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JP4642179B2 - 集合型二次電池 - Google Patents

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JP4642179B2
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Toyota Motor Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の単電池を接続して所要の電力容量を得るようにした集合型二次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一体的に連結して成る従来の集合型二次電池としては、図9のようなものが知られている。この集合型二次電池は、図10に示すような密閉型アルカリ二次電池からなる複数個の単電池31(31a〜31j)を、その電槽32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31a、31jの電槽32の外側にエンドプレート42を当接させ、両エンドプレート42、42間を拘束バンド43にて結束することにより一体的に連結して構成されている。
【0003】
単電池31は、正極板と負極板をセパレータを介して積層してなる発電要素である極板群37を電解液と共に電槽32内に収容し、各電槽32の開口部を安全弁35を設けた蓋36で閉じ、極板群37を構成する各正極板から引き出されたリード39に接続された正極端子33及び各負極板から引き出されたリード39に接続された正極端子34を蓋36に取付けて構成されている。
【0004】
そして、連結されて隣り合う単電池31間の正極端子33と負極端子34とが接続板41にて接続されて各単電池31が直列接続されている。また、各電槽32間が連結されるとき、電槽32の長側面に上下方向に突設されたリブ38が隣接間で突き合わされ、各リブ38、38間の長側面間の空間にて電槽32の上下方向に貫通する冷媒流路が形成され、冷媒通路に送風して各単電池31a〜31jを冷却するように構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の集合型二次電池の構成では、独立した各単電池31をその電槽32の長側面に形成したリブ38、38を突き合わせて並列配置しているので、各単電池31の長側面の間のリブ38、38間に形成された冷媒通路にて各単電池31が略均一に冷却されるが、各単電池31、31間に冷媒通路を形成している分集合型二次電池をコンパクトに構成することができないという問題がある。
【0006】
また、リブ38、38間に冷媒通路を形成するようにしているが、リブ38の配置ピッチ間隔を小さくすると、冷媒通路面積が小さくなって冷却能力が低下し、逆に配置ピッチ間隔を大きくしても単電池31の内圧によって電槽32の壁面が外側に膨らむために冷媒通路面積が小さくなって冷却能力が低下し、それに対処するため電槽32の壁面を厚くすると伝熱性能が低下するため、やはり冷却能力が低下するという問題がある。
【0007】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、コンパクトな構成でかつ各単電池を高い冷却性能で均一に冷却することができる集合型二次電池を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の集合型二次電池は、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複数の電槽をその短側面で相互に一体的に連結して成る一体電槽を設けかつ各電槽の上面開口を蓋体にて一体的に閉鎖し、各電槽内にその長側面と平行に多数の正極板と負極板をセパレータを介して積層してなる極板群を収納して単電池を構成するとともに、各単電池を電槽の連結方向に隣り合う端部間で直列接続したものであり、各単電池の電槽の短側面を共用できるとともに電槽間に冷却スペースを設けていないのでコンパクトに構成でき、また各電槽内にその長側面と平行な極板群を収納して成る各単電池をその長側面方向の両端部間で直列接続しているので単電池間の接続をコンパクトに構成でき、かつ各電槽の長側面が一平面で連続している一体電槽の長側面を冷却面とすることで各単電池を均一にかつ効率的に冷却することができる。
【0009】
また、一体電槽の長側面に、電槽の連結方向に適当間隔置きにそれと直交する方向に延びるリブを突設すると、この一体電槽を長側面を重ねるように並列配置することでリブ間に冷媒通路が形成され、この冷媒通路に冷媒を通すことにより各電槽を均一に冷却することができる。
【0010】
また、リブ間に適当間隔置きに突部を突設すると、リブの配置間隔を大きくして冷媒通路断面積を大きくしかつ電槽の長側面の壁厚を薄くしながら、電槽の長側面が内部圧力によって外側に膨らんで冷媒通路断面積が小さくなるのを突部にて防止することができ、高い冷却性能を確保することができる。
【0011】
また、一体電槽と蓋体の側面に跨がって連結リブを形成すると、そのリブによって電槽と蓋体の結合強度を確保しながら、冷媒の円滑な流通を確保して冷却性能を向上でき、さらにその連結リブを、一体電槽と蓋体の溶着に伴って長側面に突出する溶着ばりを成形して形成すると、冷媒通路形成にとって障害となる溶着ばりを逆に有効利用して容易に連結リブを形成できる。
【0012】
また、一体電槽と蓋体の溶着に伴って長側面に突出した溶着ばり部に矯正熱板を押し当て、溶着ばり部を再溶解させて平滑に成形すると、一体電槽と蓋体との接合面間に塵埃などの異物が介在したり、樹脂材料中に含有された水分が気化して気泡が発生したりして溶着部に生じたピンホール不良を、再溶解によって封止して無くすことができ、また溶着部が平滑になることによって応力集中が生じる恐れを無くして電池内部圧力上昇時の溶着部に作用する応力を緩和することができる。
【0013】
また、適当なリブ又は突部の外面に、一体電槽をその長側面で互いに重ねた時に相互に嵌合する複数の位置決め用の突部と凹部を設けることにより、一体電槽を並列配置するときに正確に位置合わせでき、簡単に適正な冷媒通路を形成できる。
【0014】
また、電槽の長側面の壁厚を、一体電槽をその長側面で互いに重ねた時に長側面間に形成される冷媒通路厚よりも小さくし、また電槽の長側面の壁厚を、電槽の短側面の幅の1/10以下とすることにより、高い冷却性能を確保することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の集合型二次電池の一実施形態について、図1〜図8を参照して説明する。
【0016】
本実施形態の集合型二次電池1は、電気自動車用の駆動電源として好適に用いることができるニッケル・水素二次電池であり、図1〜図3に示すように、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する上面開口の直方体状の複数(図示例では6つ)の電槽3をその短側面を共用して相互に一体的に連結して成る一体電槽2にて構成されかつ各電槽3の上面開口は一体の蓋体4にて一体的に閉鎖されている。
【0017】
各電槽3内には、後で詳細に説明するように、電槽3の長側面と平行な多数の正極板と負極板をセパレータを介して短側面方向に積層してなる極板群5が電解液とともに収納され、単電池6が構成されている。
【0018】
一体電槽2の両端の電槽3の外側の短側面及び各電槽3、3間の短側面の上端部には接続穴7が形成され、両端の電槽3の外側の短側面の接続穴7には正極又は負極の接続端子8が装着され、中間の電槽3、3間の短側面の接続穴7には両側の単電池6、6を直列接続する接続金具9が装着されている。また、蓋体4には各電槽3毎に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10が配設され、また単電池6の温度を検出する温度検出センサを装着するセンサ装着穴11が適当な単電池6又は各単電池6毎に形成されている。
【0019】
各電槽3の長側面が一平面を成す一体電槽2の長側面12には、各電槽3の両側端に対応する位置に上下方向に延びるリブ13が突設されており、かつリブ13、13間には適当ピッチ間隔でマトリックス状に多数の比較的小さな円形の突部14が突設されている。これらリブ13と突部14は同じ高さである。さらに、電槽3の上端部と蓋体4の側面には、リブ13の延長位置及び突部14の配置位置に対応してそれらの側面間にわたるように、リブ13及び突部14と同じ高さの連結リブ15a及び15bが形成されている。また、一体電槽2の長側面12の両端近傍の2つのリブ13の外面の上部と下部に、一体電槽2をその長側面12で互いに重ねた時に相互に嵌合する複数の位置決め用の突部16と凹部17が設けられている。
【0020】
上記極板群5について、図4、図5を参照して詳細に説明すると、Niの発泡メタルから成る多数枚の正極板18と、Niのパンチングメタルに活物質を塗着した多数枚の負極板19とを交互に配置するとともに、各正極板18に袋状のセパレータ20を被せている。これにより正極板18と負極板19がそれらの間にセパレータ20を介装した状態で積層された極板群5が構成されている。図4で、斜線で示した領域は正極板18と負極板19がセパレータ20を介して対向して発電作用を発揮する領域を示している。
【0021】
これら正極板18群と負極板19群は互いに反対側の側縁部が外側に突出されてその突出側縁部がリード部18a、19aとして構成され、その側端縁にそれぞれ集電板21、22が溶着されている。各集電板21、22は、その両側縁を内側に折り曲げ、極板18、19と集電板21、22の溶着時に加圧しても外側に広がらないように寸法規制している。29は、リード部18a、19aにそれぞれ上下に適当間隔あけて形成された一対の位置決め穴で、この位置決め穴に位置決めピンを挿通してリード部18a、19aの側端縁を押圧することにより、リード部18a、19aの側端縁を揃え、この側端縁と集電板21、22を確実にかつ均等に溶着できるようにしている。
【0022】
また、一体電槽2における電槽3の幅と壁厚、及びリブ13や突部14の高さの寸法関係は、図6に示すように、電槽3の短側面方向の幅をW、長側面の壁厚をtとして、t≦W/10に設定されており、また一体電槽2をその長側面12で互いに重ねた時にリブ13や突部14によって長側面12、12間に形成される冷媒通路23の厚さ寸法をdとして、長側面12の壁厚tが、t<dになるように設定されている。
【0023】
また、一体電槽2と蓋体4を一体的に接合する際には、図7(a)に示すように、それらの接合部を加熱した状態で矢印方向に加圧して溶着しているが、そうするとその溶着部25の外面側及び内面側に樹脂がはみ出して溶着ばり部25aが突出する。この溶着ばり部25aは冷媒通路23の障害になるために除去する必要があり、切除面27で切除することが考えられていた。
【0024】
ところが、一体電槽2と蓋体4との接合面間に塵埃などの異物が介在したり、樹脂材料中に含有された水分が気化して気泡が発生したりして溶着部25にピンホール26を生じている場合があり、上記のように溶着部25の一部を切除すると、ピンホール26が外面に連通し、電槽3内の密閉性が損なわれるという問題がある。
【0025】
そこで、一体電槽2と蓋体の側面にわたって連結リブ15a、15bを形成しない場合には、図7(b)に示すように、溶着部25の外面側の溶着ばり部25aに矯正熱板28を押し当てて再溶解させることにより、ピンホール26が無く、かつ長側面12と略同一面ないし僅かに突出する平滑な外面の再溶解部29を形成している。このように再溶解部29を形成することにより、溶着部25で信頼性の高い封止を実現でき、また平滑な外面によって冷媒通路23の障害にならず、かつ応力集中が生じる恐れを無くして電池内部圧力上昇時の溶着部25に作用する応力を緩和することができる。
【0026】
本実施形態では、一体電槽2と蓋体4の側面にわたって連結リブ15a、15bを形成するために、図8に示すように、一体電槽2と蓋体4の接合部を加熱した状態で矢印方向に加圧して溶着する際に、一体電槽2と蓋体4の側面にこれらの連結リブ15a、15b形状に対応する凹部を形成した型24を当てて加圧することにより、溶着に伴って外側にはみ出した溶着ばり部25aの樹脂によってリブ15a、15bを形成するとともに、それ以外の部分での溶着ばり部25aによる樹脂のはみ出しを防止し、上記冷媒通路23が一体電槽2と蓋体4との溶着部で狭窄されるのを防止している。
【0027】
なお、上記のように連結リブ15a、15bを形成した場合でも、一体電槽2と蓋体4との溶着部25でのピンホール26を完全に無くし、封止性能を一層高めるために、矯正熱板28を押し当てて再溶解部29を形成する工程を付加してもよい。
【0028】
以上の構成の集合型二次電池1においては、複数の単電池6の直方体状の電槽3をその短側面を共用して一体連結することによって一体電槽2とするとともに、その電槽3、3間に冷媒通路を設けていないのでコンパクトに構成することができ、しかも各電槽3の長側面が一平面で連続している一体電槽2の長側面12を冷却面とすることで各単電池6を均一にかつ効率的に冷却することができる。また、各電槽3内にその長側面と平行な極板を積層して成る電極群5を収納して構成した各単電池6を、電槽3の長側面方向に隣接する端部間で直列接続しているので、単電池間の接続をコンパクトに構成でき、特に電槽3の短側面の上端部に形成した接続穴7に接続金具9を装着して接続し、一体電槽2内で接続するようにすると、一層コンパクトに構成することができる。
【0029】
また、一体電槽2の長側面12に適当間隔置きに上下方向に延びるリブ13を突設しているので、この一体電槽2を長側面12を重ねるように並列配置することでリブ13、13間に冷媒通路23を形成することができ、この冷媒通路23に冷媒を通すことにより各電槽3を均一に冷却することができる。さらに、上記リブ13、13間に適当間隔置きにマトリックス状に比較的小径の突部14を突設しているので、リブ13の配置間隔を大きくして冷媒通路23の通路断面積を大きくしかつ電槽3の長側面の壁厚tを薄くしながら、電槽3の長側面が内部圧力によって外側に膨らんで冷媒通路23の通路断面積が小さくなるのを突部14にて防止することができ、高い冷却性能を確保することができる。
【0030】
また、一体電槽2と蓋体4の側面に跨がって連結リブ15a、15bを形成しているので、その連結リブ15a、15bによって一体電槽2と蓋体4の結合強度を確保しながら、冷媒の円滑な流通を確保して冷却性能を向上できる。
【0031】
また、上記のように一体電装2を並列配置して冷媒通路23を形成する際に、一体電槽2の両端近傍のリブ13の上部と下部に位置決め用の突部16と凹部17を設けていることにより、一体電槽2、2を正確に位置合わせすることができ、簡単に適正な冷媒通路23を形成することができる。
【0032】
また、電槽3の長側面の壁厚tを電槽3の短側面の幅の1/10以下としているので、単電池6内の熱が薄い長側面を通って効率的に冷媒通路23内の冷媒に伝達され、かつ冷媒通路23の厚さdを電槽3の長側面の壁厚tよりも大きくしているので、伝達された熱は大量の冷媒にて吸収されて円滑に排出され、高い冷却性能が得られる。
【0033】
以上のように本実施形態によれば、極めてコンパクトな構成でありながら各単電池を均一にかつ高い放熱性能で冷却することができ、コンパクトでしかも電池容量及び寿命が大きくかつばらつきの少ない高性能の集合型二次電池を提供することができる。
【0034】
【発明の効果】
本発明の集合型二次電池によれば、以上の説明から明らかなように、直方体状の複数の電槽をその短側面で相互に一体的に連結して蓋体にて一体的に閉鎖した一体電槽を設け、各電槽の短側面を共用するとともに電槽間に冷却スペースを設けていないのでコンパクトに構成でき、また各電槽内にその長側面と平行な極板群を収納して成る各単電池をその長側面方向の両端部間で直列接続しているので単電池間の接続をコンパクトに構成でき、かつ各電槽の長側面が一平面で連続している一体電槽の長側面を冷却面とすることで各単電池を均一にかつ効率的に冷却することができる。
【0035】
また、一体電槽の長側面に、電槽の連結方向に適当間隔置きにそれと直交する方向に延びるリブを突設すると、この一体電槽を並列配置したときにリブ間に冷媒通路を形成でき、冷媒通路に冷媒を通すことにより各電槽を均一に冷却することができる。
【0036】
また、リブ間に適当間隔置きに突部を突設すると、リブの配置間隔を大きくして冷媒通路断面積を大きくしかつ電槽の長側面の壁厚を薄くしながら、電槽の長側面が内部圧力によって外側に膨らんで冷媒通路断面積が小さくなるのを突部にて防止することができ、高い冷却性能を確保することができる。
【0037】
また、一体電槽と蓋体の側面に跨がって連結リブを形成すると、そのリブによって電槽と蓋体の結合強度を確保しながら、冷媒の円滑な流通を確保して冷却性能を向上でき、さらにその連結リブを、一体電槽と蓋体の溶着に伴って長側面に突出する溶着ばりを成形して形成すると、冷媒通路形成にとって障害となる溶着ばりを逆に有効利用して容易に連結リブを形成できる。
【0038】
また、一体電槽と蓋体の溶着に伴って長側面に突出した溶着ばり部に矯正熱板を押し当て、溶着ばり部を再溶解させて平滑に成形すると、一体電槽と蓋体の溶着部に生じたピンホール不良を再溶解によって封止して無くすことができ、また溶着部が平滑になることによって応力集中が生じる恐れを無くして電池内部圧力上昇時の溶着部に作用する応力を緩和することができる。
【0039】
また、適当なリブ又は突部の外面に、一体電槽をその長側面で互いに重ねた時に相互に嵌合する複数の位置決め用の突部と凹部を設けることにより、一体電槽を並列配置するときに正確に位置合わせでき、簡単に適正な冷媒通路を形成できる。
【0040】
また、電槽の長側面の壁厚を、一体電槽をその長側面で互いに重ねた時に長側面間に形成される冷媒通路厚よりも小さくし、また電槽の長側面の壁厚を、電槽の短側面の幅の1/10以下とすることにより、高い冷却性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の集合型二次電池の一実施形態の外観斜視図である。
【図2】同実施形態の部分縦断側面図である。
【図3】図2のA−A矢視断面図である。
【図4】同実施形態の極板群の正面図である。
【図5】図4のB−B矢視断面図である。
【図6】同実施形態の一体電槽を並列配置した状態の概略横断平面図である。
【図7】同実施形態における一体電槽と蓋体の溶着部を示し、(a)は溶着部の処理前の縦断面図、(b)は再溶解処理工程の縦断面図である。
【図8】同実施形態における一体電槽の長側面に連結リブを形成する工程の縦断面図である。
【図9】従来例の集合型二次電池の外観斜視図である。
【図10】同従来例の単電池の部分破断斜視図である。
【符号の説明】
1 集合型二次電池
2 一体電槽
3 電槽
4 蓋体
5 極板群
6 単電池
9 接続金具
12 一体電槽の長側面
13 リブ
14 突部
15a、15b 連結リブ
16 位置決め用突部
17 位置決め用凹部
24 型
25 溶着部
25a 溶着ばり部
28 矯正熱板
29 再溶解部

Claims (7)

  1. 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複数の電槽をその短側面で相互に一体的に連結して成る一体電槽を設けかつ各電槽の上面開口を蓋体にて一体的に閉鎖し、各電槽内にその長側面と平行に多数の正極板と負極板をセパレータを介して積層してなる極板群を収納して単電池を構成するとともに、各単電池を電槽の連結方向に隣り合う端部間で直列接続した集合型二次電池であって、
    前記一体電槽の長側面に、電槽の連結方向に適当間隔置きにそれと直交する方向に延びるリブを突設するとともに、該リブ間に適当間隔置きに突部を突設したことを特徴とする集合型二次電池。
  2. 一体電槽と蓋体の側面に跨がって連結リブを形成したことを特徴とする請求項記載の集合型二次電池。
  3. 連結リブは、一体電槽と蓋体の溶着に伴って長側面に突出する溶着ばり部を成形して形成したことを請求項記載の集合型二次電池。
  4. 一体電槽と蓋体の溶着に伴って長側面に突出した溶着ばり部に矯正熱板を押し当て、溶着ばり部を再溶解させて平滑に成形したことを特徴とする請求項1〜の何れかに記載の集合型二次電池。
  5. 適当なリブ又は突部の外面に、一体電槽をその長側面で互いに重ねた時に相互に嵌合する複数の位置決め用の突起と凹部を設けたことを特徴とする請求項の何れかに記載の集合型二次電池。
  6. 電槽の長側面の壁厚を、一体電槽をその長側面で互いに重ねた時に長側面間に形成される冷媒通路厚よりも小さくしたことを特徴とする請求項の何れかに記載の集合型二次電池。
  7. 電槽の長側面の壁厚を、電槽の短側面の幅の1/10以下としたことを特徴とする請求項1〜の何れかに記載の集合型二次電池。
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