JP3759872B2 - セルモジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイ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。
【０００２】
【従来の技術】
複数のセルを直列接続したセルモジュールとしては、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。
【０００３】
図１８は、従来のセルモジュールを構成するセル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１１１と負極側バスバー１１２に通したボルト１２０，１２０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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１８に示した接続形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構造においては、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るので、接続作業に手間がかかることになる。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。
【０００５】
また、接続抵抗を低減させるためには、端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。そこで、保持部材によってセルを保持し、接続部への負荷を軽減させているが、これは、部品点数の増加と構造の複雑化を招く。
【０００６】
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。
【０００７】
さらに、正極端子と負極端子の形状を変えて、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。
【０００８】
したがって本発明は、以下の事項を満足するセルモジュールを提供することを目的としている。
〔１〕セルの接続を容易とし、かつ、低抵抗化が図られる。
〔２〕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。
〔３〕誤組、端子の損傷および短絡を防止することができる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、筒状のセルと、セルを接続するための端子接続部を有するバスバープレートとを備えたセルモジュールであって、セルの一端に、互いに極性の異なる内側セル端子と外側セル端子とが同軸的に配設され、一方、バスバープレートの端子接続部には、セルの内側セル端子および外側セル端子に対応した内側接続端子および外側接続端子が同軸的に配設されており、セルとバスパープレートとを相対的に回転させることなく軸方向に接近させることによって、セルの外側セル端子と端子接続部の外側接続端子とが嵌合するとともに、内側セル端子と内側接続端子とが嵌合する接続形態により、セルの内側セル端子と外側セル端子とがバスバープレートの端子接続部に接続されていることを特徴とする。本発明では、セルの各セル端子とバスバープレートの端子接続部における各接続端子との嵌合部を、溶着または接着によって保持することを含む。
【００１０】
本発明のセルの端子（正・負の端子）は、内側セル端子と外側セル端子として一端に同軸的に配設されており、バスバープレートの端子接続部には、セルの各端子に対応する内側接続端子と外側接続端子が配設されている。そして、セル側の各端子を端子接続部側の各端子にそれぞれ当接させてセルモジュールが構成される。正負の端子の同軸的な配置によって端子接続部へのセルの接続が容易となり、しかも、電力の伝達距離もきわめて短くなるので低抵抗化が図られる。また、セルおよびセルモジュール全体の占有面積が小さくなるので限られた空間を有効に活用することができ、複数を接続する場合に緻密なレイアウトが可能となる。さらに、極性を見極めてセルを端子接続部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。
【００１１】
次に、上記本発明のより具体的な手段としては、セルの一端に同軸的に配設した内側および外側セル端子のうち、少なくとも外側セル端子が筒状に形成されているとともに、その内周面または外周面にネジ部が形成されており、一方、バスバープレートの端子接続部には、セルの内側セル端子および外側セル端子に対応した内側接続端子および外側接続端子が同軸的に配設され、かつ、外側接続端子には、外側セル端子のネジ部が螺合するネジ部が形成されており、その外側セル端子のネジ部が、端子接続部の外側接続端子のネジ部に螺合されるに伴い、内側セル端子と内側接続端子とが当接する接続形態により、セルの内側セル端子と外側セル端子とがバスバープレートの端子接続部を介して接続されていることを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、セルを軸回りに回転させて、セルの外側セル端子に設けたネジ部を、端子接続部の外側接続端子に設けたネジ部に螺合させて締結する。これにより、セルの外側セル端子と端子接続部の外側接続端子とがネジ結合により接触し、一方、セルのねじ込み作用により、セルの内側セル端子が端子接続部の内側接続端子に突き当たって接触する。この接続形態により、セルの内側セル端子および外側セル端子は、バスバープレートの端子接続部に接続される。
【００１３】
さらに本発明の別の具体的手段としては、セルの一端に同軸的に配設した内側および外側セル端子のうち、内側セル端子は円柱状であって、その外周面にネジ部が形成されており、一方、バスバープレートの端子接続部には、セルの内側セル端子および外側セル端子に対応した内側接続端子および外側接続端子が同軸的に配設され、かつ、内側接続端子には、内側セル端子のネジ部が螺合するネジ部が形成されており、その内側セル端子のネジ部が、端子接続部の内側接続端子のネジ部に螺合されるに伴い、外側セル端子と外側接続端子とが当接する接続形態により、セルの内側セル端子と外側セル端子とがバスバープレートの端子接続部を介して接続されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明は、内側セル端子側にネジ部を形成しており、セルを軸回りに回転させて、セルの内側セル端子のネジ部を端子接続部の内側接続端子のネジ部に螺合させて締結する。これにより、セルの内側セル端子と端子接続部の内側接続端子がネジ結合により接触し、一方、セルのねじ込み作用により、セルの外側セル端子がバスバープレートの外側接続端子に突き当たって接触する。この接続形態により、セルの内側セル端子および外側セル端子は、バスバープレートの端子接続部に接続される。
【００１５】
上記のような端子どうしのネジ結合による接続形態によれば、端子どうし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、ねじの締結によってセル側の端子と端子接続部側の端子との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。特に、セルのねじ締結部を外側セル端子に設けた場合、内側セル端子に設けた場合と比べると接続状態における剛性がより高く、上記効果をより一層得ることができる。
【００１６】
また、セルをバスバープレートの端子接続部にねじ込むだけでセルを端子接続部に接続させる構造なので、ボルトやナット等の締結部材および締結用工具が不要である。このため、接続作業をきわめて容易に行うことができ、その作業空間も狭くて済むことに加え、セルおよびセルモジュール全体の占有面積が小さく、限られた空間を有効に活用することができる。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。
【００１７】
本発明は、セルをバスバープレートの端子接続部に接続する構造を基本としているが、複数のセルを連結したセルモジュールを構築する上できわめて好適である。その構造として、複数の端子接続部がバスバープレートの片面に直列状態に設けられ、これら端子接続部に複数のセルが上記の接続形態で接続されていることを特徴とする。また、複数の端子接続部がバスバープレートの両面に直列状態に設けられ、これら端子接続部に複数のセルが上記の接続形態で接続されていることを特徴とする。
【００１８】
このように複数のセルを直列接続させれば、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と、空間の有効利用が図られる。
【００１９】
さて、本発明では、以下の形態を採用することができる。
▲１▼セルの外側セル端子を筒状とし、その内部に内側セル端子を配し、外側セル端子の高さを内側セル端子の高さよりも高くする。これによると、内側セル端子は外側セル端子に保護された状態となる。この形態を、外側セル端子の内周面にネジ部を形成する発明に適用すれば、実質的な電力受け渡し部分である内側セル端子の端面および外側セル端子のネジ部を損傷させる可能性が少なくなる。また、内側セル端子の外周面にネジ部を形成する発明に適用すれば、実質的な電力受け渡し部分である外側セル端子の端面および内側セル端子のネジ部を損傷させる可能性が少なくなる。いずれの場合も、十分な電気接触が果たせなくなる不具合が解消されるとともに、両端子を短絡させる可能性も少なくなる。
【００２０】
▲２▼上記▲１▼の形態とは反対に、内側セル端子の高さを外側セル端子の高さよりも高くして突出させる。
【００２１】
▲３▼セルの外側セル端子と内側セル端子との間に絶縁材を介在させて短絡防止を確実なものとし、さらに、この絶縁材を、外側セル端子および内側セル端子よりも高くして突出させる。この場合、絶縁材により外側セル端子および内側セル端子を保護することができる。
【００２２】
▲４▼ネジ部どうしによる接続ではなく当接による端子どうしの接続部分に、導電性の弾性部材を挟み、この弾性部材を介してそれら端子どうしを電気的に接続させる。弾性部材としては、ヘリサート等が好適に用いられる。
【００２３】
▲５▼セルにおける外側セル端子および内側セル端子が設けられた一端とは反対側の他端面に、工具によってセルを軸回りに回転させるための工具係合部を設ける。工具係合部としては、例えば、断面が多角形あるいは星形の穴や突起等が挙げられる。これによると、セルをバスバープレートの端子接続部にねじ込んで締結する際に、レンチ等の工具係合部に係合させた工具によって強い締結トルクを与えることができ、接続強度を向上させることができる。
▲６▼上記▲５▼における工具係合部の変形例として、セルの一部の断面を多角形状に形成したものとする。断面形状としては、筒状レンチ等の工具によってセルを回転させることができる四角形や六角形が挙げられる。なお、セルの断面が全長にわたって多角形状であってもよい。この変形例によっても上記▲５▼の効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（１）第１実施形態
以下、図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
図１の符号１はセル、符号３０はセル１が組み付けられるバスバープレートであり、同図は複数（この場合３個）のセル１をバスバープレート３０に組み付ける前の状態を示す斜視図、図２はセル１をバスバープレート３０に組み付けた状態の斜視図である。また、図３は図１の縦断面図、図４は図２の縦断面図を示している。
【００２５】
まず、図３および図４を参照して、セル１およびバスバープレート３０の構造を説明する。
セル１は、主体をなす円筒状のケーシング２内に図示せぬ正極板と負極板とが内蔵され、一端（図３で下端）に、正極板に接続された正極セル端子（内側セル端子）１０Ａと、負極板に接続された負極セル端子（外側セル端子）２０Ｂとが、ケーシング２と同軸的に配設されている。負極セル端子２０Ｂは、外径がケーシング２のそれにほぼ等しい筒状体で、その内周面には雌ネジ部２１が形成されている。
【００２６】
正極セル端子１０Ａは中実の円盤状突起で、負極セル端子２０Ｂの内側に配設されており、その高さは負極セル端子２０Ｂよりも低く、負極セル端子２０Ｂ内に埋没した状態となっている。正極セル端子１０Ａと負極セル端子２０Ｂとの間には、正極セル端子１０Ａに嵌合され、かつ、負極セル端子２０Ｂの雌ネジ部２１にねじ結合されたリング状の絶縁材１１が介在されている。この絶縁材１１により、正極セル端子１０Ａは当該セル１に仮止めされている。
【００２７】
一方、バスバープレート３０は、正極側の端部バスバー３１と、負極側の端部バスバー３２と、これらバスバー３１，３２の間に配される複数（この場合２個）の中間バスバー３３とが組み合わせられ、これらバスバー３１，３２，３３の組み合わせ状態が、図４に示す絶縁性の樹脂モールド６０で保持される構成となっている。
【００２８】
図３の左端部に配されている正極側の端部バスバー３１は、バスバー本体３４の一端片面に、中実円柱状の正極バスバー端子（内側接続端子）４０Ａが一体に突設されたもので、バスバー本体３４の他端には、接続用の孔３４ａが形成されている。図３の右端部に配されている負極側の端部バスバー３２は、バスバー本体３５の一端片面に、円筒状の負極バスバー端子（外側接続端子）５０Ｂが一体に突設されたもので、バスバー本体３５の他端には、接続用の孔３５ａが形成されている。中間バスバー３３は、上記と同一構成の正極バスバー端子４０Ａおよび負極バスバー端子５０Ｂが、バスバー本体３６の一端および他端にそれぞれ突設されたものである。各負極バスバー端子５０Ｂの外周面には、上記セル１の負極セル端子２０Ｂに形成されている雌ネジ部２１が螺合可能な雄ネジ部５１が形成されている。
【００２９】
バスバープレート３０は、各バスバー３１，３２，３３を上記のように並べ、負極バスバー端子５０Ｂ内に正極バスバー端子４０Ａを裏側（図３で下側）から挿入し、かつ、各バスバー本体３４，３５，３６を一直線上に整列させて組み合わせられる。図３に示すように、正極バスバー端子４０Ａの外周面と負極バスバー端子５０Ｂの内周面との間には、絶縁のための隙間が空けられる。そして、この組み合わせ状態が樹脂モールド６０で保持される。正極バスバー端子４０Ａと負極バスバー端子５０Ｂとの間の隙間のほとんどは、樹脂モールド６０で埋められる。
【００３０】
樹脂モールド６０により保持された各バスバー３１，３２，３３の組み合わせ状態において、負極バスバー端子５０Ｂの端面は正極バスバー端子４０Ａの端面よりもやや高く、上方に突出している。また、図４に示すように、樹脂モールド６０における負極バスバー端子５０Ｂの周囲には、上記セル１の負極セル端子２０Ｂが嵌合する凹所６１が形成されている。本実施形態では、同軸的に組み合わされた一対の正極バスバー端子４０Ａおよび負極バスバー端子５０Ｂにより、端子接続部３７が構成される。
【００３１】
次に、複数のセル１をバスバープレート３０に組み込んでセルモジュールを構成する方法を説明する。正極セル端子１０Ａおよび負極セル端子２０Ｂが設けられていない側のセル１の端部（頭部）を持ち、セル１の負極セル端子２０Ｂの雌ネジ部２１を、バスバープレート３０の負極バスバー端子５０Ｂの雄ネジ部５１に嵌め合わせ、セル１をねじ込み方向である軸回りに回転させる。セル１の負極セル端子２０Ｂはバスバープレート３０の負極バスバー端子５０Ｂに螺合し、セル１の正極セル端子１０Ａがバスバープレート３０の正極バスバー端子４０Ａに突き当たって接触する。この時点で、負極セル端子２０Ｂと負極バスバー端子５０Ｂとの間にはねじ込み代が空いており、さらにセル１をねじ込み方向に回転させる力を与えて、負極セル端子２０Ｂを負極バスバー端子５０Ｂに締結する。以上の接続作業を、各セル１について行うことにより、図２および図４に示すセルモジュールを得る。
【００３２】
各セル１においては、セル１の負極セル端子２０Ｂとバスバープレート３０の負極バスバー端子５０Ｂがネジ結合により接触し、一方、セル１のねじ込み作用により、セル１の正極セル端子１０Ａがバスバープレート３０の正極バスバー端子４０Ａに突き当たって接触する。この接続形態により、セル１の正極セル端子１０Ａと負極セル端子２０Ｂとがバスバープレート３０の端子接続部３７を介して直列接続され、セルモジュールが構成される。
【００３３】
本実施形態では、セル１をバスバープレート３０の端子接続部３７にねじ込んで正極および負極の端子どうしを接触させ、電力の受け渡しをなす構造である。このため、端子どうし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、バスバープレート３０に対するセル１のねじ締結部が、内側の正極セル端子１０Ａではなく外側の負極セル端子２０Ｂであるから、接続状態における剛性が高い。したがって、端子どうしの接続状態が強固に保持されて低抵抗化が促進される。これに加え、接続部への負荷を軽減させるためのセル１の保持部材を必要とせず、部品点数の削減と構造の簡素化が図られる。
【００３４】
また、セル１をバスバープレート３０の端子接続部３７にねじ込むだけでセル１の正極と負極とを直列に接続させる構造であり、したがって、ボルトまたはナット等の締結部材および締結用工具も不要である。その結果、上記の接続作業をきわめて容易に行うことができ、その作業空間も狭くて済む。さらに、セル１およびセルモジュール全体の占有面積が小さく、限られた空間を有効に活用することができる。また、部品点数の削減、構造の簡素化および軽量化も図られる。しかも、セル１の端子の極性を見極めてバスバープレート３０に接続する必要性から開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。
【００３５】
また、本実施形態のように複数のセル１を直列接続させることにより、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と空間の有効利用が図られる。
【００３６】
また、セル１の各端子においては、外側の負極セル端子２０Ｂの高さを内側の正極セル端子１０Ａよりも高く突出させ、その負極セル端子２０Ｂの内周面に雌ネジ部２１を形成しているので、正極セル端子１０Ａは負極セル端子２０Ｂに保護された状態となり、負極セル端子２０Ｂの雌ネジ部２１も外部へ露出しない。このため、実質的な電力受け渡し部分である正極セル端子１０Ａの端面および負極セル端子２０Ｂの雌ネジ部２１を損傷させる可能性が少なくなり、十分な電気接触が果たせなくなる不具合が解消される。また、両端子１０Ａ，２０Ｂを短絡させる可能性も少なくなる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、セル１の負極セル端子２０Ｂの内周面に雌ネジ部２１を形成しているが、これに代えて、外周面に雄ネジ部を形成してもよい。その場合には、バスバープレート３０の負極バスバー端子５０Ｂの内周面に雌ネジ部を形成し、両端子２０Ｂ，５０Ｂをねじ結合させる。この構成を採用する場合には、両端子２０Ｂ，５０Ｂの径の変更を要する。
【００３８】
続いて、上記第１実施形態を基本構成とした他の実施形態を説明する。なお、これら他の実施形態において、上記一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３９】
Ａ．セルの接続数および配列形態
上記一実施形態では、セル１の数が３個であったが、図５のセルモジュールでは、それ以上の数（この場合５個）のセル１をバスバープレート３０に対し一直線上に配列している。また、図６のセルモジュールでは、５個のセル１をバスバープレート３０の両面に配列している。さらに図７のセルモジュールでは、バスバープレート３０の両面に複数のセル１を千鳥状に配列している。いずれの場合も、セル１はバスバープレート３０によって直列に接続されている。
【００４０】
Ｂ．バスバープレートの形態
図８〜図１０は、バスバープレートの他の形態を示しており、このバスバープレート３０Ｂは、正極バスバー端子４０Ａと負極バスバー端子５０Ｂとにより構成される端子接続部３７に対し、２つの共通のバスバー７０が、両端部に形成された接続用の孔７０ａ，７０ｂを利用して接続されている。すなわち、正極バスバー端子４０Ａは一方のバスバー７０の孔７０ｂに直接かしめ結合され、負極バスバー端子５０Ｂは他方のバスバー７０の孔７０ａにピン７１を介してかしめ結合されている。この形態によれば、上記一実施形態のように、端部に配されるバスバー３１，３２と中間バスバー３３といったように複数種類のバスバーを製作する必要がないので、コストダウンが図られる。
【００４１】
Ｃ．セルの形態
図１１および図１２に示すセル１は、各端子１０Ａ，２０Ｂが設けられた一端とは反対側の頭部の端面に、工具によってセル１を軸回りに回転させるための工具係合部が設けられている。図１１の工具係合部は星形の穴８０であり、図１２の工具係合部は星形の突起８１である。これらセル１によれば、セル１をバスバープレート３０の端子接続部３７にねじ込んで締結する際に、工具係合部（穴８０，突起８１）に係合させた工具によって強い締結トルクを与えることができ、セル１の接続強度を向上させることができる。
【００４２】
図１３（ａ）に示すセル１は、ケーシング２が全長にわたって断面六角形状に形成されており、ケーシング２の全体が工具係合部２ａをなしている。また、図１３（ｂ）に示すセル１のケーシング２は、ケーシング２の頭部側の１／２の長さの部分が、断面六角形状に形成され、この部分が工具係合部２ａをなしている。これらのセル１においては、筒状レンチをケーシング２の頭部、すなわち工具係合部２ａの頭部に嵌合させてセル１を回転させることにより、強い締結トルクを与えることができる。
【００４３】
（２）第２実施形態
次に、図１４〜図１６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態においては、正極および負極の端子が一端側に設けられているセルの基本構成は上記第１実施形態と同様であるが、バスバーへの取付部であるセルのネジ部が円柱状の内側セル端子に形成され、バスバープレートがこれに対応している点が、第１実施形態と異なっている。
【００４４】
図１４に示すように、セル１の一端（図１４で下端）には、正極セル端子１０Ａと負極セル端子２０Ｂとが、ケーシング２と同軸的に配設されている。負極セル端子２０Ｂはリング状でセル１の端面を形成している。正極セル端子１０Ａは中実の円柱状突起で、負極セル端子２０Ｂの内側に配設されており、負極セル端子２０Ｂから突出している。そして、その外周面には、雄ネジ部１２が形成されている。正極セル端子１０Ａと負極セル端子２０Ｂとの間には、リング状の絶縁材１１が介在されている。
【００４５】
図１４〜図１６では、上記第１実施形態の中間バスバー３３と同様の中間バスバー９０を示している。この中間バスバー９０は、図１４および図１５に示すように、長方形で板状のバスバー本体９１の一端にリング状の負極バスバー端子５０Ｂが一体成形され、バスバー本体９１の他端に形成されたかしめ孔９２に、正極バスバー端子４０Ａがかしめ結合された構成である。正極バスバー端子４０Ａは筒状で、その内周面には、セル１の正極セル端子１０Ａに形成されている雄ネジ部１２が螺合可能な雌ネジ部４１が形成されている。
【００４６】
中間バスバー９０は、複数が組み合わされてバスバープレートを構成する。その組み合わせは、負極バスバー端子５０Ｂ内に正極バスバー端子４０Ａを裏側（図１４で下側）から挿入し、かつ、バスバー本体９１を一直線上に整列させて組み合わせられる。中間バスバー９０の組み合わせ状態は、上記第１実施形態と同様に、バスバープレートを構成する図示せぬ樹脂モールドで保持され、正極バスバー端子４０Ａの外周面と負極バスバー端子５０Ｂの内周面との間のほとんどが、樹脂モールドで埋められる。このように組み合わされた状態で、一対の正極バスバー端子４０Ａおよび負極バスバー端子５０Ｂにより、本実施形態の端子接続部３７が構成される。
【００４７】
本実施形態では、正極セル端子１０Ａおよび負極セル端子２０Ｂが設けられていない側のセル１の端部（頭部）を持ち、セル１の正極セル端子１０Ａの雄ネジ部１２を、バスバー９０の正極バスバー端子４０Ａの雌ネジ部４１に嵌め合わせ、セル１をねじ込み方向である軸回りに回転させる。セル１の正極セル端子１０Ａはバスバー９０の正極バスバー端子４０Ａに螺合し、セル１の負極セル端子２０Ｂはバスバー９０の負極バスバー端子５０Ｂに突き当たって接触する。この時点で、正極セル端子１０Ａと正極バスバー端子４０Ａとの間にはねじ込み代が空いており、さらにセル１をねじ込み方向に回転させる力を与えて、正極セル端子１０Ａを正極バスバー端子４０Ａに締結する。以上の接続作業を行って、セルモジュールを得る。
【００４８】
図１６に示すように、セル１においては、正極セル端子１０Ａとバスバー９０の正極バスバー端子４０Ａがネジ結合により接触し、一方、セル１のねじ込み作用により、負極セル端子２０Ｂがバスバー９０の負極バスバー端子５０Ｂに突き当たって接触する。この接続形態により、セル１の正極セル端子１０Ａと負極セル端子２０Ｂとがバスバー９０の端子接続部３７を介して直列接続され、セルモジュールが構成される。本実施形態のセルモジュール構造においても、セル１をバスバーにねじ結合する接続形態によって、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
（３）第３実施形態
次に、図１７を参照して本発明の第３実施形態を説明する。
円筒状のケーシング２を主体とするセル１の一端（図１７で下端）には、円筒状の負極セル端子２０Ｂが設けられ、その内部の中心に、円柱状突起からなる正極セル端子１０Ａが同軸的に配設されている。これら端子２０Ｂ，１０Ａの高さは、端面が同一面内に存するようにほぼ等しくされている。
【００５０】
図１７の符合１００は、第１実施形態の中間バスバー３３と同様のバスバーであり、これらバスバー１００が組み合わされてバスバープレート３０の一部が構成される。バスバー１００は、板状のバスバー本体１０１の一端に円筒状の負極バスバー端子５０Ｂが一体成形され、バスバー本体１０１の他端に、円筒状の正極バスバー端子４０Ａが溶接等の手段により接合された構成である。負極バスバー端子５０Ｂの先端側外周面には、導電性を有するリング状の外側ソケット１１０Ｂが固着されている。正極バスバー端子４０Ａの中心には断面円形の凹所４２が形成されており、その内周面には、導電性を有するリング状の内側ソケット１２０Ａが嵌合されている。
【００５１】
バスバー１００どうしは、負極バスバー端子５０Ｂ内に円筒状の絶縁材１３０を嵌合させてから、この絶縁材１３０内に正極バスバー端子４０Ａを裏側（図１７で下側）から挿入することにより組み合わされる。この組み合わせ状態における一対の正極バスバー端子４０Ａおよび負極バスバー端子５０Ｂにより、端子接続部３７が構成される。
【００５２】
セル１の負極セル端子２０Ｂの内周面と外側ソケット１１０Ｂには、負極セル端子２０Ｂが外側ソケット１１０Ｂに対して軸方向に着脱自在に嵌合可能な嵌合手段が設けられている。また、セル１の正極セル端子１０Ａの外周面と内側ソケット１２０Ａには、正極セル端子１０Ａが内側ソケット１２０Ａに対して軸方向に着脱自在に嵌合可能な嵌合手段が設けられている。
【００５３】
本実施形態では、正極セル端子１０Ａおよび負極セル端子２０Ｂが設けられていない側のセル１の端部（頭部）を持ち、軸方向に移動させながら、正極セル端子１０Ａを正極バスバー端子４０Ａ内の内側ソケット１２０Ａに嵌合させると同時に、負極セル端子２０Ｂを負極バスバー端子５０Ｂの外側ソケット１１０Ｂに嵌合させる。正極セル端子１０Ａの先端が正極バスバー端子４０Ａの底部に突き当たった段階で、嵌合は完了する。正極セル端子１０Ａは、その先端が正極バスバー端子４０Ａの底部に直接接続され、また、内側ソケット１２０Ａを介して正極バスバー端子４０Ａの内周面に接続される。また、負極セル端子２０Ｂは、外側ソケット１１０Ｂを介して負極バスバー端子５０Ｂの外周面に接続される。このようにセル１の正極セル端子１０Ａと負極セル端子２０Ｂとがバスバー１００の端子接続部３７を介して直列接続され、セルモジュールが構成される。
【００５４】
本実施形態によれば、セル１を回転させることなく単に軸方向に移動させながら各セル端子１０Ａ，２０Ｂを端子接続部３７の各バスバー端子４０Ａ，５０Ｂに嵌合させることにより、セル１を端子接続部３７に接続させることができる。このため、ねじ締結と比べるとその脱着作業が一層容易である。また、ねじ込み時の締結トルクを発生させるための構造や、ねじ込み用の工具等が一切不要となる利点も備える。
【００５５】
なお、上記第１〜第３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。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、セルの一端に互いに極性の異なる端子を同軸的に配設し、これら端子をバスバープレートの端子接続部に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、端子の損傷および短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係るセルモジュールであって、セルをバスバープレートに組み付ける前の状態を示す斜視図である。
【図２】 本発明の第１実施形態に係るセルモジュールであって、セルをバスバープレートに組み付けた状態を示す斜視図である。
【図３】 本発明の第１実施形態に係るセルモジュールであって、セルをバスバープレートに組み付ける前の状態を示す縦断面図である。
【図４】 本発明の第１実施形態に係るセルモジュールであって、セルをバスバープレートに組み付けた状態を示す縦断面図である。
【図５】 セルの数を増やした第１実施形態の変形例の斜視図である。
【図６】 バスバープレートの両面にセルを配列した第１実施形態の変形例の斜視図である。
【図７】 バスバープレートの両面にセルを千鳥配列した第１実施形態の変形例の斜視図である。
【図８】 バスバーの変形例を示す斜視図である。
【図９】 同縦断面図である。
【図１０】同下面図である。
【図１１】工具係合部を設けたセルの変形例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１２】工具係合部を設けたセルの他の変形例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１３】（ａ），（ｂ）とも、工具係合部を設けたセルのさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係るセルモジュールであって、セルをバスバープレートに組み付ける前の状態を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第２実施形態のバスバーの下面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係るセルモジュールであって、セルをバスバープレートに組み付けた状態を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係るセルモジュールを示す断面図である。
【図１８】従来のセルモジュール構造の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…セル
１０Ａ…正極セル端子（内側セル端子）
１２…正極セル端子の雄ネジ部（外側セル端子のネジ部）
２０Ｂ…負極セル端子（外側セル端子）
２１…負極セル端子の雌ネジ部（外側セル端子のネジ部）
３０…バスバープレート
３７…端子接続部
４０Ａ…正極バスバー端子（内側接続端子）
４１…正極バスバー端子の雌ネジ部（内側接続端子のネジ部）
５０Ｂ…負極バスバー端子（外側接続端子）
５１…負極バスバー端子の雄ネジ部（外側接続端子のネジ部）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイ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。
【０００２】
【従来の技術】
複数のセルを直列接続したセルモジュールとしては、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。
【０００３】
図１８は、従来のセルモジュールを構成するセル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１１１と負極側バスバー１１２に通したボルト１２０，１２０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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１８に示した接続形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構造においては、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るので、接続作業に手間がかかることになる。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。
【０００５】
また、接続抵抗を低減させるためには、端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。そこで、保持部材によってセルを保持し、接続部への負荷を軽減させているが、これは、部品点数の増加と構造の複雑化を招く。
【０００６】
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。
【０００７】
さらに、正極端子と負極端子の形状を変えて、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。
【０００８】
したがって本発明は、以下の事項を満足するセルモジュールを提供することを目的としている。
〔１〕セルの接続を容易とし、かつ、低抵抗化が図られる。
〔２〕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。
〔３〕誤組、端子の損傷および短絡を防止することができる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、筒状のセルと、セルを接続するための端子接続部を有するバスバープレートとを備えたセルモジュールであって、セルの一端に、互いに極性の異なる内側セル端子と外側セル端子とが同軸的に配設され、一方、バスバープレートの端子接続部には、セルの内側セル端子および外側セル端子に対応した内側接続端子および外側接続端子が同軸的に配設されており、セルとバスパープレートとを相対的に回転させることなく軸方向に接近させることによって、セルの外側セル端子と端子接続部の外側接続端子とが嵌合するとともに、内側セル端子と内側接続端子とが嵌合する接続形態により、セルの内側セル端子と外側セル端子とがバスバープレートの端子接続部に接続されていることを特徴とする。本発明では、セルの各セル端子とバスバープレートの端子接続部における各接続端子との嵌合部を、溶着または接着によって保持することを含む。
【００１０】
本発明のセルの端子（正・負の端子）は、内側セル端子と外側セル端子として一端に同軸的に配設されており、バスバープレートの端子接続部には、セルの各端子に対応する内側接続端子と外側接続端子が配設されている。そして、セル側の各端子を端子接続部側の各端子にそれぞれ当接させてセルモジュールが構成される。正負の端子の同軸的な配置によって端子接続部へのセルの接続が容易となり、しかも、電力の伝達距離もきわめて短くなるので低抵抗化が図られる。また、セルおよびセルモジュール全体の占有面積が小さくなるので限られた空間を有効に活用することができ、複数を接続する場合に緻密なレイアウトが可能となる。さらに、極性を見極めてセルを端子接続部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。
【００１１】
次に、上記本発明のより具体的な手段としては、セルの一端に同軸的に配設した内側および外側セル端子のうち、少なくとも外側セル端子が筒状に形成されているとともに、その内周面または外周面にネジ部が形成されており、一方、バスバープレートの端子接続部には、セルの内側セル端子および外側セル端子に対応した内側接続端子および外側接続端子が同軸的に配設され、かつ、外側接続端子には、外側セル端子のネジ部が螺合するネジ部が形成されており、その外側セル端子のネジ部が、端子接続部の外側接続端子のネジ部に螺合されるに伴い、内側セル端子と内側接続端子とが当接する接続形態により、セルの内側セル端子と外側セル端子とがバスバープレートの端子接続部を介して接続されていることを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、セルを軸回りに回転させて、セルの外側セル端子に設けたネジ部を、端子接続部の外側接続端子に設けたネジ部に螺合させて締結する。これにより、セルの外側セル端子と端子接続部の外側接続端子とがネジ結合により接触し、一方、セルのねじ込み作用により、セルの内側セル端子が端子接続部の内側接続端子に突き当たって接触する。この接続形態により、セルの内側セル端子および外側セル端子は、バスバープレートの端子接続部に接続される。
【００１３】
さらに本発明の別の具体的手段としては、セルの一端に同軸的に配設した内側および外側セル端子のうち、内側セル端子は円柱状であって、その外周面にネジ部が形成されており、一方、バスバープレートの端子接続部には、セルの内側セル端子および外側セル端子に対応した内側接続端子および外側接続端子が同軸的に配設され、かつ、内側接続端子には、内側セル端子のネジ部が螺合するネジ部が形成されており、その内側セル端子のネジ部が、端子接続部の内側接続端子のネジ部に螺合されるに伴い、外側セル端子と外側接続端子とが当接する接続形態により、セルの内側セル端子と外側セル端子とがバスバープレートの端子接続部を介して接続されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明は、内側セル端子側にネジ部を形成しており、セルを軸回りに回転させて、セルの内側セル端子のネジ部を端子接続部の内側接続端子のネジ部に螺合させて締結する。これにより、セルの内側セル端子と端子接続部の内側接続端子がネジ結合により接触し、一方、セルのねじ込み作用により、セルの外側セル端子がバスバープレートの外側接続端子に突き当たって接触する。この接続形態により、セルの内側セル端子および外側セル端子は、バスバープレートの端子接続部に接続される。
【００１５】
上記のような端子どうしのネジ結合による接続形態によれば、端子どうし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、ねじの締結によってセル側の端子と端子接続部側の端子との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。特に、セルのねじ締結部を外側セル端子に設けた場合、内側セル端子に設けた場合と比べると接続状態における剛性がより高く、上記効果をより一層得ることができる。
【００１６】
また、セルをバスバープレートの端子接続部にねじ込むだけでセルを端子接続部に接続させる構造なので、ボルトやナット等の締結部材および締結用工具が不要である。このため、接続作業をきわめて容易に行うことができ、その作業空間も狭くて済むことに加え、セルおよびセルモジュール全体の占有面積が小さく、限られた空間を有効に活用することができる。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。
【００１７】
本発明は、セルをバスバープレートの端子接続部に接続する構造を基本としているが、複数のセルを連結したセルモジュールを構築する上できわめて好適である。その構造として、複数の端子接続部がバスバープレートの片面に直列状態に設けられ、これら端子接続部に複数のセルが上記の接続形態で接続されていることを特徴とする。また、複数の端子接続部がバスバープレートの両面に直列状態に設けられ、これら端子接続部に複数のセルが上記の接続形態で接続されていることを特徴とする。
【００１８】
このように複数のセルを直列接続させれば、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と、空間の有効利用が図られる。
【００１９】
さて、本発明では、以下の形態を採用することができる。
▲１▼セルの外側セル端子を筒状とし、その内部に内側セル端子を配し、外側セル端子の高さを内側セル端子の高さよりも高くする。これによると、内側セル端子は外側セル端子に保護された状態となる。この形態を、外側セル端子の内周面にネジ部を形成する発明に適用すれば、実質的な電力受け渡し部分である内側セル端子の端面および外側セル端子のネジ部を損傷させる可能性が少なくなる。また、内側セル端子の外周面にネジ部を形成する発明に適用すれば、実質的な電力受け渡し部分である外側セル端子の端面および内側セル端子のネジ部を損傷させる可能性が少なくなる。いずれの場合も、十分な電気接触が果たせなくなる不具合が解消されるとともに、両端子を短絡させる可能性も少なくなる。
【００２０】
▲２▼上記▲１▼の形態とは反対に、内側セル端子の高さを外側セル端子の高さよりも高くして突出させる。
【００２１】
▲３▼セルの外側セル端子と内側セル端子との間に絶縁材を介在させて短絡防止を確実なものとし、さらに、この絶縁材を、外側セル端子および内側セル端子よりも高くして突出させる。この場合、絶縁材により外側セル端子および内側セル端子を保護することができる。
【００２２】
▲４▼ネジ部どうしによる接続ではなく当接による端子どうしの接続部分に、導電性の弾性部材を挟み、この弾性部材を介してそれら端子どうしを電気的に接続させる。弾性部材としては、ヘリサート等が好適に用いられる。
【００２３】
▲５▼セルにおける外側セル端子および内側セル端子が設けられた一端とは反対側の他端面に、工具によってセルを軸回りに回転させるための工具係合部を設ける。工具係合部としては、例えば、断面が多角形あるいは星形の穴や突起等が挙げられる。これによると、セルをバスバープレートの端子接続部にねじ込んで締結する際に、レンチ等の工具係合部に係合させた工具によって強い締結トルクを与えることができ、接続強度を向上させることができる。
▲６▼上記▲５▼における工具係合部の変形例として、セルの一部の断面を多角形状に形成したものとする。断面形状としては、筒状レンチ等の工具によってセルを回転させることができる四角形や六角形が挙げられる。なお、セルの断面が全長にわたって多角形状であってもよい。この変形例によっても上記▲５▼の効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（１）第１実施形態
以下、図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
図１の符号１はセル、符号３０はセル１が組み付けられるバスバープレートであり、同図は複数（この場合３個）のセル１をバスバープレート３０に組み付ける前の状態を示す斜視図、図２はセル１をバスバープレート３０に組み付けた状態の斜視図である。また、図３は図１の縦断面図、図４は図２の縦断面図を示している。
【００２５】
まず、図３および図４を参照して、セル１およびバスバープレート３０の構造を説明する。
セル１は、主体をなす円筒状のケーシング２内に図示せぬ正極板と負極板とが内蔵され、一端（図３で下端）に、正極板に接続された正極セル端子（内側セル端子）１０Ａと、負極板に接続された負極セル端子（外側セル端子）２０Ｂとが、ケーシング２と同軸的に配設されている。負極セル端子２０Ｂは、外径がケーシング２のそれにほぼ等しい筒状体で、その内周面には雌ネジ部２１が形成されている。
【００２６】
正極セル端子１０Ａは中実の円盤状突起で、負極セル端子２０Ｂの内側に配設されており、その高さは負極セル端子２０Ｂよりも低く、負極セル端子２０Ｂ内に埋没した状態となっている。正極セル端子１０Ａと負極セル端子２０Ｂとの間には、正極セル端子１０Ａに嵌合され、かつ、負極セル端子２０Ｂの雌ネジ部２１にねじ結合されたリング状の絶縁材１１が介在されている。この絶縁材１１により、正極セル端子１０Ａは当該セル１に仮止めされている。
【００２７】
一方、バスバープレート３０は、正極側の端部バスバー３１と、負極側の端部バスバー３２と、これらバスバー３１，３２の間に配される複数（この場合２個）の中間バスバー３３とが組み合わせられ、これらバスバー３１，３２，３３の組み合わせ状態が、図４に示す絶縁性の樹脂モールド６０で保持される構成となっている。
【００２８】
図３の左端部に配されている正極側の端部バスバー３１は、バスバー本体３４の一端片面に、中実円柱状の正極バスバー端子（内側接続端子）４０Ａが一体に突設されたもので、バスバー本体３４の他端には、接続用の孔３４ａが形成されている。図３の右端部に配されている負極側の端部バスバー３２は、バスバー本体３５の一端片面に、円筒状の負極バスバー端子（外側接続端子）５０Ｂが一体に突設されたもので、バスバー本体３５の他端には、接続用の孔３５ａが形成されている。中間バスバー３３は、上記と同一構成の正極バスバー端子４０Ａおよび負極バスバー端子５０Ｂが、バスバー本体３６の一端および他端にそれぞれ突設されたものである。各負極バスバー端子５０Ｂの外周面には、上記セル１の負極セル端子２０Ｂに形成されている雌ネジ部２１が螺合可能な雄ネジ部５１が形成されている。
【００２９】
バスバープレート３０は、各バスバー３１，３２，３３を上記のように並べ、負極バスバー端子５０Ｂ内に正極バスバー端子４０Ａを裏側（図３で下側）から挿入し、かつ、各バスバー本体３４，３５，３６を一直線上に整列させて組み合わせられる。図３に示すように、正極バスバー端子４０Ａの外周面と負極バスバー端子５０Ｂの内周面との間には、絶縁のための隙間が空けられる。そして、この組み合わせ状態が樹脂モールド６０で保持される。正極バスバー端子４０Ａと負極バスバー端子５０Ｂとの間の隙間のほとんどは、樹脂モールド６０で埋められる。
【００３０】
樹脂モールド６０により保持された各バスバー３１，３２，３３の組み合わせ状態において、負極バスバー端子５０Ｂの端面は正極バスバー端子４０Ａの端面よりもやや高く、上方に突出している。また、図４に示すように、樹脂モールド６０における負極バスバー端子５０Ｂの周囲には、上記セル１の負極セル端子２０Ｂが嵌合する凹所６１が形成されている。本実施形態では、同軸的に組み合わされた一対の正極バスバー端子４０Ａおよび負極バスバー端子５０Ｂにより、端子接続部３７が構成される。
【００３１】
次に、複数のセル１をバスバープレート３０に組み込んでセルモジュールを構成する方法を説明する。正極セル端子１０Ａおよび負極セル端子２０Ｂが設けられていない側のセル１の端部（頭部）を持ち、セル１の負極セル端子２０Ｂの雌ネジ部２１を、バスバープレート３０の負極バスバー端子５０Ｂの雄ネジ部５１に嵌め合わせ、セル１をねじ込み方向である軸回りに回転させる。セル１の負極セル端子２０Ｂはバスバープレート３０の負極バスバー端子５０Ｂに螺合し、セル１の正極セル端子１０Ａがバスバープレート３０の正極バスバー端子４０Ａに突き当たって接触する。この時点で、負極セル端子２０Ｂと負極バスバー端子５０Ｂとの間にはねじ込み代が空いており、さらにセル１をねじ込み方向に回転させる力を与えて、負極セル端子２０Ｂを負極バスバー端子５０Ｂに締結する。以上の接続作業を、各セル１について行うことにより、図２および図４に示すセルモジュールを得る。
【００３２】
各セル１においては、セル１の負極セル端子２０Ｂとバスバープレート３０の負極バスバー端子５０Ｂがネジ結合により接触し、一方、セル１のねじ込み作用により、セル１の正極セル端子１０Ａがバスバープレート３０の正極バスバー端子４０Ａに突き当たって接触する。この接続形態により、セル１の正極セル端子１０Ａと負極セル端子２０Ｂとがバスバープレート３０の端子接続部３７を介して直列接続され、セルモジュールが構成される。
【００３３】
本実施形態では、セル１をバスバープレート３０の端子接続部３７にねじ込んで正極および負極の端子どうしを接触させ、電力の受け渡しをなす構造である。このため、端子どうし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、バスバープレート３０に対するセル１のねじ締結部が、内側の正極セル端子１０Ａではなく外側の負極セル端子２０Ｂであるから、接続状態における剛性が高い。したがって、端子どうしの接続状態が強固に保持されて低抵抗化が促進される。これに加え、接続部への負荷を軽減させるためのセル１の保持部材を必要とせず、部品点数の削減と構造の簡素化が図られる。
【００３４】
また、セル１をバスバープレート３０の端子接続部３７にねじ込むだけでセル１の正極と負極とを直列に接続させる構造であり、したがって、ボルトまたはナット等の締結部材および締結用工具も不要である。その結果、上記の接続作業をきわめて容易に行うことができ、その作業空間も狭くて済む。さらに、セル１およびセルモジュール全体の占有面積が小さく、限られた空間を有効に活用することができる。また、部品点数の削減、構造の簡素化および軽量化も図られる。しかも、セル１の端子の極性を見極めてバスバープレート３０に接続する必要性から開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。
【００３５】
また、本実施形態のように複数のセル１を直列接続させることにより、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と空間の有効利用が図られる。
【００３６】
また、セル１の各端子においては、外側の負極セル端子２０Ｂの高さを内側の正極セル端子１０Ａよりも高く突出させ、その負極セル端子２０Ｂの内周面に雌ネジ部２１を形成しているので、正極セル端子１０Ａは負極セル端子２０Ｂに保護された状態となり、負極セル端子２０Ｂの雌ネジ部２１も外部へ露出しない。このため、実質的な電力受け渡し部分である正極セル端子１０Ａの端面および負極セル端子２０Ｂの雌ネジ部２１を損傷させる可能性が少なくなり、十分な電気接触が果たせなくなる不具合が解消される。また、両端子１０Ａ，２０Ｂを短絡させる可能性も少なくなる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、セル１の負極セル端子２０Ｂの内周面に雌ネジ部２１を形成しているが、これに代えて、外周面に雄ネジ部を形成してもよい。その場合には、バスバープレート３０の負極バスバー端子５０Ｂの内周面に雌ネジ部を形成し、両端子２０Ｂ，５０Ｂをねじ結合させる。この構成を採用する場合には、両端子２０Ｂ，５０Ｂの径の変更を要する。
【００３８】
続いて、上記第１実施形態を基本構成とした他の実施形態を説明する。なお、これら他の実施形態において、上記一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３９】
Ａ．セルの接続数および配列形態
上記一実施形態では、セル１の数が３個であったが、図５のセルモジュールでは、それ以上の数（この場合５個）のセル１をバスバープレート３０に対し一直線上に配列している。また、図６のセルモジュールでは、５個のセル１をバスバープレート３０の両面に配列している。さらに図７のセルモジュールでは、バスバープレート３０の両面に複数のセル１を千鳥状に配列している。いずれの場合も、セル１はバスバープレート３０によって直列に接続されている。
【００４０】
Ｂ．バスバープレートの形態
図８〜図１０は、バスバープレートの他の形態を示しており、このバスバープレート３０Ｂは、正極バスバー端子４０Ａと負極バスバー端子５０Ｂとにより構成される端子接続部３７に対し、２つの共通のバスバー７０が、両端部に形成された接続用の孔７０ａ，７０ｂを利用して接続されている。すなわち、正極バスバー端子４０Ａは一方のバスバー７０の孔７０ｂに直接かしめ結合され、負極バスバー端子５０Ｂは他方のバスバー７０の孔７０ａにピン７１を介してかしめ結合されている。この形態によれば、上記一実施形態のように、端部に配されるバスバー３１，３２と中間バスバー３３といったように複数種類のバスバーを製作する必要がないので、コストダウンが図られる。
【００４１】
Ｃ．セルの形態
図１１および図１２に示すセル１は、各端子１０Ａ，２０Ｂが設けられた一端とは反対側の頭部の端面に、工具によってセル１を軸回りに回転させるための工具係合部が設けられている。図１１の工具係合部は星形の穴８０であり、図１２の工具係合部は星形の突起８１である。これらセル１によれば、セル１をバスバープレート３０の端子接続部３７にねじ込んで締結する際に、工具係合部（穴８０，突起８１）に係合させた工具によって強い締結トルクを与えることができ、セル１の接続強度を向上させることができる。
【００４２】
図１３（ａ）に示すセル１は、ケーシング２が全長にわたって断面六角形状に形成されており、ケーシング２の全体が工具係合部２ａをなしている。また、図１３（ｂ）に示すセル１のケーシング２は、ケーシング２の頭部側の１／２の長さの部分が、断面六角形状に形成され、この部分が工具係合部２ａをなしている。これらのセル１においては、筒状レンチをケーシング２の頭部、すなわち工具係合部２ａの頭部に嵌合させてセル１を回転させることにより、強い締結トルクを与えることができる。
【００４３】
（２）第２実施形態
次に、図１４〜図１６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態においては、正極および負極の端子が一端側に設けられているセルの基本構成は上記第１実施形態と同様であるが、バスバーへの取付部であるセルのネジ部が円柱状の内側セル端子に形成され、バスバープレートがこれに対応している点が、第１実施形態と異なっている。
【００４４】
図１４に示すように、セル１の一端（図１４で下端）には、正極セル端子１０Ａと負極セル端子２０Ｂとが、ケーシング２と同軸的に配設されている。負極セル端子２０Ｂはリング状でセル１の端面を形成している。正極セル端子１０Ａは中実の円柱状突起で、負極セル端子２０Ｂの内側に配設されており、負極セル端子２０Ｂから突出している。そして、その外周面には、雄ネジ部１２が形成されている。正極セル端子１０Ａと負極セル端子２０Ｂとの間には、リング状の絶縁材１１が介在されている。
【００４５】
図１４〜図１６では、上記第１実施形態の中間バスバー３３と同様の中間バスバー９０を示している。この中間バスバー９０は、図１４および図１５に示すように、長方形で板状のバスバー本体９１の一端にリング状の負極バスバー端子５０Ｂが一体成形され、バスバー本体９１の他端に形成されたかしめ孔９２に、正極バスバー端子４０Ａがかしめ結合された構成である。正極バスバー端子４０Ａは筒状で、その内周面には、セル１の正極セル端子１０Ａに形成されている雄ネジ部１２が螺合可能な雌ネジ部４１が形成されている。
【００４６】
中間バスバー９０は、複数が組み合わされてバスバープレートを構成する。その組み合わせは、負極バスバー端子５０Ｂ内に正極バスバー端子４０Ａを裏側（図１４で下側）から挿入し、かつ、バスバー本体９１を一直線上に整列させて組み合わせられる。中間バスバー９０の組み合わせ状態は、上記第１実施形態と同様に、バスバープレートを構成する図示せぬ樹脂モールドで保持され、正極バスバー端子４０Ａの外周面と負極バスバー端子５０Ｂの内周面との間のほとんどが、樹脂モールドで埋められる。このように組み合わされた状態で、一対の正極バスバー端子４０Ａおよび負極バスバー端子５０Ｂにより、本実施形態の端子接続部３７が構成される。
【００４７】
本実施形態では、正極セル端子１０Ａおよび負極セル端子２０Ｂが設けられていない側のセル１の端部（頭部）を持ち、セル１の正極セル端子１０Ａの雄ネジ部１２を、バスバー９０の正極バスバー端子４０Ａの雌ネジ部４１に嵌め合わせ、セル１をねじ込み方向である軸回りに回転させる。セル１の正極セル端子１０Ａはバスバー９０の正極バスバー端子４０Ａに螺合し、セル１の負極セル端子２０Ｂはバスバー９０の負極バスバー端子５０Ｂに突き当たって接触する。この時点で、正極セル端子１０Ａと正極バスバー端子４０Ａとの間にはねじ込み代が空いており、さらにセル１をねじ込み方向に回転させる力を与えて、正極セル端子１０Ａを正極バスバー端子４０Ａに締結する。以上の接続作業を行って、セルモジュールを得る。
【００４８】
図１６に示すように、セル１においては、正極セル端子１０Ａとバスバー９０の正極バスバー端子４０Ａがネジ結合により接触し、一方、セル１のねじ込み作用により、負極セル端子２０Ｂがバスバー９０の負極バスバー端子５０Ｂに突き当たって接触する。この接続形態により、セル１の正極セル端子１０Ａと負極セル端子２０Ｂとがバスバー９０の端子接続部３７を介して直列接続され、セルモジュールが構成される。本実施形態のセルモジュール構造においても、セル１をバスバーにねじ結合する接続形態によって、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
（３）第３実施形態
次に、図１７を参照して本発明の第３実施形態を説明する。
円筒状のケーシング２を主体とするセル１の一端（図１７で下端）には、円筒状の負極セル端子２０Ｂが設けられ、その内部の中心に、円柱状突起からなる正極セル端子１０Ａが同軸的に配設されている。これら端子２０Ｂ，１０Ａの高さは、端面が同一面内に存するようにほぼ等しくされている。
【００５０】
図１７の符合１００は、第１実施形態の中間バスバー３３と同様のバスバーであり、これらバスバー１００が組み合わされてバスバープレート３０の一部が構成される。バスバー１００は、板状のバスバー本体１０１の一端に円筒状の負極バスバー端子５０Ｂが一体成形され、バスバー本体１０１の他端に、円筒状の正極バスバー端子４０Ａが溶接等の手段により接合された構成である。負極バスバー端子５０Ｂの先端側外周面には、導電性を有するリング状の外側ソケット１１０Ｂが固着されている。正極バスバー端子４０Ａの中心には断面円形の凹所４２が形成されており、その内周面には、導電性を有するリング状の内側ソケット１２０Ａが嵌合されている。
【００５１】
バスバー１００どうしは、負極バスバー端子５０Ｂ内に円筒状の絶縁材１３０を嵌合させてから、この絶縁材１３０内に正極バスバー端子４０Ａを裏側（図１７で下側）から挿入することにより組み合わされる。この組み合わせ状態における一対の正極バスバー端子４０Ａおよび負極バスバー端子５０Ｂにより、端子接続部３７が構成される。
【００５２】
セル１の負極セル端子２０Ｂの内周面と外側ソケット１１０Ｂには、負極セル端子２０Ｂが外側ソケット１１０Ｂに対して軸方向に着脱自在に嵌合可能な嵌合手段が設けられている。また、セル１の正極セル端子１０Ａの外周面と内側ソケット１２０Ａには、正極セル端子１０Ａが内側ソケット１２０Ａに対して軸方向に着脱自在に嵌合可能な嵌合手段が設けられている。
【００５３】
本実施形態では、正極セル端子１０Ａおよび負極セル端子２０Ｂが設けられていない側のセル１の端部（頭部）を持ち、軸方向に移動させながら、正極セル端子１０Ａを正極バスバー端子４０Ａ内の内側ソケット１２０Ａに嵌合させると同時に、負極セル端子２０Ｂを負極バスバー端子５０Ｂの外側ソケット１１０Ｂに嵌合させる。正極セル端子１０Ａの先端が正極バスバー端子４０Ａの底部に突き当たった段階で、嵌合は完了する。正極セル端子１０Ａは、その先端が正極バスバー端子４０Ａの底部に直接接続され、また、内側ソケット１２０Ａを介して正極バスバー端子４０Ａの内周面に接続される。また、負極セル端子２０Ｂは、外側ソケット１１０Ｂを介して負極バスバー端子５０Ｂの外周面に接続される。このようにセル１の正極セル端子１０Ａと負極セル端子２０Ｂとがバスバー１００の端子接続部３７を介して直列接続され、セルモジュールが構成される。
【００５４】
本実施形態によれば、セル１を回転させることなく単に軸方向に移動させながら各セル端子１０Ａ，２０Ｂを端子接続部３７の各バスバー端子４０Ａ，５０Ｂに嵌合させることにより、セル１を端子接続部３７に接続させることができる。このため、ねじ締結と比べるとその脱着作業が一層容易である。また、ねじ込み時の締結トルクを発生させるための構造や、ねじ込み用の工具等が一切不要となる利点も備える。
【００５５】
なお、上記第１〜第３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。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、セルの一端に互いに極性の異なる端子を同軸的に配設し、これら端子をバスバープレートの端子接続部に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、端子の損傷および短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係るセルモジュールであって、セルをバスバープレートに組み付ける前の状態を示す斜視図である。
【図２】 本発明の第１実施形態に係るセルモジュールであって、セルをバスバープレートに組み付けた状態を示す斜視図である。
【図３】 本発明の第１実施形態に係るセルモジュールであって、セルをバスバープレートに組み付ける前の状態を示す縦断面図である。
【図４】 本発明の第１実施形態に係るセルモジュールであって、セルをバスバープレートに組み付けた状態を示す縦断面図である。
【図５】 セルの数を増やした第１実施形態の変形例の斜視図である。
【図６】 バスバープレートの両面にセルを配列した第１実施形態の変形例の斜視図である。
【図７】 バスバープレートの両面にセルを千鳥配列した第１実施形態の変形例の斜視図である。
【図８】 バスバーの変形例を示す斜視図である。
【図９】 同縦断面図である。
【図１０】同下面図である。
【図１１】工具係合部を設けたセルの変形例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１２】工具係合部を設けたセルの他の変形例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１３】（ａ），（ｂ）とも、工具係合部を設けたセルのさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係るセルモジュールであって、セルをバスバープレートに組み付ける前の状態を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第２実施形態のバスバーの下面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係るセルモジュールであって、セルをバスバープレートに組み付けた状態を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係るセルモジュールを示す断面図である。
【図１８】従来のセルモジュール構造の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…セル
１０Ａ…正極セル端子（内側セル端子）
１２…正極セル端子の雄ネジ部（外側セル端子のネジ部）
２０Ｂ…負極セル端子（外側セル端子）
２１…負極セル端子の雌ネジ部（外側セル端子のネジ部）
３０…バスバープレート
３７…端子接続部
４０Ａ…正極バスバー端子（内側接続端子）
４１…正極バスバー端子の雌ネジ部（内側接続端子のネジ部）
５０Ｂ…負極バスバー端子（外側接続端子）
５１…負極バスバー端子の雄ネジ部（外側接続端子のネジ部）
Claims (6)
- 筒状のセルと、前記セルを接続するための端子接続部を有するバスバープレートとを備えたセルモジュールであって、
セルの一端に、互いに極性の異なる内側セル端子と外側セル端子とが同軸的に配設され、
一方、バスバープレートの端子接続部には、前記セルの内側セル端子および外側セル端子に対応した内側接続端子および外側接続端子が同軸的に配設されており、
前記セルと前記バスパープレートとを相対的に回転させることなく軸方向に接近させることによって、前記セルの外側セル端子と前記端子接続部の外側接続端子とが嵌合するとともに、内側セル端子と内側接続端子とが嵌合する接続形態により、セルの内側セル端子と外側セル端子とがバスバープレートの端子接続部に接続されていることを特徴とするセルモジュール。 - 前記セルの各セル端子と前記バスバープレートの端子接続部における各接続端子との嵌合部が、溶着または接着さ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。
- 筒状のセルと、前記セルを接続するための端子接続部を有するバスバープレートとを備えたセルモジュールであって、
セルの一端に、互いに極性の異なる内側セル端子と外側セル端子とが同軸的に配設され、かつ、少なくとも外側セル端子が筒状に形成されているとともに、その内周面または外周面にネジ部が形成されており、
一方、バスバープレートの端子接続部には、前記セルの内側セル端子および外側セル端子に対応した内側接続端子および外側接続端子が同軸的に配設され、かつ、外側接続端子には、外側セル端子のネジ部が螺合するネジ部が形成されており、
前記セルにおける外側セル端子のネジ部が、前記端子接続部における外側接続端子のネジ部に螺合されるに伴い、内側セル端子と内側接続端子とが当接する接続形態により、セルの内側セル端子と外側セル端子とがバスバープレートの端子接続部に接続されていることを特徴とするセルモジュール。 - 筒状のセルと、前記セルを接続するための端子接続部を有するバスバープレートとを備えたセルモジュールであって、
セルの一端に、互いに極性の異なる内側セル端子と外側セル端子とが同軸的に配設され、かつ、内側セル端子は円柱状であって、その外周面にネジ部が形成されており、
一方、バスバープレートの端子接続部には、前記セルの内側セル端子および外側セル端子に対応した内側接続端子および外側接続端子が同軸的に配設され、かつ、内側接続端子には、内側セル端子のネジ部が螺合するネジ部が形成されており、
前記セルにおける内側セル端子のネジ部が、前記端子接続部における内側接続端子のネジ部に螺合されるに伴い、外側セル端子と外側接続端子とが当接する接続形態により、セルの内側セル端子と外側セル端子とがバスバープレートの端子接続部に接続されていることを特徴とするセルモジュール。 - 複数の前記端子接続部が前記バスバープレートの片面に直列状態に設けられ、これら端子接続部に複数の前記セルが前記接続形態でそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセルモジュール。
- 複数の前記端子接続部が前記バスバープレートの両面に直列状態に設けられ、これら端子接続部に複数の前記セルが前記接続形態でそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセルモジュール。
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