JP2007087880A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 万一バッテリセルから電解液が漏れ出すような事態になっても、絶縁紙に２セル以上の電圧が印加されないようにして、発煙、発火を防止し安全性を高める。
【解決手段】 複数のバッテリセルＢＣを接続してなる組電池において、一枚の接続板１２で接続されるバッテリセル単位で、その端子面を絶縁する絶縁紙２０を貼付し、各絶縁紙２０を互いに分離独立するように構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、組電池を構成する個々のバッテリセルの端子及び接続板が外部導電体を介して短絡しないように端子面に絶縁紙を貼り付けた組電池に関する。

二次電池バッテリセルを直列につないだ組電池は、電動式自転車、ハイブリッド車をはじめとして、さまざまな用途に広く利用されている。そして近年では、バッテリの高容量化、高密度化が急速に進んでいる。
従来の中型または大型の組電池は、バッテリセルを個々に収容する個室を持ったケースを利用していた。このようなケースを利用すると、バッテリセルの数が多くなるものでは、ケースの重量が加わり組電池が重くなること、また、ケース自体の製作コストが高いことなどの欠点があり、これに代わる組電池として、図９に示すようなコンパクト化および軽量化を図った組電池がある。

図９において、参照番号ＢＣは、組電池を構成する個々のバッテリセルを示している。この組電池では、一つ一つのバッテリセルＢＣを番号で区別すると、バッテリセルＢＣは１番から１１番の順で直列に接続されている。

バッテリセルＢＣは、直列の接続順でいえば、偶数番号の列と、奇数番号の列の２列に配列され、奇数番号の列のバッテリセルＢＣと、偶数番号の列のバッテリセルＢＣとでは、極性が上下逆さになっている。図９では、２番と３番、４番と５番、６番と７番、８番と９番、１０番と１１番とが接続端子板１２を用いて接続されているのが示されているが、図９に表れない方の側では１番と２番、３番と４番、５番と６番、７番と８番、９番と１０番が同じような接続端子板を用いて接続されている。そして、１番のバッテリセルＢＣには正極の端子板１４ａが取り付けられ、１１番のバッテリセルＢＣには負極の端子板１４ｂが取り付けられている。

このような組電池では、バッテリセルＢＣ同士が短絡しないように外部と絶縁する必要があり、図１１に示すような絶縁紙１６を端子面に貼り付けている。この絶縁紙１６を図９のバッテリセルＢＣの端子面に貼り付けると、図１０のようになる。

しかしながら、この種の簡易型の組電池では、軽量、安価という利点がある反面、バッテリセルＢＣが破損等したり、寿命末や異常時の圧力上昇もあるため、電解液が漏れ出した場合に、絶縁紙にしみこんだ電解液を介した短絡により絶縁紙１６に電流が流れ、そのジュール熱により発煙、発火に至ることがある。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、万一バッテリセルから電解液が漏れ出すような事態になっても、絶縁紙に２セル以上の電圧が印加されないようにして、発煙、発火を防止し安全性を高めることができるようにした組電池を提供することにある。

前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数のバッテリセルを接続してなる組電池において、一枚の接続板で接続される複数のバッテリセル単位で、その端子面を絶縁する絶縁紙を貼付し、各絶縁紙は互いに分離独立していることを特徴とするものである。

この発明では、例として絶縁紙には、隣り合う２つのバッテリセルの端面輪郭形状に対応するめがね形の絶縁紙や、隣合う２つのバッテリセルの端子面全体をカバーする俵形の絶縁紙を用いることができる。

さらに、請求項４に係る発明は、複数のバッテリセルを接続してなる組電池において、バッテリセルが集合した組電池の端子面側を絶縁紙で全体を絶縁し、抵抗の大きな迂回電流経路を形成する複数のスリットを該絶縁紙に形成したことを特徴とするものである。

この発明では、前記絶縁紙には、前記スリットが隣り合うバッテリセルを接続する接続板同士の間に沿って延び、２以上のバッテリセルが短絡した場合に電流の流れる領域を分断するように該スリットを配列していることが好ましい。

本発明によれば、バッテリセルから電解液が漏れ出しても、絶縁紙には大きな電流が流れないので、絶縁紙の発煙、発火を確実に防止でき、組電池の安全性を高めることができる。

以下、本発明によるバッテリセルの絶縁方法および組電池用絶縁紙の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

第１実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態による組電池に用いられる絶縁紙を示している。この第１実施形態では、組電池の絶縁紙として、一枚の接続板を介して隣合う２つのバッテリセルを単位に貼り付けるものを用いている。そして図１では、バッテリセルの配列の違いに応じて形状の異なる二種類の絶縁紙２０、２１を例示している。このうち、絶縁紙２０は、図９に示したセル配列の組電池に使用され、絶縁紙２１は、図４に示すようなセル配列の組電池に使用されるものである。

そこで、絶縁紙２０を用いる組電池について説明する。
図９に示す組電池のセル配列では、２番と３番、４番と５番、６番と７番、８番と９番、１０番と１１番とが接続板１２を用いて接続されているので、図２に示すように、接続板１２を介して隣り合うバッテリセルＢＣを単位にして絶縁紙２０を貼り付けている。また、図９には表れない方の端子側では、１番と２番、３番と４番、５番と６番、７番と８番、９番と１０番が同じような接続板を用いて接続されていて、同じようにこれらの隣り合うバッテリセルＢＣを単位に絶縁紙２０が貼り付けられている。

このようなバッテリセルＢＣの配列では、たとえば、１番のバッテリセルＢＣは、２番と３番のバッテリセルＢＣの間の谷に接し、３番のバッテリセルＢＣは、４番と５番のバッテリセルＢＣの谷に接するというように、一つのバッテリセルＢＣは、必ず、隣り合うセルとセルの谷間に接するようになっている。

そこで、絶縁紙２０は、バッテリセルＢＣの配列の特徴に合わせて、めがね形の形状をもつ絶縁紙である。絶縁紙の素材そのものは、この種の組電池に利用される周知のものである。そして、図２に示すように、絶縁紙２０は、隣合う２つのバッテリセルＢＣの端面輪郭形状にちょうど対応しており、これにより、絶縁紙２０は互いに分離独立している。

次に、絶縁紙２１を用いる組電池について説明する。

絶縁紙２１は、図４に示すようにセル配列をもつ組電池に使用される。この組電池では、番号の順に直列に接続されている。このセル配列では、幅方向に隣り合うセル同士で極性が逆になっているとともに、長さ方向に隣り合うセル同士の極性も逆になっている。接続板は、幅方向に隣合うセル同士を接続している。この図４では、表れていない側も同じように接続板１２によって接続されている。

絶縁紙２１は、ちょうど俵形の形状をもつ絶縁紙である。図４のセル配列の場合、絶縁紙の幅はバッテリセルの直径とほぼ同じにするとともに、両端部はバッテリセルの断面形状と同じ曲率の半円になっている。これにより、図４に示すように、絶縁紙２１は、接続板１２を介して隣り合っているバッテリセルの端子面全体をカバーできるとともに、各絶縁紙２１は互いに分離独立している。

次に、以上のような第１実施形態の組電池の作用効果について説明する。
図２において、なんらかの原因で、例えば、３番、５番のバッテリセルＢＣが破損して電解液が漏れて、図３に示すように、漏れ出た電解液が絶縁紙２０ａ、２０ｂの斜線で示す範囲に浸透したものとする。電解液の浸透によって絶縁紙２０ａ、２０ｂの絶縁性能が低下し、絶縁紙２０ａ、２０ｂには電圧が印加されると電流が流れるようになる。

しかしながら、図２の実施形態のように、接続板１２を介して接続されたバッテリセルＢＣ同士を単位にして絶縁紙２０を貼り付けている組電池では、電解液の浸透した絶縁紙２０ａ、２０ｂは、２番と３番、あるいは４番と５番のバッテリセルＢＣを短絡させているわけではない。また、それぞれの絶縁紙２０ａ、２０ｂは分離独立しているので、接触し合うことはなく、例えば、３番と４番のバッテリセルＢＣが短絡することはない。したがって、一枚続きの絶縁紙のように、電解液の浸透により２個以上のバッテリセルＢＣの電圧がかかることがないので、発煙、発火を確実に防止することができる。

以上のめがね形の絶縁紙２０を用いた組電池の作用効果は、図５の俵形の絶縁紙２１を用いた組電池についてもまったく同様である。

第２実施形態
次に、本発明の第２の実施形態による組電池について、図６、図７を参照しながら説明する。

図６は、第２実施形態による組電池に用いる絶縁紙３０を示し、図７は、絶縁紙３０を貼り付けた完成品の組電池を示す。
この第２実施形態は、隣合うセル単位で絶縁した第１実施形態と異なり、一枚の絶縁紙３０を使って全セルを絶縁するようにした組電池であり、図９のセル配列をもつ電池に適用した例である。

この絶縁紙３０では、抵抗を高めた迂回電流経路を形成するために、複数のスリット３２ａ乃至３２ｅが形成されている。図６と図９を対照するとわかるように、スリット３２ａ乃至３２ｅの位置は、バッテリセルＢＣの配列に対応しており、図８に示すように、２番と３番、４番と５番、６番と７番、８番と９番、１０番と１１番とが接続板１２を用いて接続されているとすると、それぞれスリット３２ａ乃至３２ｅは、それぞれ接続板同士の間を延びるように形成されている。

また、図７には表れない方の端子側では、１番と２番、３番と４番、５番と６番、７番と８番、９番と１０番が同じような接続板を用いて接続されているので、同じようにスリットが接続板同士の間を延びるように形成されている。

次に、以上のように構成される第２実施形態の作用効果について説明する。バッテリセルから電解液が漏れて、図８に示すように、漏れ出た電解液が絶縁紙３０の斜線で示す範囲を浸透したものとする。

電解液の浸透によって絶縁性能は低下し、絶縁紙３０には電流が流れるようになり、図８の場合であれば、少なくとも３番と４番のバッテリセルが短絡回路を形成して絶縁紙３０にはバッテリセル２個分の電圧がかかることになる。

ところが、絶縁紙３０には、電流の流れる領域を分断するようにスリット３２ｂが延びているため、電流はスリット３２ｂを迂回して矢印のように流れる。そして、スリット３２ｂの終端付近の抵抗の大きな狭隘部分を流れるので、抵抗の増した分だけ電流値は小さくなり、発生するジュール熱を減少させることができる。これによって、バッテリセル２個以上分の電圧がかかっても、抵抗を大きくした迂回電流経路に電流を流すようにすることにより、電流値を小さくすることで発煙、発火に至らない程度にジュール熱を抑えることが可能となる。

本発明の第１実施形態による組電池に利用される絶縁紙を示す平面図。 図１のめがね形の絶縁紙を適用した組電池の平面図。 バッテリセルに電解液漏れの生じた図２の組電池の平面図。 図１の俵形の絶縁紙を適用する組電池のセル配列を示す平面図。 図１の俵形の絶縁紙を適用した組電池の平面図。 本発明の第２実施形態による組電池に使用される絶縁紙を示す平面図。 図６の絶縁紙を端子面に貼り付けた組電池の平面図。 第２実施形態の組電池の作用を説明する組電池の平面図。 組電池におけるバッテリセルの配列を示す平面図。 従来の組電池の平面図。 図１０の組電池に使用される従来の絶縁紙の平面図。

符号の説明

１２ 接続版
１４ａ 正極端子板
１４ｂ 負極端子板
２０ めがね形の絶縁紙
２２ 俵形の絶縁紙
３０ 絶縁紙
３２ａ〜３２ｅ スリット
ＢＣ バッテリセル

Claims (5)

1. 複数のバッテリセルを接続してなる組電池において、
   一枚の接続板で接続される複数のバッテリセル単位で、その端子面を絶縁する絶縁紙を貼付し、各絶縁紙は互いに分離独立していることを特徴とする組電池。
2. 前記絶縁紙は、隣り合う２つのバッテリセルの端面輪郭形状に対応するめがね形の絶縁紙からなることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記絶縁紙は、隣合う２つのバッテリセルの端子面全体をカバーする俵形の絶縁紙からなることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
4. 複数のバッテリセルを接続してなる組電池において、
   バッテリセルが集合した組電池の端子面側を絶縁紙で全体を絶縁し、抵抗の大きな迂回電流経路を形成する複数のスリットを該絶縁紙に形成したことを特徴とする組電池。
5. 前記絶縁紙には、前記スリットが隣り合うバッテリセルを接続する端子板同士の間に沿って延び、２以上のバッテリセルが短絡した場合に電流の流れる領域を分断するように該スリットを配列したことを特徴とする請求項４に記載の組電池。

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