JP6153798B2 - 板状組電池およびこれらを複数個組み合わせて構成される板状組電池群 - Google Patents
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Description
本発明は、単セルの二次電池を複数個組み合わせてできる組電池およびこれら組電池を直列もしくは並列または直並列に接続して構成される組電池群に関するものである。
従来から、大容量の二次電池を構成するために複数個の単セルを直列もしくは並列または直並列に接続することで構成される組電池が知られている。また、近年、電気自動車やハイブリッド自動車の普及に伴い、これら組電池の重要性が再認識されている。
特許文献１には、複数個の二次電池単電池を組み合わせてなる組電池であって、バスバーを用いて複数の二次電池単電池を接続した後、外部ケース内に納まるように加工する等、組電池の製造容易性、バスバー等を接合する際の加工容易性を確保しつつ、外部の振動・衝撃の対抗性を向上させた組電池が開示されている。
また、特許文献２には、リチウム二次電池であって、ガスバリア層の両面に樹脂層を設けてなるラミネートフィルムのような軽量の外装材を用いて平板状ケースを構成し、この中に正極及び負極を有する電池要素を密閉するタイプの電池が、開示されている。
また、特許文献３には、二次電池の正極端子と他方の二次電池の負極端子とを接続する端子接続部材の長さを短くし、または、端子接続部材を省略することで、構成される組電池の軽量化を図る旨が開示されている。
また、特許文献２には、リチウム二次電池であって、ガスバリア層の両面に樹脂層を設けてなるラミネートフィルムのような軽量の外装材を用いて平板状ケースを構成し、この中に正極及び負極を有する電池要素を密閉するタイプの電池が、開示されている。
また、特許文献３には、二次電池の正極端子と他方の二次電池の負極端子とを接続する端子接続部材の長さを短くし、または、端子接続部材を省略することで、構成される組電池の軽量化を図る旨が開示されている。
特許文献１に開示の組電池は、単電池を重ねており、熱が逃げにくいため、熱によって各単電池の性能に偏りが生じる旨は何ら開示されていない。また、特許文献２には、リチウムイオンセルの構成は開示されているものの、これらを組み合わせた組電池の構成は開示されていない。
そして、特許文献３に開示の組電池は、単電池を平面状に並べているものの、これら複数個を１つの組電池としてまとめる組電池ケース等の開示がないため、組電池としての取り扱いが不便である。
そして、特許文献３に開示の組電池は、単電池を平面状に並べているものの、これら複数個を１つの組電池としてまとめる組電池ケース等の開示がないため、組電池としての取り扱いが不便である。
本発明の第１の目的は、複数個の単電池要素を格納する電気絶縁性の平板状の組電池ケースと、単電池要素間接続のバスバーとしても機能する単電池要素の封止板とを用いることにより、バスバーが軽量で、電池接続抵抗が低く、組み立て工程が簡易で、放熱性に優れ、組電池を構成する単電池要素の性能を偏って劣化させることのない、取り扱い易い組電池を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、本発明に係る組電池を接続ブリッジを介して、複数接続した高電圧の組電池群であって、事故等の衝撃を受けた際、組電池間を接続する接続ブリッジが分断され、高電圧状態が解消し、高電圧での感電リスクが低くなるように構成された組電池群を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、本発明に係る組電池を接続ブリッジを介して、複数接続した高電圧の組電池群であって、事故等の衝撃を受けた際、組電池間を接続する接続ブリッジが分断され、高電圧状態が解消し、高電圧での感電リスクが低くなるように構成された組電池群を提供することにある。
上記課題を解決するために、複数の単電池要素と、複数の孔部を有し、複数の孔部に単電池要素をそれぞれ設置する絶縁体からなる平板状の組電池ケースと、孔部に設置された単電池要素を密閉すると共に、隣接する単電池要素をそれぞれ接続する複数の封止板とを備え、複数の封止板は、複数の単電池要素を直列もしくは並列または直並列に接続することを特徴とする板状組電池を提供する。
複数の孔部は、平板状の組電池ケースにおける共通する一方の面が少なくとも１つの絶縁部材によって閉塞され、複数の封止板は、平板状の組電池ケースにおける一方の面と反対側の面に設置されることが好ましい。
また、複数の封止板は、孔部に設置された単電池要素を孔部の上側および下側から挟んで密閉する上側封止板および下側封止板からなり、それぞれの単電池要素の正極と負極とは、上側封止板と下側封止板とのいずれか一方に交互に接続されることが好ましい。
単電池要素は、二次電池を構成することが好ましく、また、単電池要素は、リチウムイオン蓄電池を構成することが好ましい。
封止板は、アルミニウム板の一方の面の一部に銅が接合されたアルミニウム／銅のクラッド板であり、単電池要素の正極は、封止板のアルミニウムからなる面と接続され、単電池要素の負極は、封止板の銅からなる面と接続されることが好ましい。
単電池要素の正極は、アルミニウム集電体によって構成され、封止板のアルミニウムからなる面に超音波溶着され、単電池要素の負極は、銅集電体によって構成され、封止板の銅からなる面に超音波溶着または抵抗溶接されることが好ましい。
また、単電池要素の正極は、アルミニウム集電体によって構成され、封止板のアルミニウムからなる面に機械的に接続されてもよい。
単電池要素の正極と、単電池要素の正極に機械的に接続される封止板のアルミニウムからなる面の一部は、正極電位で安定な接触伝導性に優れた物質により被膜されてもよい。
また、封止板はアルミニウム板であり、単電池要素の正極は、アルミニウム集電体によって構成され、封止板の一方のアルミニウムからなる面に超音波溶着され、単電池要素の負極は、チタン酸リチウムを活物質に含み、その集電体はアルミニウムによって構成され、封止板の他方のアルミニウムからなる面に超音波溶着されてもよい。
孔部の上端および下端には、単電池要素を密閉するガスケットがそれぞれ配置され、ガスケットを上下から圧迫することにより単電池要素を密閉することが好ましい。
また、温度制御装置を更に備え、温度制御装置は、流体または物体を封止板に接触させて単電池要素の温度を制御することが好ましい。
単電池要素どうしの電圧と残存容量の両方を均等化する均等化装置を更に備えてもよく、また、ヒューズを更に備えてもよい。
また、それぞれの単電池要素の電圧を測定可能な端子を更に備えてもよい。
また、板状組電池の公称電圧は６５Ｖ以下であることが好ましい。
また、本発明は、上述のいずれかに記載の板状組電池を少なくとも１種類、複数個、接続ブリッジによって直列もしくは並列または直並列に接続した板状組電池群であって、接続ブリッジは、所定の衝撃、過温度、過電圧、または過電流の少なくとも１つによって切断され、板状組電池群が高電圧状態となることを解消することを特徴とする板状組電池群を提供する。
本発明によれば、バスバーが軽量で、電池接続抵抗が低く、組み立て工程が簡易で、放熱性に優れ、取り扱い易い板状組電池を提供することができる。また、本発明によれば、本発明に係る板状組電池群を搭載した車両等が事故にあった場合、事故の衝撃によって板状組電池群が個々の板状組電池に分断され、高電圧での感電を防ぐことができる。
本発明に係る組電池および組電池群を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る板状組電池１の構成を示す斜視図であり、図２は、板状組電池１の組立説明図である。図１に示すとおり、板状組電池１は、平板状の組電池ケース２と、平板状の組電池ケース２を上下から覆う複数の上下封止板３と、板状組電池１どうしを接続する接続ブリッジ４とからなる。
また、図２に示すように、平板状の組電池ケース２は、単電池要素６を複数収納するために複数の孔部５を備え、単電池要素６ごとに絶縁性が保たれるように絶縁材料によって構成される。絶縁材料とは、例えば、ポリプロピレン系の合成樹脂、ポリカーボネート、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂などが挙げられ、２００Ｖを超える高電圧においても絶縁性が保たれる。なお、平板状の組電池ケース２には、１６個の孔部５が設けられている。
図１は、本発明の実施の形態１に係る板状組電池１の構成を示す斜視図であり、図２は、板状組電池１の組立説明図である。図１に示すとおり、板状組電池１は、平板状の組電池ケース２と、平板状の組電池ケース２を上下から覆う複数の上下封止板３と、板状組電池１どうしを接続する接続ブリッジ４とからなる。
また、図２に示すように、平板状の組電池ケース２は、単電池要素６を複数収納するために複数の孔部５を備え、単電池要素６ごとに絶縁性が保たれるように絶縁材料によって構成される。絶縁材料とは、例えば、ポリプロピレン系の合成樹脂、ポリカーボネート、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂などが挙げられ、２００Ｖを超える高電圧においても絶縁性が保たれる。なお、平板状の組電池ケース２には、１６個の孔部５が設けられている。
図３に示すように、上下封止板３は、主にアルミニウムからなり、その一部に銅が接合されたアルミニウム／銅の２層板により構成される。上下封止板３は、板状組電池１に設置された際、１枚で平板状の組電池ケース２に設置された２つの孔部５を覆う形状および大きさを備え、外側表面は全てアルミニウムによって構成され、単電池要素６を密閉する内側表面は、略半分がアルミニウムで、残りの半分が銅で構成される。そのため、１枚の上下封止板３が覆う２つの孔部５のうち、一方の孔部５はアルミニウムの面で覆われ、もう一方の孔部５は銅の面で覆われることとなる。
アルミニウム／銅の２層板は、例えば、アルミニウム板に銅を圧接またはプレス加工したクラッド板でもよく、また、アルミニウム板に銅をスパッタリングし、銅を成膜させたものでもよい。
アルミニウム／銅の２層板は、例えば、アルミニウム板に銅を圧接またはプレス加工したクラッド板でもよく、また、アルミニウム板に銅をスパッタリングし、銅を成膜させたものでもよい。
なお、上下封止板３の銅の面は、単電池要素６の設置される孔部５の面積よりも大きく、かつ、上下封止板３が同時に覆うもう一方の孔部５と重ならない大きさであることが好ましい。単電池要素６の負極側にアルミニウムの面が露出していると、アルミニウムが単電池要素６の陽イオン（例えば、リチウムイオン）と反応し、電池容量の低下や安全性の低下を招くためである。
また、銅が正極電位にさらされた場合には銅が溶出して電池特性の劣化をもたらすので、正極に接続された上下封止板３においては銅が電解液に接触しないようにしなければならない。
また、銅が正極電位にさらされた場合には銅が溶出して電池特性の劣化をもたらすので、正極に接続された上下封止板３においては銅が電解液に接触しないようにしなければならない。
図４は、平板状の組電池ケース２の孔部５に設置される単電池要素６の正面図である。単電池要素６は、例えば、充放電可能な二次単電池要素であり、アルミニウム集電体を用いた正極６Ａと銅集電体を用いた負極６Ｂとを備える。単電池要素６は、例えば、平板状の単電池要素または楕円巻き型の単電池要素で、孔部５内に設置可能なものであれば特に限定されないが、例えば、出力の高いリチウムイオン蓄電池要素などであることが好ましい。
図５は、板状組電池１を構成する単電池要素６の集電体部分（正極６Ａおよび負極６Ｂ）を示す断面拡大図である。図５に示すように、単電池要素６は平板状の組電池ケース２の孔部５に、上下封止板３とガスケット７および接着剤等により密閉封止される。アルミニウム集電体を用いた正極６Ａは、上下封止板３のアルミニウムの面に接続され、また、銅集電体を用いた負極６Ｂは、上下封止板３の銅の面に接続される。アルミニウムどうしは、例えば、超音波を用いた超音波溶着により接合され、銅どうしは、例えば、超音波もしくは抵抗溶接により接合される。
それぞれの上下封止板３は、それぞれの孔部５に設置された単電池要素６を直列接続するように設置される。そのため、それぞれの上下封止板３は、必ず２つの孔部５を覆うように上下互い違いに設置される。
接続ブリッジ４は、板状組電池１どうしを直列接続するもので、１つの板状組電池１の接続端子となる。
接続ブリッジ４は、板状組電池１どうしを直列接続するもので、１つの板状組電池１の接続端子となる。
次に、本発明の実施の形態１に係る板状組電池１の動作を説明する。
単電池要素６は、例えば、公称電圧３．５Ｖのリチウムイオン蓄電池要素からなり、１６個の孔部５に設置された１６個の単電池要素６が直列接続されることで、公称電圧５６Ｖの板状組電池が構成される。
本発明に係る板状組電池１は、表面および裏面の大部分が上下封止板３であるアルミニウム板によって覆われているため、放熱性に優れ、組電池内部に熱がこもるようなことがない。また、上下封止板３がバスバーを兼ねるため、電池接続抵抗が低く、通常の組電池よりも軽量化を図ることができる。そして、１枚の平板状の組電池ケース２によってまとめられているため、移動や設置等が簡単で取り扱い易い。
単電池要素６は、例えば、公称電圧３．５Ｖのリチウムイオン蓄電池要素からなり、１６個の孔部５に設置された１６個の単電池要素６が直列接続されることで、公称電圧５６Ｖの板状組電池が構成される。
本発明に係る板状組電池１は、表面および裏面の大部分が上下封止板３であるアルミニウム板によって覆われているため、放熱性に優れ、組電池内部に熱がこもるようなことがない。また、上下封止板３がバスバーを兼ねるため、電池接続抵抗が低く、通常の組電池よりも軽量化を図ることができる。そして、１枚の平板状の組電池ケース２によってまとめられているため、移動や設置等が簡単で取り扱い易い。
実施の形態２
図６は、本発明の実施の形態２に係る板状組電池１０１の構成を示す斜視図であり、図７は、板状組電池１０１の組立説明図である。図６に示すとおり、板状組電池１０１は、平板状の組電池ケース１０２と、平板状の組電池ケース１０２の一方の面を覆う封止板１０３と、板状組電池１０１どうしを接続する接続ブリッジ１０４とからなる。
また、図７に示すように、平板状の組電池ケース１０２は、単電池要素１０６を複数収納するために複数の孔部１０５を備え、単電池要素１０６ごとに絶縁性が保たれるように絶縁材料によって構成される。ここで、絶縁材料とは、上述の実施の形態１でいう絶縁材料と同じである。なお、平板状の組電池ケース１０２には、１６個の孔部１０５が設けられている。
図６は、本発明の実施の形態２に係る板状組電池１０１の構成を示す斜視図であり、図７は、板状組電池１０１の組立説明図である。図６に示すとおり、板状組電池１０１は、平板状の組電池ケース１０２と、平板状の組電池ケース１０２の一方の面を覆う封止板１０３と、板状組電池１０１どうしを接続する接続ブリッジ１０４とからなる。
また、図７に示すように、平板状の組電池ケース１０２は、単電池要素１０６を複数収納するために複数の孔部１０５を備え、単電池要素１０６ごとに絶縁性が保たれるように絶縁材料によって構成される。ここで、絶縁材料とは、上述の実施の形態１でいう絶縁材料と同じである。なお、平板状の組電池ケース１０２には、１６個の孔部１０５が設けられている。
封止板１０３は、実施の形態１の上下封止板と同様に、主にアルミニウムからなり、その一部に銅が接合されたアルミニウム／銅の２層板により構成される。
図８は、図６に示す板状組電池１０１の点線Ａで囲まれた部分の透過拡大図である。図８に示すように、封止板１０３は、板状組電池１０１の平板状の組電池ケース１０２に設置された際、１枚の封止板１０３で２つの孔部１０５を半分ずつ覆う形状および大きさを備える。また、実施の形態１の上下封止板３と同様に、封止板１０３の外側表面は全てアルミニウムによって構成され、単電池要素１０６を密閉する内側表面は、略半分がアルミニウムで、残りの半分が銅で構成される。そのため、１枚の封止板１０３が覆う２つの孔部１０５の半分ずつのうち、一方の孔部１０５の半分はアルミニウムの面で覆われ、もう一方の孔部１０５の半分は銅の面で覆われることとなる。
図８は、図６に示す板状組電池１０１の点線Ａで囲まれた部分の透過拡大図である。図８に示すように、封止板１０３は、板状組電池１０１の平板状の組電池ケース１０２に設置された際、１枚の封止板１０３で２つの孔部１０５を半分ずつ覆う形状および大きさを備える。また、実施の形態１の上下封止板３と同様に、封止板１０３の外側表面は全てアルミニウムによって構成され、単電池要素１０６を密閉する内側表面は、略半分がアルミニウムで、残りの半分が銅で構成される。そのため、１枚の封止板１０３が覆う２つの孔部１０５の半分ずつのうち、一方の孔部１０５の半分はアルミニウムの面で覆われ、もう一方の孔部１０５の半分は銅の面で覆われることとなる。
封止板１０３の銅の面およびアルミニウムの面は、単電池要素１０６の設置される２つの孔部１０５の半分の面積よりもわずかに大きく、かつ、もう一方の２つの孔部１０５の半分と重ならない大きさであることが好ましい。上述の実施の形態１の場合と同様に、単電池要素１０６の負極側にアルミニウムの面が露出していると、アルミニウムが単電池要素１０６の陽イオン（例えば、リチウムイオン）と反応し、電池容量の低下や安全性の低下を招くためである。
また、上述の実施の形態１と同様に、銅が正極電位にさらされた場合には銅が溶出して電池特性の劣化をもたらすので、正極に接続された封止板１０３においては銅が電解液に接触しないようにしなければならない。
また、上述の実施の形態１と同様に、銅が正極電位にさらされた場合には銅が溶出して電池特性の劣化をもたらすので、正極に接続された封止板１０３においては銅が電解液に接触しないようにしなければならない。
また、平板状の組電池ケース１０２のもう一方の面の孔部１０５は、絶縁部材１１２によってそれぞれ封止される。絶縁部材１１２は、エポキシ樹脂等からなる接着材によって平板状の組電池ケース１０２の孔部１０５に接着されてもよく、また、平板状の組電池ケース１０２に設置後、接続部分を加熱し、溶融接合されてもよい。
図９は、平板状の組電池ケース１０２の孔部１０５に設置される単電池要素１０６の斜視図である。単電池要素１０６は、実施の形態１の単電池要素６と同様に、例えば、充放電可能な二次単電池要素であり、実施の形態１の単電池要素６と形状および接続位置の異なる、アルミニウム集電体を用いた正極１０６Ａと銅集電体を用いた負極１０６Ｂとを備える。単電池要素１０６は、例えば、平板状の単電池要素または楕円巻き型の単電池要素で、孔部１０５内に設置可能なものであれば特に限定されないが、例えば、出力の高いリチウムイオン蓄電池要素などであることが好ましい。
図１０は、図６に示す板状組電池１０１のＢ−Ｂ´断面図である。図１０に示すように、単電池要素１０６は平板状の組電池ケース１０２の孔部１０５に、封止板１０３と、絶縁部材１１２と、ガスケット１０７および接着剤等により密閉封止される。アルミニウム集電体を用いた正極１０６Ａは、封止板３のアルミニウムの面に接続され、また、銅集電体を用いた負極１０６Ｂは、封止板３の銅の面に接続される。アルミニウムどうしは、例えば、超音波を用いた超音波溶着により接合され、銅どうしは、例えば、超音波もしくは抵抗溶接により接合される。
それぞれの封止板１０３は、それぞれの孔部１０５に設置された単電池要素１０６を直列接続するように設置される。そのため、それぞれの封止板１０３は、必ず２つの孔部１０５の半分ずつを覆うように水平方向に互い違いに設置される。
接続ブリッジ１０４は、実施の形態１と同様に、板状組電池１０１どうしを直列接続するもので、１つの板状組電池１０１の接続端子となる。
接続ブリッジ１０４は、実施の形態１と同様に、板状組電池１０１どうしを直列接続するもので、１つの板状組電池１０１の接続端子となる。
次に、本発明の実施の形態２に係る板状組電池１０１の動作を説明する。
実施の形態１と同様に、単電池要素１０６は、例えば、公称電圧３．５Ｖのリチウムイオン蓄電池要素であり、１６個の孔部１０５に設置された１６個の単電池要素１０６が直列接続されることで、公称電圧５６Ｖの板状組電池が構成される。
実施の形態１と同様に、単電池要素１０６は、例えば、公称電圧３．５Ｖのリチウムイオン蓄電池要素であり、１６個の孔部１０５に設置された１６個の単電池要素１０６が直列接続されることで、公称電圧５６Ｖの板状組電池が構成される。
図１１は、本発明の実施の形態２の変形例に係る板状組電池２０１の組立説明図であり、図１２は板状組電池２０１の孔部１０５の断面図である。実施の形態２の板状組電池１０１とその変形例の板状組電池２０１との違いは、孔部１０５を封止する絶縁部材の構成である。
板状組電池１０１の絶縁部材１１２は、平板状の組電池ケース１０２の複数の孔部１０５を１つ１つ封止するのに対して、板状組電池２０１の絶縁部材１２２は、平板状の組電池ケース１０２の複数の孔部１０５の全てを一度に封止する。絶縁部材１２２は、実施の形態２の絶縁部材１１２と同様に、エポキシ等の接着剤によって平板状の組電池ケース１０２に接着されてもよく、また、絶縁部材１２２の設置後、加熱等することで、平板状の組電池ケース１０２に溶融接合してもよい。
板状組電池１０１の絶縁部材１１２は、平板状の組電池ケース１０２の複数の孔部１０５を１つ１つ封止するのに対して、板状組電池２０１の絶縁部材１２２は、平板状の組電池ケース１０２の複数の孔部１０５の全てを一度に封止する。絶縁部材１２２は、実施の形態２の絶縁部材１１２と同様に、エポキシ等の接着剤によって平板状の組電池ケース１０２に接着されてもよく、また、絶縁部材１２２の設置後、加熱等することで、平板状の組電池ケース１０２に溶融接合してもよい。
実施の形態２に係る板状組電池１０１およびその変形例の板状組電池２０１は、実施の形態１に係る板状組電池１と同様に、一方の面の大部分が封止板１０３であるアルミニウム板によって覆われているため、放熱性に優れ、組電池内部に熱がこもるようなことがない。また、封止板１０３がバスバーを兼ねるため、電池接続抵抗が低く、通常の組電池よりも、また、封止板１０３が板状組電池１０１、２０１の一方の面にしか設置されていないため、実施の形態１に係る板状組電池１よりも軽量化を図ることができる。そして、１枚の平板状の組電池ケース１０２によってまとめられているため、移動や設置等が簡単で取り扱い易い。
実施の形態３
図１３は、本発明の実施の形態３に係る板状組電池群８の概略構成図である。板状組電池群８は、第１の板状組電池１Ａ、第２の板状組電池１Ｂ、第３の板状組電池１Ｃ、第４の板状組電池１Ｄ、第５の板状組電池１Ｅ、第６の板状組電池１Ｆをそれぞれ接続ブリッジ４で直列接続したものである。これら板状組電池１は、それぞれの平板状の組電池ケース２の形状が若干異なるものの、孔部５を１６個備え、単電池要素６が１６個直列接続されるように構成される点において実施の形態１に係る板状組電池１と同様の構成を備える。
接続ブリッジ４は、板状組電池１Ａ〜１Ｆを順次直列に接続し、所定の荷重、過温度、過電圧、過電流によって切断される。
図１３は、本発明の実施の形態３に係る板状組電池群８の概略構成図である。板状組電池群８は、第１の板状組電池１Ａ、第２の板状組電池１Ｂ、第３の板状組電池１Ｃ、第４の板状組電池１Ｄ、第５の板状組電池１Ｅ、第６の板状組電池１Ｆをそれぞれ接続ブリッジ４で直列接続したものである。これら板状組電池１は、それぞれの平板状の組電池ケース２の形状が若干異なるものの、孔部５を１６個備え、単電池要素６が１６個直列接続されるように構成される点において実施の形態１に係る板状組電池１と同様の構成を備える。
接続ブリッジ４は、板状組電池１Ａ〜１Ｆを順次直列に接続し、所定の荷重、過温度、過電圧、過電流によって切断される。
次に、本発明の実施の形態３に係る板状組電池群８の動作を説明する。
第１の板状組電池１Ａ〜第６の板状組電池１Ｆは、それぞれ、公称電圧５６Ｖの板状組電池であるので、板状組電池群８は、公称電圧３３６Ｖの高電圧の組電池群となる。
第１の板状組電池１Ａ〜第６の板状組電池１Ｆは、それぞれ、公称電圧５６Ｖの板状組電池であるので、板状組電池群８は、公称電圧３３６Ｖの高電圧の組電池群となる。
板状組電池群８は、電気自動車またはハイブリッド自動車などの車両の床下部分に電力源として搭載されてもよく、３３６Ｖという高電圧を出力できる。
また、板状組電池群８を搭載した車両が事故等によってダメージを受けた場合には、板状組電池群８を構成する第１の板状組電池１Ａ〜第６の板状組電池１Ｆのそれぞれが個別に動くため、板状組電池群８を構成する第１の板状組電池１Ａ〜第６の板状組電池１Ｆを順次接続する接続ブリッジ４がそれぞれ切断されて、板状組電池１Ａ〜１Ｆがそれぞれ分断される。なお、安全に取り扱える最大ＤＣ電圧は一般に６５Ｖ以下と考えられており、そのため、板状組電池１の最大電圧はＤＣ６５Ｖ以下に構成することが望ましい。
これにより板状組電池群８の高電圧状態が解消（６５Ｖ以下）されるため、万が一、人が事故車両の板状組電池によって感電したとしても死亡することがない。
また、板状組電池群８を搭載した車両が事故等によってダメージを受けた場合には、板状組電池群８を構成する第１の板状組電池１Ａ〜第６の板状組電池１Ｆのそれぞれが個別に動くため、板状組電池群８を構成する第１の板状組電池１Ａ〜第６の板状組電池１Ｆを順次接続する接続ブリッジ４がそれぞれ切断されて、板状組電池１Ａ〜１Ｆがそれぞれ分断される。なお、安全に取り扱える最大ＤＣ電圧は一般に６５Ｖ以下と考えられており、そのため、板状組電池１の最大電圧はＤＣ６５Ｖ以下に構成することが望ましい。
これにより板状組電池群８の高電圧状態が解消（６５Ｖ以下）されるため、万が一、人が事故車両の板状組電池によって感電したとしても死亡することがない。
接続ブリッジ４は、切れ込みをいれて衝撃により切断されるようにしたり、過温度や衝撃に反応するスプリング機構等を用いて切断がおこるようにしてもよい。なお、センサーやＩＣからなる電気回路を備えたＦＥＴスイッチを設けることにより、接続ブリッジ４を所定の衝撃、過温度、過電圧、過電流などにより切断するようにしてもよい。
なお、実施の形態３に係る板状組電池群８を構成する板状組電池１は、実施の形態１に係る板状組電池であるが、その代わりとして、実施の形態２に係る板状組電池１０１またはその変形例に係る板状組電池２０１を用いてもよい。板状組電池１を用いた場合と同様の効果が得られる。
なお、実施の形態３に係る板状組電池群８を構成する板状組電池１は、実施の形態１に係る板状組電池であるが、その代わりとして、実施の形態２に係る板状組電池１０１またはその変形例に係る板状組電池２０１を用いてもよい。板状組電池１を用いた場合と同様の効果が得られる。
図１４は、実施の形態１の第１変形例に係る板状組電池の断面拡大図である。図１４では、単電池要素６のアルミニウム集電体からなる正極６Ａと上下封止板３のアルミニウムからなる面とを超音波溶接ではなくネジ等を用いて機械的に接続している。この機械的接続は、タブ留めボルト９Ａ、タブ留めワッシャ９Ｂ、第１のタブ狭持部材１０Ａ、第２のタブ狭持部材１０Ｂからなり、アルミニウムからなる上側封止板３と正極６Ａとに孔を開け、正極６Ａを第１のタブ狭持部材１０Ａおよび第２のタブ狭持部材１０Ｂで挟んで、タブ留めボルト９Ａおよびタブ留めワッシャ９Ｂによって正極６Ａをネジ留めすることで構成される。
図１４の機械的接続は、一例であり、上下封止板３とアルミニウム集電体からなる正極６Ａとが電気的に接続されればどのような構成であってもよい。
図１４の機械的接続は、一例であり、上下封止板３とアルミニウム集電体からなる正極６Ａとが電気的に接続されればどのような構成であってもよい。
また、上下封止板３は、接着剤等によって平板状の組電池ケース２に接着されていたが、例えば、板留めボルト１１Ａおよび板留めワッシャ１１Ｂによって平板状の組電池ケース２に機械的に接続されてもよい。なお、電解液の注液は、上下封止板を閉じる前に行っても良く、または、別に注液孔を設けて、注液後に注液孔を密閉してもよい。
なお、上述のネジ留めの構成は、実施の形態２に係る板状組電池１０１およびその変形例である板状組電池２０１に適用することができる。
なお、上述のネジ留めの構成は、実施の形態２に係る板状組電池１０１およびその変形例である板状組電池２０１に適用することができる。
図１５は、実施の形態１の第２変形例に係る板状組電池の組立説明図である。図１５に示すように、上下封止板３のアルミニウムからなる面の一部に、第１のコーティング領域１２を形成し、また、アルミニウム集電体からなる正極６Ａの一部に、第２のコーティング領域１３を形成することで、アルミニウムどうしの接触安定性を向上させてもよい。
この場合、第１のコーティング領域１２および第２のコーティング領域１３には、例えば、金やカーボンなど正極電位で安定な接触伝導性に優れた金属や物質が塗布、スパッタされる。
この場合、第１のコーティング領域１２および第２のコーティング領域１３には、例えば、金やカーボンなど正極電位で安定な接触伝導性に優れた金属や物質が塗布、スパッタされる。
また、上述の実施の形態１ならびに実施の形態１の第１変形例および第２変形例に係る上下封止板３の一方の面の一部には、単電池要素６の銅集電体からなる負極６Ｂを接続するために、銅が被膜されているが、単電池要素６の負極６Ｂがチタン酸リチウム活物質によって構成される場合には、上下封止板３に銅を被膜せず、負極６Ｂにアルミニウム集電体を用いて、アルミニウム集電体と上下封止板３のアルミニウムからなる面とを直接接続することができる。これは、チタン酸リチウムの電位がアルミニウムとリチウムイオンの反応電位よりも貴であるので、集電体にアルミニウムを用いてもリチウムイオンと反応することが無いからである。この場合、負極集電体にアルミニウムを用いた負極６Ｂと上下封止板３のアルミニウムからなる面との接続には、例えば、超音波溶着が用いられる。
なお、上述の集電体および封止板の構成は、実施の形態２に係る板状組電池１０１およびその変形例である板状組電池２０１に適用することができる。
なお、上述の集電体および封止板の構成は、実施の形態２に係る板状組電池１０１およびその変形例である板状組電池２０１に適用することができる。
また、実施の形態１および実施の形態２に係る板状組電池１、１０１、および２０１は、バスバーの替わりとなる封止板により単電池要素どうしが直列接続されたものであるが、単電池要素どうしが並列接続されてもよいし、直並列構成となっていてもよい。
なお、実施の形態１および実施の形態２に係る板状組電池１、１０１、および２０１は、流体または物体を板状組電池の封止板の設置された面に接触させて単電池要素６の温度を調節する温度調節装置を備えてもよい。
実施の形態１および実施の形態２に係る板状組電池１、１０１、および２０１は、流体または物体と接触する表面積が大きく放熱性に優れる。
実施の形態１および実施の形態２に係る板状組電池１、１０１、および２０１は、流体または物体と接触する表面積が大きく放熱性に優れる。
また、実施の形態１および実施の形態２に係る板状組電池１、１０１、および２０１は、個々の単電池要素の電圧や残存容量を均等化する均等化回路を備えてもよい。均等化回路を備えることで、二次電池である単電池要素の長寿命化を図ることができる。
また、実施の形態１および実施の形態２に係る板状組電池１、１０１、および２０１に高電圧が掛かった際、発火等の危険を防ぐために、板状組電池はヒューズを備えてもよく、また、これら板状組電池を構成する各単電池要素の個々の電圧を測定できるように、これら板状組電池は、単電池要素ごとに電圧測定用の端子を備えてもよい。例えば、板状組電池において直列または並列に接続された単電池要素の両端部で、バスバーとしても機能する封止板が平板状の組電池ケースを外部回路に接続するために端子部を構成してもよい。
なお、以上の温度調節装置、均等化回路、ヒューズ、電圧測定用端子等の構成は、実施の形態３に係る板状組電池群８も同様に備えてもよい。
また、実施の形態１および実施の形態２に係る板状組電池１、１０１、および２０１に高電圧が掛かった際、発火等の危険を防ぐために、板状組電池はヒューズを備えてもよく、また、これら板状組電池を構成する各単電池要素の個々の電圧を測定できるように、これら板状組電池は、単電池要素ごとに電圧測定用の端子を備えてもよい。例えば、板状組電池において直列または並列に接続された単電池要素の両端部で、バスバーとしても機能する封止板が平板状の組電池ケースを外部回路に接続するために端子部を構成してもよい。
なお、以上の温度調節装置、均等化回路、ヒューズ、電圧測定用端子等の構成は、実施の形態３に係る板状組電池群８も同様に備えてもよい。
また、実施の形態３に係る板状組電池群８は、複数の板状組電池１、１０１、または２０１を接続ブリッジ４を用いて直列もしくは並列または直並列に接続し、板状組電池１、１０１、または２０１を同一平面上に並べて、自動車の床下等に設置するものであってもよい。また、板状組電池群８は、板状組電池１、１０１、または２０１を送風路や液冷システムなど温度調整機能をもった装置、構造を介して数枚積層した組電池群であってもよい。
以上、本発明の板状組電池および板状組電池群について詳細に説明したが、本発明は、上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において、各種の改良や変更を行ってもよい。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１０１、２０１ 板状組電池、 ２、１０２ 平板状の組電池ケース、 ３ 上下封止板、 ４、１０４ 接続ブリッジ、 ５、１０５ 孔部、 ６、１０６ 単電池要素、 ６Ａ、１０６Ａ 正極、 ６Ｂ、１０６Ｂ 負極、 ７、１０７ ガスケット、 ８、１０８ 板状組電池群、 ９Ａ タブ留めボルト、 ９Ｂ タブ留めワッシャ、 １０Ａ 第１のタブ狭持部材、 １０Ｂ 第２のタブ狭持部材、 １１Ａ 板留めボルト、 １１Ｂ 板留めワッシャ、 １２ 第１のコーティング領域、 １３ 第２のコーティング領域、 １０３ 封止板、 １１２、１２２ 絶縁部材。
Claims (17)
- 複数の単電池要素と、
複数の孔部を有し、複数の前記孔部に前記単電池要素をそれぞれ設置する絶縁体からなる平板状の組電池ケースと、
前記孔部に設置された前記単電池要素を密閉すると共に、隣接する前記単電池要素をそれぞれ接続する複数の封止板とを備え、
複数の前記封止板は、複数の前記単電池要素を直列もしくは並列または直並列に接続することを特徴とする板状組電池。 - 複数の前記孔部は、前記平板状の組電池ケースにおける共通する一方の面が少なくとも１つの絶縁部材によって閉塞され、
複数の前記封止板は、前記平板状の組電池ケースにおける前記一方の面と反対側の面に設置されることを特徴とする請求項１に記載の板状組電池。 - 複数の前記封止板は、前記孔部に設置された前記単電池要素を前記孔部の上側および下側から挟んで密閉する上側封止板および下側封止板からなり、
それぞれの前記単電池要素の正極と負極とは、前記上側封止板と前記下側封止板とのいずれか一方に交互に接続されることを特徴とする請求項１に記載の板状組電池。 - 前記単電池要素は、二次電池を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の板状組電池。
- 前記単電池要素は、リチウムイオン蓄電池を構成することを特徴とする請求項４に記載の板状組電池。
- 前記封止板は、アルミニウム板の一方の面の一部に銅が接合されたアルミニウム／銅のクラッド板であり、
前記単電池要素の正極は、前記封止板のアルミニウムからなる面と接続され、前記単電池要素の負極は、前記封止板の銅からなる面と接続されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の板状組電池。 - 前記単電池要素の正極は、アルミニウム集電体によって構成され、前記封止板のアルミニウムからなる面に超音波溶着され、
前記単電池要素の負極は、銅集電体によって構成され、前記封止板の銅からなる面に超音波溶着または抵抗溶接されることを特徴とする請求項６に記載の板状組電池。 - 前記単電池要素の正極は、アルミニウム集電体によって構成され、前記封止板のアルミニウムからなる面に機械的に接続されることを特徴とする請求項６に記載の板状組電池。
- 前記単電池要素の正極と、前記単電池要素の正極に機械的に接続される前記封止板のアルミニウムからなる面の一部は、正極電位で安定な接触伝導性に優れた物質により被膜されることを特徴とする請求項８に記載の板状組電池。
- 前記封止板はアルミニウム板であり、
前記単電池要素の正極は、アルミニウム集電体によって構成され、前記封止板の一方のアルミニウムからなる面に超音波溶着され、
前記単電池要素の負極は、チタン酸リチウムを活物質に含み、その集電体はアルミニウムによって構成され、前記封止板の他方のアルミニウムからなる面に超音波溶着されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の板状組電池。 - 前記孔部の上端および下端には、前記単電池要素を密閉するガスケットがそれぞれ配置され、前記ガスケットを上下から圧迫することにより前記単電池要素を密閉することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の板状組電池。
- 温度制御装置を更に備え、
前記温度制御装置は、流体または物体を前記封止板に接触させて前記単電池要素の温度を制御することを特徴とする請求項１〜１１いずれか一項に記載の板状組電池。 - 前記単電池要素どうしの電圧と残存容量の両方を均等化する均等化装置を更に備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の板状組電池。
- ヒューズを更に備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の板状組電池。
- それぞれの前記単電池要素の電圧を測定可能な端子を更に備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の板状組電池。
- 公称電圧が６５Ｖ以下であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の板状組電池。
- 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の板状組電池を少なくとも１種類、複数個、接続ブリッジによって直列もしくは並列または直並列に接続した板状組電池群であって、
前記接続ブリッジは、所定の衝撃、過温度、過電圧、または過電流の少なくとも１つによって切断され、前記板状組電池群が高電圧状態となることを解消することを特徴とする板状組電池群。
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