JP2012124071A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池セルを積層してなる電池スタックを複数段積み上げて構成される組電池において、振動や荷重から電池を保護する。
【解決手段】組電池１は、上下に複数段積み上げられる複数の電池スタック１０〜１３と、下段の電池スタック１０，１１に対して直接荷重をかけることなく、載置された上段の電池スタック１２，１３を支える支持台枠部５１を有する上段側フレーム５と、載置された下段の電池スタック１０，１１を支える支持台枠部２１、及び支持台枠部２１から上方に延び上段側フレーム５を下方から支える支持柱部２２を有して構成される下段側フレーム２と、重力方向に作用する外力に応じて変形し、上段側フレーム５の支持台枠部５１と下段の電池スタック１０，１１との間に介在されるシート部材３と、を備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、複数の電池セルを積層した電池スタックを複数段積み上げて構成される組電池に関する。

従来から知られている特許文献１に記載の組電池は、水平方向に積層された複数の電池セルからなる電池スタックを鉛直方向に複数段積み上げて一体にすることにより構成されている。鉛直方向に隣接する各電池スタックは、電池スタックを収容するための小室を区画形成するキュービクル式蓄電池組立体により支持されている。

電池スタックを鉛直方向に積み上げる場合、下段の電池スタックの上面における前後端部に水平方向に延びるように配された上部骨枠の上面に、上段の電池スタックの下面における前後端部に水平方向に延びるように配された下部骨枠を重なるように載置する。当該上部骨枠と当該下部骨枠は、四隅において挿通されたボルトをナット締めされることにより、上下の電池スタックは強固に一体に組み立てられる。

特開２０００−２４３３６９号公報

上記の特許文献１の技術においては、下段の電池スタックの上壁面における前後端部に上部骨枠を載置し、さらに上段の電池スタックの下面が載っている下部骨枠を重ね、上下の骨枠を一体にボルト、ナット締めするため、上段の電池スタックの自重が一体の上下骨枠を通じて下段の電池スタックに荷重としてかかることになる。この状態で車両の振動が発生すると、キュービクル式蓄電池組立体と強固に一体である下段の電池スタックは、当該組立体を含めた一個の剛体として振動や電池の自重による負荷を受けるようになる。このため、特許文献１の技術では、下段の電池スタックにかかる負荷の減衰や逃げ場がなく、電池に対する負荷軽減策が十分になされていない。

したがって、一般に荷重に対する剛性が高く設定されていない電池スタックに荷重がかかりやすく、変形、破損等の不具合が発生するという問題がある。また、電池セル間の電気的接続状態に不具合が生じることも考えられる。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数の電池セルを積層してなる電池スタックを複数段積み上げて構成される組電池において、振動、荷重等の負荷から電池を保護することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１は、通電可能に接続された複数個の電池セルを積層してなる電池スタック（１０，１１，１２，１３）を上下に複数段積み上げて構成される組電池（１）に係る発明であって、
上下に複数段積み上げられる複数の電池スタック（１０，１１，１２，１３）と、下段の電池スタック（１０，１１）に対して直接荷重をかけることなく、載置された上段の電池スタック（１２，１３）を支える支持台部（５１）を有する上段側支持部材（５）と、載置された下段の電池スタック（１０，１１）を支える支持台部（２１）、及び当該支持台部（２１）から上方に延びる柱部であって上段側支持部材（５）を下方から支える支持柱部（２２）を有して構成される下段側支持部材（２）と、重力方向に作用する外力に応じて変形し、上段側支持部材（５）の支持台部（５１）と下段の電池スタック（１０，１１）との間に介在される緩衝部材（３）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、上段の電池スタックを下方から支える上段側支持部材が、下段の電池スタックに対して直接荷重をかけることなく、下段側支持部材の上方に延びる支持柱部によって支えられることにより、上段の電池スタックを含めた荷重が下段の電池スタックに直接かからないため、下段の電池スタックにおいて変形、破損、電極端子とバスバー間の電気接続不良等に至ることを回避できる。さらにこの作用効果に加え、上段側支持部材の支持台部と下段の電池スタックとの間に介在される緩衝部材によって、下段の電池スタックに対して重力方向に作用する振動を減衰、吸収することができるため、下段の電池スタックに伝搬する振動の抑制も図ることができる。したがって、複数の電池セルを積層してなる電池スタックを複数段積み上げて構成される組電池において、振動、荷重等の負荷を軽減し電池を適切に保護することができる。

請求項２によると、電池スタック（１０，１１，１２，１３）の外殻及び当該電池スタックが載置される支持台部（２１，５１）のうち、一方に突起部（１０ｃ，１０ｄ，１１ｃ，１１ｄ，１２ｃ，１２ｄ，１３ｃ，１３ｄ）を設け、他方に突起部が嵌まる嵌合部（２６，２７，５６，５７）を設けることを特徴とする。

この発明によれば、上段または下段の電池スタックがその下面側で支持台部に対して横方向や奥行き方向に変位することを規制できるため、組電池を構成する電池は重力方向の振動抑制に加えて横方向等においても振動等から保護されるので、電池を振動、荷重等の負荷から保護する効果を向上することができる。

請求項３によると、下段の電池スタック（１０，１１）の外殻及び上段側支持部材（５）の支持台部（５１）のうち、一方に突起部（１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ）を設け、他方に、突起部が嵌まり、下段の電池スタック（１０，１１）が重力方向に対して垂直な方向に変位することを規制する嵌合部（５６，５７）を設けることを特徴とする。

この発明によれば、下段の電池スタックが上方の部材からの荷重のかかっていない上面側において支持台部に対して横方向や奥行き方向に変位することを規制できるため、上面側において、下段の電池を緩衝部材の変形による摩擦力と合わせて、横方向等の振動から適切に保護することができる。

請求項４によると、上段の電池スタック（１２，１３）をその上面側で重力方向に対して垂直な方向に変位することを規制する上面側規制機構（１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，８５，８６，８７）を備えることを特徴とする。

この発明によれば、上段の電池スタックが上面側において横方向や奥行き方向に変位することを規制できるため、上面側において、上段の電池を上面側で水平方向に位置決めするとともに水平方向の振動等から適切に保護することができる。

請求項５によると、電池スタック（１０，１１，１２，１３）の外殻と当該電池スタックを支える下段側支持部材（２Ａ）における支持柱部（２２，２２Ａ）との間に介在して、下段の電池スタックが重力方向に対して垂直な方向に変位することを規制する弾性部材（９）を備えることを特徴とする。

この発明によれば、下段の電池スタックが重力方向に対して垂直な方向の加速度をもって振動した場合、支持柱部との間に設けられた弾性部材で効果的に減衰、吸収できるため、電池を水平方向の振動等から効果的に保護することができる。

上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明を適用した第１実施形態の組電池の構成を説明するための分解斜視図である。 第１実施形態の組電池を示す斜視図である。 第１実施形態の組電池を示す平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ切断面を矢印方向に見たときの断面図である。 第１実施形態の組電池を示す正面図である。 第１実施形態の組電池を示す側面図である。 第１実施形態の組電池を構成する各部材の関係を説明するための分解斜視図である。 図７のＶIII−ＶIII切断面を矢印方向に見たときの断面図である。 図７のＩＸ−ＩＸ切断面を矢印方向に見たときの断面図である。 本発明を適用した第２実施形態の組電池を示す斜視図である。 第２実施形態の組電池を示す平面図である。 図３のＸII−ＸII切断面を矢印方向に見たときの断面図である。 第２実施形態の組電池を示す正面図である。 第２実施形態の組電池を示す左側面図である。 第２実施形態の組電池を示す右側面図である。 第２実施形態の組電池を示す背面図である。 本発明を適用した第３実施形態の組電池において、下段の電池スタックを横方向または奥行き方向に規制する構成を説明するための斜視図である。 第３実施形態において、下段の電池スタックを横方向または奥行き方向に規制する構成を説明するための平面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。

（第１実施形態）
本発明を適用した第１実施形態の組電池１は、電池パックとも呼ばれ、複数個の電池セルをその側面を対向させるように並べて積層配置し、隣り合う電池セルの異極の電極端子同士をバスバーによって電気的に直列接続して一体にした電池セル集合体である電池スタックを複数個有する。組電池１は、このように通電可能に接続された複数個の電池セルを積層してなる電池スタックを上下に複数段積み上げて構成されるものである。

組電池１を構成する電池スタックは、横方向に１個以上並び、上下方向に２段以上積み上げられる形態であればその個数を限定するものではない。本実施形態で説明する組電池１は、電池スタックが横方向に２個並び、上下方向に２段積み上がったものとする。バスバーと電極端子との電気的な接続は、例えば、ボルトによる締結、または溶接などの接続手段によって行われる。また、組電池１は、各電池セルが所定の位置に動かないように設置されて支持される構造でもよいし、バンド等の拘束手段にてセルの積層方向に圧縮力を受けて拘束されて一体に支持される構造でもよい。

組電池１は、例えば内燃機関と電池に充電された電力によって駆動されるモータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、モータを走行駆動源とする電気自動車等に用いられる。組電池１を構成する二次電池は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン電池、有機ラジカル電池であり、例えばケース内に収納された状態で自動車の座席下、後部座席とトランクルームとの間の空間、運転席と助手席の間の空間などに配置される。

第１実施形態の組電池１について図１〜図１０を参照して説明する。図１は第１実施形態の組電池１の構成を説明するための分解斜視図である。図２は組電池１を示す斜視図である。図３は組電池１を示す平面図である。図４は図３のＩＶ−ＩＶ切断面を矢印方向に見たときの断面図である。図５は組電池１を示す正面図である。図６は組電池１を示す側面図である。各図において、組電池１の奥行き方向を方向Ｘ、横方向を方向Ｙ、上方向を方向Ｚとしている。なお、組電池１において方向Ｘは電池セルが複数個積層して並ぶ方向に一致する。

電池セルは、単位電池とも呼ばれる。電池セルは、本体部分と、正極及び負極の電極端子を備える。本体部分は、扁平な箱状であり、内部に電池材料を収容し、ステンレス、アルミニウム等の金属製のケースと、ケース内に収容された電池材料とを備える。本体部分は、互いに並行な２つの広い主面と、主面の間を囲む４つの幅の狭い側面とによって区画されている。２つの端子は、例えば、４つの側面のうちのひとつの側面に配置されている。

１つの電池スタックを構成する複数個の電池セルは、これに対応する数量のバスバーによって通電可能に直列接続されることになる。換言すれば、組電池１のすべての電池セルは、平面視で、電流がジグザク状または蛇行状に流れるように各バスバーを介して電気的に直列接続されている。さらにバスバーによって通電可能となった積層体の両端に配された各電極端子は、電力の供給及び放出が行われる総端子部に接続されている。

次に、組電池１を構成する部材について説明する。各図に示すように、組電池１は、２段に積み上げられる電池スタック１０，１１，１２，１３と、これらの電池スタックを支える複数の支持部材と、電池スタックの上面側に配される緩衝部材と、を上下方向に積み上げて一体にしたものである。電池スタック１０と電池スタック１１は、下段に配されるスタックであり、横方向（方向Ｙ）に並んで配されている。電池スタック１２と電池スタック１３は、上段に配されるスタックであり、横方向（方向Ｙ）に並んで配されている。

電池スタック１０，１１は、下段側支持部材である下段側フレーム２によって支えられている。下段側フレーム２は、支持台部として底部において横方向に延びる形状の支持台枠部２１と、支持台枠部２１から上方に延びる複数の柱部であって上段側フレーム５を下方から支える支持柱部２２と、を備えて構成されている。下段側フレーム２は、例えば、鉄、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等の金属で形成される部材である。

支持柱部２２は、方形状の四辺をなす支持台枠部２１の四隅から上方に延びる柱部である。奥行き方向（方向Ｘ）に隣合う２本の支持柱部２２は、上端部で上方橋渡し支持部２３によって連結されている。したがって、２本の上方橋渡し支持部２３は、下段側フレーム２の横方向の両端部においてそれぞれ、奥行き方向に隣合う２本の支持柱部２２を連結し、さらに組電池１が組み立てられた状態で上段側フレーム５の支持台枠部５１に当接して下方から支えている（図４参照）。

さらに支持台枠部２１には、方向Ｙに平行に延びる枠部分を奥行き方向に橋渡しする下方橋渡し支持部が７箇所設けられている。これら下方橋渡し支持部は、支持台枠部２１における方向Ｙの中央部を方向Ｘに橋渡しする１箇所の中央橋絡部、方向Ｙの両端部を方向Ｘに橋渡しする２箇所の両端橋絡部、及び中央橋絡部と両端橋絡部の間に２箇所設けられる中間橋絡部である。すなわち、中間橋絡部は、両端橋絡部の一つである横方向の一方端の橋絡部と中央橋絡部との間と、両端橋絡部の一つである横方向の他方端の橋絡部と中央橋絡部との間にそれぞれ設けられている。また中間橋絡部は、所定間隔をあけた２本の橋からなり、それぞれ両端橋絡部寄りを第１の中間橋絡部２４とし、中央橋絡部寄りを第２の中間橋絡部２５とする。中央橋絡部は、横方向の両側が上方に突出する凸条部２８と、両側の凸条部２８の間が中間橋絡部と同じ高さに凹む溝２９とから構成されている。

第１の中間橋絡部２４と第２の中間橋絡部２５の間には、厚み方向に貫通する方形状の開口部２６が形成されている。凸条部２８と第２の中間橋絡部２５の間には、厚み方向に貫通する方形状の開口部２７が形成されている。また同様の大きさの開口部２７は、２個の両端橋絡部のそれぞれと第１の中間橋絡部２４の間にも形成されている。合計４個の開口部２７と合計２個の開口部２６は、下段側フレーム２を重力方向に貫通する複数の貫通穴である。以上のように下段側フレーム２は、中央橋絡部を境界にして左右対称な形状をなしている。

下段の電池スタック１０は、外郭の一部をなす下面から下方に突出する下面視で方形状の凸条部１０ｃと、凸条部１０ｃの両側それぞれに設けられる下面視でコの字状の凸条部１０ｄと、を備えている。組電池１を組み立てたときに、凸条部１０ｃは下段側フレーム２の開口部２６の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されており、各凸条部１０ｄは、下段側フレーム２の開口部２７の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されている。図４に示すように、これら両者間の嵌め合いにより、電池スタック１０は、下面側で下段側フレーム２に対して横方向に位置決めされ、横方向の変位が規制される。

さらに下段の電池スタック１０は、外郭の一部をなす上面から上方に突出する平面視で方形状の凸条部１０ａと、凸条部１０ａの両側それぞれに設けられる平面視でコの字状の凸条部１０ｂと、を備えている。凸条部１０ａは下面側の凸条部１０ｃと同様の形状であり、凸条部１０ｂは下面側の凸条部１０ｄと同様の形状である。組電池１を組み立てたときに、凸条部１０ａは上段側フレーム５の開口部５６の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されており、各凸条部１０ｂは、上段側フレーム５の開口部５７の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されている。図４に示すように、これら両者間の嵌め合いにより、電池スタック１０は、上面側で上段側フレーム５に対して横方向に位置決めされ、横方向の変位が規制される。つまり、電池スタック１０は、下段側フレーム２と上段側フレーム５の両方から横方向の変位を規制される。

下段の電池スタック１１は、外郭の一部をなす下面から下方に突出する下面視で方形状の凸条部１１ｃと、凸条部１１ｃの両側それぞれに設けられる下面視でコの字状の凸条部１１ｄと、を備えている。組電池１を組み立てたときに、凸条部１１ｃは下段側フレーム２の開口部２６の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されており、各凸条部１１ｄは、下段側フレーム２の開口部２７の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されている。図４に示すように、これら両者間の嵌め合いにより、電池スタック１１は、下面側で下段側フレーム２に対して横方向に位置決めされ、横方向の変位が規制される。

さらに下段の電池スタック１１は、外郭の一部をなす上面から上方に突出する平面視で方形状の凸条部１１ａと、凸条部１１ａの両側それぞれに設けられる平面視でコの字状の凸条部１１ｂと、を備えている。凸条部１１ａは下面側の凸条部１１ｃと同様の形状であり、凸条部１１ｂは下面側の凸条部１１ｄと同様の形状である。組電池１を組み立てたときに、凸条部１１ａは上段側フレーム５の開口部５６の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されており、各凸条部１１ｂは、上段側フレーム５の開口部５７の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されている。図４に示すように、これら両者間の嵌め合いにより、電池スタック１１は、上面側で上段側フレーム５に対して横方向に位置決めされ、横方向の変位が規制される。つまり、電池スタック１１は、下段側フレーム２と上段側フレーム５の両方から横方向の変位を規制される。

このように位置決めされる電池スタック１０及び１１の間には、中央橋絡部の横方向幅に相当する間隔が設定されている。つまり、下段側フレーム２に対して電池スタック１０及び１１を載置した状態で平面視すると、電池スタック１０及び１１の間には、中央の溝２９と両側の凸条部２８が存在している。溝２９には、方向Ｘに沿うように延びる中央支持部材４が載置される。中央支持部材４は、方向Ｘに延びる上方支持部４１と、上方支持部４１の両端から下方にそれぞれ延びる支持柱部４２と、支持柱部４２の下端で外方に向けて水平に延びるように設けられた基台部４３と、を備えて構成されるコの字状の部材である。図４に示すように、上方支持部４１は、上段側フレーム５の支持台枠部５１に当接して上段側フレーム５を下方から支える。また、２本の支持柱部４２は、組電池１の奥行き方向の両端部で、上段側フレーム５の支持台枠部５１に当接して上段側フレーム５を下方から支える。

電池スタック１０の凸条部１０ａと凸条部１０ｂの間の２箇所には、それぞれ緩衝部材としてのシート部材３が配置される。同様に、電池スタック１１の凸条部１１ａと凸条部１１ｂの間の２箇所には、それぞれシート部材３が配置される。シート部材３は、重力方向に作用する外力に応じて変形する部材であり、例えば、合成ゴム等のエラストマー、ポリウレタン等で構成される。つまり、シート部材３は、上段側フレーム５の支持台枠部５１と下段の電池スタック１０，１１との間に介在される緩衝部材である。この構成により、上段側フレーム５が上方の電池スタック１２，１３の自重、車両の振動等により、撓んだり、振動したりした場合には、合計４個のシート部材３は、下方に伝搬しようとする力や振動を減衰、吸収する機能を発揮する。したがって、下段の電池スタック１０，１１にかかる振動等の負荷を軽減することができるのである。

電池スタック１２，１３は、上段側支持部材である上段側フレーム５によって支えられている。上段側フレーム５は、支持台部として底部において横方向に延びる形状の支持台枠部５１と、支持台枠部５１から上方に延びる複数の柱部であり、はしご形状の頂部側フレーム８を下方から支える支持柱部５２と、を備えて構成されている。上段側フレーム５は、支持台枠部５１に接触する下段側フレーム２によって下方から支えられるため、下段の電池スタック１０，１１に対して直接荷重をかけないようになっている。上段側フレーム５は、例えば、鉄、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等の金属で形成される部材である。

支持柱部５２は、方形状の四辺をなす支持台枠部５１の四隅から上方に延びる柱部である。奥行き方向（方向Ｘ）に隣合う２本の支持柱部５２は、上端部で上方橋渡し支持部５３によって連結されている。したがって、２本の上方橋渡し支持部５３は、上段側フレーム５の横方向の両端部においてそれぞれ、奥行き方向に隣合う２本の支持柱部５２を連結し、さらに組電池１が組み立てられた状態で、上段の電池スタック１２，１３と頂部側フレーム８に接触して下方から支えている（図４参照）。

さらに支持台枠部５１には、方向Ｙに平行に延びる枠部分を奥行き方向に橋渡しする下方橋渡し支持部が７箇所設けられている。これら下方橋渡し支持部は、支持台枠部５１における方向Ｙの中央部を方向Ｘに橋渡しする１箇所の中央橋絡部、方向Ｙの両端部を方向Ｘに橋渡しする２箇所の両端橋絡部、及び中央橋絡部と両端橋絡部の間に２箇所設けられる中間橋絡部である。すなわち、中間橋絡部は、両端橋絡部の一つである横方向の一方端の橋絡部と中央橋絡部との間と、両端橋絡部の一つである横方向の他方端の橋絡部と中央橋絡部との間にそれぞれ設けられている。また中間橋絡部は、所定間隔をあけた２本の橋からなり、それぞれ両端橋絡部寄りを第１の中間橋絡部５４とし、中央橋絡部寄りを第２の中間橋絡部５５とする。中央橋絡部は、横方向の両側が上方に突出する凸条部５８と、両側の凸条部５８の間が中間橋絡部と同じ高さに凹む溝５９とから構成されている。

第１の中間橋絡部５４と第２の中間橋絡部５５の間には、厚み方向に貫通する方形状の開口部５６が形成されている。凸条部５８と第２の中間橋絡部５５の間には、厚み方向に貫通する方形状の開口部５７が形成されている。また同様の大きさの開口部５７は、２個の両端橋絡部のそれぞれと第１の中間橋絡部５４の間にも形成されている。合計４個の開口部５７と合計２個の開口部５６は、上段側フレーム５を重力方向に貫通する複数の貫通穴である。以上のように上段側フレーム５は、中央橋絡部を境界にして左右対称な形状をなしている。

上段の電池スタック１２は、外郭の一部をなす下面から下方に突出する下面視で方形状の凸条部１２ｃと、凸条部１２ｃの両側それぞれに設けられる下面視でコの字状の凸条部１２ｄと、を備えている。組電池１を組み立てたときに、凸条部１２ｃは上段側フレーム５の開口部５６の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されており、各凸条部１２ｄは、上段側フレーム５の開口部５７の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されている。図４に示すように、これら両者間の嵌め合いにより、電池スタック１２は、下面側で上段側フレーム５に対して横方向に位置決めされ、横方向の変位が規制される。

さらに上段の電池スタック１２は、外郭の一部をなす上面から上方に突出する平面視で方形状の凸条部１２ａと、凸条部１２ｂの両側それぞれに設けられる平面視でコの字状の凸条部１２ｂと、を備えている。凸条部１２ａは下面側の凸条部１２ｃと同様の形状であり、凸条部１２ｂは下面側の凸条部１２ｄと同様の形状である。組電池１を組み立てたときに、凸条部１２ａは頂部側フレーム８に形成されている開口部８６の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されており、各凸条部１２ｂは、頂部側フレーム８に形成されている開口部８５、開口部８７の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されている。図４に示すように、これら両者間の嵌め合いにより、電池スタック１２は、上面側で頂部側フレーム８に対して横方向に位置決めされ、横方向の変位が規制される。つまり、電池スタック１２は、上段側フレーム５と頂部側フレーム８の両方から横方向の変位を規制される。

上段の電池スタック１３は、外郭の一部をなす下面から下方に突出する下面視で方形状の凸条部１３ｃと、凸条部１３ｃの両側それぞれに設けられる下面視でコの字状の凸条部１３ｄと、を備えている。組電池１を組み立てたときに、凸条部１３ｃは上段側フレーム５の開口部５６の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されており、各凸条部１３ｄは、上段側フレーム５の開口部５７の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されている。図４に示すように、これら両者間の嵌め合いにより、電池スタック１３は、下面側で上段側フレーム５に対して横方向に位置決めされ、横方向の変位が規制される。

さらに上段の電池スタック１３は、外郭の一部をなす上面から上方に突出する平面視で方形状の凸条部１３ａと、凸条部１３ｂの両側それぞれに設けられる平面視でコの字状の凸条部１３ｂと、を備えている。凸条部１３ａは下面側の凸条部１３ｃと同様の形状であり、凸条部１３ｂは下面側の凸条部１３ｄと同様の形状である。組電池１を組み立てたときに、凸条部１３ａは頂部側フレーム８に形成されている開口部８６の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されており、各凸条部１３ｂは、頂部側フレーム８に形成されている開口部８５、開口部８７の内縁に軽く圧入されて嵌合するように配置されている。図４に示すように、これら両者間の嵌め合いにより、電池スタック１３は、上面側で頂部側フレーム８に対して横方向に位置決めされ、横方向の変位が規制される。つまり、電池スタック１３は、上段側フレーム５と頂部側フレーム８の両方から横方向の変位を規制される。

このように位置決めされる電池スタック１２及び１３の間には、中央橋絡部の横方向幅に相当する間隔が設定されている。つまり、上段側フレーム５に対して電池スタック１２及び１３を載置した状態で平面視すると、電池スタック１２及び１３の間には、中央の溝５９と両側の凸条部５８が存在している。溝５９には、方向Ｘに沿うように延びる中央支持部材７が載置される。中央支持部材７は、方向Ｘに延びる上方支持部７１と、上方支持部７１の両端から下方にそれぞれ延びる支持柱部７２と、支持柱部７２の下端で外方に向けて水平に延びるように設けられた基台部７３と、を備えて構成されるコの字状の部材である。図４に示すように、上方支持部７１は、頂部側フレーム８の中央橋絡部８４に当接して頂部側フレーム８を下方から支える。また、２本の支持柱部７２は、組電池１の奥行き方向の両端部で、頂部側フレーム８の枠部８１に当接して頂部側フレーム８を下方から支える。

電池スタック１２の凸条部１２ａと凸条部１２ｂの間の２箇所には、それぞれ緩衝部材としてのシート部材６が配置される。同様に、電池スタック１３の凸条部１３ａと凸条部１３ｂの間の２箇所には、それぞれシート部材６が配置される。シート部材６は、重力方向に作用する外力に応じて変形する部材であり、例えば、合成ゴム等のエラストマー、ポリウレタン等で構成される。つまり、シート部材６は、頂部側フレーム８の枠部８１、中間橋絡部８３及び両端橋絡部８２と上段の電池スタック１２，１３との間に介在される緩衝部材である。この構成により、合計４個のシート部材６は、頂部側フレーム８にかかる荷重、車両の振動等により下方に伝搬しようとする力や振動を減衰、吸収する機能を発揮する。したがって、上段の電池スタック１２，１３にかかる振動等の負荷を軽減することができるのである。

頂部側フレーム８は、上段の電池スタック１２，１３に載置されたシード部材６及び中央支持部材７の上に設置されるはしご形の平板状部材である。頂部側フレーム８は、奥行き方向の両端部において横方向に延びる枠部８１と、枠部８１を奥行き方向に橋渡しする５箇所の橋渡し部と、を備えている。これら橋渡し部は、枠部８１における方向Ｙの中央部を方向Ｘに橋渡しする中央橋絡部８４、方向Ｙの両端部を方向Ｘに橋渡しする２箇所の両端橋絡部８２、及び中央橋絡部８４と両端橋絡部８２の間に設けられる中間橋絡部８３である。すなわち、中間橋絡部８３は、両端橋絡部８２の一つである横方向の一方端の橋絡部と中央橋絡部８４との間と、両端橋絡部８２の一つである横方向の他方端の橋絡部と中央橋絡部８４との間にそれぞれ設けられている。

中央橋絡部８４と中間橋絡部８３の間には、厚み方向に貫通する方形状の開口部８７が形成されている。両端橋絡部８２のそれぞれと中間橋絡部８３の間には、厚み方向に貫通する方形状の開口部８６が形成されている。両端橋絡部８２のそれぞれの外側には、コの字状の開口部８５が形成されている。以上のように頂部側フレーム８は、中央橋絡部８４を境界にして左右対称な形状をなしている。

例えば、頂部側フレーム８は、異極の電極端子間を接続するバスバーと電池セルの外殻ケースとを絶縁する機能を有する。頂部側フレーム８は、例えば、絶縁性を有し、ポリプロピレン（ＰＰ樹脂）、フィラーやタルクを含有するＰＰ樹脂等の合成樹脂で形成されている。

次に、組電池１の製造方法について説明する。図７は組電池１を構成する各部材の関係を説明するための分解斜視図である。図８は図７のＶIII−ＶIII切断面を矢印方向に見たときの断面図である。図９は図７のＩＸ−ＩＸ切断面を矢印方向に見たときの断面図である。

まず、下段側フレーム２に対し上方から下段の電池スタック１０及び１１を所定の位置に設置する工程を実施する。このとき、電池スタック１０の下面に形成された凸条部１０ｃ、凸条部１０ｄのそれぞれは、下段側フレーム２の開口部２６、開口部２７に嵌合して位置決めされる。さらに、電池スタック１１の下面に形成された凸条部１１ｃ、凸条部１１ｄのそれぞれは、下段側フレーム２の開口部２６、開口部２７に嵌合して位置決めされる。

次に、下段の電池スタック１０及び１１に対し上方から合計４個のシート部材３を所定の位置に設置する工程を実施する。シート部材３は、凸条部１０ａと凸条部１０ｂの間の電池スタック１０上面の２箇所と、凸条部１１ａと凸条部１１ｂの間の電池スタック１１上面の２箇所と、に設置される。また、下段側フレーム２に対し上方から中央支持部材４を溝２９に設置する工程を実施する。ここまでの工程により、組電池１における下段側の各部品の組立てを実施できる。

次に、下段側部品の組立品に対して、上方から上段側フレーム５を所定の位置に設置する工程を実施する。このとき上段側フレーム５の支持台枠部５１は、下段側フレーム２の支持柱部２２及び上方橋渡し支持部２３に当接し、両者はねじ締めにより締結固定される。この状態では、上段側フレーム５の開口部５６には、電池スタック１０，１１の各上面に形成された凸条部１０ａ，１１ａが内嵌して位置決めされ、上段側フレーム５の開口部５７には、電池スタック１０，１１の各上面に形成された凸条部１０ｂ，１１ｂが内嵌して位置決めされている。

さらに、上段側フレーム５における中央橋絡部の下面には、中央支持部材４の上方支持部４１が当接し、上段側フレーム５は中央部において下方から中央支持部材４及び下段側フレーム２によって支持されることになる。さらに、下段側フレーム２によって支持される上段側フレーム５の下面には、外力により変形可能な４個のシート部材３が介在し、シート部材３は変形することによって上段側フレーム５の撓み、振動、揺れ等を緩和する。

次に、上段側フレーム５に対し上方から上段の電池スタック１２及び１３を所定の位置に設置する工程を実施する。このとき、電池スタック１２の下面に形成された凸条部１２ｃ、凸条部１２ｄのそれぞれは、上段側フレーム５の開口部５６、開口部５７に嵌合して位置決めされる。さらに、電池スタック１３の下面に形成された凸条部１３ｃ、凸条部１３ｄのそれぞれは、上段側フレーム５の開口部５６、開口部５７に嵌合して位置決めされる。

次に、上段の電池スタック１２及び１３に対し上方から合計４個のシート部材６を所定の位置に設置する工程を実施する。シート部材６は、凸条部１２ａと凸条部１２ｂの間の電池スタック１２上面の２箇所と、凸条部１３ａと凸条部１３ｂの間の電池スタック１３上面の２箇所と、に設置される。また、上段側フレーム５に対し上方から中央支持部材７を溝５９に設置する工程を実施する。さらに、上方から頂部側フレーム８を載置し、上段側フレーム５の支持台枠部５１と頂部側フレーム８の枠部８１とを当接させ、両者をねじ締めにより締結固定し、組電池１の組立てを終了する。この状態では、頂部側フレーム８の開口部８６には、電池スタック１２，１３の各上面に形成された凸条部１２ａ，１３ａが内嵌して位置決めされ、頂部側フレーム８の開口部８７には、電池スタック１２，１３の各上面に形成された凸条部１２ｂ，１３ｂが内嵌して位置決めされている。このとき、頂部側フレーム８の下面には、外力により変形可能な４個のシート部材６が介在し、シート部材６は変形することによって頂部側フレーム８の撓み、振動、揺れ等を緩和する。

次に、本実施形態の組電池１がもたらす作用効果について説明する。組電池１は、通電可能に接続された複数個の電池セルを積層してなる電池スタック１０〜１３を上下に複数段積み上げて構成される。組電池１は、上下に複数段積み上げられる複数の電池スタック１０〜１３と、下段の電池スタック１０，１１に対して直接荷重をかけることなく、載置された上段の電池スタック１２，１３を支える支持台枠部５１を有する上段側フレーム５と、載置された下段の電池スタック１０，１１を支える支持台枠部２１、及び支持台枠部２１から上方に延び上段側フレーム５を下方から支える支持柱部２２を有して構成される下段側フレーム２と、重力方向に作用する外力に応じて変形し、上段側フレーム５の支持台枠部５１と下段の電池スタック１０，１１との間に介在されるシート部材３と、を備える。

この構成によれば、上段の電池スタック１２，１３を下方から支える上段側フレーム５が、下段の電池スタック１０，１１に対して直接荷重をかけることなく、下段側フレーム２の上方に延びる４箇所の支持柱部２２によって支えられることにより、少なくとも上段の電池スタック１２，１３を含めた荷重が下段の電池スタック１０，１１に直接かからない。このため、下段の電池スタック１０，１１が変形、破損に至ったり、電極端子とバスバー間の電気接続不良等に至ったりすることを回避できる。さらに、この作用効果に加え、上段側フレーム５の支持台枠部５１と下段の電池スタック１０，１１との間に介在されるシート部材３によって、下段の電池スタック１０，１１に対して重力方向に作用する振動を減衰、吸収することができるため、下段の電池スタック１０，１１に伝搬する振動の抑制も実現できる。したがって、複数の電池セルを積層してなる電池スタックを複数段積み上げて構成される組電池１において、振動、荷重等による負荷を軽減し、電池をこのような負荷から適切に保護することができるのである。

また、組電池１は、各電池スタック１０，１１，１２，１３の外殻及び各電池スタックが載置される支持台枠部２１，５１のうち、一方に突起部（例えば、凸条部１０ｃ，１０ｄ，１１ｃ，１１ｄ，１２ｃ，１２ｄ，１３ｃ，１３ｄ）を備え、他方に各突起部が嵌まる嵌合部（例えば、開口部２６，２７，５６，５７）を備えている。この突起部と嵌合部の嵌め合いによる規制は、各電池スタック１０，１１，１２，１３を下面側で重力方向に対して垂直な方向に変位することを規制する下面側規制機構を構成する。

この構成によれば、上段または下段の電池スタックがその下面側において支持台枠部に対して横方向や奥行き方向に変位することを規制できる。これにより、組電池１を構成する電池セルは重力方向の振動抑制に加えて水平方向においても振動等から保護されるので、電池を振動、荷重等の負荷から保護する効果を一層向上することができる。

また、組電池１は、下段の電池スタック１０，１１の外殻及び上段側フレーム５の支持台枠部５１のうち、一方に突起部（例えば、凸条部１０ｃ，１０ｄ，１１ｃ，１１ｄ）を設け、他方に、各突起部が嵌まり、下段の電池スタック１０，１１が重力方向に対して垂直な方向に変位することを規制する嵌合部（例えば、開口部５６，５７）を設けている。

この構成によれば、下段の電池スタック１０，１１が上方の部材からの荷重のかかっていない上面側において支持台枠部５１に対して横方向や奥行き方向に変位することを規制できる。これにより、上面側において、下段の電池スタック１０，１１をシート部材３の変形によって生じる摩擦力と合わせて、水平方向の振動等から適切に保護することができる。

また、組電池１は、上段の電池スタック１２，１３をその上面側で重力方向に対して垂直な方向に変位することを規制する上面側規制機構を備える。上面側規制機構は、電池スタック１２においては凸条部１２ａと開口部８６の嵌合、左右の凸条部１２ｂそれぞれと開口部８５、開口部８７の嵌合により構成され、電池スタック１３においては凸条部１３ａと開口部８６の嵌合、左右の凸条部１３ｂそれぞれと開口部８５、開口部８７の嵌合により構成されている。

この構成によれば、上段の電池スタック１２，１３が上面側において横方向や奥行き方向に変位することを規制できる。これにより、上面側において、上段の電池スタック１２，１３を上面側で水平方向に位置決めするとともに水平方向の振動等から適切に保護することができる。

（第２実施形態）
本発明を適用した第２実施形態の組電池１Ａは、上記の組電池１に対して制御装置ボックス１００、ブロワ装置１１０等の周辺部材を備えた構成である。当該周辺部材を除く部分は、上記の第１実施形態と同様であり、第２実施形態では相違点のみについて図１０〜図１６を参照して説明する。図１０は第２実施形態の組電池１Ａを示す斜視図である。図１１は組電池１Ａを示す平面図である。図１２は図３のＸII−ＸII切断面を矢印方向に見たときの断面図である。図１３は組電池１Ａを示す正面図である。図１４は組電池１Ａを示す左側面図である。図１５は組電池１Ａを示す右側面図である。図１６は組電池１Ａを示す背面図である。

組電池１Ａは、複数個の電池セルの充電及び放電または温度調節に用いられる電子部品によって制御され、ブロワ装置１１０による送風を受けて各電池セルが冷却される。上記の電子部品は、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ブロワ装置１１０を駆動するモータ、インバータによって制御される電子部品、各種の電子式制御装置等である。

組電池１Ａには、車両側にボルト締め等により固定するための取付部、ブロワ装置１１０、電池冷却のための送風経路に含まれる導入用ダクト１１１、上流側チャンバ１１２、下流側チャンバ１１３、排出用ダクト１１４、制御装置ボックス１００、電気接続用端子のジョイントボックス１０１、サービスプラグボックス１０２等が各電池スタック１０〜１３の側方に一体に設けられている。

制御装置ボックス１００には、例えば電圧、温度等の電池セルの状態を監視する各種センサからの検出結果が入力される電池監視ユニットと、電池監視ユニットと通信可能に構成されＤＣ／ＤＣコンバータの電力授受を制御するとともに、ブロワ装置１１０のモータの駆動を制御する制御装置と、各機器を接続するワイヤハーネス等と、が収納されている。

電池監視ユニットは、各電池セルの状態を監視する電池ＥＣＵであり、複数の電池セルの状態に関する情報を検出するために電池セル側に設置された検出端子から延びる複数の検出線を介して各電池スタック１０〜１３に接続されている。検出線は、例えば、電池セルの電圧、温度等の情報を電池監視ユニットに送信するための通信線であり、端子は、電池セルの状態に関わる情報を検出する電圧計測素子、温度センサ、その他の各種センサである。

次に電池冷却のための送風経路について説明する。ブロワ装置１１０によって上方から吸い込まれた冷却流体である空気は、遠心方向に吹き出されて上下方向に延びる導入用ダクト１１１内を流れ、導入用ダクト１１１の上下方向２箇所でそれぞれ２個ずつ接続された合計４個の上流側チャンバ１１２に流入する。上流側チャンバ１１２は、下段の電池スタック１０及び１１間と、上段の電池スタック１２及び１３間とに各２個ずつ、各電池スタック１０〜１３の側面に沿うように延びている。各上流側チャンバ１１２には、各電池スタック１０〜１３に形成された電池セル間の通路に接続する複数の開口が形成されている。各上流側チャンバ１１２に流入した空気は、これらの開口から各セル間通路に導入され、各電池セルの側面を沿うように流れるときに電池セルの熱を吸熱して冷却する。

各セル間通路を流れて吸熱した空気は、各電池スタック１０〜１３における横方向の端部に各１個ずつ、奥行き方向に沿うように延びて設けられた合計４個の下流側チャンバ１１３に流入する。各下流側チャンバ１１３には、各セル間通路に接続される複数の開口が形成されており、各セル間通路を通過した空気は、これらの開口から各下流側チャンバ１１３に導入され、下流側チャンバ１１３を方向Ｘに流れて、上下２個の下流側チャンバ１１３に接続された排出用ダクト１１４に流入し、排出用ダクト１１４内から上方に向けて排出される。なお、ブロワ装置１１０の吸い込み口や排出用ダクト１１４の排出口は、さらに所定の場所まで延びるダクトに接続されることにより、所定の場所から空気を取り入れたり、所定の場所に排出するようにしてもよい。

（第３実施形態）
本発明を適用した第３実施形態では、各電池スタック１０〜１３が下段側フレーム２または上段側フレーム５に対して横方向変位または奥行き方向変位することを規制するための他の形態について図１７及び図１８を参照して説明する。図１７は、第３実施形態の組電池において、下段の電池スタック１０，１１を横方向または奥行き方向に規制する構成を説明するための斜視図である。図１８は第３実施形態において、下段の電池スタック１０，１１を横方向または奥行き方向に規制する構成を説明するための平面図である。

本実施形態は、上段の電池スタック１２，１３にも適用できるが、以下には下段の電池スタック１０，１１について代表的に説明する。図１７及び図１８に示すように、弾性部材９は、電池スタック１０，１１，１２，１３の外殻と電池スタックを支える下段側フレーム２Ａにおける支持柱部２２，２２Ａとの間に介在し、下段の電池スタック１０，１１が重力方向に対して垂直な方向に変位することを規制する。

支持柱部２２は、方形状の四辺をなす支持台枠部２１の四隅から上方に延びる柱部である。支持柱部２２Ａは、支持台枠部２１の横方向の中央部で、かつ奥行き方向の両端部において上方に延びる柱部である。組電池１が組み立てられた状態で、四隅の支持柱部２２の上端４箇所と、横方向中央部の支持柱部２２Ａの上端２箇所とは、上段側フレーム５の支持台枠部５１に当接して上段側フレーム５を下方から支えている。

電池スタック１０の四隅には、上方向に延びる形状で、支持柱部２２，２２Ａのそれぞれとの間で弾性部材９を挟むガイド部１０ｅが設けられている。同様に、電池スタック１１の四隅には、上方向に延びる形状で支持柱部２２，２２Ａのそれぞれとの間で弾性部材９を挟むガイド部１１ｅが設けられている。弾性部材９は、例えば横断面Ｌ字形の部材であり、外力に応じて弾性変形する部材であり、例えば、合成ゴム等のエラストマー、ポリウレタン、発泡系材料等で構成される。

本実施形態の組電池によれば、各電池スタック１０〜１３が横方向または奥行き方向の加速度をもって振動した場合、すなわち水平方向（方向Ｘ及び方向Ｙ）に振動した場合、各支持柱部２２，２２２Ａとの間に設けられた弾性部材９の弾性力を利用して、当該振動加速度を効果的に減衰、吸収することができる。このため、重力方向に作用する荷重の低減効果に加え、各電池セルを水平方向の振動等から効果的に保護することができ、組電池の性能発揮や耐久寿命の確保を計ることができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態における組電池１は、横方向に２個並設し、上方向に２段積まれた電池スタックの集合体であるが、電池スタックを横方向に１個かつ上方向に２段以上積まれた形態や、横方向に３個以上かつ上方向に２段以上積まれた形態であってもよい。

上記実施形態では、上方向に２段積まれた電池スタックの集合体である組電池１において、下段の電池スタック１０，１１は最も下方に位置する電池スタックに相当し、下段側フレーム２は最も上方に位置する上段側フレーム５及び電池スタック１２，１３の自重等を支えている。この下段側フレームは、組電池において必ずしも最も下方の電池スタックが載置されるフレームに限定しない。下段側フレームは、例えば、３段積みの電池スタックからなる組電池において、最も上方の電池スタック等の自重を支える２段目の電池スタックが載置されるフレームも含むものである。

また、下段側フレーム２及び上段側フレーム５は、鉄、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等の金属の他、硬質材料で形成されてもよい。硬質材料は、電池スタックの自重、振動によっては容易に変形しない剛性を備えた材料であり、例えば硬質樹脂であってもよい。硬質樹脂は、例えば硬質の塩化ビニール樹脂、フィラーやタルク入りのＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂、炭素系樹脂等である。

また、上段側フレーム５または下段側フレーム２と各電池スタックの上面との間に配置される緩衝部材は、エラストマー等のシート部材に限定するものではない。緩衝部材は、両者間の振動を減衰、吸収可能な硬さを有していればその機能を果たせるため、例えば、弾性を有するばね部材、板状部材、発泡系樹脂製の部材等であってもよい。

１…組電池
２，２Ａ…下段側フレーム（下段側支持部材）
３…シート部材（緩衝部材）
５…上段側フレーム（上段側支持部材）
９…弾性部材
１０，１１，１２，１３…電池スタック
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…凸条部（突起部）
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…凸条部（突起部）
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ…凸条部（上面側規制機構）
１２ｃ，１２ｄ…凸条部（突起部）
１３ｃ，１３ｄ…凸条部（突起部）
２１…支持台枠部（支持台部）
２２，２２Ａ…支持柱部
２６，２７，５６，５７…開口部（嵌合部）
５１…支持台枠部（支持台部）
８５，８６，８７…開口部（上面側規制機構）

Claims (5)

1. 通電可能に接続された複数個の電池セルを積層してなる電池スタック（１０，１１，１２，１３）を上下に複数段積み上げて構成される組電池（１）であって、
   上下に複数段積み上げられる複数の電池スタック（１０，１１，１２，１３）と、
   下段の前記電池スタック（１０，１１）に対して直接荷重をかけることなく、載置された上段の前記電池スタック（１２，１３）を支える支持台部（５１）を有する上段側支持部材（５）と、
   載置された前記下段の電池スタック（１０，１１）を支える支持台部（２１）、及び当該支持台部（２１）から上方に延びる柱部であって前記上段側支持部材（５）を下方から支える支持柱部（２２）を有して構成される下段側支持部材（２）と、
   重力方向に作用する外力に応じて変形し、前記上段側支持部材（５）の前記支持台部（５１）と前記下段の電池スタック（１０，１１）との間に介在される緩衝部材（３）と、
   を備えることを特徴とする組電池。
2. 前記電池スタック（１０，１１，１２，１３）の外殻及び当該電池スタックが載置される前記支持台部（２１，５１）のうち、一方に突起部（１０ｃ，１０ｄ，１１ｃ，１１ｄ，１２ｃ，１２ｄ，１３ｃ，１３ｄ）を設け、他方に前記突起部が嵌まる嵌合部（２６，２７，５６，５７）を設けることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記下段の電池スタック（１０，１１）の外殻及び前記上段側支持部材（５）の前記支持台部（５１）のうち、一方に突起部（１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂ）を設け、他方に、前記突起部が嵌まり、前記下段の電池スタック（１０，１１）が重力方向に対して垂直な方向に変位することを規制する嵌合部（５６，５７）を設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電池。
4. 前記上段の電池スタック（１２，１３）をその上面側で重力方向に対して垂直な方向に変位することを規制する上面側規制機構（１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，８５，８６，８７）を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の組電池。
5. 前記電池スタック（１０，１１，１２，１３）の外殻と当該電池スタックを支える前記下段側支持部材（２Ａ）における前記支持柱部（２２，２２Ａ）との間に介在して、前記下段の電池スタックが重力方向に対して垂直な方向に変位することを規制する弾性部材（９）を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の組電池。

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