JP2015011845A - 補助バッテリを備えるバッテリ - Google Patents

Abstract

【課題】補助バッテリを鉛バッテリと一体構造として全体をコンパクトにする。
【解決手段】補助バッテリを備えるバッテリは、外周壁１２を底板１１で閉塞してなる外箱を、複数の区画壁１３と電池区画壁１４で、複数のセル室１５と補助バッテリ収納室１６に区画してなる鉛電池ケース１０と、鉛電池ケース１０の上方開口部を閉塞する鉛電池蓋１７と、セル室１５の内部に配置された正負の電極板４１及び電解液４２と、補助バッテリ収納室１６に配置された補助バッテリ２とを備える。電池区画壁１４は鉛電池ケース１０の端部に配置されて、外周壁１２の内側に補助バッテリ収納室１６を設けている。電池区画壁１４は、鉛電池蓋１７に熱溶着される上縁の厚さを区画壁１３の上縁よりも厚くし、あるいは、鉛電池蓋１７の内面に熱溶着される上縁を区画壁１３の上縁よりも高く突出する形状に成形されて、鉛電池蓋１７の内面に熱溶着されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、主として車両に電装用バッテリとして搭載される補助バッテリを備えるバッテリに関し、とくにニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池などの補助バッテリを鉛バッテリに接続してなる補助バッテリを備えるバッテリに関する。

車両に搭載される鉛バッテリは、車両を走行させる状態で充放電が繰り返されることから寿命が数年と相当に短く、短期間で新しく交換する必要がある。とくに、アイドリングストップの車両に搭載される鉛バッテリは、さらに寿命が短くなる。それは、アイドリングストップする車両は、車両を減速するときに発電機を駆動して回生制動するが、このときの発電電力で鉛バッテリを大電流で充電し、また、信号待ちなどで停止したエンジンをスターターモータで始動するときに大電流で放電するからである。すなわち、アイドリングストップする毎に、鉛バッテリを大電流で充電し、また放電することが鉛バッテリの寿命を著しく短くする。さらに、鉛バッテリは、回生制動するときの発電電力を効率よく充電できない欠点もある。このような弊害を解消するために、鉛バッテリと並列に、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等の補助バッテリを接続する補助バッテリを備えるバッテリが開発されている。（特許文献１及び２参照）

特開２００４−１９０６２６号公報 特開２００９−１６６７６９号公報

鉛バッテリと並列に、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等の補助バッテリを接続している補助バッテリを備えるバッテリは、鉛バッテリとは別に補助バッテリを配置して、これを並列に接続することから、車両などの種々の用途において、設置に手間がかかり、また収納スペースも大きくなる欠点がある。

本発明の目的は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、補助バッテリを鉛バッテリと一体構造として、種々の用途において簡単かつ容易にしかも便利に設置でき、しかも全体をコンパクトにできる補助バッテリを備えるバッテリを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の補助バッテリを備えるバッテリは、四角形の箱形である外周壁１２の底面を底板１１で閉塞してなる外箱の内部を、互いに平行に配置してなる複数の区画壁１３と電池区画壁１４とで区画して、内部を複数のセル室１５と補助バッテリ収納室１６に区画してなる熱可塑性樹脂の鉛電池ケース１０と、この鉛電池ケース１０の外周壁１２及び区画壁１３の上縁に熱溶着されて、鉛電池ケース１０の上方開口部を閉塞してなる熱可塑性樹脂の鉛電池蓋１７と、セル室１５の内部に配置してなる正負の電極板４１と、セル室１５の内部に充填してなる電解液４２と、補助バッテリ収納室１６に配置してなる補助バッテリ２とを備えている。電池区画壁１４は鉛電池ケース１０の端部に配置されて、電池区画壁１４と外周壁１２の内側に補助バッテリ収納室１６を設けている。鉛電池蓋１７は、補助バッテリ収納室１６の上方開口部と、セル室１５の上方開口部の両方を閉塞する外形であって、鉛電池ケース１０の外周壁１２と電池区画壁１４の上縁に熱溶着されて、補助バッテリ収納室１６とセル室１５の上方開口部を閉塞している。さらに、電池区画壁１４は、鉛電池蓋１７の内面に熱溶着される上縁の厚さを、区画壁１３の上縁よりも厚くし、あるいは、電池区画壁１４は、鉛電池蓋１７の内面に熱溶着される上縁を区画壁１３の上縁よりも高く突出する形状に成形されて、鉛電池蓋１７の内面に熱溶着されている。この補助バッテリを備えるバッテリは、補助バッテリ収納室１６に、鉛バッテリ１と異なる密閉型の補助バッテリ２を配置して、この補助バッテリ２を鉛バッテリ１に接続している。

以上の補助バッテリを備えるバッテリは、補助バッテリを鉛電池ケースの内部に配置する一体構造として、種々の用途において簡単かつ容易にしかも便利に設置でき、しかも全体をコンパクトにできる特徴がある。特に、以上の補助バッテリを備えるバッテリは、鉛電池ケースの内部に区画壁を設けて複数のセル室を設け、電池区画壁を設けて鉛バッテリのセル室と補助バッテリ収納室とを区画し、さらに、この電池区画壁を、セル室を区画する区画壁よりも厚く、あるいは上方に突出する形状として、鉛電池蓋の内面に熱溶着しているので、電池区画壁と鉛電池蓋との間に隙間ができず、セル室に充填している鉛バッテリの電解液が補助バッテリ収納室に侵入するのを確実に阻止して、電解液による補助バッテリ２の傷を確実に阻止できる特徴がある。

本発明の補助バッテリを備えるバッテリは、鉛電池ケース１０が、電池区画壁１４と区画壁１３と外周壁１２と底板１１とを熱可塑性樹脂で一体的に成形することができる。
以上の補助バッテリを備えるバッテリは、電池区画壁と外周壁と底板とを隙間なく連結して、液漏れを阻止できると共に、区画壁と電池区画壁のある鉛電池ケースを能率よく多量生産できる特徴がある。

本発明の補助バッテリを備えるバッテリは、密閉型の補助バッテリ２を、ニッケル水素電池とリチウムイオン二次電池の何れかとすることができる。
以上の補助バッテリを備えるバッテリは、ニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池によって全体の容量を相当に大きくできる特徴がある。

本発明の補助バッテリを備えるバッテリは、鉛電池ケース１０の外周壁１２の平面形状を長方形として、長方形の長手方向の端部に補助バッテリ収納室１６を設けることができる。
以上の補助バッテリを備えるバッテリは、補助バッテリと鉛バッテリとの接続を簡単にして、補助バッテリによって電池として電気特性を向上できる。また、収納する補助バッテリによって電気特性を相当に向上させながら、外形を鉛バッテリの規格寸法にできる特徴もある。

本発明の補助バッテリを備えるバッテリは、 鉛バッテリ１と補助バッテリ２とを並列に接続するスイッチング素子８と、このスイッチング素子８のオンオフを制御する制御回路９とを備えることができる。
以上の補助バッテリを備えるバッテリは、スイッチング素子をオンオフに制御して、補助バッテリを過充電や過放電から保護して劣化を少なく、使用できる寿命を相当に長くできる特徴がある。

本発明の一実施の形態にかかる補助バッテリを備えるバッテリのブロック図である。 本発明の一実施の形態にかかる補助バッテリを備えるバッテリの斜視図である。 図２に示す補助バッテリを備えるバッテリのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図２に示す補助バッテリを備えるバッテリの一部拡大分解斜視図である。 図２に示す補助バッテリを備えるバッテリの要部拡大分解断面図である。 本発明の他の実施の形態にかかる補助バッテリを備えるバッテリの要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための補助バッテリを備えるバッテリを例示するものであって、本発明は補助バッテリを備えるバッテリを以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１のブロック図に示す補助バッテリを備えるバッテリ１００は、鉛バッテリ１と補助バッテリ２とを並列に接続している。補助バッテリ２は、鉛バッテリ１と異なる密閉型のバッテリであって、鉛バッテリ１と並列に接続されて、鉛バッテリ１の特性を改善する二次電池が使用される。密閉型のバッテリは、金属ケースに電極と電解液を充填しているニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池、あるいは外装ケースをフィルム製とするリチウムポリマー電池などである。

定格電圧を１２Ｖとする車両用のバッテリ１００の補助バッテリ２は、ニッケル水素電池が適している。このバッテリ１００は、定格電圧を１２Ｖとする鉛バッテリ１と並列に補助バッテリ２を並列に接続する。鉛バッテリ１は６セル（各セルのセル電圧は２Ｖ）を直列に接続して定格電圧を１２Ｖとし、補助バッテリ２のニッケル水素電池は、１０個を直列に接続して定格電圧を１２Ｖとして並列に接続できる。このバッテリ１００は、鉛バッテリ１と補助バッテリ２の定格電圧を等しくして、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの電圧を調整する回路を介することなく、直接に並列接続できる。ただ、本発明の補助バッテリを備えるバッテリは、補助バッテリの定格電圧を必ずしも鉛バッテリの定格電圧に等しくする必要はない。定格電圧が鉛バッテリと異なる補助バッテリは、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を介して並列に接続できるからである。

鉛バッテリ１と並列に補助バッテリ２としてニッケル水素電池を接続するバッテリ１００は、全体の容積と重量に対する充放電容量を大きくできる。また、補助バッテリ２によって、回生発電電力を効率よく蓄電して燃費を改善できる。さらにまた、並列に接続しているニッケル水素電池でもって鉛バッテリ１の劣化を防止して鉛バッテリ１の寿命を長くできる。

本発明の補助バッテリを備えるバッテリは、その用途を車両用のバッテリに特定するものでなく、全ての用途に使用される。また、補助バッテリを備えるバッテリは、補助バッテリをニッケル水素電池のみでなく、たとえばリチウムイオン二次電池など他の充電できる全ての電池であって、鉛バッテリと異なる特性、すなわち異なる種類のバッテリであって、鉛バッテリの特性を改善できる全てのバッテリとすることができる。

図１の補助バッテリを備えるバッテリ１００は、鉛バッテリ１と補助バッテリ２をスイッチング素子８を介して並列に接続している。スイッチング素子８は制御回路９でオンオフに制御される。スイッチング素子８のオン状態で補助バッテリ２は鉛バッテリ１と並列に接続され、スイッチング素子８のオフ状態で補助バッテリ２は鉛バッテリ１に接続されない。制御回路９は、充放電の電流を検出してスイッチング素子８をオンオフに切り換える。

たとえば、車両に電装用バッテリとして搭載される補助バッテリを備えるバッテリ１００は、スターターモータに電力を供給する状態では制御回路９でスイッチング素子８をオフ状態に切り換える。この状態において、補助バッテリ２はスターターモータに電力を供給せず、鉛バッテリ１がスターターモータに電力を供給する。この補助バッテリを備えるバッテリ１００は、補助バッテリ２の大電流放電による劣化を防止できる。車両の回生制動においては、制御回路９はスイッチング素子８をオン状態として、回生発電電力で補助バッテリ２と鉛バッテリ１の両方を充電する。この補助バッテリを備えるバッテリ１００は、回生発電電力で鉛バッテリ１と補助バッテリ２の両方を充電するので、回生発電電力をより効率よくバッテリ１００に蓄電できる。

さらに、制御回路９は、車両に搭載されるバッテリのみでなく、他の用途に使用される状態においても、補助バッテリ２の過充電と過放電を防止するために、補助バッテリ２や鉛バッテリ１の電圧を検出し、あるいは補助バッテリ２の残容量を検出して、過充電と過放電を防止するようにスイッチング素子８を制御する。すなわち、バッテリ１００が充電される状態で、補助バッテリ２が過充電され、あるいは過充電に近い状態になるとスイッチング素子８をオフに切り換えて過充電を防止し、またバッテリ１００が放電される状態で、補助バッテリ２が過放電され、あるいは過放電に近い状態になるとスイッチング素子８をオフに切り換えて過放電を防止する。

図２ないし図４に示す補助バッテリを備えるバッテリ１００は、鉛電池ケース１０の上方開口部を鉛電池蓋１７で閉塞している。鉛電池ケース１０は、熱可塑性樹脂を長方形の箱形に成形している外周壁１２の内部に複数の区画壁１３と電池区画壁１４を設けて、この区画壁１３と電池区画壁１４で外周壁１２の内部を複数のセル室１５と補助バッテリ収納室１６に区画している。区画壁１３と電池区画壁１４は垂直姿勢で互いに平行に配置されて、鉛電池ケース１０の内部を区画して複数のセル室１５と補助バッテリ収納室１６を長方形の長手方向に並べて配置している。

各々のセル室１５には、正負の電極板４１が配置され、さらに電解液４２を充電している。鉛バッテリ１の１セルの電圧は２Ｖである。したがって、定格電圧を１２Ｖとする鉛バッテリ１は６セルを直列に接続している。鉛電池ケース１０は、外周壁１２と区画壁１３と底板１１とを熱可塑性樹脂で一体的に成形している。外周壁１２は、図４の一部拡大図に示すように、区画壁１３よりも厚く成形される。また、外周壁は、その上端縁を区画壁の上端縁よりも高く成形することができる。この鉛電池ケース１０は、外周壁１２を区画壁１３よりも強固に、しかも確実に鉛電池蓋１７に熱溶着できる。

鉛電池蓋１７は熱可塑性樹脂で成形されて、鉛電池ケース１０の外周壁１２と区画壁１３と電池区画壁１４の上縁に熱溶着されて、各セル室１５の上方開口部を閉塞している。図２と図４に示す鉛バッテリ１００は、各セル室１５に補充液の蒸留水を充填する点検開口１９を鉛電池蓋１７に設けて、点検開口１９を気密に密閉しない開閉蓋（図示せず）で閉塞している。また、密閉構造の鉛バッテリは、鉛電池蓋でもって、各セル室の上方開口部を密閉構造に、すなわち気密又は水密に密閉している。

図３と図４の鉛電池蓋１７は、外周縁に沿って下方に突出する周壁１８を設けている。周壁１８は、その内側に鉛電池ケース１０の外周壁１２を挿入できるように、内形を外周壁１２の外形にほぼ等しく、正確には外周壁１２を隙間なくスムーズに挿入できるように、外周壁１２の外形よりもわずかに小さく成形している。この鉛電池蓋１７は、周壁１８の内側に外周壁１２を挿入して熱溶着するので、鉛電池蓋１７の周壁１８で鉛電池ケース１０の外周壁１２の上縁部を補強して確実に液漏れしないように熱溶着できる。

さらに、図３の鉛電池ケース１０は、内部に設けた電池区画壁１４でもって、箱形の外周壁１２の内側に、補助バッテリ２を収納する補助バッテリ収納室１６を設けている。補助バッテリ収納室１６を鉛電池ケース１０の端部に配置するために、電池区画壁１４を鉛電池ケース１０の長手方向の端部に配置して、この電池区画壁１４と外周壁１２の間に補助バッテリ収納室１６を設けている。図の鉛電池ケース１０は、長方形である外周壁１２の内側で長手方向の一端部に区画壁１３と平行に電池区画壁１４を設けて、鉛電池ケース１０の内部の端部に補助バッテリ収納室１６を設けている。この鉛電池ケース１０は、長方形のケースの長手方向に、複数のセル室１５と補助バッテリ収納室１６とを並べて配置する。図３の鉛電池ケース１０は、セル室１５と補助バッテリ収納室１６の内幅を同じ幅としている。ただし、補助バッテリ収納室は、必ずしもセル室と同じ内幅とする必要はなく、補助バッテリを収納できる内幅に成形される。

電池区画壁１４は、セル室１５と補助バッテリ収納室１６とを区画する。セル室１５は、鉛バッテリ１の電解液４２である希硫酸を充填している。電解液４２の希硫酸が補助バッテリ収納室１６に液漏れすると、補助バッテリ２に悪影響を与える。電池区画壁１４は、鉛電池ケース１０と一体的に成形して両側縁を外周壁１２に、底縁を底板１１に液漏れしない状態で連結できる。電池区画壁１４の上縁は鉛電池蓋１７と一体的に成形することができない。補助バッテリ収納室１６に上方開口部から補助バッテリ２を収納するからである。したがって、電池区画壁１４の上縁は、補助バッテリ２を収納した後、鉛電池蓋１７に熱溶着して連結される。

電池区画壁１４は、図４の一部拡大断面図と図５の拡大分解断面図に示すように、上縁を区画壁１３の上縁よりも高く突出する形状に成形し、あるいは、図６の拡大断面図に示すように、鉛電池蓋１７の内面に熱溶着される上縁の厚さを区画壁１３の上縁よりも厚く成形して、鉛電池蓋１７の内面に熱溶着している。区画壁１３より高く突出する電池区画壁１４は、区画壁１３よりも鉛電池蓋１７に強く押圧されて、確実に液漏れしない状態で鉛電池蓋１７の内面に熱溶着される。また、上縁を区画壁１３よりも厚く成形している電池区画壁１４は、鉛電池蓋１７に溶着される溶着面積が区画壁１３よりも広く、確実に液漏れしない状態で鉛電池蓋１７に溶着される。さらに、図示しないがが、電池区画壁は、鉛電池蓋の内面に熱溶着される上縁の厚さを区画壁の上縁よりも厚く成形すると共に、その上縁を区画壁の上縁よりも高く突出する形状に成形して、鉛電池蓋の内面に熱溶着することができる。この電池区画壁は、鉛電池蓋に溶着される溶着面積が区画壁よりも広く、また、区画壁よりも鉛電池蓋に強く押圧されて、より確実に液漏れしない状態で鉛電池蓋の内面に熱溶着される。

図３と図４のバッテリ１００は、円筒形電池２Ａの補助バッテリ２を直列に接続して補助バッテリ収納室１６に配置している。円筒形電池２Ａはニッケル水素電池である。円筒形電池２Ａのニッケル水素電池は２個を直列に接続して電池モジュールとしている。５個の電池モジュールは水平姿勢に配置され、上下に５段に配置される。５個の電池モジュールは直列に接続されて、補助バッテリ２の定格電圧を１２Ｖとしている。図のバッテリ１００は、補助バッテリ２を円筒形電池２Ａとするが、補助バッテリには角形電池も使用できる。またリチウムポリマー電池のようにフィルムタイプのバッテリも使用できる。

以上の補助バッテリを備えるバッテリ１００は、以下の工程で組み立てられる。
［成形工程］
ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂で鉛電池ケース１０を成形する。この鉛電池ケース１０は、外周壁１２と区画壁１３と電池区画壁１４と底板１１とを一体的に成形している。さらに、熱可塑性樹脂で鉛電池蓋１７を成形する。

［セル室１５と補助バッテリ収納室１６の充填工程］
成形された鉛電池ケース１０のセル室１５に、鉛バッテリ１の正負の電極板４１を収納し、鉛バッテリ１の電極板４１を直列に接続する。鉛バッテリ１の電極板４１は、区画壁１３を貫通する接続部（図示せず）を介して直列に接続される。補助バッテリ収納室１６に補助バッテリ２を収納する。補助バッテリ２は、ニッケル水素電池などの二次電池を直列に接続する状態で補助バッテリ収納室１６に収納される。

［鉛電池ケース１０に鉛電池蓋１７を溶着する工程］
鉛電池ケース１０に鉛電池蓋１７を溶着して、鉛電池ケース１０の上方開口部を閉塞する。この工程は、鉛電池蓋１７の上面に超音波ホーンを押し付け、鉛電池蓋１７に超音波振動を与えて、鉛電池蓋１７の内面に、鉛電池ケース１０の上縁を溶着する。ただ、加熱している熱板を鉛電池蓋１７の上面に押し付けて、鉛電池蓋１７を鉛電池ケース１０に熱溶着することもできる。鉛電池ケース１０に熱溶着される鉛電池蓋１７は、鉛バッテリ１の電極に接続している出力端子３を貫通させて、上面に突出させている。鉛電池蓋１７を鉛電池ケース１０に熱溶着した後、鉛電池蓋１７の点検開口１９から電解液４２を充填する。ただし、鉛バッテリを密閉型とするバッテリは、鉛電池蓋を鉛電池ケースに熱溶着する前に、セル室に電解液を充填する。

［配線工程］
補助バッテリ２の接続端子３１を鉛バッテリ１の出力端子３に直接に、あるいはスイッチング素子８を介して並列に接続する。

１００…バッテリ
１…鉛バッテリ
２…補助バッテリ
２Ａ…円筒形電池
３…出力端子
８…スイッチング素子
９…制御回路
１０…鉛電池ケース
１１…底板
１２…外周壁
１３…区画壁
１４…電池区画壁
１５…セル室
１６…補助バッテリ収納室
１７…鉛電池蓋
１８…周壁
１９…点検開口
３１…接続端子
４１…電極板
４２…電解液

Claims (5)

1. 四角形の箱形である外周壁の底面を底板で閉塞してなる外箱の内部を、互いに平行に配置してなる複数の区画壁と電池区画壁とで区画して、内部を複数のセル室と補助バッテリ収納室に区画してなる熱可塑性樹脂の鉛電池ケースと、
   この鉛電池ケースの外周壁及び区画壁の上縁に熱溶着されて、鉛電池ケースの上方開口部を閉塞してなる熱可塑性樹脂の鉛電池蓋と、
   前記セル室の内部に配置してなる正負の電極板と、
   前記セル室の内部に充填してなる電解液と、
   前記補助バッテリ収納室に配置してなる補助バッテリとを備えるバッテリであって、
   前記電池区画壁が鉛電池ケースの端部に配置されて、この電池区画壁と前記外周壁の内側に補助バッテリ収納室を設けており、
   前記鉛電池蓋が、前記補助バッテリ収納室の上方開口部と、前記セル室の上方開口部の両方を閉塞する外形であって、前記鉛電池ケースの外周壁と前記電池区画壁の上縁に熱溶着されて、前記補助バッテリ収納室と前記セル室の上方開口部を閉塞しており、
   さらに、前記電池区画壁は、前記鉛電池蓋の内面に熱溶着される上縁の厚さを、前記区画壁の上縁よりも厚くし、
   あるいは、前記電池区画壁は、前記鉛電池蓋の内面に熱溶着される上縁を前記区画壁の上縁よりも高く突出する形状に成形されて、前記鉛電池蓋の内面に熱溶着され、
   前記補助バッテリ収納室に、鉛バッテリと異なる密閉型の補助バッテリを配置して、この補助バッテリを前記鉛バッテリに接続してなる補助バッテリを備えるバッテリ。
2. 前記鉛電池ケースが、熱可塑性樹脂でもって、前記電池区画壁と前記区画壁と前記外周壁と前記底板とを一体的に成形してなる請求項１に記載される補助バッテリを備えるバッテリ。
3. 前記密閉型の補助バッテリが、ニッケル水素電池とリチウムイオン二次電池の何れかである請求項１又は２に記載される補助バッテリを備えるバッテリ。
4. 前記鉛電池ケースの外周壁の平面形状が長方形で、長方形の長手方向の端部に補助バッテリ収納室を設けてなる請求項１ないし３のいずれかに記載される補助バッテリを備えるバッテリ。
5. 前記鉛バッテリと前記補助バッテリとを並列に接続するスイッチング素子と、このスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備える請求項１ないし４のいずれかに記載される補助バッテリを備えるバッテリ。

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