JP2005116443A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 作業者が何回も高電圧を取り扱わずに、複数の単電池を直列接続できる組電池を提供する。
【解決手段】 積層された複数個の単電池１と、導電性を有する導通ワッシャ２と、絶縁性を有する絶縁ワッシャ３と、を有し、導通ワッシャ２および絶縁ワッシャ３は、単電池１の積層方向に交互に配置されて、単電池１を積層方向に電気的に接続し、少なくとも１つの導電ワッシャは、絶縁ワッシャ３間に抜き差し可能である組電池。
【選択図】 図３

Description

本発明は、高エネルギー密度かつ小型軽量で大きなエネルギーを供給する電力源として最適な組電池に関する。

近年、環境意識の高まりを受けて、自動車の動力源を、化石燃料を利用するエンジンから電気エネルギーを利用するモータに移行しようとする動きがある。このため、モータの電力源となる電池の技術も急速に発展しつつある。

自動車には、小型軽量で、大きな電力を頻繁に充放電可能な、耐震動性、放熱性に優れた電池の搭載が望まれる。大きな電力を供給することができる放熱性に優れた組電池としては、下記特許文献１に示すようなものがある。

特許文献１に開示されている扁平型組電池は、直列、並列または直並列に電気的に接続された複数の単電池を、当該単電池の厚み方向に所定の間隔で配置し、単電池間に両側の単電池を押圧する押圧部材を配置して、外装部材によって複数の単電池を固定したものである。このような構造とすることによって単電池の放熱特性を良好にして組電池としてのサイクル特性、レート特性を向上させている。
特開２０００−１９５４８０号公報（段落番号「００１４」〜段落番号「００２９」および図１、図２、図４の記載を参照）

特許文献１の組電池は、単電池として扁平形電池を用いているため、扁平形電池以外の電池を用いて構成した従来の組電池に比較してエネルギー密度が高く、同一の電力容量の電池であれば小型化が可能である。このため、扁平形電池で構成された組電池は、小型、高エネルギー密度という点では自動車搭載用電池として適している。

しかしながら、特許文献１の組電池では、単電池を順に積層して接続するものである。単電池を直列接続する場合には、積層するたびに積層された単電池の総電圧が上昇してしまう。組電池が出来上がる最後の方では、総電圧は、たとえば、２５０Ｖ〜３００Ｖと非常に高くなっている。これにさらに、単電池を接続していくのでは、作業者は、高電圧のものを取り扱わなくてはならないため、取り扱いに注意が必要であり、作業性が悪い。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、作業性のよい複数の単電池を直列接続した組電池の提供を目的とする。

本発明の組電池は、積層された複数個の単電池と、導電性を有する導電手段と、絶縁性を有する絶縁手段と、を有し、前記導電手段および前記絶縁手段は、前記単電池の積層方向に、前記単電池の出力端を挟んで交互に配置されて、前記単電池を積層方向に電気的に直列に接続し、少なくとも１つの前記導電手段は、前記単電池の出力端間に抜き差し可能である。

本発明では、少なくとも１つの導電手段を後から単電池の出力端間に抜き差し可能であるので、高電圧にならない程度に複数の単電池を接続して接続体を構成しておき、最後に、それらの接続体を抜き差し可能な導電手段で接続することができる。したがって、作業者が単電池を接続して高電圧になった接続体にさらに単電池を接続するといった作業を行うことがなく、容易に接続作業ができ、作業性を向上することができる。

本発明に係る組電池は、積層された複数個の単電池と、導電性を有する導電手段（導通ワッシャ）と、絶縁性を有する絶縁手段（絶縁ワッシャ）と、を有し、前記導電手段および前記絶縁手段は、前記単電池の積層方向に、前記単電池の出力端を挟んで交互に配置されて、前記単電池を積層方向に電気的に接続し、前記導電手段は、前記単電池の出力端間に着脱自在である。

この特徴について、以下、［実施の形態１］と［実施の形態２］に分けて、図面を参照しつつ、詳細に説明する。

［実施の形態１］
図１は単電池を示す斜視図である。

扁平型単電池１は、扁平型に形成された電池であり、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した積層型の発電要素（不図示）を内部に複数含む。組電池として積層される場合には、扁平型単電池１は、内包する発電要素の積層方向と同じ方向に積層される。以下、このような扁平型単電池１を単に単電池１と記載する。

単電池１は、例えば、リチウムイオン二次電池などの二次電池である。単電池１は、積層方向に対して直交する方向に伸びる出力端である２つの電極タブとして、正極タブ１０と負極タブ１２とを有する。

単電池１は、正極タブ１０および負極タブ１２のいずれか一方に穴部１３が設けられている。図１では、負極タブ１２に穴部１３が設けられたものを示しているが、正極タブ１０に穴部１３が設けられた単電池１もある。

図２は、上記単電池１が複数個積層されて構成された本発明の組電池を示す側面図である。なお、以下の図面では、本発明の特徴部分を明確にするために、一部で単電池１の大きさを小さく示している。

本発明の組電池では、上述のように複数個の単電池１を積層してなる。組電池では、正極タブ１０および負極タブ１２が積層方向に交互になるように単電池１が積層されている。

単電池１の一方の側では、正極タブ１０と負極タブ１２とは、超音波溶接等の溶接により接合されており、電気的に接続されている。また、他方の側では、導通ワッシャ２と絶縁ワッシャ３とが正極タブ１０および負極タブ１２を挟むように、積層方向に交互に配置されることによって、正極タブ１０および負極タブ１２が電気的に接続され、各単電池１が直列に接続されている。ここで、導通ワッシャ２は、たとえば、銅などの導電性を有する金属から形成されており、絶縁ワッシャ３は、たとえば、セラミックなどの絶縁性を有する金属から形成されている。

導通ワッシャ２および絶縁ワッシャ３は、それぞれ、後述する貫通ピン４が挿通可能な挿通孔を有しており、この挿通孔に貫通ピン４が挿通されることによって貫通ピン４に留められており、ナット５により積層の上下から締結されている。本実施の形態の組電池では、下層から上層に向かって電流が流れる。

導通ワッシャ２は、それぞれ、連結ケース６に保持されている。連結ケース６は、絶縁材より形成されており、道通ワッシャ２を外部に対して絶縁している。後述するように、
導通ワッシャ２は、ナット５の締結前には、絶縁ワッシャ３間に着脱自在である。

次に、着脱自在な導通ワッシャ２の構成について説明する。

図３は導通ワッシャを外した状態を示す組電池の側面図、図４は導通ワッシャを外した状態を示す組電池の斜視図、図５は導通ワッシャを取り付けた状態を示す組電池の斜視図、図６は連結ケースに取り付けた導通ワッシャを示す図である。なお、図６（Ａ）は図４に示す連結ケースのＡ−Ａ断面図を示し、図６（Ｂ）は連結ケースの上方からみた平面図を示す。

図３に示すように、導通ワッシャ２を取り付ける前には、絶縁ワッシャ３が単電池１の正極タブ１０および負極タブ１２間に１個飛ばしで配置されている。ここでは、絶縁ワッシャ３は、正極タブ１０および負極タブ１２の穴部１３とともに貫通ピン４に挿通されている。

導通ワッシャ２は、絶縁ワッシャ３の間でかつ正極タブ１０および負極タブ１２間に貫通ピン４に当たるまで差し込まれる。図４および図６（Ｂ）に示すように、導通ワッシャ２の挿通孔は、単電池１の積層方向に対して直交する方向から抜き差し可能なように、一部が開口するＵ字型に形成されている。

また、導通ワッシャ２は、図６（Ｂ）に示すように、両側面に凹部２０が形成されている。該凹部２０は、Ｃ字型の連結ケース６の端部６０と嵌合しており、導通ワッシャ２は、連結ケース６の端部６０に挟持されている。導通ワッシャ２は、連結ケース６の端部６０による挟持力により挟持されるだけで、連結ケース６に固定されてはいないので、連結ケース６に沿って上下に移動可能である。

これにより、貫通ピン４に取り付けられた絶縁ワッシャ３の位置が積層方向に多少ばらついていても、導通ワッシャ２の位置を変えることによって、容易に絶縁ワッシャ３間に導通ワッシャ２を差し込むことができる。

導通ワッシャ２は、複数がケース６により保持されているので、負極タブ１２間の貫通ピン４に一括して差し込み可能である。差し込んだ状態は、図５および図２に示す通りである。導通ワッシャ２が差し込まれた後に、ナット５が固く締結される。

また、導通ワッシャ２には、図６に示すように、電圧検出線が接続されている。電圧検出線は、図示しない電圧計（電圧検出手段）に接続されており、導通ワッシャ２を介して単電池単位で電圧を検出するために用いられる。電圧検出線は、連結ケース６内にまとめて収納されている。これにより、作業者がケース６を扱う際に、電圧検出線が邪魔にならない。

以上のように、実施の形態１の組電池では、導通ワッシャ２は、後から絶縁ワッシャ３間に配置できる。特に上記実施の形態では、複数の導通ワッシャ２が１つのケース６に保持されているので、該ケース６を操作して一度に複数の導通ワッシャ２を絶縁ワッシャ３間に配置できる。これにより、組電池内の複数の単電池１を一度に接続できる。したがって、たとえば、作業者が単電池１を接続して高電圧になった接続体にさらに単電池１を接続するといった作業を行うことがなく、容易に接続作業ができ、作業性を向上することができる。

［実施の形態２］
上記実施の形態１では、複数の導通ワッシャ２を一度に複数の絶縁ワッシャ３間に配置
する例について説明した。実施の形態２では、絶縁ワッシャ間に差し込み可能な導通ワッシャは、所定の階層おきに絶縁ワッシャ間に配置されている場合について説明する。この場合、絶縁ワッシャ間には、所定の階層おきに導通ワッシャが差し込まれる。他の階層では、絶縁ワッシャ間には、差し込み不可能な導通ワッシャが予め配置されている。以下、詳細に説明する。

図７は導通ワッシャを取り付ける様子を示す組電池の側面図、図８は導通ワッシャの平面図である。なお、実施の形態１と同一部材には同一の参照番号を付して、その説明は省略する。

本実施の形態の組電池は、図７に示すように、単電池１が積層されており、片側の正極タブ１０と負極タブ１２が超音波溶接により接合されている。他の側の正極タブ１０と負極タブ１２は、貫通ピン４が貫通されており、単電池１の積層方向に絶縁ワッシャ３と導通ワッシャ８とが交互に配置されている。ここで、導通ワッシャ８は、導電性を有し、接触する正極タブ１０および負極タブ１２を電気的に接続する。導通ワッシャ８および絶縁ワッシャ３は、ともにリング形状に形成されており、内部に貫通ピン４が挿通される挿通孔を有している。

導通ワッシャ８と絶縁ワッシャ３とは、所定の電圧以上のあまり高電圧とならないように、所定数の単電池１を直列接続する。たとえば、図７に示す場合、積層の最上層の単電池１からその６階層下の単電池１ａまでと、最下層の単電池１からその５階層上の単電池１ｂまでとが、それぞれ、導通ワッシャ８により電気的に接続されている。しかし、単電池１ａと単電池１ｂとの間には、導通ワッシャ８は配置されず、それらは接続されていない。

単電池１ａと単電池１ｂとを接続するために、図７に示すように、導通ワッシャ２０が差し込まれる。導通ワッシャ２０の挿通孔は実施の形態１の導通ワッシャ２と同様に、貫通ピン４に差し込めるように、Ｕ字型に形成されている。導通ワッシャ２０には、絶縁性の材質で形成された取手２２が設けられており、該取手２２をつまんで、導通ワッシャ２０を差し込んだり、引き抜いたりできる。

以上のように、実施の形態２では、ある程度の単電池１をリング形状の導通ワッシャ８により予め接続しておき、それらをまとめて、Ｕ字形状の導通ワッシャ２０により最後に接続するので、単電池１の積層に伴い電圧が上がることはない。したがって、作業者は、高電圧となった単電池１の接続体を扱わなくて済み、作業性を格段に向上できる。

単電池を示す斜視図である。 本発明の組電池を示す側面図である。 導通ワッシャを外した状態を示す組電池の側面図である。 導通ワッシャを外した状態を示す組電池の斜視図ある。 導通ワッシャを取り付けた状態を示す組電池の斜視図である。 連結ケースに取り付けた導通ワッシャを示す図であり、図６（Ａ）は図４に示す連結ケースのＡ−Ａ断面図を示し、図６（Ｂ）は連結ケースの上方からみた平面図を示す。 導通ワッシャを取り付ける様子を示す組電池の側面図である。 導通ワッシャの平面図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ…単電池、
２、８、２０…導通ワッシャ、
３…絶縁ワッシャ、
４…貫通ピン、
５…ナット、
６…ケース、
１０…正極タブ、
１２…負極タブ。

Claims (8)

1. 積層された複数個の単電池と、
   導電性を有する導電手段と、
   絶縁性を有する絶縁手段と、
   を有し、
   前記導電手段および前記絶縁手段は、前記単電池の積層方向に、前記単電池の出力端を挟んで交互に配置されて、前記単電池を積層方向に電気的に直列に接続し、
   少なくとも１つの前記導電手段は、前記単電池の出力端間に抜き差し可能である組電池。
2. 前記導電手段は、複数が連結ケースに前記単電池の積層方向に保持されており、複数が一括して前記単電池の出力端間に抜き差し可能と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. 前記導電手段は、前記単電池の出力端間に差し込まれていないときには、連結ケースに保持されると共に、前記単電池の積層方向に移動自在であることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
4. 前記導電手段は、前記単電池の電圧を検出する外部の電圧検出手段に接続された電圧検出線が接続されていることを特徴とする請求項２または３に記載の組電池。
5. 前記電圧検出線は、前記連結ケース内に収納されていることを特徴とする請求項４に記載の組電池。
6. 前記連結ケースは、絶縁材からなることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の組電池。
7. 前記単電池は、前記積層方向に直交する方向に伸延した出力端としての電極タブを有する扁平型電池であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の組電池。
8. 前記単電池の積層方向に伸びる、前記単電池の電極タブを貫通する貫通ピンをさらに有し、
   前記導電手段は、前記貫通ピンの伸延方向に対して直交する方向から、該貫通ピンに差し込み可能なように、Ｕ字型の貫通ピン挿通孔を有していることを特徴とする請求項７に記載の組電池。

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