电池结构Word文件下载.docx
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国際特許分類
材質に特徴のあるもの[2](H01M2/16)
素電池に関する導電接続[2](H01M2/20)
装着;
懸架装置;
緩衝装置;
輸送または運搬装置;
保持装置(蓄電池と充電装置とが構造的に結合したもの10/46)[2](H01M2/10)
誤用または誤放電を防止する装置をもつもの[2](H01M2/34)
電槽,外装(プラスチックまたは可塑状態の物質の加工B29)[2](H01M2/02)
10/06〜10/34に分類されない蓄電池[2](H01M10/36)
FI
シート・ペーパー形電池のためのもの(H13.5追加)(H01M2/10Y)
ロッキングチェア電池,すなわち両方の電極でリチウムの挿入を伴うもの;
リチウムイオン電池(H01M10/00103)
有機材料を主とするもの(H01M2/16P)
板状電極を有する二次電池(H01M10/00117)
薄形電池のためのもの 例.シート状電池(H01M2/02K)
誤接続,誤接触の防止〔カバー,スペーサ,保護・絶縁片,極性・接続の指示,位置決め(H01M2/34B)
隣接電池,端子間の接続〔電槽・外装外部の接続,配線,接続導体等〕〔装着,懸架装置(H01M2/20A)
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[目次]
∙技術分野
∙背景技術
∙発明が解決しようとする課題
∙課題を解決するための手段
∙発明の効果
∙図面の簡単な説明
--
技術分野
0001
本発明は、上下に積層された単電池を電気的に接続する導電部材および、該導電部材を組み込んだ組電池に関する。
背景技術
0002
複数の単電池を直列または並列に組み合わせて、高電力または高持久力の組電池またはモジュール電池が作成されている。
単電池がラミネート電池である場合、薄型であるラミネート電池の特徴を利用して、ラミネート電池を積層し、組電池またはモジュール電池を得ている(たとえば、特許文献1参照)。
0003
積層したラミネート電池の電極タブの間に、導電部材または絶縁部材を配置することによって、積層方向上下のラミネート電池を電気的に接続できる。
ここで、導電部材および絶縁部材を、それぞれ、ワッシャ形状に形成して、電極タブごとボルトを貫通しナットで締結する。
これにより、導電部材および絶縁部材を一括して固定する。
特開2001−256939号公報
発明が解決しようとする課題
0004
上記ラミネート電池において、電極タブの表面に酸化被膜や油分が付着している場合がある。
この場合、2つのラミネート電池を積層して、電極タブ間にワッシャ形状の導電部材を配置し、これらをボルトおよびナットにより締結するのであれば、ボルト締結の際に、電極タブの酸化被膜や油分が除去される。
締め付け時には、ボルトおよびナットが回転し、電極タブ表面とボルトおよびナットの座面とが摩擦して、電極タブの酸化被膜等が削り取られるからである。
0005
しかし、ラミネート電池を3層以上の多数層に積層して、電極タブに導電部材または絶縁部材を配置してボルト締結する場合、導電部材や絶縁部材にボルトおよびナットの回転が伝わらないので、電極タブの酸化被膜や油分等は除去されない。
0006
除去されなかった酸化被膜等は、電極タブに導電部材が接続される接続部の抵抗成分となり、組電池性能を低下する要因となっている。
0007
これを解決するために、ラミネート電池の積層直前に、電極タブを洗浄し、酸化被膜等を事前除去することが考えられる。
しかし、このような方法を採用したのでは、組電池等の組み立て工数が増大し、また、新たな設備が必要となる。
これにより、新たに、生産性の低下およびコストの増大という問題が発生してしまう。
0008
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、生産性の低下およびコストの増大を伴わず、酸化被膜等による電極タブの接続部の抵抗を低減できる導電部材、および該導電部材を組み込んだ組電池の提供を目的とする。
課題を解決するための手段
0009
本発明の導電部材は、導電性材料により形成され、複数個の積層された単電池の出力端間に挟まれることによって、積層方向上下の単電池を電気的に接続する導電部材であって、前記出力端間に挟まれることにより前記出力端の表面に付着した付着物を除去する除去手段を有する。
0010
本発明の組電池は、複数個の積層された単電池と、導電性材料により形成され、積層方向上下の前記単電池の出力端間に挟まれることによって、該積層方向上下の単電池を電気的に接続する導電部材と、を有する組電池であって、前記導電部材は、前記出力端間に挟まれることにより前記出力端の表面に付着した付着物を除去する除去手段を有する。
発明の効果
0011
上記本発明の導電部材によれば、表面に導電部材の出力端の表面を一部除去する除去手段が設けられている。
したがって、導電部材を単電池の出力端間に挟む際に、除去手段により、出力端の表面に付着する酸化皮膜や、油分が除去される。
したがって、出力端に導電部材が接続される接続部の抵抗が低減され、組電池化する際の電池特性を向上できる。
0012
上記本発明の組電池によれば、導電部材の表面に導電部材の出力端の表面を一部除去する除去手段が設けられている。
発明を実施するための最良の形態
0013
本発明に係る導電部材(導通ワッシャ)は、導電性材料により形成され、複数個の積層された単電池の出力端(電極タブ)間に挟まれることによって、積層方向上下の単電池を電気的に接続する導電部材であって、前記出力端間に挟まれることにより前記出力端の表面を一部除去する除去手段を有する。
0014
また、本発明に係る組電池は、複数個の積層された単電池と、導電性材料により形成され、積層方向上下の前記単電池の出力端(電極タブ)間に挟まれることによって、該積層方向上下の単電池を電気的に接続する導電部材(導通ワッシャ)と、を有する組電池であって、前記導電部材は、前記出力端間に挟まれることにより前記出力端の表面を一部除去する除去手段を有する。
0015
以下、本発明について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
0016
(第1実施形態)
本発明では、特に導通ワッシャに特徴を有する。
しかし、導通ワッシャの説明の前に、組電池の全体について説明し、その後、他の構成と共に導通ワッシャの構造についても詳細に説明する。
0017
図1は組電池を示す斜視図である。
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図1
0018
本発明の組電池は、複数個の積層された扁平型単電池1(以下、単に単電池という)と、該単電池1と共に積層されるヒートシンク2と、単電池1間および単電池1とヒートシンク2との間に配置される高摩擦シート3と、複数個の積層された単電池1を積層方向の両面から加圧して一体的に保持する保持手段4とを有する。
高摩擦シート3については、図3に示す。
図3
0019
単電池1は、積層方向に直列に接続されている。
単電池1から伸びる2つの電極タブは、それぞれ、タブ間に配置された導通ワッシャおよび絶縁ワッシャを交互に配置することにより、短絡しないように接続されている。
0020
以下、各構成について詳細に説明する。
0021
<単電池>
図2は単電池を示す斜視図、図3は図1に示す組電池のA−A断面図である。
図2
0022
単電池1は、扁平型に形成された電池であり、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した積層型の発電要素(不図示)を内部に複数含む。
単電池1は、例えば、リチウムイオン二次電池などの二次電池である。
組電池においては、単電池1は、内包する発電要素の積層方向と同じ方向に積層される。
0023
正極板は、たとえば、マンガン酸リチウムまたはニッケル酸リチウムを含む材料からなる。
負極板は、たとえば、非晶質炭素を含む材料からなる。
セパレータは、たとえば、ポリオレフィン多孔膜からなり、厚さが25〜50μmである
単電池1は、積層方向に対して直交する方向に伸びる2つの出力端である電極タブとして、正極タブ10と負極タブ12とを有する。
単電池1は、正極タブ10および負極タブ12に、それぞれ、穴部11、13が設けられている。
0024
単電池1は、穴部11、13に表面が絶縁処理された絶縁ピン52(図8参照)が挿通されている。
図3に示すように、積層方向に位置する単電池1は、電極タブの極性が積層方向に正負交互に、すなわち、正極タブ10、負極タブ12が交互に積層されている。
図8
0025
絶縁ピン52には、正極タブ10および負極タブ12を挟んで、導通ワッシャ50または絶縁ワッシャが交互に配置されている。
例えば、図3に示す場合では、正極タブ10とその上の階層の負極タブ12との間には、絶縁ワッシャ51が配置され、負極タブ12とその上の階層の正極タブ10との間には、導通ワッシャ50が配置される。
0026
導通ワッシャ50は、銅などの導電性金属から形成され、その上下に接触する正極タブ10と負極タブ12とを電気的に導通する。
絶縁ワッシャ51は、セラミックなどの絶縁性金属から形成され、その上下に接触する正極タブ10と負極タブ12とを絶縁する。
導通ワッシャ50および絶縁ワッシャ51は、単電池1の正極タブ10と負極タブ12とが直接接触しないように、スペーサの役割も果たす。
0027
同じ階層のワッシャに注目すると、本実施の形態では、正極タブ10上に絶縁ワッシャ51が配置され、負極タブ12上に導通ワッシャ50が配置されている。
0028
このように正極タブ10および負極タブ12が積層方向に交互に配置されることによって、図3に示すように、積層の上層から下層に向かって電流が流れるように、単電池1を接続する回路が構成される。
積層の下層から上層に向かって電流を流したい場合には、導通ワッシャ50と絶縁ワッシャ51との配置を逆にする。
0029
絶縁ピン52は、金属棒の表面を熱収縮チューブで覆ったり、樹脂の塗装、コーティングまたは被覆等したりして、絶縁処理が施されている。
絶縁ピン52は、上下からナット53が締め付けられる。
これにより、単電池1の電極タブ10、12は、導通ワッシャ50および絶縁ワッシャ51にしっかり挟み込まれる。
0030
なお、図3に示すように、上層から下層に向かって電流が流れる回路構成の場合、ナット53aと導通ワッシャ50との間、および、ナット53bと絶縁ワッシャ51との間に、電力端子を配置し電流が取り出せるようにすることによって、たとえば、電池の電圧を不図示のコントローラによって検出できるようにしている。
図1に示す組電池を複数組み合わせる際にも、該電力端子を用いることができる。
0031
図4は、導通ワッシャ50を示す図であり、(A)は導通ワッシャの平面図、(B)は導通ワッシャの側面図である。
図4
0032
導通ワッシャ50は、上述のように、電極タブ10、12間に配置される。
導通ワッシャ50は、図4に示すように、積層時に電極タブ10、12と接触する表面に鋭利な突起部(除去手段)501が複数設けられている。
これらの突起部501は、上述の絶縁ピン52が上下からナット53に締め付けられると、電極タブ10、12に作用する。
この作用については後述する。
0033
<ヒートシンク>
図5は、2種類のヒートシンクを示す斜視図である。
図5
0034
ヒートシンク2には、図6に示すように、組電池の積層の最外層に配置される外層ヒートシンク2aと、単電池1と共に途中に積層される内層ヒートシンク2bとの2種類がある。
図6
0035
いずれのヒートシンク2a、2bも、空気等の冷媒が通り抜け可能な複数の通風孔20が形成されている。
これらの通風孔20は、2枚の板材の表面にそれぞれ複数の溝を形成し、溝同士が合うように2枚の板材を貼り合わせて形成される。
非常に薄いヒートシンク2a、2bに通風孔をくりぬき加工するのは困難であるからである。
なお、本実施形態では、上述のようにヒートシンクを2枚の板材で形成しているが、たとえば、押し出し成形によって1体の部材としてもよい。
0036
外層ヒートシンク2aは、積層される単電池1の電極タブ10、12を露出するための切り欠き21が形成されている。
該切り欠き21を挟んで、四隅に孔22が形成されている。
孔22は、外層ヒートシンク2a間に配置され、単電池1に必要な面圧を加えるための加圧ユニット40(図6参照)を取り付けるために設けられている。
0037
内層ヒートシンク2bには、外層ヒートシンク2aのような孔22はない。
内層ヒートシンク2bは、組電池に積層されるときには、単電池1と共に加圧ユニット40による面圧により保持されている。
内層ヒートシンク2bは、例えば、図3に示すように、単電池1が4枚積層されたら、その上に1枚積層されるといった具合に、単電池1間に配置される。
これにより、積層の中央の単電池1の発熱も放散できる。
0038
<高摩擦シート>
高摩擦シート3は、図3および図5に太線で示すように、単電池1間または単電池1とヒートシンク2との間に配置される。
高摩擦シート3は、たとえば、シリコンゴムをシート状に形成したものである。
シリコンゴムは、単電池1同士を直接積層した場合の摩擦抵抗より高い摩擦抵抗を発現する。
したがって、単電池1間または単電池1とヒートシンク2との間に介在させることにより、これらの横ズレを防止する。
0039
一方で、高摩擦シート3は、横ズレに対しては高い摩擦力を発現するが、単電池1の積層方向に対しては、ほとんど粘着力を発現しない。
したがって、高摩擦シート3は、単電池1およびヒートシンク2に対しては非接着性を有している。
換言すると、高摩擦シート3は、単電池1同士、または単電池1とヒートシンク2とを恒久的に接合するものではなく、所望のときに、それらを積層方向に分離し得る性質を有する。
0040
<保持手段>
保持手段4は、最外層に積層される外層ヒートシンク2a(保持プレート)と、外層ヒートシンク2a間に配置される加圧ユニット40と、加圧ユニット40を外層ヒートシンク2aに取り付けるナット41とを含む。
0041
外層ヒートシンク2aは、上述の通り、組電池の最外層に積層され、単電池1を冷却する冷却手段として機能する。
その一方で、外層ヒートシンク2aは、中間に積層される単電池1および内層ヒートシンク2bに積層方向の面圧を付与しつつ保持する保持手段の一部としても機能する。
保持手段の一部として、外層ヒートシンク2aは、加圧ユニット40により相互に接近される方向の力が加えられる。
0042
加圧ユニット40は、外層ヒートシンク2aに設けられた孔22に挿通されて、ナット41により締結されている。
加圧ユニット40の具体的構成は、図6および図7に示される。
図7
0043
図6は加圧ユニットを示す図、図7は図1のB−B断面図である。
特に、図6(A)は加圧ユニットの全体構成を示す図、図6(B)はバネ保持部の構成を示す図であり、図7(A)は加圧ユニットの初期状態を示す図、図7(B)は加圧ユニット40を外層ヒートシンク2a間に取り付けた様子を示す図である。
0044
加圧ユニット40は、引張りコイルバネ42(弾性体)と、引張りコイルバネ42の両端を保持するバネ保持部43とからなる。
0045
引張りコイルバネ42は、引き延ばされた状態で外層ヒートシンク2a間に取り付けられることによって、収縮しようと作用し、外層ヒートシンク2aを相互に接近させる方向の弾性力を発現する。
0046
バネ保持部43は、本体部44と、引張りコイルバネ42のピッチP1よりも大きなピッチP2でねじ山が形成された螺合部45と、螺合部45から引張りコイルバネ42の中心に向かって伸びる突合せ部46と、本体部44から伸びて外層ヒートシンク2aに挿通される挿通部47とを含む。
0047
本体部44は、引張りコイルバネ42が外れないように、これに当接する。
また、本体部44は、加圧ユニット40を組電池に取り付けたときに、外層ヒートシンク2aと当接して、引張りコイルバネ42の伸びを定める役割も果たす。
0048
螺合部45は、図示の通り、引張りコイルバネ42の端部にねじ込まれて、引張りコイルバネ42の内側と螺合し、これを固定する。
螺合部45は、図6(B)に示すように、表面にピッチP2のねじ山が形成されている。
螺合部45のピッチP2は、引張りコイルバネ42のピッチP1より大きい。
したがって、螺合部45を図6(B)中矢印の方向にねじ込むことができる。
螺合部45をねじ込むことによって、突合せ部46が、引張りコイルバネ42の中央に向かって進行する。
0049
引張りコイルバネ42の両端から螺合部45をねじ込んでいくと、図6(A)に示すように、両側から進行してきた突合せ部46が突き当たる。
この状態で、引張りコイルバネ42は自然長より伸ばされ、加圧ユニット40の初期状態として、初期張力が与えられている。
0050
挿通部47は、その先端にナット41に締結可能なねじ山が形成されている。
挿通部47の頭には、後述する回り止め用のスリット48が設けられている。
スリット48に、マイナスドライバーを挿す等して、バネ保持部43を容易に回り止めできる。
0051
以上のような、加圧ユニット40を、外層ヒートシンク2a間に配置すると、6(A)に示すようになる。
0052
ここで、挿通部47は、外層ヒートシンク2aの孔22に挿通されている。
この状態で、一方のバネ保持部43を回り止めしながら、他方のバネ保持部43の挿通部47をナット41で締結する。
すると、バネ保持部43がナット41側に引き寄せられる。
これを両方のバネ保持部43で行うと、図7(B)に示すように、バネ保持部43が引張りコイルバネ42を保持した状態で相対的に引き離され、引張りコイルバネ42が外層ヒートシンク2a間に引き伸ばされた状態で保持される。
0053
このように、外層ヒートシンク2a間の幅に合わせて、引張りコイルバネ42を引き伸ばすので、ナット41の締め付けトルクに関わらず、引張りコイルバネ42による収縮する方向の弾性力が得られる。
該弾性力が外層ヒートシンク2aによる単電池1への加圧力となる。
0054
<組み立て手順>
次に、本発明の組電池を組み立てる様子を説明する。
0055
図8は組電池を組み立てる様子を示す図である。
0056
図8に示すように、最初に、外層ヒートシンク2aを配置し、その上に、単電池1を積層する。
ここで、単電池1は、積層方向に正極タブ10および負極タブ12が交互になるように、絶縁ピン52に電極タブ10、12を挿通する。
単電池1の電極タブ10、12を絶縁ピン52に挿通する度に、導通ワッシャ50または絶縁ワッシャ51も絶縁ピン52に挿通する。
0057
導通ワッシャ50および絶縁ワッシャ51は、積層方向に交互になるように絶縁ピン52に挿通する。
同一単電池1の正極タブ10および負極タブ12上には、一方に導通ワッシャ50が接触するように配置し、他方には絶縁ワッシャ51が接触するように配置する。
すなわち、同一単電池1の正極タブ10および負極タブ12上には、異なる種類のワッシャを配置する。
0058
単電池1を複数段積層した後、例えば、単電池1を4枚積層した後に、内層ヒートシンク2bを配置する。
このように、単電池1と内層ヒートシンク2bとの積層を繰り返した後、最後に、外層ヒートシンク2aを積層する。
外層ヒートシンク2a間に、加圧ユニット40を配置し、加圧ユニット40の引張りコイルバネ42が外層ヒートシンク2a間で伸びるまで、ナット41で締結する。
0059
ナット41を締結するにつれて、導通ワッシャ50および電極タブ10、12に荷重がかかる。
荷重により導通ワッシャ50の鋭利な突起部501が電極タブ10、12表面に突き刺さる。
このとき、突起部501は、電極タブ10、12表面に形成されている酸化被膜や油分等を除去し、地金部に到達する。
この結果、突起部501が直接、電極タブ10、12の地金部に接触する。
0060
以上の手順で、図1に示す組電池が組み上がる。
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