(57)【要約】【課題】  容易にラミネート電池の正極端子１２および負極端子１４を接合できる構造の組電池を提供する。【解決手段】  電流の流れを非直線とするために異なる方向に延びる正極端子１２および負極端子１４を有する複数のラミネート電池１０含み、複数のラミネート電池１０が環状に配置され、箇所２２を除いて、隣り合うラミネート電池１０の正極端子１２および負極端子１４が接続されて、略環状の電流通路が形成されてなることを特徴とする組電池２０。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流の流れを非直線とするために異なる方向に延びる正極端子および負極端子を有する複数の単電池を含み、
前記複数の単電池が環状に配置され、１箇所を除いて、隣り合う前記単電池の前記正極端子および前記負極端子が接続されて、略環状の電流通路が形成されてなることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記単電池は、三角形に形成されており、該三角形の２辺から前記正極端子および前記負極端子がそれぞれ延びていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記三角形は、１つの頂点が前記環状の中央側に位置するように配置され、
前記正極端子および前記負極端子は、それぞれ、前記１の頂点を挟む２辺の中央よりも前記環状の外側の位置から延びることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
【請求項４】
前記単電池は、四角形に形成されており、該四角形の隣接する２辺から前記正極端子および前記負極端子がそれぞれ延びていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項５】
前記環状の中央には、前記単電池が配置されない隙間が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の組電池。
【請求項６】
前記略環状の電流通路の端部となる前記正極端子および前記負極端子の近傍を除いて、環状に並ぶ前記単電池の外周を保持するフレームをさらに有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の組電池。
【請求項７】
前記略環状の電流通路を形成する複数の前記単電池の組が複数組積層され、上層および下層の前記電流通路の端部となる前記正極端子および前記負極端子が接続されて、螺旋状の電流通路が形成されてなる組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池に関し、特に、単電池同士の接続が容易な組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境意識の高まりを受けて、自動車の動力源を、化石燃料を利用するエンジンから電気エネルギーを利用するモータに移行しようとする動きがある。このため、モータの電力源となる電池の技術も急速に発展しつつある。
【０００３】
自動車には、小型軽量で、大きな電力を頻繁に充放電可能な、耐震動性、放熱性に優れた電池の搭載が望まれる。大きな電力を供給することができる放熱性に優れた組電池としては、下記特許文献１に示すようなものがある。
【０００４】
特許文献１に開示されている組電池は、直列、並列または直並列に電気的に接続された複数の単電池を、当該単電池の厚み方向に所定の間隔で積層し、単電池間に両側の単電池を押圧する押圧部材を配置して、外装部材によって複数の単電池を固定したものである。このような構造とすることによって単電池の放熱特性を良好にして組電池としてのサイクル特性、レート特性を向上させている。
【０００５】
上記特許文献１に示すような組電池では、単電池同士を電気的に接続する際、単電池の電極タブをボルトおよびナットにより機械的に結合できる。
【０００６】
しかし、このような機械的結合では、電極タブ同士の接触抵抗がばらついたり、また、振動により緩みやすかったりする。
【０００７】
そこで、電極タブ同士を超音波溶接機等により溶接結合することが考えられる。
【特許文献１】特開２０００−１９５４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、電極タブ同士を超音波溶接する場合、結合する電極タブの上下に超音波溶接機を配置しなくてはならない。上記のように、複数の単電池を積層していく場合では、上下の単電池間を大きく開かないと、超音波溶接機を溶接できる位置に配置できない。単電池間を大きく開くと、すでに溶接済みの反対側の電極タブに無理な力が加わり、接触不良が生じる虞がある。
【０００９】
また、電極タブに無理な力が加わらないように、単電池間を開く設備を構成することは困難である。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、容易に単電池の電極タブを接合できる構造の組電池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】
【００１１】
本発明の組電池は、電流の流れを非直線とするために異なる方向に延びる正極端子および負極端子を有する複数の単電池を含み、前記複数の単電池が環状に配置され、１箇所を除いて、隣り合う前記単電池の前記正極端子および前記負極端子が接続されて、略環状の電流通路が形成されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の組電池によれば、複数の単電池が環状に配置されている。したがって、隣り合う単電池の正極端子および負極端子を接続する際に、該正極端子および負極端子が他の単電池により隠れないので、容易に接合できる。
【００１３】
さらに、本発明の組電池によれば、環状に配置されているので、一部の単電池に熱が集中しない。各単電池の放熱効率を均一にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の組電池は、電流の流れを非直線とするために異なる方向に延びる正極端子および負極端子を有する複数の単電池を含み、前記複数の単電池が環状に配置され、１箇所を除いて、隣り合う前記単電池の前記正極端子および前記負極端子が接続されて、略環状の電流通路が形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のラミネート電池を示す平面図である。
【００１７】
図１に示すラミネート電池（単電池）１０は、たとえば、リチウムイオン二次電池などの二次電池である。第１実施形態では、ラミネート電池１０は、平面方向に見て三角形に形成されている。
【００１８】
ラミネート電池１０は、扁平型に形成された電池であり、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した積層型の発電要素（不図示）を内部に複数備えている。
【００１９】
ラミネート電池１０は、たとえば、三層構造のラミネートフィルムが外装に用いられている。ラミネートフィルムは、ポリアミド樹脂などの樹脂フィルムの間にアルミ箔を挟んで三層に形成されている。２枚のラミネートフィルムのうち１枚がプレス加工により上記発電要素を収容する凹部が形成されて、扁平型に形成され、シート状のままのもう１枚と縁で熱融着により貼り合わされる。ラミネートフィルムは平面方向から見て、略三角形に形成されている。
【００２０】
貼り合わされたラミネートフィルム内には、発電要素が密閉され、正極板に接続された正極端子１２および負極板に接続された負極端子１４が外部に引き出されている。
【００２１】
正極端子１２および負極端子１４は、三角形の２辺から垂直にそれぞれ引き出されている。すなわち、正極端子１２および負極端子１４は、異なる方向に延びている。これにより、ラミネート電池１０から取り出す電流の流れを非直線にできる。
【００２２】
（環状組電池）
次に、図１に示すラミネート電池１０を複数組み合わせて環状の組電池を形成する様子について説明する。
【００２３】
図２は複数のラミネート電池を環状に接続した様子を示す図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２４】
ラミネート電池１０は、図２に示すように、環状組電池２０として、環状に配置して接合される。ここで、ラミネート電池１０は、１つの頂点１６だけが環状の中央側に位置するように配置される。正極端子１２および負極端子１４は、それぞれ、頂点１６を挟む２辺の中央よりも環状の外側の位置から延びている。
【００２５】
隣り合うラミネート電池１０は、正極端子１２および負極端子１４が重ね合わされる。そして、図２中、参照番号２２で示す１箇所を除いて、すなわち、正極端子６２’および負極端子６４’を除いて、隣り合うラミネート電池１０の正極端子１２および負極端子１４が超音波溶接により接合され、電気的にも接続される。正極端子１２および負極端子１４は、環状組電池２０の中央よりも外側に配置されるので、超音波溶接機の電極の挿入が浅くて済み、溶接が容易である。
【００２６】
箇所２２で重ね合わされる正極端子１２’および負極端子１４’は、接触しないように間に絶縁シート等が配置されている。これにより、ラミネート電池１０だけでは閉ループが形成されない。正極端子１２’から負極端子１４’までの略環状の電流通路が形成される。
【００２７】
各ラミネート電池１０は、箇所２２の正極端子１２’および負極端子１４’の近傍を除いて、Ｃ字型のフレーム２５により外周が保持されている。
【００２８】
フレーム２５は、図３に示すように、断面コ字状に形成されており、剛性および強度を確保しつつ、ラミネート電池１０を挟み込んで保持する。フレーム２５は、プラスチックなどの弾性体で形成され、柔軟に形状変化できる。
【００２９】
以上のように、ラミネート電池１０が平面に環状に配置されているので、正極端子１２および負極端子１４の上下に他のラミネート電池１０等がない。したがって、正極端子１２および負極端子１４を接合するために、それらを超音波溶接機の電極により挟む場合に、他のラミネート電池１０等が邪魔にならず、容易に接合できる。
【００３０】
さらに、ラミネート電池１０が環状に配置されているので、ラミネート電池１０が均一に露出し、一部のラミネート電池１０に熱が集中しない。各ラミネート電池１０の放熱効率を均一にできる。
【００３１】
加えて、正極端子１２および負極端子１４はいずれも、フレーム２５の内側に配置されている。したがって、フレーム２５の外側に高電圧の電極が露出せず、組み立て作業時の取り扱いが容易になる。
【００３２】
（螺旋状組電池）
次に、さらに、略環状の電気通路を形成する複数のラミネート電池１０の組、すなわち、環状組電池２０を複数個積層して、螺旋状組電池３０を形成する場合について説明する。
【００３３】
図４は２つの環状組電池を接合する様子を示す斜視図、図５は環状組電池間に絶縁シートを挿入する様子を示す斜視図、図６は環状組電池を複数個積層した様子を示す図である。
【００３４】
図４に示すように、２つの環状組電池２０を積層する。環状組電池２０は、略環状の電流通路の端部となる正極端子１２’および負極端子１４’が位置合わせされて積層される。すなわち、上層の環状組電池２０の正極端子１２’と、下層の環状組電池２０の負極端子１４’とが位置合せされ、積層される。
【００３５】
位置合わせされた２つの環状組電池２０は、超音波溶接機４０の電極に挟まれて、超音波溶接される。このとき、環状組電池２０を構成するフレーム２５が弾性を有するので、積層方向に無理なく引き延ばすことができる。したがって、図４に示すように、重ねた正極端子１２’および負極端子１４’の上下に、超音波溶接機４０の電極を挿入するためのスペースを容易に設けられる。
【００３６】
超音波溶接をした後、図５に示すように、環状組電池２０より一回り小さい絶縁シート５０が上層の環状組電池２０と下層の環状組電池２０との間に挿入される。これにより、上層の環状組電池２０と下層の環状組電池２０との間で電極端子１２、１４が接触することを防止できる。
【００３７】
このように、環状組電池２０を順次積層させると、図６に示すようになる。螺旋状の電流通路が延長され、直列接続される単電池１０の個数が増える。すなわち、環状組電池２０の接続個数を増やすたびに、螺旋状組電池３０が高電圧になる。所望の電圧になるまで、環状組電池２０が積層され接続される。たとえば、自動車に適用するために３７０Ｖの組電池を製造したい場合、１個３．８５Ｖのラミネート電池１０を９６個直列接続するために、環状組電池２０を１６段積層する。
【００３８】
（配線）
次に、各ラミネート電池１０の電圧を検出するための電圧検出線が螺旋状組電池３０に設けられる様子について説明する。
【００３９】
図７は電圧検出線が引き出された螺旋状組電池の斜視図、図８は電圧検出線が引き出された螺旋状組電池の断面図である。
【００４０】
組電池を構成するラミネート電池１０の両極には、それぞれ、電圧検出線５５が取り付けられ、電圧が検出される。ここで、電圧検出線５５は、螺旋状組電池３０の内部の空洞を通り、引き出される。螺旋状組電池３０内部の空洞は、環状組電池２０を積層することで形成される。すなわち、環状組電池２０には環状の中央にラミネート電池１０が配置されない隙間１８が設けられている（図２参照）ので、これを積層することにより、隙間１８が積み重ねられ、電圧検出線５５を通す空洞が形成されている。
【００４１】
このように、電圧検出線５５が螺旋状組電池３０内に配設されるので、電圧検出線５５がまとまり、配線が煩雑にならない。
【００４２】
（改良例）
フレーム２５は、上述のように、ラミネート電池１０を保持するだけでなく、次のように改良することもできる。
【００４３】
図９はフレームの改良例を示す図、図１０は改良したフレームを適用した螺旋状組電池の断面図である。
【００４４】
改良例では、図９に示すように、フレーム２５の周囲に複数の通風孔２６を形成する。通風孔２６は、フレーム２５の内側に連通されている。したがって、図１０に大きな矢印で示すように送風した場合、小さな矢印で示すように空気が通風孔２６を通り抜けて流れる。
【００４５】
このように、通風孔２６をフレーム２５の周囲に設けることによって、各ラミネート電池１０に対する送風を放射状に行える。これにより各ラミネート電池１０の放熱効果を均一としつつ、放熱効果を向上できる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、正三角形のラミネート電池１０を６個接続して、６角形の環状組電池としているが、これに限定されない。一般的に、二等辺三角形のラミネート電池１０を上記と同様に接続されば、正多角形の環状組電池が形成される。
【００４７】
（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態のラミネート電池を示す平面図である。
【００４８】
図１１に示すラミネート電池６０は、第１実施形態と同様に、リチウムイオン二次電池などの二次電池である。第２実施形態では、ラミネート電池６０は、平面方向に見て四角形に形成されている。
【００４９】
ラミネート電池６０は、内部の発電要素に接続された正極端子６２および負極端子６４を有する。正極端子６２および負極端子６４は、四角形の隣接する２辺からそれぞれ伸びている。すなわち、正極端子６２および負極端子６４は、異なる方向に延びている。これにより、ラミネート電池６０から取り出す電流の流れを非直線にできる。
【００５０】
（環状組電池）
次に、図１１に示すラミネート電池６０を複数組み合わせて環状の組電池を形成する様子について説明する。
【００５１】
図１２は複数のラミネート電池を環状に接続した様子を示す図である。
【００５２】
ラミネート電池６０は、図２に示すように、環状組電池７０として、環状に配置して接合される。
【００５３】
隣り合うラミネート電池６０は、正極端子６２および負極端子６４が重ね合わされる。そして、図１２中、参照番号７２で示す１箇所を除いて、すなわち、正極端子６２’および負極端子６４’を除いて、隣り合うラミネート電池６０の正極端子６２および負極端子６４が超音波溶接により接合され、電気的にも接続される。正極端子６２および負極端子６４は、環状組電池の中央よりも外側に配置されるので、超音波溶接機の電極の挿入が浅くて済み、溶接が容易である。
【００５４】
箇所７２で重ね合わされる正極端子６２’および負極端子６４’は、接触しないように間に絶縁シート等が配置されている。これにより、ラミネート電池１０だけで閉ループが形成されない。正極端子６２’から負極端子６４’までの略環状の電流通路が形成される。
【００５５】
各ラミネート電池６０は、箇所７２の正極端子６２’および負極端子６４’の近傍を除いて、フレーム７５により外周が保持されている。フレーム７５は、該箇所７２で切りかかれたＣ字型に形成されている。また、フレーム７５は、断面コ字状に形成されており、剛性および強度を確保しつつ、ラミネート電池６０を挟み込んで保持する。フレーム７５は、プラスチックなどの弾性体で形成され、柔軟に形状変化できる。
【００５６】
以上のように、環状組電池７０は、ラミネート電池６０が平面に環状に配置されているので、正極端子６２および負極端子６４の上下に他のラミネート電池１０等がない。したがって、正極端子６２および負極端子６４を接合するために、それらを超音波溶接機の電極により挟む場合に、他のラミネート電池６０等が邪魔にならず、容易に接合できる。
【００５７】
さらに、ラミネート電池６０が環状に配置されているので、ラミネート電池６０が均等に露出し、一部のラミネート電池６０に熱が集中しない。各ラミネート電池６０の放熱効率を均一にできる。
【００５８】
加えて、正極端子６２および負極端子６４はいずれも、フレーム７５の内側に配置されている。したがって、フレーム７５の外側に高電圧の電極が露出せず、組み立て作業時の取り扱いが容易になる。
【００５９】
（螺旋状組電池）
次に、さらに、上記、環状組電池７０を複数個積層して、螺旋状組電池８０を形成する場合について説明する。
【００６０】
図１３は２つの環状組電池を接合する様子を示す斜視図、図１４は環状組電池間に絶縁シートを挿入する様子を示す斜視図、図１５は環状組電池を複数個積層した様子を示す図である。
【００６１】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、上層の環状組電池７０の正極端子６２’と、下層の環状組電池７０の負極端子６４’とが位置合せされ、積層される。そして、図１３に示すように、環状組電池７０が上下に無理なく引き延ばされ、超音波溶接機４０の電極が挿入されて、正極端子６２’と負極端子６４’とが超音波溶接される。
【００６２】
超音波溶接後には、図１４に示すように、環状組電池７０より一回り小さい絶縁シート５０が環状組電池７０間に挿入される。
【００６３】
このように、環状組電池７０を順次積層して、図１５に示すような、螺旋状組電池８０が形成される。螺旋状組電池８０は、環状組電池７０を複数含むので、環状の電流経路同士が接続されてなる螺旋状の電流通路を有する。
【００６４】
螺旋状組電池８０は、積層する環状組電池７０の数によって、電圧を調整できる。たとえば、ラミネート電池６０の電圧が３．８５Ｖの場合、環状組電池７０の電圧が４×３．８５＝１５．４Ｖとなるので、これを２４段積層すると、１５．４×２４＝約３７０Ｖの組電池が得られる。
【００６５】
（配線）
図１６は電圧検出線が引き出された螺旋状組電池の斜視図である。
【００６６】
上記螺旋状組電池８０に含まれる各ラミネート電池６０の電圧を検出するために、電圧検出線５５を取り付けることができる。この場合、第１実施形態と同様に、螺旋状組電池８０の中央に形成される空洞、すなわち、ラミネート電池６０により囲まれる空洞に、電圧検出線５５を通すことができる。これにより、配線の煩雑さを解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１実施形態のラミネート電池を示す平面図である。
【図２】複数のラミネート電池を環状に接続した様子を示す図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】２つの環状組電池を接合する様子を示す斜視図である。
【図５】環状組電池間に絶縁シートを挿入する様子を示す斜視図である。
【図６】環状組電池を複数個積層した様子を示す図である。
【図７】電圧検出線が引き出された螺旋状組電池の斜視図である。
【図８】電圧検出線が引き出された螺旋状組電池の断面図である。
【図９】フレームの改良例を示す図である。
【図１０】改良したフレームを適用した螺旋状組電池の断面図である。
【図１１】第２実施形態のラミネート電池を示す平面図である。
【図１２】複数のラミネート電池を環状に接続した様子を示す図である。
【図１３】２つの環状組電池を接合する様子を示す斜視図である。
【図１４】環状組電池間に絶縁シートを挿入する様子を示す斜視図である。
【図１５】環状組電池を複数個積層した様子を示す図である。
【図１６】電圧検出線が引き出された螺旋状組電池の斜視図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０、６０…ラミネート電池、
１２、１２’、６２、６２’ …正極端子、
１４、１４’、６４、６４’ …負極端子、
１６…頂点、
１８…隙間、
２０、７０…環状組電池、
２２、７２…箇所、
２５、７５…フレーム、
３０、８０…螺旋状組電池、
４０…超音波溶接機、
５０…絶縁シート、
５５…フレーム、
５５…電圧検出線、
５６…通風孔、
６０…ラミネート電池。
【図１】
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【図２】
2006032240.tif 000004
【図３】
2006032240.tif 000005
【図４】
2006032240.tif 000006
【図５】
2006032240.tif 000007
【図６】
2006032240.tif 000008
【図７】
2006032240.tif 000009
【図８】
2006032240.tif 000010
【図９】
2006032240.tif 000011
【図１０】
2006032240.tif 000012
【図１１】
2006032240.tif 000013
【図１２】
2006032240.tif 000014
【図１３】
2006032240.tif 000015
【図１４】
2006032240.tif 000016
【図１５】
2006032240.tif 000017
【図１６】
2006032240.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成16年9月14日(2004.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006032240.tif 000019
【図２】
2006032240.tif 000020
【図３】
2006032240.tif 000021
【図４】
2006032240.tif 000022
【図５】
2006032240.tif 000023
【図６】
2006032240.tif 000024
【図７】
2006032240.tif 000025
【図８】
2006032240.tif 000026
【図９】
2006032240.tif 000027
【図１０】
2006032240.tif 000028
【図１１】
2006032240.tif 000029
【図１２】
2006032240.tif 000030
【図１３】
2006032240.tif 000031
【図１４】
2006032240.tif 000032
【図１５】
2006032240.tif 000033
【図１６】
2006032240.tif 000034