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技術 角形密閉式電池

出願人 パナソニック株式会社トヨタ自動車株式会社
発明者 朝比奈孝加治屋弘海浜田真治江藤豊彦
出願日 2002年1月23日 (19年0ヶ月経過) 出願番号 2002-014704
公開日 2003年7月31日 (17年6ヶ月経過) 公開番号 2003-217558
状態 特許登録済
技術分野 電池の接続・端子 電池の接続・端子
主要キーワード 通電距離 導電性接続体 部分縦断正面図 二重シール 通電抵抗 配設部分 両端壁 センサ装着穴
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2003年7月31日)のものです。
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図面 (7)

課題

単電池当たりの内部抵抗を低減するとともに極板群の全体が均等的に十全に能力を発揮して高出力化を実現できる角形密閉式電池を提供する。

解決手段

複数の直方体状の電槽4を隔壁5を介して連接してなる角形電槽3と、正極板と負極板セパレータを介して積層するとともに正極板と負極板の一側部を互いに反対側に突出させてリード部9とした極板群8と、極板群8の両側のリード部9に接合した集電体10とを備え、各電槽4に集電体10を接合した極板群8を電解液とともに収容した角形密閉式電池において、角形電槽3の端壁3a又は隔壁とそれに対向する集電体10との間に、集電体10にその中間部の1又は複数箇所で接続された導電板17を配設し、接続端子12と極板群8間の抵抗を低減した。

概要

背景

所要電力容量が得られるように複数の単電池を接続して成る従来の集合型二次電池は、複数個の個別の直方体状の単電池を、その電槽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、両端の単電池の電槽の外側にエンドプレートを配置して拘束バンドにて結束することで一体的に連結し、また各単電池において極板上端部から上方にリードを引き出して電槽の蓋に装着された端子に接続し、単電池間で端子同士を接続板で接続して構成されている。

そのため、単電池間の接続経路が長くかつ接続箇所が多いために接続部品を含む構成部品による部品抵抗が大きく、この部品抵抗と、正極板と負極板及び電解液による電池反応における反応抵抗との比率が、40〜50%:60〜50%にも達し、大きな内部抵抗により電池発熱が大きくなるため、高出力化の実現や寿命特性の向上に対して大きな障害になっていた。また、単電池間の接続構成が複雑で部品点数が多いためにコスト高になるという問題もあった。

そこで、本出願人は、先に図4、図5に示すように、複数の単電池2を内蔵した角形密閉式電池1を提案している。3はその角形電槽で、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単電池2の電槽4をその短側面を隔壁5として共用して相互に一体的に連接してなる扁平な直方体状に形成され、各電槽4の上面開口は一体の蓋体6にて一体的に閉鎖されている。両端の電槽4の外側の短側面と各電槽4、4間の隔壁5の上部に接続穴7が形成されている。各電槽4内には、矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成された極板群8が電解液とともに収容され、単電池2が構成されている。極板群8の正極板と負極板は互いに反対側の側部に突出されて正極板と負極板のリード部9a、9bとされ、それらのリード部9a、9bの側端縁にはそれぞれ集電板10a、10bが溶接等にて接続されている。

集電板10a、10bの上部には接続穴7内に嵌入する接続突部11が突設され、隣接する電槽4、4間で正極と負極の集電板10a、10bの接続突部11を互いに溶接して接続されている。また、両端の電槽4の外側の短側面の接続穴7に正極又は負極の接続端子12が装着され、その接続突部13と集電板10a又は10bの接続突部11とが互いに溶接にて接続されている。かくして、角形電槽3に内蔵された複数の単電池2が直列接続され、両端の接続端子12、12間に出力される。

また、蓋体6には各電槽4、4の内圧を均等にする連通路14や、各電槽4の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(図示せず)や、適当な単電池2の温度を検出する温度センサを装着するセンサ装着穴15などが設けられている。

このような構成によると、極板群8における正極板及び負極板からそれぞれのリード部9a、9bまでの通電経路が短く、かつそのリード部9a、9b間が集電板10a、10を介して角形電槽3内部で接続されているので、上記従来の個別の単電池を接続したものに比べると、接続経路が短くかつ接続箇所が少ないために接続部品を含む構成部品による部品抵抗を小さくでき、その分内部抵抗を低減することができる。

概要

単電池当たりの内部抵抗を低減するとともに極板群の全体が均等的に十全に能力を発揮して高出力化を実現できる角形密閉式電池を提供する。

複数の直方体状の電槽4を隔壁5を介して連接してなる角形電槽3と、正極板と負極板をセパレータを介して積層するとともに正極板と負極板の一側部を互いに反対側に突出させてリード部9とした極板群8と、極板群8の両側のリード部9に接合した集電体10とを備え、各電槽4に集電体10を接合した極板群8を電解液とともに収容した角形密閉式電池において、角形電槽3の端壁3a又は隔壁とそれに対向する集電体10との間に、集電体10にその中間部の1又は複数箇所で接続された導電板17を配設し、接続端子12と極板群8間の抵抗を低減した。

目的

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、単電池当たりの内部抵抗をさらに低減するとともに極板群の全体が均等的に十全に能力を発揮して高出力化を実現できる角形密閉式電池を提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

複数の直方体状の電槽隔壁を介して連接してなる角形電槽と、正極板と負極板セパレータを介して積層するとともに正極板と負極板の一側部を互いに反対側に突出させてリード部とした極板群と、極板群の両側のリード部に接合した集電体とを備え、各電槽に集電体を接合した極板群を電解液とともに収容した角形密閉式電池において、角形電槽の端壁又は隔壁とそれに対向する集電体との間に、集電体にその中間部の1又は複数箇所で接続された導電板を配設したことを特徴とする角形密閉式電池。

請求項2

角形電槽の端壁とそれに対向する集電体との間に配設した導電板の上端部に外部接続用接続端子を接合したことを特徴とする請求項1記載の角形密閉式電池。

請求項3

集電体と極板群を集電体の長手方向適当間隔おきに設けた複数の接合部で接合し、集電体と導電板を適当な接合部の間の位置で接続したことを特徴とする請求項1又は2記載の角形密閉式電池。

請求項4

集電体と導電板の接続部では、導電板に接続穴を形成するとともに集電体に接続穴に嵌入する突部を設け、接続穴の内周と突部外周を溶接したことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の角形密閉式電池。

請求項5

導電板は、耐電解液性を有する金属板の間導電率の高い金属板を挟んだ3層構造の金属板から成ることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の角形密閉式電池。

技術分野

0001

本発明は角形密閉式電池に関し、特に複数の単電池を接続してなる集合型二次電池内部抵抗の低減を図った角形密閉式電池に関するものである。

背景技術

0002

所要電力容量が得られるように複数の単電池を接続して成る従来の集合型二次電池は、複数個の個別の直方体状の単電池を、その電槽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、両端の単電池の電槽の外側にエンドプレートを配置して拘束バンドにて結束することで一体的に連結し、また各単電池において極板上端部から上方にリードを引き出して電槽の蓋に装着された端子に接続し、単電池間で端子同士を接続板で接続して構成されている。

0003

そのため、単電池間の接続経路が長くかつ接続箇所が多いために接続部品を含む構成部品による部品抵抗が大きく、この部品抵抗と、正極板と負極板及び電解液による電池反応における反応抵抗との比率が、40〜50%:60〜50%にも達し、大きな内部抵抗により電池発熱が大きくなるため、高出力化の実現や寿命特性の向上に対して大きな障害になっていた。また、単電池間の接続構成が複雑で部品点数が多いためにコスト高になるという問題もあった。

0004

そこで、本出願人は、先に図4図5に示すように、複数の単電池2を内蔵した角形密閉式電池1を提案している。3はその角形電槽で、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単電池2の電槽4をその短側面を隔壁5として共用して相互に一体的に連接してなる扁平な直方体状に形成され、各電槽4の上面開口は一体の蓋体6にて一体的に閉鎖されている。両端の電槽4の外側の短側面と各電槽4、4間の隔壁5の上部に接続穴7が形成されている。各電槽4内には、矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成された極板群8が電解液とともに収容され、単電池2が構成されている。極板群8の正極板と負極板は互いに反対側の側部に突出されて正極板と負極板のリード部9a、9bとされ、それらのリード部9a、9bの側端縁にはそれぞれ集電板10a、10bが溶接等にて接続されている。

0005

集電板10a、10bの上部には接続穴7内に嵌入する接続突部11が突設され、隣接する電槽4、4間で正極と負極の集電板10a、10bの接続突部11を互いに溶接して接続されている。また、両端の電槽4の外側の短側面の接続穴7に正極又は負極の接続端子12が装着され、その接続突部13と集電板10a又は10bの接続突部11とが互いに溶接にて接続されている。かくして、角形電槽3に内蔵された複数の単電池2が直列接続され、両端の接続端子12、12間に出力される。

0006

また、蓋体6には各電槽4、4の内圧を均等にする連通路14や、各電槽4の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(図示せず)や、適当な単電池2の温度を検出する温度センサを装着するセンサ装着穴15などが設けられている。

0007

このような構成によると、極板群8における正極板及び負極板からそれぞれのリード部9a、9bまでの通電経路が短く、かつそのリード部9a、9b間が集電板10a、10を介して角形電槽3内部で接続されているので、上記従来の個別の単電池を接続したものに比べると、接続経路が短くかつ接続箇所が少ないために接続部品を含む構成部品による部品抵抗を小さくでき、その分内部抵抗を低減することができる。

発明が解決しようとする課題

0008

ところで、上記図4図5に示すような構成では、角形電槽3の両端壁の上端部に配設された接続端子12の接続突部13が集電板10a、10bの上端部に接合されているため、図6に示すように、極板群8と集電板10a、10bとの接合部16が集電板10a、10bの長手方向に適当間隔おきに複数箇所に設けられていると、集電板10a、10bは断面積が小さくて比較的抵抗が大きいため、接続端子12から集電板10a、10bを通って各接合部16を経て極板群8に流れる電流は、白抜矢印で示すように、接続端子12に近い接合部16を通って極板群8に流れる電流は多いが、遠い接合部16を通って流れる電流は少なくなり、その結果極板群8を流れる電流分布が不均一になり、極板群8の全体が均一に発電能力を発揮せず、ロスが大きいという問題がある。

0009

また、隔壁5を介して対向する集電板10a、10b同士もその上端部の接続突部11の先端間の1箇所で互いに溶接して接続されており、比較的抵抗の大きい集電板10a、10bによる接続経路が迂回によって長くかつ1箇所だけで接続されているため、正極板及び負極板の各部位から集電板10a、10bまでの通電経路は短くても内部抵抗が高くなるという問題があり、また極板群8に流れる電流分布も上記と同様に集電板10a、10bの上端部の接続箇所から接合部16までの遠近によって大きく異なってしまい、電流分布が不均一になり、極板群8の全体が均一に発電能力を発揮せず、ロスが大きいという問題がある。

0010

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、単電池当たりの内部抵抗をさらに低減するとともに極板群の全体が均等的に十全に能力を発揮して高出力化を実現できる角形密閉式電池を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0011

本発明の角形密閉式電池は、複数の直方体状の電槽を隔壁を介して連接してなる角形電槽と、正極板と負極板をセパレータを介して積層するとともに正極板と負極板の一側部を互いに反対側に突出させてリード部とした極板群と、極板群の両側のリード部に接合した集電体とを備え、各電槽に集電体を接合した極板群を電解液とともに収容した角形密閉式電池において、角形電槽の端壁又は隔壁とそれに対向する集電体との間に、集電体にその中間部の1又は複数箇所で接続された導電板を配設したものである。

0012

この構成によると、極板の各部位から集電体までの距離が短く、かつ集電体は断面積が小さく抵抗が比較的大きくても集電体の中間部の1又は複数箇所で導電板に接続されているので、集電体の各部位から導電板までの通電距離も短く、従って極板から導電板までの抵抗を小さくでき、導電板として抵抗の小さいものを用いることで導電板による通電経路が多少長くなっても抵抗を小さくでき、導電板と各電槽の外部を任意の位置で接続しても通電抵抗を小さくでき、単電池当たりの内部抵抗を低減することができる。

0013

特に、角形電槽の端壁とそれに対向する集電体との間に配設した導電板の上端部に外部接続用の接続端子を接合すると、外部接続用の接続端子を角形電槽の上部に配設するという要請を満たしながら、極板群までの抵抗を小さくでき、角形密閉式電池全体の単電池当たりの内部抵抗を低減することができる。

0014

また、集電体と極板群を集電体の長手方向適当間隔おきに設けた複数の接合部で接合し、集電体と導電板を適当な接合部の間の位置で接続すると、電流は導電板から集電体の中間部の1又は複数の接続部に分配されて流れ、さらに集電体と極板群との接合部を介して極板群に分配されて流れるので、極板群全体の電流分布が均一になり、極板群の全体が均等的に十全に能力を発揮して高出力化を実現できる。

0015

また、集電体と導電板の接続部では、導電板に接続穴を形成するとともに集電体に接続穴に嵌入する突部を設け、接続穴の内周と突部外周を溶接すると、導電板と集電体を確実に小さい接続抵抗にて接続することができる。

0016

また、導電板が、耐電解液性を有する金属板の間導電率の高い金属板を挟んだ3層構造の金属板から成ると、導電板の抵抗をさらに小さくでき、単電池当たりの内部抵抗を一層低減することができる。

発明を実施するための最良の形態

0017

以下、本発明の角形密閉式電池の一実施形態について、図1図2を参照して説明する。なお、図4図5を参照して説明した従来例と同一の構成要素については、同一の参照符号を付し、主として相違点を説明する。

0018

本実施形態の角形密閉式電池1における角形電槽3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複数の電槽4をその短側面を隔壁5として共用して相互に一体的に連接して構成されている。角形電槽3は、電解液に対して耐性を有するPPとPPEのアロイなどの合成樹脂材料にて構成されている。角形電槽3の端壁3aの上端部には接続端子12の接続突部13が嵌合する接続穴7が形成されるとともに、その内周にOリング溝7aが形成され、Oリングなどのシール材7bが装着されている。

0019

角形電槽3の各電槽4には両側に集電体10が接合された極板群8が電解液とともに収容されて単電池2が構成されている。極板群8は、複数枚の正極板と複数枚の負極板とを交互に配置するとともに、各正極板に横方向に開口部を有する袋状のセパレータを被せることにより正極板と負極板の間にセパレータを介装した状態で積層して構成されている。正極板と負極板の一側部を互いに反対側に突出させて正極と負極のリード部9が設けられ、この極板群8の両側のリード部9に集電体10が接合されている。

0020

本実施形態の角形密閉式電池1はニッケル水素電池であり、正極板は、Niの発泡メタルにリード部9を除いて水酸化ニッケル充填して構成され、そのリード部9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超音波溶接シーム溶接して構成されている。また、負極板は、Niのパンチングメタルにリード部9を除いて水素吸蔵合金を含む負極構成物質塗着して構成されている。

0021

集電体10は、表面にニッケルメッキを施した鋼板にて構成され、集電体10とリード部9は、集電体10に上下方向に適当間隔おきに複数箇所(図示例では4箇所)設けた接合部16において、電子ビーム溶接等にて接合されている。

0022

角形電槽3の端壁3aとそれに対向する集電体10との間には、上部と下部におけるそれぞれ上下一対の接合部16、16間の位置で集電体10に接続された導電板17が配設されており、この導電板17が上方に延出されてその上端部に接続端子12の接続突部13の先端が溶接にて接続されている。導電板17における接続突部13の接続部の周囲には、端壁3a内面との間のシールを行うピッチ等のシール材7cが配置され、接続端子12の接続突部13の貫通部がシール材7bと7cで二重シールされている。

0023

導電板17と集電体10の接続は、図2に示すように、導電板17に縦長の長方形ないし長円形の接続穴18を形成するとともに、集電体10の外面にこの接続穴18内に嵌入する突部19を突出形成し、接続穴18の内周と突部19の外周を溶接部20にて接続し、さらに導電板17の接続穴18の配設部分の両側縁も集電体10の両側縁に溶接部20にて接続している。

0024

なお、隔壁5を挟んだ単電池2、2間の接続構成としては、図1では図示していないが、上記と同様に角形電槽3の隔壁5に対向する集電体10と隔壁5との間に導電板17を配設し、隔壁5に形成された接続穴7を介して隔壁5の両側の導電板17同士を接続するようにしてもよいが、図4図5に示した従来例と同様に、集電体10の上端部に設けた接続突部11を接続穴7に嵌入させてその先端部同士を溶接するとともに、角形電槽3の側壁の隔壁5配設位置に、両側の電槽4に臨む開口(図示せず)を形成して集電体10の中間部でも導電性接続体(図示せず)で接続することで、集電体10を上端部と中間部の複数箇所で接続するようにしてもよい。

0025

本実施形態によれば、極板群8の正極板及び負極板の各部位からそれぞれの集電体10までの距離が短く、かつ集電体10は断面積が小さく抵抗が比較的大きくても集電体10の中間部の複数箇所で導電板17に接続されているので、集電体10の各部位から導電板17までの通電距離も短く、従って極板から導電板17までの抵抗を小さくでき、導電板17として集電体10に比して断面積が大きく抵抗の小さいものを用いることで、角形電槽3の上端部に配設された接続端子12と接続するために導電板17を端壁3aの上端部まで延出し、その通電経路が多少長くなっても抵抗を小さくでき、接続端子12から導電板17と集電体10を通って極板の各部位に至る通電経路の抵抗を小さくでき、角形密閉式電池1の単電池2当たりの内部抵抗を低減することができる。

0026

また、単電池2、2間でも同様に隔壁5と集電体10との間に導電板17を配設すると、通電経路が隔壁5の上端部の接続穴7を通るために多少迂回しても通電経路の抵抗を小さくでき、角形密閉式電池1の単電池2当たりの内部抵抗を低減することができる。ただし、この場合各電槽4内に導電板17の配置スペースが必要になって、極板群8の容量がその分小さくなってしまう。

0027

そこで、単電池2、2間では、上述のように集電体10、10同士をその上端部で従来例と同様に接続するとともに、角形電槽3の端壁で集電体10、10の中間部を接続するように構成し、接続端子12と集電体10との接続構成のみを導電板17を用いた構成としても、角形密閉式電池1の全体の内部抵抗を大きく低下させることができる。

0028

また、集電体10の長手方向適当間隔おきに設けた複数の接合部16で集電体10と極板群8を接合し、それら複数の接合部16を上下に複数のグループに分けて各グループの接合部16、16間の位置で集電体10と導電板17を接続しているので、接続端子12を通る電流は、図1に矢印で示すように、導電板17を通って集電体10の中間部に対応する複数の接続部(18〜20)に分配され、さらにそこから集電体10を通って集電体10と極板群8との接合部16に分配されて極板群8に流れるので、極板群8全体の電流分布が均一になり、極板群8の全体が均等的に十全に能力を発揮して高出力化を実現できる。

0029

また、集電体10と導電板17の接続部では、導電板17に接続穴18を形成するとともに接続穴18に嵌入する突部19を集電体10に設け、接続穴18の内周と突部19外周及び導電板17の両側縁を溶接部20で接続しているので、導電板17と集電体10を確実に小さい接続抵抗にて接続することができる。

0030

以上の実施形態の説明では、導電板17が単一素材、具体的には耐電解液性を有するように外面にニッケルメッキを施した鋼板から成るものを例示したが、図3に示すように、両面を安定性のある溶接ができる鋼板21で構成し、それらの間に導電率の高い銅板22を挟んでクラッドした3層構造とし、その外面に耐電解液性を有するようにニッケルメッキを施したものを用いると、導電板17の抵抗をさらに小さくできるため、角形密閉式電池1の単電池2当たりの内部抵抗を一層低減することができる。

発明の効果

0031

本発明の角形密閉式電池によれば、以上の説明から明らかなように、角形電槽の端壁又は隔壁とそれに対向する集電体との間に、集電体にその中間部の1又は複数箇所で接続された導電板を配設したので、極板の各部位から集電体までの距離が短く、かつ集電体の各部位から導電板までの通電距離も短く、従って極板から導電板までの抵抗を小さくでき、導電板として抵抗の小さいものを用いることで導電板と各電槽の外部を任意の位置で接続しても通電抵抗を小さくでき、単電池当たりの内部抵抗を低減することができる。

0032

特に、角形電槽の端壁とそれに対向する集電体との間に配設した導電板の上端部に外部接続用の接続端子を接合すると、外部接続用の接続端子を角形電槽の上部に配設するという要請を満たしながら、極板群までの抵抗を小さくでき、角形密閉式電池全体の単電池当たりの内部抵抗を低減することができる。

0033

また、集電体と極板群を集電体の長手方向適当間隔おきに設けた複数の接合部で接合し、集電体と導電板を適当な接合部の間の位置で接続すると、電流は導電板から集電体の中間部の1又は複数の接続部に分配されて流れ、さらに集電体と極板群との接合部を介して極板群に分配されて流れるので、極板群全体の電流分布が均一になり、極板群の全体が均等的に十全に能力を発揮して高出力化を実現できる。

0034

また、集電体と導電板の接続部では、導電板に接続穴を形成するとともに集電体に接続穴に嵌入する突部を設け、接続穴の内周と突部外周を溶接すると、導電板と集電体を確実に小さい接続抵抗にて接続することができる。

0035

また、導電板が、耐電解液性を有する金属板の間に導電率の高い金属板を挟んだ3層構造の金属板から成ると、導電板の抵抗をさらに小さくでき、単電池当たりの内部抵抗を一層低減することができる。

図面の簡単な説明

0036

図1本発明の角形密閉式電池の一実施形態における要部の概略構成を示す縦断正面図である。
図2同実施形態における要部の詳細を示し、(a)は集電体と導電板の正面図、(b)は導電板の正面図である。
図3同実施形態における導電板の変形例を示し、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は(b)のA部拡大詳細図である。
図4従来例の角形密閉式電池の部分縦断正面図である。
図5同従来例における電槽の一部を破断して示した斜視図である。
図6同従来例における通電経路の説明図である。

--

0037

1角形密閉式電池
3角形電槽
4電槽
5隔壁
8極板群
9リード部
10集電体
12接続端子
16接合部
17導電板
18接続穴
19 突部
20溶接部
21鋼板
22 銅板

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