(57)【要約】【課題】電極群直接挿入組電池における類焼を抑制し生産性を高めることを可能とする、電源装置を提供すること。【解決手段】電極群８と電解液１０３を内蔵する成形体２と、封口板シート２０１と、防爆弁シート２０２を備え、防爆弁２３を有する防爆弁シート２０２と、絶縁ガスケット１９を有する封口板シート２０１を分離することにより、１個の防爆弁２３が作動しても、高温高圧の燃焼ガスが絶縁ガスケット１９に接触しないので類焼を抑制することができる。さらに防爆弁と電極を１枚のシートに形成することで生産性が高まる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の独立した収容穴を有する成形体と、
シート状の正極と、シート状の負極と、前記正極と前記負極とにはさまれたシート状のセパレータとを巻くことで構成され、かつそれぞれの前記収容穴内に収容された、電極群と、
それぞれの前記収容穴内に収容された、電解液と、を有し、
前記電極群および前記電解液は、前記成形体に接触する、電源装置において、
前記収容穴の開口が臨む成形体の片側側面に当接配置されて各々の収容穴の開口を閉じる、防爆弁が形成された複数の防爆板と、
前記防爆板がある成形体の側面と対向する成形体の側面に当接配置されて各々の収容穴の開口を閉じ、電極端子を有する複数の封口板と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記封口板は正極と負極の計２個の電極端子を有する、請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記電極群が有する正極と負極の２個のリードのうち、片方が成形体の収容穴内壁面と直接接続される、請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
前記成形体の前記収容穴が２以上連続した開口位置に、それぞれ防爆弁が形成された２以上の防爆弁を有する防爆弁シートで、前記成形体の片側側面の収容穴開口を閉じる、請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
前記成形体の前記収容穴が２以上連続した開口位置に、それぞれ１個または１組の電極端子が形成された封口部を２以上有する封口板シートで前記成形体の片側側面の収容穴開口閉じる、請求項１記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の成形体内に複数の単電池を内蔵させた電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車などの走行用モーターを駆動するためには、大電流が要求される。例えば、ハイブリッド自動車では、スタート時や加速時などに走行用のモーターを駆動するときに求められる電流は、１００Ａ以上と極めて大きい。このような、大電流を供給するための電源装置として、エネルギ密度が高い二次電池を含む電源装置が知られている。
【０００３】
このような電源装置として、ニッケル−水素電池や、ニッケル−カドミウム電池、リチウムイオン電池などの単電池を複数接続した電源装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００４】
特許文献１および２の電源装置は、接続された複数の単電池と、単電池を固定するためのホルダとを有する。ホルダの材料は例えばプラスチックである。このように、接続された複数の単電池を有する電源装置は、仮に１つの単電池に問題が生じたとしても、他の単電池が機能する限り、電流を供給することができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１および２で開示された電源装置では、ホルダの材料がプラスチックなどの熱伝導性が低い材料であるので、電源装置の使用中に発生する単電池の熱が、ホルダに伝達されにくかった。このため、電源装置の使用中、熱が単電池に留まり、単電池の温度が高くなるという問題があった。
【０００６】
単電池の温度が高くなると単電池の性能が低下し、電源装置全体の性能が低下する。また、単電池がリチウムイオン電池である場合、温度が高くなると熱暴走の危険もある。
【０００７】
この問題を解決するために、接続された複数の単電池を熱伝導性の高いアルミなどの金属からなる成形体で囲む技術が知られている（例えば特許文献３参照）。
【０００８】
更に単電池の外装ケースを無くし、成形体の複数の収容穴に正極と負極とセパレータからなる電極群を直接挿入することで、電極群と成形体との接触を確実にし、各電極群をさらに効率よく冷却することができるとともにコンパクトさとコスト低下を図ったものがある（例えば、特許文献４参照。）。図５は、特許文献４に記載された従来の電源装置の分解斜視図、図６は同電源装置の縦断面図、図７は同電源装置の封口部材を示す図である。
【０００９】
図５において、成形体２は複数の収容穴５を有している。収容穴５には電極群８が挿入される。図６において、電極群８が挿入された収容穴５の開口部はそれぞれ封口部材１６によって閉じられる。封口部材１６には電極群８から伸びたリード板２０と接続される電極端子１８と、電極端子１８を成形体２から電気的に絶縁するための絶縁ガスケット１９を有している。さらに図７に示すように、封口部材１６は防爆弁２３を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１０７７７４号公報
【特許文献２】特開２００５−２８５４５５号公報
【特許文献３】特開平１０−１０６５２１号公報
【特許文献４】特開２００３−１０９６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記従来の構成では、ひとつの封口部材１６に防爆弁２３と絶縁ガスケット１９が近接して存在し、かつ複数の封口部材１６が成形体２の同じ面に並んで配置されているため、もし何らかの原因で、ある単電池の防爆弁２３が作動した場合、隣接した正常な単電池の絶縁ガスケット１９に高温高圧の燃焼ガスが掛かることになる。その結果、最悪の場合、樹脂またはゴムでできている絶縁ガスケット１９が溶け、内部の電解液等の可燃物質が噴出し引火する、いわゆる類焼するという危険性がある。
【００１２】
類焼した単電池はさらに次の隣接した単電池の絶縁ガスケット１９を溶かし、というように連鎖反応を起こす。複数個の単電池を組み合わせて一単位として取り扱えるようにした電源装置では、類焼の可能性は極限まで小さくしておかなければならない。
【００１３】
発生した燃焼ガスによる類焼を避けるために、各単電池の防爆弁２３からの排気ダクトを分離独立させ、他の単電池の封口部材１６に高温の排気ガスがかからないようにすることは可能であるが、本来兼用できて１本ですむ排気ダクトを単電池の数だけ用意する必要があり、この複数の排気ダクトにより電源装置の大きさが大きくなってしまい、電極群８を直接、成形体２に挿入して得られる本電源装置の利点であるコンパクトさを失ってしまう。
【００１４】
一方、前記従来の構成では収容穴５ごとに封口部材１６が必要で、１個１個取り付けるため時間がかかり、生産性が悪いという課題も有している。
【００１５】
本発明は、単電池の外装ケースをなくし、電極群を成形体の複数の収容穴に直接挿入する形態の電源装置において、コンパクトさを失うことなく、仮に１本の単電池の防爆弁が作動した場合でも他の単電池に類焼する恐れがなく、加えて生産性の良い電源装置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】
【００１６】
本発明者は、成形体の収容穴の開口各端面に封口板と防爆板をそれぞれ分離配置することで、排気ダクトが兼用の１本でも燃焼ガスが絶縁ガスケットにかからないようにすることができることを見出し、さらに検討を加え発明を完成させた。すなわち、本発明は以下に示される電源装置に関する。
【００１７】
［１］２以上の独立した収容穴を有する成形体と、シート状の正極と、シート状の負極と、前記正極と前記負極とにはさまれたシート状のセパレータとを巻くことで構成され、かつそれぞれの前記収容穴内に収容された、電極群と、それぞれの前記収容穴内に収容された、電解液と、を有し、前記電極群および前記電解液は、前記成形体に接触する、電源装置において、前記収容穴の開口が臨む成形体の片側側面に当接配置されて各々の収容穴の開口を閉じる、防爆弁が形成された複数の防爆板と、前記防爆板がある成形体の側面と対向する成形体の側面に当接配置されて各々の収容穴の開口を閉じ、電極端子を有する複数の封口板と、を備えたことを特徴とする電源装置。
【００１８】
［２］前記封口板は正極と負極の計２個の電極端子を有する、［１］に記載の電源装置。
【００１９】
［３］前記電極群が有する正極と負極の２個のリードのうち、片方が成形体の収容穴内壁面と直接接続される、［１］記載の電源装置。
【００２０】
［４］前記成形体の前記収容穴が２以上連続した開口位置に、それぞれ防爆弁が形成された２以上の防爆弁を有する防爆弁シートで、前記成形体の片側側面の収容穴開口を閉じる、［１］〜［３］のいずれかに記載の電源装置。
【００２１】
［５］前記成形体の前記収容穴が２以上連続した開口位置に、それぞれ１個または１組の電極端子が形成された封口部を２以上有する封口板シートで前記成形体の片側側面の収容穴開口閉じる、［１］〜［４］記載の電源装置。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明の電源装置によれば、排気ダクトが共通の１本しかなくても、防爆弁が開いた場合の高温の燃焼ガスが封口板の絶縁ガスケットに触れることなく、したがって類焼を発生させることなく排気することができる。さらに、防爆弁を１枚の防爆弁シートに集約し、電極端子を１枚の封口板シートに集約すれば、取り付け作業が各々１回で済むため生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１における電源装置の分解斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における電源装置の縦断面図
【図３】本発明の実施の形態２における電源装置の分解斜視図
【図４】本発明の実施の形態２における電源装置の縦断面図
【図５】特許文献１に記載された従来の電源装置の分解斜視図
【図６】特許文献１に記載された従来の電源装置の縦断面図
【図７】特許文献１に記載された従来の電源装置の封口部材を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電源装置の分解斜視図、図２は同電源装置の図１に示すＸ面で切った縦断面図である。図１、図２において、図５〜７と同じ構成要素については同じ符号を用いている。
【００２６】
図１、図２において、成形体２は、後述する電極群８と電解液１０３とを収容するための部材である。成形体２は、複数の独立した収容穴５を有する。ここで「独立した」とは、各収容穴が互いに連通（液絡）していないことを意味する。収容穴の形状は特に限定されない。図１では円柱状としたが、角柱状であってもよい。
【００２７】
また、収容穴の数は、電源装置の出力によって適宜選択されるが、通常は４〜４０個である。図１では４個の場合を示した。それぞれの収容穴５には後述する電極群８および電解液１０３が収容される。成形体２の収容穴５に収容された電極群８および電解液１０３は、ニッケル−水素電池や、ニッケル−カドミウム電池、リチウムイオン電池、リチウム空気電池、空気亜鉛電池などの二次電池として機能する。
【００２８】
成形体２の材料は、熱伝導性が高いことが好ましい。より具体的には、成形体の材料の熱伝導率は１Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、５０Ｗ／ｍＫ以上であることが特に好ましい。このような、成形体の材料の例には、アルミニウムや、マグネシウム、鉄、ニッケル、カーボン、およびこれらの合金などが含まれる。特に、Ａ６０６３などのアルミニウム合金は、熱伝導性が高く成形が容易であることから、成形体の材料として好ましい。また、成形体の材料は、カーボンナノチューブやカーボングラファイトなどが分散された樹脂であってもよい。
【００２９】
成形体２は、上述のように高い熱伝導率を有するので、高い放熱率を有する。また、本発明では、成形体に放熱フィンを形成したり、冷媒流路を形成したりすることで、成形体の放熱率をさらに高めてもよい。
【００３０】
成形体２は、さらにヒータを内蔵していてもよい。成形体２がヒータを有することで、寒冷時であっても電源装置を使用することができる。また、成形体２は、収容穴５以外に、成形体の熱容量を調節するための孔を有していてもよい。
【００３１】
成形体２の作製方法は特に限定されないが、例えば押し出し成形が好ましい。押し出し成形とは、加熱したビレットをダイス金型を通して押し出すことで、材料の形状を成形する方法である。押し出し成形によれば低コストで成形体を作製することができる。押出し成形によって作製された部材は、押出形材とも称される。
【００３２】
電極群８は、シート状の正極と、シート状の負極と、正極と負極との間に配置されたシート状のセパレータと、を巻くことで構成される。上述のように本電源装置では、電極群８は、成形体２の収容穴５に直接収容されることを特徴とする。したがって、本電源装置では、電極群８が成形体２に接触する。
【００３３】
正極は、正極集電体および正極集電体上に配置された正極合剤層を有する。負極は、負極集電体および負極集電体上に配置された負極合剤層を有する。
【００３４】
正極集電体および負極集電体は、正極合剤層または負極合剤層を保持するとともに集電機能を有する電極基体である。正極集電体および負極集電体は、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔などの金属箔や、表面に金属が蒸着されたＰＥＴなどの高分子フィルム、導電性高分子フィルムなどからユニットの種類に応じて適宜選択される。例えば、ユニットがリチウムイオン電池として機能する場合、正極集電体はアルミニウム箔であり、負極集電体は銅箔である。
【００３５】
セパレータは、正極と負極を絶縁し、かつ正極と負極との間のイオン伝導性を確保する部材である。セパレータの材料は、電源装置の使用時に安定な素材であれば特に限定されず、例えば、絶縁性の高分子多孔フィルムである。セパレータは、例えば、アルミナシリカ、酸化マグネシウム、酸化チタン、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの無機物粒子や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの有機物粒子、前記無機物粒子と有機物粒子との混合物、結着材、溶媒、各種添加剤などを混合したものを、塗布し、乾燥させ、圧延することにより作製することができる。セパレータの厚みは、特に限定されないが、例えば１０〜２５μｍである。
【００３６】
電解液１０３は、溶媒と、電解質とを含む。上述のように本電源装置では、電解液１０３は、成形体２の収容穴５に直接収容されることを特徴とする。したがって、本電源装置では、電解液１０３が成形体２に接触する。
【００３７】
溶媒は、ユニットの種類によって適宜選択される。例えばユニットがリチウムイオン電池として機能する場合、溶媒は非水系溶媒である。非水系溶媒の例には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γーブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、γーブチロラクトンなどが含まれる。これらの非水溶媒は、単独で使用されてもよいし、２種以上を混合して使用されてもよい。
【００３８】
一方、ユニットがニッケル−水素電池や、ニッケル−カドミウム電池、空気亜鉛電池、リチウム空気電池などとして機能する場合、溶媒は水である。
【００３９】
電解質も、ユニットの種類によって適宜選択される。例えばユニットがリチウムイオン電池として機能する場合、電解質の例は、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2］などのリチウム塩を含む。
【００４０】
一方、ユニットがニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池、空気亜鉛電池として機能する場合、電解質の例は、水酸化カリウムなどを含む。
【００４１】
封口板１０１は、それぞれ絶縁ガスケット１９を介して正極側および負極側となる電極端子１８を２個有している。絶縁ガスケットはポリプロピレンなどの樹脂を、正極側電極端子はアルミニウム、負極側電極端子はニッケルを材料に用いている。電極端子１８は、絶縁ガスケット１９を圧縮するように、かしめられており、封口板１０１と電極端子１８を電気的に絶縁するとともに、成形体２の内と外で気密性が保たれる。図２に示すような電極端子１８の形状に加工する方法としてはバルジ成形が知られている。電極端子１８は、それぞれ電極群８の正極側および負極側のリード板２０と接続される。
【００４２】
このように構成された封口板１０１は、成形体２の収容穴５の片面の開口部に当接配置されレーザー溶接により閉じられる。封口板１０１の材料は成形体２と同一の材料が好ましい。
【００４３】
防爆板１０２は、防爆弁２３を有し、成形体２の収容穴５のもう一方の開口部に当接配置されレーザー溶接により閉じられる。防爆弁２３は刻印により馬蹄型に溝が形成され、収容穴内部の圧力が高まると薄肉部分が破断し、内部の高圧ガスを逃がす仕組みである。なお、閉じる前に収容穴５内に電解液１０３が充填される。防爆板１０２の材料は成形体２と同一の材料が好ましい。
【００４４】
爆風ダクトカバー１０４は、防爆板１０２を包み込むように成形体２に固定される。防爆弁２３が作動し、発生した高温の燃焼ガスを排出するための爆風ダクトカバー１０４は、さらにガスを外部に導くための排気口１０５を有している。爆風ダクトカバー１０４は高温の燃焼ガスにさらされるためステンレス鋼など耐熱温度の高い材料を用いている。
【００４５】
かかる構成によれば封口板１０１に電極端子１８を２個設けたため熱に弱い樹脂を材料とする絶縁ガスケット１９は成形体２の片面に集約され、成形体２の封口板１０１と反対側の面にすべての防爆弁２３を設けたことにより、何らかの原因で１個の防爆弁２３が作動し、高温高圧の燃焼ガスが噴出しても、高温に弱い樹脂が周囲に存在しないため、他の単電池に影響を与えることなく、爆風ダクトを通じて外部に排出されることで、類焼を防止することができる。爆風ダクトは各単電池で兼用できるため、ダクトスペースは最小ですむ。本実施の形態では、それぞれの封口板１０１に正極と負極の２個の電極端子１８を有するため、成形体２に収納される単電池を直列に接続することも、並列に接続することもできる。
【００４６】
なお、本実施の形態において、封口板１０１と防爆板１０２はレーザー溶接されるとしたが、特許文献４に示されるようにＯリングでシールし、側板で固定する構造としても良い。また電解液１０３は防爆板１０２を閉じる前に注入されるとしたが、特許文献４に示されるように封口板１０１または防爆板１０２に注液口を設けて、収容穴５の両端の開口を閉じた後、注液口より電解液１０３を注入するようにしても良い。防爆弁２３は刻印方式としたが、ある一定の圧力で弁が開く構造であれば何でも良い。
【００４７】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における電源装置の分解斜視図、図４は同電源装置の図３に示すＸ面で切った縦断面図である。図３、図４において、図１、図２および図５〜７と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４８】
図３、図４において、封口板シート２０１は、それぞれ絶縁ガスケット１９を介して負極側となる電極端子１８を収容穴５の開口部に対応する位置に収容穴５と同じ数だけ有している。電極端子１８は電極群８それぞれの負極側のリード板２０と接続される。このように構成された封口板シート２０１は、成形体２の収容穴５の片面の開口部に当接配置されレーザー溶接により個々の収容穴５が閉じられる。
【００４９】
一方、正極側のリード板２０は、成形体２の収容穴５の内側面に直接、接合される。電源装置内の単電池が直列接続ではなく並列接続される場合は、本実施例のような構成とすることで、電極端子１８および絶縁ガスケット１９の数を半減することができ、よりシンプルな構造となる。防爆弁シート２０２は、収容穴５の開口部に対応する位置に、収容穴と同じ数だけの防爆弁２３を有し、成形体２の収容穴５のもう一方の開口部に当接配置されレーザー溶接により閉じられる。
【００５０】
かかる構成によれば電源装置の電極端子１８を１枚の封口板シート２０１に、電源装置の防爆弁２３を１枚の防爆弁シート２０２に集約でき、封口板１０１と防爆板１０２を収容穴５の単位で個々に接合する必要がなく、収容穴５を閉じる手間が低減されるという実施の形態２特有の効果を得ることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態において、防爆弁シート２０２の接合はレーザー溶接としたが、ロウ付けとしても良い。このとき防爆弁シート２０２にロウ材がコーティングされたブレージングシートを用いて、プレスにより防爆弁を形成した後、成形体２にロウ付けすれば、さらに生産性が向上する。本実施の形態は単電池の並列接続としたが、直列接続を欲する場合は、実施の形態１に示すように電極端子を各２組にすればよい。防爆弁シート２０２と封口板シート２０１は同時に用いる必要はなく、いずれか一方を用いても良い。収容穴５が多数の場合は、封口板シート２０１は２枚以上に分けても良い。防爆弁シート２０２も同様である。
【００５２】
特に図３のような収容穴が１列ではなく、２列や３列に配置されている場合は、１列ずつの２枚または３枚の封口板シートまたは防爆弁シートとしても良い。１列とすることで封口板シートまたは防爆弁シートを順送プレスで形成する場合汎用性が高まり製作上の都合が良い。要するに１枚の封口板シートまたは防爆弁シートで何個の収容穴をカバーするかは、総合的に適宜判断される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の電源装置は、フォークリフトやハイブリッドカー、電気自動車などの車両用電源装置、電子機器のバックアップ電源および家庭用の蓄電池装置として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５４】
２      成形体
５      収容穴
８      電極群
１５    絶縁リング
１６    封口部材
１８    電極端子
１９    絶縁ガスケット
２０    リード板
２３    防爆弁
１０１  封口板
１０２  防爆板
１０３  電解液
１０４  爆風ダクトカバー
１０５  排気口
２０１  封口板シート
２０２  防爆弁シート
【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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