JP3915669B2 - 組電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池に係り、特に、柱状単電池を２本単位で並列に接続して直列となるように配列し、該２本単位で並列に接続された単電池の正極性を持つ面に電気絶縁性樹脂製のプレートを配置した組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数個の単電池を組み合わせた組電池では、単電池が直列及び／又は並列に組電池内に接続されている。例えば、３本の柱状単電池が隣接し上下を逆にして並置した組電池では、単電池の端子間が板状の金属製接続ブスバで直列接続されており、組電池における両端には外部出力端子が接続され、組電池全体を電気絶縁樹脂製の外装ケースで抱持したり、熱収縮シュリンクチューブ等で被覆して電気的絶縁性を確保している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
組電池全体を熱収縮シュリンクチューブで被覆する場合に、単に熱収縮シュリンクチューブで被覆しただけでは、被覆前の組電池から突出する鋭いエッジや突起部分より熱収縮時にチューブが破れ易いので、電気絶縁紙等でエッジ部を隠していた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１５７９８２号公報（図１、図２、図３、段落番号「００２４」、「００２５」）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単電池に、例えば、高性能２次電池であるリチウム電池を使用する場合に、上述した電気絶縁紙を単に組電池上に配置すると、各リチウム電池は充放電管理のために電圧を全て測定する必要があるので、配線作業が煩雑となり、単電池を接続する全ブスバが完全に露出している状態では、作業の安全性及び効率が悪い、という問題点がある。また、組電池の使用本数や直並列接続に変更がある場合には、型等の新規作製や変更に時間が掛かり、顧客のニーズに素早く対応することは難しかった。
【０００６】
本発明の上記事案に鑑み、単電池の使用本数の変化にも素早く対応でき、安全かつ簡易に組立作業を行なうことができる組電池を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、柱状単電池を２本単位で並列に接続して直列となるように配列し、該２本単位で並列に接続された単電池の正極性を持つ面に電気絶縁性樹脂製のプレートを配置した組電池において、前記プレートは、前記２本単位で並列に接続された単電池の外周より小さく、その中央部一側に半円形状の、或いは矩形状の突起が前記単電池間の谷状空間に向けて突設されており、前記プレートの表面に前記単電池間を機械的、電気的に接続する金属ブスバが配置されており、前記突起は、多角形状の窪みを有し、該窪みに出力リード線との接続をするための接続部材が配置されている。
【０００８】
本発明では、プレートが２本単位で並列に接続された単電池の外周より小さいため、目視による配置でもプレートが２本単位で並列に接続された単電池の外周からはみ出すことがないので、安全性を確保することができ（例えば、組電池を熱収縮シュリンクチューブで覆う場合にプレートが２本単位で並列に接続された単電池の外周からはみ出すと、エッジがでるため熱収縮シュリンクチューブの破損に繋がり、接続箇所が露出する。）、プレートの中央部一側に半円形状の、或いは矩形状の突起が単電池間の谷状空間に向けて突設されており、該突起に多角形状の窪みを有するため、該窪みに接続部材を配置することで単電池とリード線との接続が可能となる。
【０００９】
本発明において、プレートの金属ブスバと単電池との接続部に開口を形成すれば、金属ブスバと単電池とを容易に機械的、電気的に接続することができると共に、開口以外は電気絶縁樹脂製のプレートによって覆われているため、電気的な短絡を気にすることなく接続作業を行うことができるので、作業性及び安全性が向上する。また、プレートが単電池の正極キャップと電池容器とで形成された単電池端部の溝に沿う円弧状の位置決め突起を有するようにすれば、単電池を配設する際に、位置決め突起が単電池端部の溝に沿って配設され単電池２本単位で位置決めされていき、互いに動きを牽制しあうことで組電池全体として各単電池の動きが規制されるため、組立て時の治具が不要となり、作業性及びコスト面で有利である。更に、プレートがその長手方向両端部に形成された開口の周部に円弧状の突起を有していれば、例えばハンダによる正極キャップと電池容器との短絡を抑制することができる。
【００１０】
また、金属ブスバが、各単電池を正方直交状に配設した状態において、単電池の中央まで腕を伸ばした十字型の形状を有していれば、金属ブスバの各腕が各単電池に均等に接続された安定した構造となり、各単電池の重量を十字型の金属ブスバの中央で受け止めることで、各腕へ重量がほぼ平均に分散されるため、金属ブスバ接続後の強度を確保することができると共に、正方直交に配設する単電池数を変更することで、使用電池の本数や直並列接続構造に変更がある場合でも素早い対応を図ることができる。更に、十字型の金属ブスバの中央にリード線を接続するための接続部を形成すれば、接続部にリード線を接続をすることができるため、作業性が向上する。
【００１１】
更にまた、金属ブスバが、組電池の出力端部に配置されて、単電池間を接続する腕部と谷状空間に向かって伸びた脚部とを有するＴ字型の形状を有していれば、単電池間の谷状空間はデットスペースであるため、デットスペースを電気出力のための接続空間とすることで組電池の体積効率を向上させることができ、脚部が腕部より一段下がった面を有していれば、組電池からの飛び出しを抑制して安全性を向上させることができ、一段下がった面に貫通穴を形成すれば、貫通穴を介して電気的接続を確保することができ、作業の最終で貫通穴を介して接続することで、安全性が向上し、溶接の必要がないため作業性も向上する。
【００１２】
また更に、組電池が熱収縮シュリンクチューブに覆われており、前記熱収縮シュリンクチューブに引出線を導出するための開口を形成すれば、単電池間は金属ブスバで電気的、機械的に接続されているが、耐振動という意味では各単電池の固定が不足しているため、組電池全体を熱収縮シュリンクチューブで被覆することで絶縁性が高まり、持ち運び等の作業性を向上させることができると共に、熱収縮シュリンクチューブの開口から引出線を導出することができる。そして、金属ブスバを接続する前においてはプレートだけでは組電池の単電池位置を制限することが難しく、ワークの移動に関しても支障をきたしてしまうため、単電池を、組電池の外周に沿って固定テープで保持するようにすれば、単電池の遊動がなくなりワーク移動における単電池位置のバラツキが減少するため、作業効率を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照して、本発明が適用可能な組電池の実施の形態について説明する。
【００１４】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の組電池１は、熱収縮シュリンクチューブ２１で全体が被覆されており、長手方向両側には開口２７が形成されている。図２は、熱収縮シュリンクチューブ２１で被覆される前の組電池を示している。図２に示すように、組電池１には、１４本の柱状単電池２が用いられている。
【００１５】
図３に示すように、単電池２は、マンガン酸リチウム等を正極合剤の主要構成材料とし、非晶質炭素等を負極合剤の主要構成材料とした高性能リチウム二次電池であり、正極端子３１が突出した正極キャップ２４を熱伝導性に優れる電池缶でカシメ封口し、側周面は樹脂製絶縁チューブ４で被覆されている。
【００１６】
単電池２の正極側には、正極端子３１と電池缶端部３０とで画定された断面略Ｕ字状の単電池端部溝３５が形成されている。組電池１は、単電池２が２本ずつ並列接続されており、並列接続された７組の単電池２が上下を逆にして直列接続された構造を有している。単電池２間には円弧で構成された略Ｖ字の谷状空間２９が形成される。２本の単電池２同士は、それぞれの正極キャップ２４上に配置された電気絶縁性樹脂製のプレート３によりカップリングされている。
【００１７】
図２及び図３に示すように、プレート３は、長手方向に交差する幅方向が単電池２の外径より小さくかつ長手方向にカップリングされた２個の単電池２の外径より小さく（プレート３が組電池の外周からはみ出さず）、長手方向両端部が円弧状の形状を有している。また、プレート３の両端部には、２本の単電池２の正極端子３１を機械的、電気的に接続するために、略円形の開口２３が形成されている。プレート３の長手方向両端部の上部かつ開口２３の周部には、円弧状突起２２が突設されている。プレート３の中央部一側には、谷状空間２９に向けて半円状突起８が突設されている。半円状突起８の中央部には、正方状窪み１１が形成されており、正方状窪み１１内には、図示を省略した四角ナットが挿入されている。プレート３の上面中央部の開口２３側の縁は、後述する金属ブスバがフィットするジグザク状とされている。一方、プレート３の下面かつ開口２３の周部には、単電池端部溝３５に沿う円状の位置決め突起１６が突設されている。位置決め突起１６は、上述した単電池端部溝３５に配置されている。単電池２の正極キャップ２４は、正極端子３１を除いてプレート３に覆われている。
【００１８】
図４（Ａ）に示すように、組電池１の長手方向一端（図２の右側）に配置された単電池２の正極端子３１は、Ｔ字状金属ブスバ５により機械的、電気的に接続されている。Ｔ字状金属ブスバ５は、正極端子３１間を接続する２本の腕部と谷状空間２９に向かって伸びたＴ字状ブスバ脚部９とを有している。２本の腕部は、それぞれほぼ等しい長さとされており、腕部中央に腕端部をＴ字状金属ブスバ５の中央より一段下げる段差を有している。また、腕端部には、十字状の溶接穴が形成されており、この溶接穴を介して正極端子３１とＴ字状金属ブスバ５とがスポット溶接されている。Ｔ字状ブスバ脚部９は、直角に屈曲してＴ字状金属ブスバ５の中央より一段下がった脚端部２５を有している。脚端部２５の中央には、丸穴１０が形成されている。Ｔ字状ブスバ脚部９は、組電池１の外周に突出しないように、半円状突起８内に収められている。図示を省略した四角ナットは、組電池１の出力を取り出す出力リード線の先端に固着された圧着丸端子及び脚端部２５を挟んで六角ボルト２０でボルト・ナット締結されている。なお、図２に示すように、六角ボルト２０は、組電池１の内側に配置されている。
【００１９】
図４（Ｂ）に示すように、組電池１の長手方向一端の１組の単電池２を除いて単電池２の正極端子３１同士は、十字状金属ブスバ６により機械的、電気的に接続されている。十字状金属ブスバ６は、単電池２の中央まで伸びた腕を４本有している。４本の腕は、それぞれほぼ等しい長さとされており、各腕端部を十字状金属ブスバ６の中央より一段下げる段差７が腕中央に形成されている。また、各腕端部には、十字状の溶接穴が形成されている。４本の腕のうち２本の腕の腕端部は、プレート３の開口２３の形成位置に合わせて、腕端部に形成された十字状の溶接穴を介して２本の単電池２の正極端子３１にそれぞれスポット溶接されている。
【００２０】
図２及び図４（Ｂ）に示すように、上下を逆に配置された１組の単電池２の負極端子（電池缶底面）同士は、十字状金属ブスバ６の４本の腕のうち残りの２本の腕の腕端部に十字状の溶接穴を介してそれぞれスポット溶接されている。他の上下を逆に配置された単電池２の負極端子同士も同様にスポット溶接されている。従って、十字状金属ブスバ６の４本の腕の腕端部の水平高さは、ほぼ同じとなり、プレート３の半円状突起８は、十字状金属ブスバ６により覆われる。また、十字状金属ブスバ６の中央には、Ｍ３ネジのタップが螺設されたネジ穴１４が形成されており、十字状金属ブスバ６の中央は、電圧を検出する電圧検出線１３の一端の圧着丸端子をネジ締結するナットと同様の機能を有している。電圧検出線１３の圧着丸端子は、ネジでネジ穴１４に締結されており、電圧検出線１３の他端にはコネクタが接続されている。
【００２１】
図２及び図４（Ｃ）に示すように、上下を逆にして組電池１の下側に配置される１組の単電池２は、半円状突起８が露出する以外は図４（Ｂ）に示した１組の単電池２と同様に正極端子３１が十字状金属ブスバ６に十字状の溶接穴を介してスポット溶接されている。
【００２２】
図２に示すように、組電池１の下側では、組電池１の長手方向他端の１組の単電池２を除いて、組電池１の上側と同様に十字状金属ブスバ６によりスポット溶接されていると共に、電圧検出線１３がネジ締結されている。組電池１の長手方向他端に配置された１組の単電池２の負極端子は、プレート３を介さずに、Ｔ字状金属ブスバ５の腕端部に十字状の溶接穴を介してそれぞれ機械的、電気的に接続されている。このＴ字状金属ブスバ５の脚部は、長手方向他端の１組の単電池２に隣接する単電池２をカップリングしているプレート３の半円状突起８に重なって収められている。また、組電池１の（負極）出力リード線１９の先端には、圧着丸端子が固着されている。圧着丸端子は、不図示の六角状ボルト及び四角ナットによりボルト・ナット締結されている。
【００２３】
図２に示すように、各単電池２の中央部は組電池１の外周に沿って固定テープ１７で巻き付けられている。図１に示すように、熱収縮シュリンクチューブ２１の開口２７からは電圧検出線１３及び出力リード線１９が導出されている。なお、組電池１を単体として使用する場合には出力リード線１９は負荷に接続され、組電池１を直並列に接続して電池モジュールとして使用する場合には出力リード線１９同士を直並列に接続して負荷に接続される。また、電圧検出線１３が集結されたコネクタは図示を省略したコントローラ（組電池１を制御する機器）に接続される。
【００２４】
（組電池の作製）
次に、本実施形態の組電池１の作製手順について説明する。
【００２５】
図５に示すように、まず、予め折り曲げられ他端にコネクタが接続された電圧検出線１３を準備しておく。次に、２本の単電池２の正極キャップ２４上に電気絶縁性樹脂製のプレート３を配置し、２本ずつ単電池２を７組カップリングする。このとき、半円状突起８の向きに関して方向性はなく、単電池端部溝３５に位置決め突起１６を配置する。
【００２６】
次いで、十字状金属ブスバ６の２本の腕の腕端部をプレート３の開口２３の形成位置に合わせて配置し、２本の腕の腕端部と、正極端子３１とをそれぞれスポット溶接する。このとき、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、十字状金属ブスバ６が半円状突起８を覆う１組の単電池２と、十字状金属ブスバ６が半円状突起８を露出させる１組の単電池２とをそれぞれ３個ずつ作製する。
【００２７】
次に、図４（Ａ）に示すように、Ｔ字状金属ブスバ５の丸穴１０を半円状突起８に合わせてプレート３上にＴ字状金属ブスバ５を配置し、正極端子３１とＴ字状金属ブスバ５の腕端部とをそれぞれスポット溶接する。なお、Ｔ字状金属ブスバ５をプレート３上に配置する際に、予めプレート３の正方状窪み１１内に四角ナットを挿入しておく。
【００２８】
次いで、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示す１組の単電池２をそれぞれ交互に上下を逆に配設し、図４（Ｂ）に示す未接続の十字状金属ブスバ６の２本の腕の腕端部を、図４（Ｃ）に示す負極端子にスポット溶接し、６直列接続状態にする。次に、組電池１の長手方向の一端に図４（Ａ）に示す１組の単電池２を配置し、図４（Ａ）に示す１組の単電池２の負極端子に、十字状金属ブスバ６の未接続の２本の腕の腕端部をスポット溶接する。そして、組電池１の長手方向他端の単電池２の負極端子に、プレート３を介さずにＴ字状金属ブスバ５の腕端部をスポット溶接する。このとき、予め長手方向他端の１組の単電池２に隣接する単電池２をカップリングしているプレート３の正方状窪みに四角ナットを挿入しておく。
【００２９】
次に、図５に示すように、十字状金属ブスバ６のネジ穴１４に、電圧検出線１３の圧着丸端子を合わせ、ネジで電圧検出線１３の圧着丸端子を締結する。電圧検出線１３の接続終了後、図２に示すように、７組の単電池２の位置ずれを防ぐために、７組の単電池２の外周に沿って固定テープ１７を巻きつけて、全体を固定する。次に、出力リード線１９の圧着丸端子を組電池１の長手方向一端及び他端に配置されたＴ字状金属ブスバ５の丸穴１０に合わせ、六角ボルト２０で締結し、（負極）出力リード線１９を谷状空間２９を利用して固定テープ１７の内側に通す。これにより、電圧検出線１３の他端に接続されたコネクタ及び２本の出力リード線１９は組電池１の長手方向一端に集結され、図２に示す状態となる。
【００３０】
そして、筒状の熱収縮シュリンクチューブ２１に組電池全体を挿入する。次いで、熱収縮シュリンクチューブ２１を加熱して収縮させる。これにより、組電池は熱収縮シュリンクチューブ２１で被覆・絶縁され、組電池１の長手方向両端に開口２７が形成される。従って、上述した電圧検出線１３の他端のコネクタ、２本の出力リード線１９は組電池１の長手方向一端の開口２７から導出され、図１の状態となる。
【００３１】
（作用等）
次に、本実施形態の組電池１の作用等について説明する。
【００３２】
本実施形態の組電池１は、１４本の単電池２が２本ずつ並列に７直列となるように配列され、プレート３の長手方向に交差する幅方向が単電池２の外径より小さくかつ長手方向にカップリングされた２個の単電池２の外径より小さいため、目視による配置でもプレート３が組電池１の外周からはみ出すことがない（エッジがでない）ので、熱収縮シュリンクチューブ２１の破損を抑制し、溶接箇所が露出することを防止して安全性を確保することができる。
【００３３】
また、本実施形態の組電池１では、強電部分には自由度の高い出力リード線１９を使用する訳であるが、Ｔ字状金属ブスバ５と出力リード線１９と接続する際に、カシメ接続の場合には、カシメ治具やカシメ条件とその信頼性の問題があり、溶接の場合には溶接方法（この場合は超音波溶接で形状をそろえ抵抗溶接）、溶接治具、溶接条件とその信頼性の問題が発生し、コスト高となると共に開発に関しても時間がかかる。本実施形態では、最も一般的なボルト・ナット締結を用いるために、Ｔ字状金属ブスバ５とその受け皿となるプレート３に細工した方が遥かに効率がよい。
【００３４】
更に、本実施形態の組電池１では、プレート３は、組電池１の外周に半円状突起８が突出しないように谷状空間２９に向けて半円状突起８が突設されている。このため、谷状空間２９を利用して体積効率を高めることができると共に、熱収縮シュリンクチューブ２１の破損を防止して安全性を確保することができる。また、半円状突起８の中央部に正方状窪み１１が形成されているため、正方状窪み１１に四角ナットを挿入して、Ｔ字状金属ブスバ５に出力リード線１９の先端に固着された圧着丸端子を六角ボルト２０でボルト・ナット締結することができる。
【００３５】
また、本実施形態の組電池１では、Ｔ字状金属ブスバ５、十字状金属ブスバ６と、正極端子３１とを機械的・電気的に接続するために、プレート３の両端部に開口２３が形成されており、開口２３以外の正極キャップ２４はプレート３によって覆われている。従って、電気的な短絡を気にすることく単電池２と、Ｔ字状金属ブスバ５、十字状金属ブスバ６とを容易に接続することができるので、作業性及び安全性が向上する。
【００３６】
更に、本実施形態の組電池１では、プレート３の長手方向両端部の上部かつ開口２３の周部に円弧状突起２２が突設されているので、ハンダによる正極キャップ２４と電池缶端部３０との短絡を抑制することができると共に、円弧状突起２２が溶接治具代わりとなって、Ｔ字状金属ブスバ５、十字状金属ブスバ６の位置決めが容易となり、作業効率が向上する。また、プレート３の上面中央部の開口２３側の縁は、Ｔ字状金属ブスバ５、十字状金属ブスバ６がフィットするジクザク状とされている。このため、Ｔ字状金属ブスバ５、十字状金属ブスバ６をプレート３にフィットさせて溶接の安定性を確保することができる。
【００３７】
また更に、本実施形態の組電池１では、プレート３が下面かつ開口２３の周部に単電池端部溝３５に沿う位置決め突起１６が突設されている。このため、正極キャップ２４上にプレート３を配置した場合に、位置決め突起１６が単電池端部溝３５（デッドスペース）に配置されるので、単電池２本単位で位置決めされていき、互いに動きを牽制しあうことで、各単電池２の動きが規制される。従って、組立て時の治具が不要となり、作業性及びコスト面で有利である。
【００３８】
更にまた、本実施形態の組電池１では、単電池２が２本ずつ並列に７直列となるように配列されている訳であるが、２本の単電池２が電気的に同極性を有す形状（２本ずつ並列）であり４本の単電池２を基本として考えると、各単電池２の中央までの距離が４本共にほぼ等距離でなければ、十字状金属ブスバ６に流れる電気量が異なって発熱バランスが崩れ、一方の単電池２に接続された部分のみが他方よりも発熱して最悪の場合は溶断に至る。
【００３９】
本実施形態の組電池１では、十字状金属ブスバ６は、単電池２の中央まで伸びた腕を４本有している。このため、十字状金属ブスバ６と各単電池２との溶接の安定性を確保することができ、単電池２の重量を十字の中央で受け止めることで、各腕へ重量がほぼ平均に分散されるため、溶接後の強度を確保することができる。また、十字状金属ブスバ６の４本の腕の長さがほぼ同じとされている。このため、発熱バランスを保持して十字状金属ブスバ６の溶断を防止することができる。更に、十字状金属ブスバ６の腕には、十字状金属ブスバ６の中央より腕端部を一段下げる段差７が腕中央に形成されている。このため、単電池２の位置ずれ補正や単電池２に加わる外部衝撃を金属ブスバの板バネ機能で吸収することができる。また更に、十字状金属ブスバ６の腕端部には、十字状の溶接穴が形成されているため、溶接穴を介して単電池２の正負極端子と、腕端部とをスポット溶接することができる。
【００４０】
また、本実施形態の組電池１では、２本（又は４本）の単電池２を単位として組電池１が構成されている。このため、使用電池の本数や直並列接続構造に変更がある場合でも、単電池２の個数を変更して素早い対応を図ることができる。
【００４１】
更に、本実施形態の組電池１では、十字状金属ブスバ６には各単電池２の電圧を測定する電圧検出線１３の接続が不可欠であるが、各単電池２を電気的、機械的に接続した後では電圧検出線１３の接続方法が限定され極めて困難である。組電池１では、電圧検出線１３の圧着丸端子と十字状金属ブスバ６とを接続するために、十字状金属ブスバ６の中央にネジ穴１４が形成されている。従って、十字状金属ブスバ６に電圧検出線１３の圧着丸端子をネジ締結することができるので、作業性が向上する。また、電圧検出線１３の圧着丸端子をネジ締結する段階で、ハンダや溶接などの接続がなく、ネジ締結のみの作業であり、電圧検出線１３の他端自体も予めコネクタに接続されているため、電気的な安全性も高い。
【００４２】
また更に、本実施形態の組電池１では、十字状金属ブスバ６の４本の腕の腕端部の水平高さは、ほぼ同じとされている。このため、スポット溶接の信頼性を確保することができると共に、組立作業性を向上させることができる。
【００４３】
更にまた、本実施形態の組電池１では、４本の単電池２が基準となっているため、組電池１の長手方向一端では２本の単電池２が未接続になってしまう。そこで、この２本の単電池２同士を接続し組電池１の出力端子とするために金属ブスバの形状はＴ字状となる。プレート３の半円状突起８と同様に、Ｔ字状ブスバ脚部９は、半円状突起８に重なって収められており、谷状空間２９はデットスペースであるため、デットスペースを電気出力のための接続空間とすることで、組電池１の体積効率を向上させることができる。
【００４４】
また、本実施形態の組電池１では、谷状空間２９に向かって伸びたＴ字状ブスバ脚部９は、Ｔ字状金属ブスバ５の中央より一段下がった脚端部２５を有している。このため、組電池１の六角ボルト２０が組電池１から飛び出すことを防止して、安全性を確保することができる。更に、脚端部２５に丸穴１０が形成されている。このため、出力リード線１９の先端に固着された圧着丸端子を、丸穴１０を介して六角ボルト２０で四角ナットに締結することができる。また、組電池１組立作業の最終（金属ブスバの溶接、電圧検出線１３のネジ締結作業の後）で出力リード線１９の先端に固着された圧着丸端子をボルト・ナット締結することで、安全性を向上させることができ、出力リード線１９の先端に固着された圧着丸端子が六角ボルト２０及び図示を省略した四角ナットのみでボルト・ナット締結されるため配線作業性も向上する。また更に、十字状金属ブスバ６と同様に、Ｔ字状金属ブスバ５の腕端部には、十字状の溶接穴が形成されている。このため、溶接穴を介して単電池２の正負極端子と、腕端部とをそれぞれスポット溶接することができる。また、Ｔ字状金属ブスバ５の２本の腕部は、腕部中央に腕端部をＴ字状金属ブスバ５の中央より一段下げる段差を有している。このため、十字状金属ブスバ６と同様に、単電池２の位置ずれ補正や単電池２に加わる外部衝撃を金属ブスバの板バネ機能で吸収することができる。
【００４５】
更に、本実施形態の組電池１は、熱収縮シュリンクチューブ２１に覆われており、熱収縮シュリンクチューブ２１に出力リード線１９、電圧検出線１３を導出するための開口２７が形成されている。従って、開口２７から出力リード線１９、電圧検出線１３を導出することができる。また、開口２７が組電池１の長手方向両端に形成されており、長手方向一端の開口２７から出力リード線１９、電圧検出線１３が導出されている。このため、組電池１を制御する機器への接続距離が短くなり取りまわしがし易く作業性も向上する。また、単電池２間のデッドスペースが生じる位置に出力リード線１９、電圧検出線１３を引き出すことができるので、体積効率が向上する。
【００４６】
また、本実施形態の組電池１では、単電池２間は金属ブスバで電気的、機械的に接続されているが、耐振動という意味では各単電池２の固定が不足している。このため、組電池１全体を熱収縮シュリンクチューブ２１で被覆することで絶縁性を高め、全体を一体とすることで持ち運び等の作業性を向上させている。
【００４７】
そして、本実施形態の組電池１では、プレート３だけでは組電池１の長手方向の単電池２位置を制限することが難しく、ワークの移動に関しても支障をきたしてしまうが、電圧検出線１３を十字状金属ブスバ６のネジ穴１４に締結した後に、単電池２を組電池１の外周に沿って固定テープ１７で保持している。このため、単電池２及び電圧検出線１３の遊動を抑制しワーク移動における単電池２及び電圧検出線１３の位置のバラツキが減少するため、作業効率が向上する。
【００４８】
なお、本実施形態では、プレート３の中央部一側に半円状突起８が突設されている例を示したが、突起の形状は半円状に限定されず、例えば、略矩形状にしても同様に出力リード線１９をボルト・ナット締結することができる。また、半円状突起８の中央部に正方状窪み１１が形成されている例を示したが、例えば、六角状窪みを形成するようにしても出力リード線１９を接続することができる。
【００４９】
更に、本実施形態では、プレート３の長手方向両端部の上部かつ開口２３の周部に円弧状突起２２が突設されている例を示したが、更に、プレート３の上面中央部にＴ字状、十字状金属ブスバ５、６に沿う窪みを形成するようにしてもよい。これにより、Ｔ字状、十字状金属ブスバ５、６の位置決めを更に容易とすることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、十字状金属ブスバ６の中央にＭ３ネジのタップが螺設されているネジ穴１４が形成されている例を示したが、タップを螺設せずに、例えば、バーリング部に打ち込みナット等を打ち込んで同様に電圧検出線１３の圧着丸端子を接続することができる。
【００５１】
更に、本実施形態では、電圧検出線１３を十字状金属ブスバ６のネジ穴１４に締結した後に、固定テープ１７で組電池１を固定する例を示したが、十字状金属ブスバ６で７組の単電池２同士を溶接する前に、各単電池２の外周に固定テープ１７を巻いても組立作業性を向上させることができる。また、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示した１組の単電池２をそれぞれ３個ずつ作製する例を示したが、図４（Ｃ）に示した１組の単電池２を少なくとも１個作製し、組電池１の長手方向他端の１組の単電池２に隣接する単電池２とすることで、同様に組電池を得ることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、熱収縮シュリンクチューブ２１の長手方向両側に開口２７が形成されている例を示したが、熱収縮シュリンクチューブ２１の長手方向一側（組電池１の長手方向一端）だけに開口２７が形成されている熱収縮シュリンクチューブを用いてもよい。このようにしても、同様に電圧検出線１３及び出力リード線１９を導出することができる。
【００５３】
更に、本実施形態では、電圧検出線１３及び出力リード線１９を組電池１の長手方向一端の開口２７から導出する例を示したが、例えば、長手方向一端の開口２７から出力リード線１９、長手方向他端の開口２７から電圧検出線１３を導出してもよい。これにより、組電池１を長手方向に複数個配設するときの配線作業性を向上させることができる。
【００５４】
また更に、本実施形態では、電圧検出線１３の他端にコネクタが接続されている例を示したが、組電池１の温度を測定するサーミスタ等の温度センサからの導出線もコネクタに接続されるようにしてもよい。これにより、温度センサからの導出線の取り扱いが容易となる。
【００５５】
更にまた、本実施形態では、単電池２をＴ字状、十字状金属ブスバ５、６、固定テープ１７及び熱収縮シュリンクチューブ２１により接続、固定した例を示したが、例えば、単電池２同士を配設するときに、単電池２の側周面に接着剤を塗布して、単電池２同士を接着してもよい。これにより、組電池１の構造強度が向上し、Ｔ字状、十字状金属ブスバ５、６と単電池２の正、負極端子との溶接箇所の負荷を軽減することできる。
【００５６】
そして、本実施形態では、単電池２が２本並列に接続され、並列接続された７組の単電池２が直列接続された組電池１を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、単電池２を２本並列に接続し、並列接続した１０組の単電池２を直列接続する場合にも適用可能であり、単電池２の本数を増減しても適用できることは云うまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プレートが組電池の外周より小さいため、目視による配置でもプレートが組電池の外周からはみ出すことがないので、安全性を確保することができ、プレートの中央部一側に半円形状の、或いは矩形状の突起が単電池間の谷状空間に向けて突設されており、該突起に多角形状の窪みを有するため、該窪みに接続部材を配置することで単電池とリード線との接続が可能となる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の組電池の外観斜視図である。
【図２】組電池の熱収縮シュリンクチューブ被覆前の外観斜視図である。
【図３】プレート配置前の単電池の外観斜視図である。
【図４】金属ブスバの配置・接続状態を示し、（Ａ）はＴ字状金属ブスバをプレートの形状に合わせて配置した状態、（Ｂ）は十字状金属ブスバが半円状突起を覆う接続状態、（Ｃ）は十字状金属ブスバが半円状突起を露出させる接続状態を示す。
【図５】単電池の配列状態と電圧検出線との関係を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１ 組電池
２ 単電池
３ プレート
５ Ｔ字状金属ブスバ
６ 十字状金属ブスバ
８ 半円状突起（突起）
９ Ｔ字状ブスバ脚部（脚部）
１０ 丸穴（貫通穴）
１１ 正方状窪み（窪み）
１３ 電圧検出線（リード線、引出線）
１４ ネジ穴（接続部）
１６ 位置決め突起
１７ 固定テープ
１９ 出力リード線（引出線）
２０ 六角ボルト
２１ 熱収縮シュリンクチューブ
２２ 円弧状突起（突起）
２３、２７ 開口
２４ 正極キャップ
２５ 脚端部
２９ 谷状空間
３０ 電池缶端部
３１ 正極端子
３５ 単電池端部溝（溝）
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池に係り、特に、柱状単電池を２本単位で並列に接続して直列となるように配列し、該２本単位で並列に接続された単電池の正極性を持つ面に電気絶縁性樹脂製のプレートを配置した組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数個の単電池を組み合わせた組電池では、単電池が直列及び／又は並列に組電池内に接続されている。例えば、３本の柱状単電池が隣接し上下を逆にして並置した組電池では、単電池の端子間が板状の金属製接続ブスバで直列接続されており、組電池における両端には外部出力端子が接続され、組電池全体を電気絶縁樹脂製の外装ケースで抱持したり、熱収縮シュリンクチューブ等で被覆して電気的絶縁性を確保している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
組電池全体を熱収縮シュリンクチューブで被覆する場合に、単に熱収縮シュリンクチューブで被覆しただけでは、被覆前の組電池から突出する鋭いエッジや突起部分より熱収縮時にチューブが破れ易いので、電気絶縁紙等でエッジ部を隠していた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１５７９８２号公報（図１、図２、図３、段落番号「００２４」、「００２５」）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単電池に、例えば、高性能２次電池であるリチウム電池を使用する場合に、上述した電気絶縁紙を単に組電池上に配置すると、各リチウム電池は充放電管理のために電圧を全て測定する必要があるので、配線作業が煩雑となり、単電池を接続する全ブスバが完全に露出している状態では、作業の安全性及び効率が悪い、という問題点がある。また、組電池の使用本数や直並列接続に変更がある場合には、型等の新規作製や変更に時間が掛かり、顧客のニーズに素早く対応することは難しかった。
【０００６】
本発明の上記事案に鑑み、単電池の使用本数の変化にも素早く対応でき、安全かつ簡易に組立作業を行なうことができる組電池を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、柱状単電池を２本単位で並列に接続して直列となるように配列し、該２本単位で並列に接続された単電池の正極性を持つ面に電気絶縁性樹脂製のプレートを配置した組電池において、前記プレートは、前記２本単位で並列に接続された単電池の外周より小さく、その中央部一側に半円形状の、或いは矩形状の突起が前記単電池間の谷状空間に向けて突設されており、前記プレートの表面に前記単電池間を機械的、電気的に接続する金属ブスバが配置されており、前記突起は、多角形状の窪みを有し、該窪みに出力リード線との接続をするための接続部材が配置されている。
【０００８】
本発明では、プレートが２本単位で並列に接続された単電池の外周より小さいため、目視による配置でもプレートが２本単位で並列に接続された単電池の外周からはみ出すことがないので、安全性を確保することができ（例えば、組電池を熱収縮シュリンクチューブで覆う場合にプレートが２本単位で並列に接続された単電池の外周からはみ出すと、エッジがでるため熱収縮シュリンクチューブの破損に繋がり、接続箇所が露出する。）、プレートの中央部一側に半円形状の、或いは矩形状の突起が単電池間の谷状空間に向けて突設されており、該突起に多角形状の窪みを有するため、該窪みに接続部材を配置することで単電池とリード線との接続が可能となる。
【０００９】
本発明において、プレートの金属ブスバと単電池との接続部に開口を形成すれば、金属ブスバと単電池とを容易に機械的、電気的に接続することができると共に、開口以外は電気絶縁樹脂製のプレートによって覆われているため、電気的な短絡を気にすることなく接続作業を行うことができるので、作業性及び安全性が向上する。また、プレートが単電池の正極キャップと電池容器とで形成された単電池端部の溝に沿う円弧状の位置決め突起を有するようにすれば、単電池を配設する際に、位置決め突起が単電池端部の溝に沿って配設され単電池２本単位で位置決めされていき、互いに動きを牽制しあうことで組電池全体として各単電池の動きが規制されるため、組立て時の治具が不要となり、作業性及びコスト面で有利である。更に、プレートがその長手方向両端部に形成された開口の周部に円弧状の突起を有していれば、例えばハンダによる正極キャップと電池容器との短絡を抑制することができる。
【００１０】
また、金属ブスバが、各単電池を正方直交状に配設した状態において、単電池の中央まで腕を伸ばした十字型の形状を有していれば、金属ブスバの各腕が各単電池に均等に接続された安定した構造となり、各単電池の重量を十字型の金属ブスバの中央で受け止めることで、各腕へ重量がほぼ平均に分散されるため、金属ブスバ接続後の強度を確保することができると共に、正方直交に配設する単電池数を変更することで、使用電池の本数や直並列接続構造に変更がある場合でも素早い対応を図ることができる。更に、十字型の金属ブスバの中央にリード線を接続するための接続部を形成すれば、接続部にリード線を接続をすることができるため、作業性が向上する。
【００１１】
更にまた、金属ブスバが、組電池の出力端部に配置されて、単電池間を接続する腕部と谷状空間に向かって伸びた脚部とを有するＴ字型の形状を有していれば、単電池間の谷状空間はデットスペースであるため、デットスペースを電気出力のための接続空間とすることで組電池の体積効率を向上させることができ、脚部が腕部より一段下がった面を有していれば、組電池からの飛び出しを抑制して安全性を向上させることができ、一段下がった面に貫通穴を形成すれば、貫通穴を介して電気的接続を確保することができ、作業の最終で貫通穴を介して接続することで、安全性が向上し、溶接の必要がないため作業性も向上する。
【００１２】
また更に、組電池が熱収縮シュリンクチューブに覆われており、前記熱収縮シュリンクチューブに引出線を導出するための開口を形成すれば、単電池間は金属ブスバで電気的、機械的に接続されているが、耐振動という意味では各単電池の固定が不足しているため、組電池全体を熱収縮シュリンクチューブで被覆することで絶縁性が高まり、持ち運び等の作業性を向上させることができると共に、熱収縮シュリンクチューブの開口から引出線を導出することができる。そして、金属ブスバを接続する前においてはプレートだけでは組電池の単電池位置を制限することが難しく、ワークの移動に関しても支障をきたしてしまうため、単電池を、組電池の外周に沿って固定テープで保持するようにすれば、単電池の遊動がなくなりワーク移動における単電池位置のバラツキが減少するため、作業効率を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照して、本発明が適用可能な組電池の実施の形態について説明する。
【００１４】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の組電池１は、熱収縮シュリンクチューブ２１で全体が被覆されており、長手方向両側には開口２７が形成されている。図２は、熱収縮シュリンクチューブ２１で被覆される前の組電池を示している。図２に示すように、組電池１には、１４本の柱状単電池２が用いられている。
【００１５】
図３に示すように、単電池２は、マンガン酸リチウム等を正極合剤の主要構成材料とし、非晶質炭素等を負極合剤の主要構成材料とした高性能リチウム二次電池であり、正極端子３１が突出した正極キャップ２４を熱伝導性に優れる電池缶でカシメ封口し、側周面は樹脂製絶縁チューブ４で被覆されている。
【００１６】
単電池２の正極側には、正極端子３１と電池缶端部３０とで画定された断面略Ｕ字状の単電池端部溝３５が形成されている。組電池１は、単電池２が２本ずつ並列接続されており、並列接続された７組の単電池２が上下を逆にして直列接続された構造を有している。単電池２間には円弧で構成された略Ｖ字の谷状空間２９が形成される。２本の単電池２同士は、それぞれの正極キャップ２４上に配置された電気絶縁性樹脂製のプレート３によりカップリングされている。
【００１７】
図２及び図３に示すように、プレート３は、長手方向に交差する幅方向が単電池２の外径より小さくかつ長手方向にカップリングされた２個の単電池２の外径より小さく（プレート３が組電池の外周からはみ出さず）、長手方向両端部が円弧状の形状を有している。また、プレート３の両端部には、２本の単電池２の正極端子３１を機械的、電気的に接続するために、略円形の開口２３が形成されている。プレート３の長手方向両端部の上部かつ開口２３の周部には、円弧状突起２２が突設されている。プレート３の中央部一側には、谷状空間２９に向けて半円状突起８が突設されている。半円状突起８の中央部には、正方状窪み１１が形成されており、正方状窪み１１内には、図示を省略した四角ナットが挿入されている。プレート３の上面中央部の開口２３側の縁は、後述する金属ブスバがフィットするジグザク状とされている。一方、プレート３の下面かつ開口２３の周部には、単電池端部溝３５に沿う円状の位置決め突起１６が突設されている。位置決め突起１６は、上述した単電池端部溝３５に配置されている。単電池２の正極キャップ２４は、正極端子３１を除いてプレート３に覆われている。
【００１８】
図４（Ａ）に示すように、組電池１の長手方向一端（図２の右側）に配置された単電池２の正極端子３１は、Ｔ字状金属ブスバ５により機械的、電気的に接続されている。Ｔ字状金属ブスバ５は、正極端子３１間を接続する２本の腕部と谷状空間２９に向かって伸びたＴ字状ブスバ脚部９とを有している。２本の腕部は、それぞれほぼ等しい長さとされており、腕部中央に腕端部をＴ字状金属ブスバ５の中央より一段下げる段差を有している。また、腕端部には、十字状の溶接穴が形成されており、この溶接穴を介して正極端子３１とＴ字状金属ブスバ５とがスポット溶接されている。Ｔ字状ブスバ脚部９は、直角に屈曲してＴ字状金属ブスバ５の中央より一段下がった脚端部２５を有している。脚端部２５の中央には、丸穴１０が形成されている。Ｔ字状ブスバ脚部９は、組電池１の外周に突出しないように、半円状突起８内に収められている。図示を省略した四角ナットは、組電池１の出力を取り出す出力リード線の先端に固着された圧着丸端子及び脚端部２５を挟んで六角ボルト２０でボルト・ナット締結されている。なお、図２に示すように、六角ボルト２０は、組電池１の内側に配置されている。
【００１９】
図４（Ｂ）に示すように、組電池１の長手方向一端の１組の単電池２を除いて単電池２の正極端子３１同士は、十字状金属ブスバ６により機械的、電気的に接続されている。十字状金属ブスバ６は、単電池２の中央まで伸びた腕を４本有している。４本の腕は、それぞれほぼ等しい長さとされており、各腕端部を十字状金属ブスバ６の中央より一段下げる段差７が腕中央に形成されている。また、各腕端部には、十字状の溶接穴が形成されている。４本の腕のうち２本の腕の腕端部は、プレート３の開口２３の形成位置に合わせて、腕端部に形成された十字状の溶接穴を介して２本の単電池２の正極端子３１にそれぞれスポット溶接されている。
【００２０】
図２及び図４（Ｂ）に示すように、上下を逆に配置された１組の単電池２の負極端子（電池缶底面）同士は、十字状金属ブスバ６の４本の腕のうち残りの２本の腕の腕端部に十字状の溶接穴を介してそれぞれスポット溶接されている。他の上下を逆に配置された単電池２の負極端子同士も同様にスポット溶接されている。従って、十字状金属ブスバ６の４本の腕の腕端部の水平高さは、ほぼ同じとなり、プレート３の半円状突起８は、十字状金属ブスバ６により覆われる。また、十字状金属ブスバ６の中央には、Ｍ３ネジのタップが螺設されたネジ穴１４が形成されており、十字状金属ブスバ６の中央は、電圧を検出する電圧検出線１３の一端の圧着丸端子をネジ締結するナットと同様の機能を有している。電圧検出線１３の圧着丸端子は、ネジでネジ穴１４に締結されており、電圧検出線１３の他端にはコネクタが接続されている。
【００２１】
図２及び図４（Ｃ）に示すように、上下を逆にして組電池１の下側に配置される１組の単電池２は、半円状突起８が露出する以外は図４（Ｂ）に示した１組の単電池２と同様に正極端子３１が十字状金属ブスバ６に十字状の溶接穴を介してスポット溶接されている。
【００２２】
図２に示すように、組電池１の下側では、組電池１の長手方向他端の１組の単電池２を除いて、組電池１の上側と同様に十字状金属ブスバ６によりスポット溶接されていると共に、電圧検出線１３がネジ締結されている。組電池１の長手方向他端に配置された１組の単電池２の負極端子は、プレート３を介さずに、Ｔ字状金属ブスバ５の腕端部に十字状の溶接穴を介してそれぞれ機械的、電気的に接続されている。このＴ字状金属ブスバ５の脚部は、長手方向他端の１組の単電池２に隣接する単電池２をカップリングしているプレート３の半円状突起８に重なって収められている。また、組電池１の（負極）出力リード線１９の先端には、圧着丸端子が固着されている。圧着丸端子は、不図示の六角状ボルト及び四角ナットによりボルト・ナット締結されている。
【００２３】
図２に示すように、各単電池２の中央部は組電池１の外周に沿って固定テープ１７で巻き付けられている。図１に示すように、熱収縮シュリンクチューブ２１の開口２７からは電圧検出線１３及び出力リード線１９が導出されている。なお、組電池１を単体として使用する場合には出力リード線１９は負荷に接続され、組電池１を直並列に接続して電池モジュールとして使用する場合には出力リード線１９同士を直並列に接続して負荷に接続される。また、電圧検出線１３が集結されたコネクタは図示を省略したコントローラ（組電池１を制御する機器）に接続される。
【００２４】
（組電池の作製）
次に、本実施形態の組電池１の作製手順について説明する。
【００２５】
図５に示すように、まず、予め折り曲げられ他端にコネクタが接続された電圧検出線１３を準備しておく。次に、２本の単電池２の正極キャップ２４上に電気絶縁性樹脂製のプレート３を配置し、２本ずつ単電池２を７組カップリングする。このとき、半円状突起８の向きに関して方向性はなく、単電池端部溝３５に位置決め突起１６を配置する。
【００２６】
次いで、十字状金属ブスバ６の２本の腕の腕端部をプレート３の開口２３の形成位置に合わせて配置し、２本の腕の腕端部と、正極端子３１とをそれぞれスポット溶接する。このとき、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、十字状金属ブスバ６が半円状突起８を覆う１組の単電池２と、十字状金属ブスバ６が半円状突起８を露出させる１組の単電池２とをそれぞれ３個ずつ作製する。
【００２７】
次に、図４（Ａ）に示すように、Ｔ字状金属ブスバ５の丸穴１０を半円状突起８に合わせてプレート３上にＴ字状金属ブスバ５を配置し、正極端子３１とＴ字状金属ブスバ５の腕端部とをそれぞれスポット溶接する。なお、Ｔ字状金属ブスバ５をプレート３上に配置する際に、予めプレート３の正方状窪み１１内に四角ナットを挿入しておく。
【００２８】
次いで、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示す１組の単電池２をそれぞれ交互に上下を逆に配設し、図４（Ｂ）に示す未接続の十字状金属ブスバ６の２本の腕の腕端部を、図４（Ｃ）に示す負極端子にスポット溶接し、６直列接続状態にする。次に、組電池１の長手方向の一端に図４（Ａ）に示す１組の単電池２を配置し、図４（Ａ）に示す１組の単電池２の負極端子に、十字状金属ブスバ６の未接続の２本の腕の腕端部をスポット溶接する。そして、組電池１の長手方向他端の単電池２の負極端子に、プレート３を介さずにＴ字状金属ブスバ５の腕端部をスポット溶接する。このとき、予め長手方向他端の１組の単電池２に隣接する単電池２をカップリングしているプレート３の正方状窪みに四角ナットを挿入しておく。
【００２９】
次に、図５に示すように、十字状金属ブスバ６のネジ穴１４に、電圧検出線１３の圧着丸端子を合わせ、ネジで電圧検出線１３の圧着丸端子を締結する。電圧検出線１３の接続終了後、図２に示すように、７組の単電池２の位置ずれを防ぐために、７組の単電池２の外周に沿って固定テープ１７を巻きつけて、全体を固定する。次に、出力リード線１９の圧着丸端子を組電池１の長手方向一端及び他端に配置されたＴ字状金属ブスバ５の丸穴１０に合わせ、六角ボルト２０で締結し、（負極）出力リード線１９を谷状空間２９を利用して固定テープ１７の内側に通す。これにより、電圧検出線１３の他端に接続されたコネクタ及び２本の出力リード線１９は組電池１の長手方向一端に集結され、図２に示す状態となる。
【００３０】
そして、筒状の熱収縮シュリンクチューブ２１に組電池全体を挿入する。次いで、熱収縮シュリンクチューブ２１を加熱して収縮させる。これにより、組電池は熱収縮シュリンクチューブ２１で被覆・絶縁され、組電池１の長手方向両端に開口２７が形成される。従って、上述した電圧検出線１３の他端のコネクタ、２本の出力リード線１９は組電池１の長手方向一端の開口２７から導出され、図１の状態となる。
【００３１】
（作用等）
次に、本実施形態の組電池１の作用等について説明する。
【００３２】
本実施形態の組電池１は、１４本の単電池２が２本ずつ並列に７直列となるように配列され、プレート３の長手方向に交差する幅方向が単電池２の外径より小さくかつ長手方向にカップリングされた２個の単電池２の外径より小さいため、目視による配置でもプレート３が組電池１の外周からはみ出すことがない（エッジがでない）ので、熱収縮シュリンクチューブ２１の破損を抑制し、溶接箇所が露出することを防止して安全性を確保することができる。
【００３３】
また、本実施形態の組電池１では、強電部分には自由度の高い出力リード線１９を使用する訳であるが、Ｔ字状金属ブスバ５と出力リード線１９と接続する際に、カシメ接続の場合には、カシメ治具やカシメ条件とその信頼性の問題があり、溶接の場合には溶接方法（この場合は超音波溶接で形状をそろえ抵抗溶接）、溶接治具、溶接条件とその信頼性の問題が発生し、コスト高となると共に開発に関しても時間がかかる。本実施形態では、最も一般的なボルト・ナット締結を用いるために、Ｔ字状金属ブスバ５とその受け皿となるプレート３に細工した方が遥かに効率がよい。
【００３４】
更に、本実施形態の組電池１では、プレート３は、組電池１の外周に半円状突起８が突出しないように谷状空間２９に向けて半円状突起８が突設されている。このため、谷状空間２９を利用して体積効率を高めることができると共に、熱収縮シュリンクチューブ２１の破損を防止して安全性を確保することができる。また、半円状突起８の中央部に正方状窪み１１が形成されているため、正方状窪み１１に四角ナットを挿入して、Ｔ字状金属ブスバ５に出力リード線１９の先端に固着された圧着丸端子を六角ボルト２０でボルト・ナット締結することができる。
【００３５】
また、本実施形態の組電池１では、Ｔ字状金属ブスバ５、十字状金属ブスバ６と、正極端子３１とを機械的・電気的に接続するために、プレート３の両端部に開口２３が形成されており、開口２３以外の正極キャップ２４はプレート３によって覆われている。従って、電気的な短絡を気にすることく単電池２と、Ｔ字状金属ブスバ５、十字状金属ブスバ６とを容易に接続することができるので、作業性及び安全性が向上する。
【００３６】
更に、本実施形態の組電池１では、プレート３の長手方向両端部の上部かつ開口２３の周部に円弧状突起２２が突設されているので、ハンダによる正極キャップ２４と電池缶端部３０との短絡を抑制することができると共に、円弧状突起２２が溶接治具代わりとなって、Ｔ字状金属ブスバ５、十字状金属ブスバ６の位置決めが容易となり、作業効率が向上する。また、プレート３の上面中央部の開口２３側の縁は、Ｔ字状金属ブスバ５、十字状金属ブスバ６がフィットするジクザク状とされている。このため、Ｔ字状金属ブスバ５、十字状金属ブスバ６をプレート３にフィットさせて溶接の安定性を確保することができる。
【００３７】
また更に、本実施形態の組電池１では、プレート３が下面かつ開口２３の周部に単電池端部溝３５に沿う位置決め突起１６が突設されている。このため、正極キャップ２４上にプレート３を配置した場合に、位置決め突起１６が単電池端部溝３５（デッドスペース）に配置されるので、単電池２本単位で位置決めされていき、互いに動きを牽制しあうことで、各単電池２の動きが規制される。従って、組立て時の治具が不要となり、作業性及びコスト面で有利である。
【００３８】
更にまた、本実施形態の組電池１では、単電池２が２本ずつ並列に７直列となるように配列されている訳であるが、２本の単電池２が電気的に同極性を有す形状（２本ずつ並列）であり４本の単電池２を基本として考えると、各単電池２の中央までの距離が４本共にほぼ等距離でなければ、十字状金属ブスバ６に流れる電気量が異なって発熱バランスが崩れ、一方の単電池２に接続された部分のみが他方よりも発熱して最悪の場合は溶断に至る。
【００３９】
本実施形態の組電池１では、十字状金属ブスバ６は、単電池２の中央まで伸びた腕を４本有している。このため、十字状金属ブスバ６と各単電池２との溶接の安定性を確保することができ、単電池２の重量を十字の中央で受け止めることで、各腕へ重量がほぼ平均に分散されるため、溶接後の強度を確保することができる。また、十字状金属ブスバ６の４本の腕の長さがほぼ同じとされている。このため、発熱バランスを保持して十字状金属ブスバ６の溶断を防止することができる。更に、十字状金属ブスバ６の腕には、十字状金属ブスバ６の中央より腕端部を一段下げる段差７が腕中央に形成されている。このため、単電池２の位置ずれ補正や単電池２に加わる外部衝撃を金属ブスバの板バネ機能で吸収することができる。また更に、十字状金属ブスバ６の腕端部には、十字状の溶接穴が形成されているため、溶接穴を介して単電池２の正負極端子と、腕端部とをスポット溶接することができる。
【００４０】
また、本実施形態の組電池１では、２本（又は４本）の単電池２を単位として組電池１が構成されている。このため、使用電池の本数や直並列接続構造に変更がある場合でも、単電池２の個数を変更して素早い対応を図ることができる。
【００４１】
更に、本実施形態の組電池１では、十字状金属ブスバ６には各単電池２の電圧を測定する電圧検出線１３の接続が不可欠であるが、各単電池２を電気的、機械的に接続した後では電圧検出線１３の接続方法が限定され極めて困難である。組電池１では、電圧検出線１３の圧着丸端子と十字状金属ブスバ６とを接続するために、十字状金属ブスバ６の中央にネジ穴１４が形成されている。従って、十字状金属ブスバ６に電圧検出線１３の圧着丸端子をネジ締結することができるので、作業性が向上する。また、電圧検出線１３の圧着丸端子をネジ締結する段階で、ハンダや溶接などの接続がなく、ネジ締結のみの作業であり、電圧検出線１３の他端自体も予めコネクタに接続されているため、電気的な安全性も高い。
【００４２】
また更に、本実施形態の組電池１では、十字状金属ブスバ６の４本の腕の腕端部の水平高さは、ほぼ同じとされている。このため、スポット溶接の信頼性を確保することができると共に、組立作業性を向上させることができる。
【００４３】
更にまた、本実施形態の組電池１では、４本の単電池２が基準となっているため、組電池１の長手方向一端では２本の単電池２が未接続になってしまう。そこで、この２本の単電池２同士を接続し組電池１の出力端子とするために金属ブスバの形状はＴ字状となる。プレート３の半円状突起８と同様に、Ｔ字状ブスバ脚部９は、半円状突起８に重なって収められており、谷状空間２９はデットスペースであるため、デットスペースを電気出力のための接続空間とすることで、組電池１の体積効率を向上させることができる。
【００４４】
また、本実施形態の組電池１では、谷状空間２９に向かって伸びたＴ字状ブスバ脚部９は、Ｔ字状金属ブスバ５の中央より一段下がった脚端部２５を有している。このため、組電池１の六角ボルト２０が組電池１から飛び出すことを防止して、安全性を確保することができる。更に、脚端部２５に丸穴１０が形成されている。このため、出力リード線１９の先端に固着された圧着丸端子を、丸穴１０を介して六角ボルト２０で四角ナットに締結することができる。また、組電池１組立作業の最終（金属ブスバの溶接、電圧検出線１３のネジ締結作業の後）で出力リード線１９の先端に固着された圧着丸端子をボルト・ナット締結することで、安全性を向上させることができ、出力リード線１９の先端に固着された圧着丸端子が六角ボルト２０及び図示を省略した四角ナットのみでボルト・ナット締結されるため配線作業性も向上する。また更に、十字状金属ブスバ６と同様に、Ｔ字状金属ブスバ５の腕端部には、十字状の溶接穴が形成されている。このため、溶接穴を介して単電池２の正負極端子と、腕端部とをそれぞれスポット溶接することができる。また、Ｔ字状金属ブスバ５の２本の腕部は、腕部中央に腕端部をＴ字状金属ブスバ５の中央より一段下げる段差を有している。このため、十字状金属ブスバ６と同様に、単電池２の位置ずれ補正や単電池２に加わる外部衝撃を金属ブスバの板バネ機能で吸収することができる。
【００４５】
更に、本実施形態の組電池１は、熱収縮シュリンクチューブ２１に覆われており、熱収縮シュリンクチューブ２１に出力リード線１９、電圧検出線１３を導出するための開口２７が形成されている。従って、開口２７から出力リード線１９、電圧検出線１３を導出することができる。また、開口２７が組電池１の長手方向両端に形成されており、長手方向一端の開口２７から出力リード線１９、電圧検出線１３が導出されている。このため、組電池１を制御する機器への接続距離が短くなり取りまわしがし易く作業性も向上する。また、単電池２間のデッドスペースが生じる位置に出力リード線１９、電圧検出線１３を引き出すことができるので、体積効率が向上する。
【００４６】
また、本実施形態の組電池１では、単電池２間は金属ブスバで電気的、機械的に接続されているが、耐振動という意味では各単電池２の固定が不足している。このため、組電池１全体を熱収縮シュリンクチューブ２１で被覆することで絶縁性を高め、全体を一体とすることで持ち運び等の作業性を向上させている。
【００４７】
そして、本実施形態の組電池１では、プレート３だけでは組電池１の長手方向の単電池２位置を制限することが難しく、ワークの移動に関しても支障をきたしてしまうが、電圧検出線１３を十字状金属ブスバ６のネジ穴１４に締結した後に、単電池２を組電池１の外周に沿って固定テープ１７で保持している。このため、単電池２及び電圧検出線１３の遊動を抑制しワーク移動における単電池２及び電圧検出線１３の位置のバラツキが減少するため、作業効率が向上する。
【００４８】
なお、本実施形態では、プレート３の中央部一側に半円状突起８が突設されている例を示したが、突起の形状は半円状に限定されず、例えば、略矩形状にしても同様に出力リード線１９をボルト・ナット締結することができる。また、半円状突起８の中央部に正方状窪み１１が形成されている例を示したが、例えば、六角状窪みを形成するようにしても出力リード線１９を接続することができる。
【００４９】
更に、本実施形態では、プレート３の長手方向両端部の上部かつ開口２３の周部に円弧状突起２２が突設されている例を示したが、更に、プレート３の上面中央部にＴ字状、十字状金属ブスバ５、６に沿う窪みを形成するようにしてもよい。これにより、Ｔ字状、十字状金属ブスバ５、６の位置決めを更に容易とすることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、十字状金属ブスバ６の中央にＭ３ネジのタップが螺設されているネジ穴１４が形成されている例を示したが、タップを螺設せずに、例えば、バーリング部に打ち込みナット等を打ち込んで同様に電圧検出線１３の圧着丸端子を接続することができる。
【００５１】
更に、本実施形態では、電圧検出線１３を十字状金属ブスバ６のネジ穴１４に締結した後に、固定テープ１７で組電池１を固定する例を示したが、十字状金属ブスバ６で７組の単電池２同士を溶接する前に、各単電池２の外周に固定テープ１７を巻いても組立作業性を向上させることができる。また、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示した１組の単電池２をそれぞれ３個ずつ作製する例を示したが、図４（Ｃ）に示した１組の単電池２を少なくとも１個作製し、組電池１の長手方向他端の１組の単電池２に隣接する単電池２とすることで、同様に組電池を得ることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、熱収縮シュリンクチューブ２１の長手方向両側に開口２７が形成されている例を示したが、熱収縮シュリンクチューブ２１の長手方向一側（組電池１の長手方向一端）だけに開口２７が形成されている熱収縮シュリンクチューブを用いてもよい。このようにしても、同様に電圧検出線１３及び出力リード線１９を導出することができる。
【００５３】
更に、本実施形態では、電圧検出線１３及び出力リード線１９を組電池１の長手方向一端の開口２７から導出する例を示したが、例えば、長手方向一端の開口２７から出力リード線１９、長手方向他端の開口２７から電圧検出線１３を導出してもよい。これにより、組電池１を長手方向に複数個配設するときの配線作業性を向上させることができる。
【００５４】
また更に、本実施形態では、電圧検出線１３の他端にコネクタが接続されている例を示したが、組電池１の温度を測定するサーミスタ等の温度センサからの導出線もコネクタに接続されるようにしてもよい。これにより、温度センサからの導出線の取り扱いが容易となる。
【００５５】
更にまた、本実施形態では、単電池２をＴ字状、十字状金属ブスバ５、６、固定テープ１７及び熱収縮シュリンクチューブ２１により接続、固定した例を示したが、例えば、単電池２同士を配設するときに、単電池２の側周面に接着剤を塗布して、単電池２同士を接着してもよい。これにより、組電池１の構造強度が向上し、Ｔ字状、十字状金属ブスバ５、６と単電池２の正、負極端子との溶接箇所の負荷を軽減することできる。
【００５６】
そして、本実施形態では、単電池２が２本並列に接続され、並列接続された７組の単電池２が直列接続された組電池１を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、単電池２を２本並列に接続し、並列接続した１０組の単電池２を直列接続する場合にも適用可能であり、単電池２の本数を増減しても適用できることは云うまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プレートが組電池の外周より小さいため、目視による配置でもプレートが組電池の外周からはみ出すことがないので、安全性を確保することができ、プレートの中央部一側に半円形状の、或いは矩形状の突起が単電池間の谷状空間に向けて突設されており、該突起に多角形状の窪みを有するため、該窪みに接続部材を配置することで単電池とリード線との接続が可能となる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の組電池の外観斜視図である。
【図２】組電池の熱収縮シュリンクチューブ被覆前の外観斜視図である。
【図３】プレート配置前の単電池の外観斜視図である。
【図４】金属ブスバの配置・接続状態を示し、（Ａ）はＴ字状金属ブスバをプレートの形状に合わせて配置した状態、（Ｂ）は十字状金属ブスバが半円状突起を覆う接続状態、（Ｃ）は十字状金属ブスバが半円状突起を露出させる接続状態を示す。
【図５】単電池の配列状態と電圧検出線との関係を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１ 組電池
２ 単電池
３ プレート
５ Ｔ字状金属ブスバ
６ 十字状金属ブスバ
８ 半円状突起（突起）
９ Ｔ字状ブスバ脚部（脚部）
１０ 丸穴（貫通穴）
１１ 正方状窪み（窪み）
１３ 電圧検出線（リード線、引出線）
１４ ネジ穴（接続部）
１６ 位置決め突起
１７ 固定テープ
１９ 出力リード線（引出線）
２０ 六角ボルト
２１ 熱収縮シュリンクチューブ
２２ 円弧状突起（突起）
２３、２７ 開口
２４ 正極キャップ
２５ 脚端部
２９ 谷状空間
３０ 電池缶端部
３１ 正極端子
３５ 単電池端部溝（溝）
Claims (9)
- 柱状単電池を２本単位で並列に接続して直列となるように配列し、該２本単位で並列に接続された単電池の正極性を持つ面に電気絶縁性樹脂製のプレートを配置した組電池において、前記プレートは、前記２本単位で並列に接続された単電池の外周より小さく、その中央部一側に半円形状の、或いは矩形状の突起が前記単電池間の谷状空間に向けて突設されており、前記プレートの表面に前記単電池間を機械的、電気的に接続する金属ブスバが配置されており、前記突起は、多角形状の窪みを有し、該窪みに出力リード線との接続をするための接続部材が配置されているものであることを特徴とする組電池。
- 前記プレートは、前記金属ブスバと前記単電池との接続部に開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
- 前記プレートは、前記単電池の正極キャップと電池容器とで形成された単電池端部の溝に沿う円弧状の位置決め突起を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の組電池。
- 前記プレートは、その長手方向両端部に形成された開口の周部に円弧状の突起を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の組電池。
- 前記金属ブスバは、各単電池を正方直交状に配設した状態において、該単電池の中央まで腕を伸ばした十字型の形状を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の組電池。
- 前記十字型の金属ブスバの中央には、リード線を接続するための接続部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の組電池。
- 前記金属ブスバは、前記組電池の出力端部に配置されており、前記単電池間を接続する腕部と前記谷状空間に向かって伸びた脚部とを有するＴ字型の形状を有しており、前記脚部が前記腕部より一段下がり貫通穴が形成された面を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の組電池。
- 前記組電池は更に全体が熱収縮シュリンクチューブに覆われており、前記熱収縮シュリンクチューブには引出線を導出するための開口が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の組電池。
- 前記組電池は、前記組電池の外周に沿って固定テープで保持されたことを特徴とする請求項８に記載の組電池。
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