JP5478175B2

JP5478175B2 - 扁平角型電池および組電池

Info

Publication number: JP5478175B2
Application number: JP2009223154A
Authority: JP
Inventors: 貴宏相馬; 竹規石津
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-09-28
Also published as: JP2011071053A

Description

本発明は扁平角型電池、および扁平角型電池を接続した組電池に関する。

ハイブリット車両等に搭載される電池には、５０Ｖ以上の高出力電圧と大電力を要求されるため、複数の単位電池を直列接続した組電池が一般に使用される。単位電池は種々検討されているが、扁平角型電池はパック化した際の体積効率が優れているため有望である。

扁平角型電池よりなる組電池は、取り扱い易い形状とするために、単位電池を、幅広面を対向させて直列に配列する。このため、従来の扁平角形電池には、幅広面周囲の細長面に正極および負極の外部端子を設け、バスバー等で連結している（特許文献１参照）。

特開２００８−０９１１８３号公報

従来の扁平角型電池を用いた組電池では、細長面に正極および負極の外部端子を設けるため、各極集電部と外部端子との距離が比較的長くなり、電気抵抗が大きい。さらに、隣り合う扁平角型電池は、バスバー等を用いて正極外部端子と負極外部端子を連結するため、バスバーが抵抗となり無視できない電力損失が生じる。

（１）請求項１の発明は、容器内に発電要素を収容し、複数組み合わされて組電池を構成する扁平形電池において、前記容器の厚み方向に対向する容器表裏面はそれぞれ幅広面であり、一方の幅広面に正極外部端子が設けられ、他方の幅広面に負極外部端子が設けられ、前記正極外部端子が設けられた前記幅広面を該幅広面を中心周りに１８０度回転したときの該正極外部端子の裏側の位置に前記負極外部端子が配置され、前記正極外部端子および前記負極外部端子は、組電池として他の扁平形電池の各外部端子と相互接続するための対応する形状に形成されており、前記正極外部端子および前記負極外部端子は、平板状の基部と、前記基部から垂直に突出する突片とを備えた逆Ｔ字状に形成され、前記正極外部端子および前記負極外部端子は、前記突片の側面を接触しつつ相互に接続されることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、容器内に発電要素を収容し、複数組み合わされて組電池を構成する扁平形電池において、前記容器の厚み方向に対向する容器表裏面はそれぞれ幅広面であり、一方の幅広面に正極外部端子が設けられ、他方の幅広面に負極外部端子が設けられ、前記正極外部端子が設けられた前記幅広面を該幅広面を中心周りに１８０度回転したときの該正極外部端子の裏側の位置に前記負極外部端子が配置され、前記正極外部端子および前記負極外部端子は、組電池として他の扁平形電池の各外部端子と相互接続するための対応する形状に形成されており、前記正極外部端子および前記負極外部端子は、平板状の基部と、前記基部から垂直に突出する一対の突片とを備えた逆π字状に形成され、前記一方の逆π字状の一方の突片が、対向する前記逆π字状の前記突片間に挿入され、かつ両突片の側面を接触させつつ、前記正極外部端子と前記負極外部端子とが相互に接続されることを特徴する。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載の扁平角形電池において、前記発電要素は、正極集電部を有するシート状正極と負極集電部を有するシート状負極とをシート状セパレータで絶縁しつつ捲回し、または積層して構成され、前記正極外部端子と正極集電部とを接続する正極接続部材と、前記負極外部端子と負極集電部とを接続する負極接続部材とをさらに備えることを特徴とする。
（４）請求項４の発明による組電池は、請求項１乃至３のいずれかに記載の扁平角形電池を、各幅広面を対向させつつ正極外部端子と負極外部端子を接合して直列接続したことを特徴とする。

本発明によれば、組電池の内部抵抗を低減することができる。

本発明による組電池の第１の実施の形態を示す斜視図である。図１の組電池の分解斜視図である。図１の組電池の平面図である。本発明による組電池の第２の実施の形態を示す分解斜視図である。図４の組電池の平面図である。本発明による組電池の第３の実施の形態を示す分解斜視図である。図６の組電池の平面図である。本発明による組電池の第４の実施の形態を示す分解斜視図である。図８の組電池の平面図である。

次に、本発明による扁平角型電池および組電池の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］

図１〜図３に示すように、組電池１００は、扁平直方体状の扁平角形電池２００を直列接続して構成される。扁平角形電池２００は、容器表面に容器厚み方向に対向する一対の幅広面２０２，２０４を有する。幅広面２０２，２０４は、容器の外周面で最も面積が大きい面である。これら一対の幅広面２０２、２０４の一方の幅広面２０２には正極外部端子２１０が設けられ、他方の幅広面２０４には負極外部端子２２０が設けられている。複数の扁平角型電池２００のうち、隣接する電池２００の正極外部端子２１０と負極外部端子２２０を接続して組電池が構成される。

各扁平角形電池２００は、正極板３００、負極板３０２をセパレータ（図示省略）で絶縁しつつ捲回した扁平状の電極群３０４、または、正極板３００、負極板３０２をセパレータ（図示省略）で絶縁しつつ積層した扁平状の電極群３０４を電池缶２０６に収納して構成されている。なお、図１では、最も左に位置する扁平角形電池２００についてのみ、捲回タイプの捲回群３０４を示す。

正極板３００、負極板３０２には、捲回群３０４のＸ方向の両端部に、未塗工部（集電部）３０６、３０８がそれぞれ設けられている。正極外部端子２１０と集電部３０６、負極外部端子２２０と集電部３０８はそれぞれ、図示しない集電板などを介して電気的に接続されている。未塗工部（集電部）３０６、３０８は充分幅広に形成され、例えば、捲回群３０４の両端からそれぞれ１０ｍｍ以上の幅で形成される。

１個の扁平角形電池２００の幅広面２０２における正極外部端子２１０と、幅広面２０４にける負極外部端子２２０とは、それぞれが幅広面２０２、２０４の中心軸Ｙに対して対称な位置の裏側（幅広面２０２、２０４は表裏の関係にあるため。）に対応する形状で形成される。すなわち、１個の扁平角形電池２００において、幅広面２０２(表面)をＹ軸周りに１８０度回転したときの正極外部端子２１０は、幅広面２０４（裏側）の負極外部端子２２０に重なった箇所に位置する。

隣接する扁平角形電池２００は、一の負極外部端子２２０が他方の正極外部端子２１０と対峙するように交互にＸ軸回りに１８０度回転して配置されている。

なお、異なる形状の扁平角形電池２００を含めた場合には、１個の扁平角形電池２００における幅広面２０２の正極外部端子２１０の位置と、隣接配置される扁平角形電池２００における幅広面２０４の負極外部端子２２０の位置とを、相互に鏡像となるように配置し、正極外部端子２１０、負極外部端子２２０を、接続のための対応した形状とすることによって、直列配列された扁平角形電池２００のそれぞれの正極外部端子２１０は、隣接する扁平角形電池２００の負極外部端子２２０に対向し、正極外部端子２１０、負極外部端子２２０とを相互に接続することができる。

正極外部端子２１０と負極外部端子２２０とは、レーザビーム溶接等により接合されて相互に電気的に接続される。正極外部端子２１０、負極外部端子２２０は同一形状、この実施の形態では矩形の平板状に形成され、集電部３０６、３０８の延在方向に沿って充分長く形成されている。これによって、断面積の大きな電流路を短く形成することとなり、正極外部端子２１０、負極外部端子２２０自体の電気抵抗が低減される。また、それぞれ集電部３０６、３０８と充分な接続面積が確保されることによって、接続部の電気抵抗が低減されている。

以上のとおり、正極外部端子２１０と負極外部端子２２０をそれぞれ幅広面２０２、２０４に設けたことにより、捲回群３０４の集電部３０６と正極外部端子２１０との距離、集電部３０８と負極外部端子２２０との距離は、扁平形電池容器の厚みよりも短くなり、集電部と外部端子間の内部抵抗を低減することができる。すなわち、従来の扁平角型電池では、集電部３０６，３０８の延在方向と同方向に外部端子が電池細長面から外方に突設しており、外部端子と集電部とを接続する集電板の全長が長くなるので、電流路が長く、かつ、断面積が小さくなり、内部抵抗が大きくなる。

さらに、隣接する扁平形電池の一方の正極外部端子２１０が他方の負極外部端子２２０に直接接触しつつ、相互に電気的に接続され、従来のバスバー等の接続部材が介在しないので、正極外部端子２１０、負極外部端子２２０間の電気抵抗は極めて小さい。

すなわち、本実施形態の組電池の内部抵抗は、従来に比較して、大幅に低減される。

また、以上の実施の形態の組電池では、同一の複数の扁平形電池を交互に表裏面を反対にするように配置し、隣接する扁平形電池の対向する幅広面の正極外部端子と負極外部端子を接合している。したがって、一種類の扁平形電池を作成すれば良いので、量産効果も期待できる。
［第２の実施の形態］

次に、本発明による扁平角型電池および組電池の第２の実施の形態を、図４、図５を参照して説明する。なお、図中第１の実施の形態と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

第２の実施の形態は、第１の実施の形態における正極外部端子、負極外部端子の形状を変更したものである。

図４、図５に示すように、正極外部端子２１１、負極外部端子２２１は、平板状の基部２１１Ａ、２２１Ａと、基部２１１Ａ、２２１Ａから、対向する幅広面２０２または２０４に向かって略垂直に突出する突片２１１Ｂ、２２１Ｂとを備えた略逆Ｔ字状に形成されている。

突片２１１Ｂ、２２１Ｂは、側面２１１Ｓ、２２１Ｓを相互に接した状態でスポット溶接等によって接合され、電気的に接続される。側面２１１Ｓ、２２１Ｓを接触させるために、突片２１１Ｂと２２１Ｂが先端面で衝突しないように、突片２２１Ｂを、突片２１１Ｂの厚さ分、基部２２１Ａに対してＸ方向外方に変位して突設している。

なお、突辺２２１Ｂに代えて、突片２１１Ｂを変位させ、突片２１１Ｂ、２２１Ｂの両者を１／２の厚さづつ変位させ、あるいは、正極外部端子２１１または負極外部端子２２１の取り付け位置を変位させることも当然可能である。

第２の実施の形態は、第１の実施の形態の効果に加え、隣接する扁平形電池の外部端子同士を接続する際に、Ｘ方向の位置決めが容易であるという効果を奏する。
［第３の実施の形態］

次に、本発明による扁平角型電池および組電池の第３の実施の形態を、図６、図７を参照して説明する。なお、図中第１の実施の形態と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

第３の実施の形態は、第２の実施の形態における正極外部端子または負極外部端子の形状をさらに変更したものである。

図６、図７に示すように、正極外部端子２１２は第２の実施の形態と同様に逆Ｔ字状に形成されている。一方、負極外部端子２２２は、基部２２２Ａと、基部２２２Ａから対向する幅広面２０２または２０４に向かって略垂直に突出する一対の突片２２２Ｂ、２２２Ｃとを備えた略逆π字状に形成されている。

突片２１２Ｂは、突片２２２Ｂ、２２２Ｃの間隙に挿入され、突片２１２Ｂの両側面２１２Ｓ、２１２Ｓが、突片２２２Ｂ、２２２Ｃの側面２２２Ｓ、２２２Ｓに接した状態で、電気的に接続される。側面２１２Ｓ、２２２Ｓ、２２２Ｓはスポット溶接等によって接合される。

突片２１２Ｂを突片２２２Ｂ、２２２Ｃの間隙に挿入するために、突片２１２Ｂは、突片２２２Ｂ、２２２Ｃの間隙位置に配置される。
なお、負極外部端子２２２を第２の実施の形態同様略Ｔ字状とし、正極外部端子２１２を逆π字状とすることも当然可能である。

第３の実施の形態は、第２の実施の形態の効果に加え、隣接する扁平形電池の外部端子同士を接続する際に、Ｘ方向のより強固な位置決めが可能であるという効果を奏する。
［第４の実施の形態］

次に、本発明による扁平角型電池および組電池の第４の実施の形態を、図８、図９を参照して説明する。なお、図中第１の実施の形態と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

第４の実施の形態は、第３の実施の形態における負極外部端子の逆π字状の形状を正極外部端子にも適用したものである。

図８、図９に示すように、正極外部端子２１３、負極外部端子２２３の両者が逆π字状に形成され、正極外部端子２１３の突片２１３Ｂ、２１３Ｃの一方が、負極外部端子２２３の突片２２３Ｂ、２２３Ｃの間隙に挿入され、負極外部端子２２３の突片２２３Ｂ、２２３Ｃの一方が、正極外部端子２１３の突片２１３Ｂ、２１３Ｃの間隙に挿入されている。このような噛み合いを実現するために、正極外部端子２１３、負極外部端子２２３は一方の突片の厚さ分、相互にＸ方向に変位している。

突片２１３Ｂ、２１３Ｃと突片２２３Ｂ、２２３Ｃとは、側面２１３Ｓ、２１３Ｓ、２２３Ｓ、２２３Ｓが接触しつつ電気的に接続されている。突片２１３Ｂ、２１３Ｃと突片２２３Ｂ、２２３Ｃはスポット溶接等によって接合されている。

第４の実施の形態は、第３の実施の形態の効果に加え、隣接する扁平形電池の外部端子同士を接続する際に、Ｘ方向のより強固な位置決めが可能であるという効果を奏する。

なお、正極外部端子、負極外部端子の形状は以上の実施例に限定されるものではなく、相互に接続し得る対応した任意の形状を採用することができる。

１００組電池２００扁平角形電池
２０２、２０４幅広面
２１０、２１１、２１２、２１３正極外部端子
２２０、２２１、２２２、２２３負極外部端子
３００正極板３０２負極板
３０４捲回群３０６，３０８集電部

Claims

容器内に発電要素を収容し、複数組み合わされて組電池を構成する扁平形電池において、
前記容器の厚み方向に対向する容器表裏面はそれぞれ幅広面であり、
一方の幅広面に正極外部端子が設けられ、他方の幅広面に負極外部端子が設けられ、
前記正極外部端子が設けられた前記幅広面を該幅広面を中心周りに１８０度回転したときの該正極外部端子の裏側の位置に前記負極外部端子が配置され、
前記正極外部端子および前記負極外部端子は、組電池として他の扁平形電池の各外部端子と相互接続するための対応する形状に形成されており、
前記正極外部端子および前記負極外部端子は、平板状の基部と、前記基部から垂直に突出する突片とを備えた逆Ｔ字状に形成され、
前記正極外部端子および前記負極外部端子は、前記突片の側面を接触しつつ相互に接続されることを特徴とする扁平角形電池。
容器内に発電要素を収容し、複数組み合わされて組電池を構成する扁平形電池において、
前記容器の厚み方向に対向する容器表裏面はそれぞれ幅広面であり、
一方の幅広面に正極外部端子が設けられ、他方の幅広面に負極外部端子が設けられ、
前記正極外部端子が設けられた前記幅広面を該幅広面を中心周りに１８０度回転したときの該正極外部端子の裏側の位置に前記負極外部端子が配置され、
前記正極外部端子および前記負極外部端子は、組電池として他の扁平形電池の各外部端子と相互接続するための対応する形状に形成されており、
前記正極外部端子および前記負極外部端子は、平板状の基部と、前記基部から垂直に突出する一対の突片とを備えた逆π字状に形成され、
前記一方の逆π字状の一方の突片が、対向する前記逆π字状の前記突片間に挿入され、
かつ両突片の側面を接触させつつ、前記正極外部端子と前記負極外部端子とが相互に接続されることを特徴する扁平角形電池。
請求項１または２に記載の扁平角形電池において、
前記発電要素は、正極集電部を有するシート状正極と負極集電部を有するシート状負極とをシート状セパレータで絶縁しつつ捲回し、または積層して構成され、
前記正極外部端子と正極集電部とを接続する正極接続部材と、
前記負極外部端子と負極集電部とを接続する負極接続部材とをさらに備えることを特徴とする扁平角形電池。
請求項１乃至３のいずれかに記載の扁平角形電池を、各幅広面を対向させつつ正極外部端子と負極外部端子を接合して直列接続したことを特徴とする組電池。