JP2002190289A - セルモジュール構造およびセルの接続部材 - Google Patents
セルモジュール構造およびセルの接続部材Info
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Abstract
化を図る。また、セルの緻密なレイアウトを可能として
空間の有効利用を図り、さらに、誤組および短絡を防止
する。 【解決手段】 セル1の一端に、筒状の負極端子3A
と、この中の正極端子3Bとを同軸的に配設する。ホル
ダ40と、セル1の正極端子3Bに対応する正極バスバ
ー70と、セル1の負極端子3Aに対応し、かつ、隣接
するセル1の正極バスバー70に接続される負極バスバ
ー50とを備えた接続部材10のホルダ40に、セル1
の負極端子3Aをねじ結合し、負極端子3Aを負極バス
バー50に、正極端子3Bを正極バスバー70にそれぞ
れ接触させる。隣接する各セル1が装着された接続部材
10の負極バスバー50と正極バスバー70とをナット
20で接続し、セル1を直列接続してセルモジュールを
構成する。
Description
ブリッド電気自動車等に駆動電源として搭載されるセル
モジュールの構造およびセルの接続部材に関する。本発
明で言うセルは、ニッケル水素やリチウム電池等の単電
池や、電気二重層コンデンサ(ウルトラキャパシタ)等
のエネルギーストレージ素子等の蓄電素子全般を全て含
む。
ルとしては、例えば、一端に正極端子および負極端子が
並べて設けられた円筒型もしくは直方体型の複数のセル
を並列に設置し、隣り合うセルの正極端子と負極端子と
をバスバーを介して直列に接続して連結したものが挙げ
られる。このようなセルモジュールを組み立てる際の端
子へのバスバーの取り付けは、ボルト結合あるいはナッ
ト結合によっているものが一般的であった。
るセル100およびバスバー110の一例を示してい
る。この場合、円筒型のセル100の一端面に正極端子
101と負極端子102が並んで突設されており、バス
バー110における互いに絶縁された正極側バスバー1
11と負極側バスバー112に通したボルト120,1
20を、正極端子101と負極端子102にそれぞれね
じ込んで締結し、直列接続する構成となっている。
態を基本として複数のセルを直列接続する従来のセルモ
ジュールにおいては、バスバーによる端子どうしの接続
は、端子に対するバスバーの位置決めに次いでボルトの
締結を行うといった作業を繰り返すことになり、さら
に、両端のセルを除くセルどうしを接続するには、1つ
のセルに対し2つのバスバーを要していた。このため、
接続作業に著しく手間がかかり、しかも、ボルトを締結
するには、締結用の工具を操作するための広い作業空間
を要することに加え、締結用工具による短絡が生じない
配慮が必要であることから、接続作業の煩雑さが助長さ
れていた。
子とバスバーとの接続状態を強固にする必要があるもの
の、振動や温度変化に伴う変形等に起因して接続部分に
かかる荷重が増大して接続状態に悪影響を及ぼすおそれ
があった。また、一端に正極端子および負極端子が並べ
て設けられたセルにおいては、セルおよびセルモジュー
ル全体の占有面積が大きくなりがちであり、限られた空
間を有効に活用することが求められる車両においては、
不利な構造である。
て、正極端子どうし、あるいは負極端子を接続させてし
まう誤組を防止しているものの、端子は突起であること
に変わりない場合が多いので、誤組を完全に防止するこ
とができなかった。その上、端子が突起であることか
ら、取り扱いを誤って端子を損傷させて十分な電気接触
が果たせなくなったり、短絡させたりしてしまうおそれ
もあった。
るセルモジュール構造を提供することを目的としてい
る。 セルの直列接続を容易とし、かつ、低抵抗化が図られ
る。 セルの緻密なレイアウトを可能とし、空間の有効利用
が図られる。 誤組や短絡を防止することができる。
構造は、並列配置される複数の筒状のセルを、接続部材
を介して直列接続したセルモジュール構造であって、セ
ルの一端には、互いに極性の異なる外側端子と内側端子
とが同軸的に配設され、接続部材は、セルの外側端子が
係合されてセルを保持するホルダと、セルの内側端子に
対応する内側バスバーと、セルの外側端子に対応し、か
つ、隣接するセルの内側バスバーに接続される外側バス
バーとを備え、外側端子が接続部材のホルダに係合され
るに伴い、外側端子が外側バスバーに接触するとともに
内側端子が内側バスバーに接触して1つのセルに接続部
材が装着され、隣接する各セルに装着された接続部材の
外側バスバーと内側バスバーとが接続されることによ
り、それらセルが直列接続されていることを特徴とす
る。
なる外側端子と内側端子とが配設されており、これら端
子のうちの一方が正極、他方が負極とされる。セルモジ
ュールとして構成するには、セルの外側端子を接続部材
のホルダに係合させる。これにより、外側端子が外側バ
スバーに接触するとともに内側端子が内側バスバーに接
触して1つのセルに接続部材が装着される。そして、隣
接する各セルに装着された接続部材の外側バスバーと内
側バスバーとを接続すれば、それらセルが直列接続され
る。
ルダに係合させることにより、接続部材の外側バスバー
および内側バスバーにセルの外側端子および内側端子が
それぞれ接触し、これらバスバーを介して隣接するセル
への電力の受け渡しをなす構造である。このため、各バ
スバーに対する各端子の接触面圧を十分に確保すること
ができ、かつ、電力の伝達距離もきわめて短くなるの
で、大幅な低抵抗化が図られる。また、係合により接続
状態の剛性を高くすることができるので、その接続状態
が強固に保持されて低抵抗化が促進される。
に係合するだけでセルを接続部材に装着することができ
るので、その装着にあたってボルトまたはナット等の締
結部材および締結用工具は不要である。その結果、接続
作業をきわめて容易に行うことができる。また、その作
業空間も狭くて済むことに加え、隣り合うセル間の間隔
を極力小さくすることによってセルの緻密なレイアウト
が可能となり、セルモジュール全体のコンパクト化およ
び空間の有効利用が図られる。さらに、セルの端子の極
性を見極めてバスバープレートに接続する必要性から解
放される点でも接続作業が容易となり、しかも同極どう
しの誤組およびそれに伴う短絡が防止される。
けた外側端子のホルダへの係合形態をねじ結合とし、ホ
ルダに、ねじ込みトルクを発生させて保持するトルク保
持部が設けた構成を含む。ホルダに設けたトルク保持部
により、セルをホルダにねじ込む時にホルダの共回りが
防止されるとともに、外側バスバーに剪断応力を発生さ
せることなくねじ結合することができる。
に、互いに極性の異なる外側端子と内側端子とが同軸的
に配設された複数の筒状のセルを、並列に配置した状態
で直列接続するための接続部材であって、セルの外側端
子が係合されてセルを保持するホルダと、セルの内側端
子に対応する内側バスバーと、セルの外側端子に対応
し、かつ、隣接するセルの内側バスバーに接続される外
側バスバーとを備え、外側端子がホルダに係合されるに
伴い、外側端子が外側バスバーに接触するとともに内側
端子が内側バスバーに接触して1つのセルに装着され、
隣接するセルに装着された当該接続部材の外側バスバー
と内側バスバーとが接続されることにより、それらセル
の直列接続がなされることを特徴とする。
ール構造の接続部材として好適に用いられる。ホルダに
対するセルの外側端子の係合形態は任意であるが、ねじ
結合を採用することができる。その場合には、セルの外
側端子にねじ部が設けられ、接続部材のホルダは、その
ねじ部が螺合するねじ部を有するものとなるが、さら
に、ねじ込みトルクを発生させて保持するトルク保持部
をホルダに設けることを好ましい形態とする。この形態
により、セルをホルダにねじ込む時にホルダの共回りが
防止されるとともに、外側バスバーに剪断応力を発生さ
せることなくねじ結合することができる。
実施形態を説明する。図1の符合1はセル、10はセル
が装着された接続部材の一部を示している。接続部材1
0は、多数のセル1が一括して搭載される樹脂プレート
P1(図3等に示す)に取り付けられる。セル1は、円
筒状のケーシング2の上端に、負極端子(外側端子)3
Aと正極端子(内側端子)3Bとが、ケーシング2と同
軸的に配設されている。負極端子3Aは、外径がケーシ
ング2のそれよりもやや小さい円筒状で、その内周面に
はねじ部4が形成されている。一方、正極端子3Bは中
実の円柱状で、負極端子3Aの内側に配設されており、
その高さは負極端子3Aよりも低く、負極端子3A内に
埋没している。各端子3A,3Bの間には、絶縁リング
5が介在されている。
部材10であり、この接続部材10は、図2(b)に示
すように、上から順にナット20、絶縁リング30、ホ
ルダ40、負極バスバー(外側バスバー)50、絶縁キ
ャップ60および正極バスバー(内側バスバー)70を
備えている。
鍔部42を有するもので、鉄製の焼結材に亜鉛メッキを
施したものである。円筒部41の外周面には、セル1の
負極端子3Aのねじ部4が螺合するねじ部43が形成さ
れている。また、円筒部41の内側には、六角孔44が
形成された仕切り45が形成されており、この仕切り4
5の上下に、図1に示すようにそれぞれ凹所46,47
が形成されている。ホルダ40の鍔部42の周縁には、
ねじ通し孔48aが形成された一対の舌片部48が形成
され、さらに、上方に突出する一対の直方体状の凸部
(トルク保持部)49が形成されている。この凸部49
が形成されている部分の鍔部42の周縁は直線的に切り
欠かれており、この切欠き部49aに、後述する負極バ
スバー50が係合するようになっている。なお、一対の
凸部49は鍔部42の円周等分2箇所(互いに180゜
離れた箇所)に形成されるが、これら凸部42に対する
舌片部48の相対的な形成箇所は、樹脂プレートP1に
対する接続部材10の配置パターンに応じて適宜に定め
られる。
所46に嵌合される円筒部31を有し、この円筒部31
の底部には、ホルダ40の六角孔44に合致する六角孔
32が形成されている。円筒部31の上端には、ホルダ
40の鍔部42の上面に重ねられる鍔部33が形成され
ており、この鍔部33の周縁には、ホルダ40の一対の
舌片部48に対応して凹状に湾曲する切欠き部34と、
ホルダ40の凸部49が嵌合するコ字状の切欠き部35
が形成されている。これら切欠き部34,35の縁に
は、縁に沿った凸条34a,35aがそれぞれ形成され
ている。
2の下面に重ねられるリング部51と、このリング部5
1から立ち上げ片52を介して径方向に延びるバー状の
端子部53とを有している。端子部53の先端は円盤状
となっており、その中心には正極バスバー70が挿入さ
れる透孔53aが形成されている。立ち上げ片52から
180゜離れたリング部51の外周縁には、立ち上げ片
52に対向して係合片54が形成されている。これら立
ち上げ片52および係合片54は、ホルダ40の各切欠
き部49aにそれぞれ係合し、これによってホルダ40
に対する負極バスバー50の位置決めがなされる。な
お、負極バスバー50はアルミニウム製である。
凹所47に嵌合される円筒部61の上端に、ホルダ40
の六角孔44に嵌合する六角筒部62が形成された縦断
面凸状のものである。この絶縁キャップ60を介して、
正極バスバー70がホルダ40に下側から挿入される。
正極バスバー70は、円盤部71の上に、ホルダ40お
よび絶縁リング30の六角孔44,32に嵌合する六角
ナット部72と、突起状の端子部73とを有している。
端子部73の外周面にはナット20がねじ込まれるねじ
部74が形成され、中心にはねじ穴75が形成されてい
る。なお、正極バスバー70は、負極バスバー50と同
様にアルミニウム製である。
10は、樹脂プレートP1に形成された取付孔に嵌め込
んだ状態で樹脂プレートP1に固定され、ホルダ40に
セル1がねじ結合される。
に、樹脂プレートP1にインサートナット80を埋め込
み、ホルダ40の円筒部41に負極バスバー50のリン
グ部51を嵌め込んだ状態で、樹脂プレートP1の上面
にホルダ40の舌片部48を載せ、ねじ通し孔48aに
通したねじ81をインサートナット80にねじ込む。そ
して、絶縁リング30と絶縁キャップ60をホルダ40
に嵌合し、さらに正極バスバー70をホルダ40に挿入
して、セル1の負極端子3Aのねじ部4を、ホルダ40
のねじ部43にねじ込んで装着する。その際、ホルダ4
0の凸部49に図示せぬ適宜なトルク受け治具を嵌合さ
せ、これによりねじ込みトルクを確実に発生させる。す
ると、セル1の負極端子3Aの端面が負極バスバー50
のリング部51に当接し、セル1の正極端子3Bが正極
バスバー70の底面に当接する。正極バスバー70の端
子部73はホルダ40から上方に突出し、その端子部7
3に、隣接する直列接続すべきセル1が装着された接続
部材10における負極バスバー50の端子部53の透孔
53aを嵌め込み、ナット20を正極バスバー70の端
子部73にねじ込んで共締めする。
のセル1が接続部材10を介して直列に接続されてなる
セルモジュールが、樹脂プレートP1に搭載される。こ
のようにしてセル1を樹脂プレートP1に搭載した後
は、各セル1の電圧を検知するための図示せぬ制御基板
を上方に配し、この制御基板に貫通させたねじ82を正
極バスバー70の端子部73のねじ穴75にねじ込んで
制御基板を固定してもよい。
続部材10のホルダ40にねじ結合することにより、接
続部材10の負極バスバー50および正極バスバー70
にセル1の負極端子3Aおよび正極端子3Bがそれぞれ
当接し、これらバスバー50,70を介して隣接するセ
ル1への電力の受け渡しがなされる。このため、各バス
バー50,70に対するセル1の各端子3A,3Bの接
触面圧を十分に確保することができ、かつ、電力の伝達
距離もきわめて短くなるので、大幅な低抵抗化が図られ
る。
0のホルダ40にねじ結合するだけでセル1を接続部材
10に装着することができるので、その装着にあたって
ボルトまたはナット等の締結部材および締結用工具は不
要である。その結果、接続作業をきわめて容易に行うこ
とができる。また、その作業空間も狭くて済むことに加
え、隣り合うセル1間の間隔を極力小さくすることによ
ってセル1の緻密なレイアウトが可能となり、セルモジ
ュール全体のコンパクト化および空間の有効利用が図ら
れる。さらに、セル1の端子3A,3Bの極性を見極め
て接続部材10に接続する必要性から解放される点でも
接続作業が容易となり、しかも同極どうしの誤組および
それに伴う短絡が防止される。
ク受け治具により保持しながらセル1をねじ込んで結合
することにより、その際に発生するねじ込みトルクを十
分に確保することができる。このため、ホルダ40の共
回りが防止されるとともに、負極バスバー50の端子部
53や立ち上げ片52の両端の折り曲げ部分に剪断応力
が発生せず、これらの変形や破断が防止される。
果を奏する。正極バスバー70へのナット20の締結に
より負極バスバー50と正極バスバー70とを接続して
いくので、例えばYAG溶接等の溶接手段で接続させて
いく場合と比べると、各バスバー50,70のアルミニ
ウムの種類は如何なるものでもよい。このことから、バ
スバーとして有利な導電性に優れ、かつ、強度の高い種
類のアルミニウムを使用することができる。また、全て
ねじ結合なので、組立後にも分解が可能であり、溶接に
よる接続を採った場合と比べるとメンテナンス等の面で
きわめて有利である。
製の焼結材に亜鉛メッキを施したものとしたので、セル
1のねじ込み時にかじり等の不具合が発生しにくく、ト
ルク定数が収束して接触軸力が安定する。これは、例え
ば電気二重層キャパシタの場合には、通常、セルとバス
バーは同種のアルミニウム製とされ、両者を直接ねじ結
合すると、かじりが発生しやすいといった不具合が生じ
るが、本実施形態ではこれが防止される。
せ、ホルダ40と一体化させることが可能な負極バスバ
ー50を、あえて電力伝達のみの機能として両者を別体
としているので、これらの形状をなるべく単純なものと
することができる。その結果、製造が容易となり大量生
産のための生産工程の設計がしやすくなる。例えば、両
者を一体化させた複雑な形状であると、アルミニウムの
削り出し等の製造手段を採らざるを得ず、きわめて製造
効率に劣る。その点、例えば本実施形態の負極バスバー
50は、アルミニウムのプレス成形で製造することがで
きるので、材料の入手のし易さや製造性の面で有利であ
る。
よって固定されたホルダ40にねじ結合されているの
で、常に振動が発生する車両等に搭載された場合でも、
セル1の振動は抑えられ、周辺部品への悪影響を及ぼさ
ない。
と、これに接続する負極バスバー50との間に正極バス
バー70を介在させる構成であるが、正極端子3Bと正
極端子バスバー70を一体としてこれを正極端子とし、
この正極端子を直接負極バスバー50に接続させるよう
に構成してもよい。
に固定する構造の別形態例を、図4〜図6を参照して説
明する。図4の場合は、上記ねじ81を用いる代わり
に、絶縁リング30の上に複数のゴムブッシュ90を配
し、これらゴムブッシュ90を、樹脂プレートP1に重
ねて固定する樹脂プレートP2により押圧して挟み込
む。ホルダ40は、樹脂プレートP2に圧接されること
により固定され、ゴムブッシュ90の弾性によって制振
される。ねじ81を用いないので、ホルダ40に舌片部
48は形成されていない。
8aに通したタッピングスクリュー91を、樹脂プレー
トP1に直接ねじ込んで固定する。また、図6の場合で
は、樹脂プレートP1にゴムブッシュ92とナット93
を埋め込み、舌片部48のねじ通し孔48aに通したね
じ94をゴムブッシュ92に通してナット93にねじ込
み、ホルダ40とゴムブッシュ92を共締めする。
あることから組み立ての手間や部品のコストが省け、軽
量化も図られるといった利点がある。しかしながら、固
定状態が長期にわたって確保されるかについては、図3
の手段と比べると劣ることが予測される。一方、図6の
手段では固定状態が長期にわたって確保され得るが、反
面、組み立ての手間、部品のコストおよび軽量化といっ
た面で不利であることは否めない。したがって、これら
の特性のバランスを鑑みると、図3に示した固定手段が
もっとも好ましい。
る。図7(a),(b)はそのホルダ40Aを示してお
り、このホルダ40Aは樹脂製であって、ホルダ40と
同様に、ねじ部43が形成された円筒部41と、鍔部4
2とを有し、その鍔部42には、ねじ通し孔48aが形
成された一対の舌片部48および一対の凸部49が形成
されている。樹脂製であるため、上記実施形態の絶縁リ
ング30および絶縁キャップ60が不要となり、したが
って、中央の孔44Aは正極バスバー70が貫通する内
径でよい。ホルダ自体を樹脂製にしたことに加え絶縁リ
ング30および絶縁キャップ60が不要となるので、接
続部材の部品点数の減少ならびにコストダウンが図ら
れ、合わせて軽量化も達成される。多数のセルを接続す
る場合、これらの効果は特に著しい。
の配置例であり、同図は、セル1とは反対側の面であっ
て、接続部材10が露出する側の面を示している。この
場合、接続部材10は、セル1の基本配列が、3つを1
組とした正三角形状で、全体的に千鳥状に配列されるよ
うに樹脂プレートP1に組み込まれている。なお、接続
部材10を構成するホルダは、そのほとんどが上記ホル
ダ40であるが、接続部材10を整然と隙間なく配列す
るために、図11(a),(b)に示すホルダ40A,
40Bが一部に用いられている。図中符合10A,10
Bは、それらホルダ40A,40Bが組み込まれた接続
部材である。
0の別の配置例を示している。図9の場合は、図11
(c)に示すホルダ40Cが組み込まれた接続部材10
Cが一部に用いられている。図10の場合は、図11
(d),(e),(f)に示すホルダ40D,40E,
40Fが組み込まれた接続部材10D,10E,10F
が一部に用いられている。
をホルダにねじ結合させて係合する形態を採っている
が、本発明においては、その係合形態はいかなるもので
あってもよい。例えば、セルの負極端子をホルダに直線
的に嵌め込んでいくだけで両者が互いに着脱自在に係合
するような構造を適用することができる。また、上記実
施形態では、負極を外側、正極を内側としているが、極
性の配列はこの逆としてもよい。
セルの一端に互いに極性の異なる外側端子と内側端子と
を同軸的に配設し、セル間の電力受け渡しを担うバスバ
ーを備えた接続部材のホルダにセルの外側端子を係合さ
せて直列接続する構造であるから、セルの接続作業がき
わめて容易になり、かつ、低抵抗化が図られるととも
に、セルの緻密なレイアウトが可能となって空間の有効
利用が図られ、さらに、誤組や短絡を防止することがで
きる。
一部を示す断面図である。
の斜視図、(b)は接続部材の分解斜視図である。
ートに対する固定構造を示す断面図である。
構造の別形態を示す斜視図、(b)はその断面図であ
る。
構造の別形態を示す斜視図、(b)はその断面図であ
る。
構造の別形態を示す斜視図、(b)はその断面図であ
る。
(b)はその断面図である。
面図である。
す平面図である。
示す平面図である。
舌片部の形成位置が変更されたホルダの斜視図である。
視図である。
子(内側端子)、10…接続部材、40…ホルダ、49
…凸部(トルク保持部)、50…負極バスバー(外側バ
スバー)、70…正極バスバー(内側バスバー)
Claims (4)
- 【請求項1】 並列配置される複数の筒状のセルを、接
続部材を介して直列接続したセルモジュール構造であっ
て、 前記セルの一端には、互いに極性の異なる外側端子と内
側端子とが同軸的に配設され、前記接続部材は、セルの
外側端子が係合されてセルを保持するホルダと、セルの
内側端子に対応する内側バスバーと、セルの外側端子に
対応し、かつ、隣接するセルの内側バスバーに接続され
る外側バスバーとを備え、 外側端子が接続部材のホルダに係合されるに伴い、外側
端子が外側バスバーに接触するとともに内側端子が内側
バスバーに接触して1つのセルに接続部材が装着され、
隣接する各セルに装着された接続部材の外側バスバーと
内側バスバーとが接続されることにより、それらセルが
直列接続されていることを特徴とするセルモジュール構
造。 - 【請求項2】 前記外側端子の前記ホルダへの係合形態
はねじ結合であり、ホルダには、ねじ込みトルクを発生
させて保持するトルク保持部が設けられていることを特
徴とする請求項1に記載のセルモジュール構造。 - 【請求項3】 一端に、互いに極性の異なる外側端子と
内側端子とが同軸的に配設された複数の筒状のセルを、
並列に配置した状態で直列接続するための接続部材であ
って、 セルの外側端子が係合されてセルを保持するホルダと、
セルの内側端子に対応する内側バスバーと、セルの外側
端子に対応し、かつ、隣接するセルの内側バスバーに接
続される外側バスバーとを備え、 外側端子がホルダに係合されるに伴い、外側端子が外側
バスバーに接触するとともに内側端子が内側バスバーに
接触して1つのセルに装着され、 隣接する各セルに装着された当該接続部材の外側バスバ
ーと内側バスバーとが接続されることにより、それらセ
ルの直列接続がなされることを特徴とするセルの接続部
材。 - 【請求項4】 前記外側端子には、前記ホルダへの係合
手段としてねじ部が設けられており、該ねじ部が螺合す
るねじ部がホルダに形成され、さらにホルダには、ねじ
込みトルクを発生させて保持するトルク保持部が設けら
れていることを特徴とする請求項3に記載のセルの接続
部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000385944A JP3511509B2 (ja) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | セルモジュール構造およびセルの接続部材 |
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