JP2008091183A - Square battery and battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、互いに直列に接続される角型電池と、この角型電池を複数個並べてバスバーで直列に接続している組電池に関し、とくに、車両を走行させるモーターに電力を供給する電源装置に最適な角型電池と組電池に関する。 The present invention relates to a prismatic battery connected in series with each other and a battery pack in which a plurality of the prismatic batteries are arranged and connected in series with a bus bar, and more particularly to a power supply device that supplies power to a motor that drives a vehicle. The present invention relates to an optimal prismatic battery and an assembled battery.
電気自動車や、内燃機関とモーターの両方で走行するハイブリッドカー等の電動車両は、走行用モーターに電力を供給する電源として、電池を多数個接続した電源装置を使用する。 An electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid car that travels with both an internal combustion engine and a motor uses a power supply device in which a large number of batteries are connected as a power source for supplying power to the traveling motor.
この種の用途に使用される電源装置は、大出力のモーターに電力を供給するために出力電圧を高くしている。このため、多数の電池を直列に接続している。現在のハイブリッドカーに搭載される電源装置は、数百個の電池を直列に接続して、出力電圧を数百Vと高くしている。この電源装置は、多数の電池をバスバーで直列に接続して出力電圧を高くしている。 A power supply device used for this type of application has a high output voltage in order to supply power to a high-power motor. For this reason, many batteries are connected in series. A power supply device mounted on a current hybrid car connects several hundred batteries in series to increase the output voltage to several hundred volts. In this power supply device, a large number of batteries are connected in series with a bus bar to increase the output voltage.
この電源装置に使用される組電池は、100A以上の大電流で充放電される。自動車を急加速するときには大電流で放電してモーターを加速し、また、減速するときや坂道を下るときには回生ブレーキによって大電流で充電されるからである。組電池は、正極端子と負極端子を接続するバスバーを、大電流に耐えるように、電池の電極端子に接続する必要がある。この用途に使用される角型電池は開発されている。(特許文献1参照)
特許文献1に記載される角型電池は、図1に示すように、電極面91Aの両端部に、正極端子92Aと負極端子92Bからなる電極端子92を設けている。この角型電池は91、図2に示すようバスバー93で連結されて組電池となる。この図の組電池は、複数の角型電池91を、図において上面となる電極面91Aを同一面に配置し、互いに接近して平行に並べ、隣の角型電池91の正極端子92Aと負極端子92Bをバスバー93で連結して組み立てられる。この組電池は、電位差のある電極端子が互いに接近する。このため、組み立て工程において、互い隣接する電極端子に工具やバスバーが接触して、電位差のある電極端子間でショートしやすい。電極端子がショートすると、過大なショート電流が流れて、電池を劣化させる。とくに、ショート電流は、特定の電池のみに過大なショート電流を流すので、多数の角型電池を直列に接続している組電池において、電池の電気的な特性、たとえば残容量等をアンバランスにする欠点がある。特定の角型電池がアンバランスになると、たとえば残容量や実質的な容量が小さくなった角型電池は、過放電されやすくなって、益々劣化しやすくなる。このため、多数の角型電池を直列に接続して組み立てられる組電池は、製造工程における電極端子のショートを確実に阻止することが大切である。
As shown in FIG. 1, the prismatic battery described in Patent Document 1 is provided with
本発明は、このことを実現することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、角型電池を接近して配置してバスバーで連結しながら、電位差のある電極端子のショートを有効に防止できる角型電池と組電池を提供することにある。 The present invention has been developed for the purpose of realizing this. An important object of the present invention is to provide a prismatic battery and an assembled battery that can effectively prevent short-circuiting of electrode terminals having a potential difference while arranging the prismatic batteries close to each other and connecting them with a bus bar.
本発明の角型電池と組電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
本発明の請求項1の角型電池は、電極面11Aに正極端子12Aと負極端子12Bとを設けており、さらに正極端子12Aと負極端子12Bとを電極面11Aに非対称に配置している。
The prismatic battery and the assembled battery of the present invention have the following configurations in order to achieve the above-described object.
In the prismatic battery according to the first aspect of the present invention, the
本発明の請求項2の角型電池は、正極端子32Aと負極端子32Bとを電極面31Aに立てる姿勢で配置すると共に、正極端子32Aと負極端子32Bを、角型電池の両面に対して傾斜する姿勢の板状としている。
The prismatic battery according to claim 2 of the present invention is arranged so that the
本発明の請求項3の組電池は、正極端子12Aと負極端子12Bとを設けている電極面11Aを同一面とし、かつ互いに平行な姿勢で接近して配置されてなる複数の角型電池11と、隣接する角型電池11の正極端子12Aと負極端子12Bとを接続して、角型電池11を直列に接続しているバスバー13、23とを備える。この組電池の角型電池11は、正極端子12Aと負極端子12Bとを電極面11Aに非対称に配置している。さらに、角型電池11の正極端子12Aと負極端子12Bは、角型電池11の幅広平面11Bに対して傾斜する姿勢に配置されるバスバー13、23で連結している。
The assembled battery according to claim 3 of the present invention has a plurality of
また、本発明の請求項4の組電池は、請求項3の構成に加えて、正極端子12Aと負極端子12Bである電極端子12を、表面に雄ネジを設けている金属ロッドとし、この電極端子12をバスバー13に貫通させると共に、電極端子12にナット15をねじ込んでバスバー13を電極端子12に連結している。
In addition to the structure of claim 3, the assembled battery of claim 4 of the present invention uses the
本発明の請求項5の組電池は、複数の角型電池31をバスバー33で連結している。複数の角型電池31は、正極端子32Aと負極端子32Bとを設けている電極面31Aを同一面とし、かつ互いに平行な姿勢で接近して配置されている。バスバー33は、隣接する角型電池31の正極端子32Aと負極端子32Bとを接続して、角型電池31を直列に接続している。さらに、角型電池31は、正極端子32Aと負極端子32Bを電極面31Aに立てる姿勢で配置すると共に、この正極端子32Aと負極端子32Bを、角型電池31の幅広平面31Bに対して傾斜する姿勢の板状端子としている。板状端子である正極端子32Aと負極端子32Bは、Z状に折曲してなるZ状バスバー33Aで連結している。
In the assembled battery of claim 5 of the present invention, a plurality of
また、本発明の請求項6の組電池は、請求項5の構成に加えて、正極端子32Aと負極端子32Bである電極端子32とバスバー33とを貫通する止ネジ34を介して、バスバー33を電極端子32に連結している。
In addition to the configuration of claim 5, the assembled battery of claim 6 of the present invention includes a
また、本発明の請求項7の組電池は、バスバー23の中間に薄肉部27を設けて、この薄肉部27で振動を吸収する構造としている。
The battery pack according to claim 7 of the present invention has a structure in which a
本発明の角型電池と組電池は、角型電池を接近するように配置してバスバーで連結しながら、電位差のある電極端子のショートを有効に防止できる特徴がある。請求項1の角型電池と請求項3の組電池は、角型電池の電極面に、正極端子と負極端子を非対称に配置してこの特徴を実現する。この角型電池は、互いに接近して平行に配置してバスバーで連結すると、図3と図5に示すように、バスバーが角型電池の幅広平面に対して傾斜する姿勢となって、互いに隣接するバスバー間の距離が長くなる。このため、電極端子にバスバーを連結する工程で、隣のバスバーが互いに接触してショートするのを防止できる。隣に配置されるバスバーは、1個の角型電池の電位差がある。このため、隣のバスバーがショートすると、特定の角型電池に過大なショート電流が流れて、電池の電気特性を低下させる。
また、請求項2の角型電池と請求項5の組電池は、角型電池の電極面に、正極端子と負極端子とを立てる姿勢で配置すると共に、電極端子を角型電池の幅広平面に対して傾斜する姿勢に配置し、さらに、隣の角型電池の正極端子と負極端子とをZ状バスバーで連結して、隣のバスバーのショートを防止する。この組電池は、図10の平面図に示すように、板状の電極端子を傾斜する姿勢で配置して、隣の角型電池の電極端子の間隔と、電極端子に連結されるバスバーの間隔を広げて、組み立て工程におけるバスバーのショートを防止する。
The prismatic battery and the assembled battery of the present invention are characterized in that a short-circuit between electrode terminals having a potential difference can be effectively prevented while the prismatic batteries are arranged close to each other and connected by a bus bar. The prismatic battery of claim 1 and the assembled battery of claim 3 realize this feature by asymmetrically arranging the positive electrode terminal and the negative electrode terminal on the electrode surface of the prismatic battery. When the rectangular batteries are arranged close to each other in parallel and connected by a bus bar, as shown in FIGS. 3 and 5, the bus bars are inclined with respect to the wide plane of the rectangular battery and are adjacent to each other. The distance between the bus bars to be increased. For this reason, it is possible to prevent adjacent bus bars from contacting each other and short-circuiting in the step of connecting the bus bar to the electrode terminal. The adjacent bus bar has the potential difference of one square battery. For this reason, when the adjacent bus bar is short-circuited, an excessive short-circuit current flows through a specific rectangular battery, which deteriorates the electric characteristics of the battery.
In addition, the prismatic battery of claim 2 and the assembled battery of claim 5 are arranged in such a manner that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal stand on the electrode surface of the prismatic battery, and the electrode terminal is placed on the wide plane of the prismatic battery. It arrange | positions with respect to the inclination with respect to it, Furthermore, the positive electrode terminal and negative electrode terminal of an adjacent square battery are connected with a Z-shaped bus bar, and the short circuit of an adjacent bus bar is prevented. As shown in the plan view of FIG. 10, the assembled battery is arranged such that the plate-like electrode terminals are inclined, and the interval between the electrode terminals of the adjacent rectangular batteries and the interval between the bus bars connected to the electrode terminals. To prevent bus bar shorts during the assembly process.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための角型電池と組電池を例示するものであって、本発明は角型電池と組電池を以下のものに特定しない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the examples shown below exemplify the prismatic battery and the assembled battery for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the prismatic battery and the assembled battery as follows. .
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。 Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the examples are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
図3ないし図11に示す組電池は、隣接する複数の角型電池11、31を互いに接近して平行な姿勢に配置して、正極端子12A、32Aと負極端子12B、32Bからなる電極端子12、32をバスバー13、23、33で接続している。図の組電池は、隣接する角型電池11、31の電極端子12、32にバスバー13、23、33を連結して、角型電池11、31を直列に接続している。この組電池は、直列に接続する角型電池11、31の個数を多くして出力電圧を高くできる。車両用に使用される組電池は、角型電池11、31を直列に接続する個数を、たとえば出力電圧が100V〜300Vとなる個数とする。
In the assembled battery shown in FIGS. 3 to 11, a plurality of adjacent
図の組電池は、角型電池11、31をリチウムイオン二次電池とする。角型電池11、31は、四角形の外装缶の上面である電極面11A、31Aに、正極端子12A、32Aと負極端子12B、32Bからなる一対の電極端子12、32を設けている。角型電池11、31は、両面に厚さ(d)よりも幅の広い幅広平面11B、31Bを有する角形で、その厚さ(d)を11mmないし12mmとしている。ただ、角型電池は、その厚さ(d)を、1cm以上であって2cm以下とすることもできる。角型電池11、31は、対向する幅広平面11B、31Bの間隔、すなわち厚さ(d)を小さくして内部に収納する電極の冷却効率を高くできる。また、厚くして、ひとつの角型電池11、31の容量を大きくできる。したがって、角型電池11、31の厚さ(d)は内部の冷却効率と容量とを考慮して最適値に設計される。
In the illustrated assembled battery, the
図3ないし図8の角型電池11は、上面の電極面11Aの両端部に、正極端子12Aと負極端子12Bを設けている。この角型電池11は、正極端子12Aと負極端子12Bを電極面11Aに非対称に設けている。すなわち、正極端子12Aと負極端子12Bは、細長い電極面11Aの端からの距離が異なるように配置される。図4と図6に示すように、隣接して配置されるバスバー13、23の間隔を広げるためである。非対称に配置される正極端子12Aと負極端子12Bは、図4と図6の平面図において、正極端子12Aと負極端子12Bとの幅広平面11Bに平行な方向の非対称間隔(x)が、角型電池11、31の厚さ(d)よりも長くなる位置に配置される。正極端子12Aと負極端子12Bの非対称間隔(x)を長くして、隣接するバスバー間の間隔を広くできる。ただし、角型電池11は、中央を境界として、一方の端部に正極端子12Aを、他方の端部に負極端子12Bを配置する。正極端子12Aと負極端子12Bを電極面11Aに非対称に配置する角型電池11は、隣接する正極端子12Aと負極端子12Bを連結するバスバー13、23が、図4と図6に示すように、角型電池11の幅広平面11Bに対して傾斜する姿勢に配置されて、隣の角型電池11を直列に接続する。
3 to 8 is provided with a
図3ないし図8に示す角型電池11の電極端子12は、表面に雄ネジ(図示せず)を設けている金属ロッドで、電極面11Aから垂直に突出している。この電極端子12は、下端に鍔14を設けている。鍔14は、電極面11Aに位置する。この電極端子12は、バスバー13、23の貫通孔16、26に挿通され、バスバー13、23の上面にナット15をねじ込んで、バスバー13、23を鍔14とナット15で挟着して固定する。正極端子12Aと負極端子12Bは金属製で、正極端子12Aをアルミニウムやアルミニウム合金、負極端子12Bを銅や銅合金としている。ただ、電極端子12は、電池の種類により最適な金属板が選択される。たとえば、リチウムイオン二次電池は、正極端子の最適な金属をアルミニウムとし、負極端子の最適な金属を銅とする。
The
図3ないし図11に示す角型電池11、31は、電極端子12、32を設けている電極面11A、31Aを上面とし、かつ電極面11A、31Aが同一面となるように積層している。この姿勢で角型電池11、31を積層する組電池は、バスバー13、23、33で接続される一対の電極端子12、32を互いに接近して配置する。角型電池11、31は、隣接する電極端子12、32をバスバー13、23、33で連結して直列に接続される。バスバー13、23、33がこの状態で接続するように、角型電池11、31は、正極端子12A、32Aと負極端子12B、32Bが交互に逆向きとなる姿勢で互いに接近して積層される。積層された複数の角型電池11、31は、図示しないが、ケースやフレームなどで積層状態に固定される。さらに、組電池は、角型電池11、31の間にスペーサー(図示せず)を挟着して積層する。スペーサーはプラスチック等の絶縁材で、隣接する角型電池11、31を絶縁する。また、スペーサーは、冷却構造として、角型電池11、31を両面から冷却する。
3 to 11 are stacked such that the electrode surfaces 11A and 31A on which the
バスバー13、23、33は金属板である。たとえば、バスバー13、23、33は、表面をメッキした銅や銅合金等の銅板が使用される。銅板のバスバーは、電気抵抗が小さく、電極端子に小さい接触抵抗で安定して接続される。ただ、組電池は、バスバーの材質を銅や銅合金には限定しない。バスバーには、ニッケルや鉄合金等も使用でき、また異種金属を積層しているクラッド材も使用できる。 The bus bars 13, 23, and 33 are metal plates. For example, the bus bars 13, 23, and 33 are made of copper plates such as copper or copper alloy whose surfaces are plated. The copper plate bus bar has a small electric resistance and is stably connected to the electrode terminal with a small contact resistance. However, the battery pack does not limit the material of the bus bar to copper or a copper alloy. For the bus bar, nickel, iron alloy, or the like can be used, and a clad material in which different metals are laminated can also be used.
図3ないし図7に示す組電池のバスバー13、23は、一枚の金属板を所定の幅と長さに切断し、さらに、電極端子12を挿入する貫通孔16、26を開口している。さらに、図5ないし図7の組電池のバスバー23を図12ないし図14に示す。これらの図のバスバー23は、電極端子12に接続される両端を厚くして、中間部に薄肉部27を設けている。図のバスバー23は、中央部に薄肉部27を設けている。この構造のバスバー23は、金属板をプレス加工して薄肉部27とすることができる。このバスバー23は、中間部に両端部よりも薄い薄肉部27を設けるので、この部分を変形しやすくできる。このバスバー23で角型電池11を連結している図5ないし図7の組電池は、バスバー23の薄肉部27で振動を吸収できる。このため、車両等に搭載されて組電池が振動を受けるとき、バスバー23で振動を吸収して角型電池11の振動による弊害、たとえば、電極端子12の振動による損傷などを効果的に防止できる。また、このバスバー23は、薄肉部27をヒューズに併用することもできる。この組電池は、過大な電流が流れるときにバスバー23の薄肉部27をヒューズと同じように溶断して、電池を保護することができる。この組電池は、ヒューズを直列に接続することなく、バスバー23で電池を過大な電流から保護できる。また、角型電池11を連結するときに、互いに連結される正極端子12Aと負極端子12Bとの位置のずれを薄肉部27で吸収して、電極端子12に無理な力が作用しないようにバスバー13で連結することもできる。
The bus bars 13 and 23 of the assembled battery shown in FIGS. 3 to 7 are formed by cutting a single metal plate into a predetermined width and length, and opening through
この構造の組電池は、以下の工程で組み立てられる。
(1)角型電池11が、スペーサーを挟着する状態で、互いに平行な姿勢で横に並べて積層される。この状態でケースやフレーム等に固定される。角型電池11は、隣接して配置される角型電池11の正極端子12Aと負極端子12Bとが互いに隣接するように配置される。
(2)隣接する角型電池11の正極端子12Aと負極端子12Bを、バスバー13、23の両端部に設けている貫通孔16、26に挿通して、バスバー13、23を正極端子12Aと負極端子12Bにセットする。
(3)バスバー13、23から突出する電極端子12にナット15をねじ込んで、ナット15でバスバー13、23を電極端子12に固定する。
The assembled battery having this structure is assembled in the following steps.
(1) The
(2) The
(3) The
図9ないし図11に示す組電池は、角型電池31の正極端子32Aと負極端子32Bを、電極面31Aに立てる姿勢で電極面31Aの両端部に配置すると共に、正極端子32Aと負極端子32Bを、角型電池31の両面に対して傾斜する姿勢の板状としている。図に示す角型電池31は、電極端子32の幅広平面31Bに対する傾斜角(α)を約45度としている。電極端子32の傾斜角(α)は、小さすぎるとバスバー33を電極端子32に固定するネジ止め作業が能率よくできなくなる。従って、傾斜角(α)は30度よりも大きくする。反対に傾斜角(α)が大きすぎると隣接するバスバー33が接近してショートし易くなる。したがって、傾斜角(α)は60度よりも小さくする。
In the assembled battery shown in FIGS. 9 to 11, the
組電池は、板状端子である正極端子32Aと負極端子32Bを、Z状に折曲してなるZ状バスバー33Aで連結している。Z状バスバー33Aは、図15ないし図17に示すように、金属板をZ状に折曲加工して製作される。図に示すZ状バスバー33Aは、金属板を直角に折曲している。ただ、Z状バスバーは、金属板を折曲する角度を直角に限定せず、鋭角や鈍角に折曲することもできる。すなわち、本明細書において、Z状とは、直角に折曲する形状だけでなく、鋭角や鈍角に折曲する形状も含む広い意味で使用する。このZ状バスバー33Aは、電極端子32に固定する止ネジ34を挿通する貫通孔36を両端部に設けている。板状端子である正極端子32Aと負極端子32Bにも、止ネジ34を挿通する貫通孔(図示せず)を設けている。Z状バスバー33Aは、図示しないが、図12ないし図14に示すバスバーと同様に、中間部に薄肉部を設けることもできる。このバスバーは、振動を吸収し、またヒューズに併用することができる。
In the assembled battery, a
この構造の組電池は、以下の工程で組み立てられる。
(1)角型電池31が、スペーサーを挟着する状態で、互いに平行な姿勢で横に並べて積層される。この状態でケースやフレーム等に固定される。角型電池31は、隣接して配置される角型電池31の正極端子32Aと負極端子32Bとが互いに隣接するように配置される。
(2)隣接する角型電池31の正極端子32Aと負極端子32Bに、Z状バスバー33Aの両端部を積層して、板状端子の貫通孔とバスバー33の貫通孔36に止ネジ34を挿通する。
(3)バスバー33から突出する止ネジ34の先端にナット35をねじ込み、ナット35を締め付けてバスバー33を止ネジ34とナット35で電極端子32に固定する。
The assembled battery having this structure is assembled in the following steps.
(1) The
(2) Both end portions of the Z-shaped
(3) A
11…角型電池 11A…電極面
11B…幅広平面
12…電極端子 12A…正極端子
12B…負極端子
13…バスバー
14…鍔
15…ナット
16…貫通孔
23…バスバー
26…貫通孔
27…薄肉部
31…角型電池 31A…電極面
31B…幅広平面
32…電極端子 32A…正極端子
32B…負極端子
33…バスバー 33A…Z状バスバー
34…止ネジ
35…ナット
36…貫通孔
91…角型電池 91A…電極面
92…電極端子 92A…正極端子
92B…負極端子
93…バスバー
11 ...
11B:
12B ...
31B:
32B ...
92B ...
Claims (7)
角型電池(11)は、正極端子(12A)と負極端子(12B)とを電極面(11A)に非対称に配置しており、この角型電池(11)の正極端子(12A)と負極端子(12B)とが、角型電池(11)の幅広平面(11B)に対して傾斜する姿勢に配置されるバスバー(13)、(23)で連結されてなる組電池。 Adjacent to a plurality of prismatic batteries (11), which have the electrode surface (11A) on which the positive electrode terminal (12A) and the negative electrode terminal (12B) are provided as the same surface and are arranged close to each other in parallel postures A set of bus bars (13) and (23) connecting the positive terminal (12A) and the negative terminal (12B) of the prismatic battery (11) and connecting the prismatic battery (11) in series. A battery,
In the prismatic battery (11), the positive electrode terminal (12A) and the negative electrode terminal (12B) are arranged asymmetrically on the electrode surface (11A), and the positive electrode terminal (12A) and the negative electrode terminal of the square battery (11) A battery pack in which (12B) is connected by bus bars (13), (23) arranged in a posture inclined with respect to the wide plane (11B) of the prismatic battery (11).
角型電池(31)が、正極端子(32A)と負極端子(32B)を電極面(31A)に立てる姿勢で配置すると共に、この正極端子(32A)と負極端子(32B)を、角型電池(31)の幅広平面(31B)に対して傾斜する姿勢の板状端子としており、
この板状端子である正極端子(32A)と負極端子(32B)とを、Z状に折曲してなるZ状バスバー(33A)で連結してなる組電池。 Adjacent to a plurality of prismatic batteries (31) that have the electrode surface (31A) on which the positive electrode terminal (32A) and the negative electrode terminal (32B) are provided as the same surface and are arranged close to each other in parallel postures An assembled battery comprising a bus bar (33) connecting the positive battery terminal (32A) and the negative terminal (32B) of the prismatic battery (31) and connecting the prismatic battery (31) in series. ,
The square battery (31) is arranged in such a posture that the positive electrode terminal (32A) and the negative electrode terminal (32B) stand on the electrode surface (31A), and the positive electrode terminal (32A) and the negative electrode terminal (32B) are It is a plate-like terminal in a posture inclined with respect to the wide plane (31B) of (31),
An assembled battery formed by connecting the positive electrode terminal (32A) and the negative electrode terminal (32B), which are plate-like terminals, with a Z-shaped bus bar (33A) bent in a Z-shape.
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