(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正・負極板とセパレータと電解液よりなる発電要素が電槽内に収容された単電池の複数個を導電接続して形成された集合型蓄電池であって、前記単電池に相隣接する他の単電池に導電接続される正極用極柱および負極用極柱を前記各単電池に備えるとともに、前記各単電池に備えられた前記両極柱を相隣接する各単電池に備えられた前記両極柱の極性に応じて選択的に導電接続する連結部材と、前記連結部材を前記各極柱に螺着により固定する固定具とを備え、前記両極柱の端部は前記固定具を螺着するための螺着部を備え、前記連結部材は金属板とこの金属板の表面に被覆された被覆層とから構成され、前記固定具は金属製ナットとこの金属製ナットの表面に形成された保護層とから構成され、前記固定具の保護層と前記連結部材の被覆層との接触面にシール層を備え、前記シール層は前記連結部材の被覆層との接触面に前記保護層と一体的に形成された環状突部であることを特徴とする集合型蓄電池。
【請求項２】
正・負極板とセパレータと電解液よりなる発電要素が電槽内に収容された単電池の複数個を導電接続して形成された集合型蓄電池であって、前記単電池に相隣接する他の単電池に導電接続される正極用極柱および負極用極柱を前記各単電池に備えるとともに、前記各単電池に備えられた前記両極柱を相隣接する各単電池に備えられた前記両極柱の極性に応じて選択的に導電接続する連結部材と、前記連結部材を前記各極柱に螺着により固定する固定具とを備え、前記両極柱の端部は前記固定具を螺着するための螺着部を備え、前記連結部材は金属板とこの金属板の表面に被覆された被覆層とから構成され、前記固定具は金属製ナットとこの金属製ナットの表面に形成された保護層とから構成され、前記被覆層の前記単電池との接触面に環状突部を備えるようにしたことを特徴とする集合型蓄電池。
【請求項３】
前記保護層の構成材はポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂のいずれかから選択するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集合型蓄電池。
【請求項４】
前記保護層はモールド成型により前記金属製ナットと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集合型蓄電池。
【請求項５】
前記保護層は硬度が異なる複数層により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集合型蓄電池。
【請求項６】
前記被覆層はモールド成型により前記金属板と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集合型蓄電池。
【請求項７】
前記被覆層は硬度が異なる複数層により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集合型蓄電池。
【請求項８】
前記被覆層の構成材はクロロプレンゴム、合成天然ゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との共重合体、ＡＢＳ樹脂のいずれかから選択するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集合型蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、リチウムイオン蓄電池、鉛蓄電池などの蓄電池に係り、特に、単電池の複数個を導電接続して形成された集合型蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、蓄電池の用途の拡大とともに大容量の蓄電池が求められるようになり、特に、大容量の単電池を多数個接続して組電池とし、この組電池を多数組接続した集合型蓄電池が電気自動車用に開発されるようになった。このように大容量にした集合型蓄電池においては、単電池の上部に設けられた正極柱を連結部材を介してこの単電池の一方に隣接する単電池の上部に設けられた負極柱に接続し、単電池の上部に設けられた負極柱を連結部材を介してこの単電池の他方に隣接する単電池の上部に設けられた正極柱に接続して組電池とするようになされている。
【０００３】
ところで、上述した連結部材が腐食されると電気抵抗が増大して、抵抗電圧降下が大きくなって組電池としての性能が大幅に低下するため、連結部材を各端子間に接続した後、これらの上部にキャップを被せるようにしている。しかしながら、連結部材と各端子の上部にキャップを被せても、キャップの下部を密閉することが困難であるため、連結部材を外気から遮断することができなく、急激な温度変動による結露、雨中の走行あるいは洗車などによる水の侵入等によって連結部材の腐食を防止することが難しかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、連結部材の腐食を防止できるようにした接続構造が特開平１０−６４５０７号公報にて提案された。この特開平１０−６４５０７号公報にて提案された接続構造は、図３に示すように、銅からなる導電板５１の周囲にはクロロプレンゴムからなる保護層５２が一体成形されており、さらに極柱４２，４３と導電板５１を電気的に接続する際、導電板５１の単電池側に作られたクロロプレンゴムからなる環状の突起５３が単電池の電槽蓋体４１の表面に押圧固定されている。また導電板５１と極柱４２，４３を電気的に接続した後、導電板５１の単電池側の反対側に設けられたクロロプレンゴムからなる環状の突起物５４にクロロプレンゴムからなる連結板蓋体５５がはめあい固定されている。
【０００５】
しかしながら、特開平１０−６４５０７号公報において提案された接続構造にあっては、導電板５１の周囲にはクロロプレンゴムからなる保護層５２が一体成形されており、かつ環状の突起物５４に連結板蓋体５５がはめあい固定されているため、液密・気密性は向上するが、連結板蓋体５５等の部品を必要とするため、部品点数が多くなってこの種の電池が高価になるという問題を生じた。また、連結板蓋体５５を環状の突起物５４にはめあいにより固定するだけであるため、連結板蓋体５５は外れやすく、取付の信頼性が低いという問題も生じた。
【０００６】
また、連結板蓋体５５をはめあいにより環状の突起物５４に固定することに代えて、熱溶着あるいは接着等により固定することも考えられるが、熱溶着あるいは接着等の工程が増大するとともに、連結板蓋体５５を取り外すことができなくなり、この種の集合型蓄電池の保守性が低下するという問題も生じた。
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、部品点数が増加することなく、簡単な構造で信頼性の高いシール構造が得られるようにすることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するため、本発明の集合型蓄電池は、単電池に相隣接する他の単電池に導電接続される正極用極柱および負極用極柱を各単電池に備えるとともに、各単電池に備えられた両極柱を相隣接する各単電池に備えられた両極柱の極性に応じて選択的に導電接続する連結部材と、この連結部材を各極柱に螺着により固定する固定具とを備え、両極柱の端部は固定具を螺着するための螺着部を備え、連結部材は金属板とこの金属板の表面に被覆された被覆層とから構成され、固定具は金属製ナットとこの金属製ナットの表面に形成された保護層とから構成されるようにしている。
【０００８】
このように、連結部材に被覆層を備えるとともに、連結部材を端子に螺着により固着する固定具は金属製ナットとこの金属製ナットの表面に形成された保護層とから構成されるようにすると、固定具を端子に螺着することにより、固定具の保護層は連結部材の被覆層に密着するため、各端子は液密・気密に封止される。この結果、簡単な構造で、信頼性の高いシール構造が得られ、連結部材の耐久性を向上させることが可能となる。また、保護層と被覆層との間にシール層を備えるようにすると、さらに信頼性の高いシール構造が得られて、連結部材の耐久性がさらに向上する。
【０００９】
そして、被覆層の構成材はクロロプレンゴム、合成天然ゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との共重合体、ＡＢＳ樹脂のいずれかから選択し、保護層の構成材はポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との共重合体、ＡＢＳ樹脂のいずれかから選択するようにすると、これらの各材質の弾力性により、保護層は被覆層に強固に密着するようになるため、各端子はさらに液密・気密に封止される。
【００１０】
さらに、保護層の被覆層との接触面に環状パッキングを備えたり、保護層の被覆層との接触面に環状突部を備えたり、被覆層の単電池との接触面に環状突部を備えたり、あるいは保護層の被覆層との接触面に環状突部を備えるとともに被覆層の単電池との接触面に環状突部を備えると、被覆層と単電池との間、保護層と被覆層との間がより以上に液密・気密に封止されるようになる。また、保護層は固定具とモールド成型により一体的に形成されていると、簡単な構成で部品点数も少なく、かつ少ない工程で容易にシール性を確保できるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の集合型蓄電池をアルカリ蓄電池に適用した場合の一実施の形態を図１、図２に基づいて説明する。なお、図１は集合型アルカリ蓄電池とするための本実施形態の単電池の外観を示す斜示図であり、図２は図１の単電池を２個導電接続した場合の要部の断面を示す断面図である。
【００１２】
１．正極板の作製
所定量の水酸化ニッケル活物質に所定量のヒドロキシプロピルセルロース水溶液を混合して作製した活物質スラリーを所定の厚みのニッケル多孔体（例えば、ニッケルスポンジ）に含浸した後、その表面にフッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン，ＰＴＦＥ）ディスパージョンを噴霧し、乾燥させた後、所定の厚みになるまで圧延し、所定形状（例えば、幅１００ｍｍ、高さ１２０ｍｍ）に切断してニッケル正極板１１を作製した。
【００１３】
２．負極板の作製
ミッシュメタル（Ｍｍ：希土類元素の混合物）、ニッケル、コバルト、アルミニウム、およびマンガンを所定の比率で混合し、この混合物をアルゴンガス雰囲気の高周波誘導炉で誘導加熱して合金溶湯とした後、冷却して水素吸蔵合金のインゴットを作製する。この水素吸蔵合金インゴットを機械的に粗粉砕した後、不活性ガス雰囲気中で平均粒子径が約１５０μｍになるまで機械的に粉砕する。この水素吸蔵合金粉末にポリエチレンオキサイド等の結着剤と、適量の水を加えて混合して水素吸蔵合金スラリーを作製する。このスラリーをパンチングメタルからなる活物質保持体の両面に、圧延後の活物質密度が所定量になるように塗着した後、乾燥、圧延を行った後、所定寸法（例えば、幅１００ｍｍ、高さ１２０ｍｍ）に切断して水素吸蔵合金負極板１２を作製した。
【００１４】
３．ニッケル−水素蓄電池の作製
ついで、上述のように作製したニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータ（図示せず）を介して積層して、極板群１０ａを作製した。なお、この極板群１０ａは、例えば正極板１１を１７枚、負極板１２を１８枚用いて作製された。この極板群１０ａを合成樹脂（例えばポリプロピレン）製の電槽１５内に挿入した後、蓋体１６に設けられた正極柱１３の下端と各正極板１１から延出する集電体１１ａとを溶接により接続固定するとともに、同様に蓋体１６に設けられた負極柱１４の下端と各負極板１２から延出する集電体１２ａとを溶接により接続固定した。
【００１５】
ついで、電解液（例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）などのアルカリ金属の水酸化物を混合した水溶液を用いる）を電槽１５内に注入した後、電槽１５の上部開口部に合成樹脂製の蓋体１６を熱溶着して、公称容量が１００Ａｈのニッケル−水素蓄電池１０を作製した。なお、正極柱１３および負極柱１４の蓋体１６より外部に突出する部分にはそれぞれねじ部１３ａ，１４ａが配設されている。なお、正極柱１３および負極柱１４はプッシュナット１７により蓋体１６に固定されている。なお、蓋体１６の中央部には安全弁１８が設けられている。
【００１６】
４．連結部材の作製
導電性が良好な銅にニッケルメッキを施した金属板からなる導電板２１に正極柱用貫通孔２２および負極柱用貫通孔２３を配設するとともに、これらの貫通孔２２，２３の周囲部２２ａ，２３ａを除く全表面にクロロプレンゴムからなる被覆層２４を一体的にモールド成型して連結部材２０を作製した。この連結部材２０の被覆層２４の下面には、各貫通孔２２，２３の周囲を取り囲むようにして環状突部２５，２６が配設されている。なお、導電板２１としては鉄にニッケルメッキを施した金属板あるいはニッケル板を用いてもよい。
【００１７】
なお、被覆層２４を形成する材料としては、クロロプレンゴム以外に合成天然ゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との共重合体、ＡＢＳ樹脂のいずれかから選択するのが好ましい。また、被覆層２４を形成するに際して、硬度が異なる材質の複数層を備えるようにしてもよい。この場合、外層ほど硬度が小さい（柔らかい）材質とするのが好ましい。また、環状突部２５，２６に代えてこれらと同材質よりなる環状パッキングを用いるようにしても良い。
【００１８】
５．固定具の作製
一方、ニッケルメッキを施した金属からなるナット部３１の表面にポリアミド樹脂からなる保護層３２を一体的にモールド成型して固定具３０を作製した。この固定具３０の保護層３２はナット部３１の周囲全体を覆う断面形状が略コの字状の本体部３２ａと、本体部３２ａの底辺部となるフランジ部３２ｂとから構成され、フランジ部３２ｂの下面にはナット部３１の周囲を取り囲むようにして環状突部３３が配設されている。
【００１９】
なお、保護層３２を形成する材料としては、ポリアミド樹脂以外にポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との共重合体、ＡＢＳ樹脂のいずれかから選択するのが好ましい。また、保護層３２を形成するに際して、硬度が異なる材質の複数層を備えるようにしてもよい。この場合、外層ほど硬度が小さい（柔らかい）材質とするのが好ましい。また、環状突部３３に代えてこれらと同材質よりなる環状パッキングを用いるようにしても良い。
【００２０】
６．組電池および集合型電池の作製
上述のようにして作製したニッケル−水素蓄電池１０を１０個用意し、これらの各ニッケル−水素蓄電池１０の各正極柱１３および負極柱１４の極性が互いに逆極性となるように厚み方向に横一列になるように配置する。ついで、図２に示すように、電池Ａの正極柱１３に連結部材２０の正極柱用貫通孔２２を挿通させ、電池Ｂの負極柱１４に連結部材２０の負極柱用貫通孔２３を挿通させた後、電池Ａの正極柱１３および電池Ｂの負極柱１４にワッシャー２７をそれぞれ挿入する。
【００２１】
同様に、電池Ｂの正極柱１３（図示せず）に連結部材２０の正極柱用貫通孔２２を挿通させ、電池Ｃ（図示せず）の負極柱１４（図示せず）に連結部材２０の負極柱用貫通孔２３を挿通させた後、電池Ｂの正極柱１３および電池Ｃの負極柱１４にワッシャー２７をそれぞれ挿入する。この後、これらの各極柱１３，１４にそれぞれ固定具３０を螺着させる。同様の操作を繰り返して、１０個のニッケル−水素蓄電池１０が直列に接続された実施例の組電池を作製した。なお、固定具３０にワッシャー２７が一体化されていればワッシャー２７を挿入する工程は省略できる。
【００２２】
一方、図３に示すように、上述した従来例の連結部材５０を用い、この連結部材５０により各単電池４０を１０個直列に接続した後、これらの各連結部材５０の環状の突起物５４に連結板蓋体５５をはめあい固定して、１０個のニッケル−水素蓄電池４０が直列に接続された比較例の組電池を作製した。この場合、各極柱４２，４３に連結部材５０を挿通させた後、ワッシャー５６を介してナット５７，５７で螺着して各極柱４２，４３を固着し、これらの各連結部材５０の環状の突起物５４に連結板蓋体５５をはめあい固定することにより比較例の組電池が作製される。
【００２３】
７．試験
上述のようにして作製した実施例の組電池１０個と、比較例の組電池１０個とを用意し、これらの各組電池をＪＩＳ−Ｚ−２３７１に基づく塩水噴霧試験を５００時間行い、その前後による出力密度の変化と漏液状況を測定すると、下記の表１に示すような結果となった。なお、出力密度はＳＢＡ１２５０３に基づく試験によって測定し、漏液状況は各極柱１３，１４および各極柱４２，４３の周辺のアルカリ反応の有無によって測定した。
【００２４】
【表１】
0003670884.tif 000002
【００２５】
上記表１より明らかなように、実施例のニッケル−水素蓄電池１０は塩水の噴霧前後において平均出力密度(Ｗ/ｋｇ)が変化していないのに対して、比較例のニッケル−水素蓄電池４０は塩水の噴霧前後において平均出力密度(Ｗ/ｋｇ)が変化していることが分かる。これは、比較例のニッケル−水素蓄電池４０においては、単に連結板蓋体５５をはめあい固定しているだけであるため、単電池４０の上面の連結部材５０が腐食して抵抗が増大し、抵抗電圧降下が大きくなって平均出力密度が低下したと考えられる。また、比較例のニッケル−水素蓄電池４０にあっては、単に連結板蓋体５５をはめあい固定しているだけであるため、連結板蓋体５５に外力が加わった場合に連結板蓋体５５が外れる恐れがある。
【００２６】
一方、実施例のニッケル−水素蓄電池１０にあっては、保護層３２がモールド成型により一体的に形成された固定具３０の締め付け力を利用して、各極柱１３，１４を螺着させるようにしているため、固定具３０に外力が加わっても外れることはない。また、固定具３０のフランジ部３２ｂの下面にはナット部３１の周囲を取り囲むようにして環状突部３３が配設されているとともに、連結部材２０の被覆層２４の下面には、各貫通孔２２，２３の周囲を取り囲むようにして環状突部２５，２６が配設されているので、塩水を噴霧しても連結部材２０の導電板２１および各極柱１３，１４が腐食されることはない。このため、この部分での電圧降下が生じなく、平均出力密度(Ｗ/ｋｇ)も低下しない。
【００２７】
８．部品点数の検討
ついで、上述した実施例と比較例の各電池の接続部での部品点数を、１接続部分での部品点数、１０セルの組電池とした場合の部品点数、および１０セルの組電池を２４組接続（２４０セル（ＥＶ１台分））とした場合の部品点数をそれぞれ算出すると、下記の表２に示すような結果となった。
【００２８】
【表２】
0003670884.tif 000003
【００２９】
上記表２より明らかなように、実施例の場合の１接続部分での部品点数にあっては、１つの連結部材２０と２つの固定具３０との３部品を必要とし、比較例の場合の１接続部分での部品点数にあっては、１つの連結部材５０と２つのナット５７，５７と２つの連結板蓋体５５，５５との５部品を必要とする。このため、１０セルを用いて組電池とすると、実施例の場合は２７部品を必要とし、比較例の場合は４５部品を必要とし、この１０セルの組電池を１２組用いて２４０セルの集合型電池(ＥＶ１台分)と、実施例の場合は６４８部品を必要とし、比較例の場合は１０８０部品を必要とする。このように、本実施例のように、部品点数を削減することが可能になると、製造工数が大幅に低減させることができるようになるため、この種の集合型蓄電池の製造が容易になるとともに、安価に製造できるようになる。
【００３０】
上述したように、本発明においては、導電性を有する連結部材２０は金属板２１の表面に被覆層２４を備えるとともに、固定具３０の表面に各極柱１３，１４を液密・気密に封止する保護層３２を備えるようにしているので、固定具３０を各極柱１３，１４に螺着することにより、固定具３０の保護層３２は連結部材２０の被覆層２４に密着するため、各極柱１３，１４は液密・気密に封止される。この結果、簡単な構造で、信頼性の高いシール構造が得られ、連結部材２０の耐久性を向上させることが可能となる。
【００３１】
また、被覆層２４の単電池１０の蓋体１６との接触面に環状突部２５，２６を備え、保護層３２の被覆層２４との接触面に環状突部３３を備えているので、被覆層２４と単電池１０の蓋体１６との間、保護層３２と被覆層２４との間がより以上に液密・気密に封止されるようになる。さらに、保護層３２は固定具３０とモールド成型により一体的に形成されているので、簡単な構成で部品点数も少なく、かつ少ない工程で容易にシール性を確保できるようになる。なお、各環状突部２５，２６および３３を設けることに代えてこれらと同等の材質よりなる環状パッキングを用いても同様な効果が得られる。
【００３２】
なお、上述した実施形態においては、連結部材２０の被覆層２４の構成材としてクロロプレンゴムを用いる例について説明したが、クロロプレンゴム以外に、合成天然ゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との共重合体、ＡＢＳ樹脂のいずれかから選択して用いてもほぼ同様の結果が得られた。
【００３３】
また、上述した実施形態においては、固定具３０の保護層３２の構成材としてポリアミド樹脂を用いる例について説明したが、ポリアミド樹脂以外にポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリスチレン樹脂との共重合体、ＡＢＳ樹脂のいずれかから選択して用いてもほぼ同様の結果が得られた。
【００３４】
なお、上述した実施形態においては、本発明を角形蓄電池に適用する例についてのみ説明したが、本発明は角形蓄電池に限らず、円筒型、楕円型等の他の形状の蓄電池にも適用できることは無論である。また、本発明をニッケル−水素蓄電池に適用する例についてのみ説明したが、本発明はニッケル−水素蓄電池以外に、リチウムイオン蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、鉛蓄電池などの各種の電池に適用できることは無論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  集合型アルカリ蓄電池とするための本実施形態の単電池の外観を示す斜示図である。
【図２】  図１の単電池を２個導電接続した場合の要部の断面を示す断面図である。
【図３】  従来例（比較例）の集合型アルカリ蓄電池の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…ニッケル−水素蓄電池（単電池）、１０ａ…極板群、１１…正極板、１２…負極板、１３…正極柱、１３ａ…ねじ部、１４…負極柱、１４ａ…ねじ部、１５…電槽、１６…蓋体、２０…連結部材、２１…導電板、２２…正極柱用貫通孔、２３…負極柱用貫通孔、２４…被覆層、２５，２６…環状突部、３０…固定具、３１…ナット部、３２…保護層、３２ａ…本体部、３２ｂ…フランジ部、３３…環状突部
【図１】
0003670884.tif 000004
【図２】
0003670884.tif 000005
【図３】
0003670884.tif 000006