JP2023173015A - 組電池、及び組電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造性を向上させるとともに、電池の冷却、及び放熱性能を両立する組電池構造を提供する。【解決手段】セル１２間にセパレータ１３を挟んだ状態でセル１２を並列させて収容する樹脂ケース５と、樹脂ケース５の底板及びセル１２の底面に向く上面を有する金属板２１と、金属板２１上に配設された絶縁層２１４と、セル１２の底面と樹脂ケース５の底板５５とを接着する接着保持剤４７と、樹脂ケース５の底板５５と絶縁層２１４とを接着する接着剤４９と、樹脂ケース５の底板５５に貫通形成された枠孔５５４に収容され、セル１２の底面と絶縁層２１４との間で圧縮された状態でセル１２の底面と絶縁層２１４とに密着する可塑性材料４１と、を備える組電池１。【選択図】図８

Description

本発明の実施形態は、組電池、及び組電池の製造方法に関する。

従来、複数の電池セルを導電部材によって電気的に接続した組電池が知られており、車両や電子機器、その他産業用の電源として用いられている。

国際公開番号２０２１／１８１６１９

従来の組電池は、所望の電圧電流となるように複数のセルが直列／並列にバスバー等で端子側が接続され、仕切り壁であるセパレータを挟んで並んだ状態で、樹脂ケースに収容されている。そして、樹脂ケース内部のセルの充放電によって発生した熱の外部への放熱や伝導を目的として、セルの下側に絶縁層が配設された金属板を設け、金属板を介して熱を放熱する技術がある。このとき、可塑性を有する材料を複数のセルの底面、及び金属板に配設された絶縁層のそれぞれに下又は上から密着させる。

従来の樹脂ケースは、低頭な平ネジ用の座繰りと、ボルトを通す貫通穴と、を別々に備えており、また、樹脂ケースとセルとの間に複数のセルごとの底面の高さのばらつき（底面のミクロ単位の凹凸）を吸収するために上記可塑性を有する板状の材料を配置している。さらに凹凸を埋める該可塑性材料の下に、絶縁層が配設された金属板を配し、セルと絶縁層が配設された金属板と可塑性材料とを、低頭の平ネジの座繰りに平ネジを例えば樹脂ケースの下面側から入れて締結することで固定をしていた。さらに、絶縁層が配設された金属板の下方には、冷却プレート等が可塑性シートを間に挟んで配置され、金属板と樹脂ケースと冷却プレート等とを、貫通穴に通したボルトによって締結していた。

しかし、樹脂ケースが貫通穴に加えて座繰りを備えることで、座繰り穴周囲の強度が低下する等の設計検討事項が増える。また、座繰りに平ネジを通し、さらに貫通穴にボルトを通すため固定のための工数が増える。また、仮に冷却プレート側の接触面に、平ネジ頭部が突出すると、冷却プレート、金属板、及び可塑性材料の間にがたつきやぐらつきが発生して接触熱抵抗が上がりセルの放熱が阻害される。これを防ぐために、絶縁層が配設された金属板の冷却プレート側の面から平ネジが突出しないように、樹脂ケースに座繰りを深く設けると、絶縁層が配設された金属板の厚さを相対的により厚くする必要が生じ、組電池のサイズと重量とが上昇してしまう。

よって、組電池においては、製造性を向上させるとともに、電池の冷却、及び放熱性能を両立する組電池構造を提供するという課題がある。

実施形態の組電池は、複数のセル間にセパレータを挟んだ状態で前記セルを並列させて収容する樹脂ケースと、前記樹脂ケースの底板及び前記セルの底面に向く上面を有する金属板と、前記上面に配設された絶縁層と、前記樹脂ケースに収容された前記セルの底面と前記樹脂ケースの底板とを接着する接着保持剤と、前記樹脂ケースの底板と前記絶縁層とを接着する接着剤と、前記樹脂ケースの底板に貫通形成された枠孔に収容され、前記セルの底面と前記絶縁層との間で圧縮された状態で前記セルの底面と前記絶縁層とに密着する可塑性材料と、を備える。

実施形態の組電池を底板側から見た斜視図である。 実施形態の組電池のセルの一例を示す斜視図である。 実施形態の組電池を構成要素ごとに分解して示す斜視図である。 実施形態の組電池の樹脂ケースの一部を示す斜視図である。 実施形態の組電池を、樹脂ケースの一部（ケース天板）を省略した状態で上側から見た斜視図である。 上面に絶縁層が配設された金属板の一例を示す断面図である。 上面に絶縁層が配設された金属板の別例を示す断面図である。 実施形態の組電池の概略的な断面図である。 実施形態の組電池による回路構成の一例である。 実施形態の組電池の製造方法における、接着剤配設工程と、接着工程とを実施し、固定工程において樹脂ケースの底板の枠孔に可塑性材料を収容した状態を説明する断面図である。 固定工程において、セルを可塑性材料に向かってプレスし可塑性材料を圧縮変形させた状態で、可塑性材料を絶縁層に密着させるとともに、接着剤により樹脂ケースと絶縁層とを接着固定した状態を説明する断面図である。 実施形態の組電池の製造方法における締結工程を説明する断面図である。 カプトン（登録商標）テープを備える組電池の一例を示す断面図である。

以下、図１～図５を用いて組電池１の例示的かつ模式的な実施形態を開示する。また、以下の各図では、便宜上、方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）が規定されている。Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、互いに直交している。

図１、図３～図５に示す実施形態の組電池１に含まれる図２に示すセル１２について説明する。セル１２は、電池セル、単電池、又は電池等とも称される。セル１２は、一例として、リチウムイオン電池などの非水電解質二次電池であり、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された扁平又は略直方形状の外装容器１２０と、外装容器１２０内に非水電解液と共に収容された図示しない電極体と、を備えている。

セル１２は、外装容器１２０の上面に、セル１２の横方向（Ｘ方向）の両端部に正極端子１２１と負極端子１２２との２種の端子を備えており、正極端子１２１及び負極端子１２２は図示しない電極体に電気的に接続されている。また、セル１２は、該上面に外装容器１２０内に発生したガスを排出するガス排出弁１２３、及び非水電解液を外装容器１２０の内部に注入するための注液口１２４を備えていてもよい。外装容器１２０の底面１２５は、略平坦面となっている。

図３に示す組電池１において、複数のセル１２の正極端子１２１および負極端子１２２は、図示しないバスバーの端子接続面に例えば溶接等で接続され電気的に接続される。組電池１では、複数のセル１２が電気的に直列に接続される直列接続構造、及び、複数のセル１２が電気的に並列に接続される並列接続構造の少なくとも一方が、形成される。

実施形態の組電池１は、種々の装置や、機械、設備等に設置され、それら種々の装置や、機械、設備の電源として使用される。例えば、組電池１は、自動車や鉄道車両等の電源等、移動型の電源としても使用される他、例えば、ＰＯＳ（Point Of Sales）システム用の電源等、定置型の電源としても使用されうる。また、種々の装置等には、複数の、本実施形態で示される組電池１を、直列あるいは並列に接続したセット（例えば棚状に上下に重ねたセット）として搭載することもできる。なお、組電池１に含まれるセル１２の数や配置等は、本実施形態で開示されるものには限定されない。組電池１は、電池モジュールや電池装置等とも称される。

図３に各構成を分解して示す組電池１は、複数のセル１２と、セル１２間にセパレータ１３を挟んだ状態でセル１２を並列させて収容する樹脂ケース５と、樹脂ケース５の底板５５及びセル１２の底面１２５に向く上面２１２を有する金属板２１と、金属板２１の上面２１２に配設された絶縁層２１４と、樹脂ケース５に収容されたセル１２の底面１２５と樹脂ケース５の底板５５とを接着する接着保持剤４７と、を備えている。

図１、図３～図５に示す樹脂ケース５は、電気的絶縁性を有する材料から形成される。樹脂ケース５を形成する材料としては、例えば、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート及びポリブチレンテレフタレート等の樹脂が挙げられる。

樹脂ケース５は、平面視矩形で蓋形状の天板５１（図１のみ図示）、樹脂ケース５の長手方向（Ｘ方向）において対向する一対の側壁５２、樹脂ケース５の短手方向（Ｙ方向）において対向する一対の側壁５３、及び底板５５を備える。

樹脂ケース５において、天板５１及び底板５５は、高さ方向（Ｚ方向）について図３、図４に示す収容室５０を挟んで対向する。それぞれの側壁５２とそれぞれの側壁５３とは例えば一体的に接続されており、収容室５０側方全周を囲む。

また、図３、図４に示すように、樹脂ケース５は、例えば２つの仕切り壁５６を備える。各仕切り壁５６は、Ｘ方向において一対の側壁５２の間に配置され、互いに対して離れて配置される。仕切り壁５６のそれぞれは、天板５１（図１参照）及び底板５５との間に、高さ方向（Ｚ方向）に沿って連続して延設される。２つの仕切り壁５６によって樹脂ケース５の収容室５０は、図３、図４に示すように３つの領域５０２に仕切られる。即ち、収容室５０は、仕切り壁５６によって、Ｘ方向において３分割される。

例えば、図３に示すように、Ｙ方向において互いに対して隣り合うセル１２の間に、セパレータ１３が設けられる。Ｙ方向に並ぶ複数（例えば８つ）のセル１２をセル列１５として、セル列１５のそれぞれには、セパレータ１３は、１つ以上設けられ、図３の例では、セル列１５の一つに対して７つのセパレータ１３が設けられる。セパレータ１３のそれぞれは、少なくとも外表面が電気的絶縁性を有する材料から形成される。セパレータ１３の少なくとも外表面を形成する材料としては、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）及びポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の電気的絶縁性を有する樹脂が挙げられる。このように、樹脂ケース５は、セル１２間にセパレータ１３を挟んだ状態でセル１２を並列させて収容室５０に収容する。セパレータ１３は、例えば、各仕切り壁５６に係合する係合溝を複数備えており、仕切り壁５６によって支持される。

図３～図５に示すように、底板５５は、Ｚ方向の下側から、複数のセル１２を支持する。底板５５には、図４に示すように３つの枠孔５５４が貫通形成されている。底板５５では、枠孔５５４のそれぞれは、領域５０２の１つと対応する位置に形成される。枠孔５５４は、例えば、平面視略矩形状に貫通形成されている。

また、図４に示すように、底板５５上の各枠孔５５４の近傍となる位置には、複数の区分け板５５６がＹ方向に等間隔を空けて立設している。領域５０２のそれぞれは、区分け板５５６によって、領域５０２に収容するセル１２の数と同一の数に区分けされる。そして、区分け板５５６によって図３に示すセル列１５に含まれる複数のセル１２のＹ方向における適切な位置決めがなされる。

図３、図５に示す１つのセル列１５は、例えば８つのセル１２が配列されて構成される。セル列１５のそれぞれでは、セル１２の横方向が樹脂ケース５の長手方向（Ｘ方向）と平行又は略平行の状態に、セル１２が配列される。３つの領域５０２のそれぞれでは、セル列１５は、底板５５の枠孔５５４以外の領域によって支持される。また、セル列１５では、セル１２のそれぞれの奥行方向が、樹脂ケース５の短手方向（Ｙ方向）と平行又は略平行の状態になっている。そして、セル列１５では、セル１２のそれぞれの高さ方向が、樹脂ケース５の高さ方向（Ｚ方向）と平行又は略平行の状態になっている。また、セル列１５の１つのセル１２は、別の１つのセル列１５のＹ方向において同順番となる１つのセル１２と、互いにＹ方向及びＺ方向にほとんどずれることなく配列される。

図４に示す収容室５０の領域５０２のそれぞれは、枠孔５５４の対応する１つを通して、樹脂ケース５の外部に対して開口する。領域５０２のそれぞれでは、全周に渡って内周側へ突出する状態に底板５５が形成され、枠孔５５４のそれぞれでは、底板５５の突出端によって、全周に渡ってその縁が形成される。

図３に示すように、樹脂ケース５に収容されたセル１２の底面１２５と樹脂ケース５の底板５５の上面とを接着する接着保持剤４７は、例えば、それぞれのセル１２の外装容器１２０の底面１２５に塗布又は貼り付けされている。なお、接着保持剤４７は、それぞれのセル１２の底面１２５の全面に塗布又は貼り付けされておらず、底面１２５のうち枠孔５５４から露出して可塑性材料４１と対向する領域には塗布又は貼り付けされていない。図３に示す例においては、例えば、セル１２の底面１２５のＸ方向両側の領域の２か所に接着保持剤４７が配設されている。

図３に示す接着保持剤４７は、例えば、２液硬化型のエポキシ樹脂系接着剤であるが、これに限定されず、極薄の両面テープであってもよい。塗布又は貼り付けされた接着保持剤４７の厚さは、樹脂ケース５の底板５５の厚さ（例えば、厚さ１．３５ｍｍ）や、可塑性材料４１の厚さ（例えば、厚さ１．６２ｍｍ）と比較して無視できるほど非常に小さく設定されている。

接着保持剤４７は、セル１２ではなく、樹脂ケース５の底板５５の上面に塗布又は貼り付けされていてもよい。即ち、例えば底板５５の上面のうち隣り合う区分け板５５６と区分け板５５６との間のセル１２を支持する領域や区分け板５５６と一対の側壁５３との間のセル１２を支持する領域に、接着保持剤４７がそれぞれ塗布又は貼り付けされていてもよい。

複数のセル１２が樹脂ケース５に区分け板５５６を用いて位置決めされつつ収容された際に、接着保持剤４７によってそれぞれのセル１２の底面１２５と底板５５の上面とが接着固定される。なお、接着保持剤４７による樹脂ケース５の底板５５とセル１２との接着箇所は上記例に限定されない。

また、組電池１は、図３に示す複数のセル１２が可塑性材料４１を介し、また樹脂ケース５が接着剤４９（図１参照）を介して、絶縁層２１４が上面２１２に配設された金属板２１に密着固定される。金属板２１は、樹脂ケース５に比べて熱伝導性が高い。

金属板２１は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、又は銅板等が挙げられる。金属板２１は、組電池１の高さ方向（Ｚ方向）について底板５５が位置する下側から、樹脂ケース５に取付けられる。なお、金属板２１は、図３に示す例においては、樹脂ケース５の底板５５と略同程度の大きさの平面視略矩形状に形成されており、その４角近傍にさらに外側に突き出る突片２１７を備えているが、必要に応じて適切な寸法及び形状等に形成される。

図１、図３に示すように、組電池１は、例えば薄いシート状の可塑性材料４１を備えている。本実施形態においては、可塑性材料４１は３枚配設されており、例えば、樹脂ケース５の枠孔５５４（図４参照）の形状に対応するように、可塑性材料４１は平面視略矩形状に形成されており、その全周が枠孔５５４に入る大きさに設定されている。枠孔５５４のそれぞれは、可塑性材料４１の対応する１つによってほぼ充填される。ただし、枠孔５５４の内周とそれぞれに配置される可塑性材料４１の外周部分との間には、可塑性材料４１のＺ方向のプレスによる圧縮変形に伴うＸＹ方向への拡大を許容する僅かな隙間が形成されていてもよい。なお、図１においては、可塑性材料４１が底板５５の枠孔５５４にそれぞれ収容された状態を示しており、図３においては、可塑性材料４１が枠孔５５４に収容される前の状態を示している。また、図１においては、可塑性材料４１の説明のため、組電池１の金属板２１を省略して示している。

図１、図３に示す可塑性材料４１のそれぞれは、樹脂ケース５及び空気に比べて熱伝導性が高い。可塑性材料４１としては、シリコーン等の可塑性及び電気的絶縁性を有する樹脂が挙げられる。また、可塑性材料４１のそれぞれは、図３に示す金属板２１に比べて、熱伝導性が低い。可塑性材料４１のそれぞれは、組電池１の高さ方向について、複数のセル１２と、絶縁層２１４が上面２１２に配設された金属板２１との間で挟まれる。

可塑性材料４１のそれぞれは、図４に示す枠孔５５４に収容された状態で収容室５０において領域５０２の対応する１つに配置される。また、図３に示す可塑性材料４１のそれぞれは、領域５０２の対応する１つにおいて、Ｙ方向に並ぶ複数のセル１２のセル列１５の対応する１つに密着及び当接する。すなわち、セル列１５のそれぞれでは、組電池１の高さ方向（Ｚ方向）について金属板２１が位置する下側から、可塑性材料４１の対応する１つが複数のセル１２のそれぞれの底面１２５に密着及び当接する。

可塑性材料４１は、プレス加工機等によってＺ方向における上方から下方に向かって所定押圧力（例えば、２８００Ｎ）が所定時間（例えば、２秒）加えられた場合に、所定の厚さ分圧縮変形保持される特性を備えるとともに、セル１２の底面１２５及び金属板２１上の絶縁層２１４に対して十分な粘着性、及び密着性を備えるものを選定する。また、圧縮される前の可塑性材料４１の厚さは、例えば可塑性材料４１の樹脂ケース５の収容室５０側となる上面を底板５５の上面と面一となるように可塑性材料４１を枠孔５５４に配設した場合に、図１に示すように、底板５５の下面から所定厚さ分（例えば、０．０７０ｍｍ）だけ下方に突出可能な厚さに設定される。

図３に示す金属板２１の複数のセル１２が位置する側を向く上面２１２の全面、又は略全面に、絶縁層２１４が配設されている。したがって、絶縁層２１４は、組電池１の高さ方向において、可塑性材料４１及び樹脂ケース５の底板５５のそれぞれと金属板２１との間に位置する。絶縁層２１４は、例えば、エポキシ樹脂等の薄膜層であり、電気的絶縁性を有する樹脂から形成され、例えばアルミニウム板等の金属板２１の上面２１２に予めシート状のものを貼り付けられ、又は液状樹脂を塗布後に乾燥して一体化するように形成されたものである。

金属板２１の上面に形成された絶縁層２１４は、例えば、繊維材料（カーボン、シリコンカーバイド、又はアラミド等）に絶縁樹脂材料（エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、又はベンゾオキサジン樹脂等）を含浸させたプリプレグ等であってもよく、シート状の該プリプレグがあらかじめ金属板２１の上面２１２に貼り付けされている、又は該プリプレグが金属板２１の上面２１２において硬化して一体化していてもよい。

図３に示す樹脂ケース５の底板５５は、高さ方向についてセル列１５に含まれる複数のセル１２が位置する側から、絶縁層２１４に接着剤４９（図１参照）を介して当接する。また、可塑性材料４１のそれぞれは、複数のセル１２の高さ方向についてセル列１５に含まれる複数のセル１２が位置する側から、絶縁層２１４に密着及び当接する。そして、３つのセル列１５それぞれは、樹脂ケース５、可塑性材料４１、及び絶縁層２１４等によって、金属板２１に対して、電気的に絶縁される。

複数のセル１２から構成されるセル列１５が充放電してそれぞれで発生した熱は、可塑性材料４１の対応する１つ、及び絶縁層２１４を通して金属板２１へ伝達される。したがって、可塑性材料４１等によって、複数のセル１２から金属板２１への空気中を通らない伝熱経路が形成される。

図３、図６に示す本実施形態のように、金属板２１は、例えば厚さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下程度で、図３～図５に示す樹脂ケース５内において中央部分、即ち、底板５５の中央領域上に位置する複数のセル（例えば、中央のセル列１５の３番目乃至６番目の計４つのセル１２）に対応する凸状の曲面を下面２１６として備えている。換言すると、下面２１６が、金属板２１上に位置するセル１２が並列する方向（ＸＹ方向）においてその下面２１６の中央の領域から外周側の領域に向かって徐々に高くなっていくような凸状の湾曲を備えている。なお、金属板２１は、厚さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下程度であり、上面２１２及び下面２１６が平坦面である平板状に形成されていてもよい。

図３、図５に示す底板５５の中央領域上に位置し組電池１の中心付近となる上記４つのセル１２のそれぞれは、周囲が他のセル１２に囲まれているため、特に温度が高くなりがちなホットスポットとなるセル１２である。以下、ホットスポットとなる４つのセル１２をセル群１２９とする。そして、図６に示す金属板２１は、中央が凸状の曲面である下面２１６を有し、下面２１６の中央は、セル１２が並列する方向において複数のセル１２のうち他のセル１２に囲まれたホットスポットとなる図３に示すセル群１２９に対応する。なお、金属板２１の下面２１６の凸状の湾曲はわずかなものであり、その曲率は、ホットスポットとなるセル１２の本数等によって適宜定められる。なお、図３、及び図６に示す金属板２１の上面２１２及び絶縁層２１４は、図示の例においては略平坦面となっている。

図３、図６に示す金属板２１に代えて、組電池１は図７に示す金属板２２を備えていてもよい。金属板２２は、図６に示す金属板２１と略同様の凸状の湾曲を下面２２４側に備えているとともに、その上面２２５側にも凸状の湾曲を備えている。換言すれば、図７に示す金属板２２は、全体が凸レンズ状の形状を有している。そして、金属板２２の上面２２５に配設されている絶縁層２１４は、該凸状の湾曲に倣って湾曲している。

組電池１は、図１に示す樹脂ケース５の底板５５の下面と金属板２１の上面２１２に配設された絶縁層２１４（図３参照）とを接着する接着剤４９を備えている。図１に示す接着剤４９は、２液硬化型のエポキシ樹脂系接着剤等を用いてもよいし、両面テープを用いてもよい。接着剤４９の一例としては、アクリル系粘着剤を基材に貼りあわせた両面テープであり、厚さ０．２ｍｍ～０．３ｍｍ程度に設定されている。接着剤４９は、被着体の表面凹凸に対する追従性が良く、接着性や防水性に優れて金属やプラスチックに対しても強力に接着し、一般的に接着しにくいポリプロピレン等への接着性にも優れていると好ましい。

接着剤４９は、例えば、図１に示す例のように、底板５５の下面の外周側の領域に平面視四角環状に連続して配設されている。なお、接着剤４９は、四角環状に配設されるのに加えて、底板５５に形成された枠孔５５４に収容され隣り合う可塑性材料４１と可塑性材料４１との間に位置する底板５５の下面にもＹ方向に延びる帯状に配設されていてもよい。また、例えば、接着剤４９は、底板５５の下面の外周側の領域の４角部分の内側近傍となる４か所にそれぞれ配設されていてもよい。

図８に示す台６１は、組電池１を支持固定する金属製の土台である。したがって、組電池１に含まれる複数のセル１２、樹脂ケース５、可塑性材料４１、及び金属板２１は、台６１上に設置される。台６１は、樹脂ケース５及び可塑性材料４１に比べて、熱伝導性が高く、例えば、金属板２１と同程度の熱伝導性を有する。

例えば、図１、図３～図５、及び図８に示す組電池１は、定置用の電源又は鉄道車両用の電源等として用いられる。ここで、組電池１を例えば鉄道車両用に用いる場合は、組電池１を棚状に複数上下に重ねた状態で多数のセル１２を直列に接続することになり、高い冷却性能が求められる。このため、組電池１同士が接する部分に冷却プレートとしての機能を有する台６１を設け、例えば、台６１の内部に冷却液や冷却ガス等を含む冷却用流体が流れる流路を設けて循環させて強制冷却することがある。

図８に示す台６１は、組電池１の高さ方向（Ｚ方向）について、金属板２１に対して複数のセル１２が位置する側とは反対側に配置される。また、台６１は、複数のセル１２が位置する側とは反対側に、金属板２１から離れて配置される。すなわち、組電池１の高さ方向について金属板２１と台６１との間には、クリアランスが形成される。ある一例では、金属板２１と台６１との間のクリアランスは、０．２ｍｍ程度である。そして、金属板２１と台６１との間のクリアランスには、組電池１に含まれる可塑性シート６３が配設される。可塑性シート６３は、例えば、シリコーングリース等の可塑性及び電気的絶縁性を有する樹脂から形成される。金属板２１と台６１との間のクリアランスは、可塑性シート６３によって充填される。このため、可塑性シート６３は、組電池１の高さ方向について、金属板２１の下面２１６と台６１との間で挟まれる。また、可塑性シート６３は、金属板２１の下面２１６及び台６１のそれぞれに、密着及び当接する。

可塑性シート６３は、空気及び樹脂ケース５に比べて熱伝導性が高いものを使用する。ただし、可塑性シート６３は、金属板２１及び台６１に比べて、熱伝導性が低い。セル１２のそれぞれで発生した熱は、可塑性材料４１の対応する１つ、絶縁層２１４が配設された金属板２１、及び可塑性シート６３を順に通って、台６１へ伝達される。すなわち、可塑性シート６３は、金属板２１から伝達された熱を台６１に伝達する。よって、可塑性材料４１、金属板２１等及び可塑性シート６３等によって、複数のセル１２から台６１への空気中を通らない伝熱経路が形成される。

図１、図３～図５に示すように、樹脂ケース５の一対の側壁５２の外側面の４角となる部分には、外側から内側に向かって矩形の切り欠き５２０が形成されており、切り欠き５２０内に、樹脂ケース５外側における底板５５の上面が一部露出している。切り欠き５２０内で露出する底板５５には、外側へ突出する突出端５５５が設けられている。そして、樹脂ケース５の４角にそれぞれ位置する４つの突出端５５５には、その上面から底板５５の下面に至る第１の貫通孔５５１が形成されている。このように第１の貫通孔５５１は、図３、図４に示す樹脂ケース５の収容室５０の外側であり樹脂ケース５の例えば４角となる位置にそれぞれ形成されている。また、図１に示すように、第１の貫通孔５５１のそれぞれは、例えば樹脂ケース５の底板５５の下面に四角環状に配設された接着剤４９（図１参照）よりも外側となる位置に配設されている。

例えば図３に示すように、金属板２１の４角近傍部分には、一部が外側へ凸状に突出する４つの突片２１７が設けられている。突片２１７の上面にも絶縁層２１４は配設されており、突片２１７には、底板５５の４つの第１の貫通孔５５１にＺ方向においてそれぞれ対応し連通する第２の貫通孔２１５が形成されている。なお、第２の貫通孔２１５は、突片２１７上に配設された絶縁層２１４もＺ方向に貫通している。

例えば、図８に示す台６１と可塑性シート６３とは、平面視略矩形状に形成されており、その大きさが樹脂ケース５の底板５５と略同一の大きさに設定されている。また、図８に示す可塑性シート６３の４角部分（２つのみ図示）には、樹脂ケース５の第１の貫通孔５５１及び金属板２１の第２の貫通孔２１５からずれることなく配置された第３の貫通孔６３３が形成されている。

また、台６１の４角部分（２つのみ図示）には、対応する第１の貫通孔５５１、第２の貫通孔２１５、第３の貫通孔６６３からずれることなく配置されたボルト穴６１５が形成されている。そして、図３、図５及び図８等に示すボルト６６が第１の貫通孔５５１、第２の貫通孔２１５、及び第３の貫通孔６６３に通されてボルト穴６１５に螺合される。そして、樹脂ケース５の４角全てで同様にボルト６６の挿通及び螺合がなされることで、樹脂ケース５、絶縁層２１４が上面２１２に配設された金属板２１、及び台６１が図８に示すように締結固定されて一体化する。図３及び図８に示すように、ボルト６６は、収容室５０の外側に設けられ、樹脂ケース５の一対の側壁５２に対して収容室５０が位置する側とは反対側に配置される。

図９は、組電池１による回路構成の一例である。組電池１は、一対の外部端子６３Ａ，６３Ｂを備える。外部端子６３Ａが組電池１の正極外部端子であり、外部端子６３Ｂが組電池１の負極外部端子である。組電池１は、電源／負荷６４に電気的に接続される。電源から組電池１に電力が供給されることにより、組電池１が充電される。また、組電池１から負荷へ電力が供給されることにより、組電池１から放電される。

図９の一例では、台６１が接地され、台６１がＧＮＤになる。そして、組電池１を流れる電流の電流経路のＧＮＤ側経路が、台６１に接続される。組電池１では、外部端子（正極外部端子）６３Ａは、他の組電池１を間に介することなく、又は、他の組電池１を間に介して、負荷等に接続される。また、組電池１では、外部端子（負極外部端子）６３Ｂは、他の組電池１を間に介することなく、又は、他の組電池１を間に介して、グランド側経路（台６１）に接続される。なお、他の組電池１を間に介することなく外部端子６３Ｂがグランド側経路に接続される場合、組電池１の外部端子６３Ｂの電位（負極電位）は、台６１の電位と一致し、ＧＮＤ電位になる。例えば、組電池１が鉄道用車両で用いられる場合等は、台６１がＧＮＤとなる。

以下に、図１～図８を用いて説明した実施形態の組電池１の製造方法の各工程の例をそれぞれ説明する。
（１）接着剤配設工程
組電池１の製造方法では、例えば図１、図１０に示す樹脂ケース５の底板５５の下面の外周側の領域であって各第１の貫通孔５５１よりも内側となる位置に、接着剤４９が例えば平面視四角環状に１本連続するように塗布、又は貼り付けされる。本実施形態においては、接着剤４９の厚さは、例えば０．２ｍｍに設定されている。

（２）接着工程
上記接着剤配設工程と並行、又は前後して、図３、図１０に示す樹脂ケース５の収容室５０に収容される複数のセル１２それぞれの底面１２５のうち可塑性材料４１と対向する領域を除いた領域に対して、接着保持剤４７が複数個所（例えば、２か所）塗布、又は貼り付けられる。

なお、セル１２側ではなく、接着保持剤４７が、樹脂ケース５の底板５５の上面に塗布又は貼り付けされてもよい。即ち、例えば図３、図４に示す底板５５の上面のうち隣り合う区分け板５５６と区分け板５５６との間の領域や区分け板５５６と一対の側壁５３との間の領域等の、底板５５がセル１２の底面１２５を支持する領域にそれぞれ接着保持剤４７が塗布又は貼り付けされていてもよい。

次いで、図３、図１０に示す複数のセル１２を、樹脂ケース５の収容室５０の３つの領域５０２に順次区分け板５５６（図３参照）を用いて位置決めしつつ配置していくことで、それぞれのセル１２の底面１２５が樹脂ケース５の底板５５の上面に接着保持剤４７により接着固定される。また、セル１２の底面１２５の一部は、底板５５の枠孔５５４とＺ方向において対向する。

さらに、セパレータ１３（図３参照）を、Ｙ方向において、図１０に示す接着固定されたセル１２とセル１２との間に配設しながら、セル１２を樹脂ケース５の収容室５０の各領域５０２に並列させていき、図３に示すセル列１５を形成する。

（３）固定工程
上記接着剤配設工程及び接着工程と並行、又は前後して、図示しないプレス用テーブルの上に、図３、図１０に示す金属板２１を絶縁層２１４を上側に向けた状態で載置し、さらに、金属板２１の絶縁層２１４上に所定間隔を空けて３つの可塑性材料４１を載置する。次いで、図１０に示す底板５５に接着保持剤４７によって接着された複数のセル１２が収容された樹脂ケース５の３つの枠孔５５４それぞれに、１つずつ可塑性材料４１が収容されるように、樹脂ケース５を可塑性材料４１上でＸＹ方向に調整移動し、それぞれの枠孔５５４と可塑性材料４１とをＺ方向において対向させる。

上記調整後に、樹脂ケース５を降下させて、樹脂ケース５の底板５５の枠孔５５４に可塑性材料４１を収容するとともに、図１０に示すように、３つの可塑性材料４１の上面を複数のセル１２のそれぞれの底面１２５に当接させる。

例えば、図１０に示す圧縮変形される前の可塑性材料４１の厚さＴ１は、１．６２ｍｍであり、樹脂ケース５の底板５５の厚さＴ２は１．３５ｍｍであり、底板５５の下面に配設された接着剤４９の厚さＴ３は、０．２ｍｍである。また、樹脂ケース５の底板５５の上面とそれぞれのセル１２の底面１２５とを接着している接着保持剤４７の厚さは、上記厚さＴ１、厚さＴ２、及び厚さＴ３に比して無視できる厚さとなっている。そして、図１０に示すように、可塑性材料４１の上面に複数のセル１２が当接し、また、可塑性材料４１が未だＺ方向にプレスされずに圧縮変形していない状態においては、可塑性材料４１の厚さＴ１は、接着保持剤４７の厚さと樹脂ケース５の底板５５の厚さＴ２と接着剤４９の厚さＴ３とを合計した値よりも厚く（大きく）なっている。

上記のように可塑性材料４１の厚さＴ１が設定されていることで、３つの可塑性材料４１の上面をセル１２のそれぞれの底面１２５に図１０に示すように当接させた段階においては、底板５５の下面に配設された接着剤４９の下面と、金属板２１上に配設され接着剤４９に対向する絶縁層２１４との間には、所定の大きさの隙間Ｓが形成された状態になる。該隙間Ｓの大きさは、例えば、可塑性材料４１の厚さＴ１－（樹脂ケース５の底板５５の厚さＴ２＋底板５５の下面に配設された接着剤４９の厚さＴ３）＝１．６２ｍｍ－（１．３５ｍｍ＋０．２ｍｍ）＝０．０７ｍｍとなる。この隙間Ｓの大きさ＝０．０７ｍｍが可塑性材料４１の潰し代となる。

次いで、図示しないプレス用テーブルの上に載置された状態の樹脂ケース５に収容された例えば全てのセル１２を、図１１に示すように、上方から各セル１２に掛かる押圧力が均一になるように制御しつつ下方の可塑性材料４１に向かってプレスする。各セル１２をプレスする押圧力の方向は、金属板２１の上面２１２に対して垂直な方向となっている。例えば、該プレスは、押圧力が２８００Ｎで、２秒間実施される。

該プレスが実施されることで、可塑性材料４１がＺ方向に例えば図１０に示す隙間Ｓの大きさ＝０．０７ｍｍだけ圧縮変形され、図１１に示すように、それぞれのセル１２の底面１２５が可塑性材料４１の上面に密着するとともに、可塑性材料４１の下面が絶縁層２１４に密着する。また、可塑性材料４１の圧縮変形に伴って下降する樹脂ケース５の底板５５下面に配設された接着剤４９が、金属板２１上に配設された絶縁層２１４に接着されることで、樹脂ケース５と絶縁層２１４とが接着固定され、組電池１が組み立てられた状態になる。なお、底板５５の一部であり第１の貫通孔５５１が形成されている突出端５５５の厚さは、底板５５のその他の部分の厚さよりも例えば接着剤４９の厚さ分だけさらに厚く設定されており、該プレスによって突出端５５５の下面は絶縁層２１４に接触する。

例えば、本実施形態における固定工程では、図１１に示す圧縮変形後の可塑性材料４１の厚さＴ４を、接着保持剤４７の厚さ（無視できるほど小さい厚さ）と樹脂ケース５の底板５５の厚さＴ２と接着剤４９の厚さＴ３とを合計した厚さと等しくする。

（４）締結工程
本実施形態の組電池の製造方法では、上記固定工程実施後に、図１２に示す組電池１を支持する台６１、樹脂ケース５、及び絶縁層２１４が配設された金属板２１、をボルト６６によって固定する締結工程、をさらに備える。

固定工程後においては、図１２に示す樹脂ケース５、複数のセル１２、及び絶縁層２１４が形成された金属板２１等が一体化されており、金属板２１の中央が凸状の曲面である下面２１６が組電池１全体の下面となっている。また、下面２１６の中央は、セル１２が並列する方向において樹脂ケース５内の複数のセル１２のうち他のセル１２に囲まれたセル１２、具体的には、図３～図５に示す樹脂ケース５内において中央部分、即ち、底板５５の中央領域上に位置するホットスポットとなるセル群１２９の下方に位置している。

図示しないテーブル上に平面視矩形の台６１が載置されるとともに、台６１上に可塑性シート６３が載置され、台６１の４角部分にそれぞれ位置するボルト穴６１５と可塑性シート６３の４角部分にそれぞれ位置する第３の貫通孔６６３とが重ねられて連通する。なお、可塑性シート６３は、あらかじめ台６１の上面に接着固定されており、台６１と可塑性シート６３とが一体化していてもよい。

次いで、可塑性シート６３の上面に、セル１２及び金属板２１等が一体化された樹脂ケース５が位置づけされ、また、樹脂ケース５の第１の貫通孔５５１、金属板２１の第２の貫通孔２１５、可塑性シート６３の第３の貫通孔６６３、及び台６１のボルト穴６１５のそれぞれが重なって連通するように位置合わせが行われる。これによって、金属板２１の下面２１６と台６１との間で可塑性シート６３が挟まれた状態になる。

さらに、図１２に示すボルト６６が第１の貫通孔５５１、第２の貫通孔２１５、及び第３の貫通孔６６３に通されてボルト穴６１５に螺合される。樹脂ケース５の４角全てで同様にボルト６６の挿通及び螺合がなされることで、樹脂ケース５、絶縁層２１４が上面２１２に配設された金属板２１、可塑性シート６３及び台６１が締結固定されて、図８に示すように一体化する。それぞれのボルト６６は、樹脂ケース５の一対の側壁５２に対して収容室５０が位置する側とは反対側に配置される。また、金属板２１の凸状の湾曲を備える下面２１６は組電池１の高さ方向における上方に向かって押し込まれて応力を内包しつつ、平坦面となって可塑性シート６３と密着した状態になる。また、台６１と可塑性シート６３とが密着した状態になる。

上記のように、実施形態の製造方法、及び実施形態の製造方法により製造された図８に示す組電池１は、絶縁層２１４が配設された金属板２１と、収容室５０内に収容された複数のセル１２が接着保持剤４７により接着固定されている樹脂ケース５とを、接着剤４９により複数のセル１２のプレスにより一度で接着して一体化でき、かつ、該プレスによってセル１２の底面１２５と絶縁層２１４との間で圧縮された状態で可塑性材料４１をセル１２の底面１２５と絶縁層２１４とに密着できる。よって、組電池１全体の剛性を上げつつ、短時間かつ従来よりもコストを下げて組電池１を製造できる。

また、接着剤４９を用いて金属板２１上に配設された絶縁層２１４とセル１２を収容した樹脂ケース５とを接着固定するため、樹脂ケース５自体の成形難易度を下げることができ、所望振動条件（例えば、危険物と指定されている組電池１における国連輸送振動試験条件など）をみたすケース強度を少ない設計検討で確保できるとともに、組電池１の総重量やサイズをより小さくすることができる。

実施形態の組電池１において、接着保持剤４７を両面テープとすることで、例えば、作業者が容易にセル１２の底面１２５に接着保持剤４７を貼り付けることができる。

本実施形態の組電池１の製造方法においては、固定工程後に締結工程を実施することで、金属板２１の下面２１６に、放熱用の台６１を可塑性シート６３を介して取り付ける。そして、締結工程では、樹脂ケース５の底板５５の中央領域上に位置するホットスポットとなるセル群１２９に対する、金属板２１の放熱性能を十分に確保できる。即ち、本実施形態のように、樹脂ケース５の４角でボルト６６が第１の貫通孔５５１、第２の貫通孔２１５、及び第３の貫通孔６６３に通されてボルト穴６１５に螺合された場合であっても、台６１に可塑性シート６３を介して接触する金属板２１の下面２１６を中央が凸状の曲面としていることで、台６１側に向かう応力を金属板２１が有したまま組電池１を台６１に固定できる。したがって、金属板２１において、ボルト６６により締結されていることで台６１側への面圧を十分に確保している４角部分から遠い位置にある下面２１６の中央部分においても、台６１側へ向かう面圧を確保できる。そのため、ホットスポットとなるセル群１２９に対応する金属板２１の中央部分の接触熱抵抗が上昇してしまうことを防ぐことが可能となる。同時に、金属板２１の下面２１６と台６１との間に挟む可塑性シート６３の厚さをより薄くすることが可能となり、コストの削減と軽量化を図ることが可能となる。

なお、図７に示す下面２２４に凸状の湾曲を備え、かつ、上面２２５にも凸状の湾曲を備える金属板２２を、図６に示す金属板２１に代えて使用した場合であっても、同様の理論により、ホットスポットとなるセル群１２９に対応する金属板２２の中央部分の接触熱抵抗が上昇してしまうことを防ぐことが可能となる。同時に、可塑性シート６３の厚さをより薄くすることが可能となり、コストの削減と軽量化を図ることが可能となる。

（変形例）
例えば、組電池１は、図１３に示すカプトン（登録商標）テープ７を備えていてもよい。カプトンテープ７は、超耐熱及び超耐寒性ポリイミドフィルムであり、また、高い絶縁性を備える。カプトンテープ７は、例えば、図５、及び図１３に示す樹脂ケース５の底板５５の下面外周縁から絶縁層２１４が配設された金属板２１の外周縁に貼着される。即ち、樹脂ケース５の底板５５と絶縁層２１４を備える金属板２１との間には、例えば平面視四角環状に配設された接着剤４９が存在しており、固定工程が実施されて組み立てられた組電池１においては、接着剤４９の外周面はカプトンテープ７が仮にない場合（図５に示す場合）には露出している。

そこで、例えば図１３に示す断面視逆Ｌ字状のカプトンテープ７を、樹脂ケース５の底板５５と絶縁層２１４を備える金属板２１との間に樹脂ケース５の底板５５の底面外周縁の略全周に沿って貼着して、四角環状の接着剤４９の外周面の略全周をカプトンテープ７によって囲繞する。

組電池１がカプトンテープ７を備えることで、図１３に示すセル１２の底面１２５、樹脂ケース５の枠孔５５４内周と枠孔５５４に収容された可塑性材料４１の外周との間のわずかな隙間、及び接着剤４９を通る外部短絡を、高い絶縁性を備え底板５５の下面に四角環状に配設された接着剤４９の外周面を囲繞するカプトンテープ７で止めることが可能となる。したがって、組電池１をより高電圧下で使用することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１：組電池
１２：セル
１３：セパレータ
２１：金属板 ２１４：絶縁層
４１：可塑性材料
４７：接着保持剤
４９：接着剤
５：樹脂ケース ５０：収容室
６１：台
６３：可塑性シート
６６：ボルト
７：カプトンテープ

Claims (8)

1. 複数のセルと、
   前記セル間にセパレータを挟んだ状態で前記セルを並列させて収容する樹脂ケースと、
   前記樹脂ケースの底板及び前記セルの底面に向く上面を有する金属板と、
   前記上面に配設された絶縁層と、
   前記樹脂ケースに収容された前記セルの底面と前記樹脂ケースの底板とを接着する接着保持剤と、
   前記樹脂ケースの底板と前記絶縁層とを接着する接着剤と、
   前記樹脂ケースの底板に貫通形成された枠孔に収容され、前記セルの底面と前記絶縁層との間で圧縮された状態で前記セルの底面と前記絶縁層とに密着する可塑性材料と、を備える組電池。
2. 前記接着保持剤が、両面テープである請求項１に記載の組電池。
3. 可塑性シートをさらに備え、
   前記樹脂ケースに、前記セルを収容する収容室と、前記収容室の外に設けられボルトが通る第１の貫通孔と、が設けられ、
   前記金属板に、前記第１の貫通孔に連通するとともに前記ボルトが通る第２の貫通孔が設けられ、
   前記金属板は、中央が凸状の曲面である下面を有し、前記下面の中央は、前記セルが並列する方向において前記樹脂ケース内の前記複数のセルのうち他の前記セルに囲まれた前記セルに対応する位置にあり、
   前記下面と組電池を支持する台との間で前記可塑性シートが挟まれた状態で、前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔を通るとともに前記台のボルト穴に螺合された前記ボルトによって、前記樹脂ケース、前記金属板、及び前記台が固定される、請求項１に記載の組電池。
4. 前記金属板は、前記上面も凸状の曲面を備える請求項３に記載の組電池。
5. 前記絶縁層が、絶縁樹脂を繊維に含浸させたプリプレグである請求項１乃至４のいずれか１つに記載の組電池。
6. 請求項１に記載の組電池の製造方法であって、
   前記樹脂ケースの底板に前記接着剤を配設する接着剤配設工程と
   前記樹脂ケースに収容された前記セルの底面と前記樹脂ケースの底板とを前記接着保持剤で接着する接着工程と、
   前記樹脂ケースの底板の前記枠孔に前記可塑性材料を収容した後、複数の前記セルを前記可塑性材料に向かってプレスし前記可塑性材料を圧縮変形させた状態で、前記可塑性材料を前記絶縁層に密着させるとともに、前記接着剤により前記樹脂ケースと前記絶縁層とを接着固定する固定工程と、を備える組電池の製造方法。
7. 圧縮変形前の前記可塑性材料の厚さは、前記接着保持剤と前記樹脂ケースの底板と前記接着剤との厚さの合計より厚く、
   前記固定工程では、圧縮変形後の前記可塑性材料の厚さを、前記接着保持剤と前記樹脂ケースの底板と前記接着剤との厚さを合計した厚さと等しくする請求項６に記載の組電池の製造方法。
8. 前記固定工程後に、前記組電池を支持する台、前記樹脂ケース、及び前記金属板、をボルトによって固定する締結工程、をさらに備え、
   前記樹脂ケースに、前記セルを収容する収容室と、前記収容室の外に設けられボルトが通る第１の貫通孔と、が設けられ、
   前記金属板に、前記第１の貫通孔に連通するとともに前記ボルトが通る第２の貫通孔が設けられ、
   前記金属板は、中央が凸状の曲面である下面を有し、前記下面の中央は、前記セルが並列する方向において前記樹脂ケース内の前記複数のセルのうち他の前記セルに囲まれた前記セルに対応する位置にあり、
   前記締結工程では、前記下面と組電池を支持する前記台との間で可塑性シートを挟んだ状態で、前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔を通すとともに前記台のボルト穴に螺合した前記ボルトによって、前記樹脂ケース、前記金属板、及び前記台を固定する、請求項６又は請求項７に記載の組電池の製造方法。

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