JP2013229198A - Battery and battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の電池を接続する電池システムに関する。 The present invention relates to a battery system for connecting a plurality of batteries.
従来、モバイルPC、携帯情報端末、デジタルビデオカメラなど、さまざまな製品に電池が使われている。この種の電子機器は高機能化が進んでおり、比較的消費電力が大きい。そのため、このような電子機器に用いられる電池は、大きな電気容量を必要とするため、単電池を複数個接続したパック電池がしばしば用いられる。パック電池は、例えば所定個数の単電池の端子をハンダで接続し、熱収縮性チューブでパックされている。 Conventionally, batteries are used in various products such as mobile PCs, personal digital assistants, and digital video cameras. This type of electronic device has advanced functionality and consumes a relatively large amount of power. For this reason, since batteries used in such electronic devices require a large electric capacity, a pack battery in which a plurality of unit cells are connected is often used. The battery pack is packed with a heat-shrinkable tube, for example, by connecting terminals of a predetermined number of single cells with solder.
また、ハンダなど別部材を用いずに電池間の抵抗を低減し、電池どうしを容易にかつ強固に接続させることを目的として、一方の電極端子を兼ねる有底円筒状の電池ケースと、他方の電極端子を兼ねる電池ケースの開口部を閉塞する封口板とを有する電池を複数個直列に接続する単電池間の接続構造であって、一方の電池の電池ケースの底部にフランジを有する第1の金属製リングが導電可能に接合され、他方の電池の封口板の上部にフランジを有する第2の金属製リングが導電可能に接合され、第1の金属製リングと第2の金属製リングとが嵌合された技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, for the purpose of reducing the resistance between the batteries without using another member such as solder, and connecting the batteries easily and firmly, the bottomed cylindrical battery case that also serves as one electrode terminal, and the other A connection structure between single cells in which a plurality of batteries having a sealing plate that closes an opening of a battery case that also serves as an electrode terminal is connected in series, and a first battery having a flange at the bottom of the battery case of one battery. A metal ring is joined in a conductive manner, and a second metal ring having a flange on the upper portion of the sealing plate of the other battery is joined in a conductive manner, and the first metal ring and the second metal ring are joined together. A technique of fitting is disclosed (for example, see Patent Document 1).
ところで、一般的に電池は経年の使用によって、不具合や劣化が生じる場合がある。不具合とは、例えば、何らかの原因により電池内部にガスが発生し、電池内圧が上昇して電解液の液漏れが生じることなどをいう。また、蓄電池の場合には、充放電の過程で正極や負極が膨張/収縮を繰り返して、経年の使用により正極や負極が十分な充電容量を得られなくなった場合には寿命となる。更には、組電池において特定の電池の充電状態(SOC)が低下することがある。このような不具合等によって電池が十分な性能を発揮できない場合には、その電池を交換する必要がある。 By the way, in general, a battery may be defective or deteriorated due to use over time. The defect means that, for example, gas is generated inside the battery due to some cause, the battery internal pressure increases, and the electrolyte leaks. In addition, in the case of a storage battery, when the positive electrode and the negative electrode are repeatedly expanded / contracted during the charge / discharge process, and the positive electrode and the negative electrode are unable to obtain a sufficient charge capacity due to use over time, the battery life is reached. Furthermore, the state of charge (SOC) of a specific battery in the assembled battery may decrease. When a battery cannot exhibit sufficient performance due to such a problem, it is necessary to replace the battery.
そこで、電池の接続と交換を容易にすることを目的として、正極端子と負極端子とを対向する面に設けた電池において、電池の正極端子と負極端子の形状をそれぞれ互いに嵌合できる形状とし、さらに電池の正極端子と負極端子同士を嵌合に際して、スラスト方向よりの嵌合だけでなく、スライド方向からの嵌合が可能な形状とし、両方の端子同士をワンタッチで嵌合させる技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 Therefore, for the purpose of facilitating connection and replacement of the battery, in the battery provided with the positive electrode terminal and the negative electrode terminal facing each other, the shape of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the battery can be fitted to each other, Further, when fitting the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the battery, not only the fitting from the thrust direction but also a shape that can be fitted from the sliding direction, and a technique for fitting both terminals with one touch is disclosed. (For example, refer to Patent Document 2).
一方、近年ではハイブリッド自動車などの車両にも電池が搭載される。このような電池は、電子機器に用いられるものよりも、さらに大きな電気容量が要求される。例えば、ハイブリッド自動車に搭載される電池では201.6Vの電圧を要するものがあり、この電圧を得るために、例えば1.2Vの単電池を6セル直列接続した7.2Vの電池モジュールを28モジュール直列接続することになり、168個の単電池が直列接続されることとなる。このような電気自動車等に用いられる電池は、互いに溶接により接続されており、振動や衝撃に対する配慮が払われている。
また地上の蓄電設備においては、より大きな電池容量を確保するために、直列接続された電池を並列接続されて使用されるが、更に多数の単電池を必要とする。
On the other hand, in recent years, batteries are also mounted on vehicles such as hybrid cars. Such a battery is required to have a larger electric capacity than that used in an electronic device. For example, some batteries mounted on hybrid vehicles require a voltage of 201.6 V. To obtain this voltage, for example, a battery module of 7.2 V in which six cells of 1.2 V are connected in series is replaced with 28 modules. It will be connected in series, and 168 unit cells will be connected in series. Batteries used in such electric vehicles are connected to each other by welding, and consideration is given to vibration and impact.
Moreover, in the ground storage facility, in order to secure a larger battery capacity, batteries connected in series are used in parallel connection, but a larger number of single cells are required.
車両に搭載される電池として、正負の電極端子を有する角形電池と、正負の電極端子が直列に電気接続され、複数の角形電池を積層した電池ブロックと、この電池ブロックの両端に配置されたエンドプレートと、この一対のエンドプレートに連結され、複数の角形電池を拘束する連結具とを備えた電池モジュールであって、正負の電極端子に当接部を設け、ネジで連結具を螺着して締結する拘束力により、隣接する角形電池の当接部を当接させて電極端子を電気接続された技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。 As a battery mounted on a vehicle, a prismatic battery having positive and negative electrode terminals, a battery block in which positive and negative electrode terminals are electrically connected in series, and a plurality of prismatic batteries are stacked, and ends disposed at both ends of the battery block A battery module comprising a plate and a connector that is connected to the pair of end plates and restrains a plurality of prismatic batteries, wherein a contact portion is provided on the positive and negative electrode terminals, and the connector is screwed with screws. A technique is disclosed in which electrode terminals are electrically connected by abutting abutting portions of adjacent rectangular batteries with a binding force that is fastened (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、従来のパック電池は、いずれか1つの単電池に不具合や劣化が生じた場合、熱収縮チューブを取り除き、接続端子を取外して、不具合等のある電池を交換する必要があり、作業に手間と時間がかかる。電気自動車等のように溶接により電池間が接続された電池モジュールにあっては、不具合等生じた単電池の交換には更に大きな手間と時間を必要とする。 However, in the case of a conventional battery pack, if any one unit cell is defective or deteriorated, it is necessary to remove the heat-shrinkable tube, remove the connection terminal, and replace the defective battery. And take time. In a battery module in which batteries are connected by welding, such as in an electric vehicle, it takes much time and effort to replace a unit cell in which a malfunction has occurred.
また、特許文献1または2に開示の技術は、いずれも電池の接続方向が限られており、電池を搭載するスペースが限定される場合には適用が難しい。特に、車両に搭載される電池のように、限られたスペースで非常に多数の電池を接続する際には適用が困難である。また、いずれか1つの電池に不具合があった場合、これを取り出すためには隣り合う2つの電池との接続を外す必要があり、作業性が悪い。
In addition, any of the techniques disclosed in
また、特許文献3に開示の技術は車両に搭載することを目的とした電池モジュール(組電池)であるが、いずれかの単電池に不具合がある場合、一旦電池モジュールを分解してから不具合のある電池を交換し、再度電池モジュールを組み立てる必要があり、電池交換作業に手間と時間がかかる。
Moreover, although the technique disclosed in
本発明の目的は、不具合や劣化等の生じた電池について、電池モジュール(組電池)としての性能を回復するために、電池交換を容易に行えるよう構成した電池を提供することにある。あるいは、不具合や劣化等の生じた電池の取り外しを容易に行うことにより、電池モジュールを組み込んだ車両等の運転を継続可能にすることにある。 An object of the present invention is to provide a battery that can be easily replaced in order to recover the performance as a battery module (assembled battery) for a battery in which a defect or deterioration has occurred. Alternatively, it is possible to easily continue operation of a vehicle or the like in which a battery module is incorporated by easily removing a battery in which a defect or deterioration has occurred.
上記の課題を解決するため、本発明に係る電池は、筒状の外装体と、前記外装体に収納される正極と負極と前記正極と前記負極の間に介在するセパレータとを含む電極体と、前記電極体の外方であって前記外装体の軸方向に突出する集電体とを有する電池において、前記集電体の両端に係合し、前記電極体を前記外装体内部に保持するプラグと、前記外装体がその両端部において軸方向に延伸する延伸部を有していて、前記プラグと前記延伸部との間に隙間を有していて、前記外装体が前記正極もしく負極のいずれか一方の電極に電気的に接続され、かつ、前記集電体が他方の電極に電気的に接続されている。(CL1) In order to solve the above-described problems, a battery according to the present invention includes a cylindrical exterior body, an electrode body including a positive electrode and a negative electrode housed in the exterior body, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. A battery having a current collector that is outward of the electrode body and protrudes in the axial direction of the exterior body, engages with both ends of the current collector, and holds the electrode body inside the exterior body. The plug and the outer package have extending portions extending in the axial direction at both ends thereof, and there is a gap between the plug and the extended portion, and the outer package is the positive electrode or the negative electrode The current collector is electrically connected to the other electrode, and the current collector is electrically connected to the other electrode. (CL1)
ここで、筒状とは、例えば円筒状や角筒状をいう。集電体は外装体の軸上に、電極体の両端部外方に突き出ており、正極もしくは負極のいずれか一方の電極に電気的に接続されている。集電体の両端部にはプラグが取り付けられていて、電極体を外装体内部に固定、保持する。一方、外装体はその両端部が軸方向に延伸しており、延伸部分の内方とプラグの間に隙間が形成されている。そして、外装体は他方の電極に電気的に接続されている。 Here, the cylindrical shape means, for example, a cylindrical shape or a rectangular tube shape. The current collector protrudes outward from both ends of the electrode body on the axis of the exterior body, and is electrically connected to either the positive electrode or the negative electrode. Plugs are attached to both ends of the current collector, and the electrode body is fixed and held inside the exterior body. On the other hand, both ends of the exterior body extend in the axial direction, and a gap is formed between the inside of the extended portion and the plug. The exterior body is electrically connected to the other electrode.
また、本発明に係る電池は、前記プラグの両端部軸方向に互いに連通しない袋ナットが形成されていて、当該袋ナットが前記集電体に係合する構造となっている。(CL2)
この構成によれば、プラグは袋ナットを形成しており、集電体の両端部に施したネジ溝に螺合して電極体を保持する。袋ナットは円柱状のプラグの軸上の両端に形成さていて、そのおのおのの袋ナットは互いに連通していない。
In the battery according to the present invention, a cap nut that does not communicate with each other in the axial direction of both ends of the plug is formed, and the cap nut engages with the current collector. (CL2)
According to this configuration, the plug forms a cap nut, and holds the electrode body by being screwed into the thread grooves formed on both ends of the current collector. The cap nuts are formed at both ends of the cylindrical plug shaft, and the cap nuts do not communicate with each other.
本発明に係る電池は、前記プラグの側面が絶縁部材で覆われている。(CL3)この構成によれば、円柱状プラグの側面が絶縁部材で覆われていて、プラグと外装体が後述する接続金具により短絡するのを防止する。 In the battery according to the present invention, the side surface of the plug is covered with an insulating member. (CL3) According to this configuration, the side surface of the cylindrical plug is covered with the insulating member, and the plug and the exterior body are prevented from being short-circuited by the connection fitting described later.
また、本発明に係る電池システムは、前記袋ナットの一方が前記集電体に係合し、前記袋ナットの他方が隣接する電池の集電体に係合して構成される。(CL4)
この構成によれば、一方の袋ナットが前記集電体に係合し、他方の袋ナットが隣接する電池の集電体に係合して、2つの電池が直列に接続されることとなる。
Further, the battery system according to the present invention is configured such that one of the cap nuts engages with the current collector, and the other of the cap nuts engages with a current collector of an adjacent battery. (CL4)
According to this configuration, one cap nut is engaged with the current collector, and the other cap nut is engaged with a current collector of an adjacent battery, so that two batteries are connected in series. .
本発明に係る電池システムは、前記外装体と前記プラグとの間に形成された前記隙間に嵌まる第1嵌合部と、当該第1嵌合部から前記外装体の径方向の外向きに延在して隣接する電池のプラグに係合する連結部とを有する第1接続金具により、隣接する電池を接続してなる。(CL5)
この構成によれば、第1嵌合部は、外装体とプラグとの間に形成された隙間の一部に嵌合する。具体的には、当該嵌合部は外装体の径方向の外向に湾曲した金属板である。外装体が円筒状で、プラグが円柱状であるので、平面視においてこれらの間に生じる隙間は円環状となっている。このため、この隙間に嵌合する嵌合部は平面視形状が円弧状となっている。なお、外装体が四角柱状で、プラグの平面視形状が矩形状であれば、平面視においてこれらの間に生じる矩形枠状の隙間の一辺に嵌合するような、平面視形状が帯状の嵌合部や、矩形枠状の隙間の全てに嵌合するような、矩形枠状の嵌合部となる。
The battery system according to the present invention includes a first fitting portion that fits into the gap formed between the exterior body and the plug, and a radially outward direction of the exterior body from the first fitting portion. Adjacent batteries are connected by a first connection fitting having a connecting portion that extends and engages a plug of the adjacent battery. (CL5)
According to this configuration, the first fitting portion is fitted into a part of the gap formed between the exterior body and the plug. Specifically, the fitting portion is a metal plate curved outward in the radial direction of the exterior body. Since the exterior body is cylindrical and the plug is columnar, the gap generated between them is an annular shape in plan view. For this reason, as for the fitting part fitted to this clearance gap, planar view shape is circular arc shape. In addition, if the exterior body is a quadrangular prism and the planar view shape of the plug is rectangular, the planar view shape fits to one side of a rectangular frame-shaped gap generated between them in the planar view. It becomes a rectangular frame-shaped fitting part that fits into the joint part or all of the rectangular frame-shaped gap.
本発明に係る電池システムは、前記第1接続金具の一つが、前記電池の一端に取り付けられ、前記第1接続金具の他の一つが、前記電池の他端に取り付けられ、隣接する電池を接続してなる。(CL6)この構成によれば、第1接続金具は電池の上下端の両端に取り付けられ、電池は第1接続金具により直列に接続され、電池システムを構成する。(CL7) In the battery system according to the present invention, one of the first connection fittings is attached to one end of the battery, and the other one of the first connection fittings is attached to the other end of the battery to connect adjacent batteries. Do it. (CL6) According to this configuration, the first connection fitting is attached to both ends of the upper and lower ends of the battery, and the battery is connected in series by the first connection fitting to constitute a battery system. (CL7)
本発明に係る電池システムは、前記外装体と前記プラグとの間に形成された前記隙間に嵌まる第2嵌合部と、隣接する電池の外装体とプラグとの間に形成された隙間に嵌まる第3嵌合部と、当該第2嵌合部と第3嵌合部と接続する連結部とを有する第2接続金具により隣接する電池の一方の極を接続して、かつ、前記プラグと隣接する電池のプラグを接続する第3接続金具により隣接する電池の他方の極を接続してなる。(CL8)そして、本発明に係る第2および第3接続金具により、電池システムが構成される。(CL9)
この構成によれば、2つの異なった形状の接続金具により、複数の電池を接続可能にする。
The battery system according to the present invention includes a second fitting portion that fits into the gap formed between the exterior body and the plug, and a gap formed between the exterior body and the plug of the adjacent battery. One plug of an adjacent battery is connected by a second connection fitting having a third fitting portion to be fitted, and a connecting portion connected to the second fitting portion and the third fitting portion, and the plug And the other electrode of the adjacent battery is connected by a third connection fitting for connecting the plug of the adjacent battery. (CL8) And the battery system is comprised by the 2nd and 3rd connection metal fitting which concerns on this invention. (CL9)
According to this structure, a plurality of batteries can be connected by two differently shaped connection fittings.
本発明に係る電池システムは、複数の電池をブラケットに取り付けて、前記電池を前記接続金具1、もしくは前記接続金具2と接続金具3により接続して、送風機から前記ブラケットと平行方向に冷却空気を送ってなる。(CL10)
この構成によれば、電池システムから電気を取り出す際に、端子を兼ねる外装体やプラグ以外にも、この貫通孔に配線ケーブル等を接続するなどして電気を取り出すことができる。
In the battery system according to the present invention, a plurality of batteries are attached to a bracket, the batteries are connected by the connection fitting 1 or the connection fitting 2 and the connection fitting 3, and cooling air is supplied in a direction parallel to the bracket from the blower. I will send it. (CL10)
According to this configuration, when taking out electricity from the battery system, it is possible to take out electricity by connecting a wiring cable or the like to the through hole in addition to the exterior body and the plug that also serve as terminals.
以上のように、本発明に係る電池システムは、複数の電池を接続する接続部材とを備え、接続部材によって複数の電池を容易に接続でき、また電池交換も容易にできる。 As described above, the battery system according to the present invention includes the connection member that connects the plurality of batteries, and the connection member can easily connect the plurality of batteries, and can easily replace the battery.
本発明に係る実施形態を図面に基づき説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。 Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.
<第一実施形態>
本発明の第一実施形態に係る電池システムは、接続部材により複数の電池を接続してなる電池システムである。以下、本実施形態の電池システムを構成する電池と接続部材の構造、および接続部材による電池の接続について説明する。
<First embodiment>
The battery system according to the first embodiment of the present invention is a battery system in which a plurality of batteries are connected by a connecting member. Hereinafter, the structure of the battery and the connection member constituting the battery system of the present embodiment, and the connection of the battery by the connection member will be described.
1.電池の構成
(1)電池本体の構造
図1は、本発明の第一実施形態である電池1を示す断面図であり、図2は、電池本体2を示す断面図とプラグ11を示す断面図および平面図である。図1と図2を用いて、本発明の第一実施形態である電池1の構造について説明する。なお、本実施形態においては、電池1の軸方向を上下方向として説明する。
1. Configuration of Battery (1) Structure of Battery Main Body FIG. 1 is a cross-sectional view showing a battery 1 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a battery
図1、図2に示すように、本発明の第一実施形態である電池1は、円筒状の電池であって、電池本体2とプラグ11とを備える。電池本体2は、外装体3と電極を主な構成要素としている。外装体3は、上方および下方が開口した円筒状であって、その両端部において軸方向に延伸する延伸部3bを有している。電極は、中央に孔のあいた円盤状の正極5と負極6とが、中央に孔のあいた円盤状のセパレータ7を介して順に積層され電極体4を構成し、電極体4が電解液と共に外装体3内部に収納されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the battery 1 according to the first embodiment of the present invention is a cylindrical battery, and includes a
そして、電極体4を上下から挟み込むように、中央に孔のあいた円盤状のキャップ9がそれぞれ配され、さらに電極体4およびキャップ9を上下から挟むように、中央に孔のあいた円盤状の絶縁パッキン10がそれぞれ配されている。なお、絶縁パッキン10は、外装体3と後述する集電体8とがプラグ11を介して短絡するのを防止するとともに、電解液の漏れを防ぐシール材として機能する。
A disc-shaped
棒状の集電体8が、正極5と負極6とセパレータ7とキャップ9と絶縁パッキン10を貫通し、絶縁パッキン10の上方および下方に一部突出するように外装体3の軸方向に配されている。また、集電体8と外装体3とは、軸方向の長さが略同じ長さとなっている。そして、集電体8の軸方向に突出した部分には、その表面にねじ溝が形成されていて、後述するプラグ11に設けたナット部14に螺合可能に構成されている。
A rod-shaped
なお、一例として、本実施形態においては、集電体8の形状を棒状とし、正極5、負極6、セパレータ7等を円盤状としているが、これに限られず、例えば集電体8の形状を板状とし、正極5、負極6、セパレータ7等を角型としてもよい。
As an example, in the present embodiment, the shape of the
また、正極5の外径は、外装体3の内周径より小さく、正極5は外装体3の内周面に接触せず、正極5の中央に設けた孔の径は集電体8の径より小さく、正極5は集電体8に接触している。一方、負極6の外径は、外装体3の内周径より大きくて、負極6は外装体3の内周面に接触しており、負極6の中央に設けた孔の径は集電体8の径より大きくて、負極6は集電体8に接触していない。外装体3および集電体8は導電性を有する素材からなり、一例として本実施形態では鋼材にニッケルめっきを施してある。
Further, the outer diameter of the
このように、正極5が集電体8と接触して電気的に接続され、負極6が外装体3と接触して電気的に接続されているので、集電体8が正極端子として機能し、外装体3が負極端子として機能する。なお、反対に正極5と外装体3とが接触し、負極6と集電体8とが接触する構成とすれば、外装体3が正極端子となり、集電体8が負極端子となる。また、正極5と負極6とはセパレータ7によって互いに絶縁されている。なお、本実施形態において、セパレータ7は、外装体3の内周面に接触する径を持つ円盤状で、中央の孔は集電体8の外周面に接触する径で構成する。これにより、セパレータ7が正極5と負極6を確実に絶縁する。
Thus, since the
また、正極5には、一例として多孔質の発泡ニッケルやニッケル焼結体からなる基板を用い、水酸化ニッケルを主とする正極活物質と合材を塗布してなる。また、負極6には、一例としてニッケルめっき鋼板に多数の孔を形成した基板を用い、水素吸蔵合金を主とする負極活物質と合材を塗布してなる。また、セパレータ7には、一例として絶縁性の不織布を用いる。また、電解液にはアルカリ系水溶液を用いる。つまり、本実施形態においては、一例として電池1がニッケル水素電池の場合である。
For example, the
また、外装体3の側壁の上端および下端は、その内側の角が取られており、後述する接続部材20の嵌合部21との取り付けをガイドする。
Further, the upper and lower ends of the side wall of the
(2)プラグの構造
図1、図2に示すように、プラグ11は円柱状で、上方にナット部14a、下方にナット部14bが形成されていて、集電体8が螺合するようになっている。上下のナット部14a、14bは、袋ナットを形成しており、互いに連通することがない。電池1の内部に保持されている電解液は、集電体8を伝って電池本体2の外に流れようとする傾向にあるが、プラグ11が袋ナットの形状であるため、電解液は電池本体2の外に漏れることを防いでいる。
(2) Structure of the plug As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、プラグ11は、円柱状の導電部材12と、導電部材12の側面には外周を覆うように配された円筒状の絶縁ピース13とを備える。ナット部14a、14bにはねじ加工が施されている。集電体8にナット部14a、4bを螺合させて、プラグ11により正負極5,6およびセパレータ7からなる電極体4を外装体3の内部に保持する。プラグ11の導電部材12は、表面にニッケルめっきがされた鋼材からなり、導電性を有する。すなわち、プラグ11と、集電体8とを接続することで、集電体8を介してプラグ11が正極端子として機能する。
The
プラグ11の径は、外装体3の内径よりも小さく、プラグ11と外装体3との間に円環状の隙間15が形成されている。この隙間15に、後述する接続部材を取り付けて、隣接する電池1を互いに接続する(図5参照)。
The diameter of the
一方、複数の電池1の接続は、プラグ11を用いて行うこともできる。接続部材が、電池1を互いに横方向に接続するのに対し、プラグ11は、電池1を上下方向に接続する。以下、プラグ11を用いた電池1の接続について説明する。
On the other hand, the plurality of batteries 1 can be connected using the
(3)プラグによる電池の接続
図3(a)は、2つの電池1をプラグ11を用いて接続した接続部分の拡大断面図である。図3(a)に示すように、プラグ11を用いて電池1を接続する場合、上側の電池1の下方に突出した集電体8と、プラグ11の上方のナット部14aとを螺合させて締結し、下側の電池1の上方に突出した集電体8と、プラグ11の下方のナット部14bとを螺合させて締結する。そして、上下の電池1の外装体3を図示しない配線で接続する。これにより2つの電池1が、プラグ11と図しない配線を介して並列に接続することができる。
(3) Connection of Battery Using Plug FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view of a connection portion where two batteries 1 are connected using a
2つの電池1を接続する別の方法として、上側の電池1は外装体3を負極、集電体8を正極とし、下側の電池1は外装体3を正極、集電体8を負極となるよう構成してもよい。そうすれば、配線による接続は省略することができ、2つの電池1を直列に接続することができる。
As another method of connecting two batteries 1, the upper battery 1 uses the
なお、上側の電池1の上方と、下側の電池1の下方には、プラグ11を介して電気を取り出すための端子部材16をそれぞれ接続する。具体的には、図3(b)に示すように、上側の電池1の上方に取り付けたプラグ11の上方のナット部14aに、端子部材16を挟み込みボルト17で接続する。これにより、上側の電池1の集電体8とプラグ11と端子部材16とが電気的に接続され、上側の端子部材16が正極端子となる。端子部材16には電気を取り出すための配線ケーブル(図示せず)を取り付ける。
A
同様に、下側の電池1の下方に取り付けたプラグ11に端子部材16を接続することで、下側の電池1の集電体8とプラグ11と端子部材16とが電気的に接続され、下側の端子部材16が負極端子となる。これにより、2つの電池1から、端子部材16に接続された配線ケーブルを通じて外部に電気を取り出すことができる。
Similarly, by connecting the
2.接続部材の構成
(1)接続部材20
次に、電池1の接続に用いる接続部材について説明する。図4の(a)〜(e)は、接続部材20、30、40、40’、50の斜視図である。これら接続部材の構造について順に説明する。図4(a)に示すように、接続部材20は、電池1の隙間15の一部に嵌合する嵌合部21と、電池1のプラグ11と接続する接続部22と、嵌合部21と接続部22とをつなぐ連結部23とを備え、これらが一体に形成されている。嵌合部21は、湾曲した金属板であって、平面視形状が図示するように円弧状である。嵌合部21の厚さは隙間15の幅より少し大きく、嵌合部材21が隙間15に圧力をもって嵌合する。嵌合部21の高さはプラグ11と略同じ寸法で、嵌合部21を隙間15に取り付けたときに、プラグ11と嵌合部21の上面の高さが揃うようになっている(図5参照)。
2. Configuration of connecting member (1) Connecting
Next, a connection member used for connecting the battery 1 will be described. 4A to 4E are perspective views of the connecting
また、連結部23は嵌合部21の上方から電池1の径方向の外向きに延在し、連結部23からさらに径方向の外向きに延伸して接続部22が設けられている。また、接続部22にはボルト11の径より大きな貫通孔24が形成されていて、ボルト17を用いてプラグ11に接続部22を固定できるようになっている。連結部23には別の貫通孔25が形成され、貫通孔25の内周面がねじ溝加工されている。これにより、ボルト26を用いて貫通孔25に端子部材16を取り付けることができる(図5参照)。
In addition, the connecting
(2)接続部材30
図4(b)に示すように、接続部材30は、2つの嵌合部31、32と、これら嵌合部31、32をつなぐ連結部33とを備え、これらが一体に形成されている。嵌合部31、32は、湾曲した金属板であって、平面視形状が図示するように円弧状である。嵌合部21の厚さは隙間15の幅より少し大きく、嵌合部材21が隙間15に圧力をもって嵌合する。嵌合部21の高さがプラグ11と略同じ寸法で、嵌合部31、32を隙間15に取り付けたときに、プラグ11と嵌合部31、32の上面の高さが揃うようになっている(図7参照)。
(2)
As shown in FIG. 4B, the
また、連結部33は嵌合部31、32の上方からそれぞれ電池1の径方向の外向きに延在し、嵌合部31、32を連結している。連結部33には貫通孔35が形成され、貫通孔35の内周面はねじ溝加工されている。これにより、ボルト26を用いて連結部31、32に端子部材16を取り付けることができる(図7参照)。
Further, the connecting
(3)接続部材40
図4(c)に示すように、接続部材40は、嵌合部を有さず、2つの接続部41、42と、これら接続部41、42をつなぐ連結部43とを備える板状の部材である。連結部43と一方の接続部42とは同じ高さに延在していて、他方の接続部41はこれら接続部42および連結部43よりも板厚ぶん低く構成されている。
(3)
As shown in FIG. 4C, the connecting
また、接続部41、42には貫通孔44が形成され、貫通孔44はプラグ11のナット部14の孔よりも大きくなっていて、ボルト17を用いてプラグ11に接続部41、42を固定できる。また、連結部43には貫通孔45が形成され、貫通孔45の内周面はねじ溝加工されている。これにより、ボルト26を用いて貫通孔45に端子部材16を取り付けることができる。また、端子部材16を、プラグ11のナット部14とボルト17との間に取り付け、電気を取り出すこともできる(図7参照)。
Further, the through
また、図4(d)に示す接続部材40’は、接続部材40の変形例である。接続部40’は、2つの接続部41と、これら接続部41をつなぐ連結部43を備える板状の部材である。また、2つの接続部41は、連結部43よりも板厚ぶん低く構成されている。なお、接続部材40’は、接続部材40を用いて複数の電池1を接続するときに、端部の電池1を接続するために用いる。
A
(4)接続部材50
図4(e)に示すように、接続部材50は、複数の貫通孔53を備える長板状の部材である。また、貫通孔53はプラグ11のナット部14の孔よりも大きくなっていて、ボルト17を用いて複数のプラグ11にそれぞれ固定して、複数の電池1を接続することができる(図9参照)。多数の電池1を接続する場合、接続部材40は多数必要となるところ、接続部材50は一つあればよい。
これら接続部材20、30、40、40’、50は鋼材にニッケルめっきしたものを用いた。
(4)
As shown in FIG. 4E, the
These connecting
3.接続部材を用いた電池接続
(1)接続部材20を用いた電池1の接続
次に、図5、図6、図7、図8、図9に基づき、接続部材20〜50を用いた電池1の接続について順に説明する。図5は、接続部材20を用いて複数の電池1を接続した状態を示す断面図である。図5に示すように、隣り合う電池1が接続部材20により順に接続されている。なお、この接続に用いる複数の電池1は、外装体3が負極集電体となり、集電体8が正極集電体となる構成としていて、外装体3が負極端子となり、集電体8を介してプラグ11が正極端子となる。
3. Battery connection using connection member (1) Connection of battery 1 using
図5における右側の電池1Aは、その上下に取り付けられた2つの接続部材20A、20Bによって、隣の電池1Bと接続されている。接続部材20Aは、湾曲した金属板(平面視円弧状)の嵌合部21が、電池1Aの電池本体2とプラグ11との間のできた平面視円環状の隙間15の一部に嵌合して取り付けられている。このとき、嵌合部21の外側面21aと外装体3の内周面3aとが接触して電気的に接続される。なお、嵌合部21とプラグの導電部材12とは、絶縁ピース13によって絶縁され、また嵌合部21と電極体4とは、絶縁パッキン10によって絶縁されているので、電池1が電気的に短絡を生ずることはない。
The
一方、嵌合部21の反対側に位置する接続部22は、電池1Bのプラグ11のナット部14aにボルト17によって接続固定される。これにより、接続部22とプラグ11の導電部材12とが接触して電気的に接続される。このとき、ボルト17は貫通孔24を貫通してナット部14aと螺合して締結固定されるが、貫通孔24の孔径はボルト17の径よりも大きいので、ボルト17を少し緩めて接続部材20を周方向に回転させることができる。これにより、電池1の接続方向を変更することができるので、複数の電池1の配置を調整することができる。
On the other hand, the
以上のようにして、電池1Aの正極端子であるプラグ11と、電池1Bの負極端子である外装体3とが接続部材20Aによって電気的・機械的に接続され、電池1Aと電池1Bとが直列に接続されることとなる。電池1Aと電池1Bとは、その下方に取り付けられた接続部材20Bによっても接続されている。接続部材20Bの接続は、上記接続部材20Aの場合と同様である。このように、本実施形態においては、電池1Aと電池1Bとが、上下2つの接続部材20A、20Bにより接続されるので、電池1からの電気は上下方向に2分されて取り出されることとなる。1つの接続部材で電気を取り出す場合に比べて、外装体3および集電体8を流れる電流は各1/2となり、ジュール損失は大幅に軽減されることとなる。
As described above, the
また、電池1Aと電池1Bとの接続の他、その他の電池1も同様の手順で接続されている。このように複数の電池1を直列接続することで、電池1が1つの場合よりも、大きな電圧を得ることができる。なお、直列接続された複数の電池1から電気を取り出すには、正負極端子に端子部材16を取り付けて行う。具体的には、電池1Aの上下のプラグ11に端子部材16をボルト17で固定し、この端子部材16にそれぞれ取り付けた配線ケーブル(図示せず)を接続してプラス側の電気を取り出す。そして、電池1Dの上下に取り付けた接続部材20Dの連結部23にそれぞれ端子部材16を取り付けて、これら端子部材16に取り付けた配線ケーブル(図示せず)を接続してマイナス側の電気を取り出す。
In addition to the connection between the
端子部材16と連結部23との接続は、図6(a)に示すように、端子部材16の貫通孔にボルト26を通し、ボルト26を連結部23の貫通孔25に螺合して締結固定することにより行うことも可能である。また、端子部材16は導電部材12に接続することもでき(例えば図7)、端子部材16と導電部材12との接続は、端子部材16の貫通孔にボルト17を通し、ボルト17を導電部材12のナット部14に螺合して締結固定することにより行う。
As shown in FIG. 6A, the
以上のように、本実施形態の接続部材20を用いることによって、複数の電池1を簡単に接続することができ、電池1を取り外すことも容易にできる。これにより、不具合や劣化が生じた電池1を、簡単な操作で交換することができる。また、接続部材20を用いることで電池1を横方向(電池の軸線に垂直方向)に接続することができる。さらに、接続部22の貫通孔24がボルト17の径より大きく、かつ、嵌合部21が、電池1の平面視円環状の隙間15の一部に嵌合する平面視円弧状の形状であるため、接続部材20を周方向に回転することでき、容易に電池1の配置を変更することができる(図6(b)(c)参照)。また、このように接続部材20を周方向に回転することができ、かつ、嵌合部21が電池1の隙間15に納まりよく取り付けられるので、電池1を効率よく配置することが可能となり、配置の自由度が増す。
As described above, by using the
(2)接続部材30と接続部材40を用いた電池1の接続
図7は、接続部材30と接続部材40を用いて複数の電池1を接続した状態を示す断面図である。図7に示すように、隣り合う電池1が接続部材30と接続部材40とによって順に接続されている。なお、複数の電池1は、外装体3が負極集電体となり、集電体8が正極集電体となる構成とし、外装体3が負極端子となり、集電体8を介してプラグ11が正極端子となる。
(2) Connection of Battery 1 Using
図7における右側の電池1Eは、その上方に取り付けられた接続部材30Aと、下方に取り付けられた接続部材40Aとにより、隣の電池1Fと接続されている。接続部材30Aは、平面視円弧状(湾曲した金属板)の嵌合部31が電池1Eの電池本体2と上方のプラグ11との平面視円環状の隙間15の一部に嵌合して取り付けられている。このとき、嵌合部31の外側面31aと外装体3の内周面3aとが接触して電気的に接続されている。なお、嵌合部31とプラグの導電部材12とは、絶縁ピース13によって絶縁され、また嵌合部31と電極体4とは、絶縁パッキン10によって絶縁されているので、電池1が電気的に短絡することはない。
The
また、嵌合部32は、嵌合部31と同様、電池1Fの電池本体2とプラグ11との平面視円環状の隙間15の一部に嵌合して取り付けられる。このとき、嵌合部32の外側面32aと外装体3の内周面3aとが接触して電気的に接続されている。なお、嵌合部31および嵌合部32は、電池1の平面視円環状の隙間15の一部に嵌合する平面視円弧状の形状であるため、それぞれ隙間15を周方向に回転させることができる。
Similarly to the
また図7において、接続部材40Aは、接続部42が、電池1Eの下方の導電部材12のナット部14bとボルト17との間に挟まれ、更に、接続部材40Zの接続部41もボルト17により挟まれて、とともに導電部材12に接続固定される。これにより、接続部材40Aの接続部42の上面が接続部材40Zの接続部41の下面と接触し、接続部材40Zの接続部41の上面がプラグ11の導電部材12の下面と接触して、これらが導通する。このとき、ボルト17は接続部材40Aの貫通孔44を通りナット部14bと螺号して締結固定されるが、貫通孔44はボルト17の径よりも大きいので、ボルト17を少し緩めて接続部材40Aを周方向に回転させることができる。
In FIG. 7, the connecting
一方、接続部41は、電池1Fの下方の導電部材12のナット部14bとボルト17との間に挟まれ、更に、接続部材40Bの接続部42もボルト17により挟まれて、とともに導電部材12に接続固定される。これにより、接続部材40Aの接続部41の上面が導電部材12の下面と接触し、接続部材40Aの接続部41の下面が、接続部材40Bの接続部42の上面と接触して、これらが導通する。なお、接続部材40Aの接続部41は、接続部材40Bの接続部42および連通部43よりも板厚ぶん低くなっているので、接続部41と接続部42とを重ねて接続したときに、電池1E、1Fの取り付け高さが揃う。また、ボルト17は接続部材40Aの貫通孔44を通り導電部材12のナット部14bと螺号して締結固定されるが、貫通孔44はボルト17の径よりも大きいので、ボルト17を少し緩めて接続部材40Aを周方向に回転させることができる。
On the other hand, the connecting
また、この接続において、電池1の下方において、プラグ11から絶縁ピース13を取りはずした状態の導電部材12を取り付けているが、導電部材12に絶縁ピース13を取り付けて使用してもよい。また、接続部材30Aと接続部材40Aは、いずれも周方向に回転させることができるので、電池1の配置を容易に調整することができる。
In this connection, the
以上のようにして、電池1Eと電池1Fの負極端子である外装体3が接続部材30Aにより電気的・機械的に接続され、電池1Eの正極端子であるプラグ11と電池1Fの正極端子である導電部材12とが接続部材40Aにより電気的・機械的に接続され、電池1Eと電池1Fとが並列に接続されることになる。
As described above, the
上記電池1Eと電池1Fとの接続と同様に、その他の電池1も接続する。なお、図8(a)に示すように、左側端部の電池1については、端部の接続部材40を取り付けない。また、図8(b)に示すように、右側端部の電池1については、接続部材40にかえて、接続部材40’を取り付けて接続する。右側端部の電池1に接続部材40’を用いるのは、右側端部の電池1と、その隣の電池1との高さを合わせるためである。逆に、右側端部の電池1に接続部材40をそのまま用いると、右側端部の電池1の高さが、その他の電池1の高さよりも少し高い位置になってしまう。
Similar to the connection between the
このような構成により、複数の電池1を並列接続することで、電池1が1つの場合よりも、多くの電気量を得ることができる。また、並列接続された複数の電池1から電気を取り出すためには、例えば電池1Gにおいて、接続部材30Bの連結部33に負極側の端子部材16を取り付けて、電池1Gの導電部材12に正極側の端子部材16を取り付けて、これら端子部材16に配線ケーブルを接続して、電池の外部に電気を取り出すことができる(図7参照)。なお、導電部材12に端子部材16を取り付ける代わりに、接続部材40Bの連結部43に端子部材16を接続してもよい。
With such a configuration, by connecting a plurality of batteries 1 in parallel, a larger amount of electricity can be obtained than when one battery 1 is used. In order to take out electricity from the plurality of batteries 1 connected in parallel, for example, in the
なお、図7の接続において、複数の電池1のすべてが外装体3を負極集電体とし、集電体8を正極集電体として構成しているが、外装体3を負極集電体と集電体8を正極集電体とした電池1と、外装体3を正極集電体と集電体8を負極集電体とした電池1とを、交互に接続する構成とすれば、複数の電池1を直列に接続することもできる。
In the connection of FIG. 7, all of the plurality of batteries 1 are configured with the
(3)接続部材30と接続部材50を用いた電池1の接続
図9に、複数の電池1が接続部材30と接続部材50とによって接続されている電池システムの構成図を示す。なお、複数の電池1は外装体3が負極集電体となり、集電体8が正極集電体となる構成としていて、外装体3が負極端子となり、集電体8を介してプラグ11が正極端子となる。
(3) Connection of Battery 1 Using
図9の複数の電池1は、上方に取り付けられた複数の接続部材30Aと、下方に取り付けられた1つの接続部材50とによって互いに接続される。なお、接続部材30Aによる電池1の接続は、上記(2)と同様であるため、説明は省略する。
The plurality of batteries 1 in FIG. 9 are connected to each other by a plurality of
接続部材50は、複数の貫通孔53を備える長板状の部材である。また、電池1と接続部材50との接続は、それぞれの貫通孔53にボルト17を通し、ボルト17をそれぞれの電池1の下方のプラグ11のナット部14bに螺号して締結固定して行う。これにより、接続部材50の上面が、それぞれのプラグ11の下面と接触して電気的に接続される。これにより、複数の電池1の正極側は1つの接続部材50によって接続することができる。
The
なお、本実施形態の接続部材50の長板状にかえて、例えば略正方形状や略三角形状、円形状などに変更してもよく、その他複数の電池1を載置するスペースに応じて適宜変更してもよい。
In addition, instead of the long plate shape of the
以上のようにして、複数の電池1が並列に接続される。なお、上記(2)の場合と同様、複数の電池1を、外装体3を負極と集電体8を正極とした電池1と、外装体3を正極と集電体8を負極とした電池1とを交互に接続する構成とすれば、複数の電池1を直列に接続することもできる。
As described above, the plurality of batteries 1 are connected in parallel. As in the case of the above (2), a plurality of batteries 1, a battery 1 using the
4.複数の電池を接続した組電池
次に、図10に基づき、複数の電池1を接続した組電池60について説明する。図10に示すように、組電池60には、複数の電池1が側面視略L字状のケーシング61に収納されていて、ケーシング61の上部に空冷ファン62が配置されている。複数の電池1は、複数の貫通孔64が千鳥状に配された3つのブラケット63に保持されている。貫通孔64の孔径は、電池1の外装体3の外径と同じか、それよりも少し小さく形成され、貫通孔64に電池1を嵌めこむように配置する。なお、本実施形態のブラケット63には、絶縁性のある塩ビ板を用いた。
4). Next, an assembled
そして、ブラケット63に保持された複数の電池1をケーシング61内に収納する。また、ケーシング61の正面には、フィルター65とともに、複数の通気孔66が形成された通気板67が配置されていて、空冷ファン62を動作させ、外部の空気をケーシング61内に流通させる。この空気により、複数の電池1は冷却される。このとき、複数の電池1は、それぞれ隙間をあけて千鳥状に配置されているので、この隙間を空気が流通する際に、空気が複数の電池1を冷却する。なお、複数の電池1は、3つの板状のブラケット63により保持されているので、外装体3の外周面が大きく露出しており、空気と触れる表面積が大きく、電池1を効率良く冷却できる。また、通気板67は、その通気孔66が下方から空気が流入するよう構成されており、かつ、フィルター67を配することにより、ゴミ等がケーシング61内に入り込みにくくなる。なお、複数の電池1は、上述した接続部材20〜50を適宜使用しての電気的に接続される。
Then, the plurality of batteries 1 held by the
5.本実施形態の電池システムを用いた場合の効果
以上説明したように、本実施形態の電池システムによれば、接続部材20〜50を取り付けることにより簡単に複数の電池1を接続することができ、また接続部材を取り外せば簡単に電池1を取り出すことができる。これにより、電池1のひとつに不具合があった場合、簡単な操作で不具合のある電池を取り外し交換することができる。また、プラグ11によって複数の電池1を上下方向に接続することができ、かつ、接続部材20〜50によって複数の電池1を横方向や前後方向にも接続できる。すなわち、複数の電池1を自由に配置することができる。
5. Effects when using the battery system of the present embodiment As described above, according to the battery system of the present embodiment, a plurality of batteries 1 can be easily connected by attaching the connecting
<第二実施形態>
以下、本発明の第二実施形態に係る電池システムについて説明するが、第二実施形態の電池システムは、電池1の構成を変更したものであり、主として電極体4を変更したものである。なお、第第一実施形態と同一の部材については同一の符号を用い、同一の構造については説明を省略する。
<Second embodiment>
Hereinafter, although the battery system which concerns on 2nd embodiment of this invention is demonstrated, the battery system of 2nd embodiment changes the structure of the battery 1, and mainly changes the
図11に示すように、電池101は、シート状の正極105、シート状の負極106、シート状のセパレータ107を含む電極体104を備え、電極体104が電解液と共に外装体3に収納されている。この正極105と負極106とは、セパレータ107を介して上下方向にずらして、集電体8を中心に渦巻き状に捲回されている。また、電極体104の下方に導電性の集電板108と、上方に導電性の集電板110とを配する。
As shown in FIG. 11, the
集電板108は、中央に貫通孔109が設けられた円盤状であり、集電板109の径は外装体3の内径よりも小さく、貫通孔109の径は集電体8の径と略同じ寸法に構成されている。すなわち、集電板108は、集電体8に接触し、かつ、外装体3には接触しない構成となっている。また、電極体104の下方に集電板108を配置した状態で、正極105の下面と集電板108の上面とが接触する。これにより、正極105と集電板108とが導通し、集電板108を介して集電体8が正極集電体となる。
The
集電板110は、中央に貫通孔111が設けられた円盤状であり、集電板110の径は外装体3の内径と略同じ寸法で、貫通孔111の径は集電体8の径よりも大きく構成されている。すなわち、集電板110は、外装体3に接触し、かつ、集電体8には接触しない構成となっている。また、電極体104の上方に集電板110を配置した状態で、負極106の上面と集電板110の下面とが接触する。これにより、負極106と集電板110とが導通し、集電板110を介して外装体3が負極集電体となる。
The
なお、電池101のその他の構成については、第一実施形態の電池1と同様の構成であるため、複数の電池101を接続部材20〜50により接続することができ、第一実施形態の電池システムと同様の効果を得られる。
In addition, about the other structure of the
<その他の実施形態>
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、電池の電極体の構造は積層型や捲回型に限られず、その他の構造としてもよい。
<Other embodiments>
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, but various additions, modifications, or deletions can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the structure of the electrode body of the battery is not limited to the stacked type or the wound type, and may have other structures.
1 電池
2 電池本体
3 外装体
4 電極体
5 正極
6 負極
7 セパレータ
8 集電体
9 キャップ
10 絶縁パッキン
11 プラグ
12 導電部材
13 絶縁ピース
14 ナット部
15 隙間
16 端子部材
17 ボルト
20 接続部材
21 嵌合部
22 接続部
23 連結部
24 貫通孔
26 ボルト
30、40、50 接続部材
60 組電池
61 ケーシング
62 冷却ファン
63 ブラケット
65 通気板
67 フィルター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
前記集電体の両端に係合し、前記電極体を前記外装体内部に保持するプラグと、
前記外装体がその両端部において軸方向に延伸する延伸部を有していて、前記プラグと前記延伸部との間に隙間を有していて、
前記外装体が前記正極もしく負極のいずれか一方の電極に電気的に接続され、かつ、前記集電体が他方の電極に電気的に接続されている電池。 An electrode body including a cylindrical exterior body, a positive electrode and a negative electrode housed in the exterior body, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; and an axis of the exterior body outside the electrode body In a battery having a current collector protruding in the direction,
A plug that engages both ends of the current collector and holds the electrode body inside the exterior body;
The exterior body has an extending portion extending in the axial direction at both ends thereof, and has a gap between the plug and the extending portion,
A battery in which the outer package is electrically connected to one of the positive electrode and the negative electrode, and the current collector is electrically connected to the other electrode.
A plurality of batteries according to claim 1 are attached to a bracket, the batteries are connected by the connection fitting 1 or the connection fitting 2 and the connection fitting 3, and cooling air is sent in a direction parallel to the bracket from a blower. Battery system.
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JP2018109781A (en) * | 2012-11-06 | 2018-07-12 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Polarization film, antireflection film and display device |
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