JP5244860B2

JP5244860B2 - 集合型二次電池

Info

Publication number: JP5244860B2
Application number: JP2010130455A
Authority: JP
Inventors: 真治浜田; 浩井上; 明宏谷口; 展安森下; 徳之藤岡; 宗久生駒
Original assignee: Panasonic Corp; Toyota Motor Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Toyota Motor Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-07-22
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2010251330A

Description

本発明は、集合型二次電池に関する。

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１０のようなものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この集合型二次電池は、図１１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４１（４１ａ〜４１ｊ）を、その電槽４２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４１ａ、４１ｊの電槽４２の外側にエンドプレート５２を当接させ、両エンドプレート５２、５２間を拘束バンド５３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。

単電池４１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４７を電解液と共に電槽４２内に収容し、各電槽４２の開口部を安全弁４５を設けた蓋４６で閉じ、極板群４７を構成する各正極板の一側部上端から上方にリード４９を引き出してその上部に正極端子４３を接続し、また同様に各負極板の他側部上端から上方にリード４９を引き出してその上部に負極端子４４を接続し、これら正極端子４３及び負極端子４４を蓋４６に取付けて構成されている。

そして、連結されて隣り合う単電池４１間の正極端子４３と負極端子４４とが接続板５１にて接続されて各単電池４１が直列接続されている。また、各電槽４２間が連結されるとき、電槽４２の長側面に上下方向に突設されたリブ４８が隣接間で突き合わされ、各リブ４８、４８間の長側面間の空間にて電槽４２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４１ａ〜４１ｊを冷却するように構成されている。

特開平０９−１１５４９０号公報

ところで、上記従来の集合型二次電池の単電池４１の構成では、蓋４６の外部に突出させた端子４３、４４間を接続板５１で接続するようにしているので、電槽４２の上部に接続用の空間を確保する必要があるとともに接続部が露出しているために、設置スペースをコンパクトにできないという問題があった。

また、極端子４３、４４の極柱が蓋４６を貫通する部分には、一般に蓋内面側にのみＯリングを配置して１重にのみシールしているので、電池使用時に液漏れの恐れがあった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、集合型二次電池において、その設置スペースをコンパクトにでき、また液漏れの恐れのない二次電池を提供することを目的としている。

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電槽内に、そ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た極板群を収納して成る単電池が連結された集合型二次電池において、単電池は、正極板と負極板の互いに反対側の側縁部を両極板の対向部分から外側に突出させ、突出部をリード部とし、極板群の正負それぞれのリード部の側端縁を集電板に固着し、集電板にて極板群を保持し、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、電槽間の短側面を貫通する接続金具で両側の集電板を接続したことにより、一体電槽の内部で隣接する単電池の接続を行うことができ、集合型二次電池の設置スペースをコンパクトにすることができる。

また、電槽間の短側面に接続穴を貫通形成し、接続金具を、接続穴に挿入されてその先端同士が溶接される突出軸部を有するとともに基端面に集電板が固着される一対のコマ金具にて構成すると、一対のコマ金具を用いて溶接することにより集電板を簡単に接続することができる。

また、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電槽内に、その長側面方向両端に正極と負極の集電板を有する極板群と電解液を収容して単電池を構成し、電槽の短側面の上端部に接続穴を貫通形成し、接続穴に挿入される突出軸部を有するとともに基端面に集電板が固着される一対のコマ金具、または同様の突出軸部を有する接続端子とコマ金具を短側面の両側に配置してそれらの突出軸部の先端同士を溶接すると、一対のコマ金具を用いて溶接することにより電槽とその外部との接続をコンパクトな構成でかつ簡単に行うことができる。

また、短側面の両側に配設されたコマ金具又は接続端子の突出軸部の周囲にそれぞれ短側面との間のシールを行うシール材を配設すると、短側面の両側で２重シールすることができ、使用中の液漏れを確実に防止できる。

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、正極板群と負極板群の互いに反対側の側縁部を両極板の対向部分から外側に突出させ、突出部をリード部とし、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、電槽間の短側面を貫通する接続金具で両側の集電板を接続することにより、一体電槽の内部で隣接する単電池の接続を行うことができ、集合型二次電池の設置スペースをコンパクトにすることができる。

また、電槽の短側面の上端部に接続穴を貫通形成し、接続穴に挿入される突出軸部を有するとともに基端面に集電板が固着される一対のコマ金具、または同様の突出軸部を有する接続端子とコマ金具を短側面の両側に配置してそれらの突出軸部の先端同士を溶接すると、一対のコマ金具を用いて溶接することにより電槽とその外部との接続をコンパクトな構成でかつ簡単に行うことができる。

本発明の一実施形態の集合型二次電池の外観斜視図である。同実施形態の部分縦断側面図である。図２のＡ−Ａ矢視断面図である。同実施形態の極板群の正面図である。図４のＢ−Ｂ矢視断面図である。同実施形態における正極板を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図とその部分詳細図である。同実施形態における負極板を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図とその部分詳細図である。同実施形態における単電池間の接続部の構成を示す縦断面図である。本発明の他の実施形態における極板群の分解斜視図である。従来例の集合型二次電池の外観斜視図である。同従来例の単電池の部分破断斜視図である。

以下、本発明の一実施形態の集合型二次電池について、図１〜図８を参照して説明する。

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。

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。

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。

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。これらリブ１３、突部１４及び連結リブ１５ａ、１５ｂは、一体電槽２を並列配置したときにそれらの間に各電槽３を効率的にかつ均一に冷却するための冷媒通路を形成する。

上記極板群５について、図４〜図７を参照して詳細に説明する。図４、図５において、多数枚の正極板１８と多数枚の負極板１９とを交互に配置するとともに、各正極板１８に横方向に開口部を有する袋状のセパレータ２０を被せることにより、正極板１８と負極板１９をそれらの間にセパレータ２０を介装した状態で積層した極板群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。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、正極板１８群及び負極板１９群を挟持するとともに、寸法規制している。２３は、極板群５の集電板２１、２２間の外面に配設された外周セパレータである。

正極板１８はＮｉの発泡メタルから成るとともに、図６に示すように、リード部１８ａ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２４を超音波溶接又はシーム溶接して構成されている。また、負極板１９は、図７に示すように、Ｎｉのパンチングメタルにリード部１９ａを除いて活物質を塗着して構成されている。これら正極板１８及び負極板１９は、リード部１８ａ、１９ａを設けた側辺の長さをＬ、それと直交する方向の側辺の長さをＤとして、ＬはＤより大きくかつ４Ｄ以下となるように設定されている。

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。

また、単電池６、６を直列接続する接続金具９は、図８に示すように、互いに隣接する単電池６の集電板２１、２２の上端部をそれぞれの基端面に溶接した一対のコマ金具２５にて構成され、このコマ金具２５の軸芯部に突設された突出軸部２６を電槽３の短側面に形成された接続穴７に両側から挿入してその先端面同士を当接させて溶接することによって接続している。なお、集電板２１、２２の上端部とコマ金具２５の基端面との溶接及び突出軸部２６の先端面同士の溶接はそれらを組み付けた状態で一括して抵抗溶接される。また、これらコマ金具２５の突出軸部２６の周囲には環状溝２７が形成され、これらの環状溝２７に装着されたＯリング２８にて接続穴７は２重にシールされている。

以上の構成の集合型二次電池１においては、直方体状の複数の電槽３をその短側面で相互に一体的に連結して成る一体電槽２を構成し、かつ各電槽３の上面開口を蓋体４にて一体的に閉鎖し、電槽３、３間の短側面の上端部に形成した接続穴７を貫通する接続金具９で両側の極板群５の集電板２１、２２を接続しているので、隣接する単電池６の接続を一体電槽２の内部で行うことができ、外部に接続構成が露出しないので、集合型二次電池１の設置スペースをコンパクトにすることができる。

さらに、接続金具９を、上記接続穴７にその両側から挿入されて先端同士が溶接される突出軸部２６を有するとともに基端面に集電板２１、２２が固着される一対のコマ金具２５にて構成しているので、コマ金具２５の溶接により隣接する電槽３の極板群５、すなわち単電池６を簡単に直列接続することができる。また、両端の電槽３の外側の短側面においても、同様の突出軸部２６を有する接続端子８とコマ金具２５を短側面の両側に配置してそれらの突出軸部２６、２６の先端同士を溶接することにより、電槽３とその外部との接続をコンパクトな構成でかつ簡単に行うことができる。

また、コマ金具２５や接続端子８の突出軸部２６の周囲に短側面との間のシールを行うＯリング２８を配設しているので、短側面の両側で２重にシールすることができ、使用中の液漏れを確実に防止できる。

また、各単電池６の極板群５において、正極板１８群と負極板１９群の互いに反対側の側縁部を対向部分から外側に突出させてその突出部をリード部１８ａ、１９ａとし、そのリード部１８ａ、１９ａに対してその全長にわたって集電板２１、２２を固着しているので、極板１８、１９の全面から集電板２１、２２部までの平均距離を短くでき、その結果電池内抵抗値を小さくできるとともに電極活物質の利用率が高くなって電池出力を向上することができる。なお、図４ではリード部１８ａ、１９ａに対してその全長にわたって集電板２１、２２を固着しているが、リード部１８ａ、１９ａの長さの１／２以上にわたって集電板２１、２２を固着すればほぼ同様の効果が得られる。

また、極板１８、１９群のリード部１８ａ、１９ａの側端縁を集電板２１、２２に固着することにより極板１８、１９群を保持しているので、コンパクトな構成で極板１８、１９群を保持でき、発電領域の面積を大きくとれ、電池容量を大きくできる。

また、各極板１８、１９はリード部１８ａ、１９ａを設けた側辺の長さＬと、それと直交する側辺の長さＤを、Ｌ＞Ｄで、Ｌ≦４Ｄとしているので、極板の総面積に対してその全面から集電板２１、２２までの平均距離を一層短くできて上記効果をさらに大きく奏することができる。また、Ｄ≧Ｌの場合には、極板群５の上端と蓋体４の上壁との間の単電池６、６間を接続するための空間（デッドスペース）の極板群５の容積（発電作用を奏するスペース）に対する比率が大きくなり、デッドスペースの割合が大きくなって電池の容積効率が悪くなるという問題があるが、そのような問題も解消することができる。

一方、Ｌ＞４Ｄとなると、縦横比が大きくなり過ぎて、集電板２１、２２の強度保持や電槽３の製造等の他の構成要件に問題が発生し、また一体電槽２の外面を各電槽３の配列方向と直交する上下方向、即ち極板群５のリード部長手方向に冷却媒体を流通させて冷却する場合に、極板群５の下端端部と上端部の間での温度ばらつきが大きくなるという問題があるが、上記のようにＬ、Ｄを設定することによりそのような問題を生じることもない。

また、上記Ｌ＞Ｄで、Ｌ≦４Ｄの関係を有する極板１８、１９から成る極板群５を収納した電槽３を、図２に示すように、極板１８、１９のリード部１８ａ、１９ａと平行な方向の長側面長さをｌ、それと直交する長側面長さをｄとして、ｌ＞ｄで、ｌ≦４ｄとすることにより、デッドスペースの割合が好適となり、電池の容積効率が向上する。さらに、電槽３の長側面の上下方向に冷却媒体を流通させて冷却する場合に、下端部と上端部の間の温度ばらつきを小さくできる。

次に、本発明の二次電池の他の実施形態について図９を参照して説明する。上記実施形態では正極板１８に袋状のセパレータ２０を被せることにより、正極板１８と負極板１９の間にセパレータ２０を介装したが、正極板１８群と負極板１９群の互いに反対側の側縁部を外側に突出させ、その側縁部をリード部１８ａ、１９ａとしているので、正極板１８と負極板１９の間につづら折り状にセパレータを介装することができ、本実施形態ではつづら折り状のセパレータ３０を配設している。本実施形態によれば、各極板１８、１９に袋状のセパレータ２０を被せる場合に比して簡単にセパレータを介装することができる。

本発明は、集合型二次電池に有用である。

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
７接続穴
８接続端子
９接続金具
１８正極板
１８ａリード部
１９負極板
１９ａリード部
２０セパレータ
２１集電板
２２集電板
２５コマ金具
２６突出軸部
２８Ｏリング（シール材）
３０つづら折り状セパレータ

Claims

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電槽内に、そ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た極板群を収納して成る単電池が連結された集合型二次電池において、
前記単電池は、
正極板と負極板の互いに反対側の側縁部を両極板の対向部分から外側に突出させ、突出部をリード部とし、
極板群の正負それぞれのリード部の側端縁を集電板に固着し、集電板にて極板群を保持し、
前記集合型二次電池は、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、電槽間の短側面を貫通する接続金具で両側の集電板を接続したことを特徴とする集合型二次電池。
集電板の上端において、他の極板群または外部端子と接続されたことを特徴とする請求項１記載の集合型二次電池。
電槽間の短側面に接続穴を貫通形成し、接続金具は、接続穴に挿入されてその先端同士が溶接される突出軸部を有するとともに基端面に集電板が固着される一対のコマ金具にて構成したことを特徴とする請求項１または２記載の集合型二次電池。
単電池が連結された集合型二次電池において、
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電槽内に、その長側面方向両端に正極と負極の集電板を有する極板群と電解液を収容して単電池を構成し、電槽の短側面の上端部に接続穴を貫通形成し、接続穴に挿入される突出軸部を有するとともに基端面に集電板が固着される一対のコマ金具、または同様の突出軸部を有する接続端子とコマ金具を短側面の両側に配置してそれらの突出軸部の先端同士を溶接したことを特徴とする集合型二次電池。
短側面の両側に配設されたコマ金具又は接続端子の突出軸部の周囲にそれぞれ短側面との間のシールを行うシール材を配設したことを特徴とする請求項３又は４記載の集合型二次電池。