JP2022526257A - エネルギー貯蔵装置用防爆ケーシング及びエネルギー貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】【解決手段】本出願は、エネルギー貯蔵装置用防爆ケーシング、及びエネルギー貯蔵装置を開示する。この防爆ケーシングは、貫通孔を有する筐体本体と、防爆素子と、を備え、前記防爆素子は、中心部と、前記中心部の周りに配置される環状の圧力解放部と、を含み、前記圧力解放部は、前記貫通孔内に配置され、前記貫通孔に密封接合され、前記圧力解放部は、前記筐体本体内の圧力が第１設定値に到達すると、前記筐体本体の変形により、クラックを生じるとともに、前記圧力解放部と前記筐体本体との間に隙間を生じ、圧力が第２設定値に到達すると、前記筐体本体から脱落することができるように構成され、前記第２設定値は、前記第１設定値より大きい。【選択図】図１

Description

本出願は、エネルギー変換の技術分野に関し、さらに具体的には、エネルギー貯蔵装置用防爆ケーシング及びエネルギー貯蔵装置に関する。

通常の電解コンデンサ、一次電池、二次電池、例えば、ハードパックリチウムイオン電池、ニッケル水素電池など、既存のほとんどのエネルギー貯蔵装置において、内部の製造欠陥またはユーザーの乱用によって、内部熱暴走により内圧が上昇して爆発することを避けるために、一般的に、爆発防止・圧力解放機構を配置することで、これらのエネルギー貯蔵装置が長期間の使用中又は熱暴走中に、内部気圧が過度に上昇した際に速やかに圧力を解放させることを可能にし、人身・財産の安全を確保する。

通常の爆発防止・圧力解放構造には、以下の２種類がある。
（１）ダイヤフラム型爆発防止・圧力解放構造
この圧力解放構造では、一般的に、極限強さの低い材料を用いながら、材料の厚さを小さくしてダイヤフラムを形成し、内圧が上昇するとき、ダイヤフラムにひずみが発生し、ひずみがある程度に達すると、自動的に又は突き刺し機構によって破裂させることで、圧力解放の目的を果たす。これらのダイヤフラムの材料は、一般的に柔らかくて薄いため、意図しない損傷によるエネルギー貯蔵デバイスの不具合を防ぐために、一般的に、上下カバー保護機構、挟持又はカシメ機構、場合によってさらに突き刺し機構が配置される。構造が相対的に複雑であり、部品が多く、組み立てるのに手間がかかり、高さに占める空間も大きい。
（２）ノッチ型爆発防止・圧力解放構造
この圧力解放構造では、一般的に、筐体の表面に溝が形成されており、溝の材料を薄くして、そこの強度を低下させることで、エネルギー貯蔵デバイスにおける内圧が設計値まで上昇すると、溝である弱いところからガスが放出されて、圧力を解放させる。このような圧力解放構造では、溝の加工精度への要求が非常に高く、また、例えば、アルミニウム合金などのような硬度が低く且つ延性が良好な金属を使用する溝加工のみに適用される。一方、硬度の高い炭素鋼、ステンレス鋼又は他の合金では、破裂圧力を低く維持しながら信頼性の高い溝加工を行うことが困難である。さらに、溝では、強度が弱いため、製造中又は使用中に防爆弁の意図しない損傷が発生して、エネルギー貯蔵デバイスの不具合を引き起こすことが度々ある。

そのため、上記の技術的課題を解決するために、新しい技術方案を提供する必要がある。

本出願は、エネルギー貯蔵装置用防爆ケーシングに関する新しい技術方案を提供することを一目的とする。

本出願の第１の態様によれば、エネルギー貯蔵装置用防爆ケーシングが提供される。この防爆ケーシングは、貫通孔を有する筐体本体と、防爆素子と、を備え、前記防爆素子は、中心部と、前記中心部の周りに配置される環状の圧力解放部と、を含み、前記圧力解放部は、前記貫通孔内に配置され、前記貫通孔に密封接合され、前記圧力解放部は、前記筐体本体内の圧力が第１設定値に到達すると、前記筐体本体の変形により、クラックを生じるとともに、前記圧力解放部と前記筐体本体との間に隙間を生じ、圧力が第２設定値に到達すると、前記筐体本体から脱落することができるように構成され、前記第２設定値は、前記第１設定値より大きい。

任意的に、前記筐体本体と前記中心部は導体材料であり、前記筐体本体と前記中心部は、それぞれエネルギー貯蔵装置の２つの電極として機能する。

任意的に、前記圧力解放部の径方向に沿う寸法を幅と定義し、軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、前記幅と前記高さとの比が≧０．５である。

任意的に、前記圧力解放部は円環状であり、前記圧力解放部の軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、前記圧力解放部の外周の直径と高さとの比が≧１である。

任意的に、前記圧力解放部は矩形環状であり、前記圧力解放部の軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、前記圧力解放部の対角線の長さと高さとの比が≧１である。

任意的に、前記圧力解放部は楕円環状であり、前記圧力解放部の軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、前記圧力解放部の長軸の寸法と高さとの比が≧１である。

任意的に、前記貫通孔は筒体をなすように延在し、前記圧力解放部は、前記筒体内に位置する。

任意的に、前記筒体の前記筐体本体との連結部分を根元と定義すると、前記根元の外側には、外面取りが形成される。

任意的に、前記筒体の筐体本体との連結部分を根元と定義すると、前記根元の内側には、内面取りが形成され、前記圧力解放部は、前記内面取りに囲まれた領域内に充填される。

任意的に、前記筐体本体は、端部に位置するカバープレートを含み、前記カバープレートには、前記貫通孔が設けられる。

任意的に、前記カバープレートの厚さは０．１ｍｍ～１ｍｍである。

任意的に、前記筐体本体はキャビティを囲み、前記カバープレートは、前記キャビティに近接する内面と、前記内面と反対の外面とを有し、前記内面と前記外面とが平面であり、前記防爆素子は、前記キャビティに近接する下端面と、前記下端面と反対の上端面とを有し、前記下端面と前記内面とが揃っており、前記上端面と前記外面とが揃っている。

任意的に、前記圧力解放部の径方向に沿う寸法を幅と定義し、軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、前記幅が０．１ｍｍ～５ｍｍであり、前記高さが０．２ｍｍ～５ｍｍである。

任意的に、前記中心部は、キャビティに近接する第１端面と、前記第１端面と反対の第２端面とを有し、前記第１端面及び／又は前記第２端面は、前記圧力解放部の少なくとも一部を覆う延在部を形成するように、径方向に延在する。

任意的に、前記筐体本体の表面が凹んで、ストライプ状の溝を形成し、前記溝の延長線が前記防爆素子を通過する。

任意的に、前記溝は複数であり、複数の前記溝は、前記防爆素子の中心を中心に放射状をなす。

任意的に、前記圧力解放部は無機非金属材料である。

任意的に、前記圧力解放部の材質はガラス又はセラミックである。

任意的に、前記筐体本体の前記圧力解放部との密封接合部の材質は、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステン、チタン、白金、銅、アルミニウム、炭素鋼、コバール合金又はステンレス鋼である。

任意的に、前記中心部の熱膨張係数は、前記圧力解放部の熱膨張係数と等しく、前記筐体本体の熱膨張係数は、前記圧力解放部の熱膨張係数以上である。

本開示の別の実施形態によれば、エネルギー貯蔵装置が提供される。この装置は、エネルギー変換素子と、上記の防爆ケーシングと、を備える。

任意的に、前記エネルギー貯蔵装置は電池又はコンデンサである。

本開示の一実施形態によれば、圧力解放部にクラック及び隙間が生じると、防爆ケーシング内のガスは、クラック及び隙間により形成された圧力解放通路を介して放出され得る。圧力解放部が脱落すると、防爆ケーシング内のガスは、貫通孔から速やかに放出される。

以下、図面を参照しながら本出願の例示的な実施形態について詳細に説明することで、本出願の他の特徴及びその利点は明らかになる。
明細書に組み込まれ、明細書の一部をなす図面は、本出願の実施形態を示すものであり、その説明とともに本出願の原理を解釈するために用いられる。
本開示の一実施形態に係る防爆ケーシングの一部断面図である。 本開示の一実施形態に係る第２の防爆ケーシングの一部断面図である。 図２の平面図である。 本開示の一実施形態に係る第３の防爆ケーシングの一部断面図である。 図４の平面図である。 本開示の一実施形態に係る第４の防爆ケーシングの一部断面図である。 本開示の一実施形態に係る第５の防爆ケーシングの一部断面図である。 本開示の別の一実施形態に係るエネルギー貯蔵装置の断面図である。

以下、図面を参照しながら、本出願の様々な例示的な実施形態について詳細に説明する。特に断りがない限り、これらの実施形態に記載された部材、工程の相対的な配置、数値表現式、及び数値は、本出願の範囲を限定するものではないことに留意されたい。

以下、少なくとも１つの例示的な実施形態に対する説明は単に例示的なものにすぎず、決して本出願及びその適用又は使用を何ら制限するものではない。

当業者にとって公知の技術、方法、装置に対して詳細に説明しないことがあるが、場合によっては、前記技術、方法、装置は明細書の一部と見なされるべきである。

ここで示され検討される全ての例において、具体的な数値は全て、限定的なものではなく、例示的なもののみとして解釈されるべきである。したがって、例示的な実施形態の別の例において異なる値を有してもよい。

なお、以下の図面において、類似の符号及び文字は類似の項目を表すので、ある項目は１つの図面において定義されると、以降の図面においてさらに説明する必要がないことに留意されたい。

本開示の一実施形態によれば、エネルギー貯蔵装置用防爆ケーシングが提供される。この防爆ケーシングは、図１に示すように、筐体本体と防爆素子とを備える。筐体本体は円柱形状、楕円柱形状、直方体形状などを呈する。筐体本体は、頂部と、底部２５と、頂部と底部２５との間の側壁２４とを含む。

例えば、頂部にはカバープレート１１が配置される。底部２５と側壁２４とが一体に成形されるか、又は頂部と底部２５の両方にカバープレート１１が配置される。カバープレート１１はレーザー溶接又は電気抵抗溶接によって側壁２４に溶接される。

筐体本体の内部にはキャビティが形成される。キャビティは、エネルギー変換素子２３を収容するために用いられる。

貫通孔は、キャビティと外部空間とを連通する。貫通孔の形状は円形状、楕円形状、矩形状、又は他の形状である。

防爆素子は、中心部１３と、中心部１３の周りに配置される圧力解放部１２とを含む。圧力解放部１２は環状であり、例えば、円環状、矩形環状、楕円環状などである。圧力解放部１２は、貫通孔内に配置され、貫通孔に密封接合される。中心部１３は、圧力解放部１２により貫通孔中に封着される。

例えば、貫通孔はカバープレート１１又は側壁２４に位置する。貫通孔は１つでも複数でもよい。それに対応して、防爆素子は１つ又は複数である。

圧力解放部１２は、筐体本体内の圧力が第１設定値に到達すると、筐体本体の変形により、クラックを生じるとともに、前記圧力解放部１２と前記筐体本体との間に隙間を生じ、圧力が第２設定値に到達すると、筐体本体から脱落することができるように構成される。第２設定値は、第１設定値より大きい。

圧力解放部１２において、クラック及び隙間が生じると、防爆ケーシング内のガスがクラック及び隙間により形成された圧力解放通路を介して放出され得る。圧力解放部１２が脱落すると、防爆ケーシング内のガスは貫通孔から速やかに放出される。

例えば、エネルギー貯蔵装置の内部の気圧が上昇すると、筐体本体の下面は気圧により曲げ変形する。変形量は、加えられた気圧の大きさに依存する。気圧が大きいほど、変形量が大きくなり、気圧が小さいほど、変形量が小さくなる。その際、圧力解放部１２と中心部１３は、筐体本体の変形に従って、平行に移動する。圧力解放部１２自体の許容変形量が小さいため、筐体本体と圧力解放部１２との接合部分に応力集中が発生して、解放部１２と筐体本体との接合界面の上半分に径方向への引張作用が発生し、接合界面の下半分に径方向への圧縮作用が発生する。

筐体本体に加えられた気圧の増加に連れて、筐体本体の変形量が徐々に増加し、圧力解放部１２と筐体本体との接合界面における径方向への引張効果がますます強くなる。圧力が第１設定値に到達すると、上半分における引張応力が接合界面における接合強度より大きくなり、接合界面に隙間が生じ始め、下半分における圧縮応力が圧力解放部１２の圧縮強度より大きくなり、圧力解放部１２自体にクラックが生じる。上半分における隙間と下半分におけるクラックが互いに連通すると、圧力解放通路が形成される。圧力解放部１２と筐体本体との封着の気密性が低下し始める。エネルギー貯蔵装置の内部の高圧のガスが圧力解放通路を介して外部へ排出される。

筐体本体に加えられた気圧が増加し続けるに連れて、圧力解放部１２と筐体本体との接合界面における隙間、及び圧力解放部１２自体におけるクラックが増加し続ける。圧力解放部１２と筐体本体との接合強度が内部の気圧に耐えられなくなる（即ち、圧力が第２設定値に到達する）場合、圧力解放部１２と中心部１３は、この気圧下で押し出される。これにより、筐体本体では速やかに圧力を解放するための迅速排気通路が形成され、エネルギー貯蔵装置の爆発が効果的に防止される。

例えば、圧力解放部１２は、中心部１３ごと脱落してもよく、圧力解放部１２の一部が脱落してもよい。

当業者は、筐体本体の厚さ、筐体本体の材料強度、圧力解放部１２の幅、高さなどのパラメータを設定することにより、異なる型式のエネルギー貯蔵装置それぞれの圧力解放の要求を満たすように、第１設定値と第２設定値を調整することができる。

さらに、防爆素子の構造が簡単で、軸方向に占める空間が小さく、節約された空間はエネルギー変換素子２３の数を増やすために用いられる。

さらに、この防爆ケーシングは、材料自体の破壊限界によって圧力を解放し、圧力解放の精度が高いという特徴を有する。

さらに、この防爆ケーシングの外観が良好である。

他の例において、クラック及び隙間は、それぞれ軸方向に延びて、圧力解放通路を形成してもよい。この場合でも、圧力を解放する役割を果たすことができる。

一例において、圧力解放部１２は絶縁材料である。例えば、無機非金属材料である。このような材料は、靭性が小さく、脆性が大きく、クラックが入りやすいという特徴があるので、筐体本体の内部圧力が設定値に到達すると、速やかに圧力を解放することができる。

一例において、圧力解放部１２はガラス又はセラミックである。製作する時に、ガラス又はセラミックのグリーン体を貫通孔にセットする。中心部１３をグリーン体に嵌合する。次いで、グリーン体を仮焼し、構造強度を得るとともに、圧力解放部１２を貫通孔と中心部１３とに密封接合（即ち、封着）させる。

例えば、ガラス材質を選んで用いる場合、圧力解放部１２はガラスセラミックス、ホウケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、又は他の特殊ガラスである。ガラスは、解放圧力の要求を満たす限り、中実構造、中空構造、又は透かし彫り構造のいずれかとしてもよい。

中心部１３と筐体本体は導体材料である。中心部１３と筐体本体は、それぞれエネルギー貯蔵装置の２つの電極として働く。例えば、中心部１３は、エネルギー変換素子２３の正極に接続される。筐体本体は、エネルギー変換素子２３の負極に接続される。

或いは、中心部１３は、エネルギー変換素子２３の負極に接続され、筐体本体は、エネルギー変換素子２３の正極に接続される。

一例において、圧力解放部１２の径方向に沿う寸法を幅と定義し、軸方向に沿う寸法を高さと定義する。幅と高さとの比が≧０．５である。径方向は、図１の矢印ｘで表され、軸方向は、図１の矢印ｙで表される。幅は、図１のｗで表され、高さは、図１のｈで表される。

幅が大きいほど、圧力解放部１２に加えられた気圧が大きくなり、解放圧力（即ち、第１設定値及び第２設定値）が小さくなり、逆に、幅が小さいほど、解放圧力が小さくなる。高さが大きいほど、圧力解放部１２の構造強度が高くなり、解放圧力が大きくなり、逆に、高さが小さいほど、解放圧力が小さくなる。この比例の範囲内で、解放圧力が適切になる。

一例において、圧力解放部１２の軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、圧力解放部１２の外周（図のｄで表される）の直径と高さとの比が≧１である。外周の直径が大きいほど、圧力解放部１２の構造強度が低くなり、解放圧力（即ち、第１設定値及び第２設定値）が小さくなり、逆に、外周の直径が小さいほど、解放圧力が大きくなる。高さが大きいほど、圧力解放部１２の構造強度が高くなり、解放圧力が大きくなり、逆に、高さが小さいほど、解放圧力が小さくなる。この比例の範囲内で、解放圧力が適切になる。

一例において、前記圧力解放部は矩形環状であり、前記圧力解放部の軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、前記圧力解放部の対角線の長さと高さとの比が≧１である。この比例の範囲内で、解放圧力が適切になる。

一例において、前記圧力解放部は楕円環状であり、前記圧力解放部の軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、前記圧力解放部の長軸の寸法と高さとの比が≧１である。この比例の範囲内で、解放圧力が適切になる。

一例において、図７に示すように、貫通孔は筒体をなすように延在する。例えば、筐体本体は、筒体をなすように、貫通孔において厚さ方向に沿って片側又は両側に延在する。筒体と筐体本体とが一体に成形される。

圧力解放部１２は筒体内に位置する。筒体と圧力解放部１２との接触面積がより大きくなり、圧力解放部１２と貫通孔との接合強度がより高くなる。これにより、筐体本体の他の部分の厚さが効果的に低減される。解放圧力を変更せず、筐体本体をより薄くでき、エネルギー貯蔵装置の小型化、軽薄化の発展の趨勢に適合している。

さらに、筐体本体の厚さが小さくなり、小さい内部圧力で大きな変形が発生することが可能になり、これにより、エネルギー貯蔵装置の解放圧力がより小さくなり、安全性がより良好になる。

もちろん、他の例では、筐体本体の厚さが十分であれば、筒体を設ける必要がなく、圧力解放部１２を貫通孔に充填すればよい。

筒体の筐体本体との連結部分を根元と定義する。根元が直角になればなるほど、根元に応力集中が発生しやすくなる。筐体本体の変形により、根元に大きな応力が発生し、根元の塑性変形を引き起こす。これにより、筐体本体の変形によって筒体が横方向に移動することがなく、即ち、筐体本体の変形が筒体に伝達されず、筒体により圧力解放部１２を押圧したり引っ張ったりすることがなく、隙間やクラックが生じることがない。エネルギー貯蔵装置の防爆素子の弁開放圧力が大きくなる。

この技術的課題を解決するために、一例において、筒体では、根元の外側には、外面取り（図７のＲ１で表される）が形成される。外面取りは根元に発生する応力集中を効果的に低減させることができ、これにより、筐体本体の変形を速やかに筒体に伝達させることができる。その場合、筒体の上半分により圧力解放部１２を押圧し、下半分により圧力解放部１２を引っ張ることで、圧力解放通路の形成がより容易になる。

なお、圧力解放部１２の高さが小さすぎると、強度が低くなって割れやすくなり、例えば、加工、輸送、使用中に破損し、絶縁密封の効果が失われることがある。

一例において、筒体では、根元の内側には、内面取りが形成される（図７のＲ２で表される）。圧力解放部１２は、内面取りに囲まれた領域内に充填される。圧力解放部１２は、直線段（図７のｂで表される）と湾曲段とを含む。直線段と筒体との間に有効な密封接合が形成される。

圧力解放部１２の有効高さ、即ち直線段の寸法は、解放圧力を決定的に左右する。直線段の長さが大きいほど、解放圧力が大きくなり、逆に、直線段の長さが小さいほど、解放圧力が小さくなる。一方、圧力解放部１２の、内面取りに囲まれた領域内に位置する部分（即ち、湾曲段）は、解放圧力への影響が少ない。内面取りを設けることで、直線段と筒体１５との封着面積を効果的に低減させることができ、圧力解放部１２の有効高さが小さくなる。

これにより、圧力解放部１２全体の高さが０．５ｍｍ又はそれ以上であっても、湾曲段による解放圧力に対する影響が小さいため、圧力解放部１２の有効高さを０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、又はそれ以下にすることができる。これにより、防爆素子はより低い解放圧力を有し、小型エネルギー貯蔵装置、例えば、ピン電池又はボタン電池の使用上の要求を満たす。

一例において、図８に示すように、カバープレート１１に貫通孔が設けられる。側壁２４に貫通孔を開けることより、カバープレート１１が平坦になり、貫通孔を開ける難度が低くなり、貫通孔の寸法が正確になる。カバープレート１１の厚さは、例えば、０．１ｍｍ～１ｍｍである。この寸法の範囲では、カバープレート１１がより変形しやすくなり、エネルギー貯蔵装置では、低い解放圧力下で圧力が解放され、また、エネルギー貯蔵装置の軽薄化の発展の趨勢に適合している。

一例において、図１、８に示すように、カバープレート１１は、キャビティに近接する内面と、内面と反対の外面とを有する。内面と外面とは平面である。防爆素子は、キャビティに近接する下端面と、下端面とは反対の上端面とを有する。下端面と内面とが揃っており、上端面と外面とが揃っている。この例において、カバープレート１１と防爆素子とが組み合わせられた組立体は全体としてシート状を呈する。このような構造では、占める外部空間が小さく、エネルギー貯蔵装置の空間利用率が高い。

一例において、圧力解放部１２の幅が０．１ｍｍ～５ｍｍであり、圧力解放部１２の高さが０．２ｍｍ～５ｍｍである。この範囲内では、防爆素子は、エネルギー貯蔵素子の防爆レベルの要求を満たす。

一例において、図４～６に示すように、中心部１３は、キャビティに近接する第１端面と、第１端面と反対の第２端面とを有する。第１端面及び／又は第２端面は、延在部（例えば、第１延在部２１及び第２延在部２２）を形成するように、径方向に延在する。延在部は、圧力解放部１２の少なくとも一部を覆う。

中心部１３の材質は、例えば、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステン、チタン、白金、銅、アルミニウム、炭素鋼、コバール合金、又はステンレス鋼である。上記の金属の硬度が高いため、防爆ケーシングの構造強度が高くなる。中心部１３は、Ｔ字形構造又はエ字形構造をなす。延在部は、第１端面及び／又は第２端面の面積を効果的に増加させることができる。面積の増加により、中心部１３と他の素子・デバイス（例えば、タブ又はＰＣＭ）との接続が容易になる。

なお、一般的に、エネルギー変換素子２３はタブを介して中心部１３に接続される。第１延在部２１又は第２延在部２２により中心部１３の端面の面積が増加したことによって、タブと中心部１３がより大きな接触面積を有し、より大きな電流を流すことができ、エネルギー貯蔵装置の大電流充放電の使用要求を満たす。

例えば、第１延在部２１及び／又は第２延在部２２は圧力解放部１２の軸方向に沿う両端面を全体的に覆う。これにより、第１延在部２１及び／又は第２延在部２２は、圧力解放部１２を保護する役割を果たすことができる。延在部は、圧力解放部１２が外部の物体によって衝突されることを効果的に防止できる。

一例において、筐体本体の表面（例えば、内面又は外面）が凹んで、ストライプ状の溝１４を形成する。溝１４は直線状、カーブ状、波線状、又は他の形状である。溝１４の延長線が防爆素子を通過する。

この例において、筐体本体は、溝１４を軸として変形するので、筐体本体の変形がより容易になる。筐体本体の変形時に、溝１４は破断せず、割れ目を生じず、筐体本体の変形を加速させることで、圧力解放部１２におけるクラック及び圧力解放部１２と筐体本体との間の隙間を速やかに形成させて、防爆素子の解放圧力を低減させ、小型エネルギー貯蔵装置の圧力解放の要求を満たす。

一例において、図２～３に示すように、溝１４は複数であり、複数の溝１４は、防爆素子の中心を中心に放射状をなす。複数の溝１４を設けることで、防爆素子の解放圧力がより効果的に低減され得る。

例えば、図３に示すように、溝１４は２つであり、防爆素子の中心を通過する。変形する際、溝１４での構造強度が低い。筐体本体は２つの溝１４で外へ突出する。筐体本体の溝１４に垂直な部分と圧力解放部１２との間の変形量が最も大きく、そこで圧力解放通路が形成されやすく、内部のガスが速やかに放出される。

他の例において、溝１４は３つ、４つ、５つ、６つ又はそれ以上である。

一例において、中心部１３の熱膨張係数は、圧力解放部１２の熱膨張係数と等しい。これにより、中心部１３と圧力解放部１２との接合が強固で、耐温性が良好であることが保証される。防爆素子は環境温度の変化により大きく変形することがない。圧力解放部１２は中心部１３の膨張により破砕することがない。

筐体本体の熱膨張係数は圧力解放部１２の熱膨張係数以上である。熱膨張係数の選択により、筐体本体と圧力解放部１２との間に良好な封着が形成されることが保証される。筐体本体と圧力解放部１２との熱膨張係数が等しい場合、この爆発防止筐体の耐温性がより良好になる。

筐体本体の熱膨張係数が圧力解放部１２の熱膨張係数よりも大きい場合、爆発防止筐体の封着強度がより大きくなる。この形態は、解放圧力の高いエネルギー貯蔵装置により好適に適用される。例えば、筐体本体の材質は、４Ｊ２８、４Ｊ２９などの型番を含む鉄基膨張合金である。

本開示の別の一実施形態によれば、エネルギー貯蔵装置が提供される。図８に示すように、このエネルギー貯蔵装置は、エネルギー変換素子２３と、上記の防爆ケーシングと、を備える。

エネルギー貯蔵装置は、電池又はコンデンサである。電池は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケルクロム電池、アルカリ電池、フロー電池、鉛酸蓄電池などを含む。コンデンサは、有機誘電体コンデンサ、無機誘電体コンデンサ、電解コンデンサ、電気熱コンデンサ及び空気誘電体コンデンサなどを含む。このエネルギー貯蔵装置は安全性能に優れるという特徴を有する。

本出願の幾つかの特定の実施形態について、例を挙げて詳細に説明したが、当業者は、上記の例が本出願の範囲を限定するためのものではなく、説明するためのものであることを理解すべきである。当業者は、本出願の範囲及び精神から逸脱することなく、上記の実施形態を変更できることを理解すべきである。本出願の範囲は、特許請求の範囲によって限定される。

１１ カバープレート、１２ 圧力解放部、１３ 中心部、１４ 溝、２１ 第１延在部、２２ 第２延在部、２３ エネルギー変換素子、２４ 側壁、２５ 底部

幅が大きいほど、圧力解放部１２に加えられた気圧が大きくなり、解放圧力（即ち、第１設定値及び第２設定値）が小さくなり、逆に、幅が小さいほど、解放圧力が大きくなる。高さが大きいほど、圧力解放部１２の構造強度が高くなり、解放圧力が大きくなり、逆に、高さが小さいほど、解放圧力が小さくなる。この比例の範囲内で、解放圧力が適切になる。

Claims (22)

1. 貫通孔を有する筐体本体と、
   防爆素子と、を備えるエネルギー貯蔵装置用防爆ケーシングであって、
   前記防爆素子は、
   中心部と、
   前記中心部の周りに配置される環状の圧力解放部と、を含み、
   前記圧力解放部は、前記貫通孔内に配置され、前記貫通孔に密封接合され、
   前記圧力解放部は、
   前記筐体本体内の圧力が第１設定値に到達すると、前記筐体本体の変形により、クラックを生じるとともに、前記圧力解放部と前記筐体本体との間に隙間を生じ、
   圧力が第２設定値に到達すると、前記筐体本体から脱落することができるように構成され、
   前記第２設定値は、前記第１設定値より大きい、エネルギー貯蔵装置用防爆ケーシング。
2. 前記筐体本体と前記中心部とは導体材料であり、前記筐体本体と前記中心部とは、それぞれエネルギー貯蔵装置の２つの電極として機能する、請求項１に記載の防爆ケーシング。
3. 前記圧力解放部の径方向に沿う寸法を幅と定義し、軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、前記幅と前記高さとの比が≧０．５である、請求項１又は２に記載の防爆ケーシング。
4. 前記圧力解放部は円環状であり、前記圧力解放部の軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、前記圧力解放部の外周の直径と高さとの比が≧１である、請求項１から３のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
5. 前記圧力解放部は矩形環状であり、前記圧力解放部の軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、前記圧力解放部の対角線の長さと高さとの比が≧１である、請求項１から４のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
6. 前記圧力解放部は楕円環状であり、前記圧力解放部の軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、前記圧力解放部の長軸の寸法と高さとの比が≧１である、請求項１から５いずれか１項に記載の防爆ケーシング。
7. 前記貫通孔は筒体をなすように延在し、前記圧力解放部は、前記筒体内に位置する、請求項１から６のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
8. 前記筒体の前記筐体本体との連結部分を根元と定義すると、前記根元の外側には、外面取りが形成される、請求項１から７のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
9. 前記筒体の筐体本体との連結部分を根元と定義すると、前記根元の内側には、内面取りが形成され、前記圧力解放部は、前記内面取りに囲まれた領域内に充填される、請求項１から８のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
10. 前記筐体本体は、端部に位置するカバープレートを含み、前記カバープレートには、前記貫通孔が設けられる、請求項１から９のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
11. 前記カバープレートの厚さは０．１ｍｍ～１ｍｍである、請求項１から１０のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
12. 前記筐体本体はキャビティを囲み、
    前記カバープレートは、前記キャビティに近接する内面と、前記内面と反対の外面とを有し、
    前記内面と前記外面とが平面であり、
    前記防爆素子は、前記キャビティに近接する下端面と、前記下端面と反対の上端面とを有し、
    前記下端面と前記内面とが揃っており、
    前記上端面と前記外面とが揃っている、請求項１から１１のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
13. 前記圧力解放部の径方向に沿う寸法を幅と定義し、軸方向に沿う寸法を高さと定義すると、前記幅が０．１ｍｍ～５ｍｍであり、前記高さが０．２ｍｍ～５ｍｍである、請求項１から１２のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
14. 前記中心部は、キャビティに近接する第１端面と、前記第１端面と反対の第２端面とを有し、
    前記第１端面及び／又は前記第２端面は、前記圧力解放部の少なくとも一部を覆う延在部を形成するように、径方向に延在する、請求項１から１３のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
15. 前記筐体本体の表面が凹んで、ストライプ状の溝を形成し、前記溝の延長線が前記防爆素子を通過する、請求項１から１４のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
16. 前記溝は複数であり、複数の前記溝は、前記防爆素子の中心を中心に放射状をなす、請求項１から１５のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
17. 前記圧力解放部は無機非金属材料である、請求項１から１６のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
18. 前記圧力解放部の材質はガラス又はセラミックである、請求項１から１７のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
19. 前記筐体本体の前記圧力解放部との密封接合部の材質は、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステン、チタン、白金、銅、アルミニウム、炭素鋼、コバール合金又はステンレス鋼である、請求項１から１８のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
20. 前記中心部の熱膨張係数は、前記圧力解放部の熱膨張係数と等しく、前記筐体本体の熱膨張係数は、前記圧力解放部の熱膨張係数以上である、請求項１から１９のいずれか１項に記載の防爆ケーシング。
21. エネルギー変換素子と、請求項１から２０のいずれか１項に記載の防爆ケーシングと、を備える、エネルギー貯蔵装置。
22. 前記エネルギー貯蔵装置は電池又はコンデンサである、請求項１から２１のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。

Images