JP5592291B2

JP5592291B2 - 密閉型電池及び安全弁

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Publication number: JP5592291B2
Application number: JP2011044042A
Authority: JP
Inventors: 泰弘大塚; 恭栄三浦; 真治浜田
Original assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Current assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2031-03-01
Also published as: JP2012182008A

Description

本発明は、異常な内部圧力を開放する非復帰式の安全弁を有する密閉型電池、及び、該密閉型電池に用いて好適な非復帰式の安全弁に関する。

周知のように、携帯用の電子機器の電源として、また、電気自動車やハイブリッド自動車などの電源として、様々な二次電池が提案されている。そして、このような二次電池のうち、特に密閉型の電池には、電池ケースの内部圧力が所定の圧力を超えた場合に開裂するように作動して内部圧力を低下させる安全弁、いわゆる非復帰式の安全弁が設けられていることも多い。こうした安全弁は、発電要素の化学反応によって生じたガスなどによる内部圧力の異常な上昇に反応して作動することでケース内部のガスを排出させるように機能する。そして従来、このような、密閉型電池に用いられる非復帰式の安全弁としては、特許文献１に記載の安全弁が知られている。

この特許文献１に記載の安全弁では、所定の材質のステンレス鋼板からなる弁体に対して開裂に適した所定の形状の薄肉溝を形成するようにしている。そして、電池の内部圧力が設定値に達することに反応して上記溝が開裂作動するように、上記ステンレス鋼板の素材耐力や溝部の板厚等が決定されている。

特開平８−１５８０１６号公報

特許文献１に記載の安全弁のように、弁体となるステンレス鋼板の素材耐力や溝部の板厚、形状等を規定することにより、安全弁が作動する圧力の精度、すなわち作動圧力の精度を高めることができるようにはなる。しかし近年、電池ケースの材料の多様化に伴って、安全弁に用いられる材料も金属や樹脂など多様化してきており、どのような材料、材質からなる安全弁であっても作動圧力の精度を適切に維持もしくは向上させることのできる技術が求められている。また、二次電池のみならず一次電池などの電池であれ、密閉型の電池である限り、異常な内部圧力を開放する必要があることに変わりはなく、ひいてはこのような安全弁の作動圧力の精度の維持もしくは向上も、密閉型電池に共通する技術課題となっている。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池として内部圧力の異常な上昇に反応して非復帰式の安全弁を適切に作動させることのできる密閉型電池、及び該密閉型電池に採用して好適な非復帰式の安全弁を提供することにある。

上記課題を解決する密閉型電池は、開裂により内部圧力を開放させる非復帰式の安全弁を備えた密閉型電池であって、前記安全弁は、区画板に溝として形成された第１の薄肉部と、該第１の薄肉部の少なくとも対向する二側方に位置する態様で前記区画板に曲線状のコーナー部を有する多角形の環状の溝として形成された第２の薄肉部とをそれぞれ有し、前記第１の薄肉部と前記第２の薄肉部とは、前記区画板の肉厚方向において、前記第１の薄肉部の肉厚中心位置が前記第２の薄肉部の肉厚中心位置よりも電池の内部側に位置し、前記第１の薄肉部は、その全ての部分が前記第２の薄肉部によって囲まれているとともに、前記第２の薄肉部のコーナー部近傍まで延出され、前記区画板の平面方向において曲線状に終端する端部を有し、前記第１の薄肉部の端部における曲線と前記第２の薄肉部のコーナー部を形成する曲線の一部とが同心円の一部として形成されていることを要旨とする。

このような構成によれば、区画板にあって内部圧力により外部方向に屈曲して開裂する第１の薄肉部の屈曲点が、同区画板の外部方向への旋回中心となる第２の薄肉部の屈曲点に対し、その旋回方向（開裂方向）に対して電池の内部側に設けられるようになる。このように、区画板の肉厚方向において、第１の薄肉部の屈曲点が第２の薄肉部の屈曲点よりも内側にあるため、安全弁が内部圧力により外部方向に押圧されて第１の薄肉部が外部方向へ移動しようとする場合、第２の薄肉部には第１の薄肉部側から押し開かれる（圧縮される）力が加えられる。このとき、安全弁の剛性が維持されていれば、安全弁にかかる外部方向への押圧力に対して、第２の薄肉部側から対抗する力が生じて前記外部方向への押圧力に対抗する対抗力を生み、第１の薄肉部の外部方向への移動が抑制されるようになる。このようなことから第１の薄肉部は、内部圧力が前記対抗力を超えるまでは外部方向への移動が抑制され、ほとんど変形せず疲労によるひずみが生じないため、同第１の薄肉部には開裂が生じない。

一方、内部圧力が大きくなると、安全弁の変形などにより、外部方向への押圧力がそれに対抗する対抗力よりも大きくなり、その結果、区画板の肉厚方向において、第１の薄肉部が、第２の薄肉部よりも外部側に移動するようになる。外部側に移動された第１の薄肉部は、大きく屈曲変形されるとともに、内部圧力による張力（引き裂かれる力）が作用するようになるなど、ひずみが大きくなり、外部側に移動されていない場合に比較して、急激に開裂しやすくなる。

これにより、第１の薄肉部に生じるひずみの大きさを、安全弁を作動させない領域においては小さくする一方、安全弁を作動させる領域においては大きくするようにすることを、第１の薄肉部が外部側に移動するか否かによって調整することができる。すなわち、異常な内部圧力であり安全弁を作動させたい領域にて第１の薄肉部を外部側に移動させることにより、第１の薄肉部に生じるひずみを急激に大きく立ち上がる特性にして、安全弁の作動／不作動が曖昧な領域を減少させ、安全弁を高い精度で作動させることができるようになる。

例えば、ニッケル水素電池は、通常使用時であれ内部圧力に変動が生じる。このため、このような構造によって、ニッケル水素電池の通常使用時における温度域と経年変化によっては第１の薄肉部に生じる変化を疲労が蓄積しない疲労強度以下にするとともに、異常圧力時には当該圧力に反応して破断するように調整した安全弁をニッケル水素電池に備えることができるようにもなる。

また、第１の薄肉部と第２の薄肉部とにより、第１の薄肉部に生じるひずみが調整されるので、区画板の材質などにかかわらず、安全弁として好適に作動するように調整することができる。

さらに、この安全弁は、区画板に薄肉部を形成した構造からなるため、復帰式安全弁などに比べても部品点数が少なく、組付け時の歩留まりが良く、コストも低くすることができる。

このような構成によれば、第２の薄肉部により安全弁全体が変形しやすくなるとともに、第１の薄肉部を外部方向へ移動させる圧力の調整が容易になる。また区画板の剛性にかかわらず、第２の薄肉部の厚みの調整で内部圧力に応じて安全弁が屈曲変形するように調整することができるようになる。これにより密閉型電池の安全弁を、その材質にかかわらず好適に作動させることができるようになる。

このような構成によれば、コーナー部における第１の薄肉部と第２の薄肉部との間の肉厚が均一になるため、第１の薄肉部が外部方向へ移動されたとき、同コーナー部を屈曲させる力も安定するようになるので安全弁の作動がより安定するようになる。

好ましくは、前記第１の薄肉部は、前記区画板の電池外部側に形成されており、前記第
２の薄肉部は、前記区画板の電池内部側に形成されている。

このような構成によれば、第１の薄肉部を第２の薄肉部に対して内部側に設けられるようになることから、第１の薄肉部の屈曲点を、同屈曲点の外部方向への旋回中心となる第２の薄肉部の屈曲点に対して内部側に設けることが容易になる。

好ましくは、前記区画板は、当該密閉型電池のケースに一体形成されている。
このような構成によれば、安全弁が密閉型電池のケースに一体形成されるようになるので、より一層の部品点数の削減、組付け時の歩留まり向上、コスト削減を図られるようになる。

好ましくは、前記区画板が樹脂板からなる。
このような構成によれば、樹脂製の密閉型電池ケースにも好適な作動特性を有する安全弁を設けることができるようになる。また、第１の薄肉部と第２の薄肉部以外の部分の厚みを厚くすることができるようになることから、全体が膜状の安全弁などに比べて、ガスの透過を抑制することができるようになる。例えば、ニッケル水素電池であれば、水素の透過が抑制されるようになることから、電池としての特性を好適に維持することができるようになる。

上記課題を解決する安全弁は、開裂により容器内部の圧力を開放させる安全弁であって、区画板に溝として形成された第１の薄肉部と、該第１の薄肉部の少なくとも対向する二側方に位置する態様で前記区画板に曲線状のコーナー部を有する多角形の環状の溝として形成された第２の薄肉部とをそれぞれ有し、前記第１の薄肉部と前記第２の薄肉部とは、前記区画板の肉厚方向において、前記第１の薄肉部の肉厚中心位置が前記第２の薄肉部の肉厚中心位置よりも容器の内部側に位置し、前記第１の薄肉部は、その全ての部分が前記第２の薄肉部によって囲まれているとともに、前記第２の薄肉部のコーナー部近傍まで延出され、前記区画板の平面方向において曲線状に終端する端部を有し、前記第１の薄肉部の端部における曲線と前記第２の薄肉部のコーナー部を形成する曲線の一部とが同心円の一部として形成されていることを要旨とする。

このような構成によれば、区画板にあって内部圧力により外部方向に屈曲して開裂する第１の薄肉部の屈曲点が、同区画板の外部方向への旋回中心となる第２の薄肉部の屈曲点に対し、その旋回方向（開裂方向）に対して電池の内部側に設けられるようになる。このように、区画板の肉厚方向において、第１の薄肉部の屈曲点が第２の薄肉部の屈曲点よりも内側にあるため、安全弁が内部圧力により外部方向に押圧されて第１の薄肉部が外部方向へ移動しようとする場合、第２の薄肉部には第１の薄肉部側から押し開かれる（圧縮される）力が加えられる。このとき、安全弁の剛性が維持されていれば、安全弁にかかる外部方向への押圧力に対して、第２の薄肉部側から対抗する力が生じて前記外部方向への押圧力に対抗する対抗力を生み、第１の薄肉部の外部方向への移動が抑制されるようになる。このようなことから第１の薄肉部は、内部圧力が前記対抗力を超えるまでは外部方向への移動が抑制され、ほとんど変形せず疲労によるひずみが生じないため、同薄肉部には開裂が生じない。

本発明にかかる非復帰式の安全弁を有する密閉型電池、及び該密閉型電池に採用されて好適な非復帰式の安全弁によれば、密閉型の電池等の容器の内部圧力が異常になったような場合、同異常圧力に反応して安全弁を適切に作動させることができるようになる。

本発明の安全弁を有する密閉型電池を具体化した電池モジュールの一実施形態について、（ａ）はその平面構造を示す平面図、（ｂ）はその側面構造を示す側面図。同実施形態の電池モジュールの蓋部について示す図であり、（ａ）はその平面構造を示す平面図、（ｂ）はその側面構造を示す側面図、（ｃ）はその裏面構造を示す裏面図。同実施形態の電池モジュールの蓋部に設けられる安全弁の構造を示す拡大図であり、（ａ）はその表面構造を示す表面図、（ｂ）はその裏面構造を示す裏面図、（ｃ）は（ｂ）のコーナー部の部分拡大図。同実施形態の安全弁の端面構造を示す端面図であり、（ａ）は図３（ａ）の４ａ−４ａ線における端面構造を示す端面図、（ｂ）は図３（ａ）の４ｂ−４ｂ線における端面構造を示す端面図。同実施形態の安全弁の動作例を図４（ａ）に示した端面構造に準じて示す模式図であり、（ａ）は変形前の状態を示す図、（ｂ）は変形を始めた状態を示す図、（ｃ）は降伏点を越えた状態を示す図、（ｄ）は破断により開裂した状態を示す図。同実施形態の安全弁の第１の薄肉部にかかる内部圧力により同第１の薄肉部に生じるひずみを示すグラフの図。（ａ）〜（ｄ）本発明の密閉型電池に採用される安全弁の第２の薄肉部の平面構造について、他の実施形態の平面構造を示す平面図。（ａ）〜（ｄ）本発明の密閉型電池に採用される安全弁の第１の薄肉部の平面構造について、他の実施形態の平面構造を示す平面図。（ａ）〜（ｄ）本発明の密閉型電池に採用される安全弁の端面構造について、他の実施形態の端面構造を示す端面図。（ａ）〜（ｃ）本発明の密閉型電池に採用される安全弁の薄肉部を形成する溝の端面構造について、他の実施形態の端面構造を示す端面図。

以下、本発明にかかる非復帰式の安全弁を有する密閉型電池について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、電池モジュールは、所要の電力容量を得るべく複数（例えば６個）の密閉型電池としての単電池１４を電気的に直列接続して構成される。電池モジュールは、複数の個別の直方体状からなる単電池１４を最も表面積の広い面（長側面）を縦に見てその側面にあたる短側面同士が互いに対向するように配列した構造となっている。すなわち、この電池モジュールは、例えばニッケル水素蓄電池からなる単電池１４を６個連結することにより構成されている。

電池モジュールは樹脂製であり、上部開口を有する樹脂製の一体電槽１０と、一体電槽１０の上部開口を封止する樹脂製の蓋体２０とにより構成されている。一体電槽１０には、正極板、負極板、セパレータ、集電板及び電解液などからなる発電要素等を収容する、６個の電槽が設けられており、一体電槽１０の上面開口が蓋体２０により封止されることによりそれら電槽がそれぞれ非連通状態に区画される。すなわち、これら非連通状態に区画された６個の電槽がそれぞれ単電池１４を構成する。なお、各電槽内の発電要素は、単電池１４の充放電に伴い生じる化学反応により水素や酸素などのガスを発生させたり、逆に吸収したりする。このようなことから、過度な化学反応などが生じた際、同反応によりガスが過度に発生するようなおそれもある。

電池モジュールの長手方向の両側面には、それぞれ外部端子１２、１３が設けられている。外部端子１２と外部端子１３との間には、単電池１４が直列接続されていることから、６個の単電池１４の総出力がこれら外部端子１２，１３から取り出される。

電池モジュールの蓋体２０には、電池モジュールの内部温度を検出するためのセンサを装着するセンサ装着穴２２が設けられている。
また、電池モジュールの蓋体２０は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、電池モジュールの上面に対応する表面２０ａと、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、電池モジュールの一体電槽１０に接合される裏面２０ｂとを有している。蓋体２０の裏面２０ｂは、一体電槽１０に形成された単電池１４の各電槽に対応するように６つの電槽蓋部２３に区画されている。なお本実施形態では、１つの電槽蓋部２３にはセンサ装着穴２２が形成されるとともに、すべての電槽蓋部２３には安全弁４０がそれぞれ設けられている。安全弁４０は、対応する電槽の内部圧力が、電池モジュール（電槽）の耐圧以下の圧力であるとともに、通常使用時の内部圧力を超過する圧力である異常圧力になった場合に開裂して、電槽内の異常圧力を開放させるものである。これにより、蓋体２０により封止された各単電池１４の電槽は、その内部圧力が異常圧力になったとき、安全弁４０が開裂して異常圧力が開放され、その内部圧力が電槽の耐圧を超えることが防止されるようになっている。

図３（ａ）に示すように、安全弁４０は、単電池１４の内部と外部とを区画する板状の区画板としての弁体４１を有している。なお本実施形態では、弁体４１は樹脂製の蓋体２０に一体形成されていることから樹脂板として形成される。弁体４１は、電池モジュールの外部側、すなわち蓋体２０の表面２０ａ側に弁外面４１ａを有しているとともに、その弁外面４１ａに線状の溝としての第１の凹溝４２が形成されている。第１の凹溝４２は、長手方向中央部を交差させた２本の線からなる形状として形成されているとともに、それぞれの長手方向の端部に曲線状の終端、すなわち凹溝の両側面を連結させる曲面状の終端部４２ｒを有している。また安全弁４０は、その弁外面４１ａが第１の凹溝４２によって４つの区画４４ａ〜４４ｄに区分されるとともに、同第１の凹溝４２によって各区画４４ａ〜４４ｄの間に第１の凹溝４２の底部に対応する第１の薄肉部４２ａが形成される。

図３（ｂ）に示すように、安全弁４０は、弁体４１の内部側、すなわち蓋体２０の裏面２０ｂ側に弁内面４１ｂを有しているとともに、その弁内面４１ｂに線状の溝としての第２の凹溝４３が形成されている。第２の凹溝４３は、矩形かつ環状の溝として形成されているとともに、同矩形の４つの角部には同角部にて連結される２つの辺を曲線で連結させる曲線状のコーナー部４３ｒが形成されている。また、第２の凹溝４３は、弁外面４１ａに形成された第１の凹溝４２の全周を囲うように配置されているため、第１の凹溝４２と第２の凹溝４３とが交差しない。第１の凹溝４２と第２の凹溝４３とが交差しないことにより、第１の凹溝４２と第２の凹溝４３の交差により形成されるおそれのある、極端に薄い部分や穴などが形成されないようになっている。安全弁４０の弁内面４１ｂは、第２の凹溝４３によって、内周部区画４５ａと外周部区画４５ｂとに区分されているとともに、第２の凹溝４３によって内周部区画４５ａと外周部区画４５ｂとの間に第２の凹溝４３の底部に対応する第２の薄肉部４３ａが形成される。すなわち、弁外面４１ａに形成された４つの区画４４ａ〜４４ｄは、弁内面４１ｂの内周部区画４５ａ内に配置されるようになっている。

図３（ｃ）に示すように、第１の凹溝４２の終端部４２ｒは、その曲面の曲線が第１の凹溝４２の終端部４２ｒに設定される中心点Ｃを中心とする円弧として形成されている。また、第２の凹溝４３のコーナー部４３ｒの曲面の曲線も前記中心点Ｃを中心とする円弧として形成されている。すなわち、第１の凹溝４２の終端部４２ｒの曲面と、第２の凹溝４３のコーナー部４３ｒの曲面とは同心円一部としての円弧として形成されている。これにより、図４（ｂ）にも示すように、第１の凹溝４２の終端部４２ｒと第２の凹溝４３のコーナー部４３ｒとの間に形成される溝間部４１ｃの安全弁４０の平面方向に対する厚みＤ１が均一となる。このため、第１及び第２の凹溝４２，４３が屈曲して弁体４１、すなわち４つの区画４４ａ〜４４ｄが外部方向に移動する際、溝間部４１ｃの屈曲に要する力が安定化されて、第１及び第２の凹溝４２，４３としても屈曲がより安定し、安全弁４０としての作動の安定化も図られるようになる。

これらのことにより、図４（ａ）に示すように、安全弁４０は、その弁内面４１ｂに内部から外部方向への圧力が印加されたとき、同印加された圧力により、弁体４１において肉厚が薄いために剛性の低い第１の薄肉部４２ａや第２の薄肉部４３ａ、とりわけ第１の薄肉部４２ａに応力が集中するようになっている。第１の薄肉部４２ａは、弁内面４１ｂと第１の凹溝４２の底面との間の肉厚の略中心位置に同第１の薄肉部４２ａが屈曲する理論的な屈曲点Ｌ１を有することとなり、第２の薄肉部４３ａは、弁外面４１ａと第２の凹溝４３の底面との間の肉厚の略中心位置には第２の薄肉部４３ａが屈曲する理論的な屈曲点Ｌ２を有することとなる。また、屈曲点Ｌ１は、屈曲点Ｌ２よりも電池の内部側に配置されていることから、屈曲点Ｌ１と屈曲点Ｌ２との間には外部方向に対する離間距離としてのオフセットＤ２が設けられる。なお、第１の薄肉部４２ａや第２の薄肉部４３ａの形状や材質（例えば複合材）などにより、屈曲点Ｌ１や屈曲点Ｌ２は必ずしも略肉厚中心位置にならない場合もある。そのような場合であれ、屈曲点Ｌ１や屈曲点Ｌ２は肉厚中心位置から同様の方向に移動するのであれば屈曲点Ｌ１や屈曲点Ｌ２との間には適切なオフセットが設けられる。すなわち、肉厚中心位置に適切なオフセットが設けられれば、自ずと第１の薄肉部４２ａが屈曲する理論的な屈曲点Ｌ１と第２の薄肉部４３ａが屈曲する理論的な屈曲点Ｌ２との間にも適切なオフセットが設けられる。

屈曲点Ｌ１と屈曲点Ｌ２との間にオフセットＤ２が設けられることにより、屈曲点Ｌ１が外部方向に移動しようとする場合、屈曲点Ｌ１には、外部方向へ移動しようとする力とともに、屈曲点Ｌ１を移動可能に支持している屈曲点Ｌ２を弁体４１の水平方向に押し広げるような力も加わる。この屈曲点Ｌ２を押し広げるような力は、弁体４１が撓んだりせず弁体４１の剛性が保たれている間は、弁体４１には屈曲点Ｌ１を外部方向に移動させようとする力に対抗する対抗力が生じるため、屈曲点Ｌ１は移動されない。一方、この屈曲点Ｌ２を押し広げるような力により第１の薄肉部４２ａや第２の薄肉部４３ａが撓むなどして弁体４１の剛性が保たれなくなると、弁体４１には屈曲点Ｌ１を外部方向に移動させようとする力に対抗する対抗力が生じなくなるため、屈曲点Ｌ１が外部方向に移動されるようになる。このように、オフセットＤ２を設けることにより、対抗力−ひずみ曲線（後述する図６参照）において、対抗力は増加せずにひずみだけが増加する降伏点が生じることとなる。これにより、内部圧力が正常使用範囲であり降伏点を越えない場合、安全弁が作動されない一方、内部圧力が異常圧力であり降伏点を越える場合にのみ、安全弁が確実に作動されるようになる。なお、降伏点の圧力は、屈曲点Ｌ１と屈曲点Ｌ２が同じ高さになる（オフセットがなくなる）ときの圧力であると考えられる。

次に、本実施形態の安全弁４０の作用について、図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は、図４（ａ）を説明のために簡略化して描いたものである。また、図５において、電槽の内部圧力が各圧力Ｐ１〜Ｐ４のいずれであったとしても、説明便宜上、第２の凹溝４３の外周には撓みなどの変化は生じないものとする。

図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す圧力Ｐ１〜Ｐ４の大きさの関係については図６のグラフ５０に示している。グラフ５０には、電池の内部圧力に応じて第１の薄肉部４２ａにひずみが生じる関係について示す線５１が設けられている。グラフ５０によるように、圧力Ｐ１は、大気圧との差がほとんど無い場合の圧力であり、圧力Ｐ２は、圧力Ｐ１より大きいとともに、通常使用領域を少し越え、弁体４１の降伏点α１に至るまでの圧力である。また、圧力Ｐ３は、圧力Ｐ２より大きい圧力である弁体４１の降伏点α１の圧力であるとともに、電槽破壊領域に至らないまでの異常上昇した圧力であり、圧力Ｐ４は、異常上昇した圧力Ｐ３の領域においてひずみが最大値α２になり安全弁４０が開裂する圧力である。

図５（ａ）に示すように、内部圧力が大気圧に近い圧力Ｐ１の場合、安全弁４０には特別な変化は生じないため、第１の薄肉部４２ａの屈曲点Ｌ１と、同屈曲点Ｌ１の基準位置Ｌ３とが外部方向に対して同じ位置に配置される。このため、第２の薄肉部４３ａの屈曲
点Ｌ２と、基準位置Ｌ３との間の与圧方向に対する距離はオフセットＤ２と同じ距離となっている。このような場合、第１の薄肉部４２ａや第２の薄肉部４３ａは、大きく屈曲されないことから、そこに疲労が蓄積されないため疲労によっては開裂しない。

図５（ｂ）に示すように、内部圧力が安全弁４０を降伏点に至らせない圧力Ｐ２の場合、安全弁４０の弁内面４１ｂが与圧され、弁体４１に外部方向へ力がかかる。この際、移動しない外周に連結されている第２の薄肉部４３ａの移動量は小さく、内周部区画４５ａの中央部、特に、剛性の低い第１の薄肉部４２ａの移動量が最も大きくなる。しかしながら、弁体４１は圧力Ｐ２の押圧力に対抗するように生じた対抗力にて、同圧力Ｐ２の押圧力に対抗するため、第１の薄肉部４２ａは外部方向へ大きく移動することができない。このようなことから第１の薄肉部４２ａの屈曲点Ｌ１が、同屈曲点Ｌ１の基準位置Ｌ３よりも与圧方向に少し移動するとしても、降伏点となる第２の薄肉部４３ａの屈曲点Ｌ２を過ぎないため、第１の薄肉部４２ａには常に、外部方向への力に対して反対方向への対抗力が付与される。これによって、第１の薄肉部４２ａや第２の薄肉部４３ａは、圧力Ｐ２によって降伏点を過ぎるほどには外部方向に大きく屈曲されないこととなり生じるひずみが小さく済まされ、その部材にほとんど疲労が蓄積されないか、蓄積されるとしても僅かであるため、疲労により開裂されない。

図５（ｃ）に示すように、内部圧力が、安全弁４０が降伏点を越える圧力Ｐ３の場合、安全弁４０の弁内面４１ｂが与圧され、弁体４１に外部方向へ力が大きくかかる。この際も、内周部区画４５ａの中央部、特に、剛性の低い第１の薄肉部４２ａの移動量が最も大きくなる。ところで圧力Ｐ３に基づく押圧力により第１の薄肉部４２ａが外部方向へ移動しようとする際、弁体４１から内部方向への対抗力を受けるが、この圧力Ｐ３に基づく押圧力による外部方向への力が対抗力を超えるため、弁体４１は降伏点を越え、すなわち屈曲点Ｌ１が外部方向に屈曲点Ｌ２を過ぎて、第１の薄肉部４２ａは外部方向へ大きく移動するとともに大きく折れ曲がる。また、屈曲点Ｌ２を越えて移動した第１の薄肉部４２ａには、弁体４１から内部方向への対抗力等がほとんど生じなくなる一方、第１の薄肉部４２ａを左右に引っ張る（引き裂く）方向への力が付与されるようになる。このように、とりわけ第１の薄肉部４２ａは外部方向に大きく屈曲されるとともに張力が印加されるようになるため疲労が蓄積されるようになり、屈曲点Ｌ１が屈曲点Ｌ２を越えていない場合に比べて一転して、開裂しやすい状態となる。なお本実施形態では、第２の薄肉部４３ａも屈曲するが屈曲する角度が第１の薄肉部４２ａよりも小さいため、蓄積する疲労の方が大きい第１の薄肉部４２ａを開裂させるようにしている。また第２の薄肉部４３ａは、内部圧力を受けた弁体４１が好適に変形するように、すなわち第２の薄肉部４３ａを旋回中心として各区画４４ａ〜４４ｄがその第１の薄肉部４２ａ側を外部方向へ移動できるようにしている。

図５（ｄ）に示すように、内部圧力が第１の薄肉部４２ａが開裂される圧力Ｐ４の場合、安全弁４０の弁内面４１ｂが与圧され、第１の薄肉部４２ａには外部方向への力（押圧力）とともにそれを左右への張力（引き裂く）なども印加されて疲労が急激に蓄積されるようになる。そして、蓄積された疲労が限界を超えると第１の薄肉部４２ａが開裂して内部のガスが排出ガスとして排出されることを通じて内部圧力が開放される。これにより、内部の圧力Ｐ４が低下することで内部圧力が電槽の耐圧を超えない（電槽破壊領域に至らない）ようになっている。

また、溝間部４１ｃの厚みＤ１は、薄肉となっていることが好ましい。具体的には、区画板の肉厚（図４（ａ）のＤ３）より薄い薄肉となっていることが好ましい。溝間部４１ｃの厚みＤ１が厚いと、図６における降伏点での立ち上がりが小さくなるため、安全弁４０を正常使用範囲では作動させない一方、異常圧力のときには作動するように調節することが困難になるからである。なお、図４（ｂ）では、第１の薄肉部４２ａの肉厚、第２の
薄肉部４３ａの肉厚、及び溝間部４１ｃの厚みＤ１が略同等になっている。このように、溝間部４１ｃの厚みＤ１は、第１の薄肉部４２ａ又は第２の薄肉部４３ａと同じ、もしくはそれら以下の厚みであることが、上記効果を顕著に示すためより好ましい。

また、本実施形態では、第１の凹溝４２は２本の線状の溝が中央で交差する形状であるため、第１の薄肉部４２ａも中央で交差する形状となり、その交差点で第１の薄肉部４２ａに開裂が生じるようになる。このように開裂する点が特定できることにより、開裂が生じる作動圧の調整を行うことが容易にもなる。

以上説明したように、本実施形態の電池用端子によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）弁体４１にあって内部圧力により外部方向に屈曲して開裂する第１の薄肉部４２ａの屈曲点Ｌ１が、同弁体４１の外部方向への旋回中心となる第２の薄肉部４３ａの屈曲点Ｌ２に対し、その旋回方向（開裂方向）に対して単電池１４の内部側に設けられるようになる。このように、第１の薄肉部４２ａの屈曲点Ｌ１が第２の薄肉部４３ａが屈曲点Ｌ２よりも内側にあるため、安全弁４０が内部圧力により外部方向に押圧されて第１の薄肉部４２ａが外部方向へ移動しようとする場合、第２の薄肉部４３ａには第１の薄肉部４２ａ側から押し開かれる（圧縮される）力が加えられる。このとき、安全弁４０の剛性が維持されていれば、安全弁４０にかかる外部方向への押圧力に対して、第２の薄肉部４３ａ側から対抗する力が生じて第１の薄肉部４２ａの外部方向への押圧力に対抗する対抗力を生み、第１の薄肉部４２ａの外部方向への移動が抑制されるようになる。このようなことから第１の薄肉部４２ａは、押圧力が対抗力を超えるまでは外部方向への移動が抑制され、ほとんど変形せず疲労によるひずみが生じないため、同第１の薄肉部４２ａには開裂が生じない。

一方、内部圧力が大きくなることによって、安全弁４０の変形などが生じ、外部方向への押圧力がそれに対抗する対抗力よりも大きくなると、その結果、第１の薄肉部４２ａが、第２の薄肉部４３ａよりも外部側に移動するようになる。外部側に移動された第１の薄肉部４２ａは、大きく屈曲変形されるとともに、内部圧力による張力（引き裂かれる力）が作用するようになるなど、ひずみが大きくなり、外部側に移動される前に比較して、急激に開裂しやすくなる。

これにより、第１の薄肉部４２ａに生じるひずみの大きさを、安全弁４０を作動させない領域においては小さくする一方、安全弁４０を作動させる領域においては大きくするように、第１の薄肉部４２ａが外部側に移動するか否かによって調整することができる。すなわち、異常な内部圧力であり安全弁４０を作動させたい領域にて第１の薄肉部４２ａを外部側に移動させるように第１，第２の薄肉部４２ａ，４３ａの肉厚・位置関係を調整することにより、第１の薄肉部４２ａに生じるひずみを急激に大きく立ち上がる特性にして、安全弁４０の作動／不作動が曖昧な領域を減少させ、安全弁４０を高い精度で作動させることができるようになる。

ニッケル水素電池は、通常使用時であれ内部圧力に変動が生じる。このため、このような構造によって、ニッケル水素電池の通常使用時における温度域と経年変化によっては第１の薄肉部４２ａに生じる変化を疲労が蓄積しない疲労強度以下にするとともに、異常圧力時には当該圧力に反応して破断するように調整した安全弁４０をニッケル水素電池に備えることができるようにもなる。

（２）第１の薄肉部４２ａと第２の薄肉部４３ａとにより、第１の薄肉部４２ａに生じるひずみが調整されるので、弁体４１の材質などにかかわらず、安全弁４０として好適に作動するように調整することができる。さらに、この安全弁４０は、弁体４１に薄肉部を
形成した構造からなるため、復帰式安全弁などに比べても部品点数が少なく、組付け時の歩留まりが良く、コストも低くすることができる。

（３）第１の薄肉部４２ａが複数に分岐される線状に構成されることから、第１の薄肉部が外部方向に移動するようになる圧力を調整すること、すなわち、第１の薄肉部４２ａに生じるひずみを急激に立ち上がるような特性に調整する際の自由度が向上されるようになる。

（４）第２の薄肉部４３ａを環状の１本の溝として設けたことにより、第２の薄肉部４３ａにより安全弁４０全体が変形しやすくなるとともに、第１の薄肉部４２ａを外部方向へ移動させる圧力の調整が容易になる。また弁体４１の剛性にかかわらず、第２の薄肉部４３ａの厚みの調整で内部圧力に応じて安全弁４０が屈曲変形するように調整することができる。これにより密閉型電池の安全弁４０を、その材質にかかわらず好適に作動させることができるようになる。

（５）コーナー部４３ｒにおける第１の薄肉部４２ａと第２の薄肉部４３ａとの間の肉厚が均一になるため、第１の薄肉部４２ａが外部方向へ移動されたとき、同コーナー部４３ｒを屈曲させる力も安定するようになるので安全弁４０の作動がより安定するようになる。

（６）第１の凹溝４２を弁外面４１ａに、第２の凹溝４３を弁内面４１ｂにそれぞれ形成したことから、第１の薄肉部４２ａを第２の薄肉部４３ａに対して内部側に設けられ、第１の薄肉部４２ａの屈曲点Ｌ１を、同屈曲点Ｌ１の外部方向への旋回中心となる第２の薄肉部４３ａの屈曲点Ｌ２に対して内部側に設けることが容易になる。

（７）安全弁４０が密閉型電池のケースに一体形成されるようになるので、より一層の部品点数の削減、組付け時の歩留まり向上、コスト削減を図られるようになる。
（８）樹脂製の電池モジュールにも好適な作動特性を有する安全弁４０を設けた。また、第１の薄肉部４２ａと第２の薄肉部４３ａ以外の部分の厚みを厚くすることができるようになることから、全体が膜状の安全弁などに比べて、水素や酸素などのガスの透過を抑制することができるようになる。これにより、ニッケル水素電池であれば、水素の透過が抑制されるようになることから、電池としての特性を好適に維持することができるようになる。

（その他の実施形態）
なお上記実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
・上記実施形態では、第２の凹溝４３が矩形の環状である線状の溝である場合について例示した。しかしこれに限らず、第２の凹溝は、区画板平面方向（図３の紙面平行方向）において、第１の凹溝の少なくとも対向する二側方に位置する態様であれば、多角形や円形、複数の線により構成されるなど、どのような形状であってもよい。例えば、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、第２の凹溝は、一対の平行な線状の溝６０であってもよいし、一対の平行な直線とそれらをつなぐ２つの曲線とからなる線状の溝６１であってもよいし、円形の線状の溝６２であってもよいし、楕円の線状の溝６３であってもよい。これにより、安全弁の設計自由度が高められるようになる。

・上記実施形態では、第１の凹溝４２が２本の線が中央で交差する形状の線状の溝である場合について例示した。しかしこれに限らず、第１の凹溝は、少なくとも長手方向側方が第２の凹溝に囲まれる態様であればどのような形状であってもよい。例えば、図８（ａ）に示すように、第１の凹溝は、２本の線が中央で交差するとともに、それらのなす角度が上記実施形態と大きく相違するような角度である線状の溝７０であってもよい。また、
図８（ｂ）〜（ｄ）に示すように、第１の凹溝は、両端がそれぞれ二つに分岐している線状の溝７１であってもよいし、両端がそれぞれ三つに分岐している線状の溝７２であってもよいし、一本の線状の溝７３であってもよい。これにより、安全弁の設計自由度が高められるようになる。

溝７１，７２のように、溝（第１の薄肉部）が複数に分岐される線状に構成される場合、第１の薄肉部が外部方向に移動するようになる圧力を調整すること、すなわち、第１の薄肉部に生じるひずみを急激に立ち上がるような特性に調整する際の自由度が向上されるようになる。

・上記実施形態では、第１の凹溝４２が弁外面４１ａに、第２の凹溝４３が弁内面４１ｂにそれぞれ溝として形成される場合について例示した。しかしこれに限らず、第１の凹溝及び第２の凹溝は、屈曲点Ｌ１を屈曲点Ｌ２よりも内部側に配置することができるのであれば弁外面や弁内面にどのように形成されてもよい。これにより、安全弁の設計自由度が高められるようになる。

例えば、図９（ａ）に示すように、第１の凹溝８０とそれよりも浅い第２の凹溝８１を共に弁外面に設けてもよい。これにより、第１の凹溝８０に対応する第１の薄肉部８０ａが第２の凹溝８１に対応する第２の薄肉部８１ａよりも薄くなるため、第１の薄肉部８０ａの屈曲点Ｌ１を第２の薄肉部８１ａの屈曲点Ｌ２よりも内部側に配置することができる。

また、図９（ｂ）に示すように、第１の凹溝８２とそれよりも深い第２の凹溝８３を共に弁内面に設けてもよい。これにより、第１の凹溝８２に対応する第１の薄肉部８２ａが第２の凹溝８３に対応する第２の薄肉部８３ａよりも厚くなるため、第１の薄肉部８２ａの屈曲点Ｌ１を第２の薄肉部８３ａの屈曲点Ｌ２よりも内部側に配置することができる。

さらに、図９（ｃ）に示すように、第１の凹溝８４を弁外面に、第２の凹溝８５を弁内面に設けるとともに、第１の凹溝８４に対応する第１の薄肉部８４ａをさらに薄くする溝を弁内面側に形成し、第２の凹溝８５に対応する第２の薄肉部８５ａをさらに薄くする溝を弁外面側に形成してもよい。これにより、第１の凹溝８４に対応する第１の薄肉部８４ａが第２の凹溝８５に対応する第２の薄肉部８５ａよりも内部側に形成されるため、第１の薄肉部８４ａの屈曲点Ｌ１を第２の薄肉部８５ａの屈曲点Ｌ２よりも内部側に配置することができる。

また、図９（ｄ）に示すように、上記実施形態と同様に、第１の凹溝４２を弁外面に、第２の凹溝４３を弁内面に設けるとともに、第１の凹溝４２と第２の凹溝８３との間に他の溝８６を弁外面に形成してもよい。これにより、弁体の剛性を調整することができるようにもなる。

・上記実施形態では、第１の凹溝４２や第２の凹溝４３を形成する溝形状が略矩形状の断面形状である場合について例示した。しかしこれに限らず、第１又は第２の凹溝の溝形状は、第１の薄肉部や第２の薄肉部を適切な形状に形成することができるのであれば、どのような形状であってもよい。例えば、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１や第２の凹溝の溝形状はそれらの断面形状が、矩形形状の溝９０であってもよいし、先細りする形状の溝９１であってもよいし、少なくとも一部に円形状を含む溝９２であってもよいし、これら形状の少なくとも２つが組み合わされたり、共用されるような形状であってもよい。これにより、安全弁の設計自由度が高められるようになる。

・上記実施形態では、図５において、電槽の内部圧力が各圧力Ｐ１〜Ｐ４のいずれであ
れ、第２の凹溝４３の外周は撓まない場合について例示したが、これに限らず、内部圧力に応じて外周が撓んでもよい。通常使用時の内部圧力を超過したときに、弁体が降伏点を越えて変形するように安全弁を設定できれば、降伏点に至るまでに、外周部区画や、内周区画部、第１や第２の薄肉部など弁体のどのような箇所が変形してもよい。これにより、安全弁の設計自由度が高められるようになる。

・上記実施形態では、電池モジュールが樹脂製、すなわち一体電槽１０と蓋体２０とが樹脂製である場合について例示したが、これに限らず、一体電槽や蓋体は、金属などの樹脂以外の材料により形成されていてもよい。これにより、安全弁を有する電池モジュールの種類を拡大させることができるようになる。

・上記実施形態では、安全弁４０の材質と蓋体２０の材質とが同じである場合について例示したが、これに限らず、安全弁の材質と蓋体の材質とが異なってもよい。この場合、異なる材料を一体形成したり、蓋体に安全弁を取り付けるようにしてもよい。これにより安全弁の設計自由度が高められるようになる。

・上記実施形態では、安全弁４０が蓋体２０に一体形成される場合について例示したが、これに限らず、安全弁は別途形成されて蓋体に取り付けられてもよい。これによっても安全弁の設計自由度が高められるようになる。

・上記実施形態では、単電池１４それぞれに安全弁を設ける場合について例示したが、これに限らず、電池モジュールにおいて、各単電池の電槽が連通されているような場合、安全弁は連通されている電槽に対して１つだけ設けるようにしてもよい。また、非連通された複数の単電池から構成される電池モジュールにおいて、それら単電池の一部にだけこのような安全弁を設けてもよい。これにより密閉型電池における安全弁の設計自由度などが高められる。

・上記実施形態では、６個の単電池１４を電気的に直接接続して構成される電池モジュールについて例示した。しかしこれに限らず、電池モジュールを構成する単電池の数は、６個よりも少なくても、逆に６個よりも多くてもよい。これにより、安全弁が採用される電池モジュールの種類などが拡げられる。

・上記実施形態では、単電池１４を複数連結した電池モジュールに安全弁を設ける場合について例示したが、これに限らず、安全弁を、単電池１つだけからなる電池モジュールや、電池モジュール以外の単電池の電槽などに設けることもできる。これにより、安全弁の適用される電池の種類が多様な電池に拡げられる。

・上記実施形態では、ニッケル水素電池からなる電池モジュールである場合について例示したが、これに限らず、電池モジュールなどの電池としては、ニッケルカドミウム電池やリチウムイオン電池等の二次電池（蓄電池）であってもよい。これにより、この電池用端子と、それを用いた電池の適用範囲が拡げられる。

・上記実施形態では、電池が二次電池である場合について例示したが、これに限らず、電池は一次電池でもよい。
・上記実施形態では、安全弁４０が密閉型電池に用いられる場合について例示したがこれに限らず、このような安全弁を、密閉型電池に準じ、内部圧力が異常に上昇するおそれのある密閉型の容器に用いることもできる。これにより、このような安全弁の採用可能性が高められるようになる。

１０…一体電槽、１２，１３…外部端子、１４…単電池、２０…蓋体、２０ａ…表面、２０ｂ…裏面、２２…センサ装着穴、２３…電槽蓋部、４０…安全弁、４１…弁体、４１ａ…弁外面、４１ｂ…弁内面、４１ｃ…溝間部、４２…第１の凹溝、４２ａ…第１の薄肉部、４２ｒ…終端部、４３…第２の凹溝、４３ａ…第２の薄肉部、４３ｒ…コーナー部、４４ａ〜４４ｄ…区画、４５ａ…内周部区画、４５ｂ…外周部区画、Ｃ…中心点、Ｄ２…オフセット、Ｌ１，Ｌ２…屈曲点、Ｌ３…基準位置。

Claims

開裂により内部圧力を開放させる非復帰式の安全弁を備えた密閉型電池であって、
前記安全弁は、区画板に溝として形成された第１の薄肉部と、該第１の薄肉部の少なくとも対向する二側方に位置する態様で前記区画板に曲線状のコーナー部を有する多角形の環状の溝として形成された第２の薄肉部とをそれぞれ有し、
前記第１の薄肉部と前記第２の薄肉部とは、前記区画板の肉厚方向において、前記第１の薄肉部の肉厚中心位置が前記第２の薄肉部の肉厚中心位置よりも電池の内部側に位置し、
前記第１の薄肉部は、その全ての部分が前記第２の薄肉部によって囲まれているとともに、前記第２の薄肉部のコーナー部近傍まで延出され、前記区画板の平面方向において曲線状に終端する端部を有し、
前記第１の薄肉部の端部における曲線と前記第２の薄肉部のコーナー部を形成する曲線の一部とが同心円の一部として形成されていることを特徴とする密閉型電池。
前記第１の薄肉部は、前記区画板の電池外部側に形成されており、
前記第２の薄肉部は、前記区画板の電池内部側に形成されている
請求項１に記載の密閉型電池。
前記区画板は、当該密閉型電池のケースに一体形成されている
請求項１又は２に記載の密閉型電池。
前記区画板が樹脂板からなる
請求項１〜３のいずれか一項に記載の密閉型電池。
開裂により容器内部の圧力を開放させる安全弁であって、
区画板に溝として形成された第１の薄肉部と、該第１の薄肉部の少なくとも対向する二側方に位置する態様で前記区画板に曲線状のコーナー部を有する多角形の環状の溝として形成された第２の薄肉部とをそれぞれ有し、
前記第１の薄肉部と前記第２の薄肉部とは、前記区画板の肉厚方向において、前記第１の薄肉部の肉厚中心位置が前記第２の薄肉部の肉厚中心位置よりも容器の内部側に位置し
、
前記第１の薄肉部は、その全ての部分が前記第２の薄肉部によって囲まれているとともに、前記第２の薄肉部のコーナー部近傍まで延出され、前記区画板の平面方向において曲線状に終端する端部を有し、
前記第１の薄肉部の端部における曲線と前記第２の薄肉部のコーナー部を形成する曲線の一部とが同心円の一部として形成されていることを特徴とする安全弁。