JP7252175B2

JP7252175B2 - 二次電池

Info

Publication number: JP7252175B2
Application number: JP2020103522A
Authority: JP
Inventors: 雄司片山
Original assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Current assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2023-04-04
Anticipated expiration: 2040-06-16
Also published as: JP2021197292A

Description

本発明は、二次電池に関する。

現在、電力を駆動力として利用するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、電気自動車等の車両では、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池が搭載されている。このような二次電池の一例として、特許文献１は、渦巻状に捲回された電極体を収容した円筒形電池を開示する。

特許第３９０２３３０号公報

しかしながら、このような円筒形電池を中心軸に沿って複数接続した場合、車両の走行時の衝撃や振動が原因で、隣接する円筒形電池の間の接続状態が不安定になるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、安定した接続状態を保つことが可能な二次電池を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る二次電池は、二次電池の中心軸に沿って突出した凸部と、中心軸に沿って形成され、他の二次電池の凸部が挿入される凹部とを備える。凹部には、他の二次電池の凸部と接触する弾性部材が設けられる。

弾性部材は、他の二次電池の凸部を把持することができる。

弾性部材は、二次電池の中心軸方向に延在し、二次電池の半径方向に弾性的に動く複数の把持部を備えてもよい。他の二次電池の凸部が複数の把持部の間に挿入されると、複数の把持部が他の二次電池の凸部を把持することができる。

また、弾性部材は、二次電池の中心軸に沿って延在し、中央部が括れた形状としてもよい。

さらに、弾性部材は、二次電池の中心軸方向に延在した複数の湾曲プレートで構成してもよい。複数の湾曲プレートは、二次電池の中心軸に向かって湾曲しており、二次電池の半径方向に弾性的に動くことができる。

さらに、弾性部材は、凹部の底部に配置されたバネでもよい。

二次電池は、筐体に収容される。筐体は、二次電池の凸部及び凸部が設けられた側面が露出するように構成された開口と、二次電池の凸部が突出する側において、中心軸に対して垂直な方向に位置する両端部に形成された一対の通風口とを有することができる。

二次電池は、積層された電極シート及びセパレータが中心軸を中心に捲回されて構成される。電極シートの中心軸方向の端部は、二次電池の露出した側面の近傍に配置することができる。

さらに、二次電池の凸部には、二次電池の極柱を収容することができる。

さらに、二次電池の直径は、二次電池の厚さよりも大きいことが好ましい。

さらに、二次電池が収容された筐体は、他の二次電池が収容された他の筐体と隣接して配置してもよい。これらの筐体は、中心軸に沿って延在するロッドによって固定することができる。

本発明により、安定した接続状態を保つことが可能な二次電池を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る二次電池が収容される筐体を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る二次電池が収容される筐体を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る二次電池が収容された２つの筐体を示す斜視図である。図５に示す断面線ｉ－ｉに沿った水平断面図である。本発明の第１の実施形態に係る弾性部材の正面及び側面を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る二次電池が収容された複数の筐体が固定された状態を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る二次電池の筐体を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る二次電池が筐体に収容された様子を示す斜視図である。図１０に示す断面線ｉｉ－ｉｉに沿った水平断面図である。本発明の第２の実施形態に係る複数の筐体が接続された状態を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る二次電池が収容された複数の筐体が固定された状態を示す斜視図である。弾性部材の別の例の正面及び側面を示す図である。弾性部材の他の例の正面及び側面を示す図である。

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１及び図２は、二次電池１０を示す斜視図である。二次電池１０は、円筒形状をした二次電池である。二次電池１０は、積層された電極シート及びセパレータを、二次電池１０の中心軸Ａを中心に捲回することによって構成される。二次電池１０は、凸部１１と、凹部１２とを備える。凸部１１は、中心軸Ａに沿って突出しており、他の二次電池１０の凹部１２に挿入される。凹部１２は、二次電池１０の中心軸Ａに沿って形成されており、他の二次電池１０の凸部１１が挿入される。なお、図１及び図２に示す例では、円筒形状の凸部１１及び凹部１２を採用するが、凸部１１及び凹部１２の形状を多角形としてもよい。

図３及び図４は、二次電池１０が収容される筐体２０を示す斜視図である。筐体２０は、開口２１と、開口２２と、開口２３とを備える。開口２１は、二次電池１０の凸部１１が突出するように構成される。開口２１のサイズは、二次電池１０の凸部１１のサイズ以上となるように構成される。例えば、図３及び図４に示すように、円筒形状の凸部１１を採用する場合、開口２１の形状を円形とすることが好ましい。この場合、開口２１の直径は、凸部１１の直径以上とする。

開口２２は、二次電池１０が収容された複数の筐体２０を相互に固定するためのロッドが挿入される開口である。図３に示す例では、４本のロッドが、それぞれ開口２２に挿入され、二次電池１０の中心軸Ａに沿って延在するように配置される。

開口２３は、二次電池１０を筐体２０内に収容するための開口である。開口２３の直径は、二次電池１０の直径以上である。

図５は、二次電池１０が収容された筐体２０ａ，２０ｂを示す斜視図である。図５に示すように、筐体２０ａ，２０ｂは、中心軸Ａに沿って隣接して配置される。図６は、図５に示す断面線ｉ－ｉに沿った水平断面図である。二次電池１０ａの凹部１２ａには、二次電池１０ｂの凸部１１ｂが挿入される。二次電池１０ａ，１０ｂの凹部１２ａ，１２ｂには、他の二次電池の凸部と接触する弾性部材１３ａ，１３ｂが設けられる。

図７は、図６に示す弾性部材１３ａ，１３ｂの正面及び側面を示す図である。図７に示すように、弾性部材１３ａ，１３ｂは、二次電池１０の中心軸Ａ方向に延在する４つの把持部１３１を備える。把持部１３１は、二次電池１０の半径方向に弾性的に動くことができる。把持部１３１が二次電池１０ａ，１０ｂの凸部１１ａ，１１ｂを把持していない場合、把持部１３１の先端部が形成する開口のサイズは、二次電池１０ａ，１０ｂの凸部１１ａ，１１ｂのサイズ以下となるように構成される。例えば、円筒形状の凸部１１ａ，１１ｂを採用する場合、把持部１３１の先端部が形成する開口の直径は、凸部１１ａ，１１ｂの直径以下となるように構成される。なお、図６及び図７に示す弾性部材１３ａは、４つの把持部１３１を備えるが、任意の数の把持部１３１を採用してもよい。

図６に示すように、二次電池１０ｂの凸部１１ｂが二次電池１０ａの弾性部材１３ａの把持部１３１の間に挿入されると、把持部１３１が二次電池１０ａの半径方向外側に開く。そして、把持部１３１の弾性力により、把持部１３１が二次電池１０ｂの凸部１１ｂを把持する。

図８は、本発明の第１の実施形態に係る複数の筐体２０が固定された状態を示す斜視図である。各筐体２０には、二次電池１０が収容されている。これらの筐体２０は、中心軸Ａに沿って、隣接して配置される。筐体２０の中心軸Ａ方向外側には、コネクタブロック３０及びブラケット４０が配置される。コネクタブロック３０は、筐体２０とブラケット４０を接続する部材である。ブラケット４０は、二次電池１０が収容された筐体２０とコネクタブロック３０を基板に固定するための部材である。筐体２０、コネクタブロック３０及びブラケット４０には、中心軸Ａに沿って延在するロッド５０が挿入され、ロッド５０によって互いに固定される。

上述した第１の実施形態では、二次電池１０は、二次電池１０の中心軸Ａに沿って突出した凸部１１と、中心軸Ａに沿って形成され、他の二次電池１０の凸部１１が挿入される凹部１２とを備える。凹部１２には、他の二次電池１０の凸部１１と接触する弾性部材１３が設けられる。一方の二次電池１０の凸部１１を他方の二次電池１０の凹部１２に挿入することにより、一方の二次電池１０の凸部１１が、他方の二次電池１０の凹部１２に設けられた弾性部材１３と接触する。これにより、二次電池１０に振動や衝撃が加わった場合でも、隣接する二次電池１０の接続状態を維持することができる。また、隣接する二次電池１０を接続するためのバスバーが不要となる。

また、弾性部材１３は、二次電池１０の中心軸Ａ方向に延在し、二次電池１０の半径方向に弾性的に動く複数の把持部１３１を備える。他の二次電池１０の凸部１１を複数の把持部１３１の間に挿入することにより、複数の把持部１３１が開き、その弾性力によって他の二次電池１０の凸部１１を把持する。そのため、隣接する二次電池１０の接続状態を確実に維持することができる。

さらに、二次電池１０が収容された筐体２０は、他の二次電池１０が収容された他の筐体２０と隣接して配置される。これらの筐体２０は、中心軸Ａに沿って延在するロッド５０によって固定される。

上述したように、二次電池１０に含まれる電極シートは、中心軸Ａの周りを捲回して配置される。その結果、電極シートによって生じる膨張圧は、二次電池１０の半径方向に働き、中心軸Ａ方向には働かない。すなわち、電極シートによって生じる膨張圧によって、ロッド５０の拘束力が阻害されない。そのため、中心軸Ａに沿って延在するロッド５０を用いて筐体２０を固定することにより、筐体２０全体の剛性を高めることができる。その結果、接続された複数の二次電池１０が相対的に動くのを抑制することができ、隣接する二次電池１０の接続状態を維持できる。

＜第２の実施形態＞
図９は、第２の実施形態に係る二次電池１０の筐体２０を示す図である。第２の実施形態では、係る筐体２０は、通風機能を有する。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

筐体２０は、開口２２と、開口２４と、開口２５と、一対の脚部２６と、一対の通風口２７，２８とを備える。開口２４は、図９における前方に位置しており、二次電池１０の凸部１１と、凸部１１が設けられた側面が露出するように構成される。開口２４のサイズは、二次電池１０の凸部１１のサイズ以上、かつ、二次電池１０の直径未満となるように構成される。

開口２５は、図９における後方に位置しており、当該開口２５を介して二次電池１０が筐体２０内に収容される。開口２５のサイズは、二次電池１０の直径以上となるように構成される。

一対の脚部２６は、中心軸Ａに対して垂直な方向に突出した部材である。一対の脚部２６は、中心軸Ａに延在しており、その間を冷却風が通過するように配置される。

一対の通風口２７，２８は、一対の脚部２６の間を通過した冷却風を流すための開口である。一対の通風口２７，２８は、筐体２０に収容された二次電池１０の凸部１１が突出する側において、中心軸Ａに対して垂直な方向に位置する両端部に形成される。冷却風を取り込む通風口２７は、一対の脚部２６の間に位置する。

図１０は、第２の実施形態に係る二次電池１０が筐体２０に収容された様子を示す斜視図である。図１０に示すように、二次電池１０の凸部１１及び凸部１１を有する面が、開口２４を介して露出する。

図１１は、図１０に示す断面線ｉｉ－ｉｉに沿った水平断面図である。第２の実施形態では、二次電池１０の直径Ｄは、二次電池１０の厚さＴｈよりも大きいことが好ましい。厚さＴｈは、凸部１１及び凹部１２以外の二次電池１０の中心軸Ａ方向の長さに相当する。

図１１に示すように二次電池１０の凸部１１には、二次電池１０の極柱１１１が収容される。一対の脚部２６の間に位置する通風口２７から流入した冷却風は、二次電池１０の側面に沿って移動し、凸部１１の周囲を通過して、通風口２８から排出される。その際、冷却風と二次電池１０との間で熱交換が行われる。具体的には、図１１に示すように、二次電池１０ａ，１０ｂの凸部１１ａ，１１ｂ及び凸部１１ａ，１１ｂが設けられた側面と、冷却風との間で熱交換が行われる。また、二次電池１０ａ，１０ｂの当該側面の反対側の側面、すなわち、凹部１２ａ，１２ｂが形成された側面と、冷却風との間でも熱交換が行われる。

図１２は、第２の実施形態に係る複数の筐体２０が接続された状態を示す斜視図である。第２の実施形態に係るコネクタブロック３０は、一対の脚部３１を備える。一対の脚部３１は、中心軸Ａに対して垂直な方向に突出した部材である。一対の脚部３１は、その間を冷却風が流れるように配置される。

図１３は、第２の実施形態に係る二次電池１０が収容された複数の筐体２０が固定された状態を示す斜視図である。第２の実施形態に係るブラケット４０は、冷却風を取り込むための通風口６０を備える。冷却風は、通風口６０を介してコネクタブロック３０の一対の脚部３１の間を流れ、筐体２０の通風口２７を介して筐体２０内に流入する。

第２の実施形態では、筐体２０は、二次電池１０の凸部１１及び当該凸部１１が設けられた側面が露出するように構成された開口２４と、二次電池１０の凸部１１が突出する側において、中心軸Ａに対して垂直な方向に位置する両端部に形成された一対の通風口２７，２８とを有する。

複数の二次電池１０を隣接して配置した場合、隣接する二次電池１０の間に熱が籠り易い。第２の実施形態では、通風口２７から流入した冷却風が、二次電池１０の側面と凸部１１の周囲を通過して通風口２８から排出されるため、二次電池１０の側面及び凸部１１を冷却することができる。

また、二次電池１０は、上述したように、積層された電極シート及びセパレータが中心軸Ａを中心に捲回されて構成される。そのため、図１１に示すように、二次電池１０の内部において、捲回された電極シートの中心軸Ａ方向の端部が、二次電池１０の露出した側面の近傍に配置される。この構成では、二次電池１０の露出した側面と電極シートとの間にセパレータが配置されない。これにより、通風口２７から流入した冷却風が、二次電池１０の露出した側面付近を通過する際に、電極シートを効果的かつ効率的に冷却することができる。

さらに、二次電池１０の凸部１１には、二次電池１０の極柱１１１が収容される。これにより、通風口２７から流入した冷却風が、二次電池１０の凸部１１の周囲を通過する際に、発熱体である極柱１１１を効果的かつ効率的に冷却することができる。

二次電池１０の直径は、二次電池１０の厚さよりも大きい。このように、凸部１１が設けられた側面の表面積を大きくすることにより、二次電池１０を効果的かつ効率的に冷却することができる。

＜その他の実施形態＞
図１４は、二次電池１０の凹部１２に設けられる弾性部材１３の別の例の正面及び側面を示す図である。弾性部材１３は、二次電池１０の中心軸Ａに沿って延在し、中央部が括れた形状をしている。弾性部材１３の中央部は、二次電池１０の半径方向に弾性的に動くことができる。弾性部材１３の中央部の開口のサイズは、二次電池１０の凸部１１のサイズ以下となるように構成される。

隣接する他の二次電池１０の凸部１１を二次電池１０の弾性部材１３内に挿入すると、弾性部材１３の中央部が二次電池１０の半径方向外側に移動し、弾性部材１３の弾性力により、弾性部材１３が、他の二次電池１０の凸部１１を把持する。これにより、隣接する二次電池１０の接続状態を確実に維持することができる。

図１５は、二次電池１０の凹部１２に設けられる弾性部材１３の他の例の正面及び側面を示す図である。弾性部材１３は、二次電池１０の中心軸Ａ方向に延在した４つの湾曲プレート１３２で構成される。湾曲プレート１３２は、二次電池１０の中心軸Ａに向かって湾曲しており、二次電池１０の半径方向に弾性的に動くことができる。湾曲プレート１３２が形成する最小の開口のサイズは、二次電池１０の凸部１１のサイズ以下となるように構成される。なお、図１５に示す弾性部材１３は、４つの湾曲プレート１３２を備えるが、２以上の任意の数の湾曲プレート１３２を採用してもよい。

隣接する他の二次電池１０の凸部１１を二次電池１０の弾性部材１３内に挿入すると、弾性部材１３の湾曲プレート１３２が二次電池１０の半径方向外側に移動し、湾曲プレート１３２の弾性力によって、湾曲プレート１３２が、他の二次電池１０の凸部１１を把持する。これにより、隣接する二次電池１０の接続状態を確実に維持することができる。

また、他の実施形態では、二次電池１０の凹部１２に設けられる弾性部材１３は、二次電池１０の中心軸Ａに沿って延在したバネとすることができる。他の二次電池１０の凸部が二次電池１０の凹部１２に挿入されることにより、凹部１２の底部に設けられたバネが、他の二次電池１０の凸部と接触し、これらの二次電池１０が接続される。二次電池１０の凹部１２内に設置されたバネは、中心軸Ａに沿って伸縮できるため、隣接する二次電池１０の接続状態を確実に維持することができる。

さらに、上述した実施形態では、円筒形の二次電池を採用するが、他の実施形態では、楕円筒形の二次電池を採用することができる。この場合、楕円筒形の二次電池の長径又は短径は、二次電池の厚さ以上とすることが好ましい。

本発明は上述した実施形態に限られたものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０，１０ａ，１０ｂ二次電池
１１，１１ａ，１１ｂ凸部
１２，１２ａ，１２ｂ凹部
１３，１３ａ，１３ｂ弾性部材
１３１把持部
１３２湾曲プレート
２０，２０ａ，２０ｂ筐体
２１～２５開口
２６脚部
２７，２８通風口
３０コネクタブロック
３１脚部
４０ブラケット
５０ロッド
６０通風口
Ａ中心軸

Claims

二次電池であって、
前記二次電池の中心軸に沿って突出した凸部と、
前記中心軸に沿って形成され、他の二次電池の凸部が挿入される凹部とを備え、
前記凹部には、前記他の二次電池の凸部と接触する弾性部材が設けられ、
前記弾性部材は、前記他の二次電池の凸部を把持し、
前記弾性部材は、前記二次電池の中心軸方向に延在し、前記二次電池の半径方向に弾性的に動く複数の把持部を備えており、
前記他の二次電池の凸部が前記複数の把持部の間に挿入されると、前記複数の把持部が前記他の二次電池の凸部を把持する
二次電池。
二次電池であって、
前記二次電池の中心軸に沿って突出した凸部と、
前記中心軸に沿って形成され、他の二次電池の凸部が挿入される凹部とを備え、
前記凹部には、前記他の二次電池の凸部と接触する弾性部材が設けられ、
前記弾性部材は、前記他の二次電池の凸部を把持し、
前記弾性部材は、前記二次電池の前記中心軸に沿って延在し、中央部が括れた形状をしている、二次電池。
二次電池であって、
前記二次電池の中心軸に沿って突出した凸部と、
前記中心軸に沿って形成され、他の二次電池の凸部が挿入される凹部とを備え、
前記凹部には、前記他の二次電池の凸部と接触する弾性部材が設けられ、
前記弾性部材は、前記他の二次電池の凸部を把持し、
前記弾性部材は、前記二次電池の中心軸方向に延在した複数の湾曲プレートで構成されており、
前記複数の湾曲プレートは、前記二次電池の前記中心軸に向かって湾曲しており、前記二次電池の半径方向に弾性的に動く、二次電池。
二次電池であって、
前記二次電池の中心軸に沿って突出した凸部と、
前記中心軸に沿って形成され、他の二次電池の凸部が挿入される凹部とを備え、
前記凹部には、前記他の二次電池の凸部と接触する弾性部材が設けられ、
前記弾性部材は、前記凹部の底部に配置されたバネである、二次電池。
二次電池であって、
前記二次電池の中心軸に沿って突出した凸部と、
前記中心軸に沿って形成され、他の二次電池の凸部が挿入される凹部とを備え、
前記凹部には、前記他の二次電池の凸部と接触する弾性部材が設けられ、
前記二次電池は、筐体に収容され、
前記筐体は、
前記二次電池の凸部及び前記凸部が設けられた側面が露出するように構成された開口と、
前記二次電池の凸部が突出する側において、前記中心軸に対して垂直な方向に位置する両端部に形成された一対の通風口とを有する、二次電池。
前記二次電池は、積層された電極シート及びセパレータが前記中心軸を中心に捲回されて構成されており、
前記二次電池の中心軸方向における前記電極シートの端部は、前記二次電池の露出した前記側面の近傍に配置される、請求項５に記載の二次電池。
前記二次電池の凸部には、前記二次電池の極柱が収容される、請求項５又は６に記載の二次電池。
前記二次電池の直径は、前記二次電池の厚さよりも大きい、請求項５～７のいずれか１項に記載の二次電池。
二次電池であって、
前記二次電池の中心軸に沿って突出した凸部と、
前記中心軸に沿って形成され、他の二次電池の凸部が挿入される凹部とを備え、
前記凹部には、前記他の二次電池の凸部と接触する弾性部材が設けられ、
前記二次電池は、積層された電極シートが前記中心軸を中心に捲回されて構成されており、
前記二次電池が収容された筐体が、前記他の二次電池が収容された他の筐体と隣接して配置され、
これらの前記筐体は、前記中心軸に沿って延在するロッドによって固定される、二次電池。