(57)【要約】  開弁した排気弁から極めてスムーズに内部ガスを排出して熱暴走の誘発を効果的に防止して高い安全性を実現するために、電池ブロックは、正負の電極を両端に設けてなる複数の円筒型電池（１）と、円筒型電池（１）の電極に接続されて円筒型電池（１）を接続してなるリード板とを備えている。円筒型電池（１）は、底面電極（１５Ｂ）と排気弁（１６）とを設けてなる底プレート（１２）の電池缶を備え、底プレート（１２）には、閾値圧力で薄肉ライン（１７）を破断して開弁する排気弁（１６）を備えている。排気弁（１６）は、底プレート（１２）に設けてなる非連結部（１９）のあるループ状の薄肉ライン（１７）の内側に設けられて、非連結部（１９）をヒンジ部（２５）としている。さらに、底プレート（１２）は、ヒンジ部（２５）にリード板を接続する底面電極（１５Ｂ）を配置しており、リード板は、薄肉ライン（１７）を含む領域との対向位置に切欠部（３２）を設けている。
2018003291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正負の電極を両端に設けてなる複数の円筒型電池と、
前記電極に接続されて前記円筒型電池を接続してなるリード板とを備える電池ブロックであって、
前記円筒型電池は、底面電極と排気弁とを設けてなる底プレートの電池缶を備え、
前記底プレートは、閾値圧力で薄肉ラインを破断して開弁する排気弁を備え、
前記排気弁は、前記底プレートに設けてなる非連結部のあるループ状の前記薄肉ラインの内側に設けられて、前記非連結部をヒンジ部としており、
さらに、前記底プレートは、前記ヒンジ部に前記リード板を接続する前記底面電極を配置しており、
前記リード板は、前記薄肉ラインを含む領域との対向位置に切欠部を設けてなることを特徴とする電池ブロック。
【請求項２】
請求項１に記載される電池ブロックであって、
前記リード板が、先端部を前記底面電極に接続して根元部を前記前記排気弁のヒンジ部との対向位置に配置する弾性アームを有し、前記弾性アームの根元部の横幅を排気弁のヒンジ部の横幅よりも狭くしてなることを特徴とする電池ブロック。
【請求項３】
請求項２に記載される電池ブロックであって、
前記弾性アームが、前記薄肉ラインの内側に沿って延びるループ状としてなることを特徴とする電池ブロック。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載される電池ブロックであって、
前記リード板が前記底面電極に超音波溶着されてなることを特徴とする電池ブロック。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載される電池ブロックであって、
前記排気弁の内面に、前記電池缶に収納してなる電極板に接続してなる内部タブが溶着され、
前記内部タブが、前記排気弁の開弁状態で破断される前記底プレートよりも薄い金属板であることを特徴とする電池ブロック。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載される電池ブロックであって、
前記底面電極に接続してなるリード板が、厚さを１００μｍ以上であって５００μｍ以下とする金属板で、この金属板が、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、これ等の金属の合金の何れかからなることを特徴とする電池ブロック。
【請求項７】
請求項６に記載される電池ブロックであって、
前記底面電極に接続してなる前記リード板よりも厚い集電板を備えることを特徴とする電池ブロック。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載される電池ブロックであって、
前記円筒型電池が非水系二次電池である電池ブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の円筒型電池をリード板で接続してなる電池ブロックに関し、とくに、内圧が異常に上昇すると開弁する排気弁を有する円筒型電池をリード板で接続してなる電池ブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッドカーや電気自動車の走行モータに電力を供給する電池ブロックは、多数の二次電池を直列や並列に接続して、出力と充放電容量を大きくしている。この種の電池ブロックは高い安全性を実現確保するために排気弁を設けて、電池缶の破裂による弊害を防止している。排気弁は内圧が閾値圧力よりも高くなると開弁して電池缶の破裂を防止する。さらに、排気弁は、排気ダクトを連結されて、開弁状態で排出される高温高圧のガスを電池ブロックの外部に安全に排気している。このことを実現するために、封口板に排気弁を設けている二次電池が開発されている（特許文献１参照）。【０００３】
この二次電池は、図７の断面図に示すように、円筒型電池８１の封口板８２に排気弁８３を設けている。この図の円筒型電池８１は、封口板８２として２重の金属板を積層して、上側金属板８２Ａに設けた凸部電極８４の内部にコイルスプリング８５を配置し、このコイルスプリング８５に押圧される弁体８６を下側金属板８２Ｂの表面に弾性的に押圧している。下側金属板８２Ｂは貫通穴８７を設けて、この貫通穴８７を閉塞するように弁体８６を押圧している。この二次電池は、電池ケースの内圧が閾値圧力よりも低い状態では弁体８６が下側金属板８２Ｂに押圧されて閉弁状態となり、内圧が閾値圧力よりも高くなると、弁体８６が押し上げられて開弁する。封口板８２は、排気弁８３が開弁すると、貫通穴８７を通過した高温高圧のガスを凸部電極８４に設けた小穴８８から外部に排気するので、高温高圧のガスを速やかに排気できない欠点がある。【０００４】
以上の欠点を解消するために、外装缶の底プレートに排気弁を設けた二次電池が開発されている（特許文献２参照）。この二次電池の底プレートを図８と図９に示す。これらの図の底プレート９１、９２は、リング状に薄肉ライン９４を設けて、薄肉ライン９４の内側を排気弁９３とする。この底プレート９１、９２は、２組の排気弁９３を設けている。図８の底プレート９１は、２組の排気弁９３を一緒に開弁するのが難しい。一方の排気弁９３が開弁すると内圧が低下して他方の排気弁９３が開弁されなくなるからである。両方の排気弁９３を開弁できないと、排気弁９３の開口面積が小さくなって、内部ガスを速やかに排気できない。この弊害を解消するために、図９の底プレート９２は２組の排気弁９３を剛性の高い内部タブ９５で連結し、一方の排気弁９３が破断する動きで他の排気弁９３を押し開けて破断させる。この底プレート９２は、両方の排気弁９３を一緒に開弁できるが、排気弁９３を連結している内部タブ９５が開弁位置を制限する。内部タブ９５が２組の排気弁９３を区画しているリブ９６に引っかかって排気弁９３を底プレート９２から十分に離して開弁できないからである。このため、両方の排気弁９３を大きく開いて内部ガスを速やかに排出できない欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−５０７５号公報
【特許文献２】特開２０１６−１００２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多数の二次電池を備える電池ブロックにおいては、何れかの二次電池が熱暴走して排気弁が開弁する状態で、熱暴走が隣の二次電池の熱暴走を誘発しないことが極めて大切である。熱暴走が複数の二次電池に誘発されると、電池ブロック全体として極めて大きな熱暴走に拡大されるからである。たとえば、リチウムイオン二次電池が熱暴走して排気弁が開弁すると、数百度以上と極めて高温高圧のガスが瞬間的に噴出されるので、熱暴走の誘発を確実に阻止することは極めて大切である。このことから、排気弁を瞬間的に大きく開き、開弁した排気弁から高温高圧のガスを排気ダクトから速やかに外部に排出することが極めて大切である。【０００７】
図８と図９に示す底プレート９１、９２に設けた排気弁９３が、図７に示す封口板８２の排気弁８３よりも内部ガスをスムーズに排出できるとしても、底プレート９１、９２の排気弁９３においても内部ガスをより速やかに排出することは極めて大切である。速やかな内部ガスの排出が電池ブロックの安全性を向上できるからである。【０００８】
本発明は、以上の目的を達生するために開発されたもので、本発明の目的の一は、開弁した排気弁から極めてスムーズに内部ガスを排出して熱暴走の誘発を効果的に防止して高い安全性を実現する電池ブロックを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
本発明のある態様の電池ブロックは、正負の電極１５を両端に設けてなる複数の円筒型電池１と、円筒型電池１の電極１５に接続されて円筒型電池１を接続してなるリード板３とを備えている。円筒型電池１は、底面電極１５Ｂと排気弁１６とを設けてなる底プレート１２の電池缶１０を備え、底プレート１２には、閾値圧力で薄肉ライン１７を破断して開弁する排気弁１６を備えている。排気弁１６は、底プレート１２に設けてなる非連結部１９のあるループ状の薄肉ライン１７の内側に設けられて、非連結部１９をヒンジ部２５としている。さらに、底プレート１２は、ヒンジ部２５にリード板３を接続する底面電極１５Ｂを配置しており、リード板３は、薄肉ライン１７を含む領域との対向位置に切欠部３２を設けている。
【００１０】
以上の電池ブロックは、開弁した排気弁からスムーズに内部ガスを排出して熱暴走の誘発を効果的に防止して高い安全性を確保できる特徴がある。それは、以上の電池ブロックが、底プレートに非連結部のあるループ状の薄肉ラインを設けて、薄肉ラインの内側を排気弁とし、薄肉ラインの非連結部を排気弁のヒンジ部として、ヒンジ部に底面電極を設けてリード板を接続しており、さらに、リード板は薄肉ラインを含む領域との対向位置に切欠部を設けて、開弁する排気弁を切欠部に移動させるからである。とくに、以上の電池ブロックは、リード板を排気弁のヒンジ部に設けた底面電極に接続して、開弁する排気弁をリード板の切欠部に案内するので、リード板による排気弁の開口面積の制約が少なく、開弁する排気弁からスムーズに内部ガスを排出できる特徴がある。排気弁にリード板を接続する構造は、排気弁が開弁するときに、排気弁のヒンジ部とリード板の両方を変形させる必要があるが、ヒンジ部に接続されるリード板は、開弁する排気弁による変形量が小さく、リード板の変形力による排気弁の開口面積の制約が少なく、排気弁が開口する開弁角度を大きくして、開口面積を大きくできる。また、開弁する排気弁をリード板に設けた切欠部に案内する構造によって、開弁する排気弁がリード板に衝突して開弁角度を小さく制限するのを少なくして開弁角度を大きくできる。
【００１１】
さらに、以上の電池ブロックは、排気弁の開弁角度を大きくできることに加えて、図６に示すように、傾斜姿勢で開弁する排気弁１６が、内部ガスの流動方向を排気ダクトの排出方向に方向転換して、排気ダクトからスムーズに外部に排気できる特徴も実現する。
【００１２】
さらに、以上の電池ブロックは、円筒型電池の底プレートに設けた排気弁を、ヒンジ部で底プレートに連結する構造とするので、排気弁を底プレートから分離することなく開弁できる。このため、開弁した排気弁が底プレートから分離して排気ダクトに流入し、これが内部ガスの排出を阻止する弊害を防止できる特徴も実現する。このため、開弁する排気弁が、排出する内部ガスを方向転換してスムーズに排気ダクトに案内できると共に、排気ダクトは確実に内部ガスを外部に排出できる特徴も実現する。
【００１３】
このため、以上の電池ブロックは、円筒型電池の内圧が閾値圧力よりも高くなって薄肉ラインが破断し、排気弁が開弁すると、リード板による開弁角度の制限を少なくでき、かつ内部ガスを排気ダクトの排出方向に方向転換する独特の構造によって、内部ガスをスムーズに排気できる特徴を実現する。したがって、以上の電池ブロックは、何れかの円筒型電池が熱暴走して排気弁が開弁すると、この円筒型電池の内部ガスは瞬間的に排気され、内部ガスの排出遅れで隣の円筒型電池に熱暴走が誘発されるのを有効に阻止して、電池ブロックとしての安全性を著しく向上できる。
【００１４】
さらにまた、排気弁のヒンジ部に底面電極を設けてここにリード板を接続しているので、排気弁の開弁状態でリード板を底プレートに接続した状態に保持できる。この電池ブロックは、各々の円筒型電池と直列に保護素子のヒューズを接続し、排気弁が開弁した円筒型電池にヒューズの溶断電流を流して、円筒型電池と直列に接続しているヒューズを溶断できる。このため、排気弁の開弁した円筒型電池を他の電池から確実に切り離し、排気弁の開弁しない他の電池を安全に充放電して使用できる特徴も実現する。
【００１５】
本発明の電池ブロックは、リード板３が、先端部３３を底面電極１５Ｂに接続して根元部３４を排気弁１６のヒンジ部２５との対向位置に配置する弾性アーム３１を有し、弾性アーム３１の根元部３４の横幅を排気弁１６のヒンジ部２５の横幅よりも狭くすることができる。
【００１６】
以上の電池ブロックは、弾性アームを介してリード板を底面電極に接続するので、リード板による排気弁の開弁角度の制限力を小さくして、排気弁を大きく開弁できる。とくに、リード板の弾性アームの根元部を排気弁のヒンジ部に配置して、根元部の横幅をヒンジ部よりも狭くするので、排気弁の開弁状態において、リード板の根元部の変形量を小さく、かつ変形しやすくできるので、排気弁の開弁角度を大きくして、内部ガスを速やかに排出できる特徴がある。
【００１７】
本発明の電池ブロックは、弾性アーム３１を、薄肉ライン１７の内側に沿って延びるループ状とすることができる。
【００１８】
以上の電池ブロックは、長い弾性アームを介してリード板を底面電極に接続できるので、リード板による排気弁の開弁角の制限力をさらに小さくして、排気弁を大きく開弁できる。このため、排気弁が開弁して内部ガスを速やかに排出できる特徴がある。さらに、細長い弾性アームは弾性変形しやすいので、リード板を接続している円筒型電池の相対的な位置ずれを無理なく吸収して底面電極と弾性アームとの接続部を保護できる特徴がある。さらにまた、弾性アームを底プレートに超音波溶着するリード板は、弾性アームを変形しやすくして先端部を効率よく超音波振動させて底面電極に安定に接続できる。弾性アームの先端部を効率よく超音波振動できることから、超音波振動子の出力を小さくして弾性アームを確実に底面電極に接続できる。このため、リード板を底面電極に超音波溶着する工程における薄肉ラインの損傷を防止でき、排気弁の閾値圧力の狂いを防止して、リード板を底面電極に接続できる。
【００１９】
本発明の電池ブロックは、超音波溶着してリード板３を底面電極１５Ｂに接続することができる。以上の電池ブロックは、電池ブロックとリード板とを異種金属としながら、リード板を安定して確実に底面電極に接続できる特徴がある。
【００２０】
本発明の電池ブロックは、電池缶１０に収納してなる電極板２１に接続してなる内部タブ２２を排気弁１６の内面に溶着して、この内部タブ２２を、排気弁１６の開弁状態で破断される底プレート１２よりも薄い金属板とすることができる。
【００２１】
以上の電池ブロックは、排気弁の開弁状態で内部タブを破断して、開弁してする排気弁をより大きく開弁できる特徴がある。
【００２２】
本発明の電池ブロックは、底面電極１５Ｂに接続してなるリード板３に、厚さを１００μｍ以上であって５００μｍ以下の金属板を使用し、この金属板を、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、これ等の金属の合金の何れかとすることができる。
【００２３】
本発明の電池ブロックは、底面電極１５Ｂに接続しているリード板３に、リード板３よりも厚い集電板５を接続することができる。以上の電池ブロックは、円筒型電池にリード板を安定して確実に接続しながら、隣接する円筒型電池を低抵抗な集電板で接続して、接続リードの抵抗ロスを小さくできる特徴がある。
【００２４】
本発明の電池ブロックは、円筒型電池１をリチウムイオン二次電池などの非水系二次電池とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例にかかる電池ブロックの斜視図である。
【図２】図１に示す電池ブロックの分解斜視図である。
【図３】図１に示す電池ブロックのＩＩＩ−ＩＩＩ線拡大断面図である。
【図４】円筒型電池の底プレートにリード板を接続した状態を示す拡大底面図である。
【図５】円筒型電池とリード板の底面斜視図である。
【図６】図３に示す円筒型電池の排気弁が開弁する状態を示す断面図である。
【図７】従来の二次電池の拡大断面図である。
【図８】従来の他の二次電池の底プレートの平面図である。
【図９】従来の他の二次電池の底プレートの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池ブロックを例示するものであって、本発明は電池ブロックを以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２７】
図１と図２に示す電池ブロック１００は、複数の円筒型電池１を備える。電池ブロック１００は、円筒型電池１を並列に接続して電流を大きくし、直列に接続して出力電圧を高くできる。また、接続する円筒型電池１の個数を多くして充放電容量を大きくできる。したがって、電池ブロック１００は、用途に最適な出力電圧、出力電流、充放電容量とするために、複数の円筒型電池１を直列や並列に接続している。本発明の電池ブロック１００は、主としてハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、電気自動車等の電動車両の走行モータに電力を供給する電源に使用されるが、電動車両以外の用途においても、大出力が要求される用途、例えば蓄電用の電源などにも使用できる。
【００２８】
図２の分解斜視図に示す電池ブロック１００は、複数の円筒型電池１と、各円筒型電池１を定位置に配置する電池ホルダ２と、電池ホルダ２の両端面を被覆している絶縁ホルダ４Ａ、４Ｂと、円筒型電池１の正負の電極１５に接続されるリード板３と、リード板３に積層して接続している集電板５と、絶縁ホルダ４Ｂとリード板３との間に配置している絶縁シート６とを備える。この図の電池ブロック１００は、複数の円筒型電池１をリード板３で並列に接続している。図の電池ブロック１００は全ての円筒型電池１を並列に接続するが、本発明の電池ブロック１００は円筒型電池１を直列に接続し、あるいは直列と並列に接続することもできる。
【００２９】
図２の電池ブロック１００は、電池ホルダ２で円筒型電池１を定位置に配置する。電池ホルダ２は、両面に貫通して複数の保持穴２Ａを有し、この保持穴２Ａに円筒型電池１を挿入して定位置に配置する。図の電池ブロック１００は、全ての円筒型電池１を並列に接続するので、全ての円筒型電池１を同じ方向に向けて保持穴２Ａに挿入して定位置に配置している。
【００３０】
円筒型電池１は非水系電解液電池のリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は重量と容量に対する容量が大きいので、円筒型電池１をリチウムイオン二次電池とする電池ブロック１００は、小型軽量化して充放電容量を大きくできる。ただし、本発明は円筒型電池を非水系電解液電池には特定せず、内圧が閾値圧力に上昇すると開弁する排気弁を底プレートに設けている他の円筒型電池とすることもできる。
【００３１】
円筒型電池１は、図３に示すように、金属製の電池缶１０に、正負の電極板２１をセパレータを介して積層してなる渦巻き電極２０を収納して電解液を充填している。電池缶１０は、底プレート１２で底面を閉塞している円筒状の外装缶１１の開口部を封口板１３で密閉している。封口板１３は絶縁材１４を介して外装缶１１に絶縁して気密に固定される。円筒型電池１は、長手方向の両端に電極１５を設けている。リチウムイオン二次電池の円筒型電池１は、封口板１３に設けた凸部電極１５Ａを正極とし、外装缶１１の底プレート１２に設けた底面電極１５Ｂを負極としている。円筒型電池１は、直径を１８ｍｍ、全長を６５ｍｍとする通称「１８６５０」と呼ばれるリチウムイオン二次電池、あるいはこの寸法に近い、またはこれより大きいリチウムイオン二次電池が使用できる。
【００３２】
円筒型電池１は、収納する渦巻き電極２０を、封口板１３の凸部電極１５Ａと、底プレート１２の底面電極１５Ｂに内部タブ２２を介して接続している。底面電極１５Ｂを渦巻き電極２０に接続する内部タブ２２は、従来のように複数の排気弁を一緒に開弁させる必要がないので、排気弁１６の開弁状態で破断される強度とすることができる。この内部タブ２２は、底プレート１２よりも薄い金属板や金属箔、あるいは細い導線が使用される。図３の断面図に示す円筒型電池１は、底プレート１２の中心に内部タブ２２を溶接して接続している。
【００３３】
排気弁１６の開弁状態で破断される内部タブ２２は、排気弁１６を特に大きく開弁できる。ただ、内部タブ２２は必ずしも排気弁１６の開弁状態で破断する強度とする必要はない。破断されない内部タブ２２は、開弁する排気弁１６に引っ張られて変形する。とくに、内部タブ２２は多少の弛みのある状態で排気弁１６に連結されるので、破断されない状態にあっても排気弁１６の開弁状態では直線状に引き延ばされて排気弁１６の開度を大きくする。
【００３４】
円筒型電池１の底プレート１２は、閾値圧力で破断する非連結部１９のあるリング状の薄肉ライン１７を設けて、薄肉ライン１７の内側に、非連結部１９をヒンジ部２５とする排気弁１６を設けている。排気弁１６は、ヒンジ部２５を介して底プレート１２に連結され、薄肉ライン１７を破断し、ヒンジ部２５を折曲して開弁される。図４の底面図と図５の斜視図に示す円筒型電池１は、円形の底プレート１２と同心状にＣ字状の薄肉ライン１７を設けて、非連結部１９のあるループ状の薄肉ライン１７を設けている。図の円筒型電池１は、非連結部１９のあるループ状の薄肉ライン１７をＣ字状とするが、薄肉ライン１７はこの形状には特定せず、たとえば馬蹄形とし、あるいはコ字状とし、あるいはまた、コ字の先端に互いに接近するリブを設けた形状とすることができる。排気弁１６は、排気弁１６の横幅をヒンジ部２５の横幅よりも広く、言い換えると排気弁１６の横幅（Ｗ）を非連結部１９の間隔（ｄ）よりも広くして、薄肉ライン１７が破断する状態で開弁しやすく、かつ開弁時の開口面積を大きくする。
【００３５】
薄肉ライン１７が破断して開弁する排気弁１６は、ヒンジ部２５を折曲させて開弁する。排気弁１６の閾値圧力は、外装缶１１の材質と薄肉ライン１７の厚さで特定される。鉄製の外装缶１１は、薄肉ライン１７の厚さを、たとえば３０μｍ〜１００μｍとする。外装缶１１は、底プレート１２をプレス加工して非連結部１９のあるループ状の薄肉ライン１７を設けて排気弁１６とする。
【００３６】
図３の断面図に示す底プレート１２は、プレス加工して、底プレート１２を線状に薄く加工して薄肉ライン１７を設けている。この図の底プレート１２は、薄肉ライン１７と底プレート１２の外周縁との間を平面部１８とし、薄肉ライン１７の断面形状を、外装缶１１の内側に突出するＵ曲形状としている。排気弁１６は円錐状にプレス加工されて、中心を内側に突出する山形としている。さらに、この図の排気弁１６は、薄肉ライン１７との境界部分を底プレート１２の外周部に設けた平面部１８よりも外側に突出させている。排気弁１６は、中心部、すなわち山形の突出部に、渦巻き電極２０に接続している内部タブ２２を接続している。円錐状の排気弁１６は、内圧が作用する状態の歪みが少なく、破断ライン１７全体を確実に破断して、確実に大きく開弁できる。
【００３７】
図３の断面図と、図４の底面図に示す底プレート１２は、排気弁１６のヒンジ部２５であって、薄肉ライン１７の内側に底面電極１５Ｂを配置している。図４の底プレート１２は、薄肉ライン１７の一方の端部内側に底面電極１５Ｂを配置している。薄肉ライン１７の内側を、薄肉ライン１７の外側よりも突出させている底プレート１２は、底面電極１５Ｂを突出部に配置するので、リード板３を底面電極１５Ｂに確実に接続できる。リード板３が薄肉ライン１７の外側に接触しない状態で、底面電極１５Ｂに確実に接触して接続できるからである。
【００３８】
図３の円筒型電池１は、電池缶１０の円筒部と、底プレート１２の外周縁であって薄肉ライン１７の外側を絶縁チューブ２３で被覆して絶縁している。絶縁チューブ２３は熱収縮チューブで、封口板１３の外周部も被覆して絶縁する。
【００３９】
図３の電池ブロック１００は、２枚のリード板３を電池ホルダ２の両面に配置している。この電池ブロック１００は、一方のリード板３Ａを円筒型電池１の凸部電極１５Ａに、他方のリード板３Ｂを円筒型電池１の底プレート１２に設けた底面電極１５Ｂに接続して、円筒型電池１を並列に接続している。
【００４０】
リード板３は薄い金属板で、各円筒型電池１の両端に設けた電極１５に接続される。一方のリード板３Ａはスポット溶接して凸部電極１５Ａに接続され、他方のリード板３Ｂは超音波溶着して底面電極１５Ｂに接続される。超音波溶着は、リード板３Ｂの表面に超音波ホーンを押圧し、リード板３Ｂを底面電極１５Ｂに押圧する状態でリード板３Ｂを超音波振動させて、リード板３Ｂを底面電極１５Ｂに接続する。超音波溶着は、底面電極１５Ｂの表面と平行な方向にリード板３Ｂを超音波振動させてリード板３Ｂを底面電極１５Ｂに接続する。超音波溶着は、境界面で金属を分子結合してリード板３を底面電極１５Ｂに接続するので、異種金属を安定して接続できる。したがって、アルミニウム製のリード板３Ｂを鉄製の底プレート１２に確実に安定して固定できる。
【００４１】
ただし、本発明はリード板３と円筒型電池１の電極１５との接続をスポット溶接や超音波溶着には特定しない。リード板と電極の材質に最適な方法で接続されるからである。したがって、リード板は、以上の電極構造以外の他の全ての接続構造、例えばレーザー溶接やハンダ付け等の構造で接続することもできる。
【００４２】
リード板３は、円筒型電池１の相対位置がずれると歪力が作用する。リード板３は、薄い金属板として弾性変形しやすくすることで、円筒型電池１の相対位置ずれに起因する歪力を小さくできる。したがって、電極１５に接続されるリード板３は、たとえば１００μｍ以上であって５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以上であって３００μｍ以下の薄い金属板が使用される。薄い金属板は弾性変形しやすいので、小さい出力でリード板３Ｂを安定して底面電極１５Ｂに超音波溶着できる。超音波振動子の出力を小さくできることは、超音波溶着する工程で薄肉ライン１７の損傷を少なくできる特徴も実現する。
【００４３】
薄い金属板のリード板３は電気抵抗が大きい。図２と図３の電池ブロック１００は、リード板３に集電板５を積層して電気抵抗を小さくしている。集電板５はリード板３よりも厚い、たとえば約２ｍｍのアルミニウム板である。ただ、集電板５は、１ｍｍ以上、好ましくは１．５ｍｍ以上のアルミニウム板とすることができる。リード板３と集電板５をアルミニウム板として、リード板３を集電板５に接続して、リード板３と集電板５とで接続リードを構成する電池ブロック１００は、接続リードを軽量化できる特徴がある。とくに、集電板５に厚いアルミニウム板を使用することで、集電板５の電気抵抗を小さくしながら軽量化できる特徴がある。ただし、リード板３と集電板５は、アルミニウム板以外の金属板、例えば銅、ニッケル、鉄、さらにこれ等の金属の合金も使用できる。ところで、金属は種々の金属を添加して物性を改善しているので、本明細書において、金属は特定しない限り合金を含む意味に使用する。このことから、たとえばアルミニウム板はアルミニウム合金板を含む意味に使用する。
【００４４】
凸部電極１５Ａに接続されるリード板３Ａは、スポット溶接して凸部電極１５Ａに接続される。リード板３Ａは、図２と図３に示すように、本体部３０に連結された接続片３５を介して凸部電極１５Ａに接続される。図２と図３に示すリード板３Ａは、円筒型電池１の電極１５と対向する位置に連結孔３６を開口すると共に、この連結孔３６に位置して、電極１５に接続される接続片３５を設けている。この連結孔３６と接続片３５は、アルミニウム板を打ち抜き加工して設けられる。リード板３Ａは、接続片３５を凸部電極１５Ａにスポット溶接して接続される。
【００４５】
底面電極１５Ｂに接続されるリード板３Ｂは、図３〜図５に示すように、薄肉ライン１７を含む領域との対向位置に切欠部３２を設けている。これ等の図に示すリード板３Ｂは、先端部３３を底面電極１５Ｂに接続して根元部３４を排気弁１６のヒンジ部２５との対向位置に配置する弾性アーム３１を有し、弾性アーム３１の根元部３４の横幅を排気弁１６のヒンジ部２５の横幅よりも狭くしている。さらに、弾性アーム３１は薄肉ライン１７の内側に沿って延びるループ状としている。このリード板３Ｂは、弾性アーム３１の外側と内側に切欠部３２、３７を設けて、外側と内側の切欠部３２、３７をヒンジ部２５との対向位置で連結している。弾性アーム３１の外側に設けた切欠部３２は、薄肉ライン１７の内外を所定の幅で含むリング状で、弾性アーム３１の内側に設けた切欠部３７は円形としている。なお、図４においては、弾性アーム３１の先端部３３と底面電極１５Ｂとの接続部分をクロスハッチングで表示している。
【００４６】
薄肉ライン１７の内側に沿って延びる弾性アーム３１はリング状で、弾性アーム３１の後端部は、外側に半径方向に延びる根元部３４を介して、切欠部３２の外側の本体部３０に連結されている。図４の弾性アーム３１は、根元部３４の横幅をヒンジ部２５よりも小さくし、さらに、リング状の弾性アーム３１を根元部３４と同じ横幅として、弾性アーム３１全体を柔軟で変形しやすくしている。図５に示す円筒型電池１の底プレート１２は、薄肉ライン１７の内側の横幅を外側の横幅よりも狭くしている。この底プレート１２は、弾性アーム３１を薄肉ライン１７の内周に接近する位置に配置して、全長を長くできる。長い弾性アーム３１は、より柔軟で変形しやすくできる。さらに、この形状の底プレート１２は、開弁する排気弁１６の外周縁が、リード板３Ｂの切欠部３２の外側である本体部３０に衝突する確率が少なく、排気弁１６を確実に開弁できる特徴がある。リード板３Ｂの切欠部３２の外側は、弾性アーム３１のように変形しないので、ここに開弁する排気弁１６が衝突すると安定して開弁できなくなる。
【００４７】
長くて変形しやすい弾性アーム３１は、弾性アーム３１の先端部３３を底面電極１５Ｂに超音波溶着する工程で柔軟に変形するので、より小さい超音波振動エネルギーで確実に底面電極１５Ｂに接続できる特徴がある。また、隣接する円筒型電池１の相対的な位置ずれをリード板３Ｂで無理なく吸収する。したがって、円筒型電池１の相対的な位置によるリード板３Ｂの歪力を小さくし、リード板３Ｂと底面電極１５Ｂとの接続部に作用する歪力も小さくして、リード板３Ｂを底面電極１５Ｂに安定して接続できる特徴がある。さらに、排気弁１６が開弁するときに、弾性アーム３１を変形しやすくして、排気弁１６の開口面積を大きくできる特徴も実現する。
【００４８】
底プレート１２に設けた排気弁１６が開弁する状態を図６の断面図に示す。この図に示すように、円筒型電池１の内圧が閾値圧力よりも高くなると、底プレート１２は薄肉ライン１７が破断されて、薄肉ライン１７の非連結部１９をヒンジ部２５として排気弁１６が傾動して排気弁１６が開弁する。ヒンジ部２５で変形する排気弁１６は、リード板３Ｂに設けた切欠部３２を通過する状態で傾斜して開弁する。このため、リード板３による排気弁１６の開口面積の制約が少なく、排気弁１６を大きく開弁でき、内部ガスをスムーズに排出できる。さらに、図６に示す電池ブロック１００は、円筒型電池１から排出される内部ガスを外部に廃棄する排気ダクト４０を集電板５の外側に設けている。この図に示すように、傾斜姿勢で開弁する排気弁１６は、内部ガスの流動方向を排気ダクト４０の排出方向に方向転換させて、排気ダクト４０からスムーズに外部に排気できる。
【００４９】
集電板５は、リード板３の外側に積層されて、リード板３に接続される。集電板５は、円筒型電池１の電極１５にリード板３を接続するために、円筒型電池１の電極１５と対向する位置に接続孔５Ａを開口している。この集電板５は、リード板３の外側に積層された状態で、この接続孔５Ａを通してリード板３が電極１５にスポット溶接され、あるいは超音波溶着される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の電池ブロックは、排気弁を有する複数の円筒型電池をリード板で接続してなる電池ブロックであって、ハイブリッドカーや電気自動車等の電動車両を駆動する走行モータの電源として、あるいは載置型の蓄電用設備の電源として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１００…電池ブロック１…円筒型電池、２…電池ホルダ、２Ａ…保持穴、３…リード板、３Ａ…リード板、３Ｂ…リード板、４Ａ…絶縁ホルダ、４Ｂ…絶縁ホルダ、５…集電板、５Ａ…接続孔、６…絶縁シート、１０…電池缶、１１…外装缶、１２…底プレート、１３…封口板、１４…絶縁材、１５…電極、１５Ａ…凸部電極、１５Ｂ…底面電極、１６…排気弁、１７…薄肉ライン、１８…平面部、１９…非連結部、２０…渦巻き電極、２１…電極板、２２…内部タブ、２３…絶縁チューブ、２５…ヒンジ部、３０…本体部、３１…弾性アーム、３２…切欠部、３３…先端部、３４…根元部、３５…接続片、３６…連結孔、３７…切欠部、８１…円筒型電池、８２…封口板、８２Ａ…上側金属板、８２Ｂ…下側金属板、８３…排気弁、８４…凸部電極、８５…コイルスプリング、８６…弁体、８７…貫通穴、８８…小穴、９１…底プレート、９２…底プレート、９３…排気弁、９４…薄肉ライン、９５…内部タブ、９６…リブ
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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