(57)【要約】【課題】電池の安全弁から排出される電解液とガスを分離し、電解液を電池に装着しているキャップ内に蓄えるようにして、電解液による弊害を防止する。【解決手段】キャップを有する電池は、安全弁開口１３を覆うようにキャップ２０を連結している。キャップ２０は、電解液を溜める液溜部２１を内部に有すると共に、電解液を溜める状態でガスを外部に排気するガス抜孔２４を有する。この電池は、安全弁１２が開弁されて、安全弁開口１３から排出される電解液を液溜部２１に収納し、安全弁開口１３から排出されるガスをガス抜孔２４からキャップ２０外に排出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を溜める液溜部(21)を内部に有すると共に、電解液を溜める状態でガスを外部に排気するガス抜孔(24)を有するキャップ(20)を、安全弁開口(13)を覆うように連結しており、
電池(10)の安全弁(12)が開弁されて、安全弁開口(13)から排出される電解液を液溜部(21)に収納し、安全弁開口(13)から排出されるガスをガス抜孔(24)からキャップ(20)外に排出するようにしてなるキャップを有する電池。
【請求項２】
液溜部(21)に電解液の吸収シート(25)を設けている請求項１に記載されるキャップを有する電池。
【請求項３】
電池(10)の底部に安全弁開口(13)を設けて、キャップ(20)を電池(10)の下端部に連結している請求項１に記載されるキャップを有する電池。
【請求項４】
電池(10)の上端に安全弁開口(13)を設けて、キャップ(20)を電池(10)の上端部に連結している請求項１に記載されるキャップを有する電池。
【請求項５】
キャップ(20)が、内部に電池(10)を挿入して連結する筒状の周壁を有し、筒状周壁(22)の一端を閉塞プレート部(23)で閉塞している形状であり、さらに、筒状周壁(22)には、閉塞プレート部(23)から離れた位置にガス抜孔(24)を開口している請求項１に記載されるキャップを有する電池。
【請求項６】
キャップ(20)が金属製で、電池(10)の外装缶(11)をキャップ(20)の筒状周壁(22)に挿入して、キャップ(20)を外装缶(11)に電気的に接続しており、さらにキャップ(20)の閉塞プレート部(23)が接続部(26)を突出して設けており、この接続部(26)を隣接する電池(10)に接続して、キャップ(20)でもって隣接する電池(10)を電気接続している請求項１に記載されるキャップを有する電池。
【請求項７】
複数の電池(10)をケース(30)に収納して、電池(10)とケース底(31)との間に電解液のドレイン(33)を設けており、ケース(30)は電池(10)から排出されガスを排気する排出口(34)を設けており、
電池(10)には、安全弁開口(13)を覆うようにキャップ(20)を連結しており、
キャップ(20)は、電解液を溜める液溜部(21)を内部に有すると共に、電解液を溜める状態でガスを外部に排気するガス抜孔(24)を有し、
電池(10)の安全弁(12)が開弁されて、安全弁開口(13)から排出される電解液を液溜部(21)に蓄え、安全弁開口(13)から排出されるガスをガス抜孔(24)からキャップ(20)外に排出し、ケース(30)に排出されたガスを排出口(34)から外部に排気するようにしてなる電源装置。
【請求項８】
ケース(30)に設けているドレイン(33)に吸収シート(35)を配設している請求項７に記載される電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として自動車に搭載されて自動車を走行させるモーターを駆動する電池と、この電池をケースに収納する電源装置に関し、特に電池の安全弁が開いて排出される電解液による弊害を防止できる電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電源装置は、複数の電池モジュールをケースに収納している。この電源装置は、電池が異常な状態で充放電されると、電池の安全弁が開弁して電池の内部から電解液やガスを排出する。電池から排出される電解液は、導電性の液体であるから、ケースの内部や外部で電気回路を短絡させることがある。電解液が電池の電気回路を短絡させると、極めて大きなショート電流が流れて、電池を劣化させる。また、漏れた電解液は電気部品を腐食させる等の弊害もある。
【０００３】
電解液の弊害を防止する技術は開発されている。（特許文献１及び２参照）
特許文献１は、電池ケースに電池から漏れた電解液の反応阻止剤を充填するカプセルを内蔵している。この構造によると、反応阻止剤を充填するカプセルの製作コストが高くなる。とくに、多量に排出される電解液の反応を阻止するには、多量のカプセルを充填する必要があって、ケースが大きくなる欠点もある。
【０００４】
特許文献２は、ケース内に電解液吸収剤を収納している。この構造は、電池から排出される少量の電解液を吸収できる。しかしながら、電池から多量の電解液が排出されると、これを吸収できなくなる。吸収されない電解液は大きなショート電流の原因となる。
【特許文献１】特開平１０−１６６８９号公報
【特許文献２】特開平１０−２４１６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、電解液を吸収し、あるいは反応阻止剤で酸化還元反応させて過反応を阻止する構造では、多量に排出される電解液による弊害を有効に防止できない。また、電池の安全弁が開弁して電解液と一緒にガスが排出されるとき、ガスが電解液を吹き飛ばして、大きなショート電流の原因となることもある。本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池の安全弁から排出される電解液とガスを分離し、電解液を電池に装着しているキャップ内に蓄えるようにして、電解液による弊害を防止する電池とこの電池を収納する電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のキャップを有する電池は、安全弁開口１３を覆うようにキャップ２０を連結している。キャップ２０は、電解液を溜める液溜部２１を内部に有すると共に、電解液を溜める状態でガスを外部に排気するガス抜孔２４を有する。この電池は、安全弁１２が開弁されて、安全弁開口１３から排出される電解液を液溜部２１に収納し、安全弁開口１３から排出されるガスをガス抜孔２４からキャップ２０外に排出する。
【０００７】
本発明のキャップを有する電池は、液溜部２１に電解液の吸収シート２５を設けることができる。本発明のキャップを有する電池は、電池１０の底部に安全弁開口１３を設けて、キャップ２０を電池１０の下端部に連結することができる。本発明のキャップを有する電池は、電池１０の上端に安全弁開口１３を設けて、キャップ２０を電池１０の上端部に連結することができる。
【０００８】
本発明のキャップを有する電池は、キャップ２０が、内部に電池１０を挿入して連結する筒状の周壁を有し、筒状周壁２２の一端を閉塞プレート部２３で閉塞している形状として、筒状周壁２２には、閉塞プレート部２３から離れた位置にガス抜孔２４を開口することができる。
【０００９】
本発明のキャップを有する電池は、キャップ２０を金属製として、電池１０の外装缶１１をキャップ２０の筒状周壁２２に挿入して、キャップ２０を外装缶１１に電気的に接続することができる。この電池は、キャップ２０の閉塞プレート部２３に接続部２６を突出して設けて、この接続部２６を隣接する電池１０に接続して、キャップ２０でもって隣接する電池１０を電気接続することができる。
【００１０】
本発明の電源装置は、複数の電池１０をケース３０に収納して、電池１０とケース底３１との間に電解液のドレイン３３を設けており、ケース３０は電池１０から排出されガスを排気する排出口３４を設けている。電池１０には、安全弁開口１３を覆うようにキャップ２０を連結している。キャップ２０は、電解液を溜める液溜部２１を内部に有すると共に、電解液を溜める状態でガスを外部に排気するガス抜孔２４を有する。この電源装置は、電池１０の安全弁１２が開弁されて、安全弁開口１３から排出される電解液を液溜部２１に蓄え、安全弁開口１３から排出されるガスをガス抜孔２４からキャップ２０外に排出し、ケース３０に排出されたガスを排出口３４から外部に排気する。
【００１１】
本発明の電源装置は、ケース３０に設けているドレイン３３に吸収シート３５を配設することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のキャップを有する電池は、電池の安全弁から排出される電解液とガスを分離し、電解液を電池に装着しているキャップ内に蓄えて、電解液による弊害を防止できる特長がある。それは、本発明のキャップを有する電池が、安全弁開口を覆うように連結したキャップの内部に、電解液を溜める液溜部を有すると共に、電解液を溜める状態でガスを外部に排気するガス抜孔を設けているからである。この構造の電池は、安全弁が開弁されて安全弁開口から排出される電解液を液溜部に収納し、安全弁開口から排出されるガスをガス抜孔からキャップ外に排出する。このため、電池の安全弁から多量の電解液が排出されても、この電解液をキャップ内の液溜部に貯溜して、これらの電解液による弊害を極減できる。また、安全弁開口から排出されるガスを電解液から分離してキャップ外に排出するので、貯溜部に貯えられる電解液が、ガスの影響を受けるのを極減しながら理想的に排気できる特長がある。さらに、電池の安全弁開口を覆うようにキャップを連結するので、電解液と一緒にガスが排出される場合においても、ガスが電解液を吹き飛ばすのを防止して、大きなショート電流の原因となるのを有効に防止できる特長もある。
【００１３】
さらに、本発明の電源装置は、以上の構造を有する複数の電池をケースに収納すると共に、電池とケース底との間に電解液のドレインを設けて、電池から排出されるガスを排気する排出口をケースに設けている。したがって、この電源装置は、電池の安全弁開口から排出される電解液をキャップの液溜部に蓄えて、これらの電解液による弊害を極減しながら、安全弁開口から排出されるガスをガス抜孔からキャップ外に排出し、さらにケースに排出されたガスを排出口からケースの外部に理想的に排気できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのキャップを有する電池と電源装置を例示するものであって、本発明は電池と電源装置を以下のものに特定しない。
【００１５】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１６】
図１と図２の電池１０は、下端部にキャップ２０を連結している。これ等の図に示す電池１０は、外装缶１１の底に安全弁開口１３を設けている。安全弁１２は、電池１０の内圧が設定圧力よりも高くなると開弁する。安全弁１２が開弁すると、安全弁開口１３から電解液やガスが排出されて、内圧上昇が阻止される。この電池１０は、安全弁１２を開弁して外装缶１１の破裂を防止する。図２の電池１０は、外装缶１１の底に安全弁１２に設けている。この安全弁１２は、電池１０の内圧が設定圧力よりも高くなると破壊して開弁するもので、たとえば、外装缶１１の金属板を部分的に薄くして、設定圧力で破壊されるようにしている。
【００１７】
ただ、本発明は安全弁をこの構造には特定しない。安全弁には、内圧が設定圧力よりも高くなると開弁する全ての構造とすることができる。また、安全弁は、外装缶の開口部を閉塞する封口板に設けることもできる。封口板に設ける安全弁は、図示しないが、弾性体で弁体を弁座に押圧するものである。この安全弁は、電池の内圧が設定圧力よりも高くなると、弁体が弁座から離れて開弁する。封口板には安全弁開口を開口しており、安全弁が開弁すると、安全弁開口から電解液やガスを排出する。キャップ２０は、安全弁開口１３を覆うように電池１０に連結されるので、図１と図２に示すように、外装缶１１の底に安全弁開口１３を開口する電池１０は、底にキャップ２０を連結する。封口板に安全弁開口を設けている電池は、封口板のある上端部にキャップを連結する。
【００１８】
キャップ２０は、図３に示すように、電解液を溜める液溜部２１を内部に有する。図１ないし図３のキャップ２０は、内部に電池１０を挿入して連結できる筒状周壁２２を有する。円筒型電池１０Ａに連結される筒状周壁２２は、内径を電池１０の外装缶１１の外径にほぼ等しい円筒状としているが、キャップ２０と外装缶１１との隙間にシリコン等のシール剤や接着剤を塗布して密着させることができる。キャップ２０は、筒状周壁２２の一端、図において周壁の下端を閉塞プレート部２３で閉塞する形状として、閉塞プレート部２３と筒状周壁２２とで、内部に液溜部２１を設けている。さらに、キャップ２０は、電解液を溜める状態で、ガスを外部に排気するために、筒状周壁２２にガス抜孔２４を設けている。図のキャップ２０は、筒状周壁２２に複数のガス抜孔２４を設けている。ガス抜孔２４は、液溜部２１に所定量の電解液を蓄える状態でガスを排気するので、筒状周壁２２の閉塞プレート部２３から上に離れた位置に開口される。この形状のキャップ２０は、プラスチックを成形し、あるいは金属板をプレス成形して製作される。
【００１９】
さらに、図２と図３のキャップ２０は、液溜部２１の底に電解液の吸収シート２５を設けている。吸収シート２５は、電解液を隙間に吸収して保液するもので、繊維を立体的に集合している不織布、微細繊維の間に空隙のあるろ紙のようなシート、気泡によって無数の空隙のある連続気泡を有するプラスチック発泡体等である。吸収シート２５は、液溜部２１の底部に配設されて、ここに流入される電解液を吸収する。吸収シート２５のある液溜部２１は、ここに流入する電解液を排出しないように保液できる。
【００２０】
図４と図５は、キャップ２０を設けた電池１０をケース３０に収納する電源装置を示す。ケース３０は、プラスチック等で閉鎖構造に成形されている。この電源装置は、ケース底３１と電池１０との間に電解液のドレイン３３を設けている。さらに、ケース３０は、上下に排出口３４を開口している。上の排出口３４Ａは軽いガスを排出し、下の排出口３４Ｂは電解液と重いガスを排出する。
【００２１】
ここで、ケース３０内の雰囲気は、通常、大気であるが、電池１０から排出されるガスによる引火等を防止するため、窒素や二酸化炭素等の不活性ガスを充填することもできる。電池１０がリチウムイオン電池の場合、水素、エタン、一酸化炭素、エチレン、プロピレン、二酸化炭素等の様々なガスが排出されるが、これらのガスは、ケース３０内の雰囲気との比重の関係により、軽いガスは上の排出口３４Ａから、重いガスは下の排出口３４Ｂから排出され、電池１０から排出されるガスが、ケース３０内に滞留することを防止している。尚、リチウムイオン電池から排出されるガスはその電解液の組成等によって異なり、また、ニッケル水素電池等、電池系が異なると排出されるガスも異なるが、電池１０から排出されるガスは、上の排出口３４Ａと下の排出口３４Ｂのいずれかからケース３０の外部へ排出される。
【００２２】
図４と図５のケース３０は、ドレイン３３を下の排出口３４Ｂに向かって下り勾配に傾斜させている。図４のケース３０は全体を傾斜させて、ドレイン３３の底を下の排出口３４Ｂに向かって下り勾配に傾斜させている。図５のケース３０は、ケース底３１である底板を傾斜させて、ドレイン３３の底を下の排出口３４Ｂに向かって下り勾配に傾斜させている。このドレイン３３は、キャップ２０の液溜部２１をオーバーフローしてガス抜孔２４から排出される電解液をスムーズに排出口３４から外部に排出できる。
【００２３】
また、図のケース３０は、天板３２を上の排出口３４Ａに向かって上り勾配に傾斜させている。このケース３０は、軽いガスを上の排出口３４Ａからスムーズに排出できる。軽いガスが、上り勾配の天板３２の下面をスムーズに上昇して、上の排出口３４Ａから排出されるからである。
【００２４】
さらに、図のケース３０は、ドレイン３３の底に吸収シート３５を配設している。この吸収シート３５は、キャップ２０の液溜部２１に敷設されるものと同じものである。ドレイン３３に敷設している吸収シート３５は、キャップ２０の液溜部２１をオーバーフローして漏れる電解液を吸収する。このため、ケース３０から外部に漏れる電解液量を少なくして、電解液による弊害を有効に防止できる。とくに、キャップ２０の液溜部２１と、ケース３０のドレイン３３の両方に吸収シート２５、３５を敷設する電源装置は、電解液の外部漏れ量をもっとも少なくできる。ただ、吸収シートは、キャップの液溜部にのみ敷設し、あるいはケースのドレインにのみ敷設することもできる。また、両方に吸収シートを敷設しない構造とすることもできる。
【００２５】
図６は、キャップ２０を電池１０を電気接続するバスバーに併用する実施例を示す。この図のキャップ２０は、導電性を実現するために金属板で製作している。キャップ２０は、電池１０の外装缶１１をキャップ２０の筒状周壁２２に挿入して、キャップ２０を外装缶１１に電気的に接続している。筒状周壁２２は、内径を電池１０の外径にほぼ等しくしている。このキャップ２０は、筒状周壁２２に電池１０を挿入して、筒状周壁２２を外装缶１１に液漏れしないように連結し、さらに筒状周壁２２を外装缶１１に電気接続する。筒状周壁２２は、外装缶１１に抵抗溶接によりスポット溶接され、あるいはレーザー溶接や超音波溶着されて、外装缶１１に低抵抗な状態でしっかりと確実に連結される。尚、抵抗溶接によるスポット溶接の場合、溶接条件等に応じて、適宜、プロジェクションや、無効電流を削減するためのスリット等を設けることができる。また、レーザー溶接や超音波溶着の場合、筒状周壁２２の外周全周にわたって溶接または溶着することができるので、より密閉性を高めることができる。
【００２６】
さらにキャップ２０は、閉塞プレート部２３に突出部を設けて接続部２６としている。この接続部２６は、隣接する電池１０に接続される。図のキャップ２０は、接続部２６を円筒型電池１０Ａの凸部電極１４に接続して、隣接する電池１０を直列に接続している。図６は隣接する電池１０を、交互に上下反転して、キャップ２０でもって、外装缶１１の底部を隣の電池１０の凸部電極に接続して互いに直列に連結している。この構造は、キャップ２０を電解液の貯溜と、電池１０の連結の両方に利用できる。
【００２７】
電池１０の上端に連結されるキャップ２０は、図７の断面図に示すように、液溜部２１の底となる外装缶１１の上に吸収シート２５を敷設する。また、ガス抜孔２４を外装缶１１の底から上方に離した位置に開口して、外装缶１１の底の上に液溜部２１を設ける。
【００２８】
図８ないし図１０は、角型電池１０Ｂの上端部にキャップ２０を連結する実施例を示す。この図の角型電池１０Ｂは、上端面に安全弁開口１３を設けている。さらに、上端面から突出して正負の電極端子１５を設けている。
【００２９】
キャップ２０は、角型電池１０Ｂの上端部を挿入できる角筒状の筒状周壁２２を閉塞プレート部２３で閉塞する形状としている。角筒状の筒状周壁２２は、その内形を、角型電池１０Ｂの外形にほぼ等しくして、筒状周壁２２と角型電池１０Ｂの表面との隙間にシリコン等のシール剤や接着剤を塗布して、筒状周壁２２を角型電池１０Ｂの表面に液漏れしないように連結する。角筒状の筒状周壁２２には、複数のガス抜孔２４を開口している。キャップ２０は、筒状周壁２２の内側に液溜部２１を設けて、ガス抜孔２４からガスを排出する。したがって、ガス抜孔２４は、筒状周壁２２に挿入される角型電池１０Ｂの上面からさらに上方に離して開口される。
【００３０】
この構造のキャップ２０は、プラスチック等の絶縁材を成形して製作される。絶縁材のキャップ２０は、隣接する電池１０を絶縁して並べることができる。キャップ２０は、閉塞プレート部２３に、電極端子１５を挿通する貫通孔２７を設けている。この貫通孔２７に電極端子１５を挿通して、キャップ２０は角型電池１０Ｂの上端部に連結される。上端にキャップ２０を被着した角型電池１０Ｂは、キャップ２０の筒状周壁２２を当接するように並べ、電極端子１５にバスバー３６を連結して、互いに連結される。バスバー３６は、電極端子１５にナット３７をねじ込んて固定される。電極端子１５はナット３７をねじ込む雄ねじを設けている。
【００３１】
このキャップ２０は、図１１の断面図に示すように、角筒状の筒状周壁２２に角型電池１０Ｂの上部を挿入して、筒状周壁２２と角型電池１０Ｂの上面とで液溜部２１が設けられる。液溜部２１には、吸収シート２５を敷設している。吸収シート２５は、前述の吸収シート２５と同じもので、安全弁開口１３から排出される電解液を吸収して保液する。
【００３２】
図１０に示すように、バスバー３７で互いに連結された電池１０は、図４と図５に示すケース３０に収納されて、キャップ２０からオーバーフローする電解液をドレイン３３に排出し、さらに電解液やガスをケース３０から排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例にかかるキャップを有する電池の斜視図である。
【図２】図１に示すキャップを有する電池の底部の拡大断面図である。
【図３】キャップの拡大斜視図である。
【図４】本発明の一実施例にかかる電源装置の垂直断面図である。
【図５】本発明の他の実施例にかかる電源装置の垂直断面図である。
【図６】本発明の他の実施例にかかるキャップを有する電池の斜視図である。
【図７】上端にキャップが連結される電池の上部の拡大断面図である。
【図８】本発明の他の実施例にかかるキャップを有する電池の斜視図である。
【図９】図８に示すキャップを有する電池の分解斜視図である。
【図１０】図８に示すキャップを有する電池の連結状態を示す斜視図である。
【図１１】図８に示すキャップを有する電池のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…電池                  １０Ａ…円筒型電池
１０Ｂ…角型電池
１１…外装缶
１２…安全弁
１３…安全弁開口
１４…凸部電極
１５…電極端子
２０…キャップ
２１…液溜部
２２…筒状周壁
２３…閉塞プレート部
２４…ガス抜孔
２５…吸収シート
２６…接続部
２７…貫通孔
３０…ケース
３１…ケース底
３２…天板
３３…ドレイン
３４…排出口                ３４Ａ…上の排出口
３４Ｂ…下の排出口
３５…吸収シート
３６…バスバー
３７…ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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