JP4826705B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池を組電池ケースに収納した組電池に関するものである。

図４に示す大型大容量の長円筒形の非水電解質二次電池１は、発電要素を非水電解液と共にステンレス鋼板製の長円筒形の外装ケースに収納したものである。発電要素は、正負の電極をセパレータを介して長円筒形に巻回したものであり、巻回軸を上下方向に向けて外装ケースに収納される。外装ケースは、ステンレス鋼板を長円筒形の容器状に加工した電池容器１ａの上端開口部に、発電要素の収納後に、長円形のステンレス鋼板製の蓋板１ｂを嵌め込んで内部を密閉したものであり、この蓋板１ｂの両端部から上方に向けて正負の端子１ｃ，１ｃが突出している。これらの端子１ｃ，１ｃは、それぞれ蓋板１ｂを貫通すると共に絶縁封止して取り付けられ、電池容器１ａ内部の発電要素の正負の電極に接続されている。

上記非水電解質二次電池１は、複数個を組み合わせて組電池ケース（図４では図示省略）に収納することにより組電池として用いる場合がある。そして、このような組電池では、各非水電解質二次電池１の電池容器１ａにおける前後方向の平坦な側面同士をスペーサや放熱板等を介して向かい合わせ、図４の矢印Ｆに示すように、これらの平坦な側面を前後方向の両側から圧迫し挟持することにより、これら平坦な側面とスペーサ等との摩擦力によって組電池ケース内に固定するのが一般的であった。これは、組電池ケースの上面に各非水電解質二次電池１の端子１ｃ，１ｃが突出していて、しかも、これらの端子１ｃ，１ｃに配線を行う必要があるので、この組電池ケースの上面は、開放されていたり配線後に蓋を取り付けるようになっていることが多いからである。

ところが、上記非水電解質二次電池１は、発電要素の長円筒形に巻回された電極が電池容器１ａの平坦な両側面間で前後方向に多数重なり合うので、充放電に伴って膨張と収縮を繰り返すことになる。また、非水電解質二次電池１の内圧が上昇すると、この電池容器１ａの平坦な両側面が最も膨らむことになる。このため、従来の組電池は、各非水電解質二次電池１の電池容器１ａの平坦な両側面間の幅（前後方向の長さ）が使用に伴い変化するために、この幅の変化に応じて挟持固定のための圧迫が強くなったり弱くなることがあるので、各非水電解質二次電池１を確実に固定することができず、位置ズレやガタ付きが生じるおそれがあるという問題が生じていた。しかも、この問題は、組電池が特に強い振動や衝撃等を受けて極めて大きな加速度Ｇが加わるような用途に使用される場合に顕著なものとなる。

本発明は、組電池ケース内に収納した電池を寸法変化の少ない上下方向で圧迫することにより、これらの電池を確実に固定することができる組電池を提供しようとするものである。

本出願の第１の発明に係る組電池は、極板およびセパレータが巻回されて形成された巻回型の発電要素を備えた複数の電池が、底板と周囲を囲む側板とを備えた組電池ケース内に収納された組電池であって、前記複数の電池は前記発電要素の巻回軸が上下方向を向くように収納されており、前記組電池ケースの上端開口部に取り付け固定された電池押圧部材によって前記複数の電池の上端を下方に押圧することで前記複数の電池が前記組電池ケース内に固定されていることを特徴とする。

本出願の第２の発明に係る組電池は、前記電池押圧部材が、両端部を組電池ケースの両側板の上端部に固着されると共に、上方への厚さが中央部ほど厚くなるアーチ構造を備えた橋梁状のバーであることを特徴とする。

本出願の第３の発明に係る組電池は、前記各電池が、長円筒形巻回型の発電要素を巻回軸が上下方向を向くように長円筒形の外装ケースに収納し、この外装ケースの上端を塞ぐ蓋板の両側から正負極端子を突出させたものであり、この蓋板における正負極端子間を前記電池押圧材によって下方に押圧したことを特徴とする。

本出願の第１の発明によれば、各電池が上方の電池押圧部材と組電池ケースの底板との間で挟持されて固定されることになる。従って、各電池が寸法変化のほとんどない上下方向で圧迫されるので、常に一定の押圧力で挟持することができ、安定して確実にこれらの電池を固定することができる。この結果、本発明の組電池によれば、大きな加速度Ｇを受けても、各電池に位置ズレやガタ付きが生じるようなことがなくなる。

本出願の第２の発明によれば、組電池ケースの上方に配置されて各電池を押圧固定する電池押圧部材が棒状であるため、この組電池ケースの上面全体を蓋状に覆う場合に比べて、組電池の重量を軽減することができるようになる。しかも、この電池押圧部材は、アーチ構造を備えた橋梁状の棒材であるため、電池を押圧する中央部に大きな力が加わっても、組電池ケースに固着された両端部が大きく歪むようなことがなくなり、重量を大きく増加させることなく強度を高めることができる。

本出願の第３の発明によれば、各電池の発電要素が巻回軸を上下方向に向けて長円筒形の外装ケースに収納されているので、この電池の外装ケースが上下方向に伸縮するようなことがなくなる。従って、これらの電池を上下方向で挟持することにより、安定して確実に固定することができるようになる。しかも、各電池は、電池押圧部材によって蓋板の正負極端子間を押圧されるので、これら正負極端子の配線の邪魔になるようなこともなくなる。

以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図３を参照して説明する。

本実施形態では、図４に示した大型大容量の長円筒形の非水電解質二次電池１を８個用いた組電池について説明する。８個の非水電解質二次電池１は、図１及び図２に示すように、４個ずつ２列に並べて組電池ケース２に収納され、電池押圧バー３，３によって上方から押圧されて固定されるようになっている。また、４個ずつの各列の非水電解質二次電池１は、外装ケースの前後方向の平坦な側面が向かい合うように並べて配置される。

組電池ケース２は、図３に示すように、強度の高いアルミニウム合金を容器状の筐体に形成したものであり、ほぼ方形の底板２ａと、この底板２ａ上の前後左右を囲む四方の側板２ｂとを備えている。そして、この組電池ケース２の内部は、前後方向と左右方向の隔壁２ｃ，２ｃが十字形に交差して形成されることにより、４箇所のほぼ方形の容器部に区切られている。また、この組電池ケース２の前後の側板２ｂ，２ｂにおける外壁上端部の左右両側には、２箇所ずつのボルト止め用孔を形成した外側への凸部である電池押圧バー取付部２ｄが突設されている。さらに、この組電池ケース２の前後方向の側板２ｂ，２ｂにおける外壁下端部には、左右方向に等間隔となる３箇所の位置に、それぞれボルト止め用孔を形成した外側への突出部である組電池ケース取付部２ｅが形成されている。

上記組電池ケース取付部２ｅの下面は、底板２ａの下面よりも少し下方に突出している。しかも、この底板２ａの下面における前後で対となる組電池ケース取付部２ｅ，２ｅの間にも、これらの組電池ケース取付部２ｅ，２ｅの下面と面一となるまで突出した底面リブ２ｆが形成されていて、組電池ケース２の特に底部の補強を図っている。また、上記底板２ａの四隅の角には比較的大きなアールが形成されると共に、前後左右の側板２ｂの各境界の角も、この底板２ａのアールに沿って比較的大きく湾曲している。さらに、上記隔壁２ｃ，２ｃも、十字形に交差する部分や側板２ｂの内面と接する部分の肉厚が徐々に厚くなってアール状に繋がっている。さらに、各側板２ｂと底板２ａとの境界の角も湾曲して形成されている。従って、この組電池ケース２は、方形の底板２ａと側板２ｂと隔壁２ｃとが真っ直ぐに直角に繋がって形成された場合に比べ、筐体としての強度が高くなるようにしている。さらに、本実施形態の組電池ケース２は、全体をアルニニウム合金の１個のブロックから削り出して形成しているので、板材の溶接により接合して作製したケース等に比べて、接合部の強度が増すだけでなく、溶接により筐体の形状に歪みが生じるおそれもない。

上記構成の組電池ケース２には、図２に示すように、十字形に交差した隔壁２ｃ，２ｃによって区切られた４箇所の容器部に、それぞれ２個ずつの非水電解質二次電池１が収納される。また、各容器部に収納された２個の非水電解質二次電池１の間には、図３にも示した樹脂板からなる電池間スペーサ４が配置されて、隙間が空くことによるガタ付きが生じないようにしている。なお、本実施形態では、実際には組電池ケース２の各容器部の底板２ａ上に、絶縁のための絶縁シートと衝撃緩衝材としてのゴムシートとが敷設され、その上に非水電解質二次電池１が載置されるようになっている。

上記各非水電解質二次電池１は、長円筒形の外装ケースの平坦な側面が前後方向を向くと共に蓋板１ｂが上方を向くようにして収納される。このため、各非水電解質二次電池１の発電要素も、巻回軸が上下方向を向くと共に、長円筒形に巻回された電極の平坦な部分が前後方向に重なり合うことになる。従って、これらの非水電解質二次電池１は、充放電による電極の膨張と収縮や電池内圧の上昇等により、巻回軸に直交する方向にある外装ケースの側面、特に前後の平坦な側面が膨らんだり凹んだりするので、この外装ケースの前後方向の寸法が大きく変化すると共に、左右方向の寸法も多少変化はするが、この外装ケースの上下方向の寸法が使用に伴い変化することはほとんどない。

上記組電池ケース２は、隔壁２ｃ，２ｃが形成されなかったとすると、例えば前方への大きな加速度Ｇを受けた場合に、各列ごとに４個の各非水電解質二次電池１の質量に応じた力が順に後方に加わって、これら４個分の非水電解質二次電池１による力が全て後方の側板２ｂに加わることになる。しかしながら、本実施形態の組電池ケース２内は、十字形の隔壁２ｃ，２ｃが形成されているので、例えばこの前方への大きな加速度Ｇを受けた場合でも、前の２個の非水電解質二次電池１が合わさった力は、左右方向の隔壁２ｃで支持され、後方の側板２ｂには、後ろの２個の非水電解質二次電池１が合わさった力のみが加わることになり、この加速度Ｇによる力を分散させて支持することができるようになる。また、これは左右方向に大きな加速度Ｇが加わった場合も同様である。

上記組電池ケース２には、図２に示すように、前後方向で対となる２組の電池押圧バー取付部２ｄ，２ｄに、それぞれ電池押圧バー３，３が取り付けられる。各電池押圧バー３は、強度の高いアルミニウム合金からなる前後方向に長い板材であり、両端部に形成された２箇所ずつのボルト止め用孔にボルトを通すと共に、これらのボルトを電池押圧バー取付部２ｄ，２ｄのボルト止め用孔にも通して、下方から図示しない六角ナットを螺合し締め付けることにより固着される。従って、各電池押圧バー３は、前後の側板２ｂ間に、一列に並んだ４個の非水電解質二次電池１の蓋板１ｂの左右中央部の上方、即ちこの蓋板１ｂにおける左右両端部から突出する端子１ｃ，１ｃの間の上方を橋梁のように架設されることになる。また、各電池押圧バー３は、下面は平坦であるが、板厚が前後方向の中央部ほど上方に向けて厚くなって、アーチ構造を備えた橋梁状に形成されている。ただし、板厚全体が厚くなったのでは、電池押圧バー３の重量が重くなりすぎるので、本実施形態では、左右方向の両側部とこれらの間を繋ぐ適所を除いて上面側から凹部を形成することにより、この電池押圧バー３のほぼ均等な厚さの板材の上に中央部ほど上方に突出したアーチ状リブ３ａが形成された形状となっている。

上記各電池押圧バー３は、下面にゴム板５を介在させて組電池ケース２の電池押圧バー取付部２ｄ，２ｄに取り付けられる。ここで、本実施形態の組電池ケース２の側板２ｂの上端は、収納した非水電解質二次電池１の蓋板１ｂよりも上方に少しだけ突出している。従って、このまま電池押圧バー３を取り付けたのでは、各非水電解質二次電池１の蓋板１ｂとの間に隙間が生じる。そこで、この隙間を埋めて上方から非水電解質二次電池１を押圧するためと、各非水電解質二次電池１の高さの寸法誤差を吸収すると共に衝撃緩衝性を得るために、このようなゴム板５を配置している。従って、組電池ケース２に収納された各非水電解質二次電池１は、これらのゴム板５を介して電池押圧バー３により上方から蓋板１ｂを圧迫され、底板２ａ側に押圧されて固定されることになる。なお、各非水電解質二次電池１の高さの寸法誤差を考慮する必要がなく、電池押圧バー３で直接各非水電解質二次電池１を押圧することができる場合には、必ずしもこのようなゴム板５を配置する必要はない。また、この際、電池押圧バー３の下面は、平坦ではなく、下方にせり出していて、このせり出し部分で非水電解質二次電池１を押圧するようにしてもよい。もっとも、本実施形態のようにゴム板５を用いた場合には、底板２ａ上に敷設されたゴムシートと共に大きな衝撃緩衝性を得ることができ、しかも、このゴム板５を蓋板１ｂの凹凸部に食い込ませることにより、摩擦力を増大させて強固な固定力を得ることもできるようになる。また、このようなゴム板５に代えて、樹脂板やガラス繊維、不織布等を用いることもできる。

上記構成によれば、各非水電解質二次電池１が電池押圧バー３と組電池ケース２の底板２ａとの間で挟持されて固定されることになる。従って、各非水電解質二次電池１が寸法変化のほとんどない上下方向で圧迫されるので、常に一定の押圧力で挟持することができ、安定して確実にこれらの非水電解質二次電池１を組電池ケース２に固定することができる。従って、本実施形態の組電池によれば、大きな加速度Ｇを受けても、各非水電解質二次電池１に位置ズレやガタ付きが生じるようなことがなくなる。

また、組電池ケース２の上方の電池押圧バー３，３が前後に長く左右の幅が狭い棒状であるため、この組電池ケース２の上面全体を蓋状に覆う場合に比べて、組電池の重量を軽減することができるようになる。しかも、各電池押圧バー３は、アーチ状リブ３ａによってアーチ構造を備えた橋梁状に形成されているため、非水電解質二次電池１を押圧する前後方向の中央部に大きな力が加わっても、電池押圧バー取付部２ｄ，２ｄに固着された両端部が大きく歪むようなことがなくなるので、重量を大きく増加させることなく強度を高めることができる。電池押圧バー３を取り付けるボルトは、軸方向に沿った上方への大きな力には強いが、アーチリブ３ａを形成しなかったために電池押圧バー３の中央部のみが上方に湾曲して大きく歪み、両端部でねじり方向の力が加わると、破損し易くなるからである。さらに、各電池押圧バー３は、非水電解質二次電池１の蓋板１ｂの左右中央部のみを押圧するので、この左右両端部の端子１ｃ，１ｃの突出部はそのまま露出し、これらの端子１ｃ，１ｃの配線スペースが確保されると共に配線作業が容易となる。

なお、上記実施形態では、軽量化のために組電池ケース２や電池押圧バー３を強度の高いアルミニウム合金（ジュラルミン等）で作製したが、十分な強度が得られるのであれば、この材質は特に限定されない。しかも、組電池ケース２に収納する非水電解質二次電池１の個数やその配置列数等は、上記実施形態に限定されるものではなく、電池押圧バー３の本数も、この非水電解質二次電池１の配置に応じて適宜変更することができる。

また、組電池ケース２は、底板２ａと周囲を囲む側板２ｂとを備えた容器状の筐体であれば、必ずしもほぼ方形である必要はない。さらに、この組電池ケース２は、大量生産品であれば例えばダイカスト等の鋳物によって作製してもよく、筐体に歪みが生じないようにできるのであれば、例えば板材を溶接して作製することもできる。

また、上記実施形態では、電池押圧バー３のアーチ状リブ３ａをアーチ状としたが、必ずしもこの形状に限定されることはなく、例えば上方への突出高さが均一なリブを形成したり、このリブをトラス状とすることもできる。しかも、この電池押圧バー３は、十分な強度が得られるなら、平坦な板状や棒状であってもよく、例えば隙間の開いた梯子状やトラス状とすることもできる。さらに、電池押圧バー３に代えて、蓋状の電池押圧部材を用いることも可能である。このような蓋状の電池押圧部材の場合には、四方の周縁部を組電池ケース２の四方の側板２ｂのいずれに固着してもよい。もっとも、蓋状の電池押圧部材の場合には、端子１ｃ，１ｃへの配線や重量軽減のために、この電池押圧部材に孔や間隙、スリット、溝、凹部等を形成することが好ましい。

また、上記実施形態では、長円筒形巻回型の発電要素を用いた非水電解質二次電池１について説明したが、この巻回の形状は任意である。ただし、組電池ケース２に収納したときに、外装ケースの上下方向の寸法変化を少なくするために、発電要素の巻回軸が上下方向に配置されるようにすることが好ましい。さらに、この発電要素は、巻回型に限らず、積層型であってもよい。ただし、積層型の発電要素を用いる場合には、組電池ケース２に収納したときに、外装ケースの上下方向の寸法変化を少なくするために、積層方向が水平方向（前後方向や左右方向等）となるように配置することが好ましい。さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池１を用いた組電池について説明したが、この電池の種類も限定されない。

本発明の一実施形態を示すものであって、組電池の構成を示す全体斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、組電池の構成を示す組み立て斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、組電池ケースの構造を示す部分縦断面斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、組電池として用いる４個の非水電解質二次電池を示す斜視図である。

符号の説明

１ 非水電解質二次電池
１ｂ 蓋板
１ｃ 端子
２ 組電池ケース
２ａ 底板
２ｂ 側板
２ｄ 電池押圧バー取付部
３ 電池押圧バー
３ａ アーチ状リブ

Claims (3)

1. 極板およびセパレータが巻回されて形成された巻回型の発電要素を備えた複数の電池が、底板と周囲を囲む側板とを備えた組電池ケース内に収納された組電池であって、
   前記複数の電池は前記発電要素の巻回軸が上下方向を向くように収納されており、
   前記組電池ケースの上端開口部に取り付け固定された電池押圧部材によって前記複数の電池の上端を下方に押圧することで前記複数の電池が前記組電池ケース内に固定されていることを特徴とする組電池。
2. 前記電池押圧部材が、両端部を組電池ケースの両側板の上端部に固着されると共に、上方への厚さが中央部ほど厚くなるアーチ構造を備えた橋梁状のバーであることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記電池は、前記発電要素が外装ケースに収納され、前記外装ケースの上端を塞ぐ蓋板の両側から正負極端子を突出させたものであり、前記蓋板における前記正負極端子間が前記電池押圧材によって下方に押圧されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電池。

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