JP3691260B2 - Assembled battery and its connected body - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池及びその連結体に関し、特に、重量エネルギー密度を向上させるための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
組電池は、複数個の単電池を直列に接続したものであるため、大電力を必要とする機器に使用されている。
図7に従来の組電池の一例の概略構成を示す。本図に示すように、当該組電池は、単電池を4本横並びにしたものを二段に積み上げてなる8本の単電池101〜108で構成され、これらの単電池が、7個の接続体109〜115で直列に接続されている。当該直列に接続された単電池の終端電極101a、104aには、モジュール端子116、117が接続されており、全体がケース118に収納されている。
【0003】
この種の組電池には、一つが数10kgある大容量のものが製造されており、近年、特に環境問題、エネルギー問題等の点から注目されている電気自動車には、当該組電池を10〜20個程度接続したものが搭載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
電気自動車において、一回の充電で可能な走行距離は、自動車全体の重量によって変動するため、上記のような場合、個々の組電池の僅かな重量増も無視できなくなる。即ち、組電池の重量エネルギー密度の向上が望まれている。
本発明は、上記の課題に鑑み、重量を軽減し、もって重量エネルギー密度を向上させた組電池、および、当該組電池の連結体を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る組電池は、軸方向両端に電極を有し、筒状の外装缶及びその両端開口部を封口する封口蓋で囲まれた空間に発電素体が収納され、前記封口蓋の端面から前記電極が突出して設けられている単電池がその軸方向を並行にして配列されて電池列が構成され、この電池列複数が積み重ねられて積み重ね体全体が被覆ケースに収納されると共に、収納された単電池が電気的に直列接続された組電池において、同じ段の両端に位置する単電池の同じ側にある電極を、前記直列接続の終端電極とし、この終端電極が存在する被覆ケースのコーナ部分が陥没され、当該陥没部において前記終端電極が露出されていると共に、前記終端電極の突出端は、両陥没部の間に存在する被覆ケースの端面位置よりも電池軸方向に後退していて、前記被覆ケースは、前記終端電極を有する前記単電池の当該終端電極側端部を除く前記積み重ね体全体を被覆することを特徴とする。
【0006】
また、本発明に係る組電池の結合体は、前記組電池を複数組、全ての終端電極が略一直線上に並び、隣合う組電池の被覆ケース側面が接するように配列すると共に、隣合う組電池の直近の終端電極同士を、導電性の接続体で接続したことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明に係る組電池の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図1は組電池本体を構成する単電池の、図2は組電池本体の、図3は組電池の外観斜視図である。
当該組電池は、図1に示す単電池が、図2に示すように、横一列に4本並べられたものを二段に積み重ね、これら単電池が直列に接続されてなる組電池本体全体が、図3に示すように、被覆ケース30に収納されて構成されている。
【0008】
前記単電池はリチウム二次電池であり、図1に示すように、円筒状の外装缶11a及びその両端開口部を封口する封口蓋11b,11cで囲まれた空間の中に、シート状のセパレータをシート状の正極と負極で挟みこれをらせん状に巻いた渦巻状エレメントと電解液とからなる発電素体が収納されて構成されている。
封口蓋11bには、正極端子11d及び安全弁11eが取付けられており、正極端子11dには、雄ねじが形成されている。
【0009】
封口蓋11cには、雄ねじが形成された負極端子11f及び安全弁(11g)が取付けられており、外観上は、正極端子側と同様な形状をしている。
なお、11hは正極端子11dを封口蓋11bに取り付けるための電極端子取付ナットであり、負極端子11fも同様に、電極端子取付ナットで封口蓋11cに取付けられている。
【0010】
また、この単電池10は、外装缶11aの外径φDが64mm、封口蓋11bと封口蓋11cとの端面間の長さL1が294mmの大きさのものが用いられている。
組電池本体は、上記したのと同じ単電池8本で構成されている。
図2に示すように、組電池本体は、その軸心方向を並列にして配列された4本の単電池11,12,13,14の上に同様に配列された4本の単電池15,16,17,18を積み重ねた二段構成とされている。そして、各段とも隣合う単電池は互いに異極性のものが同じ側になるように、また、上下方向に隣接する単電池も互いに異極性のものが同じ側になるように配列される。このような配列としているので、隣接する単電池の電極端子を次々に接続していくことで直列接続が可能となる。
【0011】
この接続には、図4に示すような接続体19が使用される。本図に示すように、接続体19は、ニッケルの撚り線19aの両端に銅製のキャップ19bが挿入・固定されて構成されており、当該キャップ19bには、電極端子挿通孔19cが開設されている。
図2に戻り、接続体19は、一方の電極端子挿通孔19cに接続しようとする一方の単電池の正極端子が、他方の電極端子挿通孔19cにもう一方の単電池の負極端子がそれぞれ挿通せられた状態で、接続体取付ナット20で固定されて取り付けらている。即ち、接続体19のキャップ部が電極端子取付ナットと接続体取付ナットで挟持される形となる。
【0012】
また、接続体19…は、上下二段の内、上段の両端に位置する単電池15,18が直列接続の終端電池となるように取付けられている。したがって、この場合、単電池15の正極端子15dと単電池18の負極端子18dとが直列接続の終端電極となる。以下、この正極端子15dと負極端子18fとを特に、終端電極端子という場合がある。
【0013】
図5は、上記のように構成される組電池本体を収納する被覆ケース30の分解斜視図である。本図に示すように、被覆ケース30は、台座31、天板32、裏板33及び表板34で構成され、いずれの材質も非導電体であるポリカーボネートである。なお、組立状態で表に現れる面には、複数の凸部(図3で描かれている多数の略長方形部)が設けられているのであるが、本図では省略している。
【0014】
台座31は、主に、下段の単電池11〜14(図2)を保持するものであり、リブ31a,31b,31cが設けられている。これらのリブ31a,31b,31cで各単電池11〜14が長手方向3箇所(両端部及び中央部)で支持される。各リブ31a〜31cの単電池と接触する部分は、単電池の外形に合わし、断面が単電池の外径とほぼ等しい円弧状にしてあるので、載置される単電池はガタつくことなく収納される。また、台座31の図に示す長さL2は、単電池の前記した長さL1とほぼ等しくしてあり、各単電池は、両端の封口蓋の端面と図5に示す台座31の端面31d,31eとがほぼ揃うように(いわゆる面一になるように)載置される。
【0015】
天板32は、主に、上段の単電池15〜18(図2)を保持するものであり、台座31のリブ31a〜31cに対応する位置に、同様なリブ32a〜32cが設けられてあり、これによって、上段の各単電池15〜18はガタつくことなく収納される。
裏板33は、組電池本体の図2に示す紙面奥側の接続体による接続部をカバーするものであり、単電池の封口蓋の端面から突出した部分(電極端子や接続体等)が、当該裏板33の凹部33aに収納される。
【0016】
表板34は、組電池本体の図2に示す紙面手前側の接続体による接続部をカバーすると共に、終端電極端子15d,18fを被覆ケース外部に露出させるためのものである。
表板34の、断面が山の形になった凹部34aに単電池11〜14,16及び17(図2参照)の封口蓋の端面から突出した部分(電極端子や接続体等)が収納される。
【0017】
一方、表板34に設けられた終端電極端子挿通孔34b、34cを介して、終端電極端子15d,18fが被覆ケース外部に露出される。即ち、当該被覆ケースが組み立てられた状態で、被覆ケース全体から見て、終端電極端子が存在する被覆ケースのコーナ部分を陥没させ、当該陥没部34d,34eにおいて終端電極端子を露出させているのである。なお、当該表板34を台座31に取付けた状態で、表板34の図に示す部分の厚みt1は、単電池の電極端子取付ナットの端面が僅かに終端電極端子挿通孔から突出する程度の長さに設定されており、表板34全体の厚みt2は、終端電極端子の突出端が当該表板34の端面位置よりも後退する程度の厚みに設定されている。
【0018】
上記の構成からなる被覆ケース30において、先ず、図2に示す組電池本体を台座31にセットする。なお、この場合、台座31に単電池11〜18を配置してから、接続体19…による接続を行うようにしてもよい。
次に、天板32を、台座31に被せ、6本のねじで固定し、台座31に天板が取り付いた状態で、裏板33及び表板34をそれぞれ6本のねじで固定する。
【0019】
上記のように組み立てられると、当該組電池は、図3に示すように、高さH=135mm、幅W=264mm、奥行L3=352mmの寸法となる。
本図に示すように、終端電極端子15d,18fの突出端が被覆ケース30の端面34fよりも後退させているので、終端電極端子15dと18fとの間の不測の短絡を防止することができる。即ち、終端電極端子15dと18fの間に被覆ケースの一部を存在させることで、両端子間を導電体で直線的に接続することができなくなり、例えば、当該組電池を金属平板のようなものの上に不用意に、どのような姿勢で置いたとしても、それだけでは短絡することがないのである。
【0020】
また、終端電極端子15d及び18fには、図7に示す従来の組電池のようなモジュール端子が取付けられていないため(露出状態であるため)、その分の重量が軽減される。即ち、組電池から電流を取り出す端子として、単電池の電極端子を直接使用することで軽量化を図ったものである。
ここで、図7に示す従来の組電池(以下、「比較組電池」と言う。)と図3に示す実施の形態に係る組電池との間で重量エネルギー密度(Wh/kg)の比較を行った。なお、比較組電池に用いた単電池は、実施の形態に係る組電池に使用しているのと同じものである。また、実施の形態に係る組電池の重量は、21.0kgであり、比較組電池の重量は、21.5kgであった。
【0021】
組電池の容量は、定電流充・放電で測定し、充電時は、10Aの定電流を電圧が33.6V(各単電池が4.2V)になるまで通電し、放電時は、8.8Aで電圧が21.6V(各単電池が2.7V)になるまで放電した。
その結果、実施の形態に係る組電池では、平均電圧28.8V、80Ahの放電容量であった。即ち、放電電力は2300Whであり、これを組電池の重量で除して得られる重量エネルギー密度は、110Wh/kgとなった。
【0022】
一方、比較組電池の放電容量(放電電力)は、実施の形態に係る組電池と同じ値であったが、これと組電池重量とから算出される重量エネルギー密度として、107Wh/kgが得られた。
上記の結果をまとめたものを表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】
即ち、実施の形態に係る組電池は、重量エネルギー密度が比較組電池よりも3Wh/kg分改善されたこととなる。
図6は、上記した組電池を複数組(本例では2組)接続してなる組電池の連結体を示す。本図に示すように、当該組電池の連結体は、組電池1と組電池2が、終端電極端子15d,15f,150d,150fが全てほぼ一直線上に並び、かつ、組電池1,2の被覆ケース側面が接するように配置され、両組電池の直近の終端電極端子15fと150dとが、図4に示すのと同種の接続体190で接続された構成をしている。
【0025】
各組電池の終端電極端子が存在する被覆ケースのコーナ部分が陥没されているので、接続体による接続が容易に行え、かつ、両端子間を最短の距離で接続することができるので、接続体を短くでき、連結体の全体の重量の軽減が図られる。
また、組電池本体において、同じ段の両端に位置する単電池の同じ側にある電極端子を終端電極としているので、誤って、同極性の端子同士が接続されるといった事態が回避できるという効果を奏する。この効果は、並行に配列された単電池を奇数段に積み、当該段の真ん中の段を、終端電極端子を取り出す段に選択しない限り得られる。
【0026】
なお、上記実施の形態では、4本の単電池を2段に積んで構成したが、一段当たりの単電池の数及び段数はこれに限定されるものではない。
また、上記実施の形態では、単電池にリチウム二次電池を用いたが、単電池に用いる電池はこれに限られないことは言うまでもなく、他の種類の二次電池や一次電池であってもかまわない。
【0027】
さらに、上記実施の形態では、2組の組電池で連結体を構成したが、連結体を構成する組電池の数はこれに限らず、3組以上用いてもよい。
また、上記実施の形態では、被覆ケースを4個の部品に分割して構成したが、分割数はこれに限らない。例えば、台座や天板のリブ部分を別体とし、接着剤等で接合するようにしてもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る組電池によれば、終端電極を露出させており、これから直接電力を取り出すこととしているので、従来のように終端電極端子にさらに電力を取り出すための端子を取り付けたものと比較して重量の軽減が図られ、もってエネルギー密度が向上する。
【0029】
また、終端電極が存在する被覆ケースのコーナ部分が陥没されているので、組電池同士を直列接続するに際し、接続体による終端電極間の接続が容易になり、また、両組電池の被覆ケース側面が接するように配置することで、接続体による接続距離が最短になり、接続体を短くできる分、重量の軽減が図れる。
さらに、終端電極の突出端が、当該終端電極が露出されている被覆ケースの陥没部間に存在する被覆ケースの端面位置よりも、電池軸方向に後退させているので、両終端電極間を導電体で直線的に接続することができなくなり、不測の短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る組電池を構成する単電池の概略構成を示す斜視図である。
【図2】実施の形態に係る組電池の本体の概略構成を示す斜視図である。
【図3】実施の形態に係る組電池の概略構成を示す外観斜視図である。
【図4】上記組電池本体に使用する接続体の概略構成を示す斜視図である。
【図5】実施の形態に係る組電池の被覆ケースの概略構成を示す分解斜視図である。
【図6】実施の形態に係る組電池の連結体の概略構成を示す外観斜視図である。
【図7】従来の組電池の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
11、12、13、14、15、16、17、18 単電池
15d、18f、150d、180f 終端電極端子
19 接続体
30 被覆ケース
34d,34e 陥没部
190 接続体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an assembled battery and a connected body thereof, and more particularly, to a technique for improving weight energy density.
[0002]
[Prior art]
An assembled battery is a battery in which a plurality of single cells are connected in series, and is therefore used in devices that require high power.
FIG. 7 shows a schematic configuration of an example of a conventional assembled battery. As shown in the figure, the assembled battery is composed of eight
[0003]
In this type of assembled battery, one having a large capacity of several tens of kilograms is manufactured. In recent years, in particular for electric vehicles that are attracting attention from the viewpoint of environmental problems, energy problems, etc. About 20 connected ones are installed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In an electric vehicle, the mileage that can be performed by one charge varies depending on the weight of the entire vehicle. In the above case, a slight increase in the weight of each assembled battery cannot be ignored. That is, it is desired to improve the weight energy density of the assembled battery.
An object of this invention is to provide the assembled battery which reduced the weight and improved the weight energy density in view of said subject, and the coupling body of the said assembled battery.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, an assembled battery according to the present invention, the electrodes possess at both axial ends, the power generation element a cylindrical outer can and both end opening in a space surrounded by the sealing lid for sealing The unit cells that are housed and the electrodes project from the end face of the sealing lid are arranged in parallel in the axial direction to form a battery row, and a plurality of the battery rows are stacked to cover the entire stack. In the assembled battery in which the stored unit cells are electrically connected in series, the electrodes on the same side of the unit cells located at both ends of the same stage are used as the end electrodes of the series connection. The corner portion of the covering case where the terminal electrode is present is depressed, the terminal electrode is exposed in the depressed portion, and the protruding end of the terminal electrode is positioned from the end surface position of the covering case existing between the two depressed portions. Also the battery axial direction Have retracted, the cover case is characterized by covering the whole stack, except the terminating electrode side end portion of the unit cell having the terminating electrode.
[0006]
Further, the assembled battery assembly according to the present invention includes a plurality of the assembled batteries arranged such that all the termination electrodes are arranged substantially in a straight line and the side surfaces of the covering cases of the adjacent assembled batteries are in contact with each other. The terminal electrodes nearest to the battery are connected by a conductive connector.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an assembled battery according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an external perspective view of an assembled battery body, FIG. 2 is an assembled battery body, and FIG. 3 is an external perspective view of the assembled battery.
As shown in FIG. 2, the assembled battery has a structure in which four cells arranged in a horizontal row are stacked in two stages, and the entire assembled battery main body is formed by connecting these single cells in series. As shown in FIG. 3, the
[0008]
The unit cell is a lithium secondary battery, and, as shown in FIG. 1, a sheet-like separator is formed in a space surrounded by a cylindrical outer can 11a and sealing
A
[0009]
The sealing
[0010]
In addition, the single battery 10 is used such that the outer diameter φD of the outer can 11a is 64 mm, and the length L1 between the end faces of the sealing lid 11b and the
The assembled battery body is composed of the same eight cells as described above.
As shown in FIG. 2, the assembled battery body includes four
[0011]
For this connection, a
Returning to FIG. 2, in the
[0012]
Further, the connecting
[0013]
FIG. 5 is an exploded perspective view of the covering
[0014]
The
[0015]
The top plate 32 mainly holds the
The back plate 33 covers the connection part of the battery pack main body as shown in FIG. 2 on the back side of the drawing sheet, and the portion protruding from the end face of the sealing lid of the unit cell (electrode terminal, connection body, etc.) The back plate 33 is housed in the
[0016]
The
A portion (electrode terminal, connection body, etc.) protruding from the end face of the sealing lid of the
[0017]
On the other hand, the
[0018]
In the covering
Next, the top plate 32 is placed on the
[0019]
When assembled as described above, the assembled battery has dimensions of height H = 135 mm, width W = 264 mm, and depth L3 = 352 mm, as shown in FIG.
As shown in this figure, since the protruding ends of the
[0020]
Further, since the
Here, the comparison of the weight energy density (Wh / kg) between the conventional assembled battery shown in FIG. 7 (hereinafter referred to as “comparative assembled battery”) and the assembled battery according to the embodiment shown in FIG. went. In addition, the cell used for the comparative assembled battery is the same as that used for the assembled battery according to the embodiment. The weight of the assembled battery according to the embodiment was 21.0 kg, and the weight of the comparative assembled battery was 21.5 kg.
[0021]
The capacity of the assembled battery is measured by constant current charging / discharging. During charging, a constant current of 10 A is supplied until the voltage reaches 33.6 V (each cell is 4.2 V), and during discharging, 8. The battery was discharged at 8 A until the voltage reached 21.6 V (each cell was 2.7 V).
As a result, the battery pack according to the embodiment had an average voltage of 28.8 V and a discharge capacity of 80 Ah. That is, the discharge power was 2300 Wh, and the weight energy density obtained by dividing this by the weight of the assembled battery was 110 Wh / kg.
[0022]
On the other hand, the discharge capacity (discharge power) of the comparative assembled battery was the same value as that of the assembled battery according to the embodiment, but 107 Wh / kg was obtained as the weight energy density calculated from this and the assembled battery weight. It was.
A summary of the above results is shown in Table 1.
[0023]
[Table 1]
[0024]
In other words, the assembled battery according to the embodiment has a weight energy density improved by 3 Wh / kg as compared with the comparative assembled battery.
FIG. 6 shows an assembly of battery packs formed by connecting a plurality of battery packs (two in this example). As shown in the figure, the assembled battery is composed of the assembled battery 1 and the assembled battery 2, in which the
[0025]
Since the corner portion of the covering case where the terminal electrode terminal of each assembled battery exists is depressed, the connection body can be easily connected, and both terminals can be connected at the shortest distance. The overall weight of the coupled body can be reduced.
Moreover, in the assembled battery body, since the electrode terminals on the same side of the unit cells located at both ends of the same stage are used as the termination electrodes, it is possible to avoid the situation that the terminals of the same polarity are erroneously connected to each other. Play. This effect can be obtained unless the cells arranged in parallel are stacked in an odd number of stages and the middle stage is selected as a stage for taking out the termination electrode terminal.
[0026]
In the above embodiment, four unit cells are stacked in two stages, but the number of unit cells per stage and the number of stages are not limited thereto.
Moreover, in the said embodiment, although the lithium secondary battery was used for the single battery, it cannot be overemphasized that the battery used for a single battery is not restricted to this, Even if it is another kind of secondary battery and a primary battery. It doesn't matter.
[0027]
Furthermore, in the said embodiment, although the coupling body was comprised with two sets of assembled batteries, the number of the assembled batteries which comprise a coupling body is not restricted to this, You may use 3 or more sets.
In the above embodiment, the covering case is divided into four parts, but the number of divisions is not limited to this. For example, the pedestal and the rib portion of the top plate may be separated and joined with an adhesive or the like.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the assembled battery according to the present invention, the termination electrode is exposed, and power is directly taken out from the termination electrode. Therefore, a terminal for further extracting power from the termination electrode terminal as in the past is provided. The weight is reduced compared to the attached one, and the energy density is improved.
[0029]
In addition, since the corner portion of the covering case where the termination electrode exists is depressed, when connecting the battery packs in series, the connection between the terminal electrodes is facilitated by the connecting body, and the side surfaces of the coating case of the battery packs By arranging so as to contact each other, the connection distance by the connection body becomes the shortest and the connection body can be shortened, so that the weight can be reduced.
Furthermore, since the protruding end of the termination electrode is set back in the battery axial direction with respect to the position of the end surface of the coating case existing between the depressions of the coating case where the termination electrode is exposed, the conductive electrode is electrically connected between the two termination electrodes. It becomes impossible to connect linearly with the body, and an unexpected short circuit can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a unit cell constituting an assembled battery according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a main body of the assembled battery according to the embodiment.
FIG. 3 is an external perspective view showing a schematic configuration of the assembled battery according to the embodiment.
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of a connection body used in the assembled battery main body.
FIG. 5 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a cover case of the assembled battery according to the embodiment.
FIG. 6 is an external perspective view showing a schematic configuration of a battery pack assembly according to the embodiment.
FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of a conventional assembled battery.
[Explanation of symbols]
11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18
Claims (2)
同じ段の両端に位置する単電池の同じ側にある電極を、前記直列接続の終端電極とし、
この終端電極が存在する被覆ケースのコーナ部分が陥没され、当該陥没部において前記終端電極が露出されていると共に、前記終端電極の突出端は、両陥没部の間に存在する被覆ケースの端面位置よりも電池軸方向に後退していて、
前記被覆ケースは、前記終端電極を有する前記単電池の当該終端電極側端部を除く前記積み重ね体全体を被覆することを特徴とする組電池。 Have a electrode in the axial direction at both ends, the power generation element a cylindrical outer can and both end opening in a space surrounded by the sealing lid for sealing is accommodated, said electrode from an end face of the sealing lid is provided to protrude The battery cells are arranged in parallel in the axial direction to form a battery array, and a plurality of battery arrays are stacked so that the entire stack is stored in the covering case, and the stored single cells are electrically In battery packs connected in series,
The electrodes on the same side of the unit cells located at both ends of the same stage, the termination electrode of the series connection,
The corner portion of the covering case where the termination electrode exists is depressed, the termination electrode is exposed in the depression, and the protruding end of the termination electrode is located at the end surface position of the covering case existing between the two depressions. Is retreating in the direction of the battery axis,
The battery case is characterized in that the covering case covers the entire stack except for the end portion on the terminal electrode side of the unit cell having the terminal electrode.
隣合う組電池の直近の終端電極同士を、導電性の接続体で接続したことを特徴とする組電池の連結体。A plurality of assembled batteries according to claim 1 , all termination electrodes are arranged in a substantially straight line, and arranged so that the side surfaces of the covering cases of adjacent assembled batteries are in contact with each other,
An assembled battery coupling body, characterized in that the terminal electrodes closest to adjacent battery packs are connected to each other with a conductive connecting body.
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