組電池およびバッテリーシステム
【課題】二次電池からなる単電池をコンパクトに連結することができ、互いの単電池がずれることなくしっかり固定でき、配線接続作業も容易な組電池を提供し、この組電池を用いた組電池モジュールをコンパクトに組み付け可能で、配線接続作業などの作業性が容易なバッテリーシステムを提供する。
【解決手段】外装ケース11と蓋部材12との結合部21を外装ケースの外周縁部から外向きに突設して設け、複数の二次電池を積層方向の上下に積み重ね、積み重ねた最上段と最下段の結合部を挟持して複数の二次電池を一体に連結する連結部材7を介装した組電池M1〜M4とし、この組電池の側部に回路部80を一体に組み込んでモジュール化した組電池モジュールMJを上下に複数繋いだバッテリーシステムBSとした。
【解決手段】外装ケース11と蓋部材12との結合部21を外装ケースの外周縁部から外向きに突設して設け、複数の二次電池を積層方向の上下に積み重ね、積み重ねた最上段と最下段の結合部を挟持して複数の二次電池を一体に連結する連結部材7を介装した組電池M1〜M4とし、この組電池の側部に回路部80を一体に組み込んでモジュール化した組電池モジュールMJを上下に複数繋いだバッテリーシステムBSとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、二次電池を複数個繋いだ組電池およびこの組電池を用いたバッテリーシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、高エネルギー密度を有し小型軽量化が可能であることからリチウム二次電池が、携帯電話やノート型パソコン等の携帯型電子機器の電源用電池として用いられている。また、大容量化が可能であることから、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)等のモータ駆動電源や、電力貯蔵用蓄電池としても注目されてきている。
【0003】
上記リチウム二次電池は、電池缶を構成する外装ケース内部に正極板と負極板とをセパレータを挟んで対向配置した電極群を収納し、電解液を充填し、複数の正極板の正極集電タブに連結される正極集電端子と、この正極集電端子と電気的に接続される正極外部端子と、複数の負極板の負極集電タブに連結される負極集電端子と、この負極集電端子と電気的に接続される負極外部端子を備えた構成とされる。
【0004】
また、このようなリチウム二次電池を複数個繋いで大型の動力用の電極源として用いることが模索されており、例えば、積層型の電極群を備える二次電池からなる単電池を上下に積み重ねて構成する組電池が既に提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
積層型の電極群を備えるリチウム二次電池においては、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した電極群を外装ケースに収容し、非水電解液で充填した構成とされ、それぞれの正極板の正極集電タブに連結される正極集電端子と、この正極集電端子と電気的に接続される外部端子、および、負極板の負極集電タブに連結される負極集電端子と、この負極集電端子と電気的に接続される外部端子がそれぞれ設けられている。
【0006】
このような構成のリチウム二次電池の大容量化を図るためには、正極板および負極板の面積を大きくし、積層数を増加し、充填する電解液量も増加させることが必要である。そのために、積層型の電極群を備える単電池は表面積が大きく、厚みが厚い状態に作製される。
【0007】
積層型のリチウム二次電池では、電池缶内部で発生するガスなどにより電池缶が膨張したりして積層された正極板と負極板との間隔が広がると内部抵抗が大きくなって電池容量が低下する虞が生じる。また、それぞれの二次電池(単電池)の電池缶の変形に加えて、積み重ねた組電池の構成がずれたり変形したりすると、それぞれの電池缶を互いに接続している接続端子部が変形したり破損したりして、所望の電池容量を発生できなくなる虞も生じる。
【0008】
すなわち、積層型の電極群を備える単電池を複数個積み重ねて組電池を構築する場合には、それぞれの単電池の膨張を抑制し、さらに複数個の単電池がずれたり変形したりしないように、しっかり固定しておくことが肝要である。そのために、複数個の角形電池を積層する際に、固定部品を用いてしっかり固定する電池ブロックを用いたバッテリーシステムが既に提案されている(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2003−288883号公報
【特許文献2】特開2010−157450号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
複数個の二次電池を電気的に接続して電池容量の大きな組電池を作製することができ、この組電池を複数組み合わせて大容量のバッテリーシステムを構築することができる。ただし、このような組電池を用いたバッテリーシステムであっても、車載用あるいは家庭用に用いる場合には、コンパクトな構成のバッテリーシステムであることが望ましい。また、コンパクトにする場合でも、設置する部位や環境に応じて、高さの低いバッテリーシステムが求められたり、小さな横幅であることが求められたり、奥行きが短いことが求められたりする。
【0011】
例えば、家庭用のバッテリーシステムとして用いる場合には、軒下や窓下などの屋外に設置することが想定されるので、隣の家との間隔が狭いことにも対応できるように、奥行きが短く高さも低いコンパクトに構成できることが望ましい。
【0012】
また、収納する複数個の単電池の膨張を抑制すると共に、それぞれの単電池がずれないようにしっかり固定しておくことが望ましく、さらに、設置作業や設置する際の配線接続作業などが容易となる構成が望ましい。
【0013】
そのために、積層型の二次電池からなる単電池を用いて組電池を構築する際には、複数個の単電池をコンパクトに連結することができ、また、配線接続作業が容易な組電池構成であることが好ましい。また、この組電池を用いてバッテリーシステムを構築する際には、複数の組電池をコンパクトに組み付け可能で、組電池同士の端子接続のための空間を節約でき省スペース化が可能で、配線接続作業が容易な構成であることが好ましい。
【0014】
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、単電池をコンパクトに連結することができ、互いの単電池がずれることなくしっかり固定でき、配線接続作業も容易な組電池を提供し、この組電池を用いた組電池モジュールをコンパクトに組み付け可能で、配線接続作業などの作業性が容易なバッテリーシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記目的を達成するために本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した電極群を備える積層型の二次電池を複数個連結した組電池であって、前記二次電池は、前記電極群を収容する外装ケースと、当該外装ケースの対向する両側面に配設された外部端子と、前記外装ケースの開口部を密閉する蓋部材とを備え、これらの外装ケースと蓋部材とで構成される電池缶の内部に電解液が注液され、前記外装ケースと前記蓋部材との結合部を前記外装ケースの外周縁部から外向きに突設して設け、複数の前記二次電池を積層方向の上下に積み重ね、積み重ねた最上段と最下段の前記結合部を挟持して複数の前記二次電池を一体に連結する連結部材を介装したことを特徴としている。
【0016】
この構成によると、電池缶の側部に突出する結合部を介して上下に積み重ねた複数の二次電池を連結するので、積層方向の高さを低く抑えることが可能な連結構成となる。また、外部端子も電池缶の側部に配設されているので、電気的な接続も電池缶の側部で行うことが可能であり、積層する高さ方向をコンパクトにできる。そのために、複数の二次電池(単電池)をコンパクトに連結することができ、互いの単電池がずれることなくしっかり固定でき、配線接続作業も容易な組電池を得ることができる。
【0017】
また本発明は上記構成の組電池において、前記連結部材は、積み重ねた複数個の前記二次電池の、最下段の結合部と最上段の結合部とを挟持して、複数個の二次電池を一体に固定する締結手段を備え、前記外部端子がある側の前記結合部を介して、前記外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材を避けながら、一体に連結することを特徴としている。この構成によると、積み重ねた複数個の二次電池の両側部を上下方向に挟持して一体に固定するので、積み重ねる複数個の二次電池の膨張を効果的に抑制し、それぞれの二次電池がずれないようにしっかり固定することができる。また、側部にある外部端子や端子接続部材を避けながら連結しているので、幅方向もコンパクトにできる。
【0018】
また本発明は上記構成の組電池において、前記連結部材に、複数の前記二次電池を保護するための回路部を配設したことを特徴としている。この構成によると、回路部を電池缶の側部に配設する構成となるので、積層方向の高さを低く抑えることができる。また、積み重ねて連結する二次電池間の電気的な接続作業も電池缶の側部で行うことができ、高さを押さえたユニット筐体を用いても、配線作業を容易に行うことができる。
【0019】
また本発明は上記構成の組電池において、前記連結部材は、積み重ねた複数の前記二次電池を挟持する保持機能と、前記回路部を前記電池缶から離れた位置に配設する電気的機能と、前記外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材などを内包し保護する保護機能と、を有することを特徴としている。この構成によると、この連結部材を用いて、コンパクトに組立可能となり、電気的に安全性を維持し、配線接続作業も容易な組電池となる。
【0020】
また本発明は上記構成の組電池において、前記締結手段は、前記最上段の結合部に係合する第一係合板と、前記最下段の結合部に係合する第二係合板と、この第一係合板と第二係合板を締め上げる締結ボルトを備えることを特徴としている。この構成によると、積み重ねた複数個の二次電池を締結ボルトを介して上下方向に締め付けて固定するので、連結する複数個の二次電池の膨張を抑制し、それぞれの二次電池がずれないようにしっかり固定しておくことができる。
【0021】
また本発明は上記構成の組電池において、前記連結部材は、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い長さの本体部を備え、この本体部に、積み重ねた複数個の前記二次電池の結合部との干渉を回避する第一空隙部と、前記外部端子および前記端子接続部材との干渉を回避する第二空隙部と、前記第二空隙部を挟む左右両側に前記締結ボルトを装着するボルト装着孔と、を設け、左右両側の前記ボルト装着孔に前記締結ボルトを装着し、前記第一係合板を前記締結ボルトに装着し前記最上段の結合部に係合させ、前記第二係合板を前記締結ボルトに装着し前記最下段の結合部に係合させ、前記締結ボルトを回転して締め付けて、積み重ねた複数個の二次電池を一体に挟持して締結することを特徴としている。この構成によると、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い本体部長さの連結部材を用いているので、組電池の高さを最小限に抑えることができる。また、積み重ねた複数個の二次電池の側部に、それぞれ外部端子や結合部との干渉を回避する空隙部を有する連結部材を用いているので、側部方向に大きく突出せずにコンパクトな構成にすることができる。また、積み重ねた複数個の二次電池を締結ボルトを回転させて上下方向に締め付けて固定するので、複数個の二次電池を連結して固定する操作を容易に行うことができる。
【0022】
また本発明は上記構成の組電池において、前記連結部材は、絶縁性を有する樹脂材からなることを特徴としている。この構成によると、複数個の二次電池を連結部材を介して連結しても、この連結部材を介して漏電することがなく、所定の電池能力を正常に発揮することができる。
【0023】
また本発明は上記構成の組電池において、上下に積み重ねる前記電池缶は、互いに絶縁されていることを特徴としている。この構成によると、絶縁性を十分有さない電池缶からなる二次電池であっても、互いに絶縁する(例えば、絶縁シートを介して積層する)ことで、上下の電池缶同士を確実に絶縁して、積み重ねた電池缶同士の短絡を確実に防止して、所定の電池能力を正常に発揮する。
【0024】
また本発明は上記構成の組電池において、積み重ねる複数個の前記二次電池は、側部に突出する外部端子の上下の極性が交互に逆とされ、この上下の外部端子を順に接続して直列に接続していることを特徴としている。この構成によると、電池缶の側部に突出している外部端子を上下で交互に接続していくことで、複数個の二次電池を直列に接続可能となって、大容量化を図るために連結する配線接続作業を容易に行うことができる。
【0025】
また本発明は、請求項1から9のいずれかに記載された組電池の一方の側部に保護回路や配線部を含む回路部を一体に組み込んでモジュール化した組電池モジュールを複数繋いだバッテリーシステムであって、前記組電池モジュールを複数個別に収納する複数段の棚を備え、前記回路部を設ける側部側に配電部を設けたユニット筐体を備えたことを特徴としている。
【0026】
この構成によると、それぞれの組電池モジュールが、その高さを抑制した構成であるので、この組電池モジュールを複数段重ねて設置した構成でも、高さが低いユニット筐体を用いることができる。また、複数の組電池モジュールを高さ方向に重ね、一方の側部側に配電部を設けたバッテリーシステムを構築するので、配電部を設けた一方の側部側で配線接続作業などを行うことができる。そのために、組電池モジュールをコンパクトに組み付け可能で、配線接続作業などの作業性が容易なバッテリーシステムを得ることができる。
【0027】
また本発明は上記構成のバッテリーシステムにおいて、前記組電池モジュールを互いに接続する際に、前記回路部を設ける側の側部に突出する外部端子同士を接続端子を介して接続すると共に、接続する下側の外部端子の極性と上側の外部端子の極性とを互いに異なる極性としたことを特徴としている。この構成によると、組電池モジュールを複数段設置する際に、上下の組電池モジュールの同じ側部側にある外部端子同士を接続して直列に接続できるので、配線接続作業が容易となる。また、上下の外部端子同士を接続端子を用いて直接的に接続するので、余分な配線ルートを考慮する必要がなく、上下の組電池モジュール間の間隔を抑えることができる。
【0028】
また本発明は上記構成のバッテリーシステムにおいて、前記棚に、前記接続端子を略直線的に配設可能とする開放空間部を設けたことを特徴としている。この構成によると、上下の組電池モジュールの同じ側部側にある外部端子同士を直に連結する接続端子でよいので、接続作業が容易となり、上下の組電池モジュール間の間隔を最小限に抑えることができる。
【0029】
また本発明は上記構成のバッテリーシステムにおいて、前記ユニット筐体は台座の上に設置され、前記台座と前記棚との間に所定高さの高床部を有し、この高床部の上部に前記棚および前記配電部が設けられていることを特徴としている。この構成によると、台座との間に所定高さの高床部を有しているので、雨などが降って周囲に水が溜まっても、組電池モジュールや配電部に水が浸入せず、短絡などの不具合が生じない。また、高床部を空気通路として、冷却用の空気を流すことも可能となり、効果的な運用が可能なバッテリーシステムを得ることができる。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、電池缶の側部に突出する結合部を一体に挟持する連結部材を介して上下に積層した複数の二次電池を連結しているので、積層方向の高さを低く抑えることが可能な連結構成の組電池となる。また、外部端子は電池缶の側部に配設されているので、電気的な接続も電池缶の側部で行い、積層する高さ方向をコンパクトにできる。そのために、複数の二次電池(単電池)をコンパクトに連結することができ、互いの単電池がずれることなくしっかり固定でき、配線接続操作も容易な組電池を得ることができる。また、この組電池をモジュール化して複数段積み重ねて収納するユニット筐体の側部に配電部を設け、この側部側で配線可能なバッテリーシステムとしたので、組電池モジュールをコンパクトに組み付け可能で、配線接続作業などの作業性が容易なバッテリーシステムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明に係る組電池の第一実施形態例を示す概略断面図である。
【図2】図1の概略平面図である。
【図3】組電池の第二実施形態例を示す概略断面図である。
【図4A】連結部材の要部を示す斜視図である。
【図4B】締結手段を示す要部拡大図である。
【図5】組電池の第三実施形態例を示す概略断面図である。
【図6】組電池の第四実施形態例を示す概略断面図である。
【図7】二次電池の分解斜視図である。
【図8】二次電池が備える電極群の分解斜視図である。
【図9】二次電池の完成品を示す斜視図である。
【図10】電極群の概略断面図である。
【図11】本発明に係るバッテリーシステムの全体構成を示す概略正面図である。
【図12】図11の側面図である。
【図13】従来のバッテリーシステムの全体構成を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。また、同一構成部材については同一の符号を用い、詳細な説明は適宜省略する。
【0033】
本実施形態に係る組電池M1について図1、図2を用いて説明する。図1は、第一実施形態の組電池M1の全体構成を示す概略断面図であり、図2は、概略平面図である。この組電池M1は、積層型の二次電池からなる単電池を複数個繋いで大容量の電池容量を発揮するように構成されたものであって、図1に示すように、複数、例えば四個の単電池RB1、RB2、RB3、RB4を積み重ねて一体に連結されて組電池M1として構成される。
【0034】
また、積み重ねた複数の単電池を連結固定するために、外部端子11f(11fa、11fb)が配設された側の両側面に、連結部材7(7A)をそれぞれ介装している。
【0035】
単電池RB1、RB2、RB3、RB4は、後述するように、それぞれ、電極群と、この電極群を収容する外装ケースと、外装ケースの開口部を密閉する蓋部材とを備えている。また、この外装ケースと蓋部材とは結合部21(21a〜21d)にて結合され密閉されて電池缶を形成する。この結合部21は、外装ケースの外周縁部から外向きに突設して設けられており、連結部材7(7A)は、外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材を避けながら、積み重ねた複数の単電池(二次電池)を連結している。
【0036】
このように、電池缶の側部に突出した結合部21を介して連結するので、複数個の単電池(二次電池)を固定するための連結部材7(7A)は、電池の積層方向のサイズより小さく収めることができ、組電池M1の大きさを抑制することができる。
【0037】
また、連結部材7(7A)は、積み重ねた複数個の二次電池(単電池RB1、RB2、RB3、RB4)の、最下段の結合部21aと最上段の結合部21dとを挟持して、複数個の二次電池を一体に固定する締結手段を備え、外部端子がある側の結合部を介して、外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材を避けながら、連結している。この構成であれば、積み重ねた複数個の二次電池の両側部を上下方向に挟持して一体に固定するので、積み重ねる複数個の二次電池の膨張を効果的に抑制し、それぞれの二次電池がずれないようにしっかり固定することができる。また、側部にある外部端子や端子接続部材を避けながら連結しているので、幅方向もコンパクトにできる。
【0038】
また、積み重ねる複数個の単電池(二次電池)は、側部に突出する外部端子11f(11fa、11fb)の上下の極性が逆とされ、この上下の外部端子(例えば、外部端子11faと11fb)を順に接続して直列に接続していることが好ましい。この構成であれば、電池缶の側部に突出している外部端子11fa、11fbを上下で直接交互に接続していくことで、複数個の二次電池を直列に接続可能となって、大容量化を図るための配線接続作業を省スペース化を図りながら容易に行うことができる。
【0039】
すなわち、図に示すように、単電池RB1、RB2、RB3、RB4をこの順に積み重ねる。また、それぞれの外装ケースの側面から突出して設けられている外部端子11fの極性を上下でそれぞれ交互に逆にして積み重ねている。例えば、単電池RB1の正極外部端子11faの上には単電池RB2の負極外部端子11fbが配設されるようにして積み重ねられている。このような構成であれば、電池缶の外側の積み重ねた一方の正極外部端子11faと他方の負極外部端子11fbを直接接続することで、上下の単電池同士を電気的に直列に接続することができる。
【0040】
図2の平面図に示すように、連結部材7(7A)は、外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材(不図示)を避ける上下方向に連通する空隙部(後述する第二空隙部76)を有する断面コの字状のブロック体とされる。また、この第二空隙部76を挟む左右両側の上下にそれぞれ係合板を装着し、この上下の係合版を締結ボルト72を介して締め上げることで、上下に積み重ねた複数の単電池RB1、RB2、RB3、RB4を一体に固定することができる。
【0041】
例えば、第二空隙部76を挟む左右両側に係合する係合爪部を備える係合板を上下一対装着し、この上下の係合版を締結ボルト72を介して締め上げるようにしてもよい。また、図示するように、第二空隙部76を挟む左右両側に、それぞれ係合板を装着し、それぞれ締結ボルト72を介して締め上げるようにしてもよい。次に、この連結部材7の具体的な構成例について図4A、図4Bを用いて説明する。
【0042】
図4Aに示す連結部材7は、例えば絶縁性を有する硬質樹脂からなるブロックである本体部71と、本体部71の上下長手方向に貫通する貫通孔に挿通する締結ボルト72と、この締結ボルト72の上側に装着される第一係合板73と、下側に装着される第二係合板74(図4B参照)とを備えた構成とされる。
【0043】
すなわち、連結部材7が有する締結手段は、最上段の結合部21aに係合する第一係合板73と、最下段の結合部21dに係合する第二係合板74と、この第一係合板73と第二係合板74を締め上げる締結ボルト72を備えた構成とされる。この構成であれば、積み重ねた複数個の二次電池(単電池RB1、RB2、RB3、RB4)の側部の四箇所を締結ボルト72を介して上下方向に締め付けて固定するので、連結する複数個の二次電池の膨張を抑制し、それぞれの二次電池がずれないようにしっかり固定しておくことができる。すなわち、連結部材7は、積み重ねた複数の二次電池を挟持する保持機能を有する。
【0044】
締結ボルト72を締め付けて、第一係合板73と第二係合板74を締め上げるためには、第一係合板73と第二係合板74の両方に、締結ボルト72のネジ部が挿通自在な開口孔を設け、締結ボルト72に装着するナット部材との間で、第一係合板73と第二係合板74を締め上げる構成としてもよい。また、下側の第二係合板74に、締結ボルト72のネジ部に螺合するネジ孔を設け、締結ボルト72を回転する操作で、第二係合版74を移動させて締め上げる構成としてもよい。
【0045】
例えば、連結部材7(7A)に用いる第一係合板73は、締結ボルト72のネジ部が挿通自在な開口孔を有し、第二係合板74は、締結ボルト72のネジ部に螺合するネジ孔を有する。そして、本体部71の上面側の貫通孔部に第一係合板73を載置して締結ボルト72を挿通して、ネジ部の下側に第二係合板74を螺合させて装着する。
【0046】
この第一係合板73と第二係合板74は、機械的強度を有する板金製であることが好ましい。また、板金製であれば、所定大きさの孔を形成することや、バーリング加工等により直接ネジ孔を形成することも容易にできる。また、外装ケースと蓋部材との結合部21に係合するので、この第一係合板73と第二係合板74は、その表面、特に、外装ケースや蓋部材との接触部が絶縁処理されていることが好ましい。
【0047】
また、本体部71は、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い長さとされ、幅方向に連通した開口切欠部である第一空隙部75と、長手方向に連通した開口切欠部である第二空隙部76を有する。この第一空隙部75は、積み重ねた複数個の二次電池(単電池)の結合部との干渉を回避するための開口切欠部である。また、第二空隙部76は、二次電池(単電池)の側面から突出している外部端子およびこの外部端子同士を接続する端子接続部材との干渉を回避するための開口切欠部である。
【0048】
このように、本体部71は、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い長さとされるので、組電池M1の高さは、積み重ねた複数個の二次電池の高さ程度となり、結果的に組電池M1の高さを最小限に抑制できる。また、この本体部71は、積み重ねる二次電池の外部端子や端子接続部材などをカバーして保護する機能を発揮する。すなわち、連結部材7(7A)は、積み重ねた複数の二次電池を挟持する保持機能に加えて、外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材などを内包し保護する保護機能を有する。
【0049】
上記のように、連結部材7(7A)は、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い長さの本体部71を備え、この本体部71に、積み重ねた複数個の二次電池の結合部との干渉を回避する第一空隙部75と、外部端子との干渉を回避する第二空隙部76と、外部端子を挟む両側の長さ方向に貫通した貫通孔と、を有する。また、締結手段として、締結ボルト72と、該締結ボルト72に装着され、最上段の結合部21dに係合する第一係合板73と、最下段の結合部21aに係合し締結ボルト72と螺合するネジ孔を有する第二係合板74と、を用いる。そして、第一係合板73を最上段の結合部21dに係合させ、第二係合板74を最下段の結合部21aに係合させ、締結ボルト72を回転して締め付けて、積み重ねた複数個の二次電池を一体に挟持して締結するようにしている。
【0050】
すなわち、図4Bに示すように、第一係合板73を締結ボルト72に装着し、第二係合板74を締結ボルト72に装着して、締結ボルト72を回転すると、締結ボルト72と螺合する第二係合板74が、図中の矢印D1方向に移動する。つまり、第一係合板73と第二係合板74とを、締結ボルト72を介して締め上げることができ、積み重ねた複数個の二次電池を一体に挟持して締結する。
【0051】
上記した構成であれば、複数個の二次電池を直接積み重ねるので、積み重ねる高さ方向をコンパクトにできる。また、積み重ねた複数個の二次電池の側部に、それぞれ接続端子や結合部との干渉を回避して取り付ける連結部材7を用いているので、側部方向にもコンパクトな構成にすることができる。また、積み重ねた複数個の二次電池の側部四箇所を締結ボルト72を介して上下方向に締め付けて固定するので、連結する複数個の二次電池の膨張を効果的に抑制し、それぞれの二次電池がずれないようにしっかり固定しておくことができる。
【0052】
すなわち、本実施形態に係る組電池M1は、電池缶の側部に突出する結合部を介して上下に積み重ねた複数の二次電池(単電池RB1〜RB4)を、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い本体部長さの連結部材を用いて連結するので、積層方向の高さを低く抑えることが可能な連結構成となる。また、それぞれの単電池の外部端子も電池缶の側部に配設されているので、電気的な接続も電池缶の側部で行うことが可能であり、積層する高さ方向をコンパクトできる。そのために、複数の二次電池(単電池RB1〜RB4)をコンパクトに連結することができ、互いの単電池がずれることなくしっかり固定でき、配線接続作業も容易な組電池を得ることができる。
【0053】
本実施形態に用いる単電池は例えば積層型のリチウム二次電池からなる。このリチウム二次電池は、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した積層型の電極群1を備えている。また、極板の面積を大きくし、積層数を増やすことで比較的大容量の二次電池となり、電気自動車用蓄電池や電力貯蔵用蓄電池などに適用可能なものである。
【0054】
次に、積層型のリチウム二次電池RBと電極群1の具体的な構成について、図7〜図10を用いて説明する。
【0055】
図7に示すように、積層型のリチウム二次電池RBは平面視矩形とされ、それぞれが矩形とされる正極板と負極板とセパレータとを積層した電極群1を備えている。また、底部11aと側部11b〜11eを備えて箱型とされる外装ケース11と蓋部材12とから構成される電池缶10に収容して、外装ケース11の側面(例えば、側部11b、11cの対向する二側面)に設ける外部端子11fから充放電を行う構成としている。
【0056】
電極群1は、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した構成であって、図8に示すように、正極集電体2b(例えば、アルミニウム箔)の両面に正極活物質からなる正極活物質層2aが形成された正極板2と、負極集電体3b(例えば、銅箔)の両面に負極活物質からなる負極活物質層3aが形成された負極板3とがセパレータ4を介して積層されている。
【0057】
セパレータ4により、正極板2と負極板3との絶縁が図られているが、外装ケース11に充填される電解液を介して正極板2と負極板3との間でリチウムイオンの移動が可能となっている。
【0058】
ここで、正極板2の正極活物質としては、リチウムが含有された酸化物(LiCoO2,LiNiO2,LiFeO2,LiMnO2,LiMn2O4など)や、その酸化物の遷移金属の一部を他の金属元素で置換した化合物などが挙げられる。なかでも、通常の使用において、正極板2が保有するリチウムの80%以上を電池反応に利用し得るものを正極活物質として用いれば、過充電などの事故に対する安全性を高めることができる。
【0059】
また、負極板3の負極活物質としては、リチウムが含有された物質やリチウムの挿入/離脱が可能な物質が用いられる。特に、高いエネルギー密度を持たせるためには、リチウムの挿入/離脱電位が金属リチウムの析出/溶解電位に近いものを用いるのが好ましい。その典型例は、粒子状(鱗片状、塊状、繊維状、ウィスカー状、球状および粉砕粒子状など)の天然黒鉛もしくは人造黒鉛である。
【0060】
なお、正極板2の正極活物質に加えて、また、負極板3の負極活物質に加えて、導電材、増粘材および結着材などが含有されていてもよい。導電材は、正極板2や負極板3の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト(天然黒鉛、人造黒鉛)、炭素繊維などの炭素質材料や導電性金属酸化物などを用いることができる。
【0061】
増粘材としては、例えば、ポリエチレングリコール類、セルロース類、ポリアクリルアミド類、ポリN−ビニルアミド類、ポリN−ビニルピロリドン類などを用いることができる。結着材は、活物質粒子および導電材粒子を繋ぎとめる役割を果たすものであり、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系ポリマーや、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系ポリマーや、スチレンブタジエンゴムなどを用いることができる。
【0062】
また、セパレータ4としては、微多孔性の高分子フィルムを用いることが好ましい。具体的には、ナイロン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテンなどのポリオレフィン高分子からなるフィルムが使用可能である。
【0063】
また、電解液としては、有機電解液を用いることが好ましい。具体的には、有機電解液の有機溶媒として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ―ブチロラクトンなどのエステル類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、メトキシエトキシエタンなどのエーテル類、さらに、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチルなどが使用可能である。なお、これらの有機溶媒は、単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。
【0064】
さらに、有機溶媒には電解質塩が含まれていてもよい。この電解質塩としては、過塩素酸リチウム(LiClO4)、ホウフッ化リチウム、六フッ化リン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸(LiCF3SO3)、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウムおよび四塩化アルミン酸リチウムなどのリチウム塩が挙げられる。なお、これらの電解質塩は、単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。
【0065】
電解質塩の濃度は特に限定されないが、約0.5〜約2.5mol/Lであれば好ましく、約1.0〜2.2mol/Lであればより好ましい。なお、電解質塩の濃度が約0.5mol/L未満の場合には、電解液中においてキャリア濃度が低くなり、電解液の抵抗が高くなる虞がある。一方、電解質塩の濃度が約2.5mol/Lよりも高い場合には、塩自体の解離度が低くなり、電解液中のキャリア濃度が上がらない虞がある。
【0066】
電池缶10は、外装ケース11と蓋部材12とを備え、鉄、ニッケルメッキされた鉄、ステンレススチール、およびアルミニウムなどからなる。また、本実施形態では、図9に示すように、電池缶10は、外装ケース11と蓋部材12とが組み合わされたときに、外形形状が実質的に扁平角型形状となるように形成されている。
【0067】
外装ケース11は、略長方形状の底面を持つ底部11aと、この底部11aから立設した4面の側部11b〜11eを有する箱型状とされ、この箱型状内部に電極群1を収容する。電極群1は、正極板の集電タブに連結される正極集電端子と、負極板の集電タブに連結される負極集電端子を備え、これらの集電タブと電気的に接続される外部端子11fが外装ケース11の側部にそれぞれ設けられている。外部端子11fは、例えば、対向する二側部11b、11cの二箇所に設けられる。また、10aは注液口であって、ここから電解液を注液する。
【0068】
外装ケース11に電極群1を収容し、それぞれの集電端子を外部端子に接続した後、もしくは、電極群1の集電端子にそれぞれの外部端子を接続して外装ケース11に収容し、外部端子を外装ケースの所定部位に固着した後、蓋部材12を外装ケース11の開口縁に固定する。すると、外装ケース11の底部11aと蓋部材12との間に電極群1が挟持され、電池缶10の内部において電極群1が保持される。なお、外装ケース11に対する蓋部材12の固定は、例えば、レーザ溶接などによってなされる。また、集電端子と外部端子との接続は、超音波溶接やレーザ溶接、抵抗溶接などの溶接以外に導電性接着剤などを用いて行うこともできる。
【0069】
上記したように、本実施形態に係る積層型の二次電池は、正極板2と負極板3とをセパレータ4を介して複数層積層した電極群1と、この電極群1を収容し電解液が充填される外装ケース11と、外装ケース11に設ける外部端子11fと、正負の極板と外部端子11fとを電気的に接続する正負の集電端子と、外装ケース11に装着される蓋部材12と、を備えた構成である。
【0070】
外装ケース11に収容された電極群1は、例えば、図10に示すように、正極集電体2bの両面に正極活物質層2aが形成された正極板2と、負極集電体3bの両面に負極活物質層3aが形成された負極板3とがセパレータ4を介して積層され、さらに両端面にセパレータ4を配設している。また、両端面のセパレータ4に替えて、このセパレータ4と同じ材質の樹脂フィルムを巻回して、電極群1を絶縁性を有する樹脂フィルムで被覆する構成としてもよい。いずれにしても、積層電極群1の上面は、電解液浸透性および絶縁性を有する部材が積層される構成となる。そのために、この面に直接蓋部材12を当接させることができ、蓋部材12を介して所定の圧で押さえ付けることも可能である。
【0071】
また、このような二次電池を直接積み重ねるためには、電池缶10同士は、互いに絶縁されていることが好ましく、例えば、電池缶10の表面を絶縁塗装する。これは、電池缶表面は負極と正極との中間電位を有するので、特に大容量(例えば50Ah以上)の単電池が直列接続された電池缶表面同士が接触すると、電池缶表面同士で短絡してしまうからである。
【0072】
また、電池缶10を積み重ねる際に、例えば、絶縁シートを介装して順に積み重ねると、上下の電池缶同士を確実に絶縁して、積み重ねた電池缶同士の短絡を確実に防止して、所定の電池能力を正常に発揮する。このように、電池缶同士が、互いに絶縁された構成であれば、電池缶10を構成する外装ケース11や蓋部材12のいずれかの表面の絶縁性が十分でない場合でも、積み重ねた電池缶10同士の短絡を確実に防止可能となる。また、絶縁シートを介装すると、このシートが緩衝材となって、それぞれの二次電池がずれないようにしっかり固定しておくことができる。
【0073】
例えば、図3に示す第二実施形態の組電池M2のように、単電池RB1、RB2間に絶縁シート13Aを介装し、単電池RB2、RB3間に絶縁シート13Bを介装し、単電池RB3、RB4間に絶縁シート13Cを介装する。この図3に示す組電池M2は、先に説明した組電池M1と同様に、単電池RB1、RB2、RB3、RB4をこの順に積み重ねて、外装ケースと蓋部材との結合部21(21a、21d)を介して連結部材7(7B)を用いて一体に組みつけている。
【0074】
この絶縁シート13(13A、13B、13C)は、例えば、厚み0.1mm程度のポリカーボネート樹脂フィルムなどの薄いフィルム状のシートでよく、複数の単電池を積み重ねる高さ方向をコンパクトにできることは同じである。
【0075】
また、この図3には、一方の連結部材7(7B)の本体部71Aに回路部80を設けた例を示している。回路部80は、電源線や信号線などを接続するための配線部や保護回路を含む。保護回路は、電極群1の充放電などの動作を制御する機能や、IC素子などの制御素子に過電流が流れることを防止する機能を有する。このように、連結部材7(7B)に、積み重ねて連結する二次電池を制御し保護するための回路部80を設置した構成であれば、電池缶10の側部に電気関連部品を配設し、ここで配線接続する構成となる。
【0076】
すなわち、連結部材7(7B)は、回路部80を電池缶から離れた位置に配設する電気的機能を有する。また、組電池としての配線接続作業や積み重ねて連結する二次電池間の電気的な接続作業を電池缶10の側部で行うことができ、高さを押さえたユニット筐体(複数の組電池を一体に収納する筐体)を用いても、この回路部80がある一方の側部から配線接続作業を容易に行うことができる。
【0077】
さらに、回路部80を電池缶10から離れた側部に配設するので、発熱部となる電極群から離れた位置に回路部80を設置可能な構成となって、回路部80に与える熱的影響を抑制できる。また、一方の側部の開放部に回路部80が配設されるので、熱が溜まることもなく、空冷することも容易な構成となる。
【0078】
また、連結部材7(7A、7B)に設ける締結手段は、前述した本体部71を上下に貫通する貫通孔を挿通して設けられる長い締結ボルト72に限らず、上下にそれぞれ短い締結ボルトを用いた構成としてもよい。このように構成した一例について図5を用いて説明する。
【0079】
図5に示す第三実施形態の組電池M3は、先に説明した組電池M1と同様に、単電池RB1、RB2、RB3、RB4をこの順に積み重ねて、外装ケースと蓋部材との結合部を介して連結部材7(7C)を用いて一体に組みつけている。ただ、最上段の結合部21dに装着する第一係合板73を固定するために締結ボルト72Aを用い、最下段の結合部21aに装着する第二係合板74Aを固定するために締結ボルト72Bを用いている点が異なる。
【0080】
そのために、第二係合板74Aは、締結ボルト72Bのネジ部が挿通自在な開口孔を有し、本体部71Bには、締結ボルト72A、72Bをねじ込むための、ネジ孔が設けられている。また、上下の締結ボルト72A、72Bをねじ込んだときに、第一係合板73と第二係合板74Aとで、積み重ねた複数の二次電池を一体に挟持可能に、本体部71Bの全長が定められることは明らかである。
【0081】
上記した、貫通孔の挿通する締結ボルト72を設けた構成、また、ネジ孔にねじ込む締結ボルト72A、72Bを設けた構成のいずれであっても、連結部材7の第二空隙部76を挟む左右両側に締結ボルトを装着するボルト装着孔を設け、左右両側のボルト装着孔に締結ボルトを装着し、第一係合板73を締結ボルトに装着し最上段の結合部に係合させ、第二係合板74Aを締結ボルトに装着し最下段の結合部に係合させ、締結ボルトを回転して締め付けて、積み重ねた複数個の二次電池を一体に挟持して締結することは同じである。
【0082】
また、電池缶10を構成するために、外装ケース11と蓋部材12とを結合する結合部は、前述した平板状の縁辺同士を重ねてレーザ溶接などによって接合する結合部21(21a〜21d)以外に、縁辺同士を巻き締めして密閉する構成としてもよい。
【0083】
縁辺同士を巻き締めして密閉した構成の結合部22を介して連結部材を装着する構成について図6を用いて説明する。
【0084】
図6に示す第四実施形態の組電池M4は、縁辺同士を巻き締めして密閉した構成の結合部22(22a〜22d)を有する単電池RBa1、RBa2、RBa3、RBa4をこの順に積み重ねて、結合部22を介して連結部材7(7D)を用いて一体に組みつけている。
【0085】
また、最上段の結合部22dに装着する係合板として、巻き締め構成部に適応した形状とされる第一係合板73Aを用い、最下段の結合部22aに装着する係合板として、巻き締め構成部に適応した形状とされる第二係合板74Bを用いている。
【0086】
また、本体部71Cに設ける開口切欠部は、それぞれの結合部との緩衝を回避するために幅方向に連通して設ける第一空隙部75Aと、外部端子およびこの外部端子同士を接続する端子接続部材との干渉を回避するために長手方向に連通して設ける第二空隙部76(図4A参照)とを有する。
【0087】
また、最下段の結合部22aに装着する第二係合板74Bを設置する部位の開口切欠部として第一空隙部75Aよりも少し大きい第一空隙部75Bを設けている。
【0088】
また、図には、本体部71Cを上下に貫通する貫通孔を挿通して設けられる締結ボルト72と第二係合板74Bの下側にナット部材Nを用いた例を示しているが、これに限らず、第二係合板74Bにネジ孔を設けた構成でも、第一係合板73Aと同様にネジ部が挿通自在な開口孔を設け、前述した上下の締結ボルト72A、72Bを直接本体部にネジ込む構成としてもよい。
【0089】
以上、単電池を複数積み重ねた組電池について説明してきたが、この組電池の一方の側部に保護回路や配線部を含む回路部を一体に組み込んでモジュール化した組電池モジュールを複数繋いで大容量のバッテリーシステムを構築することができる。そのために、図11、図12を用いてこのバッテリーシステムについて説明する。
【0090】
図11は、本実施形態に係るバッテリーシステムBSの全体構成を示す概略正面図であり、図12は概略側面図である。
【0091】
図11に示すように、このバッテリーシステムBSは、前述した組電池M1、M2、M3、M4をそれぞれモジュール化した組電池モジュールMJをユニット筐体30に一体に収納して構成される。ユニット筐体30は、台座31を備え、筐体内に、複数の棚SH(SH1〜SH4)を設けており、この棚SHにそれぞれの組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を設置している。また、筐体内の一方の側部、例えば、それぞれの組電池モジュールMJの回路部を配設した同じ側に配電部40を設けた構成としている。
【0092】
すなわち、バッテリーシステムBSは、所定の複数個数の二次電池を備えた組電池モジュールMJを複数段個別に収納する複数段の棚SH(SH1〜SH4)を備え、組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)の回路部を設ける側部側に配電部40を設けたユニット筐体30を備えた構成とされる。
【0093】
この構成であれば、それぞれの組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)が、その高さを抑制した構成であるので、この組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を複数段設置した構成でも、高さが低いユニット筐体30を用いることができる。特に、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い長さの本体部長さを有する連結部材を用いて組電池を組み立てているので、それぞれの棚SHの高さを最小限に抑えることができる。また、このような組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を高さ方向に重ねてバッテリーシステムBSを構築するので、奥行きが短く高さの低いコンパクトな構成のバッテリーシステムBSを得ることができる。
【0094】
また、組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を互いに接続する際に、回路部80(80A〜80D)を設ける側の側部に突出する外部端子同士を接続端子13を介して接続すると共に、接続する下側の外部端子の極性と上側の外部端子の極性とを異なる極性としている。この接続端子13は前述した、組電池を作製する際に、それぞれの二次電池の外部端子同士を接続している端子接続部材と同様な部材である。すなわち、この接続端子13は、組電池モジュールMJ同士を電気的に接続する接続部材である。
【0095】
積み重ねる組電池モジュールMJの上下で、外部端子の極性を異ならせた構成であれば、組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を複数段設置する際に、上下の組電池モジュールMJの同じ側部側にある外部端子同士を接続して直列に接続できるので、配線接続作業が容易となる。また、上下の組電池モジュールMJ同士を接続端子13を用いて直接的に接続するので、余分な配線ルートを考慮する必要がなく、上下の組電池モジュール間の間隔を抑えることができる。
【0096】
棚SHには、接続端子13を略直線的に配設可能とする開放空間部を設けていることが好ましい。この構成であれば、上下の組電池モジュールの同じ側部側にある外部端子同士を、短い長さの接続端子13を用いて直に連結できるので、接続作業が容易となり、上下の組電池モジュール間の間隔を最小限に抑えることができる。
【0097】
配電部40は、二次電池を制御するためのDC電源やセル監視回路や保護回路や各種センサなどの電装部品が設置されていて、各種配線の通路ともなっている。そのために、例えば、入力側電源端子81Aとユニット入力側端子81Bとを接続する電源配線W1が配線されている。また、上下の組電池モジュールMJを接続端子13を介して接続し、最上段の組電池モジュールMJ4の外部端子に接続される接続端子にユニット出力側端子82Bを設け、電源配線W2により出力側電源端子82Aに接続する。
【0098】
このように、各組電池モジュールMJの回路部80(80A〜80D)やバッテリーシステム全体を制御するための配電部40が、ユニット筐体30の一方の側部側に配設されるので、一方の側部側からバッテリーシステムを構築するための配線接続作業などを行うことができる。また、高さ方向は、それぞれの組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を設置可能な程度に低くできる。そのために、組電池モジュールをコンパクトに組み付け可能で、配線接続作業などの作業性が容易なバッテリーシステムを得ることができる。
【0099】
また、図12に示すように、開放空間部を挟んで両側部を支持する構成の棚板33(33a〜33d)を用いてそれぞれの組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を支持する。このような構成であれば、複数の二次電池を積層した構成の組電池モジュールMJを、ただ上下に積み重ねているので、その幅T1(正面からみれば奥行き)も二次電池の幅より少し大きな程度の幅に小さくできる。また、上下の組電池モジュール間の間隔を短くできるので、設置高さH1も低く抑えることができる。
【0100】
また、ユニット筐体30は台座31の上に設置され、この台座31と棚SH(SH1)との間に所定高さの高床部32を有し、この高床部32の上部に棚SH1および配電部40を設ける構成としている。この構成であれば、台座31との間に所定高さの高床部32を有しているので、雨などが降って周囲に水が溜まっても、組電池モジュールMJ(MJ1)や配電部40に水が浸入せず、短絡などの不具合が生じない。また、高床部32を空気通路として、冷却用の空気を流すことも可能となり、効果的な運用が可能なバッテリーシステムBSを得ることができて好ましい。
【0101】
例えば、図13に示す従来構成のバッテリーシステムBS1では、台座31Aの上にユニット筐体30Aを設置し、この中に複数の組電池モジュールMJ11〜MJ14を収納し、一方の側部に配電部40を設けている構成は同じである。しかし、それぞれの組電池M11は、積層型の二次電池RBb1、RBb2、RBb3、RBb4を一体化プレート78と一体化用バンド79を介して組み付け、端子カバー77を設置してこの上に回路部80(80A〜80D)を設ける構成としている。そして、それぞれの組電池モジュールの上部にある外部端子のそれぞれを上下の組電池モジュール間で接続して連結している。そのために、このような構成のバッテリーシステムBS1では、積み重ねる組電池モジュール間のスペースが必要となり、装置全体の設置高さH2が高くなってしまう。
【0102】
また、配線については、入力側電源端子81Aaとユニット入力側端子81Baとを接続する電源配線W11を配電部40を介して配線し、ユニット出力側端子82Baと出力側電源端子82Aaとを電源配線W15により接続する点は同じであるが、上下の組電池モジュール同士を接続する接続配線W12、W13、W14を設ける点が異なる。
【0103】
この接続配線W12とW14は、配電部40が配置される側とは反対側にあるので、このような構成では一方の側部から全ての配線接続作業を行うことはできない。
【0104】
そのため、積層型の二次電池を、その積層方向に複数積み重ねて組電池を作製し、この組電池をモジュール化して上下に組み付けて構築した本実施形態に係るバッテリーシステムBSが、接続作業や配線作業などの電気的な作業が容易で奥行きが短く高さの低いコンパクトな構成のバッテリーシステムを構築する上では好ましいといえる。
【0105】
上記したように、本発明に係る組電池によれば、電池缶の側部に突出する結合部を一体に挟持する連結部材を介して上下に積層した複数の二次電池を一括に連結しているので、積層方向の高さを低く抑えることが可能な連結構成となる。そのために、複数の二次電池(単電池)を積み重ねる高さ方向をコンパクトに組立可能で、互いの単電池がずれることなくしっかり固定できる組電池を得ることができる。
【0106】
さらに、この連結部材に外部端子や端子接続部材を内包する空隙部(開口切欠部)を設け回路部を配設する構成であれば、積み重ねた複数の二次電池を挟持する保持機能と、回路部を電池缶から離れた位置に配設する電気的機能と、外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材などを内包し保護する保護機能と、を有するので、この連結部材を用いて、横方向にもコンパクトに組立可能で、電気的に安全であり、配線接続作業も容易な組電池となる。
【0107】
また、この組電池をモジュール化した組電池モジュールを上下に組み付けた本発明に係るバッテリーシステムによれば、それぞれの組電池モジュールが、その高さを抑制した構成であるので、この組電池モジュールを複数段設置した構成でも、高さが低くできる。また、複数の組電池モジュールを高さ方向に重ねてバッテリーシステムを構築するので、奥行きが短く高さの低いコンパクトな構成のバッテリーシステムを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0108】
そのために、本発明に係る組電池およびバッテリーシステムは、コンパクト化および配線接続作業性の容易化が求められる大容量の蓄電池に好適に利用可能となる。
【符号の説明】
【0109】
1 電極群
2 正極板
3 負極板
4 セパレータ
7 連結部材
10 電池缶
11 外装ケース
12 蓋部材
13 接続端子
30 ユニット筐体
31 台座
32 高床部
40 配電部
80 回路部
RB、RB1〜RB3 単電池(二次電池)
M1〜M3 組電池
MJ 組電池モジュール
BS バッテリーシステム
SH 棚
【技術分野】
【0001】
本発明は、二次電池を複数個繋いだ組電池およびこの組電池を用いたバッテリーシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、高エネルギー密度を有し小型軽量化が可能であることからリチウム二次電池が、携帯電話やノート型パソコン等の携帯型電子機器の電源用電池として用いられている。また、大容量化が可能であることから、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)等のモータ駆動電源や、電力貯蔵用蓄電池としても注目されてきている。
【0003】
上記リチウム二次電池は、電池缶を構成する外装ケース内部に正極板と負極板とをセパレータを挟んで対向配置した電極群を収納し、電解液を充填し、複数の正極板の正極集電タブに連結される正極集電端子と、この正極集電端子と電気的に接続される正極外部端子と、複数の負極板の負極集電タブに連結される負極集電端子と、この負極集電端子と電気的に接続される負極外部端子を備えた構成とされる。
【0004】
また、このようなリチウム二次電池を複数個繋いで大型の動力用の電極源として用いることが模索されており、例えば、積層型の電極群を備える二次電池からなる単電池を上下に積み重ねて構成する組電池が既に提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
積層型の電極群を備えるリチウム二次電池においては、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した電極群を外装ケースに収容し、非水電解液で充填した構成とされ、それぞれの正極板の正極集電タブに連結される正極集電端子と、この正極集電端子と電気的に接続される外部端子、および、負極板の負極集電タブに連結される負極集電端子と、この負極集電端子と電気的に接続される外部端子がそれぞれ設けられている。
【0006】
このような構成のリチウム二次電池の大容量化を図るためには、正極板および負極板の面積を大きくし、積層数を増加し、充填する電解液量も増加させることが必要である。そのために、積層型の電極群を備える単電池は表面積が大きく、厚みが厚い状態に作製される。
【0007】
積層型のリチウム二次電池では、電池缶内部で発生するガスなどにより電池缶が膨張したりして積層された正極板と負極板との間隔が広がると内部抵抗が大きくなって電池容量が低下する虞が生じる。また、それぞれの二次電池(単電池)の電池缶の変形に加えて、積み重ねた組電池の構成がずれたり変形したりすると、それぞれの電池缶を互いに接続している接続端子部が変形したり破損したりして、所望の電池容量を発生できなくなる虞も生じる。
【0008】
すなわち、積層型の電極群を備える単電池を複数個積み重ねて組電池を構築する場合には、それぞれの単電池の膨張を抑制し、さらに複数個の単電池がずれたり変形したりしないように、しっかり固定しておくことが肝要である。そのために、複数個の角形電池を積層する際に、固定部品を用いてしっかり固定する電池ブロックを用いたバッテリーシステムが既に提案されている(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2003−288883号公報
【特許文献2】特開2010−157450号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
複数個の二次電池を電気的に接続して電池容量の大きな組電池を作製することができ、この組電池を複数組み合わせて大容量のバッテリーシステムを構築することができる。ただし、このような組電池を用いたバッテリーシステムであっても、車載用あるいは家庭用に用いる場合には、コンパクトな構成のバッテリーシステムであることが望ましい。また、コンパクトにする場合でも、設置する部位や環境に応じて、高さの低いバッテリーシステムが求められたり、小さな横幅であることが求められたり、奥行きが短いことが求められたりする。
【0011】
例えば、家庭用のバッテリーシステムとして用いる場合には、軒下や窓下などの屋外に設置することが想定されるので、隣の家との間隔が狭いことにも対応できるように、奥行きが短く高さも低いコンパクトに構成できることが望ましい。
【0012】
また、収納する複数個の単電池の膨張を抑制すると共に、それぞれの単電池がずれないようにしっかり固定しておくことが望ましく、さらに、設置作業や設置する際の配線接続作業などが容易となる構成が望ましい。
【0013】
そのために、積層型の二次電池からなる単電池を用いて組電池を構築する際には、複数個の単電池をコンパクトに連結することができ、また、配線接続作業が容易な組電池構成であることが好ましい。また、この組電池を用いてバッテリーシステムを構築する際には、複数の組電池をコンパクトに組み付け可能で、組電池同士の端子接続のための空間を節約でき省スペース化が可能で、配線接続作業が容易な構成であることが好ましい。
【0014】
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、単電池をコンパクトに連結することができ、互いの単電池がずれることなくしっかり固定でき、配線接続作業も容易な組電池を提供し、この組電池を用いた組電池モジュールをコンパクトに組み付け可能で、配線接続作業などの作業性が容易なバッテリーシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記目的を達成するために本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した電極群を備える積層型の二次電池を複数個連結した組電池であって、前記二次電池は、前記電極群を収容する外装ケースと、当該外装ケースの対向する両側面に配設された外部端子と、前記外装ケースの開口部を密閉する蓋部材とを備え、これらの外装ケースと蓋部材とで構成される電池缶の内部に電解液が注液され、前記外装ケースと前記蓋部材との結合部を前記外装ケースの外周縁部から外向きに突設して設け、複数の前記二次電池を積層方向の上下に積み重ね、積み重ねた最上段と最下段の前記結合部を挟持して複数の前記二次電池を一体に連結する連結部材を介装したことを特徴としている。
【0016】
この構成によると、電池缶の側部に突出する結合部を介して上下に積み重ねた複数の二次電池を連結するので、積層方向の高さを低く抑えることが可能な連結構成となる。また、外部端子も電池缶の側部に配設されているので、電気的な接続も電池缶の側部で行うことが可能であり、積層する高さ方向をコンパクトにできる。そのために、複数の二次電池(単電池)をコンパクトに連結することができ、互いの単電池がずれることなくしっかり固定でき、配線接続作業も容易な組電池を得ることができる。
【0017】
また本発明は上記構成の組電池において、前記連結部材は、積み重ねた複数個の前記二次電池の、最下段の結合部と最上段の結合部とを挟持して、複数個の二次電池を一体に固定する締結手段を備え、前記外部端子がある側の前記結合部を介して、前記外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材を避けながら、一体に連結することを特徴としている。この構成によると、積み重ねた複数個の二次電池の両側部を上下方向に挟持して一体に固定するので、積み重ねる複数個の二次電池の膨張を効果的に抑制し、それぞれの二次電池がずれないようにしっかり固定することができる。また、側部にある外部端子や端子接続部材を避けながら連結しているので、幅方向もコンパクトにできる。
【0018】
また本発明は上記構成の組電池において、前記連結部材に、複数の前記二次電池を保護するための回路部を配設したことを特徴としている。この構成によると、回路部を電池缶の側部に配設する構成となるので、積層方向の高さを低く抑えることができる。また、積み重ねて連結する二次電池間の電気的な接続作業も電池缶の側部で行うことができ、高さを押さえたユニット筐体を用いても、配線作業を容易に行うことができる。
【0019】
また本発明は上記構成の組電池において、前記連結部材は、積み重ねた複数の前記二次電池を挟持する保持機能と、前記回路部を前記電池缶から離れた位置に配設する電気的機能と、前記外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材などを内包し保護する保護機能と、を有することを特徴としている。この構成によると、この連結部材を用いて、コンパクトに組立可能となり、電気的に安全性を維持し、配線接続作業も容易な組電池となる。
【0020】
また本発明は上記構成の組電池において、前記締結手段は、前記最上段の結合部に係合する第一係合板と、前記最下段の結合部に係合する第二係合板と、この第一係合板と第二係合板を締め上げる締結ボルトを備えることを特徴としている。この構成によると、積み重ねた複数個の二次電池を締結ボルトを介して上下方向に締め付けて固定するので、連結する複数個の二次電池の膨張を抑制し、それぞれの二次電池がずれないようにしっかり固定しておくことができる。
【0021】
また本発明は上記構成の組電池において、前記連結部材は、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い長さの本体部を備え、この本体部に、積み重ねた複数個の前記二次電池の結合部との干渉を回避する第一空隙部と、前記外部端子および前記端子接続部材との干渉を回避する第二空隙部と、前記第二空隙部を挟む左右両側に前記締結ボルトを装着するボルト装着孔と、を設け、左右両側の前記ボルト装着孔に前記締結ボルトを装着し、前記第一係合板を前記締結ボルトに装着し前記最上段の結合部に係合させ、前記第二係合板を前記締結ボルトに装着し前記最下段の結合部に係合させ、前記締結ボルトを回転して締め付けて、積み重ねた複数個の二次電池を一体に挟持して締結することを特徴としている。この構成によると、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い本体部長さの連結部材を用いているので、組電池の高さを最小限に抑えることができる。また、積み重ねた複数個の二次電池の側部に、それぞれ外部端子や結合部との干渉を回避する空隙部を有する連結部材を用いているので、側部方向に大きく突出せずにコンパクトな構成にすることができる。また、積み重ねた複数個の二次電池を締結ボルトを回転させて上下方向に締め付けて固定するので、複数個の二次電池を連結して固定する操作を容易に行うことができる。
【0022】
また本発明は上記構成の組電池において、前記連結部材は、絶縁性を有する樹脂材からなることを特徴としている。この構成によると、複数個の二次電池を連結部材を介して連結しても、この連結部材を介して漏電することがなく、所定の電池能力を正常に発揮することができる。
【0023】
また本発明は上記構成の組電池において、上下に積み重ねる前記電池缶は、互いに絶縁されていることを特徴としている。この構成によると、絶縁性を十分有さない電池缶からなる二次電池であっても、互いに絶縁する(例えば、絶縁シートを介して積層する)ことで、上下の電池缶同士を確実に絶縁して、積み重ねた電池缶同士の短絡を確実に防止して、所定の電池能力を正常に発揮する。
【0024】
また本発明は上記構成の組電池において、積み重ねる複数個の前記二次電池は、側部に突出する外部端子の上下の極性が交互に逆とされ、この上下の外部端子を順に接続して直列に接続していることを特徴としている。この構成によると、電池缶の側部に突出している外部端子を上下で交互に接続していくことで、複数個の二次電池を直列に接続可能となって、大容量化を図るために連結する配線接続作業を容易に行うことができる。
【0025】
また本発明は、請求項1から9のいずれかに記載された組電池の一方の側部に保護回路や配線部を含む回路部を一体に組み込んでモジュール化した組電池モジュールを複数繋いだバッテリーシステムであって、前記組電池モジュールを複数個別に収納する複数段の棚を備え、前記回路部を設ける側部側に配電部を設けたユニット筐体を備えたことを特徴としている。
【0026】
この構成によると、それぞれの組電池モジュールが、その高さを抑制した構成であるので、この組電池モジュールを複数段重ねて設置した構成でも、高さが低いユニット筐体を用いることができる。また、複数の組電池モジュールを高さ方向に重ね、一方の側部側に配電部を設けたバッテリーシステムを構築するので、配電部を設けた一方の側部側で配線接続作業などを行うことができる。そのために、組電池モジュールをコンパクトに組み付け可能で、配線接続作業などの作業性が容易なバッテリーシステムを得ることができる。
【0027】
また本発明は上記構成のバッテリーシステムにおいて、前記組電池モジュールを互いに接続する際に、前記回路部を設ける側の側部に突出する外部端子同士を接続端子を介して接続すると共に、接続する下側の外部端子の極性と上側の外部端子の極性とを互いに異なる極性としたことを特徴としている。この構成によると、組電池モジュールを複数段設置する際に、上下の組電池モジュールの同じ側部側にある外部端子同士を接続して直列に接続できるので、配線接続作業が容易となる。また、上下の外部端子同士を接続端子を用いて直接的に接続するので、余分な配線ルートを考慮する必要がなく、上下の組電池モジュール間の間隔を抑えることができる。
【0028】
また本発明は上記構成のバッテリーシステムにおいて、前記棚に、前記接続端子を略直線的に配設可能とする開放空間部を設けたことを特徴としている。この構成によると、上下の組電池モジュールの同じ側部側にある外部端子同士を直に連結する接続端子でよいので、接続作業が容易となり、上下の組電池モジュール間の間隔を最小限に抑えることができる。
【0029】
また本発明は上記構成のバッテリーシステムにおいて、前記ユニット筐体は台座の上に設置され、前記台座と前記棚との間に所定高さの高床部を有し、この高床部の上部に前記棚および前記配電部が設けられていることを特徴としている。この構成によると、台座との間に所定高さの高床部を有しているので、雨などが降って周囲に水が溜まっても、組電池モジュールや配電部に水が浸入せず、短絡などの不具合が生じない。また、高床部を空気通路として、冷却用の空気を流すことも可能となり、効果的な運用が可能なバッテリーシステムを得ることができる。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、電池缶の側部に突出する結合部を一体に挟持する連結部材を介して上下に積層した複数の二次電池を連結しているので、積層方向の高さを低く抑えることが可能な連結構成の組電池となる。また、外部端子は電池缶の側部に配設されているので、電気的な接続も電池缶の側部で行い、積層する高さ方向をコンパクトにできる。そのために、複数の二次電池(単電池)をコンパクトに連結することができ、互いの単電池がずれることなくしっかり固定でき、配線接続操作も容易な組電池を得ることができる。また、この組電池をモジュール化して複数段積み重ねて収納するユニット筐体の側部に配電部を設け、この側部側で配線可能なバッテリーシステムとしたので、組電池モジュールをコンパクトに組み付け可能で、配線接続作業などの作業性が容易なバッテリーシステムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明に係る組電池の第一実施形態例を示す概略断面図である。
【図2】図1の概略平面図である。
【図3】組電池の第二実施形態例を示す概略断面図である。
【図4A】連結部材の要部を示す斜視図である。
【図4B】締結手段を示す要部拡大図である。
【図5】組電池の第三実施形態例を示す概略断面図である。
【図6】組電池の第四実施形態例を示す概略断面図である。
【図7】二次電池の分解斜視図である。
【図8】二次電池が備える電極群の分解斜視図である。
【図9】二次電池の完成品を示す斜視図である。
【図10】電極群の概略断面図である。
【図11】本発明に係るバッテリーシステムの全体構成を示す概略正面図である。
【図12】図11の側面図である。
【図13】従来のバッテリーシステムの全体構成を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。また、同一構成部材については同一の符号を用い、詳細な説明は適宜省略する。
【0033】
本実施形態に係る組電池M1について図1、図2を用いて説明する。図1は、第一実施形態の組電池M1の全体構成を示す概略断面図であり、図2は、概略平面図である。この組電池M1は、積層型の二次電池からなる単電池を複数個繋いで大容量の電池容量を発揮するように構成されたものであって、図1に示すように、複数、例えば四個の単電池RB1、RB2、RB3、RB4を積み重ねて一体に連結されて組電池M1として構成される。
【0034】
また、積み重ねた複数の単電池を連結固定するために、外部端子11f(11fa、11fb)が配設された側の両側面に、連結部材7(7A)をそれぞれ介装している。
【0035】
単電池RB1、RB2、RB3、RB4は、後述するように、それぞれ、電極群と、この電極群を収容する外装ケースと、外装ケースの開口部を密閉する蓋部材とを備えている。また、この外装ケースと蓋部材とは結合部21(21a〜21d)にて結合され密閉されて電池缶を形成する。この結合部21は、外装ケースの外周縁部から外向きに突設して設けられており、連結部材7(7A)は、外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材を避けながら、積み重ねた複数の単電池(二次電池)を連結している。
【0036】
このように、電池缶の側部に突出した結合部21を介して連結するので、複数個の単電池(二次電池)を固定するための連結部材7(7A)は、電池の積層方向のサイズより小さく収めることができ、組電池M1の大きさを抑制することができる。
【0037】
また、連結部材7(7A)は、積み重ねた複数個の二次電池(単電池RB1、RB2、RB3、RB4)の、最下段の結合部21aと最上段の結合部21dとを挟持して、複数個の二次電池を一体に固定する締結手段を備え、外部端子がある側の結合部を介して、外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材を避けながら、連結している。この構成であれば、積み重ねた複数個の二次電池の両側部を上下方向に挟持して一体に固定するので、積み重ねる複数個の二次電池の膨張を効果的に抑制し、それぞれの二次電池がずれないようにしっかり固定することができる。また、側部にある外部端子や端子接続部材を避けながら連結しているので、幅方向もコンパクトにできる。
【0038】
また、積み重ねる複数個の単電池(二次電池)は、側部に突出する外部端子11f(11fa、11fb)の上下の極性が逆とされ、この上下の外部端子(例えば、外部端子11faと11fb)を順に接続して直列に接続していることが好ましい。この構成であれば、電池缶の側部に突出している外部端子11fa、11fbを上下で直接交互に接続していくことで、複数個の二次電池を直列に接続可能となって、大容量化を図るための配線接続作業を省スペース化を図りながら容易に行うことができる。
【0039】
すなわち、図に示すように、単電池RB1、RB2、RB3、RB4をこの順に積み重ねる。また、それぞれの外装ケースの側面から突出して設けられている外部端子11fの極性を上下でそれぞれ交互に逆にして積み重ねている。例えば、単電池RB1の正極外部端子11faの上には単電池RB2の負極外部端子11fbが配設されるようにして積み重ねられている。このような構成であれば、電池缶の外側の積み重ねた一方の正極外部端子11faと他方の負極外部端子11fbを直接接続することで、上下の単電池同士を電気的に直列に接続することができる。
【0040】
図2の平面図に示すように、連結部材7(7A)は、外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材(不図示)を避ける上下方向に連通する空隙部(後述する第二空隙部76)を有する断面コの字状のブロック体とされる。また、この第二空隙部76を挟む左右両側の上下にそれぞれ係合板を装着し、この上下の係合版を締結ボルト72を介して締め上げることで、上下に積み重ねた複数の単電池RB1、RB2、RB3、RB4を一体に固定することができる。
【0041】
例えば、第二空隙部76を挟む左右両側に係合する係合爪部を備える係合板を上下一対装着し、この上下の係合版を締結ボルト72を介して締め上げるようにしてもよい。また、図示するように、第二空隙部76を挟む左右両側に、それぞれ係合板を装着し、それぞれ締結ボルト72を介して締め上げるようにしてもよい。次に、この連結部材7の具体的な構成例について図4A、図4Bを用いて説明する。
【0042】
図4Aに示す連結部材7は、例えば絶縁性を有する硬質樹脂からなるブロックである本体部71と、本体部71の上下長手方向に貫通する貫通孔に挿通する締結ボルト72と、この締結ボルト72の上側に装着される第一係合板73と、下側に装着される第二係合板74(図4B参照)とを備えた構成とされる。
【0043】
すなわち、連結部材7が有する締結手段は、最上段の結合部21aに係合する第一係合板73と、最下段の結合部21dに係合する第二係合板74と、この第一係合板73と第二係合板74を締め上げる締結ボルト72を備えた構成とされる。この構成であれば、積み重ねた複数個の二次電池(単電池RB1、RB2、RB3、RB4)の側部の四箇所を締結ボルト72を介して上下方向に締め付けて固定するので、連結する複数個の二次電池の膨張を抑制し、それぞれの二次電池がずれないようにしっかり固定しておくことができる。すなわち、連結部材7は、積み重ねた複数の二次電池を挟持する保持機能を有する。
【0044】
締結ボルト72を締め付けて、第一係合板73と第二係合板74を締め上げるためには、第一係合板73と第二係合板74の両方に、締結ボルト72のネジ部が挿通自在な開口孔を設け、締結ボルト72に装着するナット部材との間で、第一係合板73と第二係合板74を締め上げる構成としてもよい。また、下側の第二係合板74に、締結ボルト72のネジ部に螺合するネジ孔を設け、締結ボルト72を回転する操作で、第二係合版74を移動させて締め上げる構成としてもよい。
【0045】
例えば、連結部材7(7A)に用いる第一係合板73は、締結ボルト72のネジ部が挿通自在な開口孔を有し、第二係合板74は、締結ボルト72のネジ部に螺合するネジ孔を有する。そして、本体部71の上面側の貫通孔部に第一係合板73を載置して締結ボルト72を挿通して、ネジ部の下側に第二係合板74を螺合させて装着する。
【0046】
この第一係合板73と第二係合板74は、機械的強度を有する板金製であることが好ましい。また、板金製であれば、所定大きさの孔を形成することや、バーリング加工等により直接ネジ孔を形成することも容易にできる。また、外装ケースと蓋部材との結合部21に係合するので、この第一係合板73と第二係合板74は、その表面、特に、外装ケースや蓋部材との接触部が絶縁処理されていることが好ましい。
【0047】
また、本体部71は、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い長さとされ、幅方向に連通した開口切欠部である第一空隙部75と、長手方向に連通した開口切欠部である第二空隙部76を有する。この第一空隙部75は、積み重ねた複数個の二次電池(単電池)の結合部との干渉を回避するための開口切欠部である。また、第二空隙部76は、二次電池(単電池)の側面から突出している外部端子およびこの外部端子同士を接続する端子接続部材との干渉を回避するための開口切欠部である。
【0048】
このように、本体部71は、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い長さとされるので、組電池M1の高さは、積み重ねた複数個の二次電池の高さ程度となり、結果的に組電池M1の高さを最小限に抑制できる。また、この本体部71は、積み重ねる二次電池の外部端子や端子接続部材などをカバーして保護する機能を発揮する。すなわち、連結部材7(7A)は、積み重ねた複数の二次電池を挟持する保持機能に加えて、外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材などを内包し保護する保護機能を有する。
【0049】
上記のように、連結部材7(7A)は、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い長さの本体部71を備え、この本体部71に、積み重ねた複数個の二次電池の結合部との干渉を回避する第一空隙部75と、外部端子との干渉を回避する第二空隙部76と、外部端子を挟む両側の長さ方向に貫通した貫通孔と、を有する。また、締結手段として、締結ボルト72と、該締結ボルト72に装着され、最上段の結合部21dに係合する第一係合板73と、最下段の結合部21aに係合し締結ボルト72と螺合するネジ孔を有する第二係合板74と、を用いる。そして、第一係合板73を最上段の結合部21dに係合させ、第二係合板74を最下段の結合部21aに係合させ、締結ボルト72を回転して締め付けて、積み重ねた複数個の二次電池を一体に挟持して締結するようにしている。
【0050】
すなわち、図4Bに示すように、第一係合板73を締結ボルト72に装着し、第二係合板74を締結ボルト72に装着して、締結ボルト72を回転すると、締結ボルト72と螺合する第二係合板74が、図中の矢印D1方向に移動する。つまり、第一係合板73と第二係合板74とを、締結ボルト72を介して締め上げることができ、積み重ねた複数個の二次電池を一体に挟持して締結する。
【0051】
上記した構成であれば、複数個の二次電池を直接積み重ねるので、積み重ねる高さ方向をコンパクトにできる。また、積み重ねた複数個の二次電池の側部に、それぞれ接続端子や結合部との干渉を回避して取り付ける連結部材7を用いているので、側部方向にもコンパクトな構成にすることができる。また、積み重ねた複数個の二次電池の側部四箇所を締結ボルト72を介して上下方向に締め付けて固定するので、連結する複数個の二次電池の膨張を効果的に抑制し、それぞれの二次電池がずれないようにしっかり固定しておくことができる。
【0052】
すなわち、本実施形態に係る組電池M1は、電池缶の側部に突出する結合部を介して上下に積み重ねた複数の二次電池(単電池RB1〜RB4)を、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い本体部長さの連結部材を用いて連結するので、積層方向の高さを低く抑えることが可能な連結構成となる。また、それぞれの単電池の外部端子も電池缶の側部に配設されているので、電気的な接続も電池缶の側部で行うことが可能であり、積層する高さ方向をコンパクトできる。そのために、複数の二次電池(単電池RB1〜RB4)をコンパクトに連結することができ、互いの単電池がずれることなくしっかり固定でき、配線接続作業も容易な組電池を得ることができる。
【0053】
本実施形態に用いる単電池は例えば積層型のリチウム二次電池からなる。このリチウム二次電池は、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した積層型の電極群1を備えている。また、極板の面積を大きくし、積層数を増やすことで比較的大容量の二次電池となり、電気自動車用蓄電池や電力貯蔵用蓄電池などに適用可能なものである。
【0054】
次に、積層型のリチウム二次電池RBと電極群1の具体的な構成について、図7〜図10を用いて説明する。
【0055】
図7に示すように、積層型のリチウム二次電池RBは平面視矩形とされ、それぞれが矩形とされる正極板と負極板とセパレータとを積層した電極群1を備えている。また、底部11aと側部11b〜11eを備えて箱型とされる外装ケース11と蓋部材12とから構成される電池缶10に収容して、外装ケース11の側面(例えば、側部11b、11cの対向する二側面)に設ける外部端子11fから充放電を行う構成としている。
【0056】
電極群1は、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した構成であって、図8に示すように、正極集電体2b(例えば、アルミニウム箔)の両面に正極活物質からなる正極活物質層2aが形成された正極板2と、負極集電体3b(例えば、銅箔)の両面に負極活物質からなる負極活物質層3aが形成された負極板3とがセパレータ4を介して積層されている。
【0057】
セパレータ4により、正極板2と負極板3との絶縁が図られているが、外装ケース11に充填される電解液を介して正極板2と負極板3との間でリチウムイオンの移動が可能となっている。
【0058】
ここで、正極板2の正極活物質としては、リチウムが含有された酸化物(LiCoO2,LiNiO2,LiFeO2,LiMnO2,LiMn2O4など)や、その酸化物の遷移金属の一部を他の金属元素で置換した化合物などが挙げられる。なかでも、通常の使用において、正極板2が保有するリチウムの80%以上を電池反応に利用し得るものを正極活物質として用いれば、過充電などの事故に対する安全性を高めることができる。
【0059】
また、負極板3の負極活物質としては、リチウムが含有された物質やリチウムの挿入/離脱が可能な物質が用いられる。特に、高いエネルギー密度を持たせるためには、リチウムの挿入/離脱電位が金属リチウムの析出/溶解電位に近いものを用いるのが好ましい。その典型例は、粒子状(鱗片状、塊状、繊維状、ウィスカー状、球状および粉砕粒子状など)の天然黒鉛もしくは人造黒鉛である。
【0060】
なお、正極板2の正極活物質に加えて、また、負極板3の負極活物質に加えて、導電材、増粘材および結着材などが含有されていてもよい。導電材は、正極板2や負極板3の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト(天然黒鉛、人造黒鉛)、炭素繊維などの炭素質材料や導電性金属酸化物などを用いることができる。
【0061】
増粘材としては、例えば、ポリエチレングリコール類、セルロース類、ポリアクリルアミド類、ポリN−ビニルアミド類、ポリN−ビニルピロリドン類などを用いることができる。結着材は、活物質粒子および導電材粒子を繋ぎとめる役割を果たすものであり、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系ポリマーや、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系ポリマーや、スチレンブタジエンゴムなどを用いることができる。
【0062】
また、セパレータ4としては、微多孔性の高分子フィルムを用いることが好ましい。具体的には、ナイロン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテンなどのポリオレフィン高分子からなるフィルムが使用可能である。
【0063】
また、電解液としては、有機電解液を用いることが好ましい。具体的には、有機電解液の有機溶媒として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ―ブチロラクトンなどのエステル類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、メトキシエトキシエタンなどのエーテル類、さらに、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチルなどが使用可能である。なお、これらの有機溶媒は、単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。
【0064】
さらに、有機溶媒には電解質塩が含まれていてもよい。この電解質塩としては、過塩素酸リチウム(LiClO4)、ホウフッ化リチウム、六フッ化リン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸(LiCF3SO3)、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウムおよび四塩化アルミン酸リチウムなどのリチウム塩が挙げられる。なお、これらの電解質塩は、単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。
【0065】
電解質塩の濃度は特に限定されないが、約0.5〜約2.5mol/Lであれば好ましく、約1.0〜2.2mol/Lであればより好ましい。なお、電解質塩の濃度が約0.5mol/L未満の場合には、電解液中においてキャリア濃度が低くなり、電解液の抵抗が高くなる虞がある。一方、電解質塩の濃度が約2.5mol/Lよりも高い場合には、塩自体の解離度が低くなり、電解液中のキャリア濃度が上がらない虞がある。
【0066】
電池缶10は、外装ケース11と蓋部材12とを備え、鉄、ニッケルメッキされた鉄、ステンレススチール、およびアルミニウムなどからなる。また、本実施形態では、図9に示すように、電池缶10は、外装ケース11と蓋部材12とが組み合わされたときに、外形形状が実質的に扁平角型形状となるように形成されている。
【0067】
外装ケース11は、略長方形状の底面を持つ底部11aと、この底部11aから立設した4面の側部11b〜11eを有する箱型状とされ、この箱型状内部に電極群1を収容する。電極群1は、正極板の集電タブに連結される正極集電端子と、負極板の集電タブに連結される負極集電端子を備え、これらの集電タブと電気的に接続される外部端子11fが外装ケース11の側部にそれぞれ設けられている。外部端子11fは、例えば、対向する二側部11b、11cの二箇所に設けられる。また、10aは注液口であって、ここから電解液を注液する。
【0068】
外装ケース11に電極群1を収容し、それぞれの集電端子を外部端子に接続した後、もしくは、電極群1の集電端子にそれぞれの外部端子を接続して外装ケース11に収容し、外部端子を外装ケースの所定部位に固着した後、蓋部材12を外装ケース11の開口縁に固定する。すると、外装ケース11の底部11aと蓋部材12との間に電極群1が挟持され、電池缶10の内部において電極群1が保持される。なお、外装ケース11に対する蓋部材12の固定は、例えば、レーザ溶接などによってなされる。また、集電端子と外部端子との接続は、超音波溶接やレーザ溶接、抵抗溶接などの溶接以外に導電性接着剤などを用いて行うこともできる。
【0069】
上記したように、本実施形態に係る積層型の二次電池は、正極板2と負極板3とをセパレータ4を介して複数層積層した電極群1と、この電極群1を収容し電解液が充填される外装ケース11と、外装ケース11に設ける外部端子11fと、正負の極板と外部端子11fとを電気的に接続する正負の集電端子と、外装ケース11に装着される蓋部材12と、を備えた構成である。
【0070】
外装ケース11に収容された電極群1は、例えば、図10に示すように、正極集電体2bの両面に正極活物質層2aが形成された正極板2と、負極集電体3bの両面に負極活物質層3aが形成された負極板3とがセパレータ4を介して積層され、さらに両端面にセパレータ4を配設している。また、両端面のセパレータ4に替えて、このセパレータ4と同じ材質の樹脂フィルムを巻回して、電極群1を絶縁性を有する樹脂フィルムで被覆する構成としてもよい。いずれにしても、積層電極群1の上面は、電解液浸透性および絶縁性を有する部材が積層される構成となる。そのために、この面に直接蓋部材12を当接させることができ、蓋部材12を介して所定の圧で押さえ付けることも可能である。
【0071】
また、このような二次電池を直接積み重ねるためには、電池缶10同士は、互いに絶縁されていることが好ましく、例えば、電池缶10の表面を絶縁塗装する。これは、電池缶表面は負極と正極との中間電位を有するので、特に大容量(例えば50Ah以上)の単電池が直列接続された電池缶表面同士が接触すると、電池缶表面同士で短絡してしまうからである。
【0072】
また、電池缶10を積み重ねる際に、例えば、絶縁シートを介装して順に積み重ねると、上下の電池缶同士を確実に絶縁して、積み重ねた電池缶同士の短絡を確実に防止して、所定の電池能力を正常に発揮する。このように、電池缶同士が、互いに絶縁された構成であれば、電池缶10を構成する外装ケース11や蓋部材12のいずれかの表面の絶縁性が十分でない場合でも、積み重ねた電池缶10同士の短絡を確実に防止可能となる。また、絶縁シートを介装すると、このシートが緩衝材となって、それぞれの二次電池がずれないようにしっかり固定しておくことができる。
【0073】
例えば、図3に示す第二実施形態の組電池M2のように、単電池RB1、RB2間に絶縁シート13Aを介装し、単電池RB2、RB3間に絶縁シート13Bを介装し、単電池RB3、RB4間に絶縁シート13Cを介装する。この図3に示す組電池M2は、先に説明した組電池M1と同様に、単電池RB1、RB2、RB3、RB4をこの順に積み重ねて、外装ケースと蓋部材との結合部21(21a、21d)を介して連結部材7(7B)を用いて一体に組みつけている。
【0074】
この絶縁シート13(13A、13B、13C)は、例えば、厚み0.1mm程度のポリカーボネート樹脂フィルムなどの薄いフィルム状のシートでよく、複数の単電池を積み重ねる高さ方向をコンパクトにできることは同じである。
【0075】
また、この図3には、一方の連結部材7(7B)の本体部71Aに回路部80を設けた例を示している。回路部80は、電源線や信号線などを接続するための配線部や保護回路を含む。保護回路は、電極群1の充放電などの動作を制御する機能や、IC素子などの制御素子に過電流が流れることを防止する機能を有する。このように、連結部材7(7B)に、積み重ねて連結する二次電池を制御し保護するための回路部80を設置した構成であれば、電池缶10の側部に電気関連部品を配設し、ここで配線接続する構成となる。
【0076】
すなわち、連結部材7(7B)は、回路部80を電池缶から離れた位置に配設する電気的機能を有する。また、組電池としての配線接続作業や積み重ねて連結する二次電池間の電気的な接続作業を電池缶10の側部で行うことができ、高さを押さえたユニット筐体(複数の組電池を一体に収納する筐体)を用いても、この回路部80がある一方の側部から配線接続作業を容易に行うことができる。
【0077】
さらに、回路部80を電池缶10から離れた側部に配設するので、発熱部となる電極群から離れた位置に回路部80を設置可能な構成となって、回路部80に与える熱的影響を抑制できる。また、一方の側部の開放部に回路部80が配設されるので、熱が溜まることもなく、空冷することも容易な構成となる。
【0078】
また、連結部材7(7A、7B)に設ける締結手段は、前述した本体部71を上下に貫通する貫通孔を挿通して設けられる長い締結ボルト72に限らず、上下にそれぞれ短い締結ボルトを用いた構成としてもよい。このように構成した一例について図5を用いて説明する。
【0079】
図5に示す第三実施形態の組電池M3は、先に説明した組電池M1と同様に、単電池RB1、RB2、RB3、RB4をこの順に積み重ねて、外装ケースと蓋部材との結合部を介して連結部材7(7C)を用いて一体に組みつけている。ただ、最上段の結合部21dに装着する第一係合板73を固定するために締結ボルト72Aを用い、最下段の結合部21aに装着する第二係合板74Aを固定するために締結ボルト72Bを用いている点が異なる。
【0080】
そのために、第二係合板74Aは、締結ボルト72Bのネジ部が挿通自在な開口孔を有し、本体部71Bには、締結ボルト72A、72Bをねじ込むための、ネジ孔が設けられている。また、上下の締結ボルト72A、72Bをねじ込んだときに、第一係合板73と第二係合板74Aとで、積み重ねた複数の二次電池を一体に挟持可能に、本体部71Bの全長が定められることは明らかである。
【0081】
上記した、貫通孔の挿通する締結ボルト72を設けた構成、また、ネジ孔にねじ込む締結ボルト72A、72Bを設けた構成のいずれであっても、連結部材7の第二空隙部76を挟む左右両側に締結ボルトを装着するボルト装着孔を設け、左右両側のボルト装着孔に締結ボルトを装着し、第一係合板73を締結ボルトに装着し最上段の結合部に係合させ、第二係合板74Aを締結ボルトに装着し最下段の結合部に係合させ、締結ボルトを回転して締め付けて、積み重ねた複数個の二次電池を一体に挟持して締結することは同じである。
【0082】
また、電池缶10を構成するために、外装ケース11と蓋部材12とを結合する結合部は、前述した平板状の縁辺同士を重ねてレーザ溶接などによって接合する結合部21(21a〜21d)以外に、縁辺同士を巻き締めして密閉する構成としてもよい。
【0083】
縁辺同士を巻き締めして密閉した構成の結合部22を介して連結部材を装着する構成について図6を用いて説明する。
【0084】
図6に示す第四実施形態の組電池M4は、縁辺同士を巻き締めして密閉した構成の結合部22(22a〜22d)を有する単電池RBa1、RBa2、RBa3、RBa4をこの順に積み重ねて、結合部22を介して連結部材7(7D)を用いて一体に組みつけている。
【0085】
また、最上段の結合部22dに装着する係合板として、巻き締め構成部に適応した形状とされる第一係合板73Aを用い、最下段の結合部22aに装着する係合板として、巻き締め構成部に適応した形状とされる第二係合板74Bを用いている。
【0086】
また、本体部71Cに設ける開口切欠部は、それぞれの結合部との緩衝を回避するために幅方向に連通して設ける第一空隙部75Aと、外部端子およびこの外部端子同士を接続する端子接続部材との干渉を回避するために長手方向に連通して設ける第二空隙部76(図4A参照)とを有する。
【0087】
また、最下段の結合部22aに装着する第二係合板74Bを設置する部位の開口切欠部として第一空隙部75Aよりも少し大きい第一空隙部75Bを設けている。
【0088】
また、図には、本体部71Cを上下に貫通する貫通孔を挿通して設けられる締結ボルト72と第二係合板74Bの下側にナット部材Nを用いた例を示しているが、これに限らず、第二係合板74Bにネジ孔を設けた構成でも、第一係合板73Aと同様にネジ部が挿通自在な開口孔を設け、前述した上下の締結ボルト72A、72Bを直接本体部にネジ込む構成としてもよい。
【0089】
以上、単電池を複数積み重ねた組電池について説明してきたが、この組電池の一方の側部に保護回路や配線部を含む回路部を一体に組み込んでモジュール化した組電池モジュールを複数繋いで大容量のバッテリーシステムを構築することができる。そのために、図11、図12を用いてこのバッテリーシステムについて説明する。
【0090】
図11は、本実施形態に係るバッテリーシステムBSの全体構成を示す概略正面図であり、図12は概略側面図である。
【0091】
図11に示すように、このバッテリーシステムBSは、前述した組電池M1、M2、M3、M4をそれぞれモジュール化した組電池モジュールMJをユニット筐体30に一体に収納して構成される。ユニット筐体30は、台座31を備え、筐体内に、複数の棚SH(SH1〜SH4)を設けており、この棚SHにそれぞれの組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を設置している。また、筐体内の一方の側部、例えば、それぞれの組電池モジュールMJの回路部を配設した同じ側に配電部40を設けた構成としている。
【0092】
すなわち、バッテリーシステムBSは、所定の複数個数の二次電池を備えた組電池モジュールMJを複数段個別に収納する複数段の棚SH(SH1〜SH4)を備え、組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)の回路部を設ける側部側に配電部40を設けたユニット筐体30を備えた構成とされる。
【0093】
この構成であれば、それぞれの組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)が、その高さを抑制した構成であるので、この組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を複数段設置した構成でも、高さが低いユニット筐体30を用いることができる。特に、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い長さの本体部長さを有する連結部材を用いて組電池を組み立てているので、それぞれの棚SHの高さを最小限に抑えることができる。また、このような組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を高さ方向に重ねてバッテリーシステムBSを構築するので、奥行きが短く高さの低いコンパクトな構成のバッテリーシステムBSを得ることができる。
【0094】
また、組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を互いに接続する際に、回路部80(80A〜80D)を設ける側の側部に突出する外部端子同士を接続端子13を介して接続すると共に、接続する下側の外部端子の極性と上側の外部端子の極性とを異なる極性としている。この接続端子13は前述した、組電池を作製する際に、それぞれの二次電池の外部端子同士を接続している端子接続部材と同様な部材である。すなわち、この接続端子13は、組電池モジュールMJ同士を電気的に接続する接続部材である。
【0095】
積み重ねる組電池モジュールMJの上下で、外部端子の極性を異ならせた構成であれば、組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を複数段設置する際に、上下の組電池モジュールMJの同じ側部側にある外部端子同士を接続して直列に接続できるので、配線接続作業が容易となる。また、上下の組電池モジュールMJ同士を接続端子13を用いて直接的に接続するので、余分な配線ルートを考慮する必要がなく、上下の組電池モジュール間の間隔を抑えることができる。
【0096】
棚SHには、接続端子13を略直線的に配設可能とする開放空間部を設けていることが好ましい。この構成であれば、上下の組電池モジュールの同じ側部側にある外部端子同士を、短い長さの接続端子13を用いて直に連結できるので、接続作業が容易となり、上下の組電池モジュール間の間隔を最小限に抑えることができる。
【0097】
配電部40は、二次電池を制御するためのDC電源やセル監視回路や保護回路や各種センサなどの電装部品が設置されていて、各種配線の通路ともなっている。そのために、例えば、入力側電源端子81Aとユニット入力側端子81Bとを接続する電源配線W1が配線されている。また、上下の組電池モジュールMJを接続端子13を介して接続し、最上段の組電池モジュールMJ4の外部端子に接続される接続端子にユニット出力側端子82Bを設け、電源配線W2により出力側電源端子82Aに接続する。
【0098】
このように、各組電池モジュールMJの回路部80(80A〜80D)やバッテリーシステム全体を制御するための配電部40が、ユニット筐体30の一方の側部側に配設されるので、一方の側部側からバッテリーシステムを構築するための配線接続作業などを行うことができる。また、高さ方向は、それぞれの組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を設置可能な程度に低くできる。そのために、組電池モジュールをコンパクトに組み付け可能で、配線接続作業などの作業性が容易なバッテリーシステムを得ることができる。
【0099】
また、図12に示すように、開放空間部を挟んで両側部を支持する構成の棚板33(33a〜33d)を用いてそれぞれの組電池モジュールMJ(MJ1〜MJ4)を支持する。このような構成であれば、複数の二次電池を積層した構成の組電池モジュールMJを、ただ上下に積み重ねているので、その幅T1(正面からみれば奥行き)も二次電池の幅より少し大きな程度の幅に小さくできる。また、上下の組電池モジュール間の間隔を短くできるので、設置高さH1も低く抑えることができる。
【0100】
また、ユニット筐体30は台座31の上に設置され、この台座31と棚SH(SH1)との間に所定高さの高床部32を有し、この高床部32の上部に棚SH1および配電部40を設ける構成としている。この構成であれば、台座31との間に所定高さの高床部32を有しているので、雨などが降って周囲に水が溜まっても、組電池モジュールMJ(MJ1)や配電部40に水が浸入せず、短絡などの不具合が生じない。また、高床部32を空気通路として、冷却用の空気を流すことも可能となり、効果的な運用が可能なバッテリーシステムBSを得ることができて好ましい。
【0101】
例えば、図13に示す従来構成のバッテリーシステムBS1では、台座31Aの上にユニット筐体30Aを設置し、この中に複数の組電池モジュールMJ11〜MJ14を収納し、一方の側部に配電部40を設けている構成は同じである。しかし、それぞれの組電池M11は、積層型の二次電池RBb1、RBb2、RBb3、RBb4を一体化プレート78と一体化用バンド79を介して組み付け、端子カバー77を設置してこの上に回路部80(80A〜80D)を設ける構成としている。そして、それぞれの組電池モジュールの上部にある外部端子のそれぞれを上下の組電池モジュール間で接続して連結している。そのために、このような構成のバッテリーシステムBS1では、積み重ねる組電池モジュール間のスペースが必要となり、装置全体の設置高さH2が高くなってしまう。
【0102】
また、配線については、入力側電源端子81Aaとユニット入力側端子81Baとを接続する電源配線W11を配電部40を介して配線し、ユニット出力側端子82Baと出力側電源端子82Aaとを電源配線W15により接続する点は同じであるが、上下の組電池モジュール同士を接続する接続配線W12、W13、W14を設ける点が異なる。
【0103】
この接続配線W12とW14は、配電部40が配置される側とは反対側にあるので、このような構成では一方の側部から全ての配線接続作業を行うことはできない。
【0104】
そのため、積層型の二次電池を、その積層方向に複数積み重ねて組電池を作製し、この組電池をモジュール化して上下に組み付けて構築した本実施形態に係るバッテリーシステムBSが、接続作業や配線作業などの電気的な作業が容易で奥行きが短く高さの低いコンパクトな構成のバッテリーシステムを構築する上では好ましいといえる。
【0105】
上記したように、本発明に係る組電池によれば、電池缶の側部に突出する結合部を一体に挟持する連結部材を介して上下に積層した複数の二次電池を一括に連結しているので、積層方向の高さを低く抑えることが可能な連結構成となる。そのために、複数の二次電池(単電池)を積み重ねる高さ方向をコンパクトに組立可能で、互いの単電池がずれることなくしっかり固定できる組電池を得ることができる。
【0106】
さらに、この連結部材に外部端子や端子接続部材を内包する空隙部(開口切欠部)を設け回路部を配設する構成であれば、積み重ねた複数の二次電池を挟持する保持機能と、回路部を電池缶から離れた位置に配設する電気的機能と、外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材などを内包し保護する保護機能と、を有するので、この連結部材を用いて、横方向にもコンパクトに組立可能で、電気的に安全であり、配線接続作業も容易な組電池となる。
【0107】
また、この組電池をモジュール化した組電池モジュールを上下に組み付けた本発明に係るバッテリーシステムによれば、それぞれの組電池モジュールが、その高さを抑制した構成であるので、この組電池モジュールを複数段設置した構成でも、高さが低くできる。また、複数の組電池モジュールを高さ方向に重ねてバッテリーシステムを構築するので、奥行きが短く高さの低いコンパクトな構成のバッテリーシステムを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0108】
そのために、本発明に係る組電池およびバッテリーシステムは、コンパクト化および配線接続作業性の容易化が求められる大容量の蓄電池に好適に利用可能となる。
【符号の説明】
【0109】
1 電極群
2 正極板
3 負極板
4 セパレータ
7 連結部材
10 電池缶
11 外装ケース
12 蓋部材
13 接続端子
30 ユニット筐体
31 台座
32 高床部
40 配電部
80 回路部
RB、RB1〜RB3 単電池(二次電池)
M1〜M3 組電池
MJ 組電池モジュール
BS バッテリーシステム
SH 棚
【特許請求の範囲】
【請求項1】
正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した電極群を備える積層型の二次電池を複数個連結した組電池であって、
前記二次電池は、前記電極群を収容する外装ケースと、当該外装ケースの対向する両側面に配設された外部端子と、前記外装ケースの開口部を密閉する蓋部材とを備え、これらの外装ケースと蓋部材とで構成される電池缶の内部に電解液が注液され、
前記外装ケースと前記蓋部材との結合部を前記外装ケースの外周縁部から外向きに突設して設け、
複数の前記二次電池を積層方向の上下に積み重ね、積み重ねた最上段と最下段の前記結合部を挟持して複数の前記二次電池を一体に連結する連結部材を介装したことを特徴とする組電池。
【請求項2】
前記連結部材は、積み重ねた複数個の前記二次電池の、最下段の結合部と最上段の結合部とを挟持して、複数個の二次電池を一体に固定する締結手段を備え、前記外部端子がある側の前記結合部を介して、前記外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材を避けながら、一体に連結することを特徴とする請求項1に記載の組電池。
【請求項3】
前記連結部材に、複数の前記二次電池を保護するための回路部を配設したことを特徴とする請求項1または2に記載の組電池。
【請求項4】
前記連結部材は、積み重ねた複数個の前記二次電池を挟持する保持機能と、前記回路部を前記電池缶から離れた位置に配設する電気的機能と、前記外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材などを内包し保護する保護機能と、を有することを特徴とする請求項3に記載の組電池。
【請求項5】
前記締結手段は、前記最上段の結合部に係合する第一係合板と、前記最下段の結合部に係合する第二係合板と、この第一係合板と第二係合板を締め上げる締結ボルトを備えることを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載の組電池。
【請求項6】
前記連結部材は、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い長さの本体部を備え、この本体部に、積み重ねた複数個の前記二次電池の結合部との干渉を回避する第一空隙部と、前記外部端子および前記端子接続部材との干渉を回避する第二空隙部と、前記第二空隙部を挟む左右両側に前記締結ボルトを装着するボルト装着孔と、を設け、
左右両側の前記ボルト装着孔に前記締結ボルトを装着し、前記第一係合板を前記締結ボルトに装着し前記最上段の結合部に係合させ、前記第二係合板を前記締結ボルトに装着し前記最下段の結合部に係合させ、前記締結ボルトを回転して締め付けて、積み重ねた複数個の二次電池を一体に挟持して締結することを特徴とする請求項5に記載の組電池。
【請求項7】
前記連結部材は、絶縁性を有する樹脂材からなることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の組電池。
【請求項8】
上下に積み重ねる前記電池缶は、互いに絶縁されていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の組電池。
【請求項9】
積み重ねる複数個の前記二次電池は、側部に突出する外部端子の極性が交互に逆とされ、この上下の外部端子を順に接続して直列に接続していることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の組電池。
【請求項10】
請求項1から9のいずれかに記載された組電池の一方の側部に保護回路や配線部を含む回路部を一体に組み込んでモジュール化した組電池モジュールを複数繋いだバッテリーシステムであって、前記組電池モジュールを複数個別に収納する複数段の棚を備え、前記回路部を設ける側部側に配電部を設けたユニット筐体を備えたことを特徴とするバッテリーシステム。
【請求項11】
前記組電池モジュールを互いに接続する際に、前記回路部を設ける側の側部に突出する外部端子同士を接続端子を介して接続すると共に、接続する下側の外部端子の極性と上側の外部端子の極性とを互いに異なる極性としたことを特徴とする請求項10に記載のバッテリーシステム。
【請求項12】
前記棚に、前記接続端子を略直線的に配設可能とする開放空間部を設けたことを特徴とする請求項11に記載のバッテリーシステム。
【請求項13】
前記ユニット筐体は台座の上に設置され、前記台座と前記棚との間に所定高さの高床部を有し、この高床部の上部に前記棚および前記配電部が設けられていることを特徴とする請求項10から12のいずれかに記載のバッテリーシステム。
【請求項1】
正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した電極群を備える積層型の二次電池を複数個連結した組電池であって、
前記二次電池は、前記電極群を収容する外装ケースと、当該外装ケースの対向する両側面に配設された外部端子と、前記外装ケースの開口部を密閉する蓋部材とを備え、これらの外装ケースと蓋部材とで構成される電池缶の内部に電解液が注液され、
前記外装ケースと前記蓋部材との結合部を前記外装ケースの外周縁部から外向きに突設して設け、
複数の前記二次電池を積層方向の上下に積み重ね、積み重ねた最上段と最下段の前記結合部を挟持して複数の前記二次電池を一体に連結する連結部材を介装したことを特徴とする組電池。
【請求項2】
前記連結部材は、積み重ねた複数個の前記二次電池の、最下段の結合部と最上段の結合部とを挟持して、複数個の二次電池を一体に固定する締結手段を備え、前記外部端子がある側の前記結合部を介して、前記外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材を避けながら、一体に連結することを特徴とする請求項1に記載の組電池。
【請求項3】
前記連結部材に、複数の前記二次電池を保護するための回路部を配設したことを特徴とする請求項1または2に記載の組電池。
【請求項4】
前記連結部材は、積み重ねた複数個の前記二次電池を挟持する保持機能と、前記回路部を前記電池缶から離れた位置に配設する電気的機能と、前記外部端子および上下の外部端子同士を接続する端子接続部材などを内包し保護する保護機能と、を有することを特徴とする請求項3に記載の組電池。
【請求項5】
前記締結手段は、前記最上段の結合部に係合する第一係合板と、前記最下段の結合部に係合する第二係合板と、この第一係合板と第二係合板を締め上げる締結ボルトを備えることを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載の組電池。
【請求項6】
前記連結部材は、積み重ねた複数個の二次電池の高さより短い長さの本体部を備え、この本体部に、積み重ねた複数個の前記二次電池の結合部との干渉を回避する第一空隙部と、前記外部端子および前記端子接続部材との干渉を回避する第二空隙部と、前記第二空隙部を挟む左右両側に前記締結ボルトを装着するボルト装着孔と、を設け、
左右両側の前記ボルト装着孔に前記締結ボルトを装着し、前記第一係合板を前記締結ボルトに装着し前記最上段の結合部に係合させ、前記第二係合板を前記締結ボルトに装着し前記最下段の結合部に係合させ、前記締結ボルトを回転して締め付けて、積み重ねた複数個の二次電池を一体に挟持して締結することを特徴とする請求項5に記載の組電池。
【請求項7】
前記連結部材は、絶縁性を有する樹脂材からなることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の組電池。
【請求項8】
上下に積み重ねる前記電池缶は、互いに絶縁されていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の組電池。
【請求項9】
積み重ねる複数個の前記二次電池は、側部に突出する外部端子の極性が交互に逆とされ、この上下の外部端子を順に接続して直列に接続していることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の組電池。
【請求項10】
請求項1から9のいずれかに記載された組電池の一方の側部に保護回路や配線部を含む回路部を一体に組み込んでモジュール化した組電池モジュールを複数繋いだバッテリーシステムであって、前記組電池モジュールを複数個別に収納する複数段の棚を備え、前記回路部を設ける側部側に配電部を設けたユニット筐体を備えたことを特徴とするバッテリーシステム。
【請求項11】
前記組電池モジュールを互いに接続する際に、前記回路部を設ける側の側部に突出する外部端子同士を接続端子を介して接続すると共に、接続する下側の外部端子の極性と上側の外部端子の極性とを互いに異なる極性としたことを特徴とする請求項10に記載のバッテリーシステム。
【請求項12】
前記棚に、前記接続端子を略直線的に配設可能とする開放空間部を設けたことを特徴とする請求項11に記載のバッテリーシステム。
【請求項13】
前記ユニット筐体は台座の上に設置され、前記台座と前記棚との間に所定高さの高床部を有し、この高床部の上部に前記棚および前記配電部が設けられていることを特徴とする請求項10から12のいずれかに記載のバッテリーシステム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2012−248416(P2012−248416A)
【公開日】平成24年12月13日(2012.12.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−119394(P2011−119394)
【出願日】平成23年5月27日(2011.5.27)
【出願人】(000005049)シャープ株式会社 (33,933)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年12月13日(2012.12.13)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年5月27日(2011.5.27)
【出願人】(000005049)シャープ株式会社 (33,933)
【Fターム(参考)】
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