(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体形状の蓄電素子と、
前記蓄電素子を囲う角筒及び該角筒の開口を閉じる蓋体を含む密閉ケースと、
前記蓄電素子の移動を制限するために、前記密閉ケースと前記蓄電素子との間に挿入され、絶縁性を有する硬質樹脂からなる樹脂プレートと、
からなる角型蓄電池であって、
前記樹脂プレートは、前記蓋体に平行に配置される平板部と、該平板部から直角に折り曲げられ、前記角筒に平行に配置されるスカート部と、からなり、
前記蓋体は、矩形板の一般面から突出している凸部を四隅に有し、且つ前記凸部は、前記蓄電素子から離れる方向に突出しており、
前記樹脂プレートは、前記蓄電素子と前記凸部とを繋ぐ通孔を備えている角型蓄電池。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電池であって、
前記蓋体は、前記一般面及び前記凸部が、前記角筒の端から外へ出ないように角筒に取り付けられていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直方体形状の蓄電素子が角型の密閉ケースに収められている角型蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車機器の電気・電子化に伴って二次電池、電解コンデンサー、キャパシタなどの充電可能な蓄電池の用途が増加している。
蓄電素子が密閉ケースに収められている蓄電池の構造は、例えば特開２００３−３０８８１０公報に示されている。この蓄電池について、図１２に基づいて説明する。
図１２に示されている蓄電池１００は、円筒ケース１０１と、この円筒ケース１０１に収納されている蓄電素子１０２と、この蓄電素子１０２から延びている多数本のリード線１０３と、これらのリード線１０３のうち正極又は負極に接続されている集電板１０４、１０４と、前記円筒ケース１０１の両端の開口を閉じるエンドプレート１０８、１０８と、前記集電板１０４、１０４から延び、前記エンドプレート１０８、１０８を貫通している電極ロッド１０５、１０５と、これらの電極ロッド１０５、１０５の先端にねじ込まれている各々ナット１０６、１０６と、前記エンドプレート１０８、１０８から円筒ケース１０１の中心に向かって延び、前記集電板１０４、１０４を貫通しているピン１０７、１０７とから成る。
ハーネス１０９、１０９を通じて電極ロッド１０５、１０５に直流電圧を印可することで、電気エネルギーを蓄電素子１０２に蓄えることができる。また、蓄電素子１０２に蓄えられている電気エネルギーは、電極ロッド１０５、１０５及びハーネス１０９、１０９を介して、取り出すことができる。
ハーネス１０９、１０９は、電極ロッド１０５、１０５にナット１０６、１６で固定される。ナット１０６、１０６を締め付けるときに、電極ロッド１０５、１０５に回転力が加わるが、集電板１０４、１０４がピン１０７、１０７で回転を拘束されているため、電極ロッド１０５、１０５が回転することはない。
集電板１０４、１０４及び電極ロッド１０５、１０５の回転防止を図る上で、ピン１０７、１０７は重要な役割を果たす。
蓄電素子１０２の長さをＬ１、円筒ケース１０１の長さをＬ２とすると、円筒ケースの長さＬ２は、ピン１０７、１０７の長さを見込むため、大きくなる。すなわち、要求される蓄電能力から蓄電素子１０２の長さＬ１を決定するが、この長さＬ１に比較して円筒ケース１０１の長さＬ２が大きくなり、蓄電能力の割にケース１０１が大型化するという問題が生じる。
さらに、蓄電池１００では、内部に電解液を封入して、電気化学反応を促す。電気化学反応により、電解液の一部はガス化する。このガス化により、蓄電池１００の内部圧力が上昇する。円筒ケース１０１は筒であるため内圧に強いが、エンドプレート１０８、１０８は平板であるため内圧に弱い。
この弱点を補うために、図に示されるように、円筒ケース１０１に比較して、エンドプレート１０８、１０８は、数倍の厚さとされている。エンドプレート１０８、１０８が厚い分だけ、蓄電池１００は重くなる。
さこで、車両に多数個の蓄電池を搭載する場合、蓄電池１００の小型・軽量化が望まれる。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の概念によれば、直方体形状の蓄電素子と、この蓄電素子を囲う角筒及びこの角筒の開口を閉じる蓋体を含む密閉ケースと、前記蓄電素子の移動を制限するために、前記密閉ケースと前記蓄電素子との間に挿入され、絶縁性を有する硬質樹脂からなる樹脂プレートと、から成る角型蓄電池が提供される。
密閉ケースと前記蓄電素子との間に樹脂プレートを挿入したので、蓄電素子の回転を抑えることができる。密閉ケースは、蓄電素子に樹脂プレートの挿入代を見込んだ大きさにすることができる。そして、樹脂プレートは薄い。この結果、密閉ケースの小型化を達成することができる。小型化に伴って密閉ケースの軽量化が可能となるため、角型蓄電池の小型・軽量化が達成できる。
好ましくは、前記樹脂プレートは、前記蓋体に平行に配置される平板部と、この平板部から直角に折り曲げられ、前記角筒に平行に配置されるスカート部とから成る。
好ましくは、前記角筒と前記蓋体の一方は、金属板と、この金属板に被せられている絶縁性樹脂膜とから成る。
好ましくは、前記蓋体は、矩形板の一般面から突出している凸部を四隅に有している。
好ましくは、前記凸部は、前記蓄電素子から離れる方向に突出している。
好ましくは、前記蓋体は、前記一般面及び前記凸部が、前記角筒の端から外へ出ないように角筒に取り付けられている。
好ましくは、前記樹脂プレートは、前記蓄電素子と前記凸部とを繋ぐ通孔を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明に係る角型蓄電池の分解図、
図２は、上記角型蓄電池の構成要素である角筒の拡大断面図、
図３は、上記角型蓄電池の断面図、
図４は、図３の要部拡大図、
図５は、上記角型蓄電池の構成要素である密閉ケースの要部の断面図、
図６Ａ及び図６Ｂは、上記角型蓄電池の要部である凸部の作用説明図、
図７Ａ〜図７Ｄは、従来の蓋体と本発明の蓋体との比較図、
図８は、上記蓋体の中央位置での撓みの比較図、
図９は、上記蓋体の中央位置での応力の比較図、
図１０は、上記角型蓄電池の要部である蓋体と樹脂プレートの分解斜視図、
図１１は、上記蓋体及び樹脂プレートの作用説明図、
図１２は、従来の蓄電池の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図１に示されるように、角型蓄電池１０は、コルゲート（波形にした）形角筒１１と、この角筒１１に予め取付けられている一方の蓋体１２と、隣り合う金属箔１３、１３が僅かな隙間を保って積層され、複数のリード線１４を介してＬ字形集電板１５、１５に繋がれ、全体として直方体形状にされている蓄電素子１６と、この蓄電素子１６の上面、下面から延びている電極ロッド１７、１８と、穴２２が設けられている平板部２１及びスカート部２３とで構成される樹脂プレート２０、２０と、環状のシール材２４を備えている他方の蓋体２５と、前記電極ロッド１７に嵌められる座金２６及びナット２７Ａと、前記電極ロッド１８に嵌められる座金２６及びナット２７Ｂとから成る。なお、シール材２４は一方の蓋体１２にも備えられている。
すなわち、前記樹脂プレート２０は、大きな穴２２の開いた平板部２１と、この平板部２１から折り曲げ形成されたスカート部２３で構成されている。
また、樹脂プレート２０は、直方体形状の蓄電素子１６の上面や下面に平板部２１を載せるだけで、蓄電素子１６にセットすることができる。
図２に示されるように、角筒１１は、アルミニウムなどの金属板２８の両面にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの絶縁材２９、２９が被覆されている絶縁性樹脂被覆金属板を使用することが望まれる。
図３に示されるように、角型蓄電池１０は、直方体形状の蓄電素子１６と、この蓄電素子１６を囲う角筒１１及びこの角筒１１の開口を閉じる蓋体１２、２５を含む密閉ケース３０と、前記蓄電素子１６の移動を制限するために、前記密閉ケース３０と前記蓄電素子１６との間の隙間ｔ、ｔに挿入され、絶縁性を有する硬質樹脂からなる樹脂プレート２０、２０とから成る。
前記樹脂プレート２０は、仮に図面左右方向に移動するときに、直方体形状の蓄電素子１６の上面や下面から外れなければよい。スカート部２３は蓄電素子１６に掛かっていればよく、丈が短くても、樹脂プレート２０が蓄電素子１６の上面や下面から外れる心配はない。すなわち、スカート部２３の丈を、短くすることが可能であるため、樹脂プレート２０の小型・軽量化が容易に達成できる。
ナット２７Ａを電極ロッド１７にねじ込むと、蓄電素子１６の上面を構成する集電板１５は、ナット２７Ａと共に回転しようとする。このときに回り止め作用を発揮する樹脂プレート２０、２０の作用を詳しく説明する。
図４は図３の要部拡大図であり、集電板１５が仮に図左へ移動する場合には、角筒１１に沿ったスカート部２３が移動を防止する。この結果、ナット２７Ａ（図３）を回しても集電板１５が回転する心配はない。ナット２７Ｂも同じ。
この回り止めには、硬くて薄い樹脂プレート２０を使用するだけで済む。そして、角筒１１の内径（内のり）は、蓄電素子１６の径（図左右方向寸法）に樹脂プレート２０の厚さの２倍を加えた寸法に設定することができる。スカート部２３は薄いので、角筒１１の径を抑えることができ、蓄電池の小径化を図ることができる。
また、スカート部２３の丈が短いので、角筒１１の内径と蓄電素子の外径との間に、隙間を形成することが可能となり、電解液などから発生したガスを収納する空間として活用することができる。
さらには、樹脂プレート２０の平面部２１を、他方の蓋体２５と集電板１５との間に介在させるので、蓄電素子１６の上下動を抑えることができる。
ところで、角筒１１に樹脂被覆金属板を採用したことにより、角筒１１と集電素子１６との間の絶縁は、樹脂被膜に委ねることができる。しかし、集電素子１６を角筒１１に直接接触させると、集電素子１６の熱伸縮や角筒１１の内圧による膨張等により、長期間使用後には、角筒１１の内面に被せた樹脂膜（図２の絶縁材２９）が摩耗し、剥離し、絶縁不良を引き起こす。
この点、本発明では、樹脂膜（図２の絶縁材２９）と樹脂プレート２０との両方に絶縁作用を発揮させることができる。万一、樹脂膜（図２の絶縁材２９）に剥離が生じても、樹脂プレート２０の絶縁機能が残るため、絶縁不良を引き起こす心配はない。
したがって、樹脂プレート２０には、回り止め作用と絶縁作用との２つの作用を発揮させることができる。
また、樹脂プレート２０の形状、大きさは任意である。さらには、角筒に絶縁樹脂膜を被せない被覆なし金属板を採用することも可能である。
次に、密閉ケース３０の要部の形状を説明する。
図５に示されるように、蓋体１２の下面を一般面３１と呼ぶ。想像線で示されている蓄電素子１６から上方へ離れる方向へ、蓋体１２から凸部３２、３２が突出形成されている。
蓄電素子１６と角筒１１との隙間で形成されるスペース３３に、凸部３２によるポケット３４、３４の体積が加わる。ポケット３４、３４による体積の増加は、密閉ケース３０の内容積の５〜１０％を見込むことができる。体積が増加したため、電解液がガス化してもガスの圧力変化は緩慢になり、密閉ケース３０の内面に作用する圧力並び圧力変動を軽減することができる。
また、角筒１１に蓋体１２を巻締め法で取付ける。巻締め具の都合で、蓋体１２は角筒１１の端部よりＬ１だけ、内側（図下方）へ寄せる必要がある。本発明の凸部３２は、一般面３１からＬ２だけ突出させるが、このＬ２はＬ１を超えないようにした。この結果、複数の角筒１１同士を容易に直接接続することができる。
次に、図６に基づいて、凸部３２の作用を説明する。なお、蓋体１２及び凸部３２は三次元構造で検討すべきであるが、構造計算が複雑になる。そこで、蓋体１２及び凸部３２を便宜的に二次元の「梁」に置き換えた。
すなわち、一般面３１及びこの一般面３１に下面が接する蓋体１２（凸部は除く。）が図６Ａで示されている。また、一般面３１及びこの一般面３１からＬ２だけ離れた凸部３２が図６Ｂで模式的に表わされている。
図６Ａに示されるように、蓋体１２の縦寸法（厚さ）がｈで横寸法がｂであるときの蓋体１２の断面二次モーメントＩａは、ｂ・ｈ３／１２である。
また、図６Ｂで示されるように、一般面３１から距離Ｌ２だけ離れた凸部３２の断面二次モーメントＩｂは、Ｉａ＋（ｂ・ｈ）×（Ｌ２）２で定まる。すなわち、凸部３２の存在により、（ｂ・ｈ）×（Ｌ２）２だけ断面二次モーメントが大きくなる。
断面二次モーメントが大きいほど撓みは小さくなるため、図６Ａより図６Ｂの方が撓みが小さくなる。
また、断面二次モーメントに距離成分を乗する（掛ける）ことで得られる断面係数は、大きいほど曲げ応力が小さくなる。そのため、図６Ａより図６Ｂの方が応力が小さくなる。
以上に述べたように、凸部は、撓みが小さくなり、応力（曲げ応力）が小さくなるという作用を発揮する。
図７Ａ−図７Ｄは従来の蓋体と本発明の蓋体とを並べた比較図であり、図７Ａには、凸部を備えない蓋体１１１を示されている。この蓋体１１１を比較例１と呼ぶ。図７Ｂには、環状の凸部１１２を備えた蓋体１１３が示されている。環状の凸部１１２を備えた蓋体１１３を比較例２と呼ぶ。
図７Ｃには、四隅にＩの字型の凸部３２を備えている蓋体１２が示されている。この蓋体１２を実施例１と呼ぶ。図７Ｄには、四隅に三角形の凸部３２を備えている蓋体１２が示されいる。この蓋体１２を実施例２と呼ぶ。
比較例１、２及び実施例１、２に次の条件で構造計算を実施した。
○計算条件：
蓋体の縦横寸法：６０ｍｍ×６０ｍｍ
中央穴の寸法：２３ｍｍ
蓋体の厚さ：０．５ｍｍ
蓋体の材質：ＪＩＳ  Ａ３００４−Ｏ
負荷（内圧）：０．６ＭＰａ
凸部の形状、大きさ：図７Ａ−図７Ｄ参照
蓋体を三次元の「面」とし、周辺を固定し、分布加重を与え、撓み及び応力を計算した。この計算結果を図８、図９に基づいて説明する。
図８に示されるように、蓋体の中央位置での撓みは、比較例１では２ｍｍを超え、比較例２は約１．７ｍｍであった。実施例１は約１．８ｍｍで比較例２より若干大きい。実施例２は約１．４ｍｍで撓みは最小であった。
また、図９に示されるように、蓋体の中央位置での応力は、比較例１は約１３００ＭＰａ、比較例２は約１１００ＭＰａであった。これに対して実施例１は約９５０ＭＰａで比較例２よりも小さく、実施例２は約８００ＭＰａで最小であった。
したがって、実施例２が最小撓みで且つ最小応力であった。
以上のことから、従来知られている環状の凸部（図７Ｂ符号１１２）より、本発明の四隅の各々設けた凸部３２（図５Ｃ、図５Ｄの方が撓み及び応力を抑えることができることが判明した。このことから、連続した凸部（環状の凸部）より、凸部同士を分離した方が、構造的に優れていると言える。
次に、さらに好ましい樹脂プレート２０の形態を説明する。
図１０に示されるように、樹脂プレート２０は、平板部２１の四隅に三角形の通孔３６を備えている。
樹脂プレート２０を蓋体１２に合わせると、図１１に示されるように、通孔３６が凸部３２に合致する。通孔３６を介して蓄電素子１６は、ポケット３４に繋がっている。角筒１１の内部に溜まるガスは、通孔３６を通って、ポケット３４に到る。圧力をポケット３４へ直接的に逃がすことができるので、ガスによる内圧の変化を緩和させることができる。
尚、本発明の角型蓄電池１０は、二次電池、電解コンデンサー、キャパシタなど充電可能な電気品であれば、種類は問わない。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明による角型蓄電池は、車両に搭載する二次電池に有用である。
【図１】
0005097401.tif 000002
【図２】
0005097401.tif 000003
【図３】
0005097401.tif 000004
【図４】
0005097401.tif 000005
【図５】
0005097401.tif 000006
【図６Ａ】
0005097401.tif 000007
【図６Ｂ】
0005097401.tif 000008
【図７Ａ】
0005097401.tif 000009
【図７Ｂ】
0005097401.tif 000010
【図７Ｃ】
0005097401.tif 000011
【図７Ｄ】
0005097401.tif 000012
【図８】
0005097401.tif 000013
【図９】
0005097401.tif 000014
【図１０】
0005097401.tif 000015
【図１１】
0005097401.tif 000016
【図１２】
0005097401.tif 000017