JP5601592B2 - 組電池及び組電池の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の電池ユニットを一体化して構成された組電池及び組電池の製造方法に関する。
従来の組電池を構成する各電池ユニットは、発電要素が収容される金属製のケースと、このケースの外側を覆うべくケースの厚み方向両側から挟持するための前後一対の枠体とを備えている。そして、前後一対の枠体でケースを挟んでなる電池ユニットを前後方向に複数組並べるとともに、複数組並べた電池ユニットの両端に側板を配置し、複数本の貫通ボルトを一端の側板から全ての枠体を通して他端の側板へ貫通させ、その貫通させたボルトの突出端にナットを締結することで複数組の電池ユニットを一体化したものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、前記特許文献1では、前述したように貫通ボルトを用いて両端の側板間に電池ユニットを締め付ける他、前後方向から圧迫した状態で、各枠体を接着剤や熱溶着等によって固着することにより挟持固定することで、貫通ボルトなどを不要にして、組電池の軽量化を図ることができる技術も開示されている。
日本国特開2004−281099号公報
ところで、複数の電池ユニットを一体化して構成される組電池は、振動衝撃等により枠体内でケースの位置ずれが起こらないように枠体とケースとが密着している必要がある。しかしながら、上記特許文献1のような前後一対の分割型の枠体は、枠体内にケースを確実に収容できるように寸法公差を有するように作製されているため、枠体内にケースを収容して電池ユニットとした際に枠体とケースとの間にわずかな隙間が発生する。そのために、このような電池ユニットを複数個並べてこれらの電池ユニットの両端に側板を配置し、複数本の貫通ボルトを一端の側板から全ての枠体を通して他端の側板へ貫通させ、その貫通させたボルトの突出端にナットを締結して一体化する際に、高い締結力をかけることによって前記隙間を解消する必要があるが、締結力を高めると枠体が変形して歪むという問題があった。また、締結力を高めたり枠体間に必要となる接合強度を十分に確保するためには高強度のボルトや側板を用いる必要があるため、組電池の重量増大を招くという問題があった。
また、前後方向から圧迫した状態で、各枠体を接着剤や熱溶着等によって固着する構成の場合には、前記したようにケースとの間に隙間が発生している枠体の複数を前後方向に並べて圧迫すると、隙間のために枠体が前記同様に歪んでしまい、この歪んだ枠体同士を上手く接合(接着又は熱溶着)することができない。このため、使用に耐え得るような組電池にすることができず、改善の余地があった。
そこで、本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、軽量化を図ることができながらも、必要となる枠体同士の接合強度を確保することができる組電池及び組電池の製造方法を提供することにある。
即ち、本発明の組電池は、前述の課題解決のために、複数の電池ユニットを一体化して構成された組電池であって、前記電池ユニットが、金属製のケースを有する電池と、このケースの外面に一体形成された樹脂製の枠体とを備え、隣り合う電池ユニットの枠体の表面同士を接合して複数の電池ユニットを一体化したことを特徴としている。
また、本発明の組電池の製造方法は、複数の電池ユニットを一体化して組電池を構成する組電池の製造方法であって、発電要素が収容される金属製のケースの外面に、樹脂製の枠体を一体形成し、該枠体が一体形成されたケースを複数個並べて隣り合うケースの枠体の表面同士を接合して一体化した組電池の製造方法であってもよい。
上記のように電池のケースの外面に枠体を一体形成することによって、ケースと枠体との隙間を発生させることなく両者を密着させることができる。従って、従来の前後一対の分割型の枠体のように隙間を解消するため、あるいは接合強度を確保するための貫通ボルトや側板などが不要となるので組電池の軽量化を図ることができながらも、必要となる枠体同士の接合部の接合強度を確実に確保することができる。
あるいは、本発明の組電池は、前述の課題解決のために、複数の電池ユニットを一体化して構成された組電池であって、前記電池ユニットが、金属製のケースを有する電池と、このケースの外面に隙間を発生させることなく接合された樹脂製の枠体とを備え、隣り合う電池ユニットの枠体の表面同士を接合して複数の電池ユニットを一体化したことを特徴としている。
上記のように枠体が電池のケースを位置ずれが起こらないように保持することによって、従来の前後一対の分割型の枠体のように隙間を解消するため、あるいは接合強度を確保するための貫通ボルトや側板などが不要となるので組電池の軽量化を図ることができながらも、必要となる枠体同士の接合部の接合強度を確実に確保することができる。
あるいは、本発明の組電池は、前述の課題解決のために、複数の電池を一体化して構成された組電池であって、各電池が、発電要素が収容される金属製のケースを有し、これらのケースの外面に一体形成された樹脂製の枠体を備えることを特徴としている。
かかる構成によっても、貫通ボルトや側板などが不要となるので組電池の軽量化を図ることができながらも、必要となる枠体同士の接合部の接合強度を確実に確保することができる。
また、本発明の組電池は、前記枠体が、前記ケースの厚み方向両側面のそれぞれに、リブを有してもよい。
上記のように枠体が、ケースの厚み方向両側面のそれぞれに、リブを有している場合には、ケースの厚み方向両側面の全面に枠体を備えさせる場合に比べて、軽量化を図りながらも、強度が低下することをリブにて抑制することができる。
また、本発明の組電池は、隣り合う電池ユニットの一方の枠体のリブと他方の枠体のリブとが対向に位置するようにしてもよい。
この場合、熱や過充電や電解液の分解などにより電池が膨張しようとしても、枠体のリブが互いに当接することによって、電池が膨張することを抑制することができる。
また、本発明の組電池は、隣り合う電池ユニットの一方の枠体のリブと他方の枠体のリブとの間に隙間を有してもよい。
この場合、リブ間に小さな隙間が発生していることから、隙間を通して上下方向へも通気が行えるようになっている。
また、本発明の組電池は、隣り合う電池ユニットの一方の枠体が係止部を有すると共に、他方の枠体が前記係止部と係合する被係止部を有してもよい。
この場合、電池ユニット同士を容易に位置決めすることができる。
また、本発明の組電池は、前記枠体の樹脂が前記ケース表面の粗面に絡むことによって、ケースと枠体とが一体化される構成を採用することができ、例えば、前記ケース表面を粗面化処理し、処理された該ケースを金型内に配置し、該金型内に熱可塑性樹脂を射出してケースの外面に枠体を一体形成してもよい。
上記のようにケース表面が粗くなるように粗面化処理し、処理されたケースを金型内に配置し、金型内に熱可塑性樹脂を射出してケースの外面に枠体を一体形成すれば、ケースの外面の粗面に樹脂が絡むあるいはケースの外面と樹脂との接触面積が増えることで、ケースと樹脂との接合強度を更に強くすることができる。ケース表面の粗さとしては、10nm以上1000nm以下の高低差をもつ凹凸が形成されることが好ましく、10nmより小さいと樹脂がケース表面の粗面に絡みにくくなり、1000nmより大きいと金属ケースがもろくなる。
本発明における組電池及び組電池の製造方法にあっては、電池のケースの外面に枠体を一体形成することによって、ケースと枠体との間に隙間を発生させることなく両者を密着させることができる。従って、従来の前後一対の分割型の枠体のように隙間を解消するため、あるいは接合強度を確保するための貫通ボルトや側板などが不要となるので組電池の軽量化を図ることができながらも、必要となる枠体同士の接合部の接合強度を確実に確保することができる組電池及び組電池の製造方法を提供することができる。
本発明に係る1個の電池ユニットの一実施形態を示す斜視図である。 2個の電池ユニットを接合してなる組電池の斜視図である。 2個の電池ユニットを接合してなる組電池の上部を省略した側面図である。
以下、本発明に係る組電池の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1に、本実施形態における組電池を構成する電池ユニット1を示している。この電池ユニット1は、電池2と、この電池2の外面を覆う絶縁部材としての樹脂製の枠体3とを備えている。電池2は、ニッケル水素電池を用いる。尚、図の紙面において、上下方向、左右方向、前後方向として、以下説明していくことにする。
電池2は、上端が開放される上方開放型に構成され、平面視において長方形状で金属製のケース2Aと、このケース2Aの上端開口を閉じる平面視において長方形状の板状の蓋体2Bと、ケース2Aの内部に収容される発電要素(図示しない)とを備えている。
また、蓋体2Bの長手方向両端部に、それぞれケース2A内の発電要素に電気的に接続される正極端子4と負極端子5とを上方に突出している。
枠体3は、金属製のケース2Aの外面に一体形成されている。具体的には、表面が粗くなるようにケース2A表面を粗面化処理し、処理されたケース2Aを金型(図示せず)内に配置し、その金型内に溶融した熱可塑性樹脂を射出してケース2Aの外面に枠体3を一体形成することによって、樹脂がケースの外面に形成された粗面に絡むことで、枠体3をケース2Aに強固に一体化することができるように構成している。
また、枠体3は、ケースの厚み方向両側面のそれぞれに、上下両端にケースの全周に渡るように前後方向及び左右方向に膨出した上下のリブ3A,3Bと、これら上下のリブ3A,3B間に所定間隔を置いてほぼケースの全周に渡るように前後方向の全域及び左右方向の一部に膨出した複数(本実施形態では、4個)のリブ3Cを有している。上下端に位置するリブ3A,3Bが、これらの間に位置する4個のリブ3Cよりも上下方向の厚みが厚く、しかも、前後方向及び左右方向への突出量を大きくしている。また、ケースの左右端の前後方向中央部に、上下端のリブ3A,3Bを連結するための左右方向に膨出した縦リブ3Dを備えている。さらに、この縦リブ3Dの前後端に前記4個のリブ3Cの左右端が連結されている。
図3にも示すように、前記のように上下方向に間隔を置いてリブ3A,3B,3Cを備えさせることによって、上下方向で隣り合うリブ間にケース2Aを冷却することができるように通気のための水平方向の隙間S1を複数(本実施形態では、5つ)形成している。そして、枠体3の上下端のリブ3A,3B間に中間リブとして設けたリブ3Cの突出量を上下端のリブよりも小さくすることで、一方の枠体3のリブ3Cの表面3cに対してケース2Aの厚み方向で対向位置する他方の枠体3のリブ3Cの表面3cとの間に小さな隙間S2が発生していることから、これらの隙間S2を通して上下方向へも通気が行えるようになっている。ここでは、上下方向に間隔を置いて横方向に延びるリブ3A,3B,3Cを備えさせているが、左右方向に間隔を置いて縦方向に延びるリブを備えさせてもよいし、斜め方向に間隔を置いて斜め方向に延びるリブを備えさせるなど、どのような方向に延びるリブであっても構わない。また、前記リブは、複数備えさせる他、単数備えさせてもよい。
また、一方の枠体3のリブ3Cに対して他方の枠体3のリブ3Cが対向位置していることから、熱や過充電や電解液の分解などにより電池2が膨張しようとしても、枠体3のリブ3Cが互いに当接することによって、電池2が膨張することを抑制することができる利点がある。尚、隙間S2は、分かり易くするために図面上は大きく形成されているようにしているが、実際には非常に小さな隙間である。また、隙間S2が発生しないように、リブ3Cの突出度合いを調整することもできる。この場合、隣り合う枠体3,3の上下端のリブ3A,3B、3A,3Bが当接すると同時、又は隣り合う枠体3,3の上下端のリブ3A,3B、3A,3Bが当接した後に、隣り合う枠体3,3の4個のリブ3C、3C同士が当接するように、リブ3Cの突出度合いを調整することになる。
前記のようにケース2A表面に枠体3を一体形成することによって、ケース2Aと枠体3との間に隙間が発生することがない。このため、隣り合う枠体3,3を接合させる場合でも、従来のようにケースと枠体との間に発生した隙間を解消するために、枠体3に大きな力を加える必要がない。従って、枠体3の変形による歪みが発生することがないから、枠体3の寸法精度(より詳しくは、枠体3の接合面の平面度)が低下することがない。その結果、ケースの厚み方向で隣り合う枠体3,3の表面同士を溶融により接合することで、必要となる接合強度を十分に確保しながら複数の電池ユニット1,1を一体化することができるようになっている。溶融させる樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)などを用いることができる。
従って、隣り合う枠体3,3の上下端のリブ3A,3B、3A,3Bの接合面3aと3a、3bと3b同士が隙間無く接合することができるようになっている。そして、その接合状態でリブ3Aと3A、3Bと3Bを熱溶着(又は超音波溶着)することによって、枠体3,3同士を強固に一体化させることができる。前記枠体3,3同士を接合させる方法としては、熱溶着の他、接着剤などを用いることができる。また、枠体3,3同士をより強固に一体化させるために補助的に細いボルトを枠体3,3に貫通させ、貫通させたボルトの先端にナットを螺合させて締め付けるようにしてもよい。尚、前記のようにケース2Aと枠体3との間に隙間が無いから、ボルトによる締め付けで隣り合う枠体3,3が歪んでしまうことがなく、締付力が加わった分だけ接合強度を更に高めることができる。
枠体3の前後方向の一方(図1では後側)の端面に被係止部としての孔6(本実施形態では、四隅箇所)を形成し、他方(図1では前側)の端面に該孔6に係止するための係止部としての円柱状の突出部7を突出形成している。従って、前後方向で隣り合う一方の枠体3の孔6に他方の枠体3の突出部7を前後方向で係止することによって、上下方向及び左右方向での位置決めが完了するようになっている。
複数の電池ユニットを一体化して組電池を構成する組電池の製造方法について簡単に説明すれば、まず、前述したように粗面化処理されたケース2Aを金型(図示せず)内に配置し、その金型内に高温で溶融した熱可塑性樹脂を射出してケース2Aの外面に枠体3を一体形成する。ケース2Aに枠体3を一体形成した後に、発電要素をケース2A内に入れてから、蓋体2Bをケース2Aの上端に装着することによりケース2Aの上端を閉じて電池ユニット1を作製する。次に、作製された電池ユニット1毎に電池2の性能を確認し、選別した良品の電池ユニット1の複数個を図2に示すように前後方向に並べる。このとき、前述のように前後方向で隣り合う一方の枠体3の孔6に他方の枠体3の突出部7が前後方向で係止することによって、隣り合う電池ユニット1,1同士の上下方向及び左右方向での位置決めが完了する。この後、隣り合う電池ユニット1,1の枠体3,3の表面同士を接合する、つまり前述したように接合状態の上下のリブ3Aと3A、3Bと3Bを熱溶着(又は超音波溶着)することによって、枠体3,3同士を強固に一体化して、組電池の製造を完了する。尚、前記リブ3A,3B及び3Cを全く設けない場合には、枠体3,3のフラットな表面同士を接合することになる。また、ケース2Aに枠体3を一体形成した後に、ケース2A内に発電要素を入れる他、隣り合う電池ユニット1,1の枠体3,3の表面同士を接合した後に、ケース2A内に発電要素を入れて蓋体2Bをケース2Aの上端に装着する構成であってもよい。
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
前記実施形態では、2個の電池ユニット1,1を接合して、組電池としたが、3個以上の任意の個数の電池ユニットを接合して組電池としてもよい。また、電池ユニットの形状は、平面視が長方形に形成する他、正方形であってもよい。
また、前記実施形態では、各電池ユニット1が、電池2と枠体3とからなり、隣り合う電池ユニット1,1の枠体3,3の表面同士を接合して複数の電池ユニット1を一体化するようにしているが、電池ごとに枠体を備えず、複数の電池2のケース2Aの外面に一体形成される樹脂製の枠体を備え、枠体が複数の電池を保持するようにしてもよい。その組電池の製造方法について簡単に説明すれば、まず、前述したように粗面化処理されたケース2Aを金型(図示せず)内に間隔を有して複数配置し、その金型内に高温で溶融した熱可塑性樹脂を射出して各ケース2Aの外面に枠体を一体形成する。各ケース2Aに枠体を一体形成した後に、それぞれケース2A内に発電要素を入れてから、蓋体2Bをケース2Aの上端に装着することによりケース2Aの上端を閉じて組電池を作製する。尚、ケース2Aに枠体を一体形成した後に、ケース2A内に発電要素を入れる他、完成させた電池1を金型内に間隔を有して複数配置し、枠体を形成するようにしてもよい。
また、前記実施形態では、ニッケル水素電池を示したが、リチウムイオン電池などであってもよい。つまり、電池と枠体とを備えたものであれば、どのような電池であってもよい。
また、2個の電池ユニット1,1の両端に、側板を備えさせて電池ユニットの両側から挟持固定することもできる。
また、前記実施形態では、単一の電池ユニット1の枠体3の一方の端面に被係止部としての4個の孔6を備え、かつ、他方の端面に係止部としての4個の突出部7を備えさせることによって、任意の個数の電池ユニット1を係止させることが可能であるが、2個の電池ユニット1,1の一方の電池ユニット1の枠体3の一方の端面に4個の孔6を備え、残りの電池ユニットの枠体3の他方の端面に4個の突出部7を備えさせて2個の電池ユニット1,1のみ係止できる構成であってもよく、被係止部及び係止部の個数及び具体的構成は、自由に変更することができる。また、被係止部及び係止部を省略して実施してもよい。
1…電池ユニット、2…電池、2A…ケース、2B…蓋体、3…枠体、3A,3B,3C…リブ、3D…縦リブ、3a,3b…接合面、3c…表面、4…正極端子、5…負極端子、6…孔(被係止部)、7…突出部(係止部)、S1,S2…隙間

Claims (11)

  1. 複数の電池ユニットを一体化して構成された組電池であって、
    前記電池ユニットが、金属製のケースを有する電池と、このケースの外面に一体形成された樹脂製の枠体とを備え、隣り合う電池ユニットの枠体の表面同士を接合して複数の電池ユニットを一体化したことを特徴とする組電池。
  2. 複数の電池ユニットを一体化して構成された組電池であって、
    前記電池ユニットが、金属製のケースを有する電池と、このケースの外面に隙間を発生させることなく接合された樹脂製の枠体とを備え、隣り合う電池ユニットの枠体の表面同士を接合して複数の電池ユニットを一体化したことを特徴とする組電池。
  3. 複数の電池を一体化して構成された組電池であって、
    各電池が、発電要素が収容される金属製のケースを有し、これらのケースの外面に一体形成された樹脂製の枠体を備えることを特徴とする組電池。
  4. 前記枠体が、前記ケースの厚み方向両側面のそれぞれに、リブを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の組電池。
  5. 隣り合う電池ユニットの一方の枠体のリブと他方の枠体のリブとが対向に位置することを特徴とする請求項4に記載の組電池。
  6. 隣り合う電池ユニットの一方の枠体のリブと他方の枠体のリブとの間に隙間を有することを特徴とする請求項4又は5に記載の組電池。
  7. 隣り合う電池ユニットの一方の枠体が係止部を有すると共に、他方の枠体が前記係止部と係合する被係止部を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の組電池。
  8. 前記枠体の樹脂が前記ケース表面の粗面に絡むことによって、ケースと枠体とが一体化されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の組電池。
  9. 前記ケース表面を粗面化処理し、処理された該ケースを金型内に配置し、該金型内に熱可塑性樹脂を射出してケースの外面に枠体を一体形成することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の組電池。
  10. 前記ケース表面の粗面が、10nm以上1000nm以下の高低差をもつ凹凸が形成された面であることを特徴とする請求項8又は9に記載の組電池。
  11. 複数の電池ユニットを一体化して組電池を構成する組電池の製造方法であって、
    発電要素が収容される金属製のケースの外面に、樹脂製の枠体を一体形成し、該枠体が一体形成されたケースを複数個並べて隣り合うケースの枠体の表面同士を接合して一体化したことを特徴とする組電池の製造方法。
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