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JP7845167B2 - 蓄電モジュール - Google Patents
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JP7845167B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

蓄電モジュール

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Description

本開示は、蓄電モジュールに関する。
特許文献1には、複数の電極を積層して形成される電極積層体を含むモジュール本体と、当該モジュール本体に取り付けられる圧力調整弁と、を備える蓄電モジュールが記載されている。この圧力調整弁は、ハウジングと、ハウジングに収容される弁体と、を備える。ハウジングには、複数の電極間に形成されて電解液が収容される内部空間と連通する連通孔と、複数の電極から発生し、内部空間から連通孔を通過してハウジング内に流入したガスを排出するための排気口と、が設けられている。
特開2021-9794公報
上記圧力調整弁では、ガスが排気口から排出される際に電解液が一緒に排出される場合がある。この場合、ガスにより電解液が飛び散るおそれがある。
本開示は、電解液が飛び散ることを抑制可能な蓄電モジュールを提供することを目的とする。
本開示の一側面に係る蓄電モジュールは、積層された複数の電極を含む電極積層体を有するモジュール本体と、モジュール本体に取り付けられる圧力調整弁と、を備える。圧力調整弁は、複数の電極間に形成されて電解液が収容される内部空間と連通する連通孔が設けられた第1壁と、鉛直方向に交差する第1方向において第1壁と対向する第2壁と、第2壁に設けられた第1突起と、を有するハウジングと、連通孔を塞ぐようにハウジング内に収容された弁体と、を備える。第2壁には、ハウジング内外を連通して第2壁の外壁面に開口する第1孔と、ハウジング内外を連通すると共に外壁面に開口し、第1孔よりも鉛直上方に位置する第2孔と、が設けられている。第1突起は、外壁面において、第1方向に沿って外方に突出し、第1方向から見て第1孔と第2孔とを仕切るように延在している。
上記蓄電モジュールでは、ハウジングの第2壁の外面に第1孔と、第1孔よりも鉛直上方に位置する第2孔とが設けられている。電解液は鉛直下方に位置する第1孔から垂れるように排出される。一方、蓄電モジュールで発生する水素ガスや酸素ガスといったガスは、大気よりも軽いので、鉛直上方に位置する第2孔から排出される。その上、第2壁の外面には、外方に突出し、第1孔と第2孔とを仕切るように延在する第1突起が設けられている。つまり、第1突起は、第1孔から排出される電解液の排出経路と、第2孔から排出されるガスの排出経路との間に介在するように設けられている。よって、第2孔から排出されたガスは、第1突起により遮られ、第1孔から排出された電解液にかかり難い。以上のことから、電解液が飛び散ることを抑制できる。
第1方向から見て、鉛直方向に交差する第2方向における第1突起の長さは、第2方向における第1孔及び第2孔の長さ以上であり、第1突起は、第1方向から見て、第1孔の上側を全体的に覆うと共に、第2孔の下側を全体的に覆うように延在していてもよい。この場合、第1突起により、第1孔の上側及び第2孔の下側を全体的に覆うことができるので、第2孔から排出されたガスが、第1孔から排出された電解液に一層かかり難い。よって、電解液が飛び散ることをさらに抑制できる。
第1孔と第2孔とは、鉛直方向において互いに重ならないように配置されていてもよい。この場合、第2孔から排出されたガスが、第1孔から排出された電解液にかかることがさらに抑制される。
ハウジングは、第1突起とともに第1孔及び第2孔のそれぞれを囲むように外面に設けられた複数の第2突起をさらに有してもよい。この場合、第2孔から排出されたガスが周囲に広がり難い。よって、第2孔から排出されたガスが、第1孔から排出された電解液にかかることが一層抑制される。
内部空間は複数形成されており、連通孔は、第1方向から見て、鉛直方向に交差する第3方向において並んで複数配置されて複数の内部空間のそれぞれに連通しており、第2孔は、第3方向において並んで複数配置されていてもよい。この場合、複数の連通孔が第3方向に並んで配置されているだけでなく、複数の第2孔が第3方向に並んで配置されているので、各連通孔から第2孔に至る経路を短くすることができる。これにより、各連通孔から流入したガスが第2孔に至る途中で第1孔から排出されることが抑制される。
第1孔は、第1方向から見て、鉛直方向に交差する第3方向において並んで複数配置されていてもよい。この場合、各第1孔から排出される電解液量が減る。これにより、隣り合う蓄電モジュール間において、圧力調整弁から排出される電解液を通じて短絡が生じることが抑制される。
本開示によれば、電解液が飛び散ることを抑制可能な蓄電モジュールを提供することができる。
図1は、一実施形態に係る蓄電モジュールを備えた蓄電装置を示す断面図である。 図2は、図1のII-II線に沿っての断面図である。 図3は、蓄電モジュールを示す断面図である。 図4は、蓄電モジュールを示す斜視図である。 図5は、蓄電モジュールの一部を示す分解斜視図である。 図6は、圧力調整弁の分解斜視図である。 図7は、圧力調整弁の底面図である。 図8は、ケースの平面図である。 図9は、カバーの平面図である。 図10は、カバーの一部を拡大して示す平面図である。 図11は、圧力調整弁の平面図である。 図12は、図11のXII-XII線に沿っての断面図である。
以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図中には、必要に応じてXYZ直交座標系が示される。Z軸方向は、一例として鉛直方向であり、X軸方向(第2方向及び第3方向)及びY軸方向(第1方向)は、一例として水平方向である。
図1は、一実施形態に係る蓄電モジュールを備えた蓄電装置を示す断面図である。図1には、X軸方向に直交する断面が示されている。図2は、図1のII-II線に沿っての断面図である。図2には、Y軸方向に直交する断面が示されている。図1及び図2に示される蓄電装置1は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられ得る。蓄電装置1は、Z軸方向に沿って積層された複数の蓄電モジュール4を含むモジュール積層体2と、モジュール積層体2に対してZ軸方向に沿って拘束荷重を付加する拘束部材3と、を備えている。
モジュール積層体2は、複数(ここでは3つ)の蓄電モジュール4と、複数(ここでは2つ)の導電板5と、を含む。蓄電モジュール4は、例えばバイポーラ電池であり、Z軸方向から見て矩形状をなしている。より具体的には、蓄電モジュール4は、Z軸方向から見て長辺と短辺とを有する長方形状である。蓄電モジュール4は、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、鉛電池等の二次電池、又は、電気二重層キャパシタである。以下の説明では、ニッケル水素二次電池を例示する。
モジュール積層体2では、Z軸方向に沿って隣り合う蓄電モジュール4の間に、導電板5が介在されている。これにより、複数の蓄電モジュール4が導電板5を介して電気的に接続されている。より具体的には、各蓄電モジュール4は、Z軸方向の一方の端面に正極端子面を備え、Z軸方向の他方の端面に負極端子面を備えており、導電板5を介して積層される複数の蓄電モジュール4が直列接続される。モジュール積層体2のZ軸方向の一端に位置する蓄電モジュール4の外側には、正極端子6aが引き出された集電板6が配置されて当該蓄電モジュール4に電気的に接続されている。また、モジュール積層体2のZ軸方向の他端に位置する蓄電モジュール4の外側には、負極端子7aが引き出された集電板7が配置されて当該蓄電モジュール4に電気的に接続されている。これらの正極端子6a及び負極端子7aを用いることにより、蓄電装置1の充放電が行われる。
導電板5の内部には、空気等の冷媒を流通させる複数の流路5aが設けられている。流路5aは、例えば、Z軸方向と、正極端子6a及び負極端子7aの引き出し方向と、にそれぞれ交差(直交)する方向(ここではX軸方向)に沿って延在している。導電板5は、蓄電モジュール4同士を電気的に接続する接続部材としての機能のほか、これらの流路5aに冷媒を流通させることにより、蓄電モジュール4で発生した熱を放熱する放熱部材としての機能を有する。
拘束部材3は、モジュール積層体2を積層方向に挟む一対の拘束板8と、拘束板8同士を締結することにより接続するボルト等の複数の締結具9と、締結具9の本体部(例えばボルトの軸部)を収容する支柱10と、を含む。拘束板8は、第1方向から見た蓄電モジュール4及び導電板5の面積よりも一回り大きい面積を有する矩形の金属板である。拘束板8は、Z軸方向から見て長辺と短辺とを有する長方形状である。拘束板8の内側面(モジュール積層体2側の面)には、板状の絶縁部材Fが設けられている。すなわち、モジュール積層体2と拘束板8との間には、集電板6又は集電板7と絶縁部材Fが介在される。これにより、拘束板8とモジュール積層体2(集電板6,7)との間が絶縁される。
一方の拘束板8の縁部には、Z軸方向から見てモジュール積層体2よりも外側となる位置に挿通孔8aが設けられ、他方の拘束板8の縁部には、挿通孔8aに対向する位置においてネジ穴8bが設けられている。締結具9は、一方の拘束板8の挿通孔8aから他方の拘束板8のネジ穴8bに向かって通され、他方の拘束板8のネジ穴8bに螺合されている。これにより、蓄電モジュール4及び導電板5が拘束板8によって挟持されてモジュール積層体2としてユニット化されると共に、モジュール積層体2に対してZ軸方向に沿って拘束荷重が付加される。
このように、締結具9は、モジュール積層体2(後述する第2シール部12)の外側に配置され、Z軸方向に沿って延在すると共にZ軸方向に沿って一対の拘束板8を互いに締結することにより、モジュール積層体2(後述する電極積層体11)を拘束する。支柱10は、一対の拘束板8の間に介在され、締結具9と共にZ軸方向に沿って延在している。支柱10は、Z軸方向についての一対の拘束板8の距離を規定することにより、モジュール積層体2への拘束力を規定する。
蓄電装置1では、1つの締結具9と当該締結具9を収容する1つの支柱10とからなる接続部材が、Z軸方向からみたときに拘束板8の長辺に沿って複数配列されている。また、接続部材同士は、Z軸方向からみたときに、拘束板8の短辺に沿う方向に互いに対向している。そして、当該対向する接続部材同士が互いに近づくほど、拘束板8を介して蓄電モジュール4に均一に拘束荷重を付加することが可能となる。
次に、蓄電モジュール4の構成について詳細に説明する。図3は、蓄電モジュールを示す断面図である。図4は、蓄電モジュールを示す斜視図である。図3及び図4に示されるように、蓄電モジュール4は、モジュール本体20と、モジュール本体20に取り付けられる圧力調整弁22と、を有している。モジュール本体20は、電極積層体11と、電極積層体11を封止する樹脂製の第2シール部12と、を備えている。電極積層体11は、セパレータ13を介して、Z軸方向に沿って積層された複数の電極(複数のバイポーラ電極14、一つの負極終端電極18、及び、一つの正極終端電極19)を含む。ここでは、電極の積層方向は蓄電モジュール4の積層方向と一致している。
バイポーラ電極14は、第1面15a及び第1面15aの反対の第2面15bを含む電極板15、第1面15aに設けられた正極活物質層16、第2面15bに設けられた負極活物質層17を含んでいる。電極積層体11において、一のバイポーラ電極14の正極活物質層16は、セパレータ13を挟んでZ軸方向に隣り合う別のバイポーラ電極14の負極活物質層17と対向している。電極積層体11において、一のバイポーラ電極14の負極活物質層17は、セパレータ13を挟んでZ軸方向に隣り合うさらに別のバイポーラ電極14の正極活物質層16と対向している。
負極終端電極18は、電極板15、及び電極板15の第2面15bに設けられた負極活物質層17を含んでいる。負極終端電極18の電極板15の第1面15aには、活物質層が設けられていない。負極終端電極18は、その第2面15bが電極積層体11の内側(Z軸方向についての中心側)になるように、電極積層体11のZ軸方向の一端に配置されている。負極終端電極18の負極活物質層17は、セパレータ13を介して、Z軸方向の一端のバイポーラ電極14の正極活物質層16と対向している。
正極終端電極19は、電極板15、及び電極板15の第1面15aに設けられた正極活物質層16を含んでいる。正極終端電極19の電極板15の第2面15bには、活物質層が設けられていない。正極終端電極19は、その第1面15aが電極積層体11の内側になるように、電極積層体11のZ軸方向の他端に配置されている。正極終端電極19の正極活物質層16は、セパレータ13を介して、Z軸方向の他端のバイポーラ電極14の負極活物質層17と対向している。
負極終端電極18の電極板15の第1面15aは、電極積層体11の外側に臨む面である。負極終端電極18の第1面15aには、後述する金属板50を介して、導電板5が電気的に接続されている。また、正極終端電極19の電極板15の第2面15bは、電極積層体11の外側に臨む面である。正極終端電極19の第2面15bには、後述する金属板50を介して、別の導電板5が電気的に接続されている。
電極板15は、例えば、ニッケル又はニッケルメッキ鋼板といった金属からなる。一例として、電極板15は、ニッケルからなる矩形の金属箔である。電極板15の周縁部(バイポーラ電極14、負極終端電極18、及び、正極終端電極19の周縁部)15cは、矩形枠状をなし、正極活物質層16及び負極活物質層17が形成されていない領域となっている。正極活物質層16を構成する正極活物質としては、例えば水酸化ニッケルが挙げられる。負極活物質層17を構成する負極活物質としては、例えば水素吸蔵合金が挙げられる。
セパレータ13は、例えばシート状に形成されている。セパレータ13としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。セパレータ13は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されたものであってもよい。
電極積層体11は、絶縁性の樹脂からなる複数の第1シール部21を含む。複数の第1シール部21は、それぞれ、第1部分21aと第2部分21bと第3部分21cとを含む。第1部分21aは、Z軸方向からみて矩形枠状に形成されており、電極板15の周縁部15cに接合(例えば溶着)されている。第2部分21bは、Z軸方向からみて矩形枠状を呈しており、第1部分21aの一部の上に配置されている。すなわち、Z軸方向からみて、第2部分21bの内縁は、第1部分21aの内縁よりも外側に位置している。セパレータ13は、その周縁部が、第1部分21aの第2部分21bから露出された部分に配置されて接合(例えば溶着されている)。
第3部分21cは、Z軸方向に沿って延びる矩形筒状を呈しており、複数の第1部分21a及び複数の第2部分21bを互いに接合して一体化している。第1部分21a及び第2部分21bは、例えば、1枚のシート状の部材を折り重ねることにより形成され得る。この場合、第3部分21cは、例えば、当該シート状の部材の折り曲げ箇所(第1部分21a及び第2部分21bの外側の端部)を溶着することにより形成される溶着端部である。
第2シール部12は、例えば絶縁性の樹脂によって、全体として矩形筒状に形成されている。第2シール部12は、電極積層体11を包囲するように電極積層体11の周囲に設けられている。第2シール部12は、第1シール部21を外側から包囲するように第1シール部21に接合(例えば溶着)されている。第2シール部12は、例えば、樹脂の射出成型によって形成され、Z軸方向に沿って電極積層体11の全長にわたって延在している。第2シール部12は、例えば、射出成型時の熱によって第1シール部21の外表面に溶着されている。
第1シール部21及び第2シール部12は、Z軸方向に沿って隣り合うバイポーラ電極14の間、負極終端電極18とバイポーラ電極14との間、及び、正極終端電極19とバイポーラ電極14との間をそれぞれ封止している。これにより、バイポーラ電極14の間、負極終端電極18とバイポーラ電極14との間、及び、正極終端電極19とバイポーラ電極14との間には、それぞれ気密に仕切られた内部空間Vが形成されている。すなわち、第1シール部21及び第2シール部12は、電極の間に内部空間Vを形成すると共に内部空間Vを封止するためのものである。この内部空間Vには、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液からなる電解液(不図示)が収容されている。電解液の少なくとも一部は、セパレータ13、正極活物質層16及び負極活物質層17内に含浸され得る。
第1シール部21及び第2シール部12は、例えば、絶縁性の樹脂であって、ポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、又は変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE)等から構成され得る。
図1~図4に示されるように、第2シール部12は、一対の外周面12sと、外周面12s同士を接続する一対の外周面12rと、を含む。外周面12s及び外周面12rは、Z軸方向に沿って延びる面である。ここでは、外周面12sがX軸方向に交差(直交)する面であり、外周面12rがY軸方向に交差(直交)する面である。また、外周面12sのY軸方向の長さは、外周面12rのX軸方向の長さよりも長い。上述した導電板5において、流路5aは、X軸方向に沿って延在し、導電板5のX軸方向に交差する一対の表面に開口している。
したがって、隣り合う蓄電モジュール4の第2シール部12の外周面12s側の隙間は、流路5aに対する冷媒の導入及び導出に利用される(冷媒が通過する)。一方、隣り合う蓄電モジュール4の第2シール部12の外周面12r側の隙間は、流路5aに対する冷媒の導入及び導出に利用されない。このため、モジュール積層体2では、隣り合う蓄電モジュール4の第2シール部12の外周面12s側の隙間は開放されており、外周面12r側の隙間は封止材Eにより封止されている。
ここで、蓄電モジュール4は、一対の金属板50を備えてもよい。本実施形態では、金属板50は、Z軸方向における電極積層体11の一端(負極終端電極18側の端部)及び他端(正極終端電極19側の端部)に設けられている。一対の金属板50のうちの一方は、負極終端電極18の電極板15の第1面15aと導電板5とに接触する。一対の金属板50の他方は、正極終端電極19の電極板15の第2面15bと別の導電板5とに接触する。このように、蓄電モジュール4では、負極終端電極18及び正極終端電極19のさらに外側に金属板50が設けられることになる。Z軸方向における一端に配置された金属板50(負極終端電極18)は、蓄電モジュール4の負極端子面を構成する。また、Z軸方向における他端に配置された金属板50(正極終端電極19)は、蓄電モジュール4の正極端子面を構成する。
一対の金属板50の一方の周縁部は、負極終端電極18の電極板15に設けられた第1シール部21の第1部分21aと、当該第1部分21aの反対側に設けられた別の第1部分21aとによって挟持されている。これらの一対の第1部分21aは、第3部分21cによって接合(例えば溶着)されて一体化されている。一対の金属板50の他方の周縁部は、正極終端電極19の電極板15に設けられた第1シール部21の第1部分21aと、当該第1部分21aの反対側に設けられた別の第1部分21aとによって挟持されている。これらの一対の第1部分21aについても、第3部分21cによって接合(例えば溶着)されて一体化されている。金属板50は、活物質層が形成されていない電極板15といった金属箔(未塗工箔)である。
図4に示されるように、第2シール部12の一方の外周面12rには、圧力調整弁22を取り付けるための複数(ここでは4つ)の取付領域24が設けられている。複数の取付領域24は、X軸方向において互いに離間している。一例においては、X軸方向において隣り合う2つの取付領域24に対して1つの圧力調整弁22が取り付けられる。
図5は、蓄電モジュールの一部を示す分解斜視図である。図5に示されるように、各取付領域24において、第2シール部12には、第2シール部12をY軸方向に貫通する貫通孔12hが設けられている。第1シール部21には、第1シール部21をY軸方向に貫通し、貫通孔12hと内部空間V(図3参照)とを接続する貫通孔21hが設けられている。各取付領域24には、複数(ここでは6つ)の貫通孔12hが設けられている。貫通孔12hは、各取付領域24において3列2段(X軸方向に3列、Z方向に2段)に配列されている。したがって、貫通孔12hは、外周面12rにおいて12列2段に配列されている。
第1シール部21において各取付領域24と対応する領域には、各貫通孔12hと一対一で対応する貫通孔21hが設けられている。貫通孔21hは、貫通孔12hと同数で設けられている。貫通孔21hは、異なるセルの内部空間Vとそれぞれ連通されている。貫通孔12h及び貫通孔21hは、内部空間Vに電解液を注入するための注液孔として機能する。貫通孔12h及び貫通孔21hは、電解液が注入された後は、内部空間Vで発生したガス(例えばニッケル水素電池の場合は水素ガス)が流れる流路となる。
第2シール部12の各取付領域24の外側面には、略枠状の接合用突起27がそれぞれ設けられている。接合用突起27は、モジュール本体20と圧力調整弁22とを接合すると共に、各内部空間Vからのガスがそれぞれ流れる複数(ここでは6つ)の流路28を貫通孔12h及び貫通孔21hと協働して形成する。したがって、流路28は、各取付領域24において3列2段に配列されている。流路28は、Y軸方向に垂直な面に沿った断面において矩形状を有している。接合用突起27は、Y軸方向から見て、格子状に形成されている。
次に、モジュール本体20に取り付けられる圧力調整弁22の構成について詳細に説明する。図6は、圧力調整弁の分解斜視図である。図7は、圧力調整弁の底面図である。図8は、ケースの平面図である。図9は、カバーの平面図である。図10は、カバーの一部を拡大して示す平面図である。図11は、圧力調整弁の平面図である。図12は、図11のXII-XIIに沿っての断面図である。
図5~図12に示されるように、圧力調整弁22は、ハウジング23と、複数(ここでは12個)の弁体30と、を有している。ハウジング23は、ケース29と、カバー31とを含んでいる。ケース29は、例えばPP、PPSまたは変性PPE等の樹脂で形成されている。ケース29は、ケース29とカバー31とが対向する対向方向から見て略矩形状に形成されている。対向方向は、モジュール本体20の外周面12rに対する圧力調整弁22の取付方向であり、後述する弁体30の圧縮方向でもある。圧力調整弁22は、外周面12rに垂直な方向に、モジュール本体20に取り付けられる。このため、ケース29とカバー31との対向方向は、Y軸方向と一致している。
ケース29は、底壁32(第1壁)を有している。底壁32は、モジュール本体20の外周面12rとY軸方向において対向する。底壁32には、底壁32をY軸方向において貫通する複数(ここでは12個)の貫通孔33(連通孔)が設けられている。複数の貫通孔33は、X軸方向において並んで配置されている。
貫通孔33は、モジュール本体20側の外壁面32aからカバー31側の内壁面32bに至っている。貫通孔33は、モジュール本体20の各貫通孔12hと空間を介してそれぞれ接続されている。すなわち、貫通孔33、貫通孔12h、及び貫通孔21hによって、モジュール本体20の複数の内部空間Vにそれぞれ連通する複数の連通孔49が構成される。換言すると、貫通孔33、貫通孔12h、及び貫通孔21hのそれぞれは、連通孔49の一部を構成している。貫通孔33は、連通孔49の出口に相当しており、Y軸方向に垂直な断面で円形状を有している(図7参照)。底壁32には、モジュール本体20の複数の電極間に形成されて電解液が収容される内部空間Vと連通する連通孔49の一部として貫通孔33が設けられていると言える。
図7に示されるように、底壁32の外壁面32aには、略枠状の一対の接合用突起34が設けられている。一対の接合用突起34は、接合用突起27に対応する間隔でX軸方向に離間して形成されている。一対の接合用突起34は、モジュール本体20と圧力調整弁22とを接合すると共に、各内部空間Vからのガスや電解液がそれぞれ流れる複数(ここでは12個)の流路35を形成する。接合用突起34は、モジュール本体20の接合用突起27と接合される。接合用突起34は、接合用突起27に対応する形状及び寸法を有している。したがって、流路35は、Y軸方向に垂直な断面において矩形状を有している。接合用突起34は、Y軸方向から見て、格子状に形成されている。
モジュール本体20と圧力調整弁22とは、例えば熱板溶着によって接合される。具体的には、モジュール本体20と圧力調整弁22との間に熱板を配置し、接合用突起27及び接合用突起34の先端を熱板に当接させる。これにより、接合用突起27及び接合用突起34の先端が溶融する。続いて、接合用突起27及び接合用突起34が溶融している間に、接合用突起27の先端に対して接合用突起34の先端を押し付けることにより、接合用突起27と接合用突起34とを溶着(接合)する。その結果、モジュール本体20と圧力調整弁22とが接合される。
図5及び図6に示されるように、ケース29は、それぞれ底壁32からカバー31側に突出した外周壁36及び隔壁37を有している。本実施形態では、外周壁36及び隔壁37は、底壁32と一体的に形成されている。外周壁36は、複数(ここでは12個)の弁体30を一括して包囲するように、底壁32の内壁面32bの縁部に立設されている。具体的には、外周壁36は、底壁32の外周縁部の全周にわたって形成されており、ケース29の外壁を構成している。より具体的には、外周壁36は、Y軸方向から見て、略矩形状に形成された底壁32の外周縁部に沿って、略矩形枠状に形成されている。
隔壁37は、各弁体30の側面30cを覆うように底壁32の内壁面32bに立設されている。一例において、隔壁37は、各弁体30が収容される円柱状の収容空間S1を形成している。本実施形態では、隔壁37と外周壁36の一部とが弁体30の側面30cを包囲することによって、収容空間S1が形成されている。また、本実施形態では、一の弁体30を収容する隔壁37と当該一の弁体30に隣接する位置に配置された他の弁体30を収容する隔壁37とは、一体的に形成されている。このように、互いに異なる弁体30を収容する隔壁37同士は、共有する部分を有していてもよい。
本実施形態では、底壁32の内壁面32bを基準として、外周壁36のカバー31側の端面36aは、隔壁37のカバー31側の端面37aよりもY軸方向において高い位置にある。したがって、ケース29にカバー31が固定された状態において、カバー31が外周壁36の端面36aに接する一方で、カバー31と隔壁37の端面37aとは互いに離間している。すなわち、カバー31と隔壁37の端面37aとの間には空間S2が形成されている。当該空間S2は、内部空間Vから圧力調整弁22の内部に流入したガスや電解液の流路として機能する。
弁体30は、貫通孔33を塞ぐようにハウジング23内の収容空間S1に収容されている。複数の弁体30は、対応する貫通孔33を塞ぐようにX軸方向において並んで配置されている。弁体30は、ゴム等の弾性部材によって形成された円柱状部材である。弁体30は、底壁32の内壁面32b側において貫通孔33を塞ぐ第1端面30aと、第1端面30aとは逆側に位置する第2端面30bと、第1端面30a及び第2端面30bを接続する側面30cとを有している。第2端面30bは、カバー31によって押圧される被押圧面である。
弁体30は、第1端面30aが底壁32の内壁面32bに対して押し付けられた状態で配置されることにより、貫通孔33を塞いでいる。弁体30は、内部空間Vの圧力に応じて、貫通孔33を開閉させる。弁体30の側面30cと隔壁37の内壁面37b又は外周壁36の内壁面36bとの間には、隙間Gが設けられている。
図6及び図8に示されるように、隔壁37の内壁面37bには、弁体30を位置決めするための突出部38が形成されている。突出部38は、隔壁37の内壁面37bから内周に向かって突出している。突出部38は、貫通孔33の中心軸線の延びる方向(Y軸方向)に沿って隔壁37の内壁面37b全体にわたって設けられている。突出部38は、弁体30の側面30cと接触するように形成されている。突出部38が弁体30と接触することにより、弁体30の中心位置と貫通孔33の中心軸線とが互いに一致し得る。このような突出部38により、弁体30の位置ずれを一定の範囲内に抑えることができる。本実施形態では、複数(ここでは6つ)の突出部38が、貫通孔33の中心軸線回りに等ピッチで形成されている。
図8に示されるように、収容空間S1において、底壁32の内壁面32bには、当該内壁面32bから外方に突出する突起であるシール部39が形成されている。すなわち、シール部39は、Y軸方向から見たときに、隔壁37に囲まれている。複数のシール部39は、一括して外周壁36によって囲まれている。一例においては、上述のとおり、2つの取付領域24に対して1つの圧力調整弁22が取り付けられる構成であるため、複数のシール部39は、X軸方向の中央から一方側と他方側とに分けて配置されている。X軸方向の中央から一方側に配置されたシール部39を囲む隔壁37と、他方側に配置されたシール部39を囲む隔壁37とは、X軸方向の中央において互いに離間している。また、X軸方向に隣り合うシール部39同士では、Z方向における位置が互いにずれている。
シール部39は、当該シール部39に対して押し付けられた弁体30の第1端面30aと接触することで、貫通孔33と隙間Gとの間を開閉可能に閉塞している。シール部39は、内壁面32bにおける貫通孔33の開口端を囲むように形成されている。シール部39は、貫通孔33の縁部に沿って、貫通孔33の中心軸線を中心とする円環状に形成されている。シール部39は、貫通孔33の全周を隙間無く囲むように形成されている。これにより、シール部39は、弁体30の第1端面30aと隙間なく接触しており、気密性が確保されている。
図5、図6、図9~図12に示されるカバー31は、ケース29の開口を塞ぐ部材である。カバー31は、側壁40(第2壁)を有している。側壁40は、複数の弁体30を挟んでケース29の底壁32とY軸方向で対向している。側壁40及び底壁32は、Y軸方向で互いに対向するハウジング23の一対の壁を構成している。カバー31は、例えばPP、PPSまたは変性PPE等の樹脂で形成されている。一例において、カバー31は射出成形によって製造され得る。Y軸方向から見て、カバー31の外周縁部の位置は、ケース29の外周縁部(外周壁36の外側縁部)の位置と略一致している。
カバー31は、例えば、超音波溶着等の溶着によりケース29の開口端面に接合されている。具体的には、側壁40の外周縁部は、ケース29の外周壁36の端面36aに溶着されている。側壁40には、側壁40をY軸方向において貫通する第1孔41及び第2孔42が設けられている。第1孔41及び第2孔42は、ハウジング23内外を連通して側壁40の外面40aに開口している。第2孔42は、第1孔41よりも鉛直上方に位置している。第1孔41及び第2孔42は、Y軸方向から見て弁体30と重ならないように配置されている。第1孔41及び第2孔42は、Y軸方向から見て、Z軸方向において弁体30と隣り合うように配置されている。第1孔41と第2孔42とは、鉛直方向(Z軸方向)において互いに重ならないように配置されている。第1孔41と第2孔42とは、Z軸方向から見て、互いに重ならならないようにX軸方向に離間して配置されている。
第2孔42は、圧力調整弁22の内部のガスを圧力調整弁22の外部に排気(排出)するための排気口(排出口)である。第1孔41は、圧力調整弁22の内部の電解液を圧力調整弁22の外部に排出するための排出口である。第2孔42は、第1孔41より鉛直上方に位置するので、モジュール本体20で発生する水素や酸素等の大気よりも軽いガスは第2孔42から排気される。一方、電解液は第1孔41から垂れるように排出される。一例として、第1孔41及び第2孔42は、Y軸方向に直交する断面において、X軸方向を長手方向とする長円形状を有している。第1孔41及び第2孔42は、互いに同じ形状を有している。

側壁40には、複数(ここでは6個)の第1孔41及び複数(ここでは6個)の第2孔42が設けられている。複数の第1孔41は、X軸方向において一列に並んで配置されている。複数の第2孔42は、X軸方向において一列に並んで配置されている。複数の第1孔41及び複数の第2孔42は、X軸方向において交互に配置されている。第1孔41及び第2孔42は、各取付領域24(図4参照)に対して3個ずつ設けられている。
外面40aは、X軸方向の中央部に第1孔41及び第2孔42が設けられていない領域を有する。この領域は、外周面12rにおける一対の取付領域24間の領域に対応する。一例において、この領域には、識別情報(不図示)が設けられている。識別情報は、蓄電モジュール4の個体識別に利用され得る。識別情報は、例えば、光学的手段によって読み取り可能な文字、記号、バーコード、2次元コード(QRコード(登録商標))等であってよい。識別情報は、インク等によってプリントされてもよいし、レーザ等によって描画されてもよい。識別情報は、シールに印刷された状態で外面40aに貼着されてもよい。
カバー31は、側壁40の外面40aに設けられた突起43(第1突起)、突起44(第2突起)、突起45(第2突起)、及び突起46(第2突起)を有している。一例として、カバー31は、一対の突起43と、1個の突起44と、一対の突起45と、複数(ここでは22個)の突起46と、有している。各突起43,44,45,46は、側壁40と一体的に形成されている。
突起43は、外面40aにおいて、第1孔41と第2孔42との間からY軸方向に沿って外方に突出している。突起43は、Y軸方向から見て、第1孔41と第2孔42とを鉛直方向(Z軸方向)で仕切るようにX軸方向に延在している。突起43が第1孔41と第2孔42とを鉛直方向で仕切るとは、図10に示されるように、ある第1孔41の中心と当該第1孔41に最も近い第2孔42の中心とを結ぶ仮想直線m1を、突起43が遮るように延在している状態を意味する。ここで、第1孔41の中心は、例えば、外面40aにおける第1孔41の開口形状の重心である。第2孔42の中心は、例えば、外面40aにおける第2孔42の開口形状の重心である。
より好ましくは、突起43は、Y軸方向から見て、鉛直方向と交差する方向(X軸方向)における、第1孔41の一端と第2孔42の一端とを結ぶ仮想直線m2、及び、第1孔41の他端と第2孔42の他端とを結ぶ仮想直線m3の双方を遮るように延在している。Y軸方向から見て、第1孔41は突起43の鉛直下方に位置し、第2孔42は突起43の鉛直上方に位置している。突起43は、各取付領域24(図4参照)に対して1個ずつ設けられている。一対の突起43は、X軸方向において互いに離間している。
X軸方向における突起43の長さL1は、X軸方向における第1孔41の長さL2以上であり、X軸方向における第2孔42の長さL3以上である。突起43は、Y軸方向から見て、第1孔41の上側を全体的に覆うと共に、第2孔42の下側を全体的に覆うように延在している。本実施形態では、長さL2及び長さL3は、互いに同等である。突起43は、取付領域24のX軸方向の全体に対応する長さで設けられている。すなわち、長さL1は、取付領域24のX軸方向の長さと同等である。突起43は、取付領域24に対して設けられた3個の第1孔41の上側、及び、3個の第2孔42の下側を全て覆うことができる長さL1を有している。
突起44は、複数の第1孔41及び複数の第2孔42を全て囲むように枠状に設けられている。突起44は、側壁40の外面40aの外縁部に設けられている。突起44は、第1辺部44aと、第2辺部44bと、一対の第3辺部44cと、を含んでいる。
第1辺部44a及び第2辺部44bは、突起43を挟んでZ軸方向において互いに対向している。第1辺部44aは、突起43の鉛直下方に配置され、X軸方向に延在している。Y軸方向から見て、第1孔41は、突起43よりも第1辺部44aの近くに位置している。第2辺部44bは、突起43の鉛直上方に配置され、X軸方向に延在している。Y軸方向から見て、第2孔42は、突起43よりも第2辺部44bの近くに位置している。
一対の第3辺部44cは、X軸方向において互いに対向している。一対の第3辺部44cは、Z軸方向に延在し、第1辺部44aと第2辺部44bとを接続している。第3辺部44cは、対応する突起43のX軸方向の一端と接続されている。
一対の突起45は、外面40aのX軸方向の中央部における第1孔41及び第2孔42が設けられていない領域の両側に配置されている。一対の突起45は、X軸方向において互いに対向している。各突起45は、対応する突起43のX軸方向の他端から鉛直下方に延在し、第1辺部44aに接続されている。突起44及び突起45は、いずれも突起43と同等の高さで形成されている。ここでの高さとは、外面40aを基準面としたときのY軸方向の高さである。突起43、突起44、及び突起45は、先端の位置がY軸方向において互いに揃うように形成されている。
突起46は、Z軸方向に延在し、突起43と突起44とを接続している。各突起43の鉛直下方には、4個の突起46が突起45と共にX軸方向に並んで配置され、各突起43と第1辺部44aとを接続している。各突起43の鉛直上方には、5個の突起46がX軸方向に並んで配置され、各突起43と第2辺部44bとを接続している。突起46は、X軸方向において隣り合う第1孔41及び第2孔42との間に設けられている。
突起45及び突起46は、図11に示されるように、弁体30の圧縮方向(Y軸方向)から見たときに、複数のシール部39とずれて配置されている。すなわち、Y軸方向から見たとき、突起45及び突起46は、X軸方向に互いに隣り合うシール部39同士の間を通ってZ軸方向に延在している。一例においては、内壁面32bから突出したシール部39の全体が突起45及び突起46からずれて配置される必要はない。少なくとも、シール部39のうち弁体30の第1端面30aに接触し得る領域が、突起45及び突起46と互いにずれていればよい。
突起46の高さは、突起43、突起44及び突起45の高さよりも低い。ここでの高さとは、外面40aを基準面としたときのY軸方向の高さである。突起46の先端は、突起43、突起44、及び突起45の先端よりも外面40aの近くに位置している。突起46は、例えば、側壁40の補強のために設けられている。突起46の高さは、側壁40の補強に必要な高さに設定されている。
突起43、突起44、突起45及び突起46は、外面40aを格子状に区切るように設けられている。このように区切られた外面40aの複数の領域は、1個の第1孔41が設けられた領域、1個の第2孔42が設けられた領域、及び、第1孔41及び第2孔42が設けられていない領域からなる。Y軸方向から見て、突起43、突起44、突起45、及び突起46は、第1孔41及び第2孔42のそれぞれを囲むように設けられていると言える。
以上説明したように、圧力調整弁22では、内部空間Vの圧力が設定圧よりも低いときは、貫通孔33が弁体30によって塞がれた閉弁状態に維持される。内部空間Vの圧力が上昇して設定圧以上になると、弁体30が底壁32から離間するように弾性変形し、貫通孔33の閉塞が解除された開弁状態となる。その結果、内部空間Vからのガスは、隙間G(収容空間S1)を介して、隔壁37とカバー31との間に形成された空間S2へと流通する。このとき、ガスと共に電解液が内部空間Vから空間S2へと流通する場合がある。
圧力調整弁22では、ハウジング23のカバー31における側壁40の外面40aに、第1孔41と、第1孔41よりも鉛直上方に位置する第2孔42とが設けられている。よって、電解液は鉛直下方に位置する第1孔41から垂れるように排出される。一方、モジュール本体20で発生する水素や酸素等のガスは、大気よりも軽いので、鉛直上方に位置する第2孔42から排出される。このように電解液がガスと同じ孔から一緒に排出されないので、電解液が飛び散り難い。その上、側壁40の外面40aには、第1孔41と第2孔42との間から外方に突出し、第1孔41と第2孔42とを仕切るように延在する突起43が設けられている。つまり、突起43は、第1孔41から排出される電解液の排出経路と、第2孔42から排出されるガスの排出経路との間に介在するように設けられている。したがって、ガスが第2孔42から勢いよく噴射されたとしても、突起43により遮られ、第1孔41から排出された電解液にかかり難い。以上のことから、ガスにより電解液が飛び散ることを抑制できる。
突起43の長さL1は、第1孔41の長さL2以上であり、第2孔42の長さL3以上である。突起43は、Y軸方向から見て、第1孔41の上側を全体的に覆うと共に、第2孔42の下側を全体的に覆うように延在している。このため、第2孔42から排出されたガスが、第1孔41から排出された電解液に一層かかり難い。よって、電解液が飛び散ることをさらに抑制できる。
第1孔41と第2孔42とは、鉛直方向において互いに重ならないように配置されている。第1孔41と第2孔42との間の距離が長くなるので、第2孔42から排出されたガスが、第1孔41から排出された電解液にかかることがさらに抑制される。
ハウジング23のカバー31は、突起43とともに第1孔41及び第2孔42のそれぞれを囲むように側壁40の外面40aに設けられた複数の突起として、突起44、突起45及び突起46をさらに有している。突起44、突起45及び突起46は、突起43と協働して第1孔41及び第2孔42のそれぞれを囲むように配置されている。このため、第2孔42から排出されたガスが周囲に広がり難い。よって、ガスが、第1孔41から排出された電解液にかかることが一層抑制される。
複数の貫通孔33は、X軸方向において並んで配置されている。これに対し、仮に第2孔42がX軸方向の一箇所のみに設けられていた場合、貫通孔33によっては第2孔42に至る経路が長くなる。このため、第2孔42に至る途中に配置された第1孔41からガスが排気されるおそれがある。圧力調整弁22では、複数の貫通孔33がX軸方向に並んで配置されているだけでなく、複数の第2孔42がX軸方向に並んで配置されている。したがって、各貫通孔33から第2孔42に至る経路を短くすることができる。これにより、各貫通孔33から流入したガスが第1孔41から排出されることが抑制される。
複数の第1孔41は、X軸方向において並んで配置されていてもよい。このため、第1孔41が1個だけ設けられている場合に比べて、各第1孔41から排出される電解液量が減る。よって、蓄電モジュール4を鉛直方向に積層してなる蓄電装置1において、隣り合う蓄電モジュール4間で、圧力調整弁22から排出される電解液を通じて短絡が生じることが抑制される。
本発明は、上述した実施形態に限定されない。
例えば、突起43の高さは、突起44の高さよりも低くてもよいし、高くてもよい。突起43は、取付領域24のX軸方向の全体に対応する長さにわたって設けられず、1個の第1孔41に対し、1個ずつ設けられていてもよい。
突起43の長さL1は、第1孔41の長さL2未満であってもよく、第2孔42の長さL3未満であってもよい。この場合であっても、Y軸方向から見て、突起43が第1孔41と第2孔42との間に介在する限り、第2孔42から排出されるガスの少なくとも一部を遮ることができる。これにより、電解液が飛び散ることを更に抑制できる。
第1孔41及び第2孔42は、鉛直方向から見て、互いに重なるように配置されていてもよい。側壁40の外面40aには、突起44,45,46が設けられていなくてもよい。第1孔41及び第2孔42の数は、それぞれ1個以上であればよい。
本開示の要旨は、以下の[1]~[6]のとおりである。
[1]積層された複数の電極を含む電極積層体を有するモジュール本体と、前記モジュール本体に取り付けられる圧力調整弁と、を備える蓄電モジュールであって、前記圧力調整弁は、前記複数の電極間に形成されて電解液が収容される内部空間と連通する連通孔が設けられた第1壁と、鉛直方向に交差する第1方向において前記第1壁と対向する第2壁と、前記第2壁に設けられた第1突起と、を有するハウジングと、前記連通孔を塞ぐように前記ハウジング内に収容された弁体と、を備え、前記第2壁には、前記ハウジング内外を連通して前記第2壁の外面に開口する第1孔と、前記ハウジング内外を連通すると共に前記外面に開口し、前記第1孔よりも鉛直上方に位置する第2孔と、が設けられており、前記第1突起は、前記外面において、前記第1方向に沿って外方に突出し、前記第1方向から見て前記第1孔と前記第2孔とを仕切るように延在している、蓄電モジュール。
[2]前記第1方向から見て、鉛直方向に交差する第2方向における前記第1突起の長さは、前記第2方向における前記第1孔及び前記第2孔の長さ以上であり、前記第1突起は、第1方向から見て、前記第1孔の上側を全体的に覆うと共に、前記第2孔の下側を全体的に覆うように延在している、[1]に記載の蓄電モジュール。
[3]前記第1孔と前記第2孔とは、鉛直方向において互いに重ならないように配置されている、[1]又は[2]に記載の蓄電モジュール。
[4]前記ハウジングは、前記第1突起とともに前記第1孔及び前記第2孔のそれぞれを囲むように前記に設けられた複数の第2突起をさらに有する、[1]~[3]のいずれかに記載の蓄電モジュール。
[5]前記内部空間は複数形成されており、前記連通孔は、前記第1方向から見て、鉛直方向に交差する第3方向において並んで複数配置されて複数の前記内部空間のそれぞれに連通しており、前記第2孔は、前記第3方向において並んで複数配置されている、[1]~[4]のいずれかに記載の蓄電モジュール。
[6]前記第1孔は、前記第1方向から見て、鉛直方向に交差する第3方向において並んで複数配置されている、[1]~[5]のいずれかに記載の蓄電モジュール。
4…蓄電モジュール、20…モジュール本体、22…圧力調整弁、23…ハウジング、30…弁体、32…底壁(第1壁)、33…貫通孔(連通孔)、40…側壁(第2壁)、41…第1孔、42…第2孔、43…突起(第1突起)、44,45,46…突起(第2突起)、V…内部空間。

Claims (5)

  1. 積層された複数の電極を含む電極積層体を有するモジュール本体と、前記モジュール本体に取り付けられる圧力調整弁と、を備える蓄電モジュールであって、
    前記圧力調整弁は、
    前記複数の電極間に形成されて電解液が収容される内部空間と連通する連通孔が設けられた第1壁と、鉛直方向に交差する第1方向において前記第1壁と対向する第2壁と、前記第2壁に設けられた第1突起と、を有するハウジングと、
    前記連通孔を塞ぐように前記ハウジング内に収容された弁体と、を備え、
    前記第2壁には、前記ハウジング内外を連通して前記第2壁の外面に開口する第1孔と、前記ハウジング内外を連通すると共に前記外面に開口し、前記第1孔よりも鉛直上方に位置する第2孔と、が設けられており、
    前記第1突起は、前記外面において、前記第1方向に沿って外方に突出し、前記第1方向から見て前記第1孔と前記第2孔とを仕切るように延在しており、
    前記内部空間は複数形成されており、
    前記連通孔は、前記第1方向から見て、鉛直方向に交差する第3方向において並んで複数配置されて複数の前記内部空間のそれぞれに連通しており、
    前記第2孔は、前記第3方向において並んで複数配置されている
    蓄電モジュール。
  2. 前記第1方向から見て、鉛直方向に交差する第2方向における前記第1突起の長さは、前記第2方向における前記第1孔及び前記第2孔の長さ以上であり、
    前記第1突起は、第1方向から見て、前記第1孔の上側を全体的に覆うと共に、前記第2孔の下側を全体的に覆うように延在している、
    請求項1に記載の蓄電モジュール。
  3. 前記第1孔と前記第2孔とは、鉛直方向において互いに重ならないように配置されている、
    請求項1又は2に記載の蓄電モジュール。
  4. 前記ハウジングは、前記第1突起とともに前記第1孔及び前記第2孔のそれぞれを囲むように前記外面に設けられた複数の第2突起をさらに有する、
    請求項1又は2に記載の蓄電モジュール。
  5. 前記第1孔は、前記第1方向から見て、鉛直方向に交差する第3方向において並んで複数配置されている、
    請求項1又は2に記載の蓄電モジュール。
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