JP2004200024A

JP2004200024A - 組電池

Info

Publication number: JP2004200024A
Application number: JP2002367730A
Authority: JP
Inventors: Chikaichi Jinushi; 親市地主; Osamu Ushijima; 修牛嶌
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: JP4182337B2

Abstract

【課題】３個の非水電解質二次電池１を組電池ケース２内に収納し、各非水電解質二次電池１の端子１３のみを外部に露出させることにより、各非水電解質二次電池１の温度に差が生じ難く汎用性の高い組電池を提供する。
【解決手段】ケース筒２１にケース蓋２２，２２を嵌め込んで接合することにより樹脂等からなる容器状に構成された組電池ケース２の内部に、両端面からそれぞれ端子１３を突出させた非水電解質二次電池１を３個収納し、これらの非水電解質二次電池１の各端子１３を組電池ケース２の両端面に形成された端子孔２２ａに嵌入させて外部に露出させた構成とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電池をケースに収納してモジュール化した組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車等に用いられる大型の非水電解質二次電池には、複数個の電池を側面間に隙間を開けて並べ、両端面を挟持板で挟んでモジュール化し組電池として使用するものがあった（例えば、特許文献１の図３参照。）。これは、非水電解質二次電池が特に充放電時の発熱が大きいために、各電池の側面間に外気を流通させて空冷を行う必要があるからである。ただし、このように各電池の側面を外部に露出させておくと、組電池の設置場所によっては、雨水や泥水等が掛かったり小石等が衝突するおそれがあり、また、これらの電池の側面間に隙間を開けると、組電池が大きな設置スペースを必要とする。
【０００３】
そこで、各電池の表面を高熱伝導性シリコン樹脂層等の高熱伝導性絶縁性内側被覆材で覆い、これらの電池を側面同士を密接させてアルミニウム板等からなる高熱伝導性の外郭枠で全体を覆った組電池も従来から提案されている（例えば、特許文献１の図１参照。）。この組電池は、各電池が外郭枠によって外部からの雨水、泥水や小石等から保護されると共に、各電池が発した熱が高熱伝導性絶縁性内側被覆材を介して円滑に外郭枠に伝えられるので、この高熱伝導性の外郭枠から外気に効率良く放熱することができるようになる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０７７８４号公報（図１、図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特に大型の電池は、電池外装体の側面から放熱を行うよりも、端子を通じて放熱を行う方が効率が良いことが分かって来た。なぜなら、電池の充放電時の熱は電極で発生するので、発電要素の中心部の電極で発生した熱が電池外装体の側面に達するには、内部の熱伝導性が必ずしも良くないセパレータや電解液等を介して伝導する必要があるのに対して、端子は、直接又は熱伝導性の良い金属製の集電接続板等を介して電極に接続されるために、発電要素内部のこの電極で発生した熱を端子を通じて効率良く外部に伝導することができるからである。しかも、電池が大型であれば、電流容量も大きくする必要があるので、端子や集電接続板等の断面積が大きくなり、熱もさらに伝導し易くなる。
【０００６】
このため、電池の側面間に隙間を開ける従来の組電池は、放熱効率が著しく良い訳ではないにもかかわらず、設置スペースの無駄が多くなりすぎるという問題があった。
【０００７】
また、電池の表面を高熱伝導性絶縁性内側被覆材で覆うと共に全体を外郭枠で覆った組電池は、各電池で発生した熱が薄い高熱伝導性絶縁性内側被覆材を介して外郭枠に伝導されるので、組電池の中央部に配置された電池の放熱効率が悪くなり、この中央部の電池の温度が周辺部の電池よりも高くなる。そして、このように組電池の各電池に大きな温度差が生じると、温度が最も高い電池の劣化が急速に進行し、一部の電池の寿命と共に組電池全体も寿命に達するので、この組電池の寿命が短くなるという問題があった。即ち、組電池が各電池から同じ熱量を放出したとしても、これらの各電池の温度差が少ない場合には、全体に徐々に劣化が進行するのに対して、特定の電池の温度が特に高くなる場合には、この電池の劣化だけが急速に進行して短寿命となり、他の電池はまだ使用可能であるにもかかわらず、この特定の電池の寿命に従って組電池の寿命も尽きることになる。さらに、各電池の温度に差があると電池特性も相違するので、これら電池特性の異なる電池が直列接続や並列接続されることにより、全ての電池の劣化も進行が早まることがある。
【０００８】
しかも、従来は、各電池の端子間が配線された状態で組電池となるので、例えば各電池の直並列の接続の切り替えは、製造段階で行う他なく、汎用性に乏しいという問題もあった。さらに、例えば各電池を並列に接続した場合、これらの電池の端子間を接続する接続部材や組電池自体の端子には大きな電流が流れるので、断面積の大きい接続部材や端子を取り付ける必要があり、組電池が大型になるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、複数個の電池を組電池ケース内に密接させて収納し、各電池の端子のみを外部に露出させることにより、各電池の温度に差が生じ難く汎用性の高い組電池を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の組電池は、２以上の部品を組み合わせて接合することにより容器状に構成された組電池ケースの内部に、両端面からそれぞれ端子を突出させた電池を２個以上収納し、これらの電池の各端子を組電池ケースの両端面に形成された端子孔に嵌入させて外部に露出させたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明によれば、２以上に分割された組電池ケースの内部に複数個の電池が収納されるので、これらの電池の周囲を端子部を除いて完全に組電池ケースで覆うことができる。しかも、複数個の電池は、電池間の熱の伝導が比較的良好となり、周囲が組電池ケースで覆われることから、これらの電池の温度が比較的均一となる。従って、特定の電池のみが高温になって劣化が急速に進行するというようなことがなくなり、これらの電池の温度差が大きいことにより電池特性に相違が生じることもなくなるので、組電池の寿命性能を高めることができるようになる。
【００１２】
また、複数個の電池は、端子孔から端子を外部に露出させるだけで、組電池ケースにより完全に覆われるので、内部で一体化されるようになる。しかも、各電池の側面等は外部に露出されないので、外気温の変化によって各電池の表面に結露が生じるのを防止することもでき、特に組電池ケースの端子孔を封止すれば内部を密閉できるので、これによって結露の発生を完全になくすことができる。さらに、各電池の端子がそのまま外部に露出されるので、電池の端子間の接続が任意となり汎用性が高くなるだけでなく、大電流を流すための配線も必要な場合にのみ外部に接続すればよいので、組電池が大型になるようなこともなくなる。
【００１３】
なお、複数個の電池は、これらの電池間の熱伝導をさらに良好にし、設置スペースの無駄をより少なくするために、直接又は絶縁材を介し側面同士を密接させて組電池ケースに収納することが好ましい。また、組電池ケースは、内部に収納した複数個の電池の温度をさらに均一にし、外部との間で確実に絶縁されるようにするために、非高熱伝導性で絶縁性の素材を用いることが好ましい。このようにして組電池ケースに収納された各電池は、例えば端子に接続した接続部材から外部に放熱を行い、均一で十分な冷却を効率良く行うことにより、充放電時の発熱による温度上昇を防止することができる。
【００１４】
請求項２の組電池は、前記電池の両端面から突出する端子が、突出方向の軸線に対して回転体ではない形状を有する台座部と、この台座部の突出端面から突設されたボルト部又はこの突出端面に穿設されたねじ穴とからなり、前記組電池ケースの端子孔が、この端子の台座部を外嵌する形状であることを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によれば、各電池の端子の回転体ではない台座部が組電池ケースの端子孔に嵌合しているので、この端子のボルト部やねじ穴に接続具を螺着したりこの接続具を取り外す際に、端子が強いトルクを受けて共に回転し電池の気密性が損なわれるのを防止することができるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１〜図３は本発明の一実施形態を示すものであって、図１はケース筒に３個の非水電解質二次電池を収納しケース蓋を嵌め込む状態を示す組電池の組み立て斜視図、図２は組電池の外観を示す斜視図、図３は端子孔に嵌合して突出する端子を示す部分断面一部拡大斜視図である。
【００１８】
本実施形態は、図１に示すように、３個の大型の非水電解質二次電池１を組電池ケース２に収納した組電池について説明する。非水電解質二次電池１は、断面が長方形の筒状の電池外装筒１１に、長円筒形に巻回された発電要素を収納し、この電池外装筒１１の両端開口部にそれぞれ蓋板１２，１２を嵌め込んで内部を密閉したものである。電池外装筒１１と蓋板１２，１２は、ステンレス鋼板からなり、この電池外装筒１１に蓋板１２，１２を嵌め込んで溶接した後に内部に非水電解液が注入されてこの注液口が封口されて内部が完全に密閉される。各蓋板１２の上下の両端部からは、それぞれ端子１３，１３が突出している。即ち、一方の蓋板１２の両端部からは正極の端子１３，１３が２本突出し、他方の蓋板１２の両端部からは負極の端子１３，１３が２本突出している。このように正負の端子１３を２箇所ずつ設けているのは、大型の非水電解質二次電池１の充放電電流が大きくなるため、１箇所の端子１３だけでは、この端子１３自身や外部接続のための接続部材が大型化するからである。これらの各端子１３は、非水電解質二次電池１の内部で発電要素の電極に集電接続体を介して接続されると共に、蓋板１２を絶縁封止された状態で貫通し、台座部１３ａとボルト部１３ｂとが外部に突出するようになっている。台座部１３ａは、蓋板１２の外面上から突出する背の低いほぼ正四角柱の導電部材であり、ボルト部１３ｂは、この台座部１３ａの端面の中央から突出する雄ねじである。また、各蓋板１２の上下の中央部には、非水電解質二次電池１の内圧が過剰に上昇すると破断してガス抜きを行う安全弁１２ａが形成されている。
【００１９】
組電池ケース２は、非高熱伝導性で絶縁性の素材を箱形容器状に成形したものであり、断面が方形筒状のケース筒２１と、このケース筒２１の両端開口部に嵌め込まれるケース蓋２２，２２との３つの部品からなる。非高熱伝導性で絶縁性の素材とは、樹脂、ゴム、ガラス又はセラミックス（これらの繊維状のものをバインダ等で固めたものも含む）のように、本来熱伝導性が高くなく絶縁性が高い素材であって、高熱伝導性や導電性の添加物を加えていないものをいう。また、この組電池ケース２の素材は、耐電解液性を有し難燃性のものであることが好ましい。このような素材としては、樹脂であれば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド（ＰＡ、ナイロン）又はポリカーボネート（ＰＣ）等が相応しく、ガラス繊維等で強化したＦＲＰ等を用いることもできる。
【００２０】
上記組電池ケース２のケース筒２１には、内部に３個の非水電解質二次電池１が収納される。この際、３個の非水電解質二次電池１は、電池外装筒１１の最大面積となる側面を互いに直接又は絶縁材を介して密接させて収納される。また、これら３個の非水電解質二次電池１は、ケース筒２１の内面との間にもほとんど隙間がないように収納される。このケース筒２１の両端部には、図２に示すように、それぞれケース蓋２２，２２が嵌め込まれる。ケース筒２１は、方形筒状の両端部の外周側面が全周にわたって段状に窪んでいて、ここに方形のケース蓋２２，２２の周縁から内向きに突設された折り返し部が外嵌することにより嵌まり込むようになっている。そして、このようにして嵌め込まれたケース蓋２２，２２は、熱溶着や超音波溶接等若しくは接着剤等により接合され、又は、周囲に粘着テープ等を巻き付けることにより接合されて、嵌合部を封止される。なお、これらのケース蓋２２，２２は、上記各非水電解質二次電池１の蓋板１２，１２に形成された安全弁１２ａに対応する位置の肉厚が薄く形成され、この安全弁１２ａが開いた場合に、吐出したガスの圧力によって破断し、このガスを外部に放出することができるようになっている。
【００２１】
上記ケース蓋２２，２２には、それぞれ上下端部に３箇所ずつほぼ正四角形の端子孔２２ａが形成されている。そして、これらのケース蓋２２，２２をケース筒２１の両端部に嵌め込むと、３個の非水電解質二次電池１の各端子１３の台座部１３ａがこの端子孔２２ａに嵌合するようになっている。また、各端子孔２２ａは、図３に示すように、嵌合したほぼ正四角柱の台座部１３ａの側面に沿うように、開口部の周縁が外側に少し張り出すように形成されている。なお、ケース蓋２２における各端子孔２２ａの内側開口部の周縁には、Ｏリング等を配置したり接着剤等の封止材を充填することにより、これらの端子孔２２ａを封止することもできる。このようにしてケース蓋２２，２２の端子孔２２ａから突出した各非水電解質二次電池１の端子１３のボルト部１３ｂには、端子１３間や外部との接続のための図示しない接続部材が取り付けられて、ナット等によって締め付けられることにより配線が行われる。この際、接続部材がナット等の締め付けにより台座部１３ａの端面に圧接されることにより、接続が広い面積で行われるので、大きな充放電電流を小さな接触抵抗で損失少なく流すことができるようになる。
【００２２】
上記構成の組電池によれば、組電池ケース２がケース筒２１とケース蓋２２，２２とを組み合わせて接合することにより構成されるので、内部に収納した３個の非水電解質二次電池１を端子１３を除いて、非高熱伝導性で絶縁性の素材によって完全に覆うことができるようになる。そして、ケース蓋２２の端子孔２２ａを封止すれば、内部を完全に密閉することもできる。しかも、３個の非水電解質二次電池１は、密接して収納されるので、これらの非水電解質二次電池１の間の熱伝導が比較的良好となる。従って、組電池ケース２の内部の３個の非水電解質二次電池１の温度を比較的均一にすることができるので、例えば中央部のもののような特定の非水電解質二次電池１のみが高温になって劣化が急速に進行するようなことがなくなり、また、３個の非水電解質二次電池１の温度差が大きくなって電池特性に相違が生じるようなこともなくなり、組電池の寿命性能を高めることができるようになる。
【００２３】
なお、組電池内部の３個の非水電解質二次電池１は、電池外装筒１１からの放熱が組電池ケース２によってある程度遮られるので、充放電時の発熱によって高温になる可能性がある。しかしながら、上述のように、本実施形態に示すような大型の非水電解質二次電池１では、電池外装筒１１の表面から外気に放熱を行うよりも、端子１３を通して外部に放熱した方が効率が良いことが分かって来た。つまり、大型の非水電解質二次電池１では、大きな充放電電流を流す必要があるため、発電要素の電極から集電接続体等を介して端子１３を通し外部の接続部材に至る電流経路の導電体の断面積が大きく形成されるので、この電流経路を伝った熱伝導性も高くなり、効率良く外部に放熱できるようになる。しかも、電池外装筒１１の表面から放熱を行うだけでは、発電要素の中心部で発生した熱が重なり合った電極やセパレータを通して伝導しなければならないために、放熱効率が悪くなり、この発電要素の内部と外部とで温度差が大きくなると共に、組電池の内部で中央部に配置された非水電解質二次電池１ほど放熱効率が悪くなるので、これらの非水電解質二次電池１の間に大きな温度差が生じることになる。そこで、本実施形態の組電池は、各非水電解質二次電池１の端子１３に接続する図示しない接続部材を通じて外部に熱を放出させるようにすることにより、これらの非水電解質二次電池１を効率良く、しかも、組電池内部での配置にかかわりなく均一に放熱させて、充放電による温度の異常な上昇を防止するようにしている。
【００２４】
また、上記構成の組電池によれば、内部の３個の非水電解質二次電池１を絶縁性の組電池ケース２によって覆うので、これら３個の非水電解質二次電池１を内部で一体化させて高電圧及び／又は高容量の単一のパック電池とすることができ、外部との間も確実に絶縁することができるようになって、個々の非水電解質二次電池１をケーシングするよりも省スペースとなるだけでなく、組み立て工数を削減して取り扱いも容易にすることができる。しかも、これら３個の非水電解質二次電池１は、組電池ケース２の内部に隙間なく密接して配置されるので、設置スペースに無駄が生じるようなことがなくなるだけでなく、強度が増して耐衝撃性も向上させることができる。さらに、各非水電解質二次電池１の金属製の電池外装筒１１の表面は、外部に露出されないので、外気温の変化によって結露が生じるのを防止することもできる。また、特に内部を乾燥させた状態で端子孔２２ａを封止すれば、この結露の発生を完全になくし錆等による腐食を防止することもできると共に、非水電解質二次電池１から漏出した非水電解液が外部に漏れ出すのを防止することもできる。
【００２５】
さらに、上記構成の組電池によれば、内部の３個の非水電解質二次電池１の端子１３がそのまま外部に突出されるので、これらの端子１３間の接続が任意となり汎用性が高くなる。例えば、組電池ケース２の一方のケース蓋２２側には各非水電解質二次電池１の正極の端子１３のみを突出させ、他方のケース蓋２２側には負極の端子１３のみを突出させるようにすれば、外部でこれら両側の端子１３をそれぞれ共通に接続することにより、これら３個の非水電解質二次電池１を並列接続することができる。また、中央に配置した非水電解質二次電池１だけを正極と負極の端子１３が逆に突出するように配置すれば、これら３個の非水電解質二次電池１を容易に直列接続することができるようになる。しかも、このような大型の非水電解質二次電池１の３個分の充放電電流は非常に大きくなるので、端子１３に接続するための接続部材も大型になるが、このような配線は組電池の外部で行われるので、組電池自体が大型になるようなこともない。
【００２６】
さらに、上記非水電解質二次電池１は、ケース蓋２２の端子孔２２ａから突出させたボルト部１３ｂに接続部材を着脱するためにナット等を締め付けたり緩めるので、この非水電解質二次電池１のままで接続部材の着脱を行うと、端子１３の台座部１３ａがナット等に加えるトルクによって共に回転し、蓋板１２との間の気密性を損なうおそれがある。しかしながら、本実施形態の組電池では、これらの四角い台座部１３ａが四角い端子孔２２ａに嵌合するので、ナット等にトルクが加わっても、台座部１３ａが端子孔２２ａによって回り止めされるようになる。しかも、本実施形態では、図３に示したように、端子孔２２ａの開口部の周縁が外側に張り出しているので、台座部１３ａを抱えるように確実に回り止めすることができる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、端子１３の蓋板１２からの突出部が台座部１３ａとボルト部１３ｂとで構成される場合を示したが、この端子１３の構成は任意である。ただし、端子１３の突出部を台座部１３ａとボルト部１３ｂとで構成し、この台座部１３ａをケース蓋２２の端子孔２２ａに嵌合させることにより回り止めを行う場合には、この台座部１３ａの形状は、ボルト部１３ｂの軸を中心とした回転体（円柱形等）とすることはできない。この場合の台座部１３ａの形状は、例えば上記実施形態のようなほぼ正四角柱のほか、他の多角柱や断面が楕円、星形、鍵等の適宜形状とすることができる。また、この場合には、接続部材の台座部１３ａへの接続固定は、ねじの回転による締め付けを行うものに限られるが、上記実施形態のようなボルト部１３ｂに限らず、台座部１３ａの端面に穿設したねじ穴を用いるて行うこともできる。
【００２８】
また、上記実施形態では、組電池ケース２がケース筒２１とケース蓋２２，２２とからなる３つの部品を組み合わせて接合することにより構成される場合を示したが、端子１３のみを外部に露出させて非水電解質二次電池１を覆うには、２つの部品を組み合わせて接合するだけでもよく、この組電池ケース２の分割数は限定されない。例えば、上記実施形態のケース筒２１の一方の端面に一方のケース筒２１を接合したものと同様の形状の部品と他方のケース筒２１とを組み合わせて接合することにより組電池ケース２を構成することもできる。
【００２９】
また、上記実施形態では、非水電解質二次電池１の電池外装体をステンレス鋼板からなる電池外装筒１１と蓋板１２，１２とで構成した場合を示したが、この電池外装体の構成も任意であり、材質もステンレス鋼に限らずアルミニウム合金等の任意のものを用いることができる。しかも、上記実施形態では、角型の非水電解質二次電池１を用いる場合を示したが、電池の形状や種類も任意である。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、内部に収納した複数個の電池の温度を均一にすることができるので、組電池の寿命性能を高めることができるようになる。また、これらの電池を一体化することができ、結露を防止することもできる。さらに、これらの電池の配線も外部で任意に行うことができるので、汎用性の高い組電池を提供することができる。
【００３１】
しかも、各電池の端子に回転体でない台座部を設け、この台座部を組電池ケースの端子孔に嵌合させた場合には、この端子が接続具の着脱時に強いトルクを受けて共に回転し電池の気密性が損なわれるのを防止することもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、ケース筒に３個の非水電解質二次電池を収納しケース蓋を嵌め込む状態を示す組電池の組み立て斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、組電池の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、端子孔に嵌合して突出する端子を示す部分断面一部拡大斜視図である。
【符号の説明】
１非水電解質二次電池
１１電池外装筒
１２蓋板
１２ａ安全弁
１３端子
１３ａ台座部
１３ｂボルト部
２組電池ケース
２１ケース筒
２２ケース蓋
２２ａ端子孔

Claims

２以上の部品を組み合わせて接合することにより容器状に構成された組電池ケースの内部に、両端面からそれぞれ端子を突出させた電池を２個以上収納し、これらの電池の各端子を組電池ケースの両端面に形成された端子孔に嵌入させて外部に露出させたことを特徴とする組電池。
前記電池の両端面から突出する端子が、突出方向の軸線に対して回転体ではない形状を有する台座部と、この台座部の突出端面から突設されたボルト部又はこの突出端面に穿設されたねじ穴とからなり、
前記組電池ケースの端子孔が、この端子の台座部を外嵌する形状であることを特徴とする請求項１に記載の組電池。