(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記から成る電池モジュール：
それぞれは、複数の単電池を接続部材を介して直列に接続して成る２本の棒状体が、互いに極性を逆にして平行配列されている；
各棒状体の一方の端面には、両棒状体を電気的に接続する電気接続構造が形成されている；そして、
各棒状体の間には、各棒状体の長手方向における同じ箇所に形成されている少なくとも１個の単電池接続部を囲撓して、各棒状体を連結するための治具が架設されている。
【請求項２】
請求項１の電池モジュールにおいて、
前記各棒状体を連結するための治具は、２つ割構造になっている。
【請求項３】
請求項１または２の電池モジュールにおいて、
前記各棒状体を連結するための治具が前記単電池接続部を囲撓する面には、弾性体が設けられている。
【請求項４】
請求項１の電池モジュールにおいて、
前記電気接続構造の構成材料は、銅、銅を主体とする金属、アルミ合金、または、鉄にニッケルのめっきを施したものである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は電池モジュールに関し、更に詳しくは、全体の形状がＵ字形状をしているので端子への接続作業などを一方向から行うことができ、また、モジュールとしての剛性も大きいので振動などの外力を受けたときの損壊が起こりづらく、更には固有振動数も高いので外部からの振動に共鳴して破損することもなく、例えば電気自動車の駆動電源として好適な電池モジュールに関する。
【０００２】
最近、各種の電動工具や電動アシスト自転車、更には電気自動車などの駆動電源としてニッケル・水素二次電池などの使用が検討されている。その場合、例えば電気自動車では１００〜３００Ｖの出力電圧が必要になる。
そのため、通常は、複数個の単電池を直列に接続して電池モジュールを組み立て、この電池モジュールの複数本を互いに直列に接続し、これら電池モジュールを支持板などで支持した状態で容器内に収容して所望出力電圧のパック構造にしている。
【０００３】
この電池モジュールの１例を第１図に示す。この電池モジュールＡは、５個の単電池１を直列に接続したものであり、全体は１本の棒状体になっている。なお、この棒状体全体を熱収縮チューブで被覆することにより、絶縁を主たる目的にしつつ全体の強度を高めることもある。そして、各単電池１の接続部２は、概ね、次のような構造になっている。
【０００４】
それを、分解断面図である第２図に基づいて説明する。
まず、大径部と小径部を有する段差構造の皿形状をしていて、導電材料から成る接続部材２Ａと、リング形状をし、絶縁材料から成る介装部材２Ｂを用意する。ここで、接続部材２Ａの大径部における上部開口は接続すべき単電池の缶底部１ｂを挿入できる径になっていて、また小径部には接続すべき単電池の正極端子１ａを挿入できる貫通孔２ａが形成されている。
【０００５】
一方、介装部材２Ｂには、上記した接続部材２Ａの小径部を挿入できる貫通孔２ｂが形成されている。
単電池１の接続に際しては、まず単電池１の上面に介装部材２Ｂを配置し、更にその上に接続部材２Ａを配置する。介装部材２Ｂは単電池の上部周縁部１ｃの上に位置し、単電池の正極端子１ａは貫通孔２ｂと貫通孔２ａを通って接続部材２Ａの小径部に挿入されてそこに突出し、同時に、小径部の底面は単電池の正極端子を備えた正極板１ｄと接触する。
【０００６】
なお、小径部の深さは、上記した配置態様をとったときにその底面が上記正極板１ｄと接触するような寸法に予め設計されている。
ついで、接続部材２Ａの小径部と単電池の正極端子を備えた正極板１ｄの間で抵抗溶接を行って、接続部材２Ａを単電池１の上部に固定配置すると同時に両者を電気的に接続する。
【０００７】
ついで、接続部材２Ａの大径部の中に単電池１の缶底部１ｂを配置し、この状態で、接続部材２Ａの大径部の側面と単電池１の缶底部１ｂの間で抵抗溶接を行って、単電池１を接続部材２Ａの大径部に固定配置すると同時に両者を電気的に接続する。
このようにして、２個の単電池１，１は接続部材２Ａを介して互いに機械的に接続され、同時に電気的にも接続される。なお、介装部材２Ｂは、例えば電池モジュールの全体に曲げなどの力が加わったときに上の単電池が傾いて下の単電池と接触したときに発生するショート現象を防止するために設けられている。
【０００８】
ところで、第１図で示した従来の電池モジュールＡには次のような問題がある。
（１）まず、全体がＩ字状の棒状体であり、また単電池の接続部２は、上記したように、抵抗溶接による点接続構造になっているので、その強度はそれほど高いとはいえず、そのため、外部からの力、とりわけ曲げの力に対しては弱いという問題である。
【０００９】
したがって、例えばこの電池モジュールＡを例えば合成樹脂製などの容器に収容してパック構造を組み立てるときに、曲げを与えないような慎重な作業を必要とするし、また組み立てたパック構造に何らかの外力が加わった場合には電池モジュールＡが折損するなどの事故を起こすこともあった。
（２）また、この電池モジュールＡの場合、単電池を直列に接続して成る棒状体の両端が正極端子と負極端子になっている。したがって、容器に収容してパック構造を組み立てる際に、これら端子への他の部材の接続作業は２方向から行うことになる。またその接続作業を１人で行う場合には作業場所を移動することが必要になる。そして２人で接続作業を行えば、モジュール組立時の生産性は低下する。
【００１０】
（３）更には、この電池モジュールＡを容器に収容したパック構造を電気自動車などの駆動電源として用いる場合、この電池モジュールＡの固有振動数が低いため、電気自動車自身の振動や外部からの振動などに共鳴して大きな振動が誘発され、その結果、電池モジュールＡが破損するなどの事故を起こすこともあった。
【００１１】
そのため、上記した問題を回避するために、電池モジュールに対しては、例えば自動車搭載の各部品に対しては日本工業規格の自動車部品振動試験方法（ＪＩＳ  Ｄ１６０１）による振動数範囲を５〜１００Hzに設定して試験が行われているが、このことを考えると、上記周波数領域を回避して固有振動数が１００Hzを超えていることが必要になる。
【００１２】
本発明の目的は、従来の電池モジュールＡにおける上記した問題を解決し、モジュール全体の剛性が大きく、また端子への接続作業は一方向から行うことができ、更には固有振動数が高いので振動を受けたときの共鳴により破損することもない新規な構造の電池モジュールを提供することである。
上記した目的を達成するために、本発明においては、
下記から成る電池モジュール：
それぞれは、複数の単電池を接続部材を介して直列に接続して成る２本の棒状体が、互いに極性を逆にして平行配列されている；
各棒状体の一方の端面には、両棒状体を電気的に接続する電気接続構造が形成されている；そして、
各棒状体の間には、各棒状体の長手方向における同じ箇所に形成されている少なくとも１個の単電池接続部を囲撓して、各棒状体を連結するための治具（以下、連結治具という）が架設されている、が提供される。
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の電池モジュールを詳細に説明する。第３図は本発明の電池モジュールの１例Ｂ１を示す斜視図であり、第４図はその平面図である。
この電池モジュールＢ１では、５個の単電池１を直列に接続して成る、２本の棒状体３Ａ，３Ｂが用いられている。その場合、各棒状体における単電池１の接続部２の構造は格別限定されるものではないが、ここでは、第２図で示したような接続構造であるものとする。
【００１４】
棒状体３Ａ，３Ｂは互いの横手方向の間に若干の隙間を形成した状態で、かつ互いの極性を逆にした状態で平行配列されている。したがって、各棒状体における単電池接続部２は、互いに棒状体３Ａ，３Ｂの長手方向で略同じ箇所に位置することになる。
そして、各棒状体の一方の端面には後述する電気接続構造が形成されることにより棒状体３Ａと棒状体３Ｂは直列に電気的に接続され、かつ全体としてはＵ字形状になっている。
【００１５】
また、棒状体３Ａと棒状体３Ｂにおけるそれぞれの単電池接続部２のうち少なくとも１箇所（図では２箇所）の単電池接続部の間には、当該単電池接続部２を囲撓する状態で後述する連結部材５が架設され、そのことにより、棒状体３Ａと棒状体３Ｂに対する補強対策が採られている。
したがって、この電池モジュールＢ１の場合、棒状体３Ａの端子（仮に正極端子とする）３ａと棒状体３Ｂの端子（負極端子）３ｂは同じ方向に位置していることになり、これら端子への接続作業は一方向から行うことができる。
【００１６】
ここで、電気接続構造４の１例につき、その組み立て方法を分解断面図である第５図に則して説明する。
第５図において、棒状体３Ｂの単電池１の正極側の端部には、導電性材料から成る皿状治具４Ａが、正極端子１ａと、この正極端子を備えている正極板１ｄとに接触した状態で配置される。そして、この皿状治具４Ａの中心部には、単電池１の正極端子１ａと同形状の凸部４ａが形成されている。
【００１７】
なお、この皿状治具４Ａの外径は、治具４を単電池１の正極側の端部に配置したときに、単電池の上部周縁部１ｃの内壁との間で若干のクリアランスが形成されるような寸法になっている。
そして、正極端子１ａ，正極板１ｄと治具４Ａとの間で抵抗溶接を行って当該治具４Ａが単電池１の正極側端部に固定配置される。
【００１８】
ついで、絶縁材料から成り、内径は上記治具４Ａの外形より若干大径で、また肉厚は前記クリアランスの幅と略同じで、しかも側部には外方へ張り出すつば部４ｂが形成されているリング状治具４Ｂが、前記クリアランスに嵌め込まれた状態で配置される。したがって、この治具４Ｂは、そのつば部４ｂが単電池の上部周縁部１ｃで支持された状態になり、またその壁部は治具４Ａと上部周縁部１ｃとのクリアランスの中に位置しているので、単電池１の間のショートを防止する。
【００１９】
一方、銅などの導電材料から成るブスバ構造体４Ｃが用意される。このブスバ構造体４Ｃの一方の端部４ｃは、治具４Ａの内径と略同径になっていてその中央部には治具４Ａの凸部４ａと略同じ形状をした凹部４ｄが形成されており、また他の端部４ｅには、内径が棒状体３Ａにおける単電池１の缶底部１ｂと略同径である皿状体４ｆが抵抗溶接により固定配置されている。
【００２０】
そして、このブスバ構造体４Ｃの端部４ｃを治具４Ａの中に、また、皿状体４ｆの中に棒状体３Ａの単電池１の缶底部１ｂをそれぞれ嵌め込むことにより、棒状体３Ａと棒状体３Ｂを電気的に接続する電気接続構造４が形成される。
なお、本発明の電池モジュールにおける電気接続構造は上記した態様に限定されるものではなく、各棒状体の端子３ａ，３ｂにブスバ構造体を架設し、そのブスバ構造体をボルトなどの手段で前記端子３ａ，３ｂに締結するなどの態様を採用することもできる。また、他の導電材料としては、真鍮など銅を主体とする金属，アルミ合金，鉄にニッケルめっきを施したものを使用することができる。
【００２１】
次に、棒状体の間に架設される連結部材５について説明する。
第６図に連結部材の１例５Ａを示す。この連結部材５Ａは、両側が曲面形状になっている所望厚みのブロック材に、所定の間隔を置いて２個の貫通孔５ａ，５ｂが形成されたものである。
ここで、貫通孔５ａ，５ｂの孔径は、前記した棒状体３Ａ，３Ｂの外径と略同じになっており、また、貫通孔５ａ，５ｂの間の部分５ｃは、第４図で示した棒状体３Ａと棒状体３Ｂの横手方向における間隔と同じになっていて各棒状体を一定間隔で配列するためのスペーサ部になっている。
【００２２】
第３図で示した電池モジュールＢ１の組み立てに際しては、まず、連結部材５Ａの貫通孔５ａ，５ｂに棒状体３Ａと棒状体３Ｂをそれぞれ挿通する。そして、連結部材５Ａを棒状体における単電池接続部２の位置に配置すればよい。
単電池接続部２は貫通孔５ａ，５ｂで囲撓され、また、棒状体３Ａ，３Ｂには、この連結部材５Ａが架設された状態となり、両棒状体は所定の間隔を置いて保持される。そして、棒状体に曲げの力が加わった場合でも、この連結部材５Ａによって棒状体の曲がりが抑制され、もって電気接続構造４を支点とする折損が有効に防止されることになる。
【００２３】
なお、連結部材５Ａの厚みは、単電池接続部２の幅と同等かそれよりも若干大きくなるような寸法にすることが好ましい。連結部材５Ａの貫通孔５ａ，５ｂは単電池接続部２を完全に囲撓していわば単電池接続部２を保護することになるので、単電池接続部２で互いに接続されている２個の単電池の間における位置ずれや曲がりなどの変形を一層有効に抑制できるからである。
【００２４】
更に、この連結部材５Ａにおいて、その上面５ｄと下面５ｅは平面になっていることが好ましい。このような連結部材５Ａを用いて組み立てた電池モジュールＢ１の場合、この平面の上に、直接、上記平面を重ね合わせて複数の電池モジュールを順次積み上げていくことができるからである。すなわち、第１図で示した従来の電池モジュールを合成樹脂製などの容器に収容したパック構造の場合には必要であり、電池モジュールの保持も兼ねた支持板（図示せず）が不要になり、パック構造の組立が容易になるからである。
【００２５】
また、この連結部材５Ａの上記平面部分に互いに嵌合する凹凸を設け、それら凹凸の嵌め込み構造を形成すると、上記した電池モジュールの積み上げとそれらの支持構造を確実に実現できるので好適である。
第７図に別の連結部材５Ｂを示す。
この連結部材５Ｂは２つ割構造になっていて、上部材５Ｂ1と下部材５Ｂ2のそれぞれには、両者を合体すると棒状体３Ａ，３Ｂの直径と略同径の円を造形する半円形曲面が２個形成されている。そして、上部材５Ｂ1には例えばビス穴５ｆが形成され、下部材５Ｂ2にも上部材と同位置にビス穴が形成され、両部材を合体したのちこのビス穴にビスを通して両者を固定できるようになっている。
【００２６】
この連結部材５Ｂを棒状体３Ａと棒状体３Ｂの間に架設するに際しては、第７図で示したように、各棒状体の単電池接続部の位置に上部材５Ｂ1と下部材５Ｂ2を対向配置し、両者を合体し、ビス穴５ｆにビスを通して両者を固定すればよい。
棒状体３Ａと棒状体３Ｂは、上部材と下部材の半円形曲面が形成する円形の貫通孔で囲撓され、これら上・下各部材によって構成される連結部材５Ｂが架設され、ここに、第３図で示した電池モジュールＢ１が組み立てられる。
【００２７】
このような構造の連結部材５Ｂを用いると、棒状体の直径と上記貫通孔の孔径とが若干異なっていても、両部材を合体したのちのビス止め作業時における締め具合を調節することにより、棒状体の単電池接続部を確実に囲撓した状態で両棒状体の間に連結部材を架設することができるので好適である。例えば、棒状体に熱収縮チューブをかぶせた場合であっても、この連結部材５Ｂを用いれば、容易にこれら棒状体に架設することが可能になる。
【００２８】
また、この連結部材５Ｂを用いた場合、棒状体を固定する他の方法としては、連結部材５Ｂの中央部に位置するビスの代わりに上部材５Ｂ1と下部材５Ｂ2を合体する両側端を固定する方法、例えば一方の側端に蝶番などを設けて固定し、他方の側端の上部材５Ｂ1または下部材５Ｂ2のいずれか一方にフックを設けて他方にそれを懸架して固定する方法や、上部材５Ｂ1または下部材５Ｂ2のいずれか一方の両側端にフックを設け、残るもう一方に当該フックを懸架して固定する方法などをあげることができる。
【００２９】
なお、連結部材５Ａの貫通孔５ａ，５ｂの内側部分や、連結部材５Ｂの上部材５Ｂ1と下部材５Ｂ2における半円形曲面の部分、すなわち、連結部材の棒状体に対する囲繞面にゴムのような弾性体を設けておくと、この弾性体が連結部材と棒状体との隙間を確実に塞いで、架設後における連結部材と棒状体とのガタつきを防止することができるので好適である。
【００３０】
第８図に、本発明の別の電池モジュールＢ２を示す。この電池モジュールＢ２の場合は、３本の単電池１を直接に接続して１本の棒状体３Ａ，３Ｂを構成し、各棒状体を前記した電気接続構造４で接続し、更に全ての（この場合は２箇所）の単電池接続部を囲撓して連結部材５を架設したものである。
この電池モジュールＢ２は、全ての単電池接続部が連結部材５で固定された状態になっているので、電池モジュールＢ１に比べても全体の剛性は大きく、耐折損性という点では高い信頼性を備えている。
【００３１】
このように、本発明の電池モジュールは、棒状体の間に連結部材が架設されたＵ字形状になっているので、端子との接続作業は一方向から行うことができるだけではなく、連結部材が２本の棒状体を確実に保持しており、そのため、例えば外部からの振動を受けても共振して破損することが抑制された構造になっている。
【００３２】
実施例
直径３２mm，高さ５０mmの単電池を５本用いて全長が２７０mmの棒状体３Ａ，３Ｂを形成し、更にこれらを用いて第３図で示した電池モジュールＢ１を組み立てた。このとき、棒状体３Ａ，３Ｂの相互の間隔は４１mmにした。
この電池モジュールＢ１に対し、下記のようにして固有振動数を測定した。固有振動数の測定は次のようにして行った。
【００３３】
電池モジュールＢ１の電気接続構造の中央部を紐で吊るし、２本の棒状体のうちのどちらか一方の先端部分の単電池に加速度センサーを取り付け、これら両端を自由支持した状態においてハンマーで電池モジュールＢ１を打撃し、そのときの固有振動数を加速度センサーで測定した。
なお、比較のために、第１図で示した従来の電池モジュールＡについても同様の条件で固有振動を測定した。
【００３４】
電池モジュールＢ１の固有振動数は１２０Hz、電池モジュールＡの固有振動数は８５Hzであった。
この結果から明らかなように、電池モジュールＡ（比較例）の固有振動数が８５Hzであったことに対し、本発明の電池モジュールＢ１（実施例）の固有振動数は１００Hzを超えており、そのため、本発明の電池モジュールＢ１は、電気自動車自身の振動や外部からの振動などと共鳴して共振することもなく、破損を起こさない電池モジュールになっている。
【００３５】
本発明の電池モジュールは、全体形状がＵ字形状になっているので、端子などへの接続作業を一方向から行うことができ、実使用時の取り扱い性が優れており、単電池を接続して成る棒状体の間には、その単電池接続部を囲撓した状態で連結部材が架設されているので、単電池接続部は連結部材で補強されていることになり、曲げの力に対する耐性も良好で全体として大きな剛性を備えている。
【００３６】
したがって、振動の激しい使用分野、例えば電気自動車や電動工具の駆動電源として実使用した場合でも、その振動によって共振することがなく、もって折損などの事故を起こしづらい。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の電池モジュールの１例を示す平面図；
第２図は単電池の接続部を示す分解断面図；
第３図は本発明の電池モジュールの１例Ｂ１を示す斜視図；
第４図は電池モジュールＢ１の平面図；
第５図は電池モジュールＢ１の電気接続構造を示す分解断面図；
第６図は連結部材の１例５Ａを示す斜視図；
第７図は他の連結部材５Ｂを示す正面図；そして、
第８図は本発明の別の電池モジュールＢ２を示す斜視図である。
【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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