JP5803553B2

JP5803553B2 - 密閉型電池の排気栓

Info

Publication number: JP5803553B2
Application number: JP2011227184A
Authority: JP
Inventors: 健青柳; 知文吉永
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: JP2013089375A

Description

本発明は、密閉型電池の排気栓に関するものである。

従来の密閉型電池は異常時に開口する安全弁を備えている。この種の密閉型電池として、電池容器の外部から安全弁の周囲に支持体を設け、この支持体上に安全弁を覆う安全弁保護部材を設け、安全弁が作動すると、安全弁保護部材が破壊するか、支持体が破壊するか、安全弁保護部材と支持体とが剥離するか、または支持体と電池容器とが剥離するかのいずれかが生じるように構成した密閉型電池が知られている（特許文献１）。そして、安全弁保護部材と電池容器との接合、安全弁保護板と支持体との接合、または支持体と電池容器との接合は、接着や溶着等、種々の方法を用いることができ、その中でも粘着材を介して行うことが好ましいとされている。

特開２００３−３４６７６２号公報

しかしながら、上記従来の密閉型電池では、安全弁保護部材と電池容器との接合等を粘着剤によって行っているため、粘着剤の経時劣化により予定しない内圧で破壊・剥離が生じるおそれがある。逆に、粘着材の経時劣化を考慮して粘着性を予め高めておくと内圧だけでは十分に破壊・剥離しないおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、所定の内圧で確実に作動する密閉型電池の排気栓を提供することである。

本発明は、所定圧力が作用すると一部が割れ裂ける破裂板を排気孔に設けるとともに、当該破裂板と所定距離をおいた排気孔の位置に保護板を固定部で固定し、破裂板が割れ裂けると電池ケースの外側に移動してその一部が局所的に保護板に接触して該保護板を押圧し、保護板が、破裂板の一部が接触することで固定部の固定が解除されて排気孔から脱落することによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、保護板には所定圧力のみならず破裂板の押圧力が作用するので、所定圧力にて確実に減圧することができる。

本発明の一実施の形態を適用した密閉型電池を示す斜視図である。図１のII部を示す分解斜視図である。図１の排気栓を電池ケースの外部から見た斜視図である。図１の排気栓の保護板を取り外した状態を電池ケースの外部から見た斜視図である。図１の排気栓を電池ケースの内部から見た斜視図である。図１の排気栓を示す平面図及び正面図である。本発明の他の実施の形態に係る排気栓を示す平面図及び正面図である。図２の保護板及びリテーナを示す斜視図である。図６Ａの保護板を示す斜視図及び部分拡大斜視図である。図２の保護板の他の実施形態を示す斜視図である。図１の排気栓の作動状態を説明する断面図（その１）である。図１の排気栓の作動状態を説明する断面図（その２）である。図１の排気栓の作動状態を説明する断面図（その３）である。図１の排気栓の作動状態を説明する断面図（その４）である。図２の破裂板の他の実施形態を示す正面図である。図９Ａの排気栓の作動状態を説明する断面図（その１）である。図９Ａの排気栓の作動状態を説明する断面図（その２）である。図９Ａの排気栓の作動状態を説明する断面図（その３）である。図９Ａの排気栓の作動状態を説明する断面図（その４）である。

図１は、本発明の一実施の形態に係る排気栓１を適用した密閉型電池１００を示す斜視図であり、電池ケース１０１の内部にリチウムイオン電池などの二次電池が収納され、内部が密閉された状態とされている。電池ケース１０１のケース面には、何らかの原因によって電池ケース１０１の内部圧力が上昇したときに開弁して内圧を開放するための排気栓１が設けられている。以下、図示する電池ケース１０１に適用した排気栓１の実施形態にて本発明を説明するが、本発明の排気栓は電池ケース１０１にのみ限定される趣旨ではなく、その他の容器の減圧弁等として適用することができる。

図２に示すように、本例の排気栓１は、電池ケース１０１のケース面に形成された排気孔１０２に装着される弁装置であって、排気栓１と電池ケース１０１との密閉性を確保するガスケット１０と、排気孔１０２を封止するように設けられて内圧が所定圧力以上になるとその一部が破裂して開弁する破裂板２０と、破裂板２０を電池ケース１０１との間に挟んで固定するとともに保護板４０を支持するリテーナ３０と、異常時以外に破裂板２０が誤って破損しないように保護するための保護板４０と、を備える。図３Ａは、排気栓１を電池ケース１０１の外部から見た斜視図、図３Ｂは、排気栓１の保護板４０を取り外した状態を電池ケース１０１の外部から見た斜視図、図３Ｃは、排気栓１を電池ケース１０１の内部から見た斜視図である。

ガスケット１０、破裂板２０及びリテーナ３０は、電池ケース１０１の内部側から排気栓固定用ボルト１０３，１０３を挿通させることにより電池ケース１０１に固定され、保護板４０は固定用ピン４１をリテーナ３０に差し込むことにより当該リテーナ３０に固定される。排気栓１を排気栓固定用ボルト１０３，１０３により着脱可能に構成することで、異常時に作動した排気栓１を容易に交換することができる。

なお、電池ケース１０１の内圧が上昇すると破裂板２０の中央の一部は破裂するものの、排気栓固定用ボルト１０３によって固定されたガスケット１０、破裂板２０の外周及びリテーナ３０は固定されたままとなる。これに対して、保護板４０は、電池ケース１０１の内圧が上昇して破裂板２０が破裂すると、当該破裂板２０の一部に押圧されて固定用ピン４１，４１の一方又は両方による固定が外れることになる。詳細は後述する。

破裂板２０は、アルミニウムなどの各種金属や各種プラスチックなどにより構成され、周囲のフランジ２１以外の中央部分２２は、受圧面積を大きくして圧力感度を高めるために、電池ケース１０１の内側に向かって凸となるドーム形状に形成されている。また、図４の下図（正面図）に示すように、ドーム形状部分２２の基部（フランジ２１との境界）には、所定圧力が作用したときに割れ裂ける脆弱部２３が、ほぼ全周にわたって形成されている。また、この脆弱部２３の両端は、所定圧力が作用しても割れ裂けない固定端部２４とされている。図４に点線で示す部分が脆弱部２３であり、その両端をつなぐ実線で示す部分が固定端部２４である。脆弱部２３は部分的に板厚を薄肉化することで形成することができる。

本例の破裂板２０は、２つの固定用ピン４１，４１から最も離れた押圧部２５で保護板４０の被押圧部４４を押圧するとともに、排気孔１０２の中心軸を対称中心とする押圧部２５の対称位置に、所定圧力が作用しても割れ裂けない固定端部２４を有する。また、この固定端部２４は、排気孔１０２の中心軸を対称中心とする押圧部２５の対称側であって、中心軸方向に沿った２つの固定用ピン４１，４１の対応位置を通る円より中心軸寄りの他端部に設けられている。

破裂板２０は、ドーム形状部分２２が電池ケース１０１の内部に向かって凸となるように装着されているので、電池ケース１０１の内圧が所定圧力以上になるとドーム形状部分２２が逆側に反って変形したのち固定端部２４を残して脆弱部２３が割れ裂け、図４の上図（平面図）に示すように固定端部２４をヒンジにしてドーム形状部分２２が電池ケース１０１の外部に向かって開き、その先端部が保護板４０の裏面を押圧することになる。この脆弱部２３の先端部を押圧部２５と称し、当該押圧部２５が押圧する保護板４０の裏面部分を被押圧部４４と称する。これにより、これまで密閉されていた電池ケース１０１内の空気等は、破裂板２０のドーム形状部分２２の周囲に形成された空隙を通過することになる。

リテーナ３０は、アルミニウムなどの各種金属又は各種プラスチックにより構成され、環状の台座形状に形成されている。リテーナ３０は、ガスケット１０及び破裂板２０を電池ケース１０１との間に挟んで固定する機能と、保護板４０を支持する機能と、破裂板２０と保護板４０との排気孔１０２の軸方向の距離を設定する機能と、を有する。なお、当該リテーナ３０に代えて電池ケース１０１のケース面を環状に突出形成し、ここにガスケット１０、破裂板２０及び保護板４０を装着してもよい。その意味で本発明の保護板４０は、直接的又は間接的に排気孔１０２に対して取り付けられるものである。

リテーナ３０の、排気孔１０２の軸方向の寸法（高さ）は、破裂板２０の脆弱部２３が割れ裂けたときに当該脆弱部２３の先端部の押圧部２５が保護板４０の裏面の被押圧部４４を好適に押圧できる距離にほぼ等しく設定されている。この破裂板２０の脆弱部２３が割れ裂けたときに当該脆弱部２３の押圧部２５が保護板４０の被押圧部４４を好適に押圧できる距離は、図４の上図に示すＨであり、同図に示すように破裂板２０が一つの固定端部２４で割れ裂ける構成である場合は、好ましくはドーム形状部分２２の直径寸法以下である。また、後述する図９Ａに示すように破裂板２０が４つの固定端部２４で４分割に割れ裂ける場合は、好ましくはドーム形状部分２２の半径寸法以下である。

この寸法が大き過ぎると脆弱部２３の先端部の押圧部２５が保護板４０の裏面の被押圧部４４に当接せず、押圧機能が発揮できない。またこの寸法が短過ぎると破裂板２０と保護板４０との間隔が狭くなり、保護板４０を誤って押した場合に破裂板２０を損傷させるおそれがあり、保護板４０の保護機能が好適に発揮できない。

リテーナ３０の保護板４０の取り付け面には、保護板４０の厚さに相当する段差を有する段部３１が形成され（図３Ｂ参照）、ここに保護板４０が若干の隙間をもって嵌め込まれる。これにより、リテーナ３０の外表面と保護板４０の外表面とが面一又は保護板４０の方が凹むように装着され、破裂板２０側への異物の侵入を防止するとともに、悪戯や外部の物が当たって保護板４０が脱落するのを防止することができる。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、保護板４０は、アルミニウムなどの各種金属又は各種プラスチックにより構成され、リテーナ３０の通孔を塞ぐことができる円形状に形成されている。また保護板４０の周縁の対向位置には、外側に向かって開口するＵ字状の切欠部４２（一対の突片４２ａ，４２ｂで構成される）が形成され、同図に示すようにリテーナ３０の段部３１に保護板４０を嵌め、切欠部４２を挟んで固定用ピン４１をリテーナ３０に形成された孔３２に挿入することで保護板４０はリテーナ３０に取り付けられる。

保護板４０には、２つの切欠部４２を結ぶ直線に直交する中心部に、外周縁の一端から他端まで延在する溝状の薄肉部４３が形成されている。この薄肉部４３は、電池ケース１０１の外側に溝が現れる形状とされている。本例の薄肉部４３により、保護板４０の裏面全体に所定圧力が作用するとともに、保護板４０の被押圧部４４に破裂板２０の脆弱部２３の押圧部２５が当接して押圧されると、当該薄肉部４３が外側に向かって凸となるように折れ曲がり、これによりＵ字状の切欠部４２が固定用ピン４１から抜け、保護板４０とリテーナ３０の間に隙間が形成され、或いはそのまま保護板４０が脱落することになる。その結果、電池ケース１０１の内圧を開放することができる。

なお、図６Ａ，図６Ｂに示す切欠部４２は、切欠部４２を構成する一対の突片４２ａ，４２ｂを等しい長さにしたが、図７に示すように、切欠部４２の一対の突片４２ａ，４２ｂのうち被押圧部４４に近い方の突片４２ａを、他方の突片４２ｂより短く形成してもよい。保護板４０の被押圧部４４が裏面から押圧されると、当該被押圧部４４を起点として薄肉部４３が折れ曲がるので、短い突片４２ａが固定用ピン４１から外れ易くなり、その結果、保護板４０とリテーナ３０の間に隙間が形成され易くなり、或いは保護板４０が脱落し易くなる。

なお、保護板４０の切欠部４２は１つであってもよい。図５は保護板４０の切欠部４２を１つで構成した他例である。この例では保護板４０は１つの切欠部４２と１つの固定用ピン４１にてリテーナ３０に固定されている。そして、破裂板２０の固定端部２４を、排気孔１０２の軸方向に沿った切欠部４２の対応位置から中心寄りに設定し、脆弱部２３を固定端部２４以外のドーム形状部分２２の基部に設定する。すなわち、本例の破裂板２０は、１つの固定用ピン４１から最も離れた押圧部２５で被押圧部４４を押圧し、排気孔１０２の中心軸を対称中心とする押圧部２５の対称側であって、排気孔１０２の中心軸方向に沿った固定用ピン４１の対応位置より中心軸寄りに、固定端部２４が設けられている。

こうすることで、破裂板２０に所定圧力が作用して脆弱部２３が割れ裂けると、ドーム形状部分２２の押圧部２５が、切欠部４２から最も離れた保護板４０の裏面の被押圧部４４を押圧することになるので、この例の場合は薄肉部４３が外側に向かって凹となるように折れ曲がり、これによりＵ字状の切欠部４２が固定用ピン４１から抜け、保護板４０とリテーナ３０の間に隙間が形成され或いはそのまま保護板４０が脱落することになる。その結果、電池ケース１０１の内圧を開放することができる。

図４に示すように保護板４０の切欠部４２を複数（同図では２つ）にした場合と、図５に示すように保護板４０の切欠部４２を一つにした場合との両方に言えるのは、破裂板２０は、保護板４０の切欠部４２から最も離れた位置を押圧部２５として保護板４０の被押圧部４４を押圧するとともに、排気孔１０２の中心軸を対称中心とする押圧部２５の対称位置に、破裂板２０の固定端部２４を設けることが好ましい。

次に排気栓１の作用を説明する。
図８Ａ〜図８Ｄは図４の下図のVIII-VIII線に沿う断面図であり、電池ケース１０１の内部圧力が定常状態から異常状態に変化し、これにともない排気栓１が作動する様子を示す。同図において上側が電池ケース１０１の内部、下側が電池ケース１０１の外部を示す。

まず、図８Ａは電池ケース１０１の内部圧力が定常状態である場合を示し、実線で示すように破裂板２０のドーム形状部分２２は電池ケース１０１の内部に向かって凸となっている。この状態から電池ケース１０１の内部圧力が上昇すると、点線で示すようにドーム形状部分２２が受圧によって逆側に反って変形し、さらに図８Ｂに示すように、脆弱部２３が割れ裂け、固定端部２４を中心に脆弱部２３の内側部分が傾動する。

そして、図８Ｃに示すように脆弱部２３の先端部の押圧部２５が保護板４０の裏面の被押圧部４４を押圧し、これにより保護板４０は薄肉部４３を起点として折れ曲がり、一方又は両方の切欠部４２が固定用ピン４１から外れることになる。さらにドーム形状部分２２が傾動して保護板４０を押圧すると、図８Ｄに示すように保護板の切欠部４２が固定用ピン４１から完全に外れ、これにより保護板４０が脱落する。この結果、電池ケース１０１の内圧を開放することができる。

本発明の破裂板２０の脆弱部２３と固定端部２４は、上述した実施形態のようにドーム形状部分２２の基部に円形状に形成するほか、図９Ａに示すように、脆弱部２３をドーム形状部分２２に十字状に形成し、ドーム形状部分２２の基部全周を固定端部２４としてもよい。このように構成した破裂板２０の作用を説明する。

図９Ｂ〜図９Ｅは図４の下図のVIII-VIII線に沿う断面図であり、電池ケース１０１の内部圧力が定常状態から異常状態に変化し、これにともない排気栓１が作動する様子を示す。同図において上側が電池ケース１０１の内部、下側が電池ケース１０１の外部を示す。

まず、図９Ｂは電池ケース１０１の内部圧力が定常状態である場合を示し、実線で示すように破裂板２０のドーム形状部分２２は電池ケース１０１の内部に向かって凸となっている。この状態から電池ケース１０１の内部圧力が上昇すると、点線で示すようにドーム形状部分２２が受圧によって逆側に反って変形し、さらに図９Ｃに示すように、ドーム形状部分２２に十字状に形成された脆弱部２３が中央から割れ裂け、ドーム形状部分２２の基部の固定端部２４を中心につぼみが開くようにドーム形状部分２２が開く。

そして、図９Ｄに示すように十字状に割れ裂けたドーム形状部分２２の先端部の押圧部２５が保護板４０の裏面の被押圧部４４を押圧し、これにより保護板４０は薄肉部４３を起点として折れ曲がり、一方又は両方の切欠部４２が固定用ピン４１から外れることになる。さらにドーム形状部分２２が開いて保護板４０を押圧すると、図９Ｅに示すように保護板の切欠部４２が固定用ピン４１から完全に外れ、これにより保護板４０が脱落する。この結果、電池ケース１０１の内圧を開放することができる。

以上のとおり、本例の排気栓１によれば、破裂板２０の脆弱部２３が割れ裂けたときにその先端部の押圧部２５が保護板４０の裏面の被押圧部４４を確実に押圧する構造としたので、電池ケース１０１の内圧以外にその被押圧部４４に応力集中が生じ、これにより保護板４０の開放性を向上させることができる。つまり、保護板４０の全体を開放するような面圧がかかる前に局所的に応力集中を生じさせるので、その後に面圧がかかった際に一気に保護板４０を開放することができる。

また本例によれば、保護板４０の固定部（固定用ピン４１及び切欠部４２）と破裂板２０の可動方向との位置関係を設定し、すなわち保護板４０の切欠部４２からできるだけ離れた位置に破裂板２０の押圧部２５と保護板４０の被押圧部４４を設定したので、応力集中する押圧力を最大にすることができ、保護板４０の開放性をより高めることができる。

特に破裂板２０と保護板４０との排気孔１０２の軸方向の距離を破裂板２０の半径以下に設定することで、破裂板２０が保護板４０を押圧する際の応力集中をさらに向上させることができる。

また、保護板４０のリテーナ３０への固定部分をＵ字状の切欠部４２と固定用ピン４１とで構成することで、これらの固定効果と保護板４０の開放容易性との両立が可能となる。特にＵ字状の切欠部４２を構成する一対の突片４２ａ，４２ｂのうち被押圧部４４に近い方の突片４２ａを他方の突片４２ｂより短くすることで、この固定効果と保護板４０の開放容易性との両立をさらに良好なものとすることができる。

また、保護板４０をリテーナ３０に固定するにあたり、保護板４０の外表面がリテーナ３０の外表面と面一以下になるようにすることで、水、泥、石等の進入を阻止し、破裂板２０を良好に保護することができる。また、悪戯による保護板４０の取り外し防止にも効果を発揮する。

また、保護板４０の薄肉部４３を外周縁の一端から他端まで延在するように構成することで、水や泥などの外部要素からの耐用性を高める目的で板厚を増加させても、良好に折れ曲がり保護板４０を円滑に脱落させることができる。

上記固定用ピン４１及び切欠部４２は本発明に係る固定部に相当し、上記押圧部２５は本発明の固定部から最も離れた部位に相当する。

１…排気栓
１０…ガスケット
２０…破裂板
２１…フランジ
２２…ドーム形状部分
２３…脆弱部
２４…固定端部
２５…押圧部
３０…リテーナ
３１…段部
３２…孔
４０…保護板
４１…固定用ピン
４２…切欠部
４３…薄肉部
４４…被押圧部
１００…密閉型電池
１０１…電池ケース
１０２…排気孔
１０３…排気栓固定用ボルト

Claims

密閉型電池の電池ケースに形成された排気孔に装着され、前記電池ケースの内圧が所定圧力以上になると当該電池ケースの内圧を開放する排気栓において、
前記排気孔を封止するように設けられ、前記所定圧力が作用すると一部が割れ裂ける破裂板と、
前記排気孔の、前記破裂板より電池ケースの外側であって前記破裂板から所定距離をおいた位置に固定部で固定され、前記排気孔を開放可能に形成された保護板と、を備え、
前記破裂板は、割れ裂けると前記電池ケースの外側に移動して、その一部が局所的に前記保護板に接触して前記保護板を押圧し、
前記保護板は、前記破裂板の前記一部が接触することによって前記固定部の固定が解除されて、前記排気孔から脱落する排気栓。
前記保護板は、前記固定部で前記排気孔に対して直接的又は間接的に取り付けられ、前記破裂板により前記固定部以外の被押圧部が押圧されて前記排気孔を開放し、
前記破裂板は、前記固定部から最も離れた部位で前記被押圧部を押圧するとともに、前記排気孔の中心軸を対称中心とする前記部位の対称位置に、前記所定圧力が作用しても割れ裂けない固定端部を有する請求項１に記載の排気栓。
前記保護板は、１つの前記固定部で前記排気孔に対して直接的又は間接的に取り付けられ、
前記破裂板は、前記１つの固定部から最も離れた部位で前記被押圧部を押圧し、
前記中心軸を対称中心とする前記部位の対称側であって、前記中心軸方向に沿った前記固定部の対応位置より前記中心軸寄りに、前記固定端部を有する請求項２に記載の排気栓。
前記保護板は、２つの前記固定部で前記排気孔に対して直接的又は間接的に取り付けられ、
前記破裂板は、前記２つの固定部を結ぶ直線に直交する直線上の一端の部位で前記被押圧部を押圧し、
前記中心軸を対称中心とする前記部位の対称側であって、前記中心軸方向に沿った前記２つの固定部の対応位置を通る円より前記中心軸寄りの他端部に、前記固定端部を有する請求項２に記載の排気栓。
前記保護板が設けられる、前記破裂板から所定距離をおいた位置は、前記排気孔の軸方向に沿った前記破裂板の半径以下の位置である請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気栓。
前記保護板の前記固定部は、前記保護板の周縁に形成され外側に向かって開口するＵ字状の切欠部と、当該Ｕ字状の切欠部を介して前記排気孔に直接的又は間接的に挿入される固定用ピンと、を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気栓。
前記Ｕ字状の切欠部を構成する一対の突片のうち前記被押圧部に近い方の突片が、他方の突片より短い請求項６に記載の排気栓。
前記保護板は、リテーナを介して前記排気孔に設けられ、
前記保護板の外表面が前記リテーナの外表面と面一以下になるように前記リテーナに嵌め込まれている請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気栓。
前記保護板は、外周縁の一端から他端まで延在する薄肉部を有し、前記破裂板が割れ裂けて当該破裂板に押圧されると、前記薄肉部で変形して前記排気孔を開放する請求項１〜８のいずれか一項に記載の排気栓。
前記破裂板は、前記所定圧力が作用すると割れ裂ける脆弱部と前記所定圧力が作用しても割れ裂けない固定端部とを有し、前記破裂板が割れ裂けると前記固定端部を中心に前記脆弱部の内側部分が傾動し、その先端部が前記保護板の被押圧部を押圧する請求項１〜９のいずれか一項に記載の排気栓。