JP4972940B2

JP4972940B2 - 集合電池

Info

Publication number: JP4972940B2
Application number: JP2006020425A
Authority: JP
Inventors: 行由村上; 雄治土田
Original assignee: FDK Energy Co Ltd
Current assignee: FDK Energy Co Ltd
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-01-30
Also published as: JP2007200808A

Description

本発明は、複数個のアルカリ一次電池から構成される集合電池に関し、特に、ラジオブイ等の電源に用いて好適な集合電池に関するものである。

従来より、はえ縄漁等で、幹綱（漁船に引き上げるための綱）に取り付けられる位置特定用の信号発信ブイ（ラジオブイ）等の特殊用途の電源として集合電池が用いられている。
この集合電池は、素電池（通常円筒形のアルカリ電池）を必要数直列接続してブロック化し、その総電圧により所定の出力電圧を確保すると共に、この電池ブロックを複数並列接続して目的に応じた十分な電地容量を確保するように構成し、これら複数の電池ブロックを絶縁包装等により一体的に固定して円筒状の外装ケースに収容することにより、複数の素電池による単一品の電池として構成したものである（例えば、特許文献１参照）。
図３は係る集合電池の内部回路を示し、素電池相互の結線や電池ブロック相互の結線にはリード板やリード線が用いられる。

図４は、上述の集合電池に用いられる筒形アルカリ電池（素電池）の内部構造を示している。
図示のように、アルカリ乾電池１は、正極端子を兼ねる有底円筒の正極缶４２と、正極缶４２内に配置された中空円筒状の正極合剤４３と、筒状のセパレータ４４を介して正極合剤４３の中空部に集電子４６と共に充填されたゲル状の負極４５（負極ゲル）とで構成されている。また、アルカリ乾電池１は上記した正極合剤４３や負極ゲル４５等を正極缶４２内に収納した後ガスケット４７を介してその開口部に負極端子４８を含む封口部を挿入し、その開口部端を内側に屈曲させることで完全な密閉構造としている。
特開平１０−３０２７５７号公報

ところで、上述したように、はえ縄漁等で、幹綱を漁船に引き上げる際、幹綱に取り付けられたラジオブイが船体の側面に激突することも多く、ラジオブイ内の集合電池には設計時の想定衝撃を超える大きな衝撃が加わる場合がある。
この衝撃により、例えば、図４のアルカリ電池において、負極構成材料がセパレータを超え正極側に流出する所謂内部短絡が発生する虞がある。このような場合、内部短絡が発生した素電池の電圧が低下し、上述のように集合電池が並列構成を有する場合は、他の正常な電池ブロックから異常のある電池ブロックへ充電電流が流れ込むといった現象が発生する。

例えば、図３において、電池ブロックａに異常が発生すると、正常な電池ブロックｂは放電し、異常な電池ブロックａは充電されることになり、この結果、集合電池として適正な電池特性（電池電圧や電池容量）を確保できなくなるという問題が発生する。

本発明は、このような集合電池の問題点に鑑み成されたもので、電池ブロックを構成する素電池に内部短絡等の事故が発生しても、これに並列接続されている他の電池ブロックに悪影響を及ぼすことのない、信頼性の高い集合電池を提供することを目的としている。

すなわち、請求項１に記載の本発明は、複数個の円筒形一次電池を互いに平列、且つ、円陣に集合させると共に、これらが相互に直列結線されて素電池集合体が構成され、この素電池集合体が絶縁部材を介して縦方向に複数段積層されると共に、これら素電池集合体が相互に直列結線されて電池ブロックが構成され、この素電池ブロックが間に絶縁部材を介して縦方向に複数段積層されると共に、これら素電池ブロックがダイオードを介して相互に並列結線されて電池集合体が構成され、この電池集合体の外周部が弾性樹脂部材にて包装・固定されると共に、底部に絶縁部材が配置された有底円筒状の外装ケースに収容され、前記電池集合体の出力が結線されたソケットを有する蓋体により、前記外装ケースの上部開口が封止されて成ることを特徴としている。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の集合電池において、前記電池ブロックの上部に絶縁板が配設され、当該絶縁部材に前記ダイオードが配設されることを特徴としている。

請求項１または２に記載の本発明によれば、電池（素電池）を並列接続する際にダイオードを介在したので、並列接続される一方の側の電池に内部短絡が発生しても、上記ダイオードにより、正常な電池から異常な電池への放電電流が抑制されるため、内部短絡による正常な電池への悪影響が軽減される。その結果、集合電池の電池特性（電池電圧、電池容量）を実用上支障のない状態に保持することが可能となる。

また、複数の円筒形電池（素電池）を並列、且つ円陣に集合して成る素電池集合体を縦方向に複数段積層して円筒状の外装ケースに収容する構成としたので、複数の筒形電池を効率良くコンパクトに一体化することができ、且つ、耐衝撃性にも優れる。
また、電池の集合構造は単純であるから、組立作業の効率化が図れると共に、低コスト化が図れる。

以下、図１、図２に基づいて本発明による集合電池の実施の形態を説明する。

図１は本実施形態による集合電池の内部構造を示し、図２は同、集合電池の内部回路を示している。

図１において、符号１は素電池となる円筒形アルカリ一次電池（内部構造は図４参照）を示し、この素電池１の正極端子と負極端子を交互に逆にして８個円陣に並列集合させると共に、これら端子を上面と下面のそれぞれにおいてリード板２により相互に短絡することにより、８個の素電池１が直列接続された素電池集合体１０が構成され、この素電池集合体１０が間に絶縁板６ａ、６ｂを介して縦方向に４段積み重ねられている。そして、これら素電池集合体１０の下側２段と上側２段をそれぞれ１組として短絡線３ａ、３ｂにより結線されることにより、１６個の素電池１が相互に直列接続された２組の電池ブロック２０が構成される。
尚、上述の絶縁板６ａは、リード板２により相互に短絡される各素電池１の正極と負極間を絶縁するために用いられ、絶縁板６ｂは縦方向に積層される素電池集合体１０間を絶縁するために用いられている。これら絶縁板６ａ、６ｂは、例えば、表面をワックス処理した紙製板材を使用することができる。
さらに、これら２組の電池ブロック２０、２０がリード線８ａ、８ｂにより２個のダイオード７、７を介して結線されることにより、１６直接２並列構成による合計３２個の素電池１で成る電池集合体３０が構成される。具体的には、２組の電池ブロック２０、２０の各並列出力が、それぞれリード線８ａとリード線８ｂによりそれぞれ対向するダイオード７のアノーと端子Ａに結線され、これらダイオード７のカソード端子Ｃ同士がリード線９ａにて結線される。
係る構成により、必要な電力（電池電圧：＋２４Ｖ）と電池容量）が取り出し可能と成されている。

また、電池集合体３０の上部に絶縁板６ａ、６ｂ、６ｃが配設され、絶縁板６ｂと絶縁板６ｃの間に上述した２個のダイオード７、７が実装されていると共に、この電池集合体３０がポリエチレン製やポリプロピレン製等の袋１１で包装され、更にその外周部が緩衝用の弾性樹脂部材１２（例えば、発泡ウレタン樹脂）にて包装・固定される構造と成されている。絶縁板６ｃは、絶縁板６ａ、６ｂと同じ部材を用いてダイオード７と後の蓋体１４との間の絶縁を確保し、袋１１は各電池ブロック２０と後述の外装ケース１３との間の絶縁を確保するために用いられる。

そして、この弾性樹脂部材１２にて包装・固定された電池集合体３０が、底部に絶縁板６ｂが配置された有底円筒状の金属製外装ケース１３に収容されると共に、その上部開口に金属製の蓋体１４が嵌着されてケース内部が封止される構造と成されている。この蓋体１４には、持ち運び用のさげ紐１６が取り付けられている。
また、この蓋体１４の中央部には、配電用のソケット１５が配設されており、図２に示すように、このソケット１５の端子（１）、（２）にリード線９ａにより電池集合体３０の＋出力（各ダイオード７のカソード端子Ｃ）が結線され、端子（５）、（６）にリード線９ｂにより電池集合体３０の−出力（素電池１の負極端子）が結線されている。

上記構成の集合電池では、電池ブロック２０を並列接続する際にダイオード７を介在したので、並列接続される一方の側の電池ブロック２０の何れかの素電池１に内部短絡が発生しても、上記ダイオード７により、正常な電池ブロック２０から異常な電池ブロック２０への充電電流が抑制され、この充電電流による正常な電池ブロック２０への悪影響（電圧低下、電池容量低下）が軽減される。これにより、素電池１に内部短絡事故が発生しても、集合電池の電池特性（電池電圧、電池容量）を実用上支障を来さない状態に保持することが可能となる。

また、図１に示すように、本発明の集合電池は、複数の円筒形電池を並列、且つ、円陣に集合した素電池集合体１０を縦方向に複数段積層すると共に、外周部に弾性樹脂部材１２を改装して円筒状の外装ケースに収容する構成としたので、複数の筒形電池を効率良く収納し、コンパクトに一体化することができ、且つ、耐衝撃性にも優れる。
また、このように、素電池１の集合構造は使用部品も少なくて済み、構造は単純であるから、組立は容易であり、作業の効率化が図れると共に、低コスト化が図れるというメリットを有する。

次ぎに、図１に示す本発明による集合電池（実施例）と、これと寸法、形状とも同一であって、並列接続にダイオードを介さない従来型の集合電池（比較例）とについて、以下の衝撃試験と放電試験を実施したところ、表１〜表３に示す結果が得られた。
ここで、素電池としてＬＲ２０（単一）型のアルカリ一次電池による１６直列２並列構成の集合電池を用いた。衝撃試験として、約１０ｃｍの高さから集合電池を自由落下させる動作を３秒周期で９６００回繰り返した。また、衝撃印加後の確認試験として、３０Ω負荷にて１分間の放電を４分周期で繰り返し行った。
尚、表１は比較例の衝撃試験結果を示し、表２は実施例の衝撃試験結果を示し、表３は比較例と実施例の放電試験結果を示している。そして、表１、表２の「ＯＶ」は無負荷時の電池電圧を示し、「Ｒａｃ」は内部抵抗を示し、「ＣＶ」は負荷（４８Ω）時の電池電圧を示し、「ＦＣ」は電池を短絡させた場合の電流を示している。
また、表１、表２において、素電池ＮＯ1-1〜素電池ＮＯ1-16による直列構成を第１電池ブロックとし、素電池ＮＯ1-1〜素電池ＮＯ1-16による直列構成を第２電池ブロックとすると共に、第１電池ブロックと第２電池ブロックを並列接続して試験対象となる集合電池が構成されている。

表１、表２より明らかなように、表１に示す比較例のデータによれば、衝撃試験により第１電池ブロックの素電池1-1に内部短絡が発生しており、これにより、素電池1-1の出力電圧は０．４６６Ｖに低下し、且つ、この影響で第２電池ブロックの各素電池電圧が約０．１Ｖ弱低下している。これは、内部短絡が発生した素電池1-1の電圧低下により、正常な第２電池ブロックから第１電池ブロックへ充電電流が流れ込んだためである。

他方、表２に示す実施例のデータによれば、衝撃試験により第１電池ブロックの素電池2-5に内部短絡が発生し、これにより、素電池2-5の出力電圧は０．２３３９Ｖに低下している。ところが、表２によれば、比較例と相違し、第１電池ブロックの各素電池は全ての電気特性において正常な状態を保持していると共に、表３に示すように、放電試験においても、比較例の約２倍の持続時間が得られている。
これは、ダイオードを介在したことにより、正常な第１電池ブロックから異常のある第２電池ブックへの充電電流が抑制されたためである。
また、実力値（素電池に内部短絡が発生しない場合）との比較においても、実施例の場合は、正常時の約７０パーセントの持続時間を確保しており、これは、集合電池を使用する上で、実用上支障を来さない状態である。

本発明に係る集合電池の内部構造を示す斜視図。同、集合電池の内部回路を示す図。従来の集合電池の内部回路を示す図。筒形アルカリ電池の内部構造を示す図。

符号の説明

１一次電池（素電池）
６絶縁部材
７ダイオード
１０素電池集合体
１２弾性樹脂部材
１３外装ケース
１４蓋体
１５ソケット
２０電池ブロック
３０電池集合体

Claims

複数個の円筒形一次電池を互いに平列、且つ、円陣に集合させると共に、これらが相互に直列結線されて素電池集合体が構成され、この素電池集合体が絶縁部材を介して縦方向に複数段積層されると共に、これら素電池集合体が相互に直列結線されて電池ブロックが構成され、
この素電池ブロックが間に絶縁部材を介して縦方向に複数段積層されると共に、これら
素電池ブロックがダイオードを介して相互に並列結線されて電池集合体が構成され、
この電池集合体の外周部が弾性樹脂部材にて包装・固定されると共に、底部に絶縁部材
が配置された有底円筒状の外装ケースに収容され、
前記電池集合体の出力が結線されたソケットを有する蓋体により、前記外装ケースの上
部開口が封止されて成ることを特徴とする集合電池。
前記電池集合体の上部に絶縁部材が配設され、当該絶縁部材に前記ダイオードが配設されることを特徴とする請求項１に記載の集合電池。