JP4747574B2

JP4747574B2 - 組電池

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Publication number: JP4747574B2
Application number: JP2004373738A
Authority: JP
Inventors: 行正西出
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2006179411A

Description

本発明は、複数の扁平電池を重ねるとともに重ねた電池の端子同士を接続した組電池に関する。詳しくは、重ねた扁平電池の端子同士を容易に接続することができる組電池に関する。
なお本明細書でいう電池という用語は広義に解釈するべきであり、化学反応を利用して電力を供給する狭義の電池のみならず、キャパシタやコンデンサ等のように蓄電しておいた電力を供給するデバイスをも包含する。

組電池は、複数の扁平電池を重ねて接続したものであり、正端子に負端子を接続した直列接続とすることによって高電圧の組電池を実現することができ、正端子同士を接続するとともに負端子同士を接続した並列接続とすることによって大容量の組電池を実現することができる。特許文献１に、組電池の一例が開示されている。
特許文献１の組電池２では、図６に示すように、複数の扁平電池１を、第１姿勢、第２姿勢、第１姿勢、第２姿勢の順に重ねる。第１姿勢は、紙面奥側に負端子が位置する姿勢であり、この姿勢の電池を１Ｘで示す。第２姿勢は、紙面奥側に正端子が位置する姿勢であり、この姿勢の電池を１Ｙで示す。電池の表裏を反転することによって第１姿勢で配置するか第２姿勢で配置するかを選択することができる。特許文献１の組電池２では、第１姿勢と第２姿勢に配置された２個で１組の電池単位が繰返して重ねられている。
特許文献１の組電池２では、第１姿勢の電池１Ｘの負端子１ｂと第２姿勢の電池１Ｙの正端子１ａを重ね、第２姿勢の電池１Ｙの負端子１ｂと第１姿勢の電池ＩＸの正端子１ａを重ね合わせることによって、複数の電池を直列に接続している。
特開２００３−３２３８７４号公報

正端子１ａと負端子１ｂを確実に接続するためには、正端子１ａと負端子１ｂを溶接することが好ましい。特許文献１の組電池２では、正端子１ａと負端子１ｂの組合せ（端子対）と、それに隣接する端子対との間の間隔が、電池２個分の厚みに等しい。溶接する端子対と端子対の間隔が電池２個分の厚み程度しかないと、端子対と端子対の間隔に溶接器具を挿入することができないことがある。
特許文献１の組電池２では、正端子１ａには負端子１ｂ側に向かうばね力を与え、負端子１ｂには正端子１ａ側に向かうばね力を与え、正端子１ａと負端子１ｂがばね力で密着する接続構造を採用することによって、溶接する端子対と端子対の間隔に溶接器具を挿入できないという問題を克服している。しかしながら、正端子１ａと負端子１ｂを溶接することによって確実に導通を確保したいとする要求が存在する。
溶接する端子対と端子対の間隔が電池２個分の厚みしかない場合、端子対と端子対の間隔に挿入できる溶接器具の種類は限られており、現状ではレーザ溶接するしかない。より安価に確実に溶接できる、例えば超音波溶接や抵抗溶接といった溶接手法を採用することができない。

本発明は、溶接する端子対と端子対の間隔を広げることができる技術を提供する。それによって、溶接する端子対と端子対の間隔に挿入可能な溶接器具の種類を増やし、多様な溶接手法を採用可能とする。

（課題を解決するための一つの手段）
本発明の組電池は、複数の扁平電池を重ねて端子同士を接続して構成されている。組電池を構成するそれぞれの電池は、正極と負極を含む電極体と、正極に接続されている正端子と、負極に接続されている負端子と、ケースを備えている。そのケースは電極体を収容しているが、正端子と負端子はケースの異なる辺から外部に突出している。正端子と負端子は、ケースの辺に略直交する方向に突出する突出部と、その突出部の先端からケースの辺に略平行する方向に延出する延出部を有している。ケースの辺に略直交するとは、扁平電池の扁平面を正面視したときに、扁平電池の辺と突出部が略直交していることをいい、扁平電池の厚み方向に傾斜していることを許容する。
組電池を構成する電池は、第１電池、第２電池、第３電池、第４電池の順に重ねられた単位が繰返して重ねられている。本発明の組電池は、第１電池と第２電池の延出部が同じ方向に延出しているとともに延出部同士が重なっており、第３電池と第４電池の延出部が同じ方向に延出しているとともに延出部同士が重なっており、しかも、第２電池の延出部の延出方向と、第３電池の延出方向が逆向きであることを特徴としている。
同一仕様の電池が異なる姿勢に配置されることによって、第１電池、第２電池、第３電池、第４電池に区分されていてもよいし、２種類の電池が異なる姿勢に配置されることによって、第１電池、第２電池、第３電池、第４電池に区分されていてもよいし、４種類の電池を用意することによって、第１電池、第２電池、第３電池、第４電池に区分されていてもよい。
接続する対端子は、正端子と負端子の組であってもいし（この結果直列に接続される）、正端子同士を接続するとともに負端子同士を接続する組であってもよい（この結果並列に接続される）。

（その作用と効果）
本発明の組電池によると、第１電池と第２電池を接続する端子対と、第３電池と第４電池を接続する端子対は、端子が突出するケースの辺の長手方向にオフセットされた位置に存在することになる。すなわち、第１電池と第２電池を接続する端子対と、第３電池と第４電池を接続する端子対は、隣接しないことになる。この結果、第１電池と第２電池を接続する端子対に隣接する端子対は、隣接する別の単位の第１電池と第２電池を接続する端子対となり、その間には扁平電池４個分の厚みが確保される。同様に、第３電池と第４電池を接続する端子対に隣接する端子対は、隣接する別の単位の第３電池と第４電池を接続する端子対となり、その間には扁平電池４個分の厚みが確保される。
本発明の組電池によると、溶接する端子対と端子対の間に、扁平電池４個分の厚みが確保される。これは従来の組電池の２倍であり、溶接する端子対と端子対の間隔に挿入可能な溶接器具の種類が大幅に増える。例えば超音波溶接や抵抗溶接といった多種類の溶接手法から最適な溶接手法を選択することが可能となる。

（課題を解決するための他の一つの手段）
４個で１単位を構成するそれぞれの電池が、同一仕様の電池で構成されることが好ましい。複数仕様の電池を作り分ける必要がなければ、電池の生産効率が向上する。
電池生産後に容易に後加工できるものは、完成後の電池に加工するものであって、異なる仕様の電池を生産するものではないと評価できる。例えば端子が、ケースの辺に略直交する方向に突出する突出部と、その突出部の先端からケースの辺に略平行する方向に延出する延出部を有している場合、その延出部を折り曲げることによって延出方向を逆向きとすることができるが、これは延出方向が逆向きの２種類の電池を作り分けるというよりも、同一仕様の電池を生産するといった方が実情に即している。延出部を折り曲げることによって延出方向を逆向きとする行為は、完成後の電池に後加工する行為であると評価したほうが実情に即しているからである。
正端子と負端子が、ケースの辺に略直交する方向に突出する突出部と、その突出部の先端からケースの辺に略平行する方向に延出するとともに折り曲げることによって延出方向が逆向きとなる延出部を有している同一仕様の電池を利用すると、同一仕様の電池を、第１姿勢、第２姿勢、第３姿勢、第４姿勢の順に重ねられた単位を繰返して重ねることによって、第１姿勢と第２姿勢の電池の延出部が同じ方向に延出しているとともに延出部同士が重なっており、第３姿勢と第４姿勢の電池の延出部が同じ方向に延出しているとともに延出部同士が重なっており、しかも、第２姿勢の電池の延出部の延出方向と、第３姿勢の電池の延出部の延出方向が逆向きである関係をえることができる。

（その作用と効果）
上記の組電池によると、溶接する端子対と端子対の間に、扁平電池４個分の厚みが確保される。しかも、同一仕様の電池で組電池を構成することができる。

（課題を解決するためのさらに他の一つの手段）
本発明の組電池は、下記のように定義することもできる。
組電池を構成するそれぞれの電池は、正極と負極を含む電極体と、前記正極に接続されている正端子と、前記負極に接続されている負端子と、ケースを備えている。そのケースは電極体を収容しているが、正端子と負端子はケースの異なる辺から外部に突出している。
正端子と負端子は、ケースの辺に略直交する方向に突出する突出部と、その突出部の先端からケースの辺に略平行する方向に延出するとともに折り曲げることによって延出方向が逆向きとなる延出部を有している。
組電池を構成する電池はすべて同一仕様であり、組電池の一つの面から正端子が突出して右方に延出する第１姿勢、同一面から負端子が突出して右方に延出する第２姿勢、同一面から正端子が突出して左方に延出する第３姿勢、同一面から負端子が突出して左方に延出する第４姿勢の順に重ねられた４個で１組の電池単位が繰返して重ねられている。

（その作用と効果）
上記定義を満たす組電池は、溶接する端子対と端子対の間に、扁平電池４個分の厚みを確保している。しかも、同一仕様の電池で組電池を構成することができる。

以下に発明を実施するための最良の形態を列記する。
（形態１）正端子はケースの一辺から外部に突出し、負端子はそれに対向する反対側の辺から外部に突出している。
（形態２）正端子の延出部と負端子の延出部は同一方向に延出している。折り曲げることによって、逆向きに延出する。
（形態３）の正端子の延出部と負端子の延出部は逆向きに延出している。折り曲げることによって、同一方向に延出する。

図面を参照して本発明を具現化した実施例を説明する。図１は組電池２０の斜視図であり、図２は組電池２０の側面図であり、図３は組電池２０の平面図である。図１、図２及び図３に示すように、組電池２０は、複数の電池４０を重ね合せるように配列して構成されている。組電池２０を構成する各電池４０は、同一仕様で生産されている。
各電池４０は、外装ケースとして二枚のラミネートフィルムを使用し、その間に扁平状の電極体（図示省略）を挟んで密閉して収容している。ラミネートフィルムは、アルミニウム等の金属シートの片面に、接着材層を介して熱溶着性の樹脂層を重ね合せた薄いフィルムである。電極体は、金属シート状箔材の表面に正極活物質が形成された正極と、樹脂製の多孔質膜シートであるセパレータと、金属シート状箔材の表面に負極活物質が形成された負極と、前記と同様のセパレータの組を積層して扁平状としたものである。各電池４０は、二枚のラミネートフィルムの間に電極体を挟み、電極体の周囲のラミネートフィルム（以下、周縁部１０という）を熱溶着することで、電極体を密閉している。

電極体の正極には正端子６１又は６２が接続され、負極には負端子８０が接続されている（なお正端子６１，６２は同一のものであるが、型付けした後の延出方向が異なる（後述する）ため便宜的に二つに区別している）。電池４０の正端子６１又は６２は、外装ケースの一辺から外部に突出し、負端子８０は、それに対向する反対側の外装ケースの辺から外部に突出している。
図１及び図３に示すように、正端子６１は、突出部６１ａと延出部６１ｂを有しており、負端子８０は、突出部８０ａと延出部８０ｂを有している。正端子６１の突出部６１ａと負端子８０の突出部８０ａはそれぞれ、電池４０の扁平面を正面視したときに、外装ケースの辺に略直交する方向に周縁部１０から外部に突出している。正端子６１の延出部６１ｂと負端子８０の延出部８０ｂはそれぞれ、電池４０の扁平面を正面視したときに、突出部６１ａ又は突出部８０ａの先端から外装ケースの辺に略平行する方向に延出している。また図示していないが、正端子６２も同様に、突出部６２ａと延出部６２ｂを有しており、突出部６２ａは、電池４０の扁平面を正面視したときに、外装ケースの辺に略直交する方向に周縁部１０から外部に突出しており、延出部６２ｂは、電池４０の扁平面を正面視したときに、突出部６２ａの先端から外装ケースの辺に略平行する方向に延出している。一つの電池４０では、正端子６１の延出部６１ｂと負端子８０の延出部８０ｂの延出方向は同じとされている。あるいは、正端子６２の延出部６２ｂと負端子８０の延出部８０ｂの延出方向は同じとされている。

組電池２０を組付けるために、各電池４０の正端子６１，６２及び負端子８０は、次のように型付けされている。
正端子６１は、図４（１）に示す逆Ｌ字型の薄板を、（２）のように折線ｈと折線ｉで折り曲げることによって、型付けされている。負端子８０も同様に型付されている。
一方、正端子６２は、図５（１）に示す逆Ｌ字型の薄板を、まず（２）のように折線ｈと折線ｉで折り曲げ、さらに（３）のように折線ｇで反対側に折り返すことによって、型付けされている。

以上のように構成される各電池４０は、図１及び図２に示すように、O，Ｐ，Ｑ，Rの姿勢の順で配列され、この配列順を繰り返すことで組電池２０が構成される。
姿勢Ｏ：正端子６１の延出部６１ｂ及び負端子８０の延出部８０ｂを右方向（図１の紙面右奥方向。以下同じ）に延出するようにして、正端子６１を上方に、負端子８０を下方にした姿勢。
姿勢Ｐ：負端子８０の延出部８０ｂを右方向に延出するようにし、正端子６２の延出部６２ｂを左方向（図１の紙面左手前方向。以下同じ）に延出するようにして、負端子８０を上方にして、正端子６２を下方にした姿勢。
姿勢Ｑ：正端子６１の延出部６１ｂ及び負端子８０の延出部８０ｂを左方向に延出するようにして、正端子６１を上方、負端子８０を下方にした姿勢。
姿勢Ｒ：負端子８０の延出部８０ｂを左方向に延出するようにし、正端子６２の延出部６２ｂを右方向に延出するようにして、負端子８０を上方、正端子６２を下方にした姿勢。

正端子６１又は正端子６２と負端子８０の型付けと、O，Ｐ，Ｑ，Rの姿勢の配列順によって、図１、図２及び図３に示すように、姿勢Ｏの電池４０の正端子６１の延出部６１ｂが、姿勢Ｐの電池４０の負端子８０の延出部８０ｂと重なり、姿勢Ｐの正端子６２の延出部６２ｂが、姿勢Ｑの電池４０の負端子８０の延出部８０ｂと重なり、姿勢Ｑの電池４０の正端子６１の延出部６１ｂが、姿勢Ｒの電池４０の負端子８０の延出部８０ｂと重なり、姿勢Ｒの正端子６２の延出部６２ｂが、次の姿勢Ｏの電池４０の負端子８０の延出部８０ｂと重なる。
これにより、複数の電池４０が直列に接続されることとなる。

また、図１及び図３によく示されるように、重なり合う正端子６１と負端子８０の延出部６１ｂ，８０ｂの組合せ（以下、延出部対Ａという）が、同一方向に延出することとなる。また、隣合う延出部対Ａと延出部対Ａでは互いに反対方向に延出することとなる。例えば、延出部対Ａ１は右方向に延出しており、延出部対Ａ２は左方向に延出しており、延出部対Ａ３は右方向に延出しており、延出部対Ａ４は左方向に延出しており、延出部対Ａ５は右方向に延出している。
また図示していないが、同様に、重なり合う正端子６２と負端子８０の延出部６２ｂ，８０ｂの組合せ（以下、延出部対Ｂという）も、同一方向に延出することとなる。また、隣合う延出部対Ｂと延出部対Ｂでは互いに反対方向に延出することとなる。例えば、延出部対Ｂ１は右方向に延出しており、延出部対Ｂ２は左方向に延出しており、延出部対Ｂ３は右方向に延出しており、延出部対Ｂ４は左方向に延出しており、延出部対Ｂ５は右方向に延出している（なおＢ１は負端子８０の延出部８０ｂのみであり、Ｂ６は正端子６２の延出部６２ｂのみで構成されている）。

以上の組電池２０では、図３によく示されているように、同じ延出方向の延出部対Ａと延出部対Ａの間（延出部対Ａ１−延出部対Ａ３間、延出部対Ａ２−延出部対Ａ４間、延出部対Ａ３−延出部対Ａ５間）に、１つの延出部対Ａ分のスペース（電池４０×４個分の厚みのスペース）が確保される。
なお図示していないが、同様に、同じ延出方向の延出部対Ｂと延出部対Ｂの間（延出部対Ｂ１−延出部対Ｂ３間、延出部対Ｂ２−延出部対Ｂ４間、延出部対Ｂ３−延出部対Ｂ５間、延出部対Ｂ４−延出部対Ｂ６間）にも、１つの延出部対Ｂ分のスペース（電池４０×４個分の厚みのスペース）が確保される。

同じ延出方向の延出部対Ａと延出部対Ａの間に、図示しない溶接器具を挿入して、延出部対Ａを溶接接合する。また、同じ延出方向の延出部対Ｂと延出部対Ｂの間に、溶接器具を挿入して、延出部対Ｂを溶接接合する。これにより、複数の電池４０を組付けた組電池２０が作製される。

以上のように、本実施例では、扁平状の電池を重ねて接合した組電池において、重なり合う正端子と負端子の延出部対を同一方向に延出させ、隣合う延出部対と延出部対では互いに反対方向に延出させる。これにより、同じ延出方向の延出部対と延出部対の間に、１つの延出部対分のスペース（電池×４個分の厚みのスペース）を確保することができ、挿入可能な溶接器具の種類が大幅に増え、組電池の組付作業が容易となる。
また、必要に応じて、正端子又は負端子の延出部を元の延出方向と反対側に折り返す型付けを行うことにより、組電池を構成する全ての電池を同一仕様で生産することができ、高い生産効率を維持することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本実施例では、外装材として二枚のラミネートフィルムを使用していたが、これに限られるものではない。１枚のラミネートフィルムを折り曲げて３辺を溶着することにより、電極体を密閉収容してもよい。あるいは、外装材としてアルミ等の金属板に絶縁シートを貼付したものを使用してもよい。
本実施例では、電極体を、正極とセパレータと負極とセパレータの組を積層して扁平状に形成していたが、これに限られるものではない。例えば正極とセパレータと負極とセパレータの組を捲回して扁平状に形成してもよい。また、複数のセパレータを用いずに、一つのセパレータのみを用いてもよい。
本実施例では、各電池において正端子は外装ケースの一辺から外部に突出し、負端子はそれに対向する反対側の外装ケース辺から外部に突出するようにしていたが、これに限られるものではない。
本実施例では、各電池において正端子の延出部の延出方向と負端子の延出部の延出方向を同一方向としていたが、これに限られるものではない。各電池において正端子の延出部の延出方向と負端子の延出部の延出方向を反対としてもよい。この場合も、一部の電池の正端子又は負端子の延出部を、元の延出方向と反対側に折り返すことで、重なり合う正端子と負端子の延出部対を同一方向に延出し、隣合う延出部対と延出部対では互いに反対方向に延出することができる。
本実施例では、複数の電池を直列に接続していたが、並列に接続してもよい。あるいは、直列に接続したもの同士を並列に接続してもよい。
本実施例では、姿勢Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒの配列順で１組としていたが、これに限られるものではない。１組の単位の区切りは任意であり、姿勢Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｏの配列順で１組としてもよいし、姿勢Ｑ，Ｒ，Ｏ，Ｐの配列順で１組としてもよいし、姿勢Ｒ，Ｏ，Ｐ，Ｑの配列順で１組としてもよい。いずれかを１組として請求項の要件を満たすときに、本発明を実施したことになる。
本実施例では、各電池を同一仕様で生産していたが、これに限られるものではない。延出方向が反対である二仕様の電池を用意してもよいし、さらには四仕様の電池を用意してもよい。重要なことは、４個の電池で１組とし、隣合う延出部対と延出部対とでは延出方向を反対にすることにある。これによって、挿入可能な溶接器具の種類が大幅に増え、組電池の組付作業が容易となる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

組電池の斜視図。組電池の側面図。組電池の上面図。端子の型付け方法を説明する図。端子の型付け方法を説明する図。従来技術に係る組電池の斜視図。

符号の説明

１０：周縁部、
２０：組電池、
４０：電池、
６１，６１ａ，６１ｂ：正端子、正端子の突出部、正端子の延出部、
６２，６２ａ，６２ｂ：正端子、正端子の突出部、正端子の延出部、
８０，８０ａ，８０ｂ：負端子、負端子の突出部、負端子の延出部

Claims

複数の扁平電池を重ねて接続した組電池であり、
各電池は、正極と負極を含む電極体と、前記正極に接続されている正端子と、前記負極に接続されている負端子と、正端子と負端子が異なる辺から外部に突出した状態で電極体を収容しているケースを備えており、
正端子と負端子は、ケースの辺に略直交する方向に突出する突出部と、その突出部の先端からケースの辺に略平行する方向に延出する延出部を有しており、
組電池を構成する電池は、第１電池、第２電池、第３電池、第４電池の順に重ねられた単位が繰返して重ねられており、
第１電池と第２電池の延出部が同じ方向に延出しているとともに延出部同士が重なっており、
第３電池と第４電池の延出部が同じ方向に延出しているとともに延出部同士が重なっており、しかも、
第２電池の延出部の延出方向と、第３電池の延出部の延出方向が逆向きであることを特徴とする組電池。
複数の扁平電池を重ねて接続した組電池であり、
各電池は、正極と負極を含む電極体と、前記正極に接続されている正端子と、前記負極に接続されている負端子と、正端子と負端子が異なる辺から外部に突出した状態で電極体を収容しているケースを備えており、
正端子と負端子は、ケースの辺に略直交する方向に突出する突出部と、その突出部の先端からケースの辺に略平行する方向に延出するとともに折り曲げることによって延出方向が逆向きとなる延出部を有しており、
組電池を構成する電池はすべて同一仕様であり、第１姿勢、第２姿勢、第３姿勢、第４姿勢の順に重ねられた単位が繰返して重ねられており、
第１姿勢と第２姿勢の電池の延出部が同じ方向に延出しているとともに延出部同士が重なっており、
第３姿勢と第４姿勢の電池の延出部が同じ方向に延出しているとともに延出部同士が重なっており、しかも、
第２姿勢の電池の延出部の延出方向と、第３姿勢の電池の延出部の延出方向が逆向きであることを特徴とする組電池。
複数の扁平電池を重ねて接続した組電池であり、
各電池は、正極と負極を含む電極体と、前記正極に接続されている正端子と、前記負極に接続されている負端子と、正端子と負端子が異なる辺から外部に突出した状態で電極体を収容しているケースを備えており、
正端子と負端子は、ケースの辺に略直交する方向に突出する突出部と、その突出部の先端からケースの辺に略平行する方向に延出するとともに折り曲げることによって延出方向が逆向きとなる延出部を有しており、
組電池を構成する電池はすべて同一仕様であり、組電池の一つの面から正端子が突出して右方に延出する第１姿勢、同一面から負端子が突出して右方に延出する第２姿勢、同一面から正端子が突出して左方に延出する第３姿勢、同一面から負端子が突出して左方に延出する第４姿勢の順に重ねられた４個で１組の電池単位が繰返して重ねられていることを特徴とする組電池。