WO2011065422A1 - 単電池の接続装置、この接続装置を具備する組電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

　大容量の電池ユニットや電池モジュールに流れる大電流に耐えられ、電池の冷却性を向上できる利点を有する新規なる単電池の接続装置、この接続装置を具備する組電池およびその製造方法とする。　正電極２Ａ同士および負電極２Ｂ同士が同一面にあるように縦横にそれぞれ複数列ずつ並べた多数の単電池２を、電極同士の接続を担う複数の内部接続片３と、連結固定部として機能すると共にリード線が接続可能なリード部４Ａを備えた外部接続片４とを備えた接続装置を使用して接続するようにした。

Description

単電池の接続装置、この接続装置を具備する組電池およびその製造方法

　本発明は、単電池の接続装置、この接続装置を具備する組電池およびその製造方法に関し、特に、大電流の対応性および熱の放散性などを向上する技術に関する。

　近年、環境問題などから電気自動車が注目され、これに使用される大容量の組電池に対する要求が高まっている。従って、従来では、例えば、単電池（単セルとも称する）を直列や並列に接続した組電池、例えば、複数の電池を接続した電池ユニットやこの電池ユニットをさらに複数接続して構成した電池モジュールを設け、これらを容器本体（ケーシング）内に組み込んだ大容量の組電池が提案されている。

　上記のような組電池を製造する場合、従来では、例えば、図１０に示すように、複数の単電池１３を、正電極１３Ａ同士および負電極（図示せず）同士がそれぞれ同一面にあるように縦横に並べる。そして、平板からなる電極接続片１４を正電極１３Ａ側と負電極側にそれぞれ配して、この電極接続片１４により、正電極１３Ａ同士、負電極同士をそれぞれ接続する。そして、さらに、前記正電極１３Ａ側の電極接続片１４と前記負電極側の電極接続片（図示せず）とに、それぞれリード線１５を半田付けなどで直接接続するようにしている。

　しかしながら、従来では、このように、比較的薄肉の平板からなる電極接続片１４自体に直接リード線１５を半田付けなどで直接接続している構成であるため、大電流には耐え難い欠点がある。

　また、このようなユニット化、モジュール化した大容量の組電池においては、この組電池が大型化すればするほど、その充放電時に電池内部で発生する熱がこの電池内部に蓄積し、電池の内部温度が上昇してしまう、従って、このような電池ユニットや電池モジュールでは電池内部で発生する熱を如何に効率良く放散するかが重要な課題になる。

　しかし、従来では、縦横に隣接する単電池１３相互の隙間が電極接続片１４によって塞がれてしまうため、該隙間に空気が流れ難く、熱が逃げないため、組電池内部で発生する熱を効率良く放散することはできず、冷却性に劣るという問題点があった。

特開２００３－１５１５２９号公報 特開２００３－３３１８１６号公報 特開２００４－１１１０９８号公報

　解決しようとする問題点は、従来の組電池では大電流に耐え難い点と、熱の放散性に劣り、冷却性に劣る点である。

　本発明は、組電池を形成する際の電極接続構造やリード部の構造の改良を図ることにより、大電流に耐え易くし、熱の放散性を高めて、冷却性の向上などを図ることを最も主要な特徴とし、この特徴を有する単電池の接続装置、この接続装置を具備する組電池およびその製造方法を提供することにある。

　第１の発明の単電池の接続装置は、正電極同士および負電極同士がそれぞれ同一面にあるように縦横にそれぞれ複数列ずつ並べた複数の単電池を接続する装置として、複数の内部接続片とこれら内部接続片同士を接続する１つ以上の外部接続片とを設け、内部接続片に、単電池の電極接続の機能を担わせるようにすると共に、外部接続片の一端部にリード部を突出形成して、該外部接続片に、リード線の接続の機能を担わせるようにした結果、大容量の組電池に流れる大電流に耐えられる接続構造となる利点がある。

　また、上記の構造においては、複数の内部接続片同士の間には、それぞれ間隙があり、縦横に隣接する単電池相互の隙間が外部に開放されるため、該隙間に空気が流れ易くなる。つまり、通気性が良くなって、熱が逃げるため、単電池内部で発生する熱を効率良く放散することができるようになり、冷却性を向上することができる利点がある。

　この場合、前記内部接続片同士を、前記外部接続片の固着位置に沿って延びる連結桟部により連結して、該内部接続片と該連結桟部とを一体成形すれば、大電流に耐えられる接続構造となり、冷却性を向上することができるのは勿論のこと、多数の内部接続片を製作しなくとも良くなり、部品数の低減を図ることができ、また、多数の内部接続片を設けたもののように、これらを外部接続片に嵌め込まなくて良いと共に、該外部接続片に対して、位置決めする必要もないため、製作性に優れている利点がある。

　第２の本発明の単電池の接続装置は、正電極同士および負電極同士がそれぞれ同一面にあるように縦横にそれぞれ複数列ずつ並べた多数の単電池を接続する装置として、同一面に並ぶ電極同士を電気的に接続する導電性材料からなる１つの内部接続片と、該内部接続片に電気的に接続された導電性材料からなる１つ以上の外部接続片とを設け、前記内部接続片は、縦横に隣接する単電池相互の隙間位置に対応した位置に開口された通気穴を有し、前記外部接続片の一端部にリード部を突出形成して、該外部接続片に、リード線の接続の機能を担わせるようにした結果、大容量の組電池に流れる大電流に耐えられる接続構造となるのは勿論のこと、製作性に優れ、しかも、１枚の板部材などに通気穴を開口形成しただけであるため、内部接続片の強度を向上することができる利点がある。

　特に、上述の第１の本発明および第２の本発明の単電池の接続装置それぞれにおいて、内部接続片の、隣接する単電池間位置に対応した内側部分に、外部接続片が嵌め込まれる凹溝を形成すれば、該外部接続片の該内部接続片に対する取付位置が明らかになり、当該外部接続片の位置決めが容易となると共に、両方の接続片同士を固着する前に、該外部接続片を該内部接続片に仮止めすることができ、両方の接続片同士の固定取付性を向上することができる利点がある。

　また、上述の第１の本発明および第２の本発明の単電池の接続装置それぞれにおいて、外部接続片のリード部を、外側に張り出す階段状に形成するのが好ましく、例えば、電池ユニット同士を接続した場合に、互いに向き合うリード部間に隙間ができず、確実に接触するため、両リード部同士の例えば締結具による締結状態が確実なものとなる利点がある。因みに、外部接続片のリード部が外側に張り出していないと、互いに向き合うリード部間に内部接続片の板厚分の隙間ができてしまい、リード部同士の接触状態が確実なものとはならない。

　さらに、上述の第１の本発明および第２の本発明の単電池の接続装置それぞれにおいて、リード部の連結固定部に、連結固定部同士を連結固定する機能および連結固定部を接続された単電池の収納部の壁部に連結固定する機能のうち少なくともいずれか一方を持たせると良く、別途に連結固定部材などを用意する必要がないなど、機能的に優れている利点がある。

　第３の本発明の単電池の接続装置を具備する組電池は、縦横にそれぞれ複数列ずつ並べた上述の多数の単電池を接続して電池ユニットとすることにより、上述のような利点を有する単電池の接続装置を具備した電池ユニットとすることができるので好ましい。

　特に、前記の電池ユニットを複数列接続して電池モジュールとしても良く、同様に、上述のような利点を発揮する。

　第４の本発明の組電池の製造方法は、電池ユニットや電池モジュールを製造するに際して、テープで張り付け固着した電池群を縦方向に列状に並べて互いに接着し、複数の内部接続片と外部接続片との組付一体化物を、列状の電池群それぞれの正電極と負電極とにそれぞれスポット溶接等で固着して電池ユニットを設け、また、この電池ユニットを複数列接続することにより、電池モジュールを設けることにより、電池ユニットや電池モジュールを簡単に製造できる利点がある。

図１は、単電池の接続装置を具備する組電池を示す図で、電気自動車などに使用される電池ユニットの構造を示す斜視図である。（実施例１） 図２は、単電池の接続装置を具備する組電池を示す図で、同上の電池ユニットを接続した電池モジュールの構造を示す斜視図である。（実施例２） 図３は、単電池の接続装置のうちの内部接続片を示す斜視図である。（実施例１および実施例２） 図４は、単電池の接続装置のうちの外部接続片を示す斜視図である。（実施例１および実施例２） 図５は、内部接続片と外部接続片の組付一体化物を示す斜視図である。（実施例１および実施例２） 図６は、内部接続片を示す斜視図である。（実施例３） 図７は、内部接続片を示す斜視図である。（実施例４） 図８は、組電池の製造方法における電池群の形成方法を示す斜視図である。（実施例１および実施例２） 図９は、製造方法における電池モジュールの収納方法を示す斜視図である。（実施例１および実施例２） 図１０は、組電池の構造および製造方法を説明する斜視図である。（従来例）

　組電池を大電流に耐え易くし、熱の放散性を高めて、冷却性の向上などを図る目的を、組電池を形成する際の電極接続構造やリード部の構造の改良を図ることにより実現した。

　次に、本発明の実施例１を説明する。図１には、組電池としての、電気自動車などに使用される電池ユニットの構造が示されている。

　図１において、上記の電池ユニット１は、接続装置の一実施例を使用して接続したものである。即ち、円柱形状の単電池２を、その正電極２Ａ同士および負電極２Ｂ同士がそれぞれ同一面にあるように縦横にそれぞれ複数列（４列）ずつ並べた複数本（１６本）用意し、これらを接続したものである。
　ここで、図１において、同上の接続装置は、複数（本実施例では、４つ）の内部接続片３と１つ以上（本実施例では、１つ）の外部接続片４とを、単電池２の正電極２Ａおよび負電極２Ｂに対応して備えている。

　内部接続片３および外部接続片４は、正電極用のものと負電極用のものとが共通の構成である。従って、片方の構成のみ説明すると、内部接続片３は、図３に示す如くの構成であって、導電性材料、例えば、ニッケル等の金属からなる方形の短冊板形状に形成されている。

　かかる内部接続片３の長手方向の中央部には、隣接する単電池（後述する）間位置に対応した内側部分に位置し、外部接続片４が嵌め込まれる凹溝３Ａが形成されている。この場合、内部接続片３の長手方向の中央部が方形に屈曲されて、内側が凹形状、外側が凸形状に成形されることで、凹溝３Ａが形成される。

　この場合、単電池２の電極は、例えば、４つが互いに平行をなして離間し、縦または横（本実施例では、横）の列毎にそれぞれ一方向に並んでいる。そして、かかる内部接続片３は、単電池２の並んだ電極同士を電気的に接続する。

　一方、外部接続片４は、図４に示す如くの構成であって、導電性材料、例えば、銅等の金属からなる方形の短冊板形状に形成されている。また、この外部接続片４は、前記内部接続片３の肉厚寸法よりも、若干厚い肉厚寸法に形成されている。

　外部接続片４の一端部には、リード部４Ａが突出形成されている。このリード部４Ａは、連結固定部として機能すると共に、リード線が接続可能である。この場合、外部接続片４は、それぞれ上記のリード部４Ａが若干外側に張り出すように階段状に形成されている。また、リード部４Ａには、丸孔４ａが開口形成されている。

　なお、前述したリード部４Ａの連結固定部としての機能というのは、複数並んで隣接する組電池（後述する電池ユニット）同士を連結固定する機能、および、収納部（後述するケーシング）に収納される組電池（後述する電池モジュール）を該収納部の壁部に連結固定する機能のことである。

　かかる外部接続片４は、図５に示すように、４本の内部接続片３の凹溝３Ａにそれぞれ嵌め込まれてスポット溶接等により固着され、該内部接続片３同士を電気的に接続する。

　そして、図５に示すような、内部接続片３と外部接続片４との組付一体化物は、図１に示すように、スポット溶接等により、単電池２の正電極２Ａおよび負電極２Ｂに固着される。そして、単電池２の両端上部に突出して位置するリード部４Ａには、図示しないが、リード線が接続され、縦横にそれぞれ複数列ずつ並べた複数の単電池を接続した、図１に示すような電池ユニット１が形成される。

　この場合、この電池ユニット１を複数列接続して構成しても良い。即ち、図２は、実施例２を示し、電池ユニット１を２例接続して、電池モジュール５を形成したものである。

　次に、かかる組電池の製造する方法について説明する。先ず、図８に示すように、複数（本実施例では、４本）の単電池２を、正電極２Ａ同士および負電極２Ｂ同士がそれぞれ同一面に位置するように揃えて、横方向に列状に並べる。そして、それぞれを両面接着テープ６で張り付け固着した電池群７を複数（本実施例では、４つ）形成する。

　次に、かかる電池群７を、縦方向に列状に並べる、即ち、積み上げる。この場合、両面接着テープ６が使用されているため、電池群７同士が接着される（図１参照）。

　次に、上述した４つの内部接続片３の凹溝３Ａに外部接続片４を嵌め込んでから、これらをスポット溶接等で固着して、４つの内部接続片３と外部接続片４との組付一体化物を２組設ける。そして、この組付一体化物を、列状の電池群７それぞれの正電極２Ａと負電極２Ｂとにそれぞれ溶着、半田等で固着して、図１に示すような、複数の単電池２が接続された電池ユニット１を製造する。

　更に、この電池ユニット１を複数列接続して、図５に示すような電池モジュール５を製造する。この場合、隣接する電池ユニット１同士は、外部接続片４のリード部４Ａが互いに向き合って接触するため（図２参照）、両リード部４Ａ同士の丸孔４ａに通したボルト９Ａとナット９Ｂ等の締結具により、両リード部４Ａ同士を締結して、隣接する電池ユニット１同士を連結固定する（図９参照）。

　このようにして製造された電池モジュール５は、上記の実施例のように、２つの電池ユニット１を接続したものには限らないのは言うまでもない。つまり、多数の電池ユニット１を使用して電池モジュール５を設け、これを、例えば、図９に示されているように、アルミ合金、樹脂等で形成された収納部としての容器本体（ケーシング）８内に収納して使用すれば良い。

　この場合、端部に位置する電池モジュール１のリード部４Ａが、前記ケーシング８の壁部８Ａに対して、ボルト９Ａとナット９Ｂ等の締結具により締結され連結固定される。また、各電池モジュール１のリード部４Ａのうち必要な箇所にあるリード部４Ａには、リード線１０が接続される。

　かかる実施例１および実施例２は、正電極２Ａ同士および負電極２Ｂ同士がそれぞれ同一面にあるように縦横にそれぞれ複数列ずつ並べた複数の単電池２を接続する装置として、複数の内部接続片３とこれら内部接続片３同士を接続する外部接続片４とを設ける。そして、内部接続片３に、単電池２の電極接続を担わせるようにすると共に、該内部接続片の肉厚寸法よりも、若干厚い肉厚寸法に形成されている外部接続片４の一端部にリード部４Ａを突出形成して、該外部接続片４に、リード線１０（図９参照）の接続を担わせるようにしている。この結果、大容量の電池ユニット１や電池モジュール５に流れる大電流に耐えられる接続構造となる。

　しかも、前記リード部４Ａは、複数並んで隣接する電池モジュール１同士を連結固定する機能およびケーシング８に収納される電池モジュール５を該ケーシング８の壁部８Ａ（図９参照）に連結固定する機能を有する。このため、別途に連結固定部材などを用意する必要がないなど、機能的に優れている。

　また、本実施例においては、内部接続片３の、隣接する単電池２間位置に対応した内側部分に、外部接続片４が嵌め込まれる凹溝４Ａを形成するようにしている。この結果、該外部接続片４の該内部接続片３に対する取付位置が明らかになり、当該外部接続片４の位置決めが容易となると共に、両接続片３，４を固着する前に、外部接続片４を内部接続片３に仮止めしておくことができ、両接続片３，４の固定取付性を向上することができる。

　更に、複数の内部接続片３同士の間には、それぞれ間隙があり、縦横に隣接する単電池２相互の隙間が外部に開放されるため、該隙間に空気が流れ易くなり、つまり、通気性が良くなって、熱が逃げるため、組電池内部で発生する熱を効率良く放散することができるようになり、冷却性を向上することができる。

　また、外部接続片４のリード部４Ａを、若干外側に張り出すように階段状に形成した結果、電池ユニット１同士を接続した場合に、互いに向き合うリード部４Ａ間に内部接続片３の板厚分の隙間ができず、確実に接触する。このため、両リード部４Ａ同士の締結具による締結状態が確実なものとなる。因みに、外部接続片４のリード部が真っ直ぐの場合は、互いに向き合うリード部４Ａ間に内部接続片３の板厚分の隙間ができてしまい、リード部４Ａ同士の接触状態が確実なものとはならない。

　更に、電池ユニット１や電池モジュール５を製造するに際しては、両面接着テープ６で張り付け固着した電池群７を縦方向に列状に並べて互いに接着する。そして、複数の内部接続片３と外部接続片４との組付一体化物を、列状の電池群７それぞれの正電極２Ａと負電極２Ｂとにそれぞれスポット溶接等で固着して電池ユニット１を設ける。更に、この電池ユニット１を複数列接続することにより、電池モジュール５を設けるようにしたから、電池ユニット１や電池モジュール５を簡単に製造できる。

　なお、内部接続片は、次のように構成しても良い。即ち、図６に示す実施例３は、各内部接続片３同士を、外部接続片４の固着位置に沿って延びる板状の連結桟部１１により連結し、各内部接続片３と各連結桟部１１とを一体成形する。この場合、１枚の板部材をプレス加工して、その形状に打ち抜けば良い。

　かかる一体構造の内部接続片３では、先の実施例の内部接続片３と同様に、大電流に耐えられる接続構造となり、冷却性を向上することができるのは勿論のこと、複数の短冊状の内部接続片を製作しなくとも良く、部品数の低減を図ることができ、また、複数の短冊状の内部接続片を設けたもののように、これらを外部接続片４に１つずつ嵌め込まなくて良いと共に、外部接続片４に対して、内部接続片を位置決めする必要もないため、製作性に優れている利点がある。

　また、内部接続片を、略方形などの１枚の板部材から形成するようにしても良い。即ち、図７の実施例４では、内部接続片１２は、面積の大きい方形の板形状に形成されており、図の縦中央位置には、隣接する単電池２間の内側に位置し、外部接続片４が嵌め込まれる凹溝１２Ａが形成される。

　また、内部接続片１２には、縦横に隣接する単電池２相互の隙間位置に対応した位置で、凹溝１２Ａを間に挟んだ位置にそれぞれ開口された、例えば、丸形の通気穴１２Ｂが複数形成されている。この場合、１枚の板部材をプレス加工して、その形状に打ち抜けば良い。

　かかる内部接続片１２では、先の実施例の内部接続片３と同様に、大電流に耐えられる接続構造となり、冷却性を向上することができ、また、製作性に優れているのは勿論のこと、１枚の板部材に通気穴を開口形成しただけであるため、内部接続片の強度を向上することができる利点がある。かかる実施例の構造の内部接続片を適用しても、電池ユニットや電池モジュールの製造方法は上記の実施例と同様であり、同様に製作性に優れている利点がある。

　上記の各実施例では、外部接続片４を、図の左右中央部に１つだけ設けたが、その数や形成位置はこれらに限るものではない。また、電気自動車に好適な円柱形状の単電池について述べたが、その他の形状や種類などの単電池でも良く、特に、本発明は、電気自動車に使用される大容量の電池モジュールなどに有利となるが、電気自動車に限らず、他の電気製品にも適用できるのは言うまでもない。

　１　電池ユニット
　２　単電池
２Ａ　正電極
２Ｂ　負電極
　３　内部接続片
３Ａ　凹溝
　４　外部接続片
４Ａ　リード部
　５　電池モジュール
　６　両面接着テープ
　７　電池群
　８　ケーシング
９Ａ　ボルト
９Ｂ　ナット
１０　リード線

Claims (10)

1. 　正電極同士および負電極同士がそれぞれ同一面にあるように縦横にそれぞれ複数列ずつ並べた多数の単電池を接続する装置であって、
   　複数の内部接続片と１つ以上の外部接続片とを、前記単電池の正電極および負電極に対応して備え、
   　前記内部接続片は、互いに平行をなして離間して配設され、縦または横の列毎にそれぞれ一方向に並ぶ電極同士を電気的に接続する導電性材料から構成され、
   　前記外部接続片は、前記内部接続片に固定されて、該内部接続片同士を電気的に接続する導電性材料から構成される一方、
   　前記外部接続片は、該外部接続片の一端部から突出し、連結固定部として機能すると共にリード線が接続可能なリード部を有する単電池の接続装置。
2. 　請求項１記載の単電池の接続装置において、前記内部接続片同士は、前記外部接続片の固着位置に沿って延びる連結桟部により連結され、該内部接続片と該連結桟部とが一体成形される単電池の接続装置。
3. 　正電極同士および負電極同士がそれぞれ同一面にあるように縦横にそれぞれ複数列ずつ並べた多数の単電池を接続する装置であって、
   　１つの内部接続片と１つ以上の外部接続片とを、前記単電池の正電極および負電極に対応して備え、
   　前記内部接続片は、同一面に並ぶ電極同士を電気的に接続する導電性材料から構成され、
   　前記外部接続片は、前記内部接続片に電気的に接続された導電性材料から構成され、
   　前記内部接続片は、縦横に隣接する単電池相互の隙間位置に対応した位置に開口された通気穴を有する一方、
   　前記外部接続片は、該外部接続片の一端部から突出し、連結固定部として機能すると共にリード線が接続可能なリード部を有する単電池の接続装置。
4. 　請求項１～３のうちいずれか１つに記載の単電池の接続装置において、前記内部接続片は、隣接する単電池間位置に対応した内側部分に位置し前記外部接続片が嵌め込まれる凹溝を有する単電池の接続装置。
5. 　請求項１～４のうちいずれか１つに記載の単電池の接続装置において、前記外部接続片の前記リード部は、外側に張り出した階段状に形成される単電池の接続装置。
6. 　請求項１～５のうちいずれか１つに記載の単電池の接続装置において、前記リード部の連結固定部としての機能は、前記連結固定部同士を連結固定する機能および該連結固定部を接続された単電池の収納部の壁部に連結固定する機能のうち少なくともいずれか一方である単電池の接続装置。
7. 　請求項１～６のうちいずれか１つに記載の単電池の接続装置を具備する組電池であって、
   　縦横にそれぞれ複数列ずつ並べた多数の単電池を接続して電池ユニットとした単電池の接続装置を具備する組電池。
8. 　請求項７記載の単電池の接続装置を具備する組電池において、前記電池ユニットを複数列接続して電池モジュールとした単電池の接続装置を具備する組電池。
9. 　請求項７記載の組電池の製造方法であって、
   　複数の単電池を横方向に列状に並べて、それぞれをテープで張り付け固着した電池群を複数形成し、該電池群を縦方向に列状に並べ、前記内部接続片と前記外部接続片との一体化物を、前記列状の電池群の正電極と負電極にそれぞれ固着して電池ユニットを形成した組電池の製造方法。
10. 　請求項９記載の組電池の製造方法において、前記電池ユニットを複数直列に並べ、隣接する電池ユニット同士のリード部を互いに向き合わせて接触させ、両リード部の連結固定部同士を連結固定して、隣接する電池ユニット同士が接続された電池モジュールを形成した組電池の製造方法。

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