CN1136619C - 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树脂制电槽(3)内装入发电要素(1)、用树脂制盖体(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，用一体式电槽(51)构成各单电池的电槽(3)，同时用一体式盖体(52)构成各单电池(2a～2j)的盖体(4)，并将固定有电气连接体(9)的树脂制支承体(19)与设在分隔各单电池(2a～2j)的分隔壁部(53、54)的支承体安装贯通部(11a、11b)接合，以使前述电气连接体(9)贯通前述分隔壁部(53、54)。
Description
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，在有底矩形筒状树脂制电槽36内装有发电要素，用树脂制盖体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。
前述正极端子38及负极端子39必须在确保密封性的前提下安装在盖体37上，其安装结构有一种如图17所示。这些端子38、39称为极柱41，该极柱41具有贯通盖体37的上壁上所设的孔42的柱体部43、隔着O形环与盖体37的上壁的下侧面压接的凸缘部45、在柱体部43的上方与螺帽46螺纹结合并通过拧紧该螺帽46而将电气连接杆40固定用的螺纹部47。而且上述极柱41通过环状挤压弹簧48被安装在盖体37上。
然而，在采用传统示例那种使正极、负极端子38、39、即极柱41向盖体的上方伸出后用电气连接杆40将它们电气连接的结构时，由于极柱41从盖体37向上方伸出，就会增大蓄电池的高度，与小型化的要求背道而驰。另外，极柱41与盖体37之间的密封必须个别进行，而且如果密封不充分，则内部的液体或气体就会直接向外部泄漏。还有，存在着由极柱41、电气连接杆40、极柱41组成的电流路径过长的问题。
另外，如图17所示，由于电气连接结构、极柱安装结构复杂，故零件数量多，导致成本很高。
所谓电气连接结构、极柱安装结构复杂，是指其密封结构复杂，难以保证密封强度。不言而喻，为了实现高度的密封性，需要密封的部位的结构越简单越好。
本发明的目的就在于提供一种能解决上述各种问题、同时电气连接体周围的密封结构优良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树脂电槽内装入发电要素、用树脂制盖体封住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：将各单电池的电槽结合成一体，同时用一体式盖体构成各单电池的盖体。并将固定有电气连接体的树脂制支承体与设在分隔各单电池的分隔壁部的支承体安装贯通部接合，以使前述电气连接体贯通前述分隔壁部。
采用上述结构时，由于形成电气连接体贯通分隔各单电池的分隔壁部的内部连接结构，故与传统示例相比，可降低电池的高度，实现蓄电池的小型化。而且由于成为内部连接结构，故与传统示例不同，无需与盖体之间的密封结构。而且即使电气连接体周围的密封不充分，也不会有液体或气体直接流出到外部，故安全性佳。
另外，采用上述结构时，由于固定有电气连接体的树脂制支承体与设在前述分隔壁部的支承体安装贯通部接合，以使前述电气连接体贯通前述分隔壁部，故电气连接体与支承体之间的密封可以在外部独立地进行。其结果，能可靠地对电气连接体周围进行密封。另外由于支承体和分隔壁都用树脂构成，故二者之间的密封容易保证，可以提供电气连接体周围的密封结构优良的集合式封闭蓄电池。而且上述电气连接体可用最短距离的电路路径将各单电池之间进行连接，故可以减少各单电池之间的电阻。另外，传统示例中必需的极柱、螺帽、电气连接杆、环状挤压弹簧等密封结构的大部分都可省略，故可降低成本。可用比传统示例简便的结构实现更高的密封性。
在上述发明中，可以个别制作各单电池的电槽，并用端面板和捆束带将它们捆束，将这些电槽结合成一体。另外，通过将这些电槽接合，也能做成一体式电槽。或者，也可以采用由一体成形品构成的一体式电槽。另外，可以是先个别地制作各单电池的盖体，再通过将这些盖体接合构成一体式盖体，但从制作的容易性(一体式盖体面积虽大，但厚度很薄，故适于用树脂一体成形)、强度、刚性方面来看，最好是用一体成形品构成。
在上述发明中，如果在一体式电槽的分隔壁部上侧边形成凹陷部作为支承体安装贯通部，并将支承体做成与前述凹陷部嵌合的形状，在将支承体与支承体安装贯通部嵌合的状态下将二者接合，则可将固定有电气连接体的支承体从上方与设在分隔壁上侧边的凹陷部(支承体安装贯通部)嵌合，可用熔敷、粘接等方法方便地将二者接合。另外，当个别地制作各单电池的电槽，再将它们捆束成一体，或是将这些电槽接合成一体式电槽时，可以在各单电池的电槽接合壁的上侧边分别形成凹陷部来作为分隔壁部的支承体安装贯通部，且将支承体做成横跨相邻的两个凹陷部而与其嵌合的形状，在支承体与支承体安装贯通部嵌合的状态下将两者接合。
在上述发明中，如果支承体的上侧边与电槽的分隔壁部上侧边形成一个平面，就能顺利地将电槽与一体式盖体固定。
在上述发明中，如果电槽、一体式盖体及支承体采用同一种树脂构成，则3者之间容易接合，尤其是用熔敷方法能容易可靠地接合。
在上述发明中，电气连接体由金属杆构成，支承体具有供金属杆压入用的贯通孔，必要时，一边在金属杆上施加超声波振动、加热，或两种方法都用，一边将金属杆压入支承体，以将金属杆固定在支承体上，这样就能可靠地实现对电气连接体(金属杆)周围的支承体的密封。尤其是在将金属杆压入支承体的贯通孔时，如果在金属杆上施加超声波振动、加热或两种方法都用，支承体的贯通孔周围的树脂就会略微熔化后固化，起到密封作用，而且由于金属杆在压入后其周围被夹紧，以这样的状态固定在支承体上，故可实现金属杆与贯通孔之间可靠的密封结构。
在上述发明中，沿金属杆的圆周设有槽，在将金属杆压入支承体的贯通孔时，通过超声波振动、加热或两种方法同时使用而使支承体的一部分树脂熔化后流出到前述槽内，然后固化，这样就可通过在金属杆的槽内熔化并固化的树脂限制金属杆在轴向的移动，能将金属杆可靠地固定在支承体上。
在上述发明中，如果在支承体的贯通孔内面沿圆周设置保持槽，在该保持槽内将与金属杆的外周压接的O型环保持住，并在保持槽内涂软粘性密封剂，则可进一步提高电气连接体(金属杆)与支承体之间的密封性。尤其是由于电池使用时会发热，故热膨胀率大于金属的树脂制支承体的贯通孔会扩大，可能会与金属杆之间产生间隙，但由于O型环等的作用，可以确保密封性。
在上述发明中，电气连接体除了用镍的单一构件外，还可用Fe-Ni、Cu-Ni、Cu-SUS(SUS：不锈钢)、Cu-Ag等复合材料或镍以外的单一金属构件构成。
在上述发明中，也可以在一体式盖体的分隔壁部下侧边形成凹陷部作为支承体安装贯通部，并将支承体做成与前述凹陷部嵌合的形状，在支承体与支承体安装贯通部嵌合的状态下将两者接合。
在上述发明中，如果电气连接体用金属杆构成，且金属杆通过插入成形方法与支承体结合，则可提供适于大量生产的带支承体的电气连接体。
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是一体式盖体的俯视图。
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是表示电气连接体与其支承体变形例的剖视图。
图16是传统示例的主视图。
图17是表示传统示例极柱的密封结构的剖视图。
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，并将它们电气串联。
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，并将各单电池2a～2j电气性串联连接。
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设有限制捆束带14上下方向移动的上下1对凸状捆束肋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的左右方向的一侧，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。该空间将被导风体15引导到上方的气流引导到盖体4一方(上方)，同时也向左右方向引导，使其流出到电槽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。将该分隔壁部54沿水平方向贯通的镍制金属杆(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以对其进行保持。而凸缘部61就与设在前述连接壁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，该O型环21在压入时被前述头部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以前述嵌合用台阶部69嵌套在各电槽3上端部的嵌合用台阶部70上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。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一体式电槽，或者不用一体式电槽，而且对各单电池不用粘接、熔敷方法，而是用端面板及捆束带捆束成一体。还可通过将个别制作的盖体接合来构成一体式盖体。还可以通过插入成形方法将电气连接体固定在支承体内，或是将固定有电气连接体的支承体与一体式盖体的分隔壁部接合。
工业上利用的可能性
本发明可实现电气连接体周围的密封性佳、小型、安全性佳，故可作为集合式封闭蓄电池使用。
Claims (18)
1.一种集合式封闭蓄电池，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，将各单电池(2a～2j)的电槽(3)结合成一体，同时用一体式盖体(52)构成各单电池(2a～2j)的盖体(4)，并将固定有电气连接体(9)的树脂制支承体(19)与设在分隔各单电池(2a～2j)的分隔壁部(53、54)的支承体安装贯通部(11a、11b)接合，以使所述电气连接体(9)贯通所述分隔壁部(53、54)。
2.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，用端面板(13)和捆束带(14)将各单电池(2a～2j)的电槽(3)捆束，并将这些电槽(3)结合成一体。
3.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，个别地制作各单电池(2a～2j)的电槽(3)，并将这些电槽(3)接合后作为一体式电槽(51)。
4.根据权利要求3所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，在各单电池(2a～2j)的电槽(3)的接合壁(54a、54b)的上侧边分别形成凹陷部，把它们作为分隔壁部(54)的支承体安装贯通部(11a、11b)，并将支承体(19)做成横跨相邻的两个凹陷部而与其嵌合的形状，在将支承体(19)与支承体安装贯通部(11a、11b)嵌合的状态下将二者接合。
5.根据权利要求4所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，支承体(19)的上侧边与电槽(3)的分隔壁部(54)上侧边形成一个平面。
6.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，由一体成形品构成一体式电槽(51)。
7.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，由一体成形品构成一体式盖体(52)。
8.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，在结合后的电槽(3)的分隔壁部(54)上侧边形成凹陷部来作为支承体安装贯通部(11a、11b)，并将支承体(19)做成与所述凹陷部嵌合的形状，在将支承体(19)与支承体安装贯通部(11a、11b)嵌合的状态下将两者接合。
9.根据权利要求8所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，支承体(19)的上侧边与电槽(3)的分隔壁部(54)上侧边形成一个平面。
10.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，电槽(3)、一体式盖体(52)及支承体(19)采用同一种树脂构成。
11.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，电气连接体(9)由金属杆构成，支承体(19)具有供金属杆压入用的贯通孔(66)，通过将金属杆压入支承体(19)，将金属杆固定在支承体(19)上。
12.根据权利要求11所述的集合式蓄电池，其特征在于，压入时，在金属杆上施加超声波振动或加热，或两种方法都用。
13.根据权利要求12所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，沿金属杆的圆周设有槽(64)，在将金属杆压入支承体(19)的贯通孔(66)时，通过超声波振动、加热或两种方法同时使用而使支承体(19)的一部分树脂熔化到所述槽(64)内，然后固化。
14.根据权利要求11所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，在支承体(19)的贯通孔(66)内面沿圆周设置保持槽(65)，并在该保持槽(65)内将与金属杆的外周压接的O型环保持住。
15.根据权利要求14所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，在保持槽(65)内涂有软粘性密封剂(63)。
16.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，电气连接体(9)至少在其表面用镍构成。
17.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，在一体式盖体(52)的分隔壁部(53)下侧边形成凹陷部作为支承体安装贯通部，并将支承体(19)做成与所述凹陷部嵌合的形状，在将支承体(19)与支承体安装贯通部嵌合的状态下将两者接合。
18.根据权利要求1所述的集合式封闭蓄电池，其特征在于，电气连接体(9)用金属杆构成，且金属杆通过插入成形方法与支承体(19)结合。
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