JP5005183B2 - 電池間接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、主として複数の円筒形電池を直列接続または並列接続して所要の出力電圧を得る電池モジュールあるいは電池パックを構成するための電池間接続構造に関するものである。

近年では、ＡＶ機器あるいはパソコンや携帯型通信機器などの電子機器のポータブル化やコードレス化が急速に促進されており、これらの電気機器の駆動電源として信頼性が高く、メンテナンスが容易であることから、ニッケルカドミウム蓄電池またはニッケル水素電池やリチウム二次電池などが使用されている。一方、地震や台風などの災害による停電発生時のバックアップ用非常電源などの用途には、現在、鉛蓄電池が主流であるが、将来的には大容量で、且つ大電流放電が可能なニッケル水素蓄電池の採用が期待されている。さらに、大容量を有するニッケル水素蓄電池には、無人通信基地局などの非常電源や、電車のパンタグラフ昇降用電源或いは電車の給電停止時に使用する照明点灯用バックアップ電源などの鉄道用電源用途への採用も期待されている。

上述のような電源は、複数個の円筒形電池の異極電源端子間を互いに接続して電池モジュールや電池パックに組み立てられるのが一般的である。この電池モジュールや電池パックを構成するに際して用いられる電池間接続構造は、その電池配列により、概ね２つに大別される。そのうちの一つは、図８に示すように、複数個の電池Ｂａ１，Ｂａ２を軸方向に沿った配置として、隣接する各２個の電池Ｂａ１，Ｂａ２間を互いに直列接続するものである（例えば、特許文献１参照）。この電池間接続構造は、２個の電池Ｂａ１，Ｂａ２間に配置した皿状の接続体５０を、一方の電池Ｂａ１の正極端子となる金属キャップ５１が設けられた封口板５２と、他方の電池Ｂａの負極端子となる電池ケースとにそれぞれプロジェクション溶接して接続した構成になっている。

すなわち、接続体５０は、電池ケース５３に外嵌する円筒部５０ａと、封口板５２に当接する平面部５０ｂとを備えているとともに、円筒部５０ａの内面と平面部５０ｂの外面とにおける同一半径上に９０°の等間隔の各位置にそれぞれプロジェクション５０ｃが形成されており、上記プロジェクション５０ｃを介してプロジェクション溶接することにより、接続体５０の平面部５０ｂを一方の電池Ｂａ１における金属キャップ５１と電気的接続された封口板５２に接続し、筒状部５０ａを他方の電池Ｂａ２の電池ケース５３に接続している。一方の電池Ｂａ１の電池ケース５３と接続体５０との間は絶縁リングによって電気的に短絡するのが防止されている。これにより、両電池Ｂａ１，Ｂａ２は、電気的に直列接続されている。

他の電池間接続構造は、図９に示すように、複数個の電池Ｂａ３，Ｂａ４を径方向に並置して接続部材５９により直列接続するものである（例えば、特許文献２参照）。この電池間接続構造では、一方の電池Ｂａ３にある一端面の正極端子６０の外面と、他方の電池Ｂａ４の他端面を兼ねる電池ケース５５の露出した底部５５ａとが面一になるようにその側周面同士を密着させて隣接配置した状態で、両者の間に接続部材５９を架け渡す配置で介在させて、この接続部材５９と各電池Ｂａ３，Ｂａ４とを溶接して電気的に接続した構成になっている。すなわち、接続部材５９は、これの第１の接続部６１が電池ケース５５の底部５５ａに溶接され、且つ第２の接続部６２の環状凹部６３が封口板６４に溶接される。
特開２００３−１６２９９３号公報 特開２００２−２４６００５号公報

しかしながら、図８の電池間接続構造では、これを用いて電池モジュールを構成する場合、複数本の電池Ｂａ１，Ｂａ２をこれらの電池軸方向に並べて連結した細長い円柱状の外形となって、電池Ｂａ１，Ｂａ２間の曲げ強度が低いことから、特に、電池軸方向に対し側方から衝撃を受けたときの強度が不十分である。また、隣接する各２個の電池Ｂａ１，Ｂａ２の接続に際してのプロジェクション溶接時には、接続体５０のプロジェクション５０ｃを円筒形の電池ケース５３の外面に接触させた不安定な姿勢で行わなければならないために、溶接の歩留りの低下を招き、この点からも十分な強度を確保するのが困難になるとともに、溶接回数が多いのに伴って生産性が悪い。

さらに、図８の電池間接続構造は、電池Ｂａ１，Ｂａ２を電池軸方向に沿った配置で直列接続することしかできないので、所要個数の電池を接続して電池モジュールまたは電池パックを構成する場合、一定個数の電池を直列接続した電池列を並置して、これら電池列の両端において各々の径方向で隣接する２個の電池を互いに接続するに際し、接続体５０とは別の接続部材を用いる必要がある。一方、図９の電池間接続構造は、複数個の電池をこれらの電池軸を互いに平行に配した並置状態で直列接続することしかできないので、電池を電池軸方向に配列して直列接続するに際しては例えば、図８に示されるよう接続部材を用いる必要がある。

上述のように、従来の電池間接続構造では、電池軸方向への直列配置と径方向への並置した配置にそれぞれ対応した異なる形状の２種類の接続用部材を必要とするので、電池モジュールまたは電池パックを構成するに際しては、２種類の接続用部材を必要とするのに伴い、金型を含む部品費用が増大し、且つ製造コストが高くつくので、製作される電池モジュールまたは電池パックが高価なものとなる。また、何れの電池間接続構造においても、隣接する２個の電池を接続用部材の溶接により接続するので、電池モジュールのメンテナンス時において一部の電池に消耗または劣化が認められた場合、電池モジュール全体を交換しなければならず、ランニングコストが高くつく。

ところで、近い将来には、１００Ａｈ程度の大容量を有して重量が１．６Ｋｇ程度のニッケル水素電池のような大型の円筒形電池の実用化が期待されているが、このような大型円筒形電池を図８または図９の電池間接続構造を用いて電池モジュールまたは電池パックを構成すると仮定した場合には、これら電池間接続構造の構成が比較的複雑であるのに伴い、溶接工程が困難となるとともに接続用部材の重量が増大し、さらに、衝撃を受けたときの強度を十分に確保することも困難であるので、実用化が極めて難しいものと予想される。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、複数個の円筒形電池を軸方向に直列配置および径方向に並置した配置の何れに対しても同一の電池間接続板によって隣接する各２個を互いに接続できるようにしてコストの低減を図ることができ、大型円筒形電池の接続に際しても十分な堅牢性と軽量化とを有する構造を達成することができ、しかも容易に分解できる電池間接続構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の電池間接続構造は、有底円筒状の電池ケースの底面を一方の電極端子とし、且つ前記電池ケースの開口端側に設けた封口体を他方の電極端子とした円筒形電池を複数個備え、これら円筒形電池を軸方向に直列配置または径方向に並置して、隣接する各２個の円筒形電池の異極電極端子を互いに電気的、且つ機械的に接続する電池間接続構造において、前記電池ケースの円形端面内に包含される形状の溶接部とこの溶接部から延出する接続部とを一体に有する電池間接続板を備え、前記電池ケースの一方の電極端子および他方の電極端子にそれぞれ、前記溶接部を溶接して前記電池間接続板が固着され、隣接する各２個の円筒形電池にそれぞれ固着された前記電池間接続板の各々の前記接続部が互いに重ね合わせて電気的接続状態に連結されていることを特徴としている。

請求項２に係る発明は、請求項１の発明の電池間接続構造における電池間接続板が、溶接部と接続部との境界に沿って段差部が設けられ、前記溶接部が半円弧状であって、かつ前記接続部に対し凹状に形成されている。

請求項３に係る発明は、請求項２の発明の電池間接続構造において、電池ケースにおける開口端側のかしめ部が絶縁リングで被覆され、電池間接続板における段差部が、これの接続部側の外側面が前記絶縁リングの内側周面にほぼ合致する曲率半径を有する半円弧状を有し、且つ前記かしめ部の軸方向の端部と封口板の外面との段差よりも大きな高さを有する形状に形成されている。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３の何れかの発明の電池間接続構造において、電池ケースの一方および他方の電極端子の何れにも同一形状の電池間接続板が固着されている。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４の何れかの発明の電池間接続構造における各円筒形電池の両電極端子にそれぞれ接続される一対の電池間接続板が、各々の接続部の前記円筒形電池からの突出方向がなす角度を任意に設定した相対配置で接続されている。

請求項６に係る発明は、請求項２または３の発明の電池間接続構造において、電池間接続板の接続部が、溶接部の半円弧状の径よりも大きく、且つ電池ケースの直径未満の間隔で前記溶接部から互いに平行に延出する２つの側辺と、この両側辺に直交する端辺とで囲まれた形状に形成されている。

請求項７に係る発明は、請求項６の発明の電池間接続構造において、電池間接続板の接続部における端辺の近傍の両端側箇所に一対の連結用孔が形成されている。

請求項８に係る発明は、請求項７の発明の電池間接続構造において、隣接する２枚の電池間接続板が、各々の接続部がこれらの連結用孔を合致させた相対位置で互いに重ね合わされて、前記合致した連結用孔を介してボルトとナットとを螺合締結することにより電気的に接続されている。

請求項９に係る発明は、請求項８の発明の電池間接続構造において、隣接する２枚の電池間接続板における互いに重ね合わされる接続部のうちの一方に、連結用孔に合致した配置でナットが溶接により固着されている。

請求項１０に係る発明は、請求項８または９の発明の電池間接続構造におけるボルトとナットが黄銅製である。

請求項１１に係る発明では、請求項７ないし１０の何れかの発明の電池間接続構造にいて、電池間接続板の接続部における一対の連結用孔の間にある箇所にスリットが形成されている。

請求項１２に係る発明は、請求項１ないし１１の何れかの発明の電池間接続構造において、電池間接続板の溶接部に、円筒形電池の電極端子に対する溶接用のプロジェクションが複数設けられ、且つ隣接する２個の前記プロジェクションの間にスリットが形成されている。

請求項１３に係る発明は、請求項１ないし１２の何れかの発明の電池間接続構造における電池間接続板が、鉄、銅、黄銅のいずれかの少なくとも片面にニッケルを表面加工した素材、或いはニッケル、鉄、銅を黄銅のいずれかを素材として形成されている。

請求項１４に係る発明は、請求項１ないし１３の何れかの発明の電池間接続構造において、隣接する２枚の電池間接続板が、互いに連結されたのちに絶縁塗料で被覆されている。

請求項１５に係る発明は、請求項１４の発明の電池間接続構造における絶縁塗料として遠赤塗料が用いられている。

請求項１の発明では、電池間接続板の溶接部が、電池ケースの円形端面に含有される形状を有しているので、その溶接部を電池ケースにおける電池軸方向の両端面にある各電極端子の何れにも溶接することにより固着することができ、この固着状態において、電池間接続板の接続部が円筒形電池の側方に突出する。したがって、２個の円筒形電池を電池軸方向に沿って配列する場合には、これら電池に固着されている各電池間接続板の各々の接続部を互いに同一方向を向く相対配置で互いに重ね合わせて連結することにより、隣接する２個の電池を直列接続することが可能である。一方、２個の電池をその電池軸が互いに平行となる配置で配列する場合には、これら電池に固着されている各電池間接続板の接続部を互いに反対方向を向く配置で互いに重ね合わせて連結することにより、隣接する２個の電池を直列接続することが可能である。このように、複数個の円筒形電池を軸方向に直列配置および径方向に並置した配置の何れに対しても、同一の電池間接続板によって隣接する各２個を互いに接続できることから、部品費用および製造コストを共に低減できるので、電池モジュールまたは電池パックを安価に製作することができる。

また、接続部は円筒形電池の側方において互いに重ね合わせ状態で連結するので、溶接以外の連結手段、例えばボルトとナットの締結手段などを採用することができる。そのため、大型円筒形電池を接続する場合であっても、電池間接続のための溶接工程の削減によって製作工程が容易となり、構成の簡素化に伴って、接続部分の重量の増大を招くことなしに衝撃を受けたときの強度を十分に確保できる高い堅牢性を備えた構造とすることができるとともに、メンテナンス時などに一部の電池に消耗または劣化が認められた場合に、重ね合わせ状態で連結している２枚の接続部の連結を解除することにより、必要な電池のみを交換することができる。しかも、電池間接続板は、単なる板状であるとともに、その接続部が円筒形電池の側方に突出する状態で取り付けられるから、複数個の円筒形電池を軸方向に直列配置および径方向に並置した配置の何れの形態で接続する場合であっても、互いに接続された２個の円筒形電池の間に通風可能な隙間が確保されて、十分な放熱効果を得ることができる。

請求項２の発明では、電池間接続板の溶接部を、キャップ状端子が突出する側の電極端子に対し電池ケースのかしめ部と封口板の外面とが形作る凹所に嵌まり込ませた安定状態に保持して溶接できるので、常に高い接合強度で固着することができる。

請求項３の発明では、電池間接続板の段差部の外側面が絶縁リングの内側周面に嵌合状態に当接した位置決め状態で安定に保持して電池間接続板の溶接部を封口板の外面に確実に溶接できるので、常にばらつくことなく高い溶接強度が得られる堅牢性の高い接合状態を得ることができる。また、電池間接続板が電池に固着されたときには、かしめ部の軸方向の端部と接続部との間に隙間が確保されるので、放熱性が向上する利点がある。また、電池間接続板は、絶縁リングの存在により、一方および他方の電極をそれぞれ形成する電池ケースと封口板との電気的短絡を防止している。

請求項４の発明では、同一形状の電池間接続板のみを用いるだけで、電池軸方向に配列した２個の円筒形電池の直列接続および径方向に並置した配置の２個の円筒形電池の直列接続の双方に対応でき、電池モジュールまたは電池パックを容易、且つ安価に製作することができる。

請求項５の発明では、円筒形電池の両端部にそれぞれ固着する一対の電池間接続板を、これらの接続部がなす角度を任意に設定した相対配置に調整することにより、複数個の円筒形電池を電池軸方向に配列しての直列接続および径方向に並置した配置での直列接続の何れにも容易に対応して、複数個の円筒形電池を所要の配列で接続した電池モジュールを構成することができるのに加えて、電池モジュールの製作に際しては、例えば複数の円筒形電池を俵積み配置に積み重ねた配列などの種々の配列形態に容易に対応することができる。

請求項６の発明では、円筒形電池に対して、電池間接続板の接続部が自体の長手方向にのみ突出するだけであって、幅方向に出っ張らないから、二つの接続部が互いに連結される箇所を電池ケースの直径の範囲内に設定することができ、多数個の円筒形電池を、容易、且つ安定した配置で複数段に積み重ねた電池モジュールまたは電池パックを容易に構成することができる。

請求項７の発明では、隣接する２枚の電池間接続板を、これらの連結用孔を合致させてボルトとナットの螺合締結またはリベットのかしめ手段などの手段で互いに連結することができ、隣接する各２個の円筒形電池を溶接をすることなく互いに接続することができる。また、隣接する円筒形電池の相対位置の若干のばらつきを連結用孔で吸収することができるから、円筒形電池を電池軸方向に沿った配置または径方向に並置する場合に、円筒形電池の相対位置の位置決めに自由度が生じて、位置調整が容易となる。

請求項８の発明では、隣接する２枚の電池間接続板を、これらの連結用孔を合致させてボルトとナットの締結により連結することができるから、２個の円筒形電池を相互に接続するに際しての溶接工程を削減できるとともに、メンテナンス時などにおいて、電池モジュールまたは電池パックにおける一部の円筒形電池に消耗または劣化が認められた場合には、ボルトを外して必要な円筒形電池のみを交換することが可能となり、従来のように電池モジュールを単位として交換する場合に比較して、ランニングコストを大幅に低減できる。

請求項９の発明では、２個の円筒形電池にそれぞれ溶接された電池間接続板の各々の連結用孔を合致させたのちに、この合致させた両連結用孔にボルトを挿通してナットに螺合締結するだけで、隣接する２個の円筒形電池の接続を行えるので、接続のための作業性が格段に向上する。

請求項１０の発明では、ボルトとナットの電気抵抗が低くなるので、一層の高出力化を図ることができる。

請求項１１の発明では、隣接する２枚の電池間接続板をボルトとナットの締結により連結する場合に、溶接部を円筒形電池に溶接したときに電池間電極板に生じる歪みを、スリットの存在により容易に変形させて吸収することができるから、確実な締結を行うことができる。一方、隣接する２枚の電池間接続板を溶接により連結する場合には、スリットが溶接時の無効電流を低減するように作用するとともに、双方の電池間接続板の歪みをスリットの存在により容易に変形させて吸収することができるから、確実な溶接を行える。

請求項１２の発明では、プロジェクションを介して電池間接続板の溶接部を電池ケースに溶接するときに、スリットによって溶接時の無効電流を低減でき、且つ溶接部と電池ケースとの双方の歪みをスリットの存在により容易に変形させて吸収することができるから、確実なプロジェクション溶接を行って高い接合強度を得ることができる。

請求項１３の発明では、電気抵抗の低い電池間接続板となるので、製作後の電池モジュールまたは電池パックの高出力化を一層促進できる。

請求項１４の発明では、電池間接続板の外表面が電気が絶縁されるから、安全性を一層高めることができる。

請求項１５の発明では、電池間接続板の絶縁効果に加えて、電池間接続板に放熱効果が付加され、あたかも放熱フィンの如く機能する。

以下、本発明の最良実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る電池間接続構造の接続構成を示す斜視図であり、図２はその接続に用いる電池間接続板１を示す斜視図である。先ず、図２の電池間接続板１について説明する。この電池間接続板１は、電池ケースに溶接手段で固着される溶接部２と、この溶接部２から延出した接続部３とが、段差部４を介して一体に連接された形状を有しており、溶接部２が接続部３に対し凹所になっている。

上記溶接部２は、図１に示す電池Ｂａの電池ケース７における円形の端面内に包含される半円弧状の形状を有している。具体的には、電池Ｂａの円形の電極端子板８（図１）の周端面よりも僅かに大きな曲率半径を有する半円形の内周部２ａと、電池ケース７における開口端側の円形のかしめ部の内側内周面に対応した曲率半径を有する半円形の外周部２ｂとで囲まれた半円弧状の形状を有している。この溶接部２には、抵抗溶接用のプロジェクション９が複数（この実施の形態において４個）設けられているとともに、隣接する各２個のプロジェクション９の各間にある部位にスリット１０が形成されている。

上記接続部３は、一対の側辺３ａ，３ｂとこの側辺３ａに直交する端辺３ｃとを有するほぼ矩形状に形成されており、一対の側辺３ａ，３ｂは、溶接部２の半円弧状の径よりも大きく、且つ電池ケース７の直径よりも僅かに小さい間隔で溶接部２から互いに平行に延出されている。この接続部３には、端辺３ｃの中央部から両側辺３ａ，３ｂに平行に延びるスリット１１が形成されているとともに、一対の連結用孔１２が端辺３ｃの両端部近傍部位に形成されている。なお、接続部３には、図２に示す電池間接続板１の下面側に、一対のナット１３が連結用孔１２に合致するよう位置決めして予め溶接により固着される場合もある。

上記段差部４は、溶接部２の半円形の外周部２ｂから立ち上がった平面視半円弧状であって、接続部３側の外側面が、電池ケース７の開口端部のかしめ部における内側周面に合致した曲率半径の半円弧状に形成され、且つ電池Ｂａの封口板１４からかしめ部の軸方向端部までの距離よりも僅かに大きな高さとを有している。この溶接部２と接続部３とが段差部４を介して一体に連接された形状を有する電池間接続板１は、鉄、銅、黄銅等の少なくとも片面にニッケルを表面加工した素材、或いはニッケル、鉄、銅、黄銅等を素材として一体形成されて、低い電気抵抗に設定されていることにより、高出力化が図られている。

つぎに、上記電池間接続板１を用いた電池間接続構造について、図１を参照しながら説明する。なお、図１では、絶縁リング１８を電池ケース７の開口端側のかしめ部に被せる状態で取り付けられた状態を例示しており、これの詳細については後述する。上記電池間接続板１は、溶接部２が電池ケース７における円形の端面内に包含される半円弧状の形状を有していることから、電池Ｂａにおける正極端子である電極端子板８が接合された封口板１４および負極端子となる電池ケース７の底面１７の双方に共通に取り付けることができる。

先ず、電池間接続板１を、電池Ｂａの封口板１４に溶接部２を溶接して取り付けるに際しては、溶接部２を電池Ｂａの封口板１４上に載置して、段差部４の外側面を絶縁リング１８の内側周面１８ａに宛がうと、段差部４の外側面が絶縁リング１８の内側周面１８ａにほぼ合致した曲率半径の半円弧状に形成されていることから、段差部４の外側面が絶縁リング１８の内側周面１８ａに対しほぼ嵌合する状態に密着して位置決めされるので、電池間接続板１を安定に保持した状態で溶接部２を封口板１４に溶接することができる。そのため、互いに溶接された溶接部２と封口板１４とには常にばらつくことなく高い溶接強度が確保され、堅牢性の高い接合状態を得ることができる。

上記溶接に際しては、溶接部２におけるプロジェクション９に対応する部位に一対の溶接電極をそれぞれ当接させて、プロジェクション溶接が行われる。それにより、溶接電流は、接触面積が小さいことから接触抵抗が大きいプロジェクション９と封口板１４との接触部分に局部的に集中して流れ、それによる発熱によってプロジェクション９が溶融して、溶接部２と封口板１４とが相互に接合される。このとき、溶接部２のスリット１０は、プロジェクション溶接時の無効電流を低減するとともに、封口板１４と溶接部２との各々の歪みを、スリット１０の存在によって容易に変形させて吸収することができるから、確実な溶接を行うことができる。

一方、電池間接続板１を、電池Ｂａの電池ケース７の底面１７に溶接して取り付けるに際しては、溶接部２を電池Ｂａにおける電池ケース７の底面１７に宛がって、溶接部２におけるプロジェクション９に対応する部位に一対の溶接電極をそれぞれ当接させた状態でプロジェクション溶接が行われる。それにより、溶接電流は、接触面積が小さいことから接触抵抗が大きいプロジェクション９と底面１７との接触部分に局部的に集中して流れ、それによる発熱によってプロジェクション９が溶融して、溶接部２と底面１７とが相互に接合される。このとき、溶接部２のスリット１０は、プロジェクション溶接時の無効電流を低減するとともに、溶接部２と底面１７との各々の歪みを、スリット１０の存在によって容易に変形させて吸収できるから、確実な溶接を行うことができる。

そして、図１に示すように、２個の電池Ｂａを並置してこれらを径方向に電気的に直列接続する場合には、電池ケース７の開口端側および底面１７からそれぞれ側方に突出している２枚の電池間接続板１の各接続部３を、互いに反対方向を向く配置で重ね合わせて、各々の一対の連結用孔１２を合致させた相対配置に位置決めし、この重ね合わせ状態の各２つの連結用孔１２の一方側から挿通したボルト１９を他方側のナット１３に螺合締結することにより、上記２枚の電池間接続板１が相互に電気的接続状態で連結される。隣接する２個の円筒形電池Ｂａの相対位置の若干のばらつきは、一対の電池用接続板１の位置決め時に連結用孔１２で吸収することができるから、円筒形電池Ｂａを電池軸方向に沿った配置または径方向に並置する場合に、円筒形電池Ｂａの相対位置の位置決めに自由度が生じて、位置調整が容易となる。また、一対の電池間接続板１をボルト１９とナット１３の螺合締結により接続する時には、双方の電池間電極板１の歪みを各々のスリット１１の存在により容易に変形させて吸収できるから、確実な螺合締結を行うことができる。

なお、この電池間接続構造は同一の電池間接続板１を電池ケース７の開口端側および底面１７の何れにも共通に取り付けられることが特長の一つであるが、電池ケース７の底面１７への取り付け用とした電池間接続板１の一面に連結用孔１２に合致した配置でナット１３を予め固着しておけば、上記連結作業を一層容易、且つ迅速に行うことができる。

上述のように２枚の電池間接続板１をボルト１９とナット１３との締結手段で連結する構成としたことにより、電池間接続構造の製作時の溶接工程を削減できるとともに、この電池間接続構造を用いて構成した電池モジュールまたは電池パックのメンテナンス時などにおいて、一部の円筒形電池Ｂａの消耗または劣化が認められた場合には、ボルト１９を外して必要な円筒形電池Ｂａのみを交換することができ、従来のように電池モジュールまたは電池パックを単位として交換する場合に比較してランニングコストを大幅に低減できる大きなメリットがある。なお、隣接する２枚の電池間接続板１を、上述のボルト１９とナット１３を螺合締結する連結手段に代えて、溶接により互いに固着して連結しても良い。この場合には、スリット１１が溶接時の無効電流を低減するよう作用するとともに、２枚の電池間接続板１の歪みをスリット１１自体の存在により容易に変形させて吸収できるから、確実な溶接を行える。

図３は本発明の電池間接続構造を用いて６個の円筒形電池Ｂａを電気的に直列接続して構成した電池モジュール２０を示し、図４および図５はそれぞれ図３のＡ−Ａ線切断拡大断面図およびＢ−Ｂ線切断拡大断面図である。図４は、図１と同様に、電池モジュール２０における径方向に並置する配置で隣接する２個の円筒形電池Ｂａを互いに電気的に直列接続して構成した電池間接続構造の部分を示したものであり、図１において説明した接続過程を経て、同一の２枚の電池間接続板１の相互連結により２個の円筒形電池Ｂａの各々の異極を互いに電気的接続して構成されている。

なお、この電池間接続構造の接続対象とする円筒形電池Ｂａは、この実施の形態において、大容量で大型のニッケル水素電池である。図４に示すように、この円筒形電池Ｂａは、負極を兼ねる有底円筒状の電池ケース７の一端開口部が、封口板１４、この封口板１４の外面に接合された電極端子板８、この電極端子板８の中央部に固着された断面Ｕ字形状のキャップ状正極端子２１、このキャップ状正極端子２１と電極端子板８との間の空間内に配置されたゴム弁体２２および絶縁ガスケット２３により構成された封口体２４により閉塞されている。封口板１４の周縁部と電池ケース７の開口端部とは、これらの間に絶縁ガスケット２３を介在した状態で電池ケース７の開口端部の内方に折り曲げるかしめ加工を施してかしめ部７ａを形成することにより、かしめ部７ａにより圧縮された絶縁ガスケット２３を介して相互に気密状態に固定されている。

図５は、電池モジュール２０における軸方向に直列配置して隣接する２個の円筒形電池Ｂａを互いに直列接続して構成した電池間接続構造の部分を示したものである。この電池間接続構造は、図１において説明した接続過程を経て溶接部２を電池ケース７の封口板１４および底面１７にそれぞれ溶接して取り付けた同一の２枚の電池間接続板１を、同一の向きとなる配置で互いに重ね合わせて、各々の一対の連結用孔１２を合致させた相対位置に配置し、互いに重ね合わされた状態の各２つの連結用孔１２の一方側から挿通したボルト１９を他方側のナット１３に螺合締結することにより、上記２枚の電池間接続板１が相互に電気的接続状態で連結される。この連結時においても、図４の電池間接続構造の場合と同様に、双方の電池間電極板１の歪みを各々のスリット１１の存在により容易に変形させて吸収できるから、ボルト１９とナット１３の確実な締結を行うことができる。

図４および図５にそれぞれ示した電池間接続構造は、以下に示すような顕著な効果を奏する。すなわち、この電池間接続構造では、隣接する２つの円筒形電池Ｂａを相互に接続する電池間接続板１が、電池ケースＢａの円形端面に含有される半円弧形状の溶接部２を、電池ケースＢａにおける平坦面となった底面１７からなる負極電極端子および電極端子板８からキャップ状正極端子２１が突出した正極電極端子の何れにも溶接により固着することができ、この固着状態の電池間接続板１の接続部３が円筒形電池Ｂａの側方に突出する。

したがって、図５に示すように、隣接する２個の円筒形電池Ｂａに固着した２枚の電池間接続板１の各接続部３を同一の向きとなる配置で重ね合わせて連結することにより、２個の円筒形電池Ｂａを電池軸方向に配列して直列接続することが可能である。一方、図４に示すように、２枚の電池間接続板１を互いに反対方向を向く配置で各々の接続部３を重合して連結することにより、径方向に並置した配置の２個の円筒形電池Ｂａを直列接続することが可能となる。このように、複数個の円筒形電池Ｂａを電池軸方向に直列配置および径方向に並置した配置の何れに対しても、同一の電池間接続板１によって隣接する各２個を互いに接続できることから、部品費用および製造コストを共に低減できるので、電池モジュール２０またはこの電池モジュール２０を使用個数連結する電池パックを極めて安価に製作することができる。

また、電池間接続板１は、単なる板状であるとともに、その接続部３が円筒形電池Ｂａの側方に突出する状態で取り付けられるから、互いに接続された２個の円筒形電池Ｂａの間に通風可能な隙間が確保されて、十分な放熱効果を得ることができる。しかも、接続部３は円筒形電池Ｂａの側方において互いに連結するので、溶接以外のボルト１９とナット１３の締結手段や、図示していないリベットのかしめ手段などを採用することができる。そのため、大型円筒形電池を接続する場合であっても、溶接工程の削減によって容易に接続でき、構成の簡素化によって接続部分の重量が増大することがなく、半円弧状の溶接部２と電池ケース７との接合面積が大きいことから、衝撃を受けたときの強度を十分に確保できる高い堅牢性を得ることができる。

さらに、電池間接続板１の溶接部２を封口板１４に溶接するに際しては、溶接部２が電池ケース７のかしめ部７ａと封口板１４の外面とが形作る凹所に嵌まり込み、且つ段差部４の外側面が絶縁リング１８の内側周面１８ａに嵌合状態に当接して位置決めされた安定な保持状態で溶接できるので、溶接部２を封口板１４の外面に確実に溶接することができ、常にばらつくことなく高い溶接強度が得られて、堅牢性の高い接合状態となる。また、電池間接続板１が円筒形電池の正極電極端子側に固着されたときには、図４および図５に明示するように、電池ケース７のかしめ部７ａの軸方向の端部と接続部３との間に隙間が確保されるので、放熱性が向上する利点があり、電池間接続板１は、絶縁リング１８の存在により、電池ケース７と封口板１４とを電気的に短絡するおそれがない。

また、図２で説明したように、電池間接続板１の接続部３は、溶接部２の半円弧状の径よりも大きく、且つ電池ケース７の直径未満の間隔で溶接部２から互いに平行に延出する２つの側辺３ａ，３ｂと、この両側辺３ａ，３ｂに直交する端辺３ｃとで囲まれたほぼ矩形状に形成されていることから、この接続部３が、円筒形電池Ｂａに対して、自体の長手方向にのみ突出するだけであって、幅方向に出っ張らない。これにより、２つの接続部３を互いに連結する箇所が電池ケース７の直径の範囲内に設定することができ、後述するように、多数個の円筒形電池Ｂａを、容易、且つ安定した配置で複数段に積み重ねて、電池モジュール２０または電池パックを容易に構成することができる。

さらにまた、電池間接続板１は、鉄、銅、黄銅等の少なくとも片面にニッケルを表面加工した素材、或いはニッケル、鉄、銅、黄銅等を素材として形成されているので、電気抵抗が小さいものとなる。一方、電池間接続板１を相互に連結するボルト１９とナット１３としては、黄銅製のものを用いるのが好ましい。この黄銅製のボルト１９とナット１３を用いる場合には、銅製の電池間接続板１と組み合わせることにより、双方のなじみが最適となって電池抵抗を極めて低くできるから、これを用いて構成した電池モジュール２０または電池パックの高出力化を一層促進できる。

また、上記実施の形態では、ボルト１９とナット１３との螺合締結により２個の円筒形電池Ｂａを相互に接続したのちの電池間接続板１が、遠赤塗料の塗着により被覆されており、これにより、電池間接続板１が電気的に絶縁されて安全性が高められるとともに、電池間接続板１に放熱効果が付加され、あたかも放熱フィンの如く機能する。

図７は実施の形態の電池間接続構造を用いて構成した電池パック２７を示したものであり、この電池パック２７は、図３とほぼ同等の構成とした電池モジュール２０を２つ用いて、これら２つの電池モジュール２０を互いに相対向する配置で２段重ねに積み重ねた状態で各円筒形電池Ｂａを直列接続して構成したものである。この電池パック２７は、軸方向に直列配置で隣接する２個の円筒形電池Ｂａの直列接続および径方向に並置状態の配置で隣接する２個の円筒形電池Ｂａの直列接続の双方に用いることができる電池間接続板１を用いて構成でき、１種類の電池間接続板１によって全ての円筒形電池Ｂａの接続を行えることから、大幅なコストダウンを達成することができる。

図３の電池モジュール２０の構成に際しては、円筒形電池Ｂａの両端にそれぞれ固着される各一対の電池間接続板１が、各々の接続部３の突出方向のなす角度が９０°となる相対配置に設定して円筒形電池Ｂａに固着されている。一方、図７の電池パック２７の構成に際しては、円筒形電池Ｂａの両端にそれぞれ固着される各一対の電池間接続板１が、図３と同様に、各々の接続部３の突出方向のなす角度が９０°となる相対配置に設定して円筒形電池Ｂａに固着されているのに加えて、接続部３の突出方向のなす角度が１８０°となる相対配置に設定して円筒形電池Ｂａに固着されている。

さらに、図６は実施の形態の電池間接続構造を用いて構成した他の電池パック２８の一部を示したものである。この電池パック２８は、図７のものと同様に、図３とほぼ同等の構成とした電池モジュール２０を２つ用いて、これら２つの電池モジュール２０を２段重ねに積み重ねた状態で各円筒形電池Ｂａを直列接続して構成したものであるが、上下の電池モジュール２０の位置をずらせて各円とうかた電池Ｂａを俵積み配置に積み重ねた構成になっている。この電池パック２８では、下方の電池モジュール２０における右端の円筒形電池Ｂａの両端に固着される一対の電池間接続板１が、各々の接続部３の突出方向のなす角度が６０°となる相対配置に設定して円筒形電池Ｂａに固着されており、上方の電池モジュール２０における右端の円筒形電池Ｂａの両端に固着される一対の電池間接続板１が、各々の接続部３の突出方向のなす角度が１２０°となる相対配置に設定して円筒形電池Ｂａに固着されている。

すなわち、上記実施の形態の電池間接続構造では、同一形状の１種類の電池間接続板１のみを用いるだけであるにも拘らず、各円筒形電池Ｂａの両電極端子にそれぞれ接続される一対の電池間接続板１を、各々の接続部３の円筒形電池Ｂａからの突出方向がなす角度を任意の角度の相対配置に設定することにより、電池モジュールの製作に際して、円筒形電池Ｂａを俵積み配置や千鳥配置などの種々の配列形態に配列する構成に容易に対応することができる大きな利点がある。

この発明の電池間接続構造は、同一の電池間接続板により、２個の円筒形電池を軸方向に配列して配置で直列接続する用途と、２個の円筒形電池を径方向に並置した配置で直列接続する用途との双方に用いることができることから、部品費用および製造コストを共に低減できるので、電池モジュールまたは電池パックを安価に製作することがができるともに、互いに接続された２個の円筒形電池の間に通風可能な隙間が確保されて、十分な放熱効果を得ることができ、さらに、２枚の電池間接続板を溶接以外のボルトとナットの締結手段などで相互に連接できるため、大型円筒形電池を接続する場合であっても、溶接工程の削減によって容易に接続でき、構成の簡素化に伴って接続部分の重量が増大することがなく、半円弧状の溶接部と電池ケースとの接合面積が大きいことに起因して衝撃を受けたときの強度を十分に確保できる高い堅牢性を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る電池間接続構造の接続構成を示す斜視図。 同上の接続構造に用いる電池間接続板を示す斜視図。 同上の電池間接続構造を用いて構成した電池モジュールを示す斜視図。 図３のＡ−Ａ線切断拡大断面図。 図３のＢ−Ｂ線切断拡大断面図。 同上の電池間接続構造を用いて構成した電池パックを示す側面図。 同上の電池間接続構造を用いて構成した他の電池パックを示す一部の側面図。 従来の電池間接続構造を示す縦断面図。 従来の他の電池間接続構造を示す縦断面図。

符号の説明

１ 電池間接続板
２ 溶接部
３ 接続部
３ａ，３ｂ 側辺
３ｃ 端辺
４ 段差部
７ 電池ケース
７ａ かしめ部
９ プロジェクション
１０ 溶接部のスリット
１１ 接続部のスリット
１２ 連結用孔
１４ 封口板
１７ 底面
１８ 絶縁リング
２４ 封口体
Ｂａ 円筒形電池

Claims (15)

1. 有底円筒状の電池ケースの底面を一方の電極端子とし、且つ前記電池ケースの開口端側に設けた封口体を他方の電極端子とした円筒形電池を複数個備え、これら円筒形電池を軸方向に直列配置または径方向に並置して、隣接する各２個の円筒形電池の異極電極端子を互いに電気的、且つ機械的に接続する電池間接続構造において、
   前記電池ケースの円形端面内に包含される形状の溶接部とこの溶接部から延出する接続部とを一体に有する電池間接続板を備え、
   前記電池ケースの一方の電極端子および他方の電極端子にそれぞれ、前記溶接部を溶接して前記電池間接続板が固着され、
   隣接する各２個の円筒形電池にそれぞれ固着された前記電池間接続板の各々の前記接続部が互いに重ね合わせられて電気的接続状態に連結されていることを特徴とする電池間接続構造。
2. 電池間接続板が、溶接部と接続部との境界に沿って段差部が設けられ、前記溶接部が半円弧状であって、かつ前記接続部に対し凹状に形成されている請求項１に記載の電池間接続構造。
3. 電池ケースにおける開口端側のかしめ部が絶縁リングで被覆され、電池間接続板における段差部が、これの接続部側の外側面が前記絶縁リングの内側周面にほぼ合致する曲率半径を有する半円弧状を有し、且つ前記かしめ部の軸方向の端部と封口板の外面との段差よりも大きな高さを有する形状に形成されている請求項２に記載の電池間接続構造。
4. 電池ケースの一方および他方の電極端子の何れにも同一形状の電池間接続板が固着されている請求項１ないし３の何れかに記載の電池間接続構造。
5. 各円筒形電池の両電極端子にそれぞれ接続される一対の電池間接続板が、各々の接続部の前記円筒形電池からの突出方向がなす角度を任意に設定した相対配置で接続されている請求項１ないし４の何れかに記載の電池間接続構造。
6. 電池間接続板の接続部が、溶接部の半円弧状の径よりも大きく、且つ電池ケースの直径未満の間隔で前記溶接部から互いに平行に延出する２つの側辺と、この両側辺に直交する端辺とで囲まれた形状に形成されている請求項２または３に記載の電池間接続構造。
7. 電池間接続板の接続部における端辺の近傍の両端側箇所に一対の連結用孔が形成されている請求項６に記載の電池間接続構造。
8. 隣接する２枚の電池間接続板が、各々の接続部がこれらの連結用孔を合致させた相対位置で互いに重ね合わされて、前記合致した連結用孔を介してボルトとナットとを螺合締結することにより電気的に接続されている請求項７に記載の電池間接続構造。
9. 隣接する２枚の電池間接続板における互いに重ね合わされる接続部のうちの一方に、連結用孔に合致した配置でナットが溶接により予め固着されている請求項８に記載の電池間接続構造。
10. ボルトとナットが黄銅製である請求項８または９に記載の電池間接続構造。
11. 電池間接続板の接続部における一対の連結用孔の間の箇所にスリットが形成されている請求項７ないし１０の何れかに記載の電池間接続構造。
12. 電池間接続板の溶接部に、円筒形電池の電極端子に対する溶接用のプロジェクションが複数設けられ、且つ隣接する２個の前記プロジェクションの間にスリットが形成されている請求項１ないし１１の何れかに記載の電池間接続構造。
13. 電池間接続板は、鉄、銅、黄銅のいずれかの少なくとも片面にニッケルを表面加工した素材、或いはニッケル、鉄、銅、黄銅のいずれかを素材として形成されている請求項１ないし１２の何れかに記載の電池間接続構造。
14. 隣接する２枚の電池間接続板が、互いに連結されたのちに絶縁塗料で被覆されている請求項１ないし１３の何れかに記載の電池間接続構造。
15. 絶縁塗料として遠赤塗料が用いられている請求項１４に記載の電池間接続構造。

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