(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向両端に電極を有し、筒状の外装缶及びその両端開口部を封口する封口蓋で囲まれた空間に発電素体が収納され、前記封口蓋の端面から前記電極が突出して設けられている単電池がその軸方向を並行にして配列されて電池列が構成され、この電池列複数が積み重ねられて積み重ね体全体が被覆ケースに収納されると共に、収納された単電池が電気的に直列接続された組電池において、
同じ段の両端に位置する単電池の同じ側にある電極を、前記直列接続の終端電極とし、
この終端電極が存在する被覆ケースのコーナ部分が陥没され、当該陥没部において前記終端電極が露出されていると共に、前記終端電極の突出端は、両陥没部の間に存在する被覆ケースの端面位置よりも電池軸方向に後退していて、
前記被覆ケースは、前記終端電極を有する前記単電池の当該終端電極側端部を除く前記積み重ね体全体を被覆することを特徴とする組電池。
【請求項２】
請求項１記載の組電池を複数組、全ての終端電極が略一直線上に並び、隣合う組電池の被覆ケース側面が接するように配列すると共に、
隣合う組電池の直近の終端電極同士を、導電性の接続体で接続したことを特徴とする組電池の連結体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池及びその連結体に関し、特に、重量エネルギー密度を向上させるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
組電池は、複数個の単電池を直列に接続したものであるため、大電力を必要とする機器に使用されている。
図７に従来の組電池の一例の概略構成を示す。本図に示すように、当該組電池は、単電池を４本横並びにしたものを二段に積み上げてなる８本の単電池１０１〜１０８で構成され、これらの単電池が、７個の接続体１０９〜１１５で直列に接続されている。当該直列に接続された単電池の終端電極１０１ａ、１０４ａには、モジュール端子１１６、１１７が接続されており、全体がケース１１８に収納されている。
【０００３】
この種の組電池には、一つが数１０ｋｇある大容量のものが製造されており、近年、特に環境問題、エネルギー問題等の点から注目されている電気自動車には、当該組電池を１０〜２０個程度接続したものが搭載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電気自動車において、一回の充電で可能な走行距離は、自動車全体の重量によって変動するため、上記のような場合、個々の組電池の僅かな重量増も無視できなくなる。即ち、組電池の重量エネルギー密度の向上が望まれている。
本発明は、上記の課題に鑑み、重量を軽減し、もって重量エネルギー密度を向上させた組電池、および、当該組電池の連結体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る組電池は、軸方向両端に電極を有し、筒状の外装缶及びその両端開口部を封口する封口蓋で囲まれた空間に発電素体が収納され、前記封口蓋の端面から前記電極が突出して設けられている単電池がその軸方向を並行にして配列されて電池列が構成され、この電池列複数が積み重ねられて積み重ね体全体が被覆ケースに収納されると共に、収納された単電池が電気的に直列接続された組電池において、同じ段の両端に位置する単電池の同じ側にある電極を、前記直列接続の終端電極とし、この終端電極が存在する被覆ケースのコーナ部分が陥没され、当該陥没部において前記終端電極が露出されていると共に、前記終端電極の突出端は、両陥没部の間に存在する被覆ケースの端面位置よりも電池軸方向に後退していて、前記被覆ケースは、前記終端電極を有する前記単電池の当該終端電極側端部を除く前記積み重ね体全体を被覆することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る組電池の結合体は、前記組電池を複数組、全ての終端電極が略一直線上に並び、隣合う組電池の被覆ケース側面が接するように配列すると共に、隣合う組電池の直近の終端電極同士を、導電性の接続体で接続したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る組電池の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は組電池本体を構成する単電池の、図２は組電池本体の、図３は組電池の外観斜視図である。
当該組電池は、図１に示す単電池が、図２に示すように、横一列に４本並べられたものを二段に積み重ね、これら単電池が直列に接続されてなる組電池本体全体が、図３に示すように、被覆ケース３０に収納されて構成されている。
【０００８】
前記単電池はリチウム二次電池であり、図１に示すように、円筒状の外装缶１１ａ及びその両端開口部を封口する封口蓋１１ｂ，１１ｃで囲まれた空間の中に、シート状のセパレータをシート状の正極と負極で挟みこれをらせん状に巻いた渦巻状エレメントと電解液とからなる発電素体が収納されて構成されている。
封口蓋１１ｂには、正極端子１１ｄ及び安全弁１１ｅが取付けられており、正極端子１１ｄには、雄ねじが形成されている。
【０００９】
封口蓋１１ｃには、雄ねじが形成された負極端子１１ｆ及び安全弁（１１ｇ）が取付けられており、外観上は、正極端子側と同様な形状をしている。
なお、１１ｈは正極端子１１ｄを封口蓋１１ｂに取り付けるための電極端子取付ナットであり、負極端子１１ｆも同様に、電極端子取付ナットで封口蓋１１ｃに取付けられている。
【００１０】
また、この単電池１０は、外装缶１１ａの外径φＤが６４ｍｍ、封口蓋１１ｂと封口蓋１１ｃとの端面間の長さＬ１が２９４ｍｍの大きさのものが用いられている。
組電池本体は、上記したのと同じ単電池８本で構成されている。
図２に示すように、組電池本体は、その軸心方向を並列にして配列された４本の単電池１１，１２，１３，１４の上に同様に配列された４本の単電池１５，１６，１７，１８を積み重ねた二段構成とされている。そして、各段とも隣合う単電池は互いに異極性のものが同じ側になるように、また、上下方向に隣接する単電池も互いに異極性のものが同じ側になるように配列される。このような配列としているので、隣接する単電池の電極端子を次々に接続していくことで直列接続が可能となる。
【００１１】
この接続には、図４に示すような接続体１９が使用される。本図に示すように、接続体１９は、ニッケルの撚り線１９ａの両端に銅製のキャップ１９ｂが挿入・固定されて構成されており、当該キャップ１９ｂには、電極端子挿通孔１９ｃが開設されている。
図２に戻り、接続体１９は、一方の電極端子挿通孔１９ｃに接続しようとする一方の単電池の正極端子が、他方の電極端子挿通孔１９ｃにもう一方の単電池の負極端子がそれぞれ挿通せられた状態で、接続体取付ナット２０で固定されて取り付けらている。即ち、接続体１９のキャップ部が電極端子取付ナットと接続体取付ナットで挟持される形となる。
【００１２】
また、接続体１９…は、上下二段の内、上段の両端に位置する単電池１５，１８が直列接続の終端電池となるように取付けられている。したがって、この場合、単電池１５の正極端子１５ｄと単電池１８の負極端子１８ｄとが直列接続の終端電極となる。以下、この正極端子１５ｄと負極端子１８ｆとを特に、終端電極端子という場合がある。
【００１３】
図５は、上記のように構成される組電池本体を収納する被覆ケース３０の分解斜視図である。本図に示すように、被覆ケース３０は、台座３１、天板３２、裏板３３及び表板３４で構成され、いずれの材質も非導電体であるポリカーボネートである。なお、組立状態で表に現れる面には、複数の凸部（図３で描かれている多数の略長方形部）が設けられているのであるが、本図では省略している。
【００１４】
台座３１は、主に、下段の単電池１１〜１４（図２）を保持するものであり、リブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃが設けられている。これらのリブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃで各単電池１１〜１４が長手方向３箇所（両端部及び中央部）で支持される。各リブ３１ａ〜３１ｃの単電池と接触する部分は、単電池の外形に合わし、断面が単電池の外径とほぼ等しい円弧状にしてあるので、載置される単電池はガタつくことなく収納される。また、台座３１の図に示す長さＬ２は、単電池の前記した長さＬ１とほぼ等しくしてあり、各単電池は、両端の封口蓋の端面と図５に示す台座３１の端面３１ｄ，３１ｅとがほぼ揃うように（いわゆる面一になるように）載置される。
【００１５】
天板３２は、主に、上段の単電池１５〜１８（図２）を保持するものであり、台座３１のリブ３１ａ〜３１ｃに対応する位置に、同様なリブ３２ａ〜３２ｃが設けられてあり、これによって、上段の各単電池１５〜１８はガタつくことなく収納される。
裏板３３は、組電池本体の図２に示す紙面奥側の接続体による接続部をカバーするものであり、単電池の封口蓋の端面から突出した部分（電極端子や接続体等）が、当該裏板３３の凹部３３ａに収納される。
【００１６】
表板３４は、組電池本体の図２に示す紙面手前側の接続体による接続部をカバーすると共に、終端電極端子１５ｄ，１８ｆを被覆ケース外部に露出させるためのものである。
表板３４の、断面が山の形になった凹部３４ａに単電池１１〜１４，１６及び１７（図２参照）の封口蓋の端面から突出した部分（電極端子や接続体等）が収納される。
【００１７】
一方、表板３４に設けられた終端電極端子挿通孔３４ｂ、３４ｃを介して、終端電極端子１５ｄ，１８ｆが被覆ケース外部に露出される。即ち、当該被覆ケースが組み立てられた状態で、被覆ケース全体から見て、終端電極端子が存在する被覆ケースのコーナ部分を陥没させ、当該陥没部３４ｄ，３４ｅにおいて終端電極端子を露出させているのである。なお、当該表板３４を台座３１に取付けた状態で、表板３４の図に示す部分の厚みｔ１は、単電池の電極端子取付ナットの端面が僅かに終端電極端子挿通孔から突出する程度の長さに設定されており、表板３４全体の厚みｔ２は、終端電極端子の突出端が当該表板３４の端面位置よりも後退する程度の厚みに設定されている。
【００１８】
上記の構成からなる被覆ケース３０において、先ず、図２に示す組電池本体を台座３１にセットする。なお、この場合、台座３１に単電池１１〜１８を配置してから、接続体１９…による接続を行うようにしてもよい。
次に、天板３２を、台座３１に被せ、６本のねじで固定し、台座３１に天板が取り付いた状態で、裏板３３及び表板３４をそれぞれ６本のねじで固定する。
【００１９】
上記のように組み立てられると、当該組電池は、図３に示すように、高さＨ＝１３５ｍｍ、幅Ｗ＝２６４ｍｍ、奥行Ｌ３＝３５２ｍｍの寸法となる。
本図に示すように、終端電極端子１５ｄ，１８ｆの突出端が被覆ケース３０の端面３４ｆよりも後退させているので、終端電極端子１５ｄと１８ｆとの間の不測の短絡を防止することができる。即ち、終端電極端子１５ｄと１８ｆの間に被覆ケースの一部を存在させることで、両端子間を導電体で直線的に接続することができなくなり、例えば、当該組電池を金属平板のようなものの上に不用意に、どのような姿勢で置いたとしても、それだけでは短絡することがないのである。
【００２０】
また、終端電極端子１５ｄ及び１８ｆには、図７に示す従来の組電池のようなモジュール端子が取付けられていないため（露出状態であるため）、その分の重量が軽減される。即ち、組電池から電流を取り出す端子として、単電池の電極端子を直接使用することで軽量化を図ったものである。
ここで、図７に示す従来の組電池（以下、「比較組電池」と言う。）と図３に示す実施の形態に係る組電池との間で重量エネルギー密度（Wh/kg）の比較を行った。なお、比較組電池に用いた単電池は、実施の形態に係る組電池に使用しているのと同じものである。また、実施の形態に係る組電池の重量は、２１．０ｋｇであり、比較組電池の重量は、２１．５ｋｇであった。
【００２１】
組電池の容量は、定電流充・放電で測定し、充電時は、１０Ａの定電流を電圧が３３．６Ｖ（各単電池が４．２Ｖ）になるまで通電し、放電時は、８．８Ａで電圧が２１．６Ｖ（各単電池が２．７Ｖ）になるまで放電した。
その結果、実施の形態に係る組電池では、平均電圧２８．８Ｖ、８０Ａｈの放電容量であった。即ち、放電電力は２３００Ｗｈであり、これを組電池の重量で除して得られる重量エネルギー密度は、１１０Wh/kgとなった。
【００２２】
一方、比較組電池の放電容量（放電電力）は、実施の形態に係る組電池と同じ値であったが、これと組電池重量とから算出される重量エネルギー密度として、１０７Wh/kgが得られた。
上記の結果をまとめたものを表１に示す。
【００２３】
【表１】
0003691260.tif 000002
【００２４】
即ち、実施の形態に係る組電池は、重量エネルギー密度が比較組電池よりも３Wh/kg分改善されたこととなる。
図６は、上記した組電池を複数組（本例では２組）接続してなる組電池の連結体を示す。本図に示すように、当該組電池の連結体は、組電池１と組電池２が、終端電極端子１５ｄ，１５ｆ，１５０ｄ，１５０ｆが全てほぼ一直線上に並び、かつ、組電池１，２の被覆ケース側面が接するように配置され、両組電池の直近の終端電極端子１５ｆと１５０ｄとが、図４に示すのと同種の接続体１９０で接続された構成をしている。
【００２５】
各組電池の終端電極端子が存在する被覆ケースのコーナ部分が陥没されているので、接続体による接続が容易に行え、かつ、両端子間を最短の距離で接続することができるので、接続体を短くでき、連結体の全体の重量の軽減が図られる。
また、組電池本体において、同じ段の両端に位置する単電池の同じ側にある電極端子を終端電極としているので、誤って、同極性の端子同士が接続されるといった事態が回避できるという効果を奏する。この効果は、並行に配列された単電池を奇数段に積み、当該段の真ん中の段を、終端電極端子を取り出す段に選択しない限り得られる。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、４本の単電池を２段に積んで構成したが、一段当たりの単電池の数及び段数はこれに限定されるものではない。
また、上記実施の形態では、単電池にリチウム二次電池を用いたが、単電池に用いる電池はこれに限られないことは言うまでもなく、他の種類の二次電池や一次電池であってもかまわない。
【００２７】
さらに、上記実施の形態では、２組の組電池で連結体を構成したが、連結体を構成する組電池の数はこれに限らず、３組以上用いてもよい。
また、上記実施の形態では、被覆ケースを４個の部品に分割して構成したが、分割数はこれに限らない。例えば、台座や天板のリブ部分を別体とし、接着剤等で接合するようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る組電池によれば、終端電極を露出させており、これから直接電力を取り出すこととしているので、従来のように終端電極端子にさらに電力を取り出すための端子を取り付けたものと比較して重量の軽減が図られ、もってエネルギー密度が向上する。
【００２９】
また、終端電極が存在する被覆ケースのコーナ部分が陥没されているので、組電池同士を直列接続するに際し、接続体による終端電極間の接続が容易になり、また、両組電池の被覆ケース側面が接するように配置することで、接続体による接続距離が最短になり、接続体を短くできる分、重量の軽減が図れる。
さらに、終端電極の突出端が、当該終端電極が露出されている被覆ケースの陥没部間に存在する被覆ケースの端面位置よりも、電池軸方向に後退させているので、両終端電極間を導電体で直線的に接続することができなくなり、不測の短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る組電池を構成する単電池の概略構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態に係る組電池の本体の概略構成を示す斜視図である。
【図３】実施の形態に係る組電池の概略構成を示す外観斜視図である。
【図４】上記組電池本体に使用する接続体の概略構成を示す斜視図である。
【図５】実施の形態に係る組電池の被覆ケースの概略構成を示す分解斜視図である。
【図６】実施の形態に係る組電池の連結体の概略構成を示す外観斜視図である。
【図７】従来の組電池の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８  単電池
１５ｄ、１８ｆ、１５０ｄ、１８０ｆ  終端電極端子
１９  接続体
３０  被覆ケース
３４ｄ，３４ｅ  陥没部
１９０  接続体
【図１】
0003691260.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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