(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角形電槽の長手方向両端の端面壁に端子穴を形成し、この端子穴に極端子を装着した密閉角形蓄電池において、電槽の端面壁の端子穴の近傍部分の肉厚は、端子穴の両側部で互いに異なり、かつ、端子穴の上部で両側の樹脂の流れが接触して形成されるウェルドラインは、端子穴の中心線位置より外れた位置で斜め上方に形成されていることを特徴とする密閉角形蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角形電槽内に極板群と電解液を収容して密閉し、その角形電槽の長手方向両端部に極端子を突設した密閉角形蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車用電源等としてエネルギー密度の点で優れたニッケル水素電池などのアルカリ蓄電池が利用されるようになっており、さらにコンパクトでありながら大出力が得られるように、角形電槽内にその長側面と平行な正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群を収容して密閉した密閉角形蓄電池が、例えば特開平７−１６１３７７号公報等で提案されている。
【０００３】
この種の密閉角形蓄電池４１では、図７に示すように、電槽４２の上面開口を密閉する蓋体４３上に、極板群の多数の正極板と負極板にそれぞれリードを介して接続された正極と負極の極端子４４、４５が突設されている。４６は電槽４２内が一定以上の圧力になると内部のガスを放出する安全弁である。
【０００４】
使用に当たっては、このような密閉角形蓄電池（単位電池）４１をその長側面を重ねるようにして１又は複数の列状に並列配置し、隣接する単位電池４１の正極と負極の極端子４４、４５を順次接続することによって直列接続し、所定の出力電圧を得ている。しかし、このように多数の単位電池４１をその上面上で接続すると、接続構成が複雑となってコスト高になるという問題がある。
【０００５】
そこで、図８に示すように、扁平な直方体状の電槽５２内にその長手方向に沿って複数の単電池を内蔵させて内部で直列接続した密閉角形蓄電池５１を構成し、その長手方向の両端壁５３に極端子５４を突設したものが考えられている。
【０００６】
このような構成の密閉角形蓄電池５１によれば、同じ出力電圧を得るのに密閉角形蓄電池５１の外部での極端子５４の接続数を大幅に少なくできてコスト低下を図ることができるとともにコンパクトに構成できる。
【特許文献１】特開平７−１６１３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、図８に示したような密閉角形蓄電池５１の構成では、これを車載した電気自動車が衝突した場合などに、密閉角形蓄電池５１に側方から障害物が当たって極端子５４に直接衝撃が負荷されるような事態が発生する恐れがあり、その場合に極端子５４が大きく移動して短絡を発生する原因になるという問題があった。
【０００８】
また、このような密閉角形蓄電池５１の電槽５２は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、その底面の中心位置の１点ゲート５５又は長手方向の中心線に対してその両側に対称に設けた２点ゲート５６でインジェクション成型して製造されるが、その場合、図１０に示すように、電槽５２の両端壁５３に極端子５４を装着するために設けられる端子穴５７の部分で樹脂が左右両側に分かれて流れた後、端子穴５７の上部の中心線上で接触することになり、そのため端子穴５７の上部に中心線に沿ってウェルドライン５８が発生することになる。
【０００９】
このウェルドライン５８では樹脂の一体性が小さく、強度的に弱い部分となっているにもかかわらず、端子穴５７上部の中心線位置は最も断面積が小さい部分で応力が集中する部分であり、ウェルドライン５８に高応力部が重なり、電槽５２の内圧が高くなったり、極端子５４に外力や振動が負荷された場合にクラックが発生し易く、極端子５４の取付強度を十分に確保することができないという問題があった。
【００１０】
また、複数の密閉角形蓄電池５１をその長側面を重ねるように並列配置し、その両端に配置した端板間で拘束した使用状態では、各密閉角形蓄電池５１の長側面は拘束されているが、両端壁５３は拘束されていないため、電池内圧が上昇すると膨張変形し、極端子５４の接続部に悪影響を与える恐れがあるという問題があった。
【００１１】
また、この種の密閉角形蓄電池５１にあっては、その極端子５４に密閉角形蓄電池５１間を接続するバスバー又は外部配線を接続する際にナットにてこれらを挟持するようにしているが、そのため接続時に極端子５４に大きな回転トルクが作用し、適当な極端子５４の回り止め手段が必要となるが、従来の回り止め手段としては極端子５４から回り止め部をできるだけ長く延出し、その先端部を電槽５２の一部に係合させたものが一般的であるが、回転トルクを回り止め部の先端と電槽との点的な係合によって受けるために過大な応力が作用して回り止め部の先端が容易に破損し、また作用荷重を小さくしようとすると回り止め部が大型化するという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、側方から障害物が当たっても極端子に衝撃が負荷され難く、また極端子に外力が作用したり、電池内圧が高くなった場合でも適切な接続状態を確保でき、また極端子の回り止めをコンパクトな構成で確保することができ、極端子部に対する負荷に対して信頼性の高い密閉角形蓄電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の密閉角形蓄電池は、角形電槽の長手方向両端の端面壁に端子穴を形成し、この端子穴に極端子を装着した密閉角形蓄電池において、電槽の端面壁の端子穴の近傍部分の肉厚は、端子穴の両側部で互いに異なり、かつ、端子穴の上部で両側の樹脂の流れが接触して形成されるウェルドラインは、端子穴の中心線位置より外れた位置で斜め上方に形成されているため、電槽のインジェクション成型時に端子穴の部分で樹脂が左右両側に分かれて流れる際に肉厚の厚い方が薄い方よりも樹脂流れが良くなり、そのため端子穴の上部で両側の樹脂の流れが接触して形成されるウェルドラインは、最も断面積が小さく、応力が集中する端子穴の中心線位置より外れた位置で斜め上方に形成されることになり、したがってウェルドラインと高応力部が重ならず、電槽の内圧が高くなったり、極端子に外力や振動が負荷された場合にもクラックは発生し難く、極端子の取付強度を十分に確保できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の密閉角形蓄電池によれば、電槽の端面壁の端子穴の近傍部分の肉厚を、端子穴の両側部で互いに異ならせ、かつ、端子孔の上部に形成されるウェルドラインが、最も断面積が小さく、応力が集中する端子孔の中心線位置より外れた位置で斜め上方に形成されているので、ウェルドラインと高応力部が重ならず、電槽の内圧が高くなったり、極端子に外力や振動が負荷された場合にもクラックは発生し難く、極端子の取付強度を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の密閉角形蓄電池の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態の密閉角形蓄電池１は、電気自動車用の駆動電源として好適に用いることができるニッケル・水素二次電池から成り、図１に示すように、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する上面開口の直方体状の複数（図示例では６つ）の電槽３をその短側面を共用して相互に一体的に連結して成る扁平な角形の一体電槽２にて構成され、かつ各電槽３の上面開口は一体の蓋体４にて一体的に閉鎖されている。
【００１７】
各電槽３内には、電槽３の長側面と平行な多数の正極板と負極板をセパレータを介して短側面方向に積層してなる極板群５とその両側端面に接合された集電板６が電解液とともに収納され、単電池７が構成されている。
【００１８】
極板群５は、多数枚の正極板と多数枚の負極板とを交互に配置するとともに、各正極板に横方向に開口部を有する袋状のセパレータを被せて構成されている。これら正極板群と負極板群は互いに反対側の側縁部が外側に突出されてその突出側縁部がリード部として構成され、その側端縁にそれぞれ集電板６が溶着されている。
【００１９】
一体電槽２の両端の端面壁８の上端部には端子穴１０が形成され、各電槽３、３間の隔壁９の上端部には接続穴１１が形成されている。後で詳細に説明するように、両端の端面壁８の端子穴１０には正極又は負極の極端子１２が装着され、隔壁９の接続穴１１を通して両側の単電池７、７が直列接続されている。
【００２０】
一体電槽２の両端の端面壁８の上端部においては、図２に示すように、端子穴１０の近傍部分の一側部に上下方向に適当な範囲にわたって厚肉部２８が形成され、端子穴１０の両側部で肉厚を互いに異ならせている。
【００２１】
また、端面壁８の上端部と下端部の後述の突出部２６を除く中間部の外面には、図３に示すように、その面剛性を高めるために複数の横リブ８ａと１又は複数の縦リブ８ｂが格子状に突設されている。
【００２２】
端面壁８の下端部には外向きに突出する突出部２６が突設されている。この突出部２６の端面壁８からの突出長さｌ2 は、極端子１２の端面壁８からの突出長さｌ1 よりも１〜１０ｍｍ程度大きく設定するのが好ましい。また、この突出部２６の上面は外側端に向けて斜め下方に傾斜する傾斜面２７にて構成されており、その水平面に対する傾斜角θは、５°〜６０°、好適には４５±１０°程度に設定されている。
【００２３】
蓋体４の上面には、互いに隣り合う電槽３、３の隣接端部において通孔１３が形成されるとともに、蓋体４上にこれら通孔１３、１３間を連通する連通路１４ａを形成した連通蓋１４が溶着されている。１４ｂは、連通蓋１４の内面中央部に突設された補強突起で、連通路１４ａを閉じない大きさでかつその先端が蓋体４の上面に当接して溶着され、連通蓋１４の耐圧強度を確保している。
【００２４】
一体電槽２と蓋体４と連通蓋１４は、ＰＰ／ＰＰＥアロイなどの合成樹脂材料にて構成されており、電解液に対して撥液性を有している。
【００２５】
また、蓋体４には各電槽３の内部圧力が一定以上になったときに圧力を解放するための単一の安全弁１５が配設され、また単電池７の温度を検出する温度検出センサを装着するセンサ装着穴１６が適当な単電池７の極板群５の上端に接するように凹入形成されている。
【００２６】
各電槽３の長側面が一平面を成す一体電槽２の長側面１７には、各電槽３の両側端に対応する位置に上下方向に延びるリブ１８が突設されており、かつリブ１８、１８間には適当ピッチ間隔でマトリックス状に多数の比較的小さな円形の突部１９が突設されている。これらリブ１８と突部１９は同じ高さである。さらに、電槽３の上端部と蓋体４の側面には、リブ１８の延長位置及び突部１９の配置位置に対応してそれらの側面間にわたるように、リブ１８及び突部１９と同じ高さの連結リブ２０ａ及び２０ｂが形成されている。これらリブ１８、突部１９及び連結リブ２０ａ、２０ｂは、一体電槽２を並列配置したときにそれらの間に各電槽３を効率的にかつ均一に冷却するための冷媒通路を形成する。
【００２７】
また、一体電槽２の長側面１７の長手方向に対する中心線に対して対称に各電槽３の略中央に位置させて、一体電槽２をその長側面１７で互いに重ねた時に相互に嵌合する位置決め用の突部２１と凹部２２が設けられている。
【００２８】
集電板６の上端部には外向きに接続突部２３が突出形成され、この接続突部２３を端面壁８及び隔壁９の上端部に貫通形成された端子穴１０又は接続穴１１に嵌入させることによって極板群５が電槽３に対して位置決めされている。また、隣接する電槽３、３間の隔壁９の接続穴１１に嵌入された接続突部２３、２３の先端同士を溶接接合することによって隣接する単電池７の電気的な接続が電池内部で行われ、また端面壁８においては、極端子１２に端子穴１１に嵌入する接続突部２４が突設され、集電板６と極端子１２の接続突部２３、２４の先端同士が溶接接合されている。また、集電板６の接続突部２３又は極端子１１の接続突部２４の周囲には環状溝が形成されて端面壁８や隔壁９との間のシールを行うＯリング２５が配設されている。
【００２９】
上記極端子１２の装着部の詳細を、図４、図５を参照して説明すると、図４に示すように、端面壁８の端子穴１０の周囲の所定の半径の範囲が厚肉に形成されるとともにその中心部に端子穴１０の軸芯と同一軸芯の円形凹部３９が形成されてその周囲に放射状に１又は複数の係合溝３７が形成されている。また、極端子１２は、図５に示すように、円板状の座部１２ａの端面壁８に対する接合面の中心部に端子穴１０に嵌入する接続突部２４が突設されるとともに、その周囲に円形凹部３９に嵌合する円環状突部４０が突設され、その周囲に係合溝３７に係合する係合片３８が放射状に突設されている。円環状突部４０と接続突部２４の基部との間の環状溝４０ａにはシール用のＯリングが配設される。
【００３０】
また、端面壁８の係合溝３７と、この係合溝３７に嵌入係合する係合片３８とに、図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示すような嵌合用テーパαを設けると、嵌入係合する際の挿入性が向上し、極端子１２の固着不良を防止することができる。嵌合用テーパαの大きさは５〜２０°が好ましい。
【００３１】
また、極端子１２の環状溝４０ａの内周壁に、図５（ｄ）に示すように逆テーパβを設けると、極端子１２の接続突部２４の外周にＯリングを装着し、端面壁８に固着する工程に至るまでにＯリングが脱落したり、浮き出したりするのを防止することができる。逆テーパβの大きさは０〜１０°が好ましい。
【００３２】
以上の密閉角形蓄電池１は、その長側面１７を重ね合わせた状態で複数並列配置されるとともにその配列方向の両端に端板が配置され、これら端板が拘束バンドにて連結されてパック化され、この電池パックが、図１（ｂ）に一部を示すように、設置台３１上に設置される。電池パックは、設置台３１に設置された状態で密閉角形蓄電池１の下端部に突設された突出部２６上面の傾斜面２７を押圧片３２にて押圧することによって固定されるとともに、その上部がカバー３３にて覆われる。これら押圧片３２とカバー３３は締結ボルト３４にて設置台３１に共締めして締結固定される。なお、設置台３１には電池パックの下面にその全面にわたって冷却風を分配する冷却風導入空間３５が形成され、カバー３３と電池パックの上部外面との間に冷却風排出空間３６が形成されており、並列配置された各密閉角形蓄電池１、１間に冷却風を通して各単電池７を効果的に冷却するように構成されている。
【００３３】
以上の構成の角形密閉式電池１においては、一体電槽２の端面壁８から突出する突出部２６を設けているので、この密閉角形蓄電池１を設置した状態で側方から障害物が当たった場合でも、その障害物は極端子１２に当たる前に突出部２６に当たり、この突出部２６にて衝撃エネルギーが吸収されるので、極端子１２に直接大きな衝撃が負荷されず、極端子１２の移動によって短絡が発生するのを防止できる。
【００３４】
さらに、一体電槽２の端面壁８から突出する突出部２６を設けているので、図１に示すように、設置台３１上に突出部２６が載置されてシールされるため、冷却風導入空間３５が一体電槽２の端部まで形成され、各単電池７を効果的に冷却することができる。
【００３５】
また、突出部２６は端面壁８の下端部に突設し、その上面を水平面に対して５°〜６０°、好適には４５±１０°程度外側端に向けて斜め下方に傾斜する傾斜面２７にて構成し、この傾斜面２７を押圧片３２にて押圧して固定しているので、極端子１２に負荷を及ぼすことなく固定設置することができるとともに、角形密閉式電池１を上下方向だけでなく、同時に一体電槽２の長手方向にも規制することができる。
【００３６】
本実施形態によれば、一体電槽２の端面壁８の端子穴１０の近傍部分の一側部に厚肉部２８を形成して端子穴１０の両側部で肉厚を互いに異ならせているので、一体電槽２のインジェクション成型時に端子穴１０の部分で樹脂が左右両側に分かれて流れる際に樹脂流れが両側で異なり、その結果、図２に示すように、端子穴１０の上部で両側の樹脂の流れが接触して形成されるウェルドライン２９が端子穴１０の中心線位置よりも外れた位置で斜め上方に形成され、ウェルドライン２９が最も断面積が小さく応力が集中する端子穴１０の中心線位置から外れて位置することになる。したがって、ウェルドライン２９と高応力部が重ならず、一体電槽２内の各電槽３の内圧が高くなったり、極端子１２に外力や振動が負荷された場合にもクラックは発生し難く、極端子１２の取付強度を確保できる。
【００３７】
また、端面壁８に横リブ８ａと縦リブ８ｂを突設して面剛性を高めているので、電池内圧が上昇して端面壁８に大きな荷重が作用しても、端面壁８の膨張変形を効果的に抑制でき、極端子１２の接続部に悪影響を与えず、適正な接続状態を確保できる。
【００３８】
また、極端子１２の装着部において、放射状の係合溝３７に係合片３８を係合させているので、極端子１２に対するバスバーや外部接続線を接続する際に作用する回転トルクを大面積で受けることができ、さらに係合溝３７及び係合片３８の数を増やすことでその面積を容易にさらに大きくすることができ、コンパクトな構成で荷重を受ける係合面の応力を小さくでき、接続時に極端子１２に作用する回転トルクに対する破壊限界を向上することができる。また、円形凹部３９と円環状突部４０との嵌合により回転トルクによる荷重が係合溝３７と係合片３８の係合面に対して常に垂直に作用するため、荷重に対して高い支持強度が得られ、さらに破壊限界を向上することができる。
【００３９】
また、集電板６のプレス成形によって突出成形された接続突部２３にて隣接する単電池７を直列接続しているので、一体電槽２内で内部接続できるとともに、接続部品を別途に必要としないので、少ない部品点数で低コストにて簡単に接続することができ、また接続突部２６が集電板６と一体でありかつ１箇所の溶接で接続されているので、電気抵抗の極めて少ない接続が可能となる。
【００４０】
また、互いに隣り合う電槽３、３の隣接端部において、蓋体４に通孔１０を形成するとともに、蓋体４上にこれら通孔１３、１３間を連通する連通路１４ａを形成した連通蓋１４が溶着されており、これによって各電槽３の間の内部圧力を均一化して一部の電槽３の内部圧力の上昇によってその単電池７の寿命が低下し、それに伴って密閉角形蓄電池１の寿命が短くなるのを防止できるとともに、蓋体４に単一の安全弁１５を設けるだけで良くして、コスト低下を図ることができる。
【００４１】
次に、本発明の参考例について、図６を参照して説明する。なお、上記実施形態と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００４２】
上記実施形態では、極端子１２を一体電槽２の端面壁８から外側に突設したが、本参考例では蓋体４の上壁の両端部に端子穴３０を形成し、この端子穴３０を貫通させて内側から極端子１２を装着している。極端子１２はその座部１２ａと固定ナット３０ａにて蓋体４の上壁を挟持することによって装着固定され、固定ナット３０ａと蓋体４上壁上面との間に介装したシール材３０ｂと極端子１２の座部１２ａと蓋体４の上壁下面との間に介装されたＯリング２５にて二重にシールされている。また、両端の単電池７の端面壁８の内面に沿って配設された集電板６には上方に延びる延出部６ａが形成され、その先端部が極端子１２の座部１２ａに接続されている。
【００４３】
本参考例によれば、密閉角形蓄電池１を設置した状態で側方から障害物が当たった場合でも、極端子１２は蓋体４上に配設されているので、直接大きな衝撃が負荷されることはなく、極端子１２の移動によって短絡が発生するのを防止でき、また極端子１２にバスバーや外部接続線を接続する際には上方から作業することができるので、作業性も向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ハイブリッド車を含む電気自動車用の駆動電源としての組電池等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の密閉角形蓄電池の一実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】同実施形態の電槽の要部の詳細斜視図である。
【図３】同実施形態の密閉角形蓄電池の端部の斜視図である。
【図４】同実施形態における電槽の極端子装着部を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は縦断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視拡大断面図である。
【図５】同実施形態における極端子を示し、（ａ）は部分断面正面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は（ｂ）Ｂ−Ｂ矢視拡大断面図、（ｄ）は（ｂ）のＣ−Ｃ矢視拡大断面図である。
【図６】本発明の密閉角形蓄電池の参考例を示し、（ａ）は要部の平面図、（ｂ）は同縦断正面図である。
【図７】従来例の密閉角形蓄電池の斜視図である。
【図８】従来例の改良型の密閉角形蓄電池の部分斜視図である。
【図９】密閉角形蓄電池の電槽のインジェクション成型時のゲート配置位置の説明図である。
【図１０】従来例の改良型の密閉角形蓄電池における電槽の要部の詳細斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  密閉角形蓄電池
２  一体電槽
６  集電板
６ａ  延出部
８  端面壁
８ａ  横リブ
８ｂ  縦リブ
１０  端子穴
１２  極端子
２６  突出部
２７  傾斜面
２８  厚肉部
３０  端子穴
３７  係合溝
３８  係合片
３９  円形凹部
４０  円環状突部
４０ａ  環状溝
【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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