密封电池及安全阀的制作方法
【专利摘要】从阀口（213）向阀体（230）突出的圆形突起（215）在安全阀的阀座（214）上形成。突起（215）包括由突起的边缘形状限定、沿阀口（213）的圆周方向平行设置的第一突出区域（R1）和第二突出区域（R2）。第一突出区域（R1）和第二突出区域（R2）是这样形成的，使得其曲率半径在突起（215）沿阀体（230）的轴线方向的剖面上彼此不同。由阀体（230）作用在第二突出区域（R2）上的每单位表面面积的表面压力高于由阀体（230）作用在第一突出区域（R1）上的每单位表面面积的表面压力。
【专利说明】密封电池及安全阀
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包括释放异常内压的返回型安全阀的密封电池以及适用于密封电池中的返回型安全阀。
【背景技术】
[0002]已提出了在本领域中已知的各种类型的充电电池作为便携式电子设备的电源以及电动汽车、混合动力车等的电源。在这种充电电池中，特别地，密封电池往往包括所谓的返回型安全阀，当电池外壳的内压超过预定压力时，该安全阀被促动从而打开于是降低内压，并在内压降低后返回至闭合状态。当发电要素的化学反应产生气体或类似物并导致内压异常增加时，这种安全阀被促动从而从外壳排放气体。专利文献I中描述的安全阀被认为是这种用在密封电池中的返回型安全阀。
[0003]如图10所述，专利文献I中描述的安全阀包括连接至电池槽的阀外壳25，该电池槽容纳有正极和负极的极板组，它们构成了电池。在阀外壳25的底壁中间，设置有与电池槽连通的阀口 26，并且在阀口 26周围形成环形密封突起27。阀外壳25容纳有阀体31，其由压接在密封突起27上的橡胶等构成。阀盖32与容纳阀体31的阀外壳25的上开口端相接合。阀盖32包括与阀外壳25的内部空间连通的开放口 33。在以这种方式配置的安全阀中，当电池的内压在正常预期范围之内时，保持密封突起27与阀体31之间的密封从而使电池的内部与外部隔离以便电池中的气体不会泄露。然而，当电池的内压异常增加并达到某个设定值时，内压使阀体31打开(弹性收缩)，于是气体通过密封突起27与阀体31之间被排出电池。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献1:日本公开专利公告第N0.2001-110388号
【发明内容】
[0006]本发明要解决的问题
[0007]这种安全阀需要两种功能，在正常使用环境所期望的压力下安全阀保持阀闭合状态从而密封诸如电解液和各种类型气体等内容物在电池内的密封功能，以及当内压异常增加并达到预定压力时安全阀打开从而释放电池内压的开放功能。
[0008]然而，在包括专利文献I中描述的安全阀的常规安全阀中，很难在保持安全阀的开放功能的同时改进安全阀的密封功能。例如，如图11所述，其是对应于图10中区域a的部分的放大图，安全阀的开放功能与下面的公式(I)相关，其中“L”是图10中密封突起27的顶点(突起27沿阀体31轴线方向的剖面)之间的长度，“F”是阀体31作用于密封突起27的负荷，以及密封长度是“I”，其是阀体31的底面与密封突起27的边缘在阀体31的轴向剖面的接触长度。
[0009]F/LI (I)
[0010]安全阀的密封功能与下面的公式(2)相关[0011]I/L (2)
[0012]这样，为了改进具有这种性能的安全阀的密封功能，例如，当密封突起的密封长度“I”增加时，改进了安全阀的密封功能，但是使安全阀打开的压力减小了。而且，即使通过减少密封突起27的顶点之间的长度“L”来改进安全阀的密封功能，但密封突起27的顶点之间的长度“L”只可减少到阀口 26的直径的范围。这样，对密封功能的改进存在着限制。以这种方式，很难在保持安全阀的开放功能的同时改进安全阀的密封功能。
[0013]于是，本发明的目的在于提供一种密封电池，其能够同时满足要求的密封功能和开放功能，并提供一种可用于该密封电池的返回型安全阀。
[0014]解决问题的方法
[0015]本发明的一个方面是包括返回型安全阀的密封电池。返回型安全阀设有包括容纳单元的阀外壳，容纳单元具有阀口和阀座，阀口与容纳具有正极和负极的极板组的电池槽连通，阀座在阀口周围延伸。阀体容纳在容纳单元中。阀盖通过使阀体推压阀座而密封阀口。阀座包括向阀体关出的环形关起。关起包括由关起的尖部形状限定、沿阀口的圆周方向平行设置的第一突出区域和第二突出区域。第一突出区域和第二突出区域在突起沿阀体轴线方向的剖面上具有不同的曲率半径。第一突出区域的至少一部分设置在第二突出区域的外侧，并且由阀体作用于第二突出区域的每单位面积压力高于由阀体作用于第一突出区域的每单位面积压 力。
[0016]根据上述配置，阀体接触第二突出区域的部分的压缩力增加了。这样，第二突出区域和阀体的紧密连接状态得以保持，于是在安全阀中与电池槽相连通的阀口的密封状态得以保持直到电池的内压达到某个设定值。当电池的内压异常上升并达到超过第二突出区域和阀体的面压力的压力(开阀压力)时，阀体通过开阀压力弹性收缩并打开。换句话说，由于第二突出区域和阀体的每单位面积压力设置成高于第一突出区域和阀体的每单位面积压力，开阀压力(阀体在该值时打开)依赖于第二突出区域和阀体的面压力。因此，在上述配置中，安全阀要求的开放功能由突起的第二突出区域确保。
[0017]在突起沿阀体轴线方向的剖面上，安全阀的密封功能与下面的等式(3)相关，其中“L2”是第二突出区域之间的长度(例如，顶点之间的长度)，“12”是密封长度，其是阀体和第二突出区域的接触长度，“L/’是设置在第二突出区域外侧的第一突出区域之间的长度(例如，顶点之间的长度)，“1广是密封长度，其是阀体和第一突出区域的接触长度。
[0018]I2A^I1Aj1 ⑶
[0019]换句话说，安全阀的密封功能是由确保安全阀必要的开放功能的第二突出区域的密封功能(I2/L2)加上与第二突出区域分开的第一突出区域的密封功能(I1Zl1)tj安全阀的密封功能因此通过附加的第一突出区域的密封功能而改进。
[0020]而且，由于突起由第一突出区域和第二突出区域配置，安全阀的密封功能能够通过扩大与确保安全阀的开放功能的第二突出区域不同的区域，也就是第一突出区域的密封长度I1以及第一突出区域之间的长度L1而改进。安全阀的开放功能与根据等式(I)的F2/L2I2有关，“F2”是阀体作用在第二突出区域上的负荷，实质上依赖于阀体作用在第二突出区域上的每单位面积压力。这样，在将第二突出区域的开放功能，也就是安全阀的开阀压力固定至预定值的同时，安全阀的密封功能能够得到改进。安全阀的开放功能和密封功能因此都能够令人满意地满足。[0021]优选地，突起是环形的。
[0022]典型的阀口是圆柱形的。通过形成环形突起，阀口与第一和第二突出区域之间的距离分别是均等的。这样，靠近阀口的突出区域与阀口之间的距离在整个圆周上变得均等，于是作用在这个突出区域的内压变得均匀。这减少了开阀压力的变化以及密封的变化，于是能够实现操作更稳定的安全阀。
[0023]优选地，在突起沿阀体轴线方向的剖面上，第一突出区域的曲率半径大于或等于第二突出区域的曲率半径。
[0024]根据上述配置，在突起沿阀体轴线方向的剖面上，第一突出区域的密封长度(I1)明显变得大于第二突出区域的密封长度(12)。第一突出区域的密封功能因此通过第一突出区域的密封长度(I1)的增大而改进。
[0025]而且，根据上述配置，第二突出区域的形状比第一突出区域的形状陡峭，于是进一步增加了第二突出区域和阀体之间的每单位面积压力。
[0026]优选地，第一突出区域在突起沿阀体轴线方向的剖面上的曲率半径设定在“ I X R”至IJ “10/3 X R”的范围之内，其中R是第二突出区域的曲率半径。
[0027]关于安全阀的密封功能，如果突起在其与阀体的接触部分的曲率半径太小，阀体接触突起的耐用性下降，于是经过一段时间后泄漏量增加。关于安全阀的开放功能，如果突起在其与阀体的接触部分的曲率半径太大，开阀压力的变化倾向于增大。然而，根据上述配置，通过在上述条件下形成第一突出区域和第二突出区域，能够确保在突起和阀体的接触部分的耐用性，并且也能够满足开阀压力的均匀性。
[0028]优选地，第一突出区域和第二突出区域由两个分开的突起形成。
[0029]根据上述配置，开放功能由第二突出区域中形成的突起保证，安全阀的密封功能由在各突起(在第一和第二突出区域中形成)和阀体之间保持的密封得以保证。这增加了与密封功能和开放功能的要求对应的安全阀的形状选择的自由度。
[0030]优选地，第二突出区域沿阀体轴线方向的突出长度大于第一突出区域沿阀体轴线方向的突出长度。
[0031]根据上述配置，第二突出区域在压力作用下积极地与阀体底面形成接触。通过调整各区域的突出长度，第二突出区域和阀体的每单位面积压力因此能够高于第一突出区域和阀体的每单位面积压力。
[0032]优选地，密封电池包括镍氢电池。
[0033]根据这种配置，同时满足开放功能和密封功能的安全阀用在要求高精度压力管理和密封的镍氢电池中。因此,能够实现高可靠性的镍氢电池。
[0034]本发明的第二方面是返回型安全阀。安全阀设有包括容纳单元的阀外壳，容纳单元具有阀口和阀座，阀口与容纳具有正极和负极的极板组的电池槽连通，阀座在阀口周围延伸。阀体容纳在容纳单元中。阀盖通过使阀体推压阀座而密封阀口。阀座包括向阀体突出的环形突起。突起包括由突起的尖部形状限定、沿阀口的圆周方向平行设置的第一突出区域和第二突出区域，其中第一突出区域和第二突出区域在突起沿阀体轴线方向的剖面上具有不同的曲率半径。第一突出区域的至少一部分设置在第二突出区域的外侧，并且由阀体作用于第二突出区域的每单位面积压力高于由阀体作用于第一突出区域的每单位面积压力。[0035]根据上述配置，阀体接触第二突出区域的部分的压缩力增加了。第二突出区域和阀体的紧密连接状态因此得以保持。这样，与电池槽相连通的安全阀的阀口的密封状态得以保持直到电池的内压达到某个设定值。当电池的内压异常上升并达到超过第二突出区域和阀体的面压力的压力(开阀压力)时，阀体通过开阀压力弹性收缩并打开。换句话说，由于第二突出区域和阀体的每单位面积压力设置成高于第一突出区域和阀体的每单位面积压力，开阀压力(阀体在该值时打开)依赖于第二突出区域和阀体的面压力。因此，在上述配置中，安全阀要求的开放功能由突起的第二突出区域确保。
[0036]在突起沿阀体轴线方向的剖面上，安全阀的密封功能与下面的等式(3)相关，其中“L2”是第二突出区域之间的长度(例如，顶点之间的长度)，“12”是密封长度，其是阀体和第二突出区域的接触长度，“L/’是设置在第二突出区域外侧的第一突出区域之间的长度(例如，顶点之间的长度)，“1广是密封长度，其是阀体和第一突出区域的接触长度。
[0037](3)
[0038]换句话说，确保安全阀必需的开放功能的第二突出区域的密封功能(I2/L2)以及与第二突出区域不同的第一突出区域的密封功能(I1Zl1)相加得到安全阀的密封功能。安全阀的密封功能因此通过附加的第一突出区域的密封功能得以改进。
[0039]而且，由于突起由第一突出区域和第二突出区域配置，安全阀的密封功能能够通过增大与确保安全阀的开放功能的第二突出区域不同的区域，也就是第一突出区域的密封长度I1以及第一突出区域之间的长度L1而改进。安全阀的开放功能与根据等式(I)的F2/L2I2有关，“F2”是阀体作用在第二突出区域上的负荷，实质上依赖于阀体作用在第二突出区域上的每单位面积压力。这样，在将第二突出区域的开放功能，也就是安全阀的开阀压力固定至期望值的同时，安全阀的密封功能能够得以改进。安全阀的开放功能和密封功能因此能够令人满意地满足。
[0040]根据本发明的密封电池及安全阀，可同时令人满意地满足要求的密封功能和开放功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1 (a)是第一实施方式的包括安全阀的密封电池的平面图，图1 (b)是图1 (a)的密封电池的侧视图。
[0042]图2是第一实施方式中电池模块的盖体的立体图。
[0043]图3 (a)是图2的盖体的平面图，图3 (b)是图2的盖体的侧视图，图3 (C)是图2的盖体的剖面图。
[0044]图4 Ca)是第一实施方式的安全阀的剖面图，图4 (b)是图4 Ca)的安全阀的突起的局部放大图。
[0045]图5 Ca)是第二实施方式的安全阀的剖面图，图5 (b)是图5 Ca)的安全阀的突起的局部放大图。
[0046]图6是与第三实施方式中安全阀的结构有关的电池模块的盖体的立体图。
[0047]图7 (a)是图6的盖体的平面图，图7 (b)是图6的盖体的侧视图，图7 (C)是图6的盖体的侧剖面结构的剖面图。
[0048]图8是另一实施方式中安全阀的突起的局部放大结构的剖面图。[0049]图9是根据另一实施方式的安全阀的突起的局部放大结构的剖面图。
[0050]图10是常规安全阀的剖视图。
[0051]图11是常规安全阀的示出对应于图10中区域a的部分的放大剖面图。
【具体实施方式】
[0052](第一实施方式)
[0053]参照图1至图4描述根据本发明包括返回型安全阀的密封电池的第一实施方式。
[0054]如图1 (a)所述，电池模块通过以串联方式电连接多个(例如，六个)作为密封电池的电池单元140来配置以获得要求的电容量。电池模块具有这样一种结构，其中多个单独的盒形电池单元140这样排列，使得当竖直地看具有最大表面面积(长侧表面)的表面时，短侧表面(其是侧表面)彼此相向。换句话说，通过连接六个电池单元140来配置电池模块，例如，电池单元140是镍氢电池。
[0055]如图1(b)所述，电池模块由树脂制成，并由树脂制的一体电池槽100配置，该一体的电池槽100具有上部开口和密封其上部开口的树脂盖体200。一体的电池槽包括六个电池槽141，其容纳有包括正极板、负极板、隔片、集电板、电解液等发电要素之类，。盖体200闭合一体电池槽100的上面开口从而以非连通的状态密封并隔开电池槽141。各电池槽141中的发电要素通过在电池单元140充电或放电时发生的化学反应产生或吸收诸如氢气、氧气等的气体。因此，当发生过量的化学反应时，会产生过多的气体。
[0056]外部端子120、130分别设置在沿电池模块的纵向的侧面上。电池单元140在外部端子120和外部端子130之间串联以便从外部端子120、130得到六个电池单元140的总输出。
[0057]电池模块的盖体200包括传感器附装孔201，其用于检测电池模块内部温度的传感器的附装。
[0058]如图2所述，其示出分解结构，第一实施方式的电池模块的盖体200起安全阀的作用，其管理密封且隔开的六个电池槽141的内压。盖体200配置成包括阀外壳210和阀罩220 (阀盖)，阀外壳210与电池模块的一体化电池槽100结合，阀罩220附装至阀外壳210。
[0059]六个在底面具有阀口 213 (见图4 (a))的管状阀体容纳单元211设置在阀外壳210中与电池槽141相对应。六个由橡胶弹性体构成的阀体230分别容纳在阀体容纳单元211中。与阀罩220相接合的阀罩容纳槽212在阀外壳210的上表面形成。阀罩220与阀罩容纳槽212相接合，各阀体230容纳在各阀体容纳单元211中。
[0060]换句话说，如图3 Ca)和图3 (b)所述，其分别示出盖体200的平面图和侧视图，阀罩220在电池模块的使用状态下附装在阀外壳210的上表面。如图3 (c)所述，其示出沿图3 (a)中线A-A的剖面结构，阀外壳210的阀体容纳单元211由阀罩220密封，各阀体230容纳在阀体容纳单元211中。
[0061]当相应的电池槽141的内压变成异常压力时，该异常压力小于或等于电池模块(电池槽141)的耐受压力但大于正常使用的内压，由盖体200形成的安全阀在相应的电池槽141的异常压力下使阀体230打开。这样，当由盖体200密封的各电池单元140的电池槽141的内压变成异常压力时，安全阀(阀体230)打开以释放异常压力从而防止内压超过电池槽141的耐受压力。[0062]参照图4 (a)和图4 (b)详细描述第一实施方式的安全阀的结构。
[0063]如图4 (a)所述，其是对应于图3 (c)中区域b的部分的放大图，例如，阀体容纳单元211具有圆柱形，圆柱形的阀口 213在底面阀体容纳单元211中心O的周围形成。第一实施方式的阀口 213的孔径形成例如大于或等于约“1.0mm”以便成型。从侧面支撑阀体230的肋211a从阀体容纳单元211的内侧壁伸向阀体230。当阀体230在阀体容纳单元211中由各肋211a从侧面支撑时，阀体230固定在阀体容纳单元211中。设定阀体230的高度比阀体容纳单元211的深度大。
[0064]从底面侧支撑阀体230的阀座214设置在阀体容纳单元211的底面上在阀口 213的周围。当在阀体230设置在阀座214上的状态下阀罩220附装至阀罩容纳槽212时，阀体230受到压缩因此密封阀口 213。
[0065]在第一实施方式中，从阀口 213的内圆周边缘向阀体230突出的突起215是环形的，在阀口 213的中心O周围延伸，如图4 (b )所述，其示出阀座214的放大结构。突起215包括由突起215的顶部形状界定的第一突出区域Rl和第二突出区域R2。第一突出区域Rl和第二突出区域R2形成为在突起215沿阀体230轴线方向的剖面上具有不同的曲率半径。第一突出区域Rl和第二突出区域R2形成为沿阀口 213的圆周方向平行的。换句话说，突起215在与阀口 213正交的剖面上从突起215形成区域的中心Or被分成两部分，即，第一突出区域Rl (外圆周侧)和第二突出区域R2 (内圆周侧)。
[0066]以这种方式，突起215在突起215沿阀体230轴线方向的剖面上形成两个具有不同曲率半径的复合突起。在第一实施方式中，在突起215沿阀体230轴线方向的剖面上，第一突出区域Rl的曲率半径设定成大于或等于第二突出区域R2的曲率半径。例如，第一突出区域Rl的曲率半径在“0.3mm”到“1.0mm”范围内形成，以便考虑阀体230接触第一突出区域Rl的耐久性时在第一突出区域Rl的密封功能发挥最大限度。例如，在突起215沿阀体230轴线方向的剖面上，第一突出区域Rl的曲率设定在“ I X R”到“ 10/3 X R”的范围内，这里R是第二突出区域R2的曲率半径。因此可保持开阀压力。
[0067]突起215也形成这样的，使得第二突出区域R2沿阀体230轴线方向的突出长度H2比第一突出区域Rl沿阀体230轴线方向的突出长度Hl长。换句话说，突起215的顶点存在于第二突出区域R2中。突起215的顶点因此比突起215形成区域的中心Or更靠近内圆周，也就是说，比中心Or更靠近阀口 213。突起215的这种形状形成了密封部，其半径从突起215的顶点到阀口 213的中心O。例如，密封直径(密封部的直径)设定成小于或等于约“2.5mm”。在第一实施方式中，由于突起215的顶点形成比突起215形成区域的中心Or更接近内侧，密封直径减小了。也就是说，密封部沿突起215 (阀口 213)圆周方向的周长限定成必要的最小长度。这改进了突起215和阀体230之间的密封。
[0068]而且，在突起215沿阀体230轴线方向的剖面上，由于第一突出区域Rl的曲率半径大于或等于第二突出区域R2的曲率半径，第一突出区域Rl的倾斜表面变得比第二突出区域R2的倾斜表面更加平缓，如图4 (b)所述。换句话说，第二突出区域R2的倾斜表面比第一突出区域Rl的倾斜表面陡峭。这样在沿阀体230轴线方向的剖面上第一密封长度I1大于第二密封长度I2，第一密封长度是突起215的第一突出区域Rl与阀体230底面的接触长度，第二密封长度是突起215的第二突出区域R2与阀体230底面的接触长度。在突起215沿阀体230轴线方向的剖面上，安全阀的密封功能与下面的公式(4)相关，其中“L/’是第一突出区域Rl之间的长度(例如，顶点之间的长度)，“L2”是第二突出区域R2之间的长度(例如，顶点之间的长度)。
[0069]I2ZL^I1ZL1 (4)
[0070]就是说，通过将第一突出区域Rl中的密封功能(I1Zl1)相加第二突出区域R2中的密封功能(I2/L2)得到了安全阀的密封功能。因此，通过增加第一密封长度I1改进了对应于公式(4)的安全阀的密封功能。
[0071]由于第二突出区域R2的剖面形状是陡峭的并且第二突出区域R2的突出长度H2比第一突出区域Rl的突出长度Hl长，由阀体230的底面作用于第二突出区域R2的每单位面积压力变得高于由阀体230的底面作用于第一突出区域Rl的每单位面积压力。安全阀的开放功能与下面的公式(5)相关，其中F2是由阀体230的底面作用于第二突出区域R2的负荷。
[0072]F2/L2I2 (5)
[0073]就是说，由于阀体230的底面作用于第二突出区域R2的每单位面积面压力F2/L2I2高于由阀体230的底面作用于第一突出区域Rl的每单位面积面压力F1Zl1I1 (F1是由阀体230施加在第一突出区域Rl上的负荷)，安全阀的开阀压力基本依赖于第二突出区域R2的面压力。因此，即使改变与第一突出区域Rl有关的参数IpL1来改进密封功能，安全阀的开阀压力也不受影响。
[0074]参照图4 (b)描述第一实施方式的安全阀的操作。
[0075]如图4 (b)所述，当在阀体230容纳在阀体容纳单元211中的状态下，阀罩220装在阀罩容纳槽212上时，阀体230的底面推压阀座214上形成的突起215。阀体230的底面形状因此对应于突起215的形状而弹性变形。这样，阀体230的底面与突起215形成紧密接触于是密封了阀口 213。在各电池槽141中，通过保持密封状态抑制了气体和电解液从电池槽141泄漏。
[0076]在这种情况下，在突起215中形成的第一突出区域Rl与具有开放功能的第二突出区域R2不同。这样，通过第一突出区域Rl的形成改进了突起215和阀体230之间的密封功能。因此，即使电池槽141中的气体和电解液从具有开放功能的第二突出区域R2和阀体230之间泄露，在第二突出区域R2的外围上形成的第一突出区域Rl和阀体230之间保持的密封功能适当地抑制了气体和电解液泄漏到电池槽141外面。
[0077]当电池槽141的内压异常上升并达到由突起215和阀体230的面压力限定的开阀压力时，阀体230弹性变形并打开。在电池槽141中产生的气体因此依次穿过阀口 213、阀体容纳单元211的间隙、以及阀罩220而排放到电池模块外面。
[0078]在这种情况下，开阀压力(阀体230在该值打开)与突起215的第二突出区域R2和阀体230的面压力相关(见公式(5))。换句话说，由于突起215的第二突出区域R2和阀体230的每单位面积压力高于第一突出区域Rl和阀体230的每单位面积压力，阀体230不会打开于是保持电池槽141的密封状态直到电池槽141的内压达到第二突出区域R2和阀体230的面压力。在第一实施方式中，通过突起215的第二突出区域R2可充分地增加与阀体230的面压力，以便开阀压力可增加至期望的设定值并且开阀压力可准确地保持在该设定值。而且，在第一实施方式中， 由于突起215是环形的并且在阀口 213的中心O周围延伸，从阀口 213的中心O到突起215的第二突出区域R2的距离在整个圆周上是均等的。在突起215的第二突出区域R2上的压力因此在整个表面上变得均匀，于是开阀压力因突起215的第二突出区域R2而变得均匀。这样，在期望的设定值(开阀压力)阀体230的开启可稳定地完成。此外，在第一实施方式中，第二突出区域R2从第一突出区域Rl朝向内侧形成，所以当阀体230打开时阀体230在一个区域中是弹性变形的，该区域被在阀体230的底面接触第二突出区域R2的部分所包围。这样，在阀体230的底面接触第一突出区域Rl的部分(第二突出区域R2的外部)弹性变形很小，于是准确地保持了阀体230和第一突出区域Rl的密封状态。
[0079]在第一实施方式中，当电池槽141的内压低于开阀压力时，通过保持在阀体230和突起215的第一突出区域Rl之间的密封功能来保持电池槽141的密封状态，于是抑制了电池槽141内容物的泄漏。而且，突起215具有由第一突出区域Rl和第二突出区域R2构成的双重结构,抑制了电池槽141内容物的泄漏。保持电池槽141的这种密封状态直到电池槽141的内压达到由突起215的第二突出区域R2和阀体230的面压力限定的开阀压力。因此，在第一实施方式中，在保持要求的开放功能的同时改进了密封功能。
[0080]在电池槽141的内压达到开阀压力后，阀体230打开并把电池槽141的内压减小到低于开阀压力。然后，阀体230的形状恢复从而再次保持电池槽141的密封状态。
[0081]如上所述，第一实施方式的密封电池和安全阀具有下面描述的有益效果。
[0082](I)接触阀体230的突起215包括由突起215的尖端形状限定的第一突出区域Rl和第二突出区域R2。第一和第二突出区域Rl、R2在突起215沿阀体230轴线方向的剖面上具有不同的曲率半径。由阀体230作用于第二突出区域R2的每单位面积压力设定成高于由阀体230作用于第一突出区域Rl的每单位面积压力。这样，安全阀要求的开放功能由突起215的第二突出区域R2保证，安全阀的密封功能由第一突出区域Rl和第二突出区域R2这两个区域保证。这样，在保持安全阀的开放功能的同时改进了密封功能。
[0083](2)第二突出区域R2在第一突出区域Rl的内圆周侧上形成。开阀压力因此易于通过突起215的第二突出区域R2和阀体230之间的面压力准确地调整。而且，密封功能由第一突出区域Rl连同第二突出区域R2 —起适当地保持直到电池的内压达到开阀压力。
[0084](3)突起215是环形的。这样，在更靠近阀口 213形成的第二突出区域R2上的压力变得均匀，于是实现了开阀压力的均匀性。
[0085](4)突起215在与阀口 213正交的剖面上形成两个具有不同曲率半径的复合突起。在突起215沿阀体230轴线方向的剖面上，第一突出区域Rl的曲率半径大于或等于第二突出区域R2的曲率半径。这样，由阀体230施加的每单位面积压力在具有不同曲率半径的第一突出区域Rl和第二突出区域R2之间设定成不同的值。因此，不对开放功能负责的区域(也就是，第一突出区域Rl)的密封长度I1被扩大从而与扩大的密封长度I1成比例地改进了安全阀的密封功能。
[0086](5)沿阀体230的轴线方向第二突出区域R2的突出长度H2设定成大于第一突出区域Rl的突出长度H1。由阀体230作用于第二突出区域R2的每单位面积压力因此由与接触面积不同的因素增加了，于是可设定更高自由度的开阀压力。第二突出区域R2和阀体230的每单位面积压力因此变得高于第一突出区域Rl和阀体230的每单位面积压力。这样，安全阀的开放功能由第二突出区域R2稳定地保证。
[0087](6)—体电池槽100由密封且隔开的多个电池槽141配置，并为每个电池槽141提供安全阀。用各密封且隔开的电池槽141作为一个单元，实现了管理压力并确保密封状态的安全阀。
[0088](7)镍氢电池用作包括上面所述安全阀的密封电池。这样，即使是在压力管理要求更准确的完成并且密封状态要求进一步确保的镍氢电池中，通过用安全阀同时实现开放功能和密封功能，实现了较高可靠性的镍氢电池。
[0089](第二实施方式)
[0090]参照图5 Ca)和图5 (b)描述根据本发明的密封电池和安全阀的第二实施方式。第二实施方式的第一突出区域Rl和第二突出区域R2由两个分开的突起配置，并且基本配置与第一实施方式相同。
[0091]图5 (a)和5 (b)是对应于图4 (a)和4 (b)的剖面图，示出第二实施方式的安全阀。在图5 (a)和图5 (b)中，给那些与第一实施方式相应组件相同的组件相同的附图标记。这些组件不会被再次描述。
[0092]如图5 (a)所述，第二实施方式的突起216由两个突起216a和216b配置。突起216a和216b是环形的在阀口 213的中心O周围延伸。如图5 (b)所述，其是突起216的放大图，第一突起216a在第一突出区域Rl形成，第二突起216b在第二突出区域R2形成。在第二突出区域R2形成的第二突起216b沿阀体230轴线方向的突出长度H2长于在第一突出区域Rl形成的第一突起216a沿阀体230轴线方向的突出长度H1。形成具有长突出长度的第二突起216b和阀体230的每单位面积压力因此被调整成高于第一突起216a和阀体230的每单位面积压力。换句话说，以与第一实施方式相同的方式，第二突起216b在具有安全阀的开放功能的第二突出区域R2形成，开阀压力(阀体230在该值时打开)由第二实施方式中第二突起216b和阀体230的面压力决定。
[0093]在第二实施方式中，在突起216沿阀体230轴线方向的剖面上，第一突起216a的曲率半径与第二突起216b的曲率半径近似但被设定成不同的值。而且，在第二实施方式中，由于第一突起216a与第二突起216b分开形成保证了安全阀的开放功能，因此通过增加第一突起216a改进了安全阀的密封功能。
[0094]参照图5 (b)描述第二实施方式的安全阀的操作。
[0095]如图5 (b)所示，当在阀体230容纳在阀体容纳单元211中的状态下，阀罩220装在阀罩容纳槽212上时，阀体230的底面推压在阀座214上形成的突起216。阀体230的底面形状因此由于第一突起216a和第二突起216b的形状而弹性变形，使得阀体230的底面与第一突起216a和第二突起216b紧密地连接因此密封阀口 213。所以，在各电池槽141中，由于密封的状态得以保持，抑制了电池槽141中气体和电解液的漏出。
[0096]在这种情况下，设置在第二突起216b的外侧独立于第二突起216b (其具有开放功能)的第一突起216a基本不会弹性变形直到电池槽141的内压达到开阀压力。因此，突起216和阀体230之间的密封功能由第二突起216b和第一突起216a这两个构件保证。这样，即使电池槽141中的气体和电解液从第二突起216b (其位于更靠近阀口 213)和阀体230之间漏出，电池槽141中的气体和电解液通过在第一突起216a和阀体230之间保持的密封功能被准确地抑制而不会漏出。
[0097]当电池槽141的内压异常上升并达到由第二突起216b和阀体230的面压力限定的开阀压力时，阀体230弹性变形并打开。这将电池槽141中产生的气体依次通过阀口 213、阀体容纳单元211的间隙，以及阀罩220排出电池模块。
[0098]在第二实施方式中，由于第一突起216a和第二突起216b是环形的且在阀口 213的中心O周围延伸，从阀口 213的中心O到第二突起216b的距离在整个圆周上是均等的。作用于第二突起216b的压力因此在整个圆周上变得均匀，于是开阀压力由于第二突起216b而变得均匀。这样，可在期望的设定值稳定地完成阀体230的开启。此外，在第二实施方式中，第二突起216b比第一突起216a形成在内圆周侧，所以当阀体230打开时阀体230在一个区域中弹性变形，该区域被在阀体230的底面接触第二突起216b的部分所围绕。在阀体230的底面接触第一突起216a的部分，阀体230和第一突起216a的密封状态被适当地保持。
[0099]因此，在第二实施方式中，当电池槽141的内压低于开阀压力时，电池槽141的密封状态由在阀体230和第一突起216a之间保持的密封功能所保持，于是抑制了电池槽141的内容物的漏出。而且，具有第一突起216a和第二突起216b双重结构的突起216抑制了电池槽141的内容物的漏出。保持电池槽141的这种密封状态直到电池槽141的内压达到由第二突起216b和阀体230的面压力限定的开阀压力。因此，在第二实施方式中，在改进要求的开放功能和密封功能的同时实现了开放功能和密封功能。
[0100]在电池槽141的内压达到开阀压力后，通过打开阀体230然后电池槽141的内压降到低于开阀压力，阀体230的形状恢复以便再次保持电池槽141的密封状态。
[0101]如上所述，第二实施方式的密封电池和安全阀具有上面描述的有益效果(I)到
(3)以及(5)到(7)，也具有下面描述的代替有益效果(4)的有益效果。
[0102](4A)突起由分别对应于第一突出区域Rl和第二突出区域R2的分开的第一突起216a和第二突起216b配置。于是，改进了安全阀的密封功能，而不会改变第二突起216b的密封长度和直径，就是说，固定了随密封长度和直径改变的第二突起216b的开放功能。这提高了根据密封功能和开放功能的需要选择安全阀的形状的自由度。
[0103](第三实施方式)
[0104]参照图6和图7描述根据本发明的密封电池和安全阀的第三实施方式。第三实施方式采用了各电池槽连通的密封电池，并且基本配置与第一实施方式相同。
[0105]图6和图7是对应于图2和图3的图，示出第三实施方式中安全阀的实施例。在图6和图7中，给那些与第一实施方式相应组件相同的组件相同的附图标记。这些组件不会被再次描述。
[0106]如图6所述，第三实施方式的密封电池的盖体200A包括连通口 210A，其与电池模块内的电池槽连通并连接至单一的安全阀300。
[0107]第三实施方式的安全阀300由阀外壳310和阀罩320配置，阀外壳310通过接合连通口 2IOA附装至盖体200A，阀罩320与阀外壳310接合。第三实施方式的安全阀300也由例如树脂构成。
[0108]阀外壳310包括用来容纳由橡胶弹性体配置的阀体330的管状阀体容纳单元311。从侧面支撑阀体330的多个肋311a从阀体容纳单元311的内侧壁突出。阀外壳310包括用来容纳具有圆形底面的阀罩320的圆形阀罩容纳槽312。与电池槽连通的阀口(未示出)在阀外壳310的底面形成。
[0109]如上配置的安全阀300在阀体330容纳在阀外壳310的阀体容纳单元311中的状态下附装至盖体200A的连通口 210A，如示出盖体200A的图7 Ca)的平面图和图7 (b)的侧视图所示。如图7 (c)所示，其是沿图7 (a)中线A-A的剖面图，阀外壳210在各阀体230容纳在阀体容纳单元211的状态下由阀罩220密封。
[0110]在第三实施方式中，与阀体330的面压力满足与第一实施方式相同条件的第一突出区域和第二突出区域在配置安全阀300的阀外壳310的阀体容纳单元311的底面上形成为用来从底面支撑阀体330的突起。换句话说，在第二突出区域中与阀体330的每单位面积压力设定成高于第一突出区域中与阀体330的每单位面积压力，以便由第二突出区域保证安全阀300的开放功能。
[0111]以这种方式，第三实施方式在通过包括设置在阀体容纳单元311底面上的第一突出区域和第二突出区域的突起保持安全阀300要求的开放功能的同时，也改进了密封功倉泛。
[0112]如上所述，第三实施方式的密封电池和安全阀具有上面描述的有益效果(I)至
(5)以及(7)，也具有下面的代替有益效果(6)的有益效果。
[0113](6A)电池槽由多个连通的电池槽配置，单一的安全阀300设置在盖体200A中，该盖体200A包括与各电池槽连通的连通口 210A。这样，即使是在电池模块的电池槽连通的配置中，也适当地满足了单一的安全阀300的密封功能和开放功能。这实现了包括突起的安全阀的多功能性。
[0114](其它实施方式)
[0115]上面描述的各实施方式可改型成下面描述的形式。
[0116]在第二实施方式中，电池槽由多个密封并隔开的电池槽141配置，安全阀设置在多个电池槽141的每一个中。相反的，如果密封电池的电池槽以与第三实施方式相同的方式连通，在阀座上包括两个突出区域(可以是一体或分开的主体)的单一的安全阀可设置在电池的盖体中。这也得到了有益效果(4A)和(6A)。而且，在上面描述的各实施方式中，安全阀可仅设置在由多个密封且隔开的电池单元配置的电池模块的一些电池单元中。这提高了密封电池中安全阀的设计的自由度。
[0117]在上面描述的各实施方式中，第二突出区域R2沿阀体230轴线方向的突出长度H2长于第一突出区域Rl沿阀体230轴线方向的突出长度H1。代替的，第二突出区域R2的突出长度H2和第一突出区域Rl的突出长度Hl可以是相等的或者第二突出区域R2的突出长度H2可以小于第一突出区域Rl的突出长度H1。在这种情况下，例如，通过使第二突出区域R2与阀体230的接触面积小于第一突出区域Rl与阀体230的接触面积，第二突出区域R2和阀体230的每单位面积压力高于第一突出区域Rl和阀体230的每单位面积压力。
[0118]在第一和第三实施方式中，突起215形成两个复合突起215，并且突起215沿阀体230轴线方向的剖面包括不同的曲率半径。而且，在第二实施方式中，突起的第一突出区域Rl和第二突出区域R2由两个突起216a、216b配置。代替的，突起可由具有三角形剖面的突起217配置,该三角形剖面包括在阀口 213的内圆周边缘正上方(immediately above)的顶点217b，如图8所示，其对应于图4和图5。在这种情况下，曲率半径无限大的倾斜表面217a在第一突出区域Rl中形成，突起217的顶点217b在第二突出区域R2中形成。根据这种配置，具有陡峭形状的第二突出区域(顶点217b)和阀体230的每单位面积压力变得高于第一突出区域Rl (倾斜表面217a，具有比第二突出区域R2更加平缓的形状)和阀体230的每单位面积压力。换句话说，安全阀的开放功能由第二突出区域R2 (顶点217b)保证。根据这种突起217，是第一突出区域Rl (倾斜表面217a)和阀体230的接触长度的密封长度变得大幅度地大于是第二突出区域R2 (顶点217b)和阀体230的接触长度的密封长度。换句话说，在保持第二突出区域R2 (顶点217b，其提供开放功能)和阀体230之间的密封状态的同时，通过在顶点217b的外侧形成的第一突出区域Rl (倾斜表面217a)极大地改进了安全阀的密封功能。
[0119]以相同的方式，突起可由包括第一突起218a和第二突起218b的突起218配置，在突起沿阀体230轴线方向的剖面上，具有预定曲率半径的第一突起218a在突起的形成区域的整个表面上形成，第二突起218b在第一突起218a的顶点上形成小于第一突起218a，如图9所述，例如，其对应于图4和图5。根据突起218，当用第一突起218a的表面中第二突起218b的非形成区域作为第一突出区域R1，包括第二突起218b的区域作为第二突出区域R2时，第二突出区域R2 (第二突起218b)和阀体230的接触面积变得小于第一突出区域Rl和阀体230的接触面积。而且，由于第二突起218b的顶点高于第一突起218a的顶点，第二突出区域R2和阀体230的每单位面积压力变得高于第一突出区域Rl和阀体230的每单位面积压力。在这种情况下，在沿阀体230的轴线方向的剖面上，由于第一突出区域Rl在第二突出区域R2的外侧接触阀体230，在通过第二突出区域R2保持安全阀的开放功能的同时，通过第一突出区域Rl和阀体230的紧密地连接状态大幅度地改进了安全阀的密封功能。另夕卜，突起仅仅需要包括沿阀口 213的圆周方向平行的第一突出区域和第二突出区域这两个区域，各区域和阀体的每单位面积压力被设定成不同的。
[0120]当从阀口 213的上表面看时突起是环形的。代替的，当从上表面看阀口 213时,例如，突起可具有多边形的形状。另外，突起仅仅需要在阀口 213的周围形成环状，可以是任意形状，只要满足密封功能和开放功能即可。
[0121]在上面描述的各实施方式中，电池模块由树脂制成，就是说，一体电池槽100和盖体200由树脂制成。代替的，一体电池槽和盖体可由除了树脂之外的材料制成,诸如金属等等。这增加了包括安全阀的可使用的电池模块的类型的多样性。在第三实施方式中，单个安全阀300由树脂制成。代替的，安全阀300可由除了树脂之外的材料制成，诸如金属等等。
[0122]在上面描述的各实施方式中，安全阀的材料和盖体200的材料是相同的。代替的，安全阀的材料和盖体的材料可以是不同的。在这种情况下，不同的材料可一体化地形成，安全阀可附装至盖体。这改进了安全阀设计的自由度。
[0123]在上面描述的各实施方式中，已示出了通过以串联方式电连接六个电池单元140配置的电池模块。代替的，配置电池模块的电池单元的数量可以少于六个或多于六个。这样，可增加安全阀适合的电池模块的类型等的多样性。
[0124]在上面描述的各实施方式中，安全阀设置在多个电池单元连接的电池模块中。代替的，安全阀可设置在仅包括一个电池单元的电池模块中、电池模块以外的电池单元的电池槽中等。这样，可增加安全阀应用的电池类型的多样性。
[0125]在上面描述的各实施方式中，电池模块包括镍氢电池。代替的，电池模块的电池等可以是充电电池(蓄电池)，诸如镍镉电池、锂离子电池等。这增加了电池端子以及使用电池端子的电池的应用范围。
[0126]在上面描述的各实施方式中，电池是充电电池。代替的，电池可以是原电池。[0127]在上面描述的各实施方式中，安全阀用在密封电池中。安全阀可用在内压向密封电池一样异常上升的密封容器中。这增加了可利用安全阀的应用。
【权利要求】
1.一种密封电池，包括: 具有阀外壳的返回型安全阀，所述阀外壳包括: 具有阀口和阀座的容纳单元，所述阀口与容纳具有正极和负极的极板组的电池槽连通，所述阀座在所述阀口周围延伸， 容纳在所述容纳单元中的阀体，以及 通过使所述阀体推压所述阀座而密封所述阀口的阀盖，其中: 所述阀座包括向所述阀体突出的环形突起； 所述突起包括第一突出区域和第二突出区域，所述第一突出区域和第二突出区域由所述突起的尖部形状限定、沿所述阀口的圆周方向平行设置，其中所述第一突出区域和所述第二突出区域在所述突起沿所述阀体轴线方向的剖面上具有不同的曲率半径；并且 所述第一突出区域的至少一部分设置在所述第二突出区域的外侧，由所述阀体作用于所述第二突出区域的每单位面积压力高于由所述阀体作用于所述第一突出区域的每单位面积压力。
2.根据权利要求1所述的密封电池，其中所述突起是环形的。
3.根据权利要求1或2所述的密封电池，其中在所述突起沿所述阀体轴线方向的剖面上，所述第一突出区域的曲率半径大于或等于所述第二突出区域的曲率半径。
4.根据权利要求3所述的密封电池，其中在所述突起沿所述阀体轴线方向的剖面上，所述第一突出区域的曲率半径设定在“1XR”到“10/3XR”的范围之内，其中R是所述第二突出区域的曲率半径。
5.根据权利要求1至4任一所述的密封电池，其中所述第一突出区域和所述第二突出区域由两个分开的突起形成。
6.根据权利要求1至5任一所述的密封电池，其中所述第二突出区域沿所述阀体轴线方向的突出长度大于所述第一突出区域沿所述阀体轴线方向的突出长度。
7.根据权利要求1至6任一所述的密封电池，其中所述密封电池包括镍氢电池。
8.一种返回型安全阀，包括: 阀外壳，所述阀外壳包括: 具有阀口和阀座的容纳单元，所述阀口与容纳具有正极和负极的极板组的电池槽连通，所述阀座在所述阀口周围延伸， 容纳在所述容纳单元中的阀体，以及 通过使所述阀体推压所述阀座而密封所述阀口的阀盖，其中: 所述阀座包括向所述阀体突出的环形突起； 所述突起包括由所述突起的尖部形状限定、沿所述阀口的圆周方向平行设置的第一突出区域和第二突出区域，其中所述第一突出区域和所述第二突出区域在所述突起沿所述阀体轴线方向的剖面上具有不同的曲率半径；并且 所述第一突出区域的至少一部分设置在所述第二突出区域的外侧，由所述阀体作用于所述第二突出区域的每单位面积压力高于由所述阀体作用于所述第一突出区域的每单位面积压力。
【文档编号】H01M2/12GK103608947SQ201280028770
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年5月30日 优先权日:2011年6月13日
【发明者】三浦恭荣, 松本繁, 滨田真治 申请人:朴力美电动车辆活力株式会社