組電池及び組電池用セパレータ
【課題】電池セルへの接続端子の連結を、部材を破損することなく強固に行えると共に、簡素な構成で電極にバスバー等の接続端子を締結する際の電極の共回りを防止可能な組電池等を提供する。
【解決手段】電極端子３を有する複数の角形電池セル１と、隣接する角形電池セル１同士の間に挿入されて絶縁するためのセパレータ２と、前記セパレータ２を介して積層された角形電池セル１の隣接する電極端子３同士を電気的に接続するための接続端子６と、を備える組電池であって、前記接続端子６は、電極端子３と螺合式に固定され、前記セパレータ２は、接続端子６を螺合する際に、接続端子６に当接して接続端子６の回転を阻止する回転阻止壁９を設けている。これにより、接続端子６の締結時に接続端子６の回転が阻止され、接続端子６や電池セルが変形する事態が阻止される。
【解決手段】電極端子３を有する複数の角形電池セル１と、隣接する角形電池セル１同士の間に挿入されて絶縁するためのセパレータ２と、前記セパレータ２を介して積層された角形電池セル１の隣接する電極端子３同士を電気的に接続するための接続端子６と、を備える組電池であって、前記接続端子６は、電極端子３と螺合式に固定され、前記セパレータ２は、接続端子６を螺合する際に、接続端子６に当接して接続端子６の回転を阻止する回転阻止壁９を設けている。これにより、接続端子６の締結時に接続端子６の回転が阻止され、接続端子６や電池セルが変形する事態が阻止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを積層状態で連結してなる電池ブロックを電池ホルダーで固定してなる組電池及び組電池用セパレータに関し、特に接続端子に接続するための電極を有する組電池及び組電池用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の電池セルを積層しているバッテリシステムは、電池セルを直列に接続して出力電圧を高くできることから、ハイブリッドカーや電気自動車の電源装置のように大電流で充放電される用途に使用される。このバッテリシステムは、車両を加速するときに極めて大きな電流で放電され、また、回生制動等の状態では、相当に大きな電流で充電される。このバッテリシステムは、大容量の電池セルを多数、直列及び／又は並列に接続することで、要求される出力を達成している。
【０００３】
電池セル同士の接続には、バスバー等の接続端子が利用される。電池セルをセパレータを介して積層した電池ブロックにおいて、隣接する電池セルの電極同士を、バスバーにより接続している。バスバーへの接続を容易にするために、電池の電極を構成する金属端子にはボルトが取り付けられている。金属端子に取り付けられたボルトは、バスバーを貫通し、ナットと螺合することでバスバーを強固に固定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７７０８５号公報
【特許文献２】特開２００８−１９２５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電池モジュールの電気出力を信頼性高く得るために、バスバーは電極の金属端子と確実に固定する必要がある。このためネジによる締結が一般に利用されている。しかしながら締結の際に、電極のボルトにバスバーを挿入してナットを回転させるためにトルクを付与すると、バスバーや電極端子のボルトが共に回転してしまうと、これらを変形、破損する虞がある。特にバスバーやボルトなどの金属部材に比べると、電池セルは強度的に脆弱な部分を含むため破損しやすい。螺合の際にトルクが印加されると、電池セルの上面が共回りして変形或いは破損する虞がある。このため、従来はバスバーの締結に際して、回転を阻止するための専用治具を使用していた。
【０００６】
また電極の共回りを阻止する構造として、特許文献１のようなバッテリ装置が提案されている。このバッテリ装置では図１２に示すように電池モジュールと電池モジュールに隣接して配置される保持部材とを備えている。電池モジュールは、バスバー８１に接続するための電極２１を有している。電極２１は、電池モジュールから延出する金属端子４１と、金属端子４１に挿入され、抜け止めを構成する拡大部３５を後端に有するボルト３１とを有している。保持部材は、拡大部３５に当接してボルト３１の回転を妨げる当接部６４を有している。この構造により、図１２のバッテリ装置は電極のボルトにナットを緊結する際のボルトや電極の共回りを防止している。
【０００７】
しかしながら、上記の構成では円柱形のボルトの回転を阻止するために、一部を箱形に形成した特殊な形状のボルトを使用する必要があった。またボルトが直接当接して回転を阻止する構造のため、意図しない導通や短絡を阻止するための絶縁構造も必要となり、部品点数が多く構成が複雑になるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その主な目的は電池セルへの接続端子の連結を、部材を破損することなく強固に行えると共に、簡素な構成で電極にバスバー等の接続端子を締結する際の電極の共回りを防止可能な組電池及び組電池用セパレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
以上の目的を達成するために、本発明の組電池によれば、電極端子を有する複数の角形電池セル１と、隣接する角形電池セル１同士の間に挿入されて絶縁するためのセパレータ２と、前記セパレータ２を介して積層された角形電池セル１の隣接する電極端子同士を電気的に接続するための接続端子６と、を備える組電池であって、前記接続端子６は、電極端子と螺合式に固定され、前記セパレータ２は、接続端子６を螺合する際に、接続端子６に当接して接続端子６の回転を阻止する回転阻止壁９を設けている。これにより、接続端子６の締結時に接続端子６の回転が阻止され、接続端子６や電池セルが変形する事態が阻止される。
【００１０】
また、第２の側面に係る組電池によれば、前記角形電池セル１が、その上面に、傾斜面を有する絶縁性の端子ホルダ４を設けており、前記電極端子は前記端子ホルダ４の傾斜面を貫通して、傾斜姿勢で突出するよう前記端子ホルダ４と固定されてなり、前記セパレータ２の回転阻止壁９が、前記端子ホルダ４の傾斜面の両側面を狭持するように配置されてなる。これにより、端子ホルダ４を回転阻止壁９で狭持することにより、端子ホルダ４に固定された電極端子の回転を阻止することができる。
【００１１】
さらに、第３の側面に係る組電池によれば、前記回転阻止壁９は、前記電極端子の高さよりも高く形成できる。これにより、回転阻止壁９で電極端子を囲むことができ、電極端子の突出を防止して意図しない短絡を回避できる。
【００１２】
さらにまた、第４の側面に係る組電池によれば、前記回転阻止壁９は、前記接続端子６の長さよりも長く形成できる。これにより、回転阻止壁９で接続端子６を囲むことができ、意図しない導通を回避できる。
【００１３】
さらにまた、第５の側面に係る組電池によれば、前記接続端子６は、該接続端子６と電気的に接続して前記角形電池セル１の電圧を検出するための検出端子５が固定されており、前記セパレータ２はさらに、接続端子６に固定された検出端子５の一部を狭持して所定の姿勢に保持するための凹部７を形成している。これにより、凹部７で検出端子５を支持できるため、この部分でも接続端子６の回転を阻止する効果が得られる。
【００１４】
さらにまた、第６の側面に係る組電池によれば、さらに前記角形電池セル１を前記セパレータ２を介して積層した状態で、端面に位置するセパレータ２を被覆するように両側から狭持する金属製のエンドプレートを備えており、前記エンドプレートに面するセパレータ２は、エンドプレートに向かって突出する突起１３を設けており、前記エンドプレートは、前記突起１３を挿入する突起挿入穴１４を形成してなり、前記突起挿入穴１４は前記エンドプレートの中心軸に対して非対称に開口されている。これにより、セパレータ２とエンドプレートを所望の位置に位置決めでき、またエンドプレートを誤って上下逆向きに装着する事態を回避できる。
【００１５】
さらにまた、第７の側面に係る組電池によれば、前記接続端子６を、前記回転阻止壁９との当接面を矩形状に構成できる。これにより、接続端子６の回転を阻止し易くできる。
【００１６】
さらにまた、第８の側面に係る組電池によれば、前記セパレータ２の底面に、前記角形電池セル１の隅部頂点と当接する傾斜面を有する三角リブ１１を設けることができる。これにより、セパレータ２を含めた電池ブロックをエンドプレートで両側面から締結する際に、傾斜面で角形電池セル１の底面隅部を押圧する結果、傾斜面に沿って角形電池セル１を押し上げる効果が得られ、この結果角形電池セル１上面で接続端子６を固定する面が、角形電池セル１の高さのばらつきによらず同一面に揃えることができ、同一面で接続端子６を確実に固定できる利点が得られる。
【００１７】
さらにまた、第９の側面に係る組電池用セパレータによれば、複数の角形電池セル１を積層した組電池において、角形電池セル１同士の間に介在されてこれらを絶縁するための組電池用セパレータであって、角形電池セル１を両側面に挿入するための開口を構成する枠部１２と、
【００１８】
前記枠部１２の上面で、垂直に突出させた回転阻止壁９と、を備えており、前記回転阻止壁９は、前記開口に角形電池セル１を挿入した状態で、電極端子の側面を覆い、かつ電極端子を固定する端子ホルダ４の側面を当接する位置に設けることができる。これにより、接続端子６の締結時に接続端子６の回転が阻止され、接続端子６や電池セルが変形する事態が阻止される。
【００１９】
さらにまた、第１０の側面に係る組電池用セパレータによれば、前記回転阻止壁９がさらに、角形電池セル１の電極端子に、他の角形電池セル１と電気的に接続するための接続端子６を接続した状態で、該接続端子６の側面を当接する位置に設けることができる。これにより、接続端子６の締結時に接続端子６の回転が阻止され、接続端子６や電池セルが変形する事態が阻止される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る組電池の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の端子部分を示す拡大斜視図である。
【図３】角形電池セルの片面にセパレータを装着した状態を示す斜視図である。
【図４】図３から角形電池セルを排除したセパレータの外観を示す斜視図である。
【図５】図４のセパレータの正面図である。
【図６】図４のセパレータの平面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ’線における垂直断面図である。
【図８】図３のセパレータに角形電池セルを挿入した状態の平面図である。
【図９】図７のセパレータに角形電池セルを挿入した状態を示す模式断面図である。
【図１０】接続端子の外観を示す斜視図である。
【図１１】実施の形態２に係る組電池に接続端子を装着した状態を示す斜視図である。
【図１２】従来のバッテリ装置の電極構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本明細書においては、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、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、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための組電池及び組電池用セパレータを例示するものであって、本発明は組電池及び組電池用セパレータを以下のものに特定しない。また特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２２】
図１に実施の形態１に係る組電池の外観を示す斜視図を、図２に図１の端子部分の拡大斜視図を、図３に角形電池セルの片面にセパレータを装着した状態の斜視図を、図４に図３から角形電池セルを排除したセパレータの外観を示す斜視図を、図５に図４のセパレータの正面図、図６に平面図、図７に図５のＶＩＩ−ＶＩＩ’線における垂直断面図を、また図８に図３のセパレータに角形電池セルを挿入した状態の平面図を、図９に図７のセパレータに角形電池セルを挿入した状態を示す模式断面図を、図１０に接続端子の外観を示す斜視図を、図１１に他の実施の形態に係る組電池に接続端子を装着した状態を示す斜視図を、それぞれ示す。これらの図に示す組電池１００は、車両用であり、主としてエンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。またハイブリッドカーや電気自動車以外の車両にも使用できる。
【００２３】
図１に示す組電池１００は、外装缶１Ａの表面が導電性を有する複数の角形電池セル１を互いに絶縁して積層状態で配置して電池ブロックを構成している。
【００２４】
角形電池セル１は、幅よりも薄い薄型の角形電池で、互いに平行な姿勢としてセパレータ２を挟んで積層している。角形電池セル１は、図２に示すように、上面の両端部に正負の電極端子３を突出させて固定している。電極端子３を突出させる位置は、正極と負極が左右対称となる位置としている。これにより、角形電池セル１を裏返して重ねると、正極と負極とを並列させることができ、直列接続を容易に行える。角形電池セル１を直列に接続する組電池は、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、組電池は、角形電池セルを並列と直列に接続することもできる。
【００２５】
角形電池セル１はリチウムイオン二次電池である。ただし、角形電池はリチウムイオン二次電池には特定されず、充電できる全ての電池、たとえばニッケル水素電池なども使用できる。角形電池１は、正負の電極板を積層している電極体を外装缶１Ａに収納して電解液を充填して気密に密閉したものである。外装缶１Ａは、図３に示すように、底を閉塞する四角い筒状に成形したもので、上方の開口部を封口板１Ｂで気密に閉塞している。外装缶１Ａは、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工したもので、表面が導電性を有する。積層される角形電池セル１は、薄い角形に成形される。封口板１Ｂもアルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。この封口板１Ｂは、正負の電極端子３を両端部に、端子ホルダ４を介して固定している。
（端子ホルダ４）
【００２６】
端子ホルダ４は、傾斜面を有する三角形状に形成されており、角形電池セル１の上面で電極端子３の突出部分を除く周囲を絶縁している。この端子ホルダ４はプラスチックなどの絶縁性部材で構成される。端子ホルダ４の傾斜面には貫通孔が形成され、ここに電極端子３を挿通して、電極端子３を傾斜姿勢で突出させた状態で電極端子３と端子ホルダ４とが強固に固定される。電極端子３と端子ホルダ４との固定には、螺合や接着、溶接等の方法が利用できる。これにより、端子ホルダ４で電極端子３の絶縁、補強が図られる。
【００２７】
一方、正負の電極端子３は内蔵する正負の電極板に接続される。電極端子３は、好ましくはネジ乃至ボルト状に構成される。この電極端子３には、図２に示すように外部の突出位置に接続端子６が螺合により固定される。
【００２８】
積層される角形電池セル１は、隣接する電極端子３を接続端子６で連結して、互いに直列に接続される。さらに、各々の角形電池セル１の電極端子３には検出端子５が接続される。この検出端子５は、電池の電圧を検出する保護回路を実装する回路基板（図示せず）に接続される。
（接続端子６）
【００２９】
接続端子６は隣接する角形電池セル１の電極端子３同士を電気接続するために固定される。接続形態は、隣接する角形電池セル１を直列接続するか並列接続するかに応じて異なる。すなわち並列接続時は正極同士、負極同士を、直列接続時は正極と負極とを、各々連結する。
【００３０】
接続端子６の外形を図１０に示す。図１０に示す接続端子６は、端子ホルダ４の傾斜面と適合するように折曲した傾斜面６ａを有する金属片のバスバーであり、傾斜面６ａには隣接する角形電池セル１の電極端子３を挿通するための電極用ねじ穴６ｃが２つ、一方水平面６ｂには検出端子５を固定するための検出用ねじ穴６ｄが１つ、各々開口されている。
（検出端子５）
【００３１】
検出端子５は、各角形電池セル１の電圧を検出するための端子であり、リード線を介して回路基板（図示せず）と接続される。図２の検出端子５は丸端子で構成され、ナットにより接続端子６の検出用ねじ穴に固定される。
（凹部７）
【００３２】
さらに検出端子５を保持するために、図２に示すようにセパレータ２には、接続端子６に固定された検出端子５の一部を狭持して所定の姿勢に保持するための凹部７を形成している。凹部７はセパレータ２の側面の上端の一部を切り欠くようにして形成される。凹部７の内径は、検出端子５の一部とほぼ同じ大きさとし、さらに接続端子６に検出端子５を固定した状態で、検出端子５がセパレータ２側面から垂直に突出する姿勢で保持されるような位置に形成される。
【００３３】
また凹部７は、図３、図６等に示すように、開口部分を形成する両側が同一面上でなく、段差を有するように設けこともできる。すなわち、接続端子６を電極端子３に螺合する際に、共回りし易い方向に対して抵抗力を発揮するよう、ネジ締結のトルクが印加される方向に抗する面を、より円周外縁方向に配置することが好ましい。図２の例では凹部７の左側がその右側よりも外側に位置するよう形成している。これにより、検出端子５を螺合により固定する際のトルクに対し、回転面の半径方向を長くして抵抗力を大きくできる。さらに凹部７は、開口部分の高さを一定にせず、一方を高くすることもできる。このように凹部７を形成することで、共回り阻止の抵抗力を高め、より信頼性の高い組電池が得られる。
（接合片８）
【００３４】
さらに図３の例では、接続端子６と電極端子３との電気接続を確実にするため、端子ホルダ４の傾斜面から水平面にかけて適合するように折曲した接合片８を設けている。接合片８は端子ホルダ４に電極端子３を挿通した状態で、端子ホルダ４の上面を被覆し、電極端子３と固定される。これにより、電極端子３と電気的に接続された接合片８が端子ホルダ４の上面で広く延在し、この上に図２に示すように接続端子６を重ねて固定することで、接続端子６と端子ホルダ４との間に接合片８を介在させ、電極端子３と接続端子６との電気接続を接合片８を介して広い面積で行える。
（セパレータ２）
【００３５】
角形電池セル１は、その間にセパレータ２を挟着している。セパレータ２は、互いに隣接する角形電池セル１の間に挟着されて、隣接する角形電池セル１を一定の間隔に保持して絶縁する。このためセパレータ２は、絶縁部材で構成され、隣接する角形電池セル１の外装缶１Ａを絶縁する。このようなセパレータ２は、プラスチック等の絶縁材を成形して製作される。また角形電池セル１同士の対向面に、電池セル冷却用のガスを流すための送風隙間を設けることもできる。
【００３６】
図４のセパレータ２は一体で形成することもできるが、複数部材に分割して構成することもできる。分割構成のセパレータは、例えば隣接する角形電池セルの対向面の間に配設される絶縁シートと、この絶縁シートの両側にあって絶縁シートを挟着する一対の分割セパレータとで構成できる。
【００３７】
セパレータ２は、角形電池セル１の外周に沿う枠部１２を有し、この枠部１２の内側を開口している。枠部１２は、角形電池セル１の両側に沿う縦枠１２Ａと、上下縁部に沿う横枠１２Ｂとを連結した四角形としている。縦枠１２Ａ、横枠１２Ｂは角形電池セル１の外周面に沿う板状としている。縦枠１２Ａは、角形電池セル１に挟着される状態で、角形電池セル１の両側面の全体をカバーする幅としている。横枠１２Ｂは、角形電池セル１の上下面に沿う水平部１２ａを構成する。水平部１２ａは、角形電池セル１の上面に設けている電極端子３や安全弁の開口部を閉塞しないように、電極端子３や安全弁の開口部を露出させる形状としている。角形電池セル１の下面に沿う水平部１２ａは、縦枠１２Ａと同じ幅として、角形電池セル１に挟着される状態で、角形電池セル１の下面全体をカバーするようにしている。このセパレータ２は、角形電池セル１の間に挟着されて、積層される角形電池セル１の両側面と下面をセパレータ２でカバーして絶縁できる。
（回転阻止壁９）
【００３８】
このセパレータ２は、回転阻止壁９を設けている。回転阻止壁９は絶縁性部材で構成され、好ましくはセパレータ２と一体に形成される。また回転阻止壁９は、端子ホルダ４の側面を被覆する位置に設けられる。図３、図４の例では、セパレータ２の上面の略中央から垂直方向に、仕切り状に延長され、端子ホルダ４の傾斜面を構成する三角形状ブロックの側面を完全に覆う。さらに回転阻止壁９の高さは、図３に示すように角形電池セル１の側面をセパレータ２で被覆した状態で、電極端子３を覆えるように電極端子３の高さよりも高く設計する。また回転阻止壁９の幅は、図２に示すように、接続端子６を固定した状態で、接続端子６の側面を覆えるように長く設計する。このように、電極部分を絶縁性の回転阻止壁９で完全に被覆することで、意図しない短絡を回避できる。
【００３９】
さらに回転阻止壁９は、２枚のセパレータ２で角形電池セル１を狭持する状態で、図３、図２に示すように端子ホルダ４及び接続端子６を両側から狭持するので、これらが確実に保持される。すなわち、端子ホルダ４の両側が回転阻止壁９で狭持されて補強されるため、電極端子３への接続端子６の取り付け時のネジ締結作業で、端子ホルダ４や電極端子３が共に回転してしまう共回りを阻止できる。
【００４０】
特に、電池の電極端子３に直接当接するのでなく、電極端子３に固定された端子ホルダ４に当接させる構成とすることで、回転素子構造を簡素化できる利点が得られる。ネジは円柱状であるため、その回転を阻止するためにはネジの一部に矩形状の部分を形成した特殊な形状のネジを使用する必要があったが、本実施の形態ではネジの絶縁、補強のために設けられているブロック状の端子ホルダ４を利用し、端子ホルダ４をセパレータ２の一部で保持することでネジ締結時の共回りを有効に阻止できる。よって、既存の部材を有効利用できるため、共回り素子の構造を簡素化できる利点が得られる。
【００４１】
以上のようにセパレータ２は、上面を構成する水平面６ｂの一方の側に回転阻止壁９を、他方の側に凹部７を、各々設けている。このセパレータ２は、互いに隣接する角形電池セル１の間に挟着されて、隣接する角形電池セル１を一定の間隔に保持して絶縁する。この際、セパレータ２を、図１及び図２に示すように交互に逆向きに積層することで、同一形状のセパレータを使用して、隣接する角形電池セル１同士の間に、各々回転阻止壁９と凹部７とを配置させることができる。
【００４２】
図４に示すセパレータ２は、上述の通り枠部１２により有底の枠状に形成されており、左右に角形電池セル１を挿入可能な開口を形成している。開口の深さは、角形電池セル１が概ね半分程度もしくはそれ以下に収まる程度に設定される。これによって、２枚のセパレータ２の間に１個の角形電池セル１が収納できる。枠部１２の開口の内壁には、リブ１０が設けられており、角形電池セル１を収納した状態で角形電池セル１とセパレータ２との間に隙間が形成される。この隙間に冷却空気を流すことで、角形電池セル１の表面を冷却することが可能となる。また必要に応じて、セパレータ２の開口底面にストライプ状の凹凸を形成すれば、この凹凸がセパレータ２に収納された角形電池セル１の表面との間でスリットを形成し、ここに冷却空気通路を流すことで角形電池セル１の冷却能力を高めることができる。
（三角リブ１１）
【００４３】
また角形電池セル１の底面に位置するリブ１１の形状は、図９の断面図に示すように、傾斜状に形成することが好ましい。傾斜面は、セパレータ２の開口側に向かって下り勾配となるように形成される。このような傾斜面とすることで、図９に示すように角形電池セル１を配置したとき、その隅部乃至頂点が傾斜面と当接するようになる。すなわち、セパレータ２を含めた電池ブロックをエンドプレートで両側面から締結する際に、三角リブ１１の傾斜面で角形電池セル１の底面隅部を押圧する結果、傾斜面に沿って角形電池セル１が押し上げられることとなる。角形電池セル１は押し上げられると、その天面がセパレータ２の内壁に当接されて停止する。この結果、押し上げられた各角形電池セル１は、その上面がセパレータ２に沿って綺麗に揃うこととなる。上面の高さが同一面であれば、隣接する角形電池セル１同士を接続端子６で接続する際の接触状態が一定となって、接続の信頼度が高まる。逆に接続端子６で接続したい角形電池セル１の高さが揃っていないと、接続端子６が傾いて固定されることとなって、接触面積が一定せず接触不良などの原因となる。特に角形電池セル１の製造時の公差などにより、電池ブロックとして並べた際の高さにばらつきが生じることがあるが、このような場合であっても上記構成によって上面高さを一定に揃えることができるので、端子接続の信頼性向上の観点からは極めて有効である。
【００４４】
また接続端子６のみならず、角形電池セル１のガス排出弁から排出されるガスを外部に排出するための排出ガス用ダクトを接続する基準面も揃えることができる。角形電池セル１は、過充電や過放電で内圧が上昇する異常な状態での破壊を防止して安全性を確保するために、ガス排出弁を設けている。ガス排出弁は、電池の内圧が異常に上昇すると開弁してガスを排気する。排出ガス用ダクトは、各角形電池セル１のガス排出弁の位置に沿うように配置されている。
【００４５】
このように、三角リブ１１は電池ブロックの締結時に角形電池セル１を上向きに誘導する誘導部材として機能する。
（エンドプレート）
【００４６】
角形電池セル１をセパレータ２を介して交互に積層した電池ブロックは、両側端面に位置するセパレータ２をエンドプレートで被覆される。エンドプレートを介してボルトなどにより電池ブロックの両側から狭持される。エンドプレート４は、硬質のプラスチックで成形され、あるいはアルミニウムやその合金などの金属で製作される。エンドプレート４は、広い面積で角形電池１を挟着するために、その外形を角形電池１と同じ四角形としている。四角形のエンドプレート４は、角形電池１と同じ大きさに、あるいは角形電池１よりもわずかに大きくしている。プラスチック製のエンドプレート４は、直接に角形電池１に積層され、金属製のエンドプレートは、積層材を介して角形電池に積層される。
【００４７】
エンドプレート４には、金属バンド５の端部が連結される。金属バンド５は、止ネジ６を介してエンドプレート４に連結している。図１の金属バンド５は、止ネジ６でエンドプレート４に固定しているが、金属バンドの端部を内側に折曲してエンドプレートに連結し、あるいはまた、端部をカシメてエンドプレートに連結することもできる。
（突起１３）
【００４８】
図１、図２の例では、エンドプレートに面するセパレータ２は、エンドプレートに向かって突出する突起１３を設けており、またエンドプレート側には、この突起１３を挿入する突起挿入穴１４を形成している。突起挿入穴１４は、エンドプレートに線対称の位置に開口せず、エンドプレートの中心軸に対して非対称に開口させている。非対称とは、エンドプレートを１８０°回転させても一致しない位置をいう。この構成により、突起１３と突起挿入穴１４でセパレータ２とエンドプレートを所望の位置に位置決めでき、またエンドプレートを誤って上下逆向きに装着する事態を回避できる。
【００４９】
セパレータ２を介して積層される角形電池１は、固定部品３で定位置に固定される。固定部品３は、積層している角形電池１の両端面に配置される一対のエンドプレート４と、このエンドプレート４に、端部を連結して積層状態の角形電池１を圧縮状態に固定してなる金属バンド５とからなる。
（金属バンド５）
【００５０】
金属バンド５は、所定の厚さの金属板を所定の幅に加工して製作される。金属バンド５は、端部をエンドプレート４に連結して、一対のエンドプレート４を連結して、その間に角形電池１を圧縮状態に保持する。金属バンド５は、一対のエンドプレート４を所定の寸法に固定して、その間に積層される角形電池１を所定の圧縮状態に固定する。角形電池１の膨張圧力で金属バンド５が伸びると、角形電池１の膨張を阻止できない。したがって、金属バンド５には、角形電池１の膨張圧で伸びない強度の金属板、たとえばＳＵＳ３０４等のステンレス板や鋼板等の金属板を十分な強度を有する幅と厚さに加工して製作される。さらに、金属バンドは、金属板を溝形に加工することもできる。この形状の金属バンドは、曲げ強度を強くできるので、幅を狭くしながら、積層する角形電池をしっかりと所定の圧縮状態に固定できる特長がある。金属バンド５は、端部に折曲部５Ａを設けて、折曲部５Ａをエンドプレート４に連結する。折曲部５Ａは、止ネジ６の貫通孔を設けて、ここに挿入される止ネジ６を介してエンドプレート４に固定される。
【００５１】
さらに、図１の斜視図に示す電池ブロックは、２列の金属バンド５を、電池ブロックの両側面の上下に配設して、一対のエンドプレート４の両側を上下で連結している。この構造の電池ブロックは、２列の金属バンド５でエンドプレート４を強固に連結できる。
【００５２】
以上の組電池１００は、車両用の電源装置に組み込まれる。この組電池１００を備える電源装置は、図示しないが、角形電池セル１の温度を検出する複数の温度センサと、この温度センサで検出される角形電池セル１の温度で、送風ダクト６を介して各々の送風隙間に分岐して冷却気体を送風する強制送風機と、温度センサで検出される角形電池セル１の温度で電池の電流を制御する制御回路とを備える。
（実施の形態２）
【００５３】
図１１は、実施の形態２に係る組電池の接続端子６を示す斜視図である。この図においては、バスバーである接続端子の形状を見易くするために、角形電池セル１を一部（左側の４列）のみ表示し、残りの表示は省略している。さらにセパレータ２の表示も省略している。図１１においては、３種類の接続端子が使用されており、図中右側に位置する第２接続端子６Ｂは、隣接する角形電池セルでなく、積層された状態で離間した位置にある角形電池セル同士を接続するためのものであり、所定間隔で略平行に配置された傾斜面を有する水平片と、略直角に折曲されてこれらを結ぶ垂直片とで構成される。
【００５４】
また左側に位置する第３接続端子６Ｃは、終端で電極を外部に取り出すための端子であり、傾斜面を有する水平片と、Ｌ字状に折曲された垂直片を備える。最後に中間及び奥側に位置する２枚の接続端子６は、上述した図１０と同様のものである。このような様々な形状の接続端子６を使用する例においても、上述した回転阻止壁９を設けたセパレータ２（図１１に図示せず）を利用することによって、電極端子３への締結時に印加されるトルクで接続端子が回転しようとしても、傾斜面が回転阻止壁９で狭持されているため、共回りを効果的に阻止できる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る組電池及び組電池用セパレータは、車載用のバッテリシステムの電池として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１００…組電池
１…角形電池セル；１Ａ…外装缶；１Ｂ…封口板
２…セパレータ
３…電極端子
４…端子ホルダ
５…検出端子
６…接続端子；６ａ…傾斜面；６ｂ…水平面；６ｃ…電極用ねじ穴；６ｄ…検出用ねじ穴；６Ｂ…第２接続端子；６Ｃ…第３接続端子
７…凹部
８…接合片
９…回転阻止壁
１０…リブ
１１…三角リブ
１２…枠部；１２Ａ…縦枠；１２Ｂ…横枠；１２ａ…水平部
１３…突起
１４…突起挿入穴
２１…電極
３１…ボルト
３５…拡大部
４１…金属端子
６４…当接部
８１…バスバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを積層状態で連結してなる電池ブロックを電池ホルダーで固定してなる組電池及び組電池用セパレータに関し、特に接続端子に接続するための電極を有する組電池及び組電池用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の電池セルを積層しているバッテリシステムは、電池セルを直列に接続して出力電圧を高くできることから、ハイブリッドカーや電気自動車の電源装置のように大電流で充放電される用途に使用される。このバッテリシステムは、車両を加速するときに極めて大きな電流で放電され、また、回生制動等の状態では、相当に大きな電流で充電される。このバッテリシステムは、大容量の電池セルを多数、直列及び／又は並列に接続することで、要求される出力を達成している。
【０００３】
電池セル同士の接続には、バスバー等の接続端子が利用される。電池セルをセパレータを介して積層した電池ブロックにおいて、隣接する電池セルの電極同士を、バスバーにより接続している。バスバーへの接続を容易にするために、電池の電極を構成する金属端子にはボルトが取り付けられている。金属端子に取り付けられたボルトは、バスバーを貫通し、ナットと螺合することでバスバーを強固に固定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７７０８５号公報
【特許文献２】特開２００８−１９２５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電池モジュールの電気出力を信頼性高く得るために、バスバーは電極の金属端子と確実に固定する必要がある。このためネジによる締結が一般に利用されている。しかしながら締結の際に、電極のボルトにバスバーを挿入してナットを回転させるためにトルクを付与すると、バスバーや電極端子のボルトが共に回転してしまうと、これらを変形、破損する虞がある。特にバスバーやボルトなどの金属部材に比べると、電池セルは強度的に脆弱な部分を含むため破損しやすい。螺合の際にトルクが印加されると、電池セルの上面が共回りして変形或いは破損する虞がある。このため、従来はバスバーの締結に際して、回転を阻止するための専用治具を使用していた。
【０００６】
また電極の共回りを阻止する構造として、特許文献１のようなバッテリ装置が提案されている。このバッテリ装置では図１２に示すように電池モジュールと電池モジュールに隣接して配置される保持部材とを備えている。電池モジュールは、バスバー８１に接続するための電極２１を有している。電極２１は、電池モジュールから延出する金属端子４１と、金属端子４１に挿入され、抜け止めを構成する拡大部３５を後端に有するボルト３１とを有している。保持部材は、拡大部３５に当接してボルト３１の回転を妨げる当接部６４を有している。この構造により、図１２のバッテリ装置は電極のボルトにナットを緊結する際のボルトや電極の共回りを防止している。
【０００７】
しかしながら、上記の構成では円柱形のボルトの回転を阻止するために、一部を箱形に形成した特殊な形状のボルトを使用する必要があった。またボルトが直接当接して回転を阻止する構造のため、意図しない導通や短絡を阻止するための絶縁構造も必要となり、部品点数が多く構成が複雑になるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その主な目的は電池セルへの接続端子の連結を、部材を破損することなく強固に行えると共に、簡素な構成で電極にバスバー等の接続端子を締結する際の電極の共回りを防止可能な組電池及び組電池用セパレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
以上の目的を達成するために、本発明の組電池によれば、電極端子を有する複数の角形電池セル１と、隣接する角形電池セル１同士の間に挿入されて絶縁するためのセパレータ２と、前記セパレータ２を介して積層された角形電池セル１の隣接する電極端子同士を電気的に接続するための接続端子６と、を備える組電池であって、前記接続端子６は、電極端子と螺合式に固定され、前記セパレータ２は、接続端子６を螺合する際に、接続端子６に当接して接続端子６の回転を阻止する回転阻止壁９を設けている。これにより、接続端子６の締結時に接続端子６の回転が阻止され、接続端子６や電池セルが変形する事態が阻止される。
【００１０】
また、第２の側面に係る組電池によれば、前記角形電池セル１が、その上面に、傾斜面を有する絶縁性の端子ホルダ４を設けており、前記電極端子は前記端子ホルダ４の傾斜面を貫通して、傾斜姿勢で突出するよう前記端子ホルダ４と固定されてなり、前記セパレータ２の回転阻止壁９が、前記端子ホルダ４の傾斜面の両側面を狭持するように配置されてなる。これにより、端子ホルダ４を回転阻止壁９で狭持することにより、端子ホルダ４に固定された電極端子の回転を阻止することができる。
【００１１】
さらに、第３の側面に係る組電池によれば、前記回転阻止壁９は、前記電極端子の高さよりも高く形成できる。これにより、回転阻止壁９で電極端子を囲むことができ、電極端子の突出を防止して意図しない短絡を回避できる。
【００１２】
さらにまた、第４の側面に係る組電池によれば、前記回転阻止壁９は、前記接続端子６の長さよりも長く形成できる。これにより、回転阻止壁９で接続端子６を囲むことができ、意図しない導通を回避できる。
【００１３】
さらにまた、第５の側面に係る組電池によれば、前記接続端子６は、該接続端子６と電気的に接続して前記角形電池セル１の電圧を検出するための検出端子５が固定されており、前記セパレータ２はさらに、接続端子６に固定された検出端子５の一部を狭持して所定の姿勢に保持するための凹部７を形成している。これにより、凹部７で検出端子５を支持できるため、この部分でも接続端子６の回転を阻止する効果が得られる。
【００１４】
さらにまた、第６の側面に係る組電池によれば、さらに前記角形電池セル１を前記セパレータ２を介して積層した状態で、端面に位置するセパレータ２を被覆するように両側から狭持する金属製のエンドプレートを備えており、前記エンドプレートに面するセパレータ２は、エンドプレートに向かって突出する突起１３を設けており、前記エンドプレートは、前記突起１３を挿入する突起挿入穴１４を形成してなり、前記突起挿入穴１４は前記エンドプレートの中心軸に対して非対称に開口されている。これにより、セパレータ２とエンドプレートを所望の位置に位置決めでき、またエンドプレートを誤って上下逆向きに装着する事態を回避できる。
【００１５】
さらにまた、第７の側面に係る組電池によれば、前記接続端子６を、前記回転阻止壁９との当接面を矩形状に構成できる。これにより、接続端子６の回転を阻止し易くできる。
【００１６】
さらにまた、第８の側面に係る組電池によれば、前記セパレータ２の底面に、前記角形電池セル１の隅部頂点と当接する傾斜面を有する三角リブ１１を設けることができる。これにより、セパレータ２を含めた電池ブロックをエンドプレートで両側面から締結する際に、傾斜面で角形電池セル１の底面隅部を押圧する結果、傾斜面に沿って角形電池セル１を押し上げる効果が得られ、この結果角形電池セル１上面で接続端子６を固定する面が、角形電池セル１の高さのばらつきによらず同一面に揃えることができ、同一面で接続端子６を確実に固定できる利点が得られる。
【００１７】
さらにまた、第９の側面に係る組電池用セパレータによれば、複数の角形電池セル１を積層した組電池において、角形電池セル１同士の間に介在されてこれらを絶縁するための組電池用セパレータであって、角形電池セル１を両側面に挿入するための開口を構成する枠部１２と、
【００１８】
前記枠部１２の上面で、垂直に突出させた回転阻止壁９と、を備えており、前記回転阻止壁９は、前記開口に角形電池セル１を挿入した状態で、電極端子の側面を覆い、かつ電極端子を固定する端子ホルダ４の側面を当接する位置に設けることができる。これにより、接続端子６の締結時に接続端子６の回転が阻止され、接続端子６や電池セルが変形する事態が阻止される。
【００１９】
さらにまた、第１０の側面に係る組電池用セパレータによれば、前記回転阻止壁９がさらに、角形電池セル１の電極端子に、他の角形電池セル１と電気的に接続するための接続端子６を接続した状態で、該接続端子６の側面を当接する位置に設けることができる。これにより、接続端子６の締結時に接続端子６の回転が阻止され、接続端子６や電池セルが変形する事態が阻止される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る組電池の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の端子部分を示す拡大斜視図である。
【図３】角形電池セルの片面にセパレータを装着した状態を示す斜視図である。
【図４】図３から角形電池セルを排除したセパレータの外観を示す斜視図である。
【図５】図４のセパレータの正面図である。
【図６】図４のセパレータの平面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ’線における垂直断面図である。
【図８】図３のセパレータに角形電池セルを挿入した状態の平面図である。
【図９】図７のセパレータに角形電池セルを挿入した状態を示す模式断面図である。
【図１０】接続端子の外観を示す斜視図である。
【図１１】実施の形態２に係る組電池に接続端子を装着した状態を示す斜視図である。
【図１２】従来のバッテリ装置の電極構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本明細書においては、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、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、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための組電池及び組電池用セパレータを例示するものであって、本発明は組電池及び組電池用セパレータを以下のものに特定しない。また特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２２】
図１に実施の形態１に係る組電池の外観を示す斜視図を、図２に図１の端子部分の拡大斜視図を、図３に角形電池セルの片面にセパレータを装着した状態の斜視図を、図４に図３から角形電池セルを排除したセパレータの外観を示す斜視図を、図５に図４のセパレータの正面図、図６に平面図、図７に図５のＶＩＩ−ＶＩＩ’線における垂直断面図を、また図８に図３のセパレータに角形電池セルを挿入した状態の平面図を、図９に図７のセパレータに角形電池セルを挿入した状態を示す模式断面図を、図１０に接続端子の外観を示す斜視図を、図１１に他の実施の形態に係る組電池に接続端子を装着した状態を示す斜視図を、それぞれ示す。これらの図に示す組電池１００は、車両用であり、主としてエンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。またハイブリッドカーや電気自動車以外の車両にも使用できる。
【００２３】
図１に示す組電池１００は、外装缶１Ａの表面が導電性を有する複数の角形電池セル１を互いに絶縁して積層状態で配置して電池ブロックを構成している。
【００２４】
角形電池セル１は、幅よりも薄い薄型の角形電池で、互いに平行な姿勢としてセパレータ２を挟んで積層している。角形電池セル１は、図２に示すように、上面の両端部に正負の電極端子３を突出させて固定している。電極端子３を突出させる位置は、正極と負極が左右対称となる位置としている。これにより、角形電池セル１を裏返して重ねると、正極と負極とを並列させることができ、直列接続を容易に行える。角形電池セル１を直列に接続する組電池は、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、組電池は、角形電池セルを並列と直列に接続することもできる。
【００２５】
角形電池セル１はリチウムイオン二次電池である。ただし、角形電池はリチウムイオン二次電池には特定されず、充電できる全ての電池、たとえばニッケル水素電池なども使用できる。角形電池１は、正負の電極板を積層している電極体を外装缶１Ａに収納して電解液を充填して気密に密閉したものである。外装缶１Ａは、図３に示すように、底を閉塞する四角い筒状に成形したもので、上方の開口部を封口板１Ｂで気密に閉塞している。外装缶１Ａは、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工したもので、表面が導電性を有する。積層される角形電池セル１は、薄い角形に成形される。封口板１Ｂもアルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。この封口板１Ｂは、正負の電極端子３を両端部に、端子ホルダ４を介して固定している。
（端子ホルダ４）
【００２６】
端子ホルダ４は、傾斜面を有する三角形状に形成されており、角形電池セル１の上面で電極端子３の突出部分を除く周囲を絶縁している。この端子ホルダ４はプラスチックなどの絶縁性部材で構成される。端子ホルダ４の傾斜面には貫通孔が形成され、ここに電極端子３を挿通して、電極端子３を傾斜姿勢で突出させた状態で電極端子３と端子ホルダ４とが強固に固定される。電極端子３と端子ホルダ４との固定には、螺合や接着、溶接等の方法が利用できる。これにより、端子ホルダ４で電極端子３の絶縁、補強が図られる。
【００２７】
一方、正負の電極端子３は内蔵する正負の電極板に接続される。電極端子３は、好ましくはネジ乃至ボルト状に構成される。この電極端子３には、図２に示すように外部の突出位置に接続端子６が螺合により固定される。
【００２８】
積層される角形電池セル１は、隣接する電極端子３を接続端子６で連結して、互いに直列に接続される。さらに、各々の角形電池セル１の電極端子３には検出端子５が接続される。この検出端子５は、電池の電圧を検出する保護回路を実装する回路基板（図示せず）に接続される。
（接続端子６）
【００２９】
接続端子６は隣接する角形電池セル１の電極端子３同士を電気接続するために固定される。接続形態は、隣接する角形電池セル１を直列接続するか並列接続するかに応じて異なる。すなわち並列接続時は正極同士、負極同士を、直列接続時は正極と負極とを、各々連結する。
【００３０】
接続端子６の外形を図１０に示す。図１０に示す接続端子６は、端子ホルダ４の傾斜面と適合するように折曲した傾斜面６ａを有する金属片のバスバーであり、傾斜面６ａには隣接する角形電池セル１の電極端子３を挿通するための電極用ねじ穴６ｃが２つ、一方水平面６ｂには検出端子５を固定するための検出用ねじ穴６ｄが１つ、各々開口されている。
（検出端子５）
【００３１】
検出端子５は、各角形電池セル１の電圧を検出するための端子であり、リード線を介して回路基板（図示せず）と接続される。図２の検出端子５は丸端子で構成され、ナットにより接続端子６の検出用ねじ穴に固定される。
（凹部７）
【００３２】
さらに検出端子５を保持するために、図２に示すようにセパレータ２には、接続端子６に固定された検出端子５の一部を狭持して所定の姿勢に保持するための凹部７を形成している。凹部７はセパレータ２の側面の上端の一部を切り欠くようにして形成される。凹部７の内径は、検出端子５の一部とほぼ同じ大きさとし、さらに接続端子６に検出端子５を固定した状態で、検出端子５がセパレータ２側面から垂直に突出する姿勢で保持されるような位置に形成される。
【００３３】
また凹部７は、図３、図６等に示すように、開口部分を形成する両側が同一面上でなく、段差を有するように設けこともできる。すなわち、接続端子６を電極端子３に螺合する際に、共回りし易い方向に対して抵抗力を発揮するよう、ネジ締結のトルクが印加される方向に抗する面を、より円周外縁方向に配置することが好ましい。図２の例では凹部７の左側がその右側よりも外側に位置するよう形成している。これにより、検出端子５を螺合により固定する際のトルクに対し、回転面の半径方向を長くして抵抗力を大きくできる。さらに凹部７は、開口部分の高さを一定にせず、一方を高くすることもできる。このように凹部７を形成することで、共回り阻止の抵抗力を高め、より信頼性の高い組電池が得られる。
（接合片８）
【００３４】
さらに図３の例では、接続端子６と電極端子３との電気接続を確実にするため、端子ホルダ４の傾斜面から水平面にかけて適合するように折曲した接合片８を設けている。接合片８は端子ホルダ４に電極端子３を挿通した状態で、端子ホルダ４の上面を被覆し、電極端子３と固定される。これにより、電極端子３と電気的に接続された接合片８が端子ホルダ４の上面で広く延在し、この上に図２に示すように接続端子６を重ねて固定することで、接続端子６と端子ホルダ４との間に接合片８を介在させ、電極端子３と接続端子６との電気接続を接合片８を介して広い面積で行える。
（セパレータ２）
【００３５】
角形電池セル１は、その間にセパレータ２を挟着している。セパレータ２は、互いに隣接する角形電池セル１の間に挟着されて、隣接する角形電池セル１を一定の間隔に保持して絶縁する。このためセパレータ２は、絶縁部材で構成され、隣接する角形電池セル１の外装缶１Ａを絶縁する。このようなセパレータ２は、プラスチック等の絶縁材を成形して製作される。また角形電池セル１同士の対向面に、電池セル冷却用のガスを流すための送風隙間を設けることもできる。
【００３６】
図４のセパレータ２は一体で形成することもできるが、複数部材に分割して構成することもできる。分割構成のセパレータは、例えば隣接する角形電池セルの対向面の間に配設される絶縁シートと、この絶縁シートの両側にあって絶縁シートを挟着する一対の分割セパレータとで構成できる。
【００３７】
セパレータ２は、角形電池セル１の外周に沿う枠部１２を有し、この枠部１２の内側を開口している。枠部１２は、角形電池セル１の両側に沿う縦枠１２Ａと、上下縁部に沿う横枠１２Ｂとを連結した四角形としている。縦枠１２Ａ、横枠１２Ｂは角形電池セル１の外周面に沿う板状としている。縦枠１２Ａは、角形電池セル１に挟着される状態で、角形電池セル１の両側面の全体をカバーする幅としている。横枠１２Ｂは、角形電池セル１の上下面に沿う水平部１２ａを構成する。水平部１２ａは、角形電池セル１の上面に設けている電極端子３や安全弁の開口部を閉塞しないように、電極端子３や安全弁の開口部を露出させる形状としている。角形電池セル１の下面に沿う水平部１２ａは、縦枠１２Ａと同じ幅として、角形電池セル１に挟着される状態で、角形電池セル１の下面全体をカバーするようにしている。このセパレータ２は、角形電池セル１の間に挟着されて、積層される角形電池セル１の両側面と下面をセパレータ２でカバーして絶縁できる。
（回転阻止壁９）
【００３８】
このセパレータ２は、回転阻止壁９を設けている。回転阻止壁９は絶縁性部材で構成され、好ましくはセパレータ２と一体に形成される。また回転阻止壁９は、端子ホルダ４の側面を被覆する位置に設けられる。図３、図４の例では、セパレータ２の上面の略中央から垂直方向に、仕切り状に延長され、端子ホルダ４の傾斜面を構成する三角形状ブロックの側面を完全に覆う。さらに回転阻止壁９の高さは、図３に示すように角形電池セル１の側面をセパレータ２で被覆した状態で、電極端子３を覆えるように電極端子３の高さよりも高く設計する。また回転阻止壁９の幅は、図２に示すように、接続端子６を固定した状態で、接続端子６の側面を覆えるように長く設計する。このように、電極部分を絶縁性の回転阻止壁９で完全に被覆することで、意図しない短絡を回避できる。
【００３９】
さらに回転阻止壁９は、２枚のセパレータ２で角形電池セル１を狭持する状態で、図３、図２に示すように端子ホルダ４及び接続端子６を両側から狭持するので、これらが確実に保持される。すなわち、端子ホルダ４の両側が回転阻止壁９で狭持されて補強されるため、電極端子３への接続端子６の取り付け時のネジ締結作業で、端子ホルダ４や電極端子３が共に回転してしまう共回りを阻止できる。
【００４０】
特に、電池の電極端子３に直接当接するのでなく、電極端子３に固定された端子ホルダ４に当接させる構成とすることで、回転素子構造を簡素化できる利点が得られる。ネジは円柱状であるため、その回転を阻止するためにはネジの一部に矩形状の部分を形成した特殊な形状のネジを使用する必要があったが、本実施の形態ではネジの絶縁、補強のために設けられているブロック状の端子ホルダ４を利用し、端子ホルダ４をセパレータ２の一部で保持することでネジ締結時の共回りを有効に阻止できる。よって、既存の部材を有効利用できるため、共回り素子の構造を簡素化できる利点が得られる。
【００４１】
以上のようにセパレータ２は、上面を構成する水平面６ｂの一方の側に回転阻止壁９を、他方の側に凹部７を、各々設けている。このセパレータ２は、互いに隣接する角形電池セル１の間に挟着されて、隣接する角形電池セル１を一定の間隔に保持して絶縁する。この際、セパレータ２を、図１及び図２に示すように交互に逆向きに積層することで、同一形状のセパレータを使用して、隣接する角形電池セル１同士の間に、各々回転阻止壁９と凹部７とを配置させることができる。
【００４２】
図４に示すセパレータ２は、上述の通り枠部１２により有底の枠状に形成されており、左右に角形電池セル１を挿入可能な開口を形成している。開口の深さは、角形電池セル１が概ね半分程度もしくはそれ以下に収まる程度に設定される。これによって、２枚のセパレータ２の間に１個の角形電池セル１が収納できる。枠部１２の開口の内壁には、リブ１０が設けられており、角形電池セル１を収納した状態で角形電池セル１とセパレータ２との間に隙間が形成される。この隙間に冷却空気を流すことで、角形電池セル１の表面を冷却することが可能となる。また必要に応じて、セパレータ２の開口底面にストライプ状の凹凸を形成すれば、この凹凸がセパレータ２に収納された角形電池セル１の表面との間でスリットを形成し、ここに冷却空気通路を流すことで角形電池セル１の冷却能力を高めることができる。
（三角リブ１１）
【００４３】
また角形電池セル１の底面に位置するリブ１１の形状は、図９の断面図に示すように、傾斜状に形成することが好ましい。傾斜面は、セパレータ２の開口側に向かって下り勾配となるように形成される。このような傾斜面とすることで、図９に示すように角形電池セル１を配置したとき、その隅部乃至頂点が傾斜面と当接するようになる。すなわち、セパレータ２を含めた電池ブロックをエンドプレートで両側面から締結する際に、三角リブ１１の傾斜面で角形電池セル１の底面隅部を押圧する結果、傾斜面に沿って角形電池セル１が押し上げられることとなる。角形電池セル１は押し上げられると、その天面がセパレータ２の内壁に当接されて停止する。この結果、押し上げられた各角形電池セル１は、その上面がセパレータ２に沿って綺麗に揃うこととなる。上面の高さが同一面であれば、隣接する角形電池セル１同士を接続端子６で接続する際の接触状態が一定となって、接続の信頼度が高まる。逆に接続端子６で接続したい角形電池セル１の高さが揃っていないと、接続端子６が傾いて固定されることとなって、接触面積が一定せず接触不良などの原因となる。特に角形電池セル１の製造時の公差などにより、電池ブロックとして並べた際の高さにばらつきが生じることがあるが、このような場合であっても上記構成によって上面高さを一定に揃えることができるので、端子接続の信頼性向上の観点からは極めて有効である。
【００４４】
また接続端子６のみならず、角形電池セル１のガス排出弁から排出されるガスを外部に排出するための排出ガス用ダクトを接続する基準面も揃えることができる。角形電池セル１は、過充電や過放電で内圧が上昇する異常な状態での破壊を防止して安全性を確保するために、ガス排出弁を設けている。ガス排出弁は、電池の内圧が異常に上昇すると開弁してガスを排気する。排出ガス用ダクトは、各角形電池セル１のガス排出弁の位置に沿うように配置されている。
【００４５】
このように、三角リブ１１は電池ブロックの締結時に角形電池セル１を上向きに誘導する誘導部材として機能する。
（エンドプレート）
【００４６】
角形電池セル１をセパレータ２を介して交互に積層した電池ブロックは、両側端面に位置するセパレータ２をエンドプレートで被覆される。エンドプレートを介してボルトなどにより電池ブロックの両側から狭持される。エンドプレート４は、硬質のプラスチックで成形され、あるいはアルミニウムやその合金などの金属で製作される。エンドプレート４は、広い面積で角形電池１を挟着するために、その外形を角形電池１と同じ四角形としている。四角形のエンドプレート４は、角形電池１と同じ大きさに、あるいは角形電池１よりもわずかに大きくしている。プラスチック製のエンドプレート４は、直接に角形電池１に積層され、金属製のエンドプレートは、積層材を介して角形電池に積層される。
【００４７】
エンドプレート４には、金属バンド５の端部が連結される。金属バンド５は、止ネジ６を介してエンドプレート４に連結している。図１の金属バンド５は、止ネジ６でエンドプレート４に固定しているが、金属バンドの端部を内側に折曲してエンドプレートに連結し、あるいはまた、端部をカシメてエンドプレートに連結することもできる。
（突起１３）
【００４８】
図１、図２の例では、エンドプレートに面するセパレータ２は、エンドプレートに向かって突出する突起１３を設けており、またエンドプレート側には、この突起１３を挿入する突起挿入穴１４を形成している。突起挿入穴１４は、エンドプレートに線対称の位置に開口せず、エンドプレートの中心軸に対して非対称に開口させている。非対称とは、エンドプレートを１８０°回転させても一致しない位置をいう。この構成により、突起１３と突起挿入穴１４でセパレータ２とエンドプレートを所望の位置に位置決めでき、またエンドプレートを誤って上下逆向きに装着する事態を回避できる。
【００４９】
セパレータ２を介して積層される角形電池１は、固定部品３で定位置に固定される。固定部品３は、積層している角形電池１の両端面に配置される一対のエンドプレート４と、このエンドプレート４に、端部を連結して積層状態の角形電池１を圧縮状態に固定してなる金属バンド５とからなる。
（金属バンド５）
【００５０】
金属バンド５は、所定の厚さの金属板を所定の幅に加工して製作される。金属バンド５は、端部をエンドプレート４に連結して、一対のエンドプレート４を連結して、その間に角形電池１を圧縮状態に保持する。金属バンド５は、一対のエンドプレート４を所定の寸法に固定して、その間に積層される角形電池１を所定の圧縮状態に固定する。角形電池１の膨張圧力で金属バンド５が伸びると、角形電池１の膨張を阻止できない。したがって、金属バンド５には、角形電池１の膨張圧で伸びない強度の金属板、たとえばＳＵＳ３０４等のステンレス板や鋼板等の金属板を十分な強度を有する幅と厚さに加工して製作される。さらに、金属バンドは、金属板を溝形に加工することもできる。この形状の金属バンドは、曲げ強度を強くできるので、幅を狭くしながら、積層する角形電池をしっかりと所定の圧縮状態に固定できる特長がある。金属バンド５は、端部に折曲部５Ａを設けて、折曲部５Ａをエンドプレート４に連結する。折曲部５Ａは、止ネジ６の貫通孔を設けて、ここに挿入される止ネジ６を介してエンドプレート４に固定される。
【００５１】
さらに、図１の斜視図に示す電池ブロックは、２列の金属バンド５を、電池ブロックの両側面の上下に配設して、一対のエンドプレート４の両側を上下で連結している。この構造の電池ブロックは、２列の金属バンド５でエンドプレート４を強固に連結できる。
【００５２】
以上の組電池１００は、車両用の電源装置に組み込まれる。この組電池１００を備える電源装置は、図示しないが、角形電池セル１の温度を検出する複数の温度センサと、この温度センサで検出される角形電池セル１の温度で、送風ダクト６を介して各々の送風隙間に分岐して冷却気体を送風する強制送風機と、温度センサで検出される角形電池セル１の温度で電池の電流を制御する制御回路とを備える。
（実施の形態２）
【００５３】
図１１は、実施の形態２に係る組電池の接続端子６を示す斜視図である。この図においては、バスバーである接続端子の形状を見易くするために、角形電池セル１を一部（左側の４列）のみ表示し、残りの表示は省略している。さらにセパレータ２の表示も省略している。図１１においては、３種類の接続端子が使用されており、図中右側に位置する第２接続端子６Ｂは、隣接する角形電池セルでなく、積層された状態で離間した位置にある角形電池セル同士を接続するためのものであり、所定間隔で略平行に配置された傾斜面を有する水平片と、略直角に折曲されてこれらを結ぶ垂直片とで構成される。
【００５４】
また左側に位置する第３接続端子６Ｃは、終端で電極を外部に取り出すための端子であり、傾斜面を有する水平片と、Ｌ字状に折曲された垂直片を備える。最後に中間及び奥側に位置する２枚の接続端子６は、上述した図１０と同様のものである。このような様々な形状の接続端子６を使用する例においても、上述した回転阻止壁９を設けたセパレータ２（図１１に図示せず）を利用することによって、電極端子３への締結時に印加されるトルクで接続端子が回転しようとしても、傾斜面が回転阻止壁９で狭持されているため、共回りを効果的に阻止できる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る組電池及び組電池用セパレータは、車載用のバッテリシステムの電池として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１００…組電池
１…角形電池セル；１Ａ…外装缶；１Ｂ…封口板
２…セパレータ
３…電極端子
４…端子ホルダ
５…検出端子
６…接続端子；６ａ…傾斜面；６ｂ…水平面；６ｃ…電極用ねじ穴；６ｄ…検出用ねじ穴；６Ｂ…第２接続端子；６Ｃ…第３接続端子
７…凹部
８…接合片
９…回転阻止壁
１０…リブ
１１…三角リブ
１２…枠部；１２Ａ…縦枠；１２Ｂ…横枠；１２ａ…水平部
１３…突起
１４…突起挿入穴
２１…電極
３１…ボルト
３５…拡大部
４１…金属端子
６４…当接部
８１…バスバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極端子(3)を有する複数の角形電池セル(1)と、
隣接する角形電池セル(1)同士の間に挿入されて絶縁するためのセパレータ(2)と、
前記セパレータ(2)を介して積層された角形電池セル(1)の隣接する電極端子(3)同士を電気的に接続するための接続端子(6)と、
を備える組電池であって、
前記接続端子(6)は、電極端子(3)と螺合式に固定され、
前記セパレータ(2)は、接続端子(6)を螺合する際に、接続端子(6)に当接して接続端子(6)の回転を阻止する回転阻止壁(9)を設けてなることを特徴とする組電池。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池であって、
前記角形電池セル(1)が、その上面に、傾斜面を有する絶縁性の端子ホルダ(4)を設けており、前記電極端子(3)は前記端子ホルダ(4)の傾斜面を貫通して、傾斜姿勢で突出するよう前記端子ホルダ(4)と固定されてなり、
前記セパレータ(2)の回転阻止壁(9)が、前記端子ホルダ(4)の傾斜面の両側面を狭持するように配置されてなることを特徴とする組電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の組電池であって、
前記回転阻止壁(9)は、前記電極端子(3)の高さよりも高く形成されてなることを特徴とする組電池。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の組電池であって、
前記回転阻止壁(9)は、前記接続端子(6)の長さよりも長く形成されてなることを特徴とする組電池。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の組電池であって、
前記接続端子(6)は、該接続端子(6)と電気的に接続して前記角形電池セル(1)の電圧を検出するための検出端子(5)が固定されており、
前記セパレータ(2)はさらに、接続端子(6)に固定された検出端子(5)の一部を狭持して所定の姿勢に保持するための凹部(7)を形成していることを特徴とする組電池。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の組電池であって、さらに、
前記角形電池セル(1)を前記セパレータ(2)を介して積層した状態で、端面に位置するセパレータ(2)を被覆するように両側から狭持する金属製のエンドプレートを備えており、
前記エンドプレートに面するセパレータ(2)は、エンドプレートに向かって突出する突起(13)を設けており、
前記エンドプレートは、前記突起(13)を挿入する突起挿入穴(14)を形成してなり、
前記突起挿入穴(14)は前記エンドプレートの中心軸に対して非対称に開口されてなることを特徴とする組電池。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の組電池であって、
前記接続端子(6)が、前記回転阻止壁(9)との当接面を矩形状に構成されてなることを特徴とする組電池。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の組電池であって、
前記セパレータ(2)が、その底面に、前記角形電池セル(1)の隅部頂点と当接する傾斜面を有する三角リブ(11)を設けてなることを特徴とする組電池。
【請求項９】
複数の角形電池セル(1)を積層した組電池において、角形電池セル(1)同士の間に介在されてこれらを絶縁するための組電池用セパレータ(2)であって、
角形電池セル(1)を両側面に挿入するための開口を構成する枠部(12)と、
前記枠部(12)の上面で、垂直に突出させた回転阻止壁(9)と、
を備えており、
前記回転阻止壁(9)は、前記開口に角形電池セル(1)を挿入した状態で、電極端子(3)の側面を覆い、かつ電極端子(3)を固定する端子ホルダ(4)の側面を当接する位置に設けられてなることを特徴とする組電池用セパレータ。
【請求項１０】
請求項９に記載の組電池用セパレータであって、
前記回転阻止壁(9)がさらに、角形電池セル(1)の電極端子(3)に、他の角形電池セル(1)と電気的に接続するための接続端子(6)を接続した状態で、該接続端子(6)の側面を当接する位置に設けられてなることを特徴とする組電池用セパレータ。
【請求項１】
電極端子(3)を有する複数の角形電池セル(1)と、
隣接する角形電池セル(1)同士の間に挿入されて絶縁するためのセパレータ(2)と、
前記セパレータ(2)を介して積層された角形電池セル(1)の隣接する電極端子(3)同士を電気的に接続するための接続端子(6)と、
を備える組電池であって、
前記接続端子(6)は、電極端子(3)と螺合式に固定され、
前記セパレータ(2)は、接続端子(6)を螺合する際に、接続端子(6)に当接して接続端子(6)の回転を阻止する回転阻止壁(9)を設けてなることを特徴とする組電池。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池であって、
前記角形電池セル(1)が、その上面に、傾斜面を有する絶縁性の端子ホルダ(4)を設けており、前記電極端子(3)は前記端子ホルダ(4)の傾斜面を貫通して、傾斜姿勢で突出するよう前記端子ホルダ(4)と固定されてなり、
前記セパレータ(2)の回転阻止壁(9)が、前記端子ホルダ(4)の傾斜面の両側面を狭持するように配置されてなることを特徴とする組電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の組電池であって、
前記回転阻止壁(9)は、前記電極端子(3)の高さよりも高く形成されてなることを特徴とする組電池。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の組電池であって、
前記回転阻止壁(9)は、前記接続端子(6)の長さよりも長く形成されてなることを特徴とする組電池。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の組電池であって、
前記接続端子(6)は、該接続端子(6)と電気的に接続して前記角形電池セル(1)の電圧を検出するための検出端子(5)が固定されており、
前記セパレータ(2)はさらに、接続端子(6)に固定された検出端子(5)の一部を狭持して所定の姿勢に保持するための凹部(7)を形成していることを特徴とする組電池。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の組電池であって、さらに、
前記角形電池セル(1)を前記セパレータ(2)を介して積層した状態で、端面に位置するセパレータ(2)を被覆するように両側から狭持する金属製のエンドプレートを備えており、
前記エンドプレートに面するセパレータ(2)は、エンドプレートに向かって突出する突起(13)を設けており、
前記エンドプレートは、前記突起(13)を挿入する突起挿入穴(14)を形成してなり、
前記突起挿入穴(14)は前記エンドプレートの中心軸に対して非対称に開口されてなることを特徴とする組電池。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の組電池であって、
前記接続端子(6)が、前記回転阻止壁(9)との当接面を矩形状に構成されてなることを特徴とする組電池。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の組電池であって、
前記セパレータ(2)が、その底面に、前記角形電池セル(1)の隅部頂点と当接する傾斜面を有する三角リブ(11)を設けてなることを特徴とする組電池。
【請求項９】
複数の角形電池セル(1)を積層した組電池において、角形電池セル(1)同士の間に介在されてこれらを絶縁するための組電池用セパレータ(2)であって、
角形電池セル(1)を両側面に挿入するための開口を構成する枠部(12)と、
前記枠部(12)の上面で、垂直に突出させた回転阻止壁(9)と、
を備えており、
前記回転阻止壁(9)は、前記開口に角形電池セル(1)を挿入した状態で、電極端子(3)の側面を覆い、かつ電極端子(3)を固定する端子ホルダ(4)の側面を当接する位置に設けられてなることを特徴とする組電池用セパレータ。
【請求項１０】
請求項９に記載の組電池用セパレータであって、
前記回転阻止壁(9)がさらに、角形電池セル(1)の電極端子(3)に、他の角形電池セル(1)と電気的に接続するための接続端子(6)を接続した状態で、該接続端子(6)の側面を当接する位置に設けられてなることを特徴とする組電池用セパレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１７６９９７（Ｐ２０１０−１７６９９７Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７３５３（Ｐ２００９−１７３５３）
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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