JP2018077979A - 組電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の単電池が接続された組電池に鋭利な導電性の異物が刺さった際に、複数の単電池の間で生じる外部短絡を抑制して、短絡電流による単電池の急激な温度上昇を好適に抑制することができる組電池を提供する。
【解決手段】ここで開示される組電池１は、電極体の正負極の積層方向を配列方向ｘとして単電池１０Ａ〜１０Ｆが複数配列された単電池配列ユニットＡ、Ｂを複数備えており、該複数の単電池配列ユニットＡ、Ｂは、各ユニットを構成する単電池の配列方向ｘが略平行になるように並列に配置されている。そして、かかる組電池１において、単電池配列ユニットＡ、Ｂのそれぞれに含まれる単電池１０Ａ〜１０Ｆは、いずれも同じユニットにおける隣接した単電池とは電気的に直結した接続はなされておらず、他の単電池配列ユニットを構成するいずれかの単電池とバスバー４０を介して電気的に直結した接続が行われている。
【選択図】図５
【解決手段】ここで開示される組電池１は、電極体の正負極の積層方向を配列方向ｘとして単電池１０Ａ〜１０Ｆが複数配列された単電池配列ユニットＡ、Ｂを複数備えており、該複数の単電池配列ユニットＡ、Ｂは、各ユニットを構成する単電池の配列方向ｘが略平行になるように並列に配置されている。そして、かかる組電池１において、単電池配列ユニットＡ、Ｂのそれぞれに含まれる単電池１０Ａ〜１０Ｆは、いずれも同じユニットにおける隣接した単電池とは電気的に直結した接続はなされておらず、他の単電池配列ユニットを構成するいずれかの単電池とバスバー４０を介して電気的に直結した接続が行われている。
【選択図】図５
Description
本発明は、組電池に関する。詳しくは、二次電池を単電池とし、当該単電池を複数備えた組電池に関する。
リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、当該単電池を複数備えた組電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池を単電池とした組電池は、車両搭載用の高出力電源等に好ましく用いられている。
かかる組電池の一例を図９に示す。この組電池１００は扁平な角型の単電池１１０Ａ〜１１０Ｃを複数備えており、この複数の単電池１１０Ａ〜１１０Ｃは配列方向ｘに沿って幅広面（扁平面）が相互に隣接するように配列されている。そして、この組電池１００では、各々の単電池１１０Ａ〜１１０Ｃの間で正極端子１１２と負極端子１１４とがバスバー１４０によって電気的に順次接続されている。
ところで、この種の二次電池を構成要素（単電池）とする組電池には、電池性能が優れていることはもちろんのこと、高いレベルの安全性が求められている。このため、組電池の安全性を向上させるための種々の技術が従来から提案されている。例えば、特許文献１には、蓄電モジュール（組電池）に外力が作用した場合に、蓄電装置（単電池）間で確実に短絡を発生させて急激な温度上昇を防止する技術が開示されている。
しかしながら、組電池を車両などの移動体に搭載して使用するに際して、図１０に示すように、釘のような鋭利な導電性の異物Ｆが、各単電池の正極１３２および負極１３５を該正負極の積層方向に貫くように、組電池１００を構成する複数の単電池を貫通した場合には、当該貫かれた各々の単電池１１０Ａ〜１１０Ｃで短絡電流が発生し得、当該短絡電流のジュール熱によって単電池１１０Ａ〜１１０Ｃの温度が急激に上昇する虞がある。
このとき、最上流側に配置された１番目の単電池１１０Ａで生じる温度上昇は、単一の二次電池に導電性の異物が刺さった場合に生じる温度上昇と同程度であるが、２番目以降に配置された単電池１１０Ｂ、１１０Ｃでは、１番目の単電池１１０Ａよりも急激な温度上昇が生じ得る。
このとき、最上流側に配置された１番目の単電池１１０Ａで生じる温度上昇は、単一の二次電池に導電性の異物が刺さった場合に生じる温度上昇と同程度であるが、２番目以降に配置された単電池１１０Ｂ、１１０Ｃでは、１番目の単電池１１０Ａよりも急激な温度上昇が生じ得る。
例えば、導電性の異物Ｆが各々の単電池１１０Ａ〜１１０Ｃを上記正負極積層方向に貫通すると、バスバー１４０と導電性の異物Ｆとを介して複数の単電池１１０Ａ、１１０Ｂの間で短絡電流Ｅ１が流れる外部短絡が生じる。この場合、２番目の単電池１１０Ｂの負極１３５には、該２番目の単電池１１０Ｂの内部で生じる短絡電流Ｅ２と、上記した外部短絡の短絡電流Ｅ１の２つの短絡電流（合計７００Ａ程度）が流れ込むため、２番目の単電池１１０Ｂで急激な温度上昇が生じ得る。そして、２個以上の単電池を備えた組電池では、２番目以降に配置された単電池（例えば、図１０中の単電池１１０Ｃ）においても外部短絡に起因した急激な温度上昇が生じ得る。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、複数の単電池が接続された組電池に鋭利な導電性の異物が刺さった際に、複数の単電池の間で生じる外部短絡を抑制して、短絡電流による単電池の急激な温度上昇を好適に抑制することができる組電池を提供することを目的とする。
上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の組電池が提供される。
ここで開示される組電池は、正極および負極が積層した構造の電極体が角型の電池ケース内に収容されてなる互いに同形状の角型電池を単電池として複数備えた組電池である。
かかる組電池は、電極体における正負極の積層方向を配列方向として相互に隣接して単電池が複数配列された単電池配列ユニットを複数備えており、該複数の単電池配列ユニットは、各ユニットを構成する単電池の配列方向が略平行になるように並列に配置されている。
そして、ここで開示される組電池において、単電池配列ユニットのそれぞれに含まれる単電池は、いずれも同じ単電池配列ユニットにおける隣接した単電池とは電気的に直結した接続はなされておらず、他の単電池配列ユニットを構成するいずれかの単電池とバスバーを介して電気的に直結した接続が行われている。
かかる組電池は、電極体における正負極の積層方向を配列方向として相互に隣接して単電池が複数配列された単電池配列ユニットを複数備えており、該複数の単電池配列ユニットは、各ユニットを構成する単電池の配列方向が略平行になるように並列に配置されている。
そして、ここで開示される組電池において、単電池配列ユニットのそれぞれに含まれる単電池は、いずれも同じ単電池配列ユニットにおける隣接した単電池とは電気的に直結した接続はなされておらず、他の単電池配列ユニットを構成するいずれかの単電池とバスバーを介して電気的に直結した接続が行われている。
ここで開示される組電池では、複数の単電池が配列されてなる単電池配列ユニットを複数備えており、かかる複数の単電池配列ユニットが略平行に配置されている。かかる構造の組電池に釘のような鋭利な導電性の異物が刺さる場合、導電性の異物は、略平行に配置されている複数の単電池配列ユニットのうち一つの単電池配列ユニットに刺さって、当該一つの単電池配列ユニットを構成する各々の単電池を貫通する。
そして、ここで開示される組電池では、同じ単電池配列ユニットにおいて隣接した単電池の間では電気的に直結した接続がなされていないため、組電池を構成する複数の単電池配列ユニットのうち、一つの単電池配列ユニットを貫通するように導電性の異物が刺さったとしても、当該導電性の異物とバスバーとを介した外部短絡が生じないため、短絡電流による単電池の急激な温度上昇を抑制することができる。
そして、ここで開示される組電池では、同じ単電池配列ユニットにおいて隣接した単電池の間では電気的に直結した接続がなされていないため、組電池を構成する複数の単電池配列ユニットのうち、一つの単電池配列ユニットを貫通するように導電性の異物が刺さったとしても、当該導電性の異物とバスバーとを介した外部短絡が生じないため、短絡電流による単電池の急激な温度上昇を抑制することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る組電池として、リチウムイオン二次電池を単電池とし、当該リチウムイオン二次電池を複数接続してなる組電池を例に挙げて説明する。なお、ここで開示される組電池において、単電池として用いられる電池はリチウムイオン二次電池に限定されず、例えば、積層電極体を備えたニッケル水素電池などを用いることができる。
また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電解質の構成および製法、リチウムイオン二次電池の構築に係る一般的技術等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。
１．単電池の構成
先ず、本実施形態に係る組電池を構成する単電池を説明する。図１は本実施形態に係る組電池を構成する単電池を模式的に示す斜視図であり、図２は本実施形態における電極体を構成する各部材を模式的に示す説明図であり、図３は本実施形態における電極体の構成を模式的に示す斜視図である。
本実施形態に係る組電池を構成する単電池１０は、図１に示す角型の電池ケース５０内に、図２および図３に示す電極体３０を収容することによって構成される。
先ず、本実施形態に係る組電池を構成する単電池を説明する。図１は本実施形態に係る組電池を構成する単電池を模式的に示す斜視図であり、図２は本実施形態における電極体を構成する各部材を模式的に示す説明図であり、図３は本実施形態における電極体の構成を模式的に示す斜視図である。
本実施形態に係る組電池を構成する単電池１０は、図１に示す角型の電池ケース５０内に、図２および図３に示す電極体３０を収容することによって構成される。
（１）電池ケース
図１に示すように、電池ケース５０は、上面が開放された扁平な角型のケース本体５２と、当該上面の開口部を塞ぐ蓋体５４とから構成されている。電池ケース５０は、例えば、金属や樹脂などによって構成されていることが好ましい。また、電池ケース５０の上面をなす蓋体５４には、正極端子１２と負極端子１４とが設けられている。図示は省略するが、正極端子１２は電池ケース５０内の電極体の正極に接続され、負極端子１４は負極に接続されている。なお、正極端子１２は、アルミニウムやアルミニウム合金などによって構成されていることが好ましく、負極端子１４は、銅や銅合金などによって構成されていることが好ましい。
図１に示すように、電池ケース５０は、上面が開放された扁平な角型のケース本体５２と、当該上面の開口部を塞ぐ蓋体５４とから構成されている。電池ケース５０は、例えば、金属や樹脂などによって構成されていることが好ましい。また、電池ケース５０の上面をなす蓋体５４には、正極端子１２と負極端子１４とが設けられている。図示は省略するが、正極端子１２は電池ケース５０内の電極体の正極に接続され、負極端子１４は負極に接続されている。なお、正極端子１２は、アルミニウムやアルミニウム合金などによって構成されていることが好ましく、負極端子１４は、銅や銅合金などによって構成されていることが好ましい。
（２）電解液
上記した電池ケース５０の内部には、電極体３０（図３参照）とともに電解液が収容されている。電解液には、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様のものを特に限定なく使用することができ、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との混合溶媒（例えば体積比３：４：３）に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を約１ｍｏｌ／Ｌの濃度で含有させた非水電解液を使用することができる。
上記した電池ケース５０の内部には、電極体３０（図３参照）とともに電解液が収容されている。電解液には、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様のものを特に限定なく使用することができ、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との混合溶媒（例えば体積比３：４：３）に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を約１ｍｏｌ／Ｌの濃度で含有させた非水電解液を使用することができる。
（３）電極体
本実施形態においては、正極および負極が積層した構造の電極体が用いられる。具体的には、図２および図３に示すように、本実施形態における電極体３０は、矩形のシート状の正極３１および負極３５を交互に複数積層することによって形成される積層電極体であり、正極３１と負極３５との間にはセパレータ３８が配置されている。
なお、本明細書における「正極および負極が積層した構造の電極体」は、上記した複数枚の正極および負極を積層させた積層電極体に限定されない。例えば、電極体としては、長尺シート状の正極と負極とをセパレータを介して積層させた長尺の積層体を長尺方向に捲回させることによって作製される捲回電極体を使用することもできる。
本実施形態においては、正極および負極が積層した構造の電極体が用いられる。具体的には、図２および図３に示すように、本実施形態における電極体３０は、矩形のシート状の正極３１および負極３５を交互に複数積層することによって形成される積層電極体であり、正極３１と負極３５との間にはセパレータ３８が配置されている。
なお、本明細書における「正極および負極が積層した構造の電極体」は、上記した複数枚の正極および負極を積層させた積層電極体に限定されない。例えば、電極体としては、長尺シート状の正極と負極とをセパレータを介して積層させた長尺の積層体を長尺方向に捲回させることによって作製される捲回電極体を使用することもできる。
また、電極体３０を構成する各材料については、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様のものを特に限定なく使用することができる。
例えば、正極３１は、矩形状のアルミニウム箔等からなる正極集電体３２の表面に正極活物質層３３が付与されることによって構成される。正極活物質層３３には、正極活物質と、その他の添加材が含まれる。
正極活物質には、リチウム元素と一種または二種以上の遷移金属元素とを含むリチウム含有化合物（リチウム遷移金属複合酸化物）を用いることができる。このリチウム遷移金属複合酸化物としては、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ２）、リチウムコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、リチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、あるいはリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２）のような三元系リチウム含有複合酸化物などが挙げられる。
その他の添加材としては、導電材やバインダが挙げられる。導電材としては、例えば、カーボンブラックやカーボンファイバーなどのカーボン材料などが挙げられる。また、バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が挙げられる。
例えば、正極３１は、矩形状のアルミニウム箔等からなる正極集電体３２の表面に正極活物質層３３が付与されることによって構成される。正極活物質層３３には、正極活物質と、その他の添加材が含まれる。
正極活物質には、リチウム元素と一種または二種以上の遷移金属元素とを含むリチウム含有化合物（リチウム遷移金属複合酸化物）を用いることができる。このリチウム遷移金属複合酸化物としては、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ２）、リチウムコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、リチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、あるいはリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２）のような三元系リチウム含有複合酸化物などが挙げられる。
その他の添加材としては、導電材やバインダが挙げられる。導電材としては、例えば、カーボンブラックやカーボンファイバーなどのカーボン材料などが挙げられる。また、バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が挙げられる。
一方、負極３５は、矩形状の銅箔等からなる負極集電体３６の表面に、負極活物質を含む負極活物質層３７を付与することによって構成される。負極活物質層３７には、負極活物質と、その他の添加材が含まれている。
負極活物質としては、例えば、黒鉛（グラファイト）、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素（ソフトカーボン）、カーボンナノチューブ、あるいはこれらを組み合わせた炭素材料を用いることができる。
また、その他の添加材としては、バインダ、増粘剤、分散剤等を適宜使用することができる。例えば、バインダとしては、上記した正極活物質層で使用されるバインダと同様のものを用いることができる。増粘剤としてはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）やメチルセルロース（ＭＣ）などを用いることができる。
負極活物質としては、例えば、黒鉛（グラファイト）、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素（ソフトカーボン）、カーボンナノチューブ、あるいはこれらを組み合わせた炭素材料を用いることができる。
また、その他の添加材としては、バインダ、増粘剤、分散剤等を適宜使用することができる。例えば、バインダとしては、上記した正極活物質層で使用されるバインダと同様のものを用いることができる。増粘剤としてはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）やメチルセルロース（ＭＣ）などを用いることができる。
また、セパレータ３８には、正極３１と負極３５を電気的に絶縁する機能、非水電解質を保持する機能などを備えた樹脂製の多孔性シート（フィルム）が用いられる。かかるセパレータ３８としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、セルロース、ポリアミドなどを用いることができる。
２．組電池の構成
図４は本実施形態に係る組電池を模式的に示す平面図である。図４に示すように、本実施形態に係る組電池１は、上記した構成の単電池１０を６個備えており、該６個の単電池１０の正極端子１２と負極端子１４とをバスバー４０によって電気的に接続することによって構築されている。以下、本実施形態に係る組電池１の構成を具体的に説明する。
なお、以下では、説明の便宜上、外部に開放されている正極端子である正極出力端子１２ａを有する単電池１０Ａを１番目の単電池１０Ａと称し、負極出力端子１４ａを有する単電池１０Ｆを６番目の単電池１０Ｆと称する。そして、バスバー４０による電気的な接続において、１番目の単電池１０Ａと６番目の単電池１０Ｆとの間に配置されている単電池をそれぞれ２〜５番目の単電池１０Ｂ〜１０Ｅと称する。
図４は本実施形態に係る組電池を模式的に示す平面図である。図４に示すように、本実施形態に係る組電池１は、上記した構成の単電池１０を６個備えており、該６個の単電池１０の正極端子１２と負極端子１４とをバスバー４０によって電気的に接続することによって構築されている。以下、本実施形態に係る組電池１の構成を具体的に説明する。
なお、以下では、説明の便宜上、外部に開放されている正極端子である正極出力端子１２ａを有する単電池１０Ａを１番目の単電池１０Ａと称し、負極出力端子１４ａを有する単電池１０Ｆを６番目の単電池１０Ｆと称する。そして、バスバー４０による電気的な接続において、１番目の単電池１０Ａと６番目の単電池１０Ｆとの間に配置されている単電池をそれぞれ２〜５番目の単電池１０Ｂ〜１０Ｅと称する。
図４に示すように、本実施形態に係る組電池１では、配列方向ｘに沿って３個の単電池１０が配列されることによって２つの単電池配列ユニットＡ、Ｂが形成されている。各々の単電池配列ユニットＡ、Ｂにおける単電池１０の配列方向ｘは、電極体３０の正負極の積層方向ｙ（図３参照）と同じである。以下、説明の便宜上、図４中の上側の単電池配列ユニットＡを「一列目の単電池配列ユニットＡ」と称し、下側の単電池配列ユニットＢを「二列目の単電池配列ユニットＢ」と称する。
一列目の単電池配列ユニットＡは、２番目の単電池１０Ｂと４番目の単電池１０Ｄと６番目の単電池１０Ｆとを、幅広面（扁平面）が対向するように相互に隣接させて配列することによって構成されている。一方、単電池配列ユニットＢは、１番目の単電池１０Ａと３番目の単電池１０Ｃと５番目の単電池１０Ｅとを、幅広面が対向するように相互に隣接させて配列することによって構成されている。
一列目の単電池配列ユニットＡは、２番目の単電池１０Ｂと４番目の単電池１０Ｄと６番目の単電池１０Ｆとを、幅広面（扁平面）が対向するように相互に隣接させて配列することによって構成されている。一方、単電池配列ユニットＢは、１番目の単電池１０Ａと３番目の単電池１０Ｃと５番目の単電池１０Ｅとを、幅広面が対向するように相互に隣接させて配列することによって構成されている。
そして、一列目の単電池配列ユニットＡと二列目の単電池配列ユニットＢは、各々の単電池配列ユニットを構成する単電池１０の配列方向が略平行になるように並列に配置されている。
本実施形態においては、一列目の単電池配列ユニットＡを構成する各単電池１０の幅狭面と、二列目の単電池配列ユニットＢを構成する各単電池１０の幅狭面とが対向するように、一列目の単電池配列ユニットＡと二列目の単電池配列ユニットＢとが相互に隣接して配置されている。このように各々の単電池配列ユニットＡ、Ｂを配置することによって、一列目の単電池配列ユニットＡと二列目の単電池配列ユニットＢとが略平行に配置され、一列目の単電池配列ユニットＡを構成する各単電池１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆの正極端子１２と、二列目の単電池配列ユニットＢを構成する各単電池１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅの負極端子１４とが近接する。
なお、本明細書において「略平行」とは、各々の単電池配列ユニットを構成する単電池の配列方向が完全に平行な場合だけでなく、一列目の単電池配列ユニットＡを構成する各単電池の配列方向に対して、二列目の単電池配列ユニットＢを構成する各単電池の配列方向が−５°〜＋５°傾いている場合を含む。
本実施形態においては、一列目の単電池配列ユニットＡを構成する各単電池１０の幅狭面と、二列目の単電池配列ユニットＢを構成する各単電池１０の幅狭面とが対向するように、一列目の単電池配列ユニットＡと二列目の単電池配列ユニットＢとが相互に隣接して配置されている。このように各々の単電池配列ユニットＡ、Ｂを配置することによって、一列目の単電池配列ユニットＡと二列目の単電池配列ユニットＢとが略平行に配置され、一列目の単電池配列ユニットＡを構成する各単電池１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆの正極端子１２と、二列目の単電池配列ユニットＢを構成する各単電池１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅの負極端子１４とが近接する。
なお、本明細書において「略平行」とは、各々の単電池配列ユニットを構成する単電池の配列方向が完全に平行な場合だけでなく、一列目の単電池配列ユニットＡを構成する各単電池の配列方向に対して、二列目の単電池配列ユニットＢを構成する各単電池の配列方向が−５°〜＋５°傾いている場合を含む。
そして、本実施形態に係る組電池１において、単電池配列ユニットＡ、Ｂのそれぞれに含まれる単電池１０Ａ〜１０Ｆは、いずれも同じ単電池配列ユニットにおける隣接した単電池とは電気的に直結した接続はなされておらず、他の単電池配列ユニットを構成するいずれかの単電池とバスバー４０を介して電気的に直結した接続が行われている。
すなわち、本実施形態に係る組電池１は、各々の単電池を配列方向ｘに沿って順次電気的に接続する従来の組電池（図９参照）と異なり、単電池の配列方向ｘとは異なる方向にバスバー４０が延びるように電気的な接続を構築する。
具体的には、二列目の単電池配列ユニットＢに含まれる１番目の単電池１０Ａは、同じ二列目の単電池配列ユニットＢにおいて隣接する３番目の単電池１０Ｃには電気的に直結して接続されておらず、他の列のユニットである一列目の単電池配列ユニットＡの２番目の単電池１０Ｂにバスバー４０を介して電気的に直結して接続されている。さらに、２番目の単電池１０Ｂについても同様に、一列目の単電池配列ユニットＡにおいて隣接する４番目の単電池１０Ｄではなく、二列目の単電池配列ユニットＢの３番目の単電池１０Ｃに電気的に直結して接続されている。
以下、詳しい説明は省略するが、本実施形態に係る組電池１では、３番目〜６番目の単電池１０Ｃ〜１０Ｆについても同様に、同じ単電池配列ユニットにおいて隣接する単電池とは電気的に直結して接続されておらず、他の単電池配列ユニットに含まれる単電池との間で電気的に直結した接続がなされている。
すなわち、本実施形態に係る組電池１は、各々の単電池を配列方向ｘに沿って順次電気的に接続する従来の組電池（図９参照）と異なり、単電池の配列方向ｘとは異なる方向にバスバー４０が延びるように電気的な接続を構築する。
具体的には、二列目の単電池配列ユニットＢに含まれる１番目の単電池１０Ａは、同じ二列目の単電池配列ユニットＢにおいて隣接する３番目の単電池１０Ｃには電気的に直結して接続されておらず、他の列のユニットである一列目の単電池配列ユニットＡの２番目の単電池１０Ｂにバスバー４０を介して電気的に直結して接続されている。さらに、２番目の単電池１０Ｂについても同様に、一列目の単電池配列ユニットＡにおいて隣接する４番目の単電池１０Ｄではなく、二列目の単電池配列ユニットＢの３番目の単電池１０Ｃに電気的に直結して接続されている。
以下、詳しい説明は省略するが、本実施形態に係る組電池１では、３番目〜６番目の単電池１０Ｃ〜１０Ｆについても同様に、同じ単電池配列ユニットにおいて隣接する単電池とは電気的に直結して接続されておらず、他の単電池配列ユニットに含まれる単電池との間で電気的に直結した接続がなされている。
このような構成を有した本実施形態に係る組電池１に、釘などの導電性Ｆの異物が刺さった場合について説明する。図５は本実施形態に係る組電池に導電性の異物が刺さった状態を模式的に示す説明図である。
例えば、図５に示すように、本実施形態に係る組電池１に釘のような鋭利な導電性の異物Ｆが刺さる場合、当該導電性の異物Ｆは、略平行に配置された２つの単電池配列ユニットＡ、Ｂの何れか一方の単電池配列ユニット（図５では単電池配列ユニットＢ）に刺さって、かかる単電池配列ユニットＢを構成する各単電池１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅを貫通する。
このとき、本実施形態に係る組電池１では、二列目の単電池配列ユニットＢを構成する各々の単電池１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅ同士がバスバー４０を介して直結して接続されいないるため、二列目の単電池配列ユニットＢを構成する単電池１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅを導電性の異物Ｆが貫通しても、バスバー４０と導電性の異物Ｆとを介した導電経路が形成されない。
このため、本実施形態に係る組電池１によれば、導電性の異物Ｆが刺さった場合であっても、バスバー４０を介した外部短絡の短絡電流Ｅ１が発生せず、各々の単電池１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅで内部短絡の短絡電流Ｅ２が生じるのみであるため、外部短絡の短絡電流Ｅ１による急激な温度上昇が生じず、各々の単電池の温度上昇を単一の二次電池に導電性の異物が刺さった場合に生じる温度上昇と同程度にすることができる。
このとき、本実施形態に係る組電池１では、二列目の単電池配列ユニットＢを構成する各々の単電池１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅ同士がバスバー４０を介して直結して接続されいないるため、二列目の単電池配列ユニットＢを構成する単電池１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅを導電性の異物Ｆが貫通しても、バスバー４０と導電性の異物Ｆとを介した導電経路が形成されない。
このため、本実施形態に係る組電池１によれば、導電性の異物Ｆが刺さった場合であっても、バスバー４０を介した外部短絡の短絡電流Ｅ１が発生せず、各々の単電池１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅで内部短絡の短絡電流Ｅ２が生じるのみであるため、外部短絡の短絡電流Ｅ１による急激な温度上昇が生じず、各々の単電池の温度上昇を単一の二次電池に導電性の異物が刺さった場合に生じる温度上昇と同程度にすることができる。
なお、上述の説明では二列目の単電池配列ユニットＢに導電性の異物Ｆが刺さった場合を例示したが、一列目の単電池配列ユニットＡについても同様に、単電池配列ユニットＡを構成する各々の単電池１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆ同士がバスバー４０を介して直結して接続されていない。このため、一列目の単電池配列ユニットＡに導電性の異物Ｆが刺さった場合であっても、バスバー４０を介した外部短絡が発生せず、急激な温度上昇を抑制することができる。
また、本実施形態に係る組電池１を車両等の移動体に搭載する際には、各々の単電池配列ユニットＡ、Ｂを構成する単電池の配列方向ｘと、車両等の移動体の進行方向とが同じ方向になるように組電池１の向きを調整することが好ましい。これによって、導電性の異物Ｆが組電池１に刺さる際に、当該導電性の異物Ｆが、略平行に配置された２つの単電池配列ユニットＡ、Ｂの何れか一方の単電池配列ユニットのみに刺さりやすくなるため、上記した効果をより好適に発揮させることができる。
なお、上記した実施形態では、３個の組電池から構成された単電池配列ユニットＡ、Ｂを２つの備えた組電池１を例示したが、単電池配列ユニットの数や該単電池配列ユニットを構成する単電池の数は特に限定されない。例えば、図６に示すように、３個の単電池１０から構成された単電池配列ユニットＡ、Ｂ、Ｃを３つ並列させた組電池１Ａの場合であっても、同一の単電池配列ユニットを構成する単電池同士を電気的に直結して接続せずに、他の単電池配列ユニットを構成する単電池同士をバスバー４０を介して電気的に直結して接続することによって、バスバー４０を介した外部短絡の発生を防止できる。
［試験例］
以下、本発明に関する試験例を説明するが、以下の試験例は本発明を限定することを意図したものではない。
以下、本発明に関する試験例を説明するが、以下の試験例は本発明を限定することを意図したものではない。
１．試験例の組電池の作製
（１）試験例１
正極活物質（ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２）と、導電材（アセチレンブラック）と、バインダ（ＰＶＤＦ）とが、質量比で９４：３：３の割合で混合された正極活物質層が、厚さ１２μｍの正極集電体（アルミニウム箔）の両面に形成された矩形状の正極を作製した。一方、負極活物質（黒鉛）と、増粘剤（ＣＭＣ）と、バインダ（ＳＢＲ）とが、質量比で９８：１：１の割合で混合された負極活物質層が、厚さ１０μｍの負極集電体（銅箔）の両面に形成された矩形状の負極を作製した。
そして、上記した正極と負極とをセパレータを介して７０枚ずつ積層させることによって積層電極体を作製し、当該積層電極体を電解液とともに図１に示す角型の電池ケース（幅Ｗ１４８ｍｍ、厚みＤ２６．４ｍｍ、高さＨ９１ｍｍ）に収容して、容量が３５Ａｈの単電池を作製した。
（１）試験例１
正極活物質（ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２）と、導電材（アセチレンブラック）と、バインダ（ＰＶＤＦ）とが、質量比で９４：３：３の割合で混合された正極活物質層が、厚さ１２μｍの正極集電体（アルミニウム箔）の両面に形成された矩形状の正極を作製した。一方、負極活物質（黒鉛）と、増粘剤（ＣＭＣ）と、バインダ（ＳＢＲ）とが、質量比で９８：１：１の割合で混合された負極活物質層が、厚さ１０μｍの負極集電体（銅箔）の両面に形成された矩形状の負極を作製した。
そして、上記した正極と負極とをセパレータを介して７０枚ずつ積層させることによって積層電極体を作製し、当該積層電極体を電解液とともに図１に示す角型の電池ケース（幅Ｗ１４８ｍｍ、厚みＤ２６．４ｍｍ、高さＨ９１ｍｍ）に収容して、容量が３５Ａｈの単電池を作製した。
そして、試験例１では、上記した単電池１０を６個作製し、図４に示すように、配列方向ｘに沿って３個の単電池が配列された単電池配列ユニットＡ、Ｂを２つ形成した。そして、一列目の単電池配列ユニットＡを構成する単電池１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｆの配列方向と、二列目の単電池配列ユニットＢを構成する単電池１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅの配列方向とが略平行になるように、各々の単電池配列ユニットＡ、Ｂを並列に配置し、配置した各々の単電池１０Ａ〜１０Ｆを所定の拘束圧で拘束した。そして、各々の単電池配列ユニットＡ、Ｂを構成する単電池１０が、同じ単電池配列ユニットにおいて隣接した単電池でなく、他の列の単電池配列ユニットを構成する単電池と接続されるようにバスバー４０による電気的な接続を構築した。
（２）試験例２
試験例２では、上記した試験例１と同じ手順を経て単電池１０を９個作製した後、図６に示すように、配列方向ｘに沿って単電池１０が３個配列された単電池配列ユニットＡ、Ｂ、Ｃを３つ形成し、該３つの単電池配列ユニットＡ、Ｂ、Ｃを並列に配置した。そして、試験例１と同様に、各々の単電池１０を、同じ単電池配列ユニットにおいて隣接する単電池でなく、他の列の単電池配列ユニットを構成する単電池と電気的に接続した。
試験例２では、上記した試験例１と同じ手順を経て単電池１０を９個作製した後、図６に示すように、配列方向ｘに沿って単電池１０が３個配列された単電池配列ユニットＡ、Ｂ、Ｃを３つ形成し、該３つの単電池配列ユニットＡ、Ｂ、Ｃを並列に配置した。そして、試験例１と同様に、各々の単電池１０を、同じ単電池配列ユニットにおいて隣接する単電池でなく、他の列の単電池配列ユニットを構成する単電池と電気的に接続した。
（３）試験例３
試験例３では、試験例１と同じ手順を経て単電池２１０を５個作製した後、図７に示すように、当該５個の単電池２１０を電極体（図示省略）の積層方向（すなわち、配列方向ｘ）に沿って配列させた後、隣接した単電池２１０間の正極端子２１２と負極端子２１４とをバスバー２４０を介して接続して組電池２００を構築した。なお、図７に示す組電池２００では、配列方向ｘの一方の端部に正極出力端子２１２ａを備えた単電池２１０が配置され、他方の端部に負極出力端子２１４ａを備えた電池２１０が配置されている。
試験例３では、試験例１と同じ手順を経て単電池２１０を５個作製した後、図７に示すように、当該５個の単電池２１０を電極体（図示省略）の積層方向（すなわち、配列方向ｘ）に沿って配列させた後、隣接した単電池２１０間の正極端子２１２と負極端子２１４とをバスバー２４０を介して接続して組電池２００を構築した。なお、図７に示す組電池２００では、配列方向ｘの一方の端部に正極出力端子２１２ａを備えた単電池２１０が配置され、他方の端部に負極出力端子２１４ａを備えた電池２１０が配置されている。
（４）試験例４
図８に示すように、試験例４では、上記した試験例１と同様に、６個の単電池３１０Ａ〜３１０Ｆを作製し、配列方向ｘに沿って３個の単電池３１０を配列して２つの単電池配列ユニットＡ、Ｂを形成し、形成した単電池配列ユニットＡ、Ｂが略平行になるように並列に配置した。
そして、試験例４では、正極出力端子３１２ａを有する１番目の単電池３１０Ａから、負極出力端子３１４ａを有する６番目の単電池３１０Ｆに向かって、隣接する単電池同士が順次接続されるように、各々の単電池３１０Ａ〜３１０Ｆの間で正極端子３１２と負極端子３１４とをバスバー３４０を介して接続した。
具体的には、試験例４の組電池３００は、２番目の単電池３１０Ｂと３番目の単電池３１０Ｃとの電気的な接続と、４番目の単電池３１０Ｄと５番目の単電池３１０Ｅとの電気的な接続が、同じ単電池配列ユニットにおいて隣接した単電池同士の接続となっている点が、試験例１の組電池と異なる。
図８に示すように、試験例４では、上記した試験例１と同様に、６個の単電池３１０Ａ〜３１０Ｆを作製し、配列方向ｘに沿って３個の単電池３１０を配列して２つの単電池配列ユニットＡ、Ｂを形成し、形成した単電池配列ユニットＡ、Ｂが略平行になるように並列に配置した。
そして、試験例４では、正極出力端子３１２ａを有する１番目の単電池３１０Ａから、負極出力端子３１４ａを有する６番目の単電池３１０Ｆに向かって、隣接する単電池同士が順次接続されるように、各々の単電池３１０Ａ〜３１０Ｆの間で正極端子３１２と負極端子３１４とをバスバー３４０を介して接続した。
具体的には、試験例４の組電池３００は、２番目の単電池３１０Ｂと３番目の単電池３１０Ｃとの電気的な接続と、４番目の単電池３１０Ｄと５番目の単電池３１０Ｅとの電気的な接続が、同じ単電池配列ユニットにおいて隣接した単電池同士の接続となっている点が、試験例１の組電池と異なる。
２．評価試験
構築した試験例１〜試験例４の組電池を評価する評価試験として、以下の釘刺し試験を行った。
かかる釘刺し試験では、先ず、２５℃の温度環境下において、上記試験例１〜試験例４の組電池をＳＯＣ１００％の充電状態に調整した。次いで、電池ケースの外表面に２枚の熱電対を貼り付け、単電池の配列方向ｘに沿ってタングステン製の釘を突き刺した。なお、かかる釘の直径は６ｍｍ、先端の角度は６０°であり、角型の電池ケースの幅広面の中央付近に２５ｍｍ／ｓｅｃの速度で直角に突き刺した。
なお、試験例１、２、４では、複数の単電池配列ユニットのうち単電池配列ユニットＡを構成する各単電池を貫通するように釘を突き刺し、試験例３では全ての単電池を貫通するように釘を突き刺した。
構築した試験例１〜試験例４の組電池を評価する評価試験として、以下の釘刺し試験を行った。
かかる釘刺し試験では、先ず、２５℃の温度環境下において、上記試験例１〜試験例４の組電池をＳＯＣ１００％の充電状態に調整した。次いで、電池ケースの外表面に２枚の熱電対を貼り付け、単電池の配列方向ｘに沿ってタングステン製の釘を突き刺した。なお、かかる釘の直径は６ｍｍ、先端の角度は６０°であり、角型の電池ケースの幅広面の中央付近に２５ｍｍ／ｓｅｃの速度で直角に突き刺した。
なお、試験例１、２、４では、複数の単電池配列ユニットのうち単電池配列ユニットＡを構成する各単電池を貫通するように釘を突き刺し、試験例３では全ての単電池を貫通するように釘を突き刺した。
（１）短絡電流の測定
試験例１〜試験例４の組電池に対して上記した釘刺し試験を行っている間、各々の単電池を電気的に接続しているバスバーを流れる電流を外部短絡の短絡電流として測定した。各々の試験例において測定した外部短絡の短絡電流の最大値を表１に示す。
試験例１〜試験例４の組電池に対して上記した釘刺し試験を行っている間、各々の単電池を電気的に接続しているバスバーを流れる電流を外部短絡の短絡電流として測定した。各々の試験例において測定した外部短絡の短絡電流の最大値を表１に示す。
（２）最高温度の測定
試験例１〜試験例４の組電池に対して上記した釘刺し試験を行っている間、各々の組電池を構成する単電池の温度を測定した。測定した温度のうち、最も高い温度を単電池の最高温度として表１に示す。
試験例１〜試験例４の組電池に対して上記した釘刺し試験を行っている間、各々の組電池を構成する単電池の温度を測定した。測定した温度のうち、最も高い温度を単電池の最高温度として表１に示す。
３．評価結果
表１に示す結果より、試験例１および試験例２では、バスバーを介した外部短絡の短絡電流が生じておらず、単電池の最高温度が試験例３、４よりも低くなっていた。このことから、試験例１および試験例２のように、複数の単電池配列ユニットが並列に配置された組電池を構築し、同じ単電池配列ユニットにおいて隣接した単電池同士を直結して接続せずに、他の単電池配列ユニットを構成する単電池同士をバスバーを介して直結して接続させることによって、導電性の異物が組電池に刺さった際に外部短絡が生じることを防止して、短絡電流による急激な温度上昇を抑制できることが確認できた。
表１に示す結果より、試験例１および試験例２では、バスバーを介した外部短絡の短絡電流が生じておらず、単電池の最高温度が試験例３、４よりも低くなっていた。このことから、試験例１および試験例２のように、複数の単電池配列ユニットが並列に配置された組電池を構築し、同じ単電池配列ユニットにおいて隣接した単電池同士を直結して接続せずに、他の単電池配列ユニットを構成する単電池同士をバスバーを介して直結して接続させることによって、導電性の異物が組電池に刺さった際に外部短絡が生じることを防止して、短絡電流による急激な温度上昇を抑制できることが確認できた。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
１、１Ａ、１００、２００、３００ 組電池
１０、２１０ 単電池
１０Ａ、１１０Ａ、３１０Ａ １番目の単電池
１０Ｂ、１１０Ｂ、３１０Ｂ ２番目の単電池
１０Ｃ、１１０Ｃ、３１０Ｃ ３番目の単電池
１０Ｄ、３１０Ｄ ４番目の単電池
１０Ｅ、３１０Ｅ ５番目の単電池
１０Ｆ、３１０Ｆ ６番目の単電池
１２、１１２、２１２、３１２ 正極端子
１２ａ、２１２ａ、３１２ａ 正極出力端子
１４、１１４、２１４、３１４ 負極端子
１４ａ、２１４ａ、３１４ａ 負極出力端子
３０ 電極体
３１、１３２ 正極
３２ 正極集電体
３３ 正極活物質層
３５、１３５ 負極
３６ 負極集電体
３７ 負極活物質層
３８ セパレータ
４０、１４０、２４０、３４０ バスバー
５０ 電池ケース
５２ ケース本体
５４ 蓋体
Ｄ 電池ケースの厚み
Ｅ１ 外部短絡の短絡電流
Ｅ２ 内部短絡の短絡電流
Ｆ 導電性の異物
Ｈ 電池ケースの高さ
Ｗ 電池ケースの幅
ｘ 単電池の配列方向
ｙ 電極体の積層方向
１０、２１０ 単電池
１０Ａ、１１０Ａ、３１０Ａ １番目の単電池
１０Ｂ、１１０Ｂ、３１０Ｂ ２番目の単電池
１０Ｃ、１１０Ｃ、３１０Ｃ ３番目の単電池
１０Ｄ、３１０Ｄ ４番目の単電池
１０Ｅ、３１０Ｅ ５番目の単電池
１０Ｆ、３１０Ｆ ６番目の単電池
１２、１１２、２１２、３１２ 正極端子
１２ａ、２１２ａ、３１２ａ 正極出力端子
１４、１１４、２１４、３１４ 負極端子
１４ａ、２１４ａ、３１４ａ 負極出力端子
３０ 電極体
３１、１３２ 正極
３２ 正極集電体
３３ 正極活物質層
３５、１３５ 負極
３６ 負極集電体
３７ 負極活物質層
３８ セパレータ
４０、１４０、２４０、３４０ バスバー
５０ 電池ケース
５２ ケース本体
５４ 蓋体
Ｄ 電池ケースの厚み
Ｅ１ 外部短絡の短絡電流
Ｅ２ 内部短絡の短絡電流
Ｆ 導電性の異物
Ｈ 電池ケースの高さ
Ｗ 電池ケースの幅
ｘ 単電池の配列方向
ｙ 電極体の積層方向
Claims (1)
- 正極および負極が積層した構造の電極体が角型の電池ケース内に収容されてなる互いに同形状の角型電池を単電池として複数備えた組電池であって、
前記電極体における前記正負極の積層方向を配列方向として相互に隣接して前記単電池が複数配列された単電池配列ユニットを複数備えており、
該複数の単電池配列ユニットは、各ユニットを構成する単電池の前記配列方向が略平行になるように並列に配置されており、
ここで、前記単電池配列ユニットのそれぞれに含まれる単電池は、いずれも同じ単電池配列ユニットにおける隣接した単電池とは電気的に直結した接続はなされておらず、他の単電池配列ユニットを構成するいずれかの単電池とバスバーを介して電気的に直結した接続が行われている、組電池。
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|---|---|---|---|
| JP2016217939A JP6629710B2 (ja) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | 組電池 |
| US15/790,522 US11404715B2 (en) | 2016-11-08 | 2017-10-23 | Assembled battery |
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| KR1020170140029A KR102092619B1 (ko) | 2016-11-08 | 2017-10-26 | 조전지 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016217939A JP6629710B2 (ja) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | 組電池 |
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|---|---|---|---|
| JP2016217939A Active JP6629710B2 (ja) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | 組電池 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022500824A (ja) * | 2019-01-09 | 2022-01-04 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | 電池パック、車両及びエネルギー蓄積装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52155330A (en) * | 1976-06-21 | 1977-12-23 | Tokyo Shibaura Electric Co | Battery |
| WO2009041018A1 (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 電池パック |
| JP2012151581A (ja) * | 2011-01-18 | 2012-08-09 | Nissan Motor Co Ltd | 組電池 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5821776A (ja) * | 1981-08-03 | 1983-02-08 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | トナ−像定着装置 |
| JP3598627B2 (ja) * | 1996-01-17 | 2004-12-08 | 松下電器産業株式会社 | 蓄電池用電槽および蓄電池 |
| JP4078998B2 (ja) * | 2003-02-04 | 2008-04-23 | トヨタ自動車株式会社 | 車両用バッテリ搭載構造 |
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| JP4301340B2 (ja) * | 2007-08-15 | 2009-07-22 | 日産自動車株式会社 | 組電池 |
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| US8790810B2 (en) * | 2011-12-14 | 2014-07-29 | GM Global Technology Operations LLC | Battery cell module with sliding repeating elements |
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| JP2015002113A (ja) | 2013-06-17 | 2015-01-05 | 株式会社豊田自動織機 | 蓄電モジュールおよび蓄電パック |
| JP6052427B2 (ja) * | 2013-11-22 | 2016-12-27 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 蓄電素子群の接続構造 |
-
2016
- 2016-11-08 JP JP2016217939A patent/JP6629710B2/ja active Active
-
2017
- 2017-10-23 US US15/790,522 patent/US11404715B2/en active Active
- 2017-10-25 CN CN201711005478.3A patent/CN108075093B/zh active Active
- 2017-10-26 KR KR1020170140029A patent/KR102092619B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52155330A (en) * | 1976-06-21 | 1977-12-23 | Tokyo Shibaura Electric Co | Battery |
| WO2009041018A1 (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 電池パック |
| JP2012151581A (ja) * | 2011-01-18 | 2012-08-09 | Nissan Motor Co Ltd | 組電池 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022500824A (ja) * | 2019-01-09 | 2022-01-04 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | 電池パック、車両及びエネルギー蓄積装置 |
| JP7197689B2 (ja) | 2019-01-09 | 2022-12-27 | ビーワイディー カンパニー リミテッド | 電池パック、車両及びエネルギー蓄積装置 |
| US11955651B2 (en) | 2019-01-09 | 2024-04-09 | Byd Company Limited | Power battery pack and electric vehicle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6629710B2 (ja) | 2020-01-15 |
| US11404715B2 (en) | 2022-08-02 |
| CN108075093B (zh) | 2020-10-23 |
| CN108075093A (zh) | 2018-05-25 |
| KR102092619B1 (ko) | 2020-03-24 |
| KR20180051372A (ko) | 2018-05-16 |
| US20180131032A1 (en) | 2018-05-10 |
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