが簡単なガス排出管を提供することにある。

発明者は、鋭意検討の結果、ガス排出管の管体の中に金属板を挿通状態で設け、金属板によって、ガス排出管と電池の間に設けられるシール材を挟持固定すると、上記課題が解決できることを知見し、本発明を完成させた。

本発明は、略平板状の単電池が積層配置された組電池において、単電池から発生するガスを排出するガス排出管であって、ガス排出管は、合成樹脂製の管体と、金属板とシール体とを有し、管体には、それぞれの単電池のガス排出口と対応する貫通穴が連設されており、管体外周面には、前記貫通穴のそれぞれを取り囲むようにシール体が設けられ、金属板は管体全長に対応する長さに形成され、金属板には、管体に連設された貫通穴のそれぞれに対応する貫通穴が連設されると共に、金属板は、管体内部に挿通されて設けられて、管体に貫通穴が設けられた平面状の部分と、金属板とが密着しており、組電池にガス排出管を取付けることによって、管体と単電池の間でシール体が挟持されるようにされたガス排出管である（第１発明）。

本発明においては、シール体が管体の外周面に一体成形されることが好ましい（第２発明）。さらに、本発明においては、金属板が、管体の両端部で組電池に固定されることが好ましい（第３発明）。さらに、本発明においては、金属板は、管体の中間部では組電池に固定されていないことが好ましい（第４発明）。

本発明のガス排出管（第１発明）によれば、電池とガス排出管の間の寸法変化を抑制してガス漏れを未然に防止できる。また、本発明のガス排出管は、簡単な構成なので、製造や取付けが簡単である。

さらに、第２発明ないし第４発明のようにした場合には、ガス排出管の取付が特に簡単になる。

本発明第１実施形態のガス排出管と組電池を示す斜視図である。ガス排出管と組電池の組付けを示す分解図である。本発明第１実施形態のガス排出管を示す斜視図である。本発明第１実施形態のガス排出管の下面側を示す斜視図である。本発明第１実施形態のガス排出管の構成を示す分解図である。本発明第１実施形態のガス排出管の管体の形状を示す図である。本発明第１実施形態のガス排出管の金属板の形状を示す図である。ガス排出管と組電池の間のシール構造を示す一部断面図である。本発明第２実施形態のガス排出管の構成を示す分解斜視図である。本発明のガス排出管に使用される金属板の他の形態例を示す図である。

以下図面を参照しながら、本発明のガス排出管の実施形態について、ハイブリッド自動車用や電気自動車用の組電池に取付けられるガス排出管を例にして説明する。図１は本発明第１実施形態のガス排出管と組電池を組みつけた状態で示す斜視図である。また、図２はガス排出管と組電池の組付けを分解図で示した図である。これら図においては、単電池に設けられる端子やガス排出弁（排出口）、バスバーなどといった電池の詳細な構成については図示を簡略化している。なお、本発明は以下に示す個別の実施形態に限定されるものではなく、その形態を変更して実施することもできる。

組電池構造体（以下、組電池、電池モジュールとも記載する）１において、組電池を構成する平板状の単電池２，２は、単電池の広い面同士が対向するように、互いに所定の間隔を隔てて積層状態に配置されている。単電池２，２は、バスバー３，３によって直列あるいは並列に電気的に接続されて組電池を構成する。本実施形態においては、電池モジュールを構成する単電池はリチウムイオンバッテリーであり、単電池２は平板状（扁平な直方体状）の形状となっている。それぞれの電池の側面（広い平坦面に隣接する面）には端子が設けられている。

互いに隣接する単電池２，２の間には、スペーサ部材５，５が挟持されている。スペーサ部材５は、例えば、波板状に形成されている。スペーサ部材により、単電池２，２の間には、所定の間隔が維持される。そして、スペーサ部材５と単電池２とによって、冷却風通路が形成される。

図示は省略するが、組電池１の上流側や下流側には、送風ファンや他の通気経路部材（ダクトなど）が設けられて、単電池の間の冷却風通路に冷却風が送られるようにされて、全体として電池冷却システムが構成される。そして、積層状に並べられた単電池２，２はそれぞれの電池側面に供給される冷却風により冷却される。

単電池２，２とスペーサ部材５，５の積層構造が維持されるように、組電池には保持部材が設けられる。本実施形態においては、保持部材として、組電池の積層方向の両端の単電池の広い面に対向するように、一対のエンドプレート４、４が設けられている。そして、エンドプレート４、４の上端縁と下端縁には、組電池を積層方向に締め付けるように額縁状の枠部材６，６が設けられ、電池の積層構造が維持される。保持部材は、エンドプレートと枠部材には限定されず、他の構造部材を用いてもよいし、他の構造部材を併用するようにしても良い。

組電池１を構成する単電池２，２には、それぞれ、ガス排出口２１が設けられている。電池内部でガスが発生して、電池内部が高圧になると、ガス排出口２１から、電池内部のガスが放出される。ガス排出口には、適宜弁体が設けられることが好ましい。

ガス排出口２１は単電池２の側面に設けられている。単電池が積層され、組電池１とされた状態では、ガス排出口２１，２１は、組電池１の一つの側面に、一列に整列して並んで設けられている。また、ガス排出口２１，２１は、実質的に同一平面上に配置されている。

本発明第１実施形態のガス排出管７は、ガス排出口２１，２１が並んだ部分を覆うように、組電池１に取付けられる。本実施形態においては、ガス排出管７は、管の両端部で、固定部材（固定バンド）８，８によって組電池１に取付けられている。また、本実施形態においては、ガス排出管７の中間部（管の両端部の間の部分）には固定部材がなく、管の中間部は組電池に直接固定されていない。

図３及び図４にガス排出管７の形状を示す。ガス排出管７はほぼ直線状に形成された中空管である。ガス排出管７は、組電池１に連設されたガス排出口２１，２１を覆うよう、組電池の１辺に対応した長さを有している。ガス排出管７の両端部には、他のガス排出管やガス通路部材と接続するための接続部７２１が設けられている。
ガス排出管やガス通路部材をつなぎ合わせて、一連のガス排出経路が形成される。

ガス排出管は、略Ｄ字状の断面を有している。すなわち、ガス排出管７は、その一部が平面状に形成されている。ガス排出管７が平面状にされた部分には、管の内部と外部を連通する複数の貫通穴７ａ、７ａが設けられている。貫通穴７ａは、単電池のガス排出口２１，２１のそれぞれに対応した位置に設けられている。

図８に、ガス排出管７が組電池に取付けられた部分を一部断面図で示すが、電池のガス排出口２１から、ガスが排出されると、ガスは、ガス排出管７に設けられた貫通穴７ａを通じてガス排出管７の内部に導かれて、一連のガス排出経路から排出されていく。

本実施形態のガス排出管７は、管体７１と金属板７３とエンドパイプ７２，７２とを有する。図５に示すように、管体７１に金属板７３を挿通して、その両端にエンドパイプ７２，７２が取付けられて、ガス排出管７が構成される。なお、図５では、各部材の挿通する方向や取付けの方向を、白抜き矢印で示している。

管体７１は、ガス排出管７の管としての主体部分を構成する部材であり、本実施形態では、ゴムにより、略Ｄ字状の断面の中空管として形成されている。図６に管体７１の形状を４面図で示す。管体７１には、ガス排出管７が備えるべき複数の貫通穴（ガス排出口２１，２１に対応する位置に設けられた貫通穴）が設けられている。管体は合成樹脂製であればよいが、熱硬化性樹脂、特にゴム製であることが好ましい。本実施形態においては、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）により管体７１が形成されている。

金属板７３は、管体７１の全長に対応する長さに、管体７１を貫くように挿通されて管体内部に設けられる部材である。図７に金属板７３の形状を３面図で示す。金属板７３の主体部７３１は平面状に形成されていて、この主体部７３１には、ガス排出管７が備えるべき複数の貫通穴が設けられている。即ち、管体７１に金属板７３が挿通されて、両者の貫通穴同士が合致するように組み立てられて、複数の貫通穴７ａ、７ａを有するガス排出管７が構成される。

ガス排出管７に組み立てられた状態で、金属板７３の主体部７３１と、貫通穴が設けられた管体７１の平面状部分とは、互いに密着状態とされている。

金属板７３は、本実施形態のように、主体部７３１の両側をリム状に折り曲げて補強部７３２を設け、主体部７３１の剛性を高めたものであっても良い。また、本実施形態のように、金属板７３の両端部に、管体７１やエンドパイプ７２に取付けるための取付部７３３を適宜設けても良い。

金属板７３を構成する材料は、金属材料であれば特に限定されないが、例えば、アルミニウム板や鉄板などが例示できる。金属板７３を構成する金属材料としては、管体７１を構成する樹脂材料よりも熱膨張率が小さい材料を選択することが好ましい。

エンドパイプ７２，７２は、金属板７３の両端に設けられた取付部７３３を保持しながら、管体７１の両端に取付けられる。エンドパイプ７２には、他のガス排出管等に接続するための接続部７２１が設けられている。本実施形態においては、固定部材（固定バンド）８により、ガス排出管７が組電池に取付けられる際には、エンドパイプ７２を介して、金属板７３の端部が組電池に取付けられる。なお、本発明において、エンドパイプ７２，７２は必須ではなく、接続や固定及び端部シール性の機能が他の部材で果たしうる場合などには、エンドパイプはなくても良い。

ガス排出管７は、さらに、管体７１と単電池２の間をシールするためのシール体７１１を有する。本実施形態においては、シール体７１１は管体と一体成形されている。シール体は、管体と別に製造されて、管体外周面に取付けられるものであっても良い。

シール体７１１は、ガス排出管７の管体外周面上に、管体７１に設けられた貫通穴のそれぞれを取り囲むように配置され、リング状のシール体が連設されている。ガス排出管７が組電池１に組みつけられると、それぞれの単電池２の表面と管体７１の間にシール体７１１が挟持されて、シールされた状態で、単電池のガス排出口２１がガス排出管７の内部に連絡される。

シール体７１１の具体的形状は特に限定されない。本実施形態においては半円状の断面を有する外側シール体とリップ状の断面を有する内側シール体を併用しているが、別の断面のシール体を単独で設けるなど、シール体は他の形態であっても良い。シール体７１１を管体７１と別体に形成すれば、シール体の形態の自由度（例えばＯ−リングとするなど）を高めることができる。一方、本実施形態のように、シール体７１１が、管体７１の外周面に一体成形されていると、組み付けが非常に簡単となり、製造効率を高める観点から特に好ましい。

本発明のガス排出管７は、公知の製造方法を利用して製造できる。例えば、管体７１は、ゴムの射出成形により製造することができ、エンドパイプ７２も、合成樹脂の射出成形により製造することができる。金属板７３は、金属材料の曲げ・プレス加工により製造することができる。管体７１とシール体が別体に製造されるような場合には、合成樹脂を所定断面の中空管状に押出成形して、所定長さに切断し、所定の位置に貫通穴を設けることにより管体７１を製造することもできる。

得られた金属板７３を管体７１に挿通し、金属板７３の両端にエンドパイプ７２，７２を取付けた状態で、エンドパイプ７２，７２が管体７１の両端部に挿入固定されるようにすれば、ガス排出管７が得られる。必要に応じ、接着剤などを使って、これら部品間でも確実に固定／シールがなされるようにすることが好ましい。

本発明の作用と効果を説明する。本発明のガス排出管７を組電池に取付けた際のガス排出口２１周りの構造を、図８に示す。なお、図８では、ガス排出管７を半割りの断面にして、断面部にハッチングを施して示している。

本発明のガス排出管７によれば、ガス排出管７を組電池に取付けると、金属板７３が組電池（及びその構成要素の単電池）に対し固定されることになる。すると、管体７１内に挿通された金属板７３によって、シール体７１１が金属板と単電池表面の間で圧縮状態に挟持されることになり、ガス排出管をシール状態で組電池に取付けることができる。

そして、金属板７３は、金属材料で形成されており、剛性が高く、熱変形しにくい。金属板７３は管体７１よりも熱膨張率が小さい材料で形成されており、温度変化による寸法変化が小さい。そのため、組電池が高温になった際や、高温のガスがガス排出管に導入された際にも、金属板７３の寸法変化が抑えられ、電池とガス排出管の間の諸寸法が変化しにくく、ガス漏れが起こりにくい。従って、本発明によれば、電池とガス排出管の間からのガス漏れを効果的に抑制できる。

また、挿通配置された金属板７３は比較的剛性が高いので、ガス排出管の内部に導入されたガスのガス圧によって、合成樹脂製の管体７１が変形しようとも、金属板７３は単電池との間の所定の寸法関係を維持でき、ガス漏れが起こりにくい。管体７１の内部容積が大きいほど、電池からガスが放出された際のガス圧やガス温度が低下する傾向があるので、可能な限り管体７１の容積を大きく確保することが好ましい。

また、本発明のガス排出管は、管体内部に挿通された金属板を利用して、シール体を挟持しているため、複数のシール体をまとめて取付けることができる。より具体的には、上記実施形態のガス排出管７においては、ガス排出管７の両端部を固定部材８，８で固定するだけで、各単電池に設けられた複数のガス排出口２１，２１をガス排出管７にシール状態で接続することができる。従って、本発明のガス排出管は、組電池への取付けが簡単である。また、本発明のガス排出管は、その製造も簡単である。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に本発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分についてはその説明を簡略化または省略する。また、以下に示す実施形態は、その一部を互いに組み合わせて、あるいは、その一部を置き換えて実施できる。

上記実施形態においては、ガス排出管７の両端部に設けた固定部材８、８によってガス排出管７（や金属板７３）を組電池に固定する形態を説明したが、組電池に金属板（ガス排出管）を固定する固定部材はそれ以外の箇所に設けても良い。なお、上記第１実施形態のように、固定部材８，８をガス排出管の両端部に設けると、排出管両端に設けられた接続部７２１を所定の位置に位置決めするのに都合が良く、特に好ましい。また、管体７１の中間部では、金属板を組電池に固定しないようにすると、組付け作業が非常に簡単になるので、特に好ましい。

ガス排出管７を構成する管体７１の具体的形態は、金属板７３と単電池２の間に位置する管体の部分（管体７１が単電池２に対向する部分）が、平面状に形成される限りにおいて、特に限定されない。管体７１の断面形状は、Ｄ字状であっても良いし、角筒状であっても良い。

また、ガス排出管７の両端部には、第１実施形態のように、他のガス排出管などと接続するための接続部７２１が設けられていても良いが、一方の末端が閉じられていても良い。

また、上記実施形態の説明では、ガス排出管７に貫通穴７ａが一列に並んで設けられた例を示したが、貫通穴の配置は、一列に限定されるものではなく、組電池におけるガス排出口の配置に応じて、適宜配置されればよい。例えば、組電池１においてガス排出口が千鳥状に配列される場合には、ガス排出管７の平面状部分の幅を広く取って、貫通穴７ａを千鳥状に配置すればよい。

上記第１実施形態においては、ガス排出管７の管体７１は管状に一体成形されていたが、管体は、複数の部材を組み立てて構成されるものであっても良い。図９には、そのような実施形態を第２実施形態として示す。本実施形態のガス排出管９は、管体第１部材９１１、金属板９３、管体第２部材９１２によって構成される。

管体第１部材９１１と管体第２部材９１２は、共に合成樹脂により形成され、両者が組み合わされて管体となる。管体第１部材９１１は、平板状の穴あき部材であり、組電池に連設されたガス排出口２１，２１に対応して貫通穴とシール体が設けられている。

管体第２部材９１２は、管体の残りの部分を構成する部材であって、両端部に接続部が設けられた細長い開放箱状（図９における下面側が開放している）に形成されている。また、管体第２部材９１２には、開放縁に沿ってフランジが設けられている。

本実施形態においては、金属板９３は、管体第１部材に設けられた貫通穴に対応した貫通穴を有する穴あき平板状に形成される。管体第１部材９１１と管体第２部材９１２の間に、金属板９３が挟持されて、ガス排出管９に組み立てられることによって、管体内部に金属板が挿通されたようになる。

ガス排出管９は、枠状の固定部材８８により、組電池１に取付けられる。固定部材８８が組電池に取付けられると、電池と固定部材８８の間に、管体第１部材９１１と金属板９３と管体第２部材９１２が積層状態で挟持され、固定される。そして、金属板９３により、管体第１部材に設けられたシール体が電池表面と金属板９３との間で挟持されて、ガス排出口２１周りのシールがなされる。

このような実施形態としても、管体内部に挿通配置される金属板９３の存在により、複数のシール部位を効率的かつ確実にシールしながら、ガス排出管９の製造及び取付けを簡単なものとできる。

図１０には、金属板の他の実施形態例を示す。金属板７５は、図５や図７に示した金属板７３と同様に、本発明のガス排出管に使用できる。本実施形態の金属板７５は、さらに、遮蔽板７５１，７５１を供えている。金属板７５に連設された貫通穴のそれぞれを、所定の隙間を有しながら覆うように、遮蔽板７５１，７５１は設けられる。

金属板の貫通穴を覆うように遮蔽板７５１が設けられていると、単電池から高温のガスが噴出した場合であっても、ガスが遮蔽板によって拡散される。また、遮蔽板や金属板によって高温ガスの熱を奪い、ガスの温度を下げることができる。従って、遮蔽板を設けることで、高温のガスが合成樹脂製管体７１に直接吹付けられて管体が損傷するという不具合を未然防止できる。遮蔽板７５１は、本実施形態のように、金属板７５に一体成形されていることが好ましいが、別部材として形成され、取付けられていても良い。別部材として設ける場合であっても、遮蔽板は金属材料により形成することが好ましい。

組電池を構成する略平板状の単電池の種類には、一次電池、二次電池（リチウムイオンバッテリー、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など）、二重電気キャパシタなどが例示できる。

組電池が使用される目的・用途は、自動車用に限定されるものではなく、例えば、風力発電装置や太陽電池発電装置などにおいて発電電力を平準化する目的で二次電池が使用される用途など、広い用途に使用される組電池に本発明のガス排出管は活用できる。

本発明のガス排出管は、電気自動車やハイブリッド自動車、発電装置などに使用される大容量組電池に使用することができ、それら組電池をから放出されるガスを排出することができ、産業上の利用価値が高い。

１組電池
２単電池
２１ガス排出口
３バスバー
４エンドプレート
５スペーサ部材
６枠部材
７ガス排出管
７１管体
７１１シール体
７２エンドパイプ
７３金属板
８、８８固定部材
９ガス排出管
９１１管体第１部材
９１２管体第２部材
９３金属板
７５金属板
７５２遮蔽板

Claims

略平板状の単電池が積層配置された組電池において、単電池から発生するガスを排出するガス排出管であって、
ガス排出管は、合成樹脂製の管体と、金属板とシール体とを有し、
管体には、それぞれの単電池のガス排出口と対応する貫通穴が連設されており、
管体外周面には、前記貫通穴のそれぞれを取り囲むようにシール体が設けられ、
金属板は管体全長に対応する長さに形成され、金属板には、管体に連設された貫通穴のそれぞれに対応する貫通穴が連設されると共に、
金属板は、管体内部に挿通されて設けられて、
管体に貫通穴が設けられた平面状の部分と、金属板とが密着しており、
組電池にガス排出管を取付けることによって、管体と単電池の間でシール体が挟持されるようにされたガス排出管。
シール体が管体の外周面に一体成形された請求項１に記載のガス排出管。
金属板が、管体の両端部で組電池に固定された請求項２に記載のガス排出管。
金属板は、管体の中間部では組電池に固定されていない請求項３に記載のガス排出管。