WO2011078220A1

WO2011078220A1 - 電池モジュールおよび組電池

Info

Publication number: WO2011078220A1
Application number: PCT/JP2010/073125
Authority: WO
Inventors: 正隆内田
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-06-30
Also published as: JP2011134554A; JP5271890B2; TW201140909A

Abstract

　本発明の電池モジュールは、第１の電池（１）と、第１の電池（１）の電極端子（１１，１２）が形成された面を覆い、第１の嵌合凸部（３７）を備えた第１のキャップと、第２の電池と、前記第２の電池の電極端子が形成された面を覆い、第２の嵌合凹部を備えた第２のキャップとを有し、前記第１および第２のキャップは、前記第１の嵌合凸部と前記第１の嵌合凹部とを互いに嵌合させて配置される。

Description

電池モジュールおよび組電池

　本発明は、電池モジュールおよび組電池に関する。
　本願は、２００９年１２月２４日に日本に出願された特願２００９－２９２３７０号について優先権を主張しその内容をここに援用する。

　従来から、複数の単電池を含んだ組電池が知られている。組電池は、携帯電話やビデオカメラ等の電子機器の電源、電気自動車の電源や家庭用の蓄電装置等として利用されている。組電池を構成する単電池は、配線板により互いに電気的に接続されている。この配線板を用いた組電池として、特許文献１に開示されているものが挙げられる。

　特許文献１の組電池は、組電池用蓋体（配線板）に複数の単電池が取付けられたものである。組電池用蓋体は、複数の孔部と、孔部ごとに設けられた導電部と、導電部間を電気的に接続する単電池間導電体とを備える。単電池の極柱（電極端子）が組電池用蓋体の孔部に挿入されて、単電池が組電池用蓋体に取付けられている。導電部と単電池間導電体とを介して、単電池間を電気的に接続することが可能になっている。

　近年、リチウムイオン二次電池（ＬｉＢと略記することがある）が注目されている（例えば、特許文献２）。ＬｉＢは、鉛蓄電池等の他の二次電池に比べて、高電圧が得られること、エネルギー密度が高いこと、クーロン効率が高いこと等の特長を有している。ＬｉＢを用いて組電池を構成すると、所定の電圧や容量を得るために接続する単電池の数を減らすことができ、ＬｉＢを搭載する機器を軽量化、小型化することができる。特許文献２では、アルミニウム系材料からなる電池容器を正極端子と電気的に接続することにより電池容器を酸化雰囲気にしている。これにより、電池容器の内壁がリチウムイオンと反応しなくなり、電池容器の合金化が防止される。

特開２００４－２６５８３０号公報特開２００８－１８６５９１号公報

　ところで、組電池を構成する過程で、複数の単電池を配列しておき、複数の単電池に対して一括して処理を行うことがある。例えば、配列された複数の単電池に対して配線板を位置合わせすれば、単電池ごとに位置合わせするよりも組電池を効率よく製造することができると期待される。しかしながら、実際には単電池間で位置ずれを生じることがあり、位置ずれが生じると単電池を再度配列させること等により作業効率が低下してしまう。
　また、特許文献２のＬｉＢのように二次電池の容器が正極端子と電気的に接続されている場合に単電池に位置ずれが生じると、単電池が互いに接触して電池容器の電位が変化してしまう恐れもある。
　本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、単電池間の位置ずれを防止可能な電池モジュール、およびこの電池モジュールを用いて構成された組電池を提供することを目的の１つとする。

　本発明の電池モジュールは、第１の電池と、前記第１の電池の電極端子が形成された面を覆い、第１の嵌合凸部を備えた第１のキャップと、第２の電池と、前記第２の電池の電極端子が形成された面を覆い、第２の嵌合凹部を備えた第２のキャップとを有する。前記第１および第２のキャップは、前記第１の嵌合凸部と前記第１の嵌合凹部とを互いに嵌合させて配置される。

　本発明の組電池は、上記の電池モジュールと、前記電池モジュールを収容する枠体とを含む。前記枠体の内面には枠凹部及び枠体凸部が設けられ、前記電池モジュールに装着された前記第１のキャップ及び前記第２のキャップの外周面であって前記枠体と対向する面にそれぞれ設けられた第２の嵌合凸部及び第２の嵌合凹部が、前記枠体の内周面に設けられた枠体凹部及び枠体凸部に対応してそれぞれ嵌め合わされている。

　本発明の電池モジュールによれば、電池モジュールを構成する単電池を容易に配列して電気的に連結することができ、単電池の位置ずれを修正する手間を省くことができる。さらに単電池の位置ずれに伴う短絡を防止することもできる。
　また、本発明の組電池によれば、電池モジュールと枠体との位置ずれが防止されるので、電池モジュールと枠体との隙間に起因する電池モジュールの位置ずれやこの位置ずれに伴う単電池間の短絡を防止することができる。これにより、組電池を構成することが容易になり、例えば組電池を低コストにすることができる。

図１は、本発明に係る単電池カバーが取付けられた二次電池の斜視図である。図２は、単電池カバーの構成と二次電池の構成を示す分解斜視図である。図３の（ａ）は第１キャップの平面図であり、図３の（ｂ）は側断面図、図３の（ｃ）は横断面図である。図４の（ａ）は第２キャップの平面図であり、図４の（ｂ）は側断面図、図４の（ｃ）は横断面図である。図５の（ａ）、（ｂ）は、２つの二次電池を連結する方法を説明するための図である。図６は、本発明に係る組電池の構成を示す分解斜視図である。図７の（ａ）は変形例１－１の第１キャップを示す平面図、図７の（ｂ）は変形例１－２の第１キャップを示す平面図である。図８は変形例２の第１キャップを示す平面図である。図９は変形例３の第１キャップを示す平面図である。図１０は変形例４の第１キャップを示す断面図である。図１１の（ａ）～（ｃ）はそれぞれ変形例５～７の第１キャップを示す平面図である。図１２の（ａ）は変形例８の第１キャップを示す平面図、図１２の（ｂ）は（ａ）のＦ－Ｆ’線矢視断面図である。

　図１は、一対の第１キャップ３と第２キャップ４とからなる単電池カバー（第１のキャップ）２が取付けられた二次電池１の外観を示す斜視図、図２は単電池カバー２と二次電池１の構成を示す分解斜視図、図３（ａ）は第１キャップ３の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ－Ｂ’線矢視断面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＣ－Ｃ’線矢視断面図、図４（ａ）は第２キャップ４の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ－Ｄ’線矢視断面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＥ－Ｅ’線矢視断面図である。

　本実施形態では、単電池カバーは単電池に取付けられて使用され、この単電池カバーと単電池とにより単電池モジュールが構成される。そしてこの単電池モジュールが２つ以上連結されて電池モジュールが構成される。また、複数の単電池モジュールが配列されて互いに固定されることにより、組電池が構成される（図５、図６参照）。単電池カバーの説明に先立ち、まず、単電池の構成例について説明する。ここでは、単電池の一例として積層型のリチウムイオン二次電池について説明するが、本発明の適用範囲は、単電池の内部構造に限定されない。一次電池にも適用でき、さらに鉛電池などリチウムイオン電池以外のものにも適用できる。

　図２に示すように二次電池１は、電池容器１０、電極端子としての正極端子１１および負極端子１２を備える。電池容器１０は、例えばアルミニウム製の中空容器である。本例の電池容器１０は、外形が略角柱状（略直方体状）であるが、外形が略円柱状であってもよい。正極端子１１および負極端子１２は、電池容器１０の外面の１つである端子配置面１０ａに設けられている。

　以下、図１に示すＸＹＺ座標系に基づいて構成要素の位置関係を説明する。このＸＹＺ直交座標系において、Ｘ方向およびＹ方向は端子配置面１０ａに沿う方向であり、Ｚ方向は端子配置面１０ａの法線方向である。ここでは、正極端子１１、負極端子１２が並ぶ方向をＸ方向とする。負極端子１２は、正極端子１１に対してＸ正方向側に配置されている。端子配置面１０ａは、Ｘ方向を長辺とし、Ｙ方向を短辺とする略矩形になっている。

　図１の単電池モジュールを複数組み合わせて図６に示すような組電池６を構成する場合には、複数の二次電池１で電極端子の突出方向が略平行になるように、二次電池１が配列される。このように配列された二次電池１は、端子配置面１０ａの法線方向を軸として、この軸周り位置する側面が他の二次電池と隣接する。本実施形態では、複数の二次電池１をＸ方向、Ｙ方向の２方向に二次元配列することを予定している。すなわち、本図の二次電池１の外形は略角柱状（略直方体状）であるため端子配置面１０ａとこの面に対向する面を除いた電池容器１０の４つの側面が、他の二次電池１と隣接する隣接面１０ｂ、１０ｃになる。
　一方、電池容器が円柱状である場合には、軸方向の端面が端子配置面に設定され、軸周りの曲面が隣接面に設定される。

　電池容器１０内に、正極板１３および負極板１４がＹ方向に繰返し配置されている。正極板１３は、負極板１４と対向配置されている。正極板１３と負極板１４との間にセパレータ１５が設けられており、正極板１３が負極板１４と接触しないようになっている。正極板１３および負極板１４は、導体箔や導体薄板からなる。セパレータ１５は、例えば樹脂フィルム等の絶縁材料からなる。

　負極板１４におけるＺ方向の端部には、Ｘ正方向に偏らせて負極タブ１４ａが形成されている。繰返し配置された複数の負極板１４の負極タブ１４ａが一括して負極端子１２と電気的に接続されている。正極板１３におけるＺ方向の端部には、Ｘ負方向に偏らせて正極タブ１３ａが形成されている。繰返し配置された複数の正極板１３の正極タブ１３ａが一括して正極端子１１と電気的に接続されている。

　電池容器１０内に、リチウムイオンを含んだ電解成分が、正極板１３および負極板１４と接触するように貯蔵される。電解成分の貯蔵形態としては、例えば電解成分を含んだ電解液を電池容器１０内に貯留する形態であってもよいし、電解成分を含んだ固形物を電池容器１０内に収容する形態であってもよい。本例の二次電池１は、正極端子１１が電池容器１０と電気的に接続されており、電池容器１０の正極端子１１に対する電位が制御されている。これにより、例えばリチウムイオンが電池容器１０と反応しないように電池容器１０の電位が制御され、電池容器１０の合金化が防止される。

　図１、図２に示すように、本実施形態の単電池カバー２は、第１キャップ３および第２キャップ４により構成される。第１キャップ３は、凹部３０に二次電池１の端子配置面１０ａ側（Ｚ正方向）の端部が押込まれて嵌め込まれることにより、二次電池１に取付けられる。第２キャップ４は、凹部４０に二次電池１の端子配置面１０ａと対向する面側（Ｚ負方向）の端部が嵌め込まれることにより、二次電池１に取付けられる。第１キャップ３および第２キャップ４は、電池容器１０との間の吸着力や摩擦力、キャップ自身の収縮により電池容器１０を締め付ける力等によって、電池容器１０に固定される。

　図３（ａ）～（ｃ）に示すように第１キャップ３は、側部３３および上部３４で構成される。側部３３は、略枠形状になっており、側部３３に囲まれる部分が凹部３０になっている。すなわち、側部３３は、第１キャップ３が二次電池１に被着された状態で、隣接面１０ｂ、１０ｃの一部を被覆する被覆部になっている。凹部３０の開口形状は、端子配置面１０ａの外形と略一致するように設定され、ここでは略矩形になっている。凹部３０の開口の内寸は、端子配置面１０ａの外寸と同程度に設定される

　上部３４は、第１キャップ３が二次電池１に取付けられた状態で、端子配置面１０ａと対向する板状の部分である。上部３４には、上部３４を貫通する孔部３１、３２が設けられている。第１キャップ３が二次電池１に取付けられた状態で、孔部３１内に正極端子１１が位置するとともに孔部３２内に負極端子１２が位置するように、孔部３１、３２の形成位置が設定されている。また、第１キャップ３が二次電池１に取り付けられた状態で、正極端子１１の先端および負極端子１２の先端が第１キャップ３から突出するように、上部３４の板厚が設定されている。正極端子１１の側面が孔部３１の内壁に囲まれていることにより、正極端子１１の短絡が防止されている。また、正極端子１１の先端が第１キャップ３から突出しているので、正極端子１１を外部に容易に接続することができる。負極端子１２についても同様に、短絡が防止されているとともに、外部と容易に接続可能になっている。

　側部３３に、嵌合凹部３５、３６および嵌合凸部３７、３８が設けられている。嵌合凹部３５、３６および嵌合凸部３７、３８を除いた側部３３の外形は、二次電池１の配列方向に応じて適宜選択され、ここでは平面視略矩形になっている。この矩形の長辺はＸ方向に延びており、短辺はＹ方向に延びている。側部３３の外周面は、互いに対向する二対の端面（それぞれの対は図３（ｃ）の２つの長辺からなる対と２つの短辺からなる対）を有している。それぞれの対の端面の一方に嵌合凹部が設けられており、他方に嵌合凸部が設けられている。一対の端面に設けられた、嵌合凹部および嵌合凸部は互いに対応する形状になっている。すなわち、嵌合凹部３５は嵌合凸部３７と一組の嵌合部になっており、嵌合凹部３６は嵌合凸部３８と一組の嵌合部になっている。嵌合凹部３５と嵌合凸部３７とを結ぶ線は、嵌合凹部３６と嵌合凸部３８とを結ぶ線と交差（ここでは直交）している。

　嵌合凹部３５は、嵌合凸部３７と第１の配列方向であるＸ方向に凹部３０を挟んで対称的に配置されており、嵌合凸部３７と組になっている。嵌合凹部３５、嵌合凸部３７は、平面視した側部３３の短辺を構成する一対の端面に設けられている。嵌合凹部３５および嵌合凸部３７のそれぞれは、同一種類の単電池カバーをそれぞれ用いた複数の単電池モジュールを組み合わせて図６に示すような組電池６を構成する場合に、隣り合う単電池モジュールの嵌合凸部３７（「第１の嵌合凸部」とも称する）と嵌合凹部３５（「第１の嵌合凹部」とも称する）の各々に互いに嵌め合わされる形状に形成されている。

　嵌合凹部３５は、溝部により構成されており、溝部はＺ方向における端面の一端から他端まで通じている。溝部は、図３（ａ）のＺ方向から見た平面図に示すように、側部３３外周の端面に沿って台形状に形成されている。また、前記溝部は深さ方向へ向かうにつれて広くなるよう形成されている。すなわち、溝底部３５ｂへ向かうにつれて溝部側面の幅が広くなるテーパー形状に形成されている。溝底部３５ｂには突起部３５ａが設けられており、前記突起部３５ａの形状はスポット状のものであり、外形が例えば半円球状である。

　嵌合凸部３７は、端面から突出した帯状の突条部により構成されており、突条部はＺ方向における端面の一端から他端まで通じている。突条部は、図３（ａ）のＺ方向から見た平面図に示すように、側部３３外周の端面に沿って台形状に形成されている。また、前記突条部は、高さ方向へ向かうにつれて広くなるよう形成されている。すなわち、突条頂部３７ｂに向かうにつれて突条部側面の幅が広くなるテーパー形状に形成されている。また、嵌合凸部３７には、突条頂部３７ｂに窪み部３７ａが設けられている。窪み部３７ａは、スポット状のものであり、同一種類の単電池カバーをそれぞれ用いた複数の単電池モジュールを組み合わせて図６に示すような組電池６を構成する場合に、隣り合う単電池モジュールの突起部３５ａと嵌め合わされる形状に形成されている。
　なお、上記の例では溝底部３５ｂに突起部３５ａを設けて突条頂部３７ｂに窪み部３７ａを設けたがこれに限らない。例えば溝底部３５ｂに突起部３５ａでなく窪み部を設け、対応する突条頂部３７ｂに突起部を設けるようにしてもよい（以下の変形例についても同様）。

　嵌合凹部３６は、嵌合凸部３８と第２の配列方向であるＹ方向に凹部３０を挟んで対称的に配置されており、嵌合凸部３８と組になっている。嵌合凹部３６、嵌合凸部３８は、平面視した側部３３の長辺を構成する一対の端面に設けられている。嵌合凹部３６および嵌合凸部３８のそれぞれは、同一種類の単電池カバーをそれぞれ用いた複数の単電池モジュールを組み合わせて図６に示すような組電池６を構成する場合に、隣り合う単電池モジュールの嵌合凸部３８と嵌合凹部３６の各々に互いに嵌め合わされる形状に形成されている。

　嵌合凹部３６は、嵌合凹部３５と同様に、Ｚ方向における端面の一端から他端に通じる溝部により構成されており、溝部は、側部３３の外周の端面から深さ方向へ向かうにつれて幅が広くなるテーパー形状になっている。溝部の溝底部に、例えば半球状の突起部３６ａが設けられている。

　嵌合凸部３８は、嵌合凸部３７と同様に、Ｚ方向における端面の一端から他端に通じる突条部により構成されている。突条部は、側部３３の外周から外側に向かうにつれて幅が広くなるテーパー形状になっている。嵌合凸部３８には、同一種類の単電池カバーをそれぞれ用いた複数の単電池モジュールを組み合わせて図６に示すような組電池６を構成する場合に、隣り合う単電池モジュールの突起部３６ａと嵌め合わされる形状の窪み部３８ａが設けられている。

　図４（ａ）～（ｃ）に示すように第２キャップ４は、孔部３１、３２が設けられていない点を除いて、第１キャップ３と同様の構成になっている。なお、第１キャップ３は、孔部３１、３２が設けられてはいるが、そのまま第２キャップとして用いることもできる。

　第２キャップ４は、側部４３および底部４４により構成されている。側部４３の外形は、第１キャップ３の側部３３と同様になっている。側部４３に、嵌合凹部４５、４６および嵌合凸部４７、４８が設けられている。凹部４０の開口形状や開口寸法は、二次電池１における端子配置面１０ａと対向する面側の外形や寸法に応じて設定され、ここでは第１キャップ３の上部３４と同様になっている。

　嵌合凹部４５は、嵌合凸部４７と第１の配列方向であるＸ方向に凹部４０を介して対称的に配置されており、嵌合凸部４７と組になっている。嵌合凹部４５および嵌合凸部４７は、互いに嵌め合わされる形状に形成されている。嵌合凹部４５は、側部４３の外周の端面から深さ方向へ向かって幅が広がるテーパー形状の溝部により構成されており、溝底部４５ｂに例えば半球状の突起部４５ａが設けられている。嵌合凸部４７は、側部４３の外周の端面から高さ方向へ向かうにつれて幅が広がるテーパー形状の突条部により構成されており、突条頂部４７ｂには、同一種類の単電池カバーをそれぞれ用いた複数の単電池モジュールを組み合わせて図６に示すような組電池６を構成する場合に、隣り合う単電池モジュールの突起部４５ａと嵌め合わされる形状の窪み部４７ａが設けられている。

　嵌合凹部４６は、嵌合凸部４８と第２の配列方向であるＹ方向に凹部４０を介して対称的に配置されており、嵌合凸部４８と組になっている。嵌合凹部４６および嵌合凸部４８のそれぞれは、同一種類の単電池カバーをそれぞれ用いた複数の単電池モジュールを組み合わせて図６に示すような組電池６を構成する場合に、隣り合う単電池モジュールの嵌合凸部４８と嵌合凹部４６の各々に互いに嵌め合わされる形状に形成されている。嵌合凹部４６は、側部４３の外周の端面から深さ方向に向かって幅が広がるテーパー形状の溝部により構成されており、その溝底部に例えば半球状の突起部４６ａが設けられている。嵌合凸部４８は、側部４３の外周の端面の高さ方向へ向かうにつれて幅が広がるテーパー形状の突条部により構成されており、嵌合凸部４８には、同一種類の単電池カバーをそれぞれ用いた複数の単電池モジュールを組み合わせて図６に示すような組電池６を構成する場合に、隣り合う単電池モジュールの突起部４６ａと嵌め合わされる形状の窪み部４８ａが設けられている。

　次に、図２、図５（ａ）、（ｂ）を参照しつつ、単電池カバー２の使用方法について説明する。図５（ａ）は、単電池カバー２が取付けられた二次電池１を他の二次電池１と連結する方法の一例を示す説明図である。図５（ａ）は図５（ｂ）と異なる連結方法を示す説明図である。なお、複数用意される二次電池１のうち、ある二次電池１に使用する単電池カバー２の第１キャップまたは第２キャップを「第１のキャップ」と称し、この二次電池１の単電池カバー２と連結される他の二次電池１の単電池カバー２の第１キャップまたは第２キャップを「第２のキャップ」と称する。これら第１のキャップおよび第２のキャップは、上述の第１キャップおよび第２キャップとは異なるので念のためここに書きおく。

　単電池カバー２を使用するには、複数の二次電池１を用意し、図２に示すように複数の二次電池１の各々に第１キャップ３および第２キャップ４をそれぞれ取付けることにより、複数の単電池モジュール５を組み立てる。ここでは、説明の簡略化のため、２つの単電池モジュールを用いてこれらの連結方法につき説明するが、個数に限定はない。
　図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、一方の単電池モジュール５における第１キャップ３の嵌合凹部３６を、他方の単電池モジュール５における第１キャップの嵌合凸部３８と嵌め合わせる。図示しないが、同様に、一方の単電池モジュール５における第２キャップ４の嵌合凹部４６についても、他方の単電池モジュール５における第２キャップ４の嵌合凸部４８と嵌め合わせる。

　図５（ａ）に示す連結方法では、嵌合凹部３６および嵌合凸部３８の延在方向（Ｚ方向）に沿って一対の単電池モジュール５をスライドさせる。図３（ａ）～（ｃ）に示した突起部３６ａと窪み部３８ａとが嵌め合わさる位置までスライドさせて、一対の単電池モジュール５を互いに連結する。また、図示しないが、突起部４６ａと窪み部４８ａについても、同様に連結する。

　第１キャップ３の材質がゴム等の弾性材料であれば、突起部３６ａを人力で圧縮して変形させることが可能であり、単電池モジュール５をスライドさせることが容易になる。また、嵌合凹部３６および嵌合凸部３８をスライドさせて嵌め合わせるので、嵌め合わせる過程で嵌合凹部３６および嵌合凸部３８の変形させる量を最小限度にすることができ、嵌合凹部３６および嵌合凸部３８を嵌め合わせることが容易になる。

　上記スライドさせる場合には、嵌合凹部３６および嵌合凸部３８がヤング率の低い材質（例えばゴムなど）としてもよいし、第１キャップ３、第２キャップ４の材質としてヤング率が高い材料（例えば中密度繊維板など）を採用してもよい。ヤング率の高い材料の場合には、第１キャップ３や第２キャップ４の変形による、連結後の単電池モジュール５の間の位置ずれが低減される。

　図５（ｂ）に示す連結方法では、嵌合凹部３６および嵌合凸部３８を互いに向かい合わせに押合わせて、嵌合凹部３６や嵌合凸部３８を変形させ、嵌合凹部３６内に嵌合凸部３８を押込む。突起部３６ａと窪み部３８ａとが嵌め合わさるように、嵌合凹部３６および嵌合凸部３８の延在方向における、隣接する２つの単電池モジュール５間の相対位置を適宜調整する。この場合には、圧力により上記変形を行うので、ヤング率の低い材質が望ましい。

　第１キャップ３、第２キャップ４の材質として、嵌合凹部３６と嵌合凸部３８とを変形させて嵌め合せることが可能な程度にヤング率が低い材質を選択すれば、単電池モジュール５の耐衝撃性を高めることができる。例えば、落下等により単電池モジュール５に外力が加わった場合に、この外力が第１キャップ３、第２キャップ４に緩和され、単電池モジュール５に伝わる衝撃力が弱められる。

　以上のようにして連結された複数の単電池モジュール５は、嵌合凹部３６の内壁が嵌合凸部３８の外壁と接触する方向（Ｘ方向）において、相対位置が変化しなくなり位置ずれが防止される。

　また、嵌合凹部３６および嵌合凸部３８がテーパー形状になっているので、側部３３の外周の外側に離れる方向（Ｙ方向）において、一対の単電池モジュール５の相対位置が変化しなくなり位置ずれが防止される。

　また、嵌合凹部３６の突起部３６ａが嵌合凸部３８の窪み部３８ａと嵌め合わされるので、嵌合凹部３６および嵌合凸部３８の延在方向（Ｚ方向）において、一対の単電池モジュール５の相対位置が変化しなくなり位置ずれが防止される。
　このように、上記単電池カバーによれば単電池間の位置ずれが防止されるので、複数の単電池モジュール５を配列させて組電池を構成することが容易になる。嵌合凹部が嵌合凸部と、キャップの凹部を介して対称的に設けられているので、単電池モジュール５を繰返し配置することが容易になる。

　図６は、本発明に係る単電池モジュールを複数組み合わせた組電池の一実施形態を示す分解斜視図である。なお本明細書においては、単電池モジュールを複数組み合わせてケース（枠体および配線板）内に収容したものを組電池と称する。図６に示すように、組電池６は、複数の単電池モジュール５、枠体６１、配線板６２から構成されている。ここでは、複数の単電池モジュール５がＸ方向、Ｙ方向に二次元配列されて枠体６１に収容されている。

　枠体６１は、箱状のものであり、枠体６１の内壁に枠体凸部６３、６４および枠体凹部６５、６６が設けられている。枠体６１は上記単電池カバーと同様の絶縁性材料でよいが、端電池カバーが絶縁性材料の為、非絶縁性材料でも使用可とする。成形容易の観点からはプラスチック樹脂が望ましい。
　枠体凸部６３は、枠体凹部６５と向かい合って配置されている。配列された複数の単電池モジュール５のうち最も外側に配置された単電池モジュール５における、第１キャップ３の嵌合凹部３５および第２キャップ４の嵌合凹部４５（これらを「第２の嵌合凹部」とも称する）が、枠体凸部６３に嵌め合わされる。同様に、枠体凹部６５には、第１キャップ３の嵌合凸部３７および第２キャップ４の嵌合凸部４７（これらを「第２の嵌合凸部」とも称する）が嵌め合わされる。
　枠体凸部６４は、枠体凹部６６と向かい合って配置されている。枠体凸部６４には、第１キャップ３の嵌合凹部３６および第２キャップ４の嵌合凹部４６が嵌め合わされる。枠体凹部６６には、第１キャップ３の嵌合凸部３８および第２キャップ４の嵌合凸部４８が嵌め合わされる。

　このように、単電池モジュール５が二次元配列されて相互に連結されているとともに、連結された複数の単電池モジュール５が枠体６１と連結されている。連結された単電池モジュール５において、第１キャップ３および第２キャップ４はスペーサとして機能しており、二次電池１が所定の間隔で配列される。正極端子１１および負極端子１２が突出する方向が複数の単電池モジュール５で揃うように、複数の単電池モジュール５が配列されている。

　配線板６２は、複数の単電池モジュール５の正極端子１１および負極端子１２と接触するように設けられている。配線板６２は枠体６１と同様の材質でよく、これに金属性の複数の配線６７が所定のパターンで埋め込まれて配置されている。ここでは、配線６７の各々が、１つの単電池モジュール５の正極端子１１と、この単電池モジュール５のＹ方向に隣接する単電池モジュール５の負極端子１２とを電気的に接続するようになっている。すなわち、１つの配列方向（Ｙ方向）に並ぶ単電池モジュール５が、直列に接続されている。

　上述のように、二次電池１の隣接面１０ｂ、１０ｃを覆う部分に嵌合凸部３７、３８や嵌合凹部３５、３６が配置される。単電池モジュール５の嵌合凸部３７、３８を、この単電池モジュール５と隣接して配置される他の単電池モジュール５の嵌合凹部３５、３６と嵌め合わせることにより、単電池モジュール５が連結される。

　これにより、隣接する単電池モジュール５の間で、二次電池１の正極端子１１の相対位置および負極端子１２の相対位置が変化しなくなる。したがって、これら単電池モジュールを複数組み合わせた組電池を枠体６１に入れ、所定パターンの配線６７を施した配線板６２を蓋として被せるだけで、複数の単電池モジュール５に一括して配線処理を施すことができる。

　特に、正極端子１１が電池容器１０と電気的に接続されている二次電池１に対して単電池カバー２を用いると、二次電池１を配列する際に二次電池１の位置ずれに起因する短絡等を防止することもでき、短絡により電池容器１０の電位が不測に変化することを防止することができる。

　このように上記単電池カバー２を用いた単電池モジュールによれば、二次電池１を複数容易に配列するとともに連結することができ、位置ずれを修正する手間を省くことができる。また、位置ずれに伴う短絡を防止する手間を省くこともできる。本発明の単電池カバー２を用いれば、位置ずれに関わる手間を省くことができるので、複数の単電池を効率よく配列することが可能になる。
　よって、組電池６を効率よく組立てることが可能であるので、低コストに製造することができる。また、単電池モジュール５間の不測の短絡等が防止されるので、良好な特性のものになる。

　なお、本発明の技術範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。
　例えば、単電池カバーとしては、第１キャップと第２キャップの少なくとも一方を用いていれば、単電池間の位置ずれを防止する効果が得られる。もちろん、第１キャップと第２キャップの２つを用いれば、より強固に位置ずれを防止できる。
　また、単電池カバーが、第１キャップや第２キャップ等のキャップの他に、各種付帯物を備えていてもよい。各種付帯物は、例えば第１キャップと第２キャップとを連結する部材等である。
　互いに隣接して配置された単電池モジュールの各々のキャップが互いに接触する接触面のそれぞれに、一対の嵌合凹部と嵌合凸部が複数組設けられていてもよい。
　溝部や突条部の延在方向は、Ｚ方向でなくともよく、例えばＸ方向やＹ方向等であってもよい。

　この他にも単電池カバーとなるキャップについては、様々な変形が考えられる。以下、キャップの変形例について説明する。図７（ａ）は変形例１－１の第１キャップ３Ａを示す平面図、図７（ｂ）は変形例１－２の第１キャップ３Ｂを示す平面図、図８は変形例２の第１キャップ３Ｃを示す平面図、図９は変形例３の第１キャップ３Ｄ、３Ｅを示す平面図、図１０は変形例４の第１キャップ３Ｆを示す平面図、図１１（ａ）は変形例５の第１キャップ３Ｇを示す平面図、図１１（ｂ）は変形例６の第１キャップ３Ｈを示す平面図、図１１（ｃ）は変形例７の第１キャップ３Ｉを示す平面図、図１２（ａ）は変形例８の第１キャップＪを示す平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＦ－Ｆ’線矢視断面図である。

　図７（ａ）に示す変形例１－１の第１キャップ３Ａは、嵌合凹部と嵌合凸部とからなる組が一組だけ設けられており、図３（ａ）に示す嵌合凹部３５および嵌合凸部３７が設けられていない。
　図７（ｂ）に示す変形例１－２の第１キャップ３Ｂは、嵌合凹部と嵌合凸部とからなる組が一組だけ設けられており、図３（ａ）に示す嵌合凹部３５および嵌合凸部３７が設けられている。第１キャップ３Ａ、３Ｂによれば、複数の単電池モジュールを互いに連結しつつ一次元配列することができる。

　図８に示す変形例２の第１キャップ３Ｃは、円柱状の単電池に用いる場合の単電池カバーの例である。第１キャップ３Ｃの凹部３０Ｃは、平面形状が略円形になっている。このように、単電池カバーを構成するキャップの凹部の形状は、単電池の形状に応じて適宜変形可能である。

　図９に示す変形例３の第１キャップ３Ｄ、３Ｅは、円柱状の単電池に用いる場合の単電池カバーの例ではあるが、平面形状が略正三角形になっている。第１キャップ３Ｄの側部には、嵌合凹部３５、３６および嵌合凸部３７が設けられている。第１キャップ３Ｅの側部には、嵌合凹部３６および嵌合凸部３７、３８が設けられている。ここでは、嵌合凸部３７が嵌合凹部３６と嵌め合わされることにより、第１キャップ３Ｄ、３Ｅが連結されている。

　図１０に示す変形例４の第１キャップ３Ｆは、円柱状の単電池に用いる場合の単電池カバーの例ではあるが、平面形状が略正六角形になっている。第１キャップ３Ｆの側部には、嵌合凹部３６および嵌合凸部３７が設けられている。平面視した第１キャップ３Ｆの対辺の一方に嵌合凹部３６が設けられており、他方に嵌合凸部３７が設けられている。嵌合凹部３６と嵌合凸部３７とが組になっており、対辺ごとに嵌合凹部３６と嵌合凸部３７とが設けられている。

　変形例３、４のように、キャップの平面形状が、単電池の端子配置面の形状と異なっていてもよい。隣接するキャップ間で互いに接触する側部の形状を設計することにより、単電池の形状と独立して単電池モジュールの配列方向を設計することができる。例えば、変形例４の第１キャップ３Ｆによれば、単電池モジュールを三角格子状に配列することができる。これにより、例えば円柱状の単電池で組電池を構成する場合に、単電池の集積度を高めることが可能になる。

　図１１（ａ）に示す変形例５の第１キャップ３Ｇは、略角柱状（略直方体状）の単電池に用いる場合の単電池カバーの例であるが、溝形状の嵌合凹部３５、３６の幅が深さ方向で略均一になっており、突条形状の嵌合凸部３７、３８の幅が高さ方向で略均一になっている。このような第１キャップ３Ｇによっても、連結された単電池モジュール間で溝部の幅方向の位置ずれを防止する効果は得られる。

　図１１（ｂ）に示す変形例６の第１キャップ３Ｈは、略角柱状（略直方体状）の単電池に用いる場合の単電池カバーの例であるが、溝形状の嵌合凹部３５、３６の幅が深さ方向でステップ的に変化しており、突条形状の嵌合凸部３７、３８の幅が高さ方向でステップ的に変化している。詳しくは、嵌合凹部３５、３６は、溝底部の幅が溝部内の溝底部の反対側の幅よりも広くなっている。溝部の両側の側面は、溝底部３５の反対側が溝部３５ｂの内側に向かって張り出している。嵌合凸部３７、３８は、突条頂部側の幅が突条頂部の反対側の幅よりも広くなっている。突条部の両側の側面は、突条頂部３５側が突条頂部３５の外側に向かって張り出している。

　図１１（ｃ）に示す変形例７の第１キャップ３Ｉは、略角柱状（略直方体状）の単電池に用いる場合の単電池カバーの例であるが、溝形状の嵌合凹部３５、３６の幅が深さ方向で略均一になっており、幅方向の嵌合凹部３５、３６の中心位置が、溝底部側とその反対側とでずれている。すなわち、嵌合凹部３５、３６の片側の側面が、溝底部と反対側にて嵌合凹部の内側に向かって張り出している。突条形状の嵌合凸部３７、３８の幅が高さ方向で略均一になっており、幅方向の嵌合凸部３７、３８の中心位置が、突条頂部側とその反対側とでずれている。すなわち、嵌合凸部３７、３８の片側の側面が、突条頂部にて嵌合凸部の外側に向かって張り出している。

　図１１（ｂ）、（ｃ）に示した変形例６の第１キャップ３Ｈ、変形例７の第１キャップ３Ｉのように嵌合凸部や嵌合凹部がテーパー形状でなくとも、連結された単電池モジュール間で嵌合凹部の深さ方向（嵌合凸部の高さ方向）の位置ずれを防止する効果は得られる。このような効果を得るためには、嵌合凹部の側面の少なくとも一部が、溝底部と反対側にて嵌合凹部の内側に向かって張り出しており、このような嵌合凹部と対応して嵌合凸部の側面の少なくとも一部が、突条頂部側にて嵌合凸部の外側に向かって張り出していればよい。嵌合凹部の幅あるいは幅方向の中心位置が深さ方向で連続的に変化するものであってもよく、例えば、嵌合凹部の延在方向に直交する断面形状がウェーブ形状であって、嵌合凸部の延在方向に直交する断面形状がウェーブ形状であってもよい。

　図１２（ａ）、（ｂ）に示す変形例８の第１キャップ３Ｊは、略角柱状（略直方体状）の単電池に用いる場合の単電池カバーの例であるが、嵌合凹部３５、３６がスポット状の窪み部により構成されており、嵌合凸部３７、３８がスポット状の突起部により構成されている。嵌合凹部３５が、嵌合凸部３７と対応しており、嵌合凹部３６が嵌合凸部３８と対応している。ここでは、嵌合凹部３５、３６が略同一形状になっており、嵌合凸部３７、３８が略同一形状になっている。

　嵌合凸部３７は、第１キャップ３Ｊの側部から突出した柱状部３７１と、柱状部３７１の先端と連続した球状部３７２とから構成されている。嵌合凸部３７の高さ方向と直交する面内で、柱状部３７１の外寸は球状部３７２の最大外寸よりも小さくなっている。嵌合凹部３５は、嵌合凸部３７と嵌め合わされる形状になっている。すなわち、嵌合凹部３５は、柱状部３７１と対応する開口部を備える。この開口部の内寸は、柱状部３７１の外寸と同程度になっており、球状部３７２の最大外寸よりも小さくなっている。

　以上のような構成の第１キャップ３Ｊを単電池に取付けて単電池モジュールを構成し、一対の単電池モジュールを連結するには以下のようにする。一方の単電池モジュールの嵌合凹部３５の開口部に、他方の単電池モジュールの嵌合凸部３７の球状部３７２を押込む。嵌合凹部３５の開口部を球状部３７２が通過する段階で、嵌合凹部３５の開口部の周辺部が変形して開口径が広がる。また、嵌合凹部３５の開口を球状部３７２が通過した後に、嵌合凹部３５の開口径は柱状部３７１の外寸程度に戻る。

　連結された一対の単電池モジュールは、互いに接触する接触面に沿う方向において、単電池モジュール間の位置ずれが防止される。嵌合凸部３７の一部の外寸が嵌合凹部３５の開口径よりも大きくなっているので、連結された単電池モジュール間で、嵌合凹部３５の深さ方向（嵌合凸部３７の高さ方向）の位置ずれも防止される。

１・・・二次電池（第１、第２の電池）、
２・・・単電池カバー（第１、第２のキャップ）、
３，３Ａ～３Ｊ・・・第１キャップ、
４・・・第２キャップ、
５・・・単電池モジュール、
６・・・組電池、
１０・・・電池容器、
１０ａ・・・端子配置面、
１０ｂ，１０ｃ・・・隣接面、
１１・・・正極端子（電極端子）、
１２・・・負極端子（電極端子）、
１３・・・正極板、
１３ａ・・・正極タブ、
１４・・・負極板、
１４ａ・・・負極タブ、
１５・・・セパレータ、
３０，３０Ｃ・・・凹部、
３１，３２・・・孔部、
３３・・・側部（被覆部）、
３４・・・底部、
３５，３６・・・嵌合凹部、
３５ａ，３６ａ・・・突起部、
３５ｂ，３６ｂ・・・溝底部、
３７，３８・・・嵌合凸部、
３７ａ，３８ａ・・・窪み部、
３７ｂ・・・突条頂部、
４０・・・凹部、
４３・・・側部、
４４・・・底部、
４５，４６・・・嵌合凹部、
４５ａ，４６ａ・・・突起部、
４５ｂ・・・溝底部、
４７，４８・・・嵌合凸部、
４７ａ，４８ａ・・・窪み部、
４７ｂ・・・突条頂部、
６１・・・枠体、
６２・・・配線板、
６３，６４・・・枠体凸部、
６５，６６・・・枠体凹部、
６６・・・枠体凹部、
６７・・・配線、
３７１・・・柱状部、
３７２・・・球状部

Claims

　第１の電池と、
　前記第１の電池の電極端子が形成された面を覆い、第１の嵌合凸部を備えた第１のキャップと、
　第２の電池と、
　前記第２の電池の電極端子が形成された面を覆い、第１の嵌合凹部を備えた第２のキャップとを有する電池モジュールであって、
　前記第１および第２のキャップは、前記第１の嵌合凸部と前記第１の嵌合凹部とを互いに嵌合させて配置される電池モジュール。
　前記第１のキャップの前記第１の嵌合凸部は窪み部又は突起部をさらに有し、
　前記第２のキャップの前記第１の嵌合凹部は前記窪み部又は前記突起部と対応して互いに嵌合する形状の突起部又は窪み部をさらに有する請求項１に記載の電池モジュール。
　請求項１又は２に記載の電池モジュールと、
　前記電池モジュールを収容する枠体とを含む組電池であって、
　前記枠体の内面には枠体凹部及び枠体凸部が設けられ、
　前記電池モジュールに装着された前記第１のキャップ及び前記第２のキャップの外周面であって前記枠体と対向する面にそれぞれ設けられた第２の嵌合凸部及び第２の嵌合凹部が、前記枠体の内周面に設けられた枠体凹部及び枠体凸部に対応してそれぞれ嵌め合わされている組電池。