(57)【要約】【課題】Ｍ行Ｎ列に配置したＭ×Ｎ個（Ｍ、Ｎはいずれも３以上の奇数）のセルからなり、全てのセルが直列に接続されており、製造コストが低く、軽量で、大電流放電特性に優れ、電槽の劣化が起こりにくい蓄電池を提供する。【解決手段】集合電池および集合電池を固定する電槽からなり、集合電池は、Ｍ行Ｎ列に配置したＭ×Ｎ個（Ｍ、Ｎはいずれも３以上の奇数）のセルからなり、各セルは、正極端子と負極端子を有し、Ｍ×Ｎ個のセルは、全て直列に接続されており、連続する２ｎ列（２ｎ＜Ｎ、ｎは１以上の整数）に含まれるセルは、行方向と列方向に交互にジグザグに接続されており、残りの（Ｎ−２ｎ）列に含まれるセルは、それぞれの列方向に一直線状に接続されており、最も低電位の負極端子を有するセルＸと、最も高電位の正極端子を有するセルＹとが、同一の行または列の両端にそれぞれ位置しており、セルＸとセルＹを含む行または列が、集合電池の一側面を形成している蓄電池。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集合電池および前記集合電池を固定する電槽からなり、
前記集合電池は、Ｍ行Ｎ列に配置したＭ×Ｎ個（Ｍ、Ｎはいずれも３以上の奇数）のセルからなり、
各セルは、正極端子と負極端子を有し、
前記Ｍ×Ｎ個のセルは、全て直列に接続されており、
連続する２ｎ列（２ｎ＜Ｎ、ｎは１以上の整数）に含まれるセルは、行方向と列方向に交互にジグザグに接続されており、残りの（Ｎ−２ｎ）列に含まれるセルは、それぞれの列方向に一直線状に接続されており、
最も低電位の負極端子を有するセルＸと、最も高電位の正極端子を有するセルＹとが、同一の行または列の両端にそれぞれ位置しており、
前記セルＸとセルＹを含む行または列が、前記集合電池の一側面を形成している蓄電池。
【請求項２】
ＭおよびＮが３であり、ｍ行ｎ列に位置するセルを（ｍｎ）で表すとき、（１１）、（２１）、（３１）、（３２）、（３３）、（２３）、（２２）、（１２）、（１３）の順、もしくは（１１）、（１２）、（２２）、（２１）、（３１）、（３２）、（３３）、（２３）、（１３）の順にセルが接続されている請求項１記載の蓄電池。
【請求項３】
各セルは、それぞれ複数の正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層した極板群を含み、前記極板群の積層方向が、前記集合電池の前記一側面と垂直である請求項１記載の蓄電池。
【請求項４】
各セルは、それぞれ複数の正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層した極板群を含み、
前記極板群が、全ての正極板に設けられている集電耳と溶接された正極ストラップおよび全ての負極板に設けられている集電耳と溶接された負極ストラップを有し、
前記正極ストラップおよび負極ストラップは、前記極板群の積層方向と平行な一端面上に位置しており、
前記正極端子および負極端子は、それぞれ柱状であって、前記正極ストラップおよび負極ストラップの上面に結合しており、
前記正極端子および負極端子の中心軸は、それぞれ前記極板群の積層方向における中心に位置し、かつ、前記一端面の中心から等距離に位置しており、
前記正極端子および負極端子は、前記電槽の蓋体に設けられている所定の端子孔に挿入されており、
直列に接続されている互いに隣接したセルの一方の正極端子と他方の負極端子とが、接続片により電気的に接続されている請求項１記載の蓄電池。
【請求項５】
前記蓋体の各端子孔には、鉛ブッシングがインサート成形されており、前記鉛ブッシングが、前記正極端子または負極端子と前記接続片とを接合している請求項４記載の蓄電池。
【請求項６】
前記電槽の底面から所定の高さまでが、一もしくは複数の行または列毎に、一方の電槽側壁から対向する他方の電槽側壁へ貫通するスリットにより分割されている請求項１〜５のいずれかに記載の蓄電池。
【請求項７】
前記電槽が、複数の小電槽からなり、各小電槽が、一もしくは複数の行または列毎にセルを収容しており、隣接する小電槽の互いに対面する側壁間には空隙が設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｍ行Ｎ列に配置したＭ×Ｎ個（Ｍ、Ｎはいずれも３以上の奇数）のセルからなり、全てのセルが直列に接続された蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境の維持・改善の観点から、従来はエンジンの動力により駆動していたコンプレッサ、各種ポンプなどの補機類を電動化して、車両の燃費を向上させることが試みられている。その結果、特に車両用の分野においては、従来よりも高出力な蓄電池が要求されるようになってきている。蓄電池を高出力化するためには、出力電流を大きくするか、出力電圧を高くすることが必要である。出力電流を大きくするには、蓄電池を構成する極板の表面積を増加させたり、極板間距離をより短くすることが効果的である。しかしながら、出力電流を大きくする場合には、ハーネス類の容量も大きくする必要がある。ハーネス類の容量を大きくすると、その重量が増加し、燃費に悪影響を及ぼしたり、車両価格を上昇させる要因となる。
【０００３】
一方、出力電圧を高くする場合には、ハーネス類の重量の増加を抑制することができる。したがって、従来は、車両用の蓄電池として１２Ｖの蓄電池が広く使用されてきたが、近年では、より高電圧の蓄電池が開発されつつある。例えば、１個あたり２Ｖの電圧を有するセル１８個を直列に接続した集合電池からなる３６Ｖの鉛蓄電池が開示されている（特許文献１、２参照）。
これらの集合電池は、通常、行列状に配置させて電槽に固定されるが、使用の便宜上、集合電池の一側面の両端に正極端子と負極端子を設けることが一般的である。正極端子と負極端子とを集合電池の対角位置に設けた場合には、集合電池を車両に搭載した後に、各端子とハーネスとの接続作業に支障をきたすことになる。
【０００４】
特許文献１では、セル１８個を９行２列に配置した集合電池からなる３６Ｖの鉛蓄電池が開示されている。また、特許文献２では、セル１８個を３行６列に配置した集合電池からなる３６Ｖの鉛蓄電池が開示されている。これらの集合電池では、いずれも偶数列からなるセル配置が採用されている。また、各列のセルは全て直列に接続されており、列毎に接続方向を折り返すことによって、全ての電池が直列に接続されている。このような偶数列からなるセル配置によれば、集合電池の一側面に正極端子と負極端子を配置させることは容易である。
【０００５】
ところが、３６Ｖの集合電池は１８個のセルから構成されるため、蓄電池の体積は嵩張らざるを得ない。そのため、蓄電池の車両等への搭載位置が極めて制限されるという問題がある。一方、９個のセルからなる１８Ｖの集合電池を２組作製し、これを別々の位置に収納して直列に繋いで使用すれば、集合電池１組あたりを収納するのに必要な容積は従来の半分ですむことから、収納の自由度を飛躍的に高めることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２３５８２号公報
【特許文献２】
特開２００２−８７３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、１８Ｖの集合電池のセル配置としては、９行１列もしくは３行３列の配置が考えられるが、後者の配置がコンパクトで有利である。しかし、３行３列の配置では、図１に示すように、従来と同様に列毎に接続方向を折り返して、矢印に沿って全てのセル１４を直列に接続すると、正極端子１１と負極端子１２が集合電池の対角位置とならざるを得ない。両方の端子を集合電池の一側面に配置するためには、一方の端子（図１では負極端子）を他方の端子（図１では正極端子）のある側面に橋渡すための接続片１３を用いる必要があるが、これでは製造コストがかかる上、接続片自体の重量のために集合電池の重量が増大せざるを得ない。
【０００８】
また、接続片を使用すると、１組あたりの集合電池の抵抗値が高くなり、大電流放電時に電池出力が低下してしまう。さらに、このような出力損失は、接続片での発熱に変換される。一般に、蓄電池の電槽１５はＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂で製造されている。接続片が発熱すると、接続片近傍の電槽材料が変形したり、熱ストレスによって長期間の使用中に強度が低下したりするという問題もある。
上述のような問題は、３行３列の場合に限らず、３以上の奇数行で３以上の奇数列のセル配置を採用しようとするときに必然的に生じる問題である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、集合電池および前記集合電池を固定する電槽からなり、前記集合電池は、Ｍ行Ｎ列に配置したＭ×Ｎ個（Ｍ、Ｎはいずれも３以上の奇数）のセルからなり、前記Ｍ×Ｎ個のセルは、全て直列に接続されており、各セルは、正極端子と負極端子を有し、最も低電位の負極端子を有するセルＸと、最も高電位の正極端子を有するセルＹとが、同一の行または列の両端にそれぞれ位置しており、前記セルＸとセルＹを含む行または列が、前記集合電池の一側面を形成している蓄電池に関する。
【００１０】
前記蓄電池においては、連続する２ｎ列（２ｎ＜Ｎ）に含まれるセルは、行方向と列方向に交互にジグザグに接続されており、残りの（Ｎ−２ｎ）列に含まれるセルは、それぞれの列方向に一直線状に接続されており、ｎは１以上の整数である。
【００１１】
前記蓄電池において、ｍ行ｎ列に位置するセルを（ｍｎ）で表すとき、ＭおよびＮが３の場合には、セルは、（１１）、（２１）、（３１）、（３２）、（３３）、（２３）、（２２）、（１２）、（１３）の順、もしくは（１１）、（１２）、（２２）、（２１）、（３１）、（３２）、（３３）、（２３）、（１３）の順に接続されている。
前記蓄電池において、各セルが、それぞれ複数の正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層した極板群を含む場合には、前記極板群の積層方向が、前記集合電池の前記一側面と垂直であることが好ましい。
【００１２】
また、前記蓄電池において、各セルが、それぞれ複数の正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層した極板群を含み、前記極板群が、全ての正極板に設けられている集電耳と溶接された正極ストラップおよび全ての負極板に設けられている集電耳と溶接された負極ストラップを有する場合には、前記正極ストラップおよび負極ストラップが、前記極板群の積層方向と平行な一端面上に位置しており、前記正極端子および負極端子が、それぞれ柱状であって、前記正極ストラップおよび負極ストラップの上面に結合しており、前記正極端子および負極端子の中心軸が、それぞれ前記極板群の積層方向における中心に位置し、かつ、前記一端面の中心から等距離に位置しており、前記正極端子および負極端子が、前記電槽の蓋体に設けられている所定の端子孔に挿入されており、直列に接続されている互いに隣接したセルの一方の正極端子と他方の負極端子とが、接続片により電気的に接続されていることが好ましい。
また、前記蓋体の各端子孔には、鉛ブッシングがインサート成形されており、前記鉛ブッシングが、前記正極端子または負極端子と前記接続片とを接合していることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の蓄電池の好ましい実施形態について説明する。
図２は、９個のセル２０を３行３列に配置した集合電池を上面から見た概念図であり、図３、４は、２５個のセル３０、４０を５行５列に配置した集合電池を上面から見た概念図である。矢印は全てのセルを直列に接続する方向を示しているが、接続の仕方はこれらに限定されるわけではない。
このような接続の仕方によれば、最も低電位の負極端子を有するセル２０ｙ、３０ｙ、４０ｙと、最も高電位の正極端子を有するセル２０ｘ、３０ｘ、４０ｘとが、同一の行２１、３１、４１の両端にそれぞれ位置することになる。行２１、３１、４１が集合電池の一側面を形成することから、端子を橋渡すための接続片を使用する必要がなく、集合電池の正極端子と負極端子をハーネスと接続する作業等は容易となる。
【００１４】
上記のような、最も低電位の負極端子を有するセルと最も高電位の正極端子を有するセルとが同一行の両端に位置するセルの接続の仕方には、以下のような共通の特徴がある。
まず、連続する２ｎ列（２ｎ＜Ｎ）に含まれるセルは、行方向と列方向に交互にジグザグに接続されている。
例えば、図２では、左から２列目と３列目の連続する２列において、セルが行方向と列方向に交互にジグザグに接続されている。このような接続の仕方の他に、左から１列目と２列目の連続する２列において、セルを行方向と列方向に交互にジグザグに接続することもできる。
【００１５】
また、図３では、左から４列目と５列目の連続する２列において、セルが行方向と列方向に交互にジグザグに接続されており、図４では、左から２列目と３列目の連続する２列において、セルが行方向と列方向に交互にジグザグに接続されている。
図２では、ｎ＝１の場合しかあり得ないが、図３、４では、ｎ＝１、２の場合があり、集合電池の列数Ｎが大きくなるに従って、取り得る整数ｎの数は増加していく。一方、残りの（Ｎ−２ｎ）列に含まれるセルは、それぞれの列方向に一直線状に接続されることになる。
【００１６】
次に、集合電池を構成するセルの構造の一例について説明する。
図５は、好ましいセルの一例の斜視図である。図５のセルは、それぞれ複数の正極板５２と負極板５１とをセパレータ５３を介して交互に積層した極板群からなる。図５では、セパレータ５３が、正極板５２のほぼ２倍の寸法を有しており、そのほぼ中心でＵ字状に折り返すことにより、正極板を挟むようにして正極板の両面を覆っているが、必ずしもこのようなセパレータを用いる必要はない。
【００１７】
全ての正極板および負極板には、正極集電耳５２ａおよび負極集電耳５１ａが設けられている。正極集電耳は、矢印Ｚで示される極板群の積層方向と平行な一端面５４の一側部依りの位置から、一列に並んで突出しており、各正極集電耳の上端は正極ストラップ５６の下面に溶接されている。また、負極集電耳は、一端面５４の正極集電耳と対象な位置から、一列に並んで突出しており、各負極集電耳の上端は負極ストラップ５５の下面に溶接されている。
【００１８】
正極ストラップおよび負極ストラップの上面には、柱状の正極端子５８および負極端子５７がそれぞれ設けられている。正極端子および負極端子の中心軸は、それぞれ極板群の積層方向における中心に位置し、かつ、一端面５４の中心から等距離に位置している。このようなセル構造によれば、集合電池において、各セルの正極端子と負極端子との接続が単純化されるため、集合電池からなる蓄電池の生産性が向上する。
【００１９】
図６に、上述のセルを３行３列に配置した集合電池からなる蓄電池の上面図を示す。９個のセルを収容する電槽６０は、内部空間が隔壁６０ａによって９個の小空間に分割されており、各小空間内にセルが１個ずつ収容されている。このような電槽は、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂などの合成樹脂材料を成形加工することによって製造されている。図６では、全てのセルが同じ向きで電槽内に収容されているが、セルの向きが適宜変更される場合もある。ただし、セルの挿入方向を行内で一致させた方が、電槽へのセルの挿入作業を単純化することができる。
【００２０】
セルを収容した電槽の上面開口部には、図７（ｂ）に示されるように、蓋体７０が取り付けられる。蓋体７０の周囲部７０ａは、厚く形成されており、その一側部７０ａ’の両端部には、集合電池の端子部が設けられている。また、周囲部７０ａで囲まれた凹部７０ｂには、電解液を各小空間に注液するための注液孔７３と、各セルの正極端子と負極端子を挿入するための端子孔が設けられている。端子部７２および端子部７１は、それぞれその下部に位置するセルの正極端子および負極端子と導通させてある。
【００２１】
各端子孔には、鉛ブッシング７４がインサート成形されており、図８に示すように、各セルの正極端子と負極端子の頭頂部８０は、鉛ブッシング７４を介して接続板７５と接続される。セルの接続が終わると、蓋体の凹部には、セル間の短絡等を防止するために上蓋７６が被せられる。接続板には、鉛合金、真鍮などの金属が用いられるが、電子伝導体であれば特に限定なく用いることができる。
【００２２】
接続板７５によるセルの接続の仕方は、上述のとおりである。図９に、セルの接続状態を破線により示す。図９において、ｍ行ｎ列に位置するセルを、左上隅に位置するセルから順に（ｍｎ）で表せば、セル（１１）、（１２）、（２２）、（２１）、（３１）、（３２）、（３３）、（２３）、（１３）の順に接続されている。従って、ここでは、左から１列目と２列目の連続する２列において、セルが行方向と列方向に交互にジグザグに接続されており、残りの３列目に含まれるセルは、その列方向に一直線状に接続されていることになる。
【００２３】
上記蓄電池では、セルの極板群の積層方向は、集合電池の端子部が位置する一側面（周囲部の一側部７０ａ’）に対して垂直になっている。このようにセルの挿入方向を規定することにより、セル間の接続構造が単純化され、最小限の接続板で全てのセルを直列に接続することが可能になる。
【００２４】
なお、電槽には、集合電池を構成する全てのセルを一体に固定するモノブロック型の電槽を用いることもできるが、セル毎、行毎あるいは列毎に独立した小電槽を組み合わせて、一個の蓋体で一体化することもできる。このような構造によれば、小電槽の対面する側壁間に空隙が形成されるため、蓄電池で発生する熱を放熱するのに有利である。図１０に、３個の小電槽１０１からなり、各小電槽が行毎にセルを収容している蓄電池の一例の斜視図を示す。このような蓄電池では、小電槽間にスリット１０２が形成されるため、電池の放熱が容易に行われる。
【００２５】
また、小電槽を組み合わせることなく、電槽の底面から所定の高さまでが、一もしくは複数の行または列毎に、一方の電槽側壁から対向する他方の電槽側壁へ貫通するスリットにより分割されている電槽を用いても同様の放熱の効果を得ることができる。図１１に、電槽の底面から所定の高さまでが、行毎にスリット１０３により分割されている蓄電池の一例の斜視図を示す。
【００２６】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、Ｍ行Ｎ列に配置したＭ×Ｎ個（Ｍ、Ｎはいずれも３以上の奇数）のセルからなり、全てのセルが直列に接続された蓄電池において、最も低電位の負極端子を有するセルと、最も高電位の正極端子を有するセルとが、同一の行または列の両端にそれぞれ位置しており、かつ、前記行または列が集合電池の一側面を形成していることから、両方の端子を集合電池の一側面に配置するために、一方の端子を他方の端子のある集合電池の側面に橋渡すための接続片を用いる必要がない。従って、製造コストが低く、軽量で、大電流放電特性に優れ、電槽の劣化が起こりにくい蓄電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の３行３列のセル配置におけるセルの接続の仕方を示す図である。
【図２】本発明に係る３行３列のセル配置におけるセルの接続の仕方の一例を示す図である。
【図３】本発明に係る５行５列のセル配置におけるセルの接続の仕方の一例を示す図である。
【図４】本発明に係る５行５列のセル配置におけるセルの接続の仕方の他の一例を示す図である。
【図５】本発明に係るセルの一例の斜視図である。
【図６】本発明に係る３行３列に配置した集合電池からなる蓄電池の蓋体のない状態の上面図である。
【図７】本発明に係る３行３列に配置した集合電池からなる蓄電池の蓋体を取り付け、全てのセルを直列に接続した状態の上面図である。
【図８】図７の蓋体の端子が挿入された状態の端子孔近傍の断面図である。
【図９】本発明に係る３行３列に配置した集合電池からなる蓄電池の上蓋を取り付けた状態の上面図である。
【図１０】本発明に係る好ましい電槽を用いた蓄電池の一例の斜視図である。
【図１１】本発明に係る好ましい電槽を用いた蓄電池の他の一例の斜視図である。
【符号の説明】
１１  正極端子
１２  負極端子
１３  接続片
１４、２０  セル
１５  電槽
２０ｘ、３０ｘ、４０ｘ  最も高電位の正極端子を有するセル
２０ｙ、３０ｙ、４０ｙ  最も低電位の負極端子を有するセル
２１、３１、４１  最も高電位の正極端子を有するセルと最も低電位の負極端子を有するセルを含む行
５１  負極板
５１ａ  負極集電耳
５２  正極板
５２ａ  正極集電耳
５３  セパレータ
５４  極板群の積層方向と平行な一端面
５５  負極ストラップ
５６  正極ストラップ
５７  負極端子
５８  正極端子
６０  電槽
６０ａ  隔壁
７０  蓋体
７０ａ  周囲部
７０ａ’  端子部を有する周囲部
７０ｂ  凹部
７１  負極端子部
７２  正極端子部
７３  注液孔
７４  鉛ブッシング
７５  接続板
７６  上蓋
８０  端子の頭頂部
１０１  小電槽
１０２  スリット
１０３  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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