JP4277353B2 - リテーナ式モノブロック電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電池、特に、リテーナ式モノブロック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
自動車の電源として用いられている電池は、通常、複数のセル（単電池）が集合して一体化したモノブロック電池である。このモノブロック電池は、一般に、直方体状の樹脂製の電槽と、この電槽内を樹脂製の隔壁を用いて区画して形成した複数のセル室と、セル室のそれぞれに配置された極群とを備えている。ここで、各セル室に配置された極群は、それぞれ接続部を有しており、この接続部は、隣接するセル室の極群と互いにセル間接続され、電槽の上部に配置された一対の正極端子および負極端子に接続している。
【０００３】
ところで、このようなモノブロック電池として、補水が不要なリテーナ式のものが知られている。このリテーナ式のモノブロック電池では、各セル室に配置された極群は、電解液を保持したセパレータを挟んで複数の正極板と負極板とが起立した状態で交互に配列されている。しかし、この場合、セパレータは、正極板および負極板と同様に起立した状態でセル室内に配置されることになるため、そこに保持された電解液が電池の上下で濃度差を生じる現象、すなわち成層化現象を起こし易い。この結果、このようなリテーナ式モノブロック電池は、高率放電特性を達成するのが困難であり、また、電池寿命も短い。
【０００４】
但し、上述のリテーナ式モノブロック電池は、極群の正極板と負極板とがセパレータを挟んで水平状態になるよう９０度転回した状態で用いられた場合、セパレータが水平に配置されて成層化現象を起こし難くなり、その結果、高率放電特性および電池寿命を改善することができる。
【０００５】
しかし、モノブロック電池を上述のように転回させて用いる場合は、その高さや幅が通常の使用状態時に比べて増す場合があり、それを設置できる場所が制約されることになる。また、正極端子、負極端子および排気弁がモノブロック電池の側面に位置するようになるため、電気自動車用の高圧電源を構成する場合などのように電池を多数組み合わる必要がある場合は、電池間の接続が非常に煩雑で困難になる。さらに、モノブロック電池は、このように転回させて用いると取付けが不安定になり、耐震性に問題を生じるおそれもある。
【０００６】
本発明の目的は、良好な高率放電特性および電池寿命を示し、しかも限られた空間内において複数個を相互に接続して組合わせ易いリテーナ式モノブロック電池を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るリテーナ式モノブロック電池は、側面に開口部を有しかつ複数のセル室が内部に形成された電槽と、セル室のそれぞれに配置された、電解液を保持したセパレータを挟んで交互に水平に積層された複数の正極板および負極板を備えた極群と、正極側端部と負極側端部とを有しかつセル室のそれぞれに配置された極群間を接続するためのセル間接続部を有する、電槽の開口部を閉鎖するための側面用蓋体と、電槽の上面上に配置された、一対の排気栓を有する上面用蓋体と、電槽の上部に配置された一対の正極端子および負極端子と、正極側端部と正極端子とを接続するための正極接続体と、負極側端部と負極端子とを接続するための負極接続体とを備えており、側面用蓋体と上面用蓋体とは、複数のセル室から発生する引火性ガスを一対の排気栓を通じて外部に放出するための一連の排気通路を形成している。
【０００８】
このリテーナ式モノブロック電池では、例えば、正極接続体および負極接続体がそれぞれ板状の部材からなり、正極接続体は正極端子と正極側端部との間に敷設されており、かつ負極接続体は負極端子と負極側端部との間に敷設されている。
【０００９】
また、このリテーナ式モノブロック電池は、例えば、外形寸法が日本電動車両協会規格の電気自動車用シール形鉛電池の外形寸法および構造に規定された形式Ｂの外形寸法である、総高さ１７５±２ｍｍ、幅１１６±２ｍｍ、長さ３８８±２ｍｍに設定されている。
【００１０】
【作用】
本発明に係るリテーナ式モノブロック電池は、各セル室にそれぞれ配置された極群の正極板および負極板が電解液を保持したセパレータを挟んで水平に積層されているため、セパレータにおいて成層化現象が起こり難くなり、その結果、良好な高率放電特性および電池寿命を達成することができる。
【００１１】
また、一対の正極端子および負極端子が電槽の上部に配置されており、この正極端子および負極端子はそれぞれ正極接続体および負極接続体を通じて電槽の側面に位置するセル間接続部の正極側端部および負極側端部にそれぞれ接続されているため、このリテーナ式モノブロック電池は、多数個を組み合わせて密接した状態で並べて配置しやすく、しかも電池間の接続を各電池の上部に配置された正極端子および負極端子により容易に達成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明に係るリテーナ式モノブロック電池の実施の一形態を説明する。図において、リテーナ式モノブロック電池１は、電槽２、電槽２内に配置された複数の極群３、側面用蓋体４および上面用蓋体５を主に備えている。
【００１３】
電槽２は、直方体状に形成された樹脂製の容器状部材であり、その一側面部に全面が開口した開口部６を有している。この電槽２内は、図２に示すように、隔壁７により６個の均等なセル室８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆに区画されており、各セル室８ａ〜８ｆは、開口部６部分が開口している。
【００１４】
また、電槽２の上面２０には、正極接続片２１および負極接続片２２が敷設されている。正極接続片２１および負極接続片２２は、それぞれ導電性を有する材料、例えば、電気抵抗が１０^-5Ωｍ以下の金属（例えば銅や鉛）、合金（例えば銅合金）または半田メッキを施した導電性材料を用いて形成されたＬ字形状の平坦な板状の部材である。これらの正極接続片２１および負極接続片２２は、それぞれ開口部６の長さ方向の両端近傍から電槽２の幅方向の中央部に向けて延びており、当該中央部で互いに離れる方向に直角に屈曲して電槽２の長さ方向の両端部方向に向けてさらに延びるように配置されている。
【００１５】
さらに、電槽２は、図２に示すように、セル室８ａの上部中央部において、開口部６側端部に偏平な連絡孔２３を有している。
【００１６】
各極群３は、各セル室８ａ〜８ｆ内にそれぞれ配置されており、複数の正極板９、複数の負極板１０、複数のセパレータ１１、正極用ストラップ１２および負極用ストラップ１３を主に備え、単電池を構成している。複数の正極板９と複数の負極板１０とは、セパレータ１１を挟んで交互に水平に（すなわち、電槽２の高さ方向に）積層されている。セパレータ１１は、微細な繊維径を有する耐酸性のガラス繊維等を用いて形成された保液性の高いマット状に形成されており、電解液を保持している。正極用ストラップ１２は、複数の正極板９の耳部を一体的に連結しており、また、開口部６方向に突出する正極用中間極柱１４を有している。一方、負極用ストラップ１３は、複数の負極板１０の耳部を一体的に連結しており、また、開口部６方向に突出する負極用中間極柱１５を有している。
【００１７】
側面用蓋体４は、側面用中蓋１６と側面用上蓋１７とを備えている。側面用中蓋１６は、電槽２と同様の樹脂製の矩形の板状部材であり、開口部６を閉鎖するよう開口部６の周辺部に対してヒートシールにより接着されている。この側面用中蓋１６には、図３に示すように、セル間接続部３０が形成されている。セル間接続部３０は、主に５つの独立したセル間接続体３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ、正極側端部３２および負極側端部３３を含んでいる。
【００１８】
各セル間接続体３１ａ〜３１ｅは、電解液により腐食し難い導電性材料、例えば、鉛、鉛合金若しくは表面をメッキした銅または銅合金を用いて形成された導電性の部材であり、所定のセル室８ａ〜８ｆの間に跨るように配置されている。具体的には、セル間接続体３１ａはセル室８ａとセル室８ｂとに跨るように上下方向に配置されており、セル間接続体３１ｂはセル室８ｂとセル室８ｃとに跨るように横方向に配置されており、セル間接続体３１ｃはセル室８ｃとセル室８ｄとに跨るように横方向に配置されており、セル間接続体３１ｄはセル室８ｄとセル室８ｅとに跨るように上下方向に配置されており、さらにセル間接続体３１ｅはセル室８ｅとセル室８ｆとに跨るように横方向に配置されている。
【００１９】
各セル間接続体３１ａ〜３１ｅは、それぞれ極群３から突出する正極用中間極柱１４および負極用中間極柱１５を挿入可能な一対の孔部３４，３４を有している。そして、各セル間接続体３１ａ〜３１ｅの各孔部３４，３４には、図４に示すように、対応する極群３の正極用中間極柱１４および負極用中間極柱１５が挿入されかつ溶接により接続されている。具体的には、セル間接続体３１ａの孔部３４，３４にはセル室８ａ内に配置された極群３の正極用中間極柱１４およびセル室８ｂ内に配置された極群３の負極用中間極柱１５が接続されている。セル間接続体３１ｂの孔部３４，３４には、セル室８ｂ内に配置された極群３の正極用中間極柱１４およびセル室８ｃ内に配置された極群３の負極用中間極柱１５が接続されている。セル間接続体３１ｃの孔部３４，３４には、セル室８ｃ内に配置された極群３の正極用中間極柱１４およびセル室８ｄ内に配置された極群３の負極用中間極柱１５が接続されている。セル間接続体３１ｄの孔部３４，３４には、セル室８ｄ内に配置された極群３の正極用中間極柱１４およびセル室８ｅ内に配置された極群３の負極用中間極柱１５が接続されている。さらに、セル間接続体３１ｅの孔部３４，３４には、セル室８ｅ内に配置された極群３の正極用中間極柱１４およびセル室８ｆ内に配置された極群３の負極用中間極柱１５が接続されている。
【００２０】
正極側端部３２および負極側端部３３は、それぞれ上述のセル間接続体３１ａ〜３１ｅと同様の材料を用いて形成された導電性の部材であり、互いに独立して形成されている。正極側端部３２は、図４に示すように、セル室８ｆ内の極群３の正極用中間極柱１４を挿入可能な孔部３４を有しており、当該孔部３４に当該正極用中間極柱１４が挿入されかつ溶接により接続されている。一方、負極側端部３３は、図４に示すように、セル室８ａ内の極群３の負極用中間極柱１５を挿入可能な孔部３４を有しており、当該孔部３４に当該負極用中間極柱１５が挿入されかつ溶接により接続されている。
【００２１】
なお、上述のような各極群３の正極用中間極柱１４および負極用中間極柱１５と、セル間接続体３１ａ〜３１ｅ、正極側端部２３および負極側端部２４との一連の接続により、各セル室１０ａ〜１０ｆ内に配置された極群３からなる単電池は、直列接続された状態になる。
【００２２】
また、側面用中蓋１６には、図３に示すように、正極接続片３５および負極接続片３６が配置されている。正極接続片３５は、電槽２側の正極接続片２１と同様の材料を用いて形成された導電性の板状部材であり、正極側端部３２から側面用中蓋１６の図３上部に向けて形成された溝３７内に敷設されている。そして、その一端は、正極側端部３２と一体に接続されている。一方、負極接続片３６は、電槽２側の負極接続片２２と同様の材料を用いて形成された導電性の板状部材であり、負極側端部３３から側面用中蓋１６の図３上部に向けて形成された溝３８内に敷設されている。そして、その一端は、負極側端部３３と一体に接続されている。
【００２３】
さらに、側面用中蓋１６は、図３および図４に示すように、各セル室８ａ〜８ｆに個別に対応する６個の排気孔３９を有している。各排気孔３９は、図示しない排気弁を内蔵しており、対応するセル室８ａ〜８ｆ内の圧力が一定以上に高まった場合に作動して、充電時等において対応するセル室８ａ〜８ｆ内で発生する引火性ガスをセル室８ａ〜８ｆ外に排出できるように設定されている。
【００２４】
各排気孔３９は、側面用中蓋１６の外側面に形成された一連の排気溝４０に向けて開口している。排気溝４０は、側面用中蓋１６の図３上部に向けて延びており、側面用中蓋１６の図３上部において、電槽２の連絡孔２３と対応する位置に、側面用中蓋１６の厚さ方向に貫通する偏平な連絡孔４１を有している。
【００２５】
側面用上蓋１７は、側面用中蓋１６の表面を被覆するためのものであり、側面用中蓋１６と同様の樹脂製であって側面用中蓋１６の外側面上にヒートシールにより接着されている。側面用上蓋１７の内側面には、図４に示すように、側面用中蓋１６側の排気溝４０に対応する排気溝４２が形成されている。この排気溝４２は、排気溝４０と一体化して気密な第１排気通路４３を形成している。
【００２６】
上面用蓋体５は、上面用中蓋５１と上面用上蓋５２とを備えている。上面用中蓋５１は、電槽２と同様の樹脂製であって矩形の板状に形成されており、図１および図２に示すように、電槽２の上面２０上に配置されている。この上面用中蓋５１は、図５（上面用中蓋の平面図）に示すように、上面に排気溝５３を有している。この排気溝５３は、上面用中蓋５１の上面中央部から図の右方向に延びかつ電槽２の開口部６方向に緩やかに屈曲しており、開口部６側縁近傍に連絡孔５４を有している。この連絡孔５４は、図２に示すように、電槽２の連絡孔２３と対応する位置であって上面用中蓋５１の厚さ部分の端面において、偏平な開口部５５を有している。
【００２７】
また、上面用中蓋５１の上面長手方向両端部近傍には、それぞれ上方に突出する正極端子５６および負極端子５７が設置されている。
【００２８】
一方、上面用中蓋５１の裏面には、図６に示すように、電槽２の上面２０に敷設された正極接続片２１および負極接続片２２に対応するＬ字形状の切り込み部５８が形成されている。この切り込み部５８には、上面用中蓋５１を電槽２の上面２０上に配置した際に、正極接続片２１および負極接続片２２が配置される。これにより、電槽２の上面２０と上面用中蓋５１との密着性が確保される。なお、正極端子５６および負極端子５７の下端部は、切り込み部５８内に露出しており、これにより、上面用中蓋５１を電槽２の上面２０上に配置したときに、正極端子５６と正極接続片２１との接続および負極端子５７と負極接続片２２との接続が確保される。
【００２９】
上面用上蓋５２は、上面用中蓋５１のさらに上面に配置されており、正極端子５６および負極端子５７を除く上面用中蓋５１の上面を概ね被覆している。また、上面用上蓋５１の裏面には、図７（上面用中蓋５１の平面図）に示すように、上面用中蓋５１の上面に形成された排気溝５３に対応する排気溝５９を有している。この排気溝５９は、上面用上蓋５２を上面用中蓋５１上に配置したときに、上面用中蓋５１側の排気溝５３と一体化して気密な第２排気通路６０を形成し得る。また、排気溝５９は、上面用上蓋の中央部において、電槽２の幅方向の両方向に突出する一対の排気栓６１，６１を有している。
【００３０】
上述のようなリテーナ式モノブロック電池１を製造する場合は、先ず、電槽２の各セル室８ａ〜８ｆ内に極群３を配置し、側面用中蓋１６により開口部６を閉鎖する。この際、側面用中蓋１６は、ヒートシールにより開口部６に対して接着することができる。
【００３１】
次に、上面用蓋体５を電槽２の上面２０上に接着する。ここでは、上面用中蓋５１上に上面用上蓋５２をヒートシールにより接着して配置したのち、電槽２の上面２０上に上面用蓋体５をヒートシールにより接着する。
【００３２】
この際、図８（正面図）および図９（側面図）に示すような治具７０を利用する。治具７０は、側面用中蓋１６の排気溝４０内に配置可能な概ね平坦な板状部材であり、耐熱性材料からなる。そして、治具７０には、上端部にＬ字状に屈曲した屈曲部７１が設けられており、また、表面に取っ手７２が形成されている。
【００３３】
上述の治具７０は、図３に二点鎖線で示すように、屈曲部７１を側面用中蓋１６の連絡孔４１、電槽２の連絡孔２３および上面用中蓋５１の開口部５５内に挿入して側面用中蓋１６の排気溝４０内に配置し、その状態で緩やかに接着する。そして、この状態で電槽２の上面２０に対して上面用蓋体５をヒートシールにより接着する。この際、側面用中蓋１６の連絡孔４１、電槽の連絡孔２３および上面用中蓋５１の開口部５５は加熱により軟化するが、治具７０の屈曲部７１が挿入されているため、それにより閉鎖してしまうのが防止される。
【００３４】
上述のようにして上面用蓋体５を接着した後、側面用中蓋１６側の正極接続片３５の一端と電槽２側の正極接続片２１の端部との間、および側面用中蓋１６側の負極接続片３６の一端と電槽２側の負極接続片２２の端部との間をそれぞれハンダや抵抗溶接等により接続する。これにより、正極接続片２１，３５は、正極端子５６と正極側端部３２とを接続する一連の正極接続体を形成し、また、負極接続片２２，３６は、負極端子５７と負極側端部３３とを接続する一連の負極接続体を形成することになる。
【００３５】
次に、取っ手７２を抓んで排気溝４０から治具７０を取り外し、その後、側面用中蓋１６上に側面用上蓋１７をヒートシールにより接着する。これにより側面用蓋体４が形成され、その内部に形成される第１排気通路４３は、側面用中蓋１６の連絡孔４１、電槽の連絡孔２３および上面用中蓋５１の開口部５５を通じて上面用蓋体５内に形成された第２排気通路６０と繋がり、各セル室８ａ〜８ｆから発生する引火性ガスを排気栓６１，６１を通じて外部に放出するための一連の排気流路を形成することになる。
【００３６】
なお、上述のリテーナ式モノブロック電池１は、外形寸法が日本電動車両協会規格（ＪＥＶＳ）の「電気自動車用シール形鉛電池の外形寸法および構造」（Ｄ００１−１９９５）に規定された形式Ｂの外形寸法若しくは米国電動車協会規格（ＳＡＥ）のＪ１７９７に規定された外形寸法に設定されている。具体的には、図１に示すように、正極端子１８および負極端子１９までを含めた総高さ（Ｈ）が１７５±２ｍｍ、幅（Ｗ）が１１６±２ｍｍ、長さ（Ｌ）が３８８±２ｍｍに設定されている。
【００３７】
上述の実施の形態に係るリテーナ式モノブロック電池１は、例えば、自動車用バッテリーとして利用される。この場合、リテーナ式モノブロック電池１は、従来のモノブロック電池と同様に車輌内に水平に設置され、正極端子５６側が自動車の電気回路の正極側に接続されかつ負極端子５７側が車体に接地される。
【００３８】
このように設置されたリテーナ式モノブロック電池１は、各極群３からなる単電池において、複数の正極板９および負極板１０がセパレータ１１を挟んで水平に交互に積層されているため、セパレータ１１は、所謂成層化現象を起こしにくい。このため、この電池１は、従来から自動車用に用いられているモノブロック電池に比べ、高率放電特性が良好であり、また、電池寿命が長い。
【００３９】
また、このリテーナ式モノブロック電池１は、図１０に示すように、多数個を組み合わせて電気自動車用の電源ユニット８０を構成するために用いることもできる。この場合、リテーナ式モノブロック電池１は、上面に正極端子５６および負極端子５７を有しているため、互いに側面を接しながら密に並べて配列することができ、車輌の床下等の限られた空間内に多数個を配置することができる。
【００４０】
この場合、電源ユニット８０を構成するリテーナ式モノブロック電池１のそれぞれは、適当な接続具（例えば接続ケーブル等）を用いてその上面の正極端子５６および負極端子５７を隣接する他のリテーナ式モノブロック電池１の正極端子５６および負極端子５７と接続して電気的に容易に一体化することができる。すなわち、このリテーナ式モノブロック電池１は、限られた空間において、多数個を容易に組み合わせて電気自動車の駆動に必要な高電圧を得ることができる。
【００４１】
また、電源ユニット８０を構成するリテーナ式モノブロック電池１のそれぞれは、その上面に引火性ガスの排気流路に繋がる排気栓６１，６１を有することになるため、隣接し合う各リテーナ式モノブロック電池１の排気栓６１，６１間を排気チューブ８１等を用いて容易に接続することができる。このため、この電源ユニット８０は、各リテーナ式モノブロック電池１から排出される引火性ガスを排気チューブ８１から一括して外部に排出することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係るリテーナ式モノブロック電池は、電槽の各セル室にそれぞれ配置された極群の正極板および負極板がセパレータを挟んで水平に積層されているため、良好な高率放電特性および電池寿命を達成することができ、また、一対の正極端子および負極端子が電槽の上部に配置されているため、限られた空間内において複数個を相互に接続して組合わせ易い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の分解斜視図。
【図２】前記実施の形態を電槽の開口部側から見た場合の分解図。
【図３】前記実施の形態において採用された側面用中蓋の正面図。
【図４】前記実施の形態の横断面分解図。
【図５】前記実施の形態において採用された上面用中蓋の平面図。
【図６】前記上面用中蓋の裏面図。
【図７】前記実施の形態において採用された上面用上蓋の平面図。
【図８】前記実施の形態を製造する際に用いられる治具の正面図。
【図９】前記治具の側面図。
【図１０】前記実施の形態を多数個組み合わせた場合の平面図。
【符号の説明】
１ リテーナ式モノブロック電池
２ 電槽
３ 極群
４ 側面用蓋体
６ 開口部
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ セル室
９ 正極板
１０ 負極板
１１ セパレータ
１６ 側面用中蓋
２１，３５ 正極接続片
２２，３６ 負極接続片
３０ セル間接続部
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ セル間接続体
３２ 正極側端部
３３ 負極側端部
５６ 正極端子
５７ 負極端子

Claims (3)

1. 側面に開口部を有しかつ複数のセル室が内部に形成された電槽と、
   前記セル室のそれぞれに配置された、電解液を保持したセパレータを挟んで交互に水平に積層された複数の正極板および負極板を備えた極群と、
   正極側端部と負極側端部とを有しかつ前記セル室のそれぞれに配置された前記極群間を接続するためのセル間接続部を有する、前記開口部を閉鎖するための側面用蓋体と、
   前記電槽の上面上に配置された、一対の排気栓を有する上面用蓋体と、
   前記電槽の上部に配置された、一対の正極端子および負極端子と、
   前記正極側端部と前記正極端子とを接続するための正極接続体と、
   前記負極側端部と前記負極端子とを接続するための負極接続体とを備え、
   前記側面用蓋体と前記上面用蓋体とは、複数の前記セル室から発生する引火性ガスを一対の前記排気栓を通じて外部に放出するための一連の排気通路を形成している、
   リテーナ式モノブロック電池。
2. 前記正極接続体および前記負極接続体がそれぞれ板状の部材からなり、前記正極接続体は前記正極端子と前記正極側端部との間に敷設されており、かつ前記負極接続体は前記負極端子と前記負極側端部との間に敷設されている、請求項１に記載のリテーナ式モノブロック電池。
3. 外形寸法が日本電動車輌規格協会規格の電気自動車用シール形鉛電池の外形寸法および構造に規定された形式Ｂの外形寸法である、総高さ１７５±２ｍｍ、幅１１６±２ｍｍ、長さ３８８±２ｍｍに設定されている、請求項１または２に記載のリテーナ式モノブロック電池。

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