JP2014049190A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケース本体と蓋体の溶接不良を生じ難くすること。
【解決手段】電極組立体を収容するケースの蓋体１４に圧力開放弁２１を溶接する。このとき、圧力開放弁２１は、その板厚方向における溶接部２７が、蓋体１４を板厚方向に３分割したときの中央の領域Ｚ２に最も多く形成されるように溶接する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ケース内圧が開放圧を越えた場合に開放する圧力開放弁を有する蓄電装置に関する。

ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。この種の二次電池は、例えば、特許文献１に開示されている。二次電池は、金属箔に負極活物質を塗布した負極電極と金属箔に正極活物質を塗布した正極電極との間をセパレータで絶縁し、層状に積層した電極組立体を有する。そして、二次電池のケースには、電極組立体と電解液が収容されている。また、二次電池のケースには、ケース内圧が開放圧を超えた場合に開放する圧力開放弁が設けられている。

特開２００６−１２８３１号公報

二次電池のケースは、電極組立体と電解液を収容するケース本体と、そのケース本体を閉塞する蓋体から構成されている。そして、圧力開放弁は、溶接によって蓋体に取り付けられる場合がある。しかしながら、圧力開放弁を蓋体に溶接する構造では、溶融部の熱収縮による曲げ応力が蓋体に加わることで、蓋体に反りが生じ得る。蓋体に生じた反りは、蓋体とケース本体を溶接する際の不良要因となる。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、ケース本体と蓋体の溶接不良が生じ難い蓄電装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、電極組立体と電解液とを収容する有底筒状のケース本体を板状の蓋体で閉塞した蓄電装置において、前記蓋体には、前記ケース本体を閉塞した状態のケース内圧が開放圧を越えた場合に開放してケース内外を連通させる圧力開放弁が溶接されており、前記圧力開放弁の板厚方向における溶接部は、前記蓋体を板厚方向に３分割したときの中央の領域に最も多く形成されていることを要旨とする。

これによれば、圧力開放弁の溶接部が、蓋体の板厚方向に規定する中央の領域に最も多く形成されている。このため、溶接において溶融部の熱収縮によって蓋体に加えられる曲げ応力の偏りを小さくできる。このため、蓋体の反りを抑制できる。したがって、ケース本体と蓋体の溶接不良が生じ難い。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蓄電装置において、前記板厚方向における前記圧力開放弁の溶接部の中央が、前記蓋体の板厚方向の中央に位置していることを要旨とする。これによれば、板厚の中央と溶接部の中央を一致させることで、蓋体の反りをより確実に抑制でき、ケース本体と蓋体の溶接不良をより生じ難くすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置において、前記蓋体には、前記圧力開放弁を収容する凹部が設けられており、前記凹部には、前記蓋体の延設方向に延びる溶接面が連接されていることを要旨とする。これによれば、凹部に溶接面が連接されているので、溶接が行い易い。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の蓄電装置において、前記凹部に収容される前記圧力開放弁は、前記ケース本体を前記蓋体で閉塞した状態においてケース内に配置されていることを要旨とする。

これによれば、ケース内の圧力を蓋体で受圧することができる。ケース内の圧力は、圧力開放弁に加われることになるが、その圧力開放弁をケースに配置しておくことで、圧力開放弁に加わる圧力を蓋体で受圧することもできる。したがって、圧力開放弁に加わる圧力によって溶接部が破断するなどの事態を回避することもできる。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の蓄電装置において、前記凹部は、前記蓋体の前記電極組立体側の面と段差状に繋がっていることを要旨とする。これによれば、凹部が蓋体と段差状に繋がっているので、その段差部位を溶接面とすることができ、溶接が行い易い。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の蓄電装置において、前記蓄電装置は、二次電池であることを要旨とする。

本発明によれば、ケース本体と蓋体の溶接不良を生じ難くすることができる。

二次電池の外観を示す斜視図。 圧力開放弁を取り付けた蓋体を示す平面図。 図２の１−１線断面図。 別例を説明する説明図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１に電極組立体１２が収容されている。また、ケース１１には、電極組立体とともに電解液も収容されている。ケース１１は、有底筒状のケース本体１３と、当該ケース本体１３に電極組立体１２を挿入する開口部を閉塞する平板状の蓋体１４とからなる。ケース本体１３と蓋体１４は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム）である。また、本実施形態の二次電池１０は、ケース本体１３が有底四角筒状であり、蓋体１４が矩形平板状であることから、その外観が角型をなす角型電池である。また、本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。

電極組立体１２には、正極端子１５と負極端子１６が電気的に接続されている。そして、正極端子１５及び負極端子１６には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁リング１７ａがそれぞれ取り付けられている。また、正極端子１５と負極端子１６は、蓋体１４からケース１１外に露出している。

電極組立体１２は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極を絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（アルミニウム箔）の両面に正極活物質を塗布して構成される。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質を塗布して構成される。そして、電極組立体１２は、複数の正極電極と複数の負極電極を交互に積層するとともに、両電極の間にセパレータを介在した積層構造とされている。

また、ケース１１の蓋体１４には、ケース１１（ケース本体１３）内に電解液を注入するための図示しない注液孔が設けられており、その注入孔は封止部材１９によって閉塞されている。封止部材１９は、蓋体１４の表面１４ａ（ケース外側の面）に固定されており、ケース１１外に露出している。また、ケース１１の蓋体１４には、ケース内圧を外部に開放するための圧力開放孔２０が設けられている。圧力開放孔２０は、電解液の注液孔とは別に設けられているとともに、注液孔に並設されている。

図２に示すように、圧力開放孔２０は、圧力開放弁２１によって閉塞されている。圧力開放弁２１は、蓋体１４の裏面１４ｂ（電極組立体１２側の面）に固定されており、ケース本体１３を蓋体１４で閉塞した状態においてケース１１内に配置されている。本実施形態の圧力開放弁２１は円板状であり、アルミニウムやステンレスなどの金属製である。また、圧力開放弁２１には、その中央から外周面２１ａに向かって径方向に延びる複数本（本実施形態では３本）の溝（凹部）２２が形成されている。これらの複数本の溝２２は、周方向に等間隔をあけて形成されている。そして、圧力開放弁２１には、図３に示すように、溝２２によって板厚が部分的に薄くなる薄肉部２３が設けられている。圧力開放弁２１は、常には圧力開放孔２０を閉塞しており、ケース内圧が上昇し過ぎないように、ケース内圧が所定の圧力である開放圧を超えた場合に破断して開放することにより、圧力開放孔２０を通じてケース内外を連通させる。

図３に示すように、蓋体１４には、当該蓋体１４の裏面１４ｂに開口する段差孔２４が設けられている。段差孔２４は、蓋体１４の表面１４ａに開口する圧力開放孔２０に連設されている。段差孔２４は、円形状の大径部２５と、その大径部２５に比して直径が小さく、かつ圧力開放孔２０に比して直径が大きい円形状の小径部２６とを有する。

大径部２５は、蓋体１４の裏面１４ｂに連接される周面２５ａを有し、その周面２５ａには大径部２５と小径部２６の直径差によって形成される段差面２５ｂが連接されている。大径部２５の周面２５ａは蓋体１４の板厚方向に延びている一方で、段差面２５ｂは蓋体１４の板厚方向に直交する方向で、蓋体１４の表面１４ａ及び裏面１４ｂと平行に延びている。小径部２６は、大径部２５の段差面２５ｂに連接される周面２６ａを有し、その周面２６ａには小径部２６と圧力開放孔２０の直径差によって形成される段差面２６ｂが連接されている。小径部２６の周面２６ａは蓋体１４の板厚方向に延びている一方で、段差面２６ｂは蓋体１４の板厚方向に直交する方向で、蓋体１４の表面１４ａ及び裏面１４ｂと平行に延びている。

そして、本実施形態において小径部２６は、圧力開放弁２１を収容する凹部となる。このため、小径部２６は、圧力開放弁２１の板厚と同程度の深さを有する。具体的に言えば、小径部２６は、圧力開放弁２１を収容した際、圧力開放弁２１と小径部２６の周面２６ａに連接される大径部２５の段差面２５ｂとが面一となる深さを有する。そして、小径部２６は、周面２６ａと大径部２５の段差面２５ｂとが連接されることにより、蓋体１４の裏面１４ｂと段差状に繋がっている。

圧力開放弁２１は、蓋体１４に対して溶接固定されている。本実施形態では、圧力開放弁２１の外周面２１ａと小径部２６の周面２６ａとが溶接されている。つまり、本実施形態では、圧力開放弁２１の外周面２１ａと小径部２６の周面２６ａとの間に、圧力開放弁２１を蓋体１４に固定する溶接部２７が位置している。また、溶接部２７は、蓋体１４の板厚方向、すなわち圧力開放弁２１の板厚方向に延びている。そして、本実施形態において溶接部２７は、図２に示すように、圧力開放弁２１と大径部２５の段差面２５ｂとの境界に沿って円環状に形成されており、段差面２５ｂが溶接面となる。また、段差面２５ｂは、蓋体１４の延設方向、すなわち矩形状の蓋体１４の長辺方向及び短辺方向のそれぞれに延びる面となっている。

本実施形態において溶接部２７は、図３に示すように、蓋体１４を板厚方向に３分割し、その板厚方向に３つの領域Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３を規定したとき、領域Ｚ２に最も多く形成されている。つまり、領域Ｚ２において圧力開放弁２１の板厚方向における溶接部２７の占める割合が最も多くなっている。領域Ｚ１は、蓋体１４の裏面１４ｂ側に位置する蓋体１４の板厚を３分の１した領域であり、領域Ｚ３は、蓋体１４の表面１４ａ側に位置する蓋体１４の板厚を３分の１した領域である。領域Ｚ２は、領域Ｚ１と領域Ｚ３の間の領域、すなわち蓋体１４の板厚を３分割した時に板厚方向において中央に位置する領域である。

また、本実施形態において圧力開放弁２１の板厚方向における溶接部２７の中央が、蓋体１４の板厚方向の中央に位置している。溶接部２７の中央は、前述した領域Ｚ２に位置する。このように本実施形態においては、溶接部２７の中央が蓋体１４の板厚方向の中央に位置するように、段差孔２４を構成する大径部２５及び小径部２６の深さがそれぞれ設定されている。つまり、大径部２５及び小径部２６の深さが浅かった場合、溶接部２７の中央は、蓋体１４の板厚の中央に位置せず、蓋体１４の裏面１４ｂ寄りに位置してしまう。一方、大径部２５及び小径部２６の深さが深かった場合、溶接部２７の中央は、蓋体１４の板厚の中央に位置せず、蓋体１４の表面１４ａ寄りに位置してしまう。

次に、圧力開放弁２１の溶接方法を説明する。
圧力開放弁２１は、ケース本体１３に蓋体１４を取り付ける前に、蓋体１４の小径部２６に収容する。そして、溶接は、例えばレーザ溶接などで行い、大径部２５側、すなわち大径部２５の段差面２５ｂ側から行う。また、溶接は、圧力開放弁２１の外周面２１ａと小径部２６の周面２６ａとの間を、圧力開放弁２１の周縁に沿って溶接部２７が円形状となるように行う。

次に、本実施形態の作用を説明する。
蓋体１４には、その板厚方向の中央に溶接部２７の中央が位置するように圧力開放弁２１が溶接される。そして、溶接後の蓋体１４においては、溶接部２７の中央が蓋体１４の中央に位置することにより、蓋体１４の表面１４ａ及び裏面１４ｂの何れかに偏った曲げ応力が発生し難い。つまり、溶接部２７の熱収縮による加重が蓋体１４の中央に作用することで、曲げ応力が発生し難い。このため、圧力開放弁２１を蓋体１４に溶接する構造であっても、蓋体１４に反りが生じ難い。

そして、本実施形態の二次電池１０は、ケース本体１３に電極組立体１２を収容した後、ケース本体１３の開口部に圧力開放弁２１を取り付けた蓋体１４をセットして蓋体１４を溶接固定する。このため、蓋体１４が反り難い構造であるから、ケース本体１３と蓋体１４を適切に溶接固定することが可能となる。なお、電解液は、ケース本体１３の開口部を蓋体１４で閉塞した後、注液孔からケース１１内に注入する。そして、電解液の注入後、注液孔は封止部材１９で閉塞する。

また、本実施形態の圧力開放弁２１は、蓋体１４の段差孔２４を構成する小径部２６に収容されることで、ケース１１内に配置された状態となる。また、圧力開放弁２１は、小径部２６の段差面２６ｂに接触した状態で固定されている。そして、ケース内圧は、圧力開放弁２１に加わることになるが、その圧力は圧力開放弁２１が小径部２６に収容されていることで、小径部２６の段差面２６ｂによって受けることもできる。つまり、小径部２６の段差面２６ｂは、ケース内圧を受圧する受圧面としても機能する。これにより、ケース内圧によって溶接部２７が破断するなどの事態も回避し得る。

前述のように蓋体１４に取り付けた圧力開放弁２１は、部分的に薄肉部２３を有することにより、ケース内圧が開放圧を越えた場合に薄肉部２３が破断することによって開放される。これにより、ケース１１は、圧力開放弁２１の開放によって内圧が下げられることにより、破裂などが防止される。

したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）圧力開放弁２１の溶接部２７が、蓋体１４の板厚方向に規定する領域Ｚ１〜Ｚ３のうち、中央の領域Ｚ２に最も多く形成されている。このため、溶接において溶融部の熱収縮による曲げ応力の偏りを小さくできる。このため、蓋体１４の反りを抑制できる。したがって、ケース本体１３と蓋体１４の溶接不良が生じ難い。

（２）蓋体１４の板厚方向の中央と溶接部２７の中央を一致させている。これにより、蓋体１４の反りをより確実に抑制でき、ケース本体１３と蓋体１４の溶接不良をより生じ難くすることができる。

（３）凹部となる小径部２６に、溶接面となる大径部２５の段差面２５ｂを連接しているので、段差面２５ｂと圧力開放弁２１を溶接するためのスペースを確保できる。したがって、溶接を行い易くすることができる。

（４）そして、段差孔２４を大径部２５と小径部２６で構成し、小径部２６を蓋体１４の裏面１４ｂに対して段差状に繋げているので、その段差部位である段差面２５ｂを溶接面とすることができ、溶接を行い易くすることができる。

（５）圧力開放弁２１をケース１１内に配置している。これによれば、ケース１１内の圧力を蓋体１４で受圧することができる。ケース内の圧力は、圧力開放弁２１に加われることになるが、その圧力開放弁２１をケース１１内に配置しておくことで、圧力開放弁２１に加わる圧力を蓋体１４（段差面２６ｂ）で受圧することもできる。したがって、圧力開放弁２１に加わる圧力によって溶接部２７が破断するなどの事態を回避することもできる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図４に示すように、蓋体１４に対して大径部２５と圧力開放孔２０を実施形態とは逆の位置となるように設けても良い。つまり、蓋体１４の表面１４ａ側に大径部２５を設ける一方で、裏面１４ｂ側に圧力開放孔２０を設けても良い。この場合、小径部２６に収容される圧力開放弁２１は、蓋体１４の表面１４ａ側から溶接する。この場合、ケース本体１３に電解液を注入した後に、圧力開放弁２１を蓋体１４に溶接することも可能であるから、圧力開放孔２０を注液孔として兼用することもできる。

○ 圧力開放弁２１の板厚を蓋体１４の板厚と同一に設定しても良い。この場合は、蓋体１４の板厚方向全体に亘って溶接部２７が形成されることになるので、蓋体１４の表面１４ａ及び裏面１４ｂに偏った曲げ応力が発生し難い。

○ 大径部２５の周面２５ａは、小径部２６に向かって径が小さくなる斜状に形成しても良い。
○ 圧力開放弁２１の溝２２の形状や薄肉部２３の形状を変更しても良い。

○ 圧力開放弁２１の外観形状を変更しても良い。例えば、平面視四角形の板状でも良い。また、平面視楕円形の板状でも良い。
○ 圧力開放弁２１が開放するのは、開放圧以上の場合であっても良い。あるいは、設計上、開放圧以下の場合に開きうるものであるからといって、本件の圧力開放弁２１とは異なることにはならない。

○ 実施形態のような積層型の二次電池１０に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型の二次電池に適用しても良い。
○ 実施形態の二次電池１０は、車両として自動車に搭載しても良いし、産業用車両に搭載しても良い。また、定置用の蓄電装置に適用しても良い。

○ 本実施形態の構成を、電気二重層コンデンサ等の他の蓄電装置に適用しても良い。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であっても良い。要は、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであれば良い。

１０…二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、１３…ケース本体、１４…蓋体、１４ｂ…裏面、２１…圧力開放弁、２５…大径部、２５ｂ…段差面、２６…小径部、２７…溶接部、Ｚ１〜Ｚ３…領域。

Claims (6)

1. 電極組立体と電解液とを収容する有底筒状のケース本体を板状の蓋体で閉塞した蓄電装置において、
   前記蓋体には、前記ケース本体を閉塞した状態のケース内圧が開放圧を越えた場合に開放してケース内外を連通させる圧力開放弁が溶接されており、
   前記圧力開放弁の板厚方向における溶接部は、前記蓋体を板厚方向に３分割したときの中央の領域に最も多く形成されていることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記板厚方向における前記圧力開放弁の溶接部の中央が、前記蓋体の板厚方向の中央に位置している請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記蓋体には、前記圧力開放弁を収容する凹部が設けられており、
   前記凹部には、前記蓋体の延設方向に延びる溶接面が連接されている請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記凹部に収容される前記圧力開放弁は、前記ケース本体を前記蓋体で閉塞した状態においてケース内に配置されている請求項３に記載の蓄電装置。
5. 前記凹部は、前記蓋体の前記電極組立体側の面と段差状に繋がっている請求項３又は請求項４に記載の蓄電装置。
6. 前記蓄電装置は、二次電池である請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の蓄電装置。