JP6922818B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は，２以上のセルを連結してなる組電池に関する。さらに詳細には，組の解体・再組立が可能なように構成された組電池に関するものである。

従来の組電池の一例として，特許文献１に記載のものを挙げることができる。同文献のものを含めて一般的に組電池では，セル間での端子同士の接続を，バスバーと呼ばれる導電部材を用いて行っている。同文献の組電池ではセルの端子とバスバーとの接続を，ボルトとナットの締結により行っている（同文献における例えば図１０の「８１」，「３１」，「３９」）。同文献の発明では，電池にボルトを組み付ける際の仮固定を容易にすることを狙っている（同文献における［０００３］の第３文）。

国際公開第2008/084883号

しかしながら前記した従来の技術には，次のような問題点があった。バスバーの接続のためにボルトおよびナットを使用しているため，部品点数が多く，また接続構造部分のコンパクト化が困難であった。サイズに関しては電池容量にもよるが，例えば車両搭載用途であれば，セルの表面からボルトのトップまでの突出高さが１５ｍｍ程度も必要な場合があった。ボルトナット締結の代わりに溶接を用いれば接続構造部分のサイズは縮小できるが，逆に組の解体・再組立が著しく困難になってしまうという問題があった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，セル間の接続部分がコンパクトで，かつ，組の解体・再組立が可能である組電池を提供することにある。

本発明の一態様における組電池は，少なくとも第１セルと第２セルとを有し，第１セルと第２セルとの間に端子接続箇所を有する組電池であって，第１セルに，セル内にて発電要素に繋がるとともに，セル外にて端子接続箇所の側の面とその隣接面とに跨って配置された第１端子部材を有し，第２セルに，セル内にて発電要素に繋がるとともに，セル外にて端子接続箇所の側の面とその隣接面とに跨って配置された第２端子部材を有し，第１端子部材と第２端子部材とが端子接続箇所にて互いに接触しており，第１端子部材と第２端子部材との接触箇所では，第１端子部材と第２端子部材とのうち少なくとも一方が，他方に向けて突出した突出区間とされており，第１セルにおける端子接続箇所の側の面と第１端子部材との間に挟まれた第１弾力部材と，第２セルにおける端子接続箇所の側の面と第２端子部材との間に挟まれた第２弾力部材と，第１セルと第２セルとを互いに近接させる方向に圧迫する圧迫部材と，第１セルと第２セルとの間における，端子接続箇所以外の部分を充填するスペーサとを有し，第１端子部材と第２端子部材との接触箇所が，第１セルと第２セルとの配列方向と交差する方向から見て，スペーサが存在する最大範囲内，かつ，第１弾力部材および第２弾力部材が存在する範囲内にあり，第１端子部材および第２端子部材の端子接続箇所での合計の厚さをＴ１とし，第１弾力部材および第２弾力部材の端子接続箇所での合計の厚さをＴ２とし，スペーサの厚さをＴ３とし，第１端子部材および第２端子部材の曲げ変形に対するバネ定数をＫ１とし，第１弾力部材および第２弾力部材の圧縮に対するバネ定数をＫ２とし，スペーサの圧縮に対するバネ定数をＫ３としたとき，｛（Ｋ１×Ｔ１）＋（Ｋ２×Ｔ２）｝が，（Ｋ３×Ｔ３）の±１０％の範囲内にあるものである。

上記態様における組電池では，第１セルと第２セルとの間の端子同士の接続が，第１セルと第２セルとが向き合う面における，第１端子部材と第２端子部材との接触により行われている。したがって，拘束を解除すれば簡単に組を解体・再構成できる。そして，ボルトナット締結を要しないので，端子接続箇所の外形はコンパクトである。

本構成によれば，セル間の接続部分がコンパクトで，かつ，組の解体・再組立が可能である組電池が提供されている。

実施の形態に係る組電池の全体構成を示す断面図である。 図１の組電池におけるセルの接続状況を模式的に示す斜視図である。 図１の一部を拡大して示す断面図である。 図３の一部をさらに拡大して示す断面図である。 変形形態（並列）に係る組電池の全体構成を示す断面図である。 図５の組電池におけるセルの接続状況を模式的に示す斜視図である。 図５の一部を拡大して示す断面図である。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，図１に示す組電池１に本発明を適用したものである。図１の組電池１は，８つのセル２を直列に接続したものである。各セル２はいずれも，扁平角型の電池であり，上部の両端寄りに正負の端子が設けられているものである。８つのセル２の両外側には，拘束プレート３が配置されている。また，セル２同士の間，およびセル２と拘束プレート３との間には，弾性材料である拘束スペーサ４が配置されている。また，組電池１全体の外側に，拘束バンド５が設けられている。拘束バンド５の弾力により，組電池１の全体が図１で左右方向に圧迫されている。すなわち，組電池１の各セル２はいずれも，その厚さ方向に圧迫されている。

組電池１内の各セル２は，図２に示すように，隣り合うセル２同士で正負の端子の向きが逆向きになるように配置されている。そして隣り合うセル２間で，右側の端子同士と左側の端子同士が交互に接続されている。これにより組電池１の全体で直列接続が形成されるようになっている。なお図２では，セル２間の間隔をかなり空けて描いているが，実際にはもっと密に配置されている。図１は，図２中で各セル２の右側の端子を横切る位置での断面図である。

図１の一部を拡大して図３に示す。図３に示すのは，図１中で隣り合う２つのセル２の上部付近である。図３の２つのセル２は，図１中で左から奇数番目のセル２とその右隣のセル２である。以下，図３中の左側のセル２を第１セル２１，右側のセル２を第２セル２２と称する。第１セル２１および第２セル２２はいずれも，箱体６に発電要素７を封入してなるものである。箱体６は，図２に見るセル２の全体形から分かるように扁平角型のものである。発電要素７は，正極板と負極板とを積層したものである。

第１セル２１および第２セル２２の内部にはそれぞれ，集電端子８が設けられている。集電端子８は，発電要素７に接続されている。ただし，第１セル２１の集電端子８は発電要素７の正極板に，第２セル２２の集電端子８は発電要素７の負極板に，それぞれ接続されている。

第１セル２１と第２セル２２との間の箇所が，端子接続箇所９である。端子接続箇所９では，第１セル２１の正極端子部材１０と，第２セル２２の負極端子部材１１との接続が取られている。正極端子部材１０は，第１セル２１において，集電端子８を介して発電要素７の正極板に接続されている。負極端子部材１１は，第２セル２２において，集電端子８を介して発電要素７の負極板に接続されている。

正極端子部材１０は，第１セル２１のセル外にて，端子接続箇所９の側の面（図３中で右側の面）とその隣の上面とに跨って配置されている。負極端子部材１１は，第２セル２２のセル外にて，端子接続箇所９の側の面（図３中で左側の面）とその隣の上面とに跨って配置されている。そして，第１セル２１と第２セル２２との間（端子接続箇所９）に，正極端子部材１０と負極端子部材１１との接触箇所１２が設けられている。接触箇所１２では，正極端子部材１０および負極端子部材１１がいずれも，相方に向かって突出した形状の突出区間となっている。なお接触箇所１２では，正極端子部材１０と負極端子部材１１とが接触しているだけであり，溶接その他の手法で接合されているという訳ではない。以下，接触箇所１２における正極端子部材１０と負極端子部材１１とが接触している範囲を，接触範囲Ｃという。

正極端子部材１０と負極端子部材１１との接触箇所１２と，第１セル２１の箱体６との間には，第１弾力部材１３が挟み込まれている。第１弾力部材１３は，正極端子部材１０と同様に，第１セル２１のセル外における端子接続箇所９の側の面から上面に跨って配置されている。第１弾力部材１３は，正極端子部材１０と第１セル２１の箱体６とを絶縁するためのものでもある。同様に，接触箇所１２と，第２セル２２の箱体６との間にも，第２弾力部材１４が挟み込まれている。第２弾力部材１４は，第１セル２１における第１弾力部材１３と同様のものである。

正極端子部材１０および負極端子部材１１における接触箇所１２の付近の部分と，第１セル２１および第２セル２２の箱体６との間は，第１弾力部材１３または第２弾力部材１４により充填されている。この部分では，第１セル２１と第２セル２２との間が，正極端子部材１０，負極端子部材１１，第１弾力部材１３，および第２弾力部材１４により充填されている，といえる。第１セル２１と第２セル２２との間は，この，第１弾力部材１３および第２弾力部材１４が存在している範囲以外の範囲では，拘束スペーサ４により充填されている。なお図２から分かるように，拘束スペーサ４は，全体としては略長方形状の平板部材であるが，端子接続箇所９の箇所が切り欠かれた形状のものである。

以下，図３にて，すなわちセルの配列方向と交差する方向から見て，第１セル２１と第２セル２２との間に第１弾力部材１３および第２弾力部材１４が存在している範囲を，端子加圧範囲Ｄという。また，第１セル２１と第２セル２２との間に拘束スペーサ４が存在している最大範囲を拘束範囲Ｅという。拘束範囲Ｅについては，端子接続箇所９のない箇所をも考慮しなければならない。このため拘束範囲Ｅは広く（図１参照），図３では，端子加圧範囲Ｄもほぼ拘束範囲Ｅに含まれているように見える。前述の接触範囲Ｃは，端子加圧範囲Ｄと拘束範囲Ｅとのいずれにも包含されている範囲である。なお，図３中には，端子接続箇所９に配置されている電圧検出プローブ１５も描かれている。

図３中では，左右方向の拘束荷重Ｆが各セルやその他の各部材に掛かっている。このため，拘束スペーサ４や，第１弾力部材１３，第２弾力部材１４も，図３中で水平方向Ｈにやや圧縮された状態にある。正極端子部材１０や負極端子部材１１にもやや曲げ応力が掛かっている。拘束荷重Ｆはむろん，図１中の拘束バンド５の弾力に起因する。これにより端子接続箇所９では，正極端子部材１０と負極端子部材１１とが，互いに押し付けられ，確実に接触している。

ここで，拘束スペーサ４や，第１弾力部材１３，第２弾力部材１４，正極端子部材１０，負極端子部材１１の厚さや弾力の関係について説明する。まず，関係するパラメータを次のように定義する。
Ｔ１：正極端子部材１０および負極端子部材１１の，接触箇所１２での合計の厚さ
Ｔ２：第１弾力部材１３および第２弾力部材１４の，接触箇所１２での合計の厚さ
Ｔ３：拘束スペーサ４の厚さ
Ｋ１：正極端子部材１０および負極端子部材１１の曲げ変形に対するバネ定数
Ｋ２：第１弾力部材１３および第２弾力部材１４の圧縮に対するバネ定数
Ｋ３：拘束スペーサ４の圧縮に対するバネ定数

なお，上記のＴ２，Ｔ３は，組電池１として完成している状態，すなわち拘束荷重Ｆが掛かった状態でのものである。よって，Ｔ３＝Ｔ１＋Ｔ２，である。

ここでは，正極端子部材１０および負極端子部材１１の材質，第１弾力部材１３および第２弾力部材１４の材質はいずれも，それぞれ等しいものとしている。もし材質が違っている場合には，合計の厚さではなくそれぞれの個々の厚さが必要である。バネ定数もそれぞれ必要である。

本形態の組電池１では，上記の各パラメータの間に次の関係が成立していることが望ましい。なお，±１０％以内の差異であればほぼ等しいと見なしてよい。
（Ｋ１×Ｔ１）＋（Ｋ２×Ｔ２） ≒ （Ｋ３×Ｔ３）

この式の意味するところは，セル間が端子接続箇所９となっている場所（端子加圧範囲Ｄ）と，端子接続箇所９となっておらず拘束スペーサ４がセル間を充填している箇所（拘束範囲Ｅのうち端子加圧範囲Ｄでない範囲）とで，圧縮応力が均等であるということである。これにより，また前述の接触範囲Ｃ，端子加圧範囲Ｄ，拘束範囲Ｅの関係により，第１セル２１や第２セル２２の全体に圧縮応力が均等に掛かり，拘束面圧が適正に確保されることとなる。また，接触箇所１２にも拘束面圧が均一に掛かるので，接触抵抗が低い。また，正極端子部材１０および負極端子部材１１が変形してしまうことも防止される。なお，正極端子部材１０と負極端子部材１１とで材質が異なる場合，あるいは第１弾力部材１３と第２弾力部材１４とで材質が異なる場合には，上記式の左辺の第１項もしくは第２項は，部材ごとの厚さとバネ定数との積を合計したものとする。

上記のように構成された組電池１は，次のような利点を有している。第１に前述のように，端子接続箇所９の接触抵抗が低いことである。すなわち接続自体の品質が高いのである。第２に，端子接続箇所９がコンパクトなことである。図４に示されるように組電池１の端子接続箇所９の外見的な大きさは，第１弾力部材１３（第２弾力部材１４でも同じ）の箱体６の上面からの突出高さＰくらいしかない。突出高さＰは３〜５ｍｍ程度に止めることが容易にできるので，ボルトナット締結の場合と比較して十分にコンパクトである。第３に，拘束バンド５を外せば容易に組を解体できることである。むろん解体した各セル２は，再度組電池１を組むことが可能である。

なお，上記の組電池１において，第１セル２１における負極端子の部分は，図３中における第２セル２２として示されている構造を左右反転した構造である。同様に，第２セル２２における正極端子の部分は，図３中における第１セル２１として示されている構造を左右反転した構造である。つまり，組電池１では，第１セル２１と第２セル２２とは，同じものではなく，端子接続箇所９の形成面が互いに逆向きである。

本発明は，上記のような直列接続の組電池１に限らず，並列接続のものにも適用可能である。図５，図６，図７に，前述の直列接続の場合の図１，図２，図３に相当する，並列接続の場合の図を示す。図５に示す並列接続の組電池１６では，各セル２３がすべて正極を手前側に向けて配置されている。そしてすべてのセル２３の正極同士が端子接続箇所１７により隣同士で互いに接続されている。図６に示されるように負極側も同様である。組電池１６のセル２３端子部分では，図７に示されるように両面に向かって正極端子部材１８が配置されている。図示は省略するが負極端子側も同様の構造である。なお図５に示す組電池１６では，セル２３の種類は，１番左側のもの，１番右側のもの，それ以外の６個，の３種類である。ただし，上記の「それ以外の６個」に相当するもの１種類だけで組電池１６を構成することもできる。

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，各セルにおけるセル外の端子部材を，セル同士が向き合う面と，その隣の状面とに跨って配置している。そして，セル同士が向き合う面にて，端子部材同士を接触させるようにしている。そして拘束バンド５や拘束スペーサ４等により全体を拘束するようにしている。これにより，セル間の接続部分がコンパクトで，かつ，組の解体・再組立が可能である組電池１，１６が実現されている。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，前記形態における端子接続箇所９，１７では，両方の端子部材が互いに相方に向かって突出した形状となっている。しかしこれに限らず，一方の端子部材のみが突出形状で他方の端子部材は平坦でもよい。さらには，一方の端子部材のみが突出形状で他方の端子部材は少し凹んでいる形状であってもよい。

１，１６ 組電池
２ セル
３ 拘束プレート
４ 拘束スペーサ
５ 拘束バンド（圧迫部材）
６ 箱体
７ 発電要素
８ 集電端子
９，１７ 端子接続箇所
１０ 正極端子部材
１１ 負極端子部材
１２ 接触箇所
１３ 第１弾力部材
１４ 第２弾力部材
１８ 正極端子部材
２１ 第１セル
２２ 第２セル
２３ セル
Ｃ 接触範囲
Ｄ 端子加圧範囲
Ｅ 拘束範囲

Claims (1)

1. 少なくとも第１セルと第２セルとを有し，前記第１セルと前記第２セルとの間に端子接続箇所を有する組電池であって，
   前記第１セルに，セル内にて発電要素に繋がるとともに，セル外にて前記端子接続箇所の側の面とその隣接面とに跨って配置された第１端子部材を有し，
   前記第２セルに，セル内にて発電要素に繋がるとともに，セル外にて前記端子接続箇所の側の面とその隣接面とに跨って配置された第２端子部材を有し，
   前記第１端子部材と前記第２端子部材とが前記端子接続箇所にて互いに接触しており， 前記第１端子部材と前記第２端子部材との接触箇所では，前記第１端子部材と前記第２端子部材とのうち少なくとも一方が，他方に向けて突出した突出区間とされており，
   前記第１セルにおける前記端子接続箇所の側の面と前記第１端子部材との間に挟まれた第１弾力部材と，
   前記第２セルにおける前記端子接続箇所の側の面と前記第２端子部材との間に挟まれた第２弾力部材と，
   前記第１セルと第２セルとを互いに近接させる方向に圧迫する圧迫部材と，
   前記第１セルと第２セルとの間における，前記端子接続箇所以外の部分を充填するスペーサとを有し，
   前記第１端子部材と前記第２端子部材との接触箇所が，前記第１セルと前記第２セルとの配列方向と交差する方向から見て，前記スペーサが存在する最大範囲内，かつ，前記第１弾力部材および前記第２弾力部材が存在する範囲内にあり，
   前記第１端子部材および前記第２端子部材の前記端子接続箇所での合計の厚さをＴ１とし，前記第１弾力部材および前記第２弾力部材の前記端子接続箇所での合計の厚さをＴ２とし，前記スペーサの厚さをＴ３とし，前記第１端子部材および前記第２端子部材の曲げ変形に対するバネ定数をＫ１とし，前記第１弾力部材および前記第２弾力部材の圧縮に対するバネ定数をＫ２とし，前記スペーサの圧縮に対するバネ定数をＫ３としたとき，
   ｛（Ｋ１×Ｔ１）＋（Ｋ２×Ｔ２）｝が，（Ｋ３×Ｔ３）の±１０％の範囲内にあることを特徴とする組電池。

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