(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を電槽に収容して形成した単電池の複数個を積層もしくは集合して組電池とした集合型蓄電池であって、前記各単電池の前記電槽の相隣接する側壁の高さ方向に平行に互いに嵌合する複数列のリブをそれぞれの側壁に備えるとともに、前記相隣接する側壁の複数列のリブを相互に嵌合させて嵌合部を形成することにより、これらの各嵌合部にそれぞれ空気の流通路となる空間部を備えるようにし、前記相隣接する一方の単電池の電槽側壁には一対のリブで形成される略コ字状の凸部と、この２個の凸部の間に形成される溝部とを備えるとともに、これらの凸部と溝部を交互に備え、前記一方の単電池の電槽側壁に対向する他方の単電池の電槽側壁には、前記一方の単電池の電槽側壁に備えた前記凸部に対向する位置に溝部を備えるとともに、前記一方の単電池の電槽側壁に備えた前記溝部に対向する位置に一対のリブで形成される略コ字状の凸部を備え、これらの溝部と凸部を交互に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２】
前記一方の単電池に形成された前記略コ字状の凸部と、前記他方の単電池に形成された前記溝部の底壁とで前記空間部を形成するようにしたことを特徴とする請求項１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、リチウムイオン蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、鉛蓄電池などの電池に係り、特に、単電池を複数個積層あるいは集合して組電池とした集合型蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器の急速な普及により従来に増して高性能な蓄電池が要請されるようになった。このような背景にあって、優れた充・放電特性、信頼性、取り扱いの容易さなどにより、密閉型アルカリ蓄電池が各種の携帯機器の電源としてその需要を拡大している。ところで、この種の密閉型アルカリ蓄電池は、過充電時に正極から発生する酸素ガスを負極と反応させて吸収することにより密閉化を行っている。このため、充電時にはガス吸収反応熱によって電池温度が上昇する。
【０００３】
しかしながら、現在使用されているこの種の密閉型アルカリ蓄電池は、円筒形あるいは角形の２Ａｈ未満の小型蓄電池がほとんであって、その発熱量も小さいため、電池の温度上昇についてはそれほど考慮する必要がなかった。
【０００４】
ところが、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、近年においては、大容量の蓄電池を多数個接続して組電池とし、大容量が得られるようにした集合型のアルカリ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のアルカリ蓄電池においては、発熱量が増大するとともに放熱性が低下するため、発熱した熱が蓄熱されて電池温度が上昇し、放電容量が低下するという問題を生じた。また、両端部に配置される蓄電池と中央部に配置される蓄電池とで温度差が生じるため、中央部に配置される蓄電池と両端部に配置される蓄電池とで充放電特性にばらつきが生じるという問題も生じた。
【０００５】
そこで、積層方向に隣接する電池間に空気が流通するための空間部を設けるようにした密閉型アルカリ蓄電池が特開平７−２３５３２６号公報において提案された。この特開平７−２３５３２６号公報において提案された密閉型アルカリ蓄電池にあっては、合成樹脂製の電池ケースの外表面に複数のリブを平行に設け、隣接する電池ケースを積層する際に、これらのリブ同士を互いに突き合わせ、これらのリブ同士を突き合わせることにより空気が流通するための空間部を設けるようにしている。
【０００６】
このように、相隣接する電池間に空気が流通するための空間部を設けるようにすると、電池内で発熱した熱がこの空間部を通して電池外部に放出されるようになるため、各電池は適切に冷却されるようになる。このため、両端部に配置される蓄電池と中央部に配置される蓄電池とで温度差が生じることが防止でき、中央部に配置される蓄電池と両端部に配置される蓄電池とで充放電特性にばらつきが生じることが防止できるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平７−２３５３２６号公報において提案された密閉型アルカリ蓄電池にあっては、一方の電池ケースの両端部に設けられるリブの上部あるいは下部に位置決め用の凸部あるいは凹部を設け、この電池ケースに隣接する他方の電池ケースの両端部に設けられるリブの上部あるいは下部に位置決め用の凹部あるいは凸部を設けて、これらの凸部と凹部により位置決めして各リブを突き合わせて各電池を積層して組電池を構成するようにしている。
【０００８】
しかしながら、このように各リブを突き合わせて各電池を積層して組電池を構成しても、各リブを単に突き合わせているだけであるため、組電池全体の機械的強度は増加しない。このため、組電池全体の機械的強度を増加させるためには別に補強部材を用いる必要があり、この種の組電池のコストが上昇するとともに、組電池に構成するための作業工程も複雑かつ面倒になるという問題を生じた。
【０００９】
また、この種の組電池を振動環境で使用される電気自動車用に用いる場合、単に各リブを突き合わせて各電池を積層して組電池を構成しても、振動により各電池にずれを生じて、端子同士を接続する接続部材が端子からはずれるような事態も生じる。
【００１０】
さらに、リブの上部あるいは下部に位置決め用の凹部あるいは凸部を設けるようにすると、電池ケースの成型時において凸部においてガス抜けが悪いために成型不良を生じるという問題も生じる。
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、成型が容易な電槽を用いて組電池を構成することにより、組電池全体の機械的強度を増加させるとともに振動により各電池にずれを生じない組電池を得ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
この発明は、正・負極板とセパレータと電解液よりなる発電要素を電槽に収容して形成した単電池の複数個を積層もしくは集合して組電池とした集合型蓄電池であって、上記課題を解決するために、本発明の集合型蓄電池は、各単電池の電槽の相隣接する側壁の高さ方向に平行に互いに嵌合する複数列のリブをそれぞれの側壁に備えるとともに、相隣接する側壁の複数列のリブを相互に嵌合させて嵌合部を形成することにより、これらの各嵌合部にそれぞれ空気の流通路となる空間部を備えるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
このように相隣接する電池の各側壁に設けられた複数列のリブが互いに嵌合するようになるため、組電池とした場合の機械的強度が増加し、相隣接する電池が互いにずれることが防止できるようになる。これと同時に、複数列の嵌合部にそれぞれ空気の流通路となる空間部を備えるようにしているので、電池内で発熱した熱がこの空間部を通して電池外部に放出されるようになって、各電池は適切に冷却されるようになる。このため、両端部に配置される蓄電池と中央部に配置される蓄電池とで温度差が生じることが防止でき、中央部に配置される蓄電池と両端部に配置される蓄電池とで充放電特性にばらつきが生じることが防止できるようになる。
【００１３】
そして、相隣接する一方の単電池の電槽側壁には一対のリブで形成される略コ字状の凸部と、この２個の凸部の間に形成される溝部とを備えるとともに、これらの凸部と溝部を交互に備え、前記一方の単電池の電槽側壁に対向する他方の単電池の電槽側壁には、前記一方の単電池の電槽側壁に備えた前記凸部に対向する位置に溝部を備えるとともに、前記一方の単電池の電槽側壁に備えた前記溝部に対向する位置に一対のリブで形成される略コ字状の凸部を備え、これらの溝部と凸部を交互に備えるようにすると、それぞれの凸部と溝部が側壁の複数箇所で互いに嵌合するようになるので、相隣接する側壁同士が強固に結合されるようになる。また、単に相隣接する一方の電池の電槽側壁に形成された溝部内に他方の電池の電槽側壁に形成された略コ字状の凸部を挿入するだけで嵌合部が形成されるようになるため、組電池の組立が容易になる。この結果、組電池全体の機械的強度が向上するとともに、振動があっても相隣接する側壁同士がずれることもない。
【００１４】
さらに、一方の単電池に形成された略コ字状の凸部と、他方の単電池に形成された溝部の底壁とで空間部を形成するようにすると、空間部を容易に形成することができるようになる。
【００１５】
【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３に基づいて説明する。なお、図１は本実施形態の集合型アルカリ蓄電池の正面図であり、図２は図１の上面図であり、図３は５セルのアルカリ蓄電池を集合させた状態を示す斜示図である。
【００１６】
本発明の単電池１０，２０，３０，４０，５０は、正極板と負極板とこれらの間にセパレータを介して積層した極板群を電解液とともに合成樹脂製（例えばポリプロピレン製）の電池ケース（電槽）１１，２１，３１，４１，５１内に収容するとともに、各電槽１１，２１，３１，４１，５１の上部開口部に合成樹脂製の蓋１２，２２，３２，４２，５２を熱溶着して構成される。なお、各単電池１０，２０，３０，４０，５０は同様の構成であるので、以下の説明においては単電池１０，２０についてのみ説明するが、各単電池３０，４０，５０についても同様である。
【００１７】
蓋１２（なお、蓋２２，３２，４２，５２についても同様である）には正極端子１３と負極端子１４と安全弁１５が固定されており、正極端子１３の下端は各正極板から延出した集電体が溶接により接続固定され、負極端子１４の下端は各負極板から延出した集電体が溶接により接続固定されている。
【００１８】
電槽１１（なお、電槽２１，３１，４１，５１についても同様である）は、相隣接する電池に対向する幅広の側壁１１ａ，１１ｂ（なお、電池１０は組電池の終端電池となるため、電槽１１の側壁１１ａに対向する電池は存在しなく、側壁１１ｂ側に対向する電池２０が存在する）と、幅が狭い側壁１１ｃ，１１ｄと、底壁１１ｅとからなる直方体状に一体的に形成されている。
【００１９】
電槽１１の幅広の側壁１１ａの外表面には、外表面上で相対向する一対のリブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃと一片のリブ１６ｄが側壁１１ａの高さ方向に平行に電槽１１と一体的に形成されている。一方、幅広の側壁１１ｂの外表面には、一片のリブ１６ｅと外表面上で相対向する一対のリブ１６ｆ，１６ｇ，１６ｈとが側壁１１ｂの高さ方向に平行に電槽１１と一体的に形成されている。
【００２０】
ここで、一対のリブ１６ａ，１６ｂ，１６ｃおよび１６ｆ，１６ｇ，１６ｈはそれぞれ略コ字状の凸部となり、一対のリブ１６ａと１６ｂとの間は溝部１８ａとなり、一対のリブ１６ｂと１６ｃとの間は溝部１８ｂとなり、一対のリブ１６ｃとリブ１６ｄとの間は溝部１８ｃとなり、リブ１６ｅと一対のリブ１６ｆとの間は溝部１８ｄとなり、一対のリブ１６ｆと１６ｇとの間は溝部１８ｅとなり、一対のリブ１６ｇと１６ｈとの間は溝部１８ｆとなる。
【００２１】
そして、一対のリブ１６ａの反対側は溝部１８ｄとなり、一対のリブ１６ｂの反対側は溝部１８ｅとなり、一対のリブ１６ｃの反対側は溝部１８ｆとなる。なお、電槽１１（なお、電槽２１，３１・・・についても同様である）の幅が狭い側壁１１ｃには厚肉部１７ａが電槽１１より膨出して一体的に形成されており、幅が狭い側壁１１ｄには厚肉部１７ｂが電槽１１より膨出して一体的に形成されている。
【００２２】
また、厚肉部１７ａには、図示しない結束バンドをガイドするための溝１７ｃ，１７ｄが形成されており、厚肉部１７ｂには、同様に溝１７ｅ，１７ｆが形成されている。同様に、電池２０においては溝２７ｃ，２７ｄおよび溝２７ｅ，２７ｆが、電池３０においては溝３７ｃ，３７ｄおよび溝３７ｅ，３７ｆが、電池４０においては溝４７ｃ，４７ｄおよび溝４７ｅ，４７ｆが、電池５０においては溝５７ｃ，５７ｄおよび溝５７ｅ，５７ｆがそれぞれ形成されている。これらの各溝１７ｃ，２７ｃ，３７ｃ，４７ｃ，５７ｃは１列となるように、１７ｄ，２７ｄ，３７ｄ，４７ｄ，５７ｄは１列となるように、１７ｅ，２７ｅ，３７ｅ，４７ｅ，５７ｅは１列となるように、および１７ｆ，２７ｆ，３７ｆ，４７ｆ，５７ｆは１列となるようにそれぞれ同じ高さに形成されている。
【００２３】
（実施例）
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発泡体（ニッケルスポンジ）に充填した後、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、所定形状に切断して非焼結式ニッケル正極板を作製する。
【００２４】
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１：３．４：０．８：０．２：０．６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なす。この合金溶湯を公知の方法で冷却し、組成式Ｍｍ１．０Ｎｉ３．４Ｃｏ０．８Ａｌ０．２Ｍｎ０．６で表される水素吸蔵合金のインゴットを作製する。
【００２５】
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。このようにして作製した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、所定寸法に切断して水素吸蔵合金負極板を作製する。
【００２６】
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非焼結式ニッケル正極板と水素吸蔵合金負極板とをポリプロピレン製不織布からなるセパレータを介して積層して、極板群を作製する。この極板群を電解液（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）とともに電槽１１に挿入する。この後、蓋１２に設けられた正極端子１３の下端と各正極板から延出する集電体とを溶接により接続固定するとともに、負極端子１４の下端と各負極板から延出する集電体とを溶接により接続固定する。ついで、電槽１１の上部開口部に合成樹脂製の蓋１２を熱溶着して、公称容量が１００Ａｈのニッケル−水素蓄電池１０を作製する。なお、ニッケル−水素蓄電池２０，３０・・・についても同様に作製される。
【００２７】
４．ニッケル−水素蓄電池の集合化
ついで、上述のように作製した各ニッケル−水素蓄電池１０，２０，３０，４０，５０を集合化するに際して、電池１０の側壁１１ｂに形成された溝部１８ｄに電池２０の側壁２１ａに形成された一対のリブ２６ａを、溝部１８ｅに一対のリブ２６ｂを、溝部１８ｆに一対のリブ２６ｃをそれぞれ嵌合させるとともに、電池２０の側壁２１ａに形成された溝部２８ａに電池１０の側壁１１ｂに形成された一対のリブ１６ｆを、溝部２８ｂに一対のリブ１６ｇを、溝部２８ｃに一対のリブ１６ｈをそれぞれ嵌合させて、電池１０と電池２０とを一体化する。
【００２８】
これにより、一対のリブ２６ａと溝部１８ｄの底壁との間に空間部ｓ（図２（ｂ）参照）が形成され、一対のリブ２６ｂと溝部１８ｅの底壁との間に空間部ｓが形成され、一対のリブ２６ｃと溝部１８ｆの底壁との間に空間部ｓが形成されるようになる。同様に、電池２０と電池３０を、電池３０と電池４０を、電池４０と電池５０をそれぞれ一体化し、電池２０と電池３０との間、電池３０と電池４０との間、電池４０と電池５０との間にそれぞれ空間部ｓを形成する。
【００２９】
この結果、電池１０で発生した熱は側壁１１ａおよび側壁１１ｂ側の空間部ｓを通して放熱され、電池２０で発生した熱は側壁２１ａ，２１ｂ側の空間部ｓを通して放熱され、電池３０で発生した熱は側壁３１ａ，３１ｂ側の空間部ｓを通して放熱され、電池４０で発生した熱は側壁４１ａ，４１ｂ側の空間部ｓを通して放熱され、電池５０で発生した熱は側壁１１ａ側の空間部ｓおよび側壁１１ｂを通して放熱されるようになる。
【００３０】
この後、電池１０の負極端子１４と電池２０の負極端子２４とを接続桿Ａ１にて接続し、電池２０の正極端子２３と電池３０の正極端子３３とを接続桿Ａ２にて接続し、電池３０の負極端子３４と電池４０の負極端子４４とを接続桿Ａ３にて接続し、電池４０の正極端子４３と電池５０の正極端子５３とを接続桿Ａ４にて接続すると、図３に示すように、５セルを一体化した集合型ニッケル−水素蓄電池が作製される。
【００３１】
ついで、この集合型ニッケル−水素蓄電池の両端部に図示しないエンドプレートを配置するとともに、図示しない一方の結束バンドを各溝１７ｃ，２７ｃ，３７ｃ，４７ｃ，５７ｃおよび１７ｅ，２７ｅ，３７ｅ，４７ｅ，５７ｅに配置して締着する。また、図示しない他方の結束バンドを各溝１７ｄ，２７ｄ，３７ｄ，４７ｄ，５７ｄおよび１７ｆ，２７ｆ，３７ｆ，４７ｆ，５７ｆに配置して締着する。これにより、この集合型ニッケル−水素蓄電池は強固に結束されるようになり、この集合型ニッケル−水素蓄電池を振動がある環境で使用しても各電池１０，２０，３０，４０，５０が互いにずれることが防止できるようになる。
【００３２】
以上に説明したように、本発明の集合型アルカリ蓄電池は、電池１０の側壁１１ｂに形成された溝部１８ｄに電池２０の側壁２１ａに形成された一対のリブ２６ａを、溝部１８ｅに一対のリブ２６ｂを、溝部１８ｆに一対のリブ２６ｃをそれぞれ嵌合させるとともに、電池２０の側壁２１ａに形成された溝部２８ａに電池１０の側壁１１ｂに形成された一対のリブ１６ｆを、溝部２８ｂに一対のリブ１６ｇを、溝部２８ｃに一対のリブ１６ｈをそれぞれ嵌合させて、電池１０と電池２０とを一体化する。このため、相隣接する電池１０，２０が互いに嵌合するようになるため、組電池とした場合の機械的強度が増加し、相隣接する電池が互いにずれることが防止できるようになる。
【００３３】
これと同時に、一対のリブ２６ａと溝部１８ｄの底壁との間に空間部ｓ（図２（ｂ）参照）が形成され、一対のリブ２６ｂと溝部１８ｅの底壁との間に空間部ｓが形成され、一対のリブ２６ｃと溝部１８ｆの底壁との間に空間部ｓが形成されるようになるので、電池内で発熱した熱がこの空間部ｓを通して電池外部に放出されるようになって、各電池は適切に冷却されるようになる。このため、両端部に配置される蓄電池１０，５０と中央部に配置される蓄電池２０，３０，４０とで温度差が生じることが防止でき、中央部に配置される蓄電池２０，３０，４０と両端部に配置される蓄電池１０，５０とで充放電特性にばらつきが生じることが防止できるようになる。
【００３４】
なお、上述した実施形態においては、ニッケル−水素蓄電池を集合化するに際して５つの単電池を集合化する例についてのみ説明したが、集合化する単電池の個数は、６個、８個、１０個、１２個等、適宜選択すればよい。また、上述した実施形態においては、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】本発明の集合型アルカリ蓄電池の正面図である。
【図２】図１の上面図である。
【図３】５セルのアルカリ蓄電池を集合させた状態を示す斜示図である。
【符号の説明】
１０（２０，３０，４０，５０）…ニッケル−水素蓄電池（単電池）、１１（２１，３１，４１，５１）…電池ケース（電槽）、１１ａ，１１ｂ…幅の広い側壁、１１ｃ，１１ｄ…幅の狭い側壁、１２（２２，３２，４２，５２）…蓋、１３（２３，３３，４３，５３）…正極端子、１４（２４，３４，４４，５４）…負極端子、１５（２５，３５，４５，５５）…安全弁、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｆ，１６ｇ，１６ｈ…一対のリブ（凸部）、１６ｄ，１６ｅ…一片のリブ、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ…溝部、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈ…一対のリブ（凸部）、２６ｄ，２６ｅ…一片のリブ、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ，２８ｆ…溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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