JP2013229198A - 電池および電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の電池の接続および取り外しが容易で、不具合や劣化等の生じた場合に、電池交換を容易に行える電池システムを提供することにある。
【解決手段】 本発明の電池システムは、筒状の外装体と、前記外装体に収納される正極と負極と電解液とを含む電極体と、前記電極体から前記外装体の軸方向に突出する集電体とを有する電池本体、前記集電体に係合する袋ナット部を有するプラグを具備する複数の電池と、前記軸方向から見たときに前記外装体と前記プラグとの間に隙間が形成されていて、この隙間に嵌まる嵌合部と、前記嵌合部から前記外装体の径方向の外向きに延在する連結部とを有し、隣り合う電池を接続する接続部材とを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の電池を接続する電池システムに関する。

従来、モバイルＰＣ、携帯情報端末、デジタルビデオカメラなど、さまざまな製品に電池が使われている。この種の電子機器は高機能化が進んでおり、比較的消費電力が大きい。そのため、このような電子機器に用いられる電池は、大きな電気容量を必要とするため、単電池を複数個接続したパック電池がしばしば用いられる。パック電池は、例えば所定個数の単電池の端子をハンダで接続し、熱収縮性チューブでパックされている。

また、ハンダなど別部材を用いずに電池間の抵抗を低減し、電池どうしを容易にかつ強固に接続させることを目的として、一方の電極端子を兼ねる有底円筒状の電池ケースと、他方の電極端子を兼ねる電池ケースの開口部を閉塞する封口板とを有する電池を複数個直列に接続する単電池間の接続構造であって、一方の電池の電池ケースの底部にフランジを有する第１の金属製リングが導電可能に接合され、他方の電池の封口板の上部にフランジを有する第２の金属製リングが導電可能に接合され、第１の金属製リングと第２の金属製リングとが嵌合された技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、一般的に電池は経年の使用によって、不具合や劣化が生じる場合がある。不具合とは、例えば、何らかの原因により電池内部にガスが発生し、電池内圧が上昇して電解液の液漏れが生じることなどをいう。また、蓄電池の場合には、充放電の過程で正極や負極が膨張／収縮を繰り返して、経年の使用により正極や負極が十分な充電容量を得られなくなった場合には寿命となる。更には、組電池において特定の電池の充電状態（ＳＯＣ）が低下することがある。このような不具合等によって電池が十分な性能を発揮できない場合には、その電池を交換する必要がある。

そこで、電池の接続と交換を容易にすることを目的として、正極端子と負極端子とを対向する面に設けた電池において、電池の正極端子と負極端子の形状をそれぞれ互いに嵌合できる形状とし、さらに電池の正極端子と負極端子同士を嵌合に際して、スラスト方向よりの嵌合だけでなく、スライド方向からの嵌合が可能な形状とし、両方の端子同士をワンタッチで嵌合させる技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

一方、近年ではハイブリッド自動車などの車両にも電池が搭載される。このような電池は、電子機器に用いられるものよりも、さらに大きな電気容量が要求される。例えば、ハイブリッド自動車に搭載される電池では２０１．６Ｖの電圧を要するものがあり、この電圧を得るために、例えば１．２Ｖの単電池を６セル直列接続した７．２Ｖの電池モジュールを２８モジュール直列接続することになり、１６８個の単電池が直列接続されることとなる。このような電気自動車等に用いられる電池は、互いに溶接により接続されており、振動や衝撃に対する配慮が払われている。
また地上の蓄電設備においては、より大きな電池容量を確保するために、直列接続された電池を並列接続されて使用されるが、更に多数の単電池を必要とする。

車両に搭載される電池として、正負の電極端子を有する角形電池と、正負の電極端子が直列に電気接続され、複数の角形電池を積層した電池ブロックと、この電池ブロックの両端に配置されたエンドプレートと、この一対のエンドプレートに連結され、複数の角形電池を拘束する連結具とを備えた電池モジュールであって、正負の電極端子に当接部を設け、ネジで連結具を螺着して締結する拘束力により、隣接する角形電池の当接部を当接させて電極端子を電気接続された技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００７−１７９８１６号公報 特開２０００−１２３８１９号公報 特開２０１１−２３１８１号公報

しかしながら、従来のパック電池は、いずれか１つの単電池に不具合や劣化が生じた場合、熱収縮チューブを取り除き、接続端子を取外して、不具合等のある電池を交換する必要があり、作業に手間と時間がかかる。電気自動車等のように溶接により電池間が接続された電池モジュールにあっては、不具合等生じた単電池の交換には更に大きな手間と時間を必要とする。

また、特許文献１または２に開示の技術は、いずれも電池の接続方向が限られており、電池を搭載するスペースが限定される場合には適用が難しい。特に、車両に搭載される電池のように、限られたスペースで非常に多数の電池を接続する際には適用が困難である。また、いずれか１つの電池に不具合があった場合、これを取り出すためには隣り合う２つの電池との接続を外す必要があり、作業性が悪い。

また、特許文献３に開示の技術は車両に搭載することを目的とした電池モジュール（組電池）であるが、いずれかの単電池に不具合がある場合、一旦電池モジュールを分解してから不具合のある電池を交換し、再度電池モジュールを組み立てる必要があり、電池交換作業に手間と時間がかかる。

本発明の目的は、不具合や劣化等の生じた電池について、電池モジュール（組電池）としての性能を回復するために、電池交換を容易に行えるよう構成した電池を提供することにある。あるいは、不具合や劣化等の生じた電池の取り外しを容易に行うことにより、電池モジュールを組み込んだ車両等の運転を継続可能にすることにある。

上記の課題を解決するため、本発明に係る電池は、筒状の外装体と、前記外装体に収納される正極と負極と前記正極と前記負極の間に介在するセパレータとを含む電極体と、前記電極体の外方であって前記外装体の軸方向に突出する集電体とを有する電池において、前記集電体の両端に係合し、前記電極体を前記外装体内部に保持するプラグと、前記外装体がその両端部において軸方向に延伸する延伸部を有していて、前記プラグと前記延伸部との間に隙間を有していて、前記外装体が前記正極もしく負極のいずれか一方の電極に電気的に接続され、かつ、前記集電体が他方の電極に電気的に接続されている。（ＣＬ１）

ここで、筒状とは、例えば円筒状や角筒状をいう。集電体は外装体の軸上に、電極体の両端部外方に突き出ており、正極もしくは負極のいずれか一方の電極に電気的に接続されている。集電体の両端部にはプラグが取り付けられていて、電極体を外装体内部に固定、保持する。一方、外装体はその両端部が軸方向に延伸しており、延伸部分の内方とプラグの間に隙間が形成されている。そして、外装体は他方の電極に電気的に接続されている。

また、本発明に係る電池は、前記プラグの両端部軸方向に互いに連通しない袋ナットが形成されていて、当該袋ナットが前記集電体に係合する構造となっている。（ＣＬ２）
この構成によれば、プラグは袋ナットを形成しており、集電体の両端部に施したネジ溝に螺合して電極体を保持する。袋ナットは円柱状のプラグの軸上の両端に形成さていて、そのおのおのの袋ナットは互いに連通していない。

本発明に係る電池は、前記プラグの側面が絶縁部材で覆われている。（ＣＬ３）この構成によれば、円柱状プラグの側面が絶縁部材で覆われていて、プラグと外装体が後述する接続金具により短絡するのを防止する。

また、本発明に係る電池システムは、前記袋ナットの一方が前記集電体に係合し、前記袋ナットの他方が隣接する電池の集電体に係合して構成される。（ＣＬ４）
この構成によれば、一方の袋ナットが前記集電体に係合し、他方の袋ナットが隣接する電池の集電体に係合して、２つの電池が直列に接続されることとなる。

本発明に係る電池システムは、前記外装体と前記プラグとの間に形成された前記隙間に嵌まる第１嵌合部と、当該第１嵌合部から前記外装体の径方向の外向きに延在して隣接する電池のプラグに係合する連結部とを有する第１接続金具により、隣接する電池を接続してなる。（ＣＬ５）
この構成によれば、第１嵌合部は、外装体とプラグとの間に形成された隙間の一部に嵌合する。具体的には、当該嵌合部は外装体の径方向の外向に湾曲した金属板である。外装体が円筒状で、プラグが円柱状であるので、平面視においてこれらの間に生じる隙間は円環状となっている。このため、この隙間に嵌合する嵌合部は平面視形状が円弧状となっている。なお、外装体が四角柱状で、プラグの平面視形状が矩形状であれば、平面視においてこれらの間に生じる矩形枠状の隙間の一辺に嵌合するような、平面視形状が帯状の嵌合部や、矩形枠状の隙間の全てに嵌合するような、矩形枠状の嵌合部となる。

本発明に係る電池システムは、前記第１接続金具の一つが、前記電池の一端に取り付けられ、前記第１接続金具の他の一つが、前記電池の他端に取り付けられ、隣接する電池を接続してなる。（ＣＬ６）この構成によれば、第１接続金具は電池の上下端の両端に取り付けられ、電池は第１接続金具により直列に接続され、電池システムを構成する。（ＣＬ７）

本発明に係る電池システムは、前記外装体と前記プラグとの間に形成された前記隙間に嵌まる第２嵌合部と、隣接する電池の外装体とプラグとの間に形成された隙間に嵌まる第３嵌合部と、当該第２嵌合部と第３嵌合部と接続する連結部とを有する第２接続金具により隣接する電池の一方の極を接続して、かつ、前記プラグと隣接する電池のプラグを接続する第３接続金具により隣接する電池の他方の極を接続してなる。（ＣＬ８）そして、本発明に係る第２および第３接続金具により、電池システムが構成される。（ＣＬ９）
この構成によれば、２つの異なった形状の接続金具により、複数の電池を接続可能にする。

本発明に係る電池システムは、複数の電池をブラケットに取り付けて、前記電池を前記接続金具１、もしくは前記接続金具２と接続金具３により接続して、送風機から前記ブラケットと平行方向に冷却空気を送ってなる。（ＣＬ１０）
この構成によれば、電池システムから電気を取り出す際に、端子を兼ねる外装体やプラグ以外にも、この貫通孔に配線ケーブル等を接続するなどして電気を取り出すことができる。

以上のように、本発明に係る電池システムは、複数の電池を接続する接続部材とを備え、接続部材によって複数の電池を容易に接続でき、また電池交換も容易にできる。

本発明の第一実施形態に係る電池を示す断面図である。 （ａ）は図１の電池の電池本体を示す断面図である。（ｂ）は同電池のプラグを示す断面図である。（ｃ）は同プラグを示す平面図である。 （ａ）は図２のプラグにより電池本体を接続した状態を示す一部拡大断面図である。（ｂ）は、端部の電池本体を示す一部拡大断面図である。 （ａ）は本発明の第一実施形態に係る接続部材を示す斜視図であって、嵌合部が１つの接続部材である。（ｂ）は嵌合部が２つの接続部材である。（ｃ）は嵌合部のない接続部材である。（ｄ）は（ｃ）の変形例である。（ｅ）は長板状の接続部材である。 図４（ａ）の接続部材により、電池を接続した状態を示す断面図である。 （ａ）は図５の電池の接続状態における端部の電池を示す一部拡大図である。（ｂ）は（ａ）の平面図である。（ｃ）は電池の接続方向を変更した平面図である。 図４（ｂ）（ｃ）（ｄ）の接続部材により、電池を接続した状態を示す断面図である。 （ａ）は図７の電池の接続状態における一方端部の電池を示す一部拡大断面図である。（ｂ）は同他方端部の電池を示す一部拡大断面図である。 図４（ｂ）（ｅ）の接続部材により、電池を接続した状態を示す断面図である。 （ａ）は複数の電池を接続した組電池を示す側面図である。（ｂ）は同αα線断面図である。（ｃ）は複数の電池を保持するブラケットを示す図である。 本発明の第二実施形態に係る電池を接続した状態を示す断面図である。

本発明に係る実施形態を図面に基づき説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。

＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態に係る電池システムは、接続部材により複数の電池を接続してなる電池システムである。以下、本実施形態の電池システムを構成する電池と接続部材の構造、および接続部材による電池の接続について説明する。

１．電池の構成
（１）電池本体の構造
図１は、本発明の第一実施形態である電池１を示す断面図であり、図２は、電池本体２を示す断面図とプラグ１１を示す断面図および平面図である。図１と図２を用いて、本発明の第一実施形態である電池１の構造について説明する。なお、本実施形態においては、電池１の軸方向を上下方向として説明する。

図１、図２に示すように、本発明の第一実施形態である電池１は、円筒状の電池であって、電池本体２とプラグ１１とを備える。電池本体２は、外装体３と電極を主な構成要素としている。外装体３は、上方および下方が開口した円筒状であって、その両端部において軸方向に延伸する延伸部３ｂを有している。電極は、中央に孔のあいた円盤状の正極５と負極６とが、中央に孔のあいた円盤状のセパレータ７を介して順に積層され電極体４を構成し、電極体４が電解液と共に外装体３内部に収納されている。

そして、電極体４を上下から挟み込むように、中央に孔のあいた円盤状のキャップ９がそれぞれ配され、さらに電極体４およびキャップ９を上下から挟むように、中央に孔のあいた円盤状の絶縁パッキン１０がそれぞれ配されている。なお、絶縁パッキン１０は、外装体３と後述する集電体８とがプラグ１１を介して短絡するのを防止するとともに、電解液の漏れを防ぐシール材として機能する。

棒状の集電体８が、正極５と負極６とセパレータ７とキャップ９と絶縁パッキン１０を貫通し、絶縁パッキン１０の上方および下方に一部突出するように外装体３の軸方向に配されている。また、集電体８と外装体３とは、軸方向の長さが略同じ長さとなっている。そして、集電体８の軸方向に突出した部分には、その表面にねじ溝が形成されていて、後述するプラグ１１に設けたナット部１４に螺合可能に構成されている。

なお、一例として、本実施形態においては、集電体８の形状を棒状とし、正極５、負極６、セパレータ７等を円盤状としているが、これに限られず、例えば集電体８の形状を板状とし、正極５、負極６、セパレータ７等を角型としてもよい。

また、正極５の外径は、外装体３の内周径より小さく、正極５は外装体３の内周面に接触せず、正極５の中央に設けた孔の径は集電体８の径より小さく、正極５は集電体８に接触している。一方、負極６の外径は、外装体３の内周径より大きくて、負極６は外装体３の内周面に接触しており、負極６の中央に設けた孔の径は集電体８の径より大きくて、負極６は集電体８に接触していない。外装体３および集電体８は導電性を有する素材からなり、一例として本実施形態では鋼材にニッケルめっきを施してある。

このように、正極５が集電体８と接触して電気的に接続され、負極６が外装体３と接触して電気的に接続されているので、集電体８が正極端子として機能し、外装体３が負極端子として機能する。なお、反対に正極５と外装体３とが接触し、負極６と集電体８とが接触する構成とすれば、外装体３が正極端子となり、集電体８が負極端子となる。また、正極５と負極６とはセパレータ７によって互いに絶縁されている。なお、本実施形態において、セパレータ７は、外装体３の内周面に接触する径を持つ円盤状で、中央の孔は集電体８の外周面に接触する径で構成する。これにより、セパレータ７が正極５と負極６を確実に絶縁する。

また、正極５には、一例として多孔質の発泡ニッケルやニッケル焼結体からなる基板を用い、水酸化ニッケルを主とする正極活物質と合材を塗布してなる。また、負極６には、一例としてニッケルめっき鋼板に多数の孔を形成した基板を用い、水素吸蔵合金を主とする負極活物質と合材を塗布してなる。また、セパレータ７には、一例として絶縁性の不織布を用いる。また、電解液にはアルカリ系水溶液を用いる。つまり、本実施形態においては、一例として電池１がニッケル水素電池の場合である。

また、外装体３の側壁の上端および下端は、その内側の角が取られており、後述する接続部材２０の嵌合部２１との取り付けをガイドする。

（２）プラグの構造
図１、図２に示すように、プラグ１１は円柱状で、上方にナット部１４ａ、下方にナット部１４ｂが形成されていて、集電体８が螺合するようになっている。上下のナット部１４ａ、１４ｂは、袋ナットを形成しており、互いに連通することがない。電池１の内部に保持されている電解液は、集電体８を伝って電池本体２の外に流れようとする傾向にあるが、プラグ１１が袋ナットの形状であるため、電解液は電池本体２の外に漏れることを防いでいる。

また、プラグ１１は、円柱状の導電部材１２と、導電部材１２の側面には外周を覆うように配された円筒状の絶縁ピース１３とを備える。ナット部１４ａ、１４ｂにはねじ加工が施されている。集電体８にナット部１４ａ、４ｂを螺合させて、プラグ１１により正負極５，６およびセパレータ７からなる電極体４を外装体３の内部に保持する。プラグ１１の導電部材１２は、表面にニッケルめっきがされた鋼材からなり、導電性を有する。すなわち、プラグ１１と、集電体８とを接続することで、集電体８を介してプラグ１１が正極端子として機能する。

プラグ１１の径は、外装体３の内径よりも小さく、プラグ１１と外装体３との間に円環状の隙間１５が形成されている。この隙間１５に、後述する接続部材を取り付けて、隣接する電池１を互いに接続する（図５参照）。

一方、複数の電池１の接続は、プラグ１１を用いて行うこともできる。接続部材が、電池１を互いに横方向に接続するのに対し、プラグ１１は、電池１を上下方向に接続する。以下、プラグ１１を用いた電池１の接続について説明する。

（３）プラグによる電池の接続
図３（ａ）は、２つの電池１をプラグ１１を用いて接続した接続部分の拡大断面図である。図３（ａ）に示すように、プラグ１１を用いて電池１を接続する場合、上側の電池１の下方に突出した集電体８と、プラグ１１の上方のナット部１４ａとを螺合させて締結し、下側の電池１の上方に突出した集電体８と、プラグ１１の下方のナット部１４ｂとを螺合させて締結する。そして、上下の電池１の外装体３を図示しない配線で接続する。これにより２つの電池１が、プラグ１１と図しない配線を介して並列に接続することができる。

２つの電池１を接続する別の方法として、上側の電池１は外装体３を負極、集電体８を正極とし、下側の電池１は外装体３を正極、集電体８を負極となるよう構成してもよい。そうすれば、配線による接続は省略することができ、２つの電池１を直列に接続することができる。

なお、上側の電池１の上方と、下側の電池１の下方には、プラグ１１を介して電気を取り出すための端子部材１６をそれぞれ接続する。具体的には、図３（ｂ）に示すように、上側の電池１の上方に取り付けたプラグ１１の上方のナット部１４ａに、端子部材１６を挟み込みボルト１７で接続する。これにより、上側の電池１の集電体８とプラグ１１と端子部材１６とが電気的に接続され、上側の端子部材１６が正極端子となる。端子部材１６には電気を取り出すための配線ケーブル（図示せず）を取り付ける。

同様に、下側の電池１の下方に取り付けたプラグ１１に端子部材１６を接続することで、下側の電池１の集電体８とプラグ１１と端子部材１６とが電気的に接続され、下側の端子部材１６が負極端子となる。これにより、２つの電池１から、端子部材１６に接続された配線ケーブルを通じて外部に電気を取り出すことができる。

２．接続部材の構成
（１）接続部材２０
次に、電池１の接続に用いる接続部材について説明する。図４の（ａ）〜（ｅ）は、接続部材２０、３０、４０、４０’、５０の斜視図である。これら接続部材の構造について順に説明する。図４（ａ）に示すように、接続部材２０は、電池１の隙間１５の一部に嵌合する嵌合部２１と、電池１のプラグ１１と接続する接続部２２と、嵌合部２１と接続部２２とをつなぐ連結部２３とを備え、これらが一体に形成されている。嵌合部２１は、湾曲した金属板であって、平面視形状が図示するように円弧状である。嵌合部２１の厚さは隙間１５の幅より少し大きく、嵌合部材２１が隙間１５に圧力をもって嵌合する。嵌合部２１の高さはプラグ１１と略同じ寸法で、嵌合部２１を隙間１５に取り付けたときに、プラグ１１と嵌合部２１の上面の高さが揃うようになっている（図５参照）。

また、連結部２３は嵌合部２１の上方から電池１の径方向の外向きに延在し、連結部２３からさらに径方向の外向きに延伸して接続部２２が設けられている。また、接続部２２にはボルト１１の径より大きな貫通孔２４が形成されていて、ボルト１７を用いてプラグ１１に接続部２２を固定できるようになっている。連結部２３には別の貫通孔２５が形成され、貫通孔２５の内周面がねじ溝加工されている。これにより、ボルト２６を用いて貫通孔２５に端子部材１６を取り付けることができる（図５参照）。

（２）接続部材３０
図４（ｂ）に示すように、接続部材３０は、２つの嵌合部３１、３２と、これら嵌合部３１、３２をつなぐ連結部３３とを備え、これらが一体に形成されている。嵌合部３１、３２は、湾曲した金属板であって、平面視形状が図示するように円弧状である。嵌合部２１の厚さは隙間１５の幅より少し大きく、嵌合部材２１が隙間１５に圧力をもって嵌合する。嵌合部２１の高さがプラグ１１と略同じ寸法で、嵌合部３１、３２を隙間１５に取り付けたときに、プラグ１１と嵌合部３１、３２の上面の高さが揃うようになっている（図７参照）。

また、連結部３３は嵌合部３１、３２の上方からそれぞれ電池１の径方向の外向きに延在し、嵌合部３１、３２を連結している。連結部３３には貫通孔３５が形成され、貫通孔３５の内周面はねじ溝加工されている。これにより、ボルト２６を用いて連結部３１、３２に端子部材１６を取り付けることができる（図７参照）。

（３）接続部材４０
図４（ｃ）に示すように、接続部材４０は、嵌合部を有さず、２つの接続部４１、４２と、これら接続部４１、４２をつなぐ連結部４３とを備える板状の部材である。連結部４３と一方の接続部４２とは同じ高さに延在していて、他方の接続部４１はこれら接続部４２および連結部４３よりも板厚ぶん低く構成されている。

また、接続部４１、４２には貫通孔４４が形成され、貫通孔４４はプラグ１１のナット部１４の孔よりも大きくなっていて、ボルト１７を用いてプラグ１１に接続部４１、４２を固定できる。また、連結部４３には貫通孔４５が形成され、貫通孔４５の内周面はねじ溝加工されている。これにより、ボルト２６を用いて貫通孔４５に端子部材１６を取り付けることができる。また、端子部材１６を、プラグ１１のナット部１４とボルト１７との間に取り付け、電気を取り出すこともできる（図７参照）。

また、図４（ｄ）に示す接続部材４０’は、接続部材４０の変形例である。接続部４０’は、２つの接続部４１と、これら接続部４１をつなぐ連結部４３を備える板状の部材である。また、２つの接続部４１は、連結部４３よりも板厚ぶん低く構成されている。なお、接続部材４０’は、接続部材４０を用いて複数の電池１を接続するときに、端部の電池１を接続するために用いる。

（４）接続部材５０
図４（ｅ）に示すように、接続部材５０は、複数の貫通孔５３を備える長板状の部材である。また、貫通孔５３はプラグ１１のナット部１４の孔よりも大きくなっていて、ボルト１７を用いて複数のプラグ１１にそれぞれ固定して、複数の電池１を接続することができる（図９参照）。多数の電池１を接続する場合、接続部材４０は多数必要となるところ、接続部材５０は一つあればよい。
これら接続部材２０、３０、４０、４０’、５０は鋼材にニッケルめっきしたものを用いた。

３．接続部材を用いた電池接続
（１）接続部材２０を用いた電池１の接続
次に、図５、図６、図７、図８、図９に基づき、接続部材２０〜５０を用いた電池１の接続について順に説明する。図５は、接続部材２０を用いて複数の電池１を接続した状態を示す断面図である。図５に示すように、隣り合う電池１が接続部材２０により順に接続されている。なお、この接続に用いる複数の電池１は、外装体３が負極集電体となり、集電体８が正極集電体となる構成としていて、外装体３が負極端子となり、集電体８を介してプラグ１１が正極端子となる。

図５における右側の電池１Ａは、その上下に取り付けられた２つの接続部材２０Ａ、２０Ｂによって、隣の電池１Ｂと接続されている。接続部材２０Ａは、湾曲した金属板（平面視円弧状）の嵌合部２１が、電池１Ａの電池本体２とプラグ１１との間のできた平面視円環状の隙間１５の一部に嵌合して取り付けられている。このとき、嵌合部２１の外側面２１ａと外装体３の内周面３aとが接触して電気的に接続される。なお、嵌合部２１とプラグの導電部材１２とは、絶縁ピース１３によって絶縁され、また嵌合部２１と電極体４とは、絶縁パッキン１０によって絶縁されているので、電池１が電気的に短絡を生ずることはない。

一方、嵌合部２１の反対側に位置する接続部２２は、電池１Ｂのプラグ１１のナット部１４ａにボルト１７によって接続固定される。これにより、接続部２２とプラグ１１の導電部材１２とが接触して電気的に接続される。このとき、ボルト１７は貫通孔２４を貫通してナット部１４ａと螺合して締結固定されるが、貫通孔２４の孔径はボルト１７の径よりも大きいので、ボルト１７を少し緩めて接続部材２０を周方向に回転させることができる。これにより、電池１の接続方向を変更することができるので、複数の電池１の配置を調整することができる。

以上のようにして、電池１Ａの正極端子であるプラグ１１と、電池１Ｂの負極端子である外装体３とが接続部材２０Ａによって電気的・機械的に接続され、電池１Ａと電池１Ｂとが直列に接続されることとなる。電池１Ａと電池１Ｂとは、その下方に取り付けられた接続部材２０Ｂによっても接続されている。接続部材２０Ｂの接続は、上記接続部材２０Ａの場合と同様である。このように、本実施形態においては、電池１Ａと電池１Ｂとが、上下２つの接続部材２０Ａ、２０Ｂにより接続されるので、電池１からの電気は上下方向に２分されて取り出されることとなる。１つの接続部材で電気を取り出す場合に比べて、外装体３および集電体８を流れる電流は各１／２となり、ジュール損失は大幅に軽減されることとなる。

また、電池１Ａと電池１Ｂとの接続の他、その他の電池１も同様の手順で接続されている。このように複数の電池１を直列接続することで、電池１が１つの場合よりも、大きな電圧を得ることができる。なお、直列接続された複数の電池１から電気を取り出すには、正負極端子に端子部材１６を取り付けて行う。具体的には、電池１Ａの上下のプラグ１１に端子部材１６をボルト１７で固定し、この端子部材１６にそれぞれ取り付けた配線ケーブル（図示せず）を接続してプラス側の電気を取り出す。そして、電池１Ｄの上下に取り付けた接続部材２０Ｄの連結部２３にそれぞれ端子部材１６を取り付けて、これら端子部材１６に取り付けた配線ケーブル（図示せず）を接続してマイナス側の電気を取り出す。

端子部材１６と連結部２３との接続は、図６（ａ）に示すように、端子部材１６の貫通孔にボルト２６を通し、ボルト２６を連結部２３の貫通孔２５に螺合して締結固定することにより行うことも可能である。また、端子部材１６は導電部材１２に接続することもでき（例えば図７）、端子部材１６と導電部材１２との接続は、端子部材１６の貫通孔にボルト１７を通し、ボルト１７を導電部材１２のナット部１４に螺合して締結固定することにより行う。

以上のように、本実施形態の接続部材２０を用いることによって、複数の電池１を簡単に接続することができ、電池１を取り外すことも容易にできる。これにより、不具合や劣化が生じた電池１を、簡単な操作で交換することができる。また、接続部材２０を用いることで電池１を横方向（電池の軸線に垂直方向）に接続することができる。さらに、接続部２２の貫通孔２４がボルト１７の径より大きく、かつ、嵌合部２１が、電池１の平面視円環状の隙間１５の一部に嵌合する平面視円弧状の形状であるため、接続部材２０を周方向に回転することでき、容易に電池１の配置を変更することができる（図６（ｂ）（ｃ）参照）。また、このように接続部材２０を周方向に回転することができ、かつ、嵌合部２１が電池１の隙間１５に納まりよく取り付けられるので、電池１を効率よく配置することが可能となり、配置の自由度が増す。

（２）接続部材３０と接続部材４０を用いた電池１の接続
図７は、接続部材３０と接続部材４０を用いて複数の電池１を接続した状態を示す断面図である。図７に示すように、隣り合う電池１が接続部材３０と接続部材４０とによって順に接続されている。なお、複数の電池１は、外装体３が負極集電体となり、集電体８が正極集電体となる構成とし、外装体３が負極端子となり、集電体８を介してプラグ１１が正極端子となる。

図７における右側の電池１Ｅは、その上方に取り付けられた接続部材３０Ａと、下方に取り付けられた接続部材４０Ａとにより、隣の電池１Ｆと接続されている。接続部材３０Ａは、平面視円弧状（湾曲した金属板）の嵌合部３１が電池１Ｅの電池本体２と上方のプラグ１１との平面視円環状の隙間１５の一部に嵌合して取り付けられている。このとき、嵌合部３１の外側面３１ａと外装体３の内周面３ａとが接触して電気的に接続されている。なお、嵌合部３１とプラグの導電部材１２とは、絶縁ピース１３によって絶縁され、また嵌合部３１と電極体４とは、絶縁パッキン１０によって絶縁されているので、電池１が電気的に短絡することはない。

また、嵌合部３２は、嵌合部３１と同様、電池１Ｆの電池本体２とプラグ１１との平面視円環状の隙間１５の一部に嵌合して取り付けられる。このとき、嵌合部３２の外側面３２ａと外装体３の内周面３ａとが接触して電気的に接続されている。なお、嵌合部３１および嵌合部３２は、電池１の平面視円環状の隙間１５の一部に嵌合する平面視円弧状の形状であるため、それぞれ隙間１５を周方向に回転させることができる。

また図７において、接続部材４０Ａは、接続部４２が、電池１Ｅの下方の導電部材１２のナット部１４ｂとボルト１７との間に挟まれ、更に、接続部材４０Ｚの接続部４１もボルト１７により挟まれて、とともに導電部材１２に接続固定される。これにより、接続部材４０Ａの接続部４２の上面が接続部材４０Ｚの接続部４１の下面と接触し、接続部材４０Ｚの接続部４１の上面がプラグ１１の導電部材１２の下面と接触して、これらが導通する。このとき、ボルト１７は接続部材４０Ａの貫通孔４４を通りナット部１４ｂと螺号して締結固定されるが、貫通孔４４はボルト１７の径よりも大きいので、ボルト１７を少し緩めて接続部材４０Ａを周方向に回転させることができる。

一方、接続部４１は、電池１Ｆの下方の導電部材１２のナット部１４ｂとボルト１７との間に挟まれ、更に、接続部材４０Ｂの接続部４２もボルト１７により挟まれて、とともに導電部材１２に接続固定される。これにより、接続部材４０Ａの接続部４１の上面が導電部材１２の下面と接触し、接続部材４０Ａの接続部４１の下面が、接続部材４０Ｂの接続部４２の上面と接触して、これらが導通する。なお、接続部材４０Ａの接続部４１は、接続部材４０Ｂの接続部４２および連通部４３よりも板厚ぶん低くなっているので、接続部４１と接続部４２とを重ねて接続したときに、電池１Ｅ、１Ｆの取り付け高さが揃う。また、ボルト１７は接続部材４０Ａの貫通孔４４を通り導電部材１２のナット部１４ｂと螺号して締結固定されるが、貫通孔４４はボルト１７の径よりも大きいので、ボルト１７を少し緩めて接続部材４０Ａを周方向に回転させることができる。

また、この接続において、電池１の下方において、プラグ１１から絶縁ピース１３を取りはずした状態の導電部材１２を取り付けているが、導電部材１２に絶縁ピース１３を取り付けて使用してもよい。また、接続部材３０Ａと接続部材４０Ａは、いずれも周方向に回転させることができるので、電池１の配置を容易に調整することができる。

以上のようにして、電池１Ｅと電池１Ｆの負極端子である外装体３が接続部材３０Ａにより電気的・機械的に接続され、電池１Ｅの正極端子であるプラグ１１と電池１Ｆの正極端子である導電部材１２とが接続部材４０Ａにより電気的・機械的に接続され、電池１Ｅと電池１Ｆとが並列に接続されることになる。

上記電池１Ｅと電池１Ｆとの接続と同様に、その他の電池１も接続する。なお、図８（ａ）に示すように、左側端部の電池１については、端部の接続部材４０を取り付けない。また、図８（ｂ）に示すように、右側端部の電池１については、接続部材４０にかえて、接続部材４０’を取り付けて接続する。右側端部の電池１に接続部材４０’を用いるのは、右側端部の電池１と、その隣の電池１との高さを合わせるためである。逆に、右側端部の電池１に接続部材４０をそのまま用いると、右側端部の電池１の高さが、その他の電池１の高さよりも少し高い位置になってしまう。

このような構成により、複数の電池１を並列接続することで、電池１が１つの場合よりも、多くの電気量を得ることができる。また、並列接続された複数の電池１から電気を取り出すためには、例えば電池１Gにおいて、接続部材３０Ｂの連結部３３に負極側の端子部材１６を取り付けて、電池１Ｇの導電部材１２に正極側の端子部材１６を取り付けて、これら端子部材１６に配線ケーブルを接続して、電池の外部に電気を取り出すことができる（図７参照）。なお、導電部材１２に端子部材１６を取り付ける代わりに、接続部材４０Ｂの連結部４３に端子部材１６を接続してもよい。

なお、図７の接続において、複数の電池１のすべてが外装体３を負極集電体とし、集電体８を正極集電体として構成しているが、外装体３を負極集電体と集電体８を正極集電体とした電池１と、外装体３を正極集電体と集電体８を負極集電体とした電池１とを、交互に接続する構成とすれば、複数の電池１を直列に接続することもできる。

（３）接続部材３０と接続部材５０を用いた電池１の接続
図９に、複数の電池１が接続部材３０と接続部材５０とによって接続されている電池システムの構成図を示す。なお、複数の電池１は外装体３が負極集電体となり、集電体８が正極集電体となる構成としていて、外装体３が負極端子となり、集電体８を介してプラグ１１が正極端子となる。

図９の複数の電池１は、上方に取り付けられた複数の接続部材３０Ａと、下方に取り付けられた１つの接続部材５０とによって互いに接続される。なお、接続部材３０Ａによる電池１の接続は、上記（２）と同様であるため、説明は省略する。

接続部材５０は、複数の貫通孔５３を備える長板状の部材である。また、電池１と接続部材５０との接続は、それぞれの貫通孔５３にボルト１７を通し、ボルト１７をそれぞれの電池１の下方のプラグ１１のナット部１４ｂに螺号して締結固定して行う。これにより、接続部材５０の上面が、それぞれのプラグ１１の下面と接触して電気的に接続される。これにより、複数の電池１の正極側は１つの接続部材５０によって接続することができる。

なお、本実施形態の接続部材５０の長板状にかえて、例えば略正方形状や略三角形状、円形状などに変更してもよく、その他複数の電池１を載置するスペースに応じて適宜変更してもよい。

以上のようにして、複数の電池１が並列に接続される。なお、上記（２）の場合と同様、複数の電池１を、外装体３を負極と集電体８を正極とした電池１と、外装体３を正極と集電体８を負極とした電池１とを交互に接続する構成とすれば、複数の電池１を直列に接続することもできる。

４．複数の電池を接続した組電池
次に、図１０に基づき、複数の電池１を接続した組電池６０について説明する。図１０に示すように、組電池６０には、複数の電池１が側面視略Ｌ字状のケーシング６１に収納されていて、ケーシング６１の上部に空冷ファン６２が配置されている。複数の電池１は、複数の貫通孔６４が千鳥状に配された３つのブラケット６３に保持されている。貫通孔６４の孔径は、電池１の外装体３の外径と同じか、それよりも少し小さく形成され、貫通孔６４に電池１を嵌めこむように配置する。なお、本実施形態のブラケット６３には、絶縁性のある塩ビ板を用いた。

そして、ブラケット６３に保持された複数の電池１をケーシング６１内に収納する。また、ケーシング６１の正面には、フィルター６５とともに、複数の通気孔６６が形成された通気板６７が配置されていて、空冷ファン６２を動作させ、外部の空気をケーシング６１内に流通させる。この空気により、複数の電池１は冷却される。このとき、複数の電池１は、それぞれ隙間をあけて千鳥状に配置されているので、この隙間を空気が流通する際に、空気が複数の電池１を冷却する。なお、複数の電池１は、３つの板状のブラケット６３により保持されているので、外装体３の外周面が大きく露出しており、空気と触れる表面積が大きく、電池１を効率良く冷却できる。また、通気板６７は、その通気孔６６が下方から空気が流入するよう構成されており、かつ、フィルター６７を配することにより、ゴミ等がケーシング６１内に入り込みにくくなる。なお、複数の電池１は、上述した接続部材２０〜５０を適宜使用しての電気的に接続される。

５．本実施形態の電池システムを用いた場合の効果
以上説明したように、本実施形態の電池システムによれば、接続部材２０〜５０を取り付けることにより簡単に複数の電池１を接続することができ、また接続部材を取り外せば簡単に電池１を取り出すことができる。これにより、電池１のひとつに不具合があった場合、簡単な操作で不具合のある電池を取り外し交換することができる。また、プラグ１１によって複数の電池１を上下方向に接続することができ、かつ、接続部材２０〜５０によって複数の電池１を横方向や前後方向にも接続できる。すなわち、複数の電池１を自由に配置することができる。

＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態に係る電池システムについて説明するが、第二実施形態の電池システムは、電池１の構成を変更したものであり、主として電極体４を変更したものである。なお、第第一実施形態と同一の部材については同一の符号を用い、同一の構造については説明を省略する。

図１１に示すように、電池１０１は、シート状の正極１０５、シート状の負極１０６、シート状のセパレータ１０７を含む電極体１０４を備え、電極体１０４が電解液と共に外装体３に収納されている。この正極１０５と負極１０６とは、セパレータ１０７を介して上下方向にずらして、集電体８を中心に渦巻き状に捲回されている。また、電極体１０４の下方に導電性の集電板１０８と、上方に導電性の集電板１１０とを配する。

集電板１０８は、中央に貫通孔１０９が設けられた円盤状であり、集電板１０９の径は外装体３の内径よりも小さく、貫通孔１０９の径は集電体８の径と略同じ寸法に構成されている。すなわち、集電板１０８は、集電体８に接触し、かつ、外装体３には接触しない構成となっている。また、電極体１０４の下方に集電板１０８を配置した状態で、正極１０５の下面と集電板１０８の上面とが接触する。これにより、正極１０５と集電板１０８とが導通し、集電板１０８を介して集電体８が正極集電体となる。

集電板１１０は、中央に貫通孔１１１が設けられた円盤状であり、集電板１１０の径は外装体３の内径と略同じ寸法で、貫通孔１１１の径は集電体８の径よりも大きく構成されている。すなわち、集電板１１０は、外装体３に接触し、かつ、集電体８には接触しない構成となっている。また、電極体１０４の上方に集電板１１０を配置した状態で、負極１０６の上面と集電板１１０の下面とが接触する。これにより、負極１０６と集電板１１０とが導通し、集電板１１０を介して外装体３が負極集電体となる。

なお、電池１０１のその他の構成については、第一実施形態の電池１と同様の構成であるため、複数の電池１０１を接続部材２０〜５０により接続することができ、第一実施形態の電池システムと同様の効果を得られる。

＜その他の実施形態＞
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、電池の電極体の構造は積層型や捲回型に限られず、その他の構造としてもよい。

１ 電池
２ 電池本体
３ 外装体
４ 電極体
５ 正極
６ 負極
７ セパレータ
８ 集電体
９ キャップ
１０ 絶縁パッキン
１１ プラグ
１２ 導電部材
１３ 絶縁ピース
１４ ナット部
１５ 隙間
１６ 端子部材
１７ ボルト
２０ 接続部材
２１ 嵌合部
２２ 接続部
２３ 連結部
２４ 貫通孔
２６ ボルト
３０、４０、５０ 接続部材
６０ 組電池
６１ ケーシング
６２ 冷却ファン
６３ ブラケット
６５ 通気板
６７ フィルター

Claims (10)

1. 筒状の外装体と、前記外装体に収納される正極と負極と前記正極と前記負極の間に介在するセパレータとを含む電極体と、前記電極体の外方であって前記外装体の軸方向に突出する集電体とを有する電池において、
   前記集電体の両端に係合し、前記電極体を前記外装体内部に保持するプラグと、
   前記外装体がその両端部において軸方向に延伸する延伸部を有していて、前記プラグと前記延伸部との間に隙間を有していて、
   前記外装体が前記正極もしく負極のいずれか一方の電極に電気的に接続され、かつ、前記集電体が他方の電極に電気的に接続されている電池。
2. 前記プラグの両端部軸方向に互いに連通しない袋ナットが形成されていて、当該袋ナットが前記集電体に係合する構造となっている請求項１に記載の電池。
3. 前記プラグの側面が絶縁部材で覆われている請求項１または２のいずれか一項に記載の電池。
4. 請求項２において、前記袋ナットの一方が前記集電体に係合し、前記袋ナットの他方が隣接する電池の集電体に係合して構成される電池システム。
5. 前記外装体と前記プラグとの間に形成された前記隙間に嵌まる第１嵌合部と、当該第１嵌合部から前記外装体の径方向の外向きに延在して隣接する電池のプラグに係合する連結部とを有する第１接続金具により、隣接する電池を接続してなる電池システム。
6. 前記第１接続金具の一つが、前記電池の一端に取り付けられ、前記第１接続金具の他の一つが、前記電池の他端に取り付けられ、隣接する電池を接続してなる請求項５に記載の電池システム。
7. 請求項５に記載の電池システムを構成する第１接続金具。
8. 前記外装体と前記プラグとの間に形成された前記隙間に嵌まる第２嵌合部と、隣接する電池の外装体とプラグとの間に形成された隙間に嵌まる第３嵌合部と、当該第２嵌合部と第３嵌合部と接続する連結部とを有する第２接続金具により隣接する電池の一方の極を接続して、かつ、前記プラグと隣接する電池のプラグを接続する第３接続金具により隣接する電池の他方の極を接続してなる電池システム。
9. 請求項８に記載の電池システムを構成する第２接続金具および第３接続金具。
10. 請求項１に記載の複数の電池をブラケットに取り付けて、前記電池を前記接続金具１、もしくは前記接続金具２と接続金具３により接続して、送風機から前記ブラケットと平行方向に冷却空気を送ってなる電池システム。
    

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