JP4715843B2 - 密閉型電池 - Google Patents
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Description
この発明は、一般的には、密閉型電池に関し、より特定的には、内部にアルカリ電解液が配置された密閉型電池に関する。
従来の密閉型電池に関して、たとえば、特開平05−198291号公報には、電解液のリークに対して長期間の信頼性を確保することを目的としたアルカリ密閉電池が開示されている。
特開平05−198291号公報に開示されたアルカリ密閉電池には、復元式排気機構が内蔵されている。排気機構は、中空リベットと、中空リベットの上端部にスポット溶接されたキャップ端子と、中空リベットとキャップ端子との間に形成された空間に、加圧状態で収納された弾性弁体とから構成されている。中空リベットは、電池要素の正極リードにスポット溶接されたワッシャとともに、金属製の蓋板に、かしめ(加締め)止めされている。このような構成により、中空リベットには、電池のプラス電位が印加している。
また、特開平03−159057号公報には、広範囲な温度下で長期間安定した弁作動性能を発揮することを目的とした密閉型アルカリ蓄電池の安全弁装置が開示されている。特開平03−159057号公報では、封口板に形成された排気孔を塞ぐように、弾性弁体が設けられている。また、実開平04−046358号公報には、簡単な構成で作動精度が高く、安全弁を構成する薄膜を誤って破損させないことを目的とした電池の安全弁装置が開示されている。実開平04−046358号公報に開示された安全弁装置は、弁孔が設けられた蓋板と、弁孔を閉塞するように蓋板に熱溶着された薄膜とを備える。
上述の特開平05−198291号公報に開示されたアルカリ密閉電池では、弾性弁体の底面が平らに形成されており、弾性弁体は、その底面が中空リベットの開口を塞ぐように設けられている。しかしながら、この場合、弾性弁体の底面が、開口を規定する中空リベットの内縁に押し当てられた状態となるため、弾性弁体に応力集中が生じてしまう。そして、このような状態が長期間に渡ると、弾性弁体にクラックが発生し、そのクラックが発生した位置から電解液が漏れるおそれが生じる。
特開平05−198291号公報に開示されたアルカリ密閉電池には、復元式排気機構が内蔵されている。排気機構は、中空リベットと、中空リベットの上端部にスポット溶接されたキャップ端子と、中空リベットとキャップ端子との間に形成された空間に、加圧状態で収納された弾性弁体とから構成されている。中空リベットは、電池要素の正極リードにスポット溶接されたワッシャとともに、金属製の蓋板に、かしめ(加締め)止めされている。このような構成により、中空リベットには、電池のプラス電位が印加している。
また、特開平03−159057号公報には、広範囲な温度下で長期間安定した弁作動性能を発揮することを目的とした密閉型アルカリ蓄電池の安全弁装置が開示されている。特開平03−159057号公報では、封口板に形成された排気孔を塞ぐように、弾性弁体が設けられている。また、実開平04−046358号公報には、簡単な構成で作動精度が高く、安全弁を構成する薄膜を誤って破損させないことを目的とした電池の安全弁装置が開示されている。実開平04−046358号公報に開示された安全弁装置は、弁孔が設けられた蓋板と、弁孔を閉塞するように蓋板に熱溶着された薄膜とを備える。
上述の特開平05−198291号公報に開示されたアルカリ密閉電池では、弾性弁体の底面が平らに形成されており、弾性弁体は、その底面が中空リベットの開口を塞ぐように設けられている。しかしながら、この場合、弾性弁体の底面が、開口を規定する中空リベットの内縁に押し当てられた状態となるため、弾性弁体に応力集中が生じてしまう。そして、このような状態が長期間に渡ると、弾性弁体にクラックが発生し、そのクラックが発生した位置から電解液が漏れるおそれが生じる。
この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、電解液の漏洩を長期間に渡って抑制する密閉型電池を提供することである。
この発明の1つの局面に従った密閉型電池は、電解液が配置された内部空間を形成し、内部空間に連通する貫通孔が形成されたケース体と、中空リベットと、弾性弁体とを備える。中空リベットは、ケース体の外側で環状に延在するシール面と、シール面の内縁に連なる排気孔が形成され、貫通孔に位置決めされる中空部とを有し、内部空間のガスを排気孔から流出させる。弾性弁体は、シール面と向い合って環状に延在し、シール面を押圧する当接部を有し、排気孔を塞ぐように設けられている。当接部は、シール面の内縁から離れた位置でシール面に接触するように、シール面に向かって突出して形成されている。
このように構成された密閉型電池によれば、当接部が、排気孔に連なるシール面の内縁に接触した状態でシール面を押圧するということがない。これにより、シール面と当接部との接触位置に応力集中が生じることを防止し、弾性弁体の劣化を抑えることができる。したがって、本発明によれば、シール面と当接部との間のシールを確保して、内部空間から電解液が漏れることを長期間に渡って抑制することができる。
また好ましくは、当接部が環状に延在する方向の直交平面で切断した場合に、当接部は、シール面に向い合う位置で湾曲した輪郭を有する。このように構成された密閉型電池によれば、当接部とシール面との接触位置に均等な面圧が作用するように、当接部をシール面に押圧することができる。これにより、弾性弁体の劣化をさらに効果的に抑えることができる。
また、電解液は、アルカリ電解液である。好ましくは、中空リベットは、電池電位から浮遊して設けられている。このように構成された密閉型電池によれば、電解液がアルカリ電解液である場合、電解液が、中空リベットの表面を伝って当接部とシール面との接触位置に向かう駆動力を、低減させることができる。これにより、電解液の漏れをさらに効果的に抑え、ソルティングの発生を防止できる。
この発明の別の局面に従った密閉式電池は、ケース体と、弾性弁体と、蓋体とを備える。ケース体は、電解液が配置される内部空間を形成するとともに、内部空間に連通する貫通孔が形成されている。ケース体は、貫通孔を通じて内部空間のガスを流出させる。弾性弁体は、貫通孔を塞ぐように設けられている。蓋体は、ケース体に固定され、ケース体に向けて弾性弁体を圧縮変形させる。ケース体は、貫通孔が開口する表面を有する。弾性弁体は、貫通孔と隙間を設けて対向する底面と、底面の周縁から表面に向かって突出する凸面とを有する。凸面は、貫通孔の開口縁から離れた位置で表面を押圧する。
このように構成された密閉式電池によれば、弾性弁体に貫通孔と隙間を設けて対向する底面を設けることによって、貫通孔の開口縁から離れた位置で弾性弁体がケース体に接触する状態が得られる。これにより、弾性弁体に応力集中が生じることを抑制し、弾性弁体の劣化を抑えることができる。したがって、本発明によれば、弾性弁体によるシール性を確保して、内部空間から電解液が漏れることを長期間に渡って防止できる。
また好ましくは、凸面は、表面に向い合う位置で湾曲した輪郭を有する。このように構成された密閉式電池によれば、凸面によって表面を押圧する際、凸面により均等に面圧を作用させることができる。これにより、弾性弁体の劣化をさらに効果的に抑えることができる。
また好ましくは、密閉式電池は、貫通孔に挿入され、内部空間のガスを流出させる排気孔が形成された中空リベットをさらに備える。中空リベットは、表面上で延在し、排気孔が開口するシール面を有する。凸面は、排気孔の開口縁から離れた位置でシール面を押圧する。このように構成された密閉式電池によれば、凸面が排気孔の開口縁に接触することを防止し、弾性弁体に応力集中が生じることを抑制できる。
以上説明したように、この発明に従えば、電解液の漏洩を長期間に渡って抑制する密閉型電池を提供することができる。
この発明の1つの局面に従った密閉型電池は、電解液が配置された内部空間を形成し、内部空間に連通する貫通孔が形成されたケース体と、中空リベットと、弾性弁体とを備える。中空リベットは、ケース体の外側で環状に延在するシール面と、シール面の内縁に連なる排気孔が形成され、貫通孔に位置決めされる中空部とを有し、内部空間のガスを排気孔から流出させる。弾性弁体は、シール面と向い合って環状に延在し、シール面を押圧する当接部を有し、排気孔を塞ぐように設けられている。当接部は、シール面の内縁から離れた位置でシール面に接触するように、シール面に向かって突出して形成されている。
このように構成された密閉型電池によれば、当接部が、排気孔に連なるシール面の内縁に接触した状態でシール面を押圧するということがない。これにより、シール面と当接部との接触位置に応力集中が生じることを防止し、弾性弁体の劣化を抑えることができる。したがって、本発明によれば、シール面と当接部との間のシールを確保して、内部空間から電解液が漏れることを長期間に渡って抑制することができる。
また好ましくは、当接部が環状に延在する方向の直交平面で切断した場合に、当接部は、シール面に向い合う位置で湾曲した輪郭を有する。このように構成された密閉型電池によれば、当接部とシール面との接触位置に均等な面圧が作用するように、当接部をシール面に押圧することができる。これにより、弾性弁体の劣化をさらに効果的に抑えることができる。
また、電解液は、アルカリ電解液である。好ましくは、中空リベットは、電池電位から浮遊して設けられている。このように構成された密閉型電池によれば、電解液がアルカリ電解液である場合、電解液が、中空リベットの表面を伝って当接部とシール面との接触位置に向かう駆動力を、低減させることができる。これにより、電解液の漏れをさらに効果的に抑え、ソルティングの発生を防止できる。
この発明の別の局面に従った密閉式電池は、ケース体と、弾性弁体と、蓋体とを備える。ケース体は、電解液が配置される内部空間を形成するとともに、内部空間に連通する貫通孔が形成されている。ケース体は、貫通孔を通じて内部空間のガスを流出させる。弾性弁体は、貫通孔を塞ぐように設けられている。蓋体は、ケース体に固定され、ケース体に向けて弾性弁体を圧縮変形させる。ケース体は、貫通孔が開口する表面を有する。弾性弁体は、貫通孔と隙間を設けて対向する底面と、底面の周縁から表面に向かって突出する凸面とを有する。凸面は、貫通孔の開口縁から離れた位置で表面を押圧する。
このように構成された密閉式電池によれば、弾性弁体に貫通孔と隙間を設けて対向する底面を設けることによって、貫通孔の開口縁から離れた位置で弾性弁体がケース体に接触する状態が得られる。これにより、弾性弁体に応力集中が生じることを抑制し、弾性弁体の劣化を抑えることができる。したがって、本発明によれば、弾性弁体によるシール性を確保して、内部空間から電解液が漏れることを長期間に渡って防止できる。
また好ましくは、凸面は、表面に向い合う位置で湾曲した輪郭を有する。このように構成された密閉式電池によれば、凸面によって表面を押圧する際、凸面により均等に面圧を作用させることができる。これにより、弾性弁体の劣化をさらに効果的に抑えることができる。
また好ましくは、密閉式電池は、貫通孔に挿入され、内部空間のガスを流出させる排気孔が形成された中空リベットをさらに備える。中空リベットは、表面上で延在し、排気孔が開口するシール面を有する。凸面は、排気孔の開口縁から離れた位置でシール面を押圧する。このように構成された密閉式電池によれば、凸面が排気孔の開口縁に接触することを防止し、弾性弁体に応力集中が生じることを抑制できる。
以上説明したように、この発明に従えば、電解液の漏洩を長期間に渡って抑制する密閉型電池を提供することができる。
図1は、この発明の実施の形態1における電池セルを示す斜視図である。
図2は、図1中のII−II線上に沿った電池セルの断面図である。
図3は、図2中の中空リベットおよびシールゴムを示す斜視図である。
図4は、図2中の2点鎖線IVで囲まれた位置を拡大して示す断面図である。
図5は、実施例において、時間経過に伴う電解液の漏れ量を表わしたグラフである。
図6は、実施例において、比較のための電池セルに用いたシールゴムの形状を表す断面図である。
図7は、この発明の実施の形態2における電池セルの断面図である。
図8は、図7中の電池セルの第1の変形例を示す断面図である。
図9は、図7中の電池セルの第2の変形例を示す断面図である。
図10は、図7中の電池セルの第3の変形例を示すシールゴムの底面図である。
図11は、図7中の電池セルの第4の変形例を示すシールゴムの底面図である。
図2は、図1中のII−II線上に沿った電池セルの断面図である。
図3は、図2中の中空リベットおよびシールゴムを示す斜視図である。
図4は、図2中の2点鎖線IVで囲まれた位置を拡大して示す断面図である。
図5は、実施例において、時間経過に伴う電解液の漏れ量を表わしたグラフである。
図6は、実施例において、比較のための電池セルに用いたシールゴムの形状を表す断面図である。
図7は、この発明の実施の形態2における電池セルの断面図である。
図8は、図7中の電池セルの第1の変形例を示す断面図である。
図9は、図7中の電池セルの第2の変形例を示す断面図である。
図10は、図7中の電池セルの第3の変形例を示すシールゴムの底面図である。
図11は、図7中の電池セルの第4の変形例を示すシールゴムの底面図である。
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1における電池セルを示す斜視図である。図中に示す電池セルは、複数個が直列に組み合わされ、ハイブリッド自動車に搭載される。電池セルは、そのハイブリッド自動車で、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とともに動力源とされる。
図1を参照して、電池セル10は、ニッケル水素電池であり、電池収容ケース12に覆われて形成されている。電池収容ケース12は、密閉された略直方体形状の筐体構造を有し、化学的、物理的に安定な金属から形成されている。電池収容ケース12が形成する内部空間15には、ニッケル酸化物もしくはニッケル水酸化物を含む正極と、水素吸蔵合金を含む負極とが、収容されている。正極と負極とは、電解液に浸された状態で、セパレータを介して多層に積層されている。電解液は、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等のアルカリ水溶液からなる。
正極は、電池収容ケース12の側面12bから突出し、電池収容ケース12と非接触の状態で設けられた正極端子14に接続されている。負極は、内部空間15で電池収容ケース12に接続されており、電池収容ケース12によって負極端子が構成されている。なお、正極端子および負極端子は、このような形態に限定されず、たとえば、正極端子を電池収容ケース12によって構成しても良いし、正極端子および負極端子の双方を、電池収容ケース12とは別に設けても良い。
電池収容ケース12は、側面12bとは別の位置で電池収容ケース12の面を構成する表面12aを有する。表面12aには、スポット溶接によりキャップ21が取り付けられている。キャップ21の内部には、内部空間15で発生した水素もしくは酸素を外部に排出するための排気機構が設けられている。なお、図示されていないが、キャップ21には、ガスの排出孔が形成されている。
図2中には、図1中のII−II線上に沿った電池セルの断面図が示されている。図2を参照して、排気機構は、キャップ21内に配置された中空リベット31およびシールゴム25によって構成されている。
電池収容ケース12には、表面12aに開口し、内部空間15に連通する貫通孔13が形成されている。貫通孔13には、絶縁ガスケット16を介して中空リベット31が嵌め合わされている。このような構成により、中空リベット31は、電池収容ケース12から絶縁されており、結果、電池のマイナス電位およびプラス電位の双方から浮遊した状態に設けられている。
図3中には、図2中の中空リベットおよびシールゴムを示す斜視図が示されている。図中では、形状の理解を容易にするため、シールゴムの一部が断面形状で表されている。図2および図3を参照して、中空リベット31は、表面12a上であって、キャップ21内に配置されたリング状部32と、貫通孔13に位置決めされ、リング状部32に接続される中空部33とを有する。
リング状部32には、表面12aと平行に延在するシール面32aが形成されている。貫通孔13の貫通方向に延びる中心軸を軸101と規定した場合に、シール面32aは、表面12a上において、軸101を中心とした周方向に環状に延在するように形成されている。なお、シール面32aは、円形の周方向に延在する形状に限定されず、楕円形や長円形の周方向に延在する形状や、四角形等、多角形の辺をたどって延在する形状であっても良い。中空部33には、軸101に沿って延び、シール面32aの内縁36に開口する排気孔35が形成されている。排気孔35は、内部空間15に連通している。
シールゴム25は、中空リベット31とキャップ21との間に、圧縮変形された状態で配置されている。シールゴム25は、たとえば、20%から30%ほどの割合(つぶし代)で圧縮変形されている。シールゴム25は、たとえば、ブチルゴム、NBR(ニトリルゴム)もしくはH−NBR(水素化ニトリルゴム)などの弾性体から形成されている。
シールゴム25は、略円柱形状に形成されたベース部27と、ベース部27とリング状部32との間に位置し、シール面32aを押圧する当接部26とから構成されている。ベース部27は、シール面32aに向い合う側に、シール面32aと平行に延在する底面27cを有する。当接部26は、シール面32aと向い合う位置で底面27cから突出して形成されている。当接部26は、底面27cからシール面32aに向けて突出する凸部が、シール面32aと向い合う位置で環状に延びる形状に形成されている。当接部26は、シール面32aの内縁36から離れた位置でシール面32aに接触するように形成されている。当接部26は、シール面32aと接触する位置でのみ、シール面32aに対して凸形状となるように形成されている。
当接部26は、シール面32aに面する表面26aを有する。軸101の半径方向に延在する平面で当接部26を切断した場合に、表面26aは、シール面32aに対して凸となる曲線となって表われる。当接部26は、底面27cから表面26aまで距離が、当接部26が最も大きく突出する位置から、その位置の両側に向けて徐々に小さくなるように形成されている。
図4中には、図2中の2点鎖線IVで囲まれた位置を拡大して示す断面図が示されている。図4を参照して、当接部26がシール面32aを押圧することによって、表面26aには、接触面29が形成される。接触面29は、シール面32aの内縁36と外縁との間で、シール面32aの周方向に沿って帯状に延びている。このような構成により、本実施の形態では、当接部26が内縁36と接触し、その接触した位置で応力集中が発生することを防止できる。
また、排気機構の製造工程時、表面12a上にキャップ21をかぶせてシールゴム25を圧縮変形させる際、当接部26は、まず底面27cから最も突出する位置でシール面32aに接触する。そして、その接触した位置を中心にその両側で、シール面32aとの接触面積を徐々に増やしながら変形し、接触面29を形成していく。このため、本実施の形態では、シール面32aに多少の凹凸形状が存在しても、接触面29において、シール面32aが延在する方向の歪みを生じさせないように、当接部26が変形する。これにより、接触面29に面圧をより均等に作用させた状態で、シールゴム25を設けることができる。
以上の理由から、本実施の形態によれば、シールゴム25の劣化を抑えることができ、シールゴム25に、圧縮割れ等のクラックが早期に生じることを防止できる。これにより、シール面32aと当接部26との間のシールを長期間に渡って確保し、内部空間15から電解液が漏れることを抑制できる。
また、内部空間15では、過飽和にある電解液が、中空リベット31の表面全体に付着した状態となっている。このような状態で、中空リベット31に電池電位、特にマイナス電位が印加していると、電解液が、中空リベット31の表面を伝いながらシール面32aと当接部26との接触位置に向かう駆動力が大きくなる。しかしながら、本実施の形態では、中空リベット31が電池電位から浮遊して設けられているため、この電解液の駆動力を低減させることができる。これにより、シール面32aと当接部26との接触位置から漏れようとする電解液の量を、少なく抑えることができる。
続いて、本実施の形態における電池セルの効果を確認するために行なった実施例について説明を行なう。図5中には、本実施例において、時間経過に伴う電解液の漏れ量を表わしたグラフが示されている。図6中には、本実施例において、比較のための電池セルに用いたシールゴムの形状を表す断面図が示されている。
図5および図6を参照して、本実施例では、電池セル10を、温度60℃、湿度90%の条件下に置き、時間経過に伴う電解液の漏れ量を測定した。その結果を、図5中の直線200に表わした。なお、電解液の漏れ量は、電池収容ケース12に付着したアルカリ成分を定量分析することによって求めた。
また比較のため、シールゴム25に替えて、図6中のシールゴム41を用いた電池セルを準備し、中空リベット31にプラス電位を印加させた場合と、マイナス電位を印加させた場合とで、電解液の漏れ量を測定した。これらの結果を、図5中の直線201および202にそれぞれ表わした。シールゴム41は、軸101上で最も突出するように形成されており、シールゴム41が圧縮変形された状態で、シールゴム41の表面41aと内縁36とが接触する。
直線200、201および202を比較して分かるように、本実施の形態における電池セル10よれば、電解液の漏れ量を少なく抑えられることを確認できた。
この発明の実施の形態1における密閉型電池としての電池セル10は、電解液が配置された内部空間15を形成し、内部空間15に連通する貫通孔13が形成されたケース体としての電池収容ケース12と、中空リベット31と、弾性弁体としてのシールゴム25とを備える。中空リベット31は、電池収容ケース12の外側で環状に延在するシール面32aと、シール面32aの内縁36に連なる排気孔35が形成され、貫通孔13に位置決めされる中空部33とを有し、内部空間15のガスを排気孔35から流出させる。シールゴム25は、シール面32aと向い合って環状に延在し、シール面32aを押圧する当接部26を有し、排気孔35を塞ぐように設けられている。当接部26は、シール面32aの内縁36から離れた位置でシール面32aに接触するように、シール面32aに向かって突出して形成されている。
このように構成された、この発明の実施の形態1における電池セル10によれば、内部空間15から電解液が漏れることを抑制でき、電池収容ケース12の表面にソルティングが発生することを防止できる。これにより、電池セル10の信頼性を長期間に渡って確保することができる。本実施の形態では、電池セル10がハイブリッド自動車に搭載され、長期間に渡る使用が前提とされているため、このような効果を特に有効に得ることができる。
なお、本実施の形態では、電池セル10がニッケル水素電池である場合について説明したが、これに限定されず、たとえば、ニッケルカドニウム電池であっても良い。また、アルカリ電池に限定されず、非水電解液を用いたリチウムイオン電池であっても良い。
(実施の形態2)
図7は、この発明の実施の形態2における電池セルの断面図である。図7は、実施の形態1における図2に対応する図である。本実施の形態における電池セルは、実施の形態1における電池セル10と比較して基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
図7を参照して、本実施の形態では、実施の形態1における中空リベット31および絶縁ガスケット16が設けられていない。
排気機構は、キャップ21内に配置されたシールゴム25によって構成されている。シールゴム25は、ベース部27と、ベース部27と表面12aとの間に位置し、表面12aを押圧する当接部26とから構成されている。
ベース部27は、貫通孔13と隙間を設けて対向し、表面12aと平行に延在する底面27cを有する。当接部26は、底面27cの周縁から表面12aに向かって突出する凸面としての表面26aを有する。当接部26は、底面27cから表面12aに向けて突出する凸部が、表面12aと向い合う位置で環状に延びる形状に形成されている。本実施の形態では、貫通孔13と隙間を設けて対向する底面27cによって、シールゴム25が貫通孔13に対向する位置で表面12aから退避した形状となる。さらに、表面26aがその底面27cの周縁から表面12aに向かって突出するため、表面26aは、貫通孔13の開口縁51から離れた位置で表面12aに接触する。開口縁51は、貫通孔13が表面12aに連なる位置である。
軸101の半径方向に延在する平面で当接部26を切断した場合に、表面26aは、表面12aに対して凸となる曲線となって表われる。当接部26は、底面27cから表面26aまで距離が、表面26aが最も大きく突出する位置から、その位置の両側に向けて徐々に小さくなるように形成されている。
この発明の実施の形態2における密閉式電池としての電池セルは、ケース体としての電池収容ケース12と、弾性弁体としてのシールゴム25と、蓋体としてのキャップ21とを備える。電池収容ケース12は、電解液が配置される内部空間15を形成するとともに、内部空間15に連通する貫通孔13が形成されている。電池収容ケース12は、貫通孔13を通じて内部空間15のガスを流出させる。シールゴム25は、貫通孔13を塞ぐように設けられている。キャップ21は、電池収容ケース12に固定され、電池収容ケース12に向けてシールゴム25を圧縮変形させる。電池収容ケース12は、貫通孔13が開口する表面12aを有する。シールゴム25は、貫通孔13と隙間を設けて対向する底面27cと、底面27cの周縁から表面12aに向かって突出する凸面としての表面26aとを有する。表面26aは、貫通孔13の開口縁51から離れた位置で表面12aを押圧する。
このように構成された、この発明の実施の形態2における電池セルによれば、実施の形態1に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、実施の形態1における電池セル10と比較して、中空リベット31および絶縁ガスケット16が省略されるため、電池セルの製造コストを削減することができる。
図8は、図7中の電池セルの第1の変形例を示す断面図である。図8を参照して、本変形例では、底面27cが湾曲面により形成されている。図9は、図7中の電池セルの第2の変形例を示す断面図である。図9を参照して、本変形例では、軸101の半径方向に延在する平面で当接部26を切断した場合に、表面26aが、表面12aに対して凸となる屈曲した輪郭を有する。これらの構成であっても、表面26aが貫通孔13の開口縁51から離れた位置で表面12aに接触する形態が得られ、シールゴム25の劣化を抑えることができる。
図10は、図7中の電池セルの第3の変形例を示すシールゴムの底面図である。図11は、図7中の電池セルの第4の変形例を示すシールゴムの底面図である。図中には、図7中の矢印Xに示す方向から見たシールゴムが示されている。図10および図11を参照して、底面27cおよび表面26aの形状は、貫通孔13の形状に合わせて適宜、変更される。図10中に示すように、底面27cは楕円形状を有し、その周囲を取り囲むように表面26cが延在しても良い。図11中に示すように、底面27cは略矩形形状を有し、その周囲を取り囲むように表面26cが延在しても良い。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1における電池セルを示す斜視図である。図中に示す電池セルは、複数個が直列に組み合わされ、ハイブリッド自動車に搭載される。電池セルは、そのハイブリッド自動車で、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とともに動力源とされる。
図1を参照して、電池セル10は、ニッケル水素電池であり、電池収容ケース12に覆われて形成されている。電池収容ケース12は、密閉された略直方体形状の筐体構造を有し、化学的、物理的に安定な金属から形成されている。電池収容ケース12が形成する内部空間15には、ニッケル酸化物もしくはニッケル水酸化物を含む正極と、水素吸蔵合金を含む負極とが、収容されている。正極と負極とは、電解液に浸された状態で、セパレータを介して多層に積層されている。電解液は、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等のアルカリ水溶液からなる。
正極は、電池収容ケース12の側面12bから突出し、電池収容ケース12と非接触の状態で設けられた正極端子14に接続されている。負極は、内部空間15で電池収容ケース12に接続されており、電池収容ケース12によって負極端子が構成されている。なお、正極端子および負極端子は、このような形態に限定されず、たとえば、正極端子を電池収容ケース12によって構成しても良いし、正極端子および負極端子の双方を、電池収容ケース12とは別に設けても良い。
電池収容ケース12は、側面12bとは別の位置で電池収容ケース12の面を構成する表面12aを有する。表面12aには、スポット溶接によりキャップ21が取り付けられている。キャップ21の内部には、内部空間15で発生した水素もしくは酸素を外部に排出するための排気機構が設けられている。なお、図示されていないが、キャップ21には、ガスの排出孔が形成されている。
図2中には、図1中のII−II線上に沿った電池セルの断面図が示されている。図2を参照して、排気機構は、キャップ21内に配置された中空リベット31およびシールゴム25によって構成されている。
電池収容ケース12には、表面12aに開口し、内部空間15に連通する貫通孔13が形成されている。貫通孔13には、絶縁ガスケット16を介して中空リベット31が嵌め合わされている。このような構成により、中空リベット31は、電池収容ケース12から絶縁されており、結果、電池のマイナス電位およびプラス電位の双方から浮遊した状態に設けられている。
図3中には、図2中の中空リベットおよびシールゴムを示す斜視図が示されている。図中では、形状の理解を容易にするため、シールゴムの一部が断面形状で表されている。図2および図3を参照して、中空リベット31は、表面12a上であって、キャップ21内に配置されたリング状部32と、貫通孔13に位置決めされ、リング状部32に接続される中空部33とを有する。
リング状部32には、表面12aと平行に延在するシール面32aが形成されている。貫通孔13の貫通方向に延びる中心軸を軸101と規定した場合に、シール面32aは、表面12a上において、軸101を中心とした周方向に環状に延在するように形成されている。なお、シール面32aは、円形の周方向に延在する形状に限定されず、楕円形や長円形の周方向に延在する形状や、四角形等、多角形の辺をたどって延在する形状であっても良い。中空部33には、軸101に沿って延び、シール面32aの内縁36に開口する排気孔35が形成されている。排気孔35は、内部空間15に連通している。
シールゴム25は、中空リベット31とキャップ21との間に、圧縮変形された状態で配置されている。シールゴム25は、たとえば、20%から30%ほどの割合(つぶし代)で圧縮変形されている。シールゴム25は、たとえば、ブチルゴム、NBR(ニトリルゴム)もしくはH−NBR(水素化ニトリルゴム)などの弾性体から形成されている。
シールゴム25は、略円柱形状に形成されたベース部27と、ベース部27とリング状部32との間に位置し、シール面32aを押圧する当接部26とから構成されている。ベース部27は、シール面32aに向い合う側に、シール面32aと平行に延在する底面27cを有する。当接部26は、シール面32aと向い合う位置で底面27cから突出して形成されている。当接部26は、底面27cからシール面32aに向けて突出する凸部が、シール面32aと向い合う位置で環状に延びる形状に形成されている。当接部26は、シール面32aの内縁36から離れた位置でシール面32aに接触するように形成されている。当接部26は、シール面32aと接触する位置でのみ、シール面32aに対して凸形状となるように形成されている。
当接部26は、シール面32aに面する表面26aを有する。軸101の半径方向に延在する平面で当接部26を切断した場合に、表面26aは、シール面32aに対して凸となる曲線となって表われる。当接部26は、底面27cから表面26aまで距離が、当接部26が最も大きく突出する位置から、その位置の両側に向けて徐々に小さくなるように形成されている。
図4中には、図2中の2点鎖線IVで囲まれた位置を拡大して示す断面図が示されている。図4を参照して、当接部26がシール面32aを押圧することによって、表面26aには、接触面29が形成される。接触面29は、シール面32aの内縁36と外縁との間で、シール面32aの周方向に沿って帯状に延びている。このような構成により、本実施の形態では、当接部26が内縁36と接触し、その接触した位置で応力集中が発生することを防止できる。
また、排気機構の製造工程時、表面12a上にキャップ21をかぶせてシールゴム25を圧縮変形させる際、当接部26は、まず底面27cから最も突出する位置でシール面32aに接触する。そして、その接触した位置を中心にその両側で、シール面32aとの接触面積を徐々に増やしながら変形し、接触面29を形成していく。このため、本実施の形態では、シール面32aに多少の凹凸形状が存在しても、接触面29において、シール面32aが延在する方向の歪みを生じさせないように、当接部26が変形する。これにより、接触面29に面圧をより均等に作用させた状態で、シールゴム25を設けることができる。
以上の理由から、本実施の形態によれば、シールゴム25の劣化を抑えることができ、シールゴム25に、圧縮割れ等のクラックが早期に生じることを防止できる。これにより、シール面32aと当接部26との間のシールを長期間に渡って確保し、内部空間15から電解液が漏れることを抑制できる。
また、内部空間15では、過飽和にある電解液が、中空リベット31の表面全体に付着した状態となっている。このような状態で、中空リベット31に電池電位、特にマイナス電位が印加していると、電解液が、中空リベット31の表面を伝いながらシール面32aと当接部26との接触位置に向かう駆動力が大きくなる。しかしながら、本実施の形態では、中空リベット31が電池電位から浮遊して設けられているため、この電解液の駆動力を低減させることができる。これにより、シール面32aと当接部26との接触位置から漏れようとする電解液の量を、少なく抑えることができる。
続いて、本実施の形態における電池セルの効果を確認するために行なった実施例について説明を行なう。図5中には、本実施例において、時間経過に伴う電解液の漏れ量を表わしたグラフが示されている。図6中には、本実施例において、比較のための電池セルに用いたシールゴムの形状を表す断面図が示されている。
図5および図6を参照して、本実施例では、電池セル10を、温度60℃、湿度90%の条件下に置き、時間経過に伴う電解液の漏れ量を測定した。その結果を、図5中の直線200に表わした。なお、電解液の漏れ量は、電池収容ケース12に付着したアルカリ成分を定量分析することによって求めた。
また比較のため、シールゴム25に替えて、図6中のシールゴム41を用いた電池セルを準備し、中空リベット31にプラス電位を印加させた場合と、マイナス電位を印加させた場合とで、電解液の漏れ量を測定した。これらの結果を、図5中の直線201および202にそれぞれ表わした。シールゴム41は、軸101上で最も突出するように形成されており、シールゴム41が圧縮変形された状態で、シールゴム41の表面41aと内縁36とが接触する。
直線200、201および202を比較して分かるように、本実施の形態における電池セル10よれば、電解液の漏れ量を少なく抑えられることを確認できた。
この発明の実施の形態1における密閉型電池としての電池セル10は、電解液が配置された内部空間15を形成し、内部空間15に連通する貫通孔13が形成されたケース体としての電池収容ケース12と、中空リベット31と、弾性弁体としてのシールゴム25とを備える。中空リベット31は、電池収容ケース12の外側で環状に延在するシール面32aと、シール面32aの内縁36に連なる排気孔35が形成され、貫通孔13に位置決めされる中空部33とを有し、内部空間15のガスを排気孔35から流出させる。シールゴム25は、シール面32aと向い合って環状に延在し、シール面32aを押圧する当接部26を有し、排気孔35を塞ぐように設けられている。当接部26は、シール面32aの内縁36から離れた位置でシール面32aに接触するように、シール面32aに向かって突出して形成されている。
このように構成された、この発明の実施の形態1における電池セル10によれば、内部空間15から電解液が漏れることを抑制でき、電池収容ケース12の表面にソルティングが発生することを防止できる。これにより、電池セル10の信頼性を長期間に渡って確保することができる。本実施の形態では、電池セル10がハイブリッド自動車に搭載され、長期間に渡る使用が前提とされているため、このような効果を特に有効に得ることができる。
なお、本実施の形態では、電池セル10がニッケル水素電池である場合について説明したが、これに限定されず、たとえば、ニッケルカドニウム電池であっても良い。また、アルカリ電池に限定されず、非水電解液を用いたリチウムイオン電池であっても良い。
(実施の形態2)
図7は、この発明の実施の形態2における電池セルの断面図である。図7は、実施の形態1における図2に対応する図である。本実施の形態における電池セルは、実施の形態1における電池セル10と比較して基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
図7を参照して、本実施の形態では、実施の形態1における中空リベット31および絶縁ガスケット16が設けられていない。
排気機構は、キャップ21内に配置されたシールゴム25によって構成されている。シールゴム25は、ベース部27と、ベース部27と表面12aとの間に位置し、表面12aを押圧する当接部26とから構成されている。
ベース部27は、貫通孔13と隙間を設けて対向し、表面12aと平行に延在する底面27cを有する。当接部26は、底面27cの周縁から表面12aに向かって突出する凸面としての表面26aを有する。当接部26は、底面27cから表面12aに向けて突出する凸部が、表面12aと向い合う位置で環状に延びる形状に形成されている。本実施の形態では、貫通孔13と隙間を設けて対向する底面27cによって、シールゴム25が貫通孔13に対向する位置で表面12aから退避した形状となる。さらに、表面26aがその底面27cの周縁から表面12aに向かって突出するため、表面26aは、貫通孔13の開口縁51から離れた位置で表面12aに接触する。開口縁51は、貫通孔13が表面12aに連なる位置である。
軸101の半径方向に延在する平面で当接部26を切断した場合に、表面26aは、表面12aに対して凸となる曲線となって表われる。当接部26は、底面27cから表面26aまで距離が、表面26aが最も大きく突出する位置から、その位置の両側に向けて徐々に小さくなるように形成されている。
この発明の実施の形態2における密閉式電池としての電池セルは、ケース体としての電池収容ケース12と、弾性弁体としてのシールゴム25と、蓋体としてのキャップ21とを備える。電池収容ケース12は、電解液が配置される内部空間15を形成するとともに、内部空間15に連通する貫通孔13が形成されている。電池収容ケース12は、貫通孔13を通じて内部空間15のガスを流出させる。シールゴム25は、貫通孔13を塞ぐように設けられている。キャップ21は、電池収容ケース12に固定され、電池収容ケース12に向けてシールゴム25を圧縮変形させる。電池収容ケース12は、貫通孔13が開口する表面12aを有する。シールゴム25は、貫通孔13と隙間を設けて対向する底面27cと、底面27cの周縁から表面12aに向かって突出する凸面としての表面26aとを有する。表面26aは、貫通孔13の開口縁51から離れた位置で表面12aを押圧する。
このように構成された、この発明の実施の形態2における電池セルによれば、実施の形態1に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、実施の形態1における電池セル10と比較して、中空リベット31および絶縁ガスケット16が省略されるため、電池セルの製造コストを削減することができる。
図8は、図7中の電池セルの第1の変形例を示す断面図である。図8を参照して、本変形例では、底面27cが湾曲面により形成されている。図9は、図7中の電池セルの第2の変形例を示す断面図である。図9を参照して、本変形例では、軸101の半径方向に延在する平面で当接部26を切断した場合に、表面26aが、表面12aに対して凸となる屈曲した輪郭を有する。これらの構成であっても、表面26aが貫通孔13の開口縁51から離れた位置で表面12aに接触する形態が得られ、シールゴム25の劣化を抑えることができる。
図10は、図7中の電池セルの第3の変形例を示すシールゴムの底面図である。図11は、図7中の電池セルの第4の変形例を示すシールゴムの底面図である。図中には、図7中の矢印Xに示す方向から見たシールゴムが示されている。図10および図11を参照して、底面27cおよび表面26aの形状は、貫通孔13の形状に合わせて適宜、変更される。図10中に示すように、底面27cは楕円形状を有し、その周囲を取り囲むように表面26cが延在しても良い。図11中に示すように、底面27cは略矩形形状を有し、その周囲を取り囲むように表面26cが延在しても良い。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、主に、ニッケル水素電池やニッケルカドニウム電池等の、内部にアルカリ電解液が配置された密閉型電池に適用される。
Claims (6)
- 電解液が配置された内部空間(15)を形成し、前記内部空間(15)に連通する貫通孔(13)が形成されたケース体(12)と、
前記ケース体(12)の外側で環状に延在するシール面(32a)と、前記シール面(32a)の内縁(36)に連なる排気孔(35)が形成され、前記貫通孔(13)に位置決めされる中空部(33)とを有し、前記内部空間(15)のガスを前記排気孔(35)から流出させる中空リベット(31)と、
前記排気孔(35)を塞ぐように設けられた弾性弁体(25)とを備え、
前記弾性弁体(25)は、略円柱形状に形成されたベース部(27)と、前記シール面(32a)を押圧する当接部(26)とを有し、
前記ベース部(27)は、前記シール面(32a)と向い合う底面(27c)を含み、前記当接部(26)は、前記底面(27c)から前記シール面(32a)に向けて突出する凸部が、前記シール面(32a)と向い合う位置で環状に延びる形状に形成され、
前記当接部(26)は、前記シール面(32a)の内縁(36)から離れた位置で前記シール面(32a)に接触する、密閉型電池。 - 前記当接部(26)が環状に延在する方向の直交平面で切断した場合に、前記当接部(26)は、前記シール面(32a)に向い合う位置で湾曲した輪郭を有する、請求の範囲1に記載の密閉型電池。
- 前記電解液は、アルカリ電解液であり、
前記中空リベット(31)は、電池電位から浮遊して設けられている、請求の範囲1に記載の密閉型電池。 - 電解液が配置される内部空間(15)を形成するとともに、前記内部空間(15)に連通する貫通孔(13)が形成され、前記貫通孔(13)を通じて前記内部空間(15)のガスを流出させるケース体(12)と、
前記貫通孔(13)を塞ぐように設けられた弾性弁体(25)と、
前記ケース体(12)に固定され、前記ケース体(12)に向けて前記弾性弁体(25)を圧縮変形させる蓋体(21)とを備え、
前記ケース体(12)は、前記貫通孔(13)が開口する表面(12a)を有し、
前記弾性弁体(25)は、前記貫通孔(13)と隙間を設けて対向する底面(27c)と、前記底面(27c)の周縁から前記表面(12a)に向かって突出する凸面(26a)とを有し、
前記凸面(26a)は、前記貫通孔(13)の開口縁(51)から離れた位置で前記表面(12a)を押圧し、
前記底面(27c)は、湾曲面により形成され、
前記弾性弁体(25)は、略円柱形状に形成されたベース部(27)と、前記ベース部(27)と前記表面(12a)との間に位置し、前記表面(12a)と向い合って環状に延在し、前記表面(12a)を押圧する当接部(26)とから構成されている、密閉型電池。 - 前記凸面(26a)は、前記表面(12a)に向い合う位置で湾曲した輪郭を有する、請求の範囲4に記載の密閉型電池。
- 前記貫通孔(13)に挿入され、前記内部空間(15)のガスを流出させる排気孔(35)が形成された中空リベット(31)をさらに備え、
前記中空リベット(31)は、前記表面(12a)上で延在し、前記排気孔(35)が開口するシール面(32a)を有し、
前記凸面(26a)は、前記排気孔(35)の開口縁(36)から離れた位置で前記シール面(32a)を押圧する、請求の範囲4に記載の密閉式電池。
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