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JP7059226B2 - 電池パック用圧力解放弁 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の電池をケース内に収容する電池パックに設けられる電池パック用圧力解放弁に関する。
例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載される電池パックは、複数の電池をパックケース内に収容している。各電池は、内部の圧力が所定範囲に維持されるように気体を排出する圧力調整機構を備えている。また、パックケースには、各電池からの気体の排出による過度な圧力上昇を防ぐために開口部が設けられており、この開口部にはパックケースの内側と外側の差圧が所定の圧力差に到達したときに開く圧力解放弁が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
上記文献に記載された圧力解放弁は、フィルム状のシート状部材と、複数の小孔が貫通形成された補強板とを備えている。シート状部材及び補強板は、重ね合わされた状態でパックケースの開口部を覆っている。
特開２０１７－７３１９５号公報
一方、パックケース内の電池数の増加等に伴い、パックケースから排出されることが想定される気体量が多くなる場合には、パックケースに形成される開口部の内径を大きくすることが望ましい。しかし、上記圧力解放弁では、内径が拡大された開口部に合わせてシート状部材を大きくすると、シート状部材の撓みが大きくなること等により、シール性が低くなる可能性がある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池パックに形成された開口部の内径によらず、高いシール性を確保できる電池パック用圧力解放弁を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する電池パック用圧力解放弁は、複数の電池が収容される電池パックのパックケースに形成され、当該パックケースの内部空間と外部空間を連通する開口部に取り付けられる電池パック用圧力解放弁であって、前記開口部に連通する排出孔、及び前記排出孔を開閉可能な弁機構を有するケースと、前記ケースに取り付けられた状態で前記ケースとの間に前記排出孔から排出された気体を排出する通路を形成するカバーと、を備え、前記弁機構は、前記排出孔を閉塞可能な弁部材と、前記排出孔を閉塞する閉位置に前記弁部材を付勢する付勢部と、を有する。
上記構成によれば、パックケースの開口部に連通する排出孔を、付勢部によって付勢された開閉弁によって開閉するようにしたので、開口部をフィルム状の弁体によって閉塞するような弁装置に比べ、閉位置におけるシール性を高めることができる。さらに、弁機構をカバーで覆うタイプの圧力解放弁において、カバーとケースとの間に、気体を外部に排出する通路が形成されるため、開口部から圧力解放弁の外部に至るまでの通路における通気抵抗を低下させることができる。このため、パックケースの開口部が拡大することにより、開口部から排出される気体の最大流量が大きくなったとしても、スムーズに気体を外部に排出することができる。
上記電池パック用圧力解放弁について、前記ケースは、前記ケースを前記パックケースに固定する締結部材が設けられる締結部を有し、前記締結部は、前記排出孔から排出された気体を排出する排出通路を備えることが好ましい。
上記構成によれば、ケースとカバーとの間に設けられた通路に加え、気体を排出する排出通路を締結部に設けたので、締結部が設けられることによる通気抵抗の増大を抑制することができる。
上記電池パック用圧力解放弁について、前記排出通路は、前記締結部を貫通する孔であり、前記締結部と前記パックケースとの間には前記孔を通過した気体を外部に排出する隙間が設けられることが好ましい。
上記構成によれば、締結部に貫通形成された孔を通過した気体は、締結部とパックケースとの間の隙間をさらに通過して、外部に排出される。このため、排出孔が圧力解放弁の外部に排出される際の通気抵抗を低下させることができる。
上記電池パック用圧力解放弁について、前記弁部材が前記閉位置にあるときに前記排出孔の周囲に設けられた弁座と当接するシール部材をさらに備え、前記弁部材は、前記シール部材の先端部を押圧する突出部を備え、前記突出部は、前記弁座よりも前記排出孔から離れた位置に設けられることが好ましい。
上記構成によれば、弁部材が閉位置にあるとき、シール部材は、弁座と、弁座よりも排出孔から離れた位置に設けられる突出部とに当接するため、シール部材及び弁座の当接により生じる面圧を低下させることができる。このため、弁部材が、長期間に亘って閉位置に位置していたとしても、シール部材の弁座等への貼り付きを抑制することができる。
上記電池パック用圧力解放弁について、前記ケースは、ケース本体と、前記ケース本体の外周側に突出し、前記ケースを前記パックケースに固定する締結部材が設けられる締結部とを有し、前記締結部を除く前記ケース本体の外周面全体と前記カバーの内周面との間に前記通路が形成されることが好ましい。
上記構成によれば、締結部を除くケース本体の全周に亘って、気体の通路が形成されるため、通路を気体が通過する際の通気抵抗を低下させることができる。
本発明によれば、電池パックに形成された開口部の内径によらず、高いシール性を確保できる電池パック用圧力解放弁を提供することができる。
電池パック用圧力解放弁の一実施形態について、電池パックのパックケースに取り付けられた圧力解放弁の全体構成を示す斜視図。 同実施形態の圧力解放弁の分解斜視図。 同実施形態の圧力解放弁の断面図。 同実施形態の圧力解放弁の弁体の断面図。 同実施形態における開弁状態の圧力解放弁の平面図。 同実施形態における開弁状態の圧力解放弁の断面図。
以下、電池パック用圧力解放弁を具体化した一実施形態を説明する。
図１に示すように、電池パック用圧力解放弁（以下、圧力解放弁１０という）は、電池パック１１のパックケース１２に取り付けられている。電池パック１１は、パックケース１２内に複数の電池（図示略）を有している。電池は、正極、負極及び電解質等の電池要素を電池ケース内に有しており、電池ケースには、内部の圧力が過度に上昇した場合に、内部の気体を排出する弁装置等の圧力調整機構が設けられている。電池ケースから圧力調整機構によって排出された気体は、パックケース１２内に充満する。また、パックケース１２には、パックケース１２内の気体を排出するための開口部１３が形成されている。
圧力解放弁１０は、パックケース１２の開口部１３を開閉する。圧力解放弁１０は、大気圧下においてパックケース１２内の圧力が設定上限圧に到達した場合に開弁することによって、パックケース１２内の気体を排出する。圧力解放弁１０は、ボルト等の締結部材１４が締結されることによりパックケース１２に取り付けられる。
図２に示すように、圧力解放弁１０は、ケース２０とカバー２１とを備えている。ケース２０は、カバー２１側からみて円形状のケース本体２２を有している。ケース本体２２には、パックケース１２の開口部１３と連通する排出孔２３（図３参照）が形成されている。
また、ケース２０には、排出孔２３を開閉する弁機構２５が設けられている。弁機構２５は、排出孔２３を囲む弁座２６と、フラップ式の弁部材２７とを有している。弁部材２７は、円盤状の形状を有している。また、弁部材２７の表面には、弁部材２７の中央部から径方向外側に延出した１対のアーム部２８が形成されている。アーム部２８の基端部には軸孔（図示略）が貫通形成され、この軸孔の各々には回転軸２９の両端が挿通されている。回転軸２９は、その両端が、ケース２０に形成された軸支部３０に回転可能に軸支されている。
また、ケース本体２２には、付勢部３１が支持されている。付勢部３１は、１対のねじりコイルばねが連なったダブルトーションばねである。付勢部３１は、１対のねじりコイルばねの間から突出した延出部３２を有している。延出部３２の先端が弁部材２７の中央に固定されることによって、付勢部３１の付勢力が弁部材２７に加えられている。
パックケース１２内の圧力が設定上限圧に到達すると、弁部材２７が、付勢部３１の付勢力に抗して、軸支部３０に支持されたアーム部２８の基端を中心に回動する。これにより、弁部材２７の一部が弁座２６から離間して、パックケース１２内の気体が排出孔２３から排出される。
また、ケース２０には、１対の締結部３４が設けられている。締結部３４は、ケース本体２２の径方向の中心を基準として対称となる位置に設けられている。締結部３４には、締結部材１４を挿入する締結孔３５と、排出通路としての連通孔３６とが貫通形成されている。連通孔３６は、締結孔３５よりもケース本体２２側に形成されている。また、ケース本体２２には弁機構２５を囲む周壁部４９が設けられており、周壁部４９のうち締結部３４側には、切欠部４９Ａが設けられている。
また、ケース本体２２は、カバー２１に形成された孔部２１Ｂに圧入される係止部３７を備えている。係止部３７がカバー２１の孔部２１Bに圧入されることによって、カバー２１は、ケース２０に対し、その周方向において位置決めされる。
図３に示すように、カバー２１は、ケース２０のうち締結部３４以外を収容する収容空間２１Ａを有している。カバー２１のうち図３中反Ｚ方向の下端部は開口している。また、締結部３４を除くケース本体２２の外径は、カバー２１の内径よりも大きい。これにより、カバー２１とケース２０との間には間隙が設けられ、この間隙は気体が通過する通路４０を構成する。また、カバー２１の下端２１Ｃと、パックケース１２の表面との間には隙間４１が設けられ、通路４０を通過した気体が隙間４１を介して圧力解放弁１０の外部へ排出されるようになっている。
また、ケース２０は、パックケース１２の開口部１３に挿入される連結部３８を有している。連結部３８は、円筒状の形状を有し、その内側に排出孔２３を有している。連結部３８の外周面には、第１シール部材４２及び第２シール部材４３が設けられている。第１シール部材４２は、断面円形状であって、パックケース１２の開口部１３の内周面とケース２０との間に介在する。第２シール部材４３は、圧力解放弁１０がパックケース１２に取り付けられた場合に、パックケース１２の表面に当接する。
弁部材２７は、第１弁部材４４及び第２弁部材４５が組み合わされて構成されている。第１弁部材４４及び第２弁部材４５は、第１弁部材４４の嵌合部４６を第２弁部材４５の被嵌合部４７に嵌合することにより連結されている。第１弁部材４４及び第２弁部材４５の間には、環状の第３シール部材５０が介在している。
図４を参照して、第３シール部材５０について詳細に説明する。第３シール部材５０は、内周側に位置する端部５１が第２弁部材４５の溝部４８に収容される。端部５１には、１対のリップ部５２が設けられている。リップ部５２は第２弁部材４５に圧接される。第３シール部材５０の外周側に位置する端部５３は、圧力解放弁１０が閉弁している際に、弁座２６の突出部２６Ａと第２弁部材４５との間に介在する。また、第３シール部材５０の端部５３には、サブリップ部５４が設けられている。サブリップ部５４は、第２弁部材４５よりも外側に張り出し、弁部材２７とケース２０との間を塞ぐことによって、弁部材２７内への塵埃の侵入を抑制する。
また、第２弁部材４５の縁部には、突出部としての環状リブ５５が形成されている。環状リブ５５は、排出孔２３の径方向において突出部２６Ａよりも外側となる位置に設けられている。また、環状リブ５５は、図４中反Ｚ方向に突出している。環状リブ５５は、図４中Ｚ方向に突出する突出部２６Ａとは反対側から第３シール部材５０に当接して、第３シール部材５０を押圧する。これにより、弁部材２７が閉位置にあるとき、第３シール部材５０は、弁座２６と第２弁部材４５との間において、２箇所に押圧力を受けるため、押圧力を受ける箇所が分散されることにより第３シール部材５０及び弁座２６の当接による面圧が低くなる。
図５及び図６を参照して、圧力解放弁１０の作用について説明する。図５中、破線で示すように、通路４０は、ケース２０のうち締結部３４を除く外周面全体と、カバー２１の内周面との間に形成されている。このため、パックケース１２の内圧が所定上限圧に到達することによって弁部材２７が開弁すると、パックケース１２内の気体は、図中矢印で示すように排出孔２３から放射状に拡散して通路４０を通過して外部に排出される。また、締結部３４側に排出された気体は、切欠部４９Ａを通過して連通孔３６に流れ込む。
図６に示すように、連通孔３６を通過した気体は、カバー２１の下端２１Ｃ及びパックケース１２の間の隙間４１を通過して、圧力解放弁１０の外部に排出される。弁機構２５が開弁することにより、パックケース１２の内圧が低下して所定上限圧を下回ると、付勢部３１の付勢力により弁部材２７が弁座２６に当接する。
以上説明したように、上記実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）上記実施形態では、圧力解放弁１０は、弁部材２７を付勢部３１によって閉位置に付勢するため、開口部１３をフィルム状の弁体によって閉塞するような弁装置に比べ、閉位置におけるシール性を高めることができる。また、ケース２０にカバー２１を設けたため、弁機構２５が開いたときにパックケース１２内に塵埃が侵入することを抑制することができる。そして、このようにカバー２１が設けられた圧力解放弁１０において、カバー２１の内周面とケース本体２２の外周面との間に、気体を排出する通路４０が形成されるため、パックケース１２の開口部１３から圧力解放弁１０の外部に至るまでの通路４０における通気抵抗を低下させることができる。このため、パックケース１２の開口部１３の内径が拡大することにより、開口部１３から排出される気体の最大流量が大きくなったとしても、スムーズに気体を外部に排出することができる。
（２）上記実施形態では、ケース２０とカバー２１との間に設けられた通路４０に加え、気体を排出する連通孔３６を締結部３４に設けたので、締結部３４が設けられることによる通気抵抗の増大を抑制することができる。
（３）上記実施形態では、連通孔３６を通過した気体は、締結部３４とパックケース１２との間の隙間４１をさらに通過して、外部に排出される。このため、排出孔２３から排出された気体の通気抵抗を低下させることができる。
（４）上記実施形態では、弁部材２７が閉位置にあるとき、第３シール部材５０は、弁座２６と弁座２６よりも排出孔２３から離れた位置に設けられる環状リブ５５との両方に当接するため、第３シール部材５０及び弁座２６の当接により発生する面圧を低下させることができる。このため、弁部材２７が、長期間に亘って閉位置に位置していたとしても、第３シール部材５０の弁座２６等への貼り付きを抑制することができる。
（５）上記実施形態では、締結部３４を除くケース本体２２の全周に亘って、気体の通路４０が形成されるため、通路４０を気体が通過する際の通気抵抗を低下させることができる。
（他の実施形態）
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、締結部３４を除くケース本体２２の外周全体とカバー２１とにより通路４０を形成したが、通路４０は、締結部３４を除くケース本体２２の外周全体よりも小さい領域であってもよい。また、締結部３４を、ケース本体２２の外周面以外に設けられる場合には、ケース本体２２の外周全体とカバー２１とにより通路４０を形成してもよい。
・上記実施形態では、弁部材２７に、第３シール部材５０の端部５３を押圧する環状リブ５５を備えた。これに代えて、付勢部３１の付勢力を調整することなどにより第３シール部材５０の貼り付きを抑制できる場合には、環状リブ５５を省略してもよい。或いは、環状リブ５５に代えて若しくは加えて、第３シール部材５０、又は、弁部材２７及び弁座２６の少なくとも一方に、非粘着処理を施して、第３シール部材５０の貼り付きを抑制してもよい。
・上記実施形態では、ケース２０に取り付けられたカバー２１の下端をパックケース１２から離間させ、連通孔３６を通過した気体をカバー２１の下端から排出するようにした。これに代えて若しくは加えて、ケース２０又はカバー２１に気体が通過する孔を形成してもよい。
・上記実施形態では、締結部３４に形成された排出通路を、締結部３４を貫通する連通孔３６とした。これに代えて、排出通路を、締結部３４とカバー２１との間に形成された隙間等によって形成されてもよい。
・上記実施形態では、締結部３４に連通孔３６を設けた。これに代えて、締結部３４を、連通孔３６を省略した形状にしてもよい。この場合であっても、締結部３４以外に設けられる通路４０で通路が形成されるので、パックケース１２から排出された気体が通過する際の通気抵抗を低下させることができる。
・上記実施形態では、弁部材２７を、第１弁部材４４及び第２弁部材４５から構成したが、一つの部材から構成し、弁部材２７に第３シール部材５０を取り付けてもよい。
１０…圧力解放弁、１１…電池パック、１２…パックケース、１３…開口部、１４…締結部材、２０…ケース、２１…カバー、２２…ケース本体、２３…排出孔、２５…弁機構、２６…弁座、２７…弁部材、２８…アーム部、２９…回転軸、３０…軸支部、３１…付勢部、３２…延出部、３４…締結部、３５…締結孔、３６…連通孔、３７…係止部、３７…連結部、４０…通路、４１…隙間、４２…第１シール部材、４３…第２シール部材、４４…第１弁部材、４５…第２弁部材、４６…嵌合部、４７…被嵌合部、４８…溝部、４９…周壁部、４９Ａ…切欠部、５０…第３シール部材、５１…端部、５２…リップ部、５３…端部、５４…サブリップ部、５５…環状リブ。

Claims (5)

  1. 電池パックのパックケースに形成された開口部に取り付けられる電池パック用圧力解放弁であって、
    前記開口部に連通する排出孔、及び前記排出孔を開閉可能な弁機構を有するケースと、
    前記ケースに取り付けられた状態で前記ケースとの間に前記排出孔から排出された気体を排出する通路を形成するカバーと、を備え、
    前記弁機構は、前記排出孔を閉塞可能な弁部材と、前記排出孔を閉塞する閉位置に前記弁部材を付勢する付勢部と、を備える
    電池パック用圧力解放弁。
  2. 前記ケースは、前記ケースを前記パックケースに固定する締結部材が設けられる締結部を有し、
    前記締結部は、前記排出孔から排出された気体を排出する排出通路を備える
    請求項１に記載の電池パック用圧力解放弁。
  3. 前記排出通路は、前記締結部を貫通する孔であり、前記締結部と前記パックケースとの間には前記孔を通過した気体を外部に排出する隙間が設けられる
    請求項２に記載の電池パック用圧力解放弁。
  4. 前記弁部材が前記閉位置にあるときに前記排出孔の周囲に設けられた弁座と当接するシール部材をさらに備え、
    前記弁部材は、前記シール部材の先端部を押圧する突出部を備え、前記突出部は、前記弁座よりも前記排出孔から離れた位置に設けられる
    請求項１～３のいずれか１項に記載の電池パック用圧力解放弁。
  5. 前記ケースは、ケース本体と、前記ケース本体の外周側に突出し、前記ケースを前記パックケースに固定する締結部材が設けられる締結部とを有し、
    前記締結部を除く前記ケース本体の外周面全体と前記カバーの内周面との間に前記通路が形成される
    請求項１～４のいずれか１項に記載の電池パック用圧力解放弁。
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