JP5660204B2 - 組電池及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、複数の円筒形状の単電池を接続した組電池等に関する。

電気自動車、ハイブリッド自動車などの駆動電源又は補助電源として複数の単電池を電気的に接続したバッテリが知られている。特許文献１は、電池収容部が形成されたモジュールケースに、多数個の端子開口と、これらに対応した接着剤充填孔と接着剤流出部とを形成し、接着剤充填孔から充填された接着剤が、接着剤流出部を介して端子開口に流れ出し、電池収容部に収納した円筒型電池の端部を開口周壁に接合固定する固定構造を開示する。

特開２０００−３０６５６４号公報 特開２００９−１４６６９２号公報

本願発明は、組電池を構成する複数の円筒形状の単電池の位置ずれ抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る組電池は、（１）それぞれ周方向に延びる溝部を備え、径方向を含む面内において配列される複数の円筒形状の単電池と、前記各単電池の前記各溝部に係合することにより、前記複数の単電池を固定する係合部を備える固定板と、を有し、前記単電池は、円筒形状のケースと、前記ケースの内部に収容した発電要素とを含み、前記溝部は、前記ケースの内側方向に突出しており、前記ケース内における前記溝部には、一方の端子電極と他方の端子電極とを絶縁するガスケットが位置することを特徴とする。

（２）上記（１）の構成において、隣接する前記単電池の端子電極を電気的に接続するバスバを、前記固定板に固定することができる。（２）の構成によれば、複数の単電池が固定される固定板に対してバスバを固定することにより、端子電極とバスバとの接続不良を抑制される。

（３）上記（２）の構成において、前記バスバは、平板状に形成されており、前記複数の単電池の前記各端子電極がそれぞれ溶接される複数の溶接部を備える。（３）の構成によれば、一つの平板状のバスバに各端子電極が接続されるため、隣接する端子電極に独立したバスバを接続する方法よりも、バスバの接続作業が簡素化される。

（５）上記（１）〜（３）の構成において、前記溝部は、前記端子電極に形成することができる。

（６）上記（１）〜（３）、（５）の構成において、前記固定板は、前記複数の単電池がそれぞれ挿入される複数の固定板開口部を備えており、前記各固定板開口部に前記各単電池を挿入することにより、前記係合部及び前記溝部が係合する。（６）の構成によれば、固定板開口部に向かって単電池を挿入するだけで、簡単に単電池を固定板に対して固定することができる。

（７）上記（６）の構成において、前記係合部は、前記固定板における前記複数の単電池が挿入される側の面から突出する弾性変形可能な爪部であってもよい。（７）の構成によれば、爪部が溝部に係合することにより、単電池の長手方向の位置ずれが抑制される。さらに、爪部と溝部との間に働く摩擦力により、単電池が軸周りに回転するのを抑制できる。

（８）上記（７）の構成において、前記爪部は、前記固定板開口部の周方向に沿って少なくとも三つ設けられており、前記周方向に隣接する前記爪部の間隔は略等間隔に設定することができる。（８）の構成によれば、単電池の位置ずれをより効果的に抑制することができる。

（９）上記（６）の構成において、前記係合部は、前記固定板開口部の内面に形成され、該固定板開口部の周方向に沿って延びる弾性変形可能な爪部であってもよい。（９）の構成によれば、爪部が溝部に係合することにより、単電池の長手方向の位置ずれが抑制される。さらに、爪部と溝部との間に働く摩擦力により、単電池が軸周りに回転するのを抑制できる。

（１０）上記（１）〜（３）、（５）〜（９）の組電池は、車両に搭載することができる。車両走行時に組電池に対して振動が加わった場合に、単電池の位置ずれを抑制できる。
（１１）上記（３）の構成において、各前記溶接部は、前記バスバを含む面内方向における一端部が片持ち支持されていてもよい。
（１２）上記（１１）に記載の組電池は、車両に搭載することができる。

本発明によれば、組電池を構成する複数の円筒形状の単電池の位置ずれを抑制することができる。

組電池の分解斜視図である。 単電池の突出部に爪部が係合した状態を示す単電池の一部における断面図である。 図１において点線で示す固定板の一部の領域を拡大した拡大図である。 組電池の組み立て完成図である。 単電池を固定板に固定する際の爪部の動作説明図である。 実施形態２の組電池の分解斜視図である。 図６において点線で示す固定板の一部の領域を拡大した拡大図である。 実施形態３に係る単電池の固定方法を示した図である。 変形例１に係る単電池の断面図である。 変形例３に係る組電池の分解斜視図である。

（実施形態１）
図面を参照しながら、本実施形態に係る組電池について説明する。図１は、組電池の分解斜視図である。図２は、単電池の外周面が内側に突出して形成された突出部に、爪部が係合した状態を示す単電池の一部における断面図である。なお、この突出部は、単電池の外側から視た場合に溝部として視認される。組電池１は、複数の単電池２、固定板３及びバスバ４を含む。単電池２は、円筒形状の電池である。複数の単電池２は、単電池２の径方向を含む面内に配列されている。単電池２は、電池ケース２１、正極端子２２、負極端子２３及び発電要素２７を含む。電池ケース２１の内部には、発電要素２５が収容されている。発電要素２５は、正極体と、負極体と、正極体及び負極体の間に配置されるセパレータとを含む。セパレータには電解液が含浸されている。単電池２は、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池であってもよい。組電池１は、ハイブリッド自動車、電気自動車などの車両に対して駆動電源又は補助電源として搭載することができる。

弁板２４は、正極端子２２および封口板２５によって挟まれている。封口板２５の外縁は、正極端子２２の外縁および弁板２４の外縁を挟んでいる。封口板２５は、電池ケース２１の開口部を塞ぐために設けられており、封口板２５および電池ケース２１の間には、ガスケット２６が配置されている。これにより、単電池２の内部は、密閉状態となる。

ガスケット２６は、絶縁材料で形成されており、正極端子２２および電池ケース２１を絶縁状態としている。絶縁材料は、樹脂であってもよい。電池ケース２１の外周面には、径方向内側に突出した突出部２１Ａが形成されている。突出部２１Ａは、電池ケース２１の全周に延在している。ガスケット２６の一部は、電池ケース２１内における突出部２１Ａ上に位置する。Ｚ軸方向視において、封孔板２５の端部（Ｘ軸方向の端部）は、突出部２１Ａと重なる位置に設けられている。これにより、正極板２２、弁板２４及び封孔板２５を突出部２１Ａにおいて支持することができる。

電池ケース２１は、負極端子２３として用いられる。封口板２５は、封口板２５を貫通するガス通路２５ａを有しており、正極端子２２は、正極端子２２を貫通する排出口２２ａを有する。封口板２５及び発電要素２７は、リード線２８を介して接続されている。これにより、発電要素２７で得られた電力を、正極端子２２を介して出力することができる。

発電要素２７からガスが発生すると、ガスは、ガス通路２５ａを通過して、封口板２５および弁板２４の間に形成されたスペースＳ１に進入する。単電池２の内圧が弁板２４の作動圧に到達すると、弁板２４が破断し、正極端子２２および弁板２４の間に形成されたスペースＳ２にガスが移動する。スペースＳ２に移動したガスは、正極端子２２に形成された排出口２２ａを通過して、単電池２の外部に排出される。

次に、爪部の詳細を図１乃至図３を参照しながら説明する。図３は、図１において点線で示す固定板の一部の領域を拡大した拡大図である。固定板３は、各単電池２と向きあう位置に固定板開口部３１を備える。固定板３の板厚方向視において、固定板開口部３１は略円形に形成されている。固定板３の一方の面には、単電池２が位置する側に向かって突出する爪部３２が設けられている。爪部３２の先端部には、単電池２の長手方向視において、固定板開口部３１が位置する側に向かって突出する突起部３２Ａが形成されている。

固定板３における固定板開口部３１及び爪部３２を避けた位置には、複数の締結孔部３３が形成されている。これらの締結孔部３３は、固定板３における両端部にそれぞれ二つ設けられている。締結孔部３３は、固定板３よりも固定板３の板厚方向に厚肉に形成されている。固定板３は、絶縁性の樹脂であってもよい。固定板３を樹脂で構成する場合、爪部３２、固定板開口部３１などを射出成型法により形成することができる。これにより、複雑な形状をした固定板３を簡単に製造することができる。

バスバ４は、平板状に形成されており、各単電池２と向きあう領域には、各正極端子２２がそれぞれ溶接される複数の溶接部４１Ａが形成されている。溶接部４１Ａは、バスバ４を含む面内方向における一端部が片持ち支持された構造となっている。バスバ４には、締結ボルト１１０を挿通させるための挿通開口部４２が形成されている。挿通開口部４２は、固定板３の締結孔部３３に対向している。締結ボルト１１０を挿通開口部４２から挿通させ、締結孔部３３に締結することにより、複数の単電池２、固定板３及びバスバ４が一体化する。バスバ４の上端部には、総プラス端子４３が形成されている。

次に、図２、図４及び図５を参照しながら、組電池の組み立て方法について説明する。図４は、組電池の組み立て完成図である。図５は、図２に対応する図であり、単電池を固定板に固定する際の爪部の動作説明図である。単電池２を固定板３の固定板開口部３１に向けて押し込むと、図５に図示するように、爪部３２が単電池２の径方向の端部に当接して、固定板開口部３１から離間する側に弾性変形する。単電池２を更に押し込むと、爪部３２は、電池ケース２１の外面に沿って摺動し、突出部２１Ａに係合する。このように、本実施形態の構成によれば、固定板開口部３１に向けて単電池２を挿入するだけで、簡単に爪部３２を突出部２１Ａに対して係合させることができる。これにより、単電池２を簡単に固定することができる。ここで、単電池２に長手方向の振動が加わった場合に、突出部２１Ａの壁面に爪部３２が当接することにより、単電池２の位置ずれが規制される。また、単電池２に対して軸周りの力が加わった場合に、突出部２１Ａ及び爪部３２の間に摩擦力が働くため、単電池２が軸周りに回転するのが抑制される。これにより、単電池２とバスバ４との接続不良を抑制することができる。

また、突出部２１Ａに対して、単電池２を固定するための固定部としての役割と、ガスケット２６を設置するための設置部としての役割とを兼用させることができる。これにより、固定構造が簡素化され、コストが削減される。

ここで、爪部３２は、固定板開口部３１の周方向に沿って少なくとも三つ設けられるとともに、隣接する爪部３２の間隔を等間隔（誤差を含む）に設定するとよい。これにより、単電池２の位置ずれをより効果的に抑制できる。本実施形態では、固定板開口部３１の周りに六つの爪部３２が形成されており、隣接する爪部３２の間隔は等間隔に設定されている。

組電池の組み立て方法の説明に戻る。バスバ４を固定板３の取り付け位置に位置決めし、締結ボルト１１０を挿通開口部４２及び締結孔部３３に挿通させ、締結する。これにより、複数の単電池２、固定板３及びバスバ４が一体化し、各単電池２の各正極端子２２が、各溶接部４１Ａに当接する。次に、各正極端子２２及び溶接部４１Ａを溶接により接合する。これにより、複数の単電池２が電気的に並列に接続されるため、蓄電容量の高い組電池を得ることができる。複数の単電池２を接続するためのバスバ４が一枚の板材で構成されているため、バスバ４の取り付け作業を容易化できる。さらに、複数の単電池２を固定板開口部３１に位置決めした状態でバスバ４が溶接されるため、単電池２及びバスバ４の接続不良を抑制することができる。

ここで、溶接部４１Ａは、片持ち支持構造となっており、単電池２の長手方向に変形可能である。これにより、単電池２の寸法誤差などを吸収することができる。

なお、負極端子２３には、正極端子２２の接続に用いられたバスバ４と同じ形状のバスバが接続される。これにより、バスバ４の取り付け作業を容易化できる。
（実施形態２）
本実施形態は、爪部の形状が実施形態１の構成と異なる。図６は、本実施形態に係る組電池の分解斜視図である。図７は、図６の組電池における点線で囲んだ領域を拡大した拡大図である。爪部３５は、固定板開口部３１の内面に形成されている。爪部３５は、固定板開口部３１の周方向に複数形成されており、隣接する爪部３５の間隔は等間隔に設定されている。他の構成は、実施形態１と同様であるため説明を省略する。

単電池２を固定板３の固定板開口部３１に向けて押し込むと、爪部３５が単電池２の径方向の縁に当接して、固定板開口部３１から離間する側に弾性変形する。単電池２を更に押し込むと、爪部３５は、電池ケース２１の外面に沿って摺動し、突出部２１Ａに係合する。このように、本実施形態の構成によれば、固定板開口部３１に向けて単電池２を挿入するだけで、簡単に突出部２１Ａに対して爪部３５を係合させることができる。これにより、単電池２を簡単に固定することができる。ここで、単電池２に長手方向の振動が加わった場合に、突出部２１Ａの壁面に爪部３５が当接することにより、単電池２の位置ずれが規制される。また、単電池２に対して軸周りの力が加わった場合に、突出部２１Ａ及び爪部３５の間に摩擦力が働くため、単電池２が軸周りに回転するのを抑制できる。これにより、単電池２とバスバ４との接続不良を抑制することができる。

また、突出部２１Ａに対して、単電池２を位置決めするための固定部としての役割と、ガスケット２６を設置するための設置部としての役割とを兼用させることができる。これにより、固定構造が簡素化され、コストが削減される。

ここで、爪部３５は、固定板開口部３１の周方向に沿って少なくとも三つ設けるとともに、隣接する爪部３５の間隔を等間隔（誤差を含む）に設定するとよい。これにより、単電池２の位置ずれをより効果的に抑制することができる。本実施形態では、固定板開口部３１の周りに六つの爪部３５が設けられており、隣接する爪部３５の間隔は等間隔に設定されている。
（実施形態３）
本実施形態では、固定板開口部がケースの突出部に係合する点で、上記実施形態１及び２と異なる。図８は、実施形態３に係る単電池の固定方法を示している。分割固定板３０は、矩形状に形成されており、側壁部３０１には一対の半円状に形成された固定板開口部３１０が形成されている。隣接する分割固定板３０の側壁部３０１が互いに接続されることにより、固定板開口部３１０及び突出部２１Ａが係合する。なお、分割固定板３０が接合されることにより、固体板３が構成される。本実施形態の構成によれば、上述の実施形態１及び２と同様の効果を得ることができる。また、実施形態１及び２と比較して、爪部を設ける必要がないため、構造を簡素化することができる。なお、固定板開口部３１０の形状は、半円以外の他の形状であってもよい。当該他の形状は、矩形、台形などであってもよい。

（変形例１）
上述の実施形態では、ケースの外面に突出部を設けたが、本発明はこれに限られるものではなく、他の部位に設ける構成であってもよい。当該他の部位は、図９に図示するように、単電池２の正極端子２２であってよい。正極端子２２に形成された突出部（溝部）２２Ａに実施形態１の爪部３２、実施形態２の爪部３５或いは実施形態３の固定板開口部３１０が係合することにより、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。当該他の部位は、電池ケース２１における負極端子２３側であってもよい。当該他の部位は、電池ケース２１における正極端子２２側及び負極端子２３側の双方であってもよい。
（変形例２）
上述の実施形態では、突出部２１Ａを電池ケース２１の全周に延在させたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、爪部３２、或いは爪部３５が係合する位置にのみ突出部２１Ａを設ける構成であってもよい。これにより、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。また、変形例１において、爪部３２、或いは爪部３５が係合する位置にのみ突出部２２Ａを設ける構成であってもよい。

（変形例３）
上述の実施形態では、複数の単電池２を並列により接続したが、本発明はこれに限られるものではなく、直列により接続する場合にも適用することができる。図１０は変形例３に係る組電池の分解斜視図である。実施形態１と同一の構成要素には同一符合を付することにより、詳細な説明を省略する。

複数の単電池２は、正極端子２２及び負極端子２３が交互に反対となるように、配列されている。固定板３００は、各単電池２と向きあう位置に固定板開口部３１０を備える。固定板開口部３１０は略円形に形成されている。正極端子２２が挿入される固定板開口部３１０の周りには、爪部３２０が形成され、負極端子２３が挿入される固定板開口部３１０の周りには、爪部３２０が形成されていない。爪部３２０の構成は実施形態１の爪部３２と同様であるため説明を省略する。

固定板３００における固定板開口部３１０及び爪部３２０を避けた位置には、複数の締結孔部３３０が形成されている。これらの締結孔部３３０は、固定板３００における両端部にそれぞれ二つずつ設けられている。締結孔部３３０は、固定板３００よりも固定板３００の板厚方向の寸法が大きく設定されている。固定板３００は、絶縁性の樹脂であってもよい。固定板３００を樹脂で構成する場合、爪部３２０、固定板開口部３１０などを射出成型法により形成することができる。これにより、複雑な形状をした固定板３００を簡単に製造することができる。

バスバ８は、矩形状に形成されており、バスバ保持部材９に保持されている。バスバ保持部材９は、絶縁性の樹脂で構成されており、隣接するバスバ８の間には当該絶縁性の樹脂が介在している。これにより、単電池２の短絡が防止される。バスバ８は、隣り合う単電池２の正極端子２２及び負極端子２３を接続する。接続方法は溶接であってもよい。バスバ保持部材９には、締結ボルト２１０を挿通させるための挿通開口部１４２が形成されている。

挿通開口部１４２は、固定板３００の締結孔部３３０に対向している。締結ボルト２１０を挿通開口部１４２から挿通させるとともに、締結孔部３３０に締結することにより、複数の単電池２、固定板３００及びバスバ８が一体化する。なお、図１０では、各単電池２における一方の端子側に配置される固定板３００、バスバ８及びバスバ保持部材９のみを図示しているが、他方の端子側にも同じ構成の固定板３００、バスバ８及びバスバ保持部材９が配置される。ただし、爪部３２０は、正極端子２２が挿入される固定板開口部３３０の周囲にのみ配置される。本変形例によれば、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

変形例３の爪部３２０は、実施形態２の爪部３５と同じであってもよい。変形例３の固定板３００は、実施形態３の分割固定板３０と同じであってもよい。変形例３において、変形例１と同様に単電池２の正極端子２２に突出部２２Ａを形成してもよい。
（変形例４）
上述の実施形態では、固定板３及びバスバ４を締結部材１１０により固定したが、本発明はこれに限られるものではなく、樹脂クリップによる固定、或いは接着剤による固定であってもよい。バスバが固定板３に固定されることにより、単電池２とバスバ４との相対的な動きが抑制されるため、接続不良が抑制される。

１ １００ 組電池 ２ 単電池 ３ ３０ ３００ 固定板 ４ ８ バスバ
２１ 電池ケース ２１Ａ 突出部 ２２ 正極端子 ２２Ａ 突出部
２３ 負極端子 ３１ ３１０ 固定板開口部 ３２ ３５ ３２０ 爪部
３２Ａ 突起部

Claims (9)

1. それぞれ周方向に延びる溝部を備え、径方向を含む面内において配列される複数の円筒形状の単電池と、
   前記各単電池の前記各溝部に係合することにより、前記複数の単電池を固定する係合部を備える固定板と、を有し、
   前記単電池は、円筒形状のケースと、前記ケースの内部に収容した発電要素とを含み、
   前記溝部は、前記ケースの内側方向に突出しており、前記ケース内における前記溝部には、一方の端子電極と他方の端子電極とを絶縁するガスケットが位置することを特徴とする組電池。
2. 隣接する前記単電池の端子電極を電気的に接続するバスバを、前記固定板に固定したことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記バスバは、平板状に形成されており、前記複数の単電池の前記各端子電極がそれぞれ溶接される複数の溶接部を備えることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
4. 前記固定板は、前記複数の単電池がそれぞれ挿入される複数の固定板開口部を備えており、前記各固定板開口部に前記各単電池を挿入することにより、前記係合部及び前記溝部が係合することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の組電池。
5. 前記係合部は、前記固定板における前記複数の単電池が挿入される側の面から突出する弾性変形可能な爪部であることを特徴とする請求項４に記載の組電池。
6. 前記爪部は、前記固定板開口部の周方向に沿って少なくとも三つ設けられており、前記周方向に隣接する前記爪部の間隔は略等間隔であることを特徴とする請求項５に記載の組電池。
7. 前記係合部は、前記固定板開口部の内面に形成され、該固定板開口部の周方向に沿って延びる弾性変形可能な爪部であることを特徴とする請求項４に記載の組電池。
8. 前記各溶接部は、前記バスバを含む面内方向における一端部が片持ち支持されていることを特徴とする請求項３に記載の組電池。
9. 請求項１乃至８のうちいずれか一つに記載の組電池を搭載した車両。

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