(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池を配置する電池の配置方法であって、電池ケースの断面形状が長軸と短軸を有する略長円形の長円筒形の電池を複数個用い、これらの電池を略長円形の断面に平行な面内で長軸を傾けて配置することを特徴とする長円筒形電池の配置方法。
【請求項２】
電池ケースの断面形状が長軸と短軸を有する略長円形の長円筒形の電池を複数個用い、これらの電池を略長円形の断面に平行な面内で長軸を傾けて外装容器に配置してなることを特徴とする組電池。
【請求項３】
正極板、負極板およびセパレータを備えた発電要素の形状が長円筒形である電池を用いたことを特徴とする請求項２に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池と組電池のように複数個の電池を組み合わせて用いる場合の電池の配置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数個の電池を並べて使用する場合には、各単電池を配置面に垂直にして並べていた。電池の配置場所は、スペース効率向上の要望からかなり小さな空間であるなど、制限されてきている。例えば、電気自動車では居室空間およびラゲージスペースを十分に確保するために、電池を床下に配置することが多い。この場合、車両の最低地上高を確保するため、電池を配置するスペースの高さを十分取ることができないのが現状である。そのため、できるだけ高さの低い電池が必要である。その上、電気自動車のメーカーや車種などで電池を配置するスペースの形状や寸法が統一されていない。従って、電池をその都度配置する空間に応じて適したサイズに設計し、製造して搭載している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電池を配置するにあたって、電池を配置するスペースに応じて単電池の寸法から設計変更していたため、単電池の量産が困難であり、多大な労力と時間が必要となる。そのためコストが増大するのに加えて、需要に瞬時に対応できないという問題があった。
【０００４】
そこで本発明の課題は、単電池の設計変更の工程を経ることなく、限られたスペースに電池を配置する方法とそのようなスペースにも配置することの出来る組電池を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する長円筒形電池の配置方法は、断面形状が長軸と短軸を有する略長円形の長円筒形の電池を複数個用い、これらの電池を略長円形の断面に平行な面内で長軸を傾けて配置する配置方法である。
【０００６】
電池の設計を変更することなく、電池配置時の高さを低くすることができる。
【０００７】
好ましくは、前記複数の長円筒形電池を該電池蓋面または底面が面一となるように配置することを特徴とする電池の配置方法である。
【０００８】
電池端子間の接続が容易となり、体積効率も向上させることができる。
【０００９】
さらに好ましくは、前記複数の長円筒形電池を電池間に隙間をあけて、該隙間を冷却媒体が流れてくる方向に向けて配置することを特徴とする電池の配置方法である。
【００１０】
電池の冷却効率を高めることができる。
【００１１】
また、上記課題を解決する長円筒形電池の組電池は、断面形状が長軸と短軸を有する略長円形の長円筒形の電池を複数個用い、これらの電池を略長円形の断面に平行な面内で長軸を傾けて外装容器に配置してなることを特徴とする。
【００１２】
単電池の設計を変更することなく、容易に配置時の高さを低くすることができる。
【発明の実施の形態】
電池の形状は、実質的には電池容器の形状であるが、図2に示すような横断面の形状が長軸と短軸を有する略長円形の長円筒形電池である。電池の略長円形を有する面の一方を蓋面、他方を底面として、該蓋面または底面に平行な方向の断面を横断面とする。一般には、底面は側面と一体形成されており、内部に発電要素を設け、蓋面により密閉して製作する。長円筒形とは、その断面形状も蓋面および底面と同形状の略長円形であるものをいう。ただし、本発明では、電池形状または断面形状は実質的にほぼ長円筒形または略長円形であればよく、例えば横断面の形状が楕円となるものや、側面が一部凹凸を有する電池容器などでも良い。
【００１３】
好ましくは、図5に示すように、蓋面、底面および横断面の形状が、略長円形であって、その中心（点Ｏとする）から長軸方向の最端までの長さＬとし、点Ｏを中心として半径Ｌの円を想定した場合に前記略長円形が前記円内に収まるものである。わずかでも傾けることにより、本発明の効果を有するからである。
【００１４】
電池の端子の形状は、正負極とも蓋面に設けたものや、一方の端子を蓋面、他方を底面に設けたもの、電池容器を一方の端子とするものなど、特に限定されるものではない。
【００１５】
内部の発電要素は巻回式や積層式など特に限定されるものではない。また、リチウム電池やニッケル水素化物電池など、電池の種類も限定されるものではない。
【００１６】
以下、説明にあたって、電池の中心軸とは、断面略長円形の中心を通り、該断面に垂直なものとする。
【００１７】
従来の長円筒形電池の配置方法は、配置面に対して中心軸が垂直となるように縦向きに、そして各電池の側曲面に共通接面をみた場合に該接面と各電池の長軸が垂直となるように配置していた（図３）。あるいは配置面に対して中心軸が平行となるように横配置する場合には、各電池の長軸が前記配置面に垂直となるように配置していた（図４）。このような配置をまっすぐに配置すると表現することにする。
【００１８】
従来の方法では、電池配置部の長軸方向の寸法を小さくする場合には、その大きさにあうように、電池単体の寸法を変更して製作し直さなければならなかった。
【００１９】
そこで、真っ直ぐに配置していた電池を傾けて配置、すなわち縦向きの場合には共通接面に対して、横配置の場合には配置面に対して、横断面に平行な面内で前述の長軸をある所定の角度だけ傾けるのである（図１）。角度の大きさは、電池の形状や電池配置部の形状に応じて、適宜必要な角度とすればよい。真っ直ぐに配置した場合よりも小さく、すなわち縦置きならば薄く、横置きならば低くなる（図６）。傾ける角度は、電池の設計図面をもとに、計算して求めても良いし、実際に配置部に納めることができるように傾きを調節しながら決定しても良い。こうすることにより、真っ直ぐに配置することが不可能なスペースの制限された場所でも、電池単体の設計を変更することなく、配置することができる。
【００２０】
配置する長円筒形の電池は、該電池蓋面または底面が面一となるように配置することが好ましい。配置後の電池にかかる体積効率がよく、また端子同士の接続も容易なものとなるからである。
【００２１】
電池間に隙間を設けると、電池の冷却効率が向上して、好ましい。このとき、隙間は冷却媒体が流れてくる方向に向けるようにする。冷却媒体が流れるとき、図７に示すように実質的に一方向へスムーズに流れるからである。電気自動車などに配置するのであれば、一般的にはその進行方向に向かって空気の取り入れ口、反対側に空気の排出口が設けられていることが多いので、その取り入れ口方向に隙間を向ければよい。
【００２２】
また、図８、９に示すような断面形状が楕円や、長円形であって一部角部を有するものであってもよい。
【００２３】
組電池とする外装容器は、材質、形状とも特に限定されるものではなく、適宜選択すればよい。材質としては、金属や樹脂を素材としたものを用いることができる。安全性や電池への影響を考えると、電気伝導度の低い材質や難燃性の材質が良く、さらには絶縁性を有するものであればより好ましい。絶縁性で難燃性の合成樹脂の例えばＡＢＳ樹脂などが好ましい。形状は、組電池を配置するスペースに応じて形成すれば良い。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例として長円筒形の大型リチウム二次電池を電気自動車に配置する場合を用いて説明する。
【００２５】
大型大容量の長円筒形の非水電解質二次電池１の構造例を示す。この非水電解質二次電池１の発電要素２は、図１０に示すように、帯状の正極２ａと負極２ｂを帯状のセパレータ２ｃを介して長円筒形に巻回したものである。正極２ａは、アルミニウム箔の表面に正極の活物質やバインダ等からなる合剤２ｄを塗布したものであるが、帯状の下端部付近にこの合剤２ｄの未塗工部を形成してアルミニウム箔が露出するようにしている。また、負極２ｂは、銅箔の表面に負極の活物質やバインダ等からなる合剤２ｅを塗布したものであるが、帯状の上端部付近にこの合剤２ｅの未塗工部を形成して銅箔が露出するようにしている。これらの正極２ａと負極２ｂは、それぞれ上下に少しずつずらして巻回することにより、下方には正極２ａの下端部を突出させると共に、上方には負極２ｂの上端部を突出させている。
【００２６】
上記発電要素２の上方に突出する負極２ｂの上端部には、図１１に示すように、負極集電体９を接続固定する。負極集電体９は、銅合金板をプレス加工したものであり、この銅合金板を折り返して形成した各スリット部に負極２ｂの上端部に露出した銅箔をそれぞれ挟み込んでかしめや溶接等により接続固定する。この負極集電体９には、銅合金からなる負極端子５が上方に突出するようにしてかしめや溶接等により接続固定されている。また、発電要素２の下方に突出する正極２ａの下端部には、正極集電体８を接続固定する。正極集電体８は、アルミニウム合金板をプレス加工したものであり、このアルミニウム合金板を折り返して形成した各スリット部に正極２ａの下端部に露出したアルミニウム箔をそれぞれ挟み込んでかしめや溶接等により接続固定する。この正極集電体８は、一端を発電要素２の側面に沿わせて負極集電体９の上方まで引き出し、ここにアルミニウム合金からなる正極端子４をかしめや溶接等によって接続固定している。
【００２７】
上記正極集電体８と負極集電体９を接続した発電要素２は、図２に示すような長円筒形の電池ケース３内に収納される。電池ケース３は、アルミニウム合金やステンレス鋼等からなり、長円筒形容器状のケース本体３ａの上端開口部に長円形板状の蓋板３ｂを嵌め込んで周囲を溶接等によって封止固定したものである。そして、発電要素２に接続固定された上記正極端子４と負極端子５は、それぞれ内側から蓋板３ｂの２箇所の開口孔に通して上方に突出させ、各開口孔との間の隙間にガラスハーメチックシールを形成することにより絶縁封止固定される。なお、実際にはこれらの正極端子４と負極端子５には、予め蓋板３ｂと同種の金属リングがガラスハーメチックシールやセラミックハーメチックシールによって絶縁固定されている。そして、これらの正極端子４と負極端子５に絶縁固定した金属リングを蓋板３ｂの２箇所の開口孔に溶接によってそれぞれ封止固定した後に、この蓋板３ｂを容器本体３ａに嵌め込んで溶接などにより封止固定する。
【００２８】
上記非水電解質二次電池１は、異常時に発電要素２が過熱すると電解液が分解してガスを発生するので、内部が高圧になり電池容器３が破裂する危険性があるため、安全弁（図示しない）を形成している。安全弁は、容器本体３ａの底面や蓋板３ｂに設けた薄板である。容器本体３ａや蓋板３ｂを構成するアルミニウム合金やステンレス鋼などに溝を形成してその部分の板厚を薄くしてもよい。電池容器３内の圧力が異常に上昇すると、薄板やこの板厚の薄い溝部分が破断して内部のガス抜きが行われるようになっている。
【００２９】
上記電池の電極は組成の異なる２層の合剤層で構成した。正極の合剤層は、正極活物質（ＬｉＣｏ0.98Ｍｇ0.02Ｏ2）とバインダー（ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ））と導電助剤（カーボンブラック）との混合物からなり、この合剤をアルミニウム箔上に形成させた。負極合剤層は、炭素材料（黒鉛）とバインダ（ＰＶｄＦ）との混合物からなり、銅箔上に形成させ負極とした。上記帯状正極板と負極板とをセパレータを介して扁平形に巻き取った後、長円筒形の有底アルミニウム容器に挿入し、電極体の巻芯部に充填物をつめた後、封口、注液して製造した。容器の封口にはレーザー溶接を適用した。
【００３０】
上記長円筒形電池の仕様は、公称電圧３．６Ｖ、定格容量１００Ａｈ、外形寸法高さ２１０ｍｍ、幅１３０ｍｍ、厚み５０ｍｍ、質量２７８０ｇ、エネルギー密度３１６Ｗｈ／ｌ、１２９Ｗｈ／ｋｇである。断面形状は、長軸１３０ｍｍ、短軸５０ｍｍ、両端に半径２５ｍｍの半円を有する長円形である。
【００３１】
該長円筒形電池６セルを、曲側面部を電池配置部の底部に応接するように配置し、互いに略平行に並べる。このとき、長軸が電池配置面に垂直となるように配置すると、電池の高さは１３０ｍｍとなる。長軸を傾けることにより、電池の高さを約７０ｍｍから１３０ｍｍの間で、任意に調節が可能である。例えば、高さを１０ｍｍ低い１２０ｍｍとする場合には、長軸を約２０°傾けて配置する。これにより、電池配置における薄形化が図れ、車両下部のわずかな空間にも搭載が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
長円筒形電池を斜めに傾けて配置することにより、電池の設計を変更することなく、配置時の高さを低くすることができる。これにより、例えば各メーカー独自の規格で製作された電気自動車などの多様な電池配置部に搭載可能とすることができ、コスト削減と、作業効率の向上を図ることができる。
【００３３】
前記複数の長円筒形電池を該電池蓋面または底面が面一となるように配置することにより、電池の端子間の接続が容易となり、また体積効率を向上させることができる。
【００３４】
前記複数の長円筒形電池を電池間に隙間をあけて配置することにより、電池の冷却効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、複数個の電池を傾けて配置したことを示す図。
【図２】長円筒形電池の１実施形態を示す斜視図。
【図３】従来の電池配置を示す斜視図。
【図４】別の従来の電池配置を示す斜視図。
【図５】長円筒形電池の断面形状を説明するための図。
【図６】本発明を説明するための図。
【図７】本発明の一実施形態を示すものであって、電池間に隙間を設けて配置し、該隙間を流れる冷却媒体の動きを示す図。
【図８】本発明の一実施形態を示すものであって、長円筒形電池の第２の配置構成を示す側面図。
【図９】本発明の一実施形態を示すものであって、長円筒形電池の第３の配置構成を示す側面図。
【図１０】発電要素の構成を示すための斜視図。
【図１１】発電要素と集電体と端子の構成を示すための斜視図。
【符号の説明】
１    長円筒形電池
２    発電要素
３    電池容器
３ａ  容器本体
３ｂ  蓋板
４    正極端子
５    負極端子
１０  電池配置面
【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】
0004355868.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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