JP2009277646A - 組電池、組電池の製造方法および組電池を搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な組電池、前記組電池を効率的に製造するための製造方法、および、安価な車両を提供する。
【解決手段】二次電池をケース内に収容してなる電池モジュール４０を複数積層して形成される電池スタック３０を有する組電池であって、ケース４２に着脱自在に取付けられる一対のスペーサ６０，６１を有する。スペーサ６０，６１は、電池モジュール４０の積層方向の一端の複数の位置に設けられた複数の第１嵌合部と、電池モジュール４０の積層方向の他端の複数の位置に設けられ、積層方向で隣接する他のスペーサ６０，６１の複数の第１嵌合部と嵌合する複数の第２嵌合部と、を有する。そして、前記第１嵌合部の少なくともひとつと、前記ひとつと嵌合する前記積層方向で隣接する他のスペーサ６０，６１の第２嵌合部とは、着脱自在に連結する連結構造を構成している。
【選択図】図３

Description

本発明は、組電池、組電池の製造方法および組電池を搭載した車両に関する。

自動車や電車などの車両の駆動用電源として利用される組電池は、単電池をケース内に収容してなる電池モジュールを複数有しており、電池モジュール間に隙間を形成し、前記隙間を通して配置される連結部材によって電池モジュールを拘束している（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−５１６７号公報

しかし、連結部材を各隙間に通す必要があるため、作業性が良好でなく、生産性を向上させることが困難であり、また、部品点数が多いため、部品コストを低減することも難しく、製造コストに問題を有している。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、安価な組電池、前記組電池を効率的に製造するための製造方法、および、安価な車両を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一様相は、二次電池をケース内に収容してなる電池モジュールを複数積層して形成される電池スタックを有する組電池であって、電池モジュールのケースに着脱自在に取付けられる枠体を有する。前記枠体は、前記電池モジュールの積層方向の一端の複数の位置に設けられた複数の第１嵌合部と、前記電池モジュールの前記積層方向の他端の複数の位置に設けられ、前記積層方向で隣接する他の枠体の複数の第１嵌合部と嵌合する複数の第２嵌合部と、を有する。そして、前記第１嵌合部の少なくともひとつと、前記ひとつと嵌合する前記積層方向で隣接する他の枠体の第２嵌合部とは、着脱自在に連結する連結構造を構成している。

上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、二次電池をケース内に収容してなる電池モジュールを複数積層して形成される電池スタックを有する組電池の製造方法である。当該製造方法は、積層方向に延長するスタックフレームに位置合せしながら、枠体が取付けられた前記電池モジュールを複数積層して電池スタックを形成するための工程、前記電池スタックにおける前記積層方向に関する両側に、エンドプレートを配置するための工程、および、前記スタックフレームによって前記エンドプレートを締結することで、前記エンドプレートの間に挟まれる前記電池スタックを拘束するための工程を有する。また、前記枠体は、前記電池モジュールの積層方向の一端の複数の位置に設けられた複数の第１嵌合部と、前記電池モジュールの前記積層方向の他端の複数の位置に設けられ、前記積層方向で隣接する他の枠体の複数の第１嵌合部と嵌合する複数の第２嵌合部と、を有する。そして、前記第１嵌合部の少なくともひとつと、前記ひとつと嵌合する前記積層方向で隣接する他の枠体の第２嵌合部とは、着脱自在に連結する連結構造を構成する。これにより、前記電池スタックを形成するための工程において、前記枠体の第１嵌合部と、前記積層方向で隣接する他の枠体の第２嵌合部とを嵌合し、隣接する別の電池モジュールのケースを、位置決めする。

上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、前記組電池を、駆動用電源として搭載している車両である。

本発明の一様相に係る組電池によれば、電池モジュールのケースに着脱自在に取付けられる枠体は、積層方向で隣接する他の枠体と着脱自在に連結する連結構造を有するため、枠体を電池モジュールのケースに取付けて積層することで、隣接する別の電池モジュールのケースの位置決めが達成されるため、全ての電池モジュールに連結部材を貫通させる作業が不要となる。そのため、作業性が良好であり、生産性を向上させることが可能である。また、前記連結部材が不要となるため、部品点数を削減し、部品コストを低減することが可能である。したがって、安価な組電池を提供することができる。

本発明の別の一様相に係る組電池の製造方法によれば、積層方向に延長するスタックフレームを利用して、枠体が取付けられた電池モジュールを順次位置決めして、電池スタックを効率的に形成し、かつ、エンドプレートの間に挟まれる電池スタックを容易に拘束することが可能である。また、電池スタックを形成するための工程において、枠体を電池モジュールのケースに取付けて積層することで、隣接する別の電池モジュールのケースの位置決めが達成されるため、全ての電池モジュールに連結部材を貫通させる作業が不要となる。そのため、作業性が良好であり、生産性を向上させることが可能である。また、前記連結部材が不要となるため、部品点数を削減し、部品コストを低減することが可能である。したがって、製造される組電池は、安価なものとなる。つまり、安価な組電池を効率的に製造するための製造方法を提供することできる。

本発明の別の一様相に係る車両によれば、駆動用電源の組電池は、安価であるため、これを搭載した車両は、製造コストを低減することができる。つまり、安価な車両を提供することができる。

実施の形態１に係る組電池を説明するための斜視図である。 図１に示される組電池の適用例を説明するための概略図である。 図１に示される組電池が有する電池スタックを説明するための斜視図である。 図３に示される電池モジュールのケースを説明するための斜視図である。 図４に示される電池モジュールのケースに収容される二次電池を説明するための斜視図である。 図３に示されるスペーサを説明するための斜視図である。 図６に示されるスペーサの電池モジュールに対する取付けを説明するための分解図である。 図６に示される側方壁部を説明するための斜視図である。 図６に示されるスペーサの相互連結構造を説明するための斜視図である。 図６に示されるスペーサによって形成される冷却風通路を説明するための斜視図である。 図１０に示される冷却風通路を流通する冷却風の入口および出口を説明するための斜視図である。 実施の形態１に係る組電池の製造方法を説明するための斜視図であり、前エンドプレートの取付けを示している。 図１２に続く、電池モジュールの積層を示している斜視図である。 下方に位置する冷却風通路を示している部分拡大図である 図１３に続く、電池スタックの形成を示している斜視図である。 図１５に続く、上部スタックフレームの取付けを示している斜視図である。 上方に位置する冷却風通路を示している部分拡大図である。 図１７に続く、後エンドプレートの取付けを示している斜視図である。 実施の形態１に係る変形例１を説明するための斜視図である。 実施の形態２に係る電池スタックを説明するための斜視図である。 図２０に示される電池モジュールのケースを説明するための斜視図である。 図２０に示されるスペーサの正面形状を説明するための斜視図である。 図２０に示されるスペーサの背面形状を説明するための斜視図である。 図２３に示されるスペーサの連通部を説明するための断面図である。 図２３に示されるスペーサの嵌合部を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施の形態１に係る組電池を説明するための斜視図、図２は、図１に示される組電池の適用例を説明するための概略図、図３は、図１に示される組電池が有する電池スタックを説明するための斜視図、図４は、図３に示される電池モジュールのケースを説明するための斜視図、図５は、図４に示される電池モジュールのケースに収容される二次電池を説明するための斜視図である。

図１に示される実施の形態１に係る組電池２０は、図２に示される自動車や電車などの車両１０の車体中央部の座席下に搭載され、駆動用電源として利用される。車両１０は、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などの移動体である。組電池２０を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部や、車両前方のエンジンルーム、後部ラゲッジスペース、センターコンソールなどを利用することも可能である。組電池２０は、後述するように、安価かつ良好な長期信頼性を有するため、これを搭載した車両は、安価かつ良好な長期信頼性を有することとなる。また、組電池２０は、小型かつ高性能（高出力および長寿命）であるため、搭載スペースが限定される移動体に適用することが好ましい。なお、符号２２は、冷却風（冷媒）を組電池２０の内部に導入するためのダクトが取付けられる吸気口であり、符号２４は、組電池２０の内部に形成される冷却風通路（冷媒通路）を循環した冷却風を排出するためのダクトが取付けられる排気口である。

組電池２０は、図３に示される電池スタック３０を内蔵している。電池スタック３０は、枠体を構成する一対のスペーサ（枠状部材）６０，６１が取付けられた略矩形状の電池モジュール４０を複数積層することで形成されている。

スペーサ６０，６１は、樹脂材料（例えば、ポリプロピレン）から形成され、電池モジュール４０の短辺側に配置される。スペーサ６０，６１は、一体として、隣接する別の電池モジュールのケースとの間に冷却風通路を形成するための隔壁部、積層方向に延長する冷却風通路を形成するための隔壁部、および、別の電池モジュールのケースを位置決めするための連結構造を有している。スペーサ６０，６１は、対称形状を有しており、スペーサ部品を共有化し、部品点数を削減すると共に、誤組付けを防止し、生産性を向上させている。符号４１は、電池モジュール出力端子である。

電池モジュール４０は、図４に示されるように、箱形状を成すロアケース４４および蓋形状を成すアッパーケース４６からなるケース４２を有する。アッパーケース４６の縁部は、カシメ加工によって、ロアケース４４の周壁の縁部に巻き締められている。電池モジュール４０の積層数は、組電池２０として必要とする出力特性（電圧および容量）を考慮し、適宜設定される。

ロアケース４４およびアッパーケース４６は、比較的薄肉の鋼板またはアルミニウム板から形成される。鋼やアルミニウムなどの金属材料は、良好な剛性を有するため、必要な剛性を確保しつつ小型軽量化および低騒音化を図り、また、良好な熱伝導率を有するため、冷却性能および温度制御性を向上させることで、低燃費化および長寿命化を図ることが可能である。

ケース４２の内部には、スリーブ（不図示）および二次電池５０が収容されている。スリーブは、ケース４２の４隅に配置されており、ケース４２の補強部材として機能し、電池スタックを締結するための締結力を受けるために使用される。また、アッパーケース４６およびロアケース４４は、外面の４隅に形成される窪み部４８および４９を有する。窪み部４８および４９は、スペーサ６０，６１を取付ける際の位置決めに使用され、例えば、積層方向に延長する貫通穴あるいは凹部によって形成することが可能である。

二次電池５０は、図５に示されるように、扁平型のリチウムイオン二次電池であり、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した発電要素を有する。発電要素は、ラミネートフィルムなどの外装材５２によって封止されている。二次電池５０は、外装材５２から外部に導出される板状の電極タブ５４，５６を有する。電極タブ５４は、プラス側であり、電極タブ５６は、マイナス側である。符号５８は、二次電池５０の発電領域を示している。

リチウムイオン二次電池は、小型かつ高性能（高出力および長寿命）であるため、組電池を小型化してスペース効率を向上させたり、高性能化したりすることができるため、好ましい。二次電池５０の収容数は、電池モジュール４０として必要とする出力特性（電圧および容量）を考慮し、適宜設定される。なお、最外部に位置する二次電池５０の発電領域５８は、ロアケース４４およびアッパーケース４６の内面と当接している。

次に、電池モジュール４０に取付けられるスペーサを詳述する。

図６は、図３に示されるスペーサを説明するための斜視図、図７は、図６に示されるスペーサの電池モジュールに対する取付けを説明するための分解図、図８は、図６に示される側方壁部を説明するための斜視図、図９は、図６に示されるスペーサの相互連結構造を説明するための斜視図である。スペーサ６０，６１の形状は、対称であるため、重複した説明を避けるため、以下においては、スペーサ６０によって代表させる。スペーサ６０は、図６に示されるように、リブ部７０およびリブ部７０の両側に位置する側方壁部８０を有する。

リブ部７０は、図７に示されるように、電池モジュール４０のロアケース４４上を、二次電池５０の発電領域５８（図５参照）に相対するケース部位から離間して配置され、電池モジュール出力端子側に対して略並行に延長している。したがって、電池モジュール４０を積層する際、リブ部７０は、隣接する別の電池モジュールのアッパーケース４６との間に位置することとなる。

また、リブ部７０は、内面（ロアケース４４に相対する面）に配置される突出部７２および内外面（ロアケース４４に相対する面および隣接する電池モジュールのアッパーケース４６に相対する面）に配置されるパッド部（隆起部）７８および７９を有する。突出部７２は、ロアケース４４の外面の４隅に形成される窪み部４９に位置合せされており、かつ、嵌合自在である。したがって、図７に示されるように、スペーサ６０を電池モジュール４０のロアケース４４に取付ける際、スペーサ６０の電池モジュール４０に対する位置決めが容易であるため、生産性を向上させることができる。

パッド部７８，７９は、弾性体からなり、ロアケース４４および隣接する電池モジュールのアッパーケース４６に相対する面に対して、平坦形状を有する。パッド部７８，７９は、電池モジュールを積層して電池スタックを形成した後において、弾性力によって、電池スタックを締結するための締結力を保持するため、経時変化による劣化を引き起こし難く、また、弾性体は、摩擦抵抗が大きいため、電池モジュールのズレを抑制することが可能である。したがって、長期信頼性を向上させることができる。

側方壁部８０は、ロアケース４４の角部の外面形状に対応しており、ケース短辺側を延長する短辺側部位８０Ａ、ケース長辺側を延長する長辺側部位８０Ｃ、および、短辺側部位８０Ａと長辺側部位８０Ｃを連結する円弧状の屈曲部位８０Ｂを有し、ケース４２の側方に当接するように配置され、ロアケース４４の角部を覆っている。

側方壁部８０は、図８に示されるように、凸部（第１嵌合部および第２嵌合部の一方）８２、凹部（第１嵌合部および第２嵌合部の他方）８４、ガイド部（位置決め部）８６およびパッド部（隆起部）８８を有している。

凸部８２は、電池モジュール４０のロアケース４４の底面側に位置するＬ字状端面の３箇所に配置されている。凸部８２の配置場所は、短辺側部位８０Ａの端部、屈曲部位８０Ｂ、および長辺側部位８０Ｃの端部である。凹部８４は、凸部８２と嵌合自在であり、電池モジュール４０のアッパーケース４６の外面側に位置するＬ字状端面の３箇所に配置されている。凹部８４の配置場所は、凸部８２の配置場所と位置合せされており、短辺側部位８０Ａの端部、屈曲部位８０Ｂ、および長辺側部位８０Ｃの端部である。

したがって、電池モジュール４０を積層する際、側方壁部８０の凸部８２は、アッパーケース４６の外面と相対する別の電池モジュール４０に取付けられるスペーサ（隣接する電池モジュールのロアケース側に位置するスペーサ）６０の側方壁部８０の凹部８４と嵌合させることが可能である。一方、側方壁部８０の凹部８４は、ロアケース４４の底面と相対する別の電池モジュール４０に取付けられる別のスペーサ（隣接する電池モジュールのアッパーケース側に位置するスペーサ）の側方壁部８０の凸部８２と嵌合させることが可能である。

つまり、側方壁部８０の凸部８２および凹部８４は、隣接するスペーサを着脱自在に連結する前記連結構造を構成しており、図９に示されるように、隣接するスペーサ６０を相互に順次連結することで、別の電池モジュールのケースを位置決めが達成されるため、全ての電池モジュールに連結部材を貫通させる作業が不要となる。そのため、作業性が良好であり、生産性を向上させることが可能である。また、前記連結部材が不要となるため、部品点数を削減し、部品コストを低減することが可能である。さらに、連結構造は、凸部と凹部との単純な嵌合構造により達成されており、好ましい。なお、凸部８２および凹部８４は、３箇所配置することに限定されず、必要に応じて適宜設定することが可能である。

ガイド部８６は、電池モジュール４０の積層方向に延長しており、略円弧状の断面を有する。ガイド部８６は、電池スタック３０を締結するためのスタックフレーム（後述）にスペーサ６０を位置決めするために使用される。つまり、電池モジュール４０を積層する際、スペーサ６０のガイド部８６をスタックフレームに当接させて、スタックフレームに沿って移動させることによって、スペーサ６０（およびスペーサ６０が取付けられた電池モジュール４０）を、スタックフレームに対して位置決めすることができる。したがって、電池モジュールのスタックフレームに対する位置決めが容易であるため、生産性を向上させることができる。

パッド部８８は、弾性体からなり、略矩形の平坦形状を有し、側方壁部８０の短辺側部位８０Ａおよび長辺側部位８０Ｃの外面に配置されている。パッド部８８は、例えば、組電池が振動したり衝撃を受けたりした際、電池モジュールに伝達される振動（例えば、走行振動）あるいは衝撃（例えば、衝突時の衝撃）を、弾性力によって吸収して緩衝させることが可能である。したがって、信頼性を向上させることができる。

なお、パッド部７８および７９，８８は、例えば、二色成形によってスペーサ６０（リブ部７０および側方壁部８０）と一体的に形成したり、別体として成形した後で接着剤によってスペーサ６０に接合したりすることも可能である。また、パッド部７８および７９，８８を必要に応じて省略することも可能である。

図１０は、図６に示されるスペーサによって形成される冷却風通路を説明するための斜視図、図１１は、図１０に示される冷却風通路を流通する冷却風の入口および出口を説明するための斜視図である。

スペーサ６０，６１を電池モジュール４０に取付けて積層する場合、スペーサ６０，６１のリブ部７０は、取付けられた電池モジュール４０のロアケース４４と、隣接する電池モジュール４０のアッパーケース４６との間に挟まれるため、空間を形成する。当該空間は、吸気口２２および排気口２４（図１１参照）に連通している。

したがって、吸気口２２から組電池内部に導入される冷却風ＣＡは、前記空間を経由し、排気口２４から、排出される。この際、冷却風ＣＡは、電池モジュール４０を冷却し、二次電池５０において発生した熱を除去する。つまり、リブ部７０は、隣接する別の電池モジュールのケースとの間に冷却風通路を形成するための隔壁部を構成しており、部品点数を削減し、部品コストを低減することが可能である。

また、リブ部７０は、電池モジュール出力端子側に対して略並行に延長しており、漏出する冷却風ＣＡによって引き起こされる、例えば、埃の堆積による短絡の発生を抑制するため、長期信頼性を向上させることが可能である。さらに、リブ部７０は、二次電池５０の発電領域５８（図５参照）に相対するケース部位から離間して配置されている。そのため、リブ部７０は、ケース壁部を介した二次電池５０と冷却風ＣＡとの間の熱交換を阻害することがなく、また冷却風通路を通過する冷却風の全てを熱交換に利用するため冷却効率を向上させることができる。

一方、側方壁部８０は、リブ部７０の両側に位置し、ケース４２の側方に当接するように配置され、ロアケース４４の角部を覆っている。したがって、電池モジュール４０が積層された状態では、図１０に明確に示されるように、側方壁部８０は、積層方向に延長する冷却風通路を形成するための隔壁部を構成するため、部品点数を削減し、部品コストを低減することが可能である。また、側方壁部８０は、リブ部７０の両側に配置されているため、電池モジュール出力端子側への冷却風ＣＡの漏出を抑制することが可能である。

次に、実施の形態１に係る組電池の製造方法を説明する。

図１２は、前エンドプレートの取付けを示している斜視図、図１３は、図１２に続く、電池モジュールの積層を示している斜視図、図１４は、下方に位置する冷却風通路を示している部分拡大図、図１５は、図１３に続く、電池スタックの形成を示している斜視図、図１６は、図１５に続く、上部スタックフレームの取付けを示している斜視図、図１７は、上方に位置する冷却風通路を示している部分拡大図、図１８は、図１７に続く、後エンドプレートの取付けを示している斜視図である。

本製造方法は、概して、積層方向に延長するスタックフレームに位置合せしながら、スペーサが取付けられた電池モジュールを複数積層して電池スタックを形成するための工程、電池スタックにおける積層方向に関する両側に、エンドプレートを配置するための工程、および、スタックフレームによってエンドプレートを締結することで、エンドプレートの間に挟まれる電池スタックを拘束するための工程を有する。そして、電池スタックを形成するための工程において、スペーサのリブ部は、隣接する別の電池モジュールのケースとの間に冷却風通路を形成するための隔壁を構成し、スペーサの側方壁部の凸部が、別の電池モジュールのケースに着脱自在に配置される別のスペーサの側方壁部の凹部と嵌合し、隣接する別のスペーサを着脱自在に連結する連結構造を構成し、別の電池モジュールのケースを位置決めする。

したがって、積層方向に延長するスタックフレームを利用して、枠体が取付けられた電池モジュールを順次位置決めして、電池スタックを効率的に形成し、かつ、エンドプレートの間に挟まれる前記電池スタックを容易に拘束することが可能である。

詳述すると、図１２に示されるように、組電池のハウジング２６に固定された一対の下部スタックフレーム９０に、前エンドプレート９４の下部が取付けられる。そして、図１３に示されるように、スペーサ６０，６１が取付けられた電池モジュール４０が、前エンドプレート９４に向かって側方から、順次積層される。

この際、スペーサ６０，６１における下方に位置する側方壁部８０のガイド部（図８参照）８６を、下部スタックフレーム９０に当接させて、下部スタックフレーム９０に沿って移動させることによって、スペーサ６０，６１（およびスペーサ６０，６１が取付けられた電池モジュール４０）を、下部スタックフレーム９０に対して位置決めすることができる。したがって、電池モジュール４０の下部スタックフレーム９０に対する位置決めが容易であり、生産性を向上させることができる。

また、スペーサ６０，６１の側方壁部８０の凸部８２は、別の電池モジュール４０に取付けられるスペーサ６０，６１の側方壁部８０の凹部８４と嵌合して連結構造（図９参照）を形成し、別の電池モジュールのケースを位置決めすることとなる。

さらに、下部スタックフレーム９０は、図１４に示されるように、側方壁部８０と当接することで、隔壁として機能しており、積層方向に延長する冷却風通路（図１０）の下部から、電池モジュール出力端子側への冷却風の漏出を、確実に抑制することが可能である。

次に、スペーサ６０，６１が取付けられた電池モジュール４０の積層が、所定回数繰返されて、図１５に示されるように、所定数の電池モジュール４０を有する電池スタック３０が形成される。

そして、図１６に示されるように、電池スタック３０の上方に、一対の上部スタックフレーム９２が配置される。この際、上部スタックフレーム９２は、スペーサ６０，６１における上方に位置する側方壁部８０のガイド部（図８参照）８６に当接して、位置決めされる。また、側方壁部８０は、図１７に示されるように、上部スタックフレーム９２と当接することで、隔壁として機能しており、積層方向に延長する冷却風通路（図１０）の上部から、電池モジュール出力端子側への冷却風の漏出を、確実に抑制することが可能である。

その後、図１８に示されるように、電池スタック３０の背面に、後エンドプレート９６が配置され、その上部および下部が、上部スタックフレーム９２および下部スタックフレーム９０に取付けられる。そして、上部スタックフレーム９２および下部スタックフレーム９０によって、前エンドプレート９４および後エンドプレート９６を締結することで、前エンドプレート９４と後エンドプレート９６との間に挟まれる電池スタック３０を拘束する。

電池スタック３０の拘束（締結）に、通しボルトを使用しないため、拘束機構を安価に構成することが可能であり、また、トルク管理も容易であるため、長期信頼性を向上させることが可能である。

図１９は、実施の形態１に係る変形例１を説明するための斜視図である。

スペーサ６０に、電池スタックを締結するための締結力を受けるスリーブ部７４を配置することで、部品点数をさらに削減することも可能である。この場合、電池モジュールのケースには、積層方向に延長しかつスリーブ部７４が挿通される貫通孔が形成される。スリーブ部７４の材料は、特に限定されず、例えば、樹脂または弾性体から成る場合には、射出成形や二色成形等、金属から成る場合には、インサート成形等を適用することによって、スペーサ６０と一体化することが可能である。

以上のように、実施の形態１に係る組電池おいては、一対のスペーサからなる枠体が、積層方向で隣接する他の枠体と着脱自在に連結する連結構造を有するため、枠体を電池モジュールのケースに取付けて積層することで、隣接する別の電池モジュールのケースの位置決めが達成されるため、全ての電池モジュールに連結部材を貫通させる作業が不要となる。そのため、作業性が良好であり、生産性を向上させることが可能である。また、前記連結部材が不要となるため、部品点数を削減し、部品コストを低減することが可能である。したがって、安価な組電池を提供することができる。

また、前記枠体は、冷媒通路を形成するための隔壁部を有しており、部品点数をさらに削減し、部品コストを低減することが可能である。また、隔壁部が有する一対のリブ部は、電池モジュール出力端子が配置される側に対して略並行に延長しており、漏出する冷媒によって引き起こされる、例えば、埃の堆積による短絡の発生を抑制するため、長期信頼性を向上させることが可能である。また、隣接する他の枠体との連結構造を、凸部と凹部との単純な嵌合構造により達成することが可能である。

また、本組電池は、電池スタックを締結するためのスタックフレームを有し、前記枠体は、スタックフレームに対して位置決めするためのガイド部を有するため、電池モジュールを積層する際、電池モジュールのスタックフレームに対する位置決めが容易であるため、生産性を向上させることができる。

前記リブ部の内外面は、弾性体からなるパッド部を有し、当該パッド部は、電池スタックを締結するための締結力を、弾性力によって保持する。したがって、経時変化による劣化を引き起こし難く、また、弾性体は、摩擦抵抗が大きいため、電池モジュールのズレを抑制することが可能である。したがって、長期信頼性を向上させることができる。

また、前記リブ部は、二次電池の発電領域に相対する電池モジュールのケースの部位から離間して配置されている。したがって、ケース壁部を介した二次電池と冷却風との間の熱交換を阻害することがなく、また冷却風通路を通過する冷却風の全てを熱交換に利用するため、冷却効率を向上させることができる。

前記側方壁部の外面は、弾性体からなるパッド部を有し、当該パッド部は、例えば、走行中、組電池が振動したり衝撃を受けたりした際、電池モジュールに伝達される振動あるいは衝撃を、弾性力によって吸収して緩衝させることが可能である。したがって、信頼性を向上させることができる。

前記枠体を構成する一対のスペーサは、対称形状を有しており、枠体部品を共有化し、部品点数を削減すると共に、誤組付けを防止し、生産性を向上させることができる。

前記枠体においては、積層方向に延長する冷却風通路を形成するための隔壁部が、前記側方壁部によって構成されるため、部品点数を削減し、部品コストを低減することが可能である。また、前記側方壁部は、リブ部の両側に配置されているため、電池モジュール出力端子側への冷却風の漏出を抑制することが可能である。

電池モジュールのケースは、金属製ケースである。金属材料は、良好な剛性を有するため、必要な剛性を確保しつつ小型軽量化および低騒音化を図り、また、良好な熱伝導率を有するため、冷却性能および温度制御性を向上させることで、低燃費化および長寿命化を図ることが可能である。

また、前記ケースは、窪み部を有し、前記枠体は、前記窪み部に嵌合自在の突出部を有する。そのため、枠体を電池モジュールのケースに取付ける際、枠体の電池モジュールに対する位置決めが容易であるため、生産性を向上させることができる。

前記ケースに収容される二次電池は、リチウムイオン二次電池からなる。リチウムイオン二次電池は、小型かつ高性能（高出力および長寿命）であるため、組電池を小型化してスペース効率を向上させたり、高性能化したりすることができる。

なお、電池モジュールのケースに、積層方向に延長する貫通孔を設け、前記リブ部に、前記貫通孔に挿通されかつ電池スタックを締結するための締結力を受けるスリーブ部を配置することも可能である。この場合、スリーブが、枠体に一体化されているため、さらに部品点数を削減することができる。

実施の形態１に係る組電池は、安価かつ良好な長期信頼性を有するため、これを搭載した車両は、安価かつ良好な長期信頼性を有することとなる。つまり、実施の形態１は、安価かつ良好な長期信頼性を有する車両を提供することができる。

実施の形態１に係る組電池の製造方法においては、積層方向に延長するスタックフレームを利用して、枠体が取付けられた電池モジュールを順次位置決めして、電池スタックを効率的に形成し、かつ、エンドプレートの間に挟まれる電池スタックを容易に拘束することが可能である。つまり、安価かつ良好な長期信頼性を有する組電池を効率的に製造するための製造方法を提供することができる。

電池スタックの拘束（締結）に、通しボルトを使用しないため、拘束機構を安価に構成することが可能であり、また、トルク管理も容易であるため、長期信頼性を向上させることが可能である。

次に、実施の形態２を説明する。

図２０は、実施の形態２に係る電池スタックを説明するための斜視図、図２１は、図２０に示される電池モジュールのケースを説明するための斜視図である。

実施の形態２は、スペーサが、電池モジュールの内部において発生するガスの排出通路を形成する点で、実施の形態１と概して異なる。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。

図２０示される電池スタック１３０は、枠体を構成する一対のスペーサ（枠状部材）１６０，１６１が取付けられた略矩形状の電池モジュール１４０を複数積層することで形成されている。

電池モジュール１４０は、図２１に示されるように、箱形状を成すロアケース１４４および蓋形状を成すアッパーケース１４６からなり、二次電池が収容されるケース１４２を有する。ロアケース１４４は、電池モジュール１４０の内部において発生するガスを排出するための排気口１４５（１４５Ａ，１４５Ｂ）を有する。排気口１４５Ａ，１４５Ｂは、ロアケース１４４の角部近傍に配置され、かつ、ロアケース１４４の中央に関し互いに対称な点に位置している。排気口１４５Ａ，１４５Ｂの配置位置および設置数は、特にこの形態に限定されない。

スペーサ１６０，１６１は、後述するように、積層方向で隣接する他のスペーサ１６０，１６１と着脱自在に連結する連結構造を有する。これにより、スペーサ１６０，１６１を電池モジュール１４０のケース１４２に取付けて積層することで、隣接する別の電池モジュール１４０のケース１４２の位置決めが達成されるため、全ての電池モジュール１４０に連結部材を貫通させる作業が不要となる。そのため、作業性が良好であり、生産性を向上させることが可能である。また、前記連結部材が不要となるため、部品点数を削減し、部品コストを低減することが可能である。したがって、安価な組電池を提供することができる。

また、スペーサ１６０，１６１は、電池モジュール１４０を冷却した冷却風の排出通路に連通するガス排出配管系１３５に連結されるガス排出通路１３２，１３３を形成する。したがって、部品点数をさらに削減することで、部品コストを低減することができる。また、電池モジュール１４０の内部において発生するガスを、冷却風による負圧を利用して効率良く排出したり、冷却風の下流に、例えば、ファンを設置することで、ガスの排出効果をさらに向上させたりすることも可能である。

なお、ガス排出配管系１３５は、最端部に位置するスペーサ１６０，１６１のガス排出通路１３２，１３３に連通する連結部１３６，１３７と、冷却風の排出通路に連通する排出口１３８とを有する。ガス排出通路１３２，１３３と連結部１３６，１３７とは、例えば、ゴム製チューブを使用して連結される。排出口１３８は、冷却風の排出通路に取り付けるためのグロメットが配置される。チューブおよびグロメットは、例えば、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンゴム）から形成される。ガス排出通路１３２，１３３の出口は、冷却風の排出通路に連通するように配置する構成に限定されず、車体フロアパネル内、あるいは、車体フロアパネルを介して車外に放出するように設定することも可能である。

次に、電池モジュールに取付けられるスペーサを詳述する。

図２２および図２３は、図２０に示されるスペーサの正面形状および背面形状を説明するための斜視図、図２４は、図２３に示されるスペーサの連通部を説明するための断面図、図２５は、図２３に示されるスペーサの嵌合部を説明するための断面図である。

スペーサ１６０は、図２２および図２３に示されるように、リブ部１７０、リブ部１７０の両側に位置する側方壁部１８０、および、側方壁部１８０の一方の配置されるガス排出通路形成部１６２を有する。スペーサ１６１の形状は、ガス排出通路形成部１６２の配置位置が異なる点を除けば、スペーサ１６０と略同一の形状を有しており、重複した説明を避けるため、その説明は省略する。

リブ部１７０は、電池モジュール１４０のロアケース１４４上を、二次電池の発電領域に相対するケース部位から離間して配置され、電池モジュール出力端子側に対して略並行に延長している。また、リブ部１７０は、内外面（ロアケースに相対する面および隣接する電池モジュールのアッパーケースに相対する面）に配置されるパッド部（隆起部）１７８および１７９を有する。

側方壁部１８０は、ロアケース１４４の角部の外面形状に対応しており、ケース１４２の側方に当接するように配置され、ロアケース１４４の角部を覆っている。また、側方壁部１８０は、図２２に示されるように、凸部（第１嵌合部および第２嵌合部の一方）１８２、凹部（第１嵌合部および第２嵌合部の他方）１８４、ガイド部（位置決め部）１８６およびパッド部（隆起部）１８８を有している。

側方壁部１８０の凸部１８２および凹部１８４は、隣接するスペーサを着脱自在に連結する連結構造を構成しており、図２４および図２５に示されるように、隣接するスペーサ１６０を相互に順次連結することで、別の電池モジュールのケースを位置決めが達成される。

ガイド部１８６は、電池モジュール１４０の積層方向に延長しており、略円弧状の断面を有する。ガイド部１８６は、電池スタック１３０を締結するためのスタックフレームにスペーサ１６０を位置決めするために使用される。

パッド部１８８は、弾性体からなり、略矩形の平坦形状を有し、側方壁部１８０の短辺側部位および長辺側部位の外面に配置されている。

ガス排出通路形成部１６２は、電池モジュール１４０の排気口１４５（図２１参照）と連通する連結部１６４と、連結部１６４と連通するガス排出部１６６とを有する。

ガス排出部１６６は、貫通孔１６７および円筒状部１６８を有する。貫通孔１６７は、拡径部および縮径部を有し、積層方向に延長しており、かつ、連結部１６４を介し、排気口１４５に連通している。円筒状部１６８は、積層方向に突出しており、その内部に貫通孔１６７の縮径部が位置している。貫通孔１６７の拡径部の内径は、円筒状部１６８が嵌合自在に設定されており、拡径部と縮径部との移行部が、円筒状部１６８の先端と当接するように設定されている（図２４参照）。

ガス排出部１６６は、上記のように、積層方向で隣接する他のスペーサ１６０のガス排出部１６６と互いに嵌合自在の構造を有しかつ位置合せされている。したがって、スペーサ１６０，１６１を電池モジュール１４０のケース１４２に取付けて積層することで、連結されたガス排出部１６６からなるガス排出通路１３２，１３３が形成される（図２４および図２５参照）。そのため、専用のガス排出通路形成部材が不要となり、部品コストを低減することが可能である。

ガス排出部１６６は、電池モジュール１４０の略角部に配置される。これにより、積層方向で隣接する別の電池モジュール１４０のケース１４２との間に形成される冷媒通路に対する、ガス排出部１６６による干渉が抑制される。したがって、冷却性能を確保し、また、スペース効率を向上させることが可能である。

また、スペーサ１６０は、図２３に示されるようにＯリング１６５，１６９を有する。Ｏリング１６５は、図２４に示されるように、連結部１６４と排気口１４５との間に配置されるシール部材であり、気密性および信頼性を向上させる。

Ｏリング（第２弾性部）１６９は、円筒状部１６８の先端と、積層方向で隣接する他のスペーサ１６０のガス排出部１６６の貫通孔１６７における拡径部と縮径部との移行部と、の間に配置される。Ｏリング１６９は、例えば、ゴムあるいはゴムと樹脂の混合材料（エラストマー）からなり、リブ部１７０の内外面（ロアケースに相対する面および隣接する電池モジュールのアッパーケースに相対する面）に配置されるパッド部（第１弾性部）１７８，１７９よりも軟らかい。

つまり、積層方向で隣接するガス排出部１６６の間に配置されるＯリング１６９は、電池モジュール間に位置するパッド部１７８，１７９よりも柔らかく、硬度差があるため、積層時に過剰な加圧力を必要とせず、組み付け性が良好となり、気密性および信頼性を向上させることが可能である。

以上のように、実施の形態２においては、一対のスペーサからなる枠体を電池モジュールのケースに取付けて積層することで、連結されたガス排出部からなるガス排出通路が形成されるため、部品点数をさらに削減し、部品コストを低減することが可能である。

積層方向で隣接する前記ガス排出部の間に配置されるＯリングは、電池モジュール間に位置するパッド部よりも柔らかく、硬度差があるため、積層時に過剰な加圧力を必要とせず、組み付け性が良好となり、気密性および信頼性を向上させることが可能である。

前記ガス排出部は、電池モジュールの略角部に配置されており、積層方向で隣接する別の電池モジュールのケースとの間に形成される冷媒通路に対するガス排出部による干渉を抑制することにより、冷却性能を確保し、また、スペース効率を向上させることが可能である。

電池モジュールの排気口と、スペーサの連結部との間には、Ｏリングが配置されるため、気密性および信頼性を向上させることが可能である。

前記枠体のガス排出部の出口は、電池モジュールを冷却した冷却風の排出通路に連結されているため、電池モジュールの内部において発生するガスを、冷却風による負圧を利用して効率良く排出することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、組電池の用途は、車両の駆動用電源に限定されず、定置用、非常用、レジャーや工事用電源などの屋外用に適用することも可能である。また、二次電池は、リチウムイオン二次電池に限定されず、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池を、適用することも可能である。

１０ 車両、
２０ 組電池、
２２ 吸気口、
２４ 排気口、
２６ ハウジング、
３０ 電池スタック、
４０ 電池モジュール、
４２ ケース、
４４ ロアケース、
４６ アッパーケース、
４８ 窪み部、
４９ 窪み部、
５０ 二次電池、
５２ 外装材、
５４，５６ 電極タブ、
５８ 発電領域、
６０，６１ スペーサ（枠状部材）、
７０ リブ部、
７２ 突出部、
７４ スリーブ部、
７８ パッド部（隆起部）、
７９ パッド部（隆起部）、
８０ 側方壁部、
８０Ａ 短辺側部位、
８０Ｂ 屈曲部位、
８０Ｃ 長辺側部位、
８２ 凸部（第１嵌合部および第２嵌合部の一方）、
８４ 凹部（第１嵌合部および第２嵌合部の他方）、
８６ ガイド部（位置決め部）、
８８ パッド部（隆起部）、
９０ 下部スタックフレーム、
９２ 上部スタックフレーム、
９４ 前エンドプレート、
９６ 後エンドプレート、
１３０ 電池スタック、
１３２，１３３ ガス排出通路、
１３５ ガス排出配管系、
１３６，１３７ 連結部、
１３８ 排出口、
１４０ 電池モジュール、
１４２ ケース、
１４４ ロアケース、
１４５（１４５Ａ，１４５Ｂ） 排気口、
１４６ アッパーケース、
１６０，１６１ スペーサ（枠状部材）、
１６２ ガス排出通路形成部、
１６４ 連結部、
１６５ Ｏリング（シール部材）、
１６６ ガス排出部、
１６７ 貫通孔、
１６８ 円筒状部、
１６９ Ｏリング（第２弾性部）、
１７０ リブ部、
１７８，１７９ パッド部（第１弾性部）、
１８０ 側方壁部、
１８２ 凸部（第１嵌合部および第２嵌合部の一方）、
１８４ 凹部（第１嵌合部および第２嵌合部の他方）、
１８６ ガイド部（位置決め部）、
１８８ パッド部（隆起部）、
ＣＡ 冷却風（冷媒）。

Claims (20)

1. 二次電池をケース内に収容してなる電池モジュールを複数積層して形成される電池スタックを有する組電池であって、
   電池モジュールのケースに着脱自在に取付けられる枠体を有し、
   前記枠体は、
   前記電池モジュールの積層方向の一端の複数の位置に設けられた複数の第１嵌合部と、
   前記電池モジュールの前記積層方向の他端の複数の位置に設けられ、前記積層方向で隣接する他の枠体の複数の第１嵌合部と嵌合する複数の第２嵌合部と、
   を有し、
   前記第１嵌合部の少なくともひとつと、前記ひとつと嵌合する前記積層方向で隣接する他の枠体の第２嵌合部とは、着脱自在に連結する連結構造を構成している
   ことを特徴とする組電池。
2. 前記枠体は、前記積層方向で隣接する別の電池モジュールのケースとの間に冷媒通路を形成するための隔壁部を有し、
   前記隔壁部は、電池モジュール積層面に配置されかつ電池モジュール出力端子が配置される側に対して略並行に延長する一対のリブ部を有し、
   前記枠体は、前記リブ部の両側に配置されかつ前記電池モジュールのケースの側方に位置する側方壁部をさらに有し、
   前記側方壁部は、前記積層方向の端面の一方および他方に配置される凸部および凹部を有し、
   前記凸部および前記凹部は、互いに嵌合自在の構造を有しかつ位置合せされており、前記第１嵌合部および前記第２嵌合部を構成している
   ことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記電池スタックを締結するためのスタックフレームを有し、
   前記スタックフレームは、前記積層方向に延長しており、
   前記枠体は、前記スタックフレームに対して位置決めするための位置決め部を有することを特徴とする請求項２に記載の組電池。
4. 前記リブ部の外面は、弾性体からなる隆起部を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の組電池。
5. 前記側方壁部の外面は、弾性体からなる隆起部を有することを特徴とする請求項４に記載の組電池。
6. 前記枠体は、前記リブ部の一方および当該リブ部の両側に配置される前記側方壁部からなる枠状部材と、前記リブ部の他方および当該リブ部の両側に配置される前記側方壁部からなる枠状部材とによって構成されており、
   前記枠状部材は、対称形状を有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の組電池。
7. 前記電池モジュールのケースは、前記積層方向に延長する貫通孔を有し、
   前記リブ部は、前記貫通孔に挿通されるスリーブ部を有し、
   前記スリーブ部は、前記電池スタックを締結するための締結力を受けている
   ことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の組電池。
8. 前記枠体は、前記積層方向に延長する冷媒通路を形成するための隔壁部を有し、前記隔壁部は、前記側方壁部によって構成されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の組電池。
9. 前記リブ部は、前記二次電池の発電領域に相対する前記ケースの部位から離間して配置されていることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の組電池。
10. 前記ケースは、金属製ケースであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の組電池。
11. 前記ケースは、前記積層方向に延長する貫通穴あるいは凹部からなる窪み部を有し、
    前記枠体は、前記窪み部に嵌合自在の突出部を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の組電池。
12. 前記電池モジュールは、当該電池モジュールの内部において発生するガスを排出するための排気口を有し、
    前記枠体は、
    前記排気口と連通する連結部と、
    前記連通部と連通するガス排出部と、を有し、
    前記ガス排出部は、前記積層方向で隣接する他の枠体のガス排出部と互いに嵌合自在の構造を有しかつ位置合せされている
    ことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
13. 前記枠体は、
    前記積層方向で隣接する他の枠体と当接する第１弾性部と、前記積層方向で隣接する他の枠体のガス排出部との間に配置される第２弾性部と、を有し、
    前記第２弾性部は、前記第１弾性部よりも軟らかい
    ことを特徴とする請求項１２に記載の組電池。
14. 前記枠体のガス排出部は、前記電池モジュールの略角部に配置されることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の組電池。
15. 前記電池モジュールの排気口と、前記枠体の連結部との間に配置されるシール部材を有することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の組電池。
16. 前記電池モジュールを冷却した冷却風の排出通路に連通するガス排出配管系を有し、
    前記枠体のガス排出部の出口は、前記ガス排出配管系に連結されている
    ことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の組電池。
17. 前記二次電池は、リチウムイオン二次電池からなることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の組電池。
18. 二次電池をケース内に収容してなる電池モジュールを複数積層して形成される電池スタックを有する組電池の製造方法であって、
    積層方向に延長するスタックフレームに位置合せしながら、枠体が取付けられた前記電池モジュールを複数積層して電池スタックを形成するための工程、
    前記電池スタックにおける前記積層方向に関する両側に、エンドプレートを配置するための工程、および、
    前記スタックフレームによって前記エンドプレートを締結することで、前記エンドプレートの間に挟まれる前記電池スタックを拘束するための工程を有しており、
    前記枠体は、
    前記電池モジュールの積層方向の一端の複数の位置に設けられた複数の第１嵌合部と、
    前記電池モジュールの前記積層方向の他端の複数の位置に設けられ、前記積層方向で隣接する他の枠体の複数の第１嵌合部と嵌合する複数の第２嵌合部と、
    を有し、
    前記第１嵌合部の少なくともひとつと、前記ひとつと嵌合する前記積層方向で隣接する他の枠体の第２嵌合部とは、着脱自在に連結する連結構造を構成し、
    前記電池スタックを形成するための工程において、
    前記枠体の第１嵌合部と、前記積層方向で隣接する他の枠体の第２嵌合部とを嵌合し、隣接する別の電池モジュールのケースを、位置決めする
    ことを特徴とする組電池の製造方法。
19. 前記枠体は、前記スタックフレームに対して位置決めするための位置決め部を有することを特徴とする請求項１８に記載の組電池の製造方法。
20. 請求項１〜１７のいずれか１項に記載の組電池を、駆動用電源として搭載していることを特徴とする車両。

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