JP4832018B2 - 組電池 - Google Patents

Description

本発明は、複数個の電池を組合せて構成した組電池に関する。以下では、組電池を構成する一つ一つの電池を単電池または単に電池ということにする。

単電池群を直列に接続することによって出力電圧を増強した組電池が存在する。単電池群を並列に接続することによって電池容量を増強した組電池が存在する。並列に接続した単電池群を直列に接続することによって出力電圧と電池容量の双方を増強した組電池も存在する。
組電池を構成するために、各々から端子板が延出している単電池が開発されている。単電池からは、正端子板と負端子板からなる少なくとも一対の端子板が延出している。

各々から端子板が延出している単電池の端子板間を棒状部材で接続することによって組電池とする技術が特許文献１に記載されている。
この技術では、組電池を構成する単電池群を並置する。隣接する２個の単電池の２枚の端子板が平行に伸びる位置関係に並置する。特許文献１に記載の技術では、５個の単電池を直列に接続する。５個の単電池の５枚の端子板が、交互に極性が反転する順序で配列される。
特許文献１に記載の技術では、極性を異にするとともに隣接する２枚の端子板の間を１本の導電性棒状部材で接続する。導電性棒状部材の各端面が各端子板に突き当てられることによって、隣接する２枚の端子板の間を１本の導電性棒状部材で接続する。
特許文献１に記載の技術では、５個の単電池を直列に接続するために、５枚の端子板によって形成される４個の間隔に、導電性棒状部材と絶縁性棒状部材を交互に配置する。絶縁性棒状部材は、２枚の端子板が平行に伸びている位置関係を維持する。即ち、２枚の端子板を機械的に固定する。電気的には絶縁性であり、単電池の正極と負極を短絡させることはない。
特許文献１に記載の技術では、導電性棒状部材と絶縁性棒状部材が同一形状であり、一方の端面から棒状部材の本体よりも小径のねじが延出しており、他方の端面にはそのねじに螺合するねじ穴が形成されている。端子板の穴に導電性棒状部材のねじを挿入し、それを絶縁性棒状部材のねじ穴にねじ込むと、導電性棒状部材の端面と絶縁性棒状部材の端面の間に端子板が挟みこまれる。隣接する端子板の穴に絶縁性棒状部材のねじを挿入し、それを導電性棒状部材のねじ穴にねじ込むと、絶縁性棒状部材の端面と導電性棒状部材の端面の間に端子板が挟みこまれる。これを繰返すと、正端子板・絶縁性棒状部材・負端子板・導電性性棒状部材・正端子板が繰返した接続関係が得られる。これによって複数の電池を直列に接続するとともに、短絡させてはならない正端子板と負端子板の間を絶縁性棒状部材で機械的に固定した組電池が得られる。

特開２００４−３１１２２号公報

棒状部材の端面と端面の間に端子板を挟みこんで固定する構造では、棒状部材の端面が端子板に突き当てられることによって、導電性棒状部材と端子板の電気的接続が確保される。
この構造では、部材の経年変化あるいは部材同士を固定しておく部分の緩みによって、長期間使用していると導電性棒状部材の端面を端子板に突き当てておく力が低下し、導電性棒状部材と端子板の接触抵抗が経時的に増大してしまう。
本発明では、導電性棒状部材と端子板の接触抵抗を長期間に亘って低いレベルに維持することを可能とする技術を提供する。

本発明の組電池は、少なくとも２個の電池を備えている。各々の電池から端子板が延出している。少なくとも２個の電池を備えていることから、少なくとも２枚の端子板が延出している。本発明の電池は、その２枚の端子板を接続する少なくとも１本の導電性棒状部材を備えている。
２枚の端子板は平行に伸びており、導電性棒状部材の各端面が各端子板に突き当てられている。本発明の組電池は、端子板と導電性棒状部材の少なくとも一方に、突き当て方向に復帰しようとする弾性部が設けられていることを特徴とする。
弾性部は、端子板に設けられていてもよいし、導電性棒状部材に設けられていてもよいし、両者に設けられていてもよい。端子板に当接する導電性棒状部材の反対側に位置して導電性棒状部材の端面を端子板に突き当てた状態に維持する部材は、他の棒状部材であってもよいし、ボルトやナット等の部材であってもよい。導電性棒状部材との間で端子板を挟んだ状態で固定できる任意の部材を利用することができる。
本発明の組電池は、端子板と導電性棒状部材の少なくとも一方に、突き当て方向に復帰しようとする弾性部が設けられていることから、導電性棒状部材の端面を端子板に突き当てておく力が長期に亘って維持され、導電性棒状部材と端子板の接触抵抗を長期間に亘って低いレベルに維持することが可能となる。
通常の電池からは極性を異にする少なくとも１対の端子板が延出している。本発明は、少なくともそのうちの一方の端子板に適用することによって、発明の利点を享受することができる。１対の端子板の双方に本発明を適用することが好ましい。
上記の特徴は、２以上の単電池からなる組電池における単位となる構成の特徴であり、3個以上の単電池を有する組電池は複数の単位構造を備えている。単位構造が上記特徴を備えていれば、発明の利点を享受することができる。

本発明は、少なくとも３個の電池を直列に接続して組電池を構成する場合にも活用することができる。各々の電池から端子板が延出していることから、少なくとも３枚の端子板が延出している。本発明の電池は、その３枚の端子板を接続する少なくとも２本の棒状部材を備えている。
３枚の端子板は平行に伸びているとともに、交互に極性が反転する順序で配列されている。例えば、正／負／正、または負／正／負の順序で配列されている。
棒状部材の各端面は各端子板に突き当てられている。端子板の一方側の面に突き当てられている棒状部材は導電性材料で構成されており、端子板の他方側の面に突き当てられている棒状部材は絶縁性材料で構成されている。
本発明の組電池は、端子板と、端子板の一方側の面に突き当てられている導電性棒状部材と、端子板の他方側の面に突き当てられている絶縁性棒状部材の少なくとも一つに、突き当て方向に復帰しようとする弾性部が設けられていることを特徴とする。
例えば３枚の端子板が上から順に正／負／正の順で配置されている場合、例えば上側の正端子と負端子の間が絶縁性棒状部材で接続され、負端子と下側の正端子の間が導電性棒状部材で接続されている。即ち、絶縁性棒状部材の上端面は上側の正端子板の下面に突き当てられており、絶縁性棒状部材の下端面は負端子板の上面に突き当てられており、導電性棒状部材の上端面は負端子板の下面に突き当てられており、導電性棒状部材の下端面は下側の正端子板の上面に突き当てられている。
通常の電池からは極性を異にする少なくとも１対の端子板が延出している。一方の端子板が正／負／正の順で配置されていれば、他方の端子板は負／正／負の順で配置されている。上から順に負／正／負の順で配置されている３枚の端子板の場合、上側の負端子板と正端子板の間が導電性棒状部材で接続され、正端子板と下側の負端子板の間が絶縁性棒状部材で接続される。即ち、導電性棒状部材の上端面は上側の負端子板の下面に突き当てられており、導電性棒状部材の下端面は正端子板の上面に突き当てられており、絶縁性棒状部材の上端面は正端子板の下面に突き当てられており、絶縁性棒状部材の下端面は下側の負端子板の上面に突き当てられている。
本発明の組電池では、端子板と、端子板の一方側の面に突き当てられている導電性棒状部材と、端子板の他方の面に突き当てられている絶縁性棒状部材の少なくとも一つに、突き当て方向に復帰しようとする弾性部が設けられている。例えば、端子板の上面に絶縁性棒状部材の端面が突き当たり、下面に導電性棒状部材の端面が突き当たっている場合、端子板と導電性棒状部材と絶縁性棒状部材の少なくとも一つに弾性部が設けられている。
本発明の組電池は、端子板と導電性棒状部材と絶縁性棒状部材の少なくとも一つに弾性部が設けられていることから、棒状部材の端面を端子板に突き当てておく力が長期に亘って維持され、導電性棒状部材と端子板の接触抵抗を長期間に亘って低いレベルに維持することが可能となる。
本発明は、正／負／正の順で配置されている３枚の端子板と、負／正／負の順で配置されている３枚の端子板の双方に適用することが好ましいが、いずれか一方の端子板群に利用するだけでも本発明の利点を享受することができる。
本発明は３個以上の電池を有する組電池にも適用することができる。

導電性材料は弾性力に富んでいることが多いことから、導電性棒状部材に弾性部を設けることが好ましい。この場合、弾性部を形成しやすいという利点が得られる。
逆に、絶縁性材料で構成されている棒状部材に弾性部を設けてもよい。導電性棒状部材の抵抗を低く維持することができる。
必要であれば、導電性棒状部材と絶縁性棒状部材の両者に弾性部を設けてもよい。

棒状部材の側面から横断方向に伸びるスリットを形成することによって、棒状部材の端面を端子板に付勢する弾性部を形成することが好ましい。
この構成によると、弾性部を簡単に形成することができる。

端子板を挟んでいる一対の棒状部材は、一方の棒状部材の端面から軸方向に伸びるとともに棒状部材の本体よりも小径のねじと、他方の棒状部材の端面に形成されていとともに前記のねじに螺合するねじ穴によって、端面同士の間に端子板を挟んだ状態で固定されていることが好ましい。
あるいは、端子板を挟んでいる一対の棒状部材は、それらを貫通して伸びるとともに棒状部材よりも小径の貫通棒状部材によって、端面同士の間に端子板を挟んだ状態で固定される構成であってもよい。
いずれの構成であっても、一対の棒状部材の端面の間に端子板が挟みこまれた構造を維持することができる。

本発明によると、導電性棒状部材の端面を端子板に突き当てておく力を長期に亘って維持することが可能となり、導電性棒状部材と端子板の接触抵抗を長期間に亘って低いレベルに維持することが可能となる。組電池の電池性能を長期間に亘って高いレベルに維持することが可能となる。

（形態１）単電池の２箇所から極性を異にする２枚の端子板が延出している。複数の単電池を積層すると、正／負／正／負・・の順で配置されている端子板群と、負／正／負／正・・の順で配置されている端子板群が得られる。前者の端子板群では、正端子板／負端子板の間が絶縁性棒状部材で接続され、負端子板／正端子板の間が導電性棒状部材で接続されている。後者の端子板群では、負端子板／正端子板の間が導電性棒状部材で接続され、正端子板／負端子板の間が絶縁性棒状部材で接続されている。
単電池群は直列に接続され、直列接続に違反する短絡が防止されている。

（第１実施例）
図１は、第１実施例の組電池１６を示し、５個の単電池２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅが直列に接続されている。以下では、複数の単電池に共通な事象は、添え字ａ，ｂ・・を省略して説明する。単電池以外の部材についても、添え字ａ，ｂ・・を省略して説明する事項は、複数の部材に共通する事象である。
単電池２は、ラミネートフィルムでパッケージされており、パッケージの内部に、正極とセパレータと負極とセパレータが多数回に亘って積層されている電極体と、電解液が封止されている。単電池２からは、正端子板４と負端子板６が延出している。正端子板４と負端子板６は、パッケージの内外に亘って延びており、正端子板４は電極体の正極に接続されており、負端子板６は電極体の負極に接続されている。
５個の単電池２ａ〜２ｅは、図１の右側では上から正／負／正／負／正の順となり、図１の左側では上から負／正／負／正／負の順となる姿勢で積層されている。各端子板４，６には、細棒（貫通棒状部材）１２が貫通する大きさの穴が形成されている。
図１の右側では、正端子板４ａと負端子板６ｂの間に絶縁性棒状部材１０ａが挿入されている。負端子板６ｂと正端子板４ｃの間に導電性棒状部材８ｂが挿入されている。正端子板４ｃと負端子板６ｄの間に絶縁性棒状部材１０ｃが挿入されている。負端子板６ｄと正端子板４ｅの間に導電性棒状部材８ｄが挿入されている。図１の左側では、負端子板６ａと正端子板４ｂの間に導電性棒状部材８ａが挿入されている。正端子板４ｂと負端子板６ｃの間に絶縁性棒状部材１０ｂが挿入されている。負端子板６ｃと正端子板４ｄの間に導電性棒状部材８ｃが挿入されている。正端子板４ｄと負端子板６ｅの間に絶縁性棒状部材１０ｄが挿入されている。

導電性棒状部材８と絶縁性棒状部材１０は筒状であり、中心に穴が開いており、そこに細棒１２が貫通している。細棒１２は絶縁性部材で構成されている。細棒１２の両端部にはねじが切られている。細棒１２のねじにはナット１４が締付けられている。ナット１４が締付けられていることによって、導電性棒状部材８の端面が端子板４，６に突き当てられ、絶縁性棒状部材１０の端面が端子板４，６に突き当てられた状態が維持される。端子板４，６の一方側の面には導電性棒状部材８が押し当てられ、端子板４，６の他方側の面には絶縁性棒状部材１０が押し当てられ、導電性棒状部材８と絶縁性棒状部材１０の端面同士の間に端子板４，６を挟んだ位置関係で固定される。導電性棒状部材８と絶縁性棒状部材１０を、それよりも小径の細棒１２が貫通し、その両端部がナット１４で締付けられることによって、導電性棒状部材８と絶縁性棒状部材１０の端面同士の間に端子板４，６を挟んだ状態に固定される。

導電性棒状部材8には、図２と図３に示すように、側面から横断方向に伸びるスリット８ｍ、８ｎ、８ｐが形成されている。スリット８ｍ、８ｎ、８ｐは、長さ方向に異なる位置に設けられている。スリット８ｍ、８ｎ、８ｐは、導電性棒状部材8の側面において、１２０度の角度間隔に形成されている。
スリット８ｍ、８ｎ、８ｐは、導電性棒状部材8を長さ方向に押し縮める弾性部を構成している。導電性棒状部材8の長さ方向に圧縮力を加えると、スリット８ｍ、８ｎ、８ｐが押し潰され、導電性棒状部材8の長さが短くなる。押し潰されたスリット８ｍ、８ｎ、８ｐは自然形状に復帰しようとしており、圧縮された導電性棒状部材8は元の長さに復帰しようとしている。

図１に示すように、導電性棒状部材８と絶縁性棒状部材１０の端面同士の間に端子板４，６を挟んだ状態でナット１４を締めると、スリット８ｍ、８ｎ、８ｐが押し潰され、導電性棒状部材８にはその端面を端子板４，６に押付けておく弾性力が発生する。その反力によって、絶縁性棒状部材１０の端面を端子板４，６に押付けておく弾性力も発生する。
導電性棒状部材８の端面と端子板４，６の間に作用する弾性力、ならびに、絶縁性棒状部材１０の端面と端子板４，６の間に作用する弾性力は、スリット８ｍ、８ｎ、８ｐが周方向において等角度間隔で形成されているために、棒状部材８，１０の端面内においてほぼ均一化されている。棒状部材８，１０の端面が、ほぼ一様に端子板４，６に押し付けられる。

導電性棒状部材８に弾性部（スリット８ｍ、８ｎ、８ｐ）を形成しているために、下記の利点が得られる。
１）組電池１６を長期間使用した結果、ナット１４に緩みが発生しても、弾性部（８ｍ、８ｎ、８ｐ）による弾性力によって、棒状部材８，１０の端面が端子板４，６に押し付けられ続ける。導電性棒状部材８と端子板４，６間の接触抵抗は低いレベルに維持される。
２）弾性部（８ｍ、８ｎ、８ｐ）による弾性力が、細棒１２のねじ部とナット１４の間に作用し、ナット１４が緩みにくい。
３）複数の組電池２を積層したときの端子板４，６の位置関係は必ずしも一定にならず、組電池毎に相違する。棒状部材８に弾性部（スリット８ｍ、８ｎ、８ｐ）が形成されていると、弾性部が変形するために、端子板４，６の位置関係のばらつきに抗して、棒状部材８，１０の端面を端子板４，６に押し付けておく力が一定のレベルに調整される。
４）特に、スリット８ｍ、８ｎ、８ｐが周方向において等角度間隔で形成されていると、導電性棒状部材８の全端面が端子板４，６に押し付けられる。導電性棒状部材８の端面が局所的に接触するために、接触抵抗が増大するといったことがない。

上記の実施例では、導電性棒状部材８に弾性部（スリット８ｍ、８ｎ、８ｐ）を形成している。それに代えて、絶縁性棒状部材１０に弾性部（スリット）を形成してもよいし、導電性棒状部材８と絶縁性棒状部材１０の両者に弾性部を形成してもよい。絶縁性棒状部材１０に弾性部を形成しても、導電性棒状部材８の端面を端子板４，６に押し付けておく弾性力が得られる。導電性材料は弾性力に富んでいることが多いことから、導電性棒状部材８に弾性部を設けると、強い弾性力を得やすい。絶縁性棒状部材１０に弾性部を設けると、導電性棒状部材８にスリットを形成する必要がないことから、導電性棒状部材８の抵抗を低く維持することができる。いずれにしても、棒状部材８，１０の側面から横断方向に伸びるスリットを形成することによって、弾性部を形成することができることから、弾性部を簡単に形成することができる。

スリット８ｍ、８ｎ、８ｐの切り込み深さは、棒状部材の直径の３０〜７０％が好ましい。３０％以下では十分な弾性力が得られず、７０％以上になると棒状部材自体が座屈しやすい。棒状部材の側面に形成するスリットは、１本であってもよいが、２本以上であることが好ましい。また、棒状部材の中心軸に対して回転対称であることが好ましい。複数のスリットが回転対称に形成されていると、棒状部材の端面と端子板の押付け荷重を均一化し、棒状部材の端面が端子板に局所的に接触する事態を防止することができる。

上記の実施例では、交互に極性が反転する順で端子板を積層するとともに、導電性棒状部材８と絶縁性棒状部材１０を交互に用いることによって、単電池２ａ〜２ｅを直列に接続している。電力は、ナット１４ｊ、１４ｉから取り出される。絶縁性棒状部材１０は、単電池２ａ〜２ｅを機械的に固定している。
上記に代えて、例えば図１の左側では正端子板４を積層し、右側では負端子板６を積層することもできる。この場合、全部の棒状部材を導電性とすることによって、単電池２ａ〜２ｅを並列に接続することができる。この場合も、導電性棒状部材８に弾性部を形成することによって、導電性棒状部材８と端子板４，６間の接触抵抗を低いレベルに維持することができる。

（第２実施例）
図４に第２実施例を示す。以下では第１実施例からの相違点のみを説明する。この実施例の棒状部材８，１０は、一方の端面から軸方向に伸びるねじが形成されており、他方の端面にはそれに螺合するねじ穴が形成されている。ねじとねじ穴は、棒状部材８，１０よりも細い。
正端子板４の穴に導電性棒状部材８のねじを通過させてから絶縁性棒状部材１０のねじ穴にねじ込むことによって、導電性棒状部材８の端面と絶縁性棒状部材１０の端面の間に
正端子板４が固定される。負端子板６の穴に絶縁性棒状部材１０のねじを通過させてから導電性棒状部材８のねじ穴にねじ込むことによって、絶縁性棒状部材１０の端面と導電性棒状部材８の端面の間に負端子板６が固定される。
この実施例では、絶縁性棒状部材１０に弾性部（スリット）が形成されている。この実施例によっても、弾性部による弾性力によって、棒状部材８，１０の端面が端子板４，６に押し付けられ続ける。長期間に亘って導電性棒状部材８と端子板４，６間の接触抵抗が低いレベルに維持される。

（第３実施例）
図５に第３実施例を示す。第１実施例では、交互に極性が反転する順で端子板４，６を積層するとともに、導電性棒状部材８と絶縁性棒状部材１０を交互に用いることによって単電池２ａ〜２ｅを直列に接続している。この場合、絶縁性棒状部材１０は、単電池２ａ〜２ｅを機械的に固定している。単電池２ａ〜２ｅが他の構造によって位置決めされていれば、絶縁性棒状部材１０を使用する必要はない。これが第３実施例である。
この実施例では、単電池２ａ〜２ｆを直列に接続する導電性棒状部材８のみが利用され、絶縁性棒状部材は利用されていない。電力は、ナット１４ｑ、１４ｒから取り出される。導電性棒状部材８に弾性部が形成されており、長期間に亘って導電性棒状部材８と端子板４，６間の接触抵抗が低いレベルに維持される。

（第４実施例）
図６と図７に第４実施例を示す。この実施例では、端子板４，６に弾性部が形成されている。端子板の貫通穴２０の回りに等間隔で３個の窪み１８ｓ，１８ｔ，１８ｕが形成されている。窪み１８ｓ，１８ｔ，１８ｕはばね性を備えており、押し潰すと反発する弾性力を備えている。端子板に弾性部（窪み１８ｓ，１８ｔ，１８ｕ）を形成しても、長期間に亘って導電性棒状部材８と端子板４，６間の接触抵抗を低いレベルに維持することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

第１実施例の組電池を示す図。 第１実施例の導電性棒状部材の斜視図。 （１）〜（３）の各々は、第１実施例の導電性棒状部材のスリットを示す。 第２実施例の組電池を示す図。 第３実施例の組電池を示す図。 第４実施例の組電池を構成する単電池の端子板の平面図。 第４実施例の組電池の一部を拡大して示す図。

符号の説明

２：単電池
４：正端子板
６：負端子板
８：導電性棒状部材
１０：絶縁性棒状部材
１２：細棒（貫通棒状部材）
１４：ナット
１６：組電池
１８：窪み
２０：穴

Claims (8)

1. 少なくとも２個の電池と、
   隣接している２個の電池の夫々から相互に平行に延出している２枚の端子板の間に配置されている導電性棒状部材を備えており、
   前記導電性棒状部材の各端面が各端子板に突き当てられており、
   端子板と導電性棒状部材の少なくとも一方に、突き当て方向に復帰しようとする弾性部が設けられていることを特徴とする組電池。
2. 少なくとも３個の電池と、
   一の電池とこれに隣接している２個の電池の計３個の電池の夫々から相互に平行に延出している３枚の端子板と、
   中央の端子板と一方の端の端子板の間、及び、中央の端子板と他方の端の端子板の間の夫々に配置されている２本の棒状部材を備えており、
   ３枚の端子板は交互に極性が反転する順序で配列されており、
   前記棒状部材の各端面が各端子板に突き当てられており、
   中央の端子板の一方側の面に突き当てられている棒状部材は導電性材料で構成されており、
   中央の端子板の他方側の面に突き当てられている棒状部材は絶縁性材料で構成されており、
   中央の端子板と、その中央の端子板の一方側の面に突き当てられている導電性棒状部材と、中央の端子板の他方側の面に突き当てられている絶縁性棒状部材の少なくとも一つに、突き当て方向に復帰しようとする弾性部が設けられており、
   複数の電池が直列に接続されていることを特徴とする組電池。
3. 導電性棒状部材に前記弾性部が設けられていることを特徴とする請求項２の組電池。
4. 絶縁性棒状部材に前記弾性部が設けられていることを特徴とする請求項２の組電池。
5. 導電性棒状部材と絶縁性棒状部材の両者に前記弾性部が設けられていることを特徴とする請求項２の組電池。
6. 棒状部材の側面から横断方向に伸びるスリットが形成されており、それによって端面を端子板に付勢する弾性力が得られていることを特徴とする請求項１から５のいずれかの組電池。
7. 端子板を挟んでいる一対の棒状部材は、一方の棒状部材の端面から軸方向に伸びるとともに棒状部材の本体よりも小径のねじと、他方の棒状部材の端面に形成されているとともに前記ねじに螺合するねじ穴によって、端面同士の間に端子板を挟んだ状態で固定されていることを特徴とする請求項２から５のいずれかの組電池。
8. 端子板を挟んでいる一対の棒状部材は、それらを貫通して伸びるとともに棒状部材よりも小径の貫通棒状部材によって、端面同士の間に端子板を挟んだ状態で固定されていることを特徴とする請求項２から５のいずれかの組電池。

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