CN101142698A - 密闭型电池 - Google Patents
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Abstract
电池单元包含：电池外壳容器(12)，其形成内部空间(15)并具有在其中形成以连通内部空间(15)的贯通孔(13)，电解质被配置在该内部空间(15)中；中空铆钉(31)；密闭橡胶(25)。中空铆钉(31)具有：在电池外壳容器(12)外部环状延伸的密闭面(32a)；中空部分(33)，其形成为具有连续到密闭面(32a)的内缘(36)的排气孔(35)，并被定位到贯通孔(13)，以便使内部空间(15)中的气体能够通过排气孔(35)流出。密闭橡胶(25)具有面对密闭面(32a)环状延伸以便对密闭面(32a)加压的接触单元(26)，并被设置为闭塞排气孔(35)。接触单元(26)被形成为向着密闭面(32a)突出，以便在远离密闭面(32a)的内缘(36)的位置上与密闭面(32a)接触。这样的布置长时间防止电解质泄漏。
Description
技术领域
本发明一般涉及密闭型电池，特别涉及其中配置了碱性电解质的密闭型电池。
背景技术
关于传统的密闭型电池，例如日本专利特开No.05-198291公开了为保证电解质泄漏的长期可靠性的碱性密闭型电池。
日本专利特开No.05-198291中公开的碱性密闭型电池包含恢复型排气机构。这种排气机构由中空的铆钉、点焊到中空铆钉上端部分的盖罩端子(cap terminal)、在加压的状态下被容纳在中空铆钉与盖罩端子之间形成的空间中的弹性阀体构成。中空铆钉与被点焊到电池元件正极的垫圈一起被铆接到金属盖板。采用这样的构造，电池的正电位被施加到中空的铆钉。
进一步地，日本专利特开No.03-159057公开了在宽广温度范围下为获得长时间稳定的阀操作性能的、密闭型碱性蓄电池的安全阀装置。在日本专利特开No.03-159057中，设置弹性阀体以闭塞在密封板中形成的排气孔。另外，日本实用新型公开No.04-046358公开了一种为防止构成安全阀的薄膜错误破裂的电池安全阀装置，其具有高的操作准确度和简单的构造。日本实用新型公开No.04-046358中公开的安全阀装置包含具有阀孔的盖板和热熔到盖板以封闭阀孔的薄膜。
在前述日本专利特开No.05-198291中公开的碱性密闭型电池中，弹性阀体的底面被形成为平坦的，且弹性阀体被设置为使得其底面闭塞中空铆钉的开口。然而，在这种情况下，弹性阀体的底面被压在中空铆钉的限定开口的内缘上，故在弹性阀体中发生应力集中。于是，如果这种状态长时间持续，可能在弹性阀体中发生破裂，电解质从破裂发生的位置泄漏。
发明内容
本发明的一个目的在于解决上述问题并提供长时间防止电解质泄漏的密闭型电池。
根据本发明一实施形态的密闭型电池包含：容器体(case body)，其形成内部空间并具有在其中形成以连通内部空间的贯通孔，电解质被配置在该内部空间中；中空铆钉；弹性阀体。中空铆钉具有：密闭面，其在容器体外部环状延伸；中空部分，其具有在其中形成以便与密闭面内缘连续的排气孔并被定位到贯通孔，以便使内部空间中的气体能够流到排气孔外。弹性阀体具有面对密闭面环状延伸以便对密闭面加压的对接(abutment)部分，并被设置为闭塞排气孔。对接部分被形成为向着密闭面突出，以便在远离密闭面内缘的位置与密闭面接触。
根据以这种方式配置的密闭型电池，对接部分不在这样的状态下对密闭面加压：在该状态中，对接部分与密闭面的内缘——其与排气孔连续——接触。因此，能够防止密闭面与对接部分之间的接触位置上的应力集中，由此防止弹性阀体的劣化。因此，根据本发明，密闭面与对接部分之间的密闭能得到保证，由此长时间防止电解质从内部空间的泄漏。
优选为，如果沿着与对接部分环状延伸的方向正交的平面切断，对接部分具有在面对密闭面的位置上弯曲的轮廓。根据以这种方式配置的密闭型电池，对接部分可对密闭面加压，使得均匀的表面压力作用在对接部分与密闭面之间的接触位置上。因此，可更为有效地避免弹性阀体的劣化。
电解质为碱性电解质。优选为，中空铆钉被设置为浮于电池电位。根据以这种方式配置的密闭型电池，当电解质为碱性电解质时，可降低沿着中空铆钉向着对接部分与密闭面之间的接触位置经过的电解质的驱动力。因此，能够更为有效地降低电解质的泄漏，由此防止盐析(salting)。
根据本发明另一实施形态的密闭型电池包含容器体、弹性阀体、盖罩体。容器体构成内部空间并具有在其中形成以便与内部空间连通的贯通孔，电解质被布置在内部空间中。容器体使得内部空间中的气体能够通过贯通孔流出。弹性阀体被设置为闭塞贯通孔。盖罩体被固定到容器体，以便将弹性阀体向着容器体压缩变形。容器体具有一表面，贯通孔通过该表面敞开。弹性阀体具有底面和凸面，底面在有间隙的情况下与贯通孔相对，凸面从底面的周缘向着该表面突出。凸面在远离贯通孔的开口缘的位置向该表面加压。
根据以这种方式配置的密闭型电池，通过为弹性阀体提供在有间隙的情况下与贯通孔相对的底面来获得弹性阀体与容器体在远离贯通孔开口缘的位置接触的状态。因此，可防止弹性阀体上的应力集中，由此防止弹性阀体的劣化。因此，根据本发明，弹性阀体的可密闭性得到保证，从而长时间防止电解质从内部空间的泄漏。
优选为，凸面具有在面对该表面的位置弯曲的轮廓。根据以这种方式配置的密闭型电池，当凸面对该表面加压时，表面压力可被更加均匀地施加到凸面。因此，可更为有效地防止弹性阀体的劣化。
优选为，密闭型电池还包含这样的中空铆钉：其插到贯通孔中并具有在其中形成以允许内部空间中的气体流出的排气孔。中空铆钉具有在该表面上延伸且排气孔向其开口的密闭面。凸面在远离排气孔开口缘的位置向密闭面加压。以这种方式配置的密闭型电池防止了凸面与排气孔的开口缘接触，由此防止了弹性阀体上的应力集中。
如上所述，根据本发明，可以提供长时间防止电解质泄漏的密闭型电池。
附图说明
图1为一透视图，其示出了本发明第一实施例中的电池单元；
图2为沿着图1中的线II-II所取的电池单元截面图；
图3为一透视图，其示出了图2中的中空铆钉和密闭橡胶；
图4为图2中点划线IV所包围的位置的放大截面图；
图5为一图表，其示出了在一实例中电解质随时间的泄漏量；
图6为一截面图，其示出了在该实例中用于比较的电池单元中所用的密闭橡胶的形状；
图7为本发明第二实施例中的电池单元的截面图；
图8为一截面图，其示出了图7中的电池单元的第一变体；
图9为一截面图，其示出了图7中的电池单元的第二变体；
图10为密闭橡胶的底视图，其示出了图7中的电池单元的第三变体；
图11为密闭橡胶的底视图，其示出了图7中的电池单元的第四变体。
具体实施方式
下面将参照附图介绍本发明的实施例。注意，在下面参考的附图中，相同或对应的元件将用同样的号码表示。
(第一实施例)
图1为一透视图，其示出了本发明第一实施例中的电池单元。多个该图中所示的电池单元串联组合并安装在混合动力车上。电池单元与混合动力车中的例如汽油发动机或柴油发动机等内燃机一起作为动力源。
参照图1，电池单元10为镍金属氢化物电池，并被构成为被电池外壳容器12覆盖。电池外壳容器12具有密闭的、近似为长方体形状的容器结构，并由化学和物理上稳定的金属制成。在由电池外壳容器12形成的内部空间15中，容纳了包含氧化镍或氢氧化镍的正电极和包含吸收氢的合金的负电极。在浸泡在电解质中的状态下，正电极与负电极在其间插入隔离物的情况下多层层叠而成。电解质由氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂或其类似物的碱性水溶液制成。
正电极从电池外壳容器12的侧面12b凸出并被连接到不与电池外壳容器12接触地设置的正端子14。负电极在内部空间15中被连接到电池外壳容器12，负端子由电池外壳容器12构成。正端子与负端子不限于这样的方式。例如，正端子可由电池外壳容器12形成，或者，正端子与负端子均可与电池外壳容器12分离地提供。
电池外壳容器12具有表面12a，其在与侧面12b不同的位置上形成电池外壳容器12的面。盖罩21通过点焊附着在表面12a上。在盖罩21内设置排气机构，以便将内部空间15中产生的氢气或氧气排到外部。注意，尽管未示出，在盖罩21上形成气体排放孔。
图2中示出了沿着图1中的线II-II所取的电池单元截面图。参照图2，排气机构由中空铆钉31和被布置在盖罩21内部的密闭橡胶25构成。
通过表面12a敞开并与内部空间15连通的贯通孔13在电池外壳容器12中形成。在插入绝缘垫圈16的情况下，中空铆钉31被安装在贯通孔13中。采用这样的配置，中空铆钉31从电池外壳容器12绝缘，且因此在这样的状态中被提供：其浮于电池的负电位与正电位。
图3中示出了显示图2中的中空铆钉与密闭橡胶的透视图。在该附图中，为了帮助理解该形状，一部分密闭橡胶以截面示出。参照图2和图3，中空铆钉31具有被布置在表面12a上和盖罩21内侧的环形部分32以及被定位在贯通孔13上并被连接到环形部分32的中空部分33。
平行于表面12a延伸的密闭面32a在环形部分32中形成。在规定在贯通孔13经过的方向上延伸的中心轴为轴101的场合下，密闭面32a被形成为在围绕轴101的圆周方向上环状延伸。这里，密闭面32a不限于在圆形的周边方向上延伸的形状，并可具有在椭圆或卵圆的周边方向上延伸的形状，或沿着例如四边形等多边形的边延伸的形状。沿着轴101延伸且向密闭面32a的内缘36敞开的排气孔35在中空部分33中形成。排气孔35与内部空间15连通。
密闭橡胶25在压缩变形状态下被配置在中空铆钉31与盖罩21之间。密闭橡胶25以20％到30％的比率(压缩量)被压缩变形。密闭橡胶25由例如丁基橡胶、NBR(腈橡胶)、H-NBR(氢化腈橡胶)等弹性体构成。
密闭橡胶25由基础部分27和对接部分26构成，基础部分27以近似圆柱形形成，对接部分26位于基础部分27与环形部分32之间，用于对密闭面32a加压。基础部分27在面对密闭面32a的一侧具有平行于密闭面32a延伸的底面27c。对接部分26被形成为在面对密闭面32a的位置上从底面27c突出。对接部分26以这样的形状形成：从底面27c向着密闭面32a突出的凸部在面对密闭面32a的位置上环状延伸。对接部分26被形成为在远离密闭面32a的内缘36的位置与密闭面32a接触。对接部分26被形成为仅在与密闭面32a接触的位置具有相对于密闭面32a的凸出形状。
对接部分26具有面对密闭面32a的表面26a。如果沿着在轴101的轴向方向延伸的平面切断对接部分26，表面26a表现出相对于密闭面32a凸出的曲线。对接部分26被形成为使得：从对接部分26突出最多的位置到该位置的相对的两侧，从底面27c到表面26a的距离逐渐减小。
图4中示出了图2中的点划线IV所围绕的位置的放大截面图。参照图4，对接部分26对密闭面32a加压，使得在表面26a上形成接触面29。接触面29沿着密闭面32a的圆周方向在密闭面32a的内缘36与外缘之间带状延伸。采用这样的构造，在本实施例中，可防止对接部分26与内缘36接触以及在接触位置发生应力集中。
另外，在制造排气机构的工艺中，当密闭橡胶25在盖罩21被放在表面12a上的情况下被压缩变形时，对接部分26首先在其从底面27c突出最多的位置上与密闭面32a接触。于是，对接部分26围绕接触位置在其相对的两侧上变形，同时，与密闭面32a的接触面渐渐增加，由此形成接触面29。因此，在本实施例中，即使在密闭面32a上存在某种程度的不规则性，对接部分26在接触面29上变形，使得在密闭面32a延伸的方向上不发生歪曲。因此，密闭橡胶25可在表面压力更为均匀地作用在接触面29上的状态下被设置。
出于上面介绍的原因，根据本实施例，密闭橡胶25的劣化可得到防止，密闭橡胶25中的压缩等早期破裂可得到避免。相应地，能长时间保证密闭面32a与对接部分26之间的密闭，并能避免电解质从内部空间15泄漏。
另外，过饱和电解质在内部空间15中黏附在中空铆钉31的整个表面。如果电池电位、特别是负电位在这种状态下被施加到中空铆钉31，沿着中空铆钉31的表面向着密闭面32a与对接部分26之间的接触位置经过的电解质的驱动力变得较大。然而，在本实施例中，中空铆钉被设置为浮于电池电位，使得电解质的驱动力能被减小。因此，从密闭面32a与对接部分26之间的接触位置泄漏的电解质的量能被保持为较小。
现在，将对为证实本实施例中的电池单元效果而进行的实例做出介绍。在图5中，示出了表示在该实例中电解质随时间的泄漏量的图表。在图6中，示出了表示在该实例中用于比较的电池单元所用的密闭橡胶形状的截面图。
参照图5与图6，在该实例中，电池单元10被放置在60℃的温度以及90％的湿度的条件下，并对电解质随时间的泄漏量进行测量。结果用图5中的直线200表示。这里，通过对黏附在电池外壳容器12上的碱性成分的定量分析，确定电解质的泄漏量。
另外，为了比较，制备用图6中的密闭橡胶41代替密闭橡胶25的电池单元，并在正电位被施加到中空铆钉31以及在负电位被施加时测量电解质泄漏量。结果分别用图5中的直线201与202表示。密闭橡胶41被形成为在轴101上突出最多，内缘36和密闭橡胶41的表面41a在密闭橡胶41被压缩变形的状态下被引入彼此接触。
如同可从直线200、201、202之间的比较明了的那样，根据本实施例的电池单元10，证实电解质泄漏量能被保持为较小。
作为本发明第一实施例中的密闭型电池的电池单元10包括：电池外壳容器12，其作为形成内部空间15且具有在其中形成以便与内部空间15连通的贯通孔13的容器体，电解质被配置在内部空间15中；中空铆钉31；作为弹性阀体的密闭橡胶25。中空铆钉31具有：在电池外壳容器12外部环状延伸的密闭面32a；中空部分33，其具有在其中形成以便与密闭面32a的内缘36连续的排气孔35，且被定位在贯通孔13上，以便使得内部空间15中的气体能够流出排气孔35。密闭橡胶25具有对接部分26并被设置为闭塞排气孔35，对接部分26环状延伸以面对密闭面32a并向密闭面32a加压。对接部分26被形成为向着密闭面32a凸出，以便在远离密闭面32a的内缘36的位置上与密闭面32a接触。
根据以这种方式配置的、本发明第一实施例中的电池单元10，可防止电解质从内部空间15泄漏，并能防止电池外壳容器12表面上的盐析。因此，可长时间保证电池单元10的可靠性。在本实施例中，由于前提是电池单元10被安装在混合动力车上并长时间使用，可特别有效地实现这种效果。
在本实施例中，已经介绍了电池单元10为镍金属氢化物电池的情况。然而，本发明不限于此，可被应用到例如镍镉电池。另外，本发明不限于碱性电池，也可被应用到使用非水性电解质的锂离子电池。
(第二实施例)
图7为本发明第二实施例中的电池单元的截面图。图7为与第一实施例中的图2对应的图。本实施例中的电池单元基本上具有与第一实施例中的电池单元10相比类似的结构。下面将不对重叠的结构重复进行介绍。
参照图7，在本实施例中，不提供第一实施例中的中空铆钉31和绝缘垫圈16。
排气机构由被配置在盖罩21内部的密闭橡胶25构成。密闭橡胶25由基础部分27和位于基础部分27与表面12a之间以便对表面12a加压的对接部分26构成。
基础部分27具有底面27c，其在有间隙的情况下与贯通孔13相对并平行于表面12a延伸。对接部分26具有表面26a，该表面作为从底面27c的周缘向着表面12a突出的凸面。对接部分26以这样的形状形成：从底面27c向表面12a突出的凸部在面对表面12a的位置上环状延伸。在本实施例中，由于底面27c在有间隙的情况下与贯通孔13相对，密闭橡胶25的形状被设置为在其与贯通孔13相对的位置上从表面12a缩进。另外，由于表面26a从底面27c的周缘向着表面12a突出，表面26a在远离贯通孔13的开口缘51的位置上与表面12a接触。开口缘51位于贯通孔13与表面12a连续的位置。
如果沿着在轴101的轴向方向延伸的平面切断对接部分26，表面26a表现为相对于表面12a凸出的曲线。对接部分26被形成为使得从底面27c到表面26a的距离从表面26a突出最多的位置向着该位置的、相对的两侧逐渐减小。
作为本发明第二实施例中的密闭型电池的电池单元包括作为容器体的电池外壳容器12、作为弹性阀体的密闭橡胶25、作为盖罩体的盖罩21。电池外壳容器12形成内部空间15并具有在其中形成以便与内部空间15连通的贯通孔13，电解质被配置在内部空间15中。电池外壳容器12使得内部空间15中的气体能够通过贯通孔13流出。密闭橡胶25被设置为闭塞贯通孔13。盖罩21被固定到电池外壳容器12并使密闭橡胶25向着电池外壳容器12压缩变形。电池外壳容器12具有表面12a，贯通孔13通过其敞开。密闭橡胶25具有底面27c以及表面26a，底面27c在有间隙的情况下与贯通孔13相对，表面26a作为从底面27c的周缘向着表面12a突出的凸面。表面26a在远离贯通孔13的开口缘51的位置上对表面12a加压。
根据本发明第二实施例中以这种方式配置的电池单元，将获得与第一实施例中介绍的效果类似的效果。另外，与第一实施例中的电池单元10相比，省去了中空铆钉31和绝缘垫圈16，故电池单元的制造成本能够得到降低。
图8为一截面图，其示出了图7中的电池单元的第一变体。参照图8，在该变体中，底面27c由圆形面形成。图9为一截面图，其示出了图7中的电池单元的第二变体。参照图9，在该变体中，如果沿着在轴101的轴向方向上延伸的平面切断对接部分26，表面26a具有相对于表面12a凸出的弯曲轮廓。使用这些构造，获得表面26a在远离贯通孔13的开口缘51的位置与表面12a接触的方式，由此防止了密闭橡胶25的劣化。
图10为密闭橡胶的底视图，其示出了图7中的电池单元的第三变体。图11为密闭橡胶的底视图，其示出了图7中的电池单元的第四变体。在这些附图中，密闭橡胶被示为从图7中箭头X所指的方向观看。参照图10与图11，对底面27c与面26a的形状按照贯通孔13的形状进行合适的修改。如图10所示，可将底面27c的形状设置为类似于椭圆，面26c可延伸为环绕其周缘。如图11所示，可将底面27c的形状设置为类似于近似矩形，面26c可延伸为环绕其周缘。
这里公开的实施例在各方面应被看作是说明性而不是限制性的。本发明的范围由权利要求书的条款而不是由上面的说明书限制，并包含属于权利要求书范围内的修改以及权利要求书的所有等同内容。
工业应用性
本发明主要应用于其中配置有碱性电解质的密闭型电池，例如镍金属氢化物电池或镍镉电池。
Claims (6)
1.一种密闭型电池，其包含：
容器体(12)，其形成内部空间(15)并具有在其中形成以便与所述内部空间(15)连通的贯通孔(13)，电解质被配置在所述内部空间中；
中空铆钉(31)，其具有：在所述容器体(12)外部环状延伸的密闭面(32a)；中空部分(33)，其具有在其中形成以便与所述密闭面(32a)的内缘(36)连续的排气孔(35)并被定位到所述贯通孔(13)，从而使得所述内部空间(15)中的气体能够流到所述排气孔(35)之外；以及
弹性阀体(25)，其具有面对所述密闭面(32a)环状延伸以便对所述密闭面(32a)加压的对接部分(26)并被设置为闭塞所述排气孔(35)，
所述对接部分(26)被形成为向着所述密闭面(32a)突出以便在远离所述密闭面(32a)的所述内缘(36)的位置上与所述密闭面(32a)接触。
2.根据权利要求1的密闭型电池，其中，如果沿着与所述对接部分(26)环状延伸的方向正交的平面切断，所述对接部分(26)具有在面对所述密闭面(32a)的位置上弯曲的轮廓。
3.根据权利要求1的密闭型电池，其中：
所述电解质为碱性电解质，且
所述中空铆钉(31)被设置为浮于电池电位。
4.一种密闭型电池，其包含：
容器体(12)，其形成电解质被配置于其中的内部空间(15)并具有在其中形成以便与所述内部空间(15)连通的贯通孔(13)，从而使所述内部空间(15)中的气体能够通过所述贯通孔(13)流出；
弹性阀体(25)，其被设置为闭塞所述贯通孔(13)；以及
盖罩体(21)，其被固定到所述容器体(12)，以便使所述弹性阀体(25)向着所述容器体(12)压缩变形，
所述容器体(12)具有表面(12a)，所述贯通孔(13)通过所述表面(12a)敞开，
所述弹性阀体(25)具有在有间隙的情况下与所述贯通孔(13)相对的底面(27c)以及从所述底面(27c)的周缘向着所述表面(12a)突出的凸面(26a)，且
所述凸面(26a)在远离所述贯通孔(13)的开口缘(51)的位置上对所述表面(12a)加压。
5.根据权利要求4的密闭型电池，其中，所述凸面(26a)具有在面对所述表面(12a)的位置上弯曲的轮廓。
6.根据权利要求4的密闭型电池，其还包含中空铆钉(31)，所述中空铆钉被插入所述贯通孔(13)并具有在其中形成以便使得所述内部空间(15)中的气体能够流出的排气孔(35)，其中：
所述中空铆钉(31)具有在所述表面(12a)上延伸并使所述排气孔(35)向其敞开的密闭面(32a)，且
所述凸面(26a)在远离所述排气孔(35)的开口缘(36)的位置上向所述密闭面(32a)加压。
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