JP5580880B2 - 電池の安全ベントおよび該安全ベントを備える電池 - Google Patents

Description

本発明は、概して、電池の安全性の分野、特に、防爆ベント装置と該防爆ベント装置を備える電池に関する。

人間の環境に対する意識が高まるとともに、従来の自動車に代えて、電気自動車（ＥＶ）とハイブリッド自動車（ＨＥＶ）を用いることは、必然的な傾向になりつつある。電気自動車の主要な電力源として、パワーバッテリー群はますます重要になっている。

自動車に搭載されるパワーバッテリーには、高い放電率特性と安全性が要求される。電池についての安全問題とは、主に、悪条件下において、爆発に関する問題を解決することである。爆発を避けるために、通常、電池構造には防爆構造が取り付けられる。

パワーバッテリーの場合、自己容量が高いことが要求されるので、パワーバッテリーの容積は大きくなる。一方で、電池の外殻は比較的厚くされる。このような場合、外殻に窪みを形成する従来の方法では、防爆に対する要求を満足できない。カバー板に溶接されて、防爆フィルムとして用いられる金属フィルムを備える防爆構造は、製造工程が簡単であり、低コストであるが、始動圧は安定しない。

本発明は、圧力開放の遅延の問題を解決し、圧力を開放する能力が改善された安全ベントを提供することを目的とする。

本発明の一態様では、電池の安全ベントが提供される。該電池の安全ベントは、電池のカバー板に固定する防爆フィルム；前記防爆フィルムの上部を覆うとともに、圧力開放穴を備える安全ベントカバー；および、前記安全ベントカバーの頂部に配置される防爆ピンを備えるとともに、前記防爆ピンは、自由端において非先鋭な形状をなし、前記防爆フィルムに向けられている。

別の態様では、電池が提供される。該電池は、電気的な芯部を収容する外殻、前記外殻の端部表面に配置され、ガス開放穴を有して形成されるカバー板、および前記カバー板上にあって、前記ガス開放穴の周囲に配置される電池の安全ベントを含み、前記電池の安全ベントは、本発明の一態様に係る電池の安全ベントである。

前記安全ベントは、圧力開放の遅延を生じずに、圧力を適時に開放するのに役立つ。電池の内圧がある程度に達するまでの間、防爆フィルムは、防爆ピンに向かって膨張した後、前記防爆ピンの自由端に接触する。電池の内圧が上昇すると、自由端は防爆フィルムを押し続けるようになるので、該防爆フィルムは電池の内圧と自由端の圧力を受けるようになって、防爆フィルムの内部応力は増加される。該応力が安全ベントの応力限界を上回ると、該安全ベントは大規模に破壊されて電池の内圧が開放される。

実施例１に係る電池の安全ベントとカバー板との接続を示す概略断面図である。 実施例２に係る電池の安全ベントとカバー板との接続を示す概略断面図である。 図１中の部分Ａを示す部分拡大図である。 安全ベントを示す斜視図である。 球状の自由端を備える防爆ピンを示す概略図である。 平らな円形の自由端を備える防爆ピンを示す概略図である。

本発明の一実施形態に係る電池の安全ベントについて説明する。電池の安全ベントは、電池のカバー板に固定される防爆フィルムと安全ベントカバーを含む。安全ベントカバーは、防爆フィルムの上部を覆い、圧力開放穴を備えて形成される。防爆ピンは、防爆ピンの頂部に配置され、防爆ピンの自由端は、防爆フィルムに向けられていて、非先鋭な形状を有している。

上述の非先鋭な形状とは、自由端が平滑な表面を有し、動作中に防爆フィルムとの一定の接触面積を有し、防爆フィルムを破ることができる形状のことである。自由端は、平坦な形状、球形状、楕円形状または波形を有してもよい。

本発明のある実施形態では、防爆フィルムと安全ベントカバーを電池のカバー板に固定するために、防爆ベースが備えられる。該防爆ベースは、電池のカバー板上において、ガス開放穴の外周回りに配置され、防爆フィルムは防爆ベース上に固定される。

本発明のある実施形態では、防爆ベースは押圧リング構造を有し、該防爆ベースは、例えば、円環、楕円環、矩形環、三角環または他の環構造をなしている。本発明のある実施形態では、防爆ベースの形状は円環である。

防爆ベースの材料は特に限定されない。本発明のある実施形態では、防爆ベースの材料は、カバー板の材料と同じ、例えば、ステンレス鋼またはアルミニウムであると好ましい。

本発明のある実施形態では、防爆ベースの底部の内側は、防爆フィルムを配置する溝を備えて形成され、溝の幅は、環状の防爆ベースの幅の約５０−９０％、好ましくは、７０−８０％に設計される。

防爆フィルムは、電池のカバー板上のガス開放穴を覆うように使用され、さらに、２個の加圧システムを形成するために、電池の内側部分を安全ベントから隔離する。防爆フィルムは電池のカバー板に直接固定されてもよいし、あるいは、防爆ベースに固定されてもよい。

防爆フィルムを固定するのに、例えば、（レーザー溶接、電子ビーム溶接、超音波溶接などの）溶接、接着、リベッティングなどのあらゆる種類の方法を使用できる。本発明のある実施形態では、溶接が使用される。

防爆フィルムの形状は特に限定されない。該形状は、円形、矩形、楕円形または他の形状であってもよい。防爆フィルムは防爆ベース上に固定されるので、防爆フィルムの形状は、防爆ベースの形状に合わせられる。本発明のある実施形態では、防爆フィルムは円形である。

防爆フィルムは、金属箔またはプラスチックで形成されてもよい。本発明のある実施形態では、防爆フィルムは金属箔で形成されてもよく、より好ましくは、防爆フィルムは銅箔またはステンレス箔で形成される。

防爆フィルムの厚さは約０．００５−０．５ｍｍ、好ましくは、０．００５−０．０２ｍｍである。防爆フィルムの厚さは、破壊するときの始動圧の違いに基づいて選ばれてもよい。

本発明のある実施形態では、安全ベントは、防爆押圧リングをさらに含み、防爆押圧リングは、防爆フィルムを固定するとともに、気密性を改善するために、防爆フィルムを押圧する。特に、防爆フィルムにステンレス鋼を用い、溶接法を選んだ場合、防爆押圧リングによって、困難な作業である溶接作業を減らすことができる。

本発明のある実施形態では、防爆押圧リングの形状と寸法は、防爆フィルムの端部に合わせられる。

防爆フィルムを防爆ベースに固定する場合、防爆押圧リングは防爆フィルムの下方に配置される。防爆ベースの底部に溝が形成されているので、固定している間に、防爆ベースの上下を反転させて、押圧リングによって防爆フィルムを押圧し固定する必要がある。

防爆フィルムをカバー板に直接固定する場合、防爆押圧リングは、防爆フィルムの上部に配置される。

これに代えて、安全ベントカバーを防爆ベースに固定してもよい。

安全ベントカバーを防爆ベースに固定する場合、安全ベントカバーの底部の形状は、防爆ベースの底部の形状に合わせられる。

安全ベントカバーの高さは、排気領域と排気空間に応じた範囲内で調節できる。

安全ベントの頂部表面と側面には、複数個の圧力開放穴が形成されている。電池に異常事態が生じたときに、適時に圧力を開放するために、圧力開放穴の全領域は、ガス開放穴の全領域よりも大きく、あるいは同じ大きさになっている。

安全ベントカバーの頂部表面には挿入穴が備えられ、防爆ピンが挿入穴中に固定される。挿入穴は、安全ベントカバーの頂部を通過していてもよいし、通過していなくてもよい。

防爆ピンの自由端と防爆フィルムの間の距離は比較的短いが、自由端と防爆フィルムは互いに接触していない。

防爆ピンは種々の材料で形成できる。本発明のある実施形態では、ステンレス鋼とニッケルプレーティング法で形成された鋼鉄が用いられる。

防爆ピンの自由端は、先鋭な形状でなく、非先鋭な形状である。本発明のある実施形態では、防爆ピンの自由端は、球状または平坦状である。

防爆フィルムが円形であり、防爆ピンの自由端が球状である場合、自由端と防爆フィルムの半径比は、約１：７〜１：１０である。

防爆ピンの自由端には、硬質粒子が分散されていて、該硬質粒子の大きさは、５０−５００メッシュ、好ましくは約１００−３００メッシュである。該硬質粒子の大きさは、要求される防爆圧力の違いに基づいて決定できる。

防爆ピンの自由端にある硬質粒子の形状、硬さおよび大きさは、爆発が開始するときの圧力の違いに応じて調整できるので、安全ベントの始動圧の範囲が大きくなるように調整できる。メッシュの大きな粒子によれば、始動圧の高い防爆フィルムが得られ、メッシュの小さな粒子によれば、始動圧の低い防爆フィルムが得られる。

防爆ピンは、自由端に脆弱な部分を有していないので、該防爆ピンは、動作中あるいは上下を反転させている間に簡単に破損しない。そのため、製造プロセスの制御が簡単になり、歩留まりが向上する。

プロセスの結果として、各電池中での自由端と防爆フィルムの間の間隔は、狭い範囲で変化する場合がある。従来のピンは枝状の自由端を有するので、前記間隔が狭い範囲で変化しても、爆発が開始するときの圧力に大きな影響を及ぼす。

本発明に係る自由端の構造を備える場合、前記間隔が狭い範囲で変化すると、電池の始動圧は、主に、内部応力による影響を受けるようになり、電池の始動圧に与える狭い範囲の間隔変化の影響が制限されるので、安全ベントの始動圧が一定になるように改善できる。

本発明の別の態様によれば、電池が提供される。該電池は、電気的な芯部、前記電気的な芯部を収容する外殻、前記外殻の端部表面に配置され、ガス開放穴を備えて形成されるカバー板、前記カバー板上にあって、前記ガス開放穴の周囲に配置される電池の安全ベントを含む。電池の安全ベントは、上述の電池の安全ベントである。

安全ベントを配置して溶接するために、溶接溝は、ガス開放穴の周囲に沿ってカバー板上に形成される。前記周囲の直径は、約０．０１−０．２ｍｍ、好ましくは０．０１−０．０５ｍｍであり、防爆ベースの直径より大きくされている。

図面を参照しながら、詳細な実施例とともに、本発明についてさらに説明する。

（実施例１）
図１に示すように、電池は、電気的な芯部、外殻、カバー板２および安全ベントを含む。電気的な芯部は外殻内に収容され、カバー板１は外殻の端部表面上に配置される。カバー板１はガス開放穴７を備えて形成され、溶接溝はガス開放穴７の端部回りのカバー板１上に形成される。安全ベントは、電池のカバー板１上にある溶接溝中に溶接される。

電池の安全ベントは、防爆ベース２、防爆押圧リング３、防爆フィルム４、安全ベントカバー５、および防爆ピン６を含む。

防爆ベース２は溶接溝中に溶接される。防爆ベース２は、ステンレス鋼で形成され、環形状を有する。

溝は、防爆ベース２の底部の内側に形成される。前記溝の幅は、防爆ベースの幅の約７０％である。

防爆フィルム４は上述の溝中に溶接される。防爆フィルムはステンレス鋼で形成され、約０．０１ｍｍの厚さを有する。防爆フィルム４の形状は円形であり、前記溝に合うような大きさを有する。

防爆押圧リング３は、防爆フィルムの端部を押圧するものであり、防爆フィルム４に溶接される。防爆押圧リング３はステンレス鋼で形成され、該防爆押圧リングの形状と大きさは、防爆フィルム４の端部に合うようになっている。

安全ベントカバー５は防爆ベース２に溶接される。安全ベントカバー５は中空の円筒である。安全ベントカバー５の底部の形状は、防爆ベース２に合うようになっている。

安全ベントカバー５の頂部表面と側面には、複数個の圧力開放穴８が形成される。圧力開放穴８の総面積は、ガス開放穴７の総面積の１．５倍になっている。

安全ベント５の頂部の中心部には、円形の挿入穴が形成され、防爆ピン６は挿入穴中で溶接される。防爆ピン６の自由端は、防爆ピン６の自由端と防爆フィルム４の間に、一定の距離が取られるように下方に向けられる。

防爆ピン６は球状の自由端を有し、球状の自由端と防爆フィルムの半径比は、１：９になっている。防爆ピン６の自由端には、２００メッシュの大きさのダイヤモンド粒子が備えられる。

（実施例２）
図２に示すように、電池の安全ベントは、防爆押圧リング３、防爆フィルム４、安全ベントカバー５、および防爆ピン６を含む。

この実施形態においては、実施形態中に防爆ベースを有さない。防爆フィルム４と防爆押圧リング３は、電池のカバー板１上で重ねられて溶接される。

最後に、安全ベント５は、防爆押圧リング３に溶接される。

防爆ピンの自由端は平坦な円形であり、防爆ピン６の自由端と防爆フィルム３の半径比は、約１：７であり、自由端には、２００メッシュのダイヤモンド粒子が分散されている。

実施例２のその他の構成は、実施例１の構成と同じである。

説明のために、実施例を示して記載したが、当業者であれば、本発明の精神および原理から逸脱せずに、種々の変形、代替および修正を実施例になすことができることを理解できる。このような変形、代替および修正は全て、特許請求の範囲およびこれらと等価なもの範囲に含まれる。

Claims (7)

1. 電池のカバー板に固定する防爆フィルム；
   前記防爆フィルムの上部を覆うとともに、圧力開放穴を備える安全ベントカバー；および、
   前記安全ベントカバーの頂部に配置される防爆ピン；を備えるとともに、
   前記防爆ピンは、自由端において球状をなし、前記防爆フィルムに向けられており、
   前記防爆フィルムは円形をなし、
   前記自由端と前記防爆フィルムの半径比は、１：７〜１：１０である、
   電池の安全ベント。
2. さらに、
   前記防爆フィルムが固定される前記電池のカバー板に固定する防爆ベースを含む、
   請求項１に記載の電池の安全ベント。
3. さらに、前記防爆フィルムの一端に押圧され、前記防爆フィルムで固定される防爆押圧リングを含む、
   請求項１に記載の電池の安全ベント。
4. 前記防爆ピンの自由端には、５０−５００メッシュの硬質粒子が分散されている、
   請求項１に記載の電池の安全ベント。
5. 前記防爆フィルムは、ステンレスフィルムである、
   請求項１に記載の安全ベント。
6. 前記安全ベントの頂部は挿入穴を備えて形成され、
   前記防爆ピンは前記挿入穴中に固定される、
   請求項１に記載の安全ベント。
7. 電気的な芯部と、
   前記電気的な芯部を収容する外殻と、
   前記外殻の端部表面に配置され、ガス開放穴を備えて形成されるカバー板と、
   前記カバー板上にあって、前記ガス開放穴の周囲に配置される電池の安全ベントと、を備え、
   前記電池の安全ベントは、請求項１に記載された電池の安全ベントである、
   電池。

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