JP2014007055A - 電池及び電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池を直列接続してなる電池パックの組付け性を向上させるとともに、個別の電池のメンテナンス性を向上する。
【解決手段】正極材１１と負極材１２をセパレータ１３を介して重ね合わせて金属材料により形成された直方体状の電池ケース１４に収容してなり、電池ケース１４の背中合せの一対のケース壁１５ａ、１７ａが互いに絶縁されてそれぞれ正極材１１と負極材１２に接続されて正電極Ｐと負電極Ｎが形成され、一方のケース壁１５ａに凹凸部１８が形成されてなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電池及びその電池を直列接続して形成される電池パックに係り、例えば、電気自動車やハイブリッドカー等の電動機等を駆動する直流電源として用いるのに好適な電池及び電池パックに関する。

この種の電池パックは、一般に、直方体状に形成された複数の電池の正極と負極を隣り合せて交互に配列し、隣り合う電池の正極と負極とを順次直列に接続して束ねて形成される。各電池の正極と負極は、直方体状の電池の上面の両端又は背中合せの側面に柱状の正極柱と負極柱を突出させて設けられている。そして、隣り合う電池の正極柱と負極柱に貫通穴が穿設されたバスバーを渡し、正極柱と負極柱の外周面に形成されたねじにナットを締付けてバスバーを固定して接続している（特許文献1等参照）。

特開２０１１−８６６３４号公報

しかし、特許文献1に記載の従来技術によれば、バスバーを正極柱と負極柱にナットで締め付けて固定しているから、電池パックの組み立て作業に手間がかかり、組付け性を向上する余地がある。また、一旦、電池パックを組み付けてしまうと、個別の電池の交換あるいは点検等を簡単には行えないから、メンテナンス性を改善する余地がある。このような改善点は、バスバーを正極柱と負極柱に溶接等により固定して形成された電池パックについても同様である。

本発明が解決しようとする課題は、複数の電池を直列接続してなる電池パックの組付け性を向上させるとともに、個別の電池のメンテナンス性を向上することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の電池は、正極材と負極材をセパレータを介して重ね合わせて金属材料により形成された直方体状の電池ケースに収容してなり、前記電池ケースの背中合せの一対のケース壁が互いに絶縁されてそれぞれ前記正極材と前記負極材に接続され、一方の前記ケース壁に凹凸部が形成されてなることを特徴とする。

本発明は、直方体状の電池の背中合せの一対のケース壁を正電極と負電極としたことを特徴とする。これにより、複数の電池の正電極と負電極を接触させて配列し、その配列方向の両端の電池から全体に締め付け力を付与すれば、複数の電池を直列接続してなる電池パックを簡単に組み立てることができる。特に、各電池の一方のケース壁に凹凸部を形成していることから、ケース壁の凹凸部の弾性変形により、つまりケース壁のばね構造により、隣り合う電池の正電極と負電極との間に加わる接触圧を適度に保つことができ、直列接続部の接触抵抗を低減して発熱の増大を抑えることができる。また、ケース壁のばね構造により、締め付け力による電池の損傷を防ぐことができる。その結果、バスバーを電池の電極柱にナット又は溶接により固定する作業がないから、電池パックの組付け性を向上させることができる。また、個々の電池相互間は、両端の電池から締め付け力を解除すれば、直ちに接続関係が解除されるので、個別の電池のメンテナンス性を向上することができる。

また、本発明において、凹凸部によるばね特性を利用しているから、凹凸部を形成するケース壁は、適度な弾性係数を有する金属材料を用いて形成することが好ましい。また、凹凸部の断面形状は、波形にすることができ、波形のピッチはケース壁材の弾性係数及び必要な接触圧を考慮して定めることができる。

また、本発明の電池ケースは、箱状部材と該箱状部材の開口を塞いで縁部に絶縁材を介して接合された平板状部材とを有して形成することができる。この場合、箱状部材の開口縁と平板状部材部に縁を互いに折り曲げ、折り曲げ部に絶縁材を挟んで、例えば噛み合わせてシール部を形成することができる。

ケース壁の凹凸部は、同心円状に形成された波形断面とすることができ、このように形成される同心円状の複数の凹凸部を、ケース壁に間隔を明けて分散して設けることができる。これによれば、同心円状の凹凸部の間の隙間が冷却風の通風路となって、電池を冷却することができる。なお、ケース壁の凹凸部は、同心円状に限らず、ケース壁の全面に縞状又は筋状に形成された波形断面を有するものとすることができる。これによれば、縞状又は筋状の凹凸部と相手電池の電極面との間に縞状又は筋状の通風路が形成されるから、同心円状の凹凸部の場合に比べて、電池の冷却面積を大きくすることができる。

本発明によれば、複数の電池を直列接続してなる電池パックの組付け性を向上させるとともに、個別の電池のメンテナンス性を向上することができる。

本発明の一実施形態の電池の構成図であり、（ａ）は直方体状に形成された電池の一方の電極側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線Ｉｂ−Ｉｂにおける断面図、（ｃ）は本実施形態の電池の直列接続部の状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態の電池の構成図であり、（ａ）は直方体状に形成された電池の一方の電極側から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の線ＩＩｂ−ＩＩｂにおける断面図、（ｃ）は本実施形態の電池の直列接続部の状態を示す断面図である。

（実施形態１）
図１に示すように、本実施形態の電池１０は、例えば周知のリチウム電池を用いて形成することができ、同図（ｂ）に示す同図（ａ）の線Ｉｂ‐Ｉｂにおける断面図のように、それぞれ複数の正極材１１と負極材１２をセパレータ１３を介して重ね合わせて、金属材料により形成された直方体状の電池ケース１４に収容して形成されている。なお、電池１０は、帯状の正極材１１と負極材１２をセパレータ１３を介して重ねてロール状に巻き付けて、電池ケース１４に収容して形成することもできる。電池ケース１４は、本実施形態では、箱状に形成された箱状ケース部材１５と、箱状ケース部材１５の開口を塞いで縁部に絶縁ガスケット１６を挟んで接合された平板状の平板状ケース部材１７を有して形成されている。箱状ケース部材１５と平板状ケース部材１７の接合は、箱状ケース部材１５の開口縁と平板状ケース部材１７の縁を互いに折り曲げ、折り曲げ部に絶縁ガスケット１６を挟んで、例えば噛み合わせて、あるいは、かしめ合うことにより行うことができる。これにより、電池ケース１４の内外のシール部が形成されている。

一方、電池ケース１４の背中合せの一対のケース壁１５ａ，１７ａは、絶縁ガスケット１６により互いに絶縁され、図示していないが、それぞれ正極材１１と負極材１２に接続され、電池１０の正電極Ｐと負電極Ｎとして形成されている。正電極Ｐのケース壁１５ａは、凹凸部１８を有して形成されている。本実施形態の凹凸部１８は、同心円状に形成された波形断面を有し、複数（図示例では、４個）の凹凸部１８が正電極Ｐのケース壁１５ａに間隔を明けて分散して設けられている。凹凸部１８の凸部の高さ、つまり正電極Ｐのケース壁１５ａの平坦な基準面から突出する高さは、同心円状の中心部で高く、周辺部は低く形成されている。これにより、同図（ｃ）に示すように、隣り合う電池１０と直列接続する場合は、凹凸部１８の中心が相手の平坦な負電極Ｎのケース壁１７ａの接触する接点となる。このとき、同心円状の周辺部の波形部は、ばね部として作用することになる。

なお、図１（ｂ）、（ｃ）では、分かり易くするために、凹凸部１８の凹凸を誇張して模式的に表しているから、複数の凹凸の比率は縮尺通りではない。また、凹凸部１８は、箱状ケース部材１５をプレス加工する際に、同時に形成することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、直方体状の電池１０の背中合せの一対のケース壁１５ａと１７ａを、それぞれ正電極Ｐと負電極Ｎとしたことから、複数の電池１０の正電極Ｐと負電極Ｎを接触させて配列し、その配列方向の両端の電池から締め付け力を付与すれば、複数の電池１０を直列接続してなる電池パックを簡単に組み立てることができる。なお、締め付け力を付与する手段は、種々の形態が考えられるが、例えば電池パックを両端から絶縁性の一対のエンドプレートで挟み、それらのエンドプレートに絶縁性のロッドを通し、ロッドの両端にナットを螺合して締め付けるようにすることができる。あるいは、電池パックの全体に絶縁性のバンド部材を巻き付け、途中に張力を調整する機構を介して結束することができる。

特に、本実施形態によれば、各電池１０の一方のケース壁１５ａに凹凸部１８を形成していることから、凹凸部１８の弾性変形により、つまりケース壁１５ａのばね構造により、隣り合う電池１０の正電極Ｐと負電極Ｎとの間に加わる接触圧を適度に保つことができる。これにより、直列接続部の接触抵抗を低減して発熱の増大を抑えることができる。

また、本実施形態によれば、同心円状の複数の凹凸部１８の相互間に、相手電池のケース壁１７ａとで隙間が形成されるから、その隙間が冷却風の通風路１９となって、電池を冷却することができる。また、ケース壁１５ａのばね構造により、締め付け力による電池１０の損傷を防ぐことができる。その結果、従来技術のように、バスバーを電池の電極柱にナット又は溶接により固定する作業がないから、電池パックの組付け性を向上させることができる。また、個々の電池相互間は、両端の電池から締め付け力を解除すれば、直ちに接続関係が解除されるので、個別の電池のメンテナンス性を向上することができる。

また、本実施形態において、凹凸部１８によるばね特性を利用しているから、凹凸部１８を形成するケース壁１５ａは、適度な弾性係数を有する金属材料を用いて形成することが好ましい。また、凹凸部１８の同心円の直径及び数、波形のピッチはケース壁１５ａの材料の弾性係数及び必要な接触圧を考慮して定める。

（実施形態２）
図２に示すように、本実施形態の電池２０は、実施形態１と同様、同図（ｂ）に示す同図（ａ）の線ＩＩｂ‐ＩＩｂにおける断面図のように、それぞれ複数の正極材１１と負極材１２をセパレータ１３を介して重ね合わせ、又は帯状の正極材１１と負極材１２をセパレータ１３を介して重ねてロール状に巻き付け、金属材料により形成された直方体状の電池ケース２４に収容して形成されている。電池ケース２４は、本実施形態では、箱状に形成された箱状ケース部材２５と、箱状ケース部材２５の開口を塞いで縁部に絶縁ガスケット２６を挟んで接合された平板状の平板状ケース部材２７を有して形成されている。箱状ケース部材２５と平板状ケース部材２７の接合は、実施形態１と同様に、形成されている。

一方、電池ケース２４の背中合せの一対のケース壁２５ａ，２７ａは、絶縁ガスケット２６により互いに絶縁され、図示していないが、それぞれ正極材１１と負極材１２に接続され、電池２０の正電極Ｐと負電極Ｎとして形成されている。正電極Ｐのケース壁２５ａは、凹凸部２８を有して形成されている。本実施形態の凹凸部２８は、ケース壁２５ａの周縁部を残した面に波形断面を縞状又は筋状に形成したものである。複数の山部２８ａ（図示例では、４個）と谷部２８ｂ（図示例では、３個）からなる波形の凹凸部２８が正電極Ｐのケース壁２５ａに設けられている。凹凸部２８の山部２８ａの高さ、つまり正電極Ｐのケース壁２５ａの平坦な基準面から突出する高さは、２箇所の山部２８ａ−１が高く、端の箇所の山部２８ａ−２は低く形成されている。谷部２８ｂはほぼ同一深さの凹部とされている。これにより、同図（ｃ）に示すように、隣り合う電池２０と直列接続する場合は、凹凸部２８の山部２８ａ−１の２箇所が、相手電池２０の平坦な負電極Ｎのケース壁２７ａと接触する接点となる。このとき、他の山部２８ａ−２及び谷部２８ｂはばね部として作用することになる。

なお、図２（ｂ）、（ｃ）では、分かり易くするために、凹凸部２８の凹凸を誇張して模式的に表しているから、複数の凹凸の比率は縮尺通りではない。また、凹凸部２８は、箱状ケース部材２５をプレス加工する際に、同時に形成することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、直方体状の電池２０の背中合せの一対のケース壁２５ａと２７ａを、それぞれ正電極Ｐと負電極Ｎとしたことから、複数の電池２０の正電極Ｐと負電極Ｎを接触させて配列し、その配列方向の両端の電池から締め付け力を付与すれば、複数の電池２０を直列接続してなる電池パックを簡単に組み立てることができる。

特に、本実施形態によれば、各電池２０の一方のケース壁２５ａに凹凸部２８を形成していることから、凹凸部２８の弾性変形により、つまりケース壁２５ａのばね構造により、隣り合う電池２０の正電極Ｐと負電極Ｎとの間に加わる接触圧を適度に保つことができる。また、実施形態１よりも接触面積を大きくできるから、直列接続部の接触抵抗を一層低減して発熱の増大を抑えることができる。

また、本実施形態によれば、凹凸部２８によって相手電池のケース壁２７ａとの間に隙間が複数形成されるから、それらの縞状の隙間が冷却風の通風路２９とすることにより、実施形態１に比べて電池の冷却効果を一層向上できる。なお、通風路２９に強制的に送風して冷却効果を促進することにより、電池２０の容積あたりの電池容量を増大することも可能である。

また、ケース壁２５ａのばね構造により、締め付け力による電池２０の損傷を防ぐことができる。その結果、従来技術のように、バスバーをナット又は溶接により電池の電極柱に固定する作業がないから、電池パックの組付け性を向上させることができる。また、個々の電池相互間は、両端の電池から締め付け力を解除すれば、直ちに接続関係が解除されるので、個別の電池のメンテナンス性を向上することができる。

また、本実施形態において、凹凸部２８によるばね特性を利用しているから、凹凸部２８を形成するケース壁２５ａは、実施形態１と同様に、適度な弾性係数を有する金属材料を用いて形成することが好ましい。また、凹凸部２８の縞状又は筋状の数、波形のピッチはケース壁２５ａの材料の弾性係数及び必要な接触圧を考慮して定めることが望ましい。

１０，２０ 電池
１１ 正極材
１２ 負極材
１３ セパレータ
１４，２４ 電池ケース
１５、２５ 箱状ケース部材
１７、２７ 平板状ケース部材
１５ａ，２５ａ ケース壁（Ｐ）
１７ａ，２７ａ ケース壁（Ｎ）
１６，２６ 絶縁ガスケット
１８、２８ 凹凸部
１９、２９ 通風路

Claims (5)

1. 正極材と負極材をセパレータを介して重ね合わせて金属材料により形成された直方体状の電池ケースに収容してなり、前記電池ケースの背中合せの一対のケース壁が互いに絶縁されてそれぞれ前記正極材と前記負極材に接続され、一方の前記ケース壁に凹凸部が形成されてなることを特徴とする電池。
2. 前記電池ケースは、箱状部材と該箱状部材の開口を塞いで縁部に絶縁材を介して接合された平板状部材とを有して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記凹凸が同心円状に形成され、該同心円状の複数の凹凸が前記一方の壁に分散して形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池。
4. 前記凹凸が前記一方の壁に縞状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の電池を複数備え、該複数の電池のケース壁の正電極と負電極とを互いに接触させて配列し、前記複数の電池を配列方向の両端から締め付けて形成された電池パック。

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