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技術 バッテリパックの圧力開放弁

出願人 日産自動車株式会社
発明者 鈴木直人小林正和
出願日 2015年10月5日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2015-197276
公開日 2017年4月13日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2017-073195
状態 特許登録済
技術分野 安全弁I(リリーフ弁) 電池のガス排気装置 電池及び電池容器の装着・懸架
主要キーワード 帯状金属片 車両走行振動 切り込み刃 圧力開放機構 液体ガスケット ゴムパッキング ステンレススチール板 圧力開放弁
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年4月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (12)

課題

シート状部材13が破断する設定圧を低く設定した場合に、外側からの圧力による不用な破断が生じないようにする。

解決手段

パックケース2に設けられる圧力開放弁11は、パックケースアッパ5の壁5Aに開口形成された円形の開口部12と、開口部12を覆うように配置され、かつ所定の圧力差によって破断するシート状部材13と、シート状部材13を内側から補強する通気性を有する補強板14と、を備える。シート状部材13は薄い金属箔からなり、補強板14はパンチングメタルからなる。両者は、パックケース2内部のガス圧力を受けたときに容易に剥離し得る比較的弱い接着強度でもって互いに接着される。洗車水や風圧が外側から作用しても、シート状部材13は内側に補強板14を備えるので、変形・破断しない。

概要

背景

例えば電気自動車に用いられるバッテリパックは、雨水や塵埃等の内部への進入を防止するために、パックケースが実質的に密閉された状態に構成される。つまり、充放電温度変化などに伴うパックケース内の圧力変化を回避するために、比較的少量の空気の出入りを許容するいわゆる呼吸孔等を介してパックケース内外が僅かに連通されているものの、基本的にはパックケースが密閉された状態となっている。

一方、バッテリ内部短絡等によってバッテリパック内部で多量のガスが急激に発生した場合には、バッテリパックの内部圧力を速やかに逃がすことが必要である。特許文献1には、バッテリパックの一部に開口部を設けるとともに、スリット状の破断部を備えた金属製の薄板からなる封止板によってこの開口部を覆ってなる圧力開放弁が開示されている。このものでは、バッテリパック内の圧力が急激に上昇すると、破断部を起点として封止板が破断し、開口部が開放されて、内部のガスの放出が行われる。

概要

シート状部材13が破断する設定圧を低く設定した場合に、外側からの圧力による不用な破断が生じないようにする。パックケース2に設けられる圧力開放弁11は、パックケースアッパ5の壁5Aに開口形成された円形の開口部12と、開口部12を覆うように配置され、かつ所定の圧力差によって破断するシート状部材13と、シート状部材13を内側から補強する通気性を有する補強板14と、を備える。シート状部材13は薄い金属箔からなり、補強板14はパンチングメタルからなる。両者は、パックケース2内部のガス圧力を受けたときに容易に剥離し得る比較的弱い接着強度でもって互いに接着される。洗車水や風圧が外側から作用しても、シート状部材13は内側に補強板14を備えるので、変形・破断しない。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

実質的に密閉されたパックケース内に複数のバッテリが収容されてなるバッテリパックにおいて、上記パックケースの内部空間と外部空間とを連通するように上記パックケースの壁に開口形成された開口部と、この開口部を覆うように配置され、かつ所定の圧力差によって破断するシート状部材と、このシート状部材の内側面に重ねられた通気性を有する補強板と、を備えてなるバッテリパックの圧力開放弁

請求項2

上記補強板は、上記シート状部材よりも強度が高く、かつ上記バッテリパックの上記壁よりも強度が低い、請求項1に記載のバッテリパックの圧力開放弁。

請求項3

上記シート状部材と上記補強板とが、剥離可能な接着強度でもって互いに接着されている、請求項1または2に記載のバッテリパックの圧力開放弁。

請求項4

実質的に密閉されたパックケース内に複数のバッテリが収容されてなるバッテリパックにおいて、上記パックケースの内部空間と外部空間とを連通するように上記パックケースの壁を貫通して形成され、かつ所定の領域に密集して配置された複数の小孔と、上記の所定の領域を覆うように上記壁の外側面に重ねて配置され、かつ所定の圧力差によって破断するシート状部材と、を備えてなるバッテリパックの圧力開放弁。

請求項5

上記シート状部材が上記壁の外側面に接着されている、請求項4に記載のバッテリパックの圧力開放弁。

請求項6

上記シート状部材の外側面に隣接して、切り込み刃が配置されている、請求項1〜5のいずれかに記載のバッテリパックの圧力開放弁。

請求項7

上記シート状部材の一部に、線状もしくは点状の脆弱部が設けられている、請求項1〜6のいずれかに記載のバッテリパックの圧力開放弁。

技術分野

0001

この発明は、複数のバッテリパックケース内に収容したバッテリパック圧力開放弁、特に、電気自動車動力源となるような比較的大容量のバッテリパックの圧力開放弁に関する。

背景技術

0002

例えば電気自動車に用いられるバッテリパックは、雨水や塵埃等の内部への進入を防止するために、パックケースが実質的に密閉された状態に構成される。つまり、充放電温度変化などに伴うパックケース内の圧力変化を回避するために、比較的少量の空気の出入りを許容するいわゆる呼吸孔等を介してパックケース内外が僅かに連通されているものの、基本的にはパックケースが密閉された状態となっている。

0003

一方、バッテリの内部短絡等によってバッテリパック内部で多量のガスが急激に発生した場合には、バッテリパックの内部圧力を速やかに逃がすことが必要である。特許文献1には、バッテリパックの一部に開口部を設けるとともに、スリット状の破断部を備えた金属製の薄板からなる封止板によってこの開口部を覆ってなる圧力開放弁が開示されている。このものでは、バッテリパック内の圧力が急激に上昇すると、破断部を起点として封止板が破断し、開口部が開放されて、内部のガスの放出が行われる。

先行技術

0004

特開2014−41841号公報

発明が解決しようとする課題

0005

高温高圧のガスの急激な噴出やバッテリパック内部での酸化反応の抑制のためには、バッテリからガスが発生し始めた初期の段階つまりバッテリパック内部の圧力が比較的低い段階で圧力開放弁が開放されることが望ましい。このためには、開口部を覆う封止板を例えば薄い金属箔などから形成し、僅かな圧力差で破断するように構成する必要がある。

0006

しかしながら、このように封止板を僅かな圧力差で破断するように強度が低いものとすると、洗車水等の水圧風圧などによってパックケースの外側から逆方向に僅かな圧力差が作用したときにも封止板が破断ないし変形してしまう懸念が生じ、結果的に、圧力開放設定圧を十分に低く設定することが困難であった。

課題を解決するための手段

0007

本発明に係るバッテリパックの圧力開放弁は、
実質的に密閉されたパックケース内に複数のバッテリが収容されてなるバッテリパックにおいて、
上記パックケースの内部空間と外部空間とを連通するように上記パックケースの壁に開口形成された開口部と、
この開口部を覆うように配置され、かつ所定の圧力差によって破断するシート状部材と、
このシート状部材の内側面に重ねられた通気性を有する補強板と、
を備えて構成されている。

0008

このような構成では、ガス発生時の圧力差によって破断するシート状部材が、その内側面から補強板でもって支持されるため、逆方向の圧力差によっては変形あるいは破断しない。従って、シート状部材が破断する設定圧を比較的低く設定することが可能となる。ガス発生時には、通気性を有する補強板を通してシート状部材にガス圧力が作用するので、シート状部材が補強板から離れて破断に至る。

0009

本発明の第2の態様では、パックケースの壁そのものが補強板として機能するように、複数の小孔密集して形成され、この小孔を有する領域を覆うようにシート状部材が設けられる。従って、シート状部材は、逆方向の圧力差によっては変形あるいは破断しない。

発明の効果

0010

本発明によれば、洗車水等の水圧や風圧などによってシート状部材に対しパックケースの外側から逆方向に圧力差が作用したときに、シート状部材の変形や破断が生じることがなく、従って、ガス発生時にシート状部材が破断する設定圧を十分に低く設定することが可能となる。

図面の簡単な説明

0011

本発明に係る圧力開放弁を備えた一実施例のバッテリパックの外観斜視図。
パックケースアッパを取り除いてバッテリパック内部の構成を示した斜視図。
圧力開放弁の第1実施例を示すパックケース要部の斜視図。
パックケースの内側から見た圧力開放弁の平面図。
圧力開放弁の分解斜視図。
圧力開放弁の断面図。
切り込み刃を付加した変形例を示す斜視図。
シート状部材に十字形に溝を設けた変形例を示す斜視図。
シート状部材の周囲に円形に溝を設けた変形例を示す斜視図。
圧力開放弁の第2実施例を示すパックケース要部の平面図。
第2実施例の圧力開放弁の分解斜視図。

実施例

0012

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

0013

図1は、本発明を例えば電気自動車用のバッテリパック1に適用した一実施例を示す斜視図である。このバッテリパック1は、略矩形の箱状をなすパックケース2内に多数のバッテリ3(図2参照)を収容したものであって、パックケース2は、下側部分を構成するトレイ状のパックケースロア4と、上側部分を構成するパックケースアッパ5と、から構成されている。パックケースロア4およびパックケースアッパ5は、それぞれ適宜な板厚鋼板プレス成形することでトレイ形状に形成されており、周縁部において互いに接合され、かつ図示しないボルト等によって互いに結合されている。両者の接合面は液体ガスケット等の適宜なシール材によってシールされており、これによって、パックケース2内は、外部からの雨水や塵埃等の侵入を防ぐように、実質的に密閉された状態となっている。なお、充放電や温度変化などに伴うパックケース2内の圧力変化を回避するために、例えば図示しない呼吸孔等を介して比較的少量の空気の出入りは許容されている。

0014

図2は、パックケースアッパ5を取り除いた状態でバッテリパック1の内部の構成を示している。この実施例においては、各々のバッテリ3は、外装体としてラミネートフィルムでシールされた平坦な形状のリチウムイオンセルを、複数個(例えば4個)重ねて箱状の金属ケース内に収容したバッテリモジュールとして構成されている。偏平直方体形状をなす複数個のバッテリ3は、パックケース2の長手方向(図中のY方向)の一端部においては、いわゆる縦置きに複数個並べて配置されており、パックケース2の残部の領域においては、いわゆる平積み形式に並べて配置されている。パックケース2の長手方向の他端部には、冷却ファン6やジャンクションボックス7等が配置されている。

0015

図2に明らかなように、バッテリ3を縦置きとした領域では、バッテリ3を平積み形式に並べた領域に比較して、上下方向(図中のZ方向)の寸法が大きなものとなる。図1に示すように、パックケースアッパ5の天井面は、このようなバッテリ3の配置の凹凸に対応した形状に構成されている。

0016

本発明の圧力開放機構11は、パックケース2の任意の位置に設けることができるが、一実施例においては、パックケースアッパ5の略中央部に圧力開放弁11が配置されている。

0017

図3図6は、圧力開放弁11の第1実施例を示している。この圧力開放弁11は、パックケース2の内部空間と外部空間とを連通するようにパックケースアッパ5の壁5Aに開口形成された円形の開口部12と、この開口部12を覆うように配置され、かつ所定の圧力差によって破断するシート状部材13と、このシート状部材13を内側から補強する通気性を有する補強板14と、を主体として構成されている。

0018

上記シート状部材13は、アルミニウム、銅、ステンレススチール真鍮、などの金属の箔、ポリエチレンポリプロピレンナイロン、などの合成樹脂の薄板ないしシートアルミナジルコニア、などのセラミックスの薄板、などから構成されている。一実施例では、比較的小さな圧力差でもって破断し得るように、厚さが0.05mmのアルミニウム箔が用いられている。

0019

上記補強板14は、アルミニウム、銅、ステンレススチール、などの金属材料、アルミナ、ジルコニア、などのセラミックス材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリイミドポリフェニレンサルファイドなどの合成樹脂材料天然繊維、などを用いて、多孔板、網、メッシュ平織綾織など)、多孔体発泡体多孔質焼結体、などの通気性と適度な剛性とを有する形態に構成したものである。一実施例では、厚さが1mmのステンレススチール板に多数の小孔14aを打ち抜き形成したパンチングメタルが用いられている。なお、このパンチングメタルからなる補強板14は、アルミニウム箔からなるシート状部材13よりも強度が高く、かつ鋼板からなるパックケースアッパ5の壁5Aよりは強度が低いものとなる。

0020

上記のシート状部材13および補強板14は、図5に示すように、それぞれ開口部12よりも僅かに大きな径の円形に形成されており、補強板14がシート状部材13の内側に位置するように互いに重ねられた上で、円環状のフロントプレート15およびリヤプレート16を介して壁5Aの外側面上に固定されている。壁5Aの外側面と補強板14周縁部との間には、円環状のシート状をなすゴムパッキング17が介装され、シート状部材13周縁部とフロントプレート15との間には、円環状のゴムパッキング18が介装されている。壁5Aの外側に位置するフロントプレート15と壁5Aの内側に位置するリヤプレート16とは、複数本例えば4本のネジ20によって互いに締結されており、この両者の締付によって、シート状部材13および補強板14がゴムパッキング17,18とともに挟持されている。ネジ20は、ゴムパッキング17の貫通孔21および壁5Aの貫通孔22を貫通し、かつ、リヤプレート16のネジ孔23に螺合している。円形をなすシート状部材13および補強板14は、4本のネジ20で囲まれることにより径方向位置決めされている。

0021

ここで、シート状部材13と補強板14とは、単に重ね合わせるだけでもよいが、好ましくは、パックケース2内部のガス圧力を受けたときに容易に剥離し得る比較的弱い接着強度でもって互いに接着しておくとよい。このように互いに接着しておくことで、車両走行振動などに起因した両者間の振動が抑制される。

0022

上記のように構成された圧力開放弁11においては、セルの内部短絡などによってガスが発生し、パックケース2内の圧力が上昇すると、シート状部材13が補強板14から離れて膨張し、やがて破断して開口部12が開放される。これにより、パックケース2内の高温高圧のガスが放出され、過度高圧化が回避される。上記実施例では、シート状部材13の破断が生じる設定圧が比較的低く設定されており、セルからのガスの放出が始まった比較的初期の段階でパックケース2内から内部の空気(つまり酸素)とともにガスを外部へ放出できるので、パックケース2内部での急激な酸化の進行を抑制することができる。

0023

ここで、補強板14は、シート状部材13の内側面に重ねられているものの、パンチングメタル等として十分な通気性を有しているので、パックケース2内の圧力が補強板14を通してシート状部材13に確実に作用する。なお、補強板14の強度はパックケース2の壁5Aの強度よりは低いので、圧力上昇の程度が急激な場合には、シート状部材13が破断した後に、パックケース2内の圧力によってさらに補強板14が破断することもあり得る。

0024

一方、通常の使用時には、シート状部材13が補強板14によって内側から支持されているため、パックケース2の外側から例えば洗車水が衝突したり大きな風圧が作用したとしても、シート状部材13の内側への変形が抑制され、破断に至ることがない。

0025

なお、上記実施例のパンチングメタルの場合、補強板14に開口形成される多数の小孔14aの径は、外側からの圧力に対してシート状部材13が破断しない耐圧性の観点から、その最大径が定まる。例えば、シート状部材13が前述した厚さ0.05mmのアルミニウム箔であれば、シート状部材13が破断しないために必要な耐圧性を3.2kPaとしたときに、最大径が約15mmとなる。従って、パンチングメタルからなる補強板14の小孔14aの径を15mmよりも小さいものとすれば、外側から加わる3.2kPaの圧力に耐えることができる。

0026

次に、図7は、シート状部材13の周縁部の表面に対向して切り込み刃31を付加した変形例を示している。切り込み刃31は、帯状金属片を略L字形に折り曲げ、先端に略三角形の鋭端部31aを形成したものであり、圧力開放弁11を組み立てる前述のネジ20の1本を利用して、フロントプレート15の上に重ねて固定されている。鋭端部31aは、シート状部材13の周縁部の表面に対向して位置しており、初期状態では、シート状部材13の表面に接触しないものの十分に接近した状態となっている。

0027

この実施例においては、パックケース2内の圧力が上昇してシート状部材13が外側に僅かに膨らんだ段階において、該シート状部材13が鋭端部31aに接触する。これにより、鋭端部31aを起点としてシート状部材13の破断が生じる。従って、所望の圧力においてより確実にシート状部材13の破断つまりは圧力開放弁11の開放動作を生じさせることができる。特に、圧力が上昇し始めてからシート状部材13が破断するまでの遅れが小さくなる。

0028

次に、図8および図9は、シート状部材13の一部に破断を促進する脆弱部を設けた例を示している。図8の例では、シート状部材13の表面に、脆弱部となる凹溝35が十字形に形成されている。図9の例では、シート状部材13の表面に、脆弱部となる凹溝36がゴムパッキング18の内周に沿って円形に形成されている。

0029

この実施例においては、パックケース2内の圧力が上昇してシート状部材13が外側に僅かに膨らんだ段階において、脆弱部である凹溝35,36を起点としてシート状部材13の破断が生じる。従って、図7の実施例と同様に、所望の圧力においてより確実にシート状部材13の破断つまりは圧力開放弁11の開放動作を生じさせることができる。特に、圧力が上昇し始めてからシート状部材13が破断するまでの遅れが小さくなる。

0030

なお、脆弱部としては、線状に連続したものでなくともよく、点線のように並んで配置した点状のもの、あるいは離散配置した点状のもの、などであってもよい。

0031

次に、図10および図11に基づいて、圧力開放弁11の第2実施例を説明する。この第2実施例は、パックケース2の壁5A自体を補強板として利用するようにしたものであって、パックケース2の内部空間と外部空間とを連通するように壁5Aを貫通して多数の小孔51が形成されている。この多数の小孔51は、壁5Aの所定の領域に密集して配置されており、図示例では、正方形をなす領域52に小孔51が行列状に並べられている。一つの例では、直径2〜3mm程度の小孔51が、29個×29個(総計841個)の形で配列されている。

0032

そして、小孔51を配置した領域52を覆うように、領域52と同じ大きさの正方形をなすシート状部材53が壁5Aの外側面に重ねて配置されている。このシート状部材53は、前述した第1実施例のシート状部材13と同様に、アルミニウム、銅、ステンレススチール、真鍮、などの金属の箔、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、などの合成樹脂の薄板ないしシート、アルミナ、ジルコニア、などのセラミックスの薄板、などから構成されている。一実施例では、比較的小さな圧力差でもって破断し得るように、厚さが0.05mmのアルミニウム箔が用いられている。

0033

上記シート状部材53は、図11に示すように、矩形のフレーム状をなすフロントプレート55を複数本例えば8本のネジ60でもって壁5Aに取り付けることにより、壁5Aの外側面上に固定されている。フロントプレート55とシート状部材53周縁部との間には、シート状をなすゴムパッキング57が介装されている。ネジ60は、ゴムパッキング57の貫通孔61を貫通し、かつ壁5Aに形成したネジ孔63に螺合している。シート状部材53は、周囲を複数のネジ60で囲まれることにより所定位置に位置決めされている。なお、壁5Aにネジ孔63を加工することが困難な場合には、前述した第1実施例と同様に壁5Aの内側にリヤプレートを設けるようにしてもよい。

0034

また、シート状部材53は、壁5Aの外側面に単に重ね合わせるだけでもよいが、前述した第1実施例と同じく、好ましくは、パックケース2内部のガス圧力を受けたときに容易に剥離し得る比較的弱い接着強度でもって互いに接着しておくとよい。このように互いに接着しておくことで、車両走行振動などに起因したシート状部材53の振動が抑制される。

0035

上記のように構成された第2実施例の圧力開放弁11も第1実施例と同様に作用する。すなわち、セルの内部短絡などによってガスが発生し、パックケース2内の圧力が上昇すると、シート状部材53が壁5Aから離れて膨張し、やがて破断して小孔51が開放される。これにより、パックケース2内の高温高圧のガスが放出され、過度の高圧化が回避される。シート状部材53の破断が生じる設定圧は比較的低く設定されており、セルからのガスの放出が始まった比較的初期の段階でパックケース2内から内部の空気(つまり酸素)とともにガスを外部へ放出することができ、これにより、パックケース2内部での急激な酸化の進行を抑制することができる。

0036

ここで、壁5Aにはパンチングメタルと同様に多数の小孔51が設けられているので、パックケース2内の圧力が多数の小孔51を通してシート状部材53に確実に作用する。

0037

一方、通常の使用時には、シート状部材53がパンチングメタル状の壁5Aによって内側から支持されているため、パックケース2の外側から例えば洗車水が衝突したり大きな風圧が作用したとしても、シート状部材53の内側への変形が抑制され、破断に至ることがない。

0038

なお、壁5Aに形成される小孔51の個々の径は、前述した第1実施例と同じく、外側からの圧力に対してシート状部材13が破断しない耐圧性の観点から、その最大径が定まる。そして、小孔51の個数は、複数の小孔51による開口面積の総和が、ガスの放出に必要な開口面積と等しくなるように設定される。

0039

図示はしないが、図7に示したような切り込み刃や図8図9に示したような脆弱部を第2実施例においても同様に設けることが可能である。

0040

また、上記のように構成される第1,第2実施例の圧力開放弁11をパックケース2に複数個設けることも可能である。

0041

2…パックケース
5…パックケースアッパ
5A…壁
11…圧力開放弁
12…開口部
13…シート状部材
14…補強板
31…切り込み刃
35,36…凹溝
51…小孔
53…シート状部材

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