JP2007018754A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】非水電解質二次電池１を組電池ケース４の電池収容部４ａに挿入してストッパ板５を取り付けることにより、異常時に均圧装置３のベローズ３ａが伸長しても非水電解質二次電池１が電池収容部４ａから抜け出すことがないようにした組電池を提供する。
【解決手段】電池ケース２の内部に連通すると共に、この電池ケース２内部と共に密閉され、外部との圧力差に応じてこの外部に向けてベローズ３ａが伸縮可能となる均圧装置３が設けられた複数個の非水電解質二次電池１が、それぞれ均圧装置３側を先にして組電池ケース４の各電池収容部４ａに挿入され、かつ、この組電池ケース４に、各電池収容部４ａに収容した非水電解質二次電池１の抜け出しを制止するストッパ板５が取り付けられた構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部との圧力差に応じてベローズ等を拡大したり縮小することにより、電池ケースの内部と外部との圧力均衡を図る均圧装置を設けた電池に関する。

二次電池を深海等の高圧の環境下で使用する場合、水溶液電解質二次電池であれば、電池ケース内部の水溶性の電解液を絶縁性のオイルを介して海水と接するようにすることにより外部圧力との均衡を図る開放型の均圧構造を用いることができる。しかしながら、非水電解質二次電池の場合には、非水電解液にオイルが溶解するために、このような開放型の均圧構造を採用することができない。そこで、電池ケースの底面にベローズを備えた均圧装置を設けて、このベローズを伸長させたり短縮させることにより、外部圧力との均衡を図るようにした非水電解質二次電池が従来から開発されていた。

上記均圧装置を設けた非水電解質二次電池の一例を図３に示す。この非水電解質二次電池１は、上下に長い直方体形状の電池ケース２の内部に発電要素を収納すると共に非水電解液を充填して密閉したものである。電池ケース２は、ステンレス鋼板からなり、方形筒体の上下の開口端を正方形状の蓋板と底板とで塞いだものである。そして、この電池ケース２の上端の蓋板からは、正極端子１ａと負極端子１ｂとが突出している。また、この電池ケース２の下端の底板の中央部には、開口部が形成されると共に、この底板の下面には、均圧装置３が取り付けられている。均圧装置３は、図４に示すように、薄いステンレス鋼板を円筒形の蛇腹状に形成したベローズ３ａの下端をベローズ底板３ｂで塞いだものであり、このベローズ３ａが上下方向に伸縮可能となる。また、ベローズ底板３ｂの中央部には、安全弁３ｃが形成されている。この均圧装置３は、ベローズ３ａの上端が電池ケース２の底板の下面に封止固着されて、この電池ケース２の内部と連通している。そして、これら電池ケース２と均圧装置３の内部は、共に密閉されている。

通常の非水電解質二次電池を深海等の高圧の環境下に置くと、外部圧力が高くなるために、そのままでは電池ケース２が凹んで破壊されるおそれがある。しかし、上記構成の非水電解質二次電池１は、外部圧力が高くなると、ベローズ３ａが縮んでベローズ底板３ｂが持ち上がることにより均圧装置３の内部の容積が縮小するので、これによって電池ケース２の内部の圧力を上昇させて外部圧力との均衡を図ることができる。また、外部圧力が低下した場合には、ベローズ３ａが伸びてベローズ底板３ｂが元の位置まで下降することにより均圧装置３の内部の容積が拡大するので、これによって電池ケース２の内部の圧力を戻すことができる。

ただし、非水電解質二次電池１に上記のような均圧装置３が設けられていると、例えば過充電等により電池ケース２の内部の圧力が異常に上昇した場合に、均圧装置３のベローズ３ａが限界まで伸びて電池ケース２を押し上げるので、非水電解質二次電池１が設置スペースに収まり切らなくなって上方に飛び出すおそれがある。即ち、非水電解質二次電池１が正常な場合には、高圧環境下で均圧装置３のベローズ３ａが大気圧のときよりも縮むことにより圧力均衡を保つものである。しかしながら、非水電解質二次電池１の異常により電池ケース２の内部が高圧になると、ベローズ３ａが大気圧のときの長さを超えて伸びることになる。そして、例えば複数個の非水電解質二次電池１を組電池ケースに収容して組電池として使用した場合に、このような異常時に非水電解質二次電池１が組電池ケースから飛び出し、組電池の配線を切断したり、この配線を短絡させるおそれが生じる。

そこで、従来は、図５に示すように、電池ケース２の底板の下面に、均圧装置３を囲むようなスリーブ状のベローズ脚６を取り付ける発明が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。このベローズ脚６は、下部に均圧装置３のベローズ３ａの伸長を制止する制止部６ａが形成されると共に、この制止部６ａよりさらに下方に、安全弁３ｃのガス抜き用のスペースを確保するガス抜き枠６ｂが形成されている。このようなベローズ脚６が取り付けられていると、電池ケース２の内部が異常な高圧になって、均圧装置３のベローズ３ａが矢印Ｘに示すように伸長しても、このベローズ３ａが制止部６ａを超えて伸長することはないので、非水電解質二次電池１が設置スペースから飛び出すようなおそれがなくなる。また、ベローズ３ａの伸長が制止部６ａで制止されると、電池ケース２の内部の圧力が高まり、ベローズ底板３ｂに設けた安全弁３ｃを確実に解放させることができる。しかも、この安全弁３ｃから排出された高圧ガスは、矢印Ｇに示すように、ベローズ脚６のガス抜き枠６ｂのスペースを介して円滑に外部に放出することができるようになる。

ところが、電池ケース２に上記のようなベローズ脚６を取り付けると、部品点数が増加するだけでなく、取り付けのための溶接作業等の手間も増えて、非水電解質二次電池１のコストアップに繋がるという問題が生じる。また、このベローズ脚６は、均圧装置３を取り囲むようにして電池ケース２の底板の狭いスペースに取り付けられるため、十分な強度が得られるように、この電池ケース２と同じステンレス鋼板等の金属板を用いる必要があり、このために非水電解質二次電池１の重量が大幅に増加して、単位重量あたりのエネルギー密度が低下するという問題も発生する。
特開２００１−２６６９２６号公報

本発明は、電池を組電池ケースの電池収容部に挿入してストッパを取り付けることにより、異常時に均圧装置が拡張して電池が電池収容部から抜け出すという問題を解決しようとするものである。

請求項１の組電池は、電池ケースの内部に連通し外部との圧力差に応じて拡縮可能となる均圧装置が設けられた複数個の電池が組電池ケースの各電池収容部に挿入されると共に、この組電池ケースに、各電池収容部に収容した電池の抜け出しを制止するストッパが取り付けられたことを特徴とする。

請求項２の組電池は、前記電池収容部の一部に、均圧装置のみが挿入され、電池ケースの挿入が阻止される均圧装置収容部が形成されていることを特徴とする。

請求項３の組電池は、前記均圧装置に安全弁が形成されると共に、前記電池収容部に、組電池ケース外部に通じるガス抜き口が開口されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、各電池が組電池ケースの電池収容部に挿入されると共にストッパによって制止されるので、均圧装置が異常に拡張して、この電池を電池収容部から押し出そうとしても、この電池が組電池ケースから抜け出すようなことがなくなる。このため、従来例のように各電池ごとに均圧装置の異常な拡張を制止するための器具（例えばベローズ脚６）を取り付けなくてもよいので、電池のコストアップを回避し、重量の増加によるエネルギー密度の低下のおそれもなくすことができるようになる。また、樹脂製の組電池ケースを用いた場合であっても、枠全体で電池の抜け出しを防止できるので、樹脂では強度が弱くなりすぎるようなことがなく、この発明の実施のために金属製の組電池ケースを使用せざるを得なくなって重量が増加するというようなこともなくなる。

なお、この発明は、ストッパを用いるために、従来の組電池よりも部品点数が増加し取り付け作業工数も増えることになる場合があるが、このストッパは、従来例で示した均圧装置の拡張を制止する器具に比べれば遥かに簡単な構造の部品で済み、取り付け作業も容易となる。しかも、このストッパは、個々の電池ごとに取り付ける必要はなく、複数個の電池について１個乃至数個のストッパを取り付けるだけで済むようにすることもできる。

請求項２の発明によれば、電池収容部の奥等に均圧装置収容部が形成されるので、均圧装置が異常に拡大しているとき以外の通常時に、電池が電池収容部の奥等に入り込むのを防止することができる。従って、通常時の電池は、電池収容部内で常に同じ位置に挿入されるので、組電池の配線作業等がやり易くなる。

請求項３の発明によれば、均圧装置の異常な拡張をストッパが制止するので、異常時に電池ケースや均圧装置の内部圧力を上昇させて確実に安全弁を動作させることができるようになる。しかも、この安全弁が均圧装置に形成され、電池収容部にもガス抜き口が開口されているので、安全弁から排出された高圧ガスをこのガス抜き口から外部に円滑に放出することができるようになる。例えば、電池収容部の奥に均圧装置収容部が形成され、均圧装置の先端部に安全弁が形成されている場合、この均圧装置が拡張すると安全弁が均圧装置収容部の底面に塞がれるおそれがあるが、この均圧装置収容部の底にガス抜き口を形成すれば、安全弁から排出された高圧ガスをこのガス抜き口から外部に円滑に放出することができるようになる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１〜図２は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は組電池ケースの電池収容部に非水電解質二次電池を収容した組電池を示す部分縦断面組立斜視図、図２は組電池ケースの電池収容部に非水電解質二次電池を収容した組電池を示す部分拡大縦断面正面図である。なお、図３〜図５に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。

本実施形態は、従来例で示した非水電解質二次電池１を用いた組電池について説明する。従って、本実施形態でも用いる非水電解質二次電池１も、電池ケース２の下端に均圧装置３が取り付けられていて、これらの構成は、図３及び図４に示した従来例と全く同じある。即ち、この非水電解質二次電池１は、上下に長い直方体形状のステンレス鋼板からなる電池ケース２の内部に発電要素を収納すると共に非水電解液を充填して密閉したものであり、この電池ケース２は、方形筒体の上下の開口端を正方形状の蓋板と底板とで塞いで内部を密閉している。また、均圧装置３は、薄いステンレス鋼板を円筒形の蛇腹状に形成したベローズ３ａの下端をベローズ底板３ｂで塞いだものであり、この均圧装置３の内部と電池ケース２の内部とが連通している。さらに、このベローズ底板３ｂの中央部には、安全弁３ｃが形成されている。ただし、電池ケース２の底板には、図５に示すようなベローズ脚６は取り付けられていない。

本実施形態の組電池は、図１及び図２に示すように、上記複数個の非水電解質二次電池１が組電池ケース４に収容されたものである。組電池ケース４は、樹脂製の方形の成形品であり、上端面に開口する電池収容部４ａが２列に並べて複数箇所形成されている。各電池収容部４ａは、非水電解質二次電池１の電池ケース２よりも僅かに大きい正方形状の穴であり、この電池ケース２の高さよりも僅かに深くまで形成されている。また、この電池収容部４ａのさらに下方は、電池収容部４ａの正方形状の穴の内接円よりも僅かに小さい円筒状の穴からなる均圧装置収容部４ｂが形成されていて、この均圧装置収容部４ｂの底の中央部に組電池ケース４の底面に貫通するガス抜き口４ｃが開口されている。この均圧装置収容部４ｂは、正常時における大気圧でのベローズ３ａの長さよりも十分に長いが、このベローズ３ａが伸長して伸び切るよりは十分に短い深さに形成されている。

上記組電池ケース４の各電池収容部４ａには、それぞれ非水電解質二次電池１が均圧装置３を下にして挿入される。すると、電池ケース２の底板の周囲が電池収容部４ａの底の均圧装置収容部４ｂとの段差部分に当接して挿入が停止されるので、この電池ケース２の蓋板が電池収容部４ａの開口端よりも僅かに低い位置まで入り込んだ状態で収容される。また、均圧装置３は、電池収容部４ａのさらに下方の均圧装置収容部４ｂに入り込むが、ベローズ底板３ｂは、この均圧装置収容部４ｂの底には達せず、ある程度の空間が生じる。このようにして各非水電解質二次電池１がそれぞれ電池収容部４ａに収容されると、組電池ケース４の上面に３本のストッパ板５をねじ止めして、これらの電池収容部４ａの開口端をそれぞれ一部ずつ塞ぐようにする。これらのストッパ板５は、両側部が各電池収容部４ａの開口端の一部を塞ぐので、挿入された非水電解質二次電池１が抜け出すのを制止することができる。ただし、各非水電解質二次電池１の正極端子１ａと負極端子１ｂは、これらストッパ板５の間で、電池収容部４ａの開口端から上方に突出しているので、これにより組電池の配線を行うことができる。

上記構成の組電池において、非水電解質二次電池１が過充電等により電池ケース２の内部の圧力が上昇した場合、この電池ケース２の内部と連通する均圧装置３の内部の圧力も上昇するので、図２の矢印Ｘに示すようにベローズ３ａが下方に伸びて容積を広げることにより、この内部圧力の上昇を抑制する。そして、この均圧装置３の下方には、均圧装置収容部４ｂの底との間にある程度の空間があるので、電池ケース２の内部圧力が多少上昇しただけでは、ベローズ３ａがこの空間内で少し伸びるだけで、外部圧力との均衡を保つことができる。しかしながら、電池ケース２の内部の圧力が異常に上昇した場合には、ベローズ３ａがさらに伸びてベローズ底板３ｂが均圧装置収容部４ｂの底に当接する。すると、均圧装置３は、電池ケース２を上方に押し上げてベローズ３ａをさらに伸長させようとするが、この電池ケース２は、ストッパ板５によって上方への抜け出しが制止されているので、このベローズ３ａはそれ以上伸びることができなくなる。また、このようにしてベローズ３ａの伸長が制止されると、電池ケース２と均圧装置３の内部の容積が広がらなくなるので、これらの内部圧力がさらに上昇し、ベローズ底板３ｂに形成された安全弁３ｃが解放されて、電池ケース２の内部の高圧ガスがこの安全弁３ｃから排出される。そして、このように安全弁３ｃから排出された高圧ガスは、図２の矢印Ｇに示すように、均圧装置収容部４ｂの底のガス抜き口４ｃから組電池ケース４の外部に放出される。

この結果、本実施形態の組電池は、均圧装置３のベローズ３ａが均圧装置収容部４ｂの深さ以上に伸びようとしても、電池ケース２の上方への移動をストッパ板５が制止するので、非水電解質二次電池１が組電池ケース４の電池収容部４ａから抜け出すようなことがなくなる。このため、各非水電解質二次電池１に従来のベローズ脚６のような特別の器具を取り付ける必要がなくなるので、この非水電解質二次電池１のコストアップを回避し、重量の増加によるエネルギー密度の低下もなくすことができるようになる。また、組電池ケース４全体でこの非水電解質二次電池１の抜け出しを防止するので、樹脂製の組電池ケース４を用いても強度が弱くなりすぎるようなことがなく、組電池全体の重量の増加によるエネルギー密度の低下の心配も生じない。さらに、均圧装置３のベローズ３ａが均圧装置収容部４ｂの深さ以上に伸びないようにすることにより、非水電解質二次電池１の異常時に安全弁３ｃを確実に解放させることができるようになり、しかも、この安全弁３ｃから排出される高圧ガスは、ガス抜き口４ｃから組電池ケース４の外部に放出することができるので、組電池の安全性をさらに向上させることができる。

なお、上記実施形態では、角型の電池ケース２を用いた非水電解質二次電池１について説明したが、この電池ケース２の形状は任意であり、円筒形や長円筒形等であってもよい。また、上記実施形態では、非水電解質二次電池１について説明したが、電池の種類も問わない。例えば水溶液電解質二次電池の場合であっても、開放型の均圧構造に代えて、上記実施形態のような密閉型の均圧装置３を設けることもできる。さらに、上記実施形態では、ステンレス鋼板からなるベローズ３ａを用いた均圧装置３について説明したが、ステンレス鋼板以外の金属製のベローズを用いたり、金属製以外の樹脂製等のベローズを用いることもできる。しかも、この均圧装置は、ベローズにより伸縮する構造のものに限らず、例えばダイアフラム状や弾性体フィルム状又はフレキシブルなシート状の隔膜等が拡縮するような構造のものであってもよい。そして、均圧装置がこのような隔膜等で構成されている場合、この均圧装置の内部が電池ケースの内部と区別できるようになっている必要もない。

また、上記実施形態では、組電池ケース４の電池収容部４ａが電池全体を完全に収容する穴である場合を示したが、複数の電池を組電池として支持できればよいので、例えばこの電池の電池ケースの下端部のみを収容するような穴であってもよい。さらに、上記実施形態では、組電池ケース４の上端面に、電池収容部４ａの開口端の一部を塞ぐようにストッパ板５を取り付ける場合を示したが、この電池収容部４ａに収容した電池の抜け出しを制止するような構造であれば、どのようなストッパを取り付けてもよい。例えば、組電池ケース４に、電池収容部４ａが開口された端面の上方全体を覆う蓋板を取り付けてもよいし、この電池収容部４ａが電池の電池ケースの下端部のみを収容するようなものである場合には、各電池の電池ケースの側面を係止したり挟持して抜け出しを制止するようなストッパを取り付けることもできる。

また、上記実施形態では、電池収容部４ａの奥に、この電池収容部４ａよりも穴が小さい均圧装置収容部４ｂを形成して、これらの穴に段差が生じるようにすることにより、電池の電池ケースを支持するようにした場合を示したが、深い電池収容部４ａの下端部に内側への突起を形成したりスリーブ等を嵌入させておくことにより、この突起より下方やスリーブ等の部分を均圧装置収容部４ｂとすることもできる。さらに、深い電池収容部４ａに均圧装置３と共に電池をそのまま収容することにより、特に均圧装置収容部４ｂを形成しないようにすることもできる。ただし、この場合は、均圧装置３の拡縮の状態に応じて、電池の電池収容部４ａへの挿入深さが異なる場合があるので、例えばストッパ等で電池ケースの挿入位置を固定するようにした方が、電池の配線等を行う上で便利となる。

また、上記実施形態では、電池収容部４ａや均圧装置収容部４ｂが組電池ケース４に形成された穴である場合を示したが、この組電池ケース４を棒材や板材を組み合わせた枠体とすることにより、これらの電池収容部４ａや均圧装置収容部４ｂをこの枠体中の棒材や板材の間の収容空間によって構成することもできる。さらに、上記実施形態では、組電池ケース４を樹脂成形品によって構成する場合を示したが、必ずしも成形品である必要はなく、樹脂以外の材料によって構成することもできる。

本発明は、電池を組電池ケースの電池収容部に挿入してストッパを取り付けることにより、異常時に均圧装置が拡張しても電池が電池収容部から抜け出すことがないようにした組電池に適用できる。

本発明の一実施形態を示すものであって、組電池ケースの電池収容部に非水電解質二次電池を収容した組電池を示す部分縦断面組立斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、組電池ケースの電池収容部に非水電解質二次電池を収容した組電池を示す部分拡大縦断面正面図である。 非水電解質二次電池と均圧装置の構成を示す斜視図である。 非水電解質二次電池の電池ケースに取り付けられた均圧装置の構成を示す部分拡大半断面正面図である。 従来例を示すものであって、均圧装置にベローズ脚を取り付けた場合の構成を示す部分拡大半断面正面図である。

符号の説明

１ 非水電解質二次電池
２ 電池ケース
３ 均圧装置
３ａ ベローズ
３ｂ ベローズ底板
３ｃ 安全弁
４ 組電池ケース
４ａ 電池収容部
４ｂ 均圧装置収容部
４ｃ ガス抜き口
５ ストッパ板

Claims (3)

1. 電池ケースの内部に連通し外部との圧力差に応じて拡縮可能となる均圧装置が設けられた複数個の電池が組電池ケースの各電池収容部に挿入されると共に、この組電池ケースに、各電池収容部に収容した電池の抜け出しを制止するストッパが取り付けられたことを特徴とする組電池。
2. 前記電池収容部の一部に、均圧装置のみが挿入され、電池ケースの挿入が阻止される均圧装置収容部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記均圧装置に安全弁が形成されると共に、前記電池収容部に、組電池ケース外部に通じるガス抜き口が開口されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。

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