(57)【要約】      （修正有）【課題】圧力スイッチ機構を内蔵する密閉形蓄電池において、開弁動作圧力の設定が容易であって、開弁動作圧力のバラツキが低く、蓄電池を急速充電したときに圧力スイッチが動作する以前に開弁したり、開弁せずにシールが破壊したりする不具合のない急速充電に適した密閉形蓄電池を提供する。【解決手段】充電時の密閉形蓄電池の内部圧力の変化に応答して、当該密閉形蓄電池に対する充電電流を遮断又を通電させる圧力スイッチ機構内蔵型密閉形蓄電池であって、圧力スイッチを構成する部材である接続端子６に貫通孔１０を設け、常時は貫通孔を密封栓９で封止しておき、蓄電池内部の圧力が異常に上昇した時に前記密封栓を破壊または除去することによって前記貫通孔を開口させる開弁手段を備える密閉形蓄電池。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電時に蓄電池の内部圧力変化に応答して、充電電流を遮断又は通電させる電流断続スイッチ機構を内蔵する密閉型蓄電池であって、
蓄電池の内部圧力が異常に上昇したときに、蓄電池の内部圧力変化により上下する接続端子に貫通孔を形成させる開弁手段を備えることを特徴とする密閉型蓄電池。
【請求項２】
前記開弁手段が、
前記接続端子に設けた電池内部と外部を連通する貫通孔の内側または外側端部を密封栓によって封止し、蓄電池の内部圧力が異常に上昇したときに前記密封栓を破断または排除することを特徴とする請求項１に記載の密閉型蓄電池。
【請求項３】
前記開弁手段が、
前記接続端子に設けた電池内部と外部を連通する貫通孔の内側端部を密封栓によって封止し、蓄電池の内部圧力が異常に上昇したときに、前記貫通孔の中に配置した棒状部材が前記密封栓を押圧することによって密封栓を破断または排除することを特徴とする請求項２に記載の密閉型蓄電池。
【請求項４】
前記開弁手段が、
前記接続端子に設けた電池内部と外部を連通する貫通孔の内側端部に樹脂製密封栓を嵌着し、蓄電池の内部圧力が異常に上昇したときに、前記貫通孔の中に配置した棒状部材が前記密封栓を押圧することによって、前記樹脂製密封栓を下方に押し抜くことを特徴とする請求項３に記載の密閉型蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
充電時の蓄電池の内部圧力変化によりグロメット中央部分が上下に移動し、該グロメット中央部分に装着されている円筒状の接続端子が連動して上下に動くことで、充電電流のスイッチが遮断および接続される電流遮断接続機構を持つ密閉形蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポータブル機器の電源として主に用いられている密閉形蓄電池としては、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム電池や小型シール鉛電池、リチウムイオン電池がある。特に、ニッケル水素蓄電池は充放電サイクル性能に優れ、サイクルサービス用に適した蓄電池として重用されている。これら密閉形蓄電池を過充電や過放電したり、大電流で充電や放電したりすると電解液が分解されてガスが発生し、蓄電池の内部圧力が上昇し、ついには蓄電池のシールが破壊したり、極端な場合には蓄電池が破裂する虞がある。近年、サイクルサービス用の蓄電池に対して充電時間を短縮させたいとの要求が高まり、該要求に応えるために１５〜３０分間で充電を完了させるという従来に無かった急速充電を可能とする技術が開発されつつある。
【０００３】
例えば密閉形ニッケル水素蓄電池を前記のような急速充電により充電しようとした場合、電池温度上昇とともに電池内部において電解液の分解によりガスが発生し、蓄電池の内部圧力が上昇する。充電中に電池温度や電池内部の圧力が異常に上昇するのを防ぐために、
充電時の電池内部圧力上昇に着目して、電池内部に充電時の電池内圧力変化により充電電流を遮断および接続することが可能な機構（以下圧力スイッチと記述する）を持つ密閉形蓄電池が提案されている。（例えば特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】米国特許明細書ＵＳ２００２／０１１９３６４（Ｆｉｇ２Ａ，Ｆｉｇ２Ｂ）  該特許文献に提案されている密閉形蓄電池は、図４に示すような圧力スイッチ構造を備えている。図４において、４は極群１２を収納した電漕缶であって、合成樹脂の成形品であるグロメット５の中央部分に設けた透孔に接続端子６を気密に挿通させ、グロメット５の周縁部を電槽缶の開口端部に狭持させることによってガスケットを適用した場合と同様に封止されている（クリンプシール方式）。  前記接続端子６と極群の１２を構成する正極との間は、正極タブ端子１３で接続され、前記グロメット５にはキャップ１及び圧力スイッチの第２端子２が嵌合されている。また、圧力スイッチの第２端子２とキャップ１で囲まれた空間には、加圧バネ３が配置され、常時は、該加圧バネ３の押圧力により、接続端子６に接合された圧力スイッチの第１端子７を前記圧力スイッチの第２端子２に押しつけ、圧力スイッチがオンの状態にある。
【０００５】
前記グロメット５の中央部分は、蓄電池の内部圧力の大きさに応じて上方に撓み変形することが可能なように肉薄に成形されている。充電時に蓄電池の内部圧力が高くなると、前記グロメット５の中央部分が上方に撓み変形し、該変形に連動して圧力スイッチの第１端子７が上方向に移動し、圧力スイッチの第２端子２から離れるために圧力スイッチがオフの状態になる。蓄電池の内部圧力が低下すると、前記加圧バネ３の押圧力によって圧力スイッチの第１端子７が下方向に移動して基の位置に戻り、圧力スイッチがオンの状態に復帰する。
【０００６】
前記のように、図４に示す構成の密閉形蓄電池は、充電時の蓄電池の内部圧力の変化によりガスケットが撓み変形し、グロメットに装着された圧力スイッチの第１端子７が上下に移動して、圧力スイッチのオン・オフを司る構造を備える。
【０００７】
前記提案によれば、充電時に電池内部圧力が一定圧力に達すると充電電流が遮断され、電池内部圧力が一定圧力以下になると再度接続され充電され、電池内部圧力変化に連動したオン・オフ（パルス）充電が行われる。
このオン・オフ充電機構は、充電時の蓄電池の内部圧力変化によりグロメットが上下に移動し、グロメットに装着されている円筒状の電流取り出し端子が連動して上下に動くことで、充電電流のスイッチが遮断および接続される構成となっている。
【０００８】
このような電池内部に充電時の電池内圧力変化により充電電流を遮断および通電することが可能な機構を持つ密閉形蓄電池は、内部圧力変化による充電電流制御が働くことで、電池温度の上昇も抑えられる特徴を有している。急速充電以外にも蓄電池を過充電、過放電したり大電流で放電させた場合以外に電池が高温に曝された場合にも蓄電池の内部圧力が異常に上昇し、ついにはクリンプシールの破壊に至る虞がある。従って、万一スイッチ機構が正常に作動しないときのことや、電池が高温に曝されたときのことを考慮して、前記圧力スイッチとは別に、蓄電池の内部に蓄積したガスを外部に放出させる機構（以下弁機構または弁と記述する）を設けることが望ましい。
【０００９】
前記圧力スイッチを内蔵する密閉型蓄電池において、簡便な弁機構として、例えばグロメット５に肉薄部８を設けておき、蓄電池内部の圧力が異常に上昇したときに前記ガスケットに設けた肉薄部を破断させて内部に蓄積したガスを排出させるという弁機構がある。
【００１０】
しかし、検討の結果前記グロメット５に設けた肉薄部８を破断させて内部に蓄積したガスを排出させるという弁機構の場合、例えばポリプロピレン樹脂の成形品であるグロメット５を破断させようとすると極めて大きな力を必要とし、前記肉薄部の厚さを数分の１ｍｍ程度と極めて薄くする必要がある。また、前記破断強度は、肉薄部の寸法精度のみでなく成形時の樹脂の流れ具合によっても左右されるのでバラツキが大きくなり易い。さらに、グロメットの中央に設けた透孔に接続端子を挿入したり、電池を組み立てるときにクリンプシールする工程でグロメットにストレスが加わり、該ストレスが機械的強度の弱い肉薄部８の破断強度を変えてしまうために開弁の動作圧力のバラツキがさらに大きくなる傾向がある。このように、グロメットに肉薄部を設けて破断させるにはにおいては、開弁の動作圧力が不安定でありバラツキが大きく、極端な場合には通常使用時（蓄電池の内部圧力が異常に上昇してない状態）においても開弁してしまう欠点のあることが判明した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前記従来技術の欠点に鑑みなされたものであって、充電中に蓄電池の内部圧力の大きさに応答して充電電流をオン・オフする圧力スイッチ機構を備えた密閉形蓄電池において、開弁の動作が安定した開弁動作の信頼性の高い密閉型蓄電池を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明においては、以下の構成とすることによって前記課題を解決することができる。
本発明に係る密閉形蓄電池は、充電時に蓄電池の内部圧力変化に応答して、充電電流を遮断又は通電させる電流断続スイッチ機構を内蔵する密閉型蓄電池であって、
蓄電池の内部圧力が異常に上昇したときに、蓄電池の内部圧力変化により上下する接続端子に貫通孔を形成させる開弁手段を備えることを特徴とする密閉型蓄電池である。（請求項１）
【００１３】
本発明に係る密閉形蓄電池は、前記接続端子に設けた電池内部と外部を連通する貫通孔の内側または外側端部を密封栓によって封止し、蓄電池の内部圧力が異常に上昇したときに前記密封栓を破断または排除することを特徴とする請求項１に記載の密閉形蓄電池である。（請求項２）
【００１４】
本発明に係る密閉形蓄電池は、前記接続端子に設けた電池内部と外部を連通する貫通孔の内側端部を密封栓によって封止し、蓄電池の内部圧力が異常に上昇したときに、前記貫通孔の中に配置した棒状部材が前記密封栓を押圧することによって密封栓を破断または排除することを特徴とする請求項２に記載の密閉形蓄電池である。（請求項３）
【００１５】
本発明に係る密閉形蓄電池は、前記接続端子に設けた電池内部と外部を連通する貫通孔の内側端部に樹脂製密封栓を嵌着し、蓄電池の内部圧力が異常に上昇したときに、前記貫通孔の中に配置した棒状部材が前記密封栓を押圧することによって、前記樹脂製密封栓を下方に押し抜くことを特徴とする請求項３に記載の密閉形蓄電池である。（請求項４）
なお、ここでいうところの蓄電池の内部圧力が異常に上昇するとは、該内部圧力が前記圧力スイッチの動作圧を超えて上昇する状態をいう。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１〜４に記載の発明では、従来のグロメットに肉薄部を形成し、該肉薄部を弁とするものと比較して、
電池個々の開弁圧力のバラツキが小さくできるため、開弁圧力の設定を低くする必要がなくなる。このために、通常使用時における電池において、グロメットの肉薄部が破断して寿命となる不具合等が生じる問題が解決できる。また、請求項４に記載の発明によれば、開弁機構の組立が容易な密閉形蓄電池とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施の形態により説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（第１の実施形態）
図１に基づいて本発明のニッケル水素電池の開弁構造の第１実施形態について説明する。
図１において、４は極群１２を収納した電漕缶であって、中央部に円柱状の接続端子６を装着させたグロメット５によって封止されている。
前記グロメット５は、例えばポリプロピレン製の成形品であり、中央部分に撓み性を付与するために水平壁部分５′が肉薄に成型されている。前記接続端子６と極群の１２を構成する正極との間は、正極タブ端子１３で接続され、前記グロメット５には金属製キャップ１及び圧力スイッチの第２端子２が嵌合されている。キャップ１にはキャップ内空間と外部空間を連通させるための小孔１４が設けられている。
また、圧力スイッチの第２端子２とキャップ１で囲まれた空間には金蔵製加圧バネ３が配置され、常時は、接続端子６に接合された圧力スイッチの第１端子７が前記圧力スイッチの第２端子２の面に押圧され、圧力スイッチがオンの状態になっている。
【００１８】
蓄電池の内部圧力が上昇した時には、該内部圧力に押されてグロメット５が上方に撓み変形し、該変形に連動して圧力スイッチの第１端子７が上方に移動して圧力スイッチの第２端子２から離れ、圧力スイッチがオフの状態になる。また、蓄電池の内部圧力が低下すると前記バネ３の押圧力に押されて前記グロメット５が下方に変形し、圧力スイッチの第１端子７が下方向に移動して圧力スイッチの第２端子２に当接して圧力スイッチがオンの状態に戻る。なお、加圧バネ３と圧力スイッチの第１端子７の間には絶縁性フィルム１５が配置され、加圧バネ３と圧力スイッチの第１端子７は絶縁されている。
【００１９】
本発明においては、図１に示すように接続端子６に電池内空間と外部空間を連通させるための貫通孔１０を設ける。本実施の形態では前記貫通孔１０の内側端部にポリプロピレン等の軟質樹脂（例えば熱可塑性樹脂）またはゴムの成形品である密封栓９を嵌合させて貫通孔１０を封止する。さらに、貫通孔１０の内部に棒状部材１１を配置する。常時（グロメットの中央部分５が上方に撓み変形してない状態）は、棒状部材１１の長さがキャップ１の内面と密封栓９の端面との間の距離に比べて短く、密封栓９に対して下方むきの押圧力が加わらない。しかし。電池内部の圧力が異常に上昇して、グロメット５の中央部分が上方に撓み、キャップ１の内面と密封栓９の距離が短くなって、棒状部材１１の一方の端面がキャップ１の内面に当接し、グロメット５の中央部分がさらに上方へ撓み変形すると、棒状部材１１が密封栓９を下方に押圧して、ついには密封栓９が貫通孔１０から押し抜かれ、電池の内部空間に蓄積されたガスは、前記貫通孔１０を通って外部に放出される。
【００２０】
該実施形態における開弁動作圧力を決定付ける主なる因子は、グロメット５の中央部の撓み変形の大きさの度合い、棒状部材１１の長さとキャップ１の内面と密封栓９の間の距離、貫通孔１０に挿入された密封栓９が接続端子に６に保持される保持力、加圧バネ３の押圧力である。このうち、密封栓９が接続端子に６に保持される保持力の大きさは最もバラツキ易い因子であるが、本願発明の場合電池の内圧が作用して撓み変形するグロメット中央部分の面積が密封栓の太さ（断面積）に比べてはるかに大きく、グロメット中央部分に加わる内圧によって生み出される大きな力が棒状部材１１を介して小さな密封栓に加わることになる。従って、棒状部材１１を介して密封栓に加わる押圧力は、密封栓を単に貫通孔１０に嵌合させることによって得られる保持力に比べてはるかに大きいために開弁の動作圧力が密封栓の保持力に左右される度合いは小さい。その他の因子は、部材の成形寸法や機械的な加工寸法の精度に大きく依存するが、現該加工においては現技術をもってすれば容易に極めて高い寸法精度が得られる。その結果として高い精度の開弁動作圧力が達成される。
【００２１】
なお、密封栓９とキャップ１の内面の距離は、密封栓９を貫通孔１０に挿入したときの挿入位置によって左右されるが、図１の（イ）に示すように、密封栓９の内部端面を接続端子６の内部端面と面一になるように挿入するか、図１（ロ）に示すように、密封栓９の側面に段差を設け、段差位置以上は深く挿入できないようにストッパーとしての機能を付与することによって、容易に密封栓９の挿入位置を一定にすることができる。また、前記棒状部材１１を介してキャップ１と接続端子６が電気的に短絡することのないように、棒状部材１１を硬質の合成樹脂製品とするかまたは金属製の棒状部材を適用する場合にはキャップ１の内面に電気絶縁性物質、例えば合成樹脂フィルム１６を配置する。
【００２２】
該第１の実施形態においては、密封栓の配置は軟質樹脂製の密閉栓を単に接続端子６に設けた貫通孔の内側端部に挿入させるのみであり、開弁は、棒状部材１１を貫通孔１０の中に挿入するのみであって、部材の接合や貼り付け等の工程がなく、開弁機構の組立が極めて簡単である。
【００２３】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態を示す図である。前記図１に示した第１の実施形態の密封栓９に変えて、接続端子６の外側端面に合成樹脂フィルムや金属箔または合成樹脂イルムと金属箔のラミネートフィルムからなる密封栓９′を貼付することによって貫通孔１０の外側端部を気密に封止する。キャップ１の内面には針状突起１１′を配置し、蓄電池の内圧が異常に上昇して接続端子６が上方に移動したときに棒状部材１１′が密封栓９′を突き通すことによって開弁する。該第２の実施形態の場合も密封栓９′を突き通すに際して大きな力を必要とせず、蓄電池の内部圧力の大きさに応じて生じるグロメットの撓みの程度が安定しておれば、高い圧力精度で開弁動作が可能である。但し、キャップ１の内面に棒状部材または針状部材１１′を設けたり、接続端子６の外側端面にフィルム状密封栓９′を貼付する必要があり、第１の実施の形態に比べて、組立が複雑になる欠点がある。
【００２４】
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態を示す図である。前記図１に示した第１の実施形態の密封栓９に変えて、接続端子６の内側端面にポリエステルなどの合成樹脂フィルムやニッケルやステンレスなどの金属箔または該合成樹脂イルムと金属箔のライネートフィルムからなる密封栓９″を貼付することによって貫通孔１０の内側端部を気密に封止する。貫通孔１０の内部には前記第１の実施形態同様棒状部材１１を配置する。蓄電池の内圧が異常に上昇して接続端子６が上方に移動したときに棒状部材１１が密封栓９″を突き通すことによって開弁する。該第３の実施形態の場合も密封栓９″を突き通すに際して大きな力を必要とせず、蓄電池の内部圧力の大きさに応じて生じるグロメットの撓みの程度が安定しておれば、高い圧力精度で開弁動作が可能である。但し、接続端子６の外側端面にフィルム状密封栓９″を貼付する必要があり、第１の実施の形態に比べて、組立がやや複雑になる欠点がある。
【００２５】
（開弁動作圧力調査実験）
前記図１（イ）に示した第１の実施形態に係るＡＡサイズの密閉型ニッケル水素蓄電池（実施例電池）３０個と、図４に示した比較例に係るＡＡサイズの密閉型ニッケル水素蓄電池（比較例電池）３０個を用意した。但し、本実験では、実施例電池、比較例電池共に金属製加圧バネ３と圧力スイッチの第１端子７を絶縁するための絶縁フィルム１５を設けず、金属製バネ３を介して、キャップ１と圧力スイッチの第１端子７が常に電気的に接続されている（圧力スイッチのスイッチ機能を停止させた）構成とした。実施例電池、比較例電池共にガスケット５をポリプロピレンの成形品とした。グロメット５の中央に直径４．０ｍｍの透孔を設け、該透孔に直径が４．３ｍｍの接続端子を挿通させた。グロメット５の中央部分に撓み性を付与するためにグロメット５の水平壁５′の肉厚を０．８ｍｍと薄く設定した。比較例電池の場合は、グロメット５の水平壁５′に、段面がＶ字型であって、深さが０．５ｍｍ、長さが４ｍｍの円弧状の溝を等間隔で３箇所設けた。一方、実施例電池においては円柱状の接続端子６の中央に直径２．３ｍｍの貫通孔１０を設けた。該貫通孔の内側端に直径２．５ｍｍ、長さが２ｍｍのポリプロピレン製密封栓９をその内側端面が接続端子６の内側端面と面一になるように挿入した。前記貫通孔の中に、直径が２ｍｍのステンレス製棒状部材１１を挿入した。なお、前記密封栓９とキャップ１の内面の距離を５ｍｍ、棒状部材１１の長さを４ｍｍに設定した。また、実施例電池のキャップの内面にはポリエステルフィルムを貼付し、キャップ１と棒状部材１１の接触を絶った。実施例電池、比較例電池共にその定格容量を２０００ｍＡｈとした。
【００２６】
満充電状態にある実施例電池および比較例電池を周囲温度２０℃において、２ＩｔＡの定電流にて全ての被検電池が開弁するまで充電を行い、この間蓄電池の内部圧力をモニターした。該充電における開弁時の電池の内部圧力をもって該電池の開弁の動作圧力とした。図５（イ）は実施例電池の開弁の動作圧力の分布を示すヒストグラム、図５（ロ）は比較例電池の開弁の動作圧力の分布を示すヒストグラムである。
【００２７】
クリンプシールによってシールされたＡＡサイズの密閉型蓄電池において開弁機構を設けていない場合、電池の内圧が上昇したときには通常クリンプシールが破壊（破裂を伴う虞がある）され、そのときの蓄電池内部の圧力は約３メガパスカル（ＭＰａ）である。図５（イ）、図５（ロ）に示すように実施例電池、比較例電池ともに開弁動作圧力は、２．５ＭＰａ以下の圧力で開弁しており、クリンプシール部分が破壊されることはなかった。ただし、図５（ロ）に示すように比較例電池においては、開弁の動作圧力が、１．６〜２．５ＭＰａの広い範囲に分布し、図５（イ）に示す実施例電池の開弁動作圧力の分布に比べてバラツキが大きい。比較例電池の開弁の動作圧力のバラツキが大きいのは、前記のようにグロメット成形品の破断強度を一定にさせるのが難しいうえに、電池組立時にストレスが加わるためにグロメットの肉薄部の破断強度がさらに変化することによる。これに対して、第１の実施形態に係る蓄電池においては、開弁動作圧力が、制御が容易な弁構成部材の寸法精度によって決まるので安定した動作圧力が得られたものと考えられる。
【００２８】
圧力スイッチの動作圧力は、加圧バネの押圧力、グロメットの水平壁部分の寸法などを変えることにより任意の値に設定可能であるが、低く設定すると充電中に圧力スイッチが頻繁に動作してスイッチがオフの状態にある時間が増え、所定時間内に充電を完了させることが困難となる。電池特性の低下を招かず、かつ、所定時間内に充電を完了させるためには、圧力スイッチの動作圧力を１．７〜２ＭＰａに設定するのが好ましい。例えば圧力スイッチの動作圧力を１．７ＭＰａに設定した場合、比較例電池においては３０個中１個が、圧力スイッチが動作する以前に開弁してしまう不具合が生じる。実施例電池の場合は、開弁動作圧力のバラツキが小さく、何れの電池においても開弁動作圧力が圧力スイッチの動作圧力に比べて大きいので、比較例電池のような不具合が生じる虞がない。
【００２９】
また、比較例電池の場合、開弁動作圧力を制御することが難しく、動作圧力を任意の値に設定することが困難であるが、本発明に係る密閉型蓄電池においては、弁構成部材の寸法を選ぶことによって開弁動作圧力を任意の値に設定することが容易であり、弁設計の自由度を拡げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
請求項１〜４に記載の発明では、従来のグロメットに肉薄部を設けた弁構造のものと比較して、
電池個々の開放圧力のバラツキが小さくできるため、開放圧力の設定を低くする必要がなく、通常使用時における電池において、グロメットの肉薄部が破断して寿命となる不具合等が生じない密閉形蓄電池が得られるので産業上の利用可能性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る密閉型蓄電池の弁構造を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る密閉型蓄電池の弁構造を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る密閉型蓄電池の弁構造を示す図である。
【図４】比較例電池の弁構造を示す図である。
【図５】実施例電池および比較例電池の開弁動作圧力の分布を示すヒストグラムである。
【符号の説明】
【００３２】
１  キャップ
２  圧力スイッチの第２端子
３  加圧バネ
５  グロメット
６  接続端子 
７  圧力スイッチの第１端子
８  ガスケット肉薄部
９、９′、９″  密封栓
１０  貫通孔
１１  棒状部材
【図１】
2005216768.tif 000003
【図２】
2005216768.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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