CN1125494C - 集合式封闭蓄电池 - Google Patents

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Abstract

一种集合式封闭蓄电池，将在有底矩形筒状的电槽(3)内装入发电要素(1)、用盖体(4)封住电槽(3)的开口部而形成的单电池(2a～2j)多个串联，并用电气连接体(9)将它们电气连接，其特征在于，一体式电槽(51)由各单电池(2a～2j)的电槽(3)构成，同时设有将分隔各单电池(2a～2j)的分隔壁部(53、54)贯通的电气连接体(9)，且在分隔壁部(53、54)形成与外部相通的制冷剂通路(55、56)。

Description

集合式封闭蓄电池
技术领域
本发明涉及在作为电动汽车的驱动电源的镍·氢蓄电池等中使用的集合式封闭蓄电池。
背景技术
日本发明专利公开1995-85847号公报公开了一种集合式封闭蓄电池。其结构如图16所示。即，在有底矩形筒状电槽36内装有发电要素，用盖体37将前述电槽36的开口部封闭后形成单电池32，将多个这样的单电池32串联，并用端面板35及捆束带34将这些单电池32的电槽36捆紧，并且使各单电池32的柱状正极端子38及负极端子39穿过盖体37而向其上方伸出，再用电气连接杆40将这些端子38、39作电气连接。
然而采用上述传统示例那种用端面板35及捆束带34将各电槽36捆紧的结构，一旦充电时各单电池32发生膨胀，就会形成图17所示的状态，在用P表示的部位会形成应力集中。
该应力集中会产生蠕变变形，结果会导致电槽36对振动或冲击的耐久能力显著降低。
另外，在采用传统示例那种使正极、负极端子38、39向盖体37的上方伸出后用电气连接杆40进行电气连接的结构时，由于正极、负极端子38、39向盖体37的上方伸出，就会增加蓄电池的高度，与小型化的要求背道而驰。另外，正极、负极端子38、39与盖体37之间的密封还必须个别进行，而且如果密封不充分，内部的液体或气体就会直接向外部泄漏。
另外，在采用传统示例那种将各单电池之间在外部进行电气连接的结构时，正极、负极端子38、39必须具备密封功能、电气连接功能、与电池内部发电要素群之间的连接功能。从而，正极、负极端子38、39的结构复杂、价格昂贵，结果导致集合式封闭蓄电池的总成本很高。
本发明的发明者为了满足小型化的要求、确保密封强度、降低成本，曾设想采用电池内部端子之间电气连接的内部连接结构，以解决传统示例的问题。该内部连接结构如图18所示，采用贯通相邻电槽36的连接壁45、45的电气连接杆41使两个单电池32、32之间电气连接。而且，在电气连接杆41贯通的部位Q，通过树脂熔化技术将电气连接杆41与两个连接壁45、45这3者结合成一个整体。
然而，在采用图18所示的内部连接结构时，一旦各单电池32在充电时等发生膨胀，就会成为图17所示的状态，在图18中用Q表示的部位会形成应力集中。该应力集中会产生蠕变变形，结果会导致电槽36及电气连接杆41对振动或冲击的耐久能力显著降低。
本发明的目的就在于提供一种能解决上述各种问题、同时具有优良的冷却结构的集合式封闭蓄电池。
发明的公开
为了实现上述目的，本发明是一种集合式封闭蓄电池，将在有底矩形筒状的电槽内装入发电要素、用盖体封住前述电槽的开口部而形成的单电池多个串联，并用电气连接体将这些单电池进行电气连接，其特点是，采用以下结构：一体式电槽由各单电池的电槽构成，同时设有将分隔各单电池的分隔壁部贯通的电气连接体，且在分隔壁部形成与外部相通的制冷剂通路。
采用上述结构，由于各单电池的电槽由一体式电槽构成，故即使各单电池在充电时等发生膨胀，此时产生的应力也不会集中于特定部位(图17中的P、图18中的Q)，而是分散在分隔各单电池的全部分隔壁上。因此，可以提供对振动和冲击耐久性佳的集合式封闭蓄电池。
又由于上述结构是采用内部连接结构、即设置贯穿前述分隔壁部的电气连接体的结构，故密封结构简单，而且可以实现蓄电池的小型化。
还由于上述结构在前述分隔壁部形成与外部相通的制冷剂通路，故可通过譬如强制地使冷却用空气流入该制冷剂通路来有效地冷却蓄电池。
在上述发明中，如果能个别地制作各单电池的电槽，且将这些电槽接合后构成一体式电槽，同时在各电槽的连接面上设置形成制冷剂通路用的凹凸部，则具有以下效果。即，不仅各电槽容易制作，而且与后述的由一体成形品构成的一体式电槽相比，可以将制冷剂通路的宽度(单电池连接方向的间隔)做得更窄，故可以缩短集合式封闭蓄电池在单电池连接方向的尺寸，可以实现小型化。即，由一体成形品构成的一体式电槽由于成形技术方面的困难，设于前述分隔壁部的制冷剂通路的宽度最小也只能做到5mm，如果要做得更小，则极难大量生产。但如果采用在各电槽的连接面上设置形成制冷剂通路用的凹凸部、在电槽接合时形成制冷剂通路的结构，则前述宽度可以缩小到2mm左右，故可实现集合式封闭蓄电池的小型化。
在上述发明中，如果在各电槽的连接面上设置凸部，且在接合时使凸部之间抵接，以形成制冷剂通路，则便于实现各电槽的通用化。
在上述发明中，如果各电槽用树脂制成，且这些电槽通过熔敷或粘接方法接合，则无需一体式电槽成形用的大型成形机等，容易制造集合式封闭蓄电池。采用熔敷或粘接方法的接合可以是在电槽的连接面之间除了制冷剂通路形成空间以外的整个面上进行，也可以是在各电槽的两侧部进行，后者尤其适于熔敷方式的接合。
另一方面，在本发明中，为了进行批量生产，还采用由一体成形品构成的一体式电槽，特别是用树脂制造该一体式电槽为最佳。
在上述发明中，如果在一体式电槽边侧的外周设置端面板及捆束带，并用它们将一体式电槽进行捆束，则可克服电槽间的接合力相对拉力而过小的弱点。
在上述发明中，如果各单电池的盖体采用相互一体化的一体式盖体构成，尤其是采用树脂一体成形品的一体式盖体，则可用该一体式盖体一举封闭各电槽的开口部，可提高作业效率。另外，由于可用该一体式盖体从周围捆束一体式电槽的上端部，故尤其是在采用由各电槽接合而成的一体式电槽时可提高耐久性。
在上述发明中，如果一体式盖体具有各制冷剂通路的释放口，则由于制冷剂可利用前述释放口顺利地流动，故可提高冷却效果。
制冷剂通路的形成方向可以是上下方向、左右方向、斜上下方向，或是将各种方向组合而成。尤其是在采用上下方向时，制冷剂可顺利流动。
尤其是设在一体式盖体上的制冷剂通路的各释放口，如果相对单电池连接方向中心线而左右交替设置，各电气连接体相对前述中心线而左右交替地设置在前述各释放口的对称位置上，就可使制冷剂在上下方向顺利流动，提高冷却效果。
为了实现前述目的，本发明再一方案是一种集合式封闭蓄电池，将在有底矩形筒状的电槽内装入发电要素、用盖体封住前述电槽的开口部而形成的单电池多个串联，并用电气连接体将这些单电池进行电气连接，其特点是，采用以下结构：用端面板及捆束带将各单电池捆束成一体，同时盖体采用一体成形的盖体构成，并设置将分隔各单电池的分隔壁部贯通的电气连接体，在分隔壁部形成制冷剂通路，同时在一体式盖体的与前述各制冷剂通路对应的部位设置与这些制冷剂通路相通的释放口。
对附图的简单说明
图1是本发明一实施形态的整体立体图。
图2是上述实施形态的一体式盖体与一体式电槽分离状态的立体图。
图3是一体式电槽的俯视图。
图4是一体式电槽的局部切除主视图。
图5是一体式电槽的俯视图。
图6是表示一体式盖体的、图5的E-E线剖视图。
图7是表示盖体与电槽的关系的横剖视图。
图8是电槽的局部切除主视图。
图9是电槽的仰视图。
图10是各种电槽的俯视图。
图11是表示电槽之间接合状态的局部切除俯视图。
图12是表示电气连接体与其支承体的局部切除俯视图。
图13是电气连接体及支承体的立体图。
图14是电气连接体的主视图。
图15是电气连接体及其支承体变形例的剖视图。
图16是传统示例的主视图。
图17是表示传统示例的问题的示意图。
图18是表示内部连接结构的问题的示意图。
实施发明的最佳形态
以下结合附图说明本发明一实施形态。
本实施形态涉及作为电动汽车的驱动电源而开发的集合式镍·氢蓄电池。该蓄电池如图1～图6所示，是将在有底矩形筒状的树脂制电槽3内装入发电要素1、用树脂制的盖体4将电槽3的开口部封闭后形成的10个单电池2a～2j串联排列，并将这些单电池电气地串联连接。采用熔敷方法将前述各单电池2a～2j的电槽3相互接合，构成一体式电槽51。
盖体4是由树脂一体成形品的一体式盖体52构成的，通过设在该一体式盖体52上的分隔壁部53(见图6)，将其内部空间分隔成各单电池2a～2j以使之独立。
电槽3接合时相邻的2块接合壁54a、54b成为分隔各单电池2a～2j的分隔壁部54。设有贯通该电槽3的分隔壁部54的电气连接体9，将各单电池2a～2j电气地串联连接。
在前述盖体4的分隔壁部53及电槽3的分隔壁部54分别形成与外部相通的制冷剂通路55、56。通过强制性地使冷却用空气在前述制冷剂通路55、56中流动而对各单电池2a～2j进行冷却。
各单电池2a～2j的电槽3是以PP/PPE混合物等树脂为原料一体成形的。在该电槽3的长边一侧的侧壁、即接合壁54a、54b的外侧面(连接面)57上，凸出设置多根形成制冷剂通路56用的导风体(凸部)15。在图8、图9所示的例子中，包括两侧端的导风体15在内，在两个连接壁54a、54b的外侧面57分别凸出设置各6条上下方向延伸的带状导风体15。这些导风体15从电槽3的底面起延伸到电槽3高度的约3/4处，在前述外侧面57的上部约1/4处不设前述导风体15。在不设该导风体15的部位，凸出设置有确保空间用的多个短圆柱形点状凸起(凸部)16。前述点状凸起16从前述连接面57凸出的量与导风体15的该凸出量相等。
在图8、图9中，17是定位凹部，18是与定位凹部嵌合的定位凸部，它们设在规定的导风体15上。
另外，在电槽3短边一侧的侧壁、即左右侧壁58a、58b的外侧面分别沿水平方向凸出设有限制捆束带14上下方向移动的上下1对捆束肋19。
在电槽3的两个接合壁54a、54b的上侧边还形成V字形的凹陷部11a、11b。其中一个凹陷部11a位于前述上侧边中心左右方向的一侧，另一个凹陷部1b位于前述上侧边中心左右方向的另一侧。
上述的例子是在电槽3的两个接合壁54a、54b上分别设置凹陷部11a、11b，但在位于两端部的单电池2a、2j的电槽3外侧的侧壁54c上不设凹陷部11a、11b，设了反而有害。因此如图10所示，考虑到凹陷部11a、11b的必要性及左右对称性，制作了4种电槽3。在图10中，用A表示的是外侧的侧壁54c上不设凹陷部(图10中用影线表示)S的电槽3，作为单电池2a用的电槽。用B表示的是单电池2b、2d、2f、2h用的电槽3，是结合图8和图9说明的那种。用C表示的是在与B的凹陷部对称的位置上设有凹陷部S的、单电池2c、2e、2g、2i用的电槽3。用D表示的是在与A的凹陷部及外侧的侧壁54c对称的位置上设有凹陷部S的单电池2j用的电槽3。
将10个电槽3用熔敷方法相互接合后形成一体式电槽51。即，如图11、图4所示，使相邻的电槽3的接合壁54a、54b的导风体15及点状凸起16相互对接，且将定位凸部18与定位凹部17嵌合定位，在这一状态下，沿两个接合壁54a、54b的边界线(具体说是在两侧端部形成的导风体15的连接线)N，从外侧对其线上附近部分加热后使树脂熔融，然后使树脂固化，这样将各电槽3接合。这时，处于接合关系的2个接合壁54a、54b的凹陷部11a、11b处于重叠的位置。
通过设在有接合关系的2个接合壁54a、54b、即分隔壁部54的导风体15、15，形成将空气(制冷剂)流引导到上方的制冷剂通路56。另外，在分隔壁部54的上部约1/4处，点状凸起16、16在相互对接的状态下抵接，在电槽3之间形成可将空气向上下左右方向引导的空间。从而，将被导风体15引导到上方的气流引向盖体4一方(上方)，同时也向左右方向引导，流出到电槽3的侧面。
在本实施形态中，是在各电槽3的连接面57上设置导风体15等凸部，接合时凸部之间抵接而形成制冷剂通路56。其理由是，可以使前述导风体15和点状凸起16从连接面57凸起的量极小(譬如1mm左右)，其结果，可以缩小制冷剂通路56在单电池连接方向的宽度(譬如2mm左右)，有利于实现集合式封闭蓄电池的小型化。
各电槽3的接合除了熔敷以外还可利用粘接剂。另外也可以在两个连接面57的整个抵接部分都进行粘接或熔敷。
在各电槽3内，如图4所示，装有发电要素1。在将多个正极板和负极板隔着分隔体叠层、同时充填电解液而形成的发电要素1上，形成将来自各正极板的引线部包缠的正极端子5和将来自各负极板的引线部包缠的负极端子6。正极端子5位于左右方向的一侧，负极端子6位于左右方向的另一侧。
在位于一端的单电池2a的正极端子5上连接正极极柱7，在位于另一端的单电池2j的负极端子6上连接负极极柱8。该正极极柱7及负极极柱8成为整个集合式封闭蓄电池的正极、负极端子。
处于前述接合关系的1对接合壁54a、54b构成将一体式电槽51中的各单电池进行分隔的分隔壁部54。沿水平方向贯通该分隔壁部54的镍制金属杆(电气连接体)9固定在以PP/PPE混合物等树脂为原料一体成形的支承体19上。该支承体19具有保持筒部60和上侧边为水平状的三角形凸缘部61。如图12、图13所示，使前述金属杆9以压入状态贯通保持筒部60，对其进行保持。而凸缘部61与设在前述连接壁54a、54b上侧边上的凹陷部(支承体安装贯通部)11a、11b嵌合。前述保持筒部60的贯通孔66的内径略小于金属杆9的外径。保持筒部60一端的开口部80的内径大于其他部分。前述凸缘部61具有2块叶片61a、61b，在前述凸缘部61的左右2块叶片61a、61b之间形成空气流通空间68。该空气流通空间68有利于冷却用空气顺利地流动。2块叶片61a、61b与前述接合壁54a、54b各自的凹陷部11a、11b一一对应地抵接。
前述金属杆9为圆柱形，具有压入前述保持筒部60的头部62。该金属杆9压入前述支承体19的贯通孔66。在进行该压入时，对金属杆9施加超声波振动，利用其振动磨擦发热使支承体19的树脂在金属杆9的周围熔融。这样可以使压入作业顺利进行，同时通过使熔融树脂固化，可提高密封性。在前述开口部(保持槽)80内设有O形环21，压入时被前述头部62压缩。该被压缩的O形环21与金属杆9的外周压接，有助于提高密封性。另外，在前述开口部80的内周面以及金属杆9与O形环21的接触面上涂有软粘性密封剂63，可进一步提高密封性。
本实施形态是一边在金属杆9上施加超声波振动一边实行压入作业，当然也可以一边对金属杆9加热一边实行压入作业，或是一边对金属杆9施加超声波和加热两种方式一边实行压入作业。还可以不采取任何其他措施而只是单纯地将金属杆9压入支承体19。
另外，如图15所示，可采用如下结构，即，在金属杆9的外周设置多条槽64，同时形成保持O形环21的保持槽65，一边对金属杆9施加超声波振动或加热或两种方法都用，一边将其压入支承体19的贯通孔66中。另外，在前述保持槽65及槽64中涂有软粘性密封剂63。采用这种结构时，支承体19的树脂的一部分67在前述槽64内熔化后固化，故可限制金属杆9在轴向的移动，能将金属杆9可靠地固定在支承体19上。
这样一来，固定有金属杆(电气连接体)9的支承体19就如图3、图4、图7所示，前述1对叶片61a、61b分别与设于前述分隔壁部54、即1对接合壁54a、54b上的1对凹陷部11a、11b抵接嵌合，再通过热压板熔敷而与前述接合壁54a、54b接合。如果支承体19和电槽3用同一种树脂、譬如用PP/PPE混合物成形，就能顺利可靠地进行上述熔敷作业。另外，如图7所示，支承体19的上侧边与分隔壁54的上侧边形成一个平面。
一体式盖体52如图2、图5、图6所示，是以PP/PPE混合物等树脂为原料一体成形的，在其内部空间设有使各单电池2a～2j分隔独立的分隔壁部53。该分隔壁部53如图6所示，由2块分隔壁53a、53b组成，在其中间形成将冷却用空气向外部释放用的释放口26。该释放口26如图5所示，相对单电池连接方向中心线而左右交替设置。另外2块分隔壁53a、53b的下侧边与电槽一方的分隔壁部54的2块接合壁54a、54b的上侧边及支承体19的2块叶片61a、61b的上侧边一对一地抵接。
在前述一体式盖体52上，设有将前述正极极柱7和负极极柱8插入固定的极柱固定孔24、安装安全阀28(见图1)用的安全阀安装孔23、以及为安装温度测量用热敏电阻的热敏电阻安装部25。
在一体式盖体52的下端部外周，如图7所示，形成膨出状的嵌合用台阶部69，一体式盖体52以嵌套在各电槽3上端部的嵌合用台阶部70的状态安装在一体式电槽51上。而且，一体式盖体52和一体式电槽51通过熔敷、粘接等方法接合。
通过将一体式盖体52与一体式电槽51接合成一个整体，使两者的分隔壁部53、54抵接，且各单电池2a～2j分别具有独立的空间。另外，在前述两个分隔壁部53、54上，形成互为相通且与外部相通的制冷剂通路55、56。具体说，就是一旦譬如强制性使冷却用空气从一体式电槽51的底面向上方流动，该气流就被导风体15引导而向上方流动，一部分在电槽3的上部设有点状凸起16的部位向侧面流出，其余部分则从设在一体式盖体52上的释放口26向上方流出。通过这样的气流就可将构成一体式电槽51的各电槽3有效地冷却。还有，为了使该气流顺利地流动，如图2所示，设在一体式盖体52上的释放口26相对单电池连接方向中心线而左右交替设置，固定电气连接体(金属杆)9的支承体19相对前述中心线而左右交替地设置在前述释放口26的对称位置。
前述一体式电槽51是通过熔敷等方法将个别制作的电槽3接合而成的，故在拉力强度上存在若干问题。为了解决这一问题，在一体式电槽51的两个外端设置端面板13，同时用铆钉22将左右1对捆束带14的端部与这些端板13结合，将一体式电槽51捆束在紧固状态。
本发明除了上述实施形态外还可采用各种形态的结构。譬如也可用树脂一体成形品构成的一体式电槽，还可通过将个别制作的盖体接合以构成一体式盖体。关于盖体，也不一定要用一体式盖体，也可以在各单电池上设置各自独立的盖体。还可以通过插入成形方法将电气连接体固定在支承体内，或是将电气连接体直接固定在一体式电槽或一体式盖体的分隔壁部。另外，可以不用粘接、熔敷方法，而是用端面板及捆束带将各单电池捆束成一个整体，同时盖体采用一体成形品构成的一体式盖体，并如前所述，设置将分隔各单电池的分隔壁部贯通的电气连接体，且在分隔壁部形成制冷剂通路，同时在一体式盖体的与前述各制冷剂通路对应的部位设置与这些制冷剂通路相通的释放口，也可构成集合式封闭蓄电池。
工业上利用的可能性
本发明可实现耐振动和冲击性佳、冷却结构佳、小型、安全性高，故可作为集合式封闭蓄电池使用。

Claims (14)

1.一种集合式封闭蓄电池，将在有底矩形筒状的电槽(3)内装入发电要素(1)、并用盖体(4)封住电槽(3)的开口部而形成的单电(2a～2j)多个串联，并用电气连接体(9)将它们电气连接，其特征在于，一体式电槽(51)由各单电池(2a～2j)的电槽(3)构成，同时设有将分隔各单电池(2a～2j)的分隔壁部(53、54)贯通的电气连接体(9)，且在分隔壁部(53、54)形成与外部相通的制冷剂通路(55、56)。
2.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，各单电池(2a～2j)的电槽(3)个别地制作，且将这些电槽(3)接合后构成一体式电槽(51)，同时在各电槽(3)的连接面(57)上设置形成制冷剂通路(56)用的凹凸部。
3.根据权利要求2所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，在各电槽(3)的连接面(57)上设置凸部(15)，接合时凸部(15)相互抵接，形成制冷剂通路(56)  。
4.根据权利要求2所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，各电槽(3)是树脂制的，这些电槽(3)通过熔敷或粘接方法接合。
5.根据权利要求4所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，各电槽(3)在两侧部接合。
6.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，一体式电槽(51)用一体成形品构成。
7.根据权利要求6所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，一体式电槽(51)是树脂制的。
8.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，在一体式电槽(51)边侧的外周设置端面板(13)及捆束带(14)，用它们捆束一体式电槽(51)。
9.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，各单电池(2a～2j)的盖体(4)采用相互形成一体的一体式盖体(52)构成。
10.根据权利要求9所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，一体式盖体(52)是树脂一体成形品。
11.根据权利要求9所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，一体式盖体(52)具有各制冷剂通路(55)的释放口(26)。
12.根据权利要求11所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，设在一体式盖体(52)上的制冷剂通路(55)的各释放口(26)相对单电池连接方向中心线而左右交替设置，各电气连接体(9)相对所述中心线而左右交替地设置在所述各释放口(26)的对称位置上。
13.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，制冷剂通路(55、56)沿上下方向引导制冷剂。
14.一种集合式封闭蓄电池，将在有底矩形筒状的电槽内(3)装入发电要素(1)、并用盖体(4)封住电槽(3)的开口部而形成的单电池(2a～2j)多个串联，并用电气连接体(9)将它们电气连接，其特征在于，用端面板(13)及捆束带(14)将各单电池(2a～2j)捆束成一体，同时盖体(4)采用一体成形品构成的盖体(52)，并设置将分隔各单电池(2a～2j)的分隔壁部(53、54)贯通的电气连接体(9)，且在分隔壁部(53、54)形成制冷剂通路(55、56)，同时在一体式盖体(52)与所述各制冷剂通路(55)对应的部位设置与这些制冷剂通路(55)相通的释放口(26)。
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