DE112008000141B4

DE112008000141B4 - Batterieeinheit

Info

Publication number: DE112008000141B4
Application number: DE112008000141.3T
Authority: DE
Inventors: Kazutaka Tatematsu; Ryoji Mizutani; Eiji Yamada; Yasuhiro Endo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2028-03-08
Also published as: US20100075218A1; CN101627491A; US8389151B2; DE112008000141T5; JP4835472B2; CN101627491B; WO2008108507A1; JP2008226474A

Abstract

Batterieeinheit (1), umfassend:
ein Gehäuse (2);
erste und zweite gestapelte Batterien (6a, 6b), die in dem Gehäuse untergebracht sind; und
einen zwischen den ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) herausnehmbar eingeführten Stecker (5), der eine elektrische Verbindung der ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) miteinander ermöglicht,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) eine Vielzahl von gestapelten Batterie-Elementarzellen (12) aufweisen, die durch Anordnen von Plattenelektroden (8, 10) auf gegenüber liegenden Seiten eines Elektrolyten (9) ausgebildet werden,
zwischen jeder Batterie-Elementarzelle ein erster Kollektor (11) angeordnet ist, und
die ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) ferner an in Stapelrichtung oberen und unteren Enden einen zweiten Kollektor (3a1, 3a2) aufweisen, an dem ein leitfähiges und elastisch deformierbares Verbindungselement (7a, 7b) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieeinheit (Batterieanordnung), die durch Stapeln einer Vielzahl von gestapelten Sekundärbatterien, wie bipolaren Batterien, gebildet wird.
Stand der Technik
Herkömmlich waren gestapelte Sekundärbatterien, die mit Plattenelektroden mit einer eingeschobenen Elektrolytschicht gestapelt wurden, und Batterieeinheiten, die durch Verbinden einer Vielzahl solcher gestapelter Sekundärbatterien gebildet wurden, bekannt. Das offengelegte japanische Patent Nr. JP 2004-134210 A beschreibt Beispiele solcher gestapelter Sekundärbatterien und eine Batterieeinheit.
Unter den oben beschriebenen Batterieeinheiten werden einige mit einem Sicherheitsstecker bereitgestellt, der einen Stromverlauf physikalisch unterbrechen kann. Das japanische offengelegte Patent Nr. JP 2003-346748 A beschreibt ein Beispiel des Sicherheitssteckers. Die offengelegten japanischen Patente Nr. JP 2002-343331 A , JP 2004-007919 A , JP 06-052953 A und JP 2004-007920 A beschreiben Sicherheitsstecker für Fahrzeugbatterien. Eine Batterieanordnung für Fahrzeuge ist zudem aus der EP 1 424 744 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Vom praktischen Gesichtspunkt her wird ein Sicherheitsstecker für eine Batterieeinheit, die durch Verbinden einer Vielzahl von gestapelten Sekundärbatterien gebildet wird, für nötig erachtet. Dennoch ist es schwierig, den Sicherheitsstecker und die Elektrode direkt zu verbinden, wenn die Plattenelektrode dünn ist.
Deshalb werden in einer Batterieanordnungs-Einheit, die im offengelegten japanischen Patent Nr. JP 2003-346748 A beschrieben ist, erste und zweite Leitungen, die mit linken und rechten Batteriezellengruppen verbunden sind, getrennt bereitgestellt und die Leitungsenden werden durch einen Sicherheitsstecker verbunden.
Diese Herangehensweise erfordert jedoch getrennte Leitungen für den Sicherheitsstecker und erfordert zusätzlich Raum zum Anordnen der Leitungen. Als Ergebnis wird die Batterieeinheit entsprechend in ihrer Größe vergrößert. Ferner wird es notwendig, einen Verbindungsteil zwischen dem Sicherheitsstecker und den Leitungen bereitzustellen und es treten, abhängig von der Anordnung anderer Elemente oder Komponenten, möglicherweise verschiedene Probleme auf, wie Schwierigkeiten bei der Leitungsführung.
Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen der oben beschriebenen Probleme getätigt, und ihr Ziel ist, eine kompakte Batterieeinheit (Batterieanordnung) bereitzustellen, die einen Stecker aufweist, der einen Stromverlauf innerhalb der Batterie unterbrechen/verbinden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Batterieeinheit (Batterieanordnung) bereit, die Folgendes einschließt: ein Gehäuse, erste und zweite gestapelte Batterien, die in dem Gehäuse untergebracht sind; und einen zwischen den ersten und zweiten gestapelten Batterien herausnehmbar eingeführten Stecker, der eine elektrische Verbindung der ersten und zweiten gestapelten Batterien miteinander ermöglicht. Die Batterieeinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten gestapelten Batterien eine Vielzahl von gestapelten Batterie-Elementarzellen aufweisen, die durch Anordnen von Plattenelektroden auf gegenüber liegenden Seiten eines Elektrolyten ausgebildet werden, zwischen jeder Batterie-Elementarzelle ein erster Kollektor angeordnet ist, und die ersten und zweiten gestapelten Batterien ferner an in Stapelrichtung oberen und unteren Enden einen zweiten Kollektor aufweisen, an dem ein leitfähiges und elastisch deformierbares Verbindungselement angeordnet ist.
Bevorzugt ist das Verbindungselement derart zwischen dem Stecker und den ersten und zweiten gestapelten Batterien bereitgestellt. In diesem Fall ist der Stecker mit den ersten und zweiten gestapelten Batterien durch das Verbindungselement elektrisch verbunden.
Bevorzugt weist das Gehäuse eine Aussparung auf, die den Stecker zwischen den ersten und zweiten gestapelten Batterien aufnehmen kann. In diesem Fall ist wenigstens ein Teil des Verbindungselements in der Aussparung exponiert, und die elektrische Verbindung wird durch in Kontakt bringen des Steckers mit dem Verbindungselement hergestellt, wenn der Stecker in die Aussparung eingeführt wird.
Die erste gestapelte Batterie kann ein erstes leitfähiges und elastisch deformierbares Verbindungselement zwischen sich selbst und der zweiten gestapelten Batterie aufweisen, und die zweite gestapelte Batterie kann ein zweites leitfähiges und elastisch deformierbares Verbindungselement zwischen sich selbst und der ersten gestapelten Batterie aufweisen. In diesem Fall können die ersten und zweiten Verbindungselemente den Stecker einklemmen, wenn der Stecker zwischen die ersten und zweiten gestapelten Batterien eingeführt wird, wodurch der Stecker und die ersten und zweiten gestapelten Batterien elektrisch verbunden werden.
Bevorzugt weist das Gehäuse eine Aussparung auf, die den Stecker zwischen den ersten und zweiten gestapelten Batterien aufnehmen kann. In diesem Fall ist wenigstens ein Teil der ersten und zweiten Verbindungsteile in der Aussparung exponiert, und der Stecker kann mit den ersten und zweiten Verbindungselementen in Kontakt gebracht werden, wenn der Stecker in die Aussparung eingeführt wird.
Der Stecker kann einen Sicherungsteil aufweisen und erste und zweite leitfähige Teile, die über den Sicherungsteil verbunden sind. In diesem Fall können, wenn der Stecker zwischen die ersten und zweiten gestapelten Batterien eingeführt wird, der erste leitfähige Teil mit der ersten gestapelten Batterie und der zweite leitfähige Teil mit der zweiten gestapelten Batterie elektrisch verbunden werden.
Die ersten und zweiten gestapelten Batterien sind beispielsweise bipolare Batterien. Kombinationen jeder der oben beschriebenen Komponenten sind ebenso natürlicherweise angedacht.
Die Batterieeinheit (Batterieanordnung) in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, die einen wie oben beschriebenen Stecker aufweist, ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen den ersten und zweiten gestapelten Batterien einfach durch Einführen des Steckers zwischen die ersten und zweiten gestapelten Batterien, und ermöglicht eine elektrische Isolierung zwischen den ersten und zweiten gestapelten Batterien durch Entfernen des Steckers zwischen den ersten und zweiten gestapelten Batterien. Mit anderen Worten kann der Verbindungsteil zwischen dem Stecker und den ersten und zweiten gestapelten Batterien zwischen den ersten und zweiten gestapelten Batterien angebracht werden. Daher wird es unnötig, Leitungen zum Verbinden des Steckers mit den ersten und zweiten gestapelten Batterien zu der Peripherie der Batterien zu ziehen, und daher werden herkömmlich erforderliche Elemente, wie die Leitungen und der Raum unnötig. Als Ergebnis kann die Batterieeinheit kompakt hergestellt werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist eine perspektivische Ansicht, der eine Batterieeinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Struktur entlang der Linie II-II aus 1 zeigt.
3 ist ein Ersatz-Schaltbild der in 1 gezeigten Batterieeinheit.
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Struktur einer bipolaren Batterie zeigt.
5A und 5B sind perspektivische Ansichten, die beispielhafte Formen des Verbindungselements zeigen.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Form des Steckers zeigt.
7 ist ein schematisches Diagramm, das die Batterieeinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, welche auf einem Fahrzeug angebracht ist.
Beste Arten zum Ausführen der Erfindung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben. In den Figuren werden die gleichen oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine kumulative Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. Nicht jeder Bestandteil der Ausführungsform ist unentbehrlich, und einige der Bestandteile können weggelassen werden.
1 zeigt die Batterieeinheit (Batterieanordnung) 1 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, schließt die Batterieeinheit 1 ein Gehäuse (beschichtete Schicht: Behausung) 2 ein, das eine Aussparung 4 aufweist und üblicherweise aus einem Isoliermaterial, wie einem Harz, einer Vielzahl von aus dem Gehäuse 2 hervorstehenden Anschlussteilen 30a, 30b und einem Stecker 5 gebildet wird.
In dem in 1 gezeigten Beispiel ist das Anschlussteil 30a der Anschluss der positiven Elektrode, und das Anschlussteil 30b ist der Anschluss der negativen Elektrode. Obwohl die Anschlussteile 30a und 30b in die gleiche Richtung vorstehen, können sie in entgegengesetzte Richtungen oder, wenn erforderlich, in beliebige Richtungen vorstehen. Bevorzugt sollten die Anschlussteile 30a und 30b jedoch so angeordnet werden, dass sie einander nicht überlappen. Durch diese Anschlussteile kann ein von der Batterieeinheit 1 abgeleiteter Strom nach Außen abgeführt werden, und zum Zeitpunkt des Ladens kann der Strom der Batterieeinheit 1 von Außen zugeführt werden.
Die Aussparung 4 ist auf einer Oberfläche des Gehäuses 2 geöffnet und weist eine solche Größe auf, dass sie wenigstens einen Teil des Steckers 5 aufnehmen kann. Obwohl sie in dem in 1 gezeigten Beispiel eine ungefähr rechteckige Öffnung aufweist, kann die Öffnung 4 eine beliebige Form aufweisen, solange sie den Stecker 5 aufnehmen kann. Die Tiefe der Aussparung 4 kann ebenso beliebig festgelegt werden, vorausgesetzt, dass sie den Stecker 5 aufnehmen und dessen Funktion bewahren kann. Sie kann tief genug sein, um den Stecker 5 vollständig aufzunehmen, oder ein Teil des Steckers 5 kann aus der Oberfläche des Gehäuses 2 hervorstehen, wenn der Stecker 5 eingeführt ist.
2 zeigt eine beispielhafte Ausschnittsstruktur entlang einer Linie II-II aus 1, und 3 ist ein Ersatz-Schaltbild der Batterieeinheit 1.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist die Batterieeinheit 1 eine Batterieanordnung, die eine Vielzahl von bipolaren Batterien (gestapelten Batterien) 6a und ob als sekundäre Batterien einschließt, und zwischen den bipolaren Batterien 6a und 6b wird der Stecker 5, der als Sicherheitsstecker fungieren kann, herausnehmbar angebracht. In dem Beispiel aus 2 sind zwei bipolare Batterien 6a und ob übereinander gestapelt. Die Anzahl von bipolaren Batterien 6a und ob kann jedoch beliebig ausgewählt werden.
Die bipolaren Batterien 6a und 6b schließen Kollektoren (Kollektorelektroden) 3a1, 3b1, 3a2 bzw. 3b2 ein, und in dem Beispiel der 1 und 2 dienen die Endspitzen der Teile der Kollektoren 3a1 und 3b2 als Anschlussteile 30a bzw. 30b. Obwohl die Kollektoren 3a1, 3b1, 3a2 und 3b2 üblicherweise durch plattenförmige leitfähige Elemente gebildet werden können, können ebenso Kollektoren mit anderen Formen verwendet werden. In dem in den 1 und 2 gezeigten Beispiel fungieren die Kollektoren 3a1 und 3a2 als positive Kollektorelektroden, und die Kollektoren 3b1 und 3b2 fungieren als negative Kollektorelektroden.
Bezugnehmend auf 4 wird eine beispielhafte Struktur einer bipolaren Batterie beschrieben. Die bipolaren Batterien 6a und 6b haben grundsätzlich dieselbe Struktur, und daher wird nur eine beispielhafte Struktur der bipolaren Batterie 6a beschrieben.
In dem Beispiel aus 4 wird die bipolare Batterie 6a durch Stapeln einer Vielzahl von Batterie-Elementarzellen (Batterieelemente: Elektrolyt, und an demselben an gegenüber liegenden Seiten angebrachte Kathode und Anode) 12 und einer Kollektorschickt (Kollektor) 11, die zwischen jeder der Batterie-Elementarzellen 12 angeordnet ist, gebildet. An den oberen und unteren Enden der bipolaren Batterie 6a werden die oben beschriebenen Kollektoren 3a1 und 3b1, die so ausgebildet sind, dass sie dicker als der Kollektor 11 sind und eine Plattenform aufweisen, angeordnet.
Die Batterie-Elementarzelle 12 schließt eine plattenförmige Elektrolytschicht 9, eine auf der Hauptoberfläche der Elektrolytschicht 9 gebildete aktive Materialschicht der Kathode 8, und eine auf der anderen Hauptoberfläche der Elektrolytschicht 9 gebildete aktive Materialschicht der Anode 10 ein. Die Dicke t einer Batterie-Elementarzelle 12 beträgt zum Beispiel ungefähr einige Zehntel μm. Die Batterie-Elementarzellen 12 werden in Reihe mit der zwischen diese eingefügten Kollektorschicht 11 verbunden.
Als Nächstes werden Beispiele der jedes der Elemente der bipolaren Batterie 6a bildenden Materialien beschrieben. Die oben erwähnte Kollektorschicht 11 kann zum Beispiel aus Aluminium gebildet werden. Hier ist es, selbst wenn die aktive Materialschicht, die auf der Oberfläche der Kollektorschicht 11 bereitgestellt wird, festen Polymerelektrolyt enthält, möglich eine ausreichende mechanische Stärke der Kollektorschicht 11 sicherzustellen. Die Kollektorschicht 11 kann durch Bereitstellen einer Aluminiumbeschichtung auf einem anderen Metall als Aluminium, wie Kupfer, Titan, Nickel, Edelstahl (SUS) oder einer Legierung derselben, gebildet werden.
Die aktive Materialschicht der Anode 10 schließt einen festen Polymerelektrolyt ein. Die aktive Materialschicht der Anode 10 kann einen tragenden Elektrolyt (Lithiumsalz) zum Verbessern der Ionenleitfähigkeit aufweisen, ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel zum Verbessern der Elektronenleitfähigkeit, NMP (N-Methyl-2-pyrolidon) als Lösungsmittel zum Anpassen der Viskosität der Schlämme, AIBN (Azobisisobutyronitril) als Polymerisationsinitiator oder dergleichen.
Als aktives Material der Anode 10 kann ein Kompositoxid aus Lithium und einem Übergangsmetall eingesetzt werden, das im Allgemeinen in einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendet wird. Ferner kann als aktive Materialschicht der Anode 10 ein Kompositoxid auf Li/Co-Basis, wie LiCoO₂, ein Kompositoxid auf Li/Ni-Basis, wie LiNiO2, ein Kompositoxid auf Li/Mn-Basis, wie Spinell-LiMn₂O₄ und ein Kompositmaterial auf Li/Fe-Basis, wie LiFeO₂, verwendet werden. Daneben kann eine sulfatierte Verbindung oder eine Phosphatverbindung aus Lithium und einem Übergangsmetall, wie LiFePo₄, ein Sulfid oder Oxid eines Übergangsmetalls wie V₂O₅, MnO₂, TiS₂, MoS₂ und MoO₃; PbO₂, AgO, NiOOH und dergleichen verwendet werden.
Der feste Polymerelektrolyt ist nicht besonders beschränkt und kann ein beliebiges ionenleitendes Polymer sein. Zum Beispiel können Polyethylenoxid (PEO), Polypropylenoxid (PPO) oder ein Copolymer derselben erhältlich sein. Ein solches Polymer auf Basis von Polyalkylenoxid löst sich leicht in einem Lithiumsalz wie LiBF₄, LiPF₆, LiN(SO₂CF₃)₂ oder LiN(SO₂C₂F₅)₂. Der feste Polymerelektrolyt ist in wenigstens entweder der aktiven Materialschicht der Anode 10 oder der aktiven Materialschicht der Kathode 8 eingeschlossen. Bevorzugt ist der feste Polymerelektrolyt in beiden eingeschlossen, der aktiven Materialschicht der Anode 10 und der aktiven Materialschicht der Kathode 8.
Als Trägerelektrolyt kann Li(C₂F₅SO₂)₂N, LiBF₄, LiPF₆, LiN(SO₂C₂F₅)₂ oder eine Mischung derselben verwendet werden. Als Elektronen-Leitfähigkeits-Hilfsmittel können Acethylenruß, Ruß, Graphit oder dergleichen verwendet werden.
Die aktive Materialschicht der Kathode 8 schließt einen festen Polymerelektrolyt ein. Die aktive Materialschicht der Kathode 8 kann ebenso einen Trägerelektrolyt (Lithiumsalz) zum Verbessern der Ionenleitfähigkeit, ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel zum Verbessern der Elektronenleitfähigkeit, NMP (N-Methyl-2-pyrolidon) als Lösungsmittel zum Anpassen der Viskosität der Schlämme, AIBN (Azobisisobutyronitril) als Polymerisationsinitiator oder dergleichen enthalten.
Als aktive Materialschicht der Kathode 8 kann ebenso ein Material verwendet werden, das im Allgemeinen in Lithium-Ionen-Sekundärbatterien verwendet wird. Wenn ein fester Elektrolyt verwendet wird, ist es bevorzugt, ein Kompositoxid von Kohlenstoff oder Lithium und ein Metalloxid oder Metall als aktive Materialschicht der Kathode 8 zu verwenden. Stärker bevorzugt wird die aktive Materialschicht der Kathode 8 aus einem Kompositoxid von Kohlenstoff oder Lithium und einem Übergangsmetall gebildet. Ein Beispiel für ein Übergangsmetall ist Titan.
Als fester, die Elektrolytschicht 9 bildender Elektrolyt kann beispielsweise ein fester Polymerelektrolyt, wie Polyethylenoxid (PEO), Polypropylenoxid (PPO) oder ein Copolymer derselben verwendet werden. Der feste Elektrolyt enthält einen Trägerelektrolyt (Lithiumsalz) zum Sicherstellen der Ionenleitfähigkeit. Als Trägersalz kann LiBF₄, LiPF₆, LiN(SO₂CF₃)₂, LiN(SO₂C₂F₅)₂ oder eine Mischung derselben verwendet werden.
Die unten stehenden Tabellen 1 bis 3 zeigen spezifische Beispiele von Materialien, die die aktive Materialschicht der Anode 10 (Anodenmaterial) bilden können, Materialien, die die aktive Materialschicht der Kathode 8 (Kathodenmaterial) bilden können, und Materialien, die die Elektrolytschicht 9 (fester Elektrolyt oder Polymerbasis) bilden können.
Die Tabelle 1 zeigt spezifische Beispiele, in denen die Elektrolytschicht 9 aus einem festen organischen Elektrolyt besteht, Tabelle 2 zeigt spezifische Beispiele, in denen die Elektrolytschicht 9 aus einem anorganischen festen Elektrolyt besteht, und die Tabelle 3 zeigt spezifische Beispiele, in denen die Elektrolytschicht 9 aus einem Gel-Elektrolyt besteht.
Wieder bezugnehmend auf 2 wird das Gehäuse 2 bereitgestellt, um die Seitenflächen und die oberen und unteren Oberflächen der bipolaren Batterien 6a und 6b zu bedecken, und es ist üblicherweise aus einem Isoliermaterial (Isolierschicht) gebildet. Insbesondere kann das Gehäuse 2 aus einem Isoliermaterial wie einem Harz gebildet werden. Das Gehäuse 2 kann jedoch aus einem anderen Isoliermaterial als einem Harz gebildet werden. Ferner können die bipolaren Batterien 6a und 6b von einem Gehäuse 2 bedeckt werden, das aus einer einzelnen Schicht oder einer Vielzahl von Schichten aus einem Isoliermaterial oder -materialien gebildet wird.
In dem in 2 gezeigten Beispiel weist das Gehäuse 2 eine Aussparung 4 in dem Mittelteil in Höhenrichtung auf. Die Position des Bildens der Aussparung 4 kann jedoch beliebig ausgewählt werden. Ferner ist die Anzahl der Aussparung 4 nicht auf eine beschränkt, und eine beliebige Anzahl kann in Übereinstimmung mit der Anzahl der Stecker 5 festgelegt werden. Die in 2 gezeigte Aussparung 4 ist als eine Vertiefung in dem Gehäuse 2 an einer Position zwischen den bipolaren Batterien 6a und 6b ausgebildet und erstreckt sich in einer im Wesentlichen zu den Elektroden der bipolaren Batterien 6a und 6b parallelen Richtung.
Die bipolare Batterie 6a weist ein Verbindungselement (Verbindungsteil) 7a auf, und die bipolare Batterie 6b weist ein Verbindungelement (Verbindungsteil) 7b auf. Die Verbindungselemente 7a und 7b werden zwischen den bipolaren Batterien 6a und 6b bereitgestellt.
Das Verbindungselement 7a wird aus einen leitfähigen Element aus Metall oder dergleichen gebildet und elektrisch mit dem Kollektor 3b1 als eine Elektrode der bipolaren Batterie 6a verbunden, welcher sich am nächsten an der bipolaren Batterie 6b befindet. Ähnlich dem Verbindungselement 7a wird das Verbindungselement 7b aus einem leitfähigen Element aus Metall oder dergleichen gebildet und elektrisch mit dem Kollektor 3a2 als Elektrode der bipolaren Batterie 6b verbunden, welcher sich am nächsten an der bipolaren Batterie 6a befindet. In dem in 2 gezeigten Beispiel werden die Verbindungselemente 7a und 7b einander gegenüber liegend zwischen den bipolaren Batterien 6a und 6b bereitgestellt.
Das Verbindungselement 7a kann mit dem Kollektor 3b1 integral gebildet werden, indem ein Teil des Kollektors 3b1 zum Beispiel durch Pressen, wie in 5A gezeigt, deformiert und angehoben wird, oder es kann als getrenntes Element gebildet werden und mit dem Kollektor 3b1 durch Schweißen oder Löten, wie in 5B gezeigt, verbunden werden. Das Verbindungselement 7b kann durch das gleiche Verfahren gebildet werden.
In dem in 5A gezeigten Beispiel wird ein Durchgangsloch 13 in dem Kollektor 3b1 gebildet, welcher sich unmittelbar unter dem Verbindungselement 7a befindet, wohingegen sich in dem Beispiel aus 5B in dem Kollektor 3b1, welcher sich unmittelbar unter dem Verbindungselement 7a befindet, kein Durchgangsloch befindet, da das Verbindungselement 7a durch Verbinden eines getrennten Elements mit dem Kollektor 3b1 in einem Verbindungsteil 20 gebildet wird. Dasselbe gilt für das Verbindungselement 7b.
Das Verbindungselement 7a, 7b kann aus einem einzelnen leitfähigen Element gebildet werden, oder das Verbindungselemente 7a, 7b kann durch Kombinieren einer Vielzahl von Elementen gebildet werden. Ferner haben die Verbindungselemente 7a und 7b die Funktion des elektrischen Verbindens der bipolaren Batterien 6a, 6b und des Steckers 5, und es ist, um diese Funktion wirksam zu erhalten, erwünscht, dass diese Elemente fest in Kontakt mit dem Stecker 5 sind, wenn der Stecker 5 in die Aussparung 4 eingeführt wird.
Beispielsweise ist das Einsetzen einer Struktur erwünscht, die eine elastische Kraft auf den Stecker 5 ausüben kann, so dass der Stecker 5 und die Verbindungselemente 7a und 7b in Kontakt mit einer gewissen Kraft oder einer stärkeren Wirkung zwischen ihnen sind, wenn der Stecker 5 in die Aussparung 4 eingeführt wurde. Insbesondere können die Verbindungselemente 7a und 7b in Positionen angeordnet werden, in denen der Stecker 5 einen Teil der Verbindungselemente 7a und 7b berührt, wenn der Stecker 5 in die Aussparung 4 eingeführt wird, und die Verbindungselemente 7a und 7b können durch das Einführen des Steckers 5 elastisch deformiert werden, so dass eine elastische Kraft auf den Stecker 5 wirkt. Mit anderen Worten können die Verbindungselemente 7a und 7b die Funktion einer freitragenden Tellerfeder aufweisen.
In dem in 2 gezeigten Beispiel sind die Verbindungselemente 7a und 7b ansteigend von der Hauptoberfläche der Kollektoren 3b1 und 3a2 diagonal zu der Seite der bipolaren Batterie 6b gebogen, und wenn der Stecker 5 in die Aussparung 4 eingeführt wird, werden die Verbindungselemente 7a und 7b elastisch deformiert. Eine beliebige andere Struktur kann zum Anlegen einer elastischen Kraft an den Stecker 5 eingesetzt werden. Im Gegensatz zu dem oben Beschriebenen kann eine Struktur, die den oben beschriebenen Verbindungelementen 7a und 7b entspricht, auf der Seite des Steckers 5 bereitgestellt werden und mit den Kollektoren 3b1 und 3a2 in Kontakt gebracht werden, so dass die elastische Kraft von dem Stecker 5 an die Kollektoren 3b1 und 3a2 (zu der Seite der bipolaren Batterien) angelegt wird. In dem Beispiel aus 2 erstrecken sich die Verbindungselemente 7a und 7b in der Richtung des Einführens des Steckers 5. Dies ermöglicht ein problemloses Einführen des Steckers 5 in die Aussparung 4, und der Stecker 5 kann leicht in die Aussparung 4 eingeführt werden.
Wie in 2 gezeigt, weisen die Verbindungselemente 7a und 7b flache Anteile auf, die in eine im Wesentlichen zu den Kollektoren 3b1 und 3a2 parallele Richtung verlaufen, das heißt, die Anteile erstrecken sich in eine im Wesentlichen zu dem Stecker 5 parallele Richtung, wenn der Stecker 5 in die Aussparung 4 eingeführt wurde. Die Bereitstellung solcher Anteile stellt einen ausreichenden Kontaktbereich zwischen dem Stecker 5 und den Verbindungselementen 7a und 7b sicher. In dem Beispiel aus 2 sind die Verbindungsanteile 7a und 7b gebogen, um im Wesentlichen flache Anteile zu bilden. Es ist ebenso möglich, die Endspitzen des Teils oder einen Teil, der der Endspitze der Verbindungselemente 7a und 7b nahe ist, zu biegen, um flache Anteile bereitzustellen.
Die Oberflächen der Verbindungselemente 7a und 7b sind, wie in 2 gezeigt, teilweise in der Aussparung 4 exponiert. Daher kann, wenn der Stecker 5 in die Aussparung 4 eingeführt wird, der Stecker 5 leicht in Kontakt mit den Verbindungselementen 7a und 7b gebracht werden. In dem in 2 gezeigten Beispiel sind die Endspitzen der Verbindungselemente 7a und 7b freie Enden, die vom Gehäuse 2 entfernt sind. Die Endspitzen der Verbindungselemente 7a und 7b können an dem Gehäuse befestigt werden, zum Beispiel durch Einbetten der Endspitzen in das Gehäuse 2. Durch Fixieren der Endspitzen der Verbindungselemente 7a und 7b wird ein unnötiger Kontakt zwischen den Verbindungsteilen 7a und 7b an gegenüber liegenden Positionen verhindert.
Durch Bereitstellen der Verbindungselemente 7a und 7b an einander gegenüber liegenden Positionen, wie in 2 gezeigt, wird es möglich, den Stecker 5 durch die Verbindungselemente 7a und 7b einzuklemmen, wenn der Stecker 5 in die Aussparung 4 eingeführt wird. Daher sind die Verbindungselemente 7a und 7b mit dem Stecker 5 in Kontakt, während eine elastische Kraft von beiden Verbindungselementen 7a und 7b an den Stecker 5 angelegt wird, und daher sind die Verbindungselemente 7a und 7b und der Stecker 5 in fester Kontakt miteinander.
Obwohl die Verbindungsanteile 7a und 7b in dem Beispiel aus 2 dieselbe Form aufweisen, können diese auch verschiedene Formen aufweisen. Ferner können, obwohl die Verbindungselemente 7a und 7b an einander überlappenden Positionen in der vertikalen Richtung in 2 bereitgestellt werden, die Positionen zum Bilden der Verbindungselemente 7a und 7b entsprechend geändert werden. Zum Beispiel können die Positionen des Bildens der Verbindungselemente 7a und 7b in die linke/rechte Richtung von 2 (die parallele Richtung zu der Erstreckungsrichtung der Kollektoren 3b1 und 3a2) verschoben werden. Wenn die Verbindungselemente 7a und 7b überlappend in der vertikalen Richtung aus 2 bereitgestellt werden, ist es möglich, die Verbindungselemente 7a und 7b in Kontakt mit den oberen und unteren Oberflächen des Steckers 5 zu bringen, so dass der Teil des Steckers 5 von oben und unten durch die Verbindungselemente 7a und 7b eingeklemmt wird. Wenn andererseits die Positionen des Bildens der Verbindungselemente 7a und 7b in die linke/rechte Richtung aus 2 verschoben werden, können die Verbindungselemente 7a und 7b mit verschiedenen Teilen der oberen und unteren Oberflächen des Steckers 5 in Kontakt gebracht werden. Obwohl ein Beispiel, in dem die Verbindungselemente 7a und 7b in direktem Kontakt mit dem Stecker 5 stehen, oben beschrieben wurde, können die Verbindungselemente 7a und 7b und der Stecker 5 indirekt mit einem eingefügten leitfähigen Element verbunden werden.
Als Nächstes wird eine beispielhafte Struktur des Steckers 5 unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Wie in 6 gezeigt, schließt der Stecker 5 einen Griffanteil 5a ein, der mit der Hand ergriffen werden kann und der aus einem Isolator gebildet wird, und einen Körperanteil, der aus einem leitfähigen Element gebildet wird.
Hinsichtlich der Form des Griffanteils 5a kann eine beliebige Form eingesetzt werden, solange sie das Ergreifen durch eine Hand ermöglicht. Bezüglich des Materials kann ein beliebiges Isoliermaterial, wie ein Harz, verwendet werden.
Bezüglich des Körperanteils 5b kann dieser eine beliebige Form aufweisen, vorausgesetzt dass er einen leitfähigen Teil aufweist und die elektrische Verbindung einer Vielzahl von bipolaren Batterien ermöglicht. Üblicherweise weist der Körperanteil 5b, wie in 6 gezeigt, eine flache Form und dergleichen auf. Der Körperanteil 5b kann jedoch aus einer leitfähigen Platte mit einer beliebigen Form, wie einer gebogenen oder gekrümmten Platte gebildet werden oder kann durch ein leitfähiges Element mit einer beliebigen Form, wie einem stabförmigen Leiter oder einem blockförmigen Leiter gebildet werden. Ferner kann der Körperanteil 5b durch ein einzelnes leitfähiges Element oder durch eine Kombination einer Vielzahl von leitfähigen Elementen oder durch ein Kompositmaterial aus einem leitfähigen Element und einem Isolator gebildet werden.
6 zeigt ein Beispiel, in dem ein Sicherungsteil 5c in dem Körperanteil 5b bereitgestellt wird. Das Sicherungsteil 5c kann jedoch weggelassen werden. In dem Beispiel aus 6 werden eine Vielzahl von Durchgangslöchern 5d in dem plattenförmigen Körperanteil 5b bereitgestellt, um einen schmalen Bandteil zu belassen, und der schmale Bandteil fungiert als Sicherungsteil 5c. Der Sicherungsteil 5c kann durch ein beliebiges anderes Verfahren gebildet werden. Zum Beispiel kann ein relativ großes Durchgangsloch in dem Körperanteil 5b gebildet werden, ein getrenntes leitfähiges Element kann in dem Durchgangsloch angebracht werden, das leitfähige Element und der Körperanteil 5b können durch ein schmales Verbindungselement verbunden werden, und das Verbindungselement kann als Sicherungsteil fungieren.
Wenn ein wie in 6 gezeigter Sicherungsteil 5c gebildet wird, wird es nötig, einige Maßnahmen zu ergreifen, so wie das Verschieben des Kontaktteils zwischen den Verbindungselementen 7a und 7b und dem Körperanteil 5b in eine zu den oberen und unteren Oberflächen (Hauptoberflächen) parallelen Richtung, anstatt den Körperanteil 5b durch die Verbindungselemente 7a und 7b einfach einzuklemmen. Insbesondere können die Teile des Körperanteils 5b, die sich an gegenüber liegenden Seiten des Sicherungsteils 5c befinden, in Kontakt mit den Verbindungselementen 7a bzw. 7b gebracht werden. In dem Beispiel aus 6 kann das Verbindungselement 7a in Kontakt mit dem schraffierten Bereich 5e (erster leitfähiger Teil) gebracht werden, und das Verbindungselement 7b kann in Kontakt mit dem Bereich 5f (zweiter leitfähiger Teil) gebracht werden. Dies ermöglicht die elektrische Verbindung der Verbindungselemente 7a und 7b über das Sicherungsteil 5c, und wenn ein vorgeschriebener oder höherer Strom zu dem Stecker 5 fließt, brennt die Sicherung 5c durch, und die bipolaren Batterien 6a und 6b können elektrisch voneinander isoliert werden.
Der zum Beispiel in 6 gezeigte Stecker 5 kann durch Bilden einer Vielzahl von Durchgangslöchern 5d in einem plattenförmigen leitfähigen Element durch Pressen und durch Bereitstellen eines Harz-Griffanteils 5a auf demselben, beispielsweise durch eine Inserttechnik, hergestellt werden.
Als Nächstes wird ein Beispiel der Verwendung der Batterieeinheit 1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie in 7 gezeigt, kann die Batterieeinheit 1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform auf einem Fahrzeug, wie einem Auto 14, angebracht werden. Das Auto 14 kann ein elektrisches Fahrzeug sein, das eine wieder aufladbare Stromzufuhr als Stromquelle verwendet, oder ein Hybridfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor, wie einen Benzinmotor oder einen Dieselmotor und eine wieder aufladbare Stromzufuhr als Stromquellen verwendet.
Wie in 7 gezeigt, sind im Passagierraum (Fahrzeuginneren) 16 des Fahrzeugs 14 ein Vordersitz 18 und ein Rücksitz 19 angeordnet. Die Batterieeinheit 1 kann unter dem Vordersitz 18 angebracht werden.
In dem in 7 gezeigten Beispiel ist die Batterieeinheit 1 von einer Abdeckung 15 umgeben, die unter dem Vordersitz 18 angebracht ist, und dem Boden 17. Es ist einfacher, Raum für das Gehäuse der Batterieeinheit 1 unter dem Vordersitz 18 zu schaffen als an anderen Teilen des Fahrzeugs 14. Ferner wird es durch Anordnen der Batterieeinheit 1 unter dem Vordersitz 18 möglich, die Batteriepackung 1 gegen jegliche Erschütterung zu schützen, wenn die Fahrzeugkarosserie hart getroffen wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben und erläutert wurde, ist es klar zu verstehen, dass dies nur zur Erläuterung und als Beispiel dient und nicht als Beschränkung anzusehen ist, wobei der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung durch den Inhalt der beigefügten Ansprüche ausgelegt wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung auf eine Batterieeinheit praktisch anwendbar, die durch Stapeln einer Vielzahl von gestapelten Sekundärbatterien, wie bipolaren Batterien, gebildet wird.

Claims

Batterieeinheit (1), umfassend: ein Gehäuse (2); erste und zweite gestapelte Batterien (6a, 6b), die in dem Gehäuse untergebracht sind; und einen zwischen den ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) herausnehmbar eingeführten Stecker (5), der eine elektrische Verbindung der ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) miteinander ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) eine Vielzahl von gestapelten Batterie-Elementarzellen (12) aufweisen, die durch Anordnen von Plattenelektroden (8, 10) auf gegenüber liegenden Seiten eines Elektrolyten (9) ausgebildet werden, zwischen jeder Batterie-Elementarzelle ein erster Kollektor (11) angeordnet ist, und die ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) ferner an in Stapelrichtung oberen und unteren Enden einen zweiten Kollektor (3a1, 3a2) aufweisen, an dem ein leitfähiges und elastisch deformierbares Verbindungselement (7a, 7b) angeordnet ist.
Batterieeinheit nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement (7a, 7b) derart zwischen dem Stecker (5) und den ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) bereitgestellt ist, dass der Stecker (5) mit den ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) durch das Verbindungselement (7a, 7b) elektrisch verbunden ist.
Batterieeinheit nach Anspruch 2, wobei das Gehäuse (2) eine Aussparung (4) aufweist, die den Stecker (5) zwischen den ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) aufnimmt, wobei wenigstens ein Teil des Verbindungselements (7a, 7b) in der Aussparung (4) exponiert ist, und die elektrische Verbindung durch in Kontakt bringen des Steckers (5) mit dem Verbindungselement (7a, 7b) hergestellt ist, wenn der Stecker (5) in die Aussparung (4) eingeführt ist.
Batterieeinheit nach Anspruch 1, wobei die erste gestapelte Batterie (6a) ein erstes Verbindungselement (7a), das leitfähig und elastisch deformierbar ist zwischen sich selbst und der zweiten gestapelten Batterie (6b) aufweist; die zweite gestapelte Batterie (6b) ein zweites Verbindungselement (7b), das leitfähig und elastisch deformierbar ist zwischen sich selbst und der ersten gestapelten Batterie (6a) aufweist; und die ersten und zweiten Verbindungselemente (7a, 7b) den Stecker (5) einklemmen, wenn der Stecker (5) zwischen die ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) eingeführt ist, wodurch der Stecker (5) und die ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) elektrisch verbunden sind.
Batterieeinheit nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse (2) eine Aussparung (4) aufweist, die den Stecker (5) zwischen den ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) aufnimmt; wobei wenigstens ein Teil der ersten und zweiten Verbindungselemente (7a, 7b) in der Aussparung (4) exponiert ist, und der Stecker (5) mit den ersten und zweiten Verbindungselementen (7a, 7b) in Kontakt gebracht ist, wenn der Stecker (5) in die Aussparung (4) eingeführt ist.
Batterieeinheit nach Anspruch 1, wobei der Stecker (5) einen Sicherungsteil (5c) aufweist und erste und zweite leitfähige Teile (5e, 5f) über den Sicherungsteil (5c) verbunden sind, und, wenn der Stecker (5) zwischen die ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) eingeführt ist, der erste leitfähige Teil (5e) mit der ersten gestapelten Batterie (6a) und der zweite leitfähige Teil (5f) mit der zweiten gestapelten Batterie (6b) elektrisch verbunden ist.
Batterieeinheit nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten gestapelten Batterien (6a, 6b) bipolare Batterien sind.