(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群と、極板群の両側の互いに逆極性のリード部に各々接合されるとともに中間部の複数箇所に全幅にわたる凹部が設けられかつ各凹部の中央部に接続突部が突出形成された集電体と、集電体を接合した極板群を収容しかつ集電体の接続突部がシール手段を介して貫通して突出する貫通穴が形成された略直方体状の電槽とを備え、電槽の接続突部を配設した側面の接続突部配設部分に、その側面を横断しかつほぼ接続突部の突出量だけ凹む凹部を設けたことを特徴とする角形密閉式電池。
【請求項２】
極板群と集電体を集電体の長手方向に適当間隔おきに複数箇所で接合し、その接合箇所の間に接続突部を配設したことを特徴とする請求項１記載の角形密閉式電池。
【請求項３】
集電体及び極板群の集電体接合端面を、電槽の接続突部を配設した側面に沿う凹凸形状としたことを特徴とする請求項１記載の角形密閉式電池。
【請求項４】
電槽は、一面が極板群の挿入開口とされた電槽本体とその開口を閉鎖する蓋体とを一体的に溶着して構成され、電槽本体の開口に対向する面と蓋体とに貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の角形密閉式電池。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の角形密閉式電池を、接続突部を配設した側面を互いに対向させて複数配設し、接続突部同士を接続したことを特徴とする集合電池。
【請求項６】
集合電池の両端の角形密閉式電池における外側の接続突部を配設した側面に、極柱を設けた接続板を当接配置し、この接続板と接続突部を接合したことを特徴とする請求項５記載の集合電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角形密閉式電池と複数の角形密閉式電池を一体的に接続してなる集合電池に関し、特に内部抵抗の低減を図った角形密閉式電池と集合電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
所要の電力容量が得られるように複数の単電池を接続して成る従来の集合電池は、複数個の個別の直方体状の単電池を、その電槽の幅の広い長側面同士を互いに対向させて重ねるように配置し、両端の単電池の電槽の外側にエンドプレートを配置して拘束バンドにて結束することで一体的に連結し、また各単電池において極板の上端部から上方にリードを引き出して電槽の蓋に装着された端子に接続し、単電池間で端子同士を接続板で接続して構成されている。
【０００３】
そのため、単電池間の接続経路が長くかつ接続箇所が多いために接続部品を含む構成部品による部品抵抗が大きく、この部品抵抗と、正極板と負極板及び電解液による電池反応における反応抵抗との比率が、４０〜５０％：６０〜５０％にも達し、大きな内部抵抗により電池の発熱が大きくなるため、高出力化の実現や寿命特性の向上に対して大きな障害になっていた。また、単電池間の接続構成が複雑で部品点数が多いためにコスト高になるという問題もあった。
【０００４】
そこで、本出願人は、先に図９、図１０に示すように、複数の単電池２を内蔵した角形密閉式電池１を提案している。３はその角形電槽で、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する直方体状の単電池２の電槽４をその短側面を隔壁５として共用して相互に一体的に連接してなる扁平な直方体状に形成され、各電槽４の上面開口は一体の蓋体６にて一体的に閉鎖されている。両端の電槽４の外側の短側面と各電槽４、４間の隔壁５の上部に接続穴７が形成されている。各電槽４内には、矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成された極板群８が電解液とともに収容され、単電池２が構成されている。極板群８の正極板と負極板は互いに反対側の側部に突出されて正極板と負極板のリード部９ａ、９ｂとされ、それらのリード部９ａ、９ｂの側端縁にはそれぞれ集電板１０ａ、１０ｂが溶接等にて接続されている。
【０００５】
集電板１０ａ、１０ｂの上部には接続穴７内に嵌入する接続突部１１が突設され、隣接する電槽４、４間で正極と負極の集電板１０ａ、１０ｂの接続突部１１を互いに溶接して接続されている。また、両端の電槽４の外側の短側面の接続穴７に正極又は負極の接続端子（極柱）１２が装着され、その接続突部１３と集電板１０ａ又は１０ｂの接続突部１１とが互いに溶接にて接続されている。かくして、角形電槽３に内蔵された複数の単電池２が直列接続され、両端の接続端子１２、１２間に出力される。
【０００６】
また、蓋体６には各電槽４、４の内圧を均等にする連通路１４や、各電槽４の内部圧力が一定以上になったときに圧力を解放するための安全弁（図示せず）や、適当な単電池２の温度を検出する温度センサを装着するセンサ装着穴１５などが設けられている。
【０００７】
このような構成によると、極板群８における正極板及び負極板からそれぞれのリード部９ａ、９ｂまでの通電経路が短く、かつそのリード部９ａ、９ｂ間が集電板１０ａ、１０を介して角形電槽３内部で接続されているので、上記従来の個別の単電池を接続したものに比べると、接続経路が短くかつ接続箇所が少ないために接続部品を含む構成部品による部品抵抗を小さくでき、その分内部抵抗を低減することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記図９、図１０に示すような構成では、正極板及び負極板からそれぞれのリード部９ａ、９ｂ及び集電板１０ａ、１０ｂまでの通電経路は短いが、図１１に矢印で示すように、集電板１０ａ、１０ｂ同士はその上端部の接続突部１１の先端間の１箇所で互いに溶接して接続されているので、接続経路が迂回し、そのため接続経路が長くなり、また接続箇所が１箇所だけであるため、内部抵抗が高くなるという問題があり、また上記ように接続経路が迂回しているのに伴って白抜矢印で示すように、集電板１０ａ、１０ｂの接続部に近い部分では極板群８を流れる電流は多いが、接続部から遠い部分は電流が少なく、極板群８を流れる電流分布が不均一になり、極板群８の全体が均一に発電能力を発揮せず、ロスが大きいという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、角形密閉式電池と所要の電力容量を得るように複数の角形密閉式電池を接続した集合電池において、内部抵抗が小さくまた極板群の全体がその能力を発揮して高出力化を実現することができる角形密閉式電池と集合電池を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の角形密閉式電池は、正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群と、極板群の両側の互いに逆極性のリード部に各々接合されるとともに中間部の複数箇所に全幅にわたる凹部が設けられかつ各凹部の中央部に接続突部が突出形成された集電体と、集電体を接合した極板群を収容しかつ集電体の接続突部がシール手段を介して貫通して突出する貫通穴が形成された略直方体状の電槽とを備え、電槽の接続突部を配設した側面の接続突部配設部分に、その側面を横断しかつほぼ接続突部の突出量だけ凹む凹部を設けたものである。
【００１１】
このような構成によると、極板群両側のリード部に集電体が接合されているので、各極板と集電体との距離がストレートで短く、かつその集電体の中間部の複数箇所に突出形成された接続突部が電槽を貫通して外部に対する接続部となっているので、別の接続部材や接続箇所がなくかつ集電体における通電経路が短いため、内部抵抗の小さい角形密閉式電池が得られ、さらに極板群を流れる電流分布が均等になり、極板群の全体が均一に発電能力を発揮するため、高出力化を実現することができる。また、この角形密閉式電池を複数、逆極性の接続突部を互いに当接させて配置して接続突部同士を接合することで、所要の電力容量を持ちかつ上記のように内部抵抗が小さくかつ極板群の全体が均一に発電能力を発揮する集合電池を構成することができる。
また、接続突部が集電体の中間部の複数箇所に全幅にわたって設けられた凹部の中央部に突出形成され、電槽の接続突部を配設した側面の接続突部配設部分に、その側面を横断しかつほぼ接続突部の突出量だけ凹む凹部を設けているので、複数の角形密閉式電池を接続して集合電池を構成する場合に、電槽の接続突部を配設した側面を互いに当接させて配置した状態で凹部の側方からレーザビーム溶接や電子ビーム溶接することにより、容易かつ生産性良く高い信頼性を持って接続突部同士を接合することができ、かつその接続突部の接合部が凹部内に位置して電槽によって保護される。
【００１２】
また、極板群と集電体を集電体の長手方向に適当間隔おきに複数箇所で接合し、その接合箇所の間に接続突部を配設すると、外部から極板群への通電経路が接続突部から集電体を経てその両側の極板群との接合箇所までとなるため距離が短くかつ複数の接合箇所で極板群に流れるので、極板群を流れる電流分布の一層の均等化を図ることができ、極板群の全体が均一に発電能力を発揮して高出力化を図ることができる。
【００１４】
また、集電体及び極板群の集電体接合端面を、電槽の接続突部を配設した側面に沿う凹凸形状とすると、上記の効果を奏する凹部を形成しながら、その上部や下部に生じるデッドスペースを有効利用して発電能力の空間効率を向上することができる。
【００１５】
また、電槽は、一面が極板群の挿入開口とされた電槽本体とその開口を閉鎖する蓋体とを一体的に溶着して構成され、電槽本体の開口に対向する面と蓋体とに貫通穴が形成されていると、上記のように電槽に凹部があっても生産性良く、極板群を収容して密閉し、角形密閉式電池を構成できる。
【００１６】
また、本発明の集合電池は、上記各角形密閉式電池を、接続突部を配設した側面を互いに対向させて複数配設し、接続突部同士を接続したものであり、上述した効果を奏する。
【００１７】
また、集合電池の両端の角形密閉式電池における外側の接続突部を配設した側面に、極柱を設けた接続板を当接配置し、この接続板と接続突部を接合すると、この集合電池と外部との接続に際して、極柱を用いた一般的な接続構成を適用することができるとともに、その極柱を任意の位置に配設することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の角形密閉式電池とそれを用いた集合電池の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１９】
図１〜図３に、本実施形態における角形密閉式電池２０を示している。２１はその電槽で、電解液に対して耐性を有するＰＰとＰＰＥのアロイなどの合成樹脂材料にて構成されている。図示例では上下に長い直方体状の密閉された箱状に構成されている。この電槽２１は、一方の短側面が開口された電槽本体２２とその開口を閉鎖する蓋体２３を一体的に溶着して構成されている。２１ａは電槽本体２２と蓋体２３の合わせ面、２１ｂは溶着によって形成された熱溶着バリを示している。２２ａは電槽本体２２の開口に対向する短側面、２２ｂは角形密閉式電池２０を並列配置した状態でそれらの間に冷媒通路を形成するため、電槽本体２２の長側壁に適当ピッチ間隔で配設された突部である。２４は電槽２１の上端壁に設けられた安全弁配置穴である。
【００２０】
電槽２１内には、図２に示すように、両側に集電体２６が接合された極板群２５が電解液とともに収容されて単電池が構成されている。極板群２５は、複数枚の正極板と複数枚の負極板とを交互に配置するとともに、各正極板に横方向に開口部を有する袋状のセパレータを被せることにより正極板と負極板の間にセパレータを介装した状態で積層して構成され、正極板と負極板の一側部を互いに反対側に突出させて正極と負極のリード部を設け、そのリード部に表面にニッケルメッキを施した鋼板にて構成された集電体２６が接合されている。
【００２１】
正極板は、Ｎｉの発泡メタルにリード部を除いて水酸化ニッケルを充填して構成され、そのリード部は発泡メタルを加圧して圧縮するとともにその一面にリード板を超音波溶接でシーム溶接して構成されている。また、負極板は、Ｎｉのパンチングメタルにリード部を除いて水素吸蔵合金を含む負極構成物質を塗着して構成されている。
【００２２】
なお、極板群２５は複数の矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層したものに限らず、互いに反対側部にリード部を設けた帯状の正極板と負極板をセパレータを介して重ね、その上又は下にセパレータを重ねた状態で断面長円形ないし略長方形状に巻回したものであってもよい。また、それに合わせて電槽２１も縦断面形状が長円形に近いほぼ直方体状であってもよい。
【００２３】
集電体２６と極板群２５のリード部とは、集電体２６に上下方向に適当間隔おきに複数箇所（図示例では、上部と中央部と下部の３箇所）に設けられた接合部２７において電子ビーム溶接等にて接合されている。集電体２６には、上下３箇所の接合部２７、２７、２７の間の２箇所に全幅にわたる凹部２８が形成されている。また、この集電体２６の凹部２８に対応して、電槽２１の両短側面、即ち電槽本体２２の開口に対向する側面２２ａと蓋体２３に、幅方向に横断する凹部２９が形成されている。
【００２４】
集電体２６の各凹部２８の中央部に接続突部３０が突設され、電槽２１側の凹部２９の中央部には、この接続突部３０が貫通する貫通穴３１が形成されている。接続突部３０の高さは、その先端がほぼ電槽２１の短側壁外面と面一となるように設定されている。また、凹部２８、２９の上下寸法は、接続突部３０や貫通穴３１の上下に、後述の接続突部３０、３０同士の接合作業に支障がない程度の適当な空間が形成されるように設定されている。
【００２５】
接続突部３０と貫通穴３１の間には、図３に示すように、シール手段としてのシールゴム３２が介装されて電槽２１内の密封シールが確保されている。さらに、接続突部３０の外周にピッチ等のシール剤３３を塗着して接続突部３０とシールゴム３２間のシール性が確保されている。
【００２６】
以上の構成の角形密閉式電池２０の製造に際しては、図２に示すように、極板群２５を構成し、その両側に集電体２６を配置して接合部２７にて接合した後、図３に示すように、接続突部３０の外周にシール剤３３を塗着してシールゴム３２を嵌合し、その状態で極板群２５を電槽本体２２内に挿入配置し、電槽本体２２の開口を蓋体２３にて閉蓋して熱溶着することで密閉された電槽２１を形成し、その後安全弁配置穴２４から電解液の充填を行った後、安全弁を装着することで、単電池としての角形密閉式電池２０が図１に示すように完成する。
【００２７】
そして、以上の角形密閉式電池２０を、図４、図５に示すように、所要数接続して集合電池４０が構成されている。すなわち、所要数の角形密閉式電池２０を、接続突部３０が配設されている短側面を互いに対向させて配設し、互いに当接している接続突部３０、３０の先端部に凹部２９にて形成された接合空間４１を通してレーザビーム又は電子ビーム４２を照射して溶接４３にて接合し、集合電池４０を構成している。
【００２８】
なお、その際に電槽２１の接続突部３０を配設した短側面２２ａと蓋体２３の外面に、これら短側面２２ａと蓋体２３を当接配置した時に、互いに嵌合し合う嵌合部を設けておくのが好適である。
【００２９】
また、図６に示すように、集合電池４０の両端の角形密閉式電池２０における外側の接続突部３０が配設されている側面に、上部に極柱４５が設けられた接続板４４を当接配置し、この接続板４４と接続突部３０を抵抗溶接又はレーザ溶接等による接合部４６にて接合し、集合電池４０と外部との接続に際して、極柱４５を用いた一般的な接続構成を適用できるようにされている。
【００３０】
以上の構成の角形密閉式電池２０及び集合電池４０によれば、極板群２５両側のリード部に集電体２６が接合されているので、各極板の各部位と集電体２６との距離がストレートで短く、かつその集電体２６の中間部に設けられた接続突部３０が電槽２１を貫通して外部に対する接続部となっているので、別の接続部材や接続箇所がなくかつ集電体２６における通電経路も短いため、内部抵抗の小さい角形密閉式電池２０が得られ、さらに集電体２６の中間部に適当間隔あけて複数の接続突部３０が配設されているため、極板群２５を流れる電流分布が均等になり、極板群２５の全体が均一に発電能力を発揮するため、高出力化を実現することができる。
【００３１】
そして、この角形密閉式電池２０を複数、逆極性の接続突部３０を互いに当接させて配置して接続突部３０、３０同士を溶接４３にて接合して集合電池４０を構成しているので、所要の電力容量を持ちかつ上記のように内部抵抗が小さくかつ極板群の全体が均一に発電能力を発揮する集合電池が得られる。
【００３２】
また、極板群２５と集電体２６を集電体２６の長手方向に適当間隔おきに複数箇所の接合部２７で接合し、その接合部２７、２７間に上記接続突部３０を配設しているので、外部から極板群２５への通電経路が、接続突部３０から集電体２６を経てその両方の極板群２５との接合部２７までとなるため、通電経路の距離が短くかつ複数の接合部２７から極板群２５に電流が流れるので、極板群２５を流れる電流分布を一層均等化でき、極板群２５の全体が均一に発電能力を発揮して高出力化を図ることができる。
【００３３】
また、接続突部３０を配設した電槽本体２２の短側面２２ａと蓋体２３の接続突部３０が配設されている部分を、その幅方向に横断しかつほぼ接続突部３０の突出量だけ凹んだ凹部２９に形成しているので、複数の角形密閉式電池２０を接続して集合電池４０を構成する場合に、電槽２１の接続突部３０を配設した側面を互いに当接させて配置した状態で、凹部２９にて形成された接合空間４１の側方からレーザビーム又は電子ビーム４２を照射して溶接４３にて接合することにより、容易かつ生産性良く高い信頼性を持って接続突部３０同士を接合することができ、かつその接続突部３０の接合部が凹部２９内に位置して電槽２１によって保護することができる。
【００３４】
また、集電体２６及び極板群２５の集電体２６の接合端面に、電槽２１の凹部２９に対応させて凹部２８を設けることにより、凹部２９を設けながら、その上部や下部に生じるデッドスペースを有効利用して発電能力の空間効率を向上することができる。
【００３５】
また、電槽２１を、一面が極板群２５の挿入開口とされた電槽本体２２とその開口を閉鎖する蓋体２３とを一体的に溶着して構成しているので、上記のように接続突部３０を突出させ、また電槽２１に凹部２９があっても生産性良く、極板群２５を収容して密閉し、角形密閉式電池２０を構成することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態の説明では、接続突部３０と貫通穴３１の間のシール手段として、シールゴム３２を介装した例を示したが、図７に示すように、電槽本体２２の短側壁２２ａと蓋体２３の貫通穴３１の周辺部を薄肉部４７に構成し、その内面と集電体２６の接続突部３０の周辺部との間にシールゴム４８とピッチ等のシール剤を配置し、内周縁が接続突部３０の先端部外周に係合させたかしめワッシャ４９にて短側面２２ａと蓋体２３の貫通穴３１の周辺部外面を集電体２６に向けて押圧するように構成してもよい。
【００３７】
また、集合電池４０の両端に、上部に極柱４５が設けられた接続板４４を接合した例を示したが、図８に示すように、中央部に極柱４５が設けられた接続板４４を接合しても良く、このように接続板４４を変更することで外部接続用の極柱４５は任意の位置に配置することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の角形密閉式電池及び集合電池によれば、以上の説明から明らかなように、極板群両側のリード部に集電体を接合しているので、各極板と集電体との距離がストレートで短く、かつその集電体の中間部の複数箇所に突出形成された接続突部が電槽を貫通して外部に対する接続部となっているので、別の接続部材や接続箇所がなくかつ集電体における通電経路が短いため、内部抵抗の小さい角形密閉式電池が得られ、さらに極板群を流れる電流分布が均等になり、極板群の全体が均一に発電能力を発揮するため、高出力化を実現することができる。また、接続突部が集電体の中間部の複数箇所に全幅にわたって設けられた凹部の中央部に突出形成され、電槽の接続突部を配設した側面の接続突部配設部分に、その側面を横断しかつほぼ接続突部の突出量だけ凹む凹部を設けているので、複数の角形密閉式電池を接続して集合電池を構成する場合に、電槽の接続突部を配設した側面を互いに当接させて配置した状態で凹部の側方からレーザビーム溶接や電子ビーム溶接することにより、容易かつ生産性良く高い信頼性を持って接続突部同士を接合することができ、かつその接続突部の接合部が凹部内に位置して電槽によって保護される等、多大な効果を発揮する。
【００３９】
また、この角形密閉式電池を複数、逆極性の接続突部を互いに当接させて配置して接続突部同士を接合することで、所要の電力容量を持ちかつ上記のように内部抵抗が小さくかつ極板群の全体が均一に発電能力を発揮する集合電池を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における角形密閉式電池の外観斜視図である。
【図２】同実施形態における極板群両側の集電体の斜視図である。
【図３】同実施形態の角形密閉式電池を分解して示した横断面図である。
【図４】同実施形態における集合電池の部分外観斜視図である。
【図５】同実施形態の集合電池の接合部を示し、（ａ）は横断平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図６】同実施形態の集合電池の極柱配設状態の斜視図である。
【図７】同実施形態の集合電池における接合部の変形例の横断平面図である。
【図８】同実施形態の集合電池における極柱配設状態の変形例の斜視図である。
【図９】従来例の角形密閉式電池の部分縦断正面図である。
【図１０】同従来例における電槽の一部を破断して示した斜視図である。
【図１１】同従来例における通電経路の説明図である。
【符号の説明】
２０  角形密閉式電池
２１  電槽
２２  電槽本体
２３  蓋体
２５  極板群
２６  集電体
２７  接合部
２８  凹部
２９  凹部
３０  接続突部
３１  貫通穴
３２  シールゴム（シール手段）
４０  集合電池
４４  接続板
４５  極柱
４８  シールゴム（シール手段）
【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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【図１０】
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【図１１】
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