JP2008135357A - 筒型電源及び電源体 - Google Patents
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Abstract
【課題】取り付け部材に取り付けられる筒型電源において、締結部材の回転動作に応じて筒型電源が回転するのを抑制する。
【解決手段】筒型電源本体の両端に設けられた第1及び第2のネジ軸部(21、22)を介して取り付け部材(1)に取り付けられる筒型電源(2)であって、第1及び/又は第2のネジ軸部は、前記筒型電源本体の長手方向中心軸(Y1)に対して偏芯していることを特徴とする筒型電源。
【選択図】図2
【解決手段】筒型電源本体の両端に設けられた第1及び第2のネジ軸部(21、22)を介して取り付け部材(1)に取り付けられる筒型電源(2)であって、第1及び/又は第2のネジ軸部は、前記筒型電源本体の長手方向中心軸(Y1)に対して偏芯していることを特徴とする筒型電源。
【選択図】図2
Description
本発明は、取り付け部材に取付けられる筒型電源及びこの筒型電源を直列に接続した電源体に関する。
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。
例えば、ハイブリッド自動車では、小型軽量、高出力で、かつ、装置寿命の長い蓄電装置が駆動用又は補助電源として望まれており、電池を直列又は並列接続した組電池が用いられる。
特許第3650659号明細書(特許文献1)には、円筒型電池の中心を通る極柱に雌ネジを形成した円筒型電池が開示されている。
図8を参照して、従来の円筒型電池を用いた組電池の組立方法を説明する。ここで、図8(a)は、従来の円筒型電池の斜視図であり、図8(b)は従来の円筒型電池の断面図である。
円筒型電池200の両端には凸状の正極ネジ軸部210及び負極ネジ軸部211が設けられている。正及び負極ネジ軸部210、211の外周面にはネジ溝が切られており、正極ネジ軸部210のネジ軸Y2及び負極ネジ軸部211のネジ軸Y3は、円筒型電池200の長手方向中心軸Y1と同軸上に配置されている。
対向する一対の電池フォルダ(不図示)には、マトリクス状に多数の挿入穴部が形成されており、これらの挿入穴部に正及び負極ネジ軸部210、211を挿入することにより、電池フォルダ間に差し渡すようにして円筒型電池200は支持される。
電池フォルダから突出した正及び負極ネジ軸部210、211に対してバスバー300の上から締結ナット230を締結することにより、電池フォルダに各円筒型電池200が固定される。
特許第3650659号明細書
特開2000−106164号公報
特開2005−353547号公報
特開2002−260605号公報
しかしながら、上述の構成では、ネジ軸Y2、Y3及び中心軸Y1が同軸上に配置されているため、ナット230の回転動作に応じて、円筒型電池200が回転するおそれがある。
このため、電池フォルダの穴部やバスバーに回転した負電極部210が当接して、過剰な負荷がかかるおそれがある。
このため、電池フォルダの穴部やバスバーに回転した負電極部210が当接して、過剰な負荷がかかるおそれがある。
また、ネジ軸Y2、Y3を中心軸Y1と同軸に配置した場合には、高温時に電池要素から発生するガスを電池の外側に噴出させるためのガス放出弁や電解液注入口の面積が狭くなる。
そこで、本願発明は、締結部材の回転動作に応じて筒型電源が回転するのを抑制することを第1の目的とする。
また、本願発明は、ガス放出弁の形成スペースを従来技術よりも広くすることを第2の目的とする。
また、本願発明は、電解液注入口の形成スペースを従来技術よりも広くすることを第3の目的とする。
上記第1の目的を達成するために、本願発明の円筒型電源は、筒型電源本体の両端に設けられた第1及び第2のネジ軸部を介して取り付け部材に取り付けられる筒型電源であって、前記第1及び/又は第2のネジ軸部は、前記筒型電源本体の長手方向中心軸に対して偏芯していることを特徴とする。
ここで、前記第1及び第2のネジ軸部に締結部材を締結することにより、取り付け部材に円筒型電源を取付けることができる。
また、上記第2の目的を達成するために、前記筒型電源本体を封止し、前記第1のネジ軸部を保持する保持部を設けるとともに、前記保持部にガス放出弁を設け、前記第1のネジ軸部及び前記ガス放出弁を、前記長手方向中心軸に直交する方向において異なる位置に設けるとよい。
また、上記第3の目的を達成するために、前記筒型電源本体を封止し、前記第1のネジ軸部を保持する保持部を設けるとともに、前記保持部には電解液注入口が設け、前記第1のネジ軸部及び前記電解液注入口を、前記長手方向中心軸に直交する方向において異なる位置に設けるとよい。
さらに、前記長手方向中心軸視において、前記第1及び第2のネジ軸部を、同軸上又は前記長手方向中心軸に対して点対称に対応する位置に配置するとよい。この円筒型電源は、円筒型電源が複数並設され、隣接する円筒型電源の電極を導電板を介して直列に接続した電源体に適用することができる。この場合、前記第1及び前記第2の電極に前記電極を兼ねさせることにより、前記電極板によって接続される電極間の間隔を等しくすることができる。
本願発明によれば、前記第1及び第2のネジ軸部に締結部材を締結する際に、締結部材の回転動作に応じて筒型電源が回転するのを抑制できる。
以下、本発明の実施例について説明する。
(組電池の概略構成)
図1、図2及び図3を参照して、本実施例の円筒型電池(筒型電源)を複数並設して、隣接する円筒型電池の電極をバスバーを介して直列に接続した組電池(電源体)の構成について説明する。図1は組電池の斜視図である。図2は円筒型電池の図であり、(a)が斜視図であり、(b)が断面図であり、負極ネジ軸部22を投影して図示している。また、図3は組電池の平面図であり、説明を容易にするために締結ナットを省略して図示している。円筒型電池は、リチウムイオン電池である。
図1、図2及び図3を参照して、本実施例の円筒型電池(筒型電源)を複数並設して、隣接する円筒型電池の電極をバスバーを介して直列に接続した組電池(電源体)の構成について説明する。図1は組電池の斜視図である。図2は円筒型電池の図であり、(a)が斜視図であり、(b)が断面図であり、負極ネジ軸部22を投影して図示している。また、図3は組電池の平面図であり、説明を容易にするために締結ナットを省略して図示している。円筒型電池は、リチウムイオン電池である。
これらの図において、組電池Aは、対向配置される一対の電池フォルダ1a、1b(取り付け部材)と、これらの電池フォルダ1a、1b間に差し渡すように配置された32個(8(X軸方向)×4(Y軸方向))の円筒型電池21〜232とから構成される。なお、円筒型電池210〜216、218〜224、226〜232は、不図示としている。
各円筒型電池2の一端及び他端にはそれぞれ、外周面にネジ溝部21a、22aが形成された正及び負極ネジ軸部21、22(第1及び第2のネジ軸部)が設けられている。これらの正及び負極ネジ軸部21、22の正及び負ネジ軸Y2、Y3は、図2に図示するように、円筒型電池2の長手方向中心軸Y1に対して偏芯した点対称の位置に配置されている。
すなわち、長手方向中心軸Y1及び正ネジ軸Y2の軸間距離をL1、長手方向中心軸Y1及び負ネジ軸Y3の軸間距離をL2としたときに、L1=L2であり、これらの軸Y1、Y2及びY3は同一面内に設けられている。
電池フォルダ1a、1bには、各円筒型電池2の正及び負極ネジ軸部21、22を挿入するための挿入穴部11a、11bがマトリクス状に複数形成されており、取り付け状態において、正及び負極ネジ軸部21、22はそれぞれ挿入穴部11a、11bから電池フォルダ1の外側に突出している(図1参照)。
最上列に配置される円筒型電池21〜28は、図3に図示するように、正極及び負極の向きが交互に逆向きとなるように、矢印X方向に並設されている。
具体的には、円筒型電池21の正及び負極ネジ軸部21、22はそれぞれ電池フォルダ1aの挿入穴部11a及び電池フォルダ1bの挿入穴部11bに挿入されている。
そして、この円筒型電池21の矢印X方向に隣接配置される円筒型電池22は、円筒型電池21をYZ面内において180°反転させるとともに、長手方向中心軸Y1周りに180°回転させた向きに配置されており、円筒型電池22の正及び負極ネジ軸部21、22はそれぞれ、挿入穴部11b及び11aに挿入されている。
円筒型電池23、25、27は、円筒型電池21と同じ配置になっており、円筒型電池24、26、28は、円筒型電池22と同じ配置になっている。
なお、上中列に並設される円筒型電池29〜216のうち、円筒型電池29、211、213、215は、負極ネジ軸部22が電池フォルダ1a側に配置されており(つまり、円筒型電池22と同じ)、円筒型電池210、212、214、216は、正極ネジ軸部21が電池フォルダ1a側に配置されている(つまり、円筒型電池21と同じ)。
また、下中列に並設される円筒型電池217〜224のうち、円筒型電池217、219、221、223は電池フォルダ1a側に正極ネジ軸部21が配置されており(つまり、円筒型電池21と同じ)、円筒型電池218、220、222、224は電池フォルダ1a側に負極ネジ軸部22が配置されている(つまり、円筒型電池22と同じ)。
また、最下列に並設される円筒型電池225〜232のうち、円筒型電池225、227、229、231は電池フォルダ1a側に負極ネジ軸部22が配置されており(つまり、円筒型電池22と同じ)、円筒型電池226、228、230、232は電池フォルダ1a側に正極ネジ軸部21が配置されている(つまり、円筒型電池21と同じ)。
バスバー(導電板)3には、二つのバスバー開口部3aが矢印X方向に並んで形成されており、これらの開口部3aには、隣接する円筒型電池2の正及び負極ネジ軸部21、22が挿入されている。これにより、各円筒型電池2を直列に接続することができる。なお、バスバー3の材料としては、銅を例示できる。
ここで、上述したように、正及び負極ネジ軸部21,22のネジ軸Y2、Y3は、長手方向中心軸Y1に対して偏芯した点対称の位置に配置されている。これにより、バスバー3を介して接続される正及び負極ネジ軸部21、22間の間隔を全て等しくすることができる。その結果、同じサイズのバスバー3を使用することが可能となり、コストを削減することができる。
なお、ネジ軸Y2、Y3は、長手方向中心軸Y1に対して偏芯した同軸上に配置することもできる。同軸上に配置した場合も、バスバー3を介して接続される正及び負極ネジ軸部21、22間の間隔を全て等しくすることができる。
バスバー開口部3aに挿入された正及び負極ネジ軸部21、22には、締結ナット(締結部材)23が締結される。この締結ナット23を正及び負極ネジ軸部21、22に締結させることにより、電池フォルダ1に円筒型電池2は固定される。
ここで、正極ネジ軸部21に締結ナット23を締結する際に、円筒型電池2に対して正ネジ軸Y2周りの回転力が付与される。
しかしながら、正ネジ軸Y2は、円筒型電池2の長手方向中心軸Y1に対して偏芯しているため、モーメントが働き、締結ナット23の回転動作に応じて円筒型電池2が回転するのを抑制できる。
これにより、バスバー開口部3aや挿入穴部11bに回転した負極ネジ軸部22が当接して、過剰に負荷がかかるのを抑制できる。なお、負極ネジ軸部22に締結ナット23を締結する場合にも同様の効果を得ることができる。
(円筒型電池2の詳細な構成)
次に、図4を参照して、各円筒型電池2の構成を詳細に説明する。筒状の電池外套缶24の内側には電池体25が組み込まれている。
(円筒型電池2の詳細な構成)
次に、図4を参照して、各円筒型電池2の構成を詳細に説明する。筒状の電池外套缶24の内側には電池体25が組み込まれている。
この電池体25は、両面に正活物質が塗布された帯状の正電極体25bと両面に負活物質が塗布された帯状の負電極体25cとをセパレータ25aを介して渦巻状に巻き回すことにより構成されている。
電池外套缶24の内側には、電解液が注入されており、電池体25はこの電解液の中に浸された状態となっている。なお、電解液は、セパレータ25aの中に含浸させてもよい。
正活物質として、リチウム−遷移元素複合酸化物であるLiCoO2 、LiNiO2 、LiFeO2 、LiCuO2 、LiMnO2 、LiMO2 (MはCo、Ni、Fe、Cu及びMnよりなる群から選ばれた少なくとも2種の遷移元素)、LiMn2 O4 が例示される。負活物質としては、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵及び放出することが可能なものであれば特に限定されない。具体例としては、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、有機物焼成体、金属カルコゲン化物が挙げられる。
電解液の溶質として使用するリチウム塩としては、LiClO4 、LiCF3 SO3 、LiPF6 、LiN(CF3 SO2 )2 、LiN(C2F5 SO2 )2 、LiBF4 、LiSbF6 及びLiAsF6 が例示され、リチウム塩を溶かすために使用する有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状炭酸エステルと、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等の鎖状炭酸エステルとの混合溶媒が例示される。
電池体25の電池長手方向(Y方向)の両端には、円板状の集電板26が溶接されている。集電板26の資材としては、アルミニウム箔、ステンレス箔、銅箔を例示できる。
集電板26は、導電線27を介して、正及び負極ネジ軸部21、22に対して電気的及び機械的に接続されている。
正極ネジ軸部21は、円柱状のネジ台座部28上に形成されており、このネジ台座部28は、円盤状の平板部(保持部)29に保持されている。なお、これらの正極ネジ軸部21、ネジ台座部28及び平板部29は一体的に形成されている。
正極ネジ軸部21のネジ軸Y2は、円筒型電池2の長手方向中心軸Y1に対して偏芯しており、ネジ台座部28は、正極ネジ軸部21よりも径が大きく設定されている。
また、平板部29は、その外径寸法が電池外套缶24の内径寸法よりも若干大きく設定されており、電池外套缶24内に圧入されている。このように、平板部29を電池外套缶24内に圧入させることにより、外気から電池体25を封止することができる。
また、平板部29における円筒型電池2外側の面には、円筒型電池2の内側方向に窪んだガス放出弁29´が設けられている。このガス放出弁29´は、平板部29にパンチ加工を施すことにより形成することができる。
電池体25の温度上昇によって発生したガスにより円筒型電池2内の内圧が過剰に上昇した場合には、ガス放出弁29´が破壊され、円筒型電池2の外側にガスを放出させることができる。
このように、本実施例では、正極ネジ軸部21の正ネジ軸Y2を円筒型電池2の長手方向中心軸Y1に対して偏芯させることにより、従来技術(ネジ軸と円筒型電池の長手方向軸が同軸の従来技術)よりも、ガス放出弁29´の形成面積(長手方向中心軸Y1に直交する方向の面積)を広くすることができる。これにより、円筒型電池2の安全性を高めることができる。なお、ガス放出弁29´は、負極ネジ軸部22の平板部29にも形成されている。
円筒型電池2として、ニッケル水素電池を使用した場合には、平板部29にスプリング式の自動復帰弁からなるガス放出弁29´を設けるとよい。このスプリング式の自動復帰弁は、平板部29内に形成された開口部内に板厚方向に移動可能に可動弁を設け、この可動弁にスプリングを取り付けることにより構成することができる。
円筒型電池2内の内圧が上昇すると、可動弁は、スプリングのバネ力に抗して開口部内から退避し、開口部を介して円筒型電池2の外側にガスが放出される。ガス放出により内圧が低下すると、スプリングのバネ力により可動弁は開口部内に復帰する。
正及び負極ネジ軸部21、22は、図6(a)の構成とすることもできる。ここで、図6は正極(負極)ネジ軸部21(22)の斜視図である。正極(負極)ネジ軸部21(22)は、筒状に形成されており、内周面にネジ溝部(雌ネジ)が切られている。この正極(負極)ネジ軸部21(22)は、平板部29により保持されており、正極(負極)ネジ軸部21(22)及び平板部29は一体的に形成されている。
正極(負極)ネジ軸部21(22)に不図示のボルト(締結部材)を締結することにより、各円筒型電池2を電池フォルダ1に固定することができる。
図5を参照して、本実施例の円筒型電池2´を説明する。ここで、図5は本実施例の円筒型電池2´の断面図である。実施例1と同一の構成要素は、同一符号を付して説明を省略する。
円筒型電池2´の両端は、電池外套缶24の一部を構成する封止部24´によって封止されており、この封止部24´に対して集電板26から引き出された導電線27が溶接されている。
封止部24´の電池外側の面には正及び負電極ネジ軸部21、22が溶接されており、実施例1と同様に、正及び負極ネジ軸部21、22のネジ軸Y2、Y3は、長手方向中心軸Y1に対して偏芯した点対称の位置に配置されている。なお、長手方向中心軸Y1に対して偏芯した同軸上に配置することもできる。上述の構成によれば、実施例1と同様の効果を得ることができる。さらに、正及び負極ネジ軸部21、22は封止部24´に溶接されているため、正及び負極ネジ軸部21、22の交換作業において電池の封止状態を維持することができる。
正及び負極ネジ軸部21、22は、図6(b)の構成とすることもできる。ここで、図6(b)は正極(負極)ネジ軸部21(22)の斜視図である。筒状に形成された正極(負極)ネジ軸部21(22)の内周面には、ネジ溝部(雌ネジ)が切られている。この正極(負極)ネジ軸部21(22)は封止部24´に溶接されている。
正極(負極)ネジ軸部21(22)に対して不図示のボルト(締結部材)を締結することにより、各円筒型電池2´を電池フォルダ1に固定することができる。
次に、図7を参照しながら、本実施例の筒型電源としての円筒型電池について説明する。ここで、図7は、正極ネジ軸部21の斜視図である。
図7(a)では、実施例1の円筒型電池2のガス放出弁29´に相当する位置に断面形状が円形の電解液注入口41を形成している。なお、その他の構成は、実施例1と同様であるため、説明を省略する。
このように、円筒型電池2の長手方向中心軸Y1に対して正極ネジ軸部21の正ネジ軸Y2を偏芯させることにより、電解液注入口41の液注入面積を広くすることができる。これにより電解液の注入作業を容易化することができる。
電解液注入口41の形状は、図8(b)に図示するように、長穴形状とすることもできる。さらに、電解液注入口41は、負極ネジ軸部22の平板部29にも形成することができる。本実施例によれば、実施例1と同様の効果を得ることができる。
(変形例)
正及び負極ネジ軸部21、22のネジ軸Y2、Y3は、点対称でも同軸上でもない長手方向中心軸Y1に対して偏芯した位置に配置することもできる。この場合、ネジ軸Y2及びY3のうち一方の軸を長手方向中心軸Y1上に配置して、他方の軸を長手方向中心軸Y1に対して偏芯させてもよいし、両方の軸を長手方向中心軸Y1に対して偏芯させてもよい。
(変形例)
正及び負極ネジ軸部21、22のネジ軸Y2、Y3は、点対称でも同軸上でもない長手方向中心軸Y1に対して偏芯した位置に配置することもできる。この場合、ネジ軸Y2及びY3のうち一方の軸を長手方向中心軸Y1上に配置して、他方の軸を長手方向中心軸Y1に対して偏芯させてもよいし、両方の軸を長手方向中心軸Y1に対して偏芯させてもよい。
上述の構成によれば、締結部材(締結ナット23、締結ボルト)の回転動作に応じて円筒型電池2(2´)が回転するのを抑制できる。これにより、バスバー開口部3aや挿入穴部11a(11b)に回転した正極(負極)ネジ軸部21(22)(締結側とは反対側のネジ軸部)が当接して、過剰に負荷がかかるのを抑制できる。
また、円筒型電池2をリチウムイオン電池としたが、本願発明は、例えば、集電体の一方の面に正極層、他方の面に負極層が形成されたバイポーラ電極を電解質を介して積層した円筒型のバイポーラ電池(筒型電源)や、円筒型の電気二重層キャパシタ(筒型電源)や、円筒型の燃料電池(筒型電源)にも適用することができる。
さらに、本願発明は、円筒型の電源のみならず角型の筒型電源にも適用することができる。なお、上述の筒型電源は、例えば、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、燃料電池車(FCV)におけるモータ駆動用の電源として用いることができる。
1 電池フォルダ
2 2´円筒型電池
3 バスバー
3a バスバー開口部
11a 11b 挿入穴部
21 正極ネジ軸部
22 負極ネジ軸部
23 締結ナット
24 電池外套缶
24´ 封止部
25 電池体
25a セパレータ
25b 正電極体
25c 負電極体
26 集電体
27 導電線
28 ネジ台座部
29 平板部
29´ ガス放出弁
41 電解液注入口
2 2´円筒型電池
3 バスバー
3a バスバー開口部
11a 11b 挿入穴部
21 正極ネジ軸部
22 負極ネジ軸部
23 締結ナット
24 電池外套缶
24´ 封止部
25 電池体
25a セパレータ
25b 正電極体
25c 負電極体
26 集電体
27 導電線
28 ネジ台座部
29 平板部
29´ ガス放出弁
41 電解液注入口
Claims (6)
- 筒型電源本体の両端に設けられた第1及び第2のネジ軸部を介して取り付け部材に取り付けられる筒型電源であって、
前記第1及び/又は第2のネジ軸部は、前記筒型電源本体の長手方向中心軸に対して偏芯していることを特徴とする筒型電源。 - 前記第1及び第2のネジ軸部には、締結部材が締結されることを特徴とする請求項1に記載の筒型電源。
- 前記筒型電源本体を封止するとともに、前記第1のネジ軸部を保持する保持部を有し、
前記保持部にはガス放出弁が設けられており、前記第1のネジ軸部及び前記ガス放出弁は、前記長手方向中心軸に直交する方向において異なる位置に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の筒型電源。 - 前記筒型電源本体を封止するとともに、前記第1のネジ軸部を保持する保持部を有し、
前記保持部には電解液注入口が設けられており、前記第1のネジ軸部及び前記電解液注入口は、前記長手方向中心軸に直交する方向において異なる位置に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の筒型電源。 - 前記長手方向中心軸視において、
前記第1及び第2のネジ軸部は、同軸上又は前記長手方向中心軸に対して点対称に対応した位置に配置されることを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか一つに記載の筒型電源。 - 筒型電源が複数並設され、隣接する筒型電源の電極を導電板を介して直列に接続した電源体であって、
前記筒型電源は請求項5に記載の筒型電源であり、前記第1及び前記第2のネジ軸部は前記電極を兼ねており、前記導電板によって接続される電極間の間隔が等しいことを特徴とする電源体。
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