JP3808776B2 - 角形密閉式電池及び集合電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は角形密閉式電池と複数の角形密閉式電池を接続してなる集合電池に関し、特に内部抵抗の低減を図った角形密閉式電池と集合電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
所要の電力容量が得られるように複数の単電池を接続して成る従来の集合電池は、複数個の個別の直方体状の単電池を、その電槽の幅の広い長側面同士を互いに対向させて重ねるように配置し、両端の単電池の電槽の外側にエンドプレートを配置して拘束バンドにて結束することで一体的に連結し、また各単電池においては、極板の上端部から上方にリードを引き出して電槽の蓋に装着された端子に接続し、その単電池間で端子同士を接続板で接続して構成されている。
【0003】
そのため、単電池間の接続経路が長くかつ接続箇所が多いために接続部品を含む構成部品による部品抵抗が大きく、この部品抵抗と、正極板と負極板及び電解液による電池反応における反応抵抗との比率が、40〜50%:60〜50%にも達し、大きな内部抵抗により電池の発熱が大きくなるため、高出力化の実現や寿命特性の向上に対して大きな障害になっていた。また、単電池間の接続構成が複雑で部品点数が多いためにコスト高になるという問題もあった。
【0004】
そこで、本出願人は、先に図4、図5に示すように、複数の単電池2を内蔵した角形密閉式電池1を提案している。3はその角形電槽で、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する直方体状の単電池2の電槽4をその短側面を隔壁5として共用して相互に一体的に連接してなる扁平な直方体状に形成され、各電槽4の上面開口は一体の蓋体6にて一体的に閉鎖されている。両端の電槽4の外側の短側面と各電槽4、4間の隔壁5の上部に接続穴7が形成されている。各電槽4内には、矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成された極板群8が電解液とともに収容され、単電池2が構成されている。極板群8の正極板と負極板は互いに反対側の側部に突出されて正極板と負極板のリード部9a、9bとされ、それらのリード部9a、9bの側端縁にはそれぞれ集電板10a、10bが溶接等にて接続されている。
【0005】
集電板10a、10bの上部には接続穴7内に嵌入する接続突部11が突設され、隣接する電槽4、4間で正極と負極の集電板10a、10bの接続突部11を互いに溶接して接続されている。また、両端の電槽4の外側の短側面の接続穴7に正極又は負極の接続端子(極柱)12が装着され、その接続突部13と集電板10a又は10bの接続突部11とが互いに溶接にて接続されている。かくして、角形電槽3に内蔵された複数の単電池2が直列接続され、両端の接続端子12、12間に出力される。
【0006】
また、蓋体6には各電槽4、4の内圧を均等にする連通路14や、各電槽4の内部圧力が一定以上になったときに圧力を解放するための安全弁(図示せず)や、適当な単電池2の温度を検出する温度センサを装着するセンサ装着穴15などが設けられている。
【0007】
このような構成によると、極板群8における正極板及び負極板からそれぞれのリード部9a、9bまでの通電経路が短く、かつそのリード部9a、9b間が集電板10a、10bを介して角形電槽3内部で接続されているので、上記従来の個別の単電池を接続したものに比べると、接続経路が短くかつ接続箇所が少ないために接続部品を含む構成部品による部品抵抗を小さくでき、その分内部抵抗を低減することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記図4、図5に示すような構成では、正極板及び負極板からそれぞれのリード部9a、9b及び集電板10a、10bまでの通電経路は短いが、図6に矢印で示すように、集電板10a、10b同士はその上端部の接続突部11の先端間の1箇所で互いに溶接して接続されているので、接続経路が迂回し、そのため接続経路が長くなり、また接続箇所が1箇所だけであるため、内部抵抗が高くなるという問題があり、また上記のように接続経路が迂回しているのに伴って白抜矢印で示すように、集電板10a、10bの接続部に近い部分では極板群8を流れる電流は多いが、接続部から遠い部分は電流が少なく、極板群8を流れる電流分布が不均一になり、極板群8の全体が均一に発電能力を発揮せず、ロスが大きいという問題がある。
【0009】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、角形密閉式電池と所要の電力容量を得るように複数の角形密閉式電池を接続した集合電池において、内部抵抗が小さくまた極板群の全体がその能力を発揮して高出力化を実現することができる角形密閉式電池と集合電池を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の角形密閉式電池は、正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群と、極板群の両側の互いに逆極性のリード部に各々接合された集電体と、集電体が接合された極板群を包囲するとともに集電体の中間部に対応して1又は複数の接続開口を有する袋状電槽と、袋状電槽の接続開口の周辺部と集電体との間に介装されたシール材と、袋状電槽の外面側からシール材を圧縮した状態で接続開口を通して集電体に接合された接続部材とを備えたものである。
【0011】
このような構成によると、極板群両側のリード部に集電体が接合されているので、各極板と集電体との距離がストレートで短く、かつその集電体の中間部に袋状電槽の接続開口を通して外部に対する接続部材が接続されているので、別の接続部材や接続箇所がなくかつ集電体における通電経路が短いため、内部抵抗の小さい角形密閉式電池が得られ、さらに接続部材が中間部に接続されているため、特に複数の接続部材が接続されている場合には、極板群を流れる電流分布が均等になり、極板群の全体が均一に発電能力を発揮するため、高出力化を実現することができ、また接続部材を接合するために袋状電槽に形成した接続開口は、その接続開口を通して接合される接続部材にてシール材が圧縮されて確実にシールされ、袋状電槽の密閉が確保される。
【0012】
また、極板群と集電体を集電体の長手方向に適当間隔おきに複数箇所で接合し、その接合箇所の間に接続開口を配設して接続部材を接合すると、外部から極板群への通電経路が接続部材から集電体を経てその両側の極板群との接合箇所までとなるため距離が短くかつ複数の接合箇所で極板群に流れるので、極板群を流れる電流分布の一層の均等化を図ることができ、極板群の全体が均一に発電能力を発揮して高出力化を図ることができる。
【0013】
また、本発明の集合電池は、上記各角形密閉式電池を所要数並列配置し、隣合う角形密閉式電池を接続部材にて接続して所要数の角形密閉式電池を順次連結したものであり、所要の電力容量を持ちかつ上記のように内部抵抗が小さくかつ極板群の全体が均一に発電能力を発揮する集合電池を得ることができる。
【0014】
また、隣合う角形密閉式電池を接続している接続部材をそれらの間で折り曲げて所要数の角形密閉式電池を直列に配置すると、複数の角形密閉式電池が一体的に直列配置された集合電池を簡単かつ安価に構成することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の角形密閉式電池を用いた集合電池の一実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
【0016】
図1〜図3において、20は、複数(図中では、説明の簡単のために2つのみ表示)の角形密閉式電池21を接続して構成された集合電池である。角形密閉式電池21は、袋状電槽22内に、両側に集電体24を接合された極板群23が電解液とともに収容して構成されている。
【0017】
袋状電槽22は、ポリプロピレンやポリエチレンなどの単層又は多層ラミネート構造の合成樹脂シート25を、熱溶着や接着剤による接着等にて接合して袋状に構成されている。具体例を示すと、100〜150μmの合成樹脂シート25を極板群23を包むように巻き付け、その両側縁をヒートシールにて接合し、こうして形成された筒状の合成樹脂シート25の下端部をヒートシールにて接合し(図1はこの状態を示す)、その後内部に所定量の電解液を注入した後、筒状合成樹脂シートの上端部をヒートシールにて接合することで構成されている。なお、袋状電槽22の上端部は、電解液の漏出を防止し、発生したガスを放出できる程度の開口を残してシールを施している。
【0018】
極板群23は、複数枚の正極板と複数枚の負極板とを交互に配置するとともに、各正極板に横方向に開口部を有する袋状のセパレータを被せることにより正極板と負極板の間にセパレータを介装した状態で積層して構成され、正極板と負極板の一側部を互いに反対側に突出させて正極と負極のリード部を設け、そのリード部に表面にニッケルメッキを施した鋼板にて構成された集電体24が接合されている。
【0019】
正極板は、Niの発泡メタルにリード部を除いて水酸化ニッケルを充填して構成され、そのリード部は発泡メタルを加圧して圧縮するとともにその一面にリード板を超音波溶接でシーム溶接して構成されている。また、負極板は、Niのパンチングメタルにリード部を除いて水素吸蔵合金を含む負極構成物質を塗着して構成されている。
【0020】
なお、極板群23は複数の矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層したものに限らず、互いに反対側部にリード部を設けた帯状の正極板と負極板をセパレータを介して重ね、その上又は下にセパレータを重ねた状態で断面長円形ないし略長方形状に巻回したものであってもよい。
【0021】
集電体24と極板群23のリード部とは、集電体24に上下方向に適当間隔おきに設定された複数(図示例では4箇所)の接合部26において電子ビーム溶接等にて接合されている。
【0022】
袋状電槽22には、複数の接合部26の内の適当な接合部26、26間の位置で、図2に詳細に示すように、集電体24の外面に臨むように複数(図示例では上下一対)の接続開口27が形成されている。この接続開口27を通して接続部材28が集電体24の外面に抵抗溶接やレーザビーム溶接による溶接部29にて接合されている。このように接続開口27を上下一対設けることで、上下の接続部材28と集電体24との間で溶接電流を流すことで抵抗溶接にて信頼性の高い接合ができる。
【0023】
また、袋状電槽22の接続開口27の周辺部と集電体24との間には、環状のシール材としてのOリング30が介装されるとともに、上記接続部材28の集電体24に対する接合が、袋状電槽22の外面側からこのOリング30を圧縮した状態で行われることにより、袋状電槽22の接続開口27の周縁部と集電体24の外面との間がこのOリング30にて密閉されている。
【0024】
なお、このように接続部材28が接合された状態で袋状電槽22内が外部に対してシールされるので、その後、上記のように袋状電槽22内に所定量の電解液を注入した後、袋状合成樹脂シートの上端部をヒートシールにて接合する。
【0025】
以上の角形密閉式電池21が所要数並列配置されるとともに、隣合う角形密閉式電池21、21同士が接続部材28にて接続されており、かくして所要数の角形密閉式電池21が順次接続された集合電池20が構成されている。
【0026】
また、隣合う角形密閉式電池21を接続している接続部材28をそれらの間で折り曲げることで、図3に示すように、所要数の角形密閉式電池21が一体的に直列配置された集合電池20が構成される。
【0027】
以上の構成によれば、集合電池20の各角形密閉式電池21において、極板群23の両側のリード部に集電体24が接合されているので、各極板と集電体24との距離がストレートで短く、かつその集電体24の中間部に袋状電槽22の接続開口27を通して外部に対する接続部材28が接続されているので、別の接続部材や接続箇所がなくかつ集電体24における通電経路が短いため、内部抵抗の小さい角形密閉式電池21が得られ、さらに接続部材28が中間部に接続されているため、特に複数の接続部材28が接続されている場合には、極板群23を流れる電流分布が均等になり、極板群23の全体が均一に発電能力を発揮するため、高出力化を実現することができる。
【0028】
また、上記接続部材28を接合するために袋状電槽22に形成した接続開口27は、その接続開口27を通して接合される接続部材28にて環状のシール材であるOリング30が圧縮されて信頼性の高いシールが確実に得られ、袋状電槽22に接続部材28を接続するための接続開口27を設けながら、高い電解液シール性を確保できる。
【0029】
また、極板群23と集電体24を、集電体24の長手方向に適当間隔おきに設けた複数の接合部26で接合し、その接合部26の間に接続開口27を配設して接続部材28を接合しているので、外部から極板群23への通電経路が接続部材28から集電体24を経てその両側の極板群23との接合部26までとなるため距離が短く、かつ複数の接合箇所で極板群23に流れるので、極板群23を流れる電流分布の一層の均等化を図ることができ、極板群23の全体が均一に発電能力を発揮して高出力化を図ることができる。
【0030】
また、隣合う角形密閉式電池21、21を接続している接続部材28を、図3に示すようにそれらの間で折り曲げて所要数の角形密閉式電池21を直列に配置すると、複数の角形密閉式電池21が一体的に直列配置された集合電池20を簡単かつ安価に構成することができる。
【0031】
上記実施形態の説明では、接続部材28にて隣合う角形密閉式電池21を接続し、接続部材28をそれらの間で折り曲げて複数の角形密閉式電池21を直列配置した例を示したが、集合電池20における角形密閉式電池21の配置位置によっては必ずしも折り曲げる必要がないことは言うまでもない。
【0032】
さらに、隣合う角形密閉式電池21、21間を一体の接続部材28にて接続するものを例示したが、各角形密閉式電池21毎に独立した接続部材28を設け、レーザビーム溶接や電子ビーム溶接等の溶接や導電性接着剤による接着等にて、接続部材28、28同士を接続したり、別の接続部材を接続するようにしてもよい。しかし、一体の接続部材28で接続するとより抵抗を小さくできる。
【0033】
【発明の効果】
本発明の角形密閉式電池及び集合電池によれば、以上の説明から明らかなように、極板群両側のリード部に集電体を接合したので、各極板と集電体との距離がストレートで短く、かつその集電体の中間部に袋状電槽の接続開口を通して接続部材を接続しているので、集電体における通電経路が短く、内部抵抗の小さい角形密閉式電池が得られ、さらに接続部材が中間部に接続されているため、特に複数の接続部材が接続されている場合には、極板群を流れる電流分布が均等になり、極板群の全体が均一に発電能力を発揮するため、高出力化を実現することができ、しかも接続部材を接合するために袋状電槽に形成した接続開口は、その接続開口を通して接合される接続部材にてシール材が圧縮されて確実にシールされるので、袋状電槽の電解液シール性も確保できる。
【0034】
また、極板群と集電体を集電体の長手方向に適当間隔おきに複数箇所で接合し、その接合箇所の間に接続開口を配設して接続部材を接合すると、外部から極板群への通電経路が接続部材から集電体を経てその両側の極板群との接合箇所までとなるため距離が短くかつ複数の接合箇所で極板群に流れるので、極板群を流れる電流分布の一層の均等化を図ることができ、極板群の全体が均一に発電能力を発揮して高出力化を図ることができる。
【0035】
また、本発明の集合電池によれば、上記各角形密閉式電池を所要数並列配置し、隣合う角形密閉式電池を接続部材にて接続して所要数の角形密閉式電池を順次連結したので、所要の電力容量を持ちかつ上記のように内部抵抗が小さくかつ極板群の全体が均一に発電能力を発揮する集合電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における角形密閉式電池を用いた集合電池の製造工程の外観斜視図である。
【図2】同実施形態における要部の横断平面図である。
【図3】同実施形態における角形密閉式電池を直列配置した集合電池の要部の横断平面図である。
【図4】従来例の角形密閉式電池の部分縦断正面図である。
【図5】同従来例における電槽の一部を破断して示した斜視図である。
【図6】同従来例における通電経路の説明図である。
【符号の説明】
20 集合電池
21 角形密閉式電池
22 袋状電槽
23 極板群
24 集電体
26 接合部
27 接続開口
28 接続部材
30 Oリング(シール材)
Claims (4)
- 正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群と、極板群の両側の互いに逆極性のリード部に各々接合された集電体と、集電体が接合された極板群を包囲するとともに集電体の中間部に対応して1又は複数の接続開口を有する袋状電槽と、袋状電槽の接続開口の周辺部と集電体との間に介装されたシール材と、袋状電槽の外面側からシール材を圧縮した状態で接続開口を通して集電体に接合された接続部材とを備えたことを特徴とする角形密閉式電池。
- 極板群と集電体を集電体の長手方向に適当間隔おきに複数箇所で接合し、その接合箇所の間に接続開口を配設して接続部材を接合したことを特徴とする請求項1記載の角形密閉式電池。
- 請求項1又は2に記載の角形密閉式電池を所要数並列配置し、隣合う角形密閉式電池を接続部材にて接続して所要数の角形密閉式電池を順次連結したことを特徴とする集合電池。
- 隣合う角形密閉式電池を接続している接続部材をそれらの間で折り曲げて所要数の角形密閉式電池を直列に配置したことを特徴とする請求項3記載の集合電池。
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