JP3821085B2

JP3821085B2 - 組電池

Info

Publication number: JP3821085B2
Application number: JP2002319203A
Authority: JP
Inventors: 健介後藤; 利明小貫; 幸太郎池田; 恒美相羽
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2022-11-01
Also published as: JP2004152706A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は組電池に係り、特に、複数個の柱状単電池を機械的、電気的に接続し極性を持つ両側に電気絶縁性樹脂製のプレートを配置した組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数個の単電池を組み合わせた組電池では、単電池が直列及び／又は並列に組電池内で接続されている。例えば、３本の柱状単電池が隣接し上下を逆にして並置した組電池では、単電池の端子間が板状の金属製接続ブスバで直列接続されており、組電池における両端には外部出力端子が接続され、組電池全体を電気絶縁樹脂製の外装ケースで抱持したり、熱収縮シュリンクチューブ等で被覆して電気的絶縁性を確保している。
【０００３】
組電池全体を熱収縮シュリンクチューブで被覆する場合に、単に熱収縮シュリンクチューブで被覆しただけでは、被覆前の組電池から突出する鋭いエッジや突起部分より熱収縮時にチューブが破れ易いので、電気絶縁紙等でエッジ部を隠していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−０５７１９２号公報（図１、段落番号「００３１」）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単電池に、例えば、高性能２次電池であるリチウム電池を使用する場合に、上述した電気絶縁紙を単に組電池上に配置すると、各リチウム電池は充放電管理のために電圧を全て測定する必要があるので、配線作業が煩雑となり、単電池を接続する全ブスバが完全に露出している状態では、作業が危険でもあり効率が悪い、という問題点がある。また、単電池の使用本数や直並列接続に変更がある場合には、型等の新規作製や変更に時間が掛かり、顧客のニーズに素早く対応することは難しかった。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、単電池の使用本数の変化にも素早く対応でき、安全かつ効率的に組立作業を行うことができる組電池を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、複数個の柱状単電池を機械的、電気的に接続し極性を持つ両側に電気絶縁性樹脂製のプレートを配置した組電池において、前記プレートは、その幅が前記単電池の外径より小さく、前記単電池の外部端子に対応する箇所に開口を有し、該開口を塞ぐように前記単電池を機械的、電気的に接続する板状の金属ブスバが一体成形されて固定されており、前記金属ブスバには前記単電池の外部端子との接続箇所に溶接用の貫通穴が形成されていると共に、該金属ブスバの表面は前記開口で前記プレートの表面から窪んだ状態で前記単電池の外部端子と接続されており、前記金属ブスバのうち前記組電池の出力端部の金属ブスバはＴ字状を呈しており、該Ｔ字状の金属ブスバの脚部は前記単電池の外部端子を接続している部分に対して略垂直に屈曲し前記単電池間の谷状空間に向かって伸びている。
【０００８】
本発明では、プレートの幅が単電池の外径より小さいため、目視による配置でもプレートが組電池の外周からはみ出すことがないので、安全性を確保することができ（例えば、組電池を熱収縮シュリンクチューブで覆う場合に、プレートが組電池の外周からはみ出すと、エッジがでるため熱収縮シュリンクチューブの破損に繋がり、接続箇所が露出する。）、プレートは単電池の外部端子に対応する箇所に開口を有しており、この開口を塞ぐように単電池を機械的、電気的に接続する金属ブスバを配設することでプレートへの固定を行うことができ、金属ブスバには溶接用の貫通穴が形成されているので、貫通穴を介して単電池の外部端子と金属ブスバとを溶接して単電池を接続することができ、プレートに板状の金属ブスバが一体成形されているので、プレートに金属ブスバを固定する際の組立て治具や組立工数が不要となり作業性が向上すると共に、開口で金属ブスバの表面がプレートの表面から窪んだ状態で単電池の外部端子と接続されることで、単電池の位置ずれの補正や単電池に加わる衝撃を金属ブスバが有する板バネ機能で吸収することができ、更に、金属ブスバのうち組電池の出力端部の金属ブスバの形状をＴ字状とし、該Ｔ字状の金属ブスバの脚部は単電池の外部端子を接続している部分に対して略垂直に屈曲し単電池間の谷状空間に向かって伸びているので、２本の単電池を組電池の出力端部の金属ブスバに接続することができると共に、デッドスペースとなる単電池間の谷状空間を電気出力のための接続空間として有効利用でき体積効率を高めることができる。
【０００９】
本発明において、金属ブスバが中央に電圧検出線と接続するための突起部を有するようにすれば、並列の単電池同士を直列接続する場合に、突出部を電位降下の少ない部位に位置させることができると共に、電圧検出線と突起部とを前工程として予め接続しておくことで、電気的な短絡等を気にすることなく組立作業が行えるため、作業性及び安全性を向上させることができる。
【００１０】
また、プレートが単電池間の谷状空間に単電池の側周面に沿った位置決め突起を有するようにすれば、各単電池を配設する際に、単電池単位で位置決めされていき互いに動きを牽制しあうことで組電池全体として各単電池の動きが規制されるので、組立て時の治具が不要となり、作業性及びコスト面で有利である。
【００１１】
更に、組電池が熱収縮シュリンクチューブに覆われており、熱収縮シュリンクチューブに引出線を導出するための開口を形成すれば、単電池間は金属ブスバで電気的、機械的に接続されているが、耐振動という意味では各単電池の固定が不足しているため、組電池全体を熱収縮シュリンクチューブで被覆することで絶縁性が高まり、持ち運び等の作業性を向上させることができると共に、熱収縮シュリンクチューブの開口から引出線を導出することができる。また、単電池が一列に配列されており、単電池及びプレートが単一の熱収縮シュリンクチューブで覆われているようにすれば、柱状単電池を一列に配列した組電池の電気的な露出部をなくし安全性を向上させることができ、単電池を一列に配列することで使用電池の本数や直並列接続構造に変更がある場合でも素早い対応を図ることができる。そして、単電池の外部端子を溶接する前においてはプレートだけでは組電池の長手方向の単電池位置を制限することが難しく、ワークの移動に関しても支障をきたしてしまうため、単電池を、熱収縮シュリンクチューブの収縮方向と直交する方向に組電池の外周に沿って固定テープで保持するようにすれば、溶接前の段階において、長手方向の単電池の遊動がなくなりワーク移動における単電池位置のバラツキが減少するため、作業効率を向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明が適用可能な組電池の実施の形態について説明する。
【００１３】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の組電池１は、熱収縮シュリンクチューブ１５で全体が被覆されており、長手方向両側には開口１６が形成されている。図２は、この熱収縮シュリンクチューブ１５で被覆される前の組電池１を示している。図２に示すように、組電池１には、８本の柱状単電池２が用いられている。単電池２は、マンガン酸リチウム等を正極合剤の主要構成材料とし、非晶質炭素等を負極合剤の主要構成材料とした高性能リチウム二次電池であり、熱伝導性の高い円筒状のケーシングで被覆されている。組電池１は、単電池２が２本並列に接続され、並列接続された４組の単電池２が直列接続された電気的接続構造を有している。このような接続は、単電池２の外径より幅方向の長さが小さく、８本の単電池２の両側に配置された電気絶縁性樹脂製のプレート３を介して行われる。
【００１４】
図２及び図３に示すように、プレート３には、単電池２の外部端子に対応する箇所に開口１３が形成されている。この開口１３を塞ぐように板状の金属ブスバがインサート成形で埋設されている。図４に示すように、金属ブスバには、Ｔ字状金属ブスバ４とＩ字状金属ブスバ５との２種類があり、一方のプレート３には２枚のＩ字状金属ブスバ５が埋設され（図４（Ａ）参照）、他方のプレート３には１枚のＩ字状金属ブスバ５と２枚のＴ字状金属ブスバ４が埋設されている（図４（Ｂ）参照）。
【００１５】
プレート３に形成された開口１３では、金属ブスバ（Ｔ字状金属ブスバ４及びＩ字状金属ブスバ５）の表面がプレート３の表面に対してが窪んでおり、金属ブスバとプレート３とには開口１３の周縁で段差８が形成されている。また、プレート３の単電池２の外部端子との接続箇所となる開口１３のほぼ中央の位置には、金属ブスバに十字状の溶接用貫通穴（プロジェクション）が形成されている。更に、金属ブスバは、長手方向の中央で、単電池２間の谷状空間９（デッドスペース）の上方に向けて突設された金属突起６を有している。金属突起６の先端部は、プレート３の上端面から露出しているが、熱収縮シュリンクチューブ１５に対するエッジとならないように、単電池２の外径の高さ以下に露出長さが制限されている。
【００１６】
図４（Ｂ）及び図５に示すように、Ｔ字状金属ブスバ４は、他方のプレート３の両端部に埋設されており、長手方向の中央から谷状空間９の下方（金属突起６の反対方向）に向けて伸びたＴ字脚部が略垂直に屈曲した屈曲部１０を有している。屈曲部１０の先端には、２５０シリーズの形状を有するタブが形成されている。また、プレート３の上端面及び下端面には、谷状空間９に対応する位置に、単電池２の側周面に沿った形状の位置決め突起１１が一体に形成されている。位置決め突起１１は突起中央からみると左右対称の形状とされている。上述したＴ字状金属ブスバ４のＴ字脚部は、プレート３の下端面に形成された位置決め突起１１より下側で略垂直に屈曲している。
【００１７】
図２及び図５に示すように、金属突起６には単電池２の電圧を検出するための電圧検出線７が接続されており、電圧検出線７の他端はコネクタに接続されている。また、コネクタにはサーミスタ等の温度センサからの導出線も接続されている。各単電池２の外部端子は、金属ブスバに形成された溶接用貫通穴を介して金属ブスバにスポット溶接されている。更に、２５０シリーズのタブが形成された屈曲部１０の先端には、組電池１の出力を取り出すための出力リード線１４が接続されている。
【００１８】
図２に示すように、各単電池２の中央部は組電池の外周に沿って固定テープ１２で巻き付けられている。図１に示すように、熱収縮シュリンクチューブ１５の一方の開口１６からは電圧検出線７及び出力リード線１４が導出されており、他方の開口１６からは出力リード線１４が導出されている。なお、組電池１を単体として使用する場合には出力リード線１４は負荷に接続され、組電池１を直並列に接続して電池モジュールとして使用する場合には出力リード線１４同士を直並列に接続して負荷に接続される。また、電圧検出線７が集結されたコネクタは図示を省略したセルコントローラ（組電池１を制御する機器）に接続される。
【００１９】
（組電池の作製）
次に、本実施形態の組電池１の作製手順について説明する。
【００２０】
図５に示すように、電圧検出線７は、プレート３を単電池２に組み付ける前工程において、一端が金属突起６に、他端がコネクタに接続され、プレート３と一体化される。また、屈曲部１０の先端には出力リード線１４が接続される。
【００２１】
前工程で電圧検出線７及び出力リード線１４が一体化された配線付きのプレート３を準備し、プレート３に形成された位置決め突起１１に沿って単電池２を配設し、もう一方の配線付きのプレート３を電圧検出線７の引き出し方向が同一になるように配置した後、図２に示すように、固定テープ１２を組電池１の外周に沿って捲きつけ、開口１３で金属ブスバに形成された溶接用貫通穴を介してスポット溶接し各単電池２間を機械的・電気的に接続する。
【００２２】
図１に示すように、開口１６から電圧検出線７及び出力リード線１４が引き出された状態で、単一の円筒状の熱収縮シュリンクチューブ１５を熱収縮させることで、プレート３及び単電池２の全体が被覆された組電池１が作製される。なお、上述した固定テープ１２は、熱収縮シュリンクチューブ１５の収縮方向と直交する方向に組電池１の外周に沿って捲きつけられている。
【００２３】
（作用等）
次に、本実施形態の組電池１の作用等について説明する。
【００２４】
本実施形態の組電池１は、８本の単電池２が２本ずつ並列に４直列となるように配列され、電気電導性の金属ブスバで電気的に接続され、電気絶縁性樹脂製のプレート３で覆われている訳であるが、プレート３が単電池２の外径よりも小さめであるため、目視による配置であっても組電池１の外周からはみ出す危険性を減少させることができる。すなわち、プレート３が組電池１の外周からはみ出すと、エッジがでるため熱収縮シュリンクチューブ１５の破損に繋がり安全性が低下するが、組電池１は、単電池２を一列に配設して、組電池１全体を覆う単一の熱収縮シュリンクチューブ１５でプレート３及び単電池２が隠れるように被覆することで、電気的な露出部をなくすことができ安全性を確保することができる。更に、組電池１では、単電池２を一列に配列し組電池１の構成部品点数を削減した（実質的に８本の単電池２と２枚の配線付きのプレート３）ので、使用電池の本数や直並列接続構造に変更がある場合でも素早い対応を図ることができる。
【００２５】
また、電圧検出線７や出力リード線１４の接続作業を行う場合に、組電池１における絶縁がなされていない状態でハンダ等による配線の接続を行うと、ハンダの垂れやコテ先の接触などによる単電池２間での短絡が生ずる可能性があるが、組電池１では、図５に示したように、プレート３に単電池２を組み付ける前工程で接続作業を行うので、作業が安全であり作業効率が向上する。
【００２６】
更に、組電池１では、プレート３に金属ブスバが一体成形されているため、組電池１に対して金属ブスバを配置する際の組立て治具等が不要であり、部品数及び工数が減り作業性が向上する。また、開口１３で金属ブスバの表面がプレート３の表面から段差８で窪んだ状態で単電池２の外部端子と接続されるので、単電池２の位置ずれの補正や単電池２に加わる外部衝撃を金属ブスバの板ばね機能で吸収することができる。また、金属ブスバの開口１３のほぼ中央の溶接用貫通穴を介して単電池２の外部端子とスポット溶接で容易に接続作業を行うことができる。
【００２７】
また、組電池１では、プレート３の単電池２に接触する面には、単電池２間に存在する谷状空間９に沿った位置決め突起１１が配設されている。このため、各単電池２を配設する際に、単電池２単位で位置決めされていき、互いの単電池２が動きを牽制しあうことで組電池１全体として各単電池２の動きが規制される。従って、組立て時における治具が不要となり、作業性及びコスト面の効率を高めることができる。
【００２８】
更に、組電池１では、単電池２間において金属ブスバで電気的、機械的に接続されているが、耐振動の点で各単電池２の固定が不足しており組電池１全体を一体とする必要がある。このため、組電池１全体を熱収縮シュリンクチューブ１５で被覆することで絶縁性を高め、全体を一体とすることで持ち運び等の作業性を向上させている。また、各単電池２の電圧検出線７等を引き出すための開口１６を円筒状の熱収縮シュリンクチューブ１５を熱収縮させることで短側面部に形成し、プレート３と単電池２間のデッドスペースが生じる谷状空間９の有効利用と相俟って空間効率を高めている。
【００２９】
また、組電池１では、単電池２が一列に配置されている訳であるが、２本の単電池２が電気的の同極性を有す形状であり４本の単電池２を基本として考えると、単電池２の極性が異なるのは金属ブスバの中央であり、電位降下分から考えた場合、もっとも降下分が少ない部位に金属突起６を突出させたため、単電池２の電圧を正確に検出することができる。また、組電池１では、４本の単電池２が基準となっているため、その端部では２本の単電池２が未接続になってしまう。そこで、この２本の単電池２を組電池１における電気出力とするため金属ブスバの形状としてはＴ字状となる。更に、単電池２を接続している部分から垂直方向に伸びた脚部は、単電池２同士の間にある谷状空間９まで伸びて直角に屈曲しているので、単電池２間の谷状空間９のデットスペースを、電気出力のための接続空間とすることで体積効率を向上させている。
【００３０】
また更に、金属ブスバを溶接した組電池１における構造強度は上述した通りであるが、溶接する前においてはプレート３だけでは組電池１の長手方向の単電池２の位置を制限することが難しく、ワークの移動に関しても支障をきたしてしまう。組電池１では、溶接前の段階において、単電池２の側周面中央を組電池１の外周に沿って固定テープ１２を捲きつけることによって、長手方向の単電池２の遊動を防止し、ワーク移動における単電池２の位置のバラツキを減少させ組立作業性を向上させている。
【００３１】
そして、組電池１では、電圧検出線７を組電池１の一方から引き出している。このため、セルコントローラへの接続距離が短くなり電圧検出線７の取りまわしがし易くなる。
【００３２】
なお、本実施形態では、プレート３に金属ブスバを一体成形した例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、プレート３の開口１３に金属ブスバを配設することでプレート３への固定を行うようにしてもよい。また、プレート３に金属ブスバの固定を確保するための固定用突起を形成するようにしてもよい。
【００３３】
また、本実施形態では、Ｔ字状金属ブスバ４の長手方向の中央から谷状空間９の下方に向けて伸びたＴ字脚部が略垂直に屈曲した屈曲部１０を例示したが、略垂直に屈曲する箇所の一部を切り欠きくびれ状とすれば、組電池１が外部短絡等により過剰電流の流入出が生じた場合に熱切断されるため、Ｔ字状金属ブスバ４をヒューズとして機能させることができる。
【００３４】
更に、本実施形態では、組電池１の接続構造を２本の単電池２を並列とし４本の単電池２を直列とした例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、８本の単電池２を全て直列接続する場合にも適用可能であり、単電池２の本数を増減しても適用できることは云うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プレートの幅が単電池の外径より小さいため、目視による配置でもプレートが組電池の外周からはみ出すことがないので、安全性を確保することができ、プレートは単電池の外部端子に対応する箇所に開口を有しており、この開口を塞ぐように単電池を機械的、電気的に接続する金属ブスバを配設することでプレートへの固定を行うことができ、金属ブスバには溶接用の貫通穴が形成されているので、貫通穴を介して単電池の外部端子と金属ブスバとを溶接して単電池を接続することができ、プレートに板状の金属ブスバが一体成形されているので、プレートに金属ブスバを固定する際の組立て治具や組立工数が不要となり作業性が向上すると共に、開口で金属ブスバの表面がプレートの表面から窪んだ状態で単電池の外部端子と接続されることで、単電池の位置ずれの補正や単電池に加わる衝撃を金属ブスバが有する板バネ機能で吸収することができ、更に、金属ブスバのうち組電池の出力端部の金属ブスバの形状をＴ字状とし、該Ｔ字状の金属ブスバの脚部は単電池の外部端子を接続している部分に対して略垂直に屈曲し単電池間の谷状空間に向かって伸びているので、２本の単電池を組電池の出力端部の金属ブスバに接続することができると共に、デッドスペースとなる単電池間の谷状空間を電気出力のための接続空間として有効利用でき体積効率を高めることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の組電池の外観斜視図である。
【図２】組電池の熱収縮シュリンクチューブ被覆前の外観斜視図である。
【図３】単電池をプレートに配設した状態での組電池を示す外観斜視図である。
【図４】プレートの側面図であり、（Ａ）は図２の矢印Ａ方向からみた状態を示し、（Ｂ）は図２の矢印Ｂ方向から見た状態を示す。
【図５】配設付きプレートと単電池との関係を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１組電池
２単電池
３プレート
４Ｔ字状金属ブスバ
５Ｉ字状金属ブスバ
６金属突起（突起部）
７電圧検出線（引出線の一部）
９谷状空間
１１位置決め突起
１２固定テープ
１３開口
１４出力リード線（引出線の一部）
１５熱収縮シュリンクチューブ
１６開口

Claims

複数個の柱状単電池を機械的、電気的に接続し極性を持つ両側に電気絶縁性樹脂製のプレートを配置した組電池において、前記プレートは、その幅が前記単電池の外径より小さく、前記単電池の外部端子に対応する箇所に開口を有し、該開口を塞ぐように前記単電池を機械的、電気的に接続する板状の金属ブスバが一体成形されて固定されており、前記金属ブスバには前記単電池の外部端子との接続箇所に溶接用の貫通穴が形成されていると共に、該金属ブスバの表面は前記開口で前記プレートの表面から窪んだ状態で前記単電池の外部端子と接続されており、前記金属ブスバのうち前記組電池の出力端部の金属ブスバはＴ字状を呈しており、該Ｔ字状の金属ブスバの脚部は前記単電池の外部端子を接続している部分に対して略垂直に屈曲し前記単電池間の谷状空間に向かって伸びていることを特徴とする組電池。
前記金属ブスバは中央に電圧検出線と接続するための突起部を有することを特徴とする請求項１に記載の組電池。
前記プレートは、前記単電池間の谷状空間に前記単電池の側周面に沿った位置決め突起を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の組電池。
前記組電池は更に熱収縮シュリンクチューブに覆われており、前記熱収縮シュリンクチューブには引出線を導出するための開口が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の組電池。
前記単電池は一列に配列されており、前記単電池及び前記プレートは単一の前記熱収縮シュリンクチューブで覆われていることを特徴とする請求項４に記載の組電池。
前記単電池は、前記熱収縮シュリンクチューブの収縮方向と直交する方向に前記組電池の外周に沿って固定テープで保持されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の組電池。