JP2015164111A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力開放弁を保護しつつ、圧力開放時には効率よく圧力開放させることができるとともに異物の飛散を抑制することができる蓄電装置を提供すること。【解決手段】二次電池１０は、ケース１１内の圧力をケース１１外に開放させる圧力開放弁２０を有する。二次電池１０は、圧力開放弁２０における弁体２１の外面２１ａ全体を覆う薄膜状の第１保護部材２６と、第１保護部材２６を介して圧力開放弁２０の弁体２１を外面２１ａから覆う金網状の第２保護部材２７と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁を有する蓄電装置に関する。

ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。二次電池は、金属箔に負極活物質を塗布した負極電極と金属箔に正極活物質を塗布した正極電極との間をセパレータで絶縁し、層状に積層した電極組立体を有する。そして、二次電池のケースには電極組立体と電解液が収容されており、ケースの壁部にはケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

図７に示すように、特許文献１のリチウムイオン電池からなる電池本体８０は、開口部を有するケース８１を備えるとともに、ケース８１の開口部を閉塞する封口部材８２を備え、ケース８１内には電極群が収容されている。封口部材８２は、正極リード８４の端部が溶接された接合部８２ａと、ケース８１内の圧力上昇が発生した際、ケース８１が破壊される前に破裂し、ケース８１内の圧力をケース８１外に開放させる圧力開放弁８２ｂを有する。また、封口部材８２は、圧力開放弁８２ｂを保持する保持部８２ｃと、圧力開放弁８２ｂと保持部８２ｃに挟まれ、規定以上の電流が流れるのを防止する電流制限素子８２ｄと、正極端子８２ｅと、を有する。封口部材８２の各要素は、圧力開放弁８２ｂを除いて通気口を有する。正極端子８２ｅが有する通気口は、ケース８１の内圧上昇により圧力開放弁８２ｂが開裂した際、ガスが噴出する排気口８５を構成する。

正極端子８２ｅには、排気口８５に臨むように不燃性、熱伝導性及び導電性を有する線材、例えばＳＵＳで構成されたメッシュ部８３が設けられている。そして、リチウムイオン電池では、万一、ケース８１内での不具合により、発火等しても排気口８５から噴出した炎の熱をメッシュ部８３が奪うことにより消火することができる。

特開２００９−２１１９０９号公報

ところで、二次電池が有する圧力開放弁は、ケース内の圧力を受けて開裂すると、複数の弁片に分断されることがある。また、圧力開放時には、開放された圧力開放弁を通ってケースの内容物が飛び出ることがある。分断された弁片や内容物がケースから飛散してしまうことは、好ましくない。例えば、飛散した弁片は、他の周辺部品への衝突によって他の周辺部品を傷つける要因となり、飛散した弁片や内容物は、二次電池の端子を接続するバスバーなどに付着して短絡させる要因などを作ってしまう。

特許文献１のリチウムイオン電池において、メッシュ部８３は、分断された弁片のような比較的大きな異物がケースから飛散することは抑制できる。しかし、リチウムイオン電池の周囲には埃のような比較的小さい異物が浮遊している。比較的な小さな異物は、メッシュ部８３を通過してしまい、メッシュ部８３を通過した小さな異物が圧力開放弁８２ｂの外面に付着したり、圧力開放弁８２ｂに損傷を与えてしまう。そこで、小さな異物が通過できないようにメッシュ部８３の孔を小さくすることが考えられるが、この場合には、メッシュ部８３そのものが圧力開放時の圧力開放の妨げになり、効率良く圧力開放ができなくなってしまう。

本発明は、圧力開放弁を保護しつつ、圧力開放時には効率よく圧力開放させることができるとともに異物の飛散を抑制することができる蓄電装置を提供することにある。

上記問題点を解決するための蓄電装置は、ケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁を有する蓄電装置において、前記圧力開放弁の外面全体を覆う薄膜状の第１保護部材と、前記第１保護部材を介して前記圧力開放弁を外面から覆う多孔質状の第２保護部材と、を有することを要旨とする。

これによれば、例えば、蓄電装置の空冷のために、外部から空気が導入される環境下で蓄電装置が使用されている場合、蓄電装置の周囲には異物が浮遊している。比較的大きな異物は、第２保護部材の孔を通過できず、第２保護部材によって圧力開放弁を保護することができるとともに、第１保護部材も保護することができる。埃等の比較的小さな異物は第２保護部材の孔を通過するが、第１保護部材により異物から圧力開放弁を保護することができ、異物が圧力開放弁の外面に付着したり、異物によって圧力開放弁が損傷することを抑制することができる。

万一、ケース内の圧力が開放圧に達し、圧力開放弁が開裂したとき、弁体の一部が分断されても、第２保護部材によって弁体の一部を受け止め、弁体の一部が飛散することを抑制できる。また、第２保護部材により、ケース内から飛び出した内容物が飛散することも抑制できる。そして、第２保護部材は多孔質状であるため、内容物や弁体の一部の飛散を抑制しつつも、第２保護部材が圧力開放の妨げにならず、効率良く圧力を開放することができる。

また、蓄電装置について、前記第２保護部材は、前記圧力を開放させるために変形した圧力開放弁の逃がし空間を内側に有するドーム状であるのが好ましい。
これによれば、圧力開放弁の弁体にはケースの内圧が裏面に作用するため、圧力開放弁が開裂したとき、圧力開放弁の弁体は弁片となって外側にめくり上がる。このとき、逃がし空間に弁片が入り込むため、弁片のめくり上がりが第２保護部材に妨げられず、圧力開放弁を速やかに開裂させることができる。

また、蓄電装置について、前記圧力開放弁は、外面に開裂溝を有する。
これによれば、第１保護部材によって開裂溝に埃等の異物が入り込むことが抑制でき、開裂溝を速やかに開裂させ、圧力開放弁を速やかに開裂させることができる。

また、前記蓄電装置は二次電池である。

本発明によれば、圧力開放弁を保護しつつ、圧力開放時には効率よく圧力開放させることができるとともに異物の飛散を抑制することができる。

二次電池の外観を示す斜視図。 圧力開放弁、第１保護部材及び第２保護部材を示す分解斜視図。 圧力開放弁、第１保護部材及び第２保護部材を示す部分拡大平面図。 圧力開放弁、第１保護部材及び第２保護部材を示す図３の４−４線断面図。 開裂した状態の圧力開放弁を示す部分拡大側断面図。 開裂した状態の圧力開放弁を示す部分斜視図。 背景技術を示す図。

以下、蓄電装置を二次電池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、蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１を有し、ケース１１には電極組立体１２が収容されている。また、ケース１１には、電極組立体１２とともに電解液も収容されている。ケース１１は、有底筒状のケース本体１３と、当該ケース本体１３に電極組立体１２を挿入する開口部を閉塞する平板状の蓋体１４とからなる。ケース本体１３と蓋体１４は、何れも金属製（本実施形態ではアルミニウム）である。また、この実施形態の二次電池１０は、ケース本体１３が有底四角筒状であり、蓋体１４が矩形平板状であることから、その外観が角型をなす角型電池である。また、この実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。

電極組立体１２は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極を絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（アルミニウム箔）の両面に正極活物質を塗布して構成される。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質を塗布して構成される。そして、電極組立体１２は、複数の正極電極と複数の負極電極を交互に積層するとともに、両電極の間にセパレータを介在した積層構造とされている。また、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。これらの正極端子１５と負極端子１６の各一部分は、蓋体１４からケース１１外に露出している。また、正極端子１５及び負極端子１６には、ケース１１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。

ケース１１の蓋体１４には、ケース１１（ケース本体１３）内に電解液を注入するための注液孔１８が穿設されており、その注液孔１８は封止部材１９によって閉塞されている。封止部材１９は、蓋体１４の外面１４ａに固定されており、ケース１１外に露出している。

図２に示すように、ケース１１は圧力開放弁２０を備える。圧力開放弁２０は、ケース１１内の圧力が上昇し過ぎないように、ケース１１内の圧力が所定の圧力である開放圧に達した場合に開裂し、ケース１１の内外を連通させる。この実施形態において圧力開放弁２０は、ケース１１の蓋体１４に位置している。圧力開放弁２０の開放圧は、ケース１１自体やケース本体１３と蓋体１４の接合部に亀裂や破断などが生じ得る前に開裂し得る圧力に設定されている。

図２、図３及び図４に示すように、圧力開放弁２０は、蓋体１４の板厚よりも薄い薄板状の弁体２１を有する。弁体２１は、蓋体１４に凹設された凹部２２の底に位置しており、蓋体１４と一体的に成形されている。弁体２１は、開裂溝として交差溝２３を外面２１ａに有する。交差溝２３は、弁体２１の周縁間を直線状に延びる２本の直線溝２４，２５を有する。この実施形態において直線溝２４，２５はＶ字形溝である。また、交差溝２３は、２本の直線溝２４，２５が交差する位置に交差部Ｐを有する。交差部Ｐは、ケース１１の内側から加わる圧力が集中し易く、弁体２１が開裂を始める時の起点である開裂起点として想定される。

二次電池１０は、蓋体１４の外面１４ａに貼り付けられた第１保護部材２６を有する。第１保護部材２６は平面視矩形状である。また、第１保護部材２６は、樹脂フィルム製の粘着テープであり、薄膜状である。圧力開放弁２０の弁体２１が開裂し、複数（例えば、４つ）の弁片Ｓ１〜Ｓ４に分断されたとき、第１保護部材２６が各弁片Ｓ１〜Ｓ４によって破断するように第１保護部材２６の厚みが設定されている。第１保護部材２６は、圧力開放弁２０における弁体２１の外面２１ａ全体を含め、弁体２１の周囲も覆う形状である。これにより、圧力開放弁２０の弁体２１は、その外面２１ａ全体が第１保護部材２６により、ケース１１の外側から覆われている。

第１保護部材２６の粘着面は、蓋体１４の外面１４ａにおいて、圧力開放弁２０の周縁よりも外側に貼り付けられている。第１保護部材２６は、弁体２１の外面２１ａには貼り付けられず、第１保護部材２６の粘着面は弁体２１の外面２１ａから離れている。

二次電池１０は、第１保護部材２６を介して圧力開放弁２０を外面側から覆う第２保護部材２７を有する。第２保護部材２７は、ドーム状の多孔質体であり、具体的にはドーム状の金網である。第２保護部材２７は、ケース１１と同じアルミニウム製の針金を方形の目を透かして編んだものであり、孔として複数の網目２７ａを有する。第２保護部材２７において、１インチ当たりの網目２７ａの数を示すメッシュに関しては１００メッシュ以上が好ましい。これは、圧力開放弁２０が開裂したとき、ケース１１内からケース１１外への内容物の飛散を抑制するためであるとともに、第２保護部材２７がケース１１外への圧力開放の妨げにならないようにするためでもある。

第２保護部材２７は、円環状の開口縁２７ｂを有する。第２保護部材２７の開口縁２７ｂによって形成される円形の大きさは、圧力開放弁２０における弁体２１の外形より大きい。第２保護部材２７の開口縁２７ｂは、蓋体１４の外面１４ａのうち、圧力開放弁２０の弁体２１を取り囲む位置に接合されている。なお、第２保護部材２７の開口縁２７ｂは第１保護部材２６を貫通して蓋体１４の外面１４ａに溶接によって接合されている。

第２保護部材２７は、蓋体１４の外面１４ａからドーム状に膨らむ形状である。第２保護部材２７は、略半円球状の逃がし空間２８を内側に有する。逃がし空間２８には、弁体２１が開裂した際にめくれ上がった弁片Ｓ１〜Ｓ４が入り込む。第２保護部材２７の内面のうち弁体２１の周縁と対向する部位は、各弁片Ｓ１〜Ｓ４がめくれ上がったときの先端の位置よりも高い位置にある。このため、各弁片Ｓ１〜Ｓ４が第２保護部材２７に向けてめくれ上がっても、各弁片Ｓ１〜Ｓ４の先端が第２保護部材２７の内面に接触しない。

次に、この実施形態の作用を説明する。
二次電池１０は、複数一体化されて電池パックとして使用され、圧力開放弁２０からの排気用のダクトを有していない状態で使用される。また、電池パックに向けて導入された空気によって冷却される。

二次電池１０の通常使用時、二次電池１０の周囲に浮遊する比較的大きな異物は、第２保護部材２７の網目２７ａは通過できず、第２保護部材２７によって、比較的大きな異物から圧力開放弁２０が保護される。一方、埃のような比較的小さな異物は、網目２７ａを通過してしまうこともあるが、第１保護部材２６によって、比較的小さな異物から圧力開放弁２０が保護される。

図５及び図６に示すように、万一、ケース１１内の圧力が開放圧に達すると、交差部Ｐを起点として交差溝２３が開裂する。交差溝２３が開裂すると、弁体２１は、複数（例えば、４つ）の弁片Ｓ１〜Ｓ４に分断されつつ、外側にめくれ上がる。第１保護部材２６は、めくれ上がった弁片Ｓ１〜Ｓ４によって破られる。これにより、圧力開放弁２０には、大きな開口２９が生じる。そして、ケース１１内の圧力は、圧力開放弁２０に生じた開口２９を通じてケース１１外に開放される。

このとき、ケース１１内のガスは、第２保護部材２７の網目２７ａを通過してケース１１外へ放出されるとともに、ケース１１内の圧力がケース１１外へ開放される。また、ケース１１内の内容物が開口２９から飛び出しても、第２保護部材２７によって内容物が受け止められ、内容物が第２保護部材２７の外へ飛散することが抑制される。

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）二次電池１０の通常使用時、第１保護部材２６によって、埃等の比較的小さな異物が圧力開放弁２０に付着することが抑制されるとともに、異物によって圧力開放弁２０の弁体２１が損傷することが抑制される。

（２）二次電池１０の通常使用時、第２保護部材２７によって、比較的大きな異物から圧力開放弁２０を保護することができる。また、ケース１１の内圧が上昇し、圧力開放弁２０が開裂したときは、ケース１１内から内容物が飛び出しても、第２保護部材２７によって内容物が飛散することを抑制できる。また、万一、弁片Ｓ１〜Ｓ４が蓋体１４から分離しても、第２保護部材２７によって、分離した弁片が飛散することを抑制できる。

（３）第２保護部材２７は、複数の網目２７ａを有する。このため、内容物や弁片の飛散を抑制しつつも、第２保護部材２７がケース１１外への圧力の開放やガス放出の妨げにならず、効率良く圧力を開放することができる。

（４）第２保護部材２７は、ドーム状であり、内側に逃がし空間２８を有する。このため、圧力開放弁２０が開裂したとき、第２保護部材２７が弁片Ｓ１〜Ｓ４のめくれ上がりの妨げにならず、圧力を速やかに開放させることができる。

（５）圧力開放弁２０は、弁体２１に交差溝２３を有し、交差溝２３から開裂するタイプである。このような圧力開放弁２０であっても第１保護部材２６によって覆われていることにより、異物が交差溝２３に入り込むことが抑制され、異物によって交差溝２３が開裂しなくなる虞を無くすことができる。

（６）第１保護部材２６は、弁体２１を取り囲む位置に貼り付けられ、弁体２１の外面２１ａには貼り付けられていない。このため、第１保護部材２６が弁片Ｓ１〜Ｓ４のめくり上がりの妨げにならず、圧力を速やかに開放させることができる。

（７）第２保護部材２７は、ドーム状であり、第２保護部材２７の全体に網目２７ａを有する。このため、圧力開放弁２０が開裂したとき、第２保護部材２７の全方位からガス及び圧力を開放することができる。

また、ケース１１外へ開放される圧力を第２保護部材２７が受けても、その第２保護部材２７は抵抗になりにくく、第２保護部材２７が蓋体１４から外れることが抑制できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

○ 実施形態において、圧力開放弁２０は、開裂溝である交差溝２３を弁体２１に有していなくてもよい。
○ 開裂溝は交差溝２３でなくてもよく、一本の直線、又は互いに交差しない複数本の溝を有する構成であってもよい。

○ 圧力開放弁２０は、弁体２１の一部が薄肉状になった構成であってもよい。
○ 第２保護部材２７のメッシュは適宜変更してもよい。
○ 第２保護部材２７は、圧力開放弁２０の開裂時、弁片Ｓ１〜Ｓ４の先端が接触する程度の大きさであってもよい。

○ 第２保護部材２７は、ドーム状でなくてもよく、第２保護部材２７の形状は適宜変更してもよい。
○ 実施形態では、第２保護部材２７を蓋体１４と同じアルミニウム製としたが、第２保護部材２７は、蓋体１４とは別の金属製としてもよい。

○ 第２保護部材２７は網目２７ａを有していれば、平板状であってもよい。
○ 第１保護部材２６は、樹脂フィルムでなくてもよく、圧力開放弁２０の開裂時に、弁片Ｓ１〜Ｓ４によって破断できれば、金属箔、不織布、布、紙等、適宜変更してもよい。

○ 第１保護部材２６は、金網製でなくてもよく、樹脂や金属によってドーム状に形成された部品に複数の孔を空けて形成したものでもよい。
○ 二次電池１０は単体として使用されてもよい。

○ 圧力開放弁２０、第１保護部材２６及び第２保護部材２７を蓋体１４に設けたが、圧力開放弁２０、第１保護部材２６及び第２保護部材２７をケース本体１３の側壁や底壁に設けてもよい。

○ 正極電極及び負極電極は、金属箔の片面に活物質が存在する構造でもよい。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池でもよいし、他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。また、蓄電装置としてキャパシタでもよい。

○ 電極組立体１２は、積層型に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型であってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（イ）前記第１保護部材は、圧力開放させた圧力開放弁によって破断される蓄電装置。

１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、２１ａ…外面、２０…圧力開放弁、２３…開裂溝としての交差溝、２６…第１保護部材、２７…第２保護部材、２８…逃がし空間。

Claims (4)

1. ケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁を有する蓄電装置において、
   前記圧力開放弁の外面全体を覆う薄膜状の第１保護部材と、
   前記第１保護部材を介して前記圧力開放弁を外面から覆う多孔質状の第２保護部材と、を有する蓄電装置。
2. 前記第２保護部材は、前記圧力を開放させるために変形した圧力開放弁の逃がし空間を内側に有するドーム状である請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記圧力開放弁は、外面に開裂溝を有する請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記蓄電装置は二次電池である請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。