(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の極板群収容室を並列させて形成した電池ケースと、各極板群収容室にそれぞれ電解液を含浸された状態で収容されて単電池を構成する極板群と、電池ケースの極板群収容室の開口が臨む両側面に当接配置されて各極板群収容室の開口を閉じる側板とを備え、
前記極板群は正極板と負極板をセパレータを介して巻回して成り、この極板群の両端に、前記極板群収容室内周との間でシールを確保するシール材が外周に配設された封口部材が配設されており、前記封口部材には薄肉部から成る防爆弁と注液口が設けられていることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記側板には、単電池間を接続する接続板が設けられていることを特徴とする請求項１記載の組電池。
【請求項３】
前記電池ケースに、流体の流通路を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
【請求項４】
前記電池ケースの流通路に流体を流す手段と、その流体の温度調整を行う温度調整手段を設けたことを特徴する請求項３記載の組電池。
【請求項５】
前記電池ケースの外面に温度調整を行う温度調整手段を配設したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の組電池。
【請求項６】
前記電池ケースを鉄鋼材料より熱伝導率の高い材料にて構成したことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の組電池。
【請求項７】
前記温度調整手段は、ペルチェ素子を構成要素とすることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の組電池。
【請求項８】
各単電池又は組電池全体の温度を検出する温度検出手段を設け、温度調整手段は検出した電池温度に基づいてペルチェ素子への電流方向及び電流値を制御するように構成したことを特徴とする請求項７記載の組電池。
【請求項９】
組電池を断熱材で覆ったことを特徴とする請求項７又は８記載の組電池。
【請求項１０】
前記ペルチェ素子の電池ケースに接する面とは反対側の面に熱交換器を設置したことを特徴とする請求項７〜９の何れかに記載の組電池。
【請求項１１】
前記温度調整手段の駆動電力を、当該組電池又は他の電池から取り出すように構成したことを特徴とする請求項７〜１０の何れかに記載の組電池。
【請求項１２】
電圧または充電状態が高い電池から優先して前記温度調整手段の駆動電力を取り出すように構成したことを特徴とする請求項１１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、組電池に関し、特に単一の電池ケース内に複数の単電池を内蔵させた組電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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従来の組電池４１は、図１１に示すように、複数個の単電池４２を冷却のために間隔をあけた状態で並列配置し、その両端に配設した一対の電池固定板４３、４４にてこれら複数個の単電池４２を挟持して構成されている。４５は、一対の電池固定板４３、４４を連結する連結棒である。
【０００３】
また、特開平９−２６６０１６号公報や特開平１１−２６６０１６号公報には、複数の単電池を電池ケース内に収容して組電池としたものが開示され、さらにその電池ケース内に、冷却媒体通路を設けたり、ペルチェ素子を配置して電池の温度調整を行うようにすることも開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の何れの組電池においても、各単電池はそれぞれの電池ケース内に電解液とともに発電要素としての極板群を収容して、それぞれ独立して単独で使用可能な単電池として構成されており、そのような単電池を冷却用の間隔をあけた状態で固定板間で挟持したり、電池ケース内に収容することによって組電池が構成されている。そのため、単電池を構成した上で、各単電池間に空間をあけて組電池を構成するため組電池の体積が大きくなってしまうという問題があり、また独立した複数の単電池を保持するため、固定板や電池ケースなどの部品が必要となるとともに、組み立て工数が必要となるので、コスト高になるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、複数の単電池を極めて小さな間隔で配置できてコンパクトに構成できるとともに、部品点数や組み立て工程を大幅に低減できてコスト低下を図ることができる組電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の組電池は、複数の極板群収容室を並列させて形成した電池ケースと、各極板群収容室にそれぞれ電解液を含浸された状態で収容されて単電池を構成する極板群と、電池ケースの極板群収容室の開口が臨む両側面に当接配置されて各極板群収容室の開口を閉じる側板とを備え、極板群は正極板と負極板をセパレータを介して巻回して成り、この極板群の両端に、極板群収容室内周との間でシールを確保するシール材が外周に配設された封口部材が配設され、封口部材には薄肉部から成る防爆弁と注液口が設けられたものであり、電池ケースの各極板群収容室に極板群を収容し、電解液を注液するとともに側板にて極板群収容室の開口を閉じることにより、各単電池と同時に組電池が構成され、したがって電池ケースが各単電池の電池ケースと単電池を組電池として保持する保持手段を兼用するため、部品点数や組み立て工数を大幅に低減できてコスト低下を図ることができる。また、電池ケースを引き抜き加工等により作製することができ、さらなるコスト低下を図ることができるとともに、防爆機能を有する円筒型電池の組電池を生産性良く効率的に製作することができる。
【０００７】
また、側板に単電池間を接続する接続板が設けられていると、側板を配置することで単電池間を接続することができるので、単電池間の接続手段を別途に設ける必要がなく、一層コンパクト化及び低コスト化を図ることができる。
【０００９】
また、電池ケースに、流体の流通路を設けると、流通路に熱媒体となる流体を流通させることにより各単電池の温度調整を効率的に行うことができ、特に各円筒状の極板群収容室間の空間に配設すると、単電池間のデッドスペースを利用して流通路を形成するのでコンパクトに構成することができる。
【００１０】
また、電池ケースの流通路に流体を流す手段と、その流体の温度調整を行う温度調整手段を設けると、温度調整を行った流体を流通路に流すことによって電池ケースを介して各単電池の温度調整を効率的に行うことができる。
【００１１】
また、電池ケースの外面に温度調整を行う温度調整手段を配設しても、電池ケースを介して各単電池の温度調整を効率的に行うことができる。
【００１２】
また、電池ケースを鉄鋼材料より熱伝導率の高い材料にて構成すると、電池ケースの外面や電池ケースに設けた流通路を流れる熱媒体と単電池との間で効率的に熱伝達できるため、各単電池に対して高い温度調整性能を確保することができる。
【００１３】
また、温度調整手段がペルチェ素子を構成要素とすると、コンパクトな構成にて効率的に温度調整することができる。
【００１４】
また、各単電池又は組電池全体の温度を検出する温度検出手段を設け、温度調整手段は検出した電池温度に基づいてペルチェ素子への電流方向及び電流値を制御するように構成すると、電池の温度状態に応じて温度調整を的確に行うことができる。
【００１５】
また、組電池を断熱材で覆うと、電池が配設されている環境の温度の影響を受け難く、適正かつ効率的に温度調整でき、ペルチェ素子の電力消費量を低減することができる。
【００１６】
また、ペルチェ素子の電池ケースに接する面とは反対側の面に熱交換器を設置すると、ペルチェ素子の放熱効率が向上し、ペルチェ素子の電力消費量を低減することができる。
【００１７】
また、温度調整手段の駆動電力を、当該組電池又は他の電池から取り出すように構成すると、別途に温度調整用の電力源を確保する必要がなく、全体構成を簡便にできる。
【００１８】
また、電圧または充電状態が高い電池から優先して温度調整手段の駆動電力を取り出すように構成すると、電池の充電状態を平準化する作用も得られ、組電池の寿命を向上することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の組電池の第１の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２０】
図１、図２において、１は組電池で、外形が直方体状の電池ケース２と、電池ケース２の互いに対向する一対の側面２ａに装着された側板３、４にてその外殻が構成されている。電池ケース２は鉄鋼材料より熱伝導率の高いアルミニウム又はアルミニウム合金にて構成されるとともに、図２に示すように、側面２ａ、２ａ間にわたって貫通するように４つの円筒状の極板群収容室５が並列して形成されている。各極板群収容室５の両端開口の周囲に側板３、４の取付穴６が形成され、極板群収容室５の両端開口が側板３、４にて閉じられている。７は側板３、４に取付穴６に対応させて形成された取付穴である。各極板群収容室５内にはそれぞれ、図３に示すように、電解液を含浸させた極板群８を主要構成要素とする電池素子９が収容されて単電池１０が構成される。
【００２１】
側板３、４は、絶縁性の合成樹脂成形板にて構成されるとともに、側板３には中間の２つの単電池１０を接続する接続板１１ａが、側板４には両側の２つの単電池１０をそれぞれ接続する接続板１１ｂ、１１ｃが配設されている。これら接続板１１ａ〜１１ｃは、側板３、４にインサート成形にて一体成形され又は接着材等の固定手段にて固定されている。各接続板１１ａ〜１１ｃの各単電池１０の中心位置には極柱を貫通させて接続する極柱貫通穴１２が形成されている。また、側板３、４の各単電池１０の中心位置には接続開口１３が形成され、かつ側板３の接続開口１３は注液開口部１３ａが一側に拡張形成されている。接続開口１３は、接続板１１ａ〜１１ｃの配設部ではこれら接続板１１ａ〜１１ｃを露出させ、側板３の両側の開口１３は貫通形成されている。
【００２２】
電池素子９は、図３に示すように、正極板と負極板をポリエチレン製のセパレータを介して巻回して成る極板群８と、極板群８の両端に配設された正極と負極の集電体１４と、集電体１４の外周部に当接する鍔１５ａを内周側に突出させた断面Ｌ字状の絶縁リング１５と、絶縁リング１５の外側に配設されたアルミニウム又はアルミニウム合金製の封口部材１６と、封口部材１６の外周に形成されたシール溝に装着されて極板群収容室５内周との間のシール材であるＯリング１７と、封口部材１６に絶縁ガスケット１９を介してその中心部を貫通させて装着された正極端子又は負極端子としての極柱１８と、集電体１４と極柱１８に両端が溶接されて両者を接続するリード板２０と、極柱１８と封口部材１６を固定する絶縁座金２１とクランプリング２２にて構成されている。封口部材１６には、薄肉部から成る防爆弁２３と注液口２４が設けられている。なお、注液口２４は、電解液を注入した後、シール付きねじなどの封止手段（図示せず）にて封止される。
【００２３】
以上の構成の組電池１によれば、電池ケース２の各極板群収容室５に極板群８を有する電池素子９をそれぞれ収容した後、電池ケース２の両側面２ａに側板３、４を当接配置し、取付穴６、７を利用してねじ固定することにより、各極板群収容室５の開口を閉じる。その状態で、側板３、４の接続板１１ａ〜１１ｃに形成された極柱貫通穴１２を極柱１８が貫通し、これら接続板１１ａ〜１１ｃと極柱１８とを、図３に示すように、ナット２５にて締結して接続する。次いで、側板３の接続開口１３に拡張形成された注液開口部１３ａと封口部材１６の注液口２４を通して極板群収容室５内に電解液を注入して極板群８に含浸させ、その後注液口２４を封止する。かくして、各極板群収容室５毎に単電池１０が構成されると同時に組電池１が構成される。
【００２４】
以上のように、本実施形態によれば各単電池１０と同時に組電池１が構成され、電池ケース２が各単電池１０の電池ケースと単電池を組電池として保持する保持手段を兼用するため、部品点数や組み立て工数を大幅に低減できてコスト低下を図ることができる。特に、極板群８が正極板と負極板をセパレータを介して巻回して成り、この極板群８の両端に、円筒状の極板群収容室５の内周との間でシールを確保するＯリング１７が外周に配設された封口部材１６を配設し、かつこの封口部材１６に薄肉部から成る防爆弁２３を設けているので、防爆機能を有する円筒型電池の組電池１を生産性良く効率的に製作することができる。
【００２５】
また、側板３、４に単電池１０、１０間を接続する接続板１１ａ〜１１ｃを設けているため、側板３、４を配置することで単電池１０、１０間が接続されるため、単電池間の接続を別途に行う必要がなく、一層コンパクト化及び低コスト化を図ることができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図５、図６を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、先行する実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、相違点のみについて説明する。
【００２７】
本実施形態においては、電池ケース２における各極板群収容室５を形成する円筒壁面と電池ケース２の周壁との間のデッドスペースの適所に流体の流通路２６が側面２ａ、２ｂ間に貫通して形成されている。また、側板３、４には、流通路２６の開口端に対応させて流体の出入口となる開口窓２７が形成されている。
【００２８】
そして、図６に示すように、流通路２６に対して熱媒体として、温度調整されたエアを送給するため、ファン２８と、ファン２８による送風を側板４の開口窓２７に向けて供給する送風ダクト２９と、ファン２８による送風の温度調整を行うために送風ダクト２９に配設された温度調整手段としてのペルチェ素子３０が配設されている。なお、図示は省略しているが、ペルチェ素子３０から送風ダクト２９内に向けて熱交換フィンが延出され、エアの温度調整を効率的に行えるように構成されている。
【００２９】
本実施形態によれば、ペルチェ素子３０にて温度調整されたエアを電池ケース２の流通路２６に流通させることにより、組電池１の各単電池１０の温度を所定温度に維持できるため、組電池１の寿命及び出力特性を向上できる。例えば、リチウムイオン電池の場合、２５℃±１０℃に温度調整することによって最適な出力特性を維持することができる。
【００３０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図７〜図９を参照して説明する。
【００３１】
本実施形態では、図７に示すように、電池ケース２の外面にペルチェ素子３０を接触させて配設している。このように構成すると、ペルチェ素子３０にて電池ケース２が直接温度調整され、熱伝導率の高いアルミニウム又はアルミニウム合金から成る電池ケース２を介して各単電池１０が効率的にかつ均一に温度調整され、組電池１の寿命及び出力特性を向上することができる。
【００３２】
また、好適には、図８に示すように、ペルチェ素子３０の電池ケース２に接する面とは反対側の面に熱交換器としての放熱フィン３１を設置することにより、ペルチェ素子３０の熱交換効率を向上することができる。
【００３３】
また、図９に示すように、電池ケース２の外面を断熱材３２で覆うことにより、電池が配設されている環境の温度の影響を受け難く、適正かつ効率的に温度調整でき、ペルチェ素子３０の電力消費量を低減することができる。
【００３４】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図１０を参照して説明する。
【００３５】
本実施形態では、複数（図示例では５つ）の組電池１を直列接続して電池ユニット３３が構成されており、各組電池１毎に温度検出センサ３４と電圧検出センサ３５が設けられるとともに電流値を検出する電流検出センサ３６が設けられ、これら検出センサ３４、３５、３６の検出信号が温度・電圧・電流検出回路３７に入力され、それらの検出結果が制御回路３８に入力されている。制御回路３８にてスイッチング回路３９を制御し、電池ユニット３３を構成している各組電池１の内、電圧又は充電状態が高い組電池１から優先して電力を取り出してファン２８やペルチェ素子３０を駆動し、温度検出センサ３４にて検出した各組電池１の温度状態に応じて温度調整するように構成されている。
【００３６】
本実施形態においては、組電池１の温度を検出し、検出した電池温度に基づいてペルチェ素子３０への電流方向及び電流値を制御することにより電池の温度状態に応じて温度調整を的確に行うことができ、またペルチェ素子３０の駆動電力を、電池ユニット３３から取り出すように構成しているので、別途に温度調整用の電力源を確保する必要がなく、全体構成を簡便にでき、さらに電圧又は充電状態が高い組電池１から優先してペルチェ素子３０の駆動電力を取り出すように構成しているので、各組電池１の充電状態を平準化する作用も得られ、電池ユニット３３及びそれを構成している各組電池１の寿命を向上することができる。
【００３７】
本実施形態では、複数の組電池１を直列接続してユニット化し、組電池１毎にその温度や電圧を検出して、ファン２８や温度調整手段としてのペルチェ素子３０を動作制御するようにした例を示したが、組電池１単位ではなく、各単電池１０毎に同様の動作を制御を行うように構成しても良いことは言うまでもない。
【００３８】
以上の実施形態に例示した本発明の組電池は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、各種の電池に適用することができる。また、本発明は円筒型電池以外の組電池にも適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の組電池によれば、以上のように複数の極板群収容室を並列させて形成した電池ケースを用いているので、電池ケースの各極板群収容室に極板群を収容し、電解液を注液するとともに側板にて極板群収容室の開口を閉じることにより、各単電池と同時に組電池が構成され、電池ケースが各単電池の電池ケースと単電池を組電池として保持する保持手段を兼用するため、部品点数や組み立て工数を大幅に低減できてコスト低下を図ることができる。また、極板群は正極板と負極板をセパレータを介して巻回して成り、この極板群の両端に、円筒状の極板収容室内周との間でシールを確保するシール材が外周に配設された封口部材を配設し、封口部材には薄肉部から成る防爆弁と注液口を設けることにより、防爆機能を有する円筒型電池の組電池を生産性良く効率的に製作することができる。
【００４０】
また、側板に単電池間を接続する接続板を設けると、側板を配置することで単電池間を接続できるので、単電池間の接続手段を別途に設ける必要がなく、一層コンパクト化及び低コスト化を図ることができる。
【００４２】
また、電池ケースに流体の流通路を設けると、流通路に熱媒体となる流体を流通させることにより各単電池の温度調整を効率的に行うことができ、特に各円筒状の極板群収容室間の空間に配設すると、単電池間のデッドスペースを利用して流通路を形成するのでコンパクトに構成することができる。
【００４３】
また、電池ケースの流通路に流体を流す手段と、その流体の温度調整を行う温度調整手段を設けると、温度調整を行った流体を流通路に流すことによって電池ケースを介して各単電池の温度調整を効率的に行うことができる。
【００４４】
また、電池ケースの外面に温度調整を行う温度調整手段を配設しても、電池ケースを介して各単電池の温度調整を効率的に行うことができる。
【００４５】
また、電池ケースを鉄鋼材料より熱伝導率の高い材料にて構成すると、電池ケースの外面や電池ケースに設けた流通路を流れる熱媒体と単電池との間で効率的に熱伝達できるため、各単電池に対して高い温度調整性能を確保することができる。
【００４６】
また、温度調整手段がペルチェ素子を構成要素とすると、コンパクトな構成にて効率的に温度調整することができる。
【００４７】
また、各単電池又は組電池全体の温度を検出する温度検出手段を設け、温度調整手段は検出した電池温度に基づいてペルチェ素子への電流方向及び電流値を制御するように構成すると、単電池の温度状態に応じて温度調整を的確に行うことができる。
【００４８】
また、組電池を断熱材で覆うと、電池が配設されている環境の温度の影響を受け難く、適正かつ効率的に温度調整でき、ペルチェ素子の電力消費量を低減することができる。
【００４９】
また、ペルチェ素子の電池ケースに対向する面とは反対側の面に熱交換器を設置すると、ペルチェ素子の放熱効率が向上し、ペルチェ素子の電力消費量を低減することができる。
【００５０】
また、温度調整手段の駆動電力を、当該組電池又は他の電池から取り出すように構成すると、別途に温度調整用の電力源を確保する必要がなく、全体構成を簡便にできる。
【００５１】
また、電圧又は充電状態が高い電池から優先して温度調整手段の駆動電力を取り出すように構成すると、各電池の充電状態を平準化する作用も得られ、組電池の寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の組電池の斜視図である。
【図２】同実施形態の組電池の分解斜視図である。
【図３】同実施形態の組電池の縦断面図である。
【図４】同実施形態における封口部材を示し、（ａ）は外側から見た斜視図、（ｂ）は内側から見た斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の組電池における電池ケースの斜視図である。
【図６】同実施形態の組電池の全体構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の組電池の斜視図である。
【図８】同実施形態の変形構成例における電池ケースの斜視図である。
【図９】同実施形態の別の変形構成例の斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態における組電池の温度調整手段の構成図である。
【図１１】従来例の組電池の斜視図である。
【符号の説明】
１  組電池
２  電池ケース
３  側板
４  側板
８  極板群
１０  単電池
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  接続板
１６  封口部材
１７  Ｏリング（シール材）
２３  防爆弁
２４  注液口
２６  流通路
２８  ファン
３０  ペルチェ素子（温度調整手段）
３１  放熱フィン（熱交換器）
３２  断熱材
３４  温度検出センサ
３５  電圧検出センサ
３８  制御回路
【図１】
0005049436.tif 000002
【図２】
0005049436.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005049436.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005049436.tif 000008
【図８】
0005049436.tif 000009
【図９】
0005049436.tif 000010
【図１０】
0005049436.tif 000011
【図１１】
0005049436.tif 000012