JP2009187781A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池において、単電池ケース同士の電気絶縁を確保しつつ単電池の発熱を外気に逃がしやすくする。
【解決手段】直方体の密閉型金属製単電池ケース２を有する複数個の単電池１を並べて一体化した組電池である。単電池ケース２はそれぞれの金属のケース外表面がむき出しの状態で、互いに隣接するケース外表面同士が間隔をあけて平行になるように配置され、互いに隣接するケース外表面との間に冷却流路を形成する電気絶縁材のセパレータ１５が配置されている。セパレータ１５は、互いに隣接するケース外表面に沿って延びる平坦部２１と、互いに隣接するケース外表面に向かって突出する複数の突起部とを有してもよい。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の単電池を配列して一体化した組電池に関する。

複数の単電池を配列して一体化し、それらの単電池の電極を電気的に直列に接続した組電池が知られている（特許文献１）。一方、たとえば一般的なリチウムイオン電池では、各単電池に、扁平な直方体形状の金属製の密閉型単電池ケースを用いる。密閉型とするのは、水分の浸入を防ぐためである。また、扁平な直方体形状とするのは、単電池内部からの発熱を外気に逃がしやすくするためである。

また、一般的なリチウム電池では、単電池ケース同士が電気的に接触するのを防ぐために、金属製の単電池ケースの外側に熱収縮チューブなどの絶縁フィルムを被せている。
特開２００６−３３９０３２号公報

一般的なリチウムイオン電池では、電池の使用中に電池の温度変化によるガス発生によって単電池ケースが膨らむことを抑制するために、製造時に、単電池ケース内をあらかじめ真空にしておく。そのため、製造直後の扁平な直方体形状の単電池ケースは、扁平な大きな面がわずかにくぼんでいる。その場合に単電池ケースの外側に絶縁フィルムが被せてあると、単電池ケースの外面と絶縁フィルムの間に隙間ができ、それによって、単電池ケース外への熱の放出が阻害される。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、組電池において、単電池ケース同士の電気絶縁を確保しつつ単電池の発熱を外気に逃がしやすくすることを目的とする。

この発明は上記目的を達成するものであって、本発明に係る組電池は、直方体の密閉型金属製単電池ケースを有する複数個の単電池を並べて一体化した組電池であって、前記単電池ケースはそれぞれの金属のケース外表面がむき出しの状態で、互いに隣接するケース外表面同士が間隔をあけて平行になるように配置され、前記互いに隣接するケース外表面との間に冷却流路を形成する電気絶縁材のセパレータが配置されていること、を特徴とする。

本発明によれば、組電池において、単電池ケース同士の電気絶縁を確保しつつ単電池の発熱を外気に逃がしやすくすることができる。

以下、図面を参照して本発明に係る組電池の実施形態について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
本発明に係る組電池の第１の実施形態を、図１ないし図３を参照して説明する。図１は、本発明に係る組電池の第１の実施形態の縦断面図であって、図２のＩ−Ｉ線矢視断面図である。図２は図１の組電池のII−II線矢視断面図であり、図３は図２の単電池の断面図である。

この実施形態の組電池は、単電池１を複数個直線的に配列して一体化し、電気的に直列または並列に接続したものである。なお、図１では単電池１を３個配列したものを示すが、通常はより多くの単電池１を配列する。

単電池１は、たとえばニッケルイオン電池であって、扁平な直方体の単電池ケース２に収容されている。単電池ケース２はアルミニウム製などの金属製であって、図３に示すように、単電池ケース２の内部に電極群３が収容され、単電池ケース２内の電解液４に浸漬されている。電極群３の正極側は単電池ケース２の端子側端面１０の内面と電気的に接続され、その接続位置に対応する単電池ケース２外側に正電極端子７が突設されている。

一方、電極群３の負極側は、単電池ケース２内で負電極端子５に接続されている。負電極端子５はたとえばアルミニウム製または銅製であって、電気絶縁性のシール材６によって単電池ケース２と絶縁されながら、端子側端面１０を貫通している。負電極端子５が単電池ケース２を貫通する部分にシール材６が介在することにより、負電極端子５と単電池ケース２の間の電気絶縁を保ちながら、単電池ケース２内の気密を保つようになっている。この気密性により、水分の単電池ケース２内への浸入が阻止される。シール材６はたとえばプラスチック製である。

互いに隣接する単電池１は、扁平な直方体の単電池ケース２の最も広い面である主面２０同士が互いに平行に対向するように配置されている。金属製の単電池ケース２がむき出しの状態であり、外皮は設けていない。互いに隣接して対向する二つの単電池ケース２の間には電気絶縁材料のセパレータ１５が配置されている。セパレータ１５の材料としては、電気絶縁性であるほか、特に、圧縮力に対して強いことが好ましく、たとえばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネートなどが適している。

各単電池１はセパレータ１５で保持され、直線的に配列され、その配列の両端は１対の端板１６ではさまれている。端板１６は、たとえば、鋼などの金属やエンジニアリングプラスチックなどの材料でできている。端板１６およびセパレータ１５それぞれには、単電池ケース２の主面２０の延長位置に複数個（図示の例では４個）の貫通孔１７、１８が形成されており、これらの貫通孔を貫通する連結棒１９によって互いに連結されている。連結棒１９の先端近くには雄ねじが形成されており、これにナット４０を嵌めることにより端板１６を締め付けることができる。

セパレータ１５は、単電池ケース２の主面２０と間隔をおいて対向して延びる平坦部２１と、平坦部２１から突出して、単電池ケース２の主面２０の周辺部および主面２０以外の部分に接触してそれを保持する保持部２６とを有する。保持部２６は隣接するセパレータ１５の保持部２６と接触して互いに押し付けられる。平坦部２１と主面２０の間に空気流路２２が形成されている。

この実施形態によれば、セパレータ１５によって単電池ケース２同士の電気絶縁を確保でき、しかも、金属製の単電池ケース２の主面２０の外表面に接して空気流路２２が形成されているので、単電池１の発熱を効率よく外気に逃がすことができる。さらに、単電池ケース２の主面２０の中央部が拘束されていないので、たとえば、電池寿命末期に単電池ケース２内部のガス発生によって主面２０の中央部が膨らむことがあっても、主面２０の中央部の膨張が許容され、構造の健全性を維持することができる。また、連結棒１９によって各セパレータ１５が結合されているので、強固な構造とすることができる。

［第２の実施形態］
本発明に係る組電池の第２の実施形態を、図４および図５を参照して説明する。図４は本発明に係る組電池の第２の実施形態のセパレータの断面図であって、図５のIV−IV線矢視断面図である。図５は図４のセパレータのＶ線矢視図である。

この実施形態では、セパレータ１５が単電池ケース２の主面２０に対向する位置の平坦部２１に、主面２０に向かって突出する複数の突起部が形成されている。突起部のうちの一つは主面２０の中央を横切るように直線的に連続して延びた仕切り部２７を構成している。その他の突起部は、たとえば円柱状の互いに離散して配置された複数の柱状部２８を構成している。セパレータ１５の平坦部２１と単電池ケース２の主面２０との間に形成される空気流路２２は、仕切り部２７によって二つの空気流路に仕切られ、柱状部２８によっては仕切られない構造になっている。

この実施形態によれば、セパレータ１５の仕切り部２７によって空気流路２２が仕切られるので、仕切り部２７の両側の空気流路２２の空気流速を別々に制御したり、両側の流れ方向を逆向きにすることもでき、冷却効率を高めることができる。

また、セパレータ１５の柱状部２８は、空気流路２２の空気の流れの乱流を促進することにより、冷却効果を増大させることができる。

さらに、セパレータ１５に突起部が形成されていることにより、電池寿命の末期に単電池ケース２内のガス発生によって単電池ケース２が膨張した場合にも、単電池ケース２の外表面とセパレータ１５との間に空気流路２２を確保することができる。

［第３の実施形態］
本発明に係る組電池の第３の実施形態を、図６を参照して説明する。図６は本発明に係る組電池の第３の実施形態の縦断面図である。

この実施形態は第１の実施形態の変形であって、連結棒１９が、セパレータ１５を貫通せず、セパレータ１５の外周部の外側を通っている。この場合は、連結棒１９によって二つの端板１６が互いに締め付けられ、これらの端板１６にはさまれたセパレータ１５は、端板１６およびセパレータ１５同士の押し付けによって保持される。この実施形態では、第１の実施形態に比べてセパレータ１５が小さくなり、しかも形状が単純になる。

［第４の実施形態］
本発明に係る組電池の第４の実施形態を、図７を参照して説明する。図７は本発明に係る組電池の第４の実施形態の縦断面図である。

この実施形態は第１の実施形態の変形であって、隣接するセパレータ１５同士が接触して押し付けあう部分に貫通孔１８が形成され、この貫通孔１８に連結棒１９が貫通している。このような構成をとることにより、組電池の構造を強固なものとすることができ、また、組み立ても容易である。

［第５の実施形態］
本発明に係る組電池の第５の実施形態を、図８を参照して説明する。図８は本発明に係る組電池の第５の実施形態のセパレータの斜視図である。

この実施形態は第４の実施形態の変形であって、セパレータ１５は、隣接するセパレータ１５同士と接して互いに押し合う枠部３０が４辺を囲むように形成され、単電池ケース２は枠部３０内に配置される。枠部３０の４個の角部には連結棒１９が貫通する貫通孔１８が形成されている。枠部３０の上辺３１には、単電池１の負電極端子５および正電極端子７または、これらと電気的に接続された電線が貫通する端子用切り欠き３２が形成されている。

枠部３０の幅方向中央には、互いに隣接する二つの単電池ケース２の主面２０間で主面２０に平行に介在する平坦部２１が配置されている。また、平坦部２１から、対向する単電池ケース２の主面２０に向かって突出する複数の柱状部２８が形成されている。

枠部３０の底辺３５には、平坦部２１をはさんで両側に空気流入口３３が形成されている。また、枠部３０の二つの側辺３６の上部には、平坦部２１をはさんで両側に空気流出口３４が形成されている。この実施形態では、冷却空気は、底辺３５の空気流入口３３から流入して単電池ケース２の主面２０の外表面とセパレータ１５の平坦部２１の間の空気流路内を上向きに流れ、側辺３６の空気流出口３４から流出する。

この実施形態によれば、セパレータ１５によって単電池ケース２同士の電気絶縁を確保でき、しかも、金属製の単電池ケース２の主面２０の外側に接して空気流路が形成されているので、単電池１の発熱を効率よく外気に逃がすことができる。また、連結棒１９によって各セパレータ１５が結合されているので、強固な構造とすることができる。

［第６の実施形態］
本発明に係る組電池の第６の実施形態を、図９ないし図１１を参照して説明する。図９は本発明に係る組電池の第６の実施形態の組電池の斜視図である。図１０は図９の単電池とセパレータとを１個ずつ組み合わせた状態を示す正面図である。図１１は図９および図１０のセパレータの下方から見た斜視図である。

この実施形態で、セパレータ１５では、平坦部２１を鉛直向きとしたときに、その上端部と下端部に沿って、平坦部２１よりも肉厚で、その両面の厚さ方向に突出する上部肉厚部５２および下部肉厚部５３が形成されている。また、平坦部２１から上部肉厚部５２および下部肉厚部５３の厚さ方向の突出高さと同程度に突出した複数の柱状部２８が、平坦部２１の両面に形成されている。さらに、平坦部２１の側端部に沿って、平坦部２１が延びる方向に垂直に、たとえば単電池ケース２の側面の幅方向の中央位置まで突出する側壁部５４が形成されている。

側壁部５４の上端は、上部肉厚部５２の上端に沿って途中まで延びる上壁部６２につながっている。上壁部６２は、上部肉厚部５２に固定され、単電池ケース２のセル端子面５０に沿ってセル端子面５０の両端近くの一部にかぶさるように配置されている。セル端子面５０には単電池ケース２の負電極端子５および正電極端子７が配置されている。

側壁部５４の下端は、鋭角に曲がって下部肉厚部５３の下端から斜め上方に途中まで延びるばね部５５につながっている。ばね部５５は、側壁部５４の下端に固定され、下部肉厚部５３には固定されておらず、ばね部５５の先端が、単電池ケース２のセル端子面５０の反対側の底面５６を上向きに付勢するように構成されている。

側壁部５４には、平坦部２１をはさんで２箇所に、上下に延びる通風スリット５７が形成されている。

セパレータ１５はたとえば一体物として成形されている。また、上部肉厚部５２および下部肉厚部５３と単電池ケース２の主面２０が接触する部分は接着剤によって接着されている。

セパレータ１５に単電池１がはめ込まれて接着されて、図９に示すように一列に配列され、その外側全体が熱収縮チューブ６０によって囲まれて一体となり、組電池が形成されている。通風スリット５７は外気に向かって開放され、外気が通るように構成されている。通風スリット５７を通った冷却空気は、単電池ケース２の主面２０とセパレータ１５の平坦部２１との間に形成される空気流路を通って単電池１を冷却する。

各単電池１の負電極端子５および正電極端子７は熱収縮チューブ６０の内部で互いに電気的に直列または並列に接続され、外部端子６１に接続されている。

この実施形態によれば、連結棒やナットを用いることなしに組電池を組み立てることができ、組立作業や構造の簡素化が可能である。

［他の実施形態］
以上説明した実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。

たとえば、上記実施形態の説明では各単電池の周りに空気を流して冷却するものとしたが、冷却媒体として、空気以外のガスを用いてもよいし、水などの液体を用いてもよい。

また、第２の実施形態で、突起部として仕切り部２７と柱状部２８の両方を有する例を示したが、どちらか一方のみであってもよい。また、柱状部は離散して配置された複数のものであれば、円柱形などのほか、円錐形または円錐台などでもよい。

また、各実施形態の特徴を種々に組み合わせることも可能である。たとえば、第３の実施形態や第４の実施形態では、第１の実施形態と同様に、セパレータの平坦部２１に突起部を有しないものとして説明したが、第３の実施形態や第４の実施形態の変形として、第２の実施形態におけるセパレータの平坦部２１に突起部（保持部２６や仕切り部２７）を有するものとしてもよい。

さらに、第１ないし第５の実施形態のような連結ボルトを用いたものの外側に、第６の実施形態の熱収縮チューブをかぶせてもよい。

上記説明で、上下方向や水平方向について言及しているが、これは説明の便宜のためであって、本発明は重力の向きには関係なく適用できる。

本発明に係る組電池の第１の実施形態の縦断面図であって、図２のＩ−Ｉ線矢視断面図である。 図１の組電池のII−II線矢視断面図である。 図２の単電池の断面図である。 本発明に係る組電池の第２の実施形態のセパレータの断面図であって、図５のIV−IV線矢視断面図である。 図４のセパレータのＶ線矢視図である。 本発明に係る組電池の第３の実施形態の縦断面図である。 本発明に係る組電池の第４の実施形態の縦断面図である。 本発明に係る組電池の第５の実施形態のセパレータの斜視図である。 本発明に係る組電池の第６の実施形態の組電池の斜視図である。 図９の単電池とセパレータとを１個ずつ組み合わせた状態を示す正面図である。 図９および図１０のセパレータの下方から見た斜視図である。

符号の説明

１ 単電池
２ 単電池ケース
３ 電極群
５ 負電極端子
６ シール材
７ 正電極端子
１０ 端子側端面
１５ セパレータ
１６ 端板
１７、１８ 貫通孔
１９ 連結棒
２０ 主面
２１ 平坦部
２２ 空気流路
２６ 保持部
２７ 仕切り部
２８ 柱状部
３０ 枠部
３１ 上辺
３２ 端子用切り欠き
３３ 空気流入口
３４ 空気流出口
３５ 底辺
３６ 側辺
４０ ナット
５０ セル端子面
５２ 上部肉厚部
５３ 下部肉厚部
５４ 側壁部
５５ ばね部
５６ 底面
５７ 通風スリット
６０ 熱収縮チューブ
６１ 外部端子
６２ 上壁部

Claims (11)

1. 直方体の密閉型金属製単電池ケースを有する複数個の単電池を配列して一体化した組電池であって、
   前記単電池ケースはそれぞれの金属のケース外表面がむき出しの状態で、互いに隣接するケース外表面同士が間隔をあけて平行になるように配置され、
   前記互いに隣接するケース外表面との間に冷却流路を形成する電気絶縁材のセパレータが配置されていること、
   を特徴とする組電池。
2. 前記セパレータは、前記互いに隣接するケース外表面に沿って延びる平坦部と、前記互いに隣接するケース外表面に向かって突出する複数の突起部とを有することを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記突起部は前記冷却流路を仕切るように前記平坦部に沿って連続して延びた仕切り部を含むことを特徴とする請求項２に記載の組電池。
4. 前記突起部は前記冷却流路を仕切らないように互いに離散して配置された複数の柱状部を含むことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の組電池。
5. 前記単電池ケースはそれぞれ、他の面よりも大きい互いに平行な二つの主面を有する扁平な直方体であって、互いに隣接する前記単電池ケースは前記主面同士が前記セパレータをはさんで対向するように配置され、前記複数個の単電池が直線的に配列されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の組電池。
6. 前記直線的に配列された複数の前記単電池の最も外側で前記主面をはさむように一対の端板が前記主面に平行に配置され、前記一対の端板同士を連結して前記単電池の配列方向に延びる連結棒が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の組電池。
7. 前記セパレータは前記互いに隣接する単電池ケース同士で挟まれた空間から主面が延びる方向に突出した突出部を有し、この突出部には貫通孔が設けられ、前記連結棒が前記貫通孔を貫通するように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の組電池。
8. 前記配列された複数個の単電池の外側から前記単電池全体を保持する電気絶縁材からなる外枠を有すること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の組電池。
9. 前記外枠は、加熱によって収縮した熱収縮チューブであること、を特徴とする請求項８に記載の組電池。
10. 前記セパレータは、前記互いに隣接するケース外表面に沿って延びる平坦部と、前記互いに隣接するケース外表面に向かって突出する複数の突起部と、を有し、
    前記突起部と前記ケース外表面との接触面の少なくとも一部が接着剤によって接着されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の組電池。
11. 前記セパレータは、前記単電池ケースを外側からはさみ込んで内側に付勢するばね機構を有すること、を特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の組電池。

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