JP3619634B2

JP3619634B2 - 安全弁を備える密閉型蓄電池

Info

Publication number: JP3619634B2
Application number: JP09055197A
Authority: JP
Inventors: 伸一竹内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2017-04-09
Also published as: JPH10284037A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池内圧が異常に上昇したときに開弁して、電池の破損を防止する安全弁を備える密閉型蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルカリ蓄電池等の密閉型蓄電池は、外装缶の開口部を閉塞する封口板に安全弁を設けている。安全弁は、電池内部にガスが発生して、内部の圧力が異常に上昇したときに開弁されて、電池内部のガスを電池ケースの外に放出し、内圧で電池ケースが破裂するのを防止する。安全弁を設けないと、内圧が異常に上昇したときに、外装缶の開口部を気密に閉塞している封口部が破裂する。封口部の強度が他の部分よりも弱いからである。高圧の気体に押されて電池ケースの封口板が破損すると、その衝撃は液体に押圧されるのに比較して相当に大きくなることがある。液体は圧縮性がないので、極微量を排出して圧力を急激に低下できるが、気体は圧縮性があるので、微量を排出しても直ちに圧力が低下せず、封口部に連続して高い圧力が作用して破損させるからである。
【０００３】
密閉型の蓄電池は、異常な状態で使用されると一時的に内圧が上昇することがある。たとえば、大電流で放電したり、あるいは過充電したりすると電池ケースの内部でガスが発生して、電池内圧が上昇することがある。このとき、安全弁を開弁してガスを排出する必要がある。電池内圧が正常な値に低下すると、安全弁を閉弁させる。安全弁が閉弁すると、密閉型蓄電池は再使用できる状態となる。安全弁が開弁したときに、少量のガスが排出されて、電池性能は多少低下するが、再使用できる状態に復元する。密閉型の二次電池は、充電して、繰り返し使用可能であることから、安全弁を作動後においても自己復帰させて使用可能な構造としている。
【０００４】
自己復帰する安全弁は、ゴム状弾性体やバネで弁体の表面を弁孔に圧接する。電池ケースの内圧が上昇すると、圧力で弁体が押されて開弁する。弁体を閉じるために、バネやゴム状弾性体が使用される。ゴム状弾性体は、バネに比較して安価にできる特長がある。また、バネのように錆びて動作が不安定になることもない。
【０００５】
弁体をゴム状弾性体の弾性で弁孔に密着させる安全弁は、たとえば実開平７−１８３５１号公報に記載される。この公報に記載される安全弁は、図１に示すように、電池ケースの封口板１に内蔵される。安全弁２は、封口板１の電極キャップ１Ｂ内にゴム状弾性体の弁体４を内蔵させている。弁体４は、封口板１の本体プレート部１Ａと電極キャップ１Ｂとの間に圧縮されて挟持されており、本体プレート部１Ａに開口された弁孔１ａの上面に弾性的に圧接している。この構造の安全弁２は、弁孔１ａを介して弁体４に作用する電池の内圧で弁体４を押し上げて開弁する。弁孔１ａに作用する圧力が低いとき、弁体４はゴム状弾性体で弁孔１ａの上面に密着された閉弁状態となる。弁孔１ａの圧力が設定圧よりも高くなると、ゴム状弾性体が弁体４を弁孔１ａに押圧する力よりも、弁孔１ａに作用する内圧が強くなって、弁体４は弁孔１ａから離れて開弁する。このため、電池ケースの内圧で安全弁２を開閉できる。
【０００６】
さらに、図２は、一旦開弁されると再使用できない従来の安全弁を示す。この図の安全弁２は、封口板１を構成する、本体プレート部１Ａと電極キャップ１Ｂとの間に薄板９を挟着している。薄板９は、電池ケース５の内圧で変形される。薄板９は、電池ケース５の内圧が高くなるにしたがって大きく変形される。大きく変形した薄板９は、電極キャップ１Ｂの内面に設けた切刃１０で切断される。この構造の安全弁２は、電池ケース５の内圧が異常に高くなると、切刃１０で薄板９が破断されて、電池ケース５内のガスを外部に放出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１と図２に示す安全弁２は、確実に動作するかぎり、電池内圧が異常に上昇しても、電池ケース５が破損することはない。しかしながら、図１の安全弁２は、弁孔１ａを通過したガスを、電極キャップ１Ｂの排出口３から外部に排出させるので、排出口３が詰まると、ガスをスムーズに排出できなくなる。密閉型蓄電池は、異常な状態で使用されて内圧が高くなるとき、電池内部が過熱されて、電池内に内蔵されている有機高分子物質等の熱溶融物が噴出されることがある。この熱溶融物は、封口板１の弁孔１ａから電極キャップ１Ｂの排出口３を通過するときに、冷却されて、電極キャップ１Ｂの排出口３に詰まって、ガス排出能力が低下することがある。
【０００８】
図２に示す安全弁２は、この弊害を防止するために、電極キャップ１Ｂの内面に、リング状に肉薄部１５を設けている。肉薄部１５は、排出口３が詰まって、電極キャップ１Ｂの内圧が上昇したときに、電極キャップ１Ｂを破損させる。肉薄部１５が破断されると、電極キャップ１Ｂは大きく開口されるので、弁孔１ａを通過した気体を速やかに排出できる。
【０００９】
しかしながら、図２に示す構造の安全弁２は、肉薄部１５を破断させる圧力の調整が極めて難しい。それは、肉薄部１５の厚さで、破断圧力が大幅に変動するからである。肉薄部１５が薄すぎると、この部分が破損されやすくなって電極キャップ１Ｂの強度が著しく低下してしまう。この弊害を避けるために、肉薄部１５を厚くすると、電極キャップ１Ｂの排出口３が詰まって、内圧が異常に高くなっても、肉薄部１５が破断されず、気体をスムーズに排出できなくなってしまう欠点がある。
【００１０】
安全弁は、電池ケース内に多量のガスが発生する極めて厳しい環境で使用されても、ガスを速やかに排出して電池ケースの破損を防止することが大切である。排出口が熱溶融物等で詰まり、安全弁が開弁しているにもかかわらず、電池ケースが破壊することがある。安全弁が開弁しても、電池内におけるガスの発生量が、開弁している安全弁のガスの排出能力を越えると、電池の内圧は次第に上昇して電池ケースを破損させることがある。このため、安全弁は、電池の内圧が異常に高くなったときには、排出口が熱溶融物等でつまらないようにして、内部のガスをスムーズに排出できることが大切である。
【００１１】
本発明はこのことを実現することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、開弁した安全弁の熱溶融物等に起因する詰まりを解消して、ガスを速やかに排出して、安心して安全に使用できる安全弁を備える密閉型蓄電池を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の密閉型蓄電池は、封口板１に安全弁２を内蔵させている。安全弁２は、電池ケース５の内圧が設定圧よりも高くなると開弁して、電池ケース５内のガスを排出する。安全弁２を内蔵する封口板１は、外装缶７の開口部を閉塞する本体プレート部１Ａと、この本体プレート部１Ａの上面に固定されている電極キャップ１Ｂとを備える。電極キャップ１Ｂと本体プレート部１Ａとの間には、弁体４を内蔵させている。弁体４は、本体プレート部１Ａに開口されている弁孔１ａを閉塞する位置に配設される。この弁体４は、電池の内圧が設定圧力よりも低いときに弁孔１ａを閉塞し、電池の内圧が設定圧力よりも高くなると、弁孔１ａを開弁する。
【００１３】
さらに、電極キャップ１Ｂは、電極キャップ１Ｂ内の気体を排出する排出口３が、電極キャップ１Ｂを貫通して設けられている。また、電極キャップ１Ｂは、電極キャップ１Ｂに配設された排出口３が熱溶融物で閉塞されて電極キャップ１Ｂの内圧が異常に高くなった場合に、電極キャップ１Ｂを破断させるために、弁孔１ａを通過した異常な圧力の気体で破断される肉薄ライン部１１を設けている。
【００１４】
さらにまた、本発明の密閉型蓄電池は、電極キャップ１Ｂに、肉薄ライン部１１に連結して排出口３を設けている。電極キャップ１Ｂは、安全弁２が開弁して、弁孔１ａから電池ケース５内の気体が流入され、しかも、この気体を排出口３から速やかに排出できないときに、肉薄ライン部１１を破壊させる。肉薄ライン部１１に連結して排出口３が開口されているで、本発明の密閉型蓄電池の電極キャップ１Ｂは、排出口３と肉薄ライン部１１を切り離し部分として電極キャップ１Ｂを破断させる。
【００１５】
さらにまた、本発明の請求項２の密閉型蓄電池は、電極キャップ１Ｂに、本体プレート部１Ａに対して垂直に立ち上がっている筒状の周壁部１４を設けている。この周壁部１４には、肉薄ライン部１１と排出口３が互いに連結されて円周状に設けられている。すなわち、隣接する排出口３を肉薄ライン部１１で連結するように、排出口３と肉薄ライン部１１とが周壁部１４に円周状に設けられている。
【００１６】
本発明の請求項３の密閉型蓄電池は、電極キャップ１Ｂに内蔵される弁体４をゴム状弾性体としている。ゴム状弾性体の弁体４は、電極キャップ１Ｂに押圧されて、弁孔１ａの上面に弾性的に圧接されて弁孔１ａを閉塞する。
【００１７】
また、本発明の請求項４の密閉型蓄電池は、弁体４を薄板９で構成している。薄板９を破断するために、電極キャップ１Ｂの内面には切刃１０を設けている。切刃１０は、変形する薄板９に接触してこれを破断する。この安全弁２は、電池ケース５の内圧が異常に高くなると、薄板９が変形して切刃１０で破断され、弁孔１ａが開弁されて電池ケース５内のガスが排出される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための密閉型蓄電池を例示するものであって、本発明は密閉型蓄電池を下記のものに特定しない。
【００１９】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２０】
図３に示す密閉型蓄電池は、円筒状のニッケル−カドミウム電池で、電池ケース５に、電極体６を入れて、電解液（図示せず）を充填している。電池ケース５は、外装缶７の開口部を封口板１で気密に閉塞している。外装缶７は、鉄板等の金属板を、プレスして、底のある円筒状、すなわち有底筒状に成形して製造される。鉄板製の外装缶７は、プレス加工した後に、あるいはプレス加工する前工程で、表面にニッケル等のメッキを施している。
【００２１】
図に示す密閉型蓄電池は、ニッケル−カドミウム電池であるが、本発明は密閉型蓄電池をニッケル−カドミウム電池に特定しない。密閉型蓄電池は、たとえば、ニッケル−水素電池やリチウムイオン二次電池等とすることもできる。ニッケル−カドミウム電池である密閉型蓄電池は、電極体６の−極を外装缶７に接続し、＋極を封口板１に電気接続している。
【００２２】
外装缶７は、有底円筒状、あるいは有定角筒状に成形されている。この外装缶７は、開口部に封口板１をかしめて固定して気密に閉塞される。封口板１は、外装缶７の間に、絶縁パッキン８を挟着する。絶縁パッキン８は外装缶７と封口板１とを電気的に絶縁すると共に、この間のガス漏れを防止している。
【００２３】
図４は、密閉型蓄電池の封口板の断面図、図５は安全弁が開弁して電極キャップが破断された状態を示す断面図である。これ等の図に示す封口板１は、電池ケースの内圧が設定圧よりも高くなると開弁する安全弁２を備える。
【００２４】
安全弁２は封口板１に内蔵される。安全弁２を内蔵する封口板１は、本体プレート部１Ａの上面に電極キャップ１Ｂをスポット溶接して固定している。電極キャップ１Ｂは中央部を上方に突出し、本体プレート部１Ａは中央部を下方に突出させて、電極キャップ１Ｂと本体プレート部１Ａの間に、安全弁２の弁体４を内蔵させている。本体プレート部１Ａは、中心に弁孔１ａを開口している。弁孔１ａの外周縁には、弁体４を気密に密着させる凸条１２を設けている。凸条１２のある弁孔１ａは、凸条１２の先端縁を線状に弁体４の下面に密着させる。このため、閉弁している安全弁２のガス漏れを有効に阻止できる特長がある。
【００２５】
弁体４はゴム状弾性体である。ゴム状弾性体である弁体４の硬度は、安全弁２の開弁圧力と、弁孔１ａの大きさを考慮して最適値に調整される。弁体４に柔軟なゴム状弾性体を使用すると、安全弁２の開弁する圧力は低くなる。反対に、弁体４に硬度の高いゴム状弾性体を使用すると、安全弁２の開弁する圧力は高くなる。また、弁体４の硬度が同じであっても、弁孔１ａの内径が大きくなると、安全弁２が開弁する圧力は低くなる。弁体４が弁孔１ａの内圧に押圧される力が、内圧と弁孔１ａの開口面積の積に比例するからである。
【００２６】
弁体４が弁孔１ａから離れる安全弁２の開弁圧力は、たとえば１〜２ＭＰａに設定される。安全弁２の開弁圧は、電池ケース５が破裂する圧力に比較して充分に低い圧力に設定される。弁孔１ａの大きさは、電池の大きさによって異なるが、たとえば、単２電池で約３．５ｍｍである。
【００２７】
電極キャップ１Ｂは、上方に突出する部分、すなわち、本体プレート部１Ａに対して垂直に立ち上がっている円筒状の周壁部１４を有する。この周壁部１４には、４つの排出口３を開口している。４つの排出口３は、円筒状の周壁部１４に、円周方向に延長された細長い長方形をしている。さらに、この排出口３を連結するように、隣接する排出口３を連結して、電極キャップ１Ｂの周壁部１４の内面に肉薄ライン部１１を設けている。肉薄ライン部１１は、図６の断面図に示すように、電極キャップ１Ｂの内側に溝１３を設けて設けられる。この肉薄ライン部１１は、電極キャップ１Ｂの周壁部１４の内面に、円周方向に延長して設けられる。肉薄ライン部１１は、電極キャップ１Ｂの排出口３が詰まったときに、破壊されて、電極キャップ１Ｂ内を開放する。したがって、肉薄ライン部１１は、電池ケースが破裂する圧力に比較して充分に低い圧力に設定される。
【００２８】
この構造の安全弁２は、電池の電池ケース内の圧力が設定圧よりも低いときには、図４に示すように、閉弁状態に保持される。弁体４が本体プレート部１Ａに押し付けられて弁孔１ａを閉塞しているからである。電池内圧が上昇すると、弁孔１ａに作用するガス圧が、弁体４を押し上げて、弁孔１ａが開かれて開弁する。この状態になると、電池内のガスは、本体プレート部１Ａの弁孔１ａと、電極キャップ１Ｂの排出口３を通過して電池外に放出される。
【００２９】
弁体４が開弁された状態で、弁孔１ａから熱溶融物等が電極キャップ１Ｂ内に噴射され、これが排出口３に詰まると、電極キャップ１Ｂの内圧は異常に高くなる。電極キャップ１Ｂの内圧が異常に高くなると、図５に示すように、内圧で電極キャップ１Ｂの肉薄ライン部１１が破断される。この状態になると、電極キャップ１Ｂは大きく開かれて、弁孔１ａを通過するガスを速やかに外部に排出する。したがって、電池ケースの内圧が低下される。
【００３０】
以上の構造の密閉型蓄電池は、ゴム状弾性体で安全弁２の弁体４を構成している。ただ、安全弁の弁体は、必ずしもゴム状弾性体で構成する必要はなく、たとえば、図示しないが、電極キャップに内蔵させるバネで、板状の弁体を弁孔の上面に圧接する構造とすることもできる。このように、ゴム状弾性体やバネで弁孔を閉塞する安全弁は、電池ケースの内圧が低下すると閉弁される。このため、電池ケースの内圧が正常に低下すると正常な電池として再使用できる。
【００３１】
図７は、一旦開弁すると、閉弁しない安全弁２を内蔵する封口板１を示している。この図の封口板１は、本体プレート部１Ａと電極キャップ１Ｂとで薄板９を挟着している。薄板９は、破損されない状態で、弁孔１ａを閉塞する。電極キャップ１Ｂの内面には、薄板９を破断するための切刃１０を下方に突出して設けている。さらに、電極キャップ１Ｂの内面には、図４に示す前述の安全弁２と同じように、排出口３と肉薄ライン部１１とを設けている。
【００３２】
この構造の安全弁２は、電池の電池ケース内の圧力が設定圧よりも低いときには、図７に示すように、閉弁状態に保持される。弁体４が弁孔１ａを閉塞しているからである。電池内圧が上昇すると、弁孔１ａに作用するガス圧が弁体４を押し上げ、弁体４が切刃１０に接触して破断される。この状態で弁孔１ａが開かれて開弁する。この状態になると、電池内のガスは、本体プレート部１Ａの弁孔１ａと、電極キャップ１Ｂの排出口３を通過して電池外に放出される。
【００３３】
弁体４が開弁された状態で、弁孔１ａから熱溶融物等が電極キャップ１Ｂ内に噴射され、これが排出口３に詰まると、電極キャップ１Ｂの内圧は異常に高くなる。電極キャップ１Ｂの内圧が異常に高くなると、図５に示す電極キャップ１Ｂと同じように、内圧で電極キャップ１Ｂの肉薄ライン部１１が破断される。この状態になると、電極キャップ１Ｂは大きく開かれて、弁孔１ａを通過するガスを速やかに外部に排出する。したがって、電池ケースの内圧が低下される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の安全弁を備える密閉型蓄電池は、安全弁を確実に開弁して、熱溶融物等に起因する詰まりを極減し、ガスを速やかに排出して安全に使用できる特長がある。それは、本発明の密閉型蓄電池が、封口板の電極キャップに、弁孔を通過した異常な気体圧力で破断される肉薄ライン部と、弁孔を通過して電極キャップに流入される気体を排出する排出口を開口すると共に、排出口を肉薄ライン部に連結して開口しているからである。肉薄ライン部を排出口で連結する電極キャップは、肉薄ライン部の全長を短くして、しかも、破壊される肉薄ライン部で電極キャップを大きく開弁できる。肉薄ライン部は全長が長いと、厚さで破壊される圧力を正確に制御するのが極めて難しくなる。ところが、本発明の密閉型蓄電池は、電極キャップの肉薄ライン部を排出口で連結するので、肉薄ライン部の全長が短く、電極キャップの異常内圧で確実に破断できる。とくに、本発明の密閉型蓄電池は、電極キャップ内の気体を排出する排出口で肉薄ライン部の全長を短くする。この構造の密閉型蓄電池は、排出口を、電極キャップから気体を排出する作用と、電極キャップを確実に破壊させる作用に併用する。このため、本発明の密閉型蓄電池は、簡単な構造で、弁孔を通過した気体を、電極キャップから確実に排出できる特長を実現する。
【００３５】
とくに、本発明の密閉型蓄電池は、電極キャップを確実に破断して、気体を排出するので、万一、排出口が熱溶融物等で閉塞されたとしても、電極キャップから確実にガスを放出して極めて安全に使用できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の密閉型蓄電池の封口板に内蔵される安全弁の断面図
【図２】従来の他の密閉型蓄電池の封口板に内蔵される安全弁の断面図
【図３】本発明の実施例の安全弁を備える密閉型蓄電池の一部断面側面図
【図４】図３に示す密閉型蓄電池の封口板の一部断面側面図
【図５】図４に示す封口板の安全弁が開弁して電極キャップが破断された状態を示す一部断面側面図
【図６】図４に示す封口板の電極キャップに設けられた肉薄ライン部を示す拡大断面図
【図７】本発明の他の実施例の密閉型蓄電池の封口板の断面図
【符号の説明】
１…封口板１Ａ…本体プレート部１Ｂ…電極キャップ
１ａ…弁孔
２…安全弁
３…排出口
４…弁体
５…電池ケース
６…電極体
７…外装缶
８…絶縁パッキン
９…薄板
１０…切刃
１１…肉薄ライン部
１２…凸条
１３…溝
１４…周壁部
１５…肉薄部

Claims

電池ケース（５）の内圧が設定圧よりも高くなると開弁する安全弁（２）を内蔵する封口板（１）を備え、
安全弁（２）を内蔵する封口板（１）は、外装缶（７）の開口部を閉塞する本体プレート部（１Ａ）と、この本体プレート部（１Ａ）の上面に固定されている電極キャップ（１Ｂ）とからなり、
封口板（１）の電極キャップ（１Ｂ）と本体プレート部（１Ａ）との間には、本体プレート部（１Ａ）に開口されている弁孔（１ａ）を閉塞する弁体（４）が内蔵されており、弁体（４）は、電池の内圧が設定圧力よりも低いときに弁孔（１ａ）を閉塞し、電池の内圧が設定圧力よりも高くなると、弁孔（１ａ）を開弁するように構成され、
さらに、電極キャップ（１Ｂ）には、弁孔（１ａ）を通過した異常な圧力の気体で破断される肉薄ライン部（１１）と、弁孔（１ａ）を通過して電極キャップ（１Ｂ）に流入される気体を排出する排出口（３）が設けられてなる安全弁を備える密閉型蓄電池において、
電極キャップ（１Ｂ）には、肉薄ライン部（１１）に連結して排出口（３）が設けられており、弁孔（１ａ）を通過した異常な圧力の気体が、排出口（３）と肉薄ライン部（１１）を切り離し部分として電極キャップ（１Ｂ）を破断させるように構成されることを特徴とする安全弁を備える密閉型蓄電池。
電極キャップ（１Ｂ）が、本体プレート部（１Ａ）に対して垂直に立ち上がっている筒状の周壁部（１４）を有し、この周壁部（１４）に肉薄ライン部（１１）と排出口（３）とが互いに連結して円周状に設けられている請求項１の安全弁を備える密閉型蓄電池。
弁体（４）がゴム状弾性体で、弁体（４）が弁孔（１ａ）の上面に圧接して弁孔（１ａ）を閉塞する請求項１の安全弁を備える密閉型蓄電池。
弁体（４）が薄板（９）で、この薄板（９）が弁孔（１ａ）を通過する気体で変形されたときに破断する切刃（１０）を電極キャップ（１Ｂ）の内面に設けている請求項１の安全弁を備える密閉型蓄電池。