JP3579238B2 - 集合型蓄電池 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、鉛蓄電池などの電池に係り、特に、単電池を複数個積層あるいは集合して組電池とした集合型蓄電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯機器の急速な普及により従来に増して高性能な蓄電池が要請されるようになった。このような背景にあって、優れた充・放電特性、信頼性、取り扱いの容易さなどにより、密閉型アルカリ蓄電池が各種の携帯機器の電源としてその需要を拡大している。ところで、この種の密閉型アルカリ蓄電池は、過充電時に正極から発生する酸素ガスを負極と反応させて吸収することにより密閉化を行っている。このため、充電時にはガス吸収反応熱によって電池温度が上昇する。
【0003】
しかしながら、現在使用されているこの種の密閉型アルカリ蓄電池は、円筒形あるいは角形の2Ah未満の小型蓄電池がほとんであって、その発熱量も小さいため、電池の温度上昇についてはそれほど考慮する必要がなかった。
【0004】
ところが、用途の拡大とともに大容量の蓄電池が求められるようになり、特に、近年においては、大容量の蓄電池を多数個接続して組電池とし、大容量が得られるようにした集合型のアルカリ蓄電池が電気自動車用に開発されるようになった。このように大容量にした集合型のアルカリ蓄電池においては、発熱量が増大するとともに放熱性が低下するため、発熱した熱が蓄熱されて電池温度が上昇し、放電容量が低下するという問題を生じた。また、両端部に配置される蓄電池と中央部に配置される蓄電池とで温度差が生じるため、中央部に配置される蓄電池と両端部に配置される蓄電池とで充放電特性にばらつきが生じるという問題も生じた。
【0005】
そこで、積層方向に隣接する電池間に空気が流通するための空間部を設けるようにした密閉型アルカリ蓄電池が特開平7−235326号公報において提案された。この特開平7−235326号公報において提案された密閉型アルカリ蓄電池にあっては、合成樹脂製の電池ケースの外表面に複数のリブを平行に設け、隣接する電池ケースを積層する際に、これらのリブ同士を互いに突き合わせ、これらのリブ同士を突き合わせることにより空気が流通するための空間部を設けるようにしている。
【0006】
このように、相隣接する電池間に空気が流通するための空間部を設けるようにすると、電池内で発熱した熱がこの空間部を通して電池外部に放出されるようになるため、各電池は適切に冷却されるようになる。このため、両端部に配置される蓄電池と中央部に配置される蓄電池とで温度差が生じることが防止でき、中央部に配置される蓄電池と両端部に配置される蓄電池とで充放電特性にばらつきが生じることが防止できるようになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平7−235326号公報において提案された密閉型アルカリ蓄電池にあっては、一方の電池ケースの両端部に設けられるリブの上部あるいは下部に位置決め用の凸部あるいは凹部を設け、この電池ケースに隣接する他方の電池ケースの両端部に設けられるリブの上部あるいは下部に位置決め用の凹部あるいは凸部を設けて、これらの凸部と凹部により位置決めして各リブを突き合わせて各電池を積層して組電池を構成するようにしている。
【0008】
しかしながら、このように各リブを突き合わせて各電池を積層して組電池を構成しても、各リブを単に突き合わせているだけであるため、組電池全体の機械的強度は増加しない。このため、組電池全体の機械的強度を増加させるためには別に補強部材を用いる必要があり、この種の組電池のコストが上昇するとともに、組電池に構成するための作業工程も複雑かつ面倒になるという問題を生じた。
【0009】
また、この種の組電池を振動環境で使用される電気自動車用に用いる場合、単に各リブを突き合わせて各電池を積層して組電池を構成しても、振動により各電池にずれを生じて、端子同士を接続する接続部材が端子からはずれるような事態も生じる。
【0010】
さらに、リブの上部あるいは下部に位置決め用の凹部あるいは凸部を設けるようにすると、電池ケースの成型時において凸部においてガス抜けが悪いために成型不良を生じるという問題も生じる。
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、成型が容易な電槽を用いて組電池を構成することにより、組電池全体の機械的強度を増加させるとともに振動により各電池にずれを生じない組電池を得ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
この発明は、正・負極板とセパレータと電解液よりなる発電要素を電槽に収容して形成した単電池の複数個を積層もしくは集合して組電池とした集合型蓄電池であって、上記課題を解決するために、本発明の集合型蓄電池は、各単電池の電槽の相隣接する側壁の高さ方向に平行に互いに嵌合する複数列のリブをそれぞれの側壁に備えるとともに、相隣接する側壁の複数列のリブを相互に嵌合させて嵌合部を形成することにより、これらの各嵌合部にそれぞれ空気の流通路となる空間部を備えるようにしたことを特徴とする。
【0012】
このように相隣接する電池の各側壁に設けられた複数列のリブが互いに嵌合するようになるため、組電池とした場合の機械的強度が増加し、相隣接する電池が互いにずれることが防止できるようになる。これと同時に、複数列の嵌合部にそれぞれ空気の流通路となる空間部を備えるようにしているので、電池内で発熱した熱がこの空間部を通して電池外部に放出されるようになって、各電池は適切に冷却されるようになる。このため、両端部に配置される蓄電池と中央部に配置される蓄電池とで温度差が生じることが防止でき、中央部に配置される蓄電池と両端部に配置される蓄電池とで充放電特性にばらつきが生じることが防止できるようになる。
【0013】
そして、相隣接する一方の単電池の電槽側壁には一対のリブで形成される略コ字状の凸部と、この2個の凸部の間に形成される溝部とを備えるとともに、これらの凸部と溝部を交互に備え、前記一方の単電池の電槽側壁に対向する他方の単電池の電槽側壁には、前記一方の単電池の電槽側壁に備えた前記凸部に対向する位置に溝部を備えるとともに、前記一方の単電池の電槽側壁に備えた前記溝部に対向する位置に一対のリブで形成される略コ字状の凸部を備え、これらの溝部と凸部を交互に備えるようにすると、それぞれの凸部と溝部が側壁の複数箇所で互いに嵌合するようになるので、相隣接する側壁同士が強固に結合されるようになる。また、単に相隣接する一方の電池の電槽側壁に形成された溝部内に他方の電池の電槽側壁に形成された略コ字状の凸部を挿入するだけで嵌合部が形成されるようになるため、組電池の組立が容易になる。この結果、組電池全体の機械的強度が向上するとともに、振動があっても相隣接する側壁同士がずれることもない。
【0014】
さらに、一方の単電池に形成された略コ字状の凸部と、他方の単電池に形成された溝部の底壁とで空間部を形成するようにすると、空間部を容易に形成することができるようになる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の集合型蓄電池をアルカリ蓄電池に適用した場合の一実施の形態を図1〜図3に基づいて説明する。なお、図1は本実施形態の集合型アルカリ蓄電池の正面図であり、図2は図1の上面図であり、図3は5セルのアルカリ蓄電池を集合させた状態を示す斜示図である。
【0016】
本発明の単電池10,20,30,40,50は、正極板と負極板とこれらの間にセパレータを介して積層した極板群を電解液とともに合成樹脂製(例えばポリプロピレン製)の電池ケース(電槽)11,21,31,41,51内に収容するとともに、各電槽11,21,31,41,51の上部開口部に合成樹脂製の蓋12,22,32,42,52を熱溶着して構成される。なお、各単電池10,20,30,40,50は同様の構成であるので、以下の説明においては単電池10,20についてのみ説明するが、各単電池30,40,50についても同様である。
【0017】
蓋12(なお、蓋22,32,42,52についても同様である)には正極端子13と負極端子14と安全弁15が固定されており、正極端子13の下端は各正極板から延出した集電体が溶接により接続固定され、負極端子14の下端は各負極板から延出した集電体が溶接により接続固定されている。
【0018】
電槽11(なお、電槽21,31,41,51についても同様である)は、相隣接する電池に対向する幅広の側壁11a,11b(なお、電池10は組電池の終端電池となるため、電槽11の側壁11aに対向する電池は存在しなく、側壁11b側に対向する電池20が存在する)と、幅が狭い側壁11c,11dと、底壁11eとからなる直方体状に一体的に形成されている。
【0019】
電槽11の幅広の側壁11aの外表面には、外表面上で相対向する一対のリブ16a,16b,16cと一片のリブ16dが側壁11aの高さ方向に平行に電槽11と一体的に形成されている。一方、幅広の側壁11bの外表面には、一片のリブ16eと外表面上で相対向する一対のリブ16f,16g,16hとが側壁11bの高さ方向に平行に電槽11と一体的に形成されている。
【0020】
ここで、一対のリブ16a,16b,16cおよび16f,16g,16hはそれぞれ略コ字状の凸部となり、一対のリブ16aと16bとの間は溝部18aとなり、一対のリブ16bと16cとの間は溝部18bとなり、一対のリブ16cとリブ16dとの間は溝部18cとなり、リブ16eと一対のリブ16fとの間は溝部18dとなり、一対のリブ16fと16gとの間は溝部18eとなり、一対のリブ16gと16hとの間は溝部18fとなる。
【0021】
そして、一対のリブ16aの反対側は溝部18dとなり、一対のリブ16bの反対側は溝部18eとなり、一対のリブ16cの反対側は溝部18fとなる。なお、電槽11(なお、電槽21,31・・・についても同様である)の幅が狭い側壁11cには厚肉部17aが電槽11より膨出して一体的に形成されており、幅が狭い側壁11dには厚肉部17bが電槽11より膨出して一体的に形成されている。
【0022】
また、厚肉部17aには、図示しない結束バンドをガイドするための溝17c,17dが形成されており、厚肉部17bには、同様に溝17e,17fが形成されている。同様に、電池20においては溝27c,27dおよび溝27e,27fが、電池30においては溝37c,37dおよび溝37e,37fが、電池40においては溝47c,47dおよび溝47e,47fが、電池50においては溝57c,57dおよび溝57e,57fがそれぞれ形成されている。これらの各溝17c,27c,37c,47c,57cは1列となるように、17d,27d,37d,47d,57dは1列となるように、17e,27e,37e,47e,57eは1列となるように、および17f,27f,37f,47f,57fは1列となるようにそれぞれ同じ高さに形成されている。
【0023】
(実施例)
1.正極板の作製
所定量の水酸化ニッケル活物質に所定量のヒドロキシプロピルセルロース水溶液を混合して作製した活物質スラリーを所定の厚みのニッケル発泡体(ニッケルスポンジ)に充填した後、その表面にフッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン,PTFE)ディスパージョンを噴霧し、乾燥させた後、所定の厚みになるまで圧延し、所定形状に切断して非焼結式ニッケル正極板を作製する。
【0024】
2.負極板の作製
ミッシュメタル(Mm:希土類元素の混合物)、ニッケル、コバルト、アルミニウム、およびマンガンを1:3.4:0.8:0.2:0.6の比率で混合し、この混合物をアルゴンガス雰囲気の高周波誘導炉で誘導加熱して合金溶湯となす。この合金溶湯を公知の方法で冷却し、組成式Mm1.0Ni3.4Co0.8Al0.2Mn0.6で表される水素吸蔵合金のインゴットを作製する。
【0025】
この水素吸蔵合金インゴットを機械的に粗粉砕した後、不活性ガス雰囲気中で平均粒子径が約150μmになるまで機械的に粉砕する。このようにして作製した水素吸蔵合金粉末にポリエチレンオキサイド等の結着剤と、適量の水を加えて混合して水素吸蔵合金スラリーを作製する。このスラリーをパンチングメタルからなる活物質保持体の両面に、圧延後の活物質密度が所定量になるように塗着した後、乾燥、圧延を行った後、所定寸法に切断して水素吸蔵合金負極板を作製する。
【0026】
3.ニッケル−水素蓄電池の作製
ついで、上述のように作製した非焼結式ニッケル正極板と水素吸蔵合金負極板とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータを介して積層して、極板群を作製する。この極板群を電解液(例えば、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化リチウム(LiOH)などのアルカリ金属の水酸化物を混合した水溶液を用いる)とともに電槽11に挿入する。この後、蓋12に設けられた正極端子13の下端と各正極板から延出する集電体とを溶接により接続固定するとともに、負極端子14の下端と各負極板から延出する集電体とを溶接により接続固定する。ついで、電槽11の上部開口部に合成樹脂製の蓋12を熱溶着して、公称容量が100Ahのニッケル−水素蓄電池10を作製する。なお、ニッケル−水素蓄電池20,30・・・についても同様に作製される。
【0027】
4.ニッケル−水素蓄電池の集合化
ついで、上述のように作製した各ニッケル−水素蓄電池10,20,30,40,50を集合化するに際して、電池10の側壁11bに形成された溝部18dに電池20の側壁21aに形成された一対のリブ26aを、溝部18eに一対のリブ26bを、溝部18fに一対のリブ26cをそれぞれ嵌合させるとともに、電池20の側壁21aに形成された溝部28aに電池10の側壁11bに形成された一対のリブ16fを、溝部28bに一対のリブ16gを、溝部28cに一対のリブ16hをそれぞれ嵌合させて、電池10と電池20とを一体化する。
【0028】
これにより、一対のリブ26aと溝部18dの底壁との間に空間部s(図2(b)参照)が形成され、一対のリブ26bと溝部18eの底壁との間に空間部sが形成され、一対のリブ26cと溝部18fの底壁との間に空間部sが形成されるようになる。同様に、電池20と電池30を、電池30と電池40を、電池40と電池50をそれぞれ一体化し、電池20と電池30との間、電池30と電池40との間、電池40と電池50との間にそれぞれ空間部sを形成する。
【0029】
この結果、電池10で発生した熱は側壁11aおよび側壁11b側の空間部sを通して放熱され、電池20で発生した熱は側壁21a,21b側の空間部sを通して放熱され、電池30で発生した熱は側壁31a,31b側の空間部sを通して放熱され、電池40で発生した熱は側壁41a,41b側の空間部sを通して放熱され、電池50で発生した熱は側壁11a側の空間部sおよび側壁11bを通して放熱されるようになる。
【0030】
この後、電池10の負極端子14と電池20の負極端子24とを接続桿A1にて接続し、電池20の正極端子23と電池30の正極端子33とを接続桿A2にて接続し、電池30の負極端子34と電池40の負極端子44とを接続桿A3にて接続し、電池40の正極端子43と電池50の正極端子53とを接続桿A4にて接続すると、図3に示すように、5セルを一体化した集合型ニッケル−水素蓄電池が作製される。
【0031】
ついで、この集合型ニッケル−水素蓄電池の両端部に図示しないエンドプレートを配置するとともに、図示しない一方の結束バンドを各溝17c,27c,37c,47c,57cおよび17e,27e,37e,47e,57eに配置して締着する。また、図示しない他方の結束バンドを各溝17d,27d,37d,47d,57dおよび17f,27f,37f,47f,57fに配置して締着する。これにより、この集合型ニッケル−水素蓄電池は強固に結束されるようになり、この集合型ニッケル−水素蓄電池を振動がある環境で使用しても各電池10,20,30,40,50が互いにずれることが防止できるようになる。
【0032】
以上に説明したように、本発明の集合型アルカリ蓄電池は、電池10の側壁11bに形成された溝部18dに電池20の側壁21aに形成された一対のリブ26aを、溝部18eに一対のリブ26bを、溝部18fに一対のリブ26cをそれぞれ嵌合させるとともに、電池20の側壁21aに形成された溝部28aに電池10の側壁11bに形成された一対のリブ16fを、溝部28bに一対のリブ16gを、溝部28cに一対のリブ16hをそれぞれ嵌合させて、電池10と電池20とを一体化する。このため、相隣接する電池10,20が互いに嵌合するようになるため、組電池とした場合の機械的強度が増加し、相隣接する電池が互いにずれることが防止できるようになる。
【0033】
これと同時に、一対のリブ26aと溝部18dの底壁との間に空間部s(図2(b)参照)が形成され、一対のリブ26bと溝部18eの底壁との間に空間部sが形成され、一対のリブ26cと溝部18fの底壁との間に空間部sが形成されるようになるので、電池内で発熱した熱がこの空間部sを通して電池外部に放出されるようになって、各電池は適切に冷却されるようになる。このため、両端部に配置される蓄電池10,50と中央部に配置される蓄電池20,30,40とで温度差が生じることが防止でき、中央部に配置される蓄電池20,30,40と両端部に配置される蓄電池10,50とで充放電特性にばらつきが生じることが防止できるようになる。
【0034】
なお、上述した実施形態においては、ニッケル−水素蓄電池を集合化するに際して5つの単電池を集合化する例についてのみ説明したが、集合化する単電池の個数は、6個、8個、10個、12個等、適宜選択すればよい。また、上述した実施形態においては、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用する例についてのみ説明したが、本発明はニッケル−水素蓄電池以外に、リチウムイオン蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、鉛蓄電池などの各種の電池に適用できることは無論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の集合型アルカリ蓄電池の正面図である。
【図2】図1の上面図である。
【図3】5セルのアルカリ蓄電池を集合させた状態を示す斜示図である。
【符号の説明】
10(20,30,40,50)…ニッケル−水素蓄電池(単電池)、11(21,31,41,51)…電池ケース(電槽)、11a,11b…幅の広い側壁、11c,11d…幅の狭い側壁、12(22,32,42,52)…蓋、13(23,33,43,53)…正極端子、14(24,34,44,54)…負極端子、15(25,35,45,55)…安全弁、16a,16b,16c,16f,16g,16h…一対のリブ(凸部)、16d,16e…一片のリブ、18a,18b,18c,18d,18e,18f…溝部、26a,26b,26c,26f,26g,26h…一対のリブ(凸部)、26d,26e…一片のリブ、28a,28b,28c,28d,28e,28f…溝部

Claims (2)

  1. 正・負極板とセパレータと電解液よりなる発電要素を電槽に収容して形成した単電池の複数個を積層もしくは集合して組電池とした集合型蓄電池であって、前記各単電池の前記電槽の相隣接する側壁の高さ方向に平行に互いに嵌合する複数列のリブをそれぞれの側壁に備えるとともに、前記相隣接する側壁の複数列のリブを相互に嵌合させて嵌合部を形成することにより、これらの各嵌合部にそれぞれ空気の流通路となる空間部を備えるようにし、前記相隣接する一方の単電池の電槽側壁には一対のリブで形成される略コ字状の凸部と、この2個の凸部の間に形成される溝部とを備えるとともに、これらの凸部と溝部を交互に備え、前記一方の単電池の電槽側壁に対向する他方の単電池の電槽側壁には、前記一方の単電池の電槽側壁に備えた前記凸部に対向する位置に溝部を備えるとともに、前記一方の単電池の電槽側壁に備えた前記溝部に対向する位置に一対のリブで形成される略コ字状の凸部を備え、これらの溝部と凸部を交互に備えるようにしたことを特徴とする集合型蓄電池。
  2. 前記一方の単電池に形成された前記略コ字状の凸部と、前記他方の単電池に形成された前記溝部の底壁とで前記空間部を形成するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の集合型蓄電池。
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