JP3914707B2

JP3914707B2 - 蓄電素子およびその保持構造

Info

Publication number: JP3914707B2
Application number: JP2000387752A
Authority: JP
Inventors: 俊之松岡; 謙治松本; 春美武富; 修長谷川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: JP2002083579A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッド電気自動車等に駆動電源として搭載される蓄電素子に関する。本発明で言う蓄電素子は、ニッケル水素やリチウム電池等の単電池や、電気二重層コンデンサ（ウルトラキャパシタ）等のエネルギーストレージ素子等の蓄電素子全般を全て含む。
【０００２】
【従来の技術】
この種の蓄電素子は、電池ケース内に正極および負極を有する内部素子が収納され、内部素子の各極にそれぞれ接続された集電板を介して、正極端子および負極端子が設けられた構造が一般的である。このような蓄電素子にあっては、正負の端子が、電池ケースの両端部に分けて設けられたものと、一端部に集約されたものがある。また、電池ケース内には電解液が封入されており、さらに、電池ケースの破裂を防止するために、安全弁が設けられている。例えば、充放電時において発生するガスが過剰になって内圧が高まると、安全弁が破れて電池ケースの破裂が防止されるようになっている。
【０００３】
従来、正負の端子が両端部に分けて設けられた蓄電素子においては、一端部に電解液注入口および安全弁が設けられたものがあった。また、正負の端子が一端部に集約されたものにおいては、端子側に電解液注入口および安全弁が設けられたものや、端子側に電解液注入口が設けられ、反対側に安全弁が設けられたものがあった。
【０００４】
図７は、正負の端子が電池ケースの一端部に集約されるとともに、端子側に電解液注入口および安全弁が設けられた従来の蓄電素子の一例を示している。図中符号１００は有底円筒状の電池ケース、１０１は正極および負極を有し、これら極に集電板１０２，１０３が接続された内部素子、１０４は正極端子１０５、負極端子１０６および安全弁１０７を備えた封口板である。この蓄電素子は、電池ケース１００内に内部素子１０１を収納し、電池ケース１００の開口から電池ケース１００内に電解液を注入してから、各端子１０５，１０６を集電板１０２，１０３に接続させて封口板１０４を電池ケース１００の開口にセットし、電池ケース１００の開口縁部を封口板１０４にかしめることにより組み立てられる。この場合、電池ケース１００の開口が電解液注入口となっており、その開口は封口板１０４で密封されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示した蓄電素子においては、安全弁１０７が作動して開き、電解液が漏出すると、その電解液が正負の端子１０５，１０６にわたって流れ、電解液を介した短絡を生じるおそれがあった。符号Ｌは、端子１０５，１０６を短絡させている電解液を示している。この短絡は、万一電池ケースの開口から電解液が漏出した場合にも生じるおそれがあった。
【０００６】
また、端子側に電解液注入口が設けられ、反対側に安全弁が設けられた蓄電素子の場合、図７における電池ケース１００の底部の一部を肉薄にし、そこを安全弁とする構造が多い。しかしながらその場合には、電池ケース１００が破裂することになり、漏出して飛散する電解液を制御しにくく、周辺機器に電解液による被害を及ぼすおそれがあった。
【０００７】
したがって本発明は、漏出した電解液による端子の短絡が防止され、さらに、漏出した電解液を周辺機器に飛散させることなく安全に処理することができる蓄電素子およびその保持構造を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の蓄電素子は、正極および負極が内蔵された筒状の電池ケースの上端部に、正極および負極にそれぞれ接続された正極端子および負極端子を有する一方、前記電池ケースの下端部に電解液注入口が形成されているとともに、この電解液注入口が、電池ケースの内圧が所定圧以上となった場合に該内圧を減圧するための安全弁で密封され、電解液注入口は、電池ケースの下端部に設けられた注液栓に形成され、注液栓の上端位置は、電池ケースに注入された電解液の液面位置よりも高いことを特徴としている。
【０００９】
本発明の蓄電素子によれば、電解液の漏出が想定される電解液注入口および安全弁と、端子とが、異なる端部に分けて設けられており、したがって、電解液注入口もしくは安全弁から漏出した電解液によって端子が短絡するおそれがない。
【００１０】
次に、本発明の蓄電素子の保持構造は、正極および負極が内蔵された筒状の電池ケースの一端部に、正極および負極にそれぞれ接続された正極端子および負極端子を有する一方、前記電池ケースの他端部に電解液注入口が形成されているとともに、この電解液注入口が、電池ケースの内圧が所定圧以上となった場合に該内圧を減圧するための安全弁を備えた栓で密封された蓄電素子を外部ケース内に収納して保持する構造であって、前記外部ケース内に、前記蓄電素子を、前記栓が下側に配される状態で支持し、前記外部ケース内には、蓄電素子とは隔絶され、かつ、前記安全弁が開いた状態において前記電池ケース内に連通する電解液排出路が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
本発明の蓄電素子の保持構造によれば、安全弁を備えた栓が下側に配されているので、安全弁が作動して開くと、漏出する電解液はそのまま下方に流動する。その電解液は、漏出した時点で電解液排出路内に流れ込む。電解液排出路は蓄電素子と隔絶されているので電解液は端子に付着せず、したがって、端子の短絡はもちろんのこと、周辺機器に飛散することが防止されるとともに、電解液を安全に処理することができる。
【００１２】
本発明の上記保持構造では、電解液排出路に、電解液を検知する電解液検知手段が設けられていることを好ましい形態としている。電解液検知手段によって電解液が検知されることにより、安全弁が作動したこと、すなわち蓄電素子に異常があったことが認められ、蓄電素子の交換を速やかに行うことができる。
【００１３】
また、本発明の上記保持構造では、外部ケース内に複数の蓄電素子が直列接続された状態で支持されているとともに、各蓄電素子に対して電解液排出路がそれぞれ設けられていることを好ましい形態としている。この場合、複数の蓄電素子が直列接続されることにより蓄電素子モジュールが構成され、そのモジュールが、外部ケース内に保持されている。各蓄電素子に対して電解液排出路がそれぞれ設けられ、さらに、これら電解液排出路に電解液検知手段がそれぞれ設けられた形態によれば、どの蓄電素子の安全弁が作動したかが判別され、交換作業が容易となる。
【００１４】
また、本発明では、電解液検知手段が、電解液を検知すると検知信号（例えば電気信号）を発するタイプであり、その検知信号を受けて警告を発する警告手段を備えていることを好ましい形態としている。例えば、本発明の蓄電素子が電気自動車やハイブリッド電気自動車等に駆動電源として搭載される場合、警告手段は、運転者への警告を行う手段であって、メータパネルのランプや、ブザー等により構成される。この形態によれば、安全弁が作動したこと、すなわち蓄電素子に異常があったことを使用者が即座に知ることができ、したがって蓄電素子の交換を速やかに行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、一実施形態に係る蓄電素子１の縦断面図であって、図中符号１０は有底円筒状で底部の中心に孔１０ａが形成された金属製電池ケース、１１は電池ケース１０内に収納された内部電極である。内部電極１１は、可撓性を有する正極板と負極板とが絶縁セパレータ（いずれも図示略）を挟んで渦巻き状に巻回された円筒状をなすもので、絶縁セパレータに対して正極板が上に、負極板が下にそれぞれずらして配置されている。そして、正極板の上端に正極側集電板２０が接合され、負極板の下端に負極側集電板３０が接合されている。
【００１６】
負極側集電板３０は内部電極１１の底面に接合されており、その中心には、リング状の突起３１が形成されている。この突起３１により、電池ケース１０の底部の孔１０ａが密封されている。負極側集電板３０の突起３１の孔は電解液注入口３１ａとされ、この電解液注入口３１ａが、栓３２により密封されている。この栓３２は一端側が薄肉の安全弁３２ａによって塞がれた円筒状のもので、開口側の端部から電解液注入口３１ａに押し込んで突起３１に装着されている。
【００１７】
一方、電池ケース１０の上端側の開口は、封口板２１によって密封されている。封口板２１は、いずれも金属製である内側の正極側リング２２および外側の負極側リング２３と、これらリング２２，２３の間に挟まれた絶縁リング２４とが一体に結合されてなるもので、負極側リング２３が、電池ケース１０の開口縁に結合されている。正極側リング２２には、正極側集電板２０の中心に形成された突起２１が嵌合されている。当該蓄電素子１においては、正極側集電板２０の突起２１および正極側リング２２が正極端子４０Ａとして構成され、負極側集電板３０に電池ケース１０を介して接続された負極側リング２３が、負極端子４０Ｂとして構成されている。
【００１８】
上記蓄電素子１は、次のようにして組み立てられる。まず、内部電極１１の端部に正極側および負極側の集電板２０，３０をそれぞれ接合し、これを電池ケース１０内に収納して負極側集電板３０の突起３１を孔１０ａに嵌合し、突起３１と電池ケース１０とを液密に接合する。次に、封口板２１の内側リング２２の孔２２ａに正極側集電板２０の突起２１を嵌合し、この突起２１と内側リング２２、および外側リング２３と電池ケース１０の開口周縁とを、液密に接合する。次いで、電解液注入口３１ａから電池ケース１０内に電解液を注入し、電解液注入口３１ａを栓３２で塞ぐ。
【００１９】
上記蓄電素子１によれば、安全弁３２ａは、充放電時に電池ケース１０内で発生するガスが過剰になった場合などに、内圧によって破裂して開き、ガスを外部にリークして電池ケース１０の破裂を防ぐ。この安全弁３２ａは、正負の端子４０Ａ，４０Ｂが設けられた側とは反対側の端部に設けられているので、安全弁３２ａから漏出した電解液によって端子４０Ａ，４０Ｂが短絡するおそれがない。また、万一電解液注入口３１ａから電解液が漏出しても、電解液注入口３１ａも安全弁３２ａと同様に端子４０Ａ，４０Ｂとは反対側の端部に設けられているので、端子４０Ａ，４０Ｂが短絡するおそれがない。
【００２０】
次に、図２を参照して、複数の上記蓄電素子１を保持する構造の実施形態を説明する。
図２の符号５０は直方体状の外部ケースであり、この外部ケース５０内に、複数（図例では３個）の上記蓄電素子１が並列されている。これら蓄電素子１は、端子４０Ａ，４０Ｂ側の端部を上に、栓３２を下にした状態に縦置きされ、図示せぬ支持部材により支持されている。そして、正負の端子４０Ａ，４０Ｂに交互に接続された複数のバスバー５１により、各蓄電素子１は直列に接続され、モジュールが構成されている。
【００２１】
外部ケース５０の底部には仕切板５２が設けられ、この仕切板５２の下方空間が電解液回収路５３とされている。また、仕切板５２には、各蓄電素子１に対応して電解液排出孔（電解液排出路）５４が形成されている。これら電解液排出孔５４は電解液回収路５３に連通しており、しかも、蓄電素子１の安全弁３２ａが開いた状態において電池ケース１０内に連通する。電解液回収路５３ならびに電解液排出孔５４は、蓄電素子１とは隔絶しており、これらを流れる電解液は蓄電素子１に接触しないようになされている。また、外部ケース５０には、電解液回収路５３を流れる電解液が流れ込んで貯留される貯留部５５が形成されている。なお、図示例では仕切板５２は外部ケース５０と一体であるが、別体であってもよく、その場合には、電解液回収路５３を外部ケース５０と一体に構成することができる。
【００２２】
仕切板５２に形成された各電解液排出孔５４には、電解液を検知する電解液検知手段５６がそれぞれ設けられている。電解液検知手段５６としては、電解液が接触することにより電気信号を発信するようになされたものなどが好適に用いられる。そして、本装置が例えばハイブリッド電気自動車のモータ駆動電源として搭載される場合には、電解液検知手段５６の検知信号を運転者に警告する警告手段を設けることができる。その場合の警告手段は、メータパネルのランプやブザー等が挙げられ、例えば、駆動電源の状態（電流、電圧、温度等）を管理しているＥＣＵ（エレクトリックコントロールユニット）に電解液検知手段５６から電気信号が供給され、ＥＣＵが警告手段を作動させる。電解液検知手段５６の他の例としては、電解液が接触すると変色する試薬を染み込ませた紙等を用いることができる。なお、電解液検知手段５６は電解液排出孔５４を塞ぐものではない。
【００２３】
上記蓄電素子の保持構造によれば、電解液検知手段５６により、安全弁３２ａが作動したこと、すなわち蓄電素子１に異常があったことが認められ、蓄電素子の交換を速やかに行うことができる。その電解液検知手段５６は、各蓄電素子１ごとに設けられた電解液排出孔５４にそれぞれ設けられているので、どの蓄電素子１の安全弁３２ａが作動したかが判別され、交換作業が容易となる。また、電解液検知手段５６の検知信号を受けて警告を発する警告手段を備える構成を採れば、蓄電素子に異常があったことを使用者が即座に知ることができる。
【００２４】
また、安全弁３２ａを備えた栓３２が下側に配されているので、安全弁３２ａが作動して開くと、漏出する電解液はそのまま下方に流動する。その電解液は、漏出した時点で電解液排出孔５４に流れ込み、さらに、電解液回収路５３に落下し、最終的に貯留部５５に流れ込む。電解液排出孔５４および電解液回収路５３は各蓄電素子１と隔絶されているので、電解液は端子４０Ａ，４０Ｂに付着しない。したがって、端子４０Ａ，４０Ｂの短絡はもちろんのこと、外部ケース５０外に飛散して周辺機器に影響を及ぼすことが防止されるとともに、電解液を安全に処理することができる。
【００２５】
次に、図３および図４を参照して蓄電素子の他の実施形態を説明する。
図３は、他の実施形態に係る蓄電素子２の縦断面図であって、図中符号６０は有底円筒状で底部の中心に孔６０ａが形成された金属製電池ケース、６１は電池ケース６０内に収納された円筒状の内部電極である。内部電極６１の上端には、内部電極６１が備える正極板および負極板（いずれも図示略）に接合された正極側集電板６２および負極側集電板６３とが、それぞれ配設されている。６４は電池ケース６０の開口を密封する封口板であり、この封口板６４は、電池ケース６０の開口縁部にかしめ結合されている。封口板６４には、上方に突出する正極端子６５および負極端子６６が設けられている。これら端子６５，６６は、封口板６４を電池ケース６０にかしめ結合することにより、正極側集電板６２および負極側集電板６３にそれぞれ接続されている。
【００２６】
電池ケース６０の底部の孔６０ａは、安全弁７０を内蔵する円筒状のゴム製注液栓８０によって密封されている。注液栓８０は、図４に示すように、円筒部８１の下端に鍔部８２が形成されたものであり、その中空部（電解液注入口）８３に安全弁７０が挿入されている。円筒部８１の鍔部８２側の開口は安全弁７０を挿入しやすいようにテーパ部８２ａが形成されており、ここ以外の内径は均一である。円筒部８１の先端部８１ａの外径は孔６０ａの内径とほぼ同一であり、鍔部８２側の基端部８１ｂは先端部８１ａよりも太い。そして、先端部８１ａと基端部８１ｂの間に、抜け止め用の膨出部８１ｃが形成されている。
【００２７】
安全弁７０は、上端に排ガス口７１ａを有する円筒状のケース７１内に、上からゴム製のパッキン（栓）７２とコイルスプリング７３とが収納され、ケース７１の下端に蓋７４がかしめ結合された構成である。コイルスプリング７３は圧縮状態であり、蓋７４をばね座としてパッキン７２を常に上方に付勢している。パッキン７２は略円柱状のゴム成形体であるが、その外周面には軸方向に延びる複数の溝７２ａが周方向に等間隔に形成されている。パッキン７２はケース７１内に軸方向に移動可能に収納されているものの、コイルスプリング７３で付勢されていることにより、通常はその上端面がケース７１の上端に当接している。これにより、排ガス口７１ａはパッキン７２によって密封されている。コイルスプリング７３の弾発力に抗してパッキン７２を下げると、排ガス口７１ａは開き、溝７２ａを介してパッキン７２と蓋７４との間の空間に連通する。
【００２８】
電池ケース６０の孔６０ａに注液栓８０と安全弁７０を装着するには、まず、注液栓８０を先端部８１ａ側から孔６０ａに挿入し、膨出部８１ｃを電池ケース６０内まで押し込み、鍔部８２を電池ケース６０の底面に当てる。次いで、安全弁７０を排ガス口７１ａ側の端部から注液栓８０に挿入する。この場合、安全弁７０を注液栓８０に挿入すると、注液栓８０の基端部８１ｂが孔６０ａの内周面と安全弁７０とに挟まれて圧縮させられ剛性が上がり、安全弁７０は注液栓８０に、また注液栓８０は孔６０ａにそれぞれ圧入された状態となる。これにより、両者の抜け止めが確実になされる。
【００２９】
上記蓄電素子２は、次のようにして組み立てられる。まず、内部電極６１に正極側および負極側の集電板６２，６３をそれぞれ接合し、これを電池ケース６０内に収納する。次に、封口板６４を電池ケース６０の開口に配置して正極端子６５および負極端子６６を各集電板６２，６３に接続させ、封口板６４を電池ケース６０の開口縁部にかしめ結合する。次いで、電池ケース６０の孔６０ａに注液栓８０を挿入し、この注液栓８０の中空部８３から電池ケース６０内に電解液を注入してから、注液栓８０の中空部８３に安全弁７０を圧入する。
【００３０】
上記蓄電素子２によれば、電池ケース６０内で発生したガスによって内圧が高くなり、その圧力がコイルスプリング７３の弾発力を超えると、コイルスプリング７３がパッキン７２により押し下げられて収縮し、開いた排ガス口７１ａからガスがケース７１内に排出される。そして、電池ケース６０の内圧が元に戻るとコイルスプリング７３によってパッキン７２が押し上げられ、排ガス口７１ａが塞がれる。
【００３１】
本実施形態では、安全弁７０と、この安全弁７０が圧入された注液栓８０の双方が、正負の端子６５，６６が設けられた側とは反対側の端部に設けられているので、安全弁７０もしくは注液栓８０が圧入されている電池ケース６０の孔６０ａから電解液が漏出したとしても、その電解液によって端子６５，６６が短絡するおそれがない。また、安全弁７０と注液栓８０とで同軸的な１つのユニットが構成されているので電池ケース６０の底部への配置の自由度が高く、電池ケース６０が小径の場合でもそれらを配置することに苦慮することがない。安全弁７０の開閉動作は圧力を受けるコイルスプリング７３の弾発力でなされるので、その動作が確実で、かつ長期にわたって安定する。また、どの程度の圧力で開弁させるかといった圧力調整を、弾発力の異なるコイルスプリングに交換することで容易に行うことができる。
【００３２】
図５は、上記蓄電素子２の変形例を示している。この蓄電素子２Ａは、注液栓８０の長さが、電池ケース６０内に注入される電解液Ｌの液面Ｌ_１から上端が突出するまで長く設定されており、これに応じて安全弁７０のケース７１およびコイルスプリング７３も長く、ケース７１の排ガス口７１ａは電解液Ｌの液面Ｌ_１よりも上に存している。この構成によれば、安全弁７０が作動してケース７１の排ガス口７１ａが開いても、電解液Ｌが漏出するおそれが少なくなる。
【００３３】
次に、図６を参照して、複数の上記蓄電素子２を保持する構造の実施形態を説明する。
図６の符号９０は直方体状の外部ケースであり、この外部ケース９０内に、複数（図例では３個）の蓄電素子２が並列されている。これら蓄電素子２は、正負の端子６５，６６に交互に接続された複数のバスバー６７により直列に接続されてモジュールが構成されている。外部ケース９０は、ケース本体９１と蓋体９２とからなり、両端に配された蓄電素子２に接続された末端のバスバー６７は、ケース本体９１と蓋体９２に挟まれて外部ケース９０外に出されている。
【００３４】
ケース本体９１の底部には仕切板９３が設けられ、この仕切板９３に形成された嵌合部９３ａに各蓄電素子２が嵌合されている。仕切板９３の下方空間は電解液回収路９４となっており、仕切板９３における各蓄電素子２に装着された安全弁７０の直下部分には、電解液排出孔（電解液排出路）９５が形成されている。電解液回収路９４の底面すなわちケース本体９１の底面は一方向（図６で右方）に下り勾配に傾斜しており、その先端に排出口９６が開けられている。
【００３５】
本実施形態の蓄電素子の保持構造によれば、蓄電素子２の安全弁７０が作動して開き、電解液が外部に漏出した場合、その電解液は電解液排出孔９５を通って電解液回収路９４に落下し、最終的に排出口９６から排出される。電解液排出孔９５および電解液回収路９４は、蓄電素子２によって各端子６５，６６および各バスバー６７と隔絶されているのでこれらに電解液は付着せず、このため、端子６５，６６の短絡が起こることなく安全に電解液を処理することができる。
【００３６】
なお、本実施形態でも、図２で示した保持構造と同様に、各電解液排出口９５に電解液を検知する電解液検知手段を設けて蓄電素子２の状態を管理する構成を付加させることができるのは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、漏出した電解液による端子の短絡が防止されるとともに、漏出した電解液を周辺機器に飛散させることなく安全に処理することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る蓄電素子の縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る蓄電素子の保持構造を示す縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る蓄電素子の縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る安全弁および注液栓の一部断面斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る蓄電素子の変形例を示す縦断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る蓄電素子の保持構造を示す縦断面図である。
【図７】従来の蓄電素子の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０，６０…電池ケース、１１，６１…内部電極（正極および負極）、
３１ａ…電解液注入口、３２…栓、３２ａ，７０…安全弁、
４０Ａ，６５…正極端子、５０，９０…外部ケース、
５４，９５…電解液排出孔（電解液排出路）、５６…電解液検知手段、
６６…負極端子、７２…パッキン（栓）、８３…中空部（電解液注入口）。

Claims

正極および負極が内蔵された筒状の電池ケースの上端部に、正極および負極にそれぞれ接続された正極端子および負極端子を有する一方、
前記電池ケースの下端部に電解液注入口が形成されているとともに、この電解液注入口が、電池ケースの内圧が所定圧以上となった場合に該内圧を減圧するための安全弁で密封され、
前記電解液注入口は、前記電池ケースの下端部に設けられた注液栓に形成され、前記注液栓の上端位置は、前記電池ケースに注入された電解液の液面位置よりも高いことを特徴とする蓄電素子。
正極および負極が内蔵された筒状の電池ケースの一端部に、正極および負極にそれぞれ接続された正極端子および負極端子を有する一方、
前記電池ケースの他端部に電解液注入口が形成されているとともに、この電解液注入口が、電池ケースの内圧が所定圧以上となった場合に該内圧を減圧するための安全弁を備えた栓で密封された蓄電素子を外部ケース内に収納して保持する構造であって、
前記外部ケース内に、前記蓄電素子を、前記栓が下側に配される状態で支持し、
前記外部ケース内には、蓄電素子とは隔絶され、かつ、前記安全弁が開いた状態において前記電池ケース内に連通する電解液排出路が設けられていることを特徴とする蓄電素子の保持構造。
前記電解液排出路には、電解液を検知する電解液検知手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の蓄電素子の保持構造。
前記外部ケース内に、複数の前記蓄電素子が直列接続された状態で支持されているとともに、各蓄電素子に対して前記電解液排出路がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の蓄電素子の保持構造。
前記電解液検知手段は、電解液を検知すると検知信号を発するものであり、その検知信号を受けて警告を発する警告手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の蓄電素子の保持構造。