(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極を兼ねる有底筒状の電池ケースと、前記電池ケースの開口部に対し電気絶縁状態で閉塞して他方の電極を兼ねる封口体とを有するとともに、前記封口体の外周近傍箇所に電池軸方向外方に突出するリング状の接続電極部が形成された単電池を複数個備え、
前記各単電池が各々の電池軸が平行となる配置で並置されると共に、導電接続すべき隣接単電池がその電池軸方向の向きが反対となるように配され、
平板状の接続板が、隣接する各２個のうちの一方の前記単電池の前記接続電極部と他方の前記単電池の前記電池ケースの底面とに架け渡す状態に載置されて、前記接続電極部と前記電池ケースの底面部との各々の互いに近接する箇所に溶接により接続され、
かつ電池ケースの底面部の中央部に、内方に向け凹む凹部が形成され、
接続板の一方側が、前記電池ケースの底面部における凹部の外側部分の隣接する単電池寄りの箇所に溶接されていることを特徴とする電池間接続構造。
【請求項２】
接続板は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉの三層のクラッド材により平板状に形成されている請求項１に記載の電池間接続構造。
【請求項３】
隣接する各２個の単電池は、少許の間隙で近接対向して配置された同一形状の一対の接続板が架け渡された状態で各々の両側部分がそれぞれ溶接されて、この両接続板を介して電気的に接続されている請求項１または２に記載の電池間接続構造。
【請求項４】
接続板は、隣接する２個の単電池との各接触箇所における少なくとも互いに近接する箇所に絞り薄肉部が形成されているとともに、前記絞り薄肉部がレーザー溶接またはビーム溶接されて前記両単電池に溶着されている請求項１または２に記載の電池間接続構造。
【請求項５】
単電池の電池軸方向の長さとほぼ等しい厚みのほぼ直方体の外形を有し、円筒形の前記単電池の外径とほぼ等しい一辺を有する平面視正方形の形状で前記厚み方向に貫通する複数の電池収納部が一列または複数列に形成された合成樹脂製のホルダーケースを有し、
前記各電池収納部に個々に挿入された前記各単電池のうちの隣接する各２個の前記単電池が、請求項１ないし４の何れかに記載の電池間接続構造によって電気的に接続され、且つ機械的に連結され、
前記ホルダーケースの厚み方向の両側の開口部がこれに固着された蓋部材でそれぞれ閉塞され、
前記各蓋部材に、前記単電池と前記電池収納部の隔壁との間の空隙および接続板と前記隔壁との間の空隙にそれぞれ対応する箇所に前記各空隙に対応する形状の放熱用孔が形成されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項６】
ホルダーケースの厚み方向の両側における各接続板と各蓋部材との各間に、単電池と電池収納部の隔壁との間の空隙および前記接続板と前記隔壁との間の空隙にそれぞれ対応する箇所に前記各空隙に対応する形状の放熱用孔および放熱用切欠きが形成された弾性体シートがそれぞれ介在されている請求項５に記載の電池モジュール。
【請求項７】
ホルダーケースの電池収納部は、平面視正方形の形状に代えて、対向する第１の２辺が単電池の外径にほぼ等しく、他の対向する第２の２辺が前記第１の２辺よりも大きい平面視長方形の形状に形成され、前記第２の２辺の各々の内面に、各々の先端間の距離が前記単電池の外径とほぼ等しくなるよう設定された一対の支持リブがそれぞれ突設されている請求項５または６に記載の電池モジュール。
【請求項８】
ホルダーケースには、電池収納部の配設方向の一端部または両端部に外部接続用の正極端子および負極端子が、前記配設方向に対する両側部に連結部材がインサート成形によりそれぞれ設けられ、
前記正極端子および負極端子とこれらにそれぞれ隣接する単電池とが接続板により接続されている請求項５ないし７の何れかに記載の電池モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の電池モジュールのホルダーケースは、配設方向に対する両側部における厚み方向の一端側に連結部材が、且つ前記厚み方向の他端側に取付部材がそれぞれインサート成形により設けられ、
２個の前記電池モジュールのうちの一方に対し他方が厚み方向の向きを反転させた相対位置で重ね合わされているとともに、前記両電池モジュールが各々の連結部材を固定部材で連結して一体化されてなる電池モジュールユニットが複数個設けられ、
複数個の前記電池モジュールユニットが、並列に配置された状態で複数の外装プレートで周囲を被覆され、且つ前記取付部材を前記外装ケースに固定部材で固着して一体化され、
前記各電池モジュールの各々の外部接続用の正極端子および負極端子がバスバーによって電気的接続されて、各電池モジュールにそれぞれ内蔵の各単電池が直列接続されていることを特徴とする電池パック。
【請求項１０】
電池モジュールユニットを構成する２個の電池モジュールにおける各々の外側に位置する蓋部材に、前記両電池モジュールの重合方向の外方へ延びる複数の支持脚突部が一体に突設され、
複数の外装ケースに、前記各電池モジュールユニットの各々の前記支持脚突部をこれの先端が当接する相対位置で収納する挿入凹所と、この挿入凹所の側部に設けられて前記電池モジュールユニットの取付部材が接触状態で固着される取付面とを有し、
複数の前記外装ケースを相互に連結する連結プレートに、多数の通風孔が形成されている請求項９に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の単電池を接続して所要の出力電圧の電池モジュールを構成するための電池間接続構造およびその電池間接続構造を用いて構成される電池モジュール並びにその電池モジュールを多数個配列して電気的に接続し、且つ機械的に連結して構成される電池パックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の単電池を直列接続して所要の出力電圧を得る電池モジュールを構成するための電池間接続構造としては、特開平１０−１０６５３３号公報（以下、第１の従来技術という）、特開２０００−１２６７０３号公報（以下、第２の従来技術という）または特開２０００−１４９９０７号公報（以下、第３の従来技術という）にそれぞれ開示されたものが知られている。
【０００３】
上記第１の従来技術では、図１５に示すように、２個の電池Ｂ１，Ｂ２の間に配置した皿状の接続体３を、一方の電池Ｂ１の正極端子となる金属キャップ１が設けられた封口板１０と、他方の電池Ｂ２の負極端子となる電池ケース２とにそれぞれプロジェクション溶接して接続した構成になっている。すなわち、接続体３は、電池ケース２に外嵌する円筒部４と、封口板１０に当接する平面部７とを備えているとともに、円筒部４の内面と平面部７の下面とにおける同一半径上における９０°の等間隔の各位置にそれぞれプロジェクション溶接用突起８，９が形成されており、上記突起８，９を介してプロジェクション溶接することにより、接続体３の平面部７を、一方の電池Ｂ１における金属キャップ１と電気的接続された封口板１０に接続し、筒状部４を他方の電池Ｂ２の電池ケース２に接続している。一方の電池Ｂ１の電池ケース２と接続体３との間は絶縁リング１１によって電気的に短絡するのが防止されている。これにより、両電池Ｂ１，Ｂ２は、電気的に直列接続されるとともに機械的に連結されている。
【０００４】
図１６は従来の電池モジュール５を示したものである。この電池モジュール５は、所要の出力電圧を得るのに必要な個数（同図には６個の場合を例示）の単電池Ｂ１〜Ｂ６を上述の電池間接続構造によって直列接続することにより構成されている。
【０００５】
上記第２の従来技術は、第１の従来技術とほぼ同様の構成を有するものであり、第１の従来技術と異なる点は、第１の従来技術の接続体３とほぼ同様の皿状接続体の中央連結部（平面部）およびフランジ部（円筒部）にそれぞれ圧接凸部を設けて、その圧接凸部を介して皿状接続体を２個の単電池にレーザー溶接して接続する構成のみである。
【０００６】
上記第３の従来技術は、第１および第２の従来技術のような接続体を用いずに、複数の電池間を直接的に接続するものである。すなわち、電池ケースの開口部を閉塞する封口体に、電池軸外方に突出する接続電極部を形成し、隣接する２個のうちの一方の単電池の接続電極部を、これに設けた複数個のプロジェクション溶接用突起を介して他方の単電池の電池ケースの開口部とは反対側の底面部にプロジェクション溶接により直接連結して、複数の単電池を各々の電池軸方向に一列に並ぶ配置で直列接続するものである。
【０００７】
上記第１ないし第３の従来技術の電池間接続構造の何れかを用いて構成された電池モジュールは、多数本を電気的に直列接続して高圧電力を取り出せる電池パックに構成される。このような高圧電力を得る電池パックは、例えば、内燃機関と電池駆動モータとを組み合わせて走行源としたハイブリッドタイプの電気自動車の上記モータの駆動電源などに用いられる。この種の従来の電池パックとしては、特開平１０−２７０００６号公報（以下、第４の従来技術という）および特開２０００−２２３０９６号公報（以下、第５の従来技術という）にそれぞれ開示されたものが知られている。
【０００８】
上記第４の従来技術に係る電池パックは、上方が開口した方形状箱形となったプラスチック製ホルダーケースに、図１６に示したような電池モジュール５を複数列多段に配置して内蔵した構成になっている。ホルダーケースは、全体の外形が細長い円柱状となった電池モジュール５を挿入するための円形の貫通孔が両端壁に電池モジュールの収納数だけ形成されているとともに、電池モジュールを安定に保持するための中間壁が両端壁間にこれらと平行に設けられており、この中間壁にも円形の貫通孔が両単壁と同数だけ開口されている。電池モジュールは、両端壁と中間壁の各貫通孔に挿入してホルダーケースの定位置に保持されている。
【０００９】
また、上記第５の従来技術に係る電池パックは、複数の電池モジュールを平行な配置で内部に保持するホルダーケースを備え、このホルダーケースは、両面に配設された蓋ケースと、この両蓋ケースの間に配設された中間ケースとを備えている。さらに、ホルダーケースは、中間ケースの両面と蓋ケースの内面とに、電池モジュールを複数列複数段に並べて保持するためのホルダーリブが突設されているとともに、両面の蓋ケースと中間ケースとを連結して、ホルダーリブで複数列複数段の電池モジュールを両側から挟着して定位置に保持している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１の従来技術に係る電池間接続構造を用いて構成した電池モジュール５は、複数本の単電池Ｂ１〜Ｂ６をこれらの電池軸方向に並べて連結した細長い円柱状の外形となるので、全体の外径、長さおよび平行度を高い精度で作製するのが極めて困難である。また、プロジェクション溶接は、接続体３の円筒部４のプロジェクション溶接用突起８を円形の電池ケース２の外面に接触させた不安定な姿勢で行わなければならないために、電池モジュール５の歩留りの低下を招いている。しかも、溶接回数は、各単電池Ｂ１〜Ｂ６のうちの隣接する各２個間を１個の接続体３で接続する際に、電池ケース２と接続体３間がシリーズ溶接方式で４回と、接続体３と封口板１０間がシリーズ溶接方式で２回とが必要であり、この溶接回数の多さに伴って生産性が悪い。また、隣接する各２個の単電池間Ｂ１〜Ｂ６間には接続体３を介した経路を通って電流が流れるので、電流経路が長くなり、その長くなった分だけ電気抵抗が大きくなる。
【００１１】
さらに、接続体３および絶縁リング１１は隣接する各２個の単電池Ｂ１〜Ｂ６間毎に装着するので、部品コストが高くなるとともに、接続体３および絶縁リング１１の装着工程を要することから、生産性がさらに低下する。さらに、この電池モジュールは自動車や電動自転車などのように振動する環境で使用されることが多いが、これの単電池Ｂ１〜Ｂ６の連結構造では、単電池Ｂ１，Ｂ２間の曲げ強度が低く、且つ連結の機械的強度も不十分であるから、過酷な振動を受けたときに接続体３が破壊して単電池Ｂ１〜Ｂ２間の接続が外れ易い欠点がある。
【００１２】
また、第２の従来技術に係る電池間接続構造を用いて構成した電池モジュールは、第１の従来技術とほぼ同様の構成を有していることから、モジュールとしての外径、長さおよび平行度を極めて高い精度で作製するのが困難であり、レーザー溶接を不安定な状態で行うことから、歩留りが低く、溶接回数が多いのに伴って生産性が低く、接続体や絶縁リングを必要とするのに起因して部品コストが高くなり、且つ工数が多くなるのに伴って生産性がさらに低下し、過酷な振動を受けたときに接続体が破壊し易いという第１の従来技術と同様の欠点がある。しかも、この電池モジュールでは、接続体として、振動を受けたときにも破壊しないように厚みの大きなものを使用した場合に、封口体に応力が加わって封口体の気密性が損なわれるおそれがある。
【００１３】
さらに、第３の従来技術に係る電池間接続構造を用いて構成した電池モジュールは、第１および第２の従来技術の電池モジュールに比較して、接続体や絶縁リングが不要となり、且つ溶接回数も少なくて済むので、コストダウンできる利点がある。その反面、この電池モジュールは、単電池を直接溶接して連結することから必然的に、振動や側方からの衝撃を受けたときの機械的強度や曲げ強度が第１および第２の従来技術のものに比較してさらに低いので、電気自動車や電動自転車などの過酷な振動を受ける環境で使用する場合には、例えば、ホルダーケース内に極めて堅牢な保持形態で収容する必要があり、そのように構成した場合には、結局コスト高になってしまう。
【００１４】
一方、従来の電池パックは、上記第１ないし第３の従来技術に係る電池モジュールの何れかを所要本数だけ配列接続して構成されているが、上記第４の従来技術に係る電池パックでは、両端壁と中間壁の両方に貫通孔を有するホルダーケースの成形金型が、上記形状を形成する部分において簡単に脱型出来ないことから、複雑な構造となり、ホルダーケースの製造に手間がかかって製造コストが高くつく。また、電池モジュールは、電池間接続部分において接続体３および絶縁リング１１が電池ケース２の外方に出っ張る状態となって全体にわたり外径が一定でないから、ホルダーケースの両端壁と中間壁の各貫通孔を高精度に形成したとしても、全ての電池モジュールを貫通孔に隙間無く挿入して保持することができないので、電池モジュールをがたつきなく安定に保持できない。しかも、電池モジュールを小さな貫通孔に挿入して取り付ける作業は非常に手間がかかるので、生産性が悪い。さらに、電池モジュールの収納個数が変更された場合には、ホルダーケースを新たな成形金型で製作する必要があるので、さらに大きなコスト高となる。
【００１５】
また、第５の従来技術に係る電池パックでは、ホルダーケースを構成する蓋ケースと中間ケースの何れかに反りなどの変形が少しでも生じた場合に、全ての電池モジュールを均等に保持するのが困難となる。そこで、蓋ケースおよび中間ケースには、反りなどの変形を生じさせず、且つホルダーリブの形状およびホルダーリブ間の寸法を高精度に製作することが要求されるので、材料コストおよび製作コストが高くつく。
【００１６】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、容易な工程で安価に構成しながらも電気抵抗の低減を図れる電池間接続構造と、振動や衝撃に対しても強い堅牢な構成を備えた電池モジュールと、多数個の電池モジュールを容易に接続して所要の構成とできる電池パックとを提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電池間接続構造は、一方の電極を兼ねる有底筒状の電池ケースと、前記電池ケースの開口部に対し電気絶縁状態で閉塞して他方の電極を兼ねる封口体とを有するとともに、前記封口体の外周近傍箇所に電池軸方向外方に突出するリング状の接続電極部が形成された単電池を複数個備え、
前記各単電池が各々の電池軸が平行となる配置で並置されると共に、導電接続すべき隣接単電池がその電池軸方向の向きが反対となるように配され、平板状の接続板が、隣接する各２個のうちの一方の前記単電池の前記接続電極部と他方の前記単電池の前記電池ケースの底面とに架け渡す状態に載置されて、前記接続電極部と前記電池ケースの底面部との各々の互いに近接する箇所に溶接により接続され、かつ電池ケースの底面部の中央部に、内方に向け凹む凹部が形成され、接続板の一方側が、前記電池ケースの底面部における凹部の外側部分の隣接する単電池寄りの箇所に溶接されていることを特徴としている。
【００１８】
この電池間接続構造では、単なる平板状である接続板の両側部を、各々の電池軸が平行となる配置で並置された２個の単電池のうちの一方の単電池のリング状の接続電極部と他方の単電池の電池ケースの底面とに架け渡して支持された安定姿勢で溶接を行えるので、接合不良といった不具合が生じるおそれがなく、歩留りが大幅に向上する。また、接続板および接続電極部の間と接続板および電池ケースの底面の間とをそれぞれ接合するための溶接を合計２回行えばよく、溶接回数が大幅に削減して生産性が格段に向上する。さらに、単電池をこれらの電池軸を平行とした配置で並置し、かつ導電接続すべき隣接単電池をその電池軸方向の向きが反対となるように配したことにより、２個の単電池間における電流経路は、一方の単電池のリング状の接続電極部と他方の単電池の底面の外周部分との互いに近接した箇所とを結ぶ最短距離となり、電気抵抗を大幅に低減できる。
【００２０】
また電池ケースの底面部の中央部に、内方に向け凹む凹部が形成され、接続板の一方側が、前記電池ケースの底面部における凹部の外側部分の隣接する単電池寄りの箇所に溶接されている構成としているので、電池ケースの底面部と負極集電体との間に僅かな隙間を設けることができるから、電池ケースの底面部と接続板とを例えばプロジェクション溶接するときに底面部が熱影響によって内方に膨出する状態に変形しても、この変形する底面部が上記隙間の存在によって負極集電体や電極群に対し悪影響を及ぼすことがないので、所要の電池容量と安定した電池機能とを確保することができる。
【００２１】
上記発明の電池間接続構造において、接続板は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉの三層のクラッド材により平板状に形成されていることが好ましい。これにより、接続板は、中央のＣｕ層によって良好な導電性を確保しながらも、両面のＮｉ層を電池ケースの一般的な素材であるニッケルめっき鋼板に対し好適に溶接できるので、電気抵抗を一層低減でき、接続体での電力損失を最小に抑えることができる。
【００２２】
さらに、上記発明の電池間接続構造において、隣接する各２個の単電池は、少許の間隙で近接対向して配置された同一形状の一対の接続板が架け渡された状態で各々の両側部分がそれぞれ溶接されて、この両接続板を介して電気的に接続されている構成とすることもできる。
【００２３】
この構成によれば、一対の接続板を、例えば切欠きを有する単純な形状としても、この一対の接続板を近接対向して配置することで、両接続板の間に溶接時に必要な透孔やスリットと同じ形状を形作ることができるので、単純な形状の接続板を安価に大量生産できる。しかも、例えば、接続板を２個の電池にプロジェクション溶接して溶着する場合には、溶接時の無効分流を完全に無くすことができる大きな利点がある。
【００２４】
さらにまた、上記発明の電池間接続構造において、接続板は、隣接する２個の単電池との各接触箇所における少なくとも互いに近接する箇所に絞り薄肉部が形成されているとともに、前記絞り薄肉部がレーザー溶接またはビーム溶接されて前記両単電池に溶着されている構成とすることもできる。
【００２５】
この構成にれば、隣接する２個の単電池間の電流経路の距離を最短として電気抵抗を大幅に低減できるのに加えて、絞り薄肉部に光線を照射してレーザー溶接またはビーム溶接を行うことにより、十分な溶接強度を確保することができ、溶接の信頼性が向上する
本発明に係る電池モジュールは、単電池の電池軸方向の長さとほぼ等しい厚みのほぼ直方体の外形を有し、円筒形の単電池の外径とほぼ等しい一辺を有する平面視正方形の形状で前記厚み方向に貫通する複数の電池収納部が一列または複数列に形成された合成樹脂製のホルダーケースを有し、前記各電池収納部に個々に挿入された前記各単電池のうちの隣接する各２個の単電池が、上記各発明のうちの何れかの電池間接続構造によって電気的に接続され、且つ機械的に連結され、前記ホルダーケースの厚み方向の両側の開口部がこれに固着された蓋部材でそれぞれ閉塞され、前記各蓋部材に、前記単電池と前記電池収納部の隔壁との間の空隙および接続板と前記隔壁との間の空隙にそれぞれ対応する箇所に前記各空隙に対応する形状の放熱用孔が形成されていることを特徴としている。
【００２６】
この電池モジュールでは、合成樹脂製のホルダーケースの成形精度によって外形寸法が一義的に決定されて、組立工程を経たのちに寸法ばらつきなどが生じることがなく、形状的に高精度なものとなる。また、各単電池は、個々の電池収納部内に収納されることによって完全に電気絶縁された状態に保持されるので、従来の電池モジュールにおける絶縁リングや樹脂製外装チューブなどが不要となり、材料コストの低減と生産性の向上とを図ることができる。さらに、各単電池は、これの外周面の４箇所が電池収納部を形成する４つの隔壁に接触した状態で蓋部材で固定されるから、振動や衝撃を受けた場合にもがたつきなく確実に保持される。また、各単電池と電池収納部の隔壁との間に生じる空隙および接続板と電池収納部の隔壁との間に生じる空隙が両側の蓋部材の放熱用孔を介してホルダーケースの外部に連通されるので、ホルダーケースの一面側から各単電池の各々の周囲をそれぞれ通って他面側に貫通する放熱用通路が形成され、各単電池は、放熱用通路内を流通する風によって極めて効果的に冷却され、しかも、比較的多数個の単電池の全てを均等に冷却することができる。
【００２７】
上記発明の電池モジュールにおいて、ホルダーケースの厚み方向の両側における各接続板と各蓋部材との各間に、単電池と電池収納部の隔壁との間の空隙および前記接続板と前記隔壁との間の空隙にそれぞれ対応する箇所に前記各空隙に対応する形状の放熱用孔および放熱用切欠きが形成された弾性体シートがそれぞれ介在されている構成とすることが好ましい。
【００２８】
この構成によれば、弾性体シートの放熱用孔および放熱用切欠きによって各単電池のホルダーケースの外部に通じる放熱用通路を確保しながらも、ホルダーケースの外部から加わる衝撃や振動が弾性体シートで吸収されて各単電池に直接作用しないので、特に、電気自動車や電気自転車あるいは電動工具などの過酷な振動や衝撃が加わり易い環境下に装着して用いる場合においても、各単電池を保護した状態で確実に保持することができる。
【００２９】
また、上記発明の電池モジュールにおいて、ホルダーケースの電池収納部は、平面視正方形の形状に代えて、対向する第１の２辺が単電池の外径にほぼ等しく、他の対向する第２の２辺が前記第１の２辺よりも大きい平面視長方形の形状に形成され、前記第２の２辺の各々の内面に、各々の先端間の距離が前記単電池の外径とほぼ等しくなるよう設定された一対の支持リブがそれぞれ突設されている構成とすることもできる。
【００３０】
この構成によれば、支持リブの突出長分だけ単電池と電池収納部の隔壁との間の空隙の容積および接続板と隔壁との間の空隙の容積が共に拡大するのに伴って空隙を流通する風量が増大するから、単電池を一層効果的に空冷することができる。
【００３１】
さらに、上記発明の電池モジュールにおいて、ホルダーケースは、電池収納部の配設方向の一端部または両端部に外部接続用の正極端子および負極端子が、前記配設方向に対する両側部に連結部材がインサート成形によりそれぞれ設けられ、前記正極端子および負極端子とこれらにそれぞれ隣接する単電池とが接続板により接続されている構成とすることが好ましい。
【００３２】
この構成にれば、正極および負極端子並びに連結部材がインサート成形によりホルダーケースに一体に設けられているので、部品点数の削減に伴って組み立て工数が低減する。また、ほぼ直方体の外径を有するホルダーケースの外部にインサート成形された連結部材を一体に備えているので、所要個数の単電池を単に電池軸方向に直列接続しただけの従来の電池モジュールとは異なり、正極端子および負極端子を所定の電極端子に接続し、且つ連結部材を介して機器などの取付部に固定することにより、そのままで各種機器などの駆動電源として用いることも可能である。
【００３３】
本発明の電池パックは、上記正極端子および負極端子を備えた本発明の電池モジュールにおけるホルダーケースに、配設方向に対する両側部における厚み方向の一端側に連結部材が、且つ前記厚み方向の他端側に取付部材がそれぞれインサート成形により設けられ、２個の前記電池モジュールのうちの一方に対し他方が厚み方向の向きを反転させた配置で重ね合わされているとともに、前記両電池モジュールが各々の連結部材を固定部材で連結して一体化されてなる電池モジュールユニットが複数個設けられ、複数個の前記電池モジュールユニットが、並列に配置された状態で複数の外装プレートで周囲を被覆され、且つ前記取付部材を前記外装ケースに固定部材で固着して一体化され、前記各電池モジュールの各々の外部接続用の正極端子および負極端子がバスバーによって電気的接続されて、各電池モジュールにそれぞれ内蔵の各単電池が直列接続されていることを特徴としている。
【００３４】
この電池パックでは、電池モジュールがホルダーケースの成形精度で一義的に決定される極めて高精度な外形を有し、且つ比較的多数個の単電池がホルダーケース内に安定に収納保持されていることにより、その電池モジュール同士を固定ねじなどの固定部材による簡単な固定手段で容易に連結して電池モジュールユニットを構成することができるとともに、複数の電池モジュールユニットを、これの回りに配置した複数の外装プレートに固定ねじなどの固定部材による簡単な固定手段で容易に一体化しながらも、非常に堅牢な構造に容易に組み立てできる。そのため、この電池パックは極めて高い生産性で製造することができる。また、電池モジュールが多数個の単電池を安定に保持したブロック形態となっていることから、電池モジュールの個数を変更する場合には、板材を屈曲して形成できる外装プレートの形状を変更するだけでよく、従来の電池パックのように新たな金型でホルダーケースを成形するのに比較して、極めて安価に対応できる。さらに、電池モジュールユニットにおける重ね合わされた２個の電池モジュール間においても、各々の電池モジュールの放熱用通路が連通されるから、多数個の電池モジュルを一体化した場合にも、個々の単電池の冷却機能が確実に確保されるので、従来の冷却フィンブレードなどの冷却機構が不要となる。
【００３５】
上記発明の電池パックにおいて、電池モジュールユニットを構成する２個の電池モジュールにおける各々の外側に位置する蓋部材に、前記両電池モジュールの重合方向の外方へ延びる複数の支持脚突部が一体に突設され、複数の外装ケースに、前記各電池モジュールユニットの各々の前記支持脚突部をこれの先端が当接する相対位置で収納する挿入凹所と、この挿入凹所の側部に設けられて前記電池モジュールユニットの取付部材が接触状態で連結される取付面とを有し、複数の前記外装ケースを相互に連結する連結プレートに、多数の通風孔が形成されている構成とすることが好ましい。
【００３６】
この構成によれば、挿入凹所に支持脚突部を挿入させたことによってホルダーケースと外装プレートとの間に効果的な放熱用通路を形成できるとともに、この放熱用通路が多数の通風孔に連通しているので、多数個の単電池を極めて効率的に、且つ全てを均等に空冷することができ、従来の電池パックに備えていた温度センサや送風機などが不要となり、相当のコストダウンを図ることができるとともに、所要の冷却効果を得ながらも全体形状を小型化できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る電池モジュール１２の構成要素の配置を示す分解斜視図である。この実施の形態では、共に同一種類で同一規格の２０個の円筒形単電池１３を直列接続する場合を例示してあり、この単電池１３は、例えば、ニッケル水素二次電池である。
【００３８】
先ず、上記電池モジュール１２に適用する単電池１３の構成について説明する。図３（ａ）は単電池１３を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。負電極を兼ねる電池ケース１４は、一端が開口した有底円筒状の形状を有しており、この電池ケース１４内には、周知の正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在して渦巻状に巻回してなる電極群１７および電解液（図示せず）が収納されている。また、電池ケース１４の開口部は、封口板１９、絶縁ガスケット２０、金属キャップ２１およびゴム弁体２２により構成された封口体１８によって閉塞されている。
【００３９】
すなわち、上記封口板１９は、その周縁部を絶縁ガスケット２０を介して電池ケース１４に対し電気的に絶縁されて、かしめ加工された電池ケース１４の開口部に絶縁ガスケット２０を介して固着されており、これにより、電池ケース１４の開口部が閉塞されている。上記封口板１９には、電池軸方向外方に向け突出するリング状の接続電極部２８が周端近傍箇所において同心状の配置で形成されている。電極群１７から引き出された正極リード２６は封口板１９に接続されている。したがって、封口板１９に形成された上記接続電極部２８は正極端子となる。また、負電極となる電池ケース１４の底面中央部には、内方に向け凹んだ円形の凹部２９が同心状の配置で形成されている。
【００４０】
ゴム弁体２２は、封口板１９の中央部の凹所２３と金属キャップ２１との間に形成された空間内に収納されて、凹所２３に穿孔されたガス排出孔２４を閉塞している。このゴム弁体２２は、電池内部のガス圧力が異常に上昇して弁開放圧に達したときに、ガス排出孔２４を通じて作用するガス圧力を受けて弾性変形し、ガス排出孔２４を開放する。それにより、電池内部のガスは、ガス排出孔２４および金属キャップ２１のガス放出孔２７を通じて電池外部に排出される。
【００４１】
上記各単電池１３は合成樹脂製のホルダーケース３０内に収納される。ホルダーケース３０は、単電池１３の電池軸方向の長さと同一の厚みを有するほぼ直方体の外形を有し、その内部に２０個の単電池１３を個々に収納するための電池収納部３１が１０個２列に配設されている。各電池収納部３１は、四つの隔壁で囲まれた平面視正方形の形状を有するとともに、厚み方向に貫通している。したがって、各電池収納部３１の貫通方向の長さは単電池１３の電池軸方向の長さと同一に設定されている。また、電池収納部３１の平面視形状である正方形の一辺は、単電池１３の外径とほぼ同一に設定されている。
【００４２】
ホルダーケース３０における各電池収納部３１の配設方向（長手方向）の一端側（図の左端）外面には、ナットからなる外部接続用正極端子３２および外部接続用負極端子３３がインサート成形により一体に設けられている。また、ホルダーケース３０の上記配設方向に沿った両側外面には、ナットからなる連結部材３４がそれぞれ２個ずつ厚み方向の上面側（図の上面側）に配置されてインサート成形により一体に設けられているとともに、ナットからなる取付部材３７がそれぞれ３個ずつ厚み方向の下面側（図の下面側）に配置されてインサート成形により一体に設けられている。
【００４３】
各単電池１３は、それぞれホルダーケース３０の電池収納部３１内に挿入されて各々の電池軸が互いに平行となる配置で保持された状態で、図の前方列および後方列において隣接する各２個がそれぞれ上面側の接続板３８および下面側の接続板３８によって交互に順次連結されて直列接続される。但し、図における後方列左端の単電池１３は、自体の電池ケース１４の底面部が接続板３８を介して外部接続用正極端子３２に接続され、前方列左端の単電池１３は、自体の接続電極部２８が接続板３８を介して外部接続用負極端子３３に接続される。また、同図の上面側の各接続板３８のうちの右端に位置する接続板３８は、その配置から明らかなように、後列側と前列側との各々の右端で隣接する２個の単電池１３を相互に接続する。
【００４４】
図４は、上記接続板３８によって隣接する各２個ずつの単電池１３をそれぞれ接続する本発明の一実施の形態に係る電池間接続構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した拡大断面図である。接続板３８は、図４（ａ）に明示するように、四つの角部がアール形状となったほぼ長方形の平板状であって、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉの三層のクラッド材によって形成されており、長方形の長手方向の両側に透孔３９が形成され、且つ透孔３９から長手方向に沿った径方向の対向両側から外方に向けそれぞれスリット４０が形成されている。さらに、接続板３８には、４個のプロジェクション溶接用突起４２（図４では突起４２を介してプロジェクション溶接を行ったのちに形成されたナゲット４１を図示）が透孔３９の外側の同一円上における９０°の等間隔の位置に予め形成されている。したがって、接続板３８は、長手方向の中央部に対し線対称の形状になっており、また、この実施の形態では、接続板３８が突起４２を介してプロジェクション溶接する場合を例示してある。
【００４５】
上記電池間接続構造では、隣接する２個の単電池１３間に接続板３８を架け渡す状態に載置したときに、接続板３８の一方側（図４の左側）の４個のプロジェクション溶接用突起４２が単電池１３の接続電極部２８に当接し、且つ他方側（図４の右側）の４個の突起４２が単電池１３の底面部における凹部２９の周囲箇所に当接し、この状態で周知のプロジェクション溶接が行われる。このプロジェクション溶接は、単なる平板状である接続板３８の両端部が、各々の電池軸が平行となる配置で並置された２個の単電池のうちの一方の単電池１３のリング状の接続電極部２８と他方の単電池１３の電池ケース１４の底面部とに架け渡して支持された安定姿勢で行えるので、上述した従来の電池間接続構造のような不安定な姿勢での溶接による接合不良といった不具合が生じるおそれがなく、歩留りが大幅に向上する。
【００４６】
また、プロジェクション溶接に際しては、図４の左方の単電池１３において、例えば、正側溶接電極を接続電極部２８の側面に接触させ、且つ負側溶接電極を接続板３８における突起４２の対向箇所に接触させて、両溶接電極間にインバータ直流電源より高電圧を印加する。これにより、溶接電流は、接触面積が小さいことから接触抵抗が極めて小さい突起４２と接続電極部２８との間に局部的に集中して流れ、それによる発熱によって４個の突起４２が溶融し、接続板３８と接続電極部２８とが安全に密着した状態でナゲット４１部分で互いに溶着される。したがって、接続板３８と接続電極部２８とは、１回のプロジェクション溶接により４つのナゲット４１部分を介して強固に接合できる。
【００４７】
また、図４の右方の単電池１３においても、負側溶接電極を電池ケース１４の外周面に接触させ、且つ正側溶接電極を接続板３８における突起４２の対向箇所に接触させて、両溶接電極間にインバータ直流電源より高電圧を印加することにより、接続板３８と電池ケース１４の底面部とを１回のプロジェクション溶接により４つのナゲット４１部分を介して強固に接合できる。
【００４８】
したがって、隣接する各２個の単電池１３は、２回のプロジェクション溶接によって互いに接続できるので、例えば図１５に示した従来の電池間接続構造では計８回の溶接工程を繰り返すのに比較して、この実施の形態において２０個の各単電池１３間を溶接により接続するので、溶接回数を大幅に削減することができ、それに伴って生産性が格段に向上する。また、上記プロジェクション溶接時には、透孔３９および一対のスリッ４０によって無効分流を格段に低減することができる。
【００４９】
さらに、上記電池間接続構造では、一方の単電池１３のリング状の接続電極部２８と他方の単電池１３の凹部２９の外側の外周部分との互いに近接した箇所に接続板３８の両端部分を溶接することから、図４（ａ）に示す隣接する２個の単電池１３間の電流経路の距離Ｌを最短として電気抵抗を大幅に低減できる。これに対し図１５に示す従来の電池間接続構造では、皿状の接続体３における最も距離の長い平面部７と円筒部４とを隣接する２個の単電池Ｂ１，Ｂ２に接続しているので、両単電池Ｂ１，Ｂ２間の電流経路の距離が長くなって電気抵抗が高くなる。しかも、接続板３８は、３層構造のクラッド材によって形成しているので、中央のＣｕ層によって良好な導電性を確保しながらも、両面のＮｉ層を電池ケース１４の一般的な素材でるあるニッケルめっき鋼板に対し好適に溶接でき、これによっても電気抵抗を一層低減できる。したがって、上記電池間接続構造は、接続板３８での電力損失を最小に抑えることができる。
【００５０】
また、上記電池間接続構造では、ゴム弁体２２を保持する金属キャップ２１に対し側方で、且つ上方に離れた位置に突出するリング状の接続電極部２８の外側面と接続板３８の突起４２の対向箇所とにそれぞれ溶接電極を接触させてプロジェクション溶接を行うので、金属キャップ２１には全く電流が流れなく、金属キャップ２１の熱影響によってゴム弁体２２に変形が生じるおそれがない。これにより、この電池間接続構造では、ゴム弁体２２の所要の弁作動を常に確保することができる。これに対し図１５の従来の構造では、接続体３の突起９の対向箇所と金属キャップ１とにそれぞれ溶接電極を接触させてプロジェクション溶接を行わなければならないので、電流が流れる金属キャップ１が熱影響で内方に凹んでゴム弁体２２を変形させていた。
【００５１】
さらに、上記電池間接続構造では、単電池１３の底面に内方へ向け凹んだ凹部２９を設けていることにより、図４（ｃ）に示すように、負極集電体４３と電池ケース１４の底面部との間に僅かな隙間ｂを設けることができるから、電池ケース１４の底面部と接続板３８とをプロジェクション溶接するときに上記底面部が熱影響によって内方に膨出する状態に変形しても、この変形する底面部が負極集電体４３や電極群１７に対し悪影響を及ぼすことがない。したがって、上記電池間接続構造では、所要の電池容量と安定した電池機能とを確保することができる。これに対し従来の電池間接続構造、特に上述の第３の従来技術のように単電池を接続体を介さずに直接接続する構造では、負極集電体や電極群が、プロジェクション溶接時に内方に膨出する電池ケースの底面部から圧力を受けて変形していた。
【００５２】
上記電池間接続構造は、電池モジュール１２の製作過程において、ホルダーケース３０の個々の電池収納部３１内に挿入した単電池１３のうちの隣接する各２個を接続板３８で接続することにより構成される。図５は、その電池モジュール１２の製作過程におけるホルダーケース３０の電池収納部３１内に挿入した単電池１３を接続板３８で接続した状態の一部の平面図を示したものである。このとき、各単電池１３は従来構造のように接続体や絶縁リングのような側方に出っ張るものが装着されずにそのまま電池収納部３１内に挿入されることと、平面正方形の電池収納部３１の一辺の長さが単電池１３の電池ケース１４の外径とほぼ同一に設定されていることとにより、単電池１３は、９０°の等間隔の４箇所が電池収納部３１を形成する４つの隔壁に接触して、振動や衝撃を受けた場合にもがたつきなく確実に保持される。
【００５３】
また、電池収納部３１内に挿入された単電池１３を接続板３８で接続した状態では、ホルダーケース３０の上面側および下面側に、図５に横平行線で明示するように、単電池１３と電池収納部３１の隔壁との間に断面ほぼ三角形状の空隙４４が、且つ接続板３８と電池収納部３１の隔壁との間に長細い空隙４７がそれぞれ生じる。これらの空隙４４，４７は、電池モジュール１２が機能したときに単電池１３の効果的な放熱空間となる。
【００５４】
つぎに、図１に戻って、電池モジュール１２の説明を続ける。各電池収納部３１内に単電池１３が挿入され、且つ隣接する各２個の単電池１３が接続板３８で接続されて電池間接続構造が構成されたのちに、そのホルダーケース３０の上面側および下面側の各開口部に、ゴムなどの弾性体によって形成された上部および下部弾性体シート４８，４９がそれぞれ当てがわれる。この両弾性体シート４８，４９は共にほぼ同様の帯状であって、各弾性体シート４８，４９には、ほぼ菱形形状の放熱用孔５０と長細い長方形状の放熱用孔５１とが幅方向の中央部に長手方向に沿って交互に穿設されているとともに、両端辺および両側辺に放熱用切欠き５２が形成されている。さらに、上部弾性体シート４８には、上記の放熱用孔５０，５１に加えて、図の右端部分にほぼ三角形状の放熱用孔４６が穿設されている。
【００５５】
上部および下部の弾性体シート４８，４９における菱形形状の放熱用孔５０は、上述の単電池１３と電池収納部３１との間に生じる空隙４４を４つ包含できる形状であり、細長い長方形状の放熱用孔５１は、上述の接続板３８と電池収納部３１との間に生じる空隙４７を４つ包含できる形状であり、放熱用切欠き５２は、上述の単電池１３と電池収納部３１との間に生じる空隙４４を２つ包含できる形状である。また、上部弾性体シート４８における図の右端部の三角形状の放熱用孔４６は、前方列と後方列との各単電池１３に架け渡される接続板３８と電池収納部３１の隔壁との間に生じる空隙（図示せず）に対応している。
【００５６】
上記ホルダーケース３０の上面側および下面側の両開口部は、合成樹脂製の上蓋５３および下蓋５４が上記弾性体シート４８，４９を介在して当てがわれた状態で、この上蓋５３および下蓋５４とホルダーケース３０の開口周縁部とを超音波溶着することによって封止される。上蓋５３には、上部弾性体シート４８の各放熱用孔５０，５１，４６および放熱用切欠き５２に対応する位置に、それぞれ対応する形状の放熱用孔５７，５８，５９，６０が形成されているとともに、両側辺におけるホルダーケース３０の各連結部材３４に対応する位置に、逃げ用切欠き６１が形成されている。
【００５７】
一方、下蓋５４には、下部弾性体シート４９の各放熱用孔５０，５１および放熱用切欠き５２に対応する位置に、それぞれに対応する形状の放熱用孔５７，５８，６０が形成されているとともに、両側辺におけるホルダーケース３０の各連結部材３４に対応する位置に、逃げ用切欠き６１が形成され、さらに、両側辺におけるホルダーケース３０の各取付部材３７に対応する位置に逃げ用切欠き６２が形成されている。また、この下蓋５４の外側面には、この下蓋５４を上下反転した状態の斜視図である図２に示すように、１０個の支持脚突部６３が一体に突設されている。
【００５８】
つぎに、上記電池モジュール１２の組立手順について説明する。各構成要素が図１のように配置された状態において、ホルダーケース３０の各電池収納部３１には、単電池１３を図１の配置でそれぞれ挿入する。つぎに、ホルダーケース３０の上面側において、隣接する各２個の単電池１３間に接続板３８を架け渡して溶接することにより、上述した電池間接続構造を構成して、隣接する各２個の単電池１３を相互に接続する。このとき、図の左端の２個の単電池１３も接続板３８によって外部接続用正極端子３２および外部接続用負極端子３３に接続する。続いて、上部弾性体シート４８を、溶接済みの各接続板３８上に載置し、さらに、その上部弾性体シート４８上に上蓋５３を載置して、この上蓋５３の周端部とホルダーケース３０の開口周縁部とを超音波溶着して、ホルダーケース３０の上端開口を封止する。
【００５９】
つぎに、上端開口を上蓋５３で施蓋したホルダーケース３０を上下反転させて、隣接する各２個の単電池１３間に接続板３８を架け渡して溶接することにより、上述した電池間接続構造を構成して、隣接する各２個の単電池１３を相互に接続する。これにより、２０個の単電池１３は、電気的に互いに直列接続され、且つ機械的に連結された状態でホルダーケース３０内に固定される。続いて、下部弾性体シート４９を、溶接済みの各接続板３８上に載置し、さらに、その下部弾性体シート４９上に下蓋５４を載置して、この下蓋５４の周端部とホルダーケース３０の開口周縁部とを超音波溶着して、ホルダーケース３０の下端開口を封止すると、図６に示す電池モジュール１２が出来上がる。
【００６０】
なお、上蓋５３および下蓋５４とホルダーケース３０との取付手段としては、上記実施の形態の超音波溶着に限らず、例えば、固定ねじを用いてもよい。
【００６１】
この電池モジュール１２は、電池間接続構造において説明した効果を得られるのに加えて、図１６に示すように複数個の単電池Ｂ１〜Ｂ６を電池軸方向に一列に配列して連結する不安定な従来の電池モジュールとは異なり、各単電池１３が各々の電池軸が平行となる配置でホルダーケース３０の個々の電池収納部３１内に収納され、且つ各単電池１３が電池収納部３１内において４辺の隔壁に接触してがたつきなく保持された状態で収納されていることと、各単電池１３の電池軸方向の両端部分に当てがわれている弾性体シート４８，４９によってでホルダーケース３０の外部から加わる衝撃や振動が吸収されて各単電池１３に直接作用しないことと、ホルダーケース３０の両側開口部が上蓋５３と下蓋５４との溶着によって完全に封止されていることとにより、比較的多数個の単電池１３を収納しながらも、各単電池は、電池モジュール１２を電気自動車や電気自転車あるいは電動工具などの過酷な振動や衝撃が加わり易い環境下に装着した場合においても、保護された状態で確実に保持され、破壊などが生じるおそれがない。
【００６２】
また、平面視正方形の電池収納部３１の４つの角部において単電池１３との間に形成された空隙４４，４７は、上部および下部弾性体シート４８，４９の放熱用孔５０，５１，４６および放熱用切欠き５２と上，下蓋５３，５４の放熱用孔５７〜６０とを介して上下両面側の外部にそれぞれ連通している。これにより、ホルダーケース３０の一面側から各単電池１３の各々の周囲をそれぞれ通って他面側に貫通する放熱用通路が形成されるから、各単電池１３は、放熱用通路内を流通する風に極めて効果的に冷却され、しかも、比較的多数個の単電池１３の全てを均等に冷却することができる。したがって、この電池モジュール１２を多数個用いて構成する電池パックでは、従来の電池パックに備えられている冷却フィンブレードなどの冷却機構が不要となる。この電池パックについての詳細は後述する。
【００６３】
さらに、上記電池モジュール１２では、各単電池１３が個々の電池収納部３１の４辺の隔壁で囲まれて収納されることにより、各単電池１３間が完全に電気絶縁された状態に保持されるので、従来の電池モジュールにおいて各単電池Ｂ１〜Ｂ６間を絶縁するために用いられていた絶縁リング１１や直列接続した各単電池Ｂ１〜Ｂ６の外周面を被覆する塩化ビニールなどの電気絶縁性および熱シュリンク性を有する樹脂製外装チューブなどが不要となり、材料コストの低減と生産性の向上とを図ることができる。
【００６４】
また、従来の電池モジュールでは、電池軸方向に直列接続する各単電池Ｂ１〜Ｂ６の側方に接続体３や絶縁リング１１などが出っ張ることから、外形、長さおよび平行度を高精度に製作するのが困難であるのに対し、上記電池モジュール１２では、合成樹脂製のホルダーケース３０の成形精度によって外形寸法が一義的に決定されて、組立工程を経たのちに寸法ばらつきなどが生じることがなく、形状的に高精度なものとなる。
【００６５】
上記電池モジュール１２は、上述したように比較的多数個（実施の形態では２０個）の単電池１３がホルダーケース３０内に封入されて堅牢な構造で保持されているとともに、ホルダーケース３０の外部にインサート成形されたナットからなる連結部材３４や取付部材３７を一体に備えているので、６個の個数の単電池Ｂ１〜Ｂ６を単に電池軸方向に直列接続しただけの従来の電池モジュールとは異なり、そのままで電気自転車や電動工具などの駆動電源として用いることも可能である。特に、上記電池モジュール１２は、電気自動車のモータ駆動電源などに用いることを目的として、これを多数本連結して電池パックとしたときに、一層顕著な効果を得られるものである。つぎに、上記電池モジュール１２を用いて構成した電池パックについて説明する。
【００６６】
図７は、上記電池モジュール１２を６本用いて、合計１２０本の単電池１３を直列接続する電池パックを製作する過程の配置を示す分解斜視図である。この電池パックは、３本の電池モジュール１２を平行に配置して互いに近接させた状態に並置し、これら３本の各電池モジュール１２の各々の上面に、他の３本の電池モジュール１２をそれぞれ上下反転させた配置で重ね合わせる。このとき、上下各２本の電池モジュール１２間では、互いに反転した配置で突き合わされることにより、各々の両側辺に各２個ずつで計４個の連結部材３４が互いに近接して対向する。この互いに近接対向する１２組の連結部材３４には、それぞれ固定ねじ６５が螺合締結される。これにより、図８に示すように、各２本の電池モジュール１２が重ね合わせ状態で相互に連結された電池モジュールユニット６４が３組出来上がる。
【００６７】
上記電池モジュールユニット６４における上下各２本の電池モジュール１２間では、互いに接触する上蓋５３と下蓋５４との対応する放熱用孔５７〜６０が相互に合致して連通する。これにより、各電池モジュールユニット６４における上下各２本の電池モジュール１２間では、個々の単電池１３の周囲に通って一面側から他面側に貫通する放熱用通路が形成されるので、上下各２本の電池モジュール１２が連結された状態においても個々の単電池１３の冷却機能が確実に確保される。
【００６８】
図８は、３組の電池モジュールユニット６４を用いて電池パックを構成する製作過程を示す斜視図、図９は、その３組の電池モジュールユニット６４を用いて構成した本発明の一実施の形態に係る電池パック１００を示す長手方向（図８の左右方向）に対し直交方向で切断した縦断面図である。この電池パック１００は、３組の電池モジュールユニット６４を、上下一対の外装プレート６８と、この一対の外装プレート６８の両側部（図８における前後側部）を相互に連結する一対の側部連結プレート（図９に図示）６９と、両外装プレート６８の前端部（図８の左端部）に取り付けられて計１２０個の単電池１３を直列接続するように各電池モジュール１２の外部接続用正極端子３２および外部接続用負極端子３３を相互に電気的接続するバスバー（図８に図示）７０と、両外装プレート６８の後端部（図８の右端部）に取り付けられる後部連結プレート（図９に図示）７１とを用いて一体化することにより構成されている。
【００６９】
一対の外装プレート６８は、図９に明示するように、３組の電池モジュールユニット６４の各々の上下面からそれぞれ突出する計１０本の支持脚突部６３を挿入させるための挿入凹所７２が長手方向に沿って屈曲形成されている。この挿入凹所７２の各間には、隣接する２組の電池モジュールユニット６４の各取付部材３７が支持される二つの取付面７３が設けられ、さらに、両端近傍箇所には、両側に位置する各電池モジュールユニット６４の各取付部材３７がそれぞれ支持される二つの取付面７４が設けられている。さらに、外装プレート６８の両側部は、取付面７４に対し直交方向に屈曲されて連結片７７が形成されている。上記取付面７３，７４および連結片７７には、所定箇所にねじ孔７８が形成されている。
【００７０】
つぎに、上記電池パック１００の組立手順について説明する。３組の電池モジュールユニット６４は、各々の下方に突出した各支持脚突部６３を下方に配置した外装プレート６８の挿入凹所７２内に挿入するとともに、取付面７３のねじ孔７８が各取付部材３７に合致するよう位置決めする。合致させたねじ孔７８および取付部材３７には固定ねじ７９を螺合締結することにより、各電池モジュールユニット６４は下方の外装プレート６８に固定される。
【００７１】
続いて、３組の電池モジュールユニット６４には、上方の外装プレート６８をこれの挿入凹所７２に各電池モジュールユニット６４の上方に突出している各支持脚突部６３を挿入させる相対位置で被せるとともに、取付面７３のねじ孔７８が各取付部材３７に合致するよう位置決めする。合致させたねじ孔７８および取付部材３７には固定ねじ７９を螺合締結することより、各電池モジュールユニット６４は上方の外装プレート６８にも固定される。
【００７２】
さらに、図９に示すように、両側の側部連結プレート６９は、上下の外装プレート６８の各々の連結片７７に対し外方から位置決め状態に当てがい、この状態で固定ねじ８０を側部連結プレート６９の挿通孔（図示せず）を介して連結片７７のねじ孔７８に螺合締結することにより、上下の外装プレート６８の各々の両側の連結片７７がそれぞれ側部連結プレート６９を介して連結される。最後に、バスバー７０および後部連結プレート７１を上下の外装プレート６８の両端部に所定の取付手段（図示せず）で取り付けることにより、電池パック１００が出来上がる。
【００７３】
上記電池パック１００は、電池モジュール１２同士を固定ねじ６５による螺合締結による簡単な固定手段で容易に連結して電池モジュールユニット６４を構成することができるとともに、複数の電池モジュールユニット６４を、これの回りに一対の外装プレート６８、側部連結プレート６９、後部連結プレート７１およびバスバー７０を囲むように配置して固定ねじ７９，８０を螺合締結するだけの簡単な固定手段で容易に一体化して構成できる。このように堅牢な構造に容易に組み立てできるのは、電池モジュール１２がホルダーケース３０の成形精度で一義的に決定される極めて高精度な外形を有する直方体に構成されていることと、比較的多数個の単電池１３がホルダーケース３０内に振動や衝撃の影響を直接受けない状態に収納保持されていることによって可能になっている。そのため、この電池パック１００は極めて高い生産性で製造することができる。
【００７４】
これに対し、上述の第４の従来技術の電池パックでは、電池モジュールが複数個の単電池を電池軸方向に一列に並べて接続体や絶縁リングを介して相互に連結しただけの不安定な構成であるため、その複数個の電池モジュールを、複雑な形状のホルダーケースの両端壁や中間壁の貫通孔に挿通して一列多段の配置で収納するのに手間がかかり、しかも、一列配置の単電池の外周面側に接続体や絶縁リングなどが出っ張っている電池モジュールを貫通孔に挿入して保持するので、電池モジュールを隙間無く保持するのが困難であり、振動や衝撃を受けたときに単電池がホルダーケース内でがたついて破損するおそれがある。また、上述の第５の従来技術の電池パックにおいても、上記と同様の構成となった多数本の電池モジュールを、ホルダーケースにおける蓋ケースと中間ケースの各々の内面に突設したホルダーリブによって保持するので、上述と同様の欠点がある。上記電池パック１００は、上述の従来の種々の欠点を一挙に解消できるものである。
【００７５】
また、上記電池パック１００は、電池モジュール１２並びに電池モジュールユニット６４が、各単電池１３の周囲に対し上下に貫通した放熱用通路を有しているのに加えて、図９に示すように、各電池モジュール１２と上下の外装プレート６８との各間には、挿入凹所７２に支持脚突部６３を挿入させたことによって図の水平方向に延びる放熱用通路８２が形成されているとともに、各電池モジュールユニット６４の各間には、各々の取付部材３７が上下で近接対向して中間部が離間されることによる放熱用通路８３が形成され、さらに、後部連結プレート７１に多数のスリット状の通風孔８１が形成されている。したがって、この電池パック１００では、１２０個もの多数個の単電池１３を極めて効率的に、且つ全てを均等に空冷することができる。これに対し、従来の電池パックでは、単電池の温度を検出する温度センサと、この温度センサの検出温度に基づき作動させる送風機を設けているので、構成が大型化するとともに、かなりのコスト高となる。
【００７６】
さらに、この電池パック１００は、電池モジュール１２が多数個の単電池１３を安定に保持したブロック形態となっていることから、電池モジュール１２の個数を変更する場合に、外装プレート６８、側部連結プレート６９および後部連結プレート７１の形状を変更するだけでよく、これらのプレート６８，６９，７１は、何れも単なる板材を屈曲して形成したものであるから、形状の異なるものを極めて安価に製作して対応できる。これに対し、従来の電池パックでは、極めて複雑な形状を有するホルダーケースを変更しなければならず、そのホルダーケースの金型を新たに製作するのに相当の費用を要してかなりのコスト高となる。なお、上記電池パック１００では、一対の外装プレート６８の双方または一方の連結片７７を互いに直列連結できる長さに延出した形状とすれば、側部連結プレート６９が不要となって、材料コストおよび組立コストをさらに低減できる。
【００７７】
図１０（ａ）は本発明の他の実施の形態に係る電池間接続構造に用いる一対の接続板８４を示す平面図、（ｂ）はその電池間接続構造を示す平面図である。上記接続板８４は、隣接する２個の単電池１３間に架け渡す長さを有し、その長手方向の両側部分に、単電池１３のリング状の接続電極部２８の内径とほぼ同じ径を有するほぼ半円状の切欠き８７がそれぞれ形成されており、この各切欠き８７の近傍箇所に２個ずつのプロジェクション溶接用突起８８が形成されている。なお、この接続板８４は、一実施の形態と同様に、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉの三層のクラッド材によって形成されている。
【００７８】
上記一対の接続板８４は、（ｂ）に示すように、所定の間隙ａを存して互いに近接対向させた配置で隣接する２個の単電池１３間に架け渡されて、各突起８８を介してプロジェクション溶接されることにより、突起８８が溶融したナゲット８９部分で一方の単電池１３の接続電極部２８と他方の単電池１３の底面部とに溶着される。一対の接続板８４間の間隙ａは、一実施の形態の接続板３８のスリット４０の幅とほぼ同じに設定される。
【００７９】
したがって、この電池間接続構造は、２個の単電池１３を接続するのに接続板８４を一対必要とするが、その接続板８４は、透孔やスリットを設けることなく、単に切欠き８７を有する単純な形状であるから、安価に大量生産できるので、一実施の形態の電池間接続構造に比較して殆どコスト高にならない。しかも、この電池間接続構造は、一実施の形態の電池間接続構造と同様の効果を得られるのに加えて、別部材の接続板８４を組み合わせるので、プロジェクション溶接時の無効分流を完全に無くすことができる大きな利点がある。
【００８０】
図１１（ａ）は本発明のさらに他の実施の形態に係る電池間接続構造を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した要部の拡大断面図である。この実施の形態では、上記各実施の形態でのプロジェクション溶接に代えて、隣接する各２個の単電池１３に接続板９０をレーザー溶接またはビーム溶接して接続するものである。接続板９０は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉの三層のクラッド材からなるほぼ長方形状の平板の両側に、単電池１３の接続電極部２８の内径に等しい直径の透孔９１が穿設されているとともに、透孔９１と同心円の円弧状となった二つの絞り薄肉部９２が、各々の中央部が両透孔９１の中心を結ぶ線上に位置する配置で形成されている。
【００８１】
この電池間接続構造では、上記接続板９０を一方の単電池１３の接続電極部２８と他方の単電池１３の底面部とに架け渡す状態に載置した状態において、（ｂ）に示すように、各絞り薄肉部９２にレーザー光線またはビーム光線などの光線９３を照射して、絞り薄肉部９２を接続電極部２８および底面部にそれぞれ溶着することにより、両単電池１３を接続板９０を介して相互に接続した構成になっている。
【００８２】
上記電池間接続構造は、上述の各実施の形態の電池間接続構造と同様に、隣接する２個の単電池１３間の電流経路の距離Ｌを最短として電気抵抗を大幅に低減できる他に、各実施の形態の電池間接続構造とほぼ同様の効果を得ることができる。また、レーザー溶接またはビーム溶接は、絞り薄肉部９２に光線９３を照射して行うので、十分な溶接強度を確保することができ、溶接の信頼性が向上する。なお、この電池間接続構造では、絞り薄肉部９２に代えて、同様の円弧状のスリットを設けて、このスリットに光線９３を照射してレーザー溶接またはビーム溶接してもよく、さらには、抵抗溶接で接続板９０を両単電池１３に接続してもよい。
【００８３】
図１２は、本発明の他の実施の形態に係る電池モジュール９４の製造過程を示す一部の平面図であり、一実施の形態の電池モジュール１２と相違する点はホルダーケース３０の形状が一部異なることだけである。すなわち、ホルダーケース３０の各電池収納部３１は、一実施の形態において平面視正方形であったのに対し、平面視長方形の形状を有するとともに、その長方形の長手方向の対向隔壁の内面から支持リブ９５がそれぞれ一体に突設されている。この両支持リブ９５は、各々の先端間の距離が単電池１３の電池ケース１４の外径とほぼ同一に設定されて、単電池１３に対しこれの外面における径方向の両側箇所に当接して支持している。
【００８４】
したがって、この電池モジュール９４では、一実施の形態の電池モジュール１２で説明したと同様の効果を得られるのに加えて、支持リブ９５の突出長分だけ単電池１３と電池収納部３１の隔壁との空隙４４の容積および接続板３８と隔壁との空隙４７の容積が拡大し、それに伴って空隙４４，４７内を流通する風量が増大して単電池１３を一層効果的に空冷することができる。
【００８５】
図１３は本発明のさらに他の実施の形態に係る電池モジュール９６を示す分解斜視図、図１４（ａ）は上記電池モジュール９６における下蓋を上下反転させて示した斜視図、同図（ｂ）は組立完了状態の電池モジュール９６を示す斜視図である。図１の一実施の形態の電池モジュール１２では、１０個の単電池１３を一列配置した電池列を２列に並置して設けた場合を例示したのに対し、この実施の形態での電池モジュール９６では、１０個の単電池１３を一列に配列して収納した構成になっている。
【００８６】
この電池モジュール９６は、一実施の形態の電池モジュール１２を２分割した構成とほぼ同等の構成を有しているので、上記電池モジュール１２と同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略し、以下に、上記電池モジュール１２と相違する点についてのみ説明する。単電池１３は上述の各実施の形態で説明したものと同様である。ホルダーケース３５は、１０個の電池収納部３１が一列に配設されており、それに伴って外部接続用正極端子３２および外部接続用負極端子３３が両端部に形成されている。接続板３８は一実施の形態と同一のものである。上下の弾性体シート３６，４５には、単電池１３と電池収納部３１の隔壁との間の空隙に対応する三角形状の切欠き５５，５６が各々の長手方向の両側辺に形成されている。
【００８７】
上蓋６７は、弾性体シート３６の切欠き５５に対応する位置に三角形状の放熱用孔７５が形成されているとともに、ホルダーケース３５の各連結部材３４に対応する位置に逃げ用切欠き７６が形成されている。下蓋８５は、弾性体シート４５の切欠き５６に対応する位置に三角形状の放熱用孔８６が形成されているとともに、ホルダーケース３５の各連結部材３４に対応する位置に逃げ用切欠き９７が形成されており、図１４（ａ）に示すように、下面に５本の支持脚突部６３が突設されている。
【００８８】
上記電池モジュール９６は、一実施の形態の電池モジュール１２で説明したと同様の組立手順で図１４（ｂ）に示すような形状に組み立てられる。この電池モジュール９６は、一実施の形態の電池モジュール１２に比較して、出力電圧が半分になるだけで、ほぼ同様の構成を有していることから、同様の効果を得ることができる。用途としては、連結部材３４を介し２本を電池モジュール９６を相互に連結して電池モジュールユニットを構成したのち、この電池モジュールユニットを所要個数連結することにより、例えば、電気自動車よりも低い駆動電力の電動自転車や電動工具などの駆動電源として用いれば、振動や衝撃に対し強いことから、好適なものとなる。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電池間接続構造によれば、単なる平板状である接続板の両側部を隣接する２個の単電池に対し安定姿勢で溶接できるので、接合不良といった不具合が生じるおそれがなく、歩留りが大幅に向上する。また、接続板および接続電極部の間と接続板および電池ケースの底面の間とをそれぞれ接合するための溶接を合計２回行えばよく、溶接回数が大幅に削減して生産性が格段に向上する。さらに、単電池をこれらの電池軸を平行とした配置で並置したことにより、２個の単電池間における電流経路は、一方の単電池のリング状の接続電極部と他方の単電池の底面の外周部分との互いに近接した箇所とを結ぶ最短距離となり、電気抵抗を大幅に低減できる。
【００９０】
また、本発明の電池モジュールによれば、合成樹脂製のホルダーケースの成形精度によって外形寸法が一義的に決定されて、組立工程を経たのちに寸法ばらつきなどが生じることがなく、形状的に高精度なものとなる。また、各単電池は、個々の電池収納部内に完全に電気絶縁された状態に保持されるので、従来の電池モジュールにおける絶縁リングや樹脂製外装チューブなどが不要となり、材料コストの低減と生産性の向上とを図ることができる。さらに、各単電池は、電池収納部に収納して固定されることから、振動や衝撃を受けた場合にもがたつきなく確実に保持される。また、各単電池は、放熱用通路内を流通する風によって極めて効果的に冷却でき、しかも、比較的多数個の単電池の全てを均等に冷却することができる。
【００９１】
また、本発明の電池パックによれば、電池モジュール同士を固定ねじなどの固定部材による簡単な固定手段で容易に連結できる電池モジュールユニットを、複数個並置して、これの回りに配置した複数の外装プレートに固定ねじなどの固定部材による簡単な固定手段で容易に一体化しながらも、非常に堅牢な構造に容易に組み立てできるため、極めて高い生産性で製造することができる。また、電池モジュールの個数を変更する場合には、板材を屈曲して形成できる外装プレートの形状を変更するだけでよく、極めて安価に対応できる。さらに、多数個の電池モジュールを一体化した場合にも、個々の単電池の冷却機能が確実に確保されるので、従来の冷却フィンブレードなどの冷却機構が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電池モジュールの構成要素の配置を示した分解斜視図。
【図２】同上の電池モジュールにおける下蓋を上下反転した状態の斜視図。
【図３】（ａ）は同上の電池モジュールの構成要素である単電池を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図４】同上の電池モジュールにおける単電池の接続に適用した本発明の一実施の形態に係る電池間接続構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した拡大断面図。
【図５】同上の電池モジュールの製作過程におけるホルダーケースの収納空間内に挿入した単電池を接続板で接続した状態の一部の平面図。
【図６】同上の電池モジュールの組立完了状態の斜視図。
【図７】同上の電池モジュールを６本用いて３組の電池モジュールユニットを構成する製作過程の配置を示す斜視図。
【図８】同上の３組の電池モジュールユニットを用いて電池パックを構成する製作過程を示す斜視図。
【図９】同上の３組の電池モジュールユニットを用いて構成した本発明の一実施の形態に係る電池パックを示す長手方向に対し直交方向で切断した縦断面図。
【図１０】（ａ）は本発明の他の実施の形態に係る電池間接続構造に用いる一対の接続板を示す平面図、（ｂ）はその電池間接続構造を示す平面図。
【図１１】（ａ）は本発明のさらに他の実施の形態に係る電池間接続構造を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した要部の拡大断面図。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係る電池モジュールの製造過程を示す一部の平面図。
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態に係る電池モジュールを示す分解斜視図。
【図１４】（ａ）は同上の電池モジュールにおける下蓋を上下反転させて示した斜視図、同図（ｂ）は同上の電池モジュールの組立完了状態の斜視図。
【図１５】従来の電池間接続構造を示す縦断面図。
【図１６】同上の電池間接続構造を用いて構成した電池モジュールを示す斜視図。
【符号の説明】
１２，９４，９６  電池モジュール
１３  単電池
１４  電池ケース
１８  封口体
２８  接続電極部
２９  凹部
３０，３５  ホルダーケース
３１  電池収納部
３２  外部接続用正極端子
３３  外部接続用負極端子
３４  連結部材
３７  取付部材
３８，８４，９０  接続板
４４，４７  空隙
３６，４５，４８，４９  弾性体シート
５０，５１  弾性体シートの放熱用孔
５２  放熱用切欠き
５３，６７  上蓋（蓋部材）
５４，８５  下蓋（蓋部材）
５７〜６０  蓋部材の放熱用孔
６３  支持脚突部
６４  電池モジュールユニット
６５，７９  固定ねじ（固定部材）
１００  電池パック
６８  外装プレート
７０  バスバー
７１  後部連結プレート（連結プレート）
７２  挿入凹所
７３，７４  取付面
７５，８６  蓋部材の放熱用孔
８１  通風孔
９２  絞り薄肉部
９５  支持リブ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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