(57)【要約】【課題】複数のセルを直列接続したモジュールにおいて外部接続用の端子が同一方向となりモジュールを横断するような配線が発生せず、モジュール作成時においてはユニット間のバスバーの接続のみを実施することで、作業性の向上と接続ミスの削減を可能とした電池パックを提供する。【解決手段】３個の平板状のセル２ａ〜２ｃを平行に配置して３個ユニット１を構成し、各セル２ａ〜２ｃの上部に正極端子３と負極端子４とを設ける。第１のセル２ａの負極端子４と第２のセル２ｂの正極端子３間を斜め方向に配置された第１のバスバー５により、また、第２のセル２ｂの負極端子４と第３のセル２ｃの正極端子間はセルの長さ方向と直交する方向に配置された第２のバスバー６により接続する。２個の平板状のセル１２ａ，１２ｂを平行に配置して２個ユニット１１を構成し、各セル１２ａ，１２ｂの正極端子１３と負極端子１４を第２のバスバー１６により接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ正極端子と負極端子を有する３個のセルを平行に配置し、且つ電気的に直列接続してなる電池パックにおいて、
前記３個のセルのうち、２つのセルについては正極端子と負極端子とが同一方向に配置され、残る１つのセルについては他の２つのセルと反対方向に正極端子と負極端子が配置され、
直列接続する２つのセルのうち、正極と負極を同一方向に配置した２つのセルについては、斜め方向のバスバーにより隣接するセルの正極端子と負極端子とが接続され、
直列接続する２つのセルのうち、正極と負極を反対方向に配置した２つのセルについては、セルの長さ方向と直交するバスバーにより隣接するセルの正極端子と負極端子とが接続され、
外部配線接続用の正極端子と負極端子とが、平行に配置した３個のセルの同一方向に配置されていることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
それぞれ正極端子と負極端子を有する２個のセルが正極と負極を反対方向となるように配置され、これら２つのセルの正極端子と負極端子がセルの長さ方向と直交するバスバーにより接続されて、２つのセルが電気的に直列に接続されてなる２個ユニットが構成され、
この２個ユニットにおける外部配線接続用の正極端子と負極端子とが、平行に配置した２個のセルの同一方向に配置され、
この２個ユニットと請求項１に記載の３個ユニットがバスバーにより直列に接続され、この直列に接続された２個ユニットと３個ユニットから成る電池モジュールの外部配線接続用の正極端子と負極端子が電池モジュールの同一方向に配置されていることを特徴とする電池パック。
【請求項３】
前記ユニットを構成するセルが、ユニットごとに筐体内に収納されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
請求項１に記載の３個ユニットと請求項２に記載の２個ユニット、及び３つのセルを平行に配置して成る他の３個ユニットと、２つのセルを平行に配置して成る他の２個ユニットから構成された１０個のセルを直列接続した電池パックにおいて、
モジュールの両端に請求項１の３個ユニットと２個ユニットが位置するように、２つの２個ユニット同士と２つの３個ユニット同士が隣接して配置され、
各ユニットの端子間、及び請求項１の３個ユニットを構成するセルの端子間がバスバーによって接続されていることを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルを直列に接続して成る電池パックに関するものであって、特に、直列接続時に形成されるモジュール端子を外部に取り出す際の配線の短縮化を可能とした技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のセルを直列に接続することで高電圧の電池パックを構成することは、例えば、特許文献１に示すように知られている。しかし、従来の産業用電池パックや自動車用電池パックでは、体積効率を考えて立方体に近い構成にするため、直列時に発生するモジュール端子を外部に取り出すために長い配線が発生したり、直列数を製品によって変更する際には、その都度モジュール構成を見直す必要が生じる。
【０００３】
たとえば、図７は、全体を立方体に近い構成とした直列接続の一例であって、複数のセル５１を平行に配置して、各セル５１間をバスバー５２で接続したものである。このような従来技術では、モジュールの両端に正極端子５３と負極端子５４が位置するため両極からの配線の引出方向が異なり、両極の配線をまとめるためにはモジュールを横切った配線が必要となる共に、配線長Ｌも長くなる。
【０００４】
その上、電動アシスト自転車などのように電池パックの配置スペースに制限がある場合では、パック設置の都合上、直方体で平たいモジュールが要求され、長い配線は立方体に近い構造に比べ、体積効率を著しく低下させる。例えば、図８に示す電動アシスト自転車に使用される電池パックでは、１０個の薄型のセル５１がバスバー５２を利用して直列に接続され、しかも、その厚さも３セル程度までに制限されている。
【０００５】
その結果、直列接続されたモジュールの端子から外部に電力を取り出すには、モジュールの端部に位置する正極端子５３と負極端子５４に配線を接続することになり、モジュールを横断するような長い配線長Ｌが必要となる。また、各セル間の接続抵抗を低減するには剛性の高いバスバーなどの導電部材を使用することが望ましいが、複数のバスバーを１本ずつ交差することがないように、しかも、ばらばらに用意された個々のセルに対して接続することは面倒な作業であり、接続ミスも発生する問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２０００１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、従来技術においては、個々の電池セルを１つずつバスバーで直列接続するため、接続の作業性が低く、接続ミスも生じやすいと共に、直列接続したモジュール両端の端子から外部に電力を引き出していたため、配線長が長くなる問題点があった。
【０００８】
本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、バスバーによって接続された複数のセルをユニット化し、このユニットを他のユニットあるいはセルと組み合わせて接続して電池モジュールを構成することにより、複数のセルを直列接続したモジュールにおいても外部接続用の端子が同一方向となりモジュールを横断するような配線が発生せず、また、モジュール作成時においてはユニット間のバスバーの接続のみを実施することで、作業性の向上と接続ミスの削減を可能とした電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、それぞれ正極端子と負極端子を有する３個のセルを平行に配置し、且つ電気的に直列接続してなる電池パックにおいて、前記３個のセルのうち、２つのセルについては正極端子と負極端子とが同一方向に配置され、残る１つのセルについては他の２つのセルと反対方向に正極端子と負極端子が配置され、直列接続する２つのセルのうち、正極と負極を同一方向に配置した２つのセルについては、斜め方向のバスバーにより隣接するセルの正極端子と負極端子とが接続され、直列接続する２つのセルのうち、正極と負極を反対方向に配置した２つのセルについては、セルの長さ方向と直交するバスバーにより隣接するセルの正極端子と負極端子とが接続され、外部配線接続用の正極端子と負極端子とが、平行に配置した３個のセルの同一方向に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記の３個ユニットを２つのセルを直列に接続して成る２個ユニットと組み合わせて、配線接続用の端子を同一方向に配置したものも、本発明の一態様である。更に、これら３個ユニットと２個ユニットに加え、他のユニットを直列接続することで、より多くのセルを直列接続し、しかも、配線接続用の端子を同一方向に近接配置したものも、本発明の一態様である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電池モジュールの配線接続用端子を同一方向に近接配置できるので、モジュールを横切る配線が不要となる。また、複数のセルを備えた３個ユニットや２個ユニットを使用して、より多数のセルを有するモジュールを作製するので、多数のセルの接続作業が効率化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（１）第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図１乃至図３に従って具体的に説明する。
【００１３】
図１（Ａ）は、本実施形態の電池パックにおける３個ユニット１を示すものである。この３個ユニット１は、３個の平板状のセル２ａ〜２ｃをその長さ方向に沿って平行に配置したものであり、各セル２ａ〜２ｃの上部には、それぞれ正極端子３と負極端子４とが設けられている。この場合、第１と第２のセル２ａ，２ｂについてはその正極端子３と負極端子４が同じ方向に配置され、第３のセルについては正極端子３と負極端子４が反対方向に配置されている。
【００１４】
第１のセル２ａの負極端子４と第２のセル２ｂの正極端子３間は斜め方向に配置された第１のバスバー５により、また、第２のセル２ｂの負極端子４と第３のセル２ｃの正極端子間はセルの長さ方向と直交する方向に配置された第２のバスバー６により接続されている。これにより、第１のセル２ａから第３のセル２ｃが直列に接続され、しかも、第１のセル２ａの正極端子３と第３のセル２ｃの負極端子４が同じ方向に配置されている。
【００１５】
図２（Ａ）は、本実施形態の電池パックにおける２個ユニット１１を示すものである。この２個ユニット１１は、２個の平板状のセル１２ａ，１２ｂをその長さ方向に沿って平行に配置したものであり、各セル１２ａ，１２ｂの上部には、それぞれ正極端子１３と負極端子１４とが設けられている。この場合、第１と第２のセル１２ａ，１２ｂの正極端子１３と負極端子１４は反対方向に配置されている。
【００１６】
第１のセル１２ａの負極端子１４と第２のセル１２ｂの正極端子１３間は、セルの長さ方向と直交する方向に配置された第２のバスバー１６により接続されている。これにより、第１のセル１２ａと第２のセル１２ｂが直列に接続され、しかも、第１のセル１２ａの正極端子１３と第２のセル２ｂの負極端子１４が同じ方向に配置されている。
【００１７】
なお、図１及び図２に示す３個ユニット１と２個ユニット１１については、外部の配線を接続する正極端子と負極端子の位置を対称形に配置したものも、本実施形態の一態様である。その構成を、それぞれ図１（Ｂ）と図２（Ｂ）に示す。更に、２個ユニット１１については、図２（Ａ）（Ｂ）の実施形態では、前記３個ユニット１１と同一の外径寸法を得るために、２つのセル１２ａ，１２ｂがセル１個分の間隔を保って配置したが、図２（Ｃ）のように２つのセルを近接配置して、３個ユニット１の２／３の幅寸法とすることも可能である。なお、図示しないが、図２（Ｃ）の正極、負極端子の位置を対称形に配置したものも、本実施形態の一態様である。
【００１８】
また、これら図１（Ａ）（Ｂ）及び図２（Ａ）（Ｂ）に示す各ユニットについては、図中一点鎖線で示すように、筐体３０内に収容しておくことが望ましい。その場合、筐体３０からは、外部配線接続用の正極端子及び負極端子のみを露出させ、他の端子やセル間を接続するバスバーについては、筐体内に収めておくことが望ましい。また、図示しないが、この筐体３０の外部には、接続用の係合部（爪とそれを引っかける凹部など）を設けておくこともできる。
【００１９】
本実施形態の電池パックは、前記のような３個ユニット１及び２個ユニット１１を組み合わせてなるものである。図３は、３個ユニット１を１つ、２個ユニット１１を２つ組み合わせることで、８個のセルを直列接続したものである。この場合、図１（Ａ）に示す３個ユニット１と、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す２個ユニット１１を隣接して配置し、これら各ユニット１，１１の正極端子負極端子を外部接続用のバスバー３１，３２によって接続することにより、７個の電池セルが直列に接続された電池モジュールを得ることができる。
【００２０】
この図３の電池モジュールでは、７個の電池セルが体積が小さな立方体状に集約して配置されているが、モジュールの両端に設けられた外部配線接続用の正極端子と負極端子は、モジュールの同一方向に配置されている。その結果、前記図７に示した従来技術のように、モジュールを横切って配線を行う必要がない利点がある。しかも、７個のセルを直列に接続する場合に、予め用意された３つのユニットを２本の外部配線用のバスバー３１，３２によって接続すれば良いので、接続作業が容易になり、ミスも防止できる。更に、前記のように筐体３０に接続用の係合部を設けておけば、ユニット間の位置ズレもなく、外部接続用バスバーの取り付け作業も精度良く実施できる。
【００２１】
（２）第２実施形態
図４は、前記図１及び図２に示す３個ユニット１と２個ユニット１１に加え、同じく３個あるいは２個のセルを筐体３０内に収納して成る他の３個ユニット１’と２個ユニット１１’を使用して、１０個のセルを直列に接続したものである。
【００２２】
この実施形態において、他の３個ユニット１’は、図１の３個ユニット１と同様に、隣接するセルの正極端子と負極端子を接続する斜めのバスバー３４を備えているが、他の正極端子または負極端子はユニット内のセル同士を接続するものではなく、他のユニットの端子に対し外部接続用バスバーにより接続されるものである。同様に、他の２個ユニット１１’は筐体３０内に２つのセルを収納したものであるが、隣接するセル同士を接続するバスバーは持たず、他のユニットの端子に対し外部接続用バスバーにより接続されるものである。
【００２３】
本実施形態では、前記のような４種類のユニットを、２個ユニット１１、２個ユニット１１’、３個ユニット１’及び３個ユニット１の順で、セル３個分の厚さが最大幅となるように細長く配置し、隣接するユニット間の正極端子と負極端子を外部接続用バスバー３３によって接続することで、電池モジュールを形成している。
【００２４】
このような構成の第２実施形態によれば、モジュールの端部に図１に示す３個ユニット１と図２に示す２個ユニット１１とを配置すると共に、その間に配置する他の３個ユニット１’及び２個ユニット１１’のセルの方向と外部接続用バスバー３３，３４の接続構造を工夫することにより、電池モジュールに接続する正極側と負極側の配線の位置を近接することができ、配線長の短縮及び配線がモジュールを横切るような不都合の解消が可能となる。また、予め用意された３個ユニット１及び２個ユニット１１を使用することにより、接続作業の簡易化、接続ミスの削減も前記図３の実施形態と同様に期待できる。
【００２５】
（３）他の実施形態
本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、次のような他の実施形態も包含するものである。
【００２６】
(1) ３個ユニットと２個ユニットを必ず組み合わせて使用する必要はなく、モジュールが必要とするセル数によっては、複数の３個ユニットのみを組み合わせてモジュールを形成する。例えば、図４の実施形態において、最も左に位置する２個ユニット１１を除けば、８個のセルによって配線用の端子を近接配置したモジュールを得ることができ、３個ユニット１と３個ユニット１’のみを組み合わせれば、６個のセルで同様な作用効果が期待できる。
【００２７】
(2) 図４の実施形態における他の３個ユニット１’では、隣接するセルを斜めの外部接続用バスバー３４により接続したが、この外部接続用バスバー３４の代わりに、図１の３個ユニット１と同様に、予め斜めの内部接続用バスバー５によって接続しておくこともできる。その場合、モジュールの作成時に、筐体３０内に収納されているセル同士の端子を接続する作業が不要となり、作業効率が向上する。
【００２８】
(3) 図１（Ｃ）に示すように、斜め方向の内部接続用バスバー５が、３つのセルの両側に位置するセル同士を接続する。この実施形態においては、内部接続用バスバー５が長くなるものの、３個ユニット１に接続する配線をより近接させることができる。
【００２９】
(4) 図５に示すように、２つの３個ユニット１と３つの２個ユニット１１を接続して電池モジュールを構成したり、図６に示すように、４つの３個ユニット１を接続して電池モジュールを構成することもできる。なお、図６の接続構成は、４つの２個ユニットを接続して電池モジュールを構成する場合にも、同様に採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明における３個ユニットの一例を示す平面図。
【図２】本発明における２個ユニットの一例を示す平面図。
【図３】本発明の３個ユニットと２個ユニットにより構成した電池モジュールの一例を示す平面図。
【図４】本発明の３個ユニットと２個ユニットに、他の３個ユニットと２個ユニットを組み合わせて１０セルを直列接続したモジュールの一例を示す平面図。
【図５】２つの３個ユニットと、３つの２個ユニットを接続して成る電池モジュールの一例を示す平面図。
【図６】４つの３個ユニットを接続して成る電池モジュールの一例を示す平面図。
【図７】従来の電池モジュールの一例を示す平面図。
【図８】従来の電池モジュールの他の例を示す平面図。
【符号の説明】
【００３１】
１，１’…３個ユニット
２ａ〜２ｃ…セル
３…正極端子
４…負極端子
５，６…内部接続用バスバー
１１，１１’…２個ユニット
１２ａ，１２ｂ…セル
１３…正極端子
１４…負極端子
１６…バスバー
３０…筐体
３１，３２，３３，３４…外部接続用バスバー
【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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