JP2006324070A - 蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇に直接連動して圧逃がし状態にすることのできる構造を提供する。
【解決手段】巻締め部２０は、蓋体１３及び筒体１２の縁同士を巻締めすることで成形するが、この成形に先立って、高温に晒されると消失若しくは収縮する性質を有した熱感応性膜２１を挟み、このままで巻締めを実施する。火焔２３に包まれると、内圧Ｐが上昇して筒体１２及び蓋体１３が膨らみ始める。巻締め部２０は、強度が大きく、変形は僅かである。しかし、熱感応性膜２１は、熱で変質し、気体化するとともに残部が炭化し、ついには蓄電池内部の高圧ガスに押されて飛散する。熱感応性膜２１の跡に隙間２４ができ、ガスが矢印のごとく隙間２４を通って外部へ流出する。この結果、内圧Ｐが下がり、蓄電池の爆発を回避することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電池の圧逃がし技術に関する。

自動車機器の電気・電子化に伴って二次電池、電解コンデンサー、キャパシタなど充電可能な電気品（これらを蓄電池と呼ぶ）の用途が増加しつつある。
このような蓄電池は、蓄電素子及び電解液を密閉ケースに収納するため、火災などで加熱されると、内部圧力が異常に上昇し、爆発する可能性がある。この爆発を避けるために、圧逃がし構造が必要となる。

蓄電池に適用する圧逃がし構造は各種提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−５８３９９公報（図１）

図５は従来の蓄電池の基本構成を説明する図である。
（ｂ）に示すとおりに、蓄電池１００は、底１０１を備えるケース１０２に蓄電素子１０３を収納し、ケース１０２の開口（図では下部開口）を封止部材１０４で塞いでなるコンデンサーである。

（ａ）は（ｂ）のａ−ａ矢視図であり、底１０１に防爆弁と称するＸ字状の切り込み１０５を入れた弁の形態を示す。
切り込み１０５は底１０１の厚さ未満の深さに切り込む。底１０１の厚さから切り込み深さを差し引いた、残りの厚さで底１０１の破断圧力が決まる。

蓄電池１００では、火災などの高温に晒されると内部のガスが膨張し、内圧が上昇する。内圧が底１０１の耐圧を超えると切り込み１０５が破断し、（ｂ）に想像線で示すように底１０１が破断して内部のガスが抜ける。そのために、ケース１０２全体が破裂（爆発）することを回避することができる。

切り込み１０５が深すぎると予定した圧力より低くい圧力で底１０１が破断し、又、切り込み１０５が浅すぎると予定した圧力で底１０１が破断しないことになり、耐圧が極めて不安定になり、圧逃がし機構の信頼性が低下する。

そこで、逃がし圧力がより安定したリリーフ弁を備えた蓄電池が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０００−２１６０６８公報（図３）

図６は蓄電池に付設する従来のリリーフ弁の原理図であり、リリーフ弁１１０では、穴１１１における圧力が低いときには、スプリング１１２の押力で板１１３をＯリング１１４に押しつけることで、弁閉状態を保つ。穴１１１における圧力が一定以上高まるとスプリング１１２が縮んで板１１３が上昇し、弁開状態になり、穴１１１の圧を上方へ逃がす。この結果、蓄電池の破壊や爆発を防止することができる。

しかし、リリーフ弁１１０では、弁ケース１１５が大型になり、蓄電池に内蔵しにくく、蓄電池外へ突出させると、邪魔になる。
また、火災などの熱でスプリング１１２が変形すると、スプリングのばね特性が変化し、弁開圧力が変化するという問題も残る。

すなわち、特許文献１の技術では信頼性が乏しく、特許文献２の技術ではコンパクト化の点で難がある。
そして、特許文献１、２ともに、温度上昇、内圧上昇、弁開の手順を踏むため、時間的な遅れが必然的に発生する。温度上昇に直接連動して圧逃がし状態にすることのできる構造が望まれる。

本発明は、蓄電池の小型化が可能で且つ温度上昇に直接連動して圧逃がし状態にすることのできる構造を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、蓄電素子を収納した筒体の開口に蓋体を被せ、この蓋体及び前記筒体の縁同士を巻締め部で接続した構造の蓄電池において、前記巻締め部に、火災などで高温に晒されると消失する若しくは体積が減少する性質の熱感応性膜を挟んだことを特徴とする。

請求項２に係る発明では、蓄電素子を収納した筒体の開口に蓋体を被せ、この蓋体及び前記筒体の縁同士を巻締め部で接続した構造の蓄電池において、前記筒体は、金属板に膜を被覆した被覆金属板を使用し、前記膜は、火災などで高温に晒されると消失する若しくは体積が減少する性質の熱感応性材料で構成すると共に前記巻締め部に介在させることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、巻締め部に熱感応性膜を挟み、この熱感応性膜が火災などの熱で溶けて消失する又は減少するようにした。火災の際に、熱により巻締め部に隙間を生じさせ、この隙間を通じて筒体の高圧ガスを外へ逃がして爆発を回避することができる。

すなわち、熱感応性膜を巻締め部に挟むため、蓄電池の形状を変えること無く、蓄電池に圧逃がし構造を組み込むことができる。そして、熱感応性膜は熱により直接的に消失又は減少させることができる。
このように請求項１によれば、蓄電池の小型化が可能で且つ温度上昇に直接連動して圧逃がし状態にすることのできる構造を提供することができる。

請求項２に係る発明では、筒体を構成する金属板に膜を被せ、この膜を巻締め部にも介在させ、この膜が火災などの熱で溶けて消失する又は減少するようにした。
火災の際に、熱により巻締め部に隙間を生じさせ、この隙間を通じて筒体の高圧ガスを外へ逃がして爆発を回避することができる。

すなわち、金属板に被せる膜を巻締め部に介在させるため、蓄電池の形状を変えること無く、蓄電池に圧逃がし構造を組み込むことができる。そして、膜は熱により直接的に消失又は減少させることができる。
このように請求項２によれば、蓄電池の小型化が可能で且つ温度上昇に直接連動して圧逃がし状態にすることのできる構造を提供することができる。

加えて、請求項２は、別部品である熱感応性膜が不要であるため、熱感応性膜の挟み漏れが発生する心配が無い。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る蓄電池の断面図であり、蓄電池１０は、蓄電素子１１を収納した筒体１２の開口に蓋体１３、１４を被せ、蓋体１３、１４及び筒体１２の縁同士を巻締め部２０、２０で接続してなる。１５、１５は集電板、１６、１７は電極ロッド、１８、１８は座金、１９Ａ、１９Ｂはナットである。

図２は図１の２部拡大図であり、巻締め部２０は、蓋体１３及び筒体１２の縁同士を巻締めすることで成形するが、この成形に先立って、熱感応性膜２１を挟み、このままで巻締めを実施する。
熱感応性膜２１は、ウレタン樹脂系シートが好適である。ウレタン樹脂は、熱で分解し、ガス化する性質を持つ。
ウレタン樹脂は弾性に富むため、巻締め部２０のシール材の役割も果たす。

なお、熱感応性膜２１は、火災などで高温に晒されると消失する若しくは体積が減少する性質の樹脂であればよく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ポリメチルペンテン、ナイロン６、ナイロン６６等のナイロン類、ポリウレタン、酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、アクリル、スチレン、ＡＳ樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン等のラジカル重合性樹脂、ポリアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン等のエンプラ類等の熱可塑性樹脂、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエン３元共重合体等のオレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、スチレン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー等の熱可塑性エラストマー、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブタジエン、イソプレン、天然ゴム、ウレタンゴム等のゴム類、それらを架橋剤で３次元網目化した架橋ゴム等が採用可能である。

このうちで、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエン３次元共重合体、スチレンブタジエンゴム、ウレタンゴムが好適である。
エチレンプロピレンゴム及びエチレンプロピレンジエン３元共重合体は柔軟性に富み、図２の２０に示す巻締め部を隙間なく埋めることができ、電解液の成分であるプロピレンカーボネートに対する透過性が小さく、好適である。

スチレンブタジエンゴムと充填剤等の添加剤からなるシーリングコンパウンドは柔軟性に富み、図２の２０に示す巻締め部を隙間なく埋めることができ、電解液の成分であるプロピレンカーボネートに対する透過性が小さく、二重巻締めの生産性に優れ、好適である。

ウレタン樹脂中にダイマージオールを２０乃至４０重量％の量で含有するウレタンシーリングコンパウンドは、柔軟性に富み、図２の２０に示す巻締め部を隙間なく埋めることができ、蓋と缶胴の間に介在して両者を接着することができ、電解液の成分であるプロピレンカーボネートに対する透過性が小さく、二重巻締めの生産性に優れることから、特に、好適である。

以上の構成からなる巻締め部の作用を次に述べる。
図３は本発明に係る巻締め部の作用図である。
（ａ）にて、火焔２３に包まれると、内圧Ｐが上昇して筒体１２及び蓋体１３が膨らみ始める。巻締め部２０は、剛性が大きく、変形は僅かである。しかし、熱感応性膜２１は、熱で変質し、気体化するとともに残部が炭化し、ついには蓄電池内部の高圧ガスに押されて飛散する。

（ｂ）は熱感応性膜２１（（ａ）参照）が消失した状態を示し、熱感応性膜２１の跡に隙間２４ができる。高圧ガスが矢印のごとく隙間２４を通って外部へ流出する。この結果、内圧Ｐが下がり、蓄電池の爆発を回避することができる。
すなわち、火災に対しては熱感応性膜２１が消失するため、迅速に爆発対策を講じることができる。

図１に戻って、爆発対策、すなわち圧逃がし構造を付与したにもかかわらず、蓄電池１０の大きさは未対策品と変わらない。したがって、蓄電池１０の小型化が達成できる。

次に本発明の別実施例を説明する。
図４は本発明で採用した筒体の拡大断面図であり、筒体１２は、アルミニウムなどの金属板２５の両面にＰＥＴフィルムなどの膜２６、２６を被覆した被覆金属板を使用する。
膜２６、２６は、火災などで高温に晒されると消失する若しくは体積が減少する性質の熱感応性材料で構成する。

筒体１２を被覆金属板で構成すると、図１に示す巻締め部２０、２０に必然的に膜２６を介在させることができ、この膜２６が火災のときに消失し、隙間を発生させ、圧逃がし作用を発揮する。
この例では、別部品である熱感応性膜（図２符号２１）が不要であるため、熱感応性膜の挟み漏れが発生する心配が無い。

尚、本発明の蓄電池は、二次電池、電解コンデンサー、キャパシタなど充電可能な電気品であれば、種類は問わない。さらに、蓄電池は角型蓄電池、円筒型蓄電池の何れであっても良い。

本発明は車載の蓄電池に好適である。

本発明に係る蓄電池の断面図である。 図１の２部拡大図である。 本発明に係る巻締め部の作用図である。 本発明で採用した筒体の拡大断面図である。 従来の蓄電池の基本構成を説明する図である。 蓄電池に付設する従来のリリーフ弁の原理図である。

符号の説明

１０…蓄電池、１１…蓄電素子、１２…筒体、１３、１４…蓋体、２０…巻締め部、２１…熱感応性膜、２３…火焔、２４…隙間、２５…金属板、２６…膜。

Claims (2)

1. 蓄電素子を収納した筒体の開口に蓋体を被せ、この蓋体及び前記筒体の縁同士を巻締め部で接続した構造の蓄電池において、
   前記巻締め部に、火災などで高温に晒されると消失する若しくは体積が減少する性質の熱感応性膜を挟んだことを特徴とする蓄電池。
2. 蓄電素子を収納した筒体の開口に蓋体を被せ、この蓋体及び前記筒体の縁同士を巻締め部で接続した構造の蓄電池において、
   前記筒体は、金属板に膜を被覆した被覆金属板を使用し、
   前記膜は、火災などで高温に晒されると消失する若しくは体積が減少する性質の熱感応性材料で構成すると共に前記巻締め部に介在させることを特徴とする蓄電池。

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